(57)【要約】【課題】比較的簡単な装置構成で、容器の損傷を招かずに、充分な硬度を有する高品質の成型体を製造し得る粉体の圧縮成型装置を提供すること。【解決手段】圧縮成型装置１は、鉛直方向に延び且つ容器Ｓの収容空間として利用される貫通口１０を有する臼体１１と、貫通口１０に鉛直方向の上方側から挿入され且つ貫通口１０内の容器Ｓ内の粉体に超音波振動を印加する上杵１２と、貫通口１０に鉛直方向の下方側から挿入される下杵１５とを備え、上杵１２と下杵１５とによって粉体を容器Ｓごと圧縮可能になされている。下杵１５は、上杵１２の超音波振動に合わせて受動的に同調して振動可能な振動体１６を含んで構成されており、振動体１６の固有振動数は、上杵１２の振動周波数の９９．０％以上で且つ９９．８％以下である。【選択図】図１
2015003334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
皿状の容器内に収容された粉体に超音波振動を印加しながら該粉体を圧縮成型する粉体の圧縮成型装置であって、
鉛直方向に延び且つ前記容器の収容空間として利用される貫通口を有する臼体と、該貫通口に鉛直方向の上方側から挿入され且つ該貫通口内の該容器内の前記粉体に超音波振動を印加する上杵と、該貫通口に鉛直方向の下方側から挿入される下杵とを備え、該上杵と該下杵とによって該粉体を該容器ごと圧縮可能になされており、
前記下杵は、前記上杵の超音波振動に合わせて受動的に同調して振動可能な振動体を含んで構成されており、
前記振動体の固有振動数は、前記上杵の振動周波数の９９．０％以上で且つ９９．８％以下である粉体の圧縮成型装置。
【請求項２】
前記振動体の鉛直方向に沿う側面から、該振動体を把持する際に利用される把持部が突出し、該振動体と該振動体を鉛直方向に上下動させる移動手段とが、該把持部を介して連結されており、
前記把持部は、前記振動体が前記上杵の超音波振動に合わせて受動的に同調して振動するときのその振動が最も小さい部分に位置している請求項１に記載の粉体の圧縮成型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器内に収容された粉体化粧料等の粉体に超音波振動を印加しながら該粉体を圧縮成型する粉体の圧縮成型装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、粉体の圧縮成型法として、粉体を所定の容器等に充填し加圧プレスして成型する、いわゆるプレス成型法が知られている。プレス成型法は、粉体を圧縮することにより、該粉体自体の凝集力及び／又は粉体中に含有されている油剤等の結合剤のバインダー効果を発現させ、これにより粉体を固化・成型する成型法である。しかし、プレス成型法は、粉体自体の物性や形状、複数種の粉体を併用している場合にはその成分組成等によっては、粉体の固化・成型が困難となる場合があった。
【０００３】
このようなプレス成型法の問題を解消すべく、加圧プレスに加えて粉体に超音波振動を印加する方法が提案されている。例えば特許文献１には、鉛直方向に延びる貫通孔が形成されたテーブルと、該貫通孔に鉛直方向の上方側から挿入される上杵及び下方側から挿入される下杵とを備えた圧縮成型装置を用い、該貫通孔と該下杵の上面とで画成される凹部に粉体原料を充填後、該上杵の下面を該凹部内に挿入し、該粉体原料の上下それぞれから超音波振動を印加しながら該粉体原料を圧縮成型し、固形粉末化粧料を製造する方法が記載されている。また、特許文献１に記載の製造方法では、前記圧縮成型装置において、貫通孔と下杵の上面とで画成される凹部に容器を挿入し、該容器に粉体原料を充填後、上杵の下面を該凹部内に挿入し、該粉体原料を該容器ごと上下それぞれから超音波振動を印加しながら圧縮成型する場合もある。
【０００４】
また、特許文献１に記載の如き、粉体の上下それぞれから超音波振動を印加する方法の他に、例えば特許文献２に記載されているように、粉体の上方のみから該粉体に超音波振動を印加する方法が知られている。特許文献２に記載の圧縮成型装置は、粉体が収容された容器を収納し、下方から支持する凹形の下杵と、該容器を挟んで該下杵と相対向する位置に配された上杵とを備え、鉛直方向に上下動可能な該下杵と該上杵とによって、該粉体を該容器ごと圧縮可能になされており、該下杵からは超音波振動を印加せずに該上杵のみから粉体に超音波振動を印加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−５３０８２号公報
