JP6308195B2 - 粉末成形装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は粉末成形装置の制御方法に関するものである。

粉末を加圧成形する方法の一つに浮動成形法がある。この浮動成形は、中空を有するダイスと、中空内で摺動する浮動下パンチと、同様に中空内で摺動自在な上パンチと、浮動下パンチと上パンチをそれぞれ駆動する各種のアクチュエータから大略構成された粉末成形装置を用いておこなわれる。

ダイスと浮動下パンチと上パンチで形成されたキャビティ内に粉末を充填し、油圧シリンダやエアシリンダ等からなるアクチュエータにて上パンチを押下して粉末を加圧し、この際に、粉末に対して所定の加圧力（浮動荷重）が作用するように浮動下パンチをアクチュエータにて摺動させながら粉末の加圧が実行される。なお、浮動下パンチの周囲にスライドしない固定下パンチが存在し、固定下パンチと浮動下パンチ、ダイスおよび上パンチにてキャビティが形成される装置もある。

また、浮動下パンチおよび上パンチに加えて、ダイスもアクチュエータにてスライドできる形態の粉末成形装置もあり、この形態の成形装置では、上パンチと浮動下パンチがそれぞれ所定の割合で降下しながら粉末を加圧する際に（たとえば上パンチが10の速度で降下する際に浮動下パンチが7の速度で降下する等）、ダイスも同期して降下することにより（たとえば8の速度で降下する等）、上パンチの近傍から徐々に粉末が締め固められて圧粉体が製造される際に、上パンチの近傍から順に圧粉体の密度が低下するといった密度分布を生じ難くすることができる。

ところで、浮動成形においては、上パンチの降下によって粉末を加圧するに際し、浮動下パンチは保持する浮動荷重が設定値となるように動作制御され、浮動荷重を維持しながら加圧完了位置を規定するストッパーに到達される。

加圧の完了後は、粉末が成形されてなる圧粉体をダイスから取り出すに当たり、浮動荷重の解放がおこなわれる。

ところで、浮動荷重の解放の直前は浮動させた浮動下パンチ系構成部品（浮動下パンチ、浮動下パンチを駆動するアクチュエータや浮動下パンチとアクチュエータを繋ぐ連結部材等）の全体が圧縮方向に弾性変形した状態となっている。このような弾性変形状態の浮動下パンチから浮動荷重を急激に解放することにより、浮動下パンチ系構成部品の弾性変形は非弾性変形状態に回復される。

浮動下パンチから浮動荷重を解放した際に当該浮動下パンチは圧粉体を介して上パンチで下方に押さえつけられていることから、浮動下パンチ系構成部品の弾性回復は主としてストッパーと接している浮動下パンチの下面から下方にある構成部品の運動となる。

そして、この構成部品の運動は、ストッパーに接した浮動下パンチの下面より下方の構成部品の弾性エネルギーとなって運動停止に至る。

したがって、高い浮動荷重を急激に解放した場合、浮動下パンチ系構成部品の動きが増大し、その運動停止までの間で構成部品の破損に繋がる可能性がある。

このことを、図５で示す、上パンチおよび浮動下パンチの変位−時間グラフと、ロードセル荷重（浮動下パンチ荷重）−時間グラフを参照して説明する。

一定の浮動荷重を粉末に作用させた状態で加圧が完了した際に、浮動荷重（図ではロードセル荷重）を急激に解放し、トルク解放を一気におこなう。

急な浮動荷重の解放により、浮動下パンチとアクチュエータを繋ぐ連結部が下方にけり出され、運動停止までに引っ張られることになる。なお、浮動下パンチには、引張後にバウンドして戻る変位が生じる。

ここで、特許文献１には、プレス下ラムと連動するダイホルダにダイを移動可能に配置し、位置固定のパンチプレート上に固定下パンチと浮動下パンチとを配置し、浮動下パンチをパンチプレートに内蔵したシリンダ装置に支持させ、シリンダ装置のボア内にはプレス下ラムと連動する連結ロッドの一端を位置させ、浮動下パンチと浮動上パンチとで挟持して粉末を部分的に移動させた後、シリンダ装置のピストンを連結ロッドに当接させてプレス下ラムの上昇力を粉末に加えて予備成形し、引き続きストッパーにより浮動下パンチの下降を停止して最終成形を行う粉末成形装置が開示されている。

