(57)【要約】【課題】本発明は、特にシャッタ方式の開閉弁を用いた粉粒体供給装置の課題を解決し、粉粒体の鉛直下方への排出量を精密かつ安定して制御し次工程の装置に供給を行う粉粒体精密供給装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の粉粒体精密供給装置は、粉粒体を収容した容器の下部に配設した排出口から下方へ排出量の微調節を行いつつ供給を行う粉粒体精密供給装置において、前記排出口外周に配設された複数枚の開閉弁と、開閉弁駆動機構と、を備え、前記開閉弁駆動機構が、動力装置と、伝動部材と、プーリと、を備え、前記プーリが前記伝動部材を介して前記動力装置と接続されて、前記複数の開閉弁の一端をプーリに軸着させて他端を動力で往復回転運動させることによって、前記排出口外周と中心との間を前記開閉弁が移動し、前記複数の開閉弁が協働して開閉量を調節し粉粒体の定量排出を行うこと、を特徴とする。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉粒体を収容した容器の下部に配設した排出口から下方へ排出量の微調節を行いつつ粉粒体の排出を行い次工程の装置に供給を行う粉粒体精密供給装置において、
前記排出口外周に配設された複数枚の開閉弁と、
開閉弁駆動機構と、
を備え、
前記開閉弁駆動機構が、
動力装置と、
伝動部材と、
複数のプーリと、
を備え、
前記排出口外周外側において、前記プーリが前記伝動部材を介して前記動力装置と接続されて、
前記複数の開閉弁の一端をプーリに軸着させて他端を動力で往復回転運動させることによって、前記排出口外周と中心との間を前記開閉弁が移動し、
前記複数の開閉弁が協働して排出口の開閉量を調節し粉粒体の定量排出を行うこと、
を特徴とする粉粒体精密供給装置。
【請求項２】
前記開閉弁駆動機構において、
前記プーリが歯付きプーリであって、
前記伝動部材が歯付き伝動部材であって、
必要に応じて、前記開閉弁と軸着させない歯付きプーリ、若しくは、前記伝動部材の押え部材のいずれか一方、又は、その両方を設け、各々の歯付プーリに対し前記歯付伝動部材の五歯以上が噛合することを特徴とする請求項１に記載する粉粒体精密供給装置。
【請求項３】
複数の前記開閉弁が、
厚み方向の断面同士を密接させて排出口を閉じること、
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載する粉粒体精密供給装置。
【請求項４】
前記排出口上部において、
鉛直軸と、
前記鉛直軸に固定させた上部撹拌部材と、
前記鉛直軸を回転させる鉛直軸回転装置と、
下部撹拌部材と、
前記鉛直軸に対し、前記下部撹拌部材が一方向にのみ同期して水平回転可能に軸着させたラチェット機構と、
前記下部撹拌部材が前記上部撹拌部材と逆方向に単独で回転可能な下部撹拌部材回転装置と、
を設け、
通常排出時は、上部撹拌部材と下部撹拌部材とを同期させて粉粒体の排出を行い、微量の排出を行う際には、下部撹拌部材のみ動作させて、又は、前記開閉弁と協働させて排出量の調整を行うこと、
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載する粉粒体精密供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平に開閉する開閉弁を用いて粉粒体の種類にかかわらず精密かつ安定して供給量を調整する粉粒体精密供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ホッパなどの容器に収容した粉粒体を下部の排出口から供給量を制御して落下供給する方法として、各種の供給方法が存在する。これらの方式は、粉粒体の特徴により選択される。
【０００３】
多くの粉粒体の粒径はバラつきがあり、そのバラつき具合は粒度分布で表される。粉粒体には、粒径が偏っているもの、粒径が均一であるもの、大小の粒径に分かれているもの、粒径のバラつきが均一であるものなどの種類がある。小さい粒径に偏っている粉粒体の例としては、顔料、染料又は小麦粉などがある。大きい粒径に偏っている粉粒体の例としては、塩又はグラニュー糖などがある。粒径が均一である粉粒体の例としては、トナーがある。粒径のバラつきが均一である粉粒体の例としては、粉末活性炭などがある。
【０００４】
粒径のバラつきが均一で正規分布を示す粉粒体の場合、粉粒体が空気やガスを保持しやすく、流動化が起こりやすくなる。流動化とは、粉粒体に空気やガスを供給し続けるとある時点で固定した状態を脱し膨張して、流体のような活動を行うことをいう。流動化が起こりやすい粉粒体は噴流性（フラッシング性）が高く飛散しやすいため粉塵対策が必要である。
