(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に立てた複数の長尺管の上部，下部及び中間位置を支持する支持手段と、該支持手段の内、下部を支持する下部支持手段に振動を伝達して前記長尺管の長手方向に振動を加える加振器とを有し、前記複数の長尺管に同時に粉体と鋼球を交互に充填し、ＢＷＲ用制御棒に使用するアブソーバロッドを製造する充填装置において、
前記加振器から前記長尺管に加える振動の加速度を６２ｍ／ｓ２とし、振動の振幅を６〜７ｍｍとし、
前記下部支持手段は、
円筒形を縦に２分割した形状を有し、前記長尺管を把持クランプする振動伝達板と、
内部に空気を導入することにより膨張して前記振動伝達板の外側から把持クランプするゴムクランパーとから構成される把持クランプ手段を備えることを特徴とする充填装置。
【請求項２】
請求項１記載の充填装置において、さらに、
前記長尺管を長手方向に移動可能である段取り支持手段を備える
ことを特徴とする充填装置。
【請求項３】
請求項１記載の充填装置において、
前記長尺管に振動を与える加振器を取り付けたプレートと支柱の間に介在させた弾性体を備え、
前記弾性体の硬度と厚みを制御することを特徴とする充填装置。
【請求項４】
請求項１記載の充填装置において、
前記長尺管の内部に充填された前記鋼球の位置を検出する充填位置検出手段を備えたことを特徴とする充填装置。
【請求項５】
請求項１記載の充填装置において、
前記上部支持手段の上部に配置され、
粉体を長尺管の内部に充填する第１のベースと、
鋼球を充填する第２のベースとを備え、
これらの第１及び第２のベースは、それぞれ長尺管の上部の位置と、上部から退避した位置の間を移動可能であることを特徴とする充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体や固体を管に充填する充填装置に係り、特に、比較的長尺で小径の長尺管に粉体や固体を充填するに好適な充填装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の充填装置としては、例えば、特開平７−２４８２４号公報に記載のように、単一のゴム製の管に、横振動と上下振動を与えながら、さらに、ハンマで管の側方から叩いて、粉体を充填する装置が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２４８２４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−２４８２４号公報に記載された装置では、ゴム製の管に粉体を充填するため、管の側方から叩くことが可能であるが、金属製の管に粉体や固体を充填する際には、管に傷が付くため、採用することができないものである。また、複数の管に粉体等を充填するには、充填率を高め、充填率を安定する必要があるが、横振動若しくは上下振動を与えるだけでは、粉体の充填率がばらついて、安定しないという問題があった。
【０００５】
また、複数の管に同時に粉体を充填しようとすると、複数の管を充填装置にセットしたり、また、粉体等を供給する上で、段取りに手間がかかり、作業効率が低下するという問題も生じる。すなわち、従来は、１本の長尺管を２枚の樹脂性の固定治具で挟み付けるようにしてボルトとナットにより一列分まとめて締め付けている。また、粉体や固体の挿入時には、複数の長尺管に粉体と固体を入れるためのテーパ形状のロートを長尺管の１本１本に突き刺し、１個ずつ固体を挿入したり、カップ等を用いて規定量の粉体を充填している。これらの段取り作業では、極めて作業性が悪いものであった。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、複数の管に対して同時に粉体等を充填する際に、管セットの段取りをよくして、作業効率の向上した充填装置を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、鉛直方向に立てた複数の長尺管の上部，下部及び中間位置を支持する支持手段と、該支持手段の内、下部を支持する下部支持手段に振動を伝達して前記長尺管の長手方向に振動を加える加振器とを有し、長尺で小径な複数の長尺管に同時に粉体と硬球を交互に充填し、ＢＷＲ用制御棒に使用するアブソーバロッドを製造する充填装置において、前記加振器から前記長尺管に加える振動の加速度を６２ｍ／ｓ２とし、振動の振幅を６〜７ｍｍとし、前記下部支持手段は、円筒形を縦に２分割した形状を有し、前記長尺管を把持クランプする振動伝達板と、内部に空気を導入することにより膨張して前記振動伝達板の外側から把持クランプするゴムクランパーとから構成される把持クランプ手段を備えるようにしたものである。  
かかる構成により、複数の管に対して同時に粉体等を充填する際に、加振器からの振動を確実に長尺管に伝達し、更に管セットの段取りをよくして、作業効率を向上し得るものとなる。
【０００９】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記長尺管を長手方向に移動可能である段取り支持手段を備えるものである。
【００１０】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記長尺管に振動を与える加振器を取り付けたプレートと支柱の間に介在させた弾性体を備え、前記弾性体の硬度と厚みを制御するようにしたものである。
