JP3884140B2 - 粉末圧縮成形装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末或いは粒状物等（以下、単に、「粉末」という。）を、圧縮成形して圧粉体を作製する粉末圧縮成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ダイプレス（Ｄｉｅ Ｐｒｅｓｓ），ゴムモールド静水圧成形（Ｒｕｂｂｅｒ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ（ＲＩＰ））や冷間静水圧成形（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ（ＣＩＰ））等の種々の装置により、粉末を圧縮成形して圧粉体を作製する粉末圧縮成形装置が知られている。このような粉末圧縮成形装置においては、作製される圧粉体の形状や大きさを一定にし、且つ、品質や均一性を高めるために、以下のような手段により、粉末をキャビティーに充填している。なお、粉末圧縮成形装置において、金型やゴム型に形成された、粉末を充填すべき空間を、以下、単に、「粉末充填キャビティー」という。これらの粉末充填キャビティーの形状や大きさは、粉末充填キャビティーに粉末を充填して圧縮したとき、圧縮後に、所定の形状と大きさになるように設計され、形成される。
【０００３】
一番基本的な計量充填法は、自動秤量器により、粉末充填キャビティーに充填すべき粉末の重さを量り、秤量された粉末を、粉末充填キャビティーに充填する方法である。
【０００４】
また、計量カップ等により、粉末充填キャビティーに充填すべき粉末の体積を計量し、計量された粉末を、粉末充填キャビティーに充填する。
【０００５】
更に、図２６に示されているように、筒体１及び該筒体１に挿入されたパンチ２とにより形成された粉末充填キャビティーｓに、粉末ｐを充填する手段として、粉末ｐが充填された、下方に開口部を有する箱体３を、図示されていないシリンダーのピストンロッド４を作動させて、機台５及び筒体１上を慴動させながら粉末充填キャビティーｓの上方に配置し、次いで、箱体３内に配設された、モーター６の駆動軸６ａに取着された攪拌羽根７を回転させることにより、粉末充填キャビティーｓに、粉末ｐを充填する方法がよく知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した自動秤量器を使用した充填手段においては、粉末充填キャビティーへの粉末の正確な量の充填が可能であるが、秤量工程に時間がかかるとともに、秤量した粉末の粉末充填キャビティーへの充填工程にも時間がかかり、充填作業の作業効率が悪いという問題がある。また、一般的に、粉末は流れ性が悪いので、秤量した粉末の粉末充填キャビティーへの充填が円滑に行われず、充填工程に、更に時間がかかることになり、また、流れ性が悪いと、ブリッジが形成されやすいので、粉末充填キャビティーに充填された粉末内にボイド等の空隙ができることになる。このような理由により、粉末充填キャビティーに充填された粉末の充填密度が粉末充填キャビティー内において不均一になり、特に粉末充填キャビティーが複雑な形状の場合には、この充填密度の不均一性が強くなる。上述した粉末圧縮成形装置において、この粉末充填キャビティー内の充填密度の不均一性は、圧粉体のニアネット性を悪化させたり、圧粉体に割れや欠けを起こす原因になり、従来から、良い充填手段が待望されている。
【０００７】
また、上述した計量カップ等を用いた充填手段においては、粉末の流れ性が悪い場合には、計量カップ等に充填された粉末内にブリッジが発生し、空隙が形成されるために、粉末の正確な体積計量ができないという問題がある。
【０００８】
図２６を用いて説明した充填手段においても、粉末の流れ性の悪さに起因して、円滑に、箱体３から粉末充填キャビティーｓに粉末が移行しないので、充填に時間がかかり、また、粉末充填キャビティーｓに充填された粉末内にブリッジが発生しやすく、粉末充填キャビティーｓへの粉末の充填量にばらつきが発生するという問題がある。また、粉末充填キャビティー全体にわたって均一な充填が困難であること、粉末充填キャビティーが複雑な形状、細長い形状等を有しているときは、粉末充填キャビティー内における粉末充填密度の不均一性の問題が深刻である。
【０００９】
上述の充填密度の不均一の問題に加え、従来の粉末圧縮成形装置においては、ブリッジやボイドが充填された粉末内に形成されるので、充填密度が低くなるという問題がある。ダイプレスの場合、粉末充填キャビティー内の充填密度が低いと上下パンチの移動距離が長くなるので、粉末の噛み込みの問題が発生したり、プレス方向と平行な方向の圧粉体密度の不均一が大変大きくなる等の問題が発生する。また、ゴムモールド静水圧成形や冷間静水圧成形等のゴムモールドを使用する成形では、得られる圧粉体に、象の足変形と呼ばれる形状の歪みが顕著に現れる。
【００１０】
本発明の目的は、粉末を、粉末充填キャビティーに、迅速に、しかも、粉末充填キャビティー全体にわたって充填密度を均一に、且つ、必要に応じて、高密度に定量充填する手段を、粉末圧縮成形装置に適用することにより、上述した課題を解決するとともに、高い生産性を持つ粉末圧縮成形装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した目的を達成するために、第１には、粉末を粉末充填キャビティーに充填する手段が、供給ホッパーに収容された粉末を、粉末充填キャビティーに充填する空気タッピング手段と、供給ホッパーと粉末充填キャビティーの両方に存在する粉末のうち、粉末充填キャビティーに形成された密度が均一な部分を、供給ホッパーに残存する粉末から分離する手段とから構成されており、且つ、前記供給ホッパーと粉末充填キャビティーの両方に存在する粉末のうち、粉末充填キャビティーに形成された密度が均一な部分を、供給ホッパーに残存する粉末から分離する手段として、前記供給ホッパーの粉末充填キャビティー側開口部に、グリッド部材を配設したものであり、第２には、粉末圧縮成形装置がダイプレス装置であるものであり、第３には、粉末圧縮成形装置がゴムモールド静水圧成形装置であるものであり、第４には、粉末圧縮成形装置が冷間静水圧成形装置であるものである。
【００１２】
以下に、本発明の粉末圧縮成形装置に適用される粉末充填キャビティーへの粉末の充填手段の基本原理について説明する。
【００１３】
ある粉末充填キャビティーに粉末を充填したときを考えてみる。ここでいう充填とは、粉末充填キャビティーの中に粉末を落とし込むことである。このようにして充填された粉末中には、上述したように、粉末の流れ性の悪さのために、ブリッジが形成されやすく、ブリッジの形成は無秩序に起こるので、一定容積を有する粉末充填キャビティーに充填される粉末の量は、充填毎にばらつき、また、粉末充填キャビティー内において、充填密度が無秩序に分布することになる。
【００１４】
本発明者は、粉末充填キャビティーに粉末を充填するとき、もしブリッジが形成されない粉末の充填ができれば、粉末の充填量のばらつきがなく、粉末充填キャビティー内において充填密度が均一な粉末の充填が可能になると考えた。そして、そのようなブリッジの形成がない、均一な充填密度の領域が、後述の空気タッピングにより、粉末をある一定の容器に充填したとき、その容器の底の方に形成されていることを見出した。そこで、供給ホッパー内の空間と粉末充填キャビティーとが連結して１つの空間部を形成するように、粉末充填キャビティーの上部に、筒状の供給ホッパーを配置するとともに、そこに収容されている粉末に空気タッピングを施して、供給ホッパー内の空間と粉末充填キャビティーの両方に粉末が存在するようにして、供給ホッパー側の、空気タッピング操作に伴う激しい気流により乱された粉末部分を取り除くことにより、粉末充填キャビティーに、ブリッジの形成のない、均一な充填密度の粉末充填が実現できた。
【００１５】
供給ホッパー内と粉末充填キャビティーの両方に存在する粉末を、空気タッピング後に分離する手段としては、供給ホッパーを、相対的に、粉末充填キャビティーに対して水平方向にずらす方法、供給ホッパーと粉末充填キャビティーの間に、金属製等の薄板を差し込んで両者を分離する方法等が考えられる。本発明者は、更に進んだ両者の分離方法として、供給ホッパーの粉末充填キャビティー側開口部にグリッド部材を配設することを提案する。グリッド部材の配設は、空気タッピングとの組み合わせにおいて効力を発揮する。即ち、供給ホッパーに投入された粉末に空気タッピングを施すと、粉末はグリッド部材を通過して粉末充填キャビティーに入っていく。空気タッピングを続けると供給ホッパー中の粉末はどんどん下降していき、それ以上空気タッピングを続けても粉末の下降は飽和し、実質的に停止される。このとき、粉末は、ある程度固化していて、供給ホッパーを粉末充填キャビティーから持ち上げて、供給ホッパー内の粉末と粉末充填キャビティー内の粉末をグリッド部材で分離することができ、且つ、供給ホッパーからの粉末の落下が起こらないことを本発明者は発見した。このグリッド部材による少し固化した粉末の保持効果は、後に示すように、本発明を工業的に自動化装置により実施する上で、絶大な価値を持っている。
【００１６】
次に、本発明において重要な要素である空気タッピングについて説明する。
【００１７】
空気タッピング法は、本出願人等の出願にかかる特願平７−２５８１２０号（特開平９−７８１０３号）及び特願平７−３４７６０９号（特開平９−１６９３０１号）の出願において、本発明者等によって提案された粉末の粉末充填キャビティーへの充填技術である。上記出願により、空気タッピングによる粉末の粉末充填キャビティーへの充填は、次の工程により実施される。（１）粉末充填キャビティーと供給ホッパー内の空間とが連結するように、供給ホッパーを配置する。（２）供給ホッパーを通じて粉末を落とし込む。（３）供給ホッパーの開口部を通じて、粉末充填キャビティーと供給ホッパー内空間からなる空間部の空気を吸引して減圧し、次に空気を導入して圧力を高める。空気の吸引時には流速を小さく、空気の導入時には流速を大きくすることにより、粉末は供給ホッパーから粉末充填キャビティーの方に押し込められる。この空気の吸引と空気の導入をバルブ操作により繰り返すことにより、粉末は粉末充填キャビティーの方にどんどん押し込められていく。（４）最後に、プッシャーを駆動して、供給ホッパー内に残存している粉末を粉末充填キャビティーに完全に押し込める。
【００１８】
上述の（３）の工程は、高速バルブ操作により数秒で行われる。空気の吸引と空気の導入の周期に同調して、供給ホッパー内の粉末は下降していき、その様子は、機械的に粉末充填キャビティーを持ち上げて直ぐにその粉末充填キャビティーの底を地面に打ちつけ、これを繰り返すときとよく似ていること、そして、この機械的な操作はタッピングと呼ばれているので、上述の（３）の工程を、以下、単に、「空気タッピング」と称する。
【００１９】
【実施例】
上述した本発明の基本原理は、以下に示す実施例のように種々の態様が可能である。先ず最初に、図１及び図２を用いて、グリッド部材を用いた充填手段について説明する。
【００２０】
図１（ａ）において、Ｃは、粉末充填キャビティーｓを有する、上部に開口部を有する容器であり、Ｇは、容器Ｃの上端部ｃ１に載置可能な、上下に開口部を有する筒状の供給ホッパーであり、供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１には、グリッド部材ｇ２が取着されている。グリッド部材ｇ２は、平行な一定間隔の針金、一定の目の大きさのメッシュ、一定の大きさの孔を多数パンチングした金属薄板等で構成することができる。グリッド部材ｇ２を構成する材料としては、機械的強度が大きいあらゆる種類の金属材料や炭素繊維等が使用できる。グリッド部材ｇ２の１つの機能は、上述のように、空気タッピングによって少し固くなった供給ホッパーＧ内の粉末を落下しないように支えることであるので、グリッドの目開きは適当に小さいことが必要である。目開きが大きすぎると、少し固化した供給ホッパーＧ内の粉末を保持することができず、粉末が供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１から落下する。一方、このグリッド部材を粉末が通過しやすいように目開きはできるだけ大きいことが必要である。供給ホッパーＧには、所定の高さまで粉末ｐが収容されている。グリッド部材ｇ２は、空気タッピング後に少し固化した粉末を支える機能と、空気タッピング中の粉末を通過させる機能の両面から、その目開きの大きさ（平行な針金の太さや間隔、メッシュの大きさ、金属薄板に形成された孔の大きさ）が調整される。
【００２１】
次に、図２を用いて、供給ホッパーＧ内を低気圧状態或いは高気圧状態にするための低気圧高気圧発生装置及び空気タッピング作業について説明する。
【００２２】
ｈ１は、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３に被せられる蓋部材ｈ２に配設された空気吸引吹き込みパイプである。空気吸引吹き込みパイプｈ１は、低気圧高気圧発生装置Ｅに接続されている。一例としての低気圧高気圧発生装置Ｅは、空気供給源ｅ１、空気供給源ｅ１に連接されたパイプｅ２、該パイプｅ２に配設された主バルブｅ３、パイプｅ２から二股に分かれた分岐パイプｅ２’、ｅ２”、一方の分岐パイプｅ２’に配設された第１バルブｅ４、もう一方の分岐パイプｅ２”に配設された第２バルブｅ５、第２バルブｅ５に接続されたパイプｅ６に配設されたアスピレーターｅ７及び第１バルブｅ４に接続されたパイプｅ８とアスピレーターｅ７を連結する連結パイプｅ９とにより構成されている。そして、蓋部材ｈ２に配設された空気吸引吹き込みパイプｈ１は、第１バルブｅ４に接続されたパイプｅ８と連結パイプｅ９とに接続されている。
【００２３】
空気タッピング作業を行うに際しては、先ず最初に、図１（ｂ）に示されているように、容器Ｃの上端部ｃ１に、粉末ｐが収容された供給ホッパーＧを載置して、粉末充填キャビティーｓと供給ホッパーＧ内の空間とを連結するとともに、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３に、空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２を被せる。次いで、第１バルブｅ４が閉じた状態及び第２バルブｅ５が開いた状態で、パイプｅ２に配設された主バルブｅ３を開くと、空気供給源ｅ１からの圧縮空気は、パイプｅ２、分岐パイプｅ２”、第２バルブｅ５、パイプｅ６を介してアスピレーターｅ７から高速気流となって大気中に排出される。すると、アスピレーターｅ７に連結された連結パイプｅ９内が低気圧状態になり、連結パイプｅ９に連結されたパイプｅ８内も低気圧状態となる。従って、空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２により被蓋された供給ホッパーＧ内の空気は、パイプｅ８に接続されている空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して吸引され、供給ホッパーＧ内が低気圧状態になる。
【００２４】
次いで、パイプｅ２に配設された主バルブｅ３が開いた状態のまま、第１バルブｅ４を開くとともに、第２バルブｅ５を閉じると、空気供給源ｅ１からの圧縮空気は、パイプｅ２、分岐パイプｅ２’、第１バルブｅ４、パイプｅ８及び空気吸引吹き込みパイプｈ１から、供給ホッパーＧ内に入り、供給ホッパーＧ内が高気圧状態となる。なお、上記のように、第１バルブｅ４を開くとともに、第２バルブｅ５を閉じることなく、単に、空気供給源ｅ１に連接されたパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じることにより、アスピレーターｅ７、連結パイプｅ９、パイプｅ８及び空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して、大気が、低気圧状態の供給ホッパーＧ内に入り、低気圧状態の供給ホッパーＧ内を高気圧状態とすることもできる。上記のように、空気供給源ｅ１に連接されたパイプｅ２に配設された主バルブｅ３が開いた状態のまま、第２バルブｅ５を閉じるとともに、第１バルブｅ４を開いて、積極的に、空気供給源ｅ１からの圧縮空気を供給ホッパーＧ内に導入することにより、より短時間に、低気圧状態の供給ホッパーＧ内を高気圧状態とすることができる。こうすることによって、供給ホッパーＧ内に流入する空気の流速を大きくすることができるので、容器Ｃへの粉末の充填密度を大きくすることができる。
【００２５】
上述したように、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２により被蓋された供給ホッパーＧ内を、適当回数、交互に低気圧状態或いは高気圧状態にすることにより、図１（ｃ）に示されているように、供給ホッパーＧに収容された粉末ｐが、グリッド部材ｇ２を通って、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに充填される。
【００２６】
空気タッピング工程において、低気圧状態と高気圧状態のサイクル回数、供給ホッパーＧ内の低気圧状態及び高気圧状態での圧力の程度、空気タッピング工程における供給ホッパーＧ内を流れる空気の流速等は、粉末の量と平均粒径、潤滑剤添加の有無と量（即ち、粉末の流れ性）等により調整され、また、グリッド部材の目開きの大きさも粉末のこれらの因子によって調整される。
【００２７】
本実施例においては、空気タッピング後に、連結されて１つの空間部を形成している供給ホッパーＧ内の空間と粉末充填キャビティーｓとの両方に粉末が存在するようにする。そのために、空気タッピング前に、予め、供給ホッパーＧ内には、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末より多い量の粉末を、例えば、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の１３０％以上の粉末を充填しておく。供給ホッパーＧ内に、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末より多い量の粉末が充填された状態で、空気タッピングを行うと、供給ホッパーＧ内に収容された粉末が、グリッド部材ｇ２を通って、粉末充填キャビティーｓに充填される。適当回数、空気タッピングを行った後、空気タッピング作業を終了するが、本実施例においては、上記のように、空気タッピング作業終了後に、供給ホッパーＧ内の空間と粉末充填キャビティーｓとの両方に粉末が存在するように構成するとともに、空気タッピング作業の際の気流の影響によって形成された、供給ホッパーＧ内の空間と粉末充填キャビティーｓとの両方に存在する粉末ｐの上面の凹凸や、供給ホッパーＧ内の空間と粉末充填キャビティーｓの両方に存在する粉末の上層部の密度の不均一な領域は、供給ホッパーＧ内に残るようにし、供給ホッパーＧ内の空間と粉末充填キャビティーｓの両方に存在する粉末のうち、ブリッジのない粉末密度が均一な中間層部や下層部は、粉末充填キャビティーｓに位置するように構成されている。このように、空気タッピング作業終了後に、供給ホッパーＧ内の空間と粉末充填キャビティーｓとの両方に存在する粉末ｐの上面に形成された凹凸や、供給ホッパーＧ内の空間と粉末充填キャビティーｓの両方に存在する粉末の上層部に形成された密度の不均一な領域が、供給ホッパーＧ内に残り、そして、供給ホッパーＧ内の空間と粉末充填キャビティーｓの両方に存在する粉末のうち、ブリッジのない粉末密度が均一な中間層部や下層部が、粉末充填キャビティーｓに位置するように、空気タッピング前に、予め、供給ホッパーＧ内には、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末より多い量の粉末を充填しておく。勿論、粉末充填キャビティーｓに、ブリッジのない粉末密度が均一な粉末層が位置していればよく、供給ホッパーＧ内に、密度の不均一な領域とともに、ブリッジのない粉末密度が均一な粉末層が残っても差し支えない。
【００２８】
容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに粉末ｐが充填された後に、空気供給源ｅ１に連接されたパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じ、その後、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３から蓋部材ｈ２を取り外すとともに、図１（ｄ）に示されているように、供給ホッパーＧを上方に移動させると、グリッド部材ｇ２により、粉末充填キャビティーｓに均一密度に充填された粉末ｐと、供給ホッパーＧに残った粉末ｐとが分離される。この際、上述したように、粉末ｐは少し固化しているので、供給ホッパーＧと容器Ｃを切り離しても、粉末ｐはグリッド部材ｇ２に保持されていて、グリッド部材ｇ２から落下するようなことはない。その後、容器Ｃが配設されている、図示されていないインデックステーブルを間欠回転させることにより、供給ホッパーＧの下方に、新たに、容器Ｃを配置するとともに、供給ホッパーＧには、新たに、ほぼ容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに充填された量の粉末を供給しておく。このようにして、粉末ｐを容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに充填した後、パンチを駆動することにより圧縮され、圧粉体が作製される。
