JP2000301395A - 粉末成形機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加圧成形直後の成形品に十分な加圧力を維持
させ、成形品のクラック等の発生を十分抑制し成形品の
歩留まりを向上し得るようにした。 【解決手段】 上下両パンチによる加圧力によって粉末
を加圧成形するロータリ型の粉末成形機において、上記
上下両パンチの少なくとも上パンチに加圧力を加える加
圧ローラの上下位置移動に同期して上下動する加圧ロー
ラ軸受部に、加圧ローラの最大加圧点を通過した直後の
上パンチに所定の押圧力を加え成形品に所定押圧力を維
持させる複数の皿バネを有する加圧補助装置を装着し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば原子燃料用
の燃料ペレットの如き粉末冶金材料の成形を行う粉末成
形機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、上記燃料ペレットの如き粉末冶
金材料の成形に際しては、ダイス内に供給された粉末を
上下両パンチによって圧縮することが行われている。

【０００３】図４は、上述の如き圧縮成形を行うための
粉末成形機、特にロータリ型の粉末成形機の縦断面図で
あり、フレーム１とそのフレーム１の上方に設けられた
スタンドフレーム２との間には竪シャフト３が立設され
ている。上記フレーム１の上面には上記竪シャフト３と
同心状に竪シャフト油受４が固設されており、さらにそ
の竪シャフト油受４の上方には、回転盤５が上記竪シャ
フト３に対して回転自在に装着されている。

【０００４】上記回転盤５には、その外周部に、上部フ
ランジ状部５ａ、中央フランジ状部５ｂ及び下部フラン
ジ状部５ｃが一体に形成されており、中央フランジ状部
５ｂには、図５に示すように、周方向に多数個のダイス
６が設けられている。

【０００５】また、上部フランジ状部５ａには、上記各
ダイス６と同一軸線上にそれぞれ上パンチ７ａを保持す
る上パンチホルダー７が上下動可能に配設されており、
下部フランジ状部５ｃにも各ダイス６と同一軸線上にそ
れぞれ下パンチ８ａを保持する下パンチホルダー８が上
下動可能に配設され、さらに上記下部フランジ状部５ｃ
の外周に形成された歯車９に、適宜駆動機構によって駆
動される駆動歯車１０が噛合されている。

【０００６】一方、上記下パンチホルダー８には、回転
盤５から下方に突出している部分の外側に案内ローラ１
１が装着されており、その案内ローラ１１が前記フレー
ム１上に周方向所定範囲にわたって配設された案内溝１
２に係合されている。

【０００７】また、上パンチホルダー７の前記回転盤５
から上方に突出している部分の両側にも案内ローラ１３
が装着され、上記回転盤５より上方位置において周方向
所定範囲にわたって配設された案内溝１４に係合されて
いる。

【０００８】また、上記上パンチ７ａおよび下パンチ８
ａをダイス６内に上下からそれぞれ挿入し、ダイス６内
に供給された粉末原料を圧縮成形する加圧行程部におい
ては、上パンチホルダー７の頂端及び下パンチホルダー
８の下端にそれぞれ当接し、両パンチに加圧力を加える
加圧ローラ１５及び１６がそれぞれ配設されている。上
記加圧ローラ１５，１６を軸支する軸受部材１７，１８
はスタンドフレーム２或はフレーム１に図示しない機構
によって或範囲上下動のみ可能に設けられており、その
軸受部材１７，１８の頂部或は底部とスタンドフレーム
２或はフレーム１との間にはそれぞれシリンダ装置１７
ａ，１８ａが介装されている。

【０００９】なお、図４中の符号１９は粉末フィーダで
ある。

【００１０】しかして、粉末の圧縮成形に際しては、駆
動歯車１０を介して回転盤５が回転せしめられ、それと
ともに所定位置に来たダイス６内に粉末フィーダ１９か
ら粉末が供給される。そこで、上記回転盤５の回転に応
じて、案内溝１２および案内ローラ１１を介して下パン
チ８ａが所定の充填深さになるよう上動せしめられ、余
分の粉末が除去されたのち、上パンチ７ａが次第に下降
せしめられ、ダイス６内の粉末が上下両パンチ７ａ，８
ａ間に挟持状態となる。このようにしてダイス６内の粉
末を挟持状態としている上下パンチ７ａ，８ａが加圧ロ
ーラ１５，１６間に侵入すると、シリンダー装置１７
ａ，１８ａにより所定の圧力が加えられた加圧ローラ１
５，１６によって上下両パンチ７ａ，８ａが互いに接近
する方向に押圧され、粉末の圧縮成形が行われる。この
ようにして加圧行程が終了すると、成形品を上下両パン
チ７ａ，８ａによって挟持した状態で上下両パンチが上
動せしめられ、下パンチ８ａの上面がダイス６の上面
（ダイテーブル）と同一面となった時点で、上パンチ７
ａがさらに上方に移動せしめられ、その後成形品の払い
出しが行われる。以後同様にして、各ダイス６内で順次
粉末の圧縮成形が行われる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、一般に粉末
成形時は、ダイスの中で数ｔｏｎ／ｃｍ^２ のオーダの
圧力が成形品に加わっており、成形品をダイスから抜き
出すと約１〜１．５％程度膨張する。

