JP6323322B2 - 粉体供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉体供給装置に関する。

粉体を案内する筒と、螺旋状に延びる回転羽根を有するスクリューとを備える粉体供給装置が利用されている。スクリューを筒の内側で回転させることによって、粉体を移動させて、筒の開口から供給することができる。

例えば、特許文献１に開示されている粉体供給装置では、スクリューを所定方向に所定の回転量回転させた後、スクリューを逆方向に所定の回転量以下の回転量だけ回転させる制御部を備える。

特開２００４−０４３１４７号公報

本願の発明者等は、特許文献１で開示されるような粉体供給装置を用いて、凝集し易い粉体、例えば、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）からなる粒子を含む粉体を、所定の供給速度で供給させる実験を行った。

すると、粉体が、隣り合う回転羽根同士と筒の内周面とに挟まれて、スクリューの回転による力を受けて、粉の凝集塊が形成する。この凝集塊に形成により、粉詰りが発生し、粉体の供給が困難になることがあった。

また、スクリューと筒とのクリアランスに位置する粉の量が増加して、粉の凝集塊が切り出されたり、そのままスクリューと筒とのクリアランスに残留して切出されなかったりすることがあった。そのため、供給速度が不安定になることがあった。

本発明は、安定した供給速度で、粉体を供給することのできる粉体供給装置を提供するものである。

本発明にかかる粉体供給装置は、
ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）からなる粒子を含む粉体を案内する筒部と、軸部と前記軸部を中心に螺旋状に延びる回転羽根とを有するスクリューと、を備え、前記スクリューを前記筒部の内側で回転させることによって、前記粉体を移動させる粉体供給装置であって、
前記スクリューのピッチＰ１に対する前記回転羽根の先端と前記筒部の内周面とのクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が、
０．５９×１０^−１≦Ｃ１／Ｐ１≦０．８８×１０^−１
である。

このような構成によれば、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１を所定の値以上に保つことで、スクリューの回転によって粉体に加わる力を、スクリューと筒部とのクリアランスに存在する粉体に伝達させることができ、粉詰まりの発生を抑制することができる。また、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１を所定の値以下に抑えることで、スクリューと筒部とのクリアランスに存在する粉体の量を抑制して、粉の凝集塊が切出されたか否かによる供給速度のバラツキが減じる。したがって、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１を所定の範囲内に抑えることで、安定した供給速度で、粉体を供給することができる。

また、前記粉体の平均粒径が、１５〜３０μｍであることを特徴としてもよい。また、前記スクリューの回転数が、９０〜３５０ｒｐｍであることを特徴としてもよい。このような構成によれば、より確実に、安定した供給速度で、粉体を供給することができる。

本発明によれば、安定した供給速度で、粉体を供給することができる粉体供給装置を提供することができる。

実施の形態１にかかる粉体供給装置の断面図である。 実施の形態１にかかる粉体供給装置の要部の斜視図である。 実施の形態１にかかる粉体供給装置の要部の動作中の模式図である。 時間に対する供給速度を示すグラフである。 実験条件及び実験結果を示す表である。

実施の形態１．
図１及び図２を参照して、実施の形態１にかかる粉体供給装置について説明する。図１は、実施の形態１にかかる粉体供給装置の断面図である。図２は、実施の形態１にかかる粉体供給装置の要部の斜視図である。

図１に示すように、粉体供給装置１０は、筒部１と、スクリュー２と、菊座４とを含む。

筒部１は、ホッパー１ｂと、本体１ｃとを有する。本体１ｃは、略円筒状に形成されており、ホッパー１ｂは、本体１ｃの一端から延びる円錐筒状に形成されている。本体１ｃと、ホッパー１ｂとは、一体化されている。ホッパー１ｂは、筒部１から離れる方向に向うにつれて、その径が大きくなる。ホッパー１ｂは、粉体を粉体供給装置１０内に導入する開口部１ａを有する。本体１ｃは、導入された粉体を菊座４側に向かって案内する。

スクリュー２は、軸部２ａと、回転羽根２ｂとを備える。スクリュー２は、筒部１の内側に、筒部１の軸に沿うように回転可能に配置されている。スクリュー２は、モータなどの駆動部（図示略）に接続されており、回転動力を与えられる。回転羽根２ｂは、１回転すると軸部２ａの軸方向に移動する距離、ピッチＰ１を有するように、軸部２ａを中心に螺旋状に延びる羽根である。回転羽根２ｂは、軸部２ａの外周面上において、軸部２ａを軸として設置されている。また、回転羽根２ｂの先端が、筒部１の内周面とクリアランスＣ１を有するように、スクリュー２は筒部１の内側に配置される。

