(57)【要約】      （修正有）【課題】成形型各段の充填密度を予測し、成形品の割れを判定し、プレス条件を設定する。【解決手段】プレス条件設定装置１は、成形型各段１２ａ，１２ｂ，１２ｃの充填密度を予測する成形型各段充填密度予測部２０と、予測充填密度に基づいて成形品に割れが発生しているか判定する判定部２２と、成形型各段の粉末充填量を補正するプレス条件を設定するプレス条件設定部２４と、を有している。判定部は、成形型各段の予測充填密度と第２の記憶部２８に記憶されている許容充填密度情報に基づいて成形品１６に割れが発生しているか判定する。【選択図】        図１
2004209481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形品体積に対する粉末充填量と成形型各段の密度分布との相関関係を示す予め求められた成形型各段密度分布情報を記憶する第１の記憶手段と、
前記成形型各段密度分布情報と多段粉末成形される成形品体積に対する実際の粉末充填量に基づいて、対象となる成形型各段の充填密度を予測する成形型各段充填密度予測手段と、
段とそれに隣接する段の充填密度とこれら段を成形する成形型の所定の変形係数とに基づいて予め求められた、成形型各段の許容充填密度を示す許容充填密度情報を記憶する第２の記憶手段と、
前記許容充填密度情報と前記成形型各段充填密度予測手段で予測された予測充填密度に基づいて、成形品に割れが発生しているか否か判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする多段粉末成形におけるプレス条件設定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置であって、
前記許容充填密度情報に基づいて成形型各段の粉末充填量を補正するプレス条件設定手段と、
を備えることを特徴とする多段粉末成形におけるプレス条件設定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置であって、
前記プレス条件設定手段は、前記許容充填密度情報から求められる重心充填密度になるように成形型各段の粉末充填量を補正することを特徴とする多段粉末成形におけるプレス条件設定装置。
【請求項４】
成形品体積に対する粉末充填量と成形型各段の密度分布との相関関係を示す予め求められた成形型各段密度分布情報を記憶する第１の記憶手段と、
前記成形型各段密度分布情報と多段粉末成形される成形品体積に対する実際の粉末充填量に基づいて、対象となる成形型各段の充填密度を予測する成形型各段充填密度予測手段と、
前記成形型各段充填密度予測手段で予測された予測充填密度に基づいて成形型の弾性変形量を算出し、成形型のプレス完了位置を補正するプレス条件設定手段と、
段とそれに隣接する段の充填密度とこれら段を成形する成形型の所定の変形係数とに基づいて予め求められた、成形型各段の許容充填密度を示す許容充填密度情報を記憶する第２の記憶手段と、
前記許容充填密度情報から換算される成形型の許容弾性変形量と前記プレス条件設定手段で算出される成形型の弾性変形量に基づいて、成形品に割れが発生するか否か判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする多段粉末成形におけるプレス条件設定装置。
【請求項５】
成形品体積に対する粉末充填量と成形型各段の密度分布との予め求められた相関関係と、多段粉末成形される成形品体積に対する実際の粉末充填量に基づいて、対象となる成形型各段の充填密度を予測する成形型各段充填密度予測ステップと、
段とそれに隣接する段の充填密度とこれら段を成形する成形型の所定の変形係数とに基づいて予め求められた成形型各段の許容充填密度と、前記成形型各段充填密度予測ステップで予測された予測充填密度に基づいて、成形品に割れが発生しているか否か判定する判定ステップと、
を備えることを特徴とする多段粉末成形におけるプレス条件設定方法。
【請求項６】
請求項５に記載の多段粉末成形におけるプレス条件設定方法であって、
段とそれに隣接する段の充填密度とこれら段を成形する成形型の所定の変形係数とに基づいて予め求められた成形型各段の許容充填密度に基づいて、成形型各段の粉末充填量を補正するプレス条件設定ステップと、
を備えることを特徴とする多段粉末成形におけるプレス条件設定方法。
【請求項７】
請求項６に記載の多段粉末成形におけるプレス条件設定方法であって、
前記プレス条件設定ステップは、前記成形型各段の許容充填密度から求められる重心充填密度になるように成形型各段の粉末充填量を補正することを特徴とする多段粉末成形におけるプレス条件設定方法。
【請求項８】
成形品体積に対する粉末充填量と成形型各段の密度分布との予め求められた相関関係と、多段粉末成形される成形品体積に対する実際の粉末充填量に基づいて、対象となる成形型各段の充填密度を予測する成形型各段充填密度予測ステップと、
前記成形型各段充填密度予測ステップで予測された予測充填密度に基づいて成形型の許容弾性変形量を算出し、成形型のプレス完了位置を補正するプレス条件設定ステップと、
段とそれに隣接する段の充填密度とこれら段を成形する成形型の所定の変形係数とに基づいて予め求められた成形型各段の許容充填密度から換算される成形型の許容弾性変形量と、前記プレス条件設定ステップで算出される成形型の弾性変形量に基づいて、成形品に割れが発生するか否か判定する判定ステップと、
