(57)【要約】【課題】フィードフォワード制御により、粉末成形における粉末の充填量を安定させる。【解決手段】粉末成形における粉末充填のフィードフォワード制御方法であって、充填前の粉末を、型充填時に近い一定体積で切り出し、切り出された粉末の重量を計測し、粉末の見かけ密度を実測し、実測した粉末を型に充填する。これにより、粉末を所定の体積だけ切り出して、粉末の見かけ密度を実測するとともに、切り出した粉末の充填を行うことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末成形における粉末充填のフィードフォワード制御方法であって、
充填前の粉末を、型充填時に近い一定体積で切り出し、
前記切り出された粉末の重量を計測し、
前記粉末の見かけ密度を実測し、
実測した前記粉末を型に充填する、
粉末充填のフィードフォワード制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末成形における粉末充填のフィードフォワード制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、特開２００５−１９９３０６号公報がある。この公報に記載された見掛密度自動測定装置では、粉末の見かけ密度を交流磁束や圧力センサなどの電気的手段で測定し、フィードバック制御により粉末の充填量を調整する。このように粉末成形において、密度のばらつき、成形割れ、重力不良を防止するために、粉末の重量測定の結果を充填量調整にフィードバックする方法がある。
【０００３】
しかしながら、フィードバックによる充填量調整では、最初の１個目の捨て打ち調整は避けられず、粉末の見かけ密度の変化には対応できない。そのため、見かけ密度予想に基づいた充填量のフィードフォワード制御が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１９９３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したような従来の見掛密度自動測定装置で行う見かけ密度の測定では、交流磁束や圧力センサによる測定値が変動するため、見かけ密度の正確な予測ができず、正確な予測が困難であるという問題もある。特に、連続成形において充填する粉末量は、ロット間のばらつきやロット内偏析、ハンドリングなどにより性状が変動し、交流磁束や圧力センサによる測定では測定値に変動が発生しやすくなる。そのため、見かけ密度の予測値が正確な値にならず、成形体の密度、寸法、重量がばらつき、安定した成形が行えない場合がある。
本発明は、粉末成形において粉末の充填量を安定させる、粉末充填のフィードフォワード制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる粉末充填のフィードフォワード制御方法は、充填前の粉末を、型充填時に近い一定体積で切り出し、前記切り出された粉末の重量を計測し、前記粉末の見かけ密度を実測し、実測した前記粉末を型に充填する。
これにより、粉末を所定の体積だけ切り出して、粉末の見かけ密度を実測するとともに、切り出した粉末の充填を行うことができる。
【発明の効果】
【０００７】
これにより、粉末成形における粉末の充填量を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】粉末成形装置の構成を示す図である。
【図２】粉末成形装置において粉末の見かけ密度を実測する動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、粉末成形装置１は、粉ホッパー１１と、粉ホッパー１１の下方に配置された計量ホッパー１２と、計量ホッパー１２の下方に配置された粉箱１３と、計量ホッパー１２に充填された粉末の重量を測定する重量計１４と、重量計１４における測定結果に基づいて粉箱１３における粉末の充填位置を制御する制御演算部１５と、を備える。
【００１０】
粉ホッパー１１は、胴部２１と、胴部２１の下部に連結されたコーン部２２と、コーン部２２の下方側の先端に設けられた排出口２３と、排出口２３からの粉末の排出状態を変更する開閉弁２４と、を備える。
【００１１】
胴部２１は、例えば略円筒状であり、胴部２１の上方から粉末が投入されることで、胴部２１内に粉末が充填される。また、胴部２１の下端にはコーン部２２の上端が連結されている。なお胴部２１は、側面に投入口が形成され、投入口から胴部２１の内側へ粉末を投入して、粉ホッパー１１内に粉末を充填するものであってもよい。また、胴部２１の形状は円筒状に限られない。
【００１２】
コーン部２２は略円錐形であり、下方の径が上方の径に比べて小さくなるようにテーパを有している。また、コーン部２２の上部は、胴部２１の下部と連結している。また、コーン部２２の下部の先端には、粉ホッパー１１の内部に充填された粉末を下方に排出可能な排出口２３が形成されている。すなわち、胴部２１に投入されることで粉ホッパー１１内に充填された粉末は、コーン部２２のテーパ形状によって排出口２３に集中する。
