JP6769627B2 - バタフライバルブおよび粉体排出方法 - Google Patents

Description

本発明は、粉体収容容器から粉体を排出するためのバタフライバルブと、粉体収容容器から粉体を排出する粉体排出方法とに関する。

下記特許文献１には、粉体収容容器から粉体を排出するための振動バタフライバルブが記載されている。この振動バタフライバルブは、円筒状のケーシングと、ケーシングに回転自在に装着されケーシングの径方向内側に規定される粉体通路を開閉するための円板状の弁体と、閉位置と任意の開位置とに弁体を位置づけるアクチュエータと、弁体を振動させるバイブレータとを備える。そして、この振動バタフライバルブによれば、アクチュエータによって弁体を任意の開度（たとえば１０〜１５度）に位置づけると共に、任意の開度に位置づけた弁体をバイブレータで振動させることにより、粉体収容容器から粉体を排出することができる。すなわち、振動バタフライバルブにおいては、開度が比較的小さくても、バイブレータで弁体を振動させることにより粉体収容容器内の粉体を刺激して粉体の排出を促進し、弁体とケーシングとの僅かな隙間から粉体を定量的に排出することができる。

特開２００８−５０００７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されている振動バタフライバルブにおいては、粉体の性状によっては弁体の振動に起因して粉体の凝集や圧密等が発生し粉体収容容器からの粉体の排出が困難となる場合がある。

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、幅広い種類の粉体の排出を可能とするバタフライバルブおよび粉体排出方法を提供することである。

上記課題を解決するために本発明の第１の局面が提供するのは以下のバタフライバルブである。すなわち、粉体収容容器から粉体を排出するためのバタフライバルブであって、円筒状のケーシングと、前記ケーシングに回転自在に装着され前記ケーシングの径方向内側に規定される粉体通路を開閉するための円板状の弁体と、前記粉体通路を閉塞する閉塞位置から第１の開度だけ前記弁体を回転させて前記粉体通路を開放すると共に、前記第１の開度よりも小さい第２の開度または前記第１の開度よりも大きい第３の開度と前記第１の開度との間で前記弁体を往復揺動させるアクチュエータとを備え、前記弁体の上面には上方に延びる１個以上の排出促進片が付設されているバタフライバルブである。

上記課題を解決するために本発明の第２の局面が提供するのは以下のバタフライバルブである。すなわち、粉体収容容器から粉体を排出するためのバタフライバルブであって、円筒状のケーシングと、前記ケーシングに回転自在に装着され前記ケーシングの径方向内側に規定される粉体通路を開閉するための円板状の弁体と、前記粉体通路を閉塞する閉塞位置から第１の開度だけ前記弁体を回転させて前記粉体通路を開放すると共に、前記第１の開度よりも小さい第２の開度または前記第１の開度よりも大きい第３の開度と前記第１の開度との間で前記弁体を往復揺動させるアクチュエータと、前記ケーシングの内周面に沿って上下方向に延びる円筒部を有し、前記ケーシングの内周面に装着された弾性変形可能な円筒状のシート部材と、前記粉体通路が開放されている状態において、前記ケーシングの内周面に沿って上下方向に延びる初期状態から前記円筒部の一部が前記初期状態よりも径方向内側に突出した内側突出状態に前記円筒部を弾性変形させることにより前記円筒部の内周面に付着した粉体を剥離させる剥離手段とを備えるバタフライバルブである。
前記剥離手段は、前記ケーシングの内周面に形成された凹所に付設され前記円筒部の外周面の一部に接触する１個以上の中空のバックアップチューブと、前記バックアップチューブに接続された圧空源とを含み、かつ前記圧空源で前記バックアップチューブ内を加圧して前記バックアップチューブを膨張させることにより前記円筒部を前記初期状態から前記内側突出状態に弾性変形させるのが好適である。
前記ケーシングには前記円筒部の外周面の少なくとも一部に接触する壁に貫通開口が形成された空気圧調整室が設けられており、前記剥離手段は前記空気圧調整室に接続された圧空源を含み、かつ前記圧空源で前記空気圧調整室内を加圧することにより前記貫通開口を介して前記円筒部を前記初期状態から前記内側突出状態に弾性変形させるのが好都合である。
前記剥離手段は前記円筒部の径方向外側に配置されたシリンダ手段を含み、かつ前記シリンダ手段で前記円筒部を径方向内側に押し込むことにより前記初期状態から前記内側突出状態に弾性変形させるのが好ましい。
前記ケーシングの内周面に装着された弾性変形可能な円筒状のシート部材と、前記ケーシングの内周面に沿って延びる初期状態から前記シート部材の少なくとも一部が前記初期状態よりも径方向外側に突出した外側突出状態に前記シート部材を弾性変形させることにより前記弁体が回転する際のトルクを低減するトルク低減手段とを備えるのが好適である。
前記トルク低減手段は、前記ケーシングの内周面に形成された凹所に付設され前記シート部材の外周面の少なくとも一部に接続された１個以上の中空のバックアップチューブと、前記バックアップチューブに接続された吸引源とを含み、かつ前記吸引源で前記バックアップチューブ内を減圧して前記バックアップチューブを収縮させることにより前記シート部材を前記初期状態から前記外側突出状態に弾性変形させるのが好都合である。
前記ケーシングには前記シート部材の外周面の少なくとも一部に接触する壁に貫通開口が形成された空気圧調整室が設けられており、前記トルク低減手段は前記空気圧調整室に接続された吸引源を含み、かつ前記吸引源で前記空気圧調整室内を減圧することにより前記貫通開口を介して前記シート部材を前記初期状態から前記外側突出状態に弾性変形させるのが好ましい。
前記トルク低減手段は前記シート部材の径方向外側に配置されたシリンダ手段を含み、かつ前記シリンダ手段で前記シート部材を径方向外側に引き込むことにより前記初期状態から前記外側突出状態に弾性変形させるのが好適である。
前記弁体は前記アクチュエータによって往復揺動された際に弾性変形する材質から形成されているのが好都合である。前記弁体を振動させるバイブレータを備えるのが好適である。

