JP2021133266A - 粉粒体の散布方法及び粉粒体含有物品の製造方法 - Google Patents

粉粒体の散布方法及び粉粒体含有物品の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ホッパー内に貯留されている粉粒体の散布量を精度よく調整可能とする。【解決手段】本発明は、ホッパー2から排出された粉粒体Pを、搬送手段3によって所定の一方向に搬送して散布する工程を備えた粉粒体の散布方法であって、ホッパー及び該ホッパー内に貯蔵されている粉粒体の全質量(ホッパー込粉粒体全質量)Aを連続して計測しつつ、粉粒体Pの単位時間当たりの散布量ΔSが、単位時間当たりの目標散布量ΔStと一致するように搬送手段の搬送能力を制御する第1搬送能力制御工程と、計測したホッパー内粉粒体の全質量Bが閾値を下回った場合に、該ホッパー内粉粒体の全質量が初期設定質量B0となるまでホッパー内に前記粉粒体Pを補充しつつ、第1搬送能力制御工程による制御とは異なる手法により搬送手段の搬送能力を制御する第2搬送能力制御工程C2とを有する。【選択図】図4

Description

本発明は、粉粒体の散布方法及び粉粒体含有物品の製造方法に関する。
粉粒体を散布する散布方法では、ホッパー内に貯留されている粉粒体の全質量の単位時間当たりの変化量を計測し、計測結果に応じて、ホッパー内の粉粒体を搬送する搬送手段の駆動を制御するとともに、ホッパー内の粉粒体が減少すると、粉粒体を補充することが知られている。
例えば特許文献1及び2には、計測結果に応じてホッパー内の粉体を搬送する搬送手段の駆動制御を、ホッパー内に粉体が補充される時にはホッパー内の粉粒体の質量や補充量に関係なく、一律の搬送量となるように制御する粉体供給装置が記載されている。
特許文献3には、ホッパー内に粉粒体が補充される時には、搬送手段による粉粒体の搬送制御を行わずに粉粒体を搬送することが記載されている。
特開平11−160138号公報 特開2018−154431号公報 特開2017−94294号公報
特許文献1及び2に記載の技術では、ホッパーへの補充時に搬送装置による搬送量が一定となるように制御しているが、ホッパー内に新たに供給される粉体やホッパー質量を考慮せず、定量制御としているので、フィードバック制御に比べて搬送手段で搬送される粉体量のバラツキは否めない。
特許文献3に記載の技術では、ホッパーへの補給時に搬送装置による搬送制御を休止しているが、粉粒体は制御されない状態で搬送されているため、ホッパー内に新たに供給される粉体やホッパー質量を考慮した搬送とはならず、改善の余地がある。
したがって本発明の課題は、ホッパー内に貯留されている粉粒体の散布量を精度よく調整可能とする製造方法及び粉粒体含有物品の製造方法を提供することにある。
本発明は、ホッパーから排出された粉粒体を、搬送手段によって所定の一方向に搬送して散布する工程を備えた粉粒体の散布方法であって、前記ホッパー及び該ホッパー内に貯蔵されている前記粉粒体の全質量を連続して計測しつつ、前記粉粒体の単位時間当たりの散布量が、単位時間当たりの目標散布量と一致するように該搬送手段の搬送能力を制御する第1搬送能力制御工程と、前記計測したホッパー内粉粒体の全質量が閾値を下回った場合に、該ホッパー内粉粒体の全質量が初期設定質量となるまで前記ホッパー内に前記粉粒体を補充しつつ、第1搬送能力制御工程による制御とは異なる手法により前記搬送手段の搬送能力を制御する第2搬送能力制御工程とを有する、粉粒体の散布方法を提供するものである。
また本発明は、ホッパーから排出された粉粒体が搬送手段によって所定の一方向に搬送されることで散布された粉粒体含有物品の製造方法であって、
前記ホッパー及び該ホッパー内に貯蔵されている前記粉粒体の全質量を連続して計測しつつ、前記粉粒体の単位時間当たりの散布量が、単位時間当たりの目標散布量と一致するように該搬送手段の搬送能力を制御する第1搬送能力制御工程と、前記計測したホッパー内粉粒体の全質量が閾値を下回った場合に、該ホッパー内粉粒体の全質量が初期設定質量となるまで前記ホッパー内に前記粉粒体を補充しつつ、第1搬送能力制御工程による制御とは異なる手法により前記搬送手段の搬送能力を制御する第2搬送能力制御工程とを有する、粉粒体含有物品の製造方法を提供するものである。
本発明によれば、ホッパー内に貯留されている粉粒体の散布量を精度よく調整可能とすることが可能な粉粒体の散布方法及び粉粒体含有物品の製造方法を提供することができる。
図1は、本発明で用いられる粉粒体散布装置の一実施形態を模式的に示す側面図である。 図2は、図1に示す粉粒体散布装置を、搬送手段による粉粒体の搬送方向の上流側から見た様子を模式的に示す正面図である。 図3(a)及び図3(b)はそれぞれ、ホッパー及び該ホッパー内に貯蔵される粉粒体の全質量の計測値に基づき、該全質量の単位時間当たりの変化量を算出する方法を説明する図である。 図4は、第1搬送能力制御工程と第2搬送能力制御工程におけるホッパー内の粉粒体の変化と、振動発生手段の振幅の変化を示すグラフである。 図5は、図1に示す粉粒体散布装置におけるホッパーの斜視図である。 図6は、図1に示す粉粒体散布装置における排出口及びその近傍を模式的に示す側面図である。 図7は、第1搬送能力制御工程と第2搬送能力制御工程におけるホッパー内の粉粒体質量変化と振幅及び補充質量と散布量との関係を説明するグラフであり、(a)は従来構成、(b)は本発明に斯かる構成による結果を示す。 図8は、第1搬送能力制御工程と第2搬送能力制御工程におけるホッパー内の粉粒体の変化と、振動発生手段の別な振幅の変化を示すグラフである。
