微小部品の成形金型装置
【課題】可塑性を有する原料粉末を押し型内で圧縮成形する金型装置において、押し型内への原料粉末の供給を容易として効率的に成形体を得る。
【解決手段】押し型１０の上ダイス２０に挿入した内側ダイス２５に、原料貯留部２６を形成するとともに原料貯留部２６とキャビティ１１とを連通する上パンチ孔２７を形成し、原料貯留部２６の原料粉末Ｐをキャビティ１１に押し込んで注入するプランジャ４０に、上パンチ孔２７に挿入されて原料貯留部２６と上パンチ孔２７との間のゲート２８を開閉する上パンチ５０を摺動自在に挿入した構成とする。上パンチ５０を上昇させてゲート２８を開けた状態でプランジャ４０を押し込むと、原料貯留部２６内の原料粉末Ｐがゲート２８を経てキャビティ１１内に注入され、続いて上パンチ５０を押し込むと、ゲート２８が閉じられるとともに、キャビティ１１内の原料粉末Ｐが圧縮成形される。
【解決手段】押し型１０の上ダイス２０に挿入した内側ダイス２５に、原料貯留部２６を形成するとともに原料貯留部２６とキャビティ１１とを連通する上パンチ孔２７を形成し、原料貯留部２６の原料粉末Ｐをキャビティ１１に押し込んで注入するプランジャ４０に、上パンチ孔２７に挿入されて原料貯留部２６と上パンチ孔２７との間のゲート２８を開閉する上パンチ５０を摺動自在に挿入した構成とする。上パンチ５０を上昇させてゲート２８を開けた状態でプランジャ４０を押し込むと、原料貯留部２６内の原料粉末Ｐがゲート２８を経てキャビティ１１内に注入され、続いて上パンチ５０を押し込むと、ゲート２８が閉じられるとともに、キャビティ１１内の原料粉末Ｐが圧縮成形される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小歯車等の微小部品を得るにあたり、可塑性を有する原料粉末を押し型内で圧縮成形して微小部品に近似する形状に成形するための成形金型装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル家電製品や先端医療機器、あるいはＩＴ機器等の生産分野においては、デバイスの小型化・高機能化に伴い、構成部品に対する小型化・薄肉化の要求が益々高まってきており、元来が小型・薄肉のいわゆる微小部品にあっても、さらなる小型化・薄肉化が要求されてきている。このような微小部品を製造する方法として、バインダを混入した可塑性を有する原料粉末を押し型内に充填してパンチで圧縮することにより目的形状に近似した粉末成形体を成形し、この粉末成形体を焼結するといった方法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４４５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載される粉末成形体の成形方法によれば、薄肉の部分にも原料が十分に充填され、形状および寸法精度を高いレベルで得られるといった利点がある。ところが、原料粉末は粉体と異なり可塑性を有しているため取り扱いが難しく、所定量を押し型内に直接供給するような操作が求められ、この点が製造する上で煩雑であった。また、押し型内への原料の充填を１回の成形のたびに行うことは粉末を圧縮成形する一般的な押し型成形と同様ではあるが、微小部品の場合には１回の成形に要する原料の使用量がきわめて少ないため、非効率的である。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、押し型内への原料粉末の供給を容易として効率的に成形体を得ることができる微小部品の成形金型装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の微小部品の成形金型装置は、外側ダイスと、該外側ダイスに摺動自在に挿入され、該外側ダイスとの間にキャビティの少なくとも一部を形成する内側ダイスとを有するとともに、該内側ダイスに、可塑性を有する原料粉末を貯留する原料貯留部と、キャビティと原料貯留部とを連通するとともに該原料貯留部との間にゲートを形成するパンチ孔とが形成された押し型と、前記原料貯留部に摺動自在に挿入され、該原料貯留部に貯留されている原料粉末を前記パンチ孔を経て前記キャビティに注入するプランジャと、このプランジャに、該プランジャの摺動方向に沿って摺動自在に貫通され、往復摺動することにより前記ゲートを開閉し、前記キャビティ方向に摺動した時に、該ゲートを閉じるとともにキャビティ内の原料粉末を成形体に圧縮するパンチとを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、押し型内の原料貯留部に貯留した原料粉末をプランジャでキャビティに注入し、キャビティ内の原料粉末をパンチで圧縮して型開きすることにより成形体が得られ、この動作を繰り返すことにより、成形体を連続的に得ることができる。プランジャの操作で少量の原料粉末をキャビティ内に容易に供給することができ、パンチを抜く手間がかからず成形体を効率的に製造することができる。
【０００８】
原料貯留部への原料粉末の補給は、プランジャを抜くことによりなされる。ここで、プランジャとパンチが挿入される内側ダイスを１つのセットとし、このセットを複数用意して１セットを外側ダイスに挿入して稼働させるようにすると、他のセットの内側ダイス、プランジャおよびパンチのメンテナンスを稼働中に並行して行うことができる。またこの他には、原料粉末の補給をセットごとに行うことができることから、原料粉末の補給のために稼働が停滞することを防ぐことができ、生産効率がより向上するという利点がある。
【０００９】
本発明では、前記押し型は、上下方向に相対的に離接可能に配設された上ダイスと下ダイスとで構成され、これら上ダイスおよび下ダイスのうちの一方が、前記外側ダイスおよび前記内側ダイスとを備えており、上ダイスと下ダイスとが当接した状態で前記キャビティが形成される形態を含む。
【００１０】
また、本発明における前記成形体は、鍔状部から軸部が突出する形状であることを含む。
【００１１】
また、本発明では、原料粉末の流動性を高めてキャビティに注入されやすくなる観点から、前記押し型に前記原料貯留部に貯留される原料粉末を加熱する加熱手段が設けられている形態は好ましいものとされる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、押し型内への原料粉末の供給を容易として効率的に成形体を得ることができる微小部品の成形金型装置が提供されるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態の成形金型装置で成形される粉末成形体から得られる微小歯車を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態の成形金型装置による粉末成形体の成形工程の前半を示す断面図である。
【図３】同成形工程の後半を示す断面図である。
