JP2007038272A - 粉末投入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 粉末成形方法において、最初の成形を開始する前から、粉箱内の粉末密度を均等にする。
【解決手段】 金型のキャビティ容積を上回る容積を有する粉箱に一時的に粉末を貯留し、該粉箱から金型のキャビティへと粉末を投入して粉末成形を行う粉末投入方法において、成形品の成形開始前に、粉箱へと粉末を供給する際、粉箱内の粉量が所定量に至る前の時点で、粉末供給を一時中断して粉箱を振動させる（ステップ（３）、（８））。すると、粉末の持つ安息角が影響して粉箱内に円錐状に堆積する粉末を崩し、粉箱２０の全体に渡って均等に粉末を堆積させることが可能となる。そして、粉末供給を再開し、粉箱内の粉量が所定量に達した後に（ステップ（１０））、粉箱から成形型へと粉末を投入することで、最初の成形を開始する前から、粉箱内の粉末密度を均等にすることが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、粉末成形プレスの金型に対し、一定量の粉末を投入する方法に関するものである。

粉末成形プレスの給粉装置は、粉末供給源から供給される粉末を一時的に貯留する粉箱を備え、当該粉箱を粉末受給位置から金型のキャビティー上の粉末払出位置へとスライドさせて、金型のキャビティーへと粉箱内の粉末を投入する装置構成が一般的である。そして、金型へと投入される粉末の密度を一定に保つため、従来から種々の工夫がなされている。例えば、粉箱から金型のキャビティーへと粉末を投入する際の粉末密度を一定とするために、粉箱の底面を多孔状又は網状の粉末受け棚で構成すると共に、該粉末受け棚を加振機によって上下に振動させることにより、粉箱内の粉末をほぐしながら金型キャビティへと粉末を振い落す手法（例えば、特許文献１参照。）や、粉箱に振動を与えながら金型キャビティへと粉末を振い落す手法（例えば、特許文献２参照。）が挙げられる。

特開平６−１３６４０３号公報（〔請求項１〕、〔００１６〕） 実公平６−３４３３７号公報（第２頁第４欄、図１）

しかしながら、上記従来の手法によっても、成形の初期段階で得られる粉末成形品（数個）の密度が、連続成形時点で得られる製品よりも低くなる傾向があり、初期段階の粉末成形品の重量不良、寸法不良、割れ不良の原因となっていた。
かかる不良は、粉箱に粉末が供給される時点で、粉末の持つ安息角（粉末を水平面に静かに落下堆積させたときにできる円錐状の堆積物の側面斜面が、水平面とつくる角度（傾斜角）のこと。）が影響して、粉箱に粉末が均等に堆積せず、その結果、粉箱を粉末で満たすことができないことが一因となっている。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、粉末成形方法において、最初の成形を開始する前から、粉箱内の粉末密度を均等にすることを可能とし、成形の初期段階から所望の重量を有する粉末成形品を得ることにある。

上記課題を解決するための、本発明に係る粉末投入方法は、金型のキャビティ容積を上回る容積を有する粉箱に一時的に粉末を貯留し、該粉箱から金型のキャビティへと粉末を投入して粉末成形を行う粉末投入方法であって、連続粉末成形ステップにおける最初の成形品のための粉末投入前に、粉箱へと粉末を供給する際、粉箱内の粉量が所定量に至る前の時点で、粉末供給を一時中断して粉箱を振動させるステップと、粉末供給を再開するステップと、粉箱内の粉量が所定量に達した後に、粉箱から成形型へと粉末を投入するステップとを含むことを特徴とするものである。
本発明によれば、成形品の成形開始前に、粉箱へと粉末を供給する際、粉箱内の粉量が所定量に至る前の時点で、粉末供給を一時中断して粉箱を振動させることで、粉末の持つ安息角が影響して粉箱内に円錐状に堆積する粉末を崩し、粉箱の全体に渡って均等に粉末を堆積させることが可能となる。そして、粉末供給を再開し、粉箱内の粉量が所定量に達した後に、粉箱から成形型へと粉末を投入することで、最初の成形を開始する前から、粉箱内の粉末密度を均等にすることが可能となる。

