JP2019172320A

JP2019172320A - 粉体供給装置

Info

Publication number: JP2019172320A
Application number: JP2018063177A
Authority: JP
Inventors: 元彬猿渡; Motoaki Saruwatari
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2019-10-10

Abstract

【課題】低コストで、かつ均一性の高い混合粉体を供給することができる粉体供給装置を提供することを目的とする。【解決手段】混合粉体を供給する粉体供給装置であって、内部に前記混合粉体を貯蔵することができ、底部に粉体排出口を有するホッパーと、円錐形状を有し、前記ホッパーの内部に、底面が前記粉体排出口と対向するように配置された分散部材と、上面と垂直方向上方から見た場合に中央に円形の開口部を備えた円板形状を有し、前記粉体排出口と、前記分散部材との間に、前記上面と反対側の面である底面と前記粉体排出口とが対向するように配置された排出部材と、を有する粉体供給装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、粉体供給装置に関する。

従来から、ホッパー内に粉体を貯蔵しておき、該ホッパーから粉体を排出させ、製造工程等に供することがなされていた。

しかし、比重、粒子形状、粒径等が異なる２種類以上の粉体を混合した混合粉体をホッパー内に貯蔵した場合、ホッパーの内部で偏析が生じ、混合粉体を排出する際に２種類以上の粉体が均一に混合された状態で取り出すことができない場合があった。

上記問題を解決するため、従来から各種検討がなされてきた。

例えば特許文献１には、貯槽の上部から内部において昇降自在に吊設され、内壁面にほぼ内接する板状の投入部材に、適宜間隔を置いて複数個の投入用貫通孔を設け、槽上部から連通する導管によって粉体を供給し、槽内の底面近くから満槽状態まで、常に堆積面に近接して粉体を投入することを特徴とする粉体貯槽内の偏析防止投入方法が開示されている。

また、特許文献２にはホッパー内部に円筒及び／又は中空の角柱を組み合わせた偏析防止用の仕切り構造を有してなる偏析防止ホッパーが開示されている。

特開昭４９−１３５３６３号公報特開２００９−２９４３１号公報

しかしながら、特許文献１の偏析防止投入方法によれば、貯槽内を昇降自在な投入部材を設ける必要があり、コストが高かった。

また、特許文献２に開示された偏析防止ホッパーによれば、仕切り構造の形状や、サイズ等によっては偏析を十分に抑制できなかった。

そこで上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の一側面では、低コストで、かつ均一性の高い混合粉体を供給することができる粉体供給装置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発明の一態様によれば、
混合粉体を供給する粉体供給装置であって、
内部に前記混合粉体を貯蔵することができ、底部に粉体排出口を有するホッパーと、
円錐形状を有し、前記ホッパーの内部に、底面が前記粉体排出口と対向するように配置された分散部材と、
上面と垂直方向上方から見た場合に中央に円形の開口部を備えた円板形状を有し、前記粉体排出口と、前記分散部材との間に、前記上面と反対側の面である底面と前記粉体排出口とが対向するように配置された排出部材と、を有する粉体供給装置を提供する。

本発明の一態様によれば、低コストで、かつ均一性の高い混合粉体を供給することができる粉体供給装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る粉体供給装置の模式図。分散部材の模式図。排出部材の模式図。実施例、比較例において排出された混合粉体中の粉体の混合比の経時変化の説明図。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いながら説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。

なお、以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明を繰り返さない。
［粉体供給装置］
ここで、図１に本実施形態の粉体供給装置のホッパー１１の中心軸ＣＬ_１１を通る面での断面図を模式的に示す。

本実施形態の粉体供給装置１０は、混合粉体を供給する粉体供給装置に関し、ホッパー１１と、分散部材１２と、排出部材１３とを有することができる。

ホッパー１１は、内部に混合粉体を貯蔵することができ、底部に粉体排出口１１１を有することができる。

分散部材１２は、円錐形状を有し、ホッパー１１の内部に、底面１２１が粉体排出口１１１と対向するように配置できる。

排出部材１３は、上面１３１と垂直方向上方から見た場合に中央に円形の開口部１３１Ａを備えた円板形状を有し、粉体排出口１１１と、分散部材１２との間に、上面１３１と反対側の面である底面１３２と粉体排出口１１１とが対向するように配置することができる。