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。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を、図1を参照しながら説明する。図1に示す粉粒体散布装置1は、ホッパーから排出された粉粒体を、搬送手段によって所定の一方向に搬送して散布対象物に散布することで、粉粒体含有物品を製造する製造装置に用いられるものである。
粉粒体散布装置1は、粉粒体Pを内部に一時的に貯蔵可能なホッパー2と、ホッパー2から排出された粉粒体Pを図中符号Xで示す所定の一方向に搬送し、連続搬送される基材100上に散布する搬送手段3とを備えている。ホッパー2は、搬送手段3(受取手段30)の上方位置に位置している。基材100は例えば、図1に示す如き搬送ロール、あるいはベルトコンベア等の公知の搬送装置により連続搬送することができる。なお、基材100及びその搬送装置は、粉粒体散布装置1を構成するものではない。
ホッパー2は、図1に示す如き側面視、即ち、搬送手段3による粉粒体Pの搬送方向Xと直交する方向から見た場合において、上底が下底より長い台形形状をなしている貯蔵部20と、該貯蔵部20の下端に連接され、該側面視において長方形形状をなす直方体形状の排出部21とを含んで構成されている。貯蔵部20は内部に粉粒体Pの貯蔵が可能な空間を有し、その内部空間に粉粒体Pを一時的に貯蔵することが可能になされている。粉粒体Pは、貯蔵部20の上部開口を通じ、粉体供給装置90によって貯蔵部20の内部空間に供給される。排出部21は内部に粉粒体Pの移動路22を有し、且つ排出部21の下端(貯蔵部20側とは反対側の端部)には、粉粒体Pの排出口23が形成されており、貯蔵部20の内部空間と排出口23とが移動路22を介して連通している。ホッパー2は、斯かる構成により、内部に一時的に貯蔵した粉粒体Pを、移動路22を介して排出口23から排出することが可能になされている。
搬送手段3は、図1に示すように、ホッパー2から排出された粉粒体Pを受け取る受取手段30と、受取手段30を振動させる振動発生手段31とを含んで構成されている。搬送手段3は、ホッパー2の下端に位置する排出口23に対して隙間Gを置いて配置されている。より具体的には、搬送手段3は、受取手段30の上面30a、即ち、ホッパー2から排出された粉粒体Pを受け取って搬送する上面30aと排出口23との間に所定の隙間Gが形成されるように配置されている。振動発生手段31は、受取手段30の下面30bに固定されている。受取手段30において、粉粒体Pの受け取り及び搬送に利用される(粉粒体Pと接触する)のは、ホッパー2(排出口23)の下方に位置する部分及びその近傍であり、それ以外の部分は基本的に粉粒体Pと接触しない粉粒体非接触部であるところ、振動発生手段31は、受取手段30の該粉粒体非接触部における下面30bに固定されている。
搬送手段3は、振動発生手段31を作動させて受取手段30を振動させることによって、受取手段30上の粉粒体Pを所定の方向に搬送可能になされている。粉粒体散布装置1は、振動発生手段31に印加する電圧及び周波数を制御する制御部40を備えており、該制御部40によって、受取手段30の振動数及び/又は振幅を制御し、延いては受取手段30上の粉粒体Pの搬送状態を制御する。即ち、制御部40による制御下、振動発生手段31の非作動時には、受取手段30は振動していないため、受取手段30上の粉粒体Pの搬送は停止又は抑制されている。斯かる状態から振動発生手段31を作動させると、受取手段30が振動を開始することによって、受取手段30上の粉粒体Pの停止又は抑制が解除され、粉粒体Pは、図中符号Xで示す方向に搬送され、最終的には図1及び図2に示すように、受取手段30の端部から落下して、受取手段30の下方を連続搬送されている基材10上に散布される。
振動発生手段31によって発生する振動を受取手段30上の粉粒体Pに適切に伝えるようにする観点から、受取手段30は平板状のものであることが好ましく、より具体的には、図1に示す如き扁平な平板部材が好ましい。斯かる平板部材からなる受取手段30の材質は特に制限されないが、例えば、各種プラスチックや各種金属などが挙げられる。
振動発生手段31としては、受取手段30上の粉粒体Pを所望の一方向に搬送させ得る振動成分を発生可能なものであれば良く、例えば、圧電セラミック等の圧電素子、振動フィーダ等の公知の振動発生手段が挙げられる。中でも振動フィーダは、振動発生手段31として好ましく用いられる。また、振動発生手段31の振動数は特に制限されないが、粉粒体の搬送性並びに散布の均一性及び定量性等の観点から、好ましくは50Hz以上、更に好ましくは100Hz以上であり、そして、好ましくは500Hz以下、更に好ましくは300Hz以下である。より具体的には、好ましくは50Hz以上500Hz以下であり、更に好ましくは100Hz以上300Hz以下である。
ホッパー2には計測装置50が取り付けられている。計測装置50としては、ホッパー2及びホッパー2内に貯蔵されている粉粒体Pの全質量を連続して計測可能なものが用いられる。連続して計測可能とは、計測データのサンプリングタイムが1秒以下であることをいう。計測装置50によって計測されたホッパー2及びホッパー2内に貯蔵されている粉粒体Pの全質量の計測データは、データの取得のたびに、先に述べた制御部40に送信されるようになっている。計測装置50の具体例としては電気式計測器が挙げられ、具体的には、ロードセル式計測器や電磁式計測器、音叉式計測器等を用いることができる。
制御部40は、上述のとおり、受取手段30の振動数及び/又は振幅を制御する機能を有する。また制御部40は、計測装置50から送信された計測データを受信できるようになっている。更に制御部40は、ホッパー2の貯蔵部20上に設置されている粉体供給装置90に接続されており、貯蔵部20内への粉粒体Pの供給も制御する機能を有する。制御部40としては、例えば制御・処理用ソフトウエアがインストールされたコンピュータを用いることができる。
