专利名称：筒状部件的压粉成形用芯金属模、压粉成形装置、及压粉成形方法
技术领域：
本发明涉及为了通过压粉成形而制造筒状部件的芯金属模(〕7金 型)，另外，涉及具备芯金属模的压粉成形装置和压粉成形方法。还有， 本说明书中的筒状部件是具有同心的内周面和外周面的部件，还包括高度 比外径小的环状部件。
背景技术：
在通过压粉成形制造筒状压粉成形体的情况下，通常，使用芯金属模、 下冲头、上冲头及模头(例如，参照专利文献1)。在专利文献1中记载了 向上冲头和下冲头之间填充粉末，使上冲头和下冲头相对移动，将多层筒 状压粉体成形的方法。
专利文献1特开2006—305578号公报(摘要)
在通过压粉成形法制造具有炸面饼圈状或圆筒状，且在内周侧具有轴 向的突出部或径向的台阶部或凹陷部的筒状成形体的情况下，存在下述问 题。
问题之一冲头的最小宽度己确定，因此，难以得到突起部的前端面、 台阶部、或凹陷部的径向的宽度5小的筒状部件。
问题之一在将由冲头形成的成形体的台阶高度设为h时，由于施加 的负荷大，因此难以成形h/S大的筒状部件。
可以通过形成筒状成形体的内周面的芯金属模使用阶梯芯金属模，代 替冲头，使用阶梯芯金属模的台阶部压粉成形而消除这些问题。
但是，在使用阶梯芯金属模的情况下，难以成形筒状成形体的突起 部前端面、或台阶部上表面或下表面、或凹陷部上表面或下表面、和与之 连结的内周侧面的角部的曲率半径R小的成形体。
在阶梯芯金属模中，应力集中于台阶部分的角部。在该角部由于对台阶结构的上表面施加的力、和对台阶结构的上部的芯侧面施加的力而产生 牵引力。若将阶梯芯金属模的台阶部中的角的曲率半径设为r，则与使用 该金属模成形的压粉成形体的所述台阶部对应的角部的曲率半径成为r。
此时，阶梯芯金属模的台阶部角部处的应力为izra，且与施加的压力成比 例。若r接近零，且台阶部角部处的应力成为破坏强度以上，则虽然其他
部分不发生问题，但有可能仅在角部发生龟裂。
发明内容
本发明的目的在于提供在使用了阶梯芯金属模的、具有筒形状且在内 周侧具有沿轴向突出的突出部或径向的凹陷部的筒状部件的压粉成形中， 即使减小阶梯部和与之连续的侧面部的角部的曲率半径，也不发生角部破 裂的阶梯芯金属模、和具备该芯金属模的压粉成形装置及压粉成形方法。 另外，提供使用阶梯芯金属模而压粉成形的筒状压粉成形体。
本发明是一种筒状部件的压粉成形用芯金属模，其是用于对具有筒形 状，且在内周侧具有轴向的突出部或径向的台阶部的筒状部件进行压粉成 形而使用的芯金属模，其特征在于，在芯金属模主体的外周面的至少一部 分具有沿径向突出的台阶部，芯金属模主体在与所述台阶部的上表面同一 的面被分割为上下两部分，在分割面通过机械紧固或粘接材料粘接。
在本发明的优选的方式中，被分割为上下的芯之间通过在分割面的中 央部分进行螺栓紧固、螺纹紧固、或在一方的芯形成凹部，在另一方的芯 形成凸部而嵌入来紧固。
另外，在本发明的优选的方式中，在被分割为上下的芯的至少一方的 分割面实施有基于喷丸硬化的表面处理，被赋予压縮残留应力。
本发明是一种筒状部件的压粉成形装置，在所述结构的芯金属模的外
侧配置上冲头和下冲头，且在该上冲头和下冲头的外侧配置冲模(die)， 通过使所述上冲头(punch)和所述下冲头相对移动，对填充在上冲头和 下冲头之间的粉体进行压粉成形。
另外，本发明是一种筒状部件的压粉成形方法，使用具有所述结构的 压粉成形装置，通过使上冲头和下冲头相对移动，对填充在上冲头和下冲 头之间的粉体压密化，制造具有筒形状，且在内周侧的至少一部分沿轴向突出或沿径向凹陷的筒状部件。
在本发明的芯金属模中，优选对应于压粉成形的筒状部件的形状，变 更被分割为上下的芯中的上部的芯。
在本发明的压粉成形方法中，在设置于芯金属模的外周面的台阶部的 上方固定下冲头，使上冲头移动，由此能够制造具有内周侧的至少一部分 沿轴向突出的形状的筒状部件。
另外，在本发明的压粉成形方法中，在设置于芯金属模的外周面的台 阶部的下方固定下冲头，使上冲头移动，由此能够制造具有内周侧的至少 一部分沿轴向凹陷的形状的筒状部件。
