JP2019171397A - 粉末成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない成形工程数で複数の粉末成形体を効率的に製造することができる粉末成形体の製造方法を提供する。【解決手段】粉末成形体の製造方法は、下パンチ１６と、下パンチ１６に対してスライド可能である金型ダイ１７と、金型ダイ１７の内部空間１７ｂに上側から挿入可能に設けられる上パンチ１５とを備える成形装置１００を用い、金型ダイ１７の内部空間１７ｂに下パンチ１６を下側から挿入させ、かつ、金型ダイ１７の上端面１７ａが下パンチ１６の上端面１６ａより上側に位置する状態で、金型ダイ１７の内部空間１７ｂに、原料粉末Ｐとスペーサブロック２０とを上下方向に交互に積層させて装填する工程と、下パンチ１６と上パンチ１５との間で原料粉末Ｐが加圧圧縮されることにより粉末成形体Ｑ１，Ｑ２が成形される工程と、金型ダイ１７を下降させて粉末成形体Ｑ１，Ｑ２を取り出す工程とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、粉末を加圧圧縮して複数の粉末成形体を製造するための、粉末成形体の製造方法に関する。

パワーエレクトロニクス機器に用いられているリアクトルまたはトランスには、ダストコアまたはフェライトコアが採用されている。近年、コアの小型化、高効率化の観点から、鉄をベースとしたダスト材料を使用したコアの需要が高まっている。

一方で、粉末であるダスト材料をプレスして、粉末成形体としてのコアを製造する場合、ダスト材料を８３０ＭＰａ以上の圧力で加圧圧縮することが必要になる。特に、複数の粉末成形体を一度に製造する、いわゆる「多数個取り」を実施する場合、「粉末成形体の取り数×必要面圧」を満たす圧力をダスト材料にかけてプレスすることができるような大型のプレスが必要となる。また、製造すべき複数の粉末成形体の各々に対応することができる金型も必要である。

これに対し、特許文献１に記載されるセラミックス成形体の製造方法では、１つの金型の中に粉末を装填して加圧圧縮した後、シートを挟んで、さらに粉末を上から装填し、再び加圧圧縮する。これを繰り返すことにより、１つの金型で、積層された複数の粉末成形体を製造することができる。

また、特許文献２に記載される粉末成形体の製造方法では、材料の粉末を収容した容器をカプセルの中に積み重ねて密閉し、このカプセルを加圧圧縮することで、複数の粉末成形体を製造することができる。

特開平１−３０１３３４号公報 特開平３−２７７７０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された粉末成形体の製造方法では、製造する粉末成形体の数だけ粉末の加圧圧縮の工程を繰り返さなければならない。そのため、粉末成形体の数によって製造工程が増えてしまうという問題があった。

また、特許文献２に記載された粉末成形体の製造方法では、カプセルを加圧圧縮した後に、粉末成形体を取り出すためにカプセルを除去する必要があり、手間がかかってしまっていた。そのため、粉末成形体を製造するための工程が増え、生産効率を向上させることが難しいという問題があった。

この発明は、このような問題を解決するためになされたもので、少ない成形工程数で複数の粉末成形体を効率的に製造することができる粉末成形体の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係る粉末成形体の製造方法は、原料粉末を装填可能な内部空間を有する金型ダイと、金型ダイの内部空間に下側から挿入される下パンチと、金型ダイの内部空間に上側から挿入される上パンチと、金型ダイを下パンチに対して相対的に上下方向に移動させる金型移動部と、上下方向に移動可能であるとともに、上パンチを下向きに加圧するスライドとを備える成形装置を用いた、粉末成形体の製造方法であって、金型ダイの内部空間に下パンチを下側から挿入させ、かつ、金型ダイの上端面が下パンチの上端面より上側に位置する状態で、金型ダイの内部空間に、少なくとも２層をなす原料粉末と少なくとも１つのスペーサブロックとを上下方向に交互に積層させて装填する工程と、原料粉末およびスペーサブロックを内部空間に装填した後、上パンチを金型ダイの内部空間に挿入し、スライドの下降によって下パンチと上パンチとの間で原料粉末およびスペーサブロックを加圧し、原料粉末の層の各々が加圧圧縮されることにより粉末成形体が成形される工程と、金型ダイの上端面が、下パンチの上端面と同じ高さまたは下パンチの上端面より下側に位置するまで、金型ダイを下降させて、少なくとも２つの粉末成形体を取り出す工程とを備える。

この発明に係る粉末成形体の製造方法によれば、原料粉末とスペーサブロックとを上下方向に交互に積層させて金型ダイに装填することで、少ない成形工程数で複数の粉末成形体を効率的に製造することができる。

