JP2001522402A - 加圧フィードシュー装置および粉末材料の予備成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ダイキャビティ（２６）を充填するための粒子材料を供給するための加圧フィードシュー（１０）が提供される。フィードシュー（１０）は、一定量の粒子材料を収容するためのベッセルを有するフィードシューボディ（１１）を備えている。フィードシューボディ（１１）はダイキャビティ（２６）にぴったり重ねるための少なくとも一つの底部の出口開口（３７）と、粒子材料を受け入れるための頂上部の入口開口（３６）とを有している。ベッセルとダイキャビティの内部に大気圧より上の圧力を発生させるための圧力発生器もまた提供されている。圧力発生器はそれにシールされて係合された管路（１３）によってベッセルと接続している。シャトルは、底部の出口開口（３７）がダイキャビティ（２６）にぴったり合う位置へ又その位置から、フィードシューボディ（１１）を選択的に移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】 加圧フィードシュー装置および粉末材料の予備成形方法 発明の背景 発明の分野 この発明は概して、微細又は粒子材料を成形(compacting)用のダイキャビティ の中に供給し、堆積させるためのフィードシューに関する。より詳細には、本発 明は、ダイキャビティへの粒子材料の供給を制御するフィードシューに関する。 この制御された供給により、ダイキャビティ中の粒子材料は、そうしなかった場 合は該粒子材料の嵩密度になるであろう値よりも大きな均一の密度又は密度勾配 を持つ。本発明は、粒子材料から均一密度又は勾配密度の製品をつくるためダイ キャビティ中における粒子の予備成形方法にも関する。 関連技術の説明 セラミックやカーバイドのような粒子材料を使用する粉末冶金や他の技術分野 においては、製品や部品は、細かく挽いた又は細分化された粉末をダイキャビテ ィ内で所望の形状にプレスすることによって形成される。一般に、粉末は室温に てダイキャビティ中で成形され、そして、その時は半密度の成形物はダイから取 り除かれ、均一の密度体となるよう粉末を接合するために加熱される。粉末冶金 においては、この熱接合の手順は一般に焼結として、セラミックやカーバイドの 場合では焼成として知られている。 これらの又は類似した手順が用いられるときには、計量した粉末又は粒子を粉 末プレス上のダイキャビティに供給するための手段が要求される。典型的には、 重力充填システムを使用してプレスサイクルの間に粉末又は粒子材料をダイキャ ビティに供給するようにフィードシューが作動する。このシステムは、シャトル 上での粒子材料を含むフィードシューの動作を含んでおり、シャトルはこのシュ ーをある地点までダイプレスのテーブルに沿って前方にスライドさせる。その地 点くると、フィードシューの底の供給孔が露出し、ダイキャビティに重なってぴ ったりと合い、重力によってダイキャビティを充填するように、十分な結合して いない粉末を供給する。その後、シャトルはシューを引き込み位置へとダイプレ スのテーブルに沿って後方にとスライドさせ、それによってフィードシューの底 の孔からの粒子材料の重力による流れを止める。次に、粒子材料は製品へとプレ スされ、製品はダイから突き出される。さらに、シャトルはシューを前方にダイ プレスのテーブルに沿ってスライドさせて、突き出された製品を移動させ、再び フィードシューの底の孔を露出させる。フィードシューの底の孔はキャビティに 重なってぴったり合い、もう一度重力によってダイキャビティが充填される。フ ィードシューはもう一度引っ込められ、よって粒子の重力による流れが止められ る。 これらの公知の簡単な重力供給方法は、粒子材料の嵩密度（粒子の嵩体積の密 度）と略同等の密度で、ダイキャビティに粒子を供給する。重力のせいで、ダイ キャビティの全ての領域は均一には充填されない。このように、これらの方法で はキャビティ内における粒子材料の均一密度が提供されない。これらの供給方法 でつくられた製品は多くの場合不十分なものである。なぜなら、プレスすると、 これらの製造方法では密度が均一でない成形部分がつくられるからである。これ らの密度が均一でない製品は、特にダイキャビティからの突出しにおいて、応力 に関係するクラッキングを起こしがちである傾向にある。これらのクラックは焼 結後にのみ可視な場合が多い。典型的には、例えば銅で被覆されたアルミニウム 粉末のような殆ど球状の粉末を用いた場合、ダイ中の粉末の量と成形された部分 の大きさの比は、ダイキャビティの充填に重力を使用すると３：１である。即ち 、ダイにおける粒子の三次元サイズは、最終成形された製品のそれの三倍である 。 キャビティ内への粒子材料の一層規則正しい流れを引き起こすため、フィード シューの振動又は揺動が、その技術分野において、度々行われている。しかし、 これは時間がかかり、また一般にダイキャビティにおける粒子の密度を一定にす るには又は均一密度で成形された製品(制御された製造工程において次から次に 複製できる)を得るには適切でない。 