成型用金型とその使用方法
【課題】成型用部材に十分な圧縮応力を与えることが可能で、硬質脆性材料を成形用部材に使用しても高い引張り応力がかからずに長寿命化が可能な金型とその使用方法を得ること。
【解決手段】成形用部材１の周囲を囲むように与圧部材２を嵌合し、その周囲を囲むようにコレットチャック３を嵌合し、さらにその周囲を囲むようにケーシング４を嵌合した成形用金型である。与圧部材２には外周スリット２ａと内周スリット２ｂとを周方向に沿って交互に等間隔で設けた。コレットチャック３には、その上端部又は下端部に雄ねじ部３ａを形成する共に、外周に雄ねじ部３ａ側に向けて縮径するテーパー面３ｂを形成した。ケーシング４には、その内周にテーパー面３ｂと面合するテーパー面４ａ形成した。ケーシング４の上方又は下方に配置されたナット６を雄ねじ部３ａに締結することによりコレットチャック３を縮径させ、成形用部材１に圧縮応力を作用させる。
【解決手段】成形用部材１の周囲を囲むように与圧部材２を嵌合し、その周囲を囲むようにコレットチャック３を嵌合し、さらにその周囲を囲むようにケーシング４を嵌合した成形用金型である。与圧部材２には外周スリット２ａと内周スリット２ｂとを周方向に沿って交互に等間隔で設けた。コレットチャック３には、その上端部又は下端部に雄ねじ部３ａを形成する共に、外周に雄ねじ部３ａ側に向けて縮径するテーパー面３ｂを形成した。ケーシング４には、その内周にテーパー面３ｂと面合するテーパー面４ａ形成した。ケーシング４の上方又は下方に配置されたナット６を雄ねじ部３ａに締結することによりコレットチャック３を縮径させ、成形用部材１に圧縮応力を作用させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス加工、温間・熱間鍛造加工等に使用されるパンチやダイス等の成型用金型とその使用方法、並びに、その他高圧力での締結と同時に耐摩耗性が要求される装置等（例えばエンドミル等の回転工具の精密チャックなど）の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレス加工、鍛造加工等の加圧によって金属素材を所定形状に成形する成形用金型においては、その加圧時に加わる高い内部圧力により金型に円周方向の引張応力が生じ、その値が材料強度を超すと破壊する。こうした金型の破壊及び変形を防止するために、例えば特許文献１には金型の外周に補強リングを嵌着して金型に圧縮応力を与えることが開示されている。しかしながら、このような構造にするだけでは、金型に効率的に十分な圧縮応力を与えて、十分な金型強度を得ることができなかった。
【０００３】
また、特許文献２には、凸金型と凹金型を使用したプレスによる金属製の電極の製作方法が開示され、その実施例には、タングステンのような難塑性加工材料をプレスにより塑性加工する場合についての記載がある。
【０００４】
このように難塑性加工材料を塑性加工する場合、金型、特に成形キャビティを有する成形用部材には、非常に高い圧力が加わる上、摩耗し易いので、耐摩耗性が要求される。そのため、一般的に超硬合金等の硬質脆性材料が使用されている。
【０００５】
しかしながら、硬質脆性材料は、性質上、特に引張り応力に対する破壊強度が鋼などの延性材料に比べて低く、高い加工圧力に耐えることができない。そのため、ハイスや工具鋼等の比較的破壊強度が高い軟質延性材料を成形用部材に使用せざるを得ず、変形や摩耗が激しくなり、型寿命が短くなるという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−１３８００２号公報
【特許文献１】特開２００３−５９４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記従来の成型用金型の欠点を克服するために、成型用部材に十分な圧縮応力を与えることが可能で、硬質脆性材料を成形用部材に使用しても高い引張り応力がかからずに硬質脆性材料を破壊させず、その高い耐摩耗性を活用できることにより、成形キャビティの長寿命化が可能な成型用金型とその使用方法を得ることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ケーシング内に嵌合されたコレットチャックにより与圧部材を介して成形用部材に圧縮応力を与える構造を採用することで、上記課題を解決した。
【０００８】
即ち、本発明は、内部に成形キャビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むようにリング状の与圧部材が嵌合され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャックが嵌合され、さらにその周囲を囲むようにリング状のケーシングが嵌合された成形用金型において、与圧部材には、上面から下面に貫通して径方向に形成され外周で開放する外周スリットと、上面から下面に貫通して径方向に形成され内周で開放する内周スリットとが周方向に沿って交互に設けられ、コレットチャックは、その上端部又は下端部に雄ねじ部を有する共に、外周に雄ねじ部側に向けて縮径するテーパー面を有し、ケーシングは、その内周にコレットチャック外周のテーパー面と面合するテーパー面を有し、ケーシングの上方又は下方に配置されたナットをコレットチャックの雄ねじ部に締結することによりコレットチャックが縮径するように形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明において、ナットはワッシャを介してケーシングの上方又は下方に配置することが好ましい。
【００１０】
そして、与圧部材の線熱膨張係数をＡ１、コレットチャックの線熱膨張係数をＡ２、ケーシングの線熱膨張係数をＡ３、ナットの線熱膨張係数をＡ４、ワッシャの線熱膨張係数をＡ５としたときに、Ａ１＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ４及びＡ５＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ４の関係を満たすようにすることが好ましい。
【００１１】
このような構成にすることで、先ず、室温時にナットを締めることにより、コレットチャックにより、与圧部材を介して、その圧縮応力が成形用部材へ付与される。次に、温度を上げるに従い、線熱膨張係数の高い（ヤング率も高いほうが望ましい）与圧部材が熱応力（熱歪）を発生し、ケーシングのヤング率が高いほど（好ましくは２００ＧＰａ以上）、その熱応力は成形用部材に高い圧縮応力として作用する。さらに、ワッシャの線熱膨張係数を高くすることにより、温度上昇時のナットの緩みを防止するか、又は、更にコレットチャックを締める方向に、そのワッシャの熱歪が作用し、今まで発生させることができなかった高い圧縮応力を成形用部材へ作用させることが可能となる。
【００１２】
即ち、成形用部材への総圧縮応力は、「常温でのコレットチャックの締め力」＋「温度上昇時の与圧部材の熱応力」＋「ワッシャの膨張によるコレットチャックの更なる締め付け又は緩み防止」となる。
【００１３】
また、特に与圧部材から受けるケーシングに対する引張り応力を緩和させるため、適度なヤング率を有する材料（好ましくは３００ＧＰａ以下）を、コレットチャックに適用することにより、ケーシングに対する引張り応力を緩和し、ケーシングの破壊を防止することができる。
【００１４】
そして、上述のとおり各部材の線膨張係数が、Ａ１＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ４となるようにすることにより、使用温度が高くなるに従い成型用部材に圧縮応力が働き、プレス等の加工圧力により金型全体に引張り応力が働いても、塑性加工により発生する引張り応力に対してそれを相殺して破壊しないようにする十分な圧縮応力を成形用部材に与えることができる。そのため、全体としては成形用部材には引張り降伏強度以下の引張り応力もしくは圧縮応力が働き、成形用部材に硬質脆性材料を用いても金型の破壊に至らず、耐摩耗性が向上し型寿命を飛躍的に向上させることができる。
