JP2005296962A - 粉末成形プレス機械 - Google Patents

Abstract

【課題】パンチを多段構成とした場合であっても高さ及び幅方向に大きくならず、ダイやパンチを外段取りでセットすることができ、サーボ制御の容易な粉末成形プレス機械を提供する。
【解決手段】粉末成形プレス機械1は、ダイ10を取り付けるダイプレート20a及びこれに連結される連結ロッド21aからなるダイセット2aと、パンチ11〜13を取り付けるパンチプレート20b〜20d及びこれに連結される連結ロッド21b〜21dからなるパンチセット2b〜2dと、を備えると共に、コアロッド14と連結される中心シリンダ4a及びこれを囲繞する径の異なる筒状シリンダ4b〜4dをベースプレート3上に配設し、その筒状シリンダ4b〜4dと少なくともパンチセット2b〜2dの連結ロッド21b〜21dと対応するを連結プレート20b〜20dを介して連結するようにして、液体圧で中心シリンダ4a及び筒状シリンダ4b〜4dを駆動する構成としたことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、焼結部品などの粉末成形品（以下、単に成形品と言う）をダイ及びパンチを用いた加圧成形によって製造する粉末成形プレス機械に関する。

粉末成形プレス機械には、成形品の厚さ（高さ）を決定するダイ及びパンチの位置を、メカニカルなストッパで決定する方式と、油圧シリンダなどを用いて制御する方式とがある。近年の成形品に対する高精度・ニアネットシェイプ化の要求が高まる中、サーボ制御技術の一般化により、油圧シリンダを備える粉末成形プレス機械の需要が高まっている。この油圧シリンダは、プレス時にパンチが受ける負荷荷重を受けるものであるが、複数のパンチを用いて多段の成形品を製造する場合、該成形品の形状によって各油圧シリンダが受けもつ負荷荷重が異なる。したがって、成形品の形状が複雑になる程、複数のパンチに対応するだけの油圧シリンダが必要になると共に粉末成形プレス機械が大型化し、成形能力よりも大きな受圧能力が要求されるようになる。一般的に、下３段成形では最外殻にダイが１つ、パンチが３本、コアロッドが１本、必要であり、受圧シリンダ機構が耐えられる受圧能力の合計は成形能力の１．５〜２倍でなければならない。

従来のこのような粉末成形プレス機械としては、複数のパンチに対応する油圧シリンダを同軸に直列で配置した構造のものが、例えば、特公平７−１１５２３３号公報に開示され、また、１つのパンチを２本のシリンダで受ける構造のものが例えば、特開２００２−１１５００３号公報に開示されている。
特公平７−１１５２３３号公報 特開２００２−１１５００３号公報 しかしながら、特許文献１に開示の粉末成形プレス機械は、油圧シリンダを同軸に直列で積層配置した構造であることから全高が非常に高いものとなる。したがって、軸方向の各構成部品へ伝わる負荷荷重の伝達距離にばらつきが生じるので、各構成部品ごとに異なる撓みや座屈が発生し、プレス機械を組み立てる場合にはその撓みや座屈要素等を細かく計算しなければならない。また、このことから部材選びも重要な要素となる。

さらに、全高が高いことから各構成部品に発生する伸びや圧縮により、ダイやパンチを取り付ける際の修正要素が増え制御性を維持するのが難しい。

しかも、この粉末成形プレス機械は、第２パンチ及び第３パンチを取り付けるパンチセット（特許文献１の図１であれば、第２パンチアダプタ２２、第３パンチアダプタ２３等）やコアロッドが、構造上、極端に長くなるためそれらの交換作業に長時間を要することになる。

他方、特許文献２に開示の粉末成形プレス機械は、１つのパンチに対して２本のシリンダをプレス機械幅方向に対称に配置する必要があることから、パンチの数を増やす場合には幅方向にプレス機械自体が大型化し、受圧能力不足であったり、２本のシリンダを同時制御する場合の安定性に問題がある。

したがって、上述した従来の問題点に鑑みて、本発明の目的は、多段成形の受圧能力を満たす受圧シリンダ機構を小型化し、これによってプレス機械自体を大型化することなく全高を縮め、プレス機械本体に受圧シリンダ機構を内蔵可能にし、成形品の変更に際し、ダイやパンチを取り付けるダイセット及びパンチセットの着脱が容易な粉末成形プレス機械を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、粉末成形プレス機械の各構成部品に発生する応力変形や撓みを最小化するべく、負荷荷重の合力を受圧中心部に集中させる構造を提供すると共に、ダイやパンチを外段取りで組める構成として、段取り作業、及びサーボ制御（数値制御）の容易な粉末成形プレス機械を提供することにある。

このような課題を解決する本発明の粉末成形プレス機械は、ダイを最外殻として中央にコアロッドを配し、該ダイとコアロッド間に径の異なる１以上のパンチを併置してプレス成形を行う粉末成形プレス機械において、ダイを取り付けるダイプレート及び該ダイプレートと連結される連結ロッドからなるダイセットと、パンチを取り付けるパンチプレート及び該パンチプレートに連結される連結ロッドからなる１以上のパンチセットと、を備えると共に、コアロッドと連結される中心シリンダ及び該中心シリンダを囲繞する径の異なる１以上の筒状シリンダをベースプレート上に配設し、その筒状シリンダと少なくともパンチセットの連結ロッドとを対応する連結プレートを介して連結するようにし、流体圧（気圧又は液圧）で中心シリンダ及び筒状シリンダを駆動する構成としたことを特徴とする。すなわち、受圧シリンダ機構としてのシリンダを筒状にし、往復運動させるパンチに対応する筒状シリンダごとに径を異ならせて囲繞することで、これまで独立して別個に設けられていた複数のシリンダを同一箇所に集中させて設けることができ、受圧シリンダ機構を高さ方向に積層することなく低くまとめて小型化を図ることができるようになる。また、このように筒状シリンダを中央に集中させた構造から、該筒状シリンダを受圧対象のパンチに対して１対１の関係で設けて負荷荷重を中央に集中させることができるので、受圧能力に優れ、バランスの取れたプレス機械を提供することができる。さらに、本発明による粉末成形プレス機械は、プレス機械本体に設けられる受圧シリンダ機構としての筒状シリンダと１以上のパンチセットを連結プレートを介して連結する分離構造としてあるので、ダイセット及びパンチセットをユニット化して予め数セット準備しておくことで、成形品の変更に伴うダイやパンチの交換をいわゆる外段取りで行うことができるようになり、段取作業時間を大幅に短縮して生産性の向上を図ることができるようになる。

