JP5640322B2

JP5640322B2 - 粉末成形装置

Info

Publication number: JP5640322B2
Application number: JP2009082044A
Authority: JP
Inventors: 昭二松尾; 藤本　憲司; 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: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: JP2010234378A

Description

この発明は、材料粉末の供給方法および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。

そこで、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６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６（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６（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６（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、傾斜充填をする場合、下ラム等の動作が複雑となり、また、傾斜充填しても充填部内における材料粉末の供給量の偏りを充分に改善できない場合がある。そこで、充填部内における材料粉末の供給量の偏りを簡単な手段によって小さくする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、材料粉末を充填部に供給する場合に充填部内における材料粉末の供給量の偏りを抑制することが可能な材料粉末の供給方法および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、前記充填部に材料粉末を供給するシューボックスと、制御部と、を備えた粉末成形装置であって、前記ダイと前記下パンチの少なくともいずれかは、ＤＤＶ型サーボ駆動装置を介して下ラムに接続され、前記制御部は、前記シューボックスが前記充填部に材料粉末を供給するために前進している間に、前記ＤＤＶ型サーボ駆動装置に粉末成形品の圧縮量及び密度と対応する振動数の振動生成信号を出力し、前記シューボックスが前記充填部の上まで前進したら前記シューボックスの駆動源に後退信号を出力するとともに前記ＤＤＶ型サーボ駆動装置への振動生成信号の出力を停止し、前記シューボックスが後退する間に前記シューボックスの後退位置に応じて下パンチを上昇させる信号を前記ＤＤＶ型サーボ駆動装置に出力して傾斜充填させることを特徴とする。

この発明に係る粉末成形方法および粉末成形装置によれば、材料粉末を充填部に供給する際に材料粉末を振動させるので、充填部内における材料粉末の供給量の偏りを抑制することができる。
また、ＤＤＶ型サーボ駆動装置により傾斜充填を行なうので、ＤＤＶ型サーボ駆動装置が振動と傾斜充填の双方を行なうので、簡単な構成によって傾斜充填をすることができる。

この発明に係る材料粉末の供給および粉末成形装置によれば、材料粉末を充填部に供給する際に材料粉末を振動させるので、充填部内における材料粉末の供給量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と、振動数、圧縮量の相関を示す図である。図４に係る粉末成形品の密度分布、振動数、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。従来の材料粉末の傾斜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、レーザ形状測定器Ｌとを備え、レーザ形状測定器Ｌで測定した粉末成形品Ｗの厚さに基づいて、上パンチ３１の上下方向位置を調整して上パンチ３１による金属粉末Ｐの圧縮量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、複数のＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０を介して上パンチプレート３４と接続されている。

また、上ラムプレート７８に対するＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０の配置は、例えば、充填部Ａを挟んで対向する位置に配置されており、上パンチ３１が上昇及び下降する軸線方向の上パンチ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）を調整可能とされている。

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。

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。

レーザ形状測定器Ｌは、ダイプレート１２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を厚さをレーザ光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するとともに、算出した数値データ制御部８０に送信されるようになっている。

制御部８０は、例えば、図３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、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、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。

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及び下ラム駆動モータ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、レーザ形状測定器Ｌからの測定データを図示しないデータベースに参照してＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０のロッドの進退量を算出してＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０に出力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、演算部８３は、キーボード等から入力された、金属粉末Ｐの圧縮量と粉末成形品Ｗの密度（目標密度）をデータベース８５に参照して、その圧縮量において粉末成形品Ｗの密度を所定の密度範囲とするための振動生成信号をＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０に出力するようになっている。なお、この振動生成信号は、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０に対する位置制御又は圧力制御信号からなり、例えば、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０のモータ（図２におけるＭ１）を正逆回転させる信号から構成される。なお、モータの正逆回転以外の信号により振動生成信号を構成してもよい。

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。

ハードディスク装置８４にはデータベース８５が格納されている。
データベース８５は、金属粉末Ｐを充填部Ａに供給する際のＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０の振動数（ｆ）を、金属粉末Ｐの圧縮量と粉末成形品Ｗの密度に基づいて算出可能とされており、例えば、図４に示すような相関に基づいて構成されている。図４において、横軸はＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０の振動数（ｆ）を、縦軸は粉末成形品Ｗの密度を、パラメータ△Ｌ１〜△Ｌ４は金属粉末Ｐの圧縮量を表している。

次に、図５を参照して、図４で示した、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０に生成する振動数と、金属粉末Ｐの圧縮量と、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）まず、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）を設定する（手順１）。
２）ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０の振動数を設定して金属粉末Ｐを充填部Ａに充填する（手順２）。
シューボックス９０を前進させて、例えば、シューボックス９０が充填部Ａの上（前進端）に到達し、シューボックス９０が後退し始めるまでの間、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０に振動数と対応する振動生成信号を出力してＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０を振動させることで下パンチ２１に振動を与える。
なお、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０を振動させるタイミングは、量産時に振動させるタイミングと合わせることが好適である。
３）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３）。
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Ｄ２０の振動数と、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０のロッドの進退量と、粉末成形品Ｗの密度の相関を求める（手順５）。
手順１におけるＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０の進退量を一定にして、手順２におけるＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０の振動数を変えながら、手順２から手順５を繰り返す。その結果、金属粉末Ｐの圧縮量が一定の場合の、金属粉末Ｐを充填する際のＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０の振動数（ｆ）と、粉末成形品Ｗの密度の相関が得られる。
そして、手順１における金属粉末Ｐの圧縮量（ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０の進退量）を変化させながら、手順２から手順５を繰り返すことで、図４に示すような金属粉末Ｐの圧縮量をパラメータとするＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０の振動数と粉末成形品Ｗの密度の相関を示す図が得られる。

