JP2005290518A - 粉末潤滑剤の塗布方法と塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 摩擦帯電方式であっても構成が簡単で、効率的に所望の位置に粉末潤滑剤を付着させることができ、しかもコンパクトな帯電ガンにすることができる粉末潤滑剤の塗布方法と装置を提供する。
【解決手段】 成形型１に形成されたキャビティＣ内に充填された成形粉末Ｆを、上部および下部の加圧体２，３により圧縮成形する前に、予め帯電ガン１０により帯電させた粉末潤滑剤Ｊを前記キャビティＣに塗布する塗布する場合、導電体により形成した成形型１を電気的に接地し、キャビティの側面Ｃａが保有する電場強度を下げた後、帯電ガン１０により帯電させた粉末潤滑剤Ｆを塗布することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、成形粉末を圧縮成形するときに使用される粉末潤滑剤の塗布方法と塗布装置に関する。

たとえば、焼結部品の成形は、予め成形型のキャビティ内に充填された成形粉末を上部および下部の加圧体により圧縮成形した後、これを取り出して炉内で焼結するが、この圧縮成形時や取り出し時には、型面と成形粉末との間あるいは成形粉末の粒子相互間に摩擦が生じる。この摩擦は、キャビティ内の成形粉末に作用する成形圧力の伝播を不均一にし、密度差を生じさせ、製品の品質に悪影響を及ぼしたり、成形型の寿命にも影響することになる。

このため、従来から成形粉末に潤滑剤を添加し、各部位に生じる摩擦の低減を図っているが、一般に使用される潤滑剤としては、脂肪酸やステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウムなどの金属ステアレイトであり、添加量は、後の焼結加熱時の気化容易性、炉の損傷防止、成形圧力と圧粉密度の関係などを考慮し、通常、０．５〜１．０重量％程度とされている。

この潤滑剤は、成形型の型面と成形粉末との間の摩擦を低減し、高圧成形を可能にするため、成形型の型面に塗布することもあるが、潤滑剤を成形型の型面における所定部位に適量塗布することは難しく、従来からこの点に関する種々の提案がなされている。

これら提案は、主として、粉末潤滑剤を摩擦により静電気的に帯電させて塗布する方法と、コロナ放電により発生したイオンで帯電させて塗布する方法に大別できるが、いずれも金型に粉末潤滑剤をクーロン力で付着させるもので、それぞれ一長一短があることから、最近では下記特許文献１に示すものが提案されている。

特許文献１の提案は、帯電ガンを用いた摩擦帯電方式の塗布装置であり、ポンプに送るポンプエアー、ポンプから帯電ガンに輸送するパージエアーを圧力制御し、帯電ガンに輸送する粉末潤滑剤の量を規制し、金型内に付着する粉末潤滑剤の量を均一にするものである。

しかし、この塗布装置は、その構成や制御が極めて複雑なばかりでなく、基本的には重力を利用してキャビティ内に粉末潤滑剤を散布するものであることから、金型の所望の位置、特に、重力の影響を受けて付着しにくい金型キャビティの側面には、その形状が複雑なほど十分粉末潤滑剤を付着させることはできないものである。

また、従来から使用されている帯電ガン自体も問題を有している。帯電ガンは、外筒内に摩擦体が設けられたものあるいは摩擦体がなく外筒のみから構成されたものがあるが、前者は外筒の内壁と摩擦体との隙間に沿って粉末潤滑剤を圧縮エアーにより輸送し、この輸送途中に粉末潤滑剤が外筒の内壁や摩擦体の外表面と接し、擦られ、静電気的に帯電された後、噴射される。後者のものも基本的には同様で、粉末潤滑剤が外筒の内壁と接し、擦られ、静電気的に帯電された後、噴射される。

しかし、いずれのものも、粉末潤滑剤が十分帯電した状態とするには、接触摩擦により帯電させる帯電部の長さがある程度必要であることから、帯電ガンの全体形状が大型化するという不具合がある。
特開２００１−２２０６０２号公報（図１、請求項１、段落番号[００１５]〜[００１８]参照）

