粉末成形装置の制御方法

本発明は粉末成形装置の制御方法に関するものである。

粉末を加圧成形する方法の一つに浮動成形法がある。この浮動成形は、中空を有するダイスと、中空内で摺動する浮動下パンチと、同様に中空内で摺動自在な上パンチと、浮動下パンチと上パンチをそれぞれ駆動する各種のアクチュエータから大略構成された粉末成形装置を用いておこなわれる。

ダイスと浮動下パンチと上パンチで形成されたキャビティ内に粉末を充填し、油圧シリンダやエアシリンダ等からなるアクチュエータにて上パンチを押下して粉末を加圧し、この際に、粉末に対して所定の加圧力(浮動荷重)が作用するように浮動下パンチをアクチュエータにて摺動させながら粉末の加圧が実行される。なお、浮動下パンチの周囲にスライドしない固定下パンチが存在し、固定下パンチと浮動下パンチ、ダイスおよび上パンチにてキャビティが形成される装置もある。

また、浮動下パンチおよび上パンチに加えて、ダイスもアクチュエータにてスライドできる形態の粉末成形装置もあり、この形態の成形装置では、上パンチと浮動下パンチがそれぞれ所定の割合で降下しながら粉末を加圧する際に(たとえば上パンチが10の速度で降下する際に浮動下パンチが7の速度で降下する等)、ダイスも同期して降下することにより(たとえば8の速度で降下する等)、上パンチの近傍から徐々に粉末が締め固められて圧粉体が製造される際に、上パンチの近傍から順に圧粉体の密度が低下するといった密度分布を生じ難くすることができる。

ところで、浮動成形においては、降下する浮動下パンチがストッパーに到達し、所定時間経過した段階で上パンチと浮動下パンチによる加圧を完了させる制御を実行することができる。

このような制御においては、浮動下パンチの降下を停止させるまでに必要な制御時間中は浮動下パンチが降下(しようとする動き)を継続することから、浮動下パンチの停止までの時間が長くなると、ストッパーにて降下が制限されている浮動下パンチの降下を継続しようとする動きが装置全体に伝播し、装置の破損に繋がるといった課題がある。

このことを、図5で示す、上パンチおよび浮動下パンチの変位−時間グラフと、浮動下パンチ荷重−時間グラフを参照して説明する。加圧中の浮動下パンチはアクチュエータによる降下速度を持っていることから、浮動下パンチがストッパーに到達した瞬間から浮動荷重は低下を始める。ここで、制御に必要な時間が十分にあれば、その低下した浮動荷重を設定値に維持しようとして浮動下パンチを降下方向に動作させてきたアクチュエータの回転は減速を開始し、浮動下パンチの降下速度がゼロになった後は浮動荷重に到達するまで上昇側に動作する。

上記制御に必要な時間には限界があるため、ストッパー到達直前の浮動下パンチの降下速度が速いと制御が間に合わなくなり、浮動下パンチの浮動荷重は図5で示すように急激に低下することになる。

そして、浮動荷重が引張方向になると装置構成部品は下方に引っ張られ、装置の破損に繋がるというものである。

ここで、特許文献1には、プレス下ラムと連動するダイホルダにダイを移動可能に配置し、位置固定のパンチプレート上に固定下パンチと浮動下パンチとを配置し、浮動下パンチをパンチプレートに内蔵したシリンダ装置に支持させ、シリンダ装置のボア内にはプレス下ラムと連動する連結ロッドの一端を位置させ、浮動下パンチと浮動上パンチとで挟持して粉末を部分的に移動させた後、シリンダ装置のピストンを連結ロッドに当接させてプレス下ラムの上昇力を粉末に加えて予備成形し、引き続きストッパーにより浮動下パンチの下降を停止して最終成形を行う粉末成形装置が開示されている。

特開平6−25706号公報

特許文献1で開示の粉末成形装置によれば、プレス下ラムを利用して粉末移送機構の小型化と簡略化を図ることができるとしている。しかしながら、特許文献1で開示される粉末成形装置を適用したとしても、上記する課題、すなわち、浮動下パンチが速度を持ってストッパーに到達し、浮動荷重が急激に低下して装置の破損に繋がるといった課題を解消することはできない。

