(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端がレバー軸に回動自在に支持されたレバーと、前記レバー軸の回りに前記レバーを揺動させるレバー駆動機構と、成形金型内の原料粉末を上方より圧縮する上パンチに前記レバーの揺動を伝達して前記上パンチを上下方向に往復運動させるよう構成されたピストン機構とを備えてなる粉末成形機であって、
前記レバー駆動機構は、回転駆動される偏心カムと、前記偏心カムの回転をロッドの上下方向の往復運動に変換する中間リンク機構と、一端が前記ロッドの先端に回動自在に連結されているとともに他端がシャフトに回動自在に支持されていて前記ロッドの往復運動にともない前記シャフトの回りに、かつ、前記シャフトを通る水平面より常に下方で揺動する駆動レバーと、前記駆動レバーに固定されて前記駆動レバーとともに揺動する揺動伝達部と、前記揺動伝達部と前記レバーとの間に回動自在に架設されていて前記揺動伝達部の揺動を前記レバーに伝達して前記レバーを揺動させる揺動伝達ロッドとを備え、前記レバー駆動機構の下死点で前記駆動レバーと前記上パンチとが最下降位置に位置するよう構成されており、
前記下死点付近では、前記駆動レバーの最下降位置での前記駆動レバーの初期回転角を小さくして前記ロッドに連結され、前記上死点付近では、前記駆動レバーが水平に近づいて回転角が９０°に近くされており、
この駆動レバーの揺動を反映して、最下降位置での滞在時間が、駆動レバーの他端がシャフトに回動自在に支持されていて、駆動レバーがロッドの往復運動にともないシャフトの回りにかつシャフトを通る水平面付近で揺動するように構成されたトグル機構によるトグルカーブよりも短く、かつ、サインカーブを描いて上パンチが往復運動する場合よりも長くなることを特徴とする粉末成形機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料粉末を圧縮して圧粉体を成形する粉末成形機に係り、特に、上方より原料粉末を圧縮する上パンチが上パンチプレートを介して取り付けられる上ラムの往復運動を駆動する駆動機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
焼結部品の製造に用いる圧粉体は、Ｆｅ系、Ｃｕ系といった原料粉末を金型内で加圧成形することにより形成される。このような成形機として、ダイと下パンチで画成される金型内に原料粉末を充填し、上方より上パンチを降下させて圧粉体を形成する粉末成形機が知られている。図３は、粉末成形機によって圧粉体が形成される様子を模式的に示したものである。
図３（a）は、圧粉体の側面を成形する側面成形型のダイ１００に設けられた貫通孔１１０に下方より下パンチ２００が嵌合され、ダイ１００と下パンチ２００とで画成される成形用穴Ｈに原料粉末Ｍが充填されている状態を示すものである。図３（ｂ）に示すように、ダイ１００を下方に移動させるとともに、この成形用穴Ｈに上方から上パンチ３００を挿入し、上パンチ３００と下パンチ２００とで挟むようにして原料粉末Ｍを圧縮する。この時、下パンチ２００は、下端が固定されており、動かない。このように加圧成形された圧粉体Ｐは、ダイがさらに下方に下がり、図３（ｃ）に示す如く下パンチ２００の上端面２００ａがダイ１００の上面１００ａと略同じ高さになったとき取出し可能となる。ダイ１００の上面１００ａ上には、原料粉末Ｍを供給するフィーダー４００が上面１００ａ上で摺動自在に設けられており、図中紙面右側に移動しながら、フィーダー４００の先端の、かつ上端面２００ａより高い位置に設けられた図示せぬ先端部によって圧粉体Ｐが上面１００ａ上に押し出されるようになっている。こうして上面１００ａ上に押し出された圧粉体Ｐは、図３（ｄ）に示すように、フィーダー４００が右方へ移動することにより貫通穴１１０の外へ取り出される。一方、ダイ１００は再び上昇を開始し、下パンチ２００は、ダイ１００に対して相対的に下方に下がって成形用穴Ｈが画成され始める。この成形用穴Ｈに、フィーダー４００下面から開放された原料粉末Ｍが落下するようにして充填される。図３（ｅ）は、圧粉体Ｐが完全にダイ１００上面１００ａ上に取出され、フィーダー４００が貫通孔１１０の上方に位置し、原料粉末Ｍを落とし込むように充填している様子を示している。このようにして、成形用穴Ｈに図３（ａ）に示すような原料粉末Ｍが充填された状態となる。
