JP4552917B2

JP4552917B2 - 成形装置

Info

Publication number: JP4552917B2
Application number: JP2006243146A
Authority: JP
Inventors: 孝佐藤; 貞樹佐藤; 賢菊地; 真史後藤; 武伊藤; 卓雄潟保; 英樹佐藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2026-09-07
Also published as: JP2008062273A

Description

本発明は、両押成形により圧粉体を形成する成形装置に関するものである。

圧粉体を形成する成形装置として、特許文献１に記載されているものが知られている。この文献に記載の成形装置は、ダイプレートに取り付けられた筒状のダイと、ダイに対して上下にダイ内（キャビティ内）を摺動する下パンチ及び上パンチと、ダイ及びダイプレート上を前後方向へ摺動してキャビティ内に原料粉末を供給するフィーダとを備えている。ダイプレート及び上パンチは、サーボモータによりそれぞれ駆動される。
特開平５−６９１９７号公報

特許文献１に記載された種類の成形装置では、得られた圧粉体を取り出すために、例えば次の動作を行うことが考えられる。即ち、圧粉体を形成した後、下パンチがダイ及びダイプレートの上面から突出するようにダイに対して押し上げられた状態で、フィーダを前進させて圧粉体をダイから払い出す動作が行われる。

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題が存在する。即ち、成形サイクルが高速化すると、オーバーシュートが発生してサーボモータによる位置精度が悪化する。特に、慣性の大きいダイプレートの動作がフィーダの動作に追従できなくなるため、フィーダが下パンチに接触して下パンチを損傷させる可能性がある。また、フィーダが成形品に接触する際の速度を精度よく制御できなくなり、フィーダが高速で成形品に衝突して、成形された圧粉体を損傷させる虞がある。

本発明の目的は、成形サイクルが高速化した場合であっても、圧粉体の払い出し時における圧粉体及び下パンチの損傷を防止することができる成形装置を提供することである。

本発明は、キャビティが形成されたダイと、キャビティに粉末を供給するフィーダと、ダイの下側及び上側からそれぞれキャビティに挿入され、キャビティに充填された粉末を圧縮する下パンチ及び上パンチと、を備え、両押成形により圧粉体を形成する成形装置であって、ダイに対して下パンチを相対的に上下動させる第１のサーボ駆動手段と、フィーダをキャビティに対して前進・後退させる第２のサーボ駆動手段と、圧粉体の形成後、下パンチがダイの上面から突出するまで下パンチをダイに対して相対的に上昇させるように第１のサーボ駆動手段を制御する第１の制御手段と、下パンチの上面がキャビティに入り込むまで下パンチをダイに対して相対的に下降させるように第１のサーボ駆動手段を制御すると共に、フィーダを前進させてキャビティの手前で一旦停止させた後、フィーダを更に前進させるように、第２のサーボ駆動手段を制御する第２の制御手段とを備えることを特徴とするものである。

このような成形装置においては、ダイのキャビティに供給された粉末を下パンチ及び上パンチにより両押成形して圧粉体を形成する。その後、下パンチをダイに対して相対的に上昇させて下パンチをダイの上面から突出させる。その状態において、下パンチをダイに対して相対的に下降させ、下パンチの上面をキャビティ内に入り込ませると共に、キャビティから退避しているフィーダを前進させて圧粉体の手前で一旦停止させ、その後、フィーダを更に前進させて圧粉体の払い出しを行う。このように、フィーダが、得られた圧粉体を払い出す際に圧粉体の手前で一旦停止するので、成形装置を高速で動作させても、フィーダが圧粉体に当たるときの衝撃が十分緩和され、圧粉体の損傷を防止することができる。また、下パンチの上面がキャビティ内に入り込んだ状態で、一旦停止したフィーダを再び前進させることにより、成形装置を高速で動作させても、フィーダが下パンチに接触して、下パンチが損傷することを防止できる。

好ましくは、第２の制御手段は、フィーダを前進させてキャビティの手前で一旦停止させるように第２のサーボ駆動手段を制御した後、下パンチの上面がキャビティに入り込むまで下パンチをダイに対して相対的に下降させるように第１のサーボ駆動手段を制御し、その後で、フィーダを更に前進させるように第２のサーボ駆動手段を制御する。これにより、下パンチの上面がダイの上面より下にある状態で、圧粉体の手前で一旦停止していたフィーダが再び前進して圧粉体の払い出しを行うので、下パンチとフィーダの衝突を確実に防止することができる。