【００１１】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記長尺管の内部に充填された前記鋼球の位置を検出する充填位置検出手段を備えるようにしたものである。
【００１２】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記上部支持手段の上部に配置され、粉体を長尺管の内部に充填する第１のベースと、鋼球を充填する第２のベースとを備え、これらの第１及び第２のベースは、それぞれ長尺管の上部の位置と、上部から退避した位置の間を移動可能としたものである。
かかる構成により、複数の管に対して同時に粉体等を充填する際に、複数本の長尺管を段取り替えすることなく、粉体の充填と個体の充填の作業効率を向上し得るものとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図８を用いて、本発明の一実施形態による充填装置の構成及び充填方法について説明する。以下の説明では、充填装置として、長尺管の中に粉体（顆粒状のものも含む）と固体（鋼球）を交互に充填してＢＷＲ用制御棒に使用するアブソーバロッドを製造する装置を例にして説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による充填装置の全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による充填装置の全体構成を示す鳥瞰図である。
【００１７】
作業エリアには、ピットＰが設けられている。ピットＰの深さは、粉体を充填される長尺管１の全長よりも深くなっている。例えば、長尺管１の全長が３．６ｍの場合、ピットＰの深さは、４ｍとしている。ピットＰの上面には床２６が設けられている。以下に説明する充填装置は、その大部分がピットＰの内部に収納され、その上部に配置された粉体や固体を供給する装置が床２６面よりも上部に突き出している構成となっている。床２６には、角窓２６Ａが形成されている。充填装置に複数の長尺管１を設置する際には、角窓２６ＡからピットＰの内部に充填前の長尺管が下ろされる。
【００１８】
充填装置の下部には、長尺管１の下部を支持する下部支持手段が配置されている。複数本の支柱３５の上部には、加振器取り付け用金属板１７が取り付けられている。金属板１７の上には、複数本の金属体１９を介して、振動伝達板８が取りつけられている。振動伝達板８に複数本の長尺管１の下端側が保持される。この下部支持手段は、加振器を備えており、長尺管１の下端側から長尺管１に上下方向（長尺管１の長手方向）の衝撃的な振動を加える構成となっている。なお、下部支持手段の詳細構成については、図２及び図３を用いて後述する。
【００１９】
充填装置の上部には、長尺管１の上部を支持する上部支持手段が配置されている。また、長尺管１の上部の開口部から粉体や固体を供給する充填手段が配置されている。
【００２０】
充填手段８は、長尺管１の本数と同数の外径ガイド用ロート４を備えている。ロート３は、図３を用いて後述するように、上側と下側にテーパ形状のロート部を備えている。下側のロート部は、ピットＰ内に下ろされた長尺管１を下側からロート４に挿入しやすくするためである。長尺管１の上端側がロート４に挿入されて、支持される。また、上側のロート部は、固体を長尺管１の内部に充填しやすくするために設けられている。充填手段８は、レール１４を備えている。このレール１４に沿って、固体挿入ベース１２及び粉体挿入ベース１５が移動可能である。固体挿入ベース１２及び粉体挿入ベース１５は、長尺管１の真上の粉体や固体の充填位置と、長尺管１の前上からは退避した位置の間を移動可能である。固体挿入ベース１２及び粉体挿入ベース１５の位置を検出するベース位置検出センサ１３がレール１４に設けられている。粉体挿入ベース１２の下部には、粉体を長尺管１に充填しやすくするための充填用ロート１６が備えられている。固体挿入ベース１２の詳細構成については、図３を用いて後述する。粉体挿入ベース１５の構成については、図４を用いて後述する。
【００２１】
充填装置の中間部には、長尺管１の中間部を支持する中間支持手段７が配置されている。中間支持手段７は、支柱９に固定された中間固定板１０に固定されている。中間支持手段７の近傍には、充填位置検出センサ２４が配置されている。充填位置検出センサ２４は、左右移動レール３３に沿って移動可能な左右移動テーブル３２に取り付けられている。左右移動レール３３は、上下移動テーブル３４に固定されている。上下移動テーブル３４は、支柱３５に取り付けられた上下移動レール３１に沿って上下方向に移動可能である。
【００２２】
ここで、長尺管１は、ＳＵＳ３０４のような非磁性体が用いられている。長尺管１に充填する粉体は、例えば、顆粒状のものであり、充填する固体は、ＳＵＳ４０３のような磁性体の鋼球である。長尺管１の内部には、固体−粉体−固体−粉体−固体というように、固体と粉体が交互に充填される。充填位置検出センサ２４は、被磁性体の長尺管１の内部に充填された磁性体の固体の位置を検出することにより、充填される粉体の充填率を検出することができる。
【００２３】