【０００５】
粒径が均一な粉粒体の場合、流動性が高く安息角が小さいので円錐状に積層しようとしても底辺が広がり崩れる。流動性の高い粉粒体はグラニュー糖のような顆粒状のものに多い。粒径が均一な粉粒体は、粉粒体層に気体を保持しにくく流動化の性質がないことが多い。一方、流動性の低い粉粒体は、付着性や凝集性を有し、ファネルフロー、ブリッジ、ラットホールや移送管の閉塞などが生じやすい。ファネルフローとは、粉粒体がホッパ内壁に押し付けられ内壁から離れた粉粒体が優先して排出されることをいう。ラットホールとは、ファネルフローで内壁に押し付けられた粉粒体が固化し、当該部分が排出されず内壁から離れた部分に粉粒体の穴が形成されることをいう。
【０００６】
上記の粉粒体の性質に対応する供給方式として、オーガスクリュー方式のほか、振動方式、ロータリーバルブ、開閉弁を用いたシャッタ方式などが知られている。
【０００７】
オーガスクリュー方式は、上側に配設したホッパ状の容器下端の筒状に伸長させた排出部分にオーガスクリューを設けて当該スクリューを回転させて粉粒体を下側に押し出して定量排出を行うものであり、オーガスクリュー供給装置が知られている。オーガスクリューフィーダとも呼ばれている。水平方向に粉粒体を搬送する装置の場合は、スクリュー搬送装置又はスクリューコンベアと呼ばれる。
【０００８】
振動方式は、電磁、ピエゾなどの方式を用いた発振体によって振動を発生させる。その振動により供給物の密度を均一にしたうえで供給口に供給物を導き供給を行うものである。粉粒体の種類や供給量の大小によって振動の強さを調節する。
【０００９】
ロータリーバルブは、ホッパ下部の排出口直近上部に水平方向に回転軸を有する歯車を設け、歯車の間の溝に粉粒体を一定密度に充填し歯車を回転させて排出口から歯車間の粉粒体を全量排出し定量排出を行うものである。粒径が均一であるトナーや粒径のバラつきが均一である粉末活性炭などに使用される。粉粒体の種類や供給量の大小によって歯車間の容積を調節する。
【００１０】
開閉弁を用いたシャッタ方式は、排出口を遮蔽板が水平方向に移動し開閉を行うタイプやアイリスダイヤフラムのように絞り具合によって排出量を調節するタイプのものがある。粉粒体の種類や性質により開閉量を調節することによって定量排出を行うものである。
【００１１】
また、秤量までを含めた粉粒体供給装置は、粉粒体の性質によって、秤量一回ごとにホッパからの排出と停止を繰り返す回分式と、排出を継続しながら秤量を行って一定量を切り取る連続式とがある。
【００１２】
しかしながら、オーガスクリュー方式は、フィンによって粉粒体を下方へ押圧して移送するため、粉粒体の種類や性質によっては、体積が圧縮されて塊状になる部分ができるとブリッジの発生や密度の異なる部分の発生により一定量の排出ができない問題があった。振動方式は、流動化が起こりやすい粉粒体においては、飛散などの問題があった。ロータリーバルブは、歯車と供給口壁面に粉粒体が咬みこみロータリーバルブに負荷がかかるなどの問題があった。従来の各々の方式には課題を有する。本願発明者はこれらの課題に鑑みて開閉弁を用いたシャッタ方式に着目し調査したところ、以下の先行発明がなされ開示されている。
【００１３】
特許文献１では、穀粒投入筒の外方より回動操作される回動輪によって、穀粒投入筒の中心部のシャッタ個所へ出退自在とした複数枚のシャッタを移動させて、穀粒通路の遮断、開放を変更自在としたシャッタ装置を提供するものが開示されている。
【００１４】
特許文献２では、本発明はバネの弾力によって常時閉塞状態維持する開閉弁の近傍位置に該閉弁を全開状態になしうるソレノイドと、該開閉弁を半開状態になしうるソレノイドをそれぞれ配置し、かつ、開閉弁の半開状態は所望に調節しうるようそのソレノイドの取付位置を調整自在とし、もって合理的かつ簡単な構成で穀粒の自動秤通を行いうるごとくしたものが開示されている。
【００１５】
特許文献３では、柔軟な材料（例、ゴム、ファブリックまたは布）でできたチューブの各端部を保持リングに固定したアイリスダイヤフラムと、このアイリスダイヤフラムを、開口を通って袋の内部にアクセスできる開位置と、袋の開口が閉じられる閉位置との間で変位させる弁アクチュエータとを具えて、一方の端部のリングを他方の端部のリングに対して回転させると、チューブが撓曲して、このチューブで形成する通路または開孔を、カメラの絞り（アイリス）の場合と同様に次第に閉じるものが開示されている。
【００１６】