特開平６−２５７０６号公報

特許文献１で開示の粉末成形装置によれば、プレス下ラムを利用して粉末移送機構の小型化と簡略化を図ることができるとしている。しかしながら、特許文献１で開示される粉末成形装置を適用したとしても、上記する課題、すなわち、浮動荷重の急激な解放によって浮動下パンチ系構成部品の破損に繋がるといった課題を解消することはできない。

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、浮動荷重の急激な解放に起因した浮動下パンチ系構成部品の破損を解消することのできる粉末成形装置の制御方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による粉末成形装置の制御方法は、中空を有するダイスと、中空内で摺動し、ダイスとともにキャビティを形成する上パンチおよび浮動下パンチと、上パンチを押下する第１のアクチュエータと、浮動下パンチの浮動荷重を制御する第２のアクチュエータと、浮動下パンチの加圧停止位置を規定するストッパーと、を少なくとも備え、キャビティ内に充填された粉末に対し、第１のアクチュエータを作動して上パンチを押下して加圧し、加圧中に粉末に作用する荷重が成形に必要な所定の浮動荷重となるように第２のアクチュエータを制御して粉末の加圧を実行する粉末成形装置の制御方法において、加圧の完了後、浮動荷重を段階的に解放する制御を実行するものである。

本発明による粉末成形装置の制御方法は、加圧の完了後、浮動荷重を段階的に解放する制御を実行することにより、浮動荷重の急激な解放に起因した浮動下パンチ系構成部品の破損を効果的に解消可能としたものである。ここで、「段階的に解放する」とは、一定の浮動荷重を完全解放まで一回もしくは二回以上段階的に低下させながら解放することを意味している。

浮動成形においては、一定の浮動荷重を維持しながら上パンチの降下に同期して浮動下パンチも降下する制御が実行され、加圧の完了まで粉末に対して所定の浮動荷重が作用するように双方のパンチの動作制御が実行される。

このように、一定の浮動荷重を維持しながら上パンチと浮動下パンチの同期した降下を精度よく実行制御するべく、第１、第２のアクチュエータはともにサーボ系のアクチュエータが望ましく、たとえば電動サーボモータが適用されるのがよい。

上パンチおよび浮動下パンチによる加圧の完了後、一定の低荷重まで浮動荷重（もしくはロードセル荷重）を低下させて荷重低下を一端停止させた後、残りの荷重を完全に解放するといった浮動荷重の段階的な解放をおこなう。

このように段階的に浮動荷重を解放することにより、浮動下パンチ系構成部品が下方にけり出されることがなくなり、運動停止までに引っ張られることがなくなり、これらのけり出しや引っ張られに起因した浮動下パンチ構成部品の破損は解消される。

以上の説明から理解できるように、本発明の粉末成形装置の制御方法によれば、加圧の完了後、浮動荷重を段階的に解放する制御を実行することにより、浮動荷重の急激な解放に起因した浮動下パンチ系構成部品の破損を解消することができる。

本発明の制御方法が適用される粉末成形装置のキャビティに粉末が充填されている状態を説明した模式図である。 本発明の制御方法が実行され、粉末を加圧して圧粉体を成形している状態を説明した模式図である。 ストッパーに浮動下パンチが到達している状態を説明した模式図である。 本発明の制御方法を説明した、上パンチおよび浮動下パンチの変位−時間グラフと、ロードセル荷重−時間グラフを示した図である。 従来の制御方法を説明した、上パンチおよび浮動下パンチの変位−時間グラフと、ロードセル荷重−時間グラフを示した図である。

以下、図面を参照して本発明の粉末成形装置の制御方法の実施の形態を説明する。

（粉末成形装置の制御方法の実施の形態）
図１は発明の制御方法が適用される粉末成形装置のキャビティに粉末が充填されている状態を説明した模式図であり、図２は本発明の制御方法が実行され、粉末を加圧して圧粉体を成形している状態を説明した模式図であり、図３はストッパーに浮動下パンチが到達している状態を説明した模式図である。さらに、図４は本発明の制御方法を説明した、上パンチおよび浮動下パンチの変位−時間グラフと、ロードセル荷重−時間グラフを示した図である。

図示する粉末成形装置１０は、中空１ａを備えたダイス１、ダイス１をスライドさせる（Ｘ３方向）第３のアクチュエータ２、中空１ａ内で摺動する上パンチ３、上パンチ３をスライドさせる（Ｘ１方向）第１のアクチュエータ４、中空１ａ内に一部が入り込んでいる固定下パンチ６、固定下パンチ６内で摺動する浮動下パンチ５、浮動下パンチ５をスライドさせる（Ｘ２方向）第２のアクチュエータ７、固定下パンチ６を載置し、浮動下パンチ５の降下限度を規定するストッパー８から大略構成されている。

