JP5418215B2 - 定量切り出し装置 - Google Patents

Description

本発明は、一定量の粉粒体を切り出す定量切り出し装置に関する。

粉粒体を貯蔵するホッパー等の貯蔵設備から一定量の粉粒体を切り出す装置としては、ロータリーフィーダーが知られている。ロータリーフィーダーは、回転軸の外周に複数の羽根板を放射状に設けてなるロータが、粉粒体の投入口及び排出口を有するケーシング内に配されてなる。このロータは、隣接する羽根板により区画形成された仕切室を回転軸の外周に複数有しているので、投入口からケーシング内に投入された粉粒体は各仕切室内に収容され、ロータの回転に伴って排出口から順次排出される。複数の仕切室の容積は全て同一に設計されているため、粉粒体は一定量ずつ切り出されることとなる。

上記のようなロータリーフィーダーを用いて、付着硬化性の高い粉粒体の切り出しを行った場合は、粉粒体の一部が仕切室内（羽根板の表面や回転軸の外周面）に付着硬化してケーシング外に排出されなくなるため、ロータリーフィーダーの運転に伴って切り出し量が低下するおそれがあった。よって、切り出し量を予め大きく設定してロータリーフィーダーを製造する必要がある場合があり、装置の大型化に繋がっていた。また、ロータリーフィーダーの運転中に付着物が突然剥落して、切り出し量の定量性が著しく損なわれるおそれがあった。

このような問題の発生を防止するための技術として、特許文献１，２に開示の技術が知られている。すなわち、上記のようなロータを２つ設けるとともに、両ロータの回転軸が平行となるように且つ一方のロータの羽根板の先端が他方のロータの回転軸に近接するように配置して、ロータリーフィーダーの運転時（両ロータの回転時）に、一方のロータの羽根板の先端で他方のロータの仕切室内の付着物を自動的に掻き落として除去する技術である。

このとき、両ロータを等速で回転させると、両ロータの羽根板の相対位置（位相）関係は一定しているが、前記従来技術では、両ロータを不等速（回転速度の比はＮ：Ｎ−１で、Ｎは整数である）で回転させることにより、両ロータの羽根板の相対位置（位相）関係を変化させている。その結果、等速回転の場合よりも、仕切室内のより広い領域を羽根板が動くこととなり、仕切室内のより広い範囲の付着物を掻き落とすことができるようになっている。

前記従来技術における両ロータの羽根板の相対位置関係を、図８に示す。図８は、一方のロータが４枚の羽根板を有し、他方のロータが５枚の羽根板を有するロータリーフィーダーにおいて、回転するロータの軌跡を描いたものである。図８の（ａ）は、４枚の羽根板を有するロータを固定して、５枚の羽根板を有するロータの軌跡を描いたものであり、（ｂ）は、５枚の羽根板を有するロータを固定して、４枚の羽根板を有するロータの軌跡を描いたものである。
図８から、一方のロータの羽根板が他方のロータの仕切室内の広い領域を動いていることが分かる。これにより、両ロータの回転時に、仕切室内の付着物が自動的に掻き落とされる。

特公昭６２−４４９６９号公報 特開平８−１２６８２７号公報

しかしながら、図８から分かるように、仕切室内において羽根板が動く領域は十分大きいとは言えなかった。そのため、仕切室内の付着物を十分に掻き落とすことができるように、さらなる改善が望まれていた。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、切り出し量の定量性に優れるとともに、使用に伴う切り出し量の低下が生じにくい定量切り出し装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る定量切り出し装置は、回転軸の外周に複数の羽根板を放射状に設けてなる２つのロータを、前記両回転軸が平行となるように且つ一方のロータの羽根板の先端が他方のロータの回転軸に近接するように配置してなり、前記両ロータの回転により、投入された粉粒体を一定量ずつ切り出して順次排出する定量切り出し装置において、前記両ロータが備える羽根板の数が同一であるとともに、下記の２つの条件を満足するように前記両ロータを回転させる回転駆動手段を備えることを特徴とする。
条件Ａ：前記両ロータは、１回転に要する時間が同一である。
条件Ｂ：前記両ロータのうち少なくとも一方は、角速度が一定ではなく、１回転する間に角速度が連続的且つ周期的に変化する。
このような本発明に係る定量切り出し装置においては、前記条件Ｂは、前記両ロータのうち一方は角速度が一定で、他方は角速度が一定ではないことが好ましい。

また、前記回転駆動手段は、角速度が一定ではない前記ロータの回転軸と回転駆動源の回転軸とを接続し、前記回転駆動源の回転駆動力を角速度が一定ではない前記ロータの回転軸に伝達する一対の楕円歯車を備えることが好ましい。
さらに、本発明に係る定量切り出し装置においては、回転時に前記両ロータの羽根板が干渉しないように前記両ロータの回転を制御する回転同調手段を備えることがより好ましい。