を備えることを特徴とする多段粉末成形におけるプレス条件設定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多段粉末成形におけるプレス条件設定装置及びその設定方法、特に、成形品の割れ発生予測機能を有する多段粉末成形のプレス条件設定装置及び設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、型へ原料の粉末を充填し、成形型で加圧することによって所要形状の成形品を作製した後、高温に加熱することによって粉末を焼結させる粉末焼結成形が行われている。このような粉末焼結成形は、鍛造と異なり粉末を加圧することにより成形するので、複雑な形状を自由に成形することができ、また、近年の粉末焼結成形では、加圧プレス型（成形型）を複数段に分割し、個別に加圧制御可能な多段成形法が広く採用されている。例えば、自動車のＴ／Ｍ（トランスミッション）ハブ等が粉末焼結成形によって、作製されている。
【０００３】
図１０は、粉末焼結成形における粉末の加圧成形工程を示す図である。図１０（Ａ）に示すように、成形型各段５０ａ、５０ｂに充填された粉末をそれぞれ成形型上型５２ａ、５２ｂ及び成形型下型５４ａ，５４ｂのプレス位置を制御し加圧圧縮する。加圧圧縮後、図１０（Ｂ）に示すように、成形型上型５２ａ，５２ｂ及び成形型下型５４ａ，５４ｂを除荷し、成形品５０に成形する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加圧時に成形型上型５２ａ、５２ｂ及び成形型下型５４ａ，５４ｂにはそれぞれ弾性変形を生じ、この弾性変形量は、各成形型一様ではない。従って、例えば、図１０（Ｂ）に示すように、除荷時に、成形型下型５４ａ，５４ｂにたわみ量差（δ２−δ１）が生じる。このため、成形型下型５４ａ，５４ｂのたわみ量差によって成形品５０に割れｇ、いわゆるたわみ割れｇが発生するという問題がある。すなわち、成形型の除荷時のたわみ量差に起因する復元力による応力が成型品の段差部分に集中してたわみ割れｇが発生する。従って、たわみ割れｇの発生を防止するために、粉末の成形時には各成形型の弾性変形量がほぼ等しくなるような領域で成形する必要がある。
【０００５】
ここで、成形型上型５２ａ、５２ｂ及び成形型下型５４ａ，５４ｂの弾性変形量は、成形型の縦弾性係数、成形時の成形面圧等によって決定される。ここで、成形型の縦弾性係数は、成形型の大きさ、材質の制限により一定に設計することができない。一方、成形面圧は、各段の充填密度との間に相関があり、その充填密度を測定することで成形面圧が算出可能である。しかし、型全体の粉末充填量又は各段への粉末充填量、すなわち充填密度は日やロット毎に一定しない。これは、その日の温度、湿度変化が粉末が流動するときの摩擦に影響を与えるからである。また、型の各段の形状、例えば型の壁の摩擦により、各段への粉末の流動に影響を与えるからである。
【０００６】
そこで、本発明は、成形型各段の充填密度を予測し、その予測密度に基づいて成形品に割れが発生しているか否か判定することを目的とする。
【０００７】
更に、本発明は、成形品の割れを考慮したプレス条件を設定することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置は、成形品体積に対する粉末充填量と成形型各段の密度分布との相関関係を示す予め求められた成形型各段密度分布情報を記憶する第１の記憶手段と、成形型各段密度分布情報と多段粉末成形される成形品体積に対する実際の粉末充填量に基づいて、対象となる成形型各段の充填密度を予測する成形型各段充填密度予測手段と、段とそれに隣接する段の充填密度とこれら段を成形する成形型の所定の変形係数とに基づいて予め求められた、成形型各段の許容充填密度を示す許容充填密度情報を記憶する第２の記憶手段と、許容充填密度情報と成形型各段充填密度予測手段で予測された予測充填密度に基づいて、成形品に割れが発生しているか否か判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置は、許容充填密度情報に基づいて成形型各段の粉末充填量を補正するプレス条件設定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置は、プレス条件設定手段は、許容充填密度情報から求められる重心充填密度になるように成形型各段の粉末充填量を補正することを特徴とする。
【００１１】
本発明の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置は、成形品体積に対する粉末充填量と成形型各段の密度分布との相関関係を示す予め求められた成形型各段密度分布情報を記憶する第１の記憶手段と、成形型各段密度分布情報と多段粉末成形される成形品体積に対する実際の粉末充填量に基づいて、対象となる成形型各段の充填密度を予測する成形型各段充填密度予測手段と、成形型各段充填密度予測手段で予測された予測充填密度に基づいて成形型の弾性変形量を算出し、成形型のプレス完了位置を補正するプレス条件設定手段と、段とそれに隣接する段の充填密度とこれら段を成形する成形型の所定の変形係数とに基づいて予め求められた、成形型各段の許容充填密度を示す許容充填密度情報を記憶する第２の記憶手段と、許容充填密度情報から換算される成形型の許容弾性変形量とプレス条件設定手段で算出される成形型の弾性変形量に基づいて、成形品に割れが発生するか否か判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
更に、上記発明における手段をコンピュータに機能させるためのプログラムとして構成しても好適である。
【００１３】
