JP2011084311A - 粉体脱気充填機 - Google Patents

Abstract

【課題】オーガースクリュー装置を用いた粉体脱気充填機において、スクリュー棒の外径を大きくすることなしに必要な粉体輸送量を確保でき、且つオーガー筒体内を輸送される粉体の脱気効率を高めることができるようにする。
【解決手段】タンク１の底部に粉体給出用のオーガースクリュー装置２を下向き姿勢で連続させた粉体脱気充填機において、オーガースクリュー装置２として、単一のオーガー筒体２１内に２本のスクリュー棒２３，２３を並設したものを使用していることにより、オーガー筒体２１のフィルター部２２を横断面略長円形にでき、それによってフィルター部２２の内周長さを長く（脱気面積を大きく）できるとともに、フィルター部２２内面からスクリュー軸２４外面までの距離を短くできる（低密度粉体の量を少なくできる）ようにしている。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、袋内に粉体を脱気した状態で充填するための粉体脱気充填機に関し、さらに詳しくは、粉体給出用にオーガースクリュー装置を使用し、且つそのオーガー筒体内を輸送される粉体中の空気を脱気させた後に、その脱気済み粉体をオーガー筒体の下端部（排出口）から袋内に放出させるようにした粉体脱気充填機に関するものである。

例えば粉ミルクにような粉体は、粉体充填機により一定量ずつ袋詰めされるが、製造された粉体をそのまま袋詰めした場合には粉体粒子間に多量の空気が混入しているために充填効率が悪くなり（嵩ばる）、しかも粉体内に残留空気が多いと積み降ろしあるいは積層時に袋が変形して破袋し易くなる。

そこで、従来では、粉ミルクにような粉体を袋詰めする場合には、その粉体中の空気を脱気した状態で包装するようにしている。

粉体中の空気を脱気しながらその脱気済み粉体を袋内に充填するようにした粉体脱気充填機として、従来から図３及び図４に示すようなオーガースクリュー装置を使用したものがある。尚、この種のオーガースクリュー装置を使用した粉体脱気充填機の公知例としては、例えば特開２００４−９１０１１号公報（特許文献１）に記載されたものがある。

図３及び図４に示す従来の粉体脱気充填機は、粉体Ｐ₀を貯留するタンク１０１の底部に粉体給出用のオーガースクリュー装置１０２を下向き姿勢で連続させている一方、該オーガースクリュー装置１０２のオーガー筒体１２１に多孔質のフィルター部１２２を設け、該フィルター部１２２の外側から脱気装置１０３で吸気してオーガー筒体１２１内を輸送される粉体Ｐ₁中の空気を脱気させた後、その脱気済み粉体Ｐ₂をオーガー筒体１２１の下端部（排出口）から袋Ｙ内に放出させるように構成されている。

タンク１０１内には、粉体供給通路１１３から未脱気の粉体Ｐ₀が供給されるが、タンク１０１内に貯留された粉体Ｐ₀中には多量の空気が混入したままである。

オーガー筒体１２１内には、スクリュー軸１２４の外周に螺旋羽根１２５を取付けたスクリュー棒１２３を挿通させている。このスクリュー棒１２３はモータ１２０で回転せしめられる。尚、スクリュー棒１２３の螺旋羽根１２５は、オーガー筒体１２１の内径（例えば６０mm）よりごく僅かに小さい外径（例えば５９mm）のものが使用されていて、このスクリュー棒１２３は、螺旋羽根１２５の外端がオーガー筒体１２１（フィルター部１２２を含む）の内面に近接した状態で回転するようになっている。

脱気用のフィルター部１２２は、オーガー筒体１２１の上半部において所定長さ範囲に亘って円筒状に設けられている。このフィルター部１２２はオーガー筒体１２１の一部（上半部）を構成するもので、オーガー筒体１２１の下半部はフィルター部１２２と同径で通気性のない円筒管が使用されている。尚、このフィルター部１２２は、長さが長いほど脱気時間が長くとれて粉体中の空気の脱気効率が良好となるが、図３の従来例のものでは、該フィルター部１２２の長さが約６００mmのものを使用している。

