粉末成形金型装置
【課題】複数の圧粉体を同時に成形する金型装置において、成形密度のばらつきが抑えられ安定した品質の圧粉体を得る。
【解決手段】フィーダボックス４０内に貯留される粉末Ｐの貯留高さＨを、供給口に摺動可能に挿入されるパイプ４３の挿入深さによって調節する。そしてフィーダボックス４０からキャビティ１２に粉末Ｐを充填し、上下のパンチ５１，３１でキャビティ１２内の粉末Ｐを圧縮することにより圧粉体を成形する。キャビティ１２ごとにフィーダボックス４０からの粉末充填量を予め把握しておき、その充填量に応じてフィーダボックス４０内の粉末Ｐの貯留高さを調節することにより、各キャビティ１２において均一な成形密度の圧粉体を成形することができる。
【解決手段】フィーダボックス４０内に貯留される粉末Ｐの貯留高さＨを、供給口に摺動可能に挿入されるパイプ４３の挿入深さによって調節する。そしてフィーダボックス４０からキャビティ１２に粉末Ｐを充填し、上下のパンチ５１，３１でキャビティ１２内の粉末Ｐを圧縮することにより圧粉体を成形する。キャビティ１２ごとにフィーダボックス４０からの粉末充填量を予め把握しておき、その充填量に応じてフィーダボックス４０内の粉末Ｐの貯留高さを調節することにより、各キャビティ１２において均一な成形密度の圧粉体を成形することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末を圧縮成形して所望形状の圧粉体を得る粉末成形金型装置に係り、特に複数の圧粉体を同時に成形する粉末成形金型装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、軸受等の円筒状の部品を高い寸法精度で生産する場合、押し型内に充填した主に金属粉からなる原料粉末を上下のパンチで圧縮して、図８に示すような中心に孔を有する円筒状の圧粉体Ｐ１を成形し、この圧粉体Ｐ１を焼結して目的形状の部品を得る粉末冶金法が有効に利用されている。圧粉体Ｐ１は、通常、図９に示すように、ダイス７０のダイス孔７０ａに下側からコアロッド７１と円筒状の下パンチ７２を嵌入させてダイス孔７０ａ内に円筒状のキャビティ７０ｂを形成し、このキャビティ７０ｂに上部開口から粉末Ｐを供給し、上パンチ７３をキャビティ７０ｂに嵌入させて上下のパンチ７３，７２により粉末Ｐを軸方向に圧縮するといった手法で成形されている。
【０００３】
キャビティ７０ｂへの粉末Ｐの充填は、粉末Ｐを貯留するホッパからホースを介して粉末Ｐの供給を受けているフィーダボックス７４を、キャビティ７０ｂの上部開口に対しダイス７の上面に滑動させながら進退させることにより、粉末Ｐをキャビティ７０ｂに落とし込み、かつダイス７０の上面ですり切りを行ってキャビティ７０ｂに粉末Ｐを充填させている（特許文献１等参照）。
【０００４】
粉末冶金法は部品の大量生産といった面でもきわめて有効であるが、さらに効果的に大量生産を可能とするものとして、図１０に示すような複数の圧粉体を同時に成形する金型装置が開発されている。この装置では、ダイプレート１００に設けられた複数のダイス１０１のダイス孔１０２にコアロッド１０３がそれぞれ挿入されており、コアロッド１０３に沿って摺動する下パンチ１０４をダイス孔１０２に下方から嵌入してキャビティ１０５を形成し、このキャビティ１０５にフィーダボックス１０６によって粉末Ｐを充填する。そして、図１１に示すように各キャビティ１０５に上パンチ１０７を嵌入するとともに下パンチ１０４を上昇させて両パンチ１０４，１０７によりキャビティ１０５内の粉末Ｐを圧縮し、この後、図１２に示すように上パンチ１０７を退避させるとともに下パンチ１０４を上昇させて、円筒状の圧粉体Ｐ１をダイス孔から上方に抜き出す。これにより、複数の圧粉体Ｐ１を同時に得ることができる。
【０００５】
ダイス１０１はダイプレート１００内に横方向に並列して設けられ、複数のフィーダボックス１０６はダイプレート１００上をダイス孔１０２の上方の開口に対して一括して進退するように設けられており、フィーダボックス１０６内には、上方に設置された図示せぬ１つのホッパから分岐する図示せぬホースを介して、ホッパ内で貯留されている粉末Ｐが常に供給されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−０２０８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１０〜図１２に示した金型装置では、同一の寸法の圧粉体を得るためにキャビティ１０５は同じ容量、すなわち同じ深さとされ、したがって各フィーダボックス１０６から各キャビティ１０５に落下して充填される粉末Ｐも同一の量が充填される設計である。しかしながら、キャビティ１０５に充填される粉末Ｐの量は、各フィーダボックス１０６から落下する粉末Ｐの流動特性やキャビティ１０５（ダイス孔１０２）の位置等の諸条件が異なることに起因して異なっているのが実情である。粉末充填量はキャビティ１０５ごとには一定であってばらつきの傾向は同じであるものの、装置全体としては、各キャビティ１０５の粉末充填量が異なるため圧縮成形された圧粉体Ｐ１は密度が異なって重量差が生じ、その結果、品質が不安定であるといった問題を招くことになる。キャビティ１０５ごとの粉末充填量の違いは、フィーダボックス１０６、あるいはホッパとフィーダボックス１０６をつなぐホースなどの改良で是正を試みてきたが、有効な対策とはなっていないのが現状である。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の圧粉体を同時に成形する金型装置において、成形密度のばらつきが抑えられ安定した品質の圧粉体を得ることができる粉末成形金型装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の粉末成形金型装置は、上下方向に貫通する複数のダイス孔を有するダイプレートと、前記ダイス孔に下方から嵌入され、該ダイス孔に上方に開口するキャビティを形成する下パンチと、前記ダイプレート上を前記ダイス孔の開口に対して進退自在に設けられ、進出時に、自身の内部に供給されている粉末を前記キャビティに落下させて充填するフィーダボックスと、前記ダイス孔に上方から嵌入され、前記下パンチとともに前記キャビティに充填された粉末を圧粉体に圧縮成形する上パンチとを備えた粉末成形金型装置において、前記フィーダボックスに、内部に貯留される粉末の貯留高さを可変とする貯留高さ可変手段が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、フィーダボックス内に貯留される粉末の貯留高さを貯留高さ可変手段により調節してからキャビティに粉末を充填すると、各キャビティへの粉末の充填量はフィーダボックス内での貯留高さに応じたものとなる。ここで、キャビティごとにフィーダボックスからの粉末充填量を予め把握しておき、その充填量に応じてフィーダボックス内の粉末の貯留高さを調節することにより、各キャビティにおいて均一な成形密度の圧粉体を成形することができる。