加えて、この公知の粒子の供給方法における微細粒子の振動又は揺動は、粒子 から微粉と塵を除去し、その微紛と塵は空気に運ばれて周囲の環境を覆って汚染 する。粒子材料の多くは通常非常に高価なものであり、時には有毒な場合もある 。このように、この塵の問題が意味するのは、経済的損失又は健康への害である 。従って、比較的複雑で高価な塵の回収システムや、ろ過マスクのような人員安 全 の予防対策が現在のところ用いられている。 Sanzoneの米国特許第4,813,818号は、ソースからの粉末材料を受けるホッパー を有するフィードシューを開示しており、ホッパーは密閉された充填チャンバー にフィーダーチューブによって接続されている。この充填チャンバーにはバキュ ームが装備されている。バキュームは、フィーダーチューブを通って充填チャン バーへ入る粉末の重力フローを補助するのに用いられる。しかし、上述した振動 又は揺動技術のように、そのようなチャンバーの減圧排気では、均一の機械的、 物理的特性を示さなければならない同質の製品や材料をつくるのに必要な、ダイ キャビティ内の粒子材料の均一密度を提供できない。このような製品や材料の例 としては、製品全体又は製品間の特性(即ち、熱膨張係数や熱伝導度など)に厳し い均一性が要求されている熱管理などにおいて使用されるものがある。さらに、 このチャンバーの減圧排気は、ダイキャビティにおける粒子材料の密度を制御す るために、又それによって粒子材料に、さらに得られる成形された製品に、密度 勾配をつくるためには用いることができない。 加えて、現在用いられているよりも更に速い速度(rates)でダイプレスの機械 的部品を制御及び動かす技術がある。しかし、ダイプレスが製品を作り出すこと ができる速度は、ダイキャビティを粒子材料で充填し得る速度によって制限され る。この速度は、粉末をダイキャビティ内に送るために重力を用いる公知のフィ ードシューを使用すると比較的遅く、またこの速度ではダイプレスは成形された 部品をつくりだすための最大能力に達することができず、さらにこの速度は揺動 方法を使用するともっと遅くなる。 さらに、前述の又他の公知のフィードシューでは、ダイテーブルのウェアプレ ートの上面においてフィードシューを引っ張ってフィードシューを引き込む工程 が、フィードシューからの粒子材料の流れを止めるために必要であった。しかし 、ダイキャビティを充填した後にフィードシューを引き込むと、結果的にフィー ドシューのエッジを引きずった近くのダイ内に粉末が積もる。この摩擦は、前述 の問題点を全て伴った状態で、ダイキャビティの粒子材料を成形する際に不均一 な密度の製品がつくられるという問題をさらに悪化させるウェッジング効果を引 き起こす。 発明の概要 この発明は、均一であって粒子材料の嵩密度よりも大きい密度を得るために、 大気圧よりも上の圧力で粒子材料をダイキャビティへと供給するフィードシュー を提供することによって、前述の問題と他の問題を解決する。本発明の加圧(pre ssurized)フィードシューを使用すれば、典型的な粒子材料、例えば銅で被覆し たアルミニウムの充填率は、３：１から約２．３：１へと縮減される。本発明の フィードシューは、ダイキャビティ中の粒子材料内において、密度勾配が生じる ように制御される粒子材料の供給をも提供する。よって、密度勾配を持った成形 された製品がつくられる。 本発明はまた、摩擦によって引き起こされた成形された製品における密度の不 規則性(ウェッジング)の問題を、ダイキャビティの上にあってそれを横切る水平 面において、フィードシューボディを前方に移動させる装置を提供することによ って、解決する。フィードシューボディは、出口の開口がダイキャビティにオー バーハングする位置まで移動される。フィードシューボディを出口の開口がダイ キャビティにぴったり合うように下方に動かす装置もまた提供される。 この発明はさらに出口開口と連携したバルブを有し、バルブは、フィードシュ ーボディがダイプレスのテーブルにオーバーハングするときにフィードシューの 内側に粒子材料を収容するための開位置と、出口開口がダイキャビティにぴった り合うときにダイキャビティに粒子材料を供給するための開位置とを有している 。このバルブはドリップレス(dripless)（即ち、閉位置にあるときに、粒子材料 が垂れ出るのを許容しない）であり、またジャミング(jamming)や詰まりを粒子 が引き起こさないように構成されている。フィードシューの出口開口と連携した このバルブを付与しているので、摩擦で粒子材料にウェッジングが起こらないよ うに、フィードシューをダイキャビティの上方に持ち上げることができる。 本発明はまた、粒子材料から均一密度又は密度勾配の製品をつくるための、ま た異なった種類、異なった固有密度の製品をつくるための、ダイキャビティへの 粒子材料の供給を制御するための方法を提供する。この方法は、粒子材料を均一 密度とするようダイキャビティに粒子材料を供給するため、予備成形するステッ プを有している。キャビティにおける粒子材料は、成形され、均一密度を有する 製品を形成する。 