JP2007292709A - 粉粒体供給装置、及び粉粒体計量装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粉粒体を非常に高精度に計量できる粉粒体計量装置を提供する。
【解決手段】図の粉粒体計量装置において、ホッパ下部のシュートの下端から所定間隙離れて、円板形状の粉粒体排出用プレート１が設けられている。このプレートは、モーター４により回転可能に構成される。ホッパから供給される粉粒体は、プレートの回転停止状態では、プレート上でプレートに対して安息角を成して静止状態となるように、上記間隙の大きさが設定されている。プレートの低速回転状態では、粉粒体は、かすかに流動化され、プレートの端縁から極めて微量づつ計量容器５の中へ落下する。制御装置４７は、計量開始当初はモーターを高速回転させて、粉粒体を高速で計量容器へ供給し、計量器６の計量値が目標計量値に近づくと、モーターを低速回転モードに移す。これにより、極めて高精度の計量が可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、粉粒体を超低速で供給できる粉粒体供給装置に関し、更に、かかる粉粒体供給装置を用いて構成した非常に高精度の粉粒体計量装置に関する。

現在、粉粒体の計量装置は、各種の産業分野で使用されているが、特に、計量精度を高めた計量装置としては、例えば、図１９に示すものが知られている。
この図の計量装置について簡単に説明すると、ホッパ１６に収納されている粉粒体等材料１６ａは、スクリュフィーダ１６ｄにより計量容器１０内へ投入される。

この計量容器内へ投入された粉粒体等材料１６ａは、計量容器の下方に設けられた第１計量器１２および第２計量器１３により計量される。各計量器の計量値は制御部２０へ供給される。そして、制御部２０は、これらの計量値の合算値に基づいてモーター８を制御することによりスクリュフィーダ１６ｄの回転速度を制御し、前記の合算値が丁度目標の計量値（例えば、５０．０ｋｇ）となるように、粉粒体等材料１６ａの投入量を制御する。

スクリュフィーダ１６ｄの回転速度は、粉粒体等材料１６ａを計量容器へ投入開始した当初は比較的高速度に維持されるが、上記合算値が目標計量値に近づくに従い極めて低速に制御される。この図に示される計量装置では、２つの計量器で分割計量することにより、従来の１ｇの読み取り限度値を有する計量器に代え、０．１ｇというより小さい読み取り限度値を有する計量器の使用を可能としており、この図の計量装置では全体として０．２ｇの読み取り限度値を確保している。これにより、計量誤差の少ない計量を可能としている。
特開２００３−９０７５６号公報

以上に説明した従来技術は、目標計量値を５０ｋｇ程度とし、計量器を複数個用いることにより、計量誤差を±２ｇ程度に改善しているものと認められる。
ところで、例えば、計量目標値が数ｇ〜数百ｇ程度の計量において、上記従来技術よりもはるかに高い精度、具体的には±１０ｍｇ以下程度の計量誤差の実現を図ろうとすると、以下のような困難性がある。

即ち、現在、１ｍｇあるいは０．１ｍｇの桁まで計量できる計量器は、既に市販されているが、そのような計量器を用いて、例えば、上記の従来技術に倣い、粉粒体を目標計量値分だけ自動的に計量する装置を構成しても、目標計量値に対して±１０ｍｇ以下の計量誤差で計量を行うことは、実際には極めて困難である。

その理由は、±１０ｍｇ以下の計量誤差を実現するためには、計量容器内の粉粒体の重量が目標計量値に近づいたときに、計量容器への粉粒体の投入速度を、極めて低速に、例えば、毎秒１ｍｇないしはそれ以下程度にする必要があるが、従来のスクリュフィーダあるいは電磁フィーダ等を用いた粉粒体供給装置では、そのような極めて低速の投入速度を可能とするものが存在しないからである。

