特許 6041208 金属粉末成型品の製造方法及びこれに用いるプレス装置

(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】6041208

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】金属粉末成型品の製造方法及びこれに用いるプレス装置

(51)【国際特許分類】

   B22F 3/035 20060101AFI20161128BHJP

   B30B 11/02 20060101ALI20161128BHJP

   B30B 11/00 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   B22F3/035 D

   B30B11/02 F

   B30B11/02 Z

   B30B11/00 G

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-288319(P2012-288319)

(22)【出願日】2012年12月28日

(65)【公開番号】特開2014-129572(P2014-129572A)

(43)【公開日】2014年7月10日

【審査請求日】2015年10月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003713

【氏名又は名称】大同特殊鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001184

【氏名又は名称】特許業務法人むつきパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】杉山 岳文

(72)【発明者】

【氏名】勝見 昌高

(72)【発明者】

【氏名】宇井 和也

【審査官】 川村 裕二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２１１２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０６−０７３１３２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００６−２８１２７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｆ ３／００− ８／００

Ｂ３０Ｂ １１／００

Ｂ３０Ｂ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

本体金型を上下方向に貫通する貫通孔の上下からそれぞれ上金型及び下金型を嵌入させこれを互いに近接移動させて間に与えられた金属粉末を該貫通孔の内部で圧縮加工して金属粉末成型品を得る製造方法であって、
前記下金型の本体上に、段差部を前記下金型に与えるスペーサを配置させた状態で、頂面の周縁部に沿って前記段差部を与えられた前記下金型の前記頂面上に前記金属粉末を与え、前記上金型を前記下金型へ向けて近接移動させて前記金属粉末を圧縮加工した後に、前記下金型を前記貫通孔の内部を上方向へと移動させて前記金属粉末成型品を前記貫通孔より抜き出すことを特徴とする金属粉末成型品の製造方法。

【請求項2】

前記本体金型を加熱するとともに、前記スペーサを加熱した後に前記下金型の前記本体上に配置させることを特徴とする請求項１記載の金属粉末成型品の製造方法。

【請求項3】

本体金型を上下方向に貫通する貫通孔の上下からそれぞれ上金型及び下金型を嵌入させこれを互いに近接移動させて間に与えられた金属粉末を該貫通孔の内部で圧縮加工して金属粉末成型品を得るためのプレス装置であって、
前記下金型の頂面上に前記金属粉末を与え、前記上金型を前記下金型へ向けて近接移動させて前記金属粉末を圧縮加工した後に、前記下金型を前記貫通孔の内部を上方向へと移動させて前記金属粉末成型品を前記貫通孔より抜き出すプレス装置において、前記下金型はその本体上にスペーサが配置されており、前記スペーサにより、前記頂面の周縁部に沿って段差部を与えられていることを特徴とするプレス装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属粉末成型品の製造方法及びこれに用いるプレス装置に関し、特に、本体金型を上下方向に貫通する貫通孔の内部にて金属粉末を圧縮加工して金属粉末成型品を得る製造方法及びこれに用いるプレス装置に関する。

【背景技術】

【0002】

金属粉末を金型内部に装填し、これを圧縮加工して金属粉末成型品を得る方法がある。例えば、金属粉末を長手の柱状空間を有する金型内部に装填して長手方向に沿って一軸圧縮することで、金属粉末は柱状空間内壁に側面を拘束されながら圧縮され、塑性変形をしながら形状が固定される。具体的には、柱状空間からなる内孔を有する本体金型（ダイス）の該内孔断面に嵌合可能な形状を有する下金型と上金型とを用意し、本体金型の下側から内孔に下金型を嵌入させる。この上に金属粉末を装填し、上金型を本体金型の上側から内孔に嵌入させる。そして、下金型及び上金型を相対的に近接移動させると、金属粉末は本体金型、下金型及び上金型によって画定される空間に閉じ込められて圧縮され、該空間形状に加工される。圧縮荷重の除圧後、下金型及び／又は上金型とともに圧縮加工された金属粉末成型品を内孔に沿って移動させて、これを本体金型の上部又は下部から取り出すことができる。

