(57)【要約】【課題】非定常状態のスラリーの流動性を低コストで簡便に適正に把握することができる装置を提供する。【解決手段】スラリー（１）を押し出して該スラリー（１）に流動を生じさせる駆動部（１０）と、前記駆動部（１０）に接続されており、非定常状態で流動する前記スラリー（１）の体積流量を測定する測定部（２０）とを備える、非定常状態のスラリーの流動性評価装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリーを押し出して該スラリーに流動を生じさせる駆動部と、前記駆動部に接続されており、非定常状態で流動する前記スラリーの体積流量を測定する測定部とを備える、非定常状態のスラリーの流動性評価装置。
【請求項２】
前記測定部が、前記スラリーの所定距離間の通過時間を検知するセンサー部と、前記スラリーが流動する流動部と、前記スラリーの体積流量を算出する演算部とを有する、請求項１記載の流動性評価装置。
【請求項３】
前記流動部が、断面が円形状な内筒を有する、請求項２記載の流動性評価装置。
【請求項４】
前記の駆動部と流動部とが接続口を介して着脱可能に接続されており、該接続口の内径は駆動部側よりも流動部側が小さい、請求項２又は３に記載の流動性評価装置。
【請求項５】
前記演算部が、前記流動部の外周部の一定間隔離れた位置に配置された少なくとも２つのセンサーによって前記の流動するスラリーの先端の通過時間差を計測し、流動部断面積Ａとセンサー間の距離Ｌと通過時間差ｔとから前記スラリーの体積流量Ｑを算出する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の流動性評価装置。
【請求項６】
前記の駆動部および測定部の少なくとも一方が温度調整手段を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の流動性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラリーの流動性評価装置に関し、特に、成形に用いられるスラリーの流動性評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水などの分散媒に無機粒子や繊維などの固体物が分散したドウ状のスラリーは、成型加工の原料として用いられることがある。成型加工の際、狭い空間を有する金型内にスラリーを押し流して注入する場合、金型空間内でスラリーが分散媒と固体物に分離したり、更にはその分離した固体物が金型内の細い通路を閉塞させたりする可能性がある。このような分離や閉塞を起こさないようにするためには、あらかじめスラリーの流動性を把握して調整することが重要である。
【０００３】
従来、スラリーの流動性の調整は、作業者の経験や試行錯誤によって行われる定性的なものであった。しかし、スラリーの流動性の測定手順が煩雑であり、しかもある程度の熟練を要するため、測定者によって測定結果がばらついたり、作業者の作業時間、コストが嵩んだりするという問題があった。
【０００４】
一方、装置による定量的な流動特性の測定として、例えば以下のような装置が提案されている。特許文献１には、容器下端の円筒から材料を吐出させる圧力と、吐出した材料の体積流量とを測定し、レオロジー特性を把握する装置が記載されている。特許文献２には、材料をパイプ内に圧入する圧力と、パイプにかかる応力とを測定し、圧入特性を評価する装置が記載されている。特許文献３には、互いに内径が異なる複数の円筒体内の流体の圧力差を、それぞれ測定する粘度計が記載されている。上記の装置はいずれも、材料が安定な状態で供給（定常供給）される機構を有するものである。
しかし、流動を開始した直後のスラリーは非定常状態にあり、流量や圧力などの流動特性が変化してしまうため、上記文献の装置では測定できない。また、粘度の高いスラリーでは、開口幅比によってはうまく作動しない場合がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−９８２６９号公報
【特許文献２】特開平６−３０６４２８号公報
【特許文献３】特開平６−９４５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、非定常状態のスラリーの流動性を低コストで簡便に適正に把握することができる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、スラリーを押し出して該スラリーに流動を生じさせる駆動部と、前記駆動部に接続されており、非定常状態で流動する前記スラリーの体積流量を測定する測定部とを備える、非定常状態のスラリーの流動性評価装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の流動性評価装置は、流動開始直後のスラリーの流動性を定量的にかつ簡便に測定することができ、しかも作業者によるばらつきが少ない。また、成形加工時の環境に合わせた温度において評価できるので、従来の測定装置に比較してスラリーの流動性を適正に評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の好ましい一実施態様について、添付の図面に基づいて詳細に説明するが、本発明は図示した実施態様に限定されない。
