JP7324279B2

JP7324279B2 - 粉体供給装置

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Publication number: JP7324279B2
Application number: JP2021520439A
Authority: JP
Inventors: 英之福井
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Kanadevia Corp
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2023-08-09
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Description

本発明は、粉体供給装置に関するものである。

近年、粉体を均一に敷き詰め、高圧で加圧して得られる固形材料が工業的に利用されている。このような固形材料は、通常、形状などで高い精度が要求される。このため、前記固形材料を形成するための粉体の量は、一定である必要がある。したがって、前記固形材料を形成する装置に対して、粉体を可能な限り一定にして供給する装置（粉体供給装置）が使用されている。

従来の粉体供給装置として、日本国特開２０１６－１４７２５３号公報（以下、特許文献１）に、棒状体の計量凹部から粉体を確実に落下させて供給する装置が提案されている。前記特許文献１に記載の粉体供給装置は、計量凹部からエアを放出するように構成することで、計量凹部からの粉体の落下を確実にしている。

ところで、前記特許文献１に記載の粉体供給装置には、棒状体の計量凹部に充填された粉体が、当該棒状体がその位置のまま軸回りに１８０°回転することで、計量凹部から落下して供給される。このため、前記特許文献１に記載の粉体供給装置に流動性の悪い粉体が用いられる場合、定量の粉体が計量凹部に充填されないまま、当該計量凹部から供給されるおそれがある。また、粒径の小さい粉体が用いられる場合、棒状体と摺接部の間に当該粉体が巻き込まれるなどして、棒状体の計量凹部以外の部分に粉体が付着し、計量凹部に充填された粉体とともに棒状体に付着した粉体が供給されるおそれがある。特に、１．０ｇｆ［９．８×１０^－３Ｎ］未満となる微量の粉体を供給する場合、供給する粉体の重量が僅かに増減しても、この増減は供給を予定していた粉体に対する割合が大きくなるので、粉体を定量で供給することが困難である。

また、前記特許文献１に記載の粉体供給装置は、粉体を供給する所定位置の上方において、当該特許文献１の図１に示すように、粉体撹拌機構５０、および、計量凹部３４に粉体を充填するホッパ部２１など、様々な構成が必要である。粉体が供給される所定位置の上方は、粉体供給装置の後工程（粉体を敷き詰める工程など）で必要となる空間であるから、このような空間が確保されていなければ、後工程で使用される装置が制限されることになる。

そこで、本発明は、微量の粉体であっても定量で供給し得るとともに、粉体が供給される所定位置の上方に空間を確保し得る粉体供給装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、第１の発明に係る粉体供給装置は、粉体が充填される凹部を有する計量軸体と、
前記計量軸体の凹部に粉体を充填する粉体充填機構と、
前記計量軸体を当該計量軸体の軸に沿ってスライドさせるスライド機構と、
前記凹部に充填された粉体を計量軸体のスライドにより摺り切る摺切部材と、
前記計量軸体を当該計量軸体の軸回りに回転させることで凹部を下方に向け、当該凹部の摺り切られた粉体を当該凹部から落下により下方に供給する軸回転機構とを備えるものである。

また、第２の発明に係る粉体供給装置は、第１の発明に係る粉体供給装置における粉体充填機構が、
内部に計量軸体の少なくとも凹部が位置し得るとともに、当該内部に粉体が配置される筒体と、
前記筒体を回転させることで、前記内部の粉体を撹拌し凹部に充填する筒回転機構とを有するものである。

さらに、第３の発明に係る粉体供給装置は、第２の発明に係る粉体供給装置における粉体充填機構が、筒体の内面から突出した粉体撹拌羽根をさらに有するものである。

加えて、第４の発明に係る粉体供給装置は、第２または第３の発明に係る粉体供給装置における粉体充填機構が、筒体の内部にエアを吹き付けることで粉体を撹拌するエア吹付部をさらに有するものである。

