JP2005262239A - 粉末成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】精度の高い粉末成形用金型を提供すること。
【解決手段】ダイス１０と、ダイス１０にそれぞれ内接する上型及び下型２１、２２、２３及び２４と、を有し、その下型は、独立して動作可能に分割されたパンチ２１、２２及び２３の組み合わせと、分割されたパンチの組み合わせ２１、２２及び２３及びダイス１０の間の精度を調節する固定ピン３０と、から構成される。固定ピン３０は、パンチ２１及び２２を貫通し、ダイス１０の内面とパンチ２３の外面とに両端部が当接することを特徴とする。つまり、成形品の同軸度が問題になる部位（成形品の外周及び軸部分）をそれぞれ成形するダイス１０やパンチ２３の間の相対位置について、固定ピン３０を直接当接させることにより精度良く決定することで、隣接する型間のクリアランスの精度の積み重ねに依存することなく、成形品の精度向上が可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、粉末成形用金型に関する。

従来の技術としては、ダイスとこのダイス内に内接する上パンチ及び下パンチから構成される金型において、上パンチ又は下パンチの少なくとも一方が分割構成され独立的に動作することが可能であり、更に分割構成された核パンチとダイスを固定するピンを有することを特徴とする粉末成形用金型を用い、少なくとも１回以上の加圧成形を行うことにより、中空部を有する部材をたやすく成形することが可能となる粉末成形用金型が開示されている（特許文献１）。

ところで、分割された型を持つ粉末成形用金型において成形される粉末成形品の同軸度が問題になっている。粉末成形品の同軸度のずれは粉末成形時における(1)コアロッドとダイスとの位置ずれ、及び(2)原料粉末の充填量の不均一に由来する成形体のスプリングバック量に差が生じ製品肉厚が円周上でばらつくこと、が主原因である。

従来、粉末成形品の同軸度を向上するためには(1)については型精度の向上や、型間クリアランスの縮小による位置ずれ量の縮小化などが、(2)については原料粉末供給方法の工夫により原料粉末充填量の均一化が行われている。
特開平６−２７００００号公報 特開昭６２−４１４９８号公報

従来、(1)の型精度を向上して同軸度を確保する方法は型の分割数が増えるにつれて困難になった。つまり、従来技術の粉末成形用金型における型精度は隣接する型間のクリアランスの精度の積み重ねに依存することになり、型の分割数の増加に伴い、一定の精度を確保することが困難になっていた。特に、ハブや歯車などを成形する分割された型を持つ粉末成形用金型においてはダイスやパンチが単純な形状ではなく充分な精度を確保することがコストなどの観点から困難になる。

本発明は上記実情に鑑みて行われたものであり、精度の高い粉末成形用金型を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する目的で本発明者らは鋭意研究を行った結果、隣接するパンチやダイス間での精度に依存することなく、型の精度を向上する方法に想到し、以下の発明を完成した。すなわち、上記課題を解決する本発明の粉末成形用金型は、ダイスと、該ダイスにそれぞれ内接する上型及び下型と、を有する粉末成形用金型において、
該上型及び該下型の少なくとも一方は、分割されたパンチの組み合わせと、該分割されたパンチの組み合わせ及び該ダイスの間の精度を調節する固定ピンと、から構成され、
該固定ピンは、該分割されたパンチの組み合わせを構成するうちの１以上のパンチの組み合わせを貫通し、且つ、該貫通するパンチの組み合わせの最外面に当接する該ダイス又はパンチの内面と該貫通するパンチの組み合わせの最内面に当接するパンチの外面とに両端部が当接することを特徴とする。

つまり、成形品の同軸度が問題になる部位（例えば、成形品の外周及び軸部分など）をそれぞれ成形するパンチやダイスの間の相対位置について、固定ピンを直接当接させることにより精度良く決定することで、隣接する型間のクリアランスの精度の積み重ねに依存することなく、成形品の精度向上が可能になった。

なお、特許文献１の金型では分割された各パンチとダイスとを固定するピンを有するが、このピンは分割された各パンチ毎に駆動する機構を省略する目的で設けられたものであり、各パンチとダイスとの間を金型の軸方向（駆動方向）の相対移動を固定するのみであり、ダイスやパンチ間でのクリアランスを制限する作用は発揮できない。

