(57)【要約】【課題】粉体プレス成形金型において、流動性がなく互いに粘着性のない粉体をプレスして、量産性を損なうことなく全面に亘って密度が均一な、上下方向の厚さが略均一で凸部分・凹部分を有する成形体を得ることができること。【解決手段】粉体プレス成形金型１においては、上型２と下型３が開いて粉体としての木粉Ｗが充填されるときには、枠型３が下型４に対して上昇して粉体Ｗが充填される枠を形成するとともに、成形体１０の凸部分においては枠型３に対して上下動ブロック５が下降し、成形体１０の凹部分においては上型２に対して上下動ブロック６，７が上昇して、枠型３に囲まれた下型４の上面が略平坦となる。これによって、枠型３の中に粉体Ｗを投入して上面を平らにするだけで、凸部分・凹部分に対応する位置の上にも、量産性を損なうことなく容易に、他の部分と略同一の厚さに粉体Ｗを充填することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型、枠型及び下型からなり、流動性がなく互いに粘着性のない粉体をプレスして上下方向の厚さが略均一で上方向に凸である部分（以下「凸部分」という。）及び／または下方向に凸である部分（以下「凹部分」という。）を有する成形体を成形するための金型であって、
前記上型の下面は前記成形体の上面の形状に対応する形状を有し、
前記下型は前記上型または前記枠型に対して相対的に上下動可能な複数の上下動ブロックからなり、
前記上型と前記下型が閉じたときには、前記成形体の凸部分においては前記上型に対して前記上下動ブロックが上昇し、前記成形体の凹部分においては前記上型に対して前記上下動ブロックが下降して、前記下型の上面が前記成形体の下面の形状に対応する形状となり、
前記上型と前記下型が開いて前記粉体が充填されるときには、前記枠型が前記下型に対して上昇して前記粉体が充填される枠を形成するとともに、前記成形体の凸部分においては前記枠型の上昇に伴って前記枠型に対して前記上下動ブロックが下降し、前記成形体の凹部分においては前記上型に対して前記上下動ブロックが上昇して、前記枠型に囲まれた前記下型の上面が略平坦となることを特徴とする粉体プレス成形金型。
【請求項２】
前記上型と前記下型が開いて前記粉体が充填されるときに前記上下動ブロックを上昇させる圧力はばね部材によって付与されることを特徴とする請求項１に記載の粉体プレス成形金型。
【請求項３】
前記粉体は大鋸屑及び／または間伐材のチップを乾燥して微粉砕したもの１００重量部に対して有機合成樹脂バインダー３重量部〜３０重量部を混合した木粉であり、前記上型及び前記下型には前記木粉をプレスした状態で高周波加熱するための高周波加熱装置が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粉体プレス成形金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大鋸屑（おがくず）等を微粉砕して少量の有機合成樹脂を混合した木粉等の、流動性がなく互いに粘着性のない粉体をプレス成形するための粉体プレス成形金型に関するものであり、特に、複雑な形状を有する成形体であっても均一な密度でプレス成形することができる粉体プレス成形金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、粉末冶金製品の圧縮成形や、セラミックス製品等の粉末材料による圧縮成形を行う粉末成形プレスにおいては、複雑な形状で均一な密度の成形体を得るため、上下動可能なダイプレート及び複数のパンチプレートを有するプレス金型が用いられているが、このようなプレス金型を着脱交換して調整するためには３時間〜５時間以上の長時間を要するため、多種類の成形体を一台のプレス機で、量産性を損なうことなく効率的に製造することが要求されている。このような要求に対して、特許文献１に記載された粉末成形プレスのダイコントロール装置の発明がなされている。
【０００３】
この特許文献１に記載された技術においては、上パンチ・ダイプレート・フロートパンチプレート部をダイセットとして一体的に構成し、この部分のみをフレームに対して着脱し得るようにしている。これによって、プレス機一台に対してダイセットを複数準備して、予め次の成形のために金型の組み込み・作動状態のチェック等の段取りをしておき、プレス作業の終了とともにダイセットを取替えできるため、プレス機の不稼動時間を大幅に短縮することができるとしている。
