JP2009166046A - 粉末成形用給粉治具とそれを用いた給粉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】焼結部品の重量ばらつきを低減するために、粉末のキャビティへの流入性を経済的で取り扱い性にも影響を及ぼさない方法で高めてキャビティに対する粉末充填のばらつきを小さく抑えられるようにする。
【解決手段】対向配置された一対の支持部材間に複数のコイルばねを並列に配置し、各コイルばね４の一端を一方の支持部材２に、他端を他方の支持部材３にそれぞれ取り付けて構成された給粉治具を提供する。その給粉治具１をキャビティＣに対して粉末Ｐを投入する給粉ボックス１８の内部に自由状態で設置し、コイルばねで給粉ボックス１８内の粉末Ｐを掻き動かしながらキャビティへの粉末充填を行うと充填のばらつきが小さく抑えられる。
【選択図】図４

Description

この発明は、粉末成形装置に採用する粉末供給量を安定させるのに有効な給粉治具と、それを用いた粉末成形用の給粉装置に関する。

焼結部品の製造において圧粉成形工程で使用される粉末成形装置は、給粉装置を使用してダイと下パンチとの間、或いはダイと下パンチとコアとの間に形成されるキャビティに原料粉末を供給し、その後にキャビティ内の原料粉末をパンチで加圧して圧粉体を得る。

このときに使用する給粉装置は、ダイ上でスライドして退避位置と給粉位置（キャビティへの粉末投入位置）との間を往復運動する給粉ボックスと、ホッパ内の粉末を給粉ボックスに送り込むホースを備えている。給粉ボックスは側壁に囲われた領域内にキャビティの入口を取り込める大きさの箱であり、この給粉ボックスに前記ホース経由で送り込んだ粉末がダイの上面に開口したキャビティに導入されてキャビティに対する粉末の充填がなされる。

その給粉装置で、キャビティに対する粉末の充填性を改善したものが、下記特許文献１〜３に開示されている。特許文献1は、圧粉体の粉末不足箇所を予め検出しておき、給粉装置でキャビティに粉末を供給した後、粉末が不足する箇所に粉末充填調整装置を用いて粉末を補充することでキャビティの各部に粉末を均一に充填する方法を開示している。

また、特許文献２は給粉ボックスの内室に相当する部分を円錐状のフードで構成し、そのフードを振動手段で加振可能となした給粉装置（フィーダ）を開示しており、さらに、特許文献３は、給粉ボックス（ケーシング）内に複数の球を転動可能に設け、その球で粉末に振動や衝撃を加えることでキャビティへの粉末の入り込み性を向上させる給粉装置（粉末供給装置）を開示している。この特許文献２、３も、特許文献1と同じく粉末の均一充填を図ったものである。
特開昭５５−１３１１０１号公報 特開平１０−１１８７９３号公報 特開平１０−５８１９８号公報

焼結部品の原料粉末は擬似流体ではあるが、液体などに比べると流動性に劣り、周囲から圧迫されたりするとブリッジを生じてキャビティへの入り込みが悪くなることがある。流動性の悪い粉末を成形するときや、条件のよくないキャビティ、例えば、入口幅が狭い、或いは深さが深いために内部に空気が閉じ込められ易いキャビティに粉末を充填するときにはその現象が顕著になり、粉末の充填量が成形サイクル毎に変動してその充填量のばらつきが大きくなり、圧粉体を焼結して得られる製品の重量ばらつきも大きくなって不良品の発生率が高くなる。

また、キャビティの入り込み性の良い部分と悪い部分で粉末充填量にばらつきが生じて圧粉体の各部に強度信頼性などを低下させる密度差が発生することもある。

前掲の特許文献１〜３は、その問題に対応したものであるが、特許文献１の方法は、給粉後の粉末補充工程が必要になり、粉末成形の効率低下が起こる。また、キャビティに対する粉末の供給条件が毎回同じになる保証がなく、各回の供給条件のばらつきによって粉末が不足する箇所が変動することが考えられるため、この方法では安定した効果を期待し難い。