菊座４は、菊座保持部３によって、菊座４を本体１ｃの開口部に保持される。図２に示すように、菊座４は、円筒部４ａと、軸部４ｂと、複数の接続部４ｃとを含む。軸部４ｂは、円筒部４ａの内側に配置される。複数の接続部４ｃは、それぞれ、軸部４ｂの外周から円筒部４ａの内周面に向かって、放射状に延びて、軸部４ｂと円筒部４ａとを接続する。菊座４は、複数の接続部４ｃによって複数に分割されるように開口部を複数有し、各開口部は、隣り合う接続部４ｃ同士の間に形成されている。開口部は、軸部４ｂの軸方向に貫通し、菊座４の下側主面４ｅまで到達する。菊座４の分割数は、これらの開口部の数に相当する。例えば、図２に示す菊座の一例では、分割数は１２である。

ここで、再び図１を参照して、粉体供給装置１０を用いて、粉体を供給させる方法について説明する。この供給させる粉体は、凝集性を有する粉体であり、例えば、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）からなる粒子を含む粉体である。

まず、供給したい粉体をホッパー１ｂの開口部１ａに投入する。続いて、スクリュー２を回転させることによって、粉体をスクリュー２の回転羽根２ｂによって筒部１側へ押出して、ホッパー１ｂから筒部１の菊座４側まで移動させる。

より具体的には、図３に示すように、投入された粉体が、スクリュー２の回転羽根２ｂに含まれる回転羽根部２ｂｕと回転羽根部２ｂｄとの間、又は、回転羽根部２ｂｕ、２ｂｄの先端と本体１ｃの内周面とのクリアランスに移動する。回転羽根部２ｂｄは、回転羽根２ｂにおける一回転した部分であり、回転羽根部２ｂｕから一回転した位置にある。回転羽根２ｂの先端と本体１ｃの内周面とのクリアランスは、回転羽根２ｂの先端と本体１ｃの内周面との隙間を意味する。回転羽根部２ｂｕと回転羽根部２ｂｄと間にある粉Ｄｂは、スクリュー２の回転によって、回転羽根部２ｂｕから移動方向（ここでは、−Ｚ方向）に押し出されつつ、本体１ｃの内周面に向かう方向に遠心力を受ける。一方、回転羽根２ｂから本体１ｃの内周面までの間にある粉Ｄｃは、粉Ｄｂから本体１ｃの内周面に向かう方向に遠心力を受ける。これにより、粉Ｄｃが凝集して、凝集塊Ｄ１に形成されることを抑制する。凝集塊Ｄ１は「ダマ」とも称される。ここで、粉体は凝集性を有するため、本体１ｃの内側で凝集して、凝集塊Ｄ１が形成されることがある。凝集塊Ｄ１が、粉Ｄｂ及び粉Ｄｃの少なくとも一方に存在し、粉Ｄｂ及び粉Ｄｃの間を移動することがある。

再び図１及び図２を参照して、粉体を筒部１の菊座４側まで移動させた後で、回転羽根２ｂと菊座４とに挟み込ませることで、切出す。すると、切出された粉体が、隣り合う接続部４ｃ同士の間の開口部を通って、菊座４の下側主面４ｅから供給される。凝集塊Ｄ１（図３参照）は、粉Ｄｂ中に残留した場合、すなわち、回転羽根部２ｂｕと回転羽根部２ｂｄと間にある場合、切出される。また、凝集塊Ｄ１が、粉Ｄｃ中に残留した場合、すなわち、回転羽根２ｂから本体１ｃの内周面までの間にある場合、切出されないまま、粉Ｄｃ中に残留したままである。

スクリュー２のピッチＰ１に対する、回転羽根２ｂの先端と筒部１の内周面とのクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が、所定の範囲内にあればよい。後述するように、比Ｃ１／Ｐ１は、例えば、以下の数式１を用いて、表されるとよい。
０．５９×１０^−１≦Ｃ１／Ｐ１≦０．８８×１０^−１ …（数式１）

ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１を所定の値以上に保つことで、スクリューの回転によって粉体に加える力を、スクリューと筒部とのクリアランスに存在する粉体に伝達させることができ、粉詰まりの発生を抑制することができる。ここで、ピッチＰ１は粉の供給速度に比例する傾向にあると考えられる。ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１は、クリアランスＣ１を粉の供給速度に応じて補正した値と考えられる。

