JP2011073028A - 成形用パンチ金型，該成形用パンチ金型を備えた成形装置、および成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形体の形状を変えることなく金型の応力集中の抑制が可能なパンチ金型構造，成形装置、および成形方法を提供することである。
【解決手段】略筒形状を有するとともに内周側に軸方向に突出した突出部、又は半径方向の段差部または窪み部を有する筒状部材を圧粉成形するために使用するパンチ金型３００であって、略筒形状を有するとともに内周面または外周面の少なくとも一部に中心方向に突出した突出部３３０を有し、該突出部の下面と同一面で上下２分割され、分割された面同士が機械的に締結され又は接着材により接着されていることを特徴とする筒状部材の成形用パンチ金型，成形装置、および成形方法にある。
【選択図】 図３

Description

本発明は、圧粉成形によって筒状構造の内周側または外周側に軸方向に突出した突出部を有する筒状部材を製造するために使用する成形用パンチ金型，該パンチ金型を備えた成形装置および成形方法に関する。

内周側または外周側に突出部を有する圧粉成形体は、圧粉磁心材を用いたモータコアなどで使用される。例えば、モータコアでは、リング構造の内周部に、周方向に離散的に突起構造を有する三次元成形体を使用する。この成形体の密度が大きいほど、モータ出力の向上，モータトルクの向上に寄与する。〔特許文献１〕には、磁性粉の圧縮により固定子鉄心を形成した回転電機について開示されている。

特開２００７−１２４８８４号公報

図２（ａ）は、〔特許文献１〕に示された圧粉成形によって成形された筒状の圧粉成形体２００の斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ部における内周面側を拡大して示した拡大斜視図である。筒状の圧粉成形体２００は、ドーナツ状または円筒状の本体部２１０を有し、本体部２１０の内周側に軸方向に突出した突出部２２０、或いは半径方向の突起部２１０の外面，内面間の段差部または窪み部を有する。

以下に上記筒状の圧粉成形体２００を製造するための金型構造，成形装置および成形方法の従来例を説明する。

図４は、図２の圧粉成形体２００を製造するための成形用パンチ金型の上パンチ４００の形状を示したものであり、図４（ａ）は、上パンチ４００を側面上方から見た斜視図であり、図４（ｂ）は、上パンチ４００を側面下方から見た斜視図である。上パンチ４００は、リング部４１０とリング部４１０の内周側に半径方向に突出した突出部４２０からなる。リング部４１０の底面４１１で成形体のリング部上面２１１を、突出部４２０の下面４２１で成形体の突出部上面２２１を加圧する。

図１２は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線断面で示す上パンチを備えた圧粉成形装置１２００の構成および成形方法を示す要部断面図である。圧粉成形装置１２００は、内周部のコア金型１２１０，外周部のダイ１２２０、および粉体１２０１に上方向から押し圧力を加える上パンチ１２３０，粉体に下方向から押し圧力を加える下パンチ１２４０からなる。上パンチ１２３０と下パンチ１２４０を相対的に移動させることによって、圧粉成形体１２０２を形成する。

上記構成において、上パンチ４００のコーナー部４３０に応力集中が発生し亀裂が生じることが問題となる。圧粉成形時に、上パンチ４００の突出部下面４２１にはプレス機により印加した圧力が、上パンチ４００のリング部内周面４１２には粉体が沿いつぶされることによる側圧が加わる。これにより、コーナー部４３０に強い引っ張り応力が発生する。このため、従来は、コーナー部４３０に曲面を設け、応力集中の緩和を図っている。一方で、図２に示すように成形体２００の該当箇所にも同様の曲面ができる。このように、従来方法では、成形体に不必要な曲面を設けることとなり、成形体の設計自由度が制限される。例えば、成形体を〔特許文献１〕に示すようなモータコアに用いた場合には、突起部の鉄量が減少するためモータ出力やモータトルクが低下するなど、十分な特性を得られない場合がある。

従って、本発明の課題は、成形体の形状を変えることなく金型の応力集中の抑制が可能なパンチ金型構造，成形装置、および成形方法を提供することである。

上記課題を達成するために、本発明は略筒形状を有するとともに内周側または外周側に軸方向に突出した突出部または半径方向の段差部または窪み部を有する筒状部材を圧粉成形するために使用する成形用パンチ金型であって、略筒形状を有するとともに内周面または外周面の少なくとも一部に中心方向に突出した突出部を有し、該突出部の下面と同一面で上下２分割され、分割された面同士が機械的に締結され又は接着材により接着されていることを特徴とするものである。

