JP2013139337A - 粉粒体の散布方法及び散布装置並びにそれを用いた発熱体の製造方法 - Google Patents

粉粒体の散布方法及び散布装置並びにそれを用いた発熱体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】連続搬送される基材上に散布する粉粒体の散布量が均一化する粉粒体の散布方法、それに用いられる散布装置、及びそれを用いた発熱体の製造方法を提供する。
【解決手段】粉粒体を一時貯留する供給部から前記粉粒体をスクリューフィーダで連続的に切り出し、切り出した粉粒体を落下させて振動搬送部で受け取り、該振動搬送部が備える振動体の振動で前記粉粒体を分散させながら搬送し、前記振動搬送部の散布口から前記粉粒体を前記基材上に連続散布する粉粒体の散布方法及びそれに用いられる散布装置及びそれを用いた発熱体の製造方法。
【選択図】図1

Description

本発明は、粉粒体、特に潮解性や吸湿性の高い粉粒体の散布方法及び散布装置並びにそれを用いた発熱体の製造方法に関する。
従来、連続搬送される基材上に、粉粒体を定量的に供給する方法及びその装置について工夫されたものが種々ある。例えば特許文献1には、粉体供給機(スクリューフィーダ)から供給された粉粒体の連続流の一部をバキュームで吸引することにより、粉粒体を間欠的に散布する転写式粉粒体散布装置が開示されている。
また、特許文献2には、供給装置、スクリューフィーダからなる搬出装置、継ぎ手手段及び計量装置を有する粉粒体定量供給搬出装置が開示されている。前記継ぎ手手段は、スクリューフィーダの上流にあって、バイブレータによって振動するようにされている。また前記継ぎ手手段は、供給装置の取り出し口から分離されている。これにより、スクリューフィーダに供給される粉粒体の固形化を防止できるとされる。そして、バイブレータやスクリューフィーダの振動が継ぎ手手段から供給装置へ伝わりにくいので、計量装置が供給装置の粉粒体の減少量を適切測定でき、粉粒体を精度よく供給できるとされる。
しかし、これらの技術は、潮解性や吸湿性が高く凝集しやすい粉粒体、あるいは少しの圧力でも塊となり易い性質の粉粒体の供給を想定するものではなく、その防止は特別考慮されていない。
特開平04−341368号公報 特開平11−153473号公報
散布する粉粒体が僅かな圧力で固まるものや、塩化マグネシウムを含む食塩(塩化ナトリウム)などの潮解性の高いもの、高吸水性ポリマーなどの吸湿性の高いものである場合、搬送工程において、機械の圧力や空気中の水分の吸収によって凝塊してしまうことがある。特に、搬送工程がスクリューフィーダによってなされる場合、粉粒体の塊がスクリューに噛んでその回転速度を狂わせてしまうことがある。スクリューフィーダによる単位時間あたりの切り出し量は、スクリューの保持できる粉粒体の体積(スクリューのピッチ間距離や山の深さによって変動)及びスクリュー回転速度によって決まるので、その回転速度の狂いは粉粒体の連続的な定量搬出を乱す。これでは、連続搬送される基材に対する粉粒体の散布量にムラが生じて好ましくない。
そこで本発明は、連続搬送される基材上に散布する粉粒体の散布量が均一化し、散布量を制御し得る粉粒体の散布方法及び散布装置、並びにそれを用いた発熱体の製造方法に関する。
本発明は、連続搬送される基材上に粉粒体を散布する方法であって、粉粒体を一時貯留する供給部から前記粉粒体をスクリューフィーダで連続的に切り出し、切り出した粉粒体を落下させて振動搬送部で受け取り、該振動搬送部が備える振動体の振動で前記粉粒体を分散させながら搬送し、前記振動搬送部の散布口から前記粉粒体を前記基材上に連続散布する粉粒体の散布方法を提供するものである。
また本発明は、粉粒体の供給部と、該供給部からの粉粒体を搬送し散布する搬送部とを備える粉粒体の散布装置であって、前記搬送部は、前記供給部内から粉粒体を切り出すスクリューフィーダと、該切り出された粉粒体を振動によって分散しながら搬送する振動搬送部とを有する粉粒体の散布装置を提供するものである。
さらに本発明は、基材を連続搬送して、該基材上に、前記粉粒体の散布装置を用いて電解質の粉粒体を散布する工程と、前記電解質を含まず、かつ非酸化性金属の粒子及び水を含む塗料を塗工する工程とを、この順、逆順、又は同時に行う発熱体の製造方法を提供するものである。
本発明の粉粒体の散布方法及び散布装置、並びにそれを用いた発熱体の製造方法は、連続搬送される基材上に散布する粉粒体の散布量が均一化し、散布量を制御し得るという優れた効果を奏する。
本発明の粉粒体の散布装置の好ましい一実施形態(第1実施形態)を示した構成図である。 図1のスクリューフィーダ及び振動搬送部の位置関係を示した構成図である。 第1実施形態のスクリューフィーダから振動搬送部への粉粒体の受け渡しの様子を示した部分拡大斜視図である。 第1実施形態の装置を用いた粉粒体の散布方法を示したフローチャート図である。 本発明に係る発熱体の製造方法の好ましい一実施形態として、その製造工程を模式的に示す説明図である。 図5の発熱体の製造方法において幅方向に発熱体が並列する場合の粉粒体の散布する様子を模式的に示す説明図である。 本発明の粉粒体の散布装置の別の好ましい一実施形態(第2実施形態)を示した構成図である。 第2実施形態のスクリューフィーダから振動搬送部への粉粒体の受け渡しの様子を示した部分拡大斜視図である。 本発明の粉粒体の散布装置のさらに別の好ましい一実施形態(第3実施形態)を示した構成図である。 第3実施形態の振動搬送部における振動制御方法を示したフローチャート図である。
本発明をその好ましい一実施形態に基づいて以下に説明する。
まず、本発明の粉粒体の散布方法に用いられる好ましい散布装置の一実施形態(第1実施形態)について、図1及び図2を参照しながら以下に説明する。図1は、第1実施形態の粉粒体の散布装置100を示した構成図である。図2は、図1の装置のスクリューフィーダ及び振動搬送部の位置関係を示した構成図である。図3は、第1実施形態のスクリューフィーダから振動搬送部への粉粒体の受け渡しの様子を示した部分拡大斜視図である。
本実施形態の粉粒体の散布装置100は、大きく貯蔵部10、供給部20及び搬出部30に区分される。
貯蔵部10は、供給部20の上流(上方)に配置され、貯蔵タンク11、粉粒体の配給パイプ12、並びに配給パイプ12内の第1バタフライ弁13、ロータリーバルブ14、及び第2バタフライ弁15を有する。貯蔵タンク11内にある集積粉粒体M1は、配給パイプ12を通って下方の供給部20へと配給される。その配給量及び配給のタイミングは、第1バタフライ弁13、ロータリーバルブ14、及び第2バタフライ弁15の開閉によって調整される。
供給部20は、集積粉粒体M1の一部を一時貯留しつつ搬出部30へと供給するためのホッパからなる(以下、供給部20をホッパ20ともいう。)。ホッパ20には、貯留本体部21と、貯留本体部21に対して、集積粉粒体M1の配給受け口22、貯留本体部21内の貯留粉粒体M2を攪拌するアジテータ23、貯留粉粒体M2の供給口24が備えられている。なお、供給部20は、図1に示すように、貯蔵部10から粉粒体が配給されるよう、配給受け口22に貯蔵部10の配給パイプ12が挿入されているが、配給パイプ12と配給受け口22とは接合されていない。供給口24は、貯留本体部21の半球形状の底面の外壁がなく開口された部分である。この位置に後述のスクリュー31が入り込んで粉粒体M2と直接接触するようにされている。ホッパ20は、前述の配給パイプ12から配給される集積粉粒体M1を配給受け口22から受けて貯留本体部21で所定量(所定高さ)まで貯留粉粒体M2として貯留しておくことができる。散布装置100の稼働時には、後述のスクリューフィーダ3が回転することで供給口24を介してホッパ20内の貯留粉粒体M2を一定量ずつスクリューフィーダ3へと供給する。また稼働時には、アジテータ23が回転しホッパ20内の貯留粉粒体M2を攪拌する。
