JP2011027728A - 粉粒体ディスペンサー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 粉粒体コンテナ10内に粉粒体を貯蔵する。粉粒体コンテナ10の流出部14には閉鎖・開放する開閉弁20が設けられている。駆動機構30により開閉弁20の駆動を制御し、流出部14の開放時間、閉鎖時間を制御する。駆動機構30は、筐体33の中に内蔵された駆動体31、駆動体31と開閉弁20をつなぐ軸体32がある。駆動体31が上下運動を行い開閉弁20を上下運動させた際に、所定量の粉粒体を計り取る。
【選択図】 図1
Description
また、第1のスクリュー押し出し方式の場合、オーガのスクリューにより切れ目なく流出孔に向けて押し出されてゆくので、粉粒体が流出孔付近に剥き出しで露出しており、湿気等の影響、虫やゴミの付着などの不具合が発生するおそれがある。高価なオーガであれば、別途、流出孔を覆う開閉機構付きの蓋が必要となってしまう。例えば、特許文献2の特開2004−251683号公報は、粉粒体の取り出し方式はオーガによるスクリュー押し出し方式であるが、別途、流出孔にシャッターを備えている。これは、粉粒体が流出孔付近に剥き出しで露出しないようにして湿気等の影響を防止する工夫を施している。そのため、装置が複雑となり、コスト増加を招いていた。
例えば、特許文献4の米国特許第5,145,009号公報や特許文献5の特開2009−075087号公報のいずれの方式であっても、ハウジング外部に駆動装置が設けられ、軸状の閉鎖部材111を上下させて当該閉鎖部材111の先端についている弁体を上下させるという構造上、どうしても装置が大型化してしまうという問題が生じる。つまり、粉粒体が流出しつつある流出孔を素早く確実に開閉できるようにシャッターを駆動するには、流出孔に対してシャッターとなる弁体を上下運動させることにより開閉する方式が有利であるが、その反面、特許文献4および特許文献5にみるように、駆動体がハウジング外部の上部に設けられ、装置が大型化してしまうという問題を招いていた。
つまり、前記駆動機構の前記軸体に連動した振動板を備え、前記粉粒体コンテナ内に前記粉粒体を適量投入している状態において前記振動板が前記粉粒体コンテナ内に投入されている前記粉粒体内に埋没する位置に設けられ、前記駆動体により前記開閉弁を開閉させた際に前記駆動体の動作により前記振動板に振動が生じ、前記振動板の周辺にある前記粉粒体の状態を整えることができるという構成である。
また、振動する部材のすべてを粉粒体コンテナ内に設けておくこと構造とすれば、駆動体を筐体ごと粉粒体コンテナ内において粉粒体に埋没させておくというユニークな方式を採用することができ、装置サイズを小型化できる。
上記構成により、粉粒体コンテナ内の粉粒体が湿気てしまう不具合を防止することができる。
他の本発明の粉粒体を分配供給する供給方法は、粉粒体ディスペンサーとして、前記粉粒体の投入口となる投入部と、投入された前記粉粒体の収納空間となる収納部と、前記収納部から前記粉粒体を流出させる流出部とを備えた粉粒体コンテナと、前記粉粒体コンテナの前記流出部を閉鎖・開放する開閉弁と、前記開閉弁を駆動する駆動機構と、前記駆動機構による前記流出孔の開放時間を制御する制御機構とを備え、前記粉粒体コンテナの前記流出部が前記収納部の下部に設けられている筒状体であり、前記開閉弁の長さが前記流出部の前記筒状体の長さより長く、上部に前記流出部の前記筒状体の上面を塞ぐ嵌合形状を備え、下部に前記流出部の前記筒状体の下面を塞ぐ嵌合形状を備え、中央部の径が前記流出部の前記筒状体の径よりも小さく、前記中央部と前記流出部の前記筒状体の間に前記粉粒体コンテナから前記粉粒体が流れ込む間隙が形成された構造のものを用い、
目標とする粉粒体供給量Q(g)を計量する前記開閉弁の駆動制御として、前記制御機構が前記開閉弁をn(nは2以上の自然数)回開閉し、下記(数2)に従い、前記開閉弁1回の開閉で計り取れる前記粉粒体供給量Q1(g)を、前記粉粒体供給量Q(g)をn回に小分けして前記粉粒体を供給する粉粒体の供給方法である。
