サイジング装置とサイジング方法

【課題】サイジング装置を工夫してサイジング性能を安定させ、矯正のばらつきを減少させて焼結部品の生産の歩留まりを向上させることを課題としている。
【解決手段】サイジング装置を、サイジング金型１のサイジングダイ２がサイジング孔６の側面６ａに段差部６ｂとサイジング用突起６ｃを有し、サイジング対象の焼結部品がサイジング孔６に押し込まれるときと押し出されるときにサイジング用突起６ｃによって部品の凸部の寸法が矯正され、前記凸部の底面が段差部６ｂに押し当てられた位置で上パンチ３と下パンチ４により焼結部品が圧縮されるように構成した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、第１の面と第２の面が交差した角に凸部を有する焼結部品、例えば、底面と側面が交差した角に凸部を有するベアリングキャップなどの寸法を矯正するサイジング装置とそれを用いたサイジング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結部品は、通常、原料粉末を金型で成形する圧粉工程、その工程を経て得られた成形体を焼結炉で焼き固める焼結工程、終結後に部品（焼結体）の寸法をサイジング金型を用いて矯正するサイジング工程を経て製造される。
【０００３】
ベアリングキャップは、エンジンブロックに対してクランクシャフトを回転自在に支える軸受を保持する部材であり、鋳鉄、鉄系焼結合金、アルミニウム合金などで製造されたものが市場に提供されている。以下の説明は、焼結されたベアリングキャップのサイジングを例に挙げて行う。
【０００４】
その焼結ベアリングキャップ（以下では単にベアリングキャップと言う）のサイジングに用いられる一般的なサイジング装置とサイジング金型が、例えば、下記特許文献１に開示されている。
【０００５】
その特許文献１が記載しているサイジング金型を図１１に示す。図中２はサイジングダイ、３は上パンチ、４は下パンチ、５はコアロッド、２０は焼結部品（図のそれはベアリングキャップ）である。
【０００６】
そのベアリングキャップは、図１２、図１３に示すように、第１の面（底面）２１とそれに対して垂直な第２の面（側面）２２が交差した角に、第２の面２２上から軸対称に側方（幅方向）に張り出す凸部２３を有している。
【０００７】
サイジングダイ２は、サイジング孔６を有しており、ベアリングキャップの凸部設置部の寸法矯正がそのサイジング孔６のサイジング面（側面６ａ）によってなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２５４２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ベアリングキャップにおいて組み合わせる相手製品の位置決めのために、図１２の凸部
幅寸法Ｗには高い寸法精度が要求される。ところが、特許文献１が開示しているようなサイジング装置では、サイジング後のスプリングバックにより矯正のばらつきが大きくて焼結部品の寸法Ｗの部分の矯正後寸法が安定しない。
【００１０】
この発明は、サイジング装置を工夫してサイジング後の凸部寸法を安定させ、それにより、規格外の寸法をもつ不良品を減少させて焼結部品の生産の歩留まりを向上させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、この発明においては、第１の面に座ぐり部を有し、さらに、前記第１の面とその第１の面に垂直な第２の面が交差した角に前記第１の面から幅方向に突出する凸部を有する焼結部品の寸法を矯正するサイジング装置と、そのサイジング装置を用いるサイジング方法を提供する。
【００１２】
この発明が提供するサイジング装置は、サイジング孔を有するサイジングダイと、上パンチと、下パンチを含んだサイジング金型を備え、
前記サイジングダイは、前記サイジング孔の前記第２の面に対応する側面に、前記凸部の底面に対応させた段差部と、内側に突出するサイジング用突起を有し、
前記サイジング用突起が、前記段差部よりも前記サイジング孔の入口側、かつ、前記段差部から前記凸部の金型軸方向寸法よりも大きく離れた位置に配置されたものである。
【００１３】
前記サイジング用突起のサイジング孔側面からの突出量は、鉄系の粉末で形成される焼結ベアリングキャップのサイジングでは、０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度がよかったが、その値に限定されるものではない。焼結部品の材質やサイジングの条件などを考慮して適正な値に設定すればよい。
【００１４】
この発明が提供するサイジング方法は、上記のサイジング装置を用いて実施する。この方法では、前記第１の面が下になる向きにしてサイジングダイ上にセットした焼結部品を
