JP2022167654A - 粉末圧密装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で粉末に対して適切な圧力を掛けて粉末の粒状（塊状）化を防止もしくは抑制しつつ、圧密することのできる粉末圧密装置を提供すること。【解決手段】シリンダ３と、シリンダ３内に粉末を押し込む押し込み手段６と、他方の端部を開閉する開閉手段９，１４，１５，１６，１８，２２，２３とを備えた粉末圧密装置１であって、開閉手段９，１４，１５，１６，１８，２２，２３は、他方の端部を閉じるフタ部９を有し、フタ部９は、フタ部９に一体に形成されていてフタ部９によって他方の端部を閉じた状態でシリンダ３の内部に配置される凸部１２を有しており、凸部１２は、凸部１２の外周面がシリンダ３の半径方向で外側に向かって凸曲面となるように滑らかに湾曲しかつ軸線方向で他方の端部側から一方の端部側に向かって凸部１２の外径が次第に減少する円錐台状に構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、嵩密度が低い粉末に圧力を掛けて当該粉末の嵩密度を増大することにより、製品容器に対して予め定めた重量の粉末を充填可能とする粉末の圧密装置に関する。

粉末冶金あるいは機能性材料などの原料として多種多様な金属や合金の粉末が広く使用されている。それらの粉末の嵩密度は粉末の種類や粉末の大きさ、硬度などの物性、粉末を生産するときの気温や湿度などによって変化する。粉末の嵩密度が低いと、製品容器（以下、単に容器と記す。）に予め定めた重量の粉末を充填できない可能性があるので、容器に粉末を充填する際には、粉末の嵩密度を増大する圧密操作を行うことが一般的である。

特許文献１には、粉末圧密装置の一例が記載されており、その装置は、ホッパーを介してシリンダ内に粉末を供給し、その粉末をスクリューコンベアによってシリンダの一方の端部側から他方の端部側に押し込むように構成されている。他方の端部は圧力板によって開閉可能に閉じられている。圧力板はシリンダの他方の端部を閉じた状態でシリンダの内側に突出する半球状に形成されており、また、第１種のてこ作用によって他方の端部を閉じるように構成されている。つまり、圧力板は他方の端部を粉末が漏れ出ないように閉じると共に、スクリューコンベアと圧力板との間に形成される圧力室の容積を減じるようになっている。そして、スクリューコンベアによって圧力板側に粉末を押し込み、それらのスクリューコンベアと圧力板との間で粉末に圧力を掛けることによって粉末同士の間の隙間を低減して粉末の嵩密度を増大するようになっている。また、他方の端部に圧力板を押し付ける荷重よりも粉末が圧力板を押圧する荷重が高くなると、圧力板が押し開かれてシリンダから粉末が排出される。なお、圧密操作の他の例として、タッピングが知られている。タッピングでは、粉末が充填された容器を上下に振動させ、または、容器の下部を床に打ち付けるなどのことによって粉末を上下動させて圧密を行う。また、タッピングに替えて、容器に充填された粉末を手作業で上方から押圧することによっても粉末の嵩密度を増大させることができる。

特開２０００－３４５２０５号公報

上述した粉末が比較的硬度の低い金属、すなわち柔らかい金属である場合には、圧密の過程で金属粉末に対して局所的に圧力が掛かると、その部分では、金属粉末同士が単に凝集するだけでなく、相互に押しつぶされて粉末状態を維持できなくなり、粒状（塊状）となる可能性がある。また、金属粉末の粒状（塊状）化が進んで粗大な粒子になる可能性がある。上述したような金属粉末を特許文献１に記載された粉末圧密装置で圧密する場合、その粉末圧密装置では、シリンダの内部に半球状を成す圧力板が配置されるので、その分、圧力室の容積が減少して圧力が増大し、また、スクリューコンベアによって押し込められた粉末は面積の小さい圧力板の先端部に特に押し付けられ、あるいは、その先端部において、粉末同士が互いに強く押し付けられる可能性がある。つまり、半球状の圧力板の先端部において、局所的に圧力が増大してしまい、上述した粗大な粒子が生じてしまう可能性がある。なお、そのような粗大な金属粒子は微細な金属粉末を必要とする用途には適さないので、粗大な粒子を除去し、圧密した微細な金属粉末を容器に充填することとなる。その結果、製品の歩留まりが低下したり、製造工数や製造コストが増大したりしてしまう。

また、タッピングによる圧密では、粉末を充填した容器を上下方向に振動させ、または、床に容器を打ち付ける。そのため、タッピング時の振動や衝撃に耐えるために、容器の強度を増大せざるを得ず、容器のコストが増大してしまう。また、金属粉末が充填された容器を上下動させる装置や動力などを要するため、これらの設備や装置の分、製造コストが増大したり、装置の全体として大型化したりしてしまう。そして、手作業による圧密では、容器に充填された粉末に対して均一に圧力を掛けにくく、その結果、粉末に対して局所的に圧力が掛かって粉末の粒状（塊状）化が生じてしまう可能性がある。また、手作業で粉末を押圧する際に、粉塵が発生してしまう可能性があり、作業環境の安全や衛生などの点で、改良の余地があった。

