JP2012211010A

JP2012211010A - 粉粒体供給装置

Info

Publication number: JP2012211010A
Application number: JP2011078458A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Watanabe; 浩光渡邉; Koichi Kato; 宏一加藤
Original assignee: Japan Vilene Co Ltd
Current assignee: Japan Vilene Co Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-11-01

Abstract

【課題】従来技術に係る粉粒体供給装置よりも、粉粒体の供給精度をより高度に制御することのできる、粉粒体供給装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明にかかる粉粒体供給装置は、断面形状が六角形の開口が集合したハニカム構造を有する回転板を、その構成に備えていることを特徴としている。
断面形状が六角形の開口が集合したハニカム構造の開口部を有することによって、開口一つあたりを通過する粉粒体の通過量を均一にすることができて、脈流の発生を防ぐことができる。
また、断面形状が六角形の開口が集合したハニカム構造であることによって、回転板の総開口面積と隣接する開口同士の最短距離を一定とした時に、回転板に開口数を最も多くして設けることができ、各開口一つあたりを通過する粉粒体の量を微少量に制御して、脈流の発生を更に防ぐことができる。
【選択図】図6

Description

本発明は粉粒体を次工程へと供給するために使用される、粉粒体供給装置に関する。

一定量の粉粒体を一定速度で、各種の機械装置や試験装置へと供給するために、スクリューフィーダを用いた粉粒体供給装置が使用されている。スクリューフィーダを用いた粉粒体供給装置は、その一端に粉粒体の供給口を有するとともに他端側に粉粒体の吐出口を有する管状ケースと、管状ケース内に設けられた、長手方向の軸上に螺旋状に配置された羽根を供える回転軸（スクリュー）とから構成されている。

このような粉粒体供給装置において、供給口から供給された粉粒体は、スクリューが回転することで、螺旋状に配置された羽根同士が成す空間を経て吐出口に向けて搬送される。

上述のように、スクリューフィーダを用いて粉粒体の供給を行う場合、スクリューによって搬送されている間に、粉粒体が凝集塊を形成することがあった。凝集塊が解されぬまま搬送され吐出口から吐出されると、粉粒体の供給量が変化する（脈流が生じる）という問題があった。

特にこの問題は、粉粒体をグラム単位という少量かつ一定速度で供給しようとする場合において、顕著な現象として現れるものであった。

粉粒体の凝集塊を解すとともに粉粒体を供給することのできる方法として、開口部を有する回転板を管状ケースの吐出口を遮るように設けることで、凝集塊を切削して解すとともに、解された粉粒体を回転板の開口部から吐出することで供給できる、粉粒体供給装置が知られている。

例えば、実開平01-120629号公報（以降、特許文献１と呼ぶ）には、フィーダ（スクリューフィーダを用いた粉粒体供給装置）の出口に、開口部を有する回転板が設けられた態様の、高精度粉体供給装置が開示されている。特許文献１に係る回転板を、図1（a）（b）に図示する。

図1（a）に図示する回転板（A）には、粉体の性状により適宜巾や個数等が調整された、回転中心から外周に向かうスリット様の開口（B）を設ける、あるいは非常に粘度の高い粉体に対しては、図1（ｂ）に図示する回転体（A）のようにメッシュ様の開口（B）を設けることで、粉体を細かく切削して供給できることが開示されている。

また、特開2007-176701号公報（以降、特許文献2と呼ぶ）には、ケーシング（管状ケース）内に規制板（回転板）を設けることで、粉粒体を1分間にグラム単位という少量かつ一定速度で供給することのできる、粉粒体供給装置が開示されている。特許文献2に係る規制板を、図2に図示する。

図2に図示する規制板（A）は、ケーシング（C）の断面積に対する規制板（A）の開口率を１０〜７０％の範囲とすると共に、開口（B）の形状を、丸、スリット、扇等にすることを開示している。以上の構成を有することによって、ケーシング（C）内の粉粒体間に気体が混入して発生する、かさ密度の変動や、粉粒体の送りムラによる供給精度の低下を解消することができるという効果を示す。

