JP5428457B2

JP5428457B2 - 粉末成形装置

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Publication number: JP5428457B2
Application number: JP2009082045A
Authority: JP
Inventors: 昭二松尾; 憲司藤本; 昌弘川原; 茂久宮川; 隆一金井; 一民高橋
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: JP2010234379A

Description

この発明は、粉末成形品を成形する粉末成形装置に関するものである。

周知のように、自動車部品や電子部品、切削用工具等の分野において、金属粉末やアルミナをはじめとするセラミックス粉末を粉末成形品に成形し、その粉末成形品を焼結することによって粉末焼結品からなる製品を製造する粉末冶金焼結法が広く用いられている。

粉末冶金焼結法は、ダイと、ダイとともに充填部を画成する下パンチと、充填部に向かい進退可能に支持された上パンチとを備えた粉末成形装置において、ダイの形成された充填部に材料粉末が充填され、この材料粉末を上パンチと下パンチにより押圧して粉末成形品が成形されるようになっている。そして、この粉末成形品は、所定の条件で焼結することで粉末焼結品が製造されるようになっている。

上記粉末成形品は、焼結する際に大幅に収縮し、その収縮の大きさは粉末成形品の密度に大きく影響されるため、圧粉、成形した粉末成形品の密度分布の偏りを小さくして焼結時の収縮を抑制することが望ましい。

そこで、粉末成形品の密度分布の偏りを小さくするため、ダイを固定して上パンチを下降させるとともに下パンチを上昇させて充填部内の材料粉末を上下双方から圧粉するダイ固定方式（例えば、特許文献１参照）や、下パンチを固定して上パンチを下降させる際にダイを上パンチの約１／２の速度で下降させることで充填部内の材料粉末を相対的に下方からも圧粉して成形するウィズドローアル方式（例えば、特許文献２参照）が実用化されているが、充填時に充填部の部位によって材料粉末の供給量が偏ると粉末成形品の密度分布の偏りの発生を避けることは困難であった。

一方、シューボックスにより材料粉末を充填する場合に、充填部内の部位によって材料粉末の供給量が偏るのを軽減して密度分布の偏りを小さくするため、例えば、図９に示すようないわゆる傾斜充填（コンターフィリング）による材料粉末の充填技術が用いられる場合がある。
例えば、図９（Ａ）に示すように、材料粉末Ｐを供給するシューボックス１２０をダイ１１１の充填部Ａ上まで前進して材料粉末Ｐを充填部Ａに充填し、材料粉末Ｐが充填されたらシューボックス１２０を後退させる。このとき、例えば、シューボックス１２０の後退動作と対応させて下パンチ１２１を上昇させる。

充填部Ａに充填された材料粉末Ｐの上面は、シューボックス１２０が通過することで擦り切られるが、シューボックス１２０が通過した後に下パンチ１２１が上昇するため、時間が経過するにしたがって、図９（Ｂ）に示すようにシューボックス１２０の後退側から前進側に向かってしだいに高くなる傾斜面が形成される。
そして、シューボックス１２０が後退し終わると、図９（Ｃ）に示すように、材料粉末Ｐの上面全体にわたって傾斜面が形成される。
その後、下パンチ１２１を一旦下降して材料粉末Ｐを充填部Ａ内に収納してから上パンチ及び下パンチ１２１により材料粉末Ｐを圧粉するようになっており、かかるコンターフィリングを用いてシューボックス１２０の前進端側に多くの材料粉末Ｐを供給することで、材料粉末Ｐが供給されにくいシューボックス１２０の前進端側における密度を高くして粉末成形品の密度分布の偏りを改善する場合がある。

特開平１−１８１９９７号公報特開平５−９２２９９号公報

しかしながら、粉末成形品の形状や粉末成形装置の特性等により、上記成形方法や材料粉末を傾斜充填しても密度分布に偏りが生じる場合があり、粉末成形品の形状や粉末成形装置の状態等に関わらず、密度分布の偏りが小さい粉末成形品を成形するための技術が要請されている。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、粉末成形品の形状や粉末成形装置の特性等の影響を受け難く、粉末成形品の密度分布の偏りを小さくすることが可能な粉末成形装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載された発明は、材料粉末が充填される充填部が形成されたダイと、前記ダイに対して相対移動可能に取り付けられ、前記ダイとともに充填部を画成する下パンチと、前記ダイの上方に配置され、前記ダイに対して進退可能に支持された上パンチと、前記上パンチを前記ダイに対して前進又は後退させる上ラムと、前記材料粉末を前記充填部に傾斜充填する傾斜充填手段と、制御部と、を備えた粉末成形装置であって、前記上パンチと前記上ラムの間を接続するとともに前記材料粉末を加圧する際の加圧力を測定可能とされた複数のＤＤＶ型サーボ駆動装置を有し、前記制御部は、前記ＤＤＶ型サーボ駆動装置の加圧力から算出した粉末成形品の密度分布に基づいて、それぞれのＤＤＶ型サーボ駆動装置の進退量を制御して粉末成形品の密度分布の偏りを調整することを特徴とする。