図１は、本発明のスラリーの流動性評価装置の一実施態様の要部を示す模式図である。本発明の装置は、非定常状態のスラリーの流動性を評価するものである。ここで、スラリーの流路に複数のセンサーを配置し、それらのセンサーで規定された所定距離間おいて、空の状態もしくはスラリーで満たされている状態が「定常状態」であり、それ以外の状態が「非定常状態」である。つまり、複数のセンサーで規定された所定距離間のスラリーの流路を、最初に押し出されたスラリーの先頭端が所定距離間の開始点を通過した後、所定距離間の終了点を通過するまでの状態は非定常状態である。
【００１０】
本発明におけるスラリーとは、無機粒子、有機粒子、無機繊維、有機繊維のいずれか１つ以上を有する固形物と、水、有機溶媒のいずれか１つ以上を有する液体とを混合した流動性を有する状態の粘性流体であり、前記固形物の割合が、前記液体に対して質量比１０％以上９５％以下のものをいう。好ましくは質量比２０％以上９０％以下、より好ましくは質量比４０％以上８０％以下である。スラリーの調製法としては、特に特定されない。
スラリーはいかなる用途に用いる流動物であってもよいが、特に、温度、その他の条件によって流動性が変化してしまうような材料である場合に、本発明の装置を好ましく適用することができる。具体的には、パルプモールド成形用材料、鋳物用材料、化粧品などが挙げられる。本発明の装置に適用されるスラリーの温度は特に限定されず、室温（好ましくは１８〜２５℃）から１００℃程度までであってよい。
【００１１】
本発明の装置は、図１に示すように、スラリー１を押し出してスラリー１に流動を生じさせる駆動部１０と、駆動部１０に接続されており、非定常状態で流動するスラリー１の体積流量を測定する測定部２０とを備える。
【００１２】
駆動部１０は、パイプ２内に供給するスラリー１を収容する収容容器であるカートリッジ３と、カートリッジ３内のスラリー１をパイプ２内に流動させる加圧装置４とを有する。測定部２０は、内部にスラリー１が流動可能なパイプ（流動部）２と、パイプ２の外周部の一定間隔離れた位置に配置された少なくとも２つのセンサー５（５ａ，５ｂ）と、センサー５で測定したデータを演算、記録、出力して、スラリー１の体積流量を算出する演算装置（演算部）６とを有する。駆動部１０と流動部２とは接続口８を介して着脱可能に接続されていることが好ましい。このとき、接続口８の外径は駆動部１０側よりも流動部２側が小さくなっていることが好ましい。駆動部１０及び／又は流動部２と接続口８との間には任意の構成要素が配置されてもよい。また、駆動部１０および測定部２０の少なくとも一方が温度調整手段７を有することが好ましい。
【００１３】
以下、本発明の装置の構成要素について、更に詳細に説明する。
パイプ２は、断面が円筒形の内筒を有するものであり、両端ともに外部に開放されている。パイプ２の内筒の内径は１ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることが好ましい。センサー５に光を利用したセンサーを用いる場合にはパイプ２は透明であることが好ましいが、光を利用しない方式のセンサーを用いる場合には、特に透明でなくても構わない。また、パイプ２はいかなる向きにおいてもスラリー１の流動性を評価することは可能であるが、パイプ２が地表に対して水平になるように設置することが好ましい。さらに、パイプ２には必要に応じて温度調整装置７ａを備えることが可能であるが、この場合にはセンサー５がパイプ２内を流動するスラリー１を検出することを阻害しないよう調整される。
【００１４】
カートリッジ３は着脱可能であり、パイプ２に接続してスラリー１をパイプ２内に流動させるが、その接続口８はカートリッジ３側よりパイプ２側が小さくなるように調整されている。粘度が高いスラリー１においても、無理なくパイプ２内面に沿って流動が生じさせる事の観点から、接続口８におけるカートリッジ３側の端部とパイプ２側の端部との内径の比は１．０１〜３．０程度が好ましく、１．０５〜２．０程度がより好ましい。該接続口８はカートリッジ３と一体となっていても、別の部品として備えていても、いずれでもよい。また、接続口８がカートリッジ３と別部品になっている場合には、スラリー１が漏れないように、例えばＯリングなどのシール機能を必要に応じて持たせることができる。なお、カートリッジ３の形状や構造、材質などは、いかなるものでもよく、特に限定されない。また、カートリッジ３は必要に応じて温度調整装置７ｂを備えることが可能である。