【００１５】
また、ナットをワッシャを介して締結する場合において、上述のとおり、各部材の線熱膨張係数がＡ５＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ４となるように材料を選択することにより、温度が高くなるに従いワッシャが膨張し、ナットがコレットチャックを引っ張る方向に応力が作用し、コレットチャックがさらに締められ、与圧部材を介して成形用部材に圧縮応力を与える。また、常温でもナットを締めることにより、ワッシャ、ケーシング、コレットチャック及び与圧部材を介して成形用部材に大きな圧縮応力を与えることができる。
【００１６】
ここで、与圧部材を単にリング状に形成した場合、加工温度が上昇するに従い熱膨張により内径も大きくなり、成形用部材を圧縮する力が働かなくなるが、本発明では、上述のとおり、与圧部材に外周スリットと内周スリットとを周方向に沿って交互に設けているので、加工温度が上昇するに従い、ケーシングによる拘束力と与圧部材の内外周のスリットとの相乗効果により、与圧部材周方向への熱膨張が内外周のスリットによるクッション効果により抑制され、与圧部材外周並びに内周の径が拡張するのではなく、成形用部材を圧縮する方向、つまり、半径方向へ熱応力（熱歪）を伝達する効果を発揮するので、成形用部材に圧縮応力を与えることができるようになる。この場合、圧縮応力を成形用部材に均等に与えるために、外周スリットと内周スリットとは周方向に沿って交互に等間隔に設けることが好ましい。
【００１７】
また、与圧部材を周方向に複数に分割し、それぞれの分割片を互いに接触することなく配置することによっても同様の効果を奏する。即ち、各分割片同士は膨張しても接触せず、成形用部材に圧縮応力を与えるだけである。この場合、圧縮応力を成形用部材に均等に与えるために、与圧部材は周方向に均等に分割することが好ましい。
【００１８】
本発明においては、ナットを使用する代わりにボルトを使用することができる。この場合は、ケーシングに、その内周の上端部又は下端部に雌ねじ部を形成すると共に、内周に雌ねじ部側に向けて拡径するテーパー面を形成し、更にコレットチャックの外周にケーシング内周のテーパー面と面合するテーパー面を形成し、コレットチャックの上方又は下方に配置されたボルトをケーシングの雌ねじ部に締結することによりコレットチャックが縮径するようにする。また、与圧部材の線熱膨張係数をＡ１、コレットチャックの線熱膨張係数をＡ２、ケーシングの線熱膨張係数をＡ３、ボルトの線熱膨張係数をＡ６、ワッシャの線熱膨張係数をＡ５としたとき、上述のナットを使用した場合と同じ理由から、Ａ１＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ６及びＡ５＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ６の関係を満たすようにすることが好ましい。このように、ボルトを使用した場合も、ナットを使用した場合と同様の作用効果を奏する。
【００１９】
上述のような本発明の成型用金型においては、成形用部材に硬質脆性材料を使用して、タングステンのような難塑性加工材の塑性加工など高い引張り応力が働くような環境下であっても、与圧部材が成形用部材の引張り降伏応力を下回る引張応力もしくは圧縮応力を維持するような圧縮応力を作用させるので、硬質脆性材料からなる成形用部材に高い加工圧力が加わっても、金型の破壊に至らず、耐摩耗性が向上し型寿命を飛躍的に向上させることができる。
【００２０】
この成形用部材に硬質脆性材料のハイスを用いると靭性が高いので、高い引張応力がかかる使用状況下でも金型が破壊することはない。同様に成形用部材に超硬合金を用いると硬度と靭性を兼ね備えているので、摩耗しにくく、引張応力がかかる使用状況下でも金型が破壊することはない。同様に成形用部材にサーメットを用いると超硬合金より靭性は劣るが、硬度が高いので耐摩耗性が超硬合金より大きい。更に、成形用部材にセラミックスを用いると、サーメットより靭性は劣るが、硬度が高いので耐摩耗性がサーメットより高い。また、成形用部材にダイヤモンドを用いると、硬度が天然鉱物中最も高いので耐摩耗性が高く成形物の表面が滑らかな状態となる。
【００２１】
本発明の成型用金型を使用する場合、使用温度が室温より高ければ高い程、与圧部材が熱膨張し成形用部材に、より高い圧縮応力を与えるので、常温より高温の条件での成形に適している。因みに、後述する図９に示すような従来の成型用金型（超硬合金の２重焼き嵌め品）では、使用温度４００℃でせいぜい０．４ＧＰａ程度の圧縮応力しか成形用部材にかからなかったが、本発明の成型用金型では、約２ＧＰａ以上の圧縮応力が成形用部材に作用する。
【００２２】
このように高温で使用するほど成形用部材に、より大きな圧縮応力が働くので、タングステンのような難塑性変形材料の成形体を得る場合等、高温でのプレス等の塑性加工に適している。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の成型用金型を用いると、タングステン等、難塑性加工材料の塑性加工のように、成形用部材に高い引張応力がかかる環境下においても、成形用部材には全体として高い圧縮応力が働き、成形用部材が硬質脆性材料であっても成形用部材は破壊せず、金型の寿命が飛躍的に向上する。特に、成形用部材が硬質脆性材料の場合は、耐摩耗性が向上し金型の寿命は更に延びる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る成型用金型の第１実施形態を示す分解斜視図、図２はその組み立て状態を示す断面斜視図、図３は、成形用金型の構成部材である与圧部材の平面図である。
【００２５】
同図に示す成型用金型は、成型用部材１と、与圧部材２と、コレットチャック３と、ケーシング４と、ワッシャ５と、ナット６と、シム７とからなる。
【００２６】
成形用部材１は、その内部上方に成型キャビティ１ａを有し、その周囲を囲むようにリング状の与圧部材２が嵌合される。与圧部材２には、図３に示すように外周スリット２ａと内周スリット２ｂとが周方向に沿って交互に等間隔で設けられている。外周スリット２ａは、与圧部材２の上面から下面に貫通して径方向に形成されており外周のみで開放している。一方、内周スリット２ｂは、与圧部材２の上面から下面に貫通して径方向に形成されており内周のみで開放している。
【００２７】
これらの成形用部材１と与圧部材２はシム７上に載置され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャック３が嵌合される。コレットチャック３の下部には雄ねじ部３ａが形成され、外周には雄ねじ部３ａ側に向けて（図面では下方に向けて）縮径するテーパー面３ｂが形成されている。このテーパー面３ｂは、コレットチャック３の上端から中程にかけて形成されている。
【００２８】
そして、コレットチャック３の周囲にはリング状のケーシング４が嵌合される。このケーシング４の内周には、コレットチャック３外周のテーパー面３ｂと面合するテーパー面４ａが形成されている。即ち、テーパー面４ａはテーパー面３ｂと同様に下方に向けて縮径するように形成されている。
【００２９】
ケーシング４の下方にはワッシャ５が配置され、その下方からナット６をコレットチャック３の雄ねじ部３ａに締結する。これによって、コレットチャック３が下方に引っ張られ、そのテーパー面３ｂがケーシング４のテーパー面４ａに沿って下方にスライドすることで、コレットチャック３が縮径し、与圧部材２を介して成形用部材１に圧縮応力が与えられる。
【００３０】
