JP6604112B2 - ホッパによる粉体供給システム - Google Patents

Description

本発明は、ホッパによる粉体供給システムに関し、さらに詳しくは、粉体をホッパからミキサに供給するために要する時間を短時間に抑えるとともに、粉体の供給残りを防止することができるホッパによる粉体供給システムに関するものである。

タイヤ等のゴム製品を製造する際には、密閉型混練機などのミキサによって原料ゴムと各種配合剤とを混合、混練する混練工程がある。粉体の配合剤を供給するために、ミキサにはホッパが設けられている（例えば、特許文献１参照）。ホッパには例えば、１バッチ分の粉体が収容され、この粉体を使用する際にホッパの排出口の開閉弁を開弁してミキサに供給する。

ホッパに収容された粉体は例えば、ミキサによる混練に伴う振動等に起因して締まりが強くなることがある。或いは、湿度などによっても粉体の締まりが強くなることがある。このような場合にはホッパの開閉弁を開弁しても、ホッパの内部で粉体のブリッジやラットホールが発生して、すべての粉体がミキサに供給されずに供給残りが生じる。粉体の供給残りが生じると、ミキサによる混練物の品質に悪影響が生じる。例えば、ホッパの開閉弁を所定時間で開閉制御している場合は、粉体の供給残りを防ぐことはできない。

一方、粉体の供給残りを防止するために、ホッパの開閉弁の開弁時間を安全率を考慮して大幅に長くすると、混練工程のサイクルタイムが長くなり、生産性が低下するという問題が生じる。そのため、粉体をホッパからミキサに供給するために要する時間を短時間に抑えるとともに、粉体の供給残りを防止するには改善の余地があった。

特開平１０−２６４１４６号公報

本発明の目的は、粉体をホッパからミキサに供給するために要する時間を短時間に抑えるとともに、粉体の供給残りを防止することができるホッパによる粉体供給システムを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明のホッパによる粉体供給システムは、粉体を収容してミキサに連通可能に接続されているホッパと、このホッパの排出口を開閉する開閉弁と、この開閉弁の開閉操作を制御する制御部とを備え、前記粉体を前記ミキサに供給する供給モードでは前記開閉弁を開弁し、前記粉体を前記ホッパにストックするストックモードでは前記開閉弁を閉弁する制御を行う構成にしたホッパによる粉体供給システムであって、前記ホッパに収容されている粉体の表面高さ位置を検知するセンサが備わり、前記供給モードの間は、前記センサにより前記ホッパに収容されている粉体の表面高さ位置を逐次検知し、この検知した表面高さ位置が予め設定されている閉弁高さに低下するまでは前記開閉弁を開弁した状態に維持し、前記閉弁高さまで低下した時に前記開閉弁を閉じる制御を行い、前記ストックモードにおいて、予め取得した前記ホッパの仕様データおよび前記粉体の嵩比重データと、前記センサにより検知した前記粉体の表面高さ位置とに基づいて、前記ホッパに収容されている粉体の収容重量を算出し、この算出した収容重量と予め設定されている規定収容重量とを比較する構成にしたことを特徴とする。
本発明の別のホッパによる粉体供給システムは、粉体を収容してミキサに連通可能に接続されているホッパと、このホッパの排出口を開閉する開閉弁と、この開閉弁の開閉操作を制御する制御部とを備え、前記粉体を前記ミキサに供給する供給モードでは前記開閉弁を開弁し、前記粉体を前記ホッパにストックするストックモードでは前記開閉弁を閉弁する制御を行う構成にしたホッパによる粉体供給システムであって、前記ホッパに収容されている粉体の表面高さ位置を検知するセンサが備わり、前記供給モードの間は、前記センサにより前記ホッパに収容されている粉体の表面高さ位置を逐次検知し、この検知した表面高さ位置が予め設定されている閉弁高さに低下するまでは前記開閉弁を開弁した状態に維持し、前記閉弁高さまで低下した時に前記開閉弁を閉じる制御を行い、前記ホッパに収容する粉体の重量を前記ホッパに投入する前に計量する計量器が備わり、前記ストックモードにおいて、予め取得した前記ホッパの仕様データおよび前記粉体の嵩比重データと、前記センサにより検知した前記粉体の表面高さ位置とに基づいて、前記ホッパに収容されている粉体の収容重量を算出し、この算出した収容重量と前記計量器により計量した前記粉体の計量重量とを比較する構成にしたことを特徴とする。
本発明のさらに別のホッパによる粉体供給システムは、粉体を収容してミキサに連通可能に接続されているホッパと、このホッパの排出口を開閉する開閉弁と、この開閉弁の開閉操作を制御する制御部とを備え、前記粉体を前記ミキサに供給する供給モードでは前記開閉弁を開弁し、前記粉体を前記ホッパにストックするストックモードでは前記開閉弁を閉弁する制御を行う構成にしたホッパによる粉体供給システムであって、前記ホッパに収容されている粉体の表面高さ位置を検知するセンサが備わり、前記供給モードの間は、前記センサにより前記ホッパに収容されている粉体の表面高さ位置を逐次検知し、この検知した表面高さ位置が予め設定されている閉弁高さに低下するまでは前記開閉弁を開弁した状態に維持し、前記閉弁高さまで低下した時に前記開閉弁を閉じる制御を行い、前記センサが複数台であり、これらセンサにより前記粉体のそれぞれ異なる平面視位置での表面高さ位置を逐次検知し、検知した表面高さ位置のうち、最も高い表面高さ位置を前記閉弁高さと比較する構成にしたことを特徴とする。