【００１３】
開閉弁２４は、排出口２３の下部に配置された弁であり、開閉自在である。開閉弁２４が開状態のときには、排出口２３から計量ホッパー１２に向けて粉末が排出される。開閉弁２４が閉状態のときには、排出口２３を塞ぐことにより粉末の排出が停止される。なお例えば、開閉弁２４にはロータリーアクチュエータを用いることができ、ロータリーアクチュエータの回動により、開閉状態が変更される。すなわち、開閉弁２４を開状態にすることで、粉ホッパー１１から計量ホッパー１２に向かって粉末が排出され、その後、排出口２３からの粉末の排出が停止した後に開閉弁２４を閉状態することで、計量ホッパー１２には一定の体積の粉末が切り出された状態になる。
【００１４】
計量ホッパー１２は、胴部３１と、胴部３１の下部に連結されたコーン部３２と、コーン部３２の下方側の先端に設けられた排出口３３と、排出口３３からの粉末の排出状態を変更する開閉弁３４と、を備える。例えば計量ホッパー１２は、粉ホッパー１１と同様の形状であって、粉ホッパー１１より小さい。また、計量ホッパー１２には、充填された粉末の重量を測定するための重量計１４が連結されている。
【００１５】
胴部３１は、例えば略円筒状である。粉ホッパー１１の排出口２３から排出された粉末が、胴部３１の上方から投入されることにより、計量ホッパー１２内に粉末が充填される。また、胴部３１の下端にはコーン部３２の上端が連結されている。なお、胴部３１の形状は略円筒状に限られない。
【００１６】
コーン部３２は略円錐形であり、下方の径が上方の径に比べて小さくなるようにテーパを有している。また、コーン部３２の上部は、胴部３１の下部と連結している。また、コーン部３２の下部の先端には、計量ホッパー１２の内部に充填された粉末を下方に排出可能な排出口３３が形成されている。すなわち、胴部３１に投入されることで計量ホッパー１２内に充填される粉末は、コーン部３２のテーパ形状によって排出口３３に集中する。
【００１７】
開閉弁３４は、排出口３３の下部に配置された弁であり、開閉自在である。開閉弁３４が開状態のときには、排出口３３から粉箱１３に向けて粉末が排出される。開閉弁３４が閉状態のときには、排出口３３からの粉末の排出が停止する。なお例えば、開閉弁３４にはロータリーアクチュエータを用いることができ、ロータリーアクチュエータの回動により開閉状態が変更される。
【００１８】
粉箱１３は、計量ホッパー１２の下方に配置されており、上面が開口した箱である。開閉弁３４が開状態になることにより、計量ホッパー１２に充填された粉末が、排出口３３を介して、粉箱１３に投入される。なお、その後の工程において、粉箱１３に充填された所定の量の粉末を用い、粉末の成形が実施される。粉末の成形とは、例えばプレス成形である。
【００１９】
重量計１４は、計量ホッパー１２に充填された粉末の重量を測定する。例えば、重量計１４は、計量ホッパー１２のコーン部３２に連結されている。例えば重量計１４は、計量ホッパー１２に粉末が未充填の状態における計量ホッパー１２の重量と、粉末が充填済みの状態における重量との差に基づき、計量ホッパー１２に充填された粉末の重量を実測する。なお、重量計１４は、計量ホッパー１２に充填された粉末の重量を実測可能であればよく、計量ホッパー１２に対する連結方法や、測定方法は変更可能である。重量計１４は、計量ホッパー１２に充填された粉末重量の測定結果を、制御演算部１５に出力する。
【００２０】
制御演算部１５では、計量ホッパー１２に投入される粉末の体積と、重量計１４から入力された粉末の重量とに基づき、粉末の見かけ密度を算出する。また制御演算部１５は、算出した見かけ密度を、後の工程で粉末の成形を実行する成形部に出力する。制御演算部１５は、計量ホッパー１２で重量を測定した後に、計量ホッパー１２に充填されていた粉末を粉箱１３に供給するために、開閉弁３４の動作の制御を行うものであってもよい。以下では、制御演算部１５により開閉弁２４，３４の動作を制御するものとして説明する。例えば制御演算部１５は、入出力を行う機能を有するコンピュータである。
【００２１】
次に、図２を用いて、粉末成形装置１において、粉末を粉箱１３に供給する際に、粉末の見かけ密度を実測するための手順について説明する。なお図２において、斜線が付してある箇所は、粉末が存在している箇所を示している。
【００２２】
最初に、図２（ａ）に示すように、粉ホッパー１１には粉末が充填された状態であり、粉ホッパー１１の下方に粉箱１３が配置されている。そして、粉ホッパー１１と粉箱１３の間に重量計１４を取り付けた計量ホッパー１２が設置されている。ここで粉ホッパー１１の開閉弁２４、及び計量ホッパーの開閉弁３４は閉状態である。
【００２３】
