(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に成形部が形成された外枠金型に充填された原料粉末を加熱・圧縮して粉末成形体を成形する粉末成形金型装置であって、
前記外枠金型の上部開口から前記成形部に嵌入と離脱を可能とする上蓋状の上パンチと、
前記外枠金型の底部開口から前記成形部に中空の軸部が嵌入されて進退を可能とする下蓋状の下パンチと、
前記外枠金型に嵌着された前記下パンチの前記中空の軸部の軸心を下から上に貫通する上下動作可能なコアロッドが串刺し状に一体化した金型セットを形成するとともに円盤状の基底部により自立させることが可能なコア部と、
前記成形部に充填された前記原料粉末を加熱する加熱手段と、
前記外枠金型に嵌入された前記上パンチと前記下パンチとを接近させる方向に加圧することで前記成形部に充填された前記原料粉末を圧縮して粉末成形体を成形するプレス手段と、を備え、
前記粉末成形体を成形した後に前記外枠金型の内径部近辺に固着したバリを除去するためのバリ取り機構として、
前記上パンチが外された状態の金型セットを収容して保持可能なバリ取り架台と、
該バリ取り架台に前記外枠金型および前記下パンチを固定した状態で、前記コア部を上下動作させるコア部上下駆動手段と、をさらに備え、
前記原料粉末を充填する前に前記コア部上下駆動手段を駆動して前記バリを取り除くことを特徴とする粉末成形金型装置。
【請求項２】
前記バリ取り機構は、前記外枠金型の前記内径部近辺から剥ぎ取られたバリを吹き飛ばすエアブローを備えて構成されることを特徴とする請求項１に記載の粉末成形金型装置。
【請求項３】
前記原料粉末を規定量だけ計量して充填するための秤量充填機構として、
漏斗形状の粉体シュートを把持して上下動作する充填機と、
該充填機を上下動作自在かつ停止保持も可能に支持するガイド支柱と、
前記上パンチが外された状態の金型セットと、
前記充填機の鉛直線の真下に位置し、前記金型セットを載置して計量可能な精密秤量器と、をさらに備え、
前記秤量充填機構は、
前記金型セットを前記精密秤量器に載置して計量可能な状態で所定位置に待機し、
該所定位置に待機する前記金型セットに前記粉体シュートより、前記原料粉末の投入量が規定重量に到達されたことを、前記精密秤量器の検出出力により判定し、前記粉体シュートからの投入を停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の粉末成形金型装置。
【請求項４】
前記秤量充填機構の前記充填機は、前記原料粉末の投入方向を、前記粉体シュートから前記外枠金型の前記成形部のみへと規制する投入位置規制体を、前記粉体シュートの粉体落下口近傍に備えて構成されることを特徴とする請求項３に記載の粉末成形金型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料粉末を成形して焼結する粉末冶金の手法による粉末成形金型装置および成形方法に関し、特に金属ガラス等の粉末成形体を製造する際に用いる粉末成形金型装置および成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の粉末冶金の手法を改善し、金属ガラス等の粉末成形体を製造する方法により、例えば、外径３０ｍｍ以下のミニチュア・ベアリングを製造することが研究されている。
また、特許文献１に記載の軌道輪、転がり軸受及び軌道輪の製造方法は、鋼等の合金性の軌道輪と比べて耐食性、強度、製造容易性の点で優れた金属ガラス製のミニチュア・ベアリングに適用して好結果を得るものである。そのミニチュア・ベアリングは、金型内に充填された金属ガラス粉末を圧縮するとともに、金属ガラス粉末のガラス遷移温度と結晶化温度との間の温度領域に加熱する工程を経て製造される。
【０００３】
また、特許文献２に記載の粉末成形金型装置は、溶製材からなる軸部の周囲に圧粉体からなる鍔部が一体成形された複合素材を、圧入によらずに、割れやひびといった損傷が生じることなく、一定、かつ高い接合強度で一体成形するようにした粉末成形金型装置が知られている。すなわち、軸部供給手段によって軸部セット位置に供給された軸部を、軸部装填ロッドにより上パンチ内に挿入し、さらに上パンチの粉末圧縮動作に追従して軸部をダイス孔内に挿入し、この状態で、ダイス孔内に充填した粉末を上パンチと下パンチによって軸方向に圧縮する構成とする。鍔部の圧粉体を圧縮成形すると同時に、この圧粉体を軸部に一体成形することができ、圧入によらない成形を可能にするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２２８０１４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４４２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の軌道輪、転がり軸受及び軌道輪の製造方法、あるいは特許文献２に記載の粉末成形金型装置、それに類する装置を用いた粉末成形方法における自動化の点で、例えば、バリ取り機構又は秤量充填機構について改善余地があった。なお、ここでいうバリとは、金型から成形品を取出した後にも金型に残留してつぎの成形に害をなす残滓をいう。さらに、バリ取り機構とは、金型に残留するバリを除去する機構をいう。また、ここでいう秤量充填とは、粉末成形する際に、原料粉末の重量を正確に計量して金型内に充填することをいう。さらに、秤量充填機構とは、新たに粉末成形する工程で、重量を正確に計量した原料粉末を飛散・漏洩させずに金型内に充填するための機構をいう。