WO2011001868A1 - 粉体の圧縮成形方法ならびにその装置 - Google Patents

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吉岡　寿夫
盛康 伊藤
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
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    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/06—Platens or press rams
    • B30B15/068—Drive connections, e.g. pivotal

Definitions

  • the present invention relates to a powder compression molding method and apparatus for granulating a granulated powder such as ceramics or metal by a vertical press.
  • a granulated powder produced by mixing a binder such as wax with a ceramic or metal powder is filled in a mold of a press machine and compression-molded.
  • the compression-molded powder is usually fired in a firing furnace to form a cemented carbide chip for machining or a precision machine part.
  • the method of slowly raising and lowering the upper punch and lower punch with a crank mechanism or hydraulic mechanism as in a normal press machine makes it difficult to form powder with high density due to poor sliding between the powders, and the inside of the molded product
  • the density distribution is not uniform, which is not preferable.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-174595 discloses that a predetermined punching is performed by attaching a punch to the upper ram or upper and lower rams via stacked piezoelectric elements, and applying intermittent impact force to the powder filled in the mold. It is described that it is formed into a shape. According to the method described in this patent publication, it is expected that slipping occurs between powders due to impact force, and the above problems are solved.
  • FIG. 11 shows an example of an impact press described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-174595.
  • Reference numeral 1 denotes a frame
  • reference numeral 11 denotes an intermediate frame
  • reference numeral 2 denotes an upper ram
  • reference numeral 21 denotes an upper ram 2
  • reference numeral 23 is a laminated piezoelectric element
  • reference numeral 3 is an upper punch attached to the upper ram 2 via the laminated piezoelectric element 23
  • reference numeral 4 is a die fixed to the intermediate frame 11
  • reference numeral 5 is A lower ram
  • 51 is a ball screw which is a lifting mechanism of the lower ram
  • 52 is a laminated piezoelectric element
  • 6 is a lower punch.
  • piezoelectric element for example, PZT (Piezo-electric Transducer) using a piezoresistance effect is known.
  • This element is a ceramic that deforms at high speed when a drive voltage is applied.
  • the displacement amount of the piezoelectric element is as small as several ⁇ m to several tens ⁇ m.
  • the object of the present invention is to solve these problems and realize compression molding of a uniform powder with no voids remaining inside by an effective impact force.
  • an upper punch and a lower punch are respectively arranged above and below the die, and a powder is filled in a space formed by the upper punch, the lower punch, and the die, the lower punch is raised, or the upper punch is
  • a vertical powder compression molding method in which the powder is compressed and molded by lowering, the lower punch is raised or the upper punch is lowered to compress the powder filled in the space to a predetermined pressure. Then, an impact force generating means provided between the upper punch and the upper ram to which the upper punch is attached, or between the lower punch and the lower ram to which the lower punch is attached.
  • a method for compressing and molding powder characterized in that an impact force generating means is operated to further compress the powder.
  • the lower punch is raised again, or the upper punch is lowered again, It is good also as eliminating the clearance gap which arose by the reduction
  • a clearance of a predetermined dimension is provided in the lifting mechanism that lifts and lowers the upper punch so that the upper punch can freely fall in the vertical direction, the lower punch is lifted, or the upper punch is
  • the process of lowering and compressing the powder to a predetermined pressure may be performed by the weight on the upper punch side due to the free fall of the upper punch.
  • compression of the powder to a predetermined pressure by raising the lower punch or lowering the upper punch and further compression by the impact force generating means may be repeated.
  • a magnetostrictive actuator may be used as the impact force generating means in the method of the present invention.
  • the further compression stroke by the impact force generating means can be a stroke twice or more the average particle diameter of the powder.
  • an upper punch and a lower punch are respectively arranged above and below a die, a powder is filled in a space formed by the upper punch, the lower punch and the die, and the lower punch is raised.
  • a vertical powder compression molding apparatus that compresses and molds the powder by lowering the upper punch, and between the upper punch and the upper ram to which the upper punch is attached, and the lower punch
  • the powder compression molding apparatus is characterized in that a magnetostrictive actuator as an impact force generating means is provided between at least one of the lower ram to which the lower punch is attached.
  • the apparatus of the present invention further includes an elevating mechanism for elevating the upper punch, and a vertical gap provided inside the elevating mechanism so that the upper punch can be freely dropped,
  • the upper punch can be configured such that the weight of the portion below the gap acts as the predetermined pressure for compressing the powder.