この発明はさらに均一密度の製品をつくるための方法を提供し、この方法は粒 子材料をダイキャビティへ供給すること、ダイキャビティ内で大気圧より上の圧 力を発生させること、均一密度を有する製品を形成するため粒子材料を成形する ことを含む。密度勾配を有する製品をつくるための方法もまた提供される。この ような方法においては、粉末を供給するステップはダイキャビティ内で大気圧よ り上の該圧力を変化させることで行われる。 図面の簡単な説明 図１は本発明の一例におけるフィードシューの側面図である。 図２は図１の正面図であり、ダイキャビティの上に位置し、且つ、それを横切 る水平面上のフィードシューを示している。 図３は図１の正面図であり、充填位置にあるフィードシューを示している。 図４は充填位置にある図１の上面図である。 図５は本発明の一例におけるフィードシューの出口バルブの側面図である。 図６はバルブの開位置と閉位置を概略的に示す上面図である。 図７は、フィードシューの出口バルブがピンチバルブとなった態様の正面図で あって、開位置にある。 図８は閉位置にある図７のピンチバルブである。 図９は、フィードシューの出口バルブが空気圧バルブとなった態様の側面図で ある。 図１０は本発明の方法を示すフローチャート図である。 好ましい実施例の詳細な説明 図１に示された実施例について説明すると、好ましいフィードシュー１０の特 徴が示されている。示されているフィードシュー１０はダイキャビティ２６内へ の粉末状の金属の供給および送り込みに関連したものであり、粉末状の金属は上 側と下側のパンチ２８と２９とによって成形される。この発明の教示は金属粉末 の扱いに制限されず、様々な重さや種類の粒子材料（例えば、セラミック、ポリ マー、カーバイド、セメント（水と混ぜ合わされたセメント状の材料）を含む） の扱いにも同様に適用される。 図１に示すように、加圧フィードシュー１０は概してフィードシューベッセル １１と、空気入口１４を介してベッセル１１に接続する圧力管路１３とを有して いる。ベッセル１１とダイキャビティ２６との内部に、粉末材料の嵩密度よりも 大きい均一の密度でダイキャビティ２６内に粉末材料を供給するために、大気圧 より上の圧力を発生させるための圧力発生器（図示せず）が、、それにシールさ れて係合された圧力管路１３を介してベッセル１１と接続している。もしくは、 圧力発生器は、粉末を供給する間に発生させた圧力を変化させることによって、 勾配に沿ってダイキャビティ中の粉末材料の密度を変化させるために用いること もできる。フィードシュー１０は、以下の操作説明に関連してさらに明確に示さ れるように、空気圧ピストン１５およびアクチュエータシリンダ２５と協同する ように、あるいは、選択的に加圧フィードシューを往復運動させるための、この 技術分野において公知の他の適当な機械的リンケージと協同するように構成され ており、このようなものとしては、カム、モータ、ギア、油圧ピストン、ステッ ピングモータ、直線運動変換器、サーボモータなどがある。ダイキャビティ２６ への及びダイキャビティ２６からのフィードシュー１０の送りは、直線運動によ っても、または非直線運動（即ち、後方及び前方への揺動又は回転）によっても 可能である。 シューベッセル１１は、大気圧より上の圧力に耐え得る金属または金属合金の ような材料で構成されているのが好ましく、横方向に間隔を置いて設けられた一 対の側壁２１、２１Ａ（平坦な上壁２２から垂れ下がっている）を備えた後壁２ ０を有している。粉末入口３６は平坦な上壁２２に設けられており、特定量の粉 末材料を受け入れる任意のホッパー（図示せず）と接続されている。粉末入口３ ６は、圧力がかけられた後および加圧中に、シューベッセル１１内の圧力を維持 するための、入口バルブ（図示せず）と連携している。ホッパーがある場合、ホ ッパーは下端に吐出口を有し、粉末入口３６へ入る充填管路（図示せず）を介し てベッセル１１の内部と接続されている。一対のブリッジメンバ２３のそれぞれ 一方は、側壁２１、２１Ａの下部の外側から延びており、その上にはエレベーシ ョンシリンダ３０が設けられている。ピストン３１は、その下端でガイド３２に 取付けられており、エレベーションシリンダ３０の内部にスライドするように取 付けられている。運転中においては、圧力がエレベーションシリンダ３０にかけ られ、この圧力はエレベーションシリンダ３０からのピストン３１の空間的分離 を余儀なくさせ、ブリッジメンバ２３を持ち上げてフィードシューベッセル１１ を持ち上げる。レール３３はダイテーブル３４のウェアプレートに固定され、そ してガイド３２は、ピストン１５によって動かされて、自動調心する直線運動に てレール３３に沿って自由にスライドする。ピストン１５はダイテーブル３４の ウェアプレートに固定されたアクチュエータシリンダ２５の内部で開口３５を介 してスライドする。使用においては、フィードシュー１０に取付けられたピスト ン１５の前方への動きを強いるアクチュエータシリンダ２５に圧力をかけること で、フィードシュー１０は前方に移動する。