本発明は、上述した技術的課題に着目してなされたものであり、簡易な構成で粉末に対して適切な圧力を掛けて粉末の粒状（塊状）化を防止もしくは抑制しつつ、圧密することのできる粉末圧密装置を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、粉末を押圧して圧密する装置および機構を鋭意研究し、上述した技術的課題を解決可能である構成を見出し、本発明を完成した。

（１）本発明は、粉末が供給されるシリンダと、前記シリンダ内に供給された前記粉末を前記シリンダの軸線方向で前記シリンダの一方の端部側から他方の端部側に向かって連続的に押し込む押し込み手段と、前記他方の端部を開閉するように構成されており、前記押し込み手段によって前記一方の端部側から前記他方の端部側に向かって押し込められた前記粉末によって押し開けられる開閉手段とを備え、前記押し込み手段と前記開閉手段との間で前記粉末が受ける圧力によって前記粉末同士の間の隙間を低減して前記粉末の嵩密度を高くするように構成された粉末圧密装置であって、前記開閉手段は、前記他方の端部を閉じるフタ部を有し、前記フタ部は、前記フタ部に一体に形成されていて前記フタ部によって前記他方の端部を閉じた状態で前記シリンダの内部に配置される凸部を有しており、前記凸部は、前記凸部の外周面が前記シリンダの半径方向で外側に向かって凸曲面となるように滑らかに湾曲しかつ前記軸線方向で前記他方の端部側から前記一方の端部側に向かって前記凸部の外径が次第に減少する円錐台状に構成されていることを特徴とするものである。

（２）前記開閉手段は、前記軸線方向で前記フタ部を挟んで前記シリンダとは反対側に配置されていて前記フタ部との間の距離を変更可能に前記フタ部に設けられた錘と、前記フタ部が回動可能に連結される固定部とを更に有しており、前記固定部は、前記軸線方向で前記フタ部を挟んで前記錘とは反対側に位置しており、前記固定部と前記フタ部との連結部分を支点とし、前記フタ部を作用点とし、前記錘を力点としたてこ作用を生じて前記フタ部によって前記他方の端部を閉じ、かつ、前記フタ部に対して前記錘を接近もしくは離隔させて前記距離を変更することによって前記圧力を増減するように構成されていることを特徴とする上記（１）に記載の粉末圧密装置である。

（３）前記軸線方向で前記凸部における前記シリンダとは反対側に、前記他方の端部の外径よりも大きい外径に形成された基部が一体に設けられており、前記基部に、前記シリンダとは反対側に延びる軸部が設けられており、前記錘は、前記軸部に沿って移動可能に構成されており、前記軸部における前記錘の位置は、前記軸部に係合する係合手段によって位置決めされることを特徴とする上記（２）に記載の粉末圧密装置である。

（４）前記フタ部によって前記他方の端部を閉じた状態での垂直方向における前記フタ部の位置を調整する位置調整機構を更に備え、前記フタ部に前記位置調整機構を介して第１ステーの一端部が連結されており、前記第１ステーの他端部に、前記第１ステーに直交するように第２ステーの一端部が連結されており、前記シリンダの外周面のうち、前記垂直方向で上側の外周面に、前記垂直方向で上側に延びる第３ステーが一体に設けられており、前記第３ステーの先端部に前記第２ステーの他端部が回動可能に連結されていることを特徴とする上記（３）に記載の粉末圧密装置である。

（５）前記位置調整機構は、ボルトと、前記ボルトに係合するナットと、前記第１ステーにおける一端部側に形成されていて前記第１ステーの長さ方向に延びると共に前記第１ステーの板厚方向に貫通しかつ前記第１ステーの長さ方向に移動可能に前記ボルトが挿入される長孔とを有しており、前記軸線方向で前記基部と前記軸部との間であって、前記基部に一体にジョイントが設けられており、前記ジョイントに、前記軸部が取り付けられると共に、前記ボルトが挿入されるボルト孔が形成されており、前記長孔と前記ボルト孔とを重ね合わせた状態で前記長孔と前記ボルト孔とに挿入された前記ボルトと、前記ナットとによって前記第３ステーに前記フタ部が固定されることを特徴とする上記（４）に記載の粉末圧密装置である。

（６）前記押し込み手段は、スクリューコンベアであることを特徴とする上記（１）ないし（５）のいずれか一項に記載の粉末圧密装置である。

（７）前記シリンダの内周面と前記凸部の表面とのうち、少なくとも一方の表面における表面粗さは、少なくとも算術平均粗さＲａで３．２μｍ以上であってかつ６．３μｍ以下であることを特徴とする上記（１）ないし（６）のいずれか一項に記載の粉末圧密装置である。

本発明によれば、フタ部の凸部は円錐台状に形成されているので、その先端部あるいは先端面において、粉末に過大な圧力が掛かることを防止もしくは抑制できる。その結果、圧密の過程で粉末に過剰な圧力が作用して粉末が粒状（塊状）化することを防止もしくは抑制しつつ、適切に圧密した粉末を連続的に生産できる。これにより、製品の歩留まりを向上でき、製造工数や製造コストを低減できる。また、タッピングを行うことがないので、容器の強度を低く抑えることができ、容器に掛かるコストを低減できる。さらに、作業者の手作業によって粉末を圧密することがないため、粉末の飛散を防止もしくは抑制でき、作業環境を安全かつ衛生にすることができる。

