JP3678139B2

JP3678139B2 - 粉末成形装置

Info

Publication number: JP3678139B2
Application number: JP2000367972A
Authority: JP
Inventors: 誠北村; 善夫織田; 忠則桧垣
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2020-12-04
Also published as: JP2002172496A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス，あるいは食品，薬品等の粉末原料をダイスと上，下パンチとで形成された粉末成形空間内に充填して加圧成形するようにした粉末成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の粉末成形装置として、従来、ダイスが固定されたダイスプレートの上方，下方にダイスを挟んで対向するよう複数のパンチを備えたパンチユニットを配設し、該上，下パンチユニットを駆動することにより加圧成形を行なうようにしたものが提案されている（例えば、特開平５−５７４９６号公報参照）。
【０００３】
また上記粉末成形装置では、各パンチにクランク構造からなる直線駆動機構を連結するとともに、各クランクにサーボモータを接続し、上記各パンチをそれぞれ独立して駆動することにより、成形体の形状等に対する自由度を高めるとともに、成形体の密度を均一化するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来装置では、各パンチにそれぞれクランクを連結して独立駆動する構造を採用しており、このためクランクの配置スペースが大きくなり、装置全体が大型化するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされたもので、複数のパンチをそれぞれ駆動軸により独立駆動する場合の配置スペースを縮小できる粉末成形装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ダイスと該ダイスを挟んで対向するよう配設された上，下パンチユニットとで粉末成形空間を形成し、上記上，下パンチユニットをそれぞれ駆動軸により独立して駆動することにより加圧成形を行なうようにした粉末成形装置において、上記ダイス及び下パンチユニットを少なくとも粉末供給ステージ，粉末加圧ステージ，成形体取り出しステージの順で搬送する搬送テーブルと、上記各ステージに配設され上記下パンチユニットをクランプして該ステージの所定位置に位置決めし、搬送時にはクランプを解除するクランプ機構と、搬送中は上記下パンチユニットを所定位置に保持して脱落を防止し、搬送された次のステージの所定位置では上記下パンチユニットの位置決め保持を解除して上下動を許容する保持機構とを備え上記上，下パンチユニットのうち少なくとも上パンチユニットを、少なくとも第１，第２パンチを互いに相対移動可能に挿入してなるものとし、該第１，第２パンチに第１，第２駆動軸を連結し、該第１，第２駆動軸を、中空外筒内に内筒を軸心方向に相対移動可能に挿入してなるものとし、上記中空外筒及び内筒を共通の可動ベースにより支持したことを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１において、上記内筒は中空外筒の両端開口から外方に突出しており、該中空外筒の一端には第１パンチが第１金型支持板を介して連結され、他端には第１駆動源が連結されており、上記内筒の一端には第２パンチが第２金型支持板を介して接続され、他端には第２駆動源が連結されており、上記第１，第２駆動源により上記中空外筒，内筒が独立して駆動されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、上記中空外筒，内筒にはそれぞれボールねじが連結されており、該各ボールねじにはタイミングベルトを介して駆動源としてのサーボモータが連結されていることを特徴としている。
【００１１】
【発明の作用効果】
請求項１の発明にかかる粉末成形装置によれば、各パンチを駆動する第１，第２駆動軸を、中空外筒に内筒を相対移動可能に挿入してなるものとしたので、駆動軸の配置スペースを縮小することが可能となり、装置全体の小型化に貢献できる。また、パンチを駆動する駆動軸が中空外筒に内筒を挿入してなる同芯構造であるので、内筒の位置に合わせて中空外筒の位置精度が高くなり、加工パンチ自体の位置精度も高くなる。また、中空外筒及び内筒を共通の可動ベースに支持し、ダイスを可動ベースとは別に配設された搬送テーブルに配置固定し、該搬送テーブルを各ステージの間で移動させたので、成形体の高速な連続生産を可能にでき、生産性を向上できる。