、上パンチで押圧してサイジングダイのサイジング孔に押し込み、
その押し込みの過程において、前記凸部を前記サイジング用突起で部品幅方向に加圧し、
次いで、前記凸部が前記段差部に押し当てられた位置でその焼結部品を、前記凸部がサイジング孔の前記側面に密着するように上パンチと下パンチで加圧し、
しかる後、焼結部品を下パンチで突き上げて前記凸部を、再度、前記サイジング用突起で部品幅方向に加圧する。
【００１５】
この方法は、半球状の座ぐり部を有しているベアリングキャップのサイジングに好適に利用することができるが、サイジング対象はベアリングキャップに限定されない。
【００１６】
サイジング対象が、例えば、ベアリングキャップである場合、サイジング前は、粉末成形金型の形状規制により前記凸部の底面の角に平面の面取り部を有するものになっている。
【００１７】
そのようなベアリングキャップは、エンジンブロックに組み付ける際に凸部の角が座の入口に引っかかり易いことから、その角を予め丸めておくことが要求される。
【００１８】
この発明のサイジング方法によれば、焼結部品を上パンチと下パンチで圧縮して変形させるときに前記段差部に押し当てられた前記凸部の底面を、前記段差部によって底面の角に丸みがつくように成形することができ、この方法を採用することで、サイジング後に行う凸部の底面の角を丸めるための機械加工を不要となすことができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明のサイジング金型及びサイジング方法によれば、焼結部品をサイジング孔に押し込むときとサイジング孔から押し出すときに、サイジング用突起によって前記凸部がそれぞれ加圧され、１サイクルで２回の矯正が行われる。このうち、２回目の矯正が安定した条件の下で行われ、そのことによって、矯正後寸法が安定する。
【００２０】
サイジング前の焼結部品は、寸法のばらつきが大きい。そのために、従来のサイジング装置やサイジング方法では、サイジングの条件（サイジング代とサイジング後のスプリングバック量）が変動し、これが矯正後寸法を大きくばらつかせる原因になっている。
【００２１】
本願発明では、その問題が解消される。それは以下のメカニズムによるものである。すなわち、本願発明では、焼結部品がサイジング孔の段差部に押し当てられた位置でその焼結部品を上パンチと下パンチで加圧、変形させ、部品の凸部をサイジング孔の側面に密着させる。
【００２２】
これにより、部品をサイジング孔から押し出す２回目の矯正（二次矯正）でのサイジング条件（サイジング代とサイジング後のスプリングバック量）がほぼ一定になって矯正後寸法が安定する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明のサイジング装置の一例を示す断面図
【図２】図１の装置に用いたサイジングダイの断面図
【図３】図２のサイジングダイの平面図
【図４】図２のサイジングダイに設けたサイジング用突起の拡大断面図
【図５】図２のサイジングダイを縦に切断して示す斜視図
【図６】焼結部品をサイジング装置にセットした状態を示す図
【図７】焼結部品をサイジングダイのサイジング孔に途中まで押し込んだ状態を示す図
【図８】焼結部品をサイジング孔の段差部に押し当て、パンチで金型軸方向に圧縮した状態を示す図
【図９】圧縮後の焼結部品を下パンチでサイジング孔から押し出した状態を示す図
【図１０】一次矯正後に金型軸方向圧縮を行うことの有効性の評価結果を示す図表
【図１１】従来のサイジング金型の一例を示す断面図
【図１２】サイジング対象の一例（ベアリングキャップ）を示す断面図
【図１３】図１２のベアリングキャップの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、この発明のサイジング装置とサイジング方法の実施の形態を説明する。この発明のサイジング装置に利用するサイジング金型の一例を図１〜図５に示す。このサイジング金型１は、図６〜図９に示した焼結部品２０のサイジングを行うものであって、サイジングダイ２と、上パンチ３と、この上パンチ３に対向させた下パンチ４とコアロッド５を組み合わせて構成されている。
【００２５】
図示の焼結部品２０は、図１２、図１３に示したベアリングキャップである。そのベアリングキャップ（焼結部品２０）は、第１の面（底面）２１と第１の面に対して垂直な第２の面２２（側面）が交差した角に第２の面２２上から軸対称に側方（幅方向）に張り出す凸部２３を有している。また、第１の面２１の幅方向途中に半円状の座ぐり部２４を有し、さらに、第１の面２１と凸部２３との間に締結ボルトを通すサイド孔２５を有している。そしてさらに、凸部２３の底面の角に平面の面取り部２６を有している。