さらに、前記回転同調手段は、前記両ロータの回転軸と前記回転駆動源の回転軸とを接続し、前記回転駆動源の回転駆動力を前記両ロータの回転軸のそれぞれに伝達する歯車機構を備えることが好ましい。
さらに、１回転する間に角速度が連続的且つ周期的に変化する前記ロータは、角速度が漸増及び漸減するが、前記ロータが１回転する間において漸増状態から漸減状態へ変化する回数と漸減状態から漸増状態へ変化する回数の合計回数が、前記ロータが備える羽根板の数と同一であることが好ましい。

本発明に係る定量切り出し装置は、切り出し量の定量性に優れるとともに、使用に伴う切り出し量の低下が生じにくい。

本発明に係る定量切り出し装置の一実施形態であるロータリーフィーダーの構造を説明する模式的断面図である。 回転駆動手段及び回転同調手段の構成を説明する模式図である。 噛み合う一対の楕円２葉歯車の図である。 第二ロータの回転の角速度の変化の様子を示すグラフである。 本実施形態のロータリーフィーダーにおける２つのロータの羽根板の相対位置関係を示す図である。 第一ロータを固定して、第二ロータを第一ロータの周囲に回転させた場合の各位相における図である。 第二ロータを固定して、第一ロータを第二ロータの周囲に回転させた場合の各位相における図である。 従来のロータリーフィーダーにおける２つのロータの羽根板の相対位置関係を示す図である。

本発明に係る定量切り出し装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る定量切り出し装置の一実施形態であるロータリーフィーダーの構造を説明する模式的断面図である。
図１のロータリーフィーダー１は、粉粒体（図示せず）を貯蔵するホッパー等の貯蔵設備（図示せず）から一定量の粉粒体を切り出すために用いることが可能な容量式の定量切り出し装置であり、同一形状の２個のロータ２，２（以降は、第一ロータ２Ａ，第二ロータ２Ｂと記すこともある）が、粉粒体の投入口４ａ及び排出口４ｂを有するケーシング４内に、回転自在（後述する回転軸５を軸心として回転する）に設置されてなる。

これらの第一ロータ２Ａ及び第二ロータ２Ｂは、回転軸５の外周に複数の羽根板６が周方向等間隔を空けて放射状に設けられてなり、隣接する羽根板６によって区画形成された仕切室７を回転軸５の外周に複数有している。両ロータ２，２は同一形状であるから、両ロータ２，２の羽根板６や仕切室７の数は同一である。なお、両ロータ２，２の羽根板６の数は、特に限定されるものではない。本実施形態では４個の例を示しているが、３〜６個程度が好ましい。

また、第一ロータ２Ａ及び第二ロータ２Ｂは、ケーシング４内において、それぞれの回転軸５，５が平行となるように、且つ、一方のロータ２の羽根板６の先端が他方のロータ２の回転軸５の外周に近接するように（すなわち所定の間隔を空けて）配置されている。したがって、一方のロータ２の羽根板６のうち１つの羽根板６は、その先端が他方のロータ２の隣接する２つの羽根板６，６の間に配されることとなる。本実施形態においては、位相を４５°ずらして両ロータ２，２を設置している。すなわち、一方のロータ２の羽根板６のうち１つの羽根板６の先端が、他方のロータ２の隣接する２つの羽根板６，６の周方向中間に位置している。そして、各羽根板６の先端とケーシング４の内面は、両者の間から粉粒体が漏洩しないように摺接するようになっている。

このようなロータリーフィーダー１は、下記の２つの条件Ａ，Ｂを満足するように第一ロータ２Ａ，第二ロータ２Ｂを反対方向に回転させる回転駆動手段を備えている。
条件Ａ：両ロータ２，２は、１回転に要する時間が同一である。
条件Ｂ：第一ロータ２Ａは一定の角速度で回転するが、第二ロータ２Ｂは角速度が一定ではなく、１回転する間に角速度が連続的且つ周期的に変化する。

また、ロータリーフィーダー１は、回転時に両ロータ２，２の羽根板６が干渉しないように両ロータ２，２の回転を制御する回転同調手段をさらに備えている。
このような回転駆動手段は、一対の楕円歯車によって構成され、回転同調手段は、複数対の歯車等によって構成されている。これらの楕円歯車及び歯車について、図２を参照しながら詳細に説明する。