加圧フィードシュー１０が、運転時 において、粉末状の金属製品の製造のためにダイキャビティへ及びダイキャビテ ィから、直線的に変換させられるように、アクチュエータシリンダ２５は、往復 運動を生じさせるいかなるソースにも機能的に結合され得る。このため、開口３ ５がピストン１５を受け入れるためにアクチュエータシリンダ２５に設けられて いる。 ベッセル１１は、下部に出口開口３７を有している。バルブ３８は出口開口３ ７に連携し、ベッセル１１の内部に粒子材料を入れるための閉位置と、出口開口 ３７がダイキャビティ２６にぴったりと合った時にダイキャビティ２６に粉末材 料を供給するための開位置とを有している。ダイキャビティに一種類以上の粒子 材料を供給することが必要な又は好ましい適用例においては、フィードシューは 一以上の出口開口３７（図示せず）を有しても良い。さらに、粒子材料をリング やギア等のように非常に幅の広い部分に供給するのが好ましい場合では、フィー ドシューは複数の出口開口（図示せず）を有することができる。 図２は図１の正面図であり、フィードシュー１０がダイキャビティ２６より上 の上昇位置にあって、ダイキャビティ２６からオフセットされているところを示 している。この位置においては、粉末材料がダイキャビティ２６に入らないよう になっている。図１において述べているように、ピストン３１はガイド３２に設 けられており、エレベーションシリンダ３０の内部にスライドするように取付け られている。このエレベーションシリンダ３０はブリッジメンバ２３に取付けら れており、次にブリッジメンバ２３はフィードシューベッセル１１の側壁２１、 ２１Ａに連結されている。図２では、圧力がエレベーションシリンダ３０にかけ られ、エレベーションシリンダ３０からピストン３１が矢印で示す上方向に引き 離されることを強いている。エレベーションシリンダ３０の上方向への動作によ り、ブリッジメンバ２３が同じ上方向に持ち上げられ、そのためフィードシュー ベッセル１１も持ち上げられる。従って、フィードシュー１０はダイキャビティ ２６から空間的に引き離される。 続いて図２においては、フィードシュー１０は上昇位置にくると、ダイキャビ ティ２６対して横方向に移動する。この動作はアクチュエータシリンダ２５（図 １に示す）に圧力をかけて、アクチュエータシリンダ２５の開口３５を通してピ ストン１５を動かすことによってなされる。このピストン１５の動作により、ガ イド３２はレール３３に沿ってスライドし、よってフィードシュー１０をダイキ ャビティの上方であってそれを横切る最終的な位置へと移動させる。 ダイキャビティ２６を粉末状の材料で充填したいときは、図２において述べた 動作を単に逆にする。即ち、ピストン１５がアクチュエータシリンダ２５から外 へもどるように、反対向きの圧力をアクチュエータシリンダ２５にかける。反対 方向へのピストン１５の動作により、フィードシュー１０がダイキャビティの上 に位置するまで、ガイド３２はレール上を後ろ向きにスライドする。そして、反 対向きの圧力がエレベーションシリンダ３０を下に降ろすようにかけられ、ピス トン３１をエレベーションシリンダ３０の中へとバックさせる。よって、ブリッ ジメンバ２３はエレベーションシリンダ３０の動作に一致して下に降り、従って フィードベッセル１１の与圧が終わるまではフィードシューベッセル１１もまた 下降し、下降位置で固定される。出口開口３７がダイキャビティ２６にぴったり 合ったとき、フィードシューベッセル１１の動作は停止する。フィードシュー１ ０はその時ダイキャビティ２６に粉末状の材料を供給し得る位置にある。図３は ダイキャビティ２６を充填する位置にあるフィードシュー１０を示している。例 えば強磁石のようなロック又はロッキング機構により、そこでの粒子材料の加圧 供給の間、フィードシューはダイキャビティにぴったり合ったまま維持される。 図５を引用すると、ダイキャビティ２６への粉末の移送がさらに詳細に記載さ れている。バルブボディハウジング４３８は、圧力ベッセル４１１とダイキャビ ティ４２６とで挟まれ、バルブキャビティ４３９を規定し、上部ボディハウジン グ面４４０と低部ボディハウジング面４４１とを有している。上部ボディハウジ ング面４４０は粉末入口４４２を有し、低部ボディハウジング面４４１は粉末出 口４４３を有している。粉末入口４４２と粉末出口４４３とは、鉛直軸に沿って 互いに横に並べられている。バルブスライド４４４は、それを貫通するようにあ けられたスライドホール４４５を有し、バルブキャビティ４３９の内部に配置さ れている。運転中において、バルブ４３７を開けるために、スライドホール４４ ５が粉末入口４４２と粉末出口４４３とに一直線にそろうように、バルブスライ ド４４４を直線的に動かすべく、エアプレッシャ（又はアルゴンやヘリウムとい った不活性ガス）が、バルブオープニングエンド４４６を通してバルブキャビテ ィ４３９の内部に供給され、よって、ベッセル４１１とダイキャビティ４２６と の間に開口路(open communication)がつくられる。