脱気装置１０３は、フィルター部１２２の外周部を適宜間隔の脱気室１３２を隔ててカバー体１３１で囲繞し、脱気室１３２内の空気を吸気管１３３を介して吸引機１３４で吸引する（符号Ａ）ことにより、フィルター部１２２を通してオーガー筒体１２１内を輸送される粉体（Ｐ₀〜Ｐ₂）中の空気を脱気（図４の符号Ａ）し得るようになっている。尚、符号Ｐ₀〜Ｐ₂は、粉体中の脱気度合いを示すもので、Ｐ₀→Ｐ₁→Ｐ₂に移行するほど脱気率が進んでいる。

オーガー筒体１２１内を輸送される粉体中の空気は、フィルター部１２２を通過する際に順次脱気（符号Ａ）されていき、該フィルター部１２２の下部側に移動するほど粉体中の脱気が進む（符号Ｐ₀→Ｐ₁→Ｐ₂）。そして、フィルター部１２２の下端部を通過した脱気済み粉体Ｐ₂は、オーガー筒体１２１の下端部（排出口）から、その下方に受けられている袋Ｙ内に落下・充填される。

ところで、フィルター部１２２における粉体中の脱気の進行は、フィルター部１２２内の空間部（粉体通路）の外周寄り部分から始まり、脱気が進むにつれてフィルター部内周面近くの粉体密度が高くなっていく。そして、粉体は高密度になるほど（符号Ｐ₀→Ｐ₁→Ｐ₂）通気性が悪くなっていき、特にフィルター部１２２の下部寄りまで移動した粉体Ｐ₂
では、フィルター部内周面近くにおいて高密度の粉体層が厚くなる。このように、フィルター部内周面近くにおいて高密度の粉体層が厚くなると、フィルター部１２２外面からの吸気力が中心寄り（スクリュー軸１２４の外面近く）にある粉体まで届きにくくなる。従って、図４にグラデーション化しているように、フィルター部１２２の内周面に近い部分の粉体は高密度化が進んでいるが、フィルター部内周面から遠い中心側（スクリュー軸１２４に近い部分）に位置する粉体ほど密度が低い状態のままに維持される。

又、上記のように、フィルター部内周面から中心側に遠くなるほど脱気力が低くなることに鑑み、フィルター部１２２の内周面からスクリュー軸１２４の外周面までの距離Ｒ₀を短くするために、フィルター部１２２（オーガー筒体１２１）を細くしたり、あるいはスクリュー軸１２４を太くしたりすることが考えられるが、それらの場合は粉体通路面積が小さくなって、時間当たりの粉体輸送量が少なくなるという欠点がある。

他方、フィルター部内周面とスクリュー軸外周面間の距離Ｒ₀を短くした状態でも粉体通路面積を十分に確保できるようにするために、フィルター部１２２の内径及びスクリュー軸１２４の外径をそれぞれ大きくすることが考えられるが、この場合はオーガー筒体１２１の外径Ｌ₀（図４）が大きくなる。そして、オーガー筒体１２１の下端部外側に装着される袋Ｙの開口部は、閉袋状態では細幅であるので、該袋Ｙを装着する際には袋開口部を大きく開いた状態であてがう必要があり、従って該袋Ｙの装着がしにくくなるという欠点がある。

尚、フィルター部１２２の長さを長くするほど粉体への脱気時間が長くなるが、フィルター部１２２の下部寄り位置では、高密度（通気性が悪い）の粉体層がフィルター部内周面付近で厚くなっているので、フィルター部１２２を例えば上記６００mmより長くしても、その長くした部分における粉体への脱気はほとんど進まない。

