JP6893276B1 - 粉粒体散布装置及び粉粒体の散布方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記排出口における前記搬送手段による粉粒体の搬送方向の最大長さをD、該排出口における該搬送方向と直交する方向の最大長さをWとした場合、W/Dが100以下であり、
前記排出口からの粉粒体の1分間当たりの排出量をM、前記搬送手段による粉粒体の1分間当たりの散布量の目標値をmとした場合、M/mが1.5以上であり、
本発明の粉粒体散布装置の一実施形態では、粉粒体のかさ密度をρ、前記排出口の面積をS、前記排出口と前記搬送手段との離間距離をGとした場合、m/(ρ×S×G)が21以上である、粉粒体散布装置である。
また本発明は、基材と、該基材に接触するように配置された粉粒体とを備えた粉粒体含有物品の製造方法であって、
連続搬送される基材に対し、前記の本発明の粉粒体散布装置を用いて、粉粒体を散布する工程を有する、粉粒体含有物品の製造方法である。
本発明の粉粒体散布装置の一実施形態では、前記排出口に対して所定の離間距離(図中符号Gで示す)を置いて配置され、該排出口から自重による自由落下により排出された粉粒体を所定の一方向(図中符号MDで示す)に搬送し、連続搬送される基材(図中符号100で示す)上に散布する搬送手段(図中符号3で示す)を備える。
図1〜図4には、本発明の粉粒体散布装置の一実施形態である粉粒体散布装置1又はその要部が示されており、粉粒体散布装置1は前記の構成を備えている。
なお、基材100及びその搬送装置は、粉粒体散布装置1を構成するものではない。基材100は、搬送ロール、ベルトコンベア等の公知の搬送装置により連続搬送される。
貯蔵部20は内部に粉粒体Pを貯蔵可能な空間を有し、その内部空間に粉粒体Pを一時的に貯蔵可能になされている。粉粒体Pは、貯蔵部20の上部開口から粉体供給装置90によって貯蔵部20の内部空間に供給される。
排出部21は、内部に粉粒体Pの移動路22を有している。排出部21の下端(貯蔵部20側とは反対側の端部)には、粉粒体Pの排出口23が形成されており、貯蔵部20の内部空間と排出口23とが移動路22を介して連通している。
ホッパー2は、斯かる構成により、貯蔵部20の内部に一時的に貯蔵した粉粒体Pを、移動路22を介して排出口23より排出可能になされている。
搬送手段3は、ホッパー2の下端に位置する排出口23に対して所定の離間距離Gを置いて配置されており、より具体的には、ホッパー2から排出された粉粒体Pを受け取って搬送する受取手段30の上面30aと排出口23との間に離間距離Gの隙間が形成されるように、配置されている。
振動発生手段31は、受取手段30の下面30bに固定されている。受取手段30において、粉粒体Pの受け取り及び搬送に利用される(粉粒体Pと接触する)のは、ホッパー2(排出口23)の下方に位置する部分及びその近傍であり、それ以外の部分は基本的に粉粒体Pと接触しない粉粒体非接触部であるところ、振動発生手段31は、受取手段30の該粉粒体非接触部における下面30bに固定されている。
粉粒体散布装置1は、図1に示すように、振動発生手段31に印加する電圧及び/又は周波数を制御する制御手段4を備えており、該制御手段4によって、受取手段30の振動数及び/又は振幅を制御し、延いては受取手段30上の粉粒体Pの搬送状態を制御する。すなわち、制御手段4による制御下、振動発生手段31の非作動時には、受取手段30は振動していないため、受取手段30上の粉粒体Pの搬送は停止又は抑制されている。斯かる状態から振動発生手段31を作動させると、受取手段30が振動を開始することによって、受取手段30上の粉粒体Pの停止又は抑制が解除され、粉粒体Pは、MDに搬送され、最終的には図1及び図2に示すように、受取手段30のMDの下流側端3DEから自重により自由落下して、受取手段30の下方を連続搬送されている基材100上に散布される。
また粉粒体散布装置1は、基材と、該基材に接触するように配置された粉粒体とを備えた粉粒体含有物品の製造方法であって、連続搬送される基材に対し粉粒体を散布する工程を有する、粉粒体含有物品の製造方法に好適に使用できる。粉粒体が何らかの機能性を有する機能性粉粒体である場合、該機能性粉粒体を含有する粉粒体含有物品は機能性物品である。前記機能性粉粒体の具体例として、吸水性ポリマーの粒子、塩化ナトリウム等の電解質が挙げられる。
