JP4357713B2 - 粉粒体充填装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はオーガスクリューを備えた粉粒体充填装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のオーガスクリュー形粉粒体充填装置はたとえば実公昭36-1878号公報に開示されている。この公知の充填装置はそのオーガスクリューの上端部がファネルのホッパ内に突出し、その上端部はホッパの内周面に沿いかつ近接して拡径された拡径スクリュー部として形成されている。
【０００３】
このようなオーガスクリューはその拡径スクリュー部によりファネル内、つまり、そのホッパ内の粉粒体をオーガスクリューにおける円筒スクリュー部の溝内に積極的に導き、粉粒体の定量充填に寄与するものとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のオーガスクリューの機能はその回転速度が比較的低速である場合には有効であるものの、その回転速度が高速化すると、拡径スクリュー部の上端での外径は円筒スクリュー部の外径よりも大きいことから、その周速が非常に高速となる。
【０００５】
このような拡径スクリュー部の高速回転はホッパ内の粉粒体をホッパの径方向外側に押しやってしまい、拡径スクリュー部の溝内に対して粉粒体の円滑な導入を阻害する。このため、ファネル内、つまり、その円筒スクリュー部側での粉粒体の充満率が低下し、オーガスクリューの回転により規定される粉粒体の見掛け吐出量に対して、ファネルの吐出口から実際に吐出される粉粒体の実吐出量が少なくなる。このことは充填装置の吐出効率の低下を意味し、その高速化や定量充填を困難にする。
【０００６】
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところはオーガスクリューの回転を高速化しても、その吐出効率を高め、定量充填を高速で行うことができる粉粒体の充填装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、請求項１に係る本発明の粉粒体の充填装置は、上端に粉粒体の供給を受ける漏斗状のホッパを備える一方、前記ホッパに連なりかつ下端に粉粒体の吐出口を有する円筒状のスクリューケーシングを備えたファネルと、このファネル内に回転可能に収容されたオーガスクリューであって、スクリューケーシング内の円筒スクリュー部及びこの円筒スクリュー部からホッパ内に突出しかつ前記ホッパの内周壁に沿って拡径した拡径スクリュー部を有し、回転時、拡径スクリュー部の輪郭により描かれる回転軌跡がテーパ状円筒面となるオーガスクリューと、ホッパの内周面と前記テーパ状円筒面との間に確保され、拡径スクリュー部の回転に阻害されることなく拡径スクリュー部の溝内に粉粒体の侵入を許容する環状通路と、この環状通路内を上下方向に延び、拡径スクリュー部の周囲を拡径スクリュー部とは逆方向に旋回するアジテータロッドと、環状通路内にてアジテータロッドとともに拡径スクリュー部の周囲を旋回し、ホッパ内の粉粒体を拡径スクリュー部の中心に向けて掻き寄せる掻込みブレードとを備えている。
詳しくは、掻込みブレードはその旋回方向でみて、アジテータロッドに取付けられた前端縁と、この前端縁から旋回方向でみて後方に位置した後端縁と、前端縁と後端縁とを繋ぎ、かつホッパの内周面に沿って湾曲した湾曲部と有し、後端縁側の部位にて上部の湾曲率は下部に比べて大となっている。
【０００８】
上述の充填装置によれば、オーガスクリュー、すなわち、その拡径スクリューの回転が高速化しても、ホッパ内の粉粒体はホッパの内周面と拡径スクリュー部との間に確保された環状通路に導かれる。この環状通路内ではアジテータロッド及び掻込みブレードが拡径スクリュー部とは逆方向に旋回しているので、これらアジテータロッド及び掻込みブレード、特に掻込みブレードは上述した形状により、環状通路に導かれた粉粒体を拡径スクリュー部の溝内に向けて掻き寄せる。
