JP2016098005A - 固形物供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な構造を用いずにかつ流路内に不純物が混入することなく、バルブ内に形成された滞留物（ブリッジ等）を排除することができる固形物供給装置を提供する。【解決手段】固形物が移送される配管と、前記配管に直列に接続されたピンチバルブと、前記ピンチバルブの出口側の前記配管に設けられて前記配管内の前記固形物の流れの有無を検知するセンサーと、前記センサーからの検知信号を受信するとともに前記ピンチバルブに開閉動作の指令を発する制御装置と、を備えることを特徴とする固形物供給装置。【選択図】図６

Description

本発明は、例えば粉体等の固形物を流通させる流路に関し、特にピンチバルブ内で生じた滞留を自動的に解消する機能を備えた固形物供給装置に関するものである。

従来、錠剤やカプセル等の医薬品、飴や米菓等の菓子類、あるいは小型のマカロニや果物又はゼリー品等の食品類、砂糖や小麦粉又は印刷機用トナー等の粉末類に例示される固形物の製造、加工等の工程において、これらの固形物を処理する装置の間で移送又は移し替えする工程が必要となる。
これらの移送又は移し替えの工程において、例えば、粉体又は粉体を含むスラリーを移送する際に、流路が狭まる等で粉体どうしに圧力が加わると、粉体どうしが互いに固着することで流路内に塊となって滞留する現象、いわゆるブリッジ、ラットホールあるいはファネルフロー等が生じてしまい、粉体が移送できなくなるという問題が発生する場合がある。
このような滞留現象、特にホッパの出口付近の固形物が集中する領域でブリッジ現象が生じた場合には、流路に形成されたブリッジを当該流路又はホッパの壁面に打撃や衝撃を与えて破壊することによって解消する方法及び装置が知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００９−６７４００号公報 特開２００５−３３５７１８号公報

特許文献１に記載されているアーチブリッジ破壊装置においては、シュータ筒の下部付近に、シャッタによって通路を開閉自在とするゲートが取り付けられている。このような装置においては、シャッタを閉じた場合、ホッパ内の粉体穀類等が当該ゲート近傍に集中してブリッジを形成してしまい、シャッタを開いても、粉体穀類等が流れないことがある。この場合、シャッタは単に通路を横切って移動する動作のみであるため、シャッタの開閉を行ってもブリッジを解消することは困難である。
このため、特許文献1の発明においては、サイロ内に形成されたアークブリッジを破壊する際に、サイロのテーパ形ホッパ壁にホッパ壁搖動手段を取り付けて、上記ホッパ壁を押し込む力と引き上げる力とを反復して加えることにより、アークブリッジを破壊する手法が採用されている。
しかしながら、特許文献１に記載されたアーチブリッジ破壊装置は、サイロのホッパ壁に外側から取り付けたホッパ壁搖動手段により生じる振幅（往復動）をホッパ壁に伝達する構成のため、ホッパ壁に伝達された振幅がサイロ全体や当該サイロの固定構造にも伝わることとなり、また、ホッパ壁搖動手段の駆動源（モータ等）や搖動するホッパ壁から音が発生するため、使用環境によっては振動対策や騒音対策が必要となる。
さらに、ホッパ壁にホッパ壁搖動手段を追加的に取り付けることとなるため、サイロの構造が複雑となるとともに、製造上のコスト高となってしまうという問題があった。

一方、特許文献２に記載されているブリッジの破壊装置においては、ホッパの下部と粉体輸送管との間に環状体の空気噴射用部材を設け、当該空気噴射用部材の内面側にホッパ側に向けて圧縮空気を噴射する複数の空気噴射孔を形成し、これらの空気噴射孔からホッパ内のブリッジ等の滞留物に圧縮空気を吹き付けることにより、滞留物を破壊する手法が採用されている。
特許文献２に記載されたブリッジの破壊装置は、粉体の流路に直列で配置できる点で引用文献１に記載されたアーチブリッジ破壊装置に比べて追加的な構造物が少なくなるという利点がある。
しかしながら、ホッパと粉体輸送管とで形成される流路の外部から圧縮空気を導入することとなるため、流路内に圧縮空気を介して何らかの不純物が混入することがあり、例えば食品や医薬品等の分野で粉体を扱う場合には適用が難しくなるという問題があった。

