特許 5787512 冷間塑性加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5787512

(24)【登録日】2015年8月7日

(45)【発行日】2015年9月30日

(54)【発明の名称】冷間塑性加工装置

(51)【国際特許分類】

   B22F 3/035 20060101AFI20150910BHJP

   B22F 1/00 20060101ALI20150910BHJP

【ＦＩ】

   B22F3/035 D

   B22F1/00 E

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2010-277101(P2010-277101)

(22)【出願日】2010年12月13日

(65)【公開番号】特開2012-126931(P2012-126931A)

(43)【公開日】2012年7月5日

【審査請求日】2013年6月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】カヤバ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100075513

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 政喜

(74)【代理人】

【識別番号】100114236

【弁理士】

【氏名又は名称】藤井 正弘

(74)【代理人】

【識別番号】100120260

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅昭

(74)【代理人】

【識別番号】100137604

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 淳

(72)【発明者】

【氏名】小林 隆

【審査官】 静野 朋季

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１６９９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２６２６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３２５４４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｆ １／００−８／００

Ｂ３０Ｂ １１／００−１１／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属の粉体が収容されるダイと、
前記ダイの内周に沿って移動し、粉体に対してせん断塑性ひずみを付与するパンチと、を備え、
前記パンチが前記ダイの内周を往復動することにより粉体に対して冷間塑性加工を施す冷間塑性加工装置であって、
前記ダイの内周に対向する前記パンチの外周に環状の溝が形成され、
前記溝は、前記パンチが往復動する過程で前記ダイ内周に対向する位置に形成されることを特徴とする冷間塑性加工装置。

【請求項2】

前記ダイは、内周に大径部と小径部とを有し、
前記パンチは、前記大径部に沿って移動する第１パンチと、前記小径部に沿って移動する第２パンチと、を備え、
前記溝は、前記第１パンチ及び前記第２パンチのそれぞれに複数形成されることを特徴とする請求項１に記載の冷間塑性加工装置。

【請求項3】

前記溝は、前記パンチの軸方向について等間隔に並んで形成されることを特徴とする請求項２に記載の冷間塑性加工装置。

【請求項4】

前記溝の内面は、曲面状に形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の冷間塑性加工装置。

【請求項5】

前記溝の内面は、前記パンチの径方向に延びる平面部と、前記パンチの先端に向かって内径が大きくなる傾斜面と、からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の冷間塑性加工装置。

【請求項6】

前記溝の内面は、前記パンチの軸方向に延びる底面部と、前記底面部と前記パンチの外周とをつなぐ傾斜部と、からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の冷間塑性加工装置。

【請求項7】

前記底面部は、前記パンチの軸方向の長さが前記傾斜部より大きく形成されることを特徴とする請求項６に記載の冷間塑性加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属粉体に対して冷間塑性加工を施す装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

合金を製造する方法として、バルクメカニカルアロイング法が知られている。

【0003】

バルクメカニカルアロイング法として、特許文献１には、途中から広くなる柱状の内部空間を有する外部金型と、内部空間の広い側に上下動自在に嵌合する柱状金型Ａと、内部空間の狭い側に上下動自在に嵌合する柱状金型Ｂとからなる金型を用いる方法が開示されている。外部金型の内部空間では、柱状金型Ａと柱状金型Ｂによって粉末原料の圧縮と押し出しが繰り返される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−２９８８３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示の金型では、外部金型内にて柱状金型の上下動が繰り返される過程で、外部金型の内周に金属粉末が付着し、外部金型内周と柱状金型外周との摩擦力が次第に増加する。この場合、柱状金型を上下動させるための荷重が増加してしまうため、定期的に外部金型の内周に付着した金属粉末を除去する作業が必要となる。したがって、効率良く合金を製造することができない。