特許文献２が開示している装置も、条件の良くないキャビティに対する粉末の充填では、キャビティの各部における充填量にばらつきが生じる。特許文献１，２が開示している給粉装置は構造も複雑化し、充填量のばらつき低減に要する費用も高くつく。

これに対し特許文献３が開示している装置は、給粉ボックス内に複数の球を転動可能に設けるだけでよいので安価な対応が可能である。しかしながら、特許文献３の装置は、球の転動状況や粉末の落ち込み状況などが毎回変動し、各回の供給条件がばらつく。そのために、得られる圧粉体の密度が一定せず、最終的に得られる焼結部品の品質にばらつきが生じる。給粉量のばらつきは、成形速度を早くするとより顕著になり、従って、成形速度の向上も図り難い。また、この特許文献３の装置は、複数の小さな球を用いているため、球の取り扱いや作業性に問題が生じ、球を数多く使用するときには段取り換え時に球の回収漏れが起こることもありうる。さらに、キャビティの開口形状や開口の大きさによっては球がキャビティに落ち込む危険性があり、装置の使用自体が制限されやすい。

この発明は、粉末冶金法で製造される焼結部品の品質を安定させるために、給粉装置から供給される粉末のキャビティへの流入性を経済的で取り扱い性にも影響を及ぼさない方法で高め、各回の供給の条件も安定させてキャビティに対する粉末充填のばらつきを小さく抑えられるようにすること課題としている。

上記の課題を解決するために、この発明においては、給粉ボックス内に入れて使用する給粉治具とそれを用いた給粉装置を提供する。

この発明の給粉治具は、ダイとパンチを備える粉末成形装置の給粉ボックスの内部に設置して使用するものであって、対向配置された一対の支持部材間に複数のコイルばねを並列に配置し、各コイルばねの一端を一方の支持部材に、各コイルばねの他端を他方の支持部材にそれぞれ取り付けて形成され、給粉ボックスがダイ上をスライドしてホッパから供給された粉末をダイの上面に開口したキャビティに投入するときに、前記コイルばねで給粉ボックス内の粉末を掻き均すように構成されている。

一対の支持部材の両端は、連結ビームで互いに連結することができる。この給粉治具は、コイルばねの軸を給粉ボックスのスライド方向と交差する方向に向けて使用することができ、また、給粉ボックスのスライド方向に向けて使用することもできる。いずれの使用形態でも、前記コイルばねとして圧縮ばねを使用すると好ましい。

この発明は、上記の給粉治具を備える粉末成形用の給粉装置も提供する。その給粉装置は、ダイ上をスライドして退避位置と給粉位置との間を往復運動する給粉ボックスと、この発明の給粉治具を有し、その給粉治具を前記給粉ボックスに入れ、その給粉治具の各コイルばねが配置された空間を通してホッパから給粉ボックスに供給された粉末を前記ダイの上面に開口したキャビティに投入するように構成されている。

この発明の給粉治具を給粉ボックスに入れて給粉を行うと、給粉ボックス内に送り込まれた粉末が給粉治具の各コイルばねが配置された空間を通ってキャビティに落ち込む。このとき、前記空間に入り込んだ粉末は、給粉時に給粉ボックスとともに給粉治具が移動するので広範な領域で掻き均され、給粉ボックスの移動に起因した粉末の局所集中が起こらない。そのために、粉末によってキャビティ入口が急激に塞がれることがなくなる。また、治具の通過によって粉末に衝撃や押し込み力が付与されてキャビティへの粉末の入り込みが強制される。特に、粉末を掻き動かすときの抵抗変化でコイルばねが振動することが考えられ、粉末のブリッジが崩れ易くなって充填性がさらに高められる。これらの相乗効果でキャビティに粉末が落下するときのキャビティ内空気と粉末の置換が円滑になされ、入口幅が狭いとか、キャビティ深さが深いといった条件の良くないキャビティに対しても各部に粉末が入り込むようになってキャビティ内に空気が閉じ込められることが減少し、これにより成形サイクル毎の充填量のばらつきが小さくなって得られる圧粉体の密度と最終製品である焼結部品の品質が安定する。