この発明の実施の形態１に係る粉末成形体の製造方法に使用される成形装置を模式的に示す図である。 図１に示す成形装置の金型ダイを示す斜視図である。 図２に示す金型ダイを切断線ＩＩＩ−ＩＩＩで切断した状態を示す断面図である。 図１に示す成形装置のスペーサブロックを示す斜視図である。 図４に示すスペーサブロックを示す側面図である。 図１に示す成形装置の押し上げピンを示す側面図である。 図６に示す押し上げピンを示す斜視図である。 図１に示す成形装置のクッションピンを示す側面図である。 図８に示すクッションピンを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、成形工程開始前に金型ダイが原点位置にある状態を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、金型ダイに形成された粉末保持空間に原料粉末を装填し、第一の粉末層を形成する工程を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、第一の粉末層の上にスペーサブロックを載置する工程を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、金型ダイに形成された粉末保持空間に再び原料粉末を装填し、スペーサブロックの上に第二の粉末層を形成する工程を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、第一の粉末層および第二の粉末層を加圧圧縮する工程を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、上パンチを上昇させて金型ダイの内部空間から抜く工程を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、金型ダイを下降させて原点位置に戻す工程を示す図である。 図１６に示す工程で、スペーサプレートを用いて金型ダイを下降させる様子を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る粉末成形体の製造方法に使用される粉末装填治具を示す斜視図である。 図１８に示す粉末装填治具を示す側面図である。 この発明の実施の形態２に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、成形工程開始前に金型ダイが原点位置にある状態を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、金型ダイに形成された粉末保持空間に原料粉末を装填し、第一の粉末層を形成する工程を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、第一の粉末層の上にスペーサブロックを載置する工程を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、金型ダイに形成された粉末保持空間に再び原料粉末を装填し、スペーサブロックの上に第二の粉末層を形成する工程を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、第一の粉末層および第二の粉末層を加圧圧縮する工程を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、加圧圧縮される第一の粉末層および第二の粉末層に、金型ダイによる下向きの圧力がさらに加えられる工程を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、原料粉末の加圧圧縮の工程が終了した後に上パンチを上昇させる工程を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、金型ダイを下降させて原点位置に戻す工程を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、成形工程開始前に金型ダイが原点位置にある状態を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、金型ダイに形成された粉末保持空間に原料粉末を装填し、第一の粉末層を形成する工程を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、第一の粉末層の上にスペーサブロックを載置する工程を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、金型ダイに形成された粉末保持空間に再び原料粉末を装填し、スペーサブロックの上に第二の粉末層を形成する工程を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、第二の粉末層の上に上パンチを載置する工程を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、第一の粉末層および第二の粉末層を加圧圧縮する工程を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、第一の粉末層および第二の粉末層の加圧圧縮完了後に、シリンダを上昇させる工程を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、第二粉末層の上から上パンチを取り外した状態を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る粉末成形体の製造方法の工程のうち、金型ダイを下降させて原点位置に戻す工程を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る粉末成形体の製造方法について、図１〜１９を用いて説明する。
なお、この発明の実施の形態に係る粉末成形体の製造方法に使用される成形装置１００は、機械式プレス機または液圧式プレス機によるプレスによって原料粉末Ｐを加圧圧縮するものである。

図１に示すように、成形装置１００は、金型ダイ１７を有している。図２に示すように、金型ダイ１７は円筒形状であり、円環形状の上端面１７ａを有している。また、金型ダイ１７の内部には円柱形状の内部空間１７ｂが形成される。図３に示すように、金型ダイ１７の上端面１７ａの内周側の角部分には、Ｒ０．５ｍｍの丸み面取部１７ｃが形成されている。また、金型ダイ１７の下端面１７ｄの内周側の端部にも同様の丸み面取部が形成される。

図１に示すように、金型ダイ１７の内部空間１７ｂには、上側から上パンチ１５が挿入され、下側から下パンチ１６が挿入される。金型ダイ１７の内部空間１７ｂに上パンチ１５および下パンチ１６が挿入されている状態で、金型ダイ１７と上パンチ１５および下パンチ１６との間には、各々、２０ｕｍ以下の隙間が存在する。また、前述のように、金型ダイ１７の両端面１７ａ，１７ｄの内周側の端部には丸み面取部が形成されている。そのため、上パンチ１５および下パンチ１６を金型ダイ１７の内部空間１７ｂに挿入する時に、金型ダイ１７が破損する事態を防止することができる。

上パンチ１５の上端面１５ａは、上パンチ取付プレート１８を介して、スライド１１に取り付けられる。上パンチ取付プレート１８はスライド１１にボルト締めまたは金型クランプを用いて固定される。スライド１１、上パンチ取付プレート１８および上パンチ１５は上下方向に移動可能である。