ホッパ20においては、図1に示すように、上方の配給受け口22から集積粉粒体M1の一部が落下するようにして積み上がり、積み上げられた貯留粉粒体M2の堆積圧による推進によって、下方の供給口24から貯留粉粒体M2が一定量ずつ切り出され供給される。この場合、貯留粉粒体M2が圧力を利用しつつも出過ぎないよう、ホッパの形状は、供給口へ向かって狭まる先細り形状であることが好ましい。また、貯留粉粒体M2は配給されたものから順に供給されることが、粉粒体の品質保持の観点から好ましい。特に潮解性や吸湿性の高いものである場合は、凝塊しないよう内部に止まり続けないことが好ましい。正常な粉粒体の供給を妨げる現象として、粉粒体の排出がファンネルフローの状態になったり、貯留本体部21内でブリッジやラットホールが形成されたりすることが挙げられるが、この解消としてアジテータ23の攪拌が効果的である。なお、アジテータ23の駆動は、後述のスクリューフィーダの駆動部35でなされてもよいし、アジテータ23用に別途設けた独立した駆動部(図示せず)によってなされてもよい。
搬出部30は、供給部20にある貯留粉粒体M2を連続的に切り出すスクリューフィーダ3と切り出した粉粒体M3を振動によって徐々に分散させ搬送する振動搬送部4とを有する(図3参照)。
スクリューフィーダ3は、螺旋状のスクリュー31、スクリュー31を覆う外壁部32、貯留粉粒体M2の取り込み口33、円筒状の排出口34、スクリュー31を回転させる駆動部35、及び駆動部35を制御するスクリュー制御部36を有する。スクリュー31は取り込み口33から略水平方向に長さをもつ。スクリュー31は、駆動部35と接続されてその動力で回転する。この螺旋状のスクリュー31の回転によって、供給部20にある貯留粉粒体M2が小分けに切り出され、外壁部32内でスクリューの長手方向へと搬送される。そして、スクリュー端部にある排出口34から粉粒体M3が連続的に排出される。排出口34は、外壁部32の下端よりも下方へと突き出しており、粉粒体M3を鉛直方向に落下させ易くしている。
螺旋状のスクリュー31による粉粒体の小分け切り出しによって、貯留粉粒体M2がそれ自身の堆積圧でいっきに押し出されることを防止できる。そして切り出された粉粒体M3の振動搬送部4への排出量を制御できる。これにより、振動搬送部4での分散をし易くし効果的なものとすることができる。排出口34から排出される粉粒体M3の単位時間(△T)あたりの排出量(△K)は、主にスクリューの回転速度(P)等に左右される。スクリュー31の回転速度(設定値)(P)は、粉粒体M3の単位時間(△T)あたりの目標排出量(△K)に合わせて設定される。回転速度(P)に沿って実際の回転速度(P)が安定することで切り出し量の均一化が保持され得る。しかし、切り出し対象の粉粒体が、例えば、潮解性や吸湿性のものである場合、回転するスクリューフィーダ内でも凝集や潮解が起こり、塊となり易い。粉粒体の塊をスクリュー31が噛むことで回転速度を遅らせる原因となる。この場合、スクリュー31は噛んだ塊を破砕しようとして回転速度が減速し、他方、破砕後はその反力でスクリュー31が軽くなって回転速度が一時的に上昇してしまう。その結果、スクリュー31の回転速度がブレて、単位時間(△T)あたりの粉粒体M3の排出量(△K)に経時的にムラができ均一化が阻害される。スクリュー回転速度の増減による単位時間(△T)あたり排出量(△K)のブレは、時間の区切り方にもよるが、例えば、1秒単位あるいは0.2秒単位で区切った場合、工場の生産ラインで連続搬送される基材に対してはより精度の高い散布が求められる。
そこで、本実施形態の装置100においては、搬送部30がスクリューフィーダ3と振動搬送部4とを組み合わせてなることで切り出された粉粒体M3の排出ムラを解消して均一化し、再び凝塊させずに基材80上に好適に散布することができる。
振動搬送部4は、粉粒体M3が落下した状態の粉粒体M4を分散させながら搬送する搬送体としてのトラフ41、トラフ41を振動させる振動体42、及び振動制御部45を有する。振動搬送部4は、スクリューフィーダ3の排出口34とは分離して下方に位置している。トラフ41は粉粒体の搬送方向に沿う横長形状であり、上方が開放された凹部を有する。トラフ41の一端側の下方に振動体42が配置され、その位置で両者が固定されている。振動体42が配置されたトラフ41の上方には、スクリューフィーダ3の排出口34が配されている。このトラフ41の一端側が、排出口34から落下する粉粒体M3の受け取り位置43となる。受け取り位置43で受け取られた粉粒体M4は、振動体42の振動によってトラフ41とともに振動して分散し、トラフ41の他端側へと水平方向に進む。このトラフ41の他端は、振動体42の振動によって均等に分散した粉粒体M7を、連続搬送される基材80上に均等に散布するための散布口44となる。トラフ41及び散布口44の幅は、スクリューフィーダの排出口34の幅より広く形成されている。トラフ41は、受け取り位置43で振動体42に固定されて散布口44で固定されない、片持ち梁の状態である。これにより、振動体42の振動が、トラフ41の受け取り位置43から散布口44へ徐々に増幅されて伝搬し、トラフ41上にある粉粒体M4が好適に分散しながら散布口44へと進行する。そして均等に分散され平らにならされた粉粒体M7として基材80上に散布される。また、スクリューフィーダの排出口34の幅より振動搬送部4のトラフ41及び散布口44の幅が広く形成されていることにより、スクリュー31によって定量が切り出された粉粒体が幅方向に拡散し均一に散布される。基材80はシート状であり、その幅は散布口44の幅より広く形成されている。以下、基材80を基材シート80ともいう。
本実施形態において、トラフ41の受け取り位置43及び振動体42は、排出口34と鉛直線(j)上に配置されている(図2(a)参照)。これにより、スクリュー31で切り出された粉粒体M3の自重による落下衝撃力と振動体42による振動の力とが組み合わさり相乗的な分散力となる。この配置がトラフ41上での粉粒体M4の分散には効果的である。なお、トラフ41の受け取り位置43及び振動体42と排出口34とが鉛直線上にあるとは、トラフ41の受け取り位置43及び振動体42と排出口34とが略鉛直線上にあることも含む。略鉛直線上とは、落下と振動とによる相乗的な分散力が効果的に奏されるよう、受け取り位置43、振動体42及び排出口34が重なる配置である。この場合、振動体42の上面中心点が排出口34及び受け取り位置43と鉛直線上にある必要はなく、振動が効果的に伝わる程度にその一部が重なる配置であればよい。
さらに振動搬送部4の受け取り位置43から散布口44までの粉粒体の搬送方向に対し、これと直交する方向に沿ってトラフ41を正面視したときに、受け取り位置43の幅中心位置とスクリューフィーダの排出口34の幅中心位置とが一致する配置とされている。なお前記搬送方向と直交する方向とは、搬送方向と同一水平面における直交方向であり、粉粒体の流れ方向をMD方向(Machine Direction)としたときのCD方向(Cross Direction)である。より具体的は、図2(b−1)に示すように、振動搬送部4のトラフ41の受け取り位置43の幅の中央線jと排出口34付近の幅の中央線jとが一致する。これにより、前記衝撃により分散し始めた粉粒体M4がトラフ41上で幅方向(CD方向)に均等に拡がり易く好ましい。なおスクリュー31は1軸の場合に限らず2軸あるいはそれ以上の場合がある。その場合であっても、図2(b−2)に示すように、複数のスクリューを合わせた排出口34の幅の中央線jと受け取り位置43の幅の中央線jとが一致する。なお、受け取り位置43の幅中心位置とスクリューフィーダの排出口34の幅中心位置とが一致するとは、受け取り位置43の幅中心位置とスクリューフィーダの排出口34の幅中心位置とが略一致する場合をも含む。略一致するとは、受け取り位置43の幅方向中央付近で粉粒体M4が受け取られる範囲で両者が実質的に一致することをいう。
本実施形態におけるトラフ41は直方体形状であるが、本発明の搬送体としてはこれに限らず、受け取り位置43から粉粒体を好適に分散して散布口44で均等に散布できる形状を任意に採用することができる。例えば、搬送体の平面視形状として、台形形状であってもよく、受け取り位置43から散布口44に近づくにつれて幅が広がる形状や、逆に幅が狭まる形状であってもよい。また、搬送体の全体が円弧形状になっていてもよい。さらに本実施形態におけるトラフ41の上方はすべて開放されたものであるが、これに限らず、例えば受け取り位置43以外の上方が塞がれたものであってもよい。
