(57)【要約】【課題】粉末成形サイクル全体の高速化を図りながらもオーバーシュート現象の発生を防止することができる、粉末成形装置及び粉末成形方法を提供する。【解決手段】粉末成形装置１は、相互に相対移動可能な関係で組み合わされるダイ３及び下パンチ５と、それらによって画定される成形室１５に加圧力を付与する上パンチ７と、上パンチを駆動するサーボモータ９と、サーボモータ及び上パンチの間に配置され、サーボモータの駆動力を上パンチに伝達するクランク機構１１と、一粉末成形サイクル内においてサーボモータを非等速回転運転させる制御部１３とを備える。【選択図】図１
2008087008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に相対移動可能な関係で組み合わされるダイ及び下パンチと、
前記ダイ及び下パンチによって画定される成形室に加圧力を付与する上パンチと、
前記上パンチを駆動するサーボモータと、
前記サーボモータ及び前記上パンチの間に配置され、該サーボモータの駆動力を該上パンチに伝達するクランク機構又はカム機構と、
一粉末成形サイクル内において前記サーボモータを非等速回転運転させる制御部と
を備えた粉末成形装置。
【請求項２】
前記一粉末成形サイクルは、原料粉末の充填工程と、加圧工程と、成形体の抜出工程と、それら各工程間の過渡工程とを含んでおり、
前記制御部は、前記サーボモータを、前記過渡工程において前記充填工程、加圧工程及び抜出工程よりも高速回転運転させる
請求項１に記載の粉末成形装置。
【請求項３】
前記一粉末成形サイクルは、少なくとも、原料粉末の充填工程と、加圧工程と、成形体の抜出工程とを含んでおり、
前記制御部は、前記サーボモータを、前記充填工程及び抜出工程時において前記加圧工程よりも高速回転運転させる
請求項１又は２に記載の粉末成形装置。
【請求項４】
前記成形室に原料粉末を供給する粉箱と、
前記クランク機構又はカム機構と前記粉箱との間に配置され、該粉箱を該サーボモータの駆動力により動作させるリンク機構と
をさらに備えた請求項１乃至３の何れか一項に記載の粉末成形装置。
【請求項５】
ダイ及び下パンチによって画定される成形室に対し上パンチにより加圧力を付与して粉末成形を行う方法において、
サーボモータと、クランク機構又はカム機構とを用意し、
一粉末成形サイクル内において前記サーボモータを非等速回転運転させ、前記上パンチを、前記クランク機構又はカム機構を介して前記サーボモータにより動作させる
粉末成形方法。
【請求項６】
前記一粉末成形サイクルは、原料粉末の充填工程と、加圧工程と、成形体の抜出工程と、それら各工程間の過渡工程とを含んでおり、
前記制御部は、前記サーボモータを、前記過渡工程において前記充填工程、加圧工程及び抜出工程よりも高速回転運転させる
請求項５に記載の粉末成形方法。
【請求項７】
前記一粉末成形サイクルは、少なくとも、原料粉末の充填工程と、加圧工程と、成形体の抜出工程とを含んでおり、
前記制御部は、前記サーボモータを、前記充填工程及び抜出工程時において前記加圧工程よりも高速回転運転させる
請求項５又は６に記載の粉末成形方法。
【請求項８】
前記成形室に原料粉末を供給する粉箱を用意すると共に、該粉箱と前記クランク機構又はカム機構との間に配置されたリンク機構を用意し、
前記粉箱を、前記リンク機構を介して前記サーボモータにより動作させる
請求項５乃至７の何れか一項に記載の粉末成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末成形装置及び粉末成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粉末成形は、金属粉末を所定の成分に配合した原料を成形金型に充填し、プレスで圧縮成形して成形体を得るものである。かかる粉末成形を実施するための従来の粉末成形機の一例として、特許文献１に開示されたものがある。
【０００３】
この粉末成形機では、成形体の主に側面の成形を担うダイと、成形体の主に底面の成形を担う下パンチとによって、上方が開放された金型が構成されている。また、ダイと下パンチとによって画定される成形室に、上方から加圧力を付与するための上パンチが設けられている。固定されているダイに対しては、下パンチ及び上パンチが往復動可能に支持されており、両パンチが接近することによって、向かい合う二方向からの加圧を行う両押成形を実施することができる。