本願発明は、このような点に鑑み、計量目標値が数ｇ〜数百ｇ程度の計量において、±１０ｍｇ以下の計量誤差を実現する画期的な粉粒体計量装置を提供するものであり、さらには、この粉粒体計量装置に用いて好適な粉粒体供給装置を提供するものである。

請求項１にかかる粉粒体計量装置は、垂設された粉粒体供給用ドラムと、このドラムの下端から下方へ所定間隙を空けて水平に設けられた円板形状の粉粒体排出用プレートと、このプレートよりも下方に設けられた粉粒体計量用の計量器と、前記プレートを回転可能に連結された回動装置と、前記計量器の計量出力に基づいて前記回動装置の回転速度を制御する制御装置とを備え、かつ、前記プレートが、前記ドラムの外径よりも大きな直径を有するとともに、前記プレートの回転停止時に、前記ドラムから供給された粉粒体が、前記プレート上で、該プレートに対して所定の安息角を成して静止するように、前記所定間隙の大きさが設定されている。

ここで、前記プレートの端縁の全周に亘り、上向きに立ち上がった縁部を設ければより望ましい。また、前記ドラムの下端に、全周に亘り鍔を形成すれば好適である。

請求項４に記載の粉粒体供給装置は、垂設された粉粒体供給用ドラムと、このドラムの下端から下方へ所定間隙を空けて水平に設けられた円板形状の粉粒体排出用プレートと、このプレートを回転可能に連結された回動装置とを備え、更に、前記プレートは、前記ドラムの外径よりも大きな直径を有するとともに、前記プレートの回転停止時に、前記ドラムから供給された粉粒体が、前記プレート上で、このプレートに対して所定の安息角を成して静止するように、前記所定間隙の大きさが設定されている。

ここで、前記プレートの端縁の全周に亘り、上向きに立ち上がった縁部を設ければより望ましい。また、前記ドラムの下端に、全周に亘り鍔を形成すれば好適である。

本発明の粉粒体計量装置を用いれば、極めて高い精度で粉粒体を計量することができる。
また、本発明の粉粒体供給装置を用いれば、極めて低い速度で粉粒体を供給することができる。

本願発明による粉粒体供給装置を用いた粉粒体計量装置の１実施例の全体的構成を図１に示す。なお、本実施例では、粒径２００ミクロンのシリカの粉粒体を計量対象としている。
この図において、１〜４からなる構成が本願発明による粉粒体供給装置を表している。ここで、３は粉粒体収納部を構成するホッパであり、その下部はドラム形状のシュート２を構成している。

このシュート２の下端部に近接して円板状の排出用プレート１が設けられている。この排出用プレート１は中心に回転軸を備え、この回転軸は、シュート２およびホッパ３の中心軸に沿って上方へ延伸し、上部のモーター４に連結している。

そして、５は計量容器、６は、計量容器内の粉粒体の重量を計量する計量器であり、制御装置４７は、計量器６の計量値に基づいてモーター４の回転速度を制御する。本実施例では、モーター４の回動により排出用プレート１が回転すると、シュート２内の粉粒体は、シュート２の下端と排出用プレート１の上側面との間の間隙を経て、排出用プレート１の周縁部から計量容器５の中へ落下する。

参考までに、排出用プレート１を回転させている状態の拡大斜視図を図２に示す。この図において、Ｒで示した矢印が回転方向を示している。なお、この図では、上記の間隙から放出される粉粒体については、表示を省いている。
なお、上記のシュート２の下端と排出用プレート１の上側面との間の間隙の大きさは、排出用プレート１の停止時に、排出用プレート１上の粉粒体が、排出用プレート１の端縁から落下することなく、排出用プレート１上で静止状態を維持するように設定されている。

図３は、粉粒体が静止状態にある間隙部分を横から見た拡大図である。この図において、アミ点部分１００で表されているのは、静止状態にある粉粒体であり、このとき、粉粒体は、図に示されるように、排出用プレート１の水平な上側面に対して安息角αを成して静止状態を維持している。

