JP4506734B2

JP4506734B2 - 成形装置

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Publication number: JP4506734B2
Application number: JP2006218806A
Authority: JP
Inventors: 孝佐藤; 貞樹佐藤; 賢菊地; 真史後藤; 武伊藤; 卓雄潟保
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2026-08-10
Also published as: TWI327518B; US7901200B2; US20070231420A1; JP2007290031A; TW200800586A

Description

本発明は、粉末を所定の形状に圧縮成形する成形装置に関するものである。

粉末を圧縮成形する成形装置としては、例えば特許文献１に記載されているサーボプレス装置が知られている。このサーボプレス装置は、成形位置と成形品取り出し位置との間を移動可能なダイと、所定位置に固定された下パンチと、上下方向に移動可能な上パンチとを備え、ダイと下パンチとで形成された成形室に原料粉末を充填した後、上パンチを下降させて、上パンチと下パンチとで原料粉末を圧縮することにより、成形品を得るものである。
特開平８−２２５８０４号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題が存在する。即ち、オーバーフィル動作及びアンダーフィル動作を続けて実施する場合には、ダイの上昇及び下降を連続的に行う必要があるため、ダイを高速で動かそうとすると、ダイが慣性でオーバーシュートしてしまい、ダイを設定通りに動作させることが困難である。従って、オーバーフィル及びアンダーフィルの連続動作を高速で行うことは出来なかった。

本発明の目的は、オーバーフィル及びアンダーフィルの連続動作を高速で行うことができる成形装置を提供することである。

本発明は、粉末を所定の形状に圧縮成形する成形装置であって、粉末が充填されるキャビティを有するダイと、ダイの下側からキャビティに挿入される下パンチと、ダイの上側からキャビティに挿入され、キャビティに充填された粉末を下パンチと協働して圧縮する上パンチと、キャビティに粉末を供給するフィーダと、１サイクルの成形動作中にダイを下パンチに対して上下方向に移動させる第１カムを有する第１カム駆動系と、１サイクルの成形動作中に上パンチを上下方向に移動させる第２カムを有する第２カム駆動系と、１サイクルの成形動作中にフィーダをキャビティに対して前進・後退させる第３カムを有する第３カム駆動系と、ダイに連結され、ダイと一緒に上下方向に移動する当接部材と、当接部材の上側または下側に当接部材に離間して配置され、当接部材と協働して、下パンチに対するダイの上下方向の移動を規制するストッパと、１サイクルの成形動作中にストッパを上下方向に移動させる第４カムを有する第４カム駆動系と、第１カム、第２カム、第３カム及び第４カムを同期して回転させる駆動同期手段とを備え、ストッパは、第４カムの動作により上下方向に移動して当接部材に当たることで、第１カムの動作による下パンチに対するダイの上下方向の移動を規制し、第４カムは、ストッパが当接部材に当たった状態では、ストッパと一緒にダイを下パンチに対して上下方向に移動させることを特徴とするものである。

このような成形装置を用いて成形を行う場合には、第１カム、第２カム、第３カム及び第４カムが同期して１回転する間に、以下のようにして成形体を作製する。即ち、まず第３カム駆動系によりフィーダをキャビティ上まで前進させた状態で、フィーダからキャビティに粉末を充填する。次いで、オーバーフィル動作を行う。具体的には、第１カム駆動系によりダイを下パンチに対して上昇させた後、ダイを下パンチに対して下降させ、一時停止させる。この下パンチに対するダイの下降・停止動作は、例えば第４カム駆動系によるストッパの下降中に当接部材がストッパに当たることで、強制的に行われる。次いで、第３カム駆動系によりフィーダをキャビティから離れるように後退させた後、アンダーフィル動作を行う。具体的には、ダイを下パンチに対して僅かに上昇させる。この下パンチに対するダイの上昇動作は、例えば第４カム駆動系によるストッパの上昇中に当接部材がストッパに当たっていることにより、強制的に行われる。次いで、第２カム駆動系により上パンチを下降させて、上パンチと下パンチとで原料粉末を圧縮することにより、成形体を得る。その後、第１カム駆動系によりダイを下パンチに対して下降させて、成形体を抜き出す。

ところで、カムの回転速度がそれほど速くなければ、上記のオーバーフィル及びアンダーフィルの動作を第１カム駆動系だけで実施することも可能である。しかし、成形体の生産効率を上げるためにカムの回転速度を速くした場合には、下パンチに対するダイの動きが連続して変化すると、ダイが慣性でオーバーシュートしてしまう。このため、オーバーフィル及びアンダーフィルの動作を第１カム駆動系だけで行うと、下パンチに対するダイの動きが第１カムの動きに追従できなくなる。

これに対し本発明では、当接部材、ストッパ及び第４カム駆動系を設け、オーバーフィル及びアンダーフィルの動作時には、当接部材がストッパに当たることで、例えばダイが第４カム駆動系の第４カムの動きに従って強制的に下降・停止・上昇するようにしたので、下パンチに対するダイの動きが高速で連続して変化しても、ダイのオーバーシュートが生じることは殆ど無い。これにより、第１カム、第２カム、第３カム及び第４カムを高速で回転させても、オーバーフィル及びアンダーフィルの動作を続けて行うことができる。

