JPH10180492A

JPH10180492A - 粉末充填方法及び粉末充填装置

Info

Publication number: JPH10180492A
Application number: JP34755696A
Authority: JP
Inventors: Minoru Wakabayashi; 稔若林; Yasuo Manabe; 康夫真鍋; Kazuhiko Nakajima; 和彦中島
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 1998-07-07

Abstract

(57)【要約】【課題】粉末成形を行うに際し、粉末を成形型へ充填
するうえで、高密度で且つ充填密度が均一の充填状態が
得られるようにする。【解決手段】粉末を投入した成形型３の上部に有底円
筒状をしたカバー体５を倒立状態で被せて、その内部に
気密空間６を形成させる。そして、カバー体５に設けた
圧力タッピング手段７を作動させ、気密空間６に対し
て、減圧と内圧開放とを高速サイクルで繰り返させるよ
うにする。これにより、成形型３内の粉末にタッピング
作用を生じさせ、高密度且つ充填密度均一の充填状態に
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属粉末、セラミ
ックス粉末等の流動性の悪い粉末を用いて成形品を得る
場合に、金型やゴム型等の成形型へ粉末を迅速に、高密
度で、しかも充填密度を均一にして行えるようにした粉
末充填方法及び粉末充填装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】粉末成形では、成形型内へ粉末を高密
度、かつ均一密度で充填することが好適とされている。
ゴム型を用いる等方成形は、長尺製品などにその特徴を
発揮するが、充填装置が課題であった。ところで、成形
型内へ粉末を充填する方法としては、成形型が金型であ
る場合に限って言うと、すり切り法と呼ばれるものが最
も一般的である。このすり切り法は、上下が開放された
枠形体をした給粉ボックスに粉末を入れて、これを成形
型上で往復動させ、給粉ボックスから成形型内へ粉末を
落下供給し、粉末を均一密度で充填するというものであ
る。

【０００３】しかし、高密度に充填できないために、圧
縮成形の変位が大きくなり、成形品の割れ、寸法精度低
下などを引き起こしている。成形型がゴム型である場
合、給粉ボックスとの通過接触によってゴム型が比較的
短時間で磨耗する点や、粉末とゴム型との摺動抵抗が大
きい点等が問題となって、このすり切り法の採用は不適
である。

【０００４】そこで、このような場合には、すり切り法
に代えてプッシャ押込み法、機械タッピング法、分割充
填法、真空破壊法等の各種の粉末充填方法を採用するこ
とが検討されている。これらの粉末充填方法は、いずれ
も、成形型上にガイド筒を設けてこのガイド筒の上部か
ら粉末の落下投入を行うところまで同じであり、その後
に行う処理が、以下のように個々に異なっている。

【０００５】プッシャ押込み法では、粉末の落下投入
後、ガイド筒内へプッシャを下降させ、このプッシャで
粉末の充填面を平坦に押圧するというものである。機械
タッピング法では、粉末の落下投入後、成形型に対して
機械的な振動を伝搬させるというものである。分割充填
法は、充填深さがある場合に対して、プッシャ押込み
法、即ち、粉末の落下投入とプッシャ押圧との組み合わ
せを、何度かに分けて繰り返し行うというものである。

【０００６】真空破壊法では、粉末の落下投入後、ガイ
ド筒内を減圧してからその筒上部を開放して、ガイド筒
内を一気に大気圧へ戻すようにするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】プッシャ押込み法で
は、プッシャ押圧時に粉末内に含まれるガスを俊敏且つ
確実に排気するのが困難であるという欠点があり、これ
により、装置側に設けた排気フィルターの目詰まりをは
じめ、粉末内ガス排出時に発生する充填密度不均一に基
づく成形品の寸法精度低下等を招来していた。

【０００８】機械タッピング法には、装置が複雑且つ大
型となる欠点があった。また、成形型を保持する型ダイ
に対して伝えた機械的振動が、ゴム型によって減衰して
しまい、有効性が低下するという問題もあった。分割充
填法は、プッシャ押込み法にみられる各種欠点を、それ
ぞれについてある程度改善できる利点があるものの、粉
末の充填に時間がかかり、分割操作コントロールが難し
いという、新たな欠点があった。

