JPH01188774A - 粉末の流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、粉末の流量制御弁に関し、又、この流量制御
弁を備えた粉末分配装置に関する。「粉末」なる用語は
、微粉末材料はもとより、自由に流動できる粒状材料を
含む粗い材料をも包含するものと意図されている。

従来の技術 容器に粉末を充填すべき場合には、粉体重量を非常に正
確に測定して、容器に対して充填不足や過充填が生じな
いようにすることが一般に望まれる。例えば食品工業の
分野に於ては、食製品は重量を測定された粉末が容器に
詰め込まれて販売されている。この重量の測定は可能な
限り正確でなければならないということが厳しく望まれ
ているのである。何故ならば、許容最小限の粉末が容器
に充填されなければならない一方で、供給者は、容器に
対してただで分は与えることになってしまうような過ぎ
たる量の充填を避けることを願うからである。

英国特許公報第２１５８８１３Ｂは、粉末流路が穿孔さ
れた境界壁面によって取り囲まれていて、この穿孔され
た境界壁面が該流路に沿う粉末の流動方向へ向かって先
細形状になされた粉末の流量制御弁を記載している。境
界壁面を横断して圧力降下を発生させるための手段が備
えられていて、粉末の流路側に於る境界壁面に高い圧力
が作用する状態に於て流路に沿う粉末の流動が遮断され
るようになされる。又、この境界壁面を横断して圧力上
昇を引き起こすための他の手段が備えられていて、粉末
の流路側に於る境界壁面に低い圧力が生じる状態に於て
流路に沿う粉末の流動を促進するようになされる。この
弁は粉末の流動を制御する上で敏感な応答性を与える。

しかし、成る種の場合では、容器の過充填を回避するた
めに十分な精度で遮断を行うことはできない。

本発明は、下方向へ延在された粉末流路が穿孔された境
界壁面によって取り囲まれていて、該境界壁面は該流路
に沿って流れる方向である下方向へ向かって先細形状、
平行形状及び／又は末広り形状とされており、又、境界
壁面を横断して圧力降下を発生させるための手段が備え
られて、粉末が流動する側に於る境界壁面に高い圧力が
作用する状態に於て前記流路に沿う粉末の流れを遮断す
るようになされるとともに、境界壁面を横断して圧力上
昇を引き起すための第二の手段が備えられて、粉末が流
動する側に於る境界壁面に低い圧力が生じる状態に於て
流路に沿う粉末の流動を促進するようになされており、
又、これらの第一及び第二の手段のたるの制御手段が備
えられて、第二の手段を作動させることで弁を通る粉末
の流動を促進するように、又、第二の手段を停止させて
粉末が自重によって弁を通して流される予め定めた時間
の経過後に、第一の手段を作動させて弁を通る粉末の流
動を遮断するようになされている、粉末の流量制御弁を
提供する。

この第二の圧力増大手段を消勢し、又、弁を通る自重に
よる粉末の流動を可能とすることによって、弁を通る粉
末の流動を一層正確に遮断することが可能となるのであ
り、又、これによって容器の充填不足や過充填のリスク
が低減されるのである。

以下の記述は本発明の幾つかの特別な実施例に関する説
明であり、添付図面が参照される。

好ましい実施例の説明 図面の先ず第１図〜第４図を参照すれば、予め定めた重
量の粉末材料を容器に詰めるための装置が示されている
。この装置は、ベース１０と、直立ピラー１１と、この
ピラー１１の途中に取り付けられ、詰め込みの行われる
容器を次々と受は止めるプラットフォーム１２と、ピラ
ーの上端に取り付けられ、粉末供給部を保持するホッパ
ー１３と、このホッパーの出口から流出する粉末の流量
を制御するための空気圧作動制御弁１４によって、粉末
供給部の粉末が分配されるようになっていることと、こ
の制御弁の作動を制御するための空気圧システム１５と
、を有して構成されている。

