JP2009291830A - 粉末成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特に簡易化により実施容易にして設計変更等に対する汎用性に優れた構造にする。
【解決手段】分割された分割ダイ２と、分割ダイ２を摺動可能に挿通している保持孔７ａを有しているダイホルダ３と、上下パンチ４，５とを備え、分割ダイ２で形成されるダイ孔及び下パンチ４、或いはそれらとコアロッド６とで区画されるキャビティＣに充填された原料粉末を、上下パンチ４，５の相対運動で圧縮する粉末成形装置１において、分割ダイ２は支持板１５を介して昇降されると共に、ダイホルダ３は保持孔７ａの内周上側に設けられて分割ダイ２の外周に非接触となる逃げ部７ｂを有している。
【選択図】図４

Description

本発明は、原料粉末を所定形状に圧縮する粉末成形装置に関し、特に分割ダイ構成により粉末を圧縮した後、押出し時の摩擦等に起因した成形体表面の割れや傷などの発生を防ぐようにした粉末成形装置に関する。

図１２（ａ），（ｂ）は特許文献１に開示されている粉末成形装置を示している。この装置特徴は、半径方向に３分割された分割ダイ１４と、分割ダイ１４を嵌合し閉じた状態及び拡開が可能な状態に保持するダイホルダ１８と、分割ダイ１４を上昇して拡開が可能な状態に切り換える型ベース１２と、上パンチ２０及び下パンチ１５とを備え、分割ダイ１４を閉じた状態で形成されるダイ孔及び下パンチで区画されるキャビティＣに充填された焼結用粉末Ｈを、ダイホルダ１８と上下パンチの相対運動（この例は上パンチ２０の下降）で圧縮した後、該成形体を分割ダイ１４を拡開が可能な状態にして分割ダイ上方へ押出す。他の特徴は、分割ダイ１４の分割部（ダイ部同士の境界）に沿ってその分割部を覆うように設けられた吸引用通路１８ｍと、ダイホルダ１８に設けられて通路１８ｍと連通している通路１８ｙと、前記通路内を負圧にする不図示の圧力変動手段とを有し、分割ダイの隙間に侵入した粉末を通路及び圧力変動手段を介して除去可能にする。
特許第３４３３６８３号公報

上記分割ダイ構成の粉末成形装置では、キャビティに充填された粉末をダイホルダと上下パンチの相対運動で圧縮した後、該成形体を分割ダイを拡開が可能な状態にして分割ダイ上方へ押出すため、押出し時の摩擦に起因した成形体表面の割れや傷などの発生を効率よく防ぐことができる。しかし、この装置構造では、通路及び圧力変動手段などを省いたとしても、分割ダイが外周をテーパにしたりダイホルダより上下に長くなるためダイ作製費が高価となり、成形体形状の設計変更に対する汎用性に欠け、しかもダイ精度も維持し難くなる。そこで、本発明の目的は、分割ダイ構成の粉末成形装置において、特に簡易化により実施容易にして設計変更等に対する汎用性に優れた構造にすることにある。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、半径方向に分割された分割ダイと、前記分割ダイを摺動可能に挿通している保持孔を有しているダイホルダと、上下パンチとを備え、前記分割ダイで形成されるダイ孔及び前記下パンチ、或いはそれらと前記ダイ孔内に配設されるコアロッドとで区画されるキャビティに充填された原料粉末を、前記上下パンチの相対運動で圧縮する粉末成形装置において、前記分割ダイは支持板を介して昇降されると共に、前記ダイホルダは前記保持孔の内周上側で上端面に開放するよう設けられて前記分割ダイの外周に非接触となる逃げ部を有していることを特徴としている。

以上の本発明において、「前記上下パンチの相対運動で圧縮する」とは、圧縮方式として、片押し法、両押し法、フローティングダイ法、ウイズドロアル法のずれか、すなわち公知の圧縮方法を全て含む意味である。このため、圧縮方法としては、各形態に示した方法に制約されることなく適宜の方法を採用可能である。