【0003】

ところで、金属粉末の圧縮加工時において、各金型と金属粉末成型品の間で、若しくは、本体金型と下金型又は上金型の間で固着を生じると、本体金型から金属粉末成型品を取り出せなくなったり、下金型及び／又は上金型が本体金型に対して動かなくなるなどの動作不良を引き起こしてしまう。また、金属粉末成型品を本体金型から取り出せたとしても、金属粉末成型品を繰り返し取り出す動作によって金型が傷つき、金属粉末成型品にこの傷が転写される不具合から、金型の交換を強いられる場合も考えられる。

【0004】

例えば、特許文献１では、円柱状内孔を有する本体金型の内孔端部外周面にフランジ状の段部を与えた場合における本体金型と金属粉末成型品との間の焼き付きについて述べている。フランジ状の段部では、本体金型の厚さが薄くなって剛性が低下し、圧縮加工時に外側に拡がるように変形しやすい。故に、金属粉末成型品を内孔長手方向、すなわち縦方向に繰り返し取り出そうとする動作によって、本体金型に縦方向の摺動すじが発生し、最終的には焼付きのような金型の動作不良が生起するとしている。そこで、本体金型のフランジ状の段部の厚さを補って、圧縮加工時の本体金型の変形を防止し焼き付きを防ぐことを開示している。更に、圧縮加工時のフランジ状の段部における圧縮圧力の不均一さを解消すべく、フランジ状の段部に近い上金型とともに下金型を移動させて圧縮加工を行うことで、金属粉末成型品における圧縮密度のばらつきを修正できることについても述べている。

【0005】

また、特許文献２では、円筒状内孔を有する本体金型の内孔内部で金属粉末を圧縮加工したときの下金型及び／又は上金型と金属粉末成型品の間の固着による金型の動作不良について述べている。ここでは、金属粉末の圧縮加工時に加熱して同時に焼結を行っているが、金属粉末の焼結とともに金型との間でも反応を生じ易くなるため、上金型及び／又は下金型と金属粉末成型品との間を隔離する、例えばカーボン等を素材とするスペーサを間に挿入することを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平９−９４６９９号公報

【特許文献2】特開２００４−３２３９２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１でも述べられているように、金型に傷が生じると、最終的には金型の動作不良が生起されやすい。特に、上記したような本体金型の貫通孔の上下から上金型及び下金型を嵌入させて金属粉末成型品を得る製造方法において、金属粉末は貫通孔の内壁に側面を拘束されながら圧縮されるから、上金型及び／又は下金型を貫通孔に沿って移動させて金属粉末成型品を本体金型から取り出す工程で貫通孔に沿った傷を金型に与え易く、これを起因とした金型の動作不良が問題となる。

【0008】

本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、本体金型の貫通孔の両側からそれぞれ上金型及び下金型を嵌入させこれを互いに近接移動させて間に与えられた金属粉末を該貫通孔の内部で圧縮加工して金属粉末成型品を得る製造方法において、金型の動作不良を防止できて優れた生産性を与え得る製造方法の提供、また、かかる製造方法に適したプレス装置の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明による製造方法は、本体金型を上下方向に貫通する貫通孔の上下からそれぞれ上金型及び下金型を嵌入させこれを互いに近接移動させて間に与えられた金属粉末を該貫通孔の内部で圧縮加工して金属粉末成型品を得る製造方法であって、頂面の周縁部に沿って応力調整段差部を与えられた前記下金型の前記頂面上に前記金属粉末を与え、前記上金型を前記下金型へ向けて近接移動させて前記金属粉末を圧縮加工した後に、前記下金型を前記貫通孔の内部を上方向へと移動させて前記金属粉末成型品を前記貫通孔より抜き出すことを特徴とする。

【0010】

かかる発明によれば、圧縮加工時の下金型の頂面の周縁部と本体金型との周囲で生じる金属粉末の固着を防止し、特に、本体金型の貫通孔内面に傷を与えるような下金型との間における金属粉末の噛み込みを防止出来て、金型の動作不良を抑制し、優れた生産性を与え得るのである。

