JPH084236Y2 - 冷間等方圧成形装置の減圧装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、金属やセラミックスなどの粉末を高い圧力
下で成形する冷間等方圧成形装置（以下、CIP装置と称
する）に関する。

〔従来の技術〕

一般に、CIP装置は、第３図に示すように、圧力容器1
0と、リザーバ12内の圧力媒体液14を昇圧送入して圧力
容器10内の成形処理室10a内の圧力を所定の圧力まで昇
圧する昇圧ポンプ16等から構成される。このような構成
において、ゴム等からなる成形型18内に充填される被成
形粉末20は、開閉機構22で開閉されるカバー23およびピ
ン24を介して成形処理室10a内に収納され、次いで昇圧
ポンプ16を介して昇圧される所定の圧力で且つ所定の時
間加圧されて成形される。次いで、減圧装置26を介して
成形処理室10a内の圧力媒体液14が、リザーバ12内へ還
流されることにより、成形処理室10a内の圧力が減圧さ
れ、そしてこの減圧が完了した後、成形型18内の被成形
体20が成形処理室10aから取出される。

この様なCIP装置は、他の加圧成形方法と比較して、
高い成形圧力が得られると同時に、この成形圧力は等方
向性で且つ高密度であるので、均質な成形品が得られる
と共に、複雑な形状の製品でも加工できる利点を有す
る。

しかし、このように成形圧力が高いCIP装置において
は、成形品に割れ等の損傷を発生させないためには、高
成形圧からの減圧工程を成形品の種類に対応した時間的
パターンで遂行することが不可欠であるが、従来のこの
種のCIP装置の減圧装置においては、前記機能が十分に
達成されていなかった。

すなわち、第３図に示すように、一般に減圧装置26
は、開度調節により流通オリフィス径が調節される手動
形流量調整弁26aと、空気作動形開閉弁26bとから構成さ
れており、前記流量調整弁26aは、その開度を予め適用
されるCIP装置に対応した所定の開度に設定され、減圧
工程においては開閉弁26bの開閉を制御することによ
り、減圧パターンが規制されるように構成されている。

このような減圧方式においては、成形処理室10a内の
減圧条件は、被成形粉末20の容積や圧縮率等によって変
化するので、各成形品毎に対する減圧パターンが一定せ
ず、すなわち所定の減圧パターンの再現性が達成され
ず、このため減圧工程において成形品に往々にして破損
が発生した。

なお、減圧パターンの再現性は、例えば油圧ユニット
やサーボ弁等で構成される減圧シリンダ装置を備えるこ
とにより達成することができるが、このような方法は、
装置を複雑且つ大型化すると共に価格を大幅に上昇す
る。

このような観点から、例えば、一次減圧回路と二次減
圧回路とを高圧成形容器に接続して、加圧成形後の圧媒
圧力の減圧を、予め設定した減圧速度その他の減圧プロ
グラムに従って行うように構成した冷間静水圧加圧装置
における減圧制御装置が提案されている（特開昭62-234
694号公報）。

この場合、減圧過程において、特に重要な要素は、二
次減圧開始圧力および二次減圧速度またはそのパターン
であり、これを誤ると容器の加圧成形品に割れやひびが
発生する。このため、前記の提案された減圧制御装置に
おいては、二次減圧は、減圧切換圧を検出器により検出
し、適宜切換弁の開閉操作により行われる。これに先立
って、気体供給手段によりガスを気液低圧容器に供給
し、圧力調整器等で該容器のガス圧を三次減圧切換圧
（例えば9.9kg.f/cm²）に設定しておき、次いで第２の
低圧切換弁を開くと低圧圧力検出器に圧媒圧が作用し、
その圧力を検出器で検出し、この検出信号と予め設定さ
れた減圧速度その他の減圧プログラムとをアンプにて比
較し、ガス圧圧力調整器によりガス圧を、例えば1.0kg.
f/cm²程度まで制御して、成形圧力を自動制御するよう
に構成されている。

また、従来において、高圧容器内の圧力媒体をタンク
に戻すための２本の流路を設け、一方の流路に切換弁と
小径の絞りを設け、また他方の流路に切換弁と大径の絞
りを設けて、減圧速度を調整するように構成した冷間静
水圧プレスの減圧装置が提案されている（特開昭62-212
099号公報）。