これらダイ１００、上パンチ３００、フィーダー４００等は、図示されぬ駆動主軸の回転運動がカム等を用いて伝達されて動かされるのが常であり、例えばモータ等の駆動源によって駆動される駆動主軸の一回転の動きがダイ１００、上パンチ３００、フィーダー４００の一往復の動きに変換されて、ちょうど原料粉末の充填、圧縮、取出しの一周の工程に対応するようになっている。
【０００３】
図４は、粉末成形機におけるダイ、上パンチ、及びフィーダー等の各部の連動した動きを横軸を駆動主軸の回転角として表したものである。なお、図において、上パンチを駆動するリンク機構の上死点を駆動主軸の回転角０°に定めている。図中（イ）は、ダイの上下運動を、（ロ）は、固定された下パンチの静止した状態を、（ハ）は、原料粉末を給粉するフィーダーのダイ上の水平運動をそれぞれ示している。
図中（ニ）は、上パンチがサインカーブを描いて上下する様子を示している。上パンチが駆動主軸の回転とともにサインカーブを描いて上下する場合、上パンチが上昇している時間が比較的長く取れるため、原料粉末の給粉時間を長くすることができる。給粉に充分長い時間が与えられると、原料粉末の均質な充填等のためには都合がよい。しかしながら、上パンチの最下降位置付近での滞在時間と圧粉体形成のための加圧時間は短くなって、原料粉末の成形性の観点からはあまり好ましいとは言えない。また、図５に示すように、上パンチにサインカーブを描かせて原料粉末を圧縮する粉末成形機Ｂ１は、上パンチ（図５中では図示せず）を駆動する上ラム５００に近い場所に回転駆動源Ｒを備えている必要がある。このような構成とする結果、抜出装置や下圧装置を精度よく動作させるためにコストが上昇してしまうという問題が生じる。
【０００４】
この問題を解消するものとして、例えば、図６に示されるような粉末成形機Ｂ２が用いられている。粉末成形機Ｂ２は、駆動主軸によって回転する偏心カム６００を備え、さらに、偏心カム６００の回転をロッド７１０の上下方向の往復運動に変換する中間リンク機構７００を備えている。ロッド７１０の先端には、駆動レバー８００が回動自在に連結されている。駆動レバー８００は、他端がシャフト８１０に回動自在に支持されていてロッド７１０の往復運動にともないシャフト８１０の回りに、かつ、シャフト８１０を通る水平面付近で揺動するように構成されている。そして、駆動レバー８００には、一端がシャフト８１０に枢支されて駆動レバー８００とともにシャフト８１０の回りに揺動するレバー９００が固定されており、このレバー９００の揺動がピストン機構９１０を介して上ラム５１０を上下に駆動するよう構成されている。
【０００５】
図７は、図６に示される上ラム５１０の駆動機構をスケルトン表示したものであり、図７中の節と連結点に付された符号は、図６中の符号にそれぞれ対応して付されている。図７に示すように、上ラム５１０が最下降位置Ｏ１にある時、偏心カム６００と中間リンク機構７００との連結点６０２は、下死点Ｔ１に、上ラム５１０が最上昇位置Ｏ２にある時、連結点６０２は、上死点Ｔ２位置するものとされ、偏心カム６００の回転にともない上ラム５１０が最下降位置Ｏ１と最上昇位置Ｏ２との間を上下に往復運動するものとされている。
【０００６】
このような構成としたことにより、図６及び図７に示される粉末成形機Ｂ１において、最下降位置Ｏ１付近にある上ラム５１０の動き、換言すれば上パンチの動きは、最上昇位置Ｏ２付近の動きよりも緩慢なものとなり、駆動主軸の回転とともに図４中（ホ）で示されるようなトグルカーブを描く。上パンチがトグルカーブを描いて上下に運動すると、上パンチが最下降位置付近に滞在して原料粉末の加圧時間が長くなり、圧粉体の成形性が向上する。また、駆動源が下部に位置するため、コストの上昇を招くことなく抜出装置や下圧装置を精度よく動作させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上パンチがトグルカーブを描いて上下する粉末成形機においては、上パンチが最下降位置付近に滞在する時間が長くなる一方で、上パンチが最上昇位置付近にある時の滞在時間が短くならざるを得ない。そこで、上パンチがトグルカーブを描いて上下し、最下降位置付近で充分な加圧時間を有して滞在する往復運動の長所は生かしつつ、さらに給粉時間を長くとることのできる新たな機構の開発が望まれていた。