本発明の実施形態に係る粉末圧密装置の一例を示す図である。 シリンダの一例を示す図である。 図２のＡ矢視図である。 フタ部の一例を示す図である。 本発明の粉末圧密装置におけるフタ部が開いている状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る粉末圧密装置の他の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内において、適宜変更できる。

本発明の実施形態に係る粉末圧密装置の一例を図１に示してある。図１に示す粉末圧密装置１は粉末に圧力を掛けて粉末同士の間の隙間を低減することにより、粉末の嵩密度を増大する装置である。上記の粉末としては、例えば、展性がある程度高く、融点がある程度低い粉末状のセレンを挙げることができる。粉末圧密装置１は、図１に示すように、粉末を一時的に貯留するホッパー２を備えている。ホッパー２の底部はロート状あるいはコニカル状に構成されており、これにより粉末圧密装置１の上下方向もしくは垂直方向でホッパー２の下側に配置されたシリンダ３に粉末を投入しやすくなっている。

ホッパー２の内周面は平滑に形成されている。これは、シリンダ３に粉末をスムーズに供給するためであり、またこれによりホッパー２の内周面に粉末が引っかかって滞留することを防止もしくは抑制できる。ホッパー２の内周面の表面粗さは、少なくとも算術平均粗さＲａで３．２μｍ以上であってかつ６．３μｍ以下であることが好ましい。つまり、ホッパー２の内周面の表面粗さはいわゆる並仕上げ以上であることが好ましい。なお、ホッパー２の排出口、あるいは、シリンダ３における粉末の供給口（それぞれ図示せず。）に、図示しないバルブを設けてシリンダ３に対する粉末の供給量を調整できるように構成されていてもよい。

シリンダ３は粉末圧密装置１の左右方向もしくは水平方向に延びるように配置されている。シリンダ３の形状は、ここに示す例では、シリンダ３の軸線方向で一方の端部側と他方の端部側とで互いに異なっている。図２はシリンダ３の一例を示す図であり、図２に示すように、シリンダ３の一方の端部側の部分（以下、前端部と記す。）３Ａは水平面に対して平行な天板部４と、上下方向で天板部４の下側に突出する半円筒状の樋部５とを有している。天板部４の下側にボルトやナット、あるいは、リベット、溶接などの従来知られた固定手段によって樋部５が一体に取り付けられている。一方、シリンダ３の他方の端部側の部分（以下、後端部と記す。）３Ｂは全体として円筒状に形成されており、その外径は前端部３Ａの外径よりも小さい。また、後端部３Ｂの曲率半径は樋部５における半円筒状の部分の曲面半径より小さく設定されており、かつ、それらの中心がわずかに互いにずれて配置されている。軸線方向でシリンダ３の他方の端部側からシリンダ３を見た場合には、図３に示すように、シリンダ３の半径方向で前端部３Ａの内側に後端部３Ｂが重なって見える。

前端部３Ａと後端部Ｂとのそれぞれは、図２に示すように、別体品として構成されている。前端部３Ａと後端部３Ｂとのそれぞれにおける連結部分にフランジが設けられており、それらのフランジ同士を互いに接触させた状態でフランジ同士をボルトやナット、あるいは、リベット、溶接などの従来知られた固定手段（図示せず）によって互いに連結されている。

シリンダ３の内周面は平滑に形成されている。これは、本発明の実施形態では、シリンダ３内に連続的に粉末を供給して圧密するので、シリンダ３の内周面に粉末が引っかかって滞留すると、その粉末が滞留している部分で粉末に掛かる圧力が大きくなり、粒状（塊状）化する可能性があるのでこれを避けるためである。そのシリンダ３の内周面の表面粗さは、上述したホッパー２と同様に、少なくとも算術平均粗さＲａで３．２μｍ以上であってかつ６．３μｍ以下であることが好ましい。つまり、シリンダ３の内周面の表面粗さはいわゆる並仕上げ以上であることが好ましい。

上下方向でホッパー２の下側に、本発明の実施形態における押し込み手段に相当するスクリューコンベア６が設けられている。スクリューコンベア６は従来知られたスクリューコンベアと同様の構成のものであって、トルクを受けて回転することによって予め定めた方向、ここに示す例では、シリンダ３の一方の端部側から他方の端部側に粉末を搬送するスクリュー部７と、スクリュー部７にトルク伝達可能に連結された動力源８とを有している。なお、スクリュー部７と動力源８との間に、それらスクリュー部７と動力源８とをトルク伝達可能に連結し、また、その連結を解く図示しないクラッチを設けてもよい。そのクラッチは摩擦クラッチや電磁クラッチ、パウダークラッチなど従来知られたクラッチであってよい。また、クラッチに替えて、予め定めたトルク以上のトルクが掛かった場合に、上記の連結を解くトルクリミッタを設けてもよい。動力源８は従来知られたモーターや、変速機が一体に設けられたいわゆるギヤードモーター、サイクロ減速機（登録商標）であってよい。

