JP2002153994A - 粉末成形プレス及びその成形粉末の給粉方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ダイに充填した成形粉末をすり切る際に
生じる、成形粉末の不均密や粒度偏析をできるだけ小さ
くできる粉末成形プレスの給粉技術の提供。 【解決手段】 ダイ１５に充填される成形粉末の少なく
とも表層領域を仕切部材１９によって面方向で複数の小
区画に区分してから成形粉末をフィーダボックス１０で
すり切るようにして、成形粉末の移動を仕切部材によっ
て制限する。そして、不均密と粒度偏析をより一層低減
すべく、このすり切り後に、仕切部材の小区画に挿入可
能な振動針２３ａ及びこの振動針に振動を与える振動機
構を有する混粒装置２３によって、各小区画内の成形粉
末を掻き混ぜるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は粉末成形プレスに関
し、特にダイに対する成形粉末の給粉技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】粉末を金型を使用して成形する工程を経
て製造される成形品については、成形品の密度均一化及
び寸法精度の向上が品質の善し悪しを決める重要な一要
素とされており、そのためにはダイ内に充填される成形
粉末の充填密度を給粉時に如何にして均一化させるかが
課題とされている。

【０００３】図９は粉末成形プレスの給粉過程を示す一
従来例である。１はフィーダボックスで、その内部には
フィーダホース２を通じて図示せぬホッパに貯留してあ
る成形粉末が供給される。このフィーダボックス１は、
ダイプレート３の上面を摺動してダイ４内に成形粉末を
供給し、そして後退方向Ｂへ後退しつつ充填された成形
粉末をすり切るように作動される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】こうした給粉過程にお
いて、フィーダボックス１が成形粉末をすり切る際に
は、図９で矢示するように、フィーダボックス１の後退
につられて成形粉末が後退方向Ｂの斜め下方へ移動する
という成形粉末の挙動特性が解明されている（参考文献
として「粉体及び粉末冶金」第４５巻第９号“粉末充填
挙動の可視化技術”参照）。そして、こうした成形粉末
の移動が見られる成形粉末の表層領域については密度む
らが発生して、成形品の品質を悪化させる一つの要因と
なってしまうことが分かっている。

【０００５】こうしたメカニズムにより生じる成形粉末
の不均密の問題だけでなく、フィーダボックス１のすり
切りによって成形粉末に粒度偏析が発生することも分か
っている。即ち、成形粉末が上述のように移動すると、
粒度の違いや転がり移動量の差などによって、大きい粉
粒が上側に小さい粉粒が下側に分かれてしまうことがあ
り、特に成形粉末が材質毎に粉粒サイズが異なる混合粉
である場合には、粒度偏析が生じる結果、混合粉の使用
によって意図する成形品の性能にも悪影響を与えかねな
い。

【０００６】そして、以上のような成形粉末の不均密の
問題と粒度偏析の問題に関する知見があって、自動成形
可能な成形品の形状やサイズについて現に制約が出てい
るという依然未解決の問題もある。例えば、成形品とし
て数ｍｍの薄肉板状物を自動成形する場合だと、前述し
たすり切り動作によって成形粉末の不均密と粒度偏析の
問題が生じるため、その面方向及び板厚方向で均質な成
形品を自動成形することが事実上不可能であった。その
ため従来は、熟練した作業員の手作業によって、ダイ４
に充填した成形粉末のすり切り作業を行わなければなら
ず、生産性の向上が実際的な課題として残っていた。

【０００７】以上のような従来技術を背景になされたの
が本発明であって、その目的は、成形粉末のすり切りに
より生じる不均密化や粒度偏析をできるだけ小さくでき
るような粉末成形プレスの給粉技術を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そして、この目的を達成
すべく本発明の給粉方法は、ダイに充填した成形粉末の
少なくとも表層領域を仕切部材によって面方向で複数の
小区画に区分してから成形粉末をフィーダボックスです
り切るようにしたことを特徴としている。

