(57)【要約】【課題】  容器の壁面近傍における粉末の嵩密度を推定することを目的とする。【解決手段】  第１の容器内の粉末の実測嵩密度と、第１の容器内の粉末に対する第１及び第２の電極（１０１、１０２）間の静電容量に応じた電圧値との関係に関する検量線を基に、第２の容器内の粉末（２０１）に対する第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値から、第２の容器内の粉末の嵩密度を推定する演算処理部（１３０）を備え、第２の容器内の粉末に対する第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値は、センサユニット（１１０）が第２の容器に形成された設置孔に嵌め込まれた状態において、静電容量測定部（１２０）から出力される値である、嵩密度推定装置（１００）を提供する。【選択図】図１
2015111060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極、前記第１の電極に並設され固定された第２の電極、並びに前記第１及び第２の電極を収容する電極ケースを含むセンサユニットと、
前記第１及び第２の電極間の静電容量を測定し、前記静電容量に応じた電圧値を出力する静電容量測定部と、
第１の容器内の粉末の実測嵩密度と、前記第１の容器内の前記粉末に対する前記第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値との関係に関する検量線を基に、第２の容器内の前記粉末に対する前記第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値から、前記第２の容器内の前記粉末の嵩密度を推定する演算処理部とを備え、
前記第２の容器内の前記粉末に対する前記第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値は、前記センサユニットが前記第２の容器に形成された設置孔に嵌め込まれた状態において、前記静電容量測定部から出力される値である、嵩密度推定装置。
【請求項２】
前記電極ケースは、前記設置孔の形状に合わせて形成されている、請求項１に記載の嵩密度推定装置。
【請求項３】
電気力線を出力する前記第１の電極の端面及び前記電気力線を入力する前記第２の電極の端面は、前記電極ケースから露出し、
前記センサユニットが前記第２の容器に形成された設置孔に嵌め込まれた状態において、前記第１及び第２の電極の端面は、前記第２の容器内の前記粉末に接触する、請求項１又は２に記載の嵩密度推定装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の電極を覆う絶縁部材をさらに備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の嵩密度推定装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の電極に並設され固定され、前記電極ケースに収容された第３の電極であって、前記第１の電極からの電気力線を入力する第３の電極と、
前記第１乃至第３の電極と前記静電容量測定部との間の接続を切り替える切替部とをさらに備え、
前記演算処理部は、
前記第１の容器内の前記粉末の実測嵩密度と、前記第１の容器内の前記粉末に対する前記第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値との関係に関する第１の検量線を基に、前記第２の容器内の前記粉末に対する前記第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値から、前記第２の容器内の前記粉末の嵩密度を推定し、そして、
前記第１の容器内の前記粉末の実測嵩密度と、前記第１の容器内の前記粉末に対する前記第１及び第３の電極間の静電容量に応じた電圧値との関係に関する第２の検量線を基に、第２の容器内の前記粉末に対する前記第１及び第３の電極間の静電容量に応じた電圧値から、前記第２の容器内の前記粉末の嵩密度を推定し、
前記第２の容器内の前記粉末に対する前記第１及び第３の電極間の静電容量に応じた電圧値は、前記センサユニットが前記第２の容器に形成された設置孔に嵌め込まれた状態において、前記静電容量測定部から出力される値である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の嵩密度推定装置。
【請求項６】
複数の測定電極、前記複数の測定電極に並設され固定された複数のアース電極、並びに前記複数の測定電極及びアース電極を収容する電極ケースを含むセンサユニットと、
前記複数の測定電極のうちの１つの電極及び前記複数のアース電極のうちの１つの電極間の静電容量を測定し、前記静電容量に応じた電圧値を出力する静電容量測定部と、
前記複数の測定電極及び前記複数のアース電極と、前記静電容量測定部との間の接続を切り替えるための切替部と、
前記切替部を制御することにより前記複数の測定電極のうちの第１の電極及び前記複数のアース電極のうちの第２の電極を前記静電容量測定部に接続し、第１の容器内の粉末の実測嵩密度と、前記第１の容器内の前記粉末に対する前記第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値との関係に関する検量線を基に、第２の容器内の前記粉末に対する前記第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値から、前記第２の容器内の前記粉末の嵩密度を推定する演算処理部とを備え、
前記第２の容器内の前記粉末に対する前記第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値は、前記センサユニットが前記第２の容器に形成された設置孔に嵌め込まれた状態において、前記静電容量測定部から出力される値である、嵩密度推定装置。
【請求項７】
前記第１の容器は、標準容器であり、
前記標準容器の前記粉末を充填する空洞部の容積は、前記電極ケースの寸法、及び前記第１の電極から前記第２の電極に入る電気力線が届く範囲に基づき規定され、
前記電気力線が届く範囲は、前記粉末が充填された第３の容器内で互いに向かい合うように配置された２つの前記センサユニットを互いに近づけながら、前記センサユニット各々の前記第１の電極から前記第２の電極に入る電気力線間の干渉の有無を監視し、前記干渉が生じたときの前記センサユニット間の距離を基に規定されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の嵩密度推定装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の嵩密度推定装置と、
前記第２の容器と、
前記粉末を前記第２の容器に投入する投入器と、
前記投入器を移動させる駆動機構とを備え、
前記電極ケースは、前記設置孔に嵌め込まれ固定されており、
前記演算処理部は、前記推定した嵩密度のバラつきが許容範囲に無い場合、前記バラつきを低減するように、前記投入器及び駆動機構を制御する、物品成形システム。
【請求項９】
第１の電極、及び前記第１の電極に並設され固定された第２の電極、並びに前記第１及び第２の電極を収容する電極ケースを含むセンサユニットを、第１の容器に形成された設置孔に嵌め込むステップと、
前記第１の容器内に粉末を投入するステップと、
前記第１の容器内の前記粉末に対する前記第１及び第２の電極間の静電容量を測定し、前記静電容量に応じた電圧値を取得するステップと、
第２の容器内の前記粉末の実測嵩密度と、前記第２の容器内の前記粉末に対する前記第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値との関係に関する検量線を基に、前記取得した電圧値から、前記第１の容器内の前記粉末の嵩密度を推定するステップとを備える、嵩密度推定方法。
【請求項１０】
前記粉末を充填する空洞部の容積が前記電極ケースの寸法及び前記第１の電極から前記第２の電極に入る電気力線の届く範囲に基づき規定された前記第２の容器を準備するステップをさらに備え、