【０００９】真空破壊法は、大気圧への開放を瞬間的に
行えるか否かが重要なカギになっているが、その反面、
これを満足させる条件ほど、充填粉末の不特定位置にガ
ス抜けに伴う粉末かたよりが発生し、成形体にヒビ、カ
ケ等の欠陥が生じ易いという問題があった。本発明は、
上記事情に鑑みてなされたものであって、成形型として
ゴム型を用いるか否かに拘わらず、成形型に対する粉末
の充填が迅速に、また高密度且つ充填密度均一で行える
ようにした粉末充填方法及び粉末充填装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、次の技術的手段を講じた。即ち、本発
明に係る粉末充填方法では、成形型内に所定量の粉末を
投入した後、この成形型に対して、粉末の充填部を含め
るようにして所定容量の気密空間を形成させる。そし
て、この気密空間に対して減圧と内圧開放とを高速サイ
クルで繰り返すようにする。

【００１１】このように減圧と内圧開放とを高速サイク
ルで繰り返すようにすると、プッシャ押込み法とは異な
り、粉末内からガスを無理なく、確実に排気できるよう
になるので、このガス抜きを原因とする問題は生じな
い。しかも、分割充填法とは異なり、粉末の充填に時間
がかかり過ぎるということがない。また、大気圧への開
放を一気且つ瞬間的に行う真空破壊法とは、内圧開放す
るときの圧力差が少ないので、成形品にガス抜けに伴う
欠陥が生じるということもない。

【００１２】更に、このような圧力的な変動を利用して
粉末にタッピング作用を生じさせる方法であれば、機械
タッピング法でゴム型内粉末に振動を伝える場合とは異
なり、粉末に対して確実に振動の伝達が可能となる。な
お、１サイクル中の各タッピング操作における減圧時の
減圧度や減圧速度、内圧開放速度、タッピング回数（減
圧と内圧開放との交替回数）等は、粉末の流動特性や成
形型における成形凹部の大きさ、形状等に応じて種々に
変更可能なものである。

【００１３】減圧と内圧開放との交替処理を所定時間行
った後に、成形型へ向けてプッシャを進出させて、粉末
充填面を成形型上面に一致するように平坦に均すように
すると、成形体上面の表面粗度を向上させると共に、成
形凹部の隅々まで粉末を確実に行きわたらせて成形体エ
ッジの欠けを防止することができるようになるので、好
適である。

【００１４】本発明は、成形型がゴム型である場合に限
定されるものではないが、ゴム型を用いる場合に限って
は、少なくとも減圧と内圧開放との交替処理の間、成形
型とそのまわりの型ダイとの周間を減圧して、成形型を
所定形状に矯正させておくのが、成形品としての寸法精
度を高めるうえで、一層、好適である。一方、本発明に
係る粉末充填装置において、型ダイ内に保持された成形
型に対してその上部に気密空間を形成させるためには、
成形型上に必要に応じてカバー体を設けるようにする。
また、このカバー体には、減圧と内圧開放とを高速サイ
クルで繰り返す圧力タッピング手段を設けておく。

【００１５】このような構成であれば、機械タッピング
法の場合とは異なり、型ダイ、下パンチ、成形型に対し
て積極的に機械的振動を伝搬させる必要がなく、しか
も、これらに対する周辺機材に対して、振動の遮断構造
を採用する必要もないので、構造的に簡潔且つ小型のも
ので済むという利点がある。カバー体は、粉末の落下投
入を案内するガイド筒部と、このガイド筒部の上部を被
蓋する蓋体部とを有するものにしておくと、粉末の投入
時には、成形型又は型ダイに対して蓋体部だけを着脱す
るといったことが可能になる。従って、構造の簡潔化を
一層進めることができる。なお、この場合、プッシャ
は、蓋体部に設けるようにしておけばよい。