更に、本発明は成形用パンチ金型において、前記上下に分割されたパンチ金型同士が、前記分割面でボルト締結，ネジ締結、或いは一方のパンチに凹部を形成し他方のパンチに凸部を形成して嵌め込みによって締結されていることを特徴とするものである。

更に、本発明は成形用パンチ金型において、圧粉成形される筒状部材の形状に対応させて上下に２分割されたパンチのうち下部のパンチが交換可能であることを特徴とするものである。

更に、本発明は上述の成形用パンチ金型において、前記突出部の下面と前記下部のパンチの内周面との連結部であるコーナー部が、非曲面構造の角張った構造であるか、または、前記コーナー部の曲率半径をＲ、前記突出部の半径方向の幅をδとした場合にＲ／δ＜０.２mmを満足するか、または、前記コーナー部の曲率半径をＲとした場合にＲ＜０.２mmであるか、のうちの少なくとも何れか１つであることを特徴とするものである。

更に、本発明は上述の成形用パンチ金型を上パンチ金型とし、前記上パンチ金型と軸方向に対向して下パンチ金型を配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の外側にダイを配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の内側にコア金型を配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の間に充填された粉体を、前記上パンチと前記下パンチを相対的に移動させることによって成形することを特徴とするものである。

更に、本発明は上述の成形用パンチ金型を用いて、前記下パンチ金型が前記筒状部材の突出部の外径におおよそ対応した径で、内周パンチと外周パンチに分割されており、粉体を前記上パンチと前記内周パンチ、および前記外周パンチを相対的に移動させることによって成形することを特徴とするものである。

また、上記課題を達成するために、本発明は筒状部材の成形方法において、内周面の少なくとも一部に中心方向に突出した突出部を有し、該突出部の下面と同一面で上下２分割され、分割された面同士が機械的に締結され又は接着材により接着されている上パンチに軸方向に対向して下パンチ金型を配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の外側にダイを配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の内側にコア金型を配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の間に充填された粉体を、前記上パンチと前記下パンチを相対的に移動させることにより圧粉成形し、略筒形状で内周側に段差または窪みを有する圧粉成形の筒状部材を製造することを特徴とするものである。

更に、本発明は筒状部材の成形方法において、前記上下に分割されたパンチ金型同士が、前記分割面でボルト締結，ネジ締結、或いは一方のパンチに凹部を形成し他方のパンチに凸部を形成して嵌め込みによって締結されていることを特徴とするものである。

更に、本発明は筒状部材の成形方法において、圧粉成形される筒状部材の形状に対応させて上下に２分割されたパンチのうち下部のパンチが交換可能であることを特徴とするものである。

更に、本発明は筒状部材の成形方法において、前記突出部の下面と前記下部のパンチの内周面との連結部であるコーナー部が、非曲面構造の角張った構造であるか、または、前記コーナー部の曲率半径をＲ、前記突出部の半径方向の幅をδとした場合にＲ／δ＜０.２mmを満足するか、または、前記コーナー部の曲率半径をＲとした場合にＲ＜０.２mmであるか、のうちの少なくとも何れか１つであることを特徴とするものである。

更に、本発明は筒状部材の成形装置において、上述の筒状部材の成形方法に用いられるパンチ金型を上パンチ金型とし、前記上パンチ金型と軸方向に対向して下パンチ金型を配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の外側にダイを配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の内側にコア金型を配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の間に充填された粉体を、前記上パンチと前記下パンチを相対的に移動させることによって成形することを特徴とするものである。

更に、本発明は筒状部材の成形装置において、前記下パンチ金型が前記筒状部材の突出部の外径におおよそ対応した径で、内周パンチと外周パンチに分割されており、粉体を前記上パンチと前記内周パンチ、および前記外周パンチを相対的に移動させることによって成形することを特徴とするものである。

本発明のパンチ金型は、突出部が２分割されているため、下記理由により、コーナー部での破損が生じにくい。
１）パンチ金型の突出部の下面と円筒部の内周面が材料的に一体化されていないので、コーナー部分に該下面と内周面の応力の加算がない。
２）強い荷重がパンチ金型の突出部に垂直に加わるが、パンチ金型の突出部の下面と同一平面状での分割され連結された構成により、突出部での引張応力が弱まる。
３）突出部でパンチ金型が分離されているので、亀裂の進行がない。

