(57)【要約】【課題】より高精度な成形部品を作製することが可能な粉末成形プレス装置を提供する。【解決手段】粉末をプレス成形する粉末プレス成形装置において、プレス成形用の可動金型を駆動するための駆動手段と、可動金型及び駆動手段の間に介在して駆動手段の動力を可動金型に伝達する駆動伝達手段と、可動金型に対する駆動伝達手段の位置を検知する位置検知手段と、駆動手段の作動を制御する制御手段と、駆動伝達手段の温度を検知する温度検知手段とを備え、制御手段は、温度検知手段で検知した温度情報に基づいて、駆動手段の動作を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末をプレス成形する粉末プレス成形装置において、
プレス成形用の可動金型を駆動するための駆動手段と、
前記可動金型及び前記駆動手段の間に介在して前記駆動手段の動力を前記可動金型に伝達する駆動伝達手段と、
前記可動金型に対する前記駆動伝達手段の位置を検知する位置検知手段と、
前記駆動手段の作動を制御する制御手段と、
前記駆動伝達手段の温度を検知する温度検知手段とを備え、
前記制御手段は、前記温度検知手段で検知した温度情報に基づいて、前記駆動手段の動作を制御することを特徴とする粉末プレス成形装置。
【請求項２】
前記温度検知手段からの温度と基準温度との差から前記駆動手段の制御の補正値を演算する補正値演算手段を更に備え、
前記制御手段は、前記補正値に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の粉末プレス成形装置。
【請求項３】
前記温度検知手段が前記動力伝達手段の稼動開始時に検知した温度を前記基準温度として用いることを特徴とする請求項１に記載の粉末成形プレス装置。
【請求項４】
前記可動金型は、ダイプレートに保持されたダイと、前記ダイに設けられた挿通孔に対して両端から挿入される一対のパンチとで構成され、
前記駆動伝達手段は、前記駆動手段の動力を前記一対のパンチに対する直進運動に変換することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粉末プレス成形装置。
【請求項５】
前記温度検知手段は、前記動力伝達手段のうち前記可動金型に近い部分の温度を検出するように設けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の粉末プレス成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な粉末を高精度にプレス成形するための粉末プレス成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末プレス成形装置における成形品の厚み精度は、パンチの加圧位置に依存する。従来の粉末成形プレス装置においては、この加圧位置のバラツキを抑えるために、加圧駆動機構と外部の位置検出センサにより閉ループを構成し、サーボ制御によりパンチの加圧位置を一定に制御する方法がある。
【０００３】
ところで、近年、製品の軽薄短小化が進むなかで、部品に対する高精度化の要求が益々高まってきている。粉末成形法で製作する部品においてもその要求は同じである。その対応として、例えば、特許文献１で開示されているように、成形品の厚み精度を高めるために金型により近いところでパンチの位置を検知し、加圧時のダイセットやプレス本体のたわみの影響を補正する方法がある。特許文献１では、位置検知センサをダイセットの上パンチプレートと下パンチプレートとの間に設けたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−１１５２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のような、粉末プレス成形において加圧位置を補正したとしても、成形部品の寸法にばらつきが生じるおそれがある。
【０００６】
本発明は、寸法ばらつきを低減して成形部品を作製することが可能な粉末成形プレス装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る粉末プレス成形装置は、プレス成形用の可動金型を駆動するための駆動手段と、前記可動金型及び前記駆動手段の間に介在して前記駆動手段の動力を前記可動金型に伝達する駆動伝達手段と、前記可動金型に対する前記駆動伝達手段の位置を検知する位置検知手段と、前記駆動手段の作動を制御する制御手段と、前記駆動伝達手段の温度を検知する温度検知手段とを備え、前記制御手段は、前記温度検知手段で検知した温度情報に基づいて、前記駆動手段の動作を制御することを特徴とする。このような本発明の態様によれば、駆動伝達手段の熱変形を考慮したプレス成形が可能となり、寸法ばらつきを低減して成形部品を作製することが可能となる。
【０００８】
また、上記本発明では、前記温度検知手段からの温度と基準温度との差から前記駆動手段の制御の補正値を演算する補正値演算手段を更に備え、前記制御手段は、前記補正値に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする。このような本発明の態様によれば、検知した温度と基準温度との差から駆動手段を高精度に制御でき、寸法ばらつきを低減して成形部品の製作を行うことができる。