この発明に係る粉末成形装置によれば、ＤＤＶ型サーボ駆動装置によって圧粉時に材料粉末にかかる加圧力を検出し、充填した材料粉末の過不足を含めて粉末成形品の密度を検出し、その結果、粉末成形品の密度を効率的に調整することができる。
また、複数のＤＤＶ型サーボ駆動装置を用いることにより、粉末成形品の密度分布を調整することができる。
その結果、粉末成形品を焼結して粉末焼結品とした場合の粉末焼結品の精度を向上することができる。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の粉末成形装置であって、前記ＤＤＶ型サーボ駆動装置の加圧力と、前記材料粉末の圧縮量と、前記粉末成形品の密度との相関関係により構成されるデータベースとを有し、前記制御部は、前記データベースに参照し、前記ＤＤＶ型サーボ駆動装置の進退量の制御により密度の調整が不可能な場合に、前記傾斜充填手段による前記材料粉末の供給量を調整するように構成されていることを特徴とする。

この発明に係る粉末成形装置によれば、ＤＤＶ型サーボ駆動装置により検出される加圧力と、材料粉末の圧縮量（充填された高さと圧粉後の高さの差）と、粉末成形品の密度との相関関係により構成されるデータベースを有しているので、例えば、材料粉末の充填量に過不足がある場合には傾斜充填手段による材料粉末の供給量を調整し、又は該材料粉末の供給量とともにＤＤＶ型サーボ駆動装置による材料粉末の圧縮量を調整することが可能とされるので粉末成形品の密度を効率的に調整することができる。
また、材料粉末の充填量に過不足がない場合には、ＤＤＶ型サーボ駆動装置による材料粉末の圧縮量調整をすることで粉末成形品の密度を効率的に調整することができる。

この発明に係る粉末成形装置によれば、ＤＤＶ型サーボ駆動装置によって圧粉時に材料粉末にかかる加圧力を検出することで、粉末成形品を成形する際に生じる粉末成形品の密度分布の偏りを抑制することができる。

この発明の一実施形態に係る粉末成形装置の概略を示す図である。一実施形態に係るＤＤＶ型サーボ駆動装置の構成の一例を示す図である。一実施形態に係るＤＤＶ型サーボ駆動装置の配置の一例を示す図である。一実施形態に係る制御部の一例を示す図である。この発明に係る粉末成形品の密度分布、加圧力、圧縮量の相関を示す図である。図６に係る粉末成形品の密度分布、加圧力、圧縮量の相関を示す図を求めるための手順の一例を説明する図である。一実施形態に係る傾斜充填における加圧力、圧縮量、充填時の下パンチの上昇量の相関を示す図である。一実施形態に係る粉末成形装置の動作を説明する概略フローの一例を示す図である。従来の材料粉末の充填の一例を説明する図である。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１は、この実施形態の粉末成形装置１を示す図であり、ダイセット（金型）１０と、粉末成形プレス５０とを備え、例えば、上パンチ及び下パンチはＣＮＣ制御可能とされている。
また、この実施形態において、粉末成形装置１は、金属粉末（材料粉末）Ｐを傾斜充填するとともに、固定されたダイに上パンチ及び下パンチが前進及び後退するダイ固定方式により成形するようになっている。

ダイセット１０は、中央に貫通孔が形成されたダイ１１と、ダイ１１の下方に配置される下パンチ２１と、ダイの上方に配置される上パンチ３１とを備え、ダイ１１の貫通孔に下パンチ２１が挿入されることで充填部Ａが画成され、この充填部Ａに金属粉末Ｐが充填されるようになっている。
ダイ１１は、ダイプレート１２の中央部に配置され、ダイプレート１２にはガイド孔１８Ｈが形成されている。

下パンチ２１は、本体ベッド６８上に固定されたベースプレート１４と相対的に移動可能とされた下パンチプレート１３に立設されており、下パンチプレート１３は、後述する下パンチ用のＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０を介して押上プレート４４に接続され、下パンチプレート１３から下方に形成されたガイドロッド４０が押上プレート４４のガイド孔に挿入されることで、下パンチプレート１３は、押上プレート４４と水平方向のズレを抑制しつつ上下方向に相対移動可能とされている。

また、押上プレート４４はＴ型ジョイント４５と連結され、さらにＴ型ジョイント４５のＴ溝４５Ａが下ラム６１のＴ形状部と接続されており、下ラム６１が上下方向に進退して、下パンチ２１及び下パンチプレート１３が押上プレート４４とともに上下方向に移動可能とされている。