各部材について以下に説明する。
（ホッパー）
ホッパー１１は、上述のように内部に混合粉体を貯蔵することができるように中空の構造を有している。そして、底部（下部）には混合粉体を排出する粉体排出口１１１を有している。また、上部にはホッパー１１内部に混合粉体を供給するための粉体供給口１１２を有することができる。

ホッパー１１の形状は特に限定されないが、円筒形状を有する円筒部１１Ａ、及び円筒部１１Ａと粉体排出口１１１との間に配置され、円筒部１１Ａ側から粉体排出口１１１に向かってその直径が減少するテーパー形状を有するテーパー部１１Ｂを有することができる。すなわち、ホッパー１１は、円筒形状を有する円筒部１１Ａと、テーパー形状、例えば図１に示すように内部が空洞となった円錐台形状を有するテーパー部１１Ｂとが連続して配置された構造を有することができる。なお、テーパー部１１Ｂの下端部が粉体排出口１１１となる。

そして、ホッパー１１内に以下に説明する分散部材１２、及び排出部材１３を配置することで、低コストで、かつ均一性の高い混合粉体を供給することができる粉体供給装置とすることができる。
（分散部材）
分散部材１２の構成例について図１、図２を用いて説明する。図２は分散部材１２の斜視図となる。

本発明の発明者らの検討によれば、分散部材１２や、排出部材１３を設けていないホッパーに、比重の異なる２種類以上の粉体を含有する混合粉体を供給すると、比重の違いにより、ホッパーの上部に比重の小さい粉体が多く分布し易くなる。このため、該ホッパーから混合粉体を排出させると、排出初期は比重の大きい粉体の割合が高くなり、徐々に比重の小さい粉体の割合が高くなっていた。

本実施形態の粉体供給装置１０では上述のように円錐形状を有する分散部材１２を設けることで、ホッパー１１に供給した混合粉体は、該分散部材１２の側面１２２に衝突して、滑り落ちた後、ホッパー１１の内壁に衝突することができる。そして、ホッパー１１の内壁に衝突し、落下した混合粉体がホッパー１１の分散部材１２の下部で、表面が傾斜面であるすり鉢状の粉体面を形成し、該傾斜面を比重の小さい粒子が滑り落ちることで、ホッパー１１の径方向（幅方向）の中央部側に比重の小さい粉体が分布する。また、比重の大きい粉体がホッパー１１の内壁面に沿って分布する。このため、分散部材１２を設けていない場合と異なり、比重の小さな粉体を、ホッパー１１の径方向（幅方向）の中央部に、ホッパー１１の高さ方向に渡って分布させることができる。また、比重の大きい粉体をホッパー１１の内壁面側に、ホッパー１１の高さ方向に渡って分布させることができる。

分散部材１２は、図１、図２に示すように円錐形状を有することができる。分散部材１２のサイズ等は特に限定されないが、ホッパー１１に供給した混合粉体を、ホッパー１１内に導入できるように、ホッパー１１の内壁と、分散部材１２の底面１２１の外周との間には混合粉体が通過できる程度の隙間が形成されている必要がある。

このため、分散部材１２の底面１２１の直径Ｄ_１２１（図２を参照）は、ホッパー１１内で、該底面１２１が位置する場所におけるホッパー１１の内径よりも短くなる。

そして、ホッパー１１に供給した混合粉体が、分散部材１２の側面１２２に衝突できるように、分散部材１２は、ホッパー１１の上部中央に配置することが好ましい。特に、分散部材１２はホッパー１１の円筒部１１Ａ内に配置されることがより好ましい。そこで、ホッパー１１の円筒部１１Ａの内径Ｄ_１１Ａ（図１を参照）よりも、分散部材１２の底面１２１の直径Ｄ_１２１（図２を参照）の方が短くなる。特にホッパー１１の円筒部１１Ａの内径Ｄ_１１Ａと、分散部材１２の底面１２１の直径Ｄ_１２１とは、０．２×Ｄ_１１Ａ≦Ｄ_１２１≦０．７×Ｄ_１１Ａであることが好ましく、０．３×Ｄ_１１Ａ≦Ｄ_１２１≦０．５×Ｄ_１１Ａであることがより好ましい。

分散部材１２の底面１２１の直径Ｄ_１２１を、ホッパー１１の円筒部１１Ａの内径Ｄ_１１Ａの０．２倍以上とすることで、分散部材１２をホッパー１１の円筒部１１Ａに配置し、混合粉体を供給した際に、より確実に混合粉体を円筒部１１Ａの内壁まで飛ばすことができるからである。