この場合、中心シリンダが、コアロッドを連結するコアピストンと、該コアピストンを駆動する作用室を形成するようにベースプレートに立設された中央円筒壁とを具備し、また、筒状シリンダが、中心シリンダの中央円筒壁を所定間隔を介して囲繞するようにしてベースプレートに立設された環状壁と、該環状壁で囲まれた内部空間を作用室として駆動される環状ピストンと、該環状ピストンに立設されて連結プレートに連結されるピストンロッドとを具備し、且つ中心シリンダのコアピストン及び筒状シリンダのピストンロッドを気密又は液密状態で貫通させ且つ各作用室を密閉する封止蓋を有する構成とする。このように環状壁で囲まれた内部空間を作用室とすれば、ベアリング構造のような独立の筒状シリンダを複数囲繞する必要がなくなるので、さらなる小型化を図ることができる。

また、ピストンには、ピストンロッドが相互に離設されて複数立設され、該複数のピストンロッドが連結プレートに連結されているとよい。この発明では、シリンダが筒状であるので、ピストンロッドの本数や配置に大きな自由度がある。したがって、負荷荷重に対する耐用応力を勘案しながらピストンロッドを増数配置する設計とすればよく、環状ピストンの周方向にピストンロッドを等間隔に立設するなどして負荷荷重の合力を受圧中心部に集中させる設計が容易となる。

このプレス機械では、パンチセットの連結ロッドが、対応する連結プレートの連結凹部に挿入されて固定具で固定される。このように連結凹部に挿入して固定具で固定する単純な構成とすれば、例えば、複数の筒状シリンダと１以上のパンチセットとの連結作業、つまり、受圧シリンダ機構と外段取りでユニット化したパンチセットとの連結作業が容易になるので、生産性がさらに向上する。この場合、パンチセットの連結ロッドには、上部シリンダからの負荷荷重と筒状シリンダからの反発力とによって圧縮力がかかるので、連結プレート上面側で固定するとよい。この固定は、挿入された連結ロッドの連結プレート上面位置に固定具嵌め込み溝を設け、該溝に嵌め込むと共に連結プレート上面に固定される固定具を用いればよい。このようにすれば、各パンチを取り付けるダイセットの固定が容易で確実なものとなる。

一方、ダイセットの連結ロッドは、ベースプレート下に設けられダイを往復運動させる下部シリンダと連結された連結プレートに連結される。このように下部シリンダと連結される連結プレートを、筒状シリンダのピストンロッドと連結される連結プレートとは別個に設ければ、ベースプレート上面に設けた筒状シリンダをパンチ用とし、ベースプレート下に設けた下部シリンダをダイ用とした構成にすることができる。

また、ダイセットの連結ロッドも、対応する連結プレートを介して筒状シリンダに連結されるようにしてもよい。これは、連結プレートを介してダイセット及びパンチセットの全てを対応する筒状シリンダと連結する構造である。例えば、最上段にダイを１つ、パンチが３段、コアロッドを１つとすれば、中心シリンダが１段で筒状シリンダが４段となる。この構造によれば、ベースプレート下の下部シリンダが不要となるので、下部シリンダ用に地面を掘り下げる必要がなく、粉末成形プレス機械の設置が容易で、プレス機械の全高をさらに短縮化することができる。また、ダイを下方に駆動する成形品の抜き出し力及び耐引張力は、筒状シリンダの環状ピストン上にピストンロッドを増やすことで解決できる。

このようなダイセットと連結プレートの連結構造では、ダイセットの連結ロッドが、対応する連結プレートの連結孔に貫挿されて固定具で固定される。この場合、ダイセットの連結ロッドをパンチセットの連結ロッドと同様に連結プレート上面側で固定しても良いが、該ダイを取り付けるダイセットの連結ロッドには、下方に大きな抜き出し力が働いて引張力がかかるので、連結プレート下面側で固定するとよい。この固定は、連結プレートが貫通した連結孔を備え、該貫通した連結孔に連結ロッドを貫挿し、連結プレート下面位置に突き出た連結ロッド部分の固定具嵌め込み溝に固定具を嵌め込み、該嵌め込んだ固定具を連結プレート下面に固定する構成とすれば、下部シリンダによる抜き出し力に耐えられる構造となる。

上記の各構成では、コアピストンを挿通させると共に、ダイセット及びパンチセットの連結ロッドを挿通させて連結プレートの連結凹部及び連結孔に案内するガイド孔を備えたミドルプレートと、ベースプレート上に設けられ、ミドルプレートを最も内側のパンチを取り付けるパンチプレートよりも筒状シリンダ側に位置させるミドルプレート支持台と、をさらに備える構成にするとよい。このようなガイド孔を備えたミドルプレートを、ミドルプレート支持台を用いて、連結プレートと、ダイセット及びパンチセットとの間に設ければ、それぞれの連結ロッドをガイド孔に差し込むだけで連結プレートに設けられた連結凹部又は連結孔に案内することができ、ユニット化したダイセット及びパンチセットの取付作業がさらに容易となって生産性が向上する。また、このミドルプレートを用いれば外段取りにおいてダイセット及びパンチセットのユニット化がさらに容易となる。

この場合、いずれかのパンチセットの連結ロッドがミドルプレートに固定されてもよい。この構成とすれば、例えば、複数段のパンチのうち第１パンチを駆動しないプレス機械を提供することができるようになる。また、複数のパンチを駆動しない構成にすることもできる。