スクリュー部７は動力源８に連結されたスクリュー軸にらせん状のスクリュー羽根を一体に形成したものであり、シリンダ３の一方の端部側から中央部分にまで延びている。具体的には、シリンダ３における前端部３Ａの中央部分にまで延びている。スクリュー部７の先端部７Ａとシリンダ３の他方の端部を開閉するフタ部９との間の空間部分は、粉末が圧力を受けて粉末同士の間の隙間が低減される圧力室１０となっている。スクリュー部７によってシリンダ３の一方の端部側から他方の端部側に向かって粉末が押し込められ、また、シリンダ３の他方の端部はフタ部９によって閉じられるので、圧力室１０に粉末が充分に詰まった状態になると、粉末はそれらの間で圧力を受け、粉末同士の間の隙間が低減される。なお、粉末はシリンダ３の一方の端部側から他方の端部側に向かって次第に詰まっていくため、圧力室１０のうち、特に、フタ部９側の部分つまり上述した後端部３Ｂにおいて、粉末が最も詰まった状態になる。そのため、圧力室１０のうち、フタ部９側の後端部３Ｂにおいて特に、粉末が圧密される。

図４は、フタ部９の一例を示す図である。図４に示すフタ部９は当該フタ部９によってシリンダ３の他方の端部を閉じた状態でシリンダ３の外部に位置する基部１１と、シリンダ３における後端部３Ｂの内側に配置される凸部１２とを有している。基部１１はここに示す例では円板状もしくは円筒状に形成されており、基部１１の外径はシリンダ３の他方の端部の外径以上に構成されている。したがって、フタ部９によってシリンダ３の他方の端部を閉じると、基部１１とシリンダ３の他方の端部とが互いに接触し、それらの間から粉末が漏れ出ることを防止もしくは抑制できる。また、基部１１によってシリンダ３の内部にフタ部９の全体が入り込むことを防止もしくは抑制でき、したがって、基部１１はいわゆるストッパーとしても機能する。

軸線方向で基部１１の両面のうち、シリンダ３側の一方の面に凸部１２が一体に設けられている。凸部１２は、図１や図４に示すように、軸線方向でシリンダ３の内側に突出した円錐台状を成している。つまり、本発明の実施形態に係る粉末圧密装置１では、凸部１２の先端部１２Ａはシリンダ３の他方の端部側に引っ込んでいる。これは、凸部１２の先端部１２Ａが例えば尖塔状を成していると、その先端部に対して粉末が押し付けられてその先端部での圧力が過大となり、粉末が粒状（塊状）化する可能性があるので、これを避けるためである。また、そのような先端部の分、シリンダ３の内部に凸部１２を配置した場合における圧力室１０の内容積の減少を抑制するためである。図１や図４に示す凸部１２の先端部１２Ａの面積はその先端部１２Ａで粉末の粒状（塊状）化が生じにくい面積に設定されており、これは実験により求めることができる。

また、凸部１２の外周面は、図１や図４に示す例では、シリンダ３の半径方向で外側に向かって突出するように滑らかに湾曲した凸曲面を成しており、その凸部１２の外径はシリンダ３の他方の端部から一方の端部側に向かって次第に滑らかに減少している。凸部１２における基部１１側の根本部分の外径はシリンダ３の後端部３Ｂの内径とほぼ同じ、あるいは、後端部３Ｂの内径よりも僅かに小さく設定されている。したがって、シリンダ３の後端部３Ｂの内側に隙間なく、あるいは、わずかな隙間を開けて凸部１２が嵌り合うようになっている。

基部１１の両面のうち、シリンダ３とは反対側の他方の面につまり裏面に、ジョイント１３が一体に取り付けられている。ジョイント１３を介して基部１１に、本発明の実施形態における軸部に相当するボルト１４が取り付けられている。ボルト１４はフタ部９によってシリンダ３の他方の端部を閉じている状態で、シリンダ３の軸線方向とほぼ平行な方向に延びている。そのボルト１４にボルト１４の軸線方向に移動可能に、つまり、フタ部９との間の距離を変更可能に錘１５が取り付けられている。錘１５は円板状に構成されており、その中央部分に板厚方向に貫通する図示しない孔が形成されている。その孔にボルト１４が挿入されるようになっている。ボルト１４の軸線方向で錘１５の前後に、本発明の実施形態における係合手段に相当し、ボルト１４に係合するナット１６がそれぞれ設けられている。そのため、ボルト１４の軸線方向におけるナット１６の位置を変更することによってボルト１４の軸線方向における錘１５の位置を変更でき、また、ボルト１４の軸線方向における錘１５の位置を固定できる。さらに、ボルト１４に取り付ける錘１５の数すなわち質量は適宜変更でき、ボルト１４に取り付ける錘１５の位置や数を変更することによって、シリンダ３の他方の端部にフタ部９を押し付ける荷重を変更できる。また、ジョイント１３に、ボルト１４に対して直交する方向に、ジョイント１３を貫通する孔１７が形成されている。その孔１７に位置調整機構のボルトが挿入される。なお、孔１７が本発明の実施形態におけるボルト孔に相当している。

