(57)【要約】【課題】凹部を有する成形型への粉末供給のばらつきをなくし、均一な圧粉成形体が得られる粉末成形装置を提供する。【解決手段】凹部を有する成形型と、成形型の凹部に粉末を供給するためのフィーダーカップとを有し、粉末が収容されたフィーダーカップが、成形型の表面を摺動することにより、成形型の前記凹部に粉末が供給される粉末成形装置において、少なくともフィーダーカップの、成形型との摺動面の表面粗さは、成形型の表面の粗さより粗い粉末成形装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する成形型と、前記成形型の凹部に粉末を供給するためのフィーダーカップとを有し、前記粉末が収容された前記フィーダーカップが、前記成形型の表面を摺動することにより、前記成形型の前記凹部に前記粉末が供給される粉末成形装置において、少なくとも前記フィーダーカップの、前記成形型との摺動面の表面粗さは、前記成形型の表面の粗さより粗いことを特徴とする粉末成形装置。
【請求項２】
前記フィーダーカップと前記成形型とは、それぞれ材質が異なることを特徴とする請求項１に記載の粉末成形装置。
【請求項３】
前記成形型の材質は、前記フィーダーカップの材質より硬い材質であることを特徴とする請求項１または２に記載の粉末成形装置。
【請求項４】
前記成形型の材質は超硬合金で、前記フィーダーカップの前記成形型との摺動面の材質は、合金工具鋼鋼材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の粉末成形装置。
【請求項５】
前記成形型の表面粗さは、Ｒａ０．０２μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の粉末成形装置。
【請求項６】
前記フィーダーカップの前記成形型との摺動面の表面粗さは、Ｒｙ３．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の粉末成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧粉体を成形する粉末成形装置に係わり、詳しくは、粉末供給用のフィーダーカップを用い、粉末を成形型の凹部に供給する粉末成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粉末成形法は、バインダーが含まれた造粒粉末を成形型の凹部で圧縮成形する方法で、ほかの加工方法と比較し、量産性に優れた加工方法である。造粒粉末を圧縮成形し焼成後の加工負荷を低減するために、寸法精度に対する要求は厳しくなった。そのため、成形型の凹部に充填する造粒粉末量の安定化が求められる。
【０００３】
図２は、従来技術の粉末成形装置の断面図である。従来の粉末成形装置１００において、ダイス１０５と下パンチ１０６とでなる成形型とフィーダーカップ１０１、上パンチ１１３とで構成されている。成形型には、粉末を収容するための凹部１１０がダイス１０５と下パンチ１０６とにより形成されている。なお、ダイス１０５と下パンチ１０６とで凹部１１０を形成するのではなく、下パンチ１０６を用いず、ダイスの表面に凹部を形成した成形型でもよい。フィーダーカップ１０１は、ダイス１０５の表面を摺動可能に設けられている。フィーダーカップ１０１は、フィーダーカップ内に粉末１０９を蓄える空間１１７と、凹部１１０に粉末１０９を供給する開口部１１２が形成されている。フィーダーカップ１０１はダイス１０５の表面を摺動し、フィーダーカップ１０１が凹部１１０の上部を摺動すると、フィーダーカップ１０１の開口部１１２から粉末１０９が凹部１１０に供給される。この後、フィーダーカップ１０１はダイス１０５の表面を摺動し定位置に戻ると、凹部１１０に供給された粉末１０９を上パンチ１１３と下パンチ１０６とで圧縮成形し、圧粉成形体を得ている。（特許文献特開平１０−２９６４９７号公報）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９６４９７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、従来の粉末成形装置にあっては、フィーダーカップがダイスの表面を摺動すると、フィーダーカップとダイスとの摺動面で摩擦が発生し、この摩擦により、フィーダーカップとダイスとの面で発生する振動現象のスティクスリップが発生する。