本发明的阶梯芯金属模的台阶部被分割为两部分，因此，基于下述理 由，在角部不易方式破损。
1) 侧面和底面没有在材料上一体化，因此，对角部分没有施加底面 和侧面的应力的总和。
2) 强的负荷垂直地施加于阶梯面，但通过与芯金属模的台阶面同一 的面上的紧固，减弱台阶部处的牵引应力。
3) 芯在阶梯部分被分离，因此，不发生龟裂。
因此，无论台阶上表面、和与之连结的芯侧面的连结部即角部不是曲 面，或曲率半径小的情况，均能够减小角部的应力集中。
进而，通过在芯连接前，对包含台阶面的芯剖面部的喷丸硬化，对角 部的应力集中部施加初始压缩力，由此能够将抗破坏寿命大幅度长期化。
图1是比较例中使用的阶梯芯金属模的示意图。
图2是比较例中使用的压粉成形装置的结构图，表示成形前的状态。
图3是比较例中使用的压粉成形装置的结构图，表示成形后的状态。
图4是比较例中得到的压粉成形体的示意图。
图5是实施例1中使用的阶梯芯金属模的示意图。
图6是实施例1中使用的压粉成形装置的结构图，表示成形前的状态。
图7是实施例1中使用的压粉成形装置的结构图，表示成形后的状态。
图8是实施例1中得到的压粉成形体的示意图。图9是实施例2中使用的压粉成形装置的结构图，表示成形前和成形 后的状态。
图10是实施例2中得到的压粉成形体的示意图。
图11是实施例3中使用的阶梯芯金属模的示意图。
图12是实施例3中使用的压粉成形装置的结构图，表示成形后的状态。
图13是实施例3中得到的压粉成形体的示意图。
图14是实施例4中使用的压粉成形装置的结构图，表示成形后的状态。
图15是实施例4中得到的压粉成形体的示意图。
图16是实施例5中使用的压粉成形装置的结构图，表示成形后的状态。
图17是表示实施例5中得到的压粉成形体的一例的示意图。 图18是表示实施例5中得到的压粉成形体的另一例的示意图。 图19是实施例5中得到的压粉成形体的示意图。 图20是表示阶梯芯金属模的另一例的示意图。
图中l一芯主体；2—台阶部；3 —阶梯芯金属模；5 —剖面；6—台 阶部上表面；20—圆筒状台阶部；31 —上部芯；32 —下部芯；63 —台阶部 侧面；91一上部芯；92 —下部芯；95 —下表面；101 —具有台阶结构的部 分的芯；102 —没有台阶结构的部分的芯；103 —下冲头；104 —上冲头； 105 —粉体；106 —冲模；lll一带有凹陷的压粉成形体；120 —下冲头；121 一下冲头；150 —筒形压粉成形体；160 —筒形压粉成形体；200 —压粉成 形体；201—突起部；202 —突起部的前端面；203 —压粉成形体的突起部 内侧面；204—曲率半径；205 —角部；206 —突起部的前端面的宽度；401 一螺栓；402—螺母。
具体实施例方式
以下，参照附图，说明本发明的实施例。 [比较例]
首先，使用图1 图4，对使用没有在阶梯部分被上下分割的带有阶梯芯金属模的情况进行说明。
图1是表示带有阶梯芯金属模3的形状的图，(a)是从侧面方向观察
的立体图，(b)是从上面观察的俯视图。带有阶梯芯金属模3具有在形 成为圆柱形状的芯主体1的外周面沿周向设置有三个在半径方向上突出的
凸形状的台阶部2的结构。
图2、图3中示出具备该阶梯芯金属模的压粉成形装置的结构。另外， 图4 (a)、 (b)中示出制造的压粉成形体。图4 (b)放大示出图4 (a)的 A的内周侧。
在图2、图3的压粉成形装置中，图2表示压粉成形前的装置结构， 图3表示压粉成形后的装置结构。图2、图3的从中心线到左侧是具有台 阶构造的部分的芯101处的装置结构，右侧是没有台阶结构的部分的芯 102处的装置结构。
压粉成形通过在带有阶梯芯金属模3的外侧配置下冲头103，进而在 其外侧配置冲模106，向下冲头103、冲模106、和带有阶梯芯金属模3 之间填充粉体105，对上冲头104施加负荷，并且使下冲头103与芯101 相对地上升，也从下方受到负荷而进行。由此，如图4所示，得到内周侧 具有突起部的筒状压粉成形体200。
