JP2017047431A - 粉末プレス成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粉末供給容部の厚みが薄い場合であっても粉末供給容部を冷却することによって、金型から粉末供給箱への伝熱を抑制することができる粉末プレス成形装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る粉末プレス成形装置１は、粉末成形キャビティ１４が設けられた金型１０の上面に対して平行移動可能な粉末供給容部２０と、粉末供給容部２０の上面２０ａに備えられ、粉末供給容部２０に対して平行移動可能であると共に粉末供給容部２０を介して金型１０に粉末を供給する粉末供給箱３０と、を備え、金型１０における粉末成形キャビティ１４を加熱するヒータと、粉末供給容部２０を冷却する冷却機構が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、粉末プレス成形装置に関するものであり、例えば、金型内に粉末を供給する構造を有する粉末プレス成型装置に関する。

粉末プレス成形装置において、粉末成形キャビティが設けられる金型の上面に対して平行移動可能な粉末供給容部、及び粉末供給容部の上面に設けられ、粉末供給容部に対して平行移動可能な粉末供給箱を備えるものが特許文献１に開示されている。粉末供給箱から粉末供給容部の貯留間隙に粉末が供給された後に粉末供給箱が退避する点や金型を加熱するヒータも特許文献１に開示されている。

特開２０１３−１８４１８７号公報

金型の粉末成形キャビティを加熱するヒータが設けられている場合に、金型と粉末供給箱との間に設けられた粉末供給容部の厚みが薄い場合、粉末供給箱内の粉末に熱が伝わって粉末の流動性が悪化してしまう可能性がある。これによって、金型への粉末充填不良が発生する可能性がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、粉末供給容部の厚みが薄い場合であっても粉末供給容部を冷却することによって、ヒータから粉末供給箱への伝熱を抑制することができる粉末プレス成形装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る粉末プレス成形装置は、粉末成形キャビティが設けられた金型の上面に対して平行移動可能な粉末供給容部と、前記粉末供給容部の上面に備えられ前記粉末供給容部に対して平行移動可能であると共に前記粉末供給容部を介して前記金型に粉末を供給する粉末供給箱と、を備え、前記金型における前記粉末成形キャビティを加熱するヒータが設けられた粉末プレス成形装置において、前記粉末供給容部を冷却する冷却機構が設けられている。このような構成により、粉末供給容部の厚みが薄い場合であっても粉末供給容部を冷却することによって、ヒータから粉末供給箱への伝熱を抑制することができる。

本発明により、粉末供給容部の厚みが薄い場合であっても粉末供給容部を冷却することによって、ヒータから粉末供給箱への伝熱を抑制することができる粉末プレス成形装置を提供することができる。

実施形態に係る粉末プレス成形装置を例示する断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、実施形態に係る粉末プレス成形装置の動作を例示する断面図である。 比較例に係る粉末プレス成形装置を例示する断面図である。 実施形態及び比較例に係る粉末プレス成形装置により成形した成形体の重量のばらつき幅を例示したグラフである。 実施形態の変形例に係る粉末プレス成形装置を例示する断面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（実施形態）
実施形態に係る粉末プレス成形装置を説明する。まず、粉末プレス成形装置の構成を説明する。
図１は、実施形態に係る粉末プレス成形装置を例示する断面図である。
図１に示すように、粉末プレス成形装置１は、金型１０、粉末供給容部２０及び粉末供給箱３０を有している。

金型１０は、上型１１、下型１２及び外型１３を有している。上下に対になった上型１１と下型１２とで、粉末を圧縮して成形体を形成する。外型１３の形状は、上方及び下方が開口した枠状である。外型１３には下方から下型１２が挿入されている。下型１２において、外型１３に挿入した部分の上面１２ａは、外型１３の上面１３ａより下方に位置している。