好ましくは、当接部材またはストッパの高さ位置を調整する手段を更に備える。当接部材またはストッパの高さ位置が変わると、当接部材とストッパとの間の距離が変わるため、オーバーフィル及びアンダーフィルの動作時に、下パンチに対するダイの上下方向の移動が規制されるタイミングと下パンチに対するダイの変位量とが変わり、結果的にキャビティへの粉末の充填量が変化するようになる。従って、当接部材またはストッパの高さ位置を調整することにより、キャビティへの粉末の充填量を調整することが可能となる。

また、好ましくは、駆動同期手段は、第１カム、第２カム、第３カム及び第４カムと連結された主軸と、主軸を回転させる駆動モータとを有する。この場合には、駆動モータにより主軸を回転させるだけで、第１カム、第２カム、第３カム及び第４カムが同期して回転するようになる。従って、駆動同期手段を簡単な構造で安価に実現することができる。

さらに、好ましくは、第１カムは、所定の角度範囲において、ダイを下パンチに対して順に上昇・停止・下降・停止させるような形状を有し、第４カムは、所定の角度範囲において、ストッパを順に下降・停止・上昇させるような形状を有し、ストッパは、当接部材の上側に当接部材に離間して配置され、当接部材及びストッパは、まず第１カムの動きに従ってダイを下パンチに対して上昇・停止させ、続いて第４カムの動きに従ってダイを下パンチに対して下降・停止・上昇させ、続いて第１カムの動きに従ってダイを下パンチに対して停止させるように、下パンチに対するダイの上方移動を規制するものである。この場合には、第１カム、第２カム、第３カム及び第４カムが高速で１回転する間に、オーバーフィル及びアンダーフィルの動作を確実に続けて行うことができる。

本発明によれば、オーバーフィル及びアンダーフィルの連続動作を高速でも行うことができる。これにより、寸法等のばらつきの少ない高品質の成形体を効率良く生産することが可能となる。

以下、本発明に係わる成形装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる成形装置の一実施形態を正面側から見た断面図であり、図２は、図１に示す成形装置を側面側から見た断面図であり、図３は、図１に示す成形装置のカム部分を上面側から見た断面図である。各図において、本実施形態の成形装置１は、磁性体粉末や誘電体粉末等の材料粉末を所定の形状（例えば直方体形状）に圧縮成形するカムプレス装置である。成形装置１は、枠体２と、この枠体２の上部に取り付けられたダイセット（下ラム）３と、ダイセット３の上方に配置された上ラム４とを備えている。

ダイセット３は、図４に示すように、枠体２に固定された固定プレート５を有し、この固定プレート５には、上下方向に延びる２本のロッド６が摺動自在に貫通されている。各ロッド６の上端には基台７が固定され、各ロッド６の下端には連結プレート８が固定されている。基台７上には、ダイ９が載置されている。ダイ９には、上下方向に貫通し材料粉末が充填される複数（ここでは５つ）のキャビティ１０が形成されている。ダイ９上には、フィーダ１１が前後方向（図４の紙面表裏方向）に移動自在に設けられている。フィーダ１１は、各キャビティ１０に材料粉末を供給するフィーダカップ１１ａを有している。固定プレート５上には突起部１２が設けられ、この突起部１２の上部には、ダイ９の下側から各キャビティ１０に挿入される複数（ここでは５つ）の下パンチ１３が固定されている。

基台７上には、上下方向に延びる２本のロッド１４がダイ９を挟むように立設されている。これらのロッド１４は、上ラム４の一部を構成する昇降体１５を摺動自在に貫通している。昇降体１５には、ダイ９の上側から各キャビティ１０に挿入される複数（ここでは５つ）の上パンチ１６が設けられている。各上パンチ１６は、対向する下パンチ１３と協働して、キャビティ１０に充填された材料粉末を圧縮するものである。

図１〜図３に戻り、昇降体１５の上方には、ラム本体４ａが配置されている。このラム本体４ａには、加圧用エアーシリンダ１７が設けられている。ラム本体４ａは、上下方向に延びる２本のロッド１８を介して、枠体２の下部に配置されたフレーム体１９と連結されている。

ダイセット３の連結プレート８には、連結部材２０を介してフレーム体２１が連結されている。フレーム体２１には、各ロッド１８が摺動自在に貫通されている。フレーム体２１の下部には、ナット部２２が固定されている。このナット部２２には、調整用ネジ２３がねじ込まれている。調整用ネジ２３の下端には、当接部材２４が固定されている。当接部材２４の最上部には、当て板２５が設けられている（図５参照）。また、当接部材２４の上方には、当て板２５と係合する２つのストッパ２６が調整用ネジ２３を挟むように配置されている。当接部材２４及び各ストッパ２６は、ダイ９の上方移動を規制するものである。