【００１５】
加圧装置４は、カートリッジ３に接続して、スラリー１に流動を生じさせるものである。加圧装置４としては特に限定されないが、１軸駆動するもの、例えばエアーシリンダー、電動シリンダー、油圧シリンダー等が好ましい。さらには、加圧装置４が駆動したことを電気信号として出力できること、もしくは出力できるように任意のセンサーが付帯していることが好ましい。
加圧装置４の好ましい具体例としてはエアーシリンダーと電磁弁とから構成される装置が挙げられる。電磁弁の作動によって、瞬時に圧力の伝達が可能である。
また、加圧装置４は材料に流動を生じさせるものであればいかなるものでもよく、「加圧」といっても圧力を加える形態に限定されるものではない。すなわち、減圧によってスラリー１を流動させるものでもよい。この場合の装置構成は、加圧装置４はカートリッジ３側と相対する側のパイプ２端に接続されることが好ましい。
【００１６】
センサー５は、パイプ２内を流動するスラリー１の先端が、パイプ２の一定位置を通過することを検出するものであれば、いかなるものでもよいが、検出したことを電気信号として出力できることが好ましい。センサー５ａ，５ｂ間の距離は、センサー５ａとセンサー５ｂとが互いに干渉しない距離以上パイプ２の全長以下であれば適宜設定が可能であり、例えば数ミリメートル〜数十センチメートルとすることができる。スラリー粘度との兼ね合いだが、計測時間がミリ秒オーダーとなるように調整することが好ましい。押し出された直後の非定常状態のスラリーの流動性を測定する観点から、カートリッジ３寄りのセンサー５ａの位置は、接続口８に近い位置が好ましい。
【００１７】
演算装置６は、センサー５からの出力を入力し、あらかじめ入力しておいたパイプ２の内径、センサー５の距離間隔、センサー５ａ，５ｂの出力時間差から、体積流量を計算し、結果を出力する。例えば、加圧装置４からの出力を入力し、スラリー１が流動しはじめてから所定の時間に閾値を設けておいて、センサー５ａ及び／もしくはセンサー５ｂからの出力が該閾値よりも遅ければ、スラリー１の流動性が低すぎると判定することも可能である。また、該閾値は１つに限られるものではなく、複数であっても、センサー５ａ，５ｂでそれぞれに設定しても良い。すなわち、例えば２つの閾値で囲まれた所定時間内に、スラリー１の通過を検出しているか否かで、スラリー１の流動性の良否を判別することもできる。さらに、パイプ２内のスラリー１が一体となって流動しているかを判定するために、センサー５ａ及び／もしくはセンサー５ｂからの出力を監視し続けることもできる。スラリー１が一体となっていない場合は、たとえばエアー噛み、スラリーの途切れなどがある。この場合には、スラリー１の流動性を測定するのではなく、流動性の良否のみ判別できる。
演算装置６としては、パーソナルコンピュータ、コントローラー、その他のものを採用することができる。
【００１８】
温度調節装置７（７ａ，７ｂ）としては、発熱、吸熱を行うことができるものであればいかなるものでもよく、所定の温度に設定できるものであることが好ましい。例えば、粘度計などの一般的な計測機器に設けられている通常の恒温装置を使用することができる。温度調節装置７によりスラリー１の温度を調節することにより、スラリー１の流動性と温度との関係を測定することができる。
【００１９】
本発明の装置は、新規材料の検討や品質管理などに好適に用いることができる。本発明の装置の大きさは特に限定されない。例えば、パイプ２の直径を約５０ｍｍとし、装置全体の長さを約１ｍとすることができる。この程度の大きさの場合には、容易に現場へ持ち運ぶことが可能であり、少量の材料で評価が可能である。
【００２０】
次に、本発明の装置を用いてスラリーの流動性を評価する方法を説明する。
まず、スラリー１を収容したカートリッジ３を配置して、加圧装置４及びパイプ２に接続する。次に、加圧装置４を作動させて、カートリッジ３内のスラリー１をパイプ２内に押し出す。その後、パイプ２内を流動するスラリー１の流れが通過した時をセンサー５ａ及び５ｂにてそれぞれ検出する。スラリー１の体積流量Ｑは、パイプ２の断面積Ａと、センサー５ａ，５ｂ間の距離Ｌと、センサー５ａ及び５ｂをそれぞれ通過した時間の差ｔとから下記式に従って演算装置６により算出される。
Ｑ＝Ａ×Ｌ／ｔ
【００２１】
以上、本発明をその好ましい実施態様に基づき説明したが、本発明は前記実施態様に制限されない。例えば、前記実施態様においては、スラリーの供給手段についてカートリッジを用いたバッチ式のものとしたが、製造ラインに組み込んで連続供給することもできる。
【００２２】