粉粒体散布装置1によれば、基材が連続で高速搬送され、且つ該基材への単位面積当たりの散布量が多い機能性物品においても、基材の長手方向(すなわちMD)及びCDに均一に定量良く散布することができる。散布量が多い機能性物品は、典型的には後述する吸収性シートである。
搬送手段3の搬送能力は、例えば振動発生手段31の振動の振幅若しくは周波数又はそれら両者を制御することで変更が可能である。振動発生手段31の制御には、例えばP制御(比例制御)、PI制御又はPID制御などの公知のフィードバック制御方法を採用することができる。これらの各種の制御方法における係数は、トライアル・アンド・エラーによって決定することができる。
また、ハンドリングのしやすさの観点から、好ましくは100000g/min以下、より好ましくは10000g/min以下、更に好ましくは5000g/min以下である。
ところで、粉粒体散布装置1は、連続搬送される基材100に対して粉粒体Pを高精度に定量散布可能にすることを主要課題の1つとしており、これを可能にするために、粉粒体散布装置1では下記(i)及び(ii)が採用されている。
(i)排出口23におけるMDの最大長さをD、該排出口23におけるCDの最大長さをWとした場合、W/Dが100以下である(W/D≦100)。
(ii)排出口23からの粉粒体Pの単位時間当たりの排出量、具体的には1分間当たりの排出量をM、搬送手段3による粉粒体Pの1分間当たりの散布量の目標値をmとした場合、M/mが1.5以上である(M/m≧1.5)。
前記W/D及び前記M/mの単位は、それぞれ、無次元である。
排出口23の最大長さDと粉粒体Pの最大粒子径rとの比[D/r]は、好ましくは2以上、より好ましくは6以上、そして、好ましくは30以下、より好ましくは18以下。
排出口23の最大長さWと粉粒体Pの最大粒子径rとの比[W/r]は、好ましくは3以上、より好ましくは50以上、そして、好ましくは1000以下、より好ましくは200以下である。
前記D/r及び前記W/rの単位は、それぞれ、無次元である。
例えば、移動路22内での粉粒体Pの流れが不均一になるなどして、排出口23からの排出量Mが減少した場合に、前述したように、制御手段4による変化量ΔAに応じた搬送手段3の搬送能力の制御を実施する。具体的には例えば、制御手段4による制御下で振動発生手段31の振動の振幅及び/又は周波数を高めることで、基材100に対する粉粒体Pの単位時間(1分間)当たりの散布量M1を増加させようとする。ここで、M/m≧1.5の関係が成立している場合には、目標散布量mに対して十分に多量の粉粒体Pが搬送手段3に対して排出されるので、搬送手段3の搬送能力を制御するだけでも排出口23からの排出量Mを調整するための時間的余裕が確保できる。前述したように、移動路22内での粉粒体Pの流れが不均一になる現象は、特に目標散布量mが比較的多量の場合に起こりやすいので、M/m≧1.5の大小関係の成立は、斯かる場合に特に有効であると言える。
(iii)粉粒体Pのかさ密度をρ、排出口23の面積をS、排出口23と搬送手段3との離間距離をGとした場合、m/(ρ×S×G)が21/min以上である[m/(ρ×S×G)≧20]。前記m/(ρ×S×G)の単位は[/min]である。
前記m/(ρ×S×G)の調整は、任意に設定される目標散布量m、固有値である粉粒体Pのかさ密度ρに対し、排出口23の面積S及び/又は排出口23と搬送手段3との離間距離Gを、粉粒体Pの最大粒子径rを基準として適宜調整することで実施できる。
排出口23の面積Sと粉粒体Pの最大粒子径rの二乗値との比[S/(r×r)]は、好ましくは4以上、より好ましくは1000以上、そして、好ましくは5000以下、より好ましくは1100以下である。前記S/(r×r)の単位は無次元である。
離間距離Gと粉粒体Pの最大粒子径rとの比[G/r]は、好ましくは1以上、より好ましくは3以上、更に好ましくは5以上、そして、好ましくは20以下、より好ましくは10以下である。前記G/rの単位は無次元である。