バルブ４３７を閉じるために 、スライドホール４４５が粉末入口４４２と粉末出口４４３とに一直線にそろわ ない位置にバルブスライド４４４を動かすべく、エアプレッシャがバルブクロー ジングエンド４４７を介してバルブキャビティ４３９内部にかけられ、よってベ ッセル４１１とダイキャビティ４２６との間の路(communication)が閉じられ、 粉末の流れが止められる。低部ボディバルブハウジング４４１は、スライドホー ル４４５を粉末入口４４２と粉末出口４４３とに一直線にそろえる又そろえない ためのメカニカルストッパ(mechanical stops)４４６と４４７を有している。 図６は、ベッセル４１１の内側から、粉末入口４４２、スライドホール４４５ を通して下向きに見た図５の上面を示しており、スライドホールは、開位置にあ るバルブボディの粉末入口４４２と粉末出口４３８に一直線にそろっている。閉 位置においては、スライドホール４４５は粉末出口４４２と粉末入口４４３に一 直線にそろっていないので、もはやベッセル４１１とダイキャビティ４２６との 間の開口路はない。 スライド４４４とバルブボディハウジング４３８の適当な寸法の選択において は、使用される最も小さい粉末の寸法を考慮しなければならない。スライド４４ ４と内側のバルブハウジング４３８との間の空間は、粉末によるバルブメカニズ ムのジャミングを最小限とするため、最も小さい粉末粒子より小さいのが好まし い。 フィードシューベッセルからダイキャビティへの粉末の流れを止めるための他 の方法又は装置を利用しても良い。例えば、粉末が機械的に動いている部品と接 触しないバルブを用いることができる。図７，８に示すように、この実施例にお いては、フレキシブルフィードチューブ５００が下部の出口開口５３７を通って 延び、フィードシューベッセル５１１の内部を覆うブラッダー５０２と接続し、 又連続している。フレキシブルフィードチューブ５００は、チューブの外径を挟 んだり、放したりすることによって、開いたり、閉じたりする。メカニカルペン チ５０４、５０４Ａは、フィードシューベッセル５１１の低部ボディハウジング ５４１において、管路５０６、５０６Ａを介して空気を送ることによって、フレ キシブルフィードチューブ５００を挟んで閉じる。一方、メカニカルペンチ５０ ４、５０４Ａ（示されているように、丸い「ピンチング」端部を持つピストンで ある。）は、図８に示すように挟んだ又は閉じられた位置に始めあって、フィー ドシューベッセル５１１の内部で圧力が発生したときに、開くように管路５０６ 、５０６Ａに沿って外へとスライドしても良い。出口バルブとしては、どのよう な適切なピンチバルブ装置を用いても良い。ピンチバルブはダイの面上で直ちに「 はさみを放す」機能を有したものであるのが好ましい。 図９は、さらに下部の出口バルブ６３７の他の例を示している。詳細において 、ホッパー６５０はベッセル６１１の内部に配置されており、特定量の粒子材料 を受け入れている。フィードチューブ６５２はホッパー６５０の内部および出口 バキュームチューブ６５１をつなぎ、その下部の開口６５５は、フィードシュー ６１０が充填位置にあるときに、フィードシューベッセル６１１の下部の出口開 口６６１およびダイキャビティ６２６とぴったり合っている。使用においては、 大気圧より上の圧力が出口バキュームチューブ６５４を介して供給され、出口バ キュームチューブ６５４は、フィードチューブ６５２を介し、出口バキュームチ ューブ６５４の内部へと又最終的には出口開口６３１を介してダイキャビティ６ ２６の内部へと、ホッパー６５０から粒子材料を引くのに役立つ。この大気圧よ り上の圧力が止まると、ダイキャビティ５２６への粒子材料の流れも止まる。こ の 大気圧より上の圧力もまたダイキャビティ中の粒子材料を予め成形するのに役立 つ。 図４は、フィードシュー３１０が充填位置にあるときにおける、第二の管路３ ４８をさらに有する本発明の一例を示しており、第二の管路３４８は溶液のソー ス（図示せず）とダイキャビティ３２６の内部に渡って延び、オープンにこれら を接続している。第二の管路３４８は前記キャビティに溶液を送る。または、第 二の管路３４８はフィードシューベッセル３１１の内部に溶液を送ることもでき る。第二の管路３４８は、例えばゼロデッドボリュームのソレノイドバルブ(zer o dead volume solenoid valve)で構成しても良いが、いかなるドリップレスバ ルブを用いても良い。ソレノイドバルブのハウジングに第二の管路３４８は収容 される。液体を分配した後にダイキャビティから液体を除去するため、第二の管 路３４８にはバキュームが取付けられていても良い。このような第二の管路は、 粒子を成形する前にダイキャビティに液体成分を加えるのが好ましい場合におい て、用いられるのが適切である。このような液体成分は、水溶液、潤滑油、界面 活性剤、または冷間圧接のため金属粒子を原子的に洗浄するための活性化溶液を 含むことができるが、これらに限定されない。また、この液体成分には、材料に 混合されることが望ましい溶液であればなんでも含まれ、例えば、セメントやプ ラスターに加えられる水、ポリマーに加えられる硬化剤、ポリマーに加えられる 溶剤などがある。