JP5419288B2 - 篩装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波振動子を用いてメッシュ部を振動させ、粉体を選別する篩装置に関する。

篩を揺り動かす振動発生装置により、メッシュを備えた篩本体を揺り動かす振動篩装置がある（特許文献１参照）。振動発生装置の駆動源としては、電磁式のものやモータによる回転式のものがあるが、いずれにしても、メッシュの網目が狭くなると、目詰まりを起こすため、ゴムボールによる網たたき手段やスライドディスク、ブラシで網をブラッシングして目詰まりを防止する手段が採用されている。しかし、この手段では、ゴムボール、スライドディスク、ブラシ等が磨耗して、篩で除去できない微細な異物となり、これが粉体に混入するという問題が生じていた。

近年、超音波振動をメッシュの振動源とする目詰まり防止手段を用いた篩装置も使用されつつあり、メッシュ部の目詰まり防止に効果を発揮している。公知の超音波篩装置の例を図９により説明する。

図９（ａ）は、公知の丸形の超音波篩装置の原理図で、丸形の篩本体１００のメッシュ１０１に、発振器１０２で駆動される超音波振動子１０３により振動される振動板１０４を接触させて超音波振動をメッシュ１０１に与えるものである。

図９（ｂ）〜(ｄ)は、実際の篩装置の例であって、（ｂ）は渦巻き状の振動板１０５によりメッシュ１０１に超音波振動を与えるもの、（ｃ）はリング形状の振動板１０６によりメッシュ１００に超音波振動を与えるもの、(ｄ)は丸形のクランプ枠１０７に超音波振動を与え、この振動を篩本体１０１に伝えるものである。

特開２０００−１３５４７４号公報

図９に示されているような、公知の丸形の篩本体に使用されている超音波振動板１０４、１０５、１０６は、いずれも薄形のもので、超音波振動伝達は、スプリアスと呼ばれる高調波成分を含んだランダムな振動、すなわち、意図されない無作為な振動の伝達をメッシュに与えている。超音波振動伝達としては、本来、超音波振動子と振動板を共振させ、規則的な定在波を乗せる振動伝達が望ましいが、負荷が軽い場合は、効率は悪いがランダム振動でも振動は伝達されることから、上記のような小容量の丸形篩本体に利用されてきた。図９(ｄ)のような、クランプ枠１０７による振動伝達手段も、小容量の丸形篩本体に利用されている。

以上のように、超音波振動子は、図９に示すような小容量丸形の篩本体に利用されて来たが、大容量の篩本体では、ランダム振動では、振動伝達の減衰が大きく、損失も大きいため、粉体量が大きくなると振動が弱くなるため、小容量の篩本体にのみ利用されてきたものである。

篩本体が角型の篩装置は、丸形より高価で製作も困難であるが、丸形と同一の外形寸法なら面積を大きくとることができ、かつ、多段構成にし易いことから、主として業務用に使用されている。しかし、大容量角型の篩装置は、定在波の超音波振動をメッシュの全面に均一に伝達することが困難であるため、超音波振動による目詰まりを防止した大容量角型の篩装置は実現できなかった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、篩本体の容量、形状を問わず、超音波振動の定在波をメッシュの全面に均一に伝達することを可能にし、篩作用をするメッシュの目詰まりを効果的に防止した篩装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決することを目的としてなされた請求項１記載の篩装置は、角型の外枠の内側に配置されて篩作用をする角形のメッシュと、
外形が前記メッシュと同形の角形であって中央部と周縁部、および、前記該中央部と周縁部の間を連接する放射状の直交連接部と対角連接部とを有し、前記メッシュの下面に当該メッシュに当接させて配置された金属製の振動板と、
前記振動板の前記中央部の下面に取り付けられた超音波振動子とを備える、かつ、前記振動板の周縁部の端面を、前記振動子から前記連接部を通して伝達される超音波振動の定在波の腹と合致するように形成し、前記超音波振動の定在波が前記２つの連接部を介してこの振動板の周縁部まで均等に伝達されるようにしたことを特徴とするものである。

