JP4523121B2 - 粉末成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料粉末の加圧成形により、横穴を有する粉末成形体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉末材料を加圧・圧縮して粉末成形体を製造する場合、上下方向にダイ孔を有するダイスと、該ダイスのダイ孔にその上方及び下方からそれぞれ挿入される上パンチ及び下パンチとによって該ダイ孔内に形成されるキャビティに粉末材料を充填した後、この粉末材料を上パンチと下パンチとの間で加圧・圧縮し、該キャビティ内に粉末成形体を得ることが従来より行なわれている。
【０００３】
また、前記粉末成形体が、横穴を有するものである場合には、この横穴を形成するための横ピンをダイ孔内にその側方から抜脱可能に挿入した状態で前記キャビティへの粉末材料の充填を行ない、その後に該キャビティ内の材料粉末を上下パンチ間で加圧・圧縮することにより横穴を有する粉末成形体を製造する技術が知られている。
【０００４】
この場合、キャビティへの粉末材料の充填は、より具体的には、次のように行なわれる。すなわち、ダイ孔に下パンチを挿入し、且つ、上パンチをダイ孔から離脱させた状態で横ピンをダイ孔に挿入する。そして、この状態でダイ孔の上方から粉末成形体を製造するために必要な量の粉末材料をダイ孔に投入し、その後に、上パンチをダイ孔に挿入して粉末材料の上面部に接触させる。これにより、ダイ孔内に上下パンチの間で粉末材料が密閉状態で充填されたキャビティが形成される。
【０００５】
しかるに、上記のように横ピンをダイ孔内に挿入した状態で、粉末成形体を製造するために必要な量の粉末材料をダイ孔に投入するようにする技術では、次のような不都合を生じるものとなっていた。すなわち、ダイ孔内に横ピンを挿入した状態で粉末材料を上方から投入すると、横ピンの直下には、材料粉末が溜まり難いため、該横ピンの直下の箇所の材料粉末の密度が他の箇所よりも小さくなりやすい。そして、このようにキャイビティ内の材料粉末の密度が小さい箇所は、最終的にキャビティ内に得られる粉末成形体においても、粉末材料の密度が小さなものとなりやすく、ひいてはその部分が脆弱なものとなりやすい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、横ピンが挿入されるキャビティ内の材料粉末の密度分布を均一に確保して該材料粉末の加圧・圧縮を行なうことができ、ひいては横穴を有する良質の粉末成形体を得ることができる粉末成形体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の粉末成形体の製造方法は、かかる目的を達成するために、横穴を有する粉末成形体であり、前記横穴が少なくともその下面部に上下方向の段差を有する粉末成形体を粉末材料の加圧成形により製造する方法であって、ダイスに上下方向に貫設されたダイ孔にその下方から下パンチを挿入した状態で、前記粉末成形体の加圧成形に要する粉末材料のうちの一部の所定量の材料粉末を該ダイ孔に投入する第１工程と、前記横穴の形状を有する横ピンを前記ダイ孔の側方から該ダイ孔内に挿入し、該横ピンの下面部を前記ダイ孔内に粉末材料の上面部に略接触させる第２工程と、前記ダイ孔に前記粉末成形体の加圧成形に要する残余の粉末材料を該ダイ孔に投入する第３工程と、前記ダイ孔にその上方から上パンチを挿入し、該上パンチと前記下パンチとの間で該ダイ孔内に前記粉末材料が充填されたキャビティを形成する第４工程と、前記上パンチ及び下パンチとの間で前記キャビティ内の材料粉末を加圧・圧縮して、該キャビティ内に前記粉末成形体を得る第５工程とを備え、前記第２工程は、前記ダイ孔内の材料粉末の上面部が前記横ピンの最下面以下の高さ位置に存するように前記下パンチを前記ダイスに対して移動させた状態で前記横ピンを前記ダイ孔内に挿入する工程と、該挿入後に、前記下パンチをダイスに対して上動させて、前記横ピンの下面部全体を前記ダイ孔内の粉末材料の上面部に接触させる工程とから成ることを特徴とする。
【０００８】
かかる本発明によれば、前記第1工程で、前記粉末成形体の加圧成形に要する粉末材料のうちの一部の所定量の材料粉末を該ダイ孔に投入するときには、前記ダイ孔内に前記横ピンを挿入していないので、該ダイ孔内に均一的な密度分布で材料粉末を堆積させることができる。
【０００９】
そして、該第1工程の後の第２工程において、前記横ピンをダイ孔に挿入し、該横ピンの下面部をダイ孔内の粉末材料の上面部に接触させるので、該横ピンの下側に存する粉末材料の密度分布を該横ピンの直下の箇所であるか否かによらずに均一的な密度分布にすることができる。
【００１０】
さらにこのように横ピンの下面部をダイ孔内の粉末材料の上面部に接触させた状態で、前記第3工程において、残余の粉末材料をダイ孔内に投入する。このとき、横ピンの下側には、既に材料粉末が存在しているので、該残余の粉末材料は、横ピンの下側の材料粉末上に堆積されることとなる。このため、該残余の粉末材料も、横ピンの下側の材料粉末と同様に均一的な密度分布でダイ孔内に堆積させることができる。この結果、ダイ孔内には、粉末成形体の製造に必要な全量の粉末材料がその内部に横ピンを挿入した状態で均一的な密度分布で充填されることとなる。従って、該第3工程の後の前記第4工程において、前記上パンチをダイ孔内に挿入することで形成されるキャビティ内の粉末材料は、均一的な密度分布で該キャビティに充填され、しかもその内部に前記横ピンが挿入されたものとなる。
【００１１】
そして、本発明では、このようにキャビティ内に充填された粉末材料を、前記第4工程において、上パンチ及び下パンチの間で、加圧・圧縮し、これにより該キャビティ内に前記粉末成形体を得る。このとき、キャビティには、前述のように均一的な密度分布で粉末材料が充填されているため、製造される粉末成形体の密度分布も均一的なものとなる。これにより、良質の粉末成形体を製造することができる。
【００１２】
さらに本発明では、例えば前記粉末成形体の横穴の部分部分によって径の大きさが相違する場合等のように、該横穴が、少なくともその下面部に上下方向の段差を有している。そして、前記第２工程は、前記ダイ孔内の材料粉末の上面部が前記横ピンの最下面以下の高さ位置に存するように前記下パンチを前記ダイスに対して移動させた状態で前記横ピンを前記ダイ孔内に挿入する工程と、該挿入後に、前記下パンチをダイスに対して上動させて、前記横ピンの下面部全体を前記ダイ孔内の粉末材料の上面部に接触させる工程とから成る。
【００１３】
すなわち、前記第１工程で投入されたダイ孔内の材料粉末の上面部が前記横ピンの最下面以下の高さ位置に存するように前記下パンチをダイスに対して移動させた状態で前記横ピンを前記ダイ孔内に挿入することにより、ダイ孔内の粉末材料の表層部（上面部）の状態を不必要に乱すことなく、横ピンをダイ孔内に挿入することができる。そして、この状態で、前記下パンチをダイスに対して上動させて、前記横ピンの下面部全体を前記ダイ孔内の粉末材料の上面部に接触させる。このとき、横ピンの下面部のうち、最も上側の部分よりも下側の部分は、ダイ孔内の粉末材料の上面から内部側に潜り込むこととなるが、該粉末材料の表層部では、横ピンの直下の粉末材料が該横ピンの周囲に容易に移動することができるため、ダイ孔内の材料粉末の密度分布の均一性を損なうことなく、横ピンの下面部の全体をダイ孔内の粉末材料に接触させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の第1実施形態を図１〜図５を参照して説明する。図１は本実施形態で製造する粉末成形体の一例を示す斜視図及び縦断面図、図２〜図５は図１の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図である。
【００１５】
図１において、同図（ａ）は本実施形態で製造する粉末成形体５０の斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＩ−Ｉ線断面による粉末成形体５０の縦断面図である。これらの図に示すように、製造する粉末成形体５０は、例えば縦方向の長さが異なる3つの垂直姿勢の方形状の板部５１，５２，５３を重合したような外形状をなし、それらの板部５１，５２，５３の下端面により、粉末成形体５０の下端部に段差が形成されている。そして、板部５１，５２，５３の上端面は面一にそろえられ、粉末成形体５０の上端面は、平滑な面に形成されている。
【００１６】
また、粉末成形体５０は、その板部５１，５２，５３をそれらの法線方向（水平方向）に貫通する横穴５４を有する。
【００１７】
この横穴５４は、その軸線方向の両端部が、比較的、横断面積（軸線方向と直行する方向での断面積）の大きい大径部５４ａ，５４ｂとなっており、これらの大径部５４ｂ，５４ｂの間の中間部が該大径部５４ａ，５４ｂよりも横断面積が小さい小径部５４ｃとなっている。つまり、横穴５４は、その軸線方向の中間部がくびれたような形状をなし、各大径部５４ａ，５４ｂと小径部５４ｃとの境界部分に段差を有している。