当接部材２４の高さ位置は、枠体２の前端部に設けられた調整用ハンドル２７と調整機構２８とによって調整可能となっている。調整機構２８は、図５に示すように、調整用ハンドル２７に連結された調整軸２９を有し、この調整軸２９の先端にはウォームギア３０が取り付けられている。ウォームギア３０は、中間歯車３１を介して、当接部材２４に取り付けられた平歯車３２と噛み合っている。

調整用ハンドル２７を回すと、調整軸２９、ウォームギア３０、中間歯車３１及び平歯車３２を介して当接部材２４が回転し、これに伴って調整用ネジ２３がナット部２２に対してねじ回されながら上下動するため、当接部材２４の高さ位置が変化する。このように当接部材２４の高さ位置を変えることで、当接部材２４とストッパ２６との距離が変わるので、当て板部２５がストッパ２６に当たるまでの移動量が変わることとなる。なお、当接部材２４の下方には、ストッパ２６までの当接部材２４の移動量をモニタするためのスケール３３が設けられている。

また、成形装置１は、ダイ９を上下方向に移動させるためのダイ駆動系３４と、上ラム４を上下方向に移動させるための上ラム駆動系３５と、フィーダ１１を前後方向（横方向）に移動させるためのフィーダ駆動系３６と、各ストッパ２６を上下方向に移動させるためのストッパ駆動系３７とを更に備えている。

ダイ駆動系３４は、図６にも示されるように、ダイ駆動用カム３８と、レバー３９とを有している。レバー３９は、枠体２に設けられた軸部４０に軸支されている。レバー３９の基端には、ダイ駆動用カム３８と直接接触するカムフォロア４１が設けられている。レバー３９の先端部は、フレーム体２１に対して相対的に回動可能に連結されている。また、フレーム体２１と枠体２との間には、ダイ駆動用カム３８の回転時にカムフォロア４１がダイ駆動用カム３８から離れることを防ぐための２本のエアーシリンダ４２が設けられている。

上ラム駆動系３５は、図７及び図８にも示されるように、上ラム駆動用カム４３と、レバー４４とを有している。レバー４４は、枠体２に設けられた軸部４５に軸支されている。レバー４４の基端には、上ラム駆動用カム４３と直接接触するカムフォロア４６が設けられている。レバー４４の先端部は、フレーム体１９に対して相対的に回動可能に連結されている。また、フレーム体１９と枠体２との間には、上ラム駆動用カム４３の回転時にカムフォロア４６が上ラム駆動用カム４３から離れることを防ぐための４本のエアーシリンダ４７が設けられている。

また、上ラム４のラム本体４ａには、加圧用エアーシリンダ１７（前述）が取り付けられている。加圧用エアーシリンダ１７のピストンロッド１７ａは、連結部材６２を介して昇降体１５に固定されている（図１参照）。これにより、ピストンロッド１７ａは、連結部材６２及び昇降体１５を介して各上パンチ１６と連結されている事になる。加圧用エアーシリンダ１７は、空気圧源及びエアーバルブを有するシリンダ駆動部６３によって駆動される。シリンダ駆動部６３は、上パンチ１６及び下パンチ１３による圧縮及び加圧ホールド動作（後述）の完了後に、加圧用エアーシリンダ１７を駆動するように制御する。なお、加圧用エアーシリンダ１７としてロック機能付きのエアーシリンダを用い、駆動時のみロック機能を解除するようにしても良い。

フィーダ駆動系３６は、図９にも示されるように、フィーダ駆動用カム４８と、レバー４９とを有している。レバー４９は、枠体２に設けられた軸部５０に軸支されている。レバー４９の基端には、フィーダ駆動用カム４８と直接接触するカムフォロア５１が設けられている。レバー４９の先端部は、フィーダ１１と連結されたリンク５２に連結されている。また、レバー４９と枠体２との間には、フィーダ駆動用カム４８の回転時にカムフォロア５１がフィーダ駆動用カム４８から離れることを防ぐためのエアーシリンダ５３が設けられている。

ストッパ駆動系３７は、図１０にも示されるように、ダイ規制用カム５４と、レバー５５とを有している。レバー５５は、枠体２に設けられた軸部５６に軸支されている。レバー５５の基端には、ダイ規制用カム５４と直接接触するカムフォロア５７が設けられている。レバー５５の先端部は、各ストッパ２６に連結されている。また、レバー５５と枠体２との間には、ダイ規制用カム５４の回転時にカムフォロア５７がダイ規制用カム５４から離れることを防ぐためのエアーシリンダ５８が設けられている。

ダイ駆動用カム３８、上ラム駆動用カム４３、フィーダ駆動用カム４８及びダイ規制用カム５４は、枠体２の下部に配置された主軸５９に連結されている。主軸５９は、駆動モータ６０によって回転駆動される。駆動モータ６０により主軸５９を回転させると、それらのカム３８，４３，４８，５４は同期して回転するようになる。なお、カム３８，４３，４８，５４は、例えば板カムや割りカムで構成されている。