前記m/(ρ×(D/r)2)の上限については、主として、粉粒体Pが移動路22を画成する排出部21の側壁の内面21iに係留する不都合を防止することで、粉粒体Pの流れの均一化を図る観点から、好ましくは100000mm3/min以下、より好ましくは80000mm3/min以下である。
前記m/(ρ×(D/r)2)の下限については、主として、粉粒体Pの流れの乱れを防止することで、粉粒体Pの流れの均一化を図る観点から、好ましくは1500mm3/min以上、より好ましくは30000mm3/min以上である。
前記m/(ρ×(D/r)2)の調整は、任意に設定される目標散布量m、固有値である粉粒体Pのかさ密度ρに対し、排出口23(移動路22)におけるMDの最大長さDを適宜調整することで実施できる。
本実施形態では、図3に示すように、ホッパー2(貯蔵部20及び排出部21)の側壁は、傾斜内面20isを有する貯蔵部20の傾斜側壁20s以外は全て、水平方向と直交する垂直方向(より具体的には鉛直方向)に延びる垂直壁であり、それら垂直壁の内面20i,21iの水平方向に対する角度θ1は、90°であって粉粒体Pの安息角θよりも大きく、また、傾斜内面20isの水平方向に対する角度θ1は、粉粒体Pの安息角θと同じかそれよりも大きくなされている。
ホッパー2における粉粒体Pと接触する内面の水平方向に対する角度θ1と粉粒体Pの安息角θとの比は、θ1/θとして、好ましくは1.2以上、より好ましくは1.5以上である。θ1は、好ましくは1.2θ以上であって90°以下、更に好ましくは1.5θ以上であって90°以下である。
図6(a)に示す粉粒体散布装置1Aにおける搬送手段3Aは、ホッパー2の排出口23の下方に配置され、回転軸周りに回転する円筒状の搬送ロール32を含んで構成されており、排出口23から排出された粉粒体Pを搬送ロール32の外周面で受け取り、その受け取り位置から搬送ロール32の回転により、搬送ロール32の下方に位置する基材(図示せず)に向けて落下させて該基材に散布するようになされている。
図6(b)に示す粉粒体散布装置1Bにおける搬送手段3Bは、駆動ロール33及び従動ロール34に架け渡された無端状の搬送ベルト35を含んで構成されており、排出口23から排出された粉粒体Pを搬送ベルト35で受け取り、その受け取り位置から搬送ベルト35の移動により、搬送ベルト35の下方に位置する基材(図示せず)に向けて落下させて該基材に散布するようになされている。
例えば、ホッパー2の排出部21における排出口23の平面視形状は、図3に示す如き長方形形状に限定されず、円形、楕円形、多角形形状等、任意に設定可能であり、例えば、図7(a)に示す如き長楕円形状、あるいは、図7(b)に示す如き一方向に長い五角形以上の多角形形状とすることができる。尤も、前述したように、排出口23の平面視形状は、CDの最大長さがMDの最大長さよりも長いような、「一方向に長い形状」であることが好ましく、図示の排出口23の何れもその具体例である。
また、排出口23がCDに複数の区画に分割され、排出部21が該複数の区画に1対1で対応する複数の移動路22を有していてもよく、その場合、複数の移動路22(排出口23)それぞれにおいて、前述の移動路22に関する説明が適用される。
前述した本発明の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
内部に粉粒体を一時的に貯蔵可能な貯蔵部、該貯蔵部内の粉粒体を排出する排出口、及び、該貯蔵部と該排出口との間を結ぶ粉粒体用移動路を備えたホッパーと、該排出口に対して所定の離間距離を置いて配置され、該排出口から自重による自由落下により排出された粉粒体を所定の一方向に搬送し、連続搬送される基材上に散布する搬送手段とを備えた粉粒体散布装置であって、
前記排出口における前記搬送手段による粉粒体の搬送方向の最大長さをD、該排出口における該搬送方向と直交する方向の最大長さをWとした場合、W/Dが100以下であり、
前記排出口からの粉粒体の1分間当たりの排出量をM、前記搬送手段による粉粒体の1分間当たりの散布量の目標値をmとした場合、M/mが1.5以上であり、
粉粒体のかさ密度をρ、前記排出口の面積をS、前記排出口と前記搬送手段との離間距離をGとした場合、m/(ρ×S×G)が21/min以上である、粉粒体散布装置。