振動体42の振動は、振動制御部45が制御する振幅(r)及び周波数(h)によって調整されるが(図1の符号605参照)、振幅や振動数(周波数によって変動)が大きすぎると、粉粒体がうまく分散しきれないまま散布口44に到達してしまう。逆に振幅や振動数が小さすぎると、粉粒体がトラフ41上で前進できず滞留してしまう。また、振動体42の振幅(r)及び周波数(h)の好適な設定は、トラフ41の長さ(n)及び幅(n)との関係によって任意に設定することができる。これらのトラフ41の長さ(n)及び幅(n)、並びに振動体42の振幅(r)及び周波数(h)の関係は、要求される粉粒体の散布量のレベルによっても異なるため一義的に定められないが、最も効率よくトラフ41が振動するよう、振動体42の周波数(h)をトラフ41の固有振動数と一致するように設定し、その後にトラフ41の散布口44付近で粉粒体の均一な分散が完了するように振動体42の振幅(r)を設定するのが好ましい。このようにすることで、トラフ41上で粉粒体が滞留することなく、かつ均一に分散した粉粒体を基材80上に散布できる。
なお、前述の周波数(h)設定の基準となるトラフ41の固有振動数は、この種の装置に用いられる方法を用いて測定でき、例えば、加速度計とFFT(高速フーリエ変換)アナライザを組み合わせて測定される。より詳細には、トラフ41の先端に加速度計を取り付けて振動波を収集し、FFTアナライザでFFT周波数解析を行う。これにより固有振動数付近に波長ピークが現れる。また、散布口44付近で粉粒体の均一な分散が完了するように振幅(r)を設定する方法は、例えば、散布口44を直接目視して調整してもよく、散布口44から落下する粉粒体をCCDカメラで検知して、粉粒体の画素分布が幅方向で均一になるように振幅を設定してもよい。さらに、振動体42によるトラフ41の振動をより効率的なものとするため、トラフ41上の粉粒体が滞留せずにできるだけ少ない(軽い)ほうがよく、できるだけ早く散布口44まで到達した方がよい。このため、散布口44付近で粉粒体が広がりきる状態が、もっとも速く到達しつつ、均一に分散している状態となり好ましい。そのための設定方法としては、例えば、粉粒体が分散しきれないような速い振幅から始めて徐々に振幅を(r)小さくしていき、散布口44付近で広がりきる振幅(r)を設定する方法が挙げられる。また、周波数(h)と振幅(r)の設定後に散布量の補正をリニアに行う場合、トラフ41の固有振動数によって振動の具合が大きく左右される振動体42の周波数(h)を調整するよりも、振動体42の振幅(r)を調整する方がリニアな調整が効くため好ましい。
以上のとおり、本実施形態の粉粒体の散布装置100において、スクリューフィーダ3と振動搬送部4との組み合わせが粉粒体の均等散布に好適である。つまり、スクリューフィーダ3がホッパ20内の粉粒体を小分けに切り出して粉粒体の押進圧力を適度に緩和し、その後の分散をし易くする。そして、スクリュー31の回転速度(P)の変動等による粉粒体M3の排出量(△K)のブレが生じても、その後の振動搬送部4がこれを受けてブレを調整するよう振動によって粉粒体を効果的に分散し均一散布できる。また、スクリューフィーダ3の排出口34と振動搬送部4の受け取り位置43との配置により、振動搬送部4における振動部42の振動が直接的に落下した粉粒体M4に伝わり易く、トラフ41の幅で粉粒体が偏りなく均等に分散され得る(分散粉粒体M5→M6)。加えてトラフ41の片持ち梁で振動を搬送方向に増幅させて粉粒体の分散と搬送とがバランスよく実現される。これにより、粉粒体M4の滞留や凝塊が防止され、粉粒体M7の迅速かつ効率的な均等散布が実現される。さらに回転速度(P)のみの設定でなく、これと振幅(r)及び周波数(h)とを組み合わせて設定することで、散布量として要求される様々なレベルに応じたより精度の高い粉粒体の均等散布を達成することができる。
さらに本実施形態の粉粒体の散布装置100において、下記のような制御機構があると、より精密な粉粒体M7の散布とすることができ好ましい。この点を以下に説明する。
散布装置100は、第1計量手段5を備える。第1計量手段5は、スクリュー制御部36、及び粉粒体供給量制御部16と電気的に接続されている。第1計量手段5として、例えば電気式計量器を用いることができ、具体的には、ロードセル式計量器や電磁式計量器、音叉式計量器等を用いることができる。
第1計量手段5は、供給部20、スクリューフィーダ3、及びこれら内部にある粉粒体の全質量(K)を連続して計量する。スクリュー制御部36は、第1計量手段5から連続計量した複数のデータを受信して(図1の符号601参照)、これをもとに、時間に対する計量値の全質量(K)の変化率、つまり粉粒体M3の単位時間(△T)あたり減少量(排出量)(△K)を算出する。そして、スクリュー制御部36は、算出した減少量(排出量)(△K)と予め定められた粉粒体M3の単位時間(△T)あたりの目標排出量(△K)とを比較し、両者が一致するよう駆動部35へ指示してスクリュー31の回転速度を制御する(図1の符号602参照)。たとえば、△K>△Kならスクリュー31の回転速度(P)を遅らせ排出量を抑制し、△K<△Kならスクリュー31の回転速度(P)を速めて排出量を上げる。
粉粒体M3の単位時間(△T)あたりの減少量(△K)は、例えば、以下の式(1)に基づいて算出することが好ましい。さらに、△Kと△Kとの偏差ε(=△K−△K)の許容幅は、質量比で目標排出量△Kの±1%未満が好ましく、これを超える偏差εが生じた場合の回転速度の増減は、下記式(2)に基づいて行うことが好ましい。下記式(2)はPI(Proportional Integral)制御の式であり、偏差εが0になるようにスクリュー31の回転速度(P)を変更する。具体的には、偏差εが発生した場合、偏差εの100/K倍の回転速度の修正を瞬時に行い(以降、比例動作という。)、比例動作による回転速度の修正と同じ値の修正を積分定数Kの時間を掛けて実行する。なお、PI制御では、まず、P動作で偏差に対して一定の比率の補正量を加える(以下、オフセットという。)。このP動作のオフセットだけでは目標値からの残留偏差が残るので、I動作で目標値からの残留偏差を無くすよう調整する。これにより、スクリューフィーダにおける切り出し量のブレの抑制に効果的である。
△K=(Ktn−Kt(n+ΔT))・・・・・・式(1)
tn=ある時点での計量値の全質量
t(n+ΔT)=KtnよりΔT経過した時点での計量値の全質量
回転速度の変化量(%)=(100/K)*{ε+(1/K)∫εdt}・・式(2)
=比例定数
=積分定数
ε=△K−△K
また粉粒体供給量制御部16は、第1計量手段5が連続計量した複数のデータを受信して(図1の符号603参照)、供給部20、スクリューフィーダ3、及びこれら内部にある粉粒体の全質量(K)の減少推移を把握する。これをもとに、ホッパ20への粉粒体の配給の要否を判断する。具体的には、計量値が目標下限量(Kmin)を下回った場合に貯蔵部10から粉粒体を配給し、目標上限量(Kmax)で配給を止める。この粉粒体の配給は、粉粒体供給量制御部16による貯蔵部10のロータリーバルブ14、第1バタフライ弁13及び第2バタフライ弁15の制御によりなされる(図1の符号604参照)。なお、各計量値(K)に貯蔵部10の質量が含まれないよう、ホッパ20と貯蔵部10の配給パイプ12とは非接触の状態とされている。
この全質量(K)の減少の把握は、間接的にホッパ20内の貯蔵粉粒体M2の残量、ホッパ20内の貯蔵粉粒体M2の堆積レベルを把握することにつながる。この堆積レベルは、粉粒体M2の堆積圧力のレベルを示し、スクリューフィーダによる粉粒体の切り出し易さのレベルを示す。したがって目標下限量(Kmin)は、スクリューフィーダの切り出しにおいて許容できる堆積レベルに相当する全質量(K)の下限量である。また目標上限量(Kmax)は、その許容できる堆積レベルに相当する全質量(K)の上限量である。この観点から、目標下限量(Kmin)は、供給部20及びスクリューフィーダ3の装置自体の質量並びにスクリューフィーダ内に取り込まれる粉粒体の一定量の合計(K)に、ホッパ20の容量の2%以上40%以下に相当する粉粒体の質量を加えた値とすることが好ましく、30%以上40%以下に相当する粉粒体の質量を加えた値とすることがさらに好ましい。また、目標上限量(Kmax)は、(K)にホッパ20の容量の50%以上100%以下に相当する粉粒体の質量を加えた値とすることが好ましく、50%以上60%以下に相当する粉粒体の質量を加えた値とすることがさらに好ましい。なお前述の「スクリューフィーダ内に取り込まれる粉粒体の一定量」とは、粉粒体の散布装置の稼働時においても常にスクリューフィーダ内の存在する粉粒体の質量のことである。またホッパ20の容量とは、ホッパ20内部に入れることのできる粉粒体の質量であり、ホッパ自体の重量は含まない。
