JP6252445B2 - 粉体充填装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉体充填装置に関する。

従来から、粉体を用いる生産現場において、粉体を袋や容器等に一定量充填することが行われている。粉体を袋や容器等に一定量充填する装置として、粉体充填装置が用いられている。

特許文献１には、ホッパ内に供給された粉体を円筒部内のオーガスクリューを回転させることにより計量し、粉体を容器に充填する粉体充填装置が記載されている。特許文献１に記載の粉体充填装置において、円筒部の粉体排出側の先端に位置する開口には、菊座が設けられている。菊座は、複数の開口部（貫通孔）を有していて、複数の開口部は、中心から遠ざかる方向に放射状に形成された複数のリブによって仕切られている。粉体充填装置の技術分野では、円筒部の開口に取り付けられるこのような放射状のリブを有する部材を、その形状から菊座と称している。円筒部内を搬送されてきた粉体は、菊座の開口部を通じて外部へと排出される。

特開２００４−１５５４５２号公報

特許文献１に記載の粉体充填装置を用いて、粒径が３０μｍ以下の微粒子状の粉体を充填する場合には、粉体が凝集してダマになった状態で充填されやすくなる。そのため、菊座の開口部を大きくすると粉体がボタ落ちしやすく、逆に小さくすると粉体が開口部に詰まりやすくなる。そのため、粉体の切り出し速度を速くする（例えば、０．３ｇ／ｓ以上）と、粉体の充填量にばらつきが生じやすくなるという問題があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、粉体を一定量ずつ充填するときに充填量のばらつきを抑制できる粉体充填装置を提供することを目的とする。

本発明の粉体充填装置は、
内側で粉体が搬送される円筒部と、前記円筒部の内側に挿入されたオーガスクリューと、前記円筒部の粉体排出側の端部に取り付けられ、複数の開口部を有する菊座と、を備え、前記オーガスクリューを前記円筒部内で回転させることにより前記粉体を容器に充填する粉体充填装置であって、
粒径が３０μｍ以下の微粒子状の粉体充填用であり、
前記粉体の切り出し速度が０．３ｇ／ｓ以上であり、
前記オーガスクリューの１ピッチ分の羽根の形状を、前記オーガスクリューの中心軸を通る断面上に現れる前記１ピッチ分の羽根の断面の前記オーガスクリューの中心軸に対する傾斜方向に平行な面に投影したときの影の面積（単に、前記オーガスクリューの羽根の断面積とも言う。）をＳ１とし、前記複数の開口部のうちの１つの面積をＳ２としたとき、Ｓ２／Ｓ１が０．３以上０．５以下である
ことを特徴とする。

オーガスクリューの羽根の断面積Ｓ１と複数の開口部のうちの１つの面積Ｓ２との比Ｓ２／Ｓ１を０．３以上０．５以下の範囲内に収めることにより、粉体の切り出し速度を０．３ｇ／ｓ以上としたときでも、粉体を一定量ずつ充填するときに充填量のばらつきを抑制できる。

本発明によれば、粉体を一定量ずつ充填するときに充填量のばらつきを抑制できる粉体充填装置を提供することができる。

実施の形態１に係る粉体充填装置の端面図である。 実施の形態１に係るオーガスクリューの羽根の断面積を示す図である。 実施の形態１に係る菊座を示す斜視図である。 実施の形態１に係る菊座の分割数が４になる場合の区画を示す図である。 実施の形態１に係る菊座の分割数が８になる場合の区画を示す図である。 菊座の分割数が４の場合の切り出し側速度の測定結果を示す図である。 菊座の分割数が３の場合の切り出し速度の測定結果を示す図である。 実施例Ａにおける切り出し速度の平均値と充填量のばらつきとの関係を示す図である。 実施例Ｂにおける切り出し速度の平均値と充填量のばらつきとの関係を示す図である。 実施例Ｃにおける切り出し速度の平均値と充填量のばらつきとの関係を示す図である。 実施例Ｄにおける切り出し速度の平均値と充填量のばらつきとの関係を示す図である。

［実施の形態１］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１に示すように、粉体充填装置１は、円筒部２ａと、ホッパ２ｂと、オーガスクリュー３と、駆動軸４と、菊座５と、菊座保持部６と、を有する。

円筒部２ａは、円筒状で内側が空洞になっている部材であり、円筒部２ａの内側で粉体が搬送される。円筒部２ａは、その開口を上下に向けて配置されている。

ホッパ２ｂは、入口と出口の口径の異なる漏斗状の部材であり、入口を上側に出口を下側に向けて配置されている。ホッパ２ｂの出口は、円筒部２ａの上側の端部に接続されている。ホッパ２ｂの入口から投入された粉体は、出口から円筒部２ａに送られる。