  • the internal stress is reduced by applying an impact force to the powder at the time of compression molding, and an excellent effect is achieved in that the thermal shrinkage in the subsequent baking process is made uniform and the quality is improved.
  • reference numeral 3 indicates an upper punch
  • reference numeral 6 indicates a lower punch
  • reference numeral 4 indicates a die.
  • the punch and die have a cross-section with a radius r (2 mm as an example).
  • the work W which is a powder, has a cylindrical shape filled in a space surrounded by these dies as shown in FIG. If the upper punch 3 is now driven and the lower punch 6 is stationary, the compression load of the upper punch 3 is P D , and the stationary load, which is the reaction force of the lower punch 6, is P S.
  • P S P D ⁇ (2 ⁇ rh ⁇ friction coefficient ⁇ internal stress) (1) It is.
  • the frictional resistance is in the parenthesis on the right side.
  • the extraction force can be measured. Therefore, if the friction coefficient is known, the internal stress can be estimated by the equation (2), so that the extraction force can be considered as an index of internal stress, that is, density uniformity inside the green compact.
  • FIG. 5 is an example of a graph showing the relationship between the punch moving distance and the extraction force during extraction. Up to the last peak value of the proportional portion that rises sharply corresponds to static friction, and the subsequent low portion is dynamic friction, which is about half of static friction.
  • the relationship between the friction coefficient and the relative speed of the punch is an exponential function.
  • it is represented by a semilogarithmic graph, it is a straight line descending to the right, but it is as shown in FIG.
  • a value in contact with the vertical axis, that is, a value at a speed of 0 is a static friction coefficient, and a value on the right side corresponds to a dynamic friction coefficient.
  • the punching speed is about 10 to 100 mm per second, but in an impact press, it reaches 1 m per second. Therefore, the impact press is a fraction of that of a normal press in terms of friction coefficient.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the density and the extraction force between normal compression molding performed without generating an impact force by changing the type of powder, and compression molding with an impact force applied, (a) Tungsten carbide (WC) granulated powder, (b) is the case of alumina powder.
  • Tungsten carbide is a fine powder of about 10 ⁇ m, but it is too fine to be filled easily, so a binder is mixed to make a size of about 50 ⁇ m. This is called granulated powder.
  • the dashed line is normal compression molding, and the solid line is compression molding with impact applied.
  • the graph rises to the right.
  • the extraction force increases.
  • the extraction force decreases by about 25 to 45% by applying an impact, and the density is The higher the value, the greater the effect.
  • the impact force is not effective just by adding this.
  • a preferable preload value is generally in the range of 4.9 to 14.7 MPa (50 to 150 kg / cm 2 ) although it depends on the size of the mold and the kind of powder. If it is lower than this, there are too many internal voids and even if an impact force is applied, there is no effect, and if it is higher than this, the internal voids are confined, which is not preferable.
  • the stroke during compression by impact force is also an important factor.
  • the average particle size of the powder such as ceramics is about 50 ⁇ m, but the stroke needs to be at least twice this, that is, 100 ⁇ m or more. Small strokes smaller than this are not different from compression by normal static pressure, and there is no effect of impact force. On the other hand, a larger stroke is preferable.
  • the impact force generating means is a magnetostrictive element or a magnetostrictive actuator.
  • One is a rod having a length of about 50 mm, and when a coil arranged around it is excited, a deformation of 200 ⁇ m is instantaneously generated. When two of these are used in series, a large stroke of 400 ⁇ m can be easily realized.
  • the impact force when effectively acting is 98 MPa (1 ton / cm 2 ) or more.
  • FIG. 1 is a front view showing the compression molding apparatus of the first embodiment
  • FIG. 2 is a sectional view showing the periphery of a mold as the main part
  • each reference numeral is the same as that used in FIG.
  • 24 denotes a pressure sensor for measuring an extraction force and the like
  • 52 denotes a magnetostrictive actuator which is deformed by excitation.
  • the pressure sensor 24 may be provided on the lower punch 6 side. In short, it is provided according to the pressure to be measured. I just need it.
  • the magnetostrictive actuator 52 is inserted between the lower punch 6 and the lower ram 5, but the magnetostrictive actuator may be inserted on the upper punch 3 side, or may be provided on both the upper and lower sides. Absent.