次に、本発明の粉粒体の散布方法及び該散布方法を用いた発熱体の製造方法の好ましい実施形態について、図1、4及び5を参照して、詳細に説明する。図4は、第1実施形態の粉粒体の散布装置100を用いた粉粒体の散布方法を示したフローチャート図である。図5は、本発明に係る発熱体の製造方法の好ましい一実施形態として、その製造工程を模式的に示す説明図である。
ここで扱う粉粒体としては、例えば、発熱体に用いられる、50μm以上1000μm以下の平均粒径の固体状態の電解質である。より具体的には、発熱体に含有される被酸化性金属の粒子の表面に形成された酸化物の溶解が可能なものである。その例としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属又は遷移金属の塩化物が好ましく用いられ、特に塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化第一鉄、塩化第二鉄が好ましく用いられる。この電解質の粉粒体を、連続搬送される長尺の基材シート80上に所定坪量で均一に散布する。このような電解質を散布して製造される発熱体からなる発熱具は、主に体の特定の部位(肩、首、顔、目元など)の加温に好適に用いられもので、比較的その面積は小さい。この小さな発熱体に対して所定の坪量で電解質を含有させることが、発熱体の発熱特性(所定温度の安定的継続、所定温度へ上昇時間の短縮など)などの製品品質に必須となる。その発熱体の場合における電解質の坪量は、例えば、4g/m以上80g/m以下、とりわけ5g/m以上30g/m以下である。しかも発熱体は連続搬送される基材シート80で製造されたものを小さく裁断して得られるため、電解質の散布は、単位時間あたりの散布坪量を精度よく均一化しなければならない。
本実施形態の粉粒体の散布方法は、潮解性や吸湿性が高く搬送工程で凝塊しやすい粉粒体の散布量の均一化に好適である。またこの散布方法を用いた発熱体の製造方法は、発熱特性が均一化し得る発熱体を好適に得ることができる。
まず、本発明の粉粒体の散布方法について、粉粒体の散布装置100を用いた粉粒体の散布方法に基づいて説明する。
本実施形態においては、図4の基本フローに示すように、粉粒体M3の均一散布のための数値設定を各制御部に入力する(ステップS1)。具体的には、スクリュー制御部36に対して、粉粒体M3の単位時間(△T)あたりの目標排出量(△K)とスクリュー31の回転速度(P)とPI制御に用いる比例定数(K)と積分定数(K)とを入力する。また粉粒体供給量制御部16に対して、目標下限量(Kmin)と目標上限量(Kmax)とを入力する。さらに振動制御部45に対して、振動体42の振幅(r)及び周波数(h)を入力する。この場合、スクリュー31の回転速度(P)は粉粒体M3の単位時間(△T)あたりの目標排出量(△K)となるよう設定し、該目標排出量(△K)を好適に分散させて散布できる振動体42の振幅(r)及び周波数(h)を設定する。
次に、前記入力された設定値に基づいて、スクリュー制御部36及び振動制御部45を稼働させる。スクリュー制御部36は駆動部35を介してスクリューを回転開始させ(図1の符号602)、振動制御部45は振動体42を振動開始させる(図1の符号605)(ステップS2)。その際、駆動部35は、供給部20のアジテータ23をスクリュー31の回転と連動させて回転させる。アジテータ23の駆動用に独立した駆動部を備える場合は、その駆動部はスクリュー31の回転と連動するよう、アジテータ23を回転させる。
そして、第1計量手段5による供給部20及びスクリューフィーダ3の計量を開始する(ステップS3)。なお本実施形態において、この第1計量手段5による計量の開始は、前記のステップ2の後に行うものとして示したが、これに限らず、同時でもよく、あるいは該計量がステップS2の前であってもよい。いずれの場合においても、運転開始初期時の粉粒体を含む供給部20及びスクリューフィーダ3の全質量が適切に計量できるタイミングであればよい。
第1計量手段5による計量値(K)がステップS1で入力した目標下限量(Kmin)を下回らない限り、スクリュー制御部36はスクリュー31の回転速度(P)を維持させる。一方、スクリュー回転速度(P)を維持するように制御した場合に、前述のとおり粉粒体の塊によるスクリュー回転速度の変動が生じ得る。本発明においては、この場合でも搬送部30がスクリューフィーダ3と振動搬送部4を組み合わせた工程であり、スクリュー31の回転速度(P)と振動体42の振幅(r)及び周波数(h)との組み合わせにより、粉粒体の散布量の均一化が図られる。特に本発明においては、スクリューフィーダ3の排出口34から切り出された粉粒体M3をそのまま落下させてトラフ41の受け取り位置43の直下の振動体42で直接振動させる(図2参照)。このように、粉粒体M3からM4までの落下衝撃力と振動の力とが効果的に組み合わされて粉粒体をより分散させやすい。さらにスクリューフィーダ3の幅方向中心位置が振動搬送部4のトラフ41の幅中心位置と略一致する配置であるので(図2参照)、幅方向のどちらかに粉粒体M4が偏ることなく、均等に分散させやすい。そして振動搬送部4は、スクリューフィーダ3で切り出しして落下させた粉粒体M4を粉粒体M5からM6へと散布直前まで振動させ分散させる。これにより、スクリューフィーダ3と振動搬送部4との組み合わせで、潮解性や吸湿性の高い粉粒体であっても、凝塊することなく均等に連続搬送される基材80上に粉粒体M7として均等に散布することができる。
これに加え、図4の運転制御モード(A)に示すように、前記変動に対してスクリュー制御部36が、前記計量値(K)に基づいてスクリュー31の回転速度(P)を調整するフィードバック制御を行えば、スクリューフィーダ3による粉粒体の排出量のブレも抑えられて好ましい。具体的には、前述のとおり、スクリュー制御部36が、第1計量手段5から受信する計量値(K)(図1の符号601)に基づいて算出する粉粒体M3の単位時間(△T)あたりの排出量(△K)と、粉粒体M3の単位時間(△T)あたりの目標排出量(△K)とを比較し(ステップA1)、△K<△Kならばスクリュー回転速度を加速させ、△K>△Kならばスクリュー回転速度を減速させるよう、駆動部35に補正指令を出す(図1の符号602)(ステップA2)。これにより実際のスクリューの回転速度を目標のスクリュー31の回転速度(P)に近づけて安定させ、粉粒体M3の単位時間(△T)あたりの目標排出量(△K)で粉粒体を排出できる。そして振動搬送部4での分散もより効果的なものとなる。このスクリュー制御部36によるフィードバック制御は、散布装置100の運転中、繰り返し行われる。
加えて本実施形態の散布方法において、図4の充填モード(ホッパレベル制御)(B)に示すように、粉粒体供給量制御部16によって、ホッパ20内の粉粒体堆積レベルを、小分け切り出しに影響する目標下限量(Kmin)を下回らないよう制御する。具体的には、まず第1計量手段5から受信した計量値(K)(=供給部20、スクリューフィーダ3、及びその内部の粉粒体の全質量)(図1の符号603)が目標下限量(Kmin)を下回ると、粉粒体供給量制御部16の指令により、スクリュー制御部36にスクリュー回転速度を記憶させる(図1符号607)(ステップB1)。
そして粉粒体供給量制御部16が、貯蔵部10のロータリーバルブ14を回転させて、バタフライ弁13及び15を開いて粉粒体をホッパ20へと供給する(図1符号604)(ステップB2)。その際、スクリュー制御部36は前記の記憶したスクリュー回転速度を維持する(ステップB3)。したがって、スクリュー31による粉粒体M3の切り出し量に対して、貯蔵部10からの供給量が上回るように粉粒体供給量制御部16が制御する。またその間、粉粒体供給量制御部16が第1計量手段5による計量値(K)を受信し(図1の符号603)、該計量値(K)が、目標上限量(Kmax)に至るかそれ以上となった時点で、バタフライ弁13及び15を閉じ、ロータリーバルブ14の回転を停止する(図1の符号604)(ステップB4)。その時点で、粉粒体供給量制御部16の指令に基づいて、スクリュー制御部36は、ステップB3のスクリュー回転速度の維持を解除する(図1の符号607)。
この粉粒体供給量制御部16によるホッパレベル制御は、前述のフィードバック制御の有無に関わらず、散布装置100の運転中、繰り返し行われる。