また、本発明においては、粉箱内の粉量が所定量に至る前の時点で、前記粉末供給を一時中断して粉箱を振動させた後、粉末供給を再開するステップを複数回繰り返すことが望ましい。
本発明によれば、かかるステップを複数回繰り返すことで、最初の成形を開始する前から、粉箱内の粉末密度をより確実に均等化することが可能となる。

また、本発明において、前記粉末供給を一時中断して粉箱を振動させるステップを、粉箱内に所定量の３０〜６０％まで粉末が供給された時点で、少なくとも１回行うことが望ましい。
本発明によれば、粉箱を振動させることによる、粉箱内の粉末密度の均等化が確実に行われることとなる。

また、本発明において、前記粉箱の振動を、粉箱から金型のキャビティへと粉末を投入する際に、粉箱を粉末供給位置から金型上へと移動させるための駆動手段によって与えることが望ましい。
本発明によれば、粉箱を大きく揺り動かすように振動させることが可能となり、粉箱内に円錐状に堆積される粉末を効果的に崩し、粉箱内に均等に堆積させることが可能となる。

本発明はこのように構成したので、粉末成形方法において、最初の成形を開始する前から、粉箱内の粉末密度を均等にすることが可能となり、その結果として、成形の初期段階から所望の重量を有する粉末成形品を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
本発明の実施の形態に係る粉末成形プレスの給粉装置１０は、図２に示されるように、原料粉ホッパー１２と、粉末秤量機１４と、１回の成形に必要な粉量を上回る粉末容積を有するサブホッパー１６と、サブホッパー１６の粉末出口を開閉するシャッター１８と、１回の成形に必要な粉量を上回る粉末容積を有する粉箱２０とをこの順序で配置したものである。粉箱２０の容積は、金型２４のキャビティ２６の容積を上回るものであり、具体例として、金型のキャビティ２６の容積に対し５〜２０倍の容積を有している。
また、サブホッパー１６には、サブホッパー内の粉量感知センサー２２を備え、粉箱２０には、粉密度センサー４２を備えている。更に、粉箱２０を、シャッター１８直下の位置Ｐ１と、金型２４のキャビティー２６直上の位置Ｐ２との間で移動させる駆動手段２８と、粉量感知センサー２２の検出結果に基づき、１回の成形に必要な粉量を基準に調整された粉量を切出すように、粉末秤量機１４を制御する制御手段３０とを備えている。

粉末成形プレスの給粉装置１０の各構成について更に説明する。
ます、粉末秤量機１４は、振動式フィーダー３２と、漏斗状の粉末の一時貯留容器３４と、一時貯留容器３４の重量測定センサー３６と、一時貯留容器３４の粉末出口を開閉するシャッター３８とを備えている。シャッター３８は、シリンダー等の駆動手段によって開閉駆動されるものである。なお、原料粉ホッパー１２の直下に粉末秤量機１４を配置し、かかる粉末秤量機１４で計量された粉末を、振動式フィーダー３２に換えて、直接的に若しくは粉供給ロボットを用いて、サブホッパー１６へと供給することも可能である。

サブホッパー１６は漏斗状をなしており、その粉末出口は、シャッター１８の設置スペースを確保しつつ、粉箱２０の上面に可能な限り接近するように配置されている。したがって、サブホッパー１６から重力落下によって粉箱２０に落下した粉末が一定量以上になると、粉箱２０内に堆積した粉末自体がサブホッパー１６の粉末出口を塞ぐことで、粉末の流れはせき止められ、サブホッパー１６から粉箱２０への粉末の移動は物理的に停止することとなる。なお、シャッター１８は、シリンダー等の駆動手段によって開閉駆動されるものである

