焼結部品のサイジング方法
【課題】非円形軸穴の局部的な形状の変化によって端面の面積が部分的に変化している焼結歯車などの焼結部品のサイジングに起因した真円度の低下を抑制して同部品の真円度を向上させることを課題としている。
【解決手段】非円形の軸穴３を中心に有する焼結部品を、ダイ、上パンチ、下パンチ及びコアロッドを有する金型を用いてサイジングするときに、上下のパンチ７，８が焼結部品を加圧し始める位置で、焼結部品の端面の周方向各域のうち面積が他の領域よりも大きい側において、焼結部品の端面４と上パンチ７の端面１０との間に部品の圧縮代よりも小さい隙間ｇを生じさせ、この状態で上パンチ７と下パンチ８による加圧を行う。
【解決手段】非円形の軸穴３を中心に有する焼結部品を、ダイ、上パンチ、下パンチ及びコアロッドを有する金型を用いてサイジングするときに、上下のパンチ７，８が焼結部品を加圧し始める位置で、焼結部品の端面の周方向各域のうち面積が他の領域よりも大きい側において、焼結部品の端面４と上パンチ７の端面１０との間に部品の圧縮代よりも小さい隙間ｇを生じさせ、この状態で上パンチ７と下パンチ８による加圧を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非円形の軸穴を中心に有し、その軸穴の影響によって端面の周方向各域の面積分布に差が生じた焼結部品の寸法矯正を、製品の真円度の低下を抑制して行うサイジング方法に関する。
【０００２】
この発明で言う端面の周方向各域とは、端面を、内径側を除く箇所の分割条件が等しくなるように複数に分割した領域を指す。
【背景技術】
【０００３】
周知の焼結部品の中に、回転軸に装着して使用されるものがある。そのような焼結部品は多々存在する。その部品の代表例とも言える焼結歯車を図１２に示す。図示の焼結歯車は、内接歯車式ポンプのインナーロータである。このインナーロータ１は、アウターロータ（図示せず）との間にポンプ室を作りだす歯２を外周に有しており、さらに、回転軸が通される軸穴３を中心に有している。
【０００４】
その軸穴３は、ロータの端面視形状が円弧部３ａと直線部３ｂとからなっており、直線部３ｂの箇所で内径が小さくなっている。その軸穴の直線部３ｂの面は、所謂２面幅の面として中心対称に設けられている。
【０００５】
ところで、焼結部品については、多くの場合、焼結後に寸法矯正のためのサイジングが実施される。例示のインナーロータもそのサイジングを行っている。
【０００６】
そのサイジングは、下記特許文献１に開示されるような方法、即ち、サイジング金型のダイ（そのダイに設けられた成形穴）に焼結後の部品を押し込み、ダイの内部において上下のパンチで加圧する方法でなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２９２８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
円と直線が組み合わされた形状の端面視非円形の軸穴、例えば、２面幅の面が含まれた軸穴や内径を部分的に変化させるキーやキー溝の形成された軸穴を中心部に備える焼結歯車などの焼結部品は、サイジングによって真円度がばらつく傾向がある。例示のインナーロータ１について、サイジング後に量産品のランダムサンプリングを実施して長短径を測定したところ、規格幅内（規格の許容上限値と許容下限値内）でのばらつきが大きかった。
【０００９】
測定は、図１３に示すように、ロータの歯底２ｂに計測器の基準ピン１１に当て、さらに、基準ピン１１が接した歯底２ｂから１８０°回転した位置にあるロータの歯先２ａに接触式変位計１２のプローブを当て、歯先２ａから歯底２ｂまでの距離（長短径）を求める方法で行った。
【００１０】
また、その測定は、１歯ずつ９箇所（図１３の測定位置Ｍ１〜Ｍ９）について行った。サンプル数３０個での測定結果を図１４、図１５に示す。図１４は、長短径の各測定位置での変動傾向を表している。また、図１５は長短径のサンプル毎の最大値、最小値、平均値を表している。
【００１１】
図１５からわかるように、サンプルNo.２２、２４などは、固体内だけで０．０２〜０．０３ｍｍの寸法ばらつきが生じている。このばらつきは、歯数が奇数の歯車で特に顕著である。
【００１２】
非円形の軸穴を備えるインナーロータは、端面の周方向各域の面積分布に差が生じる。即ち、今仮に、回転中心と各歯の歯先を結ぶ線に沿って端面を周方向にｎ（ｎは歯数）等分したとすると、軸穴の例えば２面幅の面が含まれる分割域の面積と２面幅の面が含まれない分割域の面積が異なるものになる。
【００１３】
そのために、面積の大きい箇所では面積の小さい箇所に比べてサイジング時に受ける荷重が大きくなり、それが原因で、サイジング時のロータ各部の変形量や除圧時のスプリングバック量が大きくばらついて長短径がばらつくのではないかと考えられる。
【００１４】
図１３では、分割域の中の面積大の領域、即ち、軸穴の直線部３ｂを横切るＭ３やＭ８の測定位置での長短径が他の位置での長短径よりも大きい。３個のサンプルは全て同じような傾向を示しており、いずれも、固体内での長短径のばらつきが大きい。
【００１５】
歯数が奇数のインナーロータは、歯先から１８０°回転した位置に歯底があるため歯先と回転中心と歯底の３点を結ぶ直線に対して回転中心で直交する線を基準にしたときの形状が非対称になって端面に加わる荷重の分布が偏るため、上記のばらつきがより顕著に現われると思われる。
