JP5136191B2 - Powder molding machine and its operating method - Google Patents
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本発明は、セラミックスや薬品などの粉末原料を、ダイスと上下パンチとで形成された粉末成形空間(キャビティ)に充填して加圧成形する粉末成形機及びその作動方法に関するものである。 The present invention relates to a powder molding machine and a method for operating the powder molding machine, in which powder raw materials such as ceramics and chemicals are filled in a powder molding space (cavity) formed by a die and upper and lower punches.
図3に公知の粉末成形機の作動方法を示す。図3は1軸のみで成形する場合であり、ダイス80に対して上パンチ81と下パンチ82とが挿入され、これらの間にキャビティ83が形成される。(a)のようにキャビティ83に粉末原料を投入した状態で、(b)のように成形完了位置まで下パンチ82を上昇させ、粉末原料を加圧成形する。次に、(c)のように上パンチ81を上方へ退避させるとともに、下パンチ82を下方へ退避させ(減圧)、最後に(d)のように下パンチ82を上昇させることで、成形体84をキャビティ83から取り出す(脱型)。
FIG. 3 shows a method for operating a known powder molding machine. FIG. 3 shows a case where molding is performed with only one axis. An
図3のような粉末成形機の場合、1軸のみで成形するため、加圧力を十分とれず、成形体84の圧密度が不足しやすい。加圧力を高めるためには、上下パンチ81,82を作動させる駆動源(駆動モータや流体圧シリンダ)の駆動力を大きくすればよいが、これでは設備が大型になり、コスト上昇を招く結果となる。
In the case of the powder molding machine as shown in FIG. 3, since molding is performed with only one shaft, sufficient pressure cannot be obtained and the pressure density of the molded
一方、特許文献1に示すような多軸プレス方式の粉末成形機もある。この粉末成形機では、図4に示すように、下パンチを、円筒状の第1下パンチ85と、その中に挿入された第2下パンチ86とに分割し、第1下パンチ85と第2下パンチ86とを個別の駆動源によって駆動するものである。この場合には、図4の(b)に示すように、両方の下パンチ85,86を個別の駆動源によって作動させるので、成形体84の単位面積当たりの加圧力を高めることができ、小型の駆動源を用いながら圧密度の高い成形体を得ることができる。なお、図4では下パンチだけを分割パンチ構造としたが、上パンチも同様な分割パンチ構造としてもよい。
On the other hand, there is also a multi-axis press type powder molding machine as shown in Patent Document 1. In this powder molding machine, the lower punch is divided into a cylindrical first
しかしながら、図4のような構造の粉末成形機の場合、第1下パンチ85と第2下パンチ86との間に隙間δ(図5参照)があるので、下パンチ85,86と接する成形体84の表面に必然的にバリが発生するという問題がある。また、平坦な表面を持つ成形体84を得るには、第1下パンチ85と第2下パンチ86の上面位置の段差をなくす必要があり、両パンチ85,86にかかる負荷を均等に分けるための設備が必要になり、コスト高になる。
本発明は、小型の駆動源を用いながら圧密度の高い成形体を得ることができ、かつ表面にバリや段差のない成形体を成形できる粉末成形機及びその作動方法を提案することを目的とする。 An object of the present invention is to propose a powder molding machine capable of obtaining a compact having a high pressure density while using a small driving source and capable of forming a compact having no burrs or steps on the surface, and an operating method thereof. To do.
前記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、ダイスと当該ダイスを挟んで対向するように配置された上,下パンチとでキャビティを形成し、上,下パンチのいずれか一方を作動させることにより、キャビティ内に投入された粉末原料を加圧成形する粉末成形機において、前記一方のパンチを成形完了位置よりも越えた位置を目標位置として作動させることができる主駆動手段と、前記一方のパンチの背後に接触可能なサポートブロックと、前記サポートブロックが作動途中の前記一方のパンチの背後を押して成形完了位置まで到達できるように、前記サポートブロックを作動させる副駆動手段と、を設けたことを特徴とする粉末成形機を提供する。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized in that a cavity is formed by a die and a lower punch arranged so as to face each other with the die sandwiched therebetween, and one of the upper and lower punches is operated. In the powder molding machine that press-molds the powder raw material charged into the cavity, the main drive means capable of operating the one punch beyond the molding completion position as a target position; and Provided is a support block capable of contacting the back of one punch, and a sub-driving means for operating the support block so that the support block can reach the molding completion position by pushing behind the one punch in operation. A powder molding machine is provided.