そこで、本発明は、複雑な構造を用いずにかつ流路内に不純物が混入することなく、バルブ内に形成された滞留物（ブリッジ等）を排除することができる固形物供給装置を提供することを目的とする。

上記の問題点を達成するために、代表的な本発明の固形物供給装置の一つは、固形物が移送される配管と、前記配管に直列に接続されたピンチバルブと、前記ピンチバルブの出口側の前記配管に設けられて前記配管内の前記固形物の流れの有無を検知するセンサーと、前記センサーからの検知信号を受信することにより前記ピンチバルブに開閉動作の指令を発する制御装置からなる。

本発明により、複雑な構造を用いずにかつ流路内に不純物が混入することなく、バルブ内に形成された滞留物（ブリッジ等）を排除することができる。
また、固形物の流れを検知するセンサーを用いることにより、滞留物の解消動作を含む固形物の供給を自動化することができる。

本発明の実施例１による固形物供給装置の概要を示す模式図である。 図１に示す固形物供給装置に適用されているピンチバルブの外観を示す斜視図である。 図２に示すピンチバルブのバルブ本体の内部構造を示す斜視図である。 ピンチバルブが閉状態におけるピンチバルブ近傍の内部の状態を示す断面図である。 ピンチバルブが開状態におけるピンチバルブ近傍の内部の状態を示す断面図である。 ピンチバルブ内に固着した滞留物を破砕する解消動作を示すピンチバルブ近傍の内部の断面図である。 本発明の実施例２による固形物供給装置に適用される制御装置の概略を示す模式図である。

＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１による固形物供給装置の概要を示す模式図である。
図１に示すように、固形物供給装置５は、貯蔵タンク３から配管２を通って搬送装置又は梱包装置４に至る固形物Ｐの供給経路を有している。このとき、配管２の中間部には、上記固形物Ｐの流れをせき止め又は開放するピンチバルブ１が設けられている。
また、固形物の供給経路は、貯蔵タンク３の下端に配管２が接続されて、その後ピンチバルブ１と配管２とを経て搬送装置又は梱包装置４に至る構造となっており、固形物Ｐはピンチバルブ１が開放時には自重で落下するように構成されている。

実施例１による固形物供給装置５は、流路内の固形物の流れを検知するセンサー６と、当該センサー６からの信号を受信しかつピンチバルブの駆動を制御する制御手段７と、をさらに備えている。
センサー６は、ピンチバルブ１周辺で固形物の滞留が発生しているかどうかを検知するため、ピンチバルブ１の下流に接続される配管２のピンチバルブ出口近傍に配置されており、固形物の存在を検知した場合に検知信号を制御装置７に発する。
固形物の滞留が発生しているかどうかを検知するセンサーとしては、例えばレーザセンサーや磁気センサーあるいは高速度カメラによる画像処理機構等の非接触式センサーや、配管内部にプローブ等の接触子を配置して固形物の流れを直接検知する接触式センサー等、いずれの手段を用いてもよい。

制御装置７は、センサー６が配管２内に固形物を検知しているすなわち固形物の供給が正常に行われている（固形物が正常に流れている）状態では、ピンチバルブ１の開閉動作を制御する信号を発する。
しかしながら、ピンチバルブ１に開放指令を発しているにもかかわらず上記センサーで固形物の移送（流れ）を所定時間検知しない場合は、制御装置７がピンチバルブ内で滞留物が発生していると判断し、後述する滞留物の解消動作を実施する指令を発する。
このような制御系を用いることにより、固形物供給装置５は、固形物の滞留（ブリッジ等）が発生してもこれを自動的に解消して自動運転を行うことが可能となる。