本発明によれば、前記ホッパに収容されている粉体の表面高さ位置を検知するセンサによる検知結果に基づいてホッパに粉体が残っているか否かを実質的に判断して開閉弁の開弁および閉弁を制御する。そのため、粉体をホッパからミキサに供給するために要する時間を短時間に抑えることができ、粉体の供給残りを防止することもできる。

ここで、警告手段を備えて、前記粉体の表面高さ位置が前記開閉弁を開弁してから予め設定された許容時間を経過するまでに前記閉弁高さまで低下しない場合は、前記警告手段により警告を発する構成にすることもできる。この構成によれば、警告手段により粉体の供給残りを把握できるので、ミキサによる混練物の品質向上に寄与する。

前記ストックモードでは、予め取得した前記ホッパの仕様データおよび前記粉体の嵩比重データと、前記センサにより検知した前記粉体の表面高さ位置とに基づいて、前記ホッパに収容されている粉体の収容重量を算出し、この算出した収容重量と予め設定されている規定収容重量とを比較する構成にすることもできる。この構成によれば、粉体の収容重量と規定収容重量とに乖離があるか否かを確認できるので、ミキサによる混練物の品質向上に寄与する。

前記ホッパに収容する粉体の重量を前記ホッパに投入する前に計量する計量器を備えて、前記ストックモードでは、予め取得した前記ホッパの仕様データおよび前記粉体の嵩比重データと、前記センサにより検知した前記粉体の表面高さ位置とに基づいて、前記ホッパに収容されている粉体の収容重量を算出し、この算出した収容重量と前記計量器により計量した前記粉体の計量重量とを比較する構成にすることもできる。この構成によれば、粉体の収容重量と計量重量とに乖離があるか否かを確認できるので、ミキサによる混練物の品質向上に寄与する。

前記センサとして例えば、複数台を用いて、これらセンサにより前記粉体のそれぞれ異なる平面視位置での表面高さ位置を逐次検知し、検知した表面高さ位置のうち、最も高い表面高さ位置を前記閉弁高さと比較することもできる。この構成によれば、局部的に粉体の表面高さ位置が低くなった範囲があった場合も、ホッパの内部に粉体が残っていることを検知できるので、粉体の供給残りを防止するには有利になる。

前記センサにより、例えば前記粉体の平面視の中央部および非中央部での表面高さ位置を逐次検知する。粉体の平面視の中央部と非中央部とでは表面高さ位置が異なることが比較的多いので、これにより、粉体の供給残りを防止するには有利になる。