在图1所示的带有阶梯芯金属模3中，设置于芯主体1的台阶部2的 上表面即台阶部上表面6成为形成压粉成形体200的突起部201的前端面 202的部分。
在压粉成形时，通过粉体105，向芯金属模的台阶部上表面6、和与 该上表面连结的芯侧面63施加力。垂直于台阶部上表面6和芯侧面63的 负荷的比率是恒定的比例。由于对台阶部上表面6和芯侧面63施加负荷， 因此，牵引应力集中于角部205。
在将角部205处的曲率半径设为R时，角部205处的应力集中为1/R 入，与施加的压力成比例。在将角部205形成为曲面构造，增大该其曲率 半径的情况下，角部205中难以发生龟裂，但如果减小曲率半径，例如， 将曲率半径设为零，则由于角部处的应力集中，导致在芯金属模发生以角 部为起点的龟裂。
还有，在图4中，203、 204、 207符号分别表示压粉成形体的突起部内侧面203、曲率半径204、压粉成形体的突起部高度207。实施例1
使用图5、图6、图7、图8说明本发明的第一实施例。
图5表示带有阶梯芯金属模3的结构，(a)是表示上部芯31和下部芯 32紧固后的状态的立体图，(b)是表示上部芯31和下部芯32分离后的状 态的立体图，(b)是表示从上方观察的带有阶梯芯的俯视图。
在带有阶梯芯金属模3的周向上存在有径向上为凸形状的台阶部2。 带有阶梯芯金属模在与台阶部上表面6同一的面处被分割为两个，分离为 上部芯31和下部芯。带有阶梯芯金属模3的剖面5与台阶部上表面6连 结，形成为同一面。
在该剖面5中，上下的芯以能够分割的连接法紧固。在图5中，在下 部芯32的中央部分安装螺栓401，在上部芯31的中央部分安装螺母402， 由此在剖面5通过连接将上下的芯之间螺栓紧固。上下芯的紧固方法不限 于螺栓紧固，在上下芯的一方形成凹部，在另一方形成凸部，通过嵌入来 紧固也可。
在图5的带有阶梯芯金属模3的剖面5的上表面和下表面、台阶部上 表面6、芯侧面63分别实施喷丸硬化，施加残留压缩应力。
图6和图7是具备图5的阶梯芯金属模的压粉成形装置的结构图，图 6表示压粉成形前的装置结构，图7表示压粉成形前的装置结构。在图6、 图7中，中心线到左侧是具有台阶结构的部分的芯101处的装置结构图， 右侧是没有台阶结构的部分的芯102处的装置结构图。阶梯芯金属模的台 阶上表面的角部205形成为非曲面构造。
在该阶梯芯金属模的外周部分配置下冲头103，进而在外周配置冲模 106，向冲模和芯金属模、下冲头间填充粉体105，向上冲头104施加负荷， 并且使下冲头103与芯101相对地上升，也从下方施加负荷而进行。制造 压粉成形体200。
作为粉体105使用压粉磁芯，利用压力机施加负荷，使压粉成形体的 整体密度成为构成粉体的物质的真密度的92%以上，制作图8所示的结构 的压粉成形体。
通常，在这样的状况下，在所述的比较例中，在芯连接剖面部发生龟裂，芯金属模在短期间内破损。压粉成形体的相对密度(相对于真密度的 实测密度的比)越高，芯金属模的寿命越短。但是，在本实施例中，芯金 属模在与台阶部的表面同一的面处被上下分割，进而被紧固，因此，不破 损。经利用三维有限要素法实施对芯施加的应力计算的结果，对芯施加的 最大的应力为比较例的约一半。
进而，通过喷丸硬化，施加残留压縮应力，因此，使高循环的抗破坏 寿命长期化。
根据本实施例可知，如图8所示，成形在炸面饼圈状结构的下表面 具有突起部201，且在周向上存在有三个该突起部的压粉成形体200。还
有，图8 (b)是图8 (a)的A部的放大图。
根据本实施例可知，在压粉成形体200中，突起部的前端面202和突 起部的内侧面203的连结部不是曲面结构，而是非曲面构造。在本实施例 中，能够将图4 (b)所示的曲率半径204的部分的曲率半径设为大致零。 在比较例的情况下，如图4(b)所示，由于是曲率半径0.5mm的曲面结 构，因此可知，图8(b)中的在非曲面构造前端部处平坦的区域比图4(b) 宽阔。由此，即使在突起部的前端面的宽度206狭窄的情况下，也能够增 大前端面的平坦的区域的面积。
