JP2007091242A - 粉体充填装置とその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 粉体充填装置のホッパーにおいて、飛散される粉体によって粉体ブリッジが形成されることを防止する。
【解決手段】 粉体充填装置のホッパー５の上流位置に気体吹出し手段を設ける。気体吹出し手段は、供給管１０と、気体供給源１１と、気体供給バルブ１２と、制御装置１３によって構成される。供給管１０は、複数の気体吹出し孔１４が穿設されており、気体供給源１１から供給される気体をホッパー５内に噴出させる。噴出した気体は、飛散ディスク４によってホッパー５内面に向かって飛散する粉体Ａを下流に落とすことができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、粉体を容器や袋等の包装体に充填するための粉体充填装置とその制御方法に関する。

従来、粉体の包装体への自動充填には、粉体をバラツキなく定量充填できる粉体充填装置がよく利用されている。
図４は、従来の粉体充填装置の一部概略構造を示す側面断面図である。
同図に示すように、粉体充填装置は、粉体供給用漏斗１と、オーガ筒２と、オーガスクリュー軸３と、飛散ディスク４と、ホッパー５と、を備えた構成である。

粉体供給用漏斗１は、逆円錐形状に形成され、上部に粉体Ａを供給する供給口６が設けられている。この粉体供給用漏斗１の下端頂部には、粉体Ａを搬送させる円筒状のオーガ筒２が連通されている。オーガスクリュー軸３は、オーガ筒２の中空部内に同軸上に配置され、上端部が回転自在に支持されている。このオーガスクリュー軸３の下端部には、オーガ筒２の内径よりも大きい直径の皿型をした飛散ディスク４が設けられている。また、ホッパー５は、逆円錐形状に形成され、飛散ディスク４を中空部上に配置させ、その周囲を取り囲むように設置されている。

粉体Ａは、供給口６から粉体供給用漏斗１内に供給される。供給された粉体Ａは、オーガースクリュー軸３の回転に伴ってオーガ筒２内を下方向へ搬送されていく。搬送されてきた粉体Ａは、飛散ディスク４によって一時的に受け止められるとともに、オーガスクリュー軸３の回転に伴って横側の開放部分から周囲に飛散される。

飛散ディスク４によって飛散させられた粉体Ａは、ホッパー５の内面に衝突し、重力によって下方に落下していく。ホッパー５の下端頂部には、粉体Ａを排出する粉体充填筒７が設けられている。そして、ホッパー５の下方位置には容器が自動配置され、粉体充填筒７の下端開口部から排出された粉体Ａが容器内へ定量充填される。
このような構成の粉体充填装置としては、例えば、特許文献１に開示された「粒状ドライアイスの分配供給装置」がある。
特開２００３−２３７８８６公報

さて、容器に充填される粉体には、湿気や粘性の高い成分（例えば、油脂成分）を含んでいるものがある。この種の粉体は、特にホッパー内において、飛散ディスクから吹き出した際の勢いで内面に張り付きやすく、下方へ落下することなくそのまま付着してしまうおそれがあった。

図５は、従来の粉体充填装置のホッパー上部を拡大して示す側面断面図である。
同図に示すように、湿気や粘着性の高い成分を含む粉体Ａが、ホッパー５内の所定の位置に衝突し続けると、そこに粉体Ａが積層して粉体ブリッジＢが形成されるおそれがあった。

粉体ブリッジＢは、粉体の積層に伴い拡大を続けるが、自重の限界点に達したり、外部からの振動が加わるなどの要因によって、まとめて落下する。このようにして粉体ブリッジＢの塊が落下して、容器に充填された場合、一定量以上の粉体が容器に充填されてしまうことになる。また、粉体充填筒７の下方位置に容器が配置されていない場合は、容器搬送路上に粉体ブリッジＢが落下して、装置や容器を汚す原因となっていた。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、ホッパー内における粉体ブリッジの形成を防止し、粉体の定量充填に関する精度向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明装置は、粉体を搬送させる円筒状のオーガ筒と、
オーガ筒の中空部内に同軸上に配置され、上部を回転自在に支持されたオーガスクリュー軸と、
オーガスクリュー軸の下端部に設けられ、当該オーガスクリュー軸の回転に伴いオーガ筒内を搬送されてきた粉体を一時的に受け止めるとともに、当該オーガスクリュー軸の回転に伴う遠心力によって粉体を周囲に飛散させる飛散ディスクと、
飛散ディスクを中空部上に配置し、飛散した粉体を内面で受けて下方へ排出するホッパーと、を備えた粉体充填装置において、
ホッパーの内面に沿って気体の流動層を形成する気体吹出し手段を設けたことを特徴とする。

かかる構成の粉体充填装置によれば、気体吹出し手段によってホッパーの内面に気体の流動層が形成されるため、飛散ディスクから飛散してきた粉体は、その気体流動層によって流されてしまう。よって、湿気や粘性の高い成分を含む粉体であってもホッパーの内面に付着することがなく、粉体ブリッジの形成を防止することができる。