粉粒体散布装置1を用いた散布の対象となる粉粒体Pとしては、例えば吸水性ポリマー粒子、砂糖、活性炭、小麦粉、ポリエチレンペレット、ポリプロピレンペレット、ポリエチレンテレフタレートチップ、ポリカーボネートチップ、ポリエチレングラニュール、ポリアクリル酸ブチルビーズ等の有機物の粉粒体や、金属粉、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、ガラス、石灰等の無機物の粉粒体が挙げられる。粉粒体Pの形状は特に制限されず、例えば、球状、碁石状、楕円形、楕円柱、針状、キュービック状等が挙げられる。粉粒体散布装置1によれば、粉粒体Pが真球状の場合は勿論のこと、真球状以外の形状であっても、基材100の長手方向X及び/又は幅方向Yに均一に定量性良く散布することができる。
基材100は、シート状の基材であることが好ましいが、シート状の基材に限られない。シート状の基材としては、各種製法による不織布、樹脂フィルム、織物、編み物、紙等、及びこれらのうちの同種又は異種のものを複数枚積層した積層体等が挙げられる。
粉粒体散布装置1を用いて、連続搬送されるシート状の基材上に粉粒体を散布する粉粒体の散布方法の一例として、被酸化性金属の粒子、及び水を含む発熱シートを製造する際に、連続搬送される繊維シートからなるシート状の基材上に、吸水性ポリマーの粒子、金属粒子、固形の電解質等を散布して、発熱組成物を形成する方法が挙げられる。このシート状の基材の発熱組成物の層に、塩化ナトリウム等の電解質や吸水性ポリマーといった粉粒体を、本発明の粉粒体散布装置を用いて散布することにより、これら粉粒体が均一な状態で配置された発熱体を得ることができる。このような発熱体であれば、発熱ムラの少ない、優れた発熱特性を得られることが期待できる。なお、本発明の装置及び粉粒体の散布方法は、発熱体の製造方法において好ましいものであるが、他の機能性シートの製造方法にも適用可能である。
粉粒体散布装置1を用いて、連続搬送されるシート状の基材100上に粉粒体Pを散布する場合には、ホッパー2における排出口23を通じて該ホッパー2内に貯留されている粉粒体Pを落下させ、搬送手段3の受取手段30上に散布する。粉粒体Pの落下に連れてホッパー2内での粉粒体Pの貯留量は次第に減少してくる。ホッパー2内での粉粒体Pの量は、ホッパー2及びホッパー2内に貯蔵されている粉粒体Pの全質量の形で計測装置50によって連続的に計測される。
なお、以下の説明においては、簡便のため、ホッパー2及びホッパー2内に貯蔵されている粉粒体込みの全質量(ホッパー込み粉粒体質量)をA、ホッパー質量をA0、ホッパー内粉粒体質量をB=A−Aと定義し、満充填のときのホッパー内粉粒体質量をBとする。本実施形態において、ホッパー込み粉粒体質量Aの計測時にホッパー風袋引きをしている。このため、ホッパー込み粉粒体質量Aの計測は、結果的に、ホッパー内粉粒体質量Bを計測していることになる。
ホッパー込み粉粒体質量Aの連続計測に先立ち、粉粒体Pの満充填状態でのホッパー内粉粒体質量Bを予め測定しておくことが好ましい。粉粒体Pの満充填状態でのホッパー内粉粒体質量Bを予め測定しておくことで、ホッパー2から落下した粉粒体Pの質量Bを、B−Bの計算から容易に算出することができる。
シート状の基材100上に粉粒体Pを定量で安定的に散布するためには、搬送手段3における受取手段30上に落下した粉粒体Pが、定量で基材100上に散布されるように、受取手段30の振幅や振動数を制御することが望ましい。受取手段30の振幅や振動数は、振動発生手段31によって制御される。振動発生手段31による振動の制御は、具体的には以下の基準に従い行われることが好ましい。すなわち、ホッパー込み粉粒体質量Aを連続的に測定し、ホッパー内粉粒体質量Bの単位時間当たりの変化量ΔBを算出する。ΔBは(B−B)/tで定義される。Bは、ある時刻でのホッパー内粉粒体質量であり、Bは、時間t経過後のホッパー内粉粒体質量である。ΔBは制御部40において演算される。ホッパー2の質量Aは不変であるから、ΔBは、ホッパー2内における粉粒体Pの質量の減少速度に等しい。以下、ΔBを「質量減少速度」ともいう。この質量減少速度ΔBに応じて、搬送手段3の搬送能力を制御し、該搬送手段3によって基材100上に散布される粉粒体Pの単位時間当たりの散布量ΔSを、単位時間当たりの目標散布量ΔSに一致させる第1搬送能力制御工程を行う。第1搬送能力制御においては、例えばΔBがΔSよりも少ない場合には、搬送手段3の搬送能力を高めて散布量ΔSを増加させる制御工程を行う。逆に、ΔBがΔSよりも多い場合には、搬送手段3の搬送能力を低めて散布量ΔSを減少させる制御工程を行う。
搬送手段3の搬送能力は、例えば振動発生手段31の振動の振幅若しくは周波数又はそれら両者を制御することで変更が可能である。振動発生手段31の制御には、例えばP制御(比例制御)、PI制御又はPID制御などの公知のフィードバック制御方法を採用することができる。これらの各種の制御方法における係数は、トライアル・アンド・エラーによって決定することができる。
ホッパー内粉粒体質量Bの質量減少速度ΔBは、種々の方法で算出することができる。例えば所定時間t(秒)毎にホッパー内粉粒体質量Bを計測し、計測した該ホッパー内粉粒体質量Bと、t(秒)前に計測した該ホッパー内粉粒体質量Bとの差分を算出し、その差分値をt(秒)で除した値を質量減少速度ΔBと定義することができる。tの値は1秒以上300秒以下であることが好ましい。一例として、図3(a)に示すとおり、5秒ごとにホッパー内粉粒体質量Bを測定し、最新の測定値と、5秒前の測定値との差分をとり、その差分を5秒で除すことで、質量減少速度ΔBを算出できる。