また、一のパンチセットの連結ロッドがミドルプレートに固定され、該連結ロッドが固定されたパンチ用のピストンロッドが、連結プレートを介してダイセットの連結ロッドと固定具で固定されるようにしてもよい。このようにすれば、固定されるパンチ用の筒状シリンダを遊ばせることのない構造にすることができる。例えば、最上段にダイを１つ、パンチを３段（固定が１段）、コアロッドを１つとすれば、中心シリンダが１段で筒状シリンダが３段でよい。この構成ではダイを筒状シリンダで駆動するので、ベースプレート下に設ける下部シリンダが不要となり、下部シリンダ用に地面を掘り下げる必要がない。したがって、プレス機械の全高をさらに短縮化して設置の容易なプレス機械を提供することができるようになる。また、ダイを下方に駆動する成形品の抜き出し力及び耐引張力は、筒状シリンダの環状ピストン上にピストンロッドを増やすことで解決できる。これはピストンロッドを容易に増やすことのできる本発明の構造によってのみ達成される。

これらのパンチプレートは、他のプレートに連結された連結ロッドを挿通させるガイド孔を備えているとよい。このように各パンチプレートがガイド孔を備えれば、外段取りにおけるダイセット及びパンチセットのユニット化がさらに容易となる。例えば、最上段にダイを１つ、パンチが３段であれば、ダイセットの連結ロッドはダイプレートの次に設置される第１パンチプレートのガイド孔に、第１パンチプレートの連結ロッドは該第１パンチプレートの次に配置される第２パンチプレートのガイド孔に、第２パンチプレートの連結ロッドは該第２パンチプレートの次に配置される第３パンチプレートのガイド孔に、それぞれ挿通させることでユニット化が容易になる。

本発明によれば、受圧シリンダ機構を筒状シリンダとしたので、パンチを多段としてもシリンダを高さ方向に積層することなくベースプレート上に配列することができるので、従来のプレス機械よりも小型化することができる。また、各シリンダを複数のパンチに対して１対１の関係で設けて筒状とし同一箇所に集中させた構造であるので、負荷荷重の合力を受圧中心部に集中させることが容易でシリンダ動作を介して遂行されるプレス成形加工動作の制御性を良好なものとすることができる。

プレス機械本体に設けた筒状シリンダとユニット化したダイセット及びパンチセットとの連結構造、つまり、それらの連結プレートにおける連結の構成を変更すれば、下部シリンダの不要な構造にもできるので、下部シリンダ用に地面を掘り下げる必要がなくなり、プレス機械の全高をさらに短縮化し、設置の容易な粉末成形プレス機械を提供することができる。

また、中心シリンダを囲繞して内側から外側に設けるそれぞれのシリンダを筒状構造としたことから、ピストン及びピストンロッドを任意の数、任意の位置に配置することができるので、設計の自由度が大きく、筒状シリンダにおける応力変形量を極力抑えることができる。一方、連結プレートを設けて、受圧シリンダ機構としての筒状シリンダと、ユニット化したダイプレート及びパンチプレートと、を分離構造としたので、それぞれを別個に設計することができるようになる。これにより、ダイプレート及びパンチプレートに連結される連結ロッドは、太さや長さにおける設計の自由度に幅ができるので、ダイセット側でも応力変形量を極力抑えることが可能になる。また、該分離構造としたことで、成形品の変更に際し、受圧シリンダ機構を分解することなくダイ及びパンチの交換を外段取りで行うことができ、段取時間を大幅に短縮化して生産性を向上させることができる。

さらに、油圧シリンダを同軸直列に積み重ねる構造ではないので、各構成部品の長さを短く、太くでき、撓みや応力変形の少ないプレス機械を提供することができる。これにより、サーボ制御（数値制御）における各構成部品の変形に対する補正値入力を減らすことができるので、制御性を向上させることが容易となる。

さらにまた、サーボ制御のための制御機器をダイやパンチではなく連結プレートに取り付ければ、成形品の変更に伴う制御機器の再度の取付、再配管、再配線が不要となるので、粉末成形プレス機械の立ち上げが容易になる。したがって、特許文献１のように複数の構成部品や各シリンダ毎に位置検出手段等を設置する必要がなくなるので、サーボシステムにおける制御機器の重複をなくすことができ、大幅にコストを削減したプレス機械を提供することができる。

以下、本発明に従う実施例を添付図面に基づき説明する。実施例１〜４では３段段付き成形品に対応する下パンチを用いたダイセット及び受圧機構について説明する。下記の説明では受圧シリンダ機構を液圧プレスのうち油圧プレスとして説明するが、該機構はその他の液圧プレスであってもよいし、空気のような気体からなる気圧プレスであってもよい。すなわち、液圧及び気圧の両者を含めた流体圧を利用するプレス機械に適用させることができるのである。

図１は、ダイ１０を取り付けるダイプレート２０ａ及びダイプレート２０ａと連結される連結ロッド２１ａからなるダイセット２ａと、下第１〜第３パンチ１１、１２、１３を取り付ける第１〜第３パンチプレート２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ及び第１〜第３パンチプレート２０ｂ、２０ｃ、２０ｄに連結される連結ロッド２１ｂ、２１ｃ、２１ｄからなるパンチセット２ｂ〜２ｄと、ベースプレート３に設けられる受圧シリンダ機構としてのシリンダ４ａ〜４ｄ（４ａが中心シリンダ、４ｂ〜４ｄが筒状シリンダ）及び下部シリンダ５と、を連結プレート６ａ〜６ｄを介して連結した粉末成形プレス機械１の部分縦断面図である。図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図、図４は実施例１に係る粉末成形プレス機械の斜視図である。なお、図２〜図４に示したように、各構成部品は放射状に配置されているので、その構造上、ａ−ａ中心線、ｂ−ｂ中心線上に配置されない構成部品もある。したがって、プレス機械の中心線に沿って縦断面図を作成すると、表記されない構成部品もある。そこで、図１では、本実施例のプレス機械全体像を掴みやすくするべく、図２、図３のｃ−ｃ線上における各構成部品を中心線であるａ−ａ線に投影し、これを基準にして各構成部品を記載してある。以下、これらの図１〜図４に基づいて実施例１を詳説する。

