JP2012228695A - 給粉方法、粉末成形方法及び粉末成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】粉末の重量ばらつきを効果的に抑制することができる給粉方法、粉末成形方法及び粉末成形体を提供する。
【解決手段】ダイ１２と、このダイ１２に対して相対的に昇降可能な下パンチ１３とを、ダイ１２の上面１２ａと下パンチ１３の上面１３ａとが略面一になるように配置する工程、下部に開口２３ａを有する給粉ボックス２３を、前記開口２３ａが下パンチ１３の上方に配置される給粉位置まで、ダイ１２の上面１２ａに沿って前進移動させる工程、及び給粉ボックス２３を給粉位置において進退方向に振りながら、ダイ１２に対して下パンチ１３を相対的に下降させることにより、給粉ボックス２３内の粉末Ｐを前記開口２３ａから、ダイ１２と下パンチ１３とにより形成されたキャビティ１５内に供給する工程を含んでいる。
【選択図】図４

Description

本発明は、金型に粉末を供給する給粉方法、粉末成形方法及び粉末成形体に関する。

従来、金型に原料となる粉末を供給する方法として、例えば特許文献１に記載された落とし込み方式による給粉方法が知られている。この給粉方法に用いられる給粉装置は、金型の上方において粉末を貯留したホッパと、このホッパ内の粉末を金型に供給するための給粉ボックスと、前記ホッパと給粉ボックスとを連結するホースとを備えている。

前記給粉ボックスは金型の上面に沿って移動可能であり、ホッパからホースを介して給粉ボックス内に供給された粉末は、給粉ボックスを金型上面の所定位置から前記キャビティの上方に移動させることにより、その自重により落下してキャビティに充填される。その際、キャビティに充填される粉末の充填密度のばらつきを小さくして、当該粉末を加圧することにより成形される粉末成形体の重量ばらつきを抑えるために、給粉ボックスに振動を付与することが行われている。

特開平７−１６４１９３号公報

前記給粉方法にあっては、給粉ボックス内の粉末を自然落下させて金型のキャビティに充填させる際に、落下中の粉末に空気が巻き込まれ易いため、給粉ボックスに振動を付与したとしても、粉末の充填密度のばらつきが生じ易く、その結果、粉末成形体の重量ばらつきを十分に抑えることができない。特に、原料となる粉末の粒径が小さくなるほど、空気の巻き込み量が増加し、粉末成形体の重量ばらつきが顕著になるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、粉末成形体の重量ばらつきを効果的に抑制することができる給粉方法、粉末成形方法及び粉末成形体を提供することを目的としている。

（１）本発明の給粉方法は、ダイと、このダイに対して相対的に昇降可能な下パンチとを、前記ダイの上面と前記下パンチの上面とが略面一になるように配置する工程、下部に開口を有する給粉ボックスを、前記開口が前記下パンチの上方に配置される所定位置まで、前記ダイの上面に沿って前進移動させる工程、及び前記給粉ボックスを前記所定位置において進退方向に振りながら、前記ダイに対して前記下パンチを相対的に下降させることにより、前記給粉ボックス内の粉末を前記開口から、前記ダイと前記下パンチとにより形成されたキャビティ内に供給する工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、給粉ボックスを進退方向に振りながら、ダイに対して下パンチを相対的に下降させる吸い込み方式によりキャビティ内に粉末を供給するようにしたので、キャビティ内に供給される粉末に空気が巻き込まれるのを抑制することができる。これにより、キャビティ内に供給される粉末の充填密度のばらつきを小さくすることができ、その結果、前記粉末を加圧することにより成形される粉末成形体の重量ばらつきを効果的に抑制することができる。