ところで、オーガー筒体１２１中を輸送する粉体輸送量（リットル／時間）は、スクリュー棒１２３による粉体輸送面積と、螺旋羽根１２５のピッチと、スクリュー棒１２３の回転スピードとで決まる。そして、後述するように本願との比較をする関係で、必要とする時間当たりの粉体輸送量を約６００リットル／時間とした場合に、図３及び図４に示す従来例の粉体脱気充填機では、各部分の大きさ及び運転スピードをそれぞれ次のように設定している。
(1) スクリュー棒１２３（螺旋羽根１２５）の外径→５９mm
(2) スクリュー軸１２４の外径→３０mm
尚、上記(1)と(2)により、スクリュー棒１２３による実質粉体輸送面積が約２０２７mm²となる。
(3) 螺旋羽根１２５のピッチ→５０mm
(4) スクリュー棒１２３の回転スピード→１００ｒｐｍ
尚、上記(1)〜(4)により、粉体輸送量が計算上、約６０８リットル／時間となる。
(5) オーガー筒体１２１の内径→６０mm
尚、この場合、脱気部分であるフィルター部１２２の内周長さが約１８８mmとなる。
(6) オーガー筒体１２１の内面からスクリュー軸１２４の外面までの距離Ｒ₀→１５mm
(7) オーガー筒体１２１の外径Ｌ₀→６６mm（オーガー筒体の肉厚を３mmとした場合）

特開２００４−９１０１１号公報

ところで、上記図３及び図４に示す従来例の粉体脱気充填機では、オーガー筒体１２１での必要な粉体輸送量（粉体通路面積）を確保するために、フィルター部１２２の内径を６０mmとする一方でスクリュー軸１２４の外径を３０mmとしている。

このようにすると、フィルター部１２２内面の内周長さが約１８８mm（６０mm×π）となって、脱気すべき粉体が接触するフィルター部内面の単位長さ当たりの面積がかなり小さくなる一方、フィルター部１２２の内周面からスクリュー軸１２４の外周面までの距離Ｒ₀が１５mm程度とかなり長くなる。このことは、オーガースクリュー装置１０２のスクリュー棒１２３が１本である関係で、必要な粉体輸送量を確保するとともにオーガー筒体１２１の外径Ｌ₀を大きくしないためには半ば必然的な設計となるものである。

ところが、上記従来例（図３、図４）の粉体脱気充填機のように、フィルター部１２２の内周長さが短く（約１８８mm）、且つフィルター部内周面とスクリュー軸外周面間の距離Ｒ₀が長い（１５mm程度）と、上記のようにフィルター部１２２による単位長さ当たりの脱気面積が小さくなるとともに、フィルター部１２２内の中心寄り付近（スクリュー軸外面寄り付近）を輸送される粉体の脱気率をあまり高くまで上げることができない。

従って、上記従来例（図３、図４）の粉体脱気充填機では、最終的に袋Ｙ内に投入される粉体全体の密度をある程度までしか高めることができないとともに、袋内への粉体充填効率をある程度までした高めることができないものであった。

又、袋内への粉体充填効率が低いと、一定重量の粉体を収容するのに、それに見合う大きさの袋を使用する必要があり、該袋が大きくなって袋コストが高くなるとともにり、粉体収容状態で外形が大きくなるので輸送コスト及び保管コストも高くなるという問題もあった。

そこで、本願発明は、必要な粉体輸送量を確保しつつ、フィルター部における単位長さ当たりの面積を大きくするとともにフィルター部内周面からスクリュー軸外周面までの距離を短くして、粉体脱気効率を一層高めることができるようにした粉体脱気充填機を提供することを目的としてなされたものである。

本願発明は、上記課題を解決するための手段として次の構成を有している。尚、本願発明は、オーガースクリュー装置を使用した粉体脱気充填機を対象としたもので、脱気充填対象として例えば粉ミルクのような微粉末状の粉体に適用されるものである。

本願発明の粉体脱気充填機は、粉体を貯留するタンクの底部に粉体給出用のオーガースクリュー装置を下向き姿勢で連続させている一方、該オーガースクリュー装置のオーガー筒体に多孔質のフィルター部を設け、該フィルター部の外側から脱気装置で吸気してオーガー筒体内を輸送される粉体中の空気を脱気させた後、その脱気済み粉体をオーガー筒体の下端部から放出させるようにしたものである。

オーガー筒体におけるフィルター部は、オーガー筒体の全長に亘って設けたものでも、あるいはオーガー筒体の所定長さ範囲に設けたものでもよい。尚、フィルター部をオーガー筒体の所定長さ範囲に設けたものでも、フィルター部の内面形状とその他のオーガー筒体部分の内面形状とは同形状となっている。

