JP4490241B2 - 粉末成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉末成形装置に関する。

焼結部品の製造に用いる圧粉体は、カーボンやＣｕ系金属、Ｆｅ系金属といった粉末を予め混合しておき、その混合物をプレス金型の充填部に供給して装置内で加圧成形することにより形成されるが、粉末成形装置の金型本体内にコアロッドを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

この特許文献１に記載されている粉末成形装置は、上パンチ、下パンチ、及びエアシリンダ等の駆動手段に接続されるコアロッドとの間に充填部を形成するダイスを備えており、これら上パンチ、下パンチ、及びコアロッドにより原料粉末が充填部内で圧縮されることにより、略リング状の圧粉体が成形されるものである。
成形された圧粉体は、金型から離型されてダイス上に押し上げられ、その後、充填部内に原料粉末が充填されて成形工程が繰り返されることにより、圧粉体が連続して成形される。
特開平１１−２１７６０１号公報

ところが、特許文献１に記載されている粉末成形装置においては、成形された圧粉体が金型から離型されてダイス上に押し上げられると、圧力が開放されることにより、圧粉体の内径が僅かに膨張する。
このため圧粉体と嵌合していたコアロッドは、自由落下に近い状態で下降移動され、コアプレート上に着座される。
この落下時に失われる衝撃エネルギーは、例えばコアロッドの自重が１５０［ｋｇ］であって、１５０［ｍｍ］（０．１５［ｍ］）の高さから落下されるとすると、約２２０［Ｊ］に達する。
従って、コアロッドの破損、とりわけ駆動手段との接続部の破損が大きな問題となっていた。

本発明は、上記課題に鑑み、コアロッドの破損を防止できる粉末成形装置を提供することにある。

上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、請求項１記載の粉末成形装置は、金型本体内に配置されるコアロッドの下端部に、このコアロッドを金型本体の下方から上下移動させる駆動機構が接続されると共に、コアロッドの下降移動端でコアプレートに当接されるストッパー部が設けられたものであって、前記コアロッドの下降移動に対する衝撃吸収機構を設けてなり、この衝撃吸収機構は、前記コアロッドを摺動自在に貫通させると共に、前記ストッパー部がコアプレートに当接される前に前記コアロッドの軸方向の途中位置に形成された支持部を下方から支持するピストン部材と、このピストン部材に流体抵抗を付与しつつ摺動可能に収容させる円筒状のシリンダ部が設けられたハウジングと、前記ピストン部材の移動に対して、前記ピストン部材を上方に付勢するリターン部材とを備えたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明によると、下降移動の際に、コアロッドがストッパー部に当接される前に、コアロッドに形成された支持部がピストン部材により下方から支持される。
このとき、ピストン部材には、シリンダ内で流体抵抗が付与されるので、これがダンパーとなって、コアロッドは滑らかに下降移動される。
コアロッドが上昇する際は、コアロッドはピストン部材を貫通しているので、その上昇移動を妨げられることはなく、ピストン部材はリターン部材によって初期位置に復帰させられる。
また、ハウジングは、金型本体内に上下位置調節可能に設けられることにより、この付勢力が付与されるタイミングが適宜調節される（請求項２）。

本発明に係る粉末成形装置によれば、コアロッドを滑らかに下降させることができるので、コアプレートへの落下によりコアロッドが破損することを適切に防止できる。

以下、図１乃至図４に基づいて、本発明の実施形態について説明する。
図１において、この粉末成形装置１は、上パンチプレート２、この上パンチプレート２に支持固定され、上下方向に移動可能に設けられた上パンチ３、この上パンチ３の下方に設けられ、下パンチプレート４に支持固定された下パンチ５、及び下パンチ５の中心を貫通し上下方向に相対移動可能に設けられたコアロッド６を備えると共に、上パンチ３と下パンチ５及びコアロッド６との間に略円筒状の充填部Ｃを形成するダイ７、このダイ７を保持すると共に、ダイ７と面一に設けられたダイプレート８とを備えている。
ダイプレート８の下面には、下パンチプレート４を摺動自在に貫通するガイドロッド９が延設されており、このガイドロッド９の下端は図示しない駆動装置により昇降可能に設けられたコアプレート１０に固定されている。