また、本発明は以下のように具体化されることがより好ましい。
（ア）請求項１において、前記逃げ部は、前記ダイホルダの上面から窪み状に設けられ、かつ、窪み状下端が前記粉末を圧縮するときの前記上パンチの最下端位置よりも上側になるよう設定されている構成である（請求項２）。
（イ）請求項１又は２において、前記逃げ部は、前記ダイホルダ上面に付設されるカバーにより覆われている構成である（請求項３）。
（ウ）請求項１から３のいずれかにおいて、前記ダイ部同士は、互いに径方向に重ねられる径大部及び径小部を介して接続されている構成である（請求項４）。

請求項１の発明では、分割ダイ構成の粉末成形装置として、加圧工程後の型抜き工程において、分割ダイ及び下パンチが共に上昇されることで、図４に例示されるごとく分割ダイのうちダイ孔内の成形体を拘束しているダイ部分が逃げ部に達すると保持孔に起因した締付力から開放されて非締付態様となり、該非締付態様で下パンチの上昇などによって成形体が摩擦力を減じてダイホルダの保持孔外へ押出される。すなわち、この粉末成形装置は、粉末を圧縮した後、成形体押出し時の摩擦等に起因した成形体表面の割れや傷発生を防ぐ構造として、分割ダイが支持板を介して昇降されると共に、ダイホルダが保持孔の内周上側に設けられて分割ダイの外周に非接触となる逃げ部を有しているため簡易であり、実施容易であるという点で優れている。

請求項２の発明では、逃げ部がダイホルダの上面から窪み状で、かつ窪み状下端の高さ設定により加圧工程での圧縮性を損なうことなく、かつ型抜き工程での成形体の効率的な型抜き操作を実現可能にする。

請求項３の発明では、例えば、粉末充填工程において、粉末をカバーの存在で逃げ部に落下することなくキャビティに充填でき、それにより従来の粉末供給装置（フィーダ）をそのまま用いることができる。

請求項４の発明では、分割ダイを構成しているダイ部同士が互いに径方向に重ねられる径大部及び径小部を介して接続されているため、粉末がダイ部同士の接続部に侵入したとしても該接続部から保持孔側へはみ出したり落下するような虞を解消可能となる。

以下、本発明を適用した図１〜図６に示した第１形態と、図７〜図１１に示した第２形態について説明する。第１形態は成形体（圧粉体）が筒状の例であり、第２形態は成形体（圧粉体）が柱状の例である。各形態において、プレスの駆動機構は省略しているが、油圧プレス等の公知の機構が適宜に用いられる。

（第１形態）この粉末成形装置１は、分割ダイ２と、分割ダイ２を保持するダイホルダ３と、上パンチ４及び下パンチ５と、分割ダイ２の中心に配置されるコアロッド６とを備え、分割ダイ２及び下パンチ５とコアロッド６とで区画されるキャビティＣに充填された原料粉末Ｈを、ダイホルダ３と上下パンチ４，５の相対運動で圧縮するタイプである。工夫点は、特に、分割ダイ２が分割ダイ支持板１５を介して昇降される構成、ダイホルダ３が本体７に対し分割ダイ用保持孔７ａ及び該保持孔７ａの内周上側に設けられた逃げ部７ｂを有している構成にある。

ここで、粉末成形装置１のプレス構造は、下から上に向かって、コアロッド６を保持しているロッド支持板１０と、下パンチ５を昇降可能に保持している下パンチ支持板１３と、分割ホルダ７を昇降可能に保持している分割ホルダ支持板１５と、上パンチ４を昇降可能に保持している上パンチ支持板１７とを備えている。また、ロッド支持板１０とダイホルダ３とは、複数のガイドロッド１１により連結されている。下パンチ支持板１３及び分割ホルダ支持板１５は、各ガイドロッド１１に対し対応する貫通孔を介して串差し状態に組み付けられ、上下水平な状態に配置されている。

