(57)【要約】【課題】圧縮成形方向に肉厚差を有する段付き形状の成形体を、密度のバラツキを少なく高密度に成形できる小型・低コストで信頼性の高い粉末成形機を提供する。【解決手段】ウィズドロアル式の粉末成形機であって、ダイ１２に上パンチ２１ａおよび下パンチ２２を嵌合させてキャビティを形成する金型と、上パンチに対して下パンチを上昇させる駆動部とを備え、下パンチは、成形方向に沿って分割された複数の分割パンチ２２ｃ，２２ｄを有し、駆動部によって下パンチの少なくとも１つを上昇させてキャビティ内の充填された粉末３０を成形後、上パンチの加圧力を用いて下パンチのうち上昇させた少なくとも１つの分割パンチを所定の位置に戻す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウィズドロアル式の粉末成形機であって、
ダイに上パンチおよび下パンチを嵌合させてキャビティを形成する金型と、
前記上パンチに対して前記下パンチを上昇させる駆動手段とを備え、
前記下パンチは、成形方向に沿って分割された複数の分割パンチを有し、
前記駆動手段によって前記下パンチの少なくとも１つを上昇させて前記キャビティ内の充填された粉末を成形後、前記上パンチの加圧力を用いて前記下パンチのうち上昇させた少なくとも１つの分割パンチを所定の位置に戻すことを特徴とするウィズドロアル式の粉末成形機。
【請求項２】
前記下パンチの外側に対応する分割パンチが固定パンチであり、前記下パンチの内側に対応する分割パンチが可動パンチであることを特徴とする請求項１に記載のウィズドロアル式の粉末成形機。
【請求項３】
前記下パンチの外側及び中央側に対応する分割パンチが可動パンチであり、
前記可動パンチの間に対応する分割パンチが固定パンチであることを特徴とする請求項１に記載のウィズドロアル式の粉末成形機。
【請求項４】
前記分割パンチにおいて、充填深さの最も大きい部分の分割パンチを固定パンチとし、他の部分の分割パンチを可動パンチとするように構成したことを特徴とする請求項１に記載のウィズドロアル式の粉末成形機。
【請求項５】
前記駆動手段に接続されるダイ及びコア保持手段をさらに備え、
前記キャビティ内へ粉末を充填する際においては、前記駆動手段によって前記ダイ及びコア保持手段の上昇途中で、前記コア保持手段によって前記可動パンチの下端を押し上げ保持するとともに、
前記キャビティ内に充填された粉末を圧縮する際のウィズドロアルの動作によって前記可動パンチを下降させることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載のウィズドロアル式の粉末成形機。
【請求項６】
前記可動パンチの上昇量は、成形体の凹凸にかかわらず、成形体の各箇所でほぼ同じ圧縮比になるように設定されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載のウィズドロアル式の粉末成形機。
【請求項７】
前記可動パンチが戻される所定の位置は、前記固定パンチと前記可動パンチの底部が当接した位置、または前記可動パンチどうしの底部が当接した位置で決定されることを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１項に記載のウィズドロアル式の粉末成形機。
【請求項８】
前記ウィズドロアルの動作量は、前記可動パンチの一番大きい上昇量と同じかそれ以上に設定されていることを特徴とする請求項２ないし７のいずれか１項に記載のウィズドロアル式の粉末成形機。
【請求項９】
前記ウィズドロアルの動作速度は、前記上パンチの加圧速度より遅く設定されている、ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のウィズドロアル式の粉末成形機。
【請求項１０】
ダイに上パンチおよび下パンチを嵌合させてキャビティを形成する金型と、前記キャビティに充填された粉末を圧縮する上ラム駆動手段および下ラム駆動手段とを備える粉末成形機であって、
圧縮成形方向に肉厚差を有する段付き形状の成形体を形成するために、前記下パンチを、段付き形状の境界面で分割して、相対的に軸方向に移動可能な複数の分割パンチで構成し、充填深さの最も大きい部分の分割パンチを除いて少なくとも一つの分割パンチを前記粉末の前記キャビティへの充填前もしくは充填中に前記下ラム駆動手段で上昇させ、前記粉末の充填後の上パンチの圧縮による加圧力で所定の位置に戻すことを特徴とする粉末成形機。
