特許 6078310 材料粉末供給装置及び粉末成形装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6078310

(24)【登録日】2017年1月20日

(45)【発行日】2017年2月8日

(54)【発明の名称】材料粉末供給装置及び粉末成形装置

(51)【国際特許分類】

   B30B 11/00 20060101AFI20170130BHJP

   B30B 11/02 20060101ALI20170130BHJP

【ＦＩ】

   B30B11/00 F

   B30B11/02 Z

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-264332(P2012-264332)

(22)【出願日】2012年12月3日

(65)【公開番号】特開2014-108442(P2014-108442A)

(43)【公開日】2014年6月12日

【審査請求日】2015年10月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】390004879

【氏名又は名称】三菱マテリアルテクノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100129403

【弁理士】

【氏名又は名称】増井 裕士

(74)【代理人】

【識別番号】100142424

【弁理士】

【氏名又は名称】細川 文広

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 秀雄

(72)【発明者】

【氏名】川原 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 和俊

【審査官】 矢澤 周一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２４６４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−１９５１９７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０５−２５５７０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ３０Ｂ １１／００

Ｂ３０Ｂ ９／２８

Ｂ２２Ｆ ３／０２

Ｂ２２Ｆ ３／０３

Ｂ３０Ｂ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

材料粉末が充填される充填部が形成されたダイと、
前記ダイに対してダイの軸線方向に相対移動可能に取り付けられ、前記ダイとともに充填部を画成する下パンチと、
前記ダイの上方に配置され、前記ダイの充填部に対して前記軸線方向に相対移動可能に支持された上パンチと、を備え、
前記ダイが前記下パンチに対して上昇して前記充填部が形成されるように構成された粉末成形装置本体に設けられ前記充填部に材料粉末を充填する材料粉末供給装置であって、
前記材料粉末を貯留し、前記充填部を覆うことで、前記充填部に前記材料粉末を供給するシューボックスと、
基端側が前記粉末成形装置本体に取り付けられるとともに先端側に前記シューボックスが配置されるリンク部材と、
前記リンク部材を駆動して、前記シューボックスを前記ダイの平面視外方から前記充填部に対して進退する駆動部と、
前記シューボックスの前記進退方向位置を調整する位置制御手段とを、備え、
前記位置制御手段は、
前記ダイの高さ方向位置を検出する上下位置検出センサと、位置制御部と、を備え、
前記ダイが上昇して形成される前記充填部に前記材料粉末を供給する際に、前記シューボックスを前記ダイの上下方向位置と対応して進退させるように構成され、
前記位置制御部は、
前記上下位置検出センサにより検出した前記ダイの上下方向位置に基づいて前記駆動部を作動し、前記シューボックスの進退位置を調整することを特徴とする材料粉末供給装置。

【請求項2】

請求項１に記載の材料粉末供給装置を備えることを特徴とする粉末成形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、ダイが上昇することで充填部が形成される粉末成形装置において、充填部に材料粉末を安定して充填可能な材料粉末供給装置及び粉末成形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

周知のように、粉末成形装置のダイに形成された充填部に材料粉末を充填する場合、下側が開口したシューボックをダイの所定位置（充填部予定位置上方）に移動させて、充填部が形成されるのに応じて材料粉末を落下させ、充填することが一般的である。ダイに充填部を形成する場合、ダイを下パンチに対して上昇させる場合と、下パンチをダイに対して下降させる場合がある（例えば、特許文献１、２参照。）。

【0003】

一方、粉末成形装置に取付けたフィーダー装置（材料粉末供給装置）は、ダイ交換を効率的にするために、基端側を上フレーム等の粉末成形装置本体に支持させて、ダイ交換時に、シューボックス等の部材をダイ交換スペース外に退避させ、ダイ交換空間に充分なダイ交換用のスペースを確保するように構成されたものが広く採用されている（例えば、特許文献３参照。）。

【0004】

図５は、ダイが上昇して充填部が形成される粉末成形装置における材料粉末の充填の一例を示す図であり、粉末成形装置は、粉末成形装置本体１１０と、材料粉末供給装置１２０とを備え、粉末成形装置本体１１０は、粉末成形品に対応する孔が形成されたダイ１１１と、この孔に挿入されダイ１１１とともに充填部Ａを画成する下パンチ１１２とを備えている。
また、材料粉末供給装置１２０は、例えば、基端部が粉末成形装置本体１１０の上プラテンや装置側部に配置された支柱に取付けられたリンク部材（図５において二点鎖線で示す）１２１と、リンク部材１２１の先端側に接続されたシューボックス１２２とを備えている。