また、第５の発明に係る粉体供給装置は、第２または第３の発明に係る粉体供給装置における摺切部材が、スライドにより計量軸体の凹部を筒体の内部から外部に案内する軸体貫通口が形成された部材である。

また、第６の発明に係る粉体供給装置は、第１乃至第３のいずれかの発明に係る粉体供給装置において、下方に向けられた凹部からの粉体の落下を振動により促進する軸振動機構をさらに備えるものである。

また、第７の発明に係る粉体供給装置は、第１乃至第３のいずれかの発明に係る粉体供給装置において、摺切部材で摺り切られた粉体の凹部における充填状態を検知する検知器と、
検知器で検知された粉体の充填状態が不十分であれば、スライド機構により計量軸体をその凹部に粉体が充填される位置までスライドさせ、粉体充填機構により当該凹部に粉体を充填させる制御機構とをさらに備えるものである。

前記粉体供給装置によると、摺切部材で摺り切られた粉体が供給されるので、微量の粉体であっても定量で供給することができる。また、粉体は凹部に充填される位置からスライドされた後に当該凹部から供給されるので、粉体が供給される所定位置の上方に空間を確保することができる。

本発明の実施の形態に係る粉体供給装置の概略側面図であり、計量軸体の凹部に粉体が充填される状態を示す。同粉体供給装置の概略側面図であり、凹部に充填された粉体が摺り切られる状態を示す。同粉体供給装置の概略側面図であり、凹部の摺り切られた粉体が落下により下方に供給される状態を示す。同計量軸体の平面図である。図４のＡ－Ａ断面図である。同粉体供給装置の一部切欠き斜視図であり、凹部に充填された粉体が摺り切られる状態を示す。同粉体供給装置の粉体充填機構を構成する筒体の横断面図である。同筒体の変形例の横断面図である。同粉体供給装置の一部切欠き斜視図であり、凹部に充填された粉体が摺り切られる状態を示す。同粉体供給装置の一部切欠き斜視図であり、凹部の摺り切られた粉体が落下により下方に供給される状態を示す。同計量軸体の横断面およびその他の構成を示す図である。検知器および制御装置を備える粉体供給装置の概略側面図であり、摺り切られている粉体が検知されている状態を示す。同検出器の向きを変更した粉体供給装置の概略側面図であり、供給される直前の粉体が検知されている状態を示す。

以下、本発明の実施の形態に係る粉体供給装置について、図面に基づき説明する。

まず、この粉体供給装置の概略について、図１～図３に基づき説明する。図１～図３は、前記粉体供給装置の概略側面図である。

図１に示すように、この粉体供給装置１は、粉体Ｐが充填される凹部３を有する計量軸体２と、この計量軸体２の凹部３に粉体Ｐを充填する粉体充填機構５とを備える。また、図２に示すように、前記粉体供給装置１は、前記計量軸体２をその軸４に沿ってスライドさせるスライド機構６と、前記凹部３に充填された粉体Ｐを計量軸体２のスライドにより摺り切る摺切部材７とを備える。さらに、図３に示すように、前記粉体供給装置１は、前記計量軸体２をその軸４回りに回転させることで凹部３を下方に向け、当該凹部３の摺り切られた粉体Ｐを当該凹部３から落下により下方の所定位置１０に供給する軸回転機構８を備える。

前記粉体供給装置１の使用方法としては、まず、図１に示すように、粉体充填機構５により、計量軸体２の凹部３に粉体Ｐを充填する。当該凹部３に充填された粉体Ｐは、凹部３から盛り上がっていてもよい。次に、図２に示すように、スライド機構６により計量軸体２をスライドさせることで、前記凹部３に充填された粉体Ｐを摺切部材７で摺り切らせる。この摺り切りにより、凹部３から盛り上がった部分の粉体Ｐは、凹部３から落下する。その後、図３に示すように、軸回転機構８により、前記計量軸体２をその軸４回りに回転させることで凹部３を下方に向ける。下方に向けられた凹部３からは、粉体Ｐが下方に落下することで、当該粉体Ｐが下方の所定位置１０に供給される。