さらに、ピットＰの内部には、下部支持手段による長尺管１の支持を操作する操作ペンダント２５が配置されている。床２６の上部には、固体挿入ベース１２及び粉体挿入ベース１５の移動を操作する操作盤２３が配置されている。操作ペンダント２５や操作盤２３による操作指令に基づいて、制御盤３０が下部支持手段による下部支持制御や固体挿入ベース１２及び粉体挿入ベース１５の移動を制御する。
【００２４】
次に、図２を用いて、本実施形態による充填装置に用いる加振手段の構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による充填装置に用いる加振手段の構成を示す正面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２５】
複数本の支柱３５の上部には、弾性体３６を介して、加振器取り付け用金属板１７が取り付けられている。金属板１７には、加振器２９が取り付けられている。また、金属板１７の上には、複数本の金属体１９を介して、振動伝達板８が取りつけられている。加振器２９の振動は、振動伝達板８に伝えられる。振動伝達板８には、複数のクランプ開閉ガイド５が取り付けられている。クランプ開閉ガイド５は、複数本の長尺管１の下端側をクランプして保持し、また、アンクランプするものである。クランプ開閉ガイド５は、下部支持手段の一部を構成するものであり、その詳細については、図３を用いて後述する。
【００２６】
また、シリンダ３によって上下方向（Ｚ１方向）に移動可能な段取り支持手段２が備えられている。段取り支持手段２には、樹脂プレート２７が取り付けられている。樹脂プレート２７は、紙面に垂直方向に延在した樹脂製のプレートであり、その上面に窪みが形成されている。図示する例では、紙面の左右方向に１２本の長尺管１を配置できる構成であるため、１２個の樹脂プレート２７が配置されている。また、紙面の奥行き方向には８本の長尺管１を配置できる構成であるため、樹脂プレート２７には、８個の窪みが形成されている。長尺管１の下端部は、この窪みで受けることができる。以上のように、本実施形態では、合計９６本の長尺管１に同時に粉体や固体を充填できるものである。
【００２７】
次に、図３を用いて、本実施形態による充填装置に用いる下部支持手段の構成について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による充填装置に用いる下部支持手段の構成を示す断面図である。なお、図１及び図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００２８】
円筒形状のゴムクランパー６の外周中央部には、固定用金属板６Ａが取り付けられている。ゴムクランパー６の下端部は、振動伝達板８に形成された穴に挿入されている。固定用金属板６Ａは、振動伝達板８の上に載置されている。クランパー固定板２０は、振動伝達板８に固定され、このとき、固定用金属板６Ａを締め付けることにより、ゴムクランパー６を振動伝達板８に対して固定している。
【００２９】
ゴムクランパー６の内部には、振動伝達板１１Ａ，１１Ｂが挿入されている。振動伝達板１１Ａ，１１Ｂは、図示する断面形状を有する円筒形のものを縦に２分割した形状を有している。振動伝達板１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ、固定治具２２Ａ，２２Ｂに固定されている。クランプ治具固定板２１の開口に振動伝達板１１Ａ，１１Ｂの下端部が挿入されるとともに、固定治具２２Ａ，２２Ｂの下面がクランプ治具固定板２１の上に載置されている。クランプ治具固定板２１には、振動伝達板１１Ａ，１１Ｂを覆うようにしてクランプ開閉ガイド５が固定されている。振動伝達板１１Ａ，１１Ｂ及び固定治具２２Ａ，２２Ｂは、クランプ開閉ガイド５の内部の隙間内で、左右方向（Ｘ１方向：長尺管１の半径方向）に摺動可能である。振動伝達板１１Ａ，１１Ｂの内側の隙間には、長尺管１が挿入される。振動伝達板１１Ａ，１１Ｂの上部には、長尺管１を挿入しやすくするためのガイド用のテーパ部が形成されている。
【００３０】
ゴムクランパー６は、内部に空気を導入することにより膨張する。ゴムクランパー６が膨張すると、振動伝達板１１Ａ，１１Ｂと接触し、振動伝達板１１Ａ，１１Ｂを長尺管１を締め付ける方向に摺動して、長尺管１をクランプすることができる。ゴムクランパー６から空気を排出することにより、長尺管１をアンクランプすることができる。
【００３１】
図２に示したように、長尺管１が図の左右方向に１２本配置され、図の奥行き方向に７本配置されるものとすると、ゴムクランパー６は、奥行き方向に配置された７個が一組として動作し、同時に、７本の長尺管１のクランプ・アンクランプをできるようになっている。
【００３２】
図２に示した例では、左右方向に隣接する長尺管１の距離は、例えば、８０ｍｍである。同様にして、奥行き方向に隣接する長尺管１の距離は、例えば、８０ｍｍである。隣接する長尺管１の距離が短い場合、必然的にクランプ機構も小型化する必要がある。しかも、同時に、複数本の長尺管１をクランプ・アンクランプしようとすると、それぞれのクランプ力を均一にする必要がある。その点、ゴムクランパー６を用いることにより、小型で均一なクランプ力を得ることができる。しかしながら、本実施形態では、さらに、振動伝達板８からの振動を長尺管１に伝達する必要があり、この点、振動伝達板１１Ａ，１１Ｂを用いないで、直接ゴムクランパー６によって長尺管１をクランプするようにすると、伝達すべき振動がゴムクランパー６によって吸収されることになった。そこで、ゴムクランパー６の内側に分割された振動伝達板１１Ａ，１１Ｂを配置し、ゴムクランパー６で振動伝達板１１Ａ，１１Ｂをクランプすることにより、長尺管１をクランプする方式とすることで、同時に複数本の長尺管１をクランプ可能で、しかも、クランプ力を均一にでき、さらに、振動を伝達できる構成とすることができる。
