JP2022116673A - 成形方法、粉末充填装置および成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形用粉末の飛散を防止することが可能な成形方法、粉末充填装置および成形装置を提供すること。【解決手段】下パンチ３０をダイ２０に挿入して構成されるキャビティ５０の内部で成形用粉末６０を成形する成形方法である。この成形方法は、キャビティ５０に成形用粉末６０を充填する工程と、成形用粉末６０が充填されたキャビティのキャビティ開口５１を閉塞する工程と、キャビティ５０のキャビティ開口５１を閉塞した状態で、下パンチ３０に対してダイ２０を上昇させる工程と、を有する。【選択図】図３Ｄ

Description

本発明は、キャビティの内部で成形用粉末を成形する成形方法に関するものであり、さらにはキャビティに成形用粉末を充填する粉末充填装置および当該粉末充填装置を適用した成形装置に関する。

成形用粉末を成形装置の金型キャビティ内に充填し、プレスで所定の形状に加圧成形することにより、成形体を得る技術が知られている。例えば特許文献１には、金型のダイ（臼型）に下パンチを挿入することによりキャビティを形成し、このキャビティの内部に粉末充填装置の成形用粉末を充填する（充填工程）とともに、上パンチを下降させることにより加圧成形を行う（加圧工程）技術が記載されている。

充填工程では、粉末充填装置がキャビティの位置でダイの上面を移動するため、いわゆる擦り切りにより、キャビティに充填された成形用粉末の表面が均される。特許文献１に記載の発明では、この状態において、下パンチに対してダイを上昇させる処理（アンダーフィル工程）が行われるため、キャビティに充填された成形用粉末の上面が、キャビティの開口を画定しているダイの上面部分よりも低い位置に配置され、成形用粉末がキャビティの外に飛散すること防止することが可能となっている。

ところで、特許文献１に記載の発明では、上述した充填工程、アンダーフィル工程および加圧工程等を一つのサイクルとする成形サイクルを複数回実施する。近年では、成形タクトの高速化に伴い、上記成形サイクルを高速で行う必要があり、アンダーフィル工程を実施しても、キャビティに充填された成形用粉末がキャビティの外に飛散する問題を避けることが困難である。

特開２００９－２３５４５２号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、成形用粉末の飛散を防止することが可能な成形方法、粉末充填装置および成形装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る成形方法は、
下パンチをダイに挿入して構成されるキャビティの内部で成形用粉末を成形する成形方法であって、
前記キャビティに成形用粉末を充填する工程と、
成形用粉末が充填された前記キャビティの開口を閉塞する工程と、
前記キャビティの開口を閉塞した状態で、前記下パンチに対して前記ダイを相対的に上昇させる工程と、を有する。

本発明に係る成形方法では、下パンチに対してダイを上昇させる工程（アンダーフィル工程）に先立って、成形用粉末が充填されたキャビティの開口を閉塞する工程（閉塞工程）が行われ、キャビティの開口を閉塞した状態でアンダーフィル工程が行われる。そのため、アンダーフィル工程の実行時においては、キャビティの内部は密閉された状態となり、成形サイクルを高速で実行しても、キャビティに充填された成形用粉末がキャビティの外に飛散することを有効に防止することができる。また、アンダーフィル工程の完了後においては、キャビティに充填された成形用粉末の上面が、キャビティの開口を画定しているダイの上面部分よりも低い位置に配置され、成形用粉末がキャビティの外に飛散すること防止することができる。

また、成形用粉末の飛散が防止されることにより、キャビティに充填される成形用粉末の充填量を一定量とするとともに、キャビティに成形用粉末を均一に充填することが可能となる。したがって、小型の成形体に対しても、成形体の成形寸法にばらつきが発生することを防止するとともに、成形体密度を均一にし、成形体にクラックやカケが発生することを防止することができる。

また、成形装置にはアンダーフィル工程等においてダイを昇降移動させるための摺動部が具備される場合があるが、成形用粉末の飛散が防止されることにより、摺動部に成形用粉末が入り込み異常摩耗が発生するといった不具合を防止することができる。

また、成形用粉末の飛散が防止されることにより、キャビティ内に充填された成形用粉末のうち、実際にキャビティ内で成形体の成形に用いられる正味の成形用粉末の割合（粉体歩留まり）を高めることができる。

好ましくは、前記キャビティに成形用粉末を充填する粉末充填装置の先端部で、成形用粉末が充填された前記キャビティの開口を閉塞する。キャビティに成形用粉末を充填する充填工程の前後において、粉末充填装置はダイの上面を往復移動するところ、粉末充填装置の先端部の上記移動方向に沿う長さを、キャビティの上記移動方向に沿う長さよりも大きくしておくことにより、往復移動の過程において、粉末充填装置の先端部によってキャビティの開口を隙間なく閉塞することができる。また、粉末充填装置の先端部で、キャビティの開口を閉塞しつつ擦り切りを行うことが可能となるため、擦り切り時における成形用粉末の飛散を有効に防止することができる。