【０００４】
また、下パンチ及び上パンチはそれぞれ、下パンチ用ボールねじ及び上パンチ用ボールねじによって一軸上を往復動できるように支持されている。ボールねじの駆動は、各ボールねじに対応して設けられた二つのモータによって行われるが、これらのモータは、下パンチと上パンチの間で同期を確保するため、具体的にはサーボモータが用いられている。
【特許文献１】特開平８−２０６８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
粉末成形サイクルは、主に、粉末の充填工程、加圧工程、成形体の抜出工程などの複数の異なる機能の工程を含むものであり、一サイクルに要するサイクルタイム自体の短縮化を行い、時間当たりの成形数の増加が望まれている。
【０００６】
その一方で、本発明者の検討によれば、既存の粉末成形においては、単純に粉末成形サイクル全体を均一に高速化すると、次のような問題が新たに生じることとなる。加圧工程における最大加圧力は、上パンチが最も下降した下死点の位置を基準に計算・設定されている。ところが、上述した従来の粉末成形においては、サイクル全体を均一に高速化すべく単純にモータの回転速度を増加すると、それに伴い高速回転されているボールねじが、所定のタイミングで瞬時に回転停止することが困難となる。このため、加圧工程においては、ボールねじが余力で過回転し、その分、上パンチが本来の下死点よりも更に下降してしまうオーバーシュート現象が生じる。このような現象が生じると、加圧力がかかり過ぎ、成形体に不具合を引き起こすおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、粉末成形サイクル全体の高速化を図りながらもオーバーシュート現象の発生を防止することができる、粉末成形装置及び粉末成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明に係る粉末成形装置は、相互に相対移動可能な関係で組み合わされるダイ及び下パンチと、前記ダイ及び下パンチによって画定される成形室に加圧力を付与する上パンチと、前記上パンチを駆動するサーボモータと、前記サーボモータ及び前記上パンチの間に配置され、該サーボモータの駆動力を該上パンチに伝達するクランク機構又はカム機構と、一粉末成形サイクル内において前記サーボモータを非等速回転運転させる制御部とを備える。
【０００９】
同目的を達成すべく、本発明は粉末成形方法も提供する。すなわち、ダイ及び下パンチによって画定される成形室に対し上パンチにより加圧力を付与して粉末成形を行う方法において、サーボモータと、クランク機構又はカム機構とを用意し、一粉末成形サイクル内において前記サーボモータを非等速回転運転させ、前記上パンチを、前記クランク機構又はカム機構を介して前記サーボモータにより動作させる。
【００１０】
好適には、前記一粉末成形サイクルは、原料粉末の充填工程と、加圧工程と、成形体の抜出工程と、それら各工程間の過渡工程とを含んでおり、前記制御部は、前記サーボモータを、前記過渡工程において前記充填工程、加圧工程及び抜出工程よりも高速回転運転させる。
【００１１】
好適には、前記一粉末成形サイクルは、少なくとも、原料粉末の充填工程と、加圧工程と、成形体の抜出工程とを含んでおり、前記制御部は、前記サーボモータを、前記充填工程及び抜出工程時において前記加圧工程よりも高速回転運転させる。
【００１２】
また、前記成形室に原料粉末を供給する粉箱と、前記クランク機構又はカム機構と前記粉箱との間に配置され、該粉箱を該サーボモータの駆動力により動作させるリンク機構とを用いてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明によれば、粉末成形サイクル全体の高速化を図りながらもオーバーシュート現象の発生を確実に防止することができる。
【００１４】
なお、本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施の形態によって更に詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る粉末成形装置並びに粉末成形方法の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。
【００１６】