本実施の形態においては、コアプレート１０の上面からは、環状のボス部１０ａが屹立して形成されていると共に、ボス部１０ａの内周底壁は、コアロッド６に取り付けられた後述するストッパープレート１１に当接されるストッパー面１０ｂとされている。
また、ストッパー面１０ｂの中心には、コアロッド６及び後述する駆動ロッド１３が挿通される貫通孔が形成されている。
更に、ボス部１０ａの内周面には雌ネジ部１０ｃが形成されており、後述する衝撃吸収機構Ｄのハウジング２１の雄ネジ部２１ｄと螺合されている。
なお、内部に粉末Ｍを貯留したフィーダー１２が、面一に形成されたダイ７及びダイプレート８の上面を往復移動可能に設けられている。

コアロッド６には下パンチ５の中心を貫通する先端部６ａが形成されており、本実施の形態においては、コアロッド６の上端面６ｂは、加圧成形時に上パンチ３の下端面３ａと当接されている。
このコアロッド６は、先端部６ａ、この先端部６ａより小径に形成されている細径部６ｃ及び下端部６ｄを備えており、細径部６ｃは後述する衝撃吸収機構Ｄの内部を貫通してコアプレート１０のストッパー面１０ａの近傍まで延在されている。
また、下パンチプレート４の底面４ａの近傍には、コアロッド６の細径部６ｃから張り出されるフランジ部（支持部）６ｅが形成されていると共に、コアロッド６の下端部６ｄにはネジ部（接続部）６ｆが形成され、このネジ部６ｆの先端は、図示しないエアシリンダに連結された駆動ロッド１３と螺合されている。
なお、このフランジ部６ｅの底面は、後述するフランジ部２３ｅの着座面２３ｆに当接する当接面６ｇとされている。
また、ネジ部６ｆにはストッパープレート（ストッパー部）１１が取り付けられており、このストッパープレート１１の上面１１ａは、後述するハウジング２１の底面２１ｃに対向されており、このストッパープレート１１の底面１１ｂは、前述したコアプレート１０のストッパー面１０ｂに対向されている。

次に、衝撃吸収機構Ｄについて説明する。
この衝撃吸収機構Ｄは、ハウジング２１、及びオリフィス２２ａが形成されたシリンダ部２２による二重管構造を為し、ハウジング２１の内部空間Ｓに流体として油が充満され、シリンダ部２２の内壁面２２ｂをピストン部材２３が摺動すると共に、バネ（リターン部材）２４によりピストン部材２３が上方に付勢される構成を主として備えるものである。

ハウジング２１は有底筒状に形成されると共に、ハウジング２１の底壁２１ａには、コアロッド６の下端部６ｄが摺動自在に挿通される貫通孔２１ｂが形成されている。
このハウジング２１の底面２１ｃは、ストッパープレート１１の上面１１ａに対向されている。
また、ハウジング２１の外周下端には、雄ネジ部２１ｄが形成されており、この雄ネジ部２１ｄは、コアプレート１０のボス部１０ａの内周に形成された雌ネジ部１０ｃと螺合されている。
従って、ハウジング２１の上下方向の位置、すなわち衝撃吸収機構Ｄの上下方向の位置は、これら雄ネジ部２１ｄと雌ネジ部１０ｃとにより適宜調整される。
また、ハウジング２１の上側開口部には、後述する蓋２５が取り付けられている。