（２）前記粉末の平均粒径は、１００μｍ以下であることが好ましい。粉末の平均粒径が１００μｍ以下と小さくなると、従来の給粉方法によれば、粉末をキャビティ内に供給する際に、この粉末に空気が巻き込まれ易いが、本発明の給粉方法では、このような小さな粉末の場合に特に、空気の巻き込み抑制効果及び粉末成形体の重量ばらつき抑制効果が顕著である。ここで、「平均粒径」とは、粒径のヒストグラム中、粒径の小さい粒子から質量の和が総質量の５０％に達する粒子の粒径、つまり５０％粒径（質量）であることを意味する。

（３）前記給粉ボックスには、その内部空間を仕切る複数の仕切板が、当該給粉ボックスの進退方向に直交する方向に所定間隔毎に設けられていることが好ましい。この場合、給粉ボックス内の粉末を各仕切板間を通してキャビティ内へ均等に供給することができるため、粉末成形体の重量ばらつきをさらに効果的に抑制することができる。

（４）前記仕切板間の間隔は、前記キャビティ内に供給された粉末を加圧することにより成形される粉末成形体の、前記進退方向に直交する方向の幅寸法の１／３以下に設定されていることが好ましい。この場合、粉末成形体の重量ばらつきをさらに効果的に抑制することができる。

（５）前記仕切板の高さは、前記給粉ボックス内に積まれた粉末の高さ以下に設定されていることが好ましい。この場合、粉末成形体の重量ばらつきをさらに効果的に抑制することができる。

（６）前記給粉ボックスの振りの振幅は、前記キャビティ内に供給された粉末を加圧することにより成形される粉末成形体の、前記進退方向の幅寸法の１／２以下に設定されていることが好ましい。この場合、粉末成形体の重量ばらつきをさらに効果的に抑制することができる。

（７）前記給粉ボックスの振りの周波数は、次式の関係を満たすように設定されていることが好ましい。
Ｆ≧Ｖ／Ｈ
ここで、Ｆは給粉ボックスの振りの周波数、Ｖはダイに対する下パンチの相対下降速度、Ｈはダイに対する下パンチの相対下降移動量である。
この場合、粉末成形体の重量ばらつきをさらに効果的に抑制することができる。

（８）本発明の粉末成形方法は、前記給粉方法により前記キャビティ内に供給された粉末を加圧することにより粉末成形体を成形することを特徴としている。

（９）本発明の粉末成形体は、前記給粉方法により前記キャビティ内に供給された粉末を加圧することにより成形されていることを特徴としている。

本発明によれば、ダイと下パンチとにより形成されるキャビティ内に供給される粉末に空気が巻き込まれるのを抑制することができるため、キャビティ内に供給される粉末の充填密度のばらつきを小さくして、粉末成形体の重量ばらつきを効果的に抑制することができる。

本発明の一実施の形態に係る給粉方法及び粉末成形方法が用いられる製造装置の概略側断面図である。 製造装置により製造された粉末成形体の斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 給粉方法を示す説明図である。 粉末成形方法を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る給粉方法及び粉末成形方法が用いられる製造装置の概略側断面図である。この製造装置は、金型１と、その金型１に原料となる粉末Ｐを供給する給粉装置２とにより構成されている。金型１は、ダイプレート１１と、ダイ１２と、下パンチ１３と、上パンチ１４とを備えている。

ダイ１２は、ダイプレート１１に支持されており、このダイプレート１１とともに昇降するようになっている。下パンチ１３は、ダイ１２の下部に昇降可能に配置されている。本実施の形態では、ダイ１２を下パンチ１３に対して上昇させ、ダイ１２に対して下パンチ１３を相対的に下降させることにより、下パンチ１３の上方に形成されるキャビティ１５内に粉末Ｐが供給される、いわゆる吸い込み方式が採用されている。

