(57)【要約】【課題】タッピングのストロークと振動数を容易に変更できる粉体測定装置用タッピング装置を提供する。【解決手段】粉体物性測定装置１に設けられるタッピング装置２０は、測定カップ６４やメスシリンダー７０を取り付けるタッピング台２１、２１Ａと、それを支持するタッピング軸２２を備える。垂直面内で回動するリフトバー２５が、タッピング軸２２を持ち上げては落とす。リフトバー２５はステッピングモータ２４のモータ軸２４ａに直結され、ステッピングモータ２４がリフトバー２５に垂直面内での回動を与える。ステッピングモータ２４がリフトバー２５に与える回動の角度と回動速度は制御装置３０によって制御される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直面内で回動し、タッピング軸を持ち上げては落とすリフトバーと、
前記リフトバーに垂直面内での回動を与えるステッピングモータと、
前記ステッピングモータが前記リフトバーに与える回動の角度と、回動速度を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする粉体測定装置用タッピング装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記ステッピングモータが前記リフトバーに与える回動の速度を、前記タッピング軸が上昇限界に達する直前に所定の減速量で減速させることを特徴とする請求項１に記載の粉体測定装置用タッピング装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記タッピング軸を下げるとき、前記リフトバーを、前記タッピング軸が落下するよりも速く下げ、また、前記タッピング軸の下降限界よりもさらに下方まで下げることを特徴とする請求項１または２に記載の粉体測定装置用タッピング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粉体測定装置用タッピング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉体の物性値は、安息角、崩潰角、スパチュラ角、ゆるめ・固めかさ密度、圧縮度、凝集度、分散度、差角など、様々なパラメータをもって測定される。これらの物性値を測定する装置については、特許文献１に例を見ることができる。
【０００３】
特許文献２には粉体のかさ密度を測定する装置が開示されている。特許文献２記載の装置では、測定室の底部のタッピング台に試料粉体を入れる測定用カップをセットする。測定室の天井には測定用カップの真上にあたる箇所に天窓が設けられ、その上にセンサキャビネットが設置される。センサキャビネットの中に配置された非接触型センサが測定用カップの中の粉体面レベルを測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７９８８２７号公報
【特許文献２】特許第４３６８７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
粉体の物性測定において、粉体の圧縮性に関する評価方法としては、ゆるめかさ密度とは別に、所定容積の測定カップ内に試料粉体を入れ、所定のストローク量及び所定の振動数（単位時間当たりのタッピング回数）で所定回数又は所定時間のタッピングを行わせて固めかさ密度を測定する方法がある。また、その他の方法として、測定カップの代わりにメスシリンダーを使用し、メスシリンダー内に試料粉体を入れてタッピングを行わせ、固めかさ密度（タップ密度ともいう）を測定するアメリカ薬局方（ＵＳＰ）タッピングや米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）タッピングがあり、さらには同様の方法でかさべり度を測定する川北式粉体圧縮評価法などがある。これらいずれの評価方法においても、測定用容器に投入された試料粉体をタッピングする必要がある。
【０００６】
タッピングのストローク量、振動数及び回数は測定方法によって異なる。従来、タッピング軸の昇降はカムにより行うこととしていたため、ストローク量を変えようと思えばカムを交換する必要があった。またタッピング振動数の変更も容易ではなかった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、タッピングのストローク量と振動数を容易に変更できる粉体測定装置用タッピング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】
【０００８】
