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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Umformwerkzeuganordnung, die Formwerkzeuge enthält, die zum Herstellen von Mikrobauteilen, wie z. B. Mikrozahnrädern, verwendet werden können. In den Formwerkzeugen wird ein Rohmaterial mit einem Metallpulver und einem Bindemittel, das Plastizität aufweist, zu einem Grünkörper mit einer Form ähnlich derjenigen des Mikrowerkstücks verdichtet.
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Hintergrundtechnik
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Seit kurzem gibt es bei der Herstelllung von digitalen Haushaltsgeräten, fortschrittlicher medizinischer Ausrüstung und IT-Geräten Tendenzen in Richtung einer Verringerung der Abmessungen und einer Erhöhung der Leistungsfähigkeiten der Geräte. Die Anforderungen zur Verringerungen von Abmessungen und Wanddicken sind daher für Bauteile solcher Vorrichtungen gestiegen. Obwohl Mikrobauteile grundsätzliche kleine Abmessungen und dünne Wände aufweisen, müssen diesbezüglich die Mikrobauteile noch kleiner sein und dünnere Wände aufweisen. Ein Herstellungsverfahren für solche Mikrobauteile ist in der
japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2006-344581 offenbart. In diesem Verfahren wird ein Rohmaterial mit einem Metallpulver und einem Bindemittel, das Plastizität aufweist, in ein Formwerkzeug gefüllt und mittels eines Stempels komprimiert, wodurch ein Grünkörper mit einer Form ähnlich derjenigen der Zielform gebildet wird. Der Grünkörper wird anschließend gesintert.
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Gemäß dem Herstellungsverfahren für Grünkörper, das in der
japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2006-344581 offenbart ist, wird das Rohmaterial in ausreichender Weise in einen Teil des Formwerkzeugs gefüllt, der einem dünnwandigen Teil der Zielform entspricht. Daher wird ein Grünkörper mit hoher Genauigkeit erhalten. Da in diesem Fall das Rohmaterial verschieden ist von einem Rohpulver, das in einem gewöhnlichen Pulvermetallurgieprozess verwendet wird, und Plastizität aufweist, ist das Rohmaterial schwierig zu verwenden. Das heißt, eine vorgegebene Menge des Rohmaterials muss direkt in das Formwerkzeug gefüllt werden, wobei dies die Schrittzahl im Prozess erhöht. Das Rohmaterial wird bei jedem Verdichten in das Formwerkzeug gefüllt, wie im Fall eines gewöhnlichen Umformens zum Verdichten eines Pulvers. Da jedoch im Fall des Formens eines Mikrobauteils die Menge an Rohpulver, die für eine Verdichtung benötigt wird, sehr klein ist, ist dieses Herstellungsverfahren nicht effizient.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Umstände gemacht, wobei es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Umformwerkzeuganordnung für Mikrobauteile zu schaffen. Gemäß der Umformwerkzeuganordnung wird ein Rohmaterial mit einem Metallpulver und einem Bindemittel, das Plastizität aufweist (im Folgenden als „Rohmaterial” bezeichnet), einfach den Formwerkzeugen zugeführt und somit effizient verdichtet, wobei ein Grünkörper erhalten wird.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Umformwerkzeuganordnung für Mikrobauteile, wobei die Umformwerkzeuganordnung ein Umformwerkzeug, einen Kolben und einen Stempel enthält. Das Umformwerkzeug ist mit einem äußeren Formwerkzeug, einem inneren Formwerkzeug, einem am inneren Formwerkzeug ausgebildeten Speicherabschnitt und einem am inneren Formwerkzeug ausgebildeten Stempelloch ausgebildet. Das innere Formwerkzeug ist so ausgebildet, dass es gleitend in das äußere Formwerkzeug eingesetzt ist und wenigstens einen Teil eines Hohlraums zwischen dem Inneren Formwerkzeug und dem äußeren Formwerkzeug formt. Der Speicherabschnitt wird verwendet, um Rohmaterial mit einem Metallpulver und einem Bindemittel, das Plastizität aufweist, zu speichern. Das Stempelloch verbindet den Hohlraum und den Speicherabschnitt, um somit dazwischen einen Durchgang zu bilden. Der Kolben ist so ausgebildet, dass er gleitend in den Speicherabschnitt eingesetzt ist und das im Speicherabschnitt gespeicherte Rohmaterial durch das Stempelloch in den Hohlraum füllt. Der Stempel ist in Gleitrichtung des Kolbens gleitend in den Kolben eingesetzt und öffnet und schließt den Durchgang durch hin und her gehendes Gleiten. Der Stempel verschließt den Durchgang und komprimiert das Rohmaterial in dem Hohlraum zu einem Grünkörper durch Gleiten in Richtung des Hohlraums.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das im Speicherabschnitt des Umformwerkzeugs gespeicherte Rohmaterial mittels des Kolbens in den Hohlraum gefüllt, wobei das Rohmaterial im Hohlraum mittels des Stempels zu einem Grünkörper verdichtet wird. Anschließend wird die Umformwerkzeuganordnung geöffnet, wodurch der Grünkörper erhalten wird. Durch Wiederholen der obigen Operation werden kontinuierlich Grünkörper erhalten. Das Rohmaterial wird in einer kleinen Menge dem Hohlraum mittels des Kolbens leicht zugeführt, wobei der Stempel nicht herausgezogen werden muss, wodurch der Grünkörper effizient hergestellt wird. Das Rohmaterial wird dem Speicherabschnitt zugeführt, wenn der Kolben aus dem Speicherabschnitt herausgezogen ist. Der Kolben und das innere Formwerkzeug, in das der Kolben eingesetzt ist, können als ein Satz verwendet werden, wobei mehrere Sätze vorbereitet werden können. Während in diesem Fall ein Satz in das äußere Formwerkzeug eingesetzt und benutzt wird, kann an anderen Sätzen des inneren Formwerkzeugs, des Kolbens und des Stempels eine Wartung durchgeführt werden. Außerdem kann das Rohmaterial dem Speicherabschnitt jedes Satzes im Voraus zugeführt werden. Somit ist es nicht erforderlich, die Operation für das Zuführen des Rohmaterials zu unterbrechen, wodurch die Fertigungseffizienz weiterverbessert wird.