好ましくは、前記粉末充填装置は、（１）前記キャビティから後退する途中で、前記粉末充填装置の先端部で前記キャビティの開口を閉塞し、（２）前記粉末充填装置が前記キャビティの上を通過している最中に、前記下パンチに対して前記ダイが上昇する。（１）に示すような態様で閉塞工程を行うことにより、充填工程から閉塞工程に円滑に移行することが可能であり、成形サイクルの高速化を図ることができる。また、（２）に示すような態様でアンダーフィル工程を行うことにより、閉塞工程とアンダーフィル工程とを同時に行うことが可能となり、成形サイクルの更なる高速化を図ることができる。

好ましくは、前記下パンチに対するダイの上昇が完了した後、前記粉末充填装置の先端部で閉塞されていた前記キャビティの開口が開放される。このようにアンダーフィル工程が完了するまで閉塞工程を継続することにより、アンダーフィル工程の実行時において、キャビティに充填された成形用粉末がキャビティの外に飛散することを確実に防止することができる。

また、アンダーフィル工程が完了し、下パンチに対してダイがアンダーフィル完了位置まで上昇すると、キャビティの内部では、キャビティに充填された成形用粉末の上面と、キャビティの開口を閉塞している粉末充填装置の先端部との間に空間が形成される。この空間内はキャビティの外部と比較して負圧となっているため、アンダーフィル工程の完了後にキャビティの開口を開放すると、キャビティ内の空間に空気が流れ込む。これにより、キャビティに充填された成形用粉末が空気圧によりキャビティ内に封じ込められ、キャビティの外に飛散することを効果的に防止することができる。

上記目的を達成するために、本発明に係る粉末充填装置は、
キャビティに成形用粉末を充填する粉末充填装置であって、
成形用粉末が供給される供給空間を備え、底面に開口が形成されたカップ部を有し、
前記開口の前方に位置する前記カップ部の先端部には、前記キャビティを閉塞可能な閉塞部が設けられている。

本発明に係る粉末充填装置では、開口の前方に位置するカップ部の先端部に、キャビティを閉塞可能な閉塞部が設けられている。そのため、粉末充填装置は、供給空間に供給された成形用粉末を開口を介してキャビティの内部に充填した後、キャビティから後退する途中で、閉塞部によってキャビティの開口を閉塞し、キャビティの内部を密閉した状態とすることができる。前述のとおり、このタイミングにおいて、アンダーフィル工程を実行することにより、キャビティに充填された成形用粉末がキャビティの外に飛散することを有効に防止し、成形体の成形寸法のばらつき、成形体へのクラックやカケの発生、摺動部の異常摩耗、あるいは粉体歩留まりの低下を効果的に防止することができる。

好ましくは、前記閉塞部は、前記カップ部の先端部と一体となっている。例えば、閉塞部をカップ部とは別体で構成しカップ部の先端部に対して着脱自在に取り付けるといったことも可能ではあるが、上記のような構成とすることにより、カップ部の先端部と閉塞部との間に不連続な接続部が形成されることを回避し、閉塞部の底面とダイの上面との間を面一とすることが可能となる。これにより、閉塞部によって、キャビティの開口を隙間なく閉塞することができる。

好ましくは、前記粉末充填装置の移動方向に沿った前記閉塞部の幅をＷ１とし、前記移動方向に沿った前記キャビティの幅をＷ２としたとき、Ｗ１≧Ｗ２である。このような構成とすることにより、粉末充填装置の移動方向に関して、閉塞部によってキャビティの開口を確実に閉塞することができる。

好ましくは、前記カップ部は、複数の前記供給空間を備え、前記カップ部の底面には、複数の供給空間に対応して、複数の前記開口がそれぞれ形成されており、複数の前記開口の前方に位置する前記カップ部の先端部には、前記閉塞部が設けられている。このような構成とすることにより、複数のカップ部に対応して、複数のキャビティがダイに形成される場合において、これら複数のキャビティを閉塞部で閉塞することができる。

上記目的を達成するために、本発明に係る成形装置は、ダイと、ダイに挿入される下パンチと、上述したいずれかの粉末充填装置と、を有する。粉末充填装置の閉塞部でキャビティの開口を塞ぎ、その間に、下パンチに対してダイを上昇させるアンダーフィル工程を行うことにより、キャビティに充填された成形用粉末がキャビティの外に飛散することを有効に防止し、上述した各種の効果を得ることができる。

図１は本発明の一実施形態に係る成形装置の構成を示す概略図である。 図２Ａは図１に示す粉末充填装置の構成を示す概略側面図である。 図２Ｂは図２Ａに示す粉末充填装置の概略平面図である。 図２Ｃは図２Ｂに示す粉末充填装置の変形例の概略平面図である。 図３Ａは図１に示す成形装置により成形体を製造する工程を示す概略図である。 図３Ｂは図３Ａに示す工程の続きの工程を示す概略図である。 図３Ｃは図３Ｂに示す工程の続きの工程を示す概略図である。 図３Ｄは図３Ｃに示す工程の続きの工程を示す概略図である。 図３Ｅは図３Ｄに示す工程の続きの工程を示す概略図である。 図３Ｆは図３Ｅに示す工程の続きの工程を示す概略図である。 図３Ｇは図３Ｆに示す工程の続きの工程を示す概略図である。 図３Ｈは図３Ｇに示す工程の続きの工程を示す概略図である。 図４は図１に示す成形装置により成形体を製造する工程を示すフローチャートである。 図５は本発明の効果を説明するための概略図である。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。