【０００９】
また、上記本発明では、前記温度検知手段が前記動力伝達手段の稼動開始時に検知した温度を前記基準温度として用いることを特徴とする。このような本発明の態様によれば、稼動開始時の温度を基準温度とすることで、連続稼動時の変位補正における誤差が累積することなく補正できることから、周辺環境に応じた高精度な駆動手段の制御が可能となり、寸法ばらつきを低減した成形部品の製作を行うことができる。
【００１０】
また、上記本発明では、前記可動金型は、ダイプレートに保持されたダイと、前記ダイに設けられた貫通穴に対して両端から挿入される一対のパンチとで構成され、前記駆動伝達手段は、前記駆動手段の動力を前記一対のパンチに対する直進運動に変換することを特徴とする。このような本発明の態様によれば、一対のパンチとダイとの間で高精度な成形部品の製作を実現できる。
【００１１】
また、上記本発明では、前記温度検知手段は、前記動力伝達手段のうち前記可動金型に近い部分の温度を検出するように設けられたことを特徴とする。このような本発明の態様によれば、周辺環境の影響を受けにくくなり、加圧位置の精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、寸法ばらつきを低減した成形部品を作製することが可能な粉末成形プレス装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る粉末プレス成形装置の概略断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る粉末プレス成形装置の要部拡大断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る粉末プレス成形装置の制御ブロック図。
【図４】本発明の一実施形態に係る上ラムの温度と加圧位置の変化量との関係を示す実測データを基に作成されるグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を一実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の粉末プレス成形装置１は、プレス本体２と、このプレス本体２に組み込まれるダイセット３と、このダイセット３に装着される上パンチ４と、この上パンチ４に対向して配置される下パンチ５と、上パンチ４及び下パンチ５と共に可動金型を構成するダイ６とを備え、後述する駆動手段によって粉末プレスを制御する構成となっている。
【００１６】
プレス本体２は、図中上側に配置される上部フレーム２１と、図中下側に配置される下部フレーム２２と、これら上部フレーム２１及び下部フレーム２２の間に配置されてフレーム間を連結する図中左右のコラム２３とから構成される。
【００１７】
また、上記プレス本体２の上部フレーム２１には、駆動手段の一部を構成する上部駆動機構７が設けられ、下部フレーム２２には、駆動手段の一部を構成する下部駆動機構８が設けられている。なお、これら上部駆動機構７及び下部駆動機構８の詳細については後述する。
【００１８】
ダイセット３は、下パンチ５が設置される固定プレート３１と、この固定プレート３１の図中上方に配置されてダイ６を保持するダイプレート３２と、このダイプレート３２の図中上方に配置されて上パンチ４が装着される上パンチプレート３３と、固定プレート３１よりも図中下方に配置される押出プレート３４とから構成される。
【００１９】
上パンチ４と下パンチ５とは、上述したダイセット３に同軸上に配置される。より詳細には、上パンチ４は上パンチプレート３３に設けられ、下パンチ５はダイプレート３２（ダイ６）を挟んで対向する固定プレート３１に設けられる。
【００２０】
そして、これら一対のパンチ（上パンチ４及び下パンチ５）は、ダイ６の挿入孔の両側から挿入されるように同軸上に配置される。これにより、図２に示すように、ダイ６の挿入孔６ａに対して挿入された各上パンチ４、下パンチ５の間で粉末をプレス成形する成形空間を形成する。すなわち、本実施形態において粉末をプレス成形するための可動金型は、上パンチ４、下パンチ５、ダイ６で構成される。
【００２１】
なお、押出プレート３４上は、固定プレート３１に設けられた貫通孔３６を介して、複数の連結ロッド３７が立設されており、各連結ロッド３７は、固定プレート３１とダイプレート３２とを相互に連結する。
【００２２】
そして、本実施形態の粉末プレス成形装置１は、上下に設けられた上部駆動機構７及び下部駆動機構８を用いて、ダイセット３に対して駆動力を伝達し、ダイセット３内で粉末プレス成形を行う構成となっている。
【００２３】
詳細には、上部駆動機構７は、上部フレーム２１上においてサーボモータ７１の軸とカップリング７２で同軸上に固定され、上部フレーム２１の棚板に固定されたサポート軸受７３を介してボールねじ軸７４が接続されている。このボールねじ軸７４には、ナット７５が螺合し、そのナット７５は、上ラム７６に固定されている。
【００２４】