【0011】

上記した発明において、前記下金型の本体上に前記応力調整段差部を前記下金型に与えるスペーサを配置させる工程を含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、下金型の頂面の周縁部に簡単に応力調整段差部を形成でき、上記した金属粉末の固着を防止し、金属粉末の噛み込みを防止できて、且つ、スペーサを交換可能にして金型の清掃を簡略化できて、金型同士及び／又は金型と粉末成型品の動作不良を抑制し、優れた生産性を与え得るのである。

【0012】

上記した発明において、前記本体金型を加熱するとともに、前記スペーサを加熱した後に前記下金型の前記本体上に配置させることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、金型の動作不良を抑制し、優れた生産性を与えつつ、温間成型により成型密度を高め得る。

【0013】

また、本発明によるプレス装置は、本体金型を上下方向に貫通する貫通孔の上下からそれぞれ上金型及び下金型を嵌入させこれを互いに近接移動させて間に与えられた金属粉末を該貫通孔の内部で圧縮加工して金属粉末成型品を得るためのプレス装置であって、前記下金型の頂面上に前記金属粉末を与え、前記上金型を前記下金型へ向けて近接移動させて前記金属粉末を圧縮加工した後に、前記下金型を前記貫通孔の内部を上方向へと移動させて前記金属粉末成型品を前記貫通孔より抜き出すプレス装置において、前記下金型は頂面の周縁部に沿って応力調整段差部を与えられていることを特徴とする。

【0014】

かかる発明によれば、圧縮加工時の下金型の頂面の周縁部と本体金型との周囲で生じる金属粉末の固着を防止し、特に、本体金型の貫通孔内面に傷を与えるような下金型との間における金属粉末の噛み込みを防止出来て、金型の動作不良を抑制し、優れた生産性を与え得るのである。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明によるプレス装置の金型の側断面図である。

【図2】本発明によるプレス装置の他の金型の側断面図である。

【図3】金属粉末成型品の製造工程を示すフロー図である。

【図4】金型及び金属粉末成型品の側面図である。

【図5】比較例としてのプレス装置の金型の側断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明による金属粉末成型品を得るためのプレス装置の金型の１つの実施例について図１及び図２を用いて説明する。

【0017】

図１（ａ）に示すように、プレス装置に組み込まれた金型１は、上下方向にその軸線を向けた円形断面の貫通孔３１を有する本体金型であるダイス３と、貫通孔３１のその下側開口から嵌入される下金型であるダイピン４と、貫通孔３１のその上側開口から嵌入される略円柱形状の上金型であるパンチ２とを含む。

【0018】

図１（ｂ）を併せて参照すると、ダイピン４は、その外周面と貫通孔３１の内側面との間にわずかな隙間Ｒ１を有しており、ダイス３の貫通孔３１に対してその内壁に摺動しながら上下動自在である。また、ダイピン４はその頂面４３の周縁部に切り欠きを与え、ダイス３の貫通孔３１に対して隙間Ｒ２を有するような段差部４４を有している。

【0019】

ここで他の実施例として、図２においては、上記した段差部４４を略円盤形状のスペーサ４２によって設けた金型１’を示している。図２（ａ）に示すように、プレス装置に組み込まれた金型１’は、金型１と同様に、ダイス３、ダイピン４’及びパンチ２を含む。

【0020】

図２（ｂ）を併せて参照すると、ダイピン４’は、略円柱形状の本体部４１とその上面に載置されたスペーサ４２とからなる。ここでも、ダイピン４’は、貫通孔３１に対して本体部４１の周囲にわずかな隙間Ｒ１を有しており、ダイス３の貫通孔３１に対してその内壁に摺動しながら上下動自在である。また、スペーサ４２は本体部４１よりも小さな直径を有する略円盤体である。これにより、ダイピン４’の頂面４３の周縁部、すなわちスペーサ４２の周囲には、ダイス３の貫通孔３１に対して隙間Ｒ２を有するように段差部４４が設けられる。なお、スペーサ４２は、その下面に図示しないガイド孔を有し、これに本体部４１の上方に突出したやはり図示しないセンターガイドを挿入させることで軸心を容易に一致させ得るようにし得る。