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In der vorliegenden Erfindung kann das Umformwerkzeug mit einem oberen Formwerkzeug und einem unteren Formwerkzeug versehen sein, die so angeordnet sind, dass sie relativ vertikal miteinander Kontakt herstellen und sich voneinander trennen können. In diesem Fall kann eines der oberen und unteren Formwerkzeuge mit dem äußeren Formwerkzeug und dem inneren Formwerkzeug versehen sein. Der Hohlraum kann gebildet werden, wenn das obere Formwerkzeug und das untere Formwerkzeug miteinander in Kontakt gebracht sind.
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In der vorliegenden Erfindung kann der Grünkörper einen Flanschabschnitt und einen Schaftabschnitt aufweisen, wobei der Schaftabschnitt vom Flanschabschnitt hervorstehen kann.
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Außerdem ist in der vorliegenden Erfindung das Umformwerkzeug vorzugsweise mit einer Heizeinrichtung zum Erwärmen des Rohmaterials im Speicherabschnitt versehen, um die Fließfähigkeit des Rohmaterials zu verbessern und das Rohmaterial leicht in den Hohlraum zu füllen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Umformwerkzeuganordnung für Mikrobauteile geschaffen, bei der das Rohmaterial dem Umformwerkzeug leicht zugeführt wird und somit ein Grünkörper effizient erhalten wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Mikrozahnrad zeigt, des aus einem Grünkörper erhalten wird, der mittels einer Umformwerkzeuganordnung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wird.
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2A bis 2D sind Querschnittsansichten, die einen frühen Teil eines Umformschritts eines Grünkörpers unter Verwendung der Umformwerkzeuganordnung der ersten Ausführungsform zeigen.
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3A bis 3D sind Querschnittsansichten, die den Rest des in den 2A bis 2D gezeigten Umformschritts zeigen.
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4 ist eine Teilquerschnittsansicht eines oberen Formwerkzeugs, das für die Umformwerkzeuganordnung der ersten Ausführungsform vorgesehen ist.
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5 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Mikrozahnrad zeigt, das aus einem Grünkörper erhalten wird, der mittels einer der Umformwerkzeuganordnungen einer zweiten Ausführungsform und einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
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6A bis 6D sind Querschnittsansichten, die einen frühen Teil eines Umformschritts eines Grünkörpers unter Verwendung der Umformwerkzeuganordnung der zweiten Ausführungsform zeigen.
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7A bis 7D sind Querschnittsansichten, die den Rest des in den 6A bis 6D gezeigten Umformschritts zeigen.
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8 ist eine Teilquerschnittsansicht eines oberen Formwerkzeugs und eines unteren Formwerkzeugs, die für die Umformwerkzeuganordnung der zweiten Ausführungsform vorgesehen sind.
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9A bis 9D sind Querschnittsansichten, die einen frühen Teil eines Umformschritts eines Grünkörpers unter Verwendung der Umformwerkzeuganordnung der dritten Ausführungsform zeigen.
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10A bis 10D sind Querschnittsansichten, die den Rest des in den 9A bis 9D gezeigten Umformschritts zeigen.
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11 ist eine Teilquerschnittsansicht eines oberen Formwerkzeugs und eines unteren Formwerkzeugs, die für die Umformwerkzeuganordnung der dritten Ausführungsform vorgesehen sind.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
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1 Erste Ausführungsform
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1-1 Mikrozahnrad
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1 zeigt ein Mikrozahnrad (im folgenden als ”Zahnrad” bezeichnet) eines Mikrobauteils. Das Zahnrad 1 wird erhalten durch Sintern eines Grünkörpers, der mittels einer Umformwerkzeuganordnung einer ersten Ausführungsform gebildet wird. Das Zahnrad 1 weist einen Stirnradabschnitt 3 und säulenartige Schaftabschnitte 4 und 5, die die gleiche Länge aufweisen, auf. Der Stirnradabschnitt 3 ist mit mehreren Zähnen 2 an dessen Außenumfangsoberfläche versehen. Jeder der Schaftabschnitte 4 und 5 erstreckt sich senkrecht auf der jeweiligen Seite von der Mitte des Stirnradabschnitts 3. Das Zahnrad 1 kann die folgenden Abmessungen aufweisen. Zum Beispiel weist der Stirnradabschnitt 3 einen Außendurchmesser D1 von mehreren hundert Mikrometern bis mehreren Millimetern auf, während die Schaftabschnitte 4 und 5 einen Durchmesser D2 von mehreren Dutzend bis mehreren hundert Mikrometern aufweisen.