プラットフォーム１２は、ピラー１１内に取り付けられ
ている複動空気圧ラム１７から外方へ突き出た片持アー
ム１６上に、取り付けられている。

このアーム１６は適当なシーリング手段を介してラムピ
ストンの側壁を直接に通して連結されており、ラムシリ
ンダーの反対両端に付与される空気圧を制御することに
よって、ラム１６、従ってプラットフォーム１２、の垂
直方向の調整を行えるようになっている。従って、プラ
ットフォームの高さ位置は、詰め込み作業の行われる各
種の寸法の異なる容器に対して適応するように、調整で
きるのである。プラットフォーム１２は符号１８で示さ
れている計量セル（ｖｅｉｇｈｃｅｌｌ）組立体を組み
込んでいて、この組立体はプラットフォーム上に置かれ
た容器内に充填された粉末量に応答するようになされて
いるとともに、又、後述するようにホッパーからの粉末
の分配を制御するようになされている。

ここで図面の第５図を参照すれば、空気圧で作動される
制御弁の構造が詳細に示されている。ピラー１１のヘッ
ドには、水平に延在された支持プレート１９が配置され
ている。この支持プレート１９は開口２０を有しており
、この開口内にスリーブ２１が取り付けられている。こ
のスリーブは截頭円錐形の穴２２を有していて、この穴
内にホッパー１３の下端部を受は入れるようになってい
る。このホッパーの下端部は、スリーブの上端面及び下
端面の位置にてスリーブに対して溶接される。支持プレ
ート１９よりも下方へ延在しているスリーブの部分は外
ねじ部２３を有しており、又、中間のねじ付カラー２４
がスリーブ上に螺合されていて、支持プレート１９の下
面と係合してスリーブを該プレートに対する所定位置に
固定している。下方へ延在されているほぼ管状のノズル
ホルダー２５はスリーブ２１の下端に対してクランプリ
ング２６によって固定されている。このクランプリング
は、スリーブ２１のねじ部２３上に螺合されており、又
、内周面の回りに環状ショルダー２７を有している。こ
の環状ショルダーは、ノズルホルダー２５の上部馬面の
回りに形成されている外方向へ曲げられたフランジ２Ｂ
の下面に係合される。ｒＯＪリングシール２９がスリー
ブ２１の下面に形成されている環状凹部３０内に配置さ
れ、ノズルホルダーの上側端面との間でシールするよう
になっている。ノズルホルダーの下端は内側フランジ３
１を有しており、このフランジは出口開口３２を取り囲
んでいる。

ノズルホルダーは、高密度ポリエチレンのような材料、
又は、セラミックや焼結金属、或いは他のプラスチック
のような材料で形成された多孔質のノズル３３を含んで
いる。このノズルは、ノズルの下端へ向かって先細とな
っている上側戴頭円錐部分３３ａを有しており、この上
側戴頭円錐部分３３ａから単純な円筒形部分３３ｂに連
なって終端している。このノズルの上端はホッパー１３
の出口側端部の回りに係合し、又、ノズルの下端はノズ
ルホルダーの下端を取り囲んでいるフランジ３１上に置
かれていて、これによりノズルを全体的に確りと所定位
置に保持するようになっている。

ノズルホルダー２５は、はぼ円筒形の上側部分２５ａ及
び先細の下側部分２５ｂを有していて、ノズル３３を取
り囲む空気室３４を形成している。

孔３５がノズルホルダーの下側部分に形成されていて、
空気圧制御システム１４を通して真空圧又は空気圧の供
給源に接続されるようになっている。

この空気圧制御システムは以下に非常に詳しく説明され
る。

使用に於て、粉末がホッパー１３に供給され、ノズル３
３内へ落下される。空気室３４の内部空気が真空引きさ
れると、ノズル内の流路がら空気が引き抜かれることに
なり、この結果としてノズル内部の粉末がノズル壁面に
対して付着を生じるのである。このようにして生じる粉
末の付着は、ノズルを通る粉末の流動を止めさせるよう
な有効なブロック作用を生じる迄、ノズル内部に堆積す
るのである。ノズルを通る粉末の流動は、空気室３４の
内部に正圧を供給することによって確立されるのであり
、正圧の供給によって粉末はノズル壁面から解放され、
出口３２を通して粉末が流出できるようになるのである
。