また、本発明にかかる粉粒体ディスペンサーによれば、流出孔の開閉のために駆動体が上下運動を行う際に駆動体を包含している筐体や振動板が振動することを利用して粉粒体に振動を与え、粉粒体コンテナ内での粉粒体の状態を整え、小さな空間などが生じることを防止する。駆動体を筐体の内部に包含させて粉粒体の内部に埋設してしまうという仕組みであれば、装置サイズを小型化できる。
図1は、本発明の実施例1にかかる粉粒体ディスペンサー100の一構成例の内部が分かりやすいように断面で示した正面図であり、図2は側面図である。
なお、以下の実施例に出てくる図中では、内部構造が分かりやすいように収納部内壁12と収納部外壁13は断面で描いており、ハッチングが施された収納部内壁12と収納部外壁13との間には後述するように空気層が設けられており、いわゆる二重壁構造になっている。また、ファンネル60も流出孔付近が見えるように断面図で示している。
収納部内壁12と収納部外壁13との間には空気層が設けられ、いわゆる二重壁構造となっている。このように二重壁構造となっていると粉粒体コンテナと外気との断熱効果や防湿効果が高まり、結露が生じにくくなり、粉粒体が湿気を帯びることが効果的に防止できる。
流出部14は、粉粒体コンテナ10の下部に設けられている粉粒体の流出部分であり、この構成例では筒状体となっている。
なお、開閉弁20と流出部14との相対距離は、開放時に粉粒体がスムーズに流出していき、閉鎖時に即座に閉鎖できる程度の距離が好ましい。開放状態において3mm〜10mm程度であれば速やかに開閉弁20が開閉できる。ただし、開閉弁20の操作により流出する粉体量は、後述するように、粉粒体の粒径、粉粒体の嵩密度、粉粒体間の摩擦力、流出部14の断面積、流出部14と粉粒体の摩擦力、収納コンテナ10の内壁面形状、その他の様々な要素により影響されるので、それら要素を検討して開閉弁20の開閉時間を決めれば良い。
ここで、流出部14と開閉弁20との位置関係は上下方向に嵌合し合うものであれば良いが、例えば、図3に示すものがある。
このように、付勢バネ35を設けることで、少ない電気エネルギーにて流出部14の開閉状態の安定した制御ができる。
以上が本発明の粉粒体ディスペンサー100の構成例である。
目標とする粉粒体供給量Q(g)に対して、粉粒体ディスペンサー100の供給量をQ1,・・・,Qn(nは2以上の自然数)のn回に小分けし、その合計がQとなるように制御する。つまり、Q=Q1+Q2+・・・+Qnとなるように制御する。
下記の3通りの実験を行った。
以上の実験でも示されたように、粉粒体ディスペンサーを用いて粉粒体を小分け供給した方が、計量精度が向上することが分かる。
図8および図9に示すように、粉粒体ディスペンサー100aは、実施例1と同様、粉粒体コンテナ10、開閉弁20、駆動機構30a、制御機構40、支持台50、ファンネル60を備えている。図2の側面図に示す支持台50は模式的に示しており、実際の粉粒体コンテナ10に対するアタッチメント機構などは図示を省略している。
なお、本実施例2の構成要素の説明において、実施例1で説明した説明と同じ場合はその説明を省略する。
駆動機構30は、開閉弁20を駆動するものであり、この例では開閉弁20を上下方向に駆動させるものとなっており、駆動体31と、軸体32、筐体33を備えている。また、図10の構成例では、筐体33に接続された振動板34、付勢バネ35(図10には図示せず)を備えている。
図11は、筐体33の振動により粉粒体コンテナ10内での粉粒体の状態を整える効果を模式的に示す図である。
図11(a)は、粉粒体の状態が悪く、粉粒体の内部で空間が生じる不具合が発生している様子を示す図である。本来、粉粒体は流出孔に近い下方から粉粒体コンテナ10外に流出してゆき、下の粉粒体が流出して上の粉粒体が次々に下方に移動してゆくが、粉粒体同士の摩擦などにより、下の粉粒体が流出しても上の粉粒体が下に移動せずに、図11(a)に示すように、小さな空間が生じてしまうことがある。小さな空間が生じてしまうと開閉弁20の開閉時間のみで制御を試みると、小さな空間が崩れてゆく時間なども影響し、想定していた分量の粉粒体が流出しないおそれがある。
以上が実施例2の粉粒体ディスペンサー100の構成例である。