フタ部９によってシリンダ３の他方の端部を閉じている状態で、粉末圧密装置１の上下方向（図１での上下方向）に延びるように、ジョイント１３に第１ステー１８が一体に取り付けられている。第１ステー１８は一例として角筒状に形成されており、その第１ステー１８の一端部の内側にジョイント１３が嵌り合うようになっている。なお、図４に示す例では、ジョイント１３と第１ステー１８とを離隔して記載してある。その第１ステー１８に、当該第１ステー１８の長さ方向に延びかつ互い対向する一対の長孔１９が形成されている。それらの長孔１９とジョイント１３に形成された孔１７とは、第１ステー１８の一端部の内側にジョイント１３を嵌合させた状態で互いに重なり合うように構成されている。したがって、それらの長孔１９と孔１７とを互いに一致させた状態で、それらの長孔１９と孔１７とに位置調整機構のボルト２０が挿入される。ボルト２０の長さは第１ステー１８の幅以上の長さに設定されており、そのため、長孔１９と孔１７とにボルト２０を挿入すると、第１ステー１８におけるボルト２０を挿入した側とは反対側にボルト２０の先端部が突出する。その第１ステー１８から突出したボルト２０の先端部にナット２１を係合することによって、第１ステー１８にジョイント１３を固定するようになっている。つまり、上述したボルト２０とナット２１とによって、粉末圧密装置１の上下方向におけるフタ部９の位置を位置決めするようになっている。したがって、上述したジョイント１３の孔１７、第１ステー１８の長孔１９、ボルト２０、ナット２１などが、本発明の実施形態における位置調整機構に相当している。

また、図１に示すように、第１ステー１８の他端部にシリンダ３の軸線方向に延びる第２ステー２２の一端部が互いにほぼ直交するように一体に連結されている。つまり、第１ステー１８と第２ステー２２とによって構成されるＬ字型のステーがジョイント１３を介して基部１１の裏面に一体に取り付けられている。なお、ここに示す例では、互いに別体品である第１ステー１８と第２ステー２２とを互いに連結してＬ字型のステーを構成しているが、これに替えて、一体品のＬ字型のステーを基部１１の裏面に一体に取り付けてもよい。

シリンダ３の天板部４に上下方向に延びる第３ステー２３が一体に取り付けられている。第３ステー２３の先端部に第２ステー２２の他端部が回動可能あるいは揺動可能に連結されている。そのため、図１に示す粉末圧密装置１では、錘１５を力点、第２ステー２２と第３ステー２３との連結部分を支点、フタ部９を作用点とした第２種のてこ作用が生じる。以下の説明では、第２ステー２２と第３ステー２３との連結部分を支点２４と記す。なお、上述したフタ部９、ボルト１４、ナット１６、錘１５、各ステー１８，２２，２３などが、本発明の実施形態における開閉手段に相当している。

次に、上述した構成の粉末圧密装置１の作用について説明する。ホッパー２を介してシリンダ３の内部に粉末を供給する。動力源８から伝達されたトルクを受けてスクリュー部７が回転すると、スクリュー部７の回転に伴ってシリンダ３の一方の端部側から他方の端部側に向かって連続的に粉末が搬送され、また、圧力室１０に押し込められる。圧力室１０に粉末が充分に詰まっていない状態では、フタ部９は他方の端部を閉じている。図１に示す例では、錘１５の質量に応じた荷重は第２種のてこ作用によって増大され、その第２種のてこ作用により増大された荷重によってシリンダ３の他方の端部にフタ部９が押し付けられている。なお、フタ部９に対して錘１５を接近させ、あるいは、離隔させてそれらの間の距離を変更することによってシリンダ３の他方の端部にフタ部９を押し付ける荷重を変更できる。

スクリュー部７による粉末の搬送あるいは押し込みは継続されているので、圧力室１０に粉末が次第に充填され、また、圧力室１０内に充填された粉末に掛かる圧力が次第に上昇して圧密が生じる。粉末はシリンダ３の一方の端部側から他方の端部側に向かって次第に詰まっていくため、圧力室１０のうち、特に、フタ部９側の後端部３Ｂにおいて、粉末が最も詰まった状態になる。そのため、圧力室１０のうち、後端部３Ｂにおいて特に、粉末が圧密される。その後端部３Ｂは円筒状を成しているので、粉末に対して均等に圧力が掛かり、後端部３Ｂの全体で均一に圧密が生じる。

また、本発明の実施形態では、フタ部９における凸部１２は円錐台状に形成されていて、その先端部１２Ａの面積は、先端部１２Ａが上述したように尖塔状である場合と比較して広い。また例えば、先端部１２Ａの面積は特許文献１に記載された半球状の凸部の先端部より広い。そのため、凸部１２の先端部１２Ａに粉末が押し付けられるとしても、粉末に過大な圧力が掛かることを防止もしくは抑制できる。

また、圧力室１０内に充填された粉末によってフタ部９の凸部１２が押圧される。粉末によって凸部１２を押圧する荷重がシリンダ３の他方の端部にフタ部９を押し付ける荷重よりも小さい場合には、フタ部９によって他方の端部は閉じた状態に維持される。凸部１２を押圧する荷重がシリンダ３の他方の端部にフタ部９を押し付ける荷重よりも大きくなると、フタ部９が押し開けられ、圧密されることによって嵩密度が増大した粉末がシリンダ３から排出される。図５は、その状態を示している。またフタ部９が開くことによって、圧力室１０におけるそれ以上の圧力の上昇が抑制される。