【０００９】このように充填した成形粉末の少なくとも
表層領域を面方向で複数の小区画に仕切部材で区分した
状態で成形粉末をフィーダボックスですり切ると、すり
切りにより生じる成形粉末の移動が仕切部材の各小区画
を形成する部材によって制限されるため、成形粉末の移
動距離を短く止めることができる。またこのように成形
粉末の移動が各小区画内で生じる結果、成形粉末に移動
が見られる表層領域の深さも浅くすることができる。従
って、各小区画内での成形粉末の不均密を少なくできる
と共に、粒度偏析も低減できることになる。こうして各
小区画内での不均密と粒度偏析が低減される結果、成形
粉末の表層領域を面方向で全体として観察すると、従来
の給粉方法よりも該表層領域全体として不均密と粒度偏
析を大きく低減することができる。よって、成形品が肉
薄板状物であっても自動成形を実現することができる。
以上のような仕切部材による成形粉末の移動を制限する
作用は、すり切りによって成形粉末に移動が見られる成
形粉末の表層領域に仕切部材が介在していれば発揮でき
る。従って、仕切部材は、その上端位置が成形粉末をす
り切った後のすり切り面と略面一となるようにダイ内に
設置させても、あるいは該すり切り面よりも若干下側と
なるようにダイ内に設置させても、上記の如く成形粉末
の移動を制限できるものと考えられる。

【００１０】こうした不均密と粒度偏析の低減効果は、
成形粉末をダイに充填するとともに成形粉末をすり切る
ように作動するフィーダボックスを備える上述した本発
明の給粉方法を実施する粉末成形プレスについて、ダイ
内に充填した成形粉末の少なくとも表層領域を面方向で
複数の小区画に区分する仕切部材と、仕切部材を着脱可
能に保持すると共に、フィーダボックスによる成形粉末
のすり切り前に仕切部材をアンクランプしてダイ内に設
置し、前記すり切り後に仕切部材をクランプしてダイ内
から離脱させるクランプ手段と、を備えることを特徴と
する本発明の粉末成形プレスによって具体的に実現でき
る。そして、以上のような仕切部材としては、成形粉末
の表層領域、即ちフィーダボックスのすり切りによって
成形粉末の移動が見られる領域を複数の小区画に分割可
能なものであればどのような素材や形状のものでもよ
く、例えば格子形状を呈する板材、網形状を呈する針金
やピアノ線等のような線材、または板材や線材を並列に
並べて構成した梯子形状を呈するものとして構成するこ
ともできる。

【００１１】そして、上記の給粉方法については、フィ
ーダボックスによるすり切り後に各小区画内の成形粉末
を掻き混ぜるようにすると、各小区画内で発生している
成形粉末の不均密や粒度偏析をより一層低減することが
できる。これに加えて、掻き混ぜにより粉末間に滞留し
ている空気を逃がすこともできるから、焼結時の成形品
の割れなどを防止でき、成形品の品質を向上することが
できる。

【００１２】こうした成形品の品質向上効果は、仕切部
材の小区画に挿入可能な振動針と、この振動針に振動を
与える振動機構と、を有する混粒装置をさらに備える上
記粉末成形プレスによって具体的に実現できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
粉末成形プレスについて図面を参照しつつ説明する。な
お、本例の粉末成形プレスでは、成形品として薄肉板状
物を成形する一例を示し、成形プレス全体の装置構成に
ついては説明と図示を省略している。

【００１４】装置構成の説明（図１，図２）： １０
は、図示せぬホッパから成形粉末が供給されるフィーダ
ボックスで、連結アーム１１を介してフィーダシリンダ
１２と連結されている。フィーダシリンダ１２は、フィ
ーダテーブル１３に固定されていて、ダイプレート１４
に取り付けたダイ１５の上部に対してフィーダボックス
１０を進退駆動させる。

