JPH07308799A - 金属裁断屑の圧縮成形プレス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミニュウムなどの金属裁断屑を高能率で
圧縮成形する機械プレスの開発 【構成】 ベッド１２内に嵌入し支持装置２によって昇
降可能に支持されるダイス１３内に下部ポンチ１４が嵌
入し、クランク軸１５の回転を変換した上部ポンチ１１
との間で金属裁断屑Ｍを挾圧する。搬送装置３はクラン
ク軸に係合したリンク３１によって移動室３３がベッド
上面を摺動し、金属裁断屑の供給と面上へ突き上げられ
た成形ブリケットＢの排出を行なう作用がすべてクラン
ク軸の回転と同調する構成を採っている。 【効果】 機械プレスであるから成形サイクルが短く大
量のブリケット化を短時間で可能とする。圧縮工程の下
死点直前でダイスの支持を解けば、材料は上下からの強
力な共締め作用を受け、コンパクトな成形体となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は家庭用、業務用の都市ご
みのうち、特に金属箔、空き缶や日用品の廃棄物である
金属屑の処理に係る。

【０００２】

【従来の技術】金属箔、空き缶などの膨大な廃棄物は可
燃性のごみと選別され、アルミニュウム、鉄類、その他
の材質別に分別回収されそれぞれ再利用するために適当
な形態となるように処理される。アルミニュウムは非鉄
金属の中でも比重が小さく単価も廉価とは言えないの
で、需要も多く都市ごみから選別し回収する材料の大き
な割合を占める現状にある。アルミニュウム屑を再利用
する場合には、その純度を高く維持することが要件の一
つとなるから、通常は４００〜６００℃程度の加熱処理
を施して表面に印刷された塗料を焼き取るが、アルミニ
ュウム箔は高熱に曝されて粉体となり易く、また缶類は
裁断機にかけて微細な片状に裁断した後、一定のサイズ
に圧縮成形して嵩比重を小さくし、これらの状態から再
溶解用の材料として供給したときの炉内での歩留りを上
げるために、一定のコンパクトな形状となるように圧縮
凝集処理を施している。

【０００３】金属粉体や金属裁断屑は個々の粉体、細片
として見れば相互に粘着することがなく、流動性を具え
たサラサラの乾態の集合体であり、自由に集積した状態
では嵩が高く、相互の空間に大量の空気を混入した状態
になり勝ちであるから、一般に成形性に劣り一定の形状
に固めるためには大きな圧縮力が必要である。圧縮成形
プレスを大別すれば、機械プレスと油圧プレスに分けら
れるが、粉体の圧縮成形に関する従来技術を見れば、双
方ともに種々の課題が残され全ての条件に万能と言える
プレスは見出し難いと考えられる。

【０００４】大きな圧縮力を具えた大能力の成形プレス
であっても、その負荷が瞬間的、衝撃的に集中して加え
る動的エネルギーを特徴とする機械プレスでは、相互の
粘着性に乏しく嵩高く積み上げられた粉体の状態から一
定の形状に圧縮成形するためには、加えられたエネルギ
ーの相当部分が逃散し空費されるので効率的な成形には
不適当であると敬遠されることが多いようである。もち
ろん、機械プレスによって粉体の圧縮成形するケースも
稀ではなく、前記の課題を克服するために上下のラムを
別個に、または同時に駆動して上下方向から異なったタ
イミングで段階的に加圧する技術が多数提案されてい
る。たとえば特開昭６０−１２５９７号公報、特開昭５
９−１０８７８号公報があり、これらの従来技術の課題
を解決するためにプレスの内部機構を変更することなく
粉末の圧縮方式を自由に変更し得る機械プレスとして、
図６に示すような特公平３−１１８８０号公報もある。
これはクランク軸１５ａの回転によって移動する上パン
チ１１ａの移動量を検知し、この検知で得られた検出信
号に基いて下ラム１０１に連結したねじ軸１０２、歯車
１０３、モータ１０４の作動を行なって電気的に制御さ
れた量だけ下パンチ１４ａを移動する構成を内容として
いる。