また、下パンチ１６の下端は下定盤１３を介してボルスタ１２に取り付けられている。下定盤１３はボルスタ１２にボルト締めまたは金型クランプを用いて固定される。ボルスタ１２、下定盤１３および下パンチ１６は位置を固定されている。また、下定盤１３およびボルスタ１２には、複数のクッションピン２２が上下方向にスライド移動可能に挿通されている。各々のクッションピン２２の上端には、押し上げピン１４の下端部１４ａが固定される。押し上げピン１４の上端部１４ｂには金型ダイ１７が載置される。図示しない作動機構によって、クッションピン２２が上下方向に移動するに伴い、金型ダイ１７も下パンチ１６が挿入された状態で、下パンチ１６に対して上下方向にスライドして移動する。なお、金型ダイ１７の上端面１７ａの位置が下パンチ１６の上端面１６ａよりも高い場合に、金型ダイ１７の内部空間１７ｂと下パンチ１６の上端面１６ａとにより形成される領域を粉末保持空間Ｘとする。粉末保持空間Ｘには原料粉末Ｐが装填される。粉末保持空間Ｘに保持される原料粉末Ｐは、第一の粉末層Ｌ１および第二の粉末層Ｌ２をなし、第一の粉末層Ｌ１と第二の粉末層Ｌ２との間にはスペーサブロック２０が装填される。
なお、上下方向に移動可能な押し上げピン１４およびクッションピン２２は、金型ダイ１７を上向きに押し上げる下側ピン部および金型移動部を構成する。すなわち、金型移動部である押し上げピン１４およびクッションピン２２は、金型ダイ１７を下パンチ１６に対して相対的に上下方向に移動させることができる。

図４および５に示すように、スペーサブロック２０は円柱形状の部材である。スペーサブロック２０の上端面２０ａおよび下端面２０ｂの外周に沿った角部には、各々、Ｒ０．５ｍｍ以下の丸み面取部２０ｃ，２０ｄが形成される。スペーサブロック２０の両端面２０ａ，２０ｂの間の幅Ｗは１０ｍｍ以上である。なお、スペーサブロック２０が金型ダイ１７の内部空間１７ｂに装填されている状態で、金型ダイ１７とスペーサブロック２０との間には、２０ｕｍ以下の隙間が設けられる。

図６および７に示すように、押し上げピン１４は、円筒部１４ｃと、円筒部１４ｃの下端に設けられる鍔形状の下端部１４ａと、円筒部１４ｃの上端に設けられる鍔形状の上端部１４ｂとを有する。下端部１４ａおよび上端部１４ｂの径は、円筒部１４ｃの径よりも大きい。また、押し上げピン１４の下端には凹部１４ｄが形成されている。

図８および９に示すように、クッションピン２２は、円筒部２２ｃと、円筒部２２ｃの下端に設けられる下端係合部２２ａと、円筒部２２ｃの上端に設けられる上端係合部２２ｂとを有する。円筒部２２ｃと下端係合部２２ａおよび上端係合部２２ｂとの間には各々、溝２２ｄ，２２ｅが形成されている。クッションピン２２の上端係合部２２ｂは、押し上げピン１４の下端の凹部１４ｄと係合する。
なお、押し上げピン１４も、図８および９に示すクッションピン２２と同様の形状であってもよい。

原料粉末Ｐは、金属またはセラミックからなり、例えば、Ｆｅ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金またはＭｎ−Ｚｎ系セラミックからなる。Ｆｅが混合されている金属粒子は、平均粒径が４０〜６０ｕｍである。金属粒子は、表面にシリコーン系、リン系、またはエポキシ樹脂系のいずれかで構成された数ｕｍの絶縁被膜を有している。

次に、成形装置１００を用いた粉末成形体の製造方法について、図１０〜１７を用いて説明する。
まず、図１０は、上パンチ１５および金型ダイ１７が原点位置に位置している状態を示している。すなわち、上死点までスライド１１を上昇させ、クッションピン２２を最下部まで下降させ、金型ダイの上端面１７ａと下パンチ１６の上端面１６ａとが面一となるように金型ダイ１７の位置を調整する。