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1-2 Umformwerkzeuganordnung
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(1-2-1) Struktur
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Die 2A bis 2D und die 3A bis 3D zeigen Schritte zum Formen eines Grünkörpers des Zahnrades 1 mittels einer Umformwerkzeuganordnung einer ersten Ausführungsform. Zuerst wird die Struktur der Umformwerkzeuganordnung mit Bezug auf die 2A bis 2D beschrieben. Wie in den 2A bis 2D gezeigt ist, bezeichnet ein Bezugszeichen 10 ein Umformwerkzeug, wobei das Umformwerkzeug 10 von einem oberen Formwerkzeug 20 und einem unteren Formwerkzeug 30 gebildet wird. Das obere Formwerkzeug 20 und das untere Formwerkzeug 30 sind vertikal beweglich vorgesehen und so angeordnet, dass die relativ vertikal miteinander in Kontakt kommen und voneinander trennen können.
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Das obere Formwerkzeug 20 ist mit einem äußeren Formwerkezeug 21 und einem inneren Formwerkzeug 25 versehen. Das äußere Formwerkezug 21 und das innere Formwerkzeug 25 weisen horizontale untere Oberflächen 21a bzw. 25a auf. Das äußere Formwerkzeug 21 ist mit einem zylindrischen Loch 22 versehen, das das äußere Formwerkzeug 21 vertikal durchdringt, wobei das innere Formwerkzeug 25 in einer zylindrischen Form in das zylindrische Loch 22 gleitend eingesetzt ist. Wie in 4 gezeigt ist, weist das zylindrische Loch 22 eine innere Umfangsoberfläche am unteren Endabschnitt auf, wobei die innere Umfangsoberfläche mit Innenzähnen 22a zum Formen der Zähne 2 des Stirnradabschnitts 3 des Zahnrades 1 versehen ist.
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Das innere Formwerkzeug 25 weist eine Innenseite auf, die mit einem Speicherabschnitt 26 zum Speichern eines Rohmaterials versehen ist, wobei sich der Speicherabschnitt 26 in vertikaler Richtung erstreckt und eine Öffnung an der Oberseite aufweist. Der Speicherabschnitt 26 weist eine zylindrische Innenumfangsoberfläche auf, und besitzt einen verjüngten Abschnitt 26a am unteren Endabschnitt, wobei der verjüngte Abschnitt 26a eine konische Form aufweist, die nach unten verjüngt ist. Das innere Formwerkzeug 25 ist ebenfalls an der Innenseite mit einem oberen Stempelloch 27 versehen und weist eine untere Oberfläche 25a auf. Das obere Stempelloch 27 erstreckt sich vom unteren Ende des verjüngten Abschnitts 26a nach unten und weist eine Öffnung an der Seite der unteren Oberfläche 25a auf. Das obere Stempelloch 27 ist mit dem Speicherabschnitt 26 konzentrisch, wobei das obere Stempelloch 27 und der Speicherabschnitt 26 zwischen sich einen Durchgang 28 aufweisen. Das obere Stempelloch 27 weist einen Innendurchmesser auf, der so festgelegt ist, dass er den Durchmessern der Schaftabschnitte 4 und 5 des Zahnrades 1 entspricht.
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Der Speicherabschnitt 26 des inneren Formwerkzeugs 25 ist so geformt, dass er mit einem Rohmaterial P, das Plastizität aufweist, von der Öffnung an der Oberseite her gefüllt wird, wobei das Rohmaterial P gespeichert wird. Das Rohmaterial P kann ein Pulver sein, das gebildet wird durch Mischen von 40 bis 60 Vol.-% eines Bindemittels mit einem Metallpulver und durch Kneten derselben. Das Metallpulver kann ein Eisenpulver sein, während das Bindemittel aus einem thermoplastischen Kunstharz und Wachs gebildet sein kann.
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Der Speicherabschnitt 26 ist so geformt, dass ein Kolben 40 darin gleitend von der Öffnung an der Oberseite her eingesetzt wird. Der Kolben 40 weist eine Schaftmitte auf, durch die ein oberer Stempel 50 gleitend in einer vertikalen Richtung, die eine Gleitrichtung des Kolbens 40 ist, dringt. Der obere Stempel 50 weist einen unteren Endabschnitt auf, wobei der untere Endabschnitt gleitend in das obere Stempelloch 27 eingesetzt ist, wenn der obere Stempel 50 abgesenkt ist. In diesem Fall ist der Durchgang 28 durch den oberen Stempel 50 verschlossen. Durch Anheben des oberen Stempels 50 in einen Zustand, in dem der Durchgang 28 verschlossen ist, wird der obere Stempel 50 aus dem oberen Stempelloch 27 herausgezogen und der Durchgang 28 geöffnet, wie in 2B gezeigt ist.
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Das untere Formwerkzeug 30 weist eine horizontale obere Oberfläche 30a auf die mit der unteren Oberfläche 21a des äußeren Formwerkzeugs 21 des oberen Formwerkzeugs 20 in Kontakt gebracht werden kann. Das untere Formwerkzeug 30 ist mit einem unteren Stempelloch 30 versehen, das sich vertikal erstreckt und das untere Formwerkzeug 30 durchdringt, wobei das untere Stempelloch 33 mit dem oberen Stempelloch 27 koaxial ist. Das untere Stempelloch 33 weist den gleichen Durchmesser auf wie das obere Stempelloch 27, d. h. einen Innendurchmesser, der den Durchmessern der Schaftabschnitte 4 und 5 des Zahnrades 1 entspricht. Das untere Stempelloch 33 ist so ausgebildet, dass ein unterer Stempel 60 darin gleitend eingesetzt ist.
