JPH0970697A

JPH0970697A - 粉体圧縮成形装置

Info

Publication number: JPH0970697A
Application number: JP25464795A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Kato; 敏機加藤
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 1995-09-05
Filing date: 1995-09-05
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【課題】２個の圧縮ローラ１１Ａ，１１Ｂ間へ供給ホ
ッパ２２内へ装入された粉体を供給スクリュ２３の回転
によって押し込んで噛み込ませ、圧縮成形する装置で
は、従来より製品の嵩比重にばらつきが生じ、安定のた
めに供給スクリュの回転数制御を主体とした改善を加え
たが、なお、不十分である。【解決手段】供給ホッパ内へ粉体を装入するベルトコ
ンベア３Ａなどの装入手段の時間当りの装入量を、前記
圧縮ローラの駆動装置に加わる負荷を検知してあらかじ
め設定した条件と一致するように増減し、供給ホッパ内
の粉体層厚が常に一定レベルを維持する制御器４、たと
えばＣＰＵ制御回路を組込んだ構成とする。供給ホッパ
内の粉体層厚が常に一定であり、供給スクリュと圧縮ロ
ーラの作動条件も変動がないから、圧縮成形作用に関わ
る一切の変動要因が固定し、常に一定品質の製品を保証
することによって前記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水平に対称的に軸支
された２個の圧縮ローラの中間へ粉体を強制的に供給
し、一定の嵩比重からなる帯状の圧縮成形体を得る粉体
圧縮成形装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】粉体の圧縮成形装置は無機、有機を問わ
ず、粉体を取り扱う分野、たとえば樹脂、薬品、顔料、
食品、電子部品、その他の新素材など、広範な産業分野
において使用されている。たとえば医薬品の製造に当っ
ては、生産性が高く潤滑剤の使用が少ない条件で成形で
きるので品質上からも望ましく医薬品製造規範に適合し
やすいという理由で、この乾式の圧縮成形装置がよく利
用されている。その他の使用分野においても水や溶媒を
使う湿式造粒法に比して、それらによる品質や工程面の
有利さおよび上記の理由によって採用される機会が多
く、高い生産性や成形品の安定した品質が一つの決め手
となっている。

【０００３】そのために成形品の品質の評価は使用に際
して重要な要素であり、それぞれのユーザーにおいて独
自の基準を決めて品質の管理を行なっている。従来技術
のうち、主要なものについて挙げてみると、まず一般的
には成形品の圧潰強度や成形品の嵩比重、または成形品
を一定の高さから一定量、一定回数自然落下させてその
粉化度を調べる落下強度の測定などが広く行なわれ、何
れもテスト用の試料をサンプリングして別の試験設備に
かけて一定の条件下で測定している。特に一定の嵩比重
が常に維持されているかというチェックは品質管理上の
要諦と考えられているが、しかし、このチェックはあく
まで成形された後の後追いテストの域を出ず、異常を発
見したとしても既に多くの成形品が生産された後にな
り、稼動中の装置の運転条件を調節するリアルタイムの
品質情報を与えるものとは言い難い。そのために成形品
の品質の安定を求めて運転中の装置から必要な数値を計
測し、この数値を基に運転条件を制御しょうとする従来
技術も現われた。

【０００４】特公昭５３−４２４７４号公報において
は、一対のロールの表面に相互に噛み合う凹凸を設け、
ロールの回転軸をスプリングバネで支えこのバネに加わ
る圧力でロール間隔を検出し、検出した間隔に基づいて
ロールの回転モーターの回転数を増減する粉体の供給量
制御装置を提示している。この特殊なロール形状によっ
て粉体の圧密時の圧縮力の均一化を図り、さらにリーク
の防止を実現したと謳っている。

【０００５】特開昭６１−１３３１３３号公報は、ロー
ル線圧とロール駆動電力の積を一定に保ちつつ両者を可
変的に調節することにより、成形品の強度を変える制御
の方法を示し、ロール線圧の調節はロール加圧力の調節
により、また、ロール駆動電力の調節はロール間への粉
体押し込み量の調節によってそれぞれ行なうことを提示
している。すなわちロール線圧と成形品の強度との間に
は比例的な関係が成り立ち、ロール線圧とバリの厚みと
の間には逆比例的な相関が成り立つこと、またロール電
圧と成形品強度の間にも比例的な関係が成り立つので、
ロール成形線圧とロール電力の積を一定に保って両者を
調節すれば、成形品の強度を変えずにバリの強度を変え
ることができるとしている。