そのため、パンチ金型の突出部下面と、これに連結する円筒部内周面との連結部であるコーナー部の応力集中を低減できる。

（ａ）は、第１実施形態の圧粉成形装置で製造された圧粉成形体を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）図のＦ部における外周面側を拡大して示した拡大斜視図である。 （ａ）は、従来の圧粉成形装置で製造された圧粉成形体を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）図のＡ部における外周面側を拡大して示した拡大斜視図である。 実施例１の形態のパンチ金型の構成を示したものであり、（ａ）は、上部パンチと下部パンチが締結されたパンチ金型の斜視図であり、（ｂ）は、上部パンチと下部パンチが分離された状態のパンチ金型の斜視図である。 従来のパンチ金型の形状を示した図であり、（ａ）は、パンチ金型を側面上方から見た斜視図であり、（ｂ）は、パンチ金型を側面下方から見た斜視図である。 実施例２の図３Ｃ−Ｃ線断面で示す上パンチ金型を備えた圧粉成形装置の要部断面構成図である。 従来例を示す。 実施例４の圧粉成形装置の要部断面構成図である。 （ａ）は、第３実施形態の圧粉成形装置で製造された圧粉成形体を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）図のＩ部における外周面側を拡大して示した拡大斜視図である。 実施例３のパンチ金型の構成を示したものであり、（ａ）は、上部パンチと下部パンチが締結されたパンチ金型の斜視図であり、（ｂ）は、上部パンチと下部パンチが分離された状態のパンチ金型の斜視図である。 実施例４の圧粉成形装置で製造された圧粉成形体を示す斜視図である。 実施例１の図３Ｃ−Ｃ線断面で示す上パンチ金型を備えた圧粉成形装置の要部断面構成図である。 従来パンチ金型の図４Ｂ−Ｂ線断面で示す上パンチ金型を備えた圧粉成形装置の要部断面構成図である。 実施例５の圧粉成形装置の要部断面構成図である。 実施例４の圧粉成形装置により成形された圧粉成形体をモータの固定子に適用した例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

図３は、実施例１のパンチ金型３００の構成を示したものであり、図３（ａ）は上部パンチ３１０と下部パンチ３２０が連結されたパンチ金型３００の斜視図であり、図３（ｂ）は、上部パンチ３１０と下部パンチ３２０が分離された状態のパンチ金型３００の斜視図である。

図３（ａ）に示すように、第１実施形態のパンチ金型は、成形体の本体部，突出部形状を形作るものであり、略円筒状を呈しており、上側の内周面には中心方向に突出部３２０が周方向に３個形成されている。

パンチ金型３００は、図３（ｂ）に示すように、突出部３２０の下面と同一面で上下２つに分割され、上部パンチ３１０と下部パンチ３２０に分離して構成され、パンチ金型の分割面は、突出部下面と同一面をなしている。

この分割面にて、上下のパンチが分割可能な接続方法で締結されており、例えば、下部パンチにボルトを取り付け（図示せず）、これに対応する上部パンチにナット（図示せず）を取り付けることで、上下のパンチ同士をボルト締めし強く接続することができる。

この上下コアの締結方法は、ボルト締結に限らず、上下パンチの分割面の一方に凹部を形成し、他方に凸部を形成して、上部パンチと下部パンチとを該凹凸部を嵌合し圧入等により結合してもよい。

なお、上下パンチの連結は、接着材等により結合してもよく、またネジ締結を採用してもよい。

上述した如く、パンチ金型は、上部パンチ下面および下部パンチの上面とからなる平らな面の分割面で、上部パンチと下部パンチが接合されている。

そのため、パンチ金型の段差が形成される突出部の下面３３１と内周面３２１とで形成されるコーナー部（図示せず）は非曲面構造を形成可能であり、例えば垂直面等の角張った形状で形成されている。

図１１は、図３のＣ−Ｃ′線断面で示すパンチ金型を上パンチ１１３０として備えた圧粉成形装置１１００の要部断面構成図であり、図１１（ａ）は上パンチを上昇させた圧粉成形前の装置構成を示しており、図１１（ｂ）は上パンチ１１３０を下降させるとともに、下パンチ１１４０を下降させて、粉体１１０１を押圧し圧粉成形体１１０２を成形した圧粉成形直後で圧粉成形体１１０２の抜出前の装置構成を示している。

図１１（ａ），（ｂ）において、中心線Ｄから左側は突出部があるパンチ金型部分での装置構成図であり、中心線Ｄから右側は突出部がないパンチ金型部分での装置構成図である。

