JP3818767B2 - 粉末成形機及び粉末成形体の製造方法 - Google Patents
粉末成形機及び粉末成形体の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形によって得られた粉末成形体の高さ選別を粉末成形と同時に行うことができる粉末成形機及び粉末成形体の製造方法に関し、例えば、キセノン放電管のインナーリードに固着される陰極を製造する場合に用いて好適な粉末成形機及び粉末成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、粉末を成形し、焼結して各種電子材料、例えば電子放出材料や磁性材料を作製することが行われている。
【０００３】
粉末を成形する方法としては、様々な方法があるが、陰極などの小さい部材を成形するには、例えば以下に示すような方法で作製するのが好適である。即ち、例えばリング状の陰極を作製する場合を想定すると、まず、下パンチを所定位置で固定させて、ダイの内周面と下パンチの上端面でキャビティをつくり、該キャビティ内に粉末を充填する。次に、キャビティ内に充填された粉末に対して下方から上方に向かってコアピンを挿入し、この状態から上パンチで前記粉末を加圧する。これによって、粉末が圧縮押圧されて１つの粉末成形体が完成する。この後、粉末成形体を焼結することによって例えば陰極が作製されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような粉末成形においては、ダイの内周面によって粉末成形体の外径が決定され、コアピンの外径によって粉末成形体の内径が決定され、上パンチの加圧力によって粉末成形体の高さが決定されることになる。
【０００５】
前記下パンチや前記ダイの位置決め固定は、非常に精度よく行うことができるため、粉末成形体の外径及び内径のロット毎のばらつきはほとんどない。一方、粉末成形体の高さについては、陰極などの場合、小さい容積を低圧で成形する必要があるため、キャビティへの粉末の充填量により左右される。また、この粉末の充填量は、フィーダ内の粉末の充填状態により、時間の経過と共に必ず変化することから、本ケースのような場合、高さのばらつきが生ずることは避けられない。
【０００６】
粉末成形体の高さに大きなばらつきがあると、後工程への粉末成形体の供給過程においてトラブルが発生しやすく、製造ラインの自動化を図る上で不都合となる可能性が高い。
【０００７】
そこで、頻繁に粉末成形体の高さを測定し、上パンチ又は下パンチの加圧力を調整しながら成形機を稼働させる、もしくはキャビティの深さを調整して粉末の充填度を調整することによって、粉末成形体の高さをなるべく一定になるようにするか、粉末成形体の高さに応じて全数を選別するという方法が考えられる。
【０００８】
しかし、前者の方法にしても、後者の方法にしても、粉末成形体を数個毎あるいは１つずつというように頻繁に高さを測定しなければならず、しかも、高さ測定装置という粉末成形機とは関連のない別の装置で測定しなければならないため、粉末成形体の測定装置への着脱、計測に時間がかかり、多くの人手と工数がかかるという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、粉末成形と高さ選別を同時に行うことができ、粉末成形体を使用した電子部品の製造ラインの自動化を効率よく図ることができる粉末成形機及び粉末成形体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る粉末成形機は、粉末をパンチの押圧によって成形して筒状の粉末成形体を得る粉末成形機において、粉末が充填されるキャビティを有し、前記粉末成形体の外径を決めるダイと、前記キャビティに挿入され、軸方向に中空部を有するパンチ部と、前記パンチ部の中空部を挿通し、前記粉末成形体の内径を決めるコアピンとを有する下パンチと、前記ダイを保持し、少なくとも前記下パンチを収容したダイホルダと、前記ダイの前記キャビティに挿入される上パンチと、前記ダイホルダの上面を摺動して前記ダイの前記キャビティに粉末を供給するフィーダと、前記上パンチによる成形時に該上パンチが受ける反力を計測する計測手段とを有し、前記下パンチを駆動して前記パンチ部を前記キャビティに挿入し、前記フィーダを駆動して前記ダイの前記キャビティに粉末を充填し、前記下パンチを駆動して前記コアピンを前記キャビティに挿通し、前記フィーダを後退させた後、前記上パンチを前記キャビティに挿入して、前記キャビティに充填されている粉末を前記上パンチと前記下パンチとで加圧して粉末成形体を作製するように制御し、前記上パンチで前記キャビティ内の粉末を押圧する際に、前記計測手段にて計測された反力に基づいて前記粉末成形体の高さ選別を行うことを特徴とする。
【００１２】
これにより、粉末は、パンチの押圧によって圧縮されて所定の形状を有する粉末成形体となるが、このパンチの押圧時に、粉末成形体はパンチから加圧力を受けることになる。この加圧力を測定することにより、粉末成形体の高さを間接的に計測することが可能となる。従って、前記加圧力に基づいて粉末成形体を高さを基準として選別することができる。
【００１３】
このように、本発明によれば、粉末成形と高さ選別を同時に行うことができ、粉末成形体を使用した電子部品の製造ラインの自動化を効率よく図ることができる。
【００１４】
そして、前記粉末成形体が受ける加圧力の測定は、前記パンチが成形時に受ける反力を測定することで行うことができる。即ち、前記パンチの押圧時に、パンチも粉末から反力を受けることになる。この反力は粉末成形体が受ける加圧力に相当し、この反力は、成形後の粉末成形体の高さにほぼ比例するという関係がある。従って、この反力を測定することにより、粉末成形体の高さを間接的に計測することが可能となる。従って、前記反力に基づいて粉末成形体を高さを基準として選別することができる。
【００１５】
