(57)【要約】【課題】低密度、具体的には見かけ密度が０．１〜０．５の粉体を充填する際に、低密度のために振動による慣性力が十分に働かず、粉体間の摩擦抵抗に抗して粉体を密充填することができないという課題があった。【解決手段】振動装置３０１と、振動装置３０１に回転自在に設置され、外周にカム溝２０１ｂを有し、粉体容器１０１を固定する円筒形の揺動冶具２０１と、揺動冶具２０１のカム溝２０１ｂと摺接する固定支持部４０１を有し、振動装置を駆動させ、前記揺動冶具に上下方向の振動を与えることで、粉体容器に上下方向の振動と、カム溝と固定支持部により、前記上下方向振動と同期し、円周方向の揺動を与え、前記低密度粉体を前記粉体容器内に密に充填することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低密度の粉体を粉体容器に充填する方法であって、振動装置と、振動装置に回転自在に設置され、外周にカム溝を有し、前記粉体容器を固設する円筒形の揺動冶具と、揺動冶具のカム溝と摺接する固定支持部を有し、振動装置を駆動させ、前記揺動冶具に上下方向の振動を与えることで、粉体容器に上下方向の振動と、前記上下方向振動と同期した円周方向の揺動を与え、粉体容器内に充填された低密度粉体に、上下方向の慣性力と、横方向に連続的に変化する慣性力により、前記低密度粉体間に発生する摩擦抵抗以上のせん断力を与え、前記低密度粉体を前記粉体容器内に密に充填することを特徴とする低密度粉体の充填方法。
【請求項２】
前記カム溝は、前記振動の上死点側では、円周方向の変位は小さく、前記振動の下死点側では、円周方向に大きく変位して形成され、前記振動の上死点側で発生する前記低密度粉体の舞い上がりを防止することを特徴とする請求項１に記載の低密度粉体の充填方法。
【請求項３】
前記低密度粉体は、無機材料で構成された中空球体であることを特徴とする請求項１または２に記載の低密度粉体の充填方法。
【請求項４】
前記低密度粉体は、前記粉体容器内に充填された後、容器内に樹脂材を吸引し、加熱硬化し、音響整合層を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の低密度粉体の充填方法。
【請求項５】
低密度の粉体を粉体容器に充填する装置であって、振動装置と、振動装置に回転自在に設置され、外周にカム溝を有し、前記粉体容器を固設する円筒形の揺動冶具と、揺動冶具のカム溝と摺接する固定支持部を有し、振動装置を駆動させ、前記揺動冶具に上下方向の振動を与えることで、揺動冶具を円周方向に揺動し、粉体容器に上下方向の振動と、前記上下方向振動と同期し、円周方向の揺動を与えることを特徴とする低密度粉体の充填装置。
【請求項６】
前記カム溝は、前記振動の上死点側では円周方向の変位は小さく、前記振動の下死点側では、円周方向に大きく変位して形成され、前記振動の上死点側で発生する前記低密度粉体の舞い上がりを防止することを特徴とする請求項５に記載の低密度粉体の充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低密度粉体の充填方法及び充填装置に関するものであり、特に音響整合層を構成する低密度粉体の粉体容器への充填率を高める低密度粉体の充填方法及び充填装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の低密度粉体の充填方法として、粉体容器に振動による慣性力を与え、空気吸引管を用いて前記粉体と空気を分離し、粉体を粉体容器に充填する充填方法が知られている。（例えば、特許文献１）。図６に従来の充填方法に用いる充填装置を示す。以下、図６を参照し、従来の充填装置について説明する。図において、粉体容器４はターンテーブル５上に固定され、振動装置によりテーブルを振動させることにより、粉体に慣性力を与えている。また、容器４に前記粉体と空気を分離するための空気吸引管３が設けられており、それにより粉体と空気を置換し、粉体の充填率を高めている。また、粉体容器４に粉体供給部１５が接続されており、粉体容器４が固定されたテーブルを回転させることで、粉体供給部において供給される粉体と排出される空気の置換を促進し、供給時間の短縮を図っている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２７４５０２（５頁、図１参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術では、低密度、具体的には見かけ密度が０．１〜０．５ｇ／ｃｍ３の粉体を充填する場合に、低密度のために振動による慣性力が粉体に十分に働かず、粉体間の摩擦抵抗に抗して粉体を容器に密充填することは困難であった。