粉末成形ダイスへの粉末充填法の開発 (その 1 低周波振動板の応用) 指導者: 研究者: 齊藤 誠 助 教授 M99009 石 島 毅 久 M99082 橘 伸也 研 究目 的 近 年 , 粉 末 成 形 プ レ ス に よ り 製 造 さ れ る 電機 部 品 の 小 形 化 が 進 ん で い る . こ れ と同 時 に ダ イ ス へ の 粉 末 充 填 時 の 定 量 性 の 向 上 が課 題 と な っ て い る . こ こ で 本 研 究 で は, ダ イ ス へ の 定 量 粉 末 充 填 装 置 の 開 発 を 目 的 とし た . 現 在 の 成 形 プ レ ス で は , 底 の 開い た 粉 末 の 入 っ た 容 器 を ダ イ ス 上 で 往 復 運 動 させ て 粉 末 を 充 填 し て い る . こ れ に 対 して 本 研究 で は ,容 器 に 振動 板を 取 付 け, そ の 振動 効 果に よ り 充填 する 方 法 を試 み た . 1. 実 験装 置 と 供給 原 理 目的とする充填装置は,充填容器に加 電圧計 振動板 ホッパー アンプ 振部を一体化するものであるが,本実験 振幅センサー 周波数計 装置では加振部として振動フィーダの振 動 台を 利 用 した . 図 1 に 実験 装 置 の構 成 を示す.供給装置は,粉体を貯えておく 振動台 タイマー 充填容器に相当するホッパー,振動台, ダイス 電子天秤 定振幅コントローラ ガイド 振 動板 で 構 成さ れ て いる . 振動板は,振動台から突出たアームに 図 1 実験装置の構成 固定され,水平方向の高さ,位置を調整 振動板 できるようになっており,これを振動さ せることによりダイスに粉体を供給す る.また,ダイスとしてはアクリルの角 ブリッジ 棒 に孔 を 縦 列に 3 つ 開 け たも の と した . 充填はタイマーにより一定時間行い,電 子天秤で充填量を測定する.振幅は定振 加振時 静止時 幅コントローラで調整され,負荷変動の 影 響を 受 け ない よ う にし てい る . 図 2 充填の原理 図 2 に 充 填時 の 粉体 の 動き を 示 す. 静 止時では孔付近にブリッジが形成され粉 体がダイスに充填されない.ここで,振 0.4 動板を加振すると,孔付近の粉体が流動 化することにより,形成されたブリッジ 0.3 が 崩さ れ 粉 体は ダ イ スに 充填 さ れ る. 0.2 実 験 で は ホ ワ イ ト モ ラ ン ダ ム #800 を センタ 用いて振動板の位置と充填量,充填時間 0.1 オフセット と充填量,振幅と充填量,空気孔有無と 0 充 填量 ,孔 径 と 充填 密 度に つ い て調 べ た . 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 これらの結果から充填に最適な条件を見 振動板の高さ [mm] 出 す .ダ イス 孔 径 は 3[ mm ],5[ mm ] ,7 図 3 振動板の位置と充填量(3mm) [ mm ] の 3 種 類 とし た. 充填量 [g] 2. - 51 - 充填量 [g] 1.2 1 0.8 0.6 オフセット(0.160mm) 0.4 センタ(0.160mm) 0.2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 時間 [s] 充填時間と充填量(3mm) 1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.15 0.18 0.21 0.24 振幅 [mm] センタ 平均充填量 [g] 平均充填量 [g] 図4 図5 1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 2s 0.6 3s 0.5 4s 0.4 5s 0.3 6s 0.2 0.1 0 0.15 0.18 0.21 0.24 振幅 [mm] オフセット 振幅と充填量(5mm) 1.5 密度 [g/cm3] 3. 結 果 及び 考察 図 3 は 振 動板 の 高さ と 充填 量 の 関係 で ある.ここで,振動板の水平方向位置は 振動板をダイスの孔の中心に合わせた場 合ををセンタとし,ダイスの孔の手前に した場合をオフセットとする.水平方向 位置で比較すると,オフセットの方が多 く充填された.これは,孔に対してオフ セットの方がダイス上部に板が無いこと 及びダイス上部で粉体の流動化が発生す ることによると思われる.振動板の高さ では,高さが増すに従い充填量が減少し た.板がダイスに近いほど充填に対する 効果が大きく得られることが分かる. 図 4 は 充 填時 間 と平 均 充填 量 の 関係 で あ る . 充 填 量 は セ ン タ の 時 は 4[ s] で ほ ぼ飽和するが,オフセット時は充填量は さ らに 増 加 して い る . 図 5 は振幅と平均充填量の関係であ る.オフセット時は各振幅で充填量の違 いは余り見られず一定以上の振幅があれ ば 充填 で き るこ と が わる . 図 6 は 孔 径と 充 填密 度 の関 係 で ある . 充填密度は孔径が大きくなるほど密度が 増す傾向を示すことが分かる.一方,充 填時間で見ると,充填時間が増すほど孔 径 によ る 変 化が 小 さ く, 4 [ s ] と 6 [ s ] で は ほ ぼ 同 様 で あ る の に 対 し て 2[ s] で は大 き く 変化 す る こと が分 か る . 1.2 0.9 充填時間 0.6 2s 4. 結 論 4s 0.3 ( 1 ) 振動 板 の 位 置 6s 水平方向においては,手前側にオフセ 0 3 5 7 ットし,高さを低くするほど充填性が向 孔直径 [mm] 上 する こ と がわ か っ た. ( 2 ) 充填 時 間 図 6 孔径と充填密度 4[ s] 以 上 で 充 填 量 が 飽 和 す る こ と か ら 5 [ s ] 程 度の 充 填 時 間で 良い こ と がわ か っ た. ( 3) 振 動 板の 振 幅 充填 量 に 大き な 影 響を 与え ず ,0.2[ mm ]以 上 の振 幅 があ れ ば 良い こと が わ かっ た . ( 4 ) 孔径 に 対 す る充 填密 度 充 填 時 間 が 短 い 場 合 ほ ど 孔 径 の 影 響 を 受 け る が , 充 填 時 間 が 4[ s] 以 上 で は 大 き な 変化 が 見 られ ず , 5mm 以 上 で 飽 和傾 向 に なる こと が わ かっ た . 今 後の 課 題 今 回 の 実 験 で は , 縦 列 の ダ イ ス 孔 3 つ の 先端 ( 孔 番 号 1 ) の 孔 が 一 番 多 く 充 填 され た . こ の 原 因 に つ い て の 粉 体 の 挙 動 と 充 填 量に つ い て 明 ら か に し , よ り 定 量 的 な 充填 法 を検 討 す る必 要 が ある . - 52 -
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