この提案された減圧装置においては、最初は切換弁を
開けて小径絞りにより減圧速度を調整しつつ減圧を行
い、その後大径絞りによるか、または両方の絞りを使用
して減圧を行うように構成されている。また、前記減圧
操作において、高圧容器内の圧力が、圧力検出器により
検出されて、その圧力が所要の圧力まで低下したら、演
算制御装置により可変吸引装置（可変速度モータで容量
可変ポンプの回転数を変化させるか、容量可変ポンプ自
体の傾斜角を変えるように構成したもの）の吸引作動を
開始させ、その後前記吸引装置の吸引量を自動的に調整
することにより、短時間で効果的に減圧操作を完了させ
るように構成したものである。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述した従来の提案に係る減圧制御装
置あるいは減圧装置において、例えば前者の減圧制御装
置では、気液低圧容器を使用することから、安定した減
圧が期待されるが、この場合、高圧ガス規定を免れるた
めには容器内の最大圧を9.9kg.f/cm²に設定する必要が
ある。このため、本来は数十kg.f/cm²位の圧力から急速
に解放したい要求には対応することができない難点があ
る。従って、このような減圧制御装置においては、二次
減圧に際し、気体供給手段、気液低圧容器、低圧切換
弁、圧力検出器、アンプ等の手段を必要とし、特に耐圧
を要求される装置構成の点から全体構造が大形化すると
共に複雑な制御装置となる難点がある。

一方、後者の減圧装置では、二次減圧の初期において
は、小径絞りから大径絞りへの切り換えのみであり、製
品の種類による異なる最も微妙な減圧範囲をプログラム
制御することができない。また、二次減圧の後期におい
ては、可変吸引装置（可変速度モータで駆動する容量可
変ポンプ）を、演算制御装置により可変速度モータの回
転数を調整するか、または容量可変ポンプの傾斜角を調
整する制御操作を行うように構成したものであり、この
ため高価な装置構成となって設備コストが増大するばか
りでなく、常に適正な制御操作を行うための保守作業が
面倒となると共にその費用も嵩む難点がある。

そこで、本考案の目的は、減圧制御を全て弁装置を使
用する制御系で簡便に構成することができると共に、第
１の減圧工程と第２の減圧工程との関係について制約を
設けることなく、多種の製品に合わせた減圧操作プログ
ラムを容易に設定することができ、しかも製品に合わせ
た最も適正な減圧時間を設定して全減圧工程の短縮化を
達成することができ、さらに装置全体を低コストに製作
することができる冷間等方圧成形装置の減圧装置を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、本考案に係る冷間等方圧成
形装置の減圧装置は、成形圧力容器の圧力減圧系を高圧
減圧系と第１および第２の低圧減圧系とに分割し、前記
各減圧系にはそれぞれ手動形流量調整弁と空気作動形開
閉弁とを儲け、さらに前記第１の低圧減圧系には時間の
プログラムに従って予め設定された圧力を出力する時間
−圧力プログラム設定器の出力電気信号と前記手動形流
量調整弁を介して得られる圧力を出力する圧力トランス
デューサの出力電気信号との間の偏差電気信号で作動す
る電空変換器の偏差空気圧により制御するよう構成した
空気作動形自動流量調整弁を設けると共に、前記第２の
低圧減圧系には１パルス毎の回転度ならびにパルス間の
時間間隔を予め時間のプログラムに従って設定されたス
テッピングパルスモータの回転により制御するよう構成
したデジタルレリーフ形自動流量調整弁を設け、減圧工
程に際し前記高圧減圧系から順次第１および第２の低圧
減圧系を作動させて段階的減圧を行うよう構成すること
を特徴とする。

〔作用〕

本考案に係る冷間等方圧成形装置の減圧装置によれ
ば、第１の低圧減圧系において、空気作動形流量調整弁
を設けることによって、減圧パターンを各成形品毎に対
してそれぞれ適した減圧パターンにより設定し、これを
容易に実行することができ、また第２の低圧減圧系にお
いて、デジタルレリーフ形自動流量調整弁を設けること
によって、減圧パターンを任意のステップ状に設定し、
これを容易に実行することができる。

従って、本考案装置によれば、二次減圧における第１
の減圧減圧域は、最も微妙な減圧範囲をプログラム制御
し（この制御は製品の種類により異なる）、第２の低圧
減圧域では、急速減圧しても問題ない範囲としているた
め、簡便な方式であるパルスモータ駆動によるパルス制
御での減圧を行うものであるから、この第２の低圧減圧
域において、パルス幅はプログラム可能であり、減圧時
間は可変でき、しかも出発点の圧力も高圧ガス規定に関
係なく高圧に設定することができ、製品により最も適し
た圧力条件により減圧制御することができ、全減圧工程
の短縮化に寄与することができるものである。

〔実施例〕 次に、本考案に係る冷間等方圧成形装置の減圧装置の
実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明
する。

