JP2005297002A - 多段式粉末成形プレス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粉末成形品の加工精度を確保するができ、省エネ化及び省スペース化を図ることができる多段式粉末成形プレス装置を提供する。
【解決手段】ダイ１０と、上パンチ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃと、複数の下パンチ１３、１４、１５と、ダイプレートとを備えた多段式粉末成形プレス装置１において、各下パンチ１３、１４、１５を上下動させる各下パンチ１３、１４、１５ごとに設けられた複数の駆動シリンダ２３、２４、２５と、上パンチ１１Ａ、１１Ｂ，１１Ｃが成形粉末を押圧することにより各下パンチ１３、１４、１５に生じる荷重を支持する各下パンチ１３，１４，１５ごとに設けられた複数の位置決めシリンダとが設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、上パンチと複数の下パンチにより所定形状の粉末成形品を成形する多段式粉末成形プレス装置に関する。

従来の多段式粉末成形プレス装置としては、昇降可能に支持され、成形粉末を充填する充填部が形成されるダイと、ダイの充填部に向かい進退可能に支持された上パンチと、複数の下パンチと、複数の下パンチを上下動させる油圧シリンダと、充填部内に成形粉末が充填されたとき、ダイ内にて、複数の下パンチと上パンチとによって成形粉末を圧縮して所望の成形品を形成する油圧式の多段式粉末成形プレス装置が知られている（下記特許文献１参照）。

このような油圧式の多段式粉末成形プレス装置においては、粉末成形品を成形する際に下パンチには過大な荷重がかかり、油圧シリンダが下パンチにかかる過大な荷重を支持するため、油圧シリンダは大径の高出力の油圧シリンダにより構成されており、また、油圧シリンダは下パンチの位置を変位させるため、油圧シリンダのピストンロッドのストロークが長く構成されている。
特公平７−１１５２３３号公報

ところで、上記従来の油圧式の多段式粉末成形プレス装置においては、上記のようにダイを駆動させる油圧シリンダが、高出力の油圧シリンダにより構成されているため、多段式粉末成形プレス装置本体のランニングコストが高くなるという問題があり、また、高出力の油圧シリンダは、駆動速度が遅いため、粉末成形品の成形速度が遅いという問題があり、さらに、大径の油圧シリンダが下パンチを変位させるため、油圧シリンダのピストンロッドのストロークが大きくなり、油圧シリンダ自体が大きなものとされ、装置本体が大きくなるという問題があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、ランニングコストを低廉に抑えることができ、また装置本体をコンパクトなものとすることができ、さらに成形速度の高速化を図ることができる多段式粉末成形プレス装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、昇降可能に支持され、成形粉末を充填する充填部が形成されるダイと、該ダイの前記充填部に向かい進退可能に支持された上パンチと、前記ダイの前記充填部に対して相対移動可能に設けられた複数の下パンチと、前記ダイと一体に上下方向に移動可能に支持されたダイプレートとを備え、前記充填部内にて、前記下パンチと前記上パンチとが成形粉末を圧縮して所望の粉末成形品を形成する多段式粉末成形プレス装置において、該各下パンチを上下動させる前記各下パンチごとに設けられた複数の駆動シリンダと、前記上パンチが前記成形粉末を押圧することにより前記各下パンチに生じる荷重を支持する前記各下パンチごとに設けられた複数の位置決めシリンダとが設けられていることを特徴とする。

この発明に係る多段式粉末成形プレス装置によれば、位置決めシリンダは、粉末成形品が成形される際に下パンチにかかる過大な荷重を支持しており、駆動シリンダが下パンチを変位させる際には、下パンチには過大な荷重がかけられておらず、下パンチは、駆動シリンダにより容易に変位させられる。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された多段式粉末成形プレス装置において、前記下パンチと前記位置決めシリンダとが設けられ、前記駆動シリンダにより上下動される下パンチプレートと、該下パンチプレートを下死点近傍にて支持するストッパーとを備えることを特徴とする。