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決し、摩擦帯電方式であっても構成が簡単で、効率的に所望の位置に粉末潤滑剤を付着させることができ、しかもコンパクトな帯電ガンにすることができる粉末潤滑剤の塗布方法と装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成する本発明に係る粉末潤滑剤の塗布方法は、成形型に形成されたキャビティ内に充填された成形粉末を、上部および下部の加圧体により圧縮成形する前に、予め帯電ガンにより帯電させた粉末潤滑剤を前記キャビティ内に塗布する粉末潤滑剤の塗布方法であって、導電体により形成した前記成形型を電気的に接地し、キャビティの側面が保有する電場強度を下げた後、前記帯電ガンにより帯電させた前記粉末潤滑剤を塗布することを特徴とする。

また、上記目的を達成する本発明に係る粉末潤滑剤の塗布装置は、成形型に形成されたキャビティ内に充填された成形粉末を、上部および下部の加圧体により圧縮成形する前に、予め帯電ガンにより帯電させた粉末潤滑剤を前記キャビティに塗布する粉末潤滑剤の塗布装置であって、導電体により形成した前記成形型を電気的に接地し、キャビティの側面が保有する電場強度を下げる電場降下手段を有することを特徴とする。

前記帯電ガンは、外筒内に前記粉末潤滑剤が輸送されかつ内周面との接触摩擦により粉末潤滑剤を帯電させる摩擦体を有し、該摩擦体の軸方向長さが可及的に長くなるように当該摩擦体を前記外筒内に螺旋状に設けたことを特徴とする。

上記のように構成した本発明は、成形型を電気的に接地し、キャビティの側面が保有する電場強度を下げると、帯電した粉末潤滑剤とキャビティの側面との間に働く電場の強度を高めることができ、重力の影響を受けても帯電した粉末潤滑剤をキャビティの側面に強力に付着させることができる。したがって、粉末潤滑剤の付着が好ましい部位に対し選択的効率的に粉末潤滑剤を付着させ、圧縮成形時や型内から成形体を取り出すときの型面と成形粉末との間に生じる摩擦を確実に低減し、製品品質の向上、成形型の長寿命化を図ることができる。

また、接触摩擦により粉末潤滑剤を帯電させる摩擦体の軸方向長さが長くなるように螺旋状にすると、外筒の長さが短くても、粉末潤滑剤を帯電させる経路の長さは実質的に長くなり、粉末潤滑剤の帯電性が向上するのみでなく、帯電ガンの全体形状もコンパクト化し、スペース面でも作業性の面でも有利となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明するが、まず、粉末潤滑剤の塗布装置について述べ、この装置を用いて行なう粉末潤滑剤の塗布方法に及ぶこととする。

図１は本実施形態に係る粉末潤滑剤の塗布装置を示す概略断面図、図２は帯電ガンの概略断面図、図３は図２の要部を示す拡大断面図である。

本実施形態に係る塗布装置は、図１，２に示すように、水平に保持された位置固定の成形型１（以下、ダイ１と称す）を有し、このダイ１の中央に形成された所定形状のキャビティＣ（図中では、簡単のため通孔で示す）の上部には上部加圧体２（以下、上ポンチ２と称す）が、下部には下部加圧体３（以下、下ポンチ３と称す）がそれぞれ対向して配置されている。

前記ダイ１の上面には、底なし枡状をしたフィードシュー４が載置され、図外のホッパーなどから所定量の成形粉末Ｆ（たとえば、鉄粉の場合、平均粒径が０．１ｍｍ程度である）が内部に投入される。このフィードシュー４は、移動手段（不図示）によりダイ１の上面に沿って移動され、内部の成形粉末Ｆを自重によりキャビティＣ内に充填する。

上ポンチ２も下ポンチ３も図外の作動部材により昇降され、内部の成形粉末Ｆを圧縮成形するが、ダイ１のキャビティの側面Ｃａとは密に嵌合され、キャビティＣ内に充填された成形粉末Ｆが漏れることはない。

