JP5360802B2 - 焼結部品の成形用金型 - Google Patents

Description

この発明は、一端に複数本の足と寸法管理が要求される面を有する焼結部品の成形用金型に関する。上記の焼結部品の具体例として、例えば、車両の変速機に用いられるプラネタリキャリアがある。以下の説明は、そのプラネタリキャリアを例に挙げて行う。

一般に、焼結部品は、部品の外周を成形するダイ、下端面を成形する下パンチ、上端面を成形する上パンチを備える成形金型で原料粉末を圧縮成形してまず成形体を作る。その後、成形体を焼結炉に導入して焼結し、さらに、焼結後の部品（焼結体）のサイジング、必要に応じて行う機械加工などの工程を経て製造される。

その焼結部品のひとつに、首記のプラネタリキャリアがある。その焼結品のプラネタリキャリアは、図６〜図１０に示すように、中央に穴２２を有し、一端にｎ本（通常、ｎ≧３）の足（ブリッジ）２３とピニオン座面２４が設けられた第１部材２１と、中央に穴２６を有する板状の第２部材２５とで構成されている。第１部材２１と第２部材２５は独立しており、第１部材２１の足２３の先端が第２部材２５の端面に鑞付けして接合される。その接合により、足２３を介して第１部材２１と第２部材２５が接続一体化され、両者の間に、ピニオンを組み込む複数の窓２７が作り出される。

このプラネタリキャリア２０の第１部材２１は、足を設置した部位と足の無い部位の粉末の量が異なるため、下パンチを、下１パンチと下２パンチに分け、下１パンチで足の無い部位の端面を、下２パンチで足の端面をそれぞれ成形する方法が採られる。

粉末量が異なる部位の成形密度を均一化するために下パンチを複数に分割して高低差のある端面を成形する技術は、例えば、下記特許文献１に記載されている。同文献が開示している焼結体の製造方法は、平板部の上面に凸部を形成した成形体の前記平板部の下面を外側に向けて下方に傾斜するテーパ状に形成する。そして、この成形体を、平板部の下面を上にして焼結することで下面の平坦度を高めるものである。この技術は、焼結に起因した部品の変形を計算に入れてその変形を相殺する傾きを成形体に付与する。

特開平５−９３２０２号公報

上述したプラネタリキャリア２０の窓２７は、ピニオンが組み込まれるので、軸方向の窓幅寸法Ｗ（図７参照）と、窓幅を決める対向した窓面の平行度について規格値を満たす必要がある。その規格値については、足のある第１部材２１側を基準にした寸法測定が求められていることから、ピニオン座面２４について寸法管理を行い、このピニオン座面を基準面にして数箇所で窓幅寸法を測定し、さらに、窓面の平行度は、窓幅寸法の最大値と最小値の差を求めて良否を判定している。

このプラネタリキャリア２０は、ピニオン座面２４の平坦度については規格を満たす精度が得られるが、第１部材のピニオン座面２４の寸法精度が不十分になりやすい。例えば、第１部材のピニオン座面２４は、図１０に示す内径側ｉの高さＨ_Ｉが外径側ｏの高さＨ_Ｏに比べて低くなるか、逆に高くなる（基端側の端面ｆ１に対して傾く）傾向が見られる。

第１部材２１は中央に穴２２を有しており、また、一端面に複数本の足２３を有している。このような構造の焼結部品は、従来技術で成形すると、成形体を成形用金型から取り出したときに各部の密度差、成形条件、成形時のスプリングバックなどの影響でピニオン座面の内径側と外径側の高さに差がつく傾向がある。この成形体を焼結すると、焼結工程で成形体を載せている金網などの影響が出てピニオン座面の寸法精度がさらに悪化し、そのために、窓幅寸法が内径側と外径側のどちらか一方で大きくなり、他方で小さくなる。これは、窓面の平行度が低下する原因となる。