以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００２３】
実施例１
図１に示した本発明の装置を用いて、スラリーの流動性の評価を行った。
まず、以下の表１に示す配合からなるスラリー１を調製した。なお、スラリー（Ａ）において、水の配合量はそれぞれ５３．８ｇ（水分量３５％）、６０ｇ（３７．５％）、６６．７ｇ（４０％）、７３．９ｇ（４２．５％）、８１．８ｇ（４５％）として調製した。また、スラリー（Ｂ）において、水の配合量はそれぞれ３３．３ｇ（水分量２５％）、３７．９ｇ（２７．５％）、４２．９ｇ（３０％）、４８．１ｇ（３２．５％）、５３．８ｇ（３５％）として調製した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
内径１０．５ｍｍの接続口を有するカートリッジ３に前記スラリー１を貯留した。カートリッジ３は温度調節装置７ｂを付帯しており、その設定温度は５０℃として、前記スラリー１の温度を調整した。
前記カートリッジ３は接続口８を介して、パイプ２として用いた内径８ｍｍ、全長５００ｍｍの透明なアクリルパイプと接続した。パイプ２において接続口８とカートリッジ３と接続されていない側の端面は、外部に解放した状態とした。また、加圧装置４としてはエアーシリンダーを用い、これをカートリッジ３の接続口と相対する側に接続した。そして、パイプ２が地表に対して水平になるよう調整した。
パイプ２の外周にはセンサー５として用いた光電センサーを設けた。センサー５ａはパイプ２の接続口側から５０ｍｍとし、センサー５ｂはパイプ接続口側から１５０ｍｍとした。すなわち、センサー５ａ，５ｂ間の距離は１００ｍｍである。
加圧装置４には、その駆動を検出する光電センサーを付帯させた。
演算装置６にはパーソナルコンピュータを用い、センサー５からの出力と、加圧装置４に付帯させたセンサーからの出力とを入力し、記録できるようにした。また、あらかじめパイプ２の断面積と、センサー５ａ，５ｂ間の距離とを入力しておいた。
【００２６】
圧力が１．２ＭＰａ、流量が３５Ｌ／ｍｉｎになるよう調節した圧縮空気を流し、加圧装置４を駆動させて、スラリー１に流動を生じさせた。そして、パイプ２内を流れるスラリー１の先端が所定の位置を通過したことをセンサー５で検出し、それぞれの出力時間差、すなわちスラリー１がセンサー５ａ，５ｂ間を通過する時間差を、演算装置６に入力した。この入力した時間差ｔと、パイプ２の断面積Ａ、センサー５ａ，５ｂ間の距離Ｌから、演算装置６により体積流量Ｑ、すなわち「体積流量Ｑ＝（パイプ２の断面積Ａ×センサー５ａ，５ｂ間の距離Ｌ）／センサー５ａ，５ｂの出力時間差ｔ」を計算した。測定した各スラリーの体積流量を図２に示す。図２は、実施例１で得られたスラリーの体積流量と水分量との関係を示すグラフである。
図２に示す結果から明らかなとおり、本発明の装置によって、スラリーの配合組成の違いによる流動性の変化を評価することができた。
【００２７】
実施例２
図１に示した本発明の装置を用いて、スラリーの流動性の評価を行った。
以下の表２に示す配合からなるスラリー１を調製した。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
カートリッジ３における設定温度をそれぞれ２０℃／４０℃／６０℃／７０℃／８０℃に変更して、前記スラリー１の温度を調整したこと以外は、実施例１と同様にしてスラリー１の体積流量を計算した。測定した各スラリーの体積流量を図３に示す。図３は、実施例２で得られたスラリーの体積流量と温度との関係を示すグラフである。
図３に示す結果から明らかなとおり、本発明の装置によって、温度により流動性が変化しやすい成形用材料の流動性を評価することができた。
【００３０】
以上のように、本発明の装置によれば、安定生産を目的とした材料のロット管理や、新規材料の組成の検討のために、低コストで簡便にスラリーの流動性を適正に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の一実施態様の要部を示す模式図である。
【図２】図２は、実施例１で得られたスラリーの体積流量の測定結果を示すグラフである。
【図３】図３は、実施例２で得られたスラリーの体積流量の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１  スラリー
２  パイプ（流動部）
３  カートリッジ
４  加圧装置
５  センサー
６  演算装置（演算部）
７  温度調節装置（温度調整手段）
８  接続口
１０  駆動部
２０  測定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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