<2>
前記W/Dが、80以下、好ましくは40以下である、前記<1>に記載の粉粒体散布装置。
<3>
前記W/Dが、1以上、好ましくは10以上である、前記<1>又は<2>に記載の粉粒体散布装置。
<4>
前記m/(ρ×S×G)が、30/min以上、好ましくは50/min以上、より好ましくは100/min以上である、前記<1>〜<3>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
<5>
前記m/(ρ×S×G)が、1000/min以下、好ましくは800/min以下、より好ましくは650/min以下である、前記<1>〜<4>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
<6>
前記M/mが80以下であり、好ましくは8以下である、前記<1>〜<5>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
<7>
前記M/mが2以上、好ましくは3以上である、前記<1>〜<6>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
<8>
粉粒体の最大粒子径をrとした場合、m/(ρ×(D/r)2)が100000mm3/min以下、好ましくは80000mm3/min以下である、前記<1>〜<7>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
<9>
粉粒体の最大粒子径をrとした場合、前記m/(ρ×(D/r)2)が1500mm3/min以上、好ましくは30000mm3/min以上である、前記<1>〜<8>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
粉粒体の最大粒子径をrとした場合、D/rが、2以上、好ましくは6以上である、前記<1>〜<9>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
<11>
粉粒体の最大粒子径をrとした場合、D/rが、30以下、好ましくは18以下である、前記<1>〜<10>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
<12>
粉粒体の最大粒子径をrとした場合、W/rが、3以上、好ましくは50以上である、前記<1>〜<11>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
<13>
粉粒体の最大粒子径をrとした場合、W/rが、1000以下、好ましくは200以下である、前記<1>〜<12>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
<14>
粉粒体の最大粒子径をrとした場合、S/(r×r)が、4以上、好ましくは1000以上である、前記<1>〜<13>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
<15>
粉粒体の最大粒子径をrとした場合、S/(r×r)が、5000以下、好ましくは1100以下である、前記<1>〜<14>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
<16>
粉粒体の最大粒子径をrとした場合、G/rが、1以上、好ましくは3以上、より好ましくは5以上である、前記<1>〜<15>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
<17>
粉粒体の最大粒子径をrとした場合、G/rが、20以下、好ましくは10以下である、前記<1>〜<16>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
<18>
前記ホッパー及び該ホッパー内に貯蔵される粉粒体の全質量を連続して計量する計量装置と、該全質量の単位時間当たりの変化量を測定し、且つ前記搬送手段による粉粒体の単位時間当たりの散布量が前記目標値mと一致するように、該変化量に応じて該搬送手段の搬送能力の制御を行う制御手段とを備えた、前記<1>〜<17>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