この発明に係る多段式粉末成形プレス装置によれば、駆動シリンダは、位置決めシリンダと下パンチとを一体的に変位させ、位置決めシリンダは、下パンチと一体的に変位する際には駆動されず、下パンチプレートがストッパーにより支持された後、粉末成形品が成形される際に駆動され下パンチを支持し、下パンチの位置の微調整をする。

請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された多段式粉末成形プレス装置において、 前記位置決めシリンダより下方に設けられて、前記下パンチを上下動させると共に、該下パンチに生じる荷重を支持するシリンダを備えてなることを特徴とする。

この発明に係る多段式粉末成形プレス装置によれば、位置決めシリンダより下方に配置されたシリンダは、成形粉末が充填されて成形品が充填部から抜出されるまでの間、下パンチを上下動させると共に、下パンチに生じる荷重を支持する。

本発明によれば、ランニングコストを低廉に抑えることができ、また装置本体をコンパクトなものとすることができ、さらに成形速度の高速化を図ることができる。

以下、図面を参照して、この発明に第１の実施形態について説明する。
図１から図４は、本実施形態に係る多段式粉末成形プレス装置を示した図である。
図１に示されるように、この多段式粉末成形プレス装置１は、位置制御機構２と、充填部Ａが形成されたダイ１０と、上パンチ機構１１と、下パンチ機構１２とから構成されている。

下パンチ機構１２は、最も外周側に配置された下パンチ１３と、この下パンチ１３の内周側に配置された下パンチ１４と、最も内周側に配置された下パンチ１５と、下パンチ１４を支持する位置決めシリンダ１６と、下パンチ１５を支持する位置決めシリンダ１７と、この位置決めシリンダ１７の下方に配置されたシリンダ１８と、下パンチ１３、１４、１５と位置決めシリンダ１６、１７とをそれぞれ支持する下パンチプレート１９、２０、２１と、シリンダ１８を支持する固定プレート２２と、下パンチプレート１９、２０、２１を上下動させる駆動シリンダ２３、２４、２５と、コアロッド２６とから構成されている。

位置決めシリンダ１６、１７とシリンダ１８は、駆動シリンダ２３、２４、２５より高出力の油圧シリンダにより構成されている。
位置決めシリンダ１６は下パンチプレート２０に設けられている。位置決めシリンダ１７は、位置決めシリンダ１６より下方に位置すると共に、下パンチプレート２１に設けられている。
また、シリンダ１８は、位置決めシリンダ１７より下方に位置すると共に、固定プレート２２に設けられている。
位置決めシリンダ１６、１７とシリンダ１８とは、それぞれシリンダ部２８、３０、３２と、シリンダ部２８、３０、３２に嵌挿されたピストンロッド２９、３１、３３とから構成されている。

シリンダ部３２は、固定プレート２２に固定されており、ピストンロッド３３は、シリンダ部３２内において摺動可能に支持されている。
また、シリンダ部２８、３０は、それぞれ下パンチプレート２０、２１に固定されており、ピストンロッド２９、３１は、シリンダ部２８、３０内において摺動可能に支持されている。
ピストンロッド２９、３１、３３の中心には、それぞれ貫通孔２９ａ、３１ａ、３３ａが形成されている。
貫通孔３１ａには、ピストンロッド３３が嵌挿されており、貫通孔２９ａには、ピストンロッド３１、３３が嵌挿されている。
また、ピストンロッド２９、３１、３３のそれぞれの中心軸線は、軸線Ｏと一致するように配置されている。
ピストンロッド３３がシリンダ部３２内で上下動可能なストロークは、他のピストンロッド３０、３１がシリンダ部２８、３０内にて上下動可能なストロークよりも長く構成されている。
さらに、ピストンロッド２９、３１、３３には、それぞれ、プレート２０ａ、２１ａ、２２ａが設けられており、このプレート２０ａ，２１ａ，２１ｃと下パンチプレート１９との端部には、リニアセンサー６１、６２、６３、６４が設けられている。

