JPH09324204A - 複層圧粉成形体の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】成形時のせん断応力の発生を防止することで、
複層圧粉成形体又は焼結体の割れの発生を防止する。 【解決手段】金型の第１キャビティに第１粉末２００を
充填し所定の荷重で予備圧縮して前駆体２０１を形成
し、前駆体２０１と厚さ方向で隣接する第２キャビティ
に第２粉末２０２を充填し前駆体２０１と第２粉末２０
２を同一ストローク長で同時に圧縮して成形体を形成す
る。前駆体２０１と第２粉末２０２とは同一ストローク
長で同時に圧縮されるため、両者の層間にせん断応力が
作用しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属粉やセラミッ
クス粉からなる圧粉成形体を成形する方法に関し、さら
に詳しくは厚さ方向に異なった複数の材質層からなる複
層構造をもつ複層圧粉成形体の成形方法に関する。本発
明の成形方法によれば、層間への応力集中による割れな
どの不具合を解消することができる。

【０００２】

【従来の技術】例えば内周表面が摺動表面となる筒状の
軸受け部材は、原料コストを抑制するために外周部は一
般の安価な鋼材から形成し、内周部のみを機械的特性に
優れたＭＢＡ（Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ）などの
高力黄銅などから形成することが行われている。

【０００３】そしてこのような軸受け部材は、例えば特
開昭６０−２５８４０１号公報に開示されているような
方法で複層構造の複層圧粉成形体を形成し、それを焼結
することで製造されている。特開昭６０−２５８４０１
号公報に開示されている成形方法を用い、二層構造の筒
状の軸受け部材を製造する方法を以下に説明する。

【０００４】複層圧粉成形体を形成する金型の断面図を
図１２〜図１６に示す。この金型は複層圧粉成形体の外
径を規定する筒状のダイス１００と、ダイス１００の内
周表面に摺接する筒状のロアーアウターパンチ１０１
と、ロアーアウターパンチ１０１の内周表面に摺接する
筒状のロアーインナーパンチ１０２と、ロアーインナー
パンチ１０２の内周表面と摺接し複層圧粉成形体の内径
を規定するコアロッド１０３と、ダイス１００の内周表
面及びコアロッド１０３の外周表面と摺接する筒状のア
ッパーパンチ１０４と、から構成され、それぞれ同一軸
心となるように配置されている。

【０００５】ロアーアウターパンチ１０１は下端部が第
１可動板１０５に固定され、第１可動板１０５は第１シ
リンダ１０６により上下に駆動されるように構成されて
いる。またロアーインナーパンチ１０２は下端部が第２
可動板１０７に固定され、第２可動板１０７は第２シリ
ンダ１０８により上下に駆動されるように構成されてい
る。そして第１可動板１０５の下方にはストッパ１０９
が固定され、第１可動板１０５はストッパ１０９に当接
することで下方への移動が規制される。また第２可動板
１０７は基台１１０に当接することで下方への移動が規
制される。

【０００６】＜第１行程＞先ず図１２に示すように、ロ
アーアウターパンチ１０１を下降させ、ダイス１００の
内周表面とロアーインナーパンチ１０２の外周表面及び
ロアーアウターパンチ１０１の先端面との間に形成され
たキャビティに、噴霧Ｆｅ粉などの原料からなる第１粉
末２００を自由落下とすり切りにより充填する。

【０００７】＜第２行程＞次に図１３に示すように、粉
箱１１１の一部をダイス１００上部に配置し、第１シリ
ンダ１０６を駆動して、第１可動板１０５とともにロア
ーアウターパンチ１０１を所定ストロークで上昇させ、
第１粉末２００を圧縮して前駆体２０１を形成する。こ
の前駆体２０１は、目的とする長さより長くされ、その
密度は、目的とする複層圧粉成形体の密度より低い密度
となっている。

【０００８】＜第３行程＞その後図１４に示すように、
第２シリンダ１０８を駆動してロアーインナーパンチ１
０２を第２可動板１０７が基台１１０に当接するまで下
降させ、前駆体２０１の内周表面、ロアーアウターパン
チ１０１の一部内周表面、コアロッド１０３の外周表面
及びロアーインナーパンチ１０２先端面との間に形成さ
れたキャビティに、ＭＢＡ高力黄銅などの原料からなる
第２粉末２０２を自由落下とすり切りにより充填する。

