JP2014024073A

JP2014024073A - 二層成形用フィーダ

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Publication number: JP2014024073A
Application number: JP2012163801A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Saito; 和人齋藤; Aya Mikada; 亜矢三ヶ田
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-07-24
Also published as: JP5949268B2

Abstract

【課題】原料粉末の混入を防止し、健全な二層成形体を成形することができるようにする。
【解決手段】第１の粉末を収容する下面が開放された第１の粉箱１１と、第２の粉末を収容する下面が開放された第２の粉箱１２とを有し、前記第１の粉箱と前記第２の粉箱はフィーダ４０の進退の方向に対し鉛直方向に並べて配置されるとともに、前記フィーダの下面には、第１の粉箱の周囲及び第２の粉箱の周囲にそれぞれ弾性部材からなるシール部材１３，１４がそれぞれ配置された二層成形用フィーダにおいて、フィーダ本体下面の前面側における前記第１の粉箱と前記第２の粉箱の中間に、前記フィーダの進退の方向に延びる弾性部材からなる遮蔽部材４５を形成する。
【選択図】図１４

Description

本発明は、粉末冶金法（特に押型法）において原料粉末の供給に用いられるフィーダに関し、特に成形方向に二種類の原料粉末を積層して成形する二層成形のために用いられるフィーダに関する。

粉末冶金法による焼結部品の製造は、ダイの型孔と下パンチとで形成されるキャビティに原料粉末を充填した後、原料粉末を下パンチと上パンチとで圧縮成形して成形体を作製（いわゆる押型法）し、得られた成形体を焼結炉中で加熱して焼結することで行われる。このような押型法は、焼結部品をニアネットシェイプに造形することができることに加え、一度押型を作製すれば同形状の製品を多量に生産可能であり、製造コストが低廉であるという利点を有していることから、各種機械部品の製造に用いられている。

粉末冶金法を用いた焼結部品としては、製品の上面側と下面側とに異なる組成の材料を組み合わせた焼結部品の製造も行われている。例えば、内燃機関に用いられるバルブシートは、内燃機関のハウジングに固定され、燃焼ガスに曝されながら高温下で吸気バルブ及び排気バルブと当接を繰り返すことから高い耐摩耗性と耐食性が要求される。その一方で高い耐摩耗性と耐食性を備えた材料は高価であり、全体をこのような材料で構成すると部品のコストが増加することから、ハウジングに埋め込まれる側については、比較的安価な材料で構成した、いわゆる二層バルブシートとして製造される。

このような製品の上面側と下面側に異なる組成の材料を組み合わせた焼結部品は、ダイの型孔と下パンチとで形成される第１のキャビティに第１の原料粉末を充填した後、ダイに対して下パンチを相対的に引き下げてダイの型孔と第１の原料粉末の上面とで第２のキャビティを形成し、この第２のキャビティに第２の原料粉末を充填することで第１の原料粉末状に第２の原料粉末を積層して充填し、その後、積層した原料粉末を下パンチと上パンチとで圧縮成形して成形体とすれば、第１の原料粉末と第２の原料粉末とが一体になった成形体、すなわち二層成形体とすることができる。

次いで、上述のようにして得た二層成形体を、通常の方法で焼結することで上面側と下面側に異なる組成の材料を組み合わせた焼結部品を製造することができる。上記のような二種類の原料粉末を積層して成形する成形技術を、二層成形という。

上記のような二層成形においては第１及び第２の原料粉末の供給ために特許文献１，２等のフィーダ（粉箱）が用いられる。この場合の成形金型各部の動作とフィーダの動作の一例を図１〜図７により説明する。なお、以下においては、フィーダがキャビティ内に原料粉末を充填するために移動する場合を“前進”と呼び、フィーダがキャビティ内に原料粉末を充填した後、退避するために移動する場合を“後退”あるいはそのまま“退避”と呼ぶ場合がある。

