JP6332213B2

JP6332213B2 - 粉末成形装置と成形体の製造方法

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Publication number: JP6332213B2
Application number: JP2015185134A
Authority: JP
Inventors: 山下　修; 修山下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2035-09-18
Also published as: CN106541131B; US20170080492A1; JP2017056483A; CN106541131A

Description

本発明は、粉末成形装置とこの装置を使用してなる成形体の製造方法に関するものである。

金属粉末を加圧成形して成形体とし焼結することで各種焼結部品を製造することが行われている。

上記する加圧成形は、中空を有するダイスと、ダイスの中空内で摺動し、該中空とともにキャビティを形成する上パンチおよび下パンチとから構成される粉末成形装置を用いて、キャビティ内に金属粉末体を充填し、たとえば上パンチを押下して加圧することにより、粉末成形体が製造される。

ところで、特許文献１には、ダイスから成形体を抜き出す際にダイス下方のアクチュエータを用いてダイスを引き下げる成形装置が開示されており、一般に普及されている成形装置もこの種のものである。

特開平６−１８８１３８号公報

特許文献１に開示される成形装置を適用した場合、ダイスの下方にアクチュエータやアクチュエータとダイスを連結する機構（ロッド等）を設ける必要があり、このことによってダイスの地面からの位置が往々にして高くなってしまうといった課題を有している。

また、作業の都合上、ダイスの高さはダイス上面が作業者から確認できる高さとする必要があるため、プレスを設置する場所にピットを掘ってプレス下部を地面に埋める、もしくは作業者が台上に上って作業する必要が生じるといった課題も有している。

さらに、ダイスから成形体を抜き出す際には、成形体が割れることを防止するためにホールドダウン荷重（下パンチと上パンチで成形体を挟んだ状態で成形体をダイスから抜き出すが、このときの挟み込む荷重をホールドダウン荷重と称する）を印加する必要がある。

このホールドダウン荷重を一定に保つにはロードセルを設けて制御する必要があるが、ロードセルは、ホールドダウン荷重だけでなく、成形荷重にも耐えなければならないことから、成形装置自体が大型となり易く、往々にして成形装置が高価になるといった課題も有している。

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、成形装置の高さを高くすることなく、また、プレスを設置する場所にピットを掘ることなく、製造された成形体を容易に取り出すことのできる粉末成形装置とこの装置を使用してなる成形体の製造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は、中空を有するダイスと、ダイスの中空内を摺動し、該中空の内壁とともにキャビティを形成する上パンチおよび下パンチと、上パンチが取り付けられた中プラタンと、プッシュロッドが取り付けられた上プラタンと、上プラタンを押下するプレス機と、上プラタンと中プラタンを繋ぐリンク機構と、リンク機構の固定と固定解除をおこなう第１のアクチュエータと、下パンチが取り付けられたボルスタと、ダイスが取り付けられた下プラタンであって、ボルスタからバネを介して上方に付勢されている下プラタンと、から構成され、上プラタンおよびプッシュロッドの降下により、該プッシュロッドにて下プラタンとダイスが下方に押下され、ダイスの下方移動に伴って中空内で下パンチが上方に相対移動するものである。

本発明の粉末成形装置は、ダイスを備えた下プラタンを押下するプッシュロッド（インジェクションプッシュロッド）が取り付けられた上プラタンと、ダイス内で摺動する上パンチを備えた中プラタンと、を繋ぐリンク機構の固定と固定解除を第１のアクチュエータがおこなう構成を適用したことに特徴を有するものである。

キャビティ内に充填された粉末を加圧成形する成形時には、第１のアクチュエータにてリンク機構が固定され、プレス機による押圧力が上プラタンに伝達され、固定されたリンク機構を介して押圧力が中プラタンに伝達され、中プラタンに備えられた上パンチに押圧力が伝達されて粉末の加圧成形が実行される。

一方、成形された成形体をキャビティから取り出す際には、第１のアクチュエータにてリンク機構の固定が解除され、プレス機による押圧力が上プラタンに伝達され、固定が解除されたリンク機構を介して押圧力は中プラタンには伝達されない。