【００１５】１６はフィーダボックス１０の底部開口を
開閉するシャッターで、シャッターシリンダ１７により
駆動されてフィーダボックス１０内の成形粉末をダイ１
５内に充填するように作動される。シャッターシリンダ
１７は連結アーム１１の上部に固定されていて、フィー
ダシリンダ１２により駆動される連結アーム１１の進退
動に伴ってその全体が移動するようになっている。ま
た、シャッター１６とシャッターシリンダ１７とは、連
結プレート１８を介して連結されている。この連結プレ
ート１８には、連結アーム１１を挿通可能な開口部１８
ａが形成されていて（図３参照）、フィーダボックス１
０の底部開口を開閉できるようにシャッター１６が独立
して進退動できるようになっている。なお、フィーダボ
ックス１０の底部が開口することにより、シャッター１
６の板厚分の隙間から成形粉末が洩れ出て、さらにフィ
ーダボックス１０をシェイキングすることでその洩れが
増長するので、シャッター１６の板厚は極力薄くしてあ
る。

【００１６】フィーダボックス１０の先端部には、“仕
切部材”としての仕切板１９を上下動させる昇降シリン
ダ２０が固定されている。この昇降シリンダ２０の上端
部には取付プレート２１が固定されており、その取付プ
レート２１の先端部には仕切板１９を着脱可能に保持す
る“クランプ手段”としての電磁チャック２２が取り付
けてある。

【００１７】仕切板１９は、金属製の格子形状乃至網形
状の板材で構成されており、その網目状の仕切によって
複数の小区画１９ａが形成されている（図２参照）。仕
切板１９は、ちょうどダイ１５の開口部１５ａに納まる
ような全体サイズとして形成されている。

【００１８】２３は混粒装置で、その底部から下方に突
出する複数の振動針２３ａを備えている。この振動針２
３ａは、混粒装置２３に内蔵する図示せぬ振動機構によ
って駆動されて前後左右方向に振動するようになってい
る。この混粒装置２３には、これを上下動させる昇降シ
リンダ２４と、混粒装置２３をダイ１５に対して進退動
させる駆動シリンダ２５とが備わっている。

【００１９】給粉工程を含む成形工程の説明（図１，図
３〜図６）： 本例ではウイズドアル作動する粉末成形
プレスとして説明する。従って、下パンチ２６とベース
プレート２７は不動として固定されており、ダイプレー
ト１４が、ガイドロッド２８及びヨークプレート２９に
接続されている下部ラム３０によって上下方向で駆動さ
れるようになっている。先ず、図１の実線で示す開始状
態から、フィーダボックス１０とシャッター１６と仕切
板１９がフィーダシリンダ１２によって前進方向Ｆへフ
ィーダテーブル１３を摺動しつつ駆動される。そして、
図１で二点鎖線で示すように仕切板１９がダイ１５の開
口部１５ａの上方に位置したところで、フィーダシリン
ダ１２による駆動が一旦停止する。

【００２０】この前後に、図３（ａ）で示すように、下
部ラム３０によってダイプレート１４が二点鎖線で示す
位置から上昇駆動されて、実線で示す高さ位置で停止す
る。この高さ位置は、ベースプレート２７に固定されて
いる下パンチ２６に対してダイ１５内に充填される成形
粉末が、意図する成形品の高さ（板厚）を得るために通
常必要とされる充填量よりも若干多めとなるような高さ
位置となっている。このようにするのは、仕切板１９が
ダイ１５内に入り込むと成形粉末の充填量が不足するた
め、その不足分を補うことを意図している。こうしてダ
イプレート１４が所定の高さ位置に位置決めされると、
上昇限にある仕切板１９が昇降シリンダ２０によって下
降限まで下降する。