また、ダイプレート１２の下方に立設されたガイドロッド４１は、ベースプレート１４のガイド孔に挿入され、ダイプレート１２はベースプレート１４と上下方向に相対移動可能とされている。
また、下パンチ２１は、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０が位置制御機能によって進退することで押上プレート４４に対して上下方向に相対移動可能とされており、下ラム６１に対する下パンチ２１の上下方向の相対的位置を調製することが可能とされている。

上パンチ３１は、上パンチプレート３４に固定されるとともに、上パンチプレート３４に下方（ダイ１１の方向）に向けて立設され、充填部Ａに挿入可能とされている。
また、上パンチプレート３４は、後述する粉末成形プレス５０の上パンチ用のＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０と図示しないジョイントを介して接続されるようになっている。

上パンチプレート３４には、ガイドロッド１８が立設されるとともにダイプレート１２に形成されたガイド孔１８Ｈに摺動可能に挿入され、上パンチ３１がダイ１１に対して上下方向に移動する際に上パンチ３１がダイ１１とずれるのを抑制するようになっている。

粉末成形プレス５０は、プレス下側本体部６０と、プレス上側本体部７０と、制御部８０と、シューボックス９０とを備え、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０による上パンチ２１による金属粉末Ｐの圧縮量と、傾斜充填時におけるＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０による下パンチ３１の上昇量の少なくともいずれかを調整することで粉末成形品Ｗの密度分布を調整するようになっている。

プレス下側本体部６０は、下ラム６１と、下ラム駆動部６２と、本体支持部６３と、下ラム駆動部支持板６４と、下ラムベースプレート６５と、廻り止めロッド６６と、下ラムガイドプレート６７と、本体ベッド６８とを備えており、本体支持部６３と、下ラム駆動部支持板６４と、下ラムベースプレート６５と、下ラムガイドプレート６７と、本体ベッド６８とは、下方からこの順序で配置され、廻り止めロッド６６は、下ラムベースプレート６５と下ラムガイドプレート６７との間に立設されている。
また、プレス下側本体部６０とプレス上側本体部７０とは、連結部材５２で連結されている。

下ラム駆動部６２は、下ラム駆動部支持板６４に設けられた下ラム駆動モータ６２Ｍと、下ラム駆動モータ６２Ｍの回転軸に設けられた駆動プーリ６２Ａと、伝達ベルト６２Ｂと、従動プーリ６２Ｃと、従動プーリ６２Ｃと同心とされた下ラム駆動軸６２Ｄとを備えており、伝達ベルト６２Ｂが駆動プーリ６２Ａと従動プーリ６２Ｃに巻回されて、下ラム駆動モータ６２Ｍの回転が従動プーリ６２Ｃに伝達されて下ラム駆動軸６２Ｄが回転されるようになっている。

また、下ラム駆動軸６２Ｄの先端側に形成された雄ネジ６２Ｅが下ラム６１の下側端面の中央から軸線に沿って延在する雌ネジ６１Ａと螺合して配置され、下ラム駆動軸６２Ｄが回転されることにより、下ラム６１が上昇下降するようになっている。

下ラム６１は、下ラム６１の下方側に、雄ネジ６２Ｅと係合可能な雌ねじ６１Ａが形成され、下ラム６１の外周は下ラムガイドプレート６７に設けられたガイド部材６７Ａに挿入されるとともに上下方向に摺動可能とされ、下ラム６１は基端部（下方側）が下ラムベースプレート６５に固定されるとともに下ラムベースプレート６５に立設されている。

下ラムベースプレート６５は、その中央部に貫通孔６５Ａが形成され、下ラム６１の雌ネジ６１Ａが貫通孔６５Ａと同心とされ、下ラム６１の雌ネジ６１Ａには下ラム駆動軸６２Ｄが挿入され、雄ネジ６２Ｅと雌ネジ６１Ａが係合されている。

また、下ラムベースプレート６５に形成された孔６５Ｂに廻り止めロッド６６が貫通されることにより、下ラム駆動モータ６２Ｍの下ラム駆動軸６２Ｄが回転した場合に、下ラム６１及び下ラムベースプレート６５が回転するのが防止されている。
その結果、下ラム駆動モータ６２Ｍの下ラム駆動軸６２Ｄが回転されると、下ラム駆動軸６２Ｄの雄ネジ６２Ｅと下ラム６１の雌ネジ６１Ａが係合して、下ラム駆動モータ６２Ｍの回転が上下方向の移動に変換され、下ラム６１が上下方向に進退するようになっている。

プレス上側本体部７０は、上ラム７１と、上ラム駆動部７３と、支持板７４と、上ラムベースプレート７５と、廻り止めロッド７６と、上ラムガイドプレート７７と、上ラムプレート７８とを備えており、支持板７４と、上ラムベースプレート７５と、上ラムガイドプレート７７と、上ラムプレート７８とは、上方からこの順序で配置され、廻り止めロッド７６は、上ラムベースプレート７５と上ラムガイドプレート７７との間に立設されている。