図１に示す本発明の一実施形態に係る成形装置１は、成形用粉末を成形して所定の形状の成形体を生成するためのものであり、粉末充填装置１０と、ダイ（臼型）２０と、下パンチ３０と、上パンチ４０とを有する。

成形用粉末の具体例としては、フェライト等の軟磁性材料からなる粉末や金属粉等を挙げることができる。成形用粉末には、これらの粉末に加えて、樹脂等が含まれていてもよい。また、成形装置１により成形される成形体の具体例としては、コイル装置の磁性コア等を挙げることができる。また、コアの形状の具体例としては、図３Ｈに示すようなドラムコアを挙げることができる。ただし、成形体の種別および形状は特に限定されるものではなく、種々の種別および形状からなる成形体に本発明を適用することができる。なお、以下の説明においては、上パンチ４０が配置されている側を上側と呼び、下パンチ３０が配置されている側を下側と呼ぶ。

ダイ２０は、ダイ本体２１と、ダイホール２２とを有する。ダイ本体２１は非磁性体で形成され、その上面２１ａは粉末充填装置１０が往復移動することができるように平坦面形状を為している。ダイ本体２１は、図示しない油圧シリンダ等によって、昇降移動可能に構成されている。

ダイホール２２は、ダイ本体２１をその厚み方向に貫く貫通孔からなり、成形すべき成形体の形状に対応した形状を有する。これにより、ダイ２０は、成形体の主に側面の成形を行うことを可能とする。本実施形態では、ダイホール２２の開口形状は、ドラムコアの平面形状に対応した形状となっている。

下パンチ３０は、図示しない下パンチベース（図３Ａの下パンチベース３１を参照）に取り付けられており、ダイホール２２に対応する位置に配置されている。下パンチ３０の上端部は、ダイホール２２の内部に挿入されており、ダイホール２２の内部を上下方向に移動自在に構成されている。下パンチ３０の上端面３０ａは成形すべき成形体の形状に対応した形状を有しており、本実施形態では、上端面３０ａはドラムコアの形状に対応して段差状に形成されている。また、上端面３０ａの平面形状は、ダイホール２２の開口形状に対応している。

ダイホール２２の内周面と下パンチ３０の上端面３０ａとで画定される領域にはキャビティ５０が形成されている。キャビティ５０には、粉末充填装置１０によって成形用粉末が充填され、その内部において成形用粉末を加圧成形し、成形体を生成することが可能となっている。キャビティ５０の下方は下パンチ３０の上端面３０ａで閉塞されている一方で、キャビティ５０の上方は開放されており、キャビティ開口５１を構成している。

上パンチ４０は、ダイ２０の上方に設けられ、キャビティ５０に挿入可能な位置に配置されている。上パンチ４０は、図示しない上パンチベースに取り付けられており、油圧シリンダ等によって上パンチベースが上下方向に移動することにより、それに伴って上パンチ４０が上下方向に移動することが可能となっている。上パンチ４０は、キャビティ５０内に挿入され、下パンチ３０とともに、キャビティ５０に充填された成形用粉末を加圧成形するためのものである。

上パンチ４０の下端面４０ａは、成形すべき成形体の形状に対応した形状を有しており、本実施形態では下パンチ３０の上端面３０ａに対応した形状、すなわちドラムコアの形状に対応した段差状に形成されている。また、下端面４０ａの平面形状は、ダイホール２２の開口形状に対応している。上パンチ４０の下端面４０ａおよび下パンチ３０の上端面３０ａにより、成形体の主に上面および底面の成形を行うことが可能となっている。

粉末充填装置（フィーダ）１０は、成形用粉末をキャビティ５０内に充填するために用いられ、ダイ２０の上面２１ａを往復移動方向Ｍに沿って往復移動することができる。より詳細には、粉末充填装置１０は、キャビティ５０まで前進（スライド移動）し、キャビティ５０に成型用粉末を充填した後、キャビティ５０から後退する動作を行う。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、粉末充填装置１０は、カップ部１１と、閉塞部１２と、供給配管１３とを有する。以下では、往復移動方向Ｍに関して、閉塞部１２が配置されている側を前方あるいは粉末充填装置１０の先端側と呼び、供給配管１３が配置されている側を後方あるいは粉末充填装置１０の基端側と呼ぶ。

カップ部１１は供給空間１５を有し、供給空間１５の内部には、図示しない貯蔵用のホッパーから供給配管１３を介して成形用粉末が所定量（定量）だけ供給される。供給配管１３には供給孔１４が形成されており、供給孔１４は供給空間１５と連通している。供給空間１５の大きさ（容積）は、ホッパーから供給される所定量の成形用粉末を収容するに足る大きさとなっている。例えば、供給空間１５には、キャビティ５０内に充填可能な成形用粉末の約２倍の量の成形用粉末を充填することが可能となっている。

カップ部１１の位置において、粉末充填装置１０の底面１０ａは開放されており、カップ部１１の底面には開口１６が形成されている。そのため、カップ部１１がキャビティ５０上に位置したときに、開口１６を通じて、供給空間１５に供給された成形用粉末をキャビティ５０内へ落下させ、充填することが可能となっている。往復移動方向Ｍに沿った開口１６の幅Ｗ３は、往復移動方向Ｍに沿ったキャビティ５０の幅Ｗ２（図１）と同等かこれより大きくなっている。図示の例では、往復移動方向Ｍに沿った開口１６の幅は、往復移動方向Ｍに沿った供給空間１５の幅と等しくなっている。

