JP2004330610A

JP2004330610A - 粉体供給装置及びその方法

Info

Publication number: JP2004330610A
Application number: JP2003129364A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Ota; 佳生大田
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】本発明は、粉体供給装置を使って粉体を供給する際に、粉体のフラッシングを防止させて、高精度の供給性能を得ることを目的とする。
【解決手段】粉体ストックホッパー及び重量式フィーダーからなる粉体供給装置において、重量式フィーダーホッパーのリフィル下限値設定が３０％以上に設定できる開閉バルブ機構を有し、且つ搬送用スクリュの長さがＬ＝１５〜５０Ｄの機構を有し、且つフィーダースクリュ開口部のスクリュピッチＬｐ１が１．０〜４．０Ｄの機構を有し、且つスクリュの単位容積当たりの空間体積Ｖが１０〜３０ｍ^３／ｍ^３の機構を有することを特徴とする粉体供給装置及びその方法。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
粉体原材料は、工業製品を製造するとき使われていつが、粉体は供給装置でフラッシングを起こすことが多い。フラッシング防止のため、粉体供給装置の能力を下げて、運転していることが多く、そのため、生産性を下げている。
本発明は、粉体供給装置を使って粉体を供給する際に、粉体のフラッシングを防止させて、高精度の供給性能の装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉体供給において、粉体のフラッシング防止する先行技術は、下記に示す。
（ａ）スクリュのピッチをスクリュ先端に向かって小さくしていく技術が開示されている（例えば、文献１参照。）。
（ｂ）スクリュ軸を先端に向かって細くする技術が開示されている（例えば、文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０６−１５６６７３号公報
【特許文献２】
特開平１０−２９１６５１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
重量式フィーダー等の粉体供給装置は、粉体がフラッシング（粉体が液化現象を起こし、粉体供給装置のスクリュ部分をすり抜けていく）現象を起こすことは知られている。重量式フィーダーを連続運転する場合、粉体原材料は、フィーダーホッパー中の原材料が下限値以下になると、上部に付属しているストックホッパーから原材料を短時間に供給し、上限値以上になると原材料供給を停止する構造になっている。フラッシング現象は、２つある。
【０００５】
（ａ）リフィル時、短時間に大量の原材料を供給するので、その供給した原材料が重量式フィーダーのシリンダー部−スクリュ部のシールを破るため、フラッシングが起こり、粉体供給精度低下、時には、一気に供給した原材料全量がスクリュをすり抜ける。
（ｂ）リフィル時、粉体原材料を上部から一気に落とすため、粉体の嵩密度は、静止時の嵩密度より一時的に下がる。そのため、開口部において、嵩密度の下がった粉体がスクリュへの噛み込みが悪くなる。そうなると搬送能力が下がった分、スクリュ回転数が上げて、搬送能力を上げようとする。回転数が上がると粉体の供給量に対しスクリュ搬送能力が上がるため、シリンダースクリュ部で粉体の充満率が下がり、結果的には、シール性が低下し、軽いフラッシングを起こし、粉体供給量の精度が低下する。
しかし、開示された先行技術では、これらの課題に対して、充分とは言えない。本発明は、粉体供給装置を使って粉体を供給する際に、粉体のフラッシングを防止させて、高精度の供給性能の装置及びその方法を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
