JPH11193403A - 圧粉体の成形方法 - Google Patents

圧粉体の成形方法

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JPH11193403A
JPH11193403A JP36827197A JP36827197A JPH11193403A JP H11193403 A JPH11193403 A JP H11193403A JP 36827197 A JP36827197 A JP 36827197A JP 36827197 A JP36827197 A JP 36827197A JP H11193403 A JPH11193403 A JP H11193403A
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毅 大場
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特殊な金型を要することなく、かつ複雑な層
構造の部材であっても容易に圧粉体を得ることのできる
圧粉体の成形方法を提供する。 【解決手段】 複数の予圧粉体2a,3a,2aを、ハ
ンドリングが可能で、かつ部位に応じた密度に成形し、
次いで、これら予圧粉体2a,3a,2aを金型4のキ
ャビティ8内にセットし、複数の予圧粉体2a,3a,
2aを上下のパンチ5,6で圧縮して相互に接合させ、
圧粉体1を成形する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、焼結品の素材とさ
れる圧粉体の成形方法に係り、特に異種粉末材料を複合
させた圧粉体を成形する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、楕円状の板カム等の摺動部材
は、その摺動面を形成する外周部(特に強い圧力を受け
るカムトップ部)に高い耐摩耗性が要求される一方、内
側の肉部の耐摩耗性はそれほど高くなくてもよく、よっ
て、外周部と内側の肉部の材料を異ならせた複合構造と
してコストダウンを図ることが行われている。複合構造
の部材を製造するには粉末冶金法が製法上有利である。
例えば、特開昭55−100903号、特開昭57−1
69003号および特開昭57−200503号には、
金型のキャビティを仕切板等で分割し、各分割キャビテ
ィ内に異種粉末をそれぞれ充填し、次いで仕切板を除外
して各粉末を接触させた後に圧縮して圧粉体を得る方法
が開示されている。ところが、このような方法では、仕
切板を要するとともに仕切板のセットや除外といった操
作に手間がかかる不利な面があった。
【0003】そこで、仕切板を用いない方法として、特
開昭58−141895号には、互いに摺動する2つの
金型のキャビティ内に異種粉末をそれぞれ充填し、一方
の金型を動かして双方のキャビティを合わせることによ
り各粉末を接触させた後に圧縮する方法が開示されてい
る。また、特開昭57−120601号には、複数種の
粉末のうちの一部を予成形してその予成形体を金型のキ
ャビティ内に挿入し、このキャビティ内に他の粉末を充
填してから、予成形体と粉末とを圧縮する方法が開示さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の仕切板を用いな
い方法のうちの前者の方法にあっては、金型の構造が複
雑化してコストがかかるとともに、2つの金型のキャビ
ティどうしを合わせて最終的に形成するキャビティの精
度が不安定になりやすく、その制御が難しいことが想定
される。また、後者の方法では、2層構造の部材は形成
することができるものの、3層以上の複雑な部材には適
用しにくいといった欠点がある。したがって本発明は、
特殊な金型を要することなく、かつ複雑な層構造の部材
であっても容易に圧粉体を得ることのできる圧粉体の成
形方法を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたものであり、複数の予圧粉体をハン
ドリングが可能な密度に成形し、次いで、これら予圧粉
体を、前記圧粉体を成形し得る成形型のキャビティ内に
セットし、この後、前記複数の予圧粉体を押し型で圧縮
して相互に接合させることを特徴としている。
【0006】この方法によれば、はじめから圧粉体を成
形する成形型のキャビティ内に粉末を充填せず、まず、
成形すべき圧粉体を適宜に分割した形状の予圧粉体を、
ハンドリングが可能な密度に成形する。ここで言うハン
ドリングが可能な密度とは、手に持って取り扱うことが
でき、その際に損壊しない状態を可能とする密度を指
す。そして、これら予圧粉体を、圧粉体を成形し得る成
形型のキャビティ内に組み合わせてセットする。この
後、予圧粉体を本圧縮して隣接する予圧粉体どうしの接
合を行わしめるとともに成形し、成形型から抜き出して
圧粉体を得る。
【0007】ここで、予め成形しておく予圧粉体の密度
は、上記のようにハンドリングが可能であることが前提
であるが、これに加えて、圧縮時に、隣接する予圧粉体
どうしが接合され得るような密度が求められる。予圧粉
体どうしの接合は、密度が低ければ低いほど十分になさ
れるものであるが、密度が低すぎると、今度はハンドリ
ングが不可能となってしまう。接合が可能な条件として
は、密度比(同一組成の金属の真密度に対する成形体で
得られた密度の比)が76%未満の場合と知られてお
り、76%超の場合には、接合界面にクラックが生じる
確率が高くなり好ましくない。したがって、予圧粉体の
密度としては、密度比が76%未満で、なおかつハンド
リングが可能な範囲内で選択され、その範囲としては、
60〜75%の密度比が実現される密度が好適である。
例えば、粉末がFe系の場合は4.7〜5.9g/cm3、A
lの場合は1.6〜2g/cm3、Cu系の場合は5.3〜6.
