JP2657911B2 - 電動式粉末成形機 - Google Patents

電動式粉末成形機

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はダイによる押し型
空間に成形材料である粉体を充填し、これをパンチによ
り所定の形状に圧縮成形して機械部品などを得る粉末成
形機に関する。
【０００２】
【従来の技術】成形部にダイ（固定金型）とパンチ（可
動金型）を備えた粉末成形機ではパンチの圧縮力が成形
品における圧粉の状態（密度、密度の均一性）に大きな
影響があり、定量の原料粉体を供給する成形方法では製
品の寸法が不揃いになり、また、所定寸法となるまで随
時原料粉体を供給する成形方法の場合は、製品に重量差
が生じてしまう。
【０００３】しかし、従来の粉末成形機ではパンチの駆
動を一定の作動を繰返すだけの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、気温や
装置自体の温度、あるいはリンク機構の摩耗などの影響
により設定した圧縮力を常時一定に維持して成形するの
は困難である。
【０００４】また、パンチのストロークや圧縮力を調整
できるようにするには複雑な機構を要する上その調整が
煩雜で、粉体や形状の変更など成形条件の変化に即応で
きない面がある。
【０００５】この状況を少しでも緩和するためにそれぞ
れの成形条件に合せダイ側を調整できるようにしたダイ
セッターを多数準備し、交換して使用する場合がある
が、ダイセッター自体、カムやエアシリンダなどの補助
駆動手段を供えた複雑な構成のもので高価である。ま
た、これによってもパンチの圧縮力を緻密に制御するこ
とは困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、パンチの
圧縮力を正確、かつ、自由に制御できるようにし、ま
た、パンチやダイを交換した際の種々な調整が簡単であ
ると共に、幅寸法および上下寸法共にコンパクトな粉末
成形機の提供を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】粉末成形機において成形
部をダイとパンチを備えたものとし、パンチの駆動機構
をボールスクリューの直圧でパンチを駆動する機構とす
る。パンチを駆動する機構は、サーボモータに連動連結
される。ボールスクリューとサーボモータは、成形機の
フレームに対してボールスクリューの軸線とサーボモー
タの出力軸の軸線とを平行に、かつ、サーボモータの本
体側がパンチ側となるように配置される。パンチの圧縮
力を検出するセンサーと制御手段が設けられる。制御手
段は、パンチの圧縮力を検出するセンサーの出力値が設
定した圧縮力に相当するものとなるまでサーボモータの
その回の圧縮駆動をダイとパンチ間の圧縮力に基づいて
制御する。
【０００８】作用 制御手段はパンチの圧縮力に関する設定値とセンサーか
らの圧縮力検出値に基づいてサーボモータを駆動し、サ
ーボモータは回転運動を直線運動に変換する機構を介し
てパンチを駆動する。
【０００９】
【発明の実施の形態】第１図において粉末成形機１は上
段壁２、中段壁３及び下段壁４を備えたフレーム５を有
し、これら壁を竪方向に貫通する垂直な軸線ｓに沿っ
て、上方から下方へ順次、上パンチ駆動用ボールスクリ
ュー６、上パンチ７、ダイ８、下パンチ９、下パンチ駆
動用ボールスクリュー１０が配置されている。
【００１０】上段壁２にはボールナット１１が回転自在
に軸架されると共に上パンチ駆動用のサーボモータ１２
が出力軸の軸線をボールスクリュー６の軸線（Ｓ）と平
行に、かつ、サーボモータ１２の本体側が上パンチ７側
となるように取り付けられており、これらはボールナッ
ト１１に固定したギア１３と前記サーボモータ１２の出
力軸に固定されたギア１４間にタイミングベルト１５が
掛けまわされて連動連結されている。上パンチ駆動用ボ
ールスクリュー６は前記のボールナット１１に螺合され
ると共に下端に上パンチ７をボールスクリュー６の押圧
力が直接作用（直圧）するように、かつ、交換可能に固
定している。
【００１１】下段壁４には前記上段壁２の場合と同様
