(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイスと当該ダイスを挟んで対向するように配置された上，下パンチとでキャビティを形成し、上，下パンチのいずれか一方を作動させることにより、キャビティ内に投入された粉末原料を加圧成形する粉末成形機において、
前記一方のパンチを成形完了位置よりも越えた位置を目標位置として作動させることができる主駆動手段と、
前記一方のパンチの背後に接触可能なサポートブロックと、
前記サポートブロックが作動途中の前記一方のパンチの背後を押して成形完了位置まで到達できるように、前記サポートブロックを作動させる副駆動手段と、を設けたことを特徴とする粉末成形機。
【請求項２】
前記サポートブロックが成形完了位置に到達したことを検出する検出手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の粉末成形機。
【請求項３】
前記主駆動手段には、前記一方のパンチの加圧力を前記粉末原料を所定の圧密度まで圧縮するのに必要な値以下に制限する加圧力制限手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉末成形機。
【請求項４】
ダイスと当該ダイスを挟んで対向するように配置された上，下パンチとでキャビティを形成し、上，下パンチのいずれか一方を作動させることにより、キャビティ内に投入された粉末原料を加圧成形する粉末成形機の作動方法において、
前記一方のパンチを成形完了位置よりも越えた位置を目標位置として作動させ、当該パンチにより所定の加圧力制限値に到達するまで粉末原料を加圧する第１の工程と、
前記加圧力制限値に到達した後、当該パンチを作動し続けながら、当該パンチの背後をサポートブロックで押圧し、前記パンチとサポートブロックの合力により粉末原料を加圧する第２の工程と、
前記サポートブロックが成形完了位置に到達した時点で、サポートブロックによる押圧力を解放する第３の工程と、
前記サポートブロックを解放すると同時またはその後に前記パンチによる加圧力を解放する第４の工程と、を備えたことを特徴とする粉末成形機の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックスや薬品などの粉末原料を、ダイスと上下パンチとで形成された粉末成形空間（キャビティ）に充填して加圧成形する粉末成形機及びその作動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３に公知の粉末成形機の作動方法を示す。図３は１軸のみで成形する場合であり、ダイス８０に対して上パンチ８１と下パンチ８２とが挿入され、これらの間にキャビティ８３が形成される。（ａ）のようにキャビティ８３に粉末原料を投入した状態で、（ｂ）のように成形完了位置まで下パンチ８２を上昇させ、粉末原料を加圧成形する。次に、（ｃ）のように上パンチ８１を上方へ退避させるとともに、下パンチ８２を下方へ退避させ（減圧）、最後に（ｄ）のように下パンチ８２を上昇させることで、成形体８４をキャビティ８３から取り出す（脱型）。
【０００３】
図３のような粉末成形機の場合、１軸のみで成形するため、加圧力を十分とれず、成形体８４の圧密度が不足しやすい。加圧力を高めるためには、上下パンチ８１，８２を作動させる駆動源（駆動モータや流体圧シリンダ）の駆動力を大きくすればよいが、これでは設備が大型になり、コスト上昇を招く結果となる。
【０００４】
一方、特許文献１に示すような多軸プレス方式の粉末成形機もある。この粉末成形機では、図４に示すように、下パンチを、円筒状の第１下パンチ８５と、その中に挿入された第２下パンチ８６とに分割し、第１下パンチ８５と第２下パンチ８６とを個別の駆動源によって駆動するものである。この場合には、図４の（ｂ）に示すように、両方の下パンチ８５，８６を個別の駆動源によって作動させるので、成形体８４の単位面積当たりの加圧力を高めることができ、小型の駆動源を用いながら圧密度の高い成形体を得ることができる。なお、図４では下パンチだけを分割パンチ構造としたが、上パンチも同様な分割パンチ構造としてもよい。