このように本実施形態の粉粒体の散布方法によれば、粉粒体、特に潮解性や吸湿性の高い粉粒体や圧力で塊となり易い粉粒体を、凝塊させることなく連続搬送される基材80上に均等に散布することができる。
次に、前記粉粒体の散布方法を用いた発熱体の製造方法の好ましい実施形態について、図5を参照して説明する。発熱体の製造方法は、前記粉粒体の散布装置10が用いられる。
本実施形態の発熱体の製造方法において扱う発熱体は、基材シート80の少なくとも一面に発熱組成物の層(以降、発熱層とも称す。)を設けてなるものである。該発熱層は、少なくとも被酸化性金属の粒子、電解質及び水を含んで構成され、更に反応剤促進剤等を含んでもよい。基材シート80は1枚でも2枚であってもよく、2枚の場合は両シート間に発熱層を挟持すると発熱層が包装材に貼り付くことが回避できて好ましい。電解質としては、前記で挙げたものが用いられる。基材シート80としては、この種の物品に用いられるものを任意に採用でき、特に含水率の制御の観点から親水性の繊維を含む繊維シートや高吸水性ポリマーの粒子を含む繊維シートが好ましい。また発熱層に含まれる被酸化性金属としては、例えば、鉄、アルミニウム、亜鉛、マンガン、マグネシウム、カルシウム等が挙げられる。必要に応じて用いられる反応促進剤としては、例えば、活性炭(椰子殻炭、木炭粉、歴青炭、泥炭、亜炭)、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、ゼオライト、パーライト、バーミキュライト、シリカ等が挙げられる。
本実施形態の発熱体の製造方法においては、図5に示すように、原反ロール80Aから繰り出された連続長尺の基材シート80上に、
(1)被酸化性金属の粒子と水とを含む塗料Nを塗工する工程(塗工工程86)と、
(2)電解質の粉粒体M7を散布する工程(電解質散布工程87)と
を備える。
前記(1)及び(2)の工程によって基材シート80上に発熱層81が形成される。さらに裁断工程88で塗料Nが間欠塗工の場合には発熱層の無い部分で、又は連続塗工の場合には発熱層のある部分で幅方向に亘って裁断し、リピッチ工程89で前後方向に分離したものを一定の間隔となるようピッチを整えて所定の大きさの発熱体82が得られる。前記(1)及び(2)の工程において、裁断工程88の前工程として、発熱層81が形成された基材シート80を幅方向で2列以上の複数列にスリットする工程を備えていてもよい。複数列のスリットは、基材シート80の幅と略同じ幅で塗料N、あるいは塗料N及び粉粒体M7を付与する場合に行われることが好ましい。複数列のスリット後の、発熱層81(基材シート80)は、必要に応じて列間で拡幅し、裁断工程88へと搬送される。
このように、被酸化性金属を含む塗料Nと電解質の粉粒体M7とを別工程で基材シート80に含ませるので、塗料中の被酸化性金属の酸化を抑えて凝集物の沈殿を防ぎ、設備の腐食を防止できる。さらに電解質は固体状の粉粒体であるので、この固体状の電解質の散布によって、発熱体への水分の過剰添加が防止され、発熱特性を良好に制御できる。前記(1)の塗工工程と(2)の散布工程とは、この順でなされてもよく、(1)と(2)とを同時に行ってもよく、(2)の後に(1)を行ってもよい。散布された固体状の電解質は、発熱体の使用時までには塗料中の水に溶解し、発熱体の発熱層に均一に存在する。
前記(1)及び(2)の工程の順番がいずれであっても、電解質の粉粒体は、前記塗料に対して均一な量であることが発熱特性の観点から必要となる。基材シート80上の塗料の塗布領域(又は塗工層の全域)(=発熱層81)または塗工予定領域に対して均一な量でなければならない。この観点から、発熱体の製造方法において、前述の粉粒体の散布方法を用いることで、発熱特性が良好な発熱体の得ることができる。
その後工程として、図示しないが、通気性の包材で覆って封止する。加えてさらに裁断して、包材に包まれた発熱具が得られる。
本実施形態の発熱体の製造方法において、得られる発熱体が、幅方向(CD(Cross Direction)方向)に分割されない場合は、電解質の粉粒体の散布の均一性は、流れ方向(MD(Machine Direction)方向)にある前後の塗工領域(前記(1)による塗料の塗工領域)同士で均一であればよい。ひとつの塗工領域内において電解質の粉粒体の散布に偏りがあっても、使用前までに塗工層中に溶解していればよい。
他方、得られる発熱体が基材シート80のCD方向に複数に分割される場合は、そのCD方向に並ぶ塗工領域同士においても均一であることが必要となる。例えば、図6に示すように、CD方向に2つの発熱体(発熱体Aと発熱体B)を並べて形成する場合、その位置に形成される発熱層81Aと発熱層81Bとで電解質の散布量が均一であることが必要となる。この場合、前記粉粒体の散布方法において、トラフ41の散布口44付近に分岐板46等を配して、幅方向に分散させることで、それぞれの量を均等に分散させることができる。このように、トラフ41上で拡散された粉粒体は、散布口44で2列以上の複数列に分岐されて、前記基材シート80上に対し、連続散布される。なお、図6においては、流れ方向に塗料Nが間欠的に設けられているが、連続的に設けていてもよい。
前述のように粉粒体をCD方向へ均一に分散させるにあたって、散布口44の上方もしくは下方又は発熱層81の上方にCCDカメラ等の検知手段90を設置して、粉粒体の分散状態を検知し、検知データを情報処理部91で分析して、振動制御部45に振動の振幅(r)及び周波数(h)を調節するよう指令をだすことも好ましい。このとき、検知手段90では、例えば、検出エリアをCD方向で複数に分割してそれぞれのエリアでの分散状態を検知することが好ましく、検知手段90は、1機であってもよいし、複数機であってもよい。そして、情報処理部91では、例えば、上記検出エリア1つ1つの中で粉粒体がどれだけの比率(面積率(M)=検出エリア内の粉粒体の面積合計/検出エリアの面積)を占めるかを求め、このようにして求めた検出エリア同士で粉粒体の占める比率を比較し、粉粒体M7のCD方向における分散状態を数値化する。この数値化の方法として、例えば、各検出エリア毎の粉粒体の面積率からその平均値(Maveg)を算出し、該平均値(Maveg)に対する各検出エリアの面積率(M)の割合(M/Maveg)を算出し、これを分散状態の数値とする。
その数値に基づいて、情報処理部91は、予め設定されたデータベースから分散に必要な振幅(r)及び周波数(h)を導き、その情報を振動制御部45へと送る。振動制御部45は、その情報に基づいて振幅(r)及び周波数(h)を調節する。例えば、検知手段90が、散布口44で粉粒体M6が分岐板46付近に多く集まりすぎて幅方向に均一に分散されていない状態を検知すると、情報処理部91で振幅(r)及び周波数(h)の両者あるいはいずれかの数値を下げる指令を出し、振動制御部45はこれを受けて振動を抑える。なお、周波数(h)を下げた結果、トラフの固有振動数に近づく場合には、周波数(h)を変更しないほうが好ましい。これにより、粉粒体の集積を抑えることができ、十分粉粒体を分散させることができる。
次に、図7及び8を参照して、本発明の粉粒体の散布装置に係る別の好ましい実施形態(第2実施形態)としての散布装置200、及び散布装置200による粉粒体の散布方法について説明する。図7は、第2実施形態の粉粒体の散布装置を示した構成図である。図8は、第2実施形態のスクリューフィーダ3から振動搬送部4への粉粒体の受け渡しの様子を示した部分拡大斜視図である。なお、図7においては装置の外側が密閉容器60で覆われているが、各工程の理解のため、密閉容器60を透明化して各部材の外形を実線で示した。また本実施形態においては、第1実施形態と同じ部材等については同一符号で示した。以下、第1実施形態と異なる点のみを説明する。
粉粒体の散布装置200は、前述の粉粒体の散布装置100の供給部20及び搬出部30(スクリューフィーダ3及び振動搬送部4)を密閉容器60内に配置したものである。
この散布装置200を用いる粉粒体の散布方法おいては、図4に示す工程と同一の工程が密閉容器60内で実施される。これにより、粉粒体が供給部20から搬出部30の末端の散布口44に至るまでの間、外気の湿気との接触が抑えられているので、粉粒体が凝塊し難く流動性を損なうことがない。そして、散布量の均一化の精度がさらに高められる。そしてこの密閉容器内での粉粒体の散布方法を用いた発熱体の製造方法においては、発熱特性に優れた発熱体がより好適に得られて好ましい。その際、密閉容器60内の湿度を30%以下及び温度を28℃以下に調整されたドライエアを吹き込むことが好ましい。また、ドライエアは湿度23%以下及び温度23℃以下がより好ましく、湿度10%以下及び温度23℃以下がさらに好ましい。