請求項3に係る発明は、ダイスと当該ダイスを挟んで対向するように配置された上,下パンチとでキャビティを形成し、上,下パンチのいずれか一方を作動させることにより、キャビティ内に投入された粉末原料を加圧成形する粉末成形機の作動方法において、前記一方のパンチを成形完了位置よりも越えた位置を目標位置として作動させ、当該パンチにより所定の加圧力制限値に到達するまで粉末原料を加圧する第1の工程と、前記加圧力制限値に到達した後、当該パンチを作動し続けながら、当該パンチの背後をサポートブロックで押圧し、前記パンチとサポートブロックの合力により粉末原料を加圧する第2の工程と、前記サポートブロックが成形完了位置に到達した時点で、サポートブロックによる押圧力を解放する第3の工程と、前記サポートブロックを解放すると同時またはその後に前記パンチによる加圧力を解放する第4の工程と、を備えたことを特徴とする粉末成形機の作動方法を提供する。 According to a third aspect of the present invention, a cavity is formed by a die and a lower punch which are arranged so as to face each other with the die interposed therebetween, and either one of the upper and lower punches is operated to move the cavity into the cavity. In the operation method of the powder molding machine for pressure-molding the charged powder raw material, the one punch is operated with the position beyond the molding completion position as a target position, and a predetermined pressure limit value is reached by the punch. The first step of pressurizing the powder raw material until the pressure limit value is reached, and the punch is pressed behind the support block while continuing to operate the punch, and the resultant force of the punch and the support block A second step of pressurizing the raw material; and a third step of releasing the pressing force by the support block when the support block reaches the molding completion position; Providing Releasing serial support block and a fourth step of releasing the pressure applied by the punch simultaneously or subsequently, a method of operating a powder molding machine, comprising the.
本発明は、粉体成形機を1軸だけ使用する方法では出力が足りない場合や、複数の分割パンチを用いて成形する方法ではバリや段差等の品質異常が発生する場合に適用される。まず上,下パンチのいずれか一方を主駆動手段により作動させることにより、キャビティ内に投入された粉末原料を加圧成形する。しかし、主駆動手段によりパンチを作動させただけでは所望の加圧力が得られないので、パンチの背後にサポートブロックを配置し、このサポートブロックをパンチとは別の副駆動手段で作動させる。つまり、パンチの出力をサポートブロックの出力で補助することにより、両方の合力で成形を行う。その結果、主及び副駆動手段として比較的小型の駆動源を使用しながら、これら駆動手段の出力をフル活用して、圧密度の高い成形体を得ることができる。また、粉末原料を加圧するために分割パンチを使用しないので、成形体の表面にバリや段差が発生するのを防止できる。成形完了位置はサポートブロックの位置で規定できるので、最終的な成形体の寸法を精度よく管理できる。 The present invention is applied when a method using only one axis of a powder molding machine lacks output, or when a method using a plurality of divided punches causes quality abnormalities such as burrs and steps. First, one of the upper and lower punches is actuated by the main drive means, whereby the powder raw material charged into the cavity is pressure-molded. However, since a desired pressing force cannot be obtained only by operating the punch by the main drive means, a support block is arranged behind the punch, and this support block is operated by a sub drive means different from the punch. That is, molding is performed with both resultant forces by assisting the output of the punch with the output of the support block. As a result, a compact having a high pressure density can be obtained by making full use of the outputs of these drive means while using relatively small drive sources as the main and secondary drive means. Moreover, since a split punch is not used to pressurize the powder raw material, it is possible to prevent burrs and steps from being generated on the surface of the molded body. Since the molding completion position can be defined by the position of the support block, the dimensions of the final molded body can be managed with high accuracy.