実開平01-120629号公報（実用新案登録請求の範囲、第2頁第2行-第4行、第4頁第8行-第16行、第5頁第20行-第6頁第8行、第8頁第12行-第18行、図）特開2007-176701号公報（特許請求の範囲、0007-0008、0011、0016、0022-0023、表5、図1、図3、図4）

本発明者らは、従来技術に係る粉粒体供給装置よりも、粉粒体の供給精度をより高度に制御することのできる、粉粒体供給装置の提供を目的とした。

本願発明の請求項１にかかる発明は、
「粉粒体を搬送できる搬送手段と、該搬送手段によって搬送された粉粒体が通過できる開口部を有する回転板とを備えた、粉粒体を次工程へと定量供給するための装置であり、該回転板の開口部は断面形状が六角形の開口が集合したハニカム構造を有することを特徴とする、粉粒体供給装置。」
である。

本発明の請求項1にかかる粉粒体供給装置は、断面形状が六角形の開口が集合したハニカム構造を有する回転板を、その構成に備えていることを特徴としている。
断面形状が六角形の開口が集合したハニカム構造の開口部を有することによって、開口一つあたりを通過する粉粒体の通過量を均一にすることができて、脈流の発生を防ぐことができる。
また、断面形状が六角形の開口が集合したハニカム構造であることによって、回転板の総開口面積と隣接する開口同士の最短距離を一定とした時に、回転板に開口数を最も多くして設けることができ、各開口一つあたりを通過する粉粒体の量を微少量に制御して、脈流の発生を更に防ぐことができる。

（a）、（b）従来技術に係る回転板を、粉粒体の移動方向側から見た模式的正面図である。従来技術に係る別の回転板を、粉粒体の移動方向側から見た模式的正面図である。（a）〜（c）本発明に係る粉粒体供給装置の、長手方向における模式的断面図である。（a）、（b）本発明に係る別の粉粒体供給装置の、長手方向における模式的断面図である。本発明に係る更に別の粉粒体供給装置の、長手方向における模式的断面図である。本発明に係る回転板を、粉粒体の移動方向側から見た模式的正面図である。

本発明に係る粉粒体供給装置（12）について、一例として図3（a）を用いて説明する。

なお、本発明でいう断面形状が六角形の開口が集合したハニカム構造とは、断面形状が正六角形かつ同じ断面積を有する断面形状が同一の開口が複数集合している態様であると共に、隣接する正六角形の開口間の最短距離が同一である態様を意味する。
また、本発明では開口が集合した領域を開口部と称する。

図3（a）は本発明に係る粉粒体供給装置（12）の、長手方向における模式的断面図を示したものである。

図3（a）に示す粉粒体供給装置（12）は、管状ケース（1）の一端に粉粒体（図示せず）の貯蔵容器となるホッパー（11）が設けられおり、ホッパー（11）と管状ケース（1）が接続している箇所が粉粒体の供給口（2）となっている。

管状ケース（1）内には、回転軸（4）とその軸上に螺旋状に配置された羽根（3）（以降、回転軸（4）および羽根（3）を合わせて、スクリュー（10）と称する）がスクリューモータ（5）により、回転可能な態様で設けられている。

管状ケース（1）の他端側は粉粒体の吐出口（9）となっており、吐出口（9）付近には、回転板（6）が回転軸（7）を介して回転板モータ（8）により回転可能な態様で設けられている。

ホッパー（11）に貯蔵されている粉粒体は、供給口（2）を経由して管状ケース（1）内部へと供給される。管状ケース（1）内部へと供給された粉粒体は、スクリューモータ（5）により回転されているスクリュー（10）の螺旋状に配置された羽根（3）によって、吐出口（9）へと向かい搬送される。

