JP7173493B2

JP7173493B2 - 粉粒体定量供給装置

Info

Publication number: JP7173493B2
Application number: JP2019206108A
Authority: JP
Inventors: 一成王丸; 輝也平田; 伸幸末次; 勝也山口; 賢金星
Original assignee: グローバルマテリアルズエンジニアリング株式会社
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2022-11-16
Anticipated expiration: 2039-11-14
Also published as: JP2021081195A

Description

本発明は、粉粒体定量供給装置に係り、特に、比較的粒径が大きい粉粒体を定量供給するのに適する装置に関するものである。

特許文献１（特開２０１９－１３７４８７号公報）の段落０００２等に述べられているように、粉粒体を定量供給するには、撹拌体と、円周方向に均等開設される複数のポケット群を備えるロータリー状の部材を用いる、エンサークル方式の供給装置が使用されることが多い。

しかしながら、粒径が比較的大きい（例えば、０．５ミリメートル以上）の粉粒体（典型的には、ペレット樹脂、尿素等）については、かかる装置では、量の計測が困難である。但し、これは、対象を粒径が比較的大きいものに限定する趣旨ではない。

一方、回転する円周状の受面を有する供給盤と、静止して受面上の粉粒体を掻き落とすスクレーパとを用いるステップ方式もある。ここで、粉粒体の質量、重さ又は体積を計測するには、粉粒体が載置される秤台と、秤台に取り付けられるセンサとが使用される。しかしながら、単純なステップ方式では、秤台上に粉粒体が絶え間なく載ることになり、秤台を空にしてセンサの計測値をゼロリセットすることができない。

結局、このように、比較的大きい粒径を持つ粉粒体について、円滑な定量供給を行うこと、及びその前提としての、センサの計測値をゼロリセットするタイミングを確保することは、従来技術では、事実上不可能であった。

本発明者らは、ステップ方式に更なる改良を加え、センサの計測値をゼロリセットするタイミングを確保できないか鋭意検討を加え、本発明を完成するに至ったものである。
特開２０１９－１３７４８７号公報特開昭５７－２２５１７号公報

即ち、本発明は、ステップ方式を基礎としながら、センサの計測値をゼロリセットするタイミングを確保できるようにすることにより、比較的粒径が大きい粉粒体を定量供給するのに適する粉粒体定量供給装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係る粉粒体定量供給装置は、起立して回転する回転軸と、回転軸に軸着されて回転し、且つ粉粒体が載置される円周状の受面を有する上側供給盤と、受面上の粉粒体を掻き落とす上側スクレーパと、落下する粉粒体が載置される秤台と、秤台と面一に配置され、落下する粉粒体が載置される滑面と、秤台に取り付けられ、秤台上の粉粒体の計測値を求めるセンサと、上側供給盤と秤台との間において回転軸に軸着されて回転し、上側スクレーパにより掻き落とされた粉粒体を載置して粉粒体が秤台又は滑面に載置されるのを遮る載置翼を有する下側供給盤とを備え、下側供給盤には、秤台上の粉粒体を掻き落として、秤台上の粉粒体を除去すると共に、滑面上の粉粒体を秤台上へ運搬する掻寄板が設けられる。

以上の構成において、上側供給盤と、上側供給盤の受面上の粉粒体を掻き落とす上側スクレーパとを備えることにより、ステップ方式の基本は満足される。したがって、同装置は、比較的粒径が大きい粉粒体を定量供給するのに適することになる。

また、最終的には、粉粒体は、秤台又は滑面のいずれかの上に載置されることになるが、回転軸の所定回転位置（所定のタイミングであって、制御可能）では、秤台上の粉粒体が掻寄板により除去されて、秤台が空になる。このタイミングをねらって、センサの計測値をゼロリセットすることが可能となり、上述したステップ方式の欠点を除去できる。その結果、比較的粒径が大きい粉粒体であっても、円滑に定量供給することができる。

第２の発明に係る粉粒体定量供給装置では、第１の発明に加え、載置翼上の粉粒体を秤台上又は滑面上に掻き落とす下側スクレーパを更に備える。

この構成により、載置翼に載置された粉粒体を確実に、秤台上又は滑面上に掻き落とすことができる。

第３の発明に係る粉粒体定量供給装置では、第２の発明に加え、下側供給盤には、載置翼が複数設けられ、且つ、複数の載置翼の間には、空隙が形成されており、空隙は、落下する粉粒体が載置翼上に載置されることなく、秤台又は滑面に落下することを許容する。

