JP2011016148A - 粉末充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シューボックスから金型のダイに開口したキャビティに、原料粉末の密度不均一を抑制しつつ投入する。
【解決手段】キャビティ２に原料粉末ｐを供給するシューボックス３の内側に、このシューボックス３の移動方向に水平かつ垂直な回転軸４を設け、その外周に撹拌羽５を固定する。この回転軸４には第１のピニオン６が設けられ、この第１のピニオン６は第２のピニオン７を介して、ダイプレート８上に、シューボックス３の移動方向に沿うように形成したラック１１と噛み合っている。この噛み合いにより、撹拌羽５は、シューボックス３の前進・後退いずれの場合においても、シューボックス３の移動方向前方に原料粉末ｐを掻き均すように回転する。この撹拌羽５の作用により、シューボックス３内の原料粉末ｐの偏在が解消し、キャビティ２にこの原料粉末ｐの偏りを抑制しつつ投入することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、焼結部品用の粉末成形体を成形するプレス金型のダイに開口したキャビティに原料粉末を投入する粉末充填装置に関する。

粉末充填装置は、製品の形状に合わせたプレス成形金型のダイに、原料粉末が導入されるシューボックスを載せて摺動移動させ、このシューボックスから、前記ダイに形成したキャビティ内に前記原料粉末を投入するものである。この投入に伴って、シューボックス内に、給粉ホースを介して接続された原料ホッパーから原料粉末を逐次導入するようにしている。

この原料粉末は鉄系の粉末であるため、比重が比較的大きい。このため、シューボックスを移動させると、慣性によりシューボックス内でその移動方向後方に偏在する傾向がある。この偏在が生じると、キャビティに投入される原料粉末の量が前後方向で均一とならないため、キャビティ内で原料粉末の密度不均一が生じやすい。この密度不均一が生じると、焼結における寸法変化が製品の前後において均一とならず、寸法精度の点で問題となる恐れがある。

ここで、下記特許文献１には、シューボックス内に略鉛直方向を軸として回転する回転撹拌機でもって、このシューボックス内の原料粉末を撹拌する充填装置が開示されている。

特開２００３−１２６９９６号公報

シューボックス内における原料粉末の偏在は、シューボックスが後退するときにも生じるが、シューボックス内に多量の原料粉末が導入されている前進移動時に特に顕著である。

特許文献１に示されている撹拌機は、垂直回転軸の周りに撹拌棒を設けたものであって、この垂直回転軸の一方側（例えば、シューボックス移動方向の左側）で撹拌棒が前方に向かって動く場合、その他方側（例えば、同右側）では撹拌棒が後方に向かって動く。このような逆方向の動きをもって、シューボックス内の前後のいずれか一方側に偏在した原料粉末を掻き均すのは極めて効率が低い。

このため、原料粉末のシューボックス前後方向の偏在が解消しないままキャビティにこの原料粉末が投入され、成形体の密度不均一が生じる。その結果、従来と同様に、寸法精度の点で問題となる恐れがある。

そこで、この発明は、シューボックスから金型のダイに開口したキャビティに、原料粉末の密度不均一を抑制しつつ投入することを課題とする。

上記の課題を解決するため、この発明は、原料粉末が導入されるシューボックスを粉末成形プレス金型のダイ上で摺動しつつ移動させ、このシューボックスから前記ダイに開口したキャビティに原料粉末を投入する粉末充填装置において、前記シューボックス内に、このシューボックス底部に導入された原料粉末を、シューボックス移動時に移動方向前方側に移動させる撹拌部材を設ける構成を採用した。

この撹拌部材で、シューボックスの移動方向後方に偏在した原料粉末を移動方向前方に移すことによって、このシューボックス内の原料粉末の分布を平均化することができる。これにより、成形体の密度不均一を低減することができ、寸法精度が大幅に向上する。

前記撹拌部材は、シューボックス内の原料粉末を掻き均す作用を発揮し得るものであれば特に限定されないが、略水平かつシューボックスの移動方向に対して略垂直な回転軸と、その回転軸に固定した撹拌羽とを有し、前記回転軸を回転させて前記撹拌羽で前記原料粉末を掻き均す構成とすることが好ましい。

このように回転軸に撹拌羽を設けることによって、この撹拌羽で原料粉末を大きく掻くことができるため、掻き均しの効果が一層高まる。また、この回転軸の回転方向を反転させることにより、この撹拌羽の掻く方向も反転するため、シューボックスの移動方向が逆向きになった時の前記掻き均し方向の切り替えをスムーズに行うことができる。