この上ラム７６は、上部フレーム２１に固定された上ラム軸受７７によってボールねじ軸７４の軸方向に摺動自在に支持される。なお、この上ラム７６は、サーボモータ７１側の上端部が回転止め７８によって保持されている。また、回転止め７８は、上部フレーム２１内において複数のガイド軸７９に沿って上ラム７６と共に図中上下動する。また、上ラム７６の位置は、上部フレーム２１内に設けられたリニアセンサ９によって回転止め７８の位置を検出することで行われる。
【００２５】
そして、このような上部駆動機構７は、サーボモータ７１を回転させると、ボールねじ軸７４が回転する。このとき、このボールねじ軸７４に螺合したナット７５と上ラム７６は、回転止め７８によって連れ回りせず、ガイド軸７９及びボールねじ軸７４に沿って直進移動（図中上下方向に移動）する。
【００２６】
また、上記上ラム７６の下端部は、上パンチプレート３３の上面において押え板３５によって連結固定される。したがって、上ラム７６が上下動すると、上パンチ４を保持した上パンチプレート３３が複数の案内ロッド３８に沿って上下動する。すなわち、上ラム７６は、駆動手段となる上部駆動機構７からの駆動力（回転動力）を上ラム軸受７７に沿った直進動作に変換し、当該直進動作を上パンチプレート３３に対して伝達する動力伝達手段としての役割がある。
【００２７】
なお、下部駆動機構８は、上述した上部駆動機構７と基本的な構成は同一であることから重複する説明は省略するが、押出プレート３４と連結ロッド３７で連結されたダイプレート３２を上下動させる。図１は、下部駆動機構８によってダイ６が上昇し、その状態で上部駆動機構７によって上パンチ４が下降して粉末を加圧（プレス）した状態を示している。
【００２８】
ここで、本実施形態では、上述した動力伝達手段となる上ラム７６には、当該上ラム７６の温度をモニタ（検知）する温度検知手段となる温度センサ１２が設けられている。なお、下部駆動機構の下ラムに同様の温度センサを設けてもよいが、以下、本実施形態では、上ラム７６に温度センサ１２を設けた構成で説明する。
【００２９】
＜プレス成形サイクル＞
以下、本実施形態の粉末プレス成形装置１による成形サイクルについて説明する。まず、上パンチ４が上昇して、ダイ６も上昇した位置において、下パンチ５とダイ６との間で形成された空間（有底溝空間）に対し、不図示の材料供給フィーダから粉末が充填される。次に、上パンチ４を降下させて、下パンチ５とダイ６との間でプレスする（図１の状態）。加圧後、上パンチ４を上昇させ、下部駆動機構８によってダイプレート３２とダイ６とが、成形品１１全体が抜き出る位置まで下降する。抜き出た成形品１１は、不図示の排出機構によって装置外へ取り出され、連続成形では、このサイクルが繰り返し行われる。
【００３０】
ここで、このような成形サイクルでは、成形品１１の厚みは上パンチ４の加圧位置に依存することになる。本実施形態では、この上パンチ４の加圧位置を高精度に制御するため、上述した温度センサ１２による上ラム７６の温度情報を活用し、下パンチ５及びダイ６に対する上ラム７６の位置を、リニアセンサ９の位置検知を通じて把握しながら制御する。
【００３１】
例えば、上パンチ４の位置精度を従来の補正によって高めても、連続成形時などの使用環境に応じて上パンチ４の位置精度を高めることは難しい。具体的には、本実施形態の粉末プレス成形装置１は、連続成形を行う場合、サーボモータ７１の動作時間が多くなり、コイルに流れる電流によって発熱し、モータ自体の温度が上昇してくる。そのときの熱は、サーボモータ７１の軸、カップリング７２、ボールねじ軸７４、ナット７５、上ラム７５、上パンチプレート３３、上パンチ４の順で伝わる。すなわち、サーボモータ７１に近いほど、サーボモータ７１の熱が伝わり易くなり、各温度は稼動開始から時間経過と共に上昇していくが、その変化は稼動初期に対して比較的大きく、その後飽和していく。この熱は、各部材に伝わることから、各部品が熱変形し、僅かながら熱変形して寸法変化を引き起こすことになる。その結果、上パンチ４の寸法変化は、直接的に、成形精度のばらつきとなる。
【００３２】
なお、本実施形態の粉末プレス成形装置１では、リニアセンサ９によって上ラム７６の位置を制御していることから、上記部品の寸法変化は実質的にキャンセルできる。しかし、上パンチ４側にある部材は、寸法変化がそのまま上パンチ４の加圧位置のばらつきに直結することになる。
【００３３】
そこで、本実施形態では、図１に示すように、上ラム７６のうち特にダイセット３側の端部に温度センサ１２を設けて、上ラム７６の寸法変化をモニタリングするようにした。そして、例えば、装置の稼動開始時（電源投入時や所定時間以上経過した時など）の上ラム７６の温度を基準温度とし、稼働中の温度変化分に対応した加圧位置の変位量を補正してフィードバック制御するようにした。このように、本実施形態では、稼動開始時の検知温度を基準温度とすることで、連続稼動時の変位補正における誤差が累積することなく補正できるので加圧位置の精度を高めることができ、厚み精度の高い部品成形にも対応できる。なお、温度センサ１２としては、ダイオードを使用した。ダイオードは、コストも安く入手しやすい、温度―電圧特性で直線性を示し比較的精度よく測定できるなどのメリットがある。
【００３４】
以下、図３を参照し、上パンチ４の加圧位置の補正方法について説明する。なお、図３は、本発明の一実施形態に係る粉末プレス成形装置の制御ブロック図である。