この空気圧は出口を通って流出する粉末の流動速度を加
速して、粉末がこの弁を通してホッパーから流出し、支
持部、即ちプラットフォーム１２、上の容器を充填する
流れを形成するようになす。

この空気圧の供給は、充填サイクルに於て容器が充満さ
れる以前の時点にて停止されるのであり、又、粉末が重
力によってホッパーから容器へ向かって落下して充填作
業が完遂されるようになされるのである。粉末が重力に
よって落下される比率に対する、空気圧により遂行され
る充填作業の比率は、分配される粉末、必用とされる充
填精度、及び必用とされるサイクル時間に適合するよう
に変化される。このようにして、弁を通る粉末の流れを
確立するために非常に短い時間にわたって空気圧が空気
室に付与され、このような粉末の流れが確立されたなら
ば空気圧の供給は停止されて、残りの流れが重力のみの
作用の下で行われるようになされることができる。これ
以外の極端な場合には、容器が充満される直前に於て空
気圧の供給が停止され、充填作業の残りの部分が重力の
作用の下で行われるようになされる。支持部、即ちプラ
ットフォーム１２、に取り付けられている計量セルはこ
の充填作業をモニターするのである。又、計量セルは、
容器が必用量を充填される直前に空気室３４に対する真
空装置の作動を開始させ、弁と容器との間の「浮遊状態
」にある粉末による充填作業が完了されるようになすの
である。

上述にて弁１４と称した空気圧制御システムを、ここで
図面の第５図〜第９図及び第１２図を参照して簡単に説
明する。この制御システムは真空ポンプ４０、スプール
弁４１、フィルター調整器４２及び４３、前述したシリ
ンダー１７用の制御弁４４、及び電子制御システム用の
支持プレート４５を含んで構成される。このポンプは空
気室３４のための真空圧供給源を形成しており、又、ス
プール弁４１を介して制御されるようになっている。

空気室３４に対する適当な正圧の供給は、フィルター調
整器４２及び４３を通して調整されるとともに、スプー
ル弁４１によって制御されることで与えられる。第１１
図はノズル３３に関する空気圧制御システムの一例とす
る典型的なレイアウトを示している。これらの弁は上述
したように計量セルによって電子制御システムを介して
制御されるのである。

この装置は、「ボーンビタＪ　　（ｌｏｗｔａｖｉｔ＊
）のコーヒー粉末及びセモニナのような粉末又は粒状体
の様々な材料を分配するのに使用することができる。し
かしながら食製品に限定されることはなく、この装置を
使用することによってその他の粉末や粒状体を必用な容
器へ分配することができるのである。

ノズルの錐角は、分配される粉末や粒状材料の特性に応
じて変化される。成る種の材料に対しては３０°の角度
が有効とされ、その他の材料に対しては１５°の角度が
有効とされる。粉末の流れに脈動が見出されたならば、
図示したように円錐形の底部に位置された円筒形の下側
部分が流れを滑らかとなす助けをする。円錐形／円筒形
に関するその他の変形形態は、円錐形−円筒形一円錐形
の形態や、二重の円錐形−円筒形の形態を包含する。

流量制御弁に使用されている多孔質ノズルの正確な設計
は、適用される装置に適合するように様様に変化できる
のである。ノズルの截頭円錐形部分に於る錐角は製品の
特性に応じて変化されることができる。又、ノズルに於
る円筒形部分の長さは変化されることができるとともに
、このノズルに於る円筒形部分を省略することもできる
のである。