閉塞部１２は、カップ部１１の先端部に一体的に形成されており、粉末充填装置１０の先端部を構成している。閉塞部１２は、開口１６の周縁部のうち、開口１６の前方に位置する部分である。閉塞部１２は、開口１６の開口周縁のうち前方に位置する部分に形成されたエッジ部１２ａと、往復移動方向Ｍに関してエッジ部１２ａとは反対側に位置する先端部１２ｂとを有する。閉塞部１２は、往復移動方向Ｍに関して、エッジ部１２ａよりも前方に位置し、かつ、先端部１２ｂよりも後方に位置する領域からなる。図示の例では、閉塞部１２は、供給空間１５よりも前方に形成されている。

往復移動方向Ｍに沿った閉塞部１２の幅をＷ１とし、往復移動方向Ｍに沿ったキャビティ５０（図１）の幅をＷ２としたとき、本実施形態ではＷ１≧Ｗ２である。そのため、粉末充填装置１０がキャビティ５０上に移動してきたとき、閉塞部１２によって、キャビティ５０のキャビティ開口５１を閉塞することが可能となっている。

また、幅Ｗ１，Ｗ２の大きさに関して、好ましくは２Ｗ２≧Ｗ１≧Ｗ２とし、さらに好ましくは１．５Ｗ２≧Ｗ１≧Ｗ２することにより、閉塞部１２の幅Ｗ１が極度に大きくなりすぎることを防止し、粉末充填装置１０の小型化を図ることができる。なお、往復移動方向Ｍに直交する直交方向Ｖ（図２Ｂ）に沿った閉塞部１２の幅は、同方向に沿ったキャビティ５０の幅よりも大きくなっているが、同等であってもよい。また、図示の例では、往復移動方向Ｍに沿った閉塞部１２の幅Ｗ１は、往復移動方向Ｍに沿った開口１６の幅Ｗ３よりも小さくなっているが、幅Ｗ３と同等あるいはこれよりも大きくてもよい。

本実施形態では、閉塞部１２は、キャビティ５０のキャビティ開口５１を閉塞している間も、往復移動方向Ｍに沿って移動（後退）しており、キャビティ開口５１上で停止することなくキャビティ５０を閉塞する。詳細については後述するが、閉塞部１２がキャビティ５０を閉塞することにより、キャビティ５０に充填された成形用粉末がキャビティ５０の外に飛散することを防止することが可能となる。すなわち、閉塞部１２は、キャビティ５０に充填された成形用粉末に対して漏れ防止部材として機能する。

閉塞部１２の位置において、粉末充填装置１０の底面１０ａは、平坦面となっている。すなわち、底面１０ａには、好ましくは傾斜部や湾曲部あるいは屈曲部が形成されていない。このような平坦面を底面１０ａに形成することにより、閉塞部１２がキャビティ５０のキャビティ開口５１に配置されたときに、キャビティ５０に充填された成形用粉末の上面を閉塞部１２によって平らに均すことができる。なお、キャビティ５０に充填された成形用粉末の上面は、粉末充填装置１０が往復移動方向Ｍに沿って後退するときに、閉塞部１２のエッジ部１２ａ、および閉塞部１２の位置における底面１０ａ（幅Ｗ１によって画定されるエッジ部１２ａから先端部１２ｂに至る領域）によって均される。

直交方向Ｖに沿った閉塞部１２の幅は、直交方向Ｖに沿ったカップ部１１の幅と略等しくなっている。なお、閉塞部１２は、例えば開口１６あるいは供給空間１５に対応する位置にのみ、局所的に形成されていてもよい。この場合において、直交方向Ｖに沿った閉塞部１２の幅を、直交方向Ｖに沿った開口１６の幅と略等しくし、カップ部１１の先端部から往復移動方向Ｍの先端に向かって突出するように閉塞部１２を形成してもよい。

上述した粉末充填装置１０、ダイ２０、下パンチ３０および上パンチ４０の各々には通信回線を介して図示しない制御部が接続されており、制御部から送信される制御信号を受けて、これらは動作することができる。制御部は、成形装置１が図４に示す各ステップを実行することを可能とするための制御を行う。

以下、図３Ａ～図３Ｈおよび図４を参照しつつ、キャビティ５０の内部で成形用粉末を成形する成形方法について説明する。図３Ａに示すように、まず、キャビティ５０から所定距離だけ後退した位置において、供給配管１３を介して、図示しないホッパーから粉末充填装置１０のカップ部１１（供給空間１５）に一定量の成形用粉末６０を供給しておく。このとき、開口１６はダイ２０の上面２１ａによって閉塞されているため、供給空間１５の内部に供給された一定量の成形用粉末６０が充填される。また、ダイ２０のダイホール２２の内部には下パンチ３０を挿入し、キャビティ５０を形成しておく。