【特許文献２】特開昭６３−２７５５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び２に記載の如き、容器に収容されている粉体に超音波振動を印加する方法は、容器とこれを下方から支持する下杵とが超音波振動によって激しく衝突したことが原因と思われる傷が容器の下部に付く場合がある。また、印加する超音波振動を強くしたり、加圧力を大きくしたりしても、その印加エネルギーに比例して期待通りの成形成型体硬度が得られない場合がある。成型体の硬度が印加エネルギーに比例して得られないこと、即ちエネルギーがロスしている原因は、容器下部の傷と併せて推察すると、容器とこれを下方から支持する下杵は金属面どうしの接触であり、振動印加時にその接触面に微小空間が発生してしまうことが原因であると考えられる。比較的簡単な装置構成で、容器の損傷を招かずに、充分な硬度を持った高品質の成型体を製造する技術は未だ提供されていない。
【０００７】
従って本発明の課題は、比較的簡単な装置構成で、容器の損傷を招かずに、充分な硬度を有する高品質の成型体を製造し得る粉体の圧縮成型装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、皿状の容器内に収容された粉体に超音波振動を印加しながら該粉体を圧縮成型する粉体の圧縮成型装置であって、鉛直方向に延び且つ前記容器の収容空間として利用される貫通口を有する臼体と、該貫通口に鉛直方向の上方側から挿入され且つ該貫通口内の該容器内の前記粉体に超音波振動を印加する上杵と、該貫通口に鉛直方向の下方側から挿入される下杵とを備え、該上杵と該下杵とによって該粉体を該容器ごと圧縮可能になされており、前記下杵は、前記上杵の超音波振動に合わせて受動的に同調して振動可能な振動体を含んで構成されており、前記振動体の固有振動数は、前記上杵の振動周波数の９９．０％以上で且つ９９．８％以下である粉体の圧縮成型装置を提供することにより、前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、比較的簡単な装置構成で、容器の損傷を招かずに、充分な硬度を有する高品質の成型体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の粉体の圧縮成型装置の一実施態様の模式図である。
【図２】図２は、図１に示す装置を用いた成型体の製造工程を示す図である。
【図３】図３は、図１に示す装置における振動体の概略斜視図である。
【図４】図４は、比較製造例で用いた本発明の範囲外の粉体の圧縮成型装置の模式図である。
【図５】図５（ａ）は、実施製造例及び比較製造例で用いた容器の上面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図６】図６は、実施製造例３に関するグラフであり、図６（ａ）は、成型時に上杵の振動子に印加された電圧と振動体で検出した振動の電圧波形との関係を示すグラフ、図６（ｂ）は、上杵に印加されている電圧の周波数スペクトルを示すグラフ、図６（ｃ）は、振動体で検出された振動電圧の周波数スペクトルを示すグラフである。
【図７】図７は、比較製造例２に関するグラフであり、図７（ａ）は、成型時に上杵の振動子に印加された電圧と振動体で検出した振動の電圧波形との関係を示すグラフ、図７（ｂ）は、上杵に印加されている電圧の周波数スペクトルを示すグラフ、図７（ｃ）は、振動体で検出された振動電圧の周波数スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明をその好ましい実施態様に基づき図面を参照して説明する。本実施態様の圧縮成型装置１は、図１及び図２に示すように、皿状の容器Ｓ内に収容された粉体４０に超音波振動を印加しながら該粉体４０を圧縮成型して容器Ｓ付きの成型体５０を製造する装置であり、鉛直方向（図１及び図２の上下方向）に延び且つ容器Ｓの収容空間として利用される貫通口１０を有する臼体１１と、該貫通口１０に鉛直方向の上方側から挿入され且つ該貫通口１０内の該容器Ｓ内の粉体４０に超音波振動を印加する上杵１２と、該貫通口１０に鉛直方向の下方側から挿入される下杵１５とを備え、上杵１２と下杵１５とによって粉体４０を容器Ｓごと圧縮可能になされている。下杵１５は、容器Ｓの下面の一部と接触した状態で該容器Ｓを下方から支持し、臼体１１の貫通口１０と下杵１５とによって容器Ｓの前記収容空間が画成可能になされている。容器Ｓと下杵１５（振動体１６）との間には他の部材は介在されておらず、容器Ｓと下杵１５とは接触している。