また、上記課題を解決するために本発明の第３の局面が提供するのは以下の粉体排出方法である。すなわち、円筒状のケーシングと、前記ケーシングに回転自在に装着され粉体収容容器の排出口を開閉するための弁体と、前記ケーシングの内周面に沿って上下方向に延びる円筒部を有し前記ケーシングの内周面に装着された弾性変形可能な円筒状のシート部材とを備えるバタフライバルブが排出口に装着された粉体収容容器から粉体を排出する粉体排出方法であって、粉体収容容器の排出口を閉塞する閉塞位置から第１の開度だけ前記弁体を回転させて排出口を開放する排出口開放工程と、前記第１の開度よりも小さい第２の開度または前記第１の開度よりも大きい第３の開度と前記第１の開度との間で前記弁体を往復揺動させる弁体揺動工程と、排出口が開放されている状態において、前記ケーシングの内周面に沿って上下方向に延びる初期状態から前記円筒部の一部が前記初期状態よりも径方向内側に突出した内側突出状態に前記円筒部を弾性変形させることにより前記円筒部の内周面に付着した粉体を剥離させる剥離工程とを含む粉体排出方法である。

前記弁体揺動工程を実施する際は、前記ケーシングの内周面に沿って延びる初期状態から前記シート部材の少なくとも一部が前記初期状態よりも径方向外側に突出しした外側突出状態に前記シート部材を弾性変形させることにより前記弁体が回転する際のトルクを低減するのが好適である。

本発明においては、第１の開度と第１の開度よりも小さい第２の開度との間で弁体を往復揺動させ、あるいは第１の開度と第１の開度よりも大きい第３の開度との間で弁体を往復揺動させることによって、粉体収容容器内の粉体に弁体から衝撃を加え、粉体の凝集や圧密等の発生を抑制しつつ粉体収容容器からの粉体の排出を促進するので、幅広い種類の粉体の排出が可能となる。

本発明に従って構成されたバタフライバルブの平面図、（ｂ）（ａ）に示すバタフライバルブの正面図、（ｃ）（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図。 支持台に支持されたアクチュエータと回転軸とがカップリングを介して接続されている場合の正面図。 （ａ）図１に示すシート部材の一部が径方向内側に突出した状態を示す断面図、（ｂ）図１に示すシート部材の一部が径方向外側に突出した状態を示す断面図。 図１に示すバタフライバルブが粉体収容容器の排出口に接続された状態を示す正面図。 （ａ）第１の開度と第２の開度との間で弁体が往復揺動している状態を示す断面模式図、（ｂ）第１の開度と第３の開度との間で弁体が往復揺動している状態を示す断面模式図。 （ａ）図１に示すバタフライバルブに排出促進片が付設された場合の平面図、（ｂ）（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図。 （ａ）図１に示すバタフライバルブに他の排出促進片が付設された場合の図６（ｂ）に相当する断面図、（ｂ）（ａ）におけるＤ−Ｄ線断面図。 図１に示すバタフライバルブにバイブレータが付設された場合の平面図。 （ａ）本発明に従って構成されたバタフライバルブの第２の実施形態を示す平面図、（ｂ）（ａ）におけるＥ−Ｅ線断面図。 （ａ）図９に示すケーシングの平面図、（ｂ）（ａ）に示すケーシングの正面図。 図９に示すシート部材の一部が径方向内側に突出した状態を示す断面図。 図９に示すシート部材の一部が径方向外側に突出した状態を示す断面図。 （ａ）本発明に従って構成されたバタフライバルブの第３の実施形態を示す平面図、（ｂ）（ａ）におけるＦ−Ｆ線断面図。 図１３に示すシート部材の一部が径方向内側に突出した状態を示す断面図。 図１３に示すシート部材の一部が径方向外側に突出した状態を示す断面図。 第３の実施形態のバタフライバルブの変形例の正面図。 排出実験で用いた排出装置の構成図。 （ａ）排出実験１（実施例）を実施している状態を示すバタフライバルブの断面模式図、（ｂ）排出実験２（比較例）を実施している状態を示すバタフライバルブの断面模式図。 （ａ）排出実験１における条件Ａ〜Ｄの結果を示すグラフ、（ｂ）排出実験１における条件Ｅ〜Ｊの結果を示すグラフ。 排出実験２の結果を示すグラフ。

以下、本発明に従って構成されたバタフライバルブおよび粉体排出方法の好適実施形態について図面を参照しつつ説明する。

まず、本発明に従って構成されたバタフライバルブの第１の実施形態について図１ないし図８を参照しつつ説明する。図１に全体を符号２で示すバタフライバルブは、円筒状のケーシング４と、ケーシング４に回転自在に装着され、ケーシング４の径方向内側に規定される粉体通路を開閉するための円板状の弁体６と、弁体６を回転および往復揺動させるアクチュエータ８とを備える。

ケーシング４は、鋼材等の適宜の金属材料から形成され得る。第１の実施形態では図１（ｃ）に示すとおり、ケーシング４の内周面の上下方向中間部には、径方向内側に没入して周方向に延びる一対の弧状凹所１０が形成されている。また、第１の実施形態のケーシング４には、弾性変形可能な材質（たとえばシリコンゴム）から形成されたシート部材１２が装着されている。このシート部材１２は、ケーシング４の内周面に沿って上下方向に延びる円筒部１４と、円筒部１４の上端から径方向外側に延びる上側環状部１６と、円筒部１４の下端から径方向外側に延びる下側環状部１８とを有する。円筒部１４の外周面はケーシング４の内周面に密着し、上側環状部１６の下面はケーシング４の上面に密着し、下側環状部１８の上面はケーシング４の下面に密着している。第１の実施形態のバタフライバルブ２においては、円筒部１４の内周面によって粉体通路２０が規定されている。また、シート部材１２の上側環状部１６および下側環状部１８は、バタフライバルブ２の上側および下側に粉体収容容器やシュート部材等が接続された際に、接続箇所から外部へと粉体が漏れるのを防止するパッキンとして機能する。