粉体供給装置の粉体搬送時のフラッシング防止に関して、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、粉体ストックホッパー及び重量式フィーダーからなる粉体供給装置において、重量式フィーダーホッパーのリフィル下限値設定が３０％以上に設定できる開閉バルブ機構を有し、且つ搬送用スクリュの長さＬが直径Ｄに対し、Ｌ＝１５〜５０Ｄ、且つフィーダースクリュ開口部のスクリュピッチＬｐ１が０．５〜４．０Ｄ、さらにスクリュの単位容積当たりの空間体積Ｖが１０〜３０ｍ^３／ｍ^３の機構を有することを特徴とする粉体供給装置およびその方法を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に、図面を用いて説明する。
本発明の、粉体供給装置の概略を図１に示す。図１中において、１は粉体ストックホッパー、２は開閉弁、３は重量式フィーダーホッパー、４は重量式フィーダーモーター、５はスクリュ部、６はロードセル、７はスクリュ部長さＬ、８は短ピッチスクリュ部、９はフィーダーリフィル範囲、１０はリフィル下限値、１１はリフィル上限値である。
【０００８】
本発明の粉体供給装置は、重量式フィーダーと粉体ストックホッパーからなり、図１に示す。粉体ストックホッパー１に粉体を貯めておき、重量式フィーダーレベル下限値１０になると、２の開閉バルブが開き、粉体が一気に重量式フィーダー３に供給される。次にレベル上限値１１に達すると２の開閉バルブは閉まる。この操作をリフィルと呼んでいる。リフィルしている間、重量式フィーダー３は、回転数だけの容量式制御になっている。リフィルが終わると重量式（ロスインウエイト式）制御に変わる。リフィル時間は、短いほど良く、又リフィルとリフィルの時間は、長いほど精度が高い。
【０００９】
しかし、リフィル時間を短くするため、短時間に一気に粉体をストックホッパーから重量式フィーダーホッパーに供給すると、このショックで粉体のフラッシングを起こす。このフラッシング防止のためには、スクリュの上部に粉体をショック防止のために３０％程度貯めておくことが必要である。そのため、リフィルの下限値は、３０％以上必要であり、しかし、６０％を越えると、リフィル回数が増えるので好ましくない。又バルブの開閉の速度で供給オーバーになることがある。そのときは、開閉バルブの開度を変えたり、開閉速度を変えたり、ロータリーバルブを使ったりする。
【００１０】
本発明のスクリュ部長さＬは、１５〜５０Ｄの範囲が好ましい。スクリュ部Ｌは、１５Ｄより短いと粉体がフラッシングしやすくなるので好ましくない。スクリュ部Ｌは５０Ｄより長いとスクリュがたわむので好ましくない。
本発明のフィーダー開口部のスクリュピッチＬｐ１は、０．５〜４．０Ｄの範囲が好ましい。Ｌｐ１が０．５Ｄより短いと搬送能力が低下するので好ましくない。Ｌｐ１が４．０Ｄより長い場合は、逆に搬送効率が大幅に低下するので、好ましくない。スクリュピッチとは、スクリュ軸が３６０度回転したときのスクリュ長さである。また、図３にＬｐ２を示した。
【００１１】
本発明のスクリュ単位容積当たり空間体積は、１０〜３０ｍ^３／ｍ^３の範囲であり、１０ｍ^３より小さいと搬送能力が低下し、３０ｍ^３より大きいとスクリュシャフト径が細くなり、シャフトの強度が低下するので好ましくない。図２参照。
スクリュ空間体積は、図２に示すシリンダーとスクリュの間の空間に単位長さをかけた値である。空間体積は、計算で求めても良いし、紙に図を書いて、切り取って切り取った部分の重さを量って面積を出しても良い。スクリュ単位容積は、シリンダー径の３乗で代表する。
【００１２】