キャビティＣの上部には、当該キャビティ内で成形粉末Ｆをダイ１とポンチ２，３により圧縮成形する前に、予め粉末潤滑剤ＪをキャビティＣ内に供給する帯電ガン１０が設けられている。

この帯電ガン１０は、図２に示すように、外筒１１と、当該外筒１１内に設けられ、粉末潤滑剤Ｊが内部を輸送される筒状の摩擦体１２とを有し、輸送される粉末潤滑剤Ｊを摩擦体１２の内周面と接触摩擦し、静電気的に帯電させるものである。

粉末潤滑剤Ｊと摩擦体１２は、静電気的な特性（たとえば、摩擦帯電電位の序列）を考慮して材質などを決定することが望ましいが、具体例としては、粉末潤滑剤Ｊが前述したような金属ステアレイトであれば、摩擦体１２は、フッ素樹脂製のものとすることが望ましい。このようにすれば、摩擦帯電により一方の粉末潤滑剤Ｊはプラスに帯電し、他方の摩擦体１２はマイナスに帯電する。

この摩擦体１２全体は、外筒１１内に設けられているが、摩擦体１２の下端は外筒１１の噴射ノズル１３に、摩擦体１２の上端は粉末潤滑剤Ｊが導入される大径の導入チャンバ１４にそれぞれ連通され、内部を輸送される粉末潤滑剤Ｊが内壁と接触摩擦し、静電気的に帯電させる帯電部Ｔとなっている。

この導入チャンバ１４の上端部には、圧縮エアー供給部１５（図１参照）からの圧縮エアーが導かれるエアー導管１６と、潤滑剤供給部１７（図１参照）からの粉末潤滑剤Ｊが輸送される潤滑剤導管１８が連通され、導入チャンバ１４内で圧縮エアーと粉末潤滑剤Ｊがミックスされる。なお、前記圧縮エアーは、粉末潤滑剤Ｊとのミックス性を考慮すれば、乾燥剤などにより水分を吸着除去した乾燥エアーであることが好ましい。

導入チャンバ１４は、大径部から漏斗状に絞った形状とすることが好ましい。このようにすれば、輸送されてきた粉末潤滑剤Ｊが大径部で十分拡散された後に、摩擦体１２に流入する直前に喉部１９で絞られ、ここでの粉末潤滑剤Ｊの流速がさらに高められた状態で摩擦体１２内に噴射されることになる。この結果、粉末潤滑剤Ｊが摩擦体１２の内壁に衝突する力が高まり、大きな摩擦力が生じ、粉末潤滑剤Ｊの帯電量を増大させることができる。なお、潤滑剤供給部１７としては、タンク内に貯留された粉末潤滑剤Ｊを攪拌器などにより浮遊状態とし、サイクロンなどにより吸引し、排出するものである。

また、摩擦体１２は、螺旋状に外筒１１内に設けられている。このように螺旋状にすれば、外筒１１内に長尺な摩擦体１２を設置でき、実質的に帯電部Ｔの長さが長くなり、外筒１１の軸方向長さを短くしても、帯電能力が低下することはなく、コンパクトで優れた帯電性能を発揮する帯電ガン１０となる。

摩擦体１２に関しても、図３に示すように、当該摩擦体１２の軸線方向に沿う半断面形状を波形状とすることが好ましい。ここに、「波形状」とは、凹凸状、ジグザグ状など種々の形状を含むもので、摩擦体１２内の粉末潤滑剤Ｊが摩擦体１２の内周面の接しつつ滞留あるいは停止することなく円滑に輸送される形状であればよい。このようにすれば、輸送途中に粉末潤滑剤Ｊが摩擦体１２の内壁と接触摩擦する機会が多くなり、より強力にプラスに帯電させることができる。