ところで、この種のオーガースクリュー装置を使用した粉体脱気充填機において、粉体の脱気効率を高めるためには、フィルター部の内周長さを長くする（単位長さ当たりの面積を大きくする）ことと、フィルター部内面からスクリュー軸外面までの距離を短くすることが有効である。

そこで、本願発明の粉体脱気充填機では、オーガースクリュー装置として、単一のオーガー筒体内に２本のスクリュー棒を並設したものを使用している。

この場合、両スクリュー棒の各螺旋羽根の一部が軸線方向から見て相互に重合する状態で並設することができる。そして、この場合は、各スクリュー棒の外側を囲繞するオーガー筒体（フィルター部を含む）の横断面形状が、両スクリュー棒の並設方向の中間部対面位置にそれぞれ括れ部を有した略長円形になる。尚、オーガー筒体の横断面形状が略長円形になると、その長径方向は上記図４に示す従来例のものより大きく（長く）なるものの短径方向は該従来例のものより大きくならない（短くできる）。従って、この場合はオーガー筒体の短径方向が大きくならない（短くできる）ので、オーガー筒体の下端部外側に装着される袋の開口部を大きく開かなくてもよい（袋の装着が容易となる）。

本願で使用しているオーガースクリュー装置の具体的構成（各構成要素部分の大きさ）については、後述の実施例で詳しく説明するが、本願のように、単一のオーガー筒体内に２本のスクリュー棒を並設したものでは、１本ごとのスクリュー棒による各粉体輸送面積（螺旋羽根の外径面積からスクリュー軸の外径面積を減じたもの）は比較的小さいものの、全体としての（２本のスクリュー棒での）粉体輸送面積は必要大きさを十分に確保できるものである。

又、このように、単一のオーガー筒体内に２本のスクリュー棒を並設したものでは、両スクリュー棒の外側を囲繞するフィルター部が略長円形となるので、該フィルター部の内周面長さが円形のものより長くできる（脱気面積が広くなる）。

さらに、単一のオーガー筒体内に２本のスクリュー棒を並設したものでは、１本ごとのスクリュー棒（螺旋羽根）の外径を小さくしても、必要とする粉体輸送面積を十分に確保できるので、スクリュー棒の外径を小さくすることにより（当然にフィルター部の短径方向の内径が小さくなる）、フィルター部内面からスクリュー軸外面までの距離（吸気到達距離）を短くできる。

本願発明の粉体脱気充填機では、オーガースクリュー装置として単一のオーガー筒体内に２本のスクリュー棒を並設したものを使用しているが、このようにすると、上記したように１本ごとのスクリュー棒の外径を大きくすることなしに（オーガー筒体の短径方向の内径が大きくならない）オーガー筒体内の粉体輸送面積を大きくできるとともに、フィルター部の内周長さを長くできるので、必要な粉体輸送量を十分に確保しつつ脱気面積を広くできる。

又、本願で使用しているオーガースクリュー装置（単一のオーガー筒体内に２本のスクリュー棒を並設したもの）では、オーガー筒体内に必要とする粉体通路面積を確保した上で、スクリュー棒の外径を小さくする（フィルター部の内径が小さくなる）することができ、その場合はフィルター部内面からスクリュー軸外面までの距離（吸気到達距離）が短くなるので、フィルター部の中心寄り付近（スクリュー軸の外面近傍）を低密度のままで輸送される粉体の量が少なくなる。

従って、本願発明の粉体脱気充填機では、オーガー筒体内を輸送される粉体の脱気効率が良好となり、最終的にオーガー筒体の下端部から袋内に充填される粉体充填率を向上させることができるという効果がある。

又、袋内への粉体充填効率が高いと、一定重量の粉体を収容するのに袋を小さくすることができ、その分、袋コストを安価にできるとともに、粉体収容状態で外形が小さくなるので輸送コスト及び保管コストも安価になるという効果もある。