また、与圧部材２の線熱膨張係数をＡ１、コレットチャック３の線熱膨張係数をＡ２、ケーシング４の線熱膨張係数をＡ３、ナット６の線熱膨張係数をＡ４、ワッシャ５の線熱膨張係数をＡ５としたときに、Ａ１＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ４及びＡ５＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ４の関係を満たすようにしており、これによって、上述のとおり、使用温度が高くなるにつれて、成形用部材１に、より高い圧縮応力を作用させることができる。
【００３１】
（第２実施形態）
図４は、本発明に係る成型用金型の第２実施形態を示す断面斜視図である。同図に示す成形用金型は、第１実施形態の成形用金型のワッシャを省略したものである。その他の構成は第１実施形態と同じであり、同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
この実施形態においては、ワッシャの熱膨張による圧縮応力を得ることはできないが、コレットチャック３による締め力等を調整することにより、第１実施形態と同様の圧縮応力を付与することができる。
【００３３】
（第３実施形態）
図５は、本発明に係る成型用金型の第３実施形態を示す断面斜視図である。同図に示す成形用金型は、与圧部材２を周方向に均等に複数に分割し、それぞれの分割片を互いに接触することなく配置したものである。その他の構成は第１実施形態と同じであり、同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
この実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００３５】
（第４実施形態）
図６は、本発明に係る成型用金型の第４実施形態を示す断面斜視図である。同図に示す成形用金型は、第３実施形態の成形用金型のワッシャを省略したものである。その他の構成は第３実施形態を同じであり、同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３６】
この実施形態においても、第２実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００３７】
（第５実施形態）
図７は、本発明に係る成型用金型の第５実施形態を示す断面斜視図である。上述の各実施形態では、コレットチャックを締めるためにナットを使用したが、本実施形態ではボルト８を使用している。なお、上述の各実施形態と同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
具体的には、ケーシング４の内周上端部に雌ねじ部４ｂを形成し、この雌ねじ部４ｂに六角穴を有するボルト８をワッシャ５を介してねじ込み締結する。また、ケーシング４の内周には、雌ねじ部４ｂ側に向けて拡大するテーパー面４ａが形成され、コレットチャック３の外周にはケーシング４のテーパー面４ａと面合するテーパー面３ｂが形成されている。
【００３９】
したがって、ケーシング４の雌ねじ部４ｂにボルト８をねじ込み締結することにより、コレットチャック３が下方に押圧され、そのテーパー面３ｂがケーシング４のテーパー面４ａに沿って下方にスライドすることで、コレットチャック３が縮径し、与圧部材２を介して成形用部材１に圧縮応力が与えられる。
【００４０】
また、与圧部材２の線熱膨張係数をＡ１、コレットチャック３の線熱膨張係数をＡ２、ケーシング４の線熱膨張係数をＡ３、ボルト８の線熱膨張係数をＡ６、ワッシャ５の線熱膨張係数をＡ５としたときに、Ａ１＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ６及びＡ５＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ６の関係を満たすようにしており、これによって、上述のとおり、使用温度が高くなるにつれて、成形用部材１に、より高い圧縮応力を作用させることができる。
【実施例】
【００４１】
以下、上記第１及び第３実施形態に係る成形用金型の具体的な実施例を示す。
【００４２】
（第１実施例）
上記第１実施形態に係る成形用金型を用いて、図８に示すように、直径２．５ｍｍ、長さ３．０ｍｍのＭｏ製のチップを温間で鍛造してトーチ型のピンを製造することにより型寿命を評価した。また、比較のために、図９に示す従来の成形用金型も使用した。この従来の成形用金型は、成型用部材１の周囲を、単純に２つのリング状部材２０，４０で囲んだ２重焼き嵌め方式のもので、成形用部材１とリング状部材２０の嵌め代を０．００６ｍｍ、リング状部材２０とリング状部材４０の嵌め代を０．０１５ｍｍとしたものである。なお、以下の説明では、リング状部材２０，４０をそれぞれ本発明における与圧部材２、ケーシング４に対応する部材と見なして説明する。
【００４３】
本発明及び従来の成形用金型において、成形用部材としては、硬質脆性材料のハイス、超硬合金、サーメット、セラミックス、ダイヤモンドを用いた。具体的には、ハイスとしてはマトリックス系ハイス（日立金属（株）製ＹＸＲ３３、線熱膨張係数Ｔｃ＝１２．１×１０−６／℃（２０〜４００℃））、超硬合金としてはＷＣ−Ｃｏ系超硬合金（日本タングステン（株）製Ｇ３０、Ｔｃ＝５．７×１０−６ ／℃（２０〜４００℃））とＷＣ−Ｃｏ系超微粒超硬合金（日本タングステン（株）製ＦＮ−１０、Ｔｃ＝５．１×１０−６ ／℃（２０〜４００℃））、サーメットとしてはＣｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｗ鉄基複硼化物（東洋鋼板（株）製ＫＨ−Ｖ６０、Ｔｃ＝８．８×１０−６／℃（２０〜４００℃））、セラミックスとしてはＳｉ３Ｎ４焼結体（日本タングステン（株）製ＮＰＮ−３、Ｔｃ＝３．６×１０−６ ／℃（２０〜４００℃））、ダイヤモンドとしてはＣｏをバインダーとした焼結ダイヤモンド（Ｔｃ＝３．１×１０−６ ／℃（２０〜４００℃））を用いた。
【００４４】
与圧部材としては、本発明実施例では工具鋼のＳＫＤ−６１（ＪＩＳ規格、線熱膨張係数Ａ１＝１２．５４×１０−６／℃（２０〜４００℃））を用い、比較例ではＷＣ−Ｃｏ系超硬合金（日本タングステン（株）製Ｇ３０、Ｔｃ＝５．７×１０−６ ／℃（２０〜４００℃））を用いた。コレットチャックとしては、超耐熱合金ＨＲＡ９２９（日立金属（株）製、線熱膨張係数Ａ２＝５．５×１０−６／℃（４００℃の時）／≒５．９×１０−６（室温時））を用いた。ケーシングとしては、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金（日本タングステン（株）製Ｇ３０、線熱膨張係数Ａ３＝５．７×１０−６ ／℃（２０〜４００℃））又はＷＣ−Ｎｉ系超硬合金（日本タングステン（株）製ＮＲ−８、Ａ３＝５．７×１０−６ ／℃（２０〜４００℃））を用いた。ナットとしては、超耐熱合金ＨＲＡ９２９（日立金属（株）製、線熱膨張係数Ａ４＝５．５×１０−６／℃（４００℃の時）／≒５．９×１０−６（室温時））を用いた。ワッシャとしては、ＳＫＤ−６１（ＪＩＳ規格、線熱膨張係数Ａ５＝１２．５４×１０−６／℃（２０〜４００℃））を用いた。
【００４５】
加工条件は、プレス機を用いた４００℃の温間鍛造とし、成形用部材が破壊したか、もしくは、成形品のＡ部４５度方向（図８参照）に対応する成形用部材の摩耗が０．０４ｍｍとなった時点でのショット数を寿命として評価した。
【００４６】
試験結果を表１に示す。
【表１】
【００４７】
表１からわかるように、本発明の実施例によれば、耐摩耗性、耐破損性が高く長寿命な成形用金型を得ることができた。
【００４８】
これに対して、従来の成形用金型では、加工時の加工圧力による金型へ作用する引張応力に耐用できず、短時間で破損し実用に必要な寿命が得られなかった。
【００４９】
（第２実施例）
上記第３実施形態に係る成形用金型を用いて、上記第１実施例と同じ試験を行った。成形用金型の各部材にも第１実施例と同じものを用いた。
