CN1287083A - 充填材料的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种充填方法和实现所述方法的装置。该充填方法通过空气震动工艺使材料充填容器。该空气震动工艺要求装有充填材料的空间,其包括容器和部分与所述容器连通的空间,的压力状态多次轮流从低压力状态转换到高压力状态,同时保持所述低压力状态等于或高于存在于所述空间外部的大气压力。因此,防止了材料被容器外流入的空气吹散,材料被均匀地充填到所述容器内。

Description

充填材料的方法和装置

本发明是关于将粉末材料，颗粒材料，片状材料，板状材料或类似的材料(下文共同称作材料)注入容器或承接物，如铁罐，包装袋，橡胶模具，冲模或类似的器具(下文共同称作容器)，的一种充填方法和装置。该装置有一开口用于进料和一放置所述粉末材料或类似材料的空腔。

本发明申请人已经在以前的日本专利申请中提出了充填方法申请，如公开特许公报平9-78103和公开特许公报平11-49101，其中通过空气震动方法使材料充满铁罐，包装袋，橡胶模具，冲模或类似的器具。

使用空气震动方法，每次充填材料数量的散布已得到降低，容器内材料的充填密度的分布差异得到减小。

参阅图5，6和7，说明传统的充填方法。其中由模具和插入所述模具的压头形成一个粉末注入的容器。

图5中所示件1是圆柱形模具，件2是插入件1的压头(下文该压头称为下压头)，粉末将注入模具空腔3，该空腔的空间是由模具1和下压头2形成的。工作台4布置成其表面与模具1的顶面1a平齐。一箱形无底的进料元件(下文称作进料滑台)5固定在工作台4上。进料滑台5的缩小部分的外壁有一与抽气型真空发生器7连接的管道6。在进料滑台5外壁5a的管道8通过一个电磁阀9连接到空气压缩机10。件11是个盖板，与进料滑台5的上部开口5a相接。进料滑台5装有粉末p水平汽缸12与工作台4联接，汽缸上的活塞杆12a与进料滑台5相连接。

为了将粉末充满由模具1和插入模具1的下压头2形成的模具空腔3，通过驱动水平汽缸12，使活塞杆12a移动并推动安装在工作台4的进料滑台5，直至如图6所示，进料滑台5位于模具空腔3的上方。这时，放置在进料滑台5的粉末p落入模具空腔3。

然后，电磁阀9关闭，抽气型真空发生器7启动，使进料滑台5中的空气排出，因此改变了进料滑台5中的气压，由大气压力状态(a)改变到低于大气压力的状态(b)。图7显示的是低压状态(b)为0.5大气压。接下来，停止抽气型真空发生器7脱气。打开电磁阀9，进料滑台5注入了压缩空气机10供给的压缩空气，进料滑台5内的空气压力状态变成至少不低于上述压力状态(b)的压力状态。图7中进料滑台5内部的压力为0.8大气压，要高于压力状态(b)。

当进料滑台5内的空气压力状态变成高过低于大气压的压力状态(b)时，电磁阀9重新关闭，抽气型真空发生器7启动，使进料滑台5中气压改变为低于大气压的压力状态(b)。然后，抽气型真空发生器7停止运行，电磁阀9重新打开，使进料滑台5内注入压缩空气，因此，进料滑台5中气压由压力状态(b)变化到高于压力状态(b)的压力状态(c)。

如上面所讨论的，使用空气震动方法，进料滑台内的压力状态重复地从低于大气压的压力状态(b)变化到高于状态(b)的压力状态(c)。由模具1和插入模具1的下压头2形成的空腔可以均匀地和高密度地充满粉末p。粉末p充满模具空腔后，水平汽缸12移动使活塞杆12a后退，因此，进料滑台5重又离开模具空腔3。然后，上压头(图中未示出)插入模具1，下降并压缩充满模腔的粉末p以得到粉末压块。

在传统的不是用空气震动而只是依靠重力的充填方法中，存在的问题有，每次充填的量不同，容器内的充填密度各处不同，和同时充填多个容器时各个容器的充填量不同。特别是，当对具有复杂形状或有浅环形状的空腔充填粉末而又没有采用空气震动充填方法时，空腔内部的充填密度的非均匀性极大地降低了产品的质量。