別法として、所定時間s(秒)毎にホッパー内粉粒体質量Bを計測し、計測した該ホッパー内粉粒体質量Bと、t(秒)(ただしs<tである。)前に計測した該ホッパー内粉粒体質量Bとの差分を算出し、その差分値をt(秒)で除した値を質量減少速度ΔBと定義することもできる。sとtの関係は、t/sの値が1より大きく3000以下であることが好ましい。またsの値は0.1秒以上10秒以下であることが好ましい。tの値はsの値よりも大きいことを条件として、1秒以上300秒以下であることが好ましい。一例として、図3(b)に示すとおり、1秒ごとにホッパー内粉粒体質量Bを測定し、最新の測定値と、5秒前の測定値との差分をとり、その差分を5秒で除すことで、質量減少速度ΔBを算出できる。
図3(a)に示す質量減少速度ΔBの算出方法は、図3(b)に示す質量減少速度ΔBの算出方法よりも、制御部40における演算の負荷が小さいという利点を有する。一方、図3(b)に示す質量減少速度ΔBの算出方法は、図3(a)に示す質量減少速度ΔBの算出方法よりも精密に質量減少速度ΔBを算出できるという利点がある。
ところで、ホッパー内粉粒体質量Bは、粉粒体Pを散布する時間の経過とともに次第に減少してくる。先に述べたとおり、ホッパー等の供給装置内に貯留されている粉粒体Pを、該ホッパーの下部から落下させる場合、ホッパー内に貯留されている粉粒体Pの量に応じて落下量に差が生じる場合があることが経験的に知られている。
この点について本発明者が鋭意検討した結果、ホッパー内粉粒体質量Bが、粉粒体Pの満充填状態でのホッパー内粉粒体質量Bの好ましくは40質量%以上100質量%以下、更に好ましくは80質量%以上100質量%以下である場合には、粉粒体Pの落下量に差が生じにくく、散布量を安定化させ得ることが判明した。
したがって、ホッパー内粉粒体質量Bを、粉粒体Pの満充填状態でのホッパー内粉粒体質量Bの好ましくは40質量%以上100質量%以下、更に好ましくは80質量%以上100質量%以下に維持した状態で粉粒体Pを散布することが好ましい。換言すれば、粉粒体Pの満充填状態でのホッパー内粉粒体質量Bの40質量%の値を閾値として設定し、ホッパー内粉粒体質量Bが閾値である0.4Bを下回ったら、ホッパー内粉粒体質量Bが、初期設定質量、すなわち粉粒体Pの満充填状態でのホッパー内粉粒体質量Bとなるまで、ホッパー2内に粉粒体Pを補充する粉粒体補充制御を行う。
すなわち、本実施形態において、閾値とはホッパー内に貯蔵されている粉粒体の満充填状態の全質量となるホッパー内粉粒体質量Bに対し、一定の割合の質量値として事前に決定した値である。
本実施形態において実際に計測される質量は、ホッパー込み粉粒体質量Aである。上述の補充操作とは、粉粒体質量を連続して計測し、該ホッパー内粉粒体質量Bが閾値を下回ったら、該ホッパー内粉粒体質量が初期設定質量となるまで該ホッパー内に該粉粒体を補充する粉粒体補充制御を行うことと同義である。この粉粒体補充制御は、制御部40から粉体供給装置90に向けて動作指令を発し、粉体供給装置90によって粉粒体Pをホッパー2内に供給することで行われる。
また、この粉粒体補充制御工程は、第2搬送能力制御工程で行われる。第2搬送能力制御工程は、先に述べた第1搬送能力制御工程とは独立して行われるため、粉粒体補充制御工程は第1搬送能力制御工程とは独立して行われる。「独立して行われる」とは、粉粒体補充工程と第2搬送能力制御工程とを、別個の制御系を用いて行うことを意図するものではなく、一つの制御系のみを用い、粉粒体補充操作と第2搬送能力制御操作とを並列処理によって行うことも包含される。
前記粉粒体補充工程によってホッパー2内に粉粒体Pを供給している間も、計測装置50を用いたホッパー込み粉粒体質量Aの計測は連続して行われている。しかし、粉粒体Pの供給に起因するホッパー2の振動やその他の要因に起因して、ホッパー2内への粉粒体Pの供給の間は、ホッパー込み粉粒体質量Aの計測を正確に行うことが容易でない。
特許文献1,2の技術では、ホッパーへの補充時に搬送装置による搬送量が一定となるように制御しているが、ホッパー内に新たに供給される粉体やホッパー質量を考慮せず、定量制御としているので、フィードバック制御に比べて搬送手段で搬送される粉体量のバラツキの発生は否めない。
特許文献3に記載の技術では、粉粒体補充工程を行っている間は第1搬送能力制御工程を休止するが、粉粒体自体は制御を受けない状態で搬送されていることから、ホッパー内に新たに供給される粉体やホッパー質量を考慮しない搬送であるため、改善の余地がある。
そこで、本実施形態では、粉粒体補充工程を行っている間は、第1搬送能力制御工程による制御とは異なる手法により搬送手段3の搬送能力を制御するようにした。本実施形態では、第1搬送能力制御工程による制御とは異なる手法により搬送手段3の搬送能力を制御する工程と、粉粒体補充工程とを合わせて第2搬送能力制御工程としている。
すなわち、本実施形態に斯かる製造方法では、第1搬送能力制御工程と、計測した全質量(ホッパー内粉粒体質量B)が閾値を下回った場合、全質量が初期設定質量(B)となるまでホッパー2内に粉粒体Pを補充しつつ、第1搬送能力制御工程による制御とは異なる手法により搬送手段3の搬送能力を制御する第2搬送能力制御工程とを有している。
「第1搬送能力制御工程による制御とは異なる手法」とは、粉粒体補充工程を行っている最中に、第1搬送能力制御工程時の制御と異なるパラメータを用いて搬送手段3の作動をフィードバック制御して搬送手段3の搬送能力を制御することである。
図4は、第1搬送能力制御工程と第2搬送能力制御工程におけるホッパー2内の粉粒体Pの変化と、振動発生手段31の振幅の変化を示す図である。図4において、横軸は時間を示し、縦軸はホッパー内の粉体量(ホッパー内粉粒体質量B)と振動発生手段31の作動による振幅の変化を示す。