まず、受圧シリンダ機構としての中心シリンダ４ａ、筒状シリンダ４ｂ〜４ｄ及び下部シリンダ５について説明する。図１及び図２に示したように、この受圧シリンダ機構は、中心シリンダ４ａが、コアロッド１４を連結するコアピストン４１ａと、このコアピストン４１ａを駆動する作用室を形成するようにベースプレート３に立設された中央円筒壁４０ａとを具備し、また、筒状シリンダ４ｂ〜４ｄが、中心シリンダ４ａの中央円筒壁４０ａを囲繞するようにして所定間隔でベースプレート３に立設された環状壁４０ｂ〜４０ｄと、この環状壁４０ｂ〜４０ｄで囲まれた内部空間を作用室として駆動される環状ピストン４１ｂ〜４１ｄと、この環状ピストン４１ｂ〜４１ｄに立設されて連結プレート６ａ〜６ｃに連結されるピストンロッド４２ａ〜４２ｃとからなり、そして、中心シリンダ４ａのコアピストン４１ａ及び筒状シリンダ４ｂ〜４ｄのピストンロッド４２ａ〜４２ｃを気密又は液密状態で貫通させ且つ各作用室を密閉する封止蓋４３を有している。

中央円筒壁４０ａと環状壁４０ｂ〜４０ｄは、ベースプレート３の上に、中央円筒壁４０ａが中央に配され、中央円筒壁４０ａより径の大きな環状壁４０ｂが同心で配列され、環状壁４０ｂより径の大きな環状壁４０ｃが同心で配列され、さらに環状壁４０ｃより径の大きな環状壁４０ｄが同心で配列されている。そして、立設された中央円筒壁４０ａによって形成される作用室に、コアロッド１４を往復運動させるコアピストン４１ａを内蔵し、各環状壁４０ｂ〜４０ｄによって囲まれた内部空間である作用室に、下第１〜第３パンチ１１〜１３を往復運動させる環状ピストン４１ｂ〜４１ｄを内蔵する。各ピストン４１ａ〜４１ｄにはシール部材４５が設けられてピストン駆動用の圧油をシールする。本実施例では、中心シリンダ４ａ及び筒状シリンダ４ｂ〜４ｄを同心で配列することで、負荷荷重の合力を受圧中心部に集中させる構成としてある。

環状ピストン４１ｂ〜４１ｄのそれぞれには、ピストンロッド４２ａ〜４２ｃが連結されている。このピストンロッド４２ａ〜４２ｃは、環状ピストン４１ｂ〜４１ｄが円周方向に比較的薄いため、その構造上、太くすることができない。そこで、本実施例では、図２に示したように、ピストンロッド４２ａ〜４２ｃを、各環状ピストン４１ｂ〜４１ｄに複数本周方向に隔設することにより、断面内では放射状に配列されている。図２では、ピストンロッド４２ａは４本、ピストンロッド４２ｂは８本、ピストンロッド４２ｃは１２本である。また、ピストンロッド４２ａ〜４２ｃの長さを、図１に示したように、環状ピストン４１ｂ〜４１ｄのストロークに対して２倍程度と短くし、加圧成形時に上パンチを介して負荷される上部シリンダからの負荷荷重に対し応力変形の少ない構造を実現している。このピストンロッドの数、配置、構造はプレス機械の成形能力と受圧能力の関係から適宜設計変更される。なお、コアピストン４１ａを、筒状シリンダ４ｂ〜４ｄのピストン４１ｂ〜４１ｄとピストンロッド４２ａ〜４２ｃと同様に、コアピストンと、これに連結されるコア用ピストンロッドとに分けて構成してもよい。

封止蓋４３には、コアピストン４１ａ、ピストンロッド４２ａ〜４２ｃを突出させる穴が設けられており、コアピストン４１ａ、ピストンロッド４２ａ〜４２ｃを突出させて、ベースプレート３と共にシリンダ全体を挟持して液密状態に密閉したシリンダ４ａ〜４ｄを構成する。封止蓋４３にはシールハウジング４４ａ〜４４ｄが設けられて、コアピストン４１ａ、ピストンロッド４２ａ〜４２ｃとシリンダ４ａ〜４ｄの外端面との間をシールする。また、コアピストン４１ａ、ピストンロッド４２ａ〜４２ｃを上下に駆動する圧油を注入又は排出する配管口４６ａが封止蓋４３に、同じく配管口４６ｂがベースプレート３に設けられている。つまり、コアピストン４１ａ、各ピストンロッド４２ａ〜４２ｃを上方に駆動する場合には、配管口４６ｂから作用室内に圧油を注入すると共に配管口４６ａから圧油を排出し、下方に駆動する場合には、配管口４６ａから作用室内に圧油を注入すると共に配管口４６ｂから圧油を排出する。

下部シリンダ５は、中心シリンダ４ａ及び筒状シリンダ４ｂ〜４ｄとは別個にベースプレート３の下に設けられて、ダイ１０を駆動する。この下部シリンダ５は、図１に示したように、ベースプレート３の下面に設けられたダイ用シリンダ壁５０、ダイ１０を駆動するダイ用ピストン５１、ダイセット２ａに連結される可動ロッド５２、ダイ用ピストン５１と可動ロッド５２を連結するダイ用ピストンヘッド５３からなる。ダイ用ピストン５１にもシール用のシール部材４５が設けられている。また、ベースプレート３及びダイ用シリンダ壁５０の側壁にダイ用ピストン５１を駆動するための圧油の配管口４６ｃ、４６ｄが設けられている。なお、下部シリンダ５は、ベースプレート３の下面に直接設ける必要はなく、下記に説明する実施例４の図１０のような別途の構成であってもよい。