また、前記構成においては、前記撹拌羽に、原料粉末が通過可能な貫通孔又はスリットを形成するのが好ましい。

このシューボックスに導入された原料粉末は、一般的に金属粉末であって、その比重が比較的大きいが、撹拌羽に貫通孔又はスリットを形成することで、原料粉末の一部を撹拌羽の表面で受け止めることなく、この貫通孔等を通して逃がすことができる。このため、撹拌羽への負荷が減少し、その撹拌羽の回転をスムーズにして、掻き均しを安定的に行うことができる。

また、前記撹拌羽はブラシで形成してもよい。

前記各構成においては、前記回転軸を回転させるために、この回転軸にモータ等の駆動手段を設けるようにしてもよいが、ダイを支えるダイプレート上に、シューボックスの移動方向に沿うラックを設け、このラックに噛み合うピニオンを前記シューボックスに設け、前記シューボックスの移動方向に対応して、前記ピニオンが回転し、その回転が前記回転軸に伝達されて撹拌羽が回転するのがより好ましい。

このようにすると、上記駆動手段を別途設ける必要がないので、製造コストの低減を図ることができる。また、このようにラック・アンド・ピニオンの構成とすることで、シューボックスの移動方向に対応して、回転軸の回転方向が自動的に切り替わる。このため、回転軸の回転方向を制御するための制御系等を特に必要とせず、その装置構成を簡便なものとし得る。

この発明によると、シューボックス内に設けた撹拌部材によって、このシューボックスの前後方向における原料粉末の偏在を解消できる。このため、このシューボックスからキャビティへの原料粉末の充填が均一になされることとなって、焼結体の寸法精度を大幅に向上することができる。

この発明に係る粉末充填装置の一実施形態を示す側面図 同実施形態を示す平面図 同実施形態を示す正面図 撹拌機構の作用を示す側面図であって、（ａ）は前進時、（ｂ）は後退時 成形体の一例を示す平面図 撹拌機構の他の実施形態の平面図を示し、（ａ）は貫通孔を形成したもの、（ｂ）はスリットを形成したもの 撹拌機構のさらに他の実施形態を示す平面図

この発明に係る粉末充填装置を図１乃至３に示す。この粉末充填装置は、粉末成形プレス金型のダイ１に形成したキャビティ２に原料粉末ｐを投入するためのものであって、シューボックス３と、このシューボックス３の内側に、このシューボックス３の移動方向に水平かつ垂直な回転軸４の外周に固定した撹拌羽５と、このシューボックス３の外側に回転軸４と連動して回転する第１のピニオン６と、この第１のピニオン６と噛み合うようにシューボックス３に設けられた第２のピニオン７とを有している。

このシューボックス３は、ダイ１を支えるダイプレート８に形成した摺動溝９内を摺動しつつ移動するようになっていて、その底部は解放されている。そして、このシューボックス３には、給粉ホース１０を通して原料ホッパー（図示せず）から原料粉末ｐが送り込まれる。その原料粉末ｐを底部の開口から落下させて、キャビティ２への投入がなされる。

また、ダイプレート８上には、シューボックス３の移動方向に沿うようにラック１１が設置され、このラック１１と第２のピニオン７とが噛み合っている。このシューボックス３を移動させると、このラック１１との噛み合いによって両ピニオン６、７が回転して、それに伴って回転軸４が回転する。

このラック１１は、その歯面がシューボックス３の摺動面よりも上にあるので、このシューボックス３からもれ出た原料粉末ｐが、ラック１１と第２のピニオン７の間に噛み込みにくい。このため、シューボックス３を移動させた時の回転軸４の回転がスムーズになされる。

このように、この第１のピニオン６とラック１１との間に第２のピニオン７を介在させることにより、回転軸４に設けたピニオン（第１のピニオン６）を直接ラック１１に噛み合わせた場合と比較して、シューボックス３を移動させた際の回転軸４の回転方向が逆向きとなる。

すなわち、図４に示すように、この回転軸４に設けた撹拌羽５は、シューボックス３が前進する際に、シューボックス３内の原料粉末ｐをシューボックス３の前側（移動方向前方）に向かって掻き均す（同図（ａ）を参照）。また、シューボックス３が後退する際は、シューボックス３内の原料粉末ｐをシューボックス３の後側（この場合も移動方向前方）に向かって掻き均す（同図（ｂ）を参照）。これにより、シューボックス３の移動に伴って移動方向の後方に原料粉末ｐが偏在するのが防止され、成形体１２の密度不均一を解消することができる。

この粉末充填装置を用いて、原料粉末ｐの成形を行い、各成形体中の密度ばらつきについて評価した。本願発明に係る成形条件は以下の通りである。
（１）原料粉末ｐ：鉄系粉末（４．０Ｎｉ−０．５Ｍｏ−１．５Ｃｕ−残Ｆｅ＋Ｃ、粒径：２０〜１８０μｍ）
（２）撹拌羽５による原料粉末ｐの撹拌：あり
（３）成形体１２の形状：図５に示す通り
（４）成形圧力：８００ＭＰａ
（５）各成形体における密度測定方法：給粉方向前後左右に４分割し、前後の密度を測定