次に、前記粉体供給装置１の前述した各構成について、図４～図１１に基づき詳細に説明する。図４は前記計量軸体２の平面図、図５は図４のＡ－Ａ断面図、図６は前記粉体供給装置１の一部切欠き斜視図である。また、図７および図８は前記粉体充填機構５の横断面図、図９および図１０は前記粉体供給装置１の一部切欠き斜視図、図１１は計量軸体２の横断面およびその他の構成を示す図である。
［計量軸体２］

図４に示すように、前記計量軸体２の凹部３は、例えば、平面視が長方形である。この長方形は、例えば、短辺および長辺の比が１：２０～１：４０程度の細長い形状であることが好ましい。凹部３の平面視が細長い形状であることにより、凹部３から供給される粉体Ｐの平面視も細長い形状になり、供給された粉体Ｐを後工程としてスキージなどで延ばすのに適した形状になるからである。すなわち、スキージなどの幅方向に沿って均一に粉体Ｐを供給できるからである。なお、前記凹部３の平面視は、長方形に限られず、長円または楕円など他の形状でもよい。

図５に示すように、前記計量軸体２の凹部３は、側面３２および底面３３を有する開口である。前記凹部３の側面３２と底面３３とのなす角θは、鈍角であることが好ましい。当該角θが鈍角であれば、下方に向けられた凹部３から粉体Ｐが落下しやすくなるからである。下方に向けられた凹部３から粉体Ｐが落下しやすくなれば、下方に向けられた凹部３に粉体Ｐが残りにくくなるので、微量の粉体Ｐであっても定量で供給可能になる。前記凹部３の底面３３は、計量軸体２の軸４よりも浅い位置（ｈ＜ｒ）にすることが好ましい。底面３３が浅ければ、軸回転機構８による計量軸体２の回転で、凹部３に充填された粉体Ｐに遠心力が与えられることにより、下方に向けられた凹部３から粉体Ｐが落下しやすくなるからである。
［粉体充填機構５］

図６に示すように、前記粉体充填機構５は、例えば、内部に計量軸体２の凹部３が位置し得る筒体５０を有する。この筒体５０は、内部に粉体Ｐが配置されるものである。図６では（後述する図９および図１０でも）、前記筒体５０の内部まで表示するために、当該筒体５０を縦半分に切り欠いて示す。また、前記粉体充填機構５は、例えば、前記筒体５０を回転させる筒回転機構５４を有する。この筒回転機構５４は、前記筒体５０の回転により粉体Ｐを撹拌させ、この撹拌により当該粉体Ｐを凹部３に充填するものである。前記筒回転機構５４は、例えば、モータ５５の出力軸に連結された駆動ギヤ５６と、この駆動ギヤ５６に噛み合うとともに前記筒体５０の外面に取り付けられた従動ギヤ５７とを有する。