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、自動化のために、少なくともバリ取り機構又は秤量充填機構を備えた粉末成形金型装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、内部に成形部（２３）が形成された外枠金型（２０）に充填された原料粉末（１）を加熱・圧縮して粉末成形体（２）を成形する粉末成形金型装置（１００）であって、前記外枠金型（２０）の上部開口（２２）から前記成形部（２３）に嵌入と離脱を可能とする上蓋状の上パンチ（５０）と、前記外枠金型（２０）の底部開口（２１）から前記成形部（２３）に中空の軸部（４１）が嵌入されて進退を可能とする下蓋状の下パンチ（４０）と、前記外枠金型（２０）に嵌着された前記下パンチ（４０）の前記中空の軸部（４１）の軸心（４４）を下から上に貫通する上下動作可能なコアロッド（４２）が串刺し状に一体化した金型セット（４９）を形成するとともに円盤状の基底部（４５）により自立させることが可能なコア部（４６）と、前記成形部（２３）に充填された前記原料粉末（１）を加熱する加熱手段（７０）と、前記外枠金型（２０）に嵌入された前記上パンチ（５０）と前記下パンチ（４０）とを接近させる方向に加圧することで前記成形部（２３）に充填された前記原料粉末（１）を圧縮して粉末成形体（２）を成形するプレス手段（９０）と、を備え、前記粉末成形体（２）を成形した後に前記外枠金型（２０）の内径部（２４）近辺に固着したバリ（１９）を除去するためのバリ取り機構（６４）として、前記上パンチ（５０）が外された状態の金型セット（４９）を収容して保持可能なバリ取り架台（６５）と、該バリ取り架台（６５）に前記外枠金型（２０）および前記下パンチ（４０）を固定した状態で、前記コア部（４６）を上下動作させるコア部上下駆動手段（４７）と、をさらに備え、前記原料粉末（１）を充填する前に前記コア部上下駆動手段（４７）を駆動して前記バリ（１９）を取り除くことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の粉末成形金型装置（１００）において、前記バリ取り機構（６４）は、前記外枠金型（２０）の前記内径部（２４）近辺から剥ぎ取られたバリ（１９）を吹き飛ばすエアブロー（６７）を備えて構成されることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の粉末成形金型装置（１００）において、前記原料粉末（１）を規定量だけ計量して充填するための秤量充填機構（１３）として、漏斗形状の粉体シュート（１４）を把持して上下動作する充填機（１５）と、該充填機（１５）を上下動作自在かつ停止保持も可能に支持するガイド支柱（１６）と、前記上パンチ（５０）が外された状態の金型セット（４９）と、前記充填機（１５）の鉛直線（Ａ）の真下に位置し、前記金型セット（４９）を載置して計量可能な精密秤量器（３２）と、をさらに備え、前記秤量充填機構（１３）は、前記金型セット（４９）を前記精密秤量器（３２）に載置して計量可能な状態で所定位置に待機し、該所定位置に待機する前記金型セット（４９）に前記粉体シュート（１４）より、前記原料粉末（１）の投入量が規定重量に到達されたことを、前記精密秤量器（３２）の検出出力により判定し、前記粉体シュート（１４）からの投入を停止することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の粉末成形金型装置（１００）において、前記秤量充填機構（１３）の前記充填機（１５）は、前記原料粉末（１）の投入方向を、前記粉体シュート（１４）から前記外枠金型（２０）の前記成形部（２３）のみへと規制する投入位置規制体（１８）を、前記粉体シュート（１４）の粉体落下口（３３）近傍に備えて構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、自動化のために、少なくともバリ取り機構又は秤量充填機構を備えた粉末成形金型装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る粉末成形金型装置（以下、「本装置」ともいう）の主要部（金型セット、ワーク移動体）を説明するための縦断面図である。
【図２】図１の金型セットをバリ取り架台にセットしてバリ取りする工程を説明するための斜視図である。
【図３】図１の金型セットを秤量充填機構にセットして原料粉末を充填する工程を説明するための側面図である。
【図４】本装置に含まれる主要な支援装置の説明図であり、（Ａ）ロボットアームの平面図、（Ｂ）粉体シュートおよび外枠金型の縦断面図である。
【図５】本装置において、バリ取りおよび秤量充填の手順を説明するためのフローチャートである。
【図６】本装置の概略を説明するための模式説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係る粉末成形方法（以下、「本方法」ともいう）の工程および金型移動を説明するためのフロー図である。
【図８】本方法において、金型の温度調整とタクトタイムとを説明するための温度管理グラフである。
【図９】本装置の一実施例（以下、「本実施例」ともいう）を示す全体正面図である。
【図１０】図９に示した本装置を示す全体平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、主要構成を先に、全体構成を後に、それぞれ図面を参照して説明する。なお、各図において、同一機能を有する部材には同一符号を付して説明の重複を避ける。  
【００１５】
［主要構成］
図１は、本発明の実施形態に係る粉末成形金型装置（本装置）の主要部（金型セット４９、ワーク移動体６３）を説明するための縦断面図である。図１に示すように、本装置の主要部として、外枠金型２０、下パンチ４０、およびコアロッド４２により金型セット４９が構成されている。この金型セット４９は、原料粉末１を加熱・圧縮する際に外枠金型２０に上蓋として上パンチ５０が被さるように嵌着されて、ワーク移動体６３を構成する。つまり、このワーク移動体６３とは、少なくとも下パンチ４０に嵌着された外枠金型２０内の成形部２３に原料粉末１（高温加圧処理後は粉末成形体２になる）が充填され、かつ外枠金型２０に上パンチ５０が嵌着されたものをいう。なお、ワーク移動体６３に、コア部４６を含むか否かについては、オプションとする。
