JP2008528801A - 少なくとも１種の粉末材料で容器を充填する方法およびその方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は容器の充填装置に関する。
【解決手段】この充填装置は、特に金型に粉末形状の材料を充填するものであり、有利には金型内に粉末材料をいれる前およびその際に金型（６）内に含まれる空気を排出する手段（１６、１８）を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は主に容器を少なくとも１種の粉末材料で充填する方法および該方法を実施する装置に関する。

粉末状の材料は、例えば粉末洗剤、粉ミルク、およびセメントのように、非常に多く用いられている。産業において、例えば焼結によって、加圧成形によって、加圧焼結によって、または熱間等静圧圧縮成形に形付けられる粉末状の材料に関する。例えば金属のまたはセラミックの粉末またはそれらの混合物がある。非常に複雑な形状を有する部品を得ることが可能となる。

しかしながら、充填前に金型内に存在する空気が不均一な充填を引き起こし、成形された部分における気孔率に起因して、分散され且つ低い見かけ密度を引き起こし、充填時間を増大させやすいということが分かっている。さらに、空気の存在は金型内の粉末材料の流れを阻害しやすい。

ＵＳ２００３／０１１３２２２は、様々なサイズの材料粒子を均一に分布させるために、金型が充填される時に粉末材料に空気が注入される装置を開示している。しかしながら金型内に含まれる空気の問題を解消するものは何ら提供されない。

したがって、本発明の目的は、容器内に粉末材料を均一に分配することを保証する、容器を充填する装置を提供することである。

本発明の目的はまた、加速された容器の充填を提供することである。

本発明の目的はさらに、確実で迅速な粉末形状の材料の充填方法を提供することである。

これらの目的は、充填される金型に少なくとも１つの通気流路を備えた充填装置によって達成される。この金型は、この装置によって充填される。

換言すると、充填前および／または充填中に、空気が金型から逃げて粉末のための余地を残し、または金型からの空気の排出が可能になるように流路が設けられ、次いで充填を加速するわずかな吸引が発生する。

本発明は主に、少なくとも１種の粉末形状物質で容器を充填する装置を目的とし、この装置は、材料保存庫から容器の開口に材料を運ぶようにされた充填チャンネルを備え、さらに前記容器に含まれた空気を排出する手段をさらに備えることを特徴とする。

特に、この排出手段は、充填する間に容器の内部から容器の外部へ接続するようにされた、第一流路である少なくとも１つの流路、および／または充填前に空気を排出するようにされた、第二流路である流路を備えている。第二排出流路は第一流路と接続されていることが有利である。

好適な実施形態において、第一排出流路は充填チャンネルの内部にある。

容器に含まれた空気の吸引手段が第一および／または第二流路に接続されることが有利である。

１つの実施形態の第一例では、吸引手段は空気ポンプである。

第一排出流路が充填チャンネルの内部にある場合、第一流路は少なくとも２つ、有利には３つの第二流路によってポンプに接続され、この第二流路は、第一流路の周りに均一に角度をつけた間隔で分配される。

この実施形態の第二例では、該吸引手段は、充填チャンネル内に設けられている。この吸引手段は、軸に対する回転に引かれるようにされたディスクの下面に設けられた少なくとも１つのブレードによって形成される。このディスクは第一排出流路に接続された開口をその中央部に備えている。

容器内の粉末材料を分配するためにディスクの上面から突出する少なくとも１つの要素が設けられることも可能である。

充填装置はまた、プレートの下に軸方向に配置された円柱状の芯を備えることも可能である。この円柱状の芯は第一流路に面した第三排出流路を備え、少なくとも１つの二次的流路によって容器の上部に通じている。

この装置は、第三流路の周りに均一に角度をつけて分配されたいくつかの二次的流路を備えることが有利である。

本発明による充填装置を実施する他の例によると、吸引ディスクと、この吸引ディスクとは別個であり材料の充填方向で吸引ディスクの前に位置する分配ディスクとが取り付けられ、回転可能なシャフトに対して回転する。このシャフト内に第一排出流路が形成される。

一実施形態によると、充填装置は容器の入り口に接続された開口を有するテーブル上を摺動するようにされたシューの形状である。

本発明による装置は、特に、焼結によって、加圧成形によって、加圧焼結によって、または熱間等静圧圧縮成形によって部品を製造するために、少なくとも１つの金型を充填するようにされている。

本発明の目的はまた、少なくとも１種の粉末材料で容器を充填する方法である。この充填方法は特に、所定の位置に粉末材料が入れられる時におよび／またはこの材料を入れる前に、容器内の空気を排出するステップを含んでいる。