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(1-2-2) Umformschritt
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Ein Umformschritt für einen Grünkörper des Zahnrades 1 unter Verwendung der Umformwerkzeuganordnung der ersten Ausführungsform wird mit Bezug auf die 2A bis 2D und die 3A bis 3D beschrieben. Zuerst wird das innere Formwerkzeug 25 des oberen Formwerkzeugs 20 in das äußere Formwerkzeug 21 eingesetzt, so dass die Innenzähne 22a des unteren Endabschnitts des zylindrischen Lochs 22 freiliegen. Die unter Oberfläche 21a des Äußeren Formwerkzeugs 21 und die obere Oberfläche 30a des unteren Formwerkzeugs 30 werden in Kontakt gebracht und festgeklemmt. Anschließend wird der obere Stempel 50 an der Seite des oberen Formwerkzeugs 20 in das obere Stempelloch 27 eingesetzt, um somit den Durchgang 28 zu verschließen, wobei der untere Stempel 60 an der Seite des unteren Formwerkzeugs 30 abgesenkt wird. Somit wird im Umformwerkzeug 10 ein Hohlraum 11 mit einem kreuzförmigen Querschnitt gebildet. Der Hohlraum 11 weist an der Seite des oberen Formwerkzeugs 20 einen Abschnitt auf, der dem Stirnradabschnitt 3 und den Schaftabschnitt 4 an der oberen Seite des Zahnrades 1 entspricht. Der Hohlraum 11 weist ferner an der Seite des unteren Formwerkzeugs 30 einen Abschnitt auf, der dem Schaftabschnitt 5 an der unteren Seite des Zahnrades 1 entspricht. Andererseits wird das Rohmaterial P dem Speicherabschnitt 26 des inneren Formwerkzeugs 25 zugeführt, bis der Speicherabschnitt 26 nahezu gefüllt ist, wobei das vordere Ende des Kolbens 40 in den Speicherabschnitt 26 eingeführt wird (2A).
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Als Nächstes wird der obere Kolben 50 angehoben und aus dem oberen Stempelloch 27 herausgezogen, wodurch der Durchgang 28 geöffnet wird. Somit sind der Hohlraum 11 und der Speicherabschnitt 26 über das obere Stempelloch 27 verbunden. In diesem Zustand wird der Kolben 40 nach unten gedrückt, wodurch eine notwendige Menge des Rohmaterials P aus dem Durchgang 28 in den Hohlraum 11 gefüllt wird (2B).
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Anschließend wird der obere Stempel 50 niedergedrückt, um somit den Durchgang 28 zu verschließen, wobei der obere Stempel 50 weiter niedergedrückt wird, um somit das Rohmaterial P im Hohlraum 11 zu verdichten (2C und 2D). Somit wird der Stirnradabschnitt 3 zwischen dem inneren Formwerkzeug 25 des oberen Formwerkzeugs 20 und dem unteren Formwerkzeug 30 gebildet, wobei die Schaftabschnitte 4 und 5 an dem oberen Stempelloch 27 bzw. dem unteren Stempelloch 33 gebildet werden. Dementsprechend wird ein Grünkörper 1A eines Zahnrades 1 gebildet.
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Nachdem der Grünkörper 1A im Umformwerkzeug 10 wie oben beschrieben gebildet worden ist, wird das Umformwerkzeug 10 geöffnet, um somit den Grünkörper 1A herauszuziehen. In diesem Fall wird das äußere Formwerkzeug 21 des oberen Formwerkzeugs 20 angehoben, so dass die untere Oberfläche 21a auf dem gleiche Niveau wie die untere Oberfläche 25a des inneren Formwerkzeugs 25 liegt, wodurch der Stirnradabschnitt 3 freigelegt wird (3A). Anschließend werden das äußere Formwerkzeug 21 und das innere Formwerkzeug 25 angehoben, während der obere Stempel 50 den Grünkörper 1A niederhält, wodurch der Schaftabschnitt 4 an der Oberseite des Zahnrades 1 freigelegt wird (3B). Als Nächstes wird die Gesamtheit der Strukturkomponenten an der Seite des oberen Formwerkzeugs 20 angehoben (3C), wobei der untere Stempel 60 angehoben wird, wodurch der Schaftabschnitt 5 an der unteren Seite des Zahnrades 1 aus dem unteren Stempelloch 33 nach oben herausgezogen wird (3D).
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Wie oben beschrieben worden ist, wird ein Grünkörper 1A mittels einer solchen Operation gebildet. Nachdem der Grünkörper 1A aus der Umformwerkzeuganordnung entnommen worden ist, wird der Zustand der Umformwerkzeuganordnung in den in 2A gezeigten Zustand zurückgeführt. Anschließend wird durch Wiederholen der obigen Operation ein Grünkörper 1A gebildet. Eine solche Umformoperation des Grünkörpers 1A wird wiederholt, bis das Rohmaterial P im Speicherabschnitt 26 aufgebraucht ist.