シリンダ部２２は、筒状に形成されてハウジング２１の底壁２１ａに適宜の方法で取り付けられており、ハウジング２１の内部空間Ｓを、内側空間Ｓ１と外側空間Ｓ２に区画している。
シリンダ部２２には、その壁を貫通して内側空間Ｓ１と外側空間Ｓ２とを連通させる複数のオリフィス２２ａがシリンダ部２２の長手方向に間隔をおいて形成されている。
また、シリンダ部２２の内壁面２２ｂには、後述するピストン部材２３のピストンヘッド２３ａが摺動されていると共に、この内壁面２２ｂとコアロッド６の細径部６ｃとの間で画成される空間にはバネ（リターン部材）２４が配置されている。

ピストン部材２３は、ピストンヘッド２３ａ、及びピストンロッド２３ｂから構成されている。
ピストンヘッド２３ａは円板状をなし、上面にピストンロッド２３ｂが適宜の方法で取り付けられており、下面がバネ２４により付勢されている。
ピストンヘッド２３ａの外周２３ｃは、シリンダ部２２の内壁面２２ｂに摺動自在に嵌合されている。
また、ピストンヘッド２３ａの中心には、コアロッド６の細径部６ｃが摺動自在に挿通される貫通孔２３ｄが形成されている。
ピストンロッド２３ｂは、一端にフランジ部２３ｅが形成された略円筒状をなし、このフランジ部２３ｅは、コアロッド６のフランジ部６ｅと後述する蓋２５との間に配置されていると共に、フランジ部２３ｅの上面は、前述したコアロッド６のフランジ部６ｅが着座される着座面２３ｆとされている。
また、ピストンロッド２３ｂは、蓋２５の貫通孔２５ａに摺動自在に挿通されており、フランジ部２３ｅの反対端は、ピストンヘッド２３ａに取り付けられている。
更に、ピストンロッド２３ｂには、コアロッド６の細径部６ｃが摺動自在に挿通される貫通孔２３ｇが形成されている。

蓋２５は円板状をなし、ハウジング２１の上側開口部を閉塞するように設けられていると共に、蓋２５の中心には、ピストンロッド２３ｂが摺動自在に挿通される貫通孔２５ａが形成されている。

次に、粉末成形装置１の動作について説明する。
図１は、本実施形態の粉末成形装置における加圧工程を示しており、フィーダー１２から充填部Ｃ内に充填された粉末Ｍが、上パンチ３、下パンチ４及びコアロッド６により圧縮され、圧粉体Ｐが形成されている。
このときコアロッド６は、図示しないエアシリンダで駆動される駆動ロッド１３により、図１に示される位置まで上昇されている。
コアロッド６のフランジ部６ｅは、下パンチプレート４の底面４ａと、ピストンロッド２３ｂのフランジ部２３ｅの着座面２３ｆとの間に位置されている。

また、コアロッド６に取り付けられたストッパープレート１１は、コアプレート１０のストッパー面１０ｂと、ハウジング２１の底面２１ｃとの間に位置されている。
従って図１の状態において、摺動抵抗を考慮しなければ、コアロッド６に作用している力は、圧粉体Ｐの内径部とコアロッド先端部６ａとの間の締め付け力、及び図示しないエアシリンダから駆動ロッド１３を介して上方に押し上げられる力のみであり、これらの力が作用しなくなると、コアロッド６は鉛直下方に自由落下可能な状態となる。

次に図２において、加圧工程が終了して上パンチ３が充填部Ｃ内から上昇退避させられると共に、図示しないエアシリンダから駆動ロッド１３に加えられていた押上げ力が無くなる。
そしてコアプレート１０、ガイドロッド９、ダイプレート８及びダイ７が図示しない駆動装置により一体的に下降される。
これにより、下パンチプレート４、下パンチ５及びコアロッド６が相対的に上昇し、圧粉体Ｐは離型されて、面一に設けられたダイ７とダイプレート８の上面に押し上げられる。
押し上げられた圧粉体Ｐは、充填部Ｃ内で受けていた圧力から開放されることにより、図２の矢印に示されるように外側に向けて僅かに膨張し、コアロッド先端部６ａに作用していた圧粉体Ｐからの締め付け力も消失する。
従って、コアロッド６は自由落下を開始する。

