JP5243528B2

JP5243528B2 - 少なくとも２つの粒状材料を充填する装置及びこのような装置を用いた充填方法

Info

Publication number: JP5243528B2
Application number: JP2010508835A
Authority: JP
Inventors: パスカル・ルヴィラン; リュク・フェデルゾーニ
Original assignee: コミッサリアアレネルジーアトミークエオゼネルジザルタナテイヴ
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2028-05-21
Also published as: EP2167259A1; CN101743079A; FR2916427B1; JP2010527853A; WO2008142092A1; FR2916427A1; CN101743079B; ES2376388T3; ATE534480T1; EP2167259B1; US20100320223A1; US8316896B2

Description

本発明は、主として、粒状形態にある少なくとも２つの材料を容器に充填する装置と、このような装置を用いた充填方法と、に関する。

容器、例えばプレス型に粒状材料を充填することは、円形の断面を有するパイプを用いて行われており、パイプは、粒状材料のタンクの上端部に接続されている。
そういう次第で、粒状タイプの材料は、材料の粒径分散、材料固有の表面粗さ及び／または材料密度に起因して、流動性が小さい。このため、このタイプの充填は、型を均一に充填すること確実にすることが十分でなく、複雑な形状を有する型の場合においてなおさらである。

例えば空気流動を用いて材料を流動化させることによって流動性を改善させることが提案されている。しかしながら、使用される手段は、複雑である。

特許文献１は、複雑な形状を有するダイを充填することを可能とする粒状材料で充填する装置を開示している。この装置は、偏向部で囲まれた中央経路部を備える回転本体部を備えており、本体部の回転速度に基づいて、本体部の外部に向けて方向を変える材料量を制御することができ、これにより、形状が複雑な場合であっても、ダイの充填精度を比較的単純な装置を用いて改善することを可能とする。この装置は、完全に十分であるが、２つの材料を混合させること無く２つの粒状材料を連続して充填することを実行することができない。

仏国特許第２８８２０２９号明細書

したがって、本発明の目的は、少なくとも２以上の混合されていない粒状材料を充填することが可能であり、充填された容器が各材料単独で形成された領域を備える充填装置及び充填方法を提供することである。

同様に、本発明の目的は、容器が複雑な形状からなる場合であっても、任意のタイプの容器を均一に充填できる充填装置を提供することである。

上記目的は、充填装置によって達成され、当該充填装置は、いくつかの粒状材料を別個に供給できるホッパと、第１タイプの材料の経路のための中央チャネルが設けられた回転本体部と、第２タイプの材料を偏向するために中央チャネルを囲む偏向手段と、を備え、２つのタイプの材料の充填をこれらを混合すること無く実行する。このため、例えば、ダイ圧縮技術を用いて部品を製造する場合において、さまざまな構成成分を連続的に充填しかつこれらを混合せずに、異なる材料からなる領域を備える部品を製造することができる。

すなわち、装置は、分配手段における正反対側にある別個の位置に少なくとも２つのタイプの材料を移動させる手段を備えており、この分配手段は、材料を混合させること無く充填動作を制御する。

本発明は、同様に、さまざまな構成要素を制御することができる。

また、本発明における装置は、良好な充填再現性を可能とする。

そして、本発明の主目的は、充填装置であって、当該充填装置は、少なくとも２つの粒状材料をこれらを混合せずに連続して充填できる充填装置であって、ホッパ組立体と、流動方向においてホッパ組立体から下流に配置されている分配器と、を備え、前記ホッパ組立体は、第１タイプの材料を供給する内側ホッパ及び第２タイプの材料を供給する外側ホッパである少なくとも２つのホッパを備え、分配器は、内側ホッパの真向かいに配置された中央経路部と、第２タイプの材料を分配器の外側に向けて偏向する偏向手段であって外側ホッパの真向かいに配置された偏向手段と、を備え、前記偏向手段は、少なくとも部分的に中央経路部を区画し、分配器は、流動の平均方向である長手方向軸回りで回転可能である。