本発明の多段粉末成形におけるプレス条件設定方法は、成形品体積に対する粉末充填量と成形型各段の密度分布との予め求められた相関関係と、多段粉末成形される成形品体積に対する実際の粉末充填量に基づいて、対象となる成形型各段の充填密度を予測する成形型各段充填密度予測ステップと、段とそれに隣接する段の充填密度とこれら段を成形する成形型の所定の変形係数とに基づいて予め求められた成形型各段の許容充填密度と、成形型各段充填密度予測ステップで予測された予測充填密度に基づいて、成形品に割れが発生しているか否か判定する判定ステップと、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の多段粉末成形におけるプレス条件設定方法は、段とそれに隣接する段の充填密度とこれら段を成形する成形型の所定の変形係数とに基づいて予め求められた成形型各段の許容充填密度に基づいて、成形型各段の粉末充填量を補正するプレス条件設定ステップと、を備えることを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明の多段粉末成形におけるプレス条件設定方法は、プレス条件設定ステップは、成形型各段の許容充填密度から求められる重心充填密度になるように成形型各段の粉末充填量を補正することを特徴とする。
【００１６】
本発明の多段粉末成形におけるプレス条件設定方法は、成形品体積に対する粉末充填量と成形型各段の密度分布との予め求められた相関関係と、多段粉末成形される成形品体積に対する実際の粉末充填量に基づいて、対象となる成形型各段の充填密度を予測する成形型各段充填密度予測ステップと、成形型各段充填密度予測ステップで予測された予測充填密度に基づいて成形型の許容弾性変形量を算出し、成形型のプレス完了位置を補正するプレス条件設定ステップと、段とそれに隣接する段の充填密度とこれら段を成形する成形型の所定の変形係数とに基づいて予め求められた成形型各段の許容充填密度から換算される成形型の許容弾性変形量と、プレス条件設定ステップで算出される成形型の弾性変形量に基づいて、成形品に割れが発生するか否か判定する判定ステップと、を備えることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照し説明する。
【００１８】
実施形態１
図１は、実施形態の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置の構成を示す図である。
【００１９】
本実施形態の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置（以下、プレス条件設定装置という）は、例えば焼結部品の粉末成形品を成形する粉末成形プレス機に適用される。図１に示すように、プレス条件設定装置１は、粉末成形プレス機２と接続されており、粉末成形プレス機２に予め設定されているプレス条件を取得し、成形品に割れが生じているか否か判定し、プレス条件の補正値を算出する。本実施形態において特徴的なことは、後述するように、成形型各段の充填密度を予測し、成形品に割れが発生していないか判定し、プレス条件を設定する点である。
【００２０】
粉末成形プレス機２は、型（図示せず）に充填された粉末を各段に加圧圧縮する成形型上型１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び成形型下型１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、これらの動作制御を統括的に行うマイクロコンピュータなどからなる制御部１４と、を備えている。制御部１４は、予め設定された粉末充填量及び成形型位置制御等のプレス条件に基づいて、粉末を充填し、各成形型上型１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び各成形型下型１２ａ，１２ｂ，１２ｃ（以下、成形型１０、１２とも標記する）を制御することにより粉末を成形する。
【００２１】
このようにして、図１に示すように、成形品１６が成形される。図１には、成形品１６として、自動車のＴ／Ｍ（トランスミッション）ハブが示されている。しかしながら、成形型上型１０ａ、１０ｂ、１０ｃ又は成形型下型１２ａ，１２ｂ，１２ｃの弾性変形量に差があると、たわみ割れが生じる。本実施形態のプレス条件設定装置１は、成形型各段の充填密度を予測し、成形品に割れが発生していないか判定し、プレス条件を設定する。以下、プレス条件設定装置１について詳細に説明する。
【００２２】
プレス条件設定装置１は、通常ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成され、処理プログラムを読み込んで以下の機能を実現する。プレス条件設定装置１は、測定データ及び粉末成形プレス機２に設定されているプレス設定条件を受け付ける入力部１８と、入力部１８に入力されたデータ等に基づき成形型各段の充填密度を予測する成形型各段充填密度予測部２０と、予測充填密度に基づいて成形品に割れが発生しているか判定する判定部２２と、成形型各段の粉末充填量を補正するプレス条件を設定するプレス条件設定部２４と、を有している。また、成形型各段充填密度予測部２０、判定部２２、プレス条件設定部２４の処理に必要な各種情報を記憶する第１の記憶部２６及び第２の記憶部２８と、判定部２２の判定結果及びプレス条件設定部２４の処理結果を記憶する処理結果記憶部３０を有している。これら各構成要素は、互いに接続されている。
【００２３】
成形された成形品１６は、重量計３で粉末充填量が測定され、測定具４で各段の寸法が測定される。
【００２４】
入力部１８は、重量計３、測定具４で測定された成形品１６の粉末充填量及び各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの寸法の測定データを受け付ける。また、入力部１８は、粉末成形プレス機２のプレス条件、特に、成形型の変形係数等のデータを受け付ける。ここで、変形係数とは、成形型１０、１２の成形圧力（成形面圧）から成形型１０、１２の弾性変形量を算出可能な、ダイセット、成形型の全体の弾性係数を含む設計値である。プレス設定条件には、成形品１６を成形するための粉末充填量、寸法等が含まれる。入力部１８に入力されたデータは成形型各段充填密度予測部２０に出力される。
【００２５】
