JP5604024B2 - 粉体計量充填装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉体、たとえば炭素材のような細く且つ低比重の粉を、容器内に、能率良く、且つ一定の重量で緻密に充填する粉体計量充填装置に関するものである。

たとえばリチウムイオン電池の負極を構成する炭素材を焼成処理するに際して容器状の鞘内に充填する場合のように、細かく且つ低比重の粉体材料を容器に供給する場合がある。このような、粉体材料を容器に供給するに際しては、装置効率や作業効率を高めるために、定量を緻密に充填することが求められる。

特許文献１に示すトナー供給装置が提案されている。これによれば、容器に上下振動が加えられつつ、トナー（粉体）が一定の充填速度で容器内に供給されるようになっている。しかし、この特許文献１に記載されたトナー供給装置では、容器あるいはそれに充填される粉体の重量測定器が設けられておらず、特に、細かく且つ低比重の粉体では、一定の充填速度（ｇ／ｓｅｃ）で粉体を供給することが困難であるため、充填精度が得られないという欠点があった。

また、特許文献２に示す粉体計量装置が提案されている。これによれば、計量器上に載置された容器に対して、設定重量となるまでストレージタンクからの粉体を供給し、設定重量となった容器が自動的に搬送されるようになっている。しかし、この粉体計量装置では、細かく且つ低比重の粉体を容器内に緻密に充填することができないという欠点があった。

また、特許文献３に示す粉粒体の計量装置が提案されている。これによれば、計量ホッパの重量を計測しつつその計量ホッパへ粉粒体が供給され、設定重量に到達すると、計量ホッパへの供給が停止されて、計量ホッパ内の粉粒体が他の容器内へ充填されるようになっている。しかし、この粉粒体の計量装置では、細かく且つ低比重の粉体材料を容器内に緻密に充填することができないという欠点があった。

特開平０９−０３９９０３号公報 特開平０８−２８５６６３号公報 特開昭６３−２７４８２１号公報

これに対して、上記特許文献１に記載されている振動を加えつつ容器内に粉体を充填する技術と、上記特許文献２、特許文献３に記載されている、容器重量を計測し、その容器が設定重量となるまでに粉体を供給する技術とを組み合わせることで、粉体計量充填装置を構成することが考えられる。しかし、この場合、粉体の重量計測および粉体の充填中は容器の入れ替えを行なうことができないので、作業能率が得られないという問題があった。重量計測された粉体を供給しつつ容器に振動を加えると、容器の重量を計測した重量計測器に影響が及んで、その耐久性が損なわれるという問題があった。

本発明は以上の事情を背景としてなされたものであり、その第１の目的とするところは、細かく且つ低比重の粉体を、容器内の充填重量を計測しつつその容器内に緻密に能率良く充填できる粉体計量充填装置を提供することにある。また、第２の目的とするところは、細かく且つ低比重の粉体を、容器内の充填重量を計測しつつその容器内に緻密に能率良く充填できる耐久性の高い粉体計量充填装置を提供することにある。

かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、(a) 細かく且つ低比重の粉体を、容器内に緻密に能率良く充填できる粉体計量充填装置であって、(b) 粉体供給装置から前記粉体が供給される計量ホッパと、(c) 該計量ホッパを支持し、該計量ホッパが設定重量に到達したことを検出して前記粉体供給装置からの粉体の供給を停止させる重量測定装置と、(d) 前記計量ホッパが前記重量測定装置によって測定されている間に、前記計量ホッパ直下の容器を搬出し、新たな容器を該計量ホッパ直下に搬送する容器搬送装置と、(e) 前記計量ホッパへ前記粉体供給装置からの粉体の供給を停止されている間に、該計量ホッパから充填される粉体が充填される容器に振動を付与する加振装置とを、含むことを特徴とする。

本発明の粉体計量充填装置によれば、粉体供給装置から計量ホッパに粉体が供給されているとき、その計量ホッパが設定重量に到達したことが重量測定装置により検出されてその粉体供給装置からの粉体の供給が停止させられる。この計量ホッパが重量測定装置によって測定されている間に、容器搬送装置により、計量ホッパ直下の充填位置にある容器が搬出され、新たな容器がその計量ホッパ直下の充填位置へ搬送される。そして、その計量ホッパへ前記粉体供給装置からの粉体の供給が停止されている間に、加振装置によりその計量ホッパから粉体が充填される容器に振動が付与される。これにより、細かく且つ低比重の粉体が、容器内の充填重量を計測しつつその容器内に緻密に能率良く充填される。