図１は、本実施の形態に係る粉末成形装置の構成を模式的に示す図である。粉末成形装置１は、ダイ３、下パンチ５、上パンチ７、第１のサーボモータ９、クランク機構１１、制御部１３を備えている。ダイ３と下パンチ５とは、相互に相対移動可能な関係で組み合わされている。より具体的には、本実施の形態ではウィズドロアル法を実施するため、下パンチ５が固定態様で設けられている一方、ダイ３は、下パンチ５に対して可動に設けられている。
【００１７】
ダイ３は、成形体の主に側面の形成を担っており、下パンチ５は、成形体の主に底面の形成を担っている。よって、これらダイ３及び下パンチ５が組み合わされて、上方が開放された金型が得られている。ダイ３は所定の形状を有した貫通空間を有しており、下パンチ５は下方からその貫通空間に挿入されている。これによって、貫通空間は、ダイ３の空間形成面と下パンチ５の主に上面とによって画定され上方が開放された成形室１５として機能する。
【００１８】
ダイ３は、上下動機構１７によって、上下方向に駆動される。上下動機構１７は、一例として、伝達部１９、ボールねじ２１、第２のサーボモータ２３を有している。伝達部１９には、ダイ３が接続される一方、ボールねじ２１が螺合されている。ボールねじ２１が回転すると、回転トルクが直線的な駆動力に変換され、伝達部１９を介してダイ３が上下動する。また、ボールねじ２１は、第２のサーボモータ２３によって回転される。
【００１９】
ダイ３の上方には、粉箱２５が配置されている。粉箱２５は、成形体の原料となる粉末を収容するものであり、所定のタイミングでその原料粉末を成形室１５内に供給する。また、粉箱２５とクランク機構１１との間には、リンク機構２７が設けられている。リンク機構２７は、一例として、複数の連接棒やクランクシャフト２９に係合するカムなどで構成されている。かかるリンク機構２７によって、粉箱２５は、第１のサーボモータ９の駆動力によって供給位置及び退避位置の間で動作できるようになっている。
【００２０】
上パンチ７は、下パンチ５の上方に配置されており、下パンチ５と同軸上に上下動可能に支持されている。より詳細には、上パンチ７は、ダイ３の貫通空間に対して上方から挿入・退出可能となっており、ダイ３の貫通空間に挿入された際に成形室１５に加圧力を付与する。
【００２１】
上パンチ７と第１のサーボモータ９との間には、クランク機構１１が設けられている。クランク機構１１は、第１のサーボモータ９の駆動力を上パンチ７に伝達するものであり、一例として、クランクシャフト２９と、コネクティングフレーム３１とを備えている。さらに、クランクシャフト２９は、主軸部３３と、ホィール部３５とを有している。
【００２２】
主軸部３３は、その一端側が第１のサーボモータ９に接続されており、他端側がホィール部３５に接続され、ホィール部３５の回転中心を提供する。また、ホィール部３５には、コネクティングフレーム３１の一端側が接続されており、コネクティングフレーム３１の他端側は、上パンチ７を支持している。ホィール部３５とコネクティングフレーム３１との接続点３５ａは、ホィール部３５の回転中心から偏芯しており、それによって、ホィール部３５の回転トルクが直線的な駆動力に変換されてコネクティングフレーム３１に伝達され、コネクティングフレーム３１は単振動する。上パンチ７は、かかるコネクティングフレーム３１の直線的な動作によって上下動される。
【００２３】
第１のサーボモータ９及び第２のサーボモータ２３はそれぞれ接続線を介して制御部１３に接続されている。制御部１３は、第１のサーボモータ９及び第２のサーボモータ２３の回転速度を制御したり、第１のサーボモータ９及び第２のサーボモータ２３の回転量（回転角度）の情報を入手したりすることが可能となっている。
【００２４】
次に、本実施の形態に係る粉末成形装置の動作、すなわち、粉末成形方法の実施について説明する。まず、粉末成形装置の機構上の動作について説明し、次に、粉末成形サイクルに対応させた粉末成形装置の動作について説明する。
【００２５】
図１は、粉箱２５から粉末原料が成形室１５内に供給・充填された状態を示しており、ここから進行する動作を説明する。図１の状態からサーボモータ９が回転されると、ホィール部３５が図中矢印のように回転し、これにより、図２に示されるように、コネクティングフレーム３１が下降し、それと一体的に上パンチ７も下降してダイ３の貫通空間内に進入し、すなわち成形室１５内に充填された粉末原料を加圧する。また、これと並行して、第２のサーボモータ２３が回転され、ボールねじ２１の回転動作に伴って、伝達部１９さらにはダイ３が下降する。