若提高压粉成形体的突起部201的前端面202的平坦性，则得到如下 效果。
1) 在使压粉成形体的突起部的前端面靠近的轴向间隙电动机(axial gap motor)之类的产品的情况下，由于间隙间隔狭窄，因此，前端面平坦 的情况下，更能旋转不停止，且能够在接触时抑制噪音产生。
2) 在用突起部的前端面叠合时，平坦的情况下更提高密接力。 在前端面和平面状的材料的连接时，能够将连接面最大化，能够提高
接触力，进而，能够消除无用的空间。
3) 从面向宽度薄的的设备，能够薄型化的方面来说，优选整个端面 平坦。
本实施例是曲率半径R为零的情况，但即使限定曲率半径R，也只要 R/S<0.2、或R〈0.1mm，就充分得到上述效果。在此，S是突起部的前端 面的宽度206，随着成为R/S〈0.1、 R/5<0.05，其效果变高。另外，随着成为R〈0,lmm、 R<0.05mm，上述效果变高。
通过将压粉成形体的整体密度设为构成粉体的物质的真密度的92% 以上而高密度化，得到下述效果。
1) 成形体强度提高。
2) 有效于像搭载部件一样被限定的空间中的搭载。
3) 能够以网状成形，生产率提高。
在应用于使用压粉磁芯材料的电动机芯等的成形的情况下，进而具有 下述效果。
4) 提高磁通密度，电动机输出或电动机转矩变大。
5) 在设为与以往相同的磁通密度的情况下，能够将压粉磁芯小型化。 随着压粉成形体的整体密度增加为构成粉体的物质的真密度的94%
以上、％%以上，上述效果进一步提高。
进而，削减最大应力，因此，具有下述效果。
1) 应力平均化，能够将成形体密度均一化。
2) 能够降低集中于局部的残留应力，磁滞损失减少。
3) 在利用对粉体实施了绝缘被覆的压粉磁芯材料的情况下，应力平 均化而不集中，因此，该绝缘被覆的破坏减少，涡电流损失削减。
4) 金属模寿命变长。
在本实施例中，示出了突起部201的数目为三个的情况，但三个以外 的情况也同样有效。实施例2
使用图9、图IOA及图IOB说明成形带有凹陷的成形体的情况。图9 (a)是成形前的装置结构，图9 (b)是成形后的装置结构。
通过与实施例l相同的压粉成形装置结构，能够成形具有圆筒状或环 状，且在内周具有凹陷的压粉成形体。但是，如图9所示，下冲头103安 装在台阶芯金属模的台阶部2的上表面位置的下方。
在本实施例中，也与实施例l相同地，利用冲压机施加负荷，使压粉 成形体的整体密度成为构成粉体的物质的真密度的92%以上。
在图9的压粉成形装置的结构中，如图10B所示，成形在环状结构 的下面沿周向存在有三个凹陷构造301的带有凹陷的压粉成形体300。此时，在凹陷构造301的上表面302将凹陷面设为平坦即(符号304 所示的曲率半径R) / (宽度306) =0.19。
因此，在宽度306狭窄的情况下，也能够增大凹陷面的平坦面积。 若提高凹陷面的下表面的平坦性，则具有下述效果。
1) 对凹陷构造的凹陷面来说，平坦的情况下更提高密接力。 在凹陷面和平面状的材料的连接时，能够将连接面最大化，能够提高
接触力，进而，能够消除无用的空间。
2) 从面向宽度薄的的设备，能够薄型化的方面来说，优选平坦。 本实施例是R/S4.19的一例。在此，5是凹陷的幅度206。 只要R/S〈0.1、 R/S<0.05，上述效果就进而变高。 通过将压粉成形体的整体密度设为构成粉体的物质的真密度的92%
以上而高密度化，具有下述效果。
1) 成形体强度提高。
2) 有效于像搭载部件一样被限定的空间中的搭载。
3) 能够以网状成形，生产率提高。
进而在应用于使用压粉磁芯材料的电动机芯等的成形的情况下，进而 具有下述效果。
4) 提高磁通密度，电动机输出或电动机转矩变大。
5) 在设为与以往相同的磁通密度的情况下，能够将压粉磁芯小型化。 随着压粉成形体的整体密度增加为构成粉体的物质的真密度的94%
以上、96%以上，上述效果进一步提高。