【００２９】
次に、図３を用いて、他の充填工程について説明する。
【００３０】
本実施例においては、上述した粉末充填キャビティーｓへの粉末の充填工程に先立って、該充填工程の前工程等において、図３（ａ）に示されているように、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに、予め、所定量の粉末ｐを充填しておく。一方、供給ホッパーＧにも粉末ｐが収容されている。次いで、図３（ｂ）に示されているように、粉末が所定量充填されている容器Ｃの上端部ｃ１に、供給ホッパーＧを載置するとともに、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３に、空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２を被せる。その後、上述したように、供給ホッパーＧ内における低気圧状態と高気圧状態とのサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このような空気タッピング工程により、図３（ｃ）に示されているように、供給ホッパーＧに収容された粉末ｐが、グリッド部材ｇ２を通って、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに充填される。そして、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに粉末ｐが充填された後に、パイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じ、その後、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３から蓋部材ｈ２を取り外すとともに、図３（ｄ）に示されているように、供給ホッパーＧを上方に移動させると、グリッド部材ｇ２により、粉末充填キャビティーｓに均一密度に充填された粉末ｐと、供給ホッパーＧに残った粉末ｐとが分離されることになる。
【００３１】
上述した、粉末充填キャビティーｓへの粉末の充填工程に先立って、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに、予め、所定量の粉末ｐを充填しておき、その後、粉末ｐが収容された供給ホッパーＧから、空気タッピングにより、粉末充填キャビティーｓの残余の空間に粉末ｐを充填する場合には、既に、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに所定量の粉末ｐが充填されているので、供給ホッパーＧには、図１を用いて説明した充填手段のように、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の量より多い粉末を、必ずしも収容しておく必要はない。この場合には、充填工程に先立って、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに予め充填されている粉末ｐの量と、供給ホッパーＧに収容されている粉末ｐの量の合計量が図３（ｃ）（前の実施例の図１（ｃ）のときと同じ）に示されているように、空気タッピング後に、供給ホッパーＧと粉末充填キャビティーｓの両方に粉末ｐが存在するとともに、粉末充填キャビティーｓに、密度が均一な粉末ｐ部分が残るような量になるように、供給ホッパーＧに粉末ｐが収容されていればよい。
【００３２】
上述したように、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓへの粉末の充填工程に先立って、粉末充填キャビティーｓに、予め、所定量の粉末ｐを充填しておくことにより、粉末が充填されていない、空の状態の粉末充填キャビティーｓへ粉末ｐを充填する場合に比べ、粉末充填キャビティーｓへの粉末ｐの充填時間を短縮化することができ、自動化装置にこれを採用することにより生産性を向上することができる。
【００３３】
上述した２つの実施例においては、共に、供給ホッパーＧの粉末充填キャビティーｓ側の開口部ｇ１にグリッド部材ｇ２を配設することにより、粉末充填キャビティーｓに均一密度に充填された粉末ｐと、供給ホッパーＧに残った粉末ｐとを分離するとともに、供給ホッパーＧからの粉末ｐの落下を防止するように構成したが、供給ホッパーＧの粉末充填キャビティーｓ側の開口部ｇ１にグリッド部材ｇ２を配設する代わりに、供給ホッパーＧに、粉末充填キャビティーｓ側の開口部ｇ１を開閉する金属製等の薄板で作られたシャッターを配設し、供給ホッパーＧを、容器Ｃの上端部ｃ１に載置するまでは、供給ホッパーＧから粉末ｐが落下しないように、シャッターを閉じ、供給ホッパーＧが容器Ｃの上端部ｃ１に載置された後に、シャッターを開いて、供給ホッパーＧに収容された粉末を、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに落下させるように構成することもできる。空気タッピング工程による粉末ｐの粉末充填キャビティーｓへの充填後、再度、供給ホッパーＧのシャッターを閉じ、その後、供給ホッパーＧを上方或いは横方向に移動させる。
【００３４】
次に、図４及び図５を用いて、本発明の粉末圧縮成形装置を、ゴムモールド静水圧成形を例に説明する。なお、上述の充填手段の説明において使用した部材には、原則として、同じ符号を使用した。
【００３５】
８は、筒体であり、９は、筒体８に挿入された下パンチである。１０は、筒体８の下面とインデックステーブル等の機台１１の上面間に配設された皿バネである。なお、筒体８の下端部に形成された鍔部８ａと、下パンチ９の上端部に形成された突出部９ａとを係合させることにより、筒体８が、下パンチ９に対して、上方に抜け出ないように構成されている。上記の筒体８、下パンチ９、皿バネ１０等により、金型Ｍが構成されている。ｍは、筒体８の内周面と下パンチ９の上面とにより形成された空間部１２に挿着されたゴムモールドであり、ゴムモールドｍには、粉末充填キャビティーｓが形成されている。本実施例では、粉末充填キャビティーｓの深さが小さい例が示されており、深さが小さい粉末充填キャビティーｓにより、例えば、永久磁石等の薄板状の製品のニアネットシェイプ成形ができる。
【００３６】
Ｇは、上述した供給ホッパーと同様の、筒体８の上端部８ｂに載置可能な供給ホッパーであり、供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１には、グリッド部材ｇ２が取着されている。なお、供給ホッパーＧの上部内周面には、上方に行くに従って拡張した傾斜面ｇ４が形成されており、供給ホッパーＧへの粉末の供給が容易に行えるように構成されている。
【００３７】
Ｄは、供給ホッパーＧの斜め上方に配設された粉末供給部材であり、粉末ｐが収容された貯留ホッパーｄ１を有しており、貯留ホッパーｄ１の出口ｄ２には、例えば、２つのフラッパーバルブからなり、２つのバルブの間に一時保持された粉末を貯留ホッパーｄ１の出口ｄ２から落下させるための開閉手段ｄ３が配設されている。ｄ４は、筒状の受け部材であり、図示されていない機台に配設された水平シリンダーｄ５のピストンロッドｄ５’の先端に取着されている。ｄ６は、受け部材ｄ４の下部開口部を開閉することができるシャッターであり、同じく、図示されていない機台に配設された水平シリンダーｄ７のピストンロッドｄ７’の先端に取着されている。受け部材ｄ４に充填される粉末の量は、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の量と、ほぼ同じである。
【００３８】
供給ホッパーＧの外周に取着されたフレームｖ１には、巻線ｖ２’を有する水平鉄心ｖ２”からなるステータｖ２により構成された粉末回動部材Ｖが配設されている。これはＮｄＦｅＢ磁石粉のように磁性を有する粉末の充填に対して使用される。その機能は、空気タッピングにより粉末が固くなり、グリッド部材ｇ２にしっかりと保持されている状態にあるとき、固まった粉末を解砕し、次の空気タッピングのときに、粉末がグリッド部材ｇ２を通過しやすくすることである。粉末回動部材Ｖのステータｖ２は、三相同期モーターや三相誘導モーター等の回転子の周囲に配設されたステータのように、適当に結線されて、供給ホッパーＧの下部外周に沿って、適当数、配設されている。そして、適当に結線された複数のステータｖ２に、適宜、三相交流を流すことにより、グリッド部材ｇ２付近及びその少し上部に回転磁場を形成するように構成されている。粉末が磁性粉末である場合には、上記の回転磁場により、グリッド部材ｇ２付近及びその少し上部の磁性粉末が回動されることになり、固まった状態の磁性粉末が解砕され、磁性粉末が、グリッド部材ｇ２を通過しやすくなる。
【００３９】
固まった粉末を解砕するには、上述の磁気的な解砕法以外に、供給ホッパーに振動機を取着して、固まった粉末に機械的な振動を加える方法がある。これら磁気的又は機械的な解砕は、空気タッピングして充填するサイクルの１回毎に行うか、又は、何回毎かに適宜行う。空気タッピングして充填するサイクルを何回繰り返しても固化が強く起こらない場合には、上記の解砕は行わなくてもよい。
【００４０】
次に、圧粉体の作製工程について説明する。
【００４１】
先ず最初に、図４（ａ）に示されているように、ゴムモールドｍが挿着された金型Ｍの上方に供給ホッパーＧを配置するとともに、供給ホッパーＧには、上述したように、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の量より多い粉末、例えば、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の１３０％以上の粉末が収容されている。低気圧高気圧発生装置Ｅに接続された空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２は、供給ホッパーＧの上方に待機しており、また、粉末供給部材Ｄの貯留ホッパーｄ１の開閉手段ｄ３は閉じられている。更に、筒状の受け部材ｄ４は、貯留ホッパーｄ１の出口ｄ２の下方に位置しており、受け部材ｄ４の下部開口部は、水平シリンダーｄ７のピストンロッドｄ７’の先端に取着されたシャッターｄ６により閉鎖されている。
【００４２】
この状態から、図４（ｂ）に示されているように、筒体８の上端部８ｂに供給ホッパーＧを載置する。次いで、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３に、低気圧高気圧発生装置Ｅに接続された空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２を被せる。その後、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内の空気を吸引して、供給ホッパーＧ内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるか、或いは、空気吸引引き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内へ、積極的に、空気を供給して、供給ホッパーＧ内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このように、空気タッピングにより、供給ホッパーＧに収容された粉末ｐが、グリッド部材ｇ２を通って、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される。上記のゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓへの粉末の充填工程中に、粉末供給部材Ｄの貯留ホッパーｄ１の開閉手段ｄ３を開いて、受け部材ｄ４に粉末ｐを充填しておく。
【００４３】
ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに粉末ｐが充填された後に、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じ、その後、図５（ａ）に示されているように、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３から蓋部材ｈ２を取り外すとともに、供給ホッパーＧを上方に移動させると、グリッド部材ｇ２により、粉末充填キャビティーｓに均一密度に充填された粉末ｐと、供給ホッパーＧに残った粉末ｐとが分離される。この際、上述したように、グリッド部材ｇ２からは、粉末ｐが落下するようなことはない。その後、水平シリンダーｄ５及び水平シリンダーｄ７を作動させて、粉末が充填された受け部材ｄ４を、シャッターｄ６が閉鎖されたまま、供給ホッパーＧの上方まで進出させる。次いで、水平シリンダーｄ７を作動させてピストンロッドｄ７’を後退させることにより、シャッターｄ６を、受け部材ｄ４の下部開口部から退避させて、受け部材ｄ４に充填されていた粉末ｐを、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに粉末ｐを充填したために、量の減った供給ホッパーＧに供給する。その後、水平シリンダーｄ５及び水平シリンダーｄ７を作動させて、空になった受け部材ｄ４を、貯留ホッパーｄ１の出口ｄ２の下方に戻すとともに、受け部材ｄ４の下部開口部を、シャッターｄ６により閉鎖する。
【００４４】
上述したようにして、金型Ｍの筒体８の内周面と下パンチ９の上面とにより形成された空間部１２に挿着されたゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓへの粉末の充填作業が終了する。このとき供給ホッパーＧ内の粉末は少し固くなっていてグリッド部材ｄ２の上に保持されている。粉末があまり固くなると、次に空気タッピングによって粉末がグリッド部材ｄ２を通過して、下の粉末充填キャビティーｓに落下しなくなり、充填作業に支障を来すことがある。このような場合には、図４（ｂ）に示されているように、筒体８の上端部８ｂに供給ホッパーＧが載置された状態で、供給ホッパーＧに、図示されていない加振装置を接触させて、供給ホッパーＧを振動させることにより、固まった粉末を解砕する。また、粉末が磁性粉末の場合には、筒体８の上端部８ｂに供給ホッパーＧが載置された状態で、粉末回動部材Ｖの適当に結線された複数のステータｖ２に、適宜、三相交流を流すことにより、グリッド部材ｇ２付近に回転磁場を形成して、該回転磁場により、グリッド部材ｇ２付近の磁性粉末を回動させて、固まった状態の磁性粉末を解砕する。このような粉末回動部材Ｖによる磁性粉末の解砕作業は、筒体８の上端部８ｂに供給ホッパーＧが載置された後であるならば、空気タッピング工程前でも、また、空気タッピング工程中でも、更には、空気タッピング工程後でもよい。粉末回動部材Ｖによる磁性粉末の解砕作業を、空気タッピング工程中に行うことにより、空気タッピング工程と相まって、粉末充填キャビティー内空間ｓへの粉末の高密度充填が促進されるので好ましい。
【００４５】
ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓへの粉末の充填作業が終了した後、図５（ｂ）に示されているように、筒体８の上端部８ｂに、上パンチ１３を載置するとともに下降させると、皿バネ１０の付勢力に抗して、上パンチ１３と一緒に筒体８が下降する。上パンチ１３と筒体８は下降するが、インデックステーブル等の機台１１に配設されている下方の下パンチ９は移動しないので、筒体８の内周面と下パンチ９の上面とにより形成された空間部１２の容積が減少し、従って、上記空間部１２に挿着されたゴムモールドｍに充填されている粉末ｐが圧縮されることになる。その後、上パンチ１３を上昇させて、ゴムモールドｍから、圧粉体を取り出す。
【００４６】
上述した図４及び図５に示された実施例においては、粉末が充填されていないゴムモールドｍの空の粉末充填キャビティーｓに、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の量より多い粉末が収容された供給ホッパーＧを介して、空気タッピングにより、粉末を充填する例が示されているが、図３を用いて説明したように、予め、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに、所定量の粉末を充填しておき、その後、粉末が収容された供給ホッパーＧを介して、空気タッピングにより、残余の粉末充填キャビティーｓに粉末を充填するように構成することもできる。
【００４７】
次に、図６及び図７を用いて、本発明の粉末圧縮成形装置の他の実施例について説明する。この実施例も上述の実施例と同様、ＲＩＰ法に関するもので、この場合、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓが深く、また、供給ホッパーＧの粉末充填キャビティーｓ側開口部にはグリッド部材が配置されていない例を示す。この実施例においても、上述した実施例に共通する部材には、原則として、同じ符号を使用した。
【００４８】
１４は、その上面１４ａが、ゴムモールドｍが挿着された筒体８の上端部８ｂと面一な供給ホッパーＧの載置部材であり、金型Ｍに接近して配設されている。１５は、載置部材１４に取着された水平フレーム１４ｂ等に配設された水平シリンダーであり、水平シリンダー１５のピストンロッド１５ａには、載置部材１４に載置された供給ホッパーＧが取着されている。また、金型Ｍの上方には、低気圧高気圧発生装置Ｅに接続された空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２が配設されている。
【００４９】
次に、上述した粉末圧縮成形装置の圧粉体作製工程について説明する。
【００５０】
先ず最初に、図６（ａ）に示されているように、供給ホッパーＧを載置部材１４上に載置しておくとともに、供給ホッパーＧには、上述したように、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の量より多い粉末、例えば、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の１３０％以上の粉末ｐが収容されている。空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２は、金型Ｍの上方に待機している。
【００５１】
このような状態から、水平シリンダー１５を作動させてピストンロッド１５ａを進出させ、図６（ｂ）に示されているように、金型Ｍ上に供給ホッパーＧを載置するとともに、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３に、低気圧高気圧発生装置Ｅに接続された空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２を被せる。その後、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内の空気を吸引して、供給ホッパーＧ内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるか、或いは、空気吸引引き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内へ、積極的に、空気を供給して、供給ホッパーＧ内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このような空気タッピング工程により、供給ホッパーＧに収容された粉末ｐが、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される。
【００５２】
ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓへの粉末ｐの充填後、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるとともに、水平シリンダー１５を作動させてピストンロッド１５ａを後退させて、図７（ａ）に示されているように、金型Ｍ上に載置されている供給ホッパーＧを載置部材１４上に戻すと、供給ホッパーＧの載置部材１４方向への移動過程において、粉末充填キャビティーｓに充填された粉末ｐの上面で、粉末ｐの摺り切りが行われ、粉末充填キャビティーｓに均一密度に充填された粉末ｐと、供給ホッパーＧに残った粉末ｐとが分離される。その後、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３から蓋部材ｈ２を取り外すとともに、供給ホッパーＧには、新たに、ほぼゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填された量の粉末を、粉末供給部材Ｄから供給しておく。なお、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓへの粉末の充填作業が終了した後は、図７（ｂ）に示されているように、筒体８の上端部８ｂに、上パンチ１３を載置するとともに下降させることにより、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填された粉末ｐを圧縮して圧粉体を得る。