【００１２】
請求項２の発明では、内筒及び中空外筒を第１，第２金型支持板を介して第１，第２駆動源によりそれぞれ独立して駆動したので、成形体の形状等に対する自由度を高めることができるとともに、成形体の密度を均一にできる。
【００１３】
請求項３の発明では、中空外筒軸及び内筒をボールねじに連結されたタイミングベルトを介してサーボモータにより駆動するようにしたので、各パンチのストローク精度を高めることができるとともに、バックラッシュを回避でき、ひいては成形体の品質，寸法精度を向上できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の成立過程における第１参考例による粉末成形装置を説明するための概略構成図である。
【００１８】
図において、１はセラミックス粉末原料を加圧成形することによりセラミック電子部品素子を製造する粉末成形装置を示している。この粉末成形装置１は、主としてセラミックス粉末が充填される金型２と、該金型２に充填されたセラミックス粉末を圧縮する駆動部３と、上記金型２，駆動部３を支持する固定フレーム４とを備えている。
【００１９】
上記金型２は、円筒状のダイス５と、該ダイス５を挟んで対向するように挿入配置された上パンチユニット６及び下パンチユニット７とからなり、該ダイス５と上，下パンチユニット６，７とで囲まれた部分が粉末成形空間２ａとなっている。
【００２０】
上記上パンチユニット６は円筒状の上第１パンチ６ａ内にピン状の上第２パンチ６ｂを相対移動自在に挿入してなるものであり、上記下パンチユニット７は上記同様に円筒状の下第１パンチ７ａ内にピン状の下第２パンチ７ｂを相対移動自在に挿入してなるものである。この各パンチユニット６，７をそれぞれ独立させて駆動することにより、均一な密度を有する各種の成形体を形成でき、例えば円筒状，円柱状，断面Ｈ形状，あるいは断面十字形状の成形体が形成される。
【００２１】
上記上第１パンチ６ａの上端面には上第１金型支持板１０が取付け固定されており、上記上第２パンチ６ｂの上端面には上第２金型支持板１１が取付け固定されている。この第１，第２金型支持板１０，１１は互いに干渉することのないように上下に離して配置されている。また上記下第１パンチ７ａの下端面には下第１金型支持板１２が取付け固定され、下第２パンチ７ｂの下端面には下第２金型支持板１３が取付け固定されており、この各金型支持板１２，１３は上記同様に上下に離して配置されている。
【００２２】
上記固定フレーム４は、固定ベース部４ａの両側端部に垂直上方に延びる側フレーム部４ｂ，４ｂを一体形成するとともに、該両側フレーム部４ｂの上端部間に上フレーム部４ｃを一体形成してなる矩形箱状のものであり、この上フレーム部４ｃに上記ダイス５が配置固定されている。また上記固定フレーム４内には可動ベース９が上下動可能に配置されている。
【００２３】
上記下第１金型支持板１２の両端部には円筒状の下第１駆動軸２１，２１の上端面が接続固定されており、該各下第１駆動軸２１内には下第１ボールねじ２２が挿入されている。この下第１ボールねじ２２には上記下第１駆動軸２１の下端部に装着固定されたナット２３が螺装されており、該下第１ボールねじ２２を回転させることにより下第１駆動軸２１が上下動し、これにより下第１金型支持板１２を介して下第１パンチ７ａが上下動する。
【００２４】
また上記下第２金型支持板１３には下第２駆動軸２５の上端面が接続固定されており、該下第２駆動軸２５内には上記同様にナット２６に螺装された下第２ボールねじ２７が挿入されている。この下第２ボールねじ２７を回転させることにより下第２駆動軸２５を介して下第２パンチ７ｂが上下動する。上記各下第１駆動軸２１及び下第２駆動軸２５は上記可動ベース９に摺動可能に支持されている。
【００２５】
上記上第１金型支持板１０の両端部には上第１駆動軸１５，１５の上端面が接続固定されている。この上第１駆動軸１５は中空円筒状のものであり、該各上第１駆動軸１５の下端は上記可動ベース９上に固定されており、上端部は上フレーム部４ｃにより摺動可能に支持されている。
【００２６】
上記可動ベース９の両端部には上第１ボールねじ１６が挿入されている。この上第１ボールねじ１６には上記可動ベース９に装着固定されたナット１７が螺装されており、該上第１ボールねじ１６を回転させることにより可動ベース９を介して上第１駆動軸１５が上下動し、これにより上第１金型支持板１０を介して上第１パンチ６ａが上下動する。
【００２７】