进而，削减最大应力，因此，具有下述效果。 O应力平均化，能够将成形体密度均一化。
2) 能够降低集中于局部的残留应力，磁滞损失减少。
3) 在利用对粉体实施了绝缘被覆的压粉磁芯材料的情况下，应力平 均化而不集中，因此，该绝缘被覆的破坏减少，涡电流损失削减。
4) 金属模寿命变长。
在本实施例中，示出了凹陷的数目为三个的情况，但三个以外的情况 也同样有效。
实施例3使用图ll (a)、 (b)、图12、图13，说明使用具有圆筒状的台阶部的
芯金属模的情况。
在图ll(a)、 (b)所示的带有阶梯芯金属模3上存在圆筒状台阶部20。 芯金属模在与圆筒状台阶部20的台阶部上表面6同一的面处被分割为两 个，分离为上部芯31和下部芯。上部芯和下部芯在分割面被螺栓紧固。 在下部芯32的台阶部上表面6和作为分割面的剖面5、及上部芯31的外 周面实施有喷丸硬化，施加残留压縮应力。
图12是压粉成形装置的结构图，表示压粉成形后的状态。具有台阶 结构的部分的芯处的角部形成为非曲面构造。
在该带有阶梯芯金属模3的外周部分配置下冲头103,进而在外周配 置冲模106，向冲模和带有阶梯芯金属模、下冲头之间填充粉体，向上冲 头104施加压力，并且使下冲头103与下部芯32相对地上升，也从下方 施加负荷，从而形成筒形压粉成形体600。
作为粉体，使用软磁性粉末，制作压粉磁芯用压粉成形体。此时，利 用冲压机施加负荷，使压粉成形体的整体密度成为构成粉体的物质的的真 密度的92%以上。通常，在这样的状况下，在芯连接剖面部发生龟裂，芯 金属模在短期间内可能破损。但是，在本实施例中，芯在芯连接剖面部分 割后被紧固，因此，不破损。进而，通过喷丸硬化，施加残留压縮应力， 因此，芯金属模的高循环的抗破坏寿命长期化。
根据本实施例可知，如图13所示，得到在环状结构的下面存在有突 起构造301的的筒形压粉成形体600。
另外，在突起构造的前端面302的幅度306狭窄的情况下，也能够增 大前端面的平坦的区域的面积。
若提高压形体的突起构造前端面的平坦性，则具有如下效果。
1) 在使压粉成形体的突起构造的前端面靠近的轴向间隙电动机(axial gapmotor)之类的产品的情况下，由于间隔狭窄，因此，前端面平坦的情 况下，更能旋转不停止，且能够在接触时抑制噪音产生。
2) 在用突起构造的前端面叠合时，平坦的情况下更提高密接力。 在前端面和平面状的材料的连接时，能够将连接面最大化，能够提高
接触力，进而，能够消除无用的空间。3)从面向宽度薄的的设备，能够薄型化的方面来说，优选平坦。 本实施例是曲率半径R为零的情况，但即使限定曲率半径R，也只要
R/3<0.2、或R〈0.1mm，就充分得到上述效果。在此，5是突起部的前端 面的宽度306。随着成为R/5〈0.1、 R/S<0.05，其效果进而变高。另外， 随着成为IKO.lmm、 R<0.05mm，上述效果变高。
通过将压粉成形体的整体密度设为构成粉体的物质的真密度的92% 以上而髙密度化，得到下述效果。
1) 成形体强度提高。
2) 有效于像搭载部件一样被限定的空间中的搭载。
3) 能够以网状成形，生产率提高。
进而在应用于使用压粉磁芯材料的电动机芯等的成形的情况下，具有 下述效果。
4) 提高磁通密度，电动机输出或电动机转矩变大。
5) 在设为与以往相同的磁通密度的情况下，能够将压粉磁心小型化。 随着压粉成形体的整体密度增加为构成粉体的物质的真密度的94%
以上、96%以上，上述效果进一步提高。
进而，削减最大应力，因此，具有下述效果。
1) 应力平均化，能够将成形体密度均一化。
2) 能够降低集中于局部的残留应力，磁滞损失减少。
3) 在利用对粉体实施了绝缘被覆的压粉磁芯材料的情况下，应力平 均化而不集中，因此，该绝缘被覆的破坏减少，涡电流损失削减。
4〉金属模寿命变长。实施例4
利用图14、图15，说明使用了图ll所示的带有阶梯芯金属模的情况 下另一实施例。