図２は、本発明の実施例１による固形物供給装置５に適用されているピンチバルブ１の外観を示す斜視図である。また、図３は、図２に示したピンチバルブのバルブ本体の内部構造を示す斜視図である。
図２に示すように、ピンチバルブ１は、円盤状の外観を有するバルブ本体１０と、バルブ本体１０の内部に設けられた機構を駆動させる駆動装置２０とを備えている。
また、図２に示したバルブ本体１０は、図３に示すように、第１のバルブハウジング１００と、当該第１のバルブハウジング１００に設けられた配管取付部１０２と、第２のバルブハウジング１１０と、当該第２のバルブハウジングに設けられた配管取付部１１２と、を備えている。

図３に示すように、バルブ本体１０を構成する第１のバルブハウジング１００と第２のバルブハウジング１１０との内部には、後述の１対のピンチレバーを駆動するピンチレバー駆動機構として機能するローター１２０が回動自在に挿入される。
ローター１２０の外周部の一部にはギヤ部１２２が形成され、駆動装置２０に設けられたピニオンギア２５０と噛合している。一方、ローター１２０の内部には、第１のカム山１２４及び第２のカム山１２５が対向して１対設けられる。
また、ローター１２０の内部には、弾性材料からなるチューブ１５０が配置されており、その両端部のフランジ部１５３が、第１のバルブハウジング１００と第２のバルブハウジング１１０の配管取付部１０２及び配管取付部１１２にそれぞれ接触するように取り付けられる。チューブ１５０の材料としては、シリコンゴムやフッ素系樹脂、あるいはエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）等の高分子材料が例示できる。

ローター１２０の内側でチューブ１５０の中央部の外側には、当該チューブ１５０をピンチして内部を流れる固形物の流れを封止する１対のピンチレバー１６０が支柱１１６を中心に回動自在に設けられる。
ローター１２０が回動すると、ローター１２０の内部に形成された第１のカム山１２４によりピンチレバー１６０は内側に押圧されて回動する。当該回動動作により１対のピンチレバー１６０の間隔が小さくなり、チューブ１５０の中央部を押しつぶしてピンチする。

次に、図４〜図６を用いて、本発明によるバルブ内の滞留を解消する方法における滞留物の破砕動作を説明する。
図４（ａ）は、一般的なピンチバルブが閉状態におけるピンチバルブ内部の状態をピンチ方向（ピンチレバー１６０がチューブ１５０をピンチする方向）に対して側方から見たときのピンチバルブ内部近傍の断面図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）に対応するピンチバルブ内部の状態をピンチ方向から見たものを示している。

図４に示すように、チューブ１５０の両端には、固形物を移送するための配管２が取り付けられている。ピンチバルブを閉じたとき、チューブ１５０内を移送される固形物Ｐ（例えば粉体等）は、１対のピンチレバー１６０でピンチされた部分でせき止められ、せき止め領域ＰＳを形成する。
このとき、図４（ａ）に示すように、せき止め領域ＰＳは、側方から見るとピンチ部分に向けて先細の形状となる。
また、図４（ｂ）に示すように、ピンチされたチューブ１５０は、１対のピンチレバー１６０に沿って側方に変形するため、せき止め領域ＰＳは、ピンチ方向から見ると元のチューブ径よりも幅広の形状となる。

図５（ａ）は、一般的なピンチバルブが閉状態から開状態に移行した際に、ピンチバルブ内部の状態をピンチ方向に対して側方から見たときのピンチバルブ内部近傍の断面図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に対応するピンチバルブ内部の状態をピンチ方向から見たものを示している。
図４に示したピンチバルブの閉状態において、せき止め領域ＰＳの粉体には後続の粉体から圧力がかかって凝集するため、せき止め領域ＰＳが凝固していわゆるブリッジ等の滞留物が形成されることがある。このような場合、滞留物がバルブの入口に固着して粉体の流れをせき止めてしまうため、粉体の移送が継続できなくなる。