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、原料粉末の加圧時間と給粉時間を充分長くすることのできる粉末成形機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、一端がレバー軸に回動自在に支持されたレバーと、前記レバー軸の回りに前記レバーを揺動させるレバー駆動機構と、成形金型内の原料粉末を上方より圧縮する上パンチに前記レバーの揺動を伝達して前記上パンチを上下方向に往復運動させるよう構成されたピストン機構とを備えてなる粉末成形機であって、前記レバー駆動機構は、回転駆動される偏心カムと、前記偏心カムの回転をロッドの上下方向の往復運動に変換する中間リンク機構と、一端が前記ロッドの先端に回動自在に連結されているとともに他端がシャフトに回動自在に支持されていて前記ロッドの往復運動にともない前記シャフトの回りに、かつ、前記シャフトを通る水平面より常に下方で揺動する駆動レバーと、前記駆動レバーに固定されて前記駆動レバーとともに揺動する揺動伝達部と、前記揺動伝達部と前記レバーとの間に回動自在に架設されていて前記揺動伝達部の揺動を前記レバーに伝達して前記レバーを揺動させる揺動伝達ロッドとを備え、前記レバー駆動機構の下死点で前記駆動レバーと前記上パンチとが最下降位置に位置するよう構成されており、前記下死点付近では、前記駆動レバーの最下降位置での前記駆動レバーの初期回転角を小さくして前記ロッドに連結され、前記上死点付近では、前記駆動レバーが水平に近づいて回転角が９０°に近くされており、この駆動レバーの揺動を反映して、最下降位置での滞在時間が、駆動レバーの他端がシャフトに回動自在に支持されていて、駆動レバーがロッドの往復運動にともないシャフトの回りにかつシャフトを通る水平面付近で揺動するように構成されたトグル機構によるトグルカーブよりも短く、かつ、サインカーブを描いて上パンチが往復運動する場合よりも長くなることを特徴とする。
【００１０】
このような構成としたことにより、偏心カムが回転すると、ロッドが上下方向に往復運動し、駆動レバーがシャフトの回りに揺動する。駆動レバーが揺動すると揺動伝達部もともに揺動し、揺動伝達部とレバーの間に回動自在に架設された揺動伝達ロッドの水平方向の往復運動によって、駆動レバーの揺動がレバーに伝達され、レバーが揺動する。レバーの揺動は、ピストン機構によって上パンチの上下方向の往復運動に変換される。ここで、レバー駆動機構の下死点では、駆動レバーと、駆動レバーに連結されたロッドとは最下降位置にあり、上パンチも最下降位置にある。
駆動レバーは、シャフトを通る水平面より下方で揺動するようにロッドに連結されているので、駆動レバーの最下降位置では、駆動レバーは、真下に近い方向を向いたような状態にある。そして、ロッドが上方に移動すると駆動レバーはシャフト回りに水平に近づくように回動する。駆動レバーの長さをｒとし、シャフトから真下へ向う方向から測った駆動レバーの回転角をθとして、ロッドの上方への移動に伴い、駆動レバーの回転角がθ1からθ2まで増加したとすると、ｒ×（ｃｏｓθ1−ｃｏｓθ2）は、ロッドの上方への移動量ｈに略等しくなる。すなわち、ｃｏｓθの関数の性質から、最下降位置付近の駆動レバーの回転角の小さな所では、所定のロッドの移動量に対する駆動レバーの回転角の変化は著しく、また、最上昇位置付近の回転角の大きな所では、所定のロッドの移動量に対する駆動レバーの回転角の変化は小さいものとなる。したがって、駆動レバーの最下降位置での駆動レバーの初期回転角を小さくしてロッドに連結することによって、下死点付近での駆動レバーの速度を増加させることができる。また、上死点付近では、駆動レバーが水平に近づいてθが９０°近くになり、駆動レバーは、ロッドの速度に略比例した角速度で回動する。
初期の回転角が小さいことによって駆動レバーは専ら水平方向に移動し、上下方向の移動量は小さいものとなるが、駆動レバーの揺動は、揺動伝達部の揺動伝達ロッドとレバーとピストン機構とによって、より速い上パンチの上下方向の運動に変換される。
こうして、駆動レバーの揺動を反映して、上パンチの上下方向の往復運動は、最下降位置では、速度が速くなり、従来のトグルカーブよりも最下降位置での滞在時間が若干短くなる。このため、上パンチが上方に位置して原料粉末を供給できる時間が長くなる。それでも、最下降位置での滞在時間は、サインカーブを描いて上パンチが往復運動する場合より長くなるので、結果的に原料粉末の加圧時間と給粉時間との双方を充分長くすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による粉末成形機を図面に基づき説明する。