【図４】第１実施形態の成形金型装置を構成する上ダイスの一部断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態および第３実施形態の成形金型装置で成形される粉末成形体から得られる微小歯車を示す斜視図である。
【図６】第２実施形態の成形金型装置による粉末成形体の成形工程の前半を示す断面図である。
【図７】同成形工程の後半を示す断面図である。
【図８】第２実施形態の成形金型装置を構成する上下のダイスの一部断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態の成形金型装置による粉末成形体の成形工程の前半を示す断面図である。
【図１０】同成形工程の後半を示す断面図である。
【図１１】第２実施形態の成形金型装置を構成する上下のダイスの一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［１］第１実施形態
（１）微小歯車
図１は、第１実施形態の成形金型装置によって成形した粉末成形体を焼結して得られる微小部品である微小歯車を示している。この歯車１は、外周面に多数の歯２からなる歯列３が形成された平歯車部４の中心から両側に同じ長さの円柱状の軸部５，６が直交して延びている形状を有するものである。この歯車１は、例えば平歯車部４の外径Ｄ１が数百μｍ〜数ｍｍ、軸部５，６の直径Ｄ２が数十〜数百μｍといった寸法例が挙げられる。
【００１５】
（２）成形金型装置
（２−１）構成
図２（ａ）〜（ｄ）、図３（ａ）〜（ｄ）は、第１実施形態の成形金型装置によって上記歯車１の粉末成形体を成形する工程を示している。まず、図２により成形金型装置の構成を説明する。同図で符号１０は押し型であり、この押し型１０は、上ダイス２０と下ダイス３０とから構成されている。上下のダイス２０，３０は、いずれも上下方向に移動可能に設けられ、上下方向に互いに離接可能に配設されている。
【００１６】
上ダイス２０は、外側ダイス２１と内側ダイス２５とから構成されている。これら外側ダイス２１と内側ダイス２５は、それぞれ水平な下面２１ａ，２５ａを有している。外側ダイス２１には、上下方向に貫通する円筒状孔２２が形成されており、この円筒状孔２２に、円筒状の内側ダイス２５が摺動自在に挿入されている。図４に示すように、円筒状孔２２の下端部の内周面には、歯車１の平歯車部４の歯列３を造形する内歯列２２ａが形成されている。
【００１７】
内側ダイス２５の内部には、上下方向に延び、上方に開口する原料貯留部２６が形成されている。原料貯留部２６は円筒状の内周面を有しており、その下端部は、下方に向かうにしたがって先細りとなる円錐状のテーパ部２６ａに形成されている。そして内側ダイス２５の内部には、テーパ部２６ａの下端から下方に延び、内側ダイス２５の下面２５ａに開口する上パンチ孔２７が形成されている。上パンチ孔２７は原料貯留部２６と同心状で、この上パンチ孔２７と原料貯留部２６との間が、ゲート２８として形成されている。上パンチ孔２７の内径は、歯車１の軸部５，６の直径と同等に設定されている。
【００１８】
内側ダイス２５の原料貯留部２６には、上方の開口から、可塑性を有する原料粉末Ｐが投入されて貯留される。原料粉末Ｐは、例えば、鉄粉等の金属粉末に、熱可塑性樹脂とワックスからなるバインダを４０〜６０体積％程度の比率で添加し混練したもの等が用いられる。
【００１９】
原料貯留部２６には、上方の開口からプランジャ４０が摺動自在に挿入される。プランジャ４０の軸心には、上パンチ５０が、プランジャ４０の摺動方向である上下方向に沿って貫通されている。上パンチ５０は、下降すると下端部が上パンチ孔２７に摺動しながら挿入される。この時、ゲート２８は上パンチ５０で閉じられる。また、ゲート２８が閉じた状態から上パンチ５０を上昇させると、図２（ｂ）に示すように上パンチ５０は上パンチ孔２７から抜けてゲート２８が開くようになっている。
【００２０】
下ダイス３０は、上ダイス２０の外側ダイス２１の下面２１ａ、および内側ダイス２５の下面２５ａが当接する水平な上面３０ａを有している。下ダイス３０には、上下方向に延びる下パンチ孔３３が上パンチ孔２７と同軸的に貫通形成されている。下パンチ孔３３は、上パンチ孔２７と同径、すなわち歯車１の軸部５，６の直径と同等の内径を有している。この下パンチ孔３３には、下パンチ６０が摺動自在に挿入されている。
【００２１】
（２−２）成形工程
次に、図２および図３により、上記成形金型装置を用いて歯車１の粉末成形体を成形する工程を説明する。はじめに、上ダイス２０の内側ダイス２５を、外側ダイス２１に対して、円筒状孔２２の下端部の内歯列２２ａが露出する位置まで挿入した状態とし、外側ダイス２１の下面２１ａと下ダイス３０の上面３０ａとを当接させて型締めする。そして、上ダイス２０側において、上パンチ５０を上パンチ孔２７に挿入してゲート２８を閉じ、下ダイス３０側においては下パンチ６０を下降させる。これにより、押し型１０内に、上ダイス２０側に歯車１の平歯車部４と上側の軸部５に対応する部分を有し、下ダイス３０側に歯車１の下側の軸部６に対応する部分を有する断面十字状のキャビティ１１を形成する。一方、内側ダイス２５の原料貯留部２６に原料粉末Ｐをほぼ充満させ、プランジャ４０の先端を原料貯留部２６に挿入する（図２（ａ））。
【００２２】
次いで、上パンチ５０を上昇させて上パンチ孔２７から抜き、ゲート２８を開ける。これにより、上パンチ孔２７を介してキャビティ１１と原料貯留部２６とが連通する。この状態からプランジャ４０を押し込んで下降させ、原料粉末Ｐを、ゲート２８からキャビティ１１に必要量注入する（図２（ｂ））。
【００２３】
次いで、上パンチ５０を下方に押し込んでゲート２８を閉じ、さらに上パンチ５０を押し込むことにより、キャビティ１１内の原料粉末Ｐを圧縮する（図２（ｃ）〜（ｄ））。これにより、上ダイス２０の内側ダイス２５と下ダイス３０間に平歯車部４が造形され、
上下のパンチ孔２７，３３にそれぞれ軸部５，６が造形されて、歯車１の粉末成形体１Ａが成形される。
【００２４】
このようにして粉末成形体１Ａが押し型１０内に成形されたら、押し型１０を型開きして粉末成形体１Ａを抜き出す。それには、上ダイス２０の外側ダイス２１を、下面２１ａが内側ダイス２５の下面２５ａと同じ高さになるまで上昇させて平歯車部４を露出させてから（図３（ａ））、上パンチ５０で粉末成形体１Ａを押さえながら、外側ダイス２１と内側ダイス２５を上昇させて上側の軸部５を露出させる（図３（ｂ））。次いで、上ダイス２０側の全体を上昇させてから（図３（ｃ））、下パンチ６０を上昇させて下側の軸部６を下パンチ孔３３から上方に抜き出す（図３（ｄ））。
【００２５】
以上が１つの粉末成形体１Ａを圧縮成形するサイクルであり、この後、成形した粉末成形体１Ａを取り去ってから、再び図２（ａ）の状態に戻して上記工程を繰り返し、粉末成形体１Ａを成形する。このような粉末成形体１Ａの成形サイクルを、原料貯留部２６の原料粉末Ｐが消費されるまで行う。