ここで、前記分割されたパンチの組み合わせは同心状に形成されていることができる。そして、前記貫通するパンチの組み合わせは、前記分割されたパンチの組み合わせのうち前記ダイスに隣接するパンチを含むことができる。また、前記固定ピンは、前記分割されたパンチの組み合わせのうち最内周に配設されたパンチの外面と前記ダイスの内面とに前記両端部が当接し、両者の間に配設されたパンチを貫通することができる。ダイスにより成形される部位が同軸度を決定する場合にはダイスの内面に固定ピンの端部が当接するように構成することが好ましい。

つまり、前記固定ピンは、前記分割されたパンチの組み合わせを構成するうち、前記ダイスに対する高い同軸度が必要なパンチの外面と、前記ダイスの内面とに前記両端部が当接し、両者の間に配設されたパンチを貫通することが望ましい。

以上の構成を採用することで、本粉末成形用金型により成形された成形品の精度は固定ピンの長さ及びその両端部のクリアランスの精度に依存することになり、型の分割数が大きくなっても一定の精度を保つことが容易になる。

本発明の粉末成形用金型について実施形態に基づき以下詳細に説明を行う。本実施形態の粉末成形用金型は、ダイスと上型と下型とを有する。ここで、上型及び下型のうちの少なくとも一方は分割されており、分割されたパンチの組み合わせと固定ピンとから構成される。分割されたそれぞれのパンチは独立して動作させることも可能である。

固定ピンは、ダイス及び分割されたパンチの組み合わせのうちで、同軸度などの精度が問題になる成形品の部位に対応するダイス又はパンチの間の相対位置を規定する部材である。つまり、ダイス及び分割されたパンチの組み合わせのうち、同軸度などの精度が必要なパンチ乃至はダイスの間の精度を固定ピンの両端部により直接規定することで、その他のパンチなどの精度の影響を排除することができる。

例えば、精度としての同軸度が問題になる部位としては成形品の外周部と軸部分との間が挙げられる。この場合に、精度を規定すべきダイス又はパンチとして、外周部に対応するダイスと軸部分に対応する最内周のパンチが挙げられる。

固定ピンは両端部が当接しない間のパンチの組み合わせを貫通する。固定ピンが貫通するパンチの組み合わせは、１以上のパンチからなる。固定ピンは貫通するパンチの組み合わせの精度によらずに自身の精度により両端部に当接するパンチ乃至はダイス間の精度を規定できる。貫通するパンチの組み合わせを構成するパンチの数は多い方がパンチ間のクリアランスの精度への影響が大きくなり、本形態を適用する効果が大きくなる。例えば、固定ピンは２以上のパンチを貫通することが好ましい。

固定ピンの一端部がダイスに当接する場合には、貫通するパンチの組み合わせとしてダイスに隣接するパンチを含む。固定ピンは、貫通するパンチの組み合わせに設けられた貫通孔を貫通し、固定ピンの軸方向の相互作用を小さくしている。また、貫通孔はパンチ間の必要な動作を制限しないようにそれぞれのパンチの動作方向に平行な方向に延びる長孔になっている。

固定ピンは、同軸度を規定する軸に対して線対称又は回転対称に配設することが好ましい。例えば、固定ピンを円周方向に対称的に２又は３つ設けることができる。また、固定ピンにより高い精度を確保するためには固定ピン自身の精度（固定ピンの長さ及び固定ピンの両端部の精度）と、固定ピンの両端部が当接するダイス又はパンチの精度とを確保する必要がある。逆に言うと、精度の確保は、ダイス又はパンチにおいては固定ピンの両端部が当接する部分の精度を最低限確保すれば足りる。従って、ダイスの内面の形状や貫通するパンチの組み合わせを構成するパンチの形状が複雑な形状である場合であっても、固定ピンが当接する部分の精度を確保すればよいので、精度の確保が容易になると共に、型の製造コストが低減できる。

以上の構成をもつことから、本実施形態の粉末成形用金型により成形される成形品の同軸度は主に固定ピンの精度により規定される。つまり、固定ピンと固定ピンが当接する部分とについて精度を制御するだけで、成形品の充分な同軸度（精度）を確保することができる。従って、固定ピンの両端部が当接しない他のパンチやダイスの精度は同軸度に要求される精度で作製する必要が無くなり、個別に適正な精度を採用することができる。また、同軸度の基準をそれぞれのパンチ毎で適正に決定でき、他を考慮することなくクリアランスを決定できるので、精度が特に必要でないパンチなどではクリアランスを大きくすることも可能になる。

