JP5448138B2 - 粉粒体の吸引装置および吸引方法 - Google Patents

Description

本発明はドラム缶のような容器内にある粉粒体で、時間経過による粉粒体自身の重みによる圧密、外部からの振動による圧密、湿気などにより流動性が悪い状態になっている粉粒体を、残量なく吸引することを可能とする装置及び、方法に関するものである。

従来技術として流動性の悪い粉粒体を吸引し輸送する装置に、容器を水平なステージに乗せて回転させ、その中へＬ字の吸引ノズルを上部より入れ、回転運動とノズルの昇降及び横行運動で粉粒体をノズル吸引する方法がある（特許文献１参照）。
しかしながら、圧密されている粉粒体を吸引する場合、粉粒体は強く又は固くなっているため、ノズル口径より大きいものはノズルに蓋をされた状態となり閉塞してしまう。そのため、粉粒体を崩して小さく（細かく）したものを吸引する必要がある。ノズルを差し込みながら崩して吸引しようとすると、ノズル先端に横向きに力がかかり、ノズルが破損する事態が発生する。したがって、吸引時はゆっくりノズルを下げながら、少しづつ吸引しなければならない。
また、ドラム缶を傾斜させて回転させ、その下方に集まった粉粒体を吸引する方法（特許文献２参照）についても同様で、ノズルを差し込むとノズル先端に横向きに力がかかり、ノズルが破損する事態が発生する。合わせて、粉粒体が流動化していないため、ノズルの当たらない部分にはデッドスペースができ確実に吸引することができない。流動化させるためにエアーを入れてみると、粉粒体が激しく飛散してしまう。
そのため、ドラム缶のような容器内にある粉粒体を、残量なく吸引する装置が必要となった。

特開２００１−１３０７４３号公報、図1 特開２００３−０７２９５４号公報、図２

本発明はドラム缶のような容器内にある粉粒体で、時間経過による粉粒体自身の重みによる圧密、外部からの振動による圧密、湿気などにより流動性が悪い状態になっている粉粒体を残量なく吸引し、輸送することを可能とすることを目的とする。
合わせて、吸引源の吸引する風量をできる限り少なくすることも目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するために成されたものである。本発明の吸引装置は、容器内に貯留されている粉粒体を輸送する装置に使用される吸引装置であって、粉粒体が貯留された容器を載置する水平面内で移動可能な可動テーブルと、該可動テーブルを駆動するための駆動手段と、前記可動テーブルの上方に位置し、吸引源に接続されている２重構造の吸引ノズルと、前記可動テーブル上に載置されている容器内に前記吸引ノズルを昇降させるための吸引ノズル昇降手段と、前記駆動手段および吸引ノズル昇降手段を制御する制御装置とを備え、可動テーブルを移動させながら、容器の適宜位置に吸引ノズルを挿入して容器内の粉粒体を吸引するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の吸引装置は、容器内に貯留されている粉粒体を輸送するにあたり、請求項１に示す粉粒体の吸引装置を用いた粉粒体の吸引方法であって、粉粒体が貯留されている容器を可動テーブル上に載置する工程と、前記可動テーブルを駆動手段により任意の位置に移動する工程と、吸引ノズルを前記容器内の複数の位置に挿入し、粉粒体を吸引する吸引工程と、を有することを特徴とする。

さらに、前記粉粒体が貯留されている容器内に吸引ノズルを挿入する位置を該容器の寸法を制御装置に入力することにより演算し、最適な挿入位置の経路パターンを設定することができるので、いろいろな大きさの容器に対しても、最適な吸引ノズルの挿入位置の経路パターンを設定することができる。
また、前記吸引工程において、容器内の粉粒体の残量や圧力センサの実測値により、吸引源の風量を可変して該吸引工程を行なうことができる。
粉粒体の残量が多い場合は、吸引源の風量を増やすことで粉粒体を大量に吸引でき、粉粒体の残量が少ないときは、吸引に必要な最適風量まで吸引源の風量を減らすことにより、エネルギーの節約ができる。

上記説明から明らかのように本発明は、粉粒体が貯留された容器を載置する水平面内で移動可能な可動テーブルを容器の適宜な位置に移動させながら、２重構造の吸引ノズルを挿入して容器内の粉粒体を吸引することにより、容器内の粉粒体を残量なく吸引することが可能となり、また、制御装置に容器の寸法を入力することにより、吸引ノズルの最適な挿入位置の経路を確定できるため、吸引時間の短縮を図ることができる。さらに、粉粒体の残量や圧力センサの実測値を制御装置にフィードバックすることにより吸引源の風量を可変して吸引源を効率的に稼動することが可能となり、省エネルギーを実現できるなどの効果を奏する。