オーガスクリュー３は、回転軸３ａと、回転軸３ａの周囲に螺旋状に設けられた羽根３ｂ（スクリューフィン）と、を有する。オーガスクリュー３は、円筒部２ａの内側に、回転自在な状態で挿入されている。オーガスクリュー３を円筒部２ａ内で回転させることにより、粉体を円筒部２ａの下方に送ることができる。送られる粉体の量は、オーガスクリュー３の回転量によって決まっており、スクリュー１回転で羽根３ｂの１ピッチの間に含まれる粉体が円筒部２ａの下側から排出される。

図１中に一点鎖線で示した面により断面した羽根３ｂの仮想的な断面を、図２に示す。この断面は、１ピッチ分の羽根３ｂの形状を図１中に二点鎖線で示した面に投影した影に対応する。この図２に示された断面の面積を、オーガスクリュー３の羽根３ｂの断面積（スクリュー断面積）Ｓ１とする。

駆動軸４は、オーガスクリュー３に外部から力を加えて回転させるための軸である。駆動軸４の下端はオーガスクリュー３の回転軸３ａに固定されており、上端はモータ等の動力源に固定されている。駆動軸４が回転することにより、駆動軸４と共にオーガスクリュー３が回転し、羽根３ｂによって粉体が下方に搬送される。

菊座５は、円筒部２ａと比較して薄い円筒状の部材であり、複数の開口部５ａ（貫通孔）を有する。菊座５は、円筒部２ａの粉体排出側（下側）の端部を塞ぐように取り付けられている。図３に示すように、菊座５の開口部５ａは、中心から遠ざかる方向に放射状に形成された複数のリブ５ｂによって仕切られている。

菊座５は、菊座保持部６により円筒部２ａの下側端部に固定されている。菊座保持部６は、円筒部２ａの側面の下端側を覆うように形成されており、菊座５を円筒部２ａの下側端部に固定する。菊座保持部６は、円筒部２ａと一体的に形成されていてもよい。

菊座５の分割数は種々の値を用いることができる。ここで、分割数は、リブ５ｂによって区切られた開口部５ａの数と一致する。例えば、図４に示すように菊座５を分割した場合、菊座５の分割数は４になり、図５に示すように分割した場合、菊座５の分割数は８になる。本実施の形態に係る粉体充填装置１においては、菊座５の分割数は３から８であることが好ましい。このように分割された複数の開口部５ａのうちの１つの面積をＳ２とする。複数の開口部５ａのそれぞれの面積はＳ２となり、それぞれ等しい。

菊座５の分割数が多い場合、リブ５ｂの数が多くなるので、オーガスクリュー３の１ピッチに含まれる粉体の一部が、リブ５ｂに邪魔されることにより円筒部２ａから排出されない。さらに菊座５の分割数を増やすと、開口部５ａの面積が円筒部２ａの断面積に対して小さくなるので、オーガスクリュー３の回転に対して粉体の切り出しが追い付かなくなり、粉体が菊座５に詰まってしまう。

菊座５の分割数が少ない場合、１つの開口部５ａの面積Ｓ２が大きくなる。オーガスクリュー３を１回転未満で止めた場合、１ピッチ分の粉体よりも開口部５ａが大きいので、１ピッチ分の粉体が全て排出されてしまい、粉体の切り出しを即時に停止することができない。

本実施の形態の粉体充填装置１では、粉体の切り出し速度が０．３ｇ／ｓ以上であることが好ましい。また、本実施の形態の粉体充填装置１では、オーガスクリュー３の羽根３ｂの断面積Ｓ１と複数の開口部５ａのうちの１つの面積Ｓ２との比Ｓ２／Ｓ１が、０．３以上０．５以下であることが好ましい。

オーガスクリュー３の羽根３ｂの断面積Ｓ１に対する複数の開口部５ａのうちの１つの面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１を適当な範囲内に収めることにより、粉体の切り出し速度が０．３ｇ／ｓ以上としたときでも、粉体を一定量ずつ繰り返して充填するときに充填量のばらつきを抑制できる。

本実施の形態に係る粉体充填装置１の実施例について説明する。本実施例に係る粉体充填装置１は、二次電池の負極ペーストに使用されるＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）粉末を、計量して一定量ずつ充填する。ＣＭＣ粉末の粒子径は３０μｍ以下と非常に小さく、凝集しやすいので、充填量のばらつきを抑制することが難しい。

まず、複数の回転速度（１５，９０，２２０，３５０ｒｐｍ）について、オーガスクリュー３によるＣＭＣ粉末の切り出し速度を測定した結果を測定した。粉体として粒子径１５μｍのＣＭＣを用いた。さらに、スクリュー断面積７７．３ｍｍ^２（スクリュー径１０．８ｍｍに相当）のオーガスクリュー３を用いた。

図６に、菊座５の分割数が４の場合の切り出し側速度の測定結果を示す。図７に、菊座５の分割数が３の場合の切り出し速度の測定結果を示す。図６及び図７において、横軸は測定時間［単位：ｓ（秒）］であり、縦軸は切り出し速度［単位：ｇ／ｓ］である。切り出し速度の測定は、１５分間（９００秒）行い、１秒ごとに切り出されたＣＭＣ粉末の重量を測定した。