采用空气震动的方法充填材料到容器，上述的问题可以避免。但是，上述传统的空气震动方法和装置，空气震动的实现是靠重复小于大气压力的压力状态(b)变化到压力高于状态(b)的压力状态(c)，当进料滑台内的压力变成低于大气压力时会产生一个问题，即，模具空腔3外的空气会通过模具1的内壁1b和下压头2的外壁2a之间的间隙进入模腔3，会吹散充填在模腔3内的粉末p。

另外，如图3所示，当使用传统的空气震动方法充填粉末到橡胶模17时，因为处于空气震动工艺的低压状态下，橡胶模17内的气压状态低于大气压，必须采用在橡胶模外部也能产生低压状态的机构以防止橡胶模向内变形。这种防止措施使得装置的结构复杂化，使装置的价格升高和容易出问题。

本发明的目的是解决传统充填方法和装置存在的问题。

图1是将本发明具体化的充填装置的截面图；

图2是显示本发明的空气震动方法应用时气压转换的运行图；

图3是将本发明具体化的另一充填装置的截面图；

图4是将本发明具体化的另一充填装置的截面图；

图5是传统充填装置的截面图；

图6是另一传统充填装置的截面图；

图7是传显示统空气震动方法应用时气压转换的运行图。

为了实现上面所讨论的目标，本发明提出了：

一种新的充填方法，空气震动的进行是靠多次转换一个空间，其包含容器的空间和部分与所述容器连接的空间，的压力状态从低压力状态变到高压力状态，同时保证所述低压状态相等或高于所述空间外的大气压；

一种装置，其包括一种机构可使所述空间的气压状态变成高于所述空间外部的大气压的气压状态；和

一种机构可使已处于高于大气压力的压力状态的空间改变为低于所述状态但仍高于所述空间外部大气压的压力状态。

参阅图1至图7，对本发明的实施例加以说明，但这些实施例不是对本发明的限制，所进行的变化和修改仍属于本发明的范围。

首先，参阅图1和图2，将进行压实的粉末放置在作为充填空间的模具腔内。对与上面介绍的传统的充填装置零部件相对应的零部件，不再作详细说明并采用相同的数字来表示。

与上面介绍的传统充填装置近似，连接在加料滑台5的缩小部分5a的外壁的管道8通过电磁阀9与空气压缩机10联接。件13是压力释放阀，与连接到加料滑台5的缩小部分5a的外壁的管道6相联接。当进料滑台5内部的气压高过某一高于大气压的压力时，压力释放阀13用来排放进料滑台5内部的空气。在加料滑台5的缩小部分5a的壁上设置有空气释放孔14。

与传统方法近似，为了将粉末p充满由模具1和插入模具1的下压头2形成的模具空腔3，通过驱动水平汽缸12带动活塞杆12a，安装在工作台的进料滑台5移动，直到如图6所示进料滑台5移动到模具空腔3。然后，放置在进料滑台5的粉末p落入模具空腔3。

接下来，如图2所示，电磁阀9打开，压缩机10的压缩空气进入进料滑台5，使得进料滑台5内部的空气压力达到高于大气压力(A0)的压力状态(B0)，该压力状态(B0)的压力是1.3个大气压。当进料滑台5内的压缩空气气压超过压力释放阀13的允许值时，空气经压力释放阀13排放。然后，电磁阀9关闭使压缩空气机10停止提供压缩空气给进料滑台5，在进料滑台5内处于高压力状态(B0)的空气自然经空气释放孔14排出，造成进料滑台5内的压力下降到如图2中用(A1)表示的气压。在这点，电磁阀9重新打开使压缩空气机10提供压缩空气给进料滑台5，因此，使进料滑台5的压力状态升到高于图2中(A1)气压的压力状态(B1)。与上面介绍的过程近似，当进料滑台5内的压缩空气气压超过压力释放阀13的允许值时，空气经所述压力释放阀13释放。然后电磁阀9关闭停止供应压缩空气到进料滑台5内，造成进料滑台5内处于高压状态(B1)的压力自然地经空气释放孔14排出，造成进料滑台5内的压力下降到如图2中用(A2)表示的气压。