フィーダ１０は、第１の粉末Ｍ_１を収容する空間すなわち第１の粉箱１１と、第２の粉末Ｍ_２を収容する空間すなわち第２の粉箱１２を有しており、第１の粉箱１１及び第２の粉箱１２はフィーダの進退の方向（図では左右方向）に対し鉛直方向に並べて配置される。これらの第１の粉箱１１及び第２の粉箱１２は下面が開放されており、この開放面からダイに形成されるキャビティに収容する原料粉末Ｍ_１，Ｍ_２を供給する。なお、第１の粉箱１１及び第２の粉箱１２は、フィーダ１０の外形及び大きさを画定するフィーダ本体１５内に配設されている。

フィーダ１０の下面には粉漏れを防止するため、第１の粉箱１１の周囲にシール部材１３が、第２の粉箱１２の周囲にシール部材１４がそれぞれ配置される。シール部材１３，１４は例えばゴム等の弾性部材で構成され、フィーダ１０の下面とダイ２０の間を封止して原料粉末Ｍ_１及びＭ_２の漏出を防止する。

図１に示す初期段階では、ダイ２０、コアロッド２１及び下パンチ３０で画定されるキャビティＣ_１が形成される位置から右方に離隔して配置されたフィーダ１０は、図２に示す段階においては前進（図面左方に移動）し、第１の粉箱１１がキャビティＣ_１上に配置され、キャビティＣ_１に第１の原料粉末Ｍ_１が充填される。

次いで、図３に示す段階では、フィーダ１０は前進方向に対して鉛直方向（図面上方）に駆動されて、第２の粉箱１２がキャビティＣ_１上に配置される。次いで、図４に示すように、下パンチ３０がダイ２０に対して相対的に降下し、下パンチ３０の降下にともなって、キャビティＣ_１に充填された第１の原料粉末Ｍ_１上に第２のキャビティＣ_２が形成されるとともに、このキャビティＣ_２に第２の原料粉末Ｍ_２が吸い込み充填され、先に充填された第１の原料粉末Ｍ_１上に第２の原料粉末Ｍ_２が積層される。

第２の原料粉末Ｍ_２の充填が終了したら、図５に示すように、フィーダ１０は後退して退避する。この後、図６に示すように、上パンチ４０を降下するとともに、上パンチ４０と下パンチ３０とで積層して充填した原料粉末Ｍ_１，Ｍ_２を同時に圧縮して一体に成形する。このとき成形体Ｐは下部の第１の原料粉末Ｍ_１からなる成形体Ｐ_１と、上部の第２の原料粉末Ｍ_２からなる成形体Ｐ_２が一体の二層成形体となる。この成形段階において、フィーダ１０は初期段階の位置に復帰される。

成形が終了したら、図７に示すように、上パンチ４０を上方に退避させるとともに、下パンチ３０をダイ２０に対して相対的に上昇させて成形された二層成形体Ｐをダイ２０のキャビティより抜き出す。以上が原料粉末の充填から成形を経て成形体の抜き出しまでの成形工程の１ストロークであり、これを繰り返し行うことで二層成形体を連続して成形することができる。

特開昭５４−１５４８７５号公報特開平０７−１５０２０２号公報

上記の二層成形においては、一方の原料粉末に他方の原料粉末が混入すると所望の特性が得られないことから、原料粉末の混入を防止して行う必要がある。しかしながら、現実には、原料粉末の混入を防止して健全な二層成形体を成形することは難しい。

本発明は、上記のような原料粉末の混入を防止し、健全な二層成形体を成形することができる二層成形用フィーダを提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明者らは、原料粉末の混入について鋭意検討したところ次の知見を得た。図８〜図１３は、原料粉末の混入過程を説明するための図である。

一般にフィーダの原料粉末収容空間から外部への原料粉末の漏出の防止のために原料粉末収容空間の周囲には、ゴム等の弾性部材からなるシール部材が配置される。上述のように二層成形用フィーダにおいても同様であり、図８に示すように、フィーダ１０の下面には、第１の粉箱１１の周囲にシール部材１３が、第２の粉箱１２の周囲にシール部材１４がそれぞれ配置される。このシール部材１３，１４は、フィーダ１０下面とダイ２０上面の間に配置され、フィーダ１０の重量により弾性変形してダイ２０上面密着することで原料粉末の漏出を防止する。

