JPH04365070A - 粉体搬送装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は粉体を搬送する装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、粉体を搬送する方法として最も一
般的な技術はスクリューを用いたものであり、あらゆる
粉体搬送手段に用いられている。この手法は例えばパイ
プ内の粉体をパイプ内部に設けられたスクリューを回転
することによって搬送するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例はパイプ内のスクリューをモータによって回転させ
なければならないため、消費電力が大きくなり回転音も
比較的大きくなるという問題点があった。

【０００４】また、構成上もスクリューという比較的複
雑な部材とモータが必要となるため装置が大型化し、さ
らに、コスト的にも高くなるという問題点を有していた
。

【０００５】また、パイプ内壁とスクリューの隙間が大
きいと搬送効率が落ちてしまい、逆にスクリューとパイ
プ内壁との隙間が小さいと搬送効率は上がるが、スクリ
ューとパイプ内壁との摩擦によってスクリューの回転ト
ルクが大きくなるという問題点も有していた。

【０００６】さらに、内壁とスクリューの摩擦等により
粉体が劣化、破壊、あるいは摩擦熱によって溶融してし
まうことがある。また、一般に粉体は帯電しやすいため
、搬送中に粉体が帯電し、スクリューに付着することが
多く、ひどい場合は搬送不良が発生するという問題点も
あった。

【０００７】また、パイプの中にスクリューを通してい
るため、二箇所以上に分岐搬送を行うことが非常に困難
であり、分岐搬送を行うには一旦粉体を溜める手段が必
要になり、装置が複雑化するという問題点があった。

【０００８】本発明は上記問題点を解決し、低消費電力
、低騒音であって搬送効率が良く、かつ、複数箇所に分
岐搬送を行うことのできる粉体搬送装置を提供すること
を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、複数方向に分岐して形成され、粉体を各分岐方向
に搬送する管状もしくは樋状の粉体搬送部材と、該粉体
搬送部材の分岐の前後にそれぞれ少なくとも一つ以上配
設された振動発生手段と、各振動発生手段間の粉体搬送
部材を接続せしめる振動吸収部材とを備えたことにより
達成される。

【００１０】

【作用】本発明によれば、分岐した粉体搬送部材の分岐
の前後に配設された振動発生手段によって該粉体搬送部
材の半径方向に振動が発生する。すると、各振動発生手
段を中心として分岐の前後における該粉体搬送部材の長
手方向の両方向に進行波が発生する。しかし、各振動発
生手段の片方の近傍には振動吸収部材が取り付けられて
おり、該振動吸収部材が取り付けられた方向へ進む逆進
行波の発生を抑えて進行波同士の干渉を防ぐ。したがっ
て、各振動発生手段から発生する進行波は、上記振動吸
収部材の取り付けられた方向とは逆方向へ進むものだけ
となり、各進行波が合成される。かくして、分岐した粉
体搬送部材内の粉体は合成された進行波の方向とは逆方
向であって、該粉体搬送部材の各分岐方向へ搬送される
こととなる。

【００１１】

【実施例】本発明の第一実施例ないし第四実施例を添付
図面に基づいて説明する。

【００１２】〈第一実施例〉先ず、本発明の第一実施例
について図１ないし図１０を用いて説明する。

【００１３】図１に本発明の第一実施例を示す。この装
置は本発明を利用した粉体搬送装置である。

【００１４】図１において、１は粉体を供給するホッパ
ーであり、２は管状の粉体搬送部材たるアクリルの中空
パイプである。該中空パイプ２は外径１５ｍｍ、内径１
０ｍｍで途中から二手に分岐してそれぞれ長手方向に長
く伸びている。

【００１５】該中空パイプ２の長手方向には一定間隔で
振動発生手段たる超音波振動発生用圧電素子３が配設さ
れており交流電源４によって交流電圧が印加される。

【００１６】上記圧電素子３は図２に示すごとく外径３
０ｍｍ、内径１５ｍｍ、厚み２ｍｍのセラミックＰＺＴ
を両面から電極で挟み込むタイプである。

【００１７】電極間に電圧を印加することで図３に示す
ようにセラミックの伸縮力により内径及び外径方向つま
りｒ方向に伸び縮み振動が励起され、その振動が中空パ
イプ２に進行波として伝達される。この圧電素子３によ
って発生した進行波により中空パイプ内の粉体は進行波
の方向とは逆方向（図１中矢印Ａ方向）に搬送されるこ
ととなる。なお、上記実施例ではピーク対ピーク電圧１
００Ｖ　、周波数５０ＫＨｚ　の交流電圧を印加してい
る。これは圧電素子の形状による共振モードから算出さ
れた値であり、圧電素子の厚み及び形状を変えることで
共振周波数は変化させうる。また、本実施例では圧電素
子は一層のみであるが図４に示すように多数個サンドイ
ッチタイプ（多積層型）にすればさらに励起振動量は大
きくでき、中空パイプに伝わる進行波も大きくなるため
粉体搬送力も増加する。また、図５のように圧電素子の
円周部に電極を設けても良い。さらに、圧電素子の電極
を細分化し、印加電圧の極性を変えることで種々の振動
モードを得ることが可能となる。具体的には図６の電極
配列により図７に示す（（１，１））モードと呼ばれる
１軸対称型の振動を励振することができる。