ここで、上記安息角の値は、粉粒体の種類に応じて異なり、主に、粉粒体の流動性の大小により決定される。そして、本実施例における前記の間隙の大きさは、計量対象となる粉粒体の静止時の安息角が、排出用プレート１上で実現されるように設定されている。

そして、排出用プレート１が停止状態から回転を始めると、これにより、上記間隙内の粉粒体が流動化を惹き起こして安息角の値が小さくなる（即ち、粉粒体は、排出用プレートの周辺へ向かって拡がることになる）ため、粉粒体は、排出用プレート１から落下を開始することになる。

なお、本実施例では、制御装置４７によるモーター４の回転制御は、次のように行われる。まず、計量を開始した当初の排出用プレートの回転速度は毎分４回転に設定されており、この状態では、粉粒体は、比較的高速で容器へ供給される。そして、計量値が目標計量値から一定範囲内に近づくと、排出用プレートの回転速度は漸減されてゆき、目標計量値から２％以内の状態では、毎分０．４回転という低速回転状態に制御される。

この低速回転状態では、毎秒１ｍｇないしはそれ以下という極めて低い速度で、粉粒体が排出用プレートから容器へ落下するようになり、計量器が目標計量値を出力した瞬間に、モーターの回転が停止され、計量動作は終了する。このように計量動作が終了しても、排出用プレートが停止した瞬間に、排出用プレートから容器へ到る落下途中の粉粒体が更に容器内に加わるので、例えば、最小１ｍｇまで計量可能な計量器を使用したとしても、実際には、±１０ｍｇ程度の計量誤差が発生することになる。

なお、以上の実施例における粉粒体供給装置では、排出用プレート１の周縁は完全な円形となっているが、より高精度の計量を実現するために、排出用プレート１の周縁部に、多数の切り込みを設けた構造としても良い。例えば、図４の拡大図に示すような多数の切り込みを形成した排出用プレートを採用し、目標計量値に近づいた状態になったときには、前述の毎分０．４回転という低速回転よりも更に低速の回転に落とし、これにより、粉粒体が、図５に示される排出用プレートの切り込みの先端部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・からのみ落下する状態となるように制御して、粉粒体の供給量をより微小な量にできる。

なお、この他の構成例として、排出用プレートの周縁部の構造を、図６あるいは図７のようにしてもよい。そして、これらの場合にも、図４の場合と同様の効果が得られる。
更に、シュート２の構造についても、その下端部に鍔を形成するようにしてもよい。その１例を図８に示す。この図において、２０１はシュートのドラム状部分、２０２が鍔部分である。このように構成すると、シュートの下端の粉粒体が接触する面積（図８における鍔２０２の下側面の粉粒体の接触する面積）が増大するので、排出用プレートの回転時に、排出用プレートの回転に伴なって回転する粉粒体と、鍔２０２の下側面との間の接触抵抗が大きくなり、粉粒体が、より流動化しやすくなる。

なお、流動性が低く、安息角の大きい粉粒体を計量する際には、シュート２の下端から狭い間隙を空けて排出用プレート１を回転しても、粉粒体に十分な流動性を与えることができず、計量不能な場合がある。そこで、流動性が引き起こされるように間隙を大きく設定すると、その場合には、供給量を制御できないほど多量の粉粒体が供給される状態となってしまい、粉粒体を微少量供給するという本来の目的を達し得ないことがある。

以上のような問題に対する解決策としては、排出用プレート１の形状を、図９に示すようにトレー状にしてもよい。この図において、１０３は排出用プレートの回転軸、１０１は排出用プレートの辺縁部、１０２は排出用プレートの内底部である。このように構成したときの供給動作を、図１０および図１１により説明する。
図１０は、図８の構成を備えた粉粒体収納部と、図９のトレー型排出用プレートとを用いたときのシュートの先端付近の拡大斜視図である。