本願実施例の粉体脱気充填機の縦断面図である。 図１のII-II拡大断面図である。 従来例の粉体脱気充填機の縦断面図である。 図３のIV-IV拡大断面図である。

以下、図１及び図２を参照して本願実施例の粉体脱気充填機を説明する。尚、この実施例の粉体脱気充填機は、例えば粉ミルクのような微粉末からなる粉体を脱気した状態で所定量ずつ袋Ｙ内に充填するのに適したものであるが、粉ミルク以外の粉体にも適用できることは勿論である。
図１に示す実施例の粉体脱気充填機は、未脱気の粉体Ｐ₀を貯留するタンク１の底部に粉体給出用のオーガースクリュー装置２を下向き姿勢で連続させて構成されている。尚、本願実施例における各部分の寸法は、図３及び図４の従来例のものと比較する関係で便宜的に設定したものであり、本願の要旨を変更しない範囲で適宜に設計変更できるものである。

タンク１は、漏斗状の容器部１１の上部に蓋１２を設けたものである。蓋１２には粉体供給通路１３を設けており、該粉体供給通路１３を通して未脱気の粉体Ｐ₀が容器部１１内に供給される。

オーガースクリュー装置２は、図１及び図２に示すように、単一のオーガー筒体２１内に左右２本のスクリュー棒２３，２３を並設したものを使用している。

オーガー筒体２１は、タンク１の底部から下向きに連続させたもので、この実施例では、オーガー筒体２１として１２００mm程度の長さのものを使用している。

各スクリュー棒２３，２３は、それぞれスクリュー軸２４の外周に螺旋羽根２５を所定ピッチで設けたものである。そして、この両スクリュー棒２３，２３は、軸線方向から見て各側の螺旋羽根２５，２５の一部が相互に重合する状態で、オーガー筒体２１内に並設されている。

各スクリュー棒２３，２３は、各スクリュー軸２４，２４の上部をそれぞれ上方に延出させて、該各スクリュー軸２４，２４の上部をタンク１の蓋１２部分におていそれぞれ軸受２６，２６で支持している。そして、この各スクリュー棒２３，２３は、単一のモータ２０によって同方向に同期回転せしめ得るようになっている。尚、他の実施例では、各スクリュー棒２３，２３を別々のモータ２０で相互に同期駆動させるようにしてもよい。

オーガー筒体２１は、両スクリュー棒２３，２３の各螺旋羽根２５，２５の外端から微小間隔（例えば０.５mm間隔）を隔てて近接するような形状となっている。即ち、このオーガー筒体２１は、図２に示すように、各スクリュー棒２３，２３の外側を微小間隔を隔てて囲繞する２つの円弧部２１ａ，２１ａを有し、該両円弧部２１ａ，２１ａを一体結合させた横断面略長円形の形状となっている。尚、このオーガー筒体２１の長径方向の中間部には対向する位置にそれぞれ括れ部２１ｂ，２１ｂが設けられていて、オーガー筒体２１の内周面全体が左右のスクリュー棒２３，２３の各外端（螺旋羽根２５の外端）に微小等間隔を隔てて近接している。

オーガー筒体２１の上半部には、多孔質のフィルター部２２を設けている。このフィルター部２２は、オーガー筒体２１の一部を構成するものであり、該オーガー筒体２１の上端から例えば６００mm程度の長さ範囲に設けている。このフィルター部２２には、その全面に無数の微小孔を有しているが、この微小孔は空気を通過させ得るものの粉体粒子の通過を阻止する程度の大きさである。そして、このフィルター部２２も、その全内周面が各スクリュー棒２３，２３の螺旋羽根２５の外端に微小間隔（例えば０.５mm間隔）を隔てて近接するように設置されている。

フィルター部２２の外周部には、脱気装置３を設けている。この脱気装置３は、フィルター部２２の外周部を適宜間隔の脱気室３２を隔ててカバー体３１で囲繞し、脱気室３２内の空気を吸気管３３を介して吸引機３４で吸引する（図１の符号Ａ）ことにより、フィルター部２２を通してオーガー筒体２１内を輸送される粉体（符号Ｐ₀〜Ｐ₂）中の空気を脱気室３２内に吸引（図２の符号Ａ）するものである。

この実施例で使用されているオーガースクリュー装置２は、単一のオーガー筒体２１内に２本のスクリュー棒２３，２３を並設したものであるが、このように構成したものでは、オーガー筒体２１（及びフィルター部２２）の横断面形状が図２に示すように中間部にそれぞれ括れ部２１ｂ，２１ｂを有した略長円形になる。