【００１６】
なお、従来は、ランダムサンプリングによる測定に、１ヶ月平均で２０〜６０時間を費やしており、その作業に要する人件費も無視できないものになっていた。
【００１７】
内接歯車式ポンプのインナーロータは、真円度が低いとアウターロータとの噛み合いが悪くなってポンプの回転トルクの上昇やポンプ効率の低下などの問題が生じる。
【００１８】
そこで、この発明は、非円形軸穴の局部的な形状の変化によって端面の面積が部分的に変化している焼結歯車などの焼結部品のサイジングに起因した真円度の低下を抑制して同部品の真円度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】
【００１９】
上記の課題を解決するため、この発明においては、非円形の軸穴を中心に有する焼結部品を、ダイ、上パンチ、下パンチ及びコアロッドを有する金型を用いてサイジングするときに、
上下のパンチが焼結部品を加圧し始める位置で、焼結部品の端面の周方向各域のうち面積が他の領域よりも大きい側において、焼結部品の端面とパンチの端面との間に部品の圧縮代よりも小さい隙間を生じさせ、この状態で上パンチと下パンチによる加圧を行う。ここで言う圧縮代とは、部品の厚みの圧縮前後の寸法差である。
【００２０】
この方法では、前記軸穴が部品の端面視で円弧部と直線部を組み合わせた形状を呈し、前記直線部に対応させた帯状領域が焼結部品の端面の前記周方向各域のうち面積が他の域よりも大きくなっている場合には、前記帯状領域とパンチ端面の前記帯状領域に対面する領域との間に前記隙間を生じさせる。ここで言う「直線部に対応させた帯状領域」とは、前記直線部を包含してその直線部を横切る方向に延びだす一定の幅をもった領域を指す。
【００２１】
上下のパンチが焼結部品を加圧し始める位置で焼結部品とパンチとの間に前記隙間を生じさせることは、焼結部品の端面もしくはパンチの端面に凹部を設ける方法で行える。焼結部品の端面に凹部を設けるときには、凹部に対面するパンチの端面を平坦にしておく。また、パンチの端面に凹部を設けるときには、パンチに対面する焼結部品の端面を平坦にしておく。
【００２２】
上記隙間の軸方向寸法は、例えば、径方向サイジング代が０．０５ｍｍ程度、軸方向の圧縮代が０．１〜０．３ｍｍ程度に設定される一般的なサイジング条件下では、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度が好ましかった。この隙間の軸方向寸法と隙間を生じさせる領域の位置と広さを、部品の端面の各域に加わる荷重が平均化されるように設定する。
【００２３】
サイジング対象の焼結部品は、軸穴が部品の端面視で中心対称形状をなすものと、そうでないもの（中心非対称形状）の２種類が考えられる。前者の中心対称形状の軸穴を有する焼結部品は、前記隙間を中心対称位置に生じさせてサイジングを行うと好結果が得られる。
【００２４】
また、軸穴と外周の輪郭が中心線基準で左右対称になっている内接歯車式ポンプのインナーロータは、サイジング対象の焼結部品の中でも特に優れた真円度が要求される。従って、この発明はそのインナーロータをサイジングするのに特に適する。サイジング対象が、歯数が奇数のインナーロータである場合、前記中心線に対してロータ中心で垂直に交わる直線を境にして歯数が多い側の端面の面積が大きくなるので、前記隙間を歯数が多い側に偏らせるとよい。
【００２５】
前記隙間を、端面に凹部を形成して生じさせてサイジングを行った内接歯車式ポンプのインナーロータは、端面に焼結肌が残された状態では、片方の端面に前記凹部が残存したものになる。
【００２６】
また、前記隙間を、パンチの端面に凹部を形成して生じさせてサイジングを行った内接歯車式ポンプのインナーロータは、端面に焼結肌が残された状態では、片方の端面にパンチ端面の凹部に成形された凸部が存在したものになる。この発明は、これ等のインナーロータも併せて提供する。
【発明の効果】
【００２７】
この発明の方法によれば、上下のパンチが焼結部品を加圧し始める位置で焼結部品とパンチとの間に隙間を作り出した領域で軸方向圧縮代がその他の領域よりも小さくなる。
【００２８】
他の領域に比べて端面の面積の大きい領域の圧縮代を他の領域の圧縮代よりも小さくすることで面積大の領域に加わる荷重が軽減されるため、端面の各域に加わる荷重が平均化され、サイジングによる径方向変形量と除圧時のスプリングバック量が安定し、面積大の領域での長短径のばらつきが小さくなってサイジング対象部品の真円度が高まる。
【００２９】
この発明は、サイジング対象が、ポンプの性能面から真円度が重視される内接歯車式ポンプのインナーロータ、中でも、真円度のばらつきが大きくなりがちな歯数が奇数のインナーロータであるとその有効性が特に顕著に現われる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の方法でサイジングを行う焼結部品（焼結歯車）の一例の端面図
【図２】図１のII−II線に沿った断面図
【図３】サイジング金型の一例を示す断面図
【図４】図３のサイジング金型を用いたサイジング方法の工程図
【図５】図４の一部を拡大して示す断面図
