JP2000202697A - 粉末成形機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイヘの粉末充填量にばらつきが生じた場合
でも成形体の密度がばらつくことがなく、均一な密度を
有する成形体を成形することができる粉末成形機を得る
こと。 【解決手段】 回転盤に設けられたダイス内に供給され
た粉末を上下両パンチによる加圧力によって加圧成形す
るロータリ型の粉末成形機に関し、上下の加圧用ローラ
１５，１６の軸受２９，３０に、両軸受をそれぞれ回転
盤５方向に付勢する油圧シリンダ装置３６，４０を設
け、その油圧シリンダ装置に、加圧成形時における上下
両パンチの加圧力が一定になるように油圧力を加える油
圧供給回路を接続するとともに、その油圧供給回路にア
キュムレータ５１，５２を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば原子燃料用
の燃料ペレットの如き粉末冶金材料の成形を行う粉末成
形機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、上記燃料ペレットの如き粉末冶
金材料の成形に際しては、ダイス内に供給された粉末を
上下両パンチによって圧縮することが行われている。

【０００３】図３は、上述の如き圧縮成形を行うための
粉末成形機、特にロータリ型の粉末成形機の縦断面図で
あり、フレーム１とそのフレーム１の上方に設けられた
スタンドフレーム２との間には竪シャフトが立設されて
いる。上記フレーム１の上面には上記竪シャフト３と同
心状に竪シャフト油受４が固設されており、さらにその
竪シャフト油受４の上方には、回転盤５が上記竪シャフ
ト３に対して回転自在に装着されている。

【０００４】上記回転盤５には、その外周部に、上部フ
ランジ状部５ａ、中央フランジ状部５ｂ及び下部フラン
ジ状部５ｃが一体に形成されており、中央フランジ状部
５ｂには、図４に示すように、周方向に多数個のダイス
６が設けられている。

【０００５】また、上部フランジ状部５ａには、上記各
ダイス６と同一軸線上にそれぞれ上パンチ７ａを保持す
る上パンチホルダー７が上下動可能に配設されており、
下部フランジ状部５ｃにも各ダイス６と同一軸線上にそ
れぞれ下パンチ８ａを保持する下パンチホルダー８が上
下動可能に配設され、さらに上記下部フランジ状部５ｃ
の外周に形成された歯車９に、適宜駆動機構によって駆
動される駆動歯車１０が噛合されている。

【０００６】一方、上記下パンチホルダー８には、回転
盤５から下方に突出している部分の外側に案内ローラ１
１が装着されており、その案内ローラ１１が前記フレー
ム１上に周方向所定範囲にわたって配設された案内溝１
２に係合されている。

【０００７】また、上パンチホルダー７の前記回転盤５
から上方に突出している部分の両側にも案内ローラ１３
が装着され、上記回転盤５から上方位置において周方向
所定範囲にわたって配設された案内溝１４に係合されて
いる。

【０００８】また、上記上パンチ７ａおよび下パンチ８
ａをダイス６内に上下からそれぞれ挿入し、ダイス６内
に供給された粉末原料を圧縮成形する加圧行程部におい
ては、上パンチホルダー７の頂端及び下パンチホルダー
８の下端にそれぞれ当接し、両パンチに加圧力を加える
加圧ローラ１５及び１６がそれぞれ配設されている。な
お、図４中の符号１７は粉末フィーダである。

【０００９】しかして、粉末の圧縮成形に際しては、駆
動歯車１０を介して回転盤５が回転せしめられ、それと
ともに所定位置に来たダイス６内に粉末フィーダ１７か
ら粉末が供給される。そこで、上記回転盤５の回転に応
じて、案内溝１２および案内ローラ１１を介して下パン
チ８ａが所定の充填深さになるよう上動せしめられ、余
分の粉末が除去されたのち、上パンチ７ａが次第に下降
せしめられ、ダイス６内の粉末が上下両パンチ７ａ，８
ａ間に挟持状態となる。このようにしてダイス６内の粉
末を挟持状態としている上下パンチ７ａ，８ａが加圧ロ
ーラ１５，１６間に侵入すると、その加圧ローラ１５，
１６によって上下両パンチ７ａ，８ａが互いに接近する
方向に押圧され、粉末の圧縮成形が行われる。このよう
にして加圧行程が終了すると、成形品を上下両パンチ７
ａ，８ａによって挟持した状態で上下両パンチが上動せ
しめられ、下パンチ８ａの上面がダイス６の上面（ダイ
テーブル）と同一面となった時点で、上パンチ７ａがさ
らに上方に移動せしめられ、その後成形品の払い出しが
行われる。以後同様にして、各ダイス６内で順次粉末の
圧縮成形が行われる。