また、特許文献４では、粉粒体を貯留するホッパと、ホッパの下端部から下方に延伸する筒状のノズルと、ホッパないしノズルの内部で上下方向に移動自在に支持された棒状のシャフトと、シャフトの下端に当該シャフトの上下動に伴いノズルの下端開口部を開閉するシャッタと、を備えて、シャッタが、ノズルの下端開口部に対応する周縁を有し、ノズルの中空部内に入り込み非接触にて当該ノズルの下端開口部を閉塞するとともに、当該ノズルの下端開口部から下方へ露出することで当該ノズルの下端開口部を開放する構成となっているものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】実開昭５４−１８２３５２号公報
【特許文献２】特公昭５０−０３１８３２号公報
【特許文献３】特表平０８−５０５５８９号公報
【特許文献４】特許第４３２９９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
特許文献１は、上方からの粉粒体による押圧状態の中、複数の弁を連動させて開閉動作させて開口部の開閉量を制御するために複雑かつ堅牢な機構が必要であり、精密な粉粒体排出が難しかった。特に、弁の隙間に粉粒体が咬みこまれると複数の弁が連動しないなど開閉に不具合が発生する問題があった。さらに、隙間から粉粒体が飛び散ったりするなどの問題があった。
【００１９】
特許文献２は、バネの弾力により開閉弁を動作させるため上方からの粉粒体による押圧により、動作が不安定なる懸念があった。また、開閉のみの制御であり微量の調整ができない問題があった。
【００２０】
特許文献３は、柔軟な材料でアイリスダイヤフラムを形成するため、流動性の低い粉粒体においては、アイリスダイヤフラムに付着するなどして単位時間当たりの排出量の変動が大きく、開閉の制御が難しい問題があった。
【００２１】
特許文献４では、粉粒体が接するシャッタの円錐側面の成す角度は粉粒体の種類に応じた安息角に基づいて設定されるが、粉粒体の種類、性質又は上方からの圧力によりノズルとシャフト又はノズルとシャフト先端の円錐部分の間においてファネルフロー現象やブリッジが発生し排出量が安定しない問題があった。
【００２２】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、特にシャッタ方式の開閉弁を用いた粉粒体供給装置の課題を解決し、粉粒体の鉛直下方への排出量を精密かつ安定して制御し次工程の装置に供給を行う粉粒体精密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】
【００２３】
上記課題を解決するため、本発明の粉粒体精密供給装置は、粉粒体を収容した容器の下部に配設した排出口から下方へ排出量の微調節を行いつつ粉粒体の排出を行い次工程の装置に供給を行う粉粒体精密供給装置において、前記排出口外周に配設された複数枚の開閉弁と、開閉弁駆動機構と、を備え、前記開閉弁駆動機構が、動力装置と、伝動部材と、複数のプーリと、を備え、前記排出口外周外側において、前記プーリが前記伝動部材を介して前記動力装置と接続されて、前記複数の開閉弁の一端をプーリに軸着させて他端を動力で往復回転運動させることによって、前記排出口外周と中心との間を前記開閉弁が移動し、前記複数の開閉弁が協働して排出口の開閉量を調節し粉粒体の定量排出を行うこと、を特徴とする。
【００２４】
本発明の粉粒体精密供給装置は、前記開閉弁駆動機構において、前記プーリが歯付きプーリであって、前記伝動部材が歯付き伝動部材であって、必要に応じて、前記開閉弁と軸着させない歯付きプーリ、若しくは、前記伝動部材の押え部材のいずれか一方、又は、その両方を設け、各々の歯付プーリに対し前記歯付伝動部材の五歯以上が噛合することを、を特徴とする。
【００２５】
本発明の粉粒体精密供給装置は、複数の前記開閉弁が、厚み方向の断面同士を密接させて排出口を閉じること、を特徴とする。
【００２６】
本発明の粉粒体精密供給装置は、前記排出口上部において、鉛直軸と、前記鉛直軸に固定させた上部撹拌部材と、前記鉛直軸を回転させる鉛直軸回転装置と、下部撹拌部材と、前記鉛直軸に対し、前記下部撹拌部材が一方向にのみ同期して水平回転可能に軸着させたラチェット機構と、前記下部撹拌部材が前記上部撹拌部材と逆方向に単独で回転可能な下部撹拌部材回転装置と、を設け、通常排出時は、上部撹拌部材と下部撹拌部材とを同期させて粉粒体の排出を行い、微量の排出を行う際には、下部撹拌部材のみ動作させて、又は、前記開閉弁と協働させて排出量の調整を行うこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の粉粒体精密供給装置によれば、排出口の外周から中心の間を移動し開閉する方式を採用したので、排出量の大小に応じて、また、排出開始直後と排出終了直前とで排出口の開閉量を微調節することで排出口からの粉粒体の落下量を調整でき、これにより、誤差が少なく再現性の高い精密な排出を行うことができる効果を奏する。
