JP2005028367A

JP2005028367A - 粉末成形装置及び粉末成形方法

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Publication number: JP2005028367A
Application number: JP2003192585A
Authority: JP
Inventors: Kiyonori Ouchi; 清徳大内
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】原料粉末を加圧して粉末成形体を得るための、安価で高精度を有する粉末成形装置と、それを用いた粉末成形方法を提供すること。
【解決手段】ダイの内周と下パンチ３の上面で形成されるキャビティに原料粉末を充填し、下パンチ３を固定状態とし、ダイとアンビル１を下降させて原料粉末を加圧する。この粉末成形装置においては、ダイで原料粉末充填位置を調整し、アンビル１で加圧完了位置を調整するので、それぞれの位置調整装置を、各駆動部に分散することが可能となる。これによって、安価で高精度の粉末成形装置を提供でき、簡略な成形方法により、高品質の粉末成形体が得られる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末冶金における焼結工程に供する、セラミックス、金属からなる原料粉末の成形体を作製する粉末成形装置、及びそれを用いた粉末成形方法に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物からなる磁性材料や誘電材料を代表とするセラミックス機能性材料、合金磁石などの金属機能性材料の中で、鋳造では得られないものは、原料粉末を圧縮成形した粉末成形体を焼結する、つまり粉末冶金法で得られる。また、粉末冶金法は、金属やセラミックスからなる構造材料にも幅広く適用されている。
【０００３】
粉末冶金法で得られる製品の品質を決定する要因の一つに、粉末成形体内における密度のばらつき抑制がある。粉末成形体の密度の不均一は、焼結体の歪や寸法精度の低下に繋がり、磁石などの機能性材料にあっては、特性のばらつきを助長する原因となる。
【０００４】
従来の一般的な粉末成形は、上パンチ、ダイ、下パンチを有する粉末成形装置を用い、ダイと下パンチが形成するキャビティに原料粉末を充填し、下パンチを上方向に、上パンチを下方向に作動させて、原料粉末を上下方向から同時に加圧するという方法によるものである。
【０００５】
このような粉末成形装置で、粉末成形体の密度の均一化を図るため、従来、種々の技術開発がなされている。一例として、下記特許文献１には、上下のパンチのそれぞれを別個のサーボモータで駆動し、圧力を検知してサーボモータ駆動にフィードバックを行い、様々な形状の粉末成形体を高精度で得る技術が開示されている。
【０００６】
また、下記特許文献２には、特許文献１に開示されているような、上下パンチを別個のサーボモータで駆動する粉末成形装置の大型化を抑制し、金型などの組付の作業性やメンテナンス性を向上するために、各駆動軸を１つの基盤で支持する技術が開示されている。
【０００７】
また、粉末成形体の密度の均一化には、前記のような成形装置の作動方法の他に、原料粉末のキャビティへの供給、充填方法も関与することから、これについても、様々な技術が検討されている。その一例として、下記特許文献３には、原料粉末を充填するキャビティの下部からガスを吹き込むことで流動床を形成し、キャビティ内における原料粉末の分布を均一にする技術が開示されている。
【０００８】
しかしながら、これらの特許文献に開示されている技術は、粉末成形体の品質向上に寄与するものの、いずれも装置の複雑化を伴い、製造コスト増加に繋がることがある。一方で、粉末成形装置の構造の簡略化、それに伴うメンテナンス性向上などを目的に、比較的高さの低い粉末成形体の場合では、従来の粉末成形装置の上パンチの代替として、アンビルを用いたものが開発されている。
【０００９】
図３は、このようなアンビルを用いた、従来の粉末成形装置の動作を、工程の順に示した図で、図３（ａ）は原料粉末の充填開始、図３（ｂ）は原料粉末充填、図３（ｃ）はアンビルによる封口、図３（ｄ）は加圧、図３（ｅ）は粉末成形体排出の各工程を示す。