如所讨论的，通过重复使进料滑台内5的气压由高于大气压的状态转换到与大气压相同的状态造成的空气震动，粉末p可以均匀地和高密度地充填到由模具1和插入模具1的下压头2组成的模具空腔3。在粉末p充填到模具空腔3之后，水平汽缸12运动使活塞杆12a后退，因而使进料滑台内5离开模具空腔3。然后，上压头(图中未示出)进入模具空腔1并下降压缩粉末p充填模具空腔3得到粉末压块。

在该实施例中，空气震动的实现是靠重复高于大气压的状态转换到等同大气压的状态，所以模具空腔3外部的空气不能通过模具的内壁1b和下压头2的外壁2a之间的间隙进入模具空腔3。因此，粉末p被空气吹散的问题可以防止其发生。另外，空气震动可以通过重复适当次数的高于大气压力的高压状态转换为低于高压状态但仍高于大气压的压力状态来实现。

还可以用电磁阀代替压力释放阀13，省下布置在进料滑台5的缩小部分5a的空气释放孔14。这种情况下，空气压缩机10提供的压缩空气通过打开代替释放孔14的电磁阀来排放，使进料滑台5内的气压恢复到大气压力。

如上面所讨论的，通过利用模具1和下压头2周围高于大气压的空气压力进行空气震动工艺，空气不能通过模具的内壁1b和下压头2的外壁2a之间的间隙进入模具空腔3。因此，可以防止粉末p被空气吹散的问题出现。

参考图3，现介绍本发明一个包含橡胶模空腔的装置的实施例。压头16插入圆柱形模具15，该下压头16的一部分直径较大，另一部分直径较小。在这二部分的交界处，模具的向内突出部分15a用来防止模具15向上滑动。

橡胶摸17置于由模具15的内壁和下压头16的外壁形成的空间18。橡胶模17外壁的尺寸加工成与模具15的内径近似相等。由硬合成树脂制成的垫圈19安装在下压头16顶面，使橡胶模免于在模具15和下压头16之间卡死。下压头16用螺栓21固定在支撑平板20上。螺栓21插入支撑平板20的孔20a内，以便螺栓21固定在下压头16底部的螺孔内。下压头16的下部相比其它部分直径较小，在模具15的底面和支撑平板20的顶面之间的下部16b设置了一些平板弹簧。橡胶模17的顶面几乎与模具15的顶面平齐。

一圆柱形导引元件23安装在橡胶模17和模具15顶面。在圆柱形导引元件的底面开口部分设置了格栅元件24，其可以是平行的金属丝，丝网，带孔的板或类似物品。关于格栅元件，本发明人已在专利申请公开特许公报平11-90694中有披露。这里只作简单的说明。在进行空气震动工艺时，粉末p通过格栅24进入橡胶模17的空腔17a，完成粉末震动工艺后，格栅元件24阻止圆柱形导引元件23内的粉末p下落时，导引元件从橡胶模17和模具15的表面上升。

用25表示的部件是空气震动装置，包括一有敞开底部和封闭顶部的圆柱形元件25a｀组成的主体，从圆柱形元件25a｀的下部水平伸出的元器件。还包括通过管路25d连接到圆柱形元件25a｀的第一电磁阀25c，通过管路25f连接到压缩空气机25g的第二电磁阀25e。

现在介绍粉末充填橡胶模17的空腔17a的过程。

装有粉末的圆柱形导引元件23安装在橡胶模17和模具15的顶面，空气震动装置25安装在圆柱形导引元件的顶部。第一和第二电磁阀25c和25e都关闭，空气压缩机启动。然后，第二电磁阀25e打开使压缩空气进入圆柱形导引元件23，致使圆柱形导引元件内部形成高过大气压的高压力状态。接着，第二电磁阀25e关闭同时第一电磁阀打开，排放处于高压力状态的空气并使圆柱形导引元件内部回复大气压力状态。在圆柱形导引元件内部压力等同大气压力后，第一电磁阀25c关闭，然后，第二电磁阀25e重新打开，使压缩空气进入圆柱形导引元件23，使其内部处入高于大气压的高压力状态。然后第二电磁阀25e又关闭同时第一电磁阀25c打开，使高压力状态的空气排出，使圆柱形导引元件内部的恢复大气压力状态，接着第一电磁阀25c关闭。通过这种空气震动过程，圆柱形导引元件内部的粉末p通过格栅元件24注入橡胶模17的空腔17a。