連結プレート６ａ〜６ｄは、ピストンロッド４２ａ〜４２ｃと可動ロッド５２のそれぞれと連結される。図１〜図４から確認できるように、連結プレート６ａ〜６ｄは筒状シリンダ４ｂ〜４ｄ及び下部シリンダ５に対応するように設けられている。すなわち、筒状シリンダ４ｂに対応して連結プレート６ａが、筒状シリンダ４ｃに対応して連結プレート６ｂが、筒状シリンダ４ｄに対応して連結プレート６ｃが、下部シリンダ５に対応して連結プレート６ｄが、それぞれ設けられ、ピストンロッド４２ａと連結プレート６ａが、ピストンロッド４２ｂと連結プレート６ｂが、ピストンロッド４２ｃと連結プレート６ｃが、可動ロッド５２と連結プレート６ｄが、それぞれ連結される。

図３において、連結プレート６ａ〜６ｃは外側に向かう程、径が大きくなる環状であり、最も外側にある連結プレート６ｄは長方形である。しかし、この形は任意であってよい。すなわち、連結プレートの全てを円形や長方形、楕円にしてもよく、これらの組み合わせであってもよい。また、連結プレート６ａ〜６ｄの上面には以下に説明するユニット化したダイセット２ａ及びパンチセット２ｂ〜２ｄの各連結ロッド２１ａ〜２１ｄを固定する連結凹部６０ａ〜６０ｃ及び連結孔６０ｄが設けられている。なお、連結プレート６ａの中心にはコアピストン４１ａを案内するガイド孔６１が設けられており、連結プレート６ｄの連結孔６０ｄは貫通している。

上述した受圧シリンダ機構をプレス機械１本体のベースプレート３に搭載した構成で設ける。

次に、ダイ１０及び下第１〜第３パンチ１１〜１３を取り付けるダイセット２ａ及びパンチセット２ｂ〜２ｄについて説明する。図１、図４から確認できるように、ダイセット２ａ及びパンチセット２ｂ〜２ｄは、最外殻のダイ１０を取り付けるダイプレート２０ａ、下第１パンチ１１を取り付ける第１パンチプレート２０ｂ、下第２パンチ１２を取り付ける第２パンチプレート２０ｃ、下第３パンチ１３を取り付ける第３パンチプレート２０ｄ、ダイプレート２０ａに連結される連結ロッド２１ａ、第１パンチプレート２０ｂに連結される連結ロッド２１ｂ、第２パンチプレート２０ｃに連結される連結ロッド２１ｃ、第３パンチプレート２０ｄに連結される連結ロッド２１ｄからなる。

ダイセット２ａ及びパンチセット２ｂ〜２ｄは、連結ロッド２１ａ〜２１ｄとコアピストン４１ａを案内するガイド孔７ａ〜７ｅを備えたミドルプレート７をベースにして、各プレート２０ａ〜２０ｄに連結ロッド２１ａ〜２１ｄをネジ２２によって連結し、この連結した連結ロッド２１ａ〜２１ｃを第１〜第３パンチプレート２０ｂ〜２０ｄに設けられたガイド孔２３ｂ〜２３ｄに挿通し、さらに、連結ロッド２１ａ〜２１ｄをミドルプレート７のガイド孔７ａ〜７ｄに挿通して、外段取りでユニット化される。したがって、ダイプレート２ａの連結ロッド２１ａは第１パンチプレート２０ｂのガイド孔２３ｂとミドルプレート７のガイド孔７ａに挿通され、第１パンチプレート２０ｂの連結ロッド２１ｂは第２パンチプレート２０ｃのガイド孔２３ｃとミドルプレート７のガイド孔７ｂに挿通され、第２パンチプレート２０ｃの連結ロッド２１ｃは第３パンチプレート２０ｄのガイド孔２３ｄとミドルプレート７のガイド孔７ｃに挿通され、第３パンチプレートの連結ロッド２１ｄはミドルプレート７のガイド孔７ｄに挿通される。なお、図１のダイセット２ａ及びパンチセット２ｂ〜２ｄは、中心線を基準に、右側が連結ロッド２１ａ〜２１ｃとガイド孔２３ｂ〜２３ｄの挿通関係を、左側が各プレート２０ａ〜２０ｄと連結ロッド２１ａ〜２１ｄのネジ２２による連結関係を示してあるので、左右対称の図として記載していない。しかし、実際には左右対称の構成である。図５以降も同様に示している。

ミドルプレート７において、ガイド孔７ａは連結プレート６ｄの連結孔６０ｄと、ガイド孔７ｂは連結プレート６ｃの連結凹部６０ｃと、ガイド孔７ｃは連結プレート６ｂの連結凹部６０ｂと、ガイド孔７ｄは連結プレート６ａの連結凹部６０ａと、ガイド孔７ｅは連結プレート６ａの中心に設けられたガイド孔６１と、それぞれ上下方向に対応する位置で設けられている。また、連結ロッド２１ａ〜２１ｄの連結プレート６ａ〜６ｄと固定される部分には、固定具６２ａ〜６２ｄ（図３参照）を嵌め込む例えば円周溝形状をした固定具嵌め込み溝２４ａ〜２４ｄが凹設されている。したがって、固定具６２ａは固定具嵌め込み溝２４ｄに、固定具６２ｂは固定具嵌め込み溝２４ｃ、固定具６２ｃは固定具嵌め込み溝２４ｂに、固定具６２ｄは固定具嵌め込み溝２４ａに嵌め込まれ、それによって連結ロッド２１ａ〜２１ｄを連結プレート６ａ〜６ｄに固定することになる。

なお、図１でダイ１０、下第１〜第３パンチ１１〜１３は、ダイ押え９ａ、ダイホルダ９ｂ、パンチ押え９ｃ、パンチ受け板９ｄ等の各アダプタによって、ダイプレート２０ａ及び第１〜第３パンチプレート２０ｂ〜２０ｄにセットされる。