【０００５】一方、成形性がきわめて悪い粉体、または
粒体の圧縮成形に従来から主力の機種として適用されて
きたのが油圧プレスであり、他の粉体材料同様に金属粉
体や金属裁断屑の成形にも適正であると解釈して、現在
では金属裁断屑の成形化に対しては衝撃によることなく
静的に時間をかけて成形する油圧プレスを採用すること
が常識となり汎用化されている。

【０００６】成形性の悪い粉体を圧縮成形する油圧プレ
スについても多くの従来技術が開示され、業界ではそれ
ぞれ課題に直面して難渋し、その解決に取り組んでいる
事情を窺わせる。たとえば特公昭６０−４５９９８号公
報では図７に示すように、油圧によって昇降する昇降盤
１０５に取り付けた上型１１ｂと、支持装置２ｂに支持
された金枠１３ｂ内へ嵌入した下型１４ｂと、供給装置
３ｂよりなり、圧縮工程の前半では昇降盤の下降の動き
を伝導体を通じて直接金枠に伝達して、金枠と上型１１
ｂとが一体下降しながら圧縮を行ない、後半では下降の
伝達を断って金枠を成形孔内の原料と孔内周の摩擦力に
よって下降しながら圧縮を行なうという二段階の工程を
提示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで引用したように
油圧プレスも機械プレスも、現実にそれぞれ粉体の圧縮
成形に適用されているが、アルミニュウム屑などの金属
裁断屑をブリケット化するための圧縮成形に限定して評
価すれば、何れも一長一短の価値判断しか与えられず、
どちらを適用してもその目的を完全に果たすには満足し
難い障害がある。アルミニュウム屑のブリケット化に求
められる要件としては、 単位時間当りの処理能力が大きいこと（たとえば１５
０ブリケット／分） ブリケットのサイズが小さいこと（たとえば５０×３
０ｍｍ） 圧縮比が大きいこと（たとえば脊高１５０ｍｍから３
０ｍｍまで圧縮） そのために圧縮面圧力が大きいこと（たとえば６Ｔｏ
ｎ／ｃｍ2）が挙げられる。

【０００８】図６で例示した機械プレスは上下のラムの
移動量の制御が発明の要旨であり、最も成形能力の高い
上下パンチの移動のタイミングに関心が集中しているか
ら、大量処理を課題としたものではなく、毎分１００個
以上のブリケットを成形する構成には程遠いと言わざる
を得ない。特に正面から上下に対向するラムに取り付け
た上下のパンチとダイスの相対的な移動のメカニズムか
らは、金属裁断屑の供給とブリケットの排出を、高速で
進行する成形作用に応動して追随することは全く不可能
である。具体的にはモータ、歯車、ねじ軸を通じた作動
の伝達系路によって、下ポンチが成形したブリケットを
ダイスから秒単位で上方へ押し出す作用は、到底組み込
める構成にはなっていない。

【０００９】一方、図７で例示した油圧プレスの場合も
大量処理という課題がより大きな障害となる。本来、粉
体の圧縮成形作業自体から見れば、油圧プレスの方が機
械プレスよりもエネルギー効率が高く成形能力が十分に
活用されるという利点がある反面、秒単位で目まぐるし
い高速成形を進行することは本質的に馴染まない構成で
あり、この理由のために油圧プレスによる粉体の圧縮成
形作業の処理量がきわめて低い水準に留まり、結局、ど
この作業場でも例外なく低い生産性に甘んじざるを得な
かったのである。

【００１０】本発明は以上に述べた課題を解決するため
に大量のアルミニュウム屑などの金属裁断屑を圧縮して
大量のブリケットを成形する生産性抜群の圧縮成形プレ
スの提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る金属裁断屑
の圧縮成形プレスは、機械プレスの回転を受けて昇降す
る上部ポンチ１１とベッド１２内に嵌入し昇降可能に支
持されるダイス１３と該ダイス内で摺動自在に昇降する
下部ポンチ１４とよりなる成形圧縮装置１と、前記ダイ
スをベッド内で支持する支持装置２と、クランク軸１５
に係合したリンク３１によってベッド上面を滑動して前
記ダイス１３内へ金属裁断屑Ｍを供給するとともに、ベ
ッド上面へ突き上げられた成形ブリケットＢを逸出する
搬送装置３よりなることによって前記の課題を解決し
た。

