JP2005088895A - 粉粒体充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成でしかも粉粒体を塊状にすることなく高精度な定量充填を実現する。
【解決手段】 粉粒体を貯留するホッパ１０と、上下方向に延在して配置され上端開口部がホッパ１０の下端部に連通し、下端開口部２０ａが粉粒体Ａの吐出口を形成する筒状のノズル２０と、軸方向へ移動自在に支持されており、ホッパ１０ないしノズル２０の内部で上下方向に延在する棒状のシャフト３０と、このシャフト３０を上下動させる駆動源と、シャフト３０の下端に設けられ、当該シャフト３０の上下動に伴いノズル２０の下端開口部２０ａを開閉するシャッター５０と、を備える。シャッター５０は、ノズル２０の下端開口部２０ａに対応する周縁を有し、ノズル２０の中空部内に入り込み非接触にて当該ノズル２０の下端開口部２０ａを閉塞するとともに、当該ノズル２０の下端開口部２０ａから下方へ露出することで当該ノズル２０の下端開口部２０ａを開放する構成となっている。
【選択図】 図３

Description

この発明は、粉粒体（粉体または粒体）を容器等に定量充填する粉粒体充填装置に関する。

粉粒体を包装容器に定量充填する装置としては、従来、オーガー式粉粒体充填装置が知られている。
図６は従来のオーガー式粉粒体充填装置の概略構造を示す正面断面図である。同図に示すようにオーガー式粉粒体充填装置は、逆円錐筒形状のホッパ１００、このホッパ１００の下端頂部に接続した供給筒２００、および供給筒２００の中心軸上に配設されたオーガー軸３００を備えている。このオーガー軸３００は、ホッパ１００の上方に設けた駆動モータ３５０により回転駆動される。

粉粒体Ａは、ホッパ１００内に充填され、オーガー軸３００の回転に伴いフィン３１０により供給筒２００内を下方向へと移送されていき、先端開口部２１０から排出される。粉粒体Ａの排出量は、オーガー軸３００の回転量に依存するため、駆動モータ３５０の制御により任意に調整することができる。
一般に、供給筒２００の下方位置には包装容器（図示せず）が自動配置され、先端開口部２１０から排出された粉粒体Ａが該包装容器に定量充填される。

上記構成のオーガー式粉粒体充填装置は、オーガー軸３００のフィン３１０によって粉粒体を下方へ押圧して移送するので、粉粒体によってはフィン３１０により圧迫されて塊状となってしまうものもあった。塊状の粉粒体は体積が不均一であり、これが供給筒２００から排出されると容器への充填量が不安定となり、高精度な定量充填ができなくなる可能性があった。

これに対し、特許文献１および特許文献２に開示された粉粒体充填装置は、オーガー軸をなくし、ホッパへの正圧・負圧の作用や振動の作用をもって一定量の粉粒体をホッパから排出させる構成を採用している。
特開平４−８７９０３号公報 特開２００２−２３４５０１号公報

しかしながら、上記各特許文献に記載の粉粒体充填装置は、いずれも複雑な付帯設備を必要として装置が大がかりなものとなる欠点があった。例えば、特許文献１の粉粒体充填装置にあっては、正圧・負圧を形成するための配管、流量調整弁、コントローラなどからなるシステムが必要である（同文献１の第４図参照）。また、特許文献２の粉粒体充填装置にあっては、粉粒体を一時堰き止めるメッシュやそれを振動させる大がかりな振動装置が必要である。

さらに、これら各特許文献に記載の粉粒体充填装置で、粉粒体の高精度な定量充填を実現するためには、きわめて高精度な正圧・負圧のコントロールやメッシュの振動コントロールが必要であり、現実的には高精度な定量充填を望み得ないと推測される。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成でしかも粉粒体を塊状にすることなく高精度な定量充填を実現できる粉粒体充填装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、粉粒体を貯留するホッパと、上下方向に延在して配置され上端開口部がホッパの下端部に連通し、下端開口部が粉粒体の吐出口を形成する筒状のノズルと、軸方向へ移動自在に支持されており、ホッパないしノズルの内部で上下方向に延在する棒状のシャフトと、このシャフトを上下動させる駆動源と、シャフトの下端に設けられ、当該シャフトの上下動に伴いノズルの下端開口部を開閉するシャッターと、を備えた構成としてある。