上パンチ１４は、ダイ１２の上方に昇降可能に配置されており、その下端部がキャビティ１５内に下降し、キャビティ１５内に充填された粉末Ｐを加圧することにより、図２に示す粉末成形体Ｗが成形されるようになっている。具体的には、この粉末成形体Ｗは、平均粒径が１００μｍ以下の粉末Ｐを用いて、例えば直方体状に成形される。本実施の形態における粉末成形体Ｗは、平均粒径が５０μｍの粉末Ｐを加圧することにより、後述する給粉ボックス２３の進退方向（図２の矢印Ｂ方向）の幅寸法ｄ１が３０ｍｍ、前記進退方向に直交する方向の幅寸法ｄ２が４０ｍｍ、高さ寸法ｈ１が２０ｍｍとなるように成形される。なお、本発明において、粉末成形体Ｗの形状及び寸法は、特に限定されるものではなく、用途などに応じて適宜選定することができる。

図１において、給粉装置２は、ホッパ２１と、供給ホース２２と、給粉ボックス２３とを備えている。ホッパ２１は、金型１の上方に配置されており、その内部には粉末Ｐが貯留されている。供給ホース２２は、ホッパ２１の底部と給粉ボックス２３の上部とを連結しており、ホッパ２１から給粉ボックス２３に所定量の粉末Ｐを供給するようになっている。

給粉ボックス２３は、その下部に開口２３ａを有しており、ダイプレート１１上に配置された退避位置（図１の二点鎖線位置）と、前記開口２３ａが下パンチ１３の上方に配置された所定位置である給粉位置（図１の実線位置）との間で、図示しない駆動手段によりダイ１２の上面１２ａに沿って進退可能に配置されている。また、給粉ボックス２３は、前記給粉位置において、前記駆動手段により進退方向（図１の左右方向）に小刻みに振られるようになっている。この振りの詳細については後述する。

給粉ボックス２３には、図３に示すように、その内部空間を仕切る複数の仕切板２４が設けられている。各仕切板２４は、給粉ボックス２３の進退方向（図３の矢印Ｂ方向）に直交する方向に所定間隔ｄ３毎に配置されており、その間隔ｄ３は、粉末成形体Ｗの前記幅寸法ｄ２の１／３以下（本実施の形態では１／４＝１０ｍｍ）に設定されている。

また、各仕切板２４は、図１に示すように、給粉ボックス２３の内部空間の下側を仕切るように、給粉ボックス２３の下端と同じ高さ位置から上方に延びている。さらに、各仕切板２４は、図４（ａ）に示すように、その高さ寸法ｈ２が、退避位置の給粉ボックス２３内に積まれた粉末Ｐの高さｈ３以下に設定されている。本実施の形態では、前記ｈ３は４０ｍｍ、前記ｈ２は２０ｍｍに設定されている。

次に前述した製造装置における給粉方法及び粉末成形方法について、図４及び図５を参照しながら説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、上パンチ１４が上昇位置、給粉ボックス２３が退避位置にある状態で、ホッパ２１から給粉ボックス２３に粉末Ｐを所定量供給する。そして、ダイ１２及び下パンチ１３を、ダイ１２の上面１２ａと下パンチ１３の上面１３ａとが略面一になるように配置する。この状態から、給粉ボックス２３を退避位置からダイ１２の上面１２ａに沿って給粉位置まで前進移動させる（図４（ｂ）参照）。

次に、図４（ｃ）に示すように、給粉ボックス２３を給粉位置において進退方向に振りながら、ダイプレート１１とともにダイ１２を上昇させる。これにより、下パンチ１３はダイ１２に対して相対的に下降し、下パンチ１３の上方にキャビティ１５が形成されるとともに、給粉ボックス２３内の粉末Ｐが、仕切板２４の間を通過して開口２３ａからキャビティ１５内に供給される。

ここで、給粉ボックス２３の振りの振幅は、粉末成形体Ｗの幅ｄ１（図２参照）の１／２以下（本実施の形態では１５ｍｍ）に設定されている。さらに、給粉ボックス２３の振りの周波数は、下記式（１）の関係を満たすように設定されている。
Ｆ≧Ｖ／Ｈ ・・・（１）
Ｆは給粉ボックス２３の振りの周波数、Ｖはダイ１２の上昇速度（ダイ１２に対する下パンチ１３の相対下降速度）、Ｈはダイ１２の上昇移動量（ダイ１２に対する下パンチ１３の相対下降移動量）である（図４（ｃ）参照）。
本実施の形態では、前記周波数Ｆは約４Ｈｚ、前記上昇速度Ｖは６０ｍｍ／ｓｅｃ、前記上昇移動量Ｈは４０ｍｍに設定されている。