【０００９】
即ち、掻込みブレードはその旋回に伴い、ホッパ内の粉粒体を拡径スクリュー部の溝内に強制的に押込むことになり、このようにして押込まれた粉粒体は拡径スクリュー部の回転により十分な押圧力を受け、その円筒スクリュー部に向けて安定して送出される結果、ファネル内の粉粒体の充満率、つまり、充填装置の吐出効率が高められる。
【００１０】
好ましくは、円筒スクリュー部の上端は、ホッパとスクリューケーシングとの間の境界よりもホッパ内に若干位置付けられている（請求項２）。この場合、環状流路の下端と円筒スクリュー部の溝との間の連通域にて、粉粒体のための流路断面積は十分に確保される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、粉粒体の充填装置は垂直に配置されたファネル２を備え、このファネル２はその上部に漏斗状をなしたホッパ４と、このホッパ４の下端に連なる円筒状のスクリューケーシング６とを有する。ファネル２の上方には粉粒体が供給されるサブホッパ８が配置され、ホッパ４にはサブホッパ８を通じて粉粒体が供給される。
【００１２】
ファネル２内にはオーガスクリュー（以下、単にオーガと称する）１０が回転可能に収容され、このオーガ１０はスクリューケーシング６内を延びる円筒スクリュー部１２と、ホッパ４内に突出する拡径スクリュー部１４とからなっている。オーガ１０は円筒スクリュー部１２から拡径スクリュー部１４に亘って一定ピッチのスクリューフィンを有しているが、円筒スクリュー部１２の下端部はそのスクリューフィンが欠落したストレート部１６として形成されている。
【００１３】
スクリューケーシング６の下端にはノズルリング１８が取付けられており、一方、ストレート部１６の下端には円形のディスクからなるドリップ２０が連結ボルト２２を介して取付けられている。ドリップ２０は、ノズルリング１８よりも若干上方に位置し、その外周縁とノズルリング１８の内周縁との間にて環状の吐出口２４が形成されている。
【００１４】
図１から明らかなようにオーガ１０の拡径スクリュー部１４は円筒スクリュー部１２からホッパ４の内周面に沿って拡径し、そして、拡径スクリュー部１４の上端とホッパ４の内周面との間には所定の間隙Ｇ（たとえば、８．５mm程度）が確保されている。このような間隙Ｇはホッパ４の内周面と拡径スクリュー部１４との間に粉粒体の環状流路２６を形成し、この環状流路２６の下端はオーガ１０の円筒スクリュー部１２の上端部に臨んでいる。
【００１５】
環状通路２６の通路幅はホッパ４の内周面に沿って一定であるか、または、円筒スクリュー部１２に向けて徐々に狭くなっている。また、図１から明らかなように円筒スクリュー部１２の上端はホッパ４とスクリューケーシング６との間の境界よりも若干ホッパ４内に位置付けられ、これにより、環状流路２６の下端と円筒スクリュー部１２の溝内との間での連通域における流路断面積が十分に確保されている。
【００１６】
オーガ１０は拡径スクリュー部１４から上方に延びるオーガ軸２８を有し、このオーガ軸２８はホッパ４の上方にてサーボモータ３０の出力軸に連結されている。したがって、オーガ１０はサーボモータ３０からの動力を受けて一方向、たとえば反時計方向に回転される。
また、オーガ軸２８にはスリーブ３２が回転自在に外嵌され、このスリーブ３２の上端はチェーン駆動の動力伝達経路３４を介して電動モータ３６に連結されている。したがって、スリーブ３２は電動モータ３６からの動力を受けて回転され、その回転方向はオーガ１０の回転方向とは逆向きとなる時計方向である。
【００１７】