本発明が適用される前記ミキサは例えば、未加硫のゴム材料を混練する密閉型混練機である。

密閉型混練機に設けられた本発明のホッパによる粉体供給システムの供給モードを例示する説明図である。 図１のホッパによる粉体供給システムのストックモードを例示する説明図である。 ストックモードのホッパの内部を例示する説明図である。 供給モードのホッパの内部を例示する説明図である。 本発明の粉体供給システムの別の実施形態のホッパの内部を例示する説明図である。

以下、本発明のホッパによる粉体供給システムを、ミキサの一種である未加硫のゴム材料を混練する密閉型混練機（バンバリミキサ）に適用した場合を例にして、図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１、図２に例示する密閉型混練機１は、混練室４と、混練室４の上方に連接されたラム室５とを備えていて、混練室４には一対のロータ２と、オイルを投入する油投入部７ａとが設けられている。ラム室５にはラム６が内設される。それぞれのロータ２は平行して配置された回転軸３によって回転駆動される。混練室４の底面には開閉する排出扉８が設けられている。

密閉型混練機１には、原料ゴムＧを投入するゴム投入部７ｂと、カーボン等の粉体Ｐを収容して粉体Ｐを混練室４に投入するホッパ９とが接続されている。混練室４では、原料ゴムＧ、粉体Ｐ、オイル等とからなるゴム材料Ｒが一対のロータ２により混練される。ラム６は、ゴム材料Ｒを混練する際の所定位置と、この所定位置よりも上方の待機位置との間を移動し、混練室４の内圧（ラム圧力）を調整する。

円錐状のホッパ９の先細りした下端部には排出口１０が形成されていて、排出口１０を開閉する開閉弁１１と、この開閉弁１１の開閉操作を制御する制御部１２とを備えている。開閉弁１１が開弁することによりホッパ９と密閉型混練機１とが連通する。開閉弁１１としては公知の様々なタイプの開閉弁１１を採用することができるが、例えば、バタフライ弁を用いる。

ホッパ９には、ノッカー１３とホッパ９に収容されている粉体Ｐの表面高さ位置Ｈを検知するセンサ１４とが備わっている。センサ１４には種々のタイプを用いることができるが、例えばレーザセンサを用いる。センサ１４による検知結果は制御部１２に逐次入力される。本発明の粉体供給システムは、少なくともホッパ９と、開閉弁１１と、制御部１２と、センサ１４とで構成される。この実施形態では、粉体供給システムには、さらに、粉体Ｐの重量を計量する計量器１５と、警告手段１６とを備えている。計量器１５による計量データは、制御部１２に入力される。警告手段１６としては、警告灯や警報を例示できる。

制御部１２は、ノッカー１３および警告手段１６の作動を制御する。制御部１２には、ホッパ９の仕様（形状寸法データ）および順次混練される１バッチ毎の粉体Ｐの嵩密度データの予め取得されたこれらデータが入力されている。

次いで、この粉体供給システムを備えた密閉型混練機１を用いてゴム材料Ｒを混練する工程を説明する。

制御部１２には粉体Ｐの供給モードおよびストックモードのプログラムが記憶されている。基本的に、混練室４に１バッチ分の原料ゴムＧ、粉体Ｐ、オイル等が投入されてから密閉型混練機１でゴム材料Ｒ１を混練している間が図２に例示するストックモードであり、混練が完了したゴム材料Ｒを排出扉８を開いて排出してから次バッチのゴム材料Ｒの混練を開始するまでが図１に例示する供給モードになる。

図２に例示するストックモードでは、計量器１５により計量された次バッチの粉体Ｐがホッパ９に投入される。ホッパ９の排出口１０では開閉弁１１が閉弁しているのでホッパ９に次バッチの粉体Ｐが収容される。ここで、図３に例示するように、センサ１４によりホッパ９に収容されている粉体Ｐの表面高さ位置Ｈ（センサ１４と粉体Ｐの表面までの距離）を検知する。