吐出口（9）まで搬送されてきた粉粒体は、回転軸（7）を介して回転板モータ（8）により回転している回転板（6）に接触する。なお、回転板（6）には後述するように、断面形状が六角形の開口が集合したハニカム構造を有する開口部（図3（a）では図示せず）が設けられている。

粉粒体は、回転する回転板（6）の開口部によって切削されて解される。そして解された粉粒体は、主として回転板（6）の開口部から吐出されて、各種の機械装置や試験装置へと供給される。

本発明に係る粉粒体供給装置（12）は、断面形状が六角形の開口が集合したハニカム構造を有する開口部を備えた回転板（6）であることによって、粉粒体の供給精度をより高度に制御することができる。

以降、本発明に係る粉粒体供給装置（12）を構成する、各部材の説明をする。

本発明に係る粉粒体供給装置（12）が供給できる粉粒体の種類は、特に限定されるものではない。粉粒体は固体状の粒子である限り、無機質又は有機質のいずれであることもでき、このような粒子の一種以上を適宜選択することができる。

このような粉粒体の種類としては、例えば、活性炭、ゼオライトのほかに、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン、二酸化マンガン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物、窒化硼素、窒化アルミニウムなどの窒化物、炭化珪素などの炭化物、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムなどの水酸化物、吸水性樹脂、イオン交換樹脂、金属粒子、トルマリン、炭酸カルシウム、又は撥水性樹脂など、種々の粉粒体を使用することができる。

また、この様な粉粒体の粒子径は、回転板（6）の開口部を通過することができる大きさであれば、特に限定されるものではない。供給する粉粒体の種類やその粉粒子の形状は、適宜調整できる。しかし、粉粒体の粒子径が300μmより大きいと粉粒体が開口部を構成する開口に目詰まりする傾向があり、粉粒体を定量供給することが困難となるおそれがある。そのため、供給する粉粒体の粒子径は、300μm以下であるのが好ましく、100μm以下であるのがより好ましい。

なお、これら例示以外の種類の粉粒体も使用可能であり、例示以外の粉粒体も含め、２種以上の粉粒体を混合したものを用いることもできる。

また、搬送時において酸化あるいは光により変性しないよう、上述の粉粒体へ、酸化防止剤、光安定剤などを添加しても良い。

ホッパー（11）は粉粒体を貯蔵する働きを担うと共に、供給口（2）を経由して粉粒体を管状ケース（1）内部へと供給する役割を担う。

ホッパー（11）の形状は、粉粒体を貯蔵可能で、粉粒体を供給口（2）へと供給することができる形状であれば良く、例えば、漏斗形状や擂鉢形状、多角錘形状や飼い葉桶形状などが挙げられる。また、ホッパー（11）に貯蔵されている粉粒体の量が変動することなく、粉粒体の供給量が一定となるように、ホッパー（11）に貯蔵されている粉粒体の量を一定に保つことのできる別の粉粒体供給装置（図示せず）を設けるのが好ましい。

スクリュー（10）の形状は、粉粒体をスクリュー（10）の回転により搬送できるのであれば、特別限定するものではない。スクリュー（10）の長さ、羽根（3）が回転軸（4）の軸方向となす螺旋角度、羽根（3）同士の間隔は、粉粒体の種類や粒子形状、また凝集性や流動性など粉粒体の性状により、適宜調整するのが好ましい。

スクリュー（10）における軸の長さは、粉粒体を吐出口（9）へと搬送することができるのであれば、特別限定するものではない。図3（b）の態様のように、管状ケース（1）の吐出口（9）側にスクリュー（10）が存在しない充填室（21）を形成するようにしても良い。充填室（21）が形成されていると、供給口（2）からスクリュー（10）の回転により搬送されてきた粉粒体を、充填室（21）で圧縮することができるため、粉粒体間に気体が混入して発生するかさ密度の変動や、粉粒体の送りムラによる供給精度の低下を解消することができる。