成形型各段充填密度予測部２０は、成形型１０、１２によって成形された成形型各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの充填密度を予測する。本実施形態において、成形型各段充填密度予測部２０は、実際の粉末充填量と成形型各段密度分布情報に基づいて成形型各段の充填密度を予測、すなわち、入力部１８から出力された測定データ及び後述する第１の記憶部２６に記憶されている成形型各段密度分布情報に基づいて成形型各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの充填密度を予測する。ここで予測された成形型各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの予測充填密度は、判定部２２に出力される。
【００２６】
判定部２２は、この予測充填密度に基づいて、成形品１６に割れが発生しているか否か判定する。本実施形態において、判定部２２は、予測充填密度と後述する第２の記憶部に記憶されている許容充填密度情報に基づいて成形品１６に割れが発生してるか判定する。この判定結果は、プレス条件設定部２４に出力される。
【００２７】
プレス条件設定部２４は、許容充填密度情報に基づいて成形型各段１６ａ、１６ｂ、１６ｃの粉末充填量を補正し、充填密度を補正する。例えば、判定部２２が、成形品１６に割れが発生していると判定した場合に補正する。これにより、割れのない成形品１６のプレス条件を設定することができる。
【００２８】
第１の記憶部２６及び第２の記憶部２８は、成形型各段充填密度予測部２０、判定部２２、プレス条件設定部２４の処理に必要な各種情報、データを記憶している。本実施形態においては、第１の記憶部２６は、成形型各段密度分布情報、密度成形圧力情報を記憶し、第２の記憶部２８は、許容充填密度情報を記憶している。以下、これらの情報について詳細に説明する。
【００２９】
＜成形型各段密度分布情報＞
図２は、成形型各段密度分布情報を示す図である。成形型各段密度分布情報は、成形品体積に対する粉末充填量と成形型各段の密度分布との相関関係を示し、粉末充填量変化率（％）に対して各段充填密度の変化率（％）で示されている。すなわち、成形品体積に対する粉末充填量に基づく各段の密度分布を示す分布係数Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃが求められる。成形型各段の充填密度の予測については、後述する。なお、本実施形態においては、型及び使用する粉末毎に実験を行い、第１の記憶部２６は、実験データを成形型各段密度分布情報として予め記憶している。
【００３０】
＜密度成形圧力情報＞
図３は、密度成形圧力情報を示す図である。密度成形圧力情報は、充填密度と成形圧力の相関関係を示し、粉末に対してある圧力をかけたときにどのような密度に成形されるかを示している。この密度成形圧力情報により、各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの充填密度から成形型１０、１２の成形圧力を逆算することができる。本実施形態においては、第１の記憶部２６は、成形品１６に使用される粉末Ａ〜Ｆ毎に成形圧力を変化させた実験データを密度成形圧力情報として予め記憶している。なお、密度成形圧力情報として、鉄鋼メーカー等の粉末の特性データを記憶させてもよい。
【００３１】
＜許容充填密度情報＞
図４は、許容充填密度情報を示す図である。許容充填密度情報は、段とそれに隣接する段の充填密度とこれら段を成形する成形型の所定の変形係数とに基づいて求められている。図４は、成形品１６のＴ／Ｍハブの各段の歯の段１６ａ、リブの段１６ｂ、ボスの段１６ｃの許容充填密度情報が三次元許容充填密度マップとして表されている。この三次元許容充填密度マップは、各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの充填密度が、この三次元許容充填密度マップの空間内にあれば、たわみ割れが発生しない許容充填密度を表している。すなわち、たわみ割れは、段とそれに隣接する段の成形型の弾性変形量の差により発生する。ここで、成形型の弾性変形量は、成型面圧と変形係数、すなわち、各段の充填密度と成形型の所定の変形係数の相関により決まるので、許容充填密度情報は、段とそれに隣接する段の充填密度とこれら段を成形する成形型の所定の変形係数とに基づいて決定されることになる。ここで、変形係数とは、成形型１０、１２の成形圧力から成形型１０、１２の弾性変形量を算出可能な、ダイセット、成形型の全体の弾性係数を含む設計値である。
【００３２】
例えば、成形型各段１６ａ、１６ｂ，１６ｃの充填密度の下限値は、成形品１６に必要な機械的強度によって決められ、その上限値は、成形品１６に使用する材料及び製造的な理由、すなわち、ある限度値以上に充填密度が高くなると成形型１０、１２等が変形してしまうという製造的な理由で、充填密度の上限下限値が決められる。従って、許容充填密度情報は、更に、たわみ割れが発生しない許容充填密度に制限された上限値及び下限値を表している。なお、この許容充填密度情報から例えば図３の密度成型圧力情報を用いて成形圧力を算出することができるので、成形型の許容弾性変形量の許容範囲を算出することができる。
【００３３】
また、三次元許容充填密マップの重心となる重心充填密度ｏや、この重心充填密度ｏから一定範囲内にある任意範囲ｍを記憶しておいても良い。この重心充填密度ｏは、各段１６ａ、１６ｂ、１６ｃの充填密度が均衡し、成形型１０、１２の弾性変形量がほぼ等しくなる値である。この重心充填密度ｏにより、成形品１６の割れに関する多様な判定や高精度の補正を可能とすることができる。
【００３４】
なお、本実施形態の三次元許容充填密度マップは、成形型各段１６ｃ、１６ｂ、１６ｃの粉末の充填密度をそれぞれ変えて、割れが発生したか否か実験を行い、その実験データを許容充填密度情報として記憶している。
【００３５】