このドライエアは、例えば、散布装置200の上流側から下流側へと流れて排出されるようにすれば、密閉容器内全体の湿度又は温度を効率よく一定に保つことができる。これにより、製造場所の気温や湿度などの気象条件の変化等に影響されることなく散布量の均一化を図ることができるので好ましい。
本実施形態の散布装置200において、密閉容器60は、たとえば、ガラスなどの非金属やSUS316などのステンレス鋼材といった電解質の粉粒体によって腐食しない、もしくは耐食性の高いものが好ましく、その密閉性とは、密閉容器60の外部の湿度や温度が調整されていないエアの吸気がないことを指し、この条件を満たしていれば、外部と完全に遮断されていなくとも良い。ドライエアを吹き込む方法及びそのための装置としては、例えば、ヒートレス式エアドライヤやメンブレンエアドライヤ(出口空気大気圧露点−60℃)などが挙げられる。
次に、図9及び10を参照して、本発明の粉粒体の散布装置に係る別の好ましい実施形態(第3実施形態)としての散布装置300、及び散布装置300による粉粒体の散布方法について説明する。図9は、第3実施形態の粉粒体の散布装置を示した構成図である。図10は、第3実施形態の振動搬送部4における振動制御方法を示したフローチャート図である。本実施形態においては、第1実施形態及び第2実施形態と同じ部材等については同一符号で示した。以下、第1実施形態及び第2実施形態と異なる点のみを説明する。
粉粒体の散布装置300は、前述第2実施形態の粉粒体の散布装置200の振動搬送部4に第2計量手段6が設置されている。第2計量手段6は、前述の第1計量手段5と同様のものを用いることができる。第2計量手段6は、振動搬送部4全体の質量を連続して計量し、計量値をデータとして振動制御部45へ送る(図9符号606)。この計量値に基づいて、振動制御部45は、連続して粉粒体の増減情報を算出し、振動体42の振幅(r)及び周波数(h)を適切なものに制御するフィードバック制御を行う。これにより、スクリューフィーダ3からの振動搬送部4への粉粒体M3の排出量(q1)と振動搬送部4の散布口44から搬送される基材80上への粉粒体M7の散布量(q2)とは、1対1の関係になるよう、振動制御部45が振動体42の振動を制御することができる。その結果、粉粒体の散布量の定量化が一層好適になされて好ましい。
この散布装置300を用いる粉粒体の散布方法おいては、図10に示す工程を実施する。図10に示す工程においては、基準質量決定モード(C)と、運転制御モード(D)の後半の振動体42の振幅(r)及び周波数(h)の補正制御とが、図4に示す工程と異なる点であり、この点について以下に説明する。
基準質量決定モード(C)においては、振幅(r)及び周波数(h)の補正の判断の基準となる質量を算出し決定する。まず基本フローのステップS1〜S3を実行すると、振動制御部45におけるフィードバック制御と同時に第2計量手段6による計量を開始する。第2計量手段6は、開始時点での振動搬送部4(トラフ41及び振動体42)及びこの上に排出された粉粒体の全質量を計量し、振動制御部45でこれを質量1(g)として記憶する(図9の符号606)(ステップC1)。次に、t秒後に第2計量手段6が再び振動搬送部4及びこの上に排出された粉粒体の全質量を計量し、これを振動制御部45が質量2(g)として記憶する(図9の符号606)(ステップC2)。振動制御部45は、質量1(g)及び質量2(g)から下記式(3)に基づいて偏差(m)を算出する(ステップC3)。なお、前述の振動搬送部4の上に排出された粉粒体とは、振動搬送体4に残っている粉粒体であり、散布されたものは含まれない。
(m)=g−g・・・・・式(3)
そして振動制御部45は、算出した偏差(m)と予め設定した許容偏差(m)とを比較し、(m≦m)であれば質量2(g)を基準質量(g)として記憶する(ステップC4)。一方(m>m)である場合、質量2(g)を新たな質量1(g)としてシフトする。そして再びt秒後の振動搬送部4の質量を第2計量手段6が行う。この計量値を振動制御部45が新たな質量2(g)として記憶し、再度偏差(m)を算出して予め設定した許容偏差(m)とを比較する。これを(m≦m)となるまで繰り返し、(m≦m)となった時点で、そのときの質量2(g)を基準質量(g)として記憶する。
このことを下記式(6)に示すと以下のとおりとなる。なお、待機時間とは、計量の周期であり任意の値である。許容偏差とは、振動搬送部4の振動によって生じる振動搬送部4の質量の計量値の振れの許容値であり、任意の値である。
=(g−g)≦m・・・・・・・式(6)
=t*(n−1)秒後の振動搬送部の質量
=t*n秒後の振動搬送部の質量
t=待機時間(秒)
n=測定回数(nは1以上の整数であり、m≦mとなるまで1つずつ増加し続ける。)
=許容偏差
=算出された偏差
次に、基準質量(g)の決定以降、運転制御モード(D)において、スクリュー制御部36によるスクリュー回転速度(P)のフィードバック制御(ステップA1,A2)とともに、振動制御部45が振動体42の振幅(r)及び周波数(h)をフィードバック制御する。具体的には、まず、第2計量手段6が計量する振動搬送部4(トラフ41及び振動体42)の質量を現在の質量(g)として振動制御部45で記憶する。振動制御部45は、現在の質量(g)と基準質量(g)とを比較してg=gでない場合に、その差g−gから振動体42の振幅(r)及び周波数(h)を補正制御する(ステップD1)。具体的には、g−gの差が正の値の場合は、トラフ41上の粉粒体M4〜M6が基準質量(g)に対して多い、すなわちスクリューフィーダ3から受け取った粉粒体M3に対して散布口44から散布される粉粒体M7の量が少なくなっており、粉粒体が散布口44から十分に散布できていない状態である。このため、振幅(r)もしくは周波数(h)を調節して、散布量を増加させる。一方、g−gの差が負の値の場合は、振幅(r)もしくは周波数(h)を調節して、散布量を減少させる。
本実施形態の散布装置300及び該散布装置300を用いた粉粒体の散布方法においては、振動搬送部4におけるフィードバック制御によって、散布量の均一化の精度がさらに高められる。そしてこの粉粒体の散布方法を用いた発熱体の製造方法においては、発熱特性に優れた発熱体がより好適に得られて好ましい。
本発明の粉粒体の散布装置及び散布方法は、発熱体の製造方法に好適に用いられるものとして示したが、これに限らず、例えば、おむつ、生理用ナプキンなどの衛生材への高吸水ポリマーの散布や、スナック食品への味付剤の散布など、粉粒体の種類や散布対象によって限定されず、広く用いることができる。
上述した実施形態に関し、本発明は更に以下の粉粒体の散布方法、粉粒体の散布装置及び発熱体の製造方法を開示する。
<1>連続搬送される基材上に粉粒体を散布する方法であって、粉粒体を一時貯留する供給部から前記粉粒体をスクリューフィーダで連続的に切り出し、切り出した粉粒体を落下させて振動搬送部で受け取り、該振動搬送部が備える振動体の振動で前記粉粒体を分散させながら搬送し、前記振動搬送部の散布口から前記粉粒体を前記基材上に連続散布する粉粒体の散布方法。
<2>前記粉粒体の落下は、前記スクリューフィーダが備える粉粒体の排出口と、該排出口とは分離しその下方にある前記振動搬送部の前記粉粒体受け取り位置及び前記振動体とが並ぶ鉛直線上でなされ、該落下した粉粒体を前記受け取り位置から前記振動体の振動で分散させながら他端の前記散布口へと水平方向に搬送する前記<1>に記載の粉粒体の散布方法。
<3>前記供給部及び前記スクリューフィーダ及びこれら内部にある粉粒体の全質量を第1計量手段が連続計量し、該計量した複数の計量値に基づいてスクリュー制御部が粉粒体の単位時間あたりの減少量を算出し、かつ、該算出した減少量を単位時間あたりの目標排出量に一致させるように前記スクリュー制御部が前記スクリューフィーダのスクリュー回転数を制御する前記<1>又は<2>に記載の粉粒体の散布方法。
