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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