【００５３】
なお、この場合も、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに、予め、所定量の粉末を充填しておき、その後、粉末が収容された供給ホッパーＧを介して、空気タッピングにより、ゴムモールドｍの残余の粉末充填キャビティーｓに粉末を充填するように構成することもできる。
【００５４】
次に、図８を用いて、ダイプレスにより、粉末を圧縮成形する実施例について説明する。なお、この実施例においても、上述した実施例に共通する部材には、原則として、同じ符号を使用した。
【００５５】
本実施例には、筒体８の内周面と該筒体８に挿入された下パンチ９の上面とにより形成された空間部１２に、直に、粉末を充填する例が示されている。また、本実施例では、図６及び図７に示されている実施例のように、供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１にはグリッド部材ｇ２が取着されている。そして、供給ホッパーＧの上端部には、低気圧高気圧発生装置Ｅに連結された空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２が取り外し可能に取着されている。なお、空気タッピングの際に、筒体８と該筒体８に挿入された下パンチ９とのクリヤランスから空気が漏れないように、適当なパッキンを入れる。
【００５６】
筒体８の内周面と下パンチ９の上面とにより形成された空間部１２である粉末充填キャビティーｓに粉末を充填する際には、先ず最初に、図８（ａ）に示されているように、筒体８に供給ホッパーＧを載置する。供給ホッパーＧには、上述したように、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の量より多い粉末、例えば、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の１３０％以上の粉末ｐが収容されている。次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内の空気を吸引して、供給ホッパーＧ内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるか、或いは、空気吸引引き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内へ、積極的に、空気を供給して、供給ホッパーＧ内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このような空気タッピング工程により、図８（ｂ）に示されているように、供給ホッパーＧに収容された粉末ｐが、グリッド部材ｇ２を通って、粉末充填キャビティーｓに充填される。
【００５７】
次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるとともに、図８（ｃ）に示されているように、供給ホッパーＧを上方に移動させると、グリッド部材ｇ２により、粉末充填キャビティーｓに均一密度に充填された粉末ｐと、供給ホッパーＧに残った粉末ｐとが分離される。また、上述したように、グリッド部材ｇ２により、供給ホッパーＧから粉末ｐが落下するようなことはない。その後、供給ホッパーＧを側方に移動し、図８（ｄ）に示されているように、筒体８に上パンチ１３を挿入して、下パンチ９と上パンチ１３により粉末ｐを圧縮成形する。なお、適宜、供給ホッパーＧから蓋部材ｈ２を取り外して、粉末充填キャビティーｓに粉末ｐを充填したために量の減った供給ホッパーＧに粉末を供給しておく。
【００５８】
次に、図９に示されているような、軸ｗ１の中程に平歯車ｗ２及び軸ｗ１の端部に傘歯車ｗ３が一体に形成された圧粉体Ｗ１をＲＩＰ法により作製する例を用いて、本発明の粉末圧縮成形装置の他の実施例を、図１０及び図１１を参照しながら説明する。
【００５９】
筒体８の内周面と該筒体８に挿入された下パンチ９の上面により形成される空間部１２には、図９に示されているような圧粉体Ｗ１とほぼ同じ形状の粉末充填キャビティーｓが形成されたゴムモールドｍが挿着されている。ゴムモールドｍは、ゴムモールドｍ内で成形された圧粉体Ｗ１が取り出せるように、垂直に分割された２つの部分ｍ１、ｍ２により構成されている。
【００６０】
供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１には、グリッド部材ｇ２が取着されており、供給ホッパーＧには、上述したように、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の量より多い粉末、例えば、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の１３０％以上の粉末ｐが収容されている。また、供給ホッパーＧには、低気圧高気圧発生装置Ｅに接続された空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２が被蓋されている。供給ホッパーＧの下面には、ゴムモールドｍと筒体８との接合線１６を覆うように、環状空気室１７が形成されており、供給ホッパーＧには、環状空気室１７に通ずる連通孔１８が穿設されている。そして、連通孔１８は、パイプ１９を介して、図示されていない空気吸引源に接続されている。
【００６１】
次に、上述した粉末圧縮成形装置による圧粉体作製工程について説明する。
【００６２】
先ず最初に、図１０（ａ）に示されているように、ゴムモールドｍが挿着された金型Ｍの上方に、供給ホッパーＧを配置するとともに、供給ホッパーＧを、低気圧高気圧発生装置Ｅに接続された空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２により被蓋する。この状態から、空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２が被蓋されている供給ホッパーＧを、図１０（ｂ）に示されているように、筒体８の上端部８ｂに載置する。次いで、図示されていない空気吸引源を作動させて、パイプ１９及び連通孔１８を介して、ゴムモールドｍと筒体８との接合線１６を覆うように配置されている環状空気室１７を減圧して負圧状態にすることにより、ゴムモールドｍと筒体８の接触面に存在する間隙を負圧状態にする。このように、ゴムモールドｍと筒体８の接触面に存在する間隙を負圧状態にすることにより、ゴムモールドｍを、筒体８の内面に密着させて固定させて、空気タッピング工程の際のゴムモールドｍの移動や振動や変形を防止する。
【００６３】
次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内の空気を吸引して、供給ホッパーＧ内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるか、或いは、空気吸引引き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内へ、積極的に、空気を供給して、供給ホッパーＧ内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このように、空気タッピングにより、図１０（ｃ）に示されているように、供給ホッパーＧに収容された粉末ｐが、グリッド部材ｇ２を通って、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される。ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに粉末ｐが充填された後に、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じる。
【００６４】
ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに粉末ｐが充填された後に、空気吸引源の作動を停止させて、環状空気室１７の負圧状態を解除するとともに、図１０（ｄ）に示されているように、蓋部材ｈ２が被蓋された供給ホッパーＧを上方に移動させると、グリッド部材ｇ２により、粉末充填キャビティーｓに均一密度に充填された粉末ｐと、供給ホッパーＧに残った粉末ｐとが分離される。この際、上述したように、グリッド部材ｇ２からは、粉末ｐが落下するようなことはない。その後、蓋部材ｈ２を取り外して、粉末充填キャビティーｓに粉末ｐを充填したために量の減った供給ホッパーＧに粉末を供給しておく。
【００６５】
次いで、図１１（ａ）に示されているように、上パンチ１３を、筒体８に挿入して、下パンチ９と上パンチ１３の間で、粉末ｐが充填されたゴムモールドｍを圧縮する。その後、上パンチ１３を上方に移動させるとともに、下パンチ９を上昇させて、図１１（ｂ）に示されているように、筒体８から、粉末ｐが充填されたゴムモールドｍを取り出す。次いで、図１１（ｃ）に示されているように、ゴムモールドｍを２つの部分ｍ１、ｍ２に分割して、図９に示されているような圧粉体Ｗ１を取り出す。
【００６６】
この場合も、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに、予め、所定量の粉末を充填しておき、その後、粉末が収容された供給ホッパーＧを介して、空気タッピングにより、ゴムモールドｍの残余の粉末充填キャビティーｓに粉末を充填するように構成することもできる。
【００６７】
次に、図１２及び図１３を用いて、複数の粉末充填キャビティーを持つゴムモールドを使用したときの粉末圧縮成形装置について説明する。なお、この実施例においても、上述した実施例に共通する部材には、原則として、同じ符号を使用した。
【００６８】
筒体８と該筒体８に挿入されたパンチ９とにより形成される空間部１２には、図１２（ａ）に示されているように、粉末充填キャビティーｓが複数形成されたゴムモールドｍを挿着する。筒体８の上方には、下部開口部ｇ１にグリッド部材ｇ２が取着されているとともに、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の量より多い粉末、例えば、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の１３０％以上の粉末ｐが収容されている供給ホッパーＧを配置する。
【００６９】
次いで、図１２（ｂ）に示されているように、筒体８の上端部８ｂに供給ホッパーＧを載置するとともに、供給ホッパーＧに、低気圧高気圧発生装置Ｅに接続された空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２を被蓋する。その後、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内の空気を吸引して、供給ホッパーＧ内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるか、或いは、空気吸引引き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内へ、積極的に、空気を供給して、供給ホッパーＧ内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このように、空気タッピングにより、図１２（ｃ）に示されているように、供給ホッパーＧに収容された粉末ｐが、グリッド部材ｇ２を通って、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される。ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに粉末ｐが充填された後に、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じる。
【００７０】
次いで、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに粉末ｐが充填された後に、図１３（ａ）に示されているように、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３から蓋部材ｈ２を取り外すとともに、供給ホッパーＧを上方に移動させると、グリッド部材ｇ２により、粉末充填キャビティーｓに均一密度に充填された粉末ｐと、供給ホッパーＧに残った粉末ｐとが分離される。この際、上述したように、グリッド部材ｇ２からは、粉末ｐが落下するようなことはない。次いで、図１３（ｂ）に示されているように、上パンチ１３を、筒体８に挿入して、下パンチ９と上パンチ１３の間で、粉末充填キャビティーｓに粉末ｐが充填されたゴムモールドｍを圧縮して圧粉体を得る。
【００７１】
次に、図１４〜図１６を用いて、本発明の粉末圧縮成形装置の他の実施例について説明する。
【００７２】
本実施例では、供給ホッパーＧの高さをできるだけ低くする工夫がなされている。供給ホッパーＧの背の高さが余り高いと、粉末を粉末充填キャビティーｓに充填するとき、上パンチ１３が、筒体８の上端部８ｂよりずっと高いところに待機していなくてはならない。充填終了後、供給ホッパーＧを横にずらして、上パンチ１３を下降させ、粉末を圧縮するためには、必要な上パンチ１３の長さは極めて大きくなる。上パンチ１３が余り長すぎると、上パンチ１３と筒体８の位置決めが困難になり、上パンチ１３が筒体８に真っ直ぐ入らないで、上パンチ１３や筒体８が破損することがある。また、上パンチ１３が長いと上パンチ１３が曲がりやすく折れやすい。このような問題を避けるために、供給ホッパーＧの背の高さを低くする工夫が必要である。
【００７３】
２０は、筒体８を囲むように配設された、その上面２０ａが、筒体８の上端部８ｂと面一なテーブルである。本実施例においては、上述したように、供給ホッパーＧの背の高さをできるだけ低くする工夫がなされている。他の実施例の供給ホッパーＧと同様に、本実施例の供給ホッパーＧも、下部開口部ｇ１と下部開口部ｇ１に取着されたグリッド部材ｇ２とを有しており、下部開口部ｇ１は、テーブル２０の上面２０ａに接触している。供給ホッパーＧには、テーブル２０の上面２０ａに配設された水平シリンダー２１のピストンロッド２１ａの先端部が取着されている。水平シリンダー２１を作動させて、ピストンロッド２１ａを進出させた進出位置では、図１４（ｂ）に示されているように、供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１が、筒体８と下パンチ９により形成される粉末充填キャビティーｓを覆うように構成されており、また、図１４（ｂ）の状態からピストンロッド２１ａを後退させた待機位置では、図１４（ａ）に示されているように、供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１が、テーブル２０の上面２０ａに接触するように構成されている。
【００７４】
図１４（ａ）に示されている供給ホッパーＧの待機位置において、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３の上方には、貯留ホッパーｄ８を有する粉末供給部材Ｄの粉末排出口ｄ９が位置している。ｈ１’は、供給ホッパーＧに連結された、上述した空気吸引引き込みパイプｈ１と同様の空気吸引引き込みパイプであり、低気圧高気圧発生装置Ｅに接続されている。粉末供給部材Ｄにはスクリューフィーダが内蔵されていて、スクリューの回転により、貯留ホッパーｄ８に収容されている粉末を、適宜、粉末排出口ｄ９から供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３に排出する。ｈ２’は、上述したピストンロッド２１ａを進出させた進出位置において、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３の上方に位置する蓋部材であり、蓋部材ｈ２’は、垂直シリンダー２２のピストンロッド２２ａの先端部に取着されている。１３は、上述した実施例と同様の筒体８に挿入可能な上パンチである。
【００７５】
次に、上述した粉末圧縮成形装置による圧粉体作製工程について説明する。
【００７６】
図１４（ａ）に示されている状態から、水平シリンダー２１を作動させて、供給ホッパーＧを進出させ、図１４（ｂ）に示されているように、供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１を、粉末充填キャビティーｓを覆うように配置する。次いで、垂直シリンダー２２を作動させて、ピストンロッド２２ａを下降させることにより、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３を、蓋部材ｈ２’により閉鎖する。
【００７７】
その後、上述した実施例と同様に、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１’を介して、供給ホッパーＧ内の空気を吸引して、供給ホッパーＧ内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるか、或いは、空気吸引引き込みパイプｈ１’を介して、供給ホッパーＧ内へ、積極的に空気を供給して、供給ホッパーＧ内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このような空気タッピング工程により、図１５（ａ）に示されているように、供給ホッパーＧに収容された粉末ｐが、グリッド部材ｇ２を通って、粉末充填キャビティーｓに充填される。この場合にも、上述した実施例と同様に、粉末ｐが、粉末充填キャビティーｓと供給ホッパーＧの両方に存在するようにする。
【００７８】
次いで、水平シリンダー２１を再度作動させて、供給ホッパーＧを後退させて、図１５（ｂ）に示されているように、供給ホッパーＧを待機位置に戻す。この過程において、粉末充填キャビティーｓに充填された粉末ｐと供給ホッパーＧに残存する粉末の分離が行われる。その後、上パンチ１３を下降させて、筒体８に上パンチ１３を挿入して、下パンチ９と上パンチ１３により粉末ｐを圧縮して成形する。また、粉末供給部材Ｄに内蔵されたスクリューを適宜回転させることにより、粉末排出口ｄ９から粉末を落下させて、供給ホッパーＧに、粉末を新たに供給しておく。
【００７９】
下パンチ９と上パンチ１３により粉末ｐを圧縮成形した後、図１６（ａ）に示されているように、下パンチ９を、下パンチ９の上面が、筒体８の上端部８ｂ及びテーブル２０の上面２０ａと面一になるまで上昇させる。次いで、水平シリンダー２１を作動させて、供給ホッパーＧを、上述した進出位置より更に前方に押し出して、図１６（ｂ）に示されているように、圧粉体Ｗ２を、テーブル２０の上面２０ａに押し出す。その後、圧粉体Ｗ２を、ロボット装置により、焼結工程等の次工程に搬送する。水平シリンダー２１を作動させて、供給ホッパーＧにより、圧粉体Ｗ２をテーブル２０の上面２０ａに押し出す代わりに、別のシリンダーやロボット装置により、圧粉体Ｗ２を、図１６（ａ）に示す位置から図１６（ｂ）に示す、筒体８の直上から離れた位置まで搬送することもできる。
【００８０】
次に、図１７に示されているような、空洞の半球体ｗ４の開口縁にフランジｗ５が形成されている碗形圧粉体Ｗ３を、ダイプレスにより作製する粉末圧縮成形装置について、図１８〜図２０を用いて説明する。
【００８１】
この実施例においては、粉末充填キャビティーｓは、筒体８の内面及びその上方への延長面、下パンチ９の上面及び上パンチ１３の下面によって形成されている。筒体８の上端部８ｂに載置された供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１は、筒体８の開口部の形状にほぼ一致しており、供給ホッパーＧには、下部開口部ｇ１から上方に向かうにしたがって徐々に内径が大きくなる傾斜壁ｇ５が形成されており、傾斜壁ｇ５から上部開口部ｇ３までは、上パンチ１３の外径より大きな内径を有する周壁ｇ６が形成されている。また、上パンチ１３の下面には、碗形圧粉体Ｗ３の空洞の半球体ｗ４の肉厚分だけ、半球状の第１粉末充填キャビティーｓ１の内径より小径の半球体１３ａが形成されている。なお、ｎ１は、筒体８と下パンチ９間に配設されたパッキンであり、また、ｎ２は、下パンチ９と供給ホッパーＧ間に配設されたパッキンであり、更に、ｎ３は、上パンチ１３の外周に配設されたパッキンであり、更にまた、ｎ４は、供給ホッパーＧの上面に配設されたパッキンである。
【００８２】
図１７に示されているような圧粉体Ｗ３を成形する場合には、図１８（ａ）に示されているように、筒体８の上端部８ｂに供給ホッパーＧを載置するとともに、上パンチ１３を、上パンチ１３と筒体８との間に所定の間隙２３が形成されるように、供給ホッパーＧ内に配置する。次いで、粉末供給部材Ｄに内蔵されたスクリューｄ１０（図２０（ｂ）に示されている。）を回転させることにより、粉末充填キャビティーｓ及び所定の高さまで供給ホッパーＧ内に粉末ｐを供給する。