粉箱２０は、底面が開放され、上面は、サブホッパー１６から粉末供給を受けるための必要最小限の開口を備える蓋２０ａで塞がれている。そして、箱体２０は、ダイス２４Ａの上面に連続する平坦なスライドテーブル４０上を摺動自在となっている。更に、駆動手段２８を構成するシリンダのピストンロッド２８ａの伸縮により、箱体２０はスライドテーブル４０上を摺動し、箱体２０内の粉末は、シャッター１８直下の位置Ｐ１と、金型２４のキャビティー２６直上の位置Ｐ２との間を、矢印Ｓで示すように移動する。蓋２０ａは、粉箱２０がシャッター１８直下の位置Ｐ１と金型２４のキャビティー２６直上の位置Ｐ２との間を移動する間、サブホッパー１６の粉末出口を塞ぐことができるように、その一部が、図２の如く粉箱２０の端部から延長されている。なお、箱体２０、駆動手段２８、スライドテーブル４０、金型２４のダイス２４Ａ、下ポンチ２４Ｂ、上ポンチ２４Ｃは、既存の粉末成形プレスおよびその給粉装置と同様の構成を有するものである。

サブホッパー１６内の粉量感知センサー２２は、サブホッパー１６内の粉量が、最適な粉量の範囲の最少量以下であることを検出する最少粉量感知センサー２２Ａと、サブホッパー１６内の粉量が、最適な粉量の範囲の最大量以上であることを検出する最大粉量感知センサー２２Ｂとを備えており、何れの検出結果も、制御手段３０によって把握されるようになっている。
なお、制御手段３０は、パーソナルコンピュータ等の電子計算機によって構成することが可能であり、センサー２２の感知信号を受信するのみならず、駆動手段２８の作動制御、粉末秤量機１４の重量測定センサー３６の感知信号の受信、粉末秤量機１４によるサブホッパー１６への粉末供給量の決定、振動式フィーダー３２への制御信号の送受信、粉密度センサー４２の感知信号の受信等を行うものである。

続いて、図１、図２を参照しながら、本発明の実施の形態に係る粉末投入方法の各ステップを説明する。
（１）まず、粉末秤量器１４によって、原料粉ホッパー１２から必要量の粉末をサブホッパー１６へと供給する。そして、シャッター１８を開き、サブホッパ１６内の粉末を、粉箱２０へと投入する。前述の如く、粉箱２０を塞ぐ蓋２０ａには、サブホッパー１６から粉末供給を受けるための必要最小限の開口が形成されているので、粉箱が位置Ｐ１にあるとき、シャッター１８を開くことのみによって、粉末はサブホッパー１６から粉箱２０へと落下する。サブホッパー１６内の粉末が無くなると、シャッター１８を閉じて、原料粉ホッパー１２から粉末供給を受ける。そして、再びシャッター１８を開き、粉末を粉箱２０へと供給する。以上の粉末供給作業を、複数回（本実施の形態では５回）繰り返す。なお、この供給回数は、粉箱２０が粉末で満たされた状態の、３０〜６０％の粉末が供給されるための回数である。

（２）本発明の実施の形態では、５回の粉末供給を完了した後、シャッター１８を閉じる。
（３）そして、駆動手段２８によって粉箱２０を振動させる。この振動は、位置Ｐ１から位置Ｐ２へと粉箱２０を移動させる動作よりもストロークを短くして、複数回（２回から７回程度）行う。かかる振動により、粉箱２０内で円錐状に堆積した粉末は崩され、粉箱２０の全体に平均的に堆積する。
（４）続いて、シャッター１８を開く。
（５）そして、サブホッパー１６から粉箱２０への粉供給を再開する。
（６）サブホッパー１６から粉箱２０に落下した粉末が一定量以上になると、粉箱２０内に堆積した粉末自体がサブホッパー１６の粉末出口を塞ぐので、粉末の流れはせき止められ、サブホッパー１６から粉箱２０への粉末の移動は物理的に停止する。この状態では、サブホッパー１６内の粉末が残存していることから、センサー２２によって粉末が感知される。このように、センサー２２により粉末が感知されるまで、サブホッパー１６から粉箱２０への粉供給を繰り返す。