図１１は、図１０における排出用プレートの中心軸の軸芯を通る平面で切断したときのシュートの先端付近の断面図であり、この図におけるアミ点部分は、粉粒体である。この図における間隙Ｓの大きさは、図３における間隙Ｇと等しく設定されているが、このトレー型排出用プレートが回転すると、排出用プレートの内底部の辺縁部１０１近傍では、図３の場合よりも、はるかに多くの量の粉粒体に対して排出用プレートから回転力が与えられ、これにより、流動性の低い粉粒体であっても、確実に流動化される。

以上に説明した実施例では、排出用プレートを一定方向に回転させることにより、粉粒体を流動化させているが、これに代わり、排出用プレートの回転方向を一定周期毎に、例えば、１秒おきに回転方向を反転させて、粉粒体を流動化させるような動作モードを採用してもよい。

実施例１の粉粒体計量装置を用いて粉粒体を計量すれば、高い精度を実現できるが、例えば、目標計量値が数百ｇ程度の大きな値の場合には、計量にかなりの時間を要し、量産には向かないという欠点がある。次に、この欠点を改善した１実施例について説明する。

図１２は、かかる実施例の全体構成を示す図であり、この図において、２５は、この計量装置の基台、２１は、フレームである。そして、２３は、昇降装置であり、その昇降アーム１０には、粉粒体収納部２２が取り付けられている。その外の番号の装置については、図１における対応する番号の装置と同じである。

まず、計量開始時には、制御装置２４からの制御信号により、モーター４が高速回転されるとともに、昇降装置２３ののアーム２２は高い位置に保持制御される。これにより、粉粒体収納部４６の下端と排出用プレート１との間の間隙は大きく空けられ、粉粒体収納部内の粉粒体は、極めて高速に容器５へ供給される。

そして、計量器６の計量値が１００ｇに到ると、制御装置２４は、昇降装置２３を制御してそのアームを漸次降下させ、計量値として１０ｇが得られた時点以降は、前記の間隙を最小値に保持し、図１に示される粉粒体計量装置と同じ計量動作モードに移行する。
以上の動作により、多量の粉粒体を計量する場合であっても、極めて迅速に高精度の計量が実行される。

以上の各実施例に用いられている粉粒体供給装置は、排出用プレートを回転することにより粉粒体を流動化しているが、これに代え、排出用プレートを上下に微小振動させることにより粉粒体を流動化させる方法を用いてもよい。
このような方法による粉粒体供給装置を備えた粉粒体計量装置の１実施例を図１３に示す。

この図において、粉粒体収納部のシュート２０１の外径に等しい直径を有する中心孔と、この中心孔の縁部からそのラジアル方向へ伸びる４本のアーム４２，４３，４４、及び４５（図示せず）とを備えた排出用プレート吊持用部材が、図のようにシュート２０１に嵌装固定されている。

一方、シュートと対向する排出用プレートの下側面の中央部分には、加振器３３が固定されるとともに、この加振器３３を嵌装可能な中心孔を備え、かつ、この中心孔の縁部から外方向へ伸びる４本のアーム３４，３５，３６、及び３７（図示せず）とを備えた被吊持用部材が取り付けられている。

ここで、被吊持用部材の４本のアーム３４，３５，３６、及び３７は、それぞれ吊持用部材の対応する４本のアーム４２，４３，４４、及び４５と、スプリング３８，３９，４０、及び４１（図示せず）によって連結されており、これにより、排出用プレートは、シュートに対して弾性的に吊持されている。

参考までに、この吊持に関する構造部分の断面図を図１４に示す。なお、この図は、アーム４２，４４、及びアーム３４，３６の各中心軸を含む平面で切断した断面図である。なお、加振器３３としては、圧電素子を用いるが、このほかの加振手段として、電磁的加振手段あるいはエアーを利用した加振手段を用いることもできる。

