JP6094878B2 - 粉体投入システム - Google Patents

Description

本発明は、粉体材料と他の材料とを混合する等に用いるタンクに粉体を投入する粉体投入システムに関するものである。

この種の粉体投入システムとしては、タルク、石灰、セラミック、樹脂、化粧品、染料、漢方薬等の鉱物原料、化学製品、薬品等の粉体材料を計量投入装置で計量し、規定量の粉体材料を密閉されたタンク（以下、密閉タンクと呼ぶ）へ投入するものがある。
この粉体投入システムの計量投入装置は、投入する粉体を収容する粉体収容部と、粉体収容部から粉体を送り出して密閉タンクに投入する投入装置と、粉体収容部内に収容されている粉体の減少量を重さによって検出する重量計とを備える。

投入装置と密閉タンクとを連通させる投入配管の一部はフレキシブルな配管となっており、この投入装置は粉体収容部と一体となって上下に移動可能となっている。この投入装置と粉体収容部との荷重が重量計に掛かっている。重量計は、粉体収容部と一体となった投入装置の荷重を受けて、その重量を測定し、この重量の減少量から粉体収容部内の粉体の減少量を検出する。

このように粉体収容部内の粉体の減少量を検出することで、密閉タンクに投入した粉体を計量することができ、この計量結果に基づいて投入動作を制御することで、規定量の粉体の投入を行うことができる。
投入装置は投入配管を介して密閉タンクと連通し、投入装置、投入配管及び密閉タンクの内部空間は外気に対して密閉されている。粉体収容部は外気開放されているが、粉体収容部から投入装置に粉体が向かう経路が粉体で満たされるため、外気が粉体と共に投入装置に進入することを防止でき、投入装置の内部空間を外気に対して密閉することができる。
このように密閉することで、これらの内部空間を通過する粉体材料ともに外気が密閉タンクに進入することを防止できる。

このような粉体投入システムでは、粉体収容部内の粉体が密閉タンクに投入されると、密閉タンク内の内容物が増加するため、圧力が増加する。密閉タンク内の圧力が増加すると、計量投入装置ではある決まった量の粉体材料を投入する制御を行っても、投入される粉体材料の量が変化し、粉体材料の計量投入の精度が低下することがある。これは以下の理由による。

すなわち、密閉タンク内の圧力が上昇すると、密閉タンクに連通した投入装置に圧力の変動が伝わるが、投入装置の内部空間は密閉されているため、圧力の逃げ場がなく、上下に移動可能な投入装置とそれと一体となった粉体収容部とが押し上げられる。
投入装置と粉体収容部とが押し上げられると、重量計に掛かる荷重が軽くなり、実際に投入した粉体材料よりも多い粉体材料が投入されたと誤検知され、規定量よりも少ない量の粉体材料しか投入されなくなる。

密閉タンク内の圧力が上昇することを抑制できる構成として、密閉タンクに接続された排気配管を備え、排気配管に設けた排気機構によって密閉タンク内の気体を排出する構成がある。密閉タンク内の気体を排出することで、密閉タンク内の圧力が上昇することを防止し、密閉タンク内の圧力上昇に起因して粉体材料の計量投入の精度が低下することを防止できる。
また、排気配管は、密閉タンク内の気体のみを排出するために、タンク内部の高い位置と外部とを連通するように配置されている。

しかしながら、粉体は舞い上がり易いため、密閉タンク内に投入した粉体が舞い上がって、密閉タンク内部の高い位置まで到達し、排気配管内に流入することがある。排気配管内に粉体が流入すると、排気機構を故障させたり、排気配管内に粉体が少しずつ付着していって排気配管を閉塞させたりする。その結果、密閉タンク内を所望の圧力に調整することができなくなる。
このため、従来の粉体自動計量投入システムでは、頻繁にメンテナンスを行わなければならない、という問題が生じていた。
排気配管内に粉体が流入することを防止することができる構成として、特許文献１や特許文献２に記載の構成のように、密閉タンクに設けた排気配管の入口に粉体の通過を防止するフィルタ部材を設ける構成を挙げることができる。

排気配管の入口にフィルタ部材を設ける構成では、排気配管内に粉体が流入することを防止することはできるが、排気配管内への流入を妨げた粉体フィルタ部材の表面に滞留し、経時で堆積した粉体によって目詰りが生じることがある。目詰りが生じると排気配管が粉体によって閉塞する場合と同様に、タンク内を所望の圧力に調整することができなくなる。そして、この目詰りを解消するために頻繁にメンテナンスを行う必要が生じる。
排気配管への流入が防止された粉体が堆積することに起因する問題は、排気配管への粉体の流入を防止する部材が、フィルタ部材である場合に限らず、流入を防止する箇所で粉体が滞留する構成であれば、同様の問題が生じ得る。
また、粉体を投入するタンクは密閉タンクである場合に限らず、粉体を投入するタンクに排気配管を備えた粉体投入システムであれば、同様の問題が生じ得る。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、タンクに粉体を投入する構成で、メンテナンスの頻度を少なくすることができる粉体投入システムを提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、タンクと、該タンクに粉体を投入する粉体投入手段と、該タンク内の気体を排出する排気配管とを備える粉体投入システムにおいて、上記排気配管への粉体の流入を防止する粉体流入防止手段と、該粉体流入防止手段によって該排気配管への流入が防止された粉体を該タンク内に戻す粉体戻し手段を備え、上記粉体流入防止手段は、上記タンク内から上記排気配管内に流入しようとする気体を螺旋状気流とする螺旋状気流形成手段であり、該螺旋状気流の中心軸近傍となる位置に該排気配管の入口を配置していることを特徴とするものである。