本発明は以下の記載と添付の図面とによってより理解される。このため、上部および下部はそれぞれ図面の上部および下部になっている。
図１は、本発明による充填装置の第一実施例を説明する第一の例である。この充填装置は、矢印Ｆに沿ってテーブル４上を摺動するようにされたシュー２、いわゆる充填シューを備えている。このテーブル４には、キャビティ６、例えば金型が充填されるために設けられている。このシューは、粉末材料の保存庫（図示せず）に上部末端７によって接続された充填チャンネル８を備え、この充填チャンネル８は、粉末状の材料が容器６に流れるための出口１２によって下部１０の表面またはテーブル４と接触するようにされた平面に通じている。

本発明によると、このシューはまた容器６に含まれた気体、例えば空気がこの容器から排出されることを可能にする手段１４を備えている。示された例において、手段１４は充填中、すなわち粉末状の材料がキャビティ内に入るときに容器６からの空気の排出を可能にするようにされた第一流路１６を有する。

この装置は、充填が始まる前に空気が容器から抜け出るようにされた第二の排出流路を有することが有利である（図２）。しかしながら、当然理解されるように、充填前にのみ、あるいは充填中にのみ、空気が排出されることもまた、本発明の範囲から外れない。

示された例において、第一流路１６は、チャンネル８内における材料の均一な流れを阻害しないように、充填路内に実質的に同軸に配置される。第一流路１６は第一下端部２２によって流路８の出口１２に通じている。第二流路１８は直接シュー内に形成され且つ矢印Ｆの方向で端部２２の前にある第一端部２０によってシューの底面に、第二端部２３によって第一流路１６に通じている。

実質的に同軸にされた充填路内部の第一流路の位置は、回転の対称性によって空気を除去させるのにもっとも有利である。実際、第一吸引流路１６は実質的に容器の中央部に通じ、これは、容器のどんな特有の領域にも偏ることなくこの流路周辺の全容器内の空気を引くことを可能にする。

このように、粉末の流れにおいて、したがって金型内の充填においてかく乱が生じることを妨げることが可能である。したがって、これは、より均一な金型内の充填をも結果として生じる。

さらに、この実施例は、この充填装置が異なるタイプの粉末に簡単に適応されることを可能にする。実際、吸引レートを変化させることにより、粉末の粒度分布に応じて吸引を変化させることが好ましい。吸引レートの増加または減少は、第一流路１６の断面をより大きく、あるいは小さくした第一流路によってそれぞれ置き換えることによって達成され得る。吸引が充填流路の外側で行われる従来技術の装置によっては、この変形はむしろ困難であり、また拘束性がある。

空気は第一流路１６の第二上端部２５によって充填流路の外に排出される。示される実施例において、流路１６はチャンネルまたはチューブ８の外周を横切っている。流路１６と外部とは、少なくとも二つの二次的なチューブによって接続されることが有利である。これら二次的なチューブは、流路１６の分岐の下流の粉末流の対称性を可能な限り阻害しないように、流路１６の軸に対して対称に配置されている。流路の軸の周りに、１２０°で均一に分配された三つの二次流路、または６０°で分配された６つの二次流路を伴うことがより好ましい。

当然理解されるように、第一および第二流路は、全体に独立であり、外部に独立して接続されることが可能である。

充填中あるいは充填前に容器に含まれた空気を抜き出すために、空気ポンプ２４は、第一流路１６の上端部に接続し、容器内に含まれた空気を抜き出すことが可能に設けられることが有利である。当然理解されるように、全体に分かれている第一および第二流路１６、１８を設けることによって、または充填前にのみポンプを駆動させることによって、充填前にのみ空気を容器から抜き出すポンプを考えることも可能である。このポンプの使用は、容器中にポンプによって発生した吸引によって充填スピードを加速するという利点を有する。

ポンプは、シューの運動に適応する可撓性ホースによって第一流路１６に接続されるのが有利である。

空気ポンプ２４は、例えば、空気抜き出し流路に粉末を引き込むことなしに良好な流動性能を得るのに十分な１０^５Ｐａの低気圧を発生する。

空気ポンプを有するこの実施例において、フィルターが第一および第二流路１６、１８の下端部２２、２０のそれぞれの位置に設けられることが有利であり、これは流路１６、１８によって引かれることを避けるために粉末材料のための障壁を形成する。

充填されるべきキャビティから空気を抜き出すためのいくつかの流路１６および／または１８を備える装置は、本発明の範囲から外れないことは当然理解される。

次ぎに、容器６の充填方法を記載する。

図２において、第二流路１８の第一端部２０は容器６に面しており、容器６に含まれる空気は外に向かって排出される。

シューは矢印Ｆの方向に動き続け（図３）、出口１２が容器６に面して充填が始まり、粉末が容器６に流入する。第一流路１６は容器６の内部と連通し、空気は自然に（空気は粉末が流入することによって追い出される）あるいは吸引によって排出される。