【００１８】
尚、図では大径部５４ａ，５４ｂの径が同一であるように記載しているが、その径は、互いに異なる径であってもよい。また、横穴５４の横断面形状は、円形状である必要はなく、方形状等、他の形状であってもよい。
【００１９】
本実施形態において、この粉末成形体５０の製造に用いる装置は、所謂、多段成形装置であり、図２（ａ）に示すように、上下方向に貫通したダイ孔１を有するダイス２と、このダイス２のダイ孔１にその下方から挿入される3個の下パンチ３ａ，４ａ，５ａと、これらの各下パンチ３ａ，３ｂ，３ｃに対向してダイ孔１にその上方から挿入される単一の上パンチ４とを具備する。
【００２０】
ダイス２のダイ孔１は、前記粉末成形体５０の外周形状（垂直面形状）に沿った形状に形成されている。また、ダイス２の内部の所定の箇所には、ダイ孔１にその側方から連通させて横方向（水平方向）に穿設された一対のピン穴６，７が備えられ、これらのピン穴６，７は、これらの間にダイ孔１を介在させて同心に相対向するように設けられている。そして、これらのピン穴６，７には、それぞれ、前記粉末成形体５０の横穴５４の軸心方向の中央部（横穴５４の小径部５４ｃの中央部）から大径部５４ａにかけての部分（図１で参照符号Ａを付した部分。以下、横穴左半部Ａという）を形成するための横ピン８と、横穴５４の軸心方向の中央部から大径部５４ｂにかけての部分（図１で参照符号Ｂを付した部分。
以下、横穴右半部Ｂという）を形成するための横ピン９とが摺動自在に挿入されている。
【００２１】
この場合、横ピン８は、その本体部が前記横穴５４の大径部５４ａと同一の横断面形状を有する大径部８ａとなっており、この大径部８ａの先端面の略中心部から、前記横穴５４の小径部５４ｂと同一の横断面形状を有する小径部８ｂが突出されている。このため、横ピン８は、その大径部８ａと小径部８ｂとの境界箇所にその全周にわたって段差を有するものとなっている。
【００２２】
同様に、横ピン９は、その本体部が前記横穴５４の大径部５４ｂと同一の横断面形状を有する大径部９ａとなっており、この大径部９ａの先端面の略中心部から、前記横穴５４の小径部５４ｂと同一の横断面形状を有する小径部９ｂが突出されている。このため、横ピン９も、その大径部９ａと小径部９ｂとの境界箇所にその全周にわたって段差を有するものとなっている。これらの横ピン８，９は、それらの軸心方向で互いに接近させて小径部８ｂ，９ｂの先端面同士を同心に当接させたとき、それらの横ピン８，９を合わせて、粉末成形体５０の横穴５４の全体と同一の形状を呈する。
【００２３】
尚、各横ピン８，９は、それぞれピン穴６，７の先端部まで挿入され、各横ピン８，９の小径部８ｂ，９ｂの先端面がダイ孔１の側壁面と同一面上に存する状態でダイ孔１に臨んでいる。また、横ピン８，９はそれぞれ図示しないアクチュエータを介してそれらの軸心方向（横方向）に移動可能とされている。
【００２４】
各下パンチ３ａ〜３ｃは、それぞれ、上パンチ４との間で前記粉末成形体５０の板部５１の部分、板部５２の部分、板部５３の部分を成形するためのもので、各下パンチ３ａ〜５ａの上面（成形面）は、それぞれ、粉末成形体５０の各板部５１〜５３の下端面の形状に形成されている。また、上パンチ４の下面（成形面）は、粉末成形体５０の上端面に対応して、平坦面に形成されている。
【００２５】
尚、本実施形態では、下パンチ３ａ〜５ａのうちの一つ、例えば下パンチ３ａは、装置に固定されており、他の下パンチ３ｂ，３ｃ、ダイス２、及び上パンチ４がそれぞれ図示しないアクチュエータを介して上下動可能とされている。また、各パンチ３ｂ，３ｃ，４やダイス２の上下動や、前記各横ピン８，９の移動は、図示しないコンピュータにより制御される。
【００２６】
以上のような装置を用いて、粉末成形体５０は次のように製造される。
【００２７】
まず、図２（ａ）に示すように、ダイ孔１に挿入した下パンチ３ａ〜３ｃをそれぞれ、ダイ孔１の上端開口面から所定の深さ位置に移動させた状態で、粉末成形体５０を製造するために必要な全量の粉末材料のうちの一部の所定量の粉末材料１０を、ダイ孔１にその上方から投入する。このとき、粉末材料１０は、ダイ孔１の上端開口面まで充填される。この場合、ダイ孔１内には、前記横ピン８，９が挿入されていないので、粉末材料１０を均一的な密度でダイ孔１内に投入することができる。尚、粉末材料１０は例えば鉄系金属粉末やセラミックス粉末である。また、以下の説明では、このときにダイ孔１内に投入された粉末材料１０を初期投入粉末材料１０ａと称する。
【００２８】
次いで、ダイス２を下パンチ３ａ〜３ｃに対して所定の移動量、上動させる。
このダイス２の上動は、該上動を完了した時に、図２（ｂ）に示すようにピン穴６，７内の横ピン８，９の大径部８ａ，９ａの下端面が前記初期投入粉末材料１０ａの上面よりも若干上側に存する状態になるように行なわれる。
【００２９】
次いで、図３（ａ）に示すように、横ピン８，９をそれぞれ所定量づつダイ孔１内に向かって前進させ、それらの横ピン８，９の小径部８ｂ，９ｂの先端面同士を互いに同心に当接させる。これによりダイ孔１内には、横ピン８，９によって、粉末成形体５０の横穴５４の全体を形成するための横ピンが構成される。
【００３０】
このとき、ダイ孔１内の初期投入粉末材料１０ａは、横ピン８，９よりも下側に存するため、横ピン８，９には接触せず、均一的な密度分布状態が維持される。また、横ピン８，９の小径部８ｂ，９ｂの先端面の間に粉末材料１０が挟まることもなくそれらの横ピン８，９が実質的にそれらの軸心方向で連続する。
【００３１】
尚、横ピン８，９を上記のようにダイ孔１内に挿入する前に、初期投入粉末材料１０ａの上面と横ピン８，９の大径部８ａ，９ａの下端面とがほぼ同じ高さ位置になるようにダイス２と下パンチ３ａ〜３ｃの位置関係を調整しておき、横ピン８，９をダイ孔１に挿入したときに、同時に横ピン８，９の大径部８ａ，９ａの下端面が初期投入粉末材料１０ａの上面に接触するようにしてもよい。
【００３２】
次いで、ダイス２を下パンチ３ａ〜３ｃに対して若干下動させ、図３（ｂ）に示すように、横ピン８，９の小径部８ｂ，９ｂの下面部に初期投入粉末材料１０ａの上面部を接触させる。このとき、横ピン８，９の大径部８ａ，９ａの下面部は、小径部８ｂ，９ｂよりも下側の高さ位置に存するため、該大径部８ａ，９ａのダイ孔１内の部分も初期投入粉末材料１０ａに接触する。従って、横ピン８，９のダイ孔１内の部分の全体の下面部が初期投入粉末材料１０ａの上面部に接触され、該横ピン８，９の下側のダイ孔１内は、該横ピン８，９のダイ孔１内の部分の全体に初期投入粉末材料１０ａが接触した状態で該粉末材料１０ａにより満たされることとなる。
【００３３】
この場合、横ピン８，９の大径部８ａ，９ａの下面部は、初期投入粉末材料１０ａの上面から内部側に埋め込まれるようにして該初期投入粉末材料１０ａに接触するが、この接触は初期投入粉末材料１０ａの表層部において行なわれる。このため、横ピン８，９の大径部８ａ，９ａと接触する初期投入粉末材料１０ａは、該大径部８ａ，９ａの周囲に容易に移動でき、該大径部８ａ，９ａとこれらの下方に存する下パンチ３ａ，５ａとの間で圧縮されることは基本的にはない。従って、初期投入粉末材料１０ａは、その密度分布状態が均一的に保持される。
【００３４】
次いで、図４（ａ）に示すように、ダイ孔１の上方から、粉末成形体５０の製造に要する残余の粉末材料１０（以下の説明では後投入粉末材料１０ｂという）をダイ孔１内に投入する。該後投入粉末材料１０ｂは、ダイ孔１の上端開口面の位置までダイ孔１内に充填される。尚、図４（ａ）では、理解の便宜上、前記初期投入粉末材料１０ａと上記後投入粉末材料１０ｂとの境界を示す破線を記載している。
【００３５】
このとき、横ピン８，９の下側には、既に初期投入粉末材料１０ａが横ピン８，９のダイ孔１内の部分の全体の下面部に接触した状態で充満されているため、後投入粉末材料１０ｂは、横ピン８，９の上面側を含めて初期投入粉末材料１０ｂ上に堆積するだけである。このため、後投入粉末材料１０ｂは、初期投入粉末材料１０ａが図２（ａ）のようにダイ孔１内に投入されたときの状態とほぼ同一の状態で、ダイ孔１内に堆積して充填されることとなる。従って、後投入粉末材料１０ｂも、初期投入粉末材料１０ａと同じように均一的な密度分布でダイ孔１内に充填されることとなる。
【００３６】
次いで、上パンチ４をダイ孔１に向かってその上方から下動させ、図４（ｂ）に示すように、上パンチ４をダイ孔１の上端開口面の位置で粉末材料１０（後投入粉末材料１０ｂ）の上面に接触させる。
【００３７】
