(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末成形プレスのダイプレート上を進退して粉末をダイ内に充填する底のない箱状のフィーダーにおいて、フィーダーの天井面から鉛直下方に働く空気の粗密波を発生させる手段として、フィーダーの外側から駆動されるダイヤフラム２０をフィーダーの天井に設けた開口部を密閉して取り付けたことを特徴とする、粉末成形プレスにおける給粉装置のフィーダー。
【請求項２】
ダイヤフラム２０の駆動手段がダイヤフラムの外側を覆って設けられ空気または不活性ガスのポンプに接続している与圧室２１である、請求項１に記載の粉末成形プレスにおける給粉装置のフィーダー。
【請求項３】
ダイヤフラム２０の駆動手段がダイヤフラムの外側中央部に連結されたリンクアーム２３である、請求項１に記載の粉末成形プレスにおける給粉装置のフィーダー。
【請求項４】
ダイヤフラム２０の駆動手段がダイヤフラムの外側中央部に連結されたピストンシリンダー２４である、請求項１に記載の粉末成形プレスにおける給粉装置のフィーダー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は主として粉末冶金，セラミックスなどの分野で用いられる粉末成形プレスにおける原料粉の充填方法および給粉装置、特にそのフィーダーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
粉末成形プレスは一般に、ダイプレート３０に取り付けられたダイ４０およびこのダイに嵌合する下パンチ５０が形成するダイキャビティ内に、給粉装置から原料粉を充填し、ダイ内の粉末を上・下のパンチ間に圧縮成形する構成になっている。そして給粉装置は通常、図３に例示するように高架されて原料粉を貯えるホッパー６０と底のない箱状のフィーダー１０を可撓導管６１で連結した構成になっている。このフィーダーは、先ずその待機位置からダイに向かって（図では左方に）前進し、ダイ４０の上に至って原料粉を流し込み、次いでダイ内に堆積した粉末の上面をフィーダーの下縁で平らに擦り切りつつ待機位置まで後退して充填操作の１サイクルを終了する訳である。図の１１は、油圧シリンダーなどの駆動装置（図示せず）に連結してフィーダーを進退させる駆動ロッドである。
【０００３】
フィーダーからダイ内に粉末を充填する際、一般に用いられるのは落とし込み法で、図４の（イ）が示すように、予め所定の充填深さまで下パンチ５０を下降（ダイ固定，上下加圧式プレスの場合）させ、またはダイ４０を上昇（下パンチ固定のウィズドロアルダイセット方式の場合）させてダイキャビティを形成しておき、その上にフィーダーを移動させて粉末の自由落下によって充填する。この場合、粉末の落下を容易にするために、ダイの上でフィーダーを前後に数回進退させることが多い。
【０００４】
次に、ダイキャビティが狭いかまたは深く、落とし込み法ではブリッジングを生じたり十分な充填ができない場合に用いられる手段に吸い込み充填法がある。この方法は、前回成形した圧粉体の排出直後のダイと下パンチが面一になっている状態で、図４の（ロ）が示すように予めフィーダーをダイの上に移動させておき、次いで所定の充填深さまで下パンチ５０を下降（またはダイ４０を上昇）させ、ダイキャビティを形成しつつフィーダーから粉末を吸い込んで充填する。この方法には、落とし込み法に比べて充填された粉末中に空気の閉じ込みを生じ難いという利点がある反面、ダイと下パンチの間など金型の隙間に微粉末が入り込み、円滑な作動の妨げになり易いとされている。
【０００５】
また、下パンチを所定の充填位置より下方に位置させてダイキャビティを深くした状態で粉末を過剰に落とし込み、次いで下パンチを所定の充填深さまで復帰させて余分の粉末をフィーダーに押し戻す充填法や、（コアロッドがある場合）コアロッドを下パンチと同じ位置まで一旦引き下げてダイキャビティを広くした状態で粉末を充填した後、コアロッドを本来の位置まで上昇させて余分の粉末をフィーダーに戻す充填法もある。これらの方法は充填された粉末の見掛け密度は若干向上するが、その実施のためには、金型にこの様な作動をさせる機構を内蔵した粉末プレスまたはダイセットが必要であり、設備面の制約がある。
【０００６】