図１１（ａ）に示すように、圧粉成形装置１１００は、コア金型１１１０の外周面外側部分に、下方から押圧力を加える下パンチ１１４０が配置され、さらに該下パンチ１１４０の外周面外側部分にダイ１１２０が配置され、このダイ１１２０，コア金型１１１０、および下パンチ１１４０で形成される空間Ｅの上方に、上方から押圧力を加える上パンチ１１３０が配置されている。

この構成の圧粉成形装置１１００において図１１（ａ）に示すように、ダイ１１２０，コア金型１１１０、および下パンチ１１４０で形成される空間Ｅに粉体１１０１を充填し、図１１（ｂ）の白抜き矢印に示すように、上パンチ１１３０を下降させて粉体１１０１に上方から荷重を加えるとともに、粉体１１０１に下方からも荷重が加わるよう下パンチ１１４０を下降させる。以上のように、粉体１１０１をダイ１１２０，コア金型１１１０，下パンチ１１４０、および上パンチ１１３０で押圧して成形し、圧粉成形体１１０２を製造する。

なお、粉体として圧粉磁心材を用いて、圧粉成形体の全体密度を、粉体を構成する圧粉磁性材が真密度の９２％以上となるように、プレス機の圧粉成形装置によって荷重を加え、図１に示す構造の圧粉成形体を製造した。

なお、図１（ａ）は、圧粉成形装置１１００で製造された圧粉成形体１００を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す圧粉成形体１００のＦ部における外周側面側を拡大して示す拡大斜視図である。

図１、および図１１に示すように、圧粉成形装置１１００を用いることにより、ドーナツ状構造の本体部１１０の上面に、周方向に３個の突起部１２０を有する圧粉成形体１００が成形される。

圧粉成形体１００は、略筒形状を有するとともに、内周側に軸方向に突出した突起部１２０、または半径方向の段差部または窪み部、すなわち突起部１２０を形成する半径方向の段差部または窪み部を有している。

ところで、前記の図４に示すパンチ金型４００においては、成形に際してコーナー部４３０に応力集中が起こり亀裂が生じ、パンチ金型が短期間で破損する。

圧粉成形体の粉体の真密度が高いほどパンチ金型に加わる荷重が大きくなるので、パンチ金型の寿命は短くなる。

これに対して、実施例１では、パンチ金型３００が、図３に示すように、突出部の下面と同一面で上部パンチ３１０と下部パンチ３２０とに上下に２分割され締結される構成なので、パンチ金型３００の突出部の下面３３１と内周面３２１とで形成されるコーナー（図示せず）は、別体の上部パンチ３１０と下部パンチ３２０とで形成されるため、応力集中が起こることがなく、パンチ金型３００に過大な応力が加わることが防止され、破損することはない。

また、本実施の形態では、図１に示す圧粉成形体１００は、突起部１２０の先端面１２１と外周面１２２との連結部の曲率半径１２３をほぼゼロにすることができる。

一方、前記の図２の場合、図２（ｂ）に示す圧粉成形体２００のコーナー部２２３は、曲面構造であるため、先端面２２１のフラットな領域の面積が小さくなる。

このように、圧粉成形体の突起部の先端面の平坦性が向上した場合、下記の効果が得られる。
１）粉成形体の突起部の先端面を重ね合わせた場合、突起部の先端面がフラットである方が、より密着力が向上する。
２）圧粉成形体の先端面で構成される全端面がフラットな方が、幅の薄い，幅寸法が小さい機器向けに、薄型にできる点で好ましい。
３）圧粉磁心材を使ったモータコアなどの成形に適用した場合、必要がない曲面形状を避け同一体格で鉄量が増加するため、モータ出力やモータトルクが大きくなる。

尚、前述の実施例１では、図１に示すように、圧粉成形体の突起部の数が３個の場合を示したが、３個以外のものでも同様の効果がある。

図５を用い第２実施形態を説明する。図５は、第２実施形態の圧粉成形装置５００の構成を示す要部断面図である。図５（ａ）は、上パンチ５３０を上昇させた圧粉成形前の装置構成を示しており、図５（ｂ）は上パンチ５３０を下降させるとともに、下外周側パンチ５４０および下内周側パンチ５５０を下降させて、粉体５０１を押圧し圧粉成形体５０２を成形した直後で圧風成形体５０２の抜出前の装置構成を示している。

図５（ａ）に示すように、本形態では、成形体の下面を押圧する下パンチが内周側下パンチ５５０と外周側下パンチ５４０に２分割されている。成形前には外周側パンチ５４０を上昇させておくことで、図１に示した成形体の本体部分１１０の粉体高さを成形体突起部分１２０の粉体高さより低くすることができる。