第１０図は更に他の構造を示している。これに於ては、
ノズルは中央の仕切隔壁５０を有している。又、この場
合にはノズルを取り囲む空気室はその隔壁の各側に於る
ノズル部分に対応して２つの部分に分割されていて、隔
壁の各側に於る粉末の流下が個々に制御できるようにな
っている。このことは、ノズル全体を通して最初の充填
を行い、充填作業の最終段階へ向かっては、ノズルの一
方の側の壁面に真空圧を付与してその側のノズル部分を
通る粉末の流れを停止させるとともに、他側のノズル部
分を通る流れは持続するようになすことによって、流れ
を半分にし、流量を減少させて充填作業を完遂するよう
になすことを可能にする。

このようにして、充填作業の最終段階に於ては、粉末は
［細流Ｊ　　（ｔｔｉｃｋｌｅ）とされて容器に供給さ
れることが可能となり、又、瞬時に遮断できて、容器に
対する過充填を最小限に抑えることができるようにして
いるのである。このノズルは勿論のことながら隔壁によ
り更に細分化され、空気室も相応に細分化されて、流量
のより一層の段階的な制御を可能にすることができるの
である。

更に他の構造が図面の第１１図に示されている。

これに於ては、空気室３４は水平な壁部３４ａによって
多孔質の截頭円錐形部分及び円筒形部分に相応する上側
部分及び下側部分に分けられていて、個々に制御できる
ようになっている。更に筒状部材５１がノズルの円筒形
部分３３ｂの内部中央に配置され、符号５２で示す支持
ピンによって取り付けられている。空気室３４の上側部
分３４ｂ及び下部部分３４ｃの両方に対して空気圧が付
与されている、即ち、何れの部分も真空圧供給源に対し
て連結されていないならば、粉末は筒状部材の内側、及
び、この筒状部材とノズルの円筒形部分との間の両方を
通して、この弁を通して流される。

空気室の下側部分３４ｃに真空圧が付与されるならば、
筒状部材５１とノズルの円筒形部分との間の流れは遮断
される一方、筒状部材５１の内部を流れる制限され、た
流れのみが持続され、これによって分配を完了する直前
に於て小さな分配流量を与えることができるようになす
。分配の完了は、上側部分３４ｂに対する吸引を行って
ノズルの上側の截頭円錐形部分を通る流れを遮断するこ
とによって行われる。前述したように空気室３４の上側
部分及び下側部分に対して空気圧を付与することで、流
れが再開されるのである。第１１図に示したノズルは筒
状部材５１及び支持ピン５２を省略することで変形され
得る。このような構造、に於ては２、下側部分３４ｃに
対する真空圧の付与は、充填作業が完了した後の製品の
流れを停止させるために使用されるのである。又、しか
る後に低圧圧縮空気を上側部分３４ｂに付与して製品を
保持するホッパー内へ流れ込むようになし、これにより
粉末が凝集するのを防止するとともに、次の充填作業の
開始に於て製品が流れるのを助成するようになす。

図示していないが更に他の構造は１．互いに並べて配置
された空容器の充填用のノズル及び最上部分の充填用の
ノズルである２つの寸法の真なるノズルを含んで構成さ
れる。大きい方の空容器の充填用のノズルは容器が充填
完了される直前に遮断され、小さい方のノズルは充填作
業を完了するために作動され続ける。何故ならば、小さ
い方のノズルが最終的に遮断されるときの「浮遊状態」
の材料は少なく、これにより実質的な過充填のリスクを
最小限に抑えることができるからである。