【００１１】
これを実現するためには、前記貯留高さ可変手段によって調節される前記フィーダボックス内の粉末の貯留高さは、前記各キャビティに充填される粉末の密度に応じたものであって、前記圧縮成形後の前記圧粉体の成形密度を全てのキャビティにおいて均一にし得る位置であることとすれば可能である。
【００１２】
本発明の前記貯留高さ可変手段は、前記フィーダボックス内に進退自在に挿入されて粉末をフィーダボックス内に供給し、その先端開口の高さ位置に応じて粉末の貯留高さが変化する管状部材である形態を含む。
【００１３】
また、本発明の前記貯留高さ可変手段は、前記ダイプレートと前記フィーダボックスとの間に介装され、フィーダボックスが上下動可能に支持される筒状部材であって、該筒状部材とフィーダボックスとは、筒状部材に対するフィーダボックスの高さ位置を任意の位置に定める係合手段で係合される形態を含む。この場合の係合手段としては、前記フィーダボックスが前記筒状部材に螺合され、フィーダボックスと筒状部材とを相対回転させることでフィーダボックスが上下動し得るねじが挙げられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の圧粉体を同時に成形する金型装置において、成形密度のばらつきが抑えられ安定した品質の圧粉体を得ることができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る粉末成形金型装置の側面図であって、フィーダボックスからキャビティに粉末が充填された状態を示している。
【図２】一実施形態に係る粉末成形金型装置の正面図であって、フィーダボックスからキャビティに粉末が充填された状態を示している。
【図３】一実施形態に係る粉末成形金型装置の正面図であって、キャビティ内の粉末を上下のパンチで圧縮成形している状態を示している。
【図４】一実施形態に係る粉末成形金型装置の正面図であって、圧縮成形された圧粉体をキャビティ上方に抜き出した状態を示している。
【図５】本発明の他の実施形態に係る粉末成形金型装置の側面図であって、フィーダボックスからキャビティに粉末が充填された状態を示している。
【図６】他の実施形態に係る粉末成形金型装置の正面図であって、フィーダボックスからキャビティに粉末が充填された状態を示している。
【図７】他の実施形態に係る粉末成形金型装置のフィーダボックスの構成を示す側面図である。
【図８】粉末を圧縮成形して得られる単純円筒状の圧粉体を示す斜視図である。
【図９】フィーダボックスによる一般的な粉末供給状況を示す断面図である。
【図１０】従来の複数キャビティ式の粉末成形金型装置の正面図であって、フィーダボックスからキャビティに粉末が充填された状態を示している。
【図１１】図１０に示した粉末成形金型装置において、キャビティ内の粉末を上下のパンチで圧縮成形している状態の正面図である。
【図１２】図１０に示した粉末成形金型装置において、圧縮成形された圧粉体をキャビティ上方に抜き出した状態の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］粉末成形金型装置の構成
図１および図２は一実施形態の粉末成形金型装置のそれぞれ側面図、正面図を示している。これら図で符号１０は、水平に固定されたダイプレートである。ダイプレート１０内には、複数（この場合、３つ）の円筒状のダイス１１が等間隔に並列して設けられている。ダイプレート１０の下方には間隔を空けてコアプレート２０が平行に配設されており、ダイプレート１０は、ポスト２１を介してコアプレート２０に支持されている。
【００１７】
ダイプレート１０とコアプレート２０との間には、ベースプレート３０が平行に配設されている。ベースプレート３０にはポスト２１が貫通しており、ベースプレート３０はポスト２１に沿って上下動可能となっている。コアプレート２０には、ベースプレート３０を貫通し、各ダイス１１の上下方向に貫通するダイス孔１１ａに同心状に挿入される円柱状のコアロッド２２が支持されている。コアロッド２２の上端面は、ダイス１１の上面と面一である。ベースプレート３０上には、コアロッド２２に摺動可能に外装されて上端部がダイス孔１１ａ内に摺動可能に嵌入される円筒状の下パンチ３１が支持されている。ダイス孔１１ａ内には、ダイス孔１１ａの内壁面とコアロッド２２の外周面と下パンチ３１の上端面とにより、円筒状のキャビティ１２が形成される。
【００１８】
ダイプレート１０上には、各ダイス１１に対応して複数のフィーダボックス４０がセットされている。フィーダボックス４０は、底面が開口したボックス本体４１の一端上部に斜め上方に延びる短い管状の供給口４２が設けられたもので、各フィーダボックス４０の供給口４２には、上方に設置された１つのホッパから分岐したホース（いずれも不図示）がパイプ（管状部材、貯留高さ可変手段）４３を介して接続される。各フィーダボックス４０内には、そのホッパ内で貯留されている粉末冶金原料の粉末Ｐがホースからパイプ４３を経て常に供給されるようになっている。
【００１９】
各フィーダボックス４０は、ダイプレート１０上を図１の矢印Ｆ・Ｒに示すように各ダイス孔１１ａの上方開口、すなわちキャビティ１２の開口に対して一括して進退自在に滑動するよう設けられており、図示せぬ往復動機構により駆動される。フィーダボックス４０が図１で矢印Ｆ方向に動いた進出時（図１および図２の状態）において、フィーダボックス４０内の粉末Ｐがキャビティ１２に落下する。そして矢印Ｒ方向に後退すると粉末Ｐはフィーダボックス４０ですり切りされ、充満した状態に充填される。上記供給口４２は、フィーダボックス４０の後退方向、かつ上方に延びている。