図１及び図２に、本発明に係る粉末成形機の一実施形態を示す。図１は、本発明に係る粉末成形機の一実施の形態を示した図であって、上パンチを上下方向に駆動する上ラムの駆動機構を示す図である。図２は、図１に示された駆動機構をスケルトン表示により示す図である。
図において、粉末成形機Ａは、成形金型内の原料粉末を上方より圧縮する上パンチが上パンチプレートを介して取り付けられる上ラム１を有している。上ラム１は、スライダガイド２１に摺動自在に設けられたスライダ２２の下端に取り付けられており、スライダガイド２１に導かれたスライダ２２の上下方向の運動に伴って上下に運動するように構成されている。
スライダ２２の上端には、連接棒２３の下端が回動自在に枢支されており、さらに、連接棒２３の上端は、一端がレバー軸３１に回動自在に枢支されたレバー３の他端に回動自在に連結されている。そして、レバー３がレバー軸３１の回りに揺動すると、上ラム１が上下方向に往復運動し、上パンチが上下方向に往復運動するように構成されている。こうして、スライダガイド２１と、スライダ２２と、連接棒２３とが協働してレバー３の揺動を伝達して上パンチを上下方向に往復運動させるピストン機構２とされている。
【００１２】
粉末成形機Ａは、さらに、レバー３をレバー軸３１の回りに揺動させるレバー駆動機構４を備えている。
レバー駆動機構４は、回転駆動される偏心カム４１と、偏心カム４１の回転をロッド４２の上下方向の往復運動に変換する中間リンク機構４３と、一端がロッド４２の先端に回動自在に連結されているとともに他端がシャフト４４に回動自在に支持されていてロッド４２の往復運動にともないシャフト４４の回りに、かつ、シャフト４４を通る水平面Ｅより常に下方で揺動する駆動レバー４５と、駆動レバー４５に固定されて駆動レバー４５とともに揺動する揺動伝達部４６と、揺動伝達部４６とレバー３との間に回動自在に略水平に架設されていて揺動伝達部４６の揺動をレバー３に伝達してレバー３を揺動させる揺動伝達ロッド４７とを備えている。
そして、レバー駆動機構４の下死点で駆動レバー４５と上ラム１及び上パンチとが最下降位置に位置するよう構成されている。すなわち、図２に示すように、上ラム１が最下降位置Ｏ３にある時、偏心カム４１と中間リンク機構４３との連結点４１２は、下死点Ｔ３に、上ラム１が最上昇位置Ｏ４にある時、連結点４１２は、上死点Ｔ４位置するものとされ、偏心カム４１の回転にともない上ラム１が最下降位置Ｏ３と最上昇位置Ｏ４との間を上下に往復運動するものとされている。
【００１３】
本実施の形態による粉末成形機Ａは、上述の構成を備えており、次にその作用を説明する。
駆動主軸の回転に伴い、偏心カム４１が回転すると、ロッド４２が上下方向に往復運動し、駆動レバー４５がシャフト４４の回りに揺動する。駆動レバー４５が揺動すると揺動伝達部４６もともに揺動し、揺動伝達部４６とレバー３の間に回動自在に略水平に架設された揺動伝達ロッド４７の水平方向の往復運動によって、駆動レバー４５の揺動がレバー３に伝達され、レバー３が揺動する。レバー３の揺動は、ピストン機構２によって上パンチの上下方向の往復運動に変換される。ここで、レバー駆動機構４の下死点Ｔ３では、駆動レバー４５と、駆動レバー４５に連結されたロッド４７とは最下降位置にあり、これらの連結点４５２は、Ｕ３にある。そして、上ラム１が最下降位置Ｏ３に位置するとともに上パンチも最下降位置にある。レバー駆動機構４の上死点Ｔ４では、駆動レバー４５と、駆動レバー４５に連結されたロッド４７とは最上昇位置にあり、これらの連結点４５２は、Ｕ４にある。そして、上ラム１が最上昇位置Ｏ４に位置するとともに上パンチも最上昇位置にある。
【００１４】
駆動レバー４５は、シャフト４４を通る水平面Ｅより下方で揺動するようにロッド４２に連結されているので、駆動レバー４５の最下降位置Ｕ３では、駆動レバー４５は、真下に近い方向を向いたような状態にある。そして、ロッド４２が上方に移動すると駆動レバー４５はシャフト４４回りに水平に近づくように回動する。駆動レバー４５の長さをｒとし、シャフト４４から真下へ向う方向から測った駆動レバー４５の回転角をθとして、ロッド４２の上方への移動に伴い、駆動レバー４５の回転角がθ1からθ2まで増加したとすると、ｒ×（ｃｏｓθ1−ｃｏｓθ2）は、ロッド４２の上方への移動量ｈに略等しくなる。