特に、本実施形態では、静電気的に帯電した粉末潤滑剤Ｊが前記キャビティの側面Ｃａ、即ち重力方向での側面にクーロン力で強固に付着するように、ダイ１に電場降下手段Ｄが設けられている。

帯電ガン１０より噴射された粉末潤滑剤Ｊは、重力の影響を受け、キャビティＣの重力方向側面には付着しにくく、落下し、下ポンチ３の上面３ａに溜まるが、ダイ１の電場強度を下げ、キャビティの側面Ｃａをマイナスにすると、プラスに帯電した粉末潤滑剤Ｊが重力の影響を受けても大きなクーロン力でキャビティの側面Ｃａに強固に付着し、粉末潤滑剤Ｊが下ポンチ３の上面３ａに溜まることがない。

この電場降下手段Ｄは、ダイ１の電場強度を下げることができるものであればどのようなものであってもよいが、本実施形態では、導電体により形成されたダイ１に導電線２０の一端を接続し、当該導電線２０の他端を電気的に接地（アース）することにより構成している。つまり、キャビティの重力方向側面が保有する電場強度をゼロにすると、帯電した粉末潤滑剤Ｊとキャビティの側面Ｃａとの間に働く電場の強度が高められることになり、大きなクーロン力が作用し、粉末潤滑剤の付着力が高まる。

さらに、下ポンチ３の上面３ａ（キャビティ面）や上ポンチ２の下面２ａ（キャビティ面）を電気的絶縁コーティングすると、ダイ１の粉末潤滑剤Ｊを引き付ける電場強度が、下ポンチ３の上面３ａや上ポンチ２の下面２ａの粉末潤滑剤Ｊを引き付ける電場強度よりも大きくなるため、下ポンチ３や上ポンチ２が粉末潤滑剤Ｊを引き付けたり、あるいはダイ１の引き付けを邪魔することがなく、よりダイ１のキャビティの側面Ｃａに粉末潤滑剤Ｊが付着し易くなる。これにより、効率的に粉末潤滑剤Ｊを所望の部位に塗布し付着させることができ、成形時の摩擦力を低減でき、高圧成形が実現できる。

次に、粉末潤滑剤の塗布方法を説明する。

図４は粉末潤滑剤の塗布状態を示す概略断面図、図５は成形粉末の充填状態を示す概略断面図、図６は成形粉末の圧縮成形状態を示す概略断面図である。
＜粉末潤滑剤の塗布＞
図４において、キャビティＣ内で成形粉末Ｆを圧縮成形する前に、電場降下手段Ｄによりダイ１を電気的に接地し、ダイ１の電場強度を下げた状態にし、帯電ガン１０によりキャビティＣ内に帯電された粉末潤滑剤Ｊを塗布する。

この粉末潤滑剤Ｊの塗布は、まず、帯電ガン１０をダイ１のキャビティＣ直上にセットし、キャビティＣの下部には、上面３ａに電気的絶縁コーティングＨが施された下ポンチ３を配置する。そして、圧縮エアー供給部１５と潤滑剤供給部１７を作動し、圧縮エアー供給部１５からの圧縮エアーをエアー導管１６より帯電ガン１０の導入チャンバ１４に導き、潤滑剤供給部１７からの粉末潤滑剤Ｊも潤滑剤導管１８より帯電ガン１０の導入チャンバ１４に輸送する。

導入チャンバ１４内では、圧縮エアーにより粉末潤滑剤Ｊが分散され、粉末潤滑剤Ｊを含む混合気流となって摩擦体１２に流入するが、この混合気流は、喉部１９により絞られるので、ここで流速が高められ、摩擦体１２内に高速で噴射される。

摩擦体１２に入った混合気流は、摩擦体１２に沿って流過するが、摩擦体１２が螺旋状に形成され、しかも、摩擦体１２の内周面が波形状になっているので、個々の粉末潤滑剤Ｊは、単に摩擦体１２内を通過することはなく、摩擦体１２の内壁と接触摩擦する回数や、摩擦体１２の内壁と衝突する回数が大幅に増大し、摩擦体１２の内壁との間で大きな摩擦力を受けて流れる。したがって、粉末潤滑剤Ｊは、帯電した個数の増大あるいは各潤滑剤粉末Ｊが保有する帯電量も増大する。