以上のダイセット２ａ及びパンチセット２ｂ〜２ｄを、受圧シリンダ機構とは別個に、外段取りで構成してユニット化しておく。

受圧シリンダ機構としての筒状シリンダ４ｂ〜４ｄ及び下部シリンダ５と、パンチセット２ｂ〜２ｄ及びダイセット２ａと、を連結する組み立て操作は、まず、外段取りでユニット化したダイセット２ａ及びパンチセット２ｂ〜２ｄのミドルプレート７をミドルプレート支持台８に載せる。ミドルプレート支持台８は、ミドルプレート７を第３パンチプレート２０ｄと連結プレート６ａ〜６ｄの間に位置させる高さで設けられており、その上部にミドルプレート７をスライドさせるＬ型形状のスライド部８ａが設けられている。したがって、ミドルプレート７をミドルプレート支持台８に載せる場合には、ミドルプレート７を、ミドルプレート支持台８に適宜に設けたスライド部８ａまで持ち上げ、ここをスライドさせることで設置するようにすれば良い。このようにしてミドルプレート７がミドルプレート支持台８に設置されると、ガイド孔７ａ〜７ｄは連結プレート６ａ〜６ｄの連結凹部６０ａ〜６ｃ、連結孔６０ｄに対応した上方位置にくるようになり、ガイド孔７ｅには中心シリンダ４ａのコアピストン４１ａが挿通される。

次いで、筒状シリンダ４ｂ〜４ｄと下部シリンダ５を駆動して連結プレート６ａ〜６ｄを上昇させ、連結ロッド２１ｂ〜２１ｄを連結プレート６ａ〜６ｃの連結凹部６０ａ〜６０ｃに挿入し、連結ロッド２１ａを連結プレート６ｄの連結孔６０ｄに貫挿する。そして、図３に示したように、固定具６２ａ〜６２ｄを、連結ロッド２１ａ〜２１ｄの固定具嵌め込み溝２４ａ〜２４ｄに嵌め込み、所定数のボルトで固定する。本実施例では、固定具６２ａ〜６２ｄを各プレートにつき２個のボルト６３で連結プレート６ａ〜６ｄ上に固定する。コアロッド１４はコアピストン４１ａの上端に設けられたネジ溝によって連結される。

固定具６２ａ〜６２ｃは連結プレート６ａ〜６ｃの上面においてボルト６３で固定されているが、固定具６２ｄは連結プレート６ｄの下面においてボルト６３で固定されされている。これは、ダイ１０を取り付けるダイセット２ａの連結ロッド２１ａもパンチ１１〜１３を取り付けるパンチセット２ｂ〜２ｃの連結ロッド２１ｂ〜２１ｄと同様に連結プレート６ａ〜６ｃの上面側で固定してもよいが、ダイ１０に対する下部シリンダ５の抜き出し力が下方に大きく働き、ダイ１０を取り付けるダイセット２ａの連結ロッド２１ａに引張力が発生するので、連結プレート６ｄの下面に突き出た連結ロッド２１ａ部分の固定具嵌め込み溝２４ａに固定具６２ｄを嵌め込み、下面からボルト６３で固定する構成とすれば、下部シリンダによる抜き出し力に耐えられる構造となる。

以上の簡易な取付作業で、ユニット化したダイセット２ａ及びパンチセット２ｂ〜２ｄと、受圧シリンダ機構としての筒状シリンダ４ｂ〜４ｄ及び下部シリンダ５と、を連結固定することができる。

図５〜図７は図１の粉末成形プレス機械１による成形品の種々の各成形工程を示している。すなわち、図５は充てん工程を示しており、図６は加圧工程を示しており、図７は抜き出し工程を示している。

図５の充てん工程では、上部シリンダ（図示なし）によって上パンチ１５を上昇させ、体積充てん（落とし込み充てんや吸い込み充てん）、オーバフィルシステム、アンダフィルシステムなどの各充てん方式に従って、ダイ１０、コアロッド１４、下第１〜第３パンチ１１〜１３を、下部シリンダ５、中心シリンダ４ａ及び筒状シリンダ４ｂ〜４ｄで駆動制御して、充てん位置まで上昇させ、ダイ１０内部、コアロッド１４及び下第１〜第３パンチ１１〜１３間に形成された充てん空間内に粉末１６を充てんする。この場合、ダイや各パンチの位置決めの基準は下第３パンチ１３である。

図６の加圧工程では、上部シリンダを駆動して上パンチ１５を下降させ、ダイ１０、下第１〜第３パンチ１１〜１３、コアロッド１４とともに粉末１６を加圧する。この場合、下第１〜第３パンチ１１〜１３は上パンチ１５によって負荷荷重を受ける。したがって、環状ピストン４１ｂ〜４１ｄは、下第１〜第３パンチ１１〜１３の受けた負荷荷重がパンチセット２ｂ〜２ｃ及びピストンロッド４２ａ〜４２ｃを介して伝わり、図６に示した加圧位置で負荷荷重を受ける。また、上パンチ１５によって、ダイ１０及びコアロッド１４には下向き成分の側圧が加わるので、下部シリンダ５及びコアピストン４１ａにも下向きの負荷荷重が若干伝わり、図６に示したようにダイ用ピストン５１及びコアピストン４１ａは負荷荷重と油圧力との均衡位置にくる。

図７の抜き出し工程では、上部シリンダを駆動して上パンチ１５を上昇させ、下部シリンダ５によってダイ１０を下降させると共に、コアロッド１４を中心シリンダ４ａによって下降させて圧粉体の成形品１７を抜き出す。その際に、下第１パンチ１１及び下第２パンチ１２を筒状シリンダ４ｂ，４ｃによって下降させる。なお、下第３パンチ１３は駆動されず、抜き出し位置の基準となる。

これら中心シリンダ４ａ、筒状シリンダ４ｂ〜４ｄ及び下部シリンダ５の駆動は、サーボ制御（数値制御）によって行われる。この場合、サーボ制御のための制御機器は連結プレート６ａ〜６ｄに取り付けてある。なお、下記の実施例２〜４においても、粉末成形プレス機械の基本的な成形工程は同一であるので、説明を省略する。