【０００５】
しかしながら、図４のような構造の粉末成形機の場合、第１下パンチ８５と第２下パンチ８６との間に隙間δ（図５参照）があるので、下パンチ８５，８６と接する成形体８４の表面に必然的にバリが発生するという問題がある。また、平坦な表面を持つ成形体８４を得るには、第１下パンチ８５と第２下パンチ８６の上面位置の段差をなくす必要があり、両パンチ８５，８６にかかる負荷を均等に分けるための設備が必要になり、コスト高になる。
【特許文献１】特開２００２−１７２４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、小型の駆動源を用いながら圧密度の高い成形体を得ることができ、かつ表面にバリや段差のない成形体を成形できる粉末成形機及びその作動方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ダイスと当該ダイスを挟んで対向するように配置された上，下パンチとでキャビティを形成し、上，下パンチのいずれか一方を作動させることにより、キャビティ内に投入された粉末原料を加圧成形する粉末成形機において、前記一方のパンチを成形完了位置よりも越えた位置を目標位置として作動させることができる主駆動手段と、前記一方のパンチの背後に接触可能なサポートブロックと、前記サポートブロックが作動途中の前記一方のパンチの背後を押して成形完了位置まで到達できるように、前記サポートブロックを作動させる副駆動手段と、を設けたことを特徴とする粉末成形機を提供する。
【０００８】
請求項３に係る発明は、ダイスと当該ダイスを挟んで対向するように配置された上，下パンチとでキャビティを形成し、上，下パンチのいずれか一方を作動させることにより、キャビティ内に投入された粉末原料を加圧成形する粉末成形機の作動方法において、前記一方のパンチを成形完了位置よりも越えた位置を目標位置として作動させ、当該パンチにより所定の加圧力制限値に到達するまで粉末原料を加圧する第１の工程と、前記加圧力制限値に到達した後、当該パンチを作動し続けながら、当該パンチの背後をサポートブロックで押圧し、前記パンチとサポートブロックの合力により粉末原料を加圧する第２の工程と、前記サポートブロックが成形完了位置に到達した時点で、サポートブロックによる押圧力を解放する第３の工程と、前記サポートブロックを解放すると同時またはその後に前記パンチによる加圧力を解放する第４の工程と、を備えたことを特徴とする粉末成形機の作動方法を提供する。
【０００９】
本発明は、粉体成形機を１軸だけ使用する方法では出力が足りない場合や、複数の分割パンチを用いて成形する方法ではバリや段差等の品質異常が発生する場合に適用される。まず上，下パンチのいずれか一方を主駆動手段により作動させることにより、キャビティ内に投入された粉末原料を加圧成形する。しかし、主駆動手段によりパンチを作動させただけでは所望の加圧力が得られないので、パンチの背後にサポートブロックを配置し、このサポートブロックをパンチとは別の副駆動手段で作動させる。つまり、パンチの出力をサポートブロックの出力で補助することにより、両方の合力で成形を行う。その結果、主及び副駆動手段として比較的小型の駆動源を使用しながら、これら駆動手段の出力をフル活用して、圧密度の高い成形体を得ることができる。また、粉末原料を加圧するために分割パンチを使用しないので、成形体の表面にバリや段差が発生するのを防止できる。成形完了位置はサポートブロックの位置で規定できるので、最終的な成形体の寸法を精度よく管理できる。
【００１０】
パンチを停止した状態や、本来の成形完了位置をパンチの目標値とした状態で、後方からサポートブロックで押すと、パンチは駆動手段（例えばサーボモータ）により出力の方向を変えながら位置決めの動作をしているため、サポートブロックと押し合うこととなり、合力を発生することができない。また最悪の場合、設備の破損へ繋がってしまう。本発明ではパンチの目標位置を成形に必要な成形完了位置より越えた位置に設定し、常に進行方向への出力を発生させることで、後方からサポートするサポートブロックと押し合うことなく合力を発生させることが可能になる。このように、サポートブロックがパンチの背後に当接した時点から、パンチがサポートブロックにより押されて成形完了位置に到達するまでの間は、パンチの目標位置の手前にあり、パンチとサポートブロックとが押し合うのを防止できる。