請求項２記載の篩装置は、請求項１記載の篩装置であって、前記メッシュは、その周縁部が前記振動板および外枠に共締めにより固定されていることを特徴とするものである。

請求項３記載の篩装置は、請求項１記載の篩装置であって、前記メッシュは、メッシュフレームに取り付けられ、該メッシュフレームが前記外枠に嵌合されていることを特徴とするものである。

本発明の篩装置は、前記外枠が角型であり、前記振動板の周縁部も前記外枠と相似形の角型である。

本発明の篩装置は、前記振動板の周縁部の端面が、前記振動子から前記連接部を通して伝達される超音波振動の定在波の腹と合致するように形成したことを特徴とするものである。

請求項４記載の篩装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載の篩装置であって、前記外枠は、モータ駆動による揺らし手段に連結されていることを特徴とするものである。

請求項５記載の篩装置は、請求項１ないし４のいずれかに記載の篩装置であって、前記外枠は、複数に分割された枠部材を重ね合わせて構成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、篩本体の外形が角型であるにもかかわらず、超音波振動の定在波をメッシュの全面に均一に伝達することを可能にしたから、大形の角型篩装置であっても、超音波振動によりメッシュの目詰まりを効果的に防止することができる。

本発明の篩装置の実施形態を示す要部の分解斜視図である。 篩装置の平面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 超音波振動子と振動板の取付構造を示す断面図である。 多段式の篩装置の構成例で、図２のB−B´線断面図である。 振動板と超音波振動伝播波形の関係を示す説明図である。 本発明の篩装置の応用例の実施形態を示す平面図である。 図７のD−D線断面図である。 従来の丸型篩装置の例を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明に係る篩装置の実施形態を説明する。
図１は、本発明の篩装置の実施形態を示す要部の分解斜視図、図２は、篩装置の平面図、図３は、図２のＢ−Ｂ線断面図である。

図１、図２および図３に示すように、篩装置Ｓは、角型の外枠１と、この外枠１の内側に設けられたメッシュ４とを備えている。外枠１は、内側部１aと外側部１ｂの２重構造であり、この内側部１aと外側部１ｂの間に通路１３となる空間が形成されている。外枠１の上端部は、通路１３を残して他の辺の空間は埋め込み部材１６a、１６ｂ、１６ｃにより塞がれている。

図示の例においては、外枠１は一体もので構成されているが、必要に応じて複数の枠部材に分割し、これらを重ねて、縦方向の棒ねじ（図示せず）等で締め付けることにより、１つの外枠１として構成することも可能である。この構成により、使用する枠部材の個数により任意の高さの外枠１を構成することが容易にできるようになっている。

図２，図３に示すように内側部１ｂの内側は、篩用のメッシュ４が取り付けられる。メッシュ４は、後述する振動板６上に載せられ、振動板６と共締めで外枠１の内側部１aに突出形成されている取付部３にねじ２０を介して取り付けられている。メッシュ４の材質としては、SUS等の金属又はナイロン等の合成樹脂が好適に使用される。振動板６と取付部３の間にはゴム等の振動吸収体２１が介在されている。

図１に示すように、メッシュ４の下面に接触する振動板６は、小面積を有する中心部６aと、正方形状の周縁部６ｂと、中心部６aから放射状に延び、周縁部６ｂの中央と直交して連結する帯状の直交連接部６ｃと、周縁部６ｂの角部と対角線上に連結する帯状の対角連接部６ｄとを備え、全体が金属で構成されている。

図４に示すように、振動板６の中心部６aには、発振器７により駆動される超音波振動子８が取り付けられている。超音波振動子８の上端には、中継ねじ９を介してボス１１が取り付けられ、ボス１１は振動板６の孔１２に嵌合され、溶接１８により振動板６とボス１１が一体的に固定されている。この篩装置Sは、図示しないが、電磁式あるいはモータによる回転式などの、周知の篩を揺り動かす揺動駆動源が取り付けられている。

