JP2000141096A - 粉末成形装置ならびに粉末充填方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 （１）均一に調整された粉末の品質を確保し
たまま（２）規定量を（３）充填後の粉末が均一な密度
分布となるように（４）しかも粉末がダイス孔外部に漏
洩しないように（５）効率的に粉末をダイス孔内に充填
し、優れた粉末成形体を製造することが可能な粉末成形
装置、ならびに粉末充填方法を提供する。 【解決手段】 粉末を必要量ダイス内に供給する粉末供
給カップについて、その粉末搬入部の大きさを粉末搬出
部の大きさよりも小とする。これにより、粉末供給カッ
プの揺動による粉末の波打ち動作が効果的に抑制され、
粉末充填の効率が上昇するとともに成形品の品質が向上
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属粉末等、粉末の
成形装置、ならびに粉末充填方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】粉末をダイス孔内に充填する場合には、
（１）均一に調整された粉末の品質を確保したまま
（２）規定量を（３）充填後の粉末が均一な密度分布と
なるように（４）しかも粉末がダイス孔外部に漏洩しな
いように充填を行うことが要求され、しかもそのような
充填を効率的に行うことが望ましい。

【０００３】しかし従来の方法においては、このような
条件を十分に満足することができなかった。図１２にお
いて示される従来の粉末成形装置においては、粉末供給
カップ１２０の揺動によりダイス孔５１２内に粉末１１
０の充填を行い、粉末１１０がダイス孔５１２外部に漏
洩することなく充填することが可能である一方、粉末１
１０が粉末供給カップ１２０内において上方へと逃げて
いく動作（波打ち動作）が起こりやすい。このときのメ
カニズムを図１２に示し、以下に説明する。

【０００４】今、図１３（ａ）において示される粉末供
給カップ１２０はその内壁面が垂直であり、その内部の
粉末１１０をダイス孔５１２内に供給するために図中左
から右方向へと動いていく。図１３（ｂ）に示されるよ
うに、ダイス孔５１２上に粉末供給カップ１２０が達す
ると、内部の粉末１１０が下方から落下流出し、ダイス
孔５１２内へと導入される。次に、ダイス孔５１２上部
において、粉末供給カップ１２０は図１２中左右方向に
揺動され、以下粉末１１０が次々にダイス孔５１２内に
充填されていく。このとき図１３（ｃ）及び図１３
（ｄ）において示されるような、粉末１１０最上面が波
打つ現象が発生する。すなわち、図１３（ｃ）のように
粉末供給カップ１２０が左方向へと動くときには左内壁
面に粉末が押し付けられ、粉末１１０は左内壁面に沿っ
て上向きの運動を開始し、一方、図１３（ｄ）のように
粉末供給カップが右方向へと動くときには逆に右内壁面
に粉末１１０が押し付けられ、粉末１１０は右内壁面に
沿って上向きの運動を開始する結果、このような「波打
ち動作」を招くものである。「浪打ち動作」とはこのよ
うに粉末１１０が上方へと押し上げられる運動であっ
て、ダイス孔内への粉末の落下流出運動という本来の目
的に対して相反する作用を有し、粉末充填作業の効率を
低下させる原因となっていた。また、予め一定の粒径に
調整された粉末が、「波打ち動作」時の相互摩擦により
次第に破砕されて微細化し、ダイス孔内の粉末充填密度
が経時的に増大して全体としての密度の均一性を欠くこ
ととなり、成形品の品質を低下させる原因となってい
た。そこで、このような問題を解決するために従来種々
の検討が行われてきた。

【０００５】まず、ダイス孔内に真空ポンプを連結して
ダイス孔内を負圧にすることにより、波打ち動作を抑制
しつつ粉末充填時間を短縮する方法が、特開平６−１３
２７１号公報において開示されている。

【０００６】また、粉末供給用カップの上面を多孔質の
金属キャップで覆ったうえで内部にエアを導入して粉末
を攪拌することにより波打ち動作を抑制し、粉末の品質
保持及び充填時間短縮を図る方法が、特開平１０−２９
０９６号公報において開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法には以下のような欠点があった。