次に、図１１に示すように、クッションピン２２を上昇させ、押し上げピン１４を介して金型ダイ１７を高さｈ分だけ上方へ押し上げる。これにより、金型ダイ１７の上端面１７ａは、下パンチ１６の上端面１６ａよりも高さｈ分高くなる。金型ダイ１７を押し上げる高さｈは、成形後の粉末成形体の高さをｙとし、原料粉末Ｐの圧縮率をｚとした場合に、ｈ＝（ｙ／ｚ）の式で表すことができる。なお、高さｈは、成形すべき粉末成形体、原料粉末Ｐの種類またはその他の条件によって異なる。さらに、金型ダイ１７を押し上げることで、下パンチ１６の上端面１６ａより上の金型ダイ１７の内部空間１７ｂに粉末保持空間Ｘが形成される。この粉末保持空間Ｘに上から原料粉末Ｐを装填し、充填する。原料粉末Ｐは、カップに秤量したものを手動で金型ダイ１７に形成された粉末保持空間Ｘに装填してもよく、また、自動給粉機によって装填してもよい。そして、原料粉末Ｐの充填後、原料粉末Ｐの上面を金型ダイ１７の上端面１７ａに合わせて均し、平滑にする。このようにして形成された原料粉末Ｐの層を、以下の説明において、「第一の粉末層Ｌ１」とする。
なお、「充填」とは、粉末保持空間Ｘを原料粉末Ｐで満たすことをいう。

なお、原料粉末Ｐを金型ダイ１７に形成された粉末保持空間Ｘに装填するために、図１８および１９に示す粉末投入用冶具３０が使用される。粉末投入用冶具３０は、円筒形状の取付口３０ａと、テーパ形状の投入口３０ｂとを有する。原料粉末Ｐを粉末保持空間Ｘに装填する際は、金型ダイ１７に粉末投入用冶具３０の取付口３０ａを宛てがい、投入口３０ｂから、金型ダイ１７に形成された粉末保持空間Ｘに原料粉末Ｐを注ぎ込む。

次に、図１２に示すように、クッションピン２２を上昇させて金型ダイ１７をさらに押し上げる。そして、スペーサブロック２０を金型ダイ１７に形成された粉末保持空間Ｘに装填し、第一の粉末層Ｌ１の上に載置する。スペーサブロック２０を金型ダイ１７の内部空間１７ｂに装填する作業は、手動で行ってもよく、ロボットアームまたは取出し機を用いてもよい。なお、取出し機を用いてスペーサブロック２０を金型ダイ１７の内部空間１７ｂに装填する場合は、チャックまたはエアによる吸着を利用する。さらに、スペーサブロック２０を第一の粉末層Ｌ１の上に載置後、スペーサブロック２０の上端面２０ａと金型ダイ１７の上端面１７ａとが平行となるよう、スペーサブロック２０の傾きを調整する。第一の粉末層Ｌ１の高さが均一になるよう、スペーサブロック２０の下端面２０ｂを用いて、再度、第一の粉末層Ｌ１の上面を均す。

次に、図１３に示すように、クッションピン２２を上昇させ、金型ダイ１７をさらに上方へ押し上げる。金型ダイ１７は、金型ダイ１７の上端面１７ａがスペーサブロック２０の上端面２０ａよりも高さｈ分高くなる位置まで押し上げられる。そして、金型ダイ１７に形成された粉末保持空間Ｘに上から原料粉末Ｐを装填し、充填する。原料粉末Ｐの装填後、原料粉末Ｐを金型ダイ１７の上端面１７ａに合わせて均す。この時、原料粉末Ｐの上面は、金型ダイ１７の上端面１７ａに対して面一になるか、または、金型ダイ１７の上端面１７ａよりも凹んだ形状になる。また、このようにして、スペーサブロック２０の上に形成された原料粉末Ｐの層を、以下の説明において、「第二の粉末層Ｌ２」とする。すなわち、原料粉末Ｐの第一の粉末層Ｌ１および第二の粉末層Ｌ２とスペーサブロック２０とは、金型ダイ１７の内部空間１７ｂに上下方向に交互に積層させて装填されている。

次に、図１４に示すように、スライド１１が下降し、上パンチ取付プレート１８を介して上パンチ１５は下方に押し下げられる。上パンチ１５は金型ダイ１７の内部空間１７ｂに挿入され、下パンチ１６との間で第一の粉末層Ｌ１、第二の粉末層Ｌ２およびスペーサブロック２０を加圧する。すなわち、スライド１１は上パンチ１５を下向きに加圧する。これにより、第一の粉末層Ｌ１および第二の粉末層Ｌ２が加圧圧縮される。加圧力は、原料粉末ＰがＭｎ−Ｚｎ系粉末であれば１００ＭＰａ以上、Ｆｅ系粉末であれば８００ＭＰａ以上である。また、スライド１１は、上パンチ１５が第二の粉末層Ｌ２と接触するまでは、１０ｍｍ／ｓ以上の速度で下降する。また、上パンチ１５と第二の粉末層Ｌ２とが接触した後は、スライド１１を１０ｍｍ／ｓより遅い速度で下降させる。スライド１１が下死点に達した後は、スライド１１の移動を一時的に停止させ、第一の粉末層Ｌ１、第二の粉末層Ｌ２およびスペーサブロック２０が加圧された状態を１０秒以上維持する。これにより、加圧圧縮された第一の粉末層Ｌ１および第二の粉末層Ｌ２から、各々、第一の粉末成形体Ｑ１および第二の粉末成形体Ｑ２が成形される。