なお、粉末によって凸部１２を押圧する荷重がシリンダ３の他方の端部にフタ部９を押し付ける荷重と等しい場合、圧力室１０での圧力は本発明の実施形態に係る粉末圧密装置１で設定した圧力とほぼ等しくなる。その設定圧力は、一例として圧密の対象としている粉末の粒状（塊状）化を防止もしくは抑制しつつ、圧密することのできる圧力として粉末圧密装置１に設定される圧力あるいは目標とする圧力のことであり、その圧力は粉末の種類や粉末のサイズ、硬度などの物性、粉末の水分量、粉末を所定の容器に充填するために要求される嵩密度などによって決めることができる。また、この設定圧力は、粉末の粒状（塊状）化を防止もしくは抑制しつつ、圧密することのできる圧力として実験などにより求めることができる。本発明の実施形態に係る粉末圧密装置１では、上述した設定圧力はスクリューコンベア６のトルク、錘１５の質量、フタ部９と錘１５との間の距離などを調整することによって所望の値に設定できる。

スクリューコンベア６は連続して駆動されているので、上記のようにして粒状（塊状）化を防止もしくは抑制しつつ、適度に圧密されて嵩密度が増大した粉末を連続的に生産できる。そして、シリンダ３の他方の端部の下側には、粒状（塊状）化した粉末を除去するふるいと、容器（それぞれ図示せず。）とがそれぞれ載置されており、容器に対してふるいを通過した粉末が充填される。

このように、本発明の実施形態に係る粉末圧密装置１では、粉末の粒状（塊状）化を防止もしくは抑制しつつ、適度に圧密されて嵩密度が増大した粉末を連続的に生産できる。これにより、製品の歩留まりを向上でき、製造工数や製造コストを低減できる。また、容器には、嵩密度の増大された粉末が充填されるため、容器を上下方向に振動して嵩密度を増大するタッピングを行うことがない。そのため、容器の強度を低く抑えることができ、容器に掛かるコストを低減できる。また、作業者の手作業によって粉末を圧密することがないため、手作業による粉末の飛散を抑制でき、作業環境を安全かつ衛生にすることができる。さらに、本発明の実施形態に係る粉末圧密装置１では、支点２４を中心としてフタ部９を回動させることによって上下方向でシリンダ３の上側にフタ部９や錘１５などを配置することができる。こうすることにより、他方の端部を大きく開口することができ、例えば、シリンダ３の内部に残留した粉末を排出する作業や、シリンダ３のメンテナンスなどを容易に行うことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されない。図６は、本発明の実施形態に係る粉末圧密装置１の他の例を示す図である。図６に示す例は、第１種のてこ作用を生じてシリンダ３の他方の端部にフタ部９を押し付けて閉じるように構成した例である。すなわち、ボルト１４に上下方向に延びる第１ステー１８が一体に連結されており、その第１ステー１８の先端部と粉末圧密装置１の図示しないフレームや壁などの固定部とが回動可能に連結されている。他の構成は図１ないし図３に示す構成と同様であるため、図１ないし図３に示す構成と同様の部分には図１ないし図３と同様の符号を付してその説明を省略する。

図６に示す構成の粉末圧密装置１では、錘１５の質量に応じた荷重は第１種のてこ作用によって増大され、その第１種のてこ作用により増大された荷重によってシリンダ３の他方の端部にフタ部９が押し付けられて当該他方の端部が閉じられる。また、錘１５の位置はボルト１４に沿って変更できるため、ボルト１４上における錘１５の位置を変更し、あるいは、錘１５の数を増減することによってシリンダ３の他方の端部にフタ部９を押し付ける荷重を変更することができる。これにより、圧力室１０での上述した圧力を適切に設定できる。また、凸部１２は円錐台状に形成されており、上述した実施形態と同様に、凸部１２の先端部１２Ａで粉末に作用する圧力の増大が抑制されている。したがって、図６に示す構成の粉末圧密装置１であっても、上述した実施形態とほぼ同様の作用・効果を得ることができる。本発明は、要は、粉末に対して局所的に圧力が増大する部分あるいは箇所が少なくなるように構成されていればよい。また、てこ作用によって粉末の排出口であるシリンダ３の他方の端部にフタ部９を押し付けると共に、フタ部９に対する錘１５の位置を変更することによって、粉末の排出口であるシリンダ３の他方の端部にフタ部９を押し付ける荷重を変更できるよう構成されていればよい。

（実施例）
ここで、上述した図１に示す構成の粉末圧密装置１の作用についてより具体的に説明する。粉末として嵩密度が０．９ｋｇ／ｍ^３であるセレンの粉末を１２０ｋｇ用意し、これを上述した構成の粉末圧密装置１に供給し、シリンダ３から排出された粉末を２０Ｌの容器に２０ｋｇ充填するように、連続的に圧密操作を行った。上記のセレン粉末は暗灰色であって、その純度は９９．９％であった。また、シリンダ３における後端部３Ｂの外径を１７０ｍｍ、肉厚を５ｍｍに設定し、その内周面の表面粗さを少なくとも算術平均粗さＲａで３．２μｍ以上であってかつ６．３μｍ以下に設定した。フタ部９の基部１１を軸線方向に測った高さを５０ｍｍである円筒状に形成した。さらに、軸線方向に測ったフタ部９の凸部１２の高さ、すなわち、基部１１からの凸部１２の突出高さを６０ｍｍに設定した。その基部１１の裏面のジョイント１３に直径２５ｍｍ、長さ３００ｍｍのボルト１４を固定した。そのボルト１４におけるジョイント１３から２９０ｍｍの部分に、錘１５を４つ、ナット１６によって固定した。各錘１５の質量は４ｋｇであり、したがって、合計１６ｋｇの錘１５をボルト１４に取り付けた。ジョイント１３と第１ステー１８との連結部分と、第１ステー１８と第２ステー２２との連結部分との間の長さを１７０ｍｍに設定し、第１ステー１８と第２ステー２２との連結部分と、支点２４との間の長さを１４０ｍｍに設定し、天板部４から支点２４までの長さを５０ｍｍに設定した。また、目開きあるいは目開き寸法が３ｍｍのふるいを使用した。