【００１２】
臼体１１は、略円筒状の金属等の剛体からなり、その上端部が水平方向（図１の左右方向）に張り出してフランジを形成しており、該フランジは成型テーブル３０へボルト締め（図示せず）されている。貫通口１０は、臼体１１の鉛直方向と直交する水平方向の中央に位置し、鉛直方向の上方から見たときに（上面視において）、円形形状をなしている。貫通口１０の開口径は、貫通口１０の長さ方向（鉛直方向）の全長に亘って一定である。
【００１３】
上杵１２は、容器Ｓ内の粉体を圧縮成型する際に、該粉体に超音波振動を印加する役割、及び該粉体を圧縮するための成型用杵としての役割を担うもので、金属等の剛体からなり、貫通口１０の形状に合致した形状をなし、本実施態様においては略円筒形状をなしている。上杵１２の上端には超音波振動素子１３が取り付けられており、該素子１３は移動手段１４によって支持されており、これら三者は同一軸線上に位置している。移動手段１４は、図示しない支持部材に取り付けられ、そこから垂下している。斯かる構成によって、上杵１２及び素子１３は上下方向へ一体的に移動可能になされている。移動手段１４は特に限定されず、例えば、エアシリンダ、油圧シリンダ、サーボモータ等の電動モータを用いたボールネジプレス等の機器を用いることができる。尚、移動手段１４は、上杵１２及び超音波振動素子１３に対して同一線上に位置していなくても良い。
【００１４】
下杵１５は、上杵１２の超音波振動に合わせて受動的に同調して振動可能な振動体１６を含んで構成されている。振動体１６（下杵１５）は、貫通口１０の形状に合致した形状をなし、本実施態様においては、図３に示すように円筒状をなしている。下杵１５には超音波振動素子は取り付けられておらず、下杵１５を構成する振動体１６は、それ自体は上杵１２のように超音波振動を印加せず、あくまで上杵１２の超音波振動に同調して振動するだけである。
【００１５】
そして、振動体１６の固有振動数は、上杵１２の振動周波数の９９．０％以上で且つ９９．８％以下である。斯かる構成により、粉体が収容された容器Ｓを下方から支持する振動体１６（下杵１５）が、上杵１２の超音波振動に略合致して振動するため、本実施態様の圧縮成型装置１によれば、特許文献２に記載の如き、下杵がこのような振動体を含んで構成されていない圧縮成型装置で懸念される不都合（容器の損傷、成型体の硬度低下等）が生じ難く、全体に亘って均一で硬度分布が無く、充分な硬度を有する高品質の成型体が安定的に得られる。また、下杵１５は、このような特定の振動体１６を含んで構成されていれば良く、下杵１５には超音波振動素子を取り付ける必要が無いため、本実施態様の圧縮成型装置１によれば、充分な硬度を有する高品質の成型体を比較的簡単な装置構成で得ることができる。
【００１６】
これに対し、振動体１６の固有振動数が上杵１２の振動周波数との関係において前記特定範囲外である（上杵１２の振動周波数の９９．０％未満あるいは９９．８％を超える）と、成型体の硬度の向上効果に乏しく、高品質の成型体が得られないおそれがある。その理由は、振動体１６の固有振動数が上杵１２の振動周波数の９９．０％未満であると、振動体１６は上杵１２の振動に追従して振動できず、容器Ｓと振動体１６との間に微小な空間が発生し、そのため振動エネルギーの一部が容器Ｓ内の粉体の成型に使用されず、振動エネルギーのロスが生じるためである。また、振動体１６の固有振動数が上杵１２の振動周波数に対して９９．８％よりも大きくなると、振動体１６は上杵１２の振動にほぼ同期して振動する状態になるが、この場合、上杵１２の先端が超音波振動で下方に向かう動作の時に、振動体１６の容器Ｓに接する先端も下方に動く動作となって、上杵１２及び振動体１６がほぼ同方向に動くようになるため、粉体を圧縮する効果としては小さくなり、結果として成型体の高い硬度が得られないからである。
【００１７】