なお、ピニオン座面の傾きの方向がどちらになるかは成形条件などに左右されるが、同一仕様の製品についての傾きの方向は一致している。

このように、ピニオン座面の傾きが窓幅寸法と窓面の平行度に影響を及ぼすことから、品質保証のために、完成した第１部材について全数検査を実施している。また、焼結後にサイジングを行ってピニオン座面の傾きを矯正する方法も一部で行なわれている。
しかしながら、量産品の全数検査や全品について行うサイジングは、多大の手間と時間を費やして好ましくない。

前掲の特許文献１が開示している方法は、焼結に起因した部品の変形を計算に入れてその変形を相殺する傾きを成形体に付与するが、例に挙げているプラネタリキャリアの第１部材のピニオン座面などは焼結による変形が小さく、この方法での傾き補正は期待できない。

この発明は、焼結部品の一端面に複数本の足とともに形成される寸法管理が必要な座面などの被管理面を精度良く成形できるようにしてその被管理面の全数寸法検査や寸法矯正のためのサイジングなどを不要となすことを課題としている。

上記の問題を解決するため、この発明においては、寸法管理が必要な座面などの面の傾
きを小さく抑えることができる焼結部品の成形用金型を提供する。

この発明が提供する成形用金型は、端面視で中央に穴を有し、その穴の周りに配置されるｎ本（ｎ≧２）の足を一端面に有し、さらに、各足間又は各足の根元近傍に寸法管理が必要な被管理面を有する焼結部品の成形用金型（原料粉末を成形する金型）を対象にして、前記被管理面を成形する成形面が、金型中心を頂点とする円錐面の一部で構成されたものにする。

この成形用金型は、部品の被管理面を成形する成形面が下パンチに形成され、その成形面の部品内径側成形部が部品外径側成形部よりもパンチ先端から後退した位置にある（高さが低くなっている）ものと、成形面の部品外径側成形部が部品内径側成形部よりもパンチ先端から後退した位置にあるものが考えられる。前者は、前掲のプラネタリキャリアの第１部材の場合、ピニオン座面の外径側の高さが内径側の高さに比べて高くなるときに採用し、後者は、ピニオン座面の内径側の高さが外径側の高さに比べて高くなるときに採用する。

なお、図６で説明したプラネタリキャリアの第１部材やこれと類似の部材を成形するときに用いる金型は、部品の被管理面を成形する下１パンチと、部品の足の先端を成形する下２パンチとで下パンチを構成してこれらの下パンチの成形部を周方向に交互に配置することになる。この場合、下１パンチを、筒部の上端の周方向等分位置に起立したｎ本の柱を有し、その柱が前記筒部と一体に形成され、その柱の先端に前記成形面が設けられた構造にすると好ましい。

一端面に足を有する成形体の成形を、各足間や足の根元に形成される被管理面が特定の方向に傾くように行うことで、圧縮後のスプリングバックなどに起因して発生する被管理面の傾きを補正して成形体に形成される被管理面の傾きを許容範囲内に収めることができる。

プラネタリキャリアのピニオン座面などは焼結による変形は小さく、そのような面（被
管理面）については成形体の段階で寸法精度を十分に高める必要がある。この発明の金型
によればその要求が満たされる。

この発明の成形用金型は、被管理面を成形する成形面を、金型中心を頂点とする円錐面の一部で構成しており、一端に足を備えた成形体に形成される被管理面（この面が足の内径側に設置される部品も考えられる）を、許容範囲を超える傾きが存在しない面に成形することができる。また、被管理面用の各成形面を、金型中心を頂点とする円錐面の一部で構成することで、金型の被管理面の成形部を金型中心と同心の円上に配置して被管理面の成形面を高精度に加工することができる。特に、上記で好ましいと述べた下１パンチは、筒部と一体の柱を設けてその柱に被管理面の成形面を設けているので、その成形面の精度を確実に高めることができる。
これに加え、成形面の各部が三次元的に変位した構造となることで金型の被管理面成形部の強度が向上する効果も得られる。

