JP2015074527A - 供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリューの回転により粉粒体を供給する供給装置において、搬送管の内周面とスクリューのフライトとの間隔を広げることなく、粉粒体の堆積固化を抑制できる構造を提供する。
【解決手段】この供給装置１では、搬送管４０の内周面のうちフライト５２に対向する部分と、フライト５２の外側の端縁との、少なくとも一方が、弾性膜９０に覆われている。弾性膜９０は、フライト５２および搬送管４０よりも弾性の高い材料からなる。また、弾性膜９０の厚みｄ１は、搬送管４０の内周面とフライト５２の外側の端縁との距離ｄ２よりも小さい。スクリュー５０が回転すると、搬送管４０の内周面とフライト５２の外側の端縁との間において、粉粒体に圧力がかかる。しかしながら、当該圧力が弾性膜９０に吸収されるため、粉粒体にかかる圧力が低減される。したがって、搬送管４０の内周面とフライト５２の外側の端縁との間において、粉粒体の堆積固化を抑制できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、スクリューの回転を利用して、粉体または粒体からなる材料（以下「粉粒体」と称する）を後続の装置へ供給する供給装置に関する。

従来、スクリューの回転を利用して、粉粒体を後続の装置へ供給する供給装置が知られている。例えば、特許文献１には、断面略Ｕ字状のケーシングと、ケーシングに収装されたスクリューコンベアと、ケーシングに被せられた蓋とを有するスクリューコンベア装置が記載されている（段落０００８参照）。特許文献１のスクリューコンベア装置は、スクリューシャフトを回転させることにより、ケーシング内の粉粒体を排出口側へ送り出す（段落００１２参照）。

特開平８−２６４５３号公報

この種の供給装置では、スクリューを回転させたときに、粉粒体の一部がケーシングの内周面に押し付けられる。そうすると、粉粒体が凝集することにより、ケーシングの内周面に粉粒体が堆積固化する。堆積固化した粉粒体は、スクリューの回転に対する抵抗となる。このため、堆積固化が生じると、粉粒体の搬送効率が低下する虞がある。

この点について、特許文献１には、スクリュー羽根の周縁に設けられた切り欠きの角部で、堆積固化した粉粒体を削り落とすことが記載されている（段落００１３参照）。しかしながら、特許文献１の構造では、スクリューシャフトを間欠的に往復移動させる必要がある。このため、粉粒体の搬送を連続的に行うことができない。また、特許文献１の構造では、堆積固化の発生自体を防止することはできない。

なお、ケーシングの内周面とスクリュー羽根との間に、十分な間隔をあければ、ケーシングの内周面における粉粒体の堆積固化は、発生しにくくなる。しかしながら、ケーシングの内周面とスクリュー羽根との間隔が大きすぎると、ケーシングの内周面付近に粉粒体が滞留し、ケーシング内に残る粉粒体の量が多くなる。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、スクリューの回転により粉粒体を供給する供給装置において、搬送管の内周面とスクリューのフライトとの間隔を広げることなく、粉粒体の堆積固化を抑制できる構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願の第１発明は、粉粒体を後続の装置へ供給する供給装置であって、粉粒体の搬送方向に沿って延びる略円筒状の搬送管と、前記搬送管の内部に配置されたスクリューと、前記スクリューを回転させるスクリュー駆動部と、を備え、前記スクリューは、前記搬送方向に延びるスクリューシャフトと、前記スクリューシャフトの外周面を螺旋状に取り巻くフライトと、を有し、前記搬送管の内周面のうち前記フライトに対向する部分と、前記フライトの外側の端縁との、少なくとも一方が弾性膜に覆われ、前記弾性膜は、前記フライトおよび前記搬送管よりも弾性の高い材料からなり、前記弾性膜の厚みは、前記搬送管の内周面と前記フライトの外側の端縁との距離よりも小さい。

本願の第２発明は、第１発明の粉粒体供給装置において、前記スクリューは、前記フライトより前記搬送方向の下流側に位置する排出羽根をさらに有し、前記排出羽根は、前記搬送管の排出口を、部分的に塞いでいる。

本願の第３発明は、第１発明または第２発明の供給装置において、前記弾性膜の厚みと前記粉粒体の最大粒径との和は、前記搬送管の内周面と前記フライトの外側の端縁との距離よりも小さい。

