JP2950901B2 - 粉末の圧縮成形特性を評価するための粉末圧縮成形方法および装置 - Google Patents

粉末の圧縮成形特性を評価するための粉末圧縮成形方法および装置

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    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、粉末圧縮成形特性を評価するための粉末圧
縮成形方法および装置に関し、特に粉末薬剤、粉末食
品、粉末セラミックス、粉末金属などを圧縮成形する際
に粉末の圧縮成形特性を予め評価するための粉末圧縮成
形方法および装置に関する。
〔従来の技術とその欠点〕
従来、粉末の圧縮成形特性を評価する方法の一つとし
て、一定量の粉末を一定圧縮力で成形した成形品を臼か
ら取出し、その破壊強度、硬度等を測定する方法が知ら
れている。
この場合、粉末に適した圧縮力が判らないまま設定圧
縮力で成形されるため、圧縮力が大きすぎたり、小さす
ぎることがある。圧縮力が大きすぎると、例えば錠剤の
場合には、崩壊性や薬剤の溶出性の悪化が生じる。ま
た、小さすぎると、錠剤の硬度が充分でなくなる。従っ
て、適切でない圧縮力で圧縮成形した成形品の破壊強
度、硬度等の圧縮成形特性評価等を測定または演算して
求めても、粉末の圧縮成形特性を評価するには役立たな
い。
更に、成形品の破壊強度、硬度等が成形品の微視的な
クラックによって影響を受けるので、加圧放出(圧縮成
形後、成形品を加圧した状態で臼から取り出すこと)を
行って、微視的なクラックの発生を防ぐことが知られて
いる。この場合、放出時にバネを用いて加圧されるの
で、加圧力を任意に変えることが困難であり、それぞれ
の粉末に適した加圧力を加え、この加圧力を確認するこ
とができない。
〔発明の目的〕
そこで、本発明は、粉末圧縮成形特性の正確な評価を
可能にする、粉末圧縮成形特性を評価するための粉末圧
縮成形方法および装置を提供することを目的とするもの
である。
〔課題を解決するための手段〕
この目的は、粉末圧縮成形特性を評価するための粉末
圧縮成形方法にあっては、臼に充填される成形用粉末の
真比重および重量から、粉末圧縮成形品の所望の空隙率
に対応する、上杵先端部と下杵先端部間の距離を求め、
この距離に達するまで、上杵を下降させて臼中の粉末を
圧縮成形し、そのときの粉末圧縮力を測定することによ
って達成される。
この場合、圧縮成形後、下杵の所定の押上げ力を加
え、上杵加圧シリンダを上昇させることにより、粉末圧
縮成形品に所定の圧縮力を加えながら、粉末圧縮成形品
を臼の外に放出することが望ましい。
更に、上記目的は、粉末圧縮成形特性を評価するため
の粉末圧縮成形装置においては、臼と、この臼の成形室
内に滑動可能に挿入された上杵と、臼の成形室に滑動可
能に挿入され、下方への移動が制限されている下杵と、
上杵を押下げるための加圧シリンダと、上杵の変位を測
定するための変位計と、上杵加圧シリンダの押下げ力を
測定するための測定器と、下杵を押上げるための放出シ
リンダと、この放出シリンダの押上げ力を測定するため
の測定器とを備えていることによって達成される。
〔実施例〕
次に、図に示した実施例に基づいて本発明を詳しく説
明する。図示実施例は、錠剤用粉末の圧縮成形特性を評
価するための粉末圧縮成形装置を示している。
図において、1は上杵、2は下杵、3は臼である。粉
末圧縮成形用テスターの架台4には4本の支柱5が立設
され、この支柱5の上端には加圧シリンダ支持台6が固
定されている。この加圧シリンダ支持台6には上杵用加
圧シリンダ(上杵駆動部)7が載置固定されている。こ
の加圧シリンダ7はピストンロッド8を上杵1に押し当
てることにより、上杵1を下降させる。
上記支柱5の下部には、ストレンゲージ9が組み込ま
れている。このストレンゲージ9は、加圧シリンダ7に
よって上杵1に加えられる圧縮力(正確には圧縮力の反
力)を測定する。すなわち、上杵1からピストンロッド
8、加圧シリンダ7および加圧シリンダ支持台6を経て
支柱5に伝わる上杵1の反力を測定する。ストレンゲー
ジ9は4本の支柱5全部に取付けてもよいし、一部の支
柱5にのみ取付けてもよい。上記加圧シリンダ支持台6
には、加圧シリンダ7のピストンロッド8の通過用の穴
10が形成されている。
円柱状の上杵1はその上端の大径部において上杵ホル
ダー11に懸吊保持され、この上杵ホルダー11はその他端
が円筒状ガイド12により上記支柱5に沿って上下に滑動
可能に案内されている。上杵ホルダー11の途中には、差
動トランス(変位計)13の鉄心14が垂直方向下向きに取
