JP6729204B2 - 粉末フィーダー - Google Patents

Description

本発明は、粉末成形プレスに用いられる給粉装置の粉末フィーダーに関する。

従来、粉末冶金により、機械構造部品をはじめとする種々の焼結部品が製造されている。粉末冶金にあっては、主に、粉末成形プレスが利用されており、プレス成形された圧粉体を焼結し、必要に応じて後処理を施すことによって所望の焼結部品を製造している。

粉末成形プレスでは、一般に、ダイスと下パンチとによって形成されるダイスキャビティ内に、給粉装置により原料粉末を充填した後に、ダイスキャビティに向けて上パンチを下降させて、上下のパンチでダイスキャビティ内の原料粉末を圧縮することによって圧粉体を成形する。

かかる粉末成形プレスに用いられる給粉装置は、例えば、図３に示すように、原料粉末を貯留するホッパー１０１と、下端側が開口する無底箱状の粉末フィーダー（以下、「フィーダー」ともいう）１００と、高架されたホッパー１０１とフィーダー１００とを連結するフィーダーホース１０２とを備えている。そして、フィーダー１００は、ダイスＤ上を進退可能に構成されており、ダイスＤと下パンチＰとによって形成されるダイスキャビティＣに向かって前進して当該ダイスキャビティＣ内に原料粉末を導入し、次いで、後退しながらダイスキャビティＣ内に堆積した原料粉末の上面をすり切ることによって、ダイスキャビティＣ内に所定量の原料粉末を充填する。

ダイスキャビティＣ内に原料粉末を充填する方法は、落とし込み充填法と、吸い込み充填法とに大別され、図３では、落とし込み込充填法を例に挙げている。いずれの充填法にあっても、ダイスキャビティ内に原料粉末を充填する際には、成形毎の充填量を一定にし、かつ、その充填密度を均一にすることが求められ、原料粉末の充填が安定して行われないと、最終的に製造される焼結部品の品質にばらつきが生じるなどの好ましくない影響を及ぼしてしまう。
このため、粉末冶金において、粉末成形プレスに用いられる給粉装置の粉末フィーダーについては、従前より種々の改良がなされている（特許文献１、２、３参照）。

実公昭５８−５２２５４号公報 特開平１１−２４５０９２号公報 特開２０１０−１４２８６３号公報

例えば、原料粉末は、高架されたホッパーからフィーダーホースを通じてフィーダーに落下供給され、その後にダイスキャビティ内に充填されるが、充填の際にフィーダーに残存する原料粉末の重量による押圧力が、ダイスキャビティ内に充填された原料粉末に作用する。そして、フィーダーに残存する原料粉末に偏りがあると、残存量が多い部分と少ない部分とで、ダイスキャビティ内に充填された原料粉末に作用する押圧力が異なり、また、フィーダーに残る原料粉末の偏りは成形毎に一様ではないため、これらのことが、原料粉末の安定した充填の妨げになってしまう。
このような不具合を解消するために、特許文献１では、基台に固定されたホッパーの下端側開口部からフィーダーに一定量の粉末が供給されると、フィーダーが前進するとともに、フィーダーと一体に設けた摺動板でホッパーの下端側開口部を塞ぐようにした粉末充填装置が提案されており、このような粉末充填装置によれば、キャビティ内へ一定量の粉末が充填され、フィーダーに残る粉末を少なくして均等な密度となるように充填できるとされている。

また、プレス成形の効率を高めるために、フィーダーの前進速度を速くすると、ダイスキャビティの開口部がフィーダーによって瞬時に覆われるため、ダイスキャビティ内の空気と、フィーダー内の原料粉末とが、円滑に置換できず、充填が却って遅くなったり、不均一になったりしてしまう。
このような不具合を解消するために、特許文献２では、フィーダー内にダイの上端面から大気に連通する排気手段を設けたフィーダーが提案されており、これによって、ダイスキャビティの開口部がフィーダーで覆われた状態でもダイスキャビティ内の排気を可能としている。