また、スクリュー（10）の回転速度はスクリューモータ（5）の回転により調整されるが、粉粒体を搬送することができる限り、スクリュー（10）の回転速度は特に限定されるものではない。粉粒体の搬送量・供給量・所望吐出量、粉粒体の種類や粒子形状、また凝集性や流動性など粉粒体の性状により、適宜調整するのが好ましい。

回転板（6）には、後述する断面形状が六角形の開口が集合したハニカム構造を有する開口部が設けられていると共に、回転軸（7）を介して回転板モータ（8）により回転して、粉粒体と接触することで粉粒体を切削して解す働きを担う。

この時、回転板（6）の回転速度ならびに回転方向は、粉粒体を切削して解すことができる限り、特に限定されるものではない。粉粒体の種類や粒子形状、また凝集性や流動性など粉粒体の性状により、適宜調整するのが好ましい。スクリュー（10）の回転方向と回転板（6）が反対方向に回転できると、スクリュー（10）により搬送されてきた粉粒体と回転する回転板（6）とが激しく接触して、粉粒体を効率よく切削して解すことができる。

なお、回転板（6）は管状ケース（1）の内部及び/又は外部に設けることができる。この時、管状ケース（1）と回転板（6）が接触した態様であると、回転板（6）の回転が阻害されて、粉粒体の供給に脈流が発生する場合があることや、接触により管状ケース（1）と回転板（6）が摩耗して、粉粒体に磨耗粉が混入する場合があるため、管状ケース（1）と回転板（6）は離間しているのが好ましい。

管状ケース（1）と回転板（6）の離間距離が大きければ大きいほど、搬送されてきた粉粒体のうち、回転板（6）と管状ケース（1）の間を通過する粉粒体の割合が高くなると共に、回転板（6）の開口部を通過することで切削されて解される粉粒体の割合が低下して、その結果、粉粒体の供給に脈流が発生する傾向がある。

そのため、粉粒体の供給に脈流が発生することを防ぐことができるように、管状ケース（1）と回転板（6）の離間距離は適宜調整するのが好ましい。具体的には、管状ケース（1）と回転板（6）の離間距離は0ｍｍよりも大きく0.5mm以下であるのが好ましく、0ｍｍよりも大きく0.1mm以下であるのがより好ましい。

なお、本発明に係る粉粒体供給装置（12）において、回転板（6）が設置されている位置やその態様は、粉粒体の供給精度を高度に制御することができる限り限定されるものではない。例えば、図3（a）の態様のように、回転板（6）を管状ケース（1）の外側に設けることも、図3（ｃ）の態様のように、回転板（6）を管状ケース（1）の内側に設けることもできる。

図4（a）、（b）は、本発明に係る別の粉粒体供給装置（12）の、長手方向における模式的断面図を示したものである。

図4（a）、（b）は、図３とは異なり、スクリュー（10）の回転軸（4）の吐出口（9）側の末端に回転板（6）が設けられた粉粒体供給装置（12）を図示している。回転板（6）の大きさと回転軸（4）の長さが調整されていることで、図4（a）の態様では、回転板（6）が管状ケース（1）の外側に存在するように設けられており、図4（b）の態様では、回転板（6）が管状ケース（1）の内側に存在するように設けられている。

このような態様であると、回転板モータを使用することなく回転板（6）をスクリュー（10）の回転に同調して回転させることができるため、回転板（6）の開口部から吐出される粉粒体の量を、スクリューモータ（5）の回転速度を調整するだけで簡便に調整することができる。

図5は、本発明に係る更に別の粉粒体供給装置（12）の、長手方向における模式的断面図である。

図5の粉粒体供給装置（12）は、図4（b）の粉粒体供給装置（12）の管状ケース（1）の外側に、回転軸（7）を介して回転板モータ（8）により回転可能な、別の回転板（6’）が設けられている態様を図示している。なお、別の回転軸（6’）も同様に、断面形状が六角形の開口が集合したハニカム構造を有する開口部を備えている。