主軸５９の回転によってダイ駆動用カム３８が回転すると、レバー３９が揺動し、各エアーシリンダ４２を伸縮動作させた状態でフレーム体２１が上下動するため、フレーム体２１に連結部材２０を介して連結された各ロッド６が上下動し、これに伴ってダイ９が下パンチ１３に対して上下動する。主軸５９の回転によって上ラム駆動用カム４３が回転すると、レバー４４が揺動し、各エアーシリンダ４７を伸縮動作させた状態でフレーム体１９が上下動するため、フレーム体１９に連結された各ロッド１８を介して上ラム４が上下動し、これに伴って上パンチ１６が上下動する。主軸５９の回転によってフィーダ駆動用カム４８が回転すると、エアーシリンダ５３を伸縮動作させた状態でレバー４９が揺動し、リンク５２を介してフィーダ１１がダイ９上を前後方向に移動する。主軸５９の回転によってダイ規制用カム５４が回転すると、エアーシリンダ５８を伸縮動作させた状態でレバー５５が揺動し、各ストッパ２６が上下動する。

ダイ駆動用カム３８、上ラム駆動用カム４３、フィーダ駆動用カム４８及びダイ規制用カム５４の形状は、図１１に示すようなカム曲線図（カムの動きを示す図）に応じたものとなっている。図１１において、ダイ駆動用カム３８は、実線のカム曲線Ｒに応じた形状を有し、上ラム駆動用カム４３は、１点鎖線のカム曲線Ｓに応じた形状を有し、フィーダ駆動用カム４８は、粗破線のカム曲線Ｔに応じた形状を有し、ダイ規制用カム５４は、密破線のカム曲線Ｕに応じた形状を有している。また、図１１の横軸は、基準位置（０度）からの回転角度を示し、図１１の縦軸は、カム３８，４３，５４の高さ位置及びカム４８の前後位置を示している。なお、カム３８，４３，５４のカム曲線のスケールは、カム４８のカム曲線のスケールと異なっている。

具体的には、ダイ駆動用カム３８は、基準位置から約１０〜２０度の領域でダイ９を初期高さ位置から微少に上昇させ、約２０〜５５度の領域でダイ９を停止させ、約５５〜９０度の領域でダイ９を上昇させ、約９０〜１１０度の領域でダイ９を停止させ、約１１０〜１２５度の領域でダイ９を少し下降させ、約１２５〜１９０度の領域でダイ９を停止させ、約１９０〜２２０度の領域でダイ９を少し下降させ、約２２０〜２９５度の領域でダイ９を停止させ、約２９５〜３３０度の領域でダイ９を初期高さ位置まで下降させ、約３３０度から基準位置の領域でダイ９を停止させるような形状を有している。

ここで、ダイ９の初期高さ位置は、図１２に示すように、キャビティ１０に嵌入された下パンチ１３の上端をダイ９の上面から僅かに突出させるような高さ位置である。また、ダイ駆動用カム３８が基準位置から約１０〜２０度の領域でダイ９を初期高さ位置から微少に上昇させると、図１３に示すように、下パンチ１３の上端がキャビティ１０内に入り込むように構成されている。

上ラム駆動用カム４３は、基準位置から４５度の領域で上パンチ１６を初期高さ位置から十分に上昇させ、約４５〜１１５度の領域で上パンチ１６を停止させ、約１１５〜１９０度の領域で上パンチ１６を十分に下降させ、１９０度前後の領域で上パンチ１６を停止させ、約１９０〜２２５度の領域で上パンチ１６を更に下降させ、約２２５〜２７５度の領域で上パンチ１６を停止させ、約２７５〜２９５度の領域で上パンチ１６を少し上昇させ、約２９５〜３３０度の領域で上パンチ１６を停止させ、約３３０度から基準位置の領域まで上パンチ１６を初期高さ位置まで上昇させるような形状を有している。

フィーダ駆動用カム４８は、基準位置から約１５度の領域でフィーダ１１を初期位置から前進させ、約１５〜２５度の領域でフィーダ１１を停止させ、約２５〜６０度の領域でフィーダ１１を更に前進させ、約６０〜１０５度の領域でフィーダ１１の微少な前進・後退を繰り返し行い、約１０５〜１６５度の領域でフィーダ１１を十分に後退させ、約１６５〜３４５度の領域でフィーダ１１を停止させ、約３４５度から基準位置の領域でフィーダ１１を初期位置まで前進させるような形状を有している。

ここで、フィーダ駆動用カム４８が基準位置から約１５〜２５度回転したときには、図１２（Ｄ）に示すように、フィーダ１１がキャビティ１０の手前で停止するように構成されている。

ダイ規制用カム５４は、基準位置から９０度の領域でストッパ２６を初期高さ位置に停止させ、約９０〜１１５度の領域でストッパ２６を下降させ、約１１５〜１５５度の領域でストッパ２６を停止させ、約１５５〜１８０度の領域でストッパ２６を初期高さ位置まで上昇させ、約１８０度から基準位置の領域でストッパ２６を停止させるような形状を有している。

なお、図６〜図１０では、カム３８，４３，４８，５４の形状を簡略化して円形としているが、カム３８，４３，４８，５４の実際の形状は、曲線部分及び直線部分を含む特殊形状であることは言うまでも無い。