また、本発明に係る粉末成形体の製造方法は、粉末が充填されるキャビティを有し、作製される筒状の粉末成形体の外形を決めるダイと、前記キャビティに挿入され、軸方向に中空部を有するパンチ部と、該パンチ部の中空部を挿通し、前記粉末成形体の内径を決めるコアピンとを有する下パンチと、前記ダイを保持し、少なくとも前記下パンチを収容したダイホルダと、前記ダイの前記キャビティに挿入される上パンチと、前記ダイホルダの上面を摺動して前記ダイの前記キャビティに粉末を供給するフィーダと、前記上パンチによる成形時に該上パンチが受ける反力を計測する計測手段とを有する粉末成形機を使用して粉末成形体を作製する粉末成形体の製造方法であって、前記下パンチを駆動して前記パンチ部を前記キャビティに挿入し、前記フィーダを駆動して前記ダイの前記キャビティに粉末を充填し、前記下パンチを駆動して前記コアピンを前記キャビティに挿通し、前記フィーダを後退させた後、前記上パンチを前記キャビティに挿入して、前記キャビティに充填されている粉末を前記上パンチと前記下パンチとで加圧して粉末成形体を作製し、前記上パンチで前記キャビティ内の粉末を押圧する際に、前記計測手段にて計測された反力に基づいて前記粉末成形体の高さ選別を行うことを特徴とする。
【００１７】
このように、本発明によれば、粉末成形と高さ選別を同時に行うことができ、粉末成形体を使用した電子部品の製造ラインの自動化を効率よく図ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る粉末成形機及び粉末成形体の製造方法を例えばキセノン放電管に組み込まれる陰極を製造するための粉末成形機に適用した実施の形態例（以下、単に実施の形態に係る粉末成形機と記す）を図１〜図６を参照しながら説明する。
【００２８】
本実施の形態に係る粉末成形機１０は、図１に示すように、鉛直方向に立ち上がる支持台１２と、粉末成形を行うための上パンチ１４及び下パンチ１６（図２参照）と、下パンチ１６を上下方向に移動駆動するための下パンチ駆動機構１８と、上パンチ１４の先端を下パンチ１６の先端に対して接近／離反する方向に移動駆動する上パンチ駆動機構２０と、上パンチ１４を支持する上部ラム２２を有して構成されている。
【００２９】
支持台１２の正面側には、上部ラム２２を上下移動可能に支持するための第１及び第２の案内部材２４及び２６と、下パンチ１６等が収められたダイホルダ２８が固定されている。
【００３０】
図２に示すように、下パンチ１６及び下パンチ駆動機構１８は前記ダイホルダ２８内に設けられ、該ダイホルダ２８の上面にはキャビティ３０の周面を規定するための平面ほぼリング状のダイ３２が組み込まれている。
【００３１】
ダイホルダ２８の上部には、内径がダイ３２の外径とほぼ同じか僅かに大とされた凹部３４を有し、該凹部３４の底部中央には、下パンチ１６における支持部１６ａの外径よりも大とされた貫通孔３６が設けられている。凹部３４の深さは、ダイ３２の高さとほぼ同じとされている。ダイ３２は内径が貫通孔３６の径よりも小で、かつ、下パンチ１６におけるパンチ部１６ｂの外径とほぼ同じか僅かに大とされている。また、下パンチ１６は、その中心に軸方向に貫通する中空部（図示せず）を有する。この中空部は、粉末成形体の内径を決定するためのコアピン３８が挿通されるようになっている。
【００３２】
そして、前記下パンチ１６は下パンチ駆動機構１８にて上下方向に移動され、コアピン３８は、前記下パンチ駆動機構１８とは別の駆動機構（コアピン駆動機構４０）にて上下方向に移動されるようになっている。
【００３３】
一方、上部ラム２２は、図２に示すように、中心に軸方向に貫通する中空部５０を有する円筒状の例えば金属製のラム本体５２と、該ラム本体５２の上部に例えばねじ込みによって固定される円筒状のラムヘッド５４とを有して構成されている。ラム本体５２は、その外周面のうち、軸方向ほぼ中央部分に、ある範囲にわたってネジ５６が切られ、それ以外の部分（上端部５８及び下端部６０）は共に滑らかな面とされている。
【００３４】
図１に示すように、支持台１２に固定された第１の案内部材２４は、全体としてリング状の形状を有し、ラム本体５２の上端部５８の径とほぼ同じか僅かに大とされた貫通孔６２を有する。また、第２の案内部材２６は、前記第１の案内部材２４と同様に、全体としてリング状の形状を有し、ラム本体５２の下端部６０の径とほぼ同じか僅かに大とされた貫通孔６４を有する。
【００３５】
ラムヘッド５４には、該ラムヘッド５４の下部にねじ込まれたラム本体５２をガイドするためのアーム６６が水平方向に突出するように一体に形成され、該アーム６６の端部には内部にスライドボール軸受け６８が取り付けられた軸用止め輪７０が設けられている。前記スライドボール軸受け６８には、支持台１２に直立して設けられたガイド軸７２が挿通されるようになっている。
【００３６】
ラム本体５２のネジ５６が切られた部分には、上パンチ１４の加圧力を調整するための２つの加圧調整用割ナット（第１及び第２の割ナット８０及び８２）が取り付けられ、これら第１及び第２の割ナット８０及び８２の間に、上下駆動レバー８４の先端部８６が位置するようになっている。
【００３７】
上下駆動レバー８４は、支軸８８を中心に上下方向に揺動するようになっており、その先端部８６における各割ナット８０及び８２と当たる部分には、衝撃をやわらげるため及び摩耗用の交換部品としての緩衝材９０が取り付けられてる。
【００３８】
そして、上下駆動レバー８４が既知の駆動源（モータ）によって上下に揺動すると、まず、上下駆動レバー８４の上方への変位駆動によって、第１の割ナット８０が上方に押圧変位され、このときのラムガイドアーム６６におけるスライドボール軸受け６８のガイド軸７２による案内と、ラム本体５２の上下端部の第１及び第２の案内部材２４及び２６による案内によって、前記ラム本体５２は、高精度に鉛直方向に沿って上方に移動することになる。
【００３９】
反対に、上下駆動レバー８４が下方に変位駆動すると、第２の割ナット８２が下方に押圧変位され、前記ラム本体５２は、高精度に鉛直方向に沿って下方に移動する。
【００４０】