【図６】この発明の方法でサイジングしたインナーロータの長短径の各測定位置での変動傾向を示す図
【図７】この発明の方法でサイジングしたインナーロータの長短径のサンプル毎の最大値と最小値と平均値を示す図
【図８】必要箇所に凹部を設けた上パンチの一例を示す端面図
【図９】サイジング対象に設けられる軸穴の形状の他の例を示す図
【図１０】サイジング対象に設けられる軸穴の形状のさらに他の例を示す図
【図１１】サイジング対象に設けられる軸穴の形状のさらに他の例を示す図
【図１２】焼結部品の一例を示す端面図
【図１３】歯数が奇数のインナーロータの長短径の測定方法を示す図
【図１４】従来法でサイジングしたインナーロータの長短径の各測定位置での変動傾向を示す図
【図１５】従来法でサイジングしたインナーロータの長短径のサンプル毎の最大値と最小値と平均値を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面に基づいて、この発明のサイジング方法の実施の形態について述べる。図１及び図２に示す形状の内接歯車式ポンプのインナーロータ１を試作した。このインナーロータ１は、鉄系合金粉末を圧粉成形後に焼結して作られており、中心に軸穴３を有する。
【００３２】
その軸穴３は、円を基本形にした穴に２面幅の平面を形成したものであり、端面視形状が中心対称な円弧部３ａ、３ａと、その２つの円弧部３ａ、３ａの両端をつなぐ直線部３ｂ、３ｂが組み合わされた形状を呈する。
【００３３】
直線部３ｂ、３ｂは、ロータ中心Ｏを通って歯先２ａと歯底２ｂを結ぶ中心線ＣＬに対して平行で、中心線ＣＬを境にして対称形状をなす。
【００３４】
このインナーロータ１の寸法諸元は、歯先円径Ｄ１＝φ７２．６ｍｍ、歯底円径Ｄ２＝φ５８．９ｍｍ、内径Ｄ３＝φ４１．５ｍｍ、歯数ｎ＝９、厚みｔ＝１４ｍｍ、軸穴３の２面幅間寸法Ｗ＝３８．５ｍｍである。
【００３５】
このインナーロータ１の片方の端面４には、凹部５として形成されて端面の他の領域４ｂとの間に段差を生じる帯状領域４ａが、軸穴３の直線部３ｂに対応させて中心対称に設けられている。その帯状領域４ａは、直線部３ｂに対して垂直な仮想線ＢＬ１，ＢＬ２によって他の領域４ｂから画されており、各直線部３ｂ、３ｂを包含する。
【００３６】
この帯状領域４ａは、歯数が奇数の図示のインナーロータ１の場合、ロータ中心Ｏにおいて中心線ＣＬに垂直に交わる直線ＳＬ（この直線ＳＬは各直線部３ｂ、３ｂの長手方向中間点を通る）を境にして歯数が多い側に偏らせて配置すると好ましく、試作品は、直線ＳＬから仮想線ＢＬ１までの距離Ｌ１を約１５ｍｍ、直線ＳＬから仮想線ＢＬ２までの距離Ｌ２を約１０ｍｍにしてその要求に応えた。
【００３７】
また、この帯状領域４ａの他の領域４ｂからの凹み量は、ここでは０．０７ｍｍに設定した。
【００３８】
次に、試作したインナーロータ１のサイジングを実施した。サイジング金型は、図３、図４に示すようなものであって、ダイ６、上パンチ７、下パンチ８、コアロッド９からなる。上パンチ７と下パンチ８は、端面が平坦である。
【００３９】
このサイジング金型をプレス機にセットした。サイジングは、インナーロータ１の径方向サイジング代を０．０５ｍｍに設定し、上下のパンチ７、８により所定のプレス荷重（１２０〜１３０ｔｏｎ程度）を加えることにより、インナーロータ１がサイジングの前後で厚み方向に０．２ｍｍ縮むように行った。
【００４０】
インナーロータ１の端面の帯状領域４ａの凹部５は、端面の他の領域４ｂよりも加圧方向後方に後退しているので、上下のパンチ７、８による加圧が開始される位置で、図５に示すように、インナーロータ１の端面の凹部５と上パンチ７の端面との間に隙間ｇができ、この状態からインナーロータ１が軸方向に所定量圧縮される。
【００４１】
なお、軸方向の圧縮代０．２ｍｍは、インナーロータ１の端面に設けた凹部５の凹み量０．０７ｍｍよりも大きい。従って、加圧終点では、凹部５の底面部分も上パンチによって加圧されていることになるが、凹部５は除圧後も０．０２〜０．０３ｍｍ程度の深さを有して残存していた。これは、スプリングバックの影響によるものと考えられる。
【００４２】
次に、サイジングした５００個の試料の中からランダムサンプリングで３０個を抽出し、各サンプルの長短径を、既述の図１３の方法で測定した。
【００４３】
その結果を図６、図７に示す。図６は各測定位置での長短径の変動傾向を表している。また、図７は、各サンプルの、長短径の最大値と最小値と平均値を示している。
【００４４】
図６からわかるように、従来法によるサイジングで長短径が特に大きくなっていたＭ３やＭ８の測定位置（軸穴の直線部３ｂを横切る位置）でも長短径はあまり大きくない。３個のサンプルは全て同じような傾向を示しており、全測定位置での長短径が平均化された状態になっている。
【００４５】
また、図７からわかるように、固体内での長短径のばらつきも、最大で０．０１５ｍｍ程度になっている。
【００４６】
図７の結果を工程能力指数Ｃｐに換算した。その指数Ｃｐは、図１５の結果では０．９〜１．１である。これに対し、図７の結果では１．９９にまで改善されている。なお、工程能力指数Ｃｐは、下式で求めた。
Ｃｐ＝（ＵＳＬ−ＬＳＬ）／６σ
ここにＵＳＬ：規格上限値
ＬＳＬ：規格下限値
【００４７】