パンチを停止した状態や、本来の成形完了位置をパンチの目標値とした状態で、後方からサポートブロックで押すと、パンチは駆動手段(例えばサーボモータ)により出力の方向を変えながら位置決めの動作をしているため、サポートブロックと押し合うこととなり、合力を発生することができない。また最悪の場合、設備の破損へ繋がってしまう。本発明ではパンチの目標位置を成形に必要な成形完了位置より越えた位置に設定し、常に進行方向への出力を発生させることで、後方からサポートするサポートブロックと押し合うことなく合力を発生させることが可能になる。このように、サポートブロックがパンチの背後に当接した時点から、パンチがサポートブロックにより押されて成形完了位置に到達するまでの間は、パンチの目標位置の手前にあり、パンチとサポートブロックとが押し合うのを防止できる。 When the punch is stopped or when the original forming completion position is set to the target value of the punch, when the support block is pressed from the rear, the punch performs the positioning operation while changing the output direction by the drive means (for example, servo motor). Therefore, it will press against the support block, and a resultant force cannot be generated. In the worst case, it leads to equipment damage. In the present invention, the target position of the punch is set to a position beyond the molding completion position necessary for molding, and the output is always generated in the traveling direction, so that the resultant force is generated without pressing against the support block supported from the rear. It becomes possible. In this way, from the time when the support block contacts the back of the punch until the punch is pushed by the support block and reaches the molding completion position, it is in front of the target position of the punch. Can be pressed against each other.
加圧成形に際して、一方のパンチにより所定の加圧力制限値に到達するまで粉末原料を加圧し、加圧力制限値に到達した後、このパンチを作動させ続けながら、パンチの背後をサポートブロックで押圧して粉末原料を加圧するのがよい。この場合には、一方のパンチが加圧力制限値まで作動した後でサポートブロックが補助するため、パンチとサポートブロックの出力を適正に合力させることができ、荷重コントロールが容易になる。なお、加圧力制限値の設定方法は、例えば駆動手段としてサーボモータを使用した場合にはトルクリミッタにより設定でき、流体圧シリンダを使用した場合には流体圧によって設定できる。 During pressure molding, the powder raw material is pressurized with one punch until it reaches the specified pressure limit, and after reaching the pressure limit, the back of the punch is pressed with the support block while continuing to operate this punch. It is preferable to pressurize the powder raw material. In this case, since the support block assists after one of the punches is operated to the pressure limit value, the outputs of the punch and the support block can be appropriately combined, and load control is facilitated. The method for setting the pressure limit value can be set by a torque limiter when, for example, a servo motor is used as the driving means, and can be set by the fluid pressure when a fluid pressure cylinder is used.
以上のように、本発明によれば、主駆動手段により作動されるパンチの背後に、副駆動手段により作動されるサポートブロックを設け、サポートブロックが作動途中のパンチを押して成形完了位置まで作動させるようにしたので、パンチとサポートブロックの両方の合力によって成形することができる。そのため、主及び副駆動手段として比較的小型の駆動源を使用しながら、これら駆動手段の出力をフル活用して、圧密度の高い成形体を得ることができる。また、粉末原料を加圧するために分割パンチを使用しないので、成形体の表面にバリや段差が発生するのを防止できる。成形完了位置はサポートブロックの位置で規定できるので、最終的な成形体の寸法を精度よく管理できる As described above, according to the present invention, the support block operated by the sub-driving unit is provided behind the punch operated by the main driving unit, and the support block pushes the punch being operated to the molding completion position. Since it did it, it can shape | mold by the resultant force of both a punch and a support block. Therefore, while using relatively small driving sources as the main and sub driving means, the output of these driving means can be fully utilized to obtain a compact with high pressure density. Moreover, since a split punch is not used to pressurize the powder raw material, it is possible to prevent burrs and steps from being generated on the surface of the molded body. Since the molding completion position can be defined by the position of the support block, the final molded body dimensions can be managed with high accuracy.
