(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形粉末をダイに充填する過程と、前記ダイに充填される成形粉末をフィーダボックスによってすり切る過程とを含む粉末成形プレスの給粉方法において、
前記フィーダボックスと前記ダイの上端との間に板状のシャッターを位置させ、該シャッターの移動により前記フィーダボックスの底部開口を開閉して成形粉末を前記ダイに充填し、前記ダイに充填される成形粉末の前記ダイの上端から所定深さの表層領域を仕切部材によって面方向で複数の小区画に区分し、前記フィーダボックスが前記ダイの上端から前記シャッターの板厚分離れた位置で成形粉末をすり切るようにしたことを特徴とする給粉方法。
【請求項２】
前記フィーダボックスによるすり切り後に各小区画内の成形粉末を掻き混ぜるようにする請求項１に記載の給粉方法。
【請求項３】
成形粉末をダイに充填するとともに成形粉末をすり切るように作動するフィーダボックスを備える粉末成形プレスにおいて、
前記フィーダボックスと前記ダイの上端との間に位置させられて前記フィーダボックスの底部開口を開閉し成形粉末を前記ダイ内に充填する板状のシャッターと、前記ダイ内に充填される成形粉末の前記ダイの上端から所定深さの表層領域を面方向で複数の小区画に区分する仕切部材と、該仕切部材を着脱可能に保持すると共に、前記フィーダボックスによる成形粉末のすり切り前に前記仕切部材をアンクランプして前記ダイ内に設置し、前記すり切り動作後に前記仕切部材をクランプして前記ダイ内から離脱させるクランプ手段と、を備え、
前記フィーダボックスが前記ダイの上端から前記シャッターの板厚分離れた位置で成形粉末をすり切ることを特徴とする粉末成形プレス。
【請求項４】
前記仕切部材の小区画に挿入可能な振動針と、この振動針に振動を与える振動機構と、を有する混粒装置をさらに備える請求項３に記載の粉末成形プレス。
【請求項５】
成形粉末をダイに充填するフィーダボックスを備える粉末成形プレスにおいて、
前記フィーダボックスと前記ダイの上端との間に位置して前記フィーダボックスの底部開口を開閉し成形粉末を前記ダイ内に充填するとともに前記フィーダボックスの底部開口と前記ダイの上端との間を前記フィーダボックスとは独立して進退動できるようになっている板状のシャッターと、前記ダイ内に充填される成形粉末の少なくとも表層領域を面方向で複数の小区画に区分する仕切部材と、該仕切部材を着脱可能に保持すると共に、成形粉末のすり切り前に前記仕切部材をアンクランプしてダイ内に設置し、前記すり切り後に前記仕切部材をクランプして前記ダイ内から離脱させるクランプ手段と、を備えることを特徴とする粉末成形プレス。
【請求項６】
前記フィーダボックスが上下方向可動に構成されており、前記シャッター上面には先端にかけて下り傾斜の勾配面が形成されている請求項５に記載の粉末成形プレス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は粉末成形プレスに関し、特にダイに対する成形粉末の給粉技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉末を金型を使用して成形する工程を経て製造される成形品については、成形品の密度均一化及び寸法精度の向上が品質の善し悪しを決める重要な一要素とされており、そのためにはダイ内に充填される成形粉末の充填密度を給粉時に如何にして均一化させるかが課題とされている。
【０００３】
図９は粉末成形プレスの給粉過程を示す一従来例である。１はフィーダボックスで、その内部にはフィーダホース２を通じて図示せぬホッパに貯留してある成形粉末が供給される。このフィーダボックス１は、ダイプレート３の上面を摺動してダイ４内に成形粉末を供給し、そして後退方向Ｂへ後退しつつ充填された成形粉末をすり切るように作動される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