在本实施例中，如图14所示，将下冲头103安装于芯金属模的圆筒 状台阶部20的上表面位置的上方。由此，得到如图15所示的形状的筒形 压粉成形体700。
作为粉体，使用压粉磁芯。此时，利用冲压机施加负荷，使压粉成形 体的整体密度成为构成粉体的物质的的真密度的92%以上。通常，在这样的状况下，在芯连接剖面部发生龟裂，芯金属模在短期间内可能破损。但 是，芯在芯连接剖面部分割后被紧固，因此，不破损。
在凹陷构造401的上表面402将凹陷面设为平坦即曲率半径 R-0.19mm。
若提高凹陷面的下表面的平坦性，则具有下述效果。
1) 对凹陷构造的凹陷面来说，平坦的情况下更提高密接力。 在凹陷面和平面状的材料的连接时，能够将连接面最大化，能够提高
接触力，进而，能够消除无用的空间。
2) 从面向宽度薄的的设备，能够薄型化的方面来说，优选平坦。 本实施例是R75-0.19的一例。在此，S是凹陷的幅度406。 随着R^〈(U、 R/S<0.05，上述效果就进而变高。 通过将压粉成形体的整体密度设为构成粉体的物质的真密度的92%
以上而高密度化，具有下述效果。
1) 成形体强度提高。
2) 有效于像搭载部件一样被限定的空间中的搭载。 3〉能够以网状成形，生产率提高。
进而在应用于使用压粉磁芯材料的电动机芯等的成形的情况下，进而 具有下述效果。
4) 提高磁通密度，电动机输出或电动机转矩变大。
5) 在设为与以往相同的磁通密度的情况下，能够将压粉磁芯小型化。 随着压粉成形体的整体密度增加为构成粉体的物质的真密度的94%
以上、96%以上，上述效果进一步提高。
迸而，削减最大应力，因此，具有下述效果。
1) 应力平均化，能够将成形体密度均一化。
2) 能够降低集中于局部的残留应力，磁滞损失减少。
3) 在利用对粉体实施了绝缘被覆的压粉磁芯材料的情况下，应力平 均化而不集中，因此，该绝缘被覆的破坏减少，涡电流损失削减。
4) 金属模寿命变长。实施例5
使用图16 19，说明将3D电动机芯压粉成形的情况。图16是压粉成形装置的结构图，示出了压粉成形后的状态。图16的 左侧表示具有台阶构造部分的芯101的装置结构，右侧是没有台阶构造的
部分的芯102处的装置结构。芯金属模在与台阶部2的上表面同一的面处 被分割为上下两部分，上部芯31和下部芯32通过在作为分割面的剖面5 的中央部分凹形状和凸形状的嵌入而紧固。通过凹形状和凸形状的嵌入， 能够简单地紧固。阶梯芯金属模的台阶部上表面和与其连结的侧面的角部 形成为非曲面构造。
在上部芯31和下部芯32的剖面5的部分、与剖面5呈同一面的台阶 部上表面、和与其连结的侧面实施有喷丸硬化，施加残留压缩应力。
在阶梯芯金属模的外周部分配置下冲头120和下冲头121，进而在其 外周配置冲模106，向模头、芯金属模、和两个冲头之间填充粉体，向上 冲头104施加压力，并且使下冲头120及下冲头121与芯101相对地上升， 也从下方施加负荷，成形由3D电动机芯构成的压粉成形体500。与芯邻 接的下冲头120、 121在内周方向上具有台阶结构。
利用铁的压粉磁芯，施加负荷，使成形体的突起部结构的密度和成形 体的整体的密度成为92%以上。通常，在这样的高密度的情况下，在阶梯 芯的角部发生龟裂，芯金属模在短期间内破损。在该状况下，材料的密度 越高，寿命越短。但是，在本发明中，芯在芯金属模的角部被分割，进而 被紧固，因此，抑制破损。进而，通过喷丸硬化，施加残留压缩应力，因 此，高循环的抗破坏寿命长期化。
通过本实施例，如图17 19所示，成形在环状结构的上面沿周向 存在有12个及30个突起状构造501的压粉成形体500。此时，在突起部 201的前端面502，突起状构造的内周侧面503和前端面的连结部形成为 非曲面构造，从而能够平坦地形成前端面。
详细分析压粉成形体的突起前端面和内周侧面的连结部可知，不是曲 面结构，而是非曲面构造。
因此，即使在前端面的宽度202狭窄的情况下，也能够增大前端面的 平坦的区域的面积。