その代わりに、上プラタンに伝達された押圧力はプッシュロッドによってダイスを備えた下プラタンに伝達され、下プラタンおよびダイスが押下されることになる。このダイスの押下により、ダイスの中空内の下パンチ上に成形されている成形体がダイスの上に露出し、成形体の取り出しを可能にする。

第１のアクチュエータとしては、エアシリンダ機構や油圧シリンダ機構などを挙げることができる。

さらに、プレス機としては、スライドや、油圧シリンダ等とスライドのユニット体を挙げることができる。

本発明の粉末成形装置によれば、粉末の成形時と成形体の取り出し時にそれぞれ、第１のアクチュエータによるリンク機構の固定と固定解除を実行することにより、成形装置の高さを高くすることなく、また、プレスを設置する場所にピットを掘ることなく、製造された成形体を容易に取り出すことができる。

また、本発明の粉末成形装置の好ましい実施の形態は、上プラタンと中プラタンの間に第２のアクチュエータをさらに備えているものである。

この第２のアクチュエータも第１のアクチュエータと同様、エアシリンダ機構や油圧シリンダ機構などからなる。

キャビティ内で成形体が成形された後、第１のアクチュエータにてリンク機構の固定を解除し、プレス機による押圧力をプッシュロッドを介してダイスを備えた下プラタンに伝達し、下プラタンおよびダイスを押下する。この際、第２のアクチュエータがない場合は上パンチに押圧力は作用しないが、第２のアクチュエータが存在することにより、第２のアクチュエータによって成形時の押圧力よりも小さな押圧力にて成形体を押圧しながらダイスの押下を実行することができる。

第２のアクチュエータにはたとえばリリーフバルブが設けてあり、第２のアクチュエータにて上パンチに作用する荷重（いわゆるホールドダウン荷重）を一定に保ちながら成形体を押圧し、一方で、プレス機からの押圧力はプッシュロッドによってダイスを備えた下プラタンに伝達させ、下プラタンおよびダイスを押下して成形体をキャビティから露出させることができる。

また、本発明は成形体の製造方法にも及ぶものであり、この製造方法は、前記粉末成形装置を使用した成形体の製造方法であって、キャビティ内に粉末を充填する第１のステップ、第１のアクチュエータにてリンク機構を固定し、プレス機にて上プラタンと中プラタン、および上パンチを押下してキャビティ内の粉末を成形し、成形体を製造する第２のステップ、第１のアクチュエータにてリンク機構の固定を解除し、プレス機にて上プラタンを押下し、プッシュロッドにて下プラタンおよびダイスを押下して成形体をキャビティから露出させる第３のステップからなるものである。

本発明の製造方法によれば、本発明の粉末成形装置を適用することにより、成形体の製造と、製造された成形体のキャビティからの取り出しを容易におこなうことができる。

また、第３のステップでは、第２のステップにおける成形時の押圧力よりも低い押圧力（ホールドダウン荷重）を第２のアクチュエータから上パンチに作用させ、該低い押圧力にて成形体を押圧しながら成形体をキャビティから露出させる形態であってもよい。

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と成形体の製造方法によれば、粉末の成形時と成形体の取り出し時にそれぞれ、第１のアクチュエータによるリンク機構の固定と固定解除を実行することにより、成形装置の高さを高くすることなく、また、プレスを設置する場所にピットを掘ることなく、製造された成形体を容易に取り出すことができる。

本発明の粉末成形装置の実施の形態１の模式図である。粉末成形装置の実施の形態１にて成形体を製造している状態を示した模式図である。粉末成形装置の実施の形態１にて成形体をキャビティから露出させ、取り出し可能状態としている模式図である。粉末成形装置の実施の形態２の模式図である。粉末成形装置の実施の形態２にて成形体を製造している状態を示した模式図である。粉末成形装置の実施の形態２にて成形体をキャビティから露出させている状態を示した模式図である。粉末成形装置の実施の形態２にて成形体をキャビティから露出させ、取り出し可能状態としている模式図である。

