粉末成形プレス装置
【課題】粉末成形プレス装置において、粉末成形体の製造効率向上を図ることができるようにする。
【解決手段】貫通孔２Ｃが形成されたダイ２と、ダイ２に対して貫通孔２Ｃの貫通方向に相対移動可能とされて、貫通孔２Ｃに挿入された状態で貫通孔２Ｃと共に原料粉末Ｐを充填するための充填部Ａを画成する下パンチ３と、ダイ２及び下パンチ３に対して前記貫通方向に相対移動可能とされた上パンチ４とを備え、ダイ２、下パンチ３及び上パンチ４の相対移動により充填部Ａに充填された原料粉末Ｐを加圧成形して圧粉成形体を成形する粉末成形プレス装置１に対し、ダイ２、下パンチ３及び上パンチ４の相対位置を検出する位置検出手段４１，４２，４３と、原料粉末Ｐを加圧成形する際に位置検出手段４１，４２，４３から出力された前記相対位置に基づいて、ダイ２、下パンチ３及び上パンチ４の相対移動データを記憶する記憶手段とを設ける。
【解決手段】貫通孔２Ｃが形成されたダイ２と、ダイ２に対して貫通孔２Ｃの貫通方向に相対移動可能とされて、貫通孔２Ｃに挿入された状態で貫通孔２Ｃと共に原料粉末Ｐを充填するための充填部Ａを画成する下パンチ３と、ダイ２及び下パンチ３に対して前記貫通方向に相対移動可能とされた上パンチ４とを備え、ダイ２、下パンチ３及び上パンチ４の相対移動により充填部Ａに充填された原料粉末Ｐを加圧成形して圧粉成形体を成形する粉末成形プレス装置１に対し、ダイ２、下パンチ３及び上パンチ４の相対位置を検出する位置検出手段４１，４２，４３と、原料粉末Ｐを加圧成形する際に位置検出手段４１，４２，４３から出力された前記相対位置に基づいて、ダイ２、下パンチ３及び上パンチ４の相対移動データを記憶する記憶手段とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧粉成形に使用する粉末成形プレス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、粉末成形プレス装置は、例えば非特許文献１に記載されているように、下パンチをダイ内に挿入した状態でダイ内に原料粉末を充填し、さらにダイ内に上パンチを挿入して原料粉末をダイ内で上パンチや下パンチによって圧縮することで、ダイの内面及び上下のパンチの端面形状が転写された圧粉成形体を製造するように構成されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「焼結部品の成形技術」、日本粉末冶金工業会、平成１６年５月１４日、ｐ．９―１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この粉末成形プレス装置において、良品として許容できる圧粉成形体（例えば、クラック等の欠陥がなく所望の密度バランス等の条件を満たす圧粉成形体）を製造できる条件を見出すまでには、試験的に圧粉成形体を製造する試し打ちを数多く実施する必要がある。このため、圧粉成形体の量産を開始できるまでの時間が長くなり、製造効率が悪いという問題がある。なお、空気圧や油圧、ばね等の弾性力を利用して圧粉成形を行う場合には、圧縮時における上下のパンチやダイの動きが特に複雑となるため、良品の製造可能条件を見出すまでの試し打ち回数が特に多くなってしまう。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みたものであって、圧粉成形体の製造効率向上を図ることが可能な粉末成形プレス装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するために、本発明の粉末成形プレス装置は、貫通孔が形成されたダイと、当該ダイに対して前記貫通孔の貫通方向に相対移動可能とされて、前記貫通孔に挿入された状態で当該貫通孔と共に原料粉末を充填するための充填部を画成する下パンチと、前記ダイ及び前記下パンチに対して前記貫通方向に相対移動可能とされた上パンチとを備えて、前記ダイ、前記下パンチ及び前記上パンチの相対移動により前記充填部に充填された前記原料粉末を加圧成形することで、前記原料粉末を圧粉成形体に成形するものであって、前記ダイ、前記下パンチ及び前記上パンチの相対位置を検出する位置検出手段と、少なくとも前記原料粉末を加圧成形する際に、前記位置検出手段から出力された前記相対位置に基づいて、前記ダイ、前記下パンチ及び前記上パンチの相対移動データを記憶する記憶手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
なお、前記加圧成形は、ダイ、下パンチ及び上パンチの相対移動によって原料粉末を圧縮する圧縮工程だけではなく、圧縮工程後に、ダイ、下パンチ及び上パンチの相対移動によって圧粉成形体を充填部から取り出す抜出し工程等を含んでいてもよい。
そして、加圧成形時におけるダイ、下パンチ及び上パンチの相対移動データは、圧縮工程や抜出し工程等におけるダイ、下パンチ及び上パンチの相対的な移動の履歴を示すものである。
【０００８】
この粉末成形プレス装置によれば、位置検出手段によりダイ、下パンチ及び上パンチの相対位置を検出して、ダイ、下パンチ及び上パンチの相対移動データを取得することで、加圧成形におけるダイ、下パンチ及び上パンチの相対的な位置や動き（例えば、移動速度や加速度等）を詳細に知ることが可能となる。例えば、空気圧や油圧、ばね等の弾性力を利用して加圧成形を行う場合であっても、この弾性力の影響を含むダイ、下パンチ及び上パンチの複雑な動きまで詳細に知ることができる。
【０００９】
したがって、製造された圧粉成形体とこれに対応する相対移動データとを比較することで、ダイ、下パンチ及び上パンチの相対的な動きや、充填部に充填される原料粉末の量等の各種パラメータが、圧粉成形体の品質（例えばクラック等の欠陥の有無、密度バランス等）に与える影響について、容易かつ詳細に解析・分析することが可能となる。その結果として、良品として許容できる圧粉成形体（例えばクラック等の欠陥が無く、所望の密度バランス等の条件を満たすもの）の製造可能条件を見出すために実施する各種パラメータの調整を、オペレータの経験や感覚に頼ることなく、効率よく行うことができる。すなわち、圧粉成形体の量産を開始するまでの試し打ち回数を確実に減らすことができる。
なお、各種パラメータの調整としては、例えば、原料粉末の量の調整や、ダイ、下パンチ、上パンチを動かす駆動力の調整、駆動力を変化させるタイミングの調整等が挙げられる。また、空気圧や油圧、ばね等の弾性力を利用して加圧成形を行う場合には、この弾性力の調整も各種パラメータの調整の一例として挙げられる。
【００１０】
そして、前記粉末成形プレス装置は、前記記憶手段に予め記憶された前記圧粉成形体の製造条件と、前記原料粉末を一の圧粉成形体に加圧成形した際の一の相対移動データとを比較し、当該一の相対移動データが前記製造条件に含まれる場合には、前記一の圧粉成形体が良品であることを出力し、前記一の相対移動データが前記製造条件から外れている場合には、前記一の圧粉成形体が不良品であることを出力する判別手段を備えていることが好ましい。
【００１１】
なお、前記製造条件は、良品として許容できる圧粉成形体の製造条件であり、例えば、原料粉末を良品である圧粉成形体に加圧成形した際の相対移動データ（良品データ）、あるいは、良品データに対して所定の上限値や下限値を設けた所定の許容範囲が挙げられる。これらの場合、一の相対移動データが製造条件に含まれることは、良品データと一致する、あるいは、良品データの許容範囲の内側に位置することを意味する。また、一の相対移動データが製造条件から外れることは、良品データと一致しない、あるいは、良品データの許容範囲の外側に位置することを意味する。
【００１２】
この粉末成形プレス装置によれば、ダイ、下パンチ及び上パンチの詳細な動きを示す相対移動データに基づいて圧粉成形体の良否を判定しているため、良否判定の信頼性を高めることができる。したがって、この良否判定を圧粉成形体の量産時に適用すれば、量産された圧粉成形体に対するクラック等の欠陥の有無や密度バランスの計測等の各種検査を無くす、あるいは、各種検査の頻度を減らすことが可能となる。また、量産された多数の圧粉成形体を良品・不良品に振り分ける作業を判定手段からの出力に基づいて行うことができるため、この振分作業を容易かつ迅速に行うことができる。以上のことから、圧粉成形体の製造効率向上をさらに図ることが可能となる。