次に、作用を説明する。揺動駆動源により篩装置Ｓの全体が揺り動かされるとともに、発振器７により駆動される超音波振動子８により、振動板６が超音波振動し、これにより、メッシュ４が超音波振動させられる。図３に示すように、メッシュ４上に矢印Ａ１のように投入された粉体は、メッシュ４を通して矢印Ａ２のように下方に落下（スルー）し、所望の通路を通って回収される。

メッシュ４の網目より大きい粒の粉体又はオーバーした粉体、および粉体以外の異物は、揺動駆動源による揺動と超音波振動によりメッシュ４の外側の通路１３に導かれ（オーバー）、矢印Ａ３のように排出通路１３から落下し、別に定められた通路を通ってオーバー出口に導かれる。なお、後述のように、多段式の場合は次段の篩装置Ｓのメッシュ上に導かれて、同様にして篩分けされるようになっている。

超音波振動子８による超音波振動は、連続発振又は間欠発振、あるいはこの両者を併用して行うことにより、より有効に振動がメッシュ４に伝わり、目詰まり防止に効果を発揮する。

図６は、振動板と超音波振動伝播波形の関係を示す説明図である。
大型の篩装置や角型の篩装置のように、メッシュの面積が大容積である場合において、振動を減衰させずメッシュ全体に超音波振動を付加するには、超音波振動がランダム的な振動ではなく、定在波を正確に発生させて、その定在波をメッシュ全体に伝達させることが必要である。

図６に示すように、振動板６は、超音波振動子８から発生した軸方向の振動波を、振動板６におけるたわみ振動の定在波に変換する。振動板６を伝播するたわみ振動の定在波は、振動板６の直交連接部６ｃに伝わる定在波と、対角連接部６ｄに伝わる定在波が存在する。すなわち、図６（ａ）は、対角連接部６ｄにおける定在波の伝播波形、図６（ｂ）は直交連接部６ｃにおける定在波の伝播波形を示している。いずれの定在波も、振動が最小の節Ｑと、最大の腹Ｐがあり、振動板６の外端面が振動の腹Ｐになるように設定している。すなわち、振動板６の外形寸法（対角連接部６ｄの外端寸法Ｘおよび直交連接部６ｃの外端寸法Ｙ）は、メッシュ４の寸法により決定されるので、振動板６の外端面が超音波振動の腹Ｐになるように超音波振動子８の波長を調整すればよい。

一例として、振動板６の厚みを５〜１０ミリメートル、直交連接部６ｃ、対角連接部６ｄの幅を２０〜３０ミリメートルにすると、ランダム波が発生しにくく、正確なたわみ振動の定在波が振動板６の全体に伝達されやすい。ただし、この数値に限定するものではない。上記のように構成することにより、超音波振動子８による定在波は振動板６の２つの連接部６ｃ、６ｄを介して振動板６の端面、すなわち周縁部にまで均等に伝達されるようにしたから、メッシュ４の目詰まり解消に効果を発揮する。

図５は、複数段重ねて多段式とする場合の篩装置Sの構成例である。多段式の場合は、図５に示すように、超音波振動子８の周囲から外枠１の内壁部１ｂに至る傘形状のガイド板１０が設けられている。ガイド板１０の中央部は超音波振動子８のフランジ部８aに取り付けられ、外側部（図１における下側部）は、通路１５に通ずる開口部１４に連通している。

多段式の場合は、オーバーした粉体は、メッシュ４の外側の通路１３に導かれ、矢印Ａ３のように排出通路１３から落下し、別に定められた通路を通って次段の篩装置のメッシュ上に導かれて、同様にして篩分けされる。
メッシュ４を通して矢印Ａ２のようにスルーした粉体は、ガイド板１３でガイドされ、矢印Ａ４のように開口部１４から通路１５（通路１３と対向する辺にある）に排出されて落下し、回収される。