ここで、気体吹出し手段は、気体を供給する気体供給源を備えるとともに、当該気体供給源に連通し、複数の気体吹出し孔が穿設された供給管をホッパーの上部位置に配設し、当該供給管からホッパーの内面に沿って下方向へ気体を噴射する構成とすることができる。

また、オーガスクリュー軸は、オーガ筒の下端開口部に対して飛散ディスクの位置を上下方向に移動自在な構成とすることが好ましい。

また、本発明方法は、上記構成をした粉体充填装置の制御方法であって、
オーガスクリュー軸の回転開始よりも前のタイミングにて気体吹出し孔から気体を噴射させるとともに、オーガスクリュー軸の回転停止よりも後のタイミングにて気体吹出し孔からの気体噴射を停止させることを特徴とする。

以上説明したように、本発明の粉体充填装置によれば、ホッパー内における粉体ブリッジの形成を防止し、粉体の定量充填に関する精度向上を図ることができる。

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乃至図３は、本発明の実施形態に係る粉体充填装置を示す図であり、図１は、粉体充填装置の一部概略構造を示す側面断面図である。
なお、図４に示した従来技術と同一部分又は相当する部分には同一符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。

図１に示すように、本実施形態の粉体充填装置は、ホッパー５の上部位置に、気体を噴出して粉体を下流へ落とす気体吹出し手段を備えている。
気体吹出し手段は、供給管１０と、気体供給源１１と、気体供給バルブ１２と、制御装置１３とを含む構成となっている。

供給管１０は、ホッパー５の内面上縁部に沿って環状に配設してある。供給管１０には、気体を供給するための気体供給源１１が連通してある。気体供給源１１としては、例えば、送風ポンプを適用することができる。

供給管１０には、気体を噴出する多数の気体吹出し孔１４が穿設してある。気体吹出し孔１４は、下方向に向けて開口しており、それぞれ一定の間隔で設けられている。各気体吹出し孔１４の形成間隔は、粉体Ａがホッパー５の内面に衝突する位置よりも上方で、各気体吹出し孔１４から出た気体が重なり合うような間隔が好ましい。
このように吹出し孔１４の間隔を調整することで、ホッパー５の内面全周にわたり気体を吹き付けることができ、その結果、ホッパー５の内面に気体の流動層を隙間なく形成することが可能となる。この気体流動層は、ホッパー５の内面を上部位置から下方へ向かって流れていき、粉体充填筒７の中空部を透して下方へ排出される。

気体供給バルブ１２は、気体供給源１１と供給管１０との連通経路に配設してある。この気体供給バルブ１２には、例えば、電磁バルブを利用することができ、電気信号によって内蔵するバルブの開閉を制御することができる。この気体供給バルブ１２の開閉により、供給管１０からの気体の吹き出しが制御される。

制御装置１３は、気体供給バルブ１２の開閉を制御する機能を有しており、気体供給バルブ１２に開閉指令信号（電気信号）を出力する。さらに、制御装置１３は、オーガスクリュー軸３を回転させる電動モータ等の駆動源８も制御する機能を有している。

制御装置１３は、駆動源８に一定の間隔で駆動指令信号を出力し、オーガスクリュー軸３を間欠的に回転駆動させる。このオーガスクリュー軸３の間欠駆動によって、容器への粉体Ａの定量充填が実行される。

図２は、制御装置によるオーガスクリュー軸及び気体供給バルブの制御タイミングを示す図である。
同図に示すように、制御装置１３は、オーガスクリュー軸３を回転駆動させる前から気体吹出し手段による気体の噴出を開始させる。すなわち、気体供給バルブ１２に対し、バルブ開放信号を送り、同バルブ１２を開放する。これによりオーガ筒１０の気体吹出し孔１４から気体が噴出し、ホッパー５の内面に気体流動層が形成される。

その後、遅れ時間Ｔ１のタイミングで、駆動源８に駆動信号を送り、オーガスクリュー軸３を回転駆動させる。オーガスクリュー軸３の回転に伴い、粉体供給用漏斗１内の粉体がオーガ筒２内を下方向へ搬送されていく。搬送されてきた粉体Ａは、飛散ディスク４によって一時的に受け止められるとともに、オーガスクリュー軸３の回転に伴って横側の開放部分から周囲に飛散される。

飛散ディスク４によって飛散させられた粉体Ａは、ホッパー５の内面に衝突し、重力によって下方に落下していく。このとき、ホッパー５の内面に沿って気体流動層が形成されているので、粉体Ａが湿気を含んでいたり粘性を有していても、ホッパー５の内面に付着するおそれはない。気体流動層は、ホッパー５の内面に沿って、上部から下方に向かって流れているので、この気体流動層により粉体Ａは滑らかに下方へ落下していく。