【００１２】この構成においてダイス１３の支持装置２
が、上方へ押圧する複数の油圧シリンダー２１と、該油
圧シリンダー２１へ油圧を供給し上部ポンチの下死点直
前に切り替える電磁弁２２を介装した油圧発生装置２３
とよりなることが具体的に望ましい。

【００１３】また、この構成において搬送装置３は、ク
ランク軸１５に係合するリンク３１によって裁断した金
属裁断屑を収容したホッパ３２の一部開口した下底面と
ベッド上面の間を摺動する孔明きの移動室３３と、クラ
ンク軸の作動に誘導されてポンチ１４の下端部を突き上
げるレバー３４よりなることが好ましい実施例である。

【００１４】

【作用】本発明の作用の主たる特徴は二点挙げられる。
そのうちの一点は、加圧力の時間的な経緯である。図２
はダイス１３内へ嵌入した下部ポンチ１４の上へ供給さ
れた金属裁断屑が、スライドとともに下降する上部ポン
チ１１によって不動の下部ポンチ１４との間で挾圧され
圧縮成形作用を受けている状態を示す。このときの加圧
力の関係を分析すると、上部ポンチ１１が与える加圧力
はＰ1からなり、この加圧力からダイス１３の内面と金
属裁断屑間に発生する摩擦力Ｐμを差し引いた圧力Ｐ2
が下部ポンチ１４に加えられる。摩擦力Ｐμは圧縮が進
むと共にダイス１３を下方へ押し下げようとするが、ダ
イスは下方から油圧シリンダーによるＰ3 の押圧力を受
けて支持されてその位置を維持している。この関係を数
式で示すと、 Ｐ1＝Ｐ2＋Ｐμ （１） Ｐμ＝Ｐ3 （２） となる。

【００１５】この時点から上部ポンチの位置がさらに降
下してスライドの下死点に近づくと、金属裁断屑の圧縮
がさらに増大するが、最大加圧位置、すなわち下死点の
直前にそれまでダイスが現位置を維持するように拘束し
ていた油圧を切り替えＰ3＝０とすると、支持力を失っ
たダイスは自由に下降することができる。ダイスが加圧
力に追随して自由に連動すると、ダイス内周面と金属裁
断屑との間に働いていた摩擦力がなくなり、式（２）通
りにＰμも０となるから、式（１）からＰ1＝Ｐ2の関係
が導き出される。すなわち上部ポンチによる加圧力と下
部ポンチによる加圧力が上下から金属裁断屑に対して均
等に作用するから、両者間に挟まれた金属裁断屑はその
中心部まで完全に圧縮力が及び、いわゆる上下の共締め
作用が材料の全ての位置に作用してコンパクトな成形ブ
リケットを形成する。

【００１６】図３は縦軸に圧縮のストローク、横軸に成
形するために必要な圧縮力を目盛ったものであり、この
曲線からの垂線の長さがその時点における成形ブリケッ
トの高さを表わしている。図で見るように圧縮開始後の
前半は小さい圧縮力でも簡単に成形体の高さが縮小する
が、圧縮作用が進むにつれてその勾配は小さくなる二次
曲線を描き、下死点に近づくほど僅かなストロークの進
行にも大きな圧縮力が必要となる。従来の機械プレスで
はこの下死点付近の圧縮力が能力の限界であり、製品の
比重や高さの上限を決定していたが、本発明の場合は圧
縮作用の最終段階に差し掛かる直前に加圧力が倍増して
上下から金属裁断屑を均等に締め付けるから、従来から
の機械プレスでは到底期待できなかったコンパクトに凝
集した成形ブリケットが形成される。

【００１７】本発明の別の特徴的な作用は、高速運転、
高速成形を可能とした各部材間の連動関係である。機械
プレスの利点は高速運転による高い生産性にあり、それ
は押圧力を繰り返すサイクルが機械的に高められること
から生じる利点ではあるが、処理される原材料のダイス
内への供給と成形後の製品の排出をこのサイクルと同調
させなければならない。従来技術の機械プレスが処理量
で大きな限界に直面していたのは図６で引用した例でも
理解できるように、この同調作用を誘導する構成が看過
されている点にあるとも言える。