【０００８】ダイス孔内に真空ポンプを連結する方法に
おいては、装置構成が複雑なものとなるため、装置の巨
大化、価格の上昇、メンテナンス性の悪化といった問題
があった。また、ダイス内の壁面の一部に真空ポンプ連
結口を設けることから、その近接部において局所的に粉
末密度の低下する部分が生じ、粉末成形体にバリ、欠
け、割れ等の欠陥が生じやすいという問題があった。

【０００９】また、粉末供給用カップ上面を多孔質の金
属キャップで覆う方法においては、粉末の粒径が小さい
場合、上記金属キャップが「目詰まり」の状態となって
効果が持続しないという問題点があった。さらに、金属
キャップ内にエアを導入後、粉末供給用カップから前記
金属キャップを取り外す際に、残留エアにより粉末が飛
散しやすく、作業環境の悪化を招くとともに駆動部等へ
の悪影響が懸念されるという問題点があった。

【００１０】そこで本発明の課題は、上記各問題点を解
決し、（１）均一に調整された粉末の品質を確保したま
ま（２）規定量を（３）充填後の粉末が均一な密度分布
となるように（４）しかも粉末がダイス孔外部に漏洩し
ないように（５）効率的に粉末をダイス孔内に充填し、
優れた粉末成形体を製造することが可能な粉末成形装
置、ならびに粉末充填方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】従来問題となっていた、
粉末の「波打ち動作」は、粉末供給カップの揺動によっ
て粉末に上方向の力が加わり、垂直な粉末供給カップ内
壁面に沿って粉末が上方へと押し上げられる運動が起こ
ることに起因する。そこで本発明者は、粉末供給カップ
の内部空間形状を工夫することによって粉末のそのよう
な運動を抑制することを発想し、種々検討の結果、本発
明に至ったものである。

【００１２】すなわち、上記課題を解決するための本発
明の粉末成形装置は、粉末を必要量ダイス内に供給する
粉末供給カップについて、その粉末搬入部の大きさが粉
末搬出部の大きさよりも小であることを特徴とする。こ
れにより、粉末供給カップの揺動による粉末の波打ち動
作が効果的に抑制され、粉末充填の効率が上昇するとと
もに成形品の品質が向上する。

【００１３】また本発明の粉末成形装置は、粉末供給カ
ップの内部空間に凸形部分を設けてなることを特徴とす
る。これにより、粉末供給カップの揺動による粉末の波
打ち動作が効果的に抑制され、粉末充填の効率が上昇す
るとともに成形品の品質が向上する。

【００１４】また、本発明の粉末成形装置は、粉末供給
カップの内部空間の断面形状が台形であることを特徴と
する。これにより、粉末供給カップの揺動による粉末の
波打ち動作が効果的に抑制され、粉末充填の効率が上昇
するとともに成形品の品質が向上する。

【００１５】また、本発明の粉末充填方法は、粉末搬入
部の大きさが粉末搬出部の大きさよりも小である形状の
粉末供給カップ内に粉末を入れ、ダイス孔上部において
複数回揺動し、前記ダイス孔内に前記粉末を充填するこ
とを特徴とする。これにより、粉末供給カップの揺動に
よる粉末の波打ち動作が効果的に抑制され、粉末充填の
効率が上昇するとともに成形品の品質が向上する。

【００１６】本発明は、ダイス孔内に粉末を充填する際
に用いる粉末供給カップの内部空間形状にその最大の特
徴を有する。すなわち、粉末供給カップの粉末搬入部が
粉末搬出部よりも小となるようにすることで、いったん
上記粉末搬入部より入れられた粉末が揺動運動によって
上方向に押し上げられることを阻止し、逆に下向きに運
動してダイス孔内へと効率的に落下するようにしたもの
である。

