JPH1029716A - 粉体供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】送給量の制御の容易な粉体供給装置を提供す
る。 【解決手段】中空パイプ状の屈曲ノズル管と、該ノズル
管を振動させる、圧電振動子による第１の振動発生手段
と圧電振動子又は電磁振動子による第２の振動発生手段
とを有し、該ノズル管の流出口先端部を粉体が自重で流
出しないようにした構造の粉体供給装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は粉体の供給装置、特
に構造が簡単で一定時間当たりの供給量が微少の供給に
おいても安定して定量的に供給でき、かつ必要とする量
の粉体を精度よく定量的に供給しうる粉体供給装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、少量の粉体を定量的に供給する方
法としては、ホッパー容器の下部にスクリューを内蔵し
たもの、ホッパー容器の下部に振動輸送器を設置したも
の、及び、ホッパー容器の下部に進行波移送管を設置し
たものがある。

【０００３】スクリュー輸送器を用いたものは、例えば
ホッパー容器内の粉体を輸送器の内部に設けられたスク
リューを回転することによって供給し、送給量はスクリ
ューの回転数によって制御するものである。

【０００４】振動輸送器を用いたものは、例えばホッパ
ー容器下部の粉体落下開口部の下に樋形状輸送体を設
け、この樋形状輸送体を水平に対して所定の角度をもた
せて振動させ、この振動力により、ホッパー容器の下部
開口部から輸送体上へ落下した粉体を該角度方向に放り
上げ重力で落下させ、この繰り返しにより粉体を移動さ
せるもので、振動力を制御することにより流出量を制御
するものである。

【０００５】進行波移送管を用いたものは、たとえばホ
ッパー容器から落下した粉体を進行波移送管で受け管内
の粉体を管壁の進行波により移送するものである。

【０００６】しかしながら上記スクリューを用いた例
は、粉体がスクリュー翼により摩擦して温度上昇し、ま
た粉体がスクリューにより圧縮されて嵩密度が大きく変
わり、粉体物性を変化させ、粉体の種類によっては供給
装置としては適しておらず、また、作業中止時に容器内
壁とスクリューとの間隙に残留した粉体を取り出すのが
困難であった。

【０００７】特に容器内壁とスクリューとの間隙に残留
した毒物粉体や危険物粉体等の取扱時には、作業者は飛
散した毒物粉体や危険物粉体を呼吸吸引し、また皮膚に
付着する等の危険が伴い、その防御のための安全対策に
時間と費用を必要とした。

【０００８】振動輸送器による方法は、例えば電磁石に
より数十ヘルツから数百ヘルツ程度の範囲の周波数でバ
ネ材を振動させて振幅を拡大させ、バネ材に連結した樋
形状輸送体上の粉体を前方上方に放り上げ、その繰り返
しにより移動させているが、嵩密度の小さい低密度の粉
体の移送は困難であった。またホッパーと樋形状輸送体
の間に間隙をもたせる必要があるため、その間から粉体
が洩れ出ることがあり作業安全上スクリュー輸送器によ
る場合と同様の問題があった。

【０００９】進行波移送管による少量粉体移送は、嵩密
度の小さい粉体では移送管壁面との密着度が弱く進行波
の振動に粉体が追随できず、一方付着性の高い粉体では
粉体が屈曲管内壁面に付着して前進運動が発生しないた
め、うまく移送できない問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる問題点
を解決し、粉体の飛散を最小限に抑え、特に作業者に安
全で、かつ簡便な構造で、嵩密度の小さい低密度の粉体
や付着性の強い粉体を単位時間当たり微少の供給でも安
心して所定量を供給することが可能な粉体供給装置を提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため鋭意検討してなされたもので、中空管からな
る屈曲管を有し、該屈曲管の一方の端部に圧電振動子を
第１の振動発生手段として装着し、屈曲管の任意の部分
に圧電振動子または電磁振動子を第２の振動発生手段と
して装着して、第１の振動発生手段側の屈曲管先端開口
部を粉体流出ノズルとし、他端を粉体投入口として粉体
供給機構に連結すると共に、流出ノズルより粉体が重力
により自然流出せず第１と第２の振動発生手段を駆動し
たとき粉体が定常的に流出する状態に保持してなる粉体
供給装置を提供するものである。

【００１２】

【作用】本発明によれば、屈曲管の粉体投入口側を上向
きにして粉体投入口に接続した粉体供給機構から粉体を
投入すると、粉体は自重により重力方向に落下し屈曲管
の粉体貯蔵部に移動するが、屈曲したノズル側により粉
体の安息角以下となり粉体の流出を止めることができ
る。