【００１２】従って、成形終了後押し出し行程に入ると
き急速に解圧すると成形品にクラック等の欠陥が発生す
る等の問題がある。

【００１３】そこで成形品をダイス内から上下両パンチ
で挟持しながら押し出す押し出し行程中に、上記成形品
に所定加圧力を維持させるため、上下両パンチの少なく
とも一方にパンチに加圧力を加えるカム機構を設けると
ともに、そのカム機構のカム体２２，２３を回転盤の回
動方向に互いに分割された複数のカムによって構成せし
め、各カムの加圧用シリンダーの加圧力が順次小さくな
るようにすることが提案されている（実公平２−４３５
９５号公報）。

【００１４】ところが、上述のように加圧用シリンダー
によってカム機構に加圧力を加えるものにおいては、空
気圧によってパンチに加圧力を加えるものであるため、
粉末の充填量が変化した場合、その成型品の長さが変動
し、その変動分だけ、パンチの位置が常に変位し、押圧
力のバラツキがあり、押圧力を常に一定に保つことが困
難であり、成形品のクラック等の発生を必ずしも十分に
抑制することができない等の問題がある。

【００１５】また、図６に示すように、加圧行程に於い
て、回転方向に２つの加圧ローラ対を設け、第１の上下
の加圧ローラ１５ａ，１６ａで本圧成形を行い、第２の
上下の加圧ローラ１５ｂ，１６ｂで余圧成形を行うこと
で、急激な成形品の解圧を順次行うようにしたり、或は
第１の上下の加圧ローラ１５ａ，１６ａで予定成形し、
第２の上下の加圧ローラ１５ｂ，１６ｂで本圧成形を行
うようにすることも提案されている。

【００１６】しかし、このように複数対の加圧ローラを
設けるものにおいても、所定の加圧力を維持させるには
加圧ローラの位置調節が必要であり、その調節が困難で
あり、また構造も複雑となり、成形品のクラック等の発
生を必ずしも十分に抑制することができない等の問題が
ある。

【００１７】本発明は、このような点に鑑み、加圧成形
直後の成形品に十分な押圧力を維持させ、成形品のクラ
ック等の発生を十分抑制し成形品の歩留まりを向上し得
るようにした粉末成形機を得ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
上下両パンチによる加圧力によって粉末を加圧成形する
ロータリ型の粉末成形機において、上記上下両パンチの
少なくとも上パンチに加圧力を加える加圧ローラの上下
位置移動に同期して上下動する加圧ローラ軸受部に、加
圧ローラの最大加圧点を通過した直後の上パンチに所定
の押圧力を加え、成形品に所定加圧力を維持させる、複
数の皿バネを有する加圧補助装置を装着したことを特徴
とする。

【００１９】請求項２に係る発明は、請求項１の発明に
おいて、皿バネはシリンダ内に配設され、その皿バネに
よる加圧力が、カム体を介してパンチホルダに設けられ
ている案内ローラに加えられるように構成されているこ
とを特徴とする。

【００２０】また、請求項３に係る発明は、請求項１ま
たは２の発明において、加圧ローラの最大加圧点を通過
した直後の補助加圧装置における押圧力が成形加圧力の
５〜２０％になるように皿ばねが組合わせられているこ
とを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図１から図３を参照して本
発明の一実施の形態について説明する。

【００２２】尚、図中図４と同一部分については同一符
号を付してその詳細な説明は省略する。

【００２３】図１は、回転式粉末成形機の各成形行程を
示す展開図であって、上パンチ７ａ及び下パンチ８ａが
その移動方向に沿って設けられた案内溝１４，１２の如
きガイドレール２０，２１に案内されて上下動し、加圧
ローラ１５，１６によって粉末の加圧成形が行われる加
圧行程Ａに引き続いて、成形品押し出し行程Ｂ、成形品
払い出し行程Ｃ、粉末充填行程Ｄ、重量調整行程Ｅ、及
び加圧準備行程Ｆが順次繰り返される。