本実施例では、駆動信号発生装置３２からの駆動信号により加振器３３を励振して、排出用プレートを上下方向に微小振動させる。駆動信号発生装置３２は、計量器６の計量値が小さいときには、制御装置３１からの制御信号に基づき周波数及び振幅の大きい駆動信号を出力する。これにより、加振器３３は激しく振動し、粉粒体収納部内の粉粒体は、高速で容器内へ供給される。

一方、計量器６の計量値が目標計量値に十分近づくと、駆動信号発生装置３２からは周波数及び振幅の小さい駆動信号が出力され、粉粒体は、極めて低速で容器内へ供給され、更に、計量器６の計量値が目標計量値に達すると、駆動信号発生装置３２は駆動信号の発生を直ちに停止し、粉粒体供給動作が停止する。

以上に説明した各実施例における粉粒体供給装置では、排出用プレートに対して、上方から垂直に粉粒体が供給されているが、このような供給方法に代え、排出用プレートに対して粉粒体を横方向から水平に供給する構造を採用することもできる。次に、そのような構造を採用した粉粒体供給装置の実施例について説明する。

かかる実施例の斜視図を図１５に示す。図において、７４は基台、７６はモーター、７７は回転軸、７１は粉粒体供給口、７８はコイル型ドライバ、７２はトラフである。７３は、扇形状の排出用プレートであり、トラフの移送路と一体化されており、その前端部には多数の切り込みが形成されている。

参考までに、断面図を図１６に示す。本実施例においては、モーターによりコイル型ドライバ７８を回転することにより、供給口７１へ投入された粉粒体をトラフ７２内を移送し、排出用プレートの前端部から排出する。粉粒体の移送速度（供給速度）は、モーターの回転速度の高低により決定される。

モーターの回転を停止した場合には、移送される粉粒体は、排出用プレート７３の前端部で安息角を成して静止する（図１７参照）が、ここで、モーターの速度を超低速で運転することにより、図５の場合と同様に、粉粒体が切り込みの先端部からのみ極めて少量づつ落下する状態となるように制御できる。即ち、粉粒体の供給速度を極めて低速にできる。

排出用プレートに対して粉粒体を横方向から供給する構造を備えた粉粒体供給装置の第２の実施例について説明する。
本実施例は、従来から知られている加振型粉粒体供給装置に属し、その斜視図を図１８に示す。この図において、６２は基台、６３は加振装置、６４は粉粒体供給口、６０はトラフ、６１は、排出用プレートである。

加振装置６３は、加振器として圧電素子を内蔵し、その振動をトラフへ印加することにより、粉粒体を移送する。本実施例では、圧電素子へ供給する駆動信号の周波数及び振幅を制御することにより、粉粒体の移送速度を調整することができる。そして、駆動信号の周波数を下げ、かつ、振幅を十分落として、粉粒体が排出用プレートの前端部に形成された切り込みの先端部からのみ極めて少量づつ落下する状態となるようにすることにより、粉粒体の供給速度を極めて低速にできる。

なお、加振器として電磁手段あるいはエアーを利用した加振手段を用いてもよい。
以上、本発明の４つの実施例と、それらの部分的構造の変更例について説明したが、勿論、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。そして、当業者であれば、以上に述べた構造的改変の他に、この発明の技術思想の範囲で、更に細部にさまざまな変更を施した実施例を構成することも可能であるが、そのような実施例が本発明の範囲から除外されるものではないことも明らかである。