また、ダイスやパンチ間での磨耗などによりクリアランスが経年変化しても固定ピンにより精度を維持することができる。そして、固定ピン自身や固定ピンが当接する部分が磨耗などにより変化して精度が維持できなくなった場合でも、固定ピンを交換乃至は修理することで精度を容易且つ安価に復活することができる。

（構成）
本実施例の粉末成形用金型は、図１及び２に示すように、ダイス１０と下型（２１、２２、２３、２４及び３０）と上型（図略）とを有する。本粉末成形用金型はトランスミッション用のシンクロハブを成形品として成形する金型である。この成形品はダイス１０により成形される外周面の歯とコア２４により成形される軸との間の精度（同軸度）が重要である。従って、本金型において、ダイス１０とコア２４との同軸度の制御が問題になる。

ダイス１０は内面には成形するシンクロハブの外周に歯を形成するための歯型（図略）が設けられている。ダイス１０の内面には固定ピン３０の一端部が当接する位置決め部をもつ。位置決め部については固定ピン３０と併せて後で説明する。

下型は、パンチ２１、２２及び２３と、コア２４と、固定ピン３０とを備える。パンチ２１、２２及び２３は略同心状であって、円柱状のパンチ２３の周りに、順次、密着する円筒状のパンチ２２及びパンチ２１が形成される。図１において、パンチ２１、２２及び２３の下方は省略しているが、パンチ２１、２２及び２３をそれぞれ独立して軸方向に制御できるプレス装置が接続されている。
。パンチ２３の上端部にはコア２４がボルト４０により固定されている。両者は一体に動作する。パンチ２３の外面には固定ピン３０が当接する位置決め部（図略）をもつ。パンチ２１及び２２は固定ピン３０が貫通する「貫通するパンチの組み合わせ」であり、固定ピン３０が貫通できる長孔状の貫通孔（図略）が形成されている。パンチ２３の位置決め部については固定ピン３０と併せて後で説明する。

固定ピン３０は長さ方向の精度に優れる部材である。固定ピン３０は両端部がダイス１０の位置決め部とパンチ２３の位置決め部とに当接することで両者の間隔を制限する。固定ピン３０は組み合わせるダイス１０の位置決め部及びパンチ２３の位置決め部の間隔によって長さを変化させることで必要な精度が得られる。なお、ダイス１０及びパンチ２３のそれぞれの位置決め部は両者の相対運動にかかわらず一定の間隔を保つ精度をもつことが望まれる。特に、両者の位置決め部において、原料粉末を最終的に圧縮し終える際に固定ピン３０が当接する部分の近傍の精度が適正に制御されることが望まれる。

図１において右方の固定ピン３０は便宜的に断面に表れるものとして示しているが、固定ピン３０は、図２に示すように、パンチ２１、２２及び２３の中心軸を回転軸とした３次の回転対称の位置に配設されている。固定ピン３０の数は３以上にすることが高い精度を実現する観点から好ましい。

（作用効果）
本実施例の粉末成形用金型は、以上の構成を有することから、以下の作用効果を発揮する。図１に示すダイス１０とパンチ２１、２２及び２３とコア２４とで区画される上方が開口した空間内にフィーダから原料粉末がすり切りまで投入される。その後、上方から上型が降下して原料粉末を圧縮成形する。その際にダイス１０並びにパンチ２１、２２及び２３がそれぞれ独立して適正に移動して円滑に粉末成形が行われる。その場合に、コア２４とダイス１０との同軸度は固定ピン３０により規制されている。

比較例

本比較例の粉末成形用金型は、固定ピンを有しないこと以外は実施例の粉末成形用金型とほぼ同様の構成を有する。つまり、ダイス９１０と下型（９２１、９２２、９２３及び９２４）と上型（図略）とを有する。

