JP2001074629A

JP2001074629A - 粉体の流動特性計測方法

Info

Publication number: JP2001074629A
Application number: JP25322599A
Authority: JP
Inventors: Kimie Sannomiya; 公江三宮; Nobuo Miyazaki; 信雄宮崎
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 1999-09-07
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】粉体の流動特性を詳細に把握する。【解決手段】傾斜するにしたがってその内部の粉体が
開口部より流下を開始する容器に粉体を入れ、この粉体
を入れた容器を傾け、この容器内の粉体が傾斜により流
下する重量を測定し、この容器の傾斜速度を変化させ流
下する粉体量の変動を統計的に処理して粉体の流動特性
を計測する。容器の傾斜速度を変化させたときの測定値
に現れる階段状の変化と、直線に近似された流下量の変
化との偏差（相関度）をとる。あるいは、階段状の変化
の微分値を演算し、この微分値の標準偏差と単位角度当
たりの流下量との比率を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は粉体を計量して容器
に充填する装置に利用する。特に、粉体の計量工程を効
率化する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】粉体を規定量だけ容器に充填するときに
は、空の容器を重量計に載せておき、粉体を容器に投入
し、規定重量に達したところで粉体の投入を停止させ
る。

【０００３】粉体を傾けていくとある角度から脈動しな
がら粉体が滑り落ちるという現象が知られている。すな
わち、どっと落ちて暫くとまり、また落ちるというよう
に間欠的な流出が発生する。また、粉体を自由落下させ
ようとしても、均一な濃度、速度の分布で流れないこと
がある。

【０００４】このような性質を呈する粉体をスムースに
流出させるためのフィーダやホッパを設計し、また、こ
れらのフィーダやホッパを制御するためには、粉体の流
動特性を詳細に把握することが必要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の流動特
性計測方法は、容器に入れられた規定量の粉体が流れ落
ちるのに要する時間を測定するなどの方法によるもの
で、前述したような、粉体流出の脈動に着目した計測方
法は存在せず、そのため、粉体の計量に誤りが発生した
り、不適切な充填方法を選択することがあった。

【０００６】本発明は、粉体の流動特性を詳細に把握す
ることができる粉体の流動特性測定方法を提供すること
を目的とする。本発明は、粉体の容器への充填時の重量
精度向上に寄与する粉体の流動特性測定方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、傾斜するにし
たがってその内部の粉体が開口部より流下を開始する容
器に粉体を入れ、この粉体を入れた容器を傾け、この容
器内の粉体が傾斜により流下する重量をロードセルセン
サ等によって測定し、前記容器の傾斜速度の変化による
流下する粉体量の変動を計測することを特徴とする粉体
の流動特性計測方法である。

【０００８】容器の傾斜速度を変化させたときの流下し
た重量の測定値に現れる階段状の変化と、直線に近似さ
れた流下量の変化との偏差（相関度）をとったり、ある
いは、階段状の変化の微分値を演算し、この微分値の標
準偏差と単位角度当たりの流下量との比率を演算するこ
とにより粉体の流動特性を測定することができる。

【０００９】このようにして、粉体が容器より流出する
状態を詳細に解析することができる。したがって、粉体
の動的な流動特性に適したフィーダ、ホッパ等の設計お
よび制御を行うことができる。これにより、粉体の容器
への充填作業を効率良く行うことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図１を参照し
て説明する。本発明では、図１に示すように、傾斜する
にしたがってその内部の粉体が開口部より流下を開始す
る容器１に粉体を入れ、この粉体を入れた容器１を傾
け、この容器１内より傾斜により流下した粉体の重量を
ロードセルセンサを備えた電子天秤２によって測定し、
容器１の傾斜速度を変化させ流下した粉体量の変動を統
計的に処理して粉体の流動特性を計測する。