【００１６】成形型がゴム型であって、型ダイ内周面と
成形型外周面との周間を減圧して成形型を所定形状に矯
正する場合、成形型上部へカバー体を結合した状態で、
このカバー体まわりに対してシール補強枠を設けると共
に、このシール補強枠に対して型ダイ内周面と成形型外
周面との周間を減圧可能な型矯正手段を設けるようにす
るのが、型ダイ自体に減圧のための通路構造を設けるの
に比べ、減圧効果を高め、且つ構造を簡潔化するうえで
好適である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明に係る粉末充填装
置１を示したもので、この粉末充填装置１は、内部に仮
想円柱形をした型入れ空間２ａを有する型ダイ２と、こ
の型ダイ２の型入れ空間２ａに内嵌保持される成形型３
と、型ダイ２内に設けられて上記成形型３を支持する下
パンチ４と、型ダイ２内に成形型３が保持されている場
合に、この成形型３の上部へ被さるように設けられる倒
立コップ状をしたカバー体５とを有している。

【００１８】このカバー体５が成形型３の上部に設けら
れることで、成形型３の上部には気密空間６が形成され
ることになる。このカバー体５には、圧力タッピング手
段７が設けられている。また、この粉末充填装置１で
は、カバー体５が成形型３の上部に結合されたときにお
いて、このカバー体５まわりにシール補強枠８が設けら
れるようになっている。そして、このシール補強枠８に
は型矯正手段９が設けられている。

【００１９】成形型３はゴム型とされている。この成形
型３において、その外形状は型ダイ２の型入れ空間２ａ
に対応した円柱形をしているが、内部に形成される成形
凹部３ａは、例えば図３や図４に示すような成形品Ａや
Ｂ等の、所望される外形状に対応したものとなってい
る。カバー体５は、下部側のガイド筒部１２と、このガ
イド筒部１２の上部を被蓋する蓋体部１３とを有してい
る。また、このカバー体５の蓋体部１３の裏側（ガイド
筒部１２の内側）には、プッシャ１４が設けられてい
る。

【００２０】ガイド筒部１２は、型ダイ２に対して成形
型３を着脱又は清掃したり、成形型３から成形品を取り
出したりする場合に、型ダイ２及び成形型３に対して着
脱する。また、蓋体部１３は、ガイド筒部１２を介して
成形型３へ粉末を落下投入する場合等に、ガイド筒部１
２に対して着脱する。ガイド筒部１２の内面には、粉末
の落下投入を円滑に行わせるための下すぼみテーパが設
けられている。このガイド筒部１２の外径は、成形型３
の外径よりは小さく且つ成形凹部３ａの内周面よりも外
側となるように設定され、またガイド筒部１２の内径
は、成形凹部３ａの内周面より内側へ入るように設定さ
れている。そして、ガイド筒部１２の下面と成形型３の
上面との当接は、気密的に行うように、ガイド筒部１２
の下面にスポンジなどのシール材をはりつけている。

【００２１】プッシャ１４は、蓋体部１３を貫通して設
けられるプランジャー１６に対して、その下端部に設け
られるようになっている。プランジャー１６は、適宜の
昇降駆動機構（図示略）によって上下動可能とされてい
るので、このプッシャ１４は、ガイド筒部１２内を通過
して成形型３の上面までの間を進退可能になっている。

【００２２】蓋体部１３には、その上面部を介して内外
に連通する通気路１８が形成されている。この通気路１
８に対して、上記した圧力タッピング手段７がエア配管
されている。通気路１８は、蓋体部１３の上面同一円周
上に数箇所設けられており、気密空間６への減圧と内圧
開放が均一瞬時に行えるようになっている。圧力タッピ
ング手段７は、減圧機や真空発生機等によって構成され
たもので、カバー体５内に形成される気密空間６を減圧
可能になっており、更に、上記通気路１８に至る接続経
路の適所に、減圧と気密空間６の内圧開放とを交互に高
速で切り換えることができる切換弁（図示略）を備えて
いる。