円板状の弁体６は、鋼材等の適宜の金属材料またはウレタンゴム等の適宜の合成ゴム材料から形成され得る。弁体６の周縁には、互いに対向する位置から径方向外側に延びる一対の金属製の回転軸２２が付設されており、弁体６は各回転軸２２を介してケーシング４に回転自在に装着されている。そして、第１の実施形態のバタフライバルブ２においては、粉体通路２０を閉塞する閉塞位置（図１（ｃ）に示す位置）に弁体６が位置づけられた際に、弁体６の周縁とシート部材１２の円筒部１４の内周面とが密着して上方から下方への粉体の通過を遮断するようになっている。

第１の実施形態のアクチュエータ８は、弁体６の一方の回転軸２２に接続された電動モータから構成されている。アクチュエータ８を構成する電動モータとしては、公知のサーボモータや、減速機構を介することなく被回転体（第１の実施形態では弁体６の一方の回転軸２２）に回転を直接的に伝達するダイレクトドライブモータを用いることができる。なお、図１には、アクチュエータ８としてのモータと一方の回転軸２２とが直結されていると共に、ブラケット２４を介してケーシング４にアクチュエータ８が支持されている例を示しているが、図２に示すとおり、アクチュエータ８としてのモータと一方の回転軸２２とがカップリング２６を介して連結されていると共に、アクチュエータ８が適宜の支持台２８に支持されていてもよい。

そして、アクチュエータ８においては、粉体通路２０を閉塞する閉塞位置から第１の開度（たとえば１０度）だけ弁体６を回転させて粉体通路２０を開放する。また、アクチュエータ８は、第１の開度と、第１の開度よりも小さい第２の開度（たとえば５度）との間で弁体６を往復揺動させ、あるいは、第１の開度と、第１の開度よりも大きい第３の開度（たとえば１５度）との間で弁体６を往復揺動させるようになっている。なお、第１の開度、第２の開度および第３の開度は任意であり、第２の開度は０度（粉体通路２０を閉塞する閉塞位置）を含む。

また、第１の実施形態のバタフライバルブ２は、ケーシング４の内周面に沿って延びる初期状態から、シート部材１２の円筒部１４の少なくとも一部が初期状態よりも径方向内側に突出した内側突出状態にシート部材１２を弾性変形させることにより、シート部材１２の内周面に付着した粉体を剥離させる剥離手段３０を備えている。

図１に示すとおり、剥離手段３０は、ケーシング４の一対の弧状凹所１０に付設された一対の中空のバックアップチューブ３２と、各バックアップチューブ３２に管路３４によって接続された圧空源３６とを含む。バックアップチューブ３２は、弾性変形可能な適宜の合成ゴムから形成されており、シート部材１２の円筒部１４の外周面の上下方向中間部に接触している。なお、バックアップチューブ３２の個数は任意であり、１個でもよく、あるいは３個以上であってもよい。

そして、剥離手段３０においては、圧空源３６でバックアップチューブ３２内を加圧してバックアップチューブ３２を膨張させることにより、シート部材１２を初期状態（図１（ｃ）に示す状態）から内側突出状態（図３（ａ）に示す状態）に弾性変形させる。これによって、シート部材１２の円筒部１４の内周面に付着した粉体が剥離する。

また、第１の実施形態のバタフライバルブ２は、初期状態から、シート部材１２の円筒部１４の少なくとも一部が初期状態よりも径方向外側に突出した外側突出状態にシート部材１２を弾性変形させることにより、弁体６が回転する際のトルクを低減するトルク低減手段３８を備えている。

第１の実施形態のトルク低減手段３８は、上記一対のバクアップチューブ３２と、各バックアップチューブ３２に接続された吸引源４０とを含む。バックアップチューブ３２がトルク低減手段３８の構成要素である場合には、バックアップチューブ３２の外周面の一部とシート部材１２の外周面の一部とが接着剤等によって接続される。また、第１の実施形態では、管路３４と、管路３４から分岐する分岐管路４２とを介してバックアップチューブ３２と吸引源４０とが接続されている。

そして、トルク低減手段３８においては、吸引源４０でバックアップチューブ３２内を減圧してバックアップチューブ３２を収縮させることにより、シート部材１２を初期状態から外側突出状態（図３（ｂ）に示す状態）に弾性変形させる。これによって、弁体６の周縁とシート部材１２の円筒部１４の内周面との間の摺動抵抗が小さくなり、弁体６が回転する際のトルクが低減されるので、アクチュエータ８の大型化が抑制される。

次に、上述したとおりのバタフライバルブ２を用いて、粉体収容容器から粉体を排出する粉体排出方法について説明する。

図４には、粉体Ｐが収容されている粉体収容容器４４が示されている。この粉体収容容器４４は、上下方向に延びる円筒状の胴部４６と、胴部４６の下端から下方に向かって次第に縮径するコーン部４８とを有する。コーン部４８の下端には排出口５０が形成されており、この排出口５０には上述のバタフライバルブ２が装着されている。排出口５０とバタフライバルブ２との接続には、ボルトを用いてもよく、あるいはヘルールクランプを用いてもよい。

粉体収容容器４４から粉体Ｐを排出する際は、まず、粉体収容容器４４の排出口５０を閉塞する閉塞位置から第１の開度だけ弁体６をアクチュエータ８によって回転させて、排出口５０を開放する排出口開放工程を実施する。