本発明においては、排気配管への粉体の流入を防止する粉体流入防止手段を備えることで、排気配管内に粉体が流入することに起因するメンテナンスの必要性が低くなる。さらに、粉体戻し手段が排気配管への流入が防止された粉体をタンク内に戻すため、流入を防止する位置で粉体が滞留することを抑制し、排気配管への流入が防止された粉体が滞留することに起因するメンテナンスの必要性が低くなる。

本発明によれば、従来の粉体投入システムに比べてメンテナンスの必要性が低くなるため、メンテナンスの頻度を少なくすることができる、という優れた効果がある。

本実施形態に係る粉体自動計量投入システムの一例の概略説明図。 粉体流入防止装置の説明図、（ａ）は、粉体流入防止装置の拡大説明図、（ｂ）は、（ａ）中のＡ−Ａ断面における断面説明図。 従来の粉体自動計量投入システムの一例の概略説明図。

以下、本発明を適用した粉体投入システムの実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る粉体自動計量投入システム１００の一例の概略説明図である。
図１に示す粉体自動計量投入システム１００は、計量投入装置２００によって粉体材料を密閉タンク７に自動で投入するシステムである。粉体材料を密閉タンク７に投入する計量投入装置２００は、粉体材料を収容するホッパー１と、ホッパー１に収容されている粉体材料の重さを量る重量計２と、粉体材料を定量排出する投入装置３とを備え、粉体材料を計量しながら排出する。

重量計２はロードセル方式、電磁力平衡方式、バネ方式等が挙げられる。特に、ロードセル方式が、投入装置３にコンパクトに組み合わせできることで好ましい。
また、計量投入装置２００では投入装置３とホッパー１とが一体となって上下に移動可能となっており、この投入装置３とホッパー１との荷重が重量計２に掛かっている。重量計２は、一体となった投入装置３とホッパー１との荷重を受けて、その重量を測定し、この重量の減少量からホッパー１内の粉体材料の減少量を検出する。
ホッパー１内の粉体材料の減少量を検出することで、密閉タンク７に投入した粉体材料を計量することができ、この計量結果に基づいて投入動作を制御することで、規定量の粉体材料の投入を行うことができる。

投入装置３は、定量排出装置であってスクリューフィーダ、ロータリーフィーダ、振動フィーダ、テーブルフィーダなど、粉体を定量排出できる装置であれば制限はない。特にスクリューフィーダは構造が簡単であり、高精度に粉体材料を投入することができることで好ましい。

投入装置３から排出された粉体材料は投入配管６を通って密閉タンク７へ投入される。この投入配管６は、第一仕切り弁４、フレキシブル継手１９、第二仕切り弁５を備えており、フレキシブル継手１９によって、第一仕切り弁４と第二仕切り弁５との間を接続させている。第一仕切り弁４及び第二仕切り弁５に用いる仕切り弁としては、具体的にはボールバルブ、バタフライバルブ、フラップ弁、カットゲート弁等が挙げられる。
また、投入装置３と密閉タンク７とがフレキシブル継手１９を介して連通しているため、ホッパー１内の粉体材料の量の変化に応じて投入装置３が上下方向に移動しても、投入装置３と密閉タンク７との連通状態を維持できる。

投入する粉体材料としては、結着樹脂、着色剤、離型剤、樹脂微粒子、またはこれらの混合物、磁性粒子、又は磁性粒子を樹脂で被覆した磁性体、さらに、これらの混合物を挙げることができる。具体的には、結着樹脂、着色剤、離型剤、樹脂微粒子の混合物であるトナー材料を用いることができる。

密閉タンク７は、密閉タンク７内の圧力を計測する圧力計９と、投入された粉体材料を混合（溶解、分散）するための攪拌機８とを備えている。タンクは、これに限定するものではなく、単に粉体材料等を収容するだけのタンクであっても良い。また、密閉タンク７には、排気配管１１が接続されており、排気弁１２やブロワ１８を制御することで、密閉タンク７内の気体の排気量を制御することができる。
また、密閉タンク７には不活性ガス投入ライン１３を介して、不活性ガスタンク３０が接続されている。不活性ガスとしては、窒素ガス、二酸化炭素ガス（炭酸ガス）、アルゴンガス、ヘリウムガス等が用いられる。

第一仕切り弁４は投入装置３を停止した後に粉体材料が過剰に投入されるのを防ぐためのものであり、第二仕切り弁５と排気弁１２とは粉体材料投入時以外の密閉タンク７の密閉用に用いられる。
また、投入装置３で粉体材料の密閉タンク７への投入を行うと、ホッパー１の重量が減少するため、重量計２は一体となったホッパー１と投入装置３との重量の減少量を量ることで、投入された粉体材料の量を量ることができる。
さらに、本実施形態の粉体自動計量投入システム１００では、重量計２がホッパー１と投入装置３との重量の減少量が予め設定された規定量となったことを検知すると、第一仕切り弁４を自動で閉鎖する。これにより、規定量の粉体材料を密閉タンク７内に投入することができる。

粉体自動計量投入システム１００は不図示の制御部を備え、投入装置３及びブロワ１８の駆動や、第一仕切り弁４、第二仕切り弁５、排気弁１２及び、自動弁１４の開閉動作は制御部によって制御されている。
投入装置３から密閉タンク７への粉体材料を投入する前の状態の投入配管６側では、投入装置３は停止した状態であり、第一仕切り弁４及び第二仕切り弁５は閉鎖状態である。また、排気配管１１側では、ブロワ１８は停止した状態であり、排気弁１２は閉鎖状態である。さらに、不活性ガス投入ライン１３側では、自動弁１４が閉鎖状態である。