このようにして強力にプラスに帯電した粉末潤滑剤Ｊは、噴射ノズル１３からキャビティＣに向って噴射されるが、キャビティＣにおいては、側面Ｃａの電場強度が低下した状態であるため、噴射された粉末潤滑剤Ｊは、重力に影響されることなくキャビティの側面Ｃａに強力に付着することになる。また、下ポンチ３の上面３ａも電気的絶縁コーティングＨが施されているので、下ポンチ３がダイ１の引き付けを邪魔することはなく、よりダイ１のキャビティの側面Ｃａに粉末潤滑剤Ｊが付着し易くなる。

したがって、キャビティの側面Ｃａにより多量の粉末潤滑剤Ｊが付着し、下ポンチ３の上面３ａに落下する粉末潤滑剤Ｊの量が減り、キャビティＣの内面に付着する粉末潤滑剤Ｊは、キャビティＣの内面全体に適度に行き渡る。
＜成形粉末の充填＞
この状態で、図５に示すように、フィードシュー４をキャビティＣの上部まで移動し、内部の成形粉末ＦをキャビティＣ内に投入すると、成形粉末Ｆは、粉末潤滑剤Ｊにより内周面が覆われた状態のキャビティＣ内に充填される。
＜圧縮成形＞
この充填後、図６に示すように、キャビティＣの上部に上ポンチ２を移動し、常法により上ポンチ２と下ポンチ３との共働でキャビティＣ内の成形粉末Ｆを圧縮成形する。

この圧縮成形時において、下ポンチ３の上面３ａには余分な粉末潤滑剤Ｊが付着していないので、キャビティＣ内で成形された成形物は、成形面の面粗度や寸法精度が向上したものが得られる。
＜成形物の取り出し＞
圧縮成形後、上ポンチ２をキャビティＣ内から外方に後退し、下ポンチ３を上方に移動すると、粉末潤滑剤Ｊの存在により成形物はキャビティＣ内から外方に円滑に取り出すことができる。

このように本実施形態では、キャビティＣ内で成形粉末Ｆを圧縮成形する前に、ダイ１の電場強度を下げた後、帯電ガン１０より粉末潤滑剤Ｊを塗布するので、重力に影響されることなく粉末潤滑剤Ｊをキャビティの側面Ｃａに付着させることができ、キャビティ内の粉末潤滑剤ＪをキャビティＣの内面全体に適度に行き渡らせることができ、しかも、従来装置のように種々の面倒な制御も必要としないため、作業性やコストの面でも有利となる。また、電場強度の下げに関しても、ダイ１を導電体とし、これを電気的に接地するのみであるため、この点でも作業性やコストの面で有利となる。しかも、下ポンチ３の上面３ａを電気的絶縁コーティングすれば、ダイ１の電場強度を下げる場合でも、下ポンチ３が悪影響せず、より強力な粉末潤滑剤Ｊの付着が可能になる。