【００３５】
図３に示すように、粉末プレス成形装置１の駆動制御系としては、温度センサ１２の温度をモニタする温度モニタ回路１２ａを有する温度検知手段１０１と、温度検知手段１０１からの出力（測定温度に対応した電圧出力）を受けるシーケンサ（ＰＬＣ）１０２ａを有する補正値演算手段１０２と、この補正値演算手段１０２からの出力を受けるサーボアンプ７１ａを有する制御手段１０３と、この制御手段１０３からの制御信号を受けるサーボモータ７１を有する駆動手段１０４とを備える。
【００３６】
なお、サーボモータ７１からの動力は、上述したように、駆動伝達系１０５を介して上ラム７６に伝達される。すなわち、上ラム７６の温度情報が上ラム７６の駆動に活用される。このとき、本実施形態では、位置検知手段１０６であるリニアセンサ９の位置情報がサーボアンプ７１ａに入力され、これによって、上ラム７６のフィードバック制御が可能となる。
【００３７】
また、温度モニタ回路１２ａでは、測定温度に対応した電圧をシーケンサ１０２ａを出力し、シーケンサ１０２ａは、入力された電圧に対応する補正値を演算し、サーボアンプ７１ａに指令を出す。このとき、サーボアンプ７１ａは、指令を受けてサーボモータ７１を制御し、リニアセンサ９からの位置情報をフィードバックしながら目標位置で停止させる。なお、補正値を演算するための定数は、温度変化に対する加圧位置の変化を実測したデータから算出するように、あらかじめシーケンサ１０２ａに設定されている。
【００３８】
ここで、再び図２を参照し、粉末の加圧に関する説明を行う。図２（ａ）では、初期設定での上パンチ４の加圧位置の状態を示しており、下パンチ５との間隔が成形品１１の厚みｈと同じになるように設定される。図２（ｂ）には、連続成形による温度変化の影響で加圧位置が変位（Δｈ）した状態を示す。この場合、成形品１１の厚みはｈ’となり、Δｈだけ薄くなってしまうため、Δｈの補正量が必要となる。この補正量は、温度変化に対する加圧位置の変化として実測データとして管理される。
【００３９】
次に、図４を参照し、補正量の設定方法について説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る上ラムの温度と加圧位置の変化量との関係を示す実測データを基に作成されるグラフである。図４に示すグラフによって導き出した定数（テーブル）をあらかじめシーケンサ１０２ａに設定しておく。そして、温度センサ１２で測定された温度を温度モニタ回路１２ａより電圧データ（実施例ではダイオードを使用したので抵抗変化による電圧）として出力される。温度モニタ回路１２ａから出力された電圧データがシーケンサ１０２ａに入力されると、上記定数を基に演算された補正量（Δｈ）がシーケンサ１０２ａからサーボアンプ７１ａへ指令されることになる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態の粉末プレス成形装置１は、サーボモータ７１等の駆動手段から、上パンチ４、下パンチ５、ダイ６から構成される可動金型に対して動力を伝達する動力伝達手段に温度センサ１２を設けて、その測定温度に基づいて駆動手段の駆動制御を行うようにしたので、駆動手段（本実施形態ではサーボモータ７１等）が発生する熱の影響を抑えて、粉末プレスの加圧位置を高精度に制御することができ、成形品１１の寸法ばらつきを抑えることができる。
【００４１】
＜他の実施形態＞
以上、本発明を一実施形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した一実施形態では、温度センサ１２にダイオードを使用したが、例えば熱電対など温度が検知（温度換算）できるものであればこれに限るものではない。
【００４２】
また、上述した一実施形態では、稼動開始時の検知温度を基準温度としたが、本発明は勿論これに限定されず、部品要求精度を満足できれば、前回補正時の検知温度を基準として補正することでももちろん構わない。
【００４３】
また、上述した一実施形態では、本発明を上部駆動機構７の制御系に適用した場合につちえ説明したが、本発明は勿論これに限定されず、下部駆動機構８に採用すれば材料充填時のダイ６の位置についても補正し制御することもできる。その結果、粉末の充填バラツキを抑えて成形品の密度の安定化を図ることもできる。
【００４４】
また、上述した一実施形態では、温度センサ１２を上ラム７６に設けた構成例で説明したが、本発明は勿論これに限定されず、駆動源の温度と加圧位置変位量の関係がわかっている部材であれば上ラム７６以外でも構わない。なお、上述した一実施形態ではできるだけ上パンチ４寄りに配置するようにしたが、加圧位置（パンチ先端）と温度測定部との間で外乱（例えばパンチとダイの摩擦による発熱）の影響による温度変化が生じると、想定以上の加圧位置の変化が生じ、その分については補正しきれなくなる。したがって、温度センサ１２をできるだけパンチ寄りに配置することで、この外乱の影響を受けにくくなり加圧位置精度をより高めることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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