ピンチバルブ１の内部に上記滞留物が形成された場合、ピンチレバー１６０を開放してバルブを開状態とすると、ピンチされていたチューブ１５０が元の筒状の形状に戻るため、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、滞留物はピンチ方向に対して側方から見て先細でかつピンチ方向から見てチューブ１５０の幅にほぼ等しい形状となる（すなわち、図４（ｂ）に示すせき止め領域ＰＳにおいて、チューブ径より幅広に形成されていた部分がチューブ１５０の戻りによって破壊される）。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示したとおり、ピンチバルブ１の内部に滞留物が形成された場合、通常はいったん閉状態から開状態に戻ることで当該滞留物の一部が破壊される。
しかしながら、上記のとおり、図１に示す制御装置７がピンチバルブ１に開放指令を発したときにセンサー６が固形物の流れを検知しない場合には、制御装置７はバルブ内に図５に示すような形状の滞留物が残存していると判断し、以下の滞留物の解消動作を実施するよう指令を発する。

図６（ａ）は、ピンチバルブ１内に固着した滞留物の解消動作をピンチ方向に対して側方から見たときのピンチバルブ内部近傍の断面図である。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）に対応するピンチバルブ内部の状態をピンチ方向から見たものを示している。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、本発明のバルブ内の滞留を解消する方法において、バルブ内に固着した滞留物を破砕するために、ピンチバルブ１の１対のピンチレバー１６０による開閉動作を数回（例えば２〜３回）繰り返し実施する。

すなわち、ピンチバルブの閉状態（図６（ａ）参照）では、ピンチされたチューブ１５０が滞留物のピンチレバー１６０側の表面に押圧接触し、ピンチバルブの開状態（図６（ｂ）参照）では、チューブ１５０が滞留物の側面（上記ピンチレバー１６０側の表面に対して直交する側の面）に押圧接触する。このとき、図２に示すようなピンチバルブ１を適用した場合、ピンチ動作を行う際に１対のピンチレバー１６０が支柱１１６を中心に回動してチューブ１５０を押しつぶすため、チューブ１５０には中心軸に対するねじり方向の力も作用することとなり、滞留物への複合的な力が作用して解消効果が大きくなる。
このような動作を実施することにより、ピンチバルブ１のチューブ１５０が滞留物に繰り返しの押圧力を付与するため、凝固した粉体が破砕されて滞留が解消される。
そして、図１に示すセンサー６が再び固形物の流れを検知した場合、制御装置７は固形物の移送が正常に行われていると判断して、通常の自動運転を継続する。

＜実施例２＞
図１〜６に示す実施例１では、ピンチバルブ１とセンサー６と制御装置７とを用いて、バルブ内に固形物の滞留物が形成された場合に自動的にこれを解消する固形物供給装置５の例を示した。
本発明の実施例２による固形物供給装置は、追加的な滞留物の解消動作を行うことができる制御装置を含むものである。

図７は、本発明の実施例２による固形物供給装置に適用される制御装置７０の詳細を示す模式図である。
図７に示すように、制御装置７０は、主制御部７２と、タイマー７４と、カウンター７６と、警報装置７８と、を備えている。
主制御部７２は、上記実施例１の制御装置７と同様の制御動作を行う部分であり、配管に設けられた固形物の流れを検知するセンサーからの信号を受信しかつピンチバルブの駆動を制御するとともに、タイマー７４による計時動作及びカウンター７６による計数動作を制御する。
タイマー７４は、主制御部７２の計時指令に基づいて計時を開始し、予め設定された時間（例えば３０秒間）が経過したときに主制御部７２に計時終了信号を発する機能を有する。