【００３３】
次に、図４を用いて、本実施形態による充填装置に用いるベース１２の構成について説明する。
図４は、本発明の一実施形態による充填装置に用いるベースの構成を示す断面図である。なお、図１及び図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００３４】
ベース１２は、複数の長尺管１の内部に固体（鋼球）を容易に同時に挿入するために用いられるものである。ベース１２は、上ベース１２ａと、下ベース１２ｂとから構成されている。上ベース１２ａと下ベース１２ｂには、それぞれ、開口が形成されている。開口の直径は、長尺管１の内部に挿入される固体（鋼球）の直径よりも大きく設定されている。図示の状態では、上ベース１２ａと下ベース１２ｂの開口の位置はずれており、上ベース１２ａの開口に固体（鋼球）を入れても、その位置で保持される。その状態で、下ベース１２ｂを矢印Ｘ２の方向に移動して、上下の開口が一致すると、固体（鋼球）は下に落下する。上ベース１２ａの開口の下の位置には、外径ガイド用ロート４が配置されている。ロートの上下部には、テーパ部が形成されている。ロート４の内部には、長尺管１の上端部が挿入されている。長尺管１は、ロート４の下部から挿入されるが、そのとき、ロート４の下部のテーパ部にガイドされて、容易にロート４の内部に挿入することができる。長尺管１の上端部が、ロート４の上部のテーパ部よりも下の位置（図示する状態の位置）で、上ベース１２ａに保持した固体（鋼球）が落下すると、固体（鋼球）は、ロート４の上部のテーパ部にガイドされて容易に、長尺管１の内部に挿入することができる。
【００３５】
次に、図５を用いて、本実施形態による充填装置に用いる充填用ロート１６の構成について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による充填装置に用いる充填用ロートの構成を示す断面図である。
【００３６】
充填用ロート１６は、複数の長尺管１の内部に粉体を容易に同時に充填するために用いられるものである。ロート１６の上部には、テーパ部が形成されている。ロート１６の下部には、長尺管案内ガイド２８が挿入固定されている。ガイド２８の下部には、長尺管１の上端をガイドするためのテーパ部が形成されている。ガイド２８の内部に長尺管１の上端を挿入する。長尺管１の内径に対して、ロート１６のテーパ部の下端の円筒部の内径を小さくすることにより、ロート１６の上端から導入された粉体は、容易に長尺管１の内部に充填することができる。
【００３７】
次に、図６及び図１〜図５を用いて、本実施形態による充填装置によって長尺管１の内部に固体と粉体を交互に充填する充填作業の内容について説明する。
図６は、本発明の一実施形態による充填装置を用いた充填作業の内容を示すフローチャートである。
【００３８】
充填作業は、充填装置に長尺管１を垂直に立ててセットし、長尺管１の長手方向の中央付近にある窪みを基準に２つに分けて第１側と第２側とし、２回に分けて充填を行なう。長尺管１の中央付近の外部に窪み（ディンプル）を形成することにより、長尺管１の内部には凸部が形成される。この凸部が形成された部分の内径は、内部に充填する固体（鋼球）の直径よりも小さくする。例えば、長尺管１として、非磁性体のＳＵＳ３０４からなり、長さ３．６ｍ，外径φ４．７８ｍｍ，内径φ３．５ｍｍのものを用いる場合、充填する鋼球の直径は、φ３．１６ｍｍとしている。また充填する粉体は、粒径の違う数種類の粉をブレンドしたものであるであるが、粉体に限らず、顆粒状でもよいものである。
【００３９】
充填作業の手順としては、１）長尺管１の位置決め、２）長尺管１への固体の挿入、３）長尺管１への粉体の充填、４）長尺管１への固体の挿入、５）加振であり、以下３）〜５）の作業を繰り返し、長尺管１の第１側の上端まで固体と粉体を交互に充填し、最後に粉体がこぼれないように栓をして第１側の充填が終了となる。
【００４０】
次に一旦長尺管１をすべて外し、その長尺管１の上下を反転させて第２側の充填を同様に行なう。第１側は固体、粉体の順序で規定寸法充填され、第２側は逆に粉体、固体の順序で規定寸法通りに充填を行なう。長尺管１の中央付近には既に述べたように窪みがありその両端は開放されている。この窪みは第１側を充填する際に最初に入れる固体がその窪みに引っ掛かるようにつけられたものであり、この窪みが基準となり第１側の充填が開始される。
【００４１】
以下、個々の工程について、図６及び図１〜図５を用いて説明する。
【００４２】
図６のステップｓ１０において、充填作業の前に行う段取り作業を行う。最初に、束（例えば、９６本の束）になっている長尺管１を作業エリアに設けられた床２６の角窓２６Ａから、ピットの下に降ろす。
【００４３】
次に、作業者はピット内に入り、束になっている長尺管１を１本ずつ取り出し一定の間隔にセッティングしていく。このとき、図１に示した外径ガイド用ロート４上には何もない状態である。
【００４４】