図4中、符号C1は第1搬送能力制御工程による制御区間(以下「制御区間C1」と記す」)を示し、符号C2は第2搬送能力制御工程による制御区間(以下「制御区間C2」と記す」)を示す。また、制御区間C2において、ホッパー内粉粒体質量Bの増加は、粉粒体補充工程によりホッパー2内に粉粒体Pが補充されることによるものであり、制御区間C2において振幅が変位するのは搬送手段3が制御されている状態を示している。すなわち、制御区間C2において、ホッパー内粉粒体質量Bの増加は、粉粒体補充工程を示し、振幅の変化は、第1搬送能力制御工程による制御とは異なる手法により搬送手段3が制御されている工程を示している。このため、制御区間C2における振幅の変化は、第2搬送能力制御工程における搬送手段3の制御工程を示すことにもなる。
制御区間C1では、搬送手段3に対して質量減少速度ΔBに応じたフィードバック制御が行われるので、振幅は搬送手段3を質量減少速度ΔBに応じて変化する。この点は、特許文献3の技術でも、振幅の幅や高さは異なると思うが、制御区間C1で振幅は変化する。
特許文献3の技術では、粉粒体補充工程において、制御区間C2における振幅は搬送手段を制御していないのでフラットである。これに対し、本実施形態では、粉粒体補充工程において搬送手段3を制御しているため、制御区間C2における振幅が変化する。
このように、本実施形態においては、搬送手段3は、第1搬送能力制御工程による制御とは異なるパラメータでフィードバック制御されるので、基材100上への粉粒体Pの散布量を安定化させることができる。
また、第2搬送能力制御工程による搬送手段3の制御は、図4に示すように、粉粒体補充工程の完了後、すなわちホッパー内粉粒体質量Bが、初期設定質量である、粉粒体Pの満充填状態でのホッパー内粉粒体質量Bを満たした後、該ホッパー内粉粒体質量Bが所定時間Jにわたり連続して減少したときに解除される。すなわち、本実施形態の製造方法では、第2搬送能力制御工程から第1搬送能力制御工程へと切り替わり、第1搬送能力制御工程による搬送手段3の搬送能力制御へと戻される。「ホッパー内粉粒体質量Bが所定時間にわたり連続して減少したとき」とは、例えばホッパー内粉粒体質量Bの計測を1秒ごとに連続して行っている場合には、粉粒体補充工程の完了後、ホッパー内粉粒体質量Bが1秒前よりも少ない状態が5回継続した場合のことである。この処理は制御部40において行われ、該制御部40における判断の結果、振動発生手段31の作動指令が制御部40から振動発生手段31に向けて発せられる。なお、「連続して減少したとき」の回数は、例示の5回に限定されるものではない。
粉粒体補充工程の完了後に直ちに第1搬送能力制御工程に切り替えないのは、計測装置50による満充填状態でのホッパー内粉粒体質量Bの計測結果に、誤差や過渡的な計測結果を含んでいる場合を考慮してのことである。このように、粉粒体補充工程の完了後にタイムラグを設けて第2搬送能力制御工程から第1搬送能力制御工程へと切り替えることで、搬送手段3の搬送能力制御が正確な計測結果に基づいて行われるので、より基材100上への粉粒体Pの散布量を安定化させることができる。
第2搬送能力制御工程では、粉粒体補充工程においてホッパー2に補充される補充質量に応じて搬送能力を制御する。この場合の「補充質量」は、粉粒体補充工程においてホッパー2に供給される粉粒体Pの単位時間当たりの補充質量であってもよいし、ホッパー2に補充される総量としたものであってもよい。
このように、補正のパラメータとして補充質量を用い、該補充質量に応じて搬送手段3の搬送能力を粉粒体補充工程中に制御することで、同工程中に変動する補充質量に応じた搬送能力制御が可能となり、より基材100上への粉粒体Pの散布量を安定化させることができる。
別な制御形態としては、ホッパー2に対して粉粒体Pを補充する前後における単位時間当たりの散布量の変化量ΔP、ΔPによって搬送能力を制御するようにしてもよい。例えばΔPが目標散布量ΔSに対し1%少ない、またはΔPが目標散布量ΔSに対し1%多い、という判断を制御部40ですることを想定した場合、次回の第2搬送能力制御工程では、その直前の第2搬送能力制御工程で変化させた振幅の半分の変化を与える制御をする。図4において、ΔPは、補充する前における単位時間当たりの散布量の変化量を示し、ΔPは、補充後における単位時間当たりの散布量の変化量を示す。第2搬送能力制御工程におけるホッパー2に対して粉粒体Pを補充する前後とは、ホッパー2に対して粉粒体Pを補充する粉粒体補充工程から、補充後に第2搬送能力制御工程から第1搬送能力制御工程へと切り替えるまでの区間の前後が該当する。
このように、本実施形態では、ホッパー2に対する粉粒体Pの補充工程前後の変化量に応じて搬送手段3による搬送能力を制御するので、搬送手段3の制御が正確な計測結果に基づいて行われるため、より基材100上への粉粒体Pの散布量を安定化させることができる。
第2搬送能力制御工程の搬送手段3の搬送能力制御をどの地点で行うのかという点については、図4に示すように、第1搬送能力制御工程から第2搬送能力制御工程へ切替わるA1から第2搬送能力制御工程から第1搬送能力制御工程への切替わるA2までの区間のどこで行ってもよい。
制御区間C2における振幅の変化やその位置は、制御区間C2で行われる制御内容によって異なる。例えば、図4中、E1で示す制御区間C2の振幅変化(搬送能力変化)は、段階的に振幅を上昇させる制御形態であり、制御区間C2の略全域で行われている。図4中、E2で示す制御区間C2の振幅変化(搬送能力変化)は、第1搬送能力制御工程から第2搬送能力制御工程に切り替わった直後において搬送手段3に対して制御が行われた制御形態を示す。図中、符号E3で示す振幅変化(搬送能力変化)は、第2搬送能力制御工程から第1搬送能力制御工程に切り替わる直前において搬送手段3に対して制御が行われた制御形態を示す。
このように、搬送手段3の搬送能力の変更する時期は、制御区間C2内のどこで行っても、粉粒体補充工程中であれば、基材100上への粉粒体Pの散布量を安定化させることができるので好ましい。