【００２１】そして、昇降シリンダ２０によって下降し
た仕切板１９は下降限で電磁チャック２２によってアン
クランプされることで下パンチ２７上に設置される（図
３（ｂ）参照）。すると再びフィーダボックス１０が前
進駆動されて、図３（ｂ）で示す位置で停止する。次
に、伸長限にあるシャッターシリンダ１７が縮長するこ
とでシャッター１６が後退方向Ｂへ後退し、閉塞されて
いたフィーダボックス１０の底部開口が開いて成形粉末
がフィーダボックス１０からダイ１５内に落とし込み充
填される。そして、フィーダボックス１０をシェイキン
グさせた後、フィーダボックス１０は、図４（ａ）で二
点鎖線で示すように後退方向Ｂへ後退して実線で示すよ
うにシャッター１６の上に乗り、更に後退して後退限で
停止する。この後退時にフィーダボックス１０によって
成形粉末のすり切りが行われるが、成形粉末が仕切板１
９によって面方向で小区画１９ａに区分けされているた
め、成形粉末の後退方向Ｂへの移動は各小区画１９ａを
なす板材によって制限されるので不均密や粒度偏析が低
減される。

【００２２】こうして成形粉末のすり切りを終えると、
駆動シリンダ２５によって混粒装置２３が前進駆動され
てダイ１５の開口部１５ａの上方で停止する。上昇限に
ある混粒装置２３は、昇降シリンダ２４によって下降さ
れて、図４（ｂ）で示すその下降限位置で振動針２３ａ
が各小区画１９ａ内に充填されている成形粉末に差し込
まれる。各振動針２３ａは、混粒装置２３に内蔵する図
示せぬ振動機構によって前後左右方向に振動して、各小
区画１９ａ内で成形粉末を混粒させる。こうして各小区
画１９ａ内で生じている成形粉末の不均密や粒度偏析
は、さらに低減されることになる。これと同時に、成形
粉末の粉末間に滞留している空気も逃がすことができる
ことになる。そして、所定時間混粒が行われて振動針２
３ａが停止し、その後は昇降シリンダ２４により混粒装
置２３が上昇し、昇降シリンダ２４が縮長して図１で示
す元通りの位置に戻ることになる。

【００２３】次に、シャッター１６とフィーダボックス
１０が前進駆動されて下降限にある電磁チャック２２を
仕切板１９の上方に位置決めさせる。そして、電磁チャ
ック２２をオンして仕切板１９を磁着してから、図５
（ａ）で示すように昇降シリンダ２０を上昇限まで上昇
させる。こうしてダイ１５内から仕切板１９を取り除く
と、ダイ１５の上端から盛り上がっていた成形粉末が落
ち込んで、ちょうどダイ１５内に納まるようになる。そ
して、シャッター１６とフィーダボックス１０とをフィ
ーダシリンダ１２により実線で示す前進位置から二点鎖
線で示す後退限まで後退させる。

【００２４】この後は、図５（ｂ）で示すように、ダイ
プレート１４を若干上昇させてアンダーフィルを行う。
ここでアンダーフィルを行うと、上パンチ３１がダイ１
５に突入する時にダイ１５の外部への成形粉末の飛散を
効果的に防止することができるため、特に本例の薄肉板
状物のように成形粉末の多少によって寸法精度や性能な
ど成形品の品質に与える影響がより大きく表れてしまう
場合には有意義である。そして、図６で示すように、上
パンチ３１が下降してきて下パンチ２６との間で成形粉
末が加圧される。加圧後は、ダイ１５を取り付けてある
ダイプレート１４を下降させて成形品を抜き出し、上パ
ンチ３１を上昇させて成形品を取り出す。