【００１７】より具体的には図１に例示されるように、
粉末供給カップ１２０の内部空間に凸形部分を設けるこ
とにより、粉末１１０の押し上げ運動が図２（ｃ）及び
（ｄ）中に示すごとく下向きの運動へと変換され、効率
的に粉末の充填を行うことが可能となる。また、粉末の
破砕が防止され、調整された粉末の品質を保持したまま
で、規定量の粉末を一定の密度で充填することが可能に
なり、得られる成形体の品質が向上する。なお、ここで
は凸形部分が円筒形であるもののを示したが、上方に向
かって開口部を拡大させ、内部空間に粉末を搬入しやす
くしてもよい。

【００１８】また、図３に例示されるように、粉末供給
カップ１２０の内部空間の断面形状を台形としても、図
４に示すように上記と同様の効果を得る。

【００１９】なお図１及び図３においては、粉末供給カ
ップの内部空間が角筒形である場合について示したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、例えば円筒状
である場合についても同様の効果を得る。また、粉末供
給カップの外部形状はここに示したような形状に限定さ
れるものではなく、粉末供給カップの動作によって粉末
が外部に漏れることがないように底面がダイスに密着す
るような形状であればよく、粉末供給カップの製造工程
上効率的な形状を適宜選択すればよい。

【００２０】上記各形状の粉末供給カップは、従来の粉
末供給カップと同様の材料、例えば超硬合金、ハイス鋼
等により製作すればよい。また、これら粉末供給カップ
を用いた粉末充填方法は、従来の方法と同様ダイス孔外
部に粉末を漏洩することなく充填を行うことが可能であ
り、また、粉末供給カップの形状が変化するだけで何等
複雑な装置構成を採る必要がなく、操作性やコスト面に
おいても優れている。

【００２１】

【発明の実施形態】本発明の第一の実施形態について以
下に説明する。

【００２２】図５は、本発明の粉末成形装置の一実施形
態における装置構成概略図である。この粉末成形装置５
００は、貫通孔を有するダイス５１０と、この貫通孔の
下部より嵌入されてダイス孔５１２を形成する下パンチ
５１１とを有する。ダイス孔５１２は、製造される成形
体のサイズに応じて、適宜調整する。ダイス５１０上面
には、上面と下面とに開口部１２１、１２２を有し、そ
の内部空間の形状が凸型の回転体である粉末供給カップ
１２０を配設する。粉末供給カップ１２０は下開口部１
２２から粉末が漏洩することがないように、例えばスプ
リング等によりダイスに圧接されることが望ましい。ま
た、粉末供給カップ１２０、下パンチ５１１、及びダイ
ス５１０は、例えば超硬合金やハイス鋼等、耐摩耗性に
優れた材料を用いて作製されることが望ましい。

【００２３】粉末レベル検出部５２０は、反射レーザセ
ンサ５２１とコントローラ（図示せず）とから構成さ
れ、反射型レーザセンサ５２１から照射されたレーザ光
により粉末供給カップ１２０内の粉末量を測定し、粉末
１１０が粉末供給カップ１２０内で所定量以下になった
場合、粉末供給カップ１２０内に粉末１１０を供給す
る。なお、ここでは粉末供給カップ上開口部１２１から
測定を行う方法を示したが、この方法に限定されるもの
ではなく、例えば粉末供給カップ１２０の側面に透明な
窓を設け、透過型センサを用いて粉末量を測定する方法
を採用してもよく、また、他の測定方法や測定機器を用
いてもかまわない。

【００２４】粉末切出部５３０は、粉末供給孔５３２を
有するシャッター５３１、シャッター５３１を保持する
ブラケット５３３、連結部５３４によりシャッター５３
１と連結されシャッター５３１のスライドを行うエアシ
リンダー５３５、及び粉末供給カップ１２０内に粉末を
案内するノズル５３６により構成される。粉末レベル検
出部５２０により、粉末供給カップ１２０内の粉末量が
一定以下となった場合、エアシリンダー５３５にて粉末
供給孔５３２とノズル５３６とが軸線上になるまでシャ
ッター５３１をスライドさせ、ブラケット５３３に接続
された供給ホース５３７を通じ、ホッパー５４０内に貯
留された粉末１１０を粉末供給カップ１２０内に導入す
る。