粉末成形キャビティ１４は、外型１３に囲まれた領域における下型１２の上面１２ａより上方の空間に形成されている。したがって、粉末成形キャビティ１４は、金型１０のうち、外型１３及び下型１２により形づけられている。つまり、粉末成形キャビティ１４が設けられた金型１０は外型１３及び下型１２である。粉末成形キャビティ１４には、上方から上型１１が挿入される。粉末成形キャビティ１４に粉末を充填し、上方から上型１１が粉末を圧縮して成形体を形成する。

基台１５は、外型１３に隣接して延びるように設けられている。基台１５は、板状である。基台１５の上面１５ａは平らである。基台１５の上面１５ａと、外型１３の上面１３ａとは面一になっている。例えば、基台１５の上面１５ａ及び外型１３の上面１３ａは、水平である。

粉末供給容部２０は、基台１５上に配置されている。粉末供給容部２０の形状は、例えば、板状である。粉末供給容部２０は、断熱板２１と冷却プレート２２とが張り合わされて構成されている。断熱板２１が下側であり、冷却プレート２２が上側である。粉末供給容部２０の端部のうち、粉末成形キャビティ１４に近い方の端部を一端２５とする。一端２５側近傍の粉末供給容部２０には、粉末供給容部２０を上下に貫通する貫通孔２６が設けられている。粉末供給容部２０の貫通孔２６の形状は、好ましくは、粉末成形キャビティ１４の開口と同じ形状である。

粉末供給容部２０は、粉末成形キャビティ１４が設けられた金型１０の上面１３ａ及び基台１５の上面１５ａに対して平行移動可能である。粉末供給容部２０を平行移動させて、貫通孔２６を粉末成形キャビティ１４の上方に配置させる。また、粉末供給容部２０を平行移動させて、貫通孔２６を粉末成形キャビティ１４の上方から離れさせる。

冷却プレート２２の内部には、冷却油路２３が設けられている。冷却油路２３内には冷媒が流れている。これにより、冷却プレート２２は、粉末供給容部２０及び粉末供給箱３０を冷却する冷却機構として機能する。このように、粉末プレス成形装置１には、粉末供給箱３０を冷却する冷却機能が設けられている。

粉末供給箱３０は、粉末供給容部２０の上面２０ａ上に設けられている。粉末供給箱３０には粉末が充填されている。粉末供給箱３０は、粉末を囲む側壁３１及び粉末を覆う上蓋３２を有している。すなわち、粉末供給箱３０は底がない箱の形状となっている。粉末供給箱３０の各側壁３１の下端は、粉末供給容部２０の上面２０ａに接している。したがって、粉末供給箱３０内に充填された粉末は、粉末供給容部２０の上面２０ａ上に積載されている。

粉末供給箱３０は、粉末供給容部２０に対して平行移動可能である。つまり、粉末供給箱３０は、粉末供給容器２０の上面２０ａをスライドするように移動する。その際、粉末供給箱３０は、内部に充填された粉末を、粉末供給容部２０の上面２０ａ上を引きずるように移動させる。粉末供給箱３０は、粉末供給容部２０を介して金型１０に粉末を供給する。粉末供給箱３０の上蓋３２には、粉末供給ホース３３が接続されている。粉末は、粉末供給箱３０内に、粉末供給ホース３３により充填される。

金型１０の近傍には、図示しないヒータが設けられている。ヒータは、金型１０における粉末成形キャビティ１４を加熱する。金型１０が加熱されることにより、粉末成形キャビティ１４に充填された粉末は加熱される。これにより、高温（80℃〜180℃）に加熱した金型１０を用いる温間成形法を採用することができる。

次に、粉末プレス成形装置１の粉末充填の動作を説明する。
図２（ａ）〜（ｆ）は、実施形態に係る粉末プレス成形装置の動作を例示する断面図である。
図２（ａ）に示すように、粉末供給容部２０は、一端２５が粉末成形キャビティ１４の開口から離れた位置に配置されている。粉末供給箱３０は、貫通孔２６から離れた位置に配置されている。この位置を原位置とする。粉末供給箱３０には、粉末が充填されている。金型１０は、ヒータにより高温の状態となっている。