【００１０】ところが、一般に粉末成形時は、ダイスの
中で数ｔｏｎ／ｃｍ² のオーダの圧力が成形品に加わっ
ており、成形品をダイスから抜き出すと約１〜１．５％
程度膨張する。

【００１１】従って、成形終了後押し出し行程に入ると
き急速に解圧すると成形品にクラック等の欠陥が発生す
る等の問題がある。

【００１２】そこで成形品をダイス内から上下両パンチ
で挟持しながら押し出す押し出し行程中に、上記成形品
に所定加圧力を維持させるため、上下両パンチの少なく
とも一方にパンチに加圧力を加えるカム機構を設けると
ともに、そのカム機構のカム体を回転盤の回動方向に互
いに分割された複数のカムによって構成せしめ、各カム
の加圧用シリンダーの加圧力が順次小さくなるようにす
ることも提案されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
粉末成形機においては、成形品の高さ寸法は加圧ローラ
１５，１６の間隙を一定量とすることにより均一に仕上
げることができるが、成形体の密度のバラツキを抑える
ことは困難である等の問題がある。そこで、これを解消
するためには、粉末の充填量を均一にするための粉末供
給機構や、粉末充填量を制御する機構を設ける必要があ
る。

【００１４】すなわち、焼成を必要とするセラミックや
原子燃料ペレットは、成形体の高さ寸法より密度が重要
視されるため、供給粉末の粒度調整や充填性向上のため
の粉末処理が必要となり、その処理設備や粉末中に流動
性助剤等を添加混合するための工程が必要である等の問
題がある。

【００１５】本発明はこのような点に鑑み、ダイへの粉
末充填量にばらつきが生じた場合でも成形体の密度がば
らつくことがなく、均一な密度を有する成形体を成形す
ることができる粉末成形機を得ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
回転盤に設けられたダイス内に供給された粉末を上下両
パンチによる加圧力によって加圧成形するロータリ型の
粉末成形機において、上パンチの加圧用ローラの軸受の
上部および下パンチの加圧用ローラの軸受の下部に、両
軸受をそれぞ回転盤方向に付勢する油圧シリンダ装置を
設け、その油圧シリンダ装置に加圧成形時における上下
両パンチの加圧力が一定になるように油圧力を加える油
圧供給回路を接続するとともに、その油圧供給回路にア
キュムレータを設けたことを特徴とする。

【００１７】請求項２に係る発明は、請求項１記載の発
明において、両軸受はそれぞれ長さ調整可能な中間軸を
介して油圧シリンダ装置に連結されていることを特徴と
する。

【００１８】請求項３に係る発明は、請求項２の発明に
おいて、手動または自動的に回転されるウォームによつ
て回動されるリング状のウォームホイール内に、上記ウ
ォームホイールに対して上下動のみ可能なナットを配設
し、このナットを軸受から突設された雄ねじ部に螺合す
るとともに、上記ナットの端面に油圧シリンダ装置のピ
ストン部が圧接されていることを特徴とする。

【００１９】また、請求項４に係る発明は、請求項２記
載の発明において、油圧シリンダ装置のシリンダの外周
にウォームホイールを回動のみ可能に螺合するととも
に、そのウォームホイールに手動または自動的に回転さ
れるウォームを噛合させ、上記油圧シリンダ装置のピス
トン部を軸受に連結したことを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図１および図２を参照して
本発明の実施の形態について説明する。なお、図中図３
と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略
する。

【００２１】図１において、竪シャフト３はフレーム１
に固設された回転盤支持フレーム２０に軸受２１，２２
によって回転自在に軸支されており、その竪シャフト３
に回転盤５が固着されている。上記竪シャフト３の下端
にはカップリング２３を介してウォームホイール２４の
軸２５が連結されており、そのウォームホイール２４
に、駆動モータ２６、減速装置２７等を介して回転駆動
されるウォーム２８が噛合され、上記駆動モータ２６に
よって竪シャフト３および回転盤５が回転駆動されるよ
うになっている。上記回転盤５の中央フランジ状部５ｂ
には多数個のダイス６が周方向に設けられており、この
ダイス６内に上下からそれぞれ上パンチ７ａおよび下パ
ンチ８ａが挿入され、各ダイス６内に順次供給された粉
末原料が圧縮成形される。

【００２２】ところで、上記上パンチ７ａおよび下パン
チ８ａに加圧力を加える加圧ローラ１５および１６は、
それぞれスタンドフレーム２或いはフレーム１に対して
上下動可能に装着された軸受２９，３０に軸支されてい
る。

【００２３】上記軸受２９の上部には雄ねじ部３１が上
方に突設されており、この雄ねじ部３１にはナット３２
が螺合されている。このナット３２は、リング状のウォ
ームホイール３３内に同心状に且つそのウォームホイー
ル３３に対して或程度上下動のみ可能に配設されてお
り、上記ウォームホイール３３に手動または自動的に回
転されるウォーム３４が噛合されている。一方、上記ウ
ォームホイール３３等を収容するケーシング３５の上部
には第１の油圧シリンダ装置３６が装着されている。