なお、上述した圧粉成形体の振分作業は人為的に行ってもよいが、判別手段からの出力に基づいて所定の振分装置により自動的に行ってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ダイ、下パンチ及び上パンチの相対位置を検出する位置検出手段を備えることで、圧粉成形体の量産を開始するまでの試し打ち回数を確実に減らすことができるため、圧粉成形体の製造効率向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る粉末成形プレス装置において原料粉末を加圧成形する前の状態を示す概略断面図である。
【図２】図１の粉末成形プレス装置を構成するコンピュータを示すブロック図である。
【図３】図１の粉末成形プレス装置による圧縮工程を示す概略断面図である。
【図４】図１の粉末成形プレス装置による圧縮工程を示す概略断面図である。
【図５】図１の粉末成形プレス装置による圧縮工程を示す概略断面図である。
【図６】図１の粉末成形プレス装置による圧縮工程を示す概略断面図である。
【図７】図１の粉末成形プレス装置による抜出し工程を示す概略断面図である。
【図８】図１の粉末成形プレス装置による抜出し工程後の動作を示す概略断面図である。
【図９】図３〜８に示す工程を経ることで得られる相対移動データの一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１〜９を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１に示すように、この実施形態に係る粉末成形プレス装置１は、フローティングダイ法により原料粉末を圧縮して圧粉成形体に成形するものであり、ダイ２、下パンチ３及び上パンチ４を備えている。
【００１６】
ダイ２は、厚板状に形成されると共にその厚さ方向（紙面の上下方向）に貫通する貫通孔２Ｃを形成して構成され、エアダンパー１１を介してベースプレート５の上面５ａ上に配されている。言い換えれば、ダイ２はエアダンパー１１の圧力によってベースプレート５上に浮上した状態で配置されている。なお、図示例では、ダイ２が一つのエアダンパー１１のみによって支持されているが、実際には、貫通孔２Ｃの貫通方向とベースプレート５の上面５ａとの直交が保たれるように、複数のエアダンパー１１によって支持されている。
【００１７】
この構成において、ダイ２に対してその厚さ方向に外力を加えた場合には、ダイ２がエアダンパー１１の圧力に抗うように、ベースプレート５に対して厚さ方向に移動する。なお、外力を解除すれば、ダイ２がエアダンパー１１の弾性力によって元の位置に復帰する。すなわち、ダイ２はベースプレート５に対して上下方向に移動可能に設けられている。
このダイ２の下面には、ベースプレート５の上面５ａに設けられたスライディングブロック１２に対応する開放用ウェッジ１３、及び、後述する下第一パンチプレート２３に当接させるための当接ロッド１４が突出して設けられている。これら開放用ウェッジ１３及び当接ロッド１４は、ダイ２に外力が加えられていない状態において、それぞれスライディングブロック１２及び下第一パンチプレート２３の上方に間隔をあけて位置している。また、開放用ウェッジ１３とスライディングブロック１２との間隔は、当接ロッド１４と下第一パンチプレート２３との間隔よりも短く設定されている。
【００１８】
開放用ウェッジ１３の下端には、下端側から上端側に向かうにしたがって漸次外側に傾斜するテーパ面１３ｂが形成されている。このため、スライディングブロック１２の初期位置は、下第一パンチプレート２３の下方に設定されているが、ダイ２を下方向に移動させることに伴い、開放用ウェッジ１３がスライディングブロック１２に形成された突起部１２Ｃを押圧することで、スライディングブロック１２は初期位置から側方に水平移動し、下第一パンチプレート２３の下方から外れることになる（図７参照）。なお、スライディングブロック１２は、この状態からダイ２を元の位置に戻した際に、開放用ウェッジ１３がスライディングブロック１２の上方に離間することに伴い、初期位置に復帰するように設定されている。
【００１９】
さらに、ダイ２の下面にはベースプレート５を貫通する長尺のロッド１６が複数突出して設けられており、これら複数のロッド１６の先端には、吊下げプレート１７が固定されている。吊下げプレート１７は、少なくともダイ２に外力が加えられていない状態において、ベースプレート５の下面５ｂに対して間隔をあけて配されている。さらに、吊下げプレート１７には、その下側から下方ラム１８が挿通されている。また、下方ラム１８の上端には、吊下げプレート１７と上下方向に当接可能とされた係合突起１８Ｃが形成されている。
【００２０】
下方ラム１８は、機械式や空気圧式、油圧式の駆動装置（不図示）によって上下方向に所定区間で昇降駆動されるものであり、これによって、吊下げプレート１７に対してその厚さ方向に移動可能とされている。なお、機械式の駆動装置としては、例えばクランク機構やエキセン機構、トグルジョイント機構、カム機構等を用いたもの、すなわち、モータ等の駆動軸が一回転することで下方ラム１８が上下方向に一往復するような機構を備えるものが挙げられる。
下方ラム１８の初期位置は、図１に示すように、係合突起１８Ｃが吊下げプレート１７の上方に間隔をあけて配される位置であり、下方ラム１８はこの初期位置を基準として下方向に移動可能となっている。また、下方ラム１８は、係合突起１８Ｃが吊下げプレート１７の上面に当接した状態からさらに下方向に移動可能となっている。したがって、係合突起１８Ｃが吊下げプレート１７の上面に当接した状態で、下方ラム１８を下方向に駆動した際には、ダイ２がエアダンパー１１の圧力に抗って下方ラム１８と共に下方向に移動することになる。
【００２１】
下パンチ３は、ダイ２の下面側から貫通孔２Ｃに挿入・抜出されるように、ダイ２に対して貫通孔２Ｃの貫通方向（上下方向）に相対移動可能とされている。なお、図示例のように、下パンチ３が貫通孔２Ｃに挿入された状態では、下パンチ３が貫通孔２Ｃの下端開口を閉塞し、貫通孔２Ｃ及び下パンチ３によって原料粉末Ｐを充填するための充填部Ａが画成される。
この下パンチ３は、複数段のパンチによって構成されている。具体的に説明すれば、下パンチ３は、略円筒形状の下第一パンチ２１と、下第一パンチ２１内に挿通される略円柱形状の下第二パンチ２２によって構成されている。下第二パンチ２２は、ベースプレート５の上面５ａから上方に突出するようにベースプレート５に固定されている。
【００２２】
一方、下第一パンチ２１は、下第一パンチプレート２３上に固定された上で、ダイ２の場合と同様に、エアダンパー２４を介してベースプレート５の上面５ａ上に配されている。言い換えれば、下第一パンチ２１はエアダンパー２４の圧力によってベースプレート５上に浮上した状態で配置されている。なお、図示例では、下第一パンチ２１及び下第一パンチプレート２３が一つのエアダンパー２４のみによって支持されているが、実際には、下第一パンチ２１及び下第二パンチ２２の中心軸線が一致するように、複数のエアダンパー２４によって支持されている。
【００２３】
上パンチ４は、ダイ２の上面側から貫通孔２Ｃに挿入・抜出されるように、ダイ２及び下パンチ３に対して貫通孔２Ｃの貫通方向に相対移動可能とされている。なお、上パンチ４の下部が貫通孔２Ｃに挿入された状態では、貫通孔２Ｃの上端開口が上パンチ４によって閉塞される（図３〜６参照）。
そして、上パンチ４の上部には、エアシリンダ３１のピストン部３２が装着され、エアシリンダ３１のシリンダ部３３は、上方ガイド３４内を上下に滑動する上方ラム３５の下端に配設されている。さらに、上方ラム３５の上端はリンク３６を介してクランク軸３７に連結され、クランク軸３７は駆動モータに接続されている。
【００２４】
エアシリンダ３１のシリンダ部３３には、その内部と空気圧調整ユニット３８とを連通するためのエア供給管３９が連結されており、エア供給管３９の中途部には、シリンダ部３３内と空気圧調整ユニット３８との連通・遮断を切り換える電磁弁４０が設けられている。空気圧調整ユニット３８は、エアをシリンダ部３３内に供給するためのエア供給源や、シリンダ部３３内のエアを排出するための排出部等を備えており、シリンダ部３３内と空気圧調整ユニット３８とが連通状態のときにシリンダ部３３内の圧力を調整できるようになっている。なお、シリンダ部３３内の圧力を調整するための構成は、上記構成に限らず、任意の構成を取り得る。
【００２５】