この発明の方法は、図８に示すように、上パンチ７の端面１０の必要箇所に前記凹部５に代わる凹部１０ａを帯状に設け、焼結部品の端面を平坦にしてサイジングを行っても上記同様の発明の効果を期待できる。上パンチ７の端面に凹部を設けた金型を使用してサイジングを行うと、焼結部品の端面にパンチの端面によって成形された凸部（図示せず）が形成される。
【００４８】
サイジング対象の焼結部品が例示のインナーロータの場合、焼結肌の端面に残存した凹部や焼結肌の端面に形成された凸部は焼結肌を研磨して除去する。
【００４９】
サイジング対象の焼結部品に設けられる軸穴は、図９に示すように、周方向途中に部品と一体のキー３ｃを内側に突出させて設けた穴、図１０に示すように、周方向途中にキー溝３ｄを設けた穴、図１１に示すように周方向途中の１箇所を直線的に切り欠いた穴、図９のキー３ｃや図１０のキー溝３ｄを周方向途中に１つだけ設けた穴なども考えられる。このような軸穴を有する焼結歯車なども、軸穴の局部的な形状の変化によって端面の周方向各域の面積分布に差が生じる。
【００５０】
従って、上下のパンチが焼結部品を加圧し始める位置で、焼結部品とパンチとの間に、端面の各域に加わる荷重を平均化させる隙間を設けることで、サイジングによる真円度の悪化を抑制して製品の寸法精度を高めることが可能である。
【００５１】
図９の軸穴や図１１の軸穴を有する焼結部品は、キー３ｃや軸穴の切り欠き部に対応した位置で部品の端面やパンチ端面に凹部５（１０ａ）を設けてサイジングを行う。一方、図１０の軸穴３を有する焼結部品は、キー溝３ｄを設置した領域の端面の面積が他の領域の面積よりも小さくなっているので、対称位置のキー溝３ｄ、３ｄの中間付近において部品の端面やパンチの端面に凹部５（１０ａ）を設けてサイジングを行うとよい。
【００５２】
なお、この発明は、例示の内接歯車式ポンプのインナーロータのほかに、焼結歯車、焼結スプロケットのサイジングに適用しても効果がある。
【符号の説明】
【００５３】
１ インナーロータ
２ 歯
２ａ 歯先
２ｂ 歯底
３ 軸穴
３ａ 円弧部
３ｂ 直線部
３ｃ キー
３ｄ キー溝
４ 端面
４ａ 帯状領域
４ｂ 端面の他の領域
５ 凹部
６ ダイ
７ 上パンチ
８ 下パンチ
９ コアロッド
１０ 上パンチの端面
１０ａ 凹部
１１ 基準ピン
１２ 接触式変位計
ｇ 隙間
Ｍ１〜Ｍ９ 測定位置
Ｏ ロータ中心
ＣＬ 中心線
ＢＬ１，ＢＬ２ 仮想線
ＳＬ ロータ中心で中心線と垂直に交わる直線
Ｌ１ 線ＳＬから仮想線ＢＬ１までの距離
Ｌ２ 線ＳＬから仮想線ＢＬ２までの距離
Ｄ１ 歯先円径
Ｄ２ 歯底円径
Ｄ３ 内径
ｔ 厚み
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非円形の軸穴を中心に有し、その軸穴の影響によって端面の周方向各域の面積分布に差が生じた焼結部品の寸法矯正を、製品の真円度の低下を抑制して行うサイジング方法に関する。
【０００２】
この発明で言う端面の周方向各域とは、端面を、内径側を除く箇所の分割条件が等しくなるように複数に分割した領域を指す。
【背景技術】
【０００３】
周知の焼結部品の中に、回転軸に装着して使用されるものがある。そのような焼結部品は多々存在する。その部品の代表例とも言える焼結歯車を図１２に示す。図示の焼結歯車は、内接歯車式ポンプのインナーロータである。このインナーロータ１は、アウターロータ（図示せず）との間にポンプ室を作りだす歯２を外周に有しており、さらに、回転軸が通される軸穴３を中心に有している。
【０００４】
その軸穴３は、ロータの端面視形状が円弧部３ａと直線部３ｂとからなっており、直線部３ｂの箇所で内径が小さくなっている。その軸穴の直線部３ｂの面は、所謂２面幅の面として中心対称に設けられている。
【０００５】
ところで、焼結部品については、多くの場合、焼結後に寸法矯正のためのサイジングが実施される。例示のインナーロータもそのサイジングを行っている。
【０００６】
そのサイジングは、下記特許文献１に開示されるような方法、即ち、サイジング金型のダイ（そのダイに設けられた成形穴）に焼結後の部品を押し込み、ダイの内部において上下のパンチで加圧する方法でなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２９２８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
円と直線が組み合わされた形状の端面視非円形の軸穴、例えば、２面幅の面が含まれた軸穴や内径を部分的に変化させるキーやキー溝の形成された軸穴を中心部に備える焼結歯車などの焼結部品は、サイジングによって真円度がばらつく傾向がある。例示のインナーロータ１について、サイジング後に量産品のランダムサンプリングを実施して長短径を測定したところ、規格幅内（規格の許容上限値と許容下限値内）でのばらつきが大きかった。
【０００９】
測定は、図１３に示すように、ロータの歯底２ｂに計測器の基準ピン１１に当て、さらに、基準ピン１１が接した歯底２ｂから１８０°回転した位置にあるロータの歯先２ａに接触式変位計１２のプローブを当て、歯先２ａから歯底２ｂまでの距離（長短径）を求める方法で行った。
【００１０】