6g/cm3 が好適とされる。
【0008】また、予圧粉体の密度を上記の値より低く
設定しておき、その予圧粉体を圧縮成形した最終的な圧
粉体を焼結する温度の約30〜65%程度の温度で脱ろ
うおよび仮焼結すると、予圧粉体の強度が高くなり、例
えば予圧粉体を移送機械を用いて成形型に供給する際に
好都合となる。仮焼結の温度が高い場合には強度が高ま
る反面、成形型で圧縮したときの接合が不十分となりや
すい。例えば、鉄粉を主とする予圧粉体では、750℃
程度を仮焼結の最高温度とするのが好ましい。
【0009】本発明によれば、粉末を充填して圧縮する
通常の成形型をそのまま流用することができるので特殊
な成形型を必要とせず、しかも層を隔てるための仕切板
をキャビティにセットする必要もない。また、層の数が
多くて複雑な構造の圧粉体であっても、それに応じた形
状の予圧粉体を組み合わせて圧縮することにより、目的
とする圧粉体の成形が容易化する。さらに、予め予圧粉
体を多量に作ってストックしておき、必要に応じて本圧
縮して圧粉体を得るようにすれば、圧粉体を成形するた
びに粉末の調整や充填を行う手間が省け、生産性の向上
が図られる。
【0010】さて、本発明における複数の予圧粉体は、
本圧縮の際に変形し、かつ相互に接合されて所望の圧粉
体形状に成形される。ここでその形状(特に圧縮方向か
らみた場合の平面形状)は、キャビティ内にセット可能
であれば圧縮後の最終形状に近いものでなくともよく、
ある程度ラフな形状であってかまわない。その場合、圧
縮時には予圧粉体に大きな崩壊が伴うことがあるが、崩
壊の過程を経て最終的に圧縮・成形される。しかしなが
ら、勿論最終形状に近いものであれば有利であり、した
がって、予圧粉体は、互いに組み合わせることにより本
圧縮後の圧粉体の形状に相似するよう成形され、その組
み合わせ状態で、キャビティ内にセットされることが好
ましい。
【0011】また、本発明における予圧粉体は、求めら
れる特性が異なる部位別に、密度や形状を異ならせて成
形される形態を特徴している。すなわち、例えば圧粉体
が前述したような楕円状の板カムの素材である場合、予
圧粉体を、高い耐摩耗性が要求される外周部と、それほ
ど耐摩耗性を要求されない内側の肉部の2つとする。そ
して、外周部の予圧粉体を密度を高いものとし、かつ加
工度が高まるように余肉部が大きい形状とし、一方、内
側の肉部の予圧粉体の密度を低くする。このように複数
の予圧粉体を部位に応じて成形し、組み合わせて本圧縮
すれば、自動的に各部位の特性が求められるものとなり
得る。
【0012】さらに、本発明では、隣接する予圧粉体ど
うしの接合強度を高めるために、予圧粉体の互いの接合
面が、互いに噛み合う凹凸面に形成されているか、もし
くは少なくとも一方の接合面が凹凸面に形成されている
ことを好ましい形態としている。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。(1)第1の実施形態 図1は、第1の実施形態に係る圧粉体1を示している。
この圧粉体1は、自動車のエンジンに組み込まれる円筒
状のバルブガイドの素材であり、焼結工程を経て製品と
される。製品であるバルブガイドとしては、端部2,2
に高い耐久性が要求され、一方、中央部3は端部2,2
よりも耐久性に劣っていてもよいとされている。以下
に、この圧粉体1を成形する工程を説明する。
【0014】「工程1−予圧粉体の成形」図示せぬ所定
の成形型により、図2に示す3つ1組の予圧粉体2a,
3a,2aを成形する。これら予圧粉体2a,3a,2
aは、圧粉体1の端部2,2に対応する円筒状の2つの
端部2a,2aおよび中央部3に対応する円筒状の中央
部3aであり、中央部3aの両端に端部2a,2aをそ
れぞれ同軸的に組み合わせることにより、圧粉体1に相
似する形状となる。端部2a,2aおよび中央部3a
は、圧縮後の圧粉体1における端部2,2および中央部