付けられている。この鉄心14は支柱5に固定されたコイ
ル15内に達している。差動トランス13は上杵1の上下方
向の変位を測定する。
上記架台4には更に、支柱5の中央側において、4本
の短い支柱16が立設されている。この支柱16の上端には
打錠台17が固定されている。打錠台17には、臼3がボル
ト18によって取外し可能に固定されている。臼3の円筒
状成形室19には、上杵1と下杵2が滑動可能に挿入され
ている。更に、臼3の成形室19の内壁面近くには、打錠
後の壁面残留応力を測定するためのストレンゲージ20が
取付けられている。
下杵2は上端部が上杵1と同径の円柱の形をし、その
下部が小径の円柱の形をしている。上端部と下部の間の
段差のところで下杵2は打錠台17に支持され、下方への
移動が制限されている。下杵2の小径下部は打錠台17を
貫通して下方へ延びている。
下杵2の下方には、圧縮成形された錠剤を臼3の成形
室19から放出する(取出す)ために、下杵2を押し上げ
る放出シリンダ21が設けられている。放出シリンダ21の
ピストンロッド22は下杵2の下端に当接する。放出シリ
ンダ21は架台4に支持されたロードセル23に載置保持さ
れている。ロードセル23は錠剤放出時の下杵2の押上げ
力(正確には押上げ力の反力)を測定する。
上記加圧シリンダ7と放出シリンダ21はそれぞれ、管
24,25と方向切換弁26,27を介してコンプレッサ28に接続
されている。方向切換弁26,27はそれぞれ、動態29,30を
介してマイクロコンピュータからなる記憶演算兼制御装
置31に接続されている。記憶演算兼制御装置31には更
に、上記ストレンゲージ9,20、ロードセル23および差動
トランス13がそれぞれ導体32,33,34,35を介して接続さ
れている。
次に、上記構造の粉末圧縮成形装置の作用について説
明する。先ず、圧縮成形の前に、臼3の成形室19の断面
積と、粉体の真比重および重量、圧縮成形品の空隙率と
を記憶演算兼制御装置31に入力する。これらのデータが
判っていれば、空隙率に対応する成形品の体積、ひいて
は上杵1の下方への変位量(上杵1の先端部と下杵2の
先端部との間の距離)を記憶演算兼制御装置31で演算す
ることができる。例えば医薬用錠剤で所望とされるよう
に、空隙率を10〜15%の範囲内の所定値(例えば13%)
に設定すると、そのときの上杵1の変位量、すなわち上
杵1の先端部と下杵2の先端部の間の距離を演算して求
めることができる。
次に、圧縮成形のために、粉末を臼3の成形室19に充
填し、加圧シリンダ7によってピストンロッド8を下降
させて上杵1を押下げることにより、粉末を臼3の成形
室19内で圧縮成形する。その際、変位計(差動トランス
13)によって上杵1の変位を測定しながら圧縮成形を行
う。上杵1が上述の空隙率に対応する上杵の変位量に達
したときに、記憶演算兼制御装置31によって方向切換弁
26を切換えて加圧シリンダ7への圧縮空気の供給を停止
し、上杵1の押下げを停止すると共に、そのときの加圧
シリンダ7の圧縮力Pmaxをストレンゲージ9によって測
定する。この圧縮力Pmaxは粉末の圧縮成形特性を評価す
るために用いられるが、所望の空隙率に基づくものであ
るため、圧縮成形特性の評価数値として非常に意義があ
る。すなわち、粉末の圧縮成形しやすさ(圧縮が容易で
あるか否か)を示す。
錠剤を圧縮成形した後、臼3の成形室9から錠剤を放
出する(取出す)方法は、開放放出と加圧放出の二つの
方法がある。
開放放出の場合には、圧縮力がPmaxになった後、加圧
シリンダ7のピストンロッド8を上昇させ、その後、放
出シリンダ21のピストンロッド22を上昇させ、下杵2を
押上げることにより、錠剤を臼3から取り出す。この開
放放出のための放出シリンダ21の押上げ力は、加圧シリ
ンダ7による圧縮力と比べて非常に小さいが、放出時に
錠剤が壊れやすく、ときには壊れた状態で取出されたり
する。開放放出時に、圧縮力がPmaxになった後加圧シリ
ンダ7の力を0にしたときの臼3の壁面残留応力Qrは、
上記ストレンゲージ20によって測定されて記憶演算兼制
御装置31で記憶され、後述のようにキャッピング特性の
判定を利用される。更に、開放放出した後の錠剤の硬度
Fを図示していない公知の錠剤硬度計によって測定する
と共に、錠剤の圧縮強度Pcを本装置によって測定する。
この圧縮強度の測定は、ボルト18を弛めて臼3を取外
し、錠剤を下杵2に載せて上杵1を押下げ、錠剤を破壊
し、そのときの力をロードセル9によって測定すること
により行われる。上記測定硬度Fと圧縮強度Pcは記憶演
算兼制御装置31に記憶される。