以下、図面を参照して本発明の粉末成形装置の実施の形態１，２、および成形体の製造方法を説明する。

（粉末成形装置の実施の形態１と成形体の製造方法）
図１は本発明の粉末成形装置の実施の形態１の模式図であり、図２は粉末成形装置の実施の形態１にて成形体を製造している状態を示した模式図であり、図３は粉末成形装置の実施の形態１にて成形体をキャビティから露出させ、取り出し可能状態としている模式図である。

図示する粉末成形装置２００は、フレーム１００に搭載されたプレス機７０、ダイス１０、上パンチ２０および下パンチ３０、上パンチ２０が取り付けられた中プラタン５０、上プラタン４０、上プラタン４０と中プラタン５０を繋ぐリンク機構９０、リンク機構９０の固定と固定解除をおこなう第１のアクチュエータ８０、下パンチ３０が取り付けられたボルスタ６１、ダイス１０が取り付けられた下プラタン６０から大略構成されている。

ダイス１０の中空１１には下パンチ３０と上パンチ２０が摺動自在となっており、図１では、中空１１と下パンチ３０で画成されたキャビティ内に加圧成形される金属粉末Ｆが充填されている。

中プラタン５０の下面にはリテイナ５３を介して上パンチ２０が取り付けられており、中プラタン５０の上面には第１のガイドポスト５４が取り付けられている。

また、中プラタン５０の上面にはリンク機構９０の固定姿勢を保持するストッパ５１と、第１のアクチュエータ取り付け部５２が設けられている。

上プラタン４０には、第１のガイドポスト５４が貫通する第１のガイドブッシュ４０ａが開設されており、上プラタン４０の上面にはプレス機７０を構成するスライダ７２が搭載され、上プラタン４０の下面にはプッシュロッド４１が取り付けられている。

ボルスタ６１の上面にはリテイナ６３を介して下パンチ３０が取り付けられ、さらに第２のガイドポスト６２が取り付けられている。

下プラタン６０には、第２のガイドポスト６２が貫通する第２のガイドブッシュ６０ａが開設されており、下プラタン６０の中央にはダイス１０が取り付けられている。

ボルスタ６１の上面から突出する第２のガイドポスト６２の周囲にはバネ６４が配設されており、バネ６４が下プラタン６０を上方に付勢しながら支持している。

プレス機７０は、ピストン７１ａを摺動させる油圧シリンダ７１と、ピストン７１ａによって押圧力が付与されるスライダ７２から構成されている。

粉末成形装置２００の構成部材はフレーム１００内に収容されており、プレス機７０を構成する油圧シリンダ７１がフレームの天面上に固定され、ピストン７１ａが天面を貫通してフレーム１００の内部に張り出し、その先端がスライダ７２に固定されている。

リンク機構９０は、二本のリンク９１と、各リンク９１と上プラタン４０および中プラタン５０を繋ぎ、さらには二本のリンク９１同士を繋ぐ三つのジョイント９２から構成されている。

第１のアクチュエータ８０は、エアシリンダ８１とピストン８２から構成されており、ピストン８２の先端が中央のジョイント９２に取り付けられている。

なお、図１で示す状態は、ピストン８２がエアシリンダ８１の左端に移動し（Ｚ１方向）、二本のリンク９１，９１を直線状に固定している状態を示している。

図１で示すように、キャビティ内に金属粉末Ｆを充填し、第１のアクチュエータ８０でリンク機構９０を直線状に固定したら、図２で示すように、プレス機７０を稼働し、ピストン７１ａを摺動させ、スライダ７２を介して上プラタン４０に押圧力Ｐを付与する。

押圧力Ｐが付与された上プラタン４０は、第１のアクチュエータ８０にて直線状に固定されたリンク機構９０を介して中プラタン５０とその下面に固定された上パンチ２０を押下し（Ｘ１方向）、ダイス１０と下パンチ３０で画成されたキャビティ内で金属粉末Ｆを成形し、成形体Ｃが製造される。