【００２４】ところで、加圧ローラ１５，１６による粉
末の加圧行程Ａの終了直前位置から成形品押し出し行程
Ｂ終了までの範囲Ｇにわたっては、上パンチホルダー７
の案内ローラ１３ａに上方から係合し、上記上パンチホ
ルダー７を介して上パンチ７ａにホールドダウン圧力を
加える上部カム体２２が加圧ローラ１５に対して竪シャ
フト３と反対側すなわち外側方に設けられており、一
方、加圧行程Ａの終了直前位置から成形品押し出し行程
Ｂ間Ｈにおいては、下パンチホルダー８の上記外側方の
案内ローラ１１ａに下方から係合し、下パンチ８ａにホ
ールドアップ圧力を加える下部カム体２３が設けられて
いる。

【００２５】上記カム体２２は、両パンチ等を保持する
回転盤５の回動方向に、５つのカム２２ａ，２２ｂ，２
２ｃ，２２ｄ，２２ｅに分割されており、図２及び図３
に示すように、各カム２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２
ｄ，２２ｅにそれぞれ圧力シリンダ２４ａ，２４ｂ，２
４ｃ，２４ｄ，２４ｅのピストン２５ａ，２５ｂ，２５
ｃ，２５ｄ，２５ｅが連結されている。一方下部カム体
２３は、上記回転盤５の回動方向に３つのカム２３ａ，
２３ｂ，２３ｃに分割されており、各カム２３ａ，２３
ｂ，２３ｃにそれぞれ圧力シリンダのピストンが同様に
連結されている。

【００２６】上記構成は、従来の粉末成形機と同一であ
るが、本発明においては、図２及び図３に示すように、
加圧ローラ１５に対して加圧ローラを支持するまたは同
期して可動する軸受部１７に上パンチホルダ７に加圧力
を加える加圧補助装置２６が設けられている。

【００２７】すなわち、加圧ローラ１５に対して回転盤
５の軸心側に位置し加圧ローラ１５の軸動作と同期する
軸受部１７には、下方に開口するシリンダ２８が設けら
れており、そのシリンダ２８内には所定範囲だけ上下動
可能にピストン部材２９が収容され、そのピストン部材
２９とシリンダ２８頂壁内面との間に複数枚からなる皿
バネ３０が介装されている。

【００２８】上記ピストン部材２９の下面には、上部内
側カム体３１が固着されており、その上部内側カム体３
１が、加圧行程Ａの終了直前位置すなわち加圧ローラ１
５の最大加圧を行う最下点位置から成形品押し出し行程
終了までの範囲にわたって、上パンチホルダー７の内側
に装着された内側の案内ローラ１３ｂに上方から係合す
るようにしてある。

【００２９】しかして、上下両パンチ７ａ，８ａが加圧
行程の終了直前位置まで移動して来ると、上部カム体２
２及び上部内側カム体３１がそれぞれ上パンチホルダー
７の案内ローラ１３ａ或は１３ｂに係合し、両カム体に
より合成された押圧力が成形品に加わる。そして、成形
品の押し出し行程終了まで、上記カム体２２，３１の形
状に応じてその押圧力が順次小さくなる。

【００３０】したがって、成型品の押し出し行程開始直
後においては、両カム体により合成された押圧力が形成
品に加わることから、形成体には大きな力が加わり、ス
プリングバックの大きな粉末に対しホールドダウン力が
作用し、成形体におけるクラックの発生がより抑制され
る。

【００３１】すなわち、加圧ローラ１５の軸受部１７と
前記シリンダ装置１７ａのピストンとの間にはローラ位
置調整機構２７が設けられており、そのローラ位置調整
機構２７により軸受部１７の上下位置を調整することに
より最初に製作する成形体の高さから加圧ローラ１５の
位置とカム体３１の位置が設定してある。したがって、
ダイスに絶えず一定の粉末が挿入されれば、成形体の高
さのバラツキは特に発生しないが、実際には粉末の流動
性・嵩密度等各種条件から、常に一定量の粉末がダイス
内に充填されるとは限らず、同一圧力で成形した場合に
は成形体の高さがばらつく。特に、充填量が少ない場合
には、加圧行程においてシリンダ装置１７ａのピストン
が押圧によって圧下され、加圧ローラ１５が若干下降し
た状態で粉末の加圧が行われる。したがって、従来のよ
うにスタンドフレーム２に固設された圧力シリンダ２４
ａのピストン２５ａ等によってカム体２２を上パンチに
加えるようにしただけのものにおいては、圧力シリンダ
が一定位置にあるため加圧ローラ１５による加圧終了直
後においては、カム体２２による上パンチホルダー７に
対する押圧力が十分でなく、スプリングバッグによって
成形体にクラックが生ずる可能性がある。