制御部１２では、検知した表面高さＨと、予め入力されているホッパ９の仕様データおよび粉体Ｐの嵩密度データに基づいて、ホッパ９に収容されている粉体Ｐの収容重量Ｗを算出する。そして、この粉体Ｐの収容重量Ｗと、計量器１５により計量されたこの粉体Ｐの計量重量Ｗ１とを比較する。これにより、計量器１５により計量された粉体Ｐがすべてホッパ９に収容されているか否かを確認できる。それ故、粉体Ｐの供給不良を防止できるので、密閉型混練機１により混練されるゴム材料Ｒの品質を向上させるには有利になる。

また、算出した粉体Ｐの収容重量Ｗと、予め設定されて制御部１２に入力されている規定収容重量Ｗ２とを比較する。規定収容重量Ｗ２とは、混練仕様として決定されている混練すべき粉体Ｐの重量である。この比較により、混練すべき重量の粉体Ｐがホッパ９に正確に収容されているか否かを確認できる。それ故、粉体Ｐの供給不良を防止できるので、密閉型混練機１により混練されるゴム材料Ｒの品質を向上させるには有利になる。

図１に例示する供給モードでは、開閉弁１１を開弁することによりホッパ９に収容されている１バッチ分の粉体Ｐを排出口１０を通じて混練室４に供給する。この際に、ノッカー１３によりホッパ９を揺動させて粉体Ｐの供給残りが発生しないようにする。混練室４には、その他に１バッチ分の原料ゴムＧやオイル等も供給される。

供給モードの間は図４に例示するように、センサ１４によりホッパ９に収容されている粉体Ｐの表面高さ位置Ｈを逐次検知する。供給モードでは開閉弁１１が開弁することにより、表面高さ位置Ｈは徐々に低下するので、これをセンサ１４により検知する。

そして、検知した表面高さ位置Ｈが予め設定されている閉弁高さＨＣに低下するまでは開閉弁１１を開弁した状態に維持する。この閉弁高さＨＣは、センサ１４から開閉弁１１までの距離に設定される。即ち、検知した粉体Ｐの表面高さ位置Ｈが閉弁高さＨＣになれば、粉体Ｐの全量がホッパ９から排出されたと考えることができる。そこで、センサ１４により検知した表面高さ位置Ｈが閉弁高さＨＣまで低下した時点で開閉弁１１を閉じる制御を行う。

このように本発明によれば、ホッパ９内部での粉体Ｐの表面高さ位置Ｈに基づいてホッパ９に粉体Ｐが残っているか否かを判断して開閉弁１１の開弁および閉弁を制御する。そのため、例えば、開閉弁１１を所定時間で開閉制御する場合に比して、粉体Ｐをホッパ９から密閉型混練機１に供給するために要する時間を短時間に抑えることができる。即ち、粉体Ｐの混練室４への供給が完了して直ちに混練工程を開始することが可能になる。これに伴い、混練工程のサイクルタイムを短縮するには有利になり、混練したゴム材料Ｒの生産性向上に寄与する。さらに、本発明によれば、検知した粉体Ｐの表面高さＨによってホッパ９に粉体Ｐが実質的に残っていないと判断した後に開閉弁１１を閉弁するので、ホッパ９から密閉混練機１への粉体Ｐの供給残りを防止することもできる。

ところで、粉体Ｐの全量がホッパ９から排出されないと、開閉弁１１を開弁した状態に維持し続けているにも拘らず、センサ１４により検知した表面高さ位置Ｈが閉弁高さＨＣまで低下しない。即ち、このような状況では、ホッパ９の内部で粉体Ｐのブリッジやラットホールが発生して、粉体Ｐの供給残りが生じていると考えることができる。

そこで、この粉体Ｐの全量を排出口１０を通じて混練室４に排出、供給できる過不足ない適切な許容時間Ｔａを予め設定しておき、この許容時間Ｔａを制御部１２に入力しておくとよい。そして、粉体Ｐの表面高さ位置Ｈが開閉弁１１を開弁してから許容時間Ｔａを経過までに閉弁高さＨＣまで低下しない場合は、警告手段１６により警告を発する。これにより、作業者等は粉体Ｐの供給に異常があることに気づく。この場合、ホッパ９の内部等を点検して、粉体Ｐのブリッジやラットホール等の発生の有無を確認する。このようにして、粉体Ｐの供給残りを把握できるので、密閉型混練機１により混練したゴム材料Ｒの品質向上に寄与する。