供給空間１５への成形用粉末の供給が完了すると、粉末充填装置１０は、キャビティ５０から所定距離だけ後退した位置から、前進方向Ｍ１に沿って、ダイ２０の上面２１ａをキャビティ５０に向かって移動（前進）を開始する。そして、図３Ｂに示すように、粉末充填装置１０がキャビティ５０に到達し、カップ部１１の開口１６がキャビティ５０のキャビティ開口５１上に位置したとき、カップ部１１の開口１６が開放され、供給空間１５に収容されていた成形用粉末６０が開口１６を介して重力により落下し、キャビティ５０に充填される（図４：ステップＳ１）。

供給空間１５に供給される成形用粉末６０の供給量はキャビティ５０に充填可能な成形用粉末６０の充填量よりも多いため、図３Ｂに示すように、キャビティ５０内に成形用粉末６０が満たされた状態において、供給空間１５にはキャビティ５０内に入りきらなかった成形用粉末６０が残存している。

この状態において、図３Ｃに示すように、粉末充填装置１０は、後退方向Ｍ２に沿って、ダイ２０の上面２１ａをキャビティ５０から離れる方向に向かって移動（後退）を開始する。このとき、粉末充填装置１０の開口１６は、後退方向Ｍ２に沿って、キャビティ開口５１から離間していく一方で、粉末充填装置１０の閉塞部１２は、後退方向Ｍ２に沿って、キャビティ開口５１に近づいていく。

そして、粉末充填装置１０がキャビティ５０から後退していく途中において、閉塞部１２のエッジ部１２ａが、キャビティ開口５１の開口縁のうち後退方向Ｍ２の後方に位置する部分に到達したとき、閉塞部１２は、成形用粉末６０が充填されたキャビティ５０のキャビティ開口５１を完全に閉塞する（図４：ステップＳ２）。

この閉塞部１２によるキャビティ開口５１の閉塞状態は、粉末充填装置１０がダイ２０の上面２１ａを後退し続け、閉塞部１２の先端部１２ｂが、キャビティ開口５１の開口縁のうち後退方向Ｍ２の前方に位置する部分に到達するまで継続される。キャビティ開口５１が閉塞部１２で完全に塞がれている状態では、開口１６はダイ２０の上面２１ａによって完全に閉塞された状態となっている。

閉塞部１２がキャビティ開口５１の上を通過する過程において、いわゆる擦り切りにより、キャビティ開口５１において、キャビティ５０に充填された成形用粉末６０の表面（上面）が均一に均され平らになる。この擦り切りは、主として閉塞部１２のエッジ部１２ａによって行われる。そのため、成形用粉末６０の上面は、キャビティ開口５１を画定するダイ２０の上面２１ａに対して略面一となる。このように、キャビティ５０に充填された成形用粉末６０の上面を平らに均す効果を得るために、閉塞部１２にはある程度の機械的強度が備わっていることが好ましく、閉塞部１２を含む粉末充填装置１０はステンレス等の高強度材により構成されていることが好ましい。

また、キャビティ開口５１が閉塞部１２によって完全に閉塞された（覆われた）状態において、キャビティ５０に充填された成形用粉末６０の上面は、全体的に、閉塞部１２の底面によって均一に押圧された状態となる。そのため、キャビティ５０内には、成形用粉末６０が均一に充填され、キャビティ５０内の成形用粉末６０の充填密度が均一化される。したがって、キャビティ５０内における成形用粉末６０の密度ばらつきや重量ばらつきを防止することができる。

図３Ｄに示すように、本実施形態では、閉塞部１２がキャビティ開口５１を閉塞している状態で、下パンチ３０に対してダイ２０のダイ本体２１を上昇方向Ｍ３に沿って所定距離（例えば、０．５～１．５ｍｍ）だけ上昇させるアンダーフィル工程（図４：ステップＳ３）が行われる。アンダーフィル工程は、閉塞部１２がキャビティ開口５１を完全に閉塞する時点（エッジ部１２ａがキャビティ開口５１の開口縁のうち後退方向Ｍ２の後方に位置する部分に到達した時点）で開始される。このアンダーフィル工程により、ダイ２０の上面２１ａは、下パンチ３０に対して徐々に上昇していき、最終的にキャビティ５０に充填された成形用粉末６０の上面よりも所定距離だけ上方の位置（アンダーフィル完了位置）に位置することになる。その結果、キャビティ５０内には、キャビティ５０に充填された成形用粉末６０の上面と閉塞部１２の底面（底面１０ａ）との間に、ダイ本体２１の上昇距離に応じた高さからなる隙間７０が形成される。

本実施形態では、アンダーフィル工程において、下パンチ３０に対してダイ本体２１が上昇移動を開始した時点から、ダイ本体２１がアンダーフィル完了位置に到達する時点までの間、閉塞部１２は後退方向Ｍ２に移動しつつキャビティ開口５１を閉塞した状態を維持している。そのため、アンダーフィル工程において、隙間７０が開放されることはなく、キャビティ５０内は密閉された状態となっている。

アンダーフィル工程において、粉末充填装置１０は、キャビティ５０上で後退方向Ｍ２に沿った後退移動を停止してはおらず、キャビティ５０の上を後退方向Ｍ２に沿って通過している（後退している）。そして、この粉末充填装置１０による後退移動の最中に、下パンチ３０に対してダイ本体２１が上昇する。すなわち、本実施形態では、ダイ本体２１の上昇方向Ｍ３に沿う上昇移動と粉末充填装置１０の後退方向Ｍ２に沿う後退移動とが同時に行われる。そのため、粉末充填装置１０が迅速に後退完了位置まで戻ることが可能となり、成形サイクルあるいは成形タクトの高速化を図ることができる。