【００１６】
上パンチ５０は、外枠金型２０の上部開口２２から成形部２３に向けて嵌入と離脱を可能とする上蓋状の有孔フランジ体である。下パンチ４０は、外枠金型２０の底部開口２１から成形部２３に向けて中空の軸部４１が嵌入されて進退を可能とする底蓋状の有孔フランジ体である。この上パンチ５０を外枠金型２０から外した状態で、バリ取り工程（図７のＳ１０）と、原料粉末１を外枠金型２０に自動的に充填する原料粉末自動充填工程（図７のＳ１１）と、成形された粉末成形体２を外枠金型２０から取り出す工程（図７のＳ１８）が実行される。
【００１７】
コア部４６は、円盤状の基底部４５と、その基底部４５の中心部から垂直上方に起立するように植設された棒状のコアロッド４２と、により一体構成されている。コアロッド４２は、外枠金型２０に嵌着された下パンチ４０の中空の軸部４１の軸心４４を下方より貫通して上下動作可能である。そのコアロッド４２が外枠金型２０および下パンチ４０を串刺しにして、これら３点が一体化した金型セット４９を形成する。金型セット４９は、円盤状の基底部４５を水平な台（例えば、図３の秤量台３４）の上に面接触させて、自立するように置くことが可能である。
【００１８】
プレス手段９０は、不図示の油圧装置等により構成され、外枠金型２０に嵌入された上パンチ５０と下パンチ４０とを接近させる方向に加圧することにより、成形部２３に充填された原料粉末１を圧縮して粉末成形体２を成形する。誘導コイル７１を有する加熱手段７０（図６）は、外枠金型２０に低周波の電磁誘導作用を及ぼして発熱させ、外枠金型２０の内部の成形部２３に充填された原料粉末１を加熱する。
【００１９】
図２は、図１の金型セットをバリ取り架台にセットしてバリ取りする工程を説明するための斜視図である。図２に示すように、バリ取り機構６４は、粉末成形体２を成形した後の外枠金型２０の内径部２４近辺に固着したバリ１９を除去するための機構である。バリ取り機構６４は、バリ取り架台６５、およびコア部上下駆動手段４７を備えており、上パンチ５０が外された状態の金型セット４９を収容して保持可能である。
【００２０】
このバリ取り機構６４は、まず、バリ取り架台６５に外枠金型２０および下パンチ４０を固定した状態にする。その固定状態において、原料粉末１を充填する前に、コア部上下駆動手段４７を駆動してコア部４６を上下動作させることにより、バリ１９（図１）を取り除く。コア部４６の上下動作は、コア部上下駆動手段４７の駆動力により行う。コア部上下駆動手段４７は、それに連接して上下動作するコア部持ち上げ腕６６を備え、そのコア部持ち上げ腕６６に係合する基底部４５は上下方向に駆動される。
【００２１】
すなわち、持ち上げ駆動されるときは、コア部持ち上げ腕６６の上向き駆動力が、スプリングコイル４８の付勢する下向の弾性力に抗して、基底部４５は上昇動作する。一方、コア部持ち上げ腕６６が下降動作するときは、スプリングコイル４８が付勢する弾性力により基底部４５は押し戻される。このとき、基底部４５と一体のコアロッド４２も上下方向に駆動されるが、このコアロッド４２は、バリ取り架台６５に固定されて不動の外枠金型２０および下パンチ４０と相対的に動作する。そのため、外枠金型２０の内径部２４近辺に固着したバリ１９を剥ぎ取ることができる。
【００２２】
図１に示したように、コアロッド４２の外周面は、下パンチ４０の軸部４１の内周面に対して密嵌摺動の状態であるため、特に、下パンチ４０の軸部４１の上端面から外枠金型２０の上側開口２２の中心部近傍に付着したバリ１９を除去する機能を発揮できる。また、バリ取り機構６４は、外枠金型２０の内径部２４近辺から剥ぎ取られたバリ１９を吹き飛ばすエアブロー６７を備えて構成される。また、バリ取り架台６５の脇に圧縮空気送出部６８が配設されており、この圧縮空気送出部６８からエアブロー６７へと圧縮空気が送出される。除去されたバリ１９は、エアブロー６７の噴射作用によりバリ取り架台６５の奥部へ吹き飛ばされる。このバリ１９は、バリ取り架台６５の奥部に配設された不図示のダストコレクタにより収容され清掃・廃棄される。
【００２３】
図３は、図１の金型セットを秤量充填機構にセットして原料粉末を充填する工程を説明するための側面図である。図３に示すように、秤量充填機構１３は、主要な３点で構成された金型セット４９における成形部２３に、原料粉末１を規定量だけ正確に計量して充填するための機構であり、充填機１５、ガイド支柱１６、および精密秤量器（以下、「電子天秤」ともいう）３２を備えて構成されている。また、秤量充填機構１３の充填機１５は、原料粉末１の投入方向を、粉体シュート１４から外枠金型２０の成形部２３のみへと規制する投入位置規制体１８を、粉体シュート１４の粉体落下口３３近傍に備えて構成されている。
【００２４】
充填機１５は、中心部に棒状の投入位置規制体１８を有する漏斗形状の粉体シュート１４を把持して上下動作する。そのため、ガイド支柱１６は、充填機１５を上下動作自在かつ停止保持も可能に支持する。なお、充填機１５が下降動作しても、充填機１５とともに下降動作する投入位置規制体１８と、コア部４６と一体構成のコアロッド４２との間に隙間Ｇ１を確保し、両者が当接しないように不図示の位置センサ出力および制御部８０（図６参照）の演算結果に基づいて制御される。なお、投入位置規制体１８については図４を用いて後述する。また、充填機１５の上部には、攪拌羽根式粉体フィーダ３５が配設されている。この攪拌羽根式粉体フィーダ３５は、制御部８０（図６）により制御されたステップ・モータ（不図示）の回転に応じて所望量の粉体をふるい落とす機能を有する。
【００２５】
電子天秤３２は、充填機１５の全体に対する平面視で概ね中心を貫く鉛直線Ａの真下に配設されている。金型セット４９の軸芯４４を鉛直線Ａに揃えるように、金型セット４９を電子天秤３２の秤量台３４に載置し、金型セット４９の全装備重量を計量可能である。金型セット４９は、工程の進捗に応じて秤量充填機構１３に対して水平方向に出し入れされる。