図５（ａ）の状態から、上パンチ５３０を下降させ粉体５０１を押圧する。同時に、下外周側パンチ５４０は、上方向に荷重を加えながら下外周パンチ５４０の上面５４１が下内周側パンチ５５０の上面５５１と略一致する位置まで下降させる。

上記により、成形体の本体部１１０と突起部１２０とで粉体の圧縮量を略同一とすることが可能である。すなわち、成形体の本体部１１０と突起部１２０との密度を均一化させた成形が可能になる。

このように、圧粉成形体の本体部と突起部の密度を均一化した場合、下記の効果が得られる。
１）成形体の強度を本体部、突起部で均一化することができる。
２）圧粉磁心を使ったモータコアなどの成形に適用した場合、モータコア内で飽和磁束密度や鉄損などの磁気特性が略均一となる。

図８，図９を用い実施例３を説明する。図９は、第３実施形態のパンチ金型９００の構成を示したものであり、図９（ａ）は上部パンチ９１０と下部パンチ９２０が連結されたパンチ金型９００の斜視図であり、図９（ｂ）は、上部パンチ９１０と下部パンチ９２０が分離された状態のパンチ金型９００の斜視図である。

図９（ａ）に示すように、第３実施形態のパンチ金型９００は、成形体の本体部，突出部形状を形作るものであり、略円筒状を呈しており、上側の内周面には中心方向に突出部９３０が周方向に３個形成されている。突出部９３０の下面９３１は、内周側から外周側にかけ軸方向下向きの２段階のテーパ状となっている。

パンチ金型９００は、図９（ｂ）に示すように、突出部９３０のテーパ状下面９３１の傾きが異なる位置で上下２つに分割され、上部パンチ９１０と下部パンチ９２０に分離して構成され、パンチ金型９００の分割面は、突出部下面と同一面をなしている。

この分割面にて、上下のパンチが分割可能な接続方法で締結されており、例えば、下部パンチにボルトを取り付け（図示せず）、これに対応する上部パンチにナット（図示せず）を取り付けることで、上下のパンチ同士をボルト締めし強く接続することができる。

この上下コアの締結方法は、ボルト締結に限らず、上下パンチの分割面の一方に凹部を形成し、他方に凸部を形成して、上部パンチ９１０と下部パンチ９２０とを該凹凸部を嵌合し圧入等により結合してもよい。

なお、上下パンチの連結は、接着材等により結合してもよく、またネジ締結を採用してもよい。

上述した如く、パンチ金型９００は、上部パンチ下面および下部パンチの上面とからなる平らな面の分割面で、上部パンチ９１０と下部パンチ９２０が接合されている。

なお、図８（ａ）は、図９のパンチ金型９００を上パンチとして用いた圧粉成形装置５００で製造された圧粉成形体８００を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す圧粉成形体８００のＩ部における外周側面側を拡大して示す拡大斜視図である。

図８に示すように、圧粉成形装置５００を用いることにより、ドーナツ状構造の本体部８１０の上面に、周方向に３個の突起部８２０を有する圧粉成形体８００が成形される。

圧粉成形体８００は、略筒形状を有するとともに、内周側に軸方向に突出した突起部８２０、または半径方向の段差部または窪み部、すなわち突起部８２０を形成する半径方向の段差部または窪み部を有している。成形体８００の突起部８２０の上面の周方向には内周側から外周側に下がるテーパ８２３を有し、突起部８２０の上面の径方向には内側から外側に下がるテーパ８２４を有し、突起部８２０の外周面８２２には上端から下端にかけ外周側に拡大するテーパ８２５を有する。

このように、パンチ金型にテーパを設けた場合、下記の効果が得られる。
１）圧粉成形体の突起部分が軸方向上に向け細くなっていくため、圧粉成形後に上パンチを成形体から外しやすくなる。

実施例４の３Ｄ（ディメンション）モータの固定子コアを圧粉成形する場合を、図７，図１０，図１４を用いて説明する。

図７は、３Ｄモータコアを圧粉成形する圧粉成形装置７００の構成を示す要部断面図であり、図７（ａ）は、上パンチ７３０を上昇させた圧粉成形前の装置構成を示しており、図７（ｂ）は上パンチ７３０を下降させるとともに、下パンチを下降させて、粉体を押圧し圧粉成形体７０２を成形した圧粉成形直後で圧風成形体７０２の抜出前の装置構成を示している。