すなわち、ｃｏｓθの関数の性質から、最下降位置Ｕ３付近の駆動レバー４５の回転角θの小さな所では、ロッド４２の所定の移動量に対する駆動レバー４５の回転角θの変化は著しく、また、最上昇位置Ｕ４付近の回転角θの大きな所では、ロッド４２の所定の移動量に対する駆動レバー４５の回転角θの変化は小さいものとなる。したがって、駆動レバー４５の最下降位置Ｕ３での駆動レバー４５の初期回転角θ0を小さくしてロッド４２に連結することによって、下死点Ｔ３付近での駆動レバー４５の速度を増加させることができる。駆動レバーが水平面付近を揺動する従来のものに比べて、本実施形態においては、駆動レバー４５の角速度が２倍程度増加する。一方、上死点Ｔ４付近では、駆動レバー４５が水平に近づいてθが９０°に近くなり、駆動レバー４５は、ロッド４２の速度に略比例した角速度で回動する。
初期の回転角θ0が小さいことによって駆動レバー４５は専ら水平方向に移動し、上下方向の移動量は小さいものとなるが、駆動レバー４５の揺動は、揺動伝達部４６と揺動伝達ロッド４７とレバー３とピストン機構２とによって、より速い上パンチの上下方向の運動に変換される。
こうして、駆動レバー４５の揺動を反映して、上パンチの上下方向の往復運動は、最下降位置では、速度が速くなり、従来のトグルカーブよりも最下降位置での滞在時間が若干短くなる。このため、上パンチが上方に位置して原料粉末を供給できる時間が長くなる。本実施形態における上パンチの駆動主軸の回転に伴う上下方向の往復運動は、図４中（ヘ）の曲線に示されている。図４において明らかなように、最下降位置での滞在時間は、サインカーブを描いて上パンチが往復運動する場合より長くなるので、結果的に原料粉末の加圧時間と給粉時間との双方を充分長くすることができる。
【００１５】
上述のように本実施の形態によれば、駆動主軸の回転に伴い、下死点付近での速度を増加させたトグルカーブを上パンチに描かせるように上パンチを上下に駆動することによって、原料粉末の加圧時間と給粉時間を充分長くすることができる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、一端が回動自在に支持されたレバーを揺動させるレバー駆動機構と、成形金型内の原料粉末を上方より圧縮する上パンチをレバーの揺動を伝達して上下方向に往復運動させるよう構成されたピストン機構とを備えてなる粉末成形機において、レバー駆動機構は、回転駆動される偏心カムと、偏心カムの回転をロッドの上下方向の往復運動に変換する中間リンク機構と、一端がロッドの先端に回動自在に連結されているとともに他端がシャフトに回動自在に支持されていてロッドの往復運動にともないシャフトの回りに、かつ、シャフトを通る水平面より常に下方で揺動する駆動レバーと、駆動レバーに固定されて駆動レバーとともに揺動する揺動伝達部と、揺動伝達部とレバーとの間に回動自在に架設されていて揺動伝達部の揺動をレバーに伝達してレバーを揺動させる揺動伝達ロッドとを備え、レバー駆動機構の下死点で駆動レバーと上パンチとが最下降位置に位置するよう構成したので、原料粉末の加圧時間と給粉時間を充分長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る粉末成形機の一実施の形態を示す図であって、上パンチを上下方向に駆動する上ラムの駆動機構を示す図である。
【図２】図１に示された駆動機構をスケルトン表示により示す図である。
【図３】粉末成形機の動作を模式的に示す図である。
【図４】粉末成形機の各主要部の動きを駆動主軸の回転角によって示す図である。
【図５】図４中（ニ）のカーブを描くように上パンチを駆動する上ラムの駆動機構を備えた従来の粉末成形機を示す図である。
【図６】図４中（ホ）のカーブを描くように上パンチを駆動する上ラムの駆動機構を備えた従来の粉末成形機を示す図である。
【図７】図６に示された駆動機構をスケルトン表示により示す図である。
【符号の説明】
Ａ・・・粉末成形機
Ｅ・・・水平面
Ｔ３・・・下死点
１・・・上ラム
２・・・ピストン機構
３・・・レバー
４・・・レバー駆動機構
３１・・・レバー軸
４１・・・偏心カム
４２・・・ロッド
４３・・・中間リンク機構
４４・・・シャフト
４５・・・駆動レバー
４６・・・揺動伝達部
４７・・・揺動伝達ロッド
【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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