【００２８】
本発明の粉粒体精密供給装置によれば、プーリと伝動部材との噛合を多くして、粉粒体の負荷が大きい際の動作時においても、歯を飛ばすことなく開閉弁を同期させて動作させることができる。駆動装置に分解能が高いステッピングモータ等を採用することにより、開閉弁の開閉量を精密に調整することができ、微量を排出する際にも排出量が安定する効果を奏する。
【００２９】
本発明の粉粒体精密供給装置によれば、アイリスダイヤフラムでは、微量の排出時は複数の開閉弁が重なった状態で排出口中央付近に集中するため、開閉弁同士の隙間が開くように圧力がかかり、隙間から粉粒体が飛び散ったり、咬みこんだりするが、開閉弁が重なり合わない本発明においては粉粒体の飛び散りや咬みこみを防止できる効果を奏する。
【００３０】
本発明の粉粒体精密供給装置によれば、開閉弁を微小に開いた状態で、開閉弁に近い下部撹拌部材のみを微小に回転させることにより、排出口から微量の粉粒体の排出が可能になる。また、流動性の低い粉粒体において生じるファネルフロー、ラットホール又はブリッジを防止することができる。一方で、通常は上部撹拌部材と下部撹拌部材とを同期させて撹拌するので、高速で粉粒体を排出することができるため、排出効率が非常に高いなどの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る粉粒体精密供給装置１の斜め下方向からの斜視図である。
【図２ａ】本発明に係る粉粒体精密供給装置１の横方向断面図である。
【図２ｂ】本発明に係る粉粒体精密供給装置１の横方向拡大断面図である。
【図３】開閉弁駆動機構１０のみを表した斜め上方向からの斜視図である。
【図４】開閉弁１２が開閉弁駆動機構基台１４に配設された開閉弁駆動機構１０の底面図である。
【図５】開閉弁１２を半開状態にした状態の斜視図である。
【図６】開閉弁１２を閉状態にした状態の斜視図である。
【図７】開閉弁駆動機構１０を除いて下部撹拌部材駆動機構３０全体を表した本発明に係る粉粒体精密供給装置１の下方向からの斜視図である。
【図８】撹拌部材を付属させた場合の本発明に係る粉粒体精密供給装置１の横方向断面図である。
【図９】下部撹拌部材駆動機構３０のみの下方向からの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明に係る粉粒体精密供給装置１を実施するための形態について、図を参照しつつ説明する。
【００３３】
図１は、本発明に係る粉粒体精密供給装置１の斜め下方向からの斜視図である。
本発明に係る粉粒体精密供給装置１は、粉粒体を収容するホッパ２０の下部に配設した排出筒２２を介して排出口２４から下方へ排出量の微調節を行いつつ粉粒体の排出を行い次工程の装置に供給を行うものである。
本発明を実施するための形態では、排出口２４の下端に配設されたドーナッツ形状の開閉弁駆動機構基台１４の下面に排出口２４外周に均等に三枚の開閉弁１２を備える。図では、排出筒２２は円筒、排出口２４は円形として構成した。多角形状でもよいが、多角形状の場合には角部分に粉粒体が固着するなど不具合の発生が懸念されるため、楕円や円形が好ましい。開閉弁１２は三枚で構成される場合を示したが、この数に限定されない。
【００３４】
図２ａは、本発明に係る粉粒体精密供給装置１の横方向断面図である。
図２ｂは、本発明に係る粉粒体精密供給装置１の横方向拡大断面図である。
開閉弁駆動機構基台１４上面には、三枚の開閉弁１２を協調させて精密に動作させる開閉弁駆動機構１０が備えられる。開閉弁駆動機構基台１４は排出筒２２下端の排出口２４に固定させる。具体的には、排出筒２２外側面に雄ネジを設ける。他方、開閉弁駆動機構基台１４の中央を排出筒２２外周に沿うようにドーナッツ形状に切除された内周断面、すなわち、排出筒２２との嵌合部には雌ネジを設ける。そして、開閉弁駆動機構基台１４の固定は、開閉弁駆動機構基台１４を排出筒２２下側から螺着させて行う。したがって、開閉弁駆動機構１０は容易に交換が可能である。粉粒体精密供給装置１には、開閉弁駆動機構１０を司る制御部を備えるが、図には示していない。
【００３５】