また、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１を所定の値以下に抑えることで、スクリューと筒部とのクリアランスに存在する粉体の量を抑制して、粉の凝集塊が切出されたか否かによる供給速度のバラツキが減じる。

以上、実施の形態１によれば、粉体を、安定した供給速度で供給することができる。

（実験）
次に、図４及び図５を参照して、実施の形態１にかかる粉体供給装置の実施例を用いて、行った粉体供給実験について説明する。

供給する粉体として、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）からなる粒子を含む粉体を用いた。以後、この粉体をＣＭＣ粉体と称する。図５において、「ＣＭＣ粉体平均粒径ｄ５０」とは、ＣＭＣからなる粒子を含む粉体の平均粒径（ｄ５０）を意味する。なお、平均粒径（ｄ５０）は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径を意味する。また、粒径は、レーザー回折・散乱法によって求められる。

ＣＭＣ粉体平均粒径ｄ５０、スクリューのピッチＰ１、クリアランスＣ１、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１のＣ１／Ｐ１、スクリュー回転数について図５に示すような実験条件で行った。

用いた粉体供給装置では、ホッパーの容積が７Ｌ未満、スクリューの長さが４８．６ｍｍ、菊座の分割数が４、筒部の内径が６．０ｍｍ又は１２ｍｍ、スクリューの径が４．８ｍｍ又は１０．８ｍｍであった。

まず、ＣＭＣ粉体を粉体供給装置に導入し、スクリューと菊座によって切り出させて、菊座下方から供給させる。その供給速度Ｖを少なくとも１５分間、計測した。ここで、実施例Ａ１〜Ａ３についての供給速度Ｖの計測結果を図４に示した。供給速度Ｖの計測結果から、１５分間における供給速度Ｖの最大値と最小値との差を算出し、この算出した差を供給速度ＶのバラツキΔとした。バラツキΔに基づいて、供給量の精度を確認するための精度判定を行った。具体的には、バラツキΔが供給速度Ｖの０．７％以下である場合、良好（○）と判定し、図５に「○」と記載した。また、バラツキΔが供給速度Ｖの０．７％を超える場合、不良（×）と判定し、図５に「×」と記載した。また、粉詰りが生じ、粉体を供給することができなかった場合も、不良（×）と判定し、図５に「×」と記載した。供給速度ＶとバラツキΔと精度判定とについての結果を、図５に示した。

図５に示すように、実施例１〜６、及び、比較例１〜６では、スクリューのピッチＰ１を６．８ｍｍとし、実施例７〜１１、及び、比較例７〜１０では、スクリューのピッチＰ１を１０．８ｍｍとした。

実施例１では、ＣＭＣ粉体の平均粒径が１５μｍ、スクリュー回転数が９０ｒｐｍ、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．８８×１０^−１とし、精度判定が良好（○）であった。一方、比較例１では、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．９６×１０^−１と実施例１と比較して高く、精度判定が不良（×）であった。

実施例２では、スクリュー回転数が実施例１と比較して２２０ｒｐｍと高く、実施例１と同様に、精度判定が良好（○）であった。一方、比較例２では、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．９６×１０^−１と実施例２と比較して高く、精度判定が不良（×）であった。

実施例３では、スクリュー回転数が実施例２と比較して３５０ｒｐｍと高く、実施例１と同様に、精度判定が良好（○）であった。一方、比較例３では、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．９６×１０^−１と実施例３と比較して高く、精度判定が不良（×）であった。実施例１〜３では、スクリュー回転数が９０ｒｐｍ、２２０ｒｐｍ、３５０ｒｐｍのいずれかであっても、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．８８×１０^−１であれば、精度判定が良好（○）であった。

実施例４では、ＣＭＣ粉体の平均粒径が３０μｍと、実施例３と比較して高いものの、実施例３と同様に、精度判定が良好（○）であった。一方、比較例４では、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．９６×１０^−１と実施例４と比較して高く、精度判定が不良（×）であった。

実施例５では、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．５９×１０^−１と、実施例３と比較して低いものの、実施例３と同様に、精度判定が良好（○）であった。一方、比較例５では、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．４４×１０^−１と、実施例５と比較して低く、粉が詰まってしまい、供給できなかった。つまり、精度判定が不良（×）であった。実施例３及び実施例５では、ＣＭＣ粉体の平均粒径が１５μｍ、スクリュー回転数が３５０ｒｐｍであって、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．５９×１０^−１、又は、０．８８×１０^−１であれば、精度判定が良好（○）であった。