【0006】

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、金属の粉体に対して冷間塑性加工を効率良く施すことができる冷間塑性加工装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、金属の粉体が収容されるダイと、前記ダイの内周に沿って移動し、粉体に対してせん断塑性ひずみを付与するパンチと、を備え、前記パンチが前記ダイの内周を往復動することにより粉体に対して冷間塑性加工を施す冷間塑性加工装置であって、前記ダイの内周に対向する前記パンチの外周に環状の溝が形成され、前記溝は、前記パンチが往復動する過程で前記ダイ内周に対向する位置に形成されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、ダイの内周に対向するパンチの外周に溝が形成されるため、パンチが移動する際、ダイの内周に付着した粉体はパンチに形成された溝によって剥がされる。したがって、ダイの内周に付着した粉体を除去する作業の頻度が少なくなるため、粉体に対して冷間塑性加工を効率良く施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の形態に係る冷間塑性加工装置の断面図である。

【図2】冷間塑性加工装置１００の動作を時系列順に示した図である。

【図3】第１パンチ及び第２パンチの断面図である。

【図4】第１パンチ及び第２パンチの断面図である。

【図5】第１パンチ及び第２パンチの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

【0011】

まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る冷間塑性加工装置１００について説明する。

【0012】

冷間塑性加工装置１００は、金属の粉体に対して冷間状態で塑性加工を施す装置である。粉体とは、微細な粒子が多数集合した粉末や、ペレット状、チップ状等のある程度大きな粒子が多数集合したものをいう。つまり、固体が多数集合したものをいう。

【0013】

冷間塑性加工装置１００は、粉体が収容されるダイ１と、ダイ１の内周に沿って移動し、粉体に対してせん断塑性ひずみを付与するパンチ１０とを備える。

【0014】

ダイ１は、貫通孔２を有する略筒状の部材である。貫通孔２は、大きな内径の大径部２ａと、大径部２ａと比較して小さい内径の小径部２ｂと、大径部２ａから小径部２ｂに向かって序々に縮径された傾斜部２ｃとからなる。

【0015】

パンチ１０は、大径部２ａに挿入され大径部２ａに沿って移動する第１パンチ１１ａと、小径部２ｂに挿入され小径部２ｂに沿って移動する第２パンチ１１ｂとを備える。

【0016】

第１パンチ１１ａと第２パンチ１１ｂの構成は同じであるため、以下では、第１パンチ１１ａを中心に説明し、第２パンチ１１ｂについては第１パンチ１１ａと同一の構成には図中に同じ数字の符号を付して説明を省略する。第１パンチ１１ａの構成には符号に「ａ」を付し、第２パンチ１１ｂの構成には符号に「ｂ」を付して区別する。

【0017】

第１パンチ１１ａは、大径部２ａに挿入される挿入部１２ａと、大径部２ａの内径よりも大きな径にて形成されたフランジ部１３ａとを有する。挿入部１２ａの先端面１４ａは略平面状に形成される。

【0018】

挿入部１２ａの外周とダイ１の大径部２ａの内周との間には、５〜１００μｍの隙間が存在する。同様に、第２パンチ１１ｂの挿入部１２ｂの外周とダイ１の小径部２ｂの内周との間にも、５〜１００μｍの隙間が存在する。

【0019】

第１パンチ１１ａと第２パンチ１１ｂは、挿入部１２ａの先端面１４ａと挿入部１２ｂの先端面１４ｂとが対向した状態で配置される。貫通孔２の内周、先端面１４ａ、及び先端面１４ｂによってダイ１内に空間２０が区画され、空間２０に粉体が収容される。空間２０に収容された粉体には、第１パンチ１１ａ及び第２パンチ１１ｂの移動によって塑性加工が加えられてせん断塑性ひずみが付与される。

【0020】

第１パンチ１１ａ及び第２パンチ１１ｂは、フランジ部１３ａ，１３ｂの背面に連結された油圧駆動装置（図示せず）の駆動によって移動する。

【0021】

次に、図２を参照して冷間塑性加工装置１００の動作について説明する。

【0022】

まず、図１に示すように、大径部２ａと小径部２ｂとに跨って区画された空間２０に原料の粉体を収容する。次に、図２（ａ）に示すように、第１パンチ１１ａを進入させ、第１パンチ１１ａと第２パンチ１１ｂとの間にて粉体を圧縮する。これにより、粉体には、圧縮力が付与されると共に、ダイ１の傾斜部２ｃを通過する際にせん断力が付与される。この工程にて、粉体は、圧縮力を受けて互いにくっつき、圧粉体に変化する。