本発明による粉粒体計量装置の第１の実施例を示す図である。 同実施例における粉粒体排出部分の拡大斜視図である。 同実施例における粉粒体排出部分を横から見た図である。 同実施例における排出用プレートの周縁部の変形例を示す図である。 同周縁部の拡大図である。 同実施例における排出用プレートの周縁部の第２の変形例を示す図である。 同実施例における排出用プレートの周縁部の第３の変形例を示す図である。 同実施例におけるシュートの変形例を示す図である。 同実施例における排出用プレートの周縁部の第４の変形例を示す図である。 同実施例におけるシュートの変形例と、第４の変形例の排出用プレートを採用した場合の粉粒体排出部の斜視図である。 同粉粒体排出部の断面図である。 本発明による粉粒体計量装置の第２の実施例を示す図である。 本発明による粉粒体計量装置の第３の実施例を示す図である。 同実施例における粉粒体排出部の断面図である。 本発明による粉粒体供給装置の１実施例を示す図である。 同実施例の断面図である。 同実施例において、粉粒体移送動作を停止した状態を示す図である。 本発明による粉粒体供給装置の他の実施例を示す図である。 粉粒体計量装置の従来例を示す図である。

符号の説明

１，６１、７３ ・・・ 排出用プレート
２ ・・・ シュート
３ ・・・ ホッパ
４， ７６ ・・・ モーター
５ ・・・ 容器
６ ・・・ 計量器
２２ ・・・ アーム
２３ ・・・ 昇降装置
２８，７７，１０３ ・・・ 回転軸
３３ ・・・ 加振器
３８，３９，４０ ・・・ スプリング
６３ ・・・ 加振装置
６４、７１ ・・・ 供給口
６０、７２ ・・・ トラフ
１００ ・・・ 粉粒体
１０１ ・・・ 縁部
２０２ ・・・ 鍔

Claims (6)

1. （１）垂直に立設された粉粒体供給用ドラムと、
   （２）該粉粒体供給用ドラムの下端から下方へ所定間隙を空けて水平に設けられた円板形状の粉粒体排出用プレートと、
   （３）該粉粒体排出用プレートよりも下方に設けられ、該粉粒体排出用プレートから排出された粉粒体の重量を計測する計量器と、
   （４）前記粉粒体排出用プレートを回転可能に連結された回動装置と、
   （５）前記計量器の計量出力が入力されるとともに、この入力に基づいて前記回動装置の回転速度を制御する制御装置と、
   を備え、
   更に、
   前記粉粒体排出用プレートは、前記粉粒体供給用ドラムの外径よりも大きな直径を有するとともに、前記所定間隙の大きさは、前記粉粒体排出用プレートが回転を停止した時に、前記粉粒体供給用ドラムから供給された粉粒体が、前記粉粒体排出用プレート上で、該粉粒体排出用プレートに対して所定の安息角を成して静止するように設定されていることを特徴とする粉粒体計量装置。
2. 請求項１に記載の粉粒体計量装置において、前記粉粒体排出用プレートは、その端縁の全周に亘り、上向きに立ち上がった縁部が形成されていることを特徴とする粉粒体計量装置。
3. 請求項１または２に記載の粉粒体計量装置において、前記粉粒体供給用ドラムの下端には、全周に亘り鍔が形成されていることを特徴とする粉粒体計量装置。
4. （１）垂直に立設された粉粒体供給用ドラムと、
   （２）該粉粒体供給用ドラムの下端から下方へ所定間隙を空けて水平に設けられた円板形状の粉粒体排出用プレートと、
   （３）該粉粒体排出用プレートを回転可能に連結された回動装置と、
   を備え、
   更に、
   前記粉粒体排出用プレートは、前記粉粒体供給用ドラムの外径よりも大きな直径を有するとともに、前記所定間隙の大きさは、前記粉粒体排出用プレートが回転を停止した時に、前記粉粒体供給用ドラムから供給された粉粒体が、前記粉粒体排出用プレート上で、該粉粒体排出用プレートに対して所定の安息角を成して静止するように設定されていることを特徴とする粉粒体供給装置。、
5. 請求項４に記載の粉粒体供給装置において、前記粉粒体排出用プレートは、その端縁の全周に亘り、上向きに立ち上がった縁部が形成されていることを特徴とする粉粒体供給装置。
6. 請求項４または５に記載の粉粒体供給装置において、前記粉粒体供給用ドラムの下端には、全周に亘り鍔が形成されていることを特徴とする粉粒体供給装置。

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