在采用空气震动将粉末充填进橡胶模17的空腔17a后，圆柱形导引元件和空气震动装置脱离，未在图中示出的上压头固定在橡胶模17和模具15的顶面并下压。当上压头下压时，模具15下降要克服位于模具15和支撑板20之间的弹簧的弹性力，由于下压头16受到支撑板20的支持不会下降，由模具15的内壁和下压头16的上表面形成的空间深度减小，使橡胶模17向内收缩，压缩充填在橡胶模内的粉末p，因而生产出粉末压块。

传统的充填方法，空气震动过程是轮流地利用圆柱形导引元件23内的空气压力状态由低于大气压力的状态(b)转换到高于所述状态(b)的状态(c)。这样，当圆柱形导引元件和橡胶模的空腔内的压力状态变成低于大气压力时，位于橡胶模17的外壁和模具15的内壁之间的空气推压橡胶模17，橡胶模向内变形。在本发明，由于空气震动过程是轮流地利用圆柱形导引元件23内的空气压力状态由高于大气压力的状态转换到等于大气压力的状态，当圆柱形导引元件23和空腔17a内的空气压力状态高于大气压力时，橡胶模17的外壁被推向模具15的内壁，因此，不再出现橡胶模17的变形。利用本发明可以得到所希望的粉末压块。

如所进行的讨论，传统的空气震动过程是通过圆柱形导引元件23内的空气压力状态由低于大气压力的状态(b)转换到高于所述状态(b)的状态(c)，当圆柱形导引元件23和橡胶模17的空腔17a内的压力状态变成低于大气压力的状态b时，造成橡胶模17向内变形。为了解决这个问题，如公开特许公报平9-78103中所披露的，采取了将存在于橡胶模17和模具15之间空气抽出造成负压，使橡胶模17紧紧贴在模具15上的方法。但本发明中不再需要这种产生负压的方式，空气震动过程是利用重复地将空气压力状态由高于大气压力的状态转换到等于大气压力的状态，这可以简化装置的结构。

另外，不同于传统的充填方法，其中流过模具15及橡胶模17的顶面和圆柱形导引元件23的底面间隙的空气会吹散粉末p，本发明防止了粉末p被吹散。

参阅图4，下面介绍本发明在包装袋中充填粉末，颗粒材料及类似材料的实施例。

固定包装袋的容器26有顶部开口和置于该容器的包装袋27。包装袋27的开口边缘27a固定在包装袋容器26的上表面。圆柱形导引元件安装在包装袋容器26的顶部。

在这个实施例中，空气震动装置25‘包括，有通孔25‘h的顶部和敞开底部的主体25h，通过管路25i与主体25h的侧壁连接的第一电磁阀25j，通过管路25k与第一电磁阀25j连接的第二电磁阀25m，和通过管路25n与第二电磁阀25m连接的压缩空气机25p。

包装袋27置于包装袋容器26。使包装袋27的开口边缘27a固定在包装袋容器26的上表面。圆柱形导引元件28安装在包装袋容器26的顶部。接着，一定数量的粉末p注入包装袋27和部分圆柱形导引元件28中。然后安装空气震动装置25‘复盖圆柱形导引元件28的顶部开口。

通过轮流将空气压力状态由高于大气压力的状态转换到等于大气压力的状态进行震动过程，使注入包装袋27以及圆柱形导引元件28的粉末p充填进包装袋27。

与以前的实施例相似，本实施例使通过轮流将空气压力状态由高于大气压力的高压状态转换到等于大气压力的状态进行震动过程，注入包装袋27以及圆柱形导引元件28的粉末p因此充填进包装袋27。圆柱形导引元件28中的粉末p被流过包装袋容器26和圆柱形导引元件28的底面间隙的空气吹散的问题可以防止不再出现。

当包装袋用传统的充填方法充填粉末，其空气震动过程是通过转换空气压力状态由低于大气压力的状态(b)到高于所述状态(b)的状态(c)，当圆柱形导引元件28和包装袋27内的压力状态变成低于大气压力的低压力状态时会有问题出现，即由于包装袋27和包装袋容器26之间的空气流入，包装袋27向内变形。因为本发明采用轮流将空气压力状态由高于大气压力的高压状态转换到等于大气压力的状态来进行震动过程，使包装袋27可以紧密地贴到包装袋容器的内壁上，包装袋27变形不再发生。