【００２０】
ダイプレート１０上には、各ダイス１１に対応して複数の円筒状の上パンチ５１が配設されている。これら上パンチ５１は上パンチプレート５０の下面に、下方に向けて支持されている。上パンチプレート５０は昇降機構５２によって昇降させられ、下降することにより、ダイス孔１１ａに上方から嵌入される。上パンチ５１はダイス１１およびコアロッド２２に摺動しながらダイス孔１１ａに嵌入させられ、下パンチ３１とともにキャビティ１２に充填された粉末Ｐを圧縮する。
【００２１】
ここで、上記パイプ４３について詳述する。パイプ４３は、フィーダボックス４０の供給口４２の内側に摺動可能に挿入されている。供給口４２にはロックねじ４４が螺合されており、このロックねじ４４をねじ込んでその先端をパイプ４３に強く当接させることにより、パイプ４３の供給口４２に対する挿入深さを任意に固定することができるようになっている。
【００２２】
パイプ４３は、フィーダボックス４０内に対して進退自在に挿入され、その先端開口４３ａの高さ位置は、斜めに延びている供給口４２に沿って挿入されていることからフィーダボックス４０内への進出量によって変化する。すなわち、パイプ４３が深く挿入されると先端開口４３ａは低い位置に位置付けられ、パイプ４３が浅く挿入された状態では、先端開口４３ａは高い位置に位置付けられる。先端開口４３ａの高さ位置は、フィーダボックス４０で貯留される粉末Ｐの貯留高さ（図１：Ｈで示す）と相関し、先端開口４３ａの高さ位置が低いと貯留高さＨは低く、先端開口４３ａの高さ位置が高いと貯留高さＨは高いといったように調節される。なお、ここでの貯留高さＨは、ダイプレート１０の表面からパイプ４３の先端開口４３ａの上端までの粉末Ｐの高さ（嵩）を言う。
【００２３】
［２］圧粉体の成形
上記構成の金型装置では、はじめに、図２に示すように上パンチプレート５０を上昇させて各上パンチ５１を退避位置まで上昇させ、この状態から、各フィーダボックス４０を各キャビティ１２上に向けて往復動させ、各フィーダボックス４０内の粉末Ｐを各キャビティ１２に落とし込むとともにすり切りによって充填する。
【００２４】
ところで、本実施形態のように複数のキャビティ１２に同時に充填される粉末Ｐの量は、各フィーダボックス４０から落下する粉末Ｐの流動特性やキャビティ１２の位置等の諸条件が異なることに起因して異なることは前述の通りである。そこで本実施形態では、まず、事前に各キャビティ１２への粉末Ｐの充填量の特性を調査し、３つのキャビティ１２を、図２に示すように、粉末Ｐが最も充填されにくいキャビティ１２Ａ（左側のキャビティ１２）、粉末Ｐが最も充填されやすいキャビティ１２Ｃ（図中、中央のキャビティ１２）、これらの中間のキャビティ１２Ｂ（右側のキャビティ１２）として把握したとする。粉末Ｐの充填のされやすさはキャビティ１２での粉末Ｐの充填密度と相関し、充填されやすいほど充填密度は高いことになる。
【００２５】
そして、粉末Ｐを充填する前に、図２に示すように各フィーダボックス４０に対するパイプ４３の挿入深さを、粉末Ｐが最も充填されにくい方のキャビティ１２Ａ、すなわち充填密度が低い方のキャビティ１２Ａに対応するものから順に深くするように調節する。すなわち、図２に示すようにフィーダボックス４０をキャビティ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに対応した４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃとすると、パイプ４３の挿入深さを、フィーダボックス４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの順で段階的に深くしていく。パイプ４３の挿入深さは、ロックねじ４４をねじ込むことで固定される。
【００２６】
図２でＨａ，Ｈｂ，Ｈｃはそれぞれフィーダボックス４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ内の粉末Ｐの貯留高さを示しており、上記のようにパイプ４３の挿入深さを調節することにより、Ｈａ＞Ｈｂ＞Ｈｃとなる。すなわちフィーダボックス４０内での粉末Ｐの貯留高さは、粉末Ｐが最も充填されにくいキャビティ１２Ａに対応するフィーダボックス４０Ａで最も高く、次いでフィーダボックス４０Ｂ，４０Ｃの順に低くなっている。
【００２７】
以上のように、キャビティ１２への粉末Ｐの充填量に応じて各フィーダボックス４０内の粉末Ｐの貯留高さを調節した後、各フィーダボックス４０を作動させて各キャビティ１２に粉末Ｐを充填する。次いで、図３に示すように各キャビティ１２（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）に上パンチ５１を嵌入するとともに下パンチ３１をベースプレート３０ごと上昇させ、上下のパンチ５１，３１によりキャビティ１２内の粉末Ｐを圧縮する。
【００２８】
粉末Ｐが圧縮されたら、図４に示すように上パンチ５１をキャビティ１２から抜き出して上方に退避させるとともに下パンチ３１を上昇させて、円筒状の圧粉体Ｐ１をダイス孔１１ａから上方に抜き出す。これにより、複数（３つ）の圧粉体Ｐ１を同時に得る。
【００２９】
［３］作用効果
本実施形態の金型装置によれば、各フィーダボックス４０内に貯留される粉末Ｐの貯留高さを異ならせた状態で各キャビティ１２に粉末Ｐを充填し、次いで上下のパンチ５１，３１で各キャビティ１２内の粉末Ｐを圧縮することにより圧粉体Ｐ１が成形される。ここで、キャビティ１２ごとにフィーダボックス４０からの粉末充填量（充填のされやすさ）を予め把握しておき、その充填量に応じて各フィーダボックス４０内に貯留される粉末Ｐの貯留高さを調節することにより、各キャビティ１２への粉末Ｐの実際の充填量はほぼ同量となる。よって、各キャビティ１２において均一な成形密度の圧粉体を成形することができる。その結果、成形密度のばらつきが抑えられ安定した品質の圧粉体を得ることができる。なお、フィーダボックス４０内での粉末Ｐの貯留高さＨは、各キャビティへの粉末Ｐの充填されやすさ、すなわち充填量に応じて適宜に調節される。
【００３０】
［４］他の実施形態