第１のアクチュエータ４、第２のアクチュエータ７および第３のアクチュエータ２はいずれも電動サーボモータから構成されている。

粉末成形装置１０では、浮動成形に際し、上パンチ３の降下（Ｘ１方向）に同期して浮動下パンチ５も降下する（Ｘ２方向）制御が実行され、浮動下パンチ５の降下によって浮動荷重を粉末Ｆに付与するようになっている。また、上パンチ３の降下速度が減速した際には、浮動下パンチ５も同期して降下速度が減速されるように制御されている。

このような制御は、第１のアクチュエータ４、第２のアクチュエータ７がともにサーボ系のアクチュエータ（電動サーボモータ）から構成されることで実現される。

また、浮動下パンチ５と上パンチ３の降下に同期してダイス１も電動サーボモータ２にて降下（Ｘ３方向）することにより、上パンチ３の近傍から徐々に粉末Ｆが締め固められて圧粉体Ｃが製造される（図３参照）際に、上パンチ３の近傍から順に圧粉体Ｃの密度が低下するといった密度分布の発生を抑制することができる。

図１で示すように、ダイス１の中空１ａ、浮動下パンチ５の上面および固定下パンチ６の上面にてキャビティが形成され、このキャビティ内に成形される粉末Ｆが充填される。

次いで、図２で示すように、上パンチ３を降下させながら粉末Ｆを押下して押圧力Ｐを付与し、浮動下パンチ５も上パンチ３と同期して降下させながら粉末Ｆに対して浮動荷重Ｐ’を付与し、粉末Ｆに浮動荷重Ｐ’を作用させながら上パンチ３、浮動下パンチ５およびダイス１の降下制御が実行される。

加圧の完了により、図３で示すように所定形状の圧粉体Ｃが成形される。

粉末Ｆの加圧が進行し、加圧が完了した段階で、図４で示すように浮動荷重の解放を実行する。

この浮動荷重の解放に際し、浮動下パンチに搭載されたロードセルの荷重を段階的に解放する。

具体的には、同図で示すように、加圧完了時に250kN程度に維持された浮動荷重（ロードセル荷重）を25kNの低荷重まで解放し、ここで荷重解放を一端停止させる。

次に、ロードセル荷重を25kNから完全に解放する。

図示する制御方法のように、加圧完了後の浮動荷重の解放を段階的におこなうことにより、浮動下パンチ系構成部品（浮動下パンチを駆動するアクチュエータや浮動下パンチとアクチュエータを繋ぐ連結部材等）が下方にけり出されることがなくなり、運動停止までに引っ張られることがなくなり、これらのけり出しや引っ張られに起因した浮動下パンチ構成部品の破損は解消される。

このように浮動荷重の急激な低下が解消されることにより、浮動荷重の急激な低下に起因する装置の破損を解消することができる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…ダイス、１ａ…中空、２…第３のアクチュエータ（電動サーボモータ）、３…上パンチ、４…第１のアクチュエータ（電動サーボモータ）、５…浮動下パンチ、６…固定下パンチ、７…第２のアクチュエータ（電動サーボモータ）、８…ストッパー、１０…粉末成形装置、Ｆ…粉末、Ｃ…圧粉体

Claims (2)

1. 中空を有するダイスと、
   中空内で摺動し、ダイスとともにキャビティを形成する上パンチおよび浮動下パンチと、
   上パンチを押下する第１のアクチュエータと、
   浮動下パンチの浮動荷重を制御する第２のアクチュエータと、
   浮動下パンチの加圧停止位置を規定するストッパーと、を少なくとも備え、
   キャビティ内に充填された粉末に対し、第１のアクチュエータを作動して上パンチを押下して加圧し、加圧中に粉末に作用する荷重が成形に必要な所定の浮動荷重となるように第２のアクチュエータを制御して粉末の加圧を実行する粉末成形装置の制御方法において、
   加圧の完了後、浮動荷重を段階的に解放する制御を実行する粉末成形装置の制御方法。
2. 第１のアクチュエータと第２のアクチュエータがともに電動サーボモータからなる請求項１に記載の粉末成形装置の制御方法。

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