本発明によれば、成形サイクルが高速化した場合であっても、圧粉体の払い出し時における圧粉体及び下パンチの損傷を防止することができる。

以下、本発明に係わる成形装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる成形装置の一実施形態の正面図（一部断面を含む）である。本実施形態の成形装置１は、磁性体粉末や誘電体粉末等の材料粉末を両押成形して直方体形状の圧粉体を形成する装置である。成形装置１は、上下に互いに対向して設置された下基板３及び上基板５を備え、これらの下基板３及び上基板５同士は２本のガイドロッド７を介して連結されている。２本のガイドロッド７は、互いに平行に上下方向に延びるように配置されている。これらのガイドロッド７の長手方向中央にはダイ９が固定されている。

ダイ９には、上下に貫通する断面矩形の貫通孔が形成され、この貫通孔がキャビティ１０として機能する。ダイ９におけるキャビティ１０の両側部分には上記ガイドロッド７がキャビティ１０の貫通方向に対して平行にそれぞれ貫通している。

ダイ９と下基板３との間には、中空部を有する直方体形状の下ラム１３がスライドブッシュ１１を介してガイドロッド７に沿って上下方向に摺動可能に配置されている。下ラム１３の上面には、下パンチ１５が固定されている。下パンチ１５は、キャビティ１０の貫通方向に垂直な断面形状に対応した矩形状の断面を有する柱状部材であり、下ラム１３が上下方向に摺動することにより上下運動し、ダイ９の下側からキャビティ１０に挿入される。

下ラム１３の下部中央には、上下方向に延びたボールネジ１７がナット１９を介して貫通している。ボールネジ１７は、下基板３上に固定されたサーボモータ２１により回転駆動される。サーボモータ２１には、サーボモータ２１の回転角、方向、及び速度を検出するエンコーダ２３が設けられている。また、サーボモータ２１は、サーボアンプ部２７により駆動される。サーボアンプ部２７は、エンコーダ２３から出力される検出信号とコントローラ２５から出力される制御信号とに基づいて、サーボモータ２１の駆動をフィードバック制御する。

サーボアンプ部２７によりサーボモータ２１が回転駆動されると、ボールネジ１７が回転し、ボールネジ１７に螺合するナット１９を介して下ラム１３が上下駆動され、これに伴って、下パンチ１５がキャビティ１０内を上下運動する。つまり、下パンチ１５は、コントローラ２５から出力される制御信号に従うように、サーボモータ２１、エンコーダ２３、及びサーボアンプ部２７を含むサーボ機構（第１のサーボ駆動手段）によって駆動されることになる。

ダイ９と上基板５との間には、中空部を有する直方体形状の上ラム３１がスライドブッシュ２９を介してガイドロッド７に沿って上下方向に摺動可能に配置されている。上ラム３１の下面には、上パンチ３３が固定されている。上パンチ３３は、キャビティ１０の貫通方向に垂直な断面形状に対応した矩形状の断面を有する柱状部材であり、上ラム３１が上下方向に摺動することにより上下運動し、ダイ９の上側からキャビティ１０に挿入される。

上ラム３１の上部中央には、上下方向に延びたボールネジ３５がナット３７を介して貫通している。ボールネジ３５は、上基板５に固定されたサーボモータ３９により回転駆動される。サーボモータ３９には、サーボモータ３９の回転角、方向、及び速度を検出するエンコーダ４１が設けられている。また、サーボモータ３９は、サーボアンプ部４３により駆動される。サーボアンプ部４３は、エンコーダ４１から出力される検出信号とコントローラ２５から出力される制御信号とに基づいて、サーボモータ３９の駆動をフィードバック制御する。

サーボアンプ部４３によりサーボモータ３９が回転駆動されると、ボールネジ３５が回転し、ボールネジ３５に螺合するナット３７を介して上ラム３１が上下駆動され、これに伴って、上パンチ３３がキャビティ１０内を上下運動する。つまり、上パンチ３３は、コントローラ２５から出力される制御信号に従うように、サーボモータ３９、エンコーダ４１、及びサーボアンプ部４３を含むサーボ機構によって駆動されることになる。

ダイ９の上面には、キャビティ１０に対して前後・前進するように水平方向に移動可能に構成され、圧粉体を形成するための材料粉末を供給するフィーダ４５が配置されている。フィーダ４５は、フィーダホース６１を介してホッパ６３と連結されている。そして、コントローラ２５から出力される制御信号により、ホッパ６３内の材料粉末がフィーダ４５に供給される。