このとき、ピストンロッド２３ｂのフランジ部２３ｅの着座面２３ｆと、コアロッド６のフランジ部６ｅの底面６ｇとの距離をＬ１とし、コアプレート１０のストッパー面１０ｂと、ストッパープレート１１の底面１１ｂとの距離をＬ２とし、ピストンロッド２３ｂのフランジ部２３ｅの底面２３ｈと、蓋２５の上面２５ｂとの距離をＬ３とすると、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係が成立するように各部が設けられている。
これにより後述するように、フランジ部２３ｅの底面２３ｈと蓋２５の上面２５ｂとが当接されることなく、コアロッド６のフランジ部６ｅがピストンロッド２３ｂのフランジ部２３ｅに着座され、その後ストッパープレート１１がコアプレート１０のストッパー面１０ｂに着座される。

次に図３は、自由落下をしていたコアロッド６のフランジ部６ｅの当接面６ｇが、ピストンロッド２３ｂのフランジ部２３ｅの着座面２３ｆに当接した後、衝撃吸収機構Ｄが作用している様子を示すものである。
コアロッド６の当接面６ｇが、ピストンロッド２３ｂの着座面２３ｆに当接すると、コアロッド６及びピストン部材２３は共に下降される。
このときシリンダ部２２の内壁面２２ｂに摺動自在に嵌合されているピストンヘッド２３ａには、バネ２４のバネ力及びシリンダ部２２に形成されたオリフィス２２ａを通過する流体の抵抗力が作用する。
これにより、コアロッド６の下降速度は減速され、コアロッド６及びピストン部材２３が緩やかに下降される。
ここで、ハウジング２１の外周に形成された雄ネジ部２１ｄと、コアプレート１０のボス部１０ａの内周面に形成された雌ネジ部１０ｃとの螺合長さを変えることにより、衝撃吸収機構Ｄの上下方向の位置が変えられ、衝撃吸収機構Ｄが作用を開始するタイミングが調整される。

そして図４において、ピストン部材２３と共に下降するコアロッド６に取り付けられたストッパープレート１１の底面１１ｂは、衝撃吸収機構Ｄにより落下速度が減速されつつ、コアプレート１０のストッパー面１０ｂ上に滑らかに着座され、コアロッド６の下降が終了する。
その後、再びフィーダー１２から充填部Ｃに粉末Ｍが供給され、ダイ７及びダイプレート８が図示しない駆動装置により所定位置まで上昇させられると共に、コアロッド６も図示しないエアシリンダを介して駆動ロッド１３により所定位置まで上昇させられる。
その際、コアロッド６はピストン部材２３を貫通しているので、その上昇移動を妨げられることはなく、ピストン部材２３はバネ２４によって初期位置に復帰させられる。

本実施の形態においては、下降移動の際にコアプレート１０のストッパー面１０ｂに当接されるストッパープレート１１が取り付けられたコアロッド６と、このコアロッド６の下端部６ｄに形成されたネジ部６ｆに、駆動ロッド１３が接続され、駆動ロッド１３との接続部よりも上方位置に、コアロッド６が摺動自在に挿通され、コアロッド６の下降移動に対する衝撃を吸収する衝撃吸収機構Ｄを設けたので、コアロッド６、とりわけ駆動ロッド１３と接続されるネジ部６ｆの破損を効果的に防止することができる。
また、前述したように、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係が成立するようにしたので、フランジ部２３ｅの底面２３ｈと蓋２５の上面２５ｂとが当接されることなく、コアロッド６のフランジ部６ｅがピストンロッド２３ｂのフランジ部２３ｅに着座され、その後ストッパープレート１１がコアプレート１０のストッパー面１０ｂに着座されるので、後述するように衝撃吸収機構Ｄの機能が適切に発揮される。
また、ハウジング２１の外周に雄ネジ部２１ｄを形成し、この雄ネジ部２１ｄとコアプレート１０のボス部１０ａの内周面に形成された雌ネジ部１０ｃと螺合させる構成としたので、衝撃吸収機構Ｄの上下方向の位置を適宜調整することができ、衝撃吸収機構Ｄが作用を開始するタイミングを任意に調整することができる。
更に、衝撃吸収機構Ｄの能力は、バネ２４のバネ定数、内部の流体の種類（本実施の形態においてはエア）、オリフィス２２ａの数と大きさ等を変えることにより適宜することが可能である。