上ラム駆動部７３は、支持板７４に取り付けられた上ラム駆動モータ７３Ｍと、上ラム駆動モータ７３Ｍの回転軸に設けられた駆動プーリ７３Ａと、伝達ベルト７３Ｂと、従動プーリ７３Ｃと、従動プーリ７３Ｃと同心とされた上ラム駆動軸７３Ｄとを備えており、伝達ベルト７３Ｂが駆動プーリ７３Ａと従動プーリ７３Ｃに巻回されて、上ラム駆動モータ７３Ｍの回転が従動プーリ７３Ｃに伝達されて上ラム駆動軸７３Ｄが回転されるようになっている。

上ラム７１は、上ラム７１の上方端面の中央に雄ネジ７３Ｅと係合可能な雌ねじ７１Ａが形成され、上ラム７１の外周は上ラムガイドプレート７７に設けられたガイド部材７７Ａに挿入されるとともに上下方向に摺動可能とされ、上ラム７１は基端部（上方側）が上ラムベースプレート７５に固定されるとともに上ラムベースプレート７５に立設されている。

また、上ラムベースプレート７５に形成された孔７５Ｂに廻り止めロッド７６が貫通されることにより、上ラム駆動軸７３Ｄが回転した場合に、上ラム７１及び上ラムベースプレート７５が回転するのが防止されている。

また、上ラム駆動軸７３Ｄの先端側に形成された雄ネジ７３Ｅが上ラム７１の下側端面の中央から軸線に沿って形成された雌ネジ７１Ａと螺合して配置され、上ラム駆動軸７３Ｄが回転されることにより上ラム７１が上昇下降するようになっている。

上ラムプレート７８は、上ラムプレート７８はその上部に設けられた上部連結部材７８Ａ及びＴジョイント７８Ｂを介して上ラム７１に接続されており、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０を介して上パンチプレート３４と接続され、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０が位置制御機能によって進退することで、上ラムプレート７８に対する上パンチ３１の上下方向位置が調整されるようになっている。

この実施形態における上パンチ用のＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０、下パンチ用のＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０は、例えば、図２に示すような構成とされている。
以下、図２を参照して、ＤＤＶ（ＤｉｒｅｃｔＤｒｉｖｅＶｏｌｕｍｅＣｏｎｔｒｏｌ）サーボ駆動装置の一例であるＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１について説明する。

ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１は、加算器Ｄ２と、サーボ増幅器Ｄ３と、サーボモータＭ１と、油圧ポンプＰ１と、油圧シリンダＰ２と、位置検出センサＤ４とを備え、位置検出センサＤ４は油圧シリンダＰ２のロッドの進退量を検出するようになっている。

加算器Ｄ２は、外部から入力される、位置制御又は圧力制御に係る制御信号Ｓｄと位置検出センサＤ４からのフィードバック信号Ｓｔを加算してサーボ増幅器Ｄ３に出力し、サーボ増幅器Ｄ３は加算器Ｄ２からの信号を増幅してサーボモータＭ１を駆動するようになっている。
サーボモータＭ１は、油圧ポンプＰ１を駆動して加圧した作動油を油圧シリンダＰ２に送り、油圧シリンダＰ２のロッドを前進又は後退させてその進退量を調整するようになっている。

その結果、制御信号をＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１に出力することで油圧シリンダＰ２のロッドの進退量を変化させ、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１を位置制御するようになっている。
また、油圧シリンダＰ２のロッド側及びヘッド側は、圧力センサＴ１、Ｔ２が接続され、それぞれの作動油の圧力が検出可能とされ、圧力センサＴ１、Ｔ２で検出される圧力に基づきＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１を圧力制御制御することが可能とされている。
また、圧力センサＴ１、Ｔ２で検出される圧力に基づいてＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１の加圧力を算出可能とされている。
なお、上記以外の周知の他の形式のＤＤＶ型サーボ駆動装置が適用可能であることはいうまでもない。

図３は、上ラムプレート７８におけるＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０の配置の一例を示す図であり、二点鎖線は、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０との位置関係を表す上パンチ３１、ダイ１１、充填部Ａを示している。

ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０は、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１２、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１３、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１４を備え、例えば、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１とＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１３、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１２とＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１４は、それぞれ充填部Ａを挟んで対向し、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１とＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１３を結ぶ線分と、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１２とＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１４を結ぶ線分が互いに直交するように配置されている。

かかる構成によって、上パンチ３１が上昇及び下降する軸線方向における上パンチ３１の上下方向位置、及び上パンチ３１先端面の傾斜（充填部Ａを挟んで対向する部位の相対的な上下方向位置）を調整することができるようになっている。

シューボックス９０は、制御部８０から、シューボックス９０の駆動源に出力された信号によって、ダイプレート１２上を充填部Ａに向かって前進及び後退するようになっており、上パンチ３１及び下パンチ２１とシーケンス制御されるようになっている。
なお、シューボックス９０は、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０、下パンチ２１とともに傾斜充填手段を構成している。