若提高压粉成形体的突起状构造的前端面的平坦性，则得到如下效果。1〉在用突起部的前端面叠合时，平坦的情况下更提高密接力。 在前端面和平面状的材料的连接时，能够将连接面最大化，能够提高 接触力，进而，能够消除无用的空间。
2)从面向宽度薄的的设备，能够薄型化的方面来说，优选平坦。 本实施例是曲率半径R为零的情况，但即使限定曲率半径R，也只要
R/5<0.2、或R〈0.1mm，就充分得到上述效果。在此，S是突起状构造的 前端面502的宽度。
进而，随着成为R/S〈0.1、 R/S<0.05，其效果变高。或者，随着成为 R<0.1mm、 R<0.05mm，上述效果变高。
通过将压粉成形体的整体密度设为构成粉体的物质的真密度的92% 以上而高密度化，得到下述效果。
1) 成形体强度提高。
2) 有效于像搭载部件一样被限定的空间中的搭载。
3) 能够以网状成形，生产率提高。
在应用于使用压粉磁芯材料的电动机芯等的成形的情况下，进而具有 下述效果。
4) 提高磁通密度，电动机输出或电动机转矩变大。
5) 在设为与以往相同的磁通密度的情况下，能够将压粉磁芯小型化。 随着压粉成形体的整体密度增加为构成粉体的物质的真密度的94%
以上、96%以上，上述效果进一步提高。
进而，削减最大应力，因此，具有下述效果。
1) 应力平均化，能够将成形体密度均一化。
2) 能够降低集中于局部的残留应力，磁滞损失减少。
3) 在利用对粉体实施了绝缘被覆的压粉磁芯材料的情况下，应力平 均化而不集中，因此，该绝缘被覆的破坏减少，涡电流损失削减。
4) 金属模寿命变长。
5) 对电动机的部件、促动器的部件、电装部件有效。实施例6
在实施例1 5中，在与压粉成形体的前端面或凹陷面连结的多个面 中，与两个面以上的连结角部为非曲面构造的情况下，如下所述，进一步提高将前端面或凹陷面形成为平坦的效果。
1) 在使压粉成形体的突起构造的前端面靠近的轴向间隙电动机(axial gap motor)之类的产品的情况下，由于间隔狭窄，因此，前端面平坦的情 况下，更能旋转不停止且在接触时抑制噪音产生。
2) 在用突起构造的前端面叠合时，平坦的情况下更提高密接力。 在前端面和平面状的材料的连接时，能够将连接面最大化，能够提高
接触力，进而，能够消除无用的空间。
3) 从面向宽度薄的的设备，能够薄型化的方面来说，优选平坦。 对电动机的部件、促动器的部件、电装部件有效。
实施例7
在实施例1 5中，将压粉成形体的外周的平均半径设为A时，突起 前端面、或凹陷构造的径向的幅度5为5/A〈0.2或5〈3mm，环的幅度变 窄。即使环的幅度变窄，也由于前端面平坦，因此，不改变部件特性，能 够紧凑地形成成形体。另外，随着5/A<0.1、 S/A<0.05，或5<2mm、 5 <lmm，紧凑性进一步提高。在电动机的部件或制动器的部件、电装部件 中有效。
实施例8
在实施例1 5中，将压粉成形体的突起高度或台阶高度或凹陷的高度 设为h，则11/5>2时，成形体的环的宽度变窄，形成厚的部件。即使縮窄 环的宽度，因为前端面平坦，不改变部件特性，成形体紧凑。此外，随着 h/5>4、 h/S>8，紧凑性进一步提高。
对较厚的电动机的部件、制动器的部件、电装部件有效。实施例9
在实施例1 5的压粉成形体的成形中，通过增大对突起的部分施加 的负荷，将突起的部分的密度设为真密度的94%以上而具有下述效果。
1) 成形体强度提高。
2) 有效于像搭载部件一样被限定的空间中的搭载。
3) 能够以网状成形，生产率提高。
进而在应用于使用压粉磁芯材料的电动机芯等的成形的情况下，具有 下述效果。4)在与以往相同的磁铁密度的情况下，能够小型化压粉磁芯。
随着突起的部分的密度为真密度的96%以上、98%以上，上述效果进 一步提咼。
实施例10
通过对应于实施例1 5中成形的成形体的突起部分、或凹陷部分的 形状，仅变更芯金属模分割面的上部的分割金属模要素，能够以低成本且 快速变更金属模。实施例11
使用图20，说明芯金属模的另一例。