フィーダーカップがダイスの表面を摺動しているとき、スティックスリップによる振動現象が発生すると、フィーダーカップは浮き上がり、フィーダーカップとダイスとの間に隙間ができ、この隙間に粉末が入り込む。その状態で、フィーダーカップがダイスの表面を摺動すると、フィーダーカップとダイスとの間で粉末が潰れる。潰れた粉末が、フィーダーカップ内に混入すると、フィーダーカップ内で粒状の固まりの粉末ができ、フィーダーカップ内の粉末の流動性が悪くなる。その結果、凹部に供給される粉末の粉末充填量がばらつき、成形体の密度ばらつきや、焼成後の寸法精度が悪くなるという問題があった。
【０００６】
特に製品体積が小さく粉末充填量が少ないものについては、その傾向が顕著であり、焼成後の寸法ばらつきが大きくなる。また、成形数が増えると成形型の凹部に供給される粉末の充填性は悪化し、最終的に成形型の凹部に粉末が充填されないので、フィーダーカップ及び成形型の清掃が必要となり作業性が悪い。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決し、フィーダーカップと成形型との摺動面の隙間から入り込む粉末を最小限にすることを特徴とする粉末成形装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
凹部を有する成形型と、成形型の凹部に粉末を供給するためのフィーダーカップとを有し、粉末が収容されたフィーダーカップが、成形型の表面を摺動することにより、成形型の凹部に粉末が供給される粉末成形装置において、少なくともフィーダーカップの、成形型との摺動面の表面粗さは、成形型の表面の粗さより粗い粉末成形装置。
【０００９】
さらには、フィーダーカップと成形型とは、それぞれ材質が異なる粉末成形装置。
【００１０】
さらには、成形型の材質は、フィーダーカップの材質より硬い材質である粉末成形装置。
【００１１】
さらには、成形型の材質は超硬合金で、フィーダーカップの成形型との摺動面の材質は、合金工具鋼鋼材である粉末成形装置。
【００１２】
さらには、成形型の表面粗さは、Ｒａ０．０２μｍ以下である粉末成形装置。
【００１３】
さらには、フィーダーカップの成形型との摺動面の表面粗さは、Ｒｙ３．０μｍ以下である粉末成形装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の粉末成形装置は、フィーダーカップの摺動面の表面粗さを成形型の表面の粗さより粗くしたことにより、フィーダーカップとダイスとの間に発生するスティックスリップを抑制し、粉末がフィーダーカップと成形型との間に入りこむことを防止できる。これにより、成形型への粉末充填量が安定化し、成形体の密度ばらつきや、焼成後の寸法精度を抑えることができる。また、フィーダーカップと成形型との清掃頻度を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の粉末成形装置を示す図である。
【図２】従来技術の粉末成形装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。なお本発明の範囲は以下の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また図面においては各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
【００１７】
図１は、本発明の粉末成形装置および圧粉成形方法を示す図であり、本発明の粉末成形装置の断面図を用い、（ａ）〜（ｃ）において圧粉成形の流れを説明している。
【００１８】