【請求項１１】
前記分割パンチにおいて、充填深さの最も大きい部分の分割パンチを下固定パンチとし、他の部分の分割パンチを下浮動パンチとするように構成したことを特徴とする請求項１０に記載の粉末成形機。
【請求項１２】
前記下浮動パンチの上昇量は、前記成形体の凹凸にかかわらず、前記成形体の各箇所でほぼ同じ圧縮比になるように設定されていることを特徴とする請求項１１に記載の粉末成形機。
【請求項１３】
前記下浮動パンチが戻される所定の位置は、前記下固定パンチと前記下浮動パンチの底部が当接した位置、または前記下浮動パンチどうしの底部が当接した位置で決定されることを特徴とする請求項１１または１２に記載の粉末成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮成形方向に肉厚差を有する段付き形状の成形体を、密度のバラツキを少なく高密度に成形するための粉末成形機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な粉末成形機としては、図６に示すようなウィズドロアル方式のものが知られている。図６に示される粉末成形機１は、上ラム駆動部２に接続された上ラム４と下ラム駆動部３に接続された下ラム５の間に装着されたダイセット１０と、ダイセット１０のダイプレート１２に装着されるダイ２０と、上パンチプレート１３に装着される上パンチ２１と、ベースプレート１１に装着される下パンチ２２と、押出しプレート１４にコア保持部１５を介して立設されるコア２５とを備えて構成される。上パンチ２１、下パンチ２２はダイ２０に嵌合状態で装着されキャビティ２６を形成する。キャビティ２６に充填された粉末材料を上パンチ２１と下パンチ２２で圧縮し成形体を形成する。ウィズドロアル方式では下ラム駆動部３によってダイ２０が上下方向に移動可能であり、圧縮の際にダイ２０を下パンチ２２方向へ移動させることで上下方向から圧縮される状態（両押し状態）が得られる。図６の例は一段圧縮方式の構成であるが、圧縮成形方向に肉厚差を有する段付き形状の成形体を形成する場合、例えば断面形状がＨ形状をしたものであれば図５に示すような下二段圧縮の構成とすることが知られている。
【０００３】
図５においては、下パンチを段差形状の境界で２分割し内側を下固定パンチ２２ａ、外側を下浮動パンチ２２ｂとしている。下浮動パンチ２２ｂをダイセット１０に設けた下浮動パンチプレート１７に装着する。下浮動パンチプレート１７は接続ロッド１８を介して不図示の駆動部で圧縮方向（図示上側）に移動可能である。下固定パンチ２２ａは剛性の高いベースプレート１１に固定される。このような構成で下浮動パンチ２２ｂと下固定パンチ２２ａの圧縮比が同等になるように、粉末充填時に下浮動パンチ２２ｂを下げて充填し、圧縮時に所定の位置まで上昇させて圧縮を行う。ここでの圧縮比とはキャビティに充填された粉末の長さ（深さ）と圧縮された成形体の長さ（厚さ）の比である。なお、図５は粉末充填時の状態を示している。
【０００４】
同様に、例えば特許文献１は、上・下パンチを分割し、ダイまたは浮動パンチを動かすための駆動機構を持ち、その駆動軸を同軸上に配置したものである。
【０００５】
また、特許文献２は、下パンチを分割し、その浮動パンチをリフティング装置（空圧シリンダ等）で上下動させるものである。
【０００６】
いずれも圧縮時はウィズドロアルにより下圧をかける構成としている。これにより圧縮成形方向に肉厚差を有する段付き形状の成形体を、成形体の凹凸にかかわりなく、各箇所でほぼ一定の圧縮比で圧縮成形できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２９１５８３９号公報
【特許文献２】特許第３９２６５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述のような多段圧縮方法においては、分割パンチの浮動パンチを動かすために、専用の駆動手段を必要とし、その駆動手段をダイセットや成形機本体に設ける必要があった。そのため、装置全体が大きくなってしまう、コストアップになる、制御プログラムが複雑になってしまう、などの問題があった。