【００２６】
（２−３）作用効果
上記第１実施形態の成形金型装置によれば、上パンチ５０を上昇させてゲート２８を開けた状態で、押し型１０内の原料貯留部２６に貯留した原料粉末Ｐをプランジャ４０でキャビティ１１に注入し、次いで上パンチ５０を押し込んでゲート２８を閉じ、引き続き上パンチでキャビティ１１内の原料粉末Ｐを圧縮してから型開きすることにより、粉末成形体１Ａが得られる。そしてこの動作を繰り返すことにより、粉末成形体１Ａを連続的に得ることができる。上パンチ５０を抜き出すことなくプランジャ４０の押し込み操作で少量の原料粉末Ｐをキャビティ１１内に容易に供給することができるため、１回の成形に要する原料粉末Ｐの量が少なくても粉末成形体１Ａを効率的に製造することができる。
【００２７】
原料貯留部２６の原料粉末Ｐが消費されたら、プランジャ４０を内側ダイス２５から抜き取って原料貯留部２６に原料粉末Ｐを補充し、再びプランジャ４０を挿入すれば成形を続行することができる。ところで本実施形態においては、プランジャ４０と上パンチ５０が挿入される内側ダイス２５を１つのセットとし、このセットを複数用意して１セットを外側ダイス２１に挿入して稼働させる方式を採ることができる。この方式によれば、他のセットの内側ダイス２５、プランジャ４０および上パンチ５０のメンテナンスを、当該装置の稼働中において並行して行うことができる。また、原料粉末Ｐの補給をセットごと行うことができ、原料粉末Ｐの補給のために稼働が停滞することを防ぐことができ、生産効率がより向上するという利点も得ることができる。
【００２８】
次に、本発明の第２実施形態および第３実施形態を説明する。これら実施形態で参照する図面において、上記第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その構成要素の説明を省略あるいは簡略化する。
【００２９】
［２］第２実施形態
（１）微小歯車
図５は、第２実施形態の成形金型装置によって成形した粉末成形体を焼結して得られる微小部品である微小歯車を示している。この歯車７は、大径側の平歯車部４の片側（図５で上側）に、外周面に多数の歯２からなる歯列３が形成された小径側の平歯車部８が積層された２段歯車であり、小径の平歯車部８から軸部５が突出し、大径の平歯車部４から軸部６が突出している。この歯車７は、例えば大径側の平歯車部４の外径Ｄ１が数百μｍ〜数ｍｍ、軸部５，６の直径Ｄ２が数十〜数百μｍといった寸法例が挙げられる。
【００３０】
（２）成形金型装置
（２−１）構成
図６（ａ）〜（ｄ）、図７（ａ）〜（ｄ）は、第２実施形態の成形金型装置によって上記歯車７の粉末成形体を成形する工程を示している。第２実施形態の成形金型装置では、図８に示すように、上ダイス２０を構成する外側ダイス２１の円筒状孔２２の下端部の内周面に、歯車７の大径側の平歯車部４の歯列３を造形する内歯列２２ａが、上記第１実施形態と同様に形成されている。
【００３１】
一方、下ダイス３０には、歯車７の小径側の平歯車部８の外径に対応する内径の円筒状孔３１が上下に開口して形成されており、この円筒状孔３１に、内側ダイス３２が上下方向に摺動自在に挿入されている。図８に示すように、円筒状孔３１の上端部の内周面には、歯車７の小径側の平歯車部８の歯列３を造形する内歯列３１ａが形成されている。内側ダイス３２の中心には下パンチ孔３３が形成されており、この下パンチ孔３３には、下パンチ６０が摺動自在に挿入されている。内側ダイス３２および下パンチ６０は、上ダイス２０側のプランジャ４０および上パンチ５０と同軸的に配設されている。
【００３２】
（２−２）成形工程
上記構成が第１実施形態と異なる部分であり、次に、図６および図７により、第２実施形態の成形金型装置を用いて歯車７の粉末成形体を成形する工程を説明する。はじめに、上ダイス２０の内側ダイス２５を、外側ダイス２１に対して、円筒状孔２２の下端部の内歯列２２ａが露出する位置まで挿入した状態とし、外側ダイス２１の下面２１ａと下ダイス３０の上面３０ａとを当接させて型締めする。そして、上ダイス２０側において、上パンチ５０を、下端面が内側ダイス２５の下面２５ａと面一になる状態まで挿入してゲート２８を閉じる。下ダイス３０側においては、内側ダイス３２を、円筒状孔３１の上端部の内歯列３１ａが露出するまで下ダイス３０よりも下方に位置付け、さらに、下パンチ６０を内側ダイス３２よりも下降させる。これにより、押し型１０内に、上ダイス２０側に歯車７の大径側の平歯車部４に対応する部分を有し、下ダイス３０側に歯車７の小径側の平歯車部８と軸部５に対応する部分を有するキャビティ１１を形成する。一方、上ダイス２０側の内側ダイス２５の原料貯留部２６に原料粉末Ｐをほぼ充満させ、プランジャ４０の先端を原料貯留部２６に挿入する（図６（ａ））。
【００３３】
次いで、上パンチ５０を上昇させて上パンチ孔２７から抜き、ゲート２８を開ける。これにより、上パンチ孔２７を介してキャビティ１１と原料貯留部２６とが連通する。上パンチ孔２７はキャビティ１１の一部を構成し、この状態からプランジャ４０を押し込んで下降させ、原料粉末Ｐを、ゲート２８から上パンチ孔２７を含む断面十字状のキャビティ１１に必要量注入する（図６（ｂ））。
【００３４】
次いで、上パンチ５０を下方に押し込んでゲート２８を閉じ、さらに上パンチ５０を押し込むことにより、キャビティ１１内の原料粉末Ｐを圧縮する（図６（ｃ）〜（ｄ））。これにより、上ダイス２０側に大径側の平歯車部４と軸部６が造形され、下ダイス３０側に小径側の平歯車部８と軸部５が造形されて、歯車７の粉末成形体７Ａが成形される。
【００３５】
次に、押し型１０の型開きに移り、まず、上ダイス２０の外側ダイス２１を上昇させて大径側の平歯車部４を露出させてから（図７（ａ））、上パンチ５０で粉末成形体７Ａを押さえながら、外側ダイス２１と内側ダイス２５を上昇させて軸部６を露出させる（図７（ｂ））。次いで、下ダイス３０側の内側ダイス３２を下降させて小径側の平歯車部８を露出させ（図７（ｃ））、さらに下ダイス３０および内側ダイス３２を下降させて軸部５を下パンチ孔３３から抜き出す（図７（ｄ））。この後、上ダイス２０側の全体を上昇させれば粉末成形体７Ａを取り出すことができる。以上が１つの粉末成形体１Ａを圧縮成形するサイクルであり、この後、再び図６（ａ）の状態に戻して上記工程を繰り返し、粉末成形体７Ａを複数得る。
【００３６】
［３］第３実施形態
（１）微小歯車
第３実施形態の成形金型装置も、図５に示した歯車７の粉末成形体を成形するものである。
【００３７】
（２）成形金型装置
（２−１）構成