如上所讨论的，本发明可使材料均匀地充填到容器。这种效果也可以通过下面的工艺方法来取得，容器已用其它充填方法或传统的充填方法预先放入材料，利用有与上面介绍的进料滑台相同结构，但没有装入将要充填的材料的滑台覆盖容器(下面该滑台称作覆盖滑台)。然后，覆盖滑台将经受内部的压力状态由高压状态转换到低压状态的循环，同时保持压力高于或等于容器的外部压力(一般是大气压)。因此材料均匀地充填整个容器，每次充填只有少量的分散分布。虽然这个工艺相比于采用预先装入材料的进料滑台同步进行进料和充填的方法，在生产率上有不足。使用覆盖滑台的空气震动方法最好应用在下面示例的场合，

当容器有复杂的形状或有浅环形状需用高度受控的重量及尺寸精度的粉末来充填时，粉末按照所希望装入模具空腔的数量预先用高精度称重装置称量并放进模具空腔。在这个阶段，空腔的充填密度非常不均匀。然后覆盖滑台安装在模具空腔顶部开口，承受空腔震动过程。这个过程使粉末以非常均匀和非常高的重量精度充满复杂形状的模具空腔的各个角落或浅环形状空腔的圆周壁。不同于传统的空气震动方法，其充填粉末的数量可能由于粉末被吹散而变化，本发明的空气震动方法完全不会改变粉末的数量。因此可以用本发明的方法得到重量和形状得到精细控制的复杂形状或有浅环形状的粉末实块。

如果将要充填的材料是可燃性的粉末或类似材料，用于空气震动的空气要用惰性气体，如氮气或氩气。用于上述实施例的气体不限于空气，还包括，如氮气和氩气的惰性气体。

具有前面介绍的结构特点的本发明有下面的特征，

由于通过保持气压状态高于或等于大气压力状态来进行空气震动工艺，充填空间的材料被空间外流入的空气吹散的问题不再出现。

由于通过保持气压状态高于或等于大气压力状态来进行空气震动工艺，本发明的装置不要求设置用来防止容器变形的机构，因此装置的结构得到简化。

Claims (5)

1．一种充填方法，该方法通过一种空气震动工艺将材料充填到容器内，所述空气震动工艺要求装有所述材料的空间，其包括所述容器和部分与所述容器连通的空间，的压力状态多次轮流从低压力状态转换到高压力状态，所述空气震动工艺的特征在于，所述低压力状态等于或高于存在于所述空间外部的大气压力。

2．一种充填方法，其包括步骤：

将装有充填材料的进料滑台连接到一有将要充填所述材料的空腔的容器；和

装有充填材料的所述进料滑台经受空气震动，所述进料滑台内的压力状态多次轮流从低压力状态转换到高压力状态，同时保持所述低压力状态等于或高于存在于所述容器外部的大气压力；因此

将所述材料充填到所述容器内。

3．一种充填方法，其包括步骤，

将一覆盖滑台安装在一容器上，容器有已事先装入材料的空腔；和

所述覆盖滑台经受空气震动，所述覆盖滑台内的压力状态多次轮流从低压力状态转换到高压力状态，同时保持所述低压力状态等于或高于存在于所述容器外部的大气压力；因此

将所述材料充填到所述容器内。

4．一种进行均匀充填的装置，包括，

一进料滑台，用于暂时存放将要充填进容器的材料和用于封盖所述容器的开口；

一机构，联接到所述进料滑台，使其内的压力状态处于高于所述容器外部的大气压的高压力状态；和

一机构，联接到所述进料滑台，使其内的压力状态处于低于所述高压力状态的低压力状态，但等于或高于容器外部的大气压。

5．一种进行均匀充填的装置，包括，

一覆盖滑台，用于封盖容器的开口；

一机构，联接到所述进料滑台，使其内的压力状态处于高于所述容器外部的大气压的高压力状态；和

一机构，联接到所述进料滑台，使其内的压力状态处于低于所述高压力状态，但等于或高于容器外部的大气压；

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