こうした給粉過程において、フィーダボックス１が成形粉末をすり切る際には、図９で矢示するように、フィーダボックス１の後退につられて成形粉末が後退方向Ｂの斜め下方へ移動するという成形粉末の挙動特性が解明されている（参考文献として「粉体及び粉末冶金」第４５巻第９号“粉末充填挙動の可視化技術”参照）。そして、こうした成形粉末の移動が見られる成形粉末の表層領域については密度むらが発生して、成形品の品質を悪化させる一つの要因となってしまうことが分かっている。
【０００５】
こうしたメカニズムにより生じる成形粉末の不均密の問題だけでなく、フィーダボックス１のすり切りによって成形粉末に粒度偏析が発生することも分かっている。即ち、成形粉末が上述のように移動すると、粒度の違いや転がり移動量の差などによって、大きい粉粒が上側に小さい粉粒が下側に分かれてしまうことがあり、特に成形粉末が材質毎に粉粒サイズが異なる混合粉である場合には、粒度偏析が生じる結果、混合粉の使用によって意図する成形品の性能にも悪影響を与えかねない。
【０００６】
そして、以上のような成形粉末の不均密の問題と粒度偏析の問題に関する知見があって、自動成形可能な成形品の形状やサイズについて現に制約が出ているという依然未解決の問題もある。例えば、成形品として数ｍｍの薄肉板状物を自動成形する場合だと、前述したすり切り動作によって成形粉末の不均密と粒度偏析の問題が生じるため、その面方向及び板厚方向で均質な成形品を自動成形することが事実上不可能であった。そのため従来は、熟練した作業員の手作業によって、ダイ４に充填した成形粉末のすり切り作業を行わなければならず、生産性の向上が実際的な課題として残っていた。
【０００７】
以上のような従来技術を背景になされたのが本発明であって、その目的は、成形粉末のすり切りにより生じる不均密化や粒度偏析をできるだけ小さくできるような粉末成形プレスの給粉技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そして、この目的を達成すべく本発明の給粉方法は、フィーダボックスとダイの上端との間に板状のシャッターを位置させ、該シャッターの移動によりフィーダボックスの底部開口を開閉して成形粉末をダイに充填し、このダイに充填した成形粉末の前記ダイの上端から所定深さの少なくとも表層領域を仕切部材によって面方向で複数の小区画に区分し、フィーダボックスがダイの上端からシャッターの板厚分離れた位置で成形粉末をすり切るようにしたことを特徴としている。
【０００９】
このように充填した成形粉末の少なくとも表層領域を面方向で複数の小区画に仕切部材で区分した状態で成形粉末をフィーダボックスですり切ると、すり切りにより生じる成形粉末の移動が仕切部材の各小区画を形成する部材によって制限されるため、成形粉末の移動距離を短く止めることができる。またこのように成形粉末の移動が各小区画内で生じる結果、成形粉末に移動が見られる表層領域の深さも浅くすることができる。従って、各小区画内での成形粉末の不均密を少なくできると共に、粒度偏析も低減できることになる。こうして各小区画内での不均密と粒度偏析が低減される結果、成形粉末の表層領域を面方向で全体として観察すると、従来の給粉方法よりも該表層領域全体として不均密と粒度偏析を大きく低減することができる。よって、成形品が肉薄板状物であっても自動成形を実現することができる。以上のような仕切部材による成形粉末の移動を制限する作用は、すり切りによって成形粉末に移動が見られる成形粉末の表層領域に仕切部材が介在していれば発揮できる。従って、仕切部材は、その上端位置が成形粉末をすり切った後のすり切り面と略面一となるようにダイ内に設置させても、あるいは該すり切り面よりも若干下側となるようにダイ内に設置させても、上記の如く成形粉末の移動を制限できるものと考えられる。
【００１０】