前記電気力線の届く範囲は、前記粉末が充填された第３の容器内で互いに向かい合うように配置された２つの前記センサユニットを互いに近づけながら、前記センサユニット各々の前記第１の電極から前記第２の電極に入る電気力線間の干渉の有無を監視し、前記干渉が生じたときの前記センサユニット間の距離を基に規定されている、請求項９に記載の嵩密度推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、嵩密度の推定技術、特に、容器の壁面近傍における粉末の嵩密度の推定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、粉末冶金技術において、容器に収容された金属粉末をプレスし、焼結することにより、所定の形状の金属製品を製造する技術が知られている。特許文献１は、金属粉末を充填する容器の一部に形成された孔から２本の電極を奥深くまで挿入し、静電容量を測定することにより金属粉末の嵩密度を算出する技術を開示する。特許文献２は、２個の励磁コイルを容器の外側から該容器内の金属粉末へ向けて交流磁束を印加し、検出された交流磁束の振幅と、既知の検量線とを基に、該金属粉末の嵩密度を測定する方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１９９３０６号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８１１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
容器に充填された粉末の密度が均一でないならば、該粉末をプレスする際にプレス機が傾いてしまう問題や、プレス後の成形物に傾きが発生してしまう問題がある。とくに、容器の壁面近傍における粉末の密度は、容器の中央付近に比べて不均一になり易い。そのため、容器の壁面近傍における粉末の密度を精度良く測定する技術が望まれる。
【０００５】
特許文献１の技術では、電極を容器内に奥深く挿し込み、金属粉末の静電容量を測定する。このため、容器の内壁面近傍の金属粉末の嵩密度を精度良く測定することが困難であるという問題がある。また、特許文献２の技術では、容器の外側から交流磁束を用いて容器内の金属粉末の嵩密度を測定する。このため、比較的分厚い容器や金属製の容器を用いる場合には、容器内の金属粉末まで磁束が届かない問題がある。また、金属粉末と励磁コイルとの距離が少なくとも容器の壁分だけ離れることになるため、精度よく嵩密度を測定することは困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、容器の壁面近傍における粉末の嵩密度の推定を可能にする嵩密度推定装置及び嵩密度推定方法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、第１の電極、第１の電極に並設され固定された第２の電極、並びに第１及び第２の電極を収容する電極ケースを含むセンサユニットと、第１及び第２の電極間の静電容量を測定し、静電容量に応じた電圧値を出力する静電容量測定部と、第１の容器内の粉末の実測嵩密度と、第１の容器内の粉末に対する第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値との関係に関する検量線を基に、第２の容器内の粉末に対する第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値から、第２の容器内の粉末の嵩密度を推定する演算処理部とを備え、第２の容器内の粉末に対する第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値は、センサユニットが第２の容器に形成された設置孔に嵌め込まれた状態において、静電容量測定部から出力される値である、嵩密度推定装置を提供する。
【０００８】
また、本発明は、第１の電極、及び第１の電極に並設され固定された第２の電極、並びに第１及び第２の電極を収容する電極ケースを含むセンサユニットを、第１の容器に形成された設置孔に嵌め込むステップと、第１の容器内に粉末を投入するステップと、第１の容器内の粉末に対する第１及び第２の電極間の静電容量を測定し、静電容量に応じた電圧値を取得するステップと、第２の容器内の粉末の実測嵩密度と、第２の容器内の粉末に対する第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値との関係に関する検量線を基に、取得した電圧値から、第１の容器内の粉末の嵩密度を推定するステップとを備える、嵩密度推定方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、第１の容器内の粉末の実測嵩密度と、第１の容器内の粉末に対する第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値との関係に関する検量線を基に、センサユニットが第２の容器に形成された設置孔に嵌め込まれた状態において、静電容量測定部から出力される第２の容器内の粉末に対する第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値から、第２の容器内の粉末の嵩密度を推定する。そのため、本発明は、容器の空洞部の内側面近傍における粉末の嵩密度を局所的に精度良く推定することができる。また、本発明は、センサユニットが第２の容器に形成された設置孔に嵌め込まれた状態において、静電容量測定部から出力される第２の容器内の粉末に対する第１及び第２の電極間の静電容量に応じた電圧値を基に嵩密度の推定を行うため、容器により成形される製品の形状に対する影響を低減しつつ、容器内の粉末の嵩密度を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る嵩密度推定装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態に係る嵩密度推定装置及び標準容器の概略構成図である。
【図３】第１実施形態に係る距離Ｌを求めるための説明図である。
【図４Ａ】第１実施形態に係る粉末に関する検量線の作成フローチャートである。
【図４Ｂ】第１実施形態に係る検量線の例である。
【図５】第１実施形態に係る容器の断面図である。
【図６】第２実施形態に係る嵩密度推定装置の概略構成図である。
【図７Ａ】第２実施形態に係る嵩密度推定装置及び可動標準容器の概略構成図である。
【図７Ｂ】第２実施形態に係る嵩密度推定装置の概略構成図である。
【図８Ａ】第２実施形態に係る粉末に関する検量線の作成フローチャートである。
【図８Ｂ】第２実施形態に係る検量線の例である。
【図９】第２実施形態に係る容器の断面図である。
【図１０Ａ】第３実施形態に係る嵩密度推定装置の概略構成図である。
【図１０Ｂ】第３実施形態に係る嵩密度推定装置の概略構成図である。
【図１１】第３実施形態に係る検量線の例である。
【図１２Ａ】第３実施形態に係る物品成形システムの概略構成図である。
【図１２Ｂ】第３実施形態に係る金型の断面図である。
【図１３】その他の実施形態に係る嵩密度推定装置の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための例示的な実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態で説明される寸法、材料、形状、構成要素の相対的な位置等は任意であり、本発明が適用される装置の構造又は様々な条件に応じて変更される。また、特別な記載がない限り、本発明の範囲は、以下に説明される実施形態で具体的に記載された形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。
【００１２】
［第１実施形態］
＜嵩密度推定装置の構成＞
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る嵩密度推定装置１００の概略構成図であり、図１（ｂ）は、センサユニット１１０のＡＡ線断面図である。嵩密度推定装置１００は、センサユニット１１０、静電容量測定部１２０及び演算処理部１３０を備える。
【００１３】
センサユニット１１０は、第１の電極１０１、第２の電極１０２及び電極ケース１０５を備え、第１及び第２の電極１０１、１０２は、電極ケース１０５内に収容され、互いに並設され固定されている。ここで、用語「並設」により表される状態は、両端面１０１ｓ、１０２ｓが同じ方向を向くように第１及び第２の電極１０１、１０２が並べて設けられている状態である。また、以下説明を簡単にするために、限定されないが、第１及び第２の電極の形状は円柱あり、電極ケースの形状は直方体であるとする。