（比較例１）
凸部１２の形状を基部１１からの突出高さが６０ｍｍである円柱状とした以外は、実施例と同様に粉末圧密装置１を構成して圧密操作を行った。

（比較例２）
凸部１２の形状を半球状とした以外は、実施例と同様に粉末圧密装置１を構成して圧密操作を行った。

（比較例３）
第２ステー２２と第３ステー２３とを回動可能に連結することに替えて、それらの第２ステー２３と第３ステー２４とが相対回転しないように一体に連結した。そして、少なくとも圧密操作の開始時においては、フタ部９によってシリンダ３の他方の端部を閉じた状態に維持し、シリンダ３の内部に当該シリンダ３の内容積に対してほぼ１．２倍の体積の粉末を供給した時点で、上述した第２ステー２２と第３ステー２３との連結を解いてシリンダ３の他方の端部からフタ部９を離隔させて圧密した粉末をシリンダ３から排出した。これを複数回、繰り返し行った。

（評価）
実施例および比較例１ならびに比較例２において、シリンダ３の他方の端部にフタ部９を押し付ける荷重よりも粉末によってフタ部９の凸部１２を押圧する荷重が大きくなると、シリンダ３の他方の端部からフタ部９が離隔して粉末が排出された。実施例では、シリンダ３の他方の端部とフタ部９との成す角度、つまりフタ部９の開き角度はシリンダ３の他方の端部からフタ部９の基部１１が離隔して以降、ほぼ４０°となり、その状態で圧密された粉末が連続的に排出された。そのシリンダ３から排出された粉末をふるいに掛けて粒状（塊状）化した粉末を除去してから容器に充填した。また、実施例で得られた粉末の嵩密度は１．１５ｋｇ／ｍ^３であり、２０Ｌの容器に余裕をもって充填することができた。さらに、ふるいによって除去した粒状（塊状）化したセレンの粉末の量は、０．５ｇ以上であってかつ０．７５ｇ以下であり、全体として粉末の粒状（塊状）化を抑制することができた。なお、フタ部９の開き角度は、シリンダ３の他方の端部にフタ部９の基部１１は接触して閉じた状態が０°となっている。

これに対して、比較例１では、シリンダ３の他方の端部から粉末が排出されるときにおけるフタ部９の開き角度は、ほぼ２０°であった。また、比較例１で得られた粉末の嵩密度は０．９ｋｇ／ｍ^３であり、ふるい上に粒状（塊状）化したセレンの粉末は見当たらなかった。比較例１において嵩密度の増大が生じなかった理由は直ちには明らかでないが、実施例では、凸部１２は円錐台状を成しているため、フタ部９が開いた状態で、凸部１２の外周面のうち、上下方向で上方を向く外周面に粉末が載置され、そのような粉末は凸部１２から落下しにくいため、実質的にフタとして機能したものと推定される。その結果、実施例では、比較例１と比較して圧力室１０での圧力が上昇して粉末の圧密が進行したものと推定される。また、実施例では、凸部１２の外周面のうち、上下方向で上方を向く外周面を粉末が押圧するため、その部分でフタ部９を回動させる分力が生じて開き角度が大きくなったものと推定される。これに対して、比較例１では、凸部１２は円柱状に形成されているので、フタ部９が開いた状態では、実施例のように粉末が載置されるような上下方向で上方を向く面はほぼない。そのため、凸部１２に沿って粉末が速やかに落下して排出されてしまい、実施例のような圧力室１０での圧力上昇はほぼなく、粉末を圧密できなかったものと推定される。また、同様の理由で、比較例１では、実施例のような分力はフタ部９に生じなく、したがって、実施例と比較して開き角度が小さくなったものと推定される。

比較例２では、フタ部９の開き角度や嵩密度は実施例とほぼ同じ開き角度や嵩密度になり、その状態で圧密された粉末が連続的に排出された。しかしながら、ふるい上に粒状（塊状）化したセレンの粉末が発見された。これは、比較例２の凸部１２は半球状を成しているので、実施例と比較して、その凸部１２の先端部の面積が狭く、その先端部において、粉末に過大な圧力が掛かったためであると推定される。

比較例３では、粉末圧密装置１から回収した粉末の嵩密度はほぼ１．１ｋｇ／ｍ^３であり、実施例で得られた粉末の嵩密度とほぼ同じになった。しかしながら、ふるい上に粒状（塊状）化したセレンの粉末が発見された。その量は、圧密操作前の粉末２０ｋｇに対してほぼ１００ｇであった。また、圧密操作前の粉末１００ｋｇに対して圧密操作を行った時点で、シリンダ３の他方の端部の温度が室温に対してほぼ２０℃上昇した。これは、比較例２では、粉末を連続的に供給しまた排出しないので、粉末を加圧することによって生じた熱がシリンダ３の内部にこもったためであると推定される。こうしてシリンダ３の内部にこもった熱と圧力とによって粉末の粒状（塊状）化が生じたものと推定される。