この構成により、落下する粉粒体は、２つのルートで、秤台又は滑面上に至ることとなる。即ち、その１つは、複数の載置翼のいずれか１つの上に載置され、次に下側スクレーパによって、該載置翼を経由して秤台又は滑面に至るルートである。また他の１つは、複数の載置翼のいずれを経由することなく、直接秤台又は滑面に落下するルートである。

第４の発明に係る粉粒体定量供給装置では、第１の発明に加え、上側供給盤の直上には、粉粒体が受面上に載置されるのを遮る擦切板と、粉粒体が受面上に載置されるのを許容する開口部とを有するケーシングが配設される。

この構成により、粉粒体定量供給装置に投入された粉粒体は、開口部を介してのみ、上側供給盤の受面上に至ることができ、粉粒体の動きの制御が容易となる。

第５の発明に係る粉粒体定量供給装置では、第４の発明に加え、ケーシングと同じレベルにおいて、回転軸に軸着され、粉粒体を該レベルに位置する水平面内で攪拌する攪拌体を更に備える。

この構成において、攪拌体を設けることにより、回転軸の回転に同期して、擦切板から開口部へと運搬することができ、粉粒体の動きの制御が容易となる。

以上の各発明において、センサは、ロードセルであることが好ましい。

こうすれば、精度の高いセンサを安価に導入することができる。

本発明によれば、上側供給盤と、上側スクレーパとを備えて、ステップ方式を取り、比較的粒径が大きい粉粒体を定量供給する粉粒体定量供給装置が得られる。

また、下側供給盤を上記のように構成することにより、センサの計測値をゼロリセットするタイミングを確保し、比較的粒径が大きい粉粒体であっても、円滑に定量供給できる。

（実施の形態１）
以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態１における粉粒体定量供給装置の縦断面図、図２は、同粉粒体定量供給装置の分解斜視図である。

図１に示すように、本形態における粉粒体定量供給装置は、構成される。即ち、ロードセル１３（センサの一例）の計測値に基づき制御部Ｃにより指示される回転数で、モータＭは、その出力軸（図示せず）を回転させる。

ロードセル１３の計測値は、質量、重さ又は体積のいずれでも良く、精度良く測定できるのであれば、ロードセルではない他のセンサを用いても良い。

制御部Ｃは、所定の定量に対して、ロードセル１３の計測値が低い場合は回転数を上げ、高い場合は回転数を下げる。

制御部Ｃは、例えば、比例制御やＰＩＤ制御等を用いればよい。但し、本発明は、制御法に特徴を有するものではないため、これ以上の詳細な説明は、省略する。

減速機１は、モータＭの出力軸の回転を所定の減速比にしたがって減速するとともに、回転方向を９０度を変更し、起立する回転軸２を回転させる。これは、本例では横型の減速機を使用しているためである。即ち、当業者に自明なように縦型の減速機を使用しても良く、その場合には、モータＭの出力軸と回転軸２とが、同軸であるか、又は平行となる。さらに可能であれば、減速機を省略しても差し支えない。要するに、起立する回転軸２を適切に駆動できれば十分であって、この条件が満たされる以上、いずれの構成を採用しても本願発明の保護範囲内に属することとなる。

出力軸２の上側に、本装置の主要機構が配設される。上側から説明すると、最上部には、粉粒体の投入口４ａが上方末広がりに開口するホッパ４が配設される。即ち、粉粒体の入口（一次側）は、投入口４ａである。

一方、粉粒体の出口（二次側）は、該主要機構の底部に下向きに取り付けられるカバー１４の吐出口１４ａである。

ホッパ４より下方且つ吐出口１４ａより上方に位置する、部分構成は、上下に重なり合っており、図１のみでは位置関係が分かりづらいため、図２に分解斜視図として示してある。

図２では、該部分構成を、さらに６つの部分群に分けて示してある。これらの部分群のうち、上側から第１ケーシング５、第２ケーシング７、第３ケーシング１０及びこれらのケーシング５、７、１０に固定される部材は、回転軸２の回転方向Ｎ１について、不動である。

勿論、これらのケーシング５、７、１０は、いずれも円筒状の側壁を有しており、粉粒体が半径外向きに漏れ出ることはない。

しかしながら、図２に示す構成は一例に過ぎず、例えば、第１～第３ケーシング５、７、１０の少なくとも一部を一体化するなど、当業者にとって自明の設計変更を種々行うことができる。