【００５０】
試験結果を表２に示す。
【表２】
【００５１】
表２からわかるように、本実施例においても、耐摩耗性、耐破損性が高く長寿命な成形用金型を得ることができた。
【００５２】
（第３実施例）
第１実施例と同様の条件で、コレットチャックに直に貼り付け式等のヒーターを装着又は挿入したり、あるいは、金型全体を赤外線等で約２００〜８００℃に加熱することにより、温度を上げてプレスすると、難塑性加工物も加工し易くプレス速度を上げることができ、第１実施例より成形用部材に約１．２〜１．５倍の圧縮応力がかかり、Ｗ材のような難塑性加工物を塑性加工する際に高い加工圧力がかかっても、金型は破損せず、Ｗ材より加工のし易いＭｏ材の加工の場合と同等の金型の寿命となった。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る成型用金型の第１実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示す成形用金型の組み立て状態を示す断面斜視図である。
【図３】成形用金型の構成部材である与圧部材の平面図である。
【図４】本発明に係る成型用金型の第２実施形態を示す断面斜視図である。
【図５】本発明に係る成型用金型の第３実施形態を示す断面斜視図である。
【図６】本発明に係る成型用金型の第４実施形態を示す断面斜視図である。
【図７】本発明に係る成型用金型の第５実施形態を示す断面斜視図である。
【図８】成形品の温間鍛造による形状変化を示す。
【図９】従来の成形用金型を示す断面斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 成型用部材
１ａ 成型キャビティ
２ 与圧部材
２ａ 外周スリット
２ｂ 内周スリット
３ コレットチャック
３ａ 雄ねじ部
３ｂ テーパー面
４ ケーシング
４ａ テーパー面
４ｂ 雌ねじ部
５ ワッシャ
６ ナット
７ シム
８ ボルト
２０、４０ リング状部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス加工、温間・熱間鍛造加工等に使用されるパンチやダイス等の成型用金型とその使用方法、並びに、その他高圧力での締結と同時に耐摩耗性が要求される装置等（例えばエンドミル等の回転工具の精密チャックなど）の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレス加工、鍛造加工等の加圧によって金属素材を所定形状に成形する成形用金型においては、その加圧時に加わる高い内部圧力により金型に円周方向の引張応力が生じ、その値が材料強度を超すと破壊する。こうした金型の破壊及び変形を防止するために、例えば特許文献１には金型の外周に補強リングを嵌着して金型に圧縮応力を与えることが開示されている。しかしながら、このような構造にするだけでは、金型に効率的に十分な圧縮応力を与えて、十分な金型強度を得ることができなかった。
【０００３】
また、特許文献２には、凸金型と凹金型を使用したプレスによる金属製の電極の製作方法が開示され、その実施例には、タングステンのような難塑性加工材料をプレスにより塑性加工する場合についての記載がある。
【０００４】
このように難塑性加工材料を塑性加工する場合、金型、特に成形キャビティを有する成形用部材には、非常に高い圧力が加わる上、摩耗し易いので、耐摩耗性が要求される。そのため、一般的に超硬合金等の硬質脆性材料が使用されている。
【０００５】
しかしながら、硬質脆性材料は、性質上、特に引張り応力に対する破壊強度が鋼などの延性材料に比べて低く、高い加工圧力に耐えることができない。そのため、ハイスや工具鋼等の比較的破壊強度が高い軟質延性材料を成形用部材に使用せざるを得ず、変形や摩耗が激しくなり、型寿命が短くなるという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−１３８００２号公報
【特許文献１】特開２００３−５９４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記従来の成型用金型の欠点を克服するために、成型用部材に十分な圧縮応力を与えることが可能で、硬質脆性材料を成形用部材に使用しても高い引張り応力がかからずに硬質脆性材料を破壊させず、その高い耐摩耗性を活用できることにより、成形キャビティの長寿命化が可能な成型用金型とその使用方法を得ることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ケーシング内に嵌合されたコレットチャックにより与圧部材を介して成形用部材に圧縮応力を与える構造を採用することで、上記課題を解決した。
【０００８】
即ち、本発明は、内部に成形キャビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むようにリング状の与圧部材が嵌合され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャックが嵌合され、さらにその周囲を囲むようにリング状のケーシングが嵌合された成形用金型において、与圧部材には、上面から下面に貫通して径方向に形成され外周で開放する外周スリットと、上面から下面に貫通して径方向に形成され内周で開放する内周スリットとが周方向に沿って交互に設けられ、コレットチャックは、その上端部又は下端部に雄ねじ部を有する共に、外周に雄ねじ部側に向けて縮径するテーパー面を有し、ケーシングは、その内周にコレットチャック外周のテーパー面と面合するテーパー面を有し、ケーシングの上方又は下方に配置されたナットをコレットチャックの雄ねじ部に締結することによりコレットチャックが縮径するように形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明において、ナットはワッシャを介してケーシングの上方又は下方に配置することが好ましい。
【００１０】
そして、与圧部材の線熱膨張係数をＡ１、コレットチャックの線熱膨張係数をＡ２、ケーシングの線熱膨張係数をＡ３、ナットの線熱膨張係数をＡ４、ワッシャの線熱膨張係数をＡ５としたときに、Ａ１＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ４及びＡ５＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ４の関係を満たすようにすることが好ましい。
【００１１】
このような構成にすることで、先ず、室温時にナットを締めることにより、コレットチャックにより、与圧部材を介して、その圧縮応力が成形用部材へ付与される。次に、温度を上げるに従い、線熱膨張係数の高い（ヤング率も高いほうが望ましい）与圧部材が熱応力（熱歪）を発生し、ケーシングのヤング率が高いほど（好ましくは２００ＧＰａ以上）、その熱応力は成形用部材に高い圧縮応力として作用する。さらに、ワッシャの線熱膨張係数を高くすることにより、温度上昇時のナットの緩みを防止するか、又は、更にコレットチャックを締める方向に、そのワッシャの熱歪が作用し、今まで発生させることができなかった高い圧縮応力を成形用部材へ作用させることが可能となる。
【００１２】
即ち、成形用部材への総圧縮応力は、「常温でのコレットチャックの締め力」＋「温度上昇時の与圧部材の熱応力」＋「ワッシャの膨張によるコレットチャックの更なる締め付け又は緩み防止」となる。
【００１３】
また、特に与圧部材から受けるケーシングに対する引張り応力を緩和させるため、適度なヤング率を有する材料（好ましくは３００ＧＰａ以下）を、コレットチャックに適用することにより、ケーシングに対する引張り応力を緩和し、ケーシングの破壊を防止することができる。
【００１４】