【００１０】
図３において、１はアンビル、２はダイ、３は下パンチ、４は原料粉末、５は粉末成形体を示す。なお、図中の矢印は、アンビル１と下パンチ３が移動する向きを示す。
【００１１】
図３に示したように、本成形方法では、ダイ２の位置は固定され、アンビル１と下パンチ３がそれぞれ、図における上下方向に移動する。原料粉末の充填開始工程では、下パンチが図における下の方へ移動し、原料粉末が充填される空間、つまりダイ２の内周と下パンチ３で構成されるキャビティが形成される。
【００１２】
次の原料粉末充填工程では、ホッパ（図示せず）にストックされている原料粉末４がフィーダー（図示せず）により、キャビティに充填される。次の加圧工程では、下パンチ３が上昇して原料粉末４を加圧し、加圧が終了すると、下パンチ３とアンビル１が上昇して、粉末成形体５を排出する。
【００１３】
この粉末成形方法は、上パンチが不要となるが、ダイの上面に位置するアンビル１を作動させる機構と、下パンチ３の粉末充填位置、加圧完了位置、粉末成形体排出位置を決定する機構が必要であり、各駆動部の操作制御の複雑化に伴い、高価な設備となっていた。
【００１４】
【特許文献１】
特開平５−５７４９６号公報
【特許文献２】
特開２００２−１７２４９８号公報
【特許文献３】
特開２００１−３００７８９号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、粉末成形装置、特にアンビルを用いることで、構造を簡略化し、安価で高精度を有する粉末成形装置と、それを用いた粉末成形方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題解決のため、アンビルを用いた粉末成形装置における、アンビル、ダイ、下パンチの動作を再検討した結果なされたものである。
【００１７】
即ち、本発明は、ホッパ、フィーダー、アンビル、ダイ、パンチを有する粉末成形装置において、粉末を充填するキャビティは、ダイ、パンチから構成され、アンビル及びダイのパンチの方向への移動による加圧機構を有することを特徴とする粉末成形装置である。
【００１８】
また、本発明は、パンチにダイを嵌合して形成されるキャビティに、フィーダーにより粉末を充填し、アンビル及びダイをパンチの方向に移動させることで粉末を加圧し、加圧終了後は、アンビルをパンチと反対の方向に移動させ、ダイをさらにパンチの方向に移動させることで、粉末成形体を取り出すことを特徴とする粉末成形方法である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の粉末成形装置においては、粉末成形体の排出位置が、ダイ上面と下パンチ上面が同一の高さとなっていて、この位置からダイを上昇させ、ダイ内周と下パンチ上面とで形成されるキャビティに、フィーダーを用いて原料粉末を供給する。このときのダイ上昇量は、粉末成形体を所定の密度とするために必要な原料粉末が投入されるように調整する。
【００２０】
アンビルは、ダイの上方より下降して来て、原料粉末が充填されたダイの上面を塞ぐ。アンビルは、そのまま下降を継続し、上昇していたダイも押し下げながら、原料粉末を加圧する。粉末成形体が所定の高さになったところで加圧が終了し、その後、アンビルは上昇し、ダイは粉末成形体を排出するために下降する。
【００２１】
従来のアンビルを用いた粉末成形装置では、下パンチで、原料粉末充填量位置と加圧完了位置の両方の調整を行うのに対して、本発明の粉末成形装置では、ダイで原料粉末充填位置を調整し、アンビルで加圧完了位置を調整するので、それぞれの位置調整装置を、各駆動部に分散することが可能となる。これによって、安価で高精度の粉末成形装置を提供でき、簡略な成形方法により、高品質の粉末成形体が得られる。
【００２２】
【実施例】
次に、図を参照しながら、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施例に係る粉末成形装置を示す図で、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。図１において、１はアンビル、３は下パンチ、６は加圧シリンダ、７は上ラムリング、８は上ラム受けプレート、９はダイプレート、１０は下パンチプレート、１１はシリンダホルダ、１２は下ラムリング、１３は充填シリンダ、１４はホッパ、１５はフィーダー、１６はガイドブッシュである。