【0005】

このように、基端部が粉末成形装置本体１１０の固定部分に取付けられた材料粉末供給装置１２０を用いて、充填部Ａに材料粉末Ｐを充填する場合、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示すような工程で、材料粉末Ｐが充填部Ａに充填される。

【0006】

まず、図５（ａ）に示すように、ダイ１１１に下パンチ１１２が挿入されダイ１１１表面が面一で充填部Ａが形成されていない状態で、リンク部材１２１が駆動されてシューボックス１２２が矢印Ｆ方向に前進する。
次に、図５（ｂ）に示すように、シューボックス１２２の開口部が、充填部Ａが形成されるべき位置まで前進したら、リンク部材１２１の駆動が停止されてシューボックス１２２が停止する。
次いで、下パンチ１１２に対して、ダイ１１１が矢印Ｇ方向に上昇して充填部Ａが形成され、充填部Ａの形成にともなってシューボックス１２２内の材料粉末Ｐが充填部Ａ内に落下して充填される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００８−２６６７５２号公報

【特許文献2】特公昭６２−２９１６０号公報

【特許文献3】特開２００７−６１８４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上記従来の材料粉末供給装置では、材料粉末が充填部内に偏って充填されて安定した充填ができない場合があり、ダイの上昇により充填部が形成される粉末成形装置において、充填部に材料粉末を安定して充填することが可能な材料粉末供給技術に対する強い要請がある。

【0009】

そこで、発明者らは、基端側（シューボックスよりも基端側のいずれかの位置）が粉末成形装置本体１１０又は床面等に配置されダイ１１１が上昇して充填部Ａが形成される材料粉末供給装置において、充填部Ａに材料粉末Ｐを安定して充填する技術について鋭意研究した結果、ダイ１１１の所定位置まで移動させたシューボックス１２２は、ダイ１１１の上昇にともなってリンク部材１２１がほぼ水平となり、図５（ｃ）に示すように矢印Ｈ方向にシューボックスが移動し、結果的に、シューボックス１２２と充填部Ａとの相対的位置が変化して充填部Ａの中心からずれるとともに、シューボックス１２２が充填部Ａに対して相対移動しながら材料粉末Ｐを充填することにより、材料粉末Ｐの中心が充填部Ａの中心に対して変位し、材料粉末Ｐが崩れながら偏って充填部Ａに充填される ことが、安定した充填を妨げる大きな要因であるとの知見を得た。

【0010】

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、基端側（シューボックスよりも基端側のいずれかの位置）が粉末成形装置本体に取付けられダイが上昇することで充填部が形成される材料粉末供給装置において、材料粉末を充填部に安定して充填することが可能な材料粉末供給装置及び粉末成形装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

請求項１に記載の発明は、材料粉末供給装置であって、材料粉末が充填される充填部が形成されたダイと、前記ダイに対してダイの軸線方向に相対移動可能に取り付けられ、前記ダイとともに充填部を画成する下パンチと、前記ダイの上方に配置され、前記ダイの充填部に対して前記軸線方向に相対移動可能に支持された上パンチとを備え、前記ダイが前記下パンチに対して上昇して前記充填部が形成されるように構成された粉末成形装置本体に設けられ前記充填部に材料粉末を充填する材料粉末供給装置であって、前記材料粉末を貯留し、前記充填部を覆うことで、前記充填部に前記材料粉末を供給するシューボックスと、基端側が前記粉末成形装置本体に取り付けられるとともに先端側に前記シューボックスが配置されるリンク部材と、前記リンク部材を駆動して、前記シューボックスを前記ダイの平面視外方から前記充填部に対して進退する駆動部と、前記シューボックスの前記進退方向位置を調整する位置制御手段とを備え、前記位置制御手段は、前記ダイの高さ方向位置を検出する上下位置検出センサと、位置制御部と、を備え、前記ダイが上昇して形成される前記充填部に前記材料粉末を供給する際に、前記シューボックスを前記ダイの上下方向位置と対応して進退させるように構成され、前記位置制御部は、前記上下位置検出センサにより検出した前記ダイの上下方向位置に基づいて前記駆動部を作動し、前記シューボックスの進退位置を調整することを特徴とする。