以下に、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る粉末成形機の概略構成図であり、この粉末成形機1はセラミックス粉末原料を加圧成形することによりセラミック電子部品素子を製造するものである。本粉末成形機1は、円筒状のダイス10と、このダイス10を挟んで対向配置された上パンチユニット20及び下パンチユニット30とを備えており、ダイス10と上,下パンチユニット20,30とで囲まれた部分が粉末成形用のキャビティ11となっている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a powder molding machine according to an embodiment of the present invention. This powder molding machine 1 manufactures a ceramic electronic component element by press-molding a ceramic powder raw material. The powder molding machine 1 includes a
ダイス10は、ダイス支持板12に保持されており、このダイス支持板12の周辺部には複数本の円筒状の駆動軸13が接続固定されている。これら駆動軸13内にボールねじ14が挿入されるとともに、駆動軸13の下端部にはボールねじ14と螺合するナット15が装着されている。そのため、ボールねじ14を回転させることにより駆動軸13が上下に移動し、これに伴ってダイス支持板12を介してダイス10が上下動する。なお、ダイス支持板12には、その高さ位置を検出するためのスケール16が取り付けられている。
The die 10 is held by a
上パンチユニット20は、上ラム21とその下面に固定された上パンチ22とを備えている。上ラム21は複数本の支柱23を介して基台24に固定されている。そのため、上パンチ22は一定位置に固定されている。上ラム21の上部には原料ホッパ25が設けられ、この原料ホッパ25から吐出された粉末原料は、ダイス支持板12上に配置された原料供給部26へ供給される。原料供給部26は、原料供給駆動部27によってダイス支持板12上をスライドし、キャビティ11内に原料を投入することができる。
The
下パンチユニット30は、ダイス10のキャビティ11内に挿入される下パンチ31と、下パンチ31の下面を支える下パンチ支持板32と、下パンチ支持板32に設けられた貫通穴33に挿入され、下パンチ31の下面に当接可能なサポートブロック40とを備えている。下パンチ支持板32には複数本の円筒状の駆動軸34が接続固定されている。これら駆動軸34内にボールねじ35が挿入されるとともに、駆動軸34の下端部にはボールねじ35と螺合するナット36が装着されている。そのため、ボールねじ35を回転させることにより駆動軸34が上下に移動し、これに伴って下パンチ支持板32を介して下パンチ31が上下動する。下パンチ支持板32には、その高さ位置を検出するためのスケール37が取り付けられているが、このスケール37は必要に応じて設けられる。
The
サポートブロック40には円筒状の駆動軸41が接続固定されており、この駆動軸41内にボールねじ42が挿入されるとともに、駆動軸41の下端部にはボールねじ42と螺合するナット43が装着されている。そのため、ボールねじ42を回転させることにより駆動軸41が上下に移動し、これに伴ってサポートブロック40が上下動する。サポートブロック40には、その高さ位置を検出するためのスケール44が取り付けられている。
A cylindrical drive shaft 41 is connected and fixed to the
ダイス支持板12を上下動させるボールねじ14、下パンチ支持板32を上下動させるボールねじ35、およびサポートブロック40を上下動させるボールねじ42は、基台24に固定された軸受50,51,52によって回転自在に支持されている。基台24の下面側に突出したボールねじ14,35,42の端部には、それぞれプーリ53,54,55が取り付けられている。ボールねじ14に連結されたプーリ53と、基台24上に設置されたダイス駆動用サーボモータ56の回転軸に取り付けられたプーリ57との間には、タイミングベルト58が巻きかけられている。同様に、ボールねじ35に連結されたプーリ54と、基台24上に設置された下パンチ駆動用サーボモータ(主駆動手段)59の回転軸に取り付けられたプーリ60との間には、タイミングベルト61が巻きかけられている。さらに、ボールねじ42に連結されたプーリ55と、基台24上に設置されたサポートブロック駆動用サーボモータ(副駆動手段)62の回転軸に取り付けられたプーリ63との間には、タイミングベルト64が巻きかけられている。この実施例では、下パンチ駆動用サーボモータ59には、駆動トルクを粉末成形に必要なトルクより低い制限値(例えば100kN・m)に規定するトルクリミッタが設けられている。また、サポートブロック駆動用サーボモータ62の駆動トルクは例えば150kN・mに設定されているが、その駆動トルクは下パンチ駆動用サーボモータ59の駆動トルクと同等又はそれより低くてもよい。
A
制御装置70には、ダイス支持板12に設けられたスケール16と、下パンチ支持板32に設けられたスケール37と、サポートブロック40に設けられたスケール44とからそれぞれ位置信号が入力され、これらの信号に応じてダイス駆動用サーボモータ56、下パンチ駆動用サーボモータ59、サポートブロック駆動用サーボモータ62及び原料供給駆動部27を制御している。