【００１４】
図１（ｂ）に示すように、第１の電極１０１の端面１０１ｓ及び第２の電極１０２の端面１０２ｓは、好ましくは、電極ケース１０５の正面１０５ｓと同一平面上にあり、電極ケース１０５により覆われておらず露出している。なお、端面１０１ｓと端面１０２ｓとを一致させる構成は必須ではなく、両端面１０１ｓ、１０２ｓ間の距離が変化しなければよい。
【００１５】
第１及び第２の電極１０１、１０２は、静電容量測定部１２０に接続されている。第１の電極１０１は、静電容量測定部１２０の測定電極（プローブ）として機能し、電気力線１０６を出力する。第２の電極１０２は、静電容量測定部１２０のアース電極として機能し、第１の電極１０１からの電気力線１０６を入力する。なお、第１の電極１０１がアース電極で、第２の電極１０２が測定電極であってもよい。また、第１の電極１０１の周囲からの電気力線の漏れを防ぎ、端面１０１ｓから出力される電気力線の均一性をより向上にするために、第１の電極１０１の周囲にガードリング（不図示）を設けてもよい。
【００１６】
後述するように、容器内の粉末の静電容量を測定するときには、センサユニット１１０は、容器に形成された設置孔に嵌め込まれ固定され、第１及び第２の電極の端面１０１ｓ、１０２ｓ並びに電極ケース１０５は、容器内の粉末に直接接触することになる。電極ケース１０５は、粉末から圧力を受けることになるため、その圧力に対して変形しない材料から形成されていることが好ましい。例えば、電極ケース１０５の材料は、鉄、アルミニウム、銅、ステンレス鋼及びチタン等の金属材料若しくは合金材料、プラスチック等の樹脂材料、又は、測定対象である粉末を充填する容器の材料と同じ材料であってもよい。また、電極ケース１０５の形状は、容器の設置孔の形状に合わせて形成され、好ましくは、電極ケース１０５の正面１０５ｓの形状は、粉末を充填する容器の空洞部の内側面の形状に合わせて形成される。例えば、該空洞部が円柱形状である場合、電極ケース１０５の正面１０５ｓの形状は、該円柱の円弧に合わせて形成される。このように電極ケース１０５の形状を粉末を充填する容器の空洞部の内側面の形状に合わせて構成することにより、容器により成形される製品の形状に対する影響を低減することができる。
【００１７】
ここで、金属等の導電性の電極ケース１０５を用いる場合、第２の電極１０２が電極ケース１０５と同電位となり、第１の電極１０１からの電気力線１０６が、第２の電極１０２に加えて、電極ケース１０５にも入力される可能性がある。そのため、第１及び第２の電極１０１、１０２のうち端面１０１ｓ、１０２ｓ以外の部分を、それぞれ絶縁部材１０３、１０４で覆うことにより、電極ケース１０５に対して絶縁させる。これにより、第１の電極１０１からの電気力線１０６が電極ケース１０５に入力される可能性は、大幅に低減され、静電容量の測定精度は向上する。なお、樹脂等の絶縁性の電極ケース１０５を用いる場合には、絶縁部材１０３、１０４を用いなくてもよい。
【００１８】
静電容量測定部１２０は、静電容量変位計であり、発振周波数の変位を検出することにより、第１及び第２の電極１０１、１０２間の静電容量を測定し、測定した静電容量に応じた電圧値を演算処理部１３０に出力する。第１及び第２の電極１０１、１０２間の静電容量は、第１及び第２の電極１０１、１０２の面積、第１及び第２の電極１０１、１０２間の距離、並びに、第１の電極１０１から第２の電極１０２に入る電気力線が通る空間にある物質の誘電率に基づく。即ち、第１及び第２の電極１０１、１０２の面積、並びに第１及び第２の電極１０１、１０２間の距離が一定であれば、静電容量測定部１２０により測定される静電容量は、第１の電極１０１から第２の電極１０２に入る電気力線が通る空間にある物質の誘電率に応じて変化することになる。
【００１９】
つまり、図１（ｂ）に示されるように、第１の電極１０１（又は第２の電極１０２）からの電気力線１０６は、第２の電極１０２（又は第１の電極１０１）に入る。そのため、第１の電極１０１からの電気力線１０６が第２の電極１０２に入るまでに通る空間が、誘電体となる。第１及び第２の電極の端面１０１ｓ、１０２ｓの面積Ｓは一定であり、両端面１０１ｓ、１０２ｓ間の距離ｄも一定であるため、静電容量の公式「Ｃ＝εＳ／ｄ」から、該空間内に含まれる物質の密度（粉末の嵩密度）に応じて、該空間の誘電率εは変化する。該空間の誘電率εは、第１及び第２の電極１０１、１０２間の静電容量に比例するため、該静電容量を測定することにより該空間内の物質の密度（粉末の嵩密度）を推定することができることになる。
【００２０】
演算処理部１３０は、データを演算するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）、データを格納するためのメモリ、データを外部とやりとりするための入出力インターフェース等を有するコンピュータを備える。演算処理部１３０は、静電容量測定部１２０から、第１及び第２の電極１０１、１０２間の静電容量に応じた出力電圧値を入力する。そして、演算処理部１３０は、記憶部に格納された所定のプログラムをＣＰＵで読み込み実行することにより、該出力電圧値をメモリに格納し、所望のデータ（嵩密度）へと演算処理し、ディスプレイ等の外部機器（不図示）に処理結果を出力する。
【００２１】
後述するように、嵩密度推定装置１００は、容器内の粉末の静電容量を測定し、静電容量に応じた出力電圧値を、該粉末に関する検量線に照らし合わせることにより、該粉末の嵩密度を推定することができる。ここで、「容器」及び「粉末」は、金属、セラミック、又は樹脂等どのような材料からなるものであってもよし、「容器」は、製品を成形するための金型に限らず、粉末を充填するどのような容器であってもよい。
【００２２】
＜検量線の作成方法＞
本実施形態に係る嵩密度の推定方法では、静電容量測定部１２０の出力電圧値と容器内の粉末の実測嵩密度との関係を示す検量線を予め作成しておく必要がある。そのため、検量線の作成方法について説明する。なお、粉末の体積及び重さを実際に測定し、その値から計算される嵩密度を「実測嵩密度」と呼び、静電容量測定部の出力電圧値と検量線とから導き出される嵩密度を「推定嵩密度」又は単に「嵩密度」と呼ぶ。
【００２３】
まず、検量線は粉末の材料ごとに異なることがあるため、嵩密度を調べたい粉末の材料に関する検量線を求めておく必要がある。また、以下では、室温において、検量線を求め、それを基に嵩密度の推定を行うものとする。検量線は、温度により変わってくることがあるため、実際に嵩密度の推定を行う温度における検量線を求めておけばよい。なお、室温下で作成された検量線は、室温から±５℃程度の温度下において、嵩密度の推定に使用するための検量線としてほとんど問題無く使用することができる。
【００２４】
図２は、粉末２０１に関する検量線を作成するために使用される嵩密度推定装置１００及び標準容器２００の概略構成図である。図２（ａ）に示すように、標準容器２００は、粉末２０１を充填する空洞部を有する略枡形の容器であり、粉末２０１の高さｈを測定するためのメジャー２０２を備える。センサユニット１１０は、標準容器２００の一側面に嵌め込まれ固定され、標準容器２００の側面の一部を構成している。なお、図２（ａ）に示すように、粉末２０１を外から見易くするために、標準容器２００の側面の一部２００ａを透明にしてもよい。
【００２５】
図２（ｂ）は、センサユニット１１０及び標準容器２００の上面図であり、図２（ｃ）は、センサユニット１１０及び標準容器２００のＡＡ線断面図である。図２に示すように、標準容器２００の空洞部の容積は、縦Ｌ×横Ｗ×高さＨである。限定されないが、標準容器２００の空洞部の幅Ｗは、電極ケース１０５の幅と略同じであり、該空洞部の高さＨは、電極ケース１０５の高さと略同じである。また、縦の長さＬは、第１の電極１０１から第２の電極１０２に入る電気力線１０６が届く範囲のうち（符号１０６で囲まれている範囲）、第１及び第２の電極の端面から最も離れた距離Ｌと略同じである。
【００２６】