【００１８】本発明における搬送装置はすべてクランク
軸の作動を受けて応動するから、如何に高速で圧縮成形
作用が進行しても、材料の供給と製品の排出が完全に同
調する。すなわち、搬送装置の移動部分がプレスのクラ
ンク軸と係合したリンク機構によって、ダイスが嵌め込
まれているベッドの上面を滑動して金属裁断屑をダイス
内へ供給し、同時にその時点でクランク軸の回転に誘導
されてダイス上面へ突き上げられた成形ブリケットは、
前記移動部分の先端によってベッド上面に沿って押し進
められ排出される。この一連の供給、排出作用がクラン
ク軸の回転と同調して進行するから、金属裁断屑の圧縮
成形と材料給排のタイミングが一致して高速の成形作業
が連続するのである。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す縦断正面図であ
る。図において機械プレスの圧縮成形装置１は、フレー
ム１０の左右にクラッチ１７、ブレーキ１８を設け、こ
の両者と連結するクランク軸１５の偏心回転が下方に垂
下したスライド１６の昇降運動に変換される。スライド
１６の下端面に上部ポンチ１１が固着し、一方この上部
ポンチに対向する下方には、ベッド１２に嵌入したダイ
ス１３へさらに嵌入した下部ポンチ１４が昇降自在に位
置している。

【００２０】圧縮成形装置１のダイス１３を下方から昇
降可能に支持するのが支持装置２である。ダイス１３の
底面には複数の油圧シリンダー２１のピストンロッド２
４が圧接し、電磁弁２２を介して機外の油圧発生装置２
３と連結している。通常はこの油圧発生装置による油圧
がダイス１３の底面を上方へ押圧し、基準的にはベッド
１２の上面１２−１の水準と一致した位置を保持するよ
うに付勢している。この電磁弁はスライドの位置が下死
点に到達する直前に油圧を切り替えるようにシーケンス
で組まれているから、下死点直前に支持を失ったダイス
１３は上部ポンチの押圧力に押されて下降する作用を現
わし、上下からの共締め作用が最終圧縮段階で強制され
る。

【００２１】図１の状態は圧縮成形工程が１サイクル終
了した時点である。このときには搬送装置の移動室３３
はフレームに固定された金属裁断屑のホッパ３２の下方
に位置しその開口面３２−１と移動室３３の上面とは連
通している。一方クランク軸１５には２個のカム３６、
３７が外嵌し、それぞれのカムはアーム３８、３９を介
して連結ロッド４０、４１と繋がっている。連結ロッド
４０，４１は軸受や全長を調整する伸縮継手などは省略
している。この２セットの連結系路のうち、一方は連結
ロッド４０がリンク３１と係合してクランク軸の回転を
移動室３３の水平運動に変換し、移動室３３はクランク
軸の回転角度にタイミングを合わせてベッドの上面１２
−１の上を摺動する。

【００２２】図４は移動した移動室３３がダイス１３の
直上に到達して室内に収容していた金属裁断屑をダイス
１３内へ移転した状態を示す。この時点では図の通りダ
イス１３内の下部ポンチ１４は図１の位置よりも下降し
て段差１４−２が下部の支持台２４に当接して停止する
からダイス１３の側面との間に圧縮成形空間を形成して
いる。下部ポンチの位置がタイミングよく下降するの
は、前記の連結系路の他方のメカニズムであって、カム
３７、アーム３９、連結ロッド４１の系路によってクラ
ンク軸１５の回転がレバー３４の運動に変換され、下部
ポンチ１４の下端１４−１を自重で下降させる機能とな
って現われる。この実施例では移動室３３は上下の開口
面の他に上蓋面３３−１を庇状に具え、一方、ホッパ３
２も前記の開口面３２−１から延出する下底面３２−２
を庇状に具えているので、図４の時点では移動室内の金
属裁断屑がダイス内へ供給されると共に、ホッパ３２の
下底面３２−２と移動室３３の上蓋面３３−１とが密着
してホッパの開口面３２−１を閉塞し、ホッパ内に貯溜
している金属裁断屑がホッパから余分に下方へ逸出しな
いように設定されている。