この場合、図９に示すように、フィーダ１０の下面とダイ２０の上面との間にシール部材１３，１４が介在することにより、フィーダ１０の下面とダイ２０の上面とは密着せず隙間ｄが存在する。ここで、例えば図４に関連して説明したように、フィーダ１０の第２の粉箱１２からキャビティＣ_２内に第２の原料粉末Ｍ_２を充填した後、フィーダ１０を図５に関連して説明したように後退して退避させる場合、図１０に示すように、フィーダ１０の進行方向前面に位置するシール部材１４がキャビティＣ_２を通過する際に、弾性変形していたシール部材１４が弾性復帰して、キャビティＣ_２に充填された第２の原料粉末Ｍ_２を掻き出すこととなり、第２の原料粉末Ｍ_２の一部がフィーダ１０の下面とダイ２０の上面の隙間に漏出する。

この第２の原料粉末Ｍ_２の漏出にともない、図１１に示すように、第２の粉箱１２の進行方向前面においてはフィーダ１０の下面とダイ２０の上面の隙間に第２の原料粉末Ｍ_２が分布することとなる。この後、フィーダ１０が初期の位置に復帰すると、図１２に示すように、前進方向前面においてフィーダ１０の下面とダイ２０の上面との隙間に分布する第２の原料粉末Ｍ_２は、ダイ２０の上面で引きずられ、薄くはなるものの広がって第１の粉箱１１の前進方向前面にまで拡散して分布することとなる。

この状態から再び図１〜７に示す一連の成形工程が開始され、フィーダ１０が前進（図中左方）すると、図１３に示すように、第１の粉箱１１の進行方向前面に分布する第２の原料粉末Ｍ_２が第１の原料粉末を充填するキャビティＣ_１に落下して、第２の原料粉末Ｍ_２が第１の原料粉末Ｍ_１に混入して充填されることとなる。

本発明の二層成形用フィーダは、上述した一方の原料粉末に他方の原料粉末が混入するメカニズムの発見に基づいてなされたものであり、以下のような特徴を有する。

すなわち、本発明の第１の二層成形用フィーダは、ダイの型孔と下パンチとで形成される第１のキャビティに第１の原料粉末を充填した後、前記ダイに対して前記下パンチを相対的に引き下げて前記ダイの型孔と前記第１の原料粉末の上面とで第２のキャビティを形成し、この第２のキャビティに第２の原料粉末を充填することで前記第１の原料粉末上に前記第２の原料粉末を積層して充填し、積層した原料粉末を前記下パンチと上パンチとで圧縮成形して成形体とする二層成形に用いるフィーダであって、フィーダ本体と、前記フィーダ本体内に配設され、前記第１の粉末を収容する下面が開放された第１の粉箱と、前記フィーダ本体内に配設され、前記第１の粉箱と、前記フィーダの進退方向に対して鉛直方向に配設され、前記第２の粉末を収容する下面が開放された第２の粉箱と、前記第１の粉箱の下面であって、その外周面に沿って配設された第１の弾性部材からなる第１のシール部材と、前記第２の粉箱の下面であって、その外周面に沿って配設された第２の弾性部材からなる第２のシール部材と、前記フィーダ本体の下面であって前記第１の粉箱及び前記第２の粉箱の中間において、少なくとも前記第１の粉箱及び前記第２の粉箱から前記フィーダの前進方向に延びる弾性部材からなる遮蔽部材と、を具えることを特徴とする。

また、本発明の第２の二層成形用フィーダは、本発明の第１の二層成形用フィーダにおいて、前記遮蔽部材の、前記第２の粉箱側の前記遮蔽部材の近傍に、吸引手段に接続する吸引口が形成されていることを特徴とする。