図４（ｃ）において、キャビティ１５内に粉末Ｐが充填されると、給粉ボックス２３をダイ１２の上面１２ａに沿って退避位置まで後退移動させる（図５（ａ）参照）。給粉ボックス２３の後退移動が完了すると、上パンチ１４を下降させて、図５（ｂ）に示すように、上パンチ１４の下端部をキャビティ１５内に挿入する。その際、ダイ１２は上パンチ１４の下降動作と連動して下降する。これにより、キャビティ１５内の粉末Ｐは、上パンチ１４の下面１４ａと下パンチ１３の上面１３ｂとの間で加圧されて固化し、粉末成形体Ｗが成形される。また、ダイ１２が上パンチ１４と連動して下降することで、上パンチ１４及び下パンチ１３による両方向からの加圧成形を模擬でき、粉末成形体Ｗの上下方向の密度が均一化される。

粉末成形体Ｗを成形した後は、図５（ｃ）に示すように、上パンチ１４を上昇させるとともに、ダイ１２をダイプレート１１とともに下降させて、その上面１２ａを下パンチ１３の上面１３ａと面一になるように配置し、粉末成形体Ｗを金型１から取り外す。

下記表１は、給粉方法が異なる場合における粉末成形体の重量ばらつきを示している。なお、重量ばらつきは、粉末成形体の重量の標準偏差を粉末成形体の平均重量で除算した値を示している。また、表中の給粉方法ａは落とし込み方式のみを用いた給粉方法、給粉方法ｃは吸い込み方式のみを用いた給粉方法、給粉方法ｂは本実施の形態において仕切板を有しない給粉ボックスを進退方向に振りながら吸い込み方式を用いた給粉方法、給粉方法ｄは本実施の形態の給粉方法、すなわち仕切板を有する給粉ボックスを進退方向に振りながら吸い込み方式を用いた給粉方法をそれぞれ用いている。

表１において、給粉方法ａと給粉方法ｂとを比較すると、給粉方法ｂが給粉方法ａよりも重量ばらつきの値が小さいことから、吸い込み方式が落とし込み方式よりも重量ばらつきを抑制することができるのが分かる。
また、給粉方法ｂと給粉方法ｃとを比較すると、給粉方法ｃが給粉方法ｂよりも重量ばらつきの値が小さいことから、吸い込み方式において給粉ボックスを振ることにより、重量ばらつきをさらに抑制することができるのが分かる。
さらに、給粉方法ｃと給粉方法ｄとを比較すると、給粉方法ｄが給粉方法ｃよりも重量ばらつきの値が小さいことから、給粉ボックスの内部を仕切板により仕切った状態で給粉ボックスを振ることにより、重量ばらつきをさらに抑制することができるのが分かる。

以上、本実施の形態に係る給粉方法、粉末成形方法及び粉末成形体によれば、給粉ボックス２３を進退方向に振りながら、ダイ１２に対して下パンチ１３を相対的に下降させる吸い込み方式によりキャビティ１５内に粉末Ｐを供給するようにしたので、キャビティ１５内に供給される粉末Ｐに空気が巻き込まれるのを抑制することができる。これにより、キャビティ１５内に供給される粉末Ｐの充填密度のばらつきを小さくすることができ、その結果、粉末Ｐを加圧することにより成形される粉末成形体Ｗの重量ばらつきを効果的に抑制することができる。

また、粉末Ｐの平均粒径が１００μｍ以下である場合、キャビティ１５内に供給される粉末Ｐに空気が巻き込まれるのを抑制する効果が、平均粒径が１００μｍよりも大きい粉末に比べて顕著であるため、これに伴い、粉末成形体Ｗの重量ばらつき抑制効果も大きい。