【００２３】同時に移動室３３の先端に固定した半円筒
状の排出部材３５が圧縮成形の完了した成形ブリケット
Ｂをベッドの上面１２−１に沿って推進してベッドの傾
斜面１２−２から排出する。この排出部材３５の一例を
図５に示している。このようにダイスの中へ金属裁断屑
が供給されると移動室３３は元の位置へ向けて後退を始
め、図２のように上部ポンチ１１がダイス内へ進入して
きて金属裁断屑を圧縮する成形工程となる。この工程の
最終段階でダイスの支持が失われて下降し共締め作用が
発揮されるのは既に述べた通りである。

【００２４】機械プレスのスライドが下死点に達すると
圧縮工程は終り上部ポンチは上昇に転じる。同調して下
部ポンチ１４も上昇に転じ、ダイスの中で圧縮成形され
た成形ブリケットをベッドの上面１２−１の水準にまで
突き上げて図１の状態に復帰する。この一連のサイクル
をクランク軸の回転数に合わせて高速で繰り返すから、
油圧プレスはもとより、従来技術の機械プレスでも到底
及ばないサイクルで大量の成形体が産出される。

【００２５】

【発明の効果】本発明は以上に述べたように機械プレス
の高速運転の利点をフルに発揮できるように材料と成形
体の給排機構を組合わせると共に、従来から成形性が低
く機械プレスの対象には馴染まないと敬遠されてきた金
属裁断屑に対する成形能力を大幅に向上する独自の成形
圧の強化増進機能を取り入れたので、金属裁断屑の圧縮
成形速度が従来の油圧プレスの５倍を越える実績を記録
するに至った。しかも圧縮後の形成ブリケットの性状は
たとえば、５０ｍｍφ×１５０ｍｍ高さの金属裁断屑を
５０ｍｍφ×３０ｍｍ高さのコンパクトな成形ブリケッ
トに圧縮して従来通りの仕様を満足するので、貴重な金
属の回収再利用に画期的な生産性を導入したものとし
て、絶賛に値する効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断正面図である。

【図２】圧縮成形工程の作用を示す要部の縦断正面図で
ある。

【図３】圧縮ストロークと圧縮力の関係図である。

【図４】搬送装置の作用を示す要部の縦断正面図であ
る。

【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。

【図６】従来技術を示す縦断正面図である。

【図７】別の従来技術を示す縦断正面図である。

【符号の説明】

１ 圧縮成形装置 ２ 支持装置 ３ 搬送装置 11 上部ポンチ 12 ベッド 13 ダイス 14 下部ポンチ 15 クランク軸 16 スライド 21 油圧シリンダー 22 電磁弁 23 油圧発生装置 31 リンク 32 ホッパ 33 移動室 34 レバー 35 排出部材 Ｍ 金属裁断屑 Ｂ 成形ブリケット

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ３０Ｂ 11/00 Ｇ 11/02 Ｈ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微細に裁断した金属裁断屑をブリケット
   化する圧縮成形プレスにおいて、機械プレスの回転を受
   けて昇降する上部ポンチ１１、ベッド１２内に嵌入し昇
   降可能に支持されるダイス１３、該ダイス内で摺動自在
   に昇降する下部ポンチ１４よりなる圧縮成形装置１と、
   前記ダイスをベッド内で支持する支持装置２と、クラン
   ク軸１５に係合したリンク３１によってベッド上面を滑
   動して前記ダイス１３内へ金属裁断屑Ｍを供給するとと
   もに、ベッド上面へ突き上げられた成形ブリケットＢを
   逸出する搬送装置３よりなることを特徴とする金属裁断
   屑の圧縮成形プレス。
2. 【請求項２】 請求項１においてダイス１３の支持装置
   ２が、上方へ押圧する複数の油圧シリンダー２１と、該
   油圧シリンダー２１へ油圧を供給し上部ポンチの下死点
   直前に切り替える電磁弁２２を介装した油圧発生装置２
   ３とよりなることを特徴とする金属裁断屑の圧縮成形プ
   レス。
3. 【請求項３】 請求項１または２において搬送装置３
   は、クランク軸１５に係合するリンク３１によって金属
   裁断屑Ｍを収容したホッパ３２の一部開口した下底面と
   ベッド上面の間を摺動する移動室３３と、クランク軸の
   作動に誘導されて下部ポンチ１４の下端部を突き上げる
   レバー３４よりなることを特徴とする金属裁断屑の圧縮
   成形プレス。