成形体Ｃが製造されたら、次に、キャビティからの成形体Ｃの取り出しをおこなう。

具体的には、図３で示すように、第１のアクチュエータ８０のエアシリンダ８１内でピストン８２を右方向に移動させ（Ｚ２方向）、リンク機構９０を構成する二本のリンク９１，９１をジョイント９２周りで回動させ（Ｙ１方向）、リンク機構９０の直線状の固定を解除する。

リンク機構９０の固定解除とともにプレス機７０を稼働すると（押圧力Ｐ’）、上プレス２０から成形体Ｃへの押圧が解除されながら、プッシュロッド４１を介して下プラタン６０とダイス１０をバネ６４の付勢に抗して押下する（Ｘ２方向）。

ダイス１０が押下されることにより、キャビティ内にある成形体Ｃがダイス１０に対して相対的に上方に移動し（Ｘ３方向）、成形体Ｃがキャビティの外部に露出し、成形体Ｃの取り出しが可能になる。

このように、粉末成形装置２００によれば、金属粉末Ｆの成形時と成形体Ｃの取り出し時にそれぞれ、第１のアクチュエータ８０によるリンク機構９０の固定と固定解除を実行することにより、粉末成形装置２００の高さを高くすることなく、また、プレスを設置する場所にピットを掘ることなく、製造された成形体を容易に取り出すことができる。

（粉末成形装置の実施の形態２と成形体の製造方法）
図４は粉末成形装置の実施の形態２の模式図であり、図５は粉末成形装置の実施の形態２にて成形体を製造している状態を示した模式図である。また、図６は粉末成形装置の実施の形態２にて成形体をキャビティから露出させている状態を示した模式図であり、図７は粉末成形装置の実施の形態２にて成形体をキャビティから露出させ、取り出し可能状態としている模式図である。

図４で示す粉末成形装置２００Ａは、粉末成形装置２００に対し、上プラタン４０と中プラタン５０の間をさらに二本の第２のアクチュエータ８０Ａで繋いだ装置である。

図４で示すように、二本の第２のアクチュエータ８０Ａはともに、エアシリンダ８１Ａとピストン８２Ａから構成され、ピストン８２Ａが鉛直方向に上下動するように配設されている。

第２のアクチュエータ８０Ａには不図示のリリーフバルブが設けてあり、第２のアクチュエータ８０Ａにて上パンチ２０に作用する荷重（いわゆるホールドダウン荷重）を一定に保ちながら成形体Ｃを押圧し（図６参照）、一方で、プレス機７０からの押圧力はプッシュロッド４１によってダイス１０を備えた下プラタン６０に伝達させ、成形体Ｃをキャビティの外部に露出させるものである。

すなわち、第２のアクチュエータ８０Ａは、成形体Ｃの取り出しの際に一定のホールドダウン荷重を成形体Ｃに作用させるためのアクチュエータである。

ここで、粉末成形装置２００Ａを用いた成形体の製造方法を概説する。

図５で示すように、プレス機７０を稼働し、第１のアクチュエータ８０にて直線状に固定されたリンク機構９０を介して中プラタン５０とその下面に固定された上パンチ２０に押圧力Ｐを作用させて押下し（Ｘ１方向）、ダイス１０と下パンチ３０で画成されたキャビティ内で成形体Ｃを製造する。

次に、図６で示すように、第１のアクチュエータ８０のエアシリンダ８１内でピストン８２を右方向に移動させ（Ｚ２方向）、リンク機構９０を構成する二本のリンク９１，９１をジョイント９２周りで回動させ（Ｙ１方向）、リンク機構９０の直線状の固定を解除する。

さらに、第２のアクチュエータ８０Ａのエアシリンダ８１Ａ内でピストン８２Ａを上方向に移動させ（Ｚ４方向）、第２のアクチュエータ８０Ａから一定のホールドダウン荷重を中プラタン５０に作用させ（Ｘ５方向）、中プラタン５０を介して一定のホールドダウン荷重を上パンチ２０に作用させる（Ｘ４方向）。