ここで、好適には、前記計量ホッパの出口との間に蛇腹筒を介して接続されるとともに、フレームに位置固定に支持され、前記計量ホッパから前記粉体が前記容器に充填される際には、該容器の開口を覆う容器カバーが設けられている。このようにすれば、加振装置により容器に振動が加えられるとき、その容器の開口を覆う容器カバーに振動が伝達されても、その容器カバーに蛇腹筒を介して接続される計量ホッパには伝達され難く、その計量ホッパを支持している重量測定装置にも振動が伝達され難いので、耐久性の高い粉体計量充填装置が得られる。すなわち、第２の目的が達成される。また、計量ホッパから粉体が容器内に充填されるときには、その容器の開口が容器カバーにより覆われるので、作業環境の汚染が抑制される。

また、好適には、前記計量ホッパから前記粉体が前記容器に充填される際には、該容器の開口を容器カバーの下面に押し当てるまで該容器を上昇させるが、前記粉体供給装置から該計量ホッパに粉体が供給されているときは、前記容器搬送装置により搬送される容器と緩衝しない位置まで下降させられる容器昇降装置が設けられる。この容器昇降装置により、前記粉体供給装置から該計量ホッパに粉体が供給されているときは前記計量ホッパの直下の充填位置に位置する容器の入れ替えが可能とされる。

また、好適には、前記容器カバーには、吸引管を介して吸引装置が接続されている。これにより、計量ホッパから粉体が容器内に充填されるときに容器カバーの開口が容器カバーにより覆われた状態では、容器内が負圧とされるので、作業環境の汚染が一層抑制される。

本発明の一実施例の粉体計量充填装置を示す正面図である。 図１の実施例の粉体計量充填装置の要部であって、鞘が下降させられている状態を説明する正面図である。 図１の実施例の粉体計量充填装置の要部であって、鞘が上昇させられている状態を説明する側面図である。 図１の実施例の粉体計量充填装置の作動の要部を説明するタイムチャートである。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１において、粉体計量充填装置１０は、たとえば、リチウムイオン電池の負極に用いる炭素材である粉体を鞘１２内に自動的に定量充填する装置であって、その鞘１２内の粉体を焼成処理するための焼成炉に鞘１２を送りこみ、且つ送り出す搬送閉回路の一部に配置される。この鞘１２は、たとえば、３００×３００×１５５ｍｍ程度の寸法を有して上方へ開口するカーボン製の角型容器である。上記粉体は、粒径が比較的細かい炭素材であって低比重であるため、充填時には空気を含んで嵩高くなる性質がある。

粉体計量充填装置１０は、基台１４を含む機枠１６と、その機枠１６の上部に支持され、粉体供給装置として機能する電動アクチュエータ付ロータリ弁１８、電動アクチュエータ付第１バタフライ弁１９、布製あるいはゴム製の可撓性を有する蛇腹筒２０、および供給ホッパ２２と、機枠１６に固定され、鞘１２を充填位置へ搬入し、あるいはその位置から搬出して上記搬送閉回路の一部を構成する複数本の搬送ローラ２４を水平方向に有し、容器搬送装置として機能するローラコンベア２６と、支持ブラケット２８を介して機枠１６に固定されるとともに鞘１２の開口が当接させられるスポンジを下面に有し、鞘１２が上昇させられたときにその鞘１２の開口を気密に覆う容器カバー３０とを、位置固定に備えている。上記ロータリ弁１８、第１バタフライ弁１９、蛇腹筒２０は、供給ホッパ２２と計量ホッパ３６との間の気密な第１粉体供給路を構成している。なお、計量ホッパ３６の上面は、蛇腹筒２０に接続された図示しない封止シートによって覆われている。

図２および図３に詳しく示すように、粉体計量充填装置１０には、基台１４上に固定された重量測定装置３２と、その重量測定装置３２の上に立設された４本の支柱３４と、その支柱３４の上部に支持された計量ホッパ３６と、計量ホッパ３６と容器カバー３０との間の気密な第２粉体供給路を構成する第２バタフライ弁３８および布製あるいはゴム製の可撓性を有する蛇腹筒４０とが、設けられており、ロータリ弁１８の回転数に応じて計量ホッパ３６へ供給された粉体が逐次計測され、予め設定された重量に到達するとロータリ弁１８の回転が停止させられるようになっている。