在图20的带有阶梯芯金属模3沿周向形成有三个在径向上突出的凸 形状的台阶部2。此时，芯金属模在与台阶部2的下表面95同一的面处被 分割为上部芯91和下部芯92，在分割面被螺栓紧固。即使在使用这样的 形状的芯金属模的情况下，也能够成形实施例1 5中所示的压粉成形体。
权利要求
1.一种筒状部件的压粉成形用芯金属模，其是为对具有筒形状，且在内周侧具有轴向的突出部或径向的台阶部或凹陷部的筒状部件进行压粉成形而使用的芯金属模，其特征在于，在芯金属模主体的外周面的至少一部分具有沿径向突出的台阶部，在与所述台阶部的上表面同一的面处，芯金属模主体被分割为上下两部分，被分割的面之间通过机械紧固或粘接材料粘接。
2. 根据权利要求1所述的筒状部件的压粉成形用芯金属模，其特征在于，所述被上下分割后的芯之间通过在分割面的中央部分进行螺栓紧固、 螺纹紧固或者在一方的芯形成凹部，在另一方的芯形成凸部而嵌入来紧 固。
3. 根据权利要求1所述的筒状部件的压粉成形用芯金属模，其特征 在于，在所述被上下分割的芯的至少一方的分割面上实施利用喷丸硬化进 行的表面处理，被赋予压縮残留应力。
4. 根据权利要求1所述的筒状部件的压粉成形用芯金属模，其特征 在于，可与压粉成形的筒状部件的形状相对应地变更被上下分割为两部分 的芯中的上部的芯。
5. 根据权利要求1所述的筒状部件的压粉成形用芯金属模，其特征 在于，所述台阶部的上表面与所述芯金属模主体的连结部即角部满足以下所述条件的至少一个，艮P:1) 非曲面构造；2) 在将所述角部的曲率半径设为R，将所述台阶部的径向的宽度设为 S时，满足R/5〈0.2;3) 在将所述角部的曲率半径设为R时，R<0.2mm。
6. —种筒状部件的压粉成形装置，其特征在于，具有在权利要求1所述的芯金属模的外侧配置上冲头和下冲头，且 在该上冲头和下冲头的外侧配置冲模的结构，通过使所述上冲头和所述下冲头相对移动，对填充在所述上冲头和所 述下冲头之间的粉体进行压粉成形。
7. —种筒状部件的压粉成形方法，其特征在于，在芯金属模的外侧配置上冲头和下冲头，在该上冲头和下冲头的外侧 配置冲模，通过使所述上冲头和所述下冲头相对移动，对填充在所述上冲 头和所述下冲头之间的粉体进行压粉成形，制造具有筒形状，且在内周侧 具有台阶或凹陷的筒状部件，所述芯金属模在芯金属模主体的外周面的至 少一部分具有向径向突出的台阶部，且芯金属模主体在与所述台阶部的上 表面同一的面处被分割为上下两部分，在分割面利用紧固部件机械紧固或 利用粘接材料粘接。
8. 根据权利要求7所述的筒状部件的压粉成形方法，其特征在于， 在设置于所述芯金属模的外周面的所述台阶部的上方固定所述下冲头，使所述上冲头移动，由此对在所述上冲头和所述下冲头之间填充的粉 体进行压粉成形，制造内周侧的至少一部分向轴向突出的筒状部件。
9. 根据权利要求7所述的筒状部件的压粉成形方法，其特征在于，在设置于所述芯金属模的外周面的所述台阶部的下方固定所述下冲 头，使所述上冲头移动，由此对在所述上冲头和所述下冲头之间填充的粉 体进行压粉成形，制造内周侧的至少一部分向径向凹陷的筒状部件。
全文摘要
一种筒状部件的压粉成形用芯金属模、压粉成形装置、及压粉成形方法，在使用了阶梯芯金属模的、具有筒形状且在内周侧具有沿轴向突出的突出部或径向的凹陷部的筒状部件的压粉成形中，即使减小阶梯部和与之连续的侧面部的角部的曲率半径，也不发生角部破裂。该压粉成形用芯金属模是用于对具有筒形状，且在内周侧具有轴向的突出部或径向的台阶部的筒状部件进行压粉成形而使用的芯金属模，在芯金属模主体的外周面的至少一部分具有沿径向突出的台阶部，芯金属模主体在与所述台阶部的上表面同一的面被分割为上下两部分，被分割的面之间通过机械紧固或粘接材料粘接。
文档编号B22F3/03GK101306470SQ20081009269
公开日2008年11月19日 申请日期2008年4月25日 优先权日2007年4月27日
发明者小林金也, 岛治郎, 榎本裕治, 石原千生, 石泽修一, 荒川友明, 长岛英明 申请人:日立粉末冶金株式会社