【0021】

次に、上記したスペーサ４２を含む金型１’を用いて圧縮加工により成型品を得る方法について、図３に沿って適宜、図２及び図４を参照しつつ説明する。

【0022】

図４（ａ）に示すように、所定温度に加熱された金型１’の各部を初期位置に配置、すなわち、ダイス３の貫通孔３１の下側開口近傍に本体部４１の上面が位置するように配置させる。また、スペーサ４２を本体部４１の上に載置する。ここでスペーサ４２は、所望により、所定の温度に加熱してから本体部４１の上に載置してもよい。次に、図４（ｂ）に示すように、１ショット分の金属粉末を計量し（Ｓ１）、金型１の内面に潤滑剤を塗布してから（Ｓ２）、計量した金属粉末１０を貫通孔３１内のダイピン４’の頂面４３の上に装填する（Ｓ３）。

【0023】

続いて、図４（ｃ）に示すように、パンチ２をダイス３の貫通孔３１の上側開口からその内部へと侵入させ、ダイピン４’に近接移動させる（Ｓ４）。これにより、貫通孔３１の内部では、金属粉末１０が圧縮加工されて形を与えられ、成型品１０’となる。ここで本実施例では、ダイス３及びダイピン４’を固定するとともに、パンチ２を貫通孔３１の上部から嵌入し、移動させて圧縮加工を行っている。

【0024】

その後、図４（ｄ）に示すように、パンチ２の荷重を除荷して、ダイピン４’を上方に移動させ、パンチ２及び成型品１０’をダイス３の貫通孔３１の上側へと移動させる。そして、図４（ｅ）に示すように、成型品１０’をダイス３の上側開口から抜き出し（Ｓ５）、ダイピン４’を初期位置に復帰させる（Ｓ６）。以上のＳ１〜Ｓ６の工程を繰り返し、成型品１０’の製造を繰り返し行う。

【0025】

ここで、スペーサ４２はダイピン４’の本体部４１上に固定されず載置されており、ダイス３から抜き出された成型品１０’に一時的に貼り付いた状態にあるが、これは簡単に離脱させ得る。また、ダイピン４’を初期位置に復帰させるにあたって、スペーサ４２を本体部４１上に載置させるが、あらかじめ複数のスペーサ４２を用意しておき、ショット毎にスペーサを取り替えるようにしてもよい。かかる場合、段差部４４及び本体部４１の清掃を簡略化できて好ましい。

【0026】

続いて、ダイス３から取り出された成型品１０’は、適宜、所定の製品形状を得るための機械加工や熱処理を施されて最終的な製品となる。例えば、薄膜形成に用いられる鍔付きターゲットを最終的な製品とする場合、ターゲットとして使用する成分組成の金属粉末を用いて上記した工程で成型品１０’を製造した後、熱処理及び機械加工を行って、外周に鍔部を有する製品を得る。

【0027】

なお、図１に示したようなスペーサを含まない一体型の金型１であっても、Ｓ１〜Ｓ６の工程のうち、スペーサの載置の工程を含まないだけで、ほぼ同様の工程で成型品１０’を製造できる。

【0028】

上記した金型１（又は金型１’）を用いた成型品１０’の製造方法によれば、ダイピン４（又は４’）の周囲への金属粉末１０の固着を抑制できて、ショット毎に固着した金属粉末を取り除く清掃を簡略化、若しくは、省略できて、連続して成型品の製造を行ったとしても、ダイス３とダイピン４（又は４’）との相対的な移動に障害を与えるような金型１の動作不良が発生しない。故に、優れた生産性を与え得るのである。

【0029】

ここで、上記した段差部４４を有する金型１（又は金型１’）を用いることで、ダイス３とダイピン４との相対的な移動の障害を抑制出来る理由について考察する。

【0030】

まず、図５に示すように、段差部を有さないダイピン１０４を含む金型１０１では、金属粉末の圧縮加工時にダイス３とダイピン１０４の頂面１４３との角部近傍（Ａ部）に応力集中を生じやすい。