【００２４】上記第１の油圧シリンダ装置３６のシリン
ダ３７内にはピストン３８が上下動可能に配設されてお
り、そのピストン３８に固着された筒状のロッド部３９
の下端が、前記ナット３２の上端面に圧接されている。

【００２５】しかして、手動或いは自動によってウォー
ム３４を回動させると、ウォームホイール３３が回転
し、それとともにナット３２が回転され、このナット３
２が螺合されている雄ねじ部３１を介して軸受２９が上
下方向に位置制御される。したがって、加圧ローラ１５
の軸線位置が変わり、その加圧ローラ１５によって加圧
される上パンチ７ａのダイス６内への挿入量が調節され
る。また、それと同時に雄ねじ部３１に対するナット３
２の位置が変わることにより、ピストン３８と軸受２９
間の長さが調整される。

【００２６】一方、フレーム１に対して上下動可能に装
着されている軸受３０には第２の油圧シリンダ装置４０
のピストン４１が連結されている。上記ピストン４１
は、上記フレーム１に対して上下動のみ可能に装着され
たシリンダ４２内と或程度上下動可能に設けられてお
り、上記シリンダ４２の外周には、手動或いは自動によ
って回動されるウォーム４３を介して回転駆動されるウ
ォームホイール４４が螺合されている。

【００２７】しかして、上記ウォーム４３を回動させる
と、ウォームホイール４４が回転し、これによってシリ
ンダ４２が上下方向に移動され、ピストン４１を介して
軸受３０が上下方向に位置制御される。したがって、加
圧ローラ１６の軸線位置が変わり、その加圧ローラ１６
によって加圧される下パンチ８ｂのダイス６内への挿入
量が調節される。また、これと同時に軸受３０と第２の
油圧シリンダ装置４０のシリンダ４２間の長さが調整さ
れる。

【００２８】このように、各ウォーム３４，４３をそれ
ぞれ回動することにより、加圧ローラ１５，１６の位置
が調整され、上下両パンチ７ａ，８ａのダイス６内への
挿入量が調節され、加圧成形された成形体の高さ寸法が
所定値に規制される。

【００２９】一方、第１の油圧シリンダ装置３６のシリ
ンダ３７および第２の油圧シリンダ装置４０のシリンダ
４２内には、図２に示す油圧制御回路から圧油が供給制
御されている。

【００３０】しかして、粉末の加圧行程において、上下
の加圧ローラ１５，１６の間隔を、上記ウォーム３４，
４３を調節することにより、初期設定状態で成形品の出
来上り高さ寸法より小さくなるように調節する。そし
て、この状態において、成形品の密度を一定にするため
の圧力に上記シリンダ３７、および４２内に供給される
圧油の圧力を調節する。

【００３１】したがって、上下のパンチホルダー７，８
が上下の加圧ローラ１５，１６間に侵入して来ると、上
記圧油の圧力に対応して上下の加圧ローラ１５，１６お
よび両パンチホルダー７，８を介して上下の各パンチ７
ａ，８ａによって成形品に一定の圧力か加わり、これに
より成形品の密度が均一なものとなる。すなわち、ダイ
ス６内への粉末の充填量に対応し、加圧ローラ１５，１
６の間隔が両油圧シリンダ装置３６，４０の油圧により
或いはその油圧に抗して変動し、加圧ローラによる上下
の両パンチ７ａ，８ａへの加圧力は一定となり、成形品
の密度は均一となる。

【００３２】図２は、第１及び第２の油圧シリンダ装置
３６，４０の圧力制御回路の一例を示す図であって、符
号４５，４６はそれぞれ第１の油圧シリンダ装置３６及
び第２の油圧シリンダ装置４０に圧油を供給する高圧ギ
アポンプであり、その高圧ギアポンプ４５から吐出され
た圧油は高圧ストップバルブ４７を介して第１の油圧シ
リンダ装置３６に供給され、また高圧ギアポンプ４６か
ら吐出された圧油は高圧ストップバルブ４８を介して第
２の油圧シリンダ装置４０に供給される。

【００３３】上記高圧ギアポンプ４５，４６と高圧スト
ップバルブ４７，４８との間の回路にはそれぞれ圧力調
整弁４９，５０が接続されており、各油圧シリンダ装置
に供給される圧油の油圧力が制御されるようにしてあ
る。また、上記高圧ストップバルブ４９，５０と両油圧
シリンダ装置３６，４０との間の回路には、それぞれ圧
力変動や油圧シリンダ装置のピストンの変位量を吸収す
るためのアキュムレータ５１，５２が接続されている。