【０００９】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮成形方向に肉厚差を有する段付き形状の成形体を、密度のバラツキを少なく高密度に成形できる小型・低コストで信頼性の高い粉末成形機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わるウィズドロアル式の粉末成形機は、ダイに上パンチおよび下パンチを嵌合させてキャビティを形成する金型と、前記上パンチに対して前記下パンチを上昇させる駆動手段とを備え、前記下パンチは、成形方向に沿って分割された複数の分割パンチを有し、前記駆動手段によって前記下パンチの少なくとも１つを上昇させて前記キャビティ内の充填された粉末を成形後、前記上パンチの加圧力を用いて前記下パンチのうち上昇させた少なくとも１つの分割パンチを所定の位置に戻すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、圧縮成形方向に肉厚差を有する段付き形状の成形体を、密度のバラツキを少なく高密度に成形できる小型・低コストで信頼性の高い粉末成形機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる粉末成形機の基本構成を示した縦断面図である。
【図２】図１の構成における粉末供給から成形体抜出しまでのプロセスを示す断面図である。
【図３】第２の実施形態に係わる粉末成形機の基本構成を示した縦断面図である。
【図４】第３の実施形態に係わる粉末成形機の基本構成を示した縦断面図である。
【図５】多段圧縮方法を用いた従来の粉末成形機の基本構成を示す断面図である。
【図６】粉末成形機の基本構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる粉末成形機の基本構成を示した縦断面図である。
【００１５】
ウィズドロアル式の各プレートの配置構成は図５に示したものと同様であり、同様な構成部品は同一符号で示している。押出しプレート１４に取付けられたコア保持部１５と、コア保持部１５に立設するコア２５と、ガイド軸１６で連結されて一体に昇降する押出しプレート１４と、ダイプレート１２とは、図５の従来例と同様である。
【００１６】
図５に示した従来例と異なる点は、従来例が有する下浮動パンチプレート１７および下浮動パンチプレート１７を昇降させるための接続ロッド１８を有していないこと、また、下分割パンチの外側を下固定パンチ２２ｄ、内側を下浮動パンチ２２ｃとしていることである。下固定パンチ２２ｄは従来同様ベースプレート１１に固定されているが、下浮動パンチ２２ｃ（可動パンチ）はどのプレートにも固定されていない。
【００１７】
下浮動パンチ２２ｃの下部は一段細くなって段部２３を形成していて、下固定パンチ２２ｄの底部とベースプレート１１を貫通するように伸び、その下端はコア保持部１５と対向している。下固定パンチ２２ｄには、その内側下部に、下浮動パンチ２２ｃの段部２３と当接し、下浮動パンチ２２ｃの下方向への移動を規制するストッパ部２４が設けられている。この位置は成形体の段差の寸法に合わせて設定される。なお、図１の状態は粉末３０がキャビティ２６（キャビティ内）に充填された位置にあり、コア保持部１５と下浮動パンチ２２ｃの下端が当接し下浮動パンチ２２ｃが少し持ち上げられた状態である。
【００１８】
以上の構成において、次に図２を参照して粉末成形機の一連の動作を説明する。なお、図２では図１における主要な部分のみを残し、説明に不要な部分は省略して示している。
【００１９】
図２（ａ）は粉末３０の充填途中の状態を示している。成形工程がスタートすると、ダイ２０とコア２５、コア保持部１５が不図示の下ラム駆動部によって上昇しつつキャビティ２６を形成していく。キャビティ２６を形成しながらダイ２０上を往復動するフィーダーカップ４０により粉末３０がキャビティに供給される。上昇途中でコア保持部１５と下浮動パンチ２２ｃの下端が当接し、下浮動パンチ２２ｃも上昇しはじめる。成形体のサイズに応じて設定された充填深さとなるまで上昇する。コア保持部１５と下浮動パンチ２２ｃの当接位置は成形体の凹凸にかかわりなく、どの部分でも圧縮比が同じとなるように予め設定され、下浮動パンチ２２ｃの上昇量が決定される。なお、ここでの圧縮比とはキャビティに充填された粉末の長さ（深さ）と圧縮された成形体の長さ（厚さ）の比である。
【００２０】