（７）ステップ（６）で、粉末が感知されると、シャッター１８を閉じる。
（８）そして、ステップ（３）と同様に、駆動手段２８によって粉箱２０を振動させる。かかる振動により、粉箱２０内で円錐状に堆積した粉末は崩され、粉箱２０の全体に平均的に堆積する。
（９）再度、シャッター１８を開く。
（１０）ステップ（８）において、粉箱２０内に、円錐状に堆積した粉末が崩された後も、サブホッパー１６内の粉末が残存していることが、センサー２２によって感知された場合には、それ以上の粉末の落下は生じないということであり、粉箱２０内には粉末が既に満たされた状態となっている。そこで、駆動手段２８によって粉箱２０を位置Ｐ１から位置Ｐ２へと粉箱２０を移動させ、粉末成形を開始する。
（１１）一方、ステップ（１０）において、センサー２２が粉末を感知しない場合には、ステップ（８）において、円錐状に堆積した粉末が崩された状態で、サブホッパー１６内の粉末が更に粉箱２０内へと落下したということである。よって、粉箱２０は未だ粉末で満たされていない状態にある。この場合には、再度シャッター１８を閉じる。
（１２）そして、原料粉ホッパー１２からサブホッパー１６に粉末を供給する。
（１３）再度シャッター１８を開き、サブホッパー１６から粉箱２０へと粉末を供給する。そして、センサー２２によって粉末が感知された時点で、粉箱２０内に粉末が満たされた状態となっている。そこで、駆動手段２８によって粉箱２０を位置Ｐ１から位置Ｐ２へと粉箱２０を移動させ、粉末成形を開始する。

なお、粉末成形の開始後は、シャッター１８を開けたままにしておくことにより、粉箱２０が位置Ｐ１に戻った時点で、自動的にサブホッパー１６から粉末が供給される。前述の如く、蓋２０ａは、粉箱２０がシャッター１８直下の位置Ｐ１と金型２４のキャビティー２６直上の位置Ｐ２との間を移動する間、サブホッパー１６の粉末出口を塞ぐことができるように、その一部が粉箱２０の端部から延長されている。よって、シャッター１８を開けたままで粉箱２０を位置Ｐ１から移動させても、サブホッパー１６から粉末が漏れ出すことはない。

上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。まず、成形品の成形開始前に、粉箱２０へと粉末を供給する際、粉箱内の粉量が所定量（粉箱が粉末で満たされた状態）に至る前の時点で、粉末供給を一時中断して粉箱を振動させることで（ステップ（３）、（８））、粉末の持つ安息角が影響して粉箱２０内に円錐状に堆積する粉末を崩し、粉箱２０の全体に渡って均等に粉末を堆積させることが可能となる。そして、粉末供給を再開し（ステップ（５）、（１２））、粉箱２０内の粉量が所定量に達した後に（ステップ（１０））、粉箱２０から成形型２４へと粉末を投入することで、最初の成形を開始する前から、粉箱２０内の粉末密度を均等にすることが可能となる。

図３（ａ）、（ｂ）には、密度センサー４２の出力電圧Ｖ（粉末密度に比例する）と、成形個数Ｎとの関係との関係が示されている。ここで、図３（ａ）は、サブホッパー１６から粉箱２０へと粉末を供給する際に、粉箱２０に振動を与えなかった場合を示しており、成形の初期段階では、粉箱２０の粉末密度が低いことが読み取れる。一方、図３（ｂ）は、本発明の実施の形態を示しており、成形の初期段階における、粉箱２０の粉末密度は、連続成形時の粉末密度と同様であることが読み取れる。図３（ｃ）には、本発明の実施の形態に係る、成形体重量Ｇと成形個数Ｎとの関係を示している。このように、本発明の実施の形態では、成形の初期段階から、所望の重量を有する粉末成形品を得ることが可能となる。