第１図において、先ず初めに本考案に係るCIP装置の
構成は、基本的には第３図に示す従来のCIP装置の構成
と同一である。すなわち、CIP装置は、圧力容器30と、
この容器内の成形処理室30a内の圧力を所定の成形圧力
まで昇圧する昇圧ポンプ32などからなり、昇圧ポンプ32
にはその駆動を発停する電磁弁32aが設けられ、一方圧
力容器30にはその成形処理室30a内の圧力を成形処理終
了後に減圧解放する減圧装置34が設けられている。

このような構成において、粉末成形処理に際しては、
成形される粉末が成形型に充填された上で成形処理室30
a内に収納され、次いで電磁弁32aが開かれて昇圧ポンプ
32が駆動され、これによって成形処理室30a内の圧力が
所定の成形圧力まで昇圧される。そして、この圧力が圧
力トランスミッタ32bにより検出されると、その出力電
気信号によって電磁弁32aが閉じられ、昇圧ポンプ32が
停止され、成形処理室30a内の圧力が前記成形圧力に維
持される。この場合、成形処理室30a内の圧力は、圧力
表示器32cに表示される。一方、前記昇圧ポンプ32の停
止と同時に、保持タイマがスタートし、予め設定された
成形処理時間が経過した後、減圧装置34が作動して、成
形処理室30a内の圧力が所定の減圧パターンに従って減
圧され最終的に解放される。

しかるに、本実施例における減圧装置34は、高圧減圧
系36と、第１低圧減圧系38と、第２低圧減圧系40とに分
割される。高圧減圧系36は、開度調節により流通オリフ
ィス径が調節される手動流量調整弁42と、この調整弁42
の下流側に配置され電磁弁44aを介して操作されて管路
を開閉する空気作動形開閉弁44とからなり、そして前記
調整弁42はその開度を予め適用されるCIP装置に対応し
た所定の開度に設定されている。

第１低圧減圧系38は、開度を予め所定に設定された前
記調整弁42と同一構造の手動形流量調整弁46と、その下
流側に配置され電磁弁48aを介して操作されて管路を開
閉する空気作動形開閉弁48と、さらにその下流側に配置
され時間のプログラムに従って予め設定された圧力を出
力する時間−圧力プログラム設定器50の出力電気信号と
第１低圧減圧系38内の圧力を出力する圧力トランスデュ
ーサ52の出力電気信号との間の偏差電気信号で作動する
電空変化器54の偏差空気圧を介して制御される通常のダ
イヤフラム式空気作動形自動流量調整弁56とから構成さ
れる。

なお、前記流量調整弁56には、開閉電磁弁56aが設け
られ、また圧力トランスデューサ52には、圧力表示器38
aが付設されている。第２低圧減圧系40は、開度を予め
所定に設定された前記調整弁42、46と同一構造の手動形
流量調整弁58と、その下流側に配置され電磁弁60aを介
して操作されて管路を開閉する空気作動形開閉弁60と、
更にその下流側に配置されパルス発信器62a、パルスコ
ントローラ62b、パルスモータドライバ62cを有し、１パ
ルス毎の回転度ならびにパルス間の時間間隔を予め時間
のプログラムに従って設定されたステッピングパルスモ
ータ62の回転により、偏心カムを介してバルブシステム
のストロークすなわちバルブの設定圧を調節する通常の
デジタルレリーフ形流量調整弁64とから構成される。

次に、このような構成からなるCIP装置の成形処理工
程、殊にその減圧工程について、第２図を併せ参照しな
がら説明する。成形処理工程においては、前述したよう
に、先ず電磁弁32aが開かれて昇圧ポンプ32が駆動さ
れ、これによって時間T₀〜T₁＝t₁の間に、成形処理室30
a内の圧力が大気圧P₀から所定の成形圧力P₁、例えば400
0kg/cm²程度の圧力まで昇圧される。そして、この圧力P
₁が、圧力トランスミッタ32bにより検出されると、その
出力電気信号によって電磁弁32bが閉じられ、昇圧ポン
プ32が停止する。一方、昇圧ポンプ32の停止と同時に保
持タイマがスタートし、この保持タイマの保持時間が所
定の成形処理時間T₁〜T₂＝t₂に達すると、先ず減圧装置
34の中の高圧減圧系36が作動する。