これにより、ダイ孔１内には、下パンチ３ａ〜３ｃ及び上パンチ４の間に横ピン８，９が挿入された状態のキャビティ１１が形成され、このキャビティ１１内に粉末材料１０が密封される。このとき、上パンチ３ｂ〜５ｂは粉末材料１０の上面に接触する位置（ダイ孔１の上端開口面の位置）で停止され、キャビティ１１内の粉末材料１０は均一的な密度状態のまま、非加圧状態に維持される。また、このとき、キャビティ１１の形状が前記粉末成形体５０に相似した形状になる。
【００３８】
次いで、各下パンチ３ａ〜３ｃを一斉にダイス２に対して相対的に上動させると共に、上パンチ４をダイ２に対して相対的に下動させて、キャビティ１１内の粉末材料１０の加圧・圧縮を開始し、この加圧・圧縮をキャビティ１１内の粉末材料１０が最終的に図５（ａ）に示すように前記粉末成形体５０の形状になって、該キャビティ１１内に粉末成形体５０が得られるまで行う。このとき、キャビティ１１に挿入されている横ピン８，９によりそれぞれ前記粉末成形体５０の横穴５４の横穴左半部Ａ及び横穴右半部Ｂが形成される。そして、このとき、横ピン８，９は、その小径部８ｂ，９ｂの先端面同士がそれらの間に粉末材料１０等が介在することなく当接しているため、左半部横穴Ａ及び右半部横穴Ｂが連通し、これにより貫通した横穴５４が形成される。
【００３９】
尚、上記のようにキャビティ１１内の粉末材料１０を粉末成形体５０になるまで加圧・圧縮するときの各下パンチ３ａ〜３ｃ及び上パンチ４の移動速度（ダイス２に対する相対的な移動速度）は、各下パンチ３ａ〜３ｃの移動速度と上パンチ４の移動速度との比率が一定となるように制御される。
【００４０】
上記のようにして、キャビティ１１内に粉末成形体５０が得られた後には、各横ピン８，９がそれぞれキャビティ１１内から後退されて、それぞれピン穴６，７内に戻される。そして、さらに上パンチ４を上動させてダイ孔１内から抜脱した後、ダイス２を下パンチ３ａ〜３ｃに対して下動させることにより、粉末成形体５０がダイ孔１内から取り出される。
【００４１】
以上のようにして、本実施形態によれば、ダイ孔１内に充填される粉末材料１０の密度分布を均一的なものとしながら、横ピン８，９を挿入した状態のキャビティ１１を形成することができるため、該キャビティ１１内の粉末材料１０を加圧・圧縮してなる粉末成形体５０の密度分布も均一的なものとすることができ、貫通した横穴５４を有する良質の粉末成形体５０を製造することができる。
【００４２】
次に、本発明の第2実施形態を図６〜図１０を参照して説明する。図６は本実施形態で製造する粉末成形体を示す斜視図及び縦断面図、図７〜図１０は図６の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図である。
【００４３】
図６において、同図（ａ）は本実施形態で製造する粉末成形体６０の斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のII−II線断面による粉末成形体６０の縦断面図である。これらの図に示すように、本実施形態で製造する粉末成形体６０は、前記第１実施形態における粉末成形体６０と同様、3つの垂直姿勢の方形状の板部６１，６２，６３を重合したような外形状をなし、それらの板部６１，６２，６３の下端面により、粉末成形体６０の下端部に段差が形成されている。
【００４４】
一方、本実施形態における粉末成形体６０では、板部６１，６２の上端面は面一にそろえられる一方、板部６３の上端面は、板部６１，６２の上端面と段差を有している。
【００４５】
また、本実施形態の粉末成形体６０は、例えば板部６１の表面（粉末成形体６０の側面）から板部６２にかけてそれらの板部６１，６２の法線方向（水平方向）に延在するめくら穴状の横穴６４を有する。この横穴６４は、その開口端側の端部が、比較的、横断面積の大きい大径部６４ａとなっており、この大径部６４ａよりも内奥側の部分は、該大径部６４ａよりも横断面積が小さい小径部６４ｂとなっている。つまり、横穴６４は、前記第1実施形態の粉末成形体５０の横穴左半部Ａと同様の形状をなし、大径部６４ａと小径部６４ｂとの境界部分にその全周にわたって段差を有している。
【００４６】
次に、この粉末成形体６０の製造に用いる装置を図７（ａ）を参照して説明する。本実施形態で粉末成形体６０の製造に用いる装置は、図７（ａ）に示すように、粉末成形体６０の外周形状（垂直面形状）に沿った形状で上下方向に貫通したダイ孔１２を有するダイス１３と、このダイス１３のダイ孔１２にその下方から挿入される3個の下パンチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、これらの各下パンチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに対向してダイ孔１２にその上方から挿入される２個の上パンチ１５ａ，１５ｂとを具備する。
【００４７】
ダイス１３は、前記第１実施形態におけるダイス２（図２参照）からピン穴７及び横ピン９を除去したような構造となっており、ダイ孔１２にその側方（下パンチ１４ａ側の側方）から連通するピン穴１６が水平方向（横方向）に穿設され、このピン穴１６に粉末成形体６０の横穴６４を形成するための横ピン１７が摺動自在に挿入されている。
【００４８】
この場合、横ピン１７は、粉末成形体６０の横穴６４の形状に対応して、その本体部が横穴６４の大径部６４ａと同一の横断面形状の大径部１７ａとなっていると共に、該大径部１７ａの先端面から、横穴６４の小径部６４ｂと同一の横断面形状の小径部１７ｂが突出され、大径部１７ａと小径部１７ｂとの間の境界分は、その全周にわたって段差を有している。そして、横ピン１７は、ピン穴１６の先端部まで挿入され、その小径部１７ｂの先端面がダイ孔１２の側壁面と同一面上に存する状態でダイ孔１２に臨んでいる。
【００４９】
下パンチ１４ａ〜１４ｃのうち、下パンチ１４ａ，１４ｂは、上パンチ１５ａとの間でそれぞれ前記粉末成形体６０の板部６１の部分、板部６２の部分を成形するためのものであり、下パンチ１４ｃは、上パンチ１５ｂとの間で、粉末成形体６０の板部６３の部分を成形するためのものである。そして、各下パンチ３ａ〜５ａの上面（成形面）は、それぞれ、粉末成形体６０の各板部６１〜６３の下端面の形状に形成されている。また、上パンチ１５ａ，１５ｂのうち、上パンチ１５ａの下面（成形面）は、粉末成形体６０の板部６１，６２の部分の上端面に対応して、平坦面に形成され、上パンチ１５ｂの下面（成形面）は、粉末成形体６０の板部６３の上端面の形状に形成されている。
【００５０】
尚、前記第1実施形態における装置と同様、下パンチ１４ａ〜１４ｃのうちの一つ、例えば下パンチ１４ａは、装置に固定されており、他の下パンチ１４ｂ，１４ｃ、ダイス１３、及び各上パンチ１５ａ，１５ｂがそれぞれ図示しないアクチュエータを介して上下動可能とされている。また、横ピン１７も、図示しないアクチュエータを介して横方向に移動可能とされている。そして、各パンチ１４ｂ，１４ｃ，１５ａ，１５ｂやダイス１３の上下動や、前記横ピン１７の移動は、図示しないコンピュータにより制御される。
【００５１】
以上のような装置を用いて、粉末成形体６０は次のように製造される。
【００５２】
まず、図７（ａ）に示すように、下パンチ１４ａ〜１４ｃをそれぞれ、ダイ孔１２の上端開口面から所定の深さ位置に移動させた状態で、粉末成形体６０を製造するために必要な全量の粉末材料のうちの一部の所定量の粉末材料１０（初期投入粉末材料１０ａ）を、ダイ孔１２にその上方から投入し、ダイ孔１２の上端開口面まで充填する。
【００５３】
このとき、ダイ孔１２内には、横ピン１７が突出されていないので、初期投入粉末材料１０ａは、均一的な密度分布でダイ孔１２内に充填される。
【００５４】
次いで、前記第１実施形態の場合と同様にして、ダイス１３を、下パンチ１４ａ〜１４ｃに対して所定の移動量、上動させ、図７（ｂ）に示すように横ピン１７の大径部１７ａの下端面を初期投入粉末材料１０ａの上面よりも若干上側に位置させる。
【００５５】
さらに、図８（ａ）に示すように、横ピン１７を、ダイ孔１２内の所定の位置まで前進させ、ダイ孔１２内に粉末成形体６０の横穴６４を形成するための横ピンを構成する。このとき、ダイ孔１２内の初期投入粉末材料１０ａは、横ピン１７には接触せず、均一的な密度分布状態が維持される。
【００５６】
尚、横ピン１７を上記のようにダイ孔１２内に挿入する前に、初期投入粉末材料１０ａの上面と横ピン１７の大径部１７ａの下端面とがほぼ同じ高さ位置になるようにダイス１３と下パンチ１４ａ〜１４ｃの位置関係を調整しておき、横ピン１７をダイ孔１２に挿入したときに、同時に横ピン１７の大径部１７ａの下端面が初期投入粉末材料１０ａの上面に接触するようにしてもよい。
【００５７】
次いで、ダイス１３を下パンチ１４ａ〜１４ｃに対して若干下動させ、図８（ｂ）に示すように、横ピン１７の小径部１７ｂの下面部に初期投入粉末材料１０ａの上面部を接触させる。このとき、横ピン１７の大径部１７ａのダイ孔１２内の部分の下面部も初期投入粉末材料１０ａに接触するので、横ピン１７のダイ孔１２内の部分の全体の下面部が初期投入粉末材料１０ａの上面部に接触する。
