JPH0557498A

JPH0557498A - 電動式粉末成形機

Info

Publication number: JPH0557498A
Application number: JP3247029A
Authority: JP
Inventors: Takeo Nakagawa; 威雄中川; Hideaki Tsuru; 英明鶴; Zenji Inaba; 善治稲葉; Takayuki Taira; 尊之平; Masaki Muranaka; 正樹村中
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1991-08-31
Filing date: 1991-08-31
Publication date: 1993-03-09
Anticipated expiration: 2015-04-04
Also published as: JP3029151B2

Abstract

(57)【要約】【目的】パンチによる圧縮力、位置および速度をそれ
ぞれ正確にまた成形時の条件に即応して調整でき、ま
た、サイクルタイムに無駄がない電動式粉末成形機の提
供。【構成】成形部のパンチを、サーボモーターで駆動され
回転運動を直線運動に変換し、かつ、力の増幅が行える
リンク機構に結合し、サーボモーターの駆動を制御する
制御装置を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、各種金属やセラミッ
クなどの粉末をダイとパンチが構成する成形空間で圧縮
して成形するプレスタイプの電動式粉末成形機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の粉末成形機は、一般のプレス機と
同様であって、成形に際して移動するパンチの駆動を、
一定の作動を繰り返す単純な油圧機構や単なる電動モー
ターによる駆動機構で行っているため、寸法精度や圧縮
力を常時一定に維持して成形するのは困難であった。ま
た、主として圧縮力を重点に設計されており、成形に際
して実際は必要なその他の種々な条件についての細かな
調整は無視されている。さらに、パンチのストロークや
圧縮力を調整するには多くの場合、複雑な機構のダイセ
ットを調整することとなり、作業が繁雑で手間を要し、
成形条件の変化に即応することができない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】パンチによる圧縮力、
位置および速度をそれぞれ正確にまた成形時の条件に即
応して調整でき、さらに、サイクルタイムに無駄がない
電動式粉末成形機の提供を課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】成形部にダイとパンチを
備える。サーボモーターで駆動され回転運動を直線運動
に変換し、かつ、力の増幅が行えるリンク機構に上記の
パンチを直結する。サーボモーターの駆動を制御する制
御装置を設ける。

【０００５】

【作用】サーボモーターは、リンク機構を介してパンチ
を移動する。制御装置は、入力データに基づきサーボモ
ーターを介してパンチの移動を、圧縮力、位置、および
速度について、細かく制御する。リンク機構は、サーボ
モーターの出力を倍力してパンチに伝達するとともに、
パンチのストロークにおいて中間部の移動速度を大きく
する。

【０００６】

【実施例】図１は第１実施例を示し、縦型の粉末成形機
１（以下、単に成形機１という）である。この成形機１
は成形部２、リンク駆動用サーボモーター３、リンク機
構４および制御装置５を備える。成形機１の機枠ベース
６上に２本の垂直なガイドバー７が平行に立設され、そ
の頂部が上部機枠８で結合されると共に、このガイドバ
ー７にダイプレート９と加圧ラム１０が水平に、かつ、
摺動可能に装着されている。

【０００７】加圧ラム１０は上部機枠８にクランクによ
る倍力構造を備えたリンク機構４を介して連結され、上
部機枠８に取付けられたリンク駆動用サーボモーター３
で上下移動される。ダイプレート９は機枠ベース６に設
けられた運動方向が上下であるねじ・ナット機構１１に
支持されて上下方向に位置が調整可能とされている。ね
じ・ナット機構１１は機枠ベース６上のダイプレート調
整用サーボモーター１２によって駆動される。このモー
ター１２はブレーキ１３を備える。

【０００８】ダイプレート９には中央部に上下方向に貫
通した孔が設けられ、これにダイ１４が交換可能に装着
されている。また、ダイプレート９の上面には、フイー
ダー１５が配置され、エアアクチュエータによって上面
を図のホームポジションと上記ダイ１４の位置を往復摺
動するように配置されている。フィーダー１５には、図
示されていないが、上方のホッパーから成形用の粉体が
常時供給されるようになっている。