即ち、前記上下駆動レバー８４と第１及び第２の割ナット８０及び８２にて上パンチ駆動機構２０が構成されることになる。
【００４１】
一方、図３に示すように、ラム本体５２の中空部５０内には、鉛直方向に沿って下方に延在する連結棒１００が配され、該連結棒１００の上部には例えば円盤状の支持板１０２がねじ込まれている。
【００４２】
また、支持板１０２の上部にはロードセル１０４が設置され、該ロードセル１０４の上部には前記ラムヘッド５４の上部開口を閉塞するように円盤状のロードセルホルダ１０６が設置されて、ロードセル１０４及びラムヘッド５４とそれぞれボルト１０８及び１１０を介して固定されている。
【００４３】
前記連結棒１００の先端（下端）には、上パンチホルダ１１２がボルト１１４を介して固着され、ラム本体５２の下端と上パンチホルダ１１２との間には薄いウレタンゴム１１６が取り付けられている。
【００４４】
前記上パンチホルダ１１２は、前記連結棒１００の下端に固着される上部材１１２Ａと該上部材１１２Ａの下面にボルト締めによって固着される下部材１１２Ｂとを有して構成される。下部材１１２Ｂの下面中央部分には下方に突出する円柱部１１８が一体に設けられ、該円柱部１１８の下面に上パンチ１４がボルト締めによって固着されている。
【００４５】
上パンチ１４には、下パンチ１６の中空部（図示せず）に上下移動自在に取り付けられたコアピン３８の先端部分が挿入される逃げ用の孔１２０が設けられ、前記上パンチホルダ１１２における前記円柱部１１８の側面から前記孔１２０に向かってエアー導入孔１２２が設けられている。このエアー導入孔１２２を通じてエアーを逃げ用の孔１２０に送り込むことにより、逃げ用の孔１２０への粉末のつまりは有効に防止されることになる。
【００４６】
また、この粉末成形機１０は、例えば図４Ａに模式的に示すように、テーブル１３０を構成するダイホルダ２８の上面を摺動してダイ３２のキャビティ３０に粉末を供給するためのフィーダ１３２と、該フィーダ１３２を移動駆動するフィーダ駆動機構１３４を有する。
【００４７】
フィーダ１３２は、粉末１３６が供給される例えばアクリル製の粉末ガイド１３８と、該粉末ガイド１３８がねじ止めされ、該粉末ガイド１３８に供給された粉末１３６が下方に落ちるように開口部１４０ａが設けられた例えば真鍮からなる部材１４０を有する。フィーダ駆動機構１３４は、部材１４０をテーブル１３０の上面に沿って摺動させて、粉末ガイド１３８の下面開口をパンチ位置から離れた位置（初期位置）とパンチ位置を含む位置との間を行き来するように往復運動させるように構成されている。
【００４８】
本実施の形態に係る粉末成形機１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について図４Ａ〜図５Ｃを参照しながら説明する。
【００４９】
まず、図４Ａに示すように、前回のサイクルで成形された粉末成形体１５０は、下パンチ１６による押し上げによって、その全体がテーブル１３０上に露出した状態とされる。このとき、下パンチ１６は上死点に達した状態になっている。
【００５０】
次に、図４Ｂに示すように、フィーダ駆動機構１３４による駆動によって、フィーダ１３２がダイ３２に向かって水平に移動される。このフィーダ１３２の水平移動によって、部材１４０の先頭部分が粉末成形体１５０をテーブル１３０の外に押し出し、該粉末成形体１５０は、シュート１５２を通して図示しない回収箱内に収容される。
【００５１】
前記フィーダ１３２の移動に伴って粉末ガイド１３８の下面開口がダイ３２のキャビティ３０を含む位置に到達した時点で、下パンチ駆動機構１８とコアピン駆動機構４０（図２参照）の駆動により、下パンチ１６とコアピン３８はほぼ同時に下方に移動される。
【００５２】
前記下パンチ１６とコアピン３８の下方移動によって、ダイ３２に粉末１３６が充填されるべきキャビティ３０が形成されていくことになるが、下パンチ１６の上端位置が所定位置、即ち、ダイ３２のキャビティ３０の深さが所定の充填深さＬとなった時点で下パンチ１６とコアピン３８の下方移動が停止される。
【００５３】
前記下パンチ１６の下方移動と共にフィーダ１３２における粉末ガイド１３８内の粉末１３６がキャビティ３０内に充填されていくことになる。
【００５４】
次に、図４Ｃに示すように、フィーダ１３２に振動を付与して、キャビティ３０内への粉末１３６の充填を促進させる。次に、図５Ａに示すように、コアピン駆動機構４０（図２参照）を通じてコアピン３８のみを上方に移動させる。図５Ｂに示すように、コアピン３８の上端がテーブル１３０の上面とほぼ一致した段階で、フィーダ駆動機構１３４を通じてフィーダ１３２を初期位置に移動させる。
【００５５】
そして、図５Ｃに示すように、上パンチ駆動機構２０（図２参照）を通じてラム本体５２を下方に移動させて、キャビティ３０内に充填されている粉末１３６を上パンチ１４と下パンチ１６とで加圧する。キャビティ３０内に充填された粉末１３６は、前記上パンチ１４及び下パンチ１６の加圧によって圧縮されて所定の形状を有する粉末成形体１５０となる。
【００５６】
この場合、作製された粉末成形体１５０の外径は、ダイ３２の内径で決定され、粉末成形体１５０の内径はコアピン３８の外径で決定され、粉末成形体１５０の高さは、粉末１３６の充填率で決定されることになる。
【００５７】
ところで、上パンチ１４で粉末１３６を押圧する際、上パンチ１４も粉末１３６から反力を受けることになる。この反力は、粉末１３６が受ける加圧力に相当するため、以後の説明では、上パンチ１４が受ける反力を加圧力と記す。
【００５８】
従って、加圧時の粉末１３６の高さ（即ち、粉末成形体１５０の高さ）に応じて加圧時における上パンチ１４の下端位置が変わることになり、この下端位置が上方に位置するほど、連結棒１００を介して支持板１０２（図３参照）に加わる力が増加することとなる。
【００５９】