<4>前記スクリュー制御部が、前記第1計量手段から受信する計量値(K)に基づいて算出する粉粒体の単位時間(△T)あたりの排出量(△K)と、粉粒体の単位時間(△T)あたりの目標排出量(△K)とを比較し、△K<△Kならばスクリュー回転速度を加速させ、△K>△Kならばスクリュー回転速度を減速させるよう、駆動部に補正指令を出す前記<3>に記載の粉粒体の散布方法。
<5>前記連続計量された値が、供給部、スクリューフィーダ及びこれら内部にある粉粒体を併せた合計質量の目標下限量を下回ると、粉粒体供給量制御部が、前記目標上限量になるまで供給部に粉粒体を供給制御する前記<3>又は<4>に記載の粉粒体の散布方法。
<6>前記振動搬送部及びこの上に排出された粉粒体の全質量を第2計量手段が連続計量し、振動制御部が、前記の計量した値に基づいて、式(6)で算出した前記計量値の偏差(m)が許容偏差(m)以下となるときの前記振動搬送部の質量(g)を基準質量(g)とし、かつ該基準質量(g)と乖離する前記振動搬送部の質量(g)が計量されると、基準質量(g)と一致する振動搬送部の質量(g)となるよう前記振動体の振幅及び周波数の少なくともいずれか1つを調整する前記<1>〜<5>のいずれか1に記載の粉粒体の散布方法。
=(g−g)≦m・・・・・・・式(6)
=t*(n−1)秒後の振動搬送部の質量
=t*n秒後の振動搬送部の質量
t=待機時間(秒)(待機時間とは、計量の周期であり任意の値である。)
n=測定回数(nは1以上の整数であり、m≦mとなるまで1つずつ増加し続ける。)
=許容偏差(許容偏差とは、振動搬送部の振動によって生じる振動搬送部の質量の計量値の振れの許容値であり、任意の値である。)
=算出された偏差
<7>前記振動搬送部の前記散布出口で粉粒体の幅方向分散状態を検知手段にて検知し、該検知した情報に基づいて、振動制御部が前記振動体の振幅及び周波数の少なくともいずれか1つを調整する前記<1>〜<6>のいずれか1に記載の粉粒体の散布方法。
<8>前記粉粒体が潮解性又は吸湿性を有する前記<1>〜<7>のいずれか1に記載の粉粒体の散布方法。
<9>前記粉粒体が散布された前記基材をその幅方向で複数列にスリットする工程を備えている前記<1>〜<8>のいずれか1に記載の粉粒体の散布方法。
<10>前記振動搬送部の前記粉粒体は、前記散布口で複数列に分岐されて、前記基材に連続散布される前記<1>〜<9>のいずれか1に記載の粉粒体の散布方法。
<11>前記粉粒体の平均粒径は、50μm以上1000μm以下である前記<1>〜<10>のいずれか1に記載の粉粒体の散布方法。
<12>粉粒体の供給部と、該供給部からの粉粒体を搬送し散布する搬送部とを備える粉粒体の散布装置であって、
前記搬送部は、前記供給部内から粉粒体を切り出すスクリューフィーダと、該切り出された粉粒体を振動によって分散しながら搬送する振動搬送部とを有する粉粒体の散布装置。
<13>前記スクリューフィーダは、前記切り出した粉粒体を下方へ落下させる排出口を有し、前記振動搬送部は、前記排出口から落下する粉粒体を受け取り分散しながら搬送する搬送体と該搬送体を振動させる振動体を有し、前記搬送体は前記分散された粉粒体を散布する散布口を備えており、
前記振動搬送部は前記排出口とは分離して下方に位置し、前記搬送体における前記落下する粉粒体の受け取り位置及び前記振動体が、前記排出口と鉛直線上に配置されている前記<12>に記載の粉粒体の散布装置。
<14>前記受け取り位置から前記散布口までの前記粉粒体の搬送方向に対し、これと直交する方向に沿って前記搬送体を正面視したときに、前記搬送体の幅中心位置と、前記排出口の幅中心位置とが一致している前記<13>に記載の粉粒体の散布装置。
<15>前記供給部、前記スクリューフィーダ及びこれら内部にある粉粒体の全質量を連続して計量する第1計量手段と、前記スクリューフィーダのスクリュー回転数を制御するスクリュー制御部とを有し、
前記スクリュー制御部は、前記第1計量手段による複数の計量値に基づいて前記スクリューフィーダにおける粉粒体の単位時間当たりの減少量を算出し、かつ、この単位時間当たりの減少量を単位時間当たりの目標排出量に一致させるように前記スクリューフィーダのスクリュー回転数を制御する前記<12>〜<14>のいずれか1に記載の粉粒体の散布装置。
<16>前記供給部の上流に貯蔵部が配されており、
前記第1計量手段による計量値が、供給部、スクリューフィーダ及びこれら内部にある粉粒体を併せた合計質量の目標下限量を下回ると、前記合計質量の目標上限量になるまで前記貯蔵部から前記供給部に粉粒体を供給制御する粉粒体供給量制御部を有する前記<15>に記載の粉粒体の散布装置。
<17>前記供給部、前記スクリューフィーダ及び前記振動搬送部は、密閉容器で覆われており、前記密閉容器内に温度及び湿度が調整されたドライエアを吹き込む前記<12>〜<16>のいずれか1項に記載の粉粒体の散布装置。
<18>前記ドライエアは、湿度を30%以下及び温度を28℃以下に調整されている前記<17>に記載の粉粒体の散布装置。
<19>前記振動搬送部の散布口で粉粒体の幅方向分散状態を検知する検知手段と、
該検知した情報に基づいて、前記振動体の振幅及び周波数の少なくともいずれか1つを調整する振動制御部とを有する前記<12>〜<18>のいずれか1に記載の粉粒体の散布装置。
<20>前記散布装置は、前記供給部の上方に配置される貯蔵部を具備し、該貯蔵部は、貯蔵タンク、粉粒体の配給パイプ、並びに配給パイプ内の第1バタフライ弁、ロータリーバルブ、及び第2バタフライ弁を有する前記<12>〜<19>のいずれか1に記載の粉粒体の散布装置。
<21>前記供給部は、貯留本体部と、該貯留本体部に対して、集積粉粒体の配給受け口、前記貯留本体部内の貯留粉粒体を攪拌するアジテータ、前記貯留粉粒体の供給口が備えられているホッパからなる前記<12>〜<20>のいずれか1に記載の粉粒体の散布装置。
<22>前記振動搬送部の前記搬送体及び搬送体散布口の幅は、前記スクリューフィーダの前記排出口の幅より広く形成されている前記<13>〜<21>のいずれか1に記載の粉粒体の散布装置。
<23>前記貯蔵部から前記供給部への粉粒体の配給は、前記粉粒体供給量制御部による前記貯蔵部のロータリーバルブ、第1バタフライ弁及び第2バタフライ弁の制御によりなされる前記<16>に記載の粉粒体の散布装置。
<24>振動搬送部の質量を連続して計量し、その計測値を振動制御部へ送る第2計量手段が、振動搬送部に設置されている前記<19>に記載の粉粒体の散布装置。
<25>前記第1計量手段又は前記第2計量手段として、電気式計量器であるロードセル式計量器、電磁式計量器、又は音叉式計量器を用いる前記<15>又は<24>に記載の粉粒体の散布装置。
<26>基材を連続搬送して、前記連続搬送される該基材上に、前記<1>〜<11>のいずれか1に記載の粉粒体の散布方法を用いて電解質の粉粒体を散布する工程と、前記電解質を含まず、かつ非酸化性金属の粒子及び水を含む塗料を塗工する工程とを、この順、逆順、又は同時に行う発熱体の製造方法。
<27>基材を連続搬送して、前記連続搬送される該基材上に、前記<12>〜<25>のいずれか1に記載の粉粒体の散布装置を用いて電解質の粉粒体を散布する工程と、前記電解質を含まず、かつ非酸化性金属の粒子及び水を含む塗料を塗工する工程とを、この順、逆順、又は同時に行う発熱体の製造方法。
<28>前記電解質は、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化第一鉄又は塩化第二鉄が用いられる前記<26>又は前記<27>に記載の発熱体の製造方法。
<29>前記粉粒体の平均粒径は、50μm以上1000μm以下である前記<26>〜<28>のいずれか1に記載の発熱体の製造方法。
<30>前記基材は、親水性の繊維を含む繊維シート、又は高吸水性ポリマーの粒子を含む繊維シートである前記<26>〜<29>のいずれか1に記載の発熱体の製造方法。
以下に、本発明について実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明がこれにより限定して解釈されるものではない。
(実施例1)
図7に示す粉粒体の散布装置200と基本構成が同じ装置を用い、メンブレンエアドライヤを用いてドライエアを吹き込むことで、密閉容器60内を湿度20〜21%、温度23℃に保った。なお、密閉容器外の室内環境は、温度23℃、湿度30〜70%であった。ホッパは最大秤量5kgのものを使用し、ホッパ内には粉粒体を3kg投入した。スクリューフィーダ3はクボタ社製、商品名:2軸スクリュー式カセットウェイングフィーダ、型番:CE−W−0Dを用い、目標排出量を3.360kg/hに設定し、フィードバック制御をOFFとした。振動搬送部4はシンフォニアテクノロジー社製の振動フィーダCF−1(標準トラフ付)を用い、振動制御部は、同社製の振動フィーダコントローラC10−1VCFを用い、振幅45%、周波数70Hzに設定した。