振動体１６の固有振動数は次のようにして測定される。図１に示す如く他の部材（後述する移動手段２０）によって支持されている振動体１６における、容器Ｓとの接触面とは反対側の端面の中央部に、加速度計（（株）東陽テクニカ製、３５２Ａ６０）をネジにて取り付け、シグナルコンディショナ（（株）東陽テクニカ製、４８２Ｂ０６）を経由して該加速度計をＦＦＴアナライザー（（株）アドバンテスト製、Ｒ９２１１Ａ）と接続する。そして、インパクトハンマー（（株）東陽テクニカ製、０８６Ｅ８０）で振動体１６を打撃し、その際に加速度計にて計測された加速度信号がＦＦＴアナライザーに入力されることで、一次固有振動数を得、該一次固有振動数を振動体１６の固有振動数とした。
【００１８】
また、振動体１６の固有振動数の別の測定方法として、超音波振動子を利用する方法もある。通常、超音波振動子は圧電体に高電圧を印加すると伸縮するという原理を利用しているが、逆に圧電体は圧力を受けることで電圧を発生させることができる。この発生電圧は振動子が受けた圧力として見ることができる。即ち、超音波振動子と振動体１６とをネジで直列に締結し、振動体１６をハンマーで打撃することによって該超音波振動子の圧電体から電圧を取り出し、この電圧波形をＦＦＴアナライザーに入力して固有振動数を求めることも可能である。
【００１９】
振動体１６の固有振動数は、振動体１６の材質及び長さ（図１中符合Ｌで示す、振動体１６の鉛直方向の長さ）によって決まる。従って、振動体１６の固有振動数を上杵１２の振動周波数の９９．０％以上で且つ９９．８％以下とするためには、上杵１２の所定の振動周波数に対して、振動体１６の材質及び長さの一方又は両方を適宜調整すれば良い。通常、振動体１６の材質は変えずにその長さのみを適宜調整して、振動体１６の固有振動数を上杵１２の振動周波数との関係において前記特定範囲に設定する。振動体１６の材質としては、上杵１２の超音波振動に合わせて受動的に同調して振動可能なものであれば良く、例えば、超々ジュラルミン（Ａ７０７５）等が挙げられる。
【００２０】
図１及び図３に示すように、振動体１６の鉛直方向に沿う側面から、該振動体１６を把持する際に利用される把持部１７が突出し、振動体１６と該振動体１６を鉛直方向に上下動させる移動手段２０とが、把持部１７を介して連結されている。斯かる構成によって、振動体１６（下杵１５）は、移動手段２０とは一切接触することなく、上下方向へ移動可能になされている。本実施態様においては、把持部１７は、円筒状の振動体１６の長さ方向（鉛直方向）の一部（中央部）が水平方向に張り出して形成されており、平面視して円形形状をなしている。把持部１７は、振動体１６と一体的に成型されていても良く、あるいは振動体１６とは別体の部材を振動体１６の側面に固定して設けられていても良い。
【００２１】
把持部１７は、振動体１６が上杵１２の超音波振動に合わせて受動的に同調して振動するときのその振動が最も小さい部分（振動最小部）に位置している。振動最小部は、小さいながらも振動が認められる場合のみならず、全く振動しない場合（振動がゼロの場合）を含む。把持部１７が振動体１６の振動最小部に位置していることにより、振動体１６の振動に影響を及ぼすことなく、把持部１７を用いて振動体１６を支持することが可能となる。振動体１６の鉛直方向の長さは通常、振動波長の１／２の長さ、又はこの整数倍の長さ程度に設定すれば良い。例えば、振動体１６を最も単純な形状である円柱にし且つその鉛直方向（中心軸方向）の長さを振動波長の１／２にした場合、円柱状の振動体１６における振動が最小となる節の部分は、その鉛直方向のちょうど中央の位置となるので、その鉛直方向中央に把持部１７を設ければ良い。
【００２２】
移動手段２０は、図１に示すように、把持部１７を把持して振動体１６を下方から支持する支持要素２２と該支持要素２２を鉛直方向に上下動させる移動要素２１とを含んで構成されている。振動体１６（下杵１５）並びに移動手段２０を構成する支持要素２２及び移動要素２１は、同一軸線上に位置している。移動要素２１としては、例えばエアシリンダや油圧シリンダ等、上杵１２の移動手段１４として利用可能なものを用いることができる。支持要素２２は、移動要素２１に固定されたベース部２３と、該ベース部２３の周縁部から鉛直方向の上方側（臼体１１側）に立設し、上端部に把持部１７との係合部２４ａを有する支持部２４とを備え、係合部２４ａの凹部に把持部１７が嵌合されることによって、振動体１６と移動手段２０とが把持部１７を介して連結されている。支持部２４によって包囲された空間部には、振動体１６の一部（把持部１７よりも下方に位置する部分）が、移動手段２０と接触しないように収容される。
