WO2017203551A1 - 粒状体の微量安定供給装置 - Google Patents

Abstract

微量の添加剤の原料ホッパへの投入をムラなく安定して供給することができる粒状体の微量安定供給装置を提供することである。　本発明は、粒状体の微量安定供給装置１０に関し、原料搬送路を構成する筒体１６は後端部上面には原料入口１６ａが形成されており、先端下面には原料出口１６ｂが形成されている。搬送スクリュ１８は、筒体１６の内部に回転可能に配設されている。カバー部材２０は、原料入口１６ａと、前記原料入口１６ａの直下に位置する搬送スクリュ１８の基部１８ａとの間に配設され、基部１８ａの上面１８ｂと搬送スクリュ１８の回転時の基部１８ａの上昇側側面１８ｃとを覆う。

Description

粒状体の微量安定供給装置

　本発明は、射出成形や押出成形で用いられる樹脂原料をはじめとする粒状体を微少量且つ安定的に供給することが可能な粒状体の微量安定供給装置に関する。

　射出成形や押出成形で用いられる多種類の樹脂原料（例えば、主原料と各種添加剤）の多くは粒状（ペレット状または短円柱状）に加工されており、これらは成形の進行に合わせてそれぞれ必要量が原料ホッパに投入され、多種類の樹脂原料の混合状態が均一になるように原料ホッパ内で攪拌されて成形機に供給され、成形機の搬送スクリュの回転とともに成形シリンダに送り込まれる。

　このような成形分野で、最近では、大量の主原料に対して極く微量（例えば、１％以下）の添加で成形品の性能を格段に向上させる添加原料が現れている。このような微少量の添加材料はどの部分においても主原料に対して均一に混入されていることが重要で、混ざり具合にムラがある場合、成形品の２～３割が品質不良として廃棄されている。

　成形機の原料ホッパに微少量の樹脂原料（添加剤）を供給するためのものとして、従来から、搬送スクリュを備える小型の原料供給装置が幅広く用いられている（特許文献１）。

　従来の原料供給装置１は、図８～９に示すように、原料Ｔとなる樹脂原料（添加剤）の搬送路を構成する筒体２と、筒体２の内部に配設された搬送スクリュ３と、搬送スクリュ３を回転させるモータ４及びホッパ５とを備えており、筒体２の後端部上面には、ホッパ５が接続される原料投入口２ａが形成されており、筒体２の先端部下面には、成形機の原料ホッパに臨む原料出口２ｂが形成されている。

　そして、２種以上の原料Ｔを成形機の原料ホッパへ供給する際には、原料ホッパの上方に原料Ｔの種類に応じた数の原料供給装置１を配設し、各原料供給装置の供給量をモータ４で制御することによって、原料Ｔの添加割合を調整していた。

特開２００６－１８８３０２号公報

　従来の原料供給装置１で微量の原料Ｔとなる樹脂原料（添加剤）を成形機の原料ホッパに投入しようとする場合、搬送スクリュ３を低速で回転させて原料Ｔの搬送速度を遅くし、少量の原料Ｔが連続的且つ一定量で筒体２の原料出口２ｂから押し出されて成形機の原料ホッパに投入されるようにしていた。

　原料Ｔは、筒体２の原料投入口２ａから投入されるため、原料投入口２ａの直下にて顔を覗かせている搬送スクリュ３の基部に向かって落下する。落下した原料Ｔは、搬送スクリュ３の基部の両側をすり抜けて筒体２の底に溜まり、やがて、搬送スクリュ３の基部全体が原料Ｔで埋まる。そして、搬送スクリュ３の回転と共に搬送スクリュ３の基部の周囲に存在する原料Ｔが搬送スクリュ３の羽根によって筒体２内部へと送り込まれる。

　このようにして、筒体２内を回転して原料Ｔを搬送する搬送スクリュ３の羽根の間には、上下左右全周に亘って原料Ｔが隙間なく充填された状態で搬送されているので、搬送スクリュ３の羽根が原料Ｔを筒体２下面の原料出口２ｂまで移送すると、原料出口２ｂに位置した搬送スクリュ３の溝の部分（図８の円中、Ａで示した部分）に入り込んでいた原料Ｔが原料出口２ｂから排出されるが、このときの振動によって「なだれ現象」を起こして搬送スクリュ３の上方（図８の円中、Ｂで示した部分）にある原料Ｔまでもが一気に原料出口２ｂから原料ホッパに向けて落下する。このような「なだれ現象」が搬送スクリュ３の回転に合わせて繰り返されると原料Ｔの投入に大きな粗密が生じる。