用語「内側」及び「外側」は、ホッパの相対位置を示しており、本発明における装置の幾何形状に対するホッパの幾何位置に本発明を限定数ものではない。

偏向手段は、王冠状部であって当該王冠状部の偏向面が凹状の円環状である王冠状部、または、王冠状部であって当該王冠状部の偏向面が断面Ｖ字状である王冠状部を有する。

分配器は、翼部を介して中央経路部の壁部に接続されており、これにより、駆動手段への接続を容易にすることができる。

翼部は、長手方向軸に対して傾いている面内で接続されており、粒状材料の粒子分布を改善する。

分配器は、内側ホッパの真向かいにある上面が第１タイプの材料についての偏向面を形成する中央軸を備え、この偏向面は、例えば、Ｖ字状外形またはＵ字状外形を有する。

ホッパ組立体は、内側ホッパを形成する中央チャネルと、外側ホッパを形成する周辺チャネルと、を備える。

外側チャネルは、連続的であり、例えば、一連の分割したチャネルを形成する。

また、本発明の目的は、本発明における充填装置を用いて容器を充填する方法であって、当該方法は、
ａ）分配器を容器へ導入する工程と、
ｂ）分配器を長手方向軸回りで回転させる工程と、
ｃ）ホッパ組立体を介して分配器に２つのタイプの材料を供給する工程と、
を備える。

方法は、有利には、充填しているときに、分配器の回転速度及び／またはホッパの一方もしくは双方の流動面積を調整する工程を備える。

回転速度は、有利には、両タイプの材料についての初期流速を可能とする値に設定されている。

本発明は、以下の説明を活用しかつ添付の図面からより理解されるだろう。

本発明における充填装置のダイアグラムを４段階で示す図である。同じく、本発明における充填装置のダイアグラムを４段階で示す図である。同じく、本発明における充填装置のダイアグラムを４段階で示す図である。同じく、本発明における充填装置のダイアグラムを４段階で示す図である。本発明における充填装置の例示的な実施形態を示す斜視図である。同じく、本発明における充填装置の例示的な実施形態を示す斜視図である。充填中の図２Ｂに示す装置を示す断面図である。同じく、充填中の図２Ｂに示す装置を示す断面図である。各材料について、本発明における充填装置の回転速度に対する流速の変化を示すグラフである。図３Ｂの充填状態を得るために、時間に対する本発明における分配器の回転速度の変化を示すグラフである。本発明における装置の別の実施形態を示す断面図である。本発明における分配器の回転速度に対する２つの材料の流速の変化を示すグラフである。

本開示において、粒状タイプの材料は、均一または例えば数ｎｍと数ｃｍとの間のさまざまなサイズの分離した要素の組から形成された任意の材料であると理解されている。粉状材料は、もちろんこの表現に含まれる。

以下の記載は、圧縮によって部品を生産するダイまたはダイキャビティを充填することに関してなされる。しかしながら、本発明は、任意のタイプの充填であって複数の粒状材料を用いるがこれを混合させずに連続して充填することが求められている充填に適用される。

本発明における充填装置４を用いてダイ２を充填するさまざまな工程は、図示されており、図１Ａから図１Ｄに示されている。

装置は、供給ホッパ組立体６を備えており、供給ホッパ組立体６は、複数タイプ、図示の例では２つのタイプの粒状材料を、これら材料を混合させない状態で分配する手段８の高さまで合わせる。各ホッパは、材料を充填時に混合するために、別の材料を収容する別個の区画の形態をなしている。

ホッパ組立体は、第１タイプの材料Ａを供給する中央チャネル１０によって形成された第１ホッパ１０と、第２タイプの材料Ｂを供給する中央チャネル１０を区画する周辺チャネル１２によって形成された第２ホッパと、を備えている。周辺ホッパ１２は、例えばリング状をなしており、または、一連の周囲に配置されたチャネルによって形成されている。

第１タイプの粒状材料Ａは、灰色のボールで図示されており、第２タイプの粒状材料Ｂは、白色のボールで図示されている。

図示の例において、中央チャネル１０及び周辺チャネル１２は、共通軸を有する円錐状をなしており、漏斗を形成する。しかしながら、これらがシリンダ状をなすことは予想されてもよく、または、２つのうち一方が円錐状をなし他方がシリンダ状をなすことは想定されてもよい。

同様に、２つの別個のホッパを使用することは可能である、すなわち、中央チャネル１０の壁部は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、周辺チャネル１２の内壁部を形成しておらず、以下で詳述される。

分配手段８は、供給ホッパ６の下方に配置されており、分配手段は、長手のＸ軸回りで回転するように駆動されることが可能である。Ｘ軸は、流動の平均方向の方向である。流動の平均方向は、材料流の全体的な方向を意味すると理解されており、ホッパ組立体６から容器の底部へ走り、図示の例において、垂直方向である。

分配手段は、ホッパ６の中央チャネル１０の下端部１０．１の真向かいにある中央経路部１４を備えており、中央経路部１４は、第１タイプの材料Ａをダイ２の中央領域Ａ３に向けて案内する。