【００５８】
尚、この場合、横ピン１７の大径部１７ａの下面部は、初期投入粉末材料１０ａの上面から内部側に埋め込まれるようにして該初期投入粉末材料１０ａに接触するが、この接触は初期投入粉末材料１０ａの表層部において行なわれるため、前記第１実施形態の場合と同様、横ピン１７の大径部１７ａとこれの下方に存する下パンチ１４ａとの間で初期投入粉末材料１０ａが圧縮されることは基本的にはない。従って、初期投入粉末材料１０ａは、その密度分布状態が均一的に保持される。
【００５９】
次いで、図９（ａ）に示すように、ダイ孔１２の上方から、粉末成形体６０の製造に要する残余の粉末材料１０（後投入粉末材料１０ｂ）をダイ孔１２内に投入し、ダイ孔１２の上端開口面の位置まで充填する。
【００６０】
このとき、前記第１実施形態の場合と同様、横ピン１７の下側には、既に初期投入粉末材料１０ａが横ピン１７の下面部の全体に接触した状態で充満されているため、後投入粉末材料１０ｂは、初期投入粉末材料１０ａがダイ孔１内に投入されたときの状態とほぼ同一の状態で、横ピン１７及び初期投入粉末材料１０ａの上側に堆積して充填される。従って、後投入粉末材料１０ｂも、初期投入粉末材料１０ａと同じように均一的な密度分布でダイ孔１２内に充填される。
【００６１】
次いで、ダイス１３を若干、下パンチ１４ａ〜１４ｃに対して上動させると共に、各上パンチ１５ａ，１５ｂをダイ孔１２に向かってその上方から一斉に下動させ、図９（ｂ）に示すように、各上パンチ１５ａ，１５ｂをダイ孔１の上端開口面の位置で、粉末材料１０（後投入粉末材料１０ｂ）の上面に非加圧状態で接触させる。これにより、ダイ孔１２内には、下パンチ１４ａ〜１４ｃ及び上パンチ１５ａ，１５ｂの間に横ピン１７が挿入された状態のキャビティ１８が形成されると共に、このキャビティ１８内に粉末材料１０が均一的な密度状態で密封される。
【００６２】
次に、下パンチ１４ａ，１４ｂ、上パンチ１５ａ及びダイス１３の位置関係を保持し、且つ、下パンチ１４ｃとこれに対向する上パンチ１５ｂとの間隔を維持したまま、下パンチ１４ｃ及び上パンチ１５ｂを、キャビティ１８内の粉末材料１０の加圧・圧縮を開始する際の位置として図１０（ａ）に示すようにあらかじめ定めた初期位置に移送する。このとき、下パンチ１４ｃと上パンチ１５ｂとの間の粉末材料１０は、横ピン１７に対して移動することとなるものの、両パンチ１４ｃ，１５ｂの間には、横ピン１７が存在しないので、上記の移送に際してそれらの下パンチ１４ｃ及び上パンチ１５ｂ間の粉末材料１０の密度分布が不均一になることはない。
【００６３】
尚、下パンチ１４ａ，１４ｂ、上パンチ１５ａ及びダイス１３の位置関係は、上述のように図９（ａ）の位置関係に保持されるので、下パンチ１４ａ，１４ｂと、上パンチ１５ａとの間の粉末材料１０の密度分布も、均一な状態に維持される。
【００６４】
その後、各下パンチ１４ａ〜１４ｃをダイス１３に対して一斉に相対的に上動させると共に、各上パンチ１５ａ，１５ｂを一斉にダイス１３に対して相対的に下動させて、キャビティ１８内の粉末材料１０を粉末成形体６０の形状になるまで加圧・圧縮し、図１０（ｂ）に示すようにキャビティ１８内に粉末成形体６０を得る。このとき、キャビティ１８に挿入されている横ピン１７により粉末成形体６０のめくら穴状の横穴６４が形成される。
【００６５】
尚、キャビティ１８内の加圧・圧縮に際して、下パンチ１４ａ，１４ｂの移動速度（ダイス１３に対する相対的な移動速度）と、これらの下パンチ１４ａ，１４ｂに対向する上パンチ１５ａの移動速度（ダイス１３に対する相対的移動速度）とは、それらの比率が一定になるように制御される。同様に、下パンチ１４ｃのダイス１３に対する相対的移動速度と、上パンチ１５ｂのダイス１３に対する相対的移動速度とは、それらの比率が一定になるように制御される。
【００６６】
また、上記のようにして、キャビティ１８内に粉末成形体６０が得られた後には、横ピン１７がキャビティ１８内から後退されて、ピン穴１６内に戻され、さらに上パンチ１５ａ，１５ｂを上動させてダイ孔１２内から抜脱した後、ダイス２を下パンチ１４ａ〜１４ｃに対して下動させることにより、粉末成形体６０がダイ孔１２内から取り出される。
【００６７】
以上のようにして、本実施形態によれば、ダイ孔１２内に充填される粉末材料１０の密度分布を均一的なものとしながら、横ピン１７を挿入した状態のキャビティ１８を形成することができるため、該キャビティ１８内の粉末材料１０を加圧・圧縮してなる粉末成形体６０の密度分布も均一的なものとすることができ、めくら穴状の横穴６４を有する良質の粉末成形体６０を製造することができる。
【００６８】
尚、以上説明した第１及び第２実施形態では、粉末成形体の横穴が段差を有するものを示したが、横穴の側壁が横穴の軸心方向に直線的に延在するような横穴（例えば単なる円柱状の横穴等、横穴の横断面が該横穴の全長にわたって同一であるような横穴）であってもよい。この場合には、該横穴を形成するための横ピンをダイ孔内に挿入する前に、最初に投入する粉末材料（初期投入粉末材料）の上面の高さ位が横ピンの下端面の高さ位置と略同一の位置に存するようにしておき、横ピンをダイ孔に挿入したときに、同時に該横ピンの下端面が粉末材料の上面に接触するようにしてもよい。
【００６９】
また、前記第1及び第2実施形態では、複数下パンチを用いる多段成形を行なうものを例示したが、製造しようとする粉末成形体の形状によっては、上パンチや下パンチは、単一構造のものであってもよい。
【００７０】
また、特に、前記第1実施形態では、粉末成形体５０の横穴５４を形成するための一対の横ピン８，９は、粉末成形体５０の横穴５４をその小径部５４ｃの中央部で分割したような形状のものとしたが、例えば横穴５４の小径部５４ｃと、大径部５４ａ又は５４ｂの間の境界位置で横穴５４を分割したような形状とし、横穴５４の小径部５４ｃを形成する部分を一方の横ピン側にのみ設けるようにしてもよい。
【００７１】
また、特に、前記第２実施形態では、めくら穴状の横穴６４を有する粉末成形体６０に関して、その上端面に段差を有するものを例にとって説明したが、めくら穴状の横穴を有する粉末成形体の上端面の全体が第１実施形態の粉末成形体５０と同様に平坦面である場合には、上パンチは、単一構造のものでよいと共に、前記図１０（ａ）に示したように上パンチ及び下パンチをダイスに対して移送する工程が不要となり、前記第１実施形態の場合と同様の手順でめくら穴状の横穴を有する粉末成形体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1実施形態を適用して製造する粉末成形体の一例を示す斜視図及び縦断面図。
【図２】図1の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図。
【図３】図1の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図。
【図４】図1の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図。
【図５】図1の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図。
【図６】本発明の第２実施形態を適用して製造する粉末成形体の一例を示す斜視図及び縦断面図。
【図７】図６の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図。
【図８】図６の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図。
【図９】図６の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図。
【図１０】図６の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図。
【符号の説明】
１，１２…ダイ孔、２，１３…ダイス、３ａ〜３ｃ，１４ａ〜１４ｃ…下パンチ、４，１５ａ，１５ｂ…上パンチ、８，９，１７…横ピン、１０…粉末材料、１１，１８…キャビティ、５０，６０…粉末成形体、５４，６４…横穴。
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料粉末の加圧成形により、横穴を有する粉末成形体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉末材料を加圧・圧縮して粉末成形体を製造する場合、上下方向にダイ孔を有するダイスと、該ダイスのダイ孔にその上方及び下方からそれぞれ挿入される上パンチ及び下パンチとによって該ダイ孔内に形成されるキャビティに粉末材料を充填した後、この粉末材料を上パンチと下パンチとの間で加圧・圧縮し、該キャビティ内に粉末成形体を得ることが従来より行なわれている。
【０００３】