まず、回転駆動源であるモータ１０の回転軸１１と第一ロータ２Ａの回転軸５とが、一対の歯車１２，１３（楕円歯車ではなく一般的な円形歯車で、例えば平歯車）により接続されている。すなわち、モータ１０の回転軸１１に取り付けられた歯車１２と、第一ロータ２Ａの回転軸５に取り付けられた歯車１３とが、噛み合わされている。両歯車１２，１３の歯数比は例えば１対２（歯車１２：歯車１３＝１：２）とされているため、回転速度が１／２倍に減速されつつモータ１０の回転駆動力が第一ロータ２Ａの回転軸５に伝達される。なお、これ以降の説明においては、特に断り無く「歯車」と記載した場合（すなわち「楕円歯車」と記載しなかった場合）は、一般的な円形の歯車を意味する。

また、モータ１０の回転軸１１には楕円歯車１４も取り付けられている。一方、第二ロータ２Ｂの回転軸５には歯車１６が取り付けられており、歯車１７及び楕円歯車１５が取り付けられた中間回転軸２０を介して、モータ１０の回転軸１１と接続されている。すなわち、モータ１０の回転軸１１と中間回転軸２０とが、一対の楕円歯車１４，１５により接続されているとともに、中間回転軸２０と第二ロータ２Ｂの回転軸５とが、一対の歯車１６，１７により接続されている。

モータ１０の回転軸１１と第二ロータ２Ｂの回転軸５は、一対の楕円歯車１４，１５（歯数比は１対１）を介して接続されているため、第二ロータ２Ｂの回転軸５は前記条件Ａ，Ｂを満足するように回転する。また、両歯車１７，１６の歯数比は例えば１対２（歯車１７：歯車１６＝１：２）とされているため、回転速度が１／２倍に減速されつつモータ１０の回転駆動力が第二ロータ２Ｂの回転軸５に伝達される。なお、楕円歯車１２，１３の長径と短径の比は、特に限定されるものではない。

上記したように、第二ロータ２Ｂは、１回転する間に角速度が連続的且つ周期的に変化する。すなわち、第二ロータ２Ｂの角速度は、漸増及び漸減を周期的に繰り返す。そして、第二ロータ２Ｂが１回転する間において、角速度の漸増状態から漸減状態へ変化する回数と漸減状態から漸増状態へ変化する回数の合計回数（以降は「角速度変化の合計回数」と記す）は、第二ロータ２Ｂが備える羽根板６の数と同一とすることが好ましい。本実施形態においては、羽根板６の数は４個であるので、角速度変化の合計回数は４回とすることが好ましい。

角速度変化の合計回数を４回とするためには、楕円歯車１４，１５を、図３に示すような楕円２葉歯車とすればよい。例えば、長径３００ｍｍ、短径１５０ｍｍの楕円２葉歯車があげられる。楕円２葉歯車を用いた場合は、第二ロータ２Ｂの回転の角速度は、図４のグラフに示されるように変化する。図４のグラフから、位相９０°及び２７０°において、漸増状態から漸減状態へ変化し、位相１８０°及び３６０°において、漸減状態から漸増状態へ変化することが分かる。

両ロータ２，２を上記のように回転させると、両ロータ２，２の羽根板６の相対位置（位相）関係は一定せず、変化することとなる。両ロータ２，２の羽根板６の相対位置関係を、図５に示す。図５は、本実施形態のロータリーフィーダー１において、回転するロータ２の軌跡を描いたものである。図５の（ａ）は、第一ロータ２Ａを固定して第二ロータ２Ｂの軌跡を描いたものであり、（ｂ）は、第二ロータ２Ｂを固定して第一ロータ２Ａの軌跡を描いたものである。

つまり、第一ロータ２Ａを固定して、第二ロータ２Ｂを第一ロータ２Ａの周囲に回転させた場合の各位相における図は、図６のようになるが（例として位相０〜９０°のみ示す）、これらの図を１つに重ねて描いたものが図５の（ａ）である。また、第二ロータ２Ｂを固定して、第一ロータ２Ａを第二ロータ２Ｂの周囲に回転させた場合の各位相における図は、図７のようになるが（例として位相０〜９０°のみ示す）、これらの図を１つに重ねて描いたものが図５の（ｂ）である。

図５と図８を比較すれば分かるように、図５の場合は図８よりも仕切室７内のより広い領域を羽根板６が動いており、仕切室７内のより広い範囲の付着物を掻き落とすことができるようになっている。
このようなロータリーフィーダー１の両ロータ２，２を回転させつつ、投入口４ａからケーシング４内に粉粒体を投入すると、両ロータ２，２の各仕切室７内に粉粒体が収容され、両ロータ２，２の回転に伴って排出口４ｂから順次排出される。複数の仕切室７の容積は全て同一に設計されているため、粉粒体は一定量ずつ切り出されることとなる。ロータ２，２の回転速度を変化させれば、切り出し量を調整することができる。