図２に示されるように、ピストンロッド３１の先端部には、貫通孔３６ａが形成された下パンチアダプタ３６が設けられ、下パンチアダプタ３６の上面には、貫通孔１５ａが形成された下パンチ１５が設けられている。
また、ピストンロッド２９の先端部には、貫通孔３５ａが形成された下パンチアダプタ３５が設けられており、下パンチアダプタ３５の上面には、貫通孔１４ａ形成された下パンチ１４が設けられている。

下パンチプレート１９の上面には、貫通孔３４ａが形成された下パンチアダプタ３４が設けられており、下パンチアダプタ３４の上面には、貫通孔１３ａが形成された下パンチ１３が設けられている。
下パンチ１５は貫通孔１４ａに嵌挿され、下パンチ１５の先端部は、ダイ１０に形成された充填部Ａ内に位置している。
また、下パンチ１４は貫通孔１３ａに嵌挿され、下パンチ１４の先端部は、充填部Ａ内に位置している。

コアロッド２６は、図１に示すコアロッドプレート２６ａの先端部に設けられ、貫通孔１５ａに嵌挿され、コアロッド２６の先端部は、充填部Ａ内に位置している。また、コアロッド２６の先端部には、図２に示すように、僅かに縮径された段差部２６ｂが形成されている。
図１に示すように、コアロッドプレート２６ａの下面には、油圧シリンダ２７が設けられている。
下パンチ１３、１４、１５と、コアロッド２６との中心軸は、ぞれぞれ、軸線Ｏに一致するように配置されている。

駆動シリンダ２３、２４、２５は、シリンダ部３７、３９、４１と、シリンダ部３７、３９、４１に嵌挿されたピストンロッド３８、４０、４２とから構成されている。
ピストンロッド３８の上端部は、下パンチプレート１９の下面に固定されており、ピストンロッド４０の先端部は、下パンチプレート２０の下面に固定されている。
また、ピストンロッド４２の先端部は、下パンチプレート２１に固定されている。

下パンチプレート１９、２０、２１の下方には、下パンチプレート１９、２０、２１のそれぞれの下死点を設定するストッパー５２、５３、５４が設けられている。
ストッパー５２、５３，５４の上端部には、プレート位置探知センサー６５、６６、６７が設けられている。

ダイ１０は、下ラムにより上下動させられる下ラムプレート５７に固定されており、上下動可能に支持されている。下ラムプレート５７は、機械系の駆動源に連設された下ラムにより駆動される。
なお、図３に示されるように、上パンチ機構１２は、下パンチ機構と同様の構成とされている。
図１、図３に示されるように、位置制御機構２は、記憶部４４と、上パンチ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの位置を検出するリニアセンサー９１、９２、９３と下パンチ１３、１４、１５の位置を検出するリニアセンサー６１、６２、６３、６４と、演算部４７と、制御部４８とから構成されている。
記憶部４４には、各工程における上パンチ１１Ａ，１１Ｂ、１１Ｃと、下パンチ１３、１４、１５との位置の目標値が記憶されている。
演算部４７は、記憶部４４に記憶された目標値と、リニアセンサー６１、６２、６３，６４、９１、９２、９３により検出された上パンチ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ及び下パンチ１３、１４、１５の位置とを比較する機能と、プレート位置探知センサー６５、６６、６７、９４、９５からの信号により位置決めシリンダ１６、１７、８１、８２と駆動シリンダ２３、２４、２５、８４、８５との駆動を切り換える切換機能とを備えている。
制御部４８は、下パンチ機構１２の位置決めシリンダ１６、１７とシリンダ１８と、上パンチ機構１１の位置決めシリンダ８１、８２とシリンダ８３と、下パンチ機構１２の駆動シリンダ２３，２４、２５と上パンチ機構１１の駆動シリンダ８４、８５とを駆動させる機能を備えている。