また、その測定は、１歯ずつ９箇所（図１３の測定位置Ｍ１〜Ｍ９）について行った。サンプル数３０個での測定結果を図１４、図１５に示す。図１４は、長短径の各測定位置での変動傾向を表している。また、図１５は長短径のサンプル毎の最大値、最小値、平均値を表している。
【００１１】
図１５からわかるように、サンプルNo.２２、２４などは、固体内だけで０．０２〜０．０３ｍｍの寸法ばらつきが生じている。このばらつきは、歯数が奇数の歯車で特に顕著である。
【００１２】
非円形の軸穴を備えるインナーロータは、端面の周方向各域の面積分布に差が生じる。即ち、今仮に、回転中心と各歯の歯先を結ぶ線に沿って端面を周方向にｎ（ｎは歯数）等分したとすると、軸穴の例えば２面幅の面が含まれる分割域の面積と２面幅の面が含まれない分割域の面積が異なるものになる。
【００１３】
そのために、面積の大きい箇所では面積の小さい箇所に比べてサイジング時に受ける荷重が大きくなり、それが原因で、サイジング時のロータ各部の変形量や除圧時のスプリングバック量が大きくばらついて長短径がばらつくのではないかと考えられる。
【００１４】
図１３では、分割域の中の面積大の領域、即ち、軸穴の直線部３ｂを横切るＭ３やＭ８の測定位置での長短径が他の位置での長短径よりも大きい。３個のサンプルは全て同じような傾向を示しており、いずれも、固体内での長短径のばらつきが大きい。
【００１５】
歯数が奇数のインナーロータは、歯先から１８０°回転した位置に歯底があるため歯先と回転中心と歯底の３点を結ぶ直線に対して回転中心で直交する線を基準にしたときの形状が非対称になって端面に加わる荷重の分布が偏るため、上記のばらつきがより顕著に現われると思われる。
【００１６】
なお、従来は、ランダムサンプリングによる測定に、１ヶ月平均で２０〜６０時間を費やしており、その作業に要する人件費も無視できないものになっていた。
【００１７】
内接歯車式ポンプのインナーロータは、真円度が低いとアウターロータとの噛み合いが悪くなってポンプの回転トルクの上昇やポンプ効率の低下などの問題が生じる。
【００１８】
そこで、この発明は、非円形軸穴の局部的な形状の変化によって端面の面積が部分的に変化している焼結歯車などの焼結部品のサイジングに起因した真円度の低下を抑制して同部品の真円度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】
【００１９】
上記の課題を解決するため、この発明においては、非円形の軸穴を中心に有する焼結部品を、ダイ、上パンチ、下パンチ及びコアロッドを有する金型を用いてサイジングするときに、
上下のパンチが焼結部品を加圧し始める位置で、焼結部品の端面の周方向各域のうち面積が他の領域よりも大きい側において、焼結部品の端面とパンチの端面との間に部品の圧縮代よりも小さい隙間を生じさせ、この状態で上パンチと下パンチによる加圧を行う。ここで言う圧縮代とは、部品の厚みの圧縮前後の寸法差である。
【００２０】
この方法では、前記軸穴が部品の端面視で円弧部と直線部を組み合わせた形状を呈し、前記直線部に対応させた帯状領域が焼結部品の端面の前記周方向各域のうち面積が他の域よりも大きくなっている場合には、前記帯状領域とパンチ端面の前記帯状領域に対面する領域との間に前記隙間を生じさせる。ここで言う「直線部に対応させた帯状領域」とは、前記直線部を包含してその直線部を横切る方向に延びだす一定の幅をもった領域を指す。
【００２１】
上下のパンチが焼結部品を加圧し始める位置で焼結部品とパンチとの間に前記隙間を生じさせることは、焼結部品の端面もしくはパンチの端面に凹部を設ける方法で行える。焼結部品の端面に凹部を設けるときには、凹部に対面するパンチの端面を平坦にしておく。また、パンチの端面に凹部を設けるときには、パンチに対面する焼結部品の端面を平坦にしておく。
【００２２】
上記隙間の軸方向寸法は、例えば、径方向サイジング代が０．０５ｍｍ程度、軸方向の圧縮代が０．１〜０．３ｍｍ程度に設定される一般的なサイジング条件下では、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度が好ましかった。この隙間の軸方向寸法と隙間を生じさせる領域の位置と広さを、部品の端面の各域に加わる荷重が平均化されるように設定する。
【００２３】
サイジング対象の焼結部品は、軸穴が部品の端面視で中心対称形状をなすものと、そうでないもの（中心非対称形状）の２種類が考えられる。前者の中心対称形状の軸穴を有する焼結部品は、前記隙間を中心対称位置に生じさせてサイジングを行うと好結果が得られる。
【００２４】
また、軸穴と外周の輪郭が中心線基準で左右対称になっている内接歯車式ポンプのインナーロータは、サイジング対象の焼結部品の中でも特に優れた真円度が要求される。従って、この発明はそのインナーロータをサイジングするのに特に適する。サイジング対象が、歯数が奇数のインナーロータである場合、前記中心線に対してロータ中心で垂直に交わる直線を境にして歯数が多い側の端面の面積が大きくなるので、前記隙間を歯数が多い側に偏らせるとよい。
【００２５】
前記隙間を、端面に凹部を形成して生じさせてサイジングを行った内接歯車式ポンプのインナーロータは、端面に焼結肌が残された状態では、片方の端面に前記凹部が残存したものになる。
【００２６】