この発明の治具は、ユニット化されているので前掲の特許文献３の給粉装置と違って不規則な動きをすることが少なく、成形サイクル毎の供給条件が安定する。このことも充填量のばらつき低減の効果をもたらす。また、充填量が安定することで成形速度を早めて生産性を向上させることも可能になる。

なお、対の支持部材は連結ビームで連結することができ、そのようにしたものは、前記コイルばねとして圧縮ばねだけでなく引っ張りばねを使用することも可能になる。ただし、コイルばねとして圧縮ばねを使用したものは、その圧縮ばねを連結部材にして対の支持部材を互いに連結することができ、連結ビームを省いて構造を簡素化することができる。

この給粉治具は、コイルばねの軸が給粉ボックスのスライド方向と交差する向きにして使用したときに特に優れた効果が発揮されたが、コイルばねの軸が給粉ボックスのスライド方向に向けて使用しても充填量のばらつき低減の効果が得られる。

なお、この発明の給粉治具は、対の支持部材と複数のコイルばねで構成されているので、コスト負担も少なくて済む。また、ユニット化されているので取り扱いも容易である。さらに、治具のサイズをキャビティの開口径よりも大きくすることでキャビティへの落ち込みが防止されるため、使用制限を受けることもない。

以下、この発明の給粉治具とそれを用いた給粉装置の実施の形態について説明する。図１、図２は、給粉治具の第１実施形態を示している。この第１実施形態の給粉治具１は、平行配置の一対の支持部材２、３間に複数本のコイルばね４を並列に配置し、各コイルばね４の一端を一方の支持部材２に、他端を他方の支持部材３にそれぞれ取り付けて形成されている。支持部材２、３間の空間は粉末の通路空間６となる。その通路空間６に、同空間を横切ってコイルばね４が配置される。

図１の治具は、そのコイルばね４として圧縮ばねを用いている。図３に示すように対の支持部材２，３の両端を連結ビーム５で互いに連結してもよく、この構造の給粉治具１は、引っ張りばねを引き伸ばした状態にして対の支持部材２，３間に掛け渡してその引っ張りばねでコイルばね４を構成することもできる。

コイルばね４は、キャビティの大きさやそのキャビティに対する粉末の投入量などを考慮して適切な外径と適切な使用本数を決定する。

この給粉治具１は、粉末成形装置に採用し、その装置に設けられた給粉装置の給粉ボックスに入れて使用する。図４に、粉末成形装置の一例の概要を示す。例示の粉末成形装置１０は、ダイ１１と、下１〜下３の各パンチ１２_−１〜１２_−３と、下３パンチ１２_−３の内側に配置するコア１３と、上パンチ１４を組み合わせた粉末成形金型１５と、給粉装置１６を有している。ダイ１１の上面に開口したキャビティＣには粉末Ｐが充填され、その粉末Ｐを粉末成形金型１５で圧縮成形して圧粉体を得る。焼結部品は、その圧粉体を焼結して製造される。

給粉装置１６は、ホッパ（図示せず）からホース１７経由で給粉ボックス１８に供給される粉末Ｐを、給粉ボックス１８からキャビティＣに落とし込んで充填する。給粉ボックス１８はダイ１１上をスライドして退避位置と給粉位置（図４に実線で示した位置）との間を往復運動する。その給粉ボックス１８の内部に給粉治具１を収納し、この給粉治具１の通路空間６を通してホッパから給粉ボックス１８に供給された粉末Ｐをダイの上面に開口したキャビティＣに投入するように構成されている。

給粉治具１は、給粉ボックス１８内に自由状態（自由に動ける状態）に配置されるが、粉ボックス１８内での動き代が過大とならないように全体サイズが設定される。

なお、図４では、給粉治具１を、コイルばね４の軸が給粉ボックス１８のスライド方向を向くように給粉ボックス１８に収納しているが、その給粉治具１は、コイルばね４の軸が給粉ボックス１８のスライド方向と交差する方向に向けて使用することもできる。どちらの使用形態においても、給粉ボックス１８がダイ１１上をスライドしてホッパから供給された粉末Ｐをダイ１１の上面に開口したキャビティＣに投入するときに、コイルばね４が給粉ボックス１８内の粉末Ｐを掻き均す。その動作でキャビティへの粉末の入り込みが改善されて充填量のばらつきが小さくなる。