上述した充填装置は、広く様々な異なる形態の粉末や粒
状物質、或いはそれらの材料の混合物を分配するのに好
適である。ここでの混合物には１、異種食品の粒状物質
、ムース、或いはその他の材料を含有する粉末スープが
含まれるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、空気圧システムによって制御される出口弁を
有するホッパーを含んで構成されている粉末分配装置の
斜視図。 第２図は、この装置の前面図。 第３図は、この装置の側面図。 第４図は、この装置の平面図。 第５図は、ホッパーの基部に配置された空気圧作動の制
御弁の詳細図。 第６図は、この制御弁の空気圧制御システムの側面図。 第７図は、この空気圧制御システムの後面図。 第８図は、この空気圧制御システムの前面図。 第９図は、この空気圧制御システムの平面図。 第１０図は、更に他の形態の制御弁を示す図解的な一部
断面と會る斜視図。 第１１図は、更に他の形態の制御弁を示す斜視断面図。 第１２図はこの装置の空気圧制御回路を示す図解的な回
路図。 １０・・・・・・ベース、１１・・・・・・ピラー、１
２・・・・・・プラットフォーム即ち支持部、１３・・
・・・・ホッパー、１４・・・・・・空気圧作動の制御
弁、１５・・・・・・空気圧システム、１６・・・・・
・片持アーム、１７・・・・・・複動空気圧ラム、１８
・・・・・・計量セル、１９・・・・・・支持プレート
、２０・・・・・・開口、２１・・・・・・スリーブ、
２２・・・・・・戴頭円錐形の穴、２３・・・・・・ね
じ部、２４・・・・・・ねじ付きカラー、２５・・・・
・・ノズルホルダー、２５ａ・・・・・・円筒形部分、
２５ｂ・・・・・・先細部分、２６・・・・・・クラン
プリング、２７・・・・・・環状ショルダー、２８・・
・・・・７ランジ、２９・・・・・・ｒＯＪリング、３
０・・・・・・環状凹部、３１・・・・・・フランジ、
３２・・・・・・出口開口、３３・・・・・・多孔質ノ
ズル、３３ａ・・・・・・戴頭円錐形の上側部分１．３
３ｂ・・・・・・単純な円筒形部分、３４・・・・・・
空気室、３４ａ・・・・・・隔壁、３４ａ・・・・・・
上側部分、３４ｂ・・・・・・下側部分、３！・・・・
・・孔、４０・・・・・・真空ポンプ、４１・・・・・
・スプール弁、４２．４３・・・・・・フィルター調整
器、４４・・・・・・制御弁、４５・・・・・・支持プ
レート、５０・・・・・・仕切隔壁、５１・・・・・・
筒状部材、５２・・・・・・支持ピン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）下方向へ延在された粉末流路が穿孔された境界壁
   面によつて取り囲まれていて、該境界壁面は該流路に沿
   つて流れる方向である下方向へ向かつて先細形状、平行
   形状又は末広り形状とされており、又、境界壁面を横断
   して圧力降下を発生させるための第一の手段が備えられ
   て、粉末が流動する側に於る境界壁面に高い圧力が作用
   する状態に於て前記流路に沿う粉末の流れを遮断するよ
   うになされるとともに、境界壁面を横断して圧力上昇を
   引き起こすための第二の手段が備えられて、粉末が流動
   する側に於る境界壁面に低い圧力が生じる状態に於て流
   路に沿う粉末の流動を促進するようになされており、又
   、これらの第一及び第二の手段のたるの制御手段が備え
   られて、第二の手段を作動させることで弁を通る粉末の
   流動を促進するように、又、第二の手段を停止させて粉
   末が自重によつて弁を通して流される予め定めた時間の
   経過後に、第一の手段を作動させて弁を通る粉末の流動
   を遮断するようになされている、ことを特徴とする粉末
   の流量制御弁。 （２）前記制御弁が、予め定めた量の粉末が該弁によつ
   て分配された時点を測り、この予め定めた量の粉末に到
   達した時点で第一の手段を作動させるための手段、を含