【００２６】
サイジングダイ２には、金型軸方向に貫通したサイジング孔６が設けられている。そのサイジング孔６は、第２の面２２に対応する側面６ａと、凸部２３の底面に対応する段差部６ｂと、この発明を特徴づけるサイジング用突起６ｃを有しており、その孔の側面６ａに設けたサイジング用突起６ｃが焼結部品２０の凸部２３を加圧してその凸部２３の第２の面２２からの突出量ｐ（図１２の凸部設置部の幅方向寸法Ｗ）を調整する。側面６ａはサイジングを行う面ではない。
【００２７】
サイジング用突起６ｃは、側面６ａの金型軸方向途中、具体的には、段差部６ｂよりもサイジング孔６の入口側に設けられている。
【００２８】
また、このサイジング用突起６ｃは、前記段差部６ｂから凸部２３の金型軸方向寸法ｈよりも大きく離れた位置に設けられており、その突起の金型軸方向の端部は、側面６ａからなだらかに立ち上がってサイジング用突起６ｃによる無理のない加圧がなされるようになっている。
【００２９】
なお、サイジング用突起６ｃの側面６ａからの突出量ｐ１は、図１２のベアリングキャップのサイジングにおいては、その値が過大であるとサイド孔２５が傾くなどの不具合が生じることがあるので、そのような問題を起こさない数値を選ぶ。例示の金型は、その突出量ｐ１を０．０３ｍｍに設定したが、この値に制限されるものではない。
【００３０】
このサイジング用突起６ｃの有効部（側面６ａからの立ち上がり部を除いた部分）の金型軸方向寸法Ｌ（図４参照）は、５ｍｍ程度が適当である。
【００３１】
上パンチ３は、焼結部品２０の第３の面（上面）を成形する成形面３ａを有している。また、下パンチ４は、焼結部品２０の第１の面（底面）２１を成形する成形面４ａと、座ぐり部２４に対応した凸半円状の成形面４ｂを有している。
【００３２】
焼結部品２０には、締結ボルトを通すサイド孔２５が設けられる。そのために例示のサイジング金型１には、サイド孔２５を矯正するコアロッド５を含ませているが、サイジング対象の形状次第では、コアロッド５の含まれない金型になる。
【００３３】
下パンチ４は、位置固定のベースプレート（図示せず）に支持される。また、上パンチ３はプレス機の上ラム（図示せず）によって駆動される上パンチプレート（これも図示せず）に、サイジングダイ２はプレス機の下ラムによって駆動されるヨークプレート（これらも図示せず）にそれぞれ支持される。
【００３４】
このサイジング装置を用いたサイジングは、以下の手順で行われる。
まず、下パンチ４を、図６に示すように、成形面４ａがサイジングダイ２の上面と面位置がほぼ揃うところまで上昇させ、この状況下で上パンチ３を降下させて下パンチ４との間に焼結部品２０を挟む。
【００３５】
次に、上パンチ３と下パンチ４を同調させてサイジングダイ２に対して相対的に降下させることで上記の状況を維持しながら上パンチ３により焼結部品２０をサイジング孔６に押し込む（図７）。
【００３６】
その押し込みの過程で凸部２３がサイジング用突起６ｃにより部品幅方向に加圧されて一次矯正がなされる。ただし、この段階では、サイジング前の部品寸法のばらつきの影響が出て部品の寸法はまだ安定しない。
【００３７】
そこで、焼結部品２０がサイジング孔の段差部６ｂに押し当てられた図８の位置で、下パンチ４とサイジングダイ２の相対位置を固定し、この状況下で上パンチ３をさらに降下させて上パンチ３と下パンチ４で焼結部品２０を金型軸方向に圧縮する。
【００３８】
この圧縮で素材の一部を変形させて部品の凸部設置部の幅を広げる。そして幅方向外側に向って変位する凸部２３をサイジング孔の側面６ａで拘束してその凸部２３を側面６ａに密着させる。
【００３９】
その後、図９に示すように、上パンチ３と下パンチ４をサイジングダイ２に対して相対的に上昇させて下パンチ４で焼結部品２０をサイジング孔６から押出し、その過程で、凸部２３をサイジング用突起６ｃにより部品幅方向に再度加圧する。
【００４０】
この２回目の加圧（二次矯正）は、側面６ａによる成形作用で幅が一定に調整された凸部設置部について行われるため、二次矯正でのサイジング代、サイジング後のスプリングバック量などのサイジング条件がほぼ一定し、矯正のばらつきが小さくなって完成した部品の寸法が安定する。
【００４１】
焼結部品２０が図示のベアリングキャップの場合、凸部２３の底面の角に平面の面取り部２６が形成されるが、この発明の方法によれば、サイジング孔６に設ける段差部６ｂのコーナを円弧状にし、そこに凸部２３の底面の角を押し付けてその角を丸みがつくように成形することができ、凸部の底面の角の丸め加工をサイジング工程で実現することができる。
【実施例１】
【００４２】
図２〜図５のサイジングダイ２と図１１のサイジングダイ２を使用して図１２、図１３の焼結部品（ベアリングキャップ）２０のサイジングを実施し、凸部幅寸法Ｗについて評価した。