【００２６】
すなわち、金型セット４９は、内部の成形部２３から粉末成形体２が取出された空の状態で、バリ取り機構６４に収納されてバリ取り（図５の工程Ｓ１１２）された後、ロボットアーム５４（図４（Ａ））で秤量充填機構１３へと移動され、電子天秤３２の秤量台３４に載置されて原料粉末１を投入される（図５の工程Ｓ１１３）。つぎに、原料粉末１が充填された金型セット４９は、他のロボットアーム又はコンベア等でなる第４搬送手段８４により超音波充填機構（図６，９，１０の超音波発信器３１ほか）へと移送される（図５の工程Ｓ１１４）。超音波充填機構は、金型セット４９の成形部２３に粉体シュート１４で投入された原料粉末１を、超音波で振動させながら隅の奥部まで隙間無く均等に押し込める。
【００２７】
秤量充填機構１３は、まず、金型セット４９を電子天秤３２の秤量台３４に載置して計量可能な状態で所定位置に待機させる。つぎに、秤量充填機構１３は、所定位置に待機する金型セット４９に粉体シュート１４より、原料粉末１を投入された量が規定重量に到達されたことを、電子天秤３２の検出出力により判定したとき、粉体シュート１４からの投入を停止する。原料粉末１の投下と停止の制御は、制御部８０が、規定値と電子天秤３２の検出出力とを比較した演算結果に基づいて、攪拌羽根式粉体フィーダ３５の回転を制御することにより行う。
【００２８】
図４は、本装置に含まれる主要な支援装置の説明図であり、（Ａ）ロボットアームの平面図、（Ｂ）粉体シュートおよび外枠金型の縦断面図である。図４（Ａ）に示すロボットアーム５４は、制御部８０（図６）の駆動命令により、規定のタイミングで対象物の下パンチ４０又はコア部４６（図１〜図３）を把持して移動し、所定位置で開放する動作が可能である。なお、ロボットアーム５４は、例えば、ロボシリンダアーム、その他の呼称であっても、同様の目的および機能を有するものであれば、油圧、空気圧、電動その他いずれの駆動方式でも構わない。
【００２９】
また、制御部８０（図６）には不図示の位置センサからロボットアーム５４と対象物それぞれの位置、姿勢等に関する最新情報が入力されるとともに、制御部８０に付設の記憶装置に格納されたプログラムを起動し、各種参照データを用いて演算処理することにより、ロボットアーム５４や不図示のコンベアをはじめとするオートメーション設備を一元的に制御して目的を達成する。
【００３０】
図４（Ｂ）の粉体シュート１４は、図３にも示したように、漏斗形状の中心軸が鉛直軸Ａに沿って上下動作自在かつ停止保持も可能である。粉体シュート１４が高く持ち上げられた状態で、金型セット４９が、水平移動しながら秤量充填機構１３にセットされる。その後、粉体シュート１４の投入位置規制体１８の下端面１８ａが、コアロッド４２の上端面４２ａに接触する寸前で対面するように、粉体シュート１４が下降する。その状態で、粉体シュート１４の原料粉末１が、外枠金型２０の上側の上部開口２２から内部の成形部２３へと投下される。
【００３１】
このとき、図４（Ｂ）の隙間Ｇ２に示すように、粉体シュート１４の投入位置規制体１８の下端面１８ａから、コアロッド４２の上端面４２ａまでの間が大きく離間している場合、上端面４２ａの上に、原料粉末１ａが斜め方向から降り掛かってしまう。したがって、投下された原料粉末１の総重量から、上端面４２ａの上に降り掛かって留まる原料粉末１ａの分を減じた分量しか、内部の成形部２３まで供給されないことになる。その結果、成形部２３で成形される粉末成形体２は、材料不足のため、品質劣悪なものとなる可能性が高い。
【００３２】
また、個々に重量が異なる金型装置に対して、原料粉末１を正確に秤量して充填する作業を、人手により対応していた場合、正確に対応できる熟練職人が必要であるとともに、生産効率が必ずしも良好ではなかった。本発明に係る粉末成形方法によれば、秤量充填機構を用いたので、個々に重量が異なる金型装置に対し、原料粉末を自動で正確に秤量し、金型の内部に位置する成形部に充填できるという効果が得られる。
【００３３】
本装置１００の主要な目的の一つは、秤量充填機構１３により正確かつ自動的に秤量された原料粉末１を、外枠金型２０の内部の成形部２３へ投下して充填することである。そのために、図３に示す狭められた隙間Ｇ１のように、粉体シュート１４の投入位置規制体１８の下端面１８ａから、コアロッド４２の上端面４２ａまでの距離を、可能な限り接近させることが好ましい。このように狭められた隙間Ｇ１であれば、横風に吹かれて入り込むことにより、コアロッド４２の上端面４２ａに降り積もる原料粉末１ａの量を減らすことが可能である。なお、図３および図４（Ｂ）ではコアロッド４２の直径と、投入位置規制体１８の直径とは同一に描いているが、投入位置規制体１８の直径を、コアロッド４２の直径より大きくしても良い。
【００３４】
図５は、本装置において、バリ取りおよび秤量充填の手順を説明するためのフローチャートである。本装置１００は、図５の工程（Ｓ１１０）〜工程（Ｓ１１４）に示す手順で、残りカスであるバリ１９を除去してから原料粉末１を精密に秤量して充填する。つまり、自動製造ラインにおいて、同じ成形品２を繰り返して大量生産する際に、先の生産工程によって生じたバリ１９を除去してから（Ｓ１１２）、後の生産工程のために、原料粉末１を精密秤量して充填（Ｓ１１３）する。なお、図５に示す工程（Ｓ１１０）〜工程（Ｓ１１４）は、図７を用いて後述するバリ取り工程（Ｓ１０）および原料粉末自動充填工程（Ｓ１１）に含まれる。より詳しくは、バリ取り工程（Ｓ１０）に工程（Ｓ１１０）〜工程（Ｓ１１２）が含まれ、原料粉末自動充填工程（Ｓ１１）に工程（Ｓ１１３）〜工程（Ｓ１１４）が含まれる。
【００３５】