【０００９】このとき第２粉末２０２は前駆体２０１よ
りも長さが長くなるように充填され、圧縮により前駆体
２０１と同一密度となったときに前駆体２０１と同一長
さとなるように構成されている。したがって、この状態
におけるロアーインナーパンチ１０２の先端面は、ロア
ーアウターパンチ１０１の先端面より下方に位置してい
る。

【００１０】＜第４行程＞そして図１５に示すように、
アッパーパンチ１０４により前駆体２０１と第２粉末２
０２を圧縮する。このとき第１シリンダ１０６の駆動力
は解除され、ロアーアウターパンチ１０１は前駆体２０
１とともに下降するため、前駆体２０１はほとんど圧縮
されず第２粉末２０２が主として圧縮される。

【００１１】第１可動板１０５がストッパ１０９に当接
して下降が規制されると、ロアーアウターパンチ１０１
の先端面はロアーインナーパンチ１０２の先端面と同一
平面となり、前駆体２０１と圧縮された第２粉末２０２
はほぼ同一の密度となる。そしてアッパーパンチ１０４
の加圧力はストッパ１０９と基台１１０で受けられ、ア
ッパーパンチ１０４は前駆体２０１と第２粉末２０２を
同時に所定ストロークで圧縮する。

【００１２】＜第５行程＞その状態でしばらく保持し、
図１６に示すように、最後にアッパーパンチ１０４をダ
イス１００より離脱させ、ダイス１００とコアロッド１
０３を下降させて、複層圧粉成形体を取り出す。この複
層圧粉成形体は、例えば窒素雰囲気中にて１１２０℃で
０．５時間加熱されることにより一体的に焼結され、複
層構造の軸受け部材が製造される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記した従来
の成形方法では、第４行程において、前駆体２０１の圧
縮ストローク長より第２粉末２０２の圧縮ストローク長
の方が長い。そのため、第２粉末２０２と前駆体２０１
との間にせん断応力が作用し、形成された複層圧粉成形
体の内層と外層の界面に割れが生じたり、複層圧粉成形
体には外見上の異常がなくても内部応力の残留により焼
結時に界面に割れが生じたりする場合があった。

【００１４】また、上記した二層構造の軸受け部材にお
いては、高価な材料を使用している内層の層厚を極力薄
くしてコストの低減を図ることが望ましい。そのために
はロアーインナーパンチ１０２の厚さを薄くすることが
必要となる。しかしながらパンチの厚さは、成形時の加
圧力とパンチ材質の強度によって最小限度が規制される
ため、パンチをその厚さ未満に薄くすることは困難であ
る。したがってロアーインナーパンチ１０２を所定厚さ
より薄くすることはできず、軸受け部材の内層が必要以
上に厚くなり高価な材料を必要以上に使用するという無
駄が発生している。

【００１５】また第４行程においては、アッパーパンチ
１０４の加圧力は先ずロアーインナーパンチ１０２に加
わり、そのときロアーアウターパンチ１０１はアッパー
パンチ１０４の加圧力により下方へ移動する。このロア
ーアウターパンチ１０１の移動時には、ロアーアウター
パンチ１０１と第２粉末２０２との間に摩擦力が発生
し、その摩擦力によりロアーアウターパンチ１０１の下
降が妨げられる。そのためアッパーパンチ１０４の加圧
力がロアーアウターパンチ１０１に作用し、ロアーアウ
ターパンチ１０１に大きな負荷がかかってその寿命が短
縮されるという問題がある。

【００１６】さらに、第２粉末２０２を圧縮するストロ
ーク長が長くいために、第２可動板１０７を第１可動板
１０５より下方に位置させなければならない。したがっ
てロアーインナーパンチ１０２の長さを長くする必要が
あり、座屈を防止するために強度を必要以上に大きくし
なければならないという不具合もあった。本発明はこの
ような事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目
的は、成形時のせん断応力の発生を防止することで、複
層圧粉成形体又は焼結体の割れの発生を防止することに
ある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の複層圧粉成形体の成形方法の特徴は、厚さ方向に異
なった複数の材質層からなる複層圧粉成形体の成形方法
であって、金型の第１キャビティに第１粉末を充填し所
定の荷重で予備圧縮して前駆体を形成する第１工程と、
前駆体と厚さ方向で隣接する第２キャビティに第２粉末
を充填し前駆体と第２粉末を同一ストローク長で同時に
圧縮して成形体を形成する第２工程と、を行うことにあ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の成形方法では、先ず第１
工程において、金型の第１キャビティに第１粉末が充填
され所定の荷重で予備圧縮することにより前駆体が形成
される。この第１工程は従来と同様に行うことができ、
目的とする複層圧粉成形体の密度より低い密度となるよ
うに前駆体が形成される。