なお落とし込み法に限らず、何れの場合でも粉末の充填量はダイキャビティの容積によって定まり、その粉末を圧縮成形した圧粉体の重さは充填された粉末の見掛け密度によって定まるので、均質な製品を効率的に量産するためには粉末の流動性がよく、粉末が一様に充填され、且つ充填操作の都度、その見掛け密度のバラツキが少ないことが重要な因子となる。また、粉末がダイ内に、できるだけ見掛け密度が高い状態で充填されることが望ましい。見掛け密度が高ければ所要の圧粉密度に達するまでの圧縮比が低くて済み、後に述べるような種々の利点が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、落とし込み法ではこの様な好ましい充填ができない場合、その解決策をプレスやダイセット側に求めると、その目的自体は達せられても、前述したように装置の作動や保守，設備面の問題が伴うことになる。この様な理由から、落とし込み法の場合でも好ましい充填を可能にする技術を（給粉装置側の改良によって）実現することが求められ、従来から、この目的で種々の工夫がなされている。その幾つかを挙げると、ソレノイドコイル，圧電振動子その他による加振器を取り付けてフィーダーに振動を与える（特開昭６１−１４７８０２号，実開平２−２５５３７号ほか）方法とか、フィーダー内への気体の吹き込み，または加圧と減圧の反復によって粉末を浮動させる（特開平９−２６７１９５号，特開平９−１６９３０１号，特開平９−７８１０３号ほか）方法などがある。
【０００８】
しかし前者の場合は、粉末の見掛け密度がフィーダー内では向上しても、そこからダイ内へは自由落下で移動するので、ダイ内に堆積した粉末の性状（見掛け密度その他）は期待するほどには向上しない。また、後者の場合はフィーダーの内部に外気が直接出入するために、微細な粉末や軽い成分が分離して均一な混合状態が損われたり、外気と共に漏出して原料粉の成分組成に変化を生じることがある。そこでこの発明は、従来とは異なる工夫をフィーダーに施すことによってこの様な問題を克服し、落とし込み法の場合でも均一に、且つ見掛け密度の高い状態で充填し得る方法および装置を開発することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るフィーダーは、その上面（天井）にダイヤフラムを設け、このダイヤフラムをフィーダーの外側から作動（振動）させるように構成したことが装置としての骨子である。また、充填方法としての骨子は、ダイヤフラムの作動状態でフィーダーをダイの上に位置させ、ダイヤフラムの作動でフィーダー内に生じる空気の粗密波を、流下中の粉末や堆積した粉末に作用させることにある。ダイヤフラムがフィーダーの天井にあるため、この粗密波はダイヤフラムの膜面から垂直下方，即ちダイキャビティの底に向かって働き、粉末の流動性の向上，粉末のブリッジングの防止・解消，堆積する粉末中の空気閉じ込めの防止，堆積した粉末の見掛け密度の向上などの作用効果を奏する。
【００１０】
ダイヤフラムの作動時期は、少なくとも粉末の流下開始から充填終了まで継続すれば足りる。但し、フィーダーが待機位置にある場合やダイへの往復の途中で作動させても、特に差し支えはない。ちなみにフィーダーがダイの上に滞留する時間は、成形する圧粉体の大きさにもよるが概ね１秒〜数秒間であり、この間のダイヤフラムの作動は毎秒の振動数で２回〜５０回程度が好ましいが、実際には取り扱う粉末に合わせて実験的に選択される。この発明においてはフィーダー内への空気の出入は行なわないので、微粉末などが漏出することはない。
【００１１】
なお粗密波による効果は、その作用の方向に大きく左右されるものと考えられる。即ち、前述のような作用効果が得られるのは粗密波がフィーダーの天井から鉛直下方に働くためであり、フィーダー内にパイプなどから直接空気を吹き込む従来方式では粗密波が生じないか、生じる場合でもその方向が異なり，あるいは一定しないためと考えられるが、顕著な密度上昇など満足し得る効果は得られていない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施例１）  この発明に係るフィーダーの一例を図１に示す。フィーダーとしての基本構造は従来のもの（図３参照）と同じで、底のない箱状のフィーダー１０に原料粉を供給する可撓導管６１が連結され、駆動ロッド１１によって待機位置とダイとの間を往復するようになっている。そして、この発明の骨子とする新設機構がダイヤフラム２０であり、フィーダー１０の天井（天板）に広い開口部を設け、この開口部を密閉して取り付けられている。
【００１３】
また、このダイヤフラムをその外側から駆動する機構として、この実施例ではダイヤフラム２０の外側を覆う与圧室２１を設け、通気管２２で空気または不活性ガスのポンプ（図示省略）に接続してある。ポンプを運転すると、与圧室内の圧力が反復変動し、それに従ってダイヤフラム２０が振動する。与圧の形態は、ダイヤフラム２０に所要の振動を与えれば足りるので、正圧〜常圧（大気圧），正圧〜負圧，常圧〜負圧の何れでもよい。
【００１４】
次に、このダイヤフラム付きのフィーダーを用いて行なった試験結果について説明する。使用した原料粉は鉄系焼結部品の材料として一般的な、鉄粉に質量比で銅粉１．５％，黒鉛粉１％を配合し、これに粉末潤滑剤のステアリン酸亜鉛を０．５％添加した混合粉末であり、その見掛け密度は３．３ｇ／ｃｍ3 である。この粉末を粉末プレスのホッパー６０（図３参照）に装填し、先ず従来の条件による比較例として、ダイヤフラムを駆動せずに、落とし込み法による粉末充填〜連続成形を行なった。なお、使用したプレスは油圧式プレスであり、成形圧力は５９０ＭＰａである。