【００２４】
また、図２は、本発明の粉末成形装置の動作を、工程の順に示した図で、図２（ａ）は原料粉末の充填開始、図２（ｂ）は原料粉末充填、図２（ｃ）はアンビルによる封口、図２（ｄ）は加圧、図２（ｅ）は粉末成形体排出の各工程を示す。ここでは、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの原料粉末を用い、外径が３．３ｍｍ、高さが３．５ｍｍの円柱形の粉末成形体を作製する場合について説明する。
【００２５】
粉末充填動作は、まず、充填シリンダ１３により、シリンダホルダ１１が押し上げられることにより、ダイ２を装着したダイプレート９が上昇する。このとき、下パンチ３は、固定されている。また、ダイプレート９の上昇量は、下ラムリング１２を回し、高さを調整することにより決定される。
【００２６】
次に、ダイプレート９上の後方にあるフィーダー１５が前進して、ホッパ１４より供給されるフェライトの原料粉末４を、ダイ２の内周と下パンチ３の上面で形成されるキャビティに充填する。その後、フィーダー１５が後退し、加圧シリンダ６の駆動によりアンビル１が下降してダイ２の上面を塞ぐ。
【００２７】
その後、アンビル１はさらに下降を継続して、ダイプレート９を押し下げながら、原料粉末４を加圧する。加圧は、上ラム受けプレート８が上ラムリング７に接触した時点で完了する。加圧完了後、ダイプレート９は、粉末成形体５を排出するため下降する。アンビル１は、粉末成形体５を解放するため上昇する。ダイプレート９の上面が、下パンチ上面と同一の高さまで下降したら、排出完了となる。
【００２８】
このような一連の動作で、粉末成形体５が得られる。なお、本実施例の粉末成形装置における、アンビル１とダイプレート９の駆動にはエアシリンダを用いた。そして、このような構成とすることで、本実施例の粉末成形装置は、従来の約１／１０の費用で製作することができた。
【００２９】
また、本実施例の粉末成形装置で製作したフェライトの粉末成形体を焼結し、内部組織の観察と、寸法の測定を行った結果、従来の上パンチ及び下パンチを用いた、いわゆる上下押しの粉末成形装置によるものと、同等の品質であることが分かった。
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のアンビルを用いた粉末成形装置は、原料粉末の充填量調整をダイで行い、アンビルで加圧完了の位置調整を行うことにより、位置調整をそれぞれの駆動部に分散することができる。これによって、構造を簡略化できるので、安価で高精度の粉末成形装置と、その装置を用いた粉末成形方法が得られ、高品質の粉末成形体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る粉末成形装置を示す図。図１（ａ）は正面図。図１（ｂ）は側面図。
【図２】本発明の粉末成形装置の動作を工程の順に示した図。図２（ａ）は原料粉末の充填開始。図２（ｂ）は原料粉末充填。図２（ｃ）はアンビルによる封口。図２（ｄ）は加圧。図２（ｅ）は粉末成形体排出。
【図３】従来の粉末成形装置の動作を工程の順に示した図。図３（ａ）は原料粉末の充填開始。図３（ｂ）は原料粉末充填。図３（ｃ）はアンビルによる封口。図３（ｄ）は加圧。図３（ｅ）は粉末成形体排出。
【符号の説明】
１アンビル
２ダイ
３下パンチ
４原料粉末
５粉末成形体
６加圧シリンダ
７上ラムリング
８上ラム受けプレート
９ダイプレート
１０下パンチプレート
１１シリンダホルダ
１２下ラムリング
１３充填シリンダ
１４ホッパ
１５フィーダー
１６ガイドブッシュ

Claims

ホッパ、フィーダー、アンビル、ダイ、パンチを有する粉末成形装置において、粉末を充填するキャビティは、ダイ、パンチから構成され、アンビル及びダイのパンチの方向への移動による加圧機構を有することを特徴とする粉末成形装置。
パンチにダイを嵌合して形成されるキャビティに、フィーダーにより粉末を充填し、アンビル及びダイをパンチの方向に移動させることで粉末を加圧し、加圧終了後は、アンビルをパンチと反対の方向に移動させ、ダイをさらにパンチの方向に移動させることで、粉末成形体を取り出すことを特徴とする粉末成形方法。