また、粉体供給時間を短縮するために回転を与えると、粉体容器内の粉体間にせん断力を与え、密充填には効果があるが、粉体に大きな運動量を与えるため、振動の上死点付近で発生する粉体の舞い上がりが大きくなり、そのために粉体容器内で充填が不均一となるという課題を有している。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明請求項１に記載の低密度粉体の充填方法は、振動装置と、振動装置に回転自在に設置され、外周にカム溝を有し、前記粉体容器を固設する円筒形の揺動冶具と、揺動冶具のカム溝と摺接自在に接続した固定支持部を有し、振動装置を駆動させ、揺動冶具に上下方向の振動を与えることで、粉体容器に上下方向の振動と、前記上下方向振動と同期した円周方向の揺動を与え、粉体容器内に充填された低密度粉体に、上下方向の慣性力と、横方向に連続的に変化する慣性力により、前記低密度粉体間に発生する摩擦抵抗以上のせん断力を与え、前記低密度粉体を前記粉体容器内に密に充填することを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、振動装置を駆動させた状態で、粉体容器に低密度粉体を所定の速度で供給すると、粉体容器の上下方向の振動及び円周方向の揺動により、低密度粉体に上下方向及び円周方向の繰り返し慣性力が発生し、特に円周方向の慣性力は、低密度粉体間に繰り返しせん断力を発生させ、低密度粉体間の摩擦抵抗による充填の阻害を解消するため、低密度粉体を密充填できる作用を有する。
【０００７】
請求項２に記載の低密度粉体の充填方法は、前記カム溝は、前記振動の上死点側では円周方向の振動は小さく、前記振動の下死点側では円周方向に大きく変位して形成され、前記振動の上死点側で発生する前記低密度粉体の舞い上がりを防止することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、振動装置を駆動させ低密度粉体を充填する際、振動の上死点側では円周方向の揺動が小さいため、振動の上死点付近で低密度粉体の運動量を抑え、舞い上がりを抑制することができ、低密度粉体を粉体容器内に均一に充填することができる作用を有する。
【０００９】
請求項３に記載の低密度粉体の充填方法は、低密度粉体は、無機材料で構成された中空体であることを特徴とし、請求項４に記載の低密度粉体の充填方法は、前記低密度粉体は、前記粉体容器内に充填された後、容器内に樹脂材を吸引し、加熱硬化した、音響整合層を形成することを特徴とするもので、低密度粉体を充填した後に、樹脂材を吸引し、加熱硬化させて製造する音響整合層において、樹脂材よりも見かけ密度が低い低密度粉体の充填率を上げることができ、音響整合層の密度が低下するため、密度と音速の積で表される音響インピーダンスを低下し、気体への超音波の伝播特性に優れた音響整合層を製造することができる作用を有する。
【００１０】
請求項５に記載の低密度粉体の充填装置は、低密度の粉体を粉体容器に充填する装置であって、振動装置と、振動装置に回転自在に設置され、外周にカム溝を有し、前記粉体容器を固設する円筒形の揺動冶具と、揺動冶具のカム溝と摺接する固定支持部を有し、振動装置を駆動させ、前記揺動冶具に上下方向の振動を与えることで、揺動冶具を円周方向に揺動し、粉体容器に上下方向の振動と、前記上下方向振動と同期し、円周方向の揺動を与えることを特徴とするもので、従来装置に上記カム溝とカム溝と摺接する固定支持部から構成される簡単な構成の円筒カム機構を付加することにより、低密度粉体に上下方向の振動及び円周方向の揺動による慣性力を与え、低密度粉体間の摩擦抵抗による充填の阻害を解消し、低密度粉体を密充填できる低密度粉体の充填装置を提供できる作用を有する。
【００１１】
請求項６に記載の低密度粉体の充填装置は、前記カム溝は、前記振動の上死点側では円周方向の変位は小さく、前記振動の下死点側は、円周方向に大きく変位して形成され、前記振動の上死点側で発生する前記低密度粉体の舞い上がりを防止することを特徴とするもので、請求項２に記載の発明と同じ作用を有する。
【００１２】
【実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１〜図５に本発明の実施の形態を示す。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における充填装置を示す概要図である。図１において、粉体容器１０１は、振動装置３０１にベアリング３０２及び固定冶具３０３を介して回転自在に設置された円筒形の揺動冶具２０１に、ボルト等の固定機構２０１ａで固定されている。前記揺動冶具２０１の外周には螺旋状のカム溝２０１ｂが設けられ、該カム溝２０１ｂは支持棒４０２によって固定された支持部４０１と摺動自在に接続し、カム溝２０１ｂと支持部４０１で円筒カム機構を構成している。図２（ａ）（ｂ）に前記揺動冶具２０１の概観を、図３に円筒カムの変位曲線を示す。固定された前記支持部４０１が前記揺動冶具２０１のカム溝２０１ｂに摺動自在に設けられているため、前記揺動冶具２０１を上下に振動させると、前記揺動冶具２０１は上下方向の振動と同期して、カム溝２０１ｂによって回転揺動する。従って、前記揺動冶具２０１に振動装置３０１によって上下の振動を加えると、粉体容器１０１は、上下方向に振動するとともに円周方向に揺動する。