以下、本発明を実施するための一例を説明する。

本発明を適用した粉粒体の吸引装置の一実施例について図１〜図３に基づき詳細に説明する。本吸引装置１は、図１に示すように、粉粒体Ｍが貯留された容器４を載置する水平面内で移動可能な可動テーブルと、該可動テーブルを駆動するための駆動手段５と、前記可動テーブルの上方に位置し、吸引源に接続されている２重構造の吸引ノズル１１と、前記可動テーブル上に載置されている容器４内に前記吸引ノズル１１を昇降させるための吸引ノズル昇降手段１２とから構成されている。

前記可動テーブルは、Ｘ−Ｙ軸方向に移動するＸ軸用可動テーブル２及びＹ軸用可動テーブル３から構成されている。Ｘ軸用可動テーブル２はＸ方向に移動するテーブルであり、Ｙ軸用可動テーブル３はＹ方向に移動するテーブルである。なお、Ｙ軸用可動テーブル３はＸ軸用可動テーブル２の上面に載置されている。

また、前記駆動手段５は、前記Ｘ軸用可動テーブル２を駆動するＸ軸用可動テーブル駆動手段５ａ及び前記Ｙ軸用可動テーブル３を駆動するＹ軸用可動テーブル駆動手段５ｂから構成されている。
該Ｘ軸用可動テーブル駆動手段５ａはＸ軸用可動テーブル２下部に可動テーブル２の長辺と直交し可動テーブル２の底面と接する複数本のローラ７と該可動テーブル２の長辺側面に可動テーブル２を該ローラ７上を往復動させるためのシリンダ６で構成されている。
また、該Ｙ軸用可動テーブル駆動手段５ｂはＹ軸用可動テーブル２の上面に可動テーブル２の長辺と平行して可動テーブル３の底面と接するローラ９と該可動テーブル３の辺側面に可動テーブル３を該ローラ９上を往復動させるためのシリンダ８で構成されている。
前記シリンダ６，８はＸＹ軸用可動テーブル２，３を往復動させることができるものであれば何でもよいが、停止精度が高く位置決めが精度よくできる必要がある。したがって、サーボシリンダを使用することが最適と考えるが、停止精度を落としてもよい場合には他の位置決め機構を併用しながらモータ駆動や油空圧シリンダを使用してもよい。

図３に示すように、前記吸引ノズル１１は下端が開放した円柱状の内筒１１ａと、内筒１１ａを同軸に覆う外筒１１ｂを有する２重構造となっており、この内筒１１ａ外面と外筒１１ｂ内面により外気導入ができる通路Ｓを設けている。本実施例においては、該内筒１１ａの直径と該外筒１１ｂの直径との比を１．５程度としたが、この比率は紛粒体Ｍの材質、比重等により変化すると考えられる。
また、該外筒１１ｂは複数のステー１１ｃにより該内筒１１ａと連結されて保持されている。

さらに、該外筒１１ｂの下端は、該内筒１１ａの下端より突出しており、粉粒体Ｍが内筒１１ａに吸い込まれると共に前記通路Ｓより導入された外気が粉粒体Ｍと混合される空間を形成している。本実施例においては、内筒１１ａの下端と外筒１１ｂの下端との段差を１０〜２０ｍｍとした。この段差が少ないと外気と紛粒体Ｍとが混合される空間が少なくなり、粉粒体Ｍの流動性が十分に確保できず、段差が大きいと外気ばかりを吸引して粉粒体Ｍの吸引効率が悪くなる。
また、該外筒１１ｂはその下端が容器４の底面付近にあるとき、外筒１１ｂの上端は粉粒体Ｍの上面より常に上に位置するような長さを持って設けられている。
この２重構造の吸引ノズル１１を用いることにより粉粒体Ｍに空気が混合され、自重や振動による圧密、湿気などにより流動性が悪い状態になっている粉粒体Ｍの流動性がよくなり確実に吸引することが可能となる。