【０００９】一方、加圧ラム１０の下面には第１パンチ
１６が、また、機枠ベース６上には第２パンチ１７が固
定され、これらのパンチ面が上記のダイ１４中で対向す
るようになっている。すなわち、成形機１には縦方向に
一本の軸線ａが設定され、上記の第１、第２のパンチ１
６，１７およびダイ１４はこれを軸線とした同一軸線上
に配置されている。さらに、リンク機構４の駆動側軸１
８、従動側軸１９もこの軸線ａ上に配置されている。な
お、第１、第２パンチ１６，１７の基部にはそれぞれ圧
縮力センサー２０，２１が取付けられていて、第１，第
２パンチ１６，１７に作用する負荷を検出するようにな
っている。

【００１０】圧縮力センサー２０，２１の検出出力はコ
ンピューター内蔵数値制御装置（ＣＮＣ）２２に伝達さ
れ、また、ＣＮＣ２２はサーボアンプ２３を介して、上
記のリンク駆動用サーボモーター３、ダイプレート調整
用サーボモーター１２、およびフィーダー１５を制御す
る。ＣＮＣ２２は通常のもので、図２のように、演算装
置（ＣＰＵ）を中心として、固定記憶部（ＲＯＭ）、書
き替え記憶部（ＲＡＭ）、入力回路（ＤＩ）、出力回路
（ＤＯ）、サーボインターフェース（ＳＳＵ）、これに
接続されたサーボ回路２４、キーボード２５および表示
画面（ＣＲＴ）を備え、サーボ回路２５にサーボアンプ
２３が接続されている。圧縮力センサー２０，２１の検
出出力はＣＮＣ２２の入力回路（ＤＯ）へ常時伝達さ
れ、また、フィーダー１５のエアアクチュエーターには
出力回路（ＤＯ）からオン・オフ信号が伝達される。

【００１１】成形機１の作動は次のように行われる。な
お、初期状態において、リンク機構４はリンク駆動用サ
ーボモーター３によって収縮され、加圧ラム１０は最上
昇位置にある。ダイプレート９はダイプレート調整用サ
ーボモーター１２によって最下降した位置にあり、ダイ
プレート上面と第２パンチ１７の上面が面一となってい
る（図３）。フィーダー１５はダイ１４の位置から退避
したホームポジションにある。ＣＮＣ２２のＲＯＭには
成形機１の作動に関するシステムプログラムが格納さ
れ、ＲＡＭには成形に関する加工プログラムが格納され
ているものとする。（１）成形機が備えた操作盤の起動ボタンを押し、画
面（ＣＲＴ）に表示された加工に関する各種のデータ入
力個所にキーボード２５から次のデータを入力・設定
し、ＲＡＭに記憶させる。