図８は、下部シリンダの不要な実施例である。図８においても図１と同様に放射状に配置された各構成部品を中心線に投影した形で図示している。

下部シリンダの不要な実施例２では、下第１パンチ１１を取り付けるパンチセット２ｂをミドルプレート７に固定し、パンチセット２ｂに用いられていた筒状シリンダ４ｄをダイ１０を取り付けるダイセット２ａの駆動用に用いている。つまり、筒状シリンダ４ｄのピストンロッド４２ｃとダイセット２ａを連結プレート６ｄを介して連結した構成である。また、ピストンロッド４２ｃは、ダイ１０の抜き出し力に対応できるよう環状ピストン４１ｄ上に数多く配されている。つまり、通常、ダイの駆動には図１に示したような下部シリンダ５を用いて下方に大きな抜き出し力を発生させるので、これによる引張力に耐えられる可動ロッド５２（図１）が必要であるが、本実施例では環状ピストン４１ｄ上にピストンロッド４２ｃを数多く配置するようにして、ダイ１０の抜き出し力に耐えられる構造としている。これはシリンダを筒状にしてピストンロッドを環状ピストン上に任意の数及び任意の位置、つまり、所要に応じて適宜に数を増減し、又適正に配置できる本発明の構造だから実現できるものである。この構成により下部シリンダが不要となるので、下部シリンダ用に地面を掘り下げる必要がなくなり、設置が容易で、粉末成形プレス機械１の全高を短縮化することができる。

その他の構成は図１と同様であるのでその説明及び図面の符合を省略する。なお、本実施例では下第１パンチのパンチセット２ｂをミドルプレート７に固定しているが、他の下パンチのダイセットを固定してもよい。

図９は、下部シリンダの不要な他の実施例である。図９においても図１と同様に放射状に配置された各構成部品を中心線に投影した形で図示している。

下部シリンダの不要な他の実施例３では、中心シリンダが１段で筒状シリンダを４段に形成して、ダイ１０を取り付けるダイセット２ａ及び下第１〜第３パンチ１１〜１３を取り付けるパンチセット２ｂ〜２ｄの全てを筒状シリンダ４ｂ〜４ｅに連結している。この筒状シリンダ４ｅは、環状壁４０ｅを中央円筒壁４０ａに対して所定間隔を介し囲繞するようにして立設し、その環状壁４０ｅが囲む内部空間を作用室として環状ピストン４１ｅを内蔵し、該環状ピストン４１ｅに複数のピストンロッド４２ｄを立設して、液密状態で封止蓋４３により密閉されている。実施例３は、筒状シリンダ４ｅのピストンロッド４２ｄとダイ１０を取り付けるダイセット２ａを連結プレート６ｄで連結している点が実施例２と異なる。ピストンロッド４２ｄはダイ１０を駆動するのに用いられるので、実施例２の場合と同様に環状ピストン４１ｅ上に数多く設けられる。この構成により下部シリンダが不要となるので、粉末成形プレス機械１の設置が容易となり、その全高を短縮化することができるようになる。その他の構成は図１と同様であるのでその説明及び図面の符合を省略する。

図１０は、受圧シリンダ機構としての筒状シリンダとダイセットを一体化した実施例である。図１０においても図１と同様に放射状に配置された各構成部品を中心線に投影した形で図示している。

筒状シリンダとダイセットを一体化した実施例４では、第１〜第３パンチ１１〜１３を取り付けるパンチセット２ｂ〜２ｄと筒状シリンダ４ｂ〜４ｄが、連結プレート６ａ〜６ｃに直接固定されており、ダイ１０を取り付けるダイセット２ａはダイ用ピストンヘッド５３を介して下部シリンダのダイ用ピストン５２と直接固定されている。従って、図１に示したミドルプレート７、ミドルプレート支持台８、連結プレート４ｄ、可動ロッド５２、固定具６２ａ〜６２ｄ、ボルト６３等が不要となり、よりコンパクトでより単純な構造の粉末成形プレス機械１を提供することができる。その他の構成は図１と同様であるのでその説明及び図面の符合を省略する。なお、本実施例の下部シリンダは、図１のようにベースプレート３の下面にシリンダ機構を設けるのではなく、図１０に示したように図示しない別途の下部シリンダによって駆動される。また、本実施例の一体化構造は、実施例２、３に適用することも可能である。

上述した実施例１〜４における粉末成形プレス機械の成形能力が２０００［ｋＮ］である場合、ダイの抜き出し能力は８００［ｋＮ］、下第１〜第３パンチの合計受圧能力は成形能力の１．５〜２倍程度必要となるので、各種製品に対応するため、それぞれの受圧能力は下第１パンチに対して１４００［ｋＮ］、下第２パンチに対して１４００［ｋＮ］、下第３パンチに対して８００［ｋＮ］程度である。従って、実施例１のプレス機械の大きさは、各筒状シリンダのピストンストロークが１５０［ｍｍ］程度で使用油圧力が２０［Ｍｐａ］とすると、幅が１０００［ｍｍ］以内、ベースプレート及び下部シリンダを含む筒状シリンダの高さが１５００［ｍｍ］で、ダイセットの高さが１５００［ｍｍ］程度なので全高３０００［ｍｍ］以下に収めることができる。同様の条件で特許文献１に開示のプレス機械の構成をとると、その全高は４０００［ｍｍ］にも達する。したがって、本発明の粉末成形プレス機械は多段成形の受圧能力を落とすことなく大幅にコンパクト化がなされていることを確認できる。

実施例２及び実施例３のプレス機械では、ダイを筒状シリンダで駆動しており、下部シリンダが不要であるので、ベースプレートを含む筒状シリンダの高さは１０００［ｍｍ］以下にすることができる。これによりダイの上面高さ、つまり、作業面高さを従来の一般的な粉末成形プレス機械と比べて大幅に下げることができ、しかも、下部シリンダ用に設置ピットを掘り下げる必要がないので、プレス機械の設置が容易となる。また、プレス機械の構成に要する要素数の低減によって機械全体のコスト低減を図ることもできる。

実施例４のプレス機械では、筒状シリンダとダイセットを一体化するので、実施例１〜３のようにダイセットを設置する構成部品、例えば、ミドルプレート等が不要となるので、一体化した筒状シリンダとダイセットの高さを２５００［ｍｍ］程度にすることができる。これは、従来のメカニカルストッパ方式のものと同等の大きさである。