このような空洞部を有する標準容器２００を用いて検量線を作成する理由の一つは、測定する静電容量に対する、第１の電極１０１から第２の電極１０２に入る電気力線が届く範囲の外側にある粉末の影響をできるだけ低減するためである。そのため、標準容器２００の空洞部の横幅Ｗ及び高さＨを小さくするために、電極ケース１０５の横幅及び高さはできるだけ小さい方がよい。
【００２７】
ここで、距離Ｌの求め方について図３を用いて説明する。まず、図３（ａ）に示すように、同じ構成を有する２つのセンサユニット１１０Ａ、１１０Ｂと、それらにそれぞれ接続された静電容量測定部１２０Ａ、１２０Ｂとを準備する。また、粉末２０１を充填する略枡形の容器２１０を準備し、センサユニット１１０Ａ、１１０Ｂを互いに向き合うように容器２１０に移動可能に嵌め込む。ここでは、容器２１０の空洞部は、縦Ｌ０×横Ｗ×高さＨの容積を有するとするが、これに限定されるものではない。最初、センサユニット１１０Ａ、１１０Ｂ間の距離は、容器２１０の空洞部の縦の長さＬ０だけ離れている。
【００２８】
次に、検量線を作成したい粉末２０１を容器２１０に充填し、容器２１０の上面に合わせて粉末２０１を擦り切る。粉末２０１の検量線を作成するために用いる静電容量の測定条件（静電容量測定部のレンジやパワー、電界強度、分解能等）と同一の測定条件下で、電極１０１Ａ、１０２Ａ間の静電容量、並びに電極１０１Ｂ、１０２Ｂ間の静電容量を測定する。
【００２９】
静電容量測定部１２０Ａ、１２０Ｂの出力電圧値を監視し、それらの出力電圧値に２つの電気力線１０６Ａ、１０６Ｂの干渉の影響（大きな電圧値の変動）の有無を調べる。干渉の影響が見られない場合、センサユニット１１０Ａ、１１０Ｂを互いに同じ距離だけ近づけ、再度、静電容量測定部１２０Ａ、１２０Ｂの出力電圧値に電気力線１０６Ａ及び１０６Ｂの干渉の影響の有無を監視する。なお、センサユニット１１０Ａ、１１０Ｂを近づけたときに、溢れた粉末２０１を容器２１０の上面で擦り切ってもよい。これらの工程を干渉の影響が見られるまで繰り返す。
【００３０】
図３（ｂ）に示すように、センサユニット１１０Ａ、１１０ＢをそれぞれΔＬだけ近づけた時に、干渉の影響が見られたとする。そうすると、距離Ｌは、Ｌ＝（Ｌ０−２ΔＬ）／２であると求まる。なお、図３では、説明を簡単にするために、絶縁部材１０３、１０４は図示されていない。このようにして、距離Ｌを決定することができる。
【００３１】
検量線の作成の説明に戻る。図４Ａは、粉末２０１の検量線を作成するためのフローチャートである。
【００３２】
ステップＳ４０１において、標準容器２００及び嵩密度推定装置１００を準備する。標準容器２００の空洞部の容積は、縦Ｌ×横Ｗ×高さＨである。センサユニット１１０を、標準容器２００の一側面に嵌め込み、ボルトや接着剤等の固定部材（不図示）を用いて固定する。
【００３３】
ステップＳ４０２において、検量線を作成したい粉末２０１を標準容器２００の空洞部に充填する。このとき、粉末２０１を、標準容器２００内にぎゅうぎゅうに（タイトに）充填するのではなく、緩やかに（ルーズに）充填し、標準容器２００から溢れた粉末２０１を、標準容器２００の上面で擦り切る。
【００３４】
ステップＳ４０３において、粉末２０１の静電容量を測定し、静電容量測定部１２０からの出力電圧値−Ｖ１を取得する。ここで、検量線を作成するために用いる静電容量測定部１２０の測定条件（測定レンジやパワー、電界強度、分解能等）は、実際に嵩密度を推定する際に用いる測定条件と同じにしておく。
【００３５】
ステップＳ４０４において、粉末２０１の実測嵩密度Ｄ１を計算する。実測嵩密度Ｄ１（ｇ／ｃｍ３）は、粉末２０１の重さ（ｇ）を、粉末２０１の体積（ｃｍ３）で除算することにより求められる。粉末２０１を充填している標準容器２００の重さと、センサユニット１１０の重さとを重量計（不図示）により測定し、それらの重さから既知の標準容器２００及びセンサユニット１１０の重さを減算することにより、粉末２０１の重さを求める。また、この段階では、粉末２０１の体積は、標準容器２００の内側（空洞部）の容積に一致するため、縦Ｌ×横Ｗ×高さＨから求められる。なお、粉末２０１を標準容器２００から全て取り出し、取り出した粉末２０１の重さを重量計（不図示）により測定し、その後、取り出した粉末２０１を標準容器２００に戻すようにしてもよい。
【００３６】
ステップＳ４０５において、出力電圧値−Ｖ１及び実測嵩密度Ｄ１の関係を記録（グラフにプロット）する。
【００３７】
ステップＳ４０６において、粉末２０１の嵩密度を変化させるために、標準容器２００をタッピングする。
【００３８】
ステップＳ４０７において、粉末２０１の静電容量を測定し、静電容量測定部１２０からの出力電圧値−Ｖ２を取得する。
【００３９】
ステップＳ４０８において、粉末２０１の実測嵩密度Ｄ２（ｇ／ｃｍ３）を計算する。粉末２０１を充填している標準容器２００の重さと、センサユニット１１０の重さとを重量計（不図示）により測定し、それらの重さから既知の標準容器２００及びセンサユニット１１０の重さを減算することにより、粉末２０１の重さ（ｇ）を求める。また、メジャー２０２により粉末２０１の高さｈを測定し、その値と標準容器２００の空洞部の底面積（Ｌ×Ｗ）とを基に、縦Ｌ×横Ｗ×高さｈから、粉末２０１の体積（ｃｍ３）を求める。
【００４０】
ステップＳ４０９において、出力電圧値−Ｖ２及び実測嵩密度Ｄ２の関係を記録（グラフにプロット）する。
【００４１】
ステップＳ４１０において、出力電圧値及び実測嵩密度の関係の記録を所定の回数ｎだけ行ったかどうかを判断する。所定の回数ｎは２以上の整数である。なお、標準容器２００をタッピングしても実測嵩密度に変化が生じなくなったときに、ステップＳ４１１へ進んでもよい。所定の回数ｎの記録を行なっていない場合（ステップＳ４１０でＮｏ）、ステップＳ４０６〜Ｓ４０９を繰り返し、計ｎ個の出力電圧値（−Ｖ１、−Ｖ２、…−Ｖｎ）及び実測嵩密度（Ｄ１、Ｄ２、…Ｄｎ）の関係を記録する。
【００４２】
所定の回数ｎの記録を終了した場合（ステップＳ４１０でＹｅｓ）、ステップＳ４１１において、記録された複数の出力電圧値及び実測嵩密度の関係から、一次関数の回帰式を用いて、粉末２０１に関する検量線４１２「Ｄ＝ａ（−Ｖ）＋ｂ」を作成する（図４Ｂ参照）。ここで、Ｄは実測嵩密度であり、−Ｖは出力電圧値である。また、ａ及びｂは最小二乗法等の回帰分析により求まる定数である。このようにして、粉末２０１に関する検量線４１１を求めることができる。検量線４１２のデータを、演算処理部１３０又は外部の記憶装置に記憶し、演算処理部１３０が適宜参照できるようにしておく。
【００４３】
＜嵩密度の推定＞
嵩密度推定装置１００は、粉末２０１に関する検量線４１２を用いて、容器５００に充填された粉末２０１の嵩密度を推定する。図５は、容器５００の断面を示し、容器５００には、粉末２０１が充填され、センサユニット１１０が嵌め込まれ固定部材（不図示）により固定されている。
【００４４】
粉末２０１に関する検量線４１２を作成する際に用いた静電容量測定部１２０の測定条件（測定レンジやパワー、電界強度、分解能等）下で、嵩密度推定装置１００の静電容量測定部１２０により、粉末２０１の静電容量を測定する。第１の電極１０１からの電気力線１０６が第２の電極１０２に入るまでに通る局所的な空間５０１は、粉末２０１を含む誘電体であると考えられる。第１及び第２の電極の端面１０１ｓ、１０２ｓの面積、並びに両端面１０１ｓ、１０２ｓ間の距離は、一定である。そのため、空間５０１内の粉末２０１の嵩密度に応じて、誘電体としての空間５０１の誘電率εは変化する。よって、第１及び第２の電極１０１、１０２間の静電容量を測定し、その静電容量に応じた出力電圧値を検量線４１２に照らし合わせることにより、局所的な空間５０１内の粉末２０１の嵩密度を推定することができる。
【００４５】
例えば、嵩密度推定装置１００の演算処理部１３０は、静電容量測定部１２０の出力電圧値−Ｖｊを入力すると、検量線４１２に照らし合わせて、局所的な空間５０１内の粉末２０１の嵩密度をＤｊと推定する。
【００４６】
まとめると、嵩密度推定装置１００は、第１及び第２の電極１０１、１０２間の静電容量を測定し、該静電容量に応じた出力電圧値を、検量線４１２に照らし合わせて、第１の電極１０１から第２の電極１０２に入る電気力線１０６が通る局所的な空間５０１内に含まれる粉末２０１の嵩密度を推定する。検量線４１２は、粉末２０１を充填する標準容器２００を用いて作成される。標準容器２００の空洞部の容積は、縦Ｌ×横Ｗ×高さＨであり、縦の長さＬは、電気力線１０６が届く距離と略同じである。また、限定されないが、横幅Ｗは、センサユニット１１０の電極ケース１０５の幅と略同じであり、高さＨは、電極ケース１０５の高さと略同じである。距離Ｌは、粉末２０１を充填する容器２１０内で向かい合う２つのセンサユニット１１０Ａ、１１０Ｂをそれぞれ同じ距離ずつ近づけ、両者の電気力線１０６Ａ、１０６Ｂ間に干渉が生じた地点（ΔＬ）を基に、求められる。