【特許文献１】特公昭５２−３６３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、粉末冶金における金属粉末材料やセラミックス製品におけるセラミックス粉末材料等の、流動性を有し互いに粘着性を有する粉体に対しては、量産性を損なうことなく複雑な形状で均一な密度の成形体を得ることができるが、大鋸屑等を微粉砕して少量の有機合成樹脂を混合した木粉等の、流動性がなく互いに粘着性のない粉体を、量産性を損なうことなく効率的にプレス成形することはできないという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、流動性がなく互いに粘着性のない粉体をプレスして、上下方向の厚さが略均一で凸部分・凹部分を有する成形体を成形するための金型であって、量産性を損なうことなく全面に亘って密度が均一な成形体を得ることができる粉体プレス成形金型の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る粉体プレス成形金型は、上型、枠型及び下型からなり、流動性がなく互いに粘着性のない粉体をプレスして上下方向の厚さが略均一で上方向に凸である部分（以下「凸部分」という。）及び／または下方向に凸である部分（以下「凹部分」という。）を有する成形体を成形するための金型であって、前記上型の下面は前記成形体の上面の形状に対応する形状を有し、前記下型は前記上型または前記枠型に対して相対的に上下動可能な複数の上下動ブロックからなり、前記上型と前記下型が閉じたときには、前記成形体の凸部分においては前記上型に対して前記上下動ブロックが上昇し、前記成形体の凹部分においては前記上型に対して前記上下動ブロックが下降して、前記下型の上面が前記成形体の下面の形状に対応する形状となり、前記上型と前記下型が開いて前記粉体が充填されるときには、前記枠型が前記下型に対して上昇して前記粉体が充填される枠を形成するとともに、前記成形体の凸部分においては前記枠型の上昇に伴って前記枠型に対して前記上下動ブロックが下降し、前記成形体の凹部分においては前記上型に対して前記上下動ブロックが上昇して、前記枠型に囲まれた前記下型の上面が略平坦となるものである。
【０００７】
請求項２に係る粉体プレス成形金型は、請求項１の構成において、前記上型と前記下型が開いて前記粉体が充填されるときに前記上下動ブロックを上昇させる圧力はばね部材によって付与されるものである。ここで、「ばね部材」としては、コイルスプリング、板ばね、弾性ゴム、等を用いることができる。
【０００８】
請求項３に係る粉体プレス成形金型は、請求項１または請求項２の構成において、前記粉体は大鋸屑及び／または間伐材のチップを乾燥して微粉砕したもの１００重量部に対して有機合成樹脂バインダー３重量部〜３０重量部を混合した木粉であり、前記上型及び前記下型には前記木粉をプレスした状態で高周波加熱するための高周波加熱装置が設けられたものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係る粉体プレス成形金型は、上型、枠型及び下型からなり、上型の下面は成形体の上面の形状に対応する形状を有し、下型は上型または枠型に対して相対的に上下動可能な複数の上下動ブロックからなり、上型と下型が閉じたときには、成形体の凸部分においては上型に対して上下動ブロックが上昇し、成形体の凹部分においては上型に対して上下動ブロックが下降して、下型の上面が成形体の下面の形状に対応する形状となり、上型と下型が開いて粉体が充填されるときには、枠型が下型に対して上昇して粉体が充填される枠を形成するとともに、成形体の凸部分においては枠型の上昇に伴って枠型に対して上下動ブロックが下降し、成形体の凹部分においては上型に対して上下動ブロックが上昇して、枠型に囲まれた下型の上面が略平坦となる。
【００１０】
これによって、上型と下型が開いて粉体が充填されるときには、枠型が枠を形成するとともにその内側に位置する下型の上面が略平坦となるため、凸部分及び／または凹部分を有する成形体を成形するために、流動性がなく互いに粘着性のない粉体を下型に充填する際にも、枠型の中に粉体を投入して上面を平らにするだけで、凸部分・凹部分に対応する位置の上にも、量産性を損なうことなく容易に、他の部分と略同一の厚さに粉体を充填することができる。
【００１１】
そして、プレス機が作動して上型と下型が閉じたときには、上型の下面と下型の上面との間に成形体の形状に対応する上下方向の厚さが略均一なキャビティが形成され、上型と下型の間に略同一の厚さに充填された流動性のない粉体が、全面に亘って均一な圧力でプレスされるため、全面に亘って均一な密度を有する成形体が成形される。
【００１２】
このようにして、流動性がなく互いに粘着性のない粉体をプレスして、上下方向の厚さが略均一で凸部分・凹部分を有する成形体を成形するための金型であって、量産性を損なうことなく全面に亘って密度が均一な成形体を得ることができる粉体プレス成形金型となる。