【００２３】
粉体が収容される容器Ｓは、図１及び図２に示すようにバットの如き底の浅い箱形の容器であり、下面〔下杵１５（振動体１６）との接触面〕を形成する平らな底板と該底板を包囲し且つ鉛直方向に立設する壁部とを有し、該底板と該壁部とに画成された凹部（空間部）に、粉体が収容される。容器Ｓは、前記収容空間に収容された時における該収容空間を構成する貫通口１０の壁面とのクリアランス（間隙）が５０〜１５０μｍ程度となるような大きさを有している。容器Ｓは、本実施態様の圧縮成型装置を構成する部材ではなく、該圧縮成型装置とは別体である。
【００２４】
前述した構成を有する圧縮成型装置１を用いた粉体の圧縮成型方法（固形粉体成型体の製造方法）を図１及び図２を参照しながら説明する。本実施態様の粉体の圧縮成型方法は、前記収容空間に容器Ｓを収容し、該容器Ｓ内に粉体４０を充填する工程と、上杵１２と下杵１５とによって粉体４０を容器Ｓごと圧縮しつつ粉体４０に超音波振動を印加する工程とを有する。
【００２５】
先ず、移動手段２０（移動要素２１）を動作させて、臼体１１の貫通口１０内に予め挿入されている下杵１５を貫通口１０内で下降させ、貫通口１０内における下杵１５の上方位置に容器Ｓの収容空間を画成する。このとき、上杵１２は、貫通口１０の上方の所定の待機位置にて待機している。そして、前記収容空間に容器Ｓを１個収容し、更に容器Ｓに粉体４０を充填する（図２（ａ）参照）。
【００２６】
次いで、移動手段１４を動作させて上杵１２を待機位置から下降させ、臼体１１の所定の位置まで挿入する。次いで、下杵１５（振動体１６）を移動要素２１によって上昇させ、粉体４０を容器Ｓごと圧縮成型するのと同時に上杵１２を超音波振動させる（図２（ｂ）参照）。これにより、容器Ｓと接触している振動体１６は、上杵１２の超音波振動に合わせて受動的に同調し、上杵１２の振動周波数に近い振動数（上杵の振動周波数の９９．０％以上で且つ９９．８％以下）で振動する。こうして、容器Ｓ内の粉体４０は、上杵１２とこれに近い振動数で同調して振動する振動体１６とによって、その全体が振動して流動化し、これに上下からの圧縮が加わって成型体５０とされる。成型体５０は、全体に亘って均一で硬度分布が無く、充分な硬度を有する高品質なものである。また、振動体１６は上杵１２の振動周波数に近い振動数で振動するため、容器Ｓと振動体１６とが該振動体１６の振動によって激しく衝突することがなく、容器Ｓの損傷が防止される。
【００２７】
粉体４０を一定時間圧縮した後、超音波振動素子１３の動作を停止し、移動手段１４を動作させて上杵１２を上昇させて所定の待機位置に戻すと共に、移動手段２０（移動要素２１）を動作させて下杵１５（振動体１６）を上昇させ、該下杵１５の上面を成型テーブル３０の上面に一致させる（図２（ｃ）参照）。こうして、目的とする成型体５０が、容器Ｓ内に収容された状態で得られる。
【００２８】
尚、成型時に振動体１６が上杵１２から受ける振動波形を観測することにより、様々な情報が得られる。検査対象物の内部の欠陥検査で用いられている非線形超音波法において、欠陥が無い場合には、印加された超音波振動に対して受信される超音波振動は振動強度のみが変化する。一方、検査対象物の内部に亀裂等の欠陥がある場合には、その欠陥によって波の透過・反射が複雑に発生するために、受信された波形は、透過波・反射波の合成波形となって印加された超音波振動波形とは異なった複雑なものとなり、その周波数スペクトル解析を行なうと、印加した超音波振動周波数の整数倍の高調波が発生することが判っている。従って、この原理を用いれば、以下の現象が確認できる。即ち、容器Ｓと振動体１６との間に空間ができずに上杵１２から印加された振動がロス無く伝達している場合には、振動体１６で観測される振動波形は印加された超音波振動と相似であるが、容器Ｓと振動体１６との間に微小ではあっても空間がある場合には、振動体１６で受ける振動波形は該空間によるロスや透過波・反射波等によって複雑な波形となり、その周波数スペクトルを観測すると高調波が発生している。
【００２９】