次に、図２（ｂ）は粉末３０の充填完了状態を示している。ダイ２０の上昇が所定の充填深さ位置に達すると、下浮動パンチ２２ｃも所定量持ち上げられコア保持部１５で保持される。この位置で粉末３０がフィーダーカップ４０で擦り切られ充填工程が完了する。
【００２１】
次に、粉末充填が完了すると圧縮工程に移る。図２（ｂ）の状態から不図示の上ラム駆動部２（図６参照）により上パンチ２１ａが下降していき、充填された粉末３０に到達すると上部より加圧しはじめる。ほぼ同時にウィズドロアルの動作によってダイ２０が強制的に下降しはじめる。必然的にコア２５、コア保持部１５も下降をはじめる。この時、下浮動パンチ２２ｃは上パンチ２１ａの加圧力によって押し下げられてコア保持部１５に追従するように移動する。下浮動パンチ２２ｃの段部２３と下固定パンチ２２ｄのストッパ部２４が当接すると下浮動パンチ２２ｃの移動が規制され、コア保持部１５による保持が開放される。この段階で下浮動パンチ２２ｃは初期位置に戻った状態である。
【００２２】
ウィズドロアル方式ではダイ２０の移動によって下圧（下パンチによる加圧）を発生させるので、その移動速度は上パンチの加圧速度よりも遅く設定される。従って下浮動パンチ２２ｃ上部の粉末においては、圧縮されながら移動することになる。下浮動パンチ２２ｃの移動が止まる（初期位置に戻る）と下固定パンチ２２ｄ部と同じ状態となり、十分な下圧がかかることになる。図２（ｃ）は圧縮が完了した状態（成形後の状態）を示している。
【００２３】
次に、圧縮が完了すると、上パンチ２１ａが上昇するとともにダイ２０が更に下降をはじめる。成形体３１が完全に抜き出るまで下降すると停止し、ダイ２０は初期位置に戻る。必然的にコア２５、コア保持部１５も初期位置に戻る。
【００２４】
図２（ｄ）は成形体３１の抜き出し状態を示している。その後、成形体３１が外部の排出装置等で機外へ排出されると、再び次の成形工程に進み図２（ａ）の状態に移っていく。以後上記のサイクルを繰り返すことになる。
【００２５】
なお、成形体に応じて、抜き出しが完了した後に上パンチ２１ａを上昇させる場合やコア２５を下降させる（フロートコア）方法もとられる。フロートコアの場合にはコア保持部１５としてエアシリンダなどが使用される。ただし、どの場合でも下浮動パンチ２２ｃの動作に相違はない。
【００２６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図３は下パンチを３つの分割パンチで構成し、一番外側の分割パンチ部分が最も充填深さが大きい場合の実施形態である。
【００２７】
図３（ａ）は充填完了、図３（ｂ）は圧縮完了、図３（ｃ）は抜き出し完了の状態をそれぞれ示している。この場合は、一番外側の分割パンチを下固定パンチ２２ｇとしている。中央と内側の分割パンチはそれぞれ下浮動パンチ２２ｅ、２２ｆとしている。
【００２８】
基本的な構成は第１の実施形態と同じであるが、内側の下浮動パンチ２２ｅの初期位置はその段部と下浮動パンチ２２ｆの底部との当接位置で決定される。また、下浮動パンチ２２ｅ、２２ｆそれぞれの上昇量は下端位置の設定によって決定されるので、ともにコア保持部１５で上昇させることができる。
【００２９】
なお、充填から抜き出しまでの一連の動作については第１の実施形態と同じなので説明は省略する。
【００３０】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図４は図３同様下パンチを３つの分割パンチで構成し、中央の分割パンチ部分が最も充填深さが大きい場合の実施形態である。図４（ａ）は充填完了、図４（ｂ）は圧縮完了、図４（ｃ）は抜き出し完了の状態をそれぞれ示している。
【００３１】
この場合は、中央側の分割パンチを下固定パンチ２２ｉとしている。内側と外側の分割パンチはそれぞれ下浮動パンチ２２ｈ、２２ｊとしている。
【００３２】
基本的な構成は第１の実施形態と同じであるが、外側の下浮動パンチ２２ｊの初期位置はその外周に設けられたフランジ部２２ｋと下固定パンチ２２ｉの外周フランジ部との当接位置で決定される。また、下固定パンチ２２ｉは外周当接部の一部が切り欠かれた形状とされ、下浮動パンチ２２ｊの対向する部分が下方向に延びていて、その下端がコア保持部１５ｂに対向している。下浮動パンチ２２ｈ、２２ｊそれぞれの上昇量は下端位置の設定によって決定されるので、ともにコア保持部１５で上昇させることができる。
【００３３】
なお、充填から抜き出しまでの一連の動作については第１の実施形態と同じなので説明は省略する。