まず、図３に示した段取り支持手段２をシリンダ３により上昇させ、作業者が手作業で長尺管１の上側を、図５に示した外径ガイド用ロート４に下側から通す。図５に示したように、外径ガイド用ロート４の下部にはテーパ形状になっているため、長尺管１の外側をガイドしながら外径ガイド用ロート４内に長尺管１が挿入される。長尺管１が傷まないようにつくられたこの樹脂性の外径ガイド用ロート４に長尺管１を通した後、図３に示したクランプ開閉ガイド５の高さより長尺管１の下端が上方にくるまで長尺管１を持ち上げ、長尺管１の下端を分割された振動伝達板１１Ａ，１１Ｂの間に通し、図２に示した段取り支持手段２に取り付いている樹脂プレート２７に長尺管１をセッティングする。樹脂プレート２７は一定の間隔に長尺管１の外径より大きい位置決め用の穴が開いているため、この穴に長尺管１の下端を入れることで段取りする。長尺管１はこのときフリー（アンクランプ状態）であり、外径ガイド用ロート４の上面から長尺管１の上端が約１２５ｍｍ程度突き出している状態である。この作業をこれから充填する長尺管１の本数分だけ繰り返し行なう。
【００４５】
長尺管１は比較的小径で長い管であるため、この状態では長尺管１の中央付近には大きなたわみが発生する。このたわみを防止する中間支持手段７は、一定の間隔で格子状に仕切られた構造となっており、この格子状に仕切られた範囲内に長尺管１が通ることによりたわみを極力抑えることができる。図１に示すように中間支持手段７が最初から長尺管１の中央付近に備え付けられていては、長尺管１のセッティングをする際作業性が悪くなるため、長尺管１のセッティング時には、中間支持手段７はクランプ開閉ガイド５に接しており、すべての長尺管１のセッティング終了後、長尺管１の中央付近まで中間支持手段７を持ち上げ、装置の支持支柱９に取り付けられた中間支持手段固定板１０に固定される。中間支持手段固定板１０にはピンが取り付けられており、また、中間支持手段７にはピンの外径より大きな穴が開いているため、この穴を中間支持手段固定板１０のピンにはめ込むことで中間支持手段７を位置決めする。これにより長尺管１のたわみを大幅に防止することができ、後工程で行なう長尺管１をシリンダ３によって上下運動させる際に、長尺管１が変形することなくスムーズに複数の長尺管１を長手方向に移動できる。
【００４６】
次に、図２に示した段取り支持手段２をシリンダ３によって下降させることで、長尺管１の上端が外径ガイド用ロート４より上方に出ないよう、つまり外径ガイド用ロート４内に収まっている状態（図４に示した状態）にする。このように段取り支持手段２を下降させ、長尺管１の上端が外径ガイド用ロート４の上面より突き出さないようにする理由は、後工程で行なう固体の挿入の際、固体挿入ベース１２を手前に引き出して使用するためである。固体挿入ベース１２の下面と外径ガイド用ロート４の上面とのギャップはわずか２ｍｍ程度であるため、長尺管１が突き出していると固体挿入ベース１２と長尺管１が干渉し、固体挿入ベース１２が引き出せなくなったり、長尺管１が損傷することを防止している。
次に、長尺管１を把持クランプする方法について説明する。複数倒立しセッティングされた長尺管１は、操作盤２３からの信号でエアー源からゴムクランパー６にエアーが供給され、ゴムクランパー６のドーナツ状の内側が膨張することによって、分割された振動伝達板１１Ａ，１１Ｂを介して長尺管１を把持クランプする。複数のゴムクランパー６から分岐された配管は最終的には１つの系統に接続されるため、一度に複数の長尺管１を把持クランプ可能である。分割された振動伝達板１１Ａ，１１Ｂは分割された振動伝達板の固定治具２２と固定されていて、ゴムクランパー６のドーナツ状の内側に分割された振動伝達板１１Ａ，１１Ｂが挿入されている。分割された振動伝達板１１Ａ，１１Ｂの外側にあるゴムクランパー６は、大きな開閉ストロークを有しているため、長尺管１の外径の変化にもある程度対応できる。また、クランプ開閉ガイド５の内側溝の範囲内でこの分割された振動伝達板１１Ａ，１１Ｂは自由に動けるため、把持クランプ時には内側へ、アンクランプ時には外側へ分割された振動伝達板１１Ａ，１１Ｂが移動し、その結果長尺管１を把持クランプまたはアンクランプする。
【００４７】
次に、図６のステップｓ２０において、長尺管１に固体を挿入する。図１に示した固体挿入ベース１２を、長尺管１がセッティングされている外径ガイド用ロート４上の基準位置まで手前に引き出し固体挿入ベース１２が動かないように充填手段１８とワンタッチでロックする。固体挿入ベース１２は、図４に示したように、２段構造になっており、下段ベース１２ｂは単独で手前に移動することができ、初期状態は上段ベース１２ａと下段ベース１２ｂはロックされている。上段ベース１２ａと下段ベース１２ｂにはそれぞれ等間隔で仕切られた固体セット孔が複数開いており、その穴は上段ベース１２ａと下段ベース１２ｂで１ピッチずらした形で構成されている。その上段ベース１２ａの穴へ固体をセットし、固体のセットがすべて終了したら、上段ベース１２ａと下段ベース１２ｂの固定ロックを外し、下段ベース１２ｂを手前に引き出すことで、下段ベース１２ｂの穴が上段ベース１２ａの穴と重なり、上段ベース１２ａの固体セット穴へセットされた固体は重力で下へ落ちる。長尺管１の内径より若干小さい固体は、外径ガイド用ロート４内にセットされた長尺管１の内部へ挿入され、長尺管１の中央付近にある窪み位置まで落ち、この作業で一度に複数の長尺管１に固体の挿入ができたことになる。さらに、挿入された固体の位置は、図１に示した充填位置検出センサ２４で検出しその位置を確認することができる。