図７（ａ），（ｂ）において、中心線Ｊから左側は突出部があるパンチ金型部分での装置構成図であり、中心線Ｊから右側は突出部がないパンチ金型部分での装置構成図である。

図７（ａ）に示すように、圧粉成形装置７００は、コア金型７１０の外周面外側部分に、下方から押圧力を加える下内周側パンチ７５０および下外周側パンチ７４０が配置され、さらに該下外周側パンチ７４０の外周面外側部分にダイ７２０が配置され、このダイ７２０，コア金型７１０、および下内周側パンチ７５０，下外周側パンチ７４０で形成される空間Ｋの上方に、上方から押圧力を加える上パンチ７３０が配置されている。

この構成の圧粉成形装置７００において図７（ａ）に示すように、ダイ７２０，コア金型７１０、および下内周側パンチ７５０，下外周側パンチ７４０で形成される空間Ｋに粉体７０１を充填し、図７（ｂ）の白抜き矢印に示すように、上パンチ７３０を下降させて粉体７０１に上方から荷重を加えるとともに、粉体７０１に下方からも荷重が加わるよう下外周側パンチ７４０を下降させる。以上のように、粉体７０１をダイ７２０，コア金型７１０，下内周側パンチ７５０，下外周側パンチ７４０および上パンチ７３０で押圧して成形し、圧粉成形体７０１を製造する。

なお、粉体として圧粉磁心材を用いて、圧粉成形体の全体密度を、粉体を構成する圧粉磁性材が真密度の９２％以上となるように、プレス機の圧粉成形装置によって荷重を加え、図１０，図１４に示す構造の圧粉成形体を製造した。

図１０は、圧粉成形装置７００で製造された圧粉成形体１０００を示す斜視図であり、図１４は、圧粉成形装置７００により成形された圧粉成形体１４１０をモータの固定子に適用した例を示す斜視図である。

図１４（ａ），図１４（ｃ）は圧粉成形装置７００により成形された圧粉成形体１４１０のモータの固定子の斜視図であり、図１４（ｂ）は、これらの圧粉成形体１４１０のモータの固定子により挟着される電流を流すためのコイル１４２０の斜視図である。

上記構成においては、鉄の圧粉磁心材を利用し、圧粉成形体の突起部構造の密度と圧粉成形体の全体の密度を９２％以上とするように、上パンチおよび下パンチで粉体に荷重を加えた。

従来、このような高密度では、前記の図４に示すように、上パンチ金型４００のコーナー部４３０に応力集中が生じ、パンチ４００が短期間で破損する場合がある。成形体の材料の密度が高くなるほど、上パンチに加わる荷重が大きくなるため、寿命が短くなる。

しかし、本実施例４においては、パンチ金型７３０のコーナー部７３１が上部パンチ７３２と下部パンチ７３３とが分割されて連結され構成されているため、パンチ金型７３０の破損が抑止される。

前記の成形により、図１０，図１４（ａ），図１４（ｃ）に示すように、環状構造体１０１０の上面に突起部１０２０が周方向に１２個存在している圧粉成形体（１０００，１４１０）が成形される。

圧粉成形体は、略筒形状を有するとともに、内周側に軸方向に突出した突起部１０２０、または半径方向の段差部または窪み部、すなわち突起部１０２０を形成する半径方向の段サブまたは窪み部を有している。

この圧粉成形体１０００においては、図７に示すように、圧粉成形体１０００を成形する圧粉成形装置７００のパンチ金型７３０が上部パンチ７３２と下部パンチ７３３との２分割構成であり、図１０に示す圧粉成形体の突起部１０２０の外周面側と先端面１０２２の連結部１０２３は図１０に示すように、上部パンチの突出部の下面と下部パンチの内周面で成形され、圧粉成形体の連結部１０２３を非曲面構造の垂直面，非垂直面等の角張った形状とすることが可能であり、先端面１０２２を平らな面に成形することができる。

本実施形態では、成形体の内周突起部に対応する位置７３１でのみパンチを分割したが、成形体の外周側の段差部７３４でパンチを分割してもよい。さらには、その両者を併用することも可能である。

このように、圧粉成形体の突起部の先端面の平坦性を向上することにより、下記の効果が得られる。
１）圧粉成形体の突起部の先端面で重ね合わせていくとき、平らな面の方が、密着力が向上する。先端面と平面状の材料の接続時に、平らな領域が大きい先端面で接続面を最大化することができ、接触力を向上できるとともに、無駄なスペースをなくすことができる。
２）先端面が平らな方が幅の狭い機器向けに、薄型にできる点で好ましい。