【００２３】上記シール補強枠８は、カバー体５のガイ
ド筒部１２を気密的に包囲可能なリング形状をしたもの
で、外周寄りの下面が型ダイ２の上周面に気密的に結合
可能となっている。従って、このシール補強枠８は、型
ダイ２の上部内周面と成形型３の上部外周面との周隙間
上に被さるようになる。また、このシール補強枠８に
は、下面側にカバー体５のガイド筒部１２より径大な凹
部が形成されており、この凹部が、ガイド筒部１２の外
周面との間で円環状をした減圧路２０を形成するように
なっている。この減圧路２０は、上記した型ダイ２の上
部内周面と成形型３の上部外周面との周隙間に対して連
通関係を有することになる。

【００２４】そしてまた、このシール補強枠８には、上
記減圧路２０を外周側へ導く通気路２１が形成されてい
る。この通気路２１に対して、上記した型矯正手段９が
エア配管されている。型矯正手段９は、減圧機や真空発
生機等によって構成されている。従って、通気路２１及
び減圧路２０を介して、型ダイ２の内周面と成形型３の
外周面との周間を減圧できるようになっている。

【００２５】図４に示したような中空形状を有した成形
品を得る場合には、図２に示すような粉末充填装置１を
用いる。この粉末充填装置１では、型ダイ２内に設けら
れる下パンチ４に、成形型３内を貫通して立ち上がるマ
ンドレル２３が突設され、これに対してカバー体５に設
けられるプッシャ１４には、マンドレル２３との干渉を
逃げるための下向き凹部２４が形成されている。

【００２６】次に、上記構成の粉末充填装置１を用いて
成形型３内へ粉末を充填する方法を説明する。まず、型
ダイ２に成形型３をセットし、その上部にカバー体５の
ガイド筒部１２及びシール補強枠８を結合する。そし
て、型矯正手段９を作動させ、成形型３を型ダイ２の内
形状に沿って成形させる。このときの、型矯正手段９に
よる減圧度は、成形型３のゴム硬度や肉厚等にもよる
が、減圧タッピング操作の最大減圧度より高めに設定す
る。

【００２７】次に、ガイド筒部１２の上部から成形型３
へ向けて予め秤量した所定量の粉末を落下投入する。粉
末は、成形型３の成形凹部３ａを満たしたうえでガイド
筒部１２内まで積層されるようになる。なお、このとき
の粉末の積層状態としては、山盛り状となっていても、
また山頂部が偏っていても、或いは扁平な状態になって
いてもよい。また、粉末の積層高さは、所望する充填密
度と粉末特性とによって支配されることになるが、ガイ
ド筒部１２の中間高さを超えないようにすることが必要
である。

【００２８】次に、ガイド筒部１２の上部に蓋体部１３
を被せて固定し、成形型３に面した気密空間６を形成さ
せる。そして、圧力タッピング手段７を作動させ、気密
空間６に対して減圧と内圧開放とを高速サイクルで繰り
返すようにする。タッピング初期を低い減圧度にし、順
に高い減圧度でタッピングすることで、高密度充填が容
易となる。

【００２９】このようにすることで、ガイド筒部１２の
粉末が成形型３の上面近くまで落下し、粉末は、成形型
３の成形凹部３ａ内の隅々に至るまで高密度で且つ充填
密度が均一に充填されることになる。このときの減圧度
や減圧速度、内圧開放速度とタッピング回数等は、粉末
の流動特性や成形型３における成形凹部３ａの大きさ、
形状等に応じて種々に変更可能なものである。なお、粉
末の流動特性は、粒子形状、粒径、粒度分布、流動助剤
の有無とその添加量、粒子の真密度、表面吸着性等によ
って左右される。