<19>
前記搬送手段は、前記ホッパーから排出された粉粒体を受け取る受取手段と、該受取手段を振動させる振動発生手段とを含む、前記<1>〜<18>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
<20>
前記振動発生手段は、前記受取手段の粉粒体非接触部における下面に固定されている、前記<19>に記載の粉粒体散布装置。
<21>
前記制御手段は、前記振動発生手段に印加する電圧及び/又は周波数を制御する、前記<19>又は<20>に記載の粉粒体散布装置。
<22>
前記計量装置が粉粒体の全質量を連続して計量するとは、計量データのサンプリングタイムが0秒超1秒以下であることを言う、前記<18>〜<21>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
<23>
前記制御手段は、前記ホッパーの前記貯蔵部上に設置されている粉体供給装置に接続されており、該貯蔵部内への粉粒体の供給も制御する機能を有する、前記<18>〜<22>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
連続搬送される基材に対し、前記<1>〜<23>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置を用いて、粉粒体を散布する工程を有する、粉粒体の散布方法。
<25>
前記mが、1g/min以上、好ましくは50g/min以上、より好ましくは100g/min以上である、前記<24>に記載の粉粒体の散布方法。
<26>
前記mが、100000g/min以下、好ましくは10000g/min以下、より好ましくは5000g/min以下である、前記<24>又は<25>に記載の粉粒体の散布方法。
基材と、該基材に接触するように配置された粉粒体とを備えた粉粒体含有物品の製造方法であって、
連続搬送される基材に対し、前記<1>〜<23>の何れか1項に記載の粉粒体散布装置を用いて、粉粒体を散布する工程を有する、粉粒体含有物品の製造方法。
<28>
前記粉粒体が吸水性ポリマー又は電解質である、前記<27>に記載の粉粒体含有物品の製造方法。
<29>
前記mが、1g/min以上、好ましくは50g/min以上、より好ましくは100g/min以上である、前記<27>又は<28>に記載の粉粒体含有物品の製造方法。
<30>
前記mが、100000g/min以下、好ましくは10000g/min以下、より好ましくは5000g/min以下である、前記<27>〜<29>に記載の粉粒体含有物品の製造方法。
前述した粉粒体散布装置1と同様の基本構成を有する粉粒体散布装置を使用し、一方向に連続搬送される基材上に粉粒体(吸水性ポリマー粒子)を散布した。使用した粉粒体散布装置におけるホッパーは、内側壁を含め、その内外面全体がステンレス鋼で形成されていた。粉粒体の最大粒子径rは、動的光散乱法によって測定し、測定装置として、株式会社堀場製作所製レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置LA950V2を用いた。
粉粒体散布装置による基材への粉粒体の散布工程を約50時間連続して行い、該散布工程中におけるホッパーの排出口の詰まり(移動路内での粉粒体の係留等)の有無を評価した。また、計量装置により、粉粒体の供給精度を評価した。これらの評価結果を、使用した粉粒体散布装置の各部の寸法、散布した粉粒体の物性値等とともに、下記表1に示す。
前記の「粉粒体の供給精度」の評価指標として、標準偏差に加えて、変動係数(Coefficient of Variation:CV)を用いた。変動係数は下記式(1)によって算出される。
変動係数(%)=(標準偏差/粉粒体の平均散布量)×100 …(1)
標準偏差、変動係数ともに、数値が小さいほど、粉粒体の単位時間(1分間)当たりの散布量のばらつきが小さく、高評価となる。特に変動係数は、データの規模(平均)に左右されない指標であり、変動係数の値が小さいほど好ましいと言える。