分配手段は、同様に、中央経路部１４を囲む偏向手段１６を備えている。手段１６は、粒状材料Ｂの粒子をＸ軸方向から離間して移動させながら外部へ向けて偏向する。

偏向手段１６は、有利には、中央経路部１４の周囲に均等に分布し、かつ中央経路部１４を連続的に囲んでおり、これにより、中央領域Ａ３を囲むダイ２の容器の外側領域Ｂ３への均一な充填を可能とする。

偏向手段１６は、第２のタイプの材料Ｂのための周辺チャネル１２における下端部１２．１の真向かいに位置している。

図示の例において、分配手段８の回転軸と中央経路部１４の回転軸とは、一致しているが、これら回転軸が分離している条件であってもよい。

また、中央経路部１４は、下方に向けて方向付けられたテーパ状をなす円錐形をなして示されているが、シリンダ状が適応されてもよい。形状は、粉体に与えようとする経路を制御するように選択される。

本発明における装置を使用したさまざまな充填工程は、ここで説明される。

図１Ａにおいて、分配器８は、ダイ２の上側部分においてダイ２の内側に配置されており、ホッパ組立体は、ホッパの中央チャネル１０の端部１０．１及び周辺チャネル１２の端部１２．１の上方において偏向手段１６の中央経路部１４の真向かいに位置している。中央チャネル１０及び周辺チャネル１２には、それぞれ材料Ａ及びＢが充填される。

図１Ｂにおいて、分配器は、Ｘ軸回りで回転され、材料Ａ及びＢは、分配器８へ向けて流動する。回転は、矢印１５で示される。

材料Ａは、中央経路部１４へ流入し、材料Ｂの粒子は、Ｘ軸から離間して移動しながら径方向外側へ向けられる。

図１Ｃにおいて、これら粒子の一部は、ダイ２の内壁部に衝突し、２度偏向される、すなわち、他の部分は、ダイ２の底部へ直接落下する。

充填動作の終了を図示する図１Ｄには、粒子Ａ及びＢの分布が示されており、この分布は、本発明における装置を用いて得られる。

同様に、分配器が充填動作の開始時においてダイ２の底部の近傍に配置され、かつ充填中にＸ軸に沿って上昇してもよい。このように、高さを制御することにより、経路部ひいては充填動作の精度は、制御される。

ダイの中央領域Ａ３は、材料Ａのみを備えており、周辺領域Ｂ３は、材料Ｂのみを備える。

このため、本発明によれば、複数の粒状材料が混合されていない状態の充填が得られる。

図２Ａには、本発明における分配器の第１の例示的な実施形態が示されている。

分配器は、軸Ｘを有する中央シャフト１８を備えており、中央シャフトは、接続手段２０によって中央経路部１４の壁部２２にしっかりと接続されている。

シャフト１８は、分配器を回転させることができる回転駆動手段（図示略）に係合されている。

図示の例において、接続手段２０は、Ｘ軸を含む平面に収容された平板翼部の形態をなしており、平板翼部の数は、４であるが、腕部は、同様に想定されてもよい。

翼部は、有利には、Ｘ軸に対して傾けられており、粒状材料Ａの流動を改善する。

この例において、偏向手段１６は、凹状の円環王冠部１７によって形成されており、断面視において底部は、円弧状を形成する。

王冠部は、径方向内側にある円形縁部２６と径方向外側にある円形縁部２８とによって区画されている。

図示の例において、径方向内側縁部２６は、径方向外側縁部２８の垂直方向の下方に配置されている。しかしながら、これは限定でない、すなわち、２つの縁部は、同一高さにあってもよく、または、径方向内側縁部２６は、径方向外側縁部２８の垂直方向の上方に配置されてもよい。

図２Ｂに示す分配器の同様の実施形態は、偏向手段１６が断面Ｖ字状をなす王冠部１７’によって形成されている点において、図２Ａにおける装置と異なる。

王冠部は、径方向内側にある円形縁部２６’と径方向外側にある円形縁部２８’とによって区画される。

図示の例において、径方向内側縁部２６’は、径方向外側縁部２８’の垂直方向の下方に配置されている。

回転速度Ｖに基づいて、Ｖ字状及びＵ字状の断面は、図４に示すように、それぞれ流速ＤＶ及びＤＵに異なる変化を及ぼし、速度を調整することが可能である。

図３Ａには、図２Ｂにおける分配器の第２の例示的な実施形態における装置が示されており、装置は、充填されている。

Ａ１が付された矢印は、粒子材料Ａの経路を示しており、Ｂ１が付された矢印は、粒子材料Ｂの経路を示している。

さらに、充填動作の結果として生ずる量は、粒状材料Ａ及びＢの流速を調整することに基づく。

本発明によれば、材料Ａ及び材料Ｂの流速は、別個に制御される。

例えば、ホッパの流動面積を制御することによって流速を制御してもよい。この場合、流速は、充填段階全体にわたって一定である。そして、充填動作は、期間にわたって漸進的でなく、そして高さにわたって一定である。