そして、上述のとおり各部材の線膨張係数が、Ａ１＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ４となるようにすることにより、使用温度が高くなるに従い成型用部材に圧縮応力が働き、プレス等の加工圧力により金型全体に引張り応力が働いても、塑性加工により発生する引張り応力に対してそれを相殺して破壊しないようにする十分な圧縮応力を成形用部材に与えることができる。そのため、全体としては成形用部材には引張り降伏強度以下の引張り応力もしくは圧縮応力が働き、成形用部材に硬質脆性材料を用いても金型の破壊に至らず、耐摩耗性が向上し型寿命を飛躍的に向上させることができる。
【００１５】
また、ナットをワッシャを介して締結する場合において、上述のとおり、各部材の線熱膨張係数がＡ５＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ４となるように材料を選択することにより、温度が高くなるに従いワッシャが膨張し、ナットがコレットチャックを引っ張る方向に応力が作用し、コレットチャックがさらに締められ、与圧部材を介して成形用部材に圧縮応力を与える。また、常温でもナットを締めることにより、ワッシャ、ケーシング、コレットチャック及び与圧部材を介して成形用部材に大きな圧縮応力を与えることができる。
【００１６】
ここで、与圧部材を単にリング状に形成した場合、加工温度が上昇するに従い熱膨張により内径も大きくなり、成形用部材を圧縮する力が働かなくなるが、本発明では、上述のとおり、与圧部材に外周スリットと内周スリットとを周方向に沿って交互に設けているので、加工温度が上昇するに従い、ケーシングによる拘束力と与圧部材の内外周のスリットとの相乗効果により、与圧部材周方向への熱膨張が内外周のスリットによるクッション効果により抑制され、与圧部材外周並びに内周の径が拡張するのではなく、成形用部材を圧縮する方向、つまり、半径方向へ熱応力（熱歪）を伝達する効果を発揮するので、成形用部材に圧縮応力を与えることができるようになる。この場合、圧縮応力を成形用部材に均等に与えるために、外周スリットと内周スリットとは周方向に沿って交互に等間隔に設けることが好ましい。
【００１７】
また、与圧部材を周方向に複数に分割し、それぞれの分割片を互いに接触することなく配置することによっても同様の効果を奏する。即ち、各分割片同士は膨張しても接触せず、成形用部材に圧縮応力を与えるだけである。この場合、圧縮応力を成形用部材に均等に与えるために、与圧部材は周方向に均等に分割することが好ましい。
【００１８】
本発明においては、ナットを使用する代わりにボルトを使用することができる。この場合は、ケーシングに、その内周の上端部又は下端部に雌ねじ部を形成すると共に、内周に雌ねじ部側に向けて拡径するテーパー面を形成し、更にコレットチャックの外周にケーシング内周のテーパー面と面合するテーパー面を形成し、コレットチャックの上方又は下方に配置されたボルトをケーシングの雌ねじ部に締結することによりコレットチャックが縮径するようにする。また、与圧部材の線熱膨張係数をＡ１、コレットチャックの線熱膨張係数をＡ２、ケーシングの線熱膨張係数をＡ３、ボルトの線熱膨張係数をＡ６、ワッシャの線熱膨張係数をＡ５としたとき、上述のナットを使用した場合と同じ理由から、Ａ１＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ６及びＡ５＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ６の関係を満たすようにすることが好ましい。このように、ボルトを使用した場合も、ナットを使用した場合と同様の作用効果を奏する。
【００１９】
上述のような本発明の成型用金型においては、成形用部材に硬質脆性材料を使用して、タングステンのような難塑性加工材の塑性加工など高い引張り応力が働くような環境下であっても、与圧部材が成形用部材の引張り降伏応力を下回る引張応力もしくは圧縮応力を維持するような圧縮応力を作用させるので、硬質脆性材料からなる成形用部材に高い加工圧力が加わっても、金型の破壊に至らず、耐摩耗性が向上し型寿命を飛躍的に向上させることができる。
【００２０】
この成形用部材に硬質脆性材料のハイスを用いると靭性が高いので、高い引張応力がかかる使用状況下でも金型が破壊することはない。同様に成形用部材に超硬合金を用いると硬度と靭性を兼ね備えているので、摩耗しにくく、引張応力がかかる使用状況下でも金型が破壊することはない。同様に成形用部材にサーメットを用いると超硬合金より靭性は劣るが、硬度が高いので耐摩耗性が超硬合金より大きい。更に、成形用部材にセラミックスを用いると、サーメットより靭性は劣るが、硬度が高いので耐摩耗性がサーメットより高い。また、成形用部材にダイヤモンドを用いると、硬度が天然鉱物中最も高いので耐摩耗性が高く成形物の表面が滑らかな状態となる。
【００２１】
本発明の成型用金型を使用する場合、使用温度が室温より高ければ高い程、与圧部材が熱膨張し成形用部材に、より高い圧縮応力を与えるので、常温より高温の条件での成形に適している。因みに、後述する図９に示すような従来の成型用金型（超硬合金の２重焼き嵌め品）では、使用温度４００℃でせいぜい０．４ＧＰａ程度の圧縮応力しか成形用部材にかからなかったが、本発明の成型用金型では、約２ＧＰａ以上の圧縮応力が成形用部材に作用する。
【００２２】
このように高温で使用するほど成形用部材に、より大きな圧縮応力が働くので、タングステンのような難塑性変形材料の成形体を得る場合等、高温でのプレス等の塑性加工に適している。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の成型用金型を用いると、タングステン等、難塑性加工材料の塑性加工のように、成形用部材に高い引張応力がかかる環境下においても、成形用部材には全体として高い圧縮応力が働き、成形用部材が硬質脆性材料であっても成形用部材は破壊せず、金型の寿命が飛躍的に向上する。特に、成形用部材が硬質脆性材料の場合は、耐摩耗性が向上し金型の寿命は更に延びる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る成型用金型の第１実施形態を示す分解斜視図、図２はその組み立て状態を示す断面斜視図、図３は、成形用金型の構成部材である与圧部材の平面図である。
【００２５】
同図に示す成型用金型は、成型用部材１と、与圧部材２と、コレットチャック３と、ケーシング４と、ワッシャ５と、ナット６と、シム７とからなる。
【００２６】
成形用部材１は、その内部上方に成型キャビティ１ａを有し、その周囲を囲むようにリング状の与圧部材２が嵌合される。与圧部材２には、図３に示すように外周スリット２ａと内周スリット２ｂとが周方向に沿って交互に等間隔で設けられている。外周スリット２ａは、与圧部材２の上面から下面に貫通して径方向に形成されており外周のみで開放している。一方、内周スリット２ｂは、与圧部材２の上面から下面に貫通して径方向に形成されており内周のみで開放している。
【００２７】
これらの成形用部材１と与圧部材２はシム７上に載置され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャック３が嵌合される。コレットチャック３の下部には雄ねじ部３ａが形成され、外周には雄ねじ部３ａ側に向けて（図面では下方に向けて）縮径するテーパー面３ｂが形成されている。このテーパー面３ｂは、コレットチャック３の上端から中程にかけて形成されている。
【００２８】
そして、コレットチャック３の周囲にはリング状のケーシング４が嵌合される。このケーシング４の内周には、コレットチャック３外周のテーパー面３ｂと面合するテーパー面４ａが形成されている。即ち、テーパー面４ａはテーパー面３ｂと同様に下方に向けて縮径するように形成されている。
【００２９】
ケーシング４の下方にはワッシャ５が配置され、その下方からナット６をコレットチャック３の雄ねじ部３ａに締結する。これによって、コレットチャック３が下方に引っ張られ、そのテーパー面３ｂがケーシング４のテーパー面４ａに沿って下方にスライドすることで、コレットチャック３が縮径し、与圧部材２を介して成形用部材１に圧縮応力が与えられる。