図１に示すように、粉末成形装置１は、ダイス１５と下パンチ１６とでなる成形型とフィーダーカップ１１、上パンチ１３とで構成されている。成形型には、粉末を収容するための凹部１０がダイス１５と下パンチ１６とにより形成されている。なお、ダイス１５と下パンチ１６とで凹部１０を形成するのではなく、下パンチ１６を用いずダイスの表面に凹部を形成した成形型でもよい。フィーダーカップ１１は、フィーダーカップ内に粉末１９を蓄える空間１７と、凹部１０に粉末１９を供給する開口部１２が形成されている。またフィーダーカップ１１は、ダイス１５の表面を摺動可能に設けられており、フィーダーカップ１１が凹部１０の上部を摺動すると、フィーダーカップ１１の開口部１２から粉末１９が凹部１０に供給される。凹部１０に供給された粉末１９は、上パンチ１３と下パンチ１６とで圧縮成形され、圧粉成形体になる。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、ダイス１５において凹部１０への粉末１９の供給は、フィーダーカップ１１がダイス１５の表面を図中の矢印方向に移動することにより、フィーダーカップ１１内に蓄えられている粉末１９を凹部１０に供給する。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、フィーダーカップ１１内の粉末１９は、フィーダーカップ１１の開口部１２から凹部１０に供給される。粉末１９の供給が完了すると、フィーダーカップ１１はダイス１５の表面を図中の矢印方向に移動し図１（ａ）の位置に戻る。
【００２１】
その後、図１（ｃ）に示すように、凹部１０に供給された粉末１９は、上パンチ１３と下パンチ１６とで圧縮されることで圧粉成形される。
【００２２】
その後、圧粉成形体は、焼成を行い次の工程へ送品する。
【００２３】
ここで、粉末１９を圧縮し圧粉成形するにあたり、フィーダーカップ１１とダイス１５の材質と、フィーダーカップ１１とダイス１５とが摺動する面の面質を変え、充填不良の発生頻度の確認を行った。なお、充填不良の発生頻度（個／往復）は、次の方法で確認を行った。フィーダーカップ１１が凹部１０に係らない位置を定位置とし、フィーダーカップ１１がダイス１５の表面を定位置から移動して凹部１０に粉末１９を供給し、フィーダーカップ１１が定位置に戻るのを１往復として、１往復後における凹部１０の粉末１９充填量が所定の規定を満たすか確認を行った。粉末１９の粒径は０〜１５０μｍの粉末を用いた。
【００２４】
表１は、フィーダーカップ１１とダイス１５とが摺動する面の表面粗さＲａとＲｙである。表１に示すようにラップ面のＲａは０．００５μｍ、Ｒｙは０．０４４μｍとし、研削面のＲａは０．２６μｍ、Ｒｙは１．６８μｍとし、サンドブラスト面のＲａは０．５２μｍ、Ｒｙは５．３０μｍとした。ただし、ダイス１５の面質が研削面より粗い表面では、粉末１９がその表面上を移動すると、粉末１９の粒子が破壊されることがあるので、ダイス１５の面質はラップ面のみとして確認を行った。なお、粉末１９の粒子が破壊されることを防ぐためには、ダイス１５の表面粗さを、Ｒａ０．０２μｍ以下とするのが望ましい。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
ラップ面は、片面ラップ盤を用い、錫定盤上に２μｍ以下の単結晶ダイヤモンド研磨液を塗布し、フィーダーカップとダイスとのそれぞれの摺動面を加工した。研削面は、平面研削盤を用い、＃３２５ダイヤモンド砥石で、フィーダーカップの摺動面を加工した。サンドブラスト面は、サンドブラスト装置を用い、＃１５０のアルミナで、フィーダーカップの摺動面を加工した。
【００２７】
表２は、フィーダーカップ１１とダイス１５の材質と、フィーダーカップ１１とダイス１５とが摺動する面の面質を変えた条件における充填不良の発生頻度（個／往復）の結果を示す表である。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
フィーダーカップ１１とダイス１５の材質は、合金工具鋼鋼材ＳＫＤ−１１と、合金工具鋼鋼材ＳＫＤ−１１より硬い材質である超硬合金のＫＤ２０（登録商標）との２種類を用いた。フィーダーカップの面質は、ラップ面とサンドブラスト面と研削面との３種類で行った。
【００３０】
先ず、条件１と条件２の結果について説明する。条件１と条件２は、フィーダーカップ１１の材質を、条件１は超硬合金、条件２は合金工具鋼鋼材とし、ダイス１５の材質を、それぞれ超硬合金とした。また、フィーダーカップ１１とダイス１５の面質はそれぞれラップ面である。条件２は、条件１に比べ充填不良が発生しづらい。次に、条件３と条件４の結果について説明する。条件３と条件４は、フィーダーカップ１１の材質を、それぞれ超硬合金とした。ダイス１５の材質を、条件３は超硬合金とし、条件４は合金工具鋼鋼材とした。また、フィーダーカップ１１の面質を、それぞれ研削面とし、ダイス１５の面質は、それぞれラップ面とした。条件４は、条件３に比べ充填不良が発生しづらい。