【００２５】なお、粉末供給カップ１２０の動作につい
ては、パルスモータあるいはサーボモータ等の駆動機構
（図示せず）を組み合わせることにより、前後又は左右
に移動可能な構造となっている。また、任意の速度、移
動距離の設定を実現することが可能である。

【００２６】次に、上記粉末成形装置装置５００の動作
について説明する。まず、ホッパー５４０内に貯留され
た粉末１１０を、粉末切出部５３０より粉末供給カップ
１２０内に所定量供給する。粉末供給カップ１２０をダ
イス５１０の上面に沿ってダイス孔５１２上部まで移動
させた後、ダイス孔５１２を中心に左右（又は前後）に
揺動させ、ダイス孔５１２内に粉末１１０を充填させ
る。この揺動は、ダイス孔５１２内に粉末１１０が完全
に充填されるまで繰り返される。充填完了後、粉末供給
カップ１２０がダイス孔５１２上部から除去されて一連
の粉末充填工程が完了し、以下、上下ダイスによる粉末
の圧縮成形工程へと移行する。

【００２７】上記粉末成形装置によりダイス孔５１２内
に粉末１１０を充填する場合、従来問題となっていた
「波打ち動作」は、先に図２に示したような原理により
抑制され、その結果、効率的に粉末の充填を行うことが
可能となり、また充填密度はほぼ一定となり、その後の
圧縮工程により得られる粉末成形体の品質が向上する。

【００２８】次に、本発明の第二の実施形態について、
図６に示すとともに以下に説明する。本実施形態は、粉
末供給カップ１２０の内部空間の断面形状を台形とした
場合の実施形態であり、その他は第一の実施形態と全く
同様である。また、その効果についても第一の実施形態
と同様である。

【００２９】

【実施例】本発明の実施例及び比較例について以下に説
明する。

【００３０】（実施例１）本実施例は、圧縮後の粉末成
形体が幅１ｍｍ×奥行１ｍｍ×高さ１ｍｍで重量が６．
５ｍｇのＴａ粉末成形体を実際に作成する場合の実施例
である。上記第一の実施形態において示された粉末成形
装置において、図７に示すような寸法の超硬合金製粉末
供給カップを用い、粉末供給カップの揺動幅４ｍｍ、揺
動速度約５０ｍｍ／ｓｅｃにおいて、平均粒径数十〜１
００ミクロン程度に調整されたＴａの粉末を、ダイス孔
に対して実際に充填した。ダイスは幅１ｍｍ×奥行１ｍ
ｍの角筒型形状であり、圧縮成形後の粉末成形体が上記
規格形状となるように深さを適宜調整した。

【００３１】このような条件の下で粉末充填及び圧縮成
形からなる一連の粉末成形体作成工程を合計２５００シ
ョットまで連続的に行った。

【００３２】（実施例２）上記第二の実施形態において
示された粉末成形装置において、図８に示すような寸法
の超硬合金製粉末供給カップを使用し、その他は第一の
実施例と全く同じ条件下において粉末成形体の作成を行
った。

【００３３】（比較例）上記第一の実施形態において示
された粉末成形装置において、図９に示すような従来型
の粉末供給カップを使用し、その他は第一の実施例と全
く同じ条件下において粉末成形体の作成を行った。

【００３４】上記各実施例及び比較例においては、粉末
供給カップ１揺動ごとにダイス孔内の粉末重量を測定し
た。その測定結果をもとに、１ショットについて、粉末
充填完了までのダイス孔内粉末重量の変化を求め、その
結果を図１０に示した。なお、ここでいう充填完了と
は、実際に充填された粉末の重量が、ダイス孔の体積と
粉末密度との積で表わされる理論粉末充填量に対して９
５％に達した時点を指す。この結果から、各実施例にお
いては粉末充填完了までの時間（揺動回数）が比較例の
場合に比較して約半分に短縮されていることがわかっ
た。