投入装置３から密閉タンク７への粉体材料の投入を行うときには、排気弁１２を開放状態とするとともに、ブロワ１８を駆動する。これにより、密閉タンク７内の気体が排出され、密閉タンク７内の圧力が負圧側に推移する。
密閉タンク７内の圧力がある程度下がったタイミングで自動弁１４を開放する。自動弁１４を開放状態とすることで、不活性ガスタンク３０から不活性ガス投入ライン１３を介して、流量計１５と手動弁１６とで調整された規定量の不活性ガスが密閉タンク７に投入される。

不活性ガス投入ライン１３の密閉タンク７側の先端は、投入配管６の密閉タンク７側の先端と合流しており、不活性ガスを投入すると、投入配管６から排気配管１１に向かう気流が形成される。
次に、この気流が安定するタイミングで、第二仕切り弁５を開放して、その後、第一仕切り弁４を開放するとともに、投入装置３の駆動を開始する。これにより、ホッパー１内の粉体材料の密閉タンク７への投入が開始される。

粉体材料の投入が開始されると、ホッパー１内の粉体材料が減少し、その重量の変化は、重量計２によって検出される。重量計２がホッパー１の重量の減少量が予め設定された規定量となったことを検知すると、不図示の制御部が第一仕切り弁４を閉鎖する。これにより、規定量の粉体材料を密閉タンク７内に供給することができる。

密閉タンク７内に溶剤系の液体が入っている場合には、密閉タンク７内の気体が投入配管６に流入する構成であると、溶剤から発生した溶剤ガスにより粉体材料が投入配管６内で溶解固着してしまうおそれがある。
これに対して、本実施形態のように、投入配管６から排気配管１１に向かう気流を発生させた状態で、粉体材料の投入を開始することで、密閉タンク７内の気体が投入配管６に流入することを防止できる。

粉体自動計量投入システム１００は、ホッパー１、投入装置３及び投入配管６の内部空間は外気に対して密閉した構成となっており、粉体材料の投入時には不活性ガスを投入する構成となっている。このような構成により、密閉タンク７と外気とを遮断した状態で粉体材料を投入できる。

また、粉体材料の投入や不活性ガスの投入による密閉タンク７内の圧力上昇を抑えるため、ブロワ１８で排気量を調整する。排気量の調整は、インバータ周波数設定によるブロワ１８の回転数調整によるほか、排気配管に設けられた流量調整弁の開度調整等により、調整してもよい。

本実施形態の粉体自動計量投入システム１００は、一つの密閉タンク７のみではなく複数の密閉タンク７（第一タンク７ａ、第二タンク７ｂ及び第三タンク７ｃ）の排気配管１１が一台のブロワ１８に接続されている。
図１に示すように、複数の密閉タンク７の排気配管１１が一台のブロワ１８に接続しており、排気配管１１の密閉タンク７側の先端に設けたノズル１０に、詳細は後述する排気量調整手段を備えることで、各タンクともに同一の排気量に調整することができる。これにより、粉体材料投入を同時に行うタンクの数によってブロワ１８のインバータ周波数を変更すれば、各タンク内の圧力を一定に保つことが可能で、複雑な制御装置をもたずに安定した自動計量投入を行うことができる。

また、ノズル１０には、粉体材料が排気配管１１に流入を防止する粉体流入防止装置１０１が備わっており、従来定期的に行っていた排気配管１１のメンテナンスや集塵機１７のメンテナンス作業が激減する構成となっている。

図２は、排気配管１１の密閉タンク７側の先端を構成するノズル１０に接続された粉体流入防止装置１０１の説明図である。図２（ａ）は、図１に示す粉体流入防止装置１０１の拡大説明図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）中のＡ−Ａ断面における粉体流入防止装置１０１の断面説明図である。

排気配管１１のタンク側の先端を構成するノズル１０には、粉体流入防止装置１０１が備え付けられており、粉体流入防止装置１０１には複数の案内羽２２が円周上に一定角度θをもって配置され、案内羽２２同士の間にスリット２２ａが形成されている。粉体流入防止装置１０１の円筒状の外部より流入するガスはスリット２２ａを通過することによって円筒状の内部で螺旋状気流を形成する。このとき、ガスと一緒に円筒状の内部に流入した粉体材料には、螺旋状気流によって遠心力が作用し、円筒状の径方向外側に向かって押し出される。
図２（ａ）に示すように、粉体流入防止装置１０１とノズル１０の内部とを連通する流量調整口２４は、粉体流入防止装置１０１の円筒状の中心軸上に設けられている。これにより、円筒状の径方向外側に向かって押し出された粉体材料が流量調整口２４からノズル１０の内部に流入することを防止し、ガスのみを流量調整口２４からノズル１０の内部へと流入させることができる。このような構成により、排気配管１１からガスを排出する際に、粉体材料が排気配管１１内に流入することを防止できる。