なお、粉末充填装置１０の後退時における移動速度をｖとし、アンダーフィル工程が開始してから完了するまでに要する時間をｔとしたとき、閉塞部１２の幅Ｗ１（図２Ａ）は、キャビティ開口５１の幅Ｗ２（図１）と、上記移動速度ｖと上記時間ｔとの積（ｖｔ）との和（Ｗ２＋ｖｔ）に対応（比例）する長さであることが好ましい。これにより、粉末充填装置１０による後退方向Ｍ２に沿った後退移動の間、閉塞部１２によってキャビティ開口５１を閉塞した状態を維持することができる。

ダイ本体２１がアンダーフィル完了位置に到達し、下パンチ３０に対するダイ本体２１の上昇が完了した後、図３Ｅに示すように、閉塞部１２によるキャビティ開口５１の閉塞が解除され、キャビティ開口５１が徐々に開放されていく。すなわち、ダイ本体２１がアンダーフィル完了位置に到達した時点において、閉塞部１２の先端部１２ｂが、キャビティ開口５１の開口縁のうち後退方向Ｍ２の前方に位置する部分を後退方向Ｍ２に沿って通過するように、粉末充填装置１０およびダイ本体２１のそれぞれの動作が制御されている。

その結果、キャビティ開口５１を介して、隙間７０が外部空間と連通する。このとき、キャビティ５０の内部は外部空間に対して負圧となっているため（減圧されているため）、矢印Ａで示すように、隙間７０に向かって外部空間から空気が流入する。この隙間７０に流入する空気（気流）による空気圧は、キャビティ５０に充填された成形用粉末６０をキャビティ５０内に向けて押さえ込む作用を奏する。

粉末充填装置１０がキャビティ５０から所定距離だけ離れた位置（後退完了位置）まで戻ったとき、図３Ｆに示すように、上パンチ４０が下降方向Ｍ４に沿って下降する。また、図３Ｇに示すように、上パンチ４０がキャビティ５０内に挿入し、加圧完了位置まで下降する。そして、この加圧完了位置において、キャビティ５０に充填された成形用粉末６０を加圧（圧縮）する（図４：ステップＳ４）。これにより、下パンチ３０の上端面３０ａ、上パンチ４０の下端面４０ａおよびダイホール２２の各々の形状に対応した形状を有する成形体８０が生成される。

その後、図３Ｈに示すように、上パンチ４０は上昇方向Ｍ３に沿って上昇移動し、下パンチ３０の上方に待機する。これと同時に、またはその後、ダイ２０の上面２１ａの位置と下パンチ３０の上端面３０ａの位置とが実質的に揃うまで、ダイ本体２１が下降方向Ｍ４に沿って下降する。このときの下降距離は、成形体８０の高さと隙間７０の高さの和に対応する。このようにして、成形体８０をキャビティ５０内からダイ２０の上面２１ａの位置まで押し上げ、キャビティ５０から排出する（図４：ステップＳ５）。

以上のようにして、ステップＳ１～ステップＳ５までの一連の成形サイクルが完了し、以降、この成形サイクルが繰り返し実行されて、多数の成形体８０が生成される。生成された成形体８０に対して、必要に応じて焼結等の処理を行ってもよい。

なお、図３Ｄに示すように、アンダーフィル工程は、下パンチ３０に対してダイ本体２１を上昇方向Ｍ３に沿って上昇させることにより行われたが、例えばダイ本体２１に対して下パンチ３０を下降させることにより行われてもよい。また、図３Ｈに示すように、排出工程は、ダイ本体２１を下降方向Ｍに沿って下降させることにより行われたが、例えばダイ本体２１に対して下パンチ３０を上昇させることにより行われてもよい。

以上、本実施形態に係る成形方法では、図３Ｄに示すアンダーフィル工程に先立って、図３Ｃに示す閉塞工程が行われ、キャビティ開口５１を閉塞した状態でアンダーフィル工程が行われる。そのため、アンダーフィル工程の実行時においては、キャビティ５０の内部は密閉された状態となり、成形サイクルを高速で実行しても、キャビティ５０に充填された成形用粉末６０がキャビティ５０の外に飛散することを有効に防止することができる。また、アンダーフィル工程の完了後においては、キャビティ５０に充填された成形用粉末６０の上面が、キャビティ開口５１を画定しているダイ２０の上面２１ａよりも低い位置に配置され、成形用粉末６０がキャビティ５０の外に飛散すること防止することができる。

図５は、図３Ｈに示す排出工程を実行する前において、キャビティ５０内に成形体８０が配置された状態におけるダイ２０の上面２１ａを上方から見たときの写真をトレースした図である。図５において、紙面下方に示す図は本発明を成形装置１に適用した場合における上面２１ａの状態を示しており、紙面上方に示す図は本発明を成形装置１に適用しなかった場合における上面２１ａの状態を示している。