本願の第４発明は、第１発明から第３発明までのいずれかの供給装置において、前記搬送管の内周面のうち、少なくとも前記フライトに対向する部分が、前記弾性膜に覆われ、前記フライトの表面は、前記弾性膜に覆われることなく露出している。

本願の第５発明は、第４発明の供給装置において、前記フライトの表面の摩擦係数は、前記弾性膜の表面の摩擦係数よりも小さい。

本願の第６発明は、第４発明または第５発明の供給装置において、前記搬送管の内部空間は、前記フライトが配置される第１空間と、前記第１空間よりも前記搬送方向の下流側に位置し、前記フライトが配置されない第２空間と、を含み、前記弾性膜は、前記第１空間と前記第２空間との双方に面している。

本願の第７発明は、第４発明から第６発明までのいずれかの供給装置において、前記搬送管の上流側の端部が接続される貯留容器をさらに備え、前記スクリューシャフトおよび前記フライトは、前記搬送管と前記貯留容器との双方に亘って配置され、前記弾性膜は、前記貯留容器の内側面のうち前記フライトに対向する部分を、さらに覆っている。

本願の第１発明〜第８発明によれば、スクリューが回転すると、搬送管の内周面とフライトの外側の端縁との間において、粉粒体に圧力がかかる。しかしながら、当該圧力が弾性膜に吸収されるため、粉粒体にかかる圧力が低減される。したがって、搬送管の内周面とフライトの外側の端縁との間において、粉粒体の堆積固化を抑制できる。

特に、本願の第２発明によれば、搬送管の内周面とフライトの外側の端縁との間において、粉粒体の堆積固化を抑制し、かつ、フライトと排出羽根との間において、粉粒体のかさ密度を高めることができる。そして、当該粉粒体を排出羽根で削ぎ落とすことにより、排出口から粉粒体を略一定量ずつ排出することができる。

特に、本願の第５発明によれば、粉粒体がフライトとともに回転することを抑制できる。これにより、粉粒体を、搬送方向の下流側へ効率よく搬送できる。

特に、本願の第７発明によれば、貯留容器の内側面とフライトの外側の端縁との間において、粉粒体の堆積固化を抑制できる。

一実施形態に係る供給装置の縦断面図である。 一実施形態に係る供給装置の部分縦断面図である。 変形例に係る供給装置の部分縦断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜１．粉粒体供給装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る供給装置１の縦断面図である。この供給装置１は、スクリュー５０の回転を利用して、粉粒体を後続の装置へ供給する、いわゆるスクリューフィーダである。

供給装置１において取り扱われる粉粒体としては、例えば、ファインセラミックス、金属材料、高分子材料、電池・電子材料、複合材料、医薬品材料、食品材料や、電子、エネルギ、医療、食品などの各種技術分野において用いられる無機物および有機物の微粉を挙げることができる。ただし、供給装置１において取り扱われる粉粒体は、複数種類の粉体または粒体を混合したものであってもよく、水分を含む半固形状の材料であってもよい。また、粉粒体の粒径分布は、例えば０．１μｍ〜数十μｍ程度であるが、これに限定されるものではない。

図１に示すように、本実施形態の供給装置１は、ホッパ１０、貯留容器２０、アジテータ３０、搬送管４０、スクリュー５０、排出部６０、ベース部７０、および制御部８０を備えている。

ホッパ１０は、上部から投入される粉粒体を受け入れるための部材である。ホッパ１０は、下方へ向かうにつれて収束する漏斗状の側壁１１を有する。ホッパ１０の上端部には、上方へ向けて開口する材料投入口１２が、設けられている。また、ホッパ１０の下端部には、貯留容器２０の内部へ向けて開口する材料送り口１３が、設けられている。材料送り口１３の開口面積は、材料投入口１２の開口面積よりも、小さい。

貯留容器２０は、ホッパ１０の下方に配置されている。ホッパ１０と貯留容器２０とは、互いにねじ止めにより固定されている。ホッパ１０の内部空間は、材料送り口１３を介して、貯留容器２０の内部空間に連通する。したがって、ホッパ１０の内部に粉粒体が投入されると、当該粉粒体は、材料送り口１３を通って貯留容器２０の内部へ落下し、貯留容器２０内に貯留される。また、貯留容器２０は、その側壁の下端部に、搬送管４０を接続するための接続口２１を有する。