第一の粉末層Ｌ１および第二の粉末層Ｌ２が充分に加圧圧縮されて第一の粉末成形体Ｑ１および第二の粉末成形体Ｑ２が成形された後、図１５に示すように、スライド１１は上死点まで上昇し、上パンチ１５は金型ダイ１７の内部空間１７ｂから抜かれて上側に移動する。ここで、急激なスプリングバック現象による粉末成形体Ｑ１，Ｑ２の割れを抑制するため、および、金型ダイ１７の破損を抑制するため、スライド１１の上昇速度は、上パンチ１５が金型ダイ１７から抜けるまでは５ｍｍ／ｓよりも遅い速度とし、金型ダイ１７から抜けた後は５ｍｍ／ｓ以上の速度とする。

その後、図１６に示すように、クッションピン２２を下降させ、これに伴って、金型ダイ１７も下方に移動させられて原点位置へと戻る。なお、クッションピン２２および金型ダイ１７の下降速度は、急激なスプリングバック現象による粉末成形体Ｑ１，Ｑ２の割れを抑制するため、および、金型ダイ１７の破損を抑制するため、５ｍｍ／ｓよりも遅い速度とする。そして、金型ダイ１７が原点位置へと戻ったことにより、金型ダイ１７の上端面１７ａの位置は下パンチ１６の上端面１６ａと同じ高さとなり、第一の粉末成形体Ｑ１、第二の粉末成形体Ｑ２およびスペーサブロック２０を成形装置１００から取り出すことが可能となる。第一の粉末成形体Ｑ１、第二の粉末成形体Ｑ２およびスペーサブロック２０の取り出し作業は、手動で行ってもよく、ロボットアームまたは取出し機を用いてもよい。また、スペーサブロック２０は、変形、破損が無い場合は、再使用することができる。

クッションピン２２および押し上げピン１４を下降させても、金型ダイ１７が下降しない場合は、図１７に示すように、上パンチ取付プレート１８と金型ダイ１７との間にスペーサプレート２４を挟み込んでもよい。この時、スライド１１を適宜下降させることにより、スペーサプレート２４を介して金型ダイ１７の下降距離を調整する。スライド１１によってスペーサプレート２４を押し下げる時は、５ｍｍ／ｓより遅い速度でスライド１１を下降させる。

以上より、この実施の形態１に係る粉末成形体の製造方法では、金型ダイ１７の内部空間１７ｂに、複数の原料粉末Ｐの層Ｌ１，Ｌ２とスペーサブロック２０とを上下方向に交互に積層させて装填する。そして、下パンチ１６と上パンチ１５との間で原料粉末Ｐおよびスペーサブロック２０を加圧し、原料粉末Ｐの層Ｌ１，Ｌ２が加圧圧縮されることにより粉末成形体Ｑ１，Ｑ２が成形される。従って、１つの金型ダイ１７を用いて、少ない工程で、複数の粉末成形体Ｑ１，Ｑ２を製造することができる。また、原料粉末Ｐの層Ｌ１，Ｌ２の間にスペーサブロック２０を挟んで積層させることにより、原料粉末Ｐの層Ｌ１，Ｌ２に均一な圧力をかけることができる。

また、金型ダイ１７を下降させるだけで、複雑な作業を経ずに、粉末成形体Ｑ１，Ｑ２を取り出すことができるため、複数の粉末成形体Ｑ１，Ｑ２をより効率的に製造することができる。なお、この実施の形態では、粉末成形体Ｑ１，Ｑ２を取り出す際に、金型ダイ１７の上端面１７ａが下パンチ１６の上端面１６ａと同じ高さとなる原点位置まで、金型ダイ１７を下降させているが、これに限定されない。すなわち、金型ダイ１７の上端面１７ａが下パンチ１６の上端面１６ａより下側に位置するまで、金型ダイ１７を下降させてもよい。