次に、以上のように構成した成形装置１を用いて成形を行う手順を図１２〜図１７により説明する。なお、図１７は、図１１に示すカム曲線図において、ダイ９の実際の動作を２点鎖線Ｗで示したものである。

ここで、主軸５９（カム３８，４３，４８，５４）を基準位置から約１００度回転させた時点で当接部材２４の当て板部２５がストッパ２６に突き当たるように、当接部材２４の高さ位置が調整用ハンドル２７によって予め調整されている（図１１及び図１７参照）。そして、カム３８，４３，４８，５４が１回転する１サイクル毎に、成形体が作られる。

カム３８，４３，４８，５４が基準位置にある状態では、図１２（Ａ）に示すように、ダイ９、上パンチ１６、フィーダ１１及びストッパ２６は、前サイクルで得られた成形体６１をダイ９から抜き出した状態の初期設定位置にある。つまり、ダイ９は、キャビティ１０に嵌入された下パンチ１３の上端部をダイ９の上面から僅かに突き出すような高さ位置にある。これにより、前サイクルで得られた成形体６１をキャビティ１０から容易に且つ確実に取り出すことが可能となる。上パンチ１６は、ダイ９から所定量離れた高さ位置にある。フィーダ１１は、ダイ９上においてキャビティ１０から所定量後退した位置にある。そして、下パンチ１３上には、前サイクルで作製された成形体６１が載置されている。

その初期状態からカム３８，４３，４８，５４を所定方向に回し始めると、図１２（Ｂ）に示すように上パンチ１６が上昇し、更に図１２（Ｃ）に示すようにフィーダ１１がダイ９上をキャビティ１０に向けて前進する。そして、カム３８，４３，４８，５４を更に回すと、図１２（Ｄ）に示すように、フィーダ１１がキャビティ１０の手前で一時停止し、更に図１３（Ａ）に示すように、ダイ９が若干上昇して、下パンチ１３の上端が僅かにキャビティ１０内に引っ込むようになる（図１７のＡ参照）。

これにより、フィーダ１１が成形体６１や下パンチ１３の上端部に接触することが無いため、成形体６１や下パンチ１３の損傷を防止することができる。また、成形体６１がキャビティ１０から抜き出されると、成形体６１はスプリングバック現象によって膨らむので、下パンチ１３の上端部がキャビティ１０内に引っ込んでも、下パンチ１３の動作に追従して成形体６１がキャビティ１０内に入り込むことは無く、成形体６１はキャビティ１０を覆うようにダイ９上に載置された状態となる。

そして、カム３８，４３，４８，５４を更に回すと、図１３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、フィーダ１１がダイ９上を再び前進して、前サイクルで作製された成形体６１を押すようになる。このとき、下パンチ１３はダイ９の上面から突き出ていないので、フィーダ１１が下パンチ１３に引っ掛かることが無い。また、上記のようにフィーダ１１が成形体６１に触れる直前で一旦停止していることにより、フィーダ１１が前進を再開してから成形体６１に接触するときに、フィーダ１１の速度が十分抑えられるようになるため、フィーダ１１が成形体６１に過度な衝撃を与えることも無い。このため、成形体６１がフィーダ１１にスムーズに押され、成形体６１の損傷等を防ぐことができる。

カム３８，４３，４８，５４を同方向に更に回すと、図１３（Ｄ）に示すように、フィーダ１１がダイ９上を更に前進することで、成形体６１がキャビティ１０から払い出される。そして、フィーダ１１は、キャビティ１０を覆う位置で停止する（図１７のＢ参照）。このようにキャビティ１０は成形体６１及びフィーダ１１により切れ目なく覆われることになるので、キャビティ１０内に空気が入り込むことは殆ど無い。

カム３８，４３，４８，５４を同方向に更に回すと、図１４（Ａ）に示すように、ダイ９が所定の高さ位置まで上昇すると共に、フィーダ１１からキャビティ１０内に材料粉末Ｊが吸い込まれて充填される（図１７のＢ参照）。このとき、フィーダ１１が停止状態となっているので、材料粉末Ｊがキャビティ１０内に真下方向に向けて供給される。また、これに加えて、フィーダ１１のシェーク動作、つまりフィーダ１１の微小な前進及び後退動作が連続的に行われる（図１７のＣ参照）。従って、材料粉末Ｊをキャビティ１０内に効率的に且つ均等に充填することができる。

カム３８，４３，４８，５４を同方向に更に回すと、ストッパ２６が下降する。このとき、ダイ９は停止しているので、当接部材２４にストッパ２６が突き当たるようになる。このため、ダイ９は、ダイ駆動用カム３８の動きに従った動作から、ダイ規制用カム５４の動きに従った動作に切り換わる。従って、図１４（Ｂ）に示すように、当接部材２４がストッパ２６に当たったままの状態で、ストッパ２６の下降に従ってダイ９が下降する。これにより、粉末充填Ｊのオーバーフィル動作が実施されることとなる（図１７のＤ参照）。