図7は、図4に示したグラフに、粉粒体補充質量と粉粒体散布質量を追加したものを模式的に示したグラフである。図7(a)は、粉粒体補給工程を行っている間は第1搬送能力制御を休止する従来構成による計測結果を示し、図7(b)は粉粒体補充工程を行っている間でも第2搬送能力制御を実行する本実施形態に斯かる構成による計測結果を示す。
図7(a)に符号F1〜F3で示すように、従来構成においては、粉粒体補充工程中及び第2搬送能力制御工程(制御区間C2)第1搬送能力制御工程(制御区間C1)への切替時の粉粒体の散布質量変動が大きくなる。従来構成の場合、これらの時期に第1搬送能力制御を休止しているので、振幅の変化はなく、搬送手段3による粉粒体散布質量が粉粒体補充質量に応じて制御されず、粉粒体散布質量の変動が大きく出たものと推察される。
これに対し、図7(b)に符号F4〜F6に示すように、本実施形態の場合、粉粒体補充工程中及び第2搬送能力制御工程(制御区間C2)から第1搬送能力制御工程(C1)への切替時の粉粒体補充工程中であっても、第2搬送能力制御による搬送手段3に対する制御が実行される。このため、振幅は変化するので、搬送手段3による粉粒体散布質量が粉粒体補充質量に応じて制御されることになり、粉粒体散布質量の変動が抑制されたものと推察される。
以上のとおり、粉粒体散布装置1を用いた粉粒体の散布方法によれば、所定の方向に連続搬送される基材100上に粉粒体Pを定量で散布することができる。特に搬送方向Xに沿って見たときの粉粒体Pの散布量を一定化することができる。これに加えて、搬送方向と直交する方向、すなわち幅方向Yに沿って見たときの粉粒体Pの散布量も一定化することができる。特に、(i)排出口23を平面視したとき(すなわち粉粒体Pの排出方向と直交する方向の断面視において)、搬送手段3による粉粒体Pの搬送方向Xと直交する方向(幅方向Y)の長さW(図5参照)が、搬送方向Xの長さD(図1、図5及び図6参照)に比して、長い形状をなしていると、基材100の幅方向にも均一に定量性良く粉粒体Pを散布することができる。
排出部21の下端に位置する排出口23の平面視形状は、排出部21内の移動路22における粉粒体Pの流れに少なからず影響を及ぼす。本発明者らの知見によれば、排出口23の平面視形状が、長方形形状又はそれに準じた形状、即ち「一方向に長い形状」であると、真円形状や正方形形状の場合に比して、移動路22における粉粒体Pの流れが定常流化されやすく、基材100の幅方向に均一に定量性良く粉粒体Pを散布することができる。この観点から、排出口23においては、「幅方向Yの長さW>搬送方向Xの長さD」なる大小関係が成立していることが好ましい。
基材100の幅方向に均一に定量性良く粉粒体Pを散布する観点から、(ii)移動路22は、搬送方向Xの最大幅Dが粉粒体Pの最大粒子径r(図6参照)との比D/rは、好ましくは2倍以上、より好ましくは3以上、そして、好ましくは30以下、より好ましくは20以下であることが好ましく、移動路22において粉粒体Pの詰まりが発生することを効果的に防止できる。
基材100の幅方向に均一に定量性良く粉粒体Pを散布する観点から、(iii)移動路22は、粉粒体Pの排出方向の長さH(図2及び図5参照)が粉粒体Pの最大粒子径rの1倍以上である(1≦H/r)ことも好ましい。移動路22の長さHを粉粒体Pの最大粒子径rの1倍以上とすることで、移動路22において粉粒体Pの詰まりが発生することを効果的に防止でき、基材100に対して粉粒体Pを幅方向に均一に定量性良く散布することができる。移動路22の長さHは、粉粒体Pの最大粒子径rを基準として、好ましくは5倍以上、更に好ましくは10倍以上である。移動路22の長さHの上限値としては、粉粒体Pの流れの定常流化の観点からは制限されないが、装置の適正な大きさの観点から決定することができ、例えば、粉粒体Pの最大粒子径rの100倍以下であることが好ましい。
基材100の幅方向に均一に定量性良く粉粒体Pを散布する観点から、(iv)隙間G(図1、図2及び図6参照)は、粉粒体Pの最大粒子径rの1倍以上である(1≦G/r)ことも好ましい。ホッパー2(排出部21)の排出口23と搬送手段3(受取手段30)の上面との隙間Gを、粉粒体Pの最大粒子径rの1倍以上とすることで、隙間Gにおいて粉粒体Pの詰まりが発生することを効果的に防止でき、基材100に対して粉粒体Pを幅方向Yに均一に定量性良く散布することができる。隙間Gは、粉粒体Pの最大粒子径rを基準として、好ましくは1倍以上、更に好ましくは2倍以上であり、そして、好ましくは20倍以下、更に好ましくは10倍以下である。より具体的には、好ましくは1倍以上20倍以下、更に好ましくは2倍以上10倍以下である。
粉粒体Pの最大粒子径rは公知の方法により測定することができる。具体的には例えば、乾式篩法(JIS Z8815:1994)、動的光散乱法、レーザー回析法、遠心沈降法、重力沈降法、画像イメージング法、FFF(フィールド・フロー・フラクショネーション)法、静電気検知体法が挙げられる。
また、ホッパー2内における粉粒体Pの流れの定常流化及び流動性の更なる向上の観点から、前記の(i)ないし(iv)に加え更に、ホッパー2における粉粒体Pと接触する内面の水平方向に対する角度が、粉粒体Pの安息角θ(図6参照)以上であることが好ましい。本実施形態においては、ホッパー2の側壁は、貯蔵部20の傾斜側壁20s(図1及び図2参照)を除き、全て水平方向と直交する垂直方向に延びる垂直壁であり、それら垂直壁の内面の水平方向に対する角度は90°であって粉粒体Pの安息角θよりも大きく、また、貯蔵部20の傾斜側壁20sの内面の水平方向に対する角度は、粉粒体Pの安息角θと同じかそれよりも大きくなされている。「ホッパーにおける粉粒体と接触する内面の水平方向に対する角度」をθ1とした場合、θ1と粉粒体の安息角θとの比は、θ1/θとして、好ましくは1.2以上、更に好ましくは1.5以上、θ1は、好ましくは1.2θ以上であって90°以下、更に好ましくは1.5θ以上であって90°以下である。