【００１１】
加圧成形に際して、一方のパンチにより所定の加圧力制限値に到達するまで粉末原料を加圧し、加圧力制限値に到達した後、このパンチを作動させ続けながら、パンチの背後をサポートブロックで押圧して粉末原料を加圧するのがよい。この場合には、一方のパンチが加圧力制限値まで作動した後でサポートブロックが補助するため、パンチとサポートブロックの出力を適正に合力させることができ、荷重コントロールが容易になる。なお、加圧力制限値の設定方法は、例えば駆動手段としてサーボモータを使用した場合にはトルクリミッタにより設定でき、流体圧シリンダを使用した場合には流体圧によって設定できる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、主駆動手段により作動されるパンチの背後に、副駆動手段により作動されるサポートブロックを設け、サポートブロックが作動途中のパンチを押して成形完了位置まで作動させるようにしたので、パンチとサポートブロックの両方の合力によって成形することができる。そのため、主及び副駆動手段として比較的小型の駆動源を使用しながら、これら駆動手段の出力をフル活用して、圧密度の高い成形体を得ることができる。また、粉末原料を加圧するために分割パンチを使用しないので、成形体の表面にバリや段差が発生するのを防止できる。成形完了位置はサポートブロックの位置で規定できるので、最終的な成形体の寸法を精度よく管理できる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る粉末成形機の概略構成図であり、この粉末成形機１はセラミックス粉末原料を加圧成形することによりセラミック電子部品素子を製造するものである。本粉末成形機１は、円筒状のダイス１０と、このダイス１０を挟んで対向配置された上パンチユニット２０及び下パンチユニット３０とを備えており、ダイス１０と上，下パンチユニット２０，３０とで囲まれた部分が粉末成形用のキャビティ１１となっている。
【００１５】
ダイス１０は、ダイス支持板１２に保持されており、このダイス支持板１２の周辺部には複数本の円筒状の駆動軸１３が接続固定されている。これら駆動軸１３内にボールねじ１４が挿入されるとともに、駆動軸１３の下端部にはボールねじ１４と螺合するナット１５が装着されている。そのため、ボールねじ１４を回転させることにより駆動軸１３が上下に移動し、これに伴ってダイス支持板１２を介してダイス１０が上下動する。なお、ダイス支持板１２には、その高さ位置を検出するためのスケール１６が取り付けられている。
【００１６】
上パンチユニット２０は、上ラム２１とその下面に固定された上パンチ２２とを備えている。上ラム２１は複数本の支柱２３を介して基台２４に固定されている。そのため、上パンチ２２は一定位置に固定されている。上ラム２１の上部には原料ホッパ２５が設けられ、この原料ホッパ２５から吐出された粉末原料は、ダイス支持板１２上に配置された原料供給部２６へ供給される。原料供給部２６は、原料供給駆動部２７によってダイス支持板１２上をスライドし、キャビティ１１内に原料を投入することができる。
【００１７】
下パンチユニット３０は、ダイス１０のキャビティ１１内に挿入される下パンチ３１と、下パンチ３１の下面を支える下パンチ支持板３２と、下パンチ支持板３２に設けられた貫通穴３３に挿入され、下パンチ３１の下面に当接可能なサポートブロック４０とを備えている。下パンチ支持板３２には複数本の円筒状の駆動軸３４が接続固定されている。これら駆動軸３４内にボールねじ３５が挿入されるとともに、駆動軸３４の下端部にはボールねじ３５と螺合するナット３６が装着されている。そのため、ボールねじ３５を回転させることにより駆動軸３４が上下に移動し、これに伴って下パンチ支持板３２を介して下パンチ３１が上下動する。下パンチ支持板３２には、その高さ位置を検出するためのスケール３７が取り付けられているが、このスケール３７は必要に応じて設けられる。