また上記上第２金型支持板１１の両端部には上第２駆動軸１８，１８の上端面が接続固定されており、該各上第２駆動軸１８内には上第２ボールねじ２０が挿入されている。この上第２ボールねじ２０には上第２駆動軸１８の下部に装着固定されたナット１９が螺装されており、該上第２ボールねじ２０を回転させることにより上第２駆動軸１８が上下動し、これにより上第２金型支持板１１を介して上第２パンチ６ｂが上下動する。
【００２８】
そして上記各上第１駆動軸１５内には上第２駆動軸１８が同一軸心をなすように挿入されており、両第１，第２駆動軸１５，１８は軸方向に相対移動可能となっている。この上第２駆動軸１８は上第１駆動軸１５の両端開口から外方に突出しており、該上第２駆動軸１８の下端部は上記可動ベース９により摺動可能に支持されている。
【００２９】
上記各ボールねじ１６，２０，２２，２７は、互いに平行に垂直に向けて配置されており、上記固定ベース部４ａに配置固定された各軸受３０により回転自在に支持されている。また各ボールねじ１６，２０，２２，２７の下端部は固定ベース部４ａを挿通して下方に延びており、各下端部には従動プーリ３１，３２，３３，３４が装着されている。
【００３０】
上記上第１ボールねじ１６，１６の各従動プーリ３１には上第１タイミングベルト３５が巻回されており、該上第１タイミングベルト３５は上第１サーボモータ３７に装着された駆動プーリ３６に巻回されている。この上第１サーボモータ３７が回転すると上記可動ベース９とともに各上第１駆動軸１５，１５が同期して上下動する。
【００３１】
また上記上第２ボールねじ２０，２０の各従動プーリ３２には上第２タイミングベルト３８が巻回されており、該上第２タイミングベルト３８は上第２サーボモータ３９に装着された駆動プーリ４０に巻回されている。この上第２サーボモータ３９が回転すると上記各上第２駆動軸１８，１８が同期して上下動する。
【００３２】
上記下第１ボールねじ２２，２２の各従動プーリ３３には下第１タイミングベルト４１が巻回されており、該下第１タイミングベルト４１は下第１サーボモータ４２に装着された駆動プーリ４３に巻回されている。この下第１サーボモータ４２が回転すると各下第１駆動軸２１が同期して上下動する。
【００３３】
また上記下第２ボールねじ２７の従動プーリ３４には下第２タイミングベルト４４が巻回されており、該下第２タイミングベルト４４は下第２サーボモータ４５に装着された駆動プーリ４６に巻回されている。この下第２サーボモータ４５が回転すると下第２駆動軸２５が上下動する。
【００３４】
次に本第１参考例の作用効果について説明する。
【００３５】
本第１参考例の粉末成形装置１によりセラミックス成形体を製造するには、上パンチユニット６をダイス５の上方に待機させるとともに、ダイス５の下面を下パンチユニット７で閉塞する。この状態で粉末成形空間２ａ内にセラミックス粉末原料を充填する。そして各サーボモータ３７，３９，４２，４５を回転駆動して上第１，第２パンチ６ａ，６ｂを下降させるとともに、下第１，第２パンチ７ａ，７ｂを上昇させ、セラミック原料粉を加圧する。これにより所定形状のセラミック成形体を形成する。しかる後、上第１，第２パンチ６ａ，６ｂを上記待機位置に上昇させ、下第１，第２パンチ７ａ，７ｂを上昇させることによりダイス５から成形体を取り出す。
【００３６】
本第１参考例によれば、円筒状の上第１駆動軸１５内にこれと同一軸心をなすように内筒としての上第２駆動軸１８を相対移動可能に挿入したので、従来の各駆動軸を並列配置する場合に比べて配置スペースを縮小することができ、装置全体の小型化に貢献できる。
【００３７】
本第１参考例では、各上第１，第２駆動軸１５，１８を上第１，第２金型支持板１０，１１を介して上第１，第２パンチ６ａ，６ｂに接続し、上記上第１，第２駆動軸１５，１８をボールねじ１６，２０に巻回されたタイミングベルト３５，３８を介してサーボモータ３７，３９によりそれぞれ独立して駆動したので、成形体の形状等に対する自由度を高めることができるとともに、成形体の密度を均一にできる。
【００３８】
また上記上第１，第２パンチ６ａ，６ｂ及び下第１，第２パンチ７ａ，７ｂをボールねじ１６，２０，２２，２７により昇降駆動したので、摩擦抵抗を小さくできるとともに、バックラッシュを抑制でき、ひいては成形体の品質，寸法精度を向上できる。
【００３９】
本第１参考例では、上第１駆動軸１５を可動ベース９に固定し、上第２駆動軸１８を固定ベース部４ａに固定するとともに、該固定ベース部４ａに一体に延長形成された上フレーム部４ｃにダイス５を配置固定したので、剛性の高い固定フレーム４により上第１，第２駆動軸１５，１８及びダイス５を支持することができ、加圧時の剛性を確保することができる。
【００４０】