レーザ形状測定器Ｌは、ダイ１１の外方に配置され、シューボックス９０が搬出してきた粉末成形品Ｗの厚さをレーザ光Ｂによって測定するようになっており、例えば、粉末成形品Ｗを計測位置において移動させながら照射部からレーザ光Ｂを照射し、その反射光をレーザ形状測定器Ｌの受光部で受けて信号処理をして、粉末成形品Ｗの形状、すなわち予め設定した測定部位の厚さを算出し、制御部８０に送信するようになっている。

制御部８０は、例えば、図４に示すように、入力部８１と、メモリ８２と、演算部８３と、ハードディスク装置８４と、出力部８６と、これら相互のデータ等を通信するための通信線８７とを備え、入力部８１には、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０、下ラム駆動モータ６２Ｍ、上ラム駆動モータ７３Ｍ、レーザ形状測定器Ｌが接続され、出力部８６には、上ラムＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０、下ラム駆動モータ６２Ｍ、上ラム駆動モータ７３Ｍが接続されている。

データベース８５は、データベース８５Ａと、データベース８５Ｂとを備え、ハードディスク装置８４に格納されている。
データベース８５Ａは、各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４が検出した加圧力から粉末成形品Ｗの対応する部位の密度を算出するとともに、各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４のロッドの進退量を加圧力と目標密度から設定するためのものであり、データベース８５Ｂは、各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４の加圧力と、金属粉末Ｐの圧縮量とに基づいて下パンチ２１の上昇量を算出するようになっている。

入力部８１は、例えば、図示しないキーボード等のデータ入力機器を有していて演算部８３に設定等を出力するとともに、上ラムＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０及びＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０の圧力センサ（図示せず）の検出信号、下ラム駆動モータ６２Ｍ及び上ラム駆動モータ７３Ｍのエンコーダ（図示せず）の回転角検出信号、レーザ形状測定器Ｌからの測定データの信号が入力され、これら信号を演算部８３に出力するようになっている。

演算部８３は、例えば、メモリ８２のＲＯＭに格納されたプログラムを読み込んでプログラムを実行し、メモリ８２に格納された粉末成形プレス５０の動作プログラムデータと、下ラム駆動モータ６２Ｍ及び上ラム駆動モータ７３Ｍのエンコーダからの信号に基づいて下ラム駆動モータ６２Ｍ及び上ラム駆動モータ７３Ｍに制御信号を出力して下ラム６１及び上ラム７１の位置、速度、停止動作等を制御するとともに、シューボックス９０の駆動源に出力してシューボックス９０を駆動するようになっている。

また、演算部８３は、各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４の圧力センサからの信号にもとづいて圧粉時の加圧力を算出し、この加圧力をデータベース８５Ａに参照して、粉末成形品Ｗの密度を算出するとともに、算出した密度と目標密度との差異に基づき、データベース８５Ａを参照して各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４のロッドの進退量を算出するとともに、各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４に出力するようになっている。

また、演算部８３は、各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４の加圧力及び金属粉末Ｐの圧縮量をデータベース８５Ｂに参照して、下パンチ２１の上昇量を算出し、傾斜充填における動作プログラムの設定値としてメモリ８２に格納するようになっている。

また、メモリ８２に格納された動作プログラムデータに基づいて、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０の傾斜充填及び充填時の振動生成に関する信号を、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０に出力するようになっている。
また、レーザ形状測定器Ｌからの測定データに基づいて、粉末成形品Ｗの密度が許容かどうかの結果を、例えば、図示しない表示板に出力するようになっている。

出力部８６は、演算部８３からの信号を、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０、下ラム駆動モータ６２Ｍ、上ラム駆動モータ７３Ｍに出力するようになっている。

データベース８５Ａは、各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４について構成されており、粉末成形品Ｗの各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４と対応する部位の密度の数値データが、各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４のロッドの進退量ごとに、各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４の加圧力に対応する形で構成されており、例えば、図５に示すような相関に基づいている。図５におけるパラメータ△Ｌ１〜△Ｌ４は、金属粉末Ｐの圧縮量と対応するＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０のロッドの進退量を表している。