また、粉箱２０内の粉量が所定量に至る前の時点で、サブホッパー１６から粉箱２０への粉末供給を一時中断して粉箱２０を振動させ、その後、粉末供給を再開するまでのステップを複数回繰り返すことで（ステップ（３）〜（５）、（８）〜（１２））、最初の成形を開始する前から、粉箱２０内の粉末密度を、より確実に均等化することが可能となる。
又、粉末供給を一時中断して粉箱を振動させるステップ（ステップ（３））を、粉箱内に所定量の３０〜６０％まで粉末が供給された時点で、少なくとも１回行うことで、粉箱２０を振動させることによる、粉箱２０内の粉末密度の均等化が、確実に行われることとなる。なお、粉箱２０の最初の振動のタイミングがこれよりも遅くなると、粉末密度を均等にする効果が弱まることとなる。

しかも、本発明の実施の形態では、粉箱２０の振動を、粉箱２０から金型２４のキャビティ２６へと粉末を投入する際に、粉箱２０を粉末供給位置Ｐ１から金型上Ｐ２へと移動させるための駆動手段２８によって与えることで、粉箱２０を大きく揺り動かすように振動させることが可能となる。したがって、粉箱２０内に円錐状に堆積される粉末を効果的に崩し、粉箱２０内に均等に堆積させることが可能となる。また、既存の駆動手段２８を有効活用し、装置の複雑化を防ぐことが可能となる。

なお、粉箱２０の蓋２０ａに設けられた開口を大きくし、サブホッパー１６に対する粉箱２０の位置を、駆動手段２８によって変化させながら粉末供給を行うこととすれば、粉末は粉箱２０内に比較的均等に堆積することとなる。かかる場合には、粉箱２０を振動させる回数を少なくすることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る粉末投入方法のフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る、粉末投入方法が適用される粉末成形プレスの給粉装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る粉末投入方法の効果を示すグラフである。

符号の説明

１０：粉末成形プレスの給粉装置、１２：原料粉ホッパー、１４：粉末秤量機、１６：サブホッパー、１８：シャッター、２０：粉箱、２０ａ：蓋、２２：粉量感知センサー、２４：金型、２６：キャビティー、２８：駆動手段、３０：制御手段、３２：振動式フィーダー、３４：一時貯留容器、３６：重量測定センサー、３８：シャッター、４０：スライドテーブル、４２：粉密度センサー

Claims (4)

1. 金型のキャビティ容積を上回る容積を有する粉箱に一時的に粉末を貯留し、該粉箱から金型のキャビティへと粉末を投入して粉末成形を行う粉末投入方法であって、
   連続粉末成形工程における最初の成形品のための粉末投入前に、粉箱へと粉末を供給する際、粉箱内の粉量が所定量に至る前の時点で、粉末供給を一時中断して粉箱を振動させるステップと、粉末供給を再開するステップと、粉箱内の粉量が所定量に達した後に、粉箱から成形型へと粉末を投入するステップとを含むことを特徴とする粉末投入方法。
2. 粉箱内の粉量が所定量に至る前の時点で、前記粉末供給を一時中断して粉箱を振動させた後、粉末供給を再開するステップを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１記載の粉末投入方法。
3. 前記粉末供給を一時中断して粉箱を振動させるステップを、粉箱内に所定量の３０〜６０％まで粉末が供給された時点で、少なくとも１回行うことを特徴とする請求項１又は２記載の粉末投入方法。
4. 前記粉箱の振動を、粉箱から金型のキャビティへと粉末を投入する際に、粉箱を粉末供給位置から金型上へと移動させるための駆動手段によって与えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の粉末投入方法。
   
   

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