　このような「なだれ現象」は、搬送スクリュ３の回転数を遅くすれば遅くするほど顕著となり、原料Ｔを極微量投入するために搬送スクリュ３の回転数を極端に遅くすると、搬送スクリュ３の羽根の溝内の原料Ｔの粒子の重なり具合（詰まり具合）が影響して、より不規則な「なだれ現象」を生じさせる。なお、図７は、本発明方法と従来方法とで微量供給をそれぞれ行ったときに原料出口２ｂから排出される原料Ｔの実際の重量を測定した結果を示したものであり、破線で示した従来方法では、目的とする排出量（０．２ｇ／１０ｓｅｃ）に対して実際の排出量のバラつき（粗密）が大きいことが見てとれる。

　このような原料投入時の投入ムラは、成形品の品質に大きな影響を与え、射出又は押し出し成形シリンダにおける加熱混練でも解消に至らず、上記のような成形不良の原因となっていた。

　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その主たる課題は、樹脂原料をはじめとする粒状体を微小量且つ安定的に供給することが可能な粒状体の微量安定供給装置を提供することである。

　請求項１に記載した発明は、粒状体の微量安定供給装置１０に関し、
　後端部上面には原料入口１６ａが形成されており、先端下面には原料出口１６ｂが形成されており、原料搬送路を構成する筒体１６と、
　筒体１６の内部に回転可能に配設された搬送スクリュ１８と、
　原料入口１６ａと、原料入口１６ａの直下に位置する搬送スクリュ１８の基部１８ａとの間に配設され、基部１８ａの上面１８ｂと搬送スクリュ１８の回転時の基部１８ａの上昇側側面１８ｃとを覆うカバー部材２０とで構成されていることを特徴とする。

　請求項２に記載した発明は、請求項１の粒状体の微量安定供給装置１０において、
　搬送スクリュ１８の基部１８ａの羽根２９ａの高さＨ１は、基部１８ａより先端側の羽根２９ｂの高さＨ２より低く形成されていることを特徴とする。

　請求項３に記載した発明は、請求項１又は２の粒状体の微量安定供給装置１０において、
　搬送スクリュ１８の回転中心Ｐ１は、筒体１６の軸心Ｐ２より筒体１６の底１６ｃ側に設けられていることを特徴とする。

　請求項１の粒状体の微量安定供給装置１０では、原料入口１６ａと基部１８ａとの間にカバー部材２０が設けられているので、原料入口１６ａから投入された原料Ｔは、カバー部材２０に邪魔されて搬送スクリュ１８の基部１８ａの上面１８ｂに載ることがなく、その全量が基部１８ａの側面をすり抜けて基部１８ａ直下の筒体１６の樹脂溜まり１６ｄに落下し、やがて、カバー部材２０の上部を越え、カバー部材２０全体が原料Ｔで埋もれるまで樹脂溜まり１６ｄに原料Ｔが充填される。このとき、搬送スクリュ１８の基部１８ａとカバー部材２０との間には、原料Ｔが存在しない空間が作られ、それ以外の部分（カバー部材２０で覆われていない領域）では、搬送スクリュ１８の基部１８ａが原料Ｔと接触している。従って、搬送スクリュ１８の基部１８ａの上面に原料Ｔが載ったまま搬送されるということがない。

　そして、樹脂溜まり１６ｄに落下した原料Ｔは、搬送スクリュ１８にて搬送スクリュ１８のカバー部材２０で覆われていない下側の原料Ｔを搬送スクリュ１８の上側面のカバー部材２０内に掻き揚げつつ開口部１６ｅから筒体１６の内部の原料Ｔを押圧し、押圧搬送された原料Ｔは、筒体１６の底１６ｃ近辺に沿って搬送される。ここで、搬送スクリュ１８の基部１８ａの羽根２９ａの高さＨ１が、基部１８ａより先端側の羽根２９ｂの高さＨ２より低く形成されていると、基部１８ａにおける原料Ｔの掻き揚げ力は低下し、基部１８ａの上面１８ｂに乗り上げて搬送される原料Ｔは発生しない。