このように粉末潤滑剤Ｊの強力な付着により下ポンチ３の上面３ａに余分な粉末潤滑剤Ｊが付着しないため、成形物の面粗度や寸法精度も向上する。

帯電ガン１０に関しても、粉末潤滑剤Ｊが内部を輸送される摩擦体１２を外筒１１内で螺旋状に設けると、帯電を行なう部分の実質的な長さが長くなるにも拘らず、全体形状が小さく、扱い易いものとすることができる。また、摩擦体１２の軸線方向に沿う半断面形状を波形状とすれば、輸送中の粉末潤滑剤Ｊが摩擦体１２の内壁と接触摩擦する機会が多くなり、より強力に帯電させることができる。しかも、輸送された粉末潤滑剤が摩擦体１２に流入する直前に喉部１９を設けると、粉末潤滑剤Ｊが高速で摩擦体１２に噴射され、摩擦体１２の内壁に衝突する力が上がり、大きな摩擦力が生じ、粉末潤滑剤Ｊをより強力に帯電させることができる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。例えば、前記実施形態では、摩擦体は、管体自体軸方向に膨出縮小して波形状としているが、これのみでなく少なくとも内面が軸方向に沿って波形状であればよい。また、前記実施形態では、便宜的にキャビティＣが円柱形状をしたものとしたので、キャビティの側面Ｃａも円弧状をしたものとなるが、たとえば、圧縮成形するものが歯車であれば、キャビティの側面Ｃａは凹凸状となることもあり、キャビティの側面Ｃａの形状は、種々の形状となることはいうまでもない。

本発明にかかる粉末潤滑剤の塗布方法と装置は、コンロッド、スプロケット、歯車などの自動車用の部品を成形粉末により圧縮して焼結する場合に使用される粉末潤滑剤の塗布に適している。

本実施形態に係る粉末潤滑剤の塗布装置を示す概略断面図である。 帯電ガンの概略断面図である。 図２の要部を示す拡大断面図である。 粉末潤滑剤の塗布状態を示す概略断面図である。 成形粉末の充填状態を示す概略断面図である。 成形粉末の圧縮成形状態を示す概略断面図である。

符号の説明

１…ダイ（成形型）、
２…上ポンチ（上部加圧体）、
２ａ…上ポンチの下面（キャビティ面）、
３…下ポンチ（下部加圧体）、
３ａ…下ポンチの上面（キャビティ面）、
１０…帯電ガン、
１１…外筒、
１２…摩擦体、
Ｃ…キャビティ、
Ｃａ…キャビティの側面、
Ｄ…電場降下手段、
Ｆ…成形粉末、
Ｈ…電気的絶縁コーティング、
Ｊ…粉末潤滑剤。

Claims (7)

1. 成形型に形成されたキャビティ内に充填された成形粉末を、上部および下部の加圧体により圧縮成形する前に、予め帯電ガンにより帯電させた粉末潤滑剤を前記キャビティ内に塗布する粉末潤滑剤の塗布方法であって、導電体により形成した前記成形型を電気的に接地し、キャビティの側面が保有する電場強度を下げた後、前記帯電ガンにより帯電させた前記粉末潤滑剤を塗布することを特徴とする粉末潤滑剤の塗布方法。
2. 前記加圧体は、上部加圧体または下部加圧体の少なくとも一方のキャビティ面を電気的絶縁コーティングしたことを特徴とする請求項１に記載の粉末潤滑剤の塗布方法。
3. 成形型に形成されたキャビティ内に充填された成形粉末を、上部および下部の加圧体により圧縮成形する前に、予め帯電ガンにより帯電させた粉末潤滑剤を前記キャビティに塗布する粉末潤滑剤の塗布装置であって、導電体により形成した前記成形型を電気的に接地し、キャビティの側面が保有する電場強度を下げる電場降下手段を有することを特徴とする粉末潤滑剤の塗布装置。
4. 前記加圧体は、上部加圧体または下部加圧体の少なくとも一方のキャビティ面を電気的絶縁コーティングにしたことを特徴とする請求項３に記載の粉末潤滑剤の塗布装置。
5. 前記帯電ガンは、外筒内に前記粉末潤滑剤が輸送されかつ内周面との接触摩擦により粉末潤滑剤を帯電させる摩擦体を有し、該摩擦体の軸方向長さが可及的に長くなるように当該摩擦体を前記外筒内に螺旋状に設けたことを特徴とする請求項３に記載の粉末潤滑剤の塗布装置。
6. 前記摩擦体は、少なくとも内面を軸方向に沿って波形状としたことを特徴とする請求項５に記載の粉末潤滑剤の塗布装置。
7. 前記摩擦体は、前記輸送された粉末潤滑剤が流入する直前に、流路径を絞る喉部を有することを特徴とする請求項５または６に記載の粉末潤滑剤の塗布装置。

Images