一方、上側から撹拌体３、上側供給盤６、下側供給盤９は、いずれも回転軸２に、例えばキーとキー溝（いずれも図示せず。）により軸着され、回転軸２と同期して回転する。

上側から一段目は、撹拌体３と第１ケーシング５とのセットである。

撹拌体３は、上方が細くなるように形成される円錐台状をなす本体３ａと、本体３ａの底部に、外向きに突出するように設けられる撹拌翼３ｂとを有する。

図示した例では、９０度おきに４本の撹拌翼３ｂを備えているが、これは一例に過ぎず、例えば、６本又は８本にするなど種々変更できる。

第１ケーシング５の内側底部（即ち、上側供給盤６の直上）には、粉粒体が上側供給盤６の（円周帯状をなす）受面６ａ上に載置されるのを遮る擦切板５ａと、粉粒体が受面６ａ上に載置されるのを許容する開口部５ｂとが設けられる。

図３に拡大して示されるように、撹拌体３は、第１ケーシング５と同じレベルにおいて、回転軸２に軸着され、粉粒体をこのレベルに位置する水平面内で攪拌する。

撹拌翼３ｂは、擦切板５ａの上面に接するか、又はそのやや上方を摺るように回転する。これにより、ホッパ４を介して第１ケーシング５内に至った粉粒体は、撹拌翼３ｂに円周方向に運搬されることにより、擦切板５ａ上を移動して、開口部５ｂに至り、受面６ａ上へ落下するか、或いは、擦切板５ａを経由せず直ちに開口部５ｂに至り、受面６ａ上へ落下することになる。

上側から二段目は、上側供給盤６と、第２ケーシング７とのセットである。このセットは、上述したように、上側から一段目のセットの真下に位置する。

上側供給盤６は、既に述べたように、回転軸２に軸着されて回転し、且つ粉粒体が載置される円周状の受面６ａを有する。

また、第２ケーシング７には、受面６ａ上の粉粒体を掻き落とす上側スクレーパ８が固定されている。図２では省略しているが、図４に拡大して示されているように、上側スクレーパ８の回転方向Ｎ１の後方には、開口部７ａが形成されており、上側スクレーパ８に掻き落とされた粉粒体は、開口部７ａを介して上から三段目のセットへ落下する。

上側供給盤６と上側スクレーパ８とを備えることにより、ステップ方式の基本が満足される。このままでは、上述したように、粉粒体が連続的に落下し、その結果、上から三段目のセットの秤台１２に粉粒体が絶え間なく載置されることになる。

しかしながら、以下に述べるように、上から三段目のセットを構成すると、この問題を解決できる。

上から三段目は、下側供給盤９と、第３ケーシング１０とのセットである。このセットは、上述したように、上側から二段目のセットの真下に位置する。

下側供給盤９は、上側供給盤６と秤台１２との間において回転軸２に軸着されて回転する。

また、下側供給盤９は、上側スクレーパ８により掻き落とされ、開口部７ａから落下する粉粒体を載置して粉粒体が秤台又は滑面に載置されるのを遮る載置翼９ｂと、拡大載置翼９ｃとを有する。

さらに、載置翼９ｂと拡大載置翼９ｃとには、少なくとも一枚の掻寄板９ｄが載置翼９ｂと拡大載置翼９ｃとから垂下するように設けられている。

掻寄板９ｄは、秤台１２上の粉粒体を掻き落として、秤台１２上の粉粒体を開口部１０ｂを介して除去すると共に、滑面１０ａ上の粉粒体を秤台１２上へ運搬するものである。

図５に拡大して示されるように、本例では、下側供給盤９の円周外側の一周３６０度を１２分割し、３つの同形（角度では３０度幅）をなす載置翼群９ｂが設けられており、各隣接する載置翼９ｂの間には、角度では３０度幅をなす空隙ｔが形成されている。

空隙ｔは、落下する粉粒体が載置翼群９ｂ又は拡大載置翼９ｃ上に載置されることなく、秤台１２又は滑面１０ａに落下することを許容するものである。

また、拡大載置翼９ｃは、他の載置翼群９ｂより幅広に（角度では９０度幅）形成されている。

図示した載置翼及び空隙の構成は、一例に過ぎず、当業者に自明なように、枚数を変更したり、間隔を変更したり、種々変更できる。

一方、第３ケーシング１０の底部には、ロードセル１３が底面に取り付けられた秤台１２が設けられる。秤台１２には、落下する粉粒体が載置される。

秤台１２の回転方向Ｎ１の先側には、第３ケーシング１０の開口部１０ｂが開設されており、秤台１２と同一レベルにおいて、開口部１０ｂ及び秤台１２を除く部分は、全て、秤台１２と面一で円環状の滑面１０ａとなっている。