【００４８】
図１に示したように、充填装置の支持支柱９には上下移動レール３１が設置されており、その上下移動レール３１に上下移動テーブル３４が取り付けられていて、充填位置検出センサ２４が上下できる機構となっている。また、上下移動テーブル３４には長尺管１と垂直方向に左右移動レール３３が設置され、その左右移動レール３３上に左右移動テーブル３２が取り付けられており、左右移動テーブル３２には充填位置検出センサ２４が取り付けられた構造となっており、充填位置検出センサ２４が左右に移動できることで、長尺管１の若干のたわみにも追従できるような構造になっている。充填位置検出センサ２４により、挿入された固体がきちんと規定通りの寸法にあるかを検出し確認している。
【００４９】
本充填装置は安定した充填率が確保できるため、基本的に１本の長尺管１の固体の位置を検出すれば、他の長尺管１に対しても安定して同じ位置が確保できているという考えに基づいて使用している。
【００５０】
また、固体挿入ベース１２が作業エリアつまり外径ガイド用ロート４上にある場合は、レール取り付け板１４に取り付けられたベース位置検出センサ１３によって固体挿入ベース１２の位置検出をし、長尺管１の下端に設置している段取り支持手段２がシリンダ３によって上昇することを防ぐインターロック機能が付加されている。固体挿入ベース１２が手前にある状態で長尺管１を上昇しようとすると、長尺管１の上端が拘束された状態で、しかも長尺管１の下端が長手方向に持ち上げられるため長尺管１が変形するという現象が発生する。本インターロック機能は長尺管１を損傷から防ぐ目的で付加してある。
【００５１】
長尺管１への固体挿入作業が終了したら、下段ベース１２ｂを元の位置へ戻し上段ベース１２ａとロックし、さらに固体挿入ベース１２のロックを解除し固体挿入ベース１２を初期位置へ戻す。充填手段１８と固体挿入ベース１２との設置はマグネットを使用しており、戻し位置のレール取り付け板１４にはベース位置検出センサ１３と同等のものが設置されており、固体挿入ベース１２が初期位置にあるかどうか常に確認して、安全側にインターロックが掛かる仕組みになっている。
【００５２】
次に長尺管１を拘束しているクランプを解除する。操作盤２３からの信号でゴムクランパー６に供給されていたエアーが排気され、ゴムクランパー６のドーナツ状の内側が収縮し、把持クランプしていた分割された振動伝達板１１が開放され複数の長尺管１がアンクランプされる。ここまでの作業を行ない固体の挿入作業は終了となり、次工程の粉体の充填作業へ移る。
【００５３】
次に、図６のステップｓ３０において、長尺管１に粉体を充填する。図１に示したように、充填手段１８に設置され、固体挿入ベース１２より１２５ｍｍ上方にある粉体充填ベース１５を、固体の挿入作業で使用した固体挿入ベース１２のときと同様に、長尺管１がセッティングされている外径ガイド用ロート４上の基準位置まで手前に引き出し粉体充填ベース１５が動かないように、充填手段１８とワンタッチでロックする。粉体充填ベース１５には粉体を充填するための複数の充填用ロート１６が取り付けられている。図５に示したように、充填用ロート１６の上面は粉体が入れやすく且つ粉体が詰まらないようにテーパ形状に加工され、その充填用ロート１６の内部には長尺管案内ガイド２８が組み立てられており、その長尺管案内ガイド２８の下面は長尺管１が入りやすいようにテーパ形状に、且つ長尺管１に傷がつきにくいように樹脂性の材料を使用している。また、固体挿入時と同様にレール取り付け板１４に取り付けられたベース検出センサ１３によって位置検出がなされ、安全側にインターロックが働く。
【００５４】
次に、シリンダ３によって下降している複数の長尺管１の重量を受けている段取り支持手段２をシリンダ３により上昇させる。アンクランプされている複数の長尺管１は、この上昇により長尺管１の長手方向にシリンダ３のストローク分（１２５ｍｍ）だけ長尺管１が持ち上げられ、長尺管案内ガイド２８のテーパ形状に沿って案内され長尺管１の上側端面が充填用ロート１６と長尺管案内ガイド２８の境界上に位置決めされる。図５に示したように、充填用ロート１６の断面を見ると、テーパ面が終わる位置から急激に径が絞られている。この位置の内径は、例えば、φ３．４ｍｍとしており、長尺管１の内径より小さく設定している。したがって、長尺管１が入る長尺管案内ガイド２８の外径のガタ分を考慮しても粉体が長尺管１の端面につくことはないものである。したがって、粉体が漏れたり、それが原因で装置の隙間等に粉体が入り装置に悪影響を及ぼしたりしないようになっている。
【００５５】
次に、複数セッティングされた長尺管１を、固体挿入時と同様に操作盤２３からの信号でエアー源からゴムクランパー６にエアーが供給され、ゴムクランパー６のドーナツ状の内部が膨張することによって、長尺管１を把持クランプする分割された振動伝達板１１Ａ，１１Ｂが複数ある長尺管１を把持クランプする。把持クランプ後、ある一定量の粉体を粉体充填ベース１５の粉体充填穴から入れる。粉体充填ベース１５の穴から入れられた粉体は、充填用ロート１６のテーパ面を滑り落ち長尺管１の内径に充填される。複数の長尺管１に同様の作業を繰り返す。
【００５６】