【００１３】
請求項２に係る粉体プレス成形金型においては、上型と下型が開いて粉体が充填されるときに上下動ブロックを上昇させる圧力がばね部材によって付与される。ここで、「ばね部材」としては、コイルスプリング、板ばね、弾性ゴム、等を用いることができる。
【００１４】
このように、上型と下型が開いて粉体が充填される際に、枠型が下型に対して上昇して上下動ブロックを引き上げ、成形体の凹部分に位置する上下動ブロックをばね部材の付勢力で上昇させることによって、下型の構造が簡単になり、金型を低コストで製造することができるとともに、上下動ブロックを上昇させるエネルギーを節約することができる。
【００１５】
このようにして、流動性がなく互いに粘着性のない粉体をプレスして、上下方向の厚さが略均一で凸部分・凹部分を有する成形体を成形するための金型であって、量産性を損なうことなく全面に亘って密度が均一な成形体を得ることができる粉体プレス成形金型となる。
【００１６】
請求項３に係る粉体プレス成形金型においては、粉体が大鋸屑及び／または間伐材のチップを乾燥して微粉砕したもの１００重量部に対して有機合成樹脂バインダー３重量部〜３０重量部を混合した木粉であり、上型及び下型には木粉をプレスした状態で高周波加熱するための高周波加熱装置が設けられている。
【００１７】
かかる木粉の成形体は、木粉と有機合成樹脂バインダーとの反応により硬化するので、厚さ１０ｍｍ以下の薄い成形体においては反応熱の発生が少なく、硬化に時間がかかる。硬化しないと金型より離型することができないが、厚さ１０ｍｍ以下の薄い成形体の場合には、離型が可能な状態になるまでに６時間以上もかかってしまう。また、木粉は熱伝導率が低いので、通常の方法で金型を加熱しても、内部に熱が伝わらない。そこで、上型及び下型に高周波加熱装置を設けて高周波加熱することによって、薄い成形体でも速やかに内部の反応が促進されて、僅か数分で硬化して離型することが可能になる。この時の加熱温度は、成形体内部で５０℃〜６０℃の範囲内が望ましく、５０℃未満であると反応が遅くなり、６０℃を超えると内部に亀裂を生じる恐れがある。
【００１８】
このようにして、流動性がなく互いに粘着性のない粉体をプレスして、上下方向の厚さが略均一で凸部分・凹部分を有する成形体を成形するための金型であって、量産性を損なうことなく全面に亘って密度が均一な成形体を得ることができる粉体プレス成形金型となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態に係る粉体プレス成形金型について、図１乃至図５を参照して説明する。
【００２０】
図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る粉体プレス成形金型によって成形される成形体を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２は本発明の実施の形態に係る粉体プレス成形金型の上型と下型が開いた状態における縦断面を示す縦断面図である。図３は本発明の実施の形態に係る粉体プレス成形金型の上型と下型が閉じた状態における縦断面を示す縦断面図である。図４は本発明の実施の形態に係る粉体プレス成形金型において高周波加熱を行うための構造を示す縦断面図である。図５は従来の粉体プレス成形金型の縦断面を示す縦断面図である。
【００２１】
まず、本実施の形態に係る粉体プレス成形金型によって成形される成形体について、図１を参照して説明する。図１（ａ）に示されるように、本実施の形態に係る粉体プレス成形金型によって成形される成形体１０は、凸部分１１及び凹部分１２を有し、図１（ｂ）に示されるように、上下方向の厚さｔが全面に亘って略均一なケース状の物品である。
【００２２】
本実施の形態においては、この成形体１０が、粉体としての木粉をプレス成形することによって製造され、厚さｔ＝５ｍｍとしている。なお、４本の溝１３は浅い溝であって、底部が下方向に凸となっていないので、本発明における凹部分ではない。
【００２３】
ここで、成形材料となる木粉は、大鋸屑を乾燥して微粉砕した木質微粉１００重量部に対して有機合成樹脂バインダー１０重量部を略均一に混合してなり、木質微粉の比重が有機合成樹脂バインダーに比べて極めて小さいため、体積基準にすると木粉１００ｖｏｌ％中に有機合成樹脂バインダーは数ｖｏｌ％しか入っていない。したがって、かかる木粉は、手で握っても全く固まらない互いに粘着性のない粉体である。
【００２４】