また、上記各ボールねじ１６，２０，２２，２７を固定ベース部４ａにより集中して支持したので、上記固定ベース部４ａを基準面として各軸受３０及び各ボールねじ１６，２０，２２，２７を組み付けることができ、組み付け精度を確保し易く、組み付け作業及びメンテナンス作業を容易に行なうことができる。
【００４１】
さらに、上記固定ベース部４ａに各サーボモータ３７，３９，４２，４５を集中させて配置したので、上記各ボールねじ１６，２０，２２，２７との組み付け精度を確保し易く、この点からも組み付け作業及びメンテナンス作業を容易に行なうことができる。
【００４２】
さらにまた上記固定ベース部４ａにボールねじ１６，２０，２２，２７及びサーボモータ３７，３９，４２，４５等の重量物を集中させたので、固定ベース部４ａ自体の剛性を高めることにより装置全体としての剛性を緩和でき、小型化に貢献できるとともに、コストを低減できる。
【００４３】
図２は、本発明の第２参考例による粉末成形装置を説明するための図である。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示しており、重複する符号についての説明は省略する。
【００４４】
本第２参考例の粉末成形装置５０は、上パンチユニット５１を第１〜第３パンチ５１ａ〜５１ｃの３つに分割してなり、外側に位置する円筒状の第１パンチ５１ａ内に円筒状の第２パンチ５１ｂを挿入し、該第２パンチ５１ｂ内に円筒状の第３パンチ５１ｃを挿入した構造となっている。また各第１〜第３パンチ５１ａ〜５１ｃには第１〜第３金型支持板５２，５３，５４を介して第１〜第３駆動軸５５，５６，５７が接続されており、この各駆動軸５５〜５７は第１〜第３サーボモータ５８，５９，６０によりそれぞれ独立して駆動される。なお、６１は固定ベースであり、６２は第２駆動軸５６が接続固定された第１可動ベースであり、６３は第１駆動軸５５が接続固定された第２可動ベースである。
【００４５】
そして上記第１〜第３駆動軸５５〜５７は、円筒状の第１駆動軸５５内に同じく円筒状の第２駆動軸５６を同一軸心をなすように相対移動可能に挿入するとともに、該第２駆動軸５６に第３駆動軸５７を同一軸心をなすように相対移動可能に挿入した構造となっている。
【００４６】
本第２参考例では、第１，第２，第３駆動軸５５，５６，５７を同一軸心をなすように互に相対移動可能に挿入することにより３軸同心構造としたので、駆動軸の配置スペースをさらに縮小することができ、装置全体を小型化できる。
【００４７】
図３及び図４は、本発明の一実施形態による粉末成形装置を説明するための図である。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示している。
【００４８】
本実施形態の粉末成形装置７０は、上第１駆動軸１５内に同一軸心をなすように上第２駆動軸１８を相対移動可能に挿入し、上記上第１，第２駆動軸１５，１８を上第１，第２サーボモータ３７，３９によりそれぞれ独立して駆動してなり、基本的な構成は第１参考例と略同様である。
【００４９】
また上第１ボールねじ１６，１６は固定ベース７１に軸受３０を介して支持されており、上第２ボールねじ２０及び下第１，第２ボールねじ２２，２７は可動ベース７２に軸受３０を介して支持されている。上記各上第１ボールねじ１６により可動ベース７２を介して上第１駆動軸１５が上下動し、上第２ボールねじ２０により上第２駆動軸１８が可動ベース７２に対して相対的に上下動する。
【００５０】
そして上記可動ベース７２の上方にはこれとは独立して搬送テーブル７３が配設されている。この搬送テーブル７３は円形状のものであり、該搬送テーブル７３の外周部には９０度角度間隔毎に上記ダイス５が挿入固定されている。また上記搬送テーブル７３の下面の各ダイス５には下パンチユニット７及び下第１，第２金型支持板１２，１３が配設されている。
【００５１】
図４に示すように、上記搬送テーブル７３には外付けの回転駆動機構（不図示）が接続されており、該回転駆動機構により搬送テーブル７３は粉末供給ステージＡ，粉末加圧ステージＢ，機械加工ステージＣ，成形体取り出しステージＤの順に回転駆動される（図４の矢印ａ方向）。
【００５２】
上記各ステージＡ〜Ｄには、上記下パンチユニット７，下第１，第２金型支持板１２，１３をクランプして該ステージの所定位置に位置決めし、搬送時にはクランプを解除するクランプ機構（不図示）が配設されている。また上記搬送テーブル７３には、搬送中は下第１，第２金型支持板１２，１３を保持して脱落を防止し、各ステージＡ〜Ｄの所定位置では下パンチユニット７の保持を解除して上下動を許容する保持機構（不図示）が配設されている。
【００５３】