こうした不均密と粒度偏析の低減効果は、成形粉末をダイに充填するとともに成形粉末をすり切るように作動するフィーダボックスを備える上述した本発明の給粉方法を実施する粉末成形プレスについて、フィーダボックスとダイの上端との間に位置させられてフィーダボックスの底部開口を開閉し成形粉末をダイ内に充填する板状のシャッターと、ダイ内に充填した成形粉末の前記ダイの上端から所定深さの少なくとも表層領域を面方向で複数の小区画に区分する仕切部材と、仕切部材を着脱可能に保持すると共に、フィーダボックスによる成形粉末のすり切り前に仕切部材をアンクランプしてダイ内に設置し、前記すり切り後に仕切部材をクランプしてダイ内から離脱させるクランプ手段と、を備え、フィーダボックスがダイの上端からシャッターの板厚分離れた位置で成形粉末をすり切ることを特徴とする本発明の粉末成形プレスによって具体的に実現できる。そして、以上のような仕切部材としては、成形粉末の表層領域、即ちフィーダボックスのすり切りによって成形粉末の移動が見られる領域を複数の小区画に分割可能なものであればどのような素材や形状のものでもよく、例えば格子形状を呈する板材、網形状を呈する針金やピアノ線等のような線材、または板材や線材を並列に並べて構成した梯子形状を呈するものとして構成することもできる。
【００１１】
そして、上記の給粉方法については、フィーダボックスによるすり切り後に各小区画内の成形粉末を掻き混ぜるようにすると、各小区画内で発生している成形粉末の不均密や粒度偏析をより一層低減することができる。これに加えて、掻き混ぜにより粉末間に滞留している空気を逃がすこともできるから、焼結時の成形品の割れなどを防止でき、成形品の品質を向上することができる。
【００１２】
こうした成形品の品質向上効果は、仕切部材の小区画に挿入可能な振動針と、この振動針に振動を与える振動機構と、を有する混粒装置をさらに備える上記粉末成形プレスによって具体的に実現できる。
【００１３】
また、本発明では、フィーダボックスとダイの上端との間に位置してフィーダボックスの底部開口を開閉し成形粉末をダイ内に充填するとともにフィーダボックスの底部開口とダイの上端との間をフィーダボックスとは独立して進退動できるようになっている板状のシャッターと、ダイ内に充填される成形粉末の少なくとも表層領域を面方向で複数の小区画に区分する仕切部材と、該仕切部材を着脱可能に保持すると共に、成形粉末のすり切り前に仕切部材をアンクランプしてダイ内に設置し、すり切り後に仕切部材をクランプしてダイ内から離脱させるクランプ手段と、を備えることを特徴とする粉末成形プレスも提供する。この場合、粉末成形プレスは、フィーダボックスが上下方向可動に構成され、シャッター上面には先端にかけて下り傾斜の勾配面が形成されていてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による粉末成形プレスについて図面を参照しつつ説明する。なお、本例の粉末成形プレスでは、成形品として薄肉板状物を成形する一例を示し、成形プレス全体の装置構成については説明と図示を省略している。
【００１５】
装置構成の説明（図１，図２）： １０は、図示せぬホッパから成形粉末が供給されるフィーダボックスで、連結アーム１１を介してフィーダシリンダ１２と連結されている。フィーダシリンダ１２は、フィーダテーブル１３に固定されていて、ダイプレート１４に取り付けたダイ１５の上部に対してフィーダボックス１０を進退駆動させる。
【００１６】
１６はフィーダボックス１０の底部開口を開閉するシャッターで、シャッターシリンダ１７により駆動されてフィーダボックス１０内の成形粉末をダイ１５内に充填するように作動される。シャッターシリンダ１７は連結アーム１１の上部に固定されていて、フィーダシリンダ１２により駆動される連結アーム１１の進退動に伴ってその全体が移動するようになっている。また、シャッター１６とシャッターシリンダ１７とは、連結プレート１８を介して連結されている。この連結プレート１８には、連結アーム１１を挿通可能な開口部１８ａが形成されていて（図３参照）、フィーダボックス１０の底部開口を開閉できるようにシャッター１６が独立して進退動できるようになっている。なお、フィーダボックス１０の底部が開口することにより、シャッター１６の板厚分の隙間から成形粉末が洩れ出て、さらにフィーダボックス１０をシェイキングすることでその洩れが増長するので、シャッター１６の板厚は極力薄くしてある。
【００１７】