この一定のホールドダウン荷重によって成形体Ｃが保持された状態で、プレス機７０からの押圧力Ｐ’はプッシュロッド４１を介して下プラタン６０とダイス１０をバネ６４の付勢に抗して押下する（Ｘ２方向）。

図６で示すように、ダイス１０が押下されることにより、キャビティ内にある成形体Ｃがダイス１０に対して相対的に上方に移動する（Ｘ３方向）。

図７で示すように、第２のアクチュエータ８０Ａのエアシリンダ８１Ａ内でピストン８２Ａをさらに上方向に移動させ（Ｚ４方向）、中プラタン５０と上パンチ２０を上方に移動させることにより（Ｘ６方向）、キャビティの外部に露出した成形体Ｃの取り出しが可能になる。

粉末成形装置２００Ａによれば、粉末成形装置２００を用いた際の効果に加えて、ダイス１０から成形体Ｃを抜き出す際に成形体Ｃが割れることを防止することができる。

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。

１０…ダイス、１１…中空、２０…上パンチ、３０…下パンチ、４０…上プラタン，４０ａ…第１のガイドブッシュ、４１…プッシュロッド、５０…中プラタン、５１…ストッパ、５２…第１のアクチュエータ取り付け部、５３…リテイナ、５４…第１のガイドポスト、６０…下プラタン、６０ａ…第２のガイドブッシュ、６１…ボルスタ、６２…第２のガイドポスト、６３…リテイナ、６４…バネ、７０…プレス機、７１…油圧シリンダ、７１ａ…ピストン、７２…スライダ、８０…第１のアクチュエータ（エアシリンダ）、８１…エアシリンダ、８２…ピストン、８０Ａ…第２のアクチュエータ（エアシリンダ）、８１Ａ…エアシリンダ、８２Ａ…ピストン、９０…リンク機構、９１…リンク、９２…ジョイント、１００…フレーム、２００，２００Ａ…粉末成形装置、Ｆ…金属粉末（粉末）、Ｃ…成形体

Claims

中空を有するダイスと、
ダイスの中空内を摺動し、該中空の内壁とともにキャビティを形成する上パンチおよび下パンチと、
上パンチが取り付けられた中プラタンと、
プッシュロッドが取り付けられた上プラタンと、
上プラタンを押下するプレス機と、
二本のリンクを備え、一方のリンクは、上プラタンと他方のリングとを繋ぎ、他方のリンクは、一方のリンクと中プラタンとを繋ぐリンク機構と、
二本リンクが直線状に配置されるように二本のリンクを固定する固定と、直線状に配置された二本のリングの固定を解除する固定解除と、をおこなう第１のアクチュエータと、
下パンチが取り付けられたボルスタと、
ダイスが取り付けられた下プラタンであって、ボルスタからバネを介して上方に付勢されている下プラタンと、から構成され、
上プラタンおよびプッシュロッドの降下により、該プッシュロッドにて下プラタンとダイスが下方に押下され、ダイスの下方移動に伴って中空内で下パンチが上方に相対移動する、粉末成形装置。
上プラタンと中プラタンの間に第２のアクチュエータをさらに備えている請求項１に記載の粉末成形装置。
請求項１または２に記載の粉末成形装置を使用した成形体の製造方法であって、
キャビティ内に粉末を充填する第１のステップ、
第１のアクチュエータにてリンク機構の二本のリンクを直線状に固定し、プレス機にて上プラタンと中プラタン、および上パンチを押下してキャビティ内の粉末を成形し、成形体を製造する第２のステップ、
第１のアクチュエータにてリンク機構の二本のリンクの直線状の固定を解除し、プレス機にて上プラタンを押下し、プッシュロッドにて下プラタンおよびダイスを押下して成形体をキャビティから露出させる第３のステップからなる成形体の製造方法。
請求項２に記載の粉末成形装置を使用した成形体の製造方法であって、
第３のステップでは、第２のステップにおける成形時の押圧力よりも低い押圧力を第２のアクチュエータから上パンチに作用させ、該低い押圧力にて成形体を押圧しながら成形体をキャビティから露出させる請求項３に記載の成形体の製造方法。