また、前述したようにしてフィーダーを進退させてダイスキャビティ内に原料粉末を充填するに際し、フィーダーがダイスキャビティに向かって前進するときには、慣性力によって原料粉末がフィーダー内の後方に圧縮されて偏りが生じてしまう。そして、このような偏りが生じたまま原料粉末がダイスキャビティ内に充填されると、ダイスキャビティ内に充填された原料粉末も同様に偏った状態となり、充填密度が不均一になってしまう。
このような不具合を解消するために、特許文献３では、フィーダー内に、直立状態から後退方向への揺動が規制され、直立状態から前進方向への揺動が許容された複数の仕切板が設けられたフィーダーが提案されており、これによって、フィーダーの前進時に生じる原料粉末の偏りを抑制している。

このように、粉末成形プレスに用いられる給粉装置の粉末フィーダーについては、種々の改良がなされてきているが、特許文献１、２、３の従来技術では、上記の不具合について、それぞれ個別に対処しているに過ぎない。そこで、本発明者は、上記の不具合を同時に解消し、従来にも増して、成形毎のダイスキャビティ内への原料粉末の充填量を一定にし、かつ、その充填密度を均一にして、原料粉末の安定した充填を行うができる粉末フィーダーを提供すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。

本発明に係る粉末フィーダーは、粉末成形プレスに際し、ダイス上を進退して、ダイスキャビティ内に原料粉末を充填する粉末フィーダーであって、下端側が開口するフィーダーボックスと、前記フィーダーボックス内を上下二層に仕切る開閉可能な仕切シャッターと、前記フィーダーボックスの下端側開口部を開放可能に閉塞する底部シャッターと、前記フィーダーボックス内の上層側及び下層側のそれぞれに設けられた撹拌機構とを備える構成としてある。

本発明によれば、粉末成形プレスに際し、従来にも増して、成形毎のダイスキャビティ内への原料粉末の充填量を一定にし、かつ、その充填密度を均一にして、原料粉末の安定した充填を行うことができる。

本発明の実施形態に係る粉末フィーダーの要部断面を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る粉末フィーダーを用いた原料粉末の充填工程を示す説明図である。 従来の給粉装置の一例を示す説明図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、フィーダー１は、下端側が開口するフィーダーボックス２と、フィーダーボックス２内を上下二層２１，２２に仕切る開閉可能な仕切シャッター３と、フィーダーボックス２の下端側開口部を開放可能に閉塞する底部シャッター４と、フィーダーボックス２内の上層２１側及び下層２２側のそれぞれに設けられた撹拌機構５とを備えている。

図示する例において、フィーダーボックス２は直方体状の箱型に形成されており、その上部には、粉末供給口２０が設けられている。特に図示しないが、粉末供給口２０には、ホッパーに貯留された原料粉末をフィーダーボックス２内に供給するフィーダーホースが接続され、原料粉末は、高架されたホッパーからフィーダーホースを通じてフィーダーボックス２内に落下供給される。

フィーダーボックス２内は、仕切シャッター３によって上層２１側と下層２２側の二層に仕切られているため、フィーダーホースを通じて供給された原料粉末は、一旦、フィーダーボックス２内の上層２１側に蓄積される。そして、フィーダーボックス２内の上層２１側に蓄積された原料粉末は、フィーダーボックス２内の上層２１側に設けられた撹拌機構５によって撹拌され、仕切シャッター３が開くことによって、フィーダーボックス２内の下層２２側に送られる。

フィーダーボックス２内の下層２２側に送られてきた原料粉末は、フィーダーボックス２内の下層２２側に設けられた撹拌機構５によって撹拌される。そして、底部シャッター４が開いてフィーダーボックス２の下端側開口部が開放されることによって、ダイスキャビティＣ内への原料粉末の充填が可能となるが、このような原料粉末の充填工程については後述する。