まず、外枠金型２０と下パンチ４０をコアロッドが串刺し状にした金型セット４９を準備する工程（Ｓ１１０）。つぎに、金型セット４９をバリ取り機構６４に装填する工程（Ｓ１１１）。つぎに、コア部４６を上下動作して外枠金型２０の内径部２４近辺に付着するバリ１９を除去する工程（Ｓ１１２）。つぎに、電子天秤（精密秤量器）３２の秤量台３４に金型セット４９を載置して原料粉末１を投入する工程（Ｓ１１３）。つぎに、原料粉末１が充填された金型セット４９を超音波充填機構へ送る工程（Ｓ１１４）の手順で実行される。以下に、工程（Ｓ１１０）〜工程（Ｓ１１４）について、より詳しく説明する。
【００３６】
まず、３点の構成要素が一体化するように金型セット４９を形成して準備する工程（Ｓ１１０）では、外枠金型２０に嵌着された下パンチ４０の中空の軸部４１の軸心４４を、上下動作可能なコアロッド４２が、下方より串刺しに貫通した状態となる。すなわち、外枠金型２０、下パンチ４０、およびコアロッド４２の３点が一体化して金型セット４９に形成され、新たな成形に向けて準備される。なお、工程の都合により、金型セット４９を構成する３点の構成要素が常時一体化したままで分解されないならば、金型セット４９を組み立てるような工程も無い。その場合、金型セット４９を形成して準備する工程（Ｓ１１０）は、金型セット４９の形状を説明する便宜上の工程と位置づけられる。
【００３７】
つぎに、金型セット４９をロボットアーム５４が把持してバリ取り機構６４に装填する工程（Ｓ１１１）において、上パンチ５０が嵌着されていない状態で、不図示のコンベアにより搬送されて来る金型セット４９を、ロボットアーム５４が把持してバリ取り機構６４に装填する。
【００３８】
つぎに、バリ１９を除去する工程（Ｓ１１２）において、コア部上下駆動手段４７を駆動してコア部４６を上下動作することにより、外枠金型２０の内径部２４近辺に固着して残るバリ１９を剥ぎ取るとともに、エアブロー６７により吹き飛ばして除去する。バリ１９を除去した後、原料粉末１を投入する工程（Ｓ１１３）において、精密秤量器３２の秤量台３４に金型セット４９を載置し、精密に秤量しながら原料粉末１を投入する。つぎに、原料粉末１を充填された金型セット４９を超音波充填機構へ送る工程（Ｓ１１４）において、ロボットアーム５４により、原料粉末１を充填された金型セット４９が、不図示の超音波充填機構へ移送される。
【００３９】
また、大量生産型の自動生産（オートメーション）設備において、製品取出し工程（図７のＳ１８）で、外枠金型２０の内径部に残留したバリ１９については、原料粉末自動充填工程（図７のＳ１１）の前段階で、人手により除去する必要があった。その点については、人手を要するばかりか、生産効率を低下させる要因にもなっていた。そこで、本装置１００は、工程（Ｓ１１１）において、金型セット４９をロボットアーム５４が把持してバリ取り機構６４に装填し、工程（Ｓ１１２）において、外枠金型２０の内径部２４近辺に固着して残るバリ１９を除去するようにした。その結果、自動で短時間・確実にバリ１９を除去するので人手が不要となり、生産効率も向上する。
【００４０】
［全体構成］
上述した主要構成を含めた全体構成について説明する。  
本装置１００は、内部に成形部２３が形成された外枠金型２０に充填された原料粉末１を加熱・圧縮して粉末成形体２を成形するものであり、粉末冶金法に基づいて原料粉末１を粉末成形体２に加工することにより、例えば、ミニチュア・ベアリングや小型歯車等を大量生産するものである。
【００４１】
図６は本装置の概略を説明するための模式説明図である。図６に示すように、本装置１００は、複数のワーク移動体６３と、このワーク移動体６３が移動する加熱プレス冷却ライン１１および支援ライン１２と、これらのライン構成を統括制御する制御部８０と、を備えて構成されている。なお、本装置の概略を説明するための図６と他の図とは、細部の形状まで一致させていない。
【００４２】
図１を用いて説明したように、ワーク移動体６３は、少なくとも下パンチ４０に嵌着された外枠金型２０内の成形部２３に原料粉末１（高温加圧処理後は粉末成形体２になる）が充填され、かつ外枠金型２０に上パンチ５０が嵌着されて構成されている。なお、ワーク移動体６３には、適宜コア部４６まで含めることがある。ただし、図６では、コア部４６を省略している。
【００４３】
加熱プレス冷却ライン１１は、下パンチホルダ９１と、加熱手段７０と、プレス手段９０と、窒素室形成手段９３と、温度調整手段７２と、第３搬送手段８３とを備え、加熱プレス位置４および緩慢冷却位置５を有して構成されている。加熱プレス冷却ライン１１は、ワーク移動体６３を移動単位とし、このワーク移動体６３に仕込まれた原料粉末１に対して、加熱手段７０による加熱と、プレス手段９０による加圧と、温度調整手段７２による保温および所定の温度勾配の冷却とを、制御部８０の命令により順次実行可能なロボット構成を有する。
【００４４】
なお、制御部８０は、不図示のコンピュータ装置により主要部を構成され、稼動プログラム、データベース、演算部、入力部、出力部を有する。温度調整手段７２は制御部８０の統括制御を受けながら、加熱手段７０により原料粉末１を加熱し、３５０〜４３０℃の範囲で１５０秒以上維持した後に、エアーノズル又は空冷ファン７３のエアブローその他により急速冷却から緩慢冷却に温度勾配を切換えながら冷却する。
【００４５】
加熱プレス冷却ライン１１で用いるワーク移動体６３は、搬送固定冶具６０によりワークおよび関連部材を装着して各工程の進捗に応じて移動するための構成単位である。搬送固定冶具６０は外枠金型２０をはじめとする関連部材の装着と離脱が可能であり、各工程に応じて各部材の分解、組み立て、固定、および移動を繰り返す。外枠金型２０にはワークとして内部に原料粉末１が充填される。なお、搬送固定冶具６０の大部分は、下パンチ４０が兼用することにより構成されている。さらに、搬送固定冶具６０と金型セット４９は、実質上同一の場合もあるが、両者は、オートメーション設備において、ワークを各工程で搬送したり加工のために固定したりするための冶具という観点による搬送固定冶具６０と、粉末冶金専用にセットされる金型という観点による金型セット４９で呼称を区別されている。