次に、以上説明した情報に基づく成形型各段充填密度予測部２０、判定部２２、プレス条件設定部２４の動作について詳細に説明する。
【００３６】
まず、成形型各段充填密度予測部２０の動作について説明する。本実施形態において、成形型各段充填密度予測部２０は、粉末成形プレス機２に設定される成形品１６の寸法、粉末充填量や各段の充填深さ等のプレス条件、実際に成形された成形品１６の粉末充填量と成形型各段密度分布情報の分布係数に基づいて、充填状態における各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの見掛け充填密度を予測計算する。次に、各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの見掛け充填密度と実際に成形された成形品１６の寸法から各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの充填密度を予測する。以下、詳細に説明する。
【００３７】
図５は、充填密度予測演算の概念を示す図である。以下、図２及び図５を用いて、充填密度予測演算の処理例について説明する。
【００３８】
図５（Ａ）は、成形型１０、１２による成形前（加圧前）の粉末の充填状態を示す図であり、図５（Ｂ）は、成形型１０、１２による成形後の成形品１６の状態を示す図である。ここで、
ρｐ＝充填状態における全体の見掛け充填密度
ｖｐ＝充填体積
ρａｐ、ρｂｐ、ρｃｐ＝各段の見掛け充填密度
ｈａｐ、ｈｂｐ、ｈｃｐ＝型寸法とプレス設定条件から算出される各段の充填深さ
Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃ＝各段の分布係数（図２参照）
ｗ＝成形品全体重量
ｈａ，ｈｂ，ｈｃ＝各段寸法
ρａ、ρｂ、ρｃ＝各段の予測充填密度
とすると、下記数１によって、充填状態における全体の見掛け充填密度を算出することができる。
【数１】
ρｐ＝ｗ／ｖｐ
【００３９】
次に、全体の見掛け充填密度に図２の成形型各段密度分布情報の分布係数を乗算し、段の見掛け充填密度を算出する。下記数２は、段１６ａの見掛け充填密度の算出を示す。
【数２】
ρａｐ＝Ｋａ（分布係数）×ρｐ
【００４０】
下記数３に示すように、段１６ａの見掛け充填密度に圧縮率を乗算し、段１６ａの充填密度ρａを予測する。
【数３】
ρａ＝ρａｐ×ｈａｐ／ｈａ
【００４１】
段１６ｂ、１６ｃの充填密度ρｂ、ρｃについても同様に予測することができる。
【００４２】
このようにして、成形型各段充填密度予測部２０は、各段１６ａ、１６ｂ、１６ｃの予測充填密度ρａ、ρｂ、ρｃを算出し、この各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの予測充填密度ρａ、ρｂ、ρｃを判定部２２に出力する。
【００４３】
判定部２２は、許容充填密度情報と成形型各段充填密度予測部２０で予測された予測充填密度ρａ、ρｂ、ρｃに基づいて、成形品１６に割れが発生しているか判定する。判定部２２は、例えば図４に示す三次元許容充填密度マップに基づいて、予測充填密度ρａ、ρｂ、ρｃが許容充填密度の範囲であるか判定する。判定部２２は、予測充填密度ρａ、ρｂ、ρｃが許容充填密度の範囲内であれば、成形品１６に割れが発生しないと判定し、許容充填密度の範囲外であれば、割れが発生していると判定する。
【００４４】
なお、判定部２２は、許容充填密度情報及び予測充填密度ρａ、ρｂ、ρｃを成形型１０、１２の弾性変形量に換算し、これらを比較判定しても好適である。すなわち、判定部２２は、第１の記憶部２６の密度成形圧力情報と予測充填密度ρａ、ρｂ、ρｃに基づいて成形圧力に換算し、成形圧力と成形型１０、１２の変形係数から成形型１０、１２の弾性変形量を算出する。同様に、第２の記憶部２８の許容密度充填密度情報も成形型１０、１２の弾性変形量に換算する。
【００４５】
また、判定部２２は、予測充填密度ρａ、ρｂ、ρｃが許容充填密度情報の重心充填密度ｏや任意範囲ｍ内にあるか否かを判定しても良い。これにより、成形品１６に割れのない範囲内であっても成形品１６を理想的な充填密度に補正できるからである。
【００４６】
プレス条件設定部２４は、例えば、成形品１６に割れが発生している場合、許容充填密度情報に基づいて成形型各段１６ａ、１６ｂ、１６ｃの予測充填密度を許容充填密度内になるように補正する。これにより、割れのない成形品１６のプレス条件を算出することができる。具体的には、成形型各段１６ａ、１６ｂ、１６ｃの粉末充填量を補正し、充填深さを補正する。好適には、プレス条件設定部２４は、重心充填密度ｏになるように成形型各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの粉末充填量を補正する。これにより、充填密度バランスが良い成形品１６を成形することができる。また、判定部２２が成形品１６に割れが発生していないと判定しても、成形型各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの予測充填密度が許容充填密度の境界や上述した任意範囲ｍ外にある場合に、プレス条件設定部２４は、成形型各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの充填密度を補正しても好適である。このような場合、成形型各段１６ａ、１６ｂ、１６ｃの充填密度バランスが良いとは言えないからである。
【００４７】
プレス条件設定部２４は、成形型各段１６ａ、１６ｂ，１６ｃの粉末充填量を補正すると、補正したプレス設定条件を粉末成形プレス機２の制御部１４へフィードバックする。これにより、粉末成形プレス機２は、補正されたプレス設定条件に基づいて成形品１６の連続成形を開始する。これにより、割れのない、更には充填密度バランスの良い成形品１６を成形することができる。また、プレス条件設定部２４は、補正したプレス設定条件を処理結果記憶部３０へ出力する。