円筒状の径方向外側に向かって押し出された粉体材料は、案内羽２２の内側表面に突き当たり、自重によって落下する。粉体流入防止装置１０１の底面は、中央部が上に凸の円錐形状の下部溜り防止部２５が形成されており、落下した粉体材料は、下部溜り防止部２５の傾斜に沿って円筒状の外側へと滑り落ち、スリット２２ａの下部から密閉タンク７内へと落下する。このように、下部溜り防止部２５が粉体戻し手段として機能し、粉体流入防止装置１０１で排気配管１１への流入が防止された粉体材料が密閉タンク７内に戻るため、粉体流入防止装置１０１で粉体材料が滞留することがない。よって、排気配管１１への流入が防止された粉体材料が排気配管１１の入口で滞留することに起因して排気能力が低下することを防止出来る。

螺旋状気流によって粉体材料の流入を防止する効果を得るためには、スリット２２ａを通過するガスに、ある程度の流量が必要である。本実施形態の粉体自動計量投入システム１００では、不活性ガスタンク３０から密閉タンク７内に不活性ガスを投入することによってこれを満足している。
また、螺旋状気流によって粉体材料の流入を防止する効果を大きくするためには、案内羽２２の高さＨ、角度θ、上昇気流穴２３の半径Ｒ、この三つの関係が大きく影響する。
ここで高さＨは、スリット２２ａが形成されている部分の高さである。
角度θは、円筒形状の中心と案内羽２２の外側端部とを結んだ仮想直線に対する案内羽２２の角度である。
また、円筒形状の中心からの距離Ｒは上昇気流穴２３の半径Ｒである。

案内羽２２の高さＨの値は、小さすぎると、羽表面に粉体材料が付着して羽と羽間の開口が詰まりやすく、大きすぎると上昇気流に吸われる粉体材料が多くなってしまう。このため１０〜２００［ｍｍ］が好ましく、特に３０〜５０［ｍｍ］が好ましい。
案内羽２２の角度θは、角度が大きすぎるとうまく螺旋状気流を形成し難くなり、小さすぎると上昇気流に吸われる粉体材料が多くなってしまう。このため、３０［°］〜７０［°］が好ましく、特に４０［°］〜５０［°］が好ましい。
上昇気流穴２３の半径Ｒの値は、大きすぎるとうまく螺旋状気流を形成し難くなり、小さすぎると上昇気流に吸われる粉体材料が多くなってしまう。このため５［ｍｍ］〜５０［ｍｍ］が好ましく、特に１５〜３０［ｍｍ］が好ましい。

粉体流入防止装置１０１の制作コストや、密閉タンク７内の設置スペース等を考慮すると出来るだけコンパクトな寸法にすることが得策である。上述したように、螺旋状気流によって外側に向けて押し出された粉体材料は、粉体流入防止装置１０１の下部に落下するが、粉体流入防止装置１０１下部に形成された下部溜り防止部２５に沿って粉体流入防止装置１０１外部に排出され、密閉タンク７内に落下する。
仮に、下部溜り防止部２５を設けず粉体流入防止装置１０１の底面を開口部とすると、この底面の開口からガスが流入し、螺旋状気流を形成し難くなる。これに対して、本実施形態のように、粉体流入防止装置１０１の底面を塞ぐことで、密閉タンク７内から排気配管１１に流入するガスの全てがスリット２２ａを通過することになり、効率的に螺旋状気流を形成することができる。

また、粉体流入防止装置１０１で排気配管１１への流入が防止された粉体材料が下部溜り防止部２５によって密閉タンク７内に戻るため、投入装置３から投入された粉体材料の量と、密閉タンク７内の粉体材料の量とに差が生じることを抑制できる。
また、粉体流入防止装置１０１とノズル１０との間には、排気量調整手段として流量調整口２４を有し、この断面積を各タンク毎に変更することで各タンクともに同一の排気量に調整することができる。

ここで、従来の粉体投入システムについて説明する。
従来、粉体投入システムとしては、重量計を備え、計量投入装置の中の粉体材料を計量して、投入する粉体材料が規定量となるように調節し、規定量の粉体材料を密閉されたタンクに投入する粉体自動計量投入システムがある。
密閉されたタンクに粉体材料を投入する粉体自動計量投入システムでは、タンク内の圧力が変化すると、計量投入装置では同じ量の粉体材料を投入する制御を行っても、投入される粉体材料の量が変化し、粉体材料の計量投入の精度が低下することがある。これは以下の理由による。

すなわち、タンクと連通し、外気に対して密閉された計量投入装置の粉体収容部が、圧力の上昇によって押し上げられたり、圧力の下降によって引き下げられたりするためである。
圧力が上昇して粉体収容部が押し上げられると、粉体収容部の重量が軽く計量され、実際に投入した粉体材料よりも多い粉体材料が投入されたと誤検知され、規定量よりも少ない量の粉体材料しか投入されなくなる。
一方、圧力が下降して粉体収容部が引き下げられると、粉体収容部の重量が重く計量され、実際に投入した粉体よりも少ない粉体材料しか投入されていない誤検知され、規定量を超える粉体材料が投入されてしまう。

このようにタンク内の圧力が変化することを抑制できる構成として、タンクに接続された排気配管を備え、排気配管に設けた排気弁やブロワを制御することによって、排気量を制御する排気量制御方式の粉体自動計量投入システムが既に知られている。
排気量を制御することにより、タンク内の圧力を一定に保ち、圧力変動が重量測定に影響しない状態で粉体の自動計量投入を行うことができる。また、排気配管は、タンク内の気体のみを排出するために、タンク内部の高い位置と外部とを連通するように配置されている。