また、前記吸引ノズル１１は吸引ノズル１１を容器４内に挿入するための吸引ノズル昇降手段１２に取り付けられている。
このノズル昇降手段１２は前記吸引ノズル１１を端部に取り付けたアーム１４と、該アーム１４の吸引ノズル１１とは反対の端部付近にロッドが取り付けられたシリンダ１５と、該シリンダ１５を取り付ける基台１３とから構成されている。該吸引ノズル１１は該シリンダ１５の伸縮により該アーム１４を介して昇降を行なう。
前記シリンダ１５は吸引ノズル１１を昇降させることができるものであれば何でもよいが、停止精度が高く位置決めが精度よくできる必要がある。したがって、サーボシリンダを使用することが最適と考えるが、停止精度を落としてもよい場合には他の位置決め機構を併用しながらモータ駆動や油空圧シリンダを使用してもよい。

図４は粉粒体の吸引装置のシステム全体を表している。集塵機１７は吸引ダクト１８を介して吸引源１９により負圧状態になっており、吸引ホース１６を通して吸引ノズル１１より粉粒体Ｍを吸引する。吸引された粉粒体Ｍは一旦集塵機１７で捕集され、ロータリーバルブ２０より排出される。
本実施例においては吸引源１９にブロアを使用している。該吸引源１９は負圧状態を発生させる機器であればよく、リングブロア、真空ポンプ等を使用すればよい。
前記集塵機１７の入口には圧力センサ２１が設置してあり、吸引時に前記吸引ホース１６内の詰まりを確認している。

また、前記シリンダ６、シリンダ８、シリンダ１５及び前記吸引源１９、圧力センサ２１への入出力を制御する制御装置２２が設置されている。
該制御装置２２は初期設定としてＹ軸用可動テーブル３上に載置する容器４のサイズを入力し、容器４内の粉粒体Ｍを全量吸引するため容器内に吸引ノズル１１を挿入する位置を演算し、最適な挿入位置の経路パターンを設定する。
なお、粉粒体を吸引する吸引工程は、吸引ノズル１１を、吸引を掛けながら下降
→ 容器底面部にて停止 →吸引を掛けながら上昇 → 容器の上面にて停止 → 次の挿入位置に移動と動作させることで１工程となっている。前記挿入位置の経路パターンとは、前記吸引工程を容器上で行なう位置を設定するものである。
前記の挿入位置の経路パターンは、容器の開口面積に対し、吸引ノズル１１の断面積の何回分に相当するかで決められる。図５はパターンの１例である。この例では吸引ノズル１１を１から１９の位置に順番に移動させ、前記吸引工程を１９回行なうことになる。
なお、より容器内の粉粒体Ｍの残量を少なくするなら制御装置２２に回数を更に増やすよう指示することも可能である。

吸引ノズル１１の挿入位置の経路パターンが決まれば、制御装置２２よりシリンダ６、シリンダ８、シリンダ１５へストローク量の指示を出し、吸引ノズル１１先端を目的位置へ移動させる。吸引時、吸引後には荷重計１０の値から、粉粒体Ｍの残量若しくは吸引量がわかるため、吸引ノズル１１の動作工程を複数回繰返し、残量がなくなるまで吸引を行なう。
粉粒体Ｍの残量が少なくなり粉粒体Ｍの上面高さが低くなるにともない、吸引ノズル１１の下降上昇距離を短くすることが可能である。
なお、本実施例は荷重計を使用しているが、荷重計がない場合においても数回の試し吸引を行い、吸引ノズル１１の挿入位置のパターンを決定し、制御装置２２に手動により設定を行なうことにより、吸引は可能である。

図６、図７は圧密された粉粒体Ｍを従来技術及び本発明で実施した場合のシュミュレーション状況を表したものである。対象とした粉粒体Ｍは初期状態で１００ｃｃ容器に充填した時の体積と重量が１．４８ｇ／ｃｃであるものを、容器内での時間経過による粉粒体の重みによる圧密、容器への外部振動による圧密、湿気などにより流動性が悪くなることを想定し、前記の初期状態の粉粒体を１８０回タッピングし、体積と重量が２．３５ｇ／ｃｃの状態にしたものである。
図６の従来技術は、容器３０を水平なステージに乗せて回転させ、その中へＬ字の吸引ノズル３１を上部より入れ、回転運動と吸引ノズル３１の昇降及び横行運動で吸引する方法である（特許文献１参照）。この方法では、容器３０を回転させても粉粒体Ｍの表面の１部しか吸引できず、そのまま運転すると吸引ノズル３１に横向きに力がかかり、吸引ノズル３１が破損する可能性が高い。