に、ボールナット１６が回転自在に軸架され、これに下
パンチ駆動用ボールスクリュー１０が螺合されている。
前記ボールスクリュー１０の上端には下パンチ９が交換
可能に固定されている。そして、ボールナット１６には
ギア１７が固定され、やはり下段壁４に取付けられた下
パンチ駆動用のサーボモータ１８の出力軸におけるギア
１９とタイミングベルト２０で連動連結されている。サ
ーボモータ１８の出力軸と下パンチ駆動用のボールスク
リュー１０の軸線（Ｓ）とは平行に、かつ、サーボモー
タ１８の本体側が下パンチ９側となるようにして配置さ
れている。
【００１２】前記において、上下のパンチ駆動用ボール
スクリュー６，１０とこれがそれぞれ螺合したボールナ
ット１１，１６との一対はそれぞれが回転運動を直線運
動に変換する機構であり、サーボモータ１２，１８によ
りパンチを駆動するための機構である。
【００１３】中段壁３には上下に貫通した孔状のダイ装
着部２１が構成され、ここにダイ８が装着されて固定部
材２２で交換可能に固定されている。ダイ８はやはり上
下に貫通した孔状の押し型空間２３を備え、上下のパン
チ７，９と対をなすものである。上下のパンチ７，９は
ダイ８の押し型空間２３へ精密に嵌合し、かつ、ダイ８
と相対的に上下移動ができるようにされている。
【００１４】上下のパンチ駆動用のサーボモータ１２，
１８は共にＡＣサーボモータであり、これらはそれぞれ
が信号及び動力線２４でサーボアンプ２５を経て制御装
置２６に接続されている。
【００１５】制御装置２６は入力部、記憶部、比較部、
出力部およびこれらの作動を調整する制御部を備えた通
常の構成を有し、パンチを作動する通常の制御の他に次
のフィードバック制御処理が行なわれる。すなわち、入
力部にはボールナット１１に取付けたストレインゲージ
３４からの検出値とキイーボードなどからのパンチの圧
縮力に関する設定値が入力され、記憶部はパンチの各種
作動に関する作動プログラムを備えると共に前記の入力
された設定値を記憶する。
【００１６】そして、比較部は制御部によるタイミング
によって前記ゲージ２７からの検出値（圧縮力に換算
後）と記憶された設定値とを比較し、パンチの圧縮力が
設定値に到達しているか否かを判断し、未到達の場合は
サーボモーターの駆動を継続し、設定値に到達したこと
が確認されたらサーボモータの駆動を停止する。すなわ
ち、サーボモータのその回の圧縮駆動はダイとパンチ間
の圧縮力に基づいて制御される。
【００１７】パンチの圧縮力の検出は、前記のようなス
トレインゲージ３４の他にロードセルなどでも可能であ
り、また、取付ける位置もボールナット１１に限らず上
パンチ７、下パンチ９の駆動機構に関連する個所に可能
である。前記設定値の入力用キイーボード、圧縮力を検
出するセンサー、これらが接続される制御装置およびサ
ーボアンプなどがサーボモータ１２，１８の制御手段を
構成している。
【００１８】第１図において符号２７は原料粉体を投入
するホッパーで、可撓性のホース２８で下方のフィード
シュー２９に接続されている。フィードシュー２９は底
面が開放された容器で、ソレノイド３０により中段壁３
の上面を押し型空間２３の直上まで移動されて引戻され
るものである。また、符号３１は成形品の突落し装置で
ソレノイド３２により駆動される。下パンチ９を挟んで
突落し装置３１と反対側には成形品を外部に取出すシュ
ート３３が配置されている。この成形品突落し装置３１
及びシュート３３は中段壁３の上面側に設ける場合や上
面、下面の両側に設けることもある。
【００１９】成形作動は、成形品に応じ選択された上パ
ンチ７、下パンチ９及びダイ８をそれぞれにセットした
のち、記憶された作動プログラムから制御装置２６によ
って選択されたプログラムに従い次のように行なわれ
る。
【００２０】当初、上パンチ７が、中段壁３に固定され
ているダイ８から上方に引抜かれ退避位置に移動してお
り、また、下パンチ９はダイ８の押し型空間２３に嵌入
して押し型空間３の底を形成している。この成形材料受
入れ状態が確認されると、ソレノイド３０が作動されて
フィードシュー２９が押し型空間２３に移動して成形材