排出口開放工程を実施した後、図５に示すとおり、第１の開度よりも小さい第２の開度または第１の開度よりも大きい第３の開度と第１の開度との間で弁体６をアクチュエータ８によって往復揺動させる弁体揺動工程を実施する。図５（ａ）には、一点鎖線で示されている閉塞位置から第１の開度θ１まで弁体６を回転させた後、第１の開度θ１と第２の開度θ２（θ２＜θ１）との間で弁体６を往復揺動させている状態の模式図が示されており、図５（ｂ）には、閉塞位置から第１の開度θ１まで弁体６を回転させた後、第１の開度θ１と第３の開度θ３（θ３＞θ１）との間で弁体６を往復揺動させている状態の模式図が示されている。弁体揺動工程を実施することにより、粉体収容容器４４の排出口５０付近の粉体Ｐに弁体６から衝撃を加え、粉体Ｐの凝集や圧密等の発生を抑制しつつ粉体収容容器４４からの粉体Ｐの排出を促進することができる。したがって、図示の実施形態の粉体排出方法においては、幅広い粉体の排出が可能となると共に、粉体の排出が停滞することなく定量的な粉体の排出が可能となる。

また、弁体６がアクチュエータ８によって往復揺動された際に弾性変形する材質（たとえばウレタンゴム）から形成されている場合には、弁体６の往復揺動のほか、弁体６の弾性変形（回転軸２２を中心とした弁体６のしなり）によっても粉体Ｐに衝撃を加えることができ、粉体Ｐの排出を一層促進することができる。

上述の排出口開放工程や弁体揺動工程を実施する際は、シート部材１２を初期状態から外側突出状態に弾性変形させることにより弁体６が回転する際のトルクを低減するのが好ましい。第１の実施形態では図３（ｂ）に示すとおり、吸引源４０を作動させてバックアップチューブ３２を収縮させることにより、シート部材１２を初期状態から外側突出状態に弾性変形させことができる。これによって、弁体６の周縁とシート部材１２の円筒部１４の内周面との間の摺動抵抗が小さくなり、弁体６が回転する際のトルクを低減することができる。

また、弁体揺動工程を実施する際は、弁体６の揺動範囲を段階的に変更してもよい。たとえば、最初に１０度と１５度との間で弁体６を往復揺動させ、次いで５度と１０度との間で弁体６を往復揺動させた後、０度と５度との間で弁体６を往復揺動させ、弁体６の揺動範囲を３段階で変更するようにしてもよい。これによって、バタフライバルブ２から所定重量の粉体Ｐを計量容器（図示していない。）等の適宜の容器に排出する場合に、排出時間を短縮しつつ排出重量精度の向上を図ることができる。弁体６の揺動範囲の段階的変更は、上記のような３段階でなくともよく２段階あるいは４段階以上にしてもよく、揺動範囲も５度でなくてもよく任意に設定され得る。

粉体収容容器４４から粉体Ｐを排出した後、バタフライバルブ２のシート部材１２の円筒部１４の内周面に粉体Ｐが付着して残存する場合がある。このような場合には、シート部材１２を初期状態から内側突出状態に弾性変形させることによりシート部材１２の円筒部１４の内周面に付着した粉体Ｐを剥離させる剥離工程を実施するのが好適である。図示の実施形態では図３（ａ）に示すとおり、弁体６を閉塞位置から適宜の開度まで回転させた状態において、圧空源３６を作動させてバックアップチューブ３２を膨張させることにより、シート部材１２を初期状態から内側突出状態に弾性変形させることができる。これによって、シート部材１２の円筒部１４の内周面に付着した粉体Ｐを剥離することができる。

また、上述のバタフライバルブ２の弁体６の上面には上方に延びる１個以上の排出促進片が付設されていてもよく、排出促進片が付設された場合のバタフライバルブ２について図６および図７を参照して説明する。

図６に示すバタフライバルブ２の弁体６の上面には、回転軸２２同士の間において径方向に間隔をおいて弁体６の上方に延びる３個の排出促進片５２ａ、５２ｂ、５２ｃが付設されている。両側の排出促進片５２ａ、５２ｃ長さは中央の排出促進片５２ｂの長さよりも短く、各排出促進片５２ａ、５２ｂ、５２ｃの先端が弁体６周縁の軌跡から突出しないようになっている。また、図７に示すバタフライバルブ２の弁体６の上面には、弁体６の径方向中心から上方に向かって径方向外側（回転軸２２側）に傾斜して延びる一対の排出促進片５４が付設されている。そして、図６および図７に示すバタフライバルブ２においては、弁体６が回転または往復揺動した際に弁体６の上方に位置する粉体を排出促進片５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５４で撹拌することができるので、粉体の排出を一層促進することができる。なお、排出促進片５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５４の形状については、円柱状や角柱状、板状等の任意の形状を採用することができる。

さらに、上述のバタフライバルブ２は、弁体６を振動させるバイブレータを備えていてもよく、バイブレータが付設された場合のバタフライバルブ２について図８を参照して説明する。

図８に示すバタフライバルブ２のアクチュエータ８が接続されていない方の回転軸２２には、回転軸２２を介して弁体６を振動させるエア駆動式のバイブレータ５６が付設されている。そして、図８に示すバタフライバルブ２においては、アクチュエータ８で弁体６を往復揺動させて粉体に衝撃を加えると共に、バイブレータ５６で弁体６を振動させて粉体を刺激することによって、粉体の排出を一層促進することができ、比較的付着性の高い粉体に対して有効である。

次に、本発明に従って構成されたバタフライバルブの第２の実施形態について図９ないし図１２を参照しつつ説明する。なお、第２の実施形態の説明では、第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付しその説明を省略する。