換言すると、上パンチ４は、円筒状の例で、上パンチ支持板１７に対し上パンチ押え１８により固定支持されており、上パンチ支持板１７を介して従来と同様に昇降可能になっている。分割ダイ２は、分割ダイ支持板１５に対しダイ押え１６により固定支持されており、分割ダイ支持板１５を介して不図示の油圧装置等によって所定寸法だけ昇降可能となっている。下パンチ５は円筒状で、下パンチ支持板１３に対し下パンチ押え１４により固定支持されていると共に、分割ダイ支持板１５に設けられた貫通孔及び分割ダイ２の内径側へ突出されており、下パンチ支持板１５を介して不図示の油圧装置等によって昇降可能になっている。コアロッド６は、ロッド支持板１０に対しロッド押え１２により固定支持されていると共に、下パンチ支持板１３に設けられた貫通孔及び下パンチ６の内径から分割ダイ２側へ突出されている。

分割ダイ２は、図１と図２に示されるごとく４等分の例であり、筒形周囲にあって半径方向にダイ部２Ａ〜２Ｄとして分割されている。各ダイ部２Ａ〜２Ｄは、概略Ｌ形状であり、垂直部が本体側の保持孔７ａに配置されると、ダイ部同士が隙間なく密接する拘束状態となりダイ孔を形成する。なお、分割ダイ２は、後述する非拘束状態を均一に得るため３以上に分割されることが好ましい。

すなわち、ダイホルダ側本体７は、分割ダイ２を支持する略中心の保持孔７ａと、保持孔７ａの内周上側に設けられて分割ダイ２の外周に非接触となる逃げ部７ｂと、外周囲に一体化されたリング状のダイ外周部８とを有している。保持孔７ａは、分割ダイ２の垂直部を隙間なく摺動可能にする孔径であり、各ダイ部２Ａ〜２Ｄが下から差し込まれる。逃げ部７ｂは、保持孔７ａの内周上側で上端面に開放するよう設けられている。換言すると、逃げ部７ｂは、本体７の上端面から下に行くに従って次第に径小となる窪み状に設けられている。また、逃げ部７ｂの下端は、図３のごとく粉末Ｈを圧縮するときの上パンチ４の最下端位置と同じか若干上側になるよう設定されている。

ダイ外周部８は、本体７に対し本体７を内周に係合した状態で、結合部材１９が両者間に跨って装着されることで一体化されている。ダイ外周部８は本体７と共にダイテーブルを構成している。なお、ダイ外周部８にはガイドロッド１１の上端が連結されている。

また、以上の粉末成形装置１には、図１の一点鎖線で示したように、ダイホルダ３の上面及び逃げ７部ｂを覆うカバー３０が必要に応じて付設される。このカバー３０は、分割ダイ２を挿通する貫通孔を有し、ダイホルダ３の上面に添設される薄いカバー体であり、原料の粉末が粉末充填工程において粉末供給装置（従来フィーダー）を使用してキャビティＣに充填するときに逃げ部７に入らないようにする。但し、このカバー３０は、粉末供給装置を工夫することで省略できるため図１と図７を除いて省略した。

次に、以上の粉末成形装置１を使用した粉末圧縮方法について説明する。この粉末圧縮方法としては、ギャビティＣに粉末Ｈを充填する粉末充填工程と、粉末Ｈを圧縮する加圧工程と、成形体を押出す型抜き工程とを経る。

図１及び図２は粉末充填工程を示している。この工程では、分割ダイ２が分割ダイ支持板１５を介して下限位置、下パンチ５が下パンチ支持板１３を介して下限位置にそれぞれ配置され、分割ダイ２で形成されたダイ孔と、下パンチ５と、コアロッド６とでキャビティＣが区画される。そして、キャビティＣには不図示の粉末供給装置を介して粉末Ｈが充填される。