アジテータ３０は、貯留容器２０の内部に貯留された粉粒体を撹拌するための機構である。アジテータ３０は、貯留容器２０の内部に配置された撹拌部材３１と、撹拌部材３１に連結されたアジテータ駆動部３２と、を有する。アジテータ駆動部３２は、例えば、モータと、モータの駆動力を撹拌部材３１へ伝達するギアボックスとで構成される。アジテータ駆動部３２を動作させると、水平に延びる回転軸を中心として、撹拌部材３１が回転する。これにより、貯留容器２０内に貯留された粉粒体が撹拌される。その結果、粉粒体の部分的な凝集（ブリッジなど）が、抑制される。

搬送管４０は、貯留容器２０から排出部６０までの粉粒体の搬送経路を形成する略円筒状の部材である。以下では、搬送管４０に沿って貯留容器２０から排出部６０へ向かう方向（図１中に白抜き矢印で示した方向）を「搬送方向」と称する。搬送管４０の搬送方向上流側の端部は、貯留容器２０の接続口２１に接続されている。搬送管４０の搬送方向下流側の端部に設けられた排出口４１は、排出部６０に接続されている。搬送管４０は、接続口２１と排出部６０との間において、略水平に配置されている。

スクリュー５０は、貯留容器２０の内部に貯留された粉粒体を、搬送方向下流側へ搬送するための部材である。スクリュー５０は、搬送方向に沿って略水平に延びるスクリューシャフト５１と、スクリューシャフト５１の外周面から外側へ向けて突出するフライト５２と、を有する。フライト５２は、スクリューシャフト５１の外周面を、螺旋状に取り巻いている。本実施形態では、スクリューシャフト５１とフライト５２とが、単一の部材で構成されている。

スクリューシャフト５１およびフライト５２は、搬送管４０の内部と、貯留容器２０の内部との双方に亘って配置されている。また、スクリューシャフト５１の搬送方向上流側の端部は、貯留容器２０の外側まで延び、スクリュー駆動部５３に接続されている。スクリュー駆動部５３は、例えば、モータと、モータの駆動力をスクリューシャフト５１へ伝達するギアボックスとで構成される。スクリュー駆動部５３を動作させると、スクリューシャフト５１の軸芯を中心として、スクリュー５０が回転する。

また、スクリューシャフト５１の搬送方向下流側の端部には、粉粒体を削ぎ落とすための排出羽根５４が、取り付けられている。排出羽根５４は、フライト５２より搬送方向下流側に位置し、スクリューシャフト５１とともに回転する。搬送管４０の排出口４１は、排出羽根５４により、部分的に塞がれている。また、スクリュー５０は、フライト５２と排出羽根５４との間に、フライト５２が形成されていない部分を有する。すなわち、搬送管４０の内部空間は、フライト５２が配置される第１空間４０１と、第１空間４０１よりも搬送方向下流側に位置し、フライト５２が配置されない第２空間４０２と、を含んでいる。

貯留容器２０の内部において、アジテータ３０により撹拌された粉粒体は、アジテータ３０の下方に配置されたスクリュー５０のフライト５２の隙間へ、充填される。スクリュー５０が回転すると、当該粉粒体は、螺旋状のフライト５２に押されて、搬送管４０の内部へ搬送される。また、搬送管４０の内部においても、フライト５２が回転することにより、粉粒体が第１空間４０１から第２空間４０２へ搬送される。

このとき、搬送管４０内の第２空間４０２では、排出羽根５４が抵抗となって、粉粒体が圧縮される。これにより、第２空間４０２における粉粒体のかさ密度が均一化され、かさ密度の経時的変化が低減される。また、圧縮された粉粒体は、回転する排出羽根５４によって削ぎ落とされて、排出口４１から排出される。その結果、排出部６０から後続の装置へ、略一定量ずつ連続的に粉粒体が供給される。

ベース部７０は、供給装置１の最下部に配置されて、供給装置１の上述した各部を支持している。図１中に破線で示したように、ベース部７０内には、ロードセル等の荷重センサにより構成される計量部７１が、設けられている。計量部７１は、ホッパ１０、貯留容器２０、アジテータ３０、搬送管４０、スクリュー５０、排出部６０、および供給装置１の内部に貯留された粉粒体の重量を、一定のサンプリング時間ごとに計量する。そして、当該計量値を示す計量信号を、制御部８０へ送信する。