【００２５】実施形態の変形例： 以上のような実施形
態による粉末成形プレスについては、各種の変更を加え
た形での実施が可能である。例えば、上記実施形態で
は、フィーダボックス１０がダイ１５の上端からシャッ
ター１６の板厚分離れた位置で成形粉末のすり切りとシ
ェイキングを行うようにしているが、ダイ１５の上端と
離間させずに成形粉末のすり切りとシェイキングを行う
こともできる。その一例を図７に示す。この例では、シ
ャッター１６に先端にかけて下り傾斜の勾配面１６ａを
形成すると共に、フィーダボックス１０と連結アーム１
１とを、連結アーム１１の先端部に固定したＴジョイン
ト１１ａで連結させて、連結アーム１１に対してフィー
ダボックス１０を上下方向で可動として構成してある。
即ち、フィーダボックス１０には一対の係合壁１０ａが
設けられており、その一対の係合壁１０ａによる内壁面
は、係合頭部１１ｂと基部１１ｃをもつＴジョイント１
１ａよりも大きな相対形状として間に隙間が形成されて
いる。そして、この例では、図３（ａ）と同様に仕切板
１９を設置した後、フィーダボックス１０とシャッター
１６が所定位置まで前進してからシャッター１６のみを
後退させる。するとフィーダボックス１０は、Ｔジョイ
ント１１ａによって上下方向で可動に連結してあるので
徐々に下端の高さ位置が低くなり、シャッター１６が離
れた時には下端がダイ１５とフィーダプレート１３の上
面と接触する。こうして成形粉末がダイ１４内に充填さ
れると、フィーダボックス１０の下端をダイ１５とフィ
ーダプレート１３の上面に摺動させながらシェイキング
を行える。従って、上記実施形態による作用・効果に加
えて、上記実施形態でフィーダボックス１０の下端とダ
イ１５及びフィーダプレート１３との間に介在するシャ
ッター１６の板厚分の隙間をなくすことができるから、
シェイキングをより効果的に行うことができると共にフ
ィーダボックス１０からの粉洩れを減らせるメリットが
ある。シェイキングを終えると、下端をそのままダイ１
５とフィーダプレート１３に対して摺動させつつ後退し
て成形粉末をすり切っていく。そして、フィーダボック
ス１０は、Ｔジョイント１１ａによって上下方向で可動
に連結してあるので、シャッター１６の勾配面１６ａを
登りながら徐々に下端の高さ位置が高くなっていき、シ
ャッター１６の上に乗り上げてから後退限まで後退す
る。これ以降の動作は上記実施形態と同様である。

【００２６】上述の一実施形態では、仕切板１９を下パ
ンチ２６の上に載置するようにした仕切板１９のダイ１
５内への設置例を例示したが、ダイ１５内で下パンチ２
６の上面から離して仕切板１９を設置する構造をダイ１
５に、或いはその他に備えるようにしてもよい。その数
例を図８に示す。図８（ａ）は、ダイ１５の開口部１５
ａの全内周に座部１５ｂを形成し、そこに仕切板１９の
外縁を引っ掛けて載せるようにした例である。なお、こ
のように全内周を巡るような座部１５ｂでなくても、部
分的に座部を設け仕切板を部分的に引っ掛けて設置する
ようにしてもよい。また、図８（ｂ）（ｃ）は、粉末成
形プレスにコアロッド３２を使用する場合の例である。
この場合には、（ｂ）で示すようにコアロッド３２の上
面に仕切板１９を載置したり、（ｃ）で示すようにコア
ロッド３２の外周上端に座部３２ａを形成し、ここに仕
切板１９の内縁を引っ掛けて設置してもよい。そして、
図８（ａ）（ｃ）では座部１５ｂ，３２ａの上に、また
図８（ｂ）ではコアロッド３２の上面に残存する成形粉
末が邪魔になって、次の成形品を成形する際に仕切板１
９を設置できないことがある。従って、この場合には、
粉末成形プレスに残存する成形粉末を自動制御で除去可
能な集塵ユニットを備えるようにして、成形品の取り出
し後に残存する成形粉末を除去するようにする。

【００２７】仕切板１９は、小区画１９ａの数が多けれ
ばより成形粉末の移動距離を短く制限できるため不均密
と粒度偏析を低減できると考えられるが、例えば成形品
の面方向におけるサイズが小さいような場合等であれ
ば、小区画１９ａが２つや３つ程度の仕切板を用いるこ
ともできる。また、仕切板１９の形状も成形品の形状に
応じた任意の形状とすることができる。