【００８３】
次いで、空気吸引吹き込みパイプｈ１が適当数配設されているとともに、上パンチ１３がパッキンｎ３を介して挿入可能な透孔ｈ２”が穿設された蓋部材ｈ２を、透孔ｈ２”にパッキンｎ３を介して上パンチ１３が挿入された状態で、供給ホッパーＧに被せる。その後、上述した実施例と同様に、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内の空気を吸引して、供給ホッパーＧ内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるか、或いは、空気吸引引き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内へ、積極的に、空気を供給して、供給ホッパーＧ内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このような空気タッピング工程により、図１８（ｂ）に示されているように、粉末充填キャビティーｓ内に、均一に、しかも、高密度に粉末ｐを充填する。この場合にも、上述した実施例と同様に、粉末ｐが、粉末充填キャビティーｓと供給ホッパーＧの両方に存在するようにする。
【００８４】
次いで、図１９（ａ）に示されているように、空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２を取り外し、その後、上パンチ１３と下パンチ９を同時に下降させて、供給ホッパーＧ内の粉末と圧縮成形する粉末とを分離する。次いで、上パンチ１３のみを下降させて、下パンチ９と上パンチ１３間で粉末ｐを圧縮して圧粉体を得る。次いで、上パンチ１３が供給ホッパーＧの下部開口ｇ１から抜けて、供給ホッパーＧに残存する粉末ｐが、供給ホッパーＧの下部開口ｇ１から落下しないように、上パンチ１３が供給ホッパーＧの下部開口ｇ１に挿入された状態のまま、図１９（ｂ）に示されているように、上パンチ１３と供給ホッパーＧを、筒体８の上方に移動させるが、上記の供給ホッパーＧと上パンチ１３の上昇に同期して、上パンチ１３と下パンチ９で圧粉体Ｗ３を挟むように、下パンチ９を上昇させて、圧粉体Ｗ３の一部を筒体８の上端部８ｂから突出させる。その後、更に、上パンチ１３と供給ホッパーＧを上方に移動させる。
【００８５】
次いで、図２０（ａ）に示されているように、ロボット装置の腕部材等に配設された移動体ｕ１に取着されたバキュームパッドｕ２及びバキュームパッドｕ２に取着された、図示されていない空気吸引源に接続されたパイプｕ３からなる搬送装置Ｕにより、バキュームパッドｕ２に圧粉体Ｗ３を吸引保持するとともに、搬送装置Ｕを上昇させて、圧粉体Ｗ３を取り出す。また、図２０（ｂ）に示されているように、粉末供給部材Ｄを、上パンチ１３が下部開口ｇ１に挿入された状態のままの供給ホッパーＧの上部開口ｇ３に配置し、スクリューｄ１０を回転させて、次の圧粉体成形工程に備えて、粉末排出口ｄ９から、供給ホッパーＧに粉末ｐを補充する。なお、供給ホッパーＧに補充された粉末ｐを、へら２４を用いて均すことが好ましい。
【００８６】
図２１には、上述した供給ホッパーＧに補充された粉末ｐを均すためのへら２４を、自動的に駆動させるための、一例としてのへら駆動装置Ｔが示されている。
【００８７】
ｔ１は、図示されていないフレームに垂下されたロッドｔ２に取着された水平フレームであり、水平フレームｔ１には、円筒状の支持部材ｔ３が取着されており、該円筒状の支持部材ｔ３内に、上パンチ１３が挿入されている。ｔ４は、適当な軸受けｔ５を介して、支持部材ｔ３に配設されたリングであり、該リングｔ４には、上述したへら２４が取着されたロッドｔ６が取り付けられている。ｔ７は、水平フレームｔ１に取着されたモーターであり、モーターｔ７の出力軸ｔ７’には、プーリーｔ８が取着されている。そして、プーリーｔ８とリングｔ４とには、無端ベルトｔ９が張設されている。
【００８８】
粉末ｐの均し作業を行う場合には、モーターｔ７を駆動させて、出力軸ｔ７’に取着されているプーリーｔ８を回転駆動させることにより、無端ベルトｔ９を周回させて、支持部材ｔ３に軸受けｔ５を介して配設されたリングｔ４を回転させ、リングｔ４に取着されたロッドｔ６の先端に取り付けられたへら２４を、上パンチ１３の周りを周回させる。このようにして、粉末供給部材Ｄから供給ホッパーＧに供給される粉末ｐの上面を平らに均す。なお、必要に応じて、水平フレームｔ１をシリンダーのピストンロッドに取着して、シリンダーを、適宜、作動させることにより、水平フレームｔ１の上下位置、即ち、へら２４の上下位置を調整可能に構成することもできる。
【００８９】
次に、図２２に示されているような、金属等で形成された円柱状コア部材ｗ６と該コア部材ｗ６の周囲に配置された円筒状圧粉体部ｗ７とが一体成形される圧粉体Ｗ４を、冷間静水圧成形法を用いて作製する粉末圧縮成形装置について、図２３〜図２５を用いて説明する。
【００９０】
２５は、円筒状の圧力容器であり、２６は、円柱状コア部材ｗ６を保持するコアロッド２７が挿入可能な孔２６ａが穿設された底部材であり、圧力容器２５の下部に嵌着されている。圧力容器２５のすぐ内側には、一般に乾式ＣＩＰ法と呼ばれる構成が形成されている。即ち、圧力容器２５の内側の薄い空間２８を隔てて、比較的薄肉のゴムでできた外側ゴム型２９が配設され、その内側に、比較的に肉厚の内側ゴム型３０が配設されている。外側ゴム型２９の上下端にはリップが形成され、この外側ゴム型２９と圧力容器２５の間の空間２８に液体が満たされ高圧が印加されても、液体が漏れないようにシールされる構造が形成されている。コアロッド２７の上部には、円柱状コア部材ｗ６が挿入可能な凹部が形成されており、該凹部に円柱状コア部材ｗ６が挿入されている。圧力容器２５と外側ゴム型２９の隙間の空間２８には、圧力容器２５を貫通して配設された液体供給パイプ３１が接続されており、液体供給パイプ３１は、図示されていない高圧液体供給装置に連結されている。こうして、外側ゴム型２９は、上記の空間２８に発生する圧力を内側ゴム型３０に伝える役割をし、また、内側ゴム型３０は、その内側の空間に充填される粉末に、圧縮後の形と寸法を与える役割をする。そこで、外側ゴム型２９は加圧ゴム型、内側ゴム型３０は成形ゴム型と呼ばれる。本実施例においては、内側ゴム型３０内の空間が、粉末が充填される粉末充填キャビティーｓとなる。
【００９１】
供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１には、コア部材ｗ６の上部が挿入可能な、下方が開口した筒状底部ｇ７が配設されており、筒状底部ｇ７の下端部と供給ホッパーＧの下端部との間にグリッド部材ｇ１が取着されている。筒状底部ｇ７は、グリッド部材ｇ１を介して供給ホッパーＧに取着することも、或いは、供給ホッパーＧの内面に、適当数の連結ロッドｇ８を取り付け、該連結ロッドｇ８の先端に筒状底部ｇ７を取着するようにすることもできる。本実施例においては、供給ホッパーＧの下部外径は、細く形成されており、圧力容器２５の上部開口部に挿入可能で、且つ、供給ホッパーＧを最下端まで下降させたとき、供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１が、図２３（ｂ）に示すように、内側ゴム型３０の粉末充填キャビティーｓの上部開口部にぴったり合うように構成されている。蓋部材ｈ２には、上述した他の実施例の場合と同様に、空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設されている。Ｄは、粉末貯留ホッパーであり、内蔵されたスクリューｄ１０を適宜回動させることにより、粉末排出口ｄ９から粉末が排出されるように構成されている。
【００９２】
次に、上述した構成を有する粉末圧縮成形装置による圧粉体作製工程について説明する。
【００９３】
図２３（ａ）に示されている待機状態では、圧力容器２５の上方に位置する供給ホッパーＧには、予め、粉末貯留ホッパーＤにより、粉末充填キャビティーｓに充填される量より多くの粉末ｐが収容されている。次いで、供給ホッパーＧを下降させて、図２３（ｂ）に示されているように、供給ホッパーＧの下部を圧力容器２５の上部に挿入するとともに、コア部材ｗ６の上部を、供給ホッパーＧの筒状底部ｇ７に挿入する。また、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３に、空気吸引吹き込みパイプｈ１が取着された蓋部材ｈ２を被せる。
【００９４】
その後、上述した実施例と同様に、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内の空気を吸引して、供給ホッパーＧ内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプ１２に配設された主バルブｅ３を閉じるか、或いは、空気吸引引き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内へ、積極的に、空気を供給して、供給ホッパーＧ内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このような空気タッピング工程により、及び、必要に応じて、供給ホッパーＧへの加振により、図２４（ａ）に示されているように、粉末充填キャビティーｓ内に、均一に、しかも、高密度に粉末ｐを充填する。この場合にも、上述した実施例と同様に、粉末ｐが、粉末充填キャビティーｓと供給ホッパーＧの両方に存在するようにする。
【００９５】
次いで、図２４（ｂ）に示されているように、供給ホッパーＧを上昇させて、圧力容器２５から抜き取るとともに、空気吸引吹き込みパイプｈ１が取着された蓋部材ｈ２も上昇させる。この供給ホッパーＧの上昇過程において、粉末充填キャビティーｓに充填された粉末ｐと供給ホッパーＧに残存する粉末ｐの分離が行われるが、供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１にはグリッド部材ｇ２が取着されているので、粉末ｐが落下するようなことはない。その後、図２５（ａ）に示されているように、圧力容器２５に、上パンチ１３を挿入する。上パンチ１３は、圧縮時の外側ゴム型２９及び内側ゴム型３０の圧力容器２５からの飛び出しを防止するとともに、粉末の内側ゴム型３０からの飛び出しを防止する蓋の役割をする。そのため、硬質ゴムによるパッキン等が適当に配設されている。また、上パンチ１３の下面中央部には、コア部材ｗ６の上部が挿入可能な凹部１３ａが形成されている。この部分にも粉末が入り込まないように適当なシールが施される。上パンチ１３が、圧力容器２５に挿入された状態で、図示されていない高圧液体供給装置を作動させて、液体供給パイプ３１を介して、圧力容器２５と外側ゴム型２９の間の空間２８に液体を供給して、粉末充填キャビティーｓに充填されている粉末ｐを圧縮成形する。粉末充填キャビティーｓに充填されている粉末ｐの圧縮工程中に、供給ホッパーＧを、粉末供給部材Ｄの方向に移動させるとともに、スクリューｄ１０を適宜回動させることにより、供給ホッパーＧに粉末ｐを補充しておく。
【００９６】
次いで、圧力容器２５から、柱状の上パンチ１３を取り外すとともに、図２０（ａ）に示されている、搬送装置Ｕに配設されたバキュームパッドｕ２により、或いは、ロボットの把持部材により、コア部材ｗ６と一体成形された圧粉体Ｗ４を、粉末充填キャビティーｓから取り出す。なお、コア部材ｗ６の側面には適当な凹凸が形成され、圧粉体にコア部材ｗ６がしっかりと保持されるように工夫することが必要である。
【００９７】
以上の幾つかの実施例を用いて説明したように、本発明においては、粉末を、迅速に、一定空間に充填することができるとともに、繰り返し充填される粉末の量のばらつきをきわめて小さくでき、且つ、充填された空間全体にわたって充填密度を均一にできるので、ニアネットシェープの圧粉体を製造することができるとともに、粉末圧縮成形の生産性を向上することができる。また、空気タッピングの条件を制御することによって充填密度を制御することができ、必要に応じて、充填密度を非常に高くできる。
【００９８】
空気タッピング条件を変えることにより、粉末充填キャビティー内の粉末充填密度を変えることができること、即ち、粉末充填キャビティー内の粉末充填量を変えることができることは、空気タッピング条件の制御により、圧粉体の重さを管理できることを意味する。即ち、圧粉後、圧粉体の重さを計量して、設定値と比較し、設定値との差を、空気タッピング条件にフィードバックすることにより、粉末成形装置により作製される圧粉体の重さ、即ち、大きさを極めて正確に管理することができ、重さや大きさのばらつきが極めて小さい圧粉体を連続生産できる粉末成形装置が実現できる。更に、供給ホッパーの開口部にグリッド部材を配設することにより、簡単な構成で、粉末充填キャビティー周辺部に粉末の散乱等のトラブルがなく、生産性が高い粉末圧縮成形装置が実現できる。
【００９９】
ダイプレス、ＣＩＰ、ＲＩＰ等、どの粉末圧縮成形装置の場合でも、（１）充填量が毎回一定していてばらつきが少ないので、圧粉体の重さと大きさが毎回一定である。（２）充填密度を大きくできるので、ＲＩＰとＣＩＰの場合、プレス時の収縮時に発生する圧粉体の象の足変形等、望ましくない変形を最小限にできる。また、ダイプレスの場合、パンチが動く距離が小さくできるので、粉末がパンチと金型のクリアランスにかみこんだりすることが少なくなり、金型の寿命を伸ばすことができる。
【０１００】
また、ダイプレスでは、高さの大きい製品や形状が複雑な製品の場合、金型に粉末を普通に振り込んで充填するだけでは充填密度が不均一なために、圧粉後、圧粉体中のグリーン密度が不均一になり、このような圧粉体を焼結すると、得られる焼結体は、形状の歪みが大きく、また、圧粉体の割れや欠け、更には、圧粉体を焼結したとき、焼結体中にひびや欠けが起こることが多い。このような製品の製造に本発明を適用したとき、粉末の充填密度を粉末充填キャビティー内の空間全体にわたって高密度で、且つ、均一にできるので、上述のような圧粉体の割れや欠け、焼結後の焼結体の歪みやひび、欠けが起こらない。このように、本発明により、圧粉体の生産性を向上させることができるとともに、圧粉体の重さ、大きさのばらつきを最小にでき、且つ、割れや欠け、焼結時の形状の歪み等による不良率を大幅に低減でき、ネットシェープの成形品が得られるようになる。
【０１０１】
なお、これまでの説明では、空気タッピング等空気の流れを使って粉末等の粉末を充填する例を示してきたが、粉末が酸化されやすかったり、他の反応が起こりやすい場合には、空気に代わり、窒素やアルゴン等の不活性ガスを使用できることは勿論である。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
【０１０３】
粉末を、迅速に、一定空間に充填することができるとともに、繰り返し充填される粉末の量のばらつきをきわめて小さくでき、且つ、充填された空間全体にわたって充填密度を均一にできるので、ニアネットシェープの圧粉体を作製することができるとともに、圧粉体製造の生産性を向上することができる。
【０１０４】
空気タッピングの条件を制御することによって充填密度を制御することができ、必要に応じて、充填密度を非常に高くできる。
【０１０５】
供給ホッパーにグリッド部材を配設したので、粉末を粉末充填キャビティーに充填後、粉末充填キャビティーに充填された粉末と供給ホッパーに残った粉末とを、確実に分離することができるとともに、移動した供給ホッパーからの粉末の落下を防止することができるので、簡単な構成で、生産性が高い高性能の粉末圧縮成形装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の粉末圧縮成形装置において用いられる粉末充填原理を説明するための供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図２】図２は本発明の粉末圧縮成形装置に使用される一例としての低気圧高気圧発生装置である。
【図３】図３は本発明の粉末圧縮成形装置において用いられる他の粉末充填原理を説明するための供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図４】図４は本発明の粉末圧縮成形装置における圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図５】図５は図４の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図６】図６は本発明の他の粉末圧縮成形装置における圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図７】図７は図６の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図８】図８は本発明の更なる粉末圧縮成形装置における圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図９】図９は本発明の粉末圧縮成形装置により作製される一例としての圧粉体の斜視図である。
【図１０】図１０は図９に示されている圧粉体を作製するための粉末圧縮成形装置における圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図１１】図１１は図１０の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図１２】図１２は本発明の更に他の粉末圧縮成形装置における圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図１３】図１３は図１２の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図１４】図１４は本発明の別の粉末圧縮成形装置における圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図１５】図１５は図１４の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図１６】図１６は図１５の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図１７】図１７は本発明の粉末圧縮成形装置により作製される一例としての圧粉体の斜視図である。
【図１８】図１８は図１７に示されている圧粉体を作製するための粉末圧縮成形装置における圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図１９】図１９は図１８の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図２０】図２０は図１９の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図２１】図２１は一例としてのへら駆動装置の一部断面を含む正面図である。
【図２２】図２２は本発明の粉末圧縮成形装置により作製される一例としての圧粉体の斜視図である。
【図２３】図２３は図２２に示されている圧粉体を作製するための粉末圧縮成形装置における圧粉体作製工程を説明するための圧力容器や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図２４】図２４は図２３の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための圧力容器や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図２５】図２５は図２４の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための圧力容器や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図２６】図２６は従来の粉末圧縮成形装置において使用される一例としての充填装置の垂直断面図である。
【符号の説明】
Ｃ・・・・・・・・容器
Ｄ・・・・・・・・粉末供給部材
Ｅ・・・・・・・・低気圧高気圧発生装置
Ｇ・・・・・・・・供給ホッパー
Ｍ・・・・・・・・金型
Ｔ・・・・・・・・へら駆動装置
Ｖ・・・・・・・・粉末回動部材
Ｗ１〜Ｗ４・・・・圧粉体
ｇ２・・・・・・・グリッド部材
ｈ１・・・・・・・空気吸引吹き込みパイプ
ｈ２・・・・・・・蓋部材
ｍ・・・・・・・・ゴムモールド
ｐ・・・・・・・・粉末
ｓ・・・・・・・・粉末充填キャビティー
８・・・・・・・・筒体
９・・・・・・・・下パンチ