【００３１】
この結果より、フィーダーカップ１１とダイス１５の材質は、それぞれ異なる材質にすることが良いことが分かる。これは、同じ材質同士であると、スティックスリップが発生しやすいこと推測されるためである。
【００３２】
次に、条件１と条件３の結果について説明する。条件１と条件３は、フィーダーカップ１１とダイス１５の材質を、それぞれ超硬合金とし、また、条件１はフィーダーカップ１１とダイス１５の面質を、それぞれラップ面とし、条件３のフィーダーカップ１１の面質を研削面とし、ダイス１５の面質をラップ面とした。条件３は、条件１に比べ充填不良が発生しづらい。この結果より、フィーダーカップ１１とダイス１５の面質は、それぞれ異なる面質にすることが良いことが分かる。これは、表面粗さが小さいラップ面同士であるとスティックスリップが発生しやすいことが原因と推測され、フィーダーカップ１１とダイス１５の一方の表面粗さを他方に対し大きくすることが良いと考えられる。
【００３３】
次に、条件４と条件６の結果について説明する。条件４と条件６は、フィーダーカップ１１を、条件４は超硬合金とし、条件６は合金工具鋼鋼材とした。ダイス１５の材質を、条件４は合金工具鋼鋼材とし、条件６は超硬合金とした。また、フィーダーカップ１１の面質を、それぞれ研削面とし、ダイス１５の面質は、それぞれラップ面とした。条件６は、条件４に比べ充填不良が発生しづらい。この結果より、フィーダーカップ１１の材質を、合金工具鋼鋼材とし、ダイス１５の材質を、超硬合金とすることが良いことが分かった。ここで条件４は、フィーダーカップ１１がダイス１５の表面を摺動すると、材質の硬度の違いにより摺動面は磨耗する。条件４では、ダイス１５よりフィーダーカップ１１の方が材質は硬いため、ダイス１５の表面が磨耗し、ダイス１５の表面に磨耗痕ができる。この磨耗痕の表面上を、粉末１９が移動すると、粉末１９の粒子が破壊されることがある。しかし条件６では、磨耗痕はダイス１５の表面にはできず、フィーダーカップ１１の摺動面にできる。このため、粉末１９がダイス１５の表面を移動しても粉末１９の粒子は破壊されない。また、磨耗痕は保守で除去する必要があり、ダイス１５は、フィーダーカップ１１に比べ摺動面の保守を行うときの作業性が悪い。このため、ダイス１５は、フィーダーカップ１１より磨耗しづらい材質を使うことが望ましく、条件４はこの点において好ましくない。
【００３４】
最後に、条件５と条件６の結果について説明する。条件５と条件６は、フィーダーカップ１１を、それぞれ合金工具鋼鋼材とし、ダイス１５を、それぞれ超硬合金とした。また、フィーダーカップ１１の面質を、条件５はサンドブラスト面とし、条件６は研削面とした。ダイス１５の面質は、それぞれラップ面とした。条件６は、条件５に比べ充填不良が発生しづらい。この結果より、フィーダーカップ１１の面質を、研削面とし、ダイス１５の面質を、ラップ面とすることが良いと分かる。これはサンドブラスト面の表面粗さのＲｙが粉末１９の粒径に対して大きいものあるため、フィーダーカップ１１とダイス１５との間に粉末１９が入り込み、フィーダーカップ１１がダイス１５の表面を摺動すると、フィーダーカップ１１とダイス１５との間で粉末１９が潰れるためである。このためフィーダーカップ１１の表面粗さは、Ｒｙ３．０μｍ以下であることが望ましい。
【００３５】
本調査結果より、フィーダーカップ１１の、ダイス１５との摺動面の表面粗さは、ダイス１５の表面の粗さより粗いことが良く、さらにダイス１５の材質は、フィーダーカップ１１の材質より硬い材質であることが良い。具体的には、本実施例における条件６のフィーダーカップ１１の材質を、合金工具鋼鋼材とし、面質を、研削面とする。また、ダイス１５の材質を、超硬合金とし、面質を、ラップ面とすることが望ましい。
【符号の説明】
【００３６】
１、１００  粉末成形装置
１０、１１０  凹部
１１、１０１  フィーダーカップ
１２、１１２  開口部
１３、１１３  上パンチ
１５、１０５  ダイス
１６、１０６  下パンチ
１７、１１７  空間
１９、１０９  粉末
【図１】
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【図２】
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