初期充填時における粉体嵩密度の静電気 による 制御可能性 について

素材物性学雑誌 第11巻 第2号 45‑50(1998)

請 文

初期充填時における粉体嵩密度の静電気 による 制御可能性 について

昌 子 智 由*

OnControllabilityoHnitialPowderBulkDensityinACellbyElectrostatieEffect by

TomoyoshiSHOJI† Abstract

Today,thepartsofcomputerandcommunicationinstrumentarerequested tobeaccurateandreliable. Manypartsininstrumentsar,eceramicsandare produced via powder handling on the way ofthe ceramics manufacturing processes.Inthiscase,thefinalperformanceofproductsareeffected by the powderhandling. FirstofallthebulkdensltyOfpowderhassomeeffectson sinteredpowdercompact. Thisshowsthateven ifchemicalcomponentsare same,thefinalperformanceofproductsaredifferenteachotherdependingon bulkdenslty.

Inthispaper,theapplicationofelectrostaticeffectoninitialbulkdenslty ofpowderinacellistakennotice.AnditisexperimentallydiscussedusingX‑

rayradiographsystem. Astheresults,averageequivalentbulkdensltyatOne pointpackinglSpointedouttodecreaseasappliedvoltageincreases,and at twopointpackingitkeepsconstantindependentofelectrostaticeffect.

Key Words:X‑ray Radiograph,PowderBulk Density,ElectrostaticEffect, PowderPacking

1.は じめに

情報化時代の進展 にともない, コンピュータ,通信 機器の役割 は益々重要 となって きて い る｡ と りわ け,

平成10年10月20日受付

*秋 田大学工学資源学部環境物質工学科

〒010‑8502秋 田市手形学園町1‑1

TDepartmentofMaterlals‑processEngineering&Applled ChemistryforEnvironments,FacultyofEnglneerlng&

ResourceSclenCe,AkitaUniverslty

l‑1TegataGakuencho,AkitaOIO18502,Japan

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これ らの機器を構成す る部品素子 の性能 の製造 プロセ ス学的確立 は緊急な課題 となっている｡ これ らの部品 素子の多 くはセラ ミクス素子であ り,その製造 プロセ スに沿 っての原料又 は中間生成物 の状態が粉体 として 存在す る場合が多い｡ この場合,粉体の製造 プロセ ス を構成す る単位操作 に供給す る方法 により最終製品の 性能 に大 きな影響 を与 え ることが指摘 されて い る1)｡ セ ラ ミクス製造 プロセスにおいては粉体成形体の嵩密 度分布が焼成体の嵩密度分布 に影響 を与え る2)｡ この ことは原材料の化学的な性質が同 じであって も粉体 と

昌 子 智 由

しての集合体 の性質が ことな ると最終製品 に も影響が 出 ることを示 している｡つ まり,最適 な粉体 の嵩 密度 をいかな る粉体原料 の成形 セル内への充填 の方i去によ

り実現す るかを解明す ることが期待 されている｡

以上 の観点 よ り本報で は,粉体 の操作 の一つであ る 成形 セルへの充填 に着 目 し,その嵩密度 の制御 を静電 気 によ りで きるか につ いて実験 的に検討 したので報告 す る｡

2.実 験装 置 お よび方 法 2.1実験装置

実験装置 はX線透視撮影装置,画像処理 システムお よび充填用 セルか ら構成 させ る｡

充填用 セルの概 略図 をFig.1に示 す｡Ⅹ線 撮 影 の ためにアク リル樹脂 にて作成 している｡セル内の大 き さは70×70×15mmであ る｡Ⅹ線撮影装置 はFig.2に 示す よ うにⅩ線 発生 装 置 (理 学電機 製100GSB2 100

そ してX線透視 像 を観察 す るためのX線蛍光 倍増 管 (理学電機製THX141GKV)とそのモニタか らな って いる｡なお,X線 フィルムに撮影す ることとX線透視 像を観察す ることは同時 には行 えない構造 にな ってい る｡画像処理 システム3)はFig.3に示す よ うに画 像処 理 装置 (浜松 ホ トニ クス製VideoFrameMemory C1901MARKⅡ), コ ンピュータ(Apple社製Power Macintosh7100)か ら構成 され る｡ この画像 処理 装

Fi^{g.1 Dimensionofpackingtestcell}

Ⅹ‑rayshieldbox

Ⅹ‑raysource

c e l l

琵 二 二

ImageIntensifier

(RigakuTHX141GKV)

○

Fig.2 Conceptualdiagram ofX‑rayradiograph

rd F 貰 鷲

Fig.3 Conceptualdiagram ofimageprocessing system.

置 は16ビッ トビデオ フレームメモ リで,画像 の算 術演 算,補正等 の処理 を有す るものである,本 システ ムで はⅩ透視撮影 したX線 フィルムの濃淡分布 をTVカメ ラを通 して画像処理装置に取 り込み,さらにコンピュー タにて定量化す る｡

2.2実験方法

実験手順 は以下 に示す通 りである｡

①充填用セルをFig.4に示 す よ うに電 極 に挟 み込 む

Fig.4 Conceptualdiagram ofpowderpacking method.