図４において、シューは再び矢印Ｆの方向に移動されており、出口は容器６の入口をすぐに越えて、充填が終わる。

出口１２が完全に容器の入り口を越えたときに、充填は遮断される。

図５において、実施形態の第二例が示される。ここで、シュー２は別個の充填チャンネル８と、空気排出流路１８を有する。この流路１８は、その下端２０が充填キャビティに面しているとき、充填前に空気を排出することを可能にする。排出流路１８は空気ポンプ２４に接続されることが有利である。排出流路１８は前述したような第二流路を形成する。

図６および７において、本発明による装置の第二の実施形態の第一例が示される。ここで、粉末材料は充填装置の一部の回転によって均一に分配される。

第二実施形態による充填装置は、充填されるべき容器の上に配置され（図示せず）、粉末タンクと容器との間に充填チャンネルを形成するようにされた円柱状シェル１０１を備えている。この装置はさらに分配手段１００を備え、この分配手段１００は、充填チャンネル内に配置され、Ｘ軸周りに回転されるプレート１０３によって形成される。示された例では、ディスクが細棒の形状でプレート上に実質的に放射状に延びた少なくとも１つの分配要素１０４を有する上面１０２上に備え付けられている。細棒１０４は充填装置上に配置されたホッパー（図示せず）によって運ばれる粉末を均一に分配するようにされている。当然理解されるように、要素１０４は粉末を分配するのに適応した如何なる形状を有してもよい。

この装置はまた、ディスク１０３の下面１０６に少なくとも１つの空気吸引ブレード１０７（点線のように）を含んでいる。この空気吸引ブレード１０７は、充填されるべき容器内に含まれる空気を吸引するために渦を起こさせるようにされている。プレート１０３は軸Ｘと同軸のシャフト１０８を介して回転される。この軸には、柄杓１０７によって引かれた空気の第一排出流路１１６が形成される。ディスクと第一流路１１６との下に位置する空間と連通するように下面１０６の側のディスク中心部に開口１１３が形成される。充填する間、金型内のＸ軸の周りに粉末を均一に分配すると同時に、矢印Ａによって示された通路にしたがって空気が引かれる。

示された例において、吸引ブレードは実質的に低気圧を発生させるのに適応したタービン翼の形状を有する。しかしながら、当然理解されるように他の形状であってもよい。

本発明による装置はまた、正円柱の形状を有する中央の芯１０９を備えている。この芯１０９は、容器の底に含まれている空気を引くように、プレートの下に軸方向に配置され第一抜き出し流路１１６の同一直線上に配置された第三吸引流路１１０を備えている。その下部における吸引流路１１０は、金型内の空気を均一に引くように、吸引流路１１０の軸の周りに一定に角度をつけた間隔に分配されたいくつかの二次的流路１１２に分かれていることが有利である。

次ぎに、このような装置の操作を説明する。

第一段階では、装置が容器の上に配置される。

第二段階では、ディスク１０３、特にブレード１０６は回転され、次いで、容器に含まれた空気は流路１１２、１１０および１０９によって矢印の方向に引かれる。

第三段階では、充填流路に、特にプレート上でそれが含まれる粉末の装填の流れを可能にするためにホッパーが開かれる。プレートの回転と、小さな分配バーによって、粉末は充填チャンネルの壁に対して均一に排出され、容器内に落ちる。充填と同時に、空気は排出され続ける。

図８において、本発明の充填装置の第二実施形態の第二例が示される。この装置は、別個に分配プレート１２０と吸引プレート１０３を備えている。この吸引プレート１０３は容器６の充填開口と吸引プレート上の分配プレート１２０との近くに配置されるようにされている。これら二つのプレートは、Ｘ軸周りの回転に引かれ得るシャフト１２２に対して回転して接続され、吸引流路１０３の一端部によって下面に、他端部によって外部に通じている長手方向の第一排出流路１１６に貫通されている。

充填段階においてシャフトは、回転するようにセットされ、容器に含まれた空気の吸引を起こす。

次いで、容器内の材料を分配する分配ディスク上に材料が流され、吸引ディスクは容器内の空気を引き続ける。

この実施形態において、充填中の第一空気排出流路と、充填前の第二空気排出流路とが組み合わされる。

したがって、本発明は、金型のより良好な均一充填を生じるという効果を有する。軸対称の部品のために、粉末密度の周方向のより良い分布を保証することが可能となる。

さらに、本発明による装置は、既知のシステムに比して充填時間の減少をもたらす。大量生産において、充填時間の節約は生産性における実質的な利益を結果としてもたらす。

本発明はまた、極微細な粉末で充填する場合にも非常に有利である。実際、Ｓｍ−Ｃｏ型のミクロメトリックな粉末といった微細な粉末は、従来型の充填システムで扱うのは困難である。というのも、マトリックス中の空気の存在は、充填されるべきキャビティに落ちる間、粉末の流れを妨害するからである。