【００３４】このアキュームレータ５１，５２は、窒素
ガス封入式のアキュムレータであり、容積は加圧行程で
の上下加圧ローラ１５，１６の移動量すなわち第１及び
第２の油圧シリンダ装置３６，４０のシリンダー内の油
の移動量（移動容積）に比し十分大きいものが選択して
あり、ダイス６内の粉末に充填時のばらつきがあって
も、油圧力が変動しないようにしてある。

【００３５】このようにして、各油圧シリンダ装置３
６，４０のシリンダー３７，４２内には常に所定圧力の
圧油が供給されており、上下パンチ７ａ，８ａの成形品
への加圧力が一定に制御され、成形品の密度にばらつき
が生ずることが防止される。

【００３６】ちなみに、従来の回転式成形機で成形され
た成形品の密度のばらつきが目標成形密度に対して約１
％あったものが、本発明においては０．１％程度にまで
改善できた。

【００３７】また、粉末の圧縮比等が一定である場合に
は、予め高圧ギアポンプ４５，４６の圧力を圧力調整弁
４９，５０で油圧シリンダ回路に一定圧力が加わるよう
にした後、圧力調整弁４９，５０とアキュムレータ５
１，５２間の高圧ストップバルブ４７，４８を閉じるこ
とにより閉回路を形成し、アキュムレータ５１，５２の
みで圧力制御することもできる。

【００３８】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、ダ
イへの粉末充填量にばらつきが生じた場合でも成形体の
密度がばらつくことがなく、均一な密度を有する成形体
を成形することができ、焼成後の製品の密度を安定させ
ることができ、製品寸法が安定し、後工程の円筒研磨時
の硝削代を大幅に削減し、製品歩留まりを大幅に改善す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の粉末成形機の概略構成を示す縦断面
図。

【図２】本発明の粉末成形機の上下加圧ローラの油圧制
御回路図。

【図３】従来の粉末成形機の概略構成を示す縦断面図。

【図４】ダイプレート部の平面図。

【符号の説明】

５ 回転盤 ６ ダイス ７ 上パンチホルダー ７ａ 上パンチ ８ 下パンチホルダー ９ 下パンチ １５，１６ 加圧ローラ ２６ 駆動モータ ２９，３０ 軸受 ３１ 雄ねじ部 ３２ ナット ３３ ウォームホイール ３４ ウォーム ３６ 第１の油圧シリンダ ３７ シリンダ ３８ ピストン ３９ ロッド部 ４０ 第２の油圧シリンダ装置 ４１ ピストン ４２ シリンダ ４３ ウォーム ４４ ウォームホイール ４５，４６ 高圧ギアポンプ ４７，４８ 高圧ストップバルブ ４９，５０ 圧力調整弁 ５１，５２ アキュムレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉 田 富士男 神奈川県横須賀市内川二丁目３番１号 日 本ニユクリア・フユエル株式会社内 (72)発明者 佐 野 俊 夫 京都府京都市下京区西七條名倉町20番地 株式会社畑鐵工所内 (72)発明者 田 村 信 雄 京都府京都市下京区西七條名倉町20番地 株式会社畑鐵工所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転盤に設けられたダイス内に供給された
   粉末を上下両パンチによる加圧力によって加圧成形する
   ロータリ型の粉末成形機において、上パンチの加圧用ロ
   ーラの軸受の上部および下パンチの加圧用ローラの軸受
   の下部に、両軸受をそれぞ回転盤方向に付勢する油圧シ
   リンダ装置を設け、その油圧シリンダ装置に加圧成形時
   における上下両パンチの加圧力が一定になるように油圧
   力を加える油圧供給回路を接続するとともに、その油圧
   供給回路にアキュムレータを設けたことを特徴とする粉
   末成形機。
2. 【請求項２】両軸受はそれぞれ長さ調整可能な中間軸を
   介して油圧シリンダ装置に連結されていることを特徴と
   する、請求項１記載の粉末成形機。
3. 【請求項３】手動または自動的に回転されるウォームに
   よつて回動されるリング状のウォームホイール内に、上
   記ウォームホイールに対して上下動のみ可能なナットを
   配設し、このナットを軸受から突設された雄ねじ部に螺
   合するとともに、上記ナットの端面に油圧シリンダ装置
   のピストン部が圧接されていることを特徴とする、請求
   項２記載の粉末成形機。
4. 【請求項４】油圧シリンダ装置のシリンダの外周にウォ
   ームホイールを回動のみ可能に螺合するとともに、その
   ウォームホイールに手動または自動的に回転されるウォ
   ームを噛合させ、上記油圧シリンダ装置のピストン部を
   軸受に連結したことを特徴とする、請求項２記載の粉末
   成形機。