次ぎに、このように構成された多段式粉末成形プレス装置１の作用について説明する。
図４（ａ）に示されるように、下パンチ１３、１４、１５は、充填部Ａ内において所定の位置に配置される。この際、図１に示す駆動シリンダ２３、２４、２５が、下パンチプレート１９、２０、２１を変位させることにより、下パンチ１３、１４、１５を所定の位置に配置する。
この際、位置決めシリンダ１６、１７は、下パンチ１４、１５と共に変位する。

充填工程においては、ダイ１０の充填部Ａに成形粉末Ｐが充填される。充填部Ａに成形粉末Ｐが充填されると、上パンチ１１Ａ，１１Ｂ、１１Ｃが下降して、成形粉末Ｐの上面を押圧する。
図４（ａ），（ｂ）に示されるように、粉末移動工程において、上パンチ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、充填部Ａ内に進出して、成形粉末Ｐを下方に向けて移動させる。
図１に示す駆動シリンダ２３、２４、２５は、下パンチプレート１９、２０、２１を下降させて、下パンチ１３、１４、１５を上パンチ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの下降速度と同じ速度で下降させる。
このように、上パンチ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの下降速度は、下パンチ１３、１４、１５の下降速度と同じため、成形粉末Ｐは上面と下面とが同時に移動し、粉末移動工程が完了する。

図１において、駆動シリンダ２５が下パンチプレート２１を所定の位置にまで下降させると、ストッパー５４が下パンチプレート２１の下面に当接することになり、下パンチ１５の下降が停止する。
この際、プレート位置探知センサー６７は、ストッパー５４の上端面に下パンチプレート２１が当接したことを感知すると、位置制御機構２の演算部４４に信号を送信する。
演算部４４は、プレート位置探知センサー６７からの信号を受信すると、制御部４８を介して、駆動シリンダ２５の駆動を停止させると共に、位置決めシリンダ１７を駆動させる。

図４（ｂ）、（ｃ）に示されるように、加圧工程においては、下パンチ１４、１５が下降すると共に、ダイ１０が上パンチ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと同期して下降する。
ダイ１０と上パンチ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃとが下降することにより、下パンチ１５が相対的に上昇することになり、成形粉末Ｐの下面が押圧されることになる。
また、上パンチ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの下降速度は、下パンチ１３、１４の下降速度よりも速いため、成形粉末Ｐの上面と下面とは、上パンチ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと、下パンチ１３、１４とにより同時に押圧される。
さらに、図１において、駆動シリンダ２３、２４が下パンチプレート１９、２０を下降させると、ストッパー５２、５３が下パンチプレート１９、２０の下面に当接することになり、下パンチ１４、１５の下降が停止する。
この際、プレート位置探知センサー６５、６６は、下パンチプレート１９、２０がストッパー５２、５３の上端部に当接したことを感知すると、位置制御機構２の演算部４４に信号を送信する。
演算部４４は、プレート位置探知センサー６５、６６からの信号を受信すると、制御部４８を介して駆動シリンダ２３、２４の駆動を停止させる共に、位置決めシリンダ１６、１７を駆動させる。

この加圧工程の終了直前においては、位置決めシリンダ１６、１７が下パンチ１４、１５を支持して、位置の微調整を行う。
また、加圧完了直前において、位置シリンダ１６、１７が下パンチ１４、１５の微調整を行う際には、図１に示すリニアセンサー６２、６３が下パンチ１４、１５の位置を検出し、演算部４７が下パンチ１４、１５の現在の位置と、下パンチ１４、１５の目標値とを比較する。
そして、下パンチ１４、１５の現在の位置が下パンチ１４、１５の目標値と異なるときには、制御部４８が位置決めシリンダ１６、１７を駆動し、下パンチ１４、１５の現在の位置が下パンチ１４、１５の目標値とが一致するように調整する。