図９に全体を符号６０で示すバタフライバルブは、円筒状のケーシング６２と、ケーシング６２に回転自在に装着され、ケーシング６２の径方向内側に規定される粉体通路２０を開閉するための円板状の弁体６と、弁体６を回転および往復揺動させるアクチュエータとを備える。なお、図９にはアクチュエータを図示していないが、第２の実施形態のアクチュエータは第１の実施形態のアクチュエータ８と同一でよい。

図９および図１０に示すとおり、鋼材等の適宜の金属材料から形成され得るケーシング６２の内部には一対の弧状の空気圧調整室６４が設けられている。空気圧調整室６４の内周縁を規定する円筒状の内側壁６６には、周方向に延びる弧状の貫通開口６８が形成されている。また、ケーシング６２にはシート部材１２が装着されており、シート部材１２の円筒部１４の外周面はケーシング６２の内側壁６６に密着し、上側環状部１６の下面はケーシング６２の上面に密着し、下側環状部１８の上面はケーシング６２の下面に密着している。

第２の実施形態における剥離手段について説明する。図９に符号７０で示す剥離手段は空気圧調整室６４に管路３４によって接続された圧空源３６を含む。そして、剥離手段７０においては、図１１に示すとおり、圧空源３６で空気圧調整室６４内を加圧することにより、内側壁６６の貫通開口６８を介してシート部材１２を初期状態から内側突出状態に弾性変形させる。これによって、シート部材１２の円筒部１４の内周面に付着した粉体Ｐが剥離する。

第２の実施形態におけるトルク低減手段について説明する。図９に符号７２で示すトルク低減手段は空気圧調整室６４に接続された吸引源４０を含む。空気圧調整室６４と吸引源４０とは、管路３４および分岐管路４２を介して接続されている。そして、トルク低減手段７２においては、図１２に示すとおり、吸引源４０で空気圧調整室６４内を減圧することにより、シート部材１２を初期状態から外側突出状態に弾性変形させる。これによって、弁体６の周縁とシート部材１２の円筒部１４の内周面との間の摺動抵抗が小さくなり、弁体６が回転する際のトルクが低減する。

次に、本発明に従って構成されたバタフライバルブの第３の実施形態について図１３ないし図１５を参照しつつ説明する。なお、第３の実施形態の説明においても、第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付しその説明を省略する。

図１３に示すとおり、バタフライバルブ８０のケーシング４には、径方向に沿って延びる複数（第３の実施形態では６個）のシリンダ手段８２が周方向に間隔を置いて装着されており、複数のシリンダ手段８２はシート部材１２の径方向外側に配置されている。シリンダ手段８２はエア駆動式でも電気駆動式でもよい。

そして、第３の実施形態においては、図１４に示すとおり、シリンダ手段８２のロッド８４を伸長させ、バックアップチューブ３２を介してシート部材１２を径方向内側に押し込むことにより、シート部材１２を初期状態から内側突出状態に弾性変形させる。これによって、シート部材１２の円筒部１４の内周面に付着した粉体Ｐが剥離する。なお、シリンダ手段８２が剥離手段として機能する場合には、シート部材１２とバックアップチューブ３２とは接続されていなくてもよく、また、バックアップチューブ３２の内面３２ａとシリンダ手段８２のロッド８４の先端部とが接続されていなくてもよい。

また、第３の実施形態においては、図１５に示すとおり、シリンダ手段８２のロッド８４を収縮させ、バックアップチューブ３２を介してシート部材１２を径方向外側に引き込む込むことにより、シート部材１２を初期状態から外側突出状態に弾性変形させる。これによって、弁体６の周縁とシート部材１２の円筒部１４の内周面との間の摺動抵抗が小さくなり、弁体６が回転する際のトルクが低減する。なお、シリンダ手段８２がトルク低減手段として機能する場合には、シート部材１２とバックアップチューブ３２とが接着剤等を介して接続され、かつバックアップチューブ３２の径方向内側壁の内面３２ａとシリンダ手段８２のロッド８４の先端部とが接続されることとなる。

なお、第２および第３の実施形態においても、弁体６の上面から上方に延びる上述の排出促進片５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５４や、弁体６を振動させる上述のバイブレータ５６が付設されていてもよい。また、第３の実施形態では、バックアップチューブ３２を介してシート部材１２を変形させるシリンダ手段８２がバタフライバルブ８０に装着されている例を説明したが、シート部材１２を変形させるシリンダ手段はバタフライバルブに装着されておらず、バタフライバルブとは別個に設けられていてもよく、これについて図１６を参照して説明する。

図１６には、粉体が収容された移動容器９０が示されている。フォークリフト等の適宜の移動手段（図示していない。）によって移動される移動容器９０は、上下方向に延びる円筒状の胴部９２と、胴部９２の下端から下方に向かって次第に縮径するコーン部９４と、コーン部９４の上端側外面から下方に延びる複数の脚部材９６とを備える。コーン部９４の下端には排出口９８が形成されている。また、脚部材９６には、移動容器９０の径方向に沿って延びる複数（図１６に示す例では一対）の棒部材１００が軸受部材１０２を介して径方向に移動自在に装着されている。

バタフライバルブ１０４は移動容器９０の排出口９８に接続されており、バタフライバルブ１０４のケーシング１０６には、径方向に沿って延びる複数（図１６に示す例では一対）のプランジャ１０８が径方向に移動自在に装着されている。プランジャ１０８の径方向内側端部はバックアップチューブ３２に接触ないし近接し、プランジャ１０８の径方向外側端部は棒部材１００の径方向内側端部に接触ないし近接している。

そして、図１６に示す変形例においては、縦方向に延びる中央の一点鎖線よりも右側の右側半部に示すとおり、適宜のブラケット１１０を介して固定されたエア駆動または電気駆動のシリンダ手段１１２によって棒部材１００を径方向内側に押し込むと、棒部材１００によってプランジャ１０８が径方向内側に押し込まれることになる。そうすると、径方向内側に押し込まれたプランジャ１０８によって、バックアップチューブ３２を介してシート部材１２が初期状態から内側突出状態に弾性変形するので、シート部材１２の円筒部１４の内周面に付着した粉体Ｐが剥離する。なお、シリンダ手段１１２による棒部材１００の押し込みを解除すると、適宜のばね部材（図示していない。）の付勢力によって、プランジャ１０８および棒部材１００が図１６の左側半部に示す初期位置に移動し、シート部材１２が内側突出状態から初期状態に戻ることになる。