次に、加振を加える前に粉体充填ベース１５を初期位置に戻す。複数の長尺管１が充填用ロート１６内にある状態での加振は、加振を減衰させる傾向があるためである。それは長尺管案内ガイド２８の外径支持面と長尺管１の外径のギャップが、充填用ロート１６の内径案内面の内径（例えば、φ４．８８ｍｍ）と長尺管１の内径（例えば、φ４．７８ｍｍ）との関係からそれほど大きくとれないため、加振時に長尺管案内ガイド２８の外径支持面に長尺管１の外径が接触する格好となるために長尺管１に伝達される振動が減衰し、結果加振による加速度と振幅が小さくなり、充填率が低下するという現象が発生するからである。そこで、一旦粉体充填ベース１５を初期位置に戻した上で加振を加えるようにしている。
【００５７】
初期位置に戻すため、まず、粉体を充填する際に長尺管１を把持クランプしていた拘束を開放する。操作盤２３からの信号でゴムクランパー６に供給されていたエアーが排気され、ゴムクランパー６のドーナツ状の内側が収縮し、把持クランプしていた分割された振動伝達板１１Ａ，１１Ｂが開放され複数の長尺管１がアンクランプされる。段取り支持手段２をシリンダ３によって下降させると長尺管１は段取り支持手段２と追従してシリンダ３のストローク分下降し、複数の長尺管１がすべて外径ガイド用ロート４内に収まる。つまり長尺管１が外径ガイド用ロート４の上面から突き出していない状態となる。
【００５８】
次に粉体充填ベース１５と充填手段１８とを固定しているロックを解除し、粉体充填ベース１５を初期位置へ戻す。初期位置での充填手段１８と粉体充填ベース１５との設置は固体挿入時と同様にマグネットを使用しており、また、戻し位置のレール取り付け板１４には固体挿入時と同様にベース位置検出センサ１３が設置されており、粉体充填ベース１５が初期位置にあるかどうか常に確認して、安全側にインターロックが働く仕組みになっている。
【００５９】
次に、再び段取り支持手段２をシリンダ３により上昇させ、長尺管１を長手方向に移動させ、外径ガイド用ロート４の上面から長尺管１が突き出した状態になる。この状態で操作盤２３からの信号でエアー源からゴムクランパー６にエアーが供給され、ゴムクランパー６のドーナツ状の内側が膨張することによって、長尺管１を把持クランプする分割された振動伝達板１１Ａ，１１Ｂが複数ある長尺管１を把持クランプする。把持クランプ後、段取り支持手段２をシリンダ３によって下降させる。これは次工程に行なう加振の際、加振中に振動により長尺管１の下端面と樹脂プレート２７とが接触することで、長尺管１の下端面に傷が付くことを防ぐためである。
【００６０】
次に、図６のステップｓ４０において、再び、固体を挿入する。このときの作業工程は、図６のステップｓ２０と同様である。
【００６１】
次に、図６のステップｓ５０において、加振して、振動を伝達する。図２に示したように、加振器取り付け用金属板１７に加振器２９が取り付けられており、操作盤２３からの信号により、エアーを供給された加振器２９は、長尺管１の長手方向に衝撃力を発生させ、その衝撃力は加振器取り付け用金属板１７に伝達される。加振器取り付け用金属板１７に伝達した衝撃力は縦振動（長尺管１の長手方向の振動）であり、その縦振動は加振器取り付け用金属板１７と振動伝達板８との間に設置された金属体１９を介し振動伝達板８に伝達され、クランパー固定板２０からクランプ治具固定板２１に伝達される。さらにクランプ治具固定板２１からクランプ開閉ガイド５へ伝達され、分割された振動伝達板１１Ａ，１１Ｂを介して長尺管１に振動が伝わる。
【００６２】
次に、図６のステップｓ６０において、図１に示した位置検出センサ２４を用いて、固体の位置を検出する。
【００６３】
そして、ステップｓ７０において、検出された固体位置が正規の位置になるまでは、ステップｓ５０の加振を継続し、正規の位置になったら加振を止める。充填終了後、段取り支持手段２をシリンダ３によって上昇させ、複数の長尺管１の重量は樹脂プレート２７を介して段取り支持手段２で支持し、ゴムクランパー６のエアーを排気させ長尺管１をアンクランプする。これで粉体の充填が終了となる。そして、再び、ステップｓ３０〜ｓ７０により粉体と固体の充填を行い、ステップｓ７０の判定で、長尺管１の端面まで粉体を充填すると、最後に長尺管１の端部栓をして第１側の充填は終了となる。第１側の充填が終了すると、長尺管１の途中に入っている固体（鋼球）の前後の位置で、長尺管１の外部に窪みを形成し、このとき形成される長尺管１の内部の突起によって、固体（鋼球）が移動するのを防止する。それによって、２個の固体（鋼球）の間に充填された粉体の移動も防止することができる。以下、第２側も同様の作業を行う。
【００６４】
また、本装置は長尺管対応により全長が約５０００ｍｍの大きな装置である。装置の下部はピット内に納められており、作業者は装置上部付近で作業をする。すべての操作は装置上部の側面に取り付けられた操作盤２３によって行なわれる。操作盤２３はタッチパネル方式が採用されておりすべての作業をワンタッチで行なうことができる。また、ピット内での作業性も考慮し、操作ペンダント２５がピット内に設置されており、こちらでも操作が可能となっている。また、操作盤２３と操作ペンタント２５は切り替えて使用ができ、安全性を考慮しどちらか一方でしか操作ができないようになっている。操作盤２３と操作ペンダント２５はいずれも全体制御盤３０によって制御されている。
【００６５】