本発明によれば、シャフトの上下動をもってその下端に設けたシャッターを移動させて、ノズルの吐出口（下端開口部）を開放すれば、ホッパ内に貯留された粉粒体がその自重によってノズルの吐出口から落下する。このように簡単な構成で、粉粒体を圧迫することなくホッパから排出することができるので、常に安定した定量充填が可能となる。

ここで、シャッターは、ノズルの下端開口部に対応する周縁を有し、ノズルの中空部内に入り込み非接触にて当該ノズルの下端開口部を閉塞するとともに、当該ノズルの下端開口部から下方へ露出することで当該ノズルの下端開口部を開放する構成とすることが好ましい。
シャッターはノズルの下端開口部を閉塞する状態にあっても、ノズルと非接触の状態を保つので、摩擦による損傷が抑えられ耐久性が向上する。閉塞状態にあって、粉粒体の平均粒子径よりも小さな微小隙間をノズルの内壁とシャッターとの間に設定することで、粉粒体が微小隙間ブリッジとシャッターによって堰き止められ、非接触の閉塞状態が形成される。
しかも、シャッターをノズルの内側に入り込ませて内壁と近接させることで、ノズルの下端開溝部付近の内壁に付着していた粉粒体をシャッターにより掻き取ることができる。

また、シャッターを、下端周縁がノズルの下端開口部に対応した形状寸法の錐状カップ部材で形成され、上端頂部がシャフトの下端に装着された構成とすれば、閉塞位置にあるシャッターはシャフトの下降動作とととも下降して、錐状の周面とノズルの下端開口部との間の隙間が徐々に広がっていく。よって、その隙間はシャッターの下降位置によって容易に微調整することができ、その結果、粉粒体の排出量も高精度に調整が可能となる。

さらに、本発明は、駆動源を制御する制御回路を含み、当該制御回路よる駆動源の制御をもって、シャフトの上下ストロークや上下移動速度を任意に調整可能な構成とすることができる。これにより、目的に応じて多彩な粉粒体の充填制御が可能となる。例えば、シャフトを急速に下降してシャッターを開放させ一気に粉粒体を排出させた後、シャフトを緩やかな速度で引き上げて徐々にシャッターを閉じていけば、一定量の粉粒体を迅速かつ高精度に充填することができる。

本発明によれば、簡単な構成でしかも粉粒体を塊状にすることなく高精度な定量充填を実現することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る粉粒体充填装置を示す一部断面正面図、図２は同じく断面側面図、図３は粉粒体充填装置のホッパから下部を拡大して示す断面正面図である。
粉粒体充填装置は、粉粒体を貯留するホッパ１０、筒状のノズル２０、棒状のシャフト３０、このシャフト３０を上下動させる駆動源としてのリニアサーボモータ４０、およびシャッター５０を備えている。

ホッパ１０は逆円錐形状で内部が中空となっており、その中空部内に粉粒体Ａが貯留される。なお、粉粒体Ａは、ホッパ１０に連通するサブホッパ１１から適時、ホッパ１０の中空部内に供給される。ホッパ１０の中空部内には、アジテータ１２（撹拌部材）が設けてある。アジテータ１２は、図示しない駆動モータによって回転駆動されて、ホッパ１０の内周面近傍を周回し、粉粒体Ａを撹拌する。この撹拌作用により、ホッパ１０内の粉粒体Ａは、滞留することなく速やかにノズル２０へと移動していく。