本実施形態において、撹拌機構５は、フィーダーボックス２の上部に軸支されて、フィーダーボックス２内に鉛直に延在する軸部５０と、フィーダーボックス２内の上層２１側及び下層２２側のそれぞれに位置して軸部５０に取り付けられた撹拌羽５１，５２とを有する構成とすることができる。このようにすることで、図示しない駆動装置によって軸部５０を軸周りに回転させることにより、フィーダーボックス２内の上層２１側及び下層２２側のそれぞれに位置する撹拌羽５１，５２によって、フィーダーボックス２内の上層２１側に蓄積された原料粉末と、フィーダーボックス２内の下層２２側に送られてきた原料粉末のそれぞれを撹拌することができる。

撹拌羽５１，５２は、図示するように、短冊状の水平部と鉛直部とがＬ字状に組み合わされた形状の部材とすることができる。このような形状とされた撹拌羽５１，５２は、軸部５０に対して水平部が垂直となり、かつ、鉛直部が軸部５０と平行となるように、その水平部側を軸部５０に取り付けることができる。このようにすることで、原料粉末にせん断面を形成しつつ、効率良く撹拌することができる。さらに、フィーダーボックス２内の上層２１側及び下層２２側のそれぞれに、好ましくは２〜８枚の撹拌羽５１，５２を軸部５０の周方向に沿って等間隔に取り付けることで、より効率良く原料粉末を撹拌できる。

また、このような撹拌機構５によって、フィーダーボックス２内の原料粉末が全体的に均一に撹拌されるように、フィーダーボックス２内には、円筒状の内部空間が形成されているのが好ましく、換言すれば、フィーダーボックス２の内周壁は円筒面状に形成するのが好ましい。そして、このようなフィーダーボックス２の内部空間の中央に、攪拌機構５の軸部５０を鉛直に延在させるのが好ましい。

撹拌羽５１，５２を軸部５０に取り付けるにあたり、フィーダーボックス２内の上層２１側に位置する撹拌羽５１と仕切シャッター３との間、及びフィーダーボックス２内の下層２２側に位置する撹拌羽５２と底部シャッター４との間には、それぞれ１〜５ｍｍの隙間が形成されるようにするのが好ましい。そして、使用に伴ってフィーダー１を構成する部材に経時的に摩耗が生じても、かかる隙間が適正な範囲に維持できるように、撹拌羽５１，５２は、その位置調整ができるように軸部５０に取り付けるのが好ましい。

また、フィーダーボックス２内の上層２１側に位置する撹拌羽５１の鉛直部上端とフィーダーボックス２の天井面との間の隙間、フィーダーボックス２内の下層２２側に位置する撹拌羽５２の鉛直部上端と仕切シャッター３との間の隙間、及びそれぞれの撹拌羽５１，５２の鉛直部側端とフィーダーボックス２の内周壁との間の隙間は、通常、１ｍｍ程度が適切である。

これらの隙間は、原料粉末を均一に、かつ、効率良く撹拌できるように設定され、使用する原料粉末の流動性などにより適宜調整することができる。

また、本実施形態において、仕切シャッター３は、撹拌機構５の軸部５０を挟んで側端面どうしが突き合わされる一対の仕切板３１，３２を有する構成とすることができる。換言すれば、側端面どうしを突き合わせたときに、両者の間に軸部５０が回転可能に挿通された状態となる孔が形成されるように、側端面側の中央部が半円状に切り欠かれた一対の仕切板３１，３２によって、仕切シャッター３を構成することができる。このようにすることで、攪拌機構５の軸部５０と干渉することなく、フィーダーボックス２内を開閉可能に上下二層２１，２２に仕切ることができる。そして、図示する例では、一対の仕切板３１，３２が、駆動機構３１ａ，３２ａによって水平にスライドすることによって、仕切シャッター３を開閉可能としてある。