以上の構成において、エアシリンダ３１のピストン部３２は、シリンダ部３３内の圧力の増減によってシリンダ部３３に対して上下方向に移動可能とされている。すなわち、エアシリンダ３１の下側に設けられた上パンチ４は、空気圧式の駆動装置によって上下方向に移動可能とされている。また、クランク軸３７が駆動モータＭによって一回転することで、上方ラム３５が上下方向に一往復することになる。すなわち、エアシリンダ３１を介して上方ラム３５の下側に設けられた上パンチ４は、クランク機構を利用した機械式の駆動装置によっても上下方向に移動可能とされている。
【００２６】
また、粉末成形プレス装置１は、ベースプレート５と、ダイ２、下第一パンチプレート２３及び上パンチ４との各間にそれぞれ配されたリニアスケール（位置検出手段）４１，４２，４３を備えている。各リニアスケール４１，４２，４３は、ベースプレート５に固定された下第二パンチ２２の位置を基準として、ダイ２、下第一パンチ２１及び上パンチ４の上下方向の各位置を監視・検出するものである。すなわち、この構成では、複数のリニアスケール４１，４２，４３により、ダイ２、下第一パンチ２１、下第二パンチ２２及び上パンチ４の相対位置を検出することができる。
【００２７】
また、粉末成形プレス装置１は、図１，２に示すように、ＨＤＤやＲＡＭ、ＲＯＭ等からなるメモリ（記憶手段）５１、ＣＰＵ等からなる制御部５２、モニタ等からなる表示部５３、及び、キーボード等からなる入力部５４を備えたコンピュータ５０を有している。
メモリ５１には、加圧成形に要する各種プログラムや各種データが格納されている。また、入力部５４は、各種データを人為的に入力するものである。
制御部５２は、メモリ５１に格納された各種プログラムや各種データ、あるいは、入力部５４から出力された各種データに基づいて、各種情報処理を実施するものである。具体的に説明すれば、制御部５２は、例えば、メモリ５１に格納された各種プログラムや各種データに基づいて、加圧成形に要する制御信号を電磁弁４０や駆動モータＭ等に出力する。また、制御部５２は、例えば、複数のリニアスケール４１，４２，４３から出力されたダイ２、下第一パンチ２１、下第二パンチ２２及び上パンチ４の相対位置に基づいて、ダイ２、下第一パンチ２１、下第二パンチ２２及び上パンチ４の相対移動データ（図９参照）を作成する。さらに、制御部５２は、例えば、入力部５４において入力されたデータや前述の相対移動データ等の各種データをメモリ５１に記憶させたり、表示部５３に出力したりする。
【００２８】
以上のように構成された粉末成形プレス装置１では、ダイ２、下パンチ３及び上パンチ４の相対移動により充填部Ａに充填された原料粉末Ｐを加圧成形することで、原料粉末Ｐを圧粉成形体に成形することができる。以下、この加圧成形の方法について図１，３〜９を参照して説明する。
なお、図９に示すグラフは、加圧成形におけるダイ２、下第一パンチ２１、下第二パンチ２２及び上パンチ４の上下方向の相対位置の変動を示している。そして、グラフの横軸は、クランク軸３７のクランク部が天頂に位置した点を基準（０度）としたクランク軸３７の角度を示しており、グラフの縦軸は、下第二パンチ２２の上面を基準としたダイ２の上面、下第一パンチ２１の上面及び上パンチ４の下面の各上下方向位置を示している。また、図９のグラフ中に示す各状態（イ）〜（ト）は、それぞれ図１，３〜８に示す状態に対応している。また、図９に示すように、クランク軸３７は、そのクランク部が天頂（０度）から移動して再び天頂に戻るまで、停止することなく連続して回転する。
【００２９】
加圧成形の際には、はじめに、下第二パンチ２２の上下位置を基準として、ダイ２や下第一パンチ２１、上パンチ４等の装置各部を図１に示す初期位置（図９における状態（イ））に配置した上で、不図示のフィーダにより充填部Ａに原料粉末Ｐを充填する（充填工程）。なお、この工程では、ダイ２と下パンチ３との相対的な上下位置を変化させることで充填部Ａの容積を調節し、充填部Ａに充填する原料粉末Ｐの量を調整することが可能である。
次いで、ダイ２、下パンチ３及び上パンチ４の相対移動によって原料粉末Ｐを圧縮する（圧縮工程）。この圧縮工程では、はじめに、駆動モータＭにより上方ラム３５を下方に駆動することで、図３に示すように、上パンチ４が下降して貫通孔２Ｃ内に挿入され、原料粉末Ｐを加圧して圧縮する（第一圧縮工程）。この第一圧縮工程は、図９における状態（イ）から状態（ロ）への移行に対応しており、この移行において、ダイ２及び下第一パンチ２１は上下方向に移動していない。
【００３０】
次いで、上方ラム３５をさらに下方に駆動して、図４に示すように、上パンチ４がさらに下降すると、第一圧縮工程における原料粉末Ｐの加圧に伴い、下第一パンチ２１はエアダンパー２４の圧力に抗って上パンチ４と共に下降するが、原料粉末Ｐはダイ２と下第二パンチ２２との間でさらに加圧・圧縮される（第二圧縮工程）。この第二圧縮工程は、図９における状態（ロ）から状態（ハ）への移行に対応しており、この移行において、ダイ２は上下方向に移動しない。この第二圧縮工程後の状態においては、下第一パンチプレート２３の下面にスライディングブロック１２が当接するため、下第一パンチ２１の下方へのさらなる移動が規制されている。
【００３１】
その後、上方ラム３５をさらに下方に駆動して、図５に示すように、上パンチ４をさらに下降させると、第二圧縮工程における原料粉末Ｐの加圧に伴い、ダイ２と原料粉末Ｐとの摩擦力がエアダンパー１１の圧力よりも大きくなるため、ダイ２がエアダンパー１１の圧力に抗って上パンチ４と共に下降する。この際、下第一パンチ２１はスライディングブロック１２によって下方への移動が規制されているため、図９の状態（ハ）から状態（ニ）への移行にも示されているように、下方向には移動しない。したがって、この際には、原料粉末Ｐがダイ２と下第一パンチ２１及び下第二パンチ２２との間でさらに加圧・圧縮される（第三圧縮工程）。なお、第三圧縮工程後の状態（図５及び図９の状態（ニ））においては、クランク軸３７のクランク部及び上方ラム３５の位置が最下点（１８０度）に位置している。
【００３２】
最後に、図６に示すように、所定時間だけ原料粉末Ｐに対する加圧を保持する（加圧保持工程）ことで、充填部Ａにおいて原料粉末Ｐが所定形状の圧粉成形体に成形され、圧縮工程が完了する。
上記加圧保持工程は、図９の状態（ニ）から状態（ホ）への移行に対応している。この加圧保持工程においては、クランク軸３７のクランク部及び上方ラム３５が最下点から上昇する代わりに、ピストン部３２を上方ラム３５及びシリンダ部３３に対して下方に突出させることで、上パンチ４の上下方向の位置を保持する。詳細に説明すれば、この工程では、上パンチ４とベースプレート５との間のリニアスケール４３の検出結果に基づいて、制御部５２が電磁弁４０や空気圧調整ユニット３８の動作を制御し、ピストン部３２がシリンダ部３３から突出するようにシリンダ部３３内の圧力を調整することで、上パンチ４の上下方向の位置が保持される。
【００３３】
上記圧縮工程後には、圧粉成形体Ｆをダイ２内から抜き出す（抜出し工程）。
この工程では、はじめに、図７に示すように、下方ラム１８を下方に駆動して係合突起１８Ｃを吊下げプレート１７に当接させた上で、下方ラム１８をさらに下方に移動させることにより、ダイ２を下方に移動させる。また、このダイ２の下方への移動に伴って、開放用ウェッジ１３によりスライディングブロック１２を初期位置から外側に水平移動させ、スライディングブロック１２による下第一パンチ２１及び下第一パンチプレート２３の下方への移動規制を解除する。
その後、ダイ２をさらに下降させて当接ロッド１４を下第一パンチプレート２３に当接させる。この状態においては、ダイ２及び下第一パンチ２１の上面が同一平面をなす。そして、この当接状態からさらにダイ２を下降させると、下第一パンチ２１がダイ２と一体に下降し、これによって圧粉成形体Ｆがダイ２内から抜け出る。
【００３４】
なお、このように圧粉成形体Ｆをダイ２内から抜き出す際、上パンチ４の上下方向の位置は、前述した加圧保持工程のときと同じ位置に保持されている。すなわち、抜き出し工程においては、圧粉成形体Ｆが下第二パンチ２２及び上パンチ４によって挟持された状態でダイ２内から抜き出される。この抜き出し工程におけるダイ２、下第一パンチ２１、下第二パンチ２２及び上パンチ４の挙動は、図９の状態（ホ）から状態（ヘ）への移行に対応している。
最後に、図８に示すように、上パンチ４を圧粉成形体Ｆに対して上方に離間させることで、原料粉末Ｐを圧粉成形体Ｆに成形する加圧成形が完了し、圧粉成形体Ｆを粉末成形プレス装置１から取り出すことができる。なお、上パンチ４の上方への離間は、駆動モータＭによる上方ラム３５の上昇の他、電磁弁４０や空気圧調整ユニット３８の動作制御によりシリンダ部３３内の圧力を減少させて、ピストン部３２を上方ラム３５及びシリンダ部３３に対して上昇させることでも行われる。この上パンチ４の離間は、図９の状態（ヘ）から状態（ト）への移行に対応している。