【００４３】
各サイジングダイ２の図２、図３に示した各部の寸法諸元は、サイジング孔６の孔幅ｗ１＝１０４．３７ｍｍ、段差部６ｂの孔幅ｗ２＝９６．４ｍｍ、サイジング孔６の孔幅直角方向寸法ｓ＝２１ｍｍ、孔入口から段差部６ｂまでの距離ｄ１＝６３ｍｍ、孔入口からサイジング用突起６ｃの有効部までの距離ｄ２＝４０ｍｍ、図４に示したサイジング用突起６ｃの有効部の金型軸方向寸法Ｌ＝５ｍｍ、サイジング用突起６ｃの突出量ｐ１＝０．０３ｍｍ、サイジング用突起６ｃの端部の傾斜角θ＝５°である。
【００４４】
評価試験では、一次矯正後の部品を金型軸方向に圧縮し、そのときの加圧力を６００ｋＮ〜１２００ｋＮまで２００ｋＮ刻みで変動させ、加圧力と焼結部品の凸部設置部幅（１０４．４ｍｍ）の標準偏差を調査した。各加圧力での標準偏差６σの測定は、標本数ｎ＝１０として行なった。
【００４５】
その結果を図１０に示す。この図１０では、加圧力を大きくするほど標準偏差が小さくなっている。このデータから、一次矯正後の焼結部品を圧縮して二次矯正することで、圧縮せずに二次矯正する場合に比べて矯正後寸法のばらつきを小さくし得ることがわかる。
【００４６】
なお、実施例のデータでは、１０００ｋＮ以下の加圧力では規格値に対する標準偏差の変動幅が０．０３ｍｍ以下となっている。これは、十分な圧力により焼結部品の圧縮、変形が十分に進行しているためである。従って、焼結部品がサイジング孔の段差部に押し当てられた位置で行なう加圧は、部品の種類や寸法などに応じた下限圧力を求め、その下限圧力以上の圧力を加えることで部品の凸部をサイジング孔の側面に密着するところまで塑性変形させて変位させるように行う必要がある。
【符号の説明】
【００４７】
１サイジング金型
２サイジングダイ
３上パンチ
３ａ成形面
４下パンチ
４ａ，４ｂ成形面
５コアロッド
６サイジング孔
６ａ側面
６ｂ段差部
６ｃサイジング用突起
２０焼結部品
２１第１の面
２２第２の面
２３凸部
２４座ぐり部
２５サイド孔
２６面取り部
ｐ凸部の突出量
ｈ凸部の金型軸方向寸法
Ｌサイジング用突起の有効部の金型軸方向長さ
ｗ１サイジング孔の孔幅
ｗ２段差部の孔幅
ｓサイジング孔の孔幅直角方向寸法
ｄ１孔入口から段差部までの距離
ｄ２孔入口からサイジング用突起の有効部までの距離
ｐ１サイジング用突起の突出量
θ サイジング用突起の端部の傾斜角

【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面（２１）に座ぐり部（２４）を有し、さらに、前記第１の面（２１）とその第１の面に垂直な第２の面（２２）から幅方向に突出する凸部（２３）を有する焼結部品（２０）の寸法を矯正するサイジング装置であって、
サイジング孔（６）を有するサイジングダイ（２）と、上パンチ（３）と、下パンチ（４）を含んだサイジング金型（１）を備え、
前記サイジングダイ（２）は、前記サイジング孔（６）の前記第２の面（２２）に対応する側面（６ａ）に、前記凸部（２３）の底面に対応させた段差部（６ｂ）と、内側に突出するサイジング用突起（６ｃ）を有し、
前記サイジング用突起（６ｃ）が、前記段差部（６ｂ）よりも前記サイジング孔（６）の入口側、かつ、前記段差部（６ｂ）から前記凸部（２３）の金型軸方向寸法よりも大きく離れた位置に配置されたサイジング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のサイジング装置を使用し、前記第１の面（２１）が下になる向きにしてサイジングダイ（２）上にセットした焼結部品（２０）を、上パンチ（３）で押圧して前記サイジング孔（６）に押し込み、
その押し込みの過程において、前記凸部（２３）を前記サイジング用突起（６ｃ）で部品幅方向に加圧し、次いで、前記凸部（２３）が前記段差部（６ｂ）に押し当てられた位置でその焼結部品（２０）を上パンチ（３）と下パンチ（４）で加圧し、
しかる後、焼結部品（２０）を下パンチ（４）で突き上げて前記凸部（２３）を再度、前記サイジング用突起（６ｃ）で部品幅方向に加圧する焼結部品のサイジング方法。
【請求項３】
前記焼結部品（２０）がベアリングキャップであり、そのベアリングキャップのサイジングを前記サイジング装置で行う請求項２に記載の焼結部品のサイジング方法。
【請求項４】
サイジングを行う前の前記焼結部品（２０）が前記凸部（２３）の底面の角に平面の面取り部（２６）を有し、その焼結部品（２０）を上パンチ（３）と下パンチ（４）で圧縮して変形させるときに前記段差部（６ｂ）に押し当てられた前記凸部（２３）の底面を、前記段差部（６ｂ）よって底面の角に丸みがつくように成形する請求項２又は３に記載の焼結部品のサイジング方法。

【図１】