本発明のシリンダー部のスクリュピッチＬｐ２は、０．１〜０．７Ｄの範囲である。このＬｐ２は、Ｌｐ１よりピッチを短くするとシリンダー部スクリュ内で粉体搬送能力を局所的に低下させるので、フラッシング防止に効果がある。Ｌｐ２が０．１Ｄより短いと製作不可能であるので好ましくない。Ｌｐ２が０．９Ｄより大きいと搬送能力が低下しないのでフラッシング防止に効果が低いので好ましくない。
【００１３】
本発明の図３に示す螺旋角度θは、−２０〜２０度の範囲が好ましい。螺旋角度θが−２０度より小さいスクリュでは、粉体の搬送能力が大幅に低下するので、好ましくない。又螺旋角度θが２０度より大きいと搬送能力が上がるので好ましくない。螺旋角度θは図３に示すように、螺旋と水平線とがなす角度である。本発明の図４に示す装置は、シリンダー径が小さくなるようにシリンダー径を一部小さくする。具体的には、邪魔板をフランジの間に設置しても良いし、シリンダー内壁を小さくして邪魔板のようにしても構わない。
本発明のスクリュは、単軸スクリュと二軸スクリュが好ましい。単軸スクリュは構造が簡単であるため、複雑な構造のスクリュが安く製作できる。例えば、単軸用スクリュとしては、オーガタイプが好ましい。
【００１４】
本発明の二軸スクリュは、搬送能力が高いので好ましい。特に二軸同方向回転の場合、スクリュ長径／短径比が１．５５以上では、１条スクリュが好ましい。２軸同方向回転の１条スクリュは、フライト部が大きいので、搬送能力が大きくなり、又フライト部分が大きいので粉体のフラッシング防止効果があり、又、噛み合い部で粉体のフラッシングを防止出きる効果があるので好ましい。１条スクリュは図２参照。１条スクリュで好ましい長径／短径比は、１．５５〜２．２の範囲が好ましい。長径／短径比が１．５５より小さいと空間体積が小さくなるので、搬送能力が低下するので好ましくない。長径／短径比が２．２より大きいと短径が細くなり、強度が低下するので好ましくない。又、スクリュとスクリュの隙間は、０．５ｍｍ以上が好ましく、さらに好ましくは１ｍｍ以上である。
【００１５】
本発明のスクリュとシリンダーの隙間は、１．０〜３．５ｍｍの範囲が好ましく、さらに１．５〜２．５ｍｍの範囲が好ましい。該隙間が１ｍｍより小さいとスクリュとバレルの間で、粉体が摩擦熱で固まることが多いので好ましくない。該隙間が３．５ｍｍより大きいと粉体が該隙間をフラッシングするので、好ましくない。
【００１６】
本発明の嵩密度が１００〜６５０ｋｇ／ｍ^３の熱可塑性樹脂は、ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・αオレフィン共重合体等）、ホモポリオキシメチレン、ポリオキシメチレンコポリマー、ポリフェニレンスルヒド、シンジオタクチックポリスチレン、ポリアミド系樹脂（ナイロン６、ナイロン６６、芳香族ポリアミド、芳香族・脂肪族ポリアミド共重合体等）、ポリエステル系樹脂（ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等）を挙げることができる。この中で高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート、シンジオタックポリスチレン系樹脂、ポリフェニレンスルヒド系樹脂等が好ましい。さらに好ましくは、ポリフェニレンエーテルである。またこれらの熱可塑性樹脂同士を混ぜ合わせても構わない。
【００１７】
粉体状強化剤とは、重質炭酸カルシウム、膠質炭酸カルシウム、軟質炭酸カルシウム、シリカ、カオリンクレー、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、アルミナ、水酸化マグネシウム、タルク、マイカ、ガラスフレーク、ハイドロタルサイト、針状フィラー（ウオラストナイト、チタン酸カリウム、塩基性硫酸マグネシウム、セプライト、ゾノトライト、ホウ酸アルミニウム）、ガラスビーズ、シリカビーズ、アルミナビーズ、カーボンビーズ、ガラスバルーン、金属系導電性フィラー、非金属製導電性フィラー、カーボン、磁性フィラー、圧電・焦電フィラー、摺動性フィラー、封止材用フィラー、紫外線吸収フィラー、制振用フィラー等である。但し、針状フィラーについては平均繊維径をもって平均粒径とする。ここで言う見掛け比重は、ＪＩＳ・Ｋ６９１１に示される方法で測定した値をいう。