  • the lower punch 6 By rotating the ball screw 51 by a motor (not shown), the lower punch 6 is raised to form a recess with the lower punch 6 at the bottom in the center of the die 4, and in this space formed by the lower punch 6 and the die 4. The powder is filled to the surface height. Subsequently, the upper punch 3 is lowered by rotating the ball screw 21 with another motor (not shown) to compress the powder with static pressure until it reaches a predetermined pressure (the aforementioned “preferred preload”), and then the magnetostrictive actuator 52. Is applied and an impact force is applied once to the powder surrounded by the upper and lower punches 3 and 6.
  • a predetermined pressure the aforementioned “preferred preload”
  • the impact force is generated by applying a voltage to the magnetostrictive actuator 52 instantaneously.
  • a pulse voltage of about 200 ⁇ sec is applied at 300 V and 100 A by a power supply device (not shown).
  • the upper punch 3 or the lower punch 6 is moved again and compressed again with static pressure until it reaches a predetermined pressure again, and then the magnetostrictive actuator 52 is operated to apply an impact force. .
  • This operation is repeated as many times as necessary, for example 10 to 20 times.
  • the spring back of the extracted workpiece W is also 1 ⁇ 2 or less compared to the case of only compression by static pressure.
  • Example 2 When the whole is compressed evenly, the volume is reduced to 1/2 of the initial filling in the case of ceramic powder, and to 1/3 in the case of tungsten carbide granulated powder, but the internal voids disappear, Even if a baking treatment is performed in the process, a high-quality intermediate product is obtained that does not cause defects such as cracks and chips due to shrinkage.
  • Example 2 When the whole is compressed evenly, the volume is reduced to 1/2 of the initial filling in the case of ceramic powder, and to 1/3 in the case of tungsten carbide granulated powder, but the internal voids disappear, Even if a baking treatment is performed in the process, a high-quality intermediate product is obtained that does not cause defects such as cracks and chips due to shrinkage.
  • Example 2 Example 2
  • FIG. 8A is a schematic diagram in which this situation is changed from left to right in time series.
  • the upper punch 3 is lowered to compress the powder to a predetermined pressure with a static pressure.
  • the powder is compressed by impact force generating means provided on the lower punch 6.
  • the lower punch 6 returns to the original position in a time of about 1 / 10,000 second, but since the powder is compressed and the volume is reduced, a gap is formed.
  • the spring back of the powder gradually progresses later than this, and the gap decreases, but the movement of the powder at this time is static friction against the wall surface, so the resistance is large and it takes time and density. Non-uniformity occurs.
  • a gap remains as much as the powder is finally compressed. Therefore, the cycle from the lower punch 6 being lifted up to eliminating this gap is one cycle, after which it returns to the left end state and a second impact force is applied.
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional view near the lower end of the upper ram drive mechanism for explaining this situation.
  • Reference numeral 2 is the upper ram
  • reference numeral 21 is a ball screw (the front end portion) for driving the upper ram
  • reference numeral 22 is the upper ram 2.
  • Reference numeral 3 denotes an upper punch
  • reference numeral 31 denotes a punch holder for holding the upper punch 3 on the upper ram 2.
  • Such a locking structure is for raising the upper ram 2 by means of the ball screw 21.
  • a clearance of the dimension g is provided in the locking portion in the vertical direction.
  • FIG. 8A is a schematic diagram that is changed from the left to the right in time series as in FIG. 8A.
  • the upper punch 3 descends and the powder is compressed to a predetermined pressure with static pressure as in the case of FIG.
  • the ball screw 21 is reversely rotated to loosen the lower ram 2 so that the upper ram 2 floats.
  • the “floating state” will be described with reference to FIG. 10A shows a standby state before the press enters compression processing, and the upper ram 2 is hung from the tip of the ball screw 21, and there is a gap between the tip of the ball screw 21 and the upper ram 2. Has occurred.
  • (B) is a state when the ball screw 21 is actuated to reduce the pressure. The tip of the ball screw 21 is in close contact with the upper ram 2.
  • (C) is a state in which the ball screw 21 is reversed to loosen the pressure reduction of the upper ram 2. No force acts between the tip of the ball screw 21 and the upper ram 2, and the upper ram 2 is in a floating state.
  • a reaction force from the powder to be compressed acts on the upper punch 3 upward. It is due to this reaction force that the upper ram 2 floats.
  • the upper ram 2 when the ball screw 21 is raised by the gap g in FIG. 9, the upper ram 2 is in a floating state, and the upper punch 3 is placed on the powder with the weight of the upper portion. If it is the predetermined pressure and the weight of the upper ram 2 is insufficient for the preferable preload, the weight of the upper ram 2 may be added.