【００３５】
また、上述したように原料粉末Ｐを加圧成形する際には、制御部５２が、複数のリニアスケール４１，４２，４３から出力された下第二パンチ２２に対するダイ２、下第一パンチ２１及び上パンチ４の相対位置に基づいて、図９に示すように、下第二パンチ２２に対するダイ２、下第一パンチ２１及び上パンチ４の相対移動データを作成し、この相対移動データをメモリ５１に記憶させる。
なお、本実施形態では、下第二パンチ２２に対するダイ２、下第一パンチ２１及び上パンチ４の相対位置を、クランク軸３７の角度に対応づけて、相対移動データを作成しているが、例えば、時間に対応づけて作成してもよい。
【００３６】
本実施形態に係る粉末成形プレス装置では、加圧成形における相対移動データを取得することで、ダイ２、下第一パンチ２１、下第二パンチ２２及び上パンチ４の相対的な位置や動き（例えば移動速度や加速度）を詳細に知ることが可能となる。特に、本実施形態の粉末成形プレス装置１では、加圧成形におけるダイ２、下第一パンチ２１及び上パンチ４の動きがエアダンパー１１，２４やエアシリンダ３１による空気圧（弾性力）の影響を受ける場合があるが、この空気圧の影響を含むダイ２、下第一パンチ２１及び上パンチ４の複雑な動きまで詳細に知ることができる。
したがって、製造された圧粉成形体Ｆとこれに対応する相対移動データとを比較することで、ダイ２、下第一パンチ２１、下第二パンチ２２及び上パンチ４の相対的な動きや、充填部Ａに充填される原料粉末Ｐの量等の各種パラメータが、圧粉成形体Ｆの品質（例えばクラック等の欠陥の有無、密度バランス等）に与える影響について、容易かつ詳細に解析・分析することが可能となる。
【００３７】
以上のことから、良品として許容できる圧粉成形体Ｆの製造条件を見出すための試し打ちを実施する場合には、前述した各種パラメータの調整を、オペレータの経験や感覚に頼ることなく、効率よく行うことができる。その結果として、圧粉成形体Ｆの量産を開始するまでの試し打ち回数を確実に減らすことができ、圧粉成形体Ｆの製造効率向上を図ることが可能となる。
なお、本実施形態における各種パラメータの調整としては、例えば、原料粉末Ｐの量の調整や、駆動モータＭやエアシリンダ３１による上パンチ４の駆動力の調整、エアダンパー１１，２４の空気圧の調整、また、上パンチ４の駆動力を変化させるタイミング（例えば加圧保持工程や抜き出し工程においてシリンダ部３３内の圧力を変化するタイミング）の調整、が挙げられる。これら各種パラメータの調整を行う場合には、例えば、オペレータが、入力部５４を用いてメモリ５１に格納された加圧成形に要するプログラムの内容を変更すればよい。
【００３８】
また、この粉末成形プレス装置１においては、前述した試し打ちにおいて得られた相対移動データと、圧粉成形体Ｆに関するクラック等の欠陥の有無や密度バランス等の各種情報とを対応づけたデータテーブルが、メモリ５１に格納されている。すなわち、このデータテーブルには各圧粉成形体Ｆについて欠陥の有無や密度バランス等の各種情報が含まれており、これら各種情報は、例えばオペレータによる入力部５４の操作によって入力することが可能である。
さらに、この粉末成形プレス装置１においては、オペレータによる入力部５４の操作や予めメモリ５１に格納されたプログラムにより、上記データテーブル等に基づいて、良品として許容できる圧粉成形体Ｆの製造条件を作成し、これをメモリ５１に格納することができる。なお、製造条件としては、例えば、良品である圧粉成形体Ｆに対応する相対移動データ（良品データ）、あるいは、良品データに対して所定の上限値や下限値を設けた所定の許容範囲のデータが挙げられる。
【００３９】
また、メモリ５１には、上記製造条件と、原料粉末Ｐを一の圧粉成形体Ｆに加圧成形した際の一の相対移動データとを比較し、一の相対移動データが前述の製造条件に含まれる場合には、一の圧粉成形体が「良品」であることを出力し、一の相対移動データが前述の製造条件から外れている場合には、一の圧粉成形体Ｆが「不良品」であることを出力するプログラムが格納されている。
すなわち、この粉末成形プレス装置１においては、制御部５２が、上記プログラムに基づいて、上記製造条件と、一の圧粉成形体Ｆを製造した際の一の相対移動データとを比較し、一の相対移動データが前述の製造条件に含まれる場合に、一の圧粉成形体Ｆが「良品」であることを出力し、一の相対移動データが前述の製造条件から外れている場合には、一の圧粉成形体Ｆが「不良品」であることを表示部５３等に出力する判別手段として機能する。なお、一の相対移動データが製造条件に含まれることは、例えば良品データと一致する、あるいは、良品データの許容範囲内に含まれることを意味する。また、一の相対移動データが製造条件から外れることは、良品データと一致しない、あるいは、良品データの許容範囲の外側に位置することを意味する。
【００４０】
以上のように、本実施形態の粉末成形プレス装置１では、ダイ２、下第一パンチ２１及び上パンチ４の詳細な動きを示す相対移動データに基づいて圧粉成形体Ｆの良否を判定できるため、良否判定の信頼性を高めることが可能となる。したがって、この良否判定を圧粉成形体Ｆの量産時に適用すれば、量産された圧粉成形体Ｆに対するクラック等の欠陥の有無や密度バランスの計測等の各種検査を無くす、あるいは、各種検査の頻度を減らすことができる。また、量産された多数の圧粉成形体Ｆを良品・不良品に振り分ける作業を判定手段からの出力に基づいて行うことができるため、この振分作業を容易かつ迅速に行うことができる。以上のことから、圧粉成形体Ｆの製造効率向上をさらに図ることが可能となる。
なお、上述した圧粉成形体Ｆの振分作業は、良否判定が表示部に表示されることで人為的に実施されてもよいが、例えば良否判定を所定の振分装置に直接出力することで、自動的に実施されてもよい。
【００４１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上パンチ４を駆動する機械式の駆動装置は、クランク機構を利用したものに限らず、エキセン機構、トグルジョイント機構、カム機構等の他の機構を利用したものであってよい。また、上パンチ４の上下方向の移動は、空気圧式及び機械式両方の駆動装置によって行われることに限らず、機械式や空気圧式、油圧式の駆動装置のいずれか一つ、あるいは、これらを適宜組み合わせたものによって行われてよい。
【００４２】
さらに、下パンチ３及び上パンチ４の段数は、上記実施形態のものに限らず、それぞれ任意の段数に設定されていてよい。なお、上パンチ４が複数段のパンチによって構成される場合には、上パンチ４を構成する各段のパンチとベースプレート５との各間に上記実施形態と同様のリニアスケールを設ければよい。
また、本願発明の粉末成形プレス装置は、上記実施形態のようなフローティングダイ法のものに限らず、ウイズドロアル法等の他の両押成形法、あるいは、片押成形法のものに適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 粉末成形プレス装置
２ ダイ
２Ｃ 貫通孔
３ 下パンチ
４ 上パンチ
２１ 下第一パンチ
２２ 下第二パンチ
４１，４２，４３ リニアスケール（位置検出手段）
５０ コンピュータ
５１ メモリ（記憶手段）
５２ 制御部
Ａ 充填部
Ｆ 圧粉成形体
Ｐ 原料粉末