粉末成形体１５０の高さは、上述したように、キャビティ３０内に投入された粉末１３６の充填量が多いほどその高さが大きくなる。この粉末成形体１５０の高さが大きくなるほど、上パンチ１４が支持板１０２を押す力が増し、ロードセル１０４で計測される値が増えることになる。即ち、図３に示す少なくとも連結棒１００、支持板１０２及びロードセル１０４は、上パンチ１４と下パンチ１６による粉末１３６の成形時に上パンチ１４が受ける加圧力を測定するための機構（加圧力検出機構）を構成することになる。
【００６０】
ここで、１つの実験例を示す。この実験例は、図１〜図３に示す粉末成形機１０において、径が１．５ｍｍ、充填深さＬが５．２ｍｍのキャビティ３０内にＮｉ粉末を充填して粉末成形し、作製された粉末成形体１５０のうち、高さが１．３〜１．５５ｍｍの範囲内にあるものをサンプルとして、各サンプルの粉末成形時におけるロードセル１０４の計測値と高さとの関係をプロットした。なお、ロードセル１０４の取付け時の初期値は５．８ｋｇｆとしており、必ず僅かに負荷をかけるようにしている。次に、空打ちで０ｋｇｆになるように、ロードセル１０４の表示計をリセットして調整する。
【００６１】
前記実験例の結果を図６に示す。この結果から、作製された粉末成形体１５０の高さとロードセル１０４の計測値との間に明確な比例関係が得られていることがわかる。
【００６２】
このように、本実施の形態に係る粉末成形機１０においては、粉末成形体１５０の高さが大きくなるに従ってロードセル１０４で計測される値が大きくなるため、ロードセル１０４での計測値に基づいて粉末成形体１５０の高さ選別を容易に行うことが可能となる。
【００６３】
特に、前記粉末成形によって得られる粉末成形体１５０の高さと前記上パンチ１４が受ける加圧力との特性上、ほぼ比例関係にある部分を使用して前記粉末成形体１５０の高さ選別を行うことが好ましい。図６の実験結果からみると、例えば次工程に送るべき粉末成形体１５０の高さを１．３〜１．５ｍｍの範囲内にしたい場合は、ロードセル１０４の出力が１５〜３５ｋｇｆの範囲内のものを採用し、それ以外のものをＮＧとして排除すればよい。
【００６４】
また、作製される粉末成形体１５０の高さが１．３〜１．５ｍｍの範囲内に入るように、例えば第１及び第２の割ナット８０及び８２の配置位置を変更したり、あるいは重さの異なる割ナットを取り付ける等により、上パンチ１４による加圧力を調整する、又は、キャビティ３０の深さを調整して粉末１３６の充填量を調整するようにしてもよい。この場合、次工程に送るべき粉末成形体１５０の個数が増加し、結果的にキセノン放電管の歩留まりを高めることができる。
【００６５】
なお、この発明に係る粉末成形機及び粉末成形体の製造方法は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る粉末成形機及び粉末成形体の製造方法によれば、粉末成形と高さ選別を同時に行うことができ、粉末成形体を使用した電子部品の製造ラインの自動化を効率よく図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る粉末成形機の構成を示す側面図である。
【図２】本実施の形態に係る粉末成形機の構成を一部破断して示す正面図である。
【図３】本実施の形態に係る粉末成形機の加圧力検出機構の構成を一部省略して示す断面図である。
【図４】図４Ａは前回成形された粉末成形体を下パンチで押し上げた段階を示す工程経過図であり、図４Ｂはフィーダをパンチ位置まで移動させた後に下パンチ及びコアピンを下方に移動させてキャビティを形成した段階を示す工程経過図であり、図４Ｃはキャビティ内に粉末を充填させた段階を示す工程経過図である。
【図５】図５Ａはコアピンを上方に移動させた段階を示す工程経過図であり、図５Ｂはフィーダを初期位置に戻した段階を示す工程経過図であり、図５Ｃは上パンチと下パンチとで粉末を加圧して粉末成形体を作製した段階を示す工程経過図である。
【図６】作製された粉末成形体の高さとロードセルの計測値（加圧力）との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１０…粉末成形機 １４…上パンチ
１６…下パンチ ２２…上部ラム
２８…ダイホルダ ３０…キャビティ
３２…ダイ ３８…コアピン
５２…ラム本体 ５４…ラムヘッド
８４…上下駆動レバー １００…連結棒
１０２…支持板 １０４…ロードセル
１１２…上パンチホルダ １３０…テーブル
１３２…フィーダ １３６…粉末
１５０…粉末成形体
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形によって得られた粉末成形体の高さ選別を粉末成形と同時に行うことができる粉末成形機及び粉末成形体の製造方法に関し、例えば、キセノン放電管のインナーリードに固着される陰極を製造する場合に用いて好適な粉末成形機及び粉末成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、粉末を成形し、焼結して各種電子材料、例えば電子放出材料や磁性材料を作製することが行われている。
【０００３】
粉末を成形する方法としては、様々な方法があるが、陰極などの小さい部材を成形するには、例えば以下に示すような方法で作製するのが好適である。即ち、例えばリング状の陰極を作製する場合を想定すると、まず、下パンチを所定位置で固定させて、ダイの内周面と下パンチの上端面でキャビティをつくり、該キャビティ内に粉末を充填する。次に、キャビティ内に充填された粉末に対して下方から上方に向かってコアピンを挿入し、この状態から上パンチで前記粉末を加圧する。これによって、粉末が圧縮押圧されて１つの粉末成形体が完成する。この後、粉末成形体を焼結することによって例えば陰極が作製されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような粉末成形においては、ダイの内周面によって粉末成形体の外径が決定され、コアピンの外径によって粉末成形体の内径が決定され、上パンチの加圧力によって粉末成形体の高さが決定されることになる。
【０００５】