また、前記粉末成形体が、横穴を有するものである場合には、この横穴を形成するための横ピンをダイ孔内にその側方から抜脱可能に挿入した状態で前記キャビティへの粉末材料の充填を行ない、その後に該キャビティ内の材料粉末を上下パンチ間で加圧・圧縮することにより横穴を有する粉末成形体を製造する技術が知られている。
【０００４】
この場合、キャビティへの粉末材料の充填は、より具体的には、次のように行なわれる。すなわち、ダイ孔に下パンチを挿入し、且つ、上パンチをダイ孔から離脱させた状態で横ピンをダイ孔に挿入する。そして、この状態でダイ孔の上方から粉末成形体を製造するために必要な量の粉末材料をダイ孔に投入し、その後に、上パンチをダイ孔に挿入して粉末材料の上面部に接触させる。これにより、ダイ孔内に上下パンチの間で粉末材料が密閉状態で充填されたキャビティが形成される。
【０００５】
しかるに、上記のように横ピンをダイ孔内に挿入した状態で、粉末成形体を製造するために必要な量の粉末材料をダイ孔に投入するようにする技術では、次のような不都合を生じるものとなっていた。すなわち、ダイ孔内に横ピンを挿入した状態で粉末材料を上方から投入すると、横ピンの直下には、材料粉末が溜まり難いため、該横ピンの直下の箇所の材料粉末の密度が他の箇所よりも小さくなりやすい。そして、このようにキャイビティ内の材料粉末の密度が小さい箇所は、最終的にキャビティ内に得られる粉末成形体においても、粉末材料の密度が小さなものとなりやすく、ひいてはその部分が脆弱なものとなりやすい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、横ピンが挿入されるキャビティ内の材料粉末の密度分布を均一に確保して該材料粉末の加圧・圧縮を行なうことができ、ひいては横穴を有する良質の粉末成形体を得ることができる粉末成形体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の粉末成形体の製造方法は、かかる目的を達成するために、横穴を有する粉末成形体であり、前記横穴が少なくともその下面部に上下方向の段差を有する粉末成形体を粉末材料の加圧成形により製造する方法であって、ダイスに上下方向に貫設されたダイ孔にその下方から下パンチを挿入した状態で、前記粉末成形体の加圧成形に要する粉末材料のうちの一部の所定量の材料粉末を該ダイ孔に投入する第１工程と、前記横穴の形状を有する横ピンを前記ダイ孔の側方から該ダイ孔内に挿入し、該横ピンの下面部を前記ダイ孔内に粉末材料の上面部に略接触させる第２工程と、前記ダイ孔に前記粉末成形体の加圧成形に要する残余の粉末材料を該ダイ孔に投入する第３工程と、前記ダイ孔にその上方から上パンチを挿入し、該上パンチと前記下パンチとの間で該ダイ孔内に前記粉末材料が充填されたキャビティを形成する第４工程と、前記上パンチ及び下パンチとの間で前記キャビティ内の材料粉末を加圧・圧縮して、該キャビティ内に前記粉末成形体を得る第５工程とを備え、前記第２工程は、前記ダイ孔内の材料粉末の上面部が前記横ピンの最下面以下の高さ位置に存するように前記下パンチを前記ダイスに対して移動させた状態で前記横ピンを前記ダイ孔内に挿入する工程と、該挿入後に、前記下パンチをダイスに対して上動させて、前記横ピンの下面部全体を前記ダイ孔内の粉末材料の上面部に接触させる工程とから成ることを特徴とする。
【０００８】
かかる本発明によれば、前記第1工程で、前記粉末成形体の加圧成形に要する粉末材料のうちの一部の所定量の材料粉末を該ダイ孔に投入するときには、前記ダイ孔内に前記横ピンを挿入していないので、該ダイ孔内に均一的な密度分布で材料粉末を堆積させることができる。
【０００９】
そして、該第1工程の後の第２工程において、前記横ピンをダイ孔に挿入し、該横ピンの下面部をダイ孔内の粉末材料の上面部に接触させるので、該横ピンの下側に存する粉末材料の密度分布を該横ピンの直下の箇所であるか否かによらずに均一的な密度分布にすることができる。
【００１０】
さらにこのように横ピンの下面部をダイ孔内の粉末材料の上面部に接触させた状態で、前記第3工程において、残余の粉末材料をダイ孔内に投入する。このとき、横ピンの下側には、既に材料粉末が存在しているので、該残余の粉末材料は、横ピンの下側の材料粉末上に堆積されることとなる。このため、該残余の粉末材料も、横ピンの下側の材料粉末と同様に均一的な密度分布でダイ孔内に堆積させることができる。この結果、ダイ孔内には、粉末成形体の製造に必要な全量の粉末材料がその内部に横ピンを挿入した状態で均一的な密度分布で充填されることとなる。従って、該第3工程の後の前記第4工程において、前記上パンチをダイ孔内に挿入することで形成されるキャビティ内の粉末材料は、均一的な密度分布で該キャビティに充填され、しかもその内部に前記横ピンが挿入されたものとなる。
【００１１】
そして、本発明では、このようにキャビティ内に充填された粉末材料を、前記第4工程において、上パンチ及び下パンチの間で、加圧・圧縮し、これにより該キャビティ内に前記粉末成形体を得る。このとき、キャビティには、前述のように均一的な密度分布で粉末材料が充填されているため、製造される粉末成形体の密度分布も均一的なものとなる。これにより、良質の粉末成形体を製造することができる。
【００１２】
さらに本発明では、例えば前記粉末成形体の横穴の部分部分によって径の大きさが相違する場合等のように、該横穴が、少なくともその下面部に上下方向の段差を有している。そして、前記第２工程は、前記ダイ孔内の材料粉末の上面部が前記横ピンの最下面以下の高さ位置に存するように前記下パンチを前記ダイスに対して移動させた状態で前記横ピンを前記ダイ孔内に挿入する工程と、該挿入後に、前記下パンチをダイスに対して上動させて、前記横ピンの下面部全体を前記ダイ孔内の粉末材料の上面部に接触させる工程とから成る。
【００１３】
すなわち、前記第１工程で投入されたダイ孔内の材料粉末の上面部が前記横ピンの最下面以下の高さ位置に存するように前記下パンチをダイスに対して移動させた状態で前記横ピンを前記ダイ孔内に挿入することにより、ダイ孔内の粉末材料の表層部（上面部）の状態を不必要に乱すことなく、横ピンをダイ孔内に挿入することができる。そして、この状態で、前記下パンチをダイスに対して上動させて、前記横ピンの下面部全体を前記ダイ孔内の粉末材料の上面部に接触させる。このとき、横ピンの下面部のうち、最も上側の部分よりも下側の部分は、ダイ孔内の粉末材料の上面から内部側に潜り込むこととなるが、該粉末材料の表層部では、横ピンの直下の粉末材料が該横ピンの周囲に容易に移動することができるため、ダイ孔内の材料粉末の密度分布の均一性を損なうことなく、横ピンの下面部の全体をダイ孔内の粉末材料に接触させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の第1実施形態を図１〜図５を参照して説明する。図１は本実施形態で製造する粉末成形体の一例を示す斜視図及び縦断面図、図２〜図５は図１の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図である。
【００１５】
図１において、同図（ａ）は本実施形態で製造する粉末成形体５０の斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＩ−Ｉ線断面による粉末成形体５０の縦断面図である。これらの図に示すように、製造する粉末成形体５０は、例えば縦方向の長さが異なる3つの垂直姿勢の方形状の板部５１，５２，５３を重合したような外形状をなし、それらの板部５１，５２，５３の下端面により、粉末成形体５０の下端部に段差が形成されている。そして、板部５１，５２，５３の上端面は面一にそろえられ、粉末成形体５０の上端面は、平滑な面に形成されている。
【００１６】
また、粉末成形体５０は、その板部５１，５２，５３をそれらの法線方向（水平方向）に貫通する横穴５４を有する。
【００１７】
この横穴５４は、その軸線方向の両端部が、比較的、横断面積（軸線方向と直行する方向での断面積）の大きい大径部５４ａ，５４ｂとなっており、これらの大径部５４ｂ，５４ｂの間の中間部が該大径部５４ａ，５４ｂよりも横断面積が小さい小径部５４ｃとなっている。つまり、横穴５４は、その軸線方向の中間部がくびれたような形状をなし、各大径部５４ａ，５４ｂと小径部５４ｃとの境界部分に段差を有している。
【００１８】
尚、図では大径部５４ａ，５４ｂの径が同一であるように記載しているが、その径は、互いに異なる径であってもよい。また、横穴５４の横断面形状は、円形状である必要はなく、方形状等、他の形状であってもよい。
【００１９】
本実施形態において、この粉末成形体５０の製造に用いる装置は、所謂、多段成形装置であり、図２（ａ）に示すように、上下方向に貫通したダイ孔１を有するダイス２と、このダイス２のダイ孔１にその下方から挿入される3個の下パンチ３ａ，４ａ，５ａと、これらの各下パンチ３ａ，３ｂ，３ｃに対向してダイ孔１にその上方から挿入される単一の上パンチ４とを具備する。