図６および図７に示すように、前記粉体充填機構５は、例えば、筒体５０の内面から突出した粉体撹拌羽根５８をさらに有する。当該粉体撹拌羽根５８は、筒体５０の回転に伴って、筒体５０の内部に配置された粉体Ｐの撹拌を促進するものである。粉体Ｐの撹拌が促進されると、粉体Ｐの塊が解砕されるので、微量の粉体Ｐであっても定量で供給可能になる。前記粉体撹拌羽根５８は、撹拌を一層促進するために、図７に示すように、複数枚（図７では一例として２枚）であることが好ましく、複数枚が等ピッチで配置されていることが一層好ましい。ここで、複数枚の粉体撹拌羽根５８のうち少なくとも１枚は、その先端が計量軸体２から少し（ｄ）だけ離れた長さ（つまり、長い粉体撹拌羽根５８）であることが好ましい。これにより、この長い粉体撹拌羽根５８が、その回転により、前記凹部３に充填されて計量軸体２の外周面から盛り上がった粉体Ｐを払い落すので、当該凹部３への粉体Ｐの充填を安定させるからである。なお、前記長い粉体撹拌羽根５８と計量軸体２との距離（ｄ）は、前記凹部３の深さ（ｈ）以下であることが好ましい。前記筒体５０の横断面は、円形であってもよく、多角形（図８では一例として正方形）であってもよい。図８に示すように、前記筒体５０の横断面が正方形など多角形であれば、筒体５０の回転に伴って、当該筒体５０の隅にある粉体Ｐが上方まで運ばれやすくなるので、粉体Ｐの撹拌が促進される。前記粉体充填機構５は、例えば、筒体５０の内部にエアａを吹き付けることで粉体Ｐを撹拌するエア吹付部５９を有する。エア吹付部５９により内部にエアａが吹き付けられるのは、図８に示す横断面が正方形の筒体５０に限られず、どのような形状の筒体５０でもよい。
［スライド機構６および軸回転機構８］

図９および図１０に示すように、前記粉体供給装置１は、計量軸体２をその軸４に沿ってスライドさせるとともに、当該計量軸体２をその軸４回りに回転させる、回転式シリンダ６８を備える。すなわち、この回転式シリンダ６８は、前述したスライド機構６および軸回転機構８を兼ねるものである。
［摺切部材７］

図９および図１０に示すように、前記筒体５０は、胴体５１と、この胴体５１の一端側に配置されて計量軸体２の基端側が貫通した基端側蓋板５２と、前記胴体５１の他端側に配置されて計量軸体２の先端側が貫通自在の先端側蓋板７２と、この先端側蓋板７２の外面に設けられて計量軸体２の先端側が貫通自在のボス部材７３とを有する。先端側蓋板７２およびボス部材７３に形成された軸体貫通口７４は、スライドにより計量軸体２の凹部３を筒体５０の内部から外部に案内する空間である。すなわち、この軸体貫通口７４が形成された先端側蓋板７２およびボス部材７３が、前述した摺切部材７に相当する。なお、先端側蓋板７２およびボス部材７３が一体の部材ではなく異なる部材の場合、凹部３に充填された粉体Ｐを実際に摺り切るのは筒体５０の内部に面した先端側蓋板７２なので、この先端側蓋板７２が前述した摺切部材７に相当する。前記軸体貫通口７４の横断面は、前記計量軸体２の横断面と同一、または、前記計量軸体２の横断面よりも僅かに（例えば公差分だけ）大きいことが好ましい。このような軸体貫通口７４により、摺り切られて凹部３に残る粉体Ｐの量のばらつきが小さくなる。摺り切られて凹部３に残る粉体Ｐの量のばらつきが小さくなると、微量の粉体Ｐであっても定量で供給可能になる。
［その他の構成］

図１０および図１１に示すように、凹部３から粉体Ｐが落下により供給される所定位置１０としての昇降板１１と、この昇降板１１を昇降させる昇降シリンダ１２とが設けられてもよい。図１１に示すように、前記昇降シリンダ１２は、凹部３から粉体Ｐが供給される際における昇降板１１の好ましい高さまで、当該昇降板１１を上昇させ得る。ここで、昇降板１１の好ましい高さとは、計量軸体２の下端と粉体Ｐが凹部３から供給される面との距離（ｈ＋α）が、凹部３の深さ（ｈ）を僅か（α）に超える程度である。この高さであれば、凹部３から落下する粉体Ｐの高さ（ｈ＋α）を最小限に抑えられるので、粉体Ｐが落下により形状を崩さず、供給された粉体Ｐを後工程としてスキージなどで延ばすのに適した形状になるからである。