図３は加圧工程を示している。この工程では、上パンチ４が上パンチ支持板１７を介して下降されて分割ダイ２のダイ孔内に挿入され、かつ、下パンチ５が下パンチ支持板１３を介して上昇されることにより、キャビティＣ内の粉末Ｈが圧縮される。符号Ｈ1は、粉末Ｈがそのようにして加圧成形された成形体である。

図４〜図６は型抜き工程を示している。この工程では、まず、図４のごとく上パンチ４が上パンチ支持板１７を介して上昇されて分割ダイ２のダイ孔内から引き抜かれる。また、分割ダイ２が分割ダイ支持板１５を介して上限位置まで上昇されると同時に、下パンチ５が下パンチ支持板１３を介して所定距離だけ上昇される。すると、この構造では、分割ダイ２及び下パンチ５が成形体Ｈ1の下端を逃げ部７ｂとほぼ同じか少し高くするまで上昇される。分割ダイ２は、ダイ部２Ａ〜２Ｄに分割されていることと、逃げ部７ｂ内にある部分及びそれより上方へ突出されている部分が非拘束状態のため保持孔７ａに係合されている部分（拘束状態の部分）に比べて半径方向外側へ変位したり半径方向外側へ負荷を開放し易くなる。図５はそのような作動を矢印で模式的に示している。

この状態から、下パンチ５は下パンチ支持板１５を介して図６の上限位置まで上昇された後、分割ダイ２が元の下限位置まで下降される。すると、分割ダイ２のダイ孔内にある成形体Ｈ1は下パンチ５に押し上げられてダイ孔内から抜き出される。この抜き出し過程において、成形体Ｈ1は、分割ダイ２のうち、逃げ部７ｂ内にある部分及びそれより上方へ突出されている部分が非拘束状態となっているため、ダイ孔内周及びコアロッド６外周との間の摩擦力をほとんど受けることなく下パンチ５にて押し上げられ、それにより押出し時の摩擦等に起因した表面の割れや傷などの発生を確実に防止できる。

次に、図６の状態において、成形体Ｈ1はダイ外周部９、本体８、分割ダイ２からなるダイテーブル上から目的の箇所へ移送される。また、再び図１の状態にするには、下パンチ５が下パンチ支持板１３を介して下限位置まで下降された後、粉末Ｈが上記したように充填操作されることになる。

（第２形態）この形態において、図７は図１に対応し、図８は図２に対応し、図９は図３に対応し、図１０は図５に対応し、図１１は図６に対応している。この粉末成形装置１Ａは、柱状の成形体Ｈ2を成形する一例であり、図７及び図８に示されるごとく分割ダイ２０と、分割ダイ２０を保持するダイホルダ３と、上パンチ４Ａ及び下パンチ５Ａとを備え、分割ダイ２０で形成されるダイ孔及び下パンチ４Ａで区画されるキャビティＣ1に充填された原料粉末Ｈを、ダイホルダ３と上下パンチ４Ａ，５Ａの相対運動で圧縮する構成である。要部は上記形態と同じであり、分割ダイ２０が分割ダイ支持板１５を介して昇降される構成、ダイホルダ３が本体７に対し分割ダイ用保持孔７ａ及び該保持孔７ａの内周上側に設けられた逃げ部７ｂを有している構成にある。

粉末成形装置１Ａのプレス構造は、上記形態のコアロッド６が無いためロッド支持板がベース支持板１０となる点で相違しているが、それ以外は上記形態と実質的に同じである。すなわち、上パンチ４Ａは、上パンチ支持板１７に対し上パンチ押え１８により固定支持されており、上パンチ支持板１７を介して昇降可能になっている。分割ダイ２０は、分割ダイ支持板１５に対しダイ押え１６により固定支持され、分割ダイ支持板１５を介して不図示の油圧装置等によって所定寸法だけ昇降可能となっている。下パンチ５Ａは、下パンチ支持板１３に対し下パンチ押え１４により固定支持されていると共に、分割ダイ支持板１５に設けられた貫通孔及び分割ダイ２０の内径側へ突出され、下パンチ支持板１５を介して不図示の油圧装置等によって昇降可能になっている。