また、分散部材１２の底面１２１の直径Ｄ_１２１を、ホッパー１１の円筒部１１Ａの内径Ｄ_１１Ａの０．７倍以下とすることで、分散部材１２をホッパー１１の円筒部１１Ａに配置した際に、円筒部１１Ａの内壁と、分散部材１２の底面１２１の外周との間に十分な隙間を形成できる。このため、ホッパー１１内に混合粉体を導入することが分散部材１２により阻害されることを抑制できるためである。

分散部材１２の高さＨ_１２（図２を参照）は特に限定されないが、分散部材１２の側面１２２に供給した混合粉体をホッパー１１の内壁面に衝突させるために分散部材１２の側面１２２に適度な傾斜をもたせることが好ましい。そこで、例えば、分散部材１２の高さＨ_１２と、底面の直径Ｄ_１２１とは、０．４×Ｄ_１２１≦Ｈ_１２≦０．８×Ｄ_１２１を満たすことが好ましい。特に０．５×Ｄ_１２１≦Ｈ_１２≦０．７×Ｄ_１２１を満たすことがより好ましい。
（排出部材）
排出部材１３の構成例について、図１、図３（Ａ）、図３（Ｂ）を用いて説明する。図３（Ａ）は、排出部材１３の上面１３１と垂直方向上方から見た図を示している。また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＡ−Ａ´面での断面図を示している。

排出部材１３は、上面１３１と垂直方向上方から見た場合に中央に円形の開口部１３１Ａを備えた円板形状を有することができる。そして、ホッパー１１の粉体排出口１１１と、分散部材１２との間に、排出部材１３の上面１３１と反対側の面である底面１３２と、粉体排出口１１１とが対向するように配置することができる。

上述のように、分散部材１２を配置することで、供給した混合粉体内の比重の大きい粉体と、比重の小さい粉体とを分離することができる。そして、例えばホッパー１１の径方向（幅方向）と平行な面の断面において、内壁面側に比重の大きい粉体が、中央部側に比重の小さい粉体がそれぞれ分布することになる。

ただし、比重の大きい粉体の方が、粉体排出口１１１から排出され易いため、排出部材１３を設け、比重の小さい粉体を優先的に排出させることが好ましい。これにより、ホッパー１１の粉体排出口１１１から、均一性の高い混合粉体を供給することが可能になる。

排出部材１３は、ホッパー１１の径方向（幅方向）の中央部側に分布する比重の小さい粉体を優先的に排出させるように、上面１３１と垂直方向の上方から見た場合に、中央部に開口部１３１Ａを有することができる。また、排出部材１３を上方から見た場合の外形はホッパー１１の内壁との間を、ホッパーの高さ方向と垂直な面内で略一定にできるように円形形状とすることができる。

このため、排出部材１３は、上方から見た場合に中央に円形の開口部１３１Ａを備えた円板形状とすることができる。

ホッパー１１は、円筒部１１Ａ側から粉体排出口１１１に向かってその直径が減少するテーパー形状を有するテーパー部１１Ｂを備えている。係るテーパー部１１Ｂではホッパー１１の内壁面側に位置していた比重の大きい粉体は、ホッパー１１の径方向に沿って、中央部側へ移動し易くなっている。このため、係る比重の大きい粉体の移動を抑制するため、排出部材１３は、テーパー部１１Ｂ内に配置されていることが好ましい。また、排出部材１３は、図３（Ｂ）に示すように上面１３１と、底面１３２との間をつなぐ貫通孔１３３を有する円錐台形状を有することが好ましい。

なお、貫通孔１３３の形状は特に限定されず、例えば図３（Ｂ）に示すように排出部材１３の外側面に沿った形状とすることもできる。また、貫通孔１３３は円柱形状とすることもできる。

排出部材１３のサイズは特に限定されないが、比重の大きい粉体の移動を完全に阻害しないように、排出部材１３の最外周部と、ホッパー１１の内壁との間には隙間を有することが好ましい。

このため、例えば排出部材１３の底面１３２が位置する部分におけるホッパー１１の内径Ｄ_１１Ｂ（図１を参照）よりも、排出部材１３の底面１３２の直径Ｄ_１３２（図２を参照）の方が短いことが好ましい。特に、特に排出部材１３の底面１３２が位置する部分におけるホッパー１１の内径Ｄ_１１Ｂと、排出部材１３の底面１３２の直径Ｄ_１３２とは、０．６×Ｄ_１１Ｂ≦Ｄ_１３２≦０．９５×Ｄ_１１Ｂを満たすことが好ましく、０．７５×Ｄ_１１Ｂ≦Ｄ_１３２≦０．８５×Ｄ_１１Ｂを満たすことがより好ましい。