粒子材料を原子的に洗浄するための活性化溶液を用いる本発明 におけるフィードシューは、焼結の必要なしにネット状又はネット状に近い形の 部品をつくるのに有益である。ダイキャビティ（あるいは代わりにフィードシュ ー）から水溶液を除去するためのバキュームが第二の管路に、取付けられている 実施例においては、水溶液のソースとフィードシューの内部との間のある地点で 、第二の管路の内側に選択バリアを配置することが有効である。バキュームが第 二の管路に適用されるとき、選択バリアは粒子材料が液体と一緒に除去されるの を防ぐ。第二の管路３４８を介してダイから水溶液を除去する別の案として、ダ イキャビティ、低部パンチ、又は両方にバキュームをかけても良い。使用におい ては、水溶液は第二の管路を介してダイキャビティに吹き付けられ、そこに取付 けられたバキュームによってダイキャビティから除去される。第二の管路は、代 わりに、 フィードシューベッセルの内部に液体成分を供給する。冷間圧接のため原子的に 金属粉末を洗浄するのに水溶液が使用され、この液体がフィードシューベッセル の内部に供給されるこれらの場合においては、バキューム又は他の液体を除去す る手段が、液体成分を除去するため、粉末がダイキャビティに供給される前に、 フィードシューベッセルに適用される。この実施例においては、本発明はまたさ らに、ダイキャビティ内で原子的に洗浄された金属粉末が成形されるまで、それ らを囲む、例えばヘリウムまたはアルゴンガス、窒素のようなガスといった不活 性ガス、酸素、オゾン及び二酸化硫黄といった活性ガスの雰囲気を供給するため の公知の装置を有している。 また、この最新の発明は、粒子材料から均一の密度の製品をつくるための方法 も提供している。この方法は、ダイキャビティに粒子材料を供給するステップと 、粒子材料を均一の密度（材料の嵩密度より大きい）とするためにダイキャビテ ィ内で大気圧より上の圧力を発生させる、または密度の勾配をつけてダイキャビ ィテイに粒子材料を供給するために用いられる圧力の勾配を発生させるステップ と、均一の密度を有する製品を形成するために粒子材料を成形するステップとを 有する。もし、粒子材料に液体成分を加える所望又は必要性があるならば、追加 のステップを利用しても良い。この方法には第二又は第三の粒子材料と一緒に加 圧供給するステップを繰り返すこともさらに含むことができる。 本発明の方法の一実施例が図１０につくられたフローチャートに示されている 。部品作製サイクルにおいて指定された時間となると、コントローラー（コンピ ュータで駆動しても良い）は、フィードシューシステムを稼動させる。コントロ ーラーはフィードシューシステムに、（１）フィードシューがダイキャビティの 上を移動するように動かし、（２）フィードシューを充填位置でダイキャビティ にぴったり重なるように下に降ろすように、指示する。図１〜３の説明によって 、このような動作がどのようにして行われるかが、十分に詳細に示されている。 （３）次に、粒子材料がホッパーから放出され、（４）粉末入口バルブが開き、 （５）粒子材料がフィードシューの粉末入口を介してフィードシューベッセルへ と供給され、粉末入口バルブが閉じ、（６）粉末出口バルブが開き、（７）粒子 材料が出口バルブを通ってダイキャビティへと流れ込む。（８）粒子材料が放出 される につれ、フィードシューベッセルは、指定された時間のあいだ指定された圧力に 、または様々な時間のあいだ様々な圧力に加圧される。一例としては、銅で被覆 されたアルミニウムが粒子材料であるとすると、フィードシューベッセルは１秒 間約２５ポンドのに加圧される。本発明において用いられる適切な圧力は、容易 に最適化することができ、約１ポンドから約１２５ポンドまで又はそれ以上の範 囲にわたり、また概してダイキャビティの大きさ、ダイキャビティの幾何の複雑 さ、又ダイキャビティを均一に充填する困難さの程度によって変化する。圧力を かけておく適切な時間もまた、容易に最適化することができ、１秒未満から数分 まで又はそれ以上の範囲にわたっても良い。この適応可能な時間もまた、大きさ 、ダイキャビティの幾何の複雑さ、均一にキャビティを充填する困難さの程度に 基づいている。 または、フィードシューベッセルに予め供給された粒子材料は、圧力をかける と同時に出口バルブを開いてダイキャビティに供給される。どちらの場合におい ても、ダイキャビティは粒子材料で充填される。ある適用例においては、独特の 又は複雑な部分の幾何に適応させるために、一箇所以上においてキャビティを充 填することが有益かもしれない。 この方法の次のステップにおいては、フィードシューベッセルにおける圧力が 遮断され又出口バルブが閉じられ、フィードシューはダイキャビティの上に持ち 上げられる。もし粒子材料に液体成分を加えることが必要又は有利であるならば 、それらはこの方法におけるこの点でダイキャビティに加えられるのが良い。フ ィードシューは最初の位置に戻され、そしてプレスが稼動される。もし、粒子材 料に加えられた液体成分を除去することが要求されるならば、同時にバキューム が稼動されても良い。