次に、図５〜図７を参照して、本発明の他の実施形態を説明する。これら図で、上記一実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
この場合のフィーダボックス４０のボックス本体４１は円筒状で、図５および図６に示すように、フィーダボックス４０とダイプレート１０との間には円筒状のリング（筒状部材、貯留高さ可変手段）６０が介装されている。リング６０はダイプレート１０上を滑動し、フィーダボックス４０はリング６０を介してダイプレート１０上をキャビティ１２に対して往復動する。
【００３２】
図７に示すようにボックス本体４１の外周面の下端部には、雄ねじ（係合手段）４５が形成されている。一方、リング６０の内周面には、雄ねじ４５に螺合する雌ねじ（係合手段）６１が形成されており、雌ねじ６１を雄ねじ４５に螺合させることで、リング６０はフィーダボックス４０のボックス本体４１に相対回転可能にねじ結合されている。
【００３３】
リング６０はダイプレート１０上に載置され、その状態でリング６０を回転させると、リング６０の回転方向に応じてフィーダボックス４０が上下動し、フィーダボックス４０の高さ位置が調節されるようになっている。フィーダボックス４０は供給口４２に接続されてホッパに接続されるホースによって回転が規制されるため、リング６０のみを回転させることができ、したがってリング６０を回転させるとフィーダボックス４０がリング６０に対して上下動するのである。
【００３４】
この実施形態によれば、リング６０を回転させてフィーダボックス４０を上下動させることにより、フィーダボックス４０内の粉末Ｐの貯留高さＨを調節することができる。なお、ここでの貯留高さＨは、ダイプレート１０の表面から供給口４２のフィーダボックス４０内での開口の上端までの粉末Ｐの高さ（嵩）を言う。
【００３５】
図６は、上記一実施形態の図２と同様に、キャビティ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの順で粉末Ｐの充填量が多いとした場合を示している。本実施形態では、これらキャビティ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに対応するフィーダボックス４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの高さ位置が、この順で高い方から低い方へと設定されている。これによりフィーダボックス４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ内の粉末Ｐの貯留高さＨａ，Ｈｂ，Ｈｃは、Ｈａ＞Ｈｂ＞Ｈｃとなっている。
【００３６】
図６に示すように各フィーダボックス４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの高さ位置を調節して粉末の貯留高さを調節したら、この後は、上記一実施形態と同様にフィーダボックス４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃをダイプレート１０上で往復動させて各キャビティ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに粉末Ｐを充填し、上下のパンチ５１，３１でキャビティ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ内の粉末Ｐを圧縮して圧粉体Ｐ１を得る。
【００３７】
本実施形態でも、上記一実施形態と同様に、キャビティ１２に対する粉末Ｐの充填のされやすさ（充填量）に応じてフィーダボックス４０内の粉末Ｐの貯留高さを調節することができるため、各キャビティ１２において均一な成形密度の圧粉体を成形することができる。
【００３８】
なお、上記他の実施形態のように、リング６０上にフィーダボックス４０を上下動可能に支持する構成は、ねじの螺合の他に、例えばリング６０に対しフィーダボックス４０を軸方向に延びるガイドに沿って上下動可能に支持し、任意の高さでフィーダボックス４０をリング６０にねじ止めするといった構成などでも可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０…ダイプレート
１１ａ…ダイス孔
１２…キャビティ
３１…下パンチ
４０…フィーダボックス
４３…パイプ（管状部材、貯留高さ可変手段）
４５…雄ねじ（係合手段）
５１…上パンチ
６０…リング（筒状部材、貯留高さ可変手段）
６１…雌ねじ（係合手段）
Ｐ…粉末
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末を圧縮成形して所望形状の圧粉体を得る粉末成形金型装置に係り、特に複数の圧粉体を同時に成形する粉末成形金型装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、軸受等の円筒状の部品を高い寸法精度で生産する場合、押し型内に充填した主に金属粉からなる原料粉末を上下のパンチで圧縮して、図８に示すような中心に孔を有する円筒状の圧粉体Ｐ１を成形し、この圧粉体Ｐ１を焼結して目的形状の部品を得る粉末冶金法が有効に利用されている。圧粉体Ｐ１は、通常、図９に示すように、ダイス７０のダイス孔７０ａに下側からコアロッド７１と円筒状の下パンチ７２を嵌入させてダイス孔７０ａ内に円筒状のキャビティ７０ｂを形成し、このキャビティ７０ｂに上部開口から粉末Ｐを供給し、上パンチ７３をキャビティ７０ｂに嵌入させて上下のパンチ７３，７２により粉末Ｐを軸方向に圧縮するといった手法で成形されている。
【０００３】
キャビティ７０ｂへの粉末Ｐの充填は、粉末Ｐを貯留するホッパからホースを介して粉末Ｐの供給を受けているフィーダボックス７４を、キャビティ７０ｂの上部開口に対しダイス７の上面に滑動させながら進退させることにより、粉末Ｐをキャビティ７０ｂに落とし込み、かつダイス７０の上面ですり切りを行ってキャビティ７０ｂに粉末Ｐを充填させている（特許文献１等参照）。
【０００４】