すなわち、前記保持時間が経過すると、高圧減圧系36
を構成する電磁弁44aが作動して、空気作動形開閉弁44
が開かれ、圧力媒体液が所定の開度に調節されている手
動形流量調整弁42内の流通オリフィスを通過して、リザ
ーバへ還流され、成形処理室30a内の圧力が順次降下す
る。なお、この間における圧力は、圧力表示器32cに表
示される。そして、時間T₂〜T₃＝t₃の間に、前記圧力が
第１中間圧力P₂、例えば500kg/cm²程度の圧力まで降下
すると、高圧減圧系36は電磁弁44aを介して空気作動形
開閉弁44を閉じて、その減圧工程が遮断され、代って第
１低圧減圧系38の空気作動形開閉弁48が電磁弁48aを介
して開かれ、第１低圧減圧系38による減圧工程が開始さ
れる。

この第１低圧減圧系38における減圧工程は、圧力媒体
液が所定の間度に調節されている手動形流量調整弁46内
の流通オリフィスを通過した後、更に空気作動形自動流
量調整弁56を通過することによって行われるが、この空
気作動形自動流量調整弁56は、時間のプログラムに従っ
て予め設定されている圧力、例えば時間T₃〜T₄＝t₄に対
応して、線分La上で示される圧力（第２図参照）を出力
する時間−圧力プログラム設定器50の出力電気信号と第
１低圧減圧系38内の圧力を出力する圧力トランスデュー
サ52の出力電気信号との間の偏差電気信号で作動する電
空変換器54の偏差空気圧、すなわち偏差電気量に対応し
て変換される偏差空気圧力を介してフィードバック制御
される。

従って、減圧パターンすなわち線分Laの形状は、任意
所定に設定することができる。なお、この間における圧
力は圧力表示器38aに表示される。このようにして、線
分Laで示される減圧工程が終了して、その圧力が第２中
間圧力P₃、例えば200kg/cm²程度の圧力まで降下する
と、第１低圧減圧系38は電磁弁56aを介して空気作動形
自動調整弁56が閉じられて、その減圧工程が遮断され、
代わって第２低圧減圧系40の空気作動形開閉弁60が電磁
弁60aを介して開かれ、第２低圧減圧系40による減圧工
程が開始される。

この第２低圧減圧系40における減圧工程は、圧力媒体
液が所定の開度に調節されている手動形流量調整弁58内
の流通オリフィスを通過した後、更にデジタルレリーフ
形自動流量調整弁64を通過することによって行われる
が、このデジタルレリーフ形自動流量調整弁64は、その
設定圧を１パルス毎の回転度ならびにパルス間の時間間
隔が予め設定されているステッピングパルスモータ62の
回転を介して制御される。従って、減圧パターンすなわ
ち線分Lbの形状は、任意のステップ状に設定することが
できる。すなわち、例えばパルスモータ62のパルスを20
0で構成し、各パルス間の間隔を10秒に設定すると、200
kg/cm²から1kg/cm²までの減圧工程は、1kg/cm²毎のステ
ップ状で2000秒＝33分間の間に完了する。なお、この間
における圧力は、空気作動形開閉弁48が開かれているの
で、圧力表示器38aに表示される。そして、線分Lbで表
示される減圧工程が終了して圧力が最終減圧圧力P₄まで
降下すると、この圧力P₄は配管抵抗などによって残存す
る圧力で、通常はゲージ圧1kg/cm²未満であるが、高圧
減圧系36における空気作動形開閉弁44が電磁弁44aを介
して再び開かれ、これによって残存圧力P₄が手動形流量
調整弁42を介して解放される。

このようにして、本考案装置によれば、減圧工程にお
ける減圧パターンを任意所定のパターンで且つ良好な再
現性をもって達成することができ、製品により最も適し
た圧力条件により減圧制御することができる。

以上、本考案の好適な実施例について説明したが、本
考案は前記実施例に限定されることなく、しかも本考案
の精神を逸脱しない範囲内において種々の改良変更をす
ることができる。

〔考案の効果〕

前述したように、本考案に係る冷間等方圧成形装置の
減圧装置は、成形圧力容器の圧力減圧糸を高圧減圧系と
第１および第２低圧減圧系とに分割し、前記各減圧糸に
はそれぞれ手動形流量調整弁と空気作動形開閉弁とを設
け、さらに前記第１低圧減圧系には時間のプログラムに
従って予め設定された圧力を出力する時間−圧力プログ
ラム設定器の出力電気信号と前記手動形流量調整弁を介
して得られる圧力を出力する圧力トランスデューサの出
力電気信号との間の偏差電気信号で作動する電圧変換器
の偏差空気圧により制御するよう構成した空気作動形自
動流量調整弁を設けると共に、前記第２低圧減圧系には
１パルス毎の回転度ならびにパルス間の時間間隔を予め
時間のプログラムに従って設定されたステッピングパル
スモータの回転により制御するよう構成したデジタルレ
リーフ形自動流量調整弁を設けた構成としたことによ
り、減圧工程における減圧パターンを任意所定のパター
ンで且つ良好な再現性をもって達成することができ、製
品により最も適した圧力条件により減圧制御することが
できる。