【００１３】屈曲管の流出ノズル側先端部に装着された
振動発生手段によって超音波領域周波数の振動を与え、
該振動によって粉体投入口側に進む進行波を発生させ、
同時に、任意の部分に接続されたもう一つの振動発生手
段によって管全体を可聴波領域周波数で振動させると、
管内の低密度の粉体は、比較的振幅が大きく周波数の低
い可聴波領域周波数の振動により管内の壁面に押しつけ
られ、超音波領域周波数によって壁面に発生した進行波
によって屈曲管ノズル先端の流出口から流出する。ま
た、付着性の強い粉体の場合は、可聴波領域周波数の振
動により管壁との剥離、付着を繰り返しながら壁面の超
音波領域周波数の進行波によって屈曲管ノズル先端の流
出口から流出する。

【００１４】本発明によれば、可聴波領域の振動は管全
体を振動させるが、超音波領域振動の進行波は励振部の
ノズル流出口側から他端の粉体投入口側へ進む際、徐々
に減衰していくので、粉体投入口端部において反射波を
発生させない。かくして、進行波は安定した状態とな
り、進行波の進行方向と逆方向に粉体が移送される。こ
のように２つの性質の異なる振動発生手段によって屈曲
管に複合振動を与え、さまざまの物性の少量の粉体を供
給することができる。

【００１５】屈曲管の粉体投入口側を上向きに垂直にし
て粉体を投入しても、粉体の嵩密度が小さいときあるい
は付着性により自重だけでは落下しない場合において
も、屈曲管に２つの性質の異なる振動発生手段によって
振動を与えることにより、粉体に作用する重力とこの複
合振動により粉体を管内に移送することができる。

【００１６】屈曲管の曲げ角度は、屈曲管の材料材質
と、粉体の必要流量や付着特性や流動特性等の粉体物性
に合わせて設定する。極度の低密度または付着性の強い
粉体の場合は直管としノズル流出口側を下方にして適当
に傾斜させてもよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の第一実施例を図１ないし
図９を用いて説明する。

【００１８】図１は本発明粉体供給装置１で、屈曲管
２、漏斗状体３、超音波領域振動発生用の圧電振動子
４、超音波領域周波数発生用の交流電源５、可聴波領域
振動発生用の圧電振動子６、可聴波領域周波数発生用の
交流電源７、の構成関係を説明する図である。

【００１９】屈曲管の一方の先端開口部２ａを流出ノズ
ル８とし、他端２ｂを粉体投入口９とされている。上部
粉体投入口９には粉体の安息角より大となるような角度
の漏斗状体３を接続して粉体供給機構１０を形成してい
る。屈曲管２と漏斗状体３は一体成形品でもよく、ネジ
込み接続あるいは接着接続、溶着接続でもよい。

【００２０】屈曲管２の流出ノズル８側の先端部には超
音波領域周波数振動発生手段として圧電振動子４が設け
られる。電圧はピーク対ピーク５〜１００ボルトの交流
電源５によって交流電圧が印加される。周波数は２０キ
ロヘルツ〜１００キロヘルツ程度の超音波領域が好まし
い。

【００２１】圧電振動子４は図２（中空ノズルの外壁の
み図示）に示すように屈曲ノズル管２の断面外壁が二点
鎖線の様な半径方向の振動（ｒ方向）を起こすような振
動を発生させることができる。圧電振動子４によって励
振された屈曲管２には図３のような進行波が発生する。
屈曲管２としてはポリアクリル酸エステル等プラスチッ
クを用いると比較的大きな減衰特性を示し、図３のよう
に進行波は減衰していく。従って、先端部にて反射波が
ほとんど無く進行波が反射波によって乱されることがな
い。

【００２２】前述の進行波を発生する圧電振動子４とし
ては、図４に示すように厚み０．５〜３ミリメートルの
セラミックＰＺＴ１１を両側から電極１２、１２で挟み
込んだタイプを用いることができる。電極間に電圧を印
加することでセラミックの伸縮力により内径及び外径方
向、つまりｒ方向に伸び縮み振動が励起され、その振動
が屈曲管２に進行波として伝達される。最適のピーク対
ピーク電圧、周波数は圧電振動子４の形状による共振モ
ードから算出することができる。圧電振動子４の厚み及
び形状を変えることで発振周波数を変化させることがで
きる。

【００２３】また、図４では圧電振動子７は一層のみで
あるが図５に示すように複数個のサンドイッチタイプ
（多層型）にすれば、さらに励起振動量は大きくでき、
屈曲管２に伝わる進行波も大きくなり粉体輸送力も増加
し流量調節範囲を広げることが出来る。