また、カウンター７６は、主制御部７２の計数指令に基づいて当該計数指令を受信した回数を積算し、予め設定された回数（例えば３回）の計数指令を受信したときに主制御部７２に警告信号を発する機能を有する。
また、警報装置７８は、主制御部７２からの警報指令を受けてオペレータに固形物供給装置の異常を知らせるものであり、例えば赤色光の点灯や点滅で知らせるランプあるいは警報音で知らせるブザー等の手段を組み合わせて適用することができる。

主制御部７２は、ピンチバルブに開放指令を発したときに上記センサーが固形物の流れを検知しない場合に、バルブ内に図５に示すような形状の滞留物が残存していると判断し、図６に示すような滞留物の解消動作を実施するようピンチバルブに指令を発する。このとき、主制御部７２は、滞留物の解消動作の指令を発すると同時に、タイマー７４に計時指令を発する。
主制御部７２は、タイマー７４からの計時終了信号を受信する前にセンサーからの検知信号を受信した場合、上記滞留物の解消動作により固形物の供給が正常に戻ったと判断し、通常の自動運転を継続する。
一方、センサーからの検知信号を受信する前にタイマー７４からの計時終了信号を受信した場合には、再度、ピンチバルブへの滞留物の解消動作の指令及びタイマー７４への計時指令を発するとともに、カウンター７６に計数指令を発する。

カウンター７６は、上記のとおり、主制御部７２からの計数指令を受けた回数を積算し、所定の回数の指令を受けたときには主制御部７２に警告信号を発する。
主制御部７２は、カウンター７６から警告信号を受信すると、バルブ内に滞留物以外のトラブル（例えばチューブやピンチレバーの破損等）が発生したと判断し、警報装置７８に警報指令を発するとともに、固形物供給装置に自動運転を停止する。
これらの構成を用いることにより、実施例２による固形物供給装置は、滞留物の解消動作を自動的に実施するだけでなく、装置に発生した故障等のトラブルを検知して自動運転を停止することもできるため、装置の安全性を高めることができる。

上記の実施例において、移送される固形物として互いに凝集することで凝固する粉体の場合を例示したが、例えば、小型の電子部品や短尺の麺類等、互いに絡まり合うことで集積して流路に滞留した場合についても上記の解消方法を適用できる。
また、滞留物に押圧力を付与する動作として、ピンチバルブにおける１対のピンチレバーによるゆっくりとした開閉動作を繰り返す場合を例示したが、例えば、１対のピンチレバーの回動動作の回動量を小さく設定しかつ繰り返し間隔を短くすることによりチューブを細かく振動させ、この振動を滞留物に伝達することにより滞留物の固着又は凝固を解消するようにしてもよい。

本発明の固形物供給装置は、上記した実施例の形態に限定されるものではなく、ピンチバルブの上流に配置される貯蔵タンクや下流に配置される搬送装置又は梱包装置、あるいはセンサーの構成等について、様々な変形例や組合せが含まれる。
その他、本発明の固形物供給装置及びその構成の一部について、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、その他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、上記の実施例では、１対のピンチレバーがローターの回転に応じて回動することによってピンチ動作を行うピンチバルブを例示したが、１対のピンチレバーをチューブに対して平行に対向させ、それらの対向する面を近接するように平行移動することによってピンチ動作を行うようなピンチバルブにも適用することができる。
また、バルブハウジング内に配置されるチューブのピンチされる領域に筒状の外周部材を設けてもよい。このような構成により、チューブ自体の寿命を延ばすことができる。
さらに、例えば図１では、固形物供給装置の配管が鉛直方向となる、すなわち固形物がピンチバルブを介して下方に移送される態様を例示したが、配管が水平方向に配置された場合、あるいは水平方向に対して傾斜した場合であっても、上記効果を得ることが可能である。