図４（ｃ）に示されるように、上パンチ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが下死点に位置すると、充填部Ａには、略円形状の天板部７０と、天板部７０の周縁部に形成された周壁部７１と、天板部７０の中央部に形成された筒部７２とから構成された粉末成形品Ｓが形成される。

図４（ｃ）、（ｄ）に示されるように、パンチ撓み補正工程においては、ダイ１０が更に下降すると共に、上パンチ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと、下パンチ１５とが上昇する。
上パンチ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが上昇すると、下パンチ１３、１４、１５にかかる荷重が軽減されて、下パンチ１３、１４、１５の先端部が上方に向かって弾性復元する。
この際、位置決めシリンダ１７が下パンチ１５を僅かに上昇させ、油圧シリンダ２７がコアロッド２６を僅かに上昇させる。
このように、下パンチ１３、１４、１５が弾性復元力によって元形状に復帰するのとタイミングを合わせて、下パンチ１５とコアロッド２６を微小上昇させて、粉末成形品Ｓの強度の弱い天板部７０への局部的な力の集中を防止する。

このパンチ撓み補正工程においても、図１に示すリニアセンサー６２、６３が下パンチ１４、１５の位置を検出し、演算部４７が下パンチ１４、１５の現在の位置と、下パンチ１４、１５の目標値とを比較する。そして、下パンチ１４、１５の現在の位置が下パンチ１４、１５の目標値と異なるときには、制御部４８が位置決めシリンダ１６、１７を駆動し、下パンチ１４、１５の現在の位置が下パンチ１４、１５の目標値とが一致するように調整する。
そして、抜出工程においては、ダイ１０が下降すると共に、下パンチ１５及びコアロッド２６が上昇することにより、充填部から粉末成形品Ｓが抜き出される。

抜出工程が終了すると、下パンチ１３、１４、１５とダイ１０とはそれぞれ上昇し、所定の位置に配置され、上記充填工程が行われる。

この多段式粉末成形プレス装置１によれば、駆動シリンダ３７、３８、３９、８４、８５を低出力の油圧シリンダにより構成することができ、装置本体のコスト及び、ランニングコストを低廉なものとすることができる。
すなわち、加圧工程の終了直前及びパンチ撓み補正工程以外の工程においては、下パンチ１３、１４、１５には過大な荷重が上パンチから及ばされておらず、小さな駆動力で下パンチを変位させることができるため、下パンチを変位させる駆動シリンダ３７、３８、３９を低出力の油圧シリンダにより構成することができ、装置本体のコスト及び、ランニングコストを低廉なものとすることができ、上パンチ１１Ａ，１１Ｂを駆動する駆動シリンダ８４、８５についても同様の効果を得ることができる。

また、加圧工程の終了直前及びパンチ撓み補正工程以外の工程においては、位置決めシリンダ１６、１７は、下パンチプレート１９、２０に支持されており、下パンチ１４、１５と共に変位するため、位置決めシリンダ１６、１７のピストンロッド２９、３１は摺動しないため、位置決めシリンダ１６、１７に油を供給する必要がなく、ランニングコストを低廉なものとすることができ、上パンチ１１Ａ、１１Ｂを支持する位置決めシリンダ８１、８２についても同様の効果を得ることができる。

さらに、位置決めシリンダ１６、１７、８１、８２のピストンロッド２９、３１、８６、８７は、加圧工程の終了直前と、パンチ撓み補正工程とにおいて、上下パンチ１４、１５、１１Ａ，１１Ｂの位置を微調整する際に摺動するのみであり、他の工程においては、摺動することがないため、ピストンロッド２９、３１、８６、８７のストロークは、上下パンチ１４、１５、１１Ａ，１１Ｂの位置を微調整するために必要なストロークとすることができ、位置決めシリンダ１６、１７、８１、８２をコンパクトに構成することができる。
すなわち、ピストンロッド２９、３１、８６、８７は、加圧工程の終了直前とパンチ撓み補正工程とにおいて、上下パンチ１４、１５、１１Ａ，１１Ｂの位置を微調整するために僅かに摺動することができればよく、位置決めシリンダ１６、１７、８１、８２の軸線Ｏ方向の長さを短く構成することができ、装置本体のコンパクト化を図ることができる。