粉粒体200は粉粒体コンテナ10の投入口11から収納部内壁12内に投入され、図12に示すように適量を充填しておく。図12の状態では開閉弁20は流出部14の中に収まり流出部14は閉鎖された状態である。なお、図12の下側に示すように、駆動体31の信号線の制御信号はオフ信号となっている。
この図13では、粉粒体の流出により、一時的に粉粒体コンテナ10内において小空間が生じてしまったものとする。
なお、この図14の例では、駆動体31の上側移動の勢いにより筐体33に振動が生じ、粉粒体コンテナ10内の粉粒体の状態が整えられ、粉粒体が下方に沈み、粉粒体コンテナ10内において一時的に生じていた小空間も埋まり、粉粒体が均一な状態に戻っている。
実施例3の粉粒体ディスペンサー100bは、嵩比重が軽くかつ摩擦係数が大きいという、粉ミルク、ポタージュスープ粉末、野菜スープ粉末等のいわゆる「流れにくいパウダー」である特殊な粉粒体200bをより精度良く計り取ることができるように、開閉弁の形状や流出部の長さ等を改良した粉粒体ディスペンサー100bである。
図16は、嵩密度が軽く摩擦力が大きな粉粒体200bの場合に実施例1の粉粒体ディスペンサー100内で起こりえる現象と、実施例3の粉粒体ディスペンサー100bの工夫を分かりやすいように示した図である。
一般の粉粒体であれば、図5〜図7に示した検証実験のように、実施例1に示した本発明の粉粒体ディスペンサー100や、実施例2に示した本発明の粉粒体ディスペンサー100aであれば、十二分に精度の良い粉粒体の計り取りができる。しかし、上記の嵩比重が軽くかつ摩擦係数が大きいという特性を持つ粉粒体200bの場合、粉粒体200bの流れにおける物理的性質がバラツキやすく、開閉弁20の開閉時間だけでは粉粒体の流出量の計算誤差が生じるおそれがある。また、実施例1に示した本発明の粉粒体ディスペンサー100の構成のまま、嵩比重が軽くかつ摩擦係数が大きいという特性を持つ200bを取り扱った場合、図16(a)に示すように、流出部14という径の比較的小さな筒状体の中で200b同士の摩擦などで詰まってしまうという現象も生じるおそれがある。
そこで、このような特性を持つ特殊な200bも正確に計り取ることができるように図16(b)に示すような工夫を加えたものが、本実施例3の粉粒体ディスペンサー100bである。
図17および図18に示すように、粉粒体ディスペンサー100bは、実施例1と同様、粉粒体コンテナ10b、開閉弁20、駆動機構30b、制御機構40、支持台50、ファンネル60を備えている。実際の粉粒体コンテナ10に対するアタッチメント機構などは図示を省略している。
なお、本実施例3の構成要素の説明において、実施例1で説明した説明と同じ場合はその説明を省略する。
開閉弁20bの長さは、流出部14bの長さより長く、上端面の形状が流出部14bの筒状体の上面を塞ぐ嵌合形状21を備え、下部には流出部14bの筒状体の下面を塞ぐ嵌合形状22を備えている。さらに、中央部分の径が流出部14bの径よりも小さくなっており、中央部分と流出部14bの間隙には粉粒体が流れ込む構造となっている。図17、図18の構成例では、上下の径が大きく中央付近の径が小さい、いわゆる“略鼓型”となっている。
このように開閉弁20bの外形が鼓型をしており、開閉弁20bと流出部14bとの配置関係が上記のような位置関係であれば、以下の2つの効果を奏することができる。
図19は、実施例3にかかる粉粒体ディスペンサー100bの流出部14の流出孔と開閉弁20により奏される効果を分かりやすいように縦断面にて示した図である。
開閉弁20bが鼓型をしているので、図19(a)に示すように、開閉弁20bと流出部14bの間には隙間があり、この隙間に粉粒体200bが入り込むが、この隙間の容積が一定量(ここではQ1(g)とする)であるため、この隙間を、粉粒体200bを計り取る升目として利用できる。つまり、開閉弁20bの一回の開閉動作において下方に流出する粉粒体200bの分量はQ1(g)となる。
開閉弁20bが鼓型をしているので、上記のように開閉弁20bと流出部14bの間の隙間に入り込む形で計り取られている所定量の粉粒体200bに対して、鼓型の開閉弁20bが下方に移動することにより、鼓の上部の出っ張りである嵌合形状21から中央部分に至るまでの曲面が粉粒体200bを押し下げ、摩擦力で止まっている粉粒体200bの塊を優しく壊しながら下方に落下するきっかけを与えることができる。