【００１２】ダイプレート押上げ量（給粉距離） ……Ｖ第１パンチのストローク距離 ……Ｓｔ圧縮力 ……Ｐｓこれらのデータは成形品の大きさ、成形品の粉体密度と関連する。第１パンチの移動速度 ……Ｓｐこのデータは、サイクルスピードおよび給粉スピードに関連する。なお、他にも成形しようとする粉末の特性などを入力す
る。画面（ＣＲＴ）には、設定条件に基づく成形空間２
６の形状と圧縮された状態の粉体、すなわち、成形品の
形状が画面（ＣＲＴ）に表示される。（２）画面に圧縮力と成形寸法のどちらを優先した成
形にするかが表示され、同時にこれを選択するソフトキ
ーが表示されるので、いずれかを選択する。圧縮力を優
先した成形は成形寸法より、成形品の粉体密度を優先す
る成形であり、設計した強度が重要視される部材の成形
に適し、成形寸法を優先した成形は、強度のばらつきよ
り、成形寸法を優先するもので、納まり条件の厳しい部
材の成形に適している。（３）圧縮力優先を選定の場合は、圧縮力Ｐｓを設定
値としたトルクリミット制御とするか、圧縮力センサー
２０，２１からの検出出力値が設定値Ｐｓに相当するも
のになるまで圧縮するフィードバック制御とするかをソ
フトキーで選択する。トルクリミット制御とした場合、
圧縮力センサー２０，２１からの検出出力は必要がな
く、フィードバック制御の場合にはリンク駆動サーボモ
ーター３のトルクリミット制御を必要としないので、Ｃ
ＮＣ２２のＣＰＵはどちらが選ばれたかによって、いず
れかの制御方式を選択する。その機構は特開昭６２−２
０７６１８号に記載されたトルクリミット制御とフィー
ドバック制御の切り換え機構と同様である。（４）操作盤の圧縮成形開始ボタンを押す。（５）ＣＮＣ２２はリンク駆動用サーボモーター３，
ダイプレート調整用サーボモーター１２が初期位置（上
記の位置）にあることおよびフィーダー１５が退避位置
にある（リミットを踏んでいる）ことを確認する。（６）ＲＡＭから給粉距離Ｖを読み、ダイプレート調
整用サーボモーター１２を駆動し、ダイプレート９を距
離Ｖだけ持ち上げる。ブレーキ１３が作動しダイプレー
ト９の位置が維持される。これにより深さＶの成形空間
２６が形成される。なお、ＣＮＣ２２の内部における信
号の処理は従来と同様であり、格別な点ないので省略
し、作動のみを記載する。（７）エアアクチュエーターが駆動されて、フィーダ
ー１５が一往復し、上記の成形空間２６に成形する粉体
が充填される（図４）。（８）圧縮力優先か、成形寸法優先か判定して、その
結果によりＲＡＭから第１パンチのストローク値Ｓｔま
たは圧縮力Ｐｓを読み込み、リンク駆動用サーボモータ
ー３を駆動し、第１パンチ１６を下降させる。この時の
移動速度Ｓｐは、リンク駆動用サーボモーター３に関し
ての速度で、リンク機構４としてクランクやトグル構造
を用いている場合、第１パンチ１７の実際の移動は、移
動の上端と下端で遅く、中間で早くなる。なお、リンク
機構４の作動は往復動である。

【００１３】このとき、成形寸法優先が選択されている
場合は、第１パンチ１６のパンチ面（下端）が設定した
位置Ｓｔで下方移動が停止し、ついで、上方に移動して
ホームポジションに戻る。圧縮力優先が選択されている
場合には、第１パンチ１６の下降中、入力回路（ＤＩ）
に伝達される圧力センサー２０，２１の検出出力値がＣ
ＮＣ２２によって監視され、この値が設定した圧力値Ｐ
ｓになったところで、第１パンチ１６の下降を停止す
る。ついで、第１パンチ１６が上方のホームポジション
に戻される。なお、圧縮力Ｐｓは所定時間（ｔ）だけ維
持されることがある。この間、第１パンチ１６の下降に
よって、成形空間２６の粉体が圧縮されて成形される
（図５）。（９）第１パンチ１６がホームポジションに戻ると、
ブレーキ１３の作動が解除されてダイ調整用サーボモー
ター１２が逆方向に駆動されて、ダイプレート９が下降
され、もとのホームポジションに戻される（図６）。こ
れにより成形品がダイプレート９の上面に浮かび上が
り、他の場所に取り出され、収納される。（１０）このようにして、成形作動の一サイクルが終
了し、以後同様のサイクルが継続される。