また、粉体計量充填装置１０は、基台１４上に固設され、供給ホッパ２２から計量ホッパ３６への粉体の供給が停止されるが、計量ホッパ３６から鞘１２内へ粉体が供給される期間内に、粉体充填中の鞘１２に振動を与えて粉体を緻密に充填するための加振装置４２を備えている。加振装置４２は、重量測定装置３２の上側に所定の空間を隔てて位置する固定板４４を支持する支持フレーム４６と、固定板４４に設けられた上下案内装置４８により上下方向に案内され且つ上下アクチュエータ５０により上下させられる第１可動板５２と、防振ゴムなどの緩衝体５４を介して第１可動板５２に支持された第２可動板５６に立設され、下降位置ではローラコンベア２６上の鞘１２と緩衝しないが、上昇位置では鞘１２を持ち上げる複数本たとえば４本の支持棒５８と、第２可動板５６に固定された振動発生器６０とを備えている。振動発生器６０は、たとえば電磁バイブレータや、重心が偏心した偏心軸とその偏心軸を回転駆動する電動機とから成る電動バイブレータなどから構成される。

なお、容器カバー３０は、吸引管６２を介してブロアなどの吸引装置６４に接続されており、鞘１２が上昇させられてその開口が容器カバー３０の下面のスポンジに当接させられ、容器カバー３０により鞘１２の開口が気密に覆われた状態では、鞘１２内が負圧とされるようになっている。

制御装置７０は、予め記憶されたプログラムに従って、鞘１２に対する粉体の供給充填作動を図４のタイムチャートに示すように実行させる。先ず、図示しない起動スイッチ操作あるいは鞘１２が所定位置へ到着したことに応答して発生する起動信号により、ロータリ弁１８が回転させられ、第１バタフライ弁１９が開かれることにより、供給ホッパ２２から計量ホッパ３６への粉体の供給が開始され、粉体の供給量が重量測定装置３２により計測される。すなわち、第２バタフライ弁３８が閉じられた後も振動発生器６０による加振が継続され、振動終了間際に重量測定装置３２による計量、ロータリ弁１８、第１バタフライ弁１９の作動が開始される(ｔ１時点）。これにより、振動期間が長くされて緻密な充填が行なわれる。ｔ１乃至ｔ４の区間は計量区間を示しており、この計量区間内では、たとえばｔ２乃至ｔ３の区間に示すように、上下アクチュエータ５０の下降後にローラコンベア２６により、充填後の鞘１２が計量ホッパ３６直下の充填位置から搬出され、新たな空の鞘１２がその充填位置へ搬入される。約３０秒程度経過して、計量ホッパ３６へ供給された粉体が予め設定された設定重量たとえば６ｋｇに到達したと判定されると、ｔ４時点に示すように、ロータリ弁１８および第１バタフライ弁１９が閉じられて、粉体の定量供給が終了させられる。図２は、このような作動区間において、鞘１２が下降させられている状態を示している。

ついで、図３に示すように、上下アクチュエータ５０により上方へ駆動される支持棒５８によって鞘１２が容器カバー３０に当接するまで上昇させられると（ｔ５時点）、第２バタフライ弁３８が開かれて、計量ホッパ３６内の粉体が鞘１２内に供給されると同時に、振動発生器６０が振動を発生し、その振動が支持棒５８を介して鞘１２へ伝達される。このような加振が２０秒程度持続されると、第２バタフライ弁３８が閉じられるが（ｔ６時点）、その後も１０秒程度加振が継続される。

上述のように、本実施例の粉体計量充填装置１０によれば、供給ホッパ２２（粉体供給装置）から計量ホッパ３６に粉体が供給されているとき、その計量ホッパ３６が設定重量に到達したことが重量測定装置により検出されてその供給ホッパ２２からの粉体の供給が停止させられる。この計量ホッパ３６が重量測定装置３２によって測定されている間に、ローラコンベア２６（容器搬送装置）により、計量ホッパ３６直下の充填位置にある鞘１２（容器）が搬出され、新たな鞘１２がその計量ホッパ３６の直下の充填位置へ搬入される。そして、その計量ホッパ３６へ供給ホッパ２２からの粉体の供給を停止されている間に、振動発生器６０によりその計量ホッパ３６から粉体が充填される鞘１２に振動が付与される。これにより、細かく且つ低比重の粉体が、鞘１２内の充填重量を計測しつつその容器内に緻密に能率良く充填される。