例えば、図19(a)に示すように、開閉弁20bが上側に移動した場合、上側の嵌合形状21が、流出部14bの上側の嵌合形状141とは離れて隙間が生じる一方、下側の嵌合形状22が、流出部14bの下側の嵌合形状142に対して嵌まり込んだ状態となる。この状態では、粉粒体コンテナ10の下方部分において、開閉弁20bと流出部14bの上面には隙間が生じており、粉粒体200bが開閉弁20bと流出部14bの間の隙間に流れ込むことができる。しかし、流出部14の下面側では、開閉弁20bの下方の嵌合形状22と流出部14bの下面の嵌合形状142が嵌合し合って隙間がなく、粉粒体200bの下方への流出は停止されている。このように、開閉弁20bが閉鎖状態のとき、開閉部20bと流出部14bの隙間には一定量の粉粒体200bが流れ込むものの、下方には流出しない。あたかも升目に一定量の粉粒体を計り取るような機能が発揮される。
図19(b)に示すように、開閉弁20bが下側に移動して行くに従って、下側の嵌合形状22は、流出部14bの下側の嵌合形状142とは離れて隙間が生じる。この隙間から粉粒体200bが下方への流出が開始する。ここで、開閉弁20bには鼓上部の出っ張りである嵌合形状21から中央部分に至るまでの曲面が摩擦力で流出部14bの筒状体の中に止まっている粉粒体200bの塊を優しく押し下げて壊しながら下方へ移動することとなる。そのため、流出部14bの筒状体の中に止まっている粉粒体200bが下方に落下するきっかけを与えることができる。
もっとも、前提となっているパウダーはいわゆる“流れにくいパウダー”であるため、上側の嵌合形状21が流出部14bの上側の嵌合形状141に対して完全に嵌まり込んだ状態でなく、少しの隙間がある状態でも、実態としては、粉粒体コンテナ10から新たに流れ込んでくる粉粒体200bは一時的に遮断される。
結局、以下の数式で表現できる。
下記の2通りの実験を行った。
つまり、嵩密度が軽く、摩擦力が大きい特性を持つ粉粒体の場合であれば、実施例1に示した構成例の粉粒体ディスペンサー100を用いるよりも、実施例3に示した構成例の粉粒体ディスペンサー100bを用いた方がより一層、バラツキがなく計り取れていることが分かる。
つまり、嵩密度が軽く、摩擦力が大きい特性を持つ粉粒体の場合であれば、実施例1に示した構成例の粉粒体ディスペンサー100を用いるよりも、実施例3に示した構成例の粉粒体ディスペンサー100bを用いた方がより一層、バラツキがなく計り取れていることが分かる。
11 投入口
12 収納部
14 流出孔
20 開閉弁
30 駆動機構
31 駆動体
32 軸体
33 筐体
34 振動板
35 付勢バネ
40 制御機構
41 信号線
100 粉粒体ディスペンサー
200 粉粒体
Claims (10)
- 粉粒体を分配供給する粉粒体ディスペンサーであって、
前記粉粒体の投入口となる投入部と、投入された前記粉粒体の収納空間となる収納部と、前記収納部から前記粉粒体を流出させる流出部とを備えた粉粒体コンテナと、
前記粉粒体コンテナの前記流出部を閉鎖・開放する開閉弁と、
前記開閉弁を駆動する駆動機構と、
前記駆動機構による前記流出部の開放時間を制御する制御機構とを備え、
目標とする前記粉粒体の供給量に対して、前記制御機構が前記開閉弁の開閉を複数回繰り返し、前記粉粒体を小分けに複数回計り取ることができることを特徴とする粉粒体ディスペンサー。 - 前記粉粒体コンテナの前記流出部が前記収納部の下部に設けられている筒状体であり、
前記開閉弁の長さが前記流出部の前記筒状体の長さより長く、上部に前記流出部の前記筒状体の上面を塞ぐ嵌合形状を備え、下部に前記流出部の前記筒状体の下面を塞ぐ嵌合形状を備え、中央部の径が前記流出部の前記筒状体の径よりも小さく、前記中央部と前記流出部の前記筒状体の間に前記粉粒体コンテナから前記粉粒体が流れ込む間隙が形成された構造であり、