以下、添付図面の図１〜図５に基づいて、この発明の焼結部品の成形用金型の実施の形態を説明する。図１に、成形用金型の具体例を示す。図示の成形用金型は、図６に示したプラネタリキャリア２０の第１部材２１を成形する金型であって、成形穴１ａを有するダイ１、上パンチ２、下パンチ３及びコアロッド４によって構成されている。下パンチ３は、下１パンチ３_−１と下２パンチ３_−２の２者を組み合わせたものが用いられている。

ダイ１は、成形穴１ａの内面で第１部材２１の外径面（足２３の外側面を含む）を成形する。また、上パンチ２は第１部材２１の端面ｆ１を、下１パンチ３_−１は各足２３間の端面ｆ２を、下２パンチ３_−２は各足２３の先端を、コアロッド４は穴２２の内径面をそれぞれ成形する。

図７に示した第１部材２１の端面ｆ２は、プラネタリキャリアの一部の窓面となる面であり、この端面ｆ２に、寸法管理の必要なピニオン座面２４（被管理面）が含まれている。端面ｆ２の成形は、図１、図２に示した下１パンチ３_−１の先端の成形面５によってなされ、その成形面５の中に、ピニオン座面２４を成形する座面成形部５ａが含まれている。図示の成形用金型は、少なくともその座面成形部５ａが金型の中心の軸と直交する面に対して傾きをもつ。

例示の金型は、被管理面（図のそれはピニオン座面２４）の成形部５ａも含めて成形面５の全域を、金型中心（ダイの成形穴１ａの中心）を頂点とする円錐面の一部で構成している。成形面５を構成する円錐面は、頂点が下側にある倒立した円錐の面を利用しており、そのために、下１パンチ３_−１の先端の成形面５は、図４に示す部品内径側成形部５ｉが部品外径側成形部５ｏよりもパンチ先端から後退している（高さが低い）。

なお、例示の成形用金型は、図２に示すように、下１パンチ３_−１を、筒部３ａの上端の周方向等分位置に起立したｎ本（図はｎ＝４）の柱３ｂを有し、その柱３ｂが筒部３ａに一体に形成され、その柱３ｂの先端に成形面５を備えるものにしており、筒部３ａと同軸上で回転する研磨工具や研削工具を使用して４つの成形面５を高精度に加工することができる。

下２パンチ３_−２は、先端の成形面６が軸心と直角な傾きの無い面になっている。この下２パンチ３_−２も、図２に示すように、下１パンチ３_−１の柱３ｂ間に入り込ませる部分の下部外周をフランジ７等で連結して全体を一体化すると、取り扱い性や保持安定性などが良くなって好ましいが、図２の成形面６を設ける部分を残して全体を４分割し、各分割体を下１パンチ３_−１の柱３ｂ間に配置する構造も考えられる。

以上の如く構成したこの発明の成形用金型を使用して得られる成形体は、一端の足間に形成される被管理面を含んだ端面が基端側の端面に対して傾きの制限された面（傾きが許容範囲内に収まった面）になる。従って、その成形体を焼結して得られる焼結部品は被管理面の寸法精度が向上し、その被管理面の全数寸法検査や寸法矯正のためのサイジングなどが不要になって生産性の向上やコスト低減に結びつく。

なお、上述したように、金型の成形面５を円錐面の一部で構成する場合には、成形面５の部品内径側成形部５ｉと部品外径側成形部５ｏの高低差ΔＨ（図４参照）を、成形体の被管理面に生じる高低差よりも小さく設定するのがよい。例えば、直径が１４０ｍｍ程度のプラネタリキャリアの第１部材に、部品内径側成形部５ｉと部品外径側成形部５ｏの間に（その間の距離＝２５ｍｍ）０．０５〜０．０６ｍｍの高低差が生じるものがあるが、このときに上記の高低差ΔＨを被管理面の高低差に合わせた値にすると、成形面５が３次元的に変位した面であるので被管理面の平坦度の低下が無視できなくなる。