しかし、粉体は舞い上がり易いため、タンク内に投入した粉体材料が舞い上がって、タンク内部の高い位置まで到達し、排気配管内に流入することがある。排気配管内に粉体材料が流入すると、排気弁を磨耗させたり、排気配管内に粉体材料が少しずつ付着していって排気配管を閉塞させたりする。排気弁が磨耗すると、タンク内の密閉状態が保てなくなり、排気配管が粉体材料によって閉塞すると、圧力バランスが不安定になり計量精度が規格外となる。このため、従来の粉体投入システムで頻繁にメンテナンスを行わなければならない、という問題が生じていた。
このような問題は、溶剤系の液体の入った密閉タンクに粉体材料投入する場合には、溶剤ガスにより粉体材料が溶解固着してしまうので、特に顕著に発生する。また、排気配管に粉体材料が流入するため、多少であるが歩留まりが下がり、要求される計量精度が極めて高いものについては品質に影響する可能性もある。

特開文献３に記載の粉体投入システムでは、排気配管への粉体流入によるメンテナンス負荷を削減する目的で、上方より投入される粉流体とタンクより上昇する空気とを遮断して、粉体投入エリアと排気エリアを形成している。さらに、空気を排気エリアに導入する配管をタンク内に取付けて、排気エリアを通じて排気配管より排気する方法が開示されている。特許文献３に記載の構成と、本発明を適用した粉体投入システムとは、確かに排気配管への粉体の流入を抑制するという点では似ている点がある。しかし、混合、分散、溶解等の目的で、撹拌が必要となる場合には撹拌により生じるタンク内の気流により舞い上がった粉体の排気配管への流入は十分に抑制できない。このため、メンテナンス負荷の削減効果がうすく、定期的なメンテナンスを行わなければならないという問題は解消できていない。

図３は、本発明の特徴部を備えない従来の粉体自動計量投入システム１００の一例の概略説明図である。
図３に示す従来の粉体自動計量投入システム１００は、図１に示す粉体自動計量投入システム１００と基本構成は同じであるが粉体流入防止装置１０１を備えていない点で相違する。すなわち、排気配管１１を密閉タンク７内に延長した排気配管先端１０ｂの下面のみ開放となっている。
また、図３に示す粉体自動計量投入システム１００では、複数の密閉タンク７（７ａ、７ｂ、７ｃ）で同時に計量投入を行っても一台のブロワ１８で各タンク内の圧力を一定に保つためにオリフィス２０が排気配管１１の途中に備わっている。これにより、所定の排気量で排気することができる。

密閉タンク７内での混合、分散、溶解等の目的で、撹拌が必要となる場合には、撹拌により生じる密閉タンク７内の気流により、粉体材料が舞い上がることがある。このとき、下方に開口しただけの排気配管先端１０ｂでは、舞い上がった粉体材料の排気配管１１への流入は十分に抑制できない。そして、排気配管１１に粉体材料が流入すると、これが排気弁１２を磨耗させたり、オリフィス２０に付着して閉塞させたりして、密閉タンク７内の圧力バランスは安定に保つことができず、定期的なメンテナンスを行わなければ、安定した計量投入が不可能である。
複数のタンク有さない場合にはオリフィス２０は不要であり、ブロワ１８のインバータ周波数の変更のみで所定の排気量で排気し、密閉タンク７内の圧力を一定に保つことが可能である。しかし、定期的なメンテナンスを行わなければならないことには変わりはない。

一方、図１に示す本実施形態の粉体自動計量投入システム１００では、排気配管１１の密閉タンク７側の先端を構成するノズル１０が粉体流入防止装置１０１を備えている。このため、粉体材料を密閉タンク７へ投入する際に、排気配管１１への粉体材料の流入を防止でき、排気弁１２の磨耗や排気配管１１の閉塞がなくなり、圧力バランスを安定に保つことができる。よって、高い計量精度を維持するためのメンテナンス負荷を削減することができる。

また、図１に示す本実施形態の粉体自動計量投入システム１００は、図２に示すように、ノズル１０が排気量調整手段として機能する流量調整口２４を有している。このため、複数の密閉タンク７（第一タンク７ａ、第二タンク７ｂ及び第三タンク７ｃ）ともに同一の排気量に調整でき、一台のブロワ１８で複数のタンク内の圧力を一定に保つことができる。よって、複雑な制御装置をもたずに設備導入費が安価で安定した自動計量投入を行うことができる。

〔実験例〕
次に、図１に示す粉体自動計量投入システム１００を用いた各実施例と、図３に示す粉体自動計量投入システム１００を用いた各比較例とで、粉体の投入実験を行った実験例について説明する。

〔実施例１〕
図１に示す粉体自動計量投入システム１００を用いて、一つの密閉タンク７（第一タンク７ａ）のみに、粉体材料Ａをスクリューフィーダを用いて投入速度８００［ｋｇ／ｈ］で密閉タンクへ計量投入した。
投入条件を以下に示す。
・粉体材料Ａ:結着樹脂 設定投入量：１９１.０［ｋｇ］ 計量精度±２.０［ｋｇ］
・不活性ガス流量：２００［Ｌ／ｍｉｎ］ ブロワ周波数３０［Ｈｚ］
このような実施例１の結果、投入中のタンク内圧は−０.０６［ｋＰａ］で実投入量として１９１.１［ｋｇ］となり、計量精度範囲内であった。また、メンテナンスは、６ヶ月に一回実施している定期メンテナンスまで、不要であった（メンテナンス周期は６ヶ月以上）。