以下、粉末成形装置１の作用について説明する。
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、手動によって、入力部８１のキーボードから生産対象の粉末成形品Ｗの圧縮量及び目標密度を入力する。
２）演算部８３は、入力された粉末成形品Ｗの圧縮量と目標密度を、データベース８５を参照してＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０の振動数を取得し、この振動数を生成するための振動生成信号の、例えば、周波数等をメモリ８２に設定する。
３）次に、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を前進させる。
４）制御部８０は、例えば、シューボックス９０が前進している間、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０にメモリ８２に格納された周波数の振動生成信号を出力してＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０を振動させる。
その結果、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０は下パンチ２１を介して充填部Ａに充填中の金属粉末Ｐを振動させる。
５）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の駆動源に後退信号を出力するとともに、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０への振動生成信号の出力を停止する。
６）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６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。
７）次に、制御部８０は、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。
８）次いで、制御部８０は、粉末成形品Ｗを成形した後、上パンチ３１及び下パンチ２１を同期して上昇させ、粉末成形品Ｗを上パンチ３１及び下パンチ２１により挟んだ状態でダイ１１の上面に抜き出す。
自動運転が継続されている間、上記２）から８）を繰り返す。
このとき、ダイ１１の上面に抜き出された粉末成形品Ｗは、シューボックス９０の次の前進により、ダイ１１の外に押し出されてレーザ形状測定器Ｌの測定位置まで移動し、レーザ形状測定器Ｌにより粉末成形品Ｗの形状（厚さ）測定された後、測定データが制御部８０に送信される。
また、演算部８３が、レーザ形状測定器Ｌからの測定データを、図示しないデータベースに参照してＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０のロッドの進退量を算出してＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０に出力して、金属粉末Ｐの圧縮量を調整する。

粉末成形装置１によれば、シューボックス９０により金属粉末Ｐを充填部Ａに供給している間、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０により下パンチ２１を振動させるので、充填部Ａに供給される金属粉末Ｐが振動して充填部Ａ内にほぼ均一に供給される。その結果、充填部内における材料粉末の供給量の偏りを抑制することができる。
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。

また、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０により傾斜充填を行なうので、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０が下パンチ２１の振動と傾斜充填の双方を行なうので簡単な構成によって傾斜充填をすることができる。

また、さらに、粉末成形装置１によれば、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０のロッドの進退量を変化させて金属粉末Ｐの圧縮量を調整することで、粉末成形品Ｗの密度分布の偏りを小さくすることができる。
また、成形した粉末成形品Ｗの厚さをレーザ形状測定器Ｌで測定してＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０の位置制御にフィードバックして上パンチ３１の上下方向位置等を調整して次の粉末成形品Ｗを成形するので、粉末成形品Ｗの厚さの偏りを容易かつ効率的に調整することができる。

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、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０を下パンチ２１に接続する場合について説明したが、下パンチ２１とともに、又は下パンチ２１に代えてＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０をダイ１１と接続して振動させる構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、入力部８１から入力された粉末成形品Ｗの圧縮量と目標密度をデータベース８５に参照する場合について説明したが、例えば、入力部８１から入力した粉末成形品Ｗの名称や製品番号に基づいて、粉末成形品Ｗの圧縮量と目標密度を取得して制御するように構成してもよい。

また、上記実施の形態においては、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ２０を振動させる場合に、データベース８５を参照して振動数を取得する場合について説明したが、例えば、予め設定された数式により算出される振動数や、固定された振動数により振動する構成としてもよい。また、データベース８５が、粉末成形品Ｗの目標密度と圧縮量以外の指標に基づいて構成されてもよい。

また、上記実施の形態においては、粉末成形装置１が、上パンチ３１用のＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０を備え、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、ＤＤＶ型サーボ駆動装置Ｄ１０による金属粉末Ｐの圧縮量の調整を行なわ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、レーザ形状測定器Ｌを備えない構成としてもよい。

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、傾斜充填をすることなく金属粉末Ｐを充填してもよいことはいうまでもない。

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及び材料粉末の供給方法によれば、材料粉末を充填部に供給する場合に充填部内における材料粉末の供給量の偏りを抑制することができるので、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（下パンチ用）
Ｐ金属粉末（材料粉末）
１粉末成形装置
１１ダイ
２１下パンチ
３１上パンチ
６１下ラム

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、
前記充填部に材料粉末を供給するシューボックスと、
制御部と、を備えた粉末成形装置であって、
前記ダイと前記下パンチの少なくともいずれかは、ＤＤＶ型サーボ駆動装置を介して下ラムに接続され、
前記制御部は、
前記シューボックスが前記充填部に材料粉末を供給するために前進している間に前記ＤＤＶ型サーボ駆動装置に粉末成形品の圧縮量及び密度と対応する振動数の振動生成信号を出力し、前記シューボックスが前記充填部の上まで前進したら前記シューボックスの駆動源に後退信号を出力するとともに前記ＤＤＶ型サーボ駆動装置への振動生成信号の出力を停止し、前記シューボックスが後退する間に前記シューボックスの後退位置に応じて下パンチを上昇させる信号を前記ＤＤＶ型サーボ駆動装置に出力して傾斜充填させることを特徴とする粉末成形装置。