　以上から、搬送スクリュ１８によって搬送された原料Ｔは、筒体１６と搬送スクリュ１８との間に満充填されることがなく、筒体１６の底１６ｃ近辺（搬送スクリュ１８の溝の下側）にのみ存在することとなる。

　このように、本発明によれば、原料Ｔは、搬送スクリュ１８の基部１８ａの羽根２９ａの表面で巻き上げられて上昇側側面１８ｃとカバー部材２０との間の隙間に送り込まれるため、搬送スクリュ１８の各々の羽根２９ａ，２９ｂ間の溝には原料Ｔが少量ずつ定量投入される。このような搬送スクリュ１８の各々の羽根２９ａ，２９ｂ間の溝の底部に配分された原料Ｔが原料出口１６ｂに至ると、搬送スクリュ１８の（基部１８ａより先端の）羽根２９ｂの上部領域には原料Ｔが存在せず、従来技術で述べたような「なだれ現象」が起こりにくくなる。

　加えて、本発明では、筒体１６と搬送スクリュ１８との間に原料Ｔが満充填されておらず原料Ｔの充填密度が少ないため、従来方法（筒体１６と搬送スクリュ１８との間に原料Ｔが満充填されている）と同じ回転数で搬送スクリュ１８を回転させると、原料出口１６ｂから排出される原料Ｔは、従来方法と比べると当然少なくなる。換言すれば、従来方法と同じだけの供給量とするためには、搬送スクリュ１８の回転数を上げる必要がある（搬送スクリュ１８の回転数を上げることができる）。搬送スクリュ１８の回転数を上げることができると、その分、搬送スクリュ１８の羽根のスロープの影響による原料Ｔの粗密の時間間隔を狭くすることができて粗密のバラつきが抑えられ、上述した「なだれ現象」が起きにくくなることとも相俟って、粒状体である原料Ｔを微小量且つ安定的に供給することが可能となる。

　なお、筒体１６の底１６ｃと搬送スクリュ１８の（基部１８ａより先端側の）羽根２９ｂとの間のクリアランスが大きい場合には、原料Ｔの噛み込みや搬送ミスが生じる可能性があり、そうなると、各羽根２９ｂ間に存在する原料Ｔに多寡（粗密）が発生してしまう。この点、請求項３に記載した発明のように、搬送スクリュ１８の回転中心Ｐ１を、筒体１６の軸心Ｐ２より筒体１６の底１６ｃ側に設けておけば、筒体１６の底１６ｃと搬送スクリュ１８の各羽根２９ｂとの間のクリアランスが小さくなり、原料Ｔの噛み込みや搬送ミスが生じることはなく、筒体１６の底１６ｃの近辺に溜まった原料Ｔをより確実且つ安定的に押し出すことができる。

本発明における成形機と原料供給装置の関係を示す正面図である。 図１の原料供給装置を示す拡大縦断面図である。 図２の平面図である。 図３のＡ－Ａ断面図である。 図３のＢ－Ｂ断面図である。 図５のＣ－Ｃ断面図である。 本発明方法と従来方法とで微量供給をそれぞれ行ったときに原料が原料出口から実際に排出された量を測定した結果を示す図である。 従来の原料供給装置を示す図である。 雪崩現象の模式図である。

　以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。この粒状体の微量安定供給装置１０は、図１～図２に示すように、射出成形や押出成形で用いられる粒状（ペレット状または短円柱状）の原料（本実施例では樹脂ペレット）Ｔを成形機Ｓの原料ホッパ３７へ供給するものであり、原料搬送路を構成する筒体１６と、筒体１６の内部に回転可能に配設された搬送スクリュ１８と、搬送スクリュ１８を回転するモータＭ（或いは、ギヤのような回転力伝達部材）、搬送スクリュ１８の基部１８ａを覆うカバー部材２０、原料Ｔを受け入れる原料供給ホッパ２２とによって構成されている。

　筒体１６は、円形断面を有する管状部材であり、筒体１６の先端には、搬送スクリュ１８を回転可能に支持する板状の支持体２４が設けられ、先端下面には、原料出口１６ｂが形成されている。