粉粒体は、ホッパ２０上部の開口部から投入しホッパ２０内部に蓄積され、開閉弁駆動機構１０を作動させることにより排出口２４に配設された開閉弁１２の開閉量を調節し排出量を制御しつつ排出を行う。ホッパ２０に蓄積された粉粒体が排出され尽きる前に手動によって追加投入を行うか、又は、粉粒体の量をセンサにより監視し所定量が排出された際に自動で投入するように構成されてもよい。粉粒体量の検出を行うセンサは、排出した粉粒体の計量を行うロードセルでも、粉粒体面を検出する光センサでもよい。また、粉粒体の静電気を測定したり、落下してくる粉粒体を反発板で受けその衝撃力を測定したりするセンサによっても粉粒体量を検出することができる。
【００３６】
図３は、開閉弁駆動機構１０のみを表した斜め上方向からの斜視図である。
図４は、開閉弁１２が開閉弁駆動機構基台１４に配設された開閉弁駆動機構１０の底面図である。
開閉弁駆動機構１０には、開閉弁１２を動作させる動力装置となるモータ１６と、開閉弁１２が回転自在に軸着させた歯付プーリ１６２と、伝動部材として三枚の開閉弁１２に軸着された歯付プーリ１６２間に架け渡されたモータ１６の動力を伝達する歯付ベルト１６４と、が備えられる。開閉弁１２を軸着した歯付プーリ１６２は開閉弁駆動機構基台１４の上面の円周上に等間隔に配設される。開閉弁１２に軸着された一の歯付プーリ１６２にモータ１６の回転軸１６８が接続される。歯付プーリ１６２及び歯付ベルト１６４を使用することにより、プーリと伝動部材（ベルト）間の滑りや伝動ベルトの弛みによる伝達ロスをなくすことができる。
【００３７】
開閉弁１２の数が少ない場合には、開閉弁１２を軸着したプーリ間の距離が長くなり、粉粒体の負荷が開閉弁１２に掛かった際に歯付プーリ１６２と歯付ベルト１６４との噛合が外れて歯のズレが生じてしまうことがある。その際には、精密な開閉量の調整が不能となる状態を防止するために、複数枚の開閉弁１２に軸着された歯付プーリ１６２の間に歯付ベルト１６４の弛みを抑制するために押え部材１６６を配設する。
【００３８】
開閉弁駆動機構基台１４はドーナッツ形状に形成され、押え部材１６６は円周上の位置に制限されて配設されるため、圧力が不足して歯付プーリ１６２と歯付ベルト１６４の歯のズレを防止できないことがある。当該課題を解決するために、図３に示したように、開閉弁１２を軸着した歯付プーリ１６２の間に開閉弁１２を備えないダミープーリ１６３を設け、歯付プーリ１６２の間に押え部材１６６を備える。図３では、各々の歯付プーリ１６２の間に歯付ベルト１６４の弛みを抑制するために押え部材１６６を配設したが、必ずしも、各々の歯付プーリ１６２の間に押え部材１６６を配設することが必要条件ではなく、歯付ベルト１６４の歯が歯付プーリ１６２の少なくとも五本の歯に噛合する条件を満たせばよい。
【００３９】
歯付プーリ１６２と押え部材１６６の配置は開閉弁駆動機構１０設計時に歯付ベルト１６４に掛かるトルク計算によって決定した。トルク計算は、歯付プーリ１６２と押え部材１６６との二次元配置から算出されるピッチ、仮に選定したベルト幅、や開閉弁１２に掛かる荷重を用いて行われる。トルク計算から仮に選定したベルト幅に適切なトルクの範囲が算出される。併せて、適切なプーリ径と噛合い歯数が算出される。
【００４０】
算出された結果に基づいて試作し実験を繰り返した結果、高さが４００ｍｍ、外周壁の角度が５５度、排出口２４の直径が６０ｍｍ程度のホッパ２０、並びに、ベルト幅略１０ｍｍ及び直径略１５ｍｍの歯付プーリ１６２の条件下においては、歯付ベルト１６４の歯が歯付プーリ１６２の少なくとも五本の歯に掛かっていれば噛合が外れることがないことがわかった。
【００４１】
さらに実験を重ね、同程度の容量のホッパ２０であれば、排出口２４の高さ及び角度の条件に関係なく歯付ベルト１６４の歯が歯付プーリ１６２の少なくとも五本の歯に掛かっていれば噛合が外れる不具合を防止することができた。したがって、ダミープーリ１６３を設ける場合には、歯付ベルト１６４の歯が歯付プーリ１６２の少なくとも五本の歯に掛かるようにダミープーリ１６３の数を調整すればよい。
【００４２】
一方、ダミープーリ１６３のみの数を増やし直径方向外向きに歯付ベルト１６４を押圧することで張力を維持し歯付プーリ１６２と歯付ベルト１６４の噛合外れを防止することが考えられるが、この場合、歯付ベルト１６４が歯付プーリ１６２に噛合する角度が大きくなり、歯付ベルト１６４が歯付プーリ１６２に噛合する歯数が減少する。また、歯付ベルト１６４と歯付プーリ１６２との間の遊びがなくなり、歯付ベルト１６４に負担をかけ耐久性が低下するなどの不具合が生じる場合がある。その際には、ダミープーリ１６３を設けることなく、押え部材１６６を使用して歯付ベルト１６４が歯付プーリ１６２の少なくとも五本の歯に噛合するか否かで調整を行う。
【００４３】