本発明の固形物供給装置は、例えば夜間にピンチバルブを閉状態のままで装置の運転を停止して翌朝に再稼働させるような場合に、長時間の停止状態によって生じたバルブ内の滞留物を始めに解消する繰り返しの開閉動作を制御装置が指令するモードを追加してもよい。
また、滞留物の解消動作を繰り返し実行しても固形物の流れを正常化できないと判断した場合には、制御装置が警報を発するとともに自動運転の停止を行うため、製造ラインの安全化を図ることができるとともに、不良品の発生を抑制できる。

本発明の固形物供給装置に用いられている図２に示すピンチバルブは、シャッタやボールバルブ等による流路の開閉動作とはことなり、バルブ内のチューブがピンチ動作（開閉動作）の度に滞留物に接触することとなり、従来のようなホッパ壁を搖動する手段や配管内に空気を噴射する手段等の複雑な構造を用いることなく、滞留物を解消することができることに加え、１対のピンチレバー１６０が支柱１１６を中心に回動してチューブ１５０を押しつぶすため、チューブ１５０には中心軸に対するねじり方向の力も作用することとなり、滞留物が極めて発生しにくい特長を有している。
また、このようなすぐれた性能に加え、本発明の固形物供給装置によれば、ピンチバルブ下流の配管にセンサーを設けて固形物の流れの有無を検知し、その検知結果に基づいて滞留物の有無を判断するとともにピンチバルブに解消動作を行う指令を発するため、装置の自動運転を可能とし生産効率を向上させることができる。

１ ピンチバルブ
２ 配管
３ 貯蔵タンク
５ 固形物供給装置
６ センサー
７、７０ 制御装置
１０ バルブ本体
２０ 駆動装置
１００ 第１のバルブハウジング
１０２ 配管取付部
１１０ 第２のバルブハウジング
１１２ 配管取付部
１１６ 支柱
１２０ ローター
１５０ チューブ
１６０ ピンチレバー

Claims (4)

1. 固形物が移送される配管と、前記配管に直列に接続されたピンチバルブと、前記ピンチバルブの出口側の前記配管に設けられて前記配管内の前記固形物の流れの有無を検知するセンサーと、前記センサーからの検知信号を受信するとともに前記ピンチバルブに開閉動作の指令を発する制御装置と、を備える
   ことを特徴とする固形物供給装置。
2. 前記制御装置は、前記ピンチバルブに開放動作を指令している間に前記センサーからの検知信号を受信していない場合に、前記ピンチバルブに対して繰り返しの開閉動作を行う解消動作を指令する
   ことを特徴とする請求項１に記載の固形物供給装置。
3. 前記制御装置は、主制御部とタイマーとを備え、
   前記主制御部は、前記ピンチバルブに開放指令を発している間に前記センサーが固形物の流れを検知しない場合に、前記ピンチバルブに対する前記解消動作を実施する指令と前記タイマーに計時指令とを発し、
   前記タイマーは、前記計時指令に基づいて計時を開始し、予め設定された時間が経過したときに前記主制御部に計時終了信号を発し、
   前記主制御部は、前記タイマーからの前記計時終了信号を受信する前に前記センサーからの前記検知信号を受信したときに、前記固形物の供給が正常に戻ったと判断する
   ことを特徴とする請求項２に記載の固形物供給装置。
4. 前記制御装置は、カウンターと警報装置とをさらに備え、
   前記主制御部は、前記センサーからの前記検知信号を受信する前に前記タイマーからの前記計時終了信号を受信したときに、再び前記ピンチバルブに対する前記解消動作を実施する指令と前記タイマーへの計時指令及び前記カウンターに計数指令を発し、
   前記カウンターは、前記主制御部からの計数指令を受けた回数を積算し、所定の回数の指令を受けたときに前記主制御部に警告信号を発し、
   前記主制御部は、前記警告信号を受信したときに、前記警報装置に警報指令を発するとともに、固形物供給装置に自動運転を停止する
   ことを特徴とする請求項３に記載の固形物供給装置。

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