また、この実施の形態１に係る粉末成形体の製造方法では、金型ダイ１７の上端面１７ａが下パンチ１６の上端面１６ａまたはスペーサブロック２０の上端面２０ａより高さｈ分、上側に位置する状態で、金型ダイ１７の内部空間１７ｂに原料粉末Ｐを装填し、充填する。高さｈは、粉末成形体の高さをｙとし、原料粉末Ｐの圧縮率をｚとした場合に、ｈ＝（ｙ／ｚ）の式で定められる。
これにより、成形すべき粉末成形体Ｑ１，Ｑ２の高さｙに合わせて、より正確な量の原料粉末Ｐを金型ダイ１７に形成された粉末保持空間Ｘに効率よく装填することができる。また、金型ダイ１７の上端面１７ａに合わせて、原料粉末Ｐの層Ｌ１，Ｌ２の上面を平滑に均すことができる。

また、この実施の形態１に係る粉末成形体の製造方法では、金型ダイ１７を下降させて粉末成形体Ｑ１，Ｑ２を取り出す際に、図１７に示すように、スライド１１と金型ダイ１７との間にスペーサプレート２４を挟み込むことができる。これにより、金型ダイ１７を確実に下降させて、粉末成形体Ｑ１，Ｑ２を容易に取り出すことができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る粉末成形体の製造方法の工程を図２０〜２７に示す。なお、図１〜１９の参照符号と同一の符号は同一または同様の構成要素であるので、以下、その詳細な説明は省略する。

図２０に示すように、この発明の実施の形態２に係る粉末成形体の製造方法に使用される成形装置２００の金型ダイ１７の下端面１７ｄは、固定治具２３によって押し上げピン１４の上端部１４ｂに固定されている。なお、固定治具２３は割りリングである。

成形装置２００を用いた粉末成形体の製造方法について、図２０〜２７を用いて説明する。
まず、図２０に示されるように、上パンチ１５および金型ダイ１７は、原点位置に配置される。
次に、図２１に示すように、クッションピン２２を上昇させ、金型ダイ１７を高さｈ分だけ上方へ押し上げる。そして、金型ダイ１７の内部空間１７ｂに形成された粉末保持空間Ｘに上から原料粉末Ｐを装填し、充填する。
さらに次に、図２２に示すように、クッションピン２２を上昇させて金型ダイ１７を押し上げ、スペーサブロック２０を金型ダイ１７に形成された粉末保持空間Ｘに装填する。
さらに次に、図２３に示すように、クッションピン２２を上昇させ、金型ダイ１７をさらに上方へ押し上げる。そして、金型ダイ１７に形成された粉末保持空間Ｘに上から原料粉末Ｐを装填し、充填する。

次に、図２４に示すように、スライド１１が下降し、上パンチ１５は下方に押し下げられる。これにより、下パンチ１６と上パンチ１５との間で第一の粉末層Ｌ１および第二の粉末層Ｌ２が加圧圧縮される。
さらに次に、図２５に示すように、図示しない作動機構がクッションピン２２に下向きの力を加える。これにより、押し上げピン１４および固定治具２３を介して金型ダイ１７にも下向きの力が加わる。金型ダイ１７に下向きの力が加わることにより、金型ダイ１７と原料粉末Ｐとの間に摩擦力が発生し、原料粉末Ｐの層Ｌ１，Ｌ２にも下向きの力が加えられる。すなわち、原料粉末Ｐの層Ｌ１，Ｌ２は下パンチ１６に押し付けられるように加圧される。
これにより、加圧圧縮された第一の粉末層Ｌ１および第二の粉末層Ｌ２から、各々、第一の粉末成形体Ｑ１および第二の粉末成形体Ｑ２が成形される。

さらに次に、図２６に示すように、スライド１１は上死点まで上昇し、上パンチ１５は金型ダイ１７の内部空間１７ｂから抜かれて上側に移動する。
さらに次に、図２７に示すように、クッションピン２２は下降し、これに伴って、金型ダイ１７も下方に移動させられて原点位置へと戻る。これにより、第一の粉末成形体Ｑ１、第二の粉末成形体Ｑ２およびスペーサブロック２０を成形装置２００から取り出すことが可能となる。

以上より、この実施の形態２に係る粉末成形体の製造方法では、実施の形態１と同様に、金型ダイ１７の内部空間１７ｂに、複数の原料粉末Ｐの層Ｌ１，Ｌ２とスペーサブロック２０とを上下方向に交互に積層させて装填する。従って、実施の形態１に係る粉末成形体の製造方法と同様に、少ない成形工程数で複数の粉末成形体Ｑ１，Ｑ２を効率的に製造することができる。