ホッパは、可変流動面積を有してもよい。

流速を調整するため、本発明は、材料Ｂの流速を材料Ａの流速とは別個に調整することが可能である。

同様に、分配器の回転速度に対して各材料Ａ及びＢの流速を変更することを用いて、これら変更は、図４に示される。

速度Ｖは、ＲＰＭであり、流速Ｄは、ｇ／ｓであり、材料Ａは、ステンレス鋼であり、材料Ｂは、鉄粉である。

直線Ａ２は、速度に対する材料Ａの流速の変化を示しており、流速は、速度に依存せず、実際には、分配器の速度は、材料Ａの中央経路部１４への流入に影響を及ぼさない。

他方、分配器の回転速度に対する材料Ｂの流速の変化は、多項式型である。

そして、使用される回転速度は、自動的に決定される。

充填される所望容量が高さにわたって同一かつ一定である場合において、使用される回転速度は、これにより、２つの曲線Ａ２及びＢ２の交点、例えば４８０ＲＰＭの速度ＶＥである。

材料Ａ及びＢの分布を高さにわたって変更したい場合、充填動作中に分配器の回転速度を変更すれば十分であり、図３Ｂに示すようなタイプの充填を達成し、材料Ａを収容する領域は、断面視において、ほぼ楕円状である。

図５は、図３Ｂの分布を得るための分配器の速度の変化を示している。速度は、最大径の領域に達するまで第１段階Ｉの間に増加し、そして、充填動作の終了まで第２段階ＩＩの間に減少することが分かる。２つの段階が同じ継続期間でありかつ最高速度が同一であるため、対称な形状が水平面Ｐに対して得られる。

このため、充填方法のパラメータを必要な容積及び所望分布のタイプから決定するために、分配器の回転速度パラメータまで戻すことは、適切である。

本発明における別の実施形態は、図６に示されており、分配器は、壁部と共に粉体Ａの環状チャネルを形成する中央シャフト１８を備えており、この中央シャフト１８は、シャフトの上端部かつホッパ１０の側部において、材料Ａのための偏向面３２を備える。この面は、Ｕ字状外形またはＶ字状外形を有する、すなわち、この面は、丸みのある底部または円錐状の底部を有する椀形状を有する。

この偏向面は、図６に示すように、材料Ａの分配を改善することができる。

また、この代替案は、充填動作を除いて、ホッパ１０、１２を充填させておくことができるという有利点を有する。

実際には、分配器の電源を切ると、粉体Ａ及びＢは、椀部の内側に集積して、最終的にホッパ１０、１２の開口部を塞ぎ、そして、流動は、図７に示すように、ホッパを完全に空にする必要なく自然に停止し、図７は、分配器の回転速度Ｖに対する各材料Ａ及びＢそれぞれの流速ＤＡ及びＤＢの変化を示している。Ｖ１は、材料Ａの流速が０となる、すなわち材料Ａの流動が停止する速度を示している。

また、充填装置の再始動を早くすると、もはやホッパを空にする必要がないため、材料の損失は、ごく少なくなるまたは無くなる。

本発明によれば、例えば単純に分配器の回転速度及び／またはホッパの流動面積を変更することにより、流速を制御することによって各材料からなる複雑な形状の分配を達成できる。

本発明における充填装置は、２つの材料Ａ及びＢについて説明したが、２を超える材料の連続した及び別個の充填が可能な充填装置は、本発明の範囲から逸脱しない。

実際には、３以上の同心状のホッパは、想定されてもよく、また、中央チャネルと周辺チャネルと周辺チャネルを囲む偏向手段とが設けられ、かつそれぞれが対応するホッパの真向かいに配置された分配器は、想定されてもよい。

例えば、装置は直径１５ｍｍ、高さ１０ｍｍであり、使用される粉体の粒子は、直径１５０μｍであってもよい。この装置は、数ｇから数ｋｇの充填を可能とする、すなわち、対象物は、１ｍｍ^３と１ｄｍ^３（１×１０^６ｍｍ^３）との間の容積を有する。