【００２６】
このようにして、ウィズドロアル法における原料粉末の加圧が行われ、成形室１５内に成形体４１が得られる。
【００２７】
また、この間、ホィール部３５の回転に伴ってリンク機構２７が動作し、粉箱２５が上パンチ７及び下パンチ５の間から退出しさらにより離れる方向へと移動する。この状態が図２に示された状態である。
【００２８】
図２の状態からさらに第１のサーボモータ９が動作すると、ホィール部３５の回転に伴い、コネクティングフレーム３１を介して上パンチ７が上昇する。これにより、成形室１５の上方が開放され、成形室１５内に得られている成形体４１をダイ３から抜き出すことができる。また、これと並行して、粉箱２５は、リンク機構２７を介して動作され、次の加圧に用いる原料粉末の供給のため成形室１５に接近する。さらに、これらと並行して、第２のサーボモータ２３がダイ下降時と逆回転されることによりボールねじ２１も逆回転し、ダイ３は次の加圧に備え上昇される。このような動作によって、粉末成形装置１は最終的に図１の状態に戻り、以降かかる動作が繰り返される。
【００２９】
次に、粉末成形サイクルに対応させた粉末成形装置の動作について説明する。上記の粉末成形装置の機構上の動作から了解されるように、粉末成形サイクルは、原料粉末の充填工程と、加圧工程と、加圧保持工程と、上パンチの上昇に伴う成形体の抜出工程と、さらにそれら各工程の間の過渡工程とに区分けできる。本発明では、そのような一粉末成形サイクル内において、制御部１３によりサーボモータ９は非等速回転運転される。
【００３０】
図３を用いて、より具体的に説明する。図３において、参照符号Ｐ７、Ｐ３、Ｐ２５で示された線図はそれぞれ、粉末成形サイクルにおける、上パンチ７の位置、ダイ３の位置、粉箱２５の位置を示している。縦軸は、それぞれの移動態様を示しており、上パンチ７の位置Ｐ７とダイ３の位置Ｐ３とは、縦軸上の参照符号Ｄを基準に示されており、縦軸は上下位置を表している。粉箱２５の位置Ｐ２５は、縦軸上の参照符号Ｆを基準に示されており、縦軸は上にいくほど成形室１５への接近を表している。
【００３１】
また、横軸は、粉末成形サイクルにおける、ホィール部３５すなわち主軸部３３の回転角度位置を示している。上パンチ７の位置Ｐ７の上死点を基準に０度としたとき、３００（−６０）度から次の３００度までで一粉末成形サイクルが実行される。
【００３２】
まず、主軸部３３の回転角度が−６０度〜３０度までが原料粉末の充填工程であり、サーボモータ９は、回転速度Ｖ１で運転されている。充填工程では、上パンチ７は、上昇し上死点に到達してからやや下降を開始し始める。ダイ３は、上昇して十分な深さの成形室１５を提供し、その後は、上パンチ７に対応して下降する。粉箱２５は、成形室１５に接近し十分な深さが確保されている成形室１５内に原料粉末を落とし込む。このとき、上パンチ７が大きく上方に退避されており、粉箱２５が上パンチ７と干渉してしまうことが回避されている。また、線図から分るように粉箱２５は揺さぶり運動を行うことによって効率よく原料粉末が成形室１５内に落とされる。
【００３３】
次に、主軸部３３の回転角度が３０度〜１３７度までは第１の過渡工程となり、サーボモータ９は、回転速度Ｖ４で運転されている。第１の過渡工程では、上パンチ７が下降すると共に、粉箱２５が成形室１５から離れていく。
【００３４】
続いて、主軸部３３の回転角度が１３７度〜１８０度までは加圧工程であり、サーボモータ９は、回転速度Ｖ２で運転されている。加圧工程では、上パンチ７及びダイ３が下降し、原料粉末が圧縮されて成形体が形成される。なお、本実施の形態では、加圧保持工程として１８０度付近でサーボモータ９が所定時間、一旦停止され、加圧状態がホールドされる。
【００３５】
続いて、主軸部３３の回転角度が１８０度〜２５０度までは抜出工程であり、サーボモータ９は、回転速度Ｖ３で運転されている。抜出工程では、ダイ３が下降していくと共に、上パンチ７が上昇し、ダイ３からの抜き出しが行いやすいよう成形体の露出部分が増加する。
【００３６】
更に、成形体が抜き出され、主軸部３３の回転角度が２５０度〜３００度までは第２の過渡工程となり、サーボモータ９は、回転速度Ｖ４で運転されている。第２の過渡工程では、上パンチ７が更に上昇すると共に、粉箱２５が成形室１５へ接近する。