【００４７】
このように、嵩密度推定装置１００は、容器の空洞部の内側面近傍における粉末の嵩密度を局所的に精度良く推定することができる。また、従来のように容器の空洞部の奥深くまでに電極を挿入して嵩密度を測定する構成ではないため、嵩密度推定装置１００は、容器内の粉末に対する影響を低減しつつ嵩密度を推定することができる。また、嵩密度推定装置１００のセンサユニット１１０は、電極ケース１０５内で第１及び第２の電極１０１、１０２が並設され固定されているだけの単純な構造をとることから、嵩密度推定装置１００の製造コストが低減される。
【００４８】
［第２実施形態］
＜嵩密度推定装置の構成＞
図６（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る嵩密度推定装置６００の概略構成図であり、図６（ｂ）は、センサユニット６１０のＡＡ線断面図及び切替部６２０の詳細図を含む嵩密度推定装置６００の概略構成図である。嵩密度推定装置６００は、センサユニット６１０、切替部６２０、静電容量測定部１２０及び演算処理部１３０を備える。静電容量測定部１２０及び演算処理部１３０は、第１実施形態と同一であるため、説明を省略する。
【００４９】
センサユニット６１０は、第１の電極６０１、第２の電極６０２、第３の電極６０３及び電極ケース６０７を備え、第１乃至第３の電極６０１〜６０３は、電極ケース６０７内に収容され互いに等間隔に並設され固定されている。
【００５０】
図６（ｂ）に示すように、第１乃至第３の電極６０１〜６０３の端面６０１ｓ〜６０３ｓは、好ましくは電極ケース６０７の正面６０７ｓと略同一平面上にあり、電極ケース６０７により覆われておらず露出している。なお、端面６０１ｓ〜６０３ｓをそれぞれ一致させる構成は必須ではなく、それぞれの間の距離が変化しなければよい。
【００５１】
第１乃至第３の電極６０１〜６０３は、切替部６２０を介して、静電容量測定部１２０に接続されている。第２の電極６０２は、静電容量測定部１２０の測定電極（プローブ）として機能し、電気力線６０８、６０９を出力する。第１及び第３の電極６０１、６０３は、静電容量測定部１２０のアース電極として機能し、第２の電極６０２からそれぞれ電気力線６０８、６０９を入力する。なお、第１乃至第３の電極６０１〜６０３のうちのいずれか２つが測定電極であり、残りの１つがアース電極であってもよい。
【００５２】
電極ケース６０７は、測定対象である容器内の粉末から圧力を受けることになり、その圧力に対して変形しない材料から形成されていることが好ましい。例えば、電極ケース６０７の材料は、鉄、アルミニウム、銅、ステンレス鋼及びチタン等の金属材料若しくは合金材料、プラスチック等の樹脂材料、又は、測定対象である粉末を充填する容器の材料と同じ材料を用いてもよい。なお、前述したように、金属製の電極ケース６０７を用いる場合、第１乃至第３の電極６０１〜６０３のうち端面６０１ｓ〜６０３ｓ以外の部分を、それぞれ絶縁部材６０４〜６０６で覆い、電極ケース６０７に対して絶縁させる。これにより、電気力線６０８、６０９が電極ケース６０７に入力される可能性が大幅に低減される。
【００５３】
切替部６２０は、第１及び第３の電極６０１、６０３にそれぞれ接続されたスイッチ６２１、６２２を有し、スイッチ６２１、６２２は、演算処理部１３０からの制御信号に応じて又は操作者の手動によりＯＮ／ＯＦＦされる。スイッチ６１１がＯＮでスイッチ６１２がＯＦＦの場合、第２の電極６０２から第１の電極６０１に入力される電気力線６０８が発生し、静電容量測定部１２０は、第１及び第２の電極６０１、６０２間の静電容量を測定する。スイッチ６２１がＯＦＦでスイッチ６２２がＯＮの場合、第２の電極６０２から第３の電極６０３に入力される電気力線６０９が発生し、静電容量測定部１２０は、第２及び第３の電極６０２、６０３間の静電容量を測定する。また、スイッチ６２１及び６２２がともにＯＮの場合、電気力線６０８、６０９が発生し、静電容量測定部１２０は、第１及び第２の電極６０１、６０２間の静電容量、並びに第２及び第３の電極６０２、６０３間の静電容量を測定する。このように、切替部６２０のスイッチ６２１、６２２を切り替えることにより、電気力線の発生する範囲を制御し、静電容量の測定を行いたい局所的な空間を容易に変更することができる。なお、演算処理部１３０は、スイッチ６２１、６２２の切り替えのタイミングを制御してもよく、各電極の組の静電容量の測定に必要とされるサンプリングタイム（例えば、１０Ｈｚ）ごとにスイッチ６２１、６２２を切り替えるようにしてもよい。
【００５４】
＜検量線の作成方法＞
本実施形態に係る嵩密度の推定方法は、第１実施形態と同様に、予め作成された検量線を用いて行われる。そこで、本実施形態における検量線の作成方法について説明する。
【００５５】
図７Ａは、粉末７０１に関する検量線を作成するために使用される嵩密度推定装置６００、可動標準容器７００及び支持台７０３の概略構成図である。図７Ａに示すように、可動標準容器７００は、粉末７０１を充填する空洞部を有する略枡形の容器であり、粉末７０１の高さｈを測定するためのメジャー７０２を有する。粉末７０１を外から見易くするために、可動標準容器７００の側面の一部７００ａを透明にしてもよい。
【００５６】
可動標準容器７００は、支持台７０３に移動可能に配置される。可動標準容器７００内に充填された粉末７０１は、可動標準容器７００の移動により溢れることはない。支持台７０３の一側面には、センサユニット６１０が横向きに嵌め込まれ固定され、支持台７０３の側面の一部を構成している。支持台７０３の内側に、可動標準容器７００を動かすためのレール（不図示）を設け、可動標準容器７００の移動にともなう振動を低減するようにしてもよい。
【００５７】
図７Ｂ（ａ）及び（ｂ）は、センサユニット６１０、可動標準容器７００及び支持台７０３の上面図であり、図７Ｂ（ｃ）は、図７Ｂ（ａ）のＡＡ線断面図である。図７Ａ及び７Ｂに示すように、可動標準容器７００の空洞部の容積は、縦Ｌ×横Ｗ×高さＨである。限定されないが、可動標準容器７００の空洞部の横幅Ｗは、第１の電極６０１（又は第２の電極６０２）の端から第２の電極６０２（又は第３の電極６０３）の端までの距離と略同じであり、高さＨは、電極ケース６０７の横幅（図面に向かって上下方向の辺の長さ）と略同じである。縦の長さＬは、第２の電極６０２（又は第１乃至第３の電極６０１〜６０３のうちの１つ若しくは２つ）から出力される電気力線６０８（又は６０９）が届く距離であり、第１実施形態で説明したように決定される。前述のように、電気力線が届く範囲の外側にある粉末の影響をできるだけ低減するために、可動標準容器７００の空洞部の横幅Ｗ及び高さＨはできるだけ小さい方がよい。
【００５８】
本実施形態では、第１及び第２の電極６０１、６０２の組、並びに第２及び第３の電極６０２、６０３の組それぞれについて、可動標準容器７００内の粉末７０１の静電容量を測定する。つまり、第１及び第２の電極６０１、６０２の前に可動標準容器７００を移動させ、第１及び第２の電極６０１、６０２間の静電容量を測定し、第２及び第３の電極６０２、６０３の前に可動標準容器７００を移動させ、第２及び第３の電極６０２、６０３間の静電容量を測定する。そして、第１及び第２の電極６０１、６０２の組、並びに第２及び第３の電極６０２、６０３の組それぞれについて、粉末７０１に関する検量線を作成する。
【００５９】
図８Ａは、粉末７０１に関する検量線を作成するためのフローチャートである。
【００６０】
ステップＳ８０１において、支持台７０３に配置された可動標準容器７００、及び嵩密度推定装置６００を準備する。最初、可動標準容器７００は、図７Ｂ（ａ）に示すように、第１及び第２の電極６０１、６０２の前に配置される。なお、可動標準容器７００は、図７Ｂ（ｂ）に示すように、最初、第２及び第３の電極６０２、６０３の前に配置されてもよい。
【００６１】