本発明の二層成形用フィーダによれば、フィーダ１０の下面とダイ２０の上面の隙間に原料粉末が漏出しても、漏出した原料粉末がキャビティに落下することを防止できるため原料粉末の混入を防止することができる。

二層成形における二層成形用フィーダの動作を説明するための図である。二層成形における二層成形用フィーダの動作を説明するための図である。二層成形における二層成形用フィーダの動作を説明するための図である。二層成形における二層成形用フィーダの動作を説明するための図である。二層成形における二層成形用フィーダの動作を説明するための図である。二層成形における二層成形用フィーダの動作を説明するための図である。二層成形における二層成形用フィーダの動作を説明するための図である。従来の二層成形用フィーダを用いた場合の原料粉末の混入過程を説明するための図である。従来の二層成形用フィーダを用いた場合の原料粉末の混入過程を説明するための図である。従来の二層成形用フィーダを用いた場合の原料粉末の混入過程を説明するための図である。従来の二層成形用フィーダを用いた場合の原料粉末の混入過程を説明するための図である。従来の二層成形用フィーダを用いた場合の原料粉末の混入過程を説明するための図である。従来の二層成形用フィーダを用いた場合の原料粉末の混入過程を説明するための図である。第１の実施形態の二層成形用フィーダの概略構成を示す平面図である。図１４に示す二層成形用フィーダを用いて二層成形を実施した場合の作用効果について説明するための図である。図１４に示す二層成形用フィーダを用いて二層成形を実施した場合の作用効果について説明するための図である。第１の実施形態の二層成形用フィーダの概略構成を示す平面図である。図１７に示す二層成形用フィーダを用いて二層成形を実施した場合の作用効果について説明するための図である。図１７に示す二層成形用フィーダを用いて二層成形を実施した場合の作用効果について説明するための図である。

（第１の実施形態）
図１４は、本実施形態の二層成形用フィーダの概略構成を示す平面図であり、図１５及び図１６は、図１４に示す二層成形用フィーダを用いて二層成形を実施した場合の作用効果について説明するための図である。なお、図１〜１３に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素については同一の符号を用いている。

図１４に示す二層成形用フィーダ４０は、フィーダ本体１５と、フィーダ本体１５内に配設され、第１の粉末Ｍ_１を収容する下面が開放された第１の粉箱１２と、フィーダ本体１５内に配設され、第１の粉箱１１と、フィーダ４０の進退方向に対して鉛直方向に配設され、第２の粉末Ｍ２を収容する下面が開放された第２の粉箱１２とを有している。

第１の粉箱１１の下面には、その外周面に沿って配設された第１の弾性部材からなる第１のシール部材１３が配設され、第２の粉箱１２の下面には、その外周面に沿って配設された第２の弾性部材からなる第２のシール部材１４が配設されている。

また、フィーダ本体１５の下面であって第１の粉箱１１及び第２の粉箱１２の中間には、これら第１の粉箱１１及び第２の粉箱１２からフィーダ４０の前方、すなわち前進方向に延びる弾性部材からなる遮蔽部材４５が配設されている。遮蔽部材４５はゴム等の弾性部材から構成することができる。

また、本実施形態においては、第１の粉箱１１及び第２の粉箱１２からフィーダ４０の前進方向にのみ遮蔽部材４５を配設しているが、第１の粉箱１１及び第２の粉箱１２からフィーダ４０の退避方向、すなわちフィーダ４０がキャビティ内に原料粉末を充填した後、退避するために移動する前進方向と逆の方向にも配設してもよい。しかしながら、遮蔽部材４５は、上述のように、第１の粉箱１１及び第２の粉箱１２からフィーダ４０の前進方向に配設すれば、その作用効果を奏することができる。