  • the gap g provided in the engaging portion with the ball screw 21 corresponds to the gap generated by the impact force, and is preferably about 0.2 mm, for example.

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Abstract

粉体成形プレス機の上下ラム（２），（５）の少なくとも一方とパンチ（３）との間に衝撃力発生手段として磁歪アクチュエータ（５２）を挿入し，所定の静圧による圧縮の後に衝撃力による圧縮を行い，内部応力を低下させる。静圧による圧縮の後，上ラム（２）の圧下をゆるめ，上ラム（２）が自重で落下できるようにすると，成形時間を一層短縮できる。

Description

粉体の圧縮成形方法ならびにその装置
　本発明は、セラミックス、金属等の造粒粉を縦型プレス機によって圧縮成形する粉体の圧縮成形方法ならびにその装置に関する。
　セラミックス、金属等の粉末にワックス等のバインダを混合して作製した造粒粉をプレス機の金型内に充填し、圧縮成形することが行われている。圧縮成形された粉体は、通常焼成炉において焼成処理して機械加工用の超硬チップや精密機械部品等とされる。
　通常のプレス機のようにクランク機構や油圧機構によって上パンチや下パンチをゆっくり昇降させる方法では、粉末間の滑りが悪いため粉体を高密度に成形することが困難であり、また成形品内部の密度分布が不均一となり、好ましくない。
　特開２００４－１７４５９５号公報には、上ラムまたは上下の各ラムに積層形圧電素子を介してパンチを取り付け、金型内に充填された粉体に間欠的な衝撃力を加えることによって所定の形状に成形加工することが記載されている。この特許公報に記載されている方法によれば、衝撃力によって粉末間に滑りが発生し、上記の問題点が解消されることが期待される。
　図１１は上記の特開２００４－１７４５９５号公報に記載されている衝撃式プレス機の一例で、符号１はフレーム、符号１１は中間フレーム、符号２は上ラム、符号２１は上ラム２の昇降機構であるボールねじ、符号２３は積層形圧電素子、符号３は積層形圧電素子２３を介して上ラム２に取り付けられた上パンチ、符号４は中間フレーム１１に固定されたダイ、符号５は下ラム、符号５１は下ラム５の昇降機構であるボールねじ、符号５２は積層形圧電素子、符号６は下パンチをそれぞれ示す。
　圧電素子としては、例えばピエゾ抵抗効果を利用したＰＺＴ（Piezo-electric Transducer）が知られている。この素子は駆動電圧を印加すると高速で変形するセラミックスである。
　上記の特開２００４－１７４５９５号公報に記載された粉末成形プレスにおいては、その特許公報の段落［００３０］にも記載があるように、圧電素子の変位量が数μｍ～数十μｍと小さいために、複数枚積層する必要があるばかりでなく、スプリングバック量（圧縮時の長さ－圧縮後の長さ）が変位量よりも小さい粉末を対象としないと効果がないという問題点がある。
　また、圧電素子に発生する衝撃力は本来方向性を有しないものであるから、これを上下方向の動きに集中させるためには装置上の工夫が必要である。
　さらに本発明者らの実験によれば、粉体に衝撃を加える前に予め所定の圧力を加えておかないと、衝撃力が粉体全体に作用せずに内部には空隙が残り、均一な圧縮が実現されないことがわかった。
　本発明は、これらの問題点を解消し、有効な衝撃力により内部に空隙の残らない均一な粉体の圧縮成形を実現することを目的とする。
　本発明は、ダイの上下に上パンチと下パンチをそれぞれ配置し、その上パンチと下パンチとダイとで形成される空間内に粉体を充填し、下パンチを上昇させ、もしくは上パンチを下降させて前記粉体を圧縮かつ成形する縦型の粉体の圧縮成形方法において、前記下パンチを上昇させ、もしくは前記上パンチを下降させて前記空間に充填された粉体を所定圧力まで圧縮し、ついで、前記上パンチとその上パンチを取り付けてある上ラムとの間に設けられた衝撃力発生手段、もしくは前記下パンチとその下パンチを取り付けてある下ラムとの間に設けられた衝撃力発生手段を作動させて前記粉体にさらなる圧縮を加えることを特徴とする粉体の圧縮成形方法である。