また、前記隙間を、パンチの端面に凹部を形成して生じさせてサイジングを行った内接歯車式ポンプのインナーロータは、端面に焼結肌が残された状態では、片方の端面にパンチ端面の凹部に成形された凸部が存在したものになる。この発明は、これ等のインナーロータも併せて提供する。
【発明の効果】
【００２７】
この発明の方法によれば、上下のパンチが焼結部品を加圧し始める位置で焼結部品とパンチとの間に隙間を作り出した領域で軸方向圧縮代がその他の領域よりも小さくなる。
【００２８】
他の領域に比べて端面の面積の大きい領域の圧縮代を他の領域の圧縮代よりも小さくすることで面積大の領域に加わる荷重が軽減されるため、端面の各域に加わる荷重が平均化され、サイジングによる径方向変形量と除圧時のスプリングバック量が安定し、面積大の領域での長短径のばらつきが小さくなってサイジング対象部品の真円度が高まる。
【００２９】
この発明は、サイジング対象が、ポンプの性能面から真円度が重視される内接歯車式ポンプのインナーロータ、中でも、真円度のばらつきが大きくなりがちな歯数が奇数のインナーロータであるとその有効性が特に顕著に現われる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の方法でサイジングを行う焼結部品（焼結歯車）の一例の端面図
【図２】図１のII−II線に沿った断面図
【図３】サイジング金型の一例を示す断面図
【図４】図３のサイジング金型を用いたサイジング方法の工程図
【図５】図４の一部を拡大して示す断面図
【図６】この発明の方法でサイジングしたインナーロータの長短径の各測定位置での変動傾向を示す図
【図７】この発明の方法でサイジングしたインナーロータの長短径のサンプル毎の最大値と最小値と平均値を示す図
【図８】必要箇所に凹部を設けた上パンチの一例を示す端面図
【図９】サイジング対象に設けられる軸穴の形状の他の例を示す図
【図１０】サイジング対象に設けられる軸穴の形状のさらに他の例を示す図
【図１１】サイジング対象に設けられる軸穴の形状のさらに他の例を示す図
【図１２】焼結部品の一例を示す端面図
【図１３】歯数が奇数のインナーロータの長短径の測定方法を示す図
【図１４】従来法でサイジングしたインナーロータの長短径の各測定位置での変動傾向を示す図
【図１５】従来法でサイジングしたインナーロータの長短径のサンプル毎の最大値と最小値と平均値を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面に基づいて、この発明のサイジング方法の実施の形態について述べる。図１及び図２に示す形状の内接歯車式ポンプのインナーロータ１を試作した。このインナーロータ１は、鉄系合金粉末を圧粉成形後に焼結して作られており、中心に軸穴３を有する。
【００３２】
その軸穴３は、円を基本形にした穴に２面幅の平面を形成したものであり、端面視形状が中心対称な円弧部３ａ、３ａと、その２つの円弧部３ａ、３ａの両端をつなぐ直線部３ｂ、３ｂが組み合わされた形状を呈する。
【００３３】
直線部３ｂ、３ｂは、ロータ中心Ｏを通って歯先２ａと歯底２ｂを結ぶ中心線ＣＬに対して平行で、中心線ＣＬを境にして対称形状をなす。
【００３４】
このインナーロータ１の寸法諸元は、歯先円径Ｄ１＝φ７２．６ｍｍ、歯底円径Ｄ２＝φ５８．９ｍｍ、内径Ｄ３＝φ４１．５ｍｍ、歯数ｎ＝９、厚みｔ＝１４ｍｍ、軸穴３の２面幅間寸法Ｗ＝３８．５ｍｍである。
【００３５】
このインナーロータ１の片方の端面４には、凹部５として形成されて端面の他の領域４ｂとの間に段差を生じる帯状領域４ａが、軸穴３の直線部３ｂに対応させて中心対称に設けられている。その帯状領域４ａは、直線部３ｂに対して垂直な仮想線ＢＬ１，ＢＬ２によって他の領域４ｂから画されており、各直線部３ｂ、３ｂを包含する。
【００３６】
この帯状領域４ａは、歯数が奇数の図示のインナーロータ１の場合、ロータ中心Ｏにおいて中心線ＣＬに垂直に交わる直線ＳＬ（この直線ＳＬは各直線部３ｂ、３ｂの長手方向中間点を通る）を境にして歯数が多い側に偏らせて配置すると好ましく、試作品は、直線ＳＬから仮想線ＢＬ１までの距離Ｌ１を約１５ｍｍ、直線ＳＬから仮想線ＢＬ２までの距離Ｌ２を約１０ｍｍにしてその要求に応えた。
【００３７】
また、この帯状領域４ａの他の領域４ｂからの凹み量は、ここでは０．０７ｍｍに設定した。
【００３８】
次に、試作したインナーロータ１のサイジングを実施した。サイジング金型は、図３、図４に示すようなものであって、ダイ６、上パンチ７、下パンチ８、コアロッド９からなる。上パンチ７と下パンチ８は、端面が平坦である。
【００３９】
このサイジング金型をプレス機にセットした。サイジングは、インナーロータ１の径方向サイジング代を０．０５ｍｍに設定し、上下のパンチ７、８により所定のプレス荷重（１２０〜１３０ｔｏｎ程度）を加えることにより、インナーロータ１がサイジングの前後で厚み方向に０．２ｍｍ縮むように行った。
【００４０】
インナーロータ１の端面の帯状領域４ａの凹部５は、端面の他の領域４ｂよりも加圧方向後方に後退しているので、上下のパンチ７、８による加圧が開始される位置で、図５に示すように、インナーロータ１の端面の凹部５と上パンチ７の端面との間に隙間ｇができ、この状態からインナーロータ１が軸方向に所定量圧縮される。
【００４１】