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、浮動下パンチがストッパーに到達してから降下しようとする動作を完全に停止するまでの時間を可及的に短くすることにより、浮動荷重が急激に低下して装置を破損させるといった課題を解消することのできる粉末成形装置の制御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の制御方法は、中空を有するダイスと、中空内で摺動し、ダイスとともにキャビティを形成する上パンチおよび浮動下パンチと、上パンチを押下する第1のアクチュエータと、浮動下パンチの浮動荷重を制御する第2のアクチュエータと、浮動下パンチの加圧停止位置を規定するストッパーと、を少なくとも備え、キャビティ内に充填された粉末に対し、第1のアクチュエータを作動して上パンチを押下して加圧し、加圧中に粉末に作用する荷重が成形に必要な所定の浮動荷重となるように第2のアクチュエータを制御して粉末の加圧を実行する粉末成形装置の制御方法において、浮動下パンチがストッパーに対して所定距離まで近づいた段階で、第1のアクチュエータに対して上パンチの降下速度を減速させる制御を実行するものである。

本発明による粉末成形装置の制御方法は、浮動下パンチがストッパーに対して所定距離まで近づいた段階で、第1のアクチュエータに対して上パンチの降下速度を減速させる制御を実行することにより、浮動下パンチがストッパーに到達してから降下しようとする動作を完全に停止するまでの時間を可及的に短くすることを可能としたものである。

浮動成形においては、上パンチの降下に同期して浮動下パンチも降下する制御が実行され、上パンチの降下速度が減速した際には浮動下パンチも同期して降下速度が減速され、このような制御により、上パンチの降下速度の減速のタイミングを制御することで浮動下パンチがストッパーに到達してから完全に停止するまでの時間を短縮することができる。

ストッパーに対する浮動下パンチの位置の特定は、第2のアクチュエータによって実行される。

また、ストッパーに対する浮動下パンチの位置が所定距離まで近づいていることが第2のアクチュエータにて特定されたら、この情報に基づいて第1のアクチュエータによる上パンチの降下速度の減速制御を実行させる。

このように、上パンチと浮動下パンチの同期した降下制御や、第2のアクチュエータによる浮動下パンチの位置情報に基づいて第1のアクチュエータによる上パンチの降下速度の減速制御を精度よく実行させるべく、第1、第2のアクチュエータはともにサーボ系のアクチュエータが望ましく、たとえば電動サーボモータが適用されるのがよい。

ここで、浮動下パンチがストッパーに対して近づく「所定距離」とは、浮動下パンチがストッパーに到達し、次いで加圧が完了するまでの段階で浮動荷重が急激に低下しない上パンチの降下速度の減速の開始に対応した距離のことである。減速後の上パンチの速度、上パンチが減速に要する時間、浮動下パンチがその間に降下する距離、浮動下パンチの弾性変形量等を考慮して「所定距離」が設定される。

本発明によれば、浮動下パンチのストッパーに対する距離を上パンチの降下速度の減速開始のトリガーとし、このトリガーに基づいて上パンチの降下速度の減速のタイミングを制御したことで、浮動荷重の急激な低下を解消でき、浮動荷重の急激な低下に起因する装置の破損を効果的に解消することができる。

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の制御方法によれば、浮動下パンチがストッパーに対して所定距離まで近づいた段階で、上パンチを押下する第1のアクチュエータに対して上パンチの降下速度を減速させる制御を実行することにより、浮動下パンチがストッパーに到達した後の浮動荷重の急激な低下を抑制し、浮動荷重の急激な低下に起因する装置の破損を解消することができる。

本発明の制御方法が適用される粉末成形装置のキャビティに粉末が充填されている状態を説明した模式図である。

本発明の制御方法が実行され、粉末を加圧して圧粉体を成形している状態を説明した模式図である。

ストッパーに浮動下パンチが到達している状態を説明した模式図である。

本発明の制御方法を説明した、上パンチおよび浮動下パンチの変位−時間グラフと、浮動下パンチ荷重−時間グラフを示した図である。

従来の制御方法を説明した、上パンチおよび浮動下パンチの変位−時間グラフと、浮動下パンチ荷重−時間グラフを示した図である。

以下、図面を参照して本発明の粉末成形装置の制御方法の実施の形態を説明する。

(粉末成形装置の制御方法の実施の形態) 図1は発明の制御方法が適用される粉末成形装置のキャビティに粉末が充填されている状態を説明した模式図であり、図2は本発明の制御方法が実行され、粉末を加圧して圧粉体を成形している状態を説明した模式図であり、図3はストッパーに浮動下パンチが到達している状態を説明した模式図である。さらに、図4は本発明の制御方法を説明した、上パンチおよび浮動下パンチの変位−時間グラフと、浮動下パンチ荷重−時間グラフを示した図である。