　また、本発明においては、前記衝撃力発生手段を作動させて前記粉体にさらなる圧縮を加えた後に、前記下パンチを再度上昇させ、もしくは前記上パンチを再度下降させることにより、前記粉体の嵩の減少により生じた隙間をなくすこととしてもよい。
　また、本発明においては、前記上パンチを昇降させる昇降機構の内部に前記上パンチが上下方向に自由に落下できる所定寸法の隙間を設けておき、前記下パンチを上昇させ、もしくは前記上パンチを下降させて前記粉体を所定圧力まで圧縮する加工は、前記上パンチの前記自由な落下による上パンチ側の重量で行うこととしてもよい。
　本発明の方法においては、前記下パンチを上昇させ、もしくは前記上パンチを下降させることによる前記粉体の所定圧力までの圧縮と、前記衝撃力発生手段によるさらなる圧縮とを繰り返し行ってもよい。
　さらに、本発明の方法における前記衝撃力発生手段として、磁歪アクチュエータを用いてよい。
　またさらに、本発明の方法においては、前記衝撃力発生手段によるさらなる圧縮のストロークは、粉体の平均粒径の２倍以上のストロークとすることができる。
　一方、本発明の装置は、ダイの上下に上パンチと下パンチとをそれぞれ配置し、前記上パンチと下パンチとダイとで形成される空間内に粉体を充填し、前記下パンチを上昇させ、もしくは上パンチを下降させて前記粉体を圧縮かつ成形する縦型の粉体の圧縮成形装置において、前記上パンチとその上パンチを取り付けてある上ラムとの間、および前記下パンチとその下パンチを取り付けてある下ラムとの間の少なくともいずれか一方の間に、衝撃力発生手段としての磁歪アクチュエータが設けられていることを特徴とする粉体の圧縮成形装置である。
　また、本発明の装置は、前記上パンチを昇降させる昇降機構と、前記上パンチを自由に落下させることのできるようにその昇降機構の内部に設けられた上下方向の隙間とを更に備え、前記上パンチにおける、前記隙間より下側の部分の重量が前記粉体を圧縮するための前記所定の圧力として作用するように構成することができる。
　本発明によれば、圧縮成形時に粉体に衝撃力を加えることにより内部応力が減少し、後工程である焼成処理における熱収縮が均一化して品質が向上するという、すぐれた効果を奏する。
本発明実施例の圧縮成形装置を示す正面図である。 図１の要部である金型回りを示す断面図である。 本発明の圧縮成形方法を説明する説明図である。 図３の圧縮成形におけるワークを示す斜視図である。 本発明実施例におけるパンチ移動距離と抜き出し力との関係を示すグラフである。 本発明実施例におけるパンチの相対速度と摩擦係数との関係を示すグラフである。 本発明実施例における密度と抜き出し力との関係を示すグラフである。 本発明実施例の効果を説明する模式図である。 本発明実施例における上ラム下端付近の部分断面図である。 本発明実施例における上ラム部分の隙間を説明する説明図である。 従来の技術における衝撃式プレス機の正面図である。
　まず、本発明の粉体の圧縮成形方法を図３の説明図を用いて説明する。
　図３において、符号３は上パンチ、符号６は下パンチ、符号４はダイをそれぞれ示す。パンチおよびダイの断面を半径ｒ（一例として２ｍｍ）の円柱状とする。粉体であるワークＷは、図４に示すようにこれら金型に囲まれた空間内に充填された円柱形状である。いま仮に上パンチ３を駆動し、下パンチ６は静止しているものとし、上パンチ３の圧縮荷重をＰD、下パンチ６の反力である静止荷重をＰSとすれば、
　　　ＰS　＝　ＰD－（２πｒｈ×摩擦係数×内部応力）・・・・（１）
である。右辺のかっこ内が摩擦抵抗である。
　圧縮完了後に下パンチ６を上昇させてワークを抜き出すには、上記の摩擦抵抗に打ち勝てばよいから、必要な力、すなわち抜き出し力ＰＥは、
　　　ＰＥ　＝　２πｒｈ×摩擦係数×内部応力　・・・・・・・（２）
である。
　抜き出し力は実測できる。したがって、摩擦係数がわかれば（２）式によって内部応力を推定できるので、抜き出し力は内部応力、すなわち圧粉体内部の密度均一性の指標と考えることができる。
　図５は、抜き出し時のパンチ移動距離と抜き出し力との関係を示すグラフの一例である。鋭く立ち上がった比例部分の最後のピーク値までが静摩擦に相当し、それにつづく低い部分が動摩擦で、動摩擦は静摩擦のおよそ半分である。