なお、上述のように、遮蔽部材４５を退避方向に延在させた場合、遮蔽部材４５の長さが大きくなるので、フィーダ駆動時の抵抗が大きくなるという問題が生じる場合がある。

図１４に示す二層形成用フィーダ４０を用いた二層成形の工程は、図１〜図７に示す工程と同じであるので説明は省略する。しかしながら、図９及び図１０に関連して説明したように、二層形成用フィーダ４０の第２の粉箱１２からキャビティＣ_２内に第２の原料粉末Ｍ_２を充填した後、図５に関連して説明したように、フィーダ４０を後退して退避させる場合、フィーダ４０の進行方向前面に位置する第２のシール部材１４がキャビティＣ_２を通過する際に、弾性変形していた第２のシール部材１４が弾性復帰して、キャビティＣ_２に充填された第２の原料粉末Ｍ_２を掻き出すこととなり、第２の原料粉末Ｍ_２の一部がフィーダ１０の下面とダイ２０の上面の隙間に漏出し、第２の粉箱１２の進行方向前面におけるフィーダ４０の下面とダイ２０の上面の隙間に第２の原料粉末Ｍ_２が分布することとなる（図１５参照）。

しかしながら、本実施形態のフィーダ４０においては、上述のように、フィーダ本体１５の下面であって第１の粉箱１１及び第２の粉箱１２の中間に、これら第１の粉箱１１及び第２の粉箱１２からフィーダ４０の前方、すなわち前進方向に延びる弾性部材からなる遮蔽部材４５が配設されている。したがって、図１６に示すように、遮蔽部材１５が第２の原料粉末Ｍ_２の移動を防止して、漏出した第２の原料粉末Ｍ_２が第１の粉箱１１の進行方向前面にまで分布することを防止する。

このため、第１の粉箱１１の前面に第２の原料粉末Ｍ_２が存在しないので、フィーダ４０を用いて、図１〜図７に示す工程に従って再び成形工程が開始され、特に図２に示すように、フィーダ４０を前進させて、ダイ２０、コアロッド２１及び下パンチ３０で画定されるキャビティＣ_１に、第１の原料粉箱１１から第１の原料粉末Ｍ_１を充填する際に、キャビティＣ_１内に充填すべき第１の原料粉末Ｍ_１に対する第２の原料粉末Ｍ_２の混入が防止されることとなる。

遮蔽部材４５の長さは、漏出する第２の原料粉末Ｍ_２の移動を防止できるものであればかまわないが、遮蔽部材４５の前端は、フィーダ本体１５の前端部から形成すると、第２の原料粉末Ｍ_２の移動を確実に防止できるため好ましい。

また、第２の原料粉末Ｍ_２の漏出は、第２の粉箱１２の周囲に形成される第２のシール部材１４の前面から生じるから、遮蔽部材４５の後端は、少なくとも第２のシール部材１４の前面と同じ距離に配置する。但し、遮蔽部材４５の後端を第２のシール部材１４のＲ部の位置を超えて後ろまで延長して配置しても、それ以上の漏出粉の遮蔽効果は得られず、かつ遮蔽部材４５の長さが長くなることによるフィーダ駆動時の抵抗が大きくなることから、遮蔽部材４５の後端は、第２の粉箱１２の前面の位置までとするのが好ましい。

なお、本実施形態のフィーダ４０は、第１の粉箱１１の下面に、その外周面に沿って配設された第１の弾性部材からなる第１のシール部材１３が配設され、第２の粉箱１２の下面には、その外周面に沿って配設された第２の弾性部材からなる第２のシール部材１４が配設されている。したがって、第１の粉箱１１及び第２の粉箱１２から、それぞれ第１の原料粉末Ｍ_１及び第２の原料粉末Ｍ_２を供給する際の粉漏れを防止することができる。

（第２の実施形態）
図１７は、本実施形態の二層成形用フィーダの概略構成を示す平面図であり、図１８及び図１９は、図１７に示す二層成形用フィーダを用いて二層成形を実施した場合の作用効果について説明するための図である。なお、図１〜１６に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素については同一の符号を用いている。

本実施形態の二層成形用フィーダ５０は、遮蔽部材４５の、第２の粉箱１２側の遮蔽部材４５の近傍に、吸引手段に接続する吸引口５５が形成されている点を除き、第１の実施形態の二層形成用フィーダ４０と同様の構成を採る。