【００２０】
ダイス２のダイ孔１は、前記粉末成形体５０の外周形状（垂直面形状）に沿った形状に形成されている。また、ダイス２の内部の所定の箇所には、ダイ孔１にその側方から連通させて横方向（水平方向）に穿設された一対のピン穴６，７が備えられ、これらのピン穴６，７は、これらの間にダイ孔１を介在させて同心に相対向するように設けられている。そして、これらのピン穴６，７には、それぞれ、前記粉末成形体５０の横穴５４の軸心方向の中央部（横穴５４の小径部５４ｃの中央部）から大径部５４ａにかけての部分（図１で参照符号Ａを付した部分。以下、横穴左半部Ａという）を形成するための横ピン８と、横穴５４の軸心方向の中央部から大径部５４ｂにかけての部分（図１で参照符号Ｂを付した部分。
以下、横穴右半部Ｂという）を形成するための横ピン９とが摺動自在に挿入されている。
【００２１】
この場合、横ピン８は、その本体部が前記横穴５４の大径部５４ａと同一の横断面形状を有する大径部８ａとなっており、この大径部８ａの先端面の略中心部から、前記横穴５４の小径部５４ｂと同一の横断面形状を有する小径部８ｂが突出されている。このため、横ピン８は、その大径部８ａと小径部８ｂとの境界箇所にその全周にわたって段差を有するものとなっている。
【００２２】
同様に、横ピン９は、その本体部が前記横穴５４の大径部５４ｂと同一の横断面形状を有する大径部９ａとなっており、この大径部９ａの先端面の略中心部から、前記横穴５４の小径部５４ｂと同一の横断面形状を有する小径部９ｂが突出されている。このため、横ピン９も、その大径部９ａと小径部９ｂとの境界箇所にその全周にわたって段差を有するものとなっている。これらの横ピン８，９は、それらの軸心方向で互いに接近させて小径部８ｂ，９ｂの先端面同士を同心に当接させたとき、それらの横ピン８，９を合わせて、粉末成形体５０の横穴５４の全体と同一の形状を呈する。
【００２３】
尚、各横ピン８，９は、それぞれピン穴６，７の先端部まで挿入され、各横ピン８，９の小径部８ｂ，９ｂの先端面がダイ孔１の側壁面と同一面上に存する状態でダイ孔１に臨んでいる。また、横ピン８，９はそれぞれ図示しないアクチュエータを介してそれらの軸心方向（横方向）に移動可能とされている。
【００２４】
各下パンチ３ａ〜３ｃは、それぞれ、上パンチ４との間で前記粉末成形体５０の板部５１の部分、板部５２の部分、板部５３の部分を成形するためのもので、各下パンチ３ａ〜５ａの上面（成形面）は、それぞれ、粉末成形体５０の各板部５１〜５３の下端面の形状に形成されている。また、上パンチ４の下面（成形面）は、粉末成形体５０の上端面に対応して、平坦面に形成されている。
【００２５】
尚、本実施形態では、下パンチ３ａ〜５ａのうちの一つ、例えば下パンチ３ａは、装置に固定されており、他の下パンチ３ｂ，３ｃ、ダイス２、及び上パンチ４がそれぞれ図示しないアクチュエータを介して上下動可能とされている。また、各パンチ３ｂ，３ｃ，４やダイス２の上下動や、前記各横ピン８，９の移動は、図示しないコンピュータにより制御される。
【００２６】
以上のような装置を用いて、粉末成形体５０は次のように製造される。
【００２７】
まず、図２（ａ）に示すように、ダイ孔１に挿入した下パンチ３ａ〜３ｃをそれぞれ、ダイ孔１の上端開口面から所定の深さ位置に移動させた状態で、粉末成形体５０を製造するために必要な全量の粉末材料のうちの一部の所定量の粉末材料１０を、ダイ孔１にその上方から投入する。このとき、粉末材料１０は、ダイ孔１の上端開口面まで充填される。この場合、ダイ孔１内には、前記横ピン８，９が挿入されていないので、粉末材料１０を均一的な密度でダイ孔１内に投入することができる。尚、粉末材料１０は例えば鉄系金属粉末やセラミックス粉末である。また、以下の説明では、このときにダイ孔１内に投入された粉末材料１０を初期投入粉末材料１０ａと称する。
【００２８】
次いで、ダイス２を下パンチ３ａ〜３ｃに対して所定の移動量、上動させる。
このダイス２の上動は、該上動を完了した時に、図２（ｂ）に示すようにピン穴６，７内の横ピン８，９の大径部８ａ，９ａの下端面が前記初期投入粉末材料１０ａの上面よりも若干上側に存する状態になるように行なわれる。
【００２９】
次いで、図３（ａ）に示すように、横ピン８，９をそれぞれ所定量づつダイ孔１内に向かって前進させ、それらの横ピン８，９の小径部８ｂ，９ｂの先端面同士を互いに同心に当接させる。これによりダイ孔１内には、横ピン８，９によって、粉末成形体５０の横穴５４の全体を形成するための横ピンが構成される。
【００３０】
このとき、ダイ孔１内の初期投入粉末材料１０ａは、横ピン８，９よりも下側に存するため、横ピン８，９には接触せず、均一的な密度分布状態が維持される。また、横ピン８，９の小径部８ｂ，９ｂの先端面の間に粉末材料１０が挟まることもなくそれらの横ピン８，９が実質的にそれらの軸心方向で連続する。
【００３１】
尚、横ピン８，９を上記のようにダイ孔１内に挿入する前に、初期投入粉末材料１０ａの上面と横ピン８，９の大径部８ａ，９ａの下端面とがほぼ同じ高さ位置になるようにダイス２と下パンチ３ａ〜３ｃの位置関係を調整しておき、横ピン８，９をダイ孔１に挿入したときに、同時に横ピン８，９の大径部８ａ，９ａの下端面が初期投入粉末材料１０ａの上面に接触するようにしてもよい。
【００３２】
次いで、ダイス２を下パンチ３ａ〜３ｃに対して若干下動させ、図３（ｂ）に示すように、横ピン８，９の小径部８ｂ，９ｂの下面部に初期投入粉末材料１０ａの上面部を接触させる。このとき、横ピン８，９の大径部８ａ，９ａの下面部は、小径部８ｂ，９ｂよりも下側の高さ位置に存するため、該大径部８ａ，９ａのダイ孔１内の部分も初期投入粉末材料１０ａに接触する。従って、横ピン８，９のダイ孔１内の部分の全体の下面部が初期投入粉末材料１０ａの上面部に接触され、該横ピン８，９の下側のダイ孔１内は、該横ピン８，９のダイ孔１内の部分の全体に初期投入粉末材料１０ａが接触した状態で該粉末材料１０ａにより満たされることとなる。
【００３３】
この場合、横ピン８，９の大径部８ａ，９ａの下面部は、初期投入粉末材料１０ａの上面から内部側に埋め込まれるようにして該初期投入粉末材料１０ａに接触するが、この接触は初期投入粉末材料１０ａの表層部において行なわれる。このため、横ピン８，９の大径部８ａ，９ａと接触する初期投入粉末材料１０ａは、該大径部８ａ，９ａの周囲に容易に移動でき、該大径部８ａ，９ａとこれらの下方に存する下パンチ３ａ，５ａとの間で圧縮されることは基本的にはない。従って、初期投入粉末材料１０ａは、その密度分布状態が均一的に保持される。
【００３４】
次いで、図４（ａ）に示すように、ダイ孔１の上方から、粉末成形体５０の製造に要する残余の粉末材料１０（以下の説明では後投入粉末材料１０ｂという）をダイ孔１内に投入する。該後投入粉末材料１０ｂは、ダイ孔１の上端開口面の位置までダイ孔１内に充填される。尚、図４（ａ）では、理解の便宜上、前記初期投入粉末材料１０ａと上記後投入粉末材料１０ｂとの境界を示す破線を記載している。
【００３５】
このとき、横ピン８，９の下側には、既に初期投入粉末材料１０ａが横ピン８，９のダイ孔１内の部分の全体の下面部に接触した状態で充満されているため、後投入粉末材料１０ｂは、横ピン８，９の上面側を含めて初期投入粉末材料１０ｂ上に堆積するだけである。このため、後投入粉末材料１０ｂは、初期投入粉末材料１０ａが図２（ａ）のようにダイ孔１内に投入されたときの状態とほぼ同一の状態で、ダイ孔１内に堆積して充填されることとなる。従って、後投入粉末材料１０ｂも、初期投入粉末材料１０ａと同じように均一的な密度分布でダイ孔１内に充填されることとなる。
【００３６】
次いで、上パンチ４をダイ孔１に向かってその上方から下動させ、図４（ｂ）に示すように、上パンチ４をダイ孔１の上端開口面の位置で粉末材料１０（後投入粉末材料１０ｂ）の上面に接触させる。
【００３７】
これにより、ダイ孔１内には、下パンチ３ａ〜３ｃ及び上パンチ４の間に横ピン８，９が挿入された状態のキャビティ１１が形成され、このキャビティ１１内に粉末材料１０が密封される。このとき、上パンチ３ｂ〜５ｂは粉末材料１０の上面に接触する位置（ダイ孔１の上端開口面の位置）で停止され、キャビティ１１内の粉末材料１０は均一的な密度状態のまま、非加圧状態に維持される。また、このとき、キャビティ１１の形状が前記粉末成形体５０に相似した形状になる。
【００３８】
次いで、各下パンチ３ａ〜３ｃを一斉にダイス２に対して相対的に上動させると共に、上パンチ４をダイ２に対して相対的に下動させて、キャビティ１１内の粉末材料１０の加圧・圧縮を開始し、この加圧・圧縮をキャビティ１１内の粉末材料１０が最終的に図５（ａ）に示すように前記粉末成形体５０の形状になって、該キャビティ１１内に粉末成形体５０が得られるまで行う。このとき、キャビティ１１に挿入されている横ピン８，９によりそれぞれ前記粉末成形体５０の横穴５４の横穴左半部Ａ及び横穴右半部Ｂが形成される。そして、このとき、横ピン８，９は、その小径部８ｂ，９ｂの先端面同士がそれらの間に粉末材料１０等が介在することなく当接しているため、左半部横穴Ａ及び右半部横穴Ｂが連通し、これにより貫通した横穴５４が形成される。
