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1. WO2021054310 - 粉体供給装置

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明 細 書

発明の名称 粉体供給装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005   0006  

課題を解決するための手段

0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013  

発明の効果

0014  

図面の簡単な説明

0015  

発明を実施するための形態

0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13  

明 細 書

発明の名称 : 粉体供給装置

技術分野

[0001]
 本発明は、粉体供給装置に関するものである。

背景技術

[0002]
 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。
[0003]
 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。

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 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。
[0005]
 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。
[0006]
 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。

課題を解決するための手段

[0007]
 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。
[0008]
 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。
[0009]
 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。
[0010]
 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。
[0011]
 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。
[0012]
 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。
[0013]
 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。

発明の効果

[0014]
 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。

図面の簡単な説明

[0015]
[図1] 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。
[図2] 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。
[図3] 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。
[図4] 同計量軸体の平面図である。
[図5] 図4のA-A断面図である。
[図6] 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。
[図7] 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。
[図8] 同筒体の変形例の横断面図である。
[図9] 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。
[図10] 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。
[図11] 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。
[図12] 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。
[図13] 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。

発明を実施するための形態

[0016]
 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。
[0017]
 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。
[0018]
 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。
[0019]
 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。
[0020]
 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]
[0021]
 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。
[0022]
 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]
[0023]
 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。
[0024]
 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]
[0025]
 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]
[0026]
 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]
[0027]
 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。
[0028]
 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。
[0029]
 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。
[0030]
 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。
[0031]
 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。
[0032]
 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。
[0033]
 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。
[0034]
 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。
[0035]
 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。
[0036]
 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。
[0037]
 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。
[0038]
 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。
[0039]
 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。
[0040]
 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。
[0041]
 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。

請求の範囲

[請求項1]
 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。
[請求項2]
 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。
[請求項3]
 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。
[請求項4]
 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。
[請求項5]
 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。
[請求項6]
 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。
[請求項7]
 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。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]