次に、図６を参照して、図５で示した、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０の加圧力と、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０のロッドの進退量（金属粉末Ｐの圧縮量と対応）と、粉末成形品Ｗの密度の相関を求める手順について説明する。
１）ます、金属粉末Ｐ等の材料粉末を充填部Ａに充填する（手順１）。
充填部Ａへの材料粉末の充填は、シューボックスや供給ホース内の材料粉末の挙動による影響をなくし、材料粉末を充填部Ａに均等に充填するために手で行なう。
２）ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０の各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４のロッドを所定の進退量とすることで上パンチ３１による圧縮量を一定にして充填した材料粉末を圧粉して粉末成形品Ｗを成形する（手順２）。
３）各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４の圧粉時の加圧力を測定する（手順３）。
各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４の加圧力は、例えば、図２において示した圧力センサＴ１、Ｔ２によって測定される。
４）粉末成形品Ｗの密度分布測定（手順４）。
粉末成形品Ｗの密度分布測定は、粉末成形品Ｗから測定対象の部位を切り出し、この測定部位を、例えば、水等の液体中に没して測定部位が排除した液体の容積と、液体内、液体外における測定部位の重量差、液体の密度とから算出する、いわゆるアルキメデス法を用いる。
５）ＤＤＶ型サーボ駆動装置の加圧力と、材料粉末の圧縮量と、粉末成形品Ｗの密度の相関を求める（手順５）。
手順２におけるＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０の進退量を変化させて、手順１から手順５を複数回繰返して測定する。そして、材料粉末の圧縮量をＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０のロッドの進退量に変換し、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０のロッドの進退量をパラメータとして、例えば、図６に示すような加圧力と密度の相関を示すグラフを作成する。

データベース８５Ｂは、例えば、図７に示すような相関関係に基づいて、傾斜充填における下パンチ２１の上昇量が、加圧力ごとに、金属粉末Ｐの圧縮量と対応する数値データとしてデータテーブルの形式で構成されている。図７において、パラメータＰ１〜Ｐ４は成形時の加圧力を、圧縮量は金属粉末Ｐが充填された後、圧粉が完了したときに圧縮量であり、圧縮率で示してもよい。また、下パンチＰの上昇量は傾斜充填する際の傾斜量に対応する指標である。

以下、図８を参照して、粉末成形装置１において粉末成形品Ｗの密度分布を調整するための概略動作の一例を説明する。
まず、粉末成形装置１を起動しての自動運転を開始する。
粉末成形装置１の自動運転を開始する場合、下パンチ２１は下死点に、上パンチ３１は上死点に、シューボックス９０は後退端に位置している。
（１）まず、制御部８０は、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０及びＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０に出力し、それぞれのロッドの進退量の初期値Ｌ_Ｕ、Ｌ_Ｄを設定する（Ｓ１）。
この初期値Ｌ_Ｕ、Ｌ_Ｄを設定することにより、上パンチ３１及び下パンチ２１は初期値Ｌ_Ｕ、Ｌ_Ｄと対応する所定の上下方向高さに移動する。
（２）制御部８０は、粉末成形装置１が自動運転中かどうかを判定する（Ｓ２）。
自動運転中の場合には、Ｓ３に移行し、自動運転中でない場合にはプログラムを終了する。
（３）金属粉末Ｐを充填する（Ｓ３）。
１）制御部８０は、シューボックス９０の駆動源に出力してシューボックス９０を充填部Ａの上に前進させる。
２）制御部８０は、シューボックス９０が充填部Ａの上まで前進したら、シューボックス９０の駆動源にシューボックス９０を後退させる信号を出力する。
３）シューボックス９０が前進している間、シューボックス９０が後退している間のいずれか又は両方の間、制御部８０は、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０に振動を生成するための信号を出力して、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０が充填部Ａ内の金属粉末Ｐを振動させて充填を効率的にする。
４）制御部８０は、シューボックス９０が後退する間、シューボックス９０の後退位置に応じて下パンチ２１を上昇させる信号をＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０に出力する。これにより、シューボックス９０が後退している間、前述の図９で説明したような傾斜充填をさせて金属粉末Ｐの上面に傾斜面を形成し、その後下パンチ２１を下降させて圧粉可能な状態とする。
（４）次に、充填部Ａに充填された金属粉末Ｐを圧粉する（Ｓ４）。
１）制御部８０は、下ラム駆動モータ６２Ｍ及び上ラム駆動モータ７３Ｍに駆動信号を出力して下ラム６１を上昇させるとともに上ラム７１を下降させ、充填部Ａ内の金属粉末Ｐを圧粉して粉末成形品Ｗとする。
２）金属粉末Ｐを圧粉する際に、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０の圧力センサ（図２におけるＴ１、Ｔ２）によって検出された圧力信号が入力部８１に送信される。
３）制御部８０は、粉末成形品Ｗを成形した後、下ラム駆動モータ６２Ｍ及び上ラム駆動モータ７３Ｍに、上パンチ３１及び下パンチ２１が同期して上昇する信号を出力し、上パンチ３１及び下パンチ２１が粉末成形品Ｗを挟んで上昇しダイ１１の上面に粉末成形品Ｗを抜き出す。
４）次いで、制御部８０は、シューボックス９０の駆動源に出力し、次の粉末成形品Ｗに対応する金属粉末Ｐを充填するためシューボックス９０を前進させる。
５）また、前進したシューボックス９０によりダイプレート１２の外に押し出された粉末成形品Ｗをレーザ形状測定器Ｌの測定位置まで移動して予め設定した測定部位の厚さを算出するとともに測定データを入力部８１に送信する。
（５）圧粉時の加圧力をＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０により測定（Ｓ５）。
演算部８３は、入力部８１に入力されたＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０の圧力信号から各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４の加圧力を算出する。
（６）粉末成形品Ｗの密度分布算出（Ｓ６）。
演算部８３は、（５）において算出した各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４の加圧力と、メモリ８２に格納されたＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０による圧縮量を、データベース８５Ａに参照して粉末成形品Ｗの密度分布（例えば、測定対象の各部位の密度）を算出する。
（７）粉末成形品Ｗの密度分布があらかじめ設定した許容範囲であるかどうかを判定する（Ｓ７）。
演算部８３は、Ｓ６で算出した粉末成形品Ｗの密度分布が予め設定した許容範囲であるかどうかを判定する。
粉末成形品Ｗの各部位の厚さが許容範囲内である場合は、Ｓ２に移行し、許容範囲でない場合はＳ８に移行する。
（８）粉末成形品Ｗの密度分布の調整が圧縮量で調整可能かどうかを判定する（Ｓ８）。
演算部８３は、Ｓ６で算出した粉末成形品Ｗの密度分布と、予め設定した密度範囲（例えば、密度の上下限値）とを比較し、粉末成形品Ｐの圧縮量（ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０のロッドの進退量と対応）の調整により可能かどうかを判定する。
圧縮量の調整により可能な場合は、Ｓ１０に移行し、圧縮量の調整では不可能な場合は、Ｓ９に移行する。
（９）傾斜充填における金属粉末Ｐの供給量を調整（Ｓ９）。
演算部８３は、Ｓ５で算出したＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０の加圧力と金属粉末Ｐの圧縮量とをデータベース８５Ｂに参照して、目標密度を得るために必要な傾斜充填における下パンチ２１の上昇量を算出し、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０に出力する。なお、傾斜充填における下パンチ２１の上昇速度は、例えば、下パンチ２１の上昇位置をシューボックス９０の後退位置と対応させるようにしてもよい。
その結果、傾斜充填による充填部Ａに傾斜充填される金属粉末Ｐの供給量が調整される。
（１０）各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４による圧縮量（ロッドの進退量）を調整する（Ｓ１０）。
粉末成形品Ｗの密度分布が許容範囲でない場合、演算部８３は、許容範囲外となっている部位につきデータベース８５Ａを参照して、対象部位が予め設定した目標密度となるＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０のロッドの進退量を取得し、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０に出力する。
各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０のロッドの進退量の調整が完了したら、Ｓ２に移行する。
上記（２）から（１０）を、自動運転が終了するまで繰り返す。