フィーダボックス１０の先端部には、“仕切部材”としての仕切板１９を上下動させる昇降シリンダ２０が固定されている。この昇降シリンダ２０の上端部には取付プレート２１が固定されており、その取付プレート２１の先端部には仕切板１９を着脱可能に保持する“クランプ手段”としての電磁チャック２２が取り付けてある。
【００１８】
仕切板１９は、金属製の格子形状乃至網形状の板材で構成されており、その網目状の仕切によって複数の小区画１９ａが形成されている（図２参照）。仕切板１９は、ちょうどダイ１５の開口部１５ａに納まるような全体サイズとして形成されている。
【００１９】
２３は混粒装置で、その底部から下方に突出する複数の振動針２３ａを備えている。この振動針２３ａは、混粒装置２３に内蔵する図示せぬ振動機構によって駆動されて前後左右方向に振動するようになっている。この混粒装置２３には、これを上下動させる昇降シリンダ２４と、混粒装置２３をダイ１５に対して進退動させる駆動シリンダ２５とが備わっている。
【００２０】
給粉工程を含む成形工程の説明（図１，図３〜図６）： 本例ではウイズドアル作動する粉末成形プレスとして説明する。従って、下パンチ２６とベースプレート２７は不動として固定されており、ダイプレート１４が、ガイドロッド２８及びヨークプレート２９に接続されている下部ラム３０によって上下方向で駆動されるようになっている。先ず、図１の実線で示す開始状態から、フィーダボックス１０とシャッター１６と仕切板１９がフィーダシリンダ１２によって前進方向Ｆへフィーダテーブル１３を摺動しつつ駆動される。そして、図１で二点鎖線で示すように仕切板１９がダイ１５の開口部１５ａの上方に位置したところで、フィーダシリンダ１２による駆動が一旦停止する。
【００２１】
この前後に、図３（ａ）で示すように、下部ラム３０によってダイプレート１４が二点鎖線で示す位置から上昇駆動されて、実線で示す高さ位置で停止する。この高さ位置は、ベースプレート２７に固定されている下パンチ２６に対してダイ１５内に充填される成形粉末が、意図する成形品の高さ（板厚）を得るために通常必要とされる充填量よりも若干多めとなるような高さ位置となっている。このようにするのは、仕切板１９がダイ１５内に入り込むと成形粉末の充填量が不足するため、その不足分を補うことを意図している。こうしてダイプレート１４が所定の高さ位置に位置決めされると、上昇限にある仕切板１９が昇降シリンダ２０によって下降限まで下降する。
【００２２】
そして、昇降シリンダ２０によって下降した仕切板１９は下降限で電磁チャック２２によってアンクランプされることで下パンチ２６上に設置される（図３（ｂ）参照）。すると再びフィーダボックス１０が前進駆動されて、図３（ｂ）で示す位置で停止する。次に、伸長限にあるシャッターシリンダ１７が縮長することでシャッター１６が後退方向Ｂへ後退し、閉塞されていたフィーダボックス１０の底部開口が開いて成形粉末がフィーダボックス１０からダイ１５内に落とし込み充填される。そして、フィーダボックス１０をシェイキングさせた後、フィーダボックス１０は、図４（ａ）で二点鎖線で示すように後退方向Ｂへ後退して実線で示すようにシャッター１６の上に乗り、更に後退して後退限で停止する。この後退時にフィーダボックス１０によって成形粉末のすり切りが行われるが、成形粉末が仕切板１９によって面方向で小区画１９ａに区分けされているため、成形粉末の後退方向Ｂへの移動は各小区画１９ａをなす板材によって制限されるので不均密や粒度偏析が低減される。
【００２３】
こうして成形粉末のすり切りを終えると、駆動シリンダ２５によって混粒装置２３が前進駆動されてダイ１５の開口部１５ａの上方で停止する。上昇限にある混粒装置２３は、昇降シリンダ２４によって下降されて、図４（ｂ）で示すその下降限位置で振動針２３ａが各小区画１９ａ内に充填されている成形粉末に差し込まれる。各振動針２３ａは、混粒装置２３に内蔵する図示せぬ振動機構によって前後左右方向に振動して、各小区画１９ａ内で成形粉末を混粒させる。こうして各小区画１９ａ内で生じている成形粉末の不均密や粒度偏析は、さらに低減されることになる。これと同時に、成形粉末の粉末間に滞留している空気も逃がすことができることになる。そして、所定時間混粒が行われて振動針２３ａが停止し、その後は昇降シリンダ２４により混粒装置２３が上昇し、昇降シリンダ２４が縮長して図１で示す元通りの位置に戻ることになる。