ダミープーリ１６３又は押え部材１６６は必ずしも開閉弁駆動機構基台１４上に対称に設ける必要はないが、複数の開閉弁１２をスムーズに協調して動作させるためには、歯付ベルト１６４に掛かる張力が均等であることが効果的であり、図３に示したように開閉弁駆動機構基台１４の円周上に対称に配設することが好ましい。
【００４４】
開閉弁１２を駆動するモータ１６は、回転角度を調節することが可能なステッピングモータやパルスモータを用いることで、排出口２４の開き状態を微小に制御することができる。
【００４５】
さらに、排出した粉粒体をロードセルで計量、粉粒体の静電気を測定、又は、落下してくる粉粒体を反発板で受け衝撃力を測定することにより粉粒体の流量を測定するセンサを設けることで、制御部に流量をフィードバックさせて、排出口２４の開閉量を微調節し排出口２４からの粉粒体の落下量を高い精度で調整できる。具体的には、排出流量の大小に応じて排出口２４の開閉量を調節する、又は、排出開始直後は微量の排出量にしておき、徐々に増加させて、排出終了直前においては、再度排出量を微量になるように開閉弁１２を動作させるようにプログラミングすることによって、流量の測定誤差を減少させて再現性の高い精密な排出を行う制御が可能となる。
【００４６】
図４は、三枚の開閉弁１２が開状態（実線）と閉状態（破線）にある場合を示している。三枚の開閉弁１２は軸着された回転軸１６８を中心として、正逆を制御可能なモータ１６によって往復回転運動し回転軸１６８から遠い方の端部が排出口２４の外周と中心の間を移動し排出口２４を開閉する。より微量に粉粒体の排出量を調整する場合には、開閉弁１２の枚数を増加させてもよい。一方、粗い排出量の調整でよい場合には開閉弁１２の枚数を減少させてもよい。
【００４７】
本発明に係る粉粒体精密供給装置１では、カメラのアイリスダイヤフラムとは異なり、各々の開閉弁１２が重なり合うことがなく、開閉動作を行う。閉状態では、各開閉弁１２は、厚み方向の断面を密接させて排出口２４を閉じる。断面は垂直であってもよいが、傾きを有していてもよい。その際には、互いの開閉弁１２の断面が密接するように点対称性を持って形成される。開閉弁１２を閉じる際に厚みがあると咬みこみやすくなるが、角度を有することにより粉粒体は下方に押し出されることになる。また、断面は厚みを持たず鋭利な端面に形成してもよい。その場合には、閉状態に位置した際に、粉粒体を咬みこむ可能性はなく安定した開閉動作が見込める。
【００４８】
開閉弁１２は再現性良く開位置と閉位置との間を往復する必要がある。ステッピングモータやパルスモータが、負荷によって脱調する場合や歯付ベルト１６４が歯付プーリ１６２の歯を飛ばして回転してしまうおそれがあることを考慮すると、開閉弁１２は機械的な原点を有していることが好ましい。例えば、開閉弁１２の回転軸１６８を挟んで開閉部とは反対側にドグと呼ばれるフォトセンサの検出部を設けて、これを機械的な原点として、定期的にフォトセンサで検出し開閉弁駆動機構１０の制御部にフィードバックすることにより、開閉弁１２が再現性良く開位置と閉位置との間を往復していることを検知でき、安定した排出量調整が可能となる。すべての開閉弁１２の原点が一致しない場合には、排出を停止し原点調整を行う。原点の検出は、リミットスイッチなどでも可能である。
【００４９】
また、押え部材１６６が歯付ベルト１６４を押圧する圧力を調整する機構を備え、歯付ベルト１６４が歯付プーリ１６２の歯を飛ばしていることを検出した際、すなわち、フォトセンサなどの原点の検出部がすべての開閉弁１２の原点が一致しないことを検出した際には、排出口２４を閉じて、粉粒体の排出を停止し、押え部材１６６が押圧する圧力を一旦弛め再度押圧する。その後に、すべての開閉弁１２の原点が一致しているか否かを検知し、原点の一致が確認できたときは粉粒体の排出を再開する。当該動作により、他の開閉弁１２の開閉動作との間でタイミングのずれが生じた開閉弁１２の開閉動作を再度協調させることができる。
【００５０】
押圧する圧力を調整する機構は、例えば、押え部材１６６が、開閉弁駆動機構基台１４上において歯付ベルト１６４を押圧する位置と開放する位置を移動可能に設置し、弾性部材を伸長若しくは短縮させて歯付ベルト１６４を押圧する方向、又は、自然長に戻り歯付ベルト１６４を開放する方向にソレノイド３６を動作させることで実現できる。
【００５１】
図５は、開閉弁１２を半開状態にした状態の斜視図である。