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧粉成形に使用する粉末成形プレス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、粉末成形プレス装置は、例えば非特許文献１に記載されているように、下パンチをダイ内に挿入した状態でダイ内に原料粉末を充填し、さらにダイ内に上パンチを挿入して原料粉末をダイ内で上パンチや下パンチによって圧縮することで、ダイの内面及び上下のパンチの端面形状が転写された圧粉成形体を製造するように構成されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「焼結部品の成形技術」、日本粉末冶金工業会、平成１６年５月１４日、ｐ．９―１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この粉末成形プレス装置において、良品として許容できる圧粉成形体（例えば、クラック等の欠陥がなく所望の密度バランス等の条件を満たす圧粉成形体）を製造できる条件を見出すまでには、試験的に圧粉成形体を製造する試し打ちを数多く実施する必要がある。このため、圧粉成形体の量産を開始できるまでの時間が長くなり、製造効率が悪いという問題がある。なお、空気圧や油圧、ばね等の弾性力を利用して圧粉成形を行う場合には、圧縮時における上下のパンチやダイの動きが特に複雑となるため、良品の製造可能条件を見出すまでの試し打ち回数が特に多くなってしまう。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みたものであって、圧粉成形体の製造効率向上を図ることが可能な粉末成形プレス装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するために、本発明の粉末成形プレス装置は、貫通孔が形成されたダイと、当該ダイに対して前記貫通孔の貫通方向に相対移動可能とされて、前記貫通孔に挿入された状態で当該貫通孔と共に原料粉末を充填するための充填部を画成する下パンチと、前記ダイ及び前記下パンチに対して前記貫通方向に相対移動可能とされた上パンチとを備えて、前記ダイ、前記下パンチ及び前記上パンチの相対移動により前記充填部に充填された前記原料粉末を加圧成形することで、前記原料粉末を圧粉成形体に成形するものであって、前記ダイ、前記下パンチ及び前記上パンチの相対位置を検出する位置検出手段と、少なくとも前記原料粉末を加圧成形する際に、前記位置検出手段から出力された前記相対位置に基づいて、前記ダイ、前記下パンチ及び前記上パンチの相対移動データを記憶する記憶手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
なお、前記加圧成形は、ダイ、下パンチ及び上パンチの相対移動によって原料粉末を圧縮する圧縮工程だけではなく、圧縮工程後に、ダイ、下パンチ及び上パンチの相対移動によって圧粉成形体を充填部から取り出す抜出し工程等を含んでいてもよい。
そして、加圧成形時におけるダイ、下パンチ及び上パンチの相対移動データは、圧縮工程や抜出し工程等におけるダイ、下パンチ及び上パンチの相対的な移動の履歴を示すものである。
【０００８】
この粉末成形プレス装置によれば、位置検出手段によりダイ、下パンチ及び上パンチの相対位置を検出して、ダイ、下パンチ及び上パンチの相対移動データを取得することで、加圧成形におけるダイ、下パンチ及び上パンチの相対的な位置や動き（例えば、移動速度や加速度等）を詳細に知ることが可能となる。例えば、空気圧や油圧、ばね等の弾性力を利用して加圧成形を行う場合であっても、この弾性力の影響を含むダイ、下パンチ及び上パンチの複雑な動きまで詳細に知ることができる。
【０００９】
したがって、製造された圧粉成形体とこれに対応する相対移動データとを比較することで、ダイ、下パンチ及び上パンチの相対的な動きや、充填部に充填される原料粉末の量等の各種パラメータが、圧粉成形体の品質（例えばクラック等の欠陥の有無、密度バランス等）に与える影響について、容易かつ詳細に解析・分析することが可能となる。その結果として、良品として許容できる圧粉成形体（例えばクラック等の欠陥が無く、所望の密度バランス等の条件を満たすもの）の製造可能条件を見出すために実施する各種パラメータの調整を、オペレータの経験や感覚に頼ることなく、効率よく行うことができる。すなわち、圧粉成形体の量産を開始するまでの試し打ち回数を確実に減らすことができる。
なお、各種パラメータの調整としては、例えば、原料粉末の量の調整や、ダイ、下パンチ、上パンチを動かす駆動力の調整、駆動力を変化させるタイミングの調整等が挙げられる。また、空気圧や油圧、ばね等の弾性力を利用して加圧成形を行う場合には、この弾性力の調整も各種パラメータの調整の一例として挙げられる。
【００１０】
そして、前記粉末成形プレス装置は、前記記憶手段に予め記憶された前記圧粉成形体の製造条件と、前記原料粉末を一の圧粉成形体に加圧成形した際の一の相対移動データとを比較し、当該一の相対移動データが前記製造条件に含まれる場合には、前記一の圧粉成形体が良品であることを出力し、前記一の相対移動データが前記製造条件から外れている場合には、前記一の圧粉成形体が不良品であることを出力する判別手段を備えていることが好ましい。
【００１１】
なお、前記製造条件は、良品として許容できる圧粉成形体の製造条件であり、例えば、原料粉末を良品である圧粉成形体に加圧成形した際の相対移動データ（良品データ）、あるいは、良品データに対して所定の上限値や下限値を設けた所定の許容範囲が挙げられる。これらの場合、一の相対移動データが製造条件に含まれることは、良品データと一致する、あるいは、良品データの許容範囲の内側に位置することを意味する。また、一の相対移動データが製造条件から外れることは、良品データと一致しない、あるいは、良品データの許容範囲の外側に位置することを意味する。
【００１２】
この粉末成形プレス装置によれば、ダイ、下パンチ及び上パンチの詳細な動きを示す相対移動データに基づいて圧粉成形体の良否を判定しているため、良否判定の信頼性を高めることができる。したがって、この良否判定を圧粉成形体の量産時に適用すれば、量産された圧粉成形体に対するクラック等の欠陥の有無や密度バランスの計測等の各種検査を無くす、あるいは、各種検査の頻度を減らすことが可能となる。また、量産された多数の圧粉成形体を良品・不良品に振り分ける作業を判定手段からの出力に基づいて行うことができるため、この振分作業を容易かつ迅速に行うことができる。以上のことから、圧粉成形体の製造効率向上をさらに図ることが可能となる。
なお、上述した圧粉成形体の振分作業は人為的に行ってもよいが、判別手段からの出力に基づいて所定の振分装置により自動的に行ってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ダイ、下パンチ及び上パンチの相対位置を検出する位置検出手段を備えることで、圧粉成形体の量産を開始するまでの試し打ち回数を確実に減らすことができるため、圧粉成形体の製造効率向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る粉末成形プレス装置において原料粉末を加圧成形する前の状態を示す概略断面図である。
【図２】図１の粉末成形プレス装置を構成するコンピュータを示すブロック図である。
【図３】図１の粉末成形プレス装置による圧縮工程を示す概略断面図である。
【図４】図１の粉末成形プレス装置による圧縮工程を示す概略断面図である。
【図５】図１の粉末成形プレス装置による圧縮工程を示す概略断面図である。
【図６】図１の粉末成形プレス装置による圧縮工程を示す概略断面図である。
【図７】図１の粉末成形プレス装置による抜出し工程を示す概略断面図である。
【図８】図１の粉末成形プレス装置による抜出し工程後の動作を示す概略断面図である。
【図９】図３〜８に示す工程を経ることで得られる相対移動データの一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１〜９を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１に示すように、この実施形態に係る粉末成形プレス装置１は、フローティングダイ法により原料粉末を圧縮して圧粉成形体に成形するものであり、ダイ２、下パンチ３及び上パンチ４を備えている。
【００１６】
ダイ２は、厚板状に形成されると共にその厚さ方向（紙面の上下方向）に貫通する貫通孔２Ｃを形成して構成され、エアダンパー１１を介してベースプレート５の上面５ａ上に配されている。言い換えれば、ダイ２はエアダンパー１１の圧力によってベースプレート５上に浮上した状態で配置されている。なお、図示例では、ダイ２が一つのエアダンパー１１のみによって支持されているが、実際には、貫通孔２Ｃの貫通方向とベースプレート５の上面５ａとの直交が保たれるように、複数のエアダンパー１１によって支持されている。
【００１７】
この構成において、ダイ２に対してその厚さ方向に外力を加えた場合には、ダイ２がエアダンパー１１の圧力に抗うように、ベースプレート５に対して厚さ方向に移動する。なお、外力を解除すれば、ダイ２がエアダンパー１１の弾性力によって元の位置に復帰する。すなわち、ダイ２はベースプレート５に対して上下方向に移動可能に設けられている。