ステップＳ８０２において、検量線を作成したい粉末７０１を可動標準容器７００の空洞部に充填する。このとき、粉末７０１を、可動標準容器７００内にぎゅうぎゅうに（タイトに）充填するのではなく、緩やかに（ルーズに）充填し、可動標準容器７００の空洞部から溢れた粉末７０１を、可動標準容器７００の上面で擦り切る。
【００６２】
ステップＳ８０３において、切替部６２０を制御し、即ち、スイッチ６２１をＯＮにし、スイッチ６２２をＯＦＦにし、第１及び第２の電極６０１、６０２間の静電容量を測定し、静電容量測定部１２０からの出力電圧値−Ｖ１Ａを取得する。ここで、検量線を作成するために用いられる静電容量測定部１２０の測定条件（測定レンジやパワー、電界強度、分解能等）は、実際に嵩密度を推定する際に用いられる測定条件と同じにしておく。
【００６３】
ステップＳ８０４において、粉末２０１の実測嵩密度Ｄ１Ａを計算する。実測嵩密度Ｄ１Ａ（ｇ／ｃｍ３）は、粉末７０１の重さ（ｇ）を、粉末７０１の体積（ｃｍ３）で除算することにより求められる。粉末７０１を充填している可動標準容器７００の重さと、支持台７０３の重さと、センサユニット６１０の重さとを重量計（不図示）により測定し、それらの重さから既知の可動標準容器７００、支持台７０３及びセンサユニット６１０の重さを減算することにより、粉末７０１の重さを求める。また、この段階では、粉末７０１の体積は、標準容器７００の空洞部の容積に一致するため、縦Ｌ×横Ｗ×高さＨから求められる。なお、粉末７０１を全て取り出し、取り出した粉末７０１の重さを重量計（不図示）により測定し、その後、取り出した粉末７０１を標準容器７００に戻すようにしてもよい。
【００６４】
ステップＳ８０５において、第１及び第２の電極６０１、６０２の組について、出力電圧値−Ｖ１Ａ及び実測嵩密度Ｄ１Ａの関係を記録（グラフにプロット）する。
【００６５】
他方の電極の組である第２及び第３の電極６０２、６０３の組についてステップＳ８０３〜Ｓ８０５を行なっていない場合（ステップＳ８０６でＮｏ）、ステップＳ８０７において、可動標準容器７００を第２及び第３の電極６０２、６０３の前に移動させる。このとき、粉末７０１の嵩密度を変化させないように可動標準容器７００を慎重に移動させる。移動後に、第２及び第３の電極６０２、６０３の組について、ステップＳ８０３〜Ｓ８０５を実行し、出力電圧値−Ｖ１Ｂ及び実測嵩密度Ｄ１Ｂの関係を記録（グラフにプロット）する。
【００６６】
第２及び第３の電極６０２、６０３の組についてステップＳ８０３〜Ｓ８０５を行った場合（ステップＳ８０６でＹｅｓ）、ステップＳ８０８において、粉末７０１の嵩密度を変化させるために、可動標準容器７００をタッピングする。このとき、可動標準容器７００は、まだ第２及び第３の電極６０２、６０３の前にある。
【００６７】
ステップＳ８０９において、切替部６２０を制御し、即ち、スイッチ６２２をＯＮにし、スイッチ６２１をＯＦＦにし、第２及び第３の電極６０２、６０３間の静電容量を測定し、静電容量測定部１２０からの出力電圧値−Ｖ２Ｂを取得する。
【００６８】
ステップＳ８１０において、粉末２０１の実測嵩密度Ｄ２Ｂを計算する。実測嵩密度Ｄ２Ｂ（ｇ／ｃｍ３）は、粉末７０１の重さを、粉末７０１の体積（ｃｍ３）で除算することにより求められる。粉末７０１を充填している可動標準容器７００の重さと、支持台７０３の重さと、センサユニット６１０の重さとを重量計（不図示）により測定し、それらの重さから既知の可動標準容器７００、支持台７０３及びセンサユニット６１０の重さを減算することにより、粉末７０１の重さ（ｇ）を求める。また、メジャー７０２により粉末７０１の高さｈを測定し、その値と可動標準容器７００の空洞部の底面積（Ｌ×Ｗ）とを基に、縦Ｌ×横Ｗ×高さｈから、このときの粉末７０１の体積（ｃｍ３）を求める。
【００６９】
ステップＳ８１１において、第２及び第３の電極６０２、６０３の組について、出力電圧値−Ｖ２Ｂ及び実測嵩密度Ｄ２Ｂの関係を記録（グラフにプロット）する。
【００７０】
他方の電極の組である第１及び第２の電極６０１、６０２の組についてステップＳ８０９〜Ｓ８１１を行なっていない場合（ステップＳ８１２でＮｏ）、ステップＳ８１３において、可動標準容器７００を第１及び第２の電極６０１、６０２の前に移動させる。このとき、粉末７０１の嵩密度を変化させないように可動標準容器７００を慎重に移動させる。移動後に、第１及び第２の電極６０１、６０２の組について、ステップＳ８０９〜Ｓ８１１を実行し、出力電圧値−Ｖ２Ａ及び実測嵩密度Ｄ２Ａの関係を記録（グラフにプロット）する。
【００７１】
第１及び第２の電極６０１、６０２の組についてステップＳ８０９〜Ｓ８１１を行った場合（ステップＳ８１２でＹｅｓ）、ステップＳ８１４において、各電極の組について出力電圧値及び実測嵩密度の関係の記録を所定の回数ｎだけ行ったかどうかを判断する。所定の回数ｎは２以上の整数である。ステップＳ４１０において、出力電圧値及び実測嵩密度の関係の記録を所定の回数ｎだけ行ったかどうかを判断する。所定の回数ｎは２以上の整数である。なお、標準容器７００をタッピングしても実測嵩密度に変化が生じなくなったときに、ステップＳ８１５へ進んでもよい。所定の回数ｎの記録を行なっていない場合（ステップＳ８１４でＮｏ）、ステップＳ８０８〜Ｓ８１３を繰り返し、第１及び第２の電極６０１、６０２の組について計ｎ個の出力電圧値（−Ｖ１Ａ、−Ｖ２Ａ、…−ＶｎＡ）及び実測嵩密度（Ｄ１Ａ、Ｄ２Ａ、…ＤｎＡ）の関係を記録し、第２及び第３の電極６０２、６０３の組について計ｎ個の出力電圧値（−Ｖ１Ｂ、−Ｖ２Ｂ、…−ＶｎＢ）及び実測嵩密度（Ｄ１Ｂ、Ｄ２Ｂ、…ＤｎＢ）の関係を記録する。
【００７２】
所定の回数の記録を終了した場合（ステップＳ８１４でＹｅｓ）、ステップＳ８１５において、各電極の組について記録された複数の出力電圧値及び実測嵩密度の関係から、一次関数の回帰式を用いて、粉末７０１に関する検量線７１６、７１７「Ｄ＝ａ（−Ｖ）＋ｂ」を作成する（図８Ｂ（ａ）及び（ｂ）参照）。ここで、Ｄは実測嵩密度であり、−Ｖは出力電圧値である。また、ａ及びｂは最小二乗法等の回帰分析により求まる定数である。このようにして、第１及び第２の電極６０１、６０２の組、並びに第２及び第３の電極６０２、６０３の組について、それぞれ、粉末７０１に関する検量線７１６、７１７を求めることができる。検量線７１６、７１７のデータを、演算処理部１３０又は外部の記憶装置に記憶し、演算処理部１３０が適宜参照できるようにしておく。
【００７３】
＜嵩密度の推定＞
嵩密度推定装置６００は、粉末７０１に関する検量線７１６、７１７を用いて、容器９００に充填された粉末７０１の嵩密度を推定する。図９は、容器９００の断面を示し、容器９００には、粉末７０１が充填されている。また、容器９００に形成された設置孔には、センサユニット６１０が嵌め込まれ固定部材（不図示）により固定されている。
【００７４】
粉末７０１に関する検量線７１６、７１７を作成する際に用いた静電容量測定部１２０の測定条件（測定レンジやパワー、電界強度、分解能等）下で、嵩密度推定装置６００の静電容量測定部１２０により、粉末７０１の静電容量を測定する。第２の電極６０２からの電気力線６０８（又は電気力線６０９）が第１の電極６０１（又は第３の電極６０３）に入るまでに通る局所的な空間９０１（又は空間９０２）は、粉末７０１を含む誘電体であると考えられる。第１乃至第３の電極の端面の面積、並びに該端面間の距離は一定である。そのため、空間９０１内の粉末７０１の誘電率ε１は、空間９０１内の粉末７０１の嵩密度に応じて変化し、空間９０２内の粉末７０１の誘電率ε２は、空間９０２内の粉末７０１の嵩密度に応じて変化する。よって、第１及び第２の電極６０１、６０２間の静電容量を測定し、その静電容量に応じた出力電圧を検量線７１６に照らし合わせることにより、局所的な空間９０１内の粉末７０１の嵩密度を推定することができる。同様に、第２及び第３の電極６０２、６０３間の静電容量を測定し、その静電容量に応じた出力電圧を検量線７１７に照らし合わせることにより、局所的な空間９０２内の粉末７０１の嵩密度を推定することができる。
【００７５】