Position signals are input to the
ここで、前記構成の粉末成形機1を用いて、成形体を製造する方法を図2を参照しながら説明する。図2は、成形段階と、下パンチ31及びサポートブロック40の位置、およびその出力とを図示したものである。まず、ダイス10の高さをダイス駆動用サーボモータ56により調整し、下パンチ31をキャビティ11に挿入した状態で原料供給部26をキャビティ11上面へ移動し、下パンチ31を降下させることにより、キャビティ11への原料供給を行なう。原料供給の後、ダイス10と下パンチ31を一体に上昇させ、キャビティ11の中に上パンチ22を挿入して準備を完了する(図2の(a))。
Here, a method for producing a molded body using the powder molding machine 1 having the above-described configuration will be described with reference to FIG. FIG. 2 illustrates the forming stage, the positions of the
次に、下パンチ駆動用サーボモータ59によって下パンチ31を、本来の成形に必要な成形完了位置よりも上方の位置を目標位置として上昇させ、成形を行う。この際、下パンチ駆動用サーボモータ59にはトルクリミッタ(100kN・m)が設けられているので、成形完了位置に到達する前の段階でトルク制限がかかり、上昇ができなくなる(図2の(b))。
Next, the
トルク制限がかかった状態で下パンチ31が上昇できなくなった後、サポートブロック40の上昇を開始する(図2の(c))。サポートブロック40が下パンチ31に接触するまでは、サポートブロック40の駆動トルクは低い。
After the
やがて、サポートブロック40が下パンチ31に接触すると、下パンチ31はサポートブロック40によって押し上げられ、共に上昇する。このとき、下パンチ31は目標位置に到達していないため、上方向への出力(100kN・m)を発生し続け、下方向への圧力(サポートブロック40と押し合う方向の圧力)が発生しない。下パンチ31の原料粉末に対する加圧力は、下パンチ駆動用サーボモータ59による駆動力とサポートブロック駆動用サーボモータ62による駆動力との合力となるので、原料粉末を所望の圧密度に成形できる(図2の(d))。本実施例では、下パンチ31の出力が100kN・m、サポートブロック40の出力が150kN・mであるから、原料粉末を250kN・mの加圧力で成形できる。サポートブロック40にはスケール44が設けられ、このスケール44が成形完了位置を検出すると、サポートブロック駆動用サーボモータ62および下パンチ駆動用サーボモータ59の駆動が停止する。
Eventually, when the
成形完了後、まずサポートブロック40が解放され(図2の(e))、遅れて下パンチ31が解放される(図2の(f))。その後、ダイス10を下パンチ31に対して相対的に下降させることにより、成形体は下パンチ31によって押し上げられ、キャビティ11から取り出される。
After the molding is completed, the
前記のように250kN・mの加圧力が必要な成形体に対して、1軸の最大出力が150kN・mと足りない多軸粉末成形機であっても、下パンチ31とサポートブロック40とを適切に作動させることにより、成形が可能となる。
Even with a multi-axis powder molding machine that does not have a maximum output of 150 kN · m for a compact that requires a pressing force of 250 kN · m as described above, the
前記実施例では、下パンチ31及びサポートブロック40の駆動手段として、サーボモータとボールねじ機構とを用いたが、流体圧シリンダを用いてもよい。特に、荷重制御を行う下パンチの駆動手段として流体圧シリンダを用いた場合、所定のトルク制限値を流体圧によって設定できるので、制御が簡単になる。
また、図1では、上パンチ22を固定し、ダイス10を昇降させる例を示したが、ダイス10を一定高さに固定し、上パンチ22を昇降させてもよい。
さらに、上下のパンチを逆に配置してもよい。すなわち、下パンチを固定し、上パンチの上方にサポートブロックを配置し、上パンチの背後からサポートブロックで押すように構成しても、前記実施例と同様の作用効果を達成できる。
In the above embodiment, the servo motor and the ball screw mechanism are used as the driving means for the
Moreover, although the example which fixes the
Further, the upper and lower punches may be arranged in reverse. That is, even if the lower punch is fixed, the support block is disposed above the upper punch, and the support block is pushed from behind the upper punch, the same effect as the above embodiment can be achieved.