【００１５】
本実施の形態によれば、前記振動装置３０１を駆動し、前記揺動冶具２０１を介して、前記粉体容器１０１を上下に、例えば周波数６０Ｈｚ、振幅１ｍｍの正弦波で振動させると、この振動と同期して、前記円筒カム機構により、前記粉体容器１０１に円周方向の揺動が加えられる。前記振動装置３０１を駆動させた状態で前記粉体容器１０１に低密度粉体を所定の速度で供給すると、前記粉体容器１０１は前記上下方向の振動及び円周方向に揺動するため、低密度粉体に上下方向及び円周方向の繰り返し慣性力が発生する。このように、本実施の形態によれば、低密度粉体間に上下方向の慣性力に加えて、円周方向の慣性力により、繰り返しせん断力を発生させ、低密度粉体間の摩擦抵抗による充填の阻害を解消するため、低密度粉体を前記粉体容器１０１内に密充填できる。
【００１６】
低密度粉体は、前記粉体容器内に充填された後、容器内に樹脂を吸引し、加熱硬化した後、音響整合層が形成される。従って、本実施の形態の低密度粉体の充填方法によると、樹脂材よりも見かけ密度が低い低密度粉体の充填率が高いため、音響整合層の密度が低下し、密度と音速の積で表される音響インピーダンスも低下し、気体への超音波の伝播特性に優れた音響整合層を製造することができる。
【００１７】
なお、本実施の形態では、上下方向の振動として正弦波を用いたが、三角波や鋸波のような他の波形であっても良く、周波数や振幅も他の値や、あるいは連続的に変化するものであっても良い。また、低密度粉体としては、無機材料で、かつ中空球体に形成されたものが最も好適である。
【００１８】
（実施の形態２）
実施の形態２における低密度粉体の充填装置の構成は、実施の形態１と同じである。実施の形態２において、揺動冶具２０１に設けられたカム溝２０１ｂは上下方向の振動の上死点側では円周方向の変異が小さく、振動の下死点側において円周方向に大きく変位するように設けられている。図４（ａ）（ｂ）に揺動冶具２０１の外観を示し、図５に円筒カム機構の変位曲線を示す。
【００１９】
本実施の形態によれば、カム溝２０１ｂは、図４（ａ）に示すように、上死点から振動中心間においては、変位は僅かであるが、振動中心から下死点間においては、大きく変位するように形成されている。
【００２０】
従って、振動装置３０１を駆動させ低密度粉体を充填する際、振動の上死点側における変位は小さく、円周方向の揺動は小さいため、振動の上死点付近における低密度粉体の運動量を抑え、低密度粉体の舞い上がりを抑制し、舞い上りによって発生する低密度粉体の充填不均一を防止することができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、振動装置と、振動装置の上下方向の振動と同期して、粉体容器を円周方向に揺動する円筒カム機構を備えた揺動冶具を設けることにより、振動装置を駆動させ、揺動冶具に上下方向の振動を与えることで、これに同期して揺動冶具を円周方向に揺動し、粉体容器内に充填された低密度粉体に、上下方向の慣性力と横方向のせん断力を与えることができるため、低密度粉体を密に充填することができる。
【００２２】
また、円筒カム機構のカム溝を、振動の下死点側で最大加速度を与えるように形成することで、振動上死点側での低密度粉体の舞い上りを抑え、低密度粉体を、粉体容器内に均一に充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１及び２の充填装置を示す概要図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は本発明実施の形態１における揺動冶具の概略図である。
【図３】本発明実施の形態１における円筒カムの変位曲線である。
【図４】（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態２を示す揺動冶具の概略図である。
【図５】本発明の実施の形態２を示す円筒カムの変位曲線である。
【図６】従来の粉体充填装置を示す概要図である。
【符号の説明】
１０１  粉体容器
２０１  揺動冶具
２０１ａ  固定機構
２０１ｂ  カム溝
３０１  振動装置
３０２  ベアリング
３０３  固定冶具
４０１  支持部
４０２  支持棒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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