前記開閉弁の上部が前記流出部の前記筒状体の上方に位置し、前記開閉弁の下部が前記流出部の前記筒状体の下方に位置し、前記開閉弁が開放状態のとき、前記開閉弁の前記上部の嵌合形状が前記流出部の前記筒状体の上面を塞ぐ位置に移動し、前記開閉弁が閉鎖状態のとき、前記開閉弁の前記下部の嵌合形状が前記流出部の前記筒状体の下面を塞ぐ位置に移動するよう制御される請求項1に記載の粉粒体ディスペンサー。 - 前記駆動機構が、前記制御機構の制御信号に従って機械的に動作する駆動体と、前記駆動体を包含する筐体と、前記駆動体から前記開閉弁までつながる軸体を備え、前記開閉弁の開閉が前記軸体の上下動に連動するものである請求項1または2に記載の粉粒体ディスペンサー。
- 前記駆動機構の前記軸体に連動した振動板を備え、前記粉粒体コンテナ内に前記粉粒体を適量投入している状態において前記振動板が前記粉粒体コンテナ内に投入されている前記粉粒体内に埋没する位置に設けられ、前記駆動体により前記開閉弁を開閉させた際に前記駆動体の動作により前記振動板に振動が生じ、前記振動板の周辺にある前記粉粒体の状態を整えることができることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の粉粒体ディスペンサー。
- 前記駆動機構および前記振動板のすべての部材が前記粉粒体コンテナの内部に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の粉粒体ディスペンサー。
- 前記筐体の上面が半球形で側面が円筒形であり、前記筐体内部に内蔵されている駆動体が電気的に動作を行うアクチュエーターであることを特徴とする請求項5に記載の粉粒体ディスペンサー。
- 前記粉粒体コンテナの壁面が二重壁構造となっており、前記内壁と前記外壁の間に空気層が設けられ、結露を防止せしめた構造とした請求項1から6のいずれか1項に記載の粉粒体ディスペンサー。
- 前記流出孔の下方に、前記流出孔から流出した粉粒体を整流するファンネルを設けた請求項1から7のいずれか1項に記載の粉粒体ディスペンサー。
- 粉粒体ディスペンサーを用いた粉粒体の供給方法であって、
前記粉粒体ディスペンサーは、前記粉粒体の投入口となる投入部と、投入された前記粉粒体の収納空間となる収納部と、前記収納部から前記粉粒体を流出させる流出部とを備えた粉粒体コンテナと、前記粉粒体コンテナの前記流出部を閉鎖・開放する開閉弁と、前記開閉弁を駆動する駆動機構と、前記駆動機構による前記流出孔の開放時間を制御する制御機構とを備えたものであり、
目標とする粉粒体供給量Q(g)を計量する前記開閉弁の駆動制御として、前記制御機構が前記開閉弁をn(nは2以上の自然数)回開閉し、各々の開放時間をT1(t),T2(t),・・・,Tn(t)とし、単位時間あたりの前記粉粒体流出量W(g/t)とし、(数5)に従い、前記粉粒体供給量Q(g)をn回に小分けして前記粉粒体を供給する粉粒体の供給方法。
- 粉粒体ディスペンサーを用いた粉粒体の供給方法であって、
前記粉粒体ディスペンサーは、前記粉粒体の投入口となる投入部と、投入された前記粉粒体の収納空間となる収納部と、前記収納部から前記粉粒体を流出させる流出部とを備えた粉粒体コンテナと、前記粉粒体コンテナの前記流出部を閉鎖・開放する開閉弁と、前記開閉弁を駆動する駆動機構と、前記駆動機構による前記流出孔の開放時間を制御する制御機構とを備え、前記粉粒体コンテナの前記流出部が前記収納部の下部に設けられている筒状体であり、前記開閉弁の長さが前記流出部の前記筒状体の長さより長く、上部に前記流出部の前記筒状体の上面を塞ぐ嵌合形状を備え、下部に前記流出部の前記筒状体の下面を塞ぐ嵌合形状を備え、中央部の径が前記流出部の前記筒状体の径よりも小さく、前記中央部と前記流出部の前記筒状体の間に前記粉粒体コンテナから前記粉粒体が流れ込む間隙が形成された構造であり、
目標とする粉粒体供給量Q(g)を計量する前記開閉弁の駆動制御として、前記制御機構が前記開閉弁をn(nは2以上の自然数)回開閉し、下記(数6)に従い、前記開閉弁1回の開閉で計り取れる前記粉粒体供給量Q1(g)を、前記粉粒体供給量Q(g)をn回に小分けして前記粉粒体を供給する粉粒体の供給方法。
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