第１の実施形態の二層形成用フィーダ４０の、図１５及び１６に関連して説明したように、フィーダ４０を後退して退避させる場合、キャビティＣ_２に充填された第２の原料粉末Ｍ_２を掻き出すこととなり、フィーダ１０の下面とダイ２０の上面の隙間に第２の原料粉末Ｍ_２が漏出し、遮蔽部材４５によって、フィーダ４０の下面とダイ２０の上面の隙間であって、第１の粉箱１１の前面に第２の原料粉末Ｍ_２が分布することとなる。

しかしながら、第１の粉箱１１の前面の分布した第２の原料粉末Ｍ_１は、図１〜図７に示す工程を繰り返すことによって蓄積してしまう場合がある。

本実施形態の二層成形フィーダ５０は、図１７に示すように、遮蔽部材４５の第２の粉箱１２側で、かつ遮蔽部材４５の近傍に吸引口５５が形成されているので、吸引口５５を図示しない吸引手段に接続して、遮蔽部材４５で移動を防止した漏出粉末を吸引口５５により吸引して回収、除去することができる（図１８参照）。

その結果、本実施形態のフィーダ５０においては、図１９に示すように、漏出した第２の原料粉末Ｍ_２が吸引口５５より吸引され漏出粉末の蓄積が生じない。また、吸引されない原料粉末は遮蔽部材４５により第１の粉箱１１前面への移動が防止されるとともに、このような吸引されなかった漏出粉末は、遮蔽部材１５の第２の粉箱１２側に蓄積してゆくことにより吸引口１６に吸引されて除去される。

このように、第２の実施形態におけるフィーダ５０においては、より確実に漏出粉末の混入を防止できるとともに、長期にわたり連続して成形工程を行うことができる。

本発明の二層成形用フィーダによれば、混入を防止して二層成形を行うことができるため、例えば二層バルブシート等の製品の上面側と下面側に異なる組成の材料を組み合わせた各種焼結部品の製造に利用できる。

１０，４０，５０二層形成用フィーダ
１１第１の粉箱（第１の原料粉末を収容する空間）
１２第２の粉箱（第２の原料粉末を収容する空間）
１３第１のシール部材
１４第２のシール部材
１５フィーダ本体
２０ダイ
２１コアロッド
３０下パンチ
４０上パンチ
４５遮蔽部材
５５吸引口
Ｍ_１第１の原料粉末
Ｍ_２第２の原料粉末
Ｃ_１，Ｃ_２キャビティ

Claims

ダイの型孔と下パンチとで形成される第１のキャビティに第１の原料粉末を充填した後、前記ダイに対して前記下パンチを相対的に引き下げて前記ダイの型孔と前記第１の原料粉末の上面とで第２のキャビティを形成し、この第２のキャビティに第２の原料粉末を充填することで前記第１の原料粉末上に前記第２の原料粉末を積層して充填し、積層した原料粉末を前記下パンチと上パンチとで圧縮成形して成形体とする二層成形に用いるフィーダであって、
フィーダ本体と、
前記フィーダ本体内に配設され、前記第１の粉末を収容する下面が開放された第１の粉箱と、
前記フィーダ本体内に配設され、前記第１の粉箱と、前記フィーダの進退方向に対して鉛直方向に配設され、前記第２の粉末を収容する下面が開放された第２の粉箱と、
前記第１の粉箱の下面であって、その外周面に沿って配設された第１の弾性部材からなる第１のシール部材と、
前記第２の粉箱の下面であって、その外周面に沿って配設された第２の弾性部材からなる第２のシール部材と、
前記フィーダ本体の下面であって前記第１の粉箱及び前記第２の粉箱の中間において、少なくとも前記第１の粉箱及び前記第２の粉箱から前記フィーダの前進方向に延びる弾性部材からなる遮蔽部材と、
を具えることを特徴とする二層成形用フィーダ。
前記遮蔽部材の、前記第２の粉箱側の前記遮蔽部材の近傍に、吸引手段に接続する吸引口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の二層成形用フィーダ。