〔実施例２〕
図１に示す粉体自動計量投入システム１００を用いて、三つの密閉タンク（７ａ、７ｂ、７ｃ）に対して同時に、粉体材料Ａをスクリューフィーダを用いて投入速度８００［ｋｇ／ｈ］で密閉タンクへ計量投入した。
投入条件を以下に示す（全タンク共通）。
・粉体材料Ａ:結着樹脂 設定投入量：１９１.０［ｋｇ］ 計量精度±２.０［ｋｇ］
・不活性ガス流量：２００［Ｌ／ｍｉｎ］ ブロワ周波数４０［Ｈｚ］
このような実施例２の結果、第一タンク７ａは、投入中のタンク内圧は−０.０８［ｋＰａ］で実投入量として１９１.４［ｋｇ］となった。第二タンク７ｂは、投入中のタンク内圧は−０.０７［ｋＰａ］で実投入量として１９０.７［ｋｇ］となった。第三タンク７ｃは、投入中のタンク内圧は−０.１４［ｋＰａ］で実投入量として１９２.１［ｋｇ］となった。このように全ての密閉タンク７で計量精度範囲内であった。また、メンテナンスは、６ヶ月に一回実施している定期メンテナンスまで、不要であった（メンテナンス周期は６ヶ月以上）。

〔実施例３〕
図１に示す粉体自動計量投入システム１００を用いて、一つの密閉タンク７（第一タンク７ａ）のみに、粉体材料Ｂをスクリューフィーダを用いて投入速度６００［ｋｇ／ｈ］で密閉タンクへ計量投入した。
投入条件を以下に示す。
・粉体材料Ｂ:離型剤 設定投入量：６３．７［ｋｇ］ 計量精度±０.７［ｋｇ］
・不活性ガス流量：２００［Ｌ／ｍｉｎ］ ブロワ周波数３０［Ｈｚ］
このような実施例３の結果、投入中のタンク内圧は０.０３［ｋＰａ］で実投入量として６３.６［ｋｇ］となり、計量精度範囲内であった。また、メンテナンスは、６ヶ月に一回実施している定期メンテナンスまで、不要であった（メンテナンス周期は６ヶ月以上）。

〔実施例４〕
図１に示す粉体自動計量投入システム１００を用いて、三つの密閉タンク（７ａ、７ｂ、７ｃ）に対して同時に、粉体材料Ｂをスクリューフィーダを用いて投入速度６００［ｋｇ／ｈ］で密閉タンクへ計量投入した。
投入条件を以下に示す（全タンク共通）。
・粉体材料Ｂ:離型剤 設定投入量：６３.７［ｋｇ］ 計量精度±０.７［ｋｇ］
・不活性ガス流量：２００［Ｌ／ｍｉｎ］ ブロワ周波数４０［Ｈｚ］
このような実施例４の結果、第一タンク７ａは、投入中のタンク内圧は０．１４［ｋＰａ］で実投入量として６３．４［ｋｇ］となった。第二タンク７ｂは、投入中のタンク内圧は０．０９［ｋＰａ］で実投入量として６３．７［ｋｇ］となった。第三タンク７ｃは、投入中のタンク内圧は０．０８［ｋＰａ］で実投入量として６３.５［ｋｇ］となった。このように全ての密閉タンク７で計量精度範囲内であった。また、メンテナンスは、６ヶ月に一回実施している定期メンテナンスまで、不要であった（メンテナンス周期は６ヶ月以上）。

〔実施例５〕
図１に示す粉体自動計量投入システム１００を用いて、三つの密閉タンクに対して同時に粉体材料の計量投入をした。第一タンク７ａ及び第三タンク７ｃには、粉体材料Ａをスクリューフィーダを用いて投入速度８００［ｋｇ／ｈ］で密閉タンクへ計量投入した。また、第二タンク７ｂには、粉体材料Ｂをスクリューフィーダを用いて投入速度６００［ｋｇ／ｈ］で密閉タンクへ計量投入した。
第一タンク７ａ及び第三タンク７ｃに対する投入条件を以下に示す。
・粉体材料Ａ:結着樹脂 設定投入量：１９１.０［ｋｇ］ 計量精度±２.０［ｋｇ］
・不活性ガス流量：２００［Ｌ／ｍｉｎ］
第二タンク７ｂに対する投入条件を以下に示す。
・粉体材料Ｂ:離型剤 設定投入量：６３.７［ｋｇ］ 計量精度±０.７［ｋｇ］
・不活性ガス流量：２００［Ｌ／ｍｉｎ］ ブロワ周波数４０［Ｈｚ］
このような実施例５の結果、第一タンク７ａは、投入中のタンク内圧は０．０１［ｋＰａ］で実投入量として１９０．６［ｋｇ］となった。第二タンク７ｂは、投入中のタンク内圧は０．０７［ｋＰａ］で実投入量として６３．６［ｋｇ］となった。第三タンク７ｃは、投入中のタンク内圧は０．１２［ｋＰａ］で実投入量として１９０.３［ｋｇ］となった。このように全ての密閉タンク７で計量精度範囲内であった。また、メンテナンスは、６ヶ月に一回実施している定期メンテナンスまで、不要であった（メンテナンス周期は６ヶ月以上）。

〔比較例１〕
図３に示す粉体自動計量投入システム１００を用いて、一つの密閉タンク７（第一タンク７ａ）のみに、粉体材料Ａをスクリューフィーダを用いて投入速度８００［ｋｇ／ｈ］で密閉タンクへ計量投入した。
投入条件を以下に示す。
・粉体材料Ａ:結着樹脂 設定投入量：１９１.０［ｋｇ］ 計量精度±２.０［ｋｇ］
・不活性ガス流量：２００［Ｌ／ｍｉｎ］ ブロワ周波数３０［Ｈｚ］
このような比較例１の結果、投入中のタンク内圧は−０.０３［ｋＰａ］で実投入量として１９１.１［ｋｇ］となり、計量精度範囲内であった。また、メンテナンスは、１.５ヶ月でメンテナンスが必要となった（メンテナンス周期１.５ヶ月）。