密閉型混合機１でのゴム材料Ｒの混練工程が完了すると排出扉８を開いて、混練したゴム材料Ｒを外部に排出する。これにより、この粉体供給システムでは、次バッチの粉体Ｐについて供給モードに移行する。混練バッチ毎に順次、このようにストックモードと供給モードとを繰り返してホッパ９に収容した粉体Ｐを密閉型混合機１に供給する。

ホッパ９に設置するセンサ１４は１台に限らず、図５に例示するように複数台にして、これらセンサ１４によりホッパ９に収容されている粉体Ｐのそれぞれ異なる平面視位置での表面高さ位置Ｈを逐次検知するとよい。複数台のセンサ１４を用いる場合は、それぞれのセンサ１４により検知した表面高さ位置Ｈのうち、最も高い表面高さ位置Ｈを閉弁高さＨＣと比較する。これにより、局部的に粉体Ｐの表面高さ位置Ｈが低くなった範囲があった場合も、ホッパ９の内部に粉体Ｐが残っていることを正確に検知できるので、粉体Ｐの供給残りを防止するには有利になる。

複数台のセンサ１４では、例えば粉体Ｐの平面視の中央部および非中央部での表面高さ位置Ｈを逐次検知するとよい。ホッパ９の内部では、粉体Ｐの平面視の中央部と非中央部とでは表面高さ位置Ｈが異なることが比較的多いので、このようにセンサ１４を設置することにより、粉体Ｐの供給残りを防止するには有利になる。１台のセンサ１４を移動させることにより、粉体Ｐの平面視の中央部および非中央部での表面高さ位置Ｈを逐次検知することもできる。

本発明の粉体供給システムは、上述した密閉型混練機に限らず、ニーダ、押出混練機などその他の各種ミキサに適用することができる。密閉型混練機１にホッパ９が接続されていると、ロータ３の回転やラム６の上下動による振動がホッパ９に伝わる。これに起因してホッパ９に収容している粉体Ｐの締まりが強くなり易いので、粉体Ｐのブリッジやラットホール等が発生する可能性が高くなる。それ故、この実施形態のように密閉型混練機１に本発明の粉体供給システムを適用すると、一段と本発明を得ることができる。

また、粉体Ｐの安息角が小さくなる程、供給残りが生じ易くなる。粉体Ｐの安息角とは、開口を下にして粉体Ｐを充填した円筒容器を引き上げて、粉体Ｐの山を作成した際に、その山の斜面と水平とがなす角度である。即ち、安息角が小さくなる程、斜面がなだらかな粉体Ｐの山になる。例えば、粉体Ｐをホッパ９に空送する場合には、空送中に粉体Ｐの破砕が進んで安息角が小さくなり易い。この時、粉体Ｐがカーボンよりもシリカの方が安息角が小さくなり易い。したがって、このような場合に本発明の粉体供給システムを用いると一段と本発明の効果を得ることができる。

１ 密閉型混練機（ミキサ）
２ ロータ
３ 回転軸
４ 混練室
５ ラム室
６ ラム
７ａ 油投入部
７ｂ ゴム投入部
８ 排出扉
９ ホッパ
１０ 排出口
１１ 開閉弁
１２ 制御部
１３ ノッカー
１４ センサ
１５ 計量器
１６ 警告手段
Ｇ 原料ゴム
Ｒ ゴム材料
Ｐ 粉体

Claims (6)