次に、図２（ｂ）に示すように、粉末供給箱３０を粉末供給容部２０上に固定した状態で、粉末供給容部２０及び粉末供給箱３０を、粉末成形キャビティ１４に向かって基台１５の上面１５ａ上を移動させる。粉末供給容部２０の貫通孔２６の位置を、粉末成形キャビティ１４の開口の上方まで移動させる。これにより、粉末供給容部２０の貫通孔２６と粉末成形キャビティ１４の開口が連通する。

次に、図２（ｃ）に示すように、粉末供給容部２０の貫通孔２６を粉末成形キャビティ１４の開口の上方に固定した状態で、粉末供給箱３０を、粉末成形キャビティ１４に向かって粉末供給容部２０の上面２０ａ上を移動させる。そして、粉末供給箱３０の位置を、粉末供給容部２０の貫通孔２６の上方まで移動させる。これにより、粉末供給箱３０に充填された粉末は、粉末供給容部２０の上面２０ａ上を移動し、貫通孔２６に到達する。

粉末供給箱３０に充填された粉末は、粉末供給容部２０に接している。このため、貫通孔２６に到達した粉末は、貫通孔２６及び粉末成形キャビティ１４の開口を通って、粉末成形キャビティ１４内へ落下する。落下した粉末は、下型１２上に堆積する。粉末供給箱３０に十分な量の粉末が充填されていれば、粉末成形キャビティ１４内は、粉末によって充填される。さらに、粉末供給容部２０の貫通孔２６内も、粉末によって充填される。このようにして、粉末成形キャビティ１４内及び貫通孔２６内を粉末によって充填させる。

次に、図２（ｄ）に示すように、粉末供給容部２０の貫通孔２６を粉末成形キャビティ１４の開口の上方に固定した状態で、粉末供給箱３０だけを粉末供給容部２０の上面２０ａ上を移動させ、粉末供給箱３０を粉末成形キャビティ１４の開口上から離す。このとき、粉末供給箱３０の側壁３１は、貫通孔２６を充填した粉末の上面を擦り切る。これにより、貫通孔２６内の粉末の上面と、粉末供給容部２０の上面２０ａとは面一になる。

次に、図２（ｅ）に示すように、外型１３、基台１５、粉末供給容部２０及び粉末供給箱３０を、下型１２及び下型１２上に堆積した粉末に対して上昇させる。これにより、粉末の上面は、粉末供給容部２０の上面２０ａに対して沈降する。このとき、粉末の上面を、外型１３の上面１３ａと一致させる。貫通孔２６内には、粉末がない状態となる。

次に、図２（ｆ）に示すように、粉末供給容部２０を外型１３の上面１３ａ上及び基台１５の上面１５ａ上を移動させ、粉末供給容器２０を粉末成形キャビティ１４の開口から離す。このようにして、粉末成形キャビティ１４内への粉末の充填が完了する。

次に、本実施形態の効果を説明する前に、比較例を説明する。その後、比較例と対比させて、本実施形態の効果を説明する。
図３は、比較例に係る粉末プレス成形装置を例示する断面図である。
図３に示すように、比較例における粉末プレス成形装置１０１おいては、粉末供給容部２０が設けられていない。粉末供給箱３０は、基台１５上に設けられている。その他の構成は、実施形態と同様である。

また、粉末充填の動作としては、粉末供給箱３０を、粉末成形キャビティ１４に向かって基台１５の上面１５ａ上を移動させる。そして、粉末供給箱３０の位置を、粉末成形キャビティ１４の開口の上方まで移動させる。これにより、粉末供給箱３０に充填された粉末は、基台１５の上面１５ａ上を移動し、粉末成形キャビティ１４の開口に到達する。