フィーダ４５には、ロッド４７を介してスライダ４９が連結されている。スライダ４９は、ロッド４７の下側にロッド４７と平行に配置されたレール５１に沿って摺動可能である。スライダ４９には、ロッド４７及びレール５１と平行に延びたボールネジ５３がナット５４を介して貫通している。ボールネジ５３は、サーボモータ５５により回転駆動される。

サーボモータ５５には、サーボモータ５５の回転角、方向、及び速度を検出するエンコーダ５７が設けられている。また、サーボモータ５５は、サーボアンプ部５９により駆動される。サーボアンプ部５９は、エンコーダ５７から出力される検出信号とコントローラ２５から出力される制御信号とに基づいて、サーボモータ５５の駆動をフィードバック制御する。

サーボアンプ部５９によりサーボモータ５５が回転駆動されると、ボールネジ５３が回転し、ボールネジ５３に螺合するナット５４を介して、スライダ４９が水平方向に駆動され、これに伴って、フィーダ４５が前後運動する。つまり、フィーダ４５は、コントローラ２５から出力される制御信号に従うように、サーボモータ５５、エンコーダ５７、及びサーボアンプ部５９を含むサーボ機構（第２のサーボ駆動手段）によって駆動されることになる。

以上のように構成した成形装置１では、コントローラ２５から出力される制御信号に基づいて、上述した３つのサーボ機構により下パンチ１５、上パンチ３３、及びフィーダ４５がそれぞれ駆動されることにより成形動作を実行する。図２は、コントローラ２５による制御処理手順を示すフローチャートである。図３〜図７は、成形装置１により成形動作を行うための工程図である。以下、図２〜図７を参照して、成形装置１における成形動作を説明する。

図３（ａ）は、成形動作開始時の状態を示す。成形動作開始時には、下パンチ１５の上面がダイ９の上面より下がり、上パンチ３３がキャビティ１０の上方に退避し、フィーダ４５がキャビティ１０から離れた位置にある。成形動作が開始されると、コントローラ２５によってサーボアンプ部５９を制御することで、フィーダ４５がダイ９上をキャビティ１０に向けて前進し、図３（ｂ）に示すように、フィーダ４５がキャビティ１０上に到達すると停止する（図２のステップ１）。このとき、フィーダ４５はキャビティ１０を覆った状態となっており、フィーダ４５内の材料粉末Ｊがキャビティ１０内に落下することにより、材料粉末Ｊがキャビティ１０に供給される。

続いて、コントローラ２５によりサーボアンプ部２７を制御することで、図４（ａ）に示すように、下パンチ１５が下降してキャビティ１０の空間が広がる（図２のステップ２）。このように、キャビティ１０の空間が広がることにより、フィーダ４５からキャビティ１０内に材料粉末Ｊが吸い込まれ、更に材料粉末Ｊがキャビティ１０に供給されるようになる。

続いて、コントローラ２５によってサーボアンプ部２７を制御することで、図４（ｂ）に示すように、下パンチ１５が上昇して、材料粉末Ｊのオーバーフィル動作が実施される（図２のステップ３）。オーバーフィル動作とは、キャビティ１０の粉末充填深さを予め大きくとった状態で材料粉末Ｊを充填した後、キャビティ１０の粉末充填深さが少し小さくなるように下パンチ１５を上昇させて、余分な材料粉末Ｊをフィーダ４５に押し戻す充填動作である。このようなオーバーフィル動作を実行することにより、材料粉末Ｊがキャビティ１０に充填される時の空隙が抑制され、材料粉末Ｊをキャビティ１０内に密に充填することが可能となる。

オーバーフィル動作後、コントローラ２５によってサーボアンプ部５９を制御することで、図４（ｃ）に示すように、フィーダ４５がキャビティ１０から離れるように後退する（図２のステップ４）。このようにすることで、材料粉末Ｊの擦り切り動作が行われる。

そして、コントローラ２５によってサーボアンプ部２７を制御することで、図５（ａ）に示すように、下パンチ１５が下降して、材料粉末Ｊのアンダーフィル動作が実施される（図２のステップ５）。アンダーフィル動作とは、キャビティ１０への材料粉末Ｊの充填が終了した後、下パンチ１５を下降させて、ダイ９の上面より材料粉末Ｊを沈める充填動作である。このようなアンダーフィル動作を実行することにより、材料粉末Ｊがキャビティ１０から溢れ出ることを抑制できる。