分割ダイ２０は、図８に示されるごとく４等分の例であり、周囲に沿ってダイ部２０Ａ〜２０Ｄとして分割されている。各ダイ部２Ａ〜２Ｄは、概略Ｌ形状であり、垂直部が本体側の保持孔７ａに配置されると、ダイ部同士が隙間なく密接する拘束状態となりダイ孔を形成する。この場合、各ダイ部２Ａ〜２Ｄは、両側の形状として、一方（図８の例だと右側）が外面を一段欠肉した径小部２０ａ、他方（図８の例だと左側）が内面を一段欠肉した径大部２０ｂに形成され、互いに径方向に重ねられるよう設定されている。これは、粉末Ｈがダイ部同士の接続部、具体的にはダイ部２０Ａの径大部２０ｂとダイ部２０Ｂの径小部２０ａ、ダイ部２０Ｂの径大部２０ｂとダイ部２０Ｃの径小部２０ａ、ダイ部２０Ｂの径大部２０ｂとダイ部２０Ｃの径小部２０ａ、ダイ部２０Ｃの径大部２０ｂとダイ部２０Ｄの径小部２０ａとの接合部に侵入したとしても該接続部から保持孔７ａへはみ出したり落下するような虞を解消する上で有効となる。

ダイホルダ側本体７は、分割ダイ２０を支持する略中心の保持孔７ａと、保持孔７ａの内周上側に設けられて分割ダイ２０の外周に非接触となる逃げ部７ｂと、外周囲に一体化されたリング状のダイ外周部８とを有している。保持孔７ａは、分割ダイ２の垂直部を隙間なく摺動可能にする孔径であり、各ダイ部２Ａ〜２Ｄが下から差し込まれる。逃げ部７ｂは、本体７の上面から下に行くに従って次第に径小となる窪み状に設けられている。また、逃げ部７ｂの下端は、図９のごとく粉末Ｈを圧縮するときの上パンチ４の最下端位置と同じか若干上側になるよう設定されることが好ましい。

ダイ外周部８は、本体７に対し本体７を内周に係合した状態で、結合部材１９が両者間に跨って装着されることで一体化されている。ダイ外周部８は本体７と共にダイテーブルを構成している。なお、ダイ外周部８にはガイドロッド１１の上端が連結されている。

次に、以上の粉末成形装置１Ａを使用した粉末圧縮方法について説明する。この粉末圧縮方法でも、ギャビティＣ1に粉末Ｈを充填する粉末充填工程と、粉末Ｈを圧縮する加圧工程と、成形体を押出す型抜き工程とを経る。粉末充填工程では、分割ダイ２０が分割ダイ支持板１５を介して下限位置、下パンチ５Ａが下パンチ支持板１３を介して下限位置にそれぞれ配置され、分割ダイ２０のダイ孔と、下パンチ５ＡとでキャビティＣ1が区画される。そして、キャビティＣ1には上記形態と同様に粉末Ｈが充填される。

図９は加圧工程を示している。この工程では、上パンチ４Ａが上パンチ支持板１７を介して下降されて分割ダイ２０のダイ孔内に挿入され、かつ、下パンチ５Ａが下パンチ支持板１３を介して上昇されることにより、キャビティＣ1内の粉末Ｈが圧縮される。符号Ｈ2は、粉末Ｈがそのようにして加圧成形された成形体である。

図１０と図１１は型抜き工程を示している。この工程では、まず、図１０のごとく上パンチ４Ａが上パンチ支持板１７を介して上昇されて分割ダイ２０のダイ孔内から引き抜かれる。また、分割ダイ２０が分割ダイ支持板１５を介して上限位置まで上昇されると同時に、下パンチ５Ａが下パンチ支持板１３を介して所定距離だけ上昇される。そして、この構造では、分割ダイ２０及び下パンチ５Ａが成形体Ｈ2の下端を逃げ部７ｂとほぼ同じか少し高くするまで上昇される。分割ダイ２０は、ダイ部２０Ａ〜２０Ｄに分割されると共に、逃げ部７ｂ内にある部分及びそれより上方へ突出されている部分が非拘束状態のため保持孔７ａに係合されている部分（拘束状態の部分）に比べて半径方向外側へ変位したり半径方向外側へ負荷を開放し易くなる。