図９（ａ）〜（ｄ）、図１０（ａ）〜（ｄ）は、第３実施形態の成形金型装置によって上記歯車７の粉末成形体を成形する工程を示している。第３実施形態の成形金型装置では、上ダイス２０の外側ダイス２１の円筒状孔２２の下端部が、テーパ部２２ｂを介して縮径し小径部２２ｃに形成されている。そしてこれに対応して、円筒状孔２２に摺動自在に挿入される内側ダイス２５の下端部の外径はテーパ部２５ｂを介して先細りに縮径し、小径部２５ｃが形成されており、この小径部２５ｃが円筒状孔２２の小径部２２ｃに摺動自在に挿入されるようになっている。図１１に示すように、上ダイス２０側の上記小径部２２ｃの内周面には、歯車７の小径側の平歯車部８の歯列３を造形する内歯列２２ｄが形成されている。
【００３８】
第３実施形態の下ダイス３０には、歯車７の大径側の平歯車部４の外径に対応する内径の円筒状孔３５が上下に開口して形成されており、この円筒状孔３５に、内側ダイス３６が上下方向に摺動自在に挿入されている。図１１に示すように、この円筒状孔３５の上端部の内周面には、平歯車部４の歯列３を造形する内歯列３５ａが形成されている。内側ダイス３６には上下方向に延びる下パンチ孔３３が形成されており、この下パンチ孔３３に、下パンチ６０が摺動自在に挿入されている。内側ダイス３６および下パンチ６０は、上ダイス２０側のプランジャ４０および上パンチ５０と同軸的に配設されている。
【００３９】
（２−２）成形工程
次に、図９および図１０により、第３実施形態の成形金型装置を用いて歯車７の粉末成形体を成形する工程を説明する。はじめに、上ダイス２０の内側ダイス２５を、外側ダイス２１に対して、円筒状孔２２の下端部の内歯列２２ｄが露出する位置まで挿入した状態とし、外側ダイス２１の下面２１ａと下ダイス３０の上面３０ａとを当接させて型締めする。そして、上ダイス２０側において、上パンチ５０を上パンチ孔２７に挿入してゲート２８を閉じ。下ダイス３０側においては、内側ダイス３６を、円筒状孔３５の上端部の内歯列３５ａが露出するまで下ダイス３０よりも下方に位置付け、さらに、下パンチ６０を内側ダイス３２よりも下降させる。これにより、押し型１０内に、上ダイス２０側に歯車７の小径側の平歯車部８と軸部５に対応する部分を有し、下ダイス３０側に歯車７の大径側の平歯車部４と軸部６に対応する部分を有するキャビティ１１を形成する。一方、上ダイス２０側の内側ダイス２５の原料貯留部２６に原料粉末Ｐをほぼ充満させ、プランジャ４０の先端を原料貯留部２６に挿入する（図９（ａ））。
【００４０】
次いで、上パンチ５０を上昇させて上パンチ孔２７から抜き、ゲート２８を開ける。これにより、上パンチ孔２７を介してキャビティ１１と原料貯留部２６とが連通する。この状態からプランジャ４０を押し込んで下降させ、原料粉末Ｐを、ゲート２８からキャビティ１１に必要量注入する（図９（ｂ））。
【００４１】
次いで、上パンチ５０を下方に押し込んでゲート２８を閉じ、さらに上パンチ５０を押し込むことにより、キャビティ１１内の原料粉末Ｐを圧縮する（図９（ｃ）〜（ｄ））。これにより、上ダイス２０側に小径側の平歯車部８と軸部５が造形され、下ダイス３０側に大径側の平歯車部４と軸部６が造形されて、歯車７の粉末成形体７Ａが成形される。
【００４２】
押し型１０を型開きするには、まず、上ダイス２０の外側ダイス２１を上昇させて小径側の平歯車部８を露出させてから（図１０（ａ））、上パンチ５０で粉末成形体７Ａを押さえながら、外側ダイス２１と内側ダイス２５を上昇させて軸部５を露出させる（図１０（ｂ））。次いで、上ダイス２０側の全体を上昇させてから（図１０（ｃ））、下パンチ６０を上昇させて軸部６を下パンチ孔３３から上方に抜き出す（図１０（ｄ））。以上が１つの粉末成形体１Ａを圧縮成形するサイクルであり、この後、再び図９（ａ）の状態に戻して上記工程を繰り返し、粉末成形体７Ａを複数得る。
【００４３】
［４］第２実施形態と第３実施形態について
上記第２実施形態および第３実施形態によれば、大径と小径の平歯車部４，８を同軸的に有する２段構成の軸付き歯車７の粉末成形体７Ａを得ることができる。そしてこれら実施形態でも、第１実施形態と同様に、押し型１０内への原料粉末Ｐの供給を容易として効率的に粉末成形体を得ることができることや、プランジャ４０と上パンチ５０が挿入される内側ダイス２５を複数セット用意することによるメンテナンスおよび原料粉末Ｐの補給の効率化といった効果を、同様に得ることができる。
【００４４】
［５］本発明の多様性
上記各実施形態では、平歯車部の両側に軸部を有する歯車を微小部品として成形するものであるが、軸部は平歯車部の両側ではなく、片側だけにあるもの、あるいは平歯車部のみの微小部品を成形することもできる。また、平歯車部の代わりに単なる円板状の鍔部の両側に軸部を有するものや、軸部が片側にだけあるもの、あるいは単なる円板状部材も成形の対象部品となり得る。
【００４５】
また、原料貯留部２６を有する上ダイス２０に、原料貯留部２６に貯留される原料粉末Ｐを加熱する加熱手段を設け、この加熱手段で原料粉末Ｐを加熱した状態としておくと、原料粉末Ｐの流動性が高まり、キャビティへの充填が円滑、かつ十分になされるので好ましい。その場合の加熱温度は、原料粉末Ｐのバインダに添加される熱可塑性樹脂の軟化点程度に設定される。なお、加熱手段は、上ダイス２０とともに下ダイス３０に設け、キャビティを加熱するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１，７…微小歯車（微小部品）、１Ａ，７Ａ…粉末成形体、４，８…平歯車部（鍔状部）、５，６…軸部、１０…押し型、１１…キャビティ、２０…上ダイス、２１…外側ダイス、２５…内側ダイス、２６…原料貯留部、２７…上パンチ孔、２８…ゲート、３０…下ダイス、３３…下パンチ孔、４０…プランジャ、５０…上パンチ、６０…下パンチ、Ｐ…原料粉末。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小歯車等の微小部品を得るにあたり、可塑性を有する原料粉末を押し型内で圧縮成形して微小部品に近似する形状に成形するための成形金型装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル家電製品や先端医療機器、あるいはＩＴ機器等の生産分野においては、デバイスの小型化・高機能化に伴い、構成部品に対する小型化・薄肉化の要求が益々高まってきており、元来が小型・薄肉のいわゆる微小部品にあっても、さらなる小型化・薄肉化が要求されてきている。このような微小部品を製造する方法として、バインダを混入した可塑性を有する原料粉末を押し型内に充填してパンチで圧縮することにより目的形状に近似した粉末成形体を成形し、この粉末成形体を焼結するといった方法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４４５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載される粉末成形体の成形方法によれば、薄肉の部分にも原料が十分に充填され、形状および寸法精度を高いレベルで得られるといった利点がある。