アンダーフィル動作後、コントローラ２５によってサーボアンプ部２７，４３を制御することで、図５（ｂ）に示すように、下パンチ１５が上昇すると同時に上パンチ３３が下降し、上パンチ３３及び下パンチ１５による材料粉末Ｊの圧縮（両押成形）が行われ、圧粉体６５が形成される（図２のステップ６）。このとき、キャビティ１０の上部には空間が形成されるので、上パンチ３３がキャビティ１０に入り易くなる。

両押成形後、コントローラ２５によってサーボアンプ部２７，４３を制御することで、図５（ｃ）に示すように、下パンチ１５がダイ９の上面よりわずかに突出するまで上パンチ３３及び下パンチ１５が同時に上昇し、圧粉体６５がダイ９から抜き出される（図２のステップ７）。その後、コントローラ２５によってサーボアンプ部４３を制御することで、図６（ａ）に示すように、上パンチ３３が上昇する（ステップ８）。この状態で、下パンチ１５の上面は、ダイ９の上面より突き出ている。これにより、得られた圧粉体６５をキャビティ１０から容易に且つ確実に取り出すことが可能となる。なお、この時点で、上パンチ３３が上方に退避し、フィーダ４５がキャビティ１０から離れた位置にある。

続いて、コントローラ２５によってサーボアンプ部５９を制御することで、図６（ｂ）に示すように、フィーダ４５がダイ９上をキャビティ１０（圧粉体６５）に向けて前進する（図２のステップ９）。そして、コントローラ２５によってサーボアンプ部５９を制御することで、図６（ｃ）に示すように、フィーダ４５が圧粉体６５の手前で一旦停止する（図２のステップ１０）。また、コントローラ２５によってサーボアンプ部２７を制御することで、図７（ａ）に示すように、下パンチ１５が下降して、下パンチ１５の上面が僅かにキャビティ１０内に引っ込むようになる（図２のステップ１１）。

圧粉体６５がキャビティ１０から抜き出されると、圧粉体６５はスプリングバック現象によって膨らむので、下パンチ１５の上面がキャビティ１０内に引っ込んでも、下パンチ１５の動作に追従して圧粉体６５がキャビティ１０内に入り込むことは無く、圧粉体６５はキャビティ１０を覆うようにダイ９上に載置された状態となる。

続いて、コントローラ２５によってサーボアンプ部５９を制御することで、図７（ｂ）に示すように、フィーダ４５がダイ９上を再び前進して、圧粉体６５を押す（図２のステップ１２）。このとき、下パンチ１５はダイ９の上面から突き出ていないので、フィーダ４５が下パンチ１５に引っ掛かることは無い。また、上記のようにフィーダ４５が圧粉体６５に触れる直前で一旦停止することにより、フィーダ４５が前進を再開してから圧粉体６５に接触するときに、フィーダ４５の速度が十分抑えられ、フィーダ４５が圧粉体６５に過度な衝撃を与えることも無い。このため、圧粉体６５がフィーダ４５にスムーズに押され、圧粉体６５の損傷等を防ぐことができる。

続いて、コントローラ２５によってサーボアンプ部５９を制御することで、図７（ｃ）に示すように、フィーダ４５がダイ９上を更に前進することで、圧粉体６５がキャビティ１０から払い出される。そして、フィーダ４５は、キャビティ１０を覆う位置で停止し、再び材料粉末Ｊがキャビティ１０内に吸い込まれ、図３（ｂ）の状態となる。以上により、１サイクルの成形動作が完了する。

そして、成形サイクルを続ける場合（図２のステップ１３でＮｏ）、図２のステップ２に戻り、上述した成形サイクルが連続して行われる。成形サイクルを終了する場合（図２のステップ１３でＹｅｓ）、コントローラ２５によってサーボアンプ部５９を制御することで、図３（ａ）に示すように、フィーダ４５がキャビティ１０から離れるように後退し、成形サイクルが終了する。なお、成形サイクル中、キャビティ１０は圧粉体６５及びフィーダ４５により切れ目なく覆われることになるので、キャビティ１０内に空気が入り込むことは殆ど無い。

以上において、コントローラ２５のステップ７は、圧粉体６５の形成後、下パンチ１５がダイ９の上面から突出するまで下パンチ１５をダイ９に対して相対的に上昇させるように第１のサーボ駆動手段（前述）を制御する第１の制御手段を構成する。コントローラ２５のステップ９〜１２は、下パンチ１５の上面がキャビティ１０に入り込むまで下パンチ１５をダイ９に対して相対的に下降させるように第１のサーボ駆動手段を制御すると共に、フィーダ４５を前進させてキャビティ１０の手前で一旦停止させた後、フィーダ４５を更に前進させるように、第２のサーボ駆動手段（前述）を制御する第２の制御手段を構成する。