さらに、載置翼群９ｂ及び拡大載置翼９ｃの上面に、下縁部が接する下側スクレーパ１１が、第３ケーシング１０の内部に固定されている。

下側スクレーパ１１は、載置翼群９ｂ又は拡大載置翼９ｃ上の粉粒体を秤台１２上又は滑面１０ａ上に掻き落とすものである。

次に、図３～図９を参照しながら、各段における動作及び粉粒体の移動について説明する。

始めに、ホッパ４の投入口４ａから投入される粉粒体は、第１ケーシング５の内部に堆積する（図３参照）。

ここで、擦切板５ａ上に位置する粉粒体は、回転軸２が回転（矢印Ｎ１方向）するに伴い、撹拌翼３ｂにより同方向に運搬され、開口部５ｂに至り、上側供給盤６の受面６ａ上へ落下する。

また、開口部５ｂに直接入った粉粒体は、そのまま擦切板５ａを経由せず、受面６ａ上へ落下（矢印Ｎ２参照。）する。

このように、いずれのルートを採るにせよ、粉粒体は、一段目から二段目に落下する。

図４に示すように、受面６ａ上の粉粒体は、上側供給盤６が矢印Ｎ１方向に回転することにより、遅かれ速かれ、上側スクレーパ８に当接し、開口部７ａを介して、二段目から三段目に落下する。

さて、三段目に至った粉粒体は、下側供給盤９の回転位置（回転軸２の回転位置でもある。）により、種々のルートを経由する。

まず、図５に示されるように、二段目の開口部７ａの真下に載置翼９ｂ又は拡大載置翼９ｃが位置する場合、粉粒体は、矢印Ｎ４で示すように移動し載置翼９ｂ又は拡大載置翼９ｃに一旦載置されることになる。

しかしながら、さらに下側供給盤９が回転すると、載置翼９ｂ又は拡大載置翼９ｃ上に下側スクレーパ１１の下縁部が接して、粉粒体は、載置翼９ｂ又は拡大載置翼９ｃ上から隣接する空隙ｔ側へ掻き寄せられることになり、結局、空隙ｔを介して、滑面１０ａ又は秤台１２上へ落下することになる。

また同時に、図７に示されるように、載置翼９ｂ又は拡大載置翼９ｃから下向きに垂下する掻寄板９ｄにより、滑面１０ａ上の粉粒体は、秤台１２側へ、秤台１２上の粉粒体は、開口部１０ｂへと運搬され、最終的には、開口部１０ｂからカバー１４内へ至り、吐出口１４ａから二次側へ排出されることになる。

次に、図６に示されるように、二段目の開口部７ａの真下に空隙ｔが位置する場合、粉粒体のほとんどは、矢印Ｎ５で示すように載置翼９ｂ又は拡大載置翼９ｃを経由することなく、空隙ｔを介して、滑面１０ａ又は秤台１２上へ落下する。

いずれのルートを採るにせよ、図８に示すように、粉粒体は、いずれ秤台１２の上に載置され、ロードセル１３が粉粒体の質量、重さ又は体積等の計測値を求め、制御部Ｃへ信号を出力し、モータＭの回転数が制御されることになる。

さてここで、ロードセル１３の計測値をゼロリセットするタイミングが問題となる。本発明では、この問題を次の構成により解決している。

図９に示されるように、下側供給盤９の回転位置（回転軸２の回転位置でもあり、制御可能である。）により、拡大載置翼９ｃが秤台１２を上側から覆い隠すタイミングがある。

図９の状態では、拡大載置翼９ｃから下向きに垂下する掻寄板９ｄが秤台１２上の粉粒体をほぼ掻き寄せきっており、図９の状態からもうすこし回転がすすむと、秤台１２上の粉粒体は皆無となる。

しかも、拡大載置翼９ｃは、上述したように、他の載置翼群９ｂよりも幅広（本例では、３倍だが種々変更できる。）に形成されているから、二段目から三段目へ落下する粉粒体の動きが、比較的長い時間（１回転に要する時間の４分の１）、拡大載置翼９ｃにより遮断される結果となる。

このタイミングを利用すれば、ロードセル１３の計測値のゼロリセットを、確実かつ容易に実現できる。

かかる技術的利点は、従来技術では得られないものであって、本発明は実用上有益であるということが理解されよう。

以下、ロードセル１３が設置される秤台１２から見た動作を図１０を参照しながら、説明する。三段目の下側供給盤９が見える水平面で、本装置を切断すると、図１０（ａ）に示すようになる。上述したように、本例では、下側供給盤９の周囲（円環）を１２分割し、図１０（ａ）に示される領域Ｒ１～Ｒ１２が存在する。領域Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ１０は、空隙ｔであり、領域Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ１１は、載置翼９ｂであり、残る領域Ｒ７～Ｒ９は、拡大載置翼９ｃである。