このダイ２の下面には、ベースプレート５の上面５ａに設けられたスライディングブロック１２に対応する開放用ウェッジ１３、及び、後述する下第一パンチプレート２３に当接させるための当接ロッド１４が突出して設けられている。これら開放用ウェッジ１３及び当接ロッド１４は、ダイ２に外力が加えられていない状態において、それぞれスライディングブロック１２及び下第一パンチプレート２３の上方に間隔をあけて位置している。また、開放用ウェッジ１３とスライディングブロック１２との間隔は、当接ロッド１４と下第一パンチプレート２３との間隔よりも短く設定されている。
【００１８】
開放用ウェッジ１３の下端には、下端側から上端側に向かうにしたがって漸次外側に傾斜するテーパ面１３ｂが形成されている。このため、スライディングブロック１２の初期位置は、下第一パンチプレート２３の下方に設定されているが、ダイ２を下方向に移動させることに伴い、開放用ウェッジ１３がスライディングブロック１２に形成された突起部１２Ｃを押圧することで、スライディングブロック１２は初期位置から側方に水平移動し、下第一パンチプレート２３の下方から外れることになる（図７参照）。なお、スライディングブロック１２は、この状態からダイ２を元の位置に戻した際に、開放用ウェッジ１３がスライディングブロック１２の上方に離間することに伴い、初期位置に復帰するように設定されている。
【００１９】
さらに、ダイ２の下面にはベースプレート５を貫通する長尺のロッド１６が複数突出して設けられており、これら複数のロッド１６の先端には、吊下げプレート１７が固定されている。吊下げプレート１７は、少なくともダイ２に外力が加えられていない状態において、ベースプレート５の下面５ｂに対して間隔をあけて配されている。さらに、吊下げプレート１７には、その下側から下方ラム１８が挿通されている。また、下方ラム１８の上端には、吊下げプレート１７と上下方向に当接可能とされた係合突起１８Ｃが形成されている。
【００２０】
下方ラム１８は、機械式や空気圧式、油圧式の駆動装置（不図示）によって上下方向に所定区間で昇降駆動されるものであり、これによって、吊下げプレート１７に対してその厚さ方向に移動可能とされている。なお、機械式の駆動装置としては、例えばクランク機構やエキセン機構、トグルジョイント機構、カム機構等を用いたもの、すなわち、モータ等の駆動軸が一回転することで下方ラム１８が上下方向に一往復するような機構を備えるものが挙げられる。
下方ラム１８の初期位置は、図１に示すように、係合突起１８Ｃが吊下げプレート１７の上方に間隔をあけて配される位置であり、下方ラム１８はこの初期位置を基準として下方向に移動可能となっている。また、下方ラム１８は、係合突起１８Ｃが吊下げプレート１７の上面に当接した状態からさらに下方向に移動可能となっている。したがって、係合突起１８Ｃが吊下げプレート１７の上面に当接した状態で、下方ラム１８を下方向に駆動した際には、ダイ２がエアダンパー１１の圧力に抗って下方ラム１８と共に下方向に移動することになる。
【００２１】
下パンチ３は、ダイ２の下面側から貫通孔２Ｃに挿入・抜出されるように、ダイ２に対して貫通孔２Ｃの貫通方向（上下方向）に相対移動可能とされている。なお、図示例のように、下パンチ３が貫通孔２Ｃに挿入された状態では、下パンチ３が貫通孔２Ｃの下端開口を閉塞し、貫通孔２Ｃ及び下パンチ３によって原料粉末Ｐを充填するための充填部Ａが画成される。
この下パンチ３は、複数段のパンチによって構成されている。具体的に説明すれば、下パンチ３は、略円筒形状の下第一パンチ２１と、下第一パンチ２１内に挿通される略円柱形状の下第二パンチ２２によって構成されている。下第二パンチ２２は、ベースプレート５の上面５ａから上方に突出するようにベースプレート５に固定されている。
【００２２】
一方、下第一パンチ２１は、下第一パンチプレート２３上に固定された上で、ダイ２の場合と同様に、エアダンパー２４を介してベースプレート５の上面５ａ上に配されている。言い換えれば、下第一パンチ２１はエアダンパー２４の圧力によってベースプレート５上に浮上した状態で配置されている。なお、図示例では、下第一パンチ２１及び下第一パンチプレート２３が一つのエアダンパー２４のみによって支持されているが、実際には、下第一パンチ２１及び下第二パンチ２２の中心軸線が一致するように、複数のエアダンパー２４によって支持されている。
【００２３】
上パンチ４は、ダイ２の上面側から貫通孔２Ｃに挿入・抜出されるように、ダイ２及び下パンチ３に対して貫通孔２Ｃの貫通方向に相対移動可能とされている。なお、上パンチ４の下部が貫通孔２Ｃに挿入された状態では、貫通孔２Ｃの上端開口が上パンチ４によって閉塞される（図３〜６参照）。
そして、上パンチ４の上部には、エアシリンダ３１のピストン部３２が装着され、エアシリンダ３１のシリンダ部３３は、上方ガイド３４内を上下に滑動する上方ラム３５の下端に配設されている。さらに、上方ラム３５の上端はリンク３６を介してクランク軸３７に連結され、クランク軸３７は駆動モータに接続されている。
【００２４】
エアシリンダ３１のシリンダ部３３には、その内部と空気圧調整ユニット３８とを連通するためのエア供給管３９が連結されており、エア供給管３９の中途部には、シリンダ部３３内と空気圧調整ユニット３８との連通・遮断を切り換える電磁弁４０が設けられている。空気圧調整ユニット３８は、エアをシリンダ部３３内に供給するためのエア供給源や、シリンダ部３３内のエアを排出するための排出部等を備えており、シリンダ部３３内と空気圧調整ユニット３８とが連通状態のときにシリンダ部３３内の圧力を調整できるようになっている。なお、シリンダ部３３内の圧力を調整するための構成は、上記構成に限らず、任意の構成を取り得る。
【００２５】
以上の構成において、エアシリンダ３１のピストン部３２は、シリンダ部３３内の圧力の増減によってシリンダ部３３に対して上下方向に移動可能とされている。すなわち、エアシリンダ３１の下側に設けられた上パンチ４は、空気圧式の駆動装置によって上下方向に移動可能とされている。また、クランク軸３７が駆動モータＭによって一回転することで、上方ラム３５が上下方向に一往復することになる。すなわち、エアシリンダ３１を介して上方ラム３５の下側に設けられた上パンチ４は、クランク機構を利用した機械式の駆動装置によっても上下方向に移動可能とされている。
【００２６】
また、粉末成形プレス装置１は、ベースプレート５と、ダイ２、下第一パンチプレート２３及び上パンチ４との各間にそれぞれ配されたリニアスケール（位置検出手段）４１，４２，４３を備えている。各リニアスケール４１，４２，４３は、ベースプレート５に固定された下第二パンチ２２の位置を基準として、ダイ２、下第一パンチ２１及び上パンチ４の上下方向の各位置を監視・検出するものである。すなわち、この構成では、複数のリニアスケール４１，４２，４３により、ダイ２、下第一パンチ２１、下第二パンチ２２及び上パンチ４の相対位置を検出することができる。
【００２７】
また、粉末成形プレス装置１は、図１，２に示すように、ＨＤＤやＲＡＭ、ＲＯＭ等からなるメモリ（記憶手段）５１、ＣＰＵ等からなる制御部５２、モニタ等からなる表示部５３、及び、キーボード等からなる入力部５４を備えたコンピュータ５０を有している。
メモリ５１には、加圧成形に要する各種プログラムや各種データが格納されている。また、入力部５４は、各種データを人為的に入力するものである。
制御部５２は、メモリ５１に格納された各種プログラムや各種データ、あるいは、入力部５４から出力された各種データに基づいて、各種情報処理を実施するものである。具体的に説明すれば、制御部５２は、例えば、メモリ５１に格納された各種プログラムや各種データに基づいて、加圧成形に要する制御信号を電磁弁４０や駆動モータＭ等に出力する。また、制御部５２は、例えば、複数のリニアスケール４１，４２，４３から出力されたダイ２、下第一パンチ２１、下第二パンチ２２及び上パンチ４の相対位置に基づいて、ダイ２、下第一パンチ２１、下第二パンチ２２及び上パンチ４の相対移動データ（図９参照）を作成する。さらに、制御部５２は、例えば、入力部５４において入力されたデータや前述の相対移動データ等の各種データをメモリ５１に記憶させたり、表示部５３に出力したりする。
【００２８】
以上のように構成された粉末成形プレス装置１では、ダイ２、下パンチ３及び上パンチ４の相対移動により充填部Ａに充填された原料粉末Ｐを加圧成形することで、原料粉末Ｐを圧粉成形体に成形することができる。以下、この加圧成形の方法について図１，３〜９を参照して説明する。