また、この実施の形態２に係る粉末成形体の製造方法では、金型ダイ１７と押し上げピン１４とは互いに固定されている。これにより、クッションピン２２に加えられた下向きの力が押し上げピン１４を介して金型ダイ１７に伝達される。そして、金型ダイ１７と原料粉末Ｐとの間の摩擦力により、第一の粉末層Ｌ１および第二の粉末層Ｌ２が下向きに加圧される。これにより、上パンチ１５による加圧に加えて、さらに高い圧力を第一の粉末層Ｌ１および第二の粉末層Ｌ２に加えることができる。従って、密度がより均一な粉末成形体Ｑ１，Ｑ２を得ることができる。
また、金型ダイ１７の動きがクッションピン２２の動きと連動するため、クッションピン２２を下降させることで、スペーサプレート２４を使用せずに、金型ダイ１７を確実に下側に移動させることができる。従って、成形装置２００から、第一の粉末成形体Ｑ１、第二の粉末成形体Ｑ２およびスペーサブロック２０をより容易に取り出すことができる。

なお、金型ダイ１７と押し上げピン１４とを固定する固定治具２３は割りリングに限定されない。また、金型ダイ１７と押し上げピン１４とは溶接によって固定されてもよい。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る粉末成形体の製造方法の工程を図２８〜３６に示す。なお、図１〜２７の参照符号と同一の符号は同一または同様の構成要素であるので、以下、その詳細な説明は省略する。
図２８〜３６に示すように、この発明の実施の形態３に係る粉末成形体の製造方法に使用される成形装置３００の上パンチ１５は上パンチ取付プレート１８およびスライド１１に固定されておらず、独立した部材として設けられている。

成形装置３００を用いた粉末成形体の製造方法について、図２８〜３６を用いて説明する。
まず、図２８に示されるように、金型ダイ１７は、原点位置に配置される。
次に、図２９に示すように、クッションピン２２を上昇させ、金型ダイ１７を高さｈ分だけ上方へ押し上げる。そして、金型ダイ１７の内部空間１７ｂに形成された粉末保持空間Ｘに上から原料粉末Ｐを装填し、充填する。
さらに次に、図３０に示すように、クッションピン２２を上昇させて金型ダイ１７を押し上げ、スペーサブロック２０を金型ダイ１７に形成された粉末保持空間Ｘに装填する。
さらに次に、図３１に示すように、クッションピン２２を上昇させ、金型ダイ１７をさらに上方へ押し上げる。そして、金型ダイ１７に形成された粉末保持空間Ｘに上から原料粉末Ｐを装填し、充填する。

次に、図３２に示すように、原料粉末Ｐの第二の粉末層Ｌ２の上に上パンチ１５を載置する。この時、上パンチ１５の下端面１５ｂによって第二の粉末層Ｌ２の上面は平滑に均される。

さらに次に、図３３に示すように、上パンチ１５の上方に設けられたスライド１１および上パンチ取付プレート１８が下降し、上パンチ１５に当接し、上パンチ１５は、上パンチ取付プレート１８を介して、スライド１１によって下方に押し下げられる。これにより、下パンチ１６と上パンチ１５との間で第一の粉末層Ｌ１および第二の粉末層Ｌ２が加圧圧縮される。また、図示しない作動機構がクッションピン２２を介して金型ダイ１７に下向きの力を加える。これにより、金型ダイ１７と原料粉末Ｐとの間に摩擦力が発生し、原料粉末Ｐの層Ｌ１，Ｌ２にさらに下向きの力が加えられる。そして、加圧圧縮された第一の粉末層Ｌ１および第二の粉末層Ｌ２から、各々、第一の粉末成形体Ｑ１および第二の粉末成形体Ｑ２が成形される。

次に、図３４に示すように、スライド１１および上パンチ取付プレート１８は上パンチ１５から離れて上死点まで上昇する。
さらに次に、図３５に示すように、上パンチ１５は第二の粉末成形体Ｑ２の上から取り外される。
さらに次に、図３６に示すように、クッションピン２２は下降し、これに伴って、金型ダイ１７も下方に移動させられて原点位置へと戻る。これにより、第一の粉末成形体Ｑ１、第二の粉末成形体Ｑ２およびスペーサブロック２０を成形装置３００から取り出すことが可能となる。

以上より、この実施の形態３に係る粉末成形体の製造方法では、実施の形態１および２と同様に、金型ダイ１７の内部空間１７ｂに、複数の原料粉末Ｐの層Ｌ１，Ｌ２とスペーサブロック２０とを上下方向に交互に積層させて装填する。従って、実施の形態１および２に係る粉末成形体の製造方法と同様に、少ない成形工程数で複数の粉末成形体Ｑ１，Ｑ２を効率的に製造することができる。

また、成形装置３００では、上パンチ１５は独立した部材として、スライド１１から分離して設けられる。そのため、上パンチ１５を第二の粉末層Ｌ２の上に載置した際、上パンチ１５を動かしながら第二の粉末層Ｌ２の上面を平滑に均すことができる。これにより、密度がより均一な粉末成形体Ｑ２を得ることができる。