また、排出部材１３の上面１３１における貫通孔１３３の開口部１３１Ａの直径Ｄ_１３１（図２を参照）は、設置する位置でのホッパー径の０．５倍以上であることが好ましい。

排出部材１３の高さＨ_１３（図２を参照）は特に限定されないが、比重の大きい粉体の移動を制限するため、排出部材１３の側面を適度な傾斜面とすることが好ましい。このため、排出部材１３の高さＨ_１３と、上面における貫通孔１３３の開口部１３１Ａの直径Ｄ_１３１と、底面の直径Ｄ_１３２とは、０．１×（Ｄ_１３２−Ｄ_１３１）≦Ｈ_１３≦０．４×（Ｄ_１３２−Ｄ_１３１）を満たすことが好ましい。特に０．２×（Ｄ_１３２−Ｄ_１３１）≦Ｈ_１３≦０．３×（Ｄ_１３２−Ｄ_１３１）を満たすことがより好ましい。なお、排出部材１３の上面の直径と、上面における貫通孔１３３の開口部１３１Ａの直径Ｄ_１３１とが大きく異なる場合には、上記好適な範囲の式中の貫通孔１３３の開口部１３１Ａの直径Ｄ_１３１に替えて、排出部材１３の上面の直径を用いることもできる。

分散部材１２と、排出部材１３と、のホッパー１１内でのホッパー１１の幅方向の位置は特に限定されないが、中央部に配置されていることが好ましい。特に、分散部材１２の中心軸ＣＬ_１２（図２を参照）と、排出部材１３の中心軸ＣＬ_１３（図３を参照）とが、ホッパー１１の中心軸ＣＬ_１１（図１を参照）上に位置するように各部材を配置することが好ましい。このように配置することで、ホッパー１１の中心軸ＣＬ_１１に沿って混合粉体を供給した場合に、分散部材１２の側面１２２に混合粉体を衝突させ易くなるからである。また、分散部材１２によって比重により分離された粉体の粉体排出口１１１への移動を排出部材１３により制御し易くなるからである。

本実施形態の粉体供給装置は、ここまで説明した部材以外にも任意の部材を有することができる。例えば粉体供給口１１２に混合粉体を供給するための混合粉体供給ホッパー１４を有することもできる。混合粉体供給ホッパー１４の構成は特に限定されないが、例えば、円筒形状の胴部１４Ａと、胴部１４Ａの下方に配置され、下方に向かって直径が減少するテーパー形状を有する縮径部１４Ｂとを有することができる。そして、縮径部１４Ｂの下端には供給口１４１を設けておくことができる。

混合粉体供給ホッパー１４を設けておくことで、ホッパー１１に混合粉体を供給する際、分散部材１２の側面１２２に混合粉体を衝突させ易くなり、特に比重による混合粉体の分離を促進できるからである。

以上に説明した本実施形態の粉体供給装置によれば、ホッパー内に分散部材と、排出部材とを設けるのみで、均一性の高い混合粉体を供給することができる粉体供給装置とすることができる。また、上述のように分散部材と、排出部材とを設けるのみで足りるため、低コストな装置とすることができる。

以下、実施例を参照しながら本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
図１に示した粉体供給装置１０のモデルを用い、比重の異なる２種類の混合粉体を該粉体供給装置に供給し、粉体排出口から排出させた場合に、粉体排出口から得られる混合粉体に含まれる粉体比の変化をシミュレーションした。

シミュレーションの条件として、粉体供給装置１０に適用する混合粉体の条件を以下のように規定した。混合粉体に含まれる２種類の粒子は、ともに粒子径が３ｃｍ、ばね定数が３０００Ｎ／ｍ、ホッパー等との摩擦係数を１、反発係数を０．１とした。重力加速度は９．８０１ｍ／ｓ^２とした。また、混合粉体中に各粉体の粒子が２５０００個ずつ含まれていることにした。また、一方の粉体の密度を１６００ｋｇ／ｍ^３、他方の粉体の密度を６６００ｋｇ／ｍ^３とした。