【００４８】
処理結果記憶部３０は、プレス条件設定部２４で補正されたプレス設定条件を記憶する。処理結果記憶部３０は、これらの処理結果を蓄積する。これにより、粉末成形プレス機２に予め定められたプレス設定条件の基本的な修正に利用することができる。従って、処理結果記憶部３０は、補正されたプレス設定条件と共に、成形品１６の作成日時、天気、湿度等と共に、プレス設定条件を関連づけて記憶すると好適である。
【００４９】
なお、成形品１６の各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃ総てについて、充填密度を予測及び割れを判定しなくても、特定の段のみ行っても良い。
【００５０】
次に、プレス条件設定装置１の作用について説明する。図６は、プレス条件設定装置１の処理例を示すフローチャートである。
【００５１】
プレス条件設定装置１の入力部１８に粉末成形プレス機２に予め設定されている成形品の粉末充填量と寸法等のプレス設定条件が入力される（Ｓ１０）。サンプルとなる成形品１６を成形し、重量計３、測定具４で成形品１６の実際の粉末充填量、各段の寸法が測定され、入力部１８に入力される（Ｓ１２）。プレス条件設定部２４は、予め設定されている粉末充填量と成形品１６の粉末充填量から誤差値を算出し、全体の粉末充填量の補正値を算出する（Ｓ１４）。
【００５２】
次に、成形型各段充填密度予測部２０は、実際の粉末充填量と第１の記憶部２６に記憶されている成形型各段密度分布情報に基づいて、成形型各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの見掛け充填密度を予測し（Ｓ１６）、見掛け充填密度に基づいて、成形型各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの充填密度を予測する（Ｓ１８）。
【００５３】
次に、判定部２２は、成形型各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの予測充填密度と第１の記憶部２６に記憶されている密度成形圧力情報に基づいて、成形型１０、１２の成形圧力を算出する（Ｓ２０）。判定部２２は、成形型１０、１２の成形圧力が算出されると、成形型１０、１２の所定の変形係数に基づいて成形型１０、１２の弾性変形量を算出する（Ｓ２２）。判定部２２は、第２の記憶部２８に記憶されている許容充填密度情報を成形型の許容弾性変形量に換算し、許容弾性変形量と成形型１０、１２の弾性変形量と比較し、成形品１６に割れが発生しているか否か判定する（Ｓ２４）。判定結果は、ディスプレイ等の図示しない出力装置に出力される。更に、判定部２２は、割れの判定をＮ回以上繰り返していない場合に（Ｓ２６でＮｏ）、予測充填密度と、例えば図４に示す三次元充填密度マップの重心充填密度ｏとの差を算出する（Ｓ３０）。判定部２２は、割れの判定をＮ回以上繰り返している場合に（Ｓ２６でＹｅｓ）、成形型各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの予測充填密度が、例えば図４に示す三次元許容充填密度マップの任意範囲ｍ内か判断する（Ｓ２８）。任意範囲ｍの範囲外であればＳ３０に進み、任意範囲ｍ内であれば、Ｓ３６に進む。なお、Ｓ２６、Ｓ２８の処理は、必要以上の繰り返し処理を避けるためのステップであり、Ｎ回は任意に設定することができる。
【００５４】
プレス条件設定部２４は、重心充填密度ｏとの差に基づいて、各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの粉末充填量の補正値、具体的には、充填深さの補正値を算出する（Ｓ３２）。判定部２２は、補正後の予測充填密度が許容充填密度内か確認する（Ｓ３４）。各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの予測充填密度が許容充填密度外でつり合ってしまうのを防止するためである。Ｓ３４でＹＥＳならば、プレス条件設定部２４は、これらのプレス条件を粉末成形プレス機２の制御部１４へフィードバックする（Ｓ３６）。Ｓ３２でＮＯならば、Ｓ１４に戻り処理を繰り返す。
【００５５】
プレス条件設定装置１を利用してこのような処理を日又はロット毎に行うと、割れのない成形品１６を成形することができる。
【００５６】
実施の形態２
図７は、実施形態２の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置５の構成を示す図である。なお、上述した実施形態１のプレス条件設定装置１の構成要素と同一又は相当部材には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
実施形態１のプレス条件設定装置１は、主に成形品の割れを判定し、成形品に割れが発生しないプレス条件を設定している。しかしながら、課題の欄で説明したように、型全体に充填される粉末充填量に誤差や各段の充填密度の差があり、これにより、粉末成形プレス機２に予め設定したプレス条件で成形しても同じ寸法に成形できないという問題がある。本実施形態におけるプレス条件設定装置５は、成形品１６が予め設定されたプレス条件を満たすように、プレス条件を補正し、その後その算出されたプレス条件で成形した場合に成形品に割れが発生しないか否か判定する点が特徴である。
【００５８】
以下、実施形態２のプレス条件設定装置５について、実施形態１と異なる点を中心に説明する。本実施形態におけるプレス条件設定装置５は、予測充填密度に基づいてプレス条件を設定するプレス条件設定部３２と、プレス条件設定部３２で設定されたプレス条件で成形品に割れが発生するか否か判定する判定部３４とを有している。更に、プレス条件設定装置５の第１の記憶部２６は、プレス条件設定部３２の処理に必要な情報として、実施形態１と同様に、成形型各段密度分布情報、密度成形圧力情報を記憶し、更に伝達圧力情報を記憶している。