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(1-2-3) Wirkungen
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Gemäß der Umformwerkzeuganordnung der ersten Ausführungsform wird der obere Stempel 50 angehoben, um somit den Durchgang 28 zu öffnen, wobei das Rohmaterial P, das im Speicherabschnitt 26 im Umformwerkzeug 10 gespeichert ist, mittels des Kolbens 40 in den Hohlraum 11 gefüllt wird. Als Nächstes wird der obere Stempel 50 niedergedrückt, um somit den Durchgang 28 zu verschließen, wobei das Rohmaterial P im Hohlraum 11 anschließend mittels des oberen Stempels 50 verdichtet wird. Anschließend wird die Umfomrmwerkzeuganordnung geöffnet, wodurch ein Grünkörper 1A erhalten wird. Durch Wiederholen dieser Operation werden nacheinander Grünkörper 1A erhalten. Eine kleine Menge des Rohmaterials P wird leicht in den Hohlraum 11 gefüllt, indem der Kolben 40 niedergedrückt wird, ohne den oberen Stempel 50 herauszuziehen. Selbst wenn dementsprechend die Menge des Rohmaterials P bei einer Umformung klein ist, wird der Grünkörper 1A effizient hergestellt.
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Nachdem das Rohmaterial P im Speicherabschnitt 26 aufgebraucht ist, wird der Kolben 40 aus dem inneren Formwerkzeug 25 herausgezogen und neues Rohmaterial P dem Speicherabschnitt 26 zugeführt. Anschließend wird der Kolben 40 wieder in das innere Formwerkzeug 25 eingesetzt um die Umformoperation fortzusetzen. In dieser Ausführungsform können der Kolben 40 und das innere Formwerkzeug 25, in das der obere Stempel 50 eingesetzt ist, als ein Satz verwendet werden. In diesem Fall können mehrere Sätze vorbereitet werden, wobei ein Satz in das äußere Formwerkzeug 21 eingesetzt und betätigt wird. Auf diese Weise kann an den anderen Sätzen des inneren Formwerkzeugs 25 des Kolbens 40 und des oberen Stempels 50 eine Wartung durchgeführt werden, während die Umformwerkzeuganordnung betrieben wird. Außerdem kann das Rohmaterial P jedem Satz im Voraus zugeführt werden. Es ist daher nicht erforderlich, die Operation für die Zuführung des Rohmaterials P zu unterbrechen, wodurch die Herstellungseffizienz weiter verbessert wird.
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Als Nächstes werden eine zweite Ausführungsform und eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 5, 6A bis 6D, 7A bis 7D und 8, sowie 9A bis 9D und 10A bis 10D bzw. 11 beschrieben. In diesen Figuren weisen Strukturkomponenten ähnlich den Strukturkomponenten der ersten Ausführungsform die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen der Strukturkomponenten der ersten Ausführungsform auf, wobei Beschreibungen für diese Strukturkomponenten weggelassen oder vereinfacht sind.
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2 Zweite Ausführungsform
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2-1 Mikrozahnrad
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5 zeigt ein Mikrozahnrad eines Mikrobauteils. Das Zahnrad 7 wird erhalten durch sintern eines Grünkörpers, der mittels Umformwerkzeuganordnung einer zweiten Ausführungsform gebildet wird. Das Zahnrad 7 ist zweitstufiges Zahnrad, in welchem ein Stirnradabschnitt 6 an einer Seite obere Seite in 5 eines Stirnradabschnitts 3 ausgebildet ist. Der Stirnradabschnitt 6 weist einen kleineren Durchmesser auf, wobei der Stirnradabschnitt 3 einen größeren Durchmesser aufweist. Der Stirnradabschnitt 6 ist mit mehreren Zähnen 2 an seiner Außenumfangsoberfläche versehen. Das Zahnrad 7 weist ebenfalls Schaftabschnitte 4 und 5 auf. Der Schaftabschnitt 4 ragt vom Stirnradabschnitt 6 hervor, während der Schaftabschnitt 5 vom Stirnradabschnitt 3 hervorsteht. Das Zahnrad 7 kann die folgenden Abmessungen aufweisen. Zum Beispiel weist der Stirnradabschnitt 3 einen Außendurchmesser D1 von mehreren Hundert Mikrometern bis mehreren Millimeter auf, wobei die Schaftabschnitte 4 und 5 einen Durchmesser D2 von mehreren Dutzend bis mehreren Hundert Mikrometern aufweisen.
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2-2 Umformwerkzeuganordnung
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(2-2-1) Struktur
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Die 6A bis 6D und die 7A bis 7D zeigen einen Umformschritt eines Grünkörpers des Zahnrades 7 mittels der Umformwerkzeuganordnung der zweiten Ausführungsform. in der Umformwerkzeuganordnung der zweiten Ausführungsform, wie in 8 gezeigt ist, weist das zylindrische Loch 22 des äußeren Formwerkzeugs 21 des oberen Formwerkzeugs 20 eine Innenumfangsoberfläche am unteren Endabschnitt auf. Die Innenumfangsoberfläche ist mit Innenzähnen 22a versehen, wie im Fall der ersten Ausführungsform. Die Innenzähne 22a werden verwendet, um die Zähne 2 des Stirnradabschnitts 3 des Zahnrades 7 zu bilden.