本発明の粉体測定装置用タッピング装置は、垂直面内で回動し、タッピング軸を持ち上げては落とすリフトバーと、前記リフトバーに垂直面内での回動を与えるステッピングモータと、前記ステッピングモータが前記リフトバーに与える回動の角度と、回動速度を制御する制御装置と、を備える。
【０００９】
本発明の粉体測定装置用タッピング装置において、前記制御装置は、前記ステッピングモータが前記リフトバーに与える回動の速度を、前記タッピング軸が上昇限界に達する直前に所定の減速量で減速させる。
【００１０】
本発明の粉体測定装置用タッピング装置において、前記制御装置は、前記タッピング軸を下げるとき、前記リフトバーを、前記タッピング軸が落下するよりも速く下げ、また、前記タッピング軸の下降限界よりもさらに下方まで下げる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、タッピング軸を持ち上げるのがリフトバーであり、ステッピングモータと制御装置によってリフトバーの回動角度と回動速度を比較的自由に設定できるため、カムの交換といった手数をかけることなくタッピングのストローク量を変えることができる。またリフトバーの原動力がステッピングモータであることから、リフトバーの回動角度と回動速度を比較的自由に設定することができる。このため、試験方法の基準に従ってタッピングのストローク量や振動数を設定することが容易になり、タッピング装置の使い勝手が向上する。さらに、ステッピングモータと制御装置により、ステッピングモータがリフトバーに与える回動の速度を、タッピング軸が上昇限界に達する直前に減速させることで、測定用容器が、慣性力によって跳ね上げられるなどして設定値以上に持ち上げられることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】粉体物性測定装置の概略正面図である。
【図２】粉体物性測定装置の概略側面図である。
【図３】タッピング動作機構の概略側面図である。
【図４】粉体物性測定装置のブロック構成図である。
【図５】測定用容器として測定カップを用いた場合のゆるめ又は固めかさ密度測定について説明する概略断面図である。
【図６】測定用容器としてメスシリンダーを用いた場合の固めかさ密度又はかさべり度測定について説明する概略断面図である。
【図７】リフトバーの上昇速度のグラフである。
【図８】リフトバーの下降速度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係るタッピング装置は、測定用容器に投入した試料粉体の固めかさ密度又はかさべり度の測定が可能である粉体物性測定装置１の構成要素として実現されている。
【００１４】
粉体物性測定装置１の外観を構成する二大要素は、本体２と、その前部を覆うカバー３である。本体２は図示しない架台構造の外側を板金製の筐体４で囲んだものであり、高さ調整可能な複数の支持脚５により支持面の上に支持される。カバー３は透明な合成樹脂により主要部が形成されており、左右一対のアーム６で本体２の左右両側面に取り付けられる。アーム６の先端は本体２に連結する支点部７となり、カバー３は支点部７を中心として垂直面内で回動する。
【００１５】
カバー３を下ろすと図２の実線状態となる。この時カバー３で囲い込まれる空間が図５に示す測定室１０となる。前述の通りカバー３は主要部が透明であるため、カバー３を下ろした状態でも測定室１０の内部を見通すことができ、作業者は試料の状況等を目視で確認しながら、粉塵の影響を受けることなく測定作業を行うことができる。
【００１６】
カバー３の正面には手掛け部３ａが形成されており、そこに手を掛けて、カバー３を図２の仮想線の位置まで引き上げることができる。図２の仮想線の位置まで引き上げたときは、カバー３は手を離してもその位置に留まっている。このように測定室１０を開放状態にした上で、作業者は測定済みの試料や測定に供した用具の片付け、新たな測定作業のセッティング、保守点検作業などを行う。測定室１０を開放状態にしておく必要がなくなったときはカバー３を下ろす。支点部７でカバー３を支える軸にはダンパーが組み合わせられており、下ろす途中で手を離せばカバー３はゆっくりと降下し、衝撃を与えることなく静かに閉じる。
【００１７】
粉体物性測定装置１は、固めかさ密度又はかさべり度測定のために必要なタッピング装置を備えている。図５に示す通り、測定室１０の床面部にタッピング装置２０が配置される。タッピング装置２０は、タッピング台２１と、タッピング台２１を支持するタッピング軸２２を備える。
【００１８】