【0023】

次に、図２（ｂ）に示すように、第１パンチ１１ａを後退させる。そして、図２（ｃ）に示すように、第２パンチ１１ｂを先端面１４ｂが傾斜部２ｃの最小径部に位置するまで進入させる。

【0024】

次に、図２（ｄ）に示すように、第１パンチ１１ａを進入させ、第１パンチ１１ａと第２パンチ１１ｂとの間にて圧粉体を圧縮する。これにより、粉体には圧縮力が付与される。

【0025】

次に、図２（ｅ）に示すように、第２パンチ１１ｂを後退させる。そして、図２（ｆ）に示すように、第１パンチ１１ａを再び進入させ、圧粉体を大径部２ａから小径部２ｂに押し出す。これにより、圧粉体は傾斜部２ｃを通過する際に縮径されて、圧粉体にせん断力が付与される。

【0026】

最後に、第２パンチ１１ｂを進入させ、第１パンチ１１ａと第２パンチ１１ｂとの間にて圧粉体を圧縮する。これにより、図２（ａ）に示す状態に戻る。以上の工程が繰り返されることによって、粉体には冷間状態で強加工が施され、粉体中には多数のせん断塑性ひずみが付与される。

【0027】

空間２０に収容される原料としては、２種類以上の純金属の粉体を混合したものでもよく、１種類の純金属の粉体でもよく、また、合金の粉体でもよい。

【0028】

２種類以上の純金属の粉体を混合したものを原料として用いた場合には、図２に示す工程を繰り返すことによって、合金を製造することができる。そして、得られる合金は強加工によって結晶粒が微細化するため、機械的性質が優れたものとなる。また、１種類の純金属の粉体又は合金の粉体を原料として用いた場合も、図２に示す工程を繰り返すことによって、強加工によって結晶粒が微細化するため、機械的性質を向上させることができる。

【0029】

第１パンチ１１ａの挿入部１２ａの外周とダイ１の大径部２ａの内周との間には５〜１００μｍの隙間が存在するため、第１パンチ１１ａが進入及び後退する過程で、挿入部１２ａの外周と大径部２ａの内周との間に原料粉体や加工途中の粉体が入り込む。入り込んだ粉体は、大径部２ａの内周に付着し、その付着量は、加工が繰り返されることによって、序々に増加する。それに伴って、挿入部１２ａの外周と大径部２ａの内周との摩擦力が増加するため、第１パンチ１１ａを進入及び後退させるために必要な荷重も序々に大きくなってしまう。そのため、第１パンチ１１ａを進入及び後退させるための荷重が所定値に達した場合には、加工を一次中断し、大径部２ａの内周に付着した粉体を除去する作業が必要となる。第２パンチ１１ｂについても同様であり、第２パンチ１１ｂを進入及び後退させるための荷重が所定値に達した場合には、加工を一次中断し、小径部２ｂの内周に付着した粉体を除去する作業が必要となる。

【0030】

この対策として、第１パンチ１１ａの挿入部１２ａ及び第２パンチ１１ｂの挿入部１２ｂの外周には、それぞれ溝２５が形成される。この溝２５について、図３を参照して詳しく説明する。以下では、第１パンチ１１ａについて説明するが、第２パンチ１１ｂにも同様の溝が形成される。

【0031】

溝２５は、第１パンチ１１ａの挿入部１２ａの外周全周に亘って形成されるラビリンス溝であり、挿入部１２ａの軸方向に等間隔に複数形成される。本実施の形態では、４つの溝２５が形成される。

【0032】

挿入部１２ａの外周に複数の溝２５が形成されることによって、挿入部１２ａの外周は、溝２５と、外径が一様な曲面部２６とから構成されることになる。各溝２５の内面は、曲面状に形成される。溝２５と曲面部２６との境界には角部２７が形成される。曲面部２６とダイ１の大径部２ａの内周との隙間は５〜１００μｍである。