本発明者らは、以下のとおりの粉体排出装置を用いて、バタフライバルブの弁体を往復揺動させて粉体を排出する排出実験１（実施例：本発明のバタフライバルブを用いた排出方法に関する排出実験）と、所定開度に保持した弁体を振動させて粉体を排出する排出実験２（比較例：従来の振動バタフライバルブを用いた排出方法に関する排出実験）とを行った。

図１７に示すとおり、排出実験１および２で用いた粉体排出装置１２０は、下端に排出口１２２が形成された容量４００Ｌの第１の容器１２４と、上端部が第１の容器１２４の排出口１２２に接続されたバタフライバルブ１２６と、バタフライバルブ１２６の下端部に接続されたフレキシブルシュート１２８と、フレキシブルシュート１２８の下方に配置された第２の容器１３０と、第２の容器１３０に収容された粉体Ｐの重量を計測する計量器１３２とを備える。

図１８に示すとおり、バタフライバルブ１２６は、円筒状のケーシング１３４と、ケーシング１３４に回転自在に装着されケーシング１３４の径方向内側に規定される粉体通路１３６を開閉するための円板状の弁体１３８と、弁体１３８の周縁から突出する一対の回転軸１４０と、回転軸１４０の一方に接続され弁体１３８を回転および往復揺動させるアクチュエータとしてのダイレクトドライブモータ１４２（図１７参照。株式会社アイエイアイ製、型式「ＤＤＡ−ＬＨ１８ＣＰ−ＡＩ−６００−３６０」）と、回転軸１４０の他方に接続されたエア駆動式ピストンバイブレータ１４４（図１７参照。ドイツ国Ｎｅｔｔｅｒ社製、型式「ＮＴＳ１２０ＨＦ」）とを含む。

図１８に示すとおり、バタフライバルブ１２６のケーシング１３４の上下方向中間部の内周面には周方向に延びる弧状凹所１４６が形成されており、この弧状凹所１４６には環状のシリコンゴム製シート部材１４８が付設されている。バタフライバルブ１２６の口径は１５０Ａであり、ケーシング１３４、弁体１３８および回転軸１４０の材質はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）であり、粉体Ｐが接触する部分（ケーシング１３４の内周面、弁体１３８の上面および下面、ケーシング１３４の内側に位置する回転軸１４０）には３００番のバフ研磨が施されている。

排出実験１および２で用いた粉体Ｐはコーヒー豆粉砕品であり、このコーヒー豆粉砕品の特性値は以下のとおりである。
粒度分布（目開きが異なる複数のふるいを用いて測定した。）
粒度（μｍ） 割合（重量％）
＞２０００ ： １．０２
≦２０００ ＞１０００ ： ３２．３９
≦１０００ ＞６００ ： ４４．３９
≦６００ ＞５００ ： ４．００
≦５００ ＞３００ ： ８．７６
≦３００ ＞２５０ ： ４．６７
≦２５０ ＞１５０ ： ３．９１
≦１５０ ＞１０６ ： ０．３４
≦１０６ ： ０．５２
平均粒径 ： ８５０．５μｍ
安息角 ： ４８．１度
かさ密度
ゆるめ ： ０．３３６ｇ／ｃｃ
固め ： ０．４０３ｇ／ｃｃ
圧縮度 ： １６．６％
スパチュラ角
衝撃前 ： ６６．２度
衝撃後 ： ４６．３度
平均値 ： ５６．３度
凝集度 ： ９８．９％
崩潰角 ： ２８．６度
差角 ： １９．５度
分散度 ： ３６．３％

排出実験１では、第１の容器１２４に粉体Ｐとして上記コーヒー豆粉砕品を投入した後、図１８（ａ）に示すようにダイレクトドライブモータ１４２で弁体１３８を最大速度１４４０度／秒で往復揺動させて第１の容器１２４から第２の容器１３０に粉体Ｐを排出し、粉体Ｐの累積排出重量の時間変化を測定した。また、排出実験１では、弁体１３８の揺動範囲を以下の条件Ａ〜Ｊに設定し、設定した条件ごとに粉体Ｐの累積排出重量の時間変化を測定した。なお、排出実験１では、エア駆動式ピストンバイブレータ１４４は作動させていない。

排出実験１の結果は、図１９（ａ）および図１９（ｂ）に示すとおりであり、条件Ａ〜Ｊのすべてにおいて粉体Ｐの累積排出重量が時間にほぼ比例して増大し、定量的に粉体Ｐが排出された。また、条件Ａ〜Ｊごとの粉体Ｐの排出能力は以下のとおりである。
弁体の揺動範囲（度） 粉体の排出能力（ｋｇ／ｈ）
Ａ：３〜７ ０．４３
Ｂ：４〜８ １．５
Ｃ：５〜９ ６．３
Ｄ：８〜１２ ２２．７
Ｅ：１０〜１４ ５２．５
Ｆ：１５〜１９ １１０
Ｇ：２０〜２４ ２７８
Ｈ：２３〜２７ ３８１
Ｉ：２５〜２９ ４６０
Ｊ：２７〜３１ ５７７