【０００６】特公昭６３−４５６１５号公報において
は、ロールトルクをスクリュの回転数とロールの回転数
とによって制御する方法において、スクリュの上限回転
数または下限回転数にスクリュの回転数がなったとき、
その手前の回転数を保持してロールトルクを制御しよう
とする提案であり、そのために各調節器、演算器を持
ち、この演算器がプログラム機能部、スイッチ機能部、
回転数保持機能部から成り立っていることを特徴として
いる。

【０００７】特開昭６２−２５２６９９号公報において
は図３に示すように、一方の圧縮ローラ１１ａに接続さ
れた駆動モータ１２ａの制御に間接変換方式一次周波数
制御（インバータ）４ａを採用し、該インバータ制御部
直流電流を測定して設定負荷に対応した直流電流と対比
すると共に、その差違に応じて供給スクリュ２３ａの回
転数を制御することにより、圧縮ローラ１１ａへの粉体
供給量を調整し、圧縮ローラ１１ａの駆動モータ１２ａ
の負荷電流を一定となるように運転する方法を提示して
いる。

【０００８】出願人自身は前記の多くの従来技術に共通
する課題として、現に回収されつつある成形品の品質を
確実に捉える指標に欠け、したがってまた、この品質を
一定に維持したり、所望の変更が必要なときに、これに
即応するための基本となる情報が乏しいと判断し、図４
に示す特開平４−１２２５９９号公報において、圧縮ロ
ール１１ｂの回転に伴う成形品の排出容積Ｖと排出重量
Ｗから成形品の排出密度Ｄを演算し、該排出密度Ｄを指
標として成形品の品質を制御すること、具体的には成形
品の排出密度Ｄを一定に維持するためにロールの加圧力
ｐを調節すること、成形品の厚みｔを一定に維持するた
めに供給スクリュ２３ｂの回転数ｒを調節すること、任
意に設定した能力を維持するためにロール１１ｂの回転
数Ｒを調節することの何れか一つ以上を加えることによ
って解決できると提案している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ここに例示した従来技
術はそれぞれ装置の運転中に装置の動的な要素を計測し
て、その数値を品質安定の制御のための情報として受入
れている点、明らかに従来、後追いのサンプリングテス
トに留まっていた管理の水準を抜くものであることは疑
いない。しかし、すべての従来技術において着目すべき
点は、圧縮成形される帯状体（製品）の品質、特に嵩比
重、強度、硬さなどを一定に維持するためには、両図に
おいて運転中の圧縮ローラ１１ａ，１１ｂの駆動モータ
の負荷を検知して供給ホッパ２２ａ，２２ｂ内の供給ス
クリュ２３ａ，２３ｂの回転数を調整することを制御の
主体とし、両図の従来技術に限らず、この検知の結果が
より正確で信頼性が高められるようにそれぞれ独自の改
善を加えたという本質に変りがないことである。

【００１０】この場合、駆動モータの負荷に対応して供
給スクリュ２３ａ，２３ｂの回転数を上げると供給量が
増大するから、供給ホッパ２２ａ，２２ｂへの装入量が
定率であれば、当然、供給ホッパ２２ａ，２２ｂ内に装
入された粉体層のレベルが低下するし、逆に回転数を下
げると供給量が減少して粉体層のレベルが上昇すること
は避けられない。このように運転中の供給ホッパの粉体
層のレベルが上下に変動することは、供給ホッパ２２
ａ，２２ｂ出口における粉体の嵩比重が微妙に変動する
ことであり、圧縮ローラ１１ａ，１１ｂにより圧縮成形
された製品の嵩比重などの性状に大きなばらつきを招く
原因になり易いことが実験的に確認された。たとえば、
嵩比重０．５の製品を目標として運転するとき、他の条
件が同一であるならば供給ホッパ内の粉体レベルが高い
場合には嵩比重が０．７となり、レベルが低い場合には
嵩比重が０．３となるというように、他の種々の運転条
件にも増して供給ホッパ内のレベルの高低が製品の性状
に与える影響が大きいという現実を見過ごせない。