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Andererseits ist das untere Formwerkzeug 30 mit einem zylindrischen Loch 31 versehen. Das zylindrische Loch 31 weist Öffnungen an beiden Enden auf und besitzt einen Innendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Stirnradabschnitts 6 des Zahnrades 7. Das zylindrische Loch 31 ist so ausgebildet, dass ein inneres Formwerkzeug 32 darin vertikal gleitend eingesetzt ist. Wie in 8 gezeigt ist, weist das zylindrische Loch 31 eine Innenumfangsoberfläche von oberen Endabschnitt auf, wobei die Innenumfangsoberfläche mit Innenzähnen 31a zum Ausbilden der Zähne 2 des Stirnradabschnitts 6 des Zahnrades 1 versehen ist. Das innere Formwerkzeug 32 weist ein Zentrum auf, das mit einem unteren Stempelloch 33 versehen ist, wobei das untere Stempelloch 33 so ausgebildet ist, dass der untere Stempel 60 darin gleitend eingesetzt ist. Das innere Formwerkzeug 32 und der untere Stempel 60 sind koaxial mit dem Kolben 40 und dem oberen Stempel 50 an der Seite des oberen Formwerkzeugs 20 angeordnet.
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(2-2-2) Umformschritt
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Die oben erwähnten Strukturkomponenten unterscheiden sich von den Strukturkomponenten der ersten Ausführungsform. Ein Umformschritt für einen Grünkörper des Zahnrades 7 unter Verwendung der Umformwerkzeuganordnung der zweiten Ausführungsform wird mit Bezug auf die 6A bis 6D und die 7A bis 7D beschrieben. Zuerst wird das innere Formwerkzeug 25 des oberen Formwerkzeugs 20 in das äußere Formwerkzeug 21 eingesetzt, so dass die Innenzähne 22a am unteren Endabschnitt des zylindrischen Loches 22 freiliegen. Die untere Oberfläche 21a des äußeren Formwerkzeugs 21 und die obere Oberfläche 30a des unteren Formwerkzeugs 30 werden in Kontakt gebracht und festgeklemmt. Anschließend wird der obere Stempel 50 an der Seite des oberen Formwerkzeugs 20 eingesetzt, so dass die untere Stirnfläche auf gleichem Niveau wie die untere Oberfläche 25a des inneren Formwerkzeugs 25 ist, wodurch der Durchlass 28 verschlossen ist. Das Innere Formwerkzeug 32 wird tiefer angeordnet als das untere Formwerkzeug 30, um somit die Innenzähne 31a ab oberen Endabschnitt des zylindrischen Loches 31 freizulegen. Außerdem ist der untere Stempel 60 stärker abgesenkt als das innere Formwerkzeug 32, um somit einen Hohlraum 11 im Umformwerkzeug 10 zu bilden. Der Hohlraum 11 weist an der Seite des oberen Formwerkzeugs 20 einen Abschnitt auf, der dem Stirnradabschnitt 3 des Zahnrades 7 entspricht. Der Hohlraum 11 weist ferner an der Seite des unteren Formwerkzeugs 30 einen Abschnitt auf, der dem Stirnradabschnitt 6 und dem Schaftabschnitt 4 des Zahnrades 7 entspricht. Andererseits wird das Rohmaterial P dem Speicherabschnitt 26 des inneren Formwerkzeugs 25 zugeführt, bis der Speicherabschnitt 26 nahezu gefüllt, wobei das vordere Ende des Kolbens 40 in den Speicherabschnitt 26 eingesetzt wird (6A).
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Als Nächstes wird der obere Stempel 50 angehoben und aus dem oberen Stempelloch 27 herausgezogen, wodurch der Durchlass 28 geöffnet wird. Somit sind der Hohlraum 11 und der Speicherabschnitt 26 über das obere Stempelloch 27 verbunden. Das obere Stempelloch 27 dient als Teil des Hohlraums 11. In diesem Zustand wird der Kolben 40 niedergedrückt, wodurch eine benötigte Menge des Rohmaterials P aus dem Durchlass 28 in den Hohlraum 11 mit einem kreuzförmigen Querschnitt, das obere Stempelloch 27 enthält, gefüllt wird (6B).
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Der obere Stempel 50 wird niedergedrückt, um somit den Durchgang 28 zu verschließen, wobei der obere Stempel 50 weiter niedergedrückt wird, um somit das Rohmaterial P im Hohlraum 11 zu verdichten (6C und 6D). Somit werden der Stirnradabschnitt 3 und der Schaftabschnitt 5 an der Seite des oberen Formwerkzeugs 20 ausgebildet, während der Stirnradabschnitt 6 und der Schaftabschnitt 4 an der Seite des unteren Formwerkzeugs 30 ausgebildet werden. Dementsprechend wird ein Grünkörper 7A des Zahnrades 7 gebildet.
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Das Umformwerkzeug 10 wird geöffnet, um den Grünkörper 7A herauszuziehen. Zuerst wird das äußere Formwerkzeug 21 des oberen Formwerkzeugs 20 angehoben, um somit den Stirnradabschnitt 3 freizulegen (7A). Während anschließend der obere Stempel 50 den Grünkörper 7A niederhält, werden das äußere Formwerkzeug 21 und das innere Formwerkzeug 25 angehoben, um den Schaftabschnitt 5 freizulegen (7B). Das untere Formwerkzeug 30 wird abgesenkt, um somit den Stirnradabschnitt 6 freizulegen (7C). Außerdem werden das untere Formwerkzeug 30 und das innere Formwerkzeug 32 weiter abgesenkt, wodurch der Schaftabschnitt 4 aus dem unteren Stempelloch 3 herausgezogen wird (7D). Nachdem die Gesamtheit aller Strukturkomponenten an der Seite des oberen Formwerkzeugs 20 angehoben worden ist, wird der Grünkörper 7A aus der Umformwerkzeuganordnung entnommen. Wie oben beschrieben worden ist, wird ein Grünkörper 7A mittels einer solchen Operation gebildet. Nachdem der Grünkörper 7A aus der Umformwerkzeuganordnung entnommen worden ist, wird der Zustand der Umformwerkzeuganordnung in den in 6A gezeigten Zustand zurückgeführt. Anschließend werden durch wiederholen der obigen Operation mehrere Grünkörper 7A erhalten.