【００３０】
また、与圧部材２の線熱膨張係数をＡ１、コレットチャック３の線熱膨張係数をＡ２、ケーシング４の線熱膨張係数をＡ３、ナット６の線熱膨張係数をＡ４、ワッシャ５の線熱膨張係数をＡ５としたときに、Ａ１＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ４及びＡ５＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ４の関係を満たすようにしており、これによって、上述のとおり、使用温度が高くなるにつれて、成形用部材１に、より高い圧縮応力を作用させることができる。
【００３１】
（第２実施形態）
図４は、本発明に係る成型用金型の第２実施形態を示す断面斜視図である。同図に示す成形用金型は、第１実施形態の成形用金型のワッシャを省略したものである。その他の構成は第１実施形態と同じであり、同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
この実施形態においては、ワッシャの熱膨張による圧縮応力を得ることはできないが、コレットチャック３による締め力等を調整することにより、第１実施形態と同様の圧縮応力を付与することができる。
【００３３】
（第３実施形態）
図５は、本発明に係る成型用金型の第３実施形態を示す断面斜視図である。同図に示す成形用金型は、与圧部材２を周方向に均等に複数に分割し、それぞれの分割片を互いに接触することなく配置したものである。その他の構成は第１実施形態と同じであり、同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
この実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００３５】
（第４実施形態）
図６は、本発明に係る成型用金型の第４実施形態を示す断面斜視図である。同図に示す成形用金型は、第３実施形態の成形用金型のワッシャを省略したものである。その他の構成は第３実施形態を同じであり、同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３６】
この実施形態においても、第２実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００３７】
（第５実施形態）
図７は、本発明に係る成型用金型の第５実施形態を示す断面斜視図である。上述の各実施形態では、コレットチャックを締めるためにナットを使用したが、本実施形態ではボルト８を使用している。なお、上述の各実施形態と同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
具体的には、ケーシング４の内周上端部に雌ねじ部４ｂを形成し、この雌ねじ部４ｂに六角穴を有するボルト８をワッシャ５を介してねじ込み締結する。また、ケーシング４の内周には、雌ねじ部４ｂ側に向けて拡大するテーパー面４ａが形成され、コレットチャック３の外周にはケーシング４のテーパー面４ａと面合するテーパー面３ｂが形成されている。
【００３９】
したがって、ケーシング４の雌ねじ部４ｂにボルト８をねじ込み締結することにより、コレットチャック３が下方に押圧され、そのテーパー面３ｂがケーシング４のテーパー面４ａに沿って下方にスライドすることで、コレットチャック３が縮径し、与圧部材２を介して成形用部材１に圧縮応力が与えられる。
【００４０】
また、与圧部材２の線熱膨張係数をＡ１、コレットチャック３の線熱膨張係数をＡ２、ケーシング４の線熱膨張係数をＡ３、ボルト８の線熱膨張係数をＡ６、ワッシャ５の線熱膨張係数をＡ５としたときに、Ａ１＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ６及びＡ５＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ６の関係を満たすようにしており、これによって、上述のとおり、使用温度が高くなるにつれて、成形用部材１に、より高い圧縮応力を作用させることができる。
【実施例】
【００４１】
以下、上記第１及び第３実施形態に係る成形用金型の具体的な実施例を示す。
【００４２】
（第１実施例）
上記第１実施形態に係る成形用金型を用いて、図８に示すように、直径２．５ｍｍ、長さ３．０ｍｍのＭｏ製のチップを温間で鍛造してトーチ型のピンを製造することにより型寿命を評価した。また、比較のために、図９に示す従来の成形用金型も使用した。この従来の成形用金型は、成型用部材１の周囲を、単純に２つのリング状部材２０，４０で囲んだ２重焼き嵌め方式のもので、成形用部材１とリング状部材２０の嵌め代を０．００６ｍｍ、リング状部材２０とリング状部材４０の嵌め代を０．０１５ｍｍとしたものである。なお、以下の説明では、リング状部材２０，４０をそれぞれ本発明における与圧部材２、ケーシング４に対応する部材と見なして説明する。
【００４３】
本発明及び従来の成形用金型において、成形用部材としては、硬質脆性材料のハイス、超硬合金、サーメット、セラミックス、ダイヤモンドを用いた。具体的には、ハイスとしてはマトリックス系ハイス（日立金属（株）製ＹＸＲ３３、線熱膨張係数Ｔｃ＝１２．１×１０−６／℃（２０〜４００℃））、超硬合金としてはＷＣ−Ｃｏ系超硬合金（日本タングステン（株）製Ｇ３０、Ｔｃ＝５．７×１０−６ ／℃（２０〜４００℃））とＷＣ−Ｃｏ系超微粒超硬合金（日本タングステン（株）製ＦＮ−１０、Ｔｃ＝５．１×１０−６ ／℃（２０〜４００℃））、サーメットとしてはＣｒ−Ｍｏ−Ｎｉ−Ｗ鉄基複硼化物（東洋鋼板（株）製ＫＨ−Ｖ６０、Ｔｃ＝８．８×１０−６／℃（２０〜４００℃））、セラミックスとしてはＳｉ３Ｎ４焼結体（日本タングステン（株）製ＮＰＮ−３、Ｔｃ＝３．６×１０−６ ／℃（２０〜４００℃））、ダイヤモンドとしてはＣｏをバインダーとした焼結ダイヤモンド（Ｔｃ＝３．１×１０−６ ／℃（２０〜４００℃））を用いた。
【００４４】
与圧部材としては、本発明実施例では工具鋼のＳＫＤ−６１（ＪＩＳ規格、線熱膨張係数Ａ１＝１２．５４×１０−６／℃（２０〜４００℃））を用い、比較例ではＷＣ−Ｃｏ系超硬合金（日本タングステン（株）製Ｇ３０、Ｔｃ＝５．７×１０−６ ／℃（２０〜４００℃））を用いた。コレットチャックとしては、超耐熱合金ＨＲＡ９２９（日立金属（株）製、線熱膨張係数Ａ２＝５．５×１０−６／℃（４００℃の時）／≒５．９×１０−６（室温時））を用いた。ケーシングとしては、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金（日本タングステン（株）製Ｇ３０、線熱膨張係数Ａ３＝５．７×１０−６ ／℃（２０〜４００℃））又はＷＣ−Ｎｉ系超硬合金（日本タングステン（株）製ＮＲ−８、Ａ３＝５．７×１０−６ ／℃（２０〜４００℃））を用いた。ナットとしては、超耐熱合金ＨＲＡ９２９（日立金属（株）製、線熱膨張係数Ａ４＝５．５×１０−６／℃（４００℃の時）／≒５．９×１０−６（室温時））を用いた。ワッシャとしては、ＳＫＤ−６１（ＪＩＳ規格、線熱膨張係数Ａ５＝１２．５４×１０−６／℃（２０〜４００℃））を用いた。
【００４５】
加工条件は、プレス機を用いた４００℃の温間鍛造とし、成形用部材が破壊したか、もしくは、成形品のＡ部４５度方向（図８参照）に対応する成形用部材の摩耗が０．０４ｍｍとなった時点でのショット数を寿命として評価した。
【００４６】
試験結果を表１に示す。
【表１】
【００４７】
表１からわかるように、本発明の実施例によれば、耐摩耗性、耐破損性が高く長寿命な成形用金型を得ることができた。
【００４８】
これに対して、従来の成形用金型では、加工時の加工圧力による金型へ作用する引張応力に耐用できず、短時間で破損し実用に必要な寿命が得られなかった。