また、本実施例の粉体計量充填装置１０によれば、計量ホッパ３６の出口との間に可撓性の蛇腹筒４０を介して接続されるとともに、機枠１６に位置固定に支持され、計量ホッパ３６から粉体が鞘１２（容器）に充填される際には、その鞘１２の開口を覆う容器カバー３０が設けられている。このため、加振装置４２により鞘１２に振動が加えられるとき、その鞘１２の開口を覆う容器カバー３０に振動が伝達されても、その容器カバー３０に蛇腹筒４０を介して接続される計量ホッパ３６には伝達され難く、その計量ホッパ３６を支持している重量計測装置３２にも振動が伝達され難いので、耐久性の高い粉体計量充填装置１０が得られる。また、振動発生器６０が固定されている第２可動板５６は防振ゴムなどの緩衝体５４を介して第１可動板５２に支持されているので、重量計測装置３２に振動が一層伝達され難いので、重量計測装置３２の耐久性が一層高められる。また、計量ホッパ３６から粉体が鞘１２内に充填されるときには、鞘１２の開口が容器カバー３０により覆われるので、作業環境の汚染が抑制される。

また、本実施例の粉体計量充填装置１０によれば、計量ホッパ３６から粉体が鞘１２（容器）内に充填される際には、その鞘１２の開口を容器カバー３０の下面に押し当てるまで鞘１２を上昇させるが、供給ホッパ２２から計量ホッパ３６に粉体が供給されているときは、ローラコンベア２６（容器搬送装置）により搬送される鞘１２と緩衝しない位置まで下降させる上下アクチュエータ５０、第１可動板５２、第２可動板５６、および支持棒５８を含む容器昇降装置５９が設けられる。この容器昇降装置５９により、供給ホッパ２２から計量ホッパ３６に粉体が供給されているときは、計量ホッパ３６の直下の充填位置に位置する鞘１２の入れ替えが可能とされる。

また、本実施例の粉体計量充填装置１０によれば、容器カバー３０には、吸引管６２を介して吸引装置６４が接続されているので、計量ホッパ３６から粉体が鞘１２内に充填されるときに容器カバー３０の開口が容器カバーにより覆われた状態では、鞘１２内が負圧とされるので、作業環境の汚染が一層抑制される。

以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、別の態様でも実施され得る。

たとえば、前述の実施例において、鞘１２は角型容器であったが、円筒形容器であってもよい。また、粉体供給装置は、供給ホッパ２２およびロータリ弁１８を有して粉体が自重により落下させられるものであったが、空気の流れにより搬送される空気式粉体供給装置などであってもよい。

また、前述の実施例において、ローラコンベア２６に替えて、パレットコンベアやベルト式コンベアなどの容器搬送装置が設けられていてもよい。

また、前述の実施例では、鞘１２が容器カバー３０に対して昇降させられていたが、容器カバー３０が鞘１２に対して昇降させられてもよい。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：粉体計量充填装置
１２：鞘（容器）
１６：機枠
１８：ロータリ弁
２２：供給ホッパ（粉体供給装置）
２６：ローラコンベア（容器搬送装置）
３０：容器カバー
３２：重量測定装置
３４：支柱
３６：計量ホッパ
４０：蛇腹筒
４２：加振装置
５９：容器昇降装置
６２：吸引管
６４：吸引装置

Claims (4)

1. 細かく且つ低比重の粉体を、容器内に緻密に能率良く充填できる粉体計量充填装置であって、
   粉体供給装置から前記粉体が供給される計量ホッパと、
   該計量ホッパを支持し、該計量ホッパが設定重量に到達したことを検出して前記粉体供給装置からの粉体の供給を停止させる重量測定装置と、
   前記計量ホッパが前記重量測定装置によって測定されている間に、前記計量ホッパ直下の容器を搬出し、新たな容器を該計量ホッパ直下に搬送する容器搬送装置と、
   前記計量ホッパへ前記粉体供給装置からの粉体の供給を停止されている間に、該計量ホッパから充填される粉体が充填される容器に振動を付与する加振装置と
   を、含むことを特徴とする粉体計量充填装置。
2. 前記計量ホッパの出口との間に蛇腹筒を介して接続されるとともに、フレームに位置固定に支持され、前記計量ホッパから前記粉体が前記容器に充填される際には、該容器の開口を覆う容器カバーが、設けられていることを特徴とする請求項１の粉体計量充填装置。
3. 前記計量ホッパから前記粉体が前記容器に充填される際には、該容器の開口を容器カバーの下面に押し当てるまで該容器を上昇させるが、前記粉体供給装置から該計量ホッパに粉体が供給されているときは、前記容器搬送装置により搬送される容器と緩衝しない位置まで下降させられる容器昇降装置が、設けられることを特徴とする請求項１または２の粉体計量充填装置。
4. 前記容器カバーには、吸引管を介して吸引装置が接続されていることを特徴とする請求項３の粉体計量充填装置。
   

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