【００３０】傾向としては、高さ７０ｍｍ程度の成形品
を製造する場合であって、粉末の粒径が１０μｍ以下で
あるとする場合には、減圧度を３０〜４５ｃｍＨｇと
し、１サイクル中のタッピング回数を３〜２０回の範囲
で決定するのが好適である。なお、減圧度を大きくして
真空に近づければ近づけるほど、充填密度を高くするこ
とができるが、その反面、減圧時において、粉末の充填
層中に層状の亀裂がやガス抜き穴が発生し易くなる弊害
がある。これを防ぐために順に減圧度を高くするなどの
条件を採用するが、これが成形品としての皺欠陥や表面
粗度の低下等を招来することになるので、注意を要す
る。

【００３１】この減圧と内圧開放との交替処理を所定時
間行った後は、プッシャ１４を成形型３上面に一致する
ように下降させ、粉末充填面を押圧させて平らに均す。
プッシャ１４の下降は粉末流動性などの条件に応じて減
圧下もしくは内圧開放下で行うかを選択する。その後、
本格的に圧縮加圧を行って成形品を得る。その後は、成
形型３上からガイド筒部１２を外して成形品を取り出
し、この成形品を焼結等させればよい。

【００３２】

【実施例】（実験１）図１に示す粉末充填装置１を用いて図３に示
す扇柱形をした成形品Ａを製造した。成形型の内側断面
積は１１．３ｃｍ²、高さは７０ｍｍである。粉末は、
磁性材料向けの最大粒径５μｍの金属粉末を用いた。

【００３３】充填密度が３５％になるように設定したう
えで、減圧度、サイクルタイム、及び１サイクル中のタ
ッピング回数を表１に示すように種々に変更させて充填
を行った。そして、その後、６００ｋｇ／ｃｍ²の成形
圧力で等方的に圧縮成形した。充填結果の良否判定は、
成形品Ａの最大幅部寸法Ｗを、上部位置、中部位置、下
部位置の３か所で測定し、これを非圧縮状況下での成形
型３の成形凹部３ａにおける対応箇所寸法と比較する方
法で行った。成形型３における対応箇所寸法は、上部
も、中部も、下部も同一寸法であり、５４．３ｍｍであ
った。

【００３４】

【表１】

【００３５】この実験１では、減圧度を４０ｃｍＨｇと
し、減圧時間を０．４秒間隔とし、１サイクル中のタッ
ピング回数を１０回としたとき（試番３）に、成形品Ａ
の最大幅部寸法Ｗのバラツキが±０．３ｍｍに入ってお
り、最も好結果であった。この時、圧力開放の時間は、
０．２秒であり、減圧タッピング操作に要した時間は合
計６秒であった。

【００３６】（実験２）図２に示す粉末充填装置１を用
いて図４に示す円柱形をした成形品Ｂを製造した。成形
型の内側断面積は９．４ｃｍ²、高さは７０ｍｍであ
る。粉末は、磁性材料向けの最大粒径５μｍの金属粉末
を用いた。

【００３７】充填密度が３３％になるように設定したう
えで、減圧度、サイクルタイム、及び１サイクル中のタ
ッピング回数を表２に示すように種々に変更させて充填
を行った。そして、その後、４００ｋｇ／ｃｍ²の成形
圧力で等方的に圧縮成形した。充填結果の良否判定は、
成形品Ｂの外径寸法Ｄを、上部位置、中部位置、下部位
置の３か所で測定し、これを非圧縮状況下での成形型３
の成形凹部３ａにおける対応箇所寸法と比較する方法で
行った。成形型３における対応箇所寸法は、上部も、中
部も、下部も同一寸法であり、４０ｍｍであった。また
参考までに記載すると、マンドレル２３の外径は２０ｍ
ｍであった。

【００３８】

【表２】

【００３９】この実験２では、減圧度を３５ｃｍＨｇと
し、減圧時間を０．４秒間隔とし、１サイクル中のタッ
ピング回数を１０回としたとき（試番３）に、成形品Ｂ
の外径寸法Ｄのバラツキが±０．３ｍｍに入っており、
最も好結果であった。この実験２では、タッピング回数
を１０回に固定していることから、減圧度を大きくすれ
ばするほど、また減圧時間を長くすればするほど、粉末
が下方へ移動するという考察が得られた。