【００１８】
【実施例】
本発明について、以下実施例に基づき、具体的に説明する。
粉体供給ホッパーは５００Ｌの容積である。粉体ホッパーと重量式フィーダー間には、ロータリーバルブを使用した。リフィルの下限値に達すると自動的にバルブは開き、上限値を越えると自動的に閉まるように設定する。重量式フィーダーは、ホッパー容量１５０Ｌ、スクリュ長径Ｄ３７ｍｍΦ、スクリュ軸径１５ｍｍ、シリンダー径４０ｍｍΦ、スクリュピッチ５０ｍｍ（１．３５Ｄ）、スクリュ部長さＬが１ｍ（２７Ｄ）のシングルオーガタイプ単軸スクリュ（１５．１１ｍ^３／ｍ^３）を使用した。粉体は、静止時の嵩密度５１０ｋｇ／ｍ^３、粉体供給ホッパーから重量式フィーダーホッパーに供給したとき、ポリフェニレンエーテルの嵩密度は４２０ｋｇ／ｍ^３に低下した。
【００１９】
リフィルの下限値は、４０％（３３．６ｋｇ）とし、上限値は、６０％（５０．４ｋｇ）とした。ただし、上限値を越えたときと弁を閉めるのにタイムラグがあるので、粉体は、７０〜８０％まで貯まった。供給量は、２００ｋｇ／Ｈに設定した。フィーダースクリュ回転数は、４００ｒｐｍであった。
重量式フィーダースクリュ出口から供給されるポリフェニレンエーテル粉体は、二軸押出機（ＴＥＭ５８ＳＳ）の第一供給口を使用した。ＴＥＭ５８ＳＳのスクリュ回転数は、３００ｒｐｍとした。
【００２０】
【実施例１】
重量式フィーダーの供給量は、２００±２ｋｇ／Ｈの範囲で安定していた。重量式フィーダーのリフィル下限値になったとき、図１の２の開閉バルブが開き、７５％（６３ｋｇ）まで貯まった。粉体のフラッシングは起こらなかった。リフィルが終了した直後は±４ｋｇ／Ｈであったが、すぐ±２ｋｇ／Ｈに復帰した。リフィル１０回行ったが、リフィル直後だけ変動したがすぐ安定した。押出機のトルクの経時変化も±３％の範囲であった。
【００２１】
【比較例１】
実施例１のリフィル下限値を１０％に下げた以外は、実施例１と同一条件で行った。リフィルが終わった後、供給量は、２００±１０ｋｇ／Ｈまで変化した。押出機トルク変動は±７％まで大きくなった。
【００２２】
【比較例２】
実施例１のフィーダースクリュをスクリュ直径３０ｍｍのオーガタイプスクリュに代えた以外、実施例１と同一条件で実施した。フィーダースクリュ回転数は、９００ｒｐｍまで上がり、リフィルのとき、ポリフェニレンエーテル粉体が一気にフィーダーから押出機まで流れ、押出機はトルクオーバーになり停止した。
【００２３】
【比較例３】
実施例１のフィーダースクリュのピッチを１０ｍｍに代えた以外、実施例１と同一条件で実施した。フィーダースクリュ回転数は、１２００ｒｐｍまで上がり、リフィル後、±９ｋｇ／Ｈの範囲で供給していた。押出機トルクは±５の範囲であった。
【００２４】
【比較例４】
実施例１のスクリュ部長さＬを０．２５ｍ（６．７Ｄ）にした以外は、実施例１と同一条件で実施した。
リフィル時、ポリフェニレンエーテル粉体が一気にフィーダーから押出機まで流れ、押出機はトルクオーバーになり停止した。
【００２５】
【比較例５】
実施例１のスクリュをスクリュ軸径３０ｍｍ（８．１ｍ^３／ｍ^３）に代えた以外は、実施例１と同一条件で行った。スクリュ回転数は１４００ｒｐｍまで上がり、リフィル直後、ポリフェニレンエーテル粉体のすり抜けが多く、±１０ｋｇ／Ｈの範囲になった。押出機トルクは±８％まで、変化した。
【００２６】
【実施例２】
実施例１のスクリュの先端部（根本から４／５の位置）のスクリュピッチＬｐ２を２０ｍｍ（０．５４Ｄ）にした以外は、実施例１と同一条件で実施した。