更に詳しくは、この木粉は、スギの大鋸屑を熱風乾燥機によって水分２０重量％以下に乾燥し、粉砕機で微粉砕して微細な木粉とし、微細な木粉１００重量部に対して１０重量部のポリオール系樹脂を添加して、混合機で均一に混合して第１の混合木粉を製造し、別途、微細な木粉１００重量部に対して１０重量部のイソシアネート系樹脂を添加して、混合機で均一に混合して第２の混合木粉を製造して、これらの第１の混合木粉と第２の混合木粉を均一に混合したものである。
【００２５】
かかる木粉に高圧を掛けてプレス成形することによって、常温においても、木粉表面とポリオール系樹脂とイソシアネート系樹脂との間で架橋反応が起こって、高強度で緻密な微細構造を有する木粉成形体が得られる。ここで、図１に示される成形体１０を得るために、図５に示されるような、下面に成形体１０の上面の形状を有する上型２２と、粉体を充填するための枠を形成する枠型２３と、上面に成形体１０の下面の形状を有する下型２４とを用いた場合には、以下のような不具合がある。
【００２６】
すなわち、木粉は手で握っても全く固まらない互いに粘着性のない粉体であるため、単に下型の上に入れただけでは、破線で示される充填状態２５となり、凸部分と凹部分では充填深さが大きく異なるため、この状態でプレス成形したのでは、密度が不均一な成形体となってしまう。これを防止するためには、全面に亘って充填厚さを均一にするために想像線で示される充填状態２６とする必要があるが、互いに粘着性のない粉体である木粉をこのように充填するのは不可能であり、また仮に充填できたとしても長時間を要するため、量産性が著しく損なわれてしまう。
【００２７】
このような問題点を解決した本実施の形態に係る粉体プレス成形金型について、図２乃至図４を参照して説明する。図２に示されるように、本実施の形態に係る粉体プレス成形金型１は、下面に成形体１０の上面の形状２ａを有する上型２と、粉体を充填するための枠を形成する枠型３と、上型２または枠型３に対して相対的に上下動可能な複数の上下動ブロック５，６，７からなる下型４とを具備している。
【００２８】
そして、図２に示されるように、上型２と下型３が開いて粉体としての木粉Ｗが充填されるときには、枠型３が下型４に対して上昇して粉体Ｗが充填される枠を形成するとともに、成形体１０の凸部分においては枠型３に対して上下動ブロック５が下降し、成形体１０の凹部分においては上型２に対して上下動ブロック６，７が上昇して、枠型３に囲まれた下型４の上面が略平坦となる。
【００２９】
これによって、図２に示されるように、凸部分及び凹部分を有する成形体１０を成形するために、流動性がなく互いに粘着性のない粉体としての木粉Ｗを下型４に充填する際にも、枠型３の中に粉体Ｗを投入して上面を平らにするだけで、凸部分・凹部分に対応する位置の上にも、量産性を損なうことなく容易に、他の部分と略同一の厚さに粉体Ｗを充填することができる。
【００３０】
そして、図３に示されるように、プレス機が作動して上型２と下型４が閉じたときには、上型２の下面と下型４の上面との間に成形体１０の形状に対応する上下方向の厚さが略均一なキャビティが形成され、上型２と下型４の間に略同一の厚さに充填された流動性のない粉体Ｗが、全面に亘って均一な圧力でプレスされるため、全面に亘って均一な密度を有する仮成形体Ｗ１が成形される。なお、本実施の形態においては、プレス機によるプレス圧力は３００ｋｇｆ／ｃｍ2 とした。
【００３１】
また、仮成形体Ｗ１の周囲には、図２に示されるように充填された木粉Ｗのうち不要な部分が、図３に示されるように、バリＷ２として同じくプレスされて形成される。このバリＷ２は、上型２のキャビティの外周部分が面取り加工されているため、図３に示されるように仮成形体Ｗ１から容易に切り離すことができる。
【００３２】
ここで、木粉Ｗの仮成形体Ｗ１は製品厚さが５ｍｍと薄いので、木粉と有機合成樹脂バインダーの反応熱の発生が少なく硬化に時間がかかる。硬化しないと金型２，４から離型することができないが、木粉Ｗは熱伝導率が低いので、通常の方法で金型２，４を加熱しても内部に熱が伝わらず、厚さが５ｍｍの薄い成形体１０の場合には、離型が可能な状態になるまでに６時間以上もかかってしまう。
【００３３】
そこで、図４に示されるように、上型２をプレス機の上定盤１５Ａに固定治具１６Ａで、及び下型４をプレス機の下定盤１５Ｂに固定治具１６Ｂで固定する際に、上型２と上定盤１５Ａの間に高周波電極板１８Ａを、下型４と下定盤１５Ｂの間に高周波電極板１８Ｂを挟み込んで、高周波電極板１８Ａとプレス機の上定盤１５Ａの間及び上型２と固定治具１６Ａとの間には、絶縁板１７を挟み込んで絶縁を確保する。
【００３４】