   んでいる特許請求の範囲第１項に記載の流量制御弁。 （３）前記制御弁が、該弁によつて分配された粉末量の
   重量を測定し、又、この分配量が予め定めた量に等しく
   なつた時点で流動を停止させるために第一の手段の作動
   を開始させるようになすための手段、を含んでいる特許
   請求の範囲第２項に記載の流量制御弁。 （４）予め定めた時間にわたつて制御弁が開かれた時点
   を決定し、又、その時間の経過後に第一の手段を作動さ
   せるための手段が備えられている、第３項に記載の流量
   制御弁。 （５）境界壁面が粉末流路を取り囲む穿孔壁面で形成さ
   れており、前記第一の手段が、該穿孔壁面の外側面に作
   用して該壁面を横断する圧力降下を生じるようになす吸
   引手段を含んでなり、又、前記第二の手段が、前記穿孔
   壁面の外側面に正圧空気圧を付与して該壁面を横断する
   圧力上昇を形成するようになす空気圧供給手段を含んで
   いる、特許請求の範囲第１項から第４項迄の何れか１項
   に記載の流量制御弁。 （６）穿孔壁面が、その壁面の周囲に空間を形成するよ
   うに、取り囲む空気室に取り付けられていて、該空間は
   壁面の上端及び下端にて閉じられ、前記吸引手段及び空
   気圧供給手段が前記空気室に接続されている特許請求の
   範囲第５項に記載の流量制御弁。 （７）環状の穿孔壁面が上側の截頭円錐形部分を含み、
   該部分はその下端にて円筒形部分に連なつて終端してい
   る特許請求の範囲第５項又は第６項に記載の流量制御弁
   。 （８）截頭円錐形部分の錐角が１０°から６０°迄の間
   である特許請求の範囲第７項に記載の流量制御弁。 （９）穿孔された境界壁面による通路がその流路を横断
   して延在された仕切隔壁によつて２つ又はそれ以上の数
   の流路に区画されており、穿孔された境界壁面が前記隔
   壁によつて２つ又はそれ以上の数の部分に区画され、各
   部分は境界壁面を横断する圧力降下を形成するための第
   一の手段及び境界壁面を横断する圧力上昇を形成するた
   めの第二の手段を独立して備えていて、仕切隔壁によつ
   て形成された通路部分の各々が独立して制御できるよう
   になされている、特許請求の範囲第１項から第８項迄の
   何れか１項に記載の流量制御弁。（１０）前記空気室は
   壁面に於る截頭円錐形部分及び円筒形部分をそれぞれ取
   り囲んでいる隔壁された上側部分と下側部分とに分割さ
   れていて、これらの部分にはそれぞれ空気圧供給手段及
   び真空圧供給手段が接続されており、又、垂直に延在さ
   れた内筒部材が壁面の円筒形部分の内側に同心的に取り
   付けられていて、壁面の円筒形部分の外側に吸引力が付
   与されるが截頭円錐形部分には付与されないことによつ
   て、制限された量の粉末がこの内筒部材を流動できるよ
   うになしており、これにより截頭円錐形部分の外側面に
   吸引力を作用させることで最終的に流動が遮断される前
   に於て制限された量の粉末を分配できるようにしている
   、特許請求の範囲第７項及び第８項に記載の流量制御弁
   。 （１１）前記空気室は壁面に於る截頭円錐形部分及び円
   筒形部分をそれぞれ取り囲んでいる隔離された上側部分
   と下側部分とに分割されていて、下側部分は空気圧及び
   真空圧の供給手段を備えているとともに、上側部分は空
   気圧供給手段を備えており、又、制御手段が配置され、
   下側部分に真空圧が付与されている間に低いレベルの圧
   縮空気が内側部分に付与されるようになし、これにより
   下側部分に付与された真空圧によつて粉末の流動が遮断
   されているときに、この弁によつて保持されている粉末
   が凝集しないように、且つ又、下側部分に対する真空圧
   の付与が解除されたときには粉末の流動が容易に再開で
   きるようになされている、特許請求の範囲第７項及び第
   ８項に記載の流量制御弁。