図６及び図７に示すように、回転速度が速くなるほど、切り出し速度のばらつきが大きくなっている。また、菊座５の分割数が４の場合（図６）よりも菊座５の分割数が３の場合（図７）の方が、切り出し速度のばらつきが大きくなっている。

次に、複数種類の菊座５（分割数が３、４、６又は８）について、上述の切り出し速度の測定を行い、１５分間の切り出し速度の平均値と、充填量のばらつき（１５分間における、１秒間での充填量の最大値と最小値との差）と、を算出した。ＣＭＣ粉末の粒子径とスクリュー断面積の組み合わせを変えた４種類の実施例Ａ〜Ｄについて、上述の切り出し速度の平均値と充填量のばらつきとを算出した。切り出し速度の平均値を横軸、充填量のばらつきを縦軸としてプロットした結果を図８から図１１に示す。

実施例Ａ〜ＤにおけるＣＭＣ粉末の粒子径及びスクリュー断面積は下記の通りである。下記の実施例Ａ〜Ｄは、それぞれ図８から図１１に対応する。

実施例Ａ（図８に対応）
粒子径１５μｍ、スクリュー断面積７７．３ｍｍ^２（スクリュー径１０．８ｍｍ）
実施例Ｂ（図９に対応）
粒子径３０μｍ、スクリュー断面積７７．３ｍｍ^２（スクリュー径１０．８ｍｍ）
実施例Ｃ（図１０に対応）
粒子径１５μｍ、スクリュー断面積１４．５ｍｍ^２（スクリュー径４．８ｍｍ）
実施例Ｄ（図１１に対応）
粒子径３０μｍ、スクリュー断面積１４．５ｍｍ^２（スクリュー径４．８ｍｍ）

図８から図１１に示すように、実施例Ａ〜Ｄにおいて、３分割のときＳ２／Ｓ１＝０．６３、４分割のときＳ２／Ｓ１＝０．４７、６分割のときＳ２／Ｓ１＝０．３１、８分割のときＳ２／Ｓ１＝０．２４であった。

図８から図１１において、充填量のばらつきが０．０３０ｇ以下の場合に、充填量のばらつきが十分小さいと判定される。また、切り出し速度が０．３ｇ／ｓ以上である場合に、切り出し速度が十分速いと判定される。よって、充填量のばらつきが０．０３０ｇ以下、かつ、切り出し速度が０．３ｇ／ｓ以上の領域では、切り出し速度の速さと充填ばらつきの小ささとが両立されているといえる。

実施例Ａと実施例Ｂとは、スクリュー断面積が７７．３ｍｍ^２で同じであり、粒子径は異なる。図８及び図９に示すように、実施例Ａと実施例Ｂにおいては、粒子径が異なっていても、菊座５が４分割又は６分割の場合にのみ、切り出し速度の速さと充填ばらつきの小ささとが両立されている。

また、８分割の場合には、切り出し速度が０．３ｇ／ｓ以下となっている。このことから、スクリュー断面積が７７．３ｍｍ^２の場合には、菊座５の分割数が大きくなると、切り出し速度を速くできないことがわかる。

実施例Ｃと実施例Ｄとは、スクリュー断面積が１４．５ｍｍ^２で同じであり、粒子径は異なる。菊座５が８分割の場合には、粉詰まりによりＣＭＣ粉末を容器に充填することができなかった。よって、スクリュー断面積が小さい場合には、菊座５の分割数を大きくすることができないことがわかる。

図８から図１１に示すように、実施例Ａ〜Ｄを比較すると、スクリューの大きさが異なっていても、切り出し速度の速さと充填ばらつきの小ささとを両立できる菊座５の分割数は４又は６であることがわかる。また、スクリュー断面積が小さいほど、充填量のばらつきは切り出し速度に対して小さくなっている。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ 粉体充填装置
２ａ 円筒部
２ｂ ホッパ
３ オーガスクリュー
３ａ 回転軸
３ｂ 羽根
４ 駆動軸
５ 菊座
５ａ 開口部
５ｂ リブ
６ 菊座保持部

Claims (1)

1. 内側で粉体が搬送される円筒部と、前記円筒部の内側に挿入されたオーガスクリューと、前記円筒部の粉体排出側の端部に取り付けられ、複数の開口部を有する菊座と、を備え、前記オーガスクリューを前記円筒部内で回転させることにより前記粉体を容器に充填する粉体充填装置であって、
   粒径が３０μｍ以下の微粒子状の粉体充填用であり、
   前記粉体の切り出し速度が０．３ｇ／ｓ以上であり、
   前記オーガスクリューの１ピッチ分の羽根の形状を、前記オーガスクリューの中心軸を通る断面上に現れる前記１ピッチ分の羽根の断面の前記オーガスクリューの中心軸に対する傾斜方向に平行な面に投影したときの影の面積をＳ１とし、前記複数の開口部のうちの１つの面積をＳ２としたとき、Ｓ２／Ｓ１が０．３以上０．５以下である
   ことを特徴とする粉体充填装置。

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