ノズル２０は、上下方向に延在して配置してあり、上端開口部がホッパ１０の下端頂部に連通している。また、ノズル２０の下端開口部２０ａは、粉粒体Ａの吐出口を形成している。すなわち、ホッパ１０の中空部内に貯留されている粉粒体Ａは、ホッパ１０の下端頂部からノズル２０の中空部を通ってその下端開口部２０ａから落下する。ノズル２０の断面形状は任意である。例えば、図４（ａ）に示すように円筒形状とすることもでき、また同図（ｂ）に示すように角筒形状とすることもできる。

ホッパ１０とシャフト３０は互いに同一中心軸上に配置されており、その中心軸に沿ってシャフト３０が設けてある。シャフト３０は、ホッパ１０の上方に配設した軸受３１によって、軸方向（上下方向）へ移動自在に支持されている。そして、シャフト３０の上端にリニアサーボモータ４０が接続してある。リニアサーボモータ４０は、制御回路６０により駆動制御される。シャフト３０は、制御回路６０によるリニアサーボモータ４０の制御をもって、上下の移動ストロークと上下移動速度及び加減速度が調整される。

また、シャフト３０の断面積は、少なくともノズル２０内に配置された部分については、たわみを生じることなく安定した移動が確保できる範囲で、ノズル２０の中空部断面積よりも充分に小さく設定することが好ましい。このようにノズル２０を細身とすることで、ノズル２０内の空間が広く確保され、シャフト３０が障害とならず円滑に粉粒体Ａを落下させることができる。
なお、シャフト３０の断面形状は任意であり、丸棒に限らず角棒状であってもよい。さらに、シャフト３０はホッパ１０およびノズル２０の中心軸上に配置されていなくともよく、当該中心軸からオフセットした位置に配置することもできる。

シャッター５０は、シャフト３０の下端に設けられ、シャフト３０と一体に上下動する。シャッター５０は、錐状のカップ部材で構成してあり、その上端頂部がシャフト３０の下端に装着されている。また、シャッター５０の下端周縁５０ａは、ノズル２０の下端開口部２０ａに対応した形状寸法としてある。

シャッター５０は、図５（ａ）に示すように、下端周縁５０ａがノズル２０の下端開口部２０ａ近傍の内壁に近接して、その下端開口部２０ａを非接触で閉塞する。非接触で閉塞するとは、ノズル２０の内壁とシャッター５０の下端周縁５０ａとの間の隙間ｄ（図４（ａ）参照）が、粉粒体Ａの平均粒子径よりも小さな微小隙間となっている状態をいう。
ここで、平均粒子径よりも小さな微小隙間としたのは、平均粒径を取ることによってその微小隙間に形成される粉粒体の微小ブリッジが一定時間内に形成されることを狙ったものである。なお、、微小隙間は平均粒径を上回る隙間であっても構わない。粉粒体の微小ブリッジは、微小隙間に粒子が大中小の順に入り込み、大粒子が基礎になって中小の順に重なることで形成され、これによって隙間が閉ざされて非接触の閉塞状態が形成される。

このように、非接触状態でシャッター５０がノズル２０の下端開口部２０ａを閉塞するので、摩擦による損傷が抑えられ耐久性が向上する。しかも、シャッター５０をノズル２０の内側に入り込ませて内壁と近接させることで、ノズル２０の下端開溝部付近の内壁に付着していた粉粒体Ａをシャッター５０により掻き取ることができる。
また、シャッター５０は、図５（ｂ）に示すように、ノズル２０の下端開口部２０ａから露出して、当該下端開口部２０ａを開放する。

次に、粉粒体充填装置の動作を説明する。
制御回路６０からの指令信号に基づき、リニアサーボモータ４０が駆動して、シャフト３０を上昇させると、シャフト３０の下端に設けたシャッター５０がノズル２０の下端開口部２０ａに入り込み、非接触で当該下端開口部２０ａを閉塞する（図５（ａ）参照）。この閉塞状態にあっては、ノズル２０内の粉粒体Ａがシャッター５０に堰き止められている。