次に、制御装置１３は、粉体を定量充填したタイミングに合わせて駆動源８に停止信号を送り、オーガスクリュー軸３の回転を停止させる。その後、遅れ時間Ｔ２のタイミングで、気体供給バルブ１２に対し、バルブ閉塞信号を送り、同バルブ１２を閉塞する。これにより、気体吹出し孔１４からの気体の噴出は停止するが、それ以前にオーガスクリュー軸３が停止しているので、粉体Ａがホッパー５の内面に付着するおそれはない。

図３は、本実施形態のオーガースクリュー軸の軸長調整操作を説明するための図である。
粉体充填装置のオーガスクリュー軸３は、飛散ディスク４の位置を上下に調節させるために、軸長を調節できる構成となっている。すなわち、オーガスクリュー軸３の上部連結部１５は、駆動源８側の連結部９に対して、上下方向に移動調整自在となっている（図３（ａ）参照）。この連結部分で、オーガスクリュー軸３の上端高さ位置を適宜調整することで、オーガスクリュー軸３の下端部に取り付けられた飛散ディスク４の高さ位置を調整できるようになっている。

オーガ筒２の下端開口部と飛散ディスク４との間の間隔Ｄは、粉体Ａの安息角に対応した位置であることが好ましい。一般に、粉体は、固有の安息角を有しており、飛散ディスクの配置はこの安息角に対応した位置であることが望まれる。ここで、安息角とは、図３（ｂ）に示すように、粉体Ａを自然落下させて山形に積層させていった場合に、崩落が始まる限界の山形の稜線が底面に対してなす角度θをいう。

安息角が小さい（粘り気のない）粉体に対しては、オーガ筒２の下端開口部と飛散ディスク４との間の間隔Ｄは狭めに調整することで、オーガースクリュー軸３の停止中における粉体Ａの飛散ディスク４からの零れ落ちを防止することが好ましい。
一方、安息角が大きい（粘り気のある）粉体に対しては、オーガ筒２の下端開口部と飛散ディスク４との間の間隔Ｄを広めに調整し、オーガースクリュー軸３の回転時において粉体Ａが詰まることなく外方へ飛散できるようにすることが好ましい。

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、本発明は製袋機能を有する粉体充填装置にも適用することができる。

また、オーガ筒の下端開口部に対して飛散ディスクの位置を上下方向に移動自在とする構成は、オーガスクリュー軸の下端に対して、飛散ディスクを上下に移動調整できる構成としてもよい。

さらに、気体吹出し手段から噴出される気体は、例えば、イオン化された気体を適用することで、粉体Ａの摩擦から発する静電気の除去効率が上昇し、粉体Ａがホッパー５等に付着する原因を減らすことができる。

本実施形態の粉体充填装置の一部概略構造を示す側面断面図である。 制御装置によるオーガスクリュー軸及び気体供給バルブの制御タイミングを示す図である。 本実施形態のオーガースクリュー軸の軸長調整操作を説明するための図である。 従来の粉体充填装置の一部概略構造を示す側面断面図である。 粉体充填装置のホッパーの上部を拡大して示す側面断面図である。

符号の説明

１：粉体供給用漏斗、２：オーガ筒、３：オーガスクリュー軸、４：飛散ディスク、５：ホッパー、６：供給口、７：粉体充填筒、８：駆動源、１０：供給管、１１：気体供給源、１２：気体供給バルブ、１３：制御装置、１４：気体吹出し孔、１５：上部連結部、Ａ：粉体、Ｂ：粉体ブリッジ

Claims (4)

1. 粉体を搬送させる円筒状のオーガ筒と、
   前記オーガ筒の中空部内に同軸上に配置され、上部を回転自在に支持されたオーガスクリュー軸と、
   前記オーガスクリュー軸の下端部に設けられ、当該オーガスクリュー軸の回転に伴い前記オーガ筒内を搬送されてきた粉体を一時的に受け止めるとともに、当該オーガスクリュー軸の回転に伴う遠心力によって粉体を周囲に飛散させる飛散ディスクと、
   前記飛散ディスクを中空部上に配置し、飛散した粉体を内面で受けて下方へ排出するホッパーと、を備えた粉体充填装置において、
   前記ホッパーの内面に沿って気体の流動層を形成する気体吹出し手段を設けたことを特徴とする粉体充填装置。
2. 前記気体吹出し手段は、
   気体を供給する気体供給源を備えるとともに、当該気体供給源に連通し、複数の気体吹出し孔が穿設された供給管を前記ホッパーの上部位置に配設し、当該供給管から前記ホッパーの内面に沿って下方向へ気体を噴射する構成であることを特徴とする請求項１記載の粉体充填装置。
3. 前記オーガスクリュー軸は、
   前記オーガ筒の下端開口部に対して前記飛散ディスクの位置を上下方向に移動自在となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の粉体充填装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載した粉体充填装置の制御方法であって、
   前記オーガスクリュー軸の回転開始よりも前のタイミングにて前記気体吹出し孔から気体を噴射させるとともに、前記オーガスクリュー軸の回転停止よりも後のタイミングにて前記気体吹出し孔からの気体噴射を停止させることを特徴とする粉体充填装置の制御方法。
   

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