3よりも軸方向長さがそれぞれ長く、かつ直径は僅かに
小さく設定される。いずれの予圧粉体2a,3a,2a
も、その密度比が60〜75%の範囲内になるように粉
末が圧縮されて成形されてなり、ハンドリングが可能
で、かつ後の本圧縮で互いに接合され得る密度を有して
いる。しかしながらこの範囲内で、高い耐久性が要求さ
れる端部2a,2aの密度は高く、中央部3aの密度は
端部2a,2aよりも低く設定される。また、このよう
な密度の設定に加えて、粉末は端部2,2および中央部
3に応じたものが選択される。なお、予圧粉体2a,3
a,2aは本圧縮よりも圧力が低いので、粉末中への潤
滑剤の添加を省略することができる。なお、圧粉体1
は、後に焼結されるので、予圧粉体2a,3a,2aの
粉末材料は同じものか、あるいは液相が生じる異種元素
もしくは固相拡散する異種元素が望ましい。
【0015】「工程2−成形装置への予圧粉体のセッ
ト」工程1で得た3つの予圧粉体2a,3a,2aを、
図3(a)に示すようにして成形装置にセットする。成
形装置は、金型(成形型)4、上下のパンチ(押し型)
5,6およびコアロッド7を備えており、まず、金型
4、下パンチ6およびコアロッド7によって形成される
キャビティ8内に、端部2a、中央部3a、端部2aの
順に、内部の空洞部をコアロッド7に通して挿入する。
【0016】「工程3−本圧縮」図3(b)に示すよう
に、上パンチ5をキャビティ8内に下降させ、次いで、
上下のパンチ5,6により予圧粉体2a,3a,2aを
縦方向に圧縮する。予圧粉体2a,3a,2aはキャビ
ティ8の形状にならって変形するとともに、互いに接合
して圧粉体1とされる。なお、圧縮による接合強度を高
めるために、予圧粉体2a,3a,2aの互いの接合面
に、互いに噛み合う凹凸面を形成しておくか、もしくは
少なくとも一方の接合面に凹凸面を形成しておくと好ま
しい。この後、上パンチ5を上昇させ、さらに下パンチ
6を上昇させて圧縮・成形された圧粉体1を金型4内か
ら取り出す。このようにして得られた圧粉体1は、予圧
粉体2a,3a,2aの粉末材料、密度または形状が反
映されて中央部3よりも端部2,2の方が高い耐久性を
有するものとなる。
【0017】(2)第2の実施形態 次に、本発明を板カムの成形に適用した第2の実施形態
を説明する。図4は、板カムの素材となる圧粉体10を
示している。板カムとしては、外周部11に高い耐摩耗
性が要求され、一方、内側の内周部12は適度な強度が
要求される。内周部12の中央には、カムシャフトが嵌
合される円形の嵌合孔13が形成される。この嵌合孔1
3は、カムシャフトの回り止めとなるキー溝13aを有
している。以下に、この圧粉体10を成形する工程を説
明する。
【0018】「工程1−予圧粉体の成形」図示せぬ所定
の成形型により、図5に示す2つ1組の予圧粉体11
a,12aを成形する。これら予圧粉体11a,12a
は、圧粉体10の外周部11に対応するリング状の外周
部11aおよび内周部12に対応する内周部12aであ
り、外周部11aの中に内周部12aを入れた組み合わ
せ状態で、圧粉体10に相似する形状となる。内周部1
2aには嵌合孔13に対応する孔13bが形成されてい
る。これら外周部11aおよび内周部12aの厚さは圧
粉体10よりも厚く、かつ径方向の大きさは僅かに小さ
く設定される。いずれの予圧粉体11a,12aも、そ
の密度比が60〜75%の範囲内になるように粉末が圧
縮されて成形されてなり、ハンドリングが可能で、かつ
後の本圧縮で互いに接合され得る密度を有している。し
かしながらこの範囲内で、高い耐摩耗性が要求される外
周部11aの密度は高く、内周部12aの密度は外周部
11aよりも低く設定される。また、このような密度の
設定に加えて、粉末は外周部11および内周部に12に
応じたものが選択される。
【0019】「工程2−成形装置への予圧粉体のセッ
ト」工程1で得た2つの予圧粉体11a,12aを、図