【００１９】次の第２工程では、前駆体と厚さ方向で隣
接する第２キャビティに第２粉末が充填され、前駆体と
第２粉末とは同一ストローク長で同時に加圧圧縮され
る。つまり前駆体と第２粉末とは同一ストローク長で同
時に圧縮されるため、両者の層間にせん断応力が作用す
ることがない。したがって複層圧粉成形体の層間に割れ
が発生するのが防止され、残留応力もほとんどないため
焼結時に層間に割れが発生することも防止される。

【００２０】また、この第２工程の初期には、第２粉末
は圧縮されていないため、その密度は前駆体の密度より
低い。そして同一ストローク長で圧縮されるため、圧縮
が進行するにつれて密度の高い前駆体が第２粉末を厚さ
方向に押圧する作用が生じ、最後には圧縮された前駆体
と圧縮された第２粉末とは同じ密度となる。すなわち第
２粉末は厚さ方向にも押圧されるため、第２キャビティ
に充填される第２粉末の量を従来より少なくすれば、パ
ンチの厚さに関わらず、第２粉末から成形された部分の
厚さを従来に比べて薄くすることができる。したがって
第２粉末の材料が高価な場合には、得られる複層圧粉成
形体のコストを低減することが可能となる。またパンチ
の厚さを薄くする必要もないので、強度が低下するよう
な不具合もない。

【００２１】そして前駆体と第２粉末とは、同一ストロ
ーク長で同時に圧縮されるため、特定のパンチに第２粉
末から摩擦力が作用して抵抗となることがない。また従
来の技術で記載されたロアーインナーパンチに相当する
パンチの長さを必要以上に長くしなくてもよい。したが
ってパンチの座屈強度を向上させる手段が不要となる。

【００２２】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 （実施例１）図６に本実施例の成形方法により形成され
る複層圧粉成形体を示す。この複層圧粉成形体は、筒状
の外層３００と、外層３００の内周表面に一体的に接合
された内層３０１とから構成されている。

【００２３】図１〜図５に本実施例の複層圧粉成形体の
成形方法を示す。なお、用いた金型及び成形体は軸対称
形状であるので、図２〜図５は軸に対して片側のみの半
部断面図として示している。用いた金型は、複層圧粉成
形体の外径を規定する筒状のダイス１と、ダイス１の内
周表面に摺接する筒状のロアーアウターパンチ２と、ロ
アーアウターパンチ２の内周表面に摺接する筒状のロア
ーインナーパンチ３と、ロアーインナーパンチ３の内周
表面と摺接し複層圧粉成形体の内径を規定するコア４０
をもつコアロッド４と、ダイス１の内周表面及びコアロ
ッド４の頭部の外周表面と摺接するアッパーパンチ５
と、から構成され、それぞれ同一軸心となるように配置
されている。

【００２４】ロアーアウターパンチ２は下端部が第１可
動板２０に固定され、第１可動板２０は第１シリンダ２
１により上下に駆動されるように構成されている。また
ロアーインナーパンチ３は下端部が第２可動板３０に固
定され、第２可動板３０は第２シリンダ３１により上下
に駆動されるように構成されている。そして第１可動板
２０の下方にはストッパ６が固定され、第１可動板２０
はストッパ６に当接することで下方への移動が規制され
る。また第２可動板３０は第１可動板２０に当接するこ
とで下方への移動が規制される。

【００２５】＜第１工程＞先ず図１に示すように、ロア
ーアウターパンチ２を下降させて第１可動板２０がスト
ッパ６に当接した状態で、ダイス１の内周表面とロアー
インナーパンチ３の外周表面及びロアーアウターパンチ
２の先端面との間に形成されたキャビティに、噴霧Ｆｅ
粉からなる第１粉末２００を自由落下とすり切りにより
充填する。

【００２６】次に図２に示すように、粉箱１１１の一部
をダイス１の上部に配置し、第１シリンダ２１を駆動し
て第１可動板２０を上昇駆動する。これによりロアーア
ウターパンチ２を所定ストロークで上昇させ、第１粉末
２００を圧縮して前駆体２０１を形成する。この前駆体
２０１は、目的とする長さより長くされ、その密度は、
目的とする複層圧粉成形体の密度より低い約６０％の密
度となっている。