また、給粉ボックス２３に、その内部空間を仕切る複数の仕切板２４を設けたので、給粉ボックス２３内の粉末Ｐを各仕切板２４間を通してキャビティ１５内へ均等に供給することができるため、粉末成形体Ｗの重量ばらつきをさらに効果的に抑制することができる。

また、仕切板２４間の間隔を、粉末成形体Ｗの前記幅寸法ｄ２の１／３以下に設定したので、粉末成形体Ｗの重量ばらつきをさらに効果的に抑制することができる。
また、仕切板２４の高さを、給粉ボックス２３内に積まれた粉末Ｐの高さｈ３以下に設定したので、粉末成形体Ｗの重量ばらつきをさらに効果的に抑制することができる。

また、給粉ボックス２３の振りの振幅を、粉末成形体Ｗの前記幅寸法ｄ２の１／２以下に設定したので、粉末成形体Ｗの重量ばらつきをさらに効果的に抑制することができる。
また、給粉ボックス２３の振りの周波数を、上記式（１）の関係を満たすように設定したので、粉末成形体Ｗの重量ばらつきをさらに効果的に抑制することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、前述した実施の形態では、キャビティ１５を形成する際に、ダイ１２を下パンチ１３に対して上昇させているが、下パンチ１３をダイ１２に対して下降させるようにしてもよい。
また、仕切板２４は、給粉ボックス２３の振りにより粉末成形体Ｗの重量ばらつきを抑制することができる場合には、必ずしも設ける必要はない。

１２ ダイ
１２ａ 上面
１３ 下パンチ
１３ａ 上面
１５ キャビティ
２３ 給粉ボックス
２３ａ 開口
２４ 仕切板
Ｐ 粉末
Ｗ 粉末成形体

Claims (9)

1. ダイと、このダイに対して相対的に昇降可能な下パンチとを、前記ダイの上面と前記下パンチの上面とが略面一になるように配置する工程、
   下部に開口を有する給粉ボックスを、前記開口が前記下パンチの上方に配置される所定位置まで、前記ダイの上面に沿って前進移動させる工程、及び
   前記給粉ボックスを前記所定位置において進退方向に振りながら、前記ダイに対して前記下パンチを相対的に下降させることにより、前記給粉ボックス内の粉末を前記開口から、前記ダイと前記下パンチとにより形成されたキャビティ内に供給する工程
   を含むことを特徴とする給粉方法。
2. 前記粉末の平均粒径が、１００μｍ以下である請求項１に記載の給粉方法。
3. 前記給粉ボックスには、その内部空間を仕切る複数の仕切板が、当該給粉ボックスの進退方向に直交する方向に所定間隔毎に設けられている請求項１又は２に記載の給粉方法。
4. 前記仕切板間の間隔は、前記キャビティ内に供給された粉末を加圧することにより成形される粉末成形体の、前記進退方向に直交する方向の幅寸法の１／３以下に設定されている請求項３に記載の給粉方法。
5. 前記仕切板の高さは、前記給粉ボックス内に積まれた粉末の高さ以下に設定されている請求項３又は４に記載の給粉方法。
6. 前記給粉ボックスの振りの振幅は、前記キャビティ内に供給された粉末を加圧することにより成形される粉末成形体の、前記進退方向の幅寸法の１／２以下に設定されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の給粉方法。
7. 前記給粉ボックスの振りの周波数は、次式の関係を満たすように設定されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の給粉方法。
   Ｆ≧Ｖ／Ｈ
   ここで、Ｆは給粉ボックスの振りの周波数、Ｖはダイに対する下パンチの相対下降速度、Ｈはダイに対する下パンチの相対下降移動量である。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の給粉方法により前記キャビティ内に供給された粉末を加圧することにより粉末成形体を成形することを特徴とする粉末成形方法。
9. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の給粉方法により前記キャビティ内に供給された粉末を加圧することにより成形されていることを特徴とする粉末成形体。

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