ところが、原料粉末は粉体と異なり可塑性を有しているため取り扱いが難しく、所定量を押し型内に直接供給するような操作が求められ、この点が製造する上で煩雑であった。また、押し型内への原料の充填を１回の成形のたびに行うことは粉末を圧縮成形する一般的な押し型成形と同様ではあるが、微小部品の場合には１回の成形に要する原料の使用量がきわめて少ないため、非効率的である。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、押し型内への原料粉末の供給を容易として効率的に成形体を得ることができる微小部品の成形金型装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の微小部品の成形金型装置は、外側ダイスと、該外側ダイスに摺動自在に挿入され、該外側ダイスとの間にキャビティの少なくとも一部を形成する内側ダイスとを有するとともに、該内側ダイスに、可塑性を有する原料粉末を貯留する原料貯留部と、キャビティと原料貯留部とを連通するとともに該原料貯留部との間にゲートを形成するパンチ孔とが形成された押し型と、前記原料貯留部に摺動自在に挿入され、該原料貯留部に貯留されている原料粉末を前記パンチ孔を経て前記キャビティに注入するプランジャと、このプランジャに、該プランジャの摺動方向に沿って摺動自在に貫通され、往復摺動することにより前記ゲートを開閉し、前記キャビティ方向に摺動した時に、該ゲートを閉じるとともにキャビティ内の原料粉末を成形体に圧縮するパンチとを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、押し型内の原料貯留部に貯留した原料粉末をプランジャでキャビティに注入し、キャビティ内の原料粉末をパンチで圧縮して型開きすることにより成形体が得られ、この動作を繰り返すことにより、成形体を連続的に得ることができる。プランジャの操作で少量の原料粉末をキャビティ内に容易に供給することができ、パンチを抜く手間がかからず成形体を効率的に製造することができる。
【０００８】
原料貯留部への原料粉末の補給は、プランジャを抜くことによりなされる。ここで、プランジャとパンチが挿入される内側ダイスを１つのセットとし、このセットを複数用意して１セットを外側ダイスに挿入して稼働させるようにすると、他のセットの内側ダイス、プランジャおよびパンチのメンテナンスを稼働中に並行して行うことができる。またこの他には、原料粉末の補給をセットごとに行うことができることから、原料粉末の補給のために稼働が停滞することを防ぐことができ、生産効率がより向上するという利点がある。
【０００９】
本発明では、前記押し型は、上下方向に相対的に離接可能に配設された上ダイスと下ダイスとで構成され、これら上ダイスおよび下ダイスのうちの一方が、前記外側ダイスおよび前記内側ダイスとを備えており、上ダイスと下ダイスとが当接した状態で前記キャビティが形成される形態を含む。
【００１０】
また、本発明における前記成形体は、鍔状部から軸部が突出する形状であることを含む。
【００１１】
また、本発明では、原料粉末の流動性を高めてキャビティに注入されやすくなる観点から、前記押し型に前記原料貯留部に貯留される原料粉末を加熱する加熱手段が設けられている形態は好ましいものとされる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、押し型内への原料粉末の供給を容易として効率的に成形体を得ることができる微小部品の成形金型装置が提供されるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態の成形金型装置で成形される粉末成形体から得られる微小歯車を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態の成形金型装置による粉末成形体の成形工程の前半を示す断面図である。
【図３】同成形工程の後半を示す断面図である。
【図４】第１実施形態の成形金型装置を構成する上ダイスの一部断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態および第３実施形態の成形金型装置で成形される粉末成形体から得られる微小歯車を示す斜視図である。
【図６】第２実施形態の成形金型装置による粉末成形体の成形工程の前半を示す断面図である。
【図７】同成形工程の後半を示す断面図である。
【図８】第２実施形態の成形金型装置を構成する上下のダイスの一部断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態の成形金型装置による粉末成形体の成形工程の前半を示す断面図である。
【図１０】同成形工程の後半を示す断面図である。
【図１１】第２実施形態の成形金型装置を構成する上下のダイスの一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［１］第１実施形態
（１）微小歯車
図１は、第１実施形態の成形金型装置によって成形した粉末成形体を焼結して得られる微小部品である微小歯車を示している。この歯車１は、外周面に多数の歯２からなる歯列３が形成された平歯車部４の中心から両側に同じ長さの円柱状の軸部５，６が直交して延びている形状を有するものである。この歯車１は、例えば平歯車部４の外径Ｄ１が数百μｍ〜数ｍｍ、軸部５，６の直径Ｄ２が数十〜数百μｍといった寸法例が挙げられる。
【００１５】
（２）成形金型装置
（２−１）構成
図２（ａ）〜（ｄ）、図３（ａ）〜（ｄ）は、第１実施形態の成形金型装置によって上記歯車１の粉末成形体を成形する工程を示している。まず、図２により成形金型装置の構成を説明する。同図で符号１０は押し型であり、この押し型１０は、上ダイス２０と下ダイス３０とから構成されている。上下のダイス２０，３０は、いずれも上下方向に移動可能に設けられ、上下方向に互いに離接可能に配設されている。
【００１６】
上ダイス２０は、外側ダイス２１と内側ダイス２５とから構成されている。これら外側ダイス２１と内側ダイス２５は、それぞれ水平な下面２１ａ，２５ａを有している。外側ダイス２１には、上下方向に貫通する円筒状孔２２が形成されており、この円筒状孔２２に、円筒状の内側ダイス２５が摺動自在に挿入されている。図４に示すように、円筒状孔２２の下端部の内周面には、歯車１の平歯車部４の歯列３を造形する内歯列２２ａが形成されている。
【００１７】
内側ダイス２５の内部には、上下方向に延び、上方に開口する原料貯留部２６が形成されている。原料貯留部２６は円筒状の内周面を有しており、その下端部は、下方に向かうにしたがって先細りとなる円錐状のテーパ部２６ａに形成されている。そして内側ダイス２５の内部には、テーパ部２６ａの下端から下方に延び、内側ダイス２５の下面２５ａに開口する上パンチ孔２７が形成されている。上パンチ孔２７は原料貯留部２６と同心状で、この上パンチ孔２７と原料貯留部２６との間が、ゲート２８として形成されている。上パンチ孔２７の内径は、歯車１の軸部５，６の直径と同等に設定されている。