図面から理解できるように、成形装置１に本発明を適用しなかった場合には、ダイ２０の上面２１ａにおいてキャビティ開口５１の周囲に成形用粉末６０が飛散しているが、成形装置１に本発明を適用した場合には、ダイ２０の上面２１ａにおいてキャビティ開口５１の周囲には成形用粉末６０がほとんど飛散していない。このように、本実施形態によれば、成形用粉末６０がキャビティ５０の外に飛散することを効果的に防止することができる。

また、本実施形態では、成形用粉末６０の飛散が防止されることにより、キャビティ５０に充填される成形用粉末６０の充填量を一定量とするとともに、キャビティ５０に成形用粉末６０を均一に充填することが可能となる。したがって、小型の成形体８０（図３Ｈ）に対しても、成形体８０の成形寸法にばらつきが発生することを防止するとともに、成形体密度を均一にし、成形体８０にクラックやカケが発生することを防止することができる。

また、成形装置１にはアンダーフィル工程等においてダイ本体２１を昇降移動させるための摺動部が具備される場合があるが、成形用粉末６０の飛散が防止されることにより、摺動部に成形用粉末６０が入り込み異常摩耗が発生するといった不具合を防止することができる。また、結果として、成形装置１のメンテナンスの回数を低減することができる。

また、成形用粉末６０の飛散が防止されることにより、キャビティ５０内に充填された成形用粉末６０のうち、実際にキャビティ５０内で成形体８０の成形に用いられる正味の成形用粉末６０の割合（粉体歩留まり）を高めることができる。

本実施形態に係る粉末充填装置１０では、図２Ａに示すように、開口１６の前方に位置するカップ部１１の先端部に、キャビティ５０を閉塞可能な閉塞部１２が設けられており、閉塞部１２で、成形用粉末６０が充填されたキャビティ５０のキャビティ開口５１を閉塞する。そのため、図３Ｂに示す充填工程の前後において、粉末充填装置１０がダイ２０の上面２１ａを往復移動する過程において、閉塞部１２によってキャビティ開口５１を隙間なく閉塞することができる。特に、本実施形態では、粉末充填装置１０は、供給空間１５に供給された成形用粉末６０を開口１６を介してキャビティ５０の内部に充填した後、キャビティ５０から後退する途中で、閉塞部１２によってキャビティ開口５１を閉塞し、キャビティ５０の内部を密閉した状態とすることができる。

また、本実施形態では、閉塞部１２で、キャビティ開口５１を閉塞しつつ擦り切りを行うことが可能となるため、擦り切り時における成形用粉末６０の飛散を有効に防止することができる。

また、本実施形態では、粉末充填装置１０は、（１）図３Ｃに示すようにキャビティ５０（キャビティ開口５１）から後退する途中で、閉塞部１２でキャビティ開口５１を閉塞し、（２）図３Ｄに示すように粉末充填装置１０がキャビティ５０の上を通過している最中に、下パンチ３０に対してダイ本体２１が上昇する。（１）に示すような態様で閉塞工程を行うことにより、充填工程から閉塞工程に円滑に移行することが可能であり、成形サイクルの高速化を図ることができる。また、（２）に示すような態様でアンダーフィル工程を行うことにより、閉塞工程とアンダーフィル工程とを同時に行うことが可能となり、成形サイクルの更なる高速化を図ることができる。

また、本実施形態では、図３Ｅに示すように下パンチ３０に対するダイ本体２１の上昇が完了した後、閉塞部１２で閉塞されていたキャビティ開口５１が開放される。このようにアンダーフィル工程が完了するまで閉塞工程を継続して行うことにより、アンダーフィル工程の実行時において、キャビティ５０に充填された成形用粉末６０がキャビティ５０の外に飛散することを確実に防止することができる。

また、アンダーフィル工程が完了し、下パンチ３０に対してダイ本体２１がアンダーフィル完了位置まで上昇すると、キャビティ５０の内部では、キャビティ５０に充填された成形用粉末の上面と、キャビティ開口５１を閉塞している閉塞部１２との間に空間７０が形成される。空間７０内はキャビティ５０の外部と比較して負圧となっているため、アンダーフィル工程の完了後にキャビティ５０の開口を開放すると、空間７０に空気が流れ込む。これにより、キャビティ５０に充填された成形用粉末６０が空気圧によりキャビティ５０内に封じ込められ、キャビティ５０の外に飛散することを効果的に防止することができる。

また、本実施形態では、図２Ａに示すように、閉塞部１２は、カップ部１１の先端部と一体となっている。例えば、閉塞部１２をカップ部１１とは別体で構成しカップ部１１の先端部に対して着脱自在に取り付けるといったことも可能ではあるが、上記のような構成とすることにより、カップ部１１の先端部と閉塞部１２との間に不連続な接続部が形成されることを回避し、閉塞部１２の底面とダイ２０の上面２１ａとの間を面一とすることが可能となる。これにより、閉塞部１２によって、キャビティ開口５１を隙間なく閉塞することができる。

また、本実施形態では、粉末充填装置１０の往復移動方向Ｍに沿った閉塞部１２の幅Ｗ１と、往復移動方向Ｍ１に沿ったキャビティ５０の幅Ｗ２とに関して、Ｗ１≧Ｗ２である。そのため、粉末充填装置１０の往復移動方向Ｍ１に関して、閉塞部１２によってキャビティ開口５１を確実に閉塞することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