また、底部シャッター４は、フィーダーボックス２の下端側開口部を塞ぐ閉塞部４１と、当該下端側開口部の開口形状に対応する開口部４２を有する構成とすることができる。図示する例では、駆動機構４ａによって底部シャッター４が水平にスライドして、フィーダーボックス２の下端側開口部を閉塞していた閉塞部４１が開口部４２に置き換わることで、フィーダーボックス２の下端側開口部が開放されるようにしてある。

フィーダーボックス２の内部空間を円筒状に形成した場合には、フィーダーボックス２の下端側開口部は円形状となるため、底部シャッター４の開口部４２は、フィーダーボックス２の下端側開口部とほぼ同径の円形状とするのが好ましい。この場合、ダイスキャビティＣの最大外径部の外径φ_Ｃと、底部シャッター４の開口部４２の内径φ_４２と、フィーダーボックス２の下端側開口部の内径φ_２との間には、φ_Ｃ＜φ_４２≦φ_２の関係が成り立っているのが好ましい。

このようなフィーダー１は、粉末成形プレスに際し、図示しない駆動機構によって、ダイスＤ上を進退して、ダイスＤと下パンチＰとによって形成されるダイスキャビティＣ内に原料粉末を充填するが、かかる充填工程について以下に説明する。

図２（ａ）は、フィーダー１が待機位置で待機している状態を示し、特に図示しないが、フィーダー１には、高架されたホッパーからフィーダーホースを通じて原料粉末が落下供給され、フィーダーボックス２内の上層２１側に位置して軸部５０を中心に回転する撹拌羽５１によって撹拌されながら、フィーダーボックス２内の上層２１側に原料粉末が蓄積されていく。
なお、作図上、図２では、原料粉末の図示を省略している。

フィーダーボックス２内の上層２１側に蓄積された原料粉末は、図２（ｂ）に示すように、一対の仕切板３１，３２を互いに離間する方向に水平にスライドさせて、仕切シャッター３を開くことによって、フィーダーボックス２内の下層２２側に送られる。そして、所定量の原料粉末が送られたタイミングで、一対の仕切板３１，３２を互いに近接する方向に水平にスライドさせて、仕切シャッター３を閉じる（図２（ｃ）参照）。
このようにすることで、ホッパーやフィーダーホースに残存する原料粉末の重量による押圧力などの影響を受けずに、フィーダーボックス２内の下層２２側に、成形毎に一定量の原料粉末を偏りなく送ることができる。

次いで、フィーダー１をダイスキャビティＣに向けて前進させる。
図２（ｄ）は、フィーダー１がダイスＤ上を前進して、フィーダーボックス２の下端側開口部が、ダイスキャビティＣ上に到達した状態を示しており、この状態から、図２（ｅ）に示すように、底部シャッター４を水平にスライドさせて、フィーダーボックス２の下端側開口部を開放する。これにより、ダイスキャビティＣ内に原料粉末が導入される。

このとき、原料粉末は、フィーダーボックス２内の下層２２側に位置して軸部５０を中心に回転する撹拌羽５２によって撹拌され、原料粉末にせん断面を形成しつつ、ダイスキャビティＣ直上にある原料粉末を均一に流動させることができるため、ダイスキャビティＣ内の空気と原料粉末との円滑な置換が可能となる。さらに、フィーダー１の前進時に慣性力によって原料粉末がフィーダー１内の後方に圧縮されて偏りが生じてしまったとしても、撹拌によって、その偏析を崩すことも可能である。

その後、図２（ｆ）に示すように、底部シャッター４を逆方向にスライドさせて、フィーダーボックス２の下端側開口部を閉塞するとともに、底部シャッター４の開口部４２の内周縁でダイスキャビティＣ内に堆積した原料粉末の上面をすり切ることによって、ダイスキャビティＣ内に所定量の原料粉末を充填する。
なお、底部シャッター４の開口部４２の内周縁ですり切られた余分な原料粉末は、フィーダー１が進退する経路上に設けた図示しない吸引孔に吸い込ませるなどして排除することができる。