粉末供給箱３０に充填された粉末は、基台１５に接している。このため、粉末成形キャビティ１４の開口に到達した粉末は、粉末成形キャビティ１４の開口を通って、粉末成形キャビティ１４内へ落下する。落下した粉末は、下型１２上に堆積する。粉末供給箱３０に十分な量の粉末が充填されていれば、粉末成形キャビティ１４内は、粉末によって充填される。このようにして、粉末成形キャビティ１４内を粉末によって充填させる。
次に、粉末供給箱３０を、基台１５の上面１５ａ上を移動させ、粉末供給箱３０を粉末成形キャビティ１４の開口上から離す。このようにして、粉末成形キャビティ１４内への粉末の充填が完了する。

比較例では、粉末供給容部２０が設けられていない。したがって、成形品を高密度化するために、高温（80℃〜180℃）に加熱した金型を用いる温間成形法を採用した場合には、金型１０から粉末供給箱３０にヒータの熱が伝熱する。金型１０の温度を、原料の粉末に混ぜる潤滑剤の融点以上に設定すると、粉末供給箱３０内の潤滑剤が溶融する。そうすると、粉末の流動性が悪化する。また、粉末の充填不良が発生する。これによって、成形体の重量ばらつきが大きくなる。さらに、粉末の流動性の悪化及び充填不良の発生が原因で金型１０が破損する。

次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態に係る粉末プレス成形装置１には、粉末供給容部２０を冷却する冷却機構が設けられている。すなわち、粉末供給箱３０の下方に設けられた粉末供給容部２０は、断熱板２１及び冷却プレート２２を有する２重構造となっている。そして、粉末供給箱３０と金型１０との間に粉末供給容部２０を配置し、粉末供給箱３０内の粉末と、金型１０とが、直接接触しないようにしている。これにより、金型１０から粉末供給箱３０にヒータの熱が伝熱することを抑制することができる。そして、粉末供給箱３０内の粉末の温度の上昇を抑制することができる。したがって、成形体を高密度化するために、温間成形法を用いても、粉末供給箱３０内の粉末の温度上昇を抑制することができる。

金型１０の温度を、粉末に含有させた潤滑剤の融点以上に設定しても、潤滑剤の溶融を抑制することができる。よって、粉末の流動性の悪化及び充填不良の発生を抑制することができる。さらに、粉末の流動性の悪化及び充填不良の発生が原因で引き起こされる金型１０の破損を抑制することができる。また、本実施形態の粉末プレス成形装置１は、成形体の重量ばらつきの発生を抑制することができる。これについて以下で説明する。

図４は、実施形態及び比較例に係る粉末プレス成形装置により成形した成形体の重量のばらつき幅を例示したグラフである。重量が75gの成形体を成形した際の、重量のばらつきを調査した結果である。本実施形態において発生したばらつき幅を基準にして指数化した。

図４に示すように、実施形態に係る粉末プレス成形装置１の場合のばらつき幅を基準として1とする。そうすると、比較例に係る粉末プレス成形装置１０１では、1.8となる。例えば、成形体の規格の許容範囲を1.4とした場合には、比較例の粉末プレス成形装置１０１で成形した成形体は規格外となってしまう。このように、比較例では、断熱板２１及び冷却プレート２２を含む粉末供給容部２０を有していないので、粉末の流動性の悪化及び充填不良の発生によって、成形体の重量のばらつき幅が大きくなる。

特許文献１には、金型のうち、成形ダイスと成形ダイスの内周に対向する成形コアとの間の成形隙間（粉末成形キャビティ）に粉末を充填し、上パンチ及び下パンチによる加圧によって、環状の部品を成形する粉末プレス成形装置が開示されている。この方法では、金型と粉末供給箱との間に粉末供給容部を配置している。そして、粉末供給容部の貯留間隙により計量した原料の粉末を、成形隙間に落下させて充填する。粉末を充填する際に、加熱した成形ダイスと成形コアの上面に粉末を接触させないように供給している。また、特許文献１の装置は、粉末を成形隙間に供給する際には、成形コアを上昇させる構造となっている。