以上では、下パンチ関連の粉末成形プレス機械について説明したが、上パンチ関連を多段化する場合にもそのままの構造で転用することができる。

本発明の実施例１に係る粉末成形プレス機械の部分縦断面図。 図２のＡ−Ａ線断面図。 図２のＢ−Ｂ線断面図。 本発明の実施例１に係る粉末成形プレス機械の斜視図。 成形品の成形工程のうちの充てん工程を示した本発明の実施例１に係る粉末成形プレス機械の縦断面図。 成形工程のうちの加圧工程を示した本発明の実施例１に係る粉末成形プレス機械の縦断面図。 成形工程のうちの抜き出し工程を示した本発明の実施例１に係る粉末成形プレス機械の縦断面図。 本発明の実施例２に係る粉末成形プレス機械の縦断面図。 本発明の実施例３に係る粉末成形プレス機械の縦断面図。 本発明の実施例４に係る粉末成形プレス機械の縦断面図。

符号の説明

１ 粉末成形プレス機械
２ａ ダイセット
２ｂ〜２ｄ パンチセット
３ ベースプレート
４ａ 中心シリンダ
４ｂ〜４ｅ 筒状シリンダ
５ 下部シリンダ
６ａ〜６ｄ 連結プレート
７ ミドルプレート
７ａ〜７ｅ ガイド孔
８ ミドルプレート支持台
８ａ スライド部
９ａ ダイ押え
９ｂ ダイホルダ
９ｃ パンチ押え
９ｄ パンチ受け板
１０ ダイ
１１ 下第１パンチ
１２ 下第２パンチ
１３ 下第３パンチ
１４ コアロッド
１５ 上パンチ
１６ 粉末
１７ 成形品
２０ａ ダイプレート
２０ｂ〜２０ｄ パンチプレート
２１ａ〜２１ｄ 連結ロッド
２２ ネジ
２３ｂ〜２３ｄ ガイド孔
２４ａ〜２４ｄ 固定具嵌め込み溝
４０ａ 中央円筒壁
４０ｂ〜４０ｅ 環状壁
４１ａ コアピストン
４１ｂ〜４１ｅ 環状ピストン
４２ａ〜４２ｄ ピストンロッド
４３ 封止蓋
４４ａ〜４４ｄ シールハウジング
４５ シール部材
４６ａ〜４６ｄ 配管口
５０ ダイ用シリンダ壁
５１ ダイ用ピストン
５２ 可動ロッド
５３ ダイ用ピストンヘッド
６０ａ〜６０ｃ 連結凹部
６０ｄ 連結孔
６１ ガイド孔
６２ａ〜６２ｄ 固定具
６３ ボルト

Claims (11)

1. ダイを最外殻として中央にコアロッドを配し、該ダイとコアロッド間に直径の異なる１以上のパンチを併置してプレス成形を行う粉末成形プレス機械において、
   前記ダイを取り付けるダイプレート及び該ダイプレートと連結される連結ロッドからなるダイセットと、前記パンチを取り付けるパンチプレート及び該パンチプレートに連結される連結ロッドからなる１以上のパンチセットと、を備えると共に、コアロッドと連結される中心シリンダ及び該中心シリンダを囲繞する径の異なる１以上の筒状シリンダをベースプレート上に配設し、その筒状シリンダと少なくともパンチセットの連結ロッドとを対応する連結プレートを介して連結するようにし、流体圧で前記中心シリンダ及び前記筒状シリンダを駆動する構成としたことを特徴とする粉末成形プレス機械。
2. 前記中心シリンダが、コアロッドを連結するコアピストンと、該コアピストンを駆動する作用室を形成するようにベースプレートに立設された中央円筒壁とを具備し、また、前記筒状シリンダが、中心シリンダの中央円筒壁を所定間隔を介して囲繞するようにしてベースプレートに立設された環状壁と、該環状壁で囲まれた内部空間を作用室として駆動される環状ピストンと、該環状ピストンに立設されて連結プレートに連結されるピストンロッドとを具備し、且つ前記中心シリンダのコアピストン及び筒状シリンダのピストンロッドを気密又は液密状態で貫通させ且つ各作用室を密閉する封止蓋を有する構成とした請求項１記載の粉末成形プレス機械。
3. 前記環状ピストンには、前記ピストンロッドが相互に離設されて複数立設され、該複数のピストンロッドが前記連結プレートに連結されている請求項２記載の粉末成形プレス機械。
4. パンチセットの連結ロッドが、対応する連結プレートの連結凹部に挿入されて固定具で固定される請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の粉末成形プレス機械。
5. ダイセットの連結ロッドが、ベースプレート下に設けられダイを往復運動させる下部シリンダと連結された連結プレートに連結される請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の粉末成形プレス機械。
6. ダイセットの連結ロッドも、対応する連結プレートを介して筒状シリンダに連結される請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の粉末成形プレス機械。
7. ダイセットの連結ロッドが、対応する連結プレートの連結孔に貫挿されて固定具で固定される請求項５又は請求項６記載の粉末成形プレス機械。
8. 前記コアピストンを挿通させると共に、前記ダイセット及びパンチセットの連結ロッドを挿通させて連結プレートの連結凹部及び連結孔に案内するガイド孔を備えたミドルプレートと、前記ベースプレート上に設けられ、該ミドルプレートを最も内側のパンチを取り付けるパンチプレートよりも筒状シリンダ側に位置させるミドルプレート支持台と、をさらに備える構成とした請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の粉末成形プレス機械。
9. いずれかのパンチセットの連結ロッドが前記ミドルプレートに固定される請求項８記載の粉末成形プレス機械。
10. 一のパンチセットの連結ロッドがミドルプレートに固定され、該連結ロッドが固定されたパンチ用のピストンロッドが、連結プレートを介してダイセットの連結ロッドと固定具で固定される請求項９記載の粉末成形プレス機械。
11. パンチプレートが、他のプレートに連結された連結ロッドを挿通させるガイド孔を備えている請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の粉末成形プレス機械。
    

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