この状態から、下パンチ５Ａは下パンチ支持板１５を介して図１１の上限位置まで上昇された後、分割ダイ２０が元の下限位置まで下降される。すると、分割ダイ２０のダイ孔内にある成形体Ｈ2は下パンチ５Ａに押し上げられてダイ孔内から抜き出される。この抜き出し過程において、成形体Ｈ2は、分割ダイ２０のうち、逃げ部７ｂ内にある部分及びそれより上方へ突出されている部分が非拘束状態となっているため、ダイ孔内周との間の摩擦力をほとんど受けることなく下パンチ５Ａにて押し上げられ、それにより押出し時の摩擦等に起因した表面の割れや傷などの発生を確実に防止できる。これらは上記形態と同じである。

なお、本発明の粉末成形装置は、請求項で特定される構成を実質的に備えておればよく、細部は各形態を参考にして更に変更したり展開可能なものである。

第１形態の粉末成形装置を粉末充填状態で示す縦断面図である。 （ａ）は図１の装置本体の平面図、（ｂ）は図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１の装置を粉末を圧縮した状態で示す縦断面図である。 上記装置を図３の状態から分割ダイ及び下パンチを所定距離だけ上昇した型抜き工程の初期段階を示す縦断面図である。 図４の状態において装置本体の作用を示す模式平面図である。 上記装置を図５の状態から成形体を上昇した縦断面図である。 第２形態の粉末成形装置を図１に対応して示す縦断面図である。 （ａ）は図７の装置本体の平面図、（ｂ）は図７のＢ−Ｂ線断面図である。 第２形態の装置を図３に対応して示す縦断面図である。 第２形態の装置を図４に対応して示す縦断面図である。 第２形態の装置を図６に対応して示す縦断面図である。 （ａ），（ｂ）は特許文献１に開示された粉末成形装置の縦断面図とＢ−Ｂ線断面図である。

符号の説明

１，１Ａ…粉末成形装置
２，２０…分割ダイ（２Ａ〜２Ｄはダイ部、２０Ａ〜２０Ｄはダイ部）
３…ダイホルダ（７は本体、７ａは保持孔、７ｂは逃げ部、８はダイ外周部）
４，４Ａ…上パンチ
５，５Ａ…下パンチ
６…コアロッド
１３…下パンチ支持板
１５…分割ダイ支持板
１７…上パンチ支持板
３０…カバー
Ｃ，Ｃ1…キャビティ
Ｈ…原料粉末
Ｈ1，Ｈ2…成形体（圧粉体）

Claims (4)

1. 半径方向に分割された分割ダイと、前記分割ダイを摺動可能に挿通している保持孔を有しているダイホルダと、上下パンチとを備え、前記分割ダイで形成されるダイ孔及び前記下パンチ、或いはそれらと前記ダイ孔内に配設されるコアロッドとで区画されるキャビティに充填された原料粉末を、前記上下パンチの相対運動で圧縮する粉末成形装置において、
   前記分割ダイは支持板を介して昇降されると共に、前記ダイホルダは前記保持孔の内周上側で上端面に開放するよう設けられて前記分割ダイの外周に非接触となる逃げ部を有していることを特徴とする粉末成形装置。
2. 前記逃げ部は、前記ダイホルダの上面から窪み状に設けられ、かつ、窪み状下端が前記粉末を圧縮するときの前記上パンチの最下端位置よりも上側になるよう設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉末成形装置。
3. 前記逃げ部は、前記ダイホルダ上面に付設されるカバーにより覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉末成形装置。
4. 前記ダイ部同士は、互いに径方向に重ねられる径大部及び径小部を介して接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の粉末成形装置。

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