図３に示す通り、タッピング軸２２は架台構造に取り付けられた軸受２３に垂直に支持され、上下自在である。タッピング軸２２と後述のリフトバー２５との接点は、タッピング軸２２の中心から外周方向に外れた位置にあり、タッピング軸２２は上昇時に回転する。タッピング軸２２に上下方向の動きを与えるのはステッピングモータ２４である。ステッピングモータ２４は水平方向に突き出すモータ軸２４ａを備え、モータ軸２４ａには先端にローラ２６を備えるリフトバー２５が直結されている。ローラ２６はタッピング軸２２の下面に当たり、タッピング軸２２を支える。モータ軸２４ａが回転するとリフトバー２５は垂直面内で回動し、その回動角に応じてタッピング軸２２が上下する。
【００１９】
ステッピングモータ２４は図４に示すモータドライバ２７で駆動される。モータドライバ２７を制御するのは制御装置３０である。制御装置３０は、パーソナルコンピュータ３１と、パーソナルコンピュータ３１より指令を受けて各構成要素を制御するメイン制御部３２を含む。制御装置３０がモータドライバ２７に制御信号を送ると、制御信号に応じた駆動パルスがモータドライバ２７から出力され、モータ軸２４ａは駆動パルス数に応じた角度だけ回転する。
【００２０】
リフトバー２５がタッピング軸２２を上昇させる時の加減速の概念を図７に示す。グラフに見られる通り、ステッピングモータ２４を制御して、リフトバー２５によるタッピング軸２２の上昇速度を、タッピング軸２２が上昇限界に達する直前に所定の減速量で減速させるようにしている。こうすることで、タッピング軸２２によって測定用容器が跳ね上げられるのを防止することができる。
【００２１】
図７では、１ステップにつき２５Ｈｚの減速量で、最高速４０００Ｈｚから初速１５００Ｈｚまで、１００ステップかけて減速させている。ここで、減速量は、３０［Ｈｚ／ステップ］を最大として、それよりも小さければよく、タッピング振動数、ストローク量、最高速、初速などを考慮して適宜決定される。減速量が３０［Ｈｚ／ステップ］より大きいと、測定用容器が跳ね上げられるおそれがある。
【００２２】
タッピング軸２２を下げるときは、リフトバー２５を、厳密にはリフトバー２５の先端のローラ２６を、タッピング軸２２が落下するよりも速く下げ、また、タッピング軸２２の下降限界よりもさらに下方まで下げる。こうすることで、落下時にタッピング軸２２がリフトバー２５に当たることがなくなり、タッピングによる測定が安定する。
【００２３】
図８にリフトバー２５が下降する時の加減速の概念を示す。図８に見られるように、リフトバー２５の下降速度は上昇速度よりも速い。リフトバー２５の下降速度はタッピングのストローク量に応じて変更することができる。
【００２４】
上述の通り、タッピング軸２２を持ち上げるのがリフトバー２５であり、ステッピングモータ２４と制御装置３０によってリフトバー２５の回動速度と比較的自由に設定することができるため、カムの交換といった手数をかけることなくタッピングのストローク量を変えることができる。このため、試験方法の基準に従ってタッピングのストローク量や振動数を設定することが容易になり、使い勝手が向上する。なお、タッピングのストローク量は、固めかさ密度測定の場合は通常１８ｍｍであるが、かさべり度測定のストローク量をカバーできる約４０ｍｍを最大とし、任意に設定可能である。
【００２５】
ステッピングモータ２４としては、定格電流が１．４Ａ／相、励磁最大静止トルクが１．３Ｎ・ｍで、基本ステップ角が０．３６°といった規格のものを用いることができる。
【００２６】
粉体物性測定装置１には、試料粉体を振動篩にかける篩振動装置が設けられている。篩振動装置の本体部分は筐体４内に存在し、その本体部分が備える篩取付枠４０のみが、図５に示す通り測定室１０に突き出している。篩取付枠４０には、図４に示す電磁石４１により上下方向の振動が与えられる。
【００２７】
制御装置３０には、図４に示す通り、ステッピングモータ２４とモータドライバ２７、電磁石４１といった既出の構成要素の他に、表示装置５０が接続される。表示装置５０は外付けのモニター装置などにより構成され、測定データや計算結果などの表示を行う。
【００２８】
続いて、図５に基づき、粉体物性測定装置１がどのように用いられるかについて説明する。
【００２９】
図５に示すのは測定用容器として測定カップを使用した場合のゆるめ又は固めかさ密度測定用のセッティングである。篩６０には篩押さえ６７を重ね、篩取付枠４０の下面には上段シュート６１を取り付け、これらを締結具６８で篩取付枠４０に固定している。上段シュート６１の下にはブラケット６２で支持された下段シュート６３が配置されている。タッピング台２１には測定カップ６４が取り付けられる。測定室１０の床の上には粉体回収バット６５が置かれている。測定カップ６４は、容積が１０ｍｌ、２５ｍｌ、５０ｍｌ、１００ｍｌのものが用いられる。