なお、図９に示すグラフは、加圧成形におけるダイ２、下第一パンチ２１、下第二パンチ２２及び上パンチ４の上下方向の相対位置の変動を示している。そして、グラフの横軸は、クランク軸３７のクランク部が天頂に位置した点を基準（０度）としたクランク軸３７の角度を示しており、グラフの縦軸は、下第二パンチ２２の上面を基準としたダイ２の上面、下第一パンチ２１の上面及び上パンチ４の下面の各上下方向位置を示している。また、図９のグラフ中に示す各状態（イ）〜（ト）は、それぞれ図１，３〜８に示す状態に対応している。また、図９に示すように、クランク軸３７は、そのクランク部が天頂（０度）から移動して再び天頂に戻るまで、停止することなく連続して回転する。
【００２９】
加圧成形の際には、はじめに、下第二パンチ２２の上下位置を基準として、ダイ２や下第一パンチ２１、上パンチ４等の装置各部を図１に示す初期位置（図９における状態（イ））に配置した上で、不図示のフィーダにより充填部Ａに原料粉末Ｐを充填する（充填工程）。なお、この工程では、ダイ２と下パンチ３との相対的な上下位置を変化させることで充填部Ａの容積を調節し、充填部Ａに充填する原料粉末Ｐの量を調整することが可能である。
次いで、ダイ２、下パンチ３及び上パンチ４の相対移動によって原料粉末Ｐを圧縮する（圧縮工程）。この圧縮工程では、はじめに、駆動モータＭにより上方ラム３５を下方に駆動することで、図３に示すように、上パンチ４が下降して貫通孔２Ｃ内に挿入され、原料粉末Ｐを加圧して圧縮する（第一圧縮工程）。この第一圧縮工程は、図９における状態（イ）から状態（ロ）への移行に対応しており、この移行において、ダイ２及び下第一パンチ２１は上下方向に移動していない。
【００３０】
次いで、上方ラム３５をさらに下方に駆動して、図４に示すように、上パンチ４がさらに下降すると、第一圧縮工程における原料粉末Ｐの加圧に伴い、下第一パンチ２１はエアダンパー２４の圧力に抗って上パンチ４と共に下降するが、原料粉末Ｐはダイ２と下第二パンチ２２との間でさらに加圧・圧縮される（第二圧縮工程）。この第二圧縮工程は、図９における状態（ロ）から状態（ハ）への移行に対応しており、この移行において、ダイ２は上下方向に移動しない。この第二圧縮工程後の状態においては、下第一パンチプレート２３の下面にスライディングブロック１２が当接するため、下第一パンチ２１の下方へのさらなる移動が規制されている。
【００３１】
その後、上方ラム３５をさらに下方に駆動して、図５に示すように、上パンチ４をさらに下降させると、第二圧縮工程における原料粉末Ｐの加圧に伴い、ダイ２と原料粉末Ｐとの摩擦力がエアダンパー１１の圧力よりも大きくなるため、ダイ２がエアダンパー１１の圧力に抗って上パンチ４と共に下降する。この際、下第一パンチ２１はスライディングブロック１２によって下方への移動が規制されているため、図９の状態（ハ）から状態（ニ）への移行にも示されているように、下方向には移動しない。したがって、この際には、原料粉末Ｐがダイ２と下第一パンチ２１及び下第二パンチ２２との間でさらに加圧・圧縮される（第三圧縮工程）。なお、第三圧縮工程後の状態（図５及び図９の状態（ニ））においては、クランク軸３７のクランク部及び上方ラム３５の位置が最下点（１８０度）に位置している。
【００３２】
最後に、図６に示すように、所定時間だけ原料粉末Ｐに対する加圧を保持する（加圧保持工程）ことで、充填部Ａにおいて原料粉末Ｐが所定形状の圧粉成形体に成形され、圧縮工程が完了する。
上記加圧保持工程は、図９の状態（ニ）から状態（ホ）への移行に対応している。この加圧保持工程においては、クランク軸３７のクランク部及び上方ラム３５が最下点から上昇する代わりに、ピストン部３２を上方ラム３５及びシリンダ部３３に対して下方に突出させることで、上パンチ４の上下方向の位置を保持する。詳細に説明すれば、この工程では、上パンチ４とベースプレート５との間のリニアスケール４３の検出結果に基づいて、制御部５２が電磁弁４０や空気圧調整ユニット３８の動作を制御し、ピストン部３２がシリンダ部３３から突出するようにシリンダ部３３内の圧力を調整することで、上パンチ４の上下方向の位置が保持される。
【００３３】
上記圧縮工程後には、圧粉成形体Ｆをダイ２内から抜き出す（抜出し工程）。
この工程では、はじめに、図７に示すように、下方ラム１８を下方に駆動して係合突起１８Ｃを吊下げプレート１７に当接させた上で、下方ラム１８をさらに下方に移動させることにより、ダイ２を下方に移動させる。また、このダイ２の下方への移動に伴って、開放用ウェッジ１３によりスライディングブロック１２を初期位置から外側に水平移動させ、スライディングブロック１２による下第一パンチ２１及び下第一パンチプレート２３の下方への移動規制を解除する。
その後、ダイ２をさらに下降させて当接ロッド１４を下第一パンチプレート２３に当接させる。この状態においては、ダイ２及び下第一パンチ２１の上面が同一平面をなす。そして、この当接状態からさらにダイ２を下降させると、下第一パンチ２１がダイ２と一体に下降し、これによって圧粉成形体Ｆがダイ２内から抜け出る。
【００３４】
なお、このように圧粉成形体Ｆをダイ２内から抜き出す際、上パンチ４の上下方向の位置は、前述した加圧保持工程のときと同じ位置に保持されている。すなわち、抜き出し工程においては、圧粉成形体Ｆが下第二パンチ２２及び上パンチ４によって挟持された状態でダイ２内から抜き出される。この抜き出し工程におけるダイ２、下第一パンチ２１、下第二パンチ２２及び上パンチ４の挙動は、図９の状態（ホ）から状態（ヘ）への移行に対応している。
最後に、図８に示すように、上パンチ４を圧粉成形体Ｆに対して上方に離間させることで、原料粉末Ｐを圧粉成形体Ｆに成形する加圧成形が完了し、圧粉成形体Ｆを粉末成形プレス装置１から取り出すことができる。なお、上パンチ４の上方への離間は、駆動モータＭによる上方ラム３５の上昇の他、電磁弁４０や空気圧調整ユニット３８の動作制御によりシリンダ部３３内の圧力を減少させて、ピストン部３２を上方ラム３５及びシリンダ部３３に対して上昇させることでも行われる。この上パンチ４の離間は、図９の状態（ヘ）から状態（ト）への移行に対応している。
【００３５】
また、上述したように原料粉末Ｐを加圧成形する際には、制御部５２が、複数のリニアスケール４１，４２，４３から出力された下第二パンチ２２に対するダイ２、下第一パンチ２１及び上パンチ４の相対位置に基づいて、図９に示すように、下第二パンチ２２に対するダイ２、下第一パンチ２１及び上パンチ４の相対移動データを作成し、この相対移動データをメモリ５１に記憶させる。
なお、本実施形態では、下第二パンチ２２に対するダイ２、下第一パンチ２１及び上パンチ４の相対位置を、クランク軸３７の角度に対応づけて、相対移動データを作成しているが、例えば、時間に対応づけて作成してもよい。
【００３６】
本実施形態に係る粉末成形プレス装置では、加圧成形における相対移動データを取得することで、ダイ２、下第一パンチ２１、下第二パンチ２２及び上パンチ４の相対的な位置や動き（例えば移動速度や加速度）を詳細に知ることが可能となる。特に、本実施形態の粉末成形プレス装置１では、加圧成形におけるダイ２、下第一パンチ２１及び上パンチ４の動きがエアダンパー１１，２４やエアシリンダ３１による空気圧（弾性力）の影響を受ける場合があるが、この空気圧の影響を含むダイ２、下第一パンチ２１及び上パンチ４の複雑な動きまで詳細に知ることができる。
したがって、製造された圧粉成形体Ｆとこれに対応する相対移動データとを比較することで、ダイ２、下第一パンチ２１、下第二パンチ２２及び上パンチ４の相対的な動きや、充填部Ａに充填される原料粉末Ｐの量等の各種パラメータが、圧粉成形体Ｆの品質（例えばクラック等の欠陥の有無、密度バランス等）に与える影響について、容易かつ詳細に解析・分析することが可能となる。
【００３７】
以上のことから、良品として許容できる圧粉成形体Ｆの製造条件を見出すための試し打ちを実施する場合には、前述した各種パラメータの調整を、オペレータの経験や感覚に頼ることなく、効率よく行うことができる。その結果として、圧粉成形体Ｆの量産を開始するまでの試し打ち回数を確実に減らすことができ、圧粉成形体Ｆの製造効率向上を図ることが可能となる。
なお、本実施形態における各種パラメータの調整としては、例えば、原料粉末Ｐの量の調整や、駆動モータＭやエアシリンダ３１による上パンチ４の駆動力の調整、エアダンパー１１，２４の空気圧の調整、また、上パンチ４の駆動力を変化させるタイミング（例えば加圧保持工程や抜き出し工程においてシリンダ部３３内の圧力を変化するタイミング）の調整、が挙げられる。これら各種パラメータの調整を行う場合には、例えば、オペレータが、入力部５４を用いてメモリ５１に格納された加圧成形に要するプログラムの内容を変更すればよい。