【００３９】
尚、上記のようにキャビティ１１内の粉末材料１０を粉末成形体５０になるまで加圧・圧縮するときの各下パンチ３ａ〜３ｃ及び上パンチ４の移動速度（ダイス２に対する相対的な移動速度）は、各下パンチ３ａ〜３ｃの移動速度と上パンチ４の移動速度との比率が一定となるように制御される。
【００４０】
上記のようにして、キャビティ１１内に粉末成形体５０が得られた後には、各横ピン８，９がそれぞれキャビティ１１内から後退されて、それぞれピン穴６，７内に戻される。そして、さらに上パンチ４を上動させてダイ孔１内から抜脱した後、ダイス２を下パンチ３ａ〜３ｃに対して下動させることにより、粉末成形体５０がダイ孔１内から取り出される。
【００４１】
以上のようにして、本実施形態によれば、ダイ孔１内に充填される粉末材料１０の密度分布を均一的なものとしながら、横ピン８，９を挿入した状態のキャビティ１１を形成することができるため、該キャビティ１１内の粉末材料１０を加圧・圧縮してなる粉末成形体５０の密度分布も均一的なものとすることができ、貫通した横穴５４を有する良質の粉末成形体５０を製造することができる。
【００４２】
次に、本発明の第2実施形態を図６〜図１０を参照して説明する。図６は本実施形態で製造する粉末成形体を示す斜視図及び縦断面図、図７〜図１０は図６の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図である。
【００４３】
図６において、同図（ａ）は本実施形態で製造する粉末成形体６０の斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のII−II線断面による粉末成形体６０の縦断面図である。これらの図に示すように、本実施形態で製造する粉末成形体６０は、前記第１実施形態における粉末成形体６０と同様、3つの垂直姿勢の方形状の板部６１，６２，６３を重合したような外形状をなし、それらの板部６１，６２，６３の下端面により、粉末成形体６０の下端部に段差が形成されている。
【００４４】
一方、本実施形態における粉末成形体６０では、板部６１，６２の上端面は面一にそろえられる一方、板部６３の上端面は、板部６１，６２の上端面と段差を有している。
【００４５】
また、本実施形態の粉末成形体６０は、例えば板部６１の表面（粉末成形体６０の側面）から板部６２にかけてそれらの板部６１，６２の法線方向（水平方向）に延在するめくら穴状の横穴６４を有する。この横穴６４は、その開口端側の端部が、比較的、横断面積の大きい大径部６４ａとなっており、この大径部６４ａよりも内奥側の部分は、該大径部６４ａよりも横断面積が小さい小径部６４ｂとなっている。つまり、横穴６４は、前記第1実施形態の粉末成形体５０の横穴左半部Ａと同様の形状をなし、大径部６４ａと小径部６４ｂとの境界部分にその全周にわたって段差を有している。
【００４６】
次に、この粉末成形体６０の製造に用いる装置を図７（ａ）を参照して説明する。本実施形態で粉末成形体６０の製造に用いる装置は、図７（ａ）に示すように、粉末成形体６０の外周形状（垂直面形状）に沿った形状で上下方向に貫通したダイ孔１２を有するダイス１３と、このダイス１３のダイ孔１２にその下方から挿入される3個の下パンチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、これらの各下パンチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに対向してダイ孔１２にその上方から挿入される２個の上パンチ１５ａ，１５ｂとを具備する。
【００４７】
ダイス１３は、前記第１実施形態におけるダイス２（図２参照）からピン穴７及び横ピン９を除去したような構造となっており、ダイ孔１２にその側方（下パンチ１４ａ側の側方）から連通するピン穴１６が水平方向（横方向）に穿設され、このピン穴１６に粉末成形体６０の横穴６４を形成するための横ピン１７が摺動自在に挿入されている。
【００４８】
この場合、横ピン１７は、粉末成形体６０の横穴６４の形状に対応して、その本体部が横穴６４の大径部６４ａと同一の横断面形状の大径部１７ａとなっていると共に、該大径部１７ａの先端面から、横穴６４の小径部６４ｂと同一の横断面形状の小径部１７ｂが突出され、大径部１７ａと小径部１７ｂとの間の境界分は、その全周にわたって段差を有している。そして、横ピン１７は、ピン穴１６の先端部まで挿入され、その小径部１７ｂの先端面がダイ孔１２の側壁面と同一面上に存する状態でダイ孔１２に臨んでいる。
【００４９】
下パンチ１４ａ〜１４ｃのうち、下パンチ１４ａ，１４ｂは、上パンチ１５ａとの間でそれぞれ前記粉末成形体６０の板部６１の部分、板部６２の部分を成形するためのものであり、下パンチ１４ｃは、上パンチ１５ｂとの間で、粉末成形体６０の板部６３の部分を成形するためのものである。そして、各下パンチ３ａ〜５ａの上面（成形面）は、それぞれ、粉末成形体６０の各板部６１〜６３の下端面の形状に形成されている。また、上パンチ１５ａ，１５ｂのうち、上パンチ１５ａの下面（成形面）は、粉末成形体６０の板部６１，６２の部分の上端面に対応して、平坦面に形成され、上パンチ１５ｂの下面（成形面）は、粉末成形体６０の板部６３の上端面の形状に形成されている。
【００５０】
尚、前記第1実施形態における装置と同様、下パンチ１４ａ〜１４ｃのうちの一つ、例えば下パンチ１４ａは、装置に固定されており、他の下パンチ１４ｂ，１４ｃ、ダイス１３、及び各上パンチ１５ａ，１５ｂがそれぞれ図示しないアクチュエータを介して上下動可能とされている。また、横ピン１７も、図示しないアクチュエータを介して横方向に移動可能とされている。そして、各パンチ１４ｂ，１４ｃ，１５ａ，１５ｂやダイス１３の上下動や、前記横ピン１７の移動は、図示しないコンピュータにより制御される。
【００５１】
以上のような装置を用いて、粉末成形体６０は次のように製造される。
【００５２】
まず、図７（ａ）に示すように、下パンチ１４ａ〜１４ｃをそれぞれ、ダイ孔１２の上端開口面から所定の深さ位置に移動させた状態で、粉末成形体６０を製造するために必要な全量の粉末材料のうちの一部の所定量の粉末材料１０（初期投入粉末材料１０ａ）を、ダイ孔１２にその上方から投入し、ダイ孔１２の上端開口面まで充填する。
【００５３】
このとき、ダイ孔１２内には、横ピン１７が突出されていないので、初期投入粉末材料１０ａは、均一的な密度分布でダイ孔１２内に充填される。
【００５４】
次いで、前記第１実施形態の場合と同様にして、ダイス１３を、下パンチ１４ａ〜１４ｃに対して所定の移動量、上動させ、図７（ｂ）に示すように横ピン１７の大径部１７ａの下端面を初期投入粉末材料１０ａの上面よりも若干上側に位置させる。
【００５５】
さらに、図８（ａ）に示すように、横ピン１７を、ダイ孔１２内の所定の位置まで前進させ、ダイ孔１２内に粉末成形体６０の横穴６４を形成するための横ピンを構成する。このとき、ダイ孔１２内の初期投入粉末材料１０ａは、横ピン１７には接触せず、均一的な密度分布状態が維持される。
【００５６】
尚、横ピン１７を上記のようにダイ孔１２内に挿入する前に、初期投入粉末材料１０ａの上面と横ピン１７の大径部１７ａの下端面とがほぼ同じ高さ位置になるようにダイス１３と下パンチ１４ａ〜１４ｃの位置関係を調整しておき、横ピン１７をダイ孔１２に挿入したときに、同時に横ピン１７の大径部１７ａの下端面が初期投入粉末材料１０ａの上面に接触するようにしてもよい。
【００５７】
次いで、ダイス１３を下パンチ１４ａ〜１４ｃに対して若干下動させ、図８（ｂ）に示すように、横ピン１７の小径部１７ｂの下面部に初期投入粉末材料１０ａの上面部を接触させる。このとき、横ピン１７の大径部１７ａのダイ孔１２内の部分の下面部も初期投入粉末材料１０ａに接触するので、横ピン１７のダイ孔１２内の部分の全体の下面部が初期投入粉末材料１０ａの上面部に接触する。
【００５８】
尚、この場合、横ピン１７の大径部１７ａの下面部は、初期投入粉末材料１０ａの上面から内部側に埋め込まれるようにして該初期投入粉末材料１０ａに接触するが、この接触は初期投入粉末材料１０ａの表層部において行なわれるため、前記第１実施形態の場合と同様、横ピン１７の大径部１７ａとこれの下方に存する下パンチ１４ａとの間で初期投入粉末材料１０ａが圧縮されることは基本的にはない。従って、初期投入粉末材料１０ａは、その密度分布状態が均一的に保持される。
【００５９】
次いで、図９（ａ）に示すように、ダイ孔１２の上方から、粉末成形体６０の製造に要する残余の粉末材料１０（後投入粉末材料１０ｂ）をダイ孔１２内に投入し、ダイ孔１２の上端開口面の位置まで充填する。