6(a)に示すように、金型(成形型)14、上下のパ
ンチ(押し型)15,16およびコアロッド17を備え
た成形装置にセットする。コアロッド17の外周面に
は、前記キー溝13aを形成するための凸条(図示略)
が形成されている。セットの仕方は、まず、金型14、
下パンチ16およびコアロッド17によって形成される
キャビティ18内に、内周部12aの空洞部をコアロッ
ド17に通して挿入し、次いで外周部11aを内周部の
周囲に置く。
【0020】「工程3−本圧縮」図6(b)に示すよう
に、上パンチ15をキャビティ18内に下降させ、次い
で、上下のパンチ15,16により予圧粉体11a,1
2aを圧縮する。予圧粉体11a,12aはキャビティ
18の形状にならって変形するとともに、互いに接合し
て圧粉体10とされる。この後、上パンチ15を上昇さ
せ、さらに下パンチ16を上昇させて圧縮・成形された
圧粉体10を金型14内から取り出す。このようにして
得られた圧粉体10は、予圧粉体11a,12aの粉末
材料、密度または形状が反映されて内周部12よりも外
周部11の方が高い耐摩耗性を有するものとなる。
【0021】(3)第3の実施形態 次に、本発明をギヤの成形に適用した第2の実施形態を
説明する。図7は、ギヤの素材となる圧粉体20を示し
ている。ギヤとしては、多数の歯21xを有する外周部
21に高い耐摩耗性が要求され、一方、内側の内周部2
2には適度な耐震性が要求される。内周部22の中央に
は軸孔23が形成され、さらにこの軸孔23の周囲には
ボス23xが形成される。以下に、この圧粉体20を成
形する工程を説明する。
【0022】「工程1−予圧粉体の成形」図示せぬ所定
の成形型により、図8に示す2つ1組の予圧粉体21
a,22aを成形する。これら予圧粉体21a,22a
は、圧粉体20の外周部21に対応するリング状の外周
部21aおよび内周部22に対応する内周部22aであ
り、外周部21aの中に内周部22aを入れて組み合わ
せられる。外周部21aは単なるリング状で、歯21x
に対応する部分は形成されていない。また、内周部22
aには軸孔23に対応する孔23aが形成されている
が、ボス23xに対応する部分は形成されていない。こ
れら外周部21aおよび内周部22aの厚さは圧粉体2
0よりも厚く、かつ径方向の大きさは僅かに小さく設定
される。いずれの予圧粉体21a,22aも、その密度
比が60〜75%の範囲内になるように粉末が圧縮され
て成形されてなり、ハンドリングが可能で、かつ後の本
圧縮で互いに接合され得る密度を有している。しかしな
がらこの範囲内で、高い耐摩耗性が要求される外周部2
1aの密度は高く、内周部22aの密度は外周部21a
よりも低く設定される。また、このような密度の設定に
加えて、粉末は外周部21および内周部22に応じたも
のが選択される。
【0023】「工程2−成形装置への予圧粉体のセッ
ト」工程1で得た2つの予圧粉体21a,22aを、図
9(a)に示すように、金型(成形型)24、上下のパ
ンチ(押し型)25,26およびコアロッド27を備え
た成形装置にセットする。金型24の内周面には、前記
歯21xを形成するための内歯(図示略)が形成されて
いる。また、上パンチ25には、前記ボス23xを形成
するための凹所25aが形成されている。セットの仕方
は、まず、金型24、下パンチ26およびコアロッド2
7によって形成されるキャビティ28内に、内周部22
aの空洞部をコアロッド27に通して挿入し、次いで外
周部21aを内周部22aの周囲に配する。
【0024】「工程3−本圧縮」図9(b)に示すよう
に、上パンチ25をキャビティ28内に下降させ、次い
で、上下のパンチ25,26により予圧粉体21a,2
2aを圧縮する。予圧粉体21a,22aはキャビティ
28の形状にならって変形するとともに、互いに接合し
て圧粉体20とされる。この後、上パンチ25を上昇さ
せ、さらに下パンチ26を上昇させて圧縮・成形された