実施例６では、ＣＭＣ粉体の平均粒径が３０μｍと、実施例５と比較して高いものの、実施例５と同様に、精度判定が良好（○）であった。一方、比較例６では、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．４４×１０^−１と、実施例６と比較して低く、粉が詰まってしまい、供給できなかった。つまり、精度判定が不良（×）であった。実施例４及び実施例６では、ＣＭＣ粉体の平均粒径が３０μｍ、スクリュー回転数が３５０ｒｐｍであって、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．５９×１０^−１、又は、０．８８×１０^−１であれば、精度判定が良好（○）であった。

実施例７では、ピッチＰ１が１０．８と、比較例３と比較して高く、さらに、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．６×１０^−１と、比較例３と比較して低い。しかし、実施例７では、比較例３と異なり、精度判定が良好（○）であった。一方、比較例７では、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．５６×１０^−１と、実施例７と比較して低く、粉が詰まってしまい、供給できなかった。つまり、比較例７では、精度判定が不良（×）であった。

実施例８では、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．７４×１０^−１と、実施例７と比較して高いものの、実施例７と同様に、精度判定が良好（○）であった。

また、実施例９では、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．８３×１０^−１と、実施例８と比較して高いものの、実施例８と同様に、精度判定が良好（○）であった。

一方、比較例８では、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．９３１．０×１０^−１と、実施例９と比較して高いものの、精度判定が不良（×）であった。実施例７〜実施例９では、ＣＭＣ粉体の平均粒径が１５μｍ、スクリュー回転数が３５０ｒｐｍであって、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１比Ｃ１／Ｐ１が０．６×１０^−１、０．７４×１０^−１、又は、０．８３×１０^−１であれば、精度判定が良好（○）であった。

実施例１０では、ＣＭＣ粉体の平均粒径が３０μｍと、実施例９と比較して高く、実施例９と同様に、精度判定が良好（○）であった。一方、比較例９では、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．９３×１０^−１と、実施例１０と比較して高く、精度判定が不良（×）であった。

実施例１１では、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．６×１０^−１と、実施例１０と比較して低いものの、実施例９と同様に、精度判定が良好（○）であった。一方、比較例１０では、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．５６×１０^−１と、実施例１０と比較して低く、実施例１０と異なり、精度判定が不良（×）であった。実施例１０及び実施例１１では、ＣＭＣ粉体の平均粒径が３０μｍ、スクリュー回転数が３５０ｒｐｍであって、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．６×１０^−１、又は、０．８３×１０^−１であれば、精度判定が良好（○）であった。

上記した実験の結果、例えば、実施例１〜実施例４、実施例８〜実施例１０から、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．８８×１０^−１以下であれば、精度判定が良好（○）となり得て好ましい。

また、例えば、実施例５〜実施例７、実施例１１から、ピッチＰ１に対するクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が０．５９×１０^−１以上であれば、精度判定が良好（○）となり得て好ましい。

したがって、スクリュー２のピッチＰ１と、回転羽根２ｂの先端と筒部１の内周面とのクリアランスＣ１との関係が、
０．５９×１０^−１≦Ｃ１／Ｐ１≦０．８８×１０^−１
であると、精度判定が良好（○）となり得てよい。

また、ＣＭＣ粉体の平均粒径が、１５〜３０μｍであると好ましい。また、スクリュー２の回転数が、９０〜３５０ｒｐｍであると好ましい。このような構成であれば、より確実に、安定した供給速度で、粉体を供給すると考えられる。

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。

１０ 粉体供給装置
１ 筒部 ２ スクリュー
２ａ 軸部 ２ｂ、２ｂｄ、２ｂｕ 回転羽根
Ｐ１ ピッチ Ｃ１ クリアランス
Ｃ１／Ｐ１ ピッチに対するクリアランスの比

Claims (3)

1. ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）からなる粒子を含む粉体を案内する筒部と、軸部と前記軸部を中心に螺旋状に延びる回転羽根とを有するスクリューと、を備え、前記スクリューを前記筒部の内側で回転させることによって、前記粉体を移動させる粉体供給装置であって、
   前記スクリューのピッチＰ１に対する前記回転羽根の先端と前記筒部の内周面とのクリアランスＣ１の比Ｃ１／Ｐ１が、
   ０．５９×１０^−１≦Ｃ１／Ｐ１≦０．８８×１０^−１
   である粉体供給装置。
2. 前記粉体の平均粒径が、１５〜３０μｍであることを特徴とする請求項１に記載される粉体供給装置。
3. 前記スクリューの回転数が、９０〜３５０ｒｐｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載される粉体供給装置。

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