従って、本比較例の粉末成形用金型によると、成型される成形品の精度（同軸度）はダイス９１０及びパンチ９２１の間のクリアランス、パンチ９２１及び９２２の間のクリアランス、パンチ９２２及び９２３の間のクリアランス、並びにパンチ９２３及びコア９２４間のクリアランスの４つのクリアランスの和によって決定される。従って、最終的な成形品の精度はパンチ９２１、９２２、９２３及び９２４並びにダイス９１０の組み合わせによって変化し、適正な精度を得るためには必要な精度が得られるまでその組み合わせを試行錯誤により変化させる必要がある。

つまり、比較例の粉末成形用金型では、必要な同軸度を実現するためにはダイス９１０、パンチ９２１、９２２及び９２４のそれぞれ構成要素の精度を向上する必要があるほか、製造されたそれぞれの構成要素を組み合わせた場合の相互関係も考慮する必要がある。

それに対して、実施例の粉末成形用金型ではダイス１０、パンチ２１、２２及び２３については、それぞれ一定の精度を実現できれば厳密な相互関係を考慮することなく固定ピン３０の長さを調節することで必要な同軸度が得られるという効果を発揮する。すなわち、ダイス１０などの構成要素が多少変化しても、ほとんどの場合に固定ピン３０により調節できるという効果がある。つまり、型を使用することにより型が磨耗などで変形しても固定ピンによって調節することが可能になる。

以上まとめると、実施例の粉末成形用金型ではダイス１０及び固定ピン３０の間のクリアランス、固定ピン３０及びパンチ２３の間のクリアランス、並びにパンチ９２３及びコア９２４間のクリアランスの３つのクリアランスの和によって決定されるので、比較例の粉末成形用金型よりも影響を受けるクリアランスの数が１つ少なくなる。

更に、実施例の粉末成形用金型における固定ピン３０とダイス１０及びパンチ２３との位置決め部との間のクリアランスは、固定ピン３０を変更するだけで容易に制御できるので、比較例の粉末成形用金型におけるダイス９１０とパンチ９２１及び９２２の間のクリアランス、並びにパンチ９２２及び９２３の間のクリアランスに比べて制御しやすい。また、比較例の粉末成形用金型の各パンチ及びダイスの間の形状は複雑な部分も存在し、その当接する部分のクリアランスの制御が容易でないのに対して、実施例の粉末成形用金型における固定ピン３０が当接する位置決め部の形状は単純にできるので精度向上には有利である。

本実施例の粉末成形用金型の断面概略図である。 図１に示した本実施例の粉末成形用金型のII-II断面概略図である。 本比較例の粉末成形用金型の断面概略図である。

符号の説明

１０、９１０…ダイス
２１、２２、２３、９２１、９２２、９２３…パンチ（下型）
２４、９２４…コア（下型）
３０…固定ピン
４０、９４０…ボルト

Claims (5)

1. ダイスと、該ダイスにそれぞれ内接する上型及び下型と、を有する粉末成形用金型において、
   該上型及び該下型の少なくとも一方は、分割されたパンチの組み合わせと、該分割されたパンチの組み合わせ及び該ダイスの間の精度を調節する固定ピンと、から構成され、
   該固定ピンは、該分割されたパンチの組み合わせを構成するうちの１以上のパンチの組み合わせを貫通し、且つ、該貫通するパンチの組み合わせの最外面に当接する該ダイス又はパンチの内面と該貫通するパンチの組み合わせの最内面に当接するパンチの外面とに両端部が当接することを特徴とする粉末成形用金型。
2. 前記分割されたパンチの組み合わせは同心状に形成されている請求項１に記載の粉末成形用金型。
3. 前記貫通するパンチの組み合わせは、前記分割されたパンチの組み合わせのうち前記ダイスに隣接するパンチを含む請求項１又は２に記載の粉末成形用金型。
4. 前記固定ピンは、前記分割されたパンチの組み合わせのうち最内周に配設されたパンチの外面と前記ダイスの内面とに前記両端部が当接し、両者の間に配設されたパンチを貫通する請求項２又は３に記載の粉末成形用金型。
5. 前記固定ピンは、前記分割されたパンチの組み合わせを構成するうち、前記ダイスに対する高い同軸度が必要なパンチの外面と、前記ダイスの内面とに前記両端部が当接し、両者の間に配設されたパンチを貫通する請求項２〜４のいずれかに記載の粉末成形用金型。
   

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