図１１に示すように、計量軸体２を振動させる軸振動機構９が設けられてもよい。この軸振動機構９は、凹部３が下方に向けられた状態の計量軸体２を振動させることにより、凹部３から粉体Ｐの落下を促進させるものである。

次に、前記粉体供給装置１の使用方法について詳細に説明する。

まず、図６および図７に示すように、筒回転機構５４により、筒体５０を回転させる。筒体５０の内部に配置された粉体Ｐは、この回転により撹拌される。撹拌された粉体Ｐは、計量軸体２の凹部３よりも高く舞い上がることで、当該凹部３に充填されていく。

次に、粉体Ｐが凹部３から盛り上がる程度まで充填された時点で、図９に示すように、回転式シリンダ６８により計量軸体２をスライドさせる。粉体Ｐが凹部３から盛り上がる程度まで充填された時点は、筒体５０の回転数または回転時間により推測することが可能である。この回転数または回転時間に達した時点で、自動的に回転式シリンダ６８により計量軸体２をスライドさせるように構成してもよい。計量軸体２のスライドにより、凹部３が筒体５０の内部から軸体貫通口７４を経て筒体５０の外部に出る。凹部３が軸体貫通口７４を通過する際に、当該凹部３から盛り上がる程度まで充填された粉体Ｐが摺り切られる。このため、筒体５０の外部に出た凹部３は、充填された粉体Ｐが摺り切られた状態である。

その後、図１０および図１１に示すように、昇降シリンダ１２により昇降板１１を上昇させる。具体的には、図１１に示すように、前述した好ましい高さまで昇降板１１を上昇させる。そして、回転式シリンダ６８により計量軸体２をその軸４回りに回転させることで凹部３を下方に向ける。凹部３が筒体５０の外部に出て、昇降板１１が好ましい高さに位置した時点で、自動的に回転式シリンダ６８により計量軸体２をその軸４回りに回転させるように構成してもよい。下方に向けられた凹部３からは、粉体Ｐが下方の昇降板１１に落下することで、当該粉体Ｐが昇降板１１に供給される。この落下を促進させるために、軸振動機構９により、凹部３が下方に向けられた状態の計量軸体２を振動させる。

このように、前記粉体供給装置１によると、摺切部材７で摺り切られた粉体Ｐが供給されるので、微量の粉体Ｐであっても定量で供給することができる。また、粉体Ｐは凹部３に充填される位置からスライドされた後に当該凹部３から供給されるので、粉体Ｐが供給される所定位置１０の上方に空間を確保することができる。

また、粉体Ｐが内部に配置された筒体５０を筒回転機構５４により回転させることで、筒体５０の内部で粉体Ｐが撹拌され、粉体Ｐの塊が解砕されるので、微量の粉体Ｐであっても定量で供給することができる。さらに、粉体Ｐが内部に配置された筒体５０を筒回転機構５４により回転させることで、凹部３に充填される時点を推測可能であるから、自動化に適することができる。

加えて、筒体５０の内部で粉体撹拌羽根５８およびエア吹付部５９により粉体Ｐの撹拌が促進されるので、粉体Ｐの塊が一層解砕されることにより、微量の粉体Ｐであっても定量で供給することができる。

また、摺切部材７が筒体５０を構成する部材（先端側蓋板７２）であることにより、構成を簡素にすることができる。

また、軸振動機構９で計量軸体２を振動させることにより、下方に向けられた凹部３から粉体Ｐが落下しやすくなるので、粉体Ｐが微量であっても定量で供給することができる。

ところで、前記実施の形態では、粉体Ｐについて詳細に説明しなかったが、特に制限されるものではなく、粉体Ｐであればよい。好ましい粉体Ｐは、前記粉体供給装置１で供給されてから、後工程によりスキージなどで延ばして敷き詰められてから、高圧で加圧されて固形材料とされるものである。