【００４９】
（第２実施例）
上記第３実施形態に係る成形用金型を用いて、上記第１実施例と同じ試験を行った。成形用金型の各部材にも第１実施例と同じものを用いた。
【００５０】
試験結果を表２に示す。
【表２】
【００５１】
表２からわかるように、本実施例においても、耐摩耗性、耐破損性が高く長寿命な成形用金型を得ることができた。
【００５２】
（第３実施例）
第１実施例と同様の条件で、コレットチャックに直に貼り付け式等のヒーターを装着又は挿入したり、あるいは、金型全体を赤外線等で約２００〜８００℃に加熱することにより、温度を上げてプレスすると、難塑性加工物も加工し易くプレス速度を上げることができ、第１実施例より成形用部材に約１．２〜１．５倍の圧縮応力がかかり、Ｗ材のような難塑性加工物を塑性加工する際に高い加工圧力がかかっても、金型は破損せず、Ｗ材より加工のし易いＭｏ材の加工の場合と同等の金型の寿命となった。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る成型用金型の第１実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示す成形用金型の組み立て状態を示す断面斜視図である。
【図３】成形用金型の構成部材である与圧部材の平面図である。
【図４】本発明に係る成型用金型の第２実施形態を示す断面斜視図である。
【図５】本発明に係る成型用金型の第３実施形態を示す断面斜視図である。
【図６】本発明に係る成型用金型の第４実施形態を示す断面斜視図である。
【図７】本発明に係る成型用金型の第５実施形態を示す断面斜視図である。
【図８】成形品の温間鍛造による形状変化を示す。
【図９】従来の成形用金型を示す断面斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 成型用部材
１ａ 成型キャビティ
２ 与圧部材
２ａ 外周スリット
２ｂ 内周スリット
３ コレットチャック
３ａ 雄ねじ部
３ｂ テーパー面
４ ケーシング
４ａ テーパー面
４ｂ 雌ねじ部
５ ワッシャ
６ ナット
７ シム
８ ボルト
２０、４０ リング状部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に成形キャビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むようにリング状の与圧部材が嵌合され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャックが嵌合され、さらにその周囲を囲むようにリング状のケーシングが嵌合された成形用金型において、
与圧部材には、上面から下面に貫通して径方向に形成され外周で開放する外周スリットと、上面から下面に貫通して径方向に形成され内周で開放する内周スリットとが周方向に沿って交互に設けられ、
コレットチャックは、その上端部又は下端部に雄ねじ部を有する共に、外周に雄ねじ部側に向けて縮径するテーパー面を有し、
ケーシングは、その内周にコレットチャック外周のテーパー面と面合するテーパー面を有し、
ケーシングの上方又は下方に配置されたナットをコレットチャックの雄ねじ部に締結することによりコレットチャックが縮径するように形成されていることを特徴とする成形用金型。
【請求項２】
内部に成形キャビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むようにリング状の与圧部材が嵌合され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャックが嵌合され、さらにその周囲を囲むようにリング状のケーシングが嵌合された成形用金型において、
与圧部材は、周方向に複数に分割され、それぞれが互いに接触することなく配置され、
コレットチャックは、その上端部又は下端部に雄ねじ部を有する共に、外周に雄ねじ部側に向けて縮径するテーパー面を有し、
ケーシングは、その内周にコレットチャック外周のテーパー面と面合するテーパー面を有し、
ケーシングの上方又は下方に配置されたナットをコレットチャックの雄ねじ部に締結することによりコレットチャックが縮径するように形成されていることを特徴とする成形用金型。
【請求項３】
与圧部材の線熱膨張係数をＡ１、コレットチャックの線熱膨張係数をＡ２、ケーシングの線熱膨張係数をＡ３、ナットの線熱膨張係数をＡ４としたときに、Ａ１＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ４の関係を満たす請求項１又は２に記載の成型用金型。
【請求項４】
ナットがワッシャを介してケーシングの上方又は下方に配置されおり、コレットチャックの線熱膨張係数をＡ２、ケーシングの線熱膨張係数をＡ３、ナットの線熱膨張係数をＡ４、ワッシャの線熱膨張係数をＡ５としたときに、Ａ５＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ４の関係を満たす請求項１〜３のいずれかに記載の成型用金型。
【請求項５】
内部に成形キャビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むようにリング状の与圧部材が嵌合され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャックが嵌合され、さらにその周囲を囲むようにリング状のケーシングが嵌合された成形用金型において、
与圧部材には、上面から下面に貫通して径方向に形成され外周で開放する外周スリットと、上面から下面に貫通して径方向に形成され内周で開放する内周スリットとが周方向に沿って交互に設けられ、
ケーシングは、その内周の上端部又は下端部に雌ねじ部を有すると共に、内周に雌ねじ部側に向けて拡径するテーパー面を有し、
コレットチャックは、その外周にケーシング内周のテーパー面と面合するテーパー面を有し、
コレットチャックの上方又は下方に配置されたボルトをケーシングの雌ねじ部に締結することによりコレットチャックが縮径するように形成されていることを特徴とする成形用金型。
【請求項６】
内部に成形キャビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むようにリング状の与圧部材が嵌合され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャックが嵌合され、さらにその周囲を囲むようにリング状のケーシングが嵌合された成形用金型において、
与圧部材は、周方向に複数に分割され、それぞれが互いに接触することなく配置され、
ケーシングは、その内周の上端部又は下端部に雌ねじ部を有すると共に、内周に雌ねじ部側に向けて拡径するテーパー面を有し、
コレットチャックは、その外周にケーシング内周のテーパー面と面合するテーパー面を有し、
コレットチャックの上方又は下方に配置されたボルトをケーシングの雌ねじ部に締結することによりコレットチャックが縮径するように形成されていることを特徴とする成形用金型。
【請求項７】
与圧部材の線熱膨張係数をＡ１、コレットチャックの線熱膨張係数をＡ２、ケーシングの線熱膨張係数をＡ３、ボルトの線熱膨張係数をＡ６としたときに、Ａ１＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ６の関係を満たす請求項５又は６に記載の成型用金型。
【請求項８】
ボルトがワッシャを介してコレットチャックの上方又は下方に配置されおり、コレットチャックの線熱膨張係数をＡ２、ケーシングの線熱膨張係数をＡ３、ボルトの線熱膨張係数をＡ６、ワッシャの線熱膨張係数をＡ５としたときに、Ａ５＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ６の関係を満たす請求項５〜７のいずれかに記載の成型用金型。