排出実験２では、第１の容器１２４に粉体Ｐとして上記コーヒー豆粉砕品を投入した後、ダイレクトドライブモータ１４２で弁体１３８を閉塞位置から所定開度まで回転させると共に所定開度で弁体１３８を保持し、０．４ＭＰａの圧空でエア駆動式ピストンバイブレータ１４４を作動させて弁体１３８を振動させながら、第１の容器１２４から第２の容器１３０に粉体Ｐを排出し、粉体Ｐの累積排出重量の時間変化を測定した。排出実験２では、弁体１３８の開度を以下の条件α〜γに設定し、設定した条件ごとに粉体Ｐの累積排出重量の時間変化を測定した。なお、排出実験２では、弁体１３８を所定開度まで回転させた後、ダイレクトドライブモータ１４２の作動を停止しており、粉体Ｐを排出している際に弁体１３８の開度は一定であって弁体１３８の往復揺動は行っていない。

排出実験２の結果は、図２０に示すとおりであり、各条件α〜γにおいて、粉体Ｐの排出を開始してから１分程度は粉体Ｐの累積排出重量が時間に比例して増大したが、時間の経過と共に第１の容器１２４から排出される粉体Ｐの重量が減少した。また、条件α〜γにおける粉体Ｐの当初排出能力（排出開始から１分程度経過するまでの間の排出能力）は以下のとおりである。
弁体の開度（度） 粉体の当初排出能力（ｋｇ／ｈ）
α：１０ ４
β：１２ １７．５
γ：１４ ２４．９

排出実験２では、弁体１３８の振動によって第１の容器１２４に収容されている粉体Ｐの凝集や圧密等が生じて、粉体Ｐの排出重量が減少したと考えられる。このように所定開度に保持した弁体１３８を振動させながら粉体Ｐを排出すると時間の経過と共に排出重量が減少してしまうような粉体Ｐであっても、排出実験１では、弁体１３８を往復揺動させながら粉体Ｐを排出することにより、時間が経過しても粉体Ｐが排出される重量は大きく変化せずほぼ定量的に粉体Ｐが排出された。すなわち、従来の振動バタフライバルブでは粉体収容容器からの排出が困難な粉体Ｐであっても、本発明のバタフライバルブを用いることによって、粉体収容容器から定量的に粉体Ｐを排出可能であることを排出実験１および２から確認することができた。

また、排出実験１の弁体１３８の揺動範囲の最大値と、排出実験２の弁体１３８の開度とがほぼ同一である場合のそれぞれの排出能力を比較すると、排出実験１における弁体１３８の揺動範囲が５〜９度、８〜１２度、１０〜１４度であるときの排出能力はそれぞれ６．３ｋｇ／ｈ、２２．７ｋｇ／ｈ、５２．５ｋｇ／ｈであるのに対し、排出実験２における弁体１３８の開度が１０度、１２度、１４度であるときの当初排出能力はそれぞれ４ｋｇ／ｈ、１７．５ｋｇ／ｈ、２４．９ｋｇ／ｈであり、弁体１３８を揺動させる場合の揺動範囲の最大値と、弁体１３８を振動させる場合の弁体１３８の開度が同程度の場合、従来の振動バタフライバルブよりも本発明のバタフライバルブの方が高い排出能力を示すことを確認することができた。

なお、排出実験１および２において騒音を計測したところ、排出実験１における騒音は５１ｄＢであり、排出実験２における騒音は８２ｄＢであり、排出実験１においてドライブモータ１４２で弁体１３８を往復揺動させる際の騒音よりも、排出実験２においてエア駆動式ピストンバイブレータ１４４を作動させる際の騒音の方が大きかった。すなわち、従来の振動バタフライバルブよりも本発明のバタフライバルブの方が低騒音であることを確認することができた。

ところで、上述の粉体排出装置１２０のような構成を備える粉体排出装置が医薬品の粉体や食品の粉体を扱う工場で使用される場合がある。医薬品の粉体や食品の粉体を扱う工場では、粉体排出装置の清掃が適宜行われるところ、上述の粉体排出装置１２０では、バタフライバルブ１２６の弁体１３８を回転および往復揺動させるダイレクトドライブモータ１４２が粉体通路１３６の外部に配置されているので、粉体排出装置１２０の分解清掃が比較的容易である。一方、バタフライバルブ１２６に代えて公知のコーンバルブを有する粉体排出装置の場合には、コーンバルブの上方または下方に配置されるコーンバルブ作動機構が第１の容器１２４の内部やフレキシブルシュート１２８の内部に位置することになるので、粉体排出装置の分解清掃が比較的困難である。

なお、上述の実施形態および実施例においては、ケーシングと弁体とアクチュエータとが一体となっているバタフライバルブについて説明したが、ケーシングと弁体とが粉体収容移動容器に装着されていると共に、粉体収容移動容器内の粉体が排出される排出ステーションに、弁体を回転および往復揺動させるアクチュエータと、アクチュエータを弁体の回転軸に着脱するための着脱機構とが設けられていてもよい。このような形態については、たとえば特許第５７８４９４５号公報に記載の形態を用いることができる。

２：バタフライバルブ（第１の実施形態）
４：ケーシング
６：弁体
８：アクチュエータ
１０：弧状凹所
１２：シート部材
２０：粉体通路
３０：剥離手段
３２：バックアップチューブ
３６：圧空源
３８：トルク低減手段
４０：吸引源
４４：粉体収容容器
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５４：排出促進片
５６：バイブレータ
６０：バタフライバルブ（第２の実施形態）
６２：ケーシング
６４：空気圧調整室
６８：貫通開口
７０：剥離手段
７２：トルク低減手段
８０：バタフライバルブ（第３の実施形態）
８２：シリンダ手段
Ｐ：粉体

Claims (13)