料を押し型空間２３に充填し、すぐに元位置に引き戻さ
れる。ついで上パンチ駆動用のサーボモータ１２が駆動
されて、ギア１４、タイミングベルト１５、ギア１３を
介してボールナット１１が回転され、さらに、上パンチ
駆動用ボールスクリュー６が下降されて、上パンチ７が
ダイ８の押し型空間２３に嵌入される。
【００２１】これにより、押し型空間２３内部の成形材
料は上パンチ駆動用ボールスクリュー６、下パンチ駆動
用ボールスクリュー１０にそれぞれ直圧された上パンチ
７、下パンチ９間でプレスされる。この時、サーボモー
タ１２，１８とボールスクリュー６，１０間の伝動機構
は、モータ側の出力軸線とボールスクリュー側の軸線が
平行に配置されているので、簡素な構成となり、部材の
歪みやバックラッシュによる伝動上の誤差が小さい。
【００２２】この場合に、下パンチ９と上パンチ７の作
動に様々の態様を採用することができる。下パンチ駆動
用のサーボモータ１８が電磁ブレーキなどでロックさ
れ、下パンチ９は一定位置に停止したままで成形材料が
上パンチ７の押圧力のみで成形される場合。これは従来
の成形とほとんど同じであるがパンチの圧縮力に基づく
フィードバック制御により成形品における圧粉の密度は
均一であり、成形品間の重量のばらつきはきわめて少な
い。
【００２３】上パンチ駆動用のサーボモータ１２と共に
下パンチ駆動用のサーボモータ１８も駆動され、成形材
料が上下から押圧され成形される場合。強い押圧力が発
揮され、また両面から押圧されるので成形品において圧
粉の密度が比較的低い部分を上下方向の中心に設定する
ことができる。あるいは必要に応じて上パンチ７、下パ
ンチ９の押圧力に差を持たせこれを制御することによ
り、密度が低くなる部分を成形品の上下方向の任意の位
置に設定することもできる。この場合もパンチの圧縮力
に関するフィードバック制御を併用することで圧粉の密
度や重量を各製品間で等しくすることができる。
【００２４】上パンチ７と下パンチ９を交互に作動させ
る場合。交互押圧による一種の振動と内部の密度分布の
移動によって密度が高く、均一な成形品を得られ、パン
チの圧縮力が一定に制御されることにより製品間のばら
つきも解消される。
【００２５】上パンチ７による押圧を、複数回に分けた
成形材料の供給時ごとに、その都度行う場合。突き固め
効果が生じて複雑な形状をした細長い成形品においても
圧粉密度の均一な成形品を得ることができる。この場
合、上パンチ７は上下方向への細かな移動（振動）を繰
返しながら徐々に上方へ移動し、その間の成形材料供給
時には押し型空間２３からぬけでて退避位置に戻るとい
う作動を繰返すことになるが、パンチの圧縮力を設定値
に関しフィードバック制御することにより前記の各繰返
しにおける圧縮力を一定にして圧粉の密度が高度に均一
な製品を得ることができる。一方、圧粉の密度に所定の
変化を持たせた製品を得ることもできる。
【００２６】上パンチ７及び／あるいは下パンチ９の圧
縮力が設定値に到達したことが確認されると両パンチ間
の押圧力は若干緩められ、ついで両パンチ７，９は成形
品を挟持したまま下方（あるいは上方）に移動して成形
品をダイ８の押し型空間２３から脱出させる。そして、
上方パンチ７は成形品を下パンチ９上に残置したまま前
記の退避位置に移動し、成形品はこのとき付勢されるソ
レノイド３２で作動される突落し装置３１によって下パ
ンチ９上からシユート３３に落される。ついで下パンチ
９は下パンチ駆動用のサーボモータ１８の駆動でダイ８
の押し型空間２３に嵌入されて停止し、次回の成形サイ
クルへと移動する。
【００２７】なお、回転運動を直線運動に変換する機構
としてはこの他にもラックとピニオンによる機構も採用
することができる。また、粉末成形機におけるすべての
駆動を制御装置によるサーボモータで行なえば油汚れが
なく、騒音や振動の少ない快適な作業環境を実現できる
し、パンチの作動をサーボモータによる直接駆動とすれ
ば効率が良く従来の同規模の油圧式成形機と比較して約
３分の１の電力消費で成形することができ、ランニング
コストを削減することができる。
【００２８】上、下のパンチ７，９とこれらを駆動する
それぞれのボールスクリュー６，１０との間にはリンク