【００３０】
篩押さえ６７及び篩６０に試料粉体を投入し、篩取付枠４０を振動させると、篩６０を通過した試料粉体が上段シュート６１と下段シュート６３を通じて落下し、測定カップ６４に入る。試料粉体が測定カップ６４から溢れたら、試料粉体の投入をやめ、試料粉体をすり切る。次いで測定カップ６４をタッピング台２１から取り外し、電子天秤等の質量測定装置に載せて質量を測定する。その値を測定カップ６４の容積で除した値が、ゆるめかさ密度となる。次いで測定カップ６４にキャップ６４ａを被せてタッピング台２１に戻し、試料粉体を投入しつつタッピングを行う。
【００３１】
所定回数又は所定時間タッピングを行った後、キャップ６４ａを取り外し、試料粉体をすり切る。その後測定カップ６４をタッピング台２１から取り外し、質量測定装置に載せて質量を測定する。その値を測定カップ６４の容積で除した値が、固めかさ密度となる。
【００３２】
図６に示すのはＵＳＰタッピングやＡＳＴＭタッピングで固めかさ密度を測定する場合、あるいは川北式粉体圧縮評価法でかさべり度を測定する場合のセッティングである。篩取付枠４０には篩６０とシュート６６が取り付けられ、タッピング軸２２にはタッピング台２１Ａが取り付けられている。タッピング台２１Ａにはメスシリンダー７０が取り付けられる。
【００３３】
篩押さえ６７及び篩６０に試料粉体を投入し、篩取付枠４０を振動させると、篩６０を通過した試料粉体がシュート６６を通じて落下し、メスシリンダー７０に入る。所定量の試料粉体がメスシリンダー７０に投入されたところで、タッピングを行う。所定回数のタッピングを行うと、メスシリンダー７０の内部の粉体層が圧縮され、粉体面がタッピング前の粉体面よりも下がる。そして、タッピング後の試料粉体の体積を読み取ることで、固めかさ密度やかさべり度を求める。ここで、ＵＳＰタッピングやＡＳＴＭタッピングの場合の固めかさ密度は、メスシリンダー７０内に投入した試料粉体の質量をタッピング後の試料粉体の体積で除して求められる。また、川北式粉体圧縮評価法のかさべり度は、タッピング前の試料粉体の体積をＶ０、タッピング後の試料粉体の体積をＶとしたとき、（Ｖ０−Ｖ）／Ｖ０で求められる。
【００３４】
ＵＳＰタッピングの場合は、容積２５０ｍｌまたは１００ｍｌのガラスメスシリンダーが用いられる。第１の方法では、タッピング振動数は１分間当たり３００ドロップ、タッピングストローク量は１４±２ｍｍとされる。第２の方法では、タッピング振動数は１分間当たり２５０ドロップ、タッピングストローク量は３ｍｍ（±１０％）とされる。第１の方法でも第２の方法でも、初回タッピング回数は５００回、２回目は７５０回、３回目以降は１２５０回である。
【００３５】
ＡＳＴＭタッピングの場合は、容積１００ｍｌまたは２５ｍｌのガラスメスシリンダーが用いられる。タッピング振動数は１分間当たり１００〜３００ドロップ、タッピングストローク量は３±０．２ｍｍとされる。
【００３６】
タッピングのストローク量や振動数を変化させる必要が生じた場合、本実施形態では、制御装置３０のパーソナルコンピュータ３１で条件入力を行い、モータドライバ２７から所要の駆動パルスを出力させてステッピングモータ２４の回動角度と回動速度を変えることにより、目的を達成できる。そのため、タッピング装置としてきわめて使い勝手の良いものとなる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は粉体測定装置用タッピング装置に広く利用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１    粉体物性測定装置
２    本体
３    カバー
１０  測定室
２０  タッピング装置
２１  タッピング台
２２  タッピング軸
２４  ステッピングモータ
２５  リフトバー
２７  モータドライバ
３０  制御装置
４０  篩取付枠
６０  篩
６１  上段シュート
６３  下段シュート
６４  測定カップ
６４ａ  キャップ
２１Ａ  タッピング台
６６  シュート
７０  メスシリンダー
【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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【図７】
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【図８】
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