【００３７】
以降、原料粉末の充填工程、第１の過渡工程、加圧工程、加圧保持工程、抜出工程、第２の過渡工程が繰り返される。
【００３８】
また、回転速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は一定ではなく、すなわち、制御部１３は、一粉末成形サイクル内においてサーボモータ９を、非等速回転運転させる。具体的には、制御部１３は、サーボモータ９を、充填工程及び抜出工程時において加圧工程よりも高速回転運転させ、更に、過渡工程において充填工程、加圧工程及び抜出工程よりも高速回転運転させる。また、その回転速度の一例を示すと、回転速度Ｖ１＝５０［ｒｐｍ］、回転速度Ｖ２＝４０［ｒｐｍ］、回転速度Ｖ３＝５０［ｒｐｍ］、回転速度Ｖ４＝６０［ｒｐｍ］となっている。
【００３９】
以上のような本実施の形態に係る粉末成形装置及び粉末成形方法によれば、上パンチ７は、駆動源からクランク機構１１を介して駆動力を受ける態様であるため、駆動源としてサーボモータ９を用いても、本来の下死点よりも更に下降するオーバーシュート現象を起こすおそれがない。すなわち、上パンチ７の下死点は、サーボモータ９の停止をもって実現されるものではなく、サーボモータ９による主軸部３３の回転角度位置で実現されるため、上パンチ７が下死点より更に下降することはない。そして、そのようにオーバーシュート現象のおそれがなくなりサーボモータ９を用いることができるようになったため、一粉末成形サイクル内においてサーボモータ９を非等速回転運転させ、成形体の不具合を伴わない部分的な高速化を図ることができ、それにより粉末成形サイクル全体の高速化を図ることができる。
【００４０】
具体的には、過渡工程において充填工程、加圧工程及び抜出工程よりも高速回転運転させる。これによって、粉末成形サイクル内において特に機能を果たしていない区間を短縮し、充填、加圧及び抜出の確実性は担保しながらも粉末成形サイクル全体の高速化を図ることができる。また、充填工程及び抜出工程時において加圧工程よりも高速回転運転させる。これにより、十分な加圧時間を確保し成形を確実にしながらも、粉末成形サイクル全体の高速化を図ることができる。
【００４１】
以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。
【００４２】
例えば、上述した実施の形態では、サーボモータの駆動力を上パンチに伝達する機構としては、クランク機構が例示されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、上パンチの位置が少なくとも主軸部の回転角度に依存した周期関数で規定できるような態様であればよく、例えばカム機構などで構成することも可能である。
【００４３】
また、サーボモータの駆動力を粉箱に伝達する機構としては、リンク機構に限定されるものではなく、機械的な連動が確保されていれば他の態様であってもよい。
【００４４】
また、本発明は、ウィズドロアル法以外の両押成形に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態に係る粉末成形装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】加圧工程の状態を示す、図１と同態様の図である。
【図３】粉末成形サイクルにおける、上パンチ、ダイ及び粉箱の動作を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１                      粉末成形装置
３                      ダイ
５                      下パンチ
７                      上パンチ
９                      サーボモータ
１１                    クランク機構
１３                    制御部
２５                    粉箱
２７                    リンク機構
【図１】
2008087008.tif 000003
【図２】
2008087008.tif 000004
【図３】
2008087008.tif 000005