【0033】

溝２５が形成された第１パンチ１１ａを用いた場合には、ダイ１の大径部２ａの内周に粉体が付着しても、溝２５の存在によって、挿入部１２ａの外周と大径部２ａの内周との接触面積が減るため、両者の間に発生する摩擦力の増加が抑制される。また、ダイ１の大径部２ａの内周に付着した粉体は、第１パンチ１１ａが進入及び後退する過程で、挿入部１２ａの外周の角部２７によって剥がされるため、加工が繰り返されても、大径部２ａの内周に付着する粉体の量は増加し難い。したがって、溝２５が形成された第１パンチ１１ａを用いることによって、第１パンチ１１ａを進入及び後退させるための荷重の増加を抑制することができ、大径部２ａの内周に付着した粉体を除去する作業の頻度を少なくすることができる。

【0034】

次に、図４を参照して、溝２５の他の形状について説明する。

【0035】

図４に示す溝３０は、第１パンチ１１ａの挿入部１２ａの外周全周に亘って形成されるシェービング溝であり、挿入部１２ａの軸方向に等間隔に複数形成される。

【0036】

挿入部１２ａの外周に複数の溝３０が形成されることによって、挿入部１２ａの外周は、溝３０と、外径が一様な曲面部３１とから構成されることになる。各溝３０の内面は、挿入部１２ａの径方向に延びる平面部３０ａと、挿入部１２ａの先端に向かって内径が大きくなる傾斜面３０ｂとからなる。曲面部３１とダイ１の大径部２ａの内周との隙間は５〜１００μｍである。

【0037】

溝３０が形成された第１パンチ１１ａを用いた場合も、溝２５が形成された第１パンチ１１ｂを用いた場合と同様の作用効果を奏する。また、ダイ１の大径部２ａの内周に付着した粉体は、第１パンチ１１ａが進入する過程で、溝３０の平面部３０ａによって剥がされる一方、第１パンチ１１ａが後退する過程では、溝３０の傾斜面３０ｂが大径部２ａの内周に付着した粉体を剥がす作用は小さい。このため、大径部２ａの内周に付着した粉体は、主に、第１パンチ１１ａの進入時に剥がされることになる。したがって、剥がされた粉体は、第１パンチ１１ａの進入動作によって空間２０に導かれ易いため、外部に飛散し難い。

【0038】

次に、図５を参照して、溝２５の他の形状について説明する。

【0039】

図５に示す溝４０は、第１パンチ１１ａの挿入部１２ａの外周全周に亘って形成されるグルーブ溝であり、１つだけ形成される。

【0040】

挿入部１２ａの外周に溝４０が形成されることによって、挿入部１２ａの外周は、溝４０と、外径が一様な曲面部４１とから構成されることになる。溝４０の内面は、挿入部１２ａの軸方向に延びる底面部４０ａと、底面部４０ａと曲面部４１とをつなぐ傾斜部４０ｂとからなる。曲面部４１とダイ１の大径部２ａの内周との隙間は５〜１００μｍである。

【0041】

溝４０が形成された第１パンチ１１ａを用いた場合も、溝２５が形成された第１パンチ１１ｂを用いた場合と同様の作用効果を奏する。また、溝４０の底面部４０ａにおける挿入部１２ａの軸方向長さを大きくすることによって、挿入部１２ａの外周と大径部２ａの内周との接触面積を減らすことができ、両者の間に発生する摩擦力の増加をより抑制することができる。

【0042】

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

【0043】

例えば、上記実施の形態では、溝２５，３０，４０を第１パンチ１１ａ及び第２パンチ１１ｂの双方に形成すると説明した。しかし、溝２５，３０，４０を第１パンチ１１ａ及び第２パンチ１１ｂのいずれか一方に形成するようにしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0044】

本発明に係る冷間塑性加工装置は、粉体を原料として合金を製造するバルクメカニカルアロイング法の装置として用いることができる。

【符号の説明】

【0045】

１００ 冷間塑性加工装置
１ ダイ
２ａ 大径部
２ｂ 小径部
１１ａ 第１パンチ
１１ｂ 第２パンチ
１２ａ，１２ｂ 挿入部
２０ 空間
２５，３０，４０ 溝
２６，３１，４１ 曲面部
２７ 角部
３０ 溝
３０ａ 平面部
３０ｂ 傾斜面
４０ａ 底面部
４０ｂ 傾斜部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】