本実施例４では、曲率半径Ｒがゼロの場合を例示して説明したが、曲率半径が有限でも、Ｒ＜δ／０.２、若しくはＲ＜０.１mmであれば上記効果は十分得られる。なお、図１０に示すように、δは圧粉成形体の突起部の先端面の幅寸法である。

さらに、Ｒ／δ＜０.１，Ｒ／δ＜０.０５と小さな値になるにつれ、上記効果は高まり、また、Ｒ＜０.１mm，Ｒ＜０.０５mmと小さな値になるにつれ、上記効果は高まる。

圧粉成形体の全体密度を、粉体を構成する物質の真密度の９２％以上と高密度化することにより、下記の効果がある。
１）圧粉成形体が高密度化することにより堅くなり、圧粉成形体の強度が向上する。
２）搭機部品である場合のように限られたスペースに圧粉成形体を搭載する場合、有効である。
３）ネットシェイプ鍛造で圧粉成形体の成形が可能であり、生産性が向上する。

さらには、圧粉磁心材を使ったモータコアなどの成形に圧粉成形体を活用した場合、下記の効果がある。
４）圧粉成形体をより所望の形状に成形できるので、磁束の歪みが抑制され磁束密度が向上し、磁束密度に依存するモータ出力や、モータトルクが大きくなる。

さらに、最大応力が低減されるので下記効果がある。
１）圧粉成形体に加わる応力が平均化し、成形体密度を均一化できる。
２）圧粉成形体の一部に集中する残留応力を低減でき、ヒステリシス損が低減できる。
３）粉体に絶縁被覆した圧粉磁心材を利用している場合、圧粉成形体に加わる応力が平均化して集中しないため、その絶縁被覆の破壊が防止され、渦電流損が低減する。
４）パンチ金型における応力集中が防止されるので、過大な応力がかかることがなく金型寿命が長くなる。
５）上述のことから、モータの部品，アクチュエータの部品、または電装部品に使用した場合に効果がある。

実施例５を図１３を用い説明する。図１３は、実施例５の構成を示す要部断面図であり、図１３（ａ）は、上パンチ１３３０を上昇させた圧粉成形前の装置構成１３００を示しており、図１３（ｂ）は上パンチ１３３０を下降させるとともに、下内周側パンチ１３５０を下降させて、粉体１３０１を押圧し圧粉成形体１３０２を成形した圧粉成形直後で圧風成形体１３０２の抜出前の装置構成を示している。

本実施形態で成形される成形体は、外周側に突起部１３０３を有するが、実施例４と同様に成形体の突起上端部１３３１でパンチ金型を分割することで同様の効果が得られる。また、成形体内周部の段差部１３３４でパンチを分割してもよい。さらには、その両者を併用しても同様の効果が獲られる

１００，２００，５０２，７０２，８００，１０００，１４１０，１１０２，１２０２，１３０２ 圧粉成形体（成形体）
１１０，２１０，８１０，１０１０ 本体部
１２０，２２０，８２０，１０２０，１３０３ 突起部
１２１，２２１，８２１，１０２２ 突起部上端面
１２２，２２２，８２２，１０２１ 突起部外周面
１２３，２２３，８２３，１０２３ 突起部上端面と突起部外周面とからなるコーナー部
３００，４００，９００，１３３０ パンチ金型
３１０，７３２，９１０，１３３２ 上部パンチ
３２０，７３３，９２０，１３３３ 下部パンチ
３２１，４１２ リング部の内周面
３３０，４２０ 突出部
３３１，４２１，９３１ 突出部の下面
３４０，４３０，７３１，１３３１ コーナー部
４１１ リング部下面
５００，７００，１１００，１２００，１３００ 圧粉成形装置（成形装置）
５０１，７０１，１１０１，１２０１ 粉体
５１０，７１０，１１１０，１２１０ コア金型
５２０，７２０，１１２０，１２２０ ダイ
５３０，７３０，１１３０，１２３０ 上パンチ
５４０，７４０，１３４０ 下外周側パンチ
５４１ 下外周側パンチ上端面
５５０，７５０，１３５０ 下内周側パンチ
５５１ 下内周側パンチ上端面
８２４ 突起上端面のテーパ
８２５ 突起外周面のテーパ
１１４０，１２４０ 下パンチ
１４２０ リングコイル
Ｒ 曲率半径（コーナー部の曲率半径）
δ 突起部の先端面の幅寸法

Claims (12)