加圧放出の場合には、圧縮成形後、先ず放出シリンダ
21のピストンロッド22を上昇させ、下杵2の下端に当接
させる。次に、加圧シリンダ7を減圧する。それによっ
て、放出シリンダ21のピストンロッド22が錠剤に対して
一定の加圧力Pe(例えば5〜10kg/cm2)を加えながら錠
剤を上昇させ、臼3から放出する。この場合、放出シリ
ンダ21がロードセル23に載置されているので、放出シリ
ンダ21の受ける反力(錠剤の加圧力)がロードセル23に
よって測定され、監視される。更に、加圧放出によって
放出された錠剤の硬度Fuを錠剤硬度計で測定する。な
お、放出シリンダ7によって加えられる加圧力Peは、成
形後の錠剤の微視的なクラックの発生を極力防ぐため
に、それぞれの粉末に応じて例えば5〜100kg/cm2の範
囲で任意に変えることができる。
上記のようにして測定された開放放出後の錠剤の硬度
Fと、加圧放出後の錠剤の硬度Fuに基づいて、 キャッピング率=(Fu−F)/Fu が記憶演算兼制御装置31により求められ、粉末の圧縮成
形特性の一つの評価値として利用される。
また、開放放出後の圧縮強度Pcと壁面残留応力Qrを用
いて、 キャッピング指数=Qr/Pc が記憶演算兼制御装置31により求められる。
以上のように、本発明による粉末の圧縮成形方法と装
置では、粉末の圧縮成形特性を評価するために、 (1)圧縮成形時の圧縮力Pmax、 (2)開放放出後の錠剤の硬度F、 (3)加圧放出後の錠剤の硬度Fu、 (4)キャッピング率=(Fu−F)/Fu、 (5)キャッピング指数=Qr/Pc、 (6)加圧放出時の加圧力Pe を求めることができ、しかもこれらの評価値が所望の空
隙率に基づくものであるため、粉末圧縮成形特性の評価
にとって非常に有効である。
なお、上記実施例においては、加圧シリンダとして空
気圧シリンダを使用したが、油圧シリンダを用いてもよ
い。この場合、油圧シリンダは放出シリンダ(空気圧シ
リンダ)とは別に制御される。
〔発明の効果〕
本発明による粉末の圧縮成形特性を評価するための粉
末圧縮成形方法および装置は、予め定めた所望の空隙率
になるように、粉末を圧縮成形し、そのときの圧縮力を
測定するようにしたので、この圧縮力やその他の評価値
が粉末圧縮成形特性の評価にとって非常に有効となり、
粉末の正確な圧縮成形特性の評価が可能となる。
更に、加圧放出時の加圧力を任意に変え、かつ確認す
ることができるので、それぞれの粉末に適した加圧力を
成形粉末に加え、微視的なクラックの発生を極力防ぐこ
とができ、この加圧力を粉末の圧縮成形特性の評価のた
めに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の実施例により粉末の圧縮成形特性を評価す
るための粉末圧縮成形装置を示す部分断面図である。 1……上杵、2……下杵、3……臼、7……加圧シリン
ダ、9,23……測定器、13……変位計、19……成形室、21
……放出シリンダ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B30B 11/02 B30B 15/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】臼に充填される成形用粉末の真比重および
    重量から、粉末圧縮成形品の所望の空隙率に対応する、
    上杵先端部と下杵先端部間の距離を求め、 この距離に達するまで、上杵を下降させて臼中の粉末を
    圧縮成形し、 そのときの粉末圧縮力を測定することを特徴とする粉末
    圧縮成形特性を評価するための粉末圧縮成形方法。
  2. 【請求項2】圧縮成形後、下杵に所定の押上げ力を加
    え、下杵加圧シリンダを上昇させることにより、粉末圧
    縮成形品に所定の圧縮力を加えながら、粉末圧縮成形品
    を臼の外に放出することを特徴とする、請求項1記載の
    粉末圧縮成形特性を評価するための粉末圧縮成形方法。
  3. 【請求項3】臼と、 この臼の成形室内に滑動可能に挿入された上杵と、 臼の成形室に滑動可能に挿入され、下方への移動が制限
    されている下杵と、 上杵を押下げるための加圧シリンダと、 上杵の変位を測定するための変位計と、 上杵加圧シリンダの押下げ力を測定するための測定器
    と、 下杵を押上げるための放出シリンダと、 この放出シリンダの押上げ力を測定するための測定器と
    を備えていることを特徴とする、粉末圧縮成形特性を評
    価するための粉末圧縮成形装置。
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