以下に、この発明の実施例を挙げる。
−実施例１−
以下の仕様の給粉治具（発明品）を試作した。
・支持部材：Ｓ４５Ｃの棒材
・コイルばね：直径２１ｍｍ
・コイルばねの設置本数：７本
・コイルばねの設置ピッチＰ：２１ｍｍ
・治具の全体寸法：１４９ｍｍ×１５４ｍｍ

この給粉治具を、コイルばねの軸が給粉ボックスのスライド方向と直交する向きにして給粉ボックスに入れた粉末成形装置と、給粉治具無しの粉末成形装置を用いて略図５の形状の、最大部直径８２ｍｍの圧粉体Ａ（基準単重：２５９ｇ、原料組成：２．０ｍａｓｓ％Ｃｕ−０．８ｍａｓｓ％Ｃ−残Ｆｅ）を２００Ｔｏｎプレス機で連続成形し、そのときのキャビティに対する粉末の充填性を圧粉体Ａの重量ばらつきを調べて評価した。圧粉体Ａの成形個数は２００個とした。キャビティに対する粉末の充填は、オーバーフィル（金型を相対移動させてキャビティ容積を増加させて充填を行う方法）無し、シェイク（揺すり）無しで実施した。

この試験での圧粉体の重量ばらつきの測定結果を図６に示す。図６（ａ）は治具無し、図６（ｂ）は治具有りのデータ（金型の温度は無視）である。治具無し時の重量ばらつきの平均値σ＝０．７４ｇに対し、治具有り時の重量ばらつきの平均値σは０．２８ｇに減少しており、この試験結果に、この発明の給粉治具を使用することの有効性が明確に現れている。このばらつき抑制効果により、成形速度を１０ｓｐｍ（ｓｐｍは１分間当たりの成形個数）程度にまで高めることが可能になった。

−実施例２−
実施例１で使用した給粉治具と同じ治具を試作し、その治具をコイルばねの軸が給粉ボックスのスライド方向と直交する向きにして給粉ボックスに入れ、このように構成した粉末成形装置を使用して略図７の形状の外径φ５２ｍｍの圧粉体Ｂ（基準単重：３０４ｇ、原料組成：１．５ｍａｓｓ％Ｃｕ−０．６ｍａｓｓ％Ｃ−残Ｆｅ）を２００Ｔｏｎプレス機で連続成形し、圧粉体の重量ばらつきを調べた。成形個数は実施例１と同じく２００個とした。また、成形速度は９．２ｓｐｍとした。この試験でもキャビティに対する粉末の充填は、オーバーフィル（金型を相対移動させてキャビティ容積を増加させて充填を行う方法）無し、シェイク（揺すり）無しとした。

この試験での圧粉体Ｂの重量ばらつきの測定結果を図８に示す。図８（ａ）は治具無し、図８（ｂ）は治具有りのデータ（金型の温度は無視）である。治具無し時の重量ばらつきの平均値σ＝０．９３ｇに対し、治具有り時の重量ばらつきの平均値σは０．５８ｇに減少しており、この試験結果にもこの発明の給粉治具を使用することの有効性が現れている。

−実施例３−
・コイルばね：直径１７ｍｍ
・コイルばねの設置本数：１０本
・コイルばねの設置ピッチＰ：１７ｍｍ
で、その他の仕様は実施例１で使用した治具と同じ給粉治具を用意し、この治具を、コイルばねの軸が給粉ボックスのスライド方向と直交する方向に向けて給粉ボックスに入れた粉末成形装置と、コイルばねの軸が給粉ボックスのスライド方向を向くようにして給粉ボックスに入れた粉末成形装置を使用して実施例２で成形したものと同じ圧粉体Ｂを実施例２と同じ条件で成形した。成形個数も実施例２と同じく２００個とした。
この試験でもキャビティに対する粉末の充填は、オーバーフィル（金型を相対移動させてキャビティ容積を増加させて充填を行う方法）無し、シェイク（給粉ボックスの揺すり）無しとした。