【請求項９】
ケーシングのヤング率が２００ＧＰａ以上である請求項１〜８のいずれかに記載の成型用金型。
【請求項１０】
コレットチャックのヤング率が３００ＧＰａ以下である請求項１〜９のいずれかに記載の成型用金型。
【請求項１１】
成形用部材が硬質脆性材料からなる請求項１〜１０のいずれかに記載の成型用金型。
【請求項１２】
硬質脆性材料がハイス、超硬合金、サーメット、セラミックス又はダイヤモンドである請求項１１に記載の成型用金型。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の成型用金型を室温より高い温度で使用することを特徴とする成用型金型の使用方法。
【請求項１４】
金属を塑性加工する際に成型用金型を使用する請求項１３に記載の成型用金型の使用方法。
【請求項１】
内部に成形キャビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むようにリング状の与圧部材が嵌合され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャックが嵌合され、さらにその周囲を囲むようにリング状のケーシングが嵌合された成形用金型において、
与圧部材には、上面から下面に貫通して径方向に形成され外周で開放する外周スリットと、上面から下面に貫通して径方向に形成され内周で開放する内周スリットとが周方向に沿って交互に設けられ、
コレットチャックは、その上端部又は下端部に雄ねじ部を有する共に、外周に雄ねじ部側に向けて縮径するテーパー面を有し、
ケーシングは、その内周にコレットチャック外周のテーパー面と面合するテーパー面を有し、
ケーシングの上方又は下方に配置されたナットをコレットチャックの雄ねじ部に締結することによりコレットチャックが縮径するように形成されていることを特徴とする成形用金型。
【請求項２】
内部に成形キャビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むようにリング状の与圧部材が嵌合され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャックが嵌合され、さらにその周囲を囲むようにリング状のケーシングが嵌合された成形用金型において、
与圧部材は、周方向に複数に分割され、それぞれが互いに接触することなく配置され、
コレットチャックは、その上端部又は下端部に雄ねじ部を有する共に、外周に雄ねじ部側に向けて縮径するテーパー面を有し、
ケーシングは、その内周にコレットチャック外周のテーパー面と面合するテーパー面を有し、
ケーシングの上方又は下方に配置されたナットをコレットチャックの雄ねじ部に締結することによりコレットチャックが縮径するように形成されていることを特徴とする成形用金型。
【請求項３】
与圧部材の線熱膨張係数をＡ１、コレットチャックの線熱膨張係数をＡ２、ケーシングの線熱膨張係数をＡ３、ナットの線熱膨張係数をＡ４としたときに、Ａ１＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ４の関係を満たす請求項１又は２に記載の成型用金型。
【請求項４】
ナットがワッシャを介してケーシングの上方又は下方に配置されおり、コレットチャックの線熱膨張係数をＡ２、ケーシングの線熱膨張係数をＡ３、ナットの線熱膨張係数をＡ４、ワッシャの線熱膨張係数をＡ５としたときに、Ａ５＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ４の関係を満たす請求項１〜３のいずれかに記載の成型用金型。
【請求項５】
内部に成形キャビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むようにリング状の与圧部材が嵌合され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャックが嵌合され、さらにその周囲を囲むようにリング状のケーシングが嵌合された成形用金型において、
与圧部材には、上面から下面に貫通して径方向に形成され外周で開放する外周スリットと、上面から下面に貫通して径方向に形成され内周で開放する内周スリットとが周方向に沿って交互に設けられ、
ケーシングは、その内周の上端部又は下端部に雌ねじ部を有すると共に、内周に雌ねじ部側に向けて拡径するテーパー面を有し、
コレットチャックは、その外周にケーシング内周のテーパー面と面合するテーパー面を有し、
コレットチャックの上方又は下方に配置されたボルトをケーシングの雌ねじ部に締結することによりコレットチャックが縮径するように形成されていることを特徴とする成形用金型。
【請求項６】
内部に成形キャビティを有する円柱状の成形用部材の周囲を囲むようにリング状の与圧部材が嵌合され、その周囲を囲むようにリング状のコレットチャックが嵌合され、さらにその周囲を囲むようにリング状のケーシングが嵌合された成形用金型において、
与圧部材は、周方向に複数に分割され、それぞれが互いに接触することなく配置され、
ケーシングは、その内周の上端部又は下端部に雌ねじ部を有すると共に、内周に雌ねじ部側に向けて拡径するテーパー面を有し、
コレットチャックは、その外周にケーシング内周のテーパー面と面合するテーパー面を有し、
コレットチャックの上方又は下方に配置されたボルトをケーシングの雌ねじ部に締結することによりコレットチャックが縮径するように形成されていることを特徴とする成形用金型。
【請求項７】
与圧部材の線熱膨張係数をＡ１、コレットチャックの線熱膨張係数をＡ２、ケーシングの線熱膨張係数をＡ３、ボルトの線熱膨張係数をＡ６としたときに、Ａ１＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ６の関係を満たす請求項５又は６に記載の成型用金型。
【請求項８】
ボルトがワッシャを介してコレットチャックの上方又は下方に配置されおり、コレットチャックの線熱膨張係数をＡ２、ケーシングの線熱膨張係数をＡ３、ボルトの線熱膨張係数をＡ６、ワッシャの線熱膨張係数をＡ５としたときに、Ａ５＞Ａ２≒Ａ３≒Ａ６の関係を満たす請求項５〜７のいずれかに記載の成型用金型。
【請求項９】
ケーシングのヤング率が２００ＧＰａ以上である請求項１〜８のいずれかに記載の成型用金型。
【請求項１０】
コレットチャックのヤング率が３００ＧＰａ以下である請求項１〜９のいずれかに記載の成型用金型。
【請求項１１】
成形用部材が硬質脆性材料からなる請求項１〜１０のいずれかに記載の成型用金型。
【請求項１２】
硬質脆性材料がハイス、超硬合金、サーメット、セラミックス又はダイヤモンドである請求項１１に記載の成型用金型。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の成型用金型を室温より高い温度で使用することを特徴とする成用型金型の使用方法。
【請求項１４】
金属を塑性加工する際に成型用金型を使用する請求項１３に記載の成型用金型の使用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−３３４６３０（Ｐ２００６−３３４６３０Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６２０００（Ｐ２００５−１６２０００）
【出願日】平成１７年６月１日（２００５．６．１）
【出願人】（０００２２９１７３）日本タングステン株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１日（２００５．６．１）
【出願人】（０００２２９１７３）日本タングステン株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
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