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3 Dritte Ausführungsform
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3-1 Mikrozahnrad
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Die Umformwerkzeuganordnung der dritten Ausführungsform kann ebenso verwendet werden, um den Grünkörper des in 5 gezeigten Zahnrades 7 zu bilden.
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3-2 Umformwerkzeuganordnung
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(3-2-1)
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Die 9A bis 9D und die 10A bis 10D zeigen einen Umformschritt eines Grünkörpers des Zahnrades 7 mittels der Umformwerkzeuganordnung der dritten Ausführungsform. In der Umformwerkzeuganordnung der dritten Ausführungsform weist das zylindrische Loch 22 des äußeren Formwerkzeugs 21 des oberen Formwerkzeugs 20 einen unteren Endabschnitt auf. Dieser untere Endabschnitt ist im Durchmesser über einen verjüngten Abschnitt 22b reduziert und mit einem Abschnitt 22c mit kleinem Durchmesser versehen. Das innere Formwerkzeug 22 ist so geformt, dass es gleitend in das zylindrische Loch 22 eingesetzt ist, und weist einen unteren Endabschnitt auf. Dieser untere Endabschnitt ist im Außendurchmesser über einen verjüngten Abschnitt 25b reduziert und mit einem Abschnitt 25c mit kleinem Durchmesser versehen, um somit der Form der unteren Endabschnitts des zylindrischen Loches 22 zu entsprechen. Der Abschnitt 25c mit kleinerem Durchmesser ist so geformt, dass er in den Abschnitt 22c mit kleinerem Durchmesser des zylindrischen Loches 22 gleitend eingesetzt ist. Wie in 11 gezeigt ist, weist der Abschnitt 22c mit kleinerem Durchmesser an der Seite des oberen Formwerkzeugs 20 eine Innenumfangsoberfläche auf, die mit Innenzähnen 22d zum Formen der Zähne 2 des Stirnradabschnitts 6 des Zahnrades 7 versehen ist.
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Das untere Formwerkzeug 30 der dritten Ausführungsform ist mit einem zylindrischen Loch 35 versehen, das an beiden Enden Öffnungen aufweist, und einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser der Stirnradabschnitts 3 des Zahnrades 7. Das zylindrische Loch 35 ist so geformt, dass ein inneres Formwerkzeug 36 darin vertikal gleitend eingesetzt ist. Wie in 11 gezeigt ist, weist das zylindrische Loch 35 eine Innenumfangsoberfläche am oberen Endabschnitt auf, wobei die Innenumfangsoberfläche mit Innenzähnen 35a zum Formen der Zähne 2 des Stirnradabschnitts 3 versehen ist. Das innere Formwerkzeug 36 ist mit einem unteren Stempelloch 33 versehen, wobei sich das untere Stempelloch 33 vertikal erstreckt und so geformt ist, dass darin der untere Stempel 60 gleitend eingesetzt ist. Das innere Formwerkzeug 36 und der untere Stempel 60 sind koaxial mit dem Kolben 40 und dem oberen Stempel 50 an der Seite des oberen Formwerkzeugs 20 angeordnet.
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(3-2-2) Umformschritt
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Ein Umformschritt für einen Grünkörper des Zahnrades 7 unter Verwendung der Umformwerkzeuganordnung der dritten Ausführungsform wird mit Bezug auf die 9A bis 9D und die 10A bis 10D beschrieben. Zuerst wird das innere Formwerkzeug 25 des oberen Formwerkzeugs 20 in das äußere Formwerkzeug 21 eingesetzt, so dass die Innenzähne 22d am unteren Endabschnitt des zylindrischen Loches 22 freiliegen. Die untere Oberfläche 21a des äußeren Formwerkzeugs 21 und die obere Oberfläche 30a des unteren Formwerkzeugs 30 werden in Kontakt gebracht und festgeklemmt. Anschließend wird der obere Stempel 50 an der Seite des oberen Formwerkzeugs 20 in das obere Stempelloch 27 eingeführt, um somit den Durchgang 28 zu verschließen. Das innere Formwerkzeug 36 wird niedriger als das untere Formwerkzeug 30 positioniert, um somit die Innenzahne 35a am oberen Endabschnitt des zylindrischen Loches 35 freizulegen. Außerdem wird der untere Stempel 60 stärker als das innere Formwerkzeug abgesenkt, um somit einen Hohlraum 11 im Umformwerkzeug 10 zu bilden. Der Hohlraum 11 weist an der Seite des oberen Formwerkzeugs 20 einen Abschnitt auf, der den Stirnradabschnitt 6 und dem Schaftabschnitt 4 des Zahnrades 7 entspricht. Der Hohlraum 11 weist ferner an der Seite des unteren Formwerkzeugs 30 einen Abschnitt auf, der dem Stirnradabschnitt 3 und dem Schaftabschnitt 5 des Zahnrades 7 entspricht. Andererseits wird das Rohmaterial P dem Speicherabschnitt 26 des inneren Formwerkzeugs 25 zugeführt, bis der Speicherabschnitt 26 nahezu gefüllt ist, wobei das vordere Ende des Kolbens 40 in den Speicherabschnitt 26 eingeführt wird (9A).