【００４６】
支援ライン１２は、第１搬送手段８１、第２搬送手段８２および第４搬送手段８４と、金型載置手段８６と、原料粉末充填手段３０と、上パンチ嵌着手段５１と、上パンチ取外し手段５２と、上パンチ返送手段８７と、製品取出し手段８５と、を備えて構成されている。この支援ライン１２は、上述の加熱プレス冷却ライン１１を支援するための一連の工程を、制御部８０の命令により実行可能なロボット構成を有する。
【００４７】
第１搬送手段８１は、搬送固定冶具６０の上部に載置された外枠金型２０および外枠金型２０に充填された原料粉末１を原料粉末充填位置８から上パンチ嵌着位置３まで搬送して固定する。
第２搬送手段８２は、ワーク移動体６３を上パンチ嵌着位置３から加熱プレス位置４へと搬送する。
第３搬送手段８３は、ワーク移動体６３を加熱プレス位置４から分解抜出し位置６まで搬送する。
第４搬送手段８４は、上パンチ５０を取外された外枠金型２０を分解抜出し位置６から原料粉末充填位置８（又は金型戻り位置７）まで搬送する。
なお、第３搬送手段８３は、高温加圧処理直後で３５０℃以上のワークを含むワーク移動体６３を搬送し固定するので、他の搬送手段が耐熱温度６０℃で足りるところ、それよりも高い耐熱性を求められる。
【００４８】
原料粉末充填手段３０は、原料粉末１を計量して、外枠金型２０の上部開口２２から成形部２３へ充填する。この原料粉末充填手段３０は、図３〜図５を用いて説明した電子天秤３２を含む秤量充填機構１３、および超音波発振器３１を備えており、粉体シュート１４その他に貯留された原料粉末１を電子天秤３２により計量し、計量された後の原料粉末１を超音波発振器３１が生成する超音波で振動させながら外枠金型２０の内部に形成された成形部２３へと均一に充填する。
【００４９】
ここで、搬送固定冶具６０は、下パンチ４０にコアロッド４２が嵌挿された状態である。なお、本装置１００において、搬送固定冶具６０が移動するときは、コアロッド４２が抜け落ちないように、下パンチ４０とコアロッド４２とを一体的に把持して移動する。
【００５０】
ここでは、既に、上パンチ嵌着手段５１が、上パンチ嵌着位置３（図６）で上パンチ５０を外枠金型２０に嵌着した姿を示している。上パンチ嵌着手段５１を構成する不図示のロボットアームを、制御部８０が駆動し、上パンチ５０の下部を円筒形の外枠金型２０に同軸状に嵌着する。
【００５１】
また、上パンチ嵌着手段５１と置き換わるように、プレス手段９０（図１の矢印）を構成する不図示の油圧シリンダが上パンチ５０の上面に当接し、油圧シリンダ（３〜１５ＫＮ）により上パンチ５０と下パンチ４０とを軸方向に近づけるように圧縮する。このように、成形部２３に充填され加熱手段７０により加熱された原料粉末１をプレス手段９０が加圧し、規定の高温加圧処理することで粉末成形体２を成形する。
【００５２】
ワーク移動体６３は、加熱プレス位置４（図６）に固定されてから加熱工程（Ｓ１３）に入る（図７）。誘導コイル７１は、加熱プレス位置４に固定された外枠金型２０との位置関係を適切に保持される。誘導加熱の特性上、ワークが誘導コイル７１の中心に位置することが必要である。ただし、誘導コイル７１は加熱プレス位置４に配備されて加熱（Ｓ１３）・プレス（Ｓ１４）の工程でのみ用いる（図７）。この誘導コイル７１に交流電流を流すことにより、鉄その他の磁性材料で構成された外枠金型２０自体に誘導電流が発生して温度上昇する。その結果、外枠金型２０内部の成形部２３に充填された原料粉末１が加熱される。
【００５３】
下パンチ４０は、上述のように搬送固定冶具６０の主要部を構成する。本装置１００は、ワーク移動体６３に仕込まれた原料粉末１を圧縮して粉末成形体２に成形する。
【００５４】
本発明の実施形態に係る粉末成形方法は、粉末冶金法に基づいて、原料粉末１を圧縮して粉末成形体２を成形する方法である。すなわち、ピストン状の下パンチ４０および上パンチ５０が、シリンダ状の外枠金型２０の上下にそれぞれ嵌着されて形成される成形部２３に、原料粉末１が充填される。外枠金型２０の成形部２３に充填された原料粉末１は、下パンチ４０および上パンチ５０で圧縮されて粉末成形体２に成形される。
【００５５】
温度調整手段７２は、外枠金型２０および粉末成形体２を所定の温度で所定の高温加圧処理時間Ｔ１だけ維持した後に冷却する。具体的には、温度調整手段７２は、制御部８０に統括制御され、温度センサ（不図示）から温度情報の入力を得るとともに、冷却位置５に配設されたエアーノズル又は空冷ファン７３の送風出力を、規定の制御パタンに沿って制御する。制御パタンについては、図８の温度管理グラフに沿って後述する。なお、制御パタンには、温度管理以外に、プレス工程（Ｓ１４）におけるタイマー制御も含まれている。
【００５６】
分解抜出し位置６まで搬送された複数の搬送固定冶具６０から、上パンチ取外し手段５２により、上パンチ５０が取り外される。取外された上パンチ５０は、上パンチ返送手段８７により、分解抜出し位置６から上パンチ嵌着位置３へと返送される。上パンチ返送手段８７は、不図示のロボットアームを制御部８０が駆動する構成である。
【００５７】
図７は、本発明の実施形態に係る粉末成形方法の工程および金型移動を説明するためのフロー図である。本方法は、外枠金型２０に形成した成形部２３に原料粉末１を充填し、この充填された原料粉末１を加熱・圧縮して粉末成形体２を成形する粉末成形方法である。
【００５８】
まず、バリ取り工程（Ｓ１０）により、外枠金型２０の内径部２４近辺に固着したバリ１９を除去する。つぎに、原料粉末自動充填工程（Ｓ１１）により、金属ガラス粒子の原料粉末１を電子天秤３２で計量するとともに、粉末流動性の低い金属ガラス粒子（粉末）を、超音波発振器３１が発生する超音波を用いて振動させながら外枠金型２０の奥に位置する成形部２３まで均一かつスムーズに充填する。なお、図７に示す原料粉末自動充填工程（Ｓ１１）には、図５に示した、工程（Ｓ１１０）〜工程（Ｓ１１４）が含まれる。つぎに、第１搬送工程（Ｓ１）により、外枠金型２０を原料粉末充填位置８から上パンチ嵌着位置３まで搬送して固定する。