１ 粉末圧密装置
３ シリンダ
６ スクリューコンベア（押し込み手段）
７ スクリュー部（押し込み手段）
８ 動力源（押し込み手段）
９ フタ部（開閉手段）
１１ 基部（開閉手段）
１２ 凸部（開閉手段）
１５ 錘（開閉手段）
１６ ナット（開閉手段）
１８ 第１ステー（開閉手段）
２２ 第２ステー（開閉手段）
２３ 第３ステー（開閉手段）
２４ 支点（開閉手段）

Claims (7)

1. 粉末が供給されるシリンダと、
   前記シリンダ内に供給された前記粉末を前記シリンダの軸線方向で前記シリンダの一方の端部側から他方の端部側に向かって連続的に押し込む押し込み手段と、
   前記他方の端部を開閉するように構成されており、前記押し込み手段によって前記一方の端部側から前記他方の端部側に向かって押し込められた前記粉末によって押し開けられる開閉手段とを備え、
   前記押し込み手段と前記開閉手段との間で前記粉末が受ける圧力によって前記粉末同士の間の隙間を低減して前記粉末の嵩密度を高くするように構成された粉末圧密装置であって、
   前記開閉手段は、前記他方の端部を閉じるフタ部を有し、
   前記フタ部は、前記フタ部に一体に形成されていて前記フタ部によって前記他方の端部を閉じた状態で前記シリンダの内部に配置される凸部を有しており、
   前記凸部は、前記凸部の外周面が前記シリンダの半径方向で外側に向かって凸曲面となるように滑らかに湾曲しかつ前記軸線方向で前記他方の端部側から前記一方の端部側に向かって前記凸部の外径が次第に減少する円錐台状に構成されている
   ことを特徴とする粉末圧密装置。
2. 請求項１に記載の粉末圧密装置において、
   前記開閉手段は、前記軸線方向で前記フタ部を挟んで前記シリンダとは反対側に配置されていて前記フタ部との間の距離を変更可能に前記フタ部に設けられた錘と、前記フタ部が回動可能に連結される固定部とを更に有しており、
   前記固定部は、前記軸線方向で前記フタ部を挟んで前記錘とは反対側に位置しており、
   前記固定部と前記フタ部との連結部分を支点とし、前記フタ部を作用点とし、前記錘を力点としたてこ作用を生じて前記フタ部によって前記他方の端部を閉じ、かつ、
   前記フタ部に対して前記錘を接近もしくは離隔させて前記距離を変更することによって前記圧力を増減するように構成されている
   ことを特徴とする粉末圧密装置。
3. 請求項２に記載の粉末圧密装置において、
   前記軸線方向で前記凸部における前記シリンダとは反対側に、前記他方の端部の外径よりも大きい外径に形成された基部が一体に設けられており、
   前記基部に、前記シリンダとは反対側に延びる軸部が設けられており、
   前記錘は、前記軸部に沿って移動可能に構成されており、
   前記軸部における前記錘の位置は、前記軸部に係合する係合手段によって位置決めされる
   ことを特徴とする粉末圧密装置。
4. 請求項３に記載の粉末圧密装置において、
   前記フタ部によって前記他方の端部を閉じた状態での垂直方向における前記フタ部の位置を調整する位置調整機構を更に備え、
   前記フタ部に前記位置調整機構を介して第１ステーの一端部が連結されており、
   前記第１ステーの他端部に、前記第１ステーに直交するように第２ステーの一端部が連結されており、
   前記シリンダの外周面のうち、前記垂直方向で上側の外周面に、前記垂直方向で上側に延びる第３ステーが一体に設けられており、
   前記第３ステーの先端部に前記第２ステーの他端部が回動可能に連結されている
   ことを特徴とする粉末圧密装置。
5. 請求項４に記載の粉末圧密装置において、
   前記位置調整機構は、ボルトと、前記ボルトに係合するナットと、前記第１ステーにおける一端部側に形成されていて前記第１ステーの長さ方向に延びると共に前記第１ステーの板厚方向に貫通しかつ前記第１ステーの長さ方向に移動可能に前記ボルトが挿入される長孔とを有しており、
   前記軸線方向で前記基部と前記軸部との間であって、前記基部に一体にジョイントが設けられており、
   前記ジョイントに、前記軸部が取り付けられると共に、前記ボルトが挿入されるボルト孔が形成されており、
   前記長孔と前記ボルト孔とを重ね合わせた状態で前記長孔と前記ボルト孔とに挿入された前記ボルトと、前記ナットとによって前記第３ステーに前記フタ部が固定される
   ことを特徴とする粉末圧密装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の粉末圧密装置において、
   前記押し込み手段は、スクリューコンベアである
   ことを特徴とする粉末圧密装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の粉末圧密装置において、
   前記シリンダの内周面と前記凸部の表面とのうち、少なくとも一方の表面における表面粗さは、少なくとも算術平均粗さＲａで３．２μｍ以上であってかつ６．３μｍ以下である
   ことを特徴とする粉末圧密装置。

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