オーバーフィル動作とは、キャビティ１０の粉末充填深さを予め大きくとった状態で材料粉末Ｊを充填した後、キャビティ１０の粉末充填深さが少し小さくなるようにダイ９を下降させて、余分な材料粉末Ｊをフィーダ１１に押し戻す充填動作である。なお、オーバーフィル量は、その時のダイ９の下降量Ｘ（図１７参照）に相当する。このようなオーバーフィル動作を実行することにより、材料粉末Ｊがキャビティ１０に充填される時の空隙が抑制され、材料粉末Ｊをキャビティ１０内に密に充填することが可能となる。

カム３８，４３，４８，５４を同方向に更に回すと、図１４（Ｃ）に示すように、フィーダ１１がキャビティ１０から離れるように後退することで、材料粉末Ｊの擦り切り動作が行われる。また、上パンチ１６が下降し始める。

そして、所定時間経過するとストッパ２６が上昇し始めるので、図１４（Ｄ）に示すように、当接部材２４がストッパ２６に当たったままの状態で、ダイ９が上昇するようになる。このとき、ストッパ２６が所定量上昇すると当接部材２４から離れるように、ダイ規制用カム５４が形成されている。このため、ダイ９は、ダイ規制用カム５４の動きに従った動作から、再びダイ駆動用カム３８の動きに従った動作に戻り、停止状態となる。これにより、粉末充填Ｊのアンダーフィル動作が実施されることとなる（図１７のＤ参照）。

アンダーフィル動作とは、キャビティ１０への材料粉末Ｊの充填が終了した後、ダイ９を上昇させて、ダイ９の上面より材料粉末Ｊを沈める充填動作である。なお、アンダーフィル量は、その時のダイ９の上昇量Ｙ（図１７参照）に相当する。このようなアンダーフィル動作を実行することにより、材料粉末Ｊがキャビティ１０から溢れ出ることを抑制できる。

カム３８，４３，４８，５４を同方向に更に回すと、図１５（Ａ）に示すように、上パンチ１６がキャビティ１０に入り込み、材料粉末Ｊの擦り切り面と上パンチ１６の下端面とが一致した状態で、上パンチ１６が一時停止する（図１７のＥ参照）。このとき、上記のアンダーフィル動作によってキャビティ１０の上部には空間が形成されている（図１４（Ｄ）参照）ため、上パンチ１６がキャビティ１０に入り易くなる。

カム３８，４３，４８，５４を同方向に更に回すと、図１５（Ｂ）に示すように、ダイ９が下降すると同時に上パンチ１６が下降することで、上パンチ１６及び下パンチ１３による材料粉末Ｊの圧縮（上下同時加圧）が行われる（図１７のＦ参照）。このとき、上パンチ１６の下降速度をダイ９の下降速度よりも速くするのが望ましい。

カム３８，４３，４８，５４を同方向に更に回すと、図１５（Ｃ）に示すように、ダイ９及び上パンチ１６が何れも所定時間だけ停止し、上パンチ１６及び下パンチ１３による材料粉末Ｊの加圧状態が保持（加圧ホールド）される（図１７のＧ参照）。このとき、シリンダ駆動部６３による加圧用エアーシリンダ１７の供給圧が上パンチ１６及び下パンチ１３による成形圧縮圧力よりも小さくなっている事から、加圧用エアーシリンダ１７のピストンロッド１７ａは最も縮んだ状態となっている。なお、加圧ホールド時間としては、圧縮された材料粉末Ｊから得られる成形体の形状や寸法等が安定するような時間であるのが望ましい。

カム３８，４３，４８，５４を同方向に更に回すと、図１５（Ｄ）に示すように、上パンチ１６による材料粉末（成形体）Ｊの押さえ付けから、加圧用エアーシリンダ１７による成形体Ｊの押さえ付けに切り換わる。具体的には、上ラム駆動用カム３８によって上ラム４が少し上昇する（図１７のＨ参照）。このとき、加圧用エアーシリンダ１７は、上パンチ１６を成形体Ｊに対して所定圧で押し付けるようにシリンダ駆動部６３によって駆動される。つまり、上ラム４の上昇に伴って加圧用エアーシリンダ１７のピストンロッド１７ａが伸びるようになり、結果的に上パンチ１６の高さ位置は変わらない状態となる。このように加圧用エアーシリンダ１７により成形体Ｊを押さえ付けることで、材料粉末Ｊの圧縮時に受けた歪みに起因した成形体Ｊの損傷等を防止することが可能となる。

カム３８，４３，４８，５４を同方向に更に回すと、図１６（Ａ）に示すように、上記の加圧用エアーシリンダ１７による成形体Ｊの加圧状態を継続したまま、上ラム４の上昇動作が停止する。そして、カム３８，４３，４８，５４を同方向に更に回すと、図１６（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、加圧用エアーシリンダ１７による成形体Ｊの加圧状態を更に継続したまま、ホールドダウン動作が行われる。つまり、ダイ９が上記の初期設定位置まで下降することで、成形体Ｊがダイ９から抜き出される（図１７のＨ参照）。このとき、加圧用エアーシリンダ１７により成形体Ｊに加える圧力（ホールド圧力）としては、成形体Ｊの圧縮圧力よりも小さな圧力とする。