次に、リニアサーボモータ４０が駆動して、シャフト３０を下降させると、シャッター５０も下降してノズル２０の下端開口部２０ａから露出する（図５（ｂ）参照）。この状態にあっては、ノズル２０の下端開口部２０ａとシャッター５０周縁と間に隙間が生じ、粉粒体Ａがその隙間から下方へ落下してくる。ノズル２０の下方には容器が配置され、この容器内へ粉粒体Ａが充填される。粉粒体Ａの充填量は、シャッター５０が下降している時間、シャッター５０の下降位置などの調整によって高精度に制御することができる。

すなわち、シャッター５０は錐状のカップ部材で構成されているため、ノズル２０の下端開口部２０ａから露出する程度により、当該下端開口部２０ａとの間の隙間が変化する。シャッター５０を僅かに下降させてノズル２０の下端開口部２０ａから少し露出させれば、上記隙間は小さく、よって粉粒体Ａは微量ずつ排出される。一方、シャッター５０の下降ストロークを大きくしてノズル２０の下端開口部２０ａから充分に露出させれば、上記隙間は大きくなり、粉粒体Ａの単位時間あたりの排出量が増加する。

シャフト３０を急速に下降してシャッター５０を一気に開放させ、多量の粉粒体Ａを短時間で排出させた後、シャフト３０を緩やかな速度で引き上げて徐々にシャッター５０を閉じていけば、一定量の粉粒体Ａを迅速かつ高精度に充填することもできる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の応用実施または変形実施が可能であることは勿論である。例えば、シャッターはノズルの下端開口部またはその近傍の内壁に接触して、当該ノズルの下端開口部を閉塞する構成であってもよい。

本発明の実施形態に係る粉粒体充填装置を示す一部断面正面図である。 本発明の実施形態に係る粉粒体充填装置を示す断面側面図である。 粉粒体充填装置のホッパから下部を拡大して示す断面正面図である。 （ａ）はノズルとシャッターの拡大底面図、（ｂ）はノズルとシャッターの変形例を示す拡大底面図である。 （ａ）はシャッターの閉塞状態を示す拡大正面断面図、（ｂ）はシャッターの開放状態を示す拡大正面断面図である。 従来のオーガー式粉粒体充填装置を示す断面正面図である。

符号の説明

１０：ホッパ
１１：サブホッパ
１２：アジテータ
２０：ノズル
２０ａ：下端開口部
３０：シャフト
４０：リニアサーボモータ
５０：シャッター
６０：制御回路

Claims (5)

1. 粉粒体を貯留するホッパと、
   上下方向に延在して配置され上端開口部がホッパの下端部に連通し、下端開口部が粉粒体の吐出口を形成する筒状のノズルと、
   軸方向へ移動自在に支持されており、前記ホッパないしノズルの内部で上下方向に延在する棒状のシャフトと、
   このシャフトを上下動させる駆動源と、
   前記シャフトの下端に設けられ、当該シャフトの上下動に伴い前記ノズルの下端開口部を開閉するシャッターと、を備えた粉粒体充填装置。
2. 前記シャッターは、前記ノズルの下端開口部に対応する周縁を有し、前記ノズルの中空部内に入り込み非接触にて当該ノズルの下端開口部を閉塞するとともに、当該ノズルの下端開口部から下方へ露出することで当該ノズルの下端開口部を開放する構成である請求項１の粉粒体充填装置。
3. 前記シャッターは、下端周縁が前記ノズルの下端開口部に対応した形状寸法の錐状カップ部材で形成され、上端頂部が前記シャフトの下端に装着された構成である請求項２の粉粒体充填装置。
4. 前記駆動源を制御する制御回路を含み、当該制御回路よる前記駆動源の制御をもって、前記シャフトの上下ストロークが任意に調整される構成の請求項１ないし３のいずれか一項に記載した粉粒体充填装置。
5. 前記駆動源を制御する制御回路を含み、当該制御回路による前記駆動源の制御をもって、前記シャフトの上下移動速度が任意に調整される構成の請求項１ないし３のいずれか一項に記載した粉粒体充填装置。
   

Images