ところで、フィーダの退避位置から一旦停止せずに払い出し動作をした場合、フィーダと圧粉体との接触時にフィーダを減速するとしても、成形サイクルが高速で行われていると、フィーダの慣性力に抗して速度を制御することは困難である。この場合、フィーダが十分減速できずに圧粉体に衝突し、圧粉体が損傷する虞がある。

これに対し、本実施形態に係る成形装置１では、フィーダ４５が、得られた圧粉体６５を払い出す際に圧粉体６５の手前で一旦停止するので、成形サイクルを高速で行っても、フィーダ４５が圧粉体６５に当たるときの衝撃が十分緩和され、圧粉体６５の損傷を防止することができる。

また、下パンチ１５の上面がキャビティ１０内に入り込んだ状態で、一旦停止したフィーダ４５を再び前進させることにより、成形サイクルを高速で行っても、フィーダ４５が下パンチ１５に接触して、下パンチ１５が損傷することも防止できる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ダイ９をガイドロッド７に固定し、下パンチ１５をガイドロッド７に対して上下動させる構成としたが、下パンチを固定し、ダイを下パンチに対して上下動させるウィズドロアル法を用いた構成としても良い。要は、ダイ９が下パンチ１５に対して相対的に上下動可能な構成であれば良い。

また、上記実施形態の成形装置１では、ダイ９にキャビティ１０が１つ形成され、これに対応して上パンチ３３及び下パンチ１５が１つずつ設けられているが、本発明は、上パンチ３３及び下パンチ１５を複数組有する成形装置にも適用可能であることは言うまでもない。

本発明に係わる成形装置の一実施形態の正面図（一部断面を含む）である。本発明に係わる成形装置に含まれるコントローラによる制御処理手順を示すフローチャートである。本発明に係わる成形装置により成形を行う手順を示す工程図である。本発明に係わる成形装置により成形を行う手順を示す工程図である。本発明に係わる成形装置により成形を行う手順を示す工程図である。本発明に係わる成形装置により成形を行う手順を示す工程図である。本発明に係わる成形装置により成形を行う手順を示す工程図である。

符号の説明

１…成形装置、９…ダイ、１０…キャビティ、１５…下パンチ、２１，３９，５５…サーボモータ、２３，４１，５７…エンコーダ、２５…コントローラ（制御手段）、２７，４３，５９…サーボアンプ部、３３…上パンチ、４５…フィーダ、６５…圧粉体、Ｊ…材料粉末。

Claims

キャビティが形成されたダイと、前記キャビティに粉末を供給するフィーダと、前記ダイの下側及び上側からそれぞれ前記キャビティに挿入され、前記キャビティに充填された前記粉末を圧縮する下パンチ及び上パンチと、を備え、両押成形により圧粉体を形成する成形装置であって、
前記ダイに対して前記下パンチを相対的に上下動させる第１のサーボ駆動手段と、
前記フィーダを前記キャビティに対して前進・後退させる第２のサーボ駆動手段と、
前記圧粉体の形成後、前記下パンチが前記ダイの上面から突出するまで前記下パンチを前記ダイに対して相対的に上昇させるように前記第１のサーボ駆動手段を制御する第１の制御手段と、
前記第１の制御手段の制御によって前記ダイの上面から突出するまで上昇した前記下パンチの上面が前記キャビティに入り込むまで前記下パンチを前記ダイに対して相対的に下降させるように前記第１のサーボ駆動手段を制御すると共に、前記フィーダを前進させて前記キャビティの手前で一旦停止させた後、前記フィーダを更に前進させるように、前記第２のサーボ駆動手段を制御する第２の制御手段と
を備え、
前記第２の制御手段は、前記第１の制御手段の制御の後に制御を行い、前記フィーダを前進させて前記キャビティの手前で一旦停止させるように前記第２のサーボ駆動手段を制御した後、前記第１の制御手段の制御によって前記ダイの上面から突出するまで上昇した前記下パンチの上面が前記キャビティに入り込むまで前記下パンチを前記ダイに対して相対的に下降させるように前記第１のサーボ駆動手段を制御し、その後で、前記フィーダを更に前進させるように前記第２のサーボ駆動手段を制御することを特徴とする成形装置。