前記下パンチや前記ダイの位置決め固定は、非常に精度よく行うことができるため、粉末成形体の外径及び内径のロット毎のばらつきはほとんどない。一方、粉末成形体の高さについては、陰極などの場合、小さい容積を低圧で成形する必要があるため、キャビティへの粉末の充填量により左右される。また、この粉末の充填量は、フィーダ内の粉末の充填状態により、時間の経過と共に必ず変化することから、本ケースのような場合、高さのばらつきが生ずることは避けられない。
【０００６】
粉末成形体の高さに大きなばらつきがあると、後工程への粉末成形体の供給過程においてトラブルが発生しやすく、製造ラインの自動化を図る上で不都合となる可能性が高い。
【０００７】
そこで、頻繁に粉末成形体の高さを測定し、上パンチ又は下パンチの加圧力を調整しながら成形機を稼働させる、もしくはキャビティの深さを調整して粉末の充填度を調整することによって、粉末成形体の高さをなるべく一定になるようにするか、粉末成形体の高さに応じて全数を選別するという方法が考えられる。
【０００８】
しかし、前者の方法にしても、後者の方法にしても、粉末成形体を数個毎あるいは１つずつというように頻繁に高さを測定しなければならず、しかも、高さ測定装置という粉末成形機とは関連のない別の装置で測定しなければならないため、粉末成形体の測定装置への着脱、計測に時間がかかり、多くの人手と工数がかかるという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、粉末成形と高さ選別を同時に行うことができ、粉末成形体を使用した電子部品の製造ラインの自動化を効率よく図ることができる粉末成形機及び粉末成形体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る粉末成形機は、粉末をパンチの押圧によって成形して筒状の粉末成形体を得る粉末成形機において、粉末が充填されるキャビティを有し、前記粉末成形体の外径を決めるダイと、前記キャビティに挿入され、軸方向に中空部を有するパンチ部と、前記パンチ部の中空部を挿通し、前記粉末成形体の内径を決めるコアピンとを有する下パンチと、前記ダイを保持し、少なくとも前記下パンチを収容したダイホルダと、前記ダイの前記キャビティに挿入される上パンチと、前記ダイホルダの上面を摺動して前記ダイの前記キャビティに粉末を供給するフィーダと、前記上パンチによる成形時に該上パンチが受ける反力を計測する計測手段とを有し、前記下パンチを駆動して前記パンチ部を前記キャビティに挿入し、前記フィーダを駆動して前記ダイの前記キャビティに粉末を充填し、前記下パンチを駆動して前記コアピンを前記キャビティに挿通し、前記フィーダを後退させた後、前記上パンチを前記キャビティに挿入して、前記キャビティに充填されている粉末を前記上パンチと前記下パンチとで加圧して粉末成形体を作製するように制御し、前記上パンチで前記キャビティ内の粉末を押圧する際に、前記計測手段にて計測された反力に基づいて前記粉末成形体の高さ選別を行うことを特徴とする。
【００１２】
これにより、粉末は、パンチの押圧によって圧縮されて所定の形状を有する粉末成形体となるが、このパンチの押圧時に、粉末成形体はパンチから加圧力を受けることになる。この加圧力を測定することにより、粉末成形体の高さを間接的に計測することが可能となる。従って、前記加圧力に基づいて粉末成形体を高さを基準として選別することができる。
【００１３】
このように、本発明によれば、粉末成形と高さ選別を同時に行うことができ、粉末成形体を使用した電子部品の製造ラインの自動化を効率よく図ることができる。
【００１４】
そして、前記粉末成形体が受ける加圧力の測定は、前記パンチが成形時に受ける反力を測定することで行うことができる。即ち、前記パンチの押圧時に、パンチも粉末から反力を受けることになる。この反力は粉末成形体が受ける加圧力に相当し、この反力は、成形後の粉末成形体の高さにほぼ比例するという関係がある。従って、この反力を測定することにより、粉末成形体の高さを間接的に計測することが可能となる。従って、前記反力に基づいて粉末成形体を高さを基準として選別することができる。
【００１５】
また、本発明に係る粉末成形体の製造方法は、粉末が充填されるキャビティを有し、作製される筒状の粉末成形体の外形を決めるダイと、前記キャビティに挿入され、軸方向に中空部を有するパンチ部と、該パンチ部の中空部を挿通し、前記粉末成形体の内径を決めるコアピンとを有する下パンチと、前記ダイを保持し、少なくとも前記下パンチを収容したダイホルダと、前記ダイの前記キャビティに挿入される上パンチと、前記ダイホルダの上面を摺動して前記ダイの前記キャビティに粉末を供給するフィーダと、前記上パンチによる成形時に該上パンチが受ける反力を計測する計測手段とを有する粉末成形機を使用して粉末成形体を作製する粉末成形体の製造方法であって、前記下パンチを駆動して前記パンチ部を前記キャビティに挿入し、前記フィーダを駆動して前記ダイの前記キャビティに粉末を充填し、前記下パンチを駆動して前記コアピンを前記キャビティに挿通し、前記フィーダを後退させた後、前記上パンチを前記キャビティに挿入して、前記キャビティに充填されている粉末を前記上パンチと前記下パンチとで加圧して粉末成形体を作製し、前記上パンチで前記キャビティ内の粉末を押圧する際に、前記計測手段にて計測された反力に基づいて前記粉末成形体の高さ選別を行うことを特徴とする。
【００１７】
このように、本発明によれば、粉末成形と高さ選別を同時に行うことができ、粉末成形体を使用した電子部品の製造ラインの自動化を効率よく図ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る粉末成形機及び粉末成形体の製造方法を例えばキセノン放電管に組み込まれる陰極を製造するための粉末成形機に適用した実施の形態例（以下、単に実施の形態に係る粉末成形機と記す）を図１〜図６を参照しながら説明する。
【００２８】