〔比較例２〕
図３に示す粉体自動計量投入システム１００を用いて、三つの密閉タンク（７ａ、７ｂ、７ｃ）に対して同時に、粉体材料Ａをスクリューフィーダを用いて投入速度８００［ｋｇ／ｈ］で密閉タンクへ計量投入した。
投入条件を以下に示す（全タンク共通）。
・粉体材料Ａ:結着樹脂 設定投入量：１９１.０［ｋｇ］ 計量精度±２.０［ｋｇ］
・不活性ガス流量：２００［Ｌ／ｍｉｎ］ ブロワ周波数４０［Ｈｚ］
このような比較例２の結果、第一タンク７ａは、投入中のタンク内圧は−０.０８［ｋＰａ］で実投入量として１９１.３［ｋｇ］となった。第二タンク７ｂは、投入中のタンク内圧は−０.１２［ｋＰａ］で実投入量として１９１.８［ｋｇ］となった。第三タンク７ｃは、投入中のタンク内圧は−０.０２［ｋＰａ］で実投入量として１９０.９［ｋｇ］となった。このように全ての密閉タンク７で計量精度範囲内であった。また、メンテナンスは、１.５ヶ月でメンテナンスが必要となった（メンテナンス周期１.５ヶ月）。

〔比較例３〕
図３に示す粉体自動計量投入システム１００でオリフィス２０がないものを用いて、三つの密閉タンク（７ａ、７ｂ、７ｃ）に対して同時に、粉体材料Ａをスクリューフィーダを用いて投入速度８００［ｋｇ／ｈ］で密閉タンクへ計量投入した。
投入条件を以下に示す（全タンク共通）。
・粉体材料Ａ:結着樹脂 設定投入量：１９１.０［ｋｇ］ 計量精度±２.０［ｋｇ］
・不活性ガス流量：２００［Ｌ／ｍｉｎ］ ブロワ周波数４０［Ｈｚ］
なお、ブロワ周波数については、三つの密閉タンクのタンク内圧の和を見て０になるように制御をいれた。
このような比較例３の結果、第一タンク７ａは、投入中のタンク内圧は０.６９［ｋＰａ］で実投入量として１８８.１［ｋｇ］となった。第二タンク７ｂは、投入中のタンク内圧は０.１６［ｋＰａ］で実投入量として１９０.１［ｋｇ］となった。第三タンク７ｃは、投入中のタンク内圧は−０.８８［ｋＰａ］で実投入量として１９３.４［ｋｇ］となった。このように、比較例３の粉体自動計量投入システム１００では、全ての密閉タンク７で計量精度範囲内に入れることができなかった。

実験例の結果を表１に示す。

上述した実施形態では、排気配管への粉体の流入を防止する粉体流入防止手段と、排気配管への流入が防止された粉体が滞留することを防止する粉体戻し手段とを備える構成として、螺旋状気流を発生させる粉体流入防止装置１０１について説明した。粉体流入防止手段と粉体戻し手段とを備える構成はこれに限るものではない。例えば、粉体流入防止手段としてフィルタ部材を備え、粉体戻し手段としてフィルタ部材を振動させることによってフィルタ部材に付着した粉体をふるい落とす振動機構を備える構成であってもよい。