【００１４】以上のように、成形機１における第１パン
チ１６のストローク値Ｓｔや圧縮成形時の圧縮力値Ｐｓ
あるいは第１パンチ１６の移動速度をキーボードから入
力することによって任意に定め、リンク駆動用サーボモ
ーター３によって実行させることができるから、成形条
件をきめ細かに設定した粉末成形を行うことができる。
また、倍力構造のリンク機構４を採用するので、第１パ
ンチ１６の移動を中間部において素早く行え、成形サイ
クルのスピードを向上することができる。圧縮力センサ
ー２０，２１はいずれか一方でも良い。しかし、第１パ
ンチ１６と第２パンチ１７側で検出出力値に時間的なズ
レや値としてのズレの生じることがあるので、正確を期
すには双方に配置するのが好ましい。さらに、実施例の
構造では成形品の抜きだし速度をダイプレート９を移動
するサーボモーター１２によって調整できるから、成形
する粉体の組成や圧縮力に対しその成形品を抜き出す時
の速度が適切でないために生じる割れや変形などの事故
を防止できる。

【００１５】図７は第２の実施例を示し、第１の実施例
と同様の構造部分には同じ符号を付し、説明を援用す
る。第２実施例が第１の実施例と異なる点は、ダイプレ
ート９が機枠ベース６と一体に構成されて上下位置調整
ができない固定構造であること、そのかわりにダイプレ
ート９の下方に下部可動機枠２７が２本のガイドバー７
に摺動可能に装着されると共に上下方向に運動するねじ
・ナット機構１１，１１で上下位置調整可能とされてい
る点である。ねじ・ナット機構１１，１１は機枠ベース
６から垂直に構成され、ブレーキ１３を備えた下部可動
機枠用サーボモーター２８で駆動される。

【００１６】基本的な作動および設定すべき必要なデー
タなどは第１実施例と同様であり説明を省略するが、次
の点が異なる。すなわち；成形空間２６はダイプレート
９の下降ではなく、第２パンチ１７が下降することによ
り設定される。また、成形品の突き出しも第２パンチ１
７が上方へ移動することにより行われる。これらの駆動
および位置の維持は可動機枠用サーボモーター２８およ
びブレーキ１３で行われる。なお、ねじ・ナット機構１
１，１１は下部可動機枠用サーボモーター２８にかえ、
通常のモーターや手動で回動するようにしても良い。し
かし、サーボモーターとすれば、制御装置５を備えるこ
とにより、下部可動機枠２７の位置を画面（ＣＲＴ）を
見ながら数値で設定することができ、しかも作動におい
ては自動的に位置決めされ、かつ、正確である利点があ
る。

【００１７】下部可動機枠用サーボモーター２８を駆動
することによって、第１パンチ１６の位置に応じて第２
パンチ１７の位置を上下に位置調節することができる。
このため、上下寸法が同じ成形品であっても、第２パン
チ１７の位置を下方の適宜位置とすることにより、第１
パンチ１６を駆動するリンク機構４を伸びきった位置ま
で作動させることができ、リンク機構４としてのクラン
クやトグル構造が本来備えている大きな倍力機能を十分
に活かすことができ、比較的小型のサーボモーターで大
きな圧縮力を必要とする成形を行える。なお、勿論、第
２パンチ１７の位置を上記の場合より上方としてリンク
機構４を上死点と下死点の間で利用し、第１実施例で述
べたと同様の作動を行わせることができる。

【００１８】さらに、リンク機構４を伸びきらせ、第１
パンチ１６を最下端位置として行った一次圧縮の後、そ
の状態を維持して下部可動機枠用サーボモーター２８を
駆動し、内部の成形品に二次圧縮を加えたり、ねじ・ナ
ット機構１１の特徴を活かして圧縮力を緩慢に除去する
など成形品の圧縮後養生に役立てることができる。

【００１９】さらに、第２パンチ１７の位置を上下移動
できることを利用して、第１回の成形作動の後、その成
形品（部分成形品）を取り出さず、そのまま、第二回目
として設定した給粉距離だけ第２パンチ１７を下方に移
動して成形空間を拡大し、その上に給粉し、その上から
第二回の成形作動（圧縮）を行うことを繰り返し、前回
で圧縮成形された部分成形品に順次、部分成形品を継ぎ
足して行き、最終的に圧縮密度がほぼ均等な長尺物を得
る、いわゆる、継ぎ足し成形もしくは突き固め成形を行
うことができる。