粉末冶金法は部品の大量生産といった面でもきわめて有効であるが、さらに効果的に大量生産を可能とするものとして、図１０に示すような複数の圧粉体を同時に成形する金型装置が開発されている。この装置では、ダイプレート１００に設けられた複数のダイス１０１のダイス孔１０２にコアロッド１０３がそれぞれ挿入されており、コアロッド１０３に沿って摺動する下パンチ１０４をダイス孔１０２に下方から嵌入してキャビティ１０５を形成し、このキャビティ１０５にフィーダボックス１０６によって粉末Ｐを充填する。そして、図１１に示すように各キャビティ１０５に上パンチ１０７を嵌入するとともに下パンチ１０４を上昇させて両パンチ１０４，１０７によりキャビティ１０５内の粉末Ｐを圧縮し、この後、図１２に示すように上パンチ１０７を退避させるとともに下パンチ１０４を上昇させて、円筒状の圧粉体Ｐ１をダイス孔から上方に抜き出す。これにより、複数の圧粉体Ｐ１を同時に得ることができる。
【０００５】
ダイス１０１はダイプレート１００内に横方向に並列して設けられ、複数のフィーダボックス１０６はダイプレート１００上をダイス孔１０２の上方の開口に対して一括して進退するように設けられており、フィーダボックス１０６内には、上方に設置された図示せぬ１つのホッパから分岐する図示せぬホースを介して、ホッパ内で貯留されている粉末Ｐが常に供給されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−０２０８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１０〜図１２に示した金型装置では、同一の寸法の圧粉体を得るためにキャビティ１０５は同じ容量、すなわち同じ深さとされ、したがって各フィーダボックス１０６から各キャビティ１０５に落下して充填される粉末Ｐも同一の量が充填される設計である。しかしながら、キャビティ１０５に充填される粉末Ｐの量は、各フィーダボックス１０６から落下する粉末Ｐの流動特性やキャビティ１０５（ダイス孔１０２）の位置等の諸条件が異なることに起因して異なっているのが実情である。粉末充填量はキャビティ１０５ごとには一定であってばらつきの傾向は同じであるものの、装置全体としては、各キャビティ１０５の粉末充填量が異なるため圧縮成形された圧粉体Ｐ１は密度が異なって重量差が生じ、その結果、品質が不安定であるといった問題を招くことになる。キャビティ１０５ごとの粉末充填量の違いは、フィーダボックス１０６、あるいはホッパとフィーダボックス１０６をつなぐホースなどの改良で是正を試みてきたが、有効な対策とはなっていないのが現状である。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の圧粉体を同時に成形する金型装置において、成形密度のばらつきが抑えられ安定した品質の圧粉体を得ることができる粉末成形金型装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の粉末成形金型装置は、上下方向に貫通する複数のダイス孔を有するダイプレートと、前記ダイス孔に下方から嵌入され、該ダイス孔に上方に開口するキャビティを形成する下パンチと、前記ダイプレート上を前記ダイス孔の開口に対して進退自在に設けられ、進出時に、自身の内部に供給されている粉末を前記キャビティに落下させて充填するフィーダボックスと、前記ダイス孔に上方から嵌入され、前記下パンチとともに前記キャビティに充填された粉末を圧粉体に圧縮成形する上パンチとを備えた粉末成形金型装置において、前記フィーダボックスに、内部に貯留される粉末の貯留高さを可変とする貯留高さ可変手段が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、フィーダボックス内に貯留される粉末の貯留高さを貯留高さ可変手段により調節してからキャビティに粉末を充填すると、各キャビティへの粉末の充填量はフィーダボックス内での貯留高さに応じたものとなる。ここで、キャビティごとにフィーダボックスからの粉末充填量を予め把握しておき、その充填量に応じてフィーダボックス内の粉末の貯留高さを調節することにより、各キャビティにおいて均一な成形密度の圧粉体を成形することができる。
【００１１】
これを実現するためには、前記貯留高さ可変手段によって調節される前記フィーダボックス内の粉末の貯留高さは、前記各キャビティに充填される粉末の密度に応じたものであって、前記圧縮成形後の前記圧粉体の成形密度を全てのキャビティにおいて均一にし得る位置であることとすれば可能である。
【００１２】
本発明の前記貯留高さ可変手段は、前記フィーダボックス内に進退自在に挿入されて粉末をフィーダボックス内に供給し、その先端開口の高さ位置に応じて粉末の貯留高さが変化する管状部材である形態を含む。
【００１３】
また、本発明の前記貯留高さ可変手段は、前記ダイプレートと前記フィーダボックスとの間に介装され、フィーダボックスが上下動可能に支持される筒状部材であって、該筒状部材とフィーダボックスとは、筒状部材に対するフィーダボックスの高さ位置を任意の位置に定める係合手段で係合される形態を含む。この場合の係合手段としては、前記フィーダボックスが前記筒状部材に螺合され、フィーダボックスと筒状部材とを相対回転させることでフィーダボックスが上下動し得るねじが挙げられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の圧粉体を同時に成形する金型装置において、成形密度のばらつきが抑えられ安定した品質の圧粉体を得ることができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る粉末成形金型装置の側面図であって、フィーダボックスからキャビティに粉末が充填された状態を示している。
【図２】一実施形態に係る粉末成形金型装置の正面図であって、フィーダボックスからキャビティに粉末が充填された状態を示している。
【図３】一実施形態に係る粉末成形金型装置の正面図であって、キャビティ内の粉末を上下のパンチで圧縮成形している状態を示している。
【図４】一実施形態に係る粉末成形金型装置の正面図であって、圧縮成形された圧粉体をキャビティ上方に抜き出した状態を示している。
【図５】本発明の他の実施形態に係る粉末成形金型装置の側面図であって、フィーダボックスからキャビティに粉末が充填された状態を示している。
【図６】他の実施形態に係る粉末成形金型装置の正面図であって、フィーダボックスからキャビティに粉末が充填された状態を示している。