や伝動機構が存在しないので、部材の伸びやバックラッ
シュなどにより、ボールスクリュー６，１０の駆動力が
阻害されることはない。
【００２９】
【発明の効果】パンチの圧縮力を、パンチの実際の圧縮
力を検出してこれをフイードバックし、設定値までクロ
ーズドループで制御するので、それぞれに圧粉の密度が
均一で寸法精度の高い成形品を得ることができる。パン
チの作動をサーボモータを介して制御装置で制御するの
で、ダイ及びパンチ（金型）を設定する際の複雑で煩わ
しいメカニカルな設定が不要になり、迅速な型交換が可
能である。これにより、粉末成形機の操作性が向上す
る。
【００３０】上、下のパンチは、ボールスクリューの直
圧で駆動されるので、制御上の応答性が高く精度の高い
制御を行うことができる。ボールスクリューとサーボモ
ータが、ボールスクリューの軸線とサーボモータの出力
軸の軸線とが平行に配置されることにより、伝動上の誤
差が小さいので、正確な圧縮成形を行える。また、機械
の幅寸法を小さくすることができる。サーボモータの本
体側をパンチ側に配置すると、ボールスクリューとパン
チの作動に必要な寸法とサーボモータを配置するのに必
要な寸法が重なるので、サーボモータによって機械の上
下寸法を大きくしてしまうことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】一部を破断して示す正面図である。
【符号の説明】
１…粉末成形機 ２…上段壁 ３…中段壁 ４…下段壁 ５…フレーム ６…上パンチ駆動用ボールスクリュー ７…上パンチ ８…ダイ ９…下パンチ １０…下パンチ駆動用ボールスクリュー １１，１６…ボールナット １２…上パンチ駆動用のサーボモータ １３，１４，１７，１９…ギア １５，２０…タイミングベルト １８…下パンチ駆動用のサーボモータ ２１…ダイ装着部 ２２…固定部材 ２３…押し型空間 ２４…信号及び動力線 ２５…サーボアンプ ２６…制御装置 ２７…ホッパー ２８…ホース ２９…フィードシュー ３０，３２…ソレノイド ３１…突落し装置 ３３…シュート ３４…ストレインゲージ
フロントページの続き (72)発明者 小山 成昭 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580 番地 ファナック株式会社基礎技術研究 所内 (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 ファナック株式会社生産技術研究 所内 (72)発明者 稲葉 善治 東京都日野市旭が丘３丁目５番地１ フ ァナック株式会社商品開発研究所内 (72)発明者 内藤 英夫 東京都日野市旭が丘３丁目５番地１ フ ァナック株式会社商品開発研究所内 (72)発明者 渡辺 菊夫 東京都日野市旭が丘３丁目５番地１ フ ァナック株式会社商品開発研究所内 (72)発明者 村中 正樹 東京都日野市旭が丘３丁目５番地１ フ ァナック株式会社商品開発研究所内

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 成形部にダイと上パンチ、下パンチを備
    え、ボールスクリューによる直圧でパンチを駆動するパ
    ンチの駆動機構をサーボモータに連動連結すると共に、
    成形機のフレームに対してボールスクリューとサーボモ
    ータがボールスクリューの軸線とサーボモータの出力軸
    の軸線とを平行に、かつ、サーボモータの本体側がパン
    チ側となるように配置されており、パンチの圧縮力を検
    出するセンサーを設け、該センサーの出力値が設定した
    圧縮力に相当するものとなるまでサーボモータのその回
    の圧縮駆動をダイとパンチ間の圧縮力に基づいて制御す
    る制御手段を設けたことを特徴とする粉末成形機。
JP28640495A 1995-10-09 1995-10-09 電動式粉末成形機 Expired - Fee Related JP2657911B2 (ja)

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