【００１１】製品の嵩比重を一定に維持するために圧縮
成形部の作動条件を直接制御する方式は、供給ホッパ内
の粉体レベルの変動を誘起し、結果的には製品の品質に
却ってばらつきをもたらす別の原因になり兼ないことに
着目し、粉体レベル自体を調整するためにレベル計を供
給ホッパ内に取り付けて手動で、または自動的に層厚を
一定に維持しようとする方式が提案され、実行される従
来例は認められる。しかし、この場合に供給ホッパ内の
層を形成するのが相互に粘着性に乏しく凝集力もない乾
燥状態の粉体であり、かつ、供給ホッパ内の中心で供給
スクリュが回転している構成が、正確なレベルの把握と
その調整を著しく困難にするという新しい課題を招来す
る。供給スクリュには粉体がホッパ壁へ付着しないよう
にスクレーパを具える構造が通常であるから、供給スク
リュの回転と共に粉体は激しい攪拌作用を受けて飛散躍
動し、その上面は大きく波打って正確な面として捉える
ことが困難である。したがってレベル計を装着したとこ
ろで、供給スクリュの回転数が常時変動する運転条件で
正確なレベルを確定することは到底不可能であり、波動
の山部と谷部の高低差は粉体層厚の優に１０％は超える
ので、制御のための基本データとするには余りに信頼性
に欠けると言わざるを得ない。

【００１２】本発明は以上の課題を解決するために、粉
体の圧縮成形作用自体を支配する決定的な要素である圧
縮ローラと供給スクリュの作動条件を固定し、しかも供
給ホッパ内における粉体の層厚を常に一定に維持する機
能を具えた粉体圧縮成形装置の提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決する手段】本発明に係る粉体圧縮成形装置
は、水平に対向して遠近自在に軸支される２個の圧縮ロ
ーラ１１Ａ，１１Ｂを具えた圧縮成形部１と、該両圧縮
ローラ１１Ａ，１１Ｂの中間上部へ底端部２１を開口す
る供給ホッパ２２、および該供給ホッパ２２内で垂直に
軸支される供給スクリュ２３で形成する粉体供給部２
と、前記圧縮ローラ１１Ａと供給スクリュ２３をそれぞ
れ独立して駆動する駆動モータよりなり、供給ホッパ２
２内の粉体層厚が常に一定レベルを維持するために、前
記圧縮ローラ１１Ａの駆動モータ１２に加わる負荷を検
知して、あらかじめ設定した条件と一致するように、前
記供給ホッパ２２内へ粉体を装入する装入手段３の時間
当りの装入量を増減する信号を出力する制御器４を具え
た構成を特徴とする。すなわち、供給ホッパ２２内の粉
体層厚が常に一定であり、供給スクリュ２３と圧縮ロー
ラ１１Ａの作動条件も変動がないから、圧縮成形作用に
関わる一切の変動要因が固定し、常に一定品質の製品を
保証することによって前記課題を解決する。

【００１４】前記基本構成において、装入手段３がベル
トコンベア３Ａであり、圧縮ローラ１１Ａの駆動モータ
１２に加わる電流値を検知して、あらかじめ設定した条
件と一致するように、前記ベルトコンベア３Ａの駆動モ
ータ３１の回転数を増減する信号を出力する制御器４Ａ
を具えた構成は、設備費の負担が軽少であり実施が容易
であるから、課題解決のうえで望ましい態様である。

【００１５】あるいは、装入手段が一端に受入れ口３２
を開口し、他端に供給ホッパ２２の上端と密封して連通
する装入口３３を開口した円筒体３４と、該円筒体３４
内で水平に軸支された装入スクリュ３５を具え、該円筒
体３４の軸方向の中央部とは全周で連通し、外気に対し
ては排気口３６を開口して二重に囲繞する外筒３７を具
えた比重増加機３Ｂであり、かつ、圧縮ローラ１１Ａの
駆動モータ１２に加わる電流値を検知して、あらかじめ
設定した条件と一致するように、前記装入スクリュ３５
の駆動モータ３８の回転数を増減する信号を出力する制
御器４Ｂを具えた構成を採れば、円筒体３４内へ装入さ
れた粉体は、装入スクリュ３５によって送給される間に
粉体内に含まれた空気を圧搾して排出し、嵩比重を増加
した状態で供給ホッパ２２内へ装入されるので、連鎖的
に最終の圧縮成形から搾出される圧縮成形体の嵩比重や
強度も一段と増大し、課題の解決が一層有効に昂進す
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態であ
り、圧縮成形部１は２個の相対向する圧縮ローラ１１
Ａ，１１Ｂを主体とし、駆動側の圧縮ローラ１１Ａは駆
動モータ１２によって回転運動を行ない、両軸間へ強制
的に押し込まれる粉体を圧縮成形する。他方の圧縮ロー
ラ１１Ｂの回転軸には油圧シリンダー１３の作動軸が連
結して、両軸間の距離を増減して圧縮成形作用の強弱を
調整する。粉体供給部２は底端部２１が前記の圧縮ロー
ラの両軸間へ開口する供給ホッパ２２と、該供給ホッパ
２２の中心に垂直方向へ軸支された供給スクリュ２３を
主体とし、供給スクリュ２３の上端に減速器２４を介し
て駆動モータ２５が接続している。この構成は周知の粉
体圧縮成形装置の一般的な形状を単に例示しただけであ
って、この形状に種々の改変を施し付属部材を加えた構
造が現に実施されているが、何れも以下に記載する本発
明の要旨を限定するものでないことは言うまでもない。