【００２０】図８は、第３の実施例で、第１の実施例と
同様の部材には同じ符号を付して説明を援用する。な
お、制御装置５については図示を省略している。この実
施例は、第１の実施例に対して上方の第１パンチ１６が
上部可動機枠２９に取り付けられ、この機枠２９が加圧
ラム１０に運動方向が垂直なねじ・ナット機構３０，３
０で上下位置調整可能に構成されている点が異なる。ね
じ・ナット機構３０，３０はブレーキ３１を備えた上部
可動機枠用サーボモーター３２で駆動される。

【００２１】このものでは、ダイプレート９の上下位置
調整により、成形空間２６が形成され、また、上部可動
機枠２９を上方の適宜位置へ移動することにより圧縮時
にリンク機構４を伸びきらせる圧縮作動が可能である。
また、上部可動機枠２９を適宜位置に上下移動すること
により圧縮完了時におけるリンク機構４の伸縮度を任意
に調整でき、リンク機構４が備えた伸縮時の位置−倍力
曲線の都合の良い領域のみを利用し、成形する粉末の特
性に合致した成形作動を行わせることができる。ねじ・
ナット機構３０もまた、手動とすることができるが、サ
ーボモーターで駆動するのが便利である。

【００２２】図９は第４実施例であって、第２、第３実
施例に特徴的な要素を組み合わせたものである。第２，
第３実施例と同様の部材には同じ符号を付し、説明を援
用する。なお、制御装置５については図示を省略してい
る。この構成は、圧縮時にリンク機構４を伸びきらせる
作動が可能であると共に、第２実施例の構成が備えた二
次圧縮の機能や第３実施例が備えたリンク機構４におけ
る位置−倍力曲線の都合の良い領域を利用できる機能を
合わせ有し、これらを選択的に、または、組み合わせて
利用できる利点がある。

【００２３】図１０は第５の実施例を示す。この実施例
は、第１の実施例に対し上部機枠８がガイドバー７，７
に沿って位置調整可能とされている点が異なる。他の構
成は第１の実施例とほぼ同様であり、同様の部材には同
じ符号を付し、説明を援用する。また、制御装置５につ
いては図示を省略している。すなわち、上部機枠８がは
左右のガイドバー７，７に嵌挿され、ガイドバー７，７
の上端部は送りねじ部３３に形成されている。そして、
上部機枠８の上面には上記のガイドバー７，７が貫通す
る位置にナット３４がその位置で回動するように軸支さ
れ、これに上記の送りねじ部３３が螺合している。ナッ
ト３４は、また、外周にギアを備え、これに掛け回され
たベルトを上部機枠用サーボモーター３５で駆動され
る。このサーボモーター３５はブレーキ３６を備える。
上部機枠用サーボモーター３５を駆動すると複数のナッ
ト３４はベルトによって同期して回動し、上部機枠８が
上下に位置調整される。これにより、上部機枠８と加圧
ラム１０の間隔が調整され、任意の伸縮程度で圧縮を行
う作動に加え、圧縮時にリンク機構４を伸びきらせる作
動が可能となる。また、第３，４実施例のように上部可
動機枠２９を設ける構成に比べ、第１パンチ１６と共に
移動する部分が軽量でリンク駆動サーボモーター３に対
する負荷が小さい。

【００２４】図１１は第６の実施例を示し、プレスのタ
イプを両押しタイプとしたものである。第１実施例のも
のに対し、上部は同構造とし、下部を上部と同様に第２
パンチ１７がリンク駆動用サーボモーター３ｂによって
駆動されるリンク機構４ｂで移動される構造となってい
る。第６実施例と同様の部材には同じ符号を付し、説明
を援用する。また、制御装置５に関しては図示を省略し
ている。作動においては、下方の第２パンチ１７がダイ
１４と成形空間２６を形成してからフィーダー１５が作
動して給粉し、ついで上方の第１パンチ１６が下降して
圧縮成形を行う手順となる。圧縮後の成形品はダイプレ
ート９の上面側、下面側のいずれの側にも押出せる。