以上のようにして充填工程を行うことで、前述したような従来技術の不具合を同時に解消し、従来にも増して、成形毎のダイスキャビティＣ内への原料粉末の充填量を一定にし、かつ、その充填密度を均一にして、原料粉末の安定した充填を行うができる。

ダイスキャビティＣ内への原料粉末の充填が完了すると、フィーダー１は待機位置に後退し、その間に、図示しない上パンチが下降して、上下のパンチでダイスキャビティＣ内の原料粉末を圧縮することによって圧粉体を成形する。その後は、上記したような充填工程と、圧粉体のプレス成形工程とが交互に繰り返される。

本実施形態において、仕切シャッター３が開閉するタイミングは、フィーダー１が前進してフィーダーボックス２の下端側開口部がダイスキャビティＣ上に到達するまでに、フィーダーボックス２内の下層２２側に一定量の原料粉末が送られた状態とすることができれば、任意に設定することができる。さらに、撹拌機構５は、常時駆動して原料粉末を常に撹拌するようにしてもよいが、少なくとも仕切シャッター３及び底部シャッター４が開閉動作をする際に原料粉末を撹拌できるように間欠的に駆動させてもよい。
また、特に図示しないが、例えば、撹拌機構５の軸部５０を軸心と筒状体の二重構造として、筒状体に上層２１側の撹拌羽５１を取り付け、軸心に下層２２側の撹拌羽５２を取り付けるなどして、これらが別々に回転できるようにすることができる。そして、仕切シャッター３が開閉するタイミングで上層２１側の撹拌羽５１が回転し、底部シャッター４が開閉するタイミングで下層２２側の撹拌羽５２が回転するように、撹拌機構５０を駆動させてもよい。

以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることはいうまでもない。

本発明は、粉末成形プレスに用いられる給粉装置の粉末フィーダーに適用して利用することができる。

１ フィーダー（粉末フィーダー）
２ フィーダーボックス
３ 仕切シャッター
３１，３２ 仕切板
４ 底部シャッター
４１ 閉塞部
４２ 開口部
５ 撹拌機構
５０ 軸部
５１，５２ 撹拌羽
Ｄ ダイス
Ｃ ダイスキャビティ

Claims (6)

1. 粉末成形プレスに際し、ダイス上を進退して、ダイスキャビティ内に原料粉末を充填する粉末フィーダーであって、
   下端側が開口するフィーダーボックスと、
   前記フィーダーボックス内を上下二層に仕切る開閉可能な仕切シャッターと、
   前記フィーダーボックスの下端側開口部を開放可能に閉塞する底部シャッターと、
   前記フィーダーボックス内の上層側及び下層側のそれぞれに設けられた撹拌機構と
   を備えることを特徴とする粉末フィーダー。
2. 前記フィーダーボックス内に、円筒状の内部空間が形成された請求項１に記載の粉末フィーダー。
3. 前記撹拌機構は、前記フィーダーボックスの上部に軸支されて前記フィーダーボックス内に鉛直に延在する軸部と、前記フィーダーボックス内の上層側及び下層側のそれぞれに位置して前記軸部に取り付けられた撹拌羽とを有する請求項１又は２に記載の粉末フィーダー。
4. 前記撹拌羽は、短冊状の水平部と鉛直部とがＬ字状に組み合わされた形状の部材であり、前記軸部に対して前記水平部が垂直となり、かつ、前記鉛直部が前記軸部と平行となるように、前記水平部側を前記軸部に取り付けた請求項３に記載の粉末フィーダー。
5. 前記仕切シャッターは、前記撹拌機構の前記軸部を挟んで側端面どうしが突き合わされる一対の仕切板を有する請求項３又は４に記載の粉末フィーダー。
6. 前記底部シャッターは、前記フィーダーボックスの下端側開口部の開口形状に対応する開口部を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の粉末フィーダー。

Images