1. 粉体収容容器から粉体を排出するためのバタフライバルブであって、
   円筒状のケーシングと、
   前記ケーシングに回転自在に装着され前記ケーシングの径方向内側に規定される粉体通路を開閉するための円板状の弁体と、
   前記粉体通路を閉塞する閉塞位置から第１の開度だけ前記弁体を回転させて前記粉体通路を開放すると共に、前記第１の開度よりも小さい第２の開度または前記第１の開度よりも大きい第３の開度と前記第１の開度との間で前記弁体を往復揺動させるアクチュエータとを備え、
   前記弁体の上面には上方に延びる１個以上の排出促進片が付設されているバタフライバルブ。
2. 粉体収容容器から粉体を排出するためのバタフライバルブであって、
   円筒状のケーシングと、
   前記ケーシングに回転自在に装着され前記ケーシングの径方向内側に規定される粉体通路を開閉するための円板状の弁体と、
   前記粉体通路を閉塞する閉塞位置から第１の開度だけ前記弁体を回転させて前記粉体通路を開放すると共に、前記第１の開度よりも小さい第２の開度または前記第１の開度よりも大きい第３の開度と前記第１の開度との間で前記弁体を往復揺動させるアクチュエータと、
   前記ケーシングの内周面に沿って上下方向に延びる円筒部を有し、前記ケーシングの内周面に装着された弾性変形可能な円筒状のシート部材と、
   前記粉体通路が開放されている状態において、前記ケーシングの内周面に沿って上下方向に延びる初期状態から前記円筒部の一部が前記初期状態よりも径方向内側に突出した内側突出状態に前記円筒部を弾性変形させることにより前記円筒部の内周面に付着した粉体を剥離させる剥離手段とを備えるバタフライバルブ。
3. 前記剥離手段は、前記ケーシングの内周面に形成された凹所に付設され前記円筒部の外周面の一部に接触する１個以上の中空のバックアップチューブと、前記バックアップチューブに接続された圧空源とを含み、かつ前記圧空源で前記バックアップチューブ内を加圧して前記バックアップチューブを膨張させることにより前記円筒部を前記初期状態から前記内側突出状態に弾性変形させる、請求項２に記載のバタフライバルブ。
4. 前記ケーシングには前記円筒部の外周面の少なくとも一部に接触する壁に貫通開口が形成された空気圧調整室が設けられており、
   前記剥離手段は前記空気圧調整室に接続された圧空源を含み、かつ前記圧空源で前記空気圧調整室内を加圧することにより前記貫通開口を介して前記円筒部を前記初期状態から前記内側突出状態に弾性変形させる、請求項２に記載のバタフライバルブ。
5. 前記剥離手段は前記円筒部の径方向外側に配置されたシリンダ手段を含み、かつ前記シリンダ手段で前記円筒部を径方向内側に押し込むことにより前記初期状態から前記内側突出状態に弾性変形させる、請求項２に記載のバタフライバルブ。
6. 前記ケーシングの内周面に装着された弾性変形可能な円筒状のシート部材と、
   前記ケーシングの内周面に沿って延びる初期状態から前記シート部材の少なくとも一部が前記初期状態よりも径方向外側に突出した外側突出状態に前記シート部材を弾性変形させることにより前記弁体が回転する際のトルクを低減するトルク低減手段とを備える、請求項１に記載のバタフライバルブ。
7. 前記トルク低減手段は、前記ケーシングの内周面に形成された凹所に付設され前記シート部材の外周面の少なくとも一部に接続された１個以上の中空のバックアップチューブと、前記バックアップチューブに接続された吸引源とを含み、かつ前記吸引源で前記バックアップチューブ内を減圧して前記バックアップチューブを収縮させることにより前記シート部材を前記初期状態から前記外側突出状態に弾性変形させる、請求項６に記載のバタフライバルブ。
8. 前記ケーシングには前記シート部材の外周面の少なくとも一部に接触する壁に貫通開口が形成された空気圧調整室が設けられており、
   前記トルク低減手段は前記空気圧調整室に接続された吸引源を含み、かつ前記吸引源で前記空気圧調整室内を減圧することにより前記貫通開口を介して前記シート部材を前記初期状態から前記外側突出状態に弾性変形させる、請求項６に記載のバタフライバルブ。
9. 前記トルク低減手段は前記シート部材の径方向外側に配置されたシリンダ手段を含み、かつ前記シリンダ手段で前記シート部材を径方向外側に引き込むことにより前記初期状態から前記外側突出状態に弾性変形させる、請求項６に記載のバタフライバルブ。
10. 前記弁体は前記アクチュエータによって往復揺動された際に弾性変形する材質から形成されている、請求項１から９までのいずれかに記載のバタフライバルブ。
11. 前記弁体を振動させるバイブレータを備える、請求項１から１０までのいずれかに記載のバタフライバルブ。
12. 円筒状のケーシングと、前記ケーシングに回転自在に装着され粉体収容容器の排出口を開閉するための弁体と、前記ケーシングの内周面に沿って上下方向に延びる円筒部を有し前記ケーシングの内周面に装着された弾性変形可能な円筒状のシート部材とを備えるバタフライバルブが排出口に装着された粉体収容容器から粉体を排出する粉体排出方法であって、
    粉体収容容器の排出口を閉塞する閉塞位置から第１の開度だけ前記弁体を回転させて排出口を開放する排出口開放工程と、
    前記第１の開度よりも小さい第２の開度または前記第１の開度よりも大きい第３の開度と前記第１の開度との間で前記弁体を往復揺動させる弁体揺動工程と、
    排出口が開放されている状態において、前記ケーシングの内周面に沿って上下方向に延びる初期状態から前記円筒部の一部が前記初期状態よりも径方向内側に突出した内側突出状態に前記円筒部を弾性変形させることにより前記円筒部の内周面に付着した粉体を剥離させる剥離工程とを含む粉体排出方法。
13. 前記弁体揺動工程を実施する際は、前記ケーシングの内周面に沿って延びる初期状態から前記シート部材の少なくとも一部が前記初期状態よりも径方向外側に突出しした外側突出状態に前記シート部材を弾性変形させることにより前記弁体が回転する際のトルクを低減する、請求項１２に記載の粉体排出方法。