【００５９】
プレス条件設定装置５の入力部１８には、実施形態１と同様に、粉末成形プレス機２のプレス設定条件、重量計３、測定具４で測定された成形品１６の粉末充填量及び各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの寸法の測定データが入力される。プレス設定条件には、成形品１６を成形するための粉末充填量、寸法等が含まれる。入力部１８は、入力されたデータを成形型各段充填密度予測部２０に出力する。
【００６０】
成形型各段充填密度予測部２０は、成形型１０、１２によって成形された各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの充填密度を予測する。更に、成形型各段充填密度予測部２０は、成形品１６に予め設定された粉末充填量及び寸法に誤差がある場合に、予め設定された粉末充填量、寸法（成形品体積）に補正した場合の成形型各段の充填密度を予測する。ここで、プレス条件設定部３２は、この誤差分を成形型各段へ均等に粉末充填量したり、特定の段の粉末充填量を補正することができるので、成形型各段充填密度予測部２０は、これらの粉末充填の仕方によって、各段の充填密度を予測する。ここで予測された成形型各段の予測充填密度は、プレス条件設定部３２に出力され、プレス条件設定部３２は、この予測充填密度に基づいて、微妙な寸法調整のためのプレス条件を算出する。
【００６１】
プレス条件設定部３２は、粉末成形プレス機２に予め設定されているプレス条件及び測定データから誤差値を算出する。プレス条件設定部３２は、後述するように、第１の記憶部２６に記憶されている密度成形圧力情報、伝達圧力情報に基づいて、プレス条件を算出する。
【００６２】
ここで、第１の記憶部２６に記憶されている伝達圧力情報について説明し、プレス条件設定部３２の動作について説明する。
【００６３】
＜伝達圧力情報＞
図８は、伝達圧力情報の概念を示す図である。伝達圧力情報は、成形型各段の充填密度と成形型の成形圧力の伝達の相関関係を示している。例えば、図８に示す成形型上型１０ｂが押圧されると、段１６ｂの粉末が圧縮され、更に、その成形圧力は他の段１６ａ、１６ｃに伝達され、他の成形型１０ａ，１０ｃ、１２ａ，１２ｃの成形圧力に影響を与える。しかし、この成形圧力の伝達の仕方は一定でない。すなわち、各段の充填密度は一定でないこと及び各段の型の形状、例えば型の壁の摩擦が成形圧力の伝達に影響を与えるからである。従って、本実施形態においては、成形型とそれに使用する粉末毎に、各段の充填密度変化と成形圧力の伝達の実験を行い、第１の記憶部２６は、この実験データを伝達圧力情報として予め記憶している。
【００６４】
プレス条件設定部３２は、成形型各段充填密度予測部２０で予測された、予め設定された粉末充填量及び寸法となった場合の予測充填密度と密度成形圧力情報に基づいて、プレス完了位置の補正値を算出する。すなわち、成形型各段充填密度予測部２０により、予測充填密度が算出されるので、予測充填密度と第１の記憶部２６に記憶されている密度成形圧力情報に基づいて各成形型１０、１２の成形圧力を算出する。これにより、プレス条件設定部３２は、成形型１０、１２の変形係数から成形型１０、１２の弾性変形量（変形量１）を算出し、各成形型１０、１２のプレス完了位置の補正値を算出する。
【００６５】
更に、プレス条件設定部３２は、成形型のプレス完了位置が補正された場合に、伝達圧力情報に基づいて、他の成形型のプレス位置を補正値を算出する。すなわち、成形型のプレス完了位置が補正されると、その成形型の成形圧力が他の成形型各段へ伝達され、他の成形型に影響を与えるからである。本実施形態においては、上述した第１の記憶部２６に記憶されている伝達圧力情報に基づいて、伝達される圧力と成形型１０、１２の変形係数から弾性変形量（変形量２）を算出し、プレス完了位置の補正値を算出する。例えば、成形型上型１０ｂのプレス完了位置が補正された場合、他の成形型１０ａ，ｂ、１２ａ，ｃのプレス完了位置の補正値を算出する。
【００６６】
判定部３４は、密度成形圧力情報に基づいて、許容充填密度情報から成形圧力を算出し、成形型の許容弾性変形量に換算し、プレス条件設定部３２で算出された成形型１０、１２の弾性変形量（変形量１＋変形量２）が、許容弾性変形量の範囲内にあるか判定する。許容範囲内の場合には、成形品１６に割れが発生せず、許容範囲外の場合には、成形品１６に割れが発生しているかを判定する。判定結果は、プレス条件設定部３２に出力される。
【００６７】
プレス条件設定部３２は、判定部３４が成形品１６に割れが発生しないと判定した場合には、算出したプレス設定条件を、粉末成形プレス機２の制御部１４へフィードバックする。判定部３４が割れが発生していると判定した場合には、プレス条件設定部３２は、プレス条件をフィードバックすると共に、成形型１０、１２の弾性変形量を調整する補正を出力する。例えば、ＣＮＣプレス機タイプならば、圧抜量を調整し、ダイセットタイプならば、板ばね等を追加し成形型１０、１２の弾性変形量を変化させるよう出力する。
【００６８】
このように、本実施形態のプレス条件設定装置５は、プレス条件設定部３２で設定されたプレス条件に割れが発生しないか確認することができるので、成形品１６の微妙な調整を行い、且つ割れのない成形品を成形することができる。
【００６９】
次に、プレス条件設定装置５の作用について説明する。図９は、プレス条件設定装置５の処理例を示すフローチャートである。
【００７０】