一方、スリーブ３２の下端からはステー３８が延び、このステー３８の先端はアジテータロッド４０に連結されている。アジテータロッド４０は拡径スクリュー部１４の側方に位置し、ホッパ４の内周面に近接しかつその内周面に沿って、環状通路２６内を上下方向に延びている。したがって、スリーブ３２の回転に伴い、アジテータロッド４０は環状通路２６内にて拡径スクリュー部１４の回りを時計方向に旋回する。
【００１８】
そして、図２に拡大して示されているようにアジテータロッド４０には掻込みブレード４２が取付けられ、この掻込みブレード４２はアジテータロッド４０とともに環状通路２６内、つまり、拡径スクリュー部１４の外側を旋回する。
より詳しくは、掻込みブレード４２はアジテータロッド４０の旋回方向でみてその前端縁がアジテータロッド４０に取付けられて、そして、その後端縁側の部分がホッパ４の内周面に沿って湾曲したプレートからなり、さらに、その湾曲率は後端縁側の上部がその下部よりも大となっている。
【００１９】
図３に示されるように上述したサーボモータ３０はサーボドライバ４３及びサーボコントローラ４４を介してＣＰＵを含むマイクロコンピュータ４６に電気的に接続され、一方、電動モータ３６はマイクロコンピュータ４６にドライバ回路４８及び入出力インタフェース４９を介して接続されている。マイクロコンピュータ４６は充填装置の運転開始指令を受けてサーボコントローラ４４及びサーボドライバ４３を介してサーボモータ３０の回転を制御し、一方、運転開始と同時に電動モータ３６を入出力インタフェース４９及びドライバ回路４８を介して回転駆動する。
【００２０】
図４はサーボモータ３０の回転制御によるオーガ１０の動作パターンと、電動モータ３６の回転によるアジテータロッド４０及び掻込みブレード４２の旋回パターンを示し、図４中では反時計方向の回転速度を（＋）、時計方向の旋回速度を(−)で示してある。
なお、充填装置の運転中、アジテータロッド４０及び掻込み部レート４２は常時旋回されるものでなくともよく、少なくともオーガ１０が回転している間、旋回されていればよい。
【００２１】
図１に示されるようにファネル２内に粉粒体が満たされた状態で、オーガ１０が回転されると、このオーガ１０の回転に伴い、ファネル２の吐出口２４から粉粒体が吐出され、この粉粒体はファネル２の下方に位置付けられた容器Ａに充填される。容器Ａ内に所定量の粉粒体が充填されると、オーガ１０の回転が停止され、吐出口２４からの粉粒体の吐出は直ちに停止される。すなわち、オーガ１０の回転が停止されると、吐出口２４の近傍での吐出圧が低下することで、粉粒体はドリップ２０の外周縁とノズルリング１８の内周縁との間にてアーチ状のブリッジを形成し、このような粉粒体のブリッジにより吐出が停止される。
【００２２】
図１から明らかなように容器Ａはベルトコンベアなどの搬送面４８上に配置されており、容器Ａ内への粉粒体の充填が完了すると、次に、空の容器Ａがファネル２の直下に位置付けられ、粉粒体の充填プロセスが繰返される。このように１個当たりの容器Ａに対する粉粒体の充填プロセスはオーガ１０が動作中にある期間と停止期間とで規定され、その期間は図４中Ｔで示されている。
【００２３】
しかしながら、図４から明かなようにアジテータロッド４０及び掻込みブレード４２は充填装置の運転が開始されると、常時、オーガ１０の回転方向とは逆向きに一定の速度で旋回し、ここで、その旋回速度はオーガ１０の回転速度よりも低い。
上述の充填装置によれば、オーガ１０の拡径スクリュー部１４の上端とホッパ４の内周面との間に所定の間隙Ｇを確保してあるので、オーガ１０つまりその拡径スクリュー部１４の回転速度が高速化しても、ホッパ４内の粉粒体は拡径スクリュー部１４における上端の周速に阻害されることなく、環状流路２６を通じて拡径スクリュー部１４の溝内に侵入する。一方、環状通路２６の通路幅はホッパ４の内周面に沿って一定であるか又は円筒スクリュー部１２に向けて徐々に減少されているので、拡径スクリュー部１４の溝内に侵入した粉粒体が拡径スクリュー部１４の高速回転より、その径方向外側に逃げることはできず、それゆえ、その侵入した粉粒体は拡径スクリュー部１４でのスクリューフィンの回転により効果的に押圧され、オーガ１０の円筒スクリュー部１２側に確実に送込まれる。