【００１７】装入手段の一形態として図１ではベルトコ
ンベア３Ａを適用している。該ベルトコンベア３Ａの一
端は供給ホッパ２２上部に開口する受入れ口２６の直上
に位置しており、他端の駆動軸に駆動モータ３１が接続
してベルトをエンドレスに走行させる。駆動モータ３１
は制御器４Ａと回路で結ばれ、制御器４Ａは圧縮ローラ
１１Ａの駆動モータ１２に取り付けた電流計４１と回路
で繋がっている。ここでは、駆動モータ１２の負荷を検
知する手段として電流計を用いたが電力計などにより負
荷を検知することも可能である。

【００１８】粉体は、あらかじめ初期運転を行ない、供
給スクリュや圧縮ローラなどの回転速度を一定に定める
とともに、当該粉体の目標とする嵩比重などの品質と、
駆動モータ１２の電流値やヘルトコンベア３ａの走行速
度などの圧縮成形条件との関係を把握しておく。そし
て、負荷として電流値を検知するのであれば、その検知
された電流値と当該粉体の圧縮成形条件固有の電流値と
を比較演算して、両値間に乖離があれば一致するように
ベルトコンベア３ａの走行速度を増減する信号を駆動モ
ータ３１へ出力する。制御器としてはＡ／Ｄ変換機能を
伴うＣＰＵを主体とし、ベルトコンベアの駆動にはサー
ボモータを適用して、モータの回転数の制御のために、
たとえばパルス発生器によるパルス信号を出力して指令
し、実際の駆動モータの回転に伴うフィードバックパル
スを入力して比較演算する循環回路を組んだサーボ制御
方式などが好適であるが、従来から適用されるその他公
知の制御手段を適宜選択すれば足りる。

【００１９】図２は本発明の別の実施の形態であって、
前者と異なる点は装入手段３として比重増加機３Ｂを適
用していることである。比重増加機３Ｂは円筒体３４
と、その軸心を水平に回転する装入スクリュ３５を主体
とし、円筒体３４の一端に粉体の受入れ口３２、他端に
供給ホッパ２２の受入れ口２６と直結している装入口３
３を具え、駆動モータ３８の駆動力を受けて装入スクリ
ュ３５を回転し、内部へ受入れた粉体を圧縮しつつ送給
する。円筒体３４の中央部の相当な範囲に亘って外筒３
７が二重に囲繞し、円筒体はこの範囲については外筒３
７と連通する通気部３９を形成している。大量の空気を
混在させたままで受入れ口３２から円筒体内に投入され
た粉体は、装入スクリュ３５の作用を受けて前進しなが
ら含有する空気を分離し、空気は通気部３９から外筒３
７へ移行して排気口３６から外気中へ放出される。

【００２０】

【実施例】図２に示した形態に対し、同一の構成であっ
てただ、装入スクリュ３５の回転数の制御の基準データ
を本発明のように圧縮ローラの駆動モータの負荷から採
らず、供給ホッパ内のレベル計で検知した情報を入力し
た場合を比較した実験データがある。その他の構成や運
転条件は全く同一に揃えて同一粉体を装入し、嵩比重
０．５を目標値に設定して運転した結果、得られた製品
の嵩比重の偏差値を計測した。

【００２１】本発明の実施例では比重増加機の装入スク
リュの回転数を定常的には３０ｒｐｍに設定し、圧縮ロ
ーラの駆動モータの電流値によって３１乃至２９ｒｐｍ
に増減して供給ホッパ内の粉体の層厚を常に５００ｍｍ
を維持するように制御して運転した。これに対して比較
例では供給ホッパ内にレベル計を介装して粉体層上面を
検知して装入スクリュの回転数を増減するように制御回
路を組んで対比した。この場合には先に述べた通り５０
０ｍｍの基準粉体層厚に対して最高５０ｍｍの波動が常
時渦巻き、層レベルをレベル計によって正確に特定する
ことは困難を極めた。