本実施の形態に係る粉末成形機１０は、図１に示すように、鉛直方向に立ち上がる支持台１２と、粉末成形を行うための上パンチ１４及び下パンチ１６（図２参照）と、下パンチ１６を上下方向に移動駆動するための下パンチ駆動機構１８と、上パンチ１４の先端を下パンチ１６の先端に対して接近／離反する方向に移動駆動する上パンチ駆動機構２０と、上パンチ１４を支持する上部ラム２２を有して構成されている。
【００２９】
支持台１２の正面側には、上部ラム２２を上下移動可能に支持するための第１及び第２の案内部材２４及び２６と、下パンチ１６等が収められたダイホルダ２８が固定されている。
【００３０】
図２に示すように、下パンチ１６及び下パンチ駆動機構１８は前記ダイホルダ２８内に設けられ、該ダイホルダ２８の上面にはキャビティ３０の周面を規定するための平面ほぼリング状のダイ３２が組み込まれている。
【００３１】
ダイホルダ２８の上部には、内径がダイ３２の外径とほぼ同じか僅かに大とされた凹部３４を有し、該凹部３４の底部中央には、下パンチ１６における支持部１６ａの外径よりも大とされた貫通孔３６が設けられている。凹部３４の深さは、ダイ３２の高さとほぼ同じとされている。ダイ３２は内径が貫通孔３６の径よりも小で、かつ、下パンチ１６におけるパンチ部１６ｂの外径とほぼ同じか僅かに大とされている。また、下パンチ１６は、その中心に軸方向に貫通する中空部（図示せず）を有する。この中空部は、粉末成形体の内径を決定するためのコアピン３８が挿通されるようになっている。
【００３２】
そして、前記下パンチ１６は下パンチ駆動機構１８にて上下方向に移動され、コアピン３８は、前記下パンチ駆動機構１８とは別の駆動機構（コアピン駆動機構４０）にて上下方向に移動されるようになっている。
【００３３】
一方、上部ラム２２は、図２に示すように、中心に軸方向に貫通する中空部５０を有する円筒状の例えば金属製のラム本体５２と、該ラム本体５２の上部に例えばねじ込みによって固定される円筒状のラムヘッド５４とを有して構成されている。ラム本体５２は、その外周面のうち、軸方向ほぼ中央部分に、ある範囲にわたってネジ５６が切られ、それ以外の部分（上端部５８及び下端部６０）は共に滑らかな面とされている。
【００３４】
図１に示すように、支持台１２に固定された第１の案内部材２４は、全体としてリング状の形状を有し、ラム本体５２の上端部５８の径とほぼ同じか僅かに大とされた貫通孔６２を有する。また、第２の案内部材２６は、前記第１の案内部材２４と同様に、全体としてリング状の形状を有し、ラム本体５２の下端部６０の径とほぼ同じか僅かに大とされた貫通孔６４を有する。
【００３５】
ラムヘッド５４には、該ラムヘッド５４の下部にねじ込まれたラム本体５２をガイドするためのアーム６６が水平方向に突出するように一体に形成され、該アーム６６の端部には内部にスライドボール軸受け６８が取り付けられた軸用止め輪７０が設けられている。前記スライドボール軸受け６８には、支持台１２に直立して設けられたガイド軸７２が挿通されるようになっている。
【００３６】
ラム本体５２のネジ５６が切られた部分には、上パンチ１４の加圧力を調整するための２つの加圧調整用割ナット（第１及び第２の割ナット８０及び８２）が取り付けられ、これら第１及び第２の割ナット８０及び８２の間に、上下駆動レバー８４の先端部８６が位置するようになっている。
【００３７】
上下駆動レバー８４は、支軸８８を中心に上下方向に揺動するようになっており、その先端部８６における各割ナット８０及び８２と当たる部分には、衝撃をやわらげるため及び摩耗用の交換部品としての緩衝材９０が取り付けられてる。
【００３８】
そして、上下駆動レバー８４が既知の駆動源（モータ）によって上下に揺動すると、まず、上下駆動レバー８４の上方への変位駆動によって、第１の割ナット８０が上方に押圧変位され、このときのラムガイドアーム６６におけるスライドボール軸受け６８のガイド軸７２による案内と、ラム本体５２の上下端部の第１及び第２の案内部材２４及び２６による案内によって、前記ラム本体５２は、高精度に鉛直方向に沿って上方に移動することになる。
【００３９】
反対に、上下駆動レバー８４が下方に変位駆動すると、第２の割ナット８２が下方に押圧変位され、前記ラム本体５２は、高精度に鉛直方向に沿って下方に移動する。
【００４０】
即ち、前記上下駆動レバー８４と第１及び第２の割ナット８０及び８２にて上パンチ駆動機構２０が構成されることになる。
【００４１】
一方、図３に示すように、ラム本体５２の中空部５０内には、鉛直方向に沿って下方に延在する連結棒１００が配され、該連結棒１００の上部には例えば円盤状の支持板１０２がねじ込まれている。
【００４２】
また、支持板１０２の上部にはロードセル１０４が設置され、該ロードセル１０４の上部には前記ラムヘッド５４の上部開口を閉塞するように円盤状のロードセルホルダ１０６が設置されて、ロードセル１０４及びラムヘッド５４とそれぞれボルト１０８及び１１０を介して固定されている。
【００４３】
前記連結棒１００の先端（下端）には、上パンチホルダ１１２がボルト１１４を介して固着され、ラム本体５２の下端と上パンチホルダ１１２との間には薄いウレタンゴム１１６が取り付けられている。
【００４４】
前記上パンチホルダ１１２は、前記連結棒１００の下端に固着される上部材１１２Ａと該上部材１１２Ａの下面にボルト締めによって固着される下部材１１２Ｂとを有して構成される。下部材１１２Ｂの下面中央部分には下方に突出する円柱部１１８が一体に設けられ、該円柱部１１８の下面に上パンチ１４がボルト締めによって固着されている。
【００４５】
上パンチ１４には、下パンチ１６の中空部（図示せず）に上下移動自在に取り付けられたコアピン３８の先端部分が挿入される逃げ用の孔１２０が設けられ、前記上パンチホルダ１１２における前記円柱部１１８の側面から前記孔１２０に向かってエアー導入孔１２２が設けられている。このエアー導入孔１２２を通じてエアーを逃げ用の孔１２０に送り込むことにより、逃げ用の孔１２０への粉末のつまりは有効に防止されることになる。