【００３４】
また第１〜３の実施形態において、例えばコア保持部１５の当接部の高さを調整できるようにし、下浮動パンチ２２の上昇量を必要に応じて変えられるように構成してもよい。もちろん他の方法であってもかまわない。要するに当接するタイミングを変えることで下浮動パンチ２２の上昇量を変えられるように構成してもよい。
【００３５】
また、第１〜３の実施形態ではコア２５、コア保持部１５のあるもので説明しているが、成形体の形状に応じて、コア２５が必要ない場合にはコア保持部１５のみを残すか、またはそれに代わるものを取付けてもかまわない。あるいは押出しプレート１４で直接持ち上げてもかまわない。
【００３６】
また、第１〜３の実施形態では２〜３分割のパンチとしているが、更に分割の数が増えても同様な構成で対応することが可能であり、適用範囲は上記実施形態の分割数に限ったものではない。
【００３７】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、ダイに上・下パンチを嵌合させてキャビティを形成する金型を使用し、上・下ラム駆動部によりキャビティに充填された粉末を圧縮する粉末成形機であって、圧縮成形方向に肉厚差を有する段付き形状の成形体を形成するために、下パンチを、段付き形状の略境界面で分割して、相対的に軸方向に移動可能な複数の分割パンチで構成したウィズドロアル式の粉末成形機において、充填深さの最も大きい部分の分割パンチを除いて少なくとも一つの分割パンチを粉末充填前もしくは充填中に粉末成形機の下ラム駆動部で上昇させ、粉末充填後の上パンチの圧縮による加圧力で初期位置に戻す構成としたので、分割パンチを昇降させるための駆動手段を設けなくても多段圧縮成形をおこなうことができる。
【００３８】
また、分割パンチにおいて、充填深さの最も大きい部分の分割パンチを下固定パンチとし、他の部分の分割パンチを下浮動パンチとしたので、充填深さの最も大きい部分を基準として他の部分の充填量を減らすように調整できるので、粉末充填前もしくは充填中に比較的小さな動力で分割パンチを上昇させることができる。
【００３９】
また、下浮動パンチの昇降は、粉末充填工程に移行する際、下ラム駆動部に接続したダイとコア保持部の上昇途中で、コア保持部で下浮動パンチの下端を所定量押し上げ保持し、粉末充填後の圧縮工程におけるウィズドロアルの動作で下浮動パンチを開放し下方向への移動を可能とするように構成したので、一段圧縮用のダイセットと成形機で多段圧縮成形を行うことができる。
【００４０】
また、下浮動パンチの上昇量は、成形体の凹凸にかかわりなく成形体の各箇所でほぼ同じ圧縮比になるように設定できるので、密度のバラツキが少ない成形体を得ることができる。
【００４１】
また、下浮動パンチの初期位置は、下固定パンチと下浮動パンチの略底部が当接した位置、または下浮動パンチどうしの略底部が当接した位置で決定されるようにしたので、圧縮時の加圧力を下固定パンチを介して剛性の高いベースプレートで受けることができ、加圧力による変形を極力小さくできるとともに、成形体の段差寸法のバラツキを小さくすることができる。
【００４２】
また、ウィズドロアルの動作量は、下浮動パンチの一番大きい上昇量と同じかそれ以上に設定されるので、下浮動パンチは加圧力によって初期位置に戻すことができる。
【００４３】
また、ウィズドロアルの動作速度は、上パンチの加圧速度より遅く設定されるので、下浮動パンチの移動中においても下浮動パンチ部の圧縮が進行するので、高密度な成形体を得ることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  粉末成形機
２  上ラム駆動部
３  下ラム駆動部
４  上ラム
５  下ラム
１０  ダイセット
１１  ベースプレート
１２  ダイプレート
１３  上パンチプレート
１４  押出プレート
１５  コア保持部
１６  ガイド軸
１７  下浮動パンチプレート
１８  接続ロッド
２０  ダイ
２１  上パンチ
２２  下パンチ
２３  段部
２４  ストッパ部
２５  コア
２６  キャビティ
３０  粉末
３１  成形体
４０  フィーダーカップ
【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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