【００２２】表１は本発明実施例と比較例の嵩比重の測
定値と算出した偏差値を示す。この表が明確に示すよう
に本発明実施例の標準偏差が σ＝０．０３７であるの
に対し、比較例ではσ＝０．０９０に達し、本発明は従
来技術に比べると４０％に留まり、嵩比重のばらつきが
きわめて小さく、製品の品質が安定していることを如実
に物語っている。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【発明の効果】本発明は以上に述べた通り、圧縮成形に
直接携わる動的要素を各製品毎に定まる設定値に固定
し、製品の性状に影響を与える変動要因をすべて供給ホ
ッパ内の粉体層厚さを均等化することによって吸収し
た。この均等化のためには、圧縮成形装置の駆動とは切
り離した駆動力で作動する装入手段を制御の媒体に活用
し、圧縮ローラに現われる変動要素を受けてこれを打ち
消す調整作用を応動する手法を採ったので、前記の固定
された動的要素は制御とは無関係に堅持され、均等な品
質の製品を保証する効果が顕著である。また、従来技術
で試みられた供給ホッパ内の粉体レベルをレベル計の検
知をベースとして制御機構を形成する手法に比べると、
両基本要素の信頼性に格段の差があるから、結果的に製
品の嵩比重のばらつきで見れば、その偏差値に甚だしい
優劣が確認され、本発明の優れた効果を裏付ける有力な
証拠に挙げられる。

【００２５】請求項２については比較的簡単な改造で従
来技術の設備を流用できるから、実施上の利点が大き
く、実施に伴う負担が軽微に留まる効果がある。また、
請求項３については、本来の圧縮成形作用に入る前に予
備的な圧密作用が伴なうから、粉体が原料として含有し
ている不特定の空気量を強制的に圧搾放出し、ほぼ一定
条件の粉体として供給ホッパ内へ装入される。このこと
は嵩比重の一層の安定と圧縮成形装置の能力向上を呼ぶ
大きな効果に繋がる。また、ハンドリング上も有利であ
り、他の部材、装置と組合せると、装置全体の自動化が
容易に実現し品質の均等性もさらに高まる効果が随伴す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す縦断正面図である。

【図２】本発明の別の実施の形態を示す縦断正面図であ
る。

【図３】従来技術を示す縦断正面図である。

【図４】別の従来技術を示す縦断正面図である。

【符号の説明】

１圧縮成形部２粉体供給部３装入手段４制御器 11 圧縮ローラ 12 駆動モータ 21 底端部 22 供給ホッパ 23 供給スクリュ 25 駆動モータ 31 駆動モータ 32 受入れ口 33 装入口 34 円筒体 35 装入スクリュ 36 排気口 37 外筒 38 駆動モータ 41 電流計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水平に対向して遠近自在に軸支される２
個の圧縮ローラ１１Ａ，１１Ｂを具えた圧縮成形部１
と、該両圧縮ローラ１１Ａ，１１Ｂの中間上部へ底端部
２１を開口する供給ホッパ２２、および該供給ホッパ２
２内で垂直に軸支される供給スクリュ２３で形成する粉
体供給部２と、前記圧縮ローラ１１Ａと供給スクリュ２
３をそれぞれ独立して駆動する駆動モータよりなる粉体
圧縮成形装置において、供給ホッパ２２内の粉体層厚が
常に一定レベルを維持するために、前記圧縮ローラ１１
Ａの駆動モータ１２に加わる負荷を検知して、あらかじ
め設定した条件と一致するように、前記供給ホッパ２２
内へ粉体を装入する装入手段３の時間当りの装入量を増
減する信号を出力する制御器４を具えたことを特徴とす
る粉体圧縮成形装置。
【請求項２】請求項１において、装入手段３がベルト
コンベア３Ａであり、前記圧縮ローラ１１Ａの駆動モー
タ１２に加わる電流値を検知して、あらかじめ設定した
条件と一致するように、前記ベルトコンベア３Ａの駆動
モータ３１の回転数を増減する信号を出力する制御器４
Ａを具えたことを特徴とする粉体圧縮成形装置。
【請求項３】請求項１において、装入手段３が一端に
受入れ口３２を開口し、他端に供給ホッパ２２の上端と
密封して連通する装入口３３を開口した円筒体３４と、
該円筒体３４内で水平に軸支された装入スクリュ３５を
具え、該円筒体３４の軸方向の中央部とは全周で連通
し、外気に対しては排気口３６を開口して二重に囲繞す
る外筒３７を具えた比重増加機３Ｂであり、前記圧縮ロ
ーラ１１Ａの駆動モータ１２に加わる電流値を検知し
て、あらかじめ設定した条件と一致するように、前記装
入スクリュ３５の駆動モータ３８の回転数を増減する信
号を出力する制御器４Ｂを具えたことを特徴とする粉体
圧縮成形装置。