【００３２】ところが、本発明においては皿バネ３０を
有する加圧補助装置２６が軸受部１７に装着されている
ので、この加圧補助装置２６が加圧ローラ１５に追従し
て上下動する。したがって、上パンチホルダー７が加圧
ローラ最下点を通過した直後に加圧補助装置２６が直ち
に作動し、上述の如くカム体３１が十分上パンチホルダ
ー７に作動するまでにタイムラグが生ずるようなことが
なく、スプリングバックによって成形体にクラックが生
ずることが確実に防止される。

【００３３】ところで、上記上部内側カム体３１による
押圧力は皿バネ３０の組合わせによって調節することが
でき、通常原子燃料の場合、３〜５ｔｏｎ／ｃｍ^２ の
加圧力の５〜２０％の圧力、すなわち約１５０〜８００
ｋｇ／ｃｍ^２ の圧力が成形体に加わるようにすること
が好ましい。

【００３４】なお、上記実施の形態においては上部内側
カム体３１を設けたものを示したが、下パンチホルダー
８の案内ローラ１１に係合する下部内側カム体を設けて
もよい。

【００３５】上記カム体の加圧力とクラックの発生頻度
についての試験結果を表１に示す。

【表１】 この表１に示すように、成形加圧力に対しなるべく高い
圧力で成形直後の成形品を押さえながら、ダイスから抜
き出すことによりクラックの発生が効果的に抑制される
ことが判る。そして、その押圧力は成形加圧力の５〜２
０％が最適である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は成形品を
ダイス内から上下両パンチで挟持しながら押し出す押し
出し行程中に、上下両パンチの少なくとも上パンチに加
圧力を加え、成形品に所定加圧力を維持させる複数の皿
バネを有する加圧補助装置を設けたので、押し出し行程
中の成形体に比較的高い圧力を加えた状態を維持するこ
とができ、押し出し行程時における急速な解圧によって
成形体にクラックが発生することを防止することができ
る。しかも、上述のように加圧補助装置として皿バネを
使用するのでスペース的制約も余り受けることがなく、
加圧ローラの内側すなわち加圧ローラに対して回転盤軸
心側に配置することができ、従来の押さえカム連続機構
と併用して使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における粉末成形機の成形行程の展開
図。

【図２】本発明の粉末成形機の押出行程時における成形
体加圧装置部の縦断面図。

【図３】上部カム体部の平面図。

【図４】粉末成形機の概略構成を示す縦断面図。

【図５】ダイプレート部の平面図。

【図６】従来の一粉末成形機の成形行程の展開図。

【符号の説明】

５ 回転盤 ６ ダイス ７ 上パンチホルダー ７ａ 上パンチ ８ 下パンチホルダー ９ 下パンチ １１，１３，１３ａ，１３ｂ 案内ローラ １５，１６ 加圧ローラ １７，１８ 軸受部 ２６ 加圧補助装置 ２８ シリンダ ２９ ピストン部材 ３０ 皿バネ ３１ 上部内側カム体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上下両パンチによる加圧力によって粉末を
   加圧成形するロータリ型の粉末成形機において、上記上
   下両パンチの少なくとも上パンチに加圧力を加える加圧
   ローラの上下位置移動に同期して上下動する加圧ローラ
   軸受部に、加圧ローラの最大加圧点を通過した直後の上
   パンチに所定の押圧力を加え成形品に所定加圧力を維持
   させる複数の皿バネを有する加圧補助装置を装着したこ
   とを特徴とする粉末成形機。
2. 【請求項２】皿バネはシリンダ内に配設され、その皿バ
   ネによる加圧力が、カム体を介してパンチホルダに設け
   られている案内ローラに加えられるように構成されてい
   ることを特徴とする、請求項１記載の粉末成形機。
3. 【請求項３】加圧ローラの最大加圧点を通過した直後の
   補助加圧装置における押圧力が成形加圧力の５〜２０％
   になるように皿バネが組み合わせられていることを特徴
   とする、請求項１または２記載の粉末成形機。