【００２８】また、上記実施形態では、混粒装置２３を
備える粉末成形プレスを例示したが、混粒装置２３を備
えない粉末成形プレスとしてもよい。

【００２９】上記実施形態で示す成形工程については、
フローティングダイ法或いはウイズドロアル法で例示し
たが、上パンチ３１と下パンチ２６による両押方法な
ど、適宜変更を加えて実施できるのは勿論である。

【００３０】

【発明の効果】本発明の給粉方法と粉末成形プレスによ
れば、ダイ内に充填された成形粉末をフィーダボックス
ですり切っても、仕切部材によって成形粉末の不均密や
粒度偏析を低減することができるので、成形品品質を大
きく向上することができる。特に、成形粉末として混合
粉を使用する場合には、粒度偏析を低減できるため混合
粉の使用により意図する性能を発揮できる成形品を得る
ことができる。また、この結果、従来なし得なかった薄
肉板状物の成形品を自動成形することも始めて可能とな
り、生産性を大きく向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による粉末成形プレスの部
分正面図。

【図２】図１の粉末成形プレスの平面図。

【図３】図１の粉末成形プレスの成形粉末の供給工程説
明図。

【図４】図３に続く粉末成形プレスの成形粉末のすり切
り工程及び混粒工程説明図。

【図５】図４に続く粉末成形プレスの仕切板取出し工程
及びアンダーフィル工程説明図。

【図６】図３に続く粉末成形プレスの加圧工程説明図。

【図７】本発明の他の実施形態による粉末成形プレスの
部分正面拡大図。

【図８】仕切板の設置方法の他の例を示す説明図。

【図９】従来の粉末成形プレスの給粉方法を模式的に示
す説明図。

【符号の説明】

１０ フィーダボックス １０ａ 係合壁 １１ 連結アーム １１ａ Ｔジョイント １１ｂ 係合頭部 １１ｃ 基部 １２ フィーダシリンダ １３ フィーダテーブル １４ ダイプレート １５ ダイ １５ａ 開口部 １５ｂ 座部 １６ シャッター １６ａ 勾配面 １７ シャッターシリンダ １８ 連結プレート １９ 仕切板 １９ａ 小区画 ２０ 昇降シリンダ ２１ 取付プレート ２２ 電磁チャック（クランプ手段） ２３ 混粒装置 ２３ａ 振動針 ２４ 昇降シリンダ ２５ 駆動シリンダ ２６ 下パンチ ２７ ベースプレート ２８ ガイドロッド ２９ ヨークプレート ３０ 下部ラム ３１ 上パンチ ３２ コアロッド

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイに充填される成形粉末をフィーダボ
   ックスによってすり切る過程を含む粉末成形プレスの給
   粉方法において、 ダイに充填される成形粉末の少なくとも表層領域を仕切
   部材によって面方向で複数の小区画に区分してから成形
   粉末をフィーダボックスですり切るようにしたことを特
   徴とする給粉方法。
2. 【請求項２】 フィーダボックスによるすり切り後に各
   小区画内の成形粉末を掻き混ぜるようにする請求項１に
   記載の給粉方法。
3. 【請求項３】 成形粉末をダイに充填するとともに成形
   粉末をすり切るように作動するフィーダボックスを備え
   る粉末成形プレスにおいて、 ダイ内に充填される成形粉末の少なくとも表層領域を面
   方向で複数の小区画に区分する仕切部材と、仕切部材を
   着脱可能に保持すると共に、フィーダボックスによる成
   形粉末のすり切り前に仕切部材をアンクランプしてダイ
   内に設置し、前記すり切り動作後に仕切部材をクランプ
   してダイ内から離脱させるクランプ手段と、を備えるこ
   とを特徴とする粉末成形プレス。
4. 【請求項４】 仕切部材の小区画に挿入可能な振動針
   と、この振動針に振動を与える振動機構と、を有する混
   粒装置をさらに備える請求項３に記載の粉末成形プレ
   ス。