【００２４】
一方、オーガ１０の回転中にはアジテータロッド４０及び掻込みブレード４２がその逆向きに旋回しているので、アジテータロッド４０の旋回は拡径スクリュー部１４の回転に引きずられる粉粒体の運動を打ち消すように働き、ホッパ４内の粉粒体を前記間隙Ｇを通じ、拡径スクリュー部１４の溝内に円滑に導く。
また、掻込みブレード４２にあっては旋回方向でみて、その後端縁側上部の湾曲率がその下部の湾曲率よりも大となっているので、掻込みブレード４２の旋回は掻込みブレード４２に沿って相対的に流れる粉粒体を図２中白抜きの矢印で示すように拡径スクリュー部１４の中心に向けて掻き寄せることになる。この結果、間隙Ｇを通じて拡径スクリュー部１４の溝内に導かれた粉粒体は掻込みブレード４２の働きにより拡径スクリュー部１４の内方に強制的に押込まれる。
【００２５】
上述したようにオーガ１０の回転が高速化しても、ホッパ４内の粉粒体が拡径スクリュー部１４の溝内に良好にして導かれかつ強制的に押込まれることから、拡径スクリュー部１４でのスクリューフィンによる粉粒体の押圧は確実なものなり、拡径スクリュー部１４から円筒スクリュー部１２への粉粒体の送り込みが安定し、円筒スクリュー部１２内、つまり、ファネル２内での粉粒体の充満率を向上させることができる。
【００２６】
この結果、オーガ１０の回転により決定される粉粒体の見掛け吐出量に対し、その吐出口２４からの粉粒体の実際の吐出量を近似させることができ、充填装置の吐出効率を向上させることができる。
以下の表１は、従来例と実施例１，２との間での比較結果、すなわち、オーガ１０の１回転当たりにおける粉粒体の見掛け吐出量とその実吐出量との比較結果を示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
ここで、実施例１の充填装置の仕様及び粉粒体は次の通りである。
ストレートケーシングの内径 ：４０mm
円筒スクリュー部の外径 ：３７mm
オーガのスクリューフィンのピッチ：５０mm
オーガのストレート部の長さ ：１７mm
拡径スクリュー部の最大外径 ：８８mm
オーガの最高回転数 ：１５７６rpm
ノズルリングの内径 ：３７mm
ドリップの外径 ：１６mm
間隙Ｇ ：有
アジテータロッド ：有
掻込みブレード４２ ：無
粉粒体 ：中挽きコーヒー
実施例２及び従来例の充填装置と実施例１の充填装置との相違は以下の通りである。
【００２９】
実施例２：掻込みブレード４２も有り。
従来例 ：間隙Ｇ及び掻込みブレード４２は共に無し。
表１から明らかなように、ホッパ４の内周面と拡径スクリュー部１４の上端との間に前述した間隙Ｇが確保された実施例１の場合、その吐出効率は従来例に比べて高く、また、間隙Ｇに加えて掻込みブレード４２をも備えた実施例２の場合、その吐出効率は１００％を越えてさらに高められている。
【００３０】
それゆえ、実施例１，２の充填装置によれば、オーガ１０の回転数に基づく充填量制御を高精度に行え、しかも、規定の充填量を吐出するにあたりオーガ１０の回転数を低減できることから、粉粒体の定量充填を高速化することができる。
本発明は上述の実施形態に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００３１】
たとえば、一実施形態のオーガ１０の場合、その拡径スクリュー部１４でのスクリューフィンのターン数は図示のものに限られるものではなく、そのターン数をさらに増やすことも可能である。