秤台１２から見ると、図１０（ｂ）に直線状に並べられているような、順序で各領域Ｒ１～Ｒ１２が順次眼前にあらわれることになる。なお、領域Ｒ１２の次は、領域Ｒ１に戻ることになる。

領域Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７、Ｒ１１が秤台１２の前にあらわれると、図１０（ｃ）に示されるように、秤台１２の上に粉粒体ｐが載っている状態にある。したがって、これらのタイミングで、ロードセル１３による粉粒体ｐの計測を行う。

また、領域Ｒ９が秤台１２の前にあらわれると、図１０（ｄ）に示されるように、秤台１２上の粉粒体ｐは掻き取られており、秤台１２は空である。よって、このタイミングでロードセル１３の計測値をゼロリセットする。

本発明の実施の形態１における粉粒体定量供給装置の縦断面図本発明の実施の形態１における粉粒体定量供給装置の分解斜視図本発明の実施の形態１における粉粒体定量供給装置の一部を示す斜視図本発明の実施の形態１における粉粒体定量供給装置の一部を示す斜視図本発明の実施の形態１における粉粒体定量供給装置の一部を示す斜視図本発明の実施の形態１における粉粒体定量供給装置の一部を示す斜視図本発明の実施の形態１における粉粒体定量供給装置の一部を示す斜視図本発明の実施の形態１における粉粒体定量供給装置の一部を示す斜視図本発明の実施の形態１における粉粒体定量供給装置の一部を示す斜視図（ａ）本発明の実施の形態１における粉粒体定量供給装置の水平断面図（ｂ）本発明の実施の形態１における粉粒体定量供給装置の動作説明図（ｃ）本発明の実施の形態１における粉粒体定量供給装置の動作説明図（ｄ）本発明の実施の形態１における粉粒体定量供給装置の動作説明図

１減速機
２回転軸
３攪拌体
３ａ本体
３ｂ攪拌翼
４ホッパ
４ａ投入口
５第１ケーシング
５ａ擦切板
５ｂ開口部
６上側供給盤
６ａ受面
７第２ケーシング
８上側スクレーパ
９下側供給盤
９ａボス部
９ｂ載置翼
９ｃ拡大載置翼
９ｄ掻寄板
１０第３ケーシング
１０ａ滑面
１０ｂ開口部
１１下側スクレーパ
１２秤台
１３ロードセル
Ｃ制御部
Ｍモータ
ｐ粉粒体
ｔ間隙

Claims

起立して回転する回転軸と、
前記回転軸に軸着されて回転し、且つ粉粒体が載置される円周状の受面を有する上側供給盤と、
前記受面上の粉粒体を掻き落とす上側スクレーパと、
落下する粉粒体が載置される秤台と、
前記秤台と面一に配置され、落下する粉粒体が載置される滑面と、
前記秤台に取り付けられ、前記秤台上の粉粒体の計測値を求めるセンサと、
前記上側供給盤と前記秤台との間において前記回転軸に軸着されて回転し、前記上側スクレーパにより掻き落とされた粉粒体を載置して粉粒体が前記秤台又は前記滑面に載置されるのを遮る載置翼を有する下側供給盤とを備え、
前記下側供給盤には、前記秤台上の粉粒体を掻き落として、前記秤台上の粉粒体を除去すると共に、前記滑面上の粉粒体を前記秤台上へ運搬する掻寄板が設けられていることを特徴とする粉粒体定量供給装置。
前記載置翼上の粉粒体を前記秤台上又は前記滑面上に掻き落とす下側スクレーパを更に備える請求項１記載の粉粒体定量供給装置。
前記下側供給盤には、前記載置翼が複数設けられ、且つ、前記複数の載置翼の間には、空隙が形成されており、前記空隙は、落下する粉粒体が前記載置翼上に載置されることなく、前記秤台又は前記滑面に落下することを許容する請求項１又は２記載の粉粒体定量供給装置。
前記上側供給盤の直上には、粉粒体が前記受面上に載置されるのを遮る擦切板と、粉粒体が前記受面上に載置されるのを許容する開口部とを有するケーシングが配設される請求項１に記載の粉粒体定量供給装置。
前記ケーシングと同じレベルにおいて、前記回転軸に軸着され、粉粒体を前記レベルに位置する水平面内で攪拌する攪拌体を更に備える請求項４に記載の粉粒体定量供給装置。
前記センサは、ロードセルである請求項１から５のいずれかに記載の粉粒体定量供給装置。