図上方のホッパ２０に投入された粉粒体は、排出筒２２を通過して排出口２４から開閉弁１２の開閉を制御することにより予め定められた量を排出する。粉粒体の大きさや性質によって予めプログラムしておくとともに、排出中の粉粒体をロードセルで計量、粉粒体の静電気を測定、又は、落下してくる粉粒体を反発板で受けその衝撃力を測定することにより粉粒体の流量を測定し、制御部にフィードバックさせて、排出口２４の開閉量を微調節することで粉粒体の落下量について精密に調整を行う。一方、ホッパ２０から排出される粉体の減少量を測定し、制御部にフィードバックさせて排出口２４の開閉量を微調節することで粉粒体の落下量について精密に調整を行う方式を採用することもできる。当該方式はロス・イン・ウエイト方式と呼ばれる。粉体の性質によって増加量を測定するか、又は、減少量を測定するかを選択する。半開状態の粉体の落下量の分解能は開閉弁１２の動力であるモータ１６の分解能に依存する。
【００５２】
図６は、開閉弁１２を閉状態にした状態の斜視図である。
カメラなどの絞り形状のアイリスダイヤフラムでは、微量の排出時は複数の開閉弁１２が重なった状態で排出口２４中央付近に集中し厚み方向の断面が大きくなるため、開閉弁１２同士の隙間を押し開くように排出口２４を通過する粉粒体によって圧力がかかる。この圧力により、開閉弁１２の隙間に粉粒体が咬み込む場合がある。また、噴流性（フラッシング性）が高く飛散しやすい粉粒体は開閉弁１２の隙間から飛び散ることがある。
【００５３】
一方で、開閉弁１２が重なり合わない本発明においては、開閉弁１２に関わる粉粒体の飛び散りや咬みこみを防止できる。粉粒体の開閉弁１２の隙間への咬みこみは故障の原因ともなるが、咬みこみを生じさせない本発明に係る開閉弁１２においては、開閉弁１２の故障の一大要因を排除することができるのである。
【実施例１】
【００５４】
図７は、開閉弁駆動機構１０を除いて下部撹拌部材駆動機構３０全体が目視可能なように表した本発明に係る粉粒体精密供給装置１の下方向からの斜視図である。
図８は、撹拌部材を付属させた場合の本発明に係る粉粒体精密供給装置１の横方向断面図である。
上部撹拌部材駆動機構４０は、上部撹拌部材回転軸４６、上部撹拌部材４２ａ（４２ｂ）及び鉛直軸回転装置４５で構成される。
下部撹拌部材駆動機構３０は、下部撹拌部材３２、ラチェット機構３４及び下部撹拌部材回転装置３５で構成される。
【００５５】
上部撹拌部材回転軸４６は、排出筒２２上部から上側であって、ホッパ２０内部の排出筒２２中心軸上に配設される。上部撹拌部材４２ａ（４２ｂ）は、複数枚の羽根形状に形成されて、ホッパ２０下部の排出筒２２付近で上部撹拌部材回転軸４６に結合部材を介して固定され水平に上部撹拌部材回転軸４６が回転することによって、粉粒体を撹拌し粉粒体の排出を促進する。また、上部撹拌部材４２ａ（４２ｂ）は取り扱う粉体に応じて、上部撹拌部材回転軸４６の右側に示したホッパ２０に沿った棒状の上部撹拌部材４２ｂでも、ホッパ２０の傾斜面に沿って、傾斜面に付着した粉体を掻き落とす板状スクレーパの上部撹拌部材４２ａでもよい。鉛直軸回転装置４５は、例えば電動モータ（以下、鉛直軸回転モータ４５）で、ホッパ２０上側の外部において上部撹拌部材回転軸４６が回転可能に結合される。鉛直軸回転モータ４５は、上部撹拌部材４２ａ（４２ｂ）を撹拌するとともに、ラチェット機構３４を介して、一方向にのみ下部撹拌部材３２を撹拌させる。
【００５６】
下部撹拌部材３２は、排出筒２２内壁及び排出口２４に沿った複数の羽根形状で排出筒２２中の中心軸上に配設した下部撹拌部材回転軸３４６下端に固定され、排出筒２２下部の排出口２４直上に配設される。下部撹拌部材回転軸３４６上端は、排出筒２２中のラチェット機構３４を介して上部撹拌部材回転軸４６と軸着される。
【００５７】
ラチェット機構３４は、ベアリング３４８を介して上部撹拌部材回転軸４６と下部撹拌部材回転軸３４６とを同軸上に軸着して、下部撹拌部材回転軸３４６が一方向には上部撹拌部材回転軸４６と同期して水平回転するが、他方向には、上部撹拌部材回転軸４６との関係を絶って開放される構造である。具体的な構造を図８中のラチェット機構３４拡大図に示した。ラチェット機構３４の側面には、回転子軸３４４の受け部材３４２が鉛直方向に回転自在に受け部材回転軸３４５に軸着される。受け部材３４２の一方端には水平方向に回転子軸３４４を受け止めるための凹部が形成される。受け部材３４２は、無負荷では凹部側を下方にして垂下した状態を維持する。また、ラチェット機構３４の側面には、回転子軸３４４の受け部材３４２が一方向には鉛直方向を越えて回転をすることを制限するための受け部材３４２の固定部材３４３が配設される。
【００５８】
該構造により、拡大図左のように上部撹拌部材回転軸４６が図に向かって左方向に回転する場合には、回転子軸３４４が受け部材３４２の凹部に当接し、受け部材３４２は受け部材回転軸３４５を中心に回転する方向に力を受ける。しかし、受け部材３４２は他方端が固定部材３４３に当接し受け部材回転軸３４５を中心に回転することができないため、回転子軸３４４を水平回転させる力が生じる。したがって、回転子軸３４４に固定された下部撹拌部材回転軸３４６は上部撹拌部材回転軸４６と同方向に同じ回転速度で回転する。