また、アジテータロッド４０や掻込みブレード４２の具体的な形状は適宜変更可能であり、さらに、本発明は粉粒体を容器に充填する充填機ではなく、製袋充填機にも適用可能であることは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に係る本発明の粉粒体の充填装置によれば、回転時、オーガスクリューの拡径スクリュー部が描くテーパ状円筒面とホッパの内周面との間に環状通路を確保し、そして、この環状通路内にアジテータロッド及びこのアジテータロッドに取付けられた掻込みブレードを配置し、これらを拡径スクリュー部とは逆に旋回させるようにしているから、オーガスクリューの回転速度が高速化しても、ホッパ内の粉粒体を拡径スクリュー部の溝内に強制的に導き、そして、オーガスクリューの円筒スクリュー部に送り込むことができる。それゆえ、ファネル内での粉粒体の充満密度が増加して、その吐出率が高める結果、粉粒体の定量充填制御を高速且つ高精度に行うことができる。
【００３３】
請求項２に係る本発明の充填装置によれば、円筒スクリュー部がホッパ内に若干位置付けられた上端を有しているので、環状流路の下端と円筒スクリュー部の溝との間の連通域にて、粉粒体のための流路断面積を十分に確保することがきる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の粉粒体の充填装置を示した概略図である。
【図２】ホッパ内の拡大斜視図である。
【図３】オーガ、アジテータロッド及び掻込みブレードを駆動するための回路図である。
【図４】オーガ、アジテータロッド及び掻込みブレードの動作パターンを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
２ ファネル
４ ホッパ
６ スクリューケーシング
１０ オーガ
１２ 円筒スクリュー部
１４ 拡径スクリュー部
１６ ドリップ
１８ ノズルリング
２４ 吐出口
２６ 環状流路
２８ オーガ軸
３０ サーボモータ
３２ スリーブ
３４ ギヤ列
３６ 電動モータ
３８ ステー
４０ アジテータロッド
４２ 掻込みブレード

Claims (2)

1. 上端に粉粒体の供給を受ける漏斗状のホッパを備える一方、前記ホッパに連なりかつ下端に粉粒体の吐出口を有する円筒状のスクリューケーシングを備えたファネルと、
   前記ファネル内に回転可能に収容されたオーガスクリューであって、前記スクリューケーシング内の円筒スクリュー部及びこの円筒スクリュー部から前記ホッパ内に突出しかつ前記ホッパの内周壁に沿って拡径した拡径スクリュー部を有し、回転時、前記拡径スクリュー部の輪郭により描かれる回転軌跡がテーパ状円筒面となるオーガスクリューと、
   前記ホッパの内周面と前記テーパ状円筒面との間に確保され、前記拡径スクリュー部の回転に阻害されることなく前記拡径スクリュー部における溝内への前記粉粒体の侵入を許容する環状通路と、
   前記環状通路内を上下方向に延び、前記拡径スクリュー部の周囲を前記拡径スクリュー部とは逆方向に旋回するアジテータロッドと、
   前記環状通路内にて前記アジテータロッドとともに前記拡径スクリュー部の周囲を旋回し、前記ホッパ内の粉粒体を前記拡径スクリュー部の中心に向けて掻き寄せる掻込みブレードと
   を具備し、
   前記掻込みブレードはその旋回方向でみて、前記アジテータロッドに取付けられた前端縁と、この前端縁から旋回方向でみて後方に位置した後端縁と、前記前端縁と前記後端縁とを繋ぎ、かつ前記ホッパの内周面に沿って湾曲した湾曲部と有し、前記後端縁側の部位にて上部の湾曲率は下部に比べて大である
   ことを特徴とする粉粒体充填装置。
2. 前記円筒スクリュー部の上端は、前記ホッパと前記スクリューケーシングのとの間の境界よりも前記ホッパ内に若干位置付けらていることを特徴とする請求項１に記載の粉粒体充填装置。

Images