1. 粉体を収容してミキサに連通可能に接続されているホッパと、このホッパの排出口を開閉する開閉弁と、この開閉弁の開閉操作を制御する制御部とを備え、前記粉体を前記ミキサに供給する供給モードでは前記開閉弁を開弁し、前記粉体を前記ホッパにストックするストックモードでは前記開閉弁を閉弁する制御を行う構成にしたホッパによる粉体供給システムであって、
   前記ホッパに収容されている粉体の表面高さ位置を検知するセンサが備わり、前記供給モードの間は、前記センサにより前記ホッパに収容されている粉体の表面高さ位置を逐次検知し、この検知した表面高さ位置が予め設定されている閉弁高さに低下するまでは前記開閉弁を開弁した状態に維持し、前記閉弁高さまで低下した時に前記開閉弁を閉じる制御を行い、前記ストックモードにおいて、予め取得した前記ホッパの仕様データおよび前記粉体の嵩比重データと、前記センサにより検知した前記粉体の表面高さ位置とに基づいて、前記ホッパに収容されている粉体の収容重量を算出し、この算出した収容重量と予め設定されている規定収容重量とを比較する構成にしたことを特徴とするホッパによる粉体供給システム。
2. 粉体を収容してミキサに連通可能に接続されているホッパと、このホッパの排出口を開閉する開閉弁と、この開閉弁の開閉操作を制御する制御部とを備え、前記粉体を前記ミキサに供給する供給モードでは前記開閉弁を開弁し、前記粉体を前記ホッパにストックするストックモードでは前記開閉弁を閉弁する制御を行う構成にしたホッパによる粉体供給システムであって、
   前記ホッパに収容されている粉体の表面高さ位置を検知するセンサが備わり、前記供給モードの間は、前記センサにより前記ホッパに収容されている粉体の表面高さ位置を逐次検知し、この検知した表面高さ位置が予め設定されている閉弁高さに低下するまでは前記開閉弁を開弁した状態に維持し、前記閉弁高さまで低下した時に前記開閉弁を閉じる制御を行い、前記ホッパに収容する粉体の重量を前記ホッパに投入する前に計量する計量器が備わり、前記ストックモードにおいて、予め取得した前記ホッパの仕様データおよび前記粉体の嵩比重データと、前記センサにより検知した前記粉体の表面高さ位置とに基づいて、前記ホッパに収容されている粉体の収容重量を算出し、この算出した収容重量と前記計量器により計量した前記粉体の計量重量とを比較する構成にしたことを特徴とするホッパによる粉体供給システム。
3. 粉体を収容してミキサに連通可能に接続されているホッパと、このホッパの排出口を開閉する開閉弁と、この開閉弁の開閉操作を制御する制御部とを備え、前記粉体を前記ミキサに供給する供給モードでは前記開閉弁を開弁し、前記粉体を前記ホッパにストックするストックモードでは前記開閉弁を閉弁する制御を行う構成にしたホッパによる粉体供給システムであって、
   前記ホッパに収容されている粉体の表面高さ位置を検知するセンサが備わり、前記供給モードの間は、前記センサにより前記ホッパに収容されている粉体の表面高さ位置を逐次検知し、この検知した表面高さ位置が予め設定されている閉弁高さに低下するまでは前記開閉弁を開弁した状態に維持し、前記閉弁高さまで低下した時に前記開閉弁を閉じる制御を行い、前記センサが複数台であり、これらセンサにより前記粉体のそれぞれ異なる平面視位置での表面高さ位置を逐次検知し、検知した表面高さ位置のうち、最も高い表面高さ位置を前記閉弁高さと比較する構成にしたことを特徴とするホッパによる粉体供給システム。
4. 前記センサが複数台であり、これらセンサにより前記粉体のそれぞれ異なる平面視位置での表面高さ位置を逐次検知し、検知した表面高さ位置のうち、最も高い表面高さ位置を前記閉弁高さと比較する構成にした請求項１または２に記載のホッパによる粉体供給システム。
5. 前記センサにより、前記粉体の平面視の中央部および非中央部での表面高さ位置を逐次検知する構成にした請求項３または４に記載のホッパによる粉体供給システム。
6. 前記ミキサが未加硫のゴム材料を混練する密閉型混練機である請求項１〜５のいずれかに記載のホッパによる粉体供給システム。

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