【0013】

請求項２に記載の発明は、粉末成形装置であって、請求項１に記載の材料粉末供給装置を備えることを特徴とする。

【0014】

この発明に係る材料粉末供給装置、粉末成形装置によれば、ダイが下パンチに対して上昇して充填部が形成される粉末成形装置本体に、リンク部材の基端側が取り付けられ、材料粉末をリンク部材先端側のシューボックスで充填部に充填する場合に、シューボックスがダイの上昇に応じて進退するので、平面視シューボックスと充填部の相対位置が所定範囲内に調整される。その結果、材料粉末を充填部に安定して充填することができる。
また、上下位置検出センサにより検出したダイの上下方向位置に基づいて駆動部を作動して、リンク部材の姿勢を変えることによりシューボックスを進退させるので、シューボックスの位置を充填部に対して所定範囲内に確実に調整することができる。

【発明の効果】

【0017】

この発明に係る材料粉末供給装置、粉末成形装置によれば、材料粉末を充填部に充填する場合に、シューボックスと充填部の相対位置が所定範囲内に調整されるので、材料粉末を安定して充填することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る粉末成形装置の概略構成を示す図である。

【図2】第１の実施形態に係るフィーダー装置の概略構成を示す図である。

【図3】第１の実施形態に係るフィーダー装置により、粉末金属の充填を説明する図である。

【図4】第２の実施形態に係るフィーダー装置の概略構成を示す図である。

【図5】従来のフィーダー装置の作動を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図１から図３を参照し、この発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る粉末成形装置を示す図であり、符号１は粉末成形装置を、符号２は粉末成形装置本体を、符号３はフィーダー装置（材料粉末供給装置）を示している。また、図２は、フィーダー装置の概略構成を示す図である。

【0020】

粉末成形装置１は、図１に示すように、粉末成形装置本体２と、フィーダー装置３とを備え、フィーダー装置３は、その基端部が粉末成形装置本体２の固定部に取付けられており、フィーダー装置３が作動することで、粉末成形装置本体２に形成された充填部Ａに金属粉末Ｐを充填するようになっている。

【0021】

粉末成形装置本体２は、孔が形成されたダイ２１と、下パンチ２２と、上パンチ２３と、ダイ２１が載置されるダイプレート２４と、上パンチ２３が配置される上フレーム２５と、装置基台２６とを備え、例えば、上パンチ２３、ダイプレート２４は、それぞれサーボ機構を備えたシリンダ等の駆動部２１Ｓ、２３Ｓにより上下方向に相対移動するようになっている。

【0022】

ダイ２１は、ダイプレート２４に嵌挿されていて、ダイプレート２４とともに上下方向に移動可能とされていて、ダイ２１がダイプレート２４とともに上昇して下パンチ２２が下方に相対移動することで充填部Ａが形成され、充填部Ａに、金属粉末Ｐが充填された後、この金属粉末Ｐを上パンチ２３が下降して圧粉して、粉末成形品が成形されるようになっている。

【0023】

フィーダー装置３は、図１、図２に示すように、モータ３Ｍと、リンク機構（リンク部材）３０と、シューボックス４０と、位置制御手段４５と、ホッパー５０とを備え、モータ３Ｍは上フレーム２５に固定されている。

【0024】

モータ３Ｍの回転軸には、リンク機構３０の基端側が連結されていて、リンク機構３０がモータ３Ｍにより揺動され、リンク機構３０の姿勢（リンク機構３０を構成するリンク相互の相対位置関係）が変化することで、シューボックス４０がダイ２１上を進退して、シューボックス４０内の金属粉末Ｐを充填部Ａに充填するようになっている。

【0025】

リンク機構３０は、第１リンク３１と、第２リンク３２と、第１リンク３１の基端側と第２リンク３２の基端側とを連結する第３リンク３３と、第１リンク３２の先端側と第２リンク３３の先端側とを連結する第４リンク３４と、第４リンク３４の先端側に形成された取付ステー３５と、連結リンク３６と、支持ロッド３７とを備えている。

【0026】

第１リンク３１と第２リンク３２、第３リンク３３と第４リンク３４は、それぞれ平行に配置されていてパンタグラフを構成している。
連結リンク３６は、基端側が、取付ステー３５と揺動自在に連結されるとともに、先端側にシューボックス４０が連結されている。

【0027】

また、支持ロッド３７は、例えば、エアシリンダにより構成され、基端側が上フレーム２５に揺動自在に連結されるとともに、先端側が連結リンク３６の中央部に揺動自在に連結されていて、連結リンク３６を介してシューボックス４０をダイプレート２４に押し付けて、粉漏れを防ぐように構成されている。