１３・・・・・・・上パンチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末或いは粒状物等（以下、単に、「粉末」という。）を、圧縮成形して圧粉体を作製する粉末圧縮成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ダイプレス（Ｄｉｅ Ｐｒｅｓｓ），ゴムモールド静水圧成形（Ｒｕｂｂｅｒ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ（ＲＩＰ））や冷間静水圧成形（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ（ＣＩＰ））等の種々の装置により、粉末を圧縮成形して圧粉体を作製する粉末圧縮成形装置が知られている。このような粉末圧縮成形装置においては、作製される圧粉体の形状や大きさを一定にし、且つ、品質や均一性を高めるために、以下のような手段により、粉末をキャビティーに充填している。なお、粉末圧縮成形装置において、金型やゴム型に形成された、粉末を充填すべき空間を、以下、単に、「粉末充填キャビティー」という。これらの粉末充填キャビティーの形状や大きさは、粉末充填キャビティーに粉末を充填して圧縮したとき、圧縮後に、所定の形状と大きさになるように設計され、形成される。
【０００３】
一番基本的な計量充填法は、自動秤量器により、粉末充填キャビティーに充填すべき粉末の重さを量り、秤量された粉末を、粉末充填キャビティーに充填する方法である。
【０００４】
また、計量カップ等により、粉末充填キャビティーに充填すべき粉末の体積を計量し、計量された粉末を、粉末充填キャビティーに充填する。
【０００５】
更に、図２６に示されているように、筒体１及び該筒体１に挿入されたパンチ２とにより形成された粉末充填キャビティーｓに、粉末ｐを充填する手段として、粉末ｐが充填された、下方に開口部を有する箱体３を、図示されていないシリンダーのピストンロッド４を作動させて、機台５及び筒体１上を慴動させながら粉末充填キャビティーｓの上方に配置し、次いで、箱体３内に配設された、モーター６の駆動軸６ａに取着された攪拌羽根７を回転させることにより、粉末充填キャビティーｓに、粉末ｐを充填する方法がよく知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した自動秤量器を使用した充填手段においては、粉末充填キャビティーへの粉末の正確な量の充填が可能であるが、秤量工程に時間がかかるとともに、秤量した粉末の粉末充填キャビティーへの充填工程にも時間がかかり、充填作業の作業効率が悪いという問題がある。また、一般的に、粉末は流れ性が悪いので、秤量した粉末の粉末充填キャビティーへの充填が円滑に行われず、充填工程に、更に時間がかかることになり、また、流れ性が悪いと、ブリッジが形成されやすいので、粉末充填キャビティーに充填された粉末内にボイド等の空隙ができることになる。このような理由により、粉末充填キャビティーに充填された粉末の充填密度が粉末充填キャビティー内において不均一になり、特に粉末充填キャビティーが複雑な形状の場合には、この充填密度の不均一性が強くなる。上述した粉末圧縮成形装置において、この粉末充填キャビティー内の充填密度の不均一性は、圧粉体のニアネット性を悪化させたり、圧粉体に割れや欠けを起こす原因になり、従来から、良い充填手段が待望されている。
【０００７】
また、上述した計量カップ等を用いた充填手段においては、粉末の流れ性が悪い場合には、計量カップ等に充填された粉末内にブリッジが発生し、空隙が形成されるために、粉末の正確な体積計量ができないという問題がある。
【０００８】
図２６を用いて説明した充填手段においても、粉末の流れ性の悪さに起因して、円滑に、箱体３から粉末充填キャビティーｓに粉末が移行しないので、充填に時間がかかり、また、粉末充填キャビティーｓに充填された粉末内にブリッジが発生しやすく、粉末充填キャビティーｓへの粉末の充填量にばらつきが発生するという問題がある。また、粉末充填キャビティー全体にわたって均一な充填が困難であること、粉末充填キャビティーが複雑な形状、細長い形状等を有しているときは、粉末充填キャビティー内における粉末充填密度の不均一性の問題が深刻である。
【０００９】
上述の充填密度の不均一の問題に加え、従来の粉末圧縮成形装置においては、ブリッジやボイドが充填された粉末内に形成されるので、充填密度が低くなるという問題がある。ダイプレスの場合、粉末充填キャビティー内の充填密度が低いと上下パンチの移動距離が長くなるので、粉末の噛み込みの問題が発生したり、プレス方向と平行な方向の圧粉体密度の不均一が大変大きくなる等の問題が発生する。また、ゴムモールド静水圧成形や冷間静水圧成形等のゴムモールドを使用する成形では、得られる圧粉体に、象の足変形と呼ばれる形状の歪みが顕著に現れる。
【００１０】
本発明の目的は、粉末を、粉末充填キャビティーに、迅速に、しかも、粉末充填キャビティー全体にわたって充填密度を均一に、且つ、必要に応じて、高密度に定量充填する手段を、粉末圧縮成形装置に適用することにより、上述した課題を解決するとともに、高い生産性を持つ粉末圧縮成形装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した目的を達成するために、第１には、粉末を粉末充填キャビティーに充填する手段が、供給ホッパーに収容された粉末を、粉末充填キャビティーに充填する空気タッピング手段と、供給ホッパーと粉末充填キャビティーの両方に存在する粉末のうち、粉末充填キャビティーに形成された密度が均一な部分を、供給ホッパーに残存する粉末から分離する手段とから構成されており、且つ、前記供給ホッパーと粉末充填キャビティーの両方に存在する粉末のうち、粉末充填キャビティーに形成された密度が均一な部分を、供給ホッパーに残存する粉末から分離する手段として、前記供給ホッパーの粉末充填キャビティー側開口部に、グリッド部材を配設したものであり、第２には、粉末圧縮成形装置がダイプレス装置であるものであり、第３には、粉末圧縮成形装置がゴムモールド静水圧成形装置であるものであり、第４には、粉末圧縮成形装置が冷間静水圧成形装置であるものである。
【００１２】
以下に、本発明の粉末圧縮成形装置に適用される粉末充填キャビティーへの粉末の充填手段の基本原理について説明する。
【００１３】
ある粉末充填キャビティーに粉末を充填したときを考えてみる。ここでいう充填とは、粉末充填キャビティーの中に粉末を落とし込むことである。このようにして充填された粉末中には、上述したように、粉末の流れ性の悪さのために、ブリッジが形成されやすく、ブリッジの形成は無秩序に起こるので、一定容積を有する粉末充填キャビティーに充填される粉末の量は、充填毎にばらつき、また、粉末充填キャビティー内において、充填密度が無秩序に分布することになる。
【００１４】
本発明者は、粉末充填キャビティーに粉末を充填するとき、もしブリッジが形成されない粉末の充填ができれば、粉末の充填量のばらつきがなく、粉末充填キャビティー内において充填密度が均一な粉末の充填が可能になると考えた。そして、そのようなブリッジの形成がない、均一な充填密度の領域が、後述の空気タッピングにより、粉末をある一定の容器に充填したとき、その容器の底の方に形成されていることを見出した。そこで、供給ホッパー内の空間と粉末充填キャビティーとが連結して１つの空間部を形成するように、粉末充填キャビティーの上部に、筒状の供給ホッパーを配置するとともに、そこに収容されている粉末に空気タッピングを施して、供給ホッパー内の空間と粉末充填キャビティーの両方に粉末が存在するようにして、供給ホッパー側の、空気タッピング操作に伴う激しい気流により乱された粉末部分を取り除くことにより、粉末充填キャビティーに、ブリッジの形成のない、均一な充填密度の粉末充填が実現できた。
【００１５】
供給ホッパー内と粉末充填キャビティーの両方に存在する粉末を、空気タッピング後に分離する手段としては、供給ホッパーを、相対的に、粉末充填キャビティーに対して水平方向にずらす方法、供給ホッパーと粉末充填キャビティーの間に、金属製等の薄板を差し込んで両者を分離する方法等が考えられる。本発明者は、更に進んだ両者の分離方法として、供給ホッパーの粉末充填キャビティー側開口部にグリッド部材を配設することを提案する。グリッド部材の配設は、空気タッピングとの組み合わせにおいて効力を発揮する。即ち、供給ホッパーに投入された粉末に空気タッピングを施すと、粉末はグリッド部材を通過して粉末充填キャビティーに入っていく。空気タッピングを続けると供給ホッパー中の粉末はどんどん下降していき、それ以上空気タッピングを続けても粉末の下降は飽和し、実質的に停止される。このとき、粉末は、ある程度固化していて、供給ホッパーを粉末充填キャビティーから持ち上げて、供給ホッパー内の粉末と粉末充填キャビティー内の粉末をグリッド部材で分離することができ、且つ、供給ホッパーからの粉末の落下が起こらないことを本発明者は発見した。このグリッド部材による少し固化した粉末の保持効果は、後に示すように、本発明を工業的に自動化装置により実施する上で、絶大な価値を持っている。
【００１６】
次に、本発明において重要な要素である空気タッピングについて説明する。
【００１７】
空気タッピング法は、本出願人等の出願にかかる特願平７−２５８１２０号（特開平９−７８１０３号）及び特願平７−３４７６０９号（特開平９−１６９３０１号）の出願において、本発明者等によって提案された粉末の粉末充填キャビティーへの充填技術である。上記出願により、空気タッピングによる粉末の粉末充填キャビティーへの充填は、次の工程により実施される。（１）粉末充填キャビティーと供給ホッパー内の空間とが連結するように、供給ホッパーを配置する。（２）供給ホッパーを通じて粉末を落とし込む。（３）供給ホッパーの開口部を通じて、粉末充填キャビティーと供給ホッパー内空間からなる空間部の空気を吸引して減圧し、次に空気を導入して圧力を高める。空気の吸引時には流速を小さく、空気の導入時には流速を大きくすることにより、粉末は供給ホッパーから粉末充填キャビティーの方に押し込められる。この空気の吸引と空気の導入をバルブ操作により繰り返すことにより、粉末は粉末充填キャビティーの方にどんどん押し込められていく。（４）最後に、プッシャーを駆動して、供給ホッパー内に残存している粉末を粉末充填キャビティーに完全に押し込める。
【００１８】
上述の（３）の工程は、高速バルブ操作により数秒で行われる。空気の吸引と空気の導入の周期に同調して、供給ホッパー内の粉末は下降していき、その様子は、機械的に粉末充填キャビティーを持ち上げて直ぐにその粉末充填キャビティーの底を地面に打ちつけ、これを繰り返すときとよく似ていること、そして、この機械的な操作はタッピングと呼ばれているので、上述の（３）の工程を、以下、単に、「空気タッピング」と称する。
【００１９】
【実施例】
上述した本発明の基本原理は、以下に示す実施例のように種々の態様が可能である。先ず最初に、図１及び図２を用いて、グリッド部材を用いた充填手段について説明する。
【００２０】
図１（ａ）において、Ｃは、粉末充填キャビティーｓを有する、上部に開口部を有する容器であり、Ｇは、容器Ｃの上端部ｃ１に載置可能な、上下に開口部を有する筒状の供給ホッパーであり、供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１には、グリッド部材ｇ２が取着されている。グリッド部材ｇ２は、平行な一定間隔の針金、一定の目の大きさのメッシュ、一定の大きさの孔を多数パンチングした金属薄板等で構成することができる。グリッド部材ｇ２を構成する材料としては、機械的強度が大きいあらゆる種類の金属材料や炭素繊維等が使用できる。グリッド部材ｇ２の１つの機能は、上述のように、空気タッピングによって少し固くなった供給ホッパーＧ内の粉末を落下しないように支えることであるので、グリッドの目開きは適当に小さいことが必要である。目開きが大きすぎると、少し固化した供給ホッパーＧ内の粉末を保持することができず、粉末が供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１から落下する。一方、このグリッド部材を粉末が通過しやすいように目開きはできるだけ大きいことが必要である。供給ホッパーＧには、所定の高さまで粉末ｐが収容されている。グリッド部材ｇ２は、空気タッピング後に少し固化した粉末を支える機能と、空気タッピング中の粉末を通過させる機能の両面から、その目開きの大きさ（平行な針金の太さや間隔、メッシュの大きさ、金属薄板に形成された孔の大きさ）が調整される。
【００２１】
次に、図２を用いて、供給ホッパーＧ内を低気圧状態或いは高気圧状態にするための低気圧高気圧発生装置及び空気タッピング作業について説明する。
【００２２】
ｈ１は、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３に被せられる蓋部材ｈ２に配設された空気吸引吹き込みパイプである。空気吸引吹き込みパイプｈ１は、低気圧高気圧発生装置Ｅに接続されている。一例としての低気圧高気圧発生装置Ｅは、空気供給源ｅ１、空気供給源ｅ１に連接されたパイプｅ２、該パイプｅ２に配設された主バルブｅ３、パイプｅ２から二股に分かれた分岐パイプｅ２’、ｅ２”、一方の分岐パイプｅ２’に配設された第１バルブｅ４、もう一方の分岐パイプｅ２”に配設された第２バルブｅ５、第２バルブｅ５に接続されたパイプｅ６に配設されたアスピレーターｅ７及び第１バルブｅ４に接続されたパイプｅ８とアスピレーターｅ７を連結する連結パイプｅ９とにより構成されている。そして、蓋部材ｈ２に配設された空気吸引吹き込みパイプｈ１は、第１バルブｅ４に接続されたパイプｅ８と連結パイプｅ９とに接続されている。
【００２３】
空気タッピング作業を行うに際しては、先ず最初に、図１（ｂ）に示されているように、容器Ｃの上端部ｃ１に、粉末ｐが収容された供給ホッパーＧを載置して、粉末充填キャビティーｓと供給ホッパーＧ内の空間とを連結するとともに、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３に、空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２を被せる。次いで、第１バルブｅ４が閉じた状態及び第２バルブｅ５が開いた状態で、パイプｅ２に配設された主バルブｅ３を開くと、空気供給源ｅ１からの圧縮空気は、パイプｅ２、分岐パイプｅ２”、第２バルブｅ５、パイプｅ６を介してアスピレーターｅ７から高速気流となって大気中に排出される。すると、アスピレーターｅ７に連結された連結パイプｅ９内が低気圧状態になり、連結パイプｅ９に連結されたパイプｅ８内も低気圧状態となる。従って、空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２により被蓋された供給ホッパーＧ内の空気は、パイプｅ８に接続されている空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して吸引され、供給ホッパーＧ内が低気圧状態になる。
【００２４】
次いで、パイプｅ２に配設された主バルブｅ３が開いた状態のまま、第１バルブｅ４を開くとともに、第２バルブｅ５を閉じると、空気供給源ｅ１からの圧縮空気は、パイプｅ２、分岐パイプｅ２’、第１バルブｅ４、パイプｅ８及び空気吸引吹き込みパイプｈ１から、供給ホッパーＧ内に入り、供給ホッパーＧ内が高気圧状態となる。なお、上記のように、第１バルブｅ４を開くとともに、第２バルブｅ５を閉じることなく、単に、空気供給源ｅ１に連接されたパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じることにより、アスピレーターｅ７、連結パイプｅ９、パイプｅ８及び空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して、大気が、低気圧状態の供給ホッパーＧ内に入り、低気圧状態の供給ホッパーＧ内を高気圧状態とすることもできる。上記のように、空気供給源ｅ１に連接されたパイプｅ２に配設された主バルブｅ３が開いた状態のまま、第２バルブｅ５を閉じるとともに、第１バルブｅ４を開いて、積極的に、空気供給源ｅ１からの圧縮空気を供給ホッパーＧ内に導入することにより、より短時間に、低気圧状態の供給ホッパーＧ内を高気圧状態とすることができる。こうすることによって、供給ホッパーＧ内に流入する空気の流速を大きくすることができるので、容器Ｃへの粉末の充填密度を大きくすることができる。
【００２５】
上述したように、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２により被蓋された供給ホッパーＧ内を、適当回数、交互に低気圧状態或いは高気圧状態にすることにより、図１（ｃ）に示されているように、供給ホッパーＧに収容された粉末ｐが、グリッド部材ｇ２を通って、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに充填される。
【００２６】
空気タッピング工程において、低気圧状態と高気圧状態のサイクル回数、供給ホッパーＧ内の低気圧状態及び高気圧状態での圧力の程度、空気タッピング工程における供給ホッパーＧ内を流れる空気の流速等は、粉末の量と平均粒径、潤滑剤添加の有無と量（即ち、粉末の流れ性）等により調整され、また、グリッド部材の目開きの大きさも粉末のこれらの因子によって調整される。
【００２７】
本実施例においては、空気タッピング後に、連結されて１つの空間部を形成している供給ホッパーＧ内の空間と粉末充填キャビティーｓとの両方に粉末が存在するようにする。そのために、空気タッピング前に、予め、供給ホッパーＧ内には、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末より多い量の粉末を、例えば、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の１３０％以上の粉末を充填しておく。供給ホッパーＧ内に、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末より多い量の粉末が充填された状態で、空気タッピングを行うと、供給ホッパーＧ内に収容された粉末が、グリッド部材ｇ２を通って、粉末充填キャビティーｓに充填される。適当回数、空気タッピングを行った後、空気タッピング作業を終了するが、本実施例においては、上記のように、空気タッピング作業終了後に、供給ホッパーＧ内の空間と粉末充填キャビティーｓとの両方に粉末が存在するように構成するとともに、空気タッピング作業の際の気流の影響によって形成された、供給ホッパーＧ内の空間と粉末充填キャビティーｓとの両方に存在する粉末ｐの上面の凹凸や、供給ホッパーＧ内の空間と粉末充填キャビティーｓの両方に存在する粉末の上層部の密度の不均一な領域は、供給ホッパーＧ内に残るようにし、供給ホッパーＧ内の空間と粉末充填キャビティーｓの両方に存在する粉末のうち、ブリッジのない粉末密度が均一な中間層部や下層部は、粉末充填キャビティーｓに位置するように構成されている。このように、空気タッピング作業終了後に、供給ホッパーＧ内の空間と粉末充填キャビティーｓとの両方に存在する粉末ｐの上面に形成された凹凸や、供給ホッパーＧ内の空間と粉末充填キャビティーｓの両方に存在する粉末の上層部に形成された密度の不均一な領域が、供給ホッパーＧ内に残り、そして、供給ホッパーＧ内の空間と粉末充填キャビティーｓの両方に存在する粉末のうち、ブリッジのない粉末密度が均一な中間層部や下層部が、粉末充填キャビティーｓに位置するように、空気タッピング前に、予め、供給ホッパーＧ内には、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末より多い量の粉末を充填しておく。勿論、粉末充填キャビティーｓに、ブリッジのない粉末密度が均一な粉末層が位置していればよく、供給ホッパーＧ内に、密度の不均一な領域とともに、ブリッジのない粉末密度が均一な粉末層が残っても差し支えない。
【００２８】
容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに粉末ｐが充填された後に、空気供給源ｅ１に連接されたパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じ、その後、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３から蓋部材ｈ２を取り外すとともに、図１（ｄ）に示されているように、供給ホッパーＧを上方に移動させると、グリッド部材ｇ２により、粉末充填キャビティーｓに均一密度に充填された粉末ｐと、供給ホッパーＧに残った粉末ｐとが分離される。この際、上述したように、粉末ｐは少し固化しているので、供給ホッパーＧと容器Ｃを切り離しても、粉末ｐはグリッド部材ｇ２に保持されていて、グリッド部材ｇ２から落下するようなことはない。その後、容器Ｃが配設されている、図示されていないインデックステーブルを間欠回転させることにより、供給ホッパーＧの下方に、新たに、容器Ｃを配置するとともに、供給ホッパーＧには、新たに、ほぼ容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに充填された量の粉末を供給しておく。このようにして、粉末ｐを容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに充填した後、パンチを駆動することにより圧縮され、圧粉体が作製される。
【００２９】
次に、図３を用いて、他の充填工程について説明する。
【００３０】