【００２４】電圧の印加時間をパルス的に変化させても
よい。

【００２５】屈曲管２の粉体投入口９下部には可聴波領
域周波数振動発生手段として圧電振動子６が設けてあ
る。電圧はピーク対ピーク１０〜３００ボルトの交流電
源７によって交流電圧が印加される。周波数は１０〜１
０００ヘルツ程度の可聴波領域周波数が好ましい。圧電
振動子６は図６に示すように、屈曲管２全体の振動を起
こすような振動を発生させることができる。圧電振動子
６によって励振された屈曲管２には図６のような振動が
発生する。この振動は周波数が低く超音波領域周波数振
動のような減衰がないので、屈曲管全体を振動させる。

【００２６】前述の振動を発生する圧電振動子６として
は、図７に示すように厚み０．１〜０．５ミリメートル
のセラミックＰＺＴ１１を両側から電極１２、１２で挟
み込んだタイプを薄い金属板１３に貼り付けたものを用
いることができる。電極間に電圧を印加することでセラ
ミック１１は伸縮するが、金属板１３は伸縮しないので
図８のように反り返り振動が励起されて振動を発生し、
屈曲管２に振動として伝達される。最適の振動振幅を発
生させるピーク対ピーク電圧と周波数は粉体物性に合わ
せて交流電源７によって任意に設定できる。

【００２７】また、図７では圧電振動子６は一層のみで
あるが図９に示すように２個のサンドイッチタイプ（バ
イモルフタイプ）にすればさらに励起振動量は大きくで
き、屈曲管２に伝わる振動も大きくなり取扱い粉体の種
類を広げることが出来る。

【００２８】屈曲管２の部材としては、超音波領域周波
数振動で減衰の大きく、可聴波領域周波数振動では減衰
の小さい材質、すなわちポリアクリル酸エステル、ナイ
ロン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリスチロ
ール等のプラスチック材料が好ましい。プラスチック以
外にも金属部材の一部に減衰の大きい材質をはりつけた
り、金属部材の一部に溝を付ける等をほどこして、超音
波領域周波数振動で減衰の大きく、可聴波領域周波数振
動では減衰の小さい材料をつくることができる。また中
空直管パイプを切断して接着や溶接して中空屈曲ノズル
管に加工してもよいが、パイプ屈曲部での粉体の移動を
しやすくするために突起状による移動粉体への抵抗障害
を減少させ内径を保持するには、材料および加工方法を
考慮した曲率半径で、内面の滑らかな屈曲ノズル管に形
成することが望ましい。

【００２９】屈曲管２は特にポリアクリル酸エステル製
が好ましく、ポリアクリル酸エステル製ノズル管は、そ
の一部に与えられた超音波領域周波数の振動の進行波は
その部材つまりポリアクリル酸エステル製屈曲管２自身
により減衰されるが、可聴波領域周波数の振動は減衰が
小さい。本発明は超音波領域周波数と可聴波領域周波数
とで複合励振された粉体輸送部材の振動が、超音波領域
振動は進行方向の端部において減衰し、可聴波領域周波
数振動は減衰しないように構成して、この振動の発生体
である圧電振動子４と圧電振動子６に印加するそれぞれ
の電圧を変化させることにより、少量粉体の流量制御を
実現できる。

【００３０】次に本発明の第二実施例を図１０を用いて
説明する。

【００３１】本実施例は図１０に示すように圧電振動子
４と圧電振動子６を屈曲管２の側壁に添着したところが
第一実施例と異なる。これは積層圧電素子等の板状の圧
電振動子４と圧電振動子６を振動させ、屈曲管２の一部
を圧電素子により叩くことにより複合振動を発生させ粉
体を輸送する方法であり、他の実施例と同様に安定な輸
送力が発生する。このような構成にすれば簡易コンパク
トに粉体流量制御が出来てコスト的にも有利である。

【００３２】次に本発明の第三実施例を図１１を用いて
説明する。

【００３３】本実施例は図に示すように、１個の圧電振
動子４に、超音波領域周波数を可聴波領域周波数で重畳
した変調波を交流電源５より印加して、超音波領域周波
数と可聴波領域周波数の複合発生体とし、屈曲ノズル管
２に複合振動を発生させたところが第一実施例、第二実
施例と異なる。これによって屈曲管部を複合振動させ粉
体を輸送する方法である。