図２（ｂ）に示すように、制御演算部１５は、開閉弁２４を開状態にする。これにより、粉ホッパー１１に充填されていた粉末が排出口２３を介して下方に排出され、計量ホッパー１２に充填される。
【００２４】
ここで計量ホッパー１２内に蓄積される粉末の上部側では、安息角（例えば３５°）を有する錐状が形成される。そして、排出口２３からの粉末の排出が継続することにより、図２（ｃ）に示すように、頂部が排出口２３の端部近傍の高さに形成された状態となり、排計量ホッパー１２への粉末の投入は自動的に停止する。その後、制御演算部１５は、開閉弁２４を閉状態にする。このとき開閉弁２４は、計量ホッパー１２内で錐状に蓄積された粉末の頂部近傍の一部に接触しながら、排出口２３を閉口する。これにより、計量ホッパー１２には一定の体積の粉末が切り出されて充填された状態となる。ここで一定の体積とは、後の工程において粉末成形を実行する成形部（図示せず）において、一回の成形に用いる粉末の体積と同体積以上の体積である。
【００２５】
次に、重量計１４は、計量ホッパー１２に充填された一定値の粉末の重量を測定する。重量計１４は、測定結果を制御演算部１５に出力する。
【００２６】
制御演算部１５は、計量ホッパー１２に充填された粉末の体積と、重量計１４による粉末重量の測定結果を用いて、見かけ密度を算出する。例えば見かけ密度は、測定された粉末の重量を、体積で除算した値である。なお、制御演算部１５は、成形部に対して、算出した見かけ密度の値を出力する。
【００２７】
制御演算部１５は、開閉弁３４を開状態にする。これにより、計量ホッパー１２に充填されていた粉末が排出口３３を介して下方に排出され、粉箱１３に充填される。粉箱１３内において蓄積される粉末の上部側では、安息角を有する錐状が形成される。そして、排出口３３からの粉末の排出が継続することにより、図２（ｄ）に示すように、粉末の頂部が排出口３３の端部近傍の高さに形成された状態となることで、排出口３３から粉箱１３への粉末の排出は自動的に停止する。これにより、粉箱１３には、一定の体積の粉末が充填された状態となる。なお、安息角は粉の流動性により変化するので、落下元の形状、寸法に対し落下先のホッパーの形状、寸法を近づけることで錐状部ができないようにすることで精度を上げることができる。ここで、粉箱１３内に粉末が錐状を形成し、排出口３３から粉末の排出が停止した状態において、粉末の一部が計量ホッパー１２内に残留した状態であるほうが、粉充填が安定するため望ましい。
【００２８】
最後に、図２（ｅ）に示すように、計量ホッパー１２からの粉末の排出が停止した後に、制御演算部１５は、開閉弁３４を閉状態にする。このとき開閉弁３４は、粉箱１３内で錐状を形成している粉末の頂部近傍の一部に接触しながら、排出口３３を閉口する。
【００２９】
これにより、計量ホッパー１２は、粉ホッパー１１からの再充填が可能な状態となる。したがって、粉末成形装置１では、粉箱１３について、開閉弁２４及び開閉弁３４を動作させながら、粉末の充填済みのものと未充填のものとを入れ替えていくことで、未充填の粉箱１３への粉末の充填を反復して実行することができる。
【００３０】
そして、粉末成形装置１では、粉箱１３に充填された粉末を用いて、粉末成形を実行する。具体的には、成形部では、入力された見かけ密度の値に応じて、型に対して粉末が充填される際の充填高さや充填位置等の調整、すなわち、充填を実施するための状態の調整を行った後に、粉末を型に充填し、粉末成形を行う。
【００３１】
これにより粉末成形装置１では、粉末加工を行う際に、粉末を所定の体積だけ切り出した粉末の見かけ密度を実測できる。すなわち、成形を実行する成形部に充填される粉末について、粉末の見かけ密度を実測し、この見かけ密度に応じて、その後の工程で成形を行う際の成形部の動作を変更するフィードフォワード制御を実行できる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。なお、計量ホッパー１２を容積の異なるものに変換することにより、粉末の切り出しの体積を変更することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１            粉末成形装置
１１            粉ホッパー
１２            計量ホッパー
１３            粉箱
１４            重量計
１５            制御演算部
２１            胴部
２２            コーン部
２３            排出口
２４            開閉弁
３１            胴部
３２            コーン部
３３            排出口
３４            開閉弁
【図１】
2018126759.tif 000003
【図２】
2018126759.tif 000004