カム３８，４３，４８，５４を同方向に更に回すと、図１６（Ｄ）に示すように、上ラム４の上昇によって上パンチ１６が上昇して成形体Ｊから離れるようになる。以上により、１サイクルの成形動作が完了する。

このように上ラム４の上昇動作を停止させると共に加圧用エアーシリンダ１７により上パンチ１６を成形体Ｊに対して加圧した状態で、ホールドダウン動作を実施することにより、加圧用エアーシリンダ１７のピストンロッド１７ａの伸長（変位）による圧力変動が抑えられるため、ホールド圧力が安定化し、優れた成形性を確保することができる。これにより、特に複雑な機構を設けたり煩雑な電気的制御を行わなくても、成形体Ｊの損傷等を防止しつつ、ホールド圧力を一定に保ったまま、成形体Ｊをダイ９のキャビティ１０から確実に抜き出すことができる。

このような成形装置１による成形動作において、調整用ハンドル２７により当接部材２４の高さ位置を変えると、ダイ駆動用カム３８の動きを示すカム曲線Ｒに対してダイ規制用カム５４のカム曲線Ｕが、カム曲線図（図１１及び図１７参照）上において上下方向にずれることになる。このため、当接部材２４がストッパ２６に当たるまでの変位量、言い換えると当接部材２４がストッパ２６に当たるタイミングが変わる。また、カム曲線Ｕの形状自体は変わらないので、前記タイミングが変わることにより、当接部材２４がストッパ２６に当たってからの変位量が変わることになる。従って、その時のオーバーフィル量（図１７のＸ参照）及びアンダーフィル量（図１７のＹ参照）が変わり、結果的にキャビティ１０への材料粉末Ｊの充填量が変わることになる。

ところで、成形体の生産効率を上げるためには、主軸５９（カム３８，４３，４８，５４）の回転速度を高くする必要がある。このとき、主軸５９の１回転に要する時間を例えば０．７５秒（８０ｒｐｍ）程度と十分短くした場合には、上記のダイ９の動作をダイ駆動用カム３８だけで実現しようとするのは困難である。その理由は、図１４（Ｂ）に示すオーバーフィル動作及び図１４（Ｄ）に示すアンダーフィル動作の実行時には、ダイ９の下降及び上昇が極めて短い時間内で続けて行われるため、ダイ駆動用カム３８を高速で回転させると、意図しないタイミングでカムフォロア４１がダイ駆動用カム３８から離れ、ダイ駆動用カム３８の動きにダイ９が追従できず、ダイ９の動きとして波状の振れ（オーバーシュート）が生じてしまうからである。

本実施形態では、ダイ９の上方移動を規制する当接部材２４及びストッパ２６と、ストッパ２６を上下方向に移動させるダイ規制用カム５４を有するストッパ駆動系３７とを設け、オーバーフィル動作及びアンダーフィル動作の実行時には、当接部材２４がストッパ２６に当たることで、ダイ９をダイ規制用カム５４の動きに従って強制的に下降・停止・上昇させるようにする。このようにダイ駆動用カム３８とダイ規制用カム５４との組み合わせによりダイ９を上下動させるので、主軸５９を高速で回転させても、ダイ９のオーバーシュートが生じることは殆ど無く、ダイ９は予め設定した動きに従って動作するようになる。これにより、オーバーフィル及びアンダーフィルの連続動作を１サイクル中に高速で行うことができる。

また、当接部材２４の高さ位置を調整するための調整用ハンドル２７及び調整機構２８を設けたので、調整用ハンドル２７を手動操作することで、キャビティ１０への材料粉末Ｊの充填量を容易に調整することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、下パンチ１３を枠体２に固定し、ダイ９を枠体２に対して上下動させる、いわゆるウィズドロアル法による成形形態としたが、ダイ９を枠体２に固定し、下パンチ１３を枠体２に対して上下動させる構成としても良い。要は、ダイ９が下パンチ１３に対して相対的に上下動可能な構成であれば良い。

また、上記実施形態では、当接部材２４の高さ位置を調整するための調整用ハンドル２７及び調整機構２８を設けたが、当接部材２４の代わりにストッパ２６の高さ位置を調整することで、キャビティ１０への材料粉末Ｊの充填量を調整するようにしても良い。また、上記のオーバーフィル及びアンダーフィルが行われるようにダイ９を動作させるのであれば、ストッパ２６を当接部材２４の下側に配置しても良い。

さらに、上記実施形態では、ダイ駆動用カム３８、上ラム駆動用カム４３、フィーダ駆動用カム４８及びダイ規制用カム５４を主軸５９に固定し、この主軸５９を駆動モータ６０で回転駆動させる構成としたが、ダイ駆動用カム３８、上ラム駆動用カム４３、フィーダ駆動用カム４８及びダイ規制用カム５４をそれぞれ異なる駆動モータで回転させても良い。この場合には、これらのカム３８，４３，４８，５４が同期して回転するように各駆動モータを制御する必要がある。

さらに、上記実施形態の成形装置１は、ダイ９にキャビティ１０が複数形成され、これに対応して上パンチ１６及び下パンチ１３が複数ずつ設けられているが、本発明は、上パンチ１６及び下パンチ１３がそれぞれ１つしかない成形装置にも適用可能であることは言うまでもない。