【図７】他の実施形態に係る粉末成形金型装置のフィーダボックスの構成を示す側面図である。
【図８】粉末を圧縮成形して得られる単純円筒状の圧粉体を示す斜視図である。
【図９】フィーダボックスによる一般的な粉末供給状況を示す断面図である。
【図１０】従来の複数キャビティ式の粉末成形金型装置の正面図であって、フィーダボックスからキャビティに粉末が充填された状態を示している。
【図１１】図１０に示した粉末成形金型装置において、キャビティ内の粉末を上下のパンチで圧縮成形している状態の正面図である。
【図１２】図１０に示した粉末成形金型装置において、圧縮成形された圧粉体をキャビティ上方に抜き出した状態の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］粉末成形金型装置の構成
図１および図２は一実施形態の粉末成形金型装置のそれぞれ側面図、正面図を示している。これら図で符号１０は、水平に固定されたダイプレートである。ダイプレート１０内には、複数（この場合、３つ）の円筒状のダイス１１が等間隔に並列して設けられている。ダイプレート１０の下方には間隔を空けてコアプレート２０が平行に配設されており、ダイプレート１０は、ポスト２１を介してコアプレート２０に支持されている。
【００１７】
ダイプレート１０とコアプレート２０との間には、ベースプレート３０が平行に配設されている。ベースプレート３０にはポスト２１が貫通しており、ベースプレート３０はポスト２１に沿って上下動可能となっている。コアプレート２０には、ベースプレート３０を貫通し、各ダイス１１の上下方向に貫通するダイス孔１１ａに同心状に挿入される円柱状のコアロッド２２が支持されている。コアロッド２２の上端面は、ダイス１１の上面と面一である。ベースプレート３０上には、コアロッド２２に摺動可能に外装されて上端部がダイス孔１１ａ内に摺動可能に嵌入される円筒状の下パンチ３１が支持されている。ダイス孔１１ａ内には、ダイス孔１１ａの内壁面とコアロッド２２の外周面と下パンチ３１の上端面とにより、円筒状のキャビティ１２が形成される。
【００１８】
ダイプレート１０上には、各ダイス１１に対応して複数のフィーダボックス４０がセットされている。フィーダボックス４０は、底面が開口したボックス本体４１の一端上部に斜め上方に延びる短い管状の供給口４２が設けられたもので、各フィーダボックス４０の供給口４２には、上方に設置された１つのホッパから分岐したホース（いずれも不図示）がパイプ（管状部材、貯留高さ可変手段）４３を介して接続される。各フィーダボックス４０内には、そのホッパ内で貯留されている粉末冶金原料の粉末Ｐがホースからパイプ４３を経て常に供給されるようになっている。
【００１９】
各フィーダボックス４０は、ダイプレート１０上を図１の矢印Ｆ・Ｒに示すように各ダイス孔１１ａの上方開口、すなわちキャビティ１２の開口に対して一括して進退自在に滑動するよう設けられており、図示せぬ往復動機構により駆動される。フィーダボックス４０が図１で矢印Ｆ方向に動いた進出時（図１および図２の状態）において、フィーダボックス４０内の粉末Ｐがキャビティ１２に落下する。そして矢印Ｒ方向に後退すると粉末Ｐはフィーダボックス４０ですり切りされ、充満した状態に充填される。上記供給口４２は、フィーダボックス４０の後退方向、かつ上方に延びている。
【００２０】
ダイプレート１０上には、各ダイス１１に対応して複数の円筒状の上パンチ５１が配設されている。これら上パンチ５１は上パンチプレート５０の下面に、下方に向けて支持されている。上パンチプレート５０は昇降機構５２によって昇降させられ、下降することにより、ダイス孔１１ａに上方から嵌入される。上パンチ５１はダイス１１およびコアロッド２２に摺動しながらダイス孔１１ａに嵌入させられ、下パンチ３１とともにキャビティ１２に充填された粉末Ｐを圧縮する。
【００２１】
ここで、上記パイプ４３について詳述する。パイプ４３は、フィーダボックス４０の供給口４２の内側に摺動可能に挿入されている。供給口４２にはロックねじ４４が螺合されており、このロックねじ４４をねじ込んでその先端をパイプ４３に強く当接させることにより、パイプ４３の供給口４２に対する挿入深さを任意に固定することができるようになっている。
【００２２】
パイプ４３は、フィーダボックス４０内に対して進退自在に挿入され、その先端開口４３ａの高さ位置は、斜めに延びている供給口４２に沿って挿入されていることからフィーダボックス４０内への進出量によって変化する。すなわち、パイプ４３が深く挿入されると先端開口４３ａは低い位置に位置付けられ、パイプ４３が浅く挿入された状態では、先端開口４３ａは高い位置に位置付けられる。先端開口４３ａの高さ位置は、フィーダボックス４０で貯留される粉末Ｐの貯留高さ（図１：Ｈで示す）と相関し、先端開口４３ａの高さ位置が低いと貯留高さＨは低く、先端開口４３ａの高さ位置が高いと貯留高さＨは高いといったように調節される。なお、ここでの貯留高さＨは、ダイプレート１０の表面からパイプ４３の先端開口４３ａの上端までの粉末Ｐの高さ（嵩）を言う。
【００２３】
［２］圧粉体の成形
上記構成の金型装置では、はじめに、図２に示すように上パンチプレート５０を上昇させて各上パンチ５１を退避位置まで上昇させ、この状態から、各フィーダボックス４０を各キャビティ１２上に向けて往復動させ、各フィーダボックス４０内の粉末Ｐを各キャビティ１２に落とし込むとともにすり切りによって充填する。
【００２４】
ところで、本実施形態のように複数のキャビティ１２に同時に充填される粉末Ｐの量は、各フィーダボックス４０から落下する粉末Ｐの流動特性やキャビティ１２の位置等の諸条件が異なることに起因して異なることは前述の通りである。そこで本実施形態では、まず、事前に各キャビティ１２への粉末Ｐの充填量の特性を調査し、３つのキャビティ１２を、図２に示すように、粉末Ｐが最も充填されにくいキャビティ１２Ａ（左側のキャビティ１２）、粉末Ｐが最も充填されやすいキャビティ１２Ｃ（図中、中央のキャビティ１２）、これらの中間のキャビティ１２Ｂ（右側のキャビティ１２）として把握したとする。粉末Ｐの充填のされやすさはキャビティ１２での粉末Ｐの充填密度と相関し、充填されやすいほど充填密度は高いことになる。
【００２５】