1. 略筒形状を有するとともに内周側または外周側に軸方向に突出した突出部または半径方向の段差部または窪み部を有する筒状部材を圧粉成形するために使用する成形用パンチ金型であって、
   略筒形状を有するとともに内周面または外周面の少なくとも一部に中心方向に突出した突出部を有し、該突出部の下面と同一面で上下２分割され、分割された面同士が機械的に締結され又は接着材により接着されていることを特徴とする筒状部材の成形用パンチ金型。
2. 請求項１において、
   前記上下に分割されたパンチ金型同士が、前記分割面でボルト締結，ネジ締結、或いは一方のパンチに凹部を形成し他方のパンチに凸部を形成して嵌め込みによって締結されている
   ことを特徴とする筒状部材の成形用パンチ金型。
3. 請求項１において、
   圧粉成形される筒状部材の形状に対応させて上下に２分割されたパンチのうち下部のパンチが交換可能である
   ことを特徴とする筒状部材の成形用パンチ金型。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項の筒状部材の成形用パンチ金型において、
   前記突出部の下面と前記下部のパンチの内周面との連結部であるコーナー部が、非曲面構造の角張った構造であるか、または、前記コーナー部の曲率半径をＲ、前記突出部の半径方向の幅をδとした場合にＲ／δ＜０.２mmを満足するか、または、前記コーナー部の曲率半径をＲとした場合にＲ＜０.２mmであるか、のうちの少なくとも何れか１つである
   ことを特徴とする筒状部材の成形用パンチ金型。
5. 請求項１から請求項４のうちのいずれかの請求項の筒状部材の成形用パンチ金型を上パンチ金型とし、前記上パンチ金型と軸方向に対向して下パンチ金型を配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の外側にダイを配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の内側にコア金型を配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の間に充填された粉体を、前記上パンチと前記下パンチを相対的に移動させることによって成形することを特徴とする筒状部材の成形装置。
6. 請求項５において、
   前記下パンチ金型が前記筒状部材の突出部の外径におおよそ対応した径で、内周パンチと外周パンチに分割されており、粉体を前記上パンチと前記内周パンチ、および前記外周パンチを相対的に移動させることによって成形する
   ことを特徴とする筒状部材の成形装置。
7. 内周面の少なくとも一部に中心方向に突出した突出部を有し、該突出部の下面と同一面で上下２分割され、分割された面同士が機械的に締結され又は接着材により接着されている上パンチに軸方向に対向して下パンチ金型を配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の外側にダイを配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の内側にコア金型を配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の間に充填された粉体を、前記上パンチと前記下パンチを相対的に移動させることにより圧粉成形し、略筒形状で内周側に段差または窪みを有する圧粉成形の筒状部材を製造することを特徴とする筒状部材の成形方法。
8. 請求項７において、
   前記上下に分割されたパンチ金型同士が、前記分割面でボルト締結、ネジ締結、或いは一方のパンチに凹部を形成し他方のパンチに凸部を形成して嵌め込みによって締結されている
   ことを特徴とする筒状部材の成形方法。
9. 請求項７において、
   圧粉成形される筒状部材の形状に対応させて上下に２分割されたパンチのうち下部のパンチが交換可能である
   ことを特徴とする筒状部材の成形方法。
10. 請求項７から請求項９のうちのいずれかの請求項の筒状部材の成形方法において、
    前記突出部の下面と前記下部のパンチの内周面との連結部であるコーナー部が、非曲面構造の角張った構造であるか、または、前記コーナー部の曲率半径をＲ、前記突出部の半径方向の幅をδとした場合にＲ／δ＜０.２mmを満足するか、または、前記コーナー部の曲率半径をＲとした場合にＲ＜０.２mmであるか、のうちの少なくとも何れか１つである
    ことを特徴とする筒状部材の成形方法。
11. 請求項７から請求項１０のうちのいずれかの請求項の筒状部材の成形方法に用いられるパンチ金型を上パンチ金型とし、前記上パンチ金型と軸方向に対向して下パンチ金型を配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の外側にダイを配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の内側にコア金型を配置し、前記上パンチ金型と前記下パンチ金型の間に充填された粉体を、前記上パンチと前記下パンチを相対的に移動させることによって成形することを特徴とする筒状部材の成形装置。
12. 請求項１１において、
    前記下パンチ金型が前記筒状部材の突出部の外径におおよそ対応した径で、内周パンチと外周パンチに分割されており、粉体を前記上パンチと前記内周パンチ、および前記外周パンチを相対的に移動させることによって成形する
    ことを特徴とする筒状部材の成形装置。

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