【００５９】
上パンチ嵌着位置３では、上パンチ嵌着工程（Ｓ１２）により、搬送固定冶具６０にセットされた外枠金型２０に上パンチ５０が嵌着されて、ワーク移動体６３が形成される。ここで、金型一式に原料粉末１が仕込まれた状態のワーク移動体６３は、第２搬送工程（Ｓ２）により、上パンチ嵌着位置３から加熱プレス位置４へと搬送される。
【００６０】
つぎに、加熱（Ｓ１３）・プレス（Ｓ１４）の工程では、上述した窒素室形成手段９３により窒素パージ用の小部屋を用意し、その中で窒素の拡散・浪費を防ぎながら窒素パージを行う。窒素雰囲気の加熱プレス位置４において、加熱工程（Ｓ１３）により、外枠金型２０内の原料粉末１を誘導加熱により加熱する（図８参照）。
【００６１】
加熱された原料粉末１を、そのまま窒素雰囲気におけるプレス工程（Ｓ１４）で、プレス手段９０（３〜１５ＫＮ）により上パンチ５０と下パンチ４０とを軸方向に沿って近づけるように（図１の矢印）圧縮する。加熱工程（Ｓ１３）により、所定の温度範囲に加熱・保温された状態でプレス工程（Ｓ１４）が実行される。すなわち、プレス工程（Ｓ１４）において、原料粉末１を３５０〜４３０℃の温度範囲で維持するとともに、高温加圧処理時間Ｔ１を１５０秒以上確保するように高温加圧処理する。
【００６２】
プレス工程（Ｓ１４）の後、急速冷却工程（Ｓ１５）において、ワーク移動体６３を加熱プレス位置４に残した状態で３５０℃から２００℃まで１５秒で急速冷却する。この急速冷却工程（Ｓ１５）は、例えば、エアブローに冷却剤を併用し、不図示の液体窒素をワーク移動体６３に吹き付けることで達成できる。
【００６３】
つぎに、第３搬送工程（Ｓ３）により、加熱プレス位置４から緩慢冷却位置５を経て分解抜出し位置６へとワーク移動体６３を搬送する（図６参照）。この第３搬送工程（Ｓ３）では、ベルトコンベア上に１０個のワーク移動体６３を順次滞留させながら低速搬送することにより、緩慢冷却工程（Ｓ１６）も並行して実行される。この緩慢冷却工程（Ｓ１６）では、外枠金型２０の外側からエアーノズル又は空冷ファン７３によるブローを吹きかけて、粉末成形体２を２００℃から６０℃まで１５０秒で冷却する（図８参照）。
【００６４】
つぎに、分解抜出し位置６において、上パンチ返送工程（Ｓ１７）により、上パンチ５０を外枠金型２０から取外すとともに、取外された上パンチ５０を、分解抜出し位置６から上パンチ嵌着位置３へと返送する。また、分解抜出し位置６における製品取出し工程（Ｓ１８）では、図６の製品取出し手段８５が示すように外枠金型２０から粉末成形体２を取り出す。
【００６５】
一方、分解抜出し位置６で上パンチ５０を取外された外枠金型２０は、第４搬送工程（Ｓ４）により、（金型戻り位置７経由で）原料粉末充填位置８まで搬送される。図７の第１搬送工程（Ｓ１）〜第４搬送工程（Ｓ４）に示すように、搬送固定冶具６０に取付けられた状態の外枠金型２０は、原料粉末充填位置８、上パンチ嵌着位置３、加熱プレス位置４、緩慢冷却位置５、分解抜出し位置６から（金型戻り位置７経由で）原料粉末充填位置８に戻るまでの５（６）箇所にわたって巡回する。なお、支援ライン１２の都合により、金型戻り位置７を大きく設けて、そこに余分な外枠金型２０を滞留させるようにしても構わない。その場合は、不図示の上パンチ戻り位置も設けて、そこに余分な上パンチ５０を滞留させて数合わせする。
【００６６】
図８は、本方法において、金型の温度調整とタクトタイムとを説明するための温度管理グラフである。
なお、図８は、一例を示したにすぎない。したがって、本装置１００の製造品目や原料粉末１が変われば、各工程におけるタクトタイムｔその他の最適実行値も適宜に変更される。
図７でも示したように、加熱工程（Ｓ１３）により、外枠金型２０内に充填された原料粉末１を、誘導加熱により常温から４３０℃まで１５秒で加熱する。加熱工程（Ｓ１３）で加熱され高温に維持された状態でプレス工程（Ｓ１４）が実行される。すなわち、プレス工程（Ｓ１４）において、原料粉末１を３５０〜４３０℃の温度範囲で維持するとともに、高温加圧処理時間Ｔ１を１５０秒以上確保するように高温加圧処理する。
【００６７】
プレス工程（Ｓ１４）の後、急速冷却工程（Ｓ１５）において、ワーク移動体６３を３５０℃から２００℃まで１５秒で急速冷却する。急速冷却工程（Ｓ１５）の後、緩慢冷却工程（Ｓ１６）では、２００℃から６０℃まで１５０秒で冷却する。６０℃以下であれば、支援ライン１２のいずれでも耐熱性の問題はないので、その後、上パンチ返送工程（Ｓ１７）および製品取出し工程（Ｓ１８）が順次実行されるとともに、室温まで自然冷却される。
【００６８】
すなわち、プレス工程（Ｓ１４）および急速冷却工程（Ｓ１５）で１６５秒を要する滞留時間は短縮できないので、その１６５秒の間に、上パンチ嵌着位置３、分解抜出し位置６、金型戻り位置７、および原料粉末充填位置８に、各１個ずつワーク移動体６３が流れて稼動する。なお、緩慢冷却位置５は、１０個のワーク移動体６３を連続的に並べて対応する。緩慢冷却位置５で６０℃まで冷却されたワーク移動体６３を、順番に次の工程、すなわち上パンチ返送工程（Ｓ１７）および製品取出し工程（Ｓ１８）へと進めることができる。
【００６９】
本発明によれば、自動化のために、少なくともバリ取り機構又は秤量充填機構を備えた粉末成形金型装置および粉末成形方法を実現できる。より詳しくは、粉末成形金型装置、それに類する装置を用いた粉末成形方法における自動化の点で、例えば、バリ取り機構又は秤量充填機構について改善できる。すなわち、金型から成形品を取出した後にも金型に残留してつぎの成形に害をなす残滓（バリ）を、自動的かつ容易に除去する機構を実現できる。また、新たに粉末成形する工程で、重量を自動的かつ正確に計量した原料粉末を飛散・漏洩させずに金型内に充填するための秤量充填機構を実現できる。
【実施例１】
【００７０】