【００３８】
また、この粉末成形プレス装置１においては、前述した試し打ちにおいて得られた相対移動データと、圧粉成形体Ｆに関するクラック等の欠陥の有無や密度バランス等の各種情報とを対応づけたデータテーブルが、メモリ５１に格納されている。すなわち、このデータテーブルには各圧粉成形体Ｆについて欠陥の有無や密度バランス等の各種情報が含まれており、これら各種情報は、例えばオペレータによる入力部５４の操作によって入力することが可能である。
さらに、この粉末成形プレス装置１においては、オペレータによる入力部５４の操作や予めメモリ５１に格納されたプログラムにより、上記データテーブル等に基づいて、良品として許容できる圧粉成形体Ｆの製造条件を作成し、これをメモリ５１に格納することができる。なお、製造条件としては、例えば、良品である圧粉成形体Ｆに対応する相対移動データ（良品データ）、あるいは、良品データに対して所定の上限値や下限値を設けた所定の許容範囲のデータが挙げられる。
【００３９】
また、メモリ５１には、上記製造条件と、原料粉末Ｐを一の圧粉成形体Ｆに加圧成形した際の一の相対移動データとを比較し、一の相対移動データが前述の製造条件に含まれる場合には、一の圧粉成形体が「良品」であることを出力し、一の相対移動データが前述の製造条件から外れている場合には、一の圧粉成形体Ｆが「不良品」であることを出力するプログラムが格納されている。
すなわち、この粉末成形プレス装置１においては、制御部５２が、上記プログラムに基づいて、上記製造条件と、一の圧粉成形体Ｆを製造した際の一の相対移動データとを比較し、一の相対移動データが前述の製造条件に含まれる場合に、一の圧粉成形体Ｆが「良品」であることを出力し、一の相対移動データが前述の製造条件から外れている場合には、一の圧粉成形体Ｆが「不良品」であることを表示部５３等に出力する判別手段として機能する。なお、一の相対移動データが製造条件に含まれることは、例えば良品データと一致する、あるいは、良品データの許容範囲内に含まれることを意味する。また、一の相対移動データが製造条件から外れることは、良品データと一致しない、あるいは、良品データの許容範囲の外側に位置することを意味する。
【００４０】
以上のように、本実施形態の粉末成形プレス装置１では、ダイ２、下第一パンチ２１及び上パンチ４の詳細な動きを示す相対移動データに基づいて圧粉成形体Ｆの良否を判定できるため、良否判定の信頼性を高めることが可能となる。したがって、この良否判定を圧粉成形体Ｆの量産時に適用すれば、量産された圧粉成形体Ｆに対するクラック等の欠陥の有無や密度バランスの計測等の各種検査を無くす、あるいは、各種検査の頻度を減らすことができる。また、量産された多数の圧粉成形体Ｆを良品・不良品に振り分ける作業を判定手段からの出力に基づいて行うことができるため、この振分作業を容易かつ迅速に行うことができる。以上のことから、圧粉成形体Ｆの製造効率向上をさらに図ることが可能となる。
なお、上述した圧粉成形体Ｆの振分作業は、良否判定が表示部に表示されることで人為的に実施されてもよいが、例えば良否判定を所定の振分装置に直接出力することで、自動的に実施されてもよい。
【００４１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上パンチ４を駆動する機械式の駆動装置は、クランク機構を利用したものに限らず、エキセン機構、トグルジョイント機構、カム機構等の他の機構を利用したものであってよい。また、上パンチ４の上下方向の移動は、空気圧式及び機械式両方の駆動装置によって行われることに限らず、機械式や空気圧式、油圧式の駆動装置のいずれか一つ、あるいは、これらを適宜組み合わせたものによって行われてよい。
【００４２】
さらに、下パンチ３及び上パンチ４の段数は、上記実施形態のものに限らず、それぞれ任意の段数に設定されていてよい。なお、上パンチ４が複数段のパンチによって構成される場合には、上パンチ４を構成する各段のパンチとベースプレート５との各間に上記実施形態と同様のリニアスケールを設ければよい。
また、本願発明の粉末成形プレス装置は、上記実施形態のようなフローティングダイ法のものに限らず、ウイズドロアル法等の他の両押成形法、あるいは、片押成形法のものに適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 粉末成形プレス装置
２ ダイ
２Ｃ 貫通孔
３ 下パンチ
４ 上パンチ
２１ 下第一パンチ
２２ 下第二パンチ
４１，４２，４３ リニアスケール（位置検出手段）
５０ コンピュータ
５１ メモリ（記憶手段）
５２ 制御部
Ａ 充填部
Ｆ 圧粉成形体
Ｐ 原料粉末
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔が形成されたダイと、当該ダイに対して前記貫通孔の貫通方向に相対移動可能とされて、前記貫通孔に挿入された状態で当該貫通孔と共に原料粉末を充填するための充填部を画成する下パンチと、前記ダイ及び前記下パンチに対して前記貫通方向に相対移動可能とされた上パンチとを備えて、前記ダイ、前記下パンチ及び前記上パンチの相対移動により前記充填部に充填された前記原料粉末を加圧成形することで、前記原料粉末を圧粉成形体に成形する粉末成形プレス装置であって、
前記ダイ、前記下パンチ及び前記上パンチの相対位置を検出する位置検出手段と、
少なくとも前記原料粉末を加圧成形する際に、前記位置検出手段から出力された前記相対位置に基づいて、前記ダイ、前記下パンチ及び前記上パンチの相対移動データを記憶する記憶手段とを備えることを特徴とする粉末成形プレス装置。
【請求項２】
前記記憶手段に予め記憶された前記圧粉成形体の製造条件と、前記原料粉末を一の圧粉成形体に加圧成形した際の一の相対移動データとを比較し、当該一の相対移動データが前記製造条件に含まれる場合には、前記一の圧粉成形体が良品であることを出力し、前記一の相対移動データが前記製造条件から外れている場合には、前記一の圧粉成形体が不良品であることを出力する判別手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の粉末成形プレス装置。
【請求項１】
貫通孔が形成されたダイと、当該ダイに対して前記貫通孔の貫通方向に相対移動可能とされて、前記貫通孔に挿入された状態で当該貫通孔と共に原料粉末を充填するための充填部を画成する下パンチと、前記ダイ及び前記下パンチに対して前記貫通方向に相対移動可能とされた上パンチとを備えて、前記ダイ、前記下パンチ及び前記上パンチの相対移動により前記充填部に充填された前記原料粉末を加圧成形することで、前記原料粉末を圧粉成形体に成形する粉末成形プレス装置であって、
前記ダイ、前記下パンチ及び前記上パンチの相対位置を検出する位置検出手段と、
少なくとも前記原料粉末を加圧成形する際に、前記位置検出手段から出力された前記相対位置に基づいて、前記ダイ、前記下パンチ及び前記上パンチの相対移動データを記憶する記憶手段とを備えることを特徴とする粉末成形プレス装置。
【請求項２】
前記記憶手段に予め記憶された前記圧粉成形体の製造条件と、前記原料粉末を一の圧粉成形体に加圧成形した際の一の相対移動データとを比較し、当該一の相対移動データが前記製造条件に含まれる場合には、前記一の圧粉成形体が良品であることを出力し、前記一の相対移動データが前記製造条件から外れている場合には、前記一の圧粉成形体が不良品であることを出力する判別手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の粉末成形プレス装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２３５３４９（Ｐ２０１１−２３５３４９Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１１２２５（Ｐ２０１０−１１１２２５）
【出願日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【出願人】（３９０００４８７９）三菱マテリアルテクノ株式会社 (201)
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【出願人】（３９０００４８７９）三菱マテリアルテクノ株式会社 (201)
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