本実施例においては、上述した粉末充填キャビティーｓへの粉末の充填工程に先立って、該充填工程の前工程等において、図３（ａ）に示されているように、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに、予め、所定量の粉末ｐを充填しておく。一方、供給ホッパーＧにも粉末ｐが収容されている。次いで、図３（ｂ）に示されているように、粉末が所定量充填されている容器Ｃの上端部ｃ１に、供給ホッパーＧを載置するとともに、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３に、空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２を被せる。その後、上述したように、供給ホッパーＧ内における低気圧状態と高気圧状態とのサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このような空気タッピング工程により、図３（ｃ）に示されているように、供給ホッパーＧに収容された粉末ｐが、グリッド部材ｇ２を通って、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに充填される。そして、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに粉末ｐが充填された後に、パイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じ、その後、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３から蓋部材ｈ２を取り外すとともに、図３（ｄ）に示されているように、供給ホッパーＧを上方に移動させると、グリッド部材ｇ２により、粉末充填キャビティーｓに均一密度に充填された粉末ｐと、供給ホッパーＧに残った粉末ｐとが分離されることになる。
【００３１】
上述した、粉末充填キャビティーｓへの粉末の充填工程に先立って、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに、予め、所定量の粉末ｐを充填しておき、その後、粉末ｐが収容された供給ホッパーＧから、空気タッピングにより、粉末充填キャビティーｓの残余の空間に粉末ｐを充填する場合には、既に、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに所定量の粉末ｐが充填されているので、供給ホッパーＧには、図１を用いて説明した充填手段のように、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の量より多い粉末を、必ずしも収容しておく必要はない。この場合には、充填工程に先立って、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに予め充填されている粉末ｐの量と、供給ホッパーＧに収容されている粉末ｐの量の合計量が図３（ｃ）（前の実施例の図１（ｃ）のときと同じ）に示されているように、空気タッピング後に、供給ホッパーＧと粉末充填キャビティーｓの両方に粉末ｐが存在するとともに、粉末充填キャビティーｓに、密度が均一な粉末ｐ部分が残るような量になるように、供給ホッパーＧに粉末ｐが収容されていればよい。
【００３２】
上述したように、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓへの粉末の充填工程に先立って、粉末充填キャビティーｓに、予め、所定量の粉末ｐを充填しておくことにより、粉末が充填されていない、空の状態の粉末充填キャビティーｓへ粉末ｐを充填する場合に比べ、粉末充填キャビティーｓへの粉末ｐの充填時間を短縮化することができ、自動化装置にこれを採用することにより生産性を向上することができる。
【００３３】
上述した２つの実施例においては、共に、供給ホッパーＧの粉末充填キャビティーｓ側の開口部ｇ１にグリッド部材ｇ２を配設することにより、粉末充填キャビティーｓに均一密度に充填された粉末ｐと、供給ホッパーＧに残った粉末ｐとを分離するとともに、供給ホッパーＧからの粉末ｐの落下を防止するように構成したが、供給ホッパーＧの粉末充填キャビティーｓ側の開口部ｇ１にグリッド部材ｇ２を配設する代わりに、供給ホッパーＧに、粉末充填キャビティーｓ側の開口部ｇ１を開閉する金属製等の薄板で作られたシャッターを配設し、供給ホッパーＧを、容器Ｃの上端部ｃ１に載置するまでは、供給ホッパーＧから粉末ｐが落下しないように、シャッターを閉じ、供給ホッパーＧが容器Ｃの上端部ｃ１に載置された後に、シャッターを開いて、供給ホッパーＧに収容された粉末を、容器Ｃの粉末充填キャビティーｓに落下させるように構成することもできる。空気タッピング工程による粉末ｐの粉末充填キャビティーｓへの充填後、再度、供給ホッパーＧのシャッターを閉じ、その後、供給ホッパーＧを上方或いは横方向に移動させる。
【００３４】
次に、図４及び図５を用いて、本発明の粉末圧縮成形装置を、ゴムモールド静水圧成形を例に説明する。なお、上述の充填手段の説明において使用した部材には、原則として、同じ符号を使用した。
【００３５】
８は、筒体であり、９は、筒体８に挿入された下パンチである。１０は、筒体８の下面とインデックステーブル等の機台１１の上面間に配設された皿バネである。なお、筒体８の下端部に形成された鍔部８ａと、下パンチ９の上端部に形成された突出部９ａとを係合させることにより、筒体８が、下パンチ９に対して、上方に抜け出ないように構成されている。上記の筒体８、下パンチ９、皿バネ１０等により、金型Ｍが構成されている。ｍは、筒体８の内周面と下パンチ９の上面とにより形成された空間部１２に挿着されたゴムモールドであり、ゴムモールドｍには、粉末充填キャビティーｓが形成されている。本実施例では、粉末充填キャビティーｓの深さが小さい例が示されており、深さが小さい粉末充填キャビティーｓにより、例えば、永久磁石等の薄板状の製品のニアネットシェイプ成形ができる。
【００３６】
Ｇは、上述した供給ホッパーと同様の、筒体８の上端部８ｂに載置可能な供給ホッパーであり、供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１には、グリッド部材ｇ２が取着されている。なお、供給ホッパーＧの上部内周面には、上方に行くに従って拡張した傾斜面ｇ４が形成されており、供給ホッパーＧへの粉末の供給が容易に行えるように構成されている。
【００３７】
Ｄは、供給ホッパーＧの斜め上方に配設された粉末供給部材であり、粉末ｐが収容された貯留ホッパーｄ１を有しており、貯留ホッパーｄ１の出口ｄ２には、例えば、２つのフラッパーバルブからなり、２つのバルブの間に一時保持された粉末を貯留ホッパーｄ１の出口ｄ２から落下させるための開閉手段ｄ３が配設されている。ｄ４は、筒状の受け部材であり、図示されていない機台に配設された水平シリンダーｄ５のピストンロッドｄ５’の先端に取着されている。ｄ６は、受け部材ｄ４の下部開口部を開閉することができるシャッターであり、同じく、図示されていない機台に配設された水平シリンダーｄ７のピストンロッドｄ７’の先端に取着されている。受け部材ｄ４に充填される粉末の量は、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の量と、ほぼ同じである。
【００３８】
供給ホッパーＧの外周に取着されたフレームｖ１には、巻線ｖ２’を有する水平鉄心ｖ２”からなるステータｖ２により構成された粉末回動部材Ｖが配設されている。これはＮｄＦｅＢ磁石粉のように磁性を有する粉末の充填に対して使用される。その機能は、空気タッピングにより粉末が固くなり、グリッド部材ｇ２にしっかりと保持されている状態にあるとき、固まった粉末を解砕し、次の空気タッピングのときに、粉末がグリッド部材ｇ２を通過しやすくすることである。粉末回動部材Ｖのステータｖ２は、三相同期モーターや三相誘導モーター等の回転子の周囲に配設されたステータのように、適当に結線されて、供給ホッパーＧの下部外周に沿って、適当数、配設されている。そして、適当に結線された複数のステータｖ２に、適宜、三相交流を流すことにより、グリッド部材ｇ２付近及びその少し上部に回転磁場を形成するように構成されている。粉末が磁性粉末である場合には、上記の回転磁場により、グリッド部材ｇ２付近及びその少し上部の磁性粉末が回動されることになり、固まった状態の磁性粉末が解砕され、磁性粉末が、グリッド部材ｇ２を通過しやすくなる。
【００３９】
固まった粉末を解砕するには、上述の磁気的な解砕法以外に、供給ホッパーに振動機を取着して、固まった粉末に機械的な振動を加える方法がある。これら磁気的又は機械的な解砕は、空気タッピングして充填するサイクルの１回毎に行うか、又は、何回毎かに適宜行う。空気タッピングして充填するサイクルを何回繰り返しても固化が強く起こらない場合には、上記の解砕は行わなくてもよい。
【００４０】
次に、圧粉体の作製工程について説明する。
【００４１】
先ず最初に、図４（ａ）に示されているように、ゴムモールドｍが挿着された金型Ｍの上方に供給ホッパーＧを配置するとともに、供給ホッパーＧには、上述したように、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の量より多い粉末、例えば、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の１３０％以上の粉末が収容されている。低気圧高気圧発生装置Ｅに接続された空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２は、供給ホッパーＧの上方に待機しており、また、粉末供給部材Ｄの貯留ホッパーｄ１の開閉手段ｄ３は閉じられている。更に、筒状の受け部材ｄ４は、貯留ホッパーｄ１の出口ｄ２の下方に位置しており、受け部材ｄ４の下部開口部は、水平シリンダーｄ７のピストンロッドｄ７’の先端に取着されたシャッターｄ６により閉鎖されている。
【００４２】
この状態から、図４（ｂ）に示されているように、筒体８の上端部８ｂに供給ホッパーＧを載置する。次いで、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３に、低気圧高気圧発生装置Ｅに接続された空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２を被せる。その後、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内の空気を吸引して、供給ホッパーＧ内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるか、或いは、空気吸引引き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内へ、積極的に、空気を供給して、供給ホッパーＧ内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このように、空気タッピングにより、供給ホッパーＧに収容された粉末ｐが、グリッド部材ｇ２を通って、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される。上記のゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓへの粉末の充填工程中に、粉末供給部材Ｄの貯留ホッパーｄ１の開閉手段ｄ３を開いて、受け部材ｄ４に粉末ｐを充填しておく。
【００４３】
ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに粉末ｐが充填された後に、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じ、その後、図５（ａ）に示されているように、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３から蓋部材ｈ２を取り外すとともに、供給ホッパーＧを上方に移動させると、グリッド部材ｇ２により、粉末充填キャビティーｓに均一密度に充填された粉末ｐと、供給ホッパーＧに残った粉末ｐとが分離される。この際、上述したように、グリッド部材ｇ２からは、粉末ｐが落下するようなことはない。その後、水平シリンダーｄ５及び水平シリンダーｄ７を作動させて、粉末が充填された受け部材ｄ４を、シャッターｄ６が閉鎖されたまま、供給ホッパーＧの上方まで進出させる。次いで、水平シリンダーｄ７を作動させてピストンロッドｄ７’を後退させることにより、シャッターｄ６を、受け部材ｄ４の下部開口部から退避させて、受け部材ｄ４に充填されていた粉末ｐを、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに粉末ｐを充填したために、量の減った供給ホッパーＧに供給する。その後、水平シリンダーｄ５及び水平シリンダーｄ７を作動させて、空になった受け部材ｄ４を、貯留ホッパーｄ１の出口ｄ２の下方に戻すとともに、受け部材ｄ４の下部開口部を、シャッターｄ６により閉鎖する。
【００４４】
上述したようにして、金型Ｍの筒体８の内周面と下パンチ９の上面とにより形成された空間部１２に挿着されたゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓへの粉末の充填作業が終了する。このとき供給ホッパーＧ内の粉末は少し固くなっていてグリッド部材ｄ２の上に保持されている。粉末があまり固くなると、次に空気タッピングによって粉末がグリッド部材ｄ２を通過して、下の粉末充填キャビティーｓに落下しなくなり、充填作業に支障を来すことがある。このような場合には、図４（ｂ）に示されているように、筒体８の上端部８ｂに供給ホッパーＧが載置された状態で、供給ホッパーＧに、図示されていない加振装置を接触させて、供給ホッパーＧを振動させることにより、固まった粉末を解砕する。また、粉末が磁性粉末の場合には、筒体８の上端部８ｂに供給ホッパーＧが載置された状態で、粉末回動部材Ｖの適当に結線された複数のステータｖ２に、適宜、三相交流を流すことにより、グリッド部材ｇ２付近に回転磁場を形成して、該回転磁場により、グリッド部材ｇ２付近の磁性粉末を回動させて、固まった状態の磁性粉末を解砕する。このような粉末回動部材Ｖによる磁性粉末の解砕作業は、筒体８の上端部８ｂに供給ホッパーＧが載置された後であるならば、空気タッピング工程前でも、また、空気タッピング工程中でも、更には、空気タッピング工程後でもよい。粉末回動部材Ｖによる磁性粉末の解砕作業を、空気タッピング工程中に行うことにより、空気タッピング工程と相まって、粉末充填キャビティー内空間ｓへの粉末の高密度充填が促進されるので好ましい。
【００４５】
ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓへの粉末の充填作業が終了した後、図５（ｂ）に示されているように、筒体８の上端部８ｂに、上パンチ１３を載置するとともに下降させると、皿バネ１０の付勢力に抗して、上パンチ１３と一緒に筒体８が下降する。上パンチ１３と筒体８は下降するが、インデックステーブル等の機台１１に配設されている下方の下パンチ９は移動しないので、筒体８の内周面と下パンチ９の上面とにより形成された空間部１２の容積が減少し、従って、上記空間部１２に挿着されたゴムモールドｍに充填されている粉末ｐが圧縮されることになる。その後、上パンチ１３を上昇させて、ゴムモールドｍから、圧粉体を取り出す。
【００４６】
上述した図４及び図５に示された実施例においては、粉末が充填されていないゴムモールドｍの空の粉末充填キャビティーｓに、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の量より多い粉末が収容された供給ホッパーＧを介して、空気タッピングにより、粉末を充填する例が示されているが、図３を用いて説明したように、予め、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに、所定量の粉末を充填しておき、その後、粉末が収容された供給ホッパーＧを介して、空気タッピングにより、残余の粉末充填キャビティーｓに粉末を充填するように構成することもできる。
【００４７】
次に、図６及び図７を用いて、本発明の粉末圧縮成形装置の他の実施例について説明する。この実施例も上述の実施例と同様、ＲＩＰ法に関するもので、この場合、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓが深く、また、供給ホッパーＧの粉末充填キャビティーｓ側開口部にはグリッド部材が配置されていない例を示す。この実施例においても、上述した実施例に共通する部材には、原則として、同じ符号を使用した。
【００４８】
１４は、その上面１４ａが、ゴムモールドｍが挿着された筒体８の上端部８ｂと面一な供給ホッパーＧの載置部材であり、金型Ｍに接近して配設されている。１５は、載置部材１４に取着された水平フレーム１４ｂ等に配設された水平シリンダーであり、水平シリンダー１５のピストンロッド１５ａには、載置部材１４に載置された供給ホッパーＧが取着されている。また、金型Ｍの上方には、低気圧高気圧発生装置Ｅに接続された空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２が配設されている。
【００４９】
次に、上述した粉末圧縮成形装置の圧粉体作製工程について説明する。
【００５０】
先ず最初に、図６（ａ）に示されているように、供給ホッパーＧを載置部材１４上に載置しておくとともに、供給ホッパーＧには、上述したように、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の量より多い粉末、例えば、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の１３０％以上の粉末ｐが収容されている。空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２は、金型Ｍの上方に待機している。
【００５１】
このような状態から、水平シリンダー１５を作動させてピストンロッド１５ａを進出させ、図６（ｂ）に示されているように、金型Ｍ上に供給ホッパーＧを載置するとともに、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３に、低気圧高気圧発生装置Ｅに接続された空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２を被せる。その後、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内の空気を吸引して、供給ホッパーＧ内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるか、或いは、空気吸引引き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内へ、積極的に、空気を供給して、供給ホッパーＧ内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このような空気タッピング工程により、供給ホッパーＧに収容された粉末ｐが、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される。
【００５２】
ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓへの粉末ｐの充填後、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるとともに、水平シリンダー１５を作動させてピストンロッド１５ａを後退させて、図７（ａ）に示されているように、金型Ｍ上に載置されている供給ホッパーＧを載置部材１４上に戻すと、供給ホッパーＧの載置部材１４方向への移動過程において、粉末充填キャビティーｓに充填された粉末ｐの上面で、粉末ｐの摺り切りが行われ、粉末充填キャビティーｓに均一密度に充填された粉末ｐと、供給ホッパーＧに残った粉末ｐとが分離される。その後、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３から蓋部材ｈ２を取り外すとともに、供給ホッパーＧには、新たに、ほぼゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填された量の粉末を、粉末供給部材Ｄから供給しておく。なお、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓへの粉末の充填作業が終了した後は、図７（ｂ）に示されているように、筒体８の上端部８ｂに、上パンチ１３を載置するとともに下降させることにより、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填された粉末ｐを圧縮して圧粉体を得る。
【００５３】
なお、この場合も、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに、予め、所定量の粉末を充填しておき、その後、粉末が収容された供給ホッパーＧを介して、空気タッピングにより、ゴムモールドｍの残余の粉末充填キャビティーｓに粉末を充填するように構成することもできる。