【００２４】
次に、シャッター１６とフィーダボックス１０が前進駆動されて下降限にある電磁チャック２２を仕切板１９の上方に位置決めさせる。そして、電磁チャック２２をオンして仕切板１９を磁着してから、図５（ａ）で示すように昇降シリンダ２０を上昇限まで上昇させる。こうしてダイ１５内から仕切板１９を取り除くと、ダイ１５の上端から盛り上がっていた成形粉末が落ち込んで、ちょうどダイ１５内に納まるようになる。そして、シャッター１６とフィーダボックス１０とをフィーダシリンダ１２により実線で示す前進位置から二点鎖線で示す後退限まで後退させる。
【００２５】
この後は、図５（ｂ）で示すように、ダイプレート１４を若干上昇させてアンダーフィルを行う。ここでアンダーフィルを行うと、上パンチ３１がダイ１５に突入する時にダイ１５の外部への成形粉末の飛散を効果的に防止することができるため、特に本例の薄肉板状物のように成形粉末の多少によって寸法精度や性能など成形品の品質に与える影響がより大きく表れてしまう場合には有意義である。そして、図６で示すように、上パンチ３１が下降してきて下パンチ２６との間で成形粉末が加圧される。加圧後は、ダイ１５を取り付けてあるダイプレート１４を下降させて成形品を抜き出し、上パンチ３１を上昇させて成形品を取り出す。
【００２６】
実施形態の変形例： 以上のような実施形態による粉末成形プレスについては、各種の変更を加えた形での実施が可能である。例えば、上記実施形態では、フィーダボックス１０がダイ１５の上端からシャッター１６の板厚分離れた位置で成形粉末のすり切りとシェイキングを行うようにしているが、ダイ１５の上端と離間させずに成形粉末のすり切りとシェイキングを行うこともできる。その一例を図７に示す。この例では、シャッター１６に先端にかけて下り傾斜の勾配面１６ａを形成すると共に、フィーダボックス１０と連結アーム１１とを、連結アーム１１の先端部に固定したＴジョイント１１ａで連結させて、連結アーム１１に対してフィーダボックス１０を上下方向で可動として構成してある。即ち、フィーダボックス１０には一対の係合壁１０ａが設けられており、その一対の係合壁１０ａによる内壁面は、係合頭部１１ｂと基部１１ｃをもつＴジョイント１１ａよりも大きな相対形状として間に隙間が形成されている。そして、この例では、図３（ａ）と同様に仕切板１９を設置した後、フィーダボックス１０とシャッター１６が所定位置まで前進してからシャッター１６のみを後退させる。するとフィーダボックス１０は、Ｔジョイント１１ａによって上下方向で可動に連結してあるので徐々に下端の高さ位置が低くなり、シャッター１６が離れた時には下端がダイ１５とフィーダプレート１３の上面と接触する。上記実施形態と同様に、シャッター１６はフィーダボックス１０とは独立して進退動できるようになっている。こうして成形粉末がダイ１４内に充填されると、フィーダボックス１０の下端をダイ１５とフィーダプレート１３の上面に摺動させながらシェイキングを行える。従って、上記実施形態による作用・効果に加えて、上記実施形態でフィーダボックス１０の下端とダイ１５及びフィーダプレート１３との間に介在するシャッター１６の板厚分の隙間をなくすことができるから、シェイキングをより効果的に行うことができると共にフィーダボックス１０からの粉洩れを減らせるメリットがある。シェイキングを終えると、下端をそのままダイ１５とフィーダプレート１３に対して摺動させつつ後退して成形粉末をすり切っていく。そして、フィーダボックス１０は、Ｔジョイント１１ａによって上下方向で可動に連結してあるので、シャッター１６の勾配面１６ａを登りながら徐々に下端の高さ位置が高くなっていき、シャッター１６の上に乗り上げてから後退限まで後退する。これ以降の動作は上記実施形態と同様である。
【００２７】