また、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能なものである。
具体的には、上述した実施の形態においては、コアロッド６のフランジ部６ｅの底面６ｇとピストンロッド２３ｂとの当接面積を大きくするため、ピストンロッド２３ｂにフランジ部２３ｅを形成しているが、このフランジ部２３ｅを形成しなくても構わない。
この場合、ピストンロッド２３ｂの上端面と、コアロッド６のフランジ部６ｅの底面６ｇとの距離をＬ４とすると、Ｌ４＜Ｌ２の関係が成立するようにすれば良い。
更に、上述した実施の形態においては、コアロッド６と駆動ロッド１３とはネジ部６ｆにより接続されているが、本発明は、二つ割りカップリングや、Ｔスロット等の他の方式により接続されている場合であっても適用可能である。
また、上述した実施の形態は、下パンチ５を一つのみ備えた粉末成形装置１についてのものであるが、本発明が複数の下パンチを備えた多段式の粉末成形装置にも適用できることは言うまでもない。

本発明の実施形態による粉末成形装置の全体図及び同成形装置による加圧工程を示す図である。 同成形装置による加圧工程が終了し、圧粉体がダイ及びダイプレート上に押し上げられた様子を示す図である。 同成形装置において、コアロッドが下降に対し、衝撃吸収機構が作用している様子を示す図である。 同成形装置において、コアロッドに取り付けられたストッパープレートがコアプレートのストッパー面に着座している様子を示す図である。

符号の説明

１ 粉末成形装置 ３ 上パンチ ５ 下パンチ ６ コアロッド ６ｅ コアロッドのフランジ部（支持部） ６ｆ コアロッドのネジ部（接続部） １０ コアプレート １０ｂ コアプレートのストッパー面 １１ ストッパープレート（ストッパー部） １３ 駆動ロッド ２１ ハウジング ２２ シリンダ部 ２２ａ オリフィス ２２ｂ シリンダ部の内壁面 ２３ ピストン部材 ２３ａ ピストンヘッド ２３ｂ ピストンロッド ２４ バネ（リターン部材） Ｄ 衝撃吸収機構 Ｍ 粉末 Ｐ 圧粉体

Claims (2)

1. 金型本体内に配置されるコアロッドの下端部に、このコアロッドを金型本体の下方から上下移動させる駆動機構が接続されると共に、コアロッドの下降移動端でコアプレートに当接されるストッパー部が設けられた粉末成形装置において、
   前記コアロッドの下降移動に対する衝撃吸収機構を設けてなり、
   この衝撃吸収機構は、前記コアロッドを摺動自在に貫通させると共に、前記ストッパー部がコアプレートに当接される前に前記コアロッドの軸方向の途中位置に形成された支持部を下方から支持するピストン部材と、
   このピストン部材に流体抵抗を付与しつつ摺動可能に収容させる円筒状のシリンダ部が設けられたハウジングと、
   前記ピストン部材の移動に対して、前記ピストン部材を上方に付勢するリターン部材とを備えたことを特徴とする粉末成形装置。
2. 前記ハウジングは、金型本体内に上下位置調節可能に設けられていることを特徴とする請求項１記載の粉末成形装置。
   

Images