上記粉末成形装置７０の動作について説明する。
【００５４】
粉末供給ステージＡに位置するダイス５内にセラミック粉末原料が供給されると、搬送テーブル７３が矢印ａ方向に９０度回転する。これによりセラミック粉末原料が充填されたダイス５及び下パンチユニット７は粉末加圧ステージＢに搬送され、ここで上，下パンチユニット６，７により加圧成形が行われる。このとき上記粉末供給ステージＡに搬送された次のダイス５内にセラミック粉末原料が供給される。
【００５５】
加圧成形が終了すると、搬送テーブル７３が９０度回転し、加圧成形された成形体は機械加工ステージＣに搬送され、ここで必要に応じた切削，孔あけ等の機械加工が行われる。このとき上記粉末加圧ステージＢでは次のセラミック粉末の加圧成形が行われ、上記粉末供給ステージＡではその次のダイス５にセラミック粉末が供給される。
【００５６】
そして機械加工ステージＣにて所定の加工が終了すると、搬送テーブル７３が９０度回転し、加工済み成形体を成形体取り出しステージＤに搬送し、ここで成形体を取り出す。このようにして搬送テーブル７３を順次回転させることにより成形体が連続生産される。
【００５７】
本実施形態によれば、上第１駆動軸１５，１５内にこれと同一軸心をなすように上第２駆動軸１８を相対移動可能に挿入したので、配置スペースを縮小することができ、装置全体を小型化でき、第１，第２参考例と略同様の効果が得られる。また、第１駆動軸１５および第２駆動軸１８を共通の可動ベース７２により支持し、ダイス５及び下パンチユニット７を可動ベース７２とは別に配置された搬送テーブル７３に配置固定し、該搬送テーブル７３を各ステージＡ〜Ｄの間で搬送したので、成形体の高速連続生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１参考例による粉末成形装置を説明するための概略構成図である。
【図２】本発明の第２参考例による粉末成形装置を説明するための概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態による粉末成形装置を説明するための概略構成図である。
【図４】上記粉末成形装置の搬送テーブルの動作を示す平面図である。
【符号の説明】
１，５０，７０粉末成形装置
２金型
２ａ粉末成形空間
４ａ，６１，７１固定ベース
４ｃ上フレーム部
５ダイス
６，５１上パンチユニット
６ａ，６ｂ上第１，第２パンチ
７下パンチユニット
７ａ，７ｂ下第１第２パンチ
９，６２，６３，７２可動ベース
１０，１１上第１，第２金型支持板
１５上第１駆動軸（中空外筒軸）
１６，２０，２２，２７ボールねじ（駆動軸）
１８上第２駆動軸（内筒軸）
３５，３８，４１，４４タイミングベルト
３７，３９，４２，４５，５８，５９，６０サーボモータ（駆動源）
７３搬送テーブル
Ａ粉末供給ステージ
Ｂ粉末加圧ステージ
Ｄ成形体取り出しステージ

Claims

ダイスと該ダイスを挟んで対向するよう配設された上，下パンチユニットとで粉末成形空間を形成し、上記上，下パンチユニットをそれぞれ駆動軸により独立して駆動することにより加圧成形を行なうようにした粉末成形装置において、上記ダイス及び下パンチユニットを少なくとも粉末供給ステージ，粉末加圧ステージ，成形体取り出しステージの順で搬送する搬送テーブルと、上記各ステージに配設され上記下パンチユニットをクランプして該ステージの所定位置に位置決めし、搬送時にはクランプを解除するクランプ機構と、搬送中は上記下パンチユニットを所定位置に保持して脱落を防止し、搬送された次のステージの所定位置では上記下パンチユニットの位置決め保持を解除して上下動を許容する保持機構とを備え上記上，下パンチユニットのうち少なくとも上パンチユニットを、少なくとも第１，第２パンチを互いに相対移動可能に挿入してなるものとし、該第１，第２パンチに第１，第２駆動軸を連結し、該第１，第２駆動軸を、中空外筒内に内筒を軸心方向に相対移動可能に挿入してなるものとし、上記中空外筒及び内筒を共通の可動ベースにより支持したことを特徴とする粉末成形装置。
請求項１において、上記内筒は中空外筒の両端開口から外方に突出しており、該中空外筒の一端には第１パンチが第１金型支持板を介して連結され、他端には第１駆動源が連結されており、上記内筒の一端には第２パンチが第２金型支持板を介して接続され、他端には第２駆動源が連結されており、上記第１，第２駆動源により上記中空外筒，内筒が独立して駆動されていることを特徴とする粉末成形装置。
請求項１又は２において、上記中空外筒，内筒にはそれぞれボールねじが連結されており、該各ボールねじにはタイミングベルトを介して駆動源としてのサーボモータが連結されていることを特徴とする粉末成形装置。