【００３５】次に、第一の実施例及び比較例において得
られた粉末成形体についてその重量をすべて測定し、規
格重量（６．５ｍｇ）に対する比を求めた結果を図１１
に示す。比較例においては成形体の重量がショット数の
増大とともに増していき、約２０００ショットにおいて
規格値の約１１０％となり、それ以降は平衡状態とな
る。これは、「波打ち動作」によって粉末が破砕され、
ショット数の増大とともに粉末密度及び粉末成形体の密
度が増大していき、約２０００ショットに達すると粉末
が破砕しきってそれ以上密度が増大しなくなり、平衡に
達しているものと考えられる。

【００３６】一方、実施例１については、早い段階（約
１０００ショット）で平衡状態に達し、また、そのとき
の重量は規格値の約１０１％であって増加量が少ない。
これは、比較例のような粉末の破砕現象が抑制される結
果であると考えられる。

【００３７】以上のことから、本発明の粉末成形装置を
使用した場合には、従来よりも効率的に粉末を充填する
ことが可能であり、かつ規格値に対応した高品質の粉末
成形体を得ることがわかった。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、効率的に
かつ粉末の品質を確保したままでダイス孔内に粉末を充
填することが可能となり、高品質の粉末成形体を得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の粉末成形装置における粉末供給カッ
プの説明図である。

【図２】 本発明における作用の説明図である。

【図３】 本発明の粉末成形装置における粉末供給カッ
プの説明図である。

【図４】 本発明における作用の説明図である。

【図５】 本発明の第一の実施形態における粉末供給カ
ップの概略図である。

【図６】 本発明の第二の実施形態における粉末供給カ
ップの概略図である。

【図７】 本発明の第一の実施例における粉末供給カッ
プの形状及び寸法を示す図である。

【図８】 本発明の第二の実施例における粉末供給カッ
プの形状及び寸法を示す図である。

【図９】 比較例における粉末供給カップの形状及び寸
法を示す図である。

【図１０】本発明の実施例及び比較例における粉末供給
カップ１揺動ごとのダイス内充填粉末重量測定結果を示
す図である。

【図１１】本発明の実施例及び比較例におけるショット
毎の粉末成形体の重量変化を示す図である。

【図１２】従来の粉末成形装置の概略図である。

【図１３】従来の粉末成形装置における粉末供給カップ
内の粉末の挙動を示す図である。

【符号の説明】

１００ 粉末成形装置 １１０ 粉末 １２０ 粉末供給カップ １２１ 上開口部 １２２ 下開口部 ５００ 粉末成形装置 ５１０ ダイス ５１１ 下パンチ ５１２ ダイス孔 ５２０ 粉末レベル検出部 ５２１ 反射レーザセンサ ５３０ 粉末切出部 ５３１ シャッター ５３２ 粉末供給孔 ５３３ ブラケット ５３４ 連結部 ５３５ エアシリンダー ５３６ ノズル ５３７ 供給ホース ５４０ ホッパー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉末を必要量ダイス内に供給する粉末供
   給カップについて、その粉末搬入部の大きさが粉末搬出
   部の大きさよりも小であることを特徴とする粉末成形装
   置。
2. 【請求項２】 粉末供給カップの内部空間に凸形部分を
   設けてなることを特徴とする請求項１に記載の粉末成形
   装置。
3. 【請求項３】 粉末供給カップの内部空間の断面形状が
   台形であることを特徴とする請求項１に記載の粉末成形
   装置。
4. 【請求項４】 粉末搬入部の大きさが粉末搬出部の大き
   さよりも小である形状の粉末供給カップ内に粉末を入
   れ、ダイス孔上部において複数回揺動し、前記ダイス孔
   内に前記粉末を充填することを特徴とする粉末充填方
   法。