【００１５】
そして得られた圧粉体４００箇（平均密度は６．９ｇ／ｃｍ3 ）の重さを測定したところ、そのバラツキは標準値に対する誤差が±０．６％であった。また、ダイ内に充填された粉末の見掛け密度はその平均値が３．３ｇ／ｃｍ3 であり、原料粉の当初の値と特に変わっていない。ちなみに原料粉の見掛け密度はＪＩＳＺ２５０４「金属粉の見掛密度試験方法」に準拠の実測値であり、ダイ内に充填された粉末の見掛け密度（充填密度）は、成形毎の充填量，即ち箇々の圧粉体の重さをキャビティ容積で除して求めた数値である。充填深さには有意差を生じるほどの誤差はないので、圧粉体の重さのバラツキは充填密度のバラツキの程度を現わしている。
【００１６】
これに対して、ダイヤフラム２０の振動数を毎秒３０回に設定して作動させ、それ以外の条件は比較例の場合と同様にして落とし込み法による粉末充填〜連続成形を行なってこの発明の実施例とした。その結果は、圧粉体４００箇の重さのバラツキは標準値に対する誤差が±０．３％であり、粉末の充填密度は平均値が３．８ｇ／ｃｍ3 であった。この結果はダイヤフラムを駆動しない，従って粗密波が作用しない場合に比べて圧粉体の重さのバラツキは小さくなる一方、粉末の充填密度は粗密波の作用により約１５％大きくなったことを示している。
【００１７】
粉末の成形において、充填密度が大きくなることは極めて大きな意味を持っている。即ち、充填密度が小さい場合と同一の圧粉密度に成形する場合は圧縮比が小さくなるので、ダイに充填する際の充填深さが浅くて済む。そのため圧粉体をダイから押し出す際のストロークが短くなり、押し出しに伴う摩擦抵抗によって圧粉体に生じる歪みが減少し、圧粉体の損傷や金型の摩耗が軽減される。また、ダイ，上下のパンチ，コアロッドなどの長さ（高さ）が短くて済むために精密な加工を要する金型の製作が楽になり、金型のコストも低減する。
【００１８】
さらに、粉末プレスの最大充填深さはある程度定格荷重に比例しているので、大きな充填深さを要する長い（高い）圧粉体の成形には通常大型のプレスが用いられる。然るに、この発明によれば原料粉を従来より密に充填できるため、同じプレスで従来より長い圧粉体を成形することができる。また、同じ長さの圧粉体なら従来より１ランク小型のプレスで成形することも可能になるなど、限られた製造ラインで多品種を成形する際の工程管理が楽になる効果もある。ちなみに、以上は充填条件の不利な落とし込みでの結果であるから、この発明が落とし込み以外の，例えば吸い込み充填法などにも適用可能なことは言うまでもない。
【００１９】
（実施例２）  上述の実施例ではダイヤフラム２０を空気圧で作動させたが、他の駆動手段の態様として、例えば図２（イ）のようなリンクアーム２３とか、同図（ロ）のようなピストンシリンダー２４を用いることもできる。また、これらに限らず圧電振動，ソレノイドコイルによる電磁振動その他、作動条件に適合する限り任意の手段を用いることができる。ただしフィーダーはダイプレートの上を常時進退するので、重過ぎたりかさ張ってフィーダーの運動性を損うものは好ましくない。この点も考慮すると、コンパクトで調整も容易な空気圧駆動方式が最適と考えられる。
【００２０】
【発明の効果】
この発明の特徴とする鉛直方向に働く粗密波の作用による主たる効果として、粉末の流動性が改善され、ダイ内に充填された粉末の見掛け密度（充填密度）が顕著に大きくなる。そしてそれに伴い、先に述べたように粉末をダイに充填する際の充填深さが小さくて済むこと，圧粉体をダイから押し出す際のストロークが短くなるため圧粉体の損傷や金型の摩耗が軽減されること，金型の長さが短くて済むため製作が楽になり、金型のコストも低減すること，プレスを選択する際の自由度が増し成形工程の管理が楽になるなどの多彩な効果を得ることができる。この様な次第で、従来技術との構成上の差違は一見小さいようではあるが、この発明の実施によって得られる産業上の利益は著しく大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を説明する図面である。
【図２】この発明の他の実施例を説明する図面である。
【図３】粉末成形プレスにおける給粉装置の一般的構成を説明する図面である。
【図４】粉末充填における落とし込み法と吸い込み法を説明する図面である。
【符号の説明】
１０…フィーダー，１１…駆動ロッド，６０…ホッパー，６１…可撓導管，
３０…ダイプレート，４０…ダイ，５０…下パンチ，
２０…ダイヤフラム，２１…与圧室，２２…通気管，
２３…リンクアーム，２４…ピストンシリンダー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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