例えば、嵩密度推定装置６００の演算処理部１３０は、切替部６２０内のスイッチ６２１をＯＮし、スイッチ６２２をＯＦＦすることにより、静電容量測定部１２０から第１及び第２の電極６０１、６０２間の静電容量に応じた出力電圧値−ＶｊＡを入力するとする。このとき、演算処理部１３０は、出力電圧値−ＶｊＡを検量線７１６に照らし合わせて、局所的な空間９０１内の粉末７０１の嵩密度がＤｊＡであると推定することができる。また、嵩密度推定装置６００の演算処理部１３０は、切替部６２０内のスイッチ６２１をＯＦＦし、スイッチ６２２をＯＮし、静電容量測定部１２０から第２及び第３の電極６０２、６０３間の静電容量に応じた出力電圧値−ＶｊＢを入力するとする。このとき、演算処理部１３０は、出力電圧値−ＶｊＢを検量線７１７に照らし合わせて、局所的な空間９０２内の粉末７０１の嵩密度がＤｊＢであると推定することができる。
【００７６】
このように、嵩密度推定装置６００は、切替部６２０を制御することにより、第１及び第２の電極６０１、６０２の組の間の静電容量、又は第２及び第３の電極６０２、６０３の組の間の静電容量を測定することができる。そのため、嵩密度推定装置６００は、切替部６２０の制御により、静電容量の測定範囲を容易に変更することができ、局所的な空間９０１、９０２ごとに、粉末７０１の嵩密度を精度よく推定することができる。
【００７７】
［第３実施形態］
＜嵩密度推定装置の構成＞
図１０Ａは、本発明の第３実施形態に係る嵩密度推定装置１０００の概略構成図であり、図１０Ｂは、センサユニット１０１０のＡＡ線断面図及び切替部１０２０の詳細図を含む嵩密度推定装置１０００の概略構成図である。嵩密度推定装置１０００は、センサユニット１０１０、切替部１０２０、静電容量測定部１２０及び演算処理部１３０を備える。
【００７８】
センサユニット１０１０は、ｎ個の第１乃至第ｎの電極１００１〜１００ｎと電極ケース１０１１を備える、第１乃至第ｎの電極１００１〜１００ｎは、電極ケース１０１１内に収容され、互いに等間隔又は任意の間隔で並設され固定されている。ここで、ｎは２以上の整数であり、図１０Ｂではｎが偶数である場合を想定している。
【００７９】
図１０Ｂに示すように、第１乃至第ｎの電極１００１〜１００ｎの端面は、好ましくは電極ケース１０１１の正面と略同一平面上にあり、電極ケース１０１１により覆われておらず露出している。なお、該端面をそれぞれ一致させる構成は必須ではなく、それぞれの間の距離が変化しなければよい。
【００８０】
第１乃至第ｎの電極１００１〜１００ｎは、切替部１０２０を介して、静電容量測定部１２０に接続されている。奇数番目の電極（１００１、１００３、１００５、…）は、静電容量測定部１２０の測定電極（プローブ）として機能し、電気力線を出力する。一方、偶数番目の電極（１００２、１００４、…）は、静電容量測定部１２０のアース電極として機能し、測定電極からの電気力線を入力する。なお、第１乃至第ｎの電極１００１〜１００ｎのうち少なくとも１つが測定電極であり、残りの電極がアース電極であればよい。また、測定電極とアース電極とを交互に並設させる必要もない。
【００８１】
電極ケース１０１１は、測定対象である容器内の粉末から圧力を受けることになり、その圧力に対して変形しない材料から形成されていることが好ましい。例えば、電極ケース６０７の材料は、鉄、アルミニウム、銅、ステンレス鋼及びチタン等の金属材料若しくは合金材料、プラスチック等の樹脂材料、又は、測定対象である粉末を充填する容器の材料と同じ材料を用いてもよい。なお、前述したように、金属製の電極ケース１０１１を用いる場合には、第１乃至第ｎの電極１００１〜１００ｎのうち端面以外の部分を、それぞれ絶縁部材１００１ａ〜１００ｎａで覆い、電極ケース１０１１に対して絶縁させる。これにより、電気力線が電極ケース１０１１に入力される可能性が大幅に低減される。
【００８２】
切替部１０２０は、第１乃至第ｎの電極１００１〜１００ｎにそれぞれ接続されたｎ個のスイッチ１０２１〜１０２ｎを有し、スイッチ１０２１〜１０２ｎは、演算処理部１３０からの制御信号に応じて又は操作者の手動によりＯＮ／ＯＦＦされる。演算処理部１３０が、少なくとも１つの測定電極（即ち、奇数番目の電極）に接続された奇数番目のスイッチ（１０２１、１０２３、１０２５、…１０２ｎ−１）をＯＮし、少なくとも１つのアース電極（即ち、偶数番目の電極）に接続された偶数番目のスイッチ（１０２２、１０２４、…１０２ｎ）をＯＦＦすることにより、静電容量測定部１２０は、該測定電極及び該アース電極間の静電容量を測定することができる。なお、演算処理部１３０は、スイッチ１０２１〜１０２ｎの切り替えのタイミングを制御してもよく、各電極の組の静電容量の測定に必要とされるサンプリングタイム（例えば、１０Ｈｚ）ごとにスイッチ１０２１〜１０２ｎを切り替えるようにしてもよい。
【００８３】
例えば、演算処理部１３０（又は操作者）が、奇数番目のスイッチのうちスイッチ１０２３をＯＮし、偶数番目のスイッチのうちスイッチ１０２２をＯＮし、他のスイッチを全てＯＦＦにした場合、測定電極である第３の電極１００３からの電気力線は、アース電極である第２の電極１００２に入力され、静電容量測定部１２０は、第２及び第３の電極１００２、１００３間の静電容量を測定する。また、演算処理部１３０（又は操作者）が、奇数番目のスイッチのうちスイッチ１０２５をＯＮし、偶数番目のスイッチのうちスイッチ１０２２をＯＮにし、他のスイッチを全てＯＦＦにした場合、測定電極である第５の電極１００５からの電気力線は、アース電極である第２の電極１００２に入力され、静電容量測定部１２０は、第２及び第５の電極１００２、１００５間の静電容量を測定する。また、演算処理部１３０（又は操作者）が、奇数番目のスイッチのうちスイッチ１０２１をＯＮし、偶数番目のスイッチのうちスイッチ１０２ｎをＯＮにし、他のスイッチを全てＯＦＦにした場合、測定電極である第１の電極１００１からの電気力線は、アース電極である第ｎの電極１００ｎに入力され、静電容量測定部１２０は、第１及び第ｎの電極１００１、１００ｎ間の静電容量を測定する。
【００８４】
このように、嵩密度推定装置１０００は、切替部１０２０を制御することにより、第１乃至第ｎの電極１００１〜１００ｎの任意の組の間の静電容量を測定することができ、該組に対応する局所的な空間ごとに、粉末の嵩密度を精度よく推定することができる。また、嵩密度推定装置１０００は、該局所的な空間のうち嵩密度のバラつきが生じやすい空間を重点的に監視するようにしてもよい。
【００８５】
＜検量線の作成方法＞
本実施形態に係る嵩密度の推定方法は、第１及び第２実施形態と同様に、予め作成された検量線を用いて行われる。本実施形態における検量線の作成方法は、第２実施形態における検量線の作成方法と同様である。つまり、第２実施形態では、隣接する電極間の寸法に応じた大きさの可動標準容器を用いたが、本実施形態では、第１乃至第ｎの電極間のうち嵩密度の推定の際に使用される２つの電極間の寸法に応じた大きさの可動標準容器を用いて検量線の作成が行われる。例えば、隣接する電極間の静電容量に加えて、第１及び第ｎの電極１００１、１００ｎ間の静電容量に基づき嵩密度の推定を行うのであれば、第１及び第ｎの電極１００１、１００ｎ間の寸法に応じた大きさの可動標準容器を用いて検量線を作成する必要がある。また、可動標準容器を収容する支持台の大きさは、電極ケース１０１１の寸法に応じたものとなる。
【００８６】
その結果、図１１に示すように、後述する金属粉末１２０１に関する検量線１１０１〜１１０４が作成されたとする。検量線１１０１〜１１０４は、それぞれ、第１及び第２の電極１００１、１００２の組、第２及び第３の電極１００２、１００３の組、第３及び第４の電極１００３、１００４の組、並びに第１及び第５の電極１００１、１００５の組に対する検量線である。
【００８７】
＜嵩密度の推定＞
図１２Ａは、嵩密度推定装置１０００を備える物品成形システム１２１０の概略構成図であり、図１２Ｂは、金型１２００及びセンサユニット１０１０のＡＡ線断面図である。ここでは、粉末を充填する容器として所定の製品（例えば、車載コンバータのリアクトルのコア等）の金型１２００であり、粉末として金型１２００により作られる製品の材料である金属粉末１２０１である。
【００８８】
物品成形システム１２１０は、嵩密度推定装置１０００、金型１２００、投入器１２０２、駆動機構１２０３、及びプレス機１２０４ａ、１２０４ｂを備える。図１２Ａに示すように、金型１２００には、金属粉末１２０１を充填するキャビティ（形状規定部）１２００ｃと、センサユニット１０１０のための設置孔１２００ｈが形成されている。センサユニット１０１０は、ボルトや溶接材等の固定部材（不図示）により設置孔１２００ｈに嵌め込み固定されている。このとき、センサユニット１０１０の電極ケースの正面は、金型１２００の空洞部の内側面と同一平面上にあるようにすることで、成形される製品の形状への影響を低減することができる。