２００±２ｋｇ／Ｈで安定し、リフィル直後も±２ｋｇ／Ｈの範囲で供給できた。押出機トルクも±３％の範囲であった。
【００２７】
【実施例３】
実施例１のスクリュの先端部（根本から４／５の位置）に長さ１Ｄのスクリュ螺旋角度を１０度（図）にした以外は、実施例１と同一条件で実施した。
２００±２ｋｇ／Ｈで安定し、リフィル直後も±２ｋｇ／Ｈの範囲で供給できた。押出機トルクも±３％の範囲であった。
【００２８】
【実施例４】
実施例１のスクリュを図の１条スクリュ（スクリュ径３７ｍｍ、ピッチ５０ｍｍ）に代えた以外は、実施例１と同一条件で実施した。
２００±２ｋｇ／Ｈで安定し、リフィル直後も±２ｋｇ／Ｈの範囲で供給できた。押出機トルクも±３％の範囲であった。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、粉体供給装置を使って粉体を供給する際に、粉体のフラッシングを防止させて、高精度の供給性能の装置及びその方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る粉体供給装置概要図である。
【図２】本発明に係る二軸同方向回転１条スクリュとその空間体積図である。
【図３】本発明に係るスクリュ概要図である。
【図４】本発明に係る邪魔板付きスクリュ概要図である。
【符号の説明】
１粉体ストックホッパー
２開閉弁
３重量式フィーダーホッパー
４重量式フィーダーモーター及び減速気
５スクリュ及びシリンダー
６ロードセル
７スクリュ長さＬ１
８短ピッチスクリュ
９リフィル量
１０リフィル下限値
１１リフィル上限値

Claims

粉体ストックホッパー及び重量式フィーダーからなる粉体供給装置において、重量式フィーダーホッパーのリフィル下限値設定が３０％以上に設定できる開閉バルブ機構を有し、且つ搬送用スクリュの長さＬが直径Ｄに対し、Ｌ＝１５〜５０Ｄ、且つフィーダースクリュ開口部のスクリュピッチＬｐ１が０．５〜４．０Ｄ、さらにスクリュの単位容積当たりの空間体積Ｖが１０〜３０ｍ^３／ｍ^３の機構を有することを特徴とする粉体供給装置。
シリンダー部のスクリュピッチＬｐ２がスクリュ部全体の１／２下流側にあり、開口部スクリュピッチＬｐ１より小さく、該長さが０．１〜０．９Ｄの機構を有することを特徴する請求項１に記載の粉体供給装置。
スクリュ部全体の１／２下流側に、シンリンダー部スクリュの螺旋角度が−２０〜２０度、かつ該角度のスクリュ部長さＬｎが０．３〜２Ｄの機構を有することを特徴する請求項１または２に記載の粉体供給装置。
スクリュ部全体の１／２下流側に、シンリンダー部壁面に少なくとも１箇所の邪魔板の機構を有することを特徴する請求項１〜３のいずれかに記載の粉体供給装置。
スクリュ種が、二軸同方向回転スクリュ機構を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の粉体供給装置。
スクリュ種が、完全噛み合い式１条スクリュ機構を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の粉体供給装置。
スクリュ種が、単軸スクリュ機構を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の粉体供給装置。
スクリュ径とシリンダー壁面の隙間が、１．０〜３．５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の粉体供給装置。
請求項１〜７のいずれかに記載の粉体供給装置において、嵩密度１００〜６５０ｋｇ／ｍ^３の粉体原材料を供給するに際し、リフィル下限値を３０〜６０％の範囲で運転することを特徴とする運転方法。
粉体原材料が、ポリフェニレンエーテル樹脂であることを特徴とする請求項９に記載の運転方法。