圧粉体20を金型24内から取り出す。このようにして
得られた圧粉体20は、予圧粉体21a,22aの粉末
材料、密度または形状が反映されて内周部22よりも外
周部21の方が高い耐摩耗性を有し、かつ内周部22は
適度な耐震性を有するものとなる。
【0025】上記第1〜第3の実施形態によれば、粉末
を充填して圧縮する通常の成形装置をそのまま流用する
ことができ、しかも層を隔てるための仕切板をキャビテ
ィ内にセットすることなく複合構造の圧粉体(1,1
0,20)を成形することができる。また、予め予圧粉
体を多量に作ってストックしておき、必要に応じて本圧
縮して圧粉体を得るようにすれば、圧粉体を成形するた
びに粉末の調整や充填を行う手間が省け、生産性の向上
が図られる。さらに、予圧粉体の形状(圧縮方向からみ
た場合の平面形状)を、組み合わせ状態で圧粉体の最終
形状に相似したものとしているので、本圧縮時の圧力を
大幅に高くする必要がなく成形が容易となる。しかしな
がら、予圧粉体の形状はキャビティ内にセット可能であ
って、本圧縮により圧粉体の最終形状に成形される範囲
であれば、ある程度ラフな形状であってかまわない。ま
た、複数の予圧粉体を部位に応じて成形し、組み合わせ
て本圧縮するので、自動的に各部位の特性が求められる
ものとなる。
【0026】なお、上記第1〜第3の実施形態では、い
ずれも横断面が円形で、中心に孔を有する圧粉体を成形
するものであり、その孔を形成するためのコアロッド
(7,17,27)を圧縮方向に沿って立てているが、
コアロッドを圧縮方向に対して直交してセットする形式
の成形装置にも適用できる。また、圧縮する際には、通
常、被圧縮体(この場合予圧粉体)が圧縮により摺動す
る金型(4,14,24)の内面に潤滑剤を塗布する
が、本発明の場合は、予圧粉体をハンドリングできるこ
とにより、その予圧粉体の表面にに潤滑剤を塗布するこ
とができる。これは、金型によっては、その内面に潤滑
剤を塗布する作業が困難な場合もあるので、作業上有利
となる。さらに、第2および第3の実施形態では、圧粉
体を焼結したときに、内周部と外周部とが互いに締まり
合う寸法変化が生じる粉末材料を選択すると、接合強度
が増大して好ましい。
【0027】なお、本発明は、複数の予圧粉体を組み合
わせ、これを圧縮・成形して圧粉体を得る方法であり、
上記第1〜第3の実施形態は、その方法および部材を具
体化した例である。本発明により成形される部材は上記
各実施形態に限定されるものでは勿論なく、いかなる圧
粉体にも適用は可能である。そのような部材の例を、以
下に説明する。
【0028】図10(a)はリング状のバルブシートで
あり、図示せぬバルブフェースが密着する座面部30
と、その他の部分の主部31とに分けられて予圧粉体が
成形される。この場合、座面部30が高い耐摩耗性を有
するように予圧粉体が設定される。図10(b)は回動
自在に設けられるラチェット爪であり、爪部40と、軸
受部41と、その他の部分の主部42とに分けられて予
圧粉体が成形される。この場合、爪部40には高い耐摩
耗性が要求され、また、軸受部に41には潤滑油の保持
機能を有するように多孔質が要求され、さらに主部42
には高い強度が要求される。したがって、これら部位と
なる各予圧粉体は、各特性を満足し得るよう設定され
る。図10(c)は軸受であり、軸が摺動する内面部5
0と、その他の部分の主部51とに分けられて予圧粉体
が成形される。この場合、内面部50が高い耐摩耗性を
有するように予圧粉体が設定される。図10(d)はボ
ールベアリングのレースであり、多数のボールが摺動す
る内面部60と、これよりも外側の外面部61とに分け
られて予圧粉体が成形される。この場合、内面部60が
高い耐摩耗性を有するように予圧粉体が設定される。図
10(e)は板カムであり、高い圧力を受けるトップ部
70と、その他の部分のボトム部71とに分けられて予
圧粉体が成形される。この場合、トップ部70が高い耐