なお、実施の形態１〜３において、原料粉末Ｐの層は、第一の粉末層Ｌ１および第二の粉末層Ｌ２の２層のみが形成されているが、これに限られず、第二の粉末層Ｌ２の上に、さらに別のスペーサブロックおよび粉末層が交互に積層されてもよい。粉末層の数は、金型ダイ１７の軸方向長さ、粉末成形体の厚み、原料粉末Ｐの圧縮率およびスペーサブロック２０の厚みに応じる。

また、実施の形態１〜３において、金型ダイ１７は、原料粉末Ｐを装填する度ごとに、原料粉末Ｐの層Ｌ１，Ｌ２の高さｈに合わせて上昇するが、これに限定されない。すなわち、あらかじめ最大の高さまで移動させた金型ダイ１７の内部空間１７ｂに、原料粉末Ｐとスペーサブロック２０とを交互に積層させて装填してもよい。

１１ スライド、１４ 押し上げピン（金型移動部、下側ピン部）、１５ 上パンチ、１６ 下パンチ、１６ａ 下パンチの上端面、１７ 金型ダイ、１７ａ 金型ダイの上端面、１７ｂ 金型ダイの内部空間 ２０ スペーサブロック、２２ クッションピン（金型移動部、下側ピン部）、２４ スペーサプレート、１００，２００，３００ 成形装置、Ｌ１ 第一の粉末層、Ｌ２ 第二の粉末層、Ｐ 原料粉末、Ｑ１ 第一の粉末成形体、Ｑ２ 第二の粉末成形体。

Claims (5)

1. 原料粉末を装填可能な内部空間を有する金型ダイと、
   前記金型ダイの前記内部空間に下側から挿入される下パンチと、
   前記金型ダイの前記内部空間に上側から挿入される上パンチと、
   前記金型ダイを前記下パンチに対して相対的に上下方向に移動させる金型移動部と、
   上下方向に移動可能であるとともに、前記上パンチを下向きに加圧するスライドと
   を備える成形装置を用いた、粉末成形体の製造方法であって、
   前記金型ダイの前記内部空間に前記下パンチを下側から挿入させ、かつ、前記金型ダイの上端面が前記下パンチの上端面より上側に位置する状態で、前記金型ダイの前記内部空間に、少なくとも２層をなす原料粉末と少なくとも１つのスペーサブロックとを上下方向に交互に積層させて装填する工程と、
   前記原料粉末および前記スペーサブロックを前記内部空間に装填した後、前記上パンチを前記金型ダイの前記内部空間に挿入し、前記スライドの下降によって前記下パンチと前記上パンチとの間で前記原料粉末および前記スペーサブロックを加圧し、前記原料粉末の層の各々が加圧圧縮されることにより粉末成形体が成形される工程と、
   前記金型ダイの上端面が、前記下パンチの上端面と同じ高さまたは前記下パンチの上端面より下側に位置するまで、前記金型ダイを下降させて、少なくとも２つの前記粉末成形体を取り出す工程とを備える、
   粉末成形体の製造方法。
2. 前記金型ダイの前記内部空間に前記原料粉末を装填する工程は、
   前記金型ダイの前記上端面が前記下パンチの前記上端面より高さｈ分、上側に位置する状態で、前記金型ダイの前記内部空間に前記原料粉末を充填する工程と、
   前記原料粉末の層の上に前記スペーサブロックを載置する工程と、
   前記金型ダイを、前記金型ダイの前記上端面が前記スペーサブロックの上端面より前記高さｈ分、上側に位置する状態まで上昇させ、前記金型ダイの前記内部空間にさらに原料粉末を充填する工程とを含み、
   前記高さｈは、前記粉末成形体の高さをｙとし、前記原料粉末の圧縮率をｚとした場合に、ｈ＝（ｙ／ｚ）の式で定められる、
   請求項１に記載の粉末成形体の製造方法。
3. 前記金型ダイを下降させて前記粉末成形体を取り出す工程は、前記スライドと前記金型ダイとの間にスペーサプレートを挟み込む工程を含む、
   請求項１または２に記載の粉末成形体の製造方法。
4. 前記金型移動部は、
   上下方向に移動可能であるとともに、前記金型ダイの下側に設けられ、前記金型ダイを上向きに押し上げる下側ピン部を有し、
   前記金型ダイと前記下側ピン部とは互いに固定される、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の粉末成形体の製造方法。
5. 前記上パンチは前記スライドから分離して設けられる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の粉末成形体の製造方法。

Images