上記実施形態では、図２Ｂに示すように、粉末充填装置１０は供給空間１５および供給配管１３をそれぞれ１個ずつ具備していたが、図２Ｃに示すように、粉末充填装置１０’に複数の供給空間１５および複数の供給配管１３を具備させてもよい。図２Ｃに示す例では、カップ部１１’は、複数の供給空間１５を備え、カップ部１１’の底面には、複数の供給空間１５に対応して、複数の開口１６がそれぞれ形成されている。また、複数の開口１６の前方に位置するカップ部１１’の先端部には、閉塞部１２’が設けられている。閉塞部１２’は、カップ部１１’の先端部において、直交方向Ｖの一端から他端に至る領域に形成されている。このような構成とすることにより、複数のカップ部１１’に対応して、複数のキャビティ５０（図示略）がダイ本体２１に形成される場合において、これら複数のキャビティ５０を閉塞部１２’で閉塞することができる。

また、この場合において、複数のカップ部１１’の先端部には、複数の開口１６に対応して、複数の閉塞部１２’が局所的に設けられていてもよい。このような構成とすることにより、カップ部１１’の先端部に複数の閉塞部１２’を局所的に形成することが可能となり、カップ部１１’への閉塞部１２’の付加に伴い、粉末充填装置１０’が大型化することを防止することができる。

なお、図２Ｃに示す例では、供給配管１３が供給空間１５の数と等しい数だけ具備されているが、１個の供給配管１３によって成形用粉末６０を各供給空間１５に供給できるように構成してもよい。

また、上記実施形態において、図３Ｄに示すように、アンダーフィル工程では、粉末充填装置１０がキャビティ５０の上を後退方向Ｍ２に沿って後退している最中に、下パンチ３０に対してダイ本体２１が上昇していたが、下パンチ３０に対してダイ本体２１が上昇するときに、粉末充填装置１０はキャビティ５０上の後退方向Ｍ２への移動を停止してもよい。すなわち、アンダーフィル工程が完了したことを契機として、粉末充填装置１０は、後退方向Ｍ２への移動を開始してもよい。

また、アンダーフィル工程において、下パンチ３０に対してダイ本体２１が上昇移動を開始した時点から、ダイ本体２１がアンダーフィル完了位置に到達する時点までの間、閉塞部１２はキャビティ開口５１を閉塞した状態を維持していることが好ましいが、ダイ本体２１がアンダーフィル完了位置に到達する前に、閉塞部１２はキャビティ開口５１をわずかに開放してもよい。

１…成形装置
１０，１０’…粉末充填装置
１０ａ…底面
１１，１１’…カップ部
１２，１２’…閉塞部
１２ａ…エッジ部
１２ｂ…先端部
１３…供給配管
１４…供給孔
１５…供給空間
１６…開口
２０…ダイ
２１…ダイ本体
２１ａ…上面
２２…ダイホール
３０…下パンチ
３０ａ…上端面
３１…下パンチベース
４０…上パンチ
４０ａ…下端面
５０…キャビティ
５１…キャビティ開口
６０…成形用粉末
７０…隙間
８０…成形体

Claims (9)

1. 下パンチをダイに挿入して構成されるキャビティの内部で成形用粉末を成形する成形方法であって、
   前記キャビティに成形用粉末を充填する工程と、
   成形用粉末が充填された前記キャビティの開口を閉塞する工程と、
   前記キャビティの開口を閉塞した状態で、前記下パンチに対して前記ダイを相対的に上昇させる工程と、を有する成形方法。
2. 前記キャビティに成形用粉末を充填する粉末充填装置の先端部で、成形用粉末が充填された前記キャビティの開口を閉塞する請求項１に記載の成形方法。
3. 前記粉末充填装置は、前記キャビティから後退する途中で、前記粉末充填装置の先端部で前記キャビティの開口を閉塞し、
   前記粉末充填装置が前記キャビティの上を通過している最中に、前記下パンチに対して前記ダイが上昇する請求項２に記載の成形方法。
4. 前記下パンチに対するダイの上昇が完了した後、前記粉末充填装置の先端部で閉塞されていた前記キャビティの開口が開放される請求項２または３に記載の成形方法。
5. キャビティに成形用粉末を充填する粉末充填装置であって、
   成形用粉末が供給される供給空間を備え、底面に開口が形成されたカップ部を有し、
   前記開口の前方に位置する前記カップ部の先端部には、前記キャビティを閉塞可能な閉塞部が設けられている粉末充填装置。
6. 前記閉塞部は、前記カップ部の先端部と一体となっている請求項５に記載の粉末充填装置。
7. 前記粉末充填装置の移動方向に沿った前記閉塞部の幅をＷ１とし、前記移動方向に沿った前記キャビティの幅をＷ２としたとき、Ｗ１≧Ｗ２である請求項６に記載の粉末充填装置。
8. 前記カップ部は、複数の前記供給空間を備え、
   前記カップ部の底面には、複数の供給空間に対応して、複数の前記開口がそれぞれ形成されており、
   複数の前記開口の前方に位置する前記カップ部の先端部には、前記閉塞部が設けられている請求項５～７のいずれかに記載の粉末充填装置。
9. ダイと、
   前記ダイに挿入される下パンチと、
   請求項５～８のいずれかに記載の粉末充填装置と、を有する成形装置。

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