また、基材100に対する粉粒体Pの散布精度を安定的に向上させる観点から、前記の(i)ないし(iv)に加え更に、図6に示すとおり、排出口23の中心を通って垂直方向に延びる仮想直線VLと搬送手段3(受取手段30の上面30a)との交点23Aは、隙間G、粉粒体Pの安息角θとの関係において、搬送手段3における搬送方向Xの下流側端3DEからG/tanθ以上15G以下の範囲に位置していることが好ましい。換言すれば、搬送手段3(受取手段30)の下流側端3DEと交点23Aとの離間距離Lは、G/tanθ以上15G以下であることが好ましい。斯かる離間距離Lが短いほど、粉粒体Pの散布精度の点で好ましいが、離間距離Lが短すぎると、排出口23から排出された粉粒体Pが、搬送手段3と接触せずに直接その下方に位置する基材100に散布されてしまうおそれがあり、散布精度の安定的な向上を却って阻害するおそれがある。離間距離Lは、G/tanθ以上10G以下であることが更に好ましい。
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は、前記実施形態に制限されず適宜変更可能である。搬送手段3の搬送能力の制御形態としては、図4に示したE1〜E3の形態に限定されるものではなく、図8に符号E4に示すように、粉粒体補充工程において振幅が連続して傾斜する(リニアに変化する)ように搬送手段3の搬送能力を制御してもよい。あるいは符号E5で示すように、1つの粉粒体補充工程において複数回、振幅を制御して搬送手段3の搬送能力を制御してもよいし、符号E6に示すように1つの粉粒体補充工程の最後に振幅を制御して搬送手段3の搬送能力を制御してもよい。
また、本実施形態では、搬送手段3として振動フィーダを用いていることから、振動発生手段31の振幅を変更することで、搬送能力(単位時間当たりの粉粒体の散布量)を調整したが、振動発生手段31で発生する周波数を変更して搬送能力を制御するようにしてもよい。
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、粉粒体含有物品の製造方法を開示する。
<1>
ホッパーから排出された粉粒体を、搬送手段によって所定の一方向に搬送して散布する工程を備えた粉粒体の散布方法であって、
前記ホッパー及び該ホッパー内に貯蔵されている前記粉粒体の全質量を連続して計測しつつ、前記粉粒体の単位時間当たりの散布量が、単位時間当たりの目標散布量と一致するように該搬送手段の搬送能力を制御する第1搬送能力制御工程と、
前記計測したホッパー内粉粒体の全質量が閾値を下回った場合に、該ホッパー内粉粒体の全質量が初期設定質量となるまで前記ホッパー内に前記粉粒体を補充しつつ、第1搬送能力制御工程による制御とは異なる手法により前記搬送手段の搬送能力を制御する第2搬送能力制御工程とを有する、粉粒体の散布方法。
<2>
前記ホッパー内粉粒体の全質量が初期設定質量を満たした後、当該ホッパー内粉粒体の全質量が所定時間にわたり連続して減少した場合に、第2搬送能力制御工程から第1搬送能力制御工程へと切り替えて前記搬送手段の搬送能力を制御する、前記<1>に記載の粉粒体の散布方法。
<3>
所定時間t(秒)毎に前記ホッパー内粉粒体の全質量を計測し、計測した該ホッパー内粉粒体の全質量と、t(秒)前に計測した該ホッパー内粉粒体の全質量との差分値をt(秒)で除した値を単位時間当たりの変化量と定義し、該変化量に応じて前記搬送手段の搬送能力を第1搬送能力制御工程で制御する、前記<1>又は<2>に記載の粉粒体の散布方法。
<4>
所定時間s(秒)毎に前記ホッパー内粉粒体の全質量を計測し、計測した該ホッパー内粉粒体の全質量と、所定時間t(秒)(ただしs<tである。)前に計測したホッパー内粉粒体の全質量との差分値をt(秒)で除した値を単位時間当たりの変化量と定義し、該変化量に応じて前記搬送手段の搬送能力を第1搬送能力制御工程で制御する、前記<1>又は<2>に記載の粉粒体の散布方法。
<5>
tの値は1秒以上300秒以下である、前記<3>又は<4>に記載の粉粒体の散布方法。
<6>
前記閾値は、前記ホッパー内粉粒体の前記初期設定質量に対し、一定の割合の質量値として事前に決定した値である、前記<1>〜<5>の何れか1に記載の粉粒体の散布方法。
<7>
前記ホッパー内の粉粒体質量Bを、前記粉粒体の満充填状態でのホッパー内粉粒体質量Bの好ましくは40質量%以上100質量%以下、更に好ましくは80質量%以上100質量%以下に維持した状態で、前記粉粒体を散布する、前記<6>に記載の粉粒体の散布方法。
<8>
第2搬送能力制御工程は、前記ホッパーに対する補充質量に応じて前記搬送手段の搬送能力を制御する、前記<1>〜<7>の何れか1に記載の粉粒体の散布方法。
<9>
第2搬送能力制御工程は、ホッパー内粉粒体の全質量が初期設定質量となるまで前記ホッパー内に前記粉粒体を補充する粉粒体補充工程を有し、
前記補充質量は、該粉粒体補充工程において前記ホッパーに供給される粉粒体の単位時間当たりの補充質量、または、該ホッパーに補充される総量である、前記<8>に記載の粉粒体の散布方法。
<10>
第2搬送能力制御工程は、前記ホッパーに対して前記粉粒体を補充する前、後又は前後における単位時間当たりの散布量の変化量に応じて前記搬送手段の搬送能力を制御する、前記<1>〜<7>の何れか1に記載の粉粒体の散布方法。
<11>
第2搬送能力制御工程における前記搬送手段の出力制御は、第1搬送能力制御工程から第2搬送能力制御工程への切替時から第2搬送能力制御工程から第1搬送能力制御工程への切替わるまでの区間内で行う、前記<1>〜<10>の何れか1に記載の粉粒体の散布方法。
<12>
前記粉粒体は、吸水性ポリマー又は電解質である、前記<1>〜<11>の何れか1に記載の粉粒体の散布方法。
<13>
前記搬送手段は振動フィーダであり、
前記搬送手段の搬送能力の制御とは、前記振動フィーダの振幅を制御することである、前記<1>〜<12>の何れか1に記載の粉粒体の散布方法。