　一方、摩擦係数と、パンチの相対速度との関係は、指数関数となることが知られている。つまり、片対数グラフで表せば右下がりの直線であるが、通常のグラフで示すと図６のようになる。縦軸に接している値、すなわち速度０のときの値が静摩擦係数であり、右側の値が動摩擦係数に相当する。通常のプレス機ではパンチ速度は毎秒１０～１００ｍｍ程度であるが、衝撃プレスでは毎秒１ｍにも達する。したがって摩擦係数では衝撃プレスは通常のプレス機の数分の１である。
　また、本発明者らの実験によれば、摩擦係数は粉体の種類によって変わるが、同じ粉体であれば圧縮の前後では変わらないことがわかった。
　図７は粉体の種類を変えて、衝撃力を発生させないで行った通常の圧縮成形と、衝撃力を付加した圧縮成形との密度と抜き出し力との関係を示すグラフで、（ａ）は炭化タングステン（ＷＣ）造粒粉、（ｂ）はアルミナ粉の場合である。
　炭化タングステンは１０μｍ程度の微粉であるが、このままでは細かすぎて充填しにくいため、バインダを混合して５０μｍ程度の大きさにする。これを造粒粉という。
　図７のグラフはいずれも破線が通常の圧縮成形、実線が衝撃を付加した圧縮成形である。グラフは右上がりであり、圧縮して密度が高くなると抜き出し力も上昇するわけであるが、同じ密度で比較すると、衝撃を付加することにより２５～４５％程度抜き出し力が減少しており、密度が高くなるほどその効果は大きい。
　ところで、衝撃力は、単にこれを加えたのみで効果があるのではない。本発明者らの実験によれば、予め通常の方法で粉体を圧縮して所定の圧力（予圧）とした上で衝撃力を加えるのがよい。そうでないと折角の衝撃力が十分、粉体全体に伝わらず、表面だけを叩くことになってしまう。好ましい予圧の値は金型の寸法や粉体の種類にもよるが、一般に４．９～１４．７ＭＰａ（５０～１５０ｋｇ／ｃｍ2）の範囲である。これよりも低いと内部の空隙が多すぎて衝撃力を加えても効果がなく、またこれよりも高すぎると内部の空隙を封じ込める結果となってしまい、好ましくない。
　衝撃力による圧縮の際のストロークも重要なファクターである。セラミックス等の粉体の平均粒径は５０μｍ程度であるが、ストロークは少なくともこの２倍、すなわち１００μｍ以上が必要である。これ以下の微小なストロークでは、通常の静圧による圧縮と変わらず、衝撃力の効果がない。一方、ストロークは大きいほど好ましい。
　この点から、衝撃力発生手段として好ましいのは磁歪素子、あるいは磁歪アクチュエータと呼ばれるものである。１本が長さ約５０ｍｍの棒状で、周囲に配置されたコイルを励磁すると瞬時に２００μｍの変形を生じる。これを２本直列に使用すると４００μｍという大きなストロークを容易に実現することができる。有効に作用したときの衝撃力は９８ＭＰａ（１ｔｏｎ／ｃｍ2）以上となる。
　これに対して、衝撃力発生手段としてＰＺＴを使用する場合は、厚み１ｍｍに対して変形量が０．５μｍ程度と小さいので、ストロークを大きくするための何らかの工夫が必要である。
実施例１
　続いて、本発明の粉体の圧縮成形方法および装置の第１の実施例を図面により説明する。
　図１はこの第１の実施例の圧縮成形装置を示す正面図、図２はその要部である金型回りを示す断面図で、各符号はさきの図１１において使用したものの他、符号１２は上下ラムが昇降するガイドバー、符号２４は抜き出し力等を測定する圧力センサ、符号５２は励磁することにより変形する磁歪アクチュエータをそれぞれ示す。なお、圧力センサ２４をパンチ３側に設けた例を図示してあるが、本発明では、圧力センサ２４は下パンチ６側に設けてもよく、要は、測定すべき圧力に応じて設けてあればよい。
　この圧縮成形装置では、下パンチ６と下ラム５との間に磁歪アクチュエータ５２が挿入されているが、磁歪アクチュエータを挿入するのは上パンチ３側でもよいし、上下両方に設けても何ら差し支えない。
　つづいて、この第１の実施例における圧縮成形方法を説明する。
　前記ボールねじ５１を図示しないモータによって回転させることにより下パンチ６を上昇させてダイ４の中央に下パンチ６を底とするくぼみを作り、下パンチ６とダイ４とで形成されるこの空間内に粉体を表面高さまで充填する。ついでボールねじ２１を図示しない他のモータで回転させることにより上パンチ３を下降させて所定圧力（前記の「好ましい予圧」）に到達するまで静圧で粉体を圧縮し、しかる後に磁歪アクチュエータ５２を作動させて上下パンチ３，６で囲まれた粉体に衝撃力を１回加える。