上杵１２の振動波形及び振動体１６の振動波形は、それぞれ次のようにして測定される。上杵１２の振動波形については、超音波振動素子１３に高電圧を印加する端子（図示せず）から、また振動体１６の振動波形については、該振動体１６に取り付けた前記加速度計から、それぞれの出力を取り出し、それぞれオシロスコープ（岩通計測（株）製、ＤＳ−５１０２）等に入力して波形を記録する。周波数スペクトルは、この波形データをパソコンに取り込み、高速フーリエ変換して求める。
【００３０】
本発明は、種々の粉体の圧縮成型に用いることができ、例えば、固形粉体成型体の一種である粉体化粧料の圧縮成型に用いることができ、この場合高品質の固形化粧料が得られる。該固形化粧料は、例えばアイシャドウ、チーク、ファンデーション等のメイクアップ化粧料の形態として好適に用いられる。粉体化粧料は、一般に体質顔料、着色顔料、光輝性顔料等の各種顔料及び油性成分を含有する。顔料の含有量は、通常、粉体化粧料中に５〜８０質量％程度である。
【００３１】
一方、前記油性成分は、固形粉体化粧料において固形形状を賦形するためのバインダーとしての役割を持つ。また、化粧料を塗布した際の化粧膜の肌への付着性の面でも重要である。油性成分としては、例えば、動物油、植物油、合成油等の起源や、固形油、半固形油、液体油、揮発性油等の性状を問わず、炭化水素、油脂、ロウ、硬化油、エステル油、脂肪酸、高級アルコール、シリコーン油、フッ素系油、ラノリン誘導体、油性ゲル化剤等を用いることができる。油性成分の含有量は、通常、粉体化粧料中に３〜２０質量％程度である。
【００３２】
特に本発明は、製造目的物である成型体が、均一な厚みを有する扁平な成型体である場合は勿論のこと、表面（上面）がドーム状、半球状、円錐状、角錐状、ダイヤカット状等の立体形状に成型された、厚みが均一ではない成型体である場合でも、全体に亘って均一で硬度分布が無く、高い硬度を有する成型体を提供することができるので、そのような厚みが均一ではない成型体の製造に有効である。
【００３３】
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、粉体４０が上杵１２に付着することを防止する目的で、これらの間にポリ四フッ化エチレン製のシート等の付着防止用介在物を介在させても良く、あるいは不織布及び／又は織布、紙等を介在させて、成型体５０の表面に網目模様を施し、成型体５０に一層の高級感を付与しても良い。
【００３４】
前述した本発明の実施態様に関し、更に以下の付記（粉体の圧縮成型装置及び固形粉体成型体の製造方法）を開示する。
【００３５】
＜１＞
皿状の容器内に収容された粉体に超音波振動を印加しながら該粉体を圧縮成型する粉体の圧縮成型装置であって、
鉛直方向に延び且つ前記容器の収容空間として利用される貫通口を有する臼体と、該貫通口に鉛直方向の上方側から挿入され且つ該貫通口内の該容器内の前記粉体に超音波振動を印加する上杵と、該貫通口に鉛直方向の下方側から挿入される下杵とを備え、該上杵と該下杵とによって該粉体を該容器ごと圧縮可能になされており、
前記下杵は、前記上杵の超音波振動に合わせて受動的に同調して振動可能な振動体を含んで構成されており、
前記振動体の固有振動数は、前記上杵の振動周波数の９９．０％以上で且つ９９．８％以下である粉体の圧縮成型装置。
＜２＞
前記振動体の鉛直方向に沿う側面から、該振動体を把持する際に利用される把持部が突出し、該振動体と該振動体を鉛直方向に上下動させる移動手段とが、該把持部を介して連結されており、
前記把持部は、前記振動体が前記上杵の超音波振動に合わせて受動的に同調して振動するときのその振動が最も小さい部分に位置している前記＜１＞に記載の粉体の圧縮成型装置。
【００３６】
＜３＞
前記＜１＞又は＜２＞に記載の粉体の圧縮成型装置を用いた固形粉体成型体の製造方法であって、粉体の圧縮成型時において、前記振動体の振動波形の位相が前記上杵のそれよりも遅れ且つその位相差が０度より大きく５０度以下となるように、前記上杵の振動周波数を調整する固形粉体成型体の製造方法。
＜４＞
前記振動体の振動波形が前記上杵のそれに対して遅れ位相である場合において、該振動体の振動波形の位相と該上杵のそれとの位相差は、好ましくは０度以上、更に好ましくは１５度以上、そして、好ましくは５０度以下、更に好ましくは４５度以下、より具体的には、好ましくは０度以上５０度以下、更に好ましくは１５度以上４５度以下である前記＜３＞に記載の固形粉体成型体の製造方法。