【００２７】＜第２工程＞その後粉箱１１１を後退させ
てキャビティ上部を開放する。そして図３に示すよう
に、第２シリンダ３１を駆動し、第２可動板３０を第１
可動板２０と当接するまで下降させる。このとき、ロア
ーアウターパンチ２の先端面とロアーインナーパンチ３
の先端面とが同一平面上に位置するように構成されてい
る。

【００２８】そして、前駆体２０１の内周表面とコアロ
ッド４の外周表面及びロアーインナーパンチ３先端面と
の間に形成されたキャビティに、Ｃｕ−Ｎｉ系合金から
なる第２粉末２０２を自由落下とすり切りにより充填す
る。そして図４に示すように、アッパーパンチ５を下降
させ、前駆体２０１と第２粉末２０２を同時に加圧す
る。すると、その加圧力により前駆体２０１と第２粉末
２０２を介してロアーアウターパンチ２とロアーインナ
ーパンチ３が押圧され、第２可動板３０が第１可動板２
０と当接した状態で第１可動板２０が下降し、第１可動
板２０がストッパ６と当接した位置でロアーアウターパ
ンチ２とロアーインナーパンチ３の下降が規制される。

【００２９】このとき、第１シリンダ２１及び第２シリ
ンダ３１の駆動力はアッパーパンチ５の加圧力に比べて
きわめて小さいので、前駆体２０１と第２粉末２０２の
密度は、第１可動板２０がストッパ６と当接するまでは
ほとんど変化がなく、それぞれ約６０％と約３０％であ
る。アッパーパンチ５による加圧はさらに続行され、前
駆体２０１と第２粉末２０２は強く圧縮される。このと
き前駆体２０１と第２粉末２０２は同一ストローク長で
圧縮されるため、前駆体２０１と第２粉末２０２の界面
にはせん断応力が生じない。また前駆体２０１の密度は
第２粉末２０２の密度より大きいため、前駆体２０１が
第２粉末２０２を径方向に押圧する力も発生する。

【００３０】このようにして前駆体２０１と第２粉末２
０２が軸方向に圧縮され、第２粉末２０２は前駆体２０
１により径方向にも圧縮されて、前駆体２０１と第２粉
末２０２の密度が両方とも約８５％となった時点でアッ
パーパンチ５による加圧が停止される。その状態でしば
らく保持した後、図５に示すようにアッパーパンチ５を
上昇駆動するとともにダイス１とコアロッド４を下降さ
せ、外層３００及び内層３０１からなる複層圧粉成形体
を取り出す。

【００３１】このようにして成形された複層圧粉成形体
は、外層３００と内層３０１の間に割れなどが発生せ
ず、良好な品質であった。またロアーインナーパンチ３
の肉厚が１ｍｍであったにも関わらず、内層３０１の肉
厚は０．６ｍｍと薄く形成されていた。そしてこの複層
圧粉成形体は、窒素雰囲気中にて１１２０℃で０．５時
間加熱されることにより一体的に焼結され、複層構造の
軸受け部材が製造された。焼結後の軸受け部材において
も、外層と内層の間に割れなどの不具合は生じず、良好
な品質であった。

【００３２】すなわち図７に示すように、従来の成形方
法では、圧縮ストローク長は第２粉末２０２の方が前駆
体２０１より長い。そのため前駆体２０１と第２粉末２
０２の界面にせん断応力が作用し、成形体の内層と外層
の間Ａに割れが発生する場合があった。また第２粉末２
０２の厚さは、圧縮初期と後期で同一である。一方、本
実施例においては、図８に示すように、第２工程におい
て前駆体２０１と第２粉末２０２は同一のストローク長
で同時に圧縮されて同一の密度となる。したがって前駆
体２０１と第２粉末２０２の界面にせん断応力が作用す
ることがなく、外層３００と内層３０１の界面にせん断
応力が作用することがなく、割れが防止される。

【００３３】また第２粉末２０２は径方向に圧縮される
ため、図７に示すように第２工程において第２粉末２０
２の層厚がｔ１からｔ２に縮小される。したがって内層
３０１の層厚が従来より薄い成形体を成形することがで
きる。 （実施例２）本実施例の成形方法により得られた複層圧
粉成形体の断面図を図１１に示す。この複層圧粉成形体
は、内層３０１の軸方向の長さが外層３００より短く、
断面凹形状をなしていること以外は実施例１と同様であ
る。