【００１８】
内側ダイス２５の原料貯留部２６には、上方の開口から、可塑性を有する原料粉末Ｐが投入されて貯留される。原料粉末Ｐは、例えば、鉄粉等の金属粉末に、熱可塑性樹脂とワックスからなるバインダを４０〜６０体積％程度の比率で添加し混練したもの等が用いられる。
【００１９】
原料貯留部２６には、上方の開口からプランジャ４０が摺動自在に挿入される。プランジャ４０の軸心には、上パンチ５０が、プランジャ４０の摺動方向である上下方向に沿って貫通されている。上パンチ５０は、下降すると下端部が上パンチ孔２７に摺動しながら挿入される。この時、ゲート２８は上パンチ５０で閉じられる。また、ゲート２８が閉じた状態から上パンチ５０を上昇させると、図２（ｂ）に示すように上パンチ５０は上パンチ孔２７から抜けてゲート２８が開くようになっている。
【００２０】
下ダイス３０は、上ダイス２０の外側ダイス２１の下面２１ａ、および内側ダイス２５の下面２５ａが当接する水平な上面３０ａを有している。下ダイス３０には、上下方向に延びる下パンチ孔３３が上パンチ孔２７と同軸的に貫通形成されている。下パンチ孔３３は、上パンチ孔２７と同径、すなわち歯車１の軸部５，６の直径と同等の内径を有している。この下パンチ孔３３には、下パンチ６０が摺動自在に挿入されている。
【００２１】
（２−２）成形工程
次に、図２および図３により、上記成形金型装置を用いて歯車１の粉末成形体を成形する工程を説明する。はじめに、上ダイス２０の内側ダイス２５を、外側ダイス２１に対して、円筒状孔２２の下端部の内歯列２２ａが露出する位置まで挿入した状態とし、外側ダイス２１の下面２１ａと下ダイス３０の上面３０ａとを当接させて型締めする。そして、上ダイス２０側において、上パンチ５０を上パンチ孔２７に挿入してゲート２８を閉じ、下ダイス３０側においては下パンチ６０を下降させる。これにより、押し型１０内に、上ダイス２０側に歯車１の平歯車部４と上側の軸部５に対応する部分を有し、下ダイス３０側に歯車１の下側の軸部６に対応する部分を有する断面十字状のキャビティ１１を形成する。一方、内側ダイス２５の原料貯留部２６に原料粉末Ｐをほぼ充満させ、プランジャ４０の先端を原料貯留部２６に挿入する（図２（ａ））。
【００２２】
次いで、上パンチ５０を上昇させて上パンチ孔２７から抜き、ゲート２８を開ける。これにより、上パンチ孔２７を介してキャビティ１１と原料貯留部２６とが連通する。この状態からプランジャ４０を押し込んで下降させ、原料粉末Ｐを、ゲート２８からキャビティ１１に必要量注入する（図２（ｂ））。
【００２３】
次いで、上パンチ５０を下方に押し込んでゲート２８を閉じ、さらに上パンチ５０を押し込むことにより、キャビティ１１内の原料粉末Ｐを圧縮する（図２（ｃ）〜（ｄ））。これにより、上ダイス２０の内側ダイス２５と下ダイス３０間に平歯車部４が造形され、
上下のパンチ孔２７，３３にそれぞれ軸部５，６が造形されて、歯車１の粉末成形体１Ａが成形される。
【００２４】
このようにして粉末成形体１Ａが押し型１０内に成形されたら、押し型１０を型開きして粉末成形体１Ａを抜き出す。それには、上ダイス２０の外側ダイス２１を、下面２１ａが内側ダイス２５の下面２５ａと同じ高さになるまで上昇させて平歯車部４を露出させてから（図３（ａ））、上パンチ５０で粉末成形体１Ａを押さえながら、外側ダイス２１と内側ダイス２５を上昇させて上側の軸部５を露出させる（図３（ｂ））。次いで、上ダイス２０側の全体を上昇させてから（図３（ｃ））、下パンチ６０を上昇させて下側の軸部６を下パンチ孔３３から上方に抜き出す（図３（ｄ））。
【００２５】
以上が１つの粉末成形体１Ａを圧縮成形するサイクルであり、この後、成形した粉末成形体１Ａを取り去ってから、再び図２（ａ）の状態に戻して上記工程を繰り返し、粉末成形体１Ａを成形する。このような粉末成形体１Ａの成形サイクルを、原料貯留部２６の原料粉末Ｐが消費されるまで行う。
【００２６】
（２−３）作用効果
上記第１実施形態の成形金型装置によれば、上パンチ５０を上昇させてゲート２８を開けた状態で、押し型１０内の原料貯留部２６に貯留した原料粉末Ｐをプランジャ４０でキャビティ１１に注入し、次いで上パンチ５０を押し込んでゲート２８を閉じ、引き続き上パンチでキャビティ１１内の原料粉末Ｐを圧縮してから型開きすることにより、粉末成形体１Ａが得られる。そしてこの動作を繰り返すことにより、粉末成形体１Ａを連続的に得ることができる。上パンチ５０を抜き出すことなくプランジャ４０の押し込み操作で少量の原料粉末Ｐをキャビティ１１内に容易に供給することができるため、１回の成形に要する原料粉末Ｐの量が少なくても粉末成形体１Ａを効率的に製造することができる。
【００２７】
原料貯留部２６の原料粉末Ｐが消費されたら、プランジャ４０を内側ダイス２５から抜き取って原料貯留部２６に原料粉末Ｐを補充し、再びプランジャ４０を挿入すれば成形を続行することができる。ところで本実施形態においては、プランジャ４０と上パンチ５０が挿入される内側ダイス２５を１つのセットとし、このセットを複数用意して１セットを外側ダイス２１に挿入して稼働させる方式を採ることができる。この方式によれば、他のセットの内側ダイス２５、プランジャ４０および上パンチ５０のメンテナンスを、当該装置の稼働中において並行して行うことができる。また、原料粉末Ｐの補給をセットごと行うことができ、原料粉末Ｐの補給のために稼働が停滞することを防ぐことができ、生産効率がより向上するという利点も得ることができる。
【００２８】
次に、本発明の第２実施形態および第３実施形態を説明する。これら実施形態で参照する図面において、上記第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その構成要素の説明を省略あるいは簡略化する。
【００２９】
［２］第２実施形態
（１）微小歯車
図５は、第２実施形態の成形金型装置によって成形した粉末成形体を焼結して得られる微小部品である微小歯車を示している。この歯車７は、大径側の平歯車部４の片側（図５で上側）に、外周面に多数の歯２からなる歯列３が形成された小径側の平歯車部８が積層された２段歯車であり、小径の平歯車部８から軸部５が突出し、大径の平歯車部４から軸部６が突出している。この歯車７は、例えば大径側の平歯車部４の外径Ｄ１が数百μｍ〜数ｍｍ、軸部５，６の直径Ｄ２が数十〜数百μｍといった寸法例が挙げられる。
【００３０】
（２）成形金型装置
（２−１）構成
図６（ａ）〜（ｄ）、図７（ａ）〜（ｄ）は、第２実施形態の成形金型装置によって上記歯車７の粉末成形体を成形する工程を示している。第２実施形態の成形金型装置では、図８に示すように、上ダイス２０を構成する外側ダイス２１の円筒状孔２２の下端部の内周面に、歯車７の大径側の平歯車部４の歯列３を造形する内歯列２２ａが、上記第１実施形態と同様に形成されている。