そして、粉末Ｐを充填する前に、図２に示すように各フィーダボックス４０に対するパイプ４３の挿入深さを、粉末Ｐが最も充填されにくい方のキャビティ１２Ａ、すなわち充填密度が低い方のキャビティ１２Ａに対応するものから順に深くするように調節する。すなわち、図２に示すようにフィーダボックス４０をキャビティ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに対応した４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃとすると、パイプ４３の挿入深さを、フィーダボックス４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの順で段階的に深くしていく。パイプ４３の挿入深さは、ロックねじ４４をねじ込むことで固定される。
【００２６】
図２でＨａ，Ｈｂ，Ｈｃはそれぞれフィーダボックス４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ内の粉末Ｐの貯留高さを示しており、上記のようにパイプ４３の挿入深さを調節することにより、Ｈａ＞Ｈｂ＞Ｈｃとなる。すなわちフィーダボックス４０内での粉末Ｐの貯留高さは、粉末Ｐが最も充填されにくいキャビティ１２Ａに対応するフィーダボックス４０Ａで最も高く、次いでフィーダボックス４０Ｂ，４０Ｃの順に低くなっている。
【００２７】
以上のように、キャビティ１２への粉末Ｐの充填量に応じて各フィーダボックス４０内の粉末Ｐの貯留高さを調節した後、各フィーダボックス４０を作動させて各キャビティ１２に粉末Ｐを充填する。次いで、図３に示すように各キャビティ１２（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）に上パンチ５１を嵌入するとともに下パンチ３１をベースプレート３０ごと上昇させ、上下のパンチ５１，３１によりキャビティ１２内の粉末Ｐを圧縮する。
【００２８】
粉末Ｐが圧縮されたら、図４に示すように上パンチ５１をキャビティ１２から抜き出して上方に退避させるとともに下パンチ３１を上昇させて、円筒状の圧粉体Ｐ１をダイス孔１１ａから上方に抜き出す。これにより、複数（３つ）の圧粉体Ｐ１を同時に得る。
【００２９】
［３］作用効果
本実施形態の金型装置によれば、各フィーダボックス４０内に貯留される粉末Ｐの貯留高さを異ならせた状態で各キャビティ１２に粉末Ｐを充填し、次いで上下のパンチ５１，３１で各キャビティ１２内の粉末Ｐを圧縮することにより圧粉体Ｐ１が成形される。ここで、キャビティ１２ごとにフィーダボックス４０からの粉末充填量（充填のされやすさ）を予め把握しておき、その充填量に応じて各フィーダボックス４０内に貯留される粉末Ｐの貯留高さを調節することにより、各キャビティ１２への粉末Ｐの実際の充填量はほぼ同量となる。よって、各キャビティ１２において均一な成形密度の圧粉体を成形することができる。その結果、成形密度のばらつきが抑えられ安定した品質の圧粉体を得ることができる。なお、フィーダボックス４０内での粉末Ｐの貯留高さＨは、各キャビティへの粉末Ｐの充填されやすさ、すなわち充填量に応じて適宜に調節される。
【００３０】
［４］他の実施形態
次に、図５〜図７を参照して、本発明の他の実施形態を説明する。これら図で、上記一実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
この場合のフィーダボックス４０のボックス本体４１は円筒状で、図５および図６に示すように、フィーダボックス４０とダイプレート１０との間には円筒状のリング（筒状部材、貯留高さ可変手段）６０が介装されている。リング６０はダイプレート１０上を滑動し、フィーダボックス４０はリング６０を介してダイプレート１０上をキャビティ１２に対して往復動する。
【００３２】
図７に示すようにボックス本体４１の外周面の下端部には、雄ねじ（係合手段）４５が形成されている。一方、リング６０の内周面には、雄ねじ４５に螺合する雌ねじ（係合手段）６１が形成されており、雌ねじ６１を雄ねじ４５に螺合させることで、リング６０はフィーダボックス４０のボックス本体４１に相対回転可能にねじ結合されている。
【００３３】
リング６０はダイプレート１０上に載置され、その状態でリング６０を回転させると、リング６０の回転方向に応じてフィーダボックス４０が上下動し、フィーダボックス４０の高さ位置が調節されるようになっている。フィーダボックス４０は供給口４２に接続されてホッパに接続されるホースによって回転が規制されるため、リング６０のみを回転させることができ、したがってリング６０を回転させるとフィーダボックス４０がリング６０に対して上下動するのである。
【００３４】
この実施形態によれば、リング６０を回転させてフィーダボックス４０を上下動させることにより、フィーダボックス４０内の粉末Ｐの貯留高さＨを調節することができる。なお、ここでの貯留高さＨは、ダイプレート１０の表面から供給口４２のフィーダボックス４０内での開口の上端までの粉末Ｐの高さ（嵩）を言う。
【００３５】
図６は、上記一実施形態の図２と同様に、キャビティ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの順で粉末Ｐの充填量が多いとした場合を示している。本実施形態では、これらキャビティ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに対応するフィーダボックス４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの高さ位置が、この順で高い方から低い方へと設定されている。これによりフィーダボックス４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ内の粉末Ｐの貯留高さＨａ，Ｈｂ，Ｈｃは、Ｈａ＞Ｈｂ＞Ｈｃとなっている。
【００３６】