本発明に係わる成形装置の一実施形態を正面側から見た断面図である。図１に示す成形装置を側面側から見た断面図である。図１に示す成形装置を上面側から見た断面図である。図１に示すダイセットの正面図（一部断面を含む）である。図１〜図３に示す調整用ハンドル及び調整機構を示す各断面図である。図１〜図３に示すダイ駆動用カムを含むダイ駆動系の概念図である。図１〜図３に示す上ラム駆動用カムを含む上ラム駆動系の概念図である。図１〜図３に示すダイ駆動用カム及び上ラム駆動用カムを含むフィーダ駆動系と加圧用エアーシリンダの駆動系とをまとめて示した概念図である。図１〜図３に示すフィーダ駆動用カムを含むフィーダ駆動系の概念図である。図１〜図３に示すダイ規制用カムを含むストッパ駆動系の概念図である。図１〜図３に示すダイ駆動用カム、ダイ駆動用カム、フィーダ駆動用カム及びダイ規制用カムの形状を表すカム曲線図である。図１〜図３に示す成形装置により成形を行う手順を示す工程図である。図１〜図３に示す成形装置により成形を行う手順を示す工程図である。図１〜図３に示す成形装置により成形を行う手順を示す工程図である。図１〜図３に示す成形装置により成形を行う手順を示す工程図である。図１〜図３に示す成形装置により成形を行う手順を示す工程図である。図１１に示すカム線図において、実際のダイの動作を表した図である。

符号の説明

１…成形装置、９…ダイ、１０…キャビティ、１１…フィーダ、１３…下パンチ、１６…上パンチ、２２…ナット部、２３…調整用ネジ、２４…当接部材、２６…ストッパ、２７…調整用ハンドル、２８…調整機構、３４…ダイ駆動系（第１カム駆動系）、３５…上ラム駆動系（第２カム駆動系）、３６…フィーダ駆動系（第３カム駆動系）、３７…ストッパ駆動系（第４カム駆動系）、３８…ダイ駆動用カム（第１カム）、４３…上ラム駆動用カム（第２カム）、４８…フィーダ駆動用カム（第３カム）、５４…ダイ規制用カム（第４カム）、５９…主軸（動作同期手段）、６０…駆動モータ（動作同期手段）、Ｊ…材料粉末。

Claims

粉末を所定の形状に圧縮成形する成形装置であって、
前記粉末が充填されるキャビティを有するダイと、
前記ダイの下側から前記キャビティに挿入される下パンチと、
前記ダイの上側から前記キャビティに挿入され、前記キャビティに充填された粉末を前記下パンチと協働して圧縮する上パンチと、
前記キャビティに前記粉末を供給するフィーダと、
１サイクルの成形動作中に前記ダイを前記下パンチに対して上下方向に移動させる第１カムを有する第１カム駆動系と、
前記１サイクルの成形動作中に前記上パンチを上下方向に移動させる第２カムを有する第２カム駆動系と、
前記１サイクルの成形動作中に前記フィーダを前記キャビティに対して前進・後退させる第３カムを有する第３カム駆動系と、
前記ダイに連結され、前記ダイと一緒に上下方向に移動する当接部材と、
前記当接部材の上側または下側に前記当接部材に離間して配置され、前記当接部材と協働して、前記下パンチに対する前記ダイの上下方向の移動を規制するストッパと、
前記１サイクルの成形動作中に前記ストッパを上下方向に移動させる第４カムを有する第４カム駆動系と、
前記第１カム、前記第２カム、前記第３カム及び前記第４カムを同期して回転させる駆動同期手段とを備え、
前記ストッパは、前記第４カムの動作により上下方向に移動して前記当接部材に当たることで、前記第１カムの動作による前記下パンチに対する前記ダイの上下方向の移動を規制し、
前記第４カムは、前記ストッパが前記当接部材に当たった状態では、前記ストッパと一緒に前記ダイを前記下パンチに対して上下方向に移動させることを特徴とする成形装置。
前記当接部材または前記ストッパの高さ位置を調整する手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の成形装置。
前記駆動同期手段は、前記第１カム、前記第２カム、前記第３カム及び前記第４カムと連結された主軸と、前記主軸を回転させる駆動モータとを有することを特徴とする請求項１または２記載の成形装置。
前記第１カムは、所定の角度範囲において、前記ダイを前記下パンチに対して順に上昇・停止・下降・停止させるような形状を有し、
前記第４カムは、前記所定の角度範囲において、前記ストッパを順に下降・停止・上昇させるような形状を有し、
前記ストッパは、前記当接部材の上側に前記当接部材に離間して配置され、
前記当接部材及び前記ストッパは、まず前記第１カムの動きに従って前記ダイを前記下パンチに対して上昇・停止させ、続いて前記第４カムの動きに従って前記ダイを前記下パンチに対して下降・停止・上昇させ、続いて前記第１カムの動きに従って前記ダイを前記下パンチに対して停止させるように、前記下パンチに対する前記ダイの上方移動を規制するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の成形装置。