【００３１】
一方、下ダイス３０には、歯車７の小径側の平歯車部８の外径に対応する内径の円筒状孔３１が上下に開口して形成されており、この円筒状孔３１に、内側ダイス３２が上下方向に摺動自在に挿入されている。図８に示すように、円筒状孔３１の上端部の内周面には、歯車７の小径側の平歯車部８の歯列３を造形する内歯列３１ａが形成されている。内側ダイス３２の中心には下パンチ孔３３が形成されており、この下パンチ孔３３には、下パンチ６０が摺動自在に挿入されている。内側ダイス３２および下パンチ６０は、上ダイス２０側のプランジャ４０および上パンチ５０と同軸的に配設されている。
【００３２】
（２−２）成形工程
上記構成が第１実施形態と異なる部分であり、次に、図６および図７により、第２実施形態の成形金型装置を用いて歯車７の粉末成形体を成形する工程を説明する。はじめに、上ダイス２０の内側ダイス２５を、外側ダイス２１に対して、円筒状孔２２の下端部の内歯列２２ａが露出する位置まで挿入した状態とし、外側ダイス２１の下面２１ａと下ダイス３０の上面３０ａとを当接させて型締めする。そして、上ダイス２０側において、上パンチ５０を、下端面が内側ダイス２５の下面２５ａと面一になる状態まで挿入してゲート２８を閉じる。下ダイス３０側においては、内側ダイス３２を、円筒状孔３１の上端部の内歯列３１ａが露出するまで下ダイス３０よりも下方に位置付け、さらに、下パンチ６０を内側ダイス３２よりも下降させる。これにより、押し型１０内に、上ダイス２０側に歯車７の大径側の平歯車部４に対応する部分を有し、下ダイス３０側に歯車７の小径側の平歯車部８と軸部５に対応する部分を有するキャビティ１１を形成する。一方、上ダイス２０側の内側ダイス２５の原料貯留部２６に原料粉末Ｐをほぼ充満させ、プランジャ４０の先端を原料貯留部２６に挿入する（図６（ａ））。
【００３３】
次いで、上パンチ５０を上昇させて上パンチ孔２７から抜き、ゲート２８を開ける。これにより、上パンチ孔２７を介してキャビティ１１と原料貯留部２６とが連通する。上パンチ孔２７はキャビティ１１の一部を構成し、この状態からプランジャ４０を押し込んで下降させ、原料粉末Ｐを、ゲート２８から上パンチ孔２７を含む断面十字状のキャビティ１１に必要量注入する（図６（ｂ））。
【００３４】
次いで、上パンチ５０を下方に押し込んでゲート２８を閉じ、さらに上パンチ５０を押し込むことにより、キャビティ１１内の原料粉末Ｐを圧縮する（図６（ｃ）〜（ｄ））。これにより、上ダイス２０側に大径側の平歯車部４と軸部６が造形され、下ダイス３０側に小径側の平歯車部８と軸部５が造形されて、歯車７の粉末成形体７Ａが成形される。
【００３５】
次に、押し型１０の型開きに移り、まず、上ダイス２０の外側ダイス２１を上昇させて大径側の平歯車部４を露出させてから（図７（ａ））、上パンチ５０で粉末成形体７Ａを押さえながら、外側ダイス２１と内側ダイス２５を上昇させて軸部６を露出させる（図７（ｂ））。次いで、下ダイス３０側の内側ダイス３２を下降させて小径側の平歯車部８を露出させ（図７（ｃ））、さらに下ダイス３０および内側ダイス３２を下降させて軸部５を下パンチ孔３３から抜き出す（図７（ｄ））。この後、上ダイス２０側の全体を上昇させれば粉末成形体７Ａを取り出すことができる。以上が１つの粉末成形体１Ａを圧縮成形するサイクルであり、この後、再び図６（ａ）の状態に戻して上記工程を繰り返し、粉末成形体７Ａを複数得る。
【００３６】
［３］第３実施形態
（１）微小歯車
第３実施形態の成形金型装置も、図５に示した歯車７の粉末成形体を成形するものである。
【００３７】
（２）成形金型装置
（２−１）構成
図９（ａ）〜（ｄ）、図１０（ａ）〜（ｄ）は、第３実施形態の成形金型装置によって上記歯車７の粉末成形体を成形する工程を示している。第３実施形態の成形金型装置では、上ダイス２０の外側ダイス２１の円筒状孔２２の下端部が、テーパ部２２ｂを介して縮径し小径部２２ｃに形成されている。そしてこれに対応して、円筒状孔２２に摺動自在に挿入される内側ダイス２５の下端部の外径はテーパ部２５ｂを介して先細りに縮径し、小径部２５ｃが形成されており、この小径部２５ｃが円筒状孔２２の小径部２２ｃに摺動自在に挿入されるようになっている。図１１に示すように、上ダイス２０側の上記小径部２２ｃの内周面には、歯車７の小径側の平歯車部８の歯列３を造形する内歯列２２ｄが形成されている。
【００３８】
第３実施形態の下ダイス３０には、歯車７の大径側の平歯車部４の外径に対応する内径の円筒状孔３５が上下に開口して形成されており、この円筒状孔３５に、内側ダイス３６が上下方向に摺動自在に挿入されている。図１１に示すように、この円筒状孔３５の上端部の内周面には、平歯車部４の歯列３を造形する内歯列３５ａが形成されている。内側ダイス３６には上下方向に延びる下パンチ孔３３が形成されており、この下パンチ孔３３に、下パンチ６０が摺動自在に挿入されている。内側ダイス３６および下パンチ６０は、上ダイス２０側のプランジャ４０および上パンチ５０と同軸的に配設されている。
【００３９】
（２−２）成形工程
次に、図９および図１０により、第３実施形態の成形金型装置を用いて歯車７の粉末成形体を成形する工程を説明する。はじめに、上ダイス２０の内側ダイス２５を、外側ダイス２１に対して、円筒状孔２２の下端部の内歯列２２ｄが露出する位置まで挿入した状態とし、外側ダイス２１の下面２１ａと下ダイス３０の上面３０ａとを当接させて型締めする。そして、上ダイス２０側において、上パンチ５０を上パンチ孔２７に挿入してゲート２８を閉じ。下ダイス３０側においては、内側ダイス３６を、円筒状孔３５の上端部の内歯列３５ａが露出するまで下ダイス３０よりも下方に位置付け、さらに、下パンチ６０を内側ダイス３２よりも下降させる。これにより、押し型１０内に、上ダイス２０側に歯車７の小径側の平歯車部８と軸部５に対応する部分を有し、下ダイス３０側に歯車７の大径側の平歯車部４と軸部６に対応する部分を有するキャビティ１１を形成する。一方、上ダイス２０側の内側ダイス２５の原料貯留部２６に原料粉末Ｐをほぼ充満させ、プランジャ４０の先端を原料貯留部２６に挿入する（図９（ａ））。
【００４０】
次いで、上パンチ５０を上昇させて上パンチ孔２７から抜き、ゲート２８を開ける。これにより、上パンチ孔２７を介してキャビティ１１と原料貯留部２６とが連通する。この状態からプランジャ４０を押し込んで下降させ、原料粉末Ｐを、ゲート２８からキャビティ１１に必要量注入する（図９（ｂ））。
【００４１】
次いで、上パンチ５０を下方に押し込んでゲート２８を閉じ、さらに上パンチ５０を押し込むことにより、キャビティ１１内の原料粉末Ｐを圧縮する（図９（ｃ）〜（ｄ））。これにより、上ダイス２０側に小径側の平歯車部８と軸部５が造形され、下ダイス３０側に大径側の平歯車部４と軸部６が造形されて、歯車７の粉末成形体７Ａが成形される。