　また、筒体１６の後端部上面には、原料入口１６ａが形成されており、この原料入口１６ａに原料供給ホッパ２２が接続されている。原料入口１６ａの直下には、樹脂溜まり１６ｄが設けられている。図２では樹脂溜まり１６ｄが明瞭になるように筒体１６の底１６ｃより一段下に形成されているように記載しているが、搬送スクリュ１８の基部１８ａと樹脂溜まり１６ｄの底との間に存在する原料Ｔを効果的に掻き揚げて筒体１６内に送り込むことができればどのような位置に設定してもよく、例えば、樹脂溜まり１６ｄの底を筒体１６の底１６ｃと面一（或いは底１６ｃよりも上側）となるように設定してもよい。樹脂溜まり１６ｄの前面に筒体１６のシリンダ孔１６ｓの開口部１６ｅが開口し、該シリンダ孔１６ｓに搬送スクリュ１８が挿通されている。

　搬送スクリュ１８は、図２に示すように、棒状の回転軸２８と、回転軸２８の外面に螺旋状に形成された羽根２９とを有しており、羽根２９は、搬送スクリュ１８の基部１８ａの羽根２９ａと、基部１８ａより先端側の羽根２９ｂに分かれ、基部１８ａの羽根２９ａの高さＨ１は、基部１８ａより先端側の羽根２９ｂの高さＨ２より低く形成されている。

　ここで、「搬送スクリュ１８の基部１８ａ」とは、図２から分かるように、開口部１６ｅを境に樹脂溜まり１６ｄ側に突出している部分である。羽根２９の高さＨ１とＨ２との境界は、開口部１６ｅと必ずしも一致している必要はなく、原料Ｔの形状や搬送量によって適宜選択可能である。Ｈ１の高さは、原料Ｔの形状や供給量により適宜調整される。

　カバー部材２０は、円筒の一部を切り取ったような断面円弧状の曲板で、原料入口１６ａと、前記原料入口１６ａの直下に位置する搬送スクリュ１８の基部１８ａとの間に配設され、搬送スクリュ１８の基部１８ａの、少なくとも原料入口１６ａの直下の部分全体を上から覆っている。原料入口１６ａとカバー部材２０との間には隙間があり、原料Ｔはその隙間から樹脂溜まり１６ｄに落ち込む。

　カバー部材２０の両サイドは、図４から分かるように、基部１８ａの上面１８ｂと搬送スクリュ１８の回転時の基部１８ａの上昇側側面１８ｃを覆うようになっている。即ち、基部１８ａの上昇側側面１８ｃとを覆う右側部分２０ａ（紙面上から見て右側）は左側部分２０ｂより長く、搬送スクリュ１８の回転中心Ｐ１より下まで伸びている。なお、本実施例では、上述したようにカバー部材２０の右側部分２０ａの下端が搬送スクリュ１８の回転中心Ｐ１より下まで伸びているが、カバー部材２０の右側部分２０ａの機能としては、搬送スクリュ１８の基部１８ａの羽根２９ａにより掻き揚げられた原料Ｔをカバー部材２０の右側部分２０ａと搬送スクリュ１８の基部１８ａとの間の隙間に送り込むことができればよく、上記機能を満足できれば、右側部分２０ａの下端が搬送スクリュ１８の回転中心Ｐ１と同じ高さに位置してもよいし、回転中心Ｐ１よりもやや上側に位置してもよい。

　一方、左側部分２０ｂは、上から落下する原料Ｔが基部１８ａの上面１８ｂに載らないようにカバーするだけで足る。

　なお、搬送スクリュ１８は、筒体１６と同軸に設定してもよいが、図４に示すように搬送スクリュ１８の回転中心Ｐ１が、筒体１６の軸心Ｐ２より筒体１６の底１６ｃ側となるように設けてもよい。この場合、搬送スクリュ１８の基部１８ａより先端側の羽根２９ｂの外周と筒体１６のシリンダ孔１６ｓの底１６ｃとの間隔Ｗは、原料Ｔの粒径より狭く形成されている。

　このような粒状体の微量安定供給装置１０を用いて成形機Ｓの原料ホッパ３７に原料Ｔを供給する際には、微量安定供給装置１０の原料出口１６ｂが原料ホッパ３７に対して位置決めされ、大量の主原料が供給された原料ホッパ３７内に微量の原料Ｔを過不足なしで供給することになる。あるいは、大量の主原料の供給と時間的に同期して、微量の原料Ｔを微量供給することで、原料ホッパ３７内に撹拌装置を設置すること無く、成形シリンダーへ所望の混合比を有する原料Ｔを供給することができる。