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Als Nächstes wird der obere Stempel 50 angehoben und aus dem oberen Stempelloch 27 herausgezogen, wodurch der Durchgang 28 geöffnet wird. Somit sind der Hohlraum 11 und der Speicherabschnitt 26 über das obere Stempelloch 27 verbunden. In diesem Zustand wird der Kolben 40 niedergedrückt, wodurch eine benötigte Menge des Rohmaterials P aus dem Durchgang 28 in den Hohlraum 11 gefüllt wird (9B).
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Der obere Stempel 50 wird niedergedrückt, um somit den Durchgang 28 zu verschließen, wobei der obere Stempel 50 weiter niedergedrückt wird, um somit das Rohmaterial P im Hohlraum 11 zu verdichten (9C und 9D). Somit werden der Stirnradabschnitt 6 und der Schaftabschnitt 4 an der Seite des oberen Formwerkzeugs 20 gebildet, während der Stirnradabschnitt 3 und der Schaftabschnitt 5 an der Seite des unteren Formwerkzeugs 30 gebildet werden. Dementsprechend wird ein Grünkörper 7A des Zahnrades 7 gebildet.
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Das Umformwerkzeug 10 wird geöffnet, um somit den Grünkörper 7A herauszuziehen. Zuerst wird das äußere Formwerkzeug 21 des oberen Formwerkzeugs 20 angehoben, um den Stirnradabschnitt 6 freizulegen (10A). Während anschließend der obere Stempel 50 im Grünkörper 7A niederhält, werden das äußere Formwerkzeug 21 und das innere Formwerkzeug 25 angehoben, um den Schaftabschnitt 4 freizulegen (10B). Nachdem die Gesamtheit der Strukturkomponenten an der Seite des oberen Formwerkzeugs 20 angehoben ist (10C), wird der untere Stempel 60 angehoben, wodurch der Schaftabschnitt 5 nach oben aus dem unteren Stempelloch 33 herausgezogen wird (10D). Wie oben beschrieben worden ist, wird durch die Operation ein Grünkörper 7A gebildet. Nachdem der Grünkörper 7A aus der Umformwerkzeuganordnung entnommen ist, wird der Zustand der Umformwerkzeuganordnung in den in 9A gezeigten Zustand zurückgeführt. Anschließend werden durch Wiederholen der obigen Operation mehrere Grünkörper 7A erhalten.
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4 Wirkungen der zweiten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform
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Gemäß der zweiten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform wird ein Grünkörper 7A eines Zahnrades 7 mit zwei Radabschnitten und Schäften erhalten. In diesem Fall weist das Zahnrad 7 einen Stirnradabschnitt 3 und einen Stirnradabschnitt 6 auf, die koaxial angeordnet sind, wobei der Stirnradabschnitt 3 einen größeren Durchmesser aufweist und der Stirnradabschnitt 6 einen kleineren Durchmesser aufweist. In der zweiten Ausführungsform und dritten Ausführungsform, wie im Fall der ersten Ausführungsform, wird das Rohmaterial P dem Umfangwerkzeug 10 leicht zugeführt, wodurch ein Grünkörper effizient erhalten wird. Außerdem können der Kolben 40 und das innere Formwerkzeug 25, in das der obere Stempel 50 eingesetzt wird, als ein Satz verwendet werden, wobei mehrere Sätze vorbereitet werden können, um somit die Wartung des Satzes effizient durchzuführen und das Rohmaterial P effizient zuzuführen.
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5 Variationen der vorliegenden Erfindung
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In den obigen Ausführungsformen wird ein Zahnrad als ein Mikrobauteil gebildet, das Schaftabschnitte an beiden Seiten eines Stirnradabschnitts aufweist. Zusätzlich zu dem Mikrobauteil mit den Schaftabschnitten an beiden Seiten des Stirnradabschnitts kann ein Mikrobauteil gebildet werden, dass den Schaftabschnitt an einer Seite des Stirnradabschnitts aufweist. Alternativ kann ein Mikrobauteil gebildet werden, das nur den Stirnradabschnitt aufweist. Andererseits kann ein Mikrobauteil so gebildet werden, dass es Schaftabschnitte an beiden Seiten eines einfachen scheibenförmigen Flanschabschnitts anstelle des Stirnradabschnitts aufweist. In diesem Fall kann ein Mikrobauteil so gebildet werden, dass es einen Schaftabschnitt an einer Seite des Flanschabschnitts aufweist. Außerdem kann ein Mikrobauteil in einer einfachen Scheibenform gebildet werden.
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Ferner ist das obere Formwerkzeug 20 mit dem Speicherabschnitt 26 vorzugsweise mit einer Heizeinrichtung zum Erwärmen des Rohmaterials P im Speicherabschnitt 26 versehen. Durch Erwärmen des Rohmaterials P mit dieser Heizeinrichtung wird die Fließfähigkeit des Rohmaterials P erhöht, wobei das Füllen des Rohmaterials P in den Hohlraum gleichmäßig und in ausreichender Weise durchgeführt wird. In diesem Fall ist die Heiztemperatur so eingestellt, dass sie nahe dem Erweichungspunkt des thermoplastischen Harzes liegt, das dem Bindemittel des Rohmaterials zugesetzt ist. Es ist zu beachten, dass die Heizeinrichtung sowohl am oberen Formwerkzeug 20 als auch am unteren Formwerkzeug 30 vorgesehen sein kann, um den Hohlraum zu heizen.