【００４２】
押し型１０を型開きするには、まず、上ダイス２０の外側ダイス２１を上昇させて小径側の平歯車部８を露出させてから（図１０（ａ））、上パンチ５０で粉末成形体７Ａを押さえながら、外側ダイス２１と内側ダイス２５を上昇させて軸部５を露出させる（図１０（ｂ））。次いで、上ダイス２０側の全体を上昇させてから（図１０（ｃ））、下パンチ６０を上昇させて軸部６を下パンチ孔３３から上方に抜き出す（図１０（ｄ））。以上が１つの粉末成形体１Ａを圧縮成形するサイクルであり、この後、再び図９（ａ）の状態に戻して上記工程を繰り返し、粉末成形体７Ａを複数得る。
【００４３】
［４］第２実施形態と第３実施形態について
上記第２実施形態および第３実施形態によれば、大径と小径の平歯車部４，８を同軸的に有する２段構成の軸付き歯車７の粉末成形体７Ａを得ることができる。そしてこれら実施形態でも、第１実施形態と同様に、押し型１０内への原料粉末Ｐの供給を容易として効率的に粉末成形体を得ることができることや、プランジャ４０と上パンチ５０が挿入される内側ダイス２５を複数セット用意することによるメンテナンスおよび原料粉末Ｐの補給の効率化といった効果を、同様に得ることができる。
【００４４】
［５］本発明の多様性
上記各実施形態では、平歯車部の両側に軸部を有する歯車を微小部品として成形するものであるが、軸部は平歯車部の両側ではなく、片側だけにあるもの、あるいは平歯車部のみの微小部品を成形することもできる。また、平歯車部の代わりに単なる円板状の鍔部の両側に軸部を有するものや、軸部が片側にだけあるもの、あるいは単なる円板状部材も成形の対象部品となり得る。
【００４５】
また、原料貯留部２６を有する上ダイス２０に、原料貯留部２６に貯留される原料粉末Ｐを加熱する加熱手段を設け、この加熱手段で原料粉末Ｐを加熱した状態としておくと、原料粉末Ｐの流動性が高まり、キャビティへの充填が円滑、かつ十分になされるので好ましい。その場合の加熱温度は、原料粉末Ｐのバインダに添加される熱可塑性樹脂の軟化点程度に設定される。なお、加熱手段は、上ダイス２０とともに下ダイス３０に設け、キャビティを加熱するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１，７…微小歯車（微小部品）、１Ａ，７Ａ…粉末成形体、４，８…平歯車部（鍔状部）、５，６…軸部、１０…押し型、１１…キャビティ、２０…上ダイス、２１…外側ダイス、２５…内側ダイス、２６…原料貯留部、２７…上パンチ孔、２８…ゲート、３０…下ダイス、３３…下パンチ孔、４０…プランジャ、５０…上パンチ、６０…下パンチ、Ｐ…原料粉末。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側ダイスと、該外側ダイスに摺動自在に挿入され、該外側ダイスとの間にキャビティの少なくとも一部を形成する内側ダイスとを有するとともに、該内側ダイスに、可塑性を有する原料粉末を貯留する原料貯留部と、キャビティと原料貯留部とを連通するとともに該原料貯留部との間にゲートを形成するパンチ孔とが形成された押し型と、
前記原料貯留部に摺動自在に挿入され、該原料貯留部に貯留されている原料粉末を前記パンチ孔を経て前記キャビティに注入するプランジャと、
このプランジャに、該プランジャの摺動方向に沿って摺動自在に貫通され、往復摺動することにより前記ゲートを開閉し、前記キャビティ方向に摺動した時に、該ゲートを閉じるとともにキャビティ内の原料粉末を成形体に圧縮するパンチと、
を備えることを特徴とする微小部品の成形金型装置。
【請求項２】
前記押し型は、上下方向に相対的に離接可能に配設された上ダイスと下ダイスとで構成され、
これら上ダイスおよび下ダイスのうちの一方が、前記外側ダイスおよび前記内側ダイスとを備えており、上ダイスと下ダイスとが当接した状態で前記キャビティが形成されることを特徴とする請求項１に記載の微小部品の成形金型装置。
【請求項３】
前記成形体は、鍔状部から軸部が突出する形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の微小部品の成形金型装置。
【請求項４】
前記押し型に、前記原料貯留部に貯留される原料粉末を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微小部品の成形金型装置。
【請求項１】
外側ダイスと、該外側ダイスに摺動自在に挿入され、該外側ダイスとの間にキャビティの少なくとも一部を形成する内側ダイスとを有するとともに、該内側ダイスに、可塑性を有する原料粉末を貯留する原料貯留部と、キャビティと原料貯留部とを連通するとともに該原料貯留部との間にゲートを形成するパンチ孔とが形成された押し型と、
前記原料貯留部に摺動自在に挿入され、該原料貯留部に貯留されている原料粉末を前記パンチ孔を経て前記キャビティに注入するプランジャと、
このプランジャに、該プランジャの摺動方向に沿って摺動自在に貫通され、往復摺動することにより前記ゲートを開閉し、前記キャビティ方向に摺動した時に、該ゲートを閉じるとともにキャビティ内の原料粉末を成形体に圧縮するパンチと、
を備えることを特徴とする微小部品の成形金型装置。
【請求項２】
前記押し型は、上下方向に相対的に離接可能に配設された上ダイスと下ダイスとで構成され、
これら上ダイスおよび下ダイスのうちの一方が、前記外側ダイスおよび前記内側ダイスとを備えており、上ダイスと下ダイスとが当接した状態で前記キャビティが形成されることを特徴とする請求項１に記載の微小部品の成形金型装置。
【請求項３】
前記成形体は、鍔状部から軸部が突出する形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の微小部品の成形金型装置。
【請求項４】
前記押し型に、前記原料貯留部に貯留される原料粉末を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微小部品の成形金型装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−９６２３９（Ｐ２０１２−９６２３９Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４３１５６（Ｐ２０１０−２４３１５６）
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００２３３５７２）日立粉末冶金株式会社 (272)
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００２３３５７２）日立粉末冶金株式会社 (272)
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