本発明は、真空充填システムで得られるものに近い性能をもたらす。しかしながら、真空充填の実施は工業環境において実行することが出来ない。

本発明は特に、焼結、加圧成形、加圧焼結または熱間等静圧圧縮成形によって部分的に金型を粉末あるいは粉末の混合物で充填することを達成するために応用される。

しかしながら、当然理解されるように、本発明による充填装置は、粉末状の材料で如何なるタイプの容器をも均一に充填することを可能にする。

本発明による充填装置の第一例の概略表示。 充填前の段階における図１の装置の概略表示。 充填開始時の図１の装置の概略表示。 充填終了時の図１の装置の概略表示。 本発明による充填装置の第二例の概略表示。 本発明による装置の第二実施形態の断面図。 図６の詳細を示す平行透視図。 図７の詳細図。 第二実施形態の他の例の長軸方向断面図。

Claims (13)

1. 少なくとも１種の粉末形状の材料を容器に充填する装置であって、
   材料保存庫から前記容器の入口に前記材料を運ぶようにされた充填チャンネル（８、１００）と、
   前記容器に含まれる気体を排出する手段（１４、１１０）とを備え、
   前記排出手段（１４、１１０）は、第一流路であり且つ前記充填の際に前記容器の内部を前記容器の外部へ接続するようにされた少なくとも1つの流路（１６、１１６）を有し、
   前記第一排出流路（１６、１１６）は前記充填チャンネル（８）の内部であることを特徴とする充填装置。
2. 前記排出手段（２２）は第二流路であり且つ充填前に前記気体を排出するようにされた流路（１８）を有することを特徴とする請求項１に記載の充填装置。
3. 前記第二排出流路（１８）は前記第一排出流路（１６）に接続されることを特徴とする請求項１に記載の充填装置。
4. 前記第一（１６）および／または第二（１８）流路に接続され、前記容器に含まれる空気を吸引する手段（２４）を有することを特徴とする請求項２または３に記載の充填装置。
5. 前記吸引手段は空気ポンプ（２４）であることを特徴とする前の請求項に記載の充填装置。
6. 前記第一流路（１６）は、前記第一流路の周りに均一に角度をつけて配置された少なくとも２つ、有利には３つの二次的流路によって前記ポンプに接続されることを特徴とする請求項５に記載の充填装置。
7. 前記装置は容器の入口に接続された開口を有するテーブル（４）上を摺動するようにされたシュー（２）の形状を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の充填装置。
8. 前記吸引手段は前記充填チャンネル内に備えられ、ディスク（１０３）の下面（１０６）に設けられた少なくとも1つのブレード（１０７）によって形成され、前記ディスクはその軸（Ｘ）について回転するようにされ、
   前記ディスク（１０３）は前記第一排出流路（１１６）に接続された開口（１１３）をその中央部に有することを特徴とする請求項４に記載の充填装置。
9. 前記ディスク（１０２）の上面から突出し、前記容器内の前記粉末形状の材料の分配をする少なくとも1つの要素（１０４）をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の充填装置。
10. 前記プレート（１０３）の下に軸方向に配置された円柱状の芯（１０８）をさらに備え、
    前記円柱状の芯（１０８）は、前記第一流路（１１６）の同一直線上に位置する第三排出流路（１１０）を有し、少なくとも１つの二次的流路（１１２）によって前記容器の下部に通じていることを特徴とする請求項８または９のいずれかに記載の充填装置。
11. 前記第三流路（１１０）の周りに均一に角度をつけて分布された複数の二次的流路（１１２）を含むことを特徴とする前の請求項に記載の充填装置。
12. 前記吸引ディスク（１０３）と、前記吸引ディスク（１０３）とは別個であり前記材料の充填方向で前記吸引ディスク（１０３）の前に位置する分配ディスク（１２０）とが取り付けられ、前記軸（Ｘ）の周りに回転可能なシャフト（１２２）に対して回転し、
    前記シャフト内に前記第一排出流路が形成されることを特徴とする請求項８に記載の充填装置。
13. 焼結によって、加圧成形によって、加圧焼結によって、または熱間等静圧圧縮成形によって部品を製造するために、少なくとも１つの金型を充填するようにされた、前述の請求項のいずれかに記載の充填装置。

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