操作量範囲(g/min/%)= 粉粒体の単位時間(1分間)当たりの散布量(g)/搬送手段出力)・・・(2)
前記式(2)中、「搬送手段出力」は、本実施例では搬送手段に構成されている振動発生手段の出力値を表す。例えば振動発生手段が電圧値の大きさに比例して振動の大きさを制御する装置とした場合、搬送手段出力 = (出力電圧値/最大電圧値)×100となる。「操作量範囲」は、散布量の調整範囲の指標となるもので、操作量範囲の値が小さいほど、散布量を調整できる範囲が広く、高評価となる。
実施例2は、比較例1と比して目標散布量mが同じであり、標準偏差と変動係数はほぼ同等であるが、W/D≦100の大小関係が排出部の詰まりに関して有効であることが分かる。
また実施例2は、比較例2と比して目標散布量mが同じであり、W/D≦100の大小関係は満たしているが、M/m≧1.5の大小関係が目標散布量の達成に有効であることが分かる。
実施例3は、実施例1と比してそれぞれW/D≦100、M/m≧1.5、m/(ρ×S×G)≧2021/minという、3つの大小関係をすべて満たしているため排出口の詰まりがないことが分かり、さらに変動係数は小さいことから目標散布量mが大きい方が本発明の定量性良く散布する効果が高いことが分かる。さらに操作量範囲も実施例3の方が小さいため、目標散布量mの調整範囲が大きく有利であることは明らかである。
2 ホッパー
20 貯蔵部
21 排出部
22 移動路
23 排出口
23V 排出口の仮想延長領域
3,3A,3B 搬送手段
30 受取手段
31 振動発生手段
32 搬送ロール
33 駆動ロール
34 従動ロール
35 搬送ベルト
4 制御手段
5 計量装置
100 基材
P 粉粒体
MD 搬送手段による粉粒体の搬送方向
CD 粉粒体の搬送方向と直交する方向
Claims (8)
- 内部に粉粒体を一時的に貯蔵可能な貯蔵部、該貯蔵部内の粉粒体を排出する排出口、及び、該貯蔵部と該排出口との間を結ぶ粉粒体用移動路を備えたホッパーと、該排出口に対して所定の離間距離を置いて配置され、該排出口から自重による自由落下により排出された粉粒体を所定の一方向に搬送し、連続搬送される基材上に散布する搬送手段とを備えた粉粒体散布装置であって、
前記排出口における前記搬送手段による粉粒体の搬送方向の最大長さをD、該排出口における該搬送方向と直交する方向の最大長さをWとした場合、W/Dが100以下であり、
前記排出口からの粉粒体の1分間当たりの排出量をM、前記搬送手段による粉粒体の1分間当たりの散布量の目標値をmとした場合、M/mが1.5以上であり、
粉粒体のかさ密度をρ、前記排出口の面積をS、前記排出口と前記搬送手段との離間距離をGとした場合、m/(ρ×S×G)が21/min以上である、粉粒体散布装置。 - 前記M/mが80以下である、請求項1に記載の粉粒体散布装置。
- 粉粒体の最大粒子径をrとした場合、m/(ρ×(D/r)2)が100000mm3/min以下である、請求項1又は2に記載の粉粒体散布装置。
- 粉粒体の最大粒子径をrとした場合、m/(ρ×(D/r)2)が1500mm3/min以上である、請求項1〜3の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
- 前記ホッパー及び該ホッパー内に貯蔵される粉粒体の全質量を連続して計量する計量装置と、該全質量の単位時間当たりの変化量を測定し、且つ前記搬送手段による粉粒体の単位時間当たりの散布量が前記目標値mと一致するように、該変化量に応じて該搬送手段の搬送能力の制御を行う制御手段とを備えた、請求項1〜4の何れか1項に記載の粉粒体散布装置。
- 連続搬送される基材に対し、請求項1〜5の何れか1項に記載の粉粒体散布装置を用いて、粉粒体を散布する工程を有する、粉粒体の散布方法。
- 基材と、該基材に接触するように配置された粉粒体とを備えた粉粒体含有物品の製造方法であって、
連続搬送される基材に対し、請求項1〜5の何れか1項に記載の粉粒体散布装置を用いて、粉粒体を散布する工程を有する、粉粒体含有物品の製造方法。 - 前記粉粒体が吸水性ポリマー又は電解質である、請求項7に記載の粉粒体含有物品の製造方法。
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