　衝撃力は、磁歪アクチュエータ５２に瞬間的に電圧をかけることによって発生させる。例えば、図示しない電源装置により、３００Ｖ、１００Ａで２００μｓｅｃ程度のパルス電圧をかける。
　粉体が圧縮され、体積が減少するので、あらためて上パンチ３または下パンチ６を移動させて再度所定圧力に到達するまで静圧で圧縮し、その後に磁歪アクチュエータ５２を作動させて衝撃力を加える。
　この操作を必要な回数、例えば１０回ないし２０回繰り返すのである。
　最後に下パンチ６を上昇させてワークＷを抜き出す。抜き出されたワークＷのスプリングバックも、静圧による圧縮のみの場合に比較して１／２以下である。
　全体が完全に均一に圧縮されると、セラミックス粉の場合なら最初の充填時の１／２、炭化タングステン造粒粉の場合は１／３に体積が減少するが、内部の空隙がなくなり、後工程で焼成処理を行っても収縮に伴う割れ、欠けなどの欠陥を生じることがない、良質の中間製品が得られる。
実施例２
　つぎに本発明の第２の実施例における粉体の圧縮成形方法および装置を図面により説明する。
　粉体を衝撃力発生手段により瞬間的に圧縮すると、衝撃力発生手段を設けた側のパンチは電気信号によって直ちに元の位置に戻るが、圧縮された粉体はスプリングバックによって若干元の体積に戻ろうとする。図８（ａ）はこの状況を時系列で左から右に変化させた模式図である。
　はじめに上パンチ３が下降して、粉体を所定の圧力まで静圧で圧縮する。ついで下パンチ６に設けた衝撃力発生手段により粉体を圧縮する。次の瞬間、１万分の１秒程度の時間で下パンチ６は元の位置に復帰するが、粉体は圧縮されて嵩が減少しているので隙間が生じる。粉体のスプリングバックはこれよりも遅れて徐々に進行し、隙間が減少するが、このときの粉体の移動は壁面に対して静止摩擦であるから抵抗が大きく、時間がかかるばかりでなく密度の不均一が発生する。最終的に粉体が圧縮された分の隙間が残る。したがって下パンチ６を上昇させてこの隙間をなくすところまでが１サイクルであり、その後再び左端の状態に戻って２回目の衝撃力が加えられる。
　以上の説明で明らかなように、１回の圧縮で生じた隙間をなくすためパンチを移動させるという操作が必要であり、これを繰り返すに際してその分だけ時間がかかる。
　この第２の実施例では、この問題点を解消するため上ラムの駆動機構と上ラムとの間に上下方向の隙間を設けるようにした。図９はこの状況を説明する上ラムの駆動機構下端付近の部分断面図で、符号２は上ラム、符号２１は上ラムを駆動するボールねじ（の先端部分）、符号２２は上ラム２がボールねじ２１に係止される係止部、符号３は上パンチ、符号３１は上パンチ３を上ラム２に保持するパンチホルダをそれぞれ示す。
　このような係止構造は、ボールねじ２１によって上ラム２を上昇させるためのものであるが、この実施例ではその係止部分に上下方向に寸法ｇだけの隙間を設けてある。
　図８（ｂ）によりその効果を説明する。これはさきの図８（ａ）と同様、時系列で左から右に変化させた模式図である。
　はじめに上パンチ３が下降して、粉体を所定の圧力まで静圧で圧縮するのは図８（ａ）の場合と同じである。つぎにボールねじ２１を逆転して上ラム２の圧下をゆるめ、上ラム２が浮いた状態とする。
　「浮いた状態」を図１０により説明する。図１０において、（ａ）はプレス機が圧縮加工に入る前の待機状態を示し、上ラム２はボールねじ２１の先端にぶら下がっており、ボールねじ２１の先端と上ラム２との間に隙間が生じている。（ｂ）はボールねじ２１が作動して圧下しているときの状態である。ボールねじ２１の先端は上ラム２に密着している。（ｃ）はボールねじ２１を逆転して上ラム２の圧下をゆるめた状態である。ボールねじ２１の先端と上ラム２との間に力は作用せず、上ラム２は浮いた状態である。（ｂ）に示す状態および（ｃ）に示す状態では、上パンチ３には圧縮する粉体からの反力が上向きに作用している。上ラム２が浮くのはこの反力による。
　すなわち図９の隙間ｇだけボールねじ２１を上昇させると、上ラム２は浮いた状態となり、上パンチ３は上部の重量で粉体の上に載っているわけであるが、このときの力が前記所定圧力であり、仮に上ラム２の自重が前記の好ましい予圧に不十分であれば上ラム２のウェイトを追加すればよい。