【実施例】

【００３４】屈曲管２部材はポリアクリル酸エステル樹
脂製とし、図１に示す屈曲角度が９０度の装置を製作し
た。屈曲管２の中空パイプ状部は、外径１５ミリメート
ル、内径９ミリメートル、長さを３００ミリメートルと
した。端部から１００ミリメートルの点で半径２０ミリ
メートルの曲率半径で９０度に曲げ加工し屈曲管２とし
た。そして屈曲管２の粉体流出口ノズル８となる短管部
端部に超音波領域周波数振動発生手段の圧電振動子４を
接着し、長管部端部に可聴波領域周波数振動発生手段の
圧電振動子６と漏斗状体３を接着接続した。

【００３５】図１のように、屈曲管２の長管部を垂直に
して粉体が自重により重力方向に自然落下するように
し、落下した粉体が外部に流出しないように、屈曲管２
の先端部が水平になるように実験台に固定した。

【００３６】粉体は、試験研究用グラファイトを用い
た。屈曲管２の短管部先端の超音波領域周波数振動発生
手段のみを動作させたが粉体は流出しなかった。

【００３７】次に、超音波領域周波数振動発生手段を停
止し、屈曲管２の長管部粉体投入口付近に接着した可聴
波領域周波数振動発生手段のみを動作させたが粉体は流
出しなかった。

【００３８】次に、上記実施例装置を用いて、超音波領
域周波数と可聴波領域周波数の両振動発生手段を同時に
動作させた。実験の結果この粉体の流量は毎分１０グラ
ムであった。

【００３９】この実験では、粉体の流出量は圧電振動子
４に印加する電圧に比例して変化し粉体の流量制御が可
能であった。圧電振動子４または圧電振動子６のどちら
かの電源を切ると圧電振動子の振動停止に対応して粉体
の流出が停止した。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、屈
曲管に超音波領域周波数と可聴波領域周波数の複合振動
発生手段によって振動を与え、超音波領域周波数振動の
進行波の振動力を制御する事により、粉体を所定の流量
制御をしながら、安定して取り出す事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の一部切欠側面図。

【図２】ノズル管の外壁の超音波振動の説明図。

【図３】ノズル管に発生する超音波進行波を示す説明
図。

【図４】超音波圧電振動子の一実施例を示す一部切欠斜
視図。

【図５】超音波圧電振動子の他の例を示す一部切欠斜視
図。

【図６】本発明の実施例の可聴波振動を説明する図。

【図７】可聴波圧電振動子の一実施例を示す縦断面図。

【図８】可聴波圧電振動子の反り返し振動の説明図。

【図９】可聴波圧電振動子の他の例を示す縦断面図。

【図１０】本発明の第二実施例を示す側面図。

【図１１】他の実施例を示す側面図。

【符号の説明】 １：粉体供給装置 ２：屈曲管 ３：漏斗状体 ４：超音波振動発生用の圧電振動子 ５：超音波周波数発生用の交流電源 ６：可聴波振動発生用の圧電振動子 ７：可聴波周波数発生用の交流電源 ８：流出ノズル ９：粉体投入口 １０：粉体供給機構 １１：セラミックＰＺＴ １２：電極 １３：金属板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空管からなる屈曲管を有し、該屈曲管
   の一方の端部に第１の振動発生手段を装着し、屈曲管の
   任意の部分に第２の振動発生手段を装着し、第１の振動
   発生手段側の屈曲管先端開口部を粉体流出ノズルとし他
   端を粉体投入口として粉体供給機構に連結するととも
   に、流出ノズルより粉体が重力により自然流出せず第１
   と第２の振動発生手段を駆動したとき粉体が定常的に流
   出する状態に保持してなる粉体供給装置。
2. 【請求項２】 屈曲管の粉体投入口側を粉体供給機構に
   連結し、流出ノズルから粉体が自然流出しないように流
   出ノズルを水平方向に対して仰角となるように保持して
   なる請求項１記載の粉体供給装置。
3. 【請求項３】 第１の振動発生手段を駆動して屈曲管に
   粉体投入口方向に進行する進行波を発生させ、第２の振
   動発生手段を駆動して屈曲管全体を振動させて粉体流出
   ノズルから粉体を連続的に流出することを可能とした請
   求項１又は２記載の粉体供給装置。
4. 【請求項４】 粉体投入口に漏斗状体を接続した請求項
   １記載の粉体供給装置
5. 【請求項５】 第１の振動発生手段によって屈曲管に与
   えられる振動は、屈曲管部材の振動の吸収によって減衰
   する進行波とし、第２の振動発生手段によって与えられ
   る振動は管全体を振動させる振動とする請求項１〜４い
   ずれかに記載の粉体供給装置。
6. 【請求項６】 第１の振動発生手段は圧電振動子とし超
   音波領域周波数で駆動され、第２の振動発生手段は圧電
   振動子または電磁振動子として可聴波領域周波数によっ
   て駆動する請求項１記載の粉体供給装置。