また、前記実施の形態では、計量軸体２の横断面が円形のもののみを図示したが、多角形など他の形状でもよい。

さらに、前記実施の形態では、粉体Ｐの摺り切られた後で且つ下方に供給される前の充填状態を確認することについて説明しなかったが、当該確認を行うことが好ましい。この確認は、目視でもよいが、機器により行われることが確実性および自動化のために好ましい。機器による確認に必要な構成は、図１２および図１３に示すように、検知器３０および制御機構６５である。前記検知器３０は、摺切部材７で摺り切られた粉体Ｐの凹部３における充填状態を検知するものである。具体的な前記検知器３０としては、レーザ側長器またはカメラ（画像検知）など当該凹部３の形状を測定または粉体Ｐの当該凹部３への充填状態を認識する機器である。前記制御機構６５は、検知器３０で検知された充填状態が不十分であれば、スライド機構６により計量軸体２をその凹部３に粉体Ｐが充填（再充填）される位置までスライドさせ、粉体充填機構５により当該凹部３に粉体Ｐを充填（再充填）させるものである。ここで、不十分とは、定量で供給するために必要な量の粉体Ｐが凹部３に充填されていないことを意味する。具体的な前記制御機構６５としては、検知器３０で検知された充填状態が不十分であるかを判断する判断部と、粉体充填機構５およびスライド機構６に指示する指示部とを有する制御盤などである。図１２に示す検知器３０は、摺切部材７で摺り切られている粉体Ｐの充填状態を検知する方向に配置される。これにより、摺り切られた粉体Ｐの充填状態が不十分であれば、直ちに制御機構６５により凹部３に粉体Ｐが再充填されるので、定量の粉体Ｐが供給されるのに要する時間を短縮することができる。一方で、図１３に示す検知器３０は、下方に供給される直前の粉体Ｐの充填状態を検知する方向に配置される。これにより、確実に粉体Ｐを定量で供給することができる。なお、前記粉体供給装置１は、図１２に示す検知器３０と、図１３に示す検知器３０との両方を備えてもよい。

加えて、前記実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、前述した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。前記実施の形態で説明した構成のうち「課題を解決するための手段」での第１の発明として記載した構成以外については、任意の構成であり、適宜削除および変更することが可能である。

Claims

粉体が充填される凹部を有する計量軸体と、
前記計量軸体の凹部に粉体を充填する粉体充填機構と、
前記計量軸体を当該計量軸体の軸に沿ってスライドさせるスライド機構と、
前記凹部に充填された粉体を計量軸体のスライドにより摺り切る摺切部材と、
前記計量軸体を当該計量軸体の軸回りに回転させることで凹部を下方に向け、当該凹部の摺り切られた粉体を当該凹部から落下により下方に供給する軸回転機構とを備えることを特徴とする粉体供給装置。
粉体充填機構が、
内部に計量軸体の少なくとも凹部が位置し得るとともに、当該内部に粉体が配置される筒体と、
前記筒体を回転させることで、前記内部の粉体を撹拌し凹部に充填する筒回転機構とを有することを特徴とする請求項１に記載の粉体供給装置。
粉体充填機構が、筒体の内面から突出した粉体撹拌羽根をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の粉体供給装置。
粉体充填機構が、筒体の内部にエアを吹き付けることで粉体を撹拌するエア吹付部をさらに有することを特徴とする請求項２または３に記載の粉体供給装置。
摺切部材が、スライドにより計量軸体の凹部を筒体の内部から外部に案内する軸体貫通口が形成された部材であることを特徴とする請求項２または３に記載の粉体供給装置。
下方に向けられた凹部からの粉体の落下を振動により促進する軸振動機構をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の粉体供給装置。
摺切部材で摺り切られた粉体の凹部における充填状態を検知する検知器と、
検知器で検知された粉体の充填状態が不十分であれば、スライド機構により計量軸体をその凹部に粉体が充填される位置までスライドさせ、粉体充填機構により当該凹部に粉体を充填させる制御機構とをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の粉体供給装置。