特許文献１の粉末供給容部は、断熱板及び冷却プレートを有していない。したがって、特許文献１の粉末プレス成形装置は、粉末の流動性が悪化し、充填不良が発生する可能性がある。また、特許文献１の方法では、成形隙間の上方で粉末を計量するため、粉末を充填するまでに時間を要する。さらに、粉末を成形隙間に供給する際には、成形コアを上昇させる構造のため、一般的な粉末プレス成形装置の粉末供給方法が使用できない。そのため、計量した原料の粉末を成形隙間に落下させる特別な機構を必要とする。

本実施形態では、粉末供給箱３０の下方に断熱板２１及び冷却プレート２２を含む粉末供給容部２０を備えている。粉末供給容部２０により、粉末供給箱３０内の粉末が金型１０に直接接触することなく、粉末充填することができる。よって、粉末供給箱３０内の粉末の温度上昇を抑制し、粉末に混ぜた潤滑剤の溶融を抑制する。

これにより、粉末の流動性の悪化及び充填不良の発生を抑制し、成形体の重量ばらつきの発生を抑制する。また、本実施形態は、一般的な粉末プレス成形装置における粉末供給方法を用いているので、一般的な粉末プレス成形装置に対する簡単な設備の改造で実施することができる。

（変形例）
次に変形例を説明する。変形例は、断熱板２１及び冷却プレート２２を外型１３の上面１３ａに配置した例である。
図５は、実施形態の変形例に係る粉末プレス成形装置を例示する断面図である。
図５に示すように、変形例に係る粉末プレス成形装置２では、粉末供給容部２０が設けられていない。しかしながら、外型１３の上面１３ａ上に断熱板２１を配置し、断熱板２１の上面上に冷却プレート２２を配置している。冷却プレートの上面２２ａと、基台１５の上面１５ａを面一にしている。粉末供給箱３０は、冷却プレート２２の上面２２ａ上及び基台１５の上面１５ａ上を平行移動する。

変形例では、温間成形法を用いても、金型１０から粉末供給箱３０にヒータの熱が伝熱することを比較例に比べて抑制することができる。金型１０の温度を、潤滑剤の融点以上に設定しても、潤滑剤の溶融を抑制することができる。よって、粉末の流動性の悪化、充填不良の発生、及び、金型１０の破損を比較例に比べて抑制することができる。また、成形体の重量ばらつきの発生も比較例に比べて抑制することができる。

しかしながら、外型１３の上部と下部とに温度差が生じる。例えば、変形例では金型１０の温度設定を140℃とした場合に、外型１３の上部と下部との温度差は30℃となる。一方、実施形態では、変形例と同様に、金型１０の温度設定を140℃とした場合に、外型１３の上部と下部との温度差を約5℃とすることができる。このように、変形例では、実施形態に比べ、金型１０の温度ムラが発生し、成形中の金型１０の温度が不安定になる。しかしながら、変形例では、粉末供給容部２０を付加することがないので、一般的な粉末プレス成形装置に対する改造を少なくすることができる。

以上、本発明にかかる粉末プレス成形装置の実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。

１ 粉末プレス成形装置
２ 粉末プレス成形装置
１０ 金型
１１ 上型
１２ 下型
１２ａ 上面
１３ 外型
１３ａ 上面
１４ 粉末成形キャビティ
１５ 基台
１５ａ 上面
２０ 粉末供給容部
２０ａ 上面
２１ 断熱板
２２ 冷却プレート
２３ 冷却油路
２５ 一端
２６ 貫通孔
３０ 粉末供給箱
３１ 側壁
３２ 上蓋
３３ 粉末供給ホース
１０１ 粉末プレス成形装置

Claims (1)

1. 粉末成形キャビティが設けられた金型の上面に対して平行移動可能な粉末供給容部と、
   前記粉末供給容部の上面に備えられ前記粉末供給容部に対して平行移動可能であると共に前記粉末供給容部を介して前記金型に粉末を供給する粉末供給箱と、
   を備え、
   前記金型における前記粉末成形キャビティを加熱するヒータが設けられた粉末プレス成形装置において、
   前記粉末供給容部を冷却する冷却機構が設けられた、
   粉末プレス成形装置。

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