第11巻 第2号(1998) 初期充填時 にお ける粉体高密度 の静電気 による制御可能性 につ いて

よ うに設置 し,所定量 (75g)の珪砂 (p,‑2.67×

103kg･m 3)を漏斗 よ り一点充填 また は二点充填 を 行 う｡なお,印加電圧 は直流で0,2,4,6,8,10,12kV

とした｡

②充填後のセルをX線透視装置内に設置 し,Ⅹ線透視 撮影す る｡

③Ⅹ線 フイルムを現像後,画像処理 システムで濃淡分

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布を同一条件で取 り込む｡

④取 り込んだ濃淡分布 の情報を もとに して,その条件 における濃淡度 の平均値,変動率を求める｡

3. 実額結果および考察

Fig.5(a)〜(g)とFig.6(a)〜(g)に画像処理 シス テムに取 り込んだⅩ線透視撮影画像の例を示す｡なお,

(a) AppliedvoltageOkV (b) Appliedvoltage2kV (C) Appliedvoltage4kV

(d) Appliedvoltage6kV (e) Appliedvoltage8kV. (∫) AppliedvoltagelOkV

(g) Appliedvoltage12kV

Fig.5 Ⅹ‑rayphotographofonepointpacking.lEffectof Appliedvoltage‑

呂 子 智 由

(a) AppliedvoltageOkV. (b)̲Appliedvoltage2kV. (C) Appliedvoltage4kV

(d) Appliedvoltage6kV. (e) Appliedvoltage8kV. (∫) AppliedvoltagelOkV

Fig.6 X‑rayphotographoftwopointpacking.lEffectof appliedvoltage‑

(g) Appliedvoltage12kV.

画像 はネガで あ るので明 るい部位 が嵩密度 が高 く, 暗い部位が嵩密度が低 くな っている｡一点充填 の場合 は漏斗の下 には嵩密度が高い部分がで きて,そ こか ら 左右 に層状 に広が っている様子がわか る｡また,二点 充填 の場合 は漏斗の下 に嵩密度の高い部分がで き, さ らに中央 に落下地点か ら流れ込んだ桂砂の衝突 による 嵩密度の高 い部分がで きていることがわか る｡

Fig.7に濃淡度 に統計処理を行 った結果を示す｡縦 軸 は濃淡値の平均値,横軸 は印加 した電界強度である｡

濃淡値 は0か ら255の値をとり,255の場合 に嵩密度 は最大値をとり,0の場合 に嵩密度 は最小値 を とるこ とになる｡なお,濃淡度 と嵩密度 は 1対 1に対応 して いる｡そのため,濃淡度の平均値 は平均嵩密度 と して 扱 っている｡ また,変動率 はⅩ線写真の濃淡度分布 の

第11巻 第2号 (1998) 初期充填時における粉体高密度の静電気 による制御可能性 について

40353025加1510050095叩S

ATTStZaY)ITnqJuaTt!^mba払t:Ja^V

2 4 6 8

AppllCdヽ′Oltage lkV】

Fig.7 Experimentalresultbetweenaverage equivalentbulkdensltyandApplied voltage.

謝2‑525｡245細川20oooo00

L･こlT岩aPITnq一uaTtMnbヱOuOTttZtJt:A

0 2 4 6 8 10 12

Applledvoltage lkVl

Flg.8 Experimentalresultbetweenvariation ofequivalentbulkdensityandApplied voltage.

広が りを示す値であ り,変動率が小 さいほど均一 な分 布 を もっ ことにな り,つ ま り均一 な嵩密度分布 を もつ

ことにな る｡

その結果,印加 した電界強度が大 き くな るにつれて 平均濃淡値 は小 さ くな る,すなわち平均嵩密度 は減 少 してい くことがわか る｡ この ことは充填時 に静電気 に よって桂砂が は じき飛 ばされ,密 に充填 されに くくな るため と考え られ る｡充填終了後,電圧印加状態 で は 珪砂 の充填 されている容積 は徐 々に増えてい くことが 観察 されているので嵩密度が減少す ることとは 一致 し ている｡

変動率 について は電界強度が増大す るにつれて変動 率 も大 き くな ってい くことがわか る｡ この変動率 は濃 淡度分布 の広が りであるので嵩密度分布 の広が りを示 す ことにな る｡

Fig.8に二点充填 の結果 を示す｡二点充填 の場 合 は

仰504030201000耶8070

台TSUaP31TnqTuare^tnb3品己9^V

0 2 4 6 8

Applledvoltage LkV]

10 12

Fig.9 Experimentalresultbetweenaverage equivalentbulkdensityandApplled voltage.

1000叩8070細知仰30っJ3つ▲つム222｢▲つん0000ハUOOOO

[･]^)TSVaPITnq)U3TmTnbo30t]Ot]t'tJm

49

0 2 4 6 8 10 12

Applledvo)tage lkV]

Fig.10 Experlmentalresultbetweenvariation ofequivalentbulkdensltyandApplled voltage.

一点充填の場合 に比べて平均嵩密度が電界 の影響 を受 けに くくな っていることがわか る｡

また,変動率 は電界強度が増大す るにつれて大 き く な ってい くことは‑∴責充填 の場合 と同 じ傾向にある｡

4.おわ りに

本報で は粉体 の成形 セルへの一点 および二点充填 に おける充填後 の粉体 の嵩密度が静電気 の摘要 によりい かに制御で きるか について実験的 に検討 した｡その結 果,一点充填で は電界強度 の増加 させ ることによ り平 均嵩密度を減少 させ ることがで きること,そ して,二 点充填で は平均嵩密度 は電界 の適用 にはあま り影響 を 受 けず, ほぼ一定 とな ることを明 らか に した｡ また,

いづれの場合 も嵩密度の分布 の広が りは電界強度 の増 加 につれて大 きくなることがわか った｡

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References

昌 子 智 由

3) K.Makino,A Higashiyama,M.Yamada,K.

Kuramitsu:J.Soc.PowderTecnol.,Japan22, 1) Y.Kuwahara,K.Suzuki,S.Kanzaki:J.Soc. 526(1985)

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2)K.MaklnO,T.Shoji,T.Sugawara:∫.Soc. Nomenclature

MaterialsEngineeringforResources,Vol･4No. pp:particledenslty [kg･m3]

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