制御部８０は、上述したアジテータ駆動部３２、スクリュー駆動部５３、および計量部７１と、それぞれ電気的に接続されている。制御部８０は、ＣＰＵ等の演算処理部やメモリを有するコンピュータにより構成されていてもよく、あるいは、電子回路基板により構成されていてもよい。制御部８０は、計量部７１から受信する計量信号に基づいて、供給装置１内に貯留された粉粒体の減少量（すなわち、後続の装置への粉粒体の供給量）を検知する。また、制御部８０は、当該減少量が略一定となるように、アジテータ駆動部３２およびスクリュー駆動部５３を駆動制御する。

＜２．弾性膜について＞
図２は、搬送管４０の付近における供給装置１の部分縦断面図である。図２に示すように、本実施形態の供給装置１では、搬送管４０の内周面が、弾性膜９０に覆われている。弾性膜９０は、搬送管４０、スクリュー５０、および貯留容器２０を構成する金属よりも弾性の高い材料からなる。具体的には、例えば、搬送管４０の内周面に、ポリウレタン等の樹脂をコーティングすることによって、弾性膜９０が形成される。

図２中に拡大して示したように、弾性膜９０の厚みｄ１は、搬送管４０の内周面とフライト５２の外側の端縁との距離ｄ２よりも小さい。特に、本実施形態では、弾性膜９０の厚みｄ１と粉粒体の最大粒径との和が、搬送管４０の内周面とフライト５２の外側の端縁との距離ｄ２よりも小さい。このため、フライト５２の外側の端縁と、弾性膜９０の内周面との間には、両者が接触しない程度の隙間４０３が確保され、当該隙間４０３に粉粒体が入り込む。

供給装置１の稼働時には、フライト５２の回転により、隙間４０３に入り込んだ粉粒体が、弾性膜９０側へ押し付けられる。しかしながら、弾性膜９０が、弾性変形することによって圧力を吸収するため、粉粒体にかかる圧力が低減される。微視的に見ると、粉粒体からの圧力によって、弾性膜９０が自然状態から僅かに縮み、それにより、フライト５２の外側の端縁と弾性膜９０との間隔が僅かに広がる。これにより、粉粒体にかかる圧力が低減される。その結果、フライト５２と弾性膜９０との間において、粉粒体の堆積固化が抑制される。

弾性膜９０は、搬送管４０の内周面のうち、少なくともフライト５２に対向する部分に形成されていればよい。ただし、本実施形態では、搬送管４０の内周面の全体が、弾性膜９０に覆われている。すなわち、弾性膜９０は、フライト５２が配置される第１空間４０１と、フライト５２が配置されない第２空間４０２との双方に面している。このため、供給装置１の製造時には、搬送管４０の内周面に、部分的にマスクをすることなく、弾性膜９０を容易にコーティングすることができる。

また、この供給装置１のように、排出羽根５４を有する構造においては、搬送管４０の内部において粉粒体のかさ密度を意図的に高めるため、粉粒体の堆積固化が生じやすい。しかしながら、本実施形態のように、搬送管４０の内周面に弾性膜９０を設ければ、第１空間４０１において粉粒体の堆積固化を抑制し、かつ、第２空間４０２において粉粒体のかさ密度を高めることが可能となる。

また、本実施形態では、フライト５２の表面ではなく、搬送管４０の内周面が、弾性膜９０に覆われている。すなわち、フライト５２の表面は、弾性膜９０に覆われることなく露出している。また、フライト５２の表面の摩擦係数は、弾性膜９０の表面の摩擦係数より、小さい。このため、粉粒体が、フライト５２とともに回転することを抑制できる。これにより、粉粒体を、搬送方向下流側へ、効率よく搬送できる。

また、本実施形態では、貯留容器２０の底部の上面も、スクリュー５０のフライト５２に対向する。このため、図２に示すように、貯留容器２０の底部の上面も、弾性膜９０に覆われている。このようにすれば、貯留容器２０の底部の上面と、フライト５２との間においても、粉粒体の堆積固化を抑制できる。その結果、粉粒体の搬送効率をさらに向上させることができる。

＜３．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。

図３は、一変形例に係る供給装置１の部分縦断面図である。図３の例では、搬送管４０の内周面が、弾性膜９０に覆われることなく露出している。そして、フライト５２の外側の端縁が、弾性膜９０に覆われている。また、弾性膜９０の厚みｄ１と粉粒体の最大粒径との和は、搬送管４０の内周面とフライト５２の外側の端縁との距離ｄ２よりも小さい。このため、搬送管４０の内周面と弾性膜９０との間には、両者が接触しない程度の隙間４０３が確保され、当該隙間４０３に粉粒体が入り込む。