＜５＞
前記振動体の振動波形における高調波の信号強度は、該振動体が前記上杵より受けている基本振動の信号強度の１／１０以下、好ましくは１／２０以下である前記＜３＞又は＜４＞に記載の固形粉体成型体の製造方法。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明を実施製造例により更に具体的に説明するが、本発明は斯かる実施製造例に限定されるものではない。
【００３８】
〔実施製造例１〜４及び比較製造例１〜５〕
図１に示すものと同様の構成の圧縮成型装置を用い、且つ該装置における下杵を構成する振動体の長さ（図１中符合Ｌで示す、振動体の鉛直方向の長さ）を適宜変更して、前述した方法に準じて粉体を圧縮成型し、固形粉体化粧料（固形粉体成型体）を製造した。前述したように、振動体の長さを変更すると、該振動体の固有振動数が変化する。圧縮成型装置において、上杵に連結される超音波振動素子として、精電舎電子工業（株）製の超音波振動素子（１５ｋＨｚ、１．５ｋＷ）を用い、また、上杵及び振動体（下杵）の材質は、何れも超々ジュラルミン（Ａ７０７５）であった。成型条件は次の通り。プレス圧１ｋＮ（成型体への荷重０．４ＭＰａ）、上杵に連結された超音波振動素子の超音波周波数１５ｋＨｚ、該超音波振動素子の超音波振幅２５μｍ、該超音波振動素子の超音波振動印加時間３秒。また、成型時の上杵の振動波形及び振動体の振動波形をそれぞれ計測し、波形形状及び周波数スペクトル、並びにそれぞれの振動波形の位相差を評価した。位相差は、成型時の上杵の振動波形に対し、振動体の振動波形が遅れている場合は、遅れ位相（−）で表し、振動体の振動波形が進んでいる場合は、進み位相（＋）で表した（下記表２参照）。
【００３９】
〔比較製造例６〕
図４に示す圧縮成型装置を用い、前述した方法に準じて固形粉体化粧料（固形粉体成型体）を製造した。図４に示す圧縮成型装置は、下杵１５Ａが、「上杵の超音波振動に合わせて受動的に同調して振動可能な振動体」を含んで構成されておらず、単なるＳＵＳ４４０Ｃ製の剛体である点以外は、図１に示す圧縮成型装置１と同様に構成されている。また、比較製造例６においては、図４に示すように、容器と下杵との間に、臼体の貫通口の形状に合致した形状の、大同特殊鋼（株）製のＮＡＫ５５製ブロック３１を介在させた。
【００４０】
各実施製造例及び比較製造例で用いた粉体の組成を下記表１に示す。また、各実施製造例及び比較製造例で用いた容器を、最終的に得られた固形粉体化粧料（固形粉体成型体）と共に図５に示す。図５に示す容器Ｓはアルミ製で、図５（ａ）に示す如き平面視（上面視）において外径５８ｍｍの真円形状をなし、容器厚みＳ１は０．５ｍｍ、容器高さＳ２は５ｍｍであった。また、この容器Ｓを用いて得られた固形粉体化粧料９０は、図５（ｂ）に示すように、中央部が周縁部９１に比して隆起した立体形状をなしている。固形粉体化粧料９０の中央部には、周縁部９１（非隆起部）からの隆起高さの異なる３つの隆起部９２，９３，９４が形成されており、該隆起高さはこの順で高くなっている。隆起部９２，９３，９４の頂部はそれぞれ平坦である。周縁部９１の厚みＴ１は４．０ｍｍ（容器厚み０．５ｍｍを含む）、最も隆起高さの高い隆起部９２の周縁部９１からの隆起高さＴ２は３ｍｍ、隆起部９３の隆起部９４からの隆起高さＴ３は１ｍｍ、最も隆起高さの低い隆起部９４の周縁部９１からの隆起高さＴ４は１ｍｍであった。
【００４１】
【表１】
2015003334.tif 000003
【００４２】
〔試験例〕
各実施製造例及び比較製造例で得られた固形粉体化粧料の硬度を、マイクロゴム硬度計ＭＤ−１（高分子計器（株）製、触針φ０．１６ｍｍ、長さ０．５ｍｍ）を用いて測定した。その結果を、前記方法により測定した「上杵の振動周波数」、「振動体の固有振動数」及び「上杵と振動体との振動波形の位相差」と共に下記表２に示す。尚、表２における「上杵と振動体との振動波形の位相差」に関し、「−」（マイナス）が付いているもの（負値）は、振動体の振動波形が上杵のそれに対して遅れ位相である場合を意味し、「−」（マイナス）が付いていないもの（正値）は、振動体の振動波形の位相が上杵のそれに対して進み位相である場合を意味し、「高調波」と記載されているものは、振動体の振動波形の周波数スペクトルを観測した時に、上杵の振動周波数の整数倍の高調波が大きく出現していることが観測された場合を意味する。