次に、図７を用いて、本実施形態による充填装置によって長尺管１に加振して充填する際の加速度について説明する。
図７は、本発明の一実施形態による充填装置によって長尺管に加振して充填する際の加速度と充填率の関係の説明図である。
【００６６】
振動の加速度は、加振器２９に供給されるエアーの圧力と流量を調整することによって制御することができる。そこで、加速度（ｍ／ｓ２）を変えながら、充填率（％）の変化について調べた結果は、図７に示すようになった。このとき、振幅（ｍｍ）は、２．３ｍｍとしている。充填率は、加速度が大きくなるほど向上するが、６２ｍ／ｓ２を越えるとほぼ飽和するような特性を示すことがわかった。これはこの加速度以上に加速度を大きくしても、充填率がそれほど向上しないことになる。すなわち、本実施形態では、６２ｍ／ｓ２を越える衝撃的な加速度を加えることにより、充填率を向上し、しかも、安定させることができる。なお、充填率の製品仕様は、６５％以上となっており、加速度を６２ｍ／ｓ２とすることにより、この製品仕様も満足することができる。また、生産上では、製品仕様よりも厳しくして充填率６７％以上を管理目標としているが、その数値に対しても、加速度を６２ｍ／ｓ２とすることにより満足することができる。
【００６７】
次に、図８を用いて、本実施形態による充填装置によって長尺管１に加振して充填する際の振幅について説明する。
図８は、本発明の一実施形態による充填装置によって長尺管に加振して充填する際の振幅と充填率の関係の説明図である。
【００６８】
振幅の調整は、図２に示したように、加振器２９が固定された加振器取り付け用金属板１７と、それらの重量を保持する支柱３５の間に挿入された弾性体３６の硬度と厚みを調整することで可能である。そこで、振幅（ｍｍ）を変えながら、充填率（％）の変化について調べた結果は、図８に示すようになった。このとき、加速度（ｍ／ｓ２）は、６２ｍ／ｓ２としている。充填率は、振幅が大きくなるほど直線的に向上することがわかった。但し、振幅がさらに大きくなると、加速度が小さくなることも判明した。したがって、所要の加速度を得ながら、充填率を向上したい場合には、振幅については、６〜７ｍｍが好ましいものである。
【００６９】
また、振幅を調整する機構として、弾性体に代えて、伸縮機構を設け、この伸縮機構の伸縮量により振動の振幅を調整するようにしてもよいものである。
【００７０】
なお、以上の説明では、粉体及び固体を交互に充填する例について説明したが、いずれか一方を充填する場合にも、本発明は適用できるものである。
【００７１】
以上、説明したように本実施形態によれば、衝撃力による縦振動を発生させ、その加速度を制御することで、長尺管の内部に安定した充填率を確保することができる。
【００７２】
また、長尺管の内部への固体の挿入と粉体の充填が効率良く行なえ、複数の長尺管を一度にクランプ・アンクランプでき、作業性を向上することができる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の管に対して同時に粉体等を充填する際に、その充填率を向上させ、安定化にできる。
【００７４】
また、本発明によれば、複数の管に対して同時に粉体等を充填する際に、管セットの段取りをよくして、作業効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による充填装置の全体構成を示す鳥瞰図である。
【図２】本発明の一実施形態による充填装置に用いる加振手段の構成を示す正面図である。
【図３】本発明の一実施形態による充填装置に用いる下部支持手段の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による充填装置に用いるベースの構成を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による充填装置に用いる充填用ロートの構成を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による充填装置を用いた充填作業の内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態による充填装置によって長尺管に加振して充填する際の加速度と充填率の関係の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態による充填装置によって長尺管に加振して充填する際の振幅と充填率の関係の説明図である。
【符号の説明】
１…長尺管
２…段取り支持手段
３…シリンダ
４…外径ガイド用ロート
５…クランプ開閉ガイド
６…ゴムクランパー
７…中間支持手段
８…振動伝達板
１０…中間支持手段固定板
１１Ａ，１１Ｂ…振動伝達板
１２…固体挿入ベース
１３…ベース位置検出センサ
１５…粉体充填ベース
１６…充填用ロート
１８…充填手段
２４…充填位置検出センサ
２８…長尺管案内ガイド
２９…加振器
３５…支柱
３６…弾性体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004659342.tif 000007
【図７】
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【図８】
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