図６に示すように各フィーダボックス４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの高さ位置を調節して粉末の貯留高さを調節したら、この後は、上記一実施形態と同様にフィーダボックス４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃをダイプレート１０上で往復動させて各キャビティ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに粉末Ｐを充填し、上下のパンチ５１，３１でキャビティ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ内の粉末Ｐを圧縮して圧粉体Ｐ１を得る。
【００３７】
本実施形態でも、上記一実施形態と同様に、キャビティ１２に対する粉末Ｐの充填のされやすさ（充填量）に応じてフィーダボックス４０内の粉末Ｐの貯留高さを調節することができるため、各キャビティ１２において均一な成形密度の圧粉体を成形することができる。
【００３８】
なお、上記他の実施形態のように、リング６０上にフィーダボックス４０を上下動可能に支持する構成は、ねじの螺合の他に、例えばリング６０に対しフィーダボックス４０を軸方向に延びるガイドに沿って上下動可能に支持し、任意の高さでフィーダボックス４０をリング６０にねじ止めするといった構成などでも可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０…ダイプレート
１１ａ…ダイス孔
１２…キャビティ
３１…下パンチ
４０…フィーダボックス
４３…パイプ（管状部材、貯留高さ可変手段）
４５…雄ねじ（係合手段）
５１…上パンチ
６０…リング（筒状部材、貯留高さ可変手段）
６１…雌ねじ（係合手段）
Ｐ…粉末
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に貫通する複数のダイス孔を有するダイプレートと、
前記ダイス孔に下方から嵌入され、該ダイス孔に上方に開口するキャビティを形成する下パンチと、
前記ダイプレート上を前記ダイス孔の開口に対して進退自在に設けられ、進出時に、自身の内部に供給されている粉末を前記キャビティに落下させて充填するフィーダボックスと、
前記ダイス孔に上方から嵌入され、前記下パンチとともに前記キャビティに充填された粉末を圧粉体に圧縮成形する上パンチとを備えた粉末成形金型装置において、
前記フィーダボックスに、内部に貯留される粉末の貯留高さを可変とする貯留高さ可変手段が設けられていることを特徴とする粉末成形金型装置。
【請求項２】
前記貯留高さ可変手段によって調節される前記フィーダボックス内の粉末の貯留高さは、前記各キャビティに充填される粉末の密度に応じたものであって、前記圧縮成形後の前記圧粉体の成形密度を全てのキャビティにおいて均一にし得る位置であることを特徴とする請求項１に記載の粉末成形金型装置。
【請求項３】
前記貯留高さ可変手段は、前記フィーダボックス内に進退自在に挿入されて粉末をフィーダボックス内に供給し、その先端開口の高さ位置に応じて粉末の貯留高さが変化する管状部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の粉末成形金型装置。
【請求項４】
前記貯留高さ可変手段は、前記ダイプレートと前記フィーダボックスとの間に介装され、フィーダボックスが上下動可能に支持される筒状部材であって、該筒状部材とフィーダボックスとは、筒状部材に対するフィーダボックスの高さ位置を任意の位置に定める係合手段で係合されることを特徴とする請求項１または２に記載の粉末成形金型装置。
【請求項５】
前記係合手段は、前記フィーダボックスが前記筒状部材に螺合され、フィーダボックスと筒状部材とを相対回転させることでフィーダボックスが上下動し得るねじであることを特徴とする請求項４に記載の粉末成形金型装置。
【請求項１】
上下方向に貫通する複数のダイス孔を有するダイプレートと、
前記ダイス孔に下方から嵌入され、該ダイス孔に上方に開口するキャビティを形成する下パンチと、
前記ダイプレート上を前記ダイス孔の開口に対して進退自在に設けられ、進出時に、自身の内部に供給されている粉末を前記キャビティに落下させて充填するフィーダボックスと、
前記ダイス孔に上方から嵌入され、前記下パンチとともに前記キャビティに充填された粉末を圧粉体に圧縮成形する上パンチとを備えた粉末成形金型装置において、
前記フィーダボックスに、内部に貯留される粉末の貯留高さを可変とする貯留高さ可変手段が設けられていることを特徴とする粉末成形金型装置。
【請求項２】
前記貯留高さ可変手段によって調節される前記フィーダボックス内の粉末の貯留高さは、前記各キャビティに充填される粉末の密度に応じたものであって、前記圧縮成形後の前記圧粉体の成形密度を全てのキャビティにおいて均一にし得る位置であることを特徴とする請求項１に記載の粉末成形金型装置。
【請求項３】
前記貯留高さ可変手段は、前記フィーダボックス内に進退自在に挿入されて粉末をフィーダボックス内に供給し、その先端開口の高さ位置に応じて粉末の貯留高さが変化する管状部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の粉末成形金型装置。
【請求項４】
前記貯留高さ可変手段は、前記ダイプレートと前記フィーダボックスとの間に介装され、フィーダボックスが上下動可能に支持される筒状部材であって、該筒状部材とフィーダボックスとは、筒状部材に対するフィーダボックスの高さ位置を任意の位置に定める係合手段で係合されることを特徴とする請求項１または２に記載の粉末成形金型装置。
【請求項５】
前記係合手段は、前記フィーダボックスが前記筒状部材に螺合され、フィーダボックスと筒状部材とを相対回転させることでフィーダボックスが上下動し得るねじであることを特徴とする請求項４に記載の粉末成形金型装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−７１３２４（Ｐ２０１２−７１３２４Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１７３４８（Ｐ２０１０−２１７３４８）
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（０００２３３５７２）日立粉末冶金株式会社 (272)
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（０００２３３５７２）日立粉末冶金株式会社 (272)
[ Back to top ]