【００４０】ところで、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、成形型３はゴム型とする
ことが限定されるものではなく、金型とすることも可能
である。金型の場合、高密度の粉末充填を可能にするこ
とで成形時の圧縮量を少なく、密度分布を少なくできる
ことに繋がり、焼結時の割れ、反り、変形等を防止でき
る利点が得られる。

【００４１】成形型３の外形状を円柱状としている点等
については何ら限定されるものではない。粉末の材質、
成形後の処理、成形品としての形状は何ら限定されるも
のではない。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る粉末充填方法及び粉末充填装置では、粉末を投入
した成形型に面して気密空間を形成させ、この気密空間
に対して減圧と内圧開放とを高速サイクルで繰り返すよ
うにしているので、粉末に対する振動伝達が確実且つ高
効率で行え、粉末中のガス抜きが無理なく行え、これに
伴う欠陥も生じない。

【００４３】また、粉末の充填に要する時間は、従来、
最も能率的とされる方法でも３０秒を要していたのに対
し、本発明では１５秒以下に短縮することができるもの
であった。更に、充填後に得られる成形品の寸法精度
は、従来、最も高精度とされる方法でもバラツキが±
１．０ｍｍ程度あったのに対し、本発明では±０．３ｍ
ｍ以下に抑えることができるものであった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る粉末充填装置を示す正面断面図で
ある。

【図２】中空形状の成形品を得る場合の粉末充填装置を
示す正面断面図である。

【図３】図１の粉末充填装置によって得られた成形品を
示す斜視図である。

【図４】図２の粉末充填装置によって得られた成形品を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１粉末充填装置２型ダイ３成形型４下パンチ５カバー体６気密空間７圧力タッピング手段８シール補強枠９型矯正手段１２ガイド筒部１３蓋体部１４プッシャ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成形型（３）内に所定量の粉末を投入
し、次に該成形型（３）に面して所定容量の気密空間
（６）を形成させ、該気密空間（６）に対して減圧と内
圧開放とを高速サイクルで繰り返すことを特徴とする粉
末充填方法。
【請求項２】減圧と内圧開放との交替処理を所定時間
行った後、成形型（３）へ向けてプッシャ（１４）を進
出させて、粉末充填面を成形型（３）上面に一致するよ
うに平坦に均すことを特徴とする請求項１記載の粉末充
填方法。
【請求項３】成形型（３）をゴム型とする場合であっ
て、少なくとも減圧と内圧開放との交替処理の間、成形
型（３）と該成形型（３）を嵌合保持する型ダイ（２）
との周間を減圧して成形型（３）を所定形状に矯正させ
ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の粉末充
填方法。
【請求項４】型ダイ（２）と、該型ダイ（２）に内嵌
保持される成形型（３）と、型ダイ（２）内で成形型
（３）を支持する下パンチ（４）と、型ダイ（２）内に
保持された成形型（３）に対してその上部に結合又は離
脱可能で結合時には成形型（３）に面した気密空間
（６）を形成させるカバー体（５）とを有し、上記カバ
ー体（５）には気密空間（６）に対して減圧と内圧開放
とを高速サイクルで繰り返す圧力タッピング手段（７）
が設けられていることを特徴とする粉末充填装置。
【請求項５】前記カバー体（５）は、粉末の落下投入
を案内するガイド筒部（１２）と、該ガイド筒部（１
２）の上部を被蓋する蓋体部（１３）とを有し、該蓋体
部（１３）には、ガイド筒部（１２）を通過して成形型
（３）までを進退可能となるプッシャ（１４）が設けら
れていることを特徴とする請求項４記載の粉末充填装
置。
【請求項６】成形型（３）上部へカバー体（５）を結
合した状態で該カバー体（５）まわりに対してシール補
強枠（８）が設けられ、該シール補強枠（８）に対して
型ダイ（２）内周面と成形型（３）外周面との周間を減
圧可能な型矯正手段（９）が設けられることを特徴とす
る請求項４又は請求項５記載の粉末充填装置。