上述の一実施形態では、仕切板１９を下パンチ２６の上に載置するようにした仕切板１９のダイ１５内への設置例を例示したが、ダイ１５内で下パンチ２６の上面から離して仕切板１９を設置する構造をダイ１５に、或いはその他に備えるようにしてもよい。その数例を図８に示す。図８（ａ）は、ダイ１５の開口部１５ａの全内周に座部１５ｂを形成し、そこに仕切板１９の外縁を引っ掛けて載せるようにした例である。なお、このように全内周を巡るような座部１５ｂでなくても、部分的に座部を設け仕切板を部分的に引っ掛けて設置するようにしてもよい。また、図８（ｂ）（ｃ）は、粉末成形プレスにコアロッド３２を使用する場合の例である。この場合には、（ｂ）で示すようにコアロッド３２の上面に仕切板１９を載置したり、（ｃ）で示すようにコアロッド３２の外周上端に座部３２ａを形成し、ここに仕切板１９の内縁を引っ掛けて設置してもよい。そして、図８（ａ）（ｃ）では座部１５ｂ，３２ａの上に、また図８（ｂ）ではコアロッド３２の上面に残存する成形粉末が邪魔になって、次の成形品を成形する際に仕切板１９を設置できないことがある。従って、この場合には、粉末成形プレスに残存する成形粉末を自動制御で除去可能な集塵ユニットを備えるようにして、成形品の取り出し後に残存する成形粉末を除去するようにする。
【００２８】
仕切板１９は、小区画１９ａの数が多ければより成形粉末の移動距離を短く制限できるため不均密と粒度偏析を低減できると考えられるが、例えば成形品の面方向におけるサイズが小さいような場合等であれば、小区画１９ａが２つや３つ程度の仕切板を用いることもできる。また、仕切板１９の形状も成形品の形状に応じた任意の形状とすることができる。
【００２９】
また、上記実施形態では、混粒装置２３を備える粉末成形プレスを例示したが、混粒装置２３を備えない粉末成形プレスとしてもよい。
【００３０】
上記実施形態で示す成形工程については、フローティングダイ法或いはウイズドロアル法で例示したが、上パンチ３１と下パンチ２６による両押方法など、適宜変更を加えて実施できるのは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の給粉方法と粉末成形プレスによれば、ダイ内に充填された成形粉末をフィーダボックスですり切っても、仕切部材によって成形粉末の不均密や粒度偏析を低減することができるので、成形品品質を大きく向上することができる。特に、成形粉末として混合粉を使用する場合には、粒度偏析を低減できるため混合粉の使用により意図する性能を発揮できる成形品を得ることができる。また、この結果、従来なし得なかった薄肉板状物の成形品を自動成形することも始めて可能となり、生産性を大きく向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による粉末成形プレスの部分正面図。
【図２】図１の粉末成形プレスの平面図。
【図３】図１の粉末成形プレスの成形粉末の供給工程説明図。
【図４】図３に続く粉末成形プレスの成形粉末のすり切り工程及び混粒工程説明図。
【図５】図４に続く粉末成形プレスの仕切板取出し工程及びアンダーフィル工程説明図。
【図６】図３に続く粉末成形プレスの加圧工程説明図。
【図７】本発明の他の実施形態による粉末成形プレスの部分正面拡大図。
【図８】仕切板の設置方法の他の例を示す説明図。
【図９】従来の粉末成形プレスの給粉方法を模式的に示す説明図。
【符号の説明】
１０  フィーダボックス
１０ａ  係合壁
１１  連結アーム
１１ａ  Ｔジョイント
１１ｂ  係合頭部
１１ｃ  基部
１２  フィーダシリンダ
１３  フィーダテーブル
１４  ダイプレート
１５  ダイ
１５ａ  開口部
１５ｂ  座部
１６  シャッター
１６ａ  勾配面
１７  シャッターシリンダ
１８  連結プレート
１９  仕切板
１９ａ  小区画
２０  昇降シリンダ
２１  取付プレート
２２  電磁チャック（クランプ手段）
２３  混粒装置
２３ａ  振動針
２４  昇降シリンダ
２５  駆動シリンダ
２６  下パンチ
２７  ベースプレート
２８  ガイドロッド
２９  ヨークプレート
３０  下部ラム
３１  上パンチ
３２  コアロッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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