そして、高周波電極板１８Ａ，１８Ｂにそれぞれ図示しない高周波電源からの配線を接続することによって、仮成形体Ｗ１を高周波加熱することができる。図４に示されるように、プレス機の上定盤１５Ａ及び下定盤１５Ｂでプレスした状態で、仮成形体Ｗ１を高周波加熱することによって、熱伝導率が低い木粉Ｗからなる薄い仮成形体Ｗ１でも、速やかに内部まで加熱されて木粉と有機合成樹脂バインダーの反応が促進され、僅か２分間〜５分間で硬化して離型することが可能になる。
【００３５】
ここで、図４に示されるように、油圧機構が作動してプレス機の上定盤１５Ａが下降して上型２と下型４が閉じ、木粉Ｗにプレス圧がかかった後に、枠型３は別の油圧機構によって下型４に接近する方向に下降する。これによって、仮成形体Ｗ１が高周波加熱されて成形体１０となり、プレス機の上定盤１５Ａが上昇して上型２が下型４から離れたときに、成形体１０の周囲が開放されるために、容易に成形体１０を取り出すことができる。
【００３６】
そして、成形体１０が取り出されて次のプレス成形を実施するために木粉Ｗを充填する際には、再び枠型３が別の油圧機構によって下型４に対して上昇する。このとき、枠型３の内側凸部３ａが下型４の上下動ブロック６の外側凸部６ａに当接して、枠型３の上昇に伴って上下動ブロック６が上昇する。これによって、上下動ブロック７が、プレス圧で圧縮されていたばね部材としてのコイルスプリング８の付勢力によって上昇して、図２に示される状態となる。
【００３７】
このように、本実施の形態に係る粉体プレス成形金型１においては、上型２と下型４が開いて粉体Ｗが充填される際に、枠型３が下型４に対して上昇して上下動ブロック６を引き上げ、成形体１０の凹部分に位置する上下動ブロック７をばね部材８の付勢力で上昇させている。これによって、下型４の構造が簡単になり、金型２，４を低コストで製造することができるとともに、上下動ブロック７を上昇させるエネルギーを節約することができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態に係る粉体プレス成形金型１においては、流動性がなく互いに粘着性のない粉体Ｗをプレスして、上下方向の厚さｔが略均一で凸部分・凹部分を有する成形体１０を成形するための金型として、量産性を損なうことなく、全面に亘って密度が均一な成形体１０を得ることができる。
【００３９】
本実施の形態においては、粉体プレス成形金型１を構成する下型として、三つの上下動ブロック５，６，７からなる下型４を用いた場合について説明したが、成形体の形状に応じて必要な数の上下動ブロック下型を用いることができる。
【００４０】
また、本実施の形態においては、「ばね部材」としてコイルスプリング８を用いた場合について説明したが、ばね部材としてはこれに限られるものではなく、板ばね、弾性ゴム、等を始めとして、他のばね部材をも用いることができる。
【００４１】
更に、本実施の形態においては、１箇所の凸部１１と１箇所の凹部１２とを有する成形体１０を成形するための粉体プレス成形金型１について説明したが、成形体としては凸部のみを有するもの、凹部のみを有するもの、複数の凸部及び／または凹部を有するものをも対象にすることができる。
【００４２】
本発明を実施するに際しては、粉体プレス成形金型のその他の部分の構成、構造、形状、材質、数量、大きさ、接続関係等についても、本実施の形態に限定されるものではない。なお、本発明の実施の形態で挙げている数値は、臨界値を示すものではなく、実施に好適な好適値を示すものであるから、上記数値を若干変更してもその実施を否定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る粉体プレス成形金型によって成形される成形体を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態に係る粉体プレス成形金型の上型と下型が開いた状態における縦断面を示す縦断面図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態に係る粉体プレス成形金型の上型と下型が閉じた状態における縦断面を示す縦断面図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態に係る粉体プレス成形金型において高周波加熱を行うための構造を示す縦断面図である。
【図５】図５は従来の粉体プレス成形金型の縦断面を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  粉体プレス成形金型
２  上型
３  枠型
４  下型
５，６，７  上下動ブロック
８  ばね部材
【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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