なお、軸方向の圧縮代０．２ｍｍは、インナーロータ１の端面に設けた凹部５の凹み量０．０７ｍｍよりも大きい。従って、加圧終点では、凹部５の底面部分も上パンチによって加圧されていることになるが、凹部５は除圧後も０．０２〜０．０３ｍｍ程度の深さを有して残存していた。これは、スプリングバックの影響によるものと考えられる。
【００４２】
次に、サイジングした５００個の試料の中からランダムサンプリングで３０個を抽出し、各サンプルの長短径を、既述の図１３の方法で測定した。
【００４３】
その結果を図６、図７に示す。図６は各測定位置での長短径の変動傾向を表している。また、図７は、各サンプルの、長短径の最大値と最小値と平均値を示している。
【００４４】
図６からわかるように、従来法によるサイジングで長短径が特に大きくなっていたＭ３やＭ８の測定位置（軸穴の直線部３ｂを横切る位置）でも長短径はあまり大きくない。３個のサンプルは全て同じような傾向を示しており、全測定位置での長短径が平均化された状態になっている。
【００４５】
また、図７からわかるように、固体内での長短径のばらつきも、最大で０．０１５ｍｍ程度になっている。
【００４６】
図７の結果を工程能力指数Ｃｐに換算した。その指数Ｃｐは、図１５の結果では０．９〜１．１である。これに対し、図７の結果では１．９９にまで改善されている。なお、工程能力指数Ｃｐは、下式で求めた。
Ｃｐ＝（ＵＳＬ−ＬＳＬ）／６σ
ここにＵＳＬ：規格上限値
ＬＳＬ：規格下限値
【００４７】
この発明の方法は、図８に示すように、上パンチ７の端面１０の必要箇所に前記凹部５に代わる凹部１０ａを帯状に設け、焼結部品の端面を平坦にしてサイジングを行っても上記同様の発明の効果を期待できる。上パンチ７の端面に凹部を設けた金型を使用してサイジングを行うと、焼結部品の端面にパンチの端面によって成形された凸部（図示せず）が形成される。
【００４８】
サイジング対象の焼結部品が例示のインナーロータの場合、焼結肌の端面に残存した凹部や焼結肌の端面に形成された凸部は焼結肌を研磨して除去する。
【００４９】
サイジング対象の焼結部品に設けられる軸穴は、図９に示すように、周方向途中に部品と一体のキー３ｃを内側に突出させて設けた穴、図１０に示すように、周方向途中にキー溝３ｄを設けた穴、図１１に示すように周方向途中の１箇所を直線的に切り欠いた穴、図９のキー３ｃや図１０のキー溝３ｄを周方向途中に１つだけ設けた穴なども考えられる。このような軸穴を有する焼結歯車なども、軸穴の局部的な形状の変化によって端面の周方向各域の面積分布に差が生じる。
【００５０】
従って、上下のパンチが焼結部品を加圧し始める位置で、焼結部品とパンチとの間に、端面の各域に加わる荷重を平均化させる隙間を設けることで、サイジングによる真円度の悪化を抑制して製品の寸法精度を高めることが可能である。
【００５１】
図９の軸穴や図１１の軸穴を有する焼結部品は、キー３ｃや軸穴の切り欠き部に対応した位置で部品の端面やパンチ端面に凹部５（１０ａ）を設けてサイジングを行う。一方、図１０の軸穴３を有する焼結部品は、キー溝３ｄを設置した領域の端面の面積が他の領域の面積よりも小さくなっているので、対称位置のキー溝３ｄ、３ｄの中間付近において部品の端面やパンチの端面に凹部５（１０ａ）を設けてサイジングを行うとよい。
【００５２】
なお、この発明は、例示の内接歯車式ポンプのインナーロータのほかに、焼結歯車、焼結スプロケットのサイジングに適用しても効果がある。
【符号の説明】
【００５３】
１ インナーロータ
２ 歯
２ａ 歯先
２ｂ 歯底
３ 軸穴
３ａ 円弧部
３ｂ 直線部
３ｃ キー
３ｄ キー溝
４ 端面
４ａ 帯状領域
４ｂ 端面の他の領域
５ 凹部
６ ダイ
７ 上パンチ
８ 下パンチ
９ コアロッド
１０ 上パンチの端面
１０ａ 凹部
１１ 基準ピン
１２ 接触式変位計
ｇ 隙間
Ｍ１〜Ｍ９ 測定位置
Ｏ ロータ中心
ＣＬ 中心線
ＢＬ１，ＢＬ２ 仮想線
ＳＬ ロータ中心で中心線と垂直に交わる直線
Ｌ１ 線ＳＬから仮想線ＢＬ１までの距離
Ｌ２ 線ＳＬから仮想線ＢＬ２までの距離
Ｄ１ 歯先円径
Ｄ２ 歯底円径
Ｄ３ 内径
ｔ 厚み
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非円形の軸穴（３）を中心に有する焼結部品を、ダイ（６）、上パンチ（７）、下パンチ（８）及びコアロッド（９）を有する金型を用いてサイジングするときに、
上下のパンチ（７，８）が焼結部品を加圧し始める位置で、焼結部品の端面の周方向各域のうち面積が他の領域よりも大きい側において、焼結部品の端面（４）とパンチの端面（１０）との間に部品の圧縮代よりも小さい隙間（ｇ）を生じさせ、この状態で上パンチ（７）と下パンチ（８）による加圧を行う焼結部品のサイジング方法。
【請求項２】
前記軸穴（３）が部品の端面視で円弧部（３ａ）と直線部（３ｂ）を組み合わせた形状を呈し、前記直線部（３ｂ）に対応した帯状領域（４ａ）が焼結部品の端面の前記周方向各域のうち面積が他の域よりも大きい領域となっており、この帯状領域（４ａ）と上パンチの端面（１０）の前記帯状領域（４ａ）に対面する領域との間に前記隙間（ｇ）を生じさせる請求項１に記載の焼結部品のサイジング方法。
【請求項３】
焼結部品の端面（４）に凹部（５）を設けて焼結部品と上パンチ（７）の平坦な端面（１０）との間に前記隙間（ｇ）を生じさせる請求項１又は２に記載の焼結部品のサイジング方法。