そして、所望の部品へと粒子材料を成形するために、プレ スパンチはダイキャビティの中へと降ろされ、ダイキャビティの方へと持ち上げ られる。このプレスパンチは、部品から、ダイキャビティ内に存在し得る全ての 液体成分を排出できるので、もし望めば、任意のバキュームでダイキャビティか ら液体成分を除去できる。最終的に低部パンチが、完成した部品をダイキャビテ ィから突き出す。 本発明におけるフィードシューは、全ての公知の粉末プレスの製造方法におけ る使用に適合させることができ、また例えば断熱、対流又は誘導による加熱、マ イクロウェーブシステム、または伝熱方法（パイプ又はコイルを介してオイルや 熱湯をポンプで押し出す）によって適温に温度調整されたものとすることもでき る。 さらなる実施例においては、本発明は粒子材料から部品をつくるための粉末プ レスに関する。本願の材料による粉末プレスは、ダイキャビティに粒子材料を供 給するためのフィードシューと、粉末プレスのダイテーブルを規定するウエアプ レートとを有している。フィードシューは粒子材料を収容するためのベッセルと 、大気圧より上の圧力をダイキャビティとベッセルで発生させるための圧力発生 器と、フィードシューの開口がダイキャビティと一直線に並ぶ位置にフィードシ ューを移動させるためのシャトルとを有している。シャトルはシャトルの下面で ウェアプレートに配置されている。粒子材料はフィードシューを介してダイキャ ビティへと運ばれる。 本発明は、この発明の精神と本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の 形で実施されていても良い。本願の実施例は全ての点において説明の為に用いら れているものであり，本願を限定するものではない。発明の範囲は上述の説明よ りもむしろ添付されているクレームに示されており、従って、クレームの意味お よび均等の範囲内に含まれる全ての変更は本願に包含されるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＵ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ， ＨＵ，ＩＬ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，Ｌ Ｔ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ダイキャビティを充填するために粒子材料を供給するための加圧フィードシ ューであって、 一定量の粒子材料を収容するためのベッセルを有するフィードシューボディ であって、前記ダイキャビティにぴったり重ねるための少なくとも一つの底部出 口開口と、粒子材料を受け入れるための頂上部の入口開口とを有する該フィード シューボディと、 前記ベッセルと前記ダイキャビティの内部に大気圧より上の圧力を発生させ るための圧力発生器であって、それにシールされて係合された管路を介して前記 ベッセルに接続している該圧力発生器と、 前記フィードシューボディを底部出口開口がダイキャビティとぴったり合う 位置へ又その位置から選択的に移動させるためのシャトルと を有している加圧フィードシュー。 ２．一定量の粒子材料を受け入れるホッパーであって、充填用の開口を有するホ ッパーと、 上記入口開口を通過し、ホッパーの充填用の開口とベッセルの内部とにわた る充填管路とを さらに有する請求項１に記載の加圧フィードシュー。 ３．シャトルが、フィードシューボディを、ダイキャビティの上であってそれを 横切る水平面に持ち上げて、上記出口開口が上記ダイキャビティにオーバーハン グする位置に移動させ、また該フィードシューボディを上記出口開口がダイキャ ビティとぴったり合うように下向きに移動させる請求項１記載の加圧フィードシ ュー。 ４．上記該少なくとも一つの出口開口と連携するバルブをさらに有し、 前記出口開口は、 上記ベッセルの内部に粒子材料を収容するための閉位置と、 前記出口開口がダイキャビティにぴったり合ったときに、上記ダイキャビ ティに粒子材料を供給するための開位置とを有している請求項３記載の加圧フィ ードシュー。 ５．下降位置にあるフィードシューボディを保持するためのロックをさらに有し 、それにより、粒子材料がダイキャビティを充填している間、出口開口は上記ダ イキャビティにぴったり合った状態にある請求項４記載の加圧フィードシュー。 ６．溶液のソースから上記フィードシューの内部を通って延びる第二の管路をさ らに有し、 前記第二の管路は上記フィードシューベッセル内の上記粒子材料に溶液を供 給する請求項５記載の加圧フィードシュー。 ７．溶液のソースから延び、上記フィードシューボディと連携する第二の管路を さらに有し、第二の管路は上記ダイキャビティに溶液を供給する請求項５記載の 加圧フィードシュー。 ８．溶液のソースとフィードシューボディの内部との間の一地点で、第二の管路 に配置された選択バリアをさらに有する請求項６記載の加圧フィードシュー。 ９．