【0031】

一方で、図１に示すように、段差部４４を有するダイピン４を含む金型１でも、同様に、金属粉末の圧縮加工時にダイピン４の頂面４３の角部近傍に応力集中を生じやすいが、段差部４４の下端部での金属粉末の固着については防止される。そのため、ダイス３に対してダイピン４を移動させても金属粉末の噛み込みを生じず、ダイス３に対するダイピン４の移動は阻害されない。つまり、金型１の動作不良は生じづらくなるのである。このような段差部４４としては、隙間Ｒ２／段差部の高さＨを０．０２〜０．１とすることが好ましい。

【0032】

また、段差部４４を有する金型１（又は金型１’）を用いることで、ショット毎の金型内部の清掃を簡略化でき得る。

【0033】

すなわち、金型１０１を使用した場合には、隙間Ｒ１に押し込まれた金属粉末は、上記したように圧縮成型時に大きな応力を負荷され、ダイピン１０４の角部に固着物として残存しやすい。この固着物は、次回の成型品の製造において金属粉末の噛み込みをさらに発生させやすくしていると考えられるため、金型１０１を使用する場合には、ショット毎にそのような固着物を取り除く金型の清掃を必要とした。これに対して、金型１（又は１’）を使用した場合においては、隙間Ｒ２に落下した金属粉末は、圧縮成型時に小さな応力を負荷され、成型品１０’と共にバリとして取り出され易い。バリとして取り出されずに頂面４３の周囲の角部への固着物として残存するような場合でも、隙間Ｒ２においては噛み込みに寄与することがなく、また、比較的簡単に取り除くこともできる。よって、金型１を使用した場合はショット毎の金型１の清掃を不要とし、必要とする場合においても清掃の回数を少なく、時間を短くできる。

【0034】

上記した製造工程により、金型の清掃をせずに連続して成型品１０’の製造を行った場合に、どの程度、金型の動作不良を抑制できるかをスペーサ４２を有する金型１’を用いて確認した。なお、金型１’は、スペーサ４２を加熱した後にダイピン４’の本体部４１上に配置させた構成とした。

【0035】

詳細には、Ｔｉ又はＣｒの粉末とＡｌ粉末とを所定の比率で混合させた金属粉末を用いて１７０℃での温間にて６００トン油圧プレス装置により圧縮加工を行った。すなわち、ダイス３を１７０℃に加熱して、予熱した金属粉末１０を用い、上記したと同様に成型品１０’の製造を行った。かかる製造はＴｉ−５０Ａｌ、Ｔｉ−６０Ａｌ、Ｃｒ−７０Ａｌの３種類の金属粉末のそれぞれについて行った。すると、３種類の金属粉末の全てにおいて、金型内部の清掃を行わずに１００ショット以上連続して成型品１０’を製造しても、金型１’の動作不良の発生しないことを確認できた。

【0036】

また、スペーサ４２を成型品１０’から脱離させたときに、スペーサ４２の周囲の上面近傍に固着物を残存させることもあるが、上記したようにスペーサ４２を複数用意してショット毎に予加熱したスペーサ４２に取り替えれば、圧縮加工を行いながら同時に前のショットに使用したスペーサ４２の固着物を取り除くことができ、金型１’の清掃を簡略化できて優れた生産性を維持できる。

【0037】

なお、上記した製造方法は、冷間での圧縮加工にも使用することができる。また。上記においてＴｉ−Ａｌ等のいわゆる２元系の金属粉末について説明したが、Ｔｉ−ＡｌやＣｒ−Ａｌをベースとし、これにＳｉ、Ｂ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂなどを添加した多元系の金属粉末も使用し得る。

【0038】

ここまで本発明による代表的実施例及びその改変例について説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。

【符号の説明】

【0039】

１、１’ 金型
２ パンチ
３ ダイス
４、４’ ダイピン
３１ 貫通孔
４１ 本体部
４２ スペーサ
４３ 頂面
４４ 段差部
Ｒ１、Ｒ２ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】