【００４６】
また、この粉末成形機１０は、例えば図４Ａに模式的に示すように、テーブル１３０を構成するダイホルダ２８の上面を摺動してダイ３２のキャビティ３０に粉末を供給するためのフィーダ１３２と、該フィーダ１３２を移動駆動するフィーダ駆動機構１３４を有する。
【００４７】
フィーダ１３２は、粉末１３６が供給される例えばアクリル製の粉末ガイド１３８と、該粉末ガイド１３８がねじ止めされ、該粉末ガイド１３８に供給された粉末１３６が下方に落ちるように開口部１４０ａが設けられた例えば真鍮からなる部材１４０を有する。フィーダ駆動機構１３４は、部材１４０をテーブル１３０の上面に沿って摺動させて、粉末ガイド１３８の下面開口をパンチ位置から離れた位置（初期位置）とパンチ位置を含む位置との間を行き来するように往復運動させるように構成されている。
【００４８】
本実施の形態に係る粉末成形機１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について図４Ａ〜図５Ｃを参照しながら説明する。
【００４９】
まず、図４Ａに示すように、前回のサイクルで成形された粉末成形体１５０は、下パンチ１６による押し上げによって、その全体がテーブル１３０上に露出した状態とされる。このとき、下パンチ１６は上死点に達した状態になっている。
【００５０】
次に、図４Ｂに示すように、フィーダ駆動機構１３４による駆動によって、フィーダ１３２がダイ３２に向かって水平に移動される。このフィーダ１３２の水平移動によって、部材１４０の先頭部分が粉末成形体１５０をテーブル１３０の外に押し出し、該粉末成形体１５０は、シュート１５２を通して図示しない回収箱内に収容される。
【００５１】
前記フィーダ１３２の移動に伴って粉末ガイド１３８の下面開口がダイ３２のキャビティ３０を含む位置に到達した時点で、下パンチ駆動機構１８とコアピン駆動機構４０（図２参照）の駆動により、下パンチ１６とコアピン３８はほぼ同時に下方に移動される。
【００５２】
前記下パンチ１６とコアピン３８の下方移動によって、ダイ３２に粉末１３６が充填されるべきキャビティ３０が形成されていくことになるが、下パンチ１６の上端位置が所定位置、即ち、ダイ３２のキャビティ３０の深さが所定の充填深さＬとなった時点で下パンチ１６とコアピン３８の下方移動が停止される。
【００５３】
前記下パンチ１６の下方移動と共にフィーダ１３２における粉末ガイド１３８内の粉末１３６がキャビティ３０内に充填されていくことになる。
【００５４】
次に、図４Ｃに示すように、フィーダ１３２に振動を付与して、キャビティ３０内への粉末１３６の充填を促進させる。次に、図５Ａに示すように、コアピン駆動機構４０（図２参照）を通じてコアピン３８のみを上方に移動させる。図５Ｂに示すように、コアピン３８の上端がテーブル１３０の上面とほぼ一致した段階で、フィーダ駆動機構１３４を通じてフィーダ１３２を初期位置に移動させる。
【００５５】
そして、図５Ｃに示すように、上パンチ駆動機構２０（図２参照）を通じてラム本体５２を下方に移動させて、キャビティ３０内に充填されている粉末１３６を上パンチ１４と下パンチ１６とで加圧する。キャビティ３０内に充填された粉末１３６は、前記上パンチ１４及び下パンチ１６の加圧によって圧縮されて所定の形状を有する粉末成形体１５０となる。
【００５６】
この場合、作製された粉末成形体１５０の外径は、ダイ３２の内径で決定され、粉末成形体１５０の内径はコアピン３８の外径で決定され、粉末成形体１５０の高さは、粉末１３６の充填率で決定されることになる。
【００５７】
ところで、上パンチ１４で粉末１３６を押圧する際、上パンチ１４も粉末１３６から反力を受けることになる。この反力は、粉末１３６が受ける加圧力に相当するため、以後の説明では、上パンチ１４が受ける反力を加圧力と記す。
【００５８】
従って、加圧時の粉末１３６の高さ（即ち、粉末成形体１５０の高さ）に応じて加圧時における上パンチ１４の下端位置が変わることになり、この下端位置が上方に位置するほど、連結棒１００を介して支持板１０２（図３参照）に加わる力が増加することとなる。
【００５９】
粉末成形体１５０の高さは、上述したように、キャビティ３０内に投入された粉末１３６の充填量が多いほどその高さが大きくなる。この粉末成形体１５０の高さが大きくなるほど、上パンチ１４が支持板１０２を押す力が増し、ロードセル１０４で計測される値が増えることになる。即ち、図３に示す少なくとも連結棒１００、支持板１０２及びロードセル１０４は、上パンチ１４と下パンチ１６による粉末１３６の成形時に上パンチ１４が受ける加圧力を測定するための機構（加圧力検出機構）を構成することになる。
【００６０】
ここで、１つの実験例を示す。この実験例は、図１〜図３に示す粉末成形機１０において、径が１．５ｍｍ、充填深さＬが５．２ｍｍのキャビティ３０内にＮｉ粉末を充填して粉末成形し、作製された粉末成形体１５０のうち、高さが１．３〜１．５５ｍｍの範囲内にあるものをサンプルとして、各サンプルの粉末成形時におけるロードセル１０４の計測値と高さとの関係をプロットした。なお、ロードセル１０４の取付け時の初期値は５．８ｋｇｆとしており、必ず僅かに負荷をかけるようにしている。次に、空打ちで０ｋｇｆになるように、ロードセル１０４の表示計をリセットして調整する。
【００６１】
前記実験例の結果を図６に示す。この結果から、作製された粉末成形体１５０の高さとロードセル１０４の計測値との間に明確な比例関係が得られていることがわかる。
【００６２】
このように、本実施の形態に係る粉末成形機１０においては、粉末成形体１５０の高さが大きくなるに従ってロードセル１０４で計測される値が大きくなるため、ロードセル１０４での計測値に基づいて粉末成形体１５０の高さ選別を容易に行うことが可能となる。
【００６３】