図７、図８は、本発明篩装置の応用例の実施形態を示している。
上述のように、振動板６の外端面を外枠に完全に固定してしまうと、振動波を抑え付け、振動の損失や減衰を起こすおそれがあるので、メッシュ４への振動伝達をより有効にするため、振動板６の外端面はどこにも固定せず、フリーにしている。

本実施形態では、メッシュ４は角型のメッシュフレーム５に固定され、メッシュフレーム５は外枠１の内側部１aに嵌合されるとともに、取付部３に直接載置されている。振動板６は、超音波振動子８の先端にねじ留め等により取り付けられるとともに、振動板６の全面がメッシュ４の下面に当接されている。図８に示すように、超音波振動子８は、中間のフランジ部８aが支持板１９に取り付けられ、支持板１９は外枠１に固定されている。支持板１９は、粉体の落下を妨げないように、例えば平面十字状をなす帯状の板等で構成されている。この実施形態では、振動板６と外枠１は分離されているので、メッシュ４に振動板６からの定在波の振動が伝達されやすいとともに、メッシュ交換が簡単で、メンテナンスも容易である。

以上のように、本発明の篩装置は、振動板６により超音波の定在波がメッシュ４に均等に伝達されるため、メッシュ４の目詰まり解消に大きな効果を発揮するとともに、振動板６の外形寸法を超音波振動の定在波の腹に合致する寸法に設定することにより、振動板６の末端でも定在波振動の減衰がなくなり、特に大型で角型の超音波篩装置の目詰まり防止に有効である。また、多段構造にした場合、各々のメッシュ４に振動板６および超音波振動子８を設けるが、発振器７は交互に発振させることで、１台のみでよく、低コストで超音波篩装置を実現することができる。

本発明の篩装置は、上述のように、角型で大型の篩装置に有効であるが、これに限定するものでははく、丸型の篩装置にも適用可能であることはいうまでもない。
本発明の篩装置は、電磁式又はモータにより篩本体を揺り動かす振動篩装置に、目詰まり防止のための超音波振動子８を適用する例を説明しているが、揺り動かす振動篩装置を用いず、超音波振動子８のみで金属粉などを選別する超音波篩装置にも適用可能である。

１ 外枠
４ メッシュ
５ メッシュフレーム
６ 振動板
６ａ 中央部
６ｂ 周辺部
６ｃ 直交連接部
６ｄ 対角連接部
８ 超音波振動子
Ｓ 篩装置

Claims (5)

1. 角型の外枠の内側に配置されて篩作用をする角形のメッシュと、
   外形が前記メッシュと同形の角形であってその中央部と周縁部、および前記中央部と周縁部の間を連接する放射状の直交連接部と対角連接部とを有し、前記メッシュの下面に当該メッシュに当接させて配置された金属製の振動板と、
   前記振動板の前記中央部の下面に取り付けられた超音波振動子とを備えると共に、前記振動板の周縁部の端面を、前記振動子から前記２つの連接部を通して伝達される超音波振動の定在波の腹と合致するように形成し、前記超音波振動の定在波が前記直交連接部と対角連接部を介して振動板の周縁部まで均等に伝達されるようにしたことを特徴とする篩装置。
2. 前記メッシュは、その周縁部が前記振動板および外枠に共締めにより固定されていることを特徴とする請求項１記載の篩装置。
3. 前記メッシュは、メッシュフレームに取り付けられ、該メッシュフレームが前記外枠に嵌合されていることを特徴とする請求項１記載の篩装置。
4. 前記外枠は、モータ駆動による揺らし手段に連結されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の篩装置。
5. 前記外枠は、複数に分割された枠部材を重ね合わせて構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の篩装置。

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