【００５９】
また、拡大図右のように上部撹拌部材回転軸４６が図に向かって右方向に回転する場合には、回転子軸３４４が受け部材３４２の凹部裏側の平坦部に当接し、受け部材３４２は受け部材回転軸３４５を中心に回転する方向に力を受ける。その際には、受け部材３４２は固定部材３４３から解放されて受け部材回転軸３４５を中心に回転するため、回転子軸３４４を水平回転させる力を有さない。したがって、上部撹拌部材回転軸４６のみが水平回転し、下部撹拌部材３２は上部撹拌部材回転軸４６から解放される。
【００６０】
図９は、下部撹拌部材駆動機構３０のみの下方向からの斜視図である。
回転子軸３４４の先端には、排出筒２２の壁面に沿うように回転子３６２が備えられている。回転子３６２は、下部撹拌部材回転軸３４６の円周上に均等に複数配設される。図９では、四個の回転子３６２を備えた。排出筒２２外側の複数の回転子３６２の同心円上に複数のソレノイド３６（コイル）が均等に配置され、回転子３６２とソレノイド３６によって、下部撹拌部材回転装置（ＳＲモータ３５（スイッチトリラクタンスモータ））が形成される。図９では、六個のソレノイド３６を配設させた。隣のソレノイド３６に順次通電することにより、回転子３６２は通電する順序の方向に回転する。通電時間を制御することにより、回転数を一回転未満調節することができる。また、回転子３６２又はソレノイド３６の数を増減させることにより、回転角の分解能を変更することができる。
【００６１】
ＳＲモータ３５の分解能はソレノイド３６の数に依存する。例えば、図９においては、６個のソレノイド３６を円周上に均等に配置しているため、分解能は、略６０度である。ソレノイド３６を増加し、円周上に間隔を狭めて配置することにより回転角の分解能をさらに小さな角度に設定することが可能となる。分解能を高くし、ソレノイド３６の通電時間を短時間に制御することで、下部撹拌部材３２は微小な角度の回転が可能となる。
【００６２】
図８の拡大図右のように、下部撹拌部材３２が、上部撹拌部材回転軸４６から解放された状態であれば、ＳＲモータ３５に電流を通じることにより、下部撹拌部材３２のみを独立して回転させることが可能になる。これにより、開閉弁１２を微小に開いた状態で、開閉弁１２に近い下部撹拌部材３２のみを微小に回転させて、排出筒２２に集中し負荷が掛かった状態の流動性の低い粉粒体を部分的に揺り動かすことにより排出口２４から微量の粉粒体の排出が可能になる。
また、流動性の低い粉粒体において生じるファネルフロー、ラットホール又はブリッジを防止することができる。一方で、通常は上部撹拌部材４２ａ（４２ｂ）と下部撹拌部材３２とを同期させて撹拌することで、高速で粉粒体を排出することができるため、排出効率が非常に高いなどの効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
化学工業原料、建築土木原料、農産物の加工品原料又は食品原料の定量供給装置に利用が可能である。化学工業原料には、薬剤、化粧料又は各種改質剤などが含まれる。
【符号の説明】
【００６４】
１  粉粒体精密供給装置
１０  開閉弁駆動機構
１２  開閉弁
１４  開閉弁駆動機構基台
１６  モータ（動力装置）
１６２  歯付プーリ
１６３  ダミープーリ
１６４  歯付ベルト
１６６  押え部材
１６８  回転軸
１６９  モータ電源コード
２０  ホッパ
２２  排出筒
２４  排出口
３０  下部撹拌部材駆動機構
３２  下部撹拌部材
３４  ラチェット機構
３４２  受け部材
３４３  固定部材
３４４  回転子軸
３４５  受け部材回転軸
３４６  下部撹拌部材回転軸
３４８  軸受部（ベアリング）
３５  下部撹拌部材回転装置（ＳＲモータ）
３６  ソレノイド（コイル）
３６２  回転子
３６４  ソレノイド固定台
３６６  固定ネジ
４０  上部撹拌部材駆動機構
４２ａ  上部撹拌部材
４２ｂ  上部撹拌部材
４５  鉛直軸回転装置（鉛直軸回転モータ）
４６  上部撹拌部材回転軸
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2019069839.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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