このように、粉粒体供給装置（12）が複数の回転板（6、6’）を有する態様であると、回転板（6）の開口部を通過した粉粒体を、別の回転板（6’）により更に切削して解すことができるため、脈流の発生を防ぐとともに、粉粒体の定量供給をより精密に制御することができる。

図6は、本発明に係る粉粒体供給装置が備える開口部を有する回転板を、粉粒体の移動方向側から見た模式的正面図である。

本発明に係る回転板（6）は、スクリューを構成する回転軸（図6では図示せず）又は回転板の回転軸（図6では図示せず）と接続する接続部位（32）を、回転板（6）の中心に備えている。回転板（6）において接続部位（32）が設けられている位置や数は、回転板（6）と管状ケース（1）の離間距離を均一にして回転板（6）が回転できる限り、限定されるものではない。

本発明に係る回転板（6）は、断面形状が六角形の開口（31）が集合したハニカム構造の開口部を有しているため、粉粒体の吐出時において各開口（31）一つあたりを通過する粉粒体の通過量を均一にすることができて、脈流の発生を防ぐことができる。

更に、回転板（6）の中心から、各開口（31）は60度ずつの回転方向に繰り返し存在しており、6回回転対称であることから、ある瞬間の回転板（6）の開口部の状態が再度同じ状態となるまでの時間が短くなり、各開口（31）からの粉粒体の通過量を均一化でき、脈流の発生を防ぐことができる。

なお、例えば、図1（ｂ）で示したような、開口部が四角形メッシュ構造の回転板（A）は、回転板（A）の中心から、各開口（B）は90度ずつの回転方向に繰り返し存在しており、4回回転対称をなしている。

そのため、ある瞬間の回転板（A）の開口部の状態が再度同じ状態となるまでの時間が、本願発明に係る回転板（6）よりも長くなることから、粉粒体の吐出時において各開口（B）からの粉粒体の通過量を均一化し難く、脈流の発生を防ぐことが難しい。

また、本発明に係る回転板（6）は、断面形状が六角形の開口が集合したハニカム構造を有する開口部を有しているため、回転板（6）の総開口面積と隣接する開口（31）同士の最短距離を一定とした時に、断面形状が六角形以外の多角形や丸形状などの開口が集合したハニカム構造の開口部を設ける場合よりも、回転板（6）に開口数を最も多くして設けることができる。

そのため、回転板（6）の総開口面積が一定である場合、開口（31）数を多くすることができるため、各開口（31）一つあたりを通過する粉粒体の量を微少量に制御して、脈流の発生を更に防ぐことができる。

なお、回転板（6）に断面形状が六角形以外の多角形や丸形状などの開口が集合したハニカム構造の開口部を設けた場合、隣接する開口（31）同士の最短距離が開口（31）の外周全体において一定とはならず、回転板（6）に設けることのできる開口（31）の数に限度がある。そのため、各開口（31）一つあたりを通過する粉粒体の量を微少量に制御し難く、粉粒体をグラム単位などの少量かつ一定速度で供給しようとする場合において、脈流の発生を防ぐことが難しい。

回転板（6）に設ける開口（31）の数と開口（31）一つあたりの断面積、回転板（6）の主面面積に占める総開口面積の割合（開口率）は、粉粒体を切削することができる限り、特に限定されるものではない。

開口（31）の数が回転板（6）1cm²あたり10個未満であると、開口（31）一つあたりを通過する粉粒体の量が多くなり、粉粒体の供給量を高度に制御することが困難となるおそれがある。また、開口（31）の数が回転板（6）1cm²あたり400個より多いと、粉粒体が開口（31）に目詰まりし、管状ケース（1）と回転板（6）との隙間から粉粒体が吐出されやすくなることで、粉粒体の供給量を高度に制御することが困難となるおそれがある。
そのため、回転板（6）に設ける開口（31）の数は、1cm²あたり10〜400個であるのが好ましく、1cm²あたり20〜300個であるのがより好ましく、1cm²あたり40〜250個であるのが最も好ましい。