上記の設定でトラフ41の散布口44から散布された電解質の粉粒体M7(塩化ナトリウム 粒度250〜400μm程度)の重量を第1計量手段(ロードセル式計量器)を用いて連続計量し、重量を発熱体1枚当たりの時間で区切り、発熱体300枚相当の散布量の変動を測定した。
(比較例1)
実施例1において、振動搬送部4を取り除いてスクリューフィーダ3の排出口34から排出される電解質の粉粒体M3の重量変動を測定した。その他の条件は、実施例1と同様にした。
(比較例2)
実施例1において、振動搬送部4を取り除いてスクリューフィーダ3の排出口34から排出される電解質の粉粒体M3の重量変動を測定した。スクリューフィーダ3の回転速度のフィードバック制御を行った。なお、フィードバック制御には式2に示すPI制御を用い、PI制御定数は、以下のように設定した。
比例定数K=200
積分定数K=200
このため、偏差εが発生した場合、比例動作により偏差の50%に相当するスクリューフィーダ3の回転速度の補正を瞬時に行い、比例動作と同じ量の回転速度の補正を20秒かけて実行する。
その他の条件は、実施例1と同様にした。
実施例1及び比較例1,2それぞれの発熱体300枚相当の散布量の変動データから、それぞれ平均値、最大値、最小値及び標準偏差を算出した。そして、スクリューフィーダに設定された目標排出量を1とした指数を下記の表1に示す。
Figure 2013139337
表1に示す結果から明らかなように、実施例1は、比較例1及び比較例2に比して、標準偏差σが小さく、従って、粉粒体の散布精度が優れているとわかる。
10 貯蔵部
16 粉粒体供給量制御部
20 供給部
30 搬出部
3 スクリューフィーダ
31 スクリュー
32 外壁部
33 取り込み口
34 排出口
35 駆動部
36 スクリュー制御部
4 振動搬送部
41 トラフ
42 振動体
43 受け取り位置
44 散布口
45 振動制御部
5 第1計量手段
6 第2計量手段
80 基材(基材シート)
100,200,300 粉粒体の散布装置

Claims (15)

  1. 連続搬送される基材上に粉粒体を散布する方法であって、粉粒体を一時貯留する供給部から前記粉粒体をスクリューフィーダで連続的に切り出し、切り出した粉粒体を落下させて振動搬送部で受け取り、該振動搬送部が備える振動体の振動で前記粉粒体を分散させながら搬送し、前記振動搬送部の散布口から前記粉粒体を前記基材上に連続散布する粉粒体の散布方法。
  2. 前記粉粒体の落下は、前記スクリューフィーダが備える粉粒体の排出口と、該排出口とは分離しその下方にある前記振動搬送部の前記粉粒体受け取り位置及び前記振動体とが並ぶ鉛直線上でなされ、該落下した粉粒体を前記受け取り位置から前記振動体の振動で分散させながら他端の前記散布口へと水平方向に搬送する請求項1記載の粉粒体の散布方法。
  3. 前記供給部及び前記スクリューフィーダ及びこれら内部にある粉粒体の全質量を第1計量手段が連続計量し、該計量した複数の計量値に基づいてスクリュー制御部が粉粒体の単位時間あたりの減少量を算出し、かつ、該算出した減少量を単位時間あたりの目標排出量に一致させるように前記スクリュー制御部が前記スクリューフィーダのスクリュー回転数を制御する請求項1又は2記載の粉粒体の散布方法。
  4. 前記連続計量された値が、供給部、スクリューフィーダ及びこれら内部にある粉粒体を併せた合計質量の目標下限量を下回ると、粉粒体供給量制御部が、前記目標上限量になるまで供給部に粉粒体を供給制御する請求項3記載の粉粒体の散布方法。
  5. 前記振動搬送部及びこの上に排出された粉粒体の全質量を第2計量手段が連続計量し、振動制御部が、前記の計量した値に基づいて、式(6)で算出した前記計量値の偏差(m)が許容偏差(m)以下となるときの前記振動搬送部の質量(g)を基準質量(g)とし、かつ該基準質量(g)と乖離する前記振動搬送部の質量(g)が計量されると、基準質量(g)と一致する振動搬送部の質量(g)となるよう前記振動体の振幅及び周波数の少なくともいずれか1つを調整する請求項1〜4のいずれか1項に記載の粉粒体の散布方法。
    =(g−g)≦m・・・・・・・式(6)
    =t*(n−1)秒後の振動搬送部の質量
    =t*n秒後の振動搬送部の質量
    t=待機時間(秒)(待機時間とは、計量の周期であり任意の値である。)
    n=測定回数(nは1以上の整数であり、m≦mとなるまで1つずつ増加し続ける。)
    =許容偏差(許容偏差とは、振動搬送部の振動によって生じる振動搬送部の質量の計量値の振れの許容値であり、任意の値である。)
    =算出された偏差
  6. 前記振動搬送部の前記散布出口で粉粒体の幅方向分散状態を検知手段にて検知し、該検知した情報に基づいて、振動制御部が前記振動体の振幅及び周波数の少なくともいずれか1つを調整する請求項1〜5のいずれか1項に記載の粉粒体の散布方法。
  7. 前記粉粒体が潮解性又は吸湿性を有する請求項1〜6のいずれか1項に記載の粉粒体の散布方法。
  8. 粉粒体の供給部と、該供給部からの粉粒体を搬送し散布する搬送部とを備える粉粒体の散布装置であって、
    前記搬送部は、前記供給部内から粉粒体を切り出すスクリューフィーダと、該切り出された粉粒体を振動によって分散しながら搬送する振動搬送部とを有する粉粒体の散布装置。
  9. 前記スクリューフィーダは、前記切り出した粉粒体を下方へ落下させる排出口を有し、前記振動搬送部は、前記排出口から落下する粉粒体を受け取り分散しながら搬送する搬送体と該搬送体を振動させる振動体を有し、前記搬送体は前記分散された粉粒体を散布する散布口を備えており、
    前記振動搬送部は前記排出口とは分離して下方に位置し、前記搬送体における前記落下する粉粒体の受け取り位置及び前記振動体が、前記排出口と鉛直線上に配置されている請求項8記載の粉粒体の散布装置。
  10. 前記受け取り位置から前記散布口までの前記粉粒体の搬送方向に対し、これと直交する方向に沿って前記搬送体を正面視したときに、前記搬送体の幅中心位置と、前記排出口の幅中心位置とが一致している請求項9記載の粉粒体の散布装置。
  11. 前記供給部、前記スクリューフィーダ及びこれら内部にある粉粒体の全質量を連続して計量する第1計量手段と、前記スクリューフィーダのスクリュー回転数を制御するスクリュー制御部とを有し、
    前記スクリュー制御部は、前記第1計量手段による複数の計量値に基づいて前記スクリューフィーダにおける粉粒体の単位時間当たりの減少量を算出し、かつ、この単位時間当たりの減少量を単位時間当たりの目標排出量に一致させるように前記スクリューフィーダのスクリュー回転数を制御する請求項8〜10のいずれか1項に記載の粉粒体の散布装置。
  12. 前記供給部の上流に貯蔵部が配されており、
    前記第1計量手段による計量値が、供給部、スクリューフィーダ及びこれら内部にある粉粒体を併せた合計質量の目標下限量を下回ると、前記合計質量の目標上限量になるまで前記貯蔵部から前記供給部に粉粒体を供給制御する粉粒体供給量制御部を有する請求項11記載の粉粒体の散布装置。
  13. 前記供給部、前記スクリューフィーダ及び前記振動搬送部は、密閉容器で覆われており、前記密閉容器内に温度及び湿度が調整されたドライエアを吹き込む請求項8〜12のいずれか1項に記載の粉粒体の散布装置。
  14. 前記振動搬送部の散布口で粉粒体の幅方向分散状態を検知する検知手段と、
    該検知した情報に基づいて、前記振動体の振幅及び周波数の少なくともいずれか1つを調整する振動制御部とを有する請求項8〜13のいずれか1項に記載の粉粒体の散布装置。
  15. 基材を連続搬送して、前記連続搬送される該基材上に、請求項8〜14のいずれか1項に記載の粉粒体の散布装置を用いて電解質の粉粒体を散布する工程と、前記電解質を含まず、かつ非酸化性金属の粒子及び水を含む塗料を塗工する工程とを、この順、逆順、又は同時に行う発熱体の製造方法。
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