粉末成形装置１によれば、ＤＤＶ型サーボ駆動装置１０によって圧粉時に金属粉末Ｐにかかる加圧力を検出することができる。
また、粉末成形装置１によれば、圧粉時の金属粉末Ｐにかかる加圧力を検出することで、金属粉末Ｐの充填量の過不足を含めて粉末成形品Ｗの密度を検出することができる。
また、粉末成形装置１によれば、複数のＤＤＶ型サーボ駆動装置１０を用いているので粉末成形品Ｗの複数個所の密度、すなわち密度分布の偏りを検出することができる。
また、粉末成形装置１によれば、データベース８５Ａを用いて粉末成形品Ｗの密度分布を算出するので、効率的に密度分布を測定することができる。
また、粉末成形装置１によれば、金属粉末Ｐの充填量に過不足がある場合、傾斜充填により金属粉末Ｐの供給量を調整するので、大きな密度調整幅を大きく確保することができる。
また、粉末成形装置１によれば、金属粉末Ｐの充填量に過不足がない場合には、ＤＤＶ型サーボ駆動装置による材料粉末の圧縮量調整をすることで粉末成形品の密度を効率的に調整することができる。
その結果、密度分布の偏りが小さい粉末成形品を効率的に成形することができる。

なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、粉末成形装置１が、上パンチ３１用のＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０及び下パンチ２１用のＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０を備える場合について説明したが、例えば、上パンチ用のＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０のみを備える構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０が４本のＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４により構成され、対をなすＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０がそれぞれ充填部Ａを挟んだ位置に互いに直交する方向に配置される場合について説明したが、例えば、４本以外の複数のＤＤＶ型サーボ駆動装置によりＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０を構成してもよいし、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０の数及び配置を任意に設定してもよい。

また、上記実施の形態においては、粉末成形装置１が粉末成形品Ｗの形状測定手段としてレーザ形状測定器Ｌを備える場合について説明したが、例えば、レーザ形状測定器Ｌに代えて超音波や放射線を用いた形状測定器を用いてもよいし、形状測定手段を備えない構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、粉末成形品Ｗの密度が設定範囲外の場合にＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０のロッドの進退量を調整して金属粉末Ｐの圧縮量を調整する場合について説明したが、設定範囲を設けずに加圧力に基づいて進退量を調整する構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４のロッドの進退量を算出する場合に、制御部８０においてデータベース８５Ａを参照する場合について説明したが、例えば、演算部８３において設定された数式に基づいて算出する構成としてもよい。