【００８９】
投入器１２０２は、金属粉末１２０１を蓄え、演算処理部１３０からの制御信号に応じて、金型１２００のキャビティ１２００ｃ内に所定量の金属粉末１２０１を投入する。駆動機構１２０３は、投入器１２０２に接続されたロボシリンダ等であり、演算処理部１３０からの制御信号に応じて、投入器１２０２をキャビティ１２００ｃ上の所定の位置に移動させる。プレス機１２０４ａ、１２０４ｂは、キャビティ１２００ｃの形状に合わせた形状をとり、演算処理部１３０からの制御信号に応じて移動し、キャビティ１２００ｃ内の金属粉末１２０１を所定の圧力でプレスする。
【００９０】
物品成形システム１２１０による製品の成形は、次のように行われる。まず、演算処理部１３０は、下側のプレス機１２０４ｂに制御信号を出力し、それに応じて下側のプレス機１２０４ｂは、キャビティ１２００ｃ内に移動する。演算処理部１３０は、駆動機構１２０３に制御信号を出力し、それに応じて駆動機構１２０３は、投入器１２０２をキャビティ１２００ｃ上に移動させる。演算処理部１３０は、投入器１２０２に制御信号を出力し、それに応じて投入器１２０２は、キャビティ１２００ｃ内に金属粉末１２０１を投入する。演算処理部１３０は、プレス機１２０４ａ、１２０４ｂに制御信号を出力し、それに応じてプレス機１２０４ａ、１２０４ｂは、キャビティ１２００ｃ内の金属粉末１２０１を上下からプレスする。このとき、金属粉末１２０１は、加熱装置（不図示）により加熱され、焼結される。そして、キャビティ１２００ｃの形状に応じた製品が成形される。
【００９１】
ここで、キャビティ１２００ｃの内側面近傍で、金属粉末１２０１の嵩密度のバラつきが生じ、それが許容範囲に無い場合、プレス機１２０４ａ、１２０４ｂのプレス面が歪んでしまい、成形される製品の形状が歪んでしまうことになる。
【００９２】
そこで、本実施形態では、投入器１２０２が金属粉末１２０１を投入している間又はプレス機１２０４ａ、１２０４ｂが金属粉末１２０１をプレスする前に、嵩密度推定装置１０００の演算処理部１３０は、キャビティ１２００ｃ内の金属粉末１２０１の嵩密度を推定し、そのバラつきを監視し、調べる。なお、嵩密度のバラつきが生じやすい空間を重点的に監視するようにしてもよい。
【００９３】
例えば、嵩密度推定装置１０００の演算処理部１３０は、切替部１０２０内のスイッチ１０２１、１０２２をＯＮし、残りのスイッチをＯＦＦすることにより、静電容量測定部１２０から第１及び第２の電極１２０１、１２０２間の静電容量に応じた出力電圧値−Ｖ１２を入力するとする。このとき、演算処理部１３０は、出力電圧値−Ｖ１２を検量線１１０１に照らし合わせて、局所的な空間１２０５内の粉末１２０１の嵩密度がＤ１２であると推定することができる。また、演算処理部１３０は、切替部１０２０内のスイッチ１０２２、１０２３をＯＮし、残りのスイッチをＯＦＦすることにより、静電容量測定部１２０から第２及び第３の電極１２０２、１２０３間の静電容量に応じた出力電圧値−Ｖ２３を入力するとする。このとき、演算処理部１３０は、出力電圧値−Ｖ２３を検量線１１０２に照らし合わせて、局所的な空間１２０６内の粉末１２０１の嵩密度がＤ２３であると推定することができる。また、演算処理部１３０は、切替部１０２０内のスイッチ１０２３、１０２４をＯＮし、残りのスイッチをＯＦＦすることにより、静電容量測定部１２０から第３及び第４の電極１２０３、１２０４間の静電容量に応じた出力電圧値−Ｖ３４を入力するとする。このとき、演算処理部１３０は、出力電圧値−Ｖ３４を検量線１１０３に照らし合わせて、局所的な空間１２０７内の粉末１２０１の嵩密度がＤ３４であると推定することができる。さらに、演算処理部１３０は、切替部１０２０内のスイッチ１０２１、１０２５をＯＮし、残りのスイッチをＯＦＦすることにより、静電容量測定部１２０から第２及び第３の電極１２０１、１２０５間の静電容量に応じた出力電圧値−Ｖ１５を入力するとする。このとき、演算処理部１３０は、出力電圧値−Ｖ１５を検量線１１０４に照らし合わせて、局所的な空間１２０８内の粉末１２０１の嵩密度がＤ１５であると推定することができる。
【００９４】
このように推定した嵩密度Ｄ１２、Ｄ２３、Ｄ３４、及びＤ１５のバラつきが許容範囲に無い場合には、演算処理部１３０は、該バラつきを低減する処理を行う。例えば、演算処理部１３０は、投入器１２０２及び駆動機構１２０３に制御信号を出力し、それに応じて、投入器１２０２は、金属粉末１２０１の投入量や投入速度を調整し、駆動機構１２０３は、投入器１２０２の位置を調整するようにしてもよい。また、演算処理部１３０は、プレス機１２０４ａ、１２０４ｂに制御信号を出力し、それに応じてプレス機１２０４ａ、１２０４ｂは、プレスを中止するようにしてもよい。また、演算処理部１３０は、警報装置（不図示）を作動させ、それに応じて操作者は、金型１２００をタッピングする等して嵩密度を均一にするようにしてもよい。その結果、物品成形システム１２１０は、嵩密度のバラつきに起因する製品の歪みを、予め回避することができる。
【００９５】
このように、物品成形システム１２１０は、第１乃至第ｎの電極１００１〜１００ｎの任意の組に対応する局所的な空間ごとに、キャビティ１２００ｃ内の金属粉末１２０１の嵩密度を精度よく推定することができ、嵩密度のバラつきに起因する製品の歪みを予め回避することができる。
【００９６】
［その他の実施形態］
図１３（ａ）は、金型１３００の上面図であり、図１３（ｂ）は、金型１３００及びセンサユニット１０１０のＸＸ線断面図である。複数のセンサユニット１０１０Ａ〜１０１０Ｋは、キャビティ１３００ｃに面するように金型１３００に形成された複数の設置孔に嵌め込まれ、固定部材（不図示）により固定されている。センサユニット１０１０Ａ〜１０１０Ｋは、第３実施形態のセンサユニット１０１０と同じ構成であり、分かりやすくするために、切替部、静電容量測定部及び演算処理部を図示していない。センサユニット１０１０Ａ〜１０１０Ｋは、それぞれ、キャビティ１３００ｃ内の空間Ａ〜Ｌに含まれる金属粉末１３０１に関する静電容量を測定することができる。
【００９７】
このようにキャビティ１３００ｃの内側面に沿って複数のセンサユニット１０１０Ａ〜１０１０Ｋを配置することにより、より広範囲にはたって詳細に、キャビティ１３００ｃ内の金属粉末１３０１の嵩密度を推定することができる。例えば、キャビティ１３００ｃ内の空間Ｄにある金属粉末１３０１の嵩密度ＤＤが、キャビティ１３００ｃ内の空間Ｊにある金属粉末１３０１の嵩密度ＤＪよりも大きい場合、金型１３００をタッピングしたり、嵩密度の低い部分に金属粉末１３０１をさらに投入するようにしてもよい。また、金属粉末の投入条件（投入量や投入角度、投入位置等）ごとに、嵩密度分布を作成し、その分布情報をフィードバックして、嵩密度のバラつきが生じないように金属粉末の投入条件を調整するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１００：嵩密度推定装置、１０１：第１の電極、１０１ｓ：第１の電極の端面、１０２：第２の電極、１０２ｓ：第２の電極の端面、１０５：電極ケース、１０５ｓ：電極ケースの正面、１２０：静電容量測定部、１３０：演算処理部
【図１】
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【図２】
2015111060.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
2015111060.tif 000009
【図７Ａ】
2015111060.tif 000010
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
2015111060.tif 000014
【図１０Ａ】
2015111060.tif 000015
【図１０Ｂ】
2015111060.tif 000016
【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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