　即ち、微量安定供給装置１０の樹脂溜まり１６ｄに投入される原料Ｔは、原料入口１６ａを超える量が充填されるが、カバー部材２０が存在することにより、搬送スクリュ１８の基部１８ａの上面１８ｂ及び上昇側側面１８ｃとカバー部材２０との間には原料Ｔの無い空間が形成され、カバー部材の存在しない基部１８ａの下面は、原料Ｔと接触しているが、搬送スクリュ１８の回転により低い羽根２９ａにより掻き揚げられ、カバー部材２０の右側部分２０ａと低い羽根２９ａとに原料Ｔが挟まれて若干（換言すれば、基部１８ａの側面辺りまで）持ち上げられ、その状態で搬送スクリュ１８の回転と共に前進する。その状態を図５～６に示す。

　そして、搬送スクリュ１８の回転に合わせて羽根２９ｂに押されて筒体１６の底１６ｃと、掻き上げ側である紙面上から見て右側の側面内に沿って送られた原料Ｔは、原料出口１６ｂに至ると、搬送スクリュ１８の回転に合わせて設定された量だけ過不足なく落下する。

（実施例）
　発明者らは、本実施例に係る微量安定供給装置１０を用いて原料出口１６ｂから排出される原料Ｔの実際の重量を測定し、本発明の効果を確認する試験を行った。原料Ｔとしては、ペレット状の樹脂原料（粒径３～４ｍｍ）を使用した。また、搬送スクリュ１８の回転数は、樹脂供給量の目標値が０．２ｇ／１０ｓｅｃとなるように設定した。対比試験として、従来技術の微量安定供給装置１を用いて同様の試験を行った。このときの試験結果を図７に示す。

　図７から明らかなように、本発明に係る微量安定供給装置１０を用いると、従来方法と比べて原料Ｔの供給量のバラつきが格段に抑えられ、粒状体を微小且つ安定的に供給することができることがわかった。

　本発明は、粒状体であればどのようなものであっても応用することが可能であり、樹脂原料以外にも、例えば、小豆や大豆といった食品や、金属ペレットのような粒状体の材料を微少量且つ安定的に供給することが求められるような分野全般に利用され得る。

１：従来の原料供給装置、２：筒体、２ａ：原料投入口、２ｂ：原料出口、３：搬送スクリュ、４：モータ、５：ホッパ、１０：粒状体の微量安定供給装置、１６：筒体、１６ａ：原料入口、１６ｂ：原料出口、１６ｃ：底、１６ｄ：樹脂溜まり、１６ｅ：開口部、１６ｓ：シリンダ孔、１８：搬送スクリュ、１８ａ：基部、１８ｂ：上面、１８ｃ：上昇側側面、２０：カバー部材、２０ａ：右側部分、２０ｂ：左側部分、２２：原料供給ホッパ、２４：支持体、２８：回転軸、２９：羽根、２９ａ：基部の羽根、２９ｂ：基部より先端側の羽根、３７：原料ホッパ、Ｈ１・Ｈ２：羽根の高さ、Ｍ：モータ、Ｐ１：搬送スクリュの回転中心、Ｐ２：筒体の軸心、Ｓ：成形機、Ｔ：原料、Ｗ：間隔
 

Claims (3)

1. 　後端部上面には原料入口が形成されており、先端下面には原料出口が形成されており、原料搬送路を構成する筒体と、
   　前記筒体の内部に回転可能に配設された搬送スクリュと、
   　前記原料入口と、前記原料入口の直下に位置する前記搬送スクリュの基部との間に配設され、前記基部の上面と前記搬送スクリュの回転時の基部の上昇側側面とを覆うカバー部材とで構成されていることを特徴とする粒状体の微量安定供給装置。
2. 　請求項１の粒状体の微量安定供給装置において、
   　前記搬送スクリュの基部の羽根の高さは、基部より先端側の羽根の高さより低く形成されていることを特徴とする粒状体の微量安定供給装置。
3. 　請求項１又は２の粒状体の微量安定供給装置において、
   　前記搬送スクリュの回転中心は、前記筒体の軸心より前記筒体の底側に設けられていることを特徴とする粒状体の微量安定供給装置。
    

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