それに対し、本発明では図７のように、２重構造の吸引ノズル１１で粉粒体量の限定と空気の巻き込みにより、複数回粉粒体を吸引する吸引工程を繰り返せば効率よく吸引することができる。
前記粉粒体量の限定とは図７に示すように外筒１１ｂが吸引ノズル１１の外周にある粉粒体Ｍをせき止め、内筒１１ａの下端と外筒１１ｂの下端により形成された粉粒体Ｍと外気とが混合される空間に入った粉粒体Ｍのみを吸引することである。
なお、吸引ノズル１１が途中で止まっているのは、本発明の吸引が粉粒体を吸引する吸引工程を複数回実施することにより、粉粒体Ｍを完全に吸引するためであり、図７は吸引ノズル１１の動作工程の途中を示している。

表1は初期状態で１００ｃｃ容器に充填した時の体積と重量が１．４８ｇ／ｃｃである粉粒体を、容器内での時間経過による粉粒体の重みによる圧密、容器への外部振動による圧密、湿気などにより流動性が悪くなることを想定し、前記の初期状態の粉粒体を１８０回タッピングし、体積と重量が２．３５ｇ／ｃｃの状態にしたものをドラム缶に入れ、本発明と従来技術にて吸引した結果を示す。
本実施例では１９０ｋｇの粉粒体を吸引する吸引工程を４回実施することにより全量吸引することができた。それに対し、図６に示す従来技術では、吸引できなかった。

万一、運転中に吸引ノズル１１が詰まってきてしまった場合、圧力センサ２１の値が負圧側に振れるため、吸引源１９の風量を一時的に増やしたり、シリンダ１５の下げスピードを遅くすることで詰まり防止ができる。粉粒体が少ない場合には、使用するエネルギーを減らすため吸引源１９の風量を下げて吸引することも可能である。合わせて、Ｚ軸方向の移動を早くすることで、能力ＵＰ、短時間運転が可能となる。

粉粒体の残量に合わせて、粉粒体を吸引する吸引工程を複数回行なうことで残量なく吸引することが可能であるため、本実施例の粉粒体Ｍ以外でも圧密された粉粒体や流動性の悪い粉粒体にも大量に吸引することが可能である。

本発明における吸引装置の側面図である。 本発明における吸引装置の平面図である。 本発明における吸引ノズルの断面図である。 本発明を使用したシステムの一実施例である。 本発明における吸引ノズルの挿入位置の経路パターンの一例である。 従来技術の一例を示す図である。 本発明におけるシミュレーションを示す図である。

符号の説明

１ 吸引装置
２ Ｘ軸用可動テーブル
３ Ｙ軸用可動テーブル
４ 容器
５ 可動テーブル駆動手段
６ Ｘ軸用シリンダ
８ Ｙ軸用シリンダ
１０ 荷重計
１１ 吸引ノズル
１２ 吸引ノズル昇降手段
１５ Ｚ軸用シリンダ
１７ 集塵機
１９ 吸引源
２１ 圧力センサ
２２ 制御装置
Ｍ 粉粒体

Claims (2)

1. 容器内に貯留されている粉粒体を輸送する装置に使用される吸引装置であって、
   粉粒体が貯留された容器を載置する水平面内でＸ−Ｙ軸方向に移動可能な可動テーブルと、
   該可動テーブルを駆動するための駆動手段と、
   前記可動テーブルの上方に位置し、吸引源に接続されており、内筒と外筒の間に外気導入ができる通路Ｓを設けた２重構造の吸引ノズルと、
   前記可動テーブル上に載置されている容器内に前記吸引ノズルを昇降させるための吸引ノズル昇降手段と、
   前記駆動手段および吸引ノズル昇降手段を制御する制御装置と、
   を備え、可動テーブルを容器内の粉粒体吸引するための吸引ノズルを挿入する位置に移動停止させた後、吸引ノズルを吸引を掛けながら挿入し、前記制御装置の信号により前記吸引源の風量を可変して容器内の粉粒体を吸引することを複数の位置にて行うようにしたことを特徴とする粉粒体の吸引装置。
2. 容器内に貯留されている粉粒体を輸送するにあたり、請求項１に示す粉粒体の吸引装置を用いた粉粒体の吸引方法であって、
   粉粒体が貯留されている容器を可動テーブル上に載置する工程と、
   前記可動テーブルを駆動手段により任意の位置に移動する工程と、
   吸引ノズルを挿入する位置を該容器の寸法を制御装置に入力することにより演算し、最適な挿入位置の経路パターンを設定して前記容器内の複数の位置に挿入し、さらに容器内の粉粒体の残量や圧力センサの実測値により、吸引源の風量を可変して粉粒体を吸引する吸引工程と、
   を有する粉粒体の吸引方法。