同様に、より複雑な分配を達成するために、充填装置（ホッパ及び分配器）がｘ軸と平行かつｘ軸から離間した軸回りで回転すること、及び／または、ｘ軸と平行に移動することは、想定されてもよい。

本発明における装置は、製造が非常に容易である、特に、例えば分配器は、例えばプラスチックまたは金属から単一部品として製造されてもよく、分配器は、焼結、レーザ加工、機械加工または成形によって製造されてもよい。

モータは、軸からオフセットされているまたは軸上に位置してもよく、例えば、モータは、分配器が１つのモータを備えている場合において、分配器のシャフトによって保持されてもよい。反対の場合において、駆動システムは、同様に、例えばベルト、顎部またはピンタイプの分配器と組み合わされてもよい。

２容器，ダイ、６供給ホッパ組立体，供給ホッパ，ホッパ組立体，ホッパ、８分配器、１０内側ホッパ，ホッパ，中央チャネル、１２外側ホッパ，ホッパ，周辺チャネル、１４中央経路部、１６偏向手段，手段、１７，１７’ 円環王冠部，王冠状部、１８中央シャフト，シャフト、２０接続手段（翼部）、２２壁部、３２上端部，偏向面、Ａ第１タイプの材料，粒子材料，粒状材料，材料，粉体，粒子、Ｂ第２タイプの材料，粒子材料，粒状材料，材料，粉体，粒子、Ｘ長手方向軸，軸

Claims

少なくとも２つの粒状材料をこれらを混合させること無く連続して充填することが可能な充填装置であって、
ホッパ組立体（６）と、流動方向において前記ホッパ組立体（６）から下流に配置されている分配器（８）と、を備え、
前記ホッパ組立体（６）は、第１タイプの材料（Ａ）を供給する内側ホッパ（１０）及び第２タイプの材料（Ｂ）を供給する外側ホッパ（１２）である少なくとも２つのホッパ（１０、１２）を備え、
前記分配器（８）は、前記内側ホッパ（１０）の真向かいに配置された中央経路部（１４）と、第２タイプの前記材料（Ｂ）を当該分配器の外側に向けて偏向する偏向手段（１６）であって前記外側ホッパ（１２）の真向かいに配置された偏向手段（１６）と、を備え、
前記偏向手段（１６）は、少なくとも部分的に前記中央経路部（１４）を囲み、
前記分配器（８）は、流動の平均方向である長手方向軸（Ｘ）回りで回転可能であり、
前記分配器は、前記内側ホッパ（１０）と向かい合う上端部（３２）が第１タイプの前記材料（Ａ）のための偏向面を形成する中央シャフト（１８）を備えることを特徴とする充填装置。
前記偏向手段（１６）は、王冠状部（１７）であって当該王冠状部の偏向面が凹状の円環状である王冠状部（１７）を有することを特徴とする請求項１に記載の充填装置。
前記偏向手段（１６）は、王冠状部（１７’）であって当該王冠状部の偏向面が断面Ｖ字状である王冠状部（１７’）を有することを特徴とする請求項１に記載の充填装置。
前記長手方向軸（Ｘ）を有する前記中央シャフトは、翼部（２０）を介して前記中央経路部（１４）の壁部（２２）に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の充填装置。
前記翼部（２０）は、前記長手方向軸（Ｘ）に対して傾いている面内で接続されていることを特徴とする請求項４に記載の充填装置。
前記偏向面（３２）は、Ｖ字状外形またはＵ字状外形を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の充填装置。
前記ホッパ組立体（６）は、前記内側ホッパを形成する中央チャネル（１０）と、前記外側ホッパを形成する周辺チャネル（１２）と、を備えることを特徴とする請求項１か６のいずれか１項に記載の充填装置。
前記周辺チャネル（１２）は、連続していること、または、一連の分割したチャネルによって形成されていることを特徴とする請求項７に記載の充填装置。
請求項１から８のいずれか１項に記載の充填装置を用いて容器（２）を充填する方法であって、
ａ）前記分配器（８）を前記容器（２）へ導入する工程と、
ｂ）前記分配器（８）を前記長手方向軸（Ｘ）回りで回転させる工程と、
ｃ）前記ホッパ組立体を介して前記分配器（８）に２つのタイプの材料を供給する工程と、
を備えることを特徴とする方法。
充填しているときに、前記分配器（８）の回転速度及び／またはホッパの一方もしくは双方の流動面積を調整する工程を備えることを特徴とする請求項９に記載の方法。
前記回転速度は、両タイプの材料について同一の流速を可能とする値に設定されていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。