【００１８】
サポートブロック４０には円筒状の駆動軸４１が接続固定されており、この駆動軸４１内にボールねじ４２が挿入されるとともに、駆動軸４１の下端部にはボールねじ４２と螺合するナット４３が装着されている。そのため、ボールねじ４２を回転させることにより駆動軸４１が上下に移動し、これに伴ってサポートブロック４０が上下動する。サポートブロック４０には、その高さ位置を検出するためのスケール４４が取り付けられている。
【００１９】
ダイス支持板１２を上下動させるボールねじ１４、下パンチ支持板３２を上下動させるボールねじ３５、およびサポートブロック４０を上下動させるボールねじ４２は、基台２４に固定された軸受５０，５１，５２によって回転自在に支持されている。基台２４の下面側に突出したボールねじ１４，３５，４２の端部には、それぞれプーリ５３，５４，５５が取り付けられている。ボールねじ１４に連結されたプーリ５３と、基台２４上に設置されたダイス駆動用サーボモータ５６の回転軸に取り付けられたプーリ５７との間には、タイミングベルト５８が巻きかけられている。同様に、ボールねじ３５に連結されたプーリ５４と、基台２４上に設置された下パンチ駆動用サーボモータ（主駆動手段）５９の回転軸に取り付けられたプーリ６０との間には、タイミングベルト６１が巻きかけられている。さらに、ボールねじ４２に連結されたプーリ５５と、基台２４上に設置されたサポートブロック駆動用サーボモータ（副駆動手段）６２の回転軸に取り付けられたプーリ６３との間には、タイミングベルト６４が巻きかけられている。この実施例では、下パンチ駆動用サーボモータ５９には、駆動トルクを粉末成形に必要なトルクより低い制限値（例えば１００ｋＮ・ｍ）に規定するトルクリミッタが設けられている。また、サポートブロック駆動用サーボモータ６２の駆動トルクは例えば１５０ｋＮ・ｍに設定されているが、その駆動トルクは下パンチ駆動用サーボモータ５９の駆動トルクと同等又はそれより低くてもよい。
【００２０】
制御装置７０には、ダイス支持板１２に設けられたスケール１６と、下パンチ支持板３２に設けられたスケール３７と、サポートブロック４０に設けられたスケール４４とからそれぞれ位置信号が入力され、これらの信号に応じてダイス駆動用サーボモータ５６、下パンチ駆動用サーボモータ５９、サポートブロック駆動用サーボモータ６２及び原料供給駆動部２７を制御している。
【００２１】
ここで、前記構成の粉末成形機１を用いて、成形体を製造する方法を図２を参照しながら説明する。図２は、成形段階と、下パンチ３１及びサポートブロック４０の位置、およびその出力とを図示したものである。まず、ダイス１０の高さをダイス駆動用サーボモータ５６により調整し、下パンチ３１をキャビティ１１に挿入した状態で原料供給部２６をキャビティ１１上面へ移動し、下パンチ３１を降下させることにより、キャビティ１１への原料供給を行なう。原料供給の後、ダイス１０と下パンチ３１を一体に上昇させ、キャビティ１１の中に上パンチ２２を挿入して準備を完了する（図２の（ａ））。
【００２２】
次に、下パンチ駆動用サーボモータ５９によって下パンチ３１を、本来の成形に必要な成形完了位置よりも上方の位置を目標位置として上昇させ、成形を行う。この際、下パンチ駆動用サーボモータ５９にはトルクリミッタ（１００ｋＮ・ｍ）が設けられているので、成形完了位置に到達する前の段階でトルク制限がかかり、上昇ができなくなる（図２の（ｂ））。
【００２３】
トルク制限がかかった状態で下パンチ３１が上昇できなくなった後、サポートブロック４０の上昇を開始する（図２の（ｃ））。サポートブロック４０が下パンチ３１に接触するまでは、サポートブロック４０の駆動トルクは低い。
【００２４】