図９は、本装置の一実施例（本実施例）を示す全体正面図である。図１０は、図９に示した本装置を示す全体平面図である。図９、図１０に示すように、本装置１００は、概ね直方体の外形を形成する金属フレーム１０に各部が駆動可能に配設され、外部から電力、油圧、および空気圧による動力と、原料粉末１との供給を受けて、金属ガラス製のミニチュア・ベアリングを、連続的に大量生産するための高速連続式金属ガラス成形装置を構成する。また、本装置１００は、工場の内部である程度の移動および据え置きの調整に便利なように、金属フレーム１０の底面にキャスター９５および高さ調整足９６も配設されている。なお、図９、図１０は、各部の全てを符号で示す図ではないので他の図を参照することも必要である。また、他の図と細部の形状まで正確に一致させる性質の図ではない。
【００７１】
本装置１００は、図６ほか各図に沿って説明したように、原料粉末充填位置８、上パンチ嵌着位置３、加熱プレス位置４、緩慢冷却位置５、分解抜出し位置６および金型戻り位置７の各所にわたって、外枠金型２０が装着された搬送固定冶具６０、又は金型一式にワークまで完全に装着されたワーク移動体６３、あるいは単独の上パンチ５０が、規定どおりに移動を繰り返すように構成されている。移動は、ベルトコンベアおよびロボットアームで構成された第１搬送手段８１、第２搬送手段８２、第３搬送手段８３、第４搬送手段８４、および上パンチ返送手段８７が、制御部８０の命令により実行する。
【００７２】
本装置１００は、図１〜図８に沿って説明したように、金型戻り位置７又は原料粉末充填位置８に金型載置手段８６およびバリ取り機構６４が配設されている。また、原料粉末充填位置８に原料粉末充填手段３０として秤量充填機構１３および超音波発振器３１が配設されている。また、上パンチ嵌着位置３に上パンチ嵌着手段５１が配設されている。また、加熱プレス位置４に金型外枠９４、加熱手段７０、プレス手段９０、窒素室形成手段９３が配設されている。また、緩慢冷却位置５に第３搬送手段８３、温度調整手段７２および空冷ファン７３が配設されている。同様に、分解抜出し位置６に上パンチ昇降ホルダ（上パンチ取外し手段）５２、ロボットアーム（不図示）および製品取出し手段８５が配設されている。
【００７３】
本装置１００は、加熱プレス冷却ライン１１および支援ライン１２が制御部８０で統括制御されて稼動する構成であり、制御部８０が有する入力部、すなわち操作盤８８に配設された不図示のスイッチ類を操作することにより稼動又は停止の状態となる。また、プログラムの実行により全自動運転が可能であり、例えば、１００個生産する旨を入力し、応分の原料粉末１を原料粉末充填位置８に配備し、稼動スイッチをＯＮするだけで、ミニチュア・ベアリングの主要構成部を形成した金属ガラス製の粉末成形体２が製品置き場に１００個貯留される。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る粉末成形金型装置および粉末成形方法は、例えば、歯科医療用ドリルの軸受けのように、頻繁な薬剤洗浄等にも耐えられる耐食性を要求されるミニチュア・ベアリングを、金属ガラスによって大量生産するための高速連続式金属ガラス成形装置として利用可能性がある。
【符号の説明】
【００７５】
１  原料粉末、１ａ  コアロッドの上端面４２ａに降り積もった原料粉末、２  粉末成形体、３  上パンチ嵌着位置、４  加熱プレス位置、５  緩慢冷却位置、６  分解抜出し位置、７  金型戻り位置、８  原料粉末充填位置、９  （スライドベッド方式の）プレス受け、１０  金属フレーム、１１  加熱プレス冷却ライン、１２  支援ライン、１３  秤量充填機構、１４  粉体シュート、１５  充填機、１６  ガイド支柱、１７  防振台、１８  投入位置規制体、１８ａ  投入位置規制体１８の下端面、１９  バリ、２０  外枠金型、２１  底部開口、２２  上部開口、２３  成形部、２４  内径部、３０  原料粉末充填手段、３１  超音波発振器、３２  電子天秤（精密秤量器）、３４  秤量台、３３  粉体落下口、３５  攪拌羽根式粉体フィーダ、４０  下パンチ、４１  軸部、４２  コアロッド、４２ａ  コアロッドの上端面、４３  温度センサ、４４  軸心、４５  基底部、４６  コア部、４７  コア部上下駆動手段、４８  コイルスプリング、４９  （上パンチ５０が外された状態の）金型セット、５０  上パンチ、５１  上パンチ嵌着手段、５２  上パンチ昇降ホルダ（上パンチ取外し手段）、５４  ロボットアーム、６０  搬送固定冶具、６３  ワーク移動体、６４  バリ取り機構、６５  バリ取り架台、６６  コア部持ち上げ腕、６７  エアブロー、６８  圧縮空気送出部、７０  加熱手段、７１  誘導コイル、７２  温度調整手段、７３  空冷ファン、７４  コンベア、８０  制御部、８１  第１搬送手段、８２  第２搬送手段、８３  第３搬送手段、８４  第４搬送手段、８５  製品取出し手段、８６  金型載置手段、８７  上パンチ返送手段、９０  プレス手段、９３  窒素室形成手段、９４  金型外枠、９５  キャスター、９６  高さ調整足、１００  粉末成形金型装置、Ａ  充填機１５の鉛直線、Ｇ１，Ｇ２  隙間、Ｓ１  第１搬送工程、Ｓ２  第２搬送工程、Ｓ３  第３搬送工程、Ｓ４  第４搬送工程、Ｓ１０  バリ取り工程、Ｓ１１  原料粉末自動充填工程、Ｓ１２  上パンチ嵌着工程、Ｓ１３  加熱工程、Ｓ１４  プレス工程、Ｓ１６  緩慢冷却工程、Ｓ１７  上パンチ返送工程、Ｓ１８  製品取出し工程、Ｓ２０  、Ｔ１  高温加圧処理時間、Ｔ２  緩慢冷却時間、ｔ  タクトタイム
【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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【図１０】
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