図示する粉末成形装置10は、中空1aを備えたダイス1、ダイス1をスライドさせる(X3方向)第3のアクチュエータ2、中空1a内で摺動する上パンチ3、上パンチ3をスライドさせる(X1方向)第1のアクチュエータ4、中空1a内に一部が入り込んでいる固定下パンチ6、固定下パンチ6内で摺動する浮動下パンチ5、浮動下パンチ5をスライドさせる(X2方向)第2のアクチュエータ7、固定下パンチ6を載置し、浮動下パンチ5の降下限度を規定するストッパー8から大略構成されている。

第1のアクチュエータ4、第2のアクチュエータ7および第3のアクチュエータ2はいずれも電動サーボモータから構成されている。

粉末成形装置10では、浮動成形に際し、上パンチ3の降下(X1方向)に同期して浮動下パンチ5も降下する(X2方向)制御が実行され、浮動下パンチ5の降下によって浮動荷重を粉末Fに付与するようになっている。また、上パンチ3の降下速度が減速した際には、浮動下パンチ5も同期して降下速度が減速されるように制御されている。

このような制御は、第1のアクチュエータ4、第2のアクチュエータ7がともにサーボ系のアクチュエータ(電動サーボモータ)から構成されることで実現される。

また、浮動下パンチ5と上パンチ3の降下に同期してダイス1も電動サーボモータ2にて降下(X3方向)することにより、上パンチ3の近傍から徐々に粉末Fが締め固められて圧粉体Cが製造される(図3参照)際に、上パンチ3の近傍から順に圧粉体Cの密度が低下するといった密度分布の発生を抑制することができる。

図1で示すように、ダイス1の中空1a、浮動下パンチ5の上面および固定下パンチ6の上面にてキャビティが形成され、このキャビティ内に成形される粉末Fが充填される。

次いで、図2で示すように、上パンチ3を降下させながら粉末Fを押下して押圧力Pを付与し、浮動下パンチ5も上パンチ3と同期して降下させながら粉末Fに対して浮動荷重P’を付与し、粉末Fに浮動荷重P’を作用させながら上パンチ3、浮動下パンチ5およびダイス1の降下制御が実行される。

粉末Fの加圧が進行し、浮動下パンチ5がストッパー8に対して所定距離まで近づいた段階で(図4の(1))、第2のアクチュエータ7から上パンチ3の降下速度を制御する第1のアクチュエータ4に対し、降下速度を減速させる指令信号が送信される(図4の(2))。

ここで、上記する「所定距離」は、減速後の上パンチ3の速度、上パンチ3が減速に要する時間、浮動下パンチ5がその間に降下する距離、浮動下パンチ5の弾性変形量等を考慮して設定される。

指令信号を受けた第1のアクチュエータ4の制御によって上パンチ3は降下速度の減速を開始し(図4の(3))、上パンチ3の降下速度の減速に応じて、一定の浮動荷重が維持されるように浮動下パンチ5の降下速度を減速させる制御が第2のアクチュエータ7にて実行される。

上パンチ3と浮動下パンチ5の降下速度が徐々に減速し、低速状態の浮動下パンチ5がストッパー8に到達する(図4の(4))。

浮動下パンチ5がストッパー8に到達してから加圧が完了する(図4の(5))までの間、浮動荷重は緩やかに低下する(図4の(6))。

加圧の完了により、図3で示すように所定形状の圧粉体Cが成形される。

図示する制御方法のように、浮動下パンチ5がストッパー8に対して所定距離まで近づいた段階で、第1のアクチュエータ4に対して上パンチ3の降下速度を減速させる制御を実行することにより、図5で示す従来の制御方法のような浮動荷重の急激な低下は解消される。

このように浮動荷重の急激な低下が解消されることにより、浮動荷重の急激な低下に起因する装置の破損を解消することができる。

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。

1…ダイス、1a…中空、2…第3のアクチュエータ(電動サーボモータ)、3…上パンチ、4…第1のアクチュエータ(電動サーボモータ)、5…浮動下パンチ、6…固定下パンチ、7…第2のアクチュエータ(電動サーボモータ)、8…ストッパー、10…粉末成形装置、F…粉末、C…圧粉体