そして、分散部材１２は図２に示すように円錐形状とし、底面１２１の直径Ｄ_１２１を６００ｍｍ、高さＨ_１２を４００ｍｍとした。

また、排出部材１３は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示したように上面１３１と垂直方向上方から見た場合に中央に円形の開口部１３１Ａを備えた円板形状を有する形状とした。具体的には、上面１３１と底面１３２との間をつなぐ貫通孔１３３を有する円錐台形状とした。そして、上面１３１における貫通孔１３３の開口部１３１Ａの直径Ｄ_１３１を４００ｍｍとし、底面１３２の直径Ｄ_１３２を９００ｍｍ、高さＨ_１３を１１０ｍｍとした。

そして、ホッパー１１は、円筒部１１Ａの高さを１５００ｍｍ、内径を１６００ｍｍ、テーパー部１１Ｂの高さを１０５０ｍｍ、粉体排出口１１１の直径Ｄ_１１１を５００ｍｍとした。

また、ホッパー１１の粉体供給口１１２には、混合粉体を供給するための混合粉体供給ホッパー１４を配置した。混合粉体供給ホッパー１４は、円筒形状の胴部１４Ａと、胴部１４Ａの下方に配置され、下方に向かって直径が徐々に小さくなるテーパー形状を有する縮径部１４Ｂとを備えている。そして、縮径部１４Ｂの下端には供給口１４１が設けられている。なお、胴部１４Ａの直径を１６００ｍｍ、縮径部１４Ｂの高さを５００ｍｍ、供給口１４１の直径を４００ｍｍとした。

そして、分散部材１２を、その底面１２１が、混合粉体供給ホッパー１４の縮径部１４Ｂの供給口１４１から６００ｍｍ離れた位置となるように配置した。

また、排出部材１３の底面が粉体排出口１１１から５００ｍｍ離れた位置となるように排出部材１３を配置した。

さらに、分散部材１２の中心軸ＣＬ_１２（図２を参照）と、排出部材１３の中心軸ＣＬ_１３（図３を参照）とが、ホッパー１１の中心軸ＣＬ_１１（図１を参照）上に位置するように各部材を配置した。

以上の条件により、粉体・混相粒シミュレーションソフトウェアであるｉＧｒａｆを用いてシミュレーションを行った結果を図４に示す。

図４中、横軸が時間ステップ、すなわち、粉体排出口から排出を開始してからのステップ数を示しており、時間に相当する。また、図４中縦軸が粉体排出口から排出された混合粉体中の２種の粉体の粒子の割合を示している。
［比較例１］
分散部材１２、及び排出部材１３を設けていない点以外は実施例１と同様にしてシミュレーションを行った。結果を図４に示す。

図４に示したように、実施例１において分散部材１２、及び排出部材１３を設けることで、粉体排出口から排出される混合粉体内の２種の粉体の混合割合の変化を抑制できていることを確認できた。特に時間ステップが０．８以上の範囲で係る傾向は顕著に確認できた。従って、実施例１で用いた粉体供給装置によれば、均一性の高い混合粉体を供給することができることを確認できた。

また、実施例１に示した粉体供給装置によれば、分散部材１２、及び排出部材１３を設けるだけであり、低コストな装置であることも確認できた。

１１ホッパー
１１Ａ円筒部
１１Ｂテーパー部
１１１粉体排出口
１２分散部材
１２１底面
１３排出部材
１３１上面
１３２底面
１３３貫通孔

Claims

混合粉体を供給する粉体供給装置であって、
内部に前記混合粉体を貯蔵することができ、底部に粉体排出口を有するホッパーと、
円錐形状を有し、前記ホッパーの内部に、底面が前記粉体排出口と対向するように配置された分散部材と、
上面と垂直方向上方から見た場合に中央に円形の開口部を備えた円板形状を有し、前記粉体排出口と、前記分散部材との間に、前記上面と反対側の面である底面と前記粉体排出口とが対向するように配置された排出部材と、を有する粉体供給装置。
前記ホッパーは、円筒形状を有する円筒部、及び前記円筒部と前記粉体排出口との間に配置され前記円筒部側から前記粉体排出口に向かってその直径が減少するテーパー形状を有するテーパー部を有し、
前記分散部材は前記円筒部内に配置され、
前記排出部材は前記テーパー部内に配置されている請求項１に記載の粉体供給装置。
前記排出部材は、前記上面と、底面との間をつなぐ貫通孔を有する円錐台形状を有する請求項１または請求項２に記載の粉体供給装置。