【請求項４】
上パンチ（７）の端面（１０）に凹部（１０ａ）を設けて焼結部品の平坦な端面と上パンチ（７）との間に前記隙間（ｇ）を生じさせる請求項１又は２に記載の焼結部品のサイジング方法。
【請求項５】
前記隙間（ｇ）の軸方向寸法を０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍに設定して上下のパンチ（７，８）による加圧を行う請求項１〜４のいずれかに記載の焼結部品のサイジング方法。
【請求項６】
軸穴（３）が部品の端面視で中心対称形状をなす焼結部品をサイジング対象にし、前記隙間（ｇ）を中心対称位置に生じさせてサイジングを行う請求項１〜５のいずれかに記載の焼結部品のサイジング方法。
【請求項７】
前記焼結部品は、軸穴（３）と外周の輪郭が中心線（ＣＬ）基準で共に左右対称をなす歯数が奇数の内接歯車式ポンプのインナーロータ（１）であり、そのインナーロータ（１）の前記中心線（ＣＬ）に対してロータ中心（Ｏ）で垂直に交わる直線（ＳＬ）を境にして歯数が多い側に前記隙間（ｇ）を偏らせる請求項１〜６のいずれかに記載の焼結部品のサイジング方法。
【請求項８】
請求項３に記載のサイジング方法でサイジングを行った内接歯車式ポンプのインナーロータ（１）であって、焼結肌の端面（４）を有し、片方の端面に前記凹部（５）が残存したインナーロータ。
【請求項９】
請求項４に記載のサイジング方法でサイジングを行った内接歯車式ポンプのインナーロータ（１）であって、焼結肌の端面（４）を有し、片方の端面に、パンチ端面の凹部（１０ａ）によって成形された凸部が存在するインナーロータ。
【請求項１】
非円形の軸穴（３）を中心に有する焼結部品を、ダイ（６）、上パンチ（７）、下パンチ（８）及びコアロッド（９）を有する金型を用いてサイジングするときに、
上下のパンチ（７，８）が焼結部品を加圧し始める位置で、焼結部品の端面の周方向各域のうち面積が他の領域よりも大きい側において、焼結部品の端面（４）とパンチの端面（１０）との間に部品の圧縮代よりも小さい隙間（ｇ）を生じさせ、この状態で上パンチ（７）と下パンチ（８）による加圧を行う焼結部品のサイジング方法。
【請求項２】
前記軸穴（３）が部品の端面視で円弧部（３ａ）と直線部（３ｂ）を組み合わせた形状を呈し、前記直線部（３ｂ）に対応した帯状領域（４ａ）が焼結部品の端面の前記周方向各域のうち面積が他の域よりも大きい領域となっており、この帯状領域（４ａ）と上パンチの端面（１０）の前記帯状領域（４ａ）に対面する領域との間に前記隙間（ｇ）を生じさせる請求項１に記載の焼結部品のサイジング方法。
【請求項３】
焼結部品の端面（４）に凹部（５）を設けて焼結部品と上パンチ（７）の平坦な端面（１０）との間に前記隙間（ｇ）を生じさせる請求項１又は２に記載の焼結部品のサイジング方法。
【請求項４】
上パンチ（７）の端面（１０）に凹部（１０ａ）を設けて焼結部品の平坦な端面と上パンチ（７）との間に前記隙間（ｇ）を生じさせる請求項１又は２に記載の焼結部品のサイジング方法。
【請求項５】
前記隙間（ｇ）の軸方向寸法を０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍに設定して上下のパンチ（７，８）による加圧を行う請求項１〜４のいずれかに記載の焼結部品のサイジング方法。
【請求項６】
軸穴（３）が部品の端面視で中心対称形状をなす焼結部品をサイジング対象にし、前記隙間（ｇ）を中心対称位置に生じさせてサイジングを行う請求項１〜５のいずれかに記載の焼結部品のサイジング方法。
【請求項７】
前記焼結部品は、軸穴（３）と外周の輪郭が中心線（ＣＬ）基準で共に左右対称をなす歯数が奇数の内接歯車式ポンプのインナーロータ（１）であり、そのインナーロータ（１）の前記中心線（ＣＬ）に対してロータ中心（Ｏ）で垂直に交わる直線（ＳＬ）を境にして歯数が多い側に前記隙間（ｇ）を偏らせる請求項１〜６のいずれかに記載の焼結部品のサイジング方法。
【請求項８】
請求項３に記載のサイジング方法でサイジングを行った内接歯車式ポンプのインナーロータ（１）であって、焼結肌の端面（４）を有し、片方の端面に前記凹部（５）が残存したインナーロータ。
【請求項９】
請求項４に記載のサイジング方法でサイジングを行った内接歯車式ポンプのインナーロータ（１）であって、焼結肌の端面（４）を有し、片方の端面に、パンチ端面の凹部（１０ａ）によって成形された凸部が存在するインナーロータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−９２３８１（Ｐ２０１２−９２３８１Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３９４９５（Ｐ２０１０−２３９４９５）
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（５９３０１６４１１）住友電工焼結合金株式会社 (214)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（５９３０１６４１１）住友電工焼結合金株式会社 (214)
【Ｆターム（参考）】
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