【００３４】図９及び図１０に本実施例で用いた金型を
示す。この金型は、ロアーインナーパンチ３の長さが短
いこと以外は実施例１と同様の構成である。本実施例で
は、先ず実施例１と同様に前駆体２０１を形成する。次
に粉箱２０１を後退させてキャビティ上部を開放する。
そして図９に示すように、第２シリンダ３１を駆動し、
第２可動板３０を第１可動板２０と当接するまで下降さ
せる。このとき、ロアーインナーパンチ３の先端面はロ
アーアウターパンチ２の先端面より上方に位置し、その
長さの差は目的とする成形体の内層３０１と外層３００
の長さの差と同一となるように構成されている。

【００３５】そして、前駆体２０１の内周表面とコアロ
ッド４の外周表面及びロアーインナーパンチ３の先端面
との間に形成されたキャビティに、Ｃｕ−Ｎｉ系合金か
らなる第２粉末２０２を自由落下とすり切りにより充填
する。そして図１０に示すように、アッパーパンチ５を
下降させ、前駆体２０１と第２粉末２０２を同時に圧縮
する。すると、その加圧力により前駆体２０１と第２粉
末２０２を介してロアーアウターパンチ２とロアーイン
ナーパンチ３が押圧され、第２可動板３０が第１可動板
２０と当接した状態で第１可動板２０が下降し、第１可
動板２０がストッパ６と当接した位置でロアーアウター
パンチ２とロアーインナーパンチ３の下降が規制され
る。

【００３６】アッパーパンチ５による圧縮はさらに続行
され、前駆体２０１と第２粉末２０２は強く圧縮され
る。このとき前駆体２０１と第２粉末２０２は同一スト
ローク長で圧縮されるため、前駆体２０１と第２粉末２
０２の界面にはせん断応力が生じない。その後実施例１
と同様にして、複層圧粉成形体を取り出したところ、外
層３００と内層３０１の間に割れなどが発生せず、良好
な品質であった。そして実施例１と同様に焼結したが、
割れは発生せず良好な品質の焼結品が得られた。

【００３７】

【発明の効果】すなわち本発明の複層圧粉成形体の成形
方法によれば、層間に割れなどの不具合のない成形体を
容易にかつ確実に成形することができる。また従来困難
であった層厚の薄い成形体も成形することができ、高価
な原料の使用割合を低減できるため原料コストを低減す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例において第１粉末をキャビテ
ィに充填した状態で示す金型の断面図である。

【図２】本発明の一実施例において前駆体を形成した状
態で示す金型の半部断面図である。

【図３】本発明の一実施例において第２粉末をキャビテ
ィに充填した状態で示す金型の半部断面図である。

【図４】本発明の一実施例において第２工程終了直前の
状態で示す金型の半部断面図である。

【図５】本発明の一実施例において複層圧粉成形体を取
り出す直前の状態で示す金型の半部断面図である。

【図６】本発明の一実施例で成形された複層圧粉成形体
の斜視図である。

【図７】従来の成形方法の作用を示す説明図である。

【図８】本発明の一実施例の成形方法の作用を示す説明
図である。

【図９】本発明の第２の実施例において第２粉末をキャ
ビティに充填した状態で示す金型の半部断面図である。

【図１０】本発明の第２の実施例において第２工程終了
直前の状態で示す金型の半部断面図である。

【図１１】本発明の第２の実施例で成形された複層圧粉
成形体の断面図である。

【図１２】従来例において第１粉末をキャビティに充填
した状態で示す金型の断面図である。

【図１３】従来例において前駆体を形成した状態で示す
金型の半部断面図である。

【図１４】従来例において第２粉末をキャビティに充填
した状態で示す金型の半部断面図である。

【図１５】従来例においてアッパーパンチで圧縮終了直
前の状態で示す金型の半部断面図である。

【図１６】従来例において複層圧粉成形体を取り出す直
前の状態で示す金型の半部断面図である。

【符号の説明】

１：ダイス ２：ロアーアウターパンチ ３：ロア
ーインナーパンチ ４：コアロッド ５：アッパーパンチ ６：
ストッパ ２０：第１可動板 ３０：第２可動板 ２０
１：前駆体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚さ方向に異なった複数の材質層からな
   る複層圧粉成形体の成形方法であって、 金型の第１キャビティに第１粉末を充填し所定の荷重で
   予備圧縮して前駆体を形成する第１工程と、 該前駆体と該厚さ方向で隣接する第２キャビティに第２
   粉末を充填し該前駆体と該第２粉末を同一ストローク長
   で同時に圧縮して成形体を形成する第２工程と、を行う
   ことを特徴とする複層圧粉成形体の成形方法。