【００１１】なお、統計的処理をする範囲は、図４
（ａ）等に示すように重量の立ち上がりから、重量曲線
の傾きが変化しはじめるまでの間である。

【００１２】容器１は、図１に示すように、支点３を中
心に回動する扇形を呈しており、扇形の直線部分に長方
形の開口部４が設けられている。支点３は回転軸に接続
されており、図示しないステッピングモータを制御する
ことで容器１を傾斜させ、開口部４の水平線からの角度
を任意の角度に設定することができ、また、傾斜の速度
を速くまたは遅くできる。

【００１３】この方法により収集されたデータ例を横軸
に傾斜角度をとり、縦軸に重量をとり、図２として示
す。以下のデータ例においては実重量でなく、容器に粉
体がすりきりいっぱい入っているときの粉体の重量を１
００％として、重量をパーセンテージで換算した積算重
量を用いる。

【００１４】なお、本実施形態では、落下した重量を下
方のロードセルセンサを備えた電子天秤２で計測した
が、支点３をロードセルセンサで支え、その計測値より
容器１から落下した粉体の重量を求めることもできる。

【００１５】（第一実施例）本発明第一実施例は、容器
１の傾斜速度を変化させたときの電子天秤２の測定値に
現れる階段状の変化と、直線に近似された流下量の変化
との偏差（相関度）をとる流動特性計測方法を説明す
る。

【００１６】本発明第一実施例の流動特性計測方法は、
図３に示すように、最小２乗法で求めた近似直線からの
偏差Ｒの二乗値をとる。図３（ｂ）に示すように、Ｒの
二乗値が１に近ければ直線に近く、階段形状は少ないと
判定される。また、図３（ａ）に示すように、Ｒの二乗
値が１よりも小さくなればなるほど階段形状が顕著であ
ると判定される。

【００１７】（第二実施例）本発明第二実施例は、階段
状の変化の微分値を演算し、この微分値の標準偏差と単
位角度当たりの流下量との比率を演算する流動特性計測
方法を説明する。

【００１８】本発明第二実施例の流動特性測定方法は、
図４に示すように、単位傾斜角度あたりの落下量の平均
値Ｍと標準偏差σＭとの比率を演算する。図４（ａ）の
ように、σＭ／Ｍが大きければ大きいほど階段形状が顕
著であると判定される。また、図４（ｂ）のように、σ
Ｍ／Ｍが小さければ小さいほど階段形状が小さいと判定
される。

【００１９】（測定例１）実際の測定例１を図５に示
す。図５はガラスビーズ、洗剤Ａ、小麦粉のデータの対
比を説明する図であり、横軸に傾斜角度をとり、縦軸に
積算重量および単位傾斜角度あたりの積算重量をとる。
図５（ａ）は０．５ｄｅｇ／ｓｅｃにより、容器を傾け
たときのデータである。図５（ｂ）は３．０ｄｅｇ／ｓ
ｅｃにより、容器を傾けたときのデータである。図５
（ｃ）は９．０ｄｅｇ／ｓｅｃにより、容器を傾けたと
きのデータである。いずれも破線は階段状の変化の微分
値を示す。

【００２０】図６は本発明第一実施例のＲの二乗値によ
り判定した結果を示す図である。図７は本発明第二実施
例のσＭ／Ｍにより判定した結果を示す図である。これ
によれば、ガラスビーズは、Ｒの二乗値が“１”に近
く、また、σＭ／Ｍが“０”に近く、傾ける速度が非常
に遅くても階段形状をほとんど呈していないことがわか
る。それに対し、小麦粉は測定したすべての傾斜角速度
で著しい階段形状を呈していることがわかる。また、洗
剤Ａは、傾斜速度を速くするにしたがって、階段形状が
消え、傾斜角速度が３ｄｅｇ／ｓｅｃよりも大きくなる
と、ほとんど階段形状を呈しないことがわかる。

【００２１】これにより、小麦粉は、傾ける速度を速く
しても、階段形状が消えない、すなわち、流動しにく
い、鈍感な粉体であることがわかる。したがって、充填
方法としては、粉体を流動させて充填する方法は不適切
であり、粉体を切り出す方法、例えば、オーガ式が適当
であることがわかる。もし、流動させる充填方法を用い
るならば、流動化エアを加えるなどの安定な流れを得る
ための工夫が必要であることがわかる。