　この状態で衝撃力を加える。その場合、上パンチ３の重量が充分大きいので、粉体Ｗおよび上パンチ３が浮き上がることがなく、粉体Ｗに充分、圧縮力が作用する。前記図８（ａ）に示す場合と同様、下パンチ６は瞬間で元の位置に復帰して一瞬、隙間が発生するが、粉体の上に載った状態にある上パンチ３が自重により落下して、粉体のスプリングバックが発生と上パンチ３の下降とが同時に起こり、隙間は残らない。しかも上パンチ３の下降によって粉体の移動が動摩擦の状態で行われるため抵抗が少ないうえ、上下パンチ３，６の荷重差もほとんどなく、図８（ａ）に示す場合のような下パンチ３を移動させる操作が不要であるからサイクルタイムが短縮され、生産性が向上する。
　以上の説明で明らかなように、ボールねじ２１との係止部に設ける隙間ｇは衝撃力によって生じる隙間に見合うものであり、例えば０．２ｍｍ程度が望ましい。

Claims (8)

  1. 　ダイの上下に上パンチと下パンチをそれぞれ配置し、その上パンチと下パンチとダイとで形成される空間内に粉体を充填し、下パンチを上昇させ、もしくは上パンチを下降させて前記粉体を圧縮かつ成形する縦型の粉体の圧縮成形方法において、
    　前記下パンチを上昇させ、もしくは前記上パンチを下降させて前記空間に充填された粉体を所定圧力まで圧縮し、
    　ついで、前記上パンチとその上パンチを取り付けてある上ラムとの間に設けられた衝撃力発生手段、もしくは前記下パンチとその下パンチを取り付けてある下ラムとの間に設けられた衝撃力発生手段を作動させて前記粉体にさらなる圧縮を加えることを特徴とする粉体の圧縮成形方法。
  2. 　前記衝撃力発生手段を作動させて前記粉体にさらなる圧縮を加えた後に、前記下パンチを再度上昇させ、もしくは前記上パンチを再度下降させることにより、前記粉体の嵩の減少により生じた隙間をなくすことを特徴とする請求項１に記載の粉体の圧縮成形方法。
  3. 　前記上パンチを昇降させる昇降機構の内部に前記上パンチが上下方向に自由に落下できる所定寸法の隙間を設けておき、前記下パンチを上昇させ、もしくは前記上パンチを下降させて前記粉体を所定圧力まで圧縮する加工は、前記上パンチの前記自由な落下による上パンチ側の重量で行うことを特徴とする請求項１または２に記載の粉体の圧縮成形方法。
  4. 　前記下パンチを上昇させ、もしくは前記上パンチを下降させることによる前記粉体の所定圧力までの圧縮と、前記衝撃力発生手段によるさらなる圧縮とを繰り返し行うことを特徴とする請求項１または２に記載の粉体の圧縮成形方法。
  5. 　前記衝撃力発生手段は、磁歪アクチュエータを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の粉体の圧縮成形方法。
  6. 　前記衝撃力発生手段によるさらなる圧縮のストロークは、前記粉体の平均粒径の２倍以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の粉体の圧縮成形方法。
  7. 　ダイの上下に上パンチと下パンチとをそれぞれ配置し、前記上パンチと下パンチとダイとで形成される空間内に粉体を充填し、前記下パンチを上昇させ、もしくは上パンチを下降させて前記粉体を圧縮かつ成形する縦型の粉体の圧縮成形装置において、
    　前記上パンチとその上パンチを取り付けてある上ラムとの間、および前記下パンチとその下パンチを取り付けてある下ラムとの間の少なくともいずれか一方の間に、衝撃力発生手段としての磁歪アクチュエータが設けられていることを特徴とする粉体の圧縮成形装置。
  8. 　前記上パンチを昇降させる昇降機構と、
    　前記上パンチを自由に落下させることのできるようにその昇降機構の内部に設けられた上下方向の隙間とを更に備え、
    　前記上パンチにおける、前記隙間より下側の部分の重量が前記粉体を圧縮するための前記所定の圧力として作用するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の粉体の圧縮成形装置。
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