プレス条件設定装置１の入力部１８に、粉末成形プレス機２に予め設定されている成形品の粉末充填量と寸法等のプレス設定条件が入力される（Ｓ４０）。サンプルとなる成形品１６を成形し、重量計３、測定具４で成形品１６の実際の粉末充填量、各段の寸法が測定され、入力部１８に入力される（Ｓ４２）。プレス条件設定部３２は、予め設定されているプレス条件と実際の粉末充填量、各段の寸法とから、誤差値を算出する（Ｓ４４）。これらの誤差値を基本補正値とし、プレス条件設定部３２は、以下の成形型各段充填密度予測部２０で予測された予測充填密度に基づいて、補正値を算出する。
【００７１】
次に、成形型各段充填密度予測部２０は、実際の粉末充填量と第１の記憶部２６に記憶されている成形型各段密度分布情報に基づいて、成形型各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの充填密度を予測する（Ｓ４６）。ここで  各段の充填密度は、例えば、実施形態１で説明したように予測することができる。
【００７２】
本実施形態において、成形型各段充填密度予測部２０は、更に、予め設定された粉末充填量と粉末充填量に誤差がある場合、設定された粉末充填量に補正した場合の成形型各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの充填密度を予測する（Ｓ４８）。ここで、誤差量を成形型各段へ均等に充填したり、特定の段の充填量を補正することができるので、成形型各段充填密度予測部２０は、これらの粉末充填の仕方によって、各段の充填密度を予測する。次に、成形型各段充填密度予測部２０は、予め設定された成形品の寸法と実際の寸法に誤差がある場合、予め設定された成形品１６の寸法（成形品体積）に補正した場合の成形型各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの充填密度を予測する（Ｓ５０）。これにより、予め設定された成形品体積に対する粉末充填量に調整された場合の成形型各段の充填密度を算出することができる。
【００７３】
次に、プレス条件設定部３２は、予測充填密度と第１の記憶部２６に記憶されている密度成形圧力情報に基づいて、成形型１０、１２の成形圧力を算出する（Ｓ５２）。プレス条件設定部３２は、成形型１０、１２の成形圧力に基づいて、成形型１０、１２の変形係数から成形型１０、１２の弾性変形量（変形量１）を算出し、成形型１０、１２のプレス完了位置の補正値を算出する（補正値１、Ｓ５４）。更に、プレス条件設定部３２は、成形型のプレス完了位置が補正された場合に、補正された成形型のプレス完了位置と第１の記憶部２６に記憶されている伝達圧力情報に基づいて、他の成形型への伝達圧力を算出する（Ｓ５６）。プレス条件設定部３２は、Ｓ５６で求められた伝達圧力と成形型１０、１２の所定の変形係数から弾性変形量（変形量２）を算出し、他の成形型のプレス完了位置の補正値を算出する（補正値２、Ｓ５８）。これにより、成形型のプレス完了位置の補正に伴う他の成形型への成形圧力の伝達を考慮し、精度の高い位置制御を行うことができる。
【００７４】
判定部３４は、変形量１及び変形量２の合計、すなわち、成形型１０、１２の弾性変形量が、例えば図４に示す三次元許容充填密度マップから変換された許容弾性変形量の範囲内にあるか、すなわち割れが発生するか否か判定する（Ｓ６０）。許容範囲内にある場合は、プレス条件設定部３２は、Ｓ４４で算出された粉末充填量の誤差値から粉末の充填調整量、成形型１０、１２のストップ完了位置（寸法誤差値＋補正値１＋補正値２）を算出する（Ｓ６２）。許容範囲内にない場合には、例えば、成形型１０、１２の弾性変形量を変化させるよう出力すると共に（Ｓ６４）、プレス条件を設定する（Ｓ６２）。最後に、プレス条件設定部３２は、これらのプレス条件を粉末成形プレス機２の制御部１４へフィードバックする（Ｓ６６）。
【００７５】
プレス条件設定装置５を利用してこのような処理を日又はロット毎に行うと、高精度に均一化した成形品を成形することができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、成形型各段の密度を予測することにより、成形品の割れを判定することができる。
【００７７】
また、本発明は、成形型各段の予測充填密度に基づいて、成形品の割れを考慮した微妙なプレス条件の設定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置の構成を示す図である。
【図２】成形型各段密度分布情報を示す図である。
【図３】密度成形圧力情報を示す図である。
【図４】許容充填密度情報を示す図である。
【図５】充填密度予測演算の概念を示す図である。
【図６】プレス条件設定装置１の処理例を示すフローチャートである。
【図７】実施形態２の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置の構成を示す図である。
【図８】伝達圧力情報の概念を示す図である。
【図９】プレス条件設定装置５の処理例を示すフローチャートである。
【図１０】粉末焼結成形における粉末の加圧成形工程を示す図である。
【符号の説明】
１，５  プレス条件設定装置、２  粉末成形プレス機、３  重量計、４  測定具、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  成形型上型、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  成形型下型、１４  制御部、１６  成形品、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ  段、１８  入力部、２０  成形型各段充填密度予測部、２２  判定部、２４  プレス条件設定部、２６  第１の記憶部、２８  第２の記憶部、３０  処理結果記憶部、３２  プレス条件設定部、３４  判定部。
【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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