<14>
ホッパーから排出された粉粒体が搬送手段によって所定の一方向に搬送されることで散布された粉粒体含有物品の製造方法であって、
前記ホッパー及び該ホッパー内に貯蔵されている前記粉粒体の全質量を連続して計測しつつ、前記粉粒体の単位時間当たりの散布量が、単位時間当たりの目標散布量と一致するように該搬送手段の搬送能力を制御する第1搬送能力制御工程と、
前記計測したホッパー内粉粒体の全質量が閾値を下回った場合に、該ホッパー内粉粒体の全質量が初期設定質量となるまで前記ホッパー内に前記粉粒体を補充しつつ、第1搬送能力制御工程による制御とは異なる手法により前記搬送手段の搬送能力を制御する第2搬送能力制御工程とを有する、粉粒体含有物品の製造方法。
<15>
前記搬送手段は、前記振動発生手段を作動させて前記受取手段を振動させることによって、該受取手段上の粉粒体を所定の方向に搬送可能になされている、前記<14>に記載の粉粒体含有物品の製造方法。
<16>
前記振動発生手段の振動数は、好ましくは50Hz以上、更に好ましくは100Hz以上であり、そして、好ましくは500Hz以下、更に好ましくは300Hz以下、好ましくは50Hz以上500Hz以下であり、更に好ましくは100Hz以上300Hz以下である、前記<15>に記載の粉粒体含有物品の製造方法。
1 粉粒体散布装置
2 ホッパー
3 搬送手段(振動フィーダ)
30 受取手段
31 振動発生手段
40 制御部
50 計測装置
100 基材
C1 第1搬送能力制御工程
C2 第2搬送能力制御工程
P 粉粒体
ΔS 単位時間当たりの散布量
ΔS 単位時間当たりの目標散布量
A ホッパー込みの粉粒体の全質量
ホッパーの質量
B ホッパー内粉粒体質量
初期設定質量(満充填状態のホッパー内粉粒体質量)
ΔB 単位時間当たりの変化量

Claims (11)

  1. ホッパーから排出された粉粒体を、搬送手段によって所定の一方向に搬送して散布する工程を備えた粉粒体の散布方法であって、
    前記ホッパー及び該ホッパー内に貯蔵されている前記粉粒体の全質量を連続して計測しつつ、前記粉粒体の単位時間当たりの散布量が、単位時間当たりの目標散布量と一致するように該搬送手段の搬送能力を制御する第1搬送能力制御工程と、
    前記計測したホッパー内粉粒体の全質量が閾値を下回った場合に、該ホッパー内粉粒体の全質量が初期設定質量となるまで前記ホッパー内に前記粉粒体を補充しつつ、第1搬送能力制御工程による制御とは異なる手法により前記搬送手段の搬送能力を制御する第2搬送能力制御工程とを有する、粉粒体の散布方法。
  2. 前記ホッパー内粉粒体の全質量が初期設定質量を満たした後、当該ホッパー内粉粒体の全質量が所定時間にわたり連続して減少した場合に、第2搬送能力制御工程から第1搬送能力制御工程へと切り替えて前記搬送手段の搬送能力を制御する、請求項1に記載の粉粒体の散布方法。
  3. 所定時間t(秒)毎に前記ホッパー内粉粒体の全質量を計測し、計測した該ホッパー内粉粒体の全質量と、t(秒)前に計測した該ホッパー内粉粒体の全質量との差分値をt(秒)で除した値を単位時間当たりの変化量と定義し、該変化量に応じて前記搬送手段の搬送能力を第1搬送能力制御工程で制御する、請求項1又は2に記載の粉粒体の散布方法。
  4. 所定時間s(秒)毎に前記ホッパー内粉粒体の全質量を計測し、計測した該ホッパー内粉粒体の全質量と、所定時間t(秒)(ただしs<tである。)前に計測したホッパー内粉粒体の全質量との差分値をt(秒)で除した値を単位時間当たりの変化量と定義し、該変化量に応じて前記搬送手段の搬送能力を第1搬送能力制御工程で制御する、請求項1又は2に記載の粉粒体の散布方法。
  5. 前記閾値は、前記ホッパー内粉粒体の前記初期設定質量に対し、一定の割合の質量値として事前に決定した値である、請求項1〜4の何れか一項に記載の粉粒体の散布方法。
  6. 第2搬送能力制御工程は、前記ホッパーに対する補充質量に応じて前記搬送手段の搬送能力を制御する、請求項1〜5の何れか一項に記載の粉粒体の散布方法。
  7. 第2搬送能力制御工程は、前記ホッパーに対して前記粉粒体を補充する前、後又は前後における単位時間当たりの散布量の変化量に応じて前記搬送手段の搬送能力を制御する、請求項1〜5の何れか一項に記載の粉粒体の散布方法。
  8. 第2搬送能力制御工程における前記搬送手段の出力制御は、第1搬送能力制御工程から第2搬送能力制御工程への切替時から第2搬送能力制御工程から第1搬送能力制御工程への切替わるまでの区間内で行う、請求項1〜7の何れか一項に記載の粉粒体の散布方法。
  9. 前記粉粒体は、吸水性ポリマー又は電解質である、請求項1〜8の何れか一項に記載の粉粒体の散布方法。
  10. 前記搬送手段は振動フィーダであり、
    前記搬送手段の搬送能力の制御とは、前記振動フィーダの振幅を制御することである、請求項1〜9の何れか一項に記載の粉粒体の散布方法。
  11. ホッパーから排出された粉粒体が搬送手段によって所定の一方向に搬送されることで散布された粉粒体含有物品の製造方法であって、
    前記ホッパー及び該ホッパー内に貯蔵されている前記粉粒体の全質量を連続して計測しつつ、前記粉粒体の単位時間当たりの散布量が、単位時間当たりの目標散布量と一致するように該搬送手段の搬送能力を制御する第1搬送能力制御工程と、
    前記計測したホッパー内粉粒体の全質量が閾値を下回った場合に、該ホッパー内粉粒体の全質量が初期設定質量となるまで前記ホッパー内に前記粉粒体を補充しつつ、第1搬送能力制御工程による制御とは異なる手法により前記搬送手段の搬送能力を制御する第2搬送能力制御工程とを有する、粉粒体含有物品の製造方法。
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