従って、本考案装置によれば、第１低圧減圧系におい
て、空気作動形流量調整弁を設けることによって、減圧
パターンを各成形品毎に対してそれぞれ適した減圧パタ
ーン（第２図の線分Laの形状）により設定し、これを容
易に実行することができ、また第２低圧減圧系におい
て、デジタルレリーフ形自動流量調整弁を設けることに
よって、減圧パターン（第２図の線分Lbの形状）を任意
のステップ状に設定し、これを容易に実行することがで
きる。

特に、本考案装置によれば、二次減圧における第１低
圧減圧域は、最も微妙な減圧範囲をプログラム制御し
（この制御は製品の種類により異なる）、第２低圧減圧
域では、急速減圧しても問題ない範囲としているため、
簡便な方式であるパルスモータ駆動によるパルス制御で
の減圧（デジタルレリーフ形自動流量調整弁による）を
行うものであるから、この第２低圧減圧域において、パ
ルス幅はプログラム可能であり、減圧時間は可変でき、
しかも出発点の圧力も高圧ガス規定に関係なく高圧に設
定することができ、製品により最も適した圧力条件によ
り減圧制御することができ、全域圧工程の短縮化を容易
に達成することができる。

これにより、本考案装置によれば、特に複雑かつ薄肉
の製品を損傷することなく形成することができる。

また、本考案装置においては、前記自動流量調整弁お
よびこれに付属する各構成部品について、何れも一般的
な市販品を使用することができると共に、減圧調整手段
として全て弁装置を使用して構成するため、制御系統の
構成配置が簡略化することができ、従って高圧ガス規定
の制約を受ける大形の気液低圧容器を設置する従来の減
圧装置と比較して、装置全体を小形かつ安全に設計する
ことができると共に、圧力検出器により所要の圧力まで
低下したことが検出された際に演算制御装置により可変
吸引装置で圧力を吸引する操作を行うように構成した従
来の減圧装置と比較して、簡単な機構により装置全体を
低コストに製作することができ、円滑にしてかつプログ
ラマブルな減圧制御を適正かつ安定に達成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る冷間等方圧成形装置の減圧装置の
一実施例を示す構成並びに制御系統図、第２図は第１図
に示す減圧装置で達成される減圧パターンを示す時間−
圧力特性線図、第３図は従来の冷間等方圧成形装置の構
成とその制御系統を示す説明図である。 30……圧力容器、30a……成形処理室 32……昇圧ポンプ、32a……電磁弁 32b……圧力トランスミッタ、32c……圧力表示器 34……減圧装置、36……高圧減圧系 38……第１低圧減圧系、38a……圧力表示器 40……第２低圧減圧系 42、46、58……手動形流量調整弁 44、48、60……空気作動形開閉弁 44a、48a、56a、60a……電磁弁 50……時間−圧力プログラム設定器 52……圧力トランスデューサ、54……電空変換器 56……空気作動形自動流量調整弁、62……パルスモータ 62a……パルス発信器、62b……パルスコントローラ 62c……パルスモータドライバ 64……デジタルレリーフ形自動流量調整弁 P₀……大気圧、P₁……成形圧力 P₂……第１中間圧力、P₃……第２中間圧力 P₄……減圧終了圧力

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】成形圧力容器の圧力減圧系を高圧減圧系と
   第１および第２の低圧減圧系とに分割し、 前記各減圧系にはそれぞれ手動形流量調整弁と空気作動
   形開閉弁とを設け、 さらに前記第１の低圧減圧系には時間のプログラムに従
   って予め設定された圧力を出力する時間−圧力プログラ
   ム設定器の出力電気信号と前記手動形流量調整弁を介し
   て得られる圧力を出力する圧力トランスデューサの出力
   電気信号との間の偏差電気信号で作動する電空変換器の
   偏差空気圧により制御するよう構成した空気作動形自動
   流量調整弁を設けると共に、 前記第２の低圧減圧系には１パルス毎の回転度ならびに
   パルス間の時間間隔を予め時間のプログラムに従って設
   定されたステッピングパルスモータの回転により制御す
   るよう構成したデジタルレリーフ形自動流量調整弁を設
   け、 減圧工程に際し前記高圧減圧系から順次第１および第２
   の低圧減圧系を作動させて段階的減圧を行うよう構成す
   ることを特徴とする冷間等方圧成形装置の減圧装置。