【0028】

また、リンク機構３０の基端側は、粉末成形装置本体２の固定部又は固定部に相当する部位に連結されていて、ダイ２１が上昇した場合に、リンク機構３０の基端側に対するダイ２１の上下方向の相対位置が変化するようになっている。

【0029】

この実施形態では、例えば、リンク機構３０は、第１リンク３１の基端側が駆動モータ３Ｍを介して上フレーム２５に取付けられるとともに、第１リンク３１の基端側が駆動モータ３Ｍの回転軸に回動可能に連結されることで、ダイ２１が上昇すると、シューボックス４０もダイ２１にともなって上昇するとともにダイ２１上を前進するようになっている。

【0030】

シューボックス４０は、下部に開口部が形成された筐体からなり、リンク機構３０のステー３５の先端側に連結リンク３６を介して連結されていて、上パンチ２３が下降しても上パンチ２３を干渉しない領域からダイ２１上の充填部Ａまで進退可能とされている。また、シューボックス４０は、給粉ホースを介して上フレーム２５上に配置されたホッパー５０に接続され、ホッパー５０から金属粉末Ｐが供給されるようになっている。なお、シューボックス４０と連結リンク３６及びリンク機構３０とステー３５とは、回動自在とされている。

【0031】

位置制御手段４５は、ダイ２１の高さ方向位置を検出するリニアスケール（上下位置検出センサ）４６と、リンク機構３０の姿勢を変位させてシューボックス４０を進退させるモータ３Ｍと、制御部（位置制御部）４８とを備え、制御部４８は、例えば、リニアスケール４６によって検出されたダイ２１の上下方向位置を取得し、このダイ２１の上下方向位置を、予め格納されたダイ２１の上下方向位置とモータ３Ｍの調整量（調整回動角度）との対応関係を参照して、リアルタイムにモータ３Ｍの調整量を算出するとともにモータ３Ｍに出力するようになっている。

【0032】

また、図２において示した符号４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄは、ダイ２１が下降した位置におけるシューボックス４０の後退端（４０Ａ）、ダイ２１が下降した位置におけるシューボックス４０の前進端（４０Ｂ）、ダイ２１が上昇した位置におけるシューボックス４０の前進端（４０Ｃ）、ダイ２１が上昇した位置におけるシューボックス４０の後退端（４０Ｄ）を示している。なお、図２において、シューボックス４０の前進端は、シューボックス４０の中心がダイ２１の充填部Ａ上に位置するように設定されている。

【0033】

次に、図２、図３を参照して、粉末成形装置１の動作について説明する。
（１）まず、ホッパー５０からシューボックス４０に金属粉末Ｐが供給される。
（２）次に、モータ３Ｍを駆動して第１リンク３１を回動することにより、図３（ａ）に示すように、ダイ２１が下降した状態で後退端に位置していたシューボックス４０（４０Ａ）を充填部Ａの形成予定位置に向けて、矢印Ｆ方向に前進させる。
（３）次いで、図３（ｂ）に示すように、シューボックス４０が充填部Ａの形成予定位置に到達したら、シューボックス４０（４０Ｂ）を停止する。
（４）次に、図３（ｃ）に示すように、ダイ２１とともにダイプレート２４を矢印Ｇ方向に上昇させてダイ２１に充填部Ａを画成するとともに、金属粉末Ｐを、充填部Ａに充填する。
このとき、シューボックス４０は、ダイ２１の上昇に応じて、シューボックス４０は矢印Ｂ方向に後退され、シューボック４０中央部の充填部Ａに対する位置が所定範囲内となるように調整される。
（５）ダイ２１が上昇端まで上昇して充填部Ａに金属粉末Ｐが充填されたら、制御部４８は、図３（ｄ）に示すように、リンク機構３０がシューボックス４０を後退端（図２における４０Ｄ）の位置まで後退するようにモータ３Ｍに信号を出力する。

【0034】

このように、シューボックス４０は、進退方向における位置が、充填部Ａに対して一定又は所定範囲内に調整されるので、金属粉末Ｐは充填部Ａに重力で落下し充填される。その結果、金属粉末Ｐを充填部Ａに安定して充填することができる。
ダイ２１が上昇端まで上昇して、充填部Ａ内に金属粉末Ｐが充填されたら、上パンチ２３を下降させ、上パンチ２３の下面が金属粉末Ｐの圧粉を開始したら、ダイプレート２４を上パンチ２３の１／２の速度で下降させて、金属粉末Ｐが上下から等しい速度で押圧されるようにする。