また、各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４のロッドの進退量を算出する場合に、レーザ形状測定器Ｌからの測定データに基づいて各ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４のロッドの進退量を調整する構成としてもよい。

上記実施の形態においては、上パンチ及び下パンチの位置制御を、下ラム駆動軸６２Ｄ及び下ラム６１に設けられたネジ構造と、上ラム駆動軸７３Ｄ及び上ラム７１に設けられたネジ構造とを有するＣＮＣ制御方式による場合について説明したが、ＣＮＣ制御方式以外の制御方式やネジ構造以外の駆動装置を用いて上パンチ３１及び下パンチ２１を作動させてもよい。また、エンコーダに代えて、リニアスケール等、他の位置測定手段を用いて構成してもよい。

上記実施の形態においては、金属粉末Ｐの充填において、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０によって下パンチ２１を作動することで傾斜充填する場合について説明したが、例えば、下ラム６１を作動させることで傾斜充填してもよいし、ダイ１１を下パンチ２１に相対的に下降させて傾斜充填してもよい。
また、金属粉末Ｐを充填する場合に、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０を用いて金属粉末Ｐを振動させるかどうかは任意に設定可能な事項である。

上記実施の形態においては、粉末成形装置１における成形が、ダイ１１が粉末成形プレス５０に対して固定され、上パンチ３１と下パンチ２１がダイ１１に対して前進するダイ固定成形方式である場合について説明したが、ウィズドローアル成形方式に適用することも可能である。

上記実施の形態においては、下パンチ２１及び上パンチ３１がそれぞれ単一の場合について説明したが、下パンチ２１と上パンチ３１のいずれか一方又は双方が圧粉方向に複数段に進退するパンチからなる構成としてもよく、また、下パンチ２１、上パンチ３１のいずれか又は双方がコアロッドを備えた構成とすることも可能である。

また、上記実施の形態においては、材料粉末として金属粉末Ｐを用いて粉末成形品Ｗを成形する場合について説明したが、金属粉末Ｐに代えて、超硬合金粉末、セラミックス粉末、サーメット粉末等を用いて、切削用のインサート、切削工具、その他種々の製品を生産に用いることも可能である。

また、上記実施の形態においては、プログラムを格納するための記憶媒体がＲＯＭである場合について説明したが、ＲＯＭ以外にも、例えば、EP−ROM、ハードディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカードなどを用いてもよい。また、演算部が読出したプログラムを実行することにより上記実施形態の作用が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、演算部で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上記実施形態の作用が実現される場合も含まれる。さらに、記憶媒体から読出されたプログラムが、演算部に挿入された機能拡張ボードや演算部に接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の作用が実現される場合も含まれることはいうまでもない。

この発明に係る粉末成形装置によれば、密度分布の偏りが小さい粉末成形品を効率的に生産できるので、産業上利用可能である。

Ａ充填部
Ｄ１０ＤＤＶ型サーボ駆動装置（上パンチ用）
Ｄ２０ＤＤＶ型サーボ駆動装置（傾斜充填手段）
Ｐ金属粉末（材料粉末）
１粉末成形装置
１１ダイ
２１下パンチ（傾斜充填手段）
３１上パンチ
７１上ラム
８０制御部
８５データベース
９０シューボックス（傾斜充填手段）

Claims

材料粉末が充填される充填部が形成されたダイと、
前記ダイに対して相対移動可能に取り付けられ、前記ダイとともに充填部を画成する下パンチと、
前記ダイの上方に配置され、前記ダイに対して進退可能に支持された上パンチと、
前記上パンチを前記ダイに対して前進又は後退させる上ラムと、
前記材料粉末を前記充填部に傾斜充填する傾斜充填手段と、
制御部と、を備えた粉末成形装置であって、
前記上パンチと前記上ラムの間を接続するとともに前記材料粉末を加圧する際の加圧力を測定可能とされた複数のＤＤＶ型サーボ駆動装置を有し、
前記制御部は、
前記ＤＤＶ型サーボ駆動装置の加圧力から算出した粉末成形品の密度分布に基づいて、それぞれのＤＤＶ型サーボ駆動装置の進退量を制御して粉末成形品の密度分布の偏りを調整することを特徴とする粉末成形装置。
請求項１に記載の粉末成形装置であって、
前記ＤＤＶ型サーボ駆動装置の加圧力と、前記材料粉末の圧縮量と、前記粉末成形品の密度との相関関係により構成されるデータベースと、を有し、
前記制御部は、
前記データベースに参照し、前記ＤＤＶ型サーボ駆動装置の進退量の制御により密度の調整が不可能な場合に、前記傾斜充填手段による前記材料粉末の供給量を調整するように構成されていることを特徴とする粉末成形装置。