図３の例においても、搬送管４０の内周面と弾性膜９０との間に介在する粉粒体に圧力がかかったときに、当該圧力の一部が、弾性膜９０に吸収される。したがって、搬送管４０の内周面と弾性膜９０との間において、粉粒体の堆積固化を抑制できる。

すなわち、搬送管４０の内周面とフライト５２の外側の端縁との間における粉粒体の堆積固化を抑制するためには、搬送管４０の内周面とフライト５２の外側の端縁との少なくとも一方が、弾性膜９０に覆われていればよい。また、搬送管４０の内周面とフライト５２の外側の端縁との双方が、弾性膜９０に覆われていてもよい。

なお、図３の例では、フライト５２の表面のうち、外側の端縁以外の部分は、弾性膜９０に覆われることなく露出している。弾性膜９０の摩擦係数が大きい場合には、このように、フライト５２の外側の端縁のみに、弾性膜９０を設けることが好ましい。そうすれば、フライト５２とともに粉粒体が回転することを抑制できる。これにより、粉粒体を、搬送方向下流側へ、効率よく搬送できる。

また、供給装置の細部の構造については、本願の各図に示された構造と相違していてもよい。例えば、搬送管が複数の部材で構成されていてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

１ 供給装置
１０ ホッパ
１１ 側壁
１２ 材料投入口
１３ 材料送り口
２０ 貯留容器
２１ 接続口
３０ アジテータ
３１ 撹拌部材
３２ アジテータ駆動部
４０ 搬送管
４１ 排出口
５０ スクリュー
５１ スクリューシャフト
５２ フライト
５３ スクリュー駆動部
５４ 排出羽根
６０ 排出部
７０ ベース部
７１ 計量部
８０ 制御部
９０ 弾性膜
４０１ 第１空間
４０２ 第２空間
４０３ 隙間

Claims (7)

1. 粉粒体を後続の装置へ供給する供給装置であって、
   粉粒体の搬送方向に沿って延びる略円筒状の搬送管と、
   前記搬送管の内部に配置されたスクリューと、
   前記スクリューを回転させるスクリュー駆動部と、
   を備え、
   前記スクリューは、
   前記搬送方向に延びるスクリューシャフトと、
   前記スクリューシャフトの外周面を螺旋状に取り巻くフライトと、
   を有し、
   前記搬送管の内周面のうち前記フライトに対向する部分と、前記フライトの外側の端縁との、少なくとも一方が弾性膜に覆われ、
   前記弾性膜は、前記フライトおよび前記搬送管よりも弾性の高い材料からなり、
   前記弾性膜の厚みは、前記搬送管の内周面と前記フライトの外側の端縁との距離よりも小さい供給装置。
2. 請求項１に記載の供給装置において、
   前記スクリューは、
   前記フライトより前記搬送方向の下流側に位置する排出羽根
   をさらに有し、
   前記排出羽根は、前記搬送管の排出口を、部分的に塞いでいる供給装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の供給装置において、
   前記弾性膜の厚みと前記粉粒体の最大粒径との和は、前記搬送管の内周面と前記フライトの外側の端縁との距離よりも小さい供給装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載の供給装置において、
   前記搬送管の内周面のうち、少なくとも前記フライトに対向する部分が、前記弾性膜に覆われ、
   前記フライトの表面は、前記弾性膜に覆われることなく露出している供給装置。
5. 請求項４に記載の供給装置において、
   前記フライトの表面の摩擦係数は、前記弾性膜の表面の摩擦係数よりも小さい供給装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の供給装置において、
   前記搬送管の内部空間は、
   前記フライトが配置される第１空間と、
   前記第１空間よりも前記搬送方向の下流側に位置し、前記フライトが配置されない第２空間と、
   を含み、
   前記弾性膜は、前記第１空間と前記第２空間との双方に面している供給装置。
7. 請求項４から請求項６までのいずれかに記載の供給装置において、
   前記搬送管の上流側の端部が接続される貯留容器
   をさらに備え、
   前記スクリューシャフトおよび前記フライトは、前記搬送管と前記貯留容器との双方に亘って配置され、
   前記弾性膜は、前記貯留容器の内側面のうち前記フライトに対向する部分を、さらに覆っている供給装置。

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