1 粉体成形機
10 ダイス
11 キャビティ
12 ダイス支持板
13,34,41 駆動軸
14,35,42 ボールねじ
16,37,44 位置検出用スケール
20 上パンチユニット
21 上ラム
22 上パンチ
24 基台
25 原料ホッパ
27 原料供給駆動部
30 下パンチユニット
31 下パンチ
32 下パンチ支持板
40 サポートブロック
53,54,55,57,60,63 プーリ
58,61,64 タイミングベルト
56 ダイス駆動用サーボモータ
59 下パンチ駆動用サーボモータ(主駆動手段)
62 サポートブロック駆動用サーボモータ(副駆動手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
62 Support block drive servo motor (sub drive means)
Claims (4)
前記一方のパンチを成形完了位置よりも越えた位置を目標位置として作動させることができる主駆動手段と、
前記一方のパンチの背後に接触可能なサポートブロックと、
前記サポートブロックが作動途中の前記一方のパンチの背後を押して成形完了位置まで到達できるように、前記サポートブロックを作動させる副駆動手段と、を設けたことを特徴とする粉末成形機。 A cavity is formed with the lower punch and the die placed so as to face each other across the die, and either one of the upper and lower punches is operated to pressurize the powder raw material charged into the cavity. In the powder molding machine to mold,
A main drive means capable of operating as a target position a position beyond the molding completion position of the one punch;
A support block that can be contacted behind the one punch;
A powder molding machine, comprising: a sub-driving means for actuating the support block so that the support block can be pushed behind the one punch in operation to reach a molding completion position.
前記一方のパンチを成形完了位置よりも越えた位置を目標位置として作動させ、当該パンチにより所定の加圧力制限値に到達するまで粉末原料を加圧する第1の工程と、
前記加圧力制限値に到達した後、当該パンチを作動し続けながら、当該パンチの背後をサポートブロックで押圧し、前記パンチとサポートブロックの合力により粉末原料を加圧する第2の工程と、
前記サポートブロックが成形完了位置に到達した時点で、サポートブロックによる押圧力を解放する第3の工程と、
前記サポートブロックを解放すると同時またはその後に前記パンチによる加圧力を解放する第4の工程と、を備えたことを特徴とする粉末成形機の作動方法。 A cavity is formed with the lower punch and the die placed so as to face each other across the die, and either one of the upper and lower punches is operated to pressurize the powder raw material charged into the cavity. In the operation method of the powder molding machine to form,
A first step of operating the one punch beyond the molding completion position as a target position and pressurizing the powder raw material until the predetermined pressure limit value is reached by the punch; and
A second step of pressing the back of the punch with a support block while continuing to operate the punch after reaching the pressure limit value, and pressurizing the powder raw material by the resultant force of the punch and the support block;
A third step of releasing the pressing force by the support block when the support block reaches the molding completion position;
And a fourth step of releasing the pressure applied by the punch simultaneously with or after the release of the support block.
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