上記シャトルの下面に配置されたウェアプレートをさらに有している請求項 ５記載の加圧フィードシュー。 １０．ダイキャビティを充填するために粒子材料を供給するための、また前記ダ イキャビティに溶液を供給するための加圧フィードシューであって、 一定量の粒子材料を収容するためのベッセルを有するフィードシューボディ であって、前記ダイキャビティにぴったり重ねるための少なくとも一つの底部の 出口開口と、粒子材料を受け入れるための頂上部の入口開口とを有する該フィー ドシューボディと、 前記ベッセルと前記ダイキャビティの内部に大気圧より上の圧力を発生させ るための圧力発生器であって、それにシールされて係合された管路によって前記 ベッセルと接続している該圧力発生器と、 前記フィードシューボディを底部の出口開口がダイキャビティとぴったり合 う位置へ又その位置から選択的に移動させるためのシャトルと、 溶液のソースからのびて前記フィードシューボディと連携している第二の管 路であって、前記ダイキャビティに溶液を供給する該第二の管路と を有している加圧フィードシュー。 １１．一定量の粒子材料を受け入れるホッパーであって、充填用の開口を有する 該ホッパーと、 上記入口開口を通過し、ホッパーの充填用の開口とベッセルの内部とにわた る充填管路とをさらに有する請求項１０に記載の加圧フィードシュー。 １２．シャトルが、フィードシューボディを、ダイキャビティの上であってそれ を横切る水平面に持ち上げて、上記出口開口が上記ダイキャビティにオーバーハ ングする位置に移動させ、またフィードシューボディを上記出口開口がダイキャ ビティとぴったり合うように下向きに移動させる請求項１０記載の加圧フィード シュー。 １３．上記少なくとも一つの出口開口と連携するバルブをさらに有し、 前記出口開口は、上記ベッセルの内部に粒子材料を収容するための閉位置と 、前記出口開口がダイキャビティにぴったり合ったときに、上記ダイキャビティ に粒子材料を供給するための開位置とを有している請求項１２記載の加圧フィー ドシュー。 １４．下降位置にあるフィードシューボディを保持するためのロックをさらに有 し、それにより、粒子材料がダイキャビティを充填している間、出口開口は上記 ダイキャビティにぴったり合った状態にある請求項１３記載の加圧フィードシュ ー。 １５．溶液のソースとフィードシューボディの内部との間の一地点で、第二の管 路に配置された選択バリアをさらに有する請求項１０記載の加圧フィードシュー 。 １６．上記シャトルの底部に配置されたウェアプレートをさらに有している請求 項１３記載の加圧フィードシュー。 １７．ダイキャビティにおいて粒子材料を予め成形するための方法であって、 （１）ダイキャビティに前記粒子材料を供給するステップと、 （２）その粒子材料の嵩密度よりも大きい密度にダイキャビティ内で粒子材料を 予備成形するために、ダイキャビティ内で大気圧より上の圧力を発生させるステ ップと、 （３）前記粒子材料を成形して製品を形成するステップと、 を有している方法。 １８．少なくとも一つの追加の粒子材料を供給するステップと、成形ステップを 行う前に圧力をかけるステップとの繰り返しをさらに含む請求項１７記載の方法 。 １９．圧力発生ステップの間に、大気圧より上の該圧力を変化させ、ダイキャビ ティ内の粒子材料に密度勾配をつくる請求項１７記載の方法。 ２０．上記成形ステップの前に、上記粒子材料に溶液を加えるステップをさらに 有する請求項１７記載の方法。 ２１．上記成形ステップの前又は間に、上記液体成分を吸い出すステップをさら に有する請求項２０記載の方法。 ２２．成形された製品をつくるために用いられる粒子材料内の密度を制御するた めの装置であって、 （１）ダイキャビティに粒子材料を供給するためのフィードシューであって、粒 子材料を受け入れるためのベッセルを有している該フィードシューと、 （２）前記ダイキャビティと前記ベッセルに大気圧より上の圧力を発生させるた めの圧力発生器と、そして （３）前記フィードシューにおける開口が前記ダイキャビティと一直線にそろい 、粒子材料が前記フィードシューを通して前記ダイキャビティへと送られる位置 に前記フィードシューを移動させるためのシャトルとを有している装置。 ２３．大気圧より上の該圧力が、上記ダイキャビティ内の上記粒子材料の密度を 制御するために用いられている請求項２２記載の装置。 ２４．粒子材料から部品をつくるための粉末プレスであって、 （１）ダイキャビティに粒子材料を供給するためのフィードシューであって、前 記フィードシューは粒子材料を受け入れるためのベッセルを有している該フィー ドシューと、 （２）前記ダイキャビティと前記ベッセルに大気圧より上の圧力を発生させるた めの圧力発生器と、 （３）前記フィードシューにおける開口が前記ダイキャビティと一直線にそろい 、粒子材料が前記フィードシューを通して前記ダイキャビティへと送られる位置 に前記フィードシューを移動させるためのシャトルと、 （４）粉末プレスのダイテーブルを規定するウェアプレートとを有し、 （５）前記シャトルが前記シャトルの下面で前記ウェアプレートの上表面に配置 されている 粉末プレス。