【００６０】
このとき、前記第１実施形態の場合と同様、横ピン１７の下側には、既に初期投入粉末材料１０ａが横ピン１７の下面部の全体に接触した状態で充満されているため、後投入粉末材料１０ｂは、初期投入粉末材料１０ａがダイ孔１内に投入されたときの状態とほぼ同一の状態で、横ピン１７及び初期投入粉末材料１０ａの上側に堆積して充填される。従って、後投入粉末材料１０ｂも、初期投入粉末材料１０ａと同じように均一的な密度分布でダイ孔１２内に充填される。
【００６１】
次いで、ダイス１３を若干、下パンチ１４ａ〜１４ｃに対して上動させると共に、各上パンチ１５ａ，１５ｂをダイ孔１２に向かってその上方から一斉に下動させ、図９（ｂ）に示すように、各上パンチ１５ａ，１５ｂをダイ孔１の上端開口面の位置で、粉末材料１０（後投入粉末材料１０ｂ）の上面に非加圧状態で接触させる。これにより、ダイ孔１２内には、下パンチ１４ａ〜１４ｃ及び上パンチ１５ａ，１５ｂの間に横ピン１７が挿入された状態のキャビティ１８が形成されると共に、このキャビティ１８内に粉末材料１０が均一的な密度状態で密封される。
【００６２】
次に、下パンチ１４ａ，１４ｂ、上パンチ１５ａ及びダイス１３の位置関係を保持し、且つ、下パンチ１４ｃとこれに対向する上パンチ１５ｂとの間隔を維持したまま、下パンチ１４ｃ及び上パンチ１５ｂを、キャビティ１８内の粉末材料１０の加圧・圧縮を開始する際の位置として図１０（ａ）に示すようにあらかじめ定めた初期位置に移送する。このとき、下パンチ１４ｃと上パンチ１５ｂとの間の粉末材料１０は、横ピン１７に対して移動することとなるものの、両パンチ１４ｃ，１５ｂの間には、横ピン１７が存在しないので、上記の移送に際してそれらの下パンチ１４ｃ及び上パンチ１５ｂ間の粉末材料１０の密度分布が不均一になることはない。
【００６３】
尚、下パンチ１４ａ，１４ｂ、上パンチ１５ａ及びダイス１３の位置関係は、上述のように図９（ａ）の位置関係に保持されるので、下パンチ１４ａ，１４ｂと、上パンチ１５ａとの間の粉末材料１０の密度分布も、均一な状態に維持される。
【００６４】
その後、各下パンチ１４ａ〜１４ｃをダイス１３に対して一斉に相対的に上動させると共に、各上パンチ１５ａ，１５ｂを一斉にダイス１３に対して相対的に下動させて、キャビティ１８内の粉末材料１０を粉末成形体６０の形状になるまで加圧・圧縮し、図１０（ｂ）に示すようにキャビティ１８内に粉末成形体６０を得る。このとき、キャビティ１８に挿入されている横ピン１７により粉末成形体６０のめくら穴状の横穴６４が形成される。
【００６５】
尚、キャビティ１８内の加圧・圧縮に際して、下パンチ１４ａ，１４ｂの移動速度（ダイス１３に対する相対的な移動速度）と、これらの下パンチ１４ａ，１４ｂに対向する上パンチ１５ａの移動速度（ダイス１３に対する相対的移動速度）とは、それらの比率が一定になるように制御される。同様に、下パンチ１４ｃのダイス１３に対する相対的移動速度と、上パンチ１５ｂのダイス１３に対する相対的移動速度とは、それらの比率が一定になるように制御される。
【００６６】
また、上記のようにして、キャビティ１８内に粉末成形体６０が得られた後には、横ピン１７がキャビティ１８内から後退されて、ピン穴１６内に戻され、さらに上パンチ１５ａ，１５ｂを上動させてダイ孔１２内から抜脱した後、ダイス２を下パンチ１４ａ〜１４ｃに対して下動させることにより、粉末成形体６０がダイ孔１２内から取り出される。
【００６７】
以上のようにして、本実施形態によれば、ダイ孔１２内に充填される粉末材料１０の密度分布を均一的なものとしながら、横ピン１７を挿入した状態のキャビティ１８を形成することができるため、該キャビティ１８内の粉末材料１０を加圧・圧縮してなる粉末成形体６０の密度分布も均一的なものとすることができ、めくら穴状の横穴６４を有する良質の粉末成形体６０を製造することができる。
【００６８】
尚、以上説明した第１及び第２実施形態では、粉末成形体の横穴が段差を有するものを示したが、横穴の側壁が横穴の軸心方向に直線的に延在するような横穴（例えば単なる円柱状の横穴等、横穴の横断面が該横穴の全長にわたって同一であるような横穴）であってもよい。この場合には、該横穴を形成するための横ピンをダイ孔内に挿入する前に、最初に投入する粉末材料（初期投入粉末材料）の上面の高さ位が横ピンの下端面の高さ位置と略同一の位置に存するようにしておき、横ピンをダイ孔に挿入したときに、同時に該横ピンの下端面が粉末材料の上面に接触するようにしてもよい。
【００６９】
また、前記第1及び第2実施形態では、複数下パンチを用いる多段成形を行なうものを例示したが、製造しようとする粉末成形体の形状によっては、上パンチや下パンチは、単一構造のものであってもよい。
【００７０】
また、特に、前記第1実施形態では、粉末成形体５０の横穴５４を形成するための一対の横ピン８，９は、粉末成形体５０の横穴５４をその小径部５４ｃの中央部で分割したような形状のものとしたが、例えば横穴５４の小径部５４ｃと、大径部５４ａ又は５４ｂの間の境界位置で横穴５４を分割したような形状とし、横穴５４の小径部５４ｃを形成する部分を一方の横ピン側にのみ設けるようにしてもよい。
【００７１】
また、特に、前記第２実施形態では、めくら穴状の横穴６４を有する粉末成形体６０に関して、その上端面に段差を有するものを例にとって説明したが、めくら穴状の横穴を有する粉末成形体の上端面の全体が第１実施形態の粉末成形体５０と同様に平坦面である場合には、上パンチは、単一構造のものでよいと共に、前記図１０（ａ）に示したように上パンチ及び下パンチをダイスに対して移送する工程が不要となり、前記第１実施形態の場合と同様の手順でめくら穴状の横穴を有する粉末成形体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1実施形態を適用して製造する粉末成形体の一例を示す斜視図及び縦断面図。
【図２】図1の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図。
【図３】図1の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図。
【図４】図1の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図。
【図５】図1の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図。
【図６】本発明の第２実施形態を適用して製造する粉末成形体の一例を示す斜視図及び縦断面図。
【図７】図６の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図。
【図８】図６の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図。
【図９】図６の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図。
【図１０】図６の粉末成形体の製造工程を説明するための断面図。
【符号の説明】
１，１２…ダイ孔、２，１３…ダイス、３ａ〜３ｃ，１４ａ〜１４ｃ…下パンチ、４，１５ａ，１５ｂ…上パンチ、８，９，１７…横ピン、１０…粉末材料、１１，１８…キャビティ、５０，６０…粉末成形体、５４，６４…横穴。
Claims (1)
- 横穴を有する粉末成形体であり、前記横穴が少なくともその下面部に上下方向の段差を有する粉末成形体を粉末材料の加圧成形により製造する方法であって、
ダイスに上下方向に貫設されたダイ孔にその下方から下パンチを挿入した状態で、前記粉末成形体の加圧成形に要する粉末材料のうちの一部の所定量の材料粉末を該ダイ孔に投入する第１工程と、
前記横穴の形状を有する横ピンを前記ダイ孔の側方から該ダイ孔内に挿入し、該横ピンの下面部を前記ダイ孔内に粉末材料の上面部に略接触させる第２工程と、
前記ダイ孔に前記粉末成形体の加圧成形に要する残余の粉末材料を該ダイ孔に投入する第３工程と、前記ダイ孔にその上方から上パンチを挿入し、該上パンチと前記下パンチとの間で該ダイ孔内に前記粉末材料が充填されたキャビティを形成する第４工程と、
前記上パンチ及び下パンチとの間で前記キャビティ内の材料粉末を加圧・圧縮して、該キャビティ内に前記粉末成形体を得る第５工程とを備え、
前記第２工程は、前記ダイ孔内の材料粉末の上面部が前記横ピンの最下面以下の高さ位置に存するように前記下パンチを前記ダイスに対して移動させた状態で前記横ピンを前記ダイ孔内に挿入する工程と、該挿入後に、前記下パンチをダイスに対して上動させて、前記横ピンの下面部全体を前記ダイ孔内の粉末材料の上面部に接触させる工程とから成ることを特徴とする粉末成形体の製造方法。
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