【００５４】
次に、図８を用いて、ダイプレスにより、粉末を圧縮成形する実施例について説明する。なお、この実施例においても、上述した実施例に共通する部材には、原則として、同じ符号を使用した。
【００５５】
本実施例には、筒体８の内周面と該筒体８に挿入された下パンチ９の上面とにより形成された空間部１２に、直に、粉末を充填する例が示されている。また、本実施例では、図６及び図７に示されている実施例のように、供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１にはグリッド部材ｇ２が取着されている。そして、供給ホッパーＧの上端部には、低気圧高気圧発生装置Ｅに連結された空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２が取り外し可能に取着されている。なお、空気タッピングの際に、筒体８と該筒体８に挿入された下パンチ９とのクリヤランスから空気が漏れないように、適当なパッキンを入れる。
【００５６】
筒体８の内周面と下パンチ９の上面とにより形成された空間部１２である粉末充填キャビティーｓに粉末を充填する際には、先ず最初に、図８（ａ）に示されているように、筒体８に供給ホッパーＧを載置する。供給ホッパーＧには、上述したように、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の量より多い粉末、例えば、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の１３０％以上の粉末ｐが収容されている。次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内の空気を吸引して、供給ホッパーＧ内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるか、或いは、空気吸引引き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内へ、積極的に、空気を供給して、供給ホッパーＧ内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このような空気タッピング工程により、図８（ｂ）に示されているように、供給ホッパーＧに収容された粉末ｐが、グリッド部材ｇ２を通って、粉末充填キャビティーｓに充填される。
【００５７】
次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるとともに、図８（ｃ）に示されているように、供給ホッパーＧを上方に移動させると、グリッド部材ｇ２により、粉末充填キャビティーｓに均一密度に充填された粉末ｐと、供給ホッパーＧに残った粉末ｐとが分離される。また、上述したように、グリッド部材ｇ２により、供給ホッパーＧから粉末ｐが落下するようなことはない。その後、供給ホッパーＧを側方に移動し、図８（ｄ）に示されているように、筒体８に上パンチ１３を挿入して、下パンチ９と上パンチ１３により粉末ｐを圧縮成形する。なお、適宜、供給ホッパーＧから蓋部材ｈ２を取り外して、粉末充填キャビティーｓに粉末ｐを充填したために量の減った供給ホッパーＧに粉末を供給しておく。
【００５８】
次に、図９に示されているような、軸ｗ１の中程に平歯車ｗ２及び軸ｗ１の端部に傘歯車ｗ３が一体に形成された圧粉体Ｗ１をＲＩＰ法により作製する例を用いて、本発明の粉末圧縮成形装置の他の実施例を、図１０及び図１１を参照しながら説明する。
【００５９】
筒体８の内周面と該筒体８に挿入された下パンチ９の上面により形成される空間部１２には、図９に示されているような圧粉体Ｗ１とほぼ同じ形状の粉末充填キャビティーｓが形成されたゴムモールドｍが挿着されている。ゴムモールドｍは、ゴムモールドｍ内で成形された圧粉体Ｗ１が取り出せるように、垂直に分割された２つの部分ｍ１、ｍ２により構成されている。
【００６０】
供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１には、グリッド部材ｇ２が取着されており、供給ホッパーＧには、上述したように、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の量より多い粉末、例えば、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の１３０％以上の粉末ｐが収容されている。また、供給ホッパーＧには、低気圧高気圧発生装置Ｅに接続された空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２が被蓋されている。供給ホッパーＧの下面には、ゴムモールドｍと筒体８との接合線１６を覆うように、環状空気室１７が形成されており、供給ホッパーＧには、環状空気室１７に通ずる連通孔１８が穿設されている。そして、連通孔１８は、パイプ１９を介して、図示されていない空気吸引源に接続されている。
【００６１】
次に、上述した粉末圧縮成形装置による圧粉体作製工程について説明する。
【００６２】
先ず最初に、図１０（ａ）に示されているように、ゴムモールドｍが挿着された金型Ｍの上方に、供給ホッパーＧを配置するとともに、供給ホッパーＧを、低気圧高気圧発生装置Ｅに接続された空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２により被蓋する。この状態から、空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２が被蓋されている供給ホッパーＧを、図１０（ｂ）に示されているように、筒体８の上端部８ｂに載置する。次いで、図示されていない空気吸引源を作動させて、パイプ１９及び連通孔１８を介して、ゴムモールドｍと筒体８との接合線１６を覆うように配置されている環状空気室１７を減圧して負圧状態にすることにより、ゴムモールドｍと筒体８の接触面に存在する間隙を負圧状態にする。このように、ゴムモールドｍと筒体８の接触面に存在する間隙を負圧状態にすることにより、ゴムモールドｍを、筒体８の内面に密着させて固定させて、空気タッピング工程の際のゴムモールドｍの移動や振動や変形を防止する。
【００６３】
次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内の空気を吸引して、供給ホッパーＧ内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるか、或いは、空気吸引引き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内へ、積極的に、空気を供給して、供給ホッパーＧ内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このように、空気タッピングにより、図１０（ｃ）に示されているように、供給ホッパーＧに収容された粉末ｐが、グリッド部材ｇ２を通って、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される。ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに粉末ｐが充填された後に、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じる。
【００６４】
ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに粉末ｐが充填された後に、空気吸引源の作動を停止させて、環状空気室１７の負圧状態を解除するとともに、図１０（ｄ）に示されているように、蓋部材ｈ２が被蓋された供給ホッパーＧを上方に移動させると、グリッド部材ｇ２により、粉末充填キャビティーｓに均一密度に充填された粉末ｐと、供給ホッパーＧに残った粉末ｐとが分離される。この際、上述したように、グリッド部材ｇ２からは、粉末ｐが落下するようなことはない。その後、蓋部材ｈ２を取り外して、粉末充填キャビティーｓに粉末ｐを充填したために量の減った供給ホッパーＧに粉末を供給しておく。
【００６５】
次いで、図１１（ａ）に示されているように、上パンチ１３を、筒体８に挿入して、下パンチ９と上パンチ１３の間で、粉末ｐが充填されたゴムモールドｍを圧縮する。その後、上パンチ１３を上方に移動させるとともに、下パンチ９を上昇させて、図１１（ｂ）に示されているように、筒体８から、粉末ｐが充填されたゴムモールドｍを取り出す。次いで、図１１（ｃ）に示されているように、ゴムモールドｍを２つの部分ｍ１、ｍ２に分割して、図９に示されているような圧粉体Ｗ１を取り出す。
【００６６】
この場合も、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに、予め、所定量の粉末を充填しておき、その後、粉末が収容された供給ホッパーＧを介して、空気タッピングにより、ゴムモールドｍの残余の粉末充填キャビティーｓに粉末を充填するように構成することもできる。
【００６７】
次に、図１２及び図１３を用いて、複数の粉末充填キャビティーを持つゴムモールドを使用したときの粉末圧縮成形装置について説明する。なお、この実施例においても、上述した実施例に共通する部材には、原則として、同じ符号を使用した。
【００６８】
筒体８と該筒体８に挿入されたパンチ９とにより形成される空間部１２には、図１２（ａ）に示されているように、粉末充填キャビティーｓが複数形成されたゴムモールドｍを挿着する。筒体８の上方には、下部開口部ｇ１にグリッド部材ｇ２が取着されているとともに、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の量より多い粉末、例えば、粉末充填キャビティーｓに充填される粉末の１３０％以上の粉末ｐが収容されている供給ホッパーＧを配置する。
【００６９】
次いで、図１２（ｂ）に示されているように、筒体８の上端部８ｂに供給ホッパーＧを載置するとともに、供給ホッパーＧに、低気圧高気圧発生装置Ｅに接続された空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２を被蓋する。その後、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内の空気を吸引して、供給ホッパーＧ内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるか、或いは、空気吸引引き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内へ、積極的に、空気を供給して、供給ホッパーＧ内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このように、空気タッピングにより、図１２（ｃ）に示されているように、供給ホッパーＧに収容された粉末ｐが、グリッド部材ｇ２を通って、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに充填される。ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに粉末ｐが充填された後に、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じる。
【００７０】
次いで、ゴムモールドｍの粉末充填キャビティーｓに粉末ｐが充填された後に、図１３（ａ）に示されているように、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３から蓋部材ｈ２を取り外すとともに、供給ホッパーＧを上方に移動させると、グリッド部材ｇ２により、粉末充填キャビティーｓに均一密度に充填された粉末ｐと、供給ホッパーＧに残った粉末ｐとが分離される。この際、上述したように、グリッド部材ｇ２からは、粉末ｐが落下するようなことはない。次いで、図１３（ｂ）に示されているように、上パンチ１３を、筒体８に挿入して、下パンチ９と上パンチ１３の間で、粉末充填キャビティーｓに粉末ｐが充填されたゴムモールドｍを圧縮して圧粉体を得る。
【００７１】
次に、図１４〜図１６を用いて、本発明の粉末圧縮成形装置の他の実施例について説明する。
【００７２】
本実施例では、供給ホッパーＧの高さをできるだけ低くする工夫がなされている。供給ホッパーＧの背の高さが余り高いと、粉末を粉末充填キャビティーｓに充填するとき、上パンチ１３が、筒体８の上端部８ｂよりずっと高いところに待機していなくてはならない。充填終了後、供給ホッパーＧを横にずらして、上パンチ１３を下降させ、粉末を圧縮するためには、必要な上パンチ１３の長さは極めて大きくなる。上パンチ１３が余り長すぎると、上パンチ１３と筒体８の位置決めが困難になり、上パンチ１３が筒体８に真っ直ぐ入らないで、上パンチ１３や筒体８が破損することがある。また、上パンチ１３が長いと上パンチ１３が曲がりやすく折れやすい。このような問題を避けるために、供給ホッパーＧの背の高さを低くする工夫が必要である。
【００７３】
２０は、筒体８を囲むように配設された、その上面２０ａが、筒体８の上端部８ｂと面一なテーブルである。本実施例においては、上述したように、供給ホッパーＧの背の高さをできるだけ低くする工夫がなされている。他の実施例の供給ホッパーＧと同様に、本実施例の供給ホッパーＧも、下部開口部ｇ１と下部開口部ｇ１に取着されたグリッド部材ｇ２とを有しており、下部開口部ｇ１は、テーブル２０の上面２０ａに接触している。供給ホッパーＧには、テーブル２０の上面２０ａに配設された水平シリンダー２１のピストンロッド２１ａの先端部が取着されている。水平シリンダー２１を作動させて、ピストンロッド２１ａを進出させた進出位置では、図１４（ｂ）に示されているように、供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１が、筒体８と下パンチ９により形成される粉末充填キャビティーｓを覆うように構成されており、また、図１４（ｂ）の状態からピストンロッド２１ａを後退させた待機位置では、図１４（ａ）に示されているように、供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１が、テーブル２０の上面２０ａに接触するように構成されている。
【００７４】
図１４（ａ）に示されている供給ホッパーＧの待機位置において、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３の上方には、貯留ホッパーｄ８を有する粉末供給部材Ｄの粉末排出口ｄ９が位置している。ｈ１’は、供給ホッパーＧに連結された、上述した空気吸引引き込みパイプｈ１と同様の空気吸引引き込みパイプであり、低気圧高気圧発生装置Ｅに接続されている。粉末供給部材Ｄにはスクリューフィーダが内蔵されていて、スクリューの回転により、貯留ホッパーｄ８に収容されている粉末を、適宜、粉末排出口ｄ９から供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３に排出する。ｈ２’は、上述したピストンロッド２１ａを進出させた進出位置において、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３の上方に位置する蓋部材であり、蓋部材ｈ２’は、垂直シリンダー２２のピストンロッド２２ａの先端部に取着されている。１３は、上述した実施例と同様の筒体８に挿入可能な上パンチである。
【００７５】
次に、上述した粉末圧縮成形装置による圧粉体作製工程について説明する。
【００７６】
図１４（ａ）に示されている状態から、水平シリンダー２１を作動させて、供給ホッパーＧを進出させ、図１４（ｂ）に示されているように、供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１を、粉末充填キャビティーｓを覆うように配置する。次いで、垂直シリンダー２２を作動させて、ピストンロッド２２ａを下降させることにより、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３を、蓋部材ｈ２’により閉鎖する。
【００７７】
その後、上述した実施例と同様に、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１’を介して、供給ホッパーＧ内の空気を吸引して、供給ホッパーＧ内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるか、或いは、空気吸引引き込みパイプｈ１’を介して、供給ホッパーＧ内へ、積極的に空気を供給して、供給ホッパーＧ内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このような空気タッピング工程により、図１５（ａ）に示されているように、供給ホッパーＧに収容された粉末ｐが、グリッド部材ｇ２を通って、粉末充填キャビティーｓに充填される。この場合にも、上述した実施例と同様に、粉末ｐが、粉末充填キャビティーｓと供給ホッパーＧの両方に存在するようにする。
【００７８】
次いで、水平シリンダー２１を再度作動させて、供給ホッパーＧを後退させて、図１５（ｂ）に示されているように、供給ホッパーＧを待機位置に戻す。この過程において、粉末充填キャビティーｓに充填された粉末ｐと供給ホッパーＧに残存する粉末の分離が行われる。その後、上パンチ１３を下降させて、筒体８に上パンチ１３を挿入して、下パンチ９と上パンチ１３により粉末ｐを圧縮して成形する。また、粉末供給部材Ｄに内蔵されたスクリューを適宜回転させることにより、粉末排出口ｄ９から粉末を落下させて、供給ホッパーＧに、粉末を新たに供給しておく。
【００７９】
下パンチ９と上パンチ１３により粉末ｐを圧縮成形した後、図１６（ａ）に示されているように、下パンチ９を、下パンチ９の上面が、筒体８の上端部８ｂ及びテーブル２０の上面２０ａと面一になるまで上昇させる。次いで、水平シリンダー２１を作動させて、供給ホッパーＧを、上述した進出位置より更に前方に押し出して、図１６（ｂ）に示されているように、圧粉体Ｗ２を、テーブル２０の上面２０ａに押し出す。その後、圧粉体Ｗ２を、ロボット装置により、焼結工程等の次工程に搬送する。水平シリンダー２１を作動させて、供給ホッパーＧにより、圧粉体Ｗ２をテーブル２０の上面２０ａに押し出す代わりに、別のシリンダーやロボット装置により、圧粉体Ｗ２を、図１６（ａ）に示す位置から図１６（ｂ）に示す、筒体８の直上から離れた位置まで搬送することもできる。
【００８０】
次に、図１７に示されているような、空洞の半球体ｗ４の開口縁にフランジｗ５が形成されている碗形圧粉体Ｗ３を、ダイプレスにより作製する粉末圧縮成形装置について、図１８〜図２０を用いて説明する。
【００８１】
この実施例においては、粉末充填キャビティーｓは、筒体８の内面及びその上方への延長面、下パンチ９の上面及び上パンチ１３の下面によって形成されている。筒体８の上端部８ｂに載置された供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１は、筒体８の開口部の形状にほぼ一致しており、供給ホッパーＧには、下部開口部ｇ１から上方に向かうにしたがって徐々に内径が大きくなる傾斜壁ｇ５が形成されており、傾斜壁ｇ５から上部開口部ｇ３までは、上パンチ１３の外径より大きな内径を有する周壁ｇ６が形成されている。また、上パンチ１３の下面には、碗形圧粉体Ｗ３の空洞の半球体ｗ４の肉厚分だけ、半球状の第１粉末充填キャビティーｓ１の内径より小径の半球体１３ａが形成されている。なお、ｎ１は、筒体８と下パンチ９間に配設されたパッキンであり、また、ｎ２は、下パンチ９と供給ホッパーＧ間に配設されたパッキンであり、更に、ｎ３は、上パンチ１３の外周に配設されたパッキンであり、更にまた、ｎ４は、供給ホッパーＧの上面に配設されたパッキンである。
【００８２】
図１７に示されているような圧粉体Ｗ３を成形する場合には、図１８（ａ）に示されているように、筒体８の上端部８ｂに供給ホッパーＧを載置するとともに、上パンチ１３を、上パンチ１３と筒体８との間に所定の間隙２３が形成されるように、供給ホッパーＧ内に配置する。次いで、粉末供給部材Ｄに内蔵されたスクリューｄ１０（図２０（ｂ）に示されている。）を回転させることにより、粉末充填キャビティーｓ及び所定の高さまで供給ホッパーＧ内に粉末ｐを供給する。
【００８３】
次いで、空気吸引吹き込みパイプｈ１が適当数配設されているとともに、上パンチ１３がパッキンｎ３を介して挿入可能な透孔ｈ２”が穿設された蓋部材ｈ２を、透孔ｈ２”にパッキンｎ３を介して上パンチ１３が挿入された状態で、供給ホッパーＧに被せる。その後、上述した実施例と同様に、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内の空気を吸引して、供給ホッパーＧ内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプｅ２に配設された主バルブｅ３を閉じるか、或いは、空気吸引引き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内へ、積極的に、空気を供給して、供給ホッパーＧ内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このような空気タッピング工程により、図１８（ｂ）に示されているように、粉末充填キャビティーｓ内に、均一に、しかも、高密度に粉末ｐを充填する。この場合にも、上述した実施例と同様に、粉末ｐが、粉末充填キャビティーｓと供給ホッパーＧの両方に存在するようにする。