【００４３】
【表２】
2015003334.tif 000004
【００４４】
また、実施製造例３に関して、図６に、成型時に上杵の振動子に印加された電圧と振動体で検出した振動の電圧波形（図６（ａ））、上杵に印加されている電圧の周波数スペクトル（図６（ｂ））、及び振動体で検出された振動電圧の周波数スペクトル（図６（ｃ））をそれぞれ示すと共に、比較製造例２に関しても、図７に図６と同様の３種類のグラフ（図７（ａ）〜図７（ｃ））を示した。図６（ａ）及び図７（ａ）において、上杵は実線で示し、振動体は一点破線で示した。また、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）において、周波数スペクトルの横軸は周波数、縦軸は電圧である。
【００４５】
表２から明らかなように、各実施製造例で得られた成型体（固形粉体化粧料）は、各比較製造例で得られた固形粉体化粧料に比して、高い硬度を有する。
実施製造例に対し、表１と図６及び図７とから判るように、比較製造例１、２では上杵の振動周波数に対する振動体の固有振動数の割合が９９．０％未満であり、振動体の周波数スペクトルをみると、上杵から与えている基本周波数１５ｋＨｚの振動以外にも２倍、３倍、４倍に相当する高調波が大きく発生しているのが判る。
比較製造例３、４、５では上杵の振動周波数に対する振動体の固有振動数の割合が９９．８％以上であり、実施製造例と比して硬度が明らかに小さかった。
【００４６】
実施製造例３と比較製造例２の周波数スペクトルより、振動体の振動波形における高調波の信号強度は、振動体が上杵より受けている基本振動の信号強度の１／１０以下、好ましくは１／２０以下の場合に高い硬度が得られることが判る。
【００４７】
また、表２より、高い硬度を有する成型体を得るためには、粉体の圧縮成型時において、振動体の振動波形の位相が上杵のそれよりも遅れ且つその位相差が０度より大きく５０度以下となるように、上杵の振動周波数を調整することが好ましいことが判る。振動体の振動波形が上杵のそれに対して遅れ位相である場合は、振動体の振動波形の位相と上杵のそれとが同位相（位相差０度）の場合、及び振動体の振動波形の位相が上杵のそれよりも進んでいる場合に比して、成型体の硬度が向上している。振動体の振動波形が上杵のそれに対して遅れ位相である場合において、振動体の振動波形の位相と上杵のそれとの位相差は、好ましくは０度以上、更に好ましくは１５度以上、そして、好ましくは５０度以下、更に好ましくは４５度以下、より具体的には、好ましくは０度以上５０度以下、更に好ましくは１５度以上４５度以下である。
【００４８】
また、比較製造例６においても、図４に示すように、下杵１５Ａと容器Ｓとの間にブロック３１を挿入しているために、ブロック３１及び下杵１５Ａが上杵１２の振動に同調することがなく、容器Ｓとブロック３１との間や、ブロック３１と下杵１５Ａとの間に隙間が生じて振動エネルギーをロスしており、実施製造例と比較して硬度が小さい結果となっている。
【００４９】
以上のことから、高い硬度を有する成型体を得るためには、各実施製造例のように、「下杵として、上杵の超音波振動に合わせて受動的に同調して振動可能な振動体を用いること」、即ち、本発明の主たる特徴部分の採用が有効であることが明らかである。
【符号の説明】
【００５０】
１  圧縮成型装置
１０  貫通口
１１  臼体
１２  上杵
１３  超音波振動素子
１４  上杵の移動手段
１５，１５Ａ  下杵
１６  振動体
１７  把持部
２０  下杵の移動手段
２１  移動要素
２２  支持要素
２３  ベース部
２４  支持部
３０  テーブル
４０  粉体
５０  成型体
Ｓ  容器
【図１】
2015003334.tif 000005
【図２】
2015003334.tif 000006
【図３】
2015003334.tif 000007
【図４】
2015003334.tif 000008
【図５】
2015003334.tif 000009
【図６】
2015003334.tif 000010
【図７】
2015003334.tif 000011