特に、前記粉末成形によって得られる粉末成形体１５０の高さと前記上パンチ１４が受ける加圧力との特性上、ほぼ比例関係にある部分を使用して前記粉末成形体１５０の高さ選別を行うことが好ましい。図６の実験結果からみると、例えば次工程に送るべき粉末成形体１５０の高さを１．３〜１．５ｍｍの範囲内にしたい場合は、ロードセル１０４の出力が１５〜３５ｋｇｆの範囲内のものを採用し、それ以外のものをＮＧとして排除すればよい。
【００６４】
また、作製される粉末成形体１５０の高さが１．３〜１．５ｍｍの範囲内に入るように、例えば第１及び第２の割ナット８０及び８２の配置位置を変更したり、あるいは重さの異なる割ナットを取り付ける等により、上パンチ１４による加圧力を調整する、又は、キャビティ３０の深さを調整して粉末１３６の充填量を調整するようにしてもよい。この場合、次工程に送るべき粉末成形体１５０の個数が増加し、結果的にキセノン放電管の歩留まりを高めることができる。
【００６５】
なお、この発明に係る粉末成形機及び粉末成形体の製造方法は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る粉末成形機及び粉末成形体の製造方法によれば、粉末成形と高さ選別を同時に行うことができ、粉末成形体を使用した電子部品の製造ラインの自動化を効率よく図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る粉末成形機の構成を示す側面図である。
【図２】本実施の形態に係る粉末成形機の構成を一部破断して示す正面図である。
【図３】本実施の形態に係る粉末成形機の加圧力検出機構の構成を一部省略して示す断面図である。
【図４】図４Ａは前回成形された粉末成形体を下パンチで押し上げた段階を示す工程経過図であり、図４Ｂはフィーダをパンチ位置まで移動させた後に下パンチ及びコアピンを下方に移動させてキャビティを形成した段階を示す工程経過図であり、図４Ｃはキャビティ内に粉末を充填させた段階を示す工程経過図である。
【図５】図５Ａはコアピンを上方に移動させた段階を示す工程経過図であり、図５Ｂはフィーダを初期位置に戻した段階を示す工程経過図であり、図５Ｃは上パンチと下パンチとで粉末を加圧して粉末成形体を作製した段階を示す工程経過図である。
【図６】作製された粉末成形体の高さとロードセルの計測値（加圧力）との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１０…粉末成形機 １４…上パンチ
１６…下パンチ ２２…上部ラム
２８…ダイホルダ ３０…キャビティ
３２…ダイ ３８…コアピン
５２…ラム本体 ５４…ラムヘッド
８４…上下駆動レバー １００…連結棒
１０２…支持板 １０４…ロードセル
１１２…上パンチホルダ １３０…テーブル
１３２…フィーダ １３６…粉末
１５０…粉末成形体
Claims (5)
- 粉末をパンチの押圧によって成形して筒状の粉末成形体を得る粉末成形機において、
粉末が充填されるキャビティを有し、前記粉末成形体の外径を決めるダイと、
前記キャビティに挿入され、軸方向に中空部を有するパンチ部と、前記パンチ部の中空部を挿通し、前記粉末成形体の内径を決めるコアピンとを有する下パンチと、
前記ダイを保持し、少なくとも前記下パンチを収容したダイホルダと、
前記ダイの前記キャビティに挿入される上パンチと、
前記ダイホルダの上面を摺動して前記ダイの前記キャビティに粉末を供給するフィーダと、
前記上パンチによる成形時に該上パンチが受ける反力を計測する計測手段とを有し、
前記下パンチを駆動して前記パンチ部を前記キャビティに挿入し、前記フィーダを駆動して前記ダイの前記キャビティに粉末を充填し、前記下パンチを駆動して前記コアピンを前記キャビティに挿通し、前記フィーダを後退させた後、前記上パンチを前記キャビティに挿入して、前記キャビティに充填されている粉末を前記上パンチと前記下パンチとで加圧して粉末成形体を作製するように制御し、
前記上パンチで前記キャビティ内の粉末を押圧する際に、前記計測手段にて計測された反力に基づいて前記粉末成形体の高さ選別を行うことを特徴とする粉末成形機。 - 請求項１記載の粉末成形機において、
前記上パンチは、前記コアピンの先端部分が挿入される孔と、前記上パンチを保持する上パンチホルダの側面に設けられ、前記孔に連通するエアー導入孔とを有することを特徴とする粉末成形機。 - 請求項１又は２記載の粉末成形機において、
前記フィーダは、前記粉末が供給される粉末ガイドと、該粉末ガイドに供給された前記粉末が下方に落ちるように開口部とを有することを特徴とする粉末成形機。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の粉末成形機において、
前記フィーダに振動を付与する手段を有することを特徴とする粉末成形機。 - 粉末が充填されるキャビティを有し、作製される筒状の粉末成形体の外形を決めるダイと、
前記キャビティに挿入され、軸方向に中空部を有するパンチ部と、該パンチ部の中空部を挿通し、前記粉末成形体の内径を決めるコアピンとを有する下パンチと、
前記ダイを保持し、少なくとも前記下パンチを収容したダイホルダと、
前記ダイの前記キャビティに挿入される上パンチと、
前記ダイホルダの上面を摺動して前記ダイの前記キャビティに粉末を供給するフィーダと、
前記上パンチによる成形時に該上パンチが受ける反力を計測する計測手段とを有する粉末成形機を使用して粉末成形体を作製する粉末成形体の製造方法であって、
前記下パンチを駆動して前記パンチ部を前記キャビティに挿入し、
前記フィーダを駆動して前記ダイの前記キャビティに粉末を充填し、
前記下パンチを駆動して前記コアピンを前記キャビティに挿通し、
前記フィーダを後退させた後、前記上パンチを前記キャビティに挿入して、前記キャビティに充填されている粉末を前記上パンチと前記下パンチとで加圧して粉末成形体を作製し、
前記上パンチで前記キャビティ内の粉末を押圧する際に、前記計測手段にて計測された反力に基づいて前記粉末成形体の高さ選別を行うことを特徴とする粉末成形体の製造方法。
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