【００８４】
次いで、図１９（ａ）に示されているように、空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設された蓋部材ｈ２を取り外し、その後、上パンチ１３と下パンチ９を同時に下降させて、供給ホッパーＧ内の粉末と圧縮成形する粉末とを分離する。次いで、上パンチ１３のみを下降させて、下パンチ９と上パンチ１３間で粉末ｐを圧縮して圧粉体を得る。次いで、上パンチ１３が供給ホッパーＧの下部開口ｇ１から抜けて、供給ホッパーＧに残存する粉末ｐが、供給ホッパーＧの下部開口ｇ１から落下しないように、上パンチ１３が供給ホッパーＧの下部開口ｇ１に挿入された状態のまま、図１９（ｂ）に示されているように、上パンチ１３と供給ホッパーＧを、筒体８の上方に移動させるが、上記の供給ホッパーＧと上パンチ１３の上昇に同期して、上パンチ１３と下パンチ９で圧粉体Ｗ３を挟むように、下パンチ９を上昇させて、圧粉体Ｗ３の一部を筒体８の上端部８ｂから突出させる。その後、更に、上パンチ１３と供給ホッパーＧを上方に移動させる。
【００８５】
次いで、図２０（ａ）に示されているように、ロボット装置の腕部材等に配設された移動体ｕ１に取着されたバキュームパッドｕ２及びバキュームパッドｕ２に取着された、図示されていない空気吸引源に接続されたパイプｕ３からなる搬送装置Ｕにより、バキュームパッドｕ２に圧粉体Ｗ３を吸引保持するとともに、搬送装置Ｕを上昇させて、圧粉体Ｗ３を取り出す。また、図２０（ｂ）に示されているように、粉末供給部材Ｄを、上パンチ１３が下部開口ｇ１に挿入された状態のままの供給ホッパーＧの上部開口ｇ３に配置し、スクリューｄ１０を回転させて、次の圧粉体成形工程に備えて、粉末排出口ｄ９から、供給ホッパーＧに粉末ｐを補充する。なお、供給ホッパーＧに補充された粉末ｐを、へら２４を用いて均すことが好ましい。
【００８６】
図２１には、上述した供給ホッパーＧに補充された粉末ｐを均すためのへら２４を、自動的に駆動させるための、一例としてのへら駆動装置Ｔが示されている。
【００８７】
ｔ１は、図示されていないフレームに垂下されたロッドｔ２に取着された水平フレームであり、水平フレームｔ１には、円筒状の支持部材ｔ３が取着されており、該円筒状の支持部材ｔ３内に、上パンチ１３が挿入されている。ｔ４は、適当な軸受けｔ５を介して、支持部材ｔ３に配設されたリングであり、該リングｔ４には、上述したへら２４が取着されたロッドｔ６が取り付けられている。ｔ７は、水平フレームｔ１に取着されたモーターであり、モーターｔ７の出力軸ｔ７’には、プーリーｔ８が取着されている。そして、プーリーｔ８とリングｔ４とには、無端ベルトｔ９が張設されている。
【００８８】
粉末ｐの均し作業を行う場合には、モーターｔ７を駆動させて、出力軸ｔ７’に取着されているプーリーｔ８を回転駆動させることにより、無端ベルトｔ９を周回させて、支持部材ｔ３に軸受けｔ５を介して配設されたリングｔ４を回転させ、リングｔ４に取着されたロッドｔ６の先端に取り付けられたへら２４を、上パンチ１３の周りを周回させる。このようにして、粉末供給部材Ｄから供給ホッパーＧに供給される粉末ｐの上面を平らに均す。なお、必要に応じて、水平フレームｔ１をシリンダーのピストンロッドに取着して、シリンダーを、適宜、作動させることにより、水平フレームｔ１の上下位置、即ち、へら２４の上下位置を調整可能に構成することもできる。
【００８９】
次に、図２２に示されているような、金属等で形成された円柱状コア部材ｗ６と該コア部材ｗ６の周囲に配置された円筒状圧粉体部ｗ７とが一体成形される圧粉体Ｗ４を、冷間静水圧成形法を用いて作製する粉末圧縮成形装置について、図２３〜図２５を用いて説明する。
【００９０】
２５は、円筒状の圧力容器であり、２６は、円柱状コア部材ｗ６を保持するコアロッド２７が挿入可能な孔２６ａが穿設された底部材であり、圧力容器２５の下部に嵌着されている。圧力容器２５のすぐ内側には、一般に乾式ＣＩＰ法と呼ばれる構成が形成されている。即ち、圧力容器２５の内側の薄い空間２８を隔てて、比較的薄肉のゴムでできた外側ゴム型２９が配設され、その内側に、比較的に肉厚の内側ゴム型３０が配設されている。外側ゴム型２９の上下端にはリップが形成され、この外側ゴム型２９と圧力容器２５の間の空間２８に液体が満たされ高圧が印加されても、液体が漏れないようにシールされる構造が形成されている。コアロッド２７の上部には、円柱状コア部材ｗ６が挿入可能な凹部が形成されており、該凹部に円柱状コア部材ｗ６が挿入されている。圧力容器２５と外側ゴム型２９の隙間の空間２８には、圧力容器２５を貫通して配設された液体供給パイプ３１が接続されており、液体供給パイプ３１は、図示されていない高圧液体供給装置に連結されている。こうして、外側ゴム型２９は、上記の空間２８に発生する圧力を内側ゴム型３０に伝える役割をし、また、内側ゴム型３０は、その内側の空間に充填される粉末に、圧縮後の形と寸法を与える役割をする。そこで、外側ゴム型２９は加圧ゴム型、内側ゴム型３０は成形ゴム型と呼ばれる。本実施例においては、内側ゴム型３０内の空間が、粉末が充填される粉末充填キャビティーｓとなる。
【００９１】
供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１には、コア部材ｗ６の上部が挿入可能な、下方が開口した筒状底部ｇ７が配設されており、筒状底部ｇ７の下端部と供給ホッパーＧの下端部との間にグリッド部材ｇ１が取着されている。筒状底部ｇ７は、グリッド部材ｇ１を介して供給ホッパーＧに取着することも、或いは、供給ホッパーＧの内面に、適当数の連結ロッドｇ８を取り付け、該連結ロッドｇ８の先端に筒状底部ｇ７を取着するようにすることもできる。本実施例においては、供給ホッパーＧの下部外径は、細く形成されており、圧力容器２５の上部開口部に挿入可能で、且つ、供給ホッパーＧを最下端まで下降させたとき、供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１が、図２３（ｂ）に示すように、内側ゴム型３０の粉末充填キャビティーｓの上部開口部にぴったり合うように構成されている。蓋部材ｈ２には、上述した他の実施例の場合と同様に、空気吸引吹き込みパイプｈ１が配設されている。Ｄは、粉末貯留ホッパーであり、内蔵されたスクリューｄ１０を適宜回動させることにより、粉末排出口ｄ９から粉末が排出されるように構成されている。
【００９２】
次に、上述した構成を有する粉末圧縮成形装置による圧粉体作製工程について説明する。
【００９３】
図２３（ａ）に示されている待機状態では、圧力容器２５の上方に位置する供給ホッパーＧには、予め、粉末貯留ホッパーＤにより、粉末充填キャビティーｓに充填される量より多くの粉末ｐが収容されている。次いで、供給ホッパーＧを下降させて、図２３（ｂ）に示されているように、供給ホッパーＧの下部を圧力容器２５の上部に挿入するとともに、コア部材ｗ６の上部を、供給ホッパーＧの筒状底部ｇ７に挿入する。また、供給ホッパーＧの上部開口部ｇ３に、空気吸引吹き込みパイプｈ１が取着された蓋部材ｈ２を被せる。
【００９４】
その後、上述した実施例と同様に、低気圧高気圧発生装置Ｅにより、空気吸引吹き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内の空気を吸引して、供給ホッパーＧ内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置Ｅのパイプ１２に配設された主バルブｅ３を閉じるか、或いは、空気吸引引き込みパイプｈ１を介して、供給ホッパーＧ内へ、積極的に、空気を供給して、供給ホッパーＧ内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このとき、粉末ｐが固化して、粉末ｐが供給ホッパーＧから出にくいときには、上述した磁気的な振動或いは機械的な振動を供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１付近に与えて、固化した粉末ｐを解砕する。この解砕は、上述の空気タッピング工程の前か、空気タッピング中に行う。このような空気タッピング工程により、及び、必要に応じて、供給ホッパーＧへの加振により、図２４（ａ）に示されているように、粉末充填キャビティーｓ内に、均一に、しかも、高密度に粉末ｐを充填する。この場合にも、上述した実施例と同様に、粉末ｐが、粉末充填キャビティーｓと供給ホッパーＧの両方に存在するようにする。
【００９５】
次いで、図２４（ｂ）に示されているように、供給ホッパーＧを上昇させて、圧力容器２５から抜き取るとともに、空気吸引吹き込みパイプｈ１が取着された蓋部材ｈ２も上昇させる。この供給ホッパーＧの上昇過程において、粉末充填キャビティーｓに充填された粉末ｐと供給ホッパーＧに残存する粉末ｐの分離が行われるが、供給ホッパーＧの下部開口部ｇ１にはグリッド部材ｇ２が取着されているので、粉末ｐが落下するようなことはない。その後、図２５（ａ）に示されているように、圧力容器２５に、上パンチ１３を挿入する。上パンチ１３は、圧縮時の外側ゴム型２９及び内側ゴム型３０の圧力容器２５からの飛び出しを防止するとともに、粉末の内側ゴム型３０からの飛び出しを防止する蓋の役割をする。そのため、硬質ゴムによるパッキン等が適当に配設されている。また、上パンチ１３の下面中央部には、コア部材ｗ６の上部が挿入可能な凹部１３ａが形成されている。この部分にも粉末が入り込まないように適当なシールが施される。上パンチ１３が、圧力容器２５に挿入された状態で、図示されていない高圧液体供給装置を作動させて、液体供給パイプ３１を介して、圧力容器２５と外側ゴム型２９の間の空間２８に液体を供給して、粉末充填キャビティーｓに充填されている粉末ｐを圧縮成形する。粉末充填キャビティーｓに充填されている粉末ｐの圧縮工程中に、供給ホッパーＧを、粉末供給部材Ｄの方向に移動させるとともに、スクリューｄ１０を適宜回動させることにより、供給ホッパーＧに粉末ｐを補充しておく。
【００９６】
次いで、圧力容器２５から、柱状の上パンチ１３を取り外すとともに、図２０（ａ）に示されている、搬送装置Ｕに配設されたバキュームパッドｕ２により、或いは、ロボットの把持部材により、コア部材ｗ６と一体成形された圧粉体Ｗ４を、粉末充填キャビティーｓから取り出す。なお、コア部材ｗ６の側面には適当な凹凸が形成され、圧粉体にコア部材ｗ６がしっかりと保持されるように工夫することが必要である。
【００９７】
以上の幾つかの実施例を用いて説明したように、本発明においては、粉末を、迅速に、一定空間に充填することができるとともに、繰り返し充填される粉末の量のばらつきをきわめて小さくでき、且つ、充填された空間全体にわたって充填密度を均一にできるので、ニアネットシェープの圧粉体を製造することができるとともに、粉末圧縮成形の生産性を向上することができる。また、空気タッピングの条件を制御することによって充填密度を制御することができ、必要に応じて、充填密度を非常に高くできる。
【００９８】
空気タッピング条件を変えることにより、粉末充填キャビティー内の粉末充填密度を変えることができること、即ち、粉末充填キャビティー内の粉末充填量を変えることができることは、空気タッピング条件の制御により、圧粉体の重さを管理できることを意味する。即ち、圧粉後、圧粉体の重さを計量して、設定値と比較し、設定値との差を、空気タッピング条件にフィードバックすることにより、粉末成形装置により作製される圧粉体の重さ、即ち、大きさを極めて正確に管理することができ、重さや大きさのばらつきが極めて小さい圧粉体を連続生産できる粉末成形装置が実現できる。更に、供給ホッパーの開口部にグリッド部材を配設することにより、簡単な構成で、粉末充填キャビティー周辺部に粉末の散乱等のトラブルがなく、生産性が高い粉末圧縮成形装置が実現できる。
【００９９】
ダイプレス、ＣＩＰ、ＲＩＰ等、どの粉末圧縮成形装置の場合でも、（１）充填量が毎回一定していてばらつきが少ないので、圧粉体の重さと大きさが毎回一定である。（２）充填密度を大きくできるので、ＲＩＰとＣＩＰの場合、プレス時の収縮時に発生する圧粉体の象の足変形等、望ましくない変形を最小限にできる。また、ダイプレスの場合、パンチが動く距離が小さくできるので、粉末がパンチと金型のクリアランスにかみこんだりすることが少なくなり、金型の寿命を伸ばすことができる。
【０１００】
また、ダイプレスでは、高さの大きい製品や形状が複雑な製品の場合、金型に粉末を普通に振り込んで充填するだけでは充填密度が不均一なために、圧粉後、圧粉体中のグリーン密度が不均一になり、このような圧粉体を焼結すると、得られる焼結体は、形状の歪みが大きく、また、圧粉体の割れや欠け、更には、圧粉体を焼結したとき、焼結体中にひびや欠けが起こることが多い。このような製品の製造に本発明を適用したとき、粉末の充填密度を粉末充填キャビティー内の空間全体にわたって高密度で、且つ、均一にできるので、上述のような圧粉体の割れや欠け、焼結後の焼結体の歪みやひび、欠けが起こらない。このように、本発明により、圧粉体の生産性を向上させることができるとともに、圧粉体の重さ、大きさのばらつきを最小にでき、且つ、割れや欠け、焼結時の形状の歪み等による不良率を大幅に低減でき、ネットシェープの成形品が得られるようになる。
【０１０１】
なお、これまでの説明では、空気タッピング等空気の流れを使って粉末等の粉末を充填する例を示してきたが、粉末が酸化されやすかったり、他の反応が起こりやすい場合には、空気に代わり、窒素やアルゴン等の不活性ガスを使用できることは勿論である。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
【０１０３】
粉末を、迅速に、一定空間に充填することができるとともに、繰り返し充填される粉末の量のばらつきをきわめて小さくでき、且つ、充填された空間全体にわたって充填密度を均一にできるので、ニアネットシェープの圧粉体を作製することができるとともに、圧粉体製造の生産性を向上することができる。
【０１０４】
空気タッピングの条件を制御することによって充填密度を制御することができ、必要に応じて、充填密度を非常に高くできる。
【０１０５】
供給ホッパーにグリッド部材を配設したので、粉末を粉末充填キャビティーに充填後、粉末充填キャビティーに充填された粉末と供給ホッパーに残った粉末とを、確実に分離することができるとともに、移動した供給ホッパーからの粉末の落下を防止することができるので、簡単な構成で、生産性が高い高性能の粉末圧縮成形装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の粉末圧縮成形装置において用いられる粉末充填原理を説明するための供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図２】図２は本発明の粉末圧縮成形装置に使用される一例としての低気圧高気圧発生装置である。
【図３】図３は本発明の粉末圧縮成形装置において用いられる他の粉末充填原理を説明するための供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図４】図４は本発明の粉末圧縮成形装置における圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図５】図５は図４の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図６】図６は本発明の他の粉末圧縮成形装置における圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図７】図７は図６の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図８】図８は本発明の更なる粉末圧縮成形装置における圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図９】図９は本発明の粉末圧縮成形装置により作製される一例としての圧粉体の斜視図である。
【図１０】図１０は図９に示されている圧粉体を作製するための粉末圧縮成形装置における圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図１１】図１１は図１０の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図１２】図１２は本発明の更に他の粉末圧縮成形装置における圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図１３】図１３は図１２の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図１４】図１４は本発明の別の粉末圧縮成形装置における圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図１５】図１５は図１４の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図１６】図１６は図１５の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図１７】図１７は本発明の粉末圧縮成形装置により作製される一例としての圧粉体の斜視図である。
【図１８】図１８は図１７に示されている圧粉体を作製するための粉末圧縮成形装置における圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図１９】図１９は図１８の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図２０】図２０は図１９の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための金型や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図２１】図２１は一例としてのへら駆動装置の一部断面を含む正面図である。
【図２２】図２２は本発明の粉末圧縮成形装置により作製される一例としての圧粉体の斜視図である。
【図２３】図２３は図２２に示されている圧粉体を作製するための粉末圧縮成形装置における圧粉体作製工程を説明するための圧力容器や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図２４】図２４は図２３の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための圧力容器や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図２５】図２５は図２４の圧粉体作製工程に続く圧粉体作製工程を説明するための圧力容器や供給ホッパー等の垂直断面図である。
【図２６】図２６は従来の粉末圧縮成形装置において使用される一例としての充填装置の垂直断面図である。
【符号の説明】
Ｃ・・・・・・・・容器
Ｄ・・・・・・・・粉末供給部材
Ｅ・・・・・・・・低気圧高気圧発生装置
Ｇ・・・・・・・・供給ホッパー
Ｍ・・・・・・・・金型
Ｔ・・・・・・・・へら駆動装置
Ｖ・・・・・・・・粉末回動部材
Ｗ１〜Ｗ４・・・・圧粉体
ｇ２・・・・・・・グリッド部材
ｈ１・・・・・・・空気吸引吹き込みパイプ
ｈ２・・・・・・・蓋部材
ｍ・・・・・・・・ゴムモールド
ｐ・・・・・・・・粉末
ｓ・・・・・・・・粉末充填キャビティー
８・・・・・・・・筒体
９・・・・・・・・下パンチ
１３・・・・・・・上パンチ
Claims (4)
- 粉末を粉末充填キャビティーに充填する手段が、供給ホッパーに収容された粉末を、粉末充填キャビティーに充填する空気タッピング手段と、供給ホッパーと粉末充填キャビティーの両方に存在する粉末のうち、粉末充填キャビティーに形成された密度が均一な部分を、供給ホッパーに残存する粉末から分離する手段とから構成されており、且つ、前記供給ホッパーと粉末充填キャビティーの両方に存在する粉末のうち、粉末充填キャビティーに形成された密度が均一な部分を、供給ホッパーに残存する粉末から分離する手段として、前記供給ホッパーの粉末充填キャビティー側開口部に、グリッド部材を配設したことを特徴とする粉末圧縮成形装置。
- 粉末圧縮成形装置がダイプレス装置であることを特徴とする請求項１に記載の粉末圧縮成形装置。
- 粉末圧縮成形装置がゴムモールド静水圧成形装置であることを特徴とする請求項１に記載の粉末圧縮成形装置。
- 粉末圧縮成形装置が冷間静水圧成形装置であることを特徴とする請求項１に記載の粉末圧縮成形装置。
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