回転板（6）に設ける開口（31）一つあたりの断面積は限定されるものではないが、開口（31）一つあたりの断面積が8ｍｍ²より大きいと、開口（31）一つあたりを通過する粉粒体の量が多くなり、粉粒体の供給量を高度に制御することが困難となるおそれがある。また、開口（31）一つあたりの断面積が0.08ｍｍ²未満であると、粉粒体が開口（31）に目詰まりし、管状ケース（1）と回転板（6）との隙間から粉粒体が吐出されやすくなることで、粉粒体の供給量を高度に制御することが困難となるおそれがある。
そのため、開口（31）一つあたりの断面積は、0.08mm²〜8mm²であるのが好ましく、0.15mm²〜4mm²であるのがより好ましく、0.25mm²〜2mm²であるのが最も好ましい。

回転板(6)における開口率は限定されるものではないが、開口率が30％未満であると、粉粒体が回転板（6）の開口（31）を通過し難くなり、管状ケース（1）と回転板（6）との隙間から粉粒体が吐出されやすくなるため、粉粒体の供給量を高度に制御することが困難となるおそれがある。また、開口率が95％より大きいと、回転板（6）の強度が低下して開口（31）形状が変形し易くなるため、粉粒体の供給量を高度に制御することが困難となるおそれがある。
そのため、開口率は、30％〜95％であるのが好ましく、60％〜90％であるのがより好ましく、70％〜85であるのが最も好ましい。

本発明に係る回転板（6）の製作方法は、特に限定されるものではなく、打ち抜きやレーザーによる切取りによって回転板（6）へ開口部を形成する方法、あるいはエレクトロフォーミングやエッチング等により開口部を形成する方法、あるいはエレクトロフォーミングやエッチング等により開口部を形成した薄層を単層、あるいは複数の前記薄層を拡散接合して、開口部を備えた回転板（6）を得る方法を例示できる。

これらの中でも、エッチングあるいは拡散接合を用いて回転板（6）を得ると、各開口（31）の断面形状を均一に調整できると共に、隣接する開口（31）同士の最短距離を一定に調整することができ、開口部の寸法精度に優れた回転板（6）を製作できるため、脈流の発生を防ぎやすい。

本発明は、回転板を備えた粉粒体供給装置に係る発明であり、前記回転板は、断面形状が六角形の開口が集合したハニカム構造をなす開口部を有することによって、開口一つあたりを通過する粉粒体の通過量を均一にすることができて、脈流の発生を防ぐことができる。

また、開口部が、断面形状が六角形の開口が集合したハニカム構造であることによって、回転板の総開口面積と隣接する開口同士の最短距離を一定とした時に、回転板に開口数を最も多くして設けることができ、各開口一つあたりを通過する粉粒体の量を微少量に制御して、脈流の発生を更に防ぐことができる。

A・・・回転板、規制板
B・・・開口
C・・・ケーシング

1・・・管状ケース
2・・・供給口
3・・・羽根
4・・・回転軸
5・・・スクリューモータ
6・・・回転板
7・・・回転板の回転軸
8・・・回転板モータ
9・・・吐出口
10・・・スクリュー
11・・・ホッパー
12・・・粉粒体供給装置
21・・・充填室
31・・・開口
32・・・接続部位

Claims

粉粒体を搬送できる搬送手段と、該搬送手段によって搬送された粉粒体が通過できる開口部を有する回転板とを備えた、粉粒体を次工程へと定量供給するための装置であり、該回転板の開口部は断面形状が六角形の開口が集合したハニカム構造を有することを特徴とする、粉粒体供給装置。