このケースで上記の高低差ΔＨを０．０３ｍｍに設定して成形を行い、得られた成形体について評価を行った結果、被管理面の平坦度を極端に悪化させずに被管理面の傾きを許容範囲内に収めることができた。なお、金型の成形面５に、上記の高低差ΔＨを生じさせる傾斜が付されているかどうかは、光明丹を用いて面当たりの状況を調べる方法で確認することができる。傾斜の無い成形面は全域で当たりが見られるのに対し、成形面の部品内径側成形部の位置を部品外径側成形部の位置よりも高くした金型は、成形面の左右と内径側に光明丹の付着（当たりの痕跡）が見られ、外径側は、当たりの痕跡が無かった。

成形体に形成される被管理面の内径側高さが外径側高さに比べて高くなるときには、図５に示すように、成形面５の部品内径側成形部５ｉを部品外径側成形部５ｏよりもパンチ先端側に突出させる（高さを高くする）。この場合も、成形面５は金型中心を頂点とする円錐面の一部で構成するのが好ましい。

この発明の成形用金型の一例の概要を示す断面図 下１、下２パンチの一例を示す斜視図 図２の下１パンチの拡大平面図 図３のＡ−Ａ線に沿った下１パンチの要部の拡大断面図 図４とは成形面の傾きの方向を逆にした下１パンチの要部の拡大断面図 プラネタリキャリアの一例の概要を示す斜視図 図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図 図７のＣ−Ｃ線に沿った断面図 図８のＤ−Ｄ線に沿った断面図 （ａ）：図６のプラネタリキャリアの第１部材を示す断面図、（ｂ）：第１部材に設けられたピニオン座面の拡大平面図、（ｃ）ピニオン座面の傾きを誇張して示す断面図

符号の説明

１ ダイ
１ａ 成形穴
２ 上パンチ
３ 下パンチ
３_−１ 下１パンチ
３_−２ 下２パンチ
３ａ 筒部
３ｂ 柱
４ コアロッド
５ 成形面
５ａ 被管理面の成形部
５ｉ 部品内径側成形部
５ｏ 部品外径側成形部
６ 成形面
７ フランジ
２０ プラネタリキャリア
２１ 第１部材
２２ 穴
２３ 足
２４ ピニオン座面
２５ 第２部材
２６ 穴
２７ 窓
ｆ１、ｆ２ 端面
ΔＨ 成形面の部品内径側成形部と部品外径側成形部の高低差
Ｗ 窓幅寸法

Claims (4)

1. 端面視で中央に穴（２２）を有し、その穴（２２）の周りに配置されるｎ本（ｎ≧２）
   の足（２３）間に、被管理面を有する焼結部品の成形用金型であって、前記被管理面を成
   形する成形面（５）が、金型中心を頂点とする円錐面の一部で構成された焼結部品の成形
   用金型。
2. 前記成形面（５）が下パンチ（３）に形成され、その成形面（５）の部品内径側成形部
   （５ｉ）が部品外径側成形部（５ｏ）よりもパンチ先端側から後退した位置にある請求項
   １に記載の焼結部品の成形用金型。
3. 前記成形面（５）が下パンチ（３）に形成され、その成形面（５）の部品外径側成形部
   （５ｏ）が部品内径側成形部（５ｉ）よりもパンチ先端から後退した位置にある請求項１
   に記載の焼結部品の成形用金型。
4. 前記下パンチ（３）が、下１パンチ（３_−１）と下２パンチ（３_−２）とで構成され、
   下１パンチ（３_−１）は、筒部（３ａ）の上端の周方向等分位置に起立したｎ本の柱（３
   ｂ）を有し、その柱（３ｂ）が前記筒部（３ａ）に一体に形成され、その柱（３ｂ）の先
   端に前記成形面（５）が設けられた請求項２又は３に記載の焼結部品の成形用金型。

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