そして、前記条件Ａ，Ｂを満足するように第一ロータ２Ａ，第二ロータ２Ｂを回転させるので、付着硬化性の高い粉粒体の切り出しを行って、粉粒体の一部が仕切室７内（羽根板６の表面や回転軸５の外周面）に付着硬化した場合でも、ロータリーフィーダー１の運転時（両ロータ２，２の回転時）に、羽根板６の動きにより、仕切室７内のより広い範囲の付着物を自動的に掻き落とすことができる。

よって、ロータリーフィーダー１の運転に伴って切り出し量が低下するおそれはほとんどない。そのため、切り出し量を予め大きく設定してロータリーフィーダー１を製造する必要がないので、ロータリーフィーダー１の小型化や安価化が可能である。また、ロータリーフィーダー１の運転中に付着物が突然剥落して、切り出し量の定量性が損なわれることがほとんどない。

さらに、ロータ２，２の仕切室７内の付着物が、ロータリーフィーダー１の運転中に自動的に掻き落とされるので（セルフクリーニングが行われるので）、ロータリーフィーダー１の運転終了後に、従来必要であった付着物の除去作業を行う必要性はほとんどない。そのため、ロータリーフィーダー１の保守や整備に要する時間，コストを、大幅に低減することができる。

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、両ロータ２，２の羽根板６の数を４個としたが、例えば５個の場合は、角速度変化の合計回数が５回となるような楕円歯車を使用する。ただし、そのような楕円歯車を使用せず、上記楕円２葉歯車を使用した場合でも、歯車１２，１３，１６，１７の歯数比を適切に設定すれば、角速度変化の合計回数が５回となるような楕円歯車を使用した場合と同様の作用が得られる。すなわち、モータ１０が５／４回転する間に両ロータ２，２がそれぞれ１回転すればよいので、歯車１２，１３の歯数比及び歯車１７，１６の歯数比をそれぞれ５対４に設定すればよい（歯車１２：歯車１３＝歯車１７：歯車１６＝５：４）。

また、本実施形態においては、回転同調手段により、一つのモータ１０の回転駆動力を両ロータ２，２に伝達したので、両ロータ２，２の回転周期にズレが生じることはなく、したがって回転時に両ロータ２，２の羽根板６が干渉することはない。ただし、両ロータ２，２の回転周期にズレが生じないように（両ロータ２，２の羽根板６が干渉しないように）回転させることができるならば、それぞれ別のモータで両ロータ２，２を回転させてもよい。
さらに、楕円歯車１４，１５の代わりに、偏心歯車を使用してもよい。なお、偏心歯車とは、一般的な円形歯車の回転軸線を所定量ずらした位置に設定してなる歯車である。

１ ロータリーフィーダー
２ ロータ
２Ａ 第一ロータ
２Ｂ 第二ロータ
５ 回転軸
６ 羽根板
７ 仕切室
１０ モータ
１１ 回転軸
１２，１３，１６，１７ 歯車
１４，１５ 楕円歯車

Claims (6)

1. 回転軸の外周に複数の羽根板を放射状に設けてなる２つのロータを、前記両回転軸が平行となるように且つ一方のロータの羽根板の先端が他方のロータの回転軸に近接するように配置してなり、前記両ロータの回転により、投入された粉粒体を一定量ずつ切り出して順次排出する定量切り出し装置において、前記両ロータが備える羽根板の数が同一であるとともに、下記の２つの条件を満足するように前記両ロータを回転させる回転駆動手段を備えることを特徴とする定量切り出し装置。
   条件Ａ：前記両ロータは、１回転に要する時間が同一である。
   条件Ｂ：前記両ロータのうち少なくとも一方は、角速度が一定ではなく、１回転する間に角速度が連続的且つ周期的に変化する。
2. 前記条件Ｂは、前記両ロータのうち一方は角速度が一定で、他方は角速度が一定ではないことを特徴とする請求項１に記載の定量切り出し装置。
3. 前記回転駆動手段は、角速度が一定ではない前記ロータの回転軸と回転駆動源の回転軸とを接続し、前記回転駆動源の回転駆動力を角速度が一定ではない前記ロータの回転軸に伝達する一対の楕円歯車を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定量切り出し装置。
4. 回転時に前記両ロータの羽根板が干渉しないように前記両ロータの回転を制御する回転同調手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の定量切り出し装置。
5. 前記回転同調手段は、前記両ロータの回転軸と前記回転駆動源の回転軸とを接続し、前記回転駆動源の回転駆動力を前記両ロータの回転軸のそれぞれに伝達する歯車機構を備えることを特徴とする請求項４に記載の定量切り出し装置。
6. １回転する間に角速度が連続的且つ周期的に変化する前記ロータは、角速度が漸増及び漸減するが、前記ロータが１回転する間において漸増状態から漸減状態へ変化する回数と漸減状態から漸増状態へ変化する回数の合計回数が、前記ロータが備える羽根板の数と同一であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の定量切り出し装置。

Images