これに対し、比較例として、前記成形条件（２）において撹拌羽５による原料粉末ｐの撹拌を行わなかった成形体も用意した。この撹拌有無以外の条件については本願発明に係る成形条件と同じである。この評価結果を表１に示す。

この結果より、撹拌羽５による原料粉末ｐの撹拌を行うことで、成形体中の密度ばらつきが大幅に小さくできることが分かった。これは、撹拌羽５による撹拌によって、シューボックス３内の原料粉末ｐの前後方向の偏在が防止され、それに伴って、このシューボックス３からキャビティ２に原料粉末ｐが均等に投入されるようになったためと推定できる。このように、密度ばらつきを小さくすることによって、焼結時の寸法変化の前後差を抑制することができる。

この構成においては、ラック１１と両ピニオン６、７の構成によって、シューボックス３の移動に連動して回転軸４の回転がなされるようにしたが、この回転軸４に直接モータを設けるとともにこのモータの回転を制御系にて制御する構成とするようにしてもよい。このようにすることで、原料粉末ｐの種類等（比重の違い等）に対応して、回転軸４の回転数や回転方向を適宜調節することができる。

また、この回転軸４に設ける撹拌羽５に、図６に示すように貫通孔１３又はスリット１４を形成してもよい。このように、貫通孔１３等を形成することで、原料粉末ｐの一部がこの撹拌羽５で受け止められることなくこの貫通孔１３等から逃がされ、この撹拌羽５にかかる負荷が小さくなって、安定的にこの撹拌羽５による撹拌を行うことができる。

この貫通孔１３等は、原料粉末ｐの一部を逃がす作用を発揮し得るのであれば、同図に示した形状に限定されることなく、適宜その大きさ・幅・数等を変更することができる。また、撹拌羽５自体を原料粉末ｐよりも目の粗いメッシュで構成することもできる。

あるいは、図７に示すように、撹拌羽５をブラシ１５で構成してもよい。ブラシ１５は植毛部分に負荷がかかると、これが適度にしなって原料粉末ｐの一部が逃がされる。このため、貫通孔１３等を形成した場合と同様に、回転の際の負荷が小さくなって、安定的にこのブラシ１５による撹拌を行うことができる。

このブラシ１５の形状も、上述したのと同様に、原料粉末ｐの一部を逃がす作用を発揮し得るのであれば、同図に示した形状に限定されることなく、適宜その植毛の材質・長さ・数・密度等を変更することができる。

また、上述した各撹拌羽５は、シューボックス３内の原料粉末ｐを効率的に撹拌するため、このシューボックス３内において、原料粉末ｐがその自重によって押し固められた状態となる、所謂ブリッジが生じても、それを速やかに解消することができる。このため、シューボックス３からキャビティ２への原料粉末ｐの投入を滞りなく行うことができる。

１ ダイ
２ キャビティ
３ シューボックス
４ 回転軸
５ 撹拌羽
６ 第１のピニオン
７ 第２のピニオン
８ ダイプレート
９ 摺動溝
１０ 給粉ホース
１１ ラック
１２ 成形体
１３ 貫通孔
１４ スリット
１５ ブラシ
ｐ 原料粉末

Claims (5)

1. 原料粉末（ｐ）が導入されるシューボックス（３）を粉末成形プレス金型のダイ（１）上で摺動しつつ移動させ、このシューボックス（３）から、前記ダイ（１）に開口したキャビティ（２）に原料粉末（ｐ）を投入する粉末充填装置において、
   前記シューボックス（３）内に、このシューボックス（３）底部に導入された原料粉末（ｐ）を、シューボックス（３）移動時に移動方向前方側に移動させる撹拌部材を設けたことを特徴とする粉末充填装置。
2. 前記撹拌部材は、略水平かつ前記移動方向に対して略垂直な回転軸（４）と、その回転軸（４）の外周に固定した撹拌羽（５）とを有する請求項１に記載の粉末充填装置。
3. 前記撹拌羽（５）に、原料粉末（ｐ）が通過可能な貫通孔（１３）又はスリット（１４）を形成したことを特徴とする請求項２に記載の粉末充填装置。
4. 前記撹拌羽（５）をブラシ（１５）で構成したことを特徴とする請求項２に記載の粉末充填装置。
5. 前記ダイ（１）を支えるダイプレート（８）上に、シューボックス（３）の移動方向に沿うラック（１１）を設け、このラック（１１）に噛み合うピニオン（６、７）を前記シューボックス（３）に設けた請求項２乃至４のいずれか一つに記載の粉末充填装置。

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