【0035】

以上のように、第１の実施形態に係る粉末成形装置１、フィーダー装置３によれば、リニアスケール４６により検出したダイ２１の上下方向位置に基づいて、制御部４８がモータ３Ｍを作動して、シューボックス４０のダイ２１上における進退方向位置が充填部Ａに対して所定範囲内となるように調整するので、シューボックス４０内に貯留された金属粉末Ｐを充填部Ａに安定して充填することができる。

【0036】

次に、図４を参照して、この発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、第２の実施形態に係る粉末成形装置１Ａを示す図である。第２の実施形態が、第１実施形態と異なるのは、フィーダー装置３に代えて、フィーダー装置３Ａを備えている点であり、その他は、第１の実施形態と同様であるので、同じ符号を付して、説明を省略する。

【0037】

フィーダー装置３Ａは、モータ４Ｍと、リンク機構（リンク部材）３０Ａと、シューボックス４０Ａと、位置制御手段とを備えて、モータ４Ｍが回動してリンク機構３０Ａの形状を変化させることによりシューボックス４０を進退させるようになっている。

【0038】

リンク機構３０Ａは、揺動アーム３２Ａと、連結ロッド３３Ａと、支持ロッド３４Ａとを備え、揺動アーム３２Ａは基端側がモータ４Ｍと連結されるとともに先端側が連結ロッド３３Ａと連結され、支持ロッド３４Ａは基端側がホッパー５０Ａの下端と回動自在に連結されていて連結ロッド３３Ａの重量を支持するようになっている。また、連結ロッド３３Ａの先端側には、シューボックス４０Ａが連結され、モータ４Ｍが矢印Ｕ方向に回動して、シューボックス４０Ａを進退するようになっている。

【0039】

なお、揺動アーム３２Ａの基端側が連結されるモータ４Ｍは、例えば、粉末成形装置本体２の固定部又は固定部に相当する部位、例えば、床面に配置されていて、リンク機構３０Ａは、ダイが上昇することによりシューボックス４０Ａが前進する方向へと変形されるように配置されている。
また、位置制御手段は、モータ４Ｍと、図示しない上下位置検出センサと、位置制御部とを備えて構成され、位置制御部は、上下位置センサが検出したダイの上下方向位置に応じて、モータ４Ｍを矢印Ｕ１方向に回動して連結ロッド３３Ａを矢印Ｖ方向に作動させるとともにシューボックス４０Ａを矢印Ｗ方向に移動させて、シューボックス４０Ａの充填部に対する位置が所定範囲内に調整可能とされている。

【0040】

第２の実施形態に係る粉末成形装置１Ａ、フィーダー装置３Ａによれば、シューボックス４０Ａのダイ上における進退方向位置が充填部Ａに対して所定範囲内となるようにモータ４Ｍを調整するので、シューボックス４０Ａ内の金属粉末Ｐを、充填部Ａに安定して充填することができる。

【0041】

なお、上記の実施形態において記載した技術的事項については、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、位置制御手段が、モータ３Ｍ、モータ４Ｍを備えて構成される場合について説明したが、モータ３Ｍ、モータ４Ｍの回動角度調整に代えて、ボールナット等のアクチュエータやカム等により駆動される部材を用いてもよい。また、上記実施の形態においては、シューボックス４０、４０Ａの進退量をリアルタイムで算出、調整する場合について説明したが、シューボックス４０、４０Ａの進退量を所定の時間間隔をあけて調整してもよい。

【0042】

また、ダイ２１の上下方向位置を、リニアスケール４６を用いて検出する場合について説明したが、リニアスケール４６を用いるかどうかは任意に設定可能であり、ダイ２１を制御するサーボモータから出力される信号に基づいてモータ３Ｍ、モータ４Ｍ等の調整手段を用いてもよい。
上記実施の形態においては、材料粉末が金属粉末である場合について説明したが、例えば、材料粉末として、一般に粉末成形法で製造される別種の粉末を適用してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明に係る材料粉末供給装置、粉末成形装置によれば、材料粉末を充填部に安定して充填することができるので、産業上利用可能である。

【符号の説明】

【0044】

Ｐ 金属粉末（材料粉末）
Ａ 充填部
１、１Ａ 粉末成形装置
２ 粉末成形装置本体
３、３Ａ フィーダー装置（材料粉末供給装置）
３Ｍ、４Ｍ モータ
２１ ダイ
２２ 下パンチ
２３ 上パンチ
３０、３０Ａ リンク機構（リンク部材）
４６ リニアスケール（上下位置検出センサ）
４８ 制御部（位置制御部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】