摩耗性を有するように予圧粉体が設定される。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数の予圧粉体をハンドリングが可能な密度に成形し、次
いで、これら予圧粉体を押し型で圧縮して相互に接合さ
せることにより所望の圧粉体を成形することを特徴とす
るから、特殊な金型を要することなく、かつ複雑な層構
造の部材であっても容易に圧粉体を得ることのできると
いった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態に係る圧粉体の斜視
図である。
【図2】 本発明の第1の実施形態に係る予圧粉体の斜
視図である。
【図3】 本発明の第1の実施形態に係る圧粉体を成形
する工程を順に示す断面図である。
【図4】 本発明の第2の実施形態に係る圧粉体の斜視
図である。
【図5】 本発明の第2の実施形態に係る予圧粉体の斜
視図である。
【図6】 本発明の第2の実施形態に係る圧粉体を成形
する工程を順に示す断面図である。
【図7】 本発明の第3の実施形態に係る圧粉体の斜視
図である。
【図8】 本発明の第3の実施形態に係る予圧粉体の斜
視図である。
【図9】 本発明の第3の実施形態に係る圧粉体を成形
する工程を順に示す断面図である。
【図10】 本発明を適用して成形することのできる部
材の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1,10,20…圧粉体、 2a,3a,11a,12a,21a,22a…予圧粉
体、 4,14,24…金型(成形型)、 5,15,25…上パンチ(押し型)、 6,16,26…下パンチ(押し型)、 8,18,28…キャビティ。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年2月3日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図7】
【図5】
【図6】
【図8】
【図9】
【図10】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の予圧粉体をハンドリングが可能な
    密度に成形し、次いで、これら予圧粉体を、前記圧粉体
    を成形し得る成形型のキャビティ内にセットし、この
    後、前記複数の予圧粉体を押し型で圧縮して相互に接合
    させることを特徴とする圧粉体の成形方法。
  2. 【請求項2】 前記複数の予圧粉体は、互いに組み合わ
    せることにより前記圧粉体の形状に相似するよう成形さ
    れ、その組み合わせ状態で、前記キャビティ内にセット
    されることを特徴とする請求項1に記載の圧粉体の成形
    方法。
  3. 【請求項3】 前記圧粉体は、求められる特性が異なる
    複数の部位を有し、これら部位別に、かつ部位に応じた
    粉末材料、形状または密度をもって前記予圧粉体が成形
    されていることを特徴とする請求項1または2に記載の
    圧粉体の成形方法。
  4. 【請求項4】 前記予圧粉体の互いの接合面が、互いに
    噛み合う凹凸面に形成されているか、もしくは少なくと
    も一方の接合面が凹凸面に形成されていることを特徴と
    する請求項1〜3のいずれかに記載の圧粉体の成形方
    法。
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US20220097134A1 (en) * 2020-09-30 2022-03-31 Mahle International Gmbh Method for the powder metallurgical production of a component

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