上述した粉体自動計量投入システム１００等の粉体投入システムは、電子写真に用いられるトナー材料の粉体材料を混合等するときに、タンクに投入する際に使用できるが、これに限るものではない。例えば、タルク、石灰、セラミック、樹脂、化粧品、染料、漢方薬等の鉱物原料、化学製品、薬品等の粉粒体材料をタンクに投入する粉体投入システムにも用いることが出来る。
また、粉体自動計量投入システム１００は、重量計を備えた計量投入装置の中のトナー材料を自動で規定量を計量し、密閉されたタンクへ投入する自動計量投入システムである。しかし、本発明の特徴的な構成は、粉体材料をタンクに投入する粉体投入システムであれば、自動で計量し、自動で投入するシステムに限らず、適用可能である。
さらに、タンク内の気体を排気配管から排出する構成であれば、タンクは密閉でなくても適用可能である。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
密閉タンク７等のタンクと、タンクに粉体を投入する計量投入装置２００等の粉体投入手段と、タンク内の気体を排出する排気配管１１等の排気配管とを備える粉体自動計量投入システム１００等の粉体投入システムにおいて、排気配管への粉体の流入を防止する粉体流入防止装置１０１等の粉体流入防止手段と、粉体流入防止手段によって排気配管への流入が防止された粉体をタンク内に戻す下部溜り防止部２５等の粉体戻し手段を備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、粉体流入防止手段によって排気配管への粉体の流入を防止することができる。さらに、粉体戻し手段によって排気配管への流入が防止された粉体がタンク内に戻されるため、排気配管への流入が防止された粉体が滞留することを防止することができる。このように排気配管への粉体の流入を防止し、排気配管への流入が防止された粉体が滞留することを防止するため、メンテナンス負荷を削減することができる。
（態様Ｂ）
態様Ａにおいて、粉体流入防止装置１０１等の粉体流入防止手段は、密閉タンク７等のタンク内から排気配管１１等の排気配管内に流入しようとするガス等の気体を螺旋状気流とする案内羽２２等からなる螺旋状気流形成手段であり、螺旋状気流の中心軸近傍となる位置に流量調整口２４等の排気配管の入口を配置している。
これによれば、上記実施形態について説明したように、螺旋状気流によって粉体に作用する遠心力によって粉体と気体とを分離でき、気体を排出する排気配管に粉体が流入することを防止する構成を実現できる。
（態様Ｃ）
態様Ｂにおいて、螺旋状気流形成手段は、円筒形状の外周面側と内周面側とを連通し、該外周面側から気体を取り入れることで円筒形状の内側に螺旋状気流を発生させるスリット２２ａ等のスリットが円周方向に複数本設けられた案内羽２２等からなる円筒状気流制御部材である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、螺旋状気流を発生させる構成を実現することができる。
（態様Ｄ）
態様Ｃにおいて、案内羽２２等からなる円筒状気流制御部材は、円筒形状の中心軸が鉛直方向となるように配置され、その内部空間の上端に流量調整口２４等の排気配管の入口が配置され、内部空間の下端に粉体戻し手段として機能する下部溜り防止部２５等の傾斜面を備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、円筒状気流制御部材によって生じる螺旋状気流の遠心力の作用により気体から分離し、円筒形状の下端に落下した粉体が傾斜面によって滑り落ちる。これにより、排気配管への流入が防止された粉体を密閉タンク７等のタンク内に戻す構成を実現できる。
（態様Ｅ）
態様Ａ乃至Ｄの何れかの態様において、計量投入装置２００等の粉体投入手段は、重量計２等の重量計を備え、重量計の検知結果に基づいて密閉タンク７等のタンクへの粉体の投入量を制御する自動計量投入装置である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、ホッパー１等の粉体材料収容部内の粉体材料をタンクに自動で投入するシステムを実現できる。
（態様Ｆ）
態様Ａ乃至Ｅの何れかの態様において、密閉タンク７等のタンク内に気体を投入する不活性ガス投入ライン１３等の気体投入手段を備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、タンク内と外気とを遮断した状態で粉体材料を投入できる。
（態様Ｇ）
態様Ａ乃至Ｅの何れかの態様において、粉体流入防止装置１０１等の粉体流入防止手段が排気配管１１等の排気配管からの排気量を調節する流量調整口２４の排気量調節手段を有する。
これによれば、複数のタンクをともに同一の排気量に調整でき、一台のブロワ等の排気手段で複数のタンク内の圧力を一定に保つことができる。よって、複雑な制御装置をもたずに設備導入費が安価で安定した自動計量投入を行うことができる。

１ ホッパー
２ 重量計
３ 投入装置
４ 第一仕切り弁
５ 第二仕切り弁
６ 投入配管
７ 密閉タンク
７ａ 第一タンク
７ｂ 第二タンク
７ｃ 第三タンク
８ 攪拌機
９ 圧力計
１０ ノズル
１０ｂ 排気配管先端
１１ 排気配管
１２ 排気弁
１３ 不活性ガス投入ライン
１４ 自動弁
１５ 流量計
１６ 手動弁
１７ 集塵機
１８ ブロワ
１９ フレキシブル継手
２０ オリフィス
２２ａ スリット
２２ 案内羽
２３ 上昇気流穴
２４ 流量調整口
２５ 下部溜り防止部
３０ 不活性ガスタンク
１００ 粉体自動計量投入システム
１０１ 粉体流入防止装置
２００ 計量投入装置

特開２００２−００５７２９号公報 特開２０１１−１９５３３３号公報 特開２００２−００２９６２号公報

Claims (6)

1. タンクと、
   該タンクに粉体を投入する粉体投入手段と、
   該タンク内の気体を排出する排気配管とを備える粉体投入システムにおいて、
   上記排気配管への粉体の流入を防止する粉体流入防止手段と、
   該粉体流入防止手段によって該排気配管への流入が防止された粉体を該タンク内に戻す粉体戻し手段を備え、
   上記粉体流入防止手段は、上記タンク内から上記排気配管内に流入しようとする気体を螺旋状気流とする螺旋状気流形成手段であり、
   該螺旋状気流の中心軸近傍となる位置に該排気配管の入口を配置していることを特徴とする粉体投入システム。
2. 請求項１の粉体投入システムにおいて、
   上記螺旋状気流形成手段は、円筒形状の外周面側と内周面側とを連通し、該外周面側から気体を取り入れることで円筒形状の内側に螺旋状気流を発生させるスリットが円周方向に複数本設けられた円筒状気流制御部材であることを特徴とする粉体投入システム。
3. 請求項２の粉体投入システムにおいて、
   上記円筒状気流制御部材は、円筒形状の中心軸が鉛直方向となるように配置され、その内部空間の上端に上記排気配管の入口が配置され、
   該内部空間の下端に上記粉体戻し手段として機能する傾斜面を備えることを特徴とする粉体投入システム。
4. 請求項１乃至３の粉体投入システムにおいて、
   上記粉体投入手段は、重量計を備え、該重量計の検知結果に基づいて上記タンクへの粉体の投入量を制御する自動計量投入装置であることを特徴とする粉体投入システム。
5. 請求項１乃至４の粉体投入システムにおいて、
   上記タンク内に気体を投入する気体投入手段を備えることを特徴とする粉体投入システム。
6. 請求項１乃至５の粉体投入システムにおいて、
   上記粉体流入防止手段が上記排気配管からの排気量を調節する排気量調節手段を有することを特徴とする粉体投入システム。

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