やがて、サポートブロック４０が下パンチ３１に接触すると、下パンチ３１はサポートブロック４０によって押し上げられ、共に上昇する。このとき、下パンチ３１は目標位置に到達していないため、上方向への出力（１００ｋＮ・ｍ）を発生し続け、下方向への圧力（サポートブロック４０と押し合う方向の圧力）が発生しない。下パンチ３１の原料粉末に対する加圧力は、下パンチ駆動用サーボモータ５９による駆動力とサポートブロック駆動用サーボモータ６２による駆動力との合力となるので、原料粉末を所望の圧密度に成形できる（図２の（ｄ））。本実施例では、下パンチ３１の出力が１００ｋＮ・ｍ、サポートブロック４０の出力が１５０ｋＮ・ｍであるから、原料粉末を２５０ｋＮ・ｍの加圧力で成形できる。サポートブロック４０にはスケール４４が設けられ、このスケール４４が成形完了位置を検出すると、サポートブロック駆動用サーボモータ６２および下パンチ駆動用サーボモータ５９の駆動が停止する。
【００２５】
成形完了後、まずサポートブロック４０が解放され（図２の（ｅ））、遅れて下パンチ３１が解放される（図２の（ｆ））。その後、ダイス１０を下パンチ３１に対して相対的に下降させることにより、成形体は下パンチ３１によって押し上げられ、キャビティ１１から取り出される。
【００２６】
前記のように２５０ｋＮ・ｍの加圧力が必要な成形体に対して、１軸の最大出力が１５０ｋＮ・ｍと足りない多軸粉末成形機であっても、下パンチ３１とサポートブロック４０とを適切に作動させることにより、成形が可能となる。
【００２７】
前記実施例では、下パンチ３１及びサポートブロック４０の駆動手段として、サーボモータとボールねじ機構とを用いたが、流体圧シリンダを用いてもよい。特に、荷重制御を行う下パンチの駆動手段として流体圧シリンダを用いた場合、所定のトルク制限値を流体圧によって設定できるので、制御が簡単になる。
また、図１では、上パンチ２２を固定し、ダイス１０を昇降させる例を示したが、ダイス１０を一定高さに固定し、上パンチ２２を昇降させてもよい。
さらに、上下のパンチを逆に配置してもよい。すなわち、下パンチを固定し、上パンチの上方にサポートブロックを配置し、上パンチの背後からサポートブロックで押すように構成しても、前記実施例と同様の作用効果を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る粉末成形機の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す粉末成形機の作動を示す図であり、パンチ位置と出力との関係を示す図である。
【図３】従来の粉末成形機の一例の作動説明図である。
【図４】従来の粉末成形機の他の例の作動説明図である。
【図５】図５の粉末成形機における要部拡大図である。
【符号の説明】
【００２９】
１              粉体成形機
１０            ダイス
１１            キャビティ
１２            ダイス支持板
１３，３４，４１  駆動軸
１４，３５，４２  ボールねじ
１６，３７，４４  位置検出用スケール
２０            上パンチユニット
２１            上ラム
２２            上パンチ
２４            基台
２５            原料ホッパ
２７            原料供給駆動部
３０            下パンチユニット
３１            下パンチ
３２            下パンチ支持板
４０            サポートブロック
５３，５４，５５，５７，６０，６３      プーリ
５８，６１，６４  タイミングベルト
５６            ダイス駆動用サーボモータ
５９            下パンチ駆動用サーボモータ（主駆動手段）
６２            サポートブロック駆動用サーボモータ（副駆動手段）
【図１】
0005136191.tif 000002
【図２】
0005136191.tif 000003
【図３】
0005136191.tif 000004
【図４】
0005136191.tif 000005
【図５】
0005136191.tif 000006