この試験での圧粉体の重量ばらつきの測定結果を図９と図１０に示す。図９は、コイルばねの軸を給粉ボックスのスライド方向と直交する向きにした治具を使用したときの重量ばらつきの測定結果、図１０は、各試験の重量ばらつきの平均値をグラフ化して示している。この図９、図１０からわかるように、コイルばねの直径が小さくても、その使用本数を増やせば使用コイルばねの直径が大きい治具と遜色のない効果が得られる。

なお、コイルばねの軸を給粉ボックスのスライド方向と直交する向きにした治具は、同一径のコイルばねの軸を給粉ボックスのスライド方向に向けた治具に比べると効果が大きい。その結果が図１０に表れている。

この発明の給粉治具の実施の形態を示す平面図 図１の給粉治具の側面図 この発明の給粉治具の他の実施の形態を示す平面図 粉末成形装置の一例の概要を示す断面図 圧粉体の一例を示す部分破断斜視図 実施例1での（ａ）治具無し時の圧粉体の重量ばらつきの測定結果を示す図、（ｂ）治具有り時圧粉体の重量ばらつきの測定結果を示す図 圧粉体の他の例を示す斜視図 実施例２での（ａ）治具無し時の圧粉体の重量ばらつきの測定結果を示す図、（ｂ）治具有り時圧粉体の重量ばらつきの測定結果を示す図 実施例３でコイルばねの軸を給粉ボックスのスライド方向と直交する向きにした治具使用時の圧粉体の重量ばらつきの測定結果を示す図 コイルばねの軸を給粉ボックスのスライド方向と直交する向きにした治具とスライド方向に向けた治具を使用したときの圧粉体の重量ばらつきの平均値を比較した図

符号の説明

１ 給粉治具
２、３ 支持部材
４ コイルばね
５ 連結ビーム
６ 通路空間
１０ 粉末成形装置
１１ ダイ
１２_−１〜１２_−ｎ 下パンチ
１３ コア
１４ 上パンチ
１５ 粉末成形金型
１６ 給粉装置
１７ ホース
１８ 給粉ボックス
Ｃ キャビティ
Ｐ 粉末
Ａ、Ｂ 圧粉体

Claims (6)

1. ダイとパンチを備える粉末成形装置（１０）の給粉ボックス（１８）の内部に設置して使用する治具であって、対向配置された一対の支持部材（２，３）間に複数のコイルばね（４）を並列に配置し、各コイルばね（４）の一端を一方の支持部材（２）に、各コイルばね（４）の他端を他方の支持部材（３）にそれぞれ取り付けて形成されたことを特徴とする粉末成形用給粉治具。
2. 一対の支持部材（２，３）の両端を連結ビーム（５）で互いに連結した請求項１に記載の粉末成形用給粉治具。
3. 前記コイルばね（４）として、圧縮ばねを使用した請求項１又は２に記載の粉末成形用給粉治具。
4. 前記コイルばね（４）の軸を前記給粉ボックス（１８）のスライド方向と交差する方向に向けて前記給粉ボックス（１８）に収納可能とした請求項１〜３のいずれかに記載の粉末成形用給粉治具。
5. 前記コイルばね（４）の軸を前記給粉ボックス（１８）のスライド方向に向けて前記給粉ボックス（１８）に収納可能とした請求項１〜３のいずれかに記載の粉末成形用給粉治具。
6. ダイ（１１)上をスライドして退避位置と給粉位置との間を往復運動する給粉ボックス（１８）と、請求項１〜５のいずれかに記載の給粉治具（１）を有し、前記給粉治具（１）を前記給粉ボックス（１８）に入れ、その給粉治具（１）の各コイルばね（４）が配置された通路空間（６)を通してホッパから給粉ボックス（１８）に供給された粉末（Ｐ）を前記ダイ（１１）の上面に開口したキャビティ（Ｃ）に投入するように構成された粉末成形用給粉装置。

Images