ところで、本願実施例のオーガースクリュー装置２と従来例（図４）のオーガースクリュー装置１０２とを比較する関係で、この実施例（図２）のオーガースクリュー装置２の各部分の寸法及び運転スピードを以下のように設定している。
(1-1) 各スクリュー棒２３（螺旋羽根２５）の外径→４３mm
(2-1) 各スクリュー軸２４の外径→２４mm
尚、上記(1-1)と(2-1)により、両スクリュー棒２３，２３による実質粉体輸送面積が約２０００mm²となる。
(3-1) 螺旋羽根２５のピッチ→５０mm
(4-1) スクリュー棒２３の回転スピード→１００ｒｐｍ
尚、上記(1-1)〜(4-1)により、粉体輸送量が計算上、約６００リットル／時間となる。
(5-1) オーガー筒体２１の各円弧部２１ａの内径→４４mm
尚、この場合、脱気部分であるフィルター部２２の内周長さが約２１７mmとなる。
(6-1) オーガー筒体２１の円弧部２１ａ内面からスクリュー軸２４の外面までの距離Ｒ₁→９.５mm
(7-1) オーガー筒体２１の短径方向の外径Ｌ₁→５０mm（オーガー筒体の肉厚を３mmとした場合）。

上記の各寸法に設定したオーガースクリュー装置２では、粉体輸送量として必要とされる６００リットル／時間を確保した上で、脱気面積となるフィルター部２２の内周長さが約２１７mm（図４の従来例の約１１５％）となり、且つオーガー筒体２１の円弧部２１ａ内面からスクリュー軸２４の外面までの距離Ｒ₁が９.５mm（図４の従来例の約６３％）となって、従来例（図４）に比較していずれも脱気効率が向上する側に変化させることができる。

従って、この実施例の粉体脱気充填機に使用されたオーガースクリュー装置２では、オーガー筒体２１内を輸送される粉体（Ｐ₀〜Ｐ₂）の脱気効率が良好となり、最終的にオーガー筒体２１の下端部から袋Ｙ内に充填される粉体充填率を向上させることができる。尚、図１において、符号Ｐ₀→Ｐ₁→Ｐ₂と進むほど粉体中の脱気率が高まっていることを示している。

又、オーガー筒体２１の短径方向の外径Ｌ₁が５０mm（図４の従来例の約７６％）程度の小径であるので、オーガー筒体２１の下端部外側に袋Ｙを装着する際にその開口部を大きく開かなくてもよい（袋の装着が容易となる）。尚、オーガー筒体２１の長径方向の外径は従来例（図４）のものより大きくなっているが、袋Ｙの開口部は細幅ではあるが左右に長いので、オーガー筒体２１の長径方向の外径が大きくても、袋Ｙをオーガー筒体２１の下端部外側に装着する際の支障になることはない。

さらに、袋Ｙ内への粉体充填効率が高いと、一定重量の粉体Ｐ₂を収容するのに袋Ｙを小さくすることができ、その分、袋コストを安価にできるとともに、粉体収容状態で外形が小さくなるので輸送コスト及び保管コストも安価になる。

１はタンク、２はオーガースクリュー装置、３は脱気装置、２１はオーガー筒体、２２はフィルター部、２３はスクリュー棒、２４はスクリュー軸、２５は螺旋羽根、３２は脱気室、３４は吸引機、Ｐ₀〜Ｐ₂は粉体である。

Claims (1)

1. 粉体を貯留するタンクの底部に粉体給出用のオーガースクリュー装置を下向き姿勢で連続させている一方、該オーガースクリュー装置のオーガー筒体に多孔質のフィルター部を設け、該フィルター部の外側から脱気装置で吸気してオーガー筒体内を輸送される粉体中の空気を脱気させた後、その脱気済み粉体をオーガー筒体の下端部から放出させるようにした粉体脱気充填機であって、
   前記オーガースクリュー装置は、単一のオーガー筒体内に２本のスクリュー棒を並設したものを使用している、
   ことを特徴とする粉体脱気充填機。

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