さらに、加圧工程の終了時において、位置決めシリンダ１６、１７が下パンチ１４、１５の微調整を行う際には、位置制御機構２が上下パンチ１３、１４、１５、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの位置と、上下パンチ１３、１４、１５、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの目標値とが一致するように調整するため、粉末成形品の加工精度を確保するができる。

なお、本実施形態においては、シリンダ１８には、下パンチが設けられていないが、下パンチを設けてもよい。
この際、シリンダ１８は、固定プレート２２に固定されている一方で、ピストンロッド３３のストロークは、他の位置決めシリンダよりも長く構成されている。
このため、シリンダ１８は、充填工程から抜出工程に亘って下パンチを上下動させると共に、加圧工程等において下パンチに生じる荷重を支持することができる。
また、本実施形態においては、位置決めシリンダ１６、１７とシリンダ１８とが軸線Ｏ方向に３箇所に設けられている多段式粉末成形プレス装置について記載されているが、これに限られず、２箇所であってもよく、さらに、４箇所以上設けられていても良い。
さらに、本実施形態において、下ラムは、機械式の駆動源により駆動されているが、油圧式の駆動源により駆動してもよい。
また、上ラムの位置制御することにより、全長の寸法制御が可能となる。

この発明に係る多段式粉末成形プレス装置によれば、粉末成形品の加工精度を確保するができ、省エネ化及び省スペース化を図ることができるため、産業上の利用可能性が認められる。

この発明の一実施の形態に係る多段式粉末成形プレス装置の成形粉末の断面図である。 図１に示された多段式粉末成形プレス装置の一部を拡大した断面図である。 上パンチを上下動させる上パンチ機構を示した断面図である。 （ａ）加圧工程において成形粉末が加圧されるときの状態を示す断面図である。（ｂ）加圧工程において成形粉末が加圧されるときの状態を示す断面図である。（ｃ）加圧工程終了時において粉末成形品が成形される際における断面図である。（ｄ）抜出工程における断面図である。

符号の説明

１ 多段式粉末成形プレス装置
２ 位置制御機構
１０ ダイ
１１ 上パンチ機構
１２ 下パンチ機構
１６、１７ 位置決めシリンダ
１８ シリンダ
１９、２０、２１ 下パンチプレート
２９、３１、３３ ピストンロッド

Claims (3)

1. 昇降可能に支持され、成形粉末を充填する充填部が形成されるダイと、該ダイの前記充填部に向かい進退可能に支持された上パンチと、前記ダイの前記充填部に対して相対移動可能に設けられた複数の下パンチと、前記ダイと一体に上下方向に移動可能に支持されたダイプレートとを備え、
   前記充填部内にて、前記下パンチと前記上パンチとが成形粉末を圧縮して所望の粉末成形品を形成する多段式粉末成形プレス装置において、
   該各下パンチを上下動させる前記各下パンチごとに設けられた複数の駆動シリンダと、前記上パンチが前記成形粉末を押圧することにより前記各下パンチに生じる荷重を支持する前記各下パンチごとに設けられた複数の位置決めシリンダとが設けられていることを特徴とする多段式粉末成形プレス装置。
2. 請求項１に記載された多段式粉末成形プレス装置において、
   前記下パンチと前記位置決めシリンダとが設けられ、前記駆動シリンダにより上下動される下パンチプレートと、該下パンチプレートを下死点にて支持するストッパーとを備えることを特徴とする多段式粉末成形プレス装置。
3. 請求項１又は２に記載された多段式粉末成形プレス装置において、
   前記位置決めシリンダより下方に設けられて、前記下パンチを上下動させると共に、該下パンチに生じる荷重を支持するシリンダを備えてなることを特徴とする多段式粉末成形プレス装置。
   
   
   

Images