【００２２】また、ガラスビーズは、傾ける速度が非常
にゆっくりでも、階段形状がほとんど無いので、少しの
傾斜角度でも流れ落ちてくる。したがって、流動を利用
した高速充填が可能であることがわかる。

【００２３】また、洗剤Ａは、傾ける速度を速くするに
したがって、階段形状が消えていく。したがって、充填
工程に、脈動を発生しない流動領域で流動させるなどの
注意を要するが、流動を利用した高速充填が可能である
ことがわかる。

【００２４】（測定例２）実際の測定例２を図８に示
す。図８は洗剤Ａ、Ｂ、Ｃのデータの対比を説明する図
であり、横軸に傾斜角度をとり、縦軸に積算重量および
単位傾斜角度あたりの積算重量をとる。図８（ａ）は
０．５ｄｅｇ／ｓｅｃにより、容器を傾けたときのデー
タである。図８（ｂ）は３．０ｄｅｇ／ｓｅｃにより、
容器を傾けたときのデータである。図８（ｃ）は９．０
ｄｅｇ／ｓｅｃにより、容器を傾けたときのデータであ
る。いずれも破線は階段状の変化の微分値を示す。

【００２５】図９は本発明第一実施例のＲの二乗値によ
り判定した結果を示す図である。図１０は本発明第二実
施例のσＭ／Ｍにより判定した結果を示す図である。こ
れによれば、洗剤Ａは、Ｒの二乗値が比較的“１”に近
く、また、σＭ／Ｍが比較的“０”に近く、階段形状が
少ないことがわかる。それに対し、洗剤Ｃは不規則で大
きな階段形状を呈していることがわかる。また、洗剤Ｂ
は、洗剤Ａよりは大きな階段形状を呈しているが、洗剤
Ｃよりも階段形状が小さく、かつ規則的であることがわ
かる。

【００２６】このようにして測定した結果にしたがっ
て、各洗剤の粉体形状および成分と、階段形状の発生度
合いとを分析することにより、これらの関係を知ること
ができる。これらの関係を知ることができれば、充填工
程の効率化に都合の良い洗剤の粉体形状および成分を開
発することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
粉体の流動特性を詳細に把握することができる。これに
より、粉体を容器に充填する作業の効率化を図ることが
できるまた、粉体を容器に充填する作業に適したフィー
ダ、ホッパ等の設計および制御を援助することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の測定装置の構成を示す図。

【図２】本発明の流動特性計測方法により収集されたデ
ータ例を示す図。

【図３】本発明第一実施例の流動特性計測方法を説明す
る図。

【図４】本発明第二実施例の流動特性計測方法を説明す
る図。

【図５】測定例１を示す図。

【図６】測定例１の本発明第一実施例の流動特性計測方
法による最終データ例を示す図。

【図７】測定例１の本発明第二実施例の流動特性計測方
法による最終データ例を示す図。

【図８】測定例２を示す図。

【図９】測定例２の本発明第一実施例の流動特性計測方
法による最終データ例を示す図。

【図１０】測定例２の本発明第二実施例の流動特性計測
方法による最終データ例を示す図。

【符号の説明】

１容器２電子天秤３支点４開口部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】傾斜するにしたがってその内部の粉体が
開口部より流下を開始する容器に粉体を入れ、この粉体を入れた容器を傾け、この容器内の粉体が傾斜
により流下した重量を測定し、前記容器の傾斜速度の変化による流下する粉体量の変動
を計測することを特徴とする粉体の流動特性計測方法。
【請求項２】容器の傾斜速度を変化させたときの流下
した重量の測定値に現れる階段状の変化と、直線に近似
された流下量の変化との偏差（相関度）をとる請求項１
記載の粉体の流動特性計測方法。
【請求項３】階段状の変化の微分値を演算し、この微
分値の標準偏差と単位角度当たりの流下量との比率を演
算する請求項１記載の粉体の流動特性計測方法。