【００２５】図１２は第７実施例を示し、第６実施例に
第４実施例の技術思想を付加したものであり、これらと
同様の部材には同じ符号を付して説明を援用する。ま
た、制御装置５に関しては図示を省略している。この実
施例は上記第４，第６両実施例が発揮する作用効果を有
し、特に、圧縮時に両リンク機構４ａ，４ｂを伸びきっ
た状態とし、小馬力のサーボモーター３ａ，３ｂで強い
圧縮力の成形を行える特徴がある。

【００２６】以上、第１、第２パンチ１６，１７の移動
方向が垂直である縦型の成形機１について説明してきた
が、上記の移動方向が垂直方向に対して角度をもった斜
行型や移動方向が水平な横型としても構成することがで
きる。ただし、これらの場合にはフィーダー１５による
給粉構造に工夫を要する。フィーダー１５による給粉
は、すでに形成されている成形空間２６の位置にフィー
ダー１５が移動して給粉する場合と、フィーダー１５が
ダイ２４の位置に移動してから第２パンチ１７を下げ、
成形空間２６を形成する際の吸引によって給粉する場合
とがある。フィーダー１５の駆動源はエアに限らず、油
圧やモーター駆動であっても良い。

【００２７】

【発明の効果】パンチの位置を定めるサーボモーターと
制御装置を備えることにより、パンチがリンク機構で駆
動されるものであっても成形品の容積（パンチ移動方向
の寸法）を変えることができ、かつ、正確に成形でき
る。サーボモーターと制御装置を備えることによって成
形時の圧縮力をほぼ任意に設定できる。リンク機構によ
って、成形のサイクルタイムが短縮されると共に圧縮時
に大きな力を得られ、リンク駆動用サーボモーターの出
力が効率良く利用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】機構を示す正面図（第１実施例）。

【図２】ＣＮＣの概略を示すブロック図。

【図３】機構の要部を示す正面図。

【図４】機構の要部を示す正面図。

【図５】機構の要部を示す正面図。

【図６】機構の要部を示す正面図。

【図７】機構を示す正面図（第２実施例）。

【図８】機構を示す正面図（第３実施例）。

【図９】機構を示す正面図（第４実施例）。

【図１０】機構を示す正面図（第５実施例）。

【図１１】機構を示す正面図（第６実施例）。

【図１２】機構を示す正面図（第７実施例）。

【符号の説明】

２成形部３リンク駆動用
サーボモーター４リンク機構５制御装置９ダイプレート１０加圧ラム１２ダイプレート調整用サーボモーター１４ダイ１５フィーダー１６第１パンチ１７第２パンチ２０，２１圧縮力センサー２６成形空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平尊之山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番地フアナツク株式会社商品開発研究所内 (72)発明者村中正樹山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番地フアナツク株式会社商品開発研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成形部にダイとパンチを備え、サーボモ
ーターで駆動され回転運動を直線運動に変換し、かつ、
力の増幅が行えるリンク機構にパンチを結合し、サーボ
モーターの駆動を制御する制御装置を設けたことを特徴
とする電動式粉末成形機。
【請求項２】パンチによる圧縮力を検出する圧縮力セ
ンサーを備え、制御装置が圧縮力センサーの出力が設定
した圧縮力に相当するものとなるようにサーボモーター
の駆動を制御するものであることを特徴とした請求項１
に記載の電動式粉末成形機。
【請求項３】ダイがパンチに対し同一軸上で移動可能
としてあることを特徴とした請求項１に記載の電動式粉
末成形機。
【請求項４】パンチが同一軸線上で対向する第１、第
２のパンチからなり、第１のパンチをリンク機構に結合
し、第２のパンチを第１のパンチに対し位置調整可能と
してあることを特徴とした請求項１に記載の電動式粉末
成形機。