【００１８】また、図８に示すように電極分割を細分化
すると図９のように（（２，１））モードと呼ばれる中
心軸の平行振動を励起できる。さらにこれらの電極に印
加する交流電圧の位相を９０°ずらすことで振動の回転
モードも可能となる。

【００１９】このように電極分割の細分化及びそれぞれ
の電極への印加電圧の位相をずらすことで多くの振動モ
ードを励起でき、これらの種々のモードを活用すること
で、さまざまな粉体の特性に合せた最適な励起モードを
選択し、それぞれの粉体に合せて十分な搬送力を得るこ
とができる。

【００２０】それぞれの粉体に合わせるのは、粉体の質
量、比重、すべり性、粘着性、帯電性がさまざまであり
、中空パイプが同一でも、粉体の搬送性はその粉体自身
の特性に強く依存するためである。また、中空パイプの
材質、表面性、帯電性が変る場合でも同様のことが言え
る。

【００２１】しかし、長い中空パイプに複数個の圧電素
子を接続して粉体を長い距離搬送しようとする場合、圧
電素子によって発生する振動は圧電素子を中心に対称型
の進行波が常に発生し、一方向への粉体搬送は不可能と
なる。この現象を図１５を用いて説明する。

【００２２】図１５（Ｂ）は、長い同一中空パイプに複
数個の圧電素子によって発生するそれぞれの進行波の模
式図を示す。また、図１５（Ｃ）はそれぞれの進行波を
合成した後の中空パイプに励振された進行波の振動及び
、その進行波による粉体搬送力の大きさと方向性の模式
図を示す。これらから明らかなように粉体搬送力は各圧
電素子方向に働くため、一方向への粉体搬送は不可能と
なり、図１５（Ａ）に示すごとく、各圧電素子近傍にブ
ランチ状に粉体が滞留してしまう結果となる。

【００２３】そこで、本発明では図１に示すごとく圧電
素子の間の中空パイプを分断し、圧電素子によって発生
する進行波が他の圧電素子が発生させる進行波と干渉し
ないように構成した。

【００２４】さらに、自ら発生させる逆進行波の影響を
できるだけ小さく抑えるため、逆進行波の発生する圧電
素子近くの中空パイプを切断し、振動を吸収して、伝達
しない部材、いわゆる振動吸収部材を介在させている。

【００２５】この振動吸収部材の作用を説明するために
図１０（Ｂ）に圧電素子によって発生するそれぞれの進
行波の模式図を示す。

【００２６】図１０に示すように振動吸収部材５によっ
て中空パイプ２を伝ってきた進行波は減衰し、隣接した
中空パイプ２には進行波が伝わらない。

【００２７】そして図１０（Ｃ）にそれぞの進行波を合
成した後の中空パイプ２に励振された進行波の振動を示
す。

【００２８】逆進行波の発生する中空パイプ２を切断し
、その間に振動吸収部材を介することで逆進行波の影響
を小さく抑えることができ、図１０（Ｃ）に示すような
、粉体搬送力の大きさと方向性を有することが可能とな
る。

【００２９】これから明らかなように実効的な粉体搬送
力は一定方向に働き、図１０（Ａ）に示すごとく矢印Ａ
方向に粉体が強力に搬送される。つまり、振動吸収部材
の位置を隣接圧電素子間の中間点よりずらすことでずら
し方向と逆方向に粉体搬送が可能となり、圧電素子に近
ければ近い程搬送力が増大する。

【００３０】また、中空パイプ２の振動吸収部材５と接
する端部における振動幅が圧電素子部での振動幅の１／
２以下に減衰していないと、端部での反射波の影響が大
きくなり、進行波の搬送力の減衰が大きくなり好ましく
ない。

【００３１】本実施例では、振動吸収部材５に防振ゴム
（ＮＢＲ）を用い、該防振ゴムとシリコーン系接着剤に
より中空アクリルパイプを接続した。

【００３２】そして本実施例ではさらに図１に示すよう
に二股搬送路を用いており、中空アクリルパイプ２に二
方向から中空アクリルパイプ２−１，２−２を振動吸収
部材５−１，５−２を介して接合させている。中空アク
リルパイプ２−１，２−２にはそれぞれ一個づつ圧電素
子３−１，３−２が配設されており各圧電素子により進
行波が発生し、中空アクリルパイプ接合部に伝搬するが
、振動吸収部材５−１，５−２によって互いに干渉し合
わない。したがって、中空アクリルパイプ２の圧電素子
３により搬送された粉体はそれぞれの進行波により中空
アクリルパイプ２−１，２−２に二手に別れて搬送され
、最終的にはＡ１，Ａ２方向の長手方向に粉体搬送が行
われることとなる。

【００３３】以上のように、本実施例によれば、長さ２
ｍの長い距離を二方向に分けて搬送することができた。 上述したように、アクリルパイプとして外径１５ｍｍ、
内径１０ｍｍのものを用い、また、粉体として平均粒径
１２μｍ　の一成分磁性トナーを用いたところ、Ａ１，
Ａ２方向の粉体の搬送力は２５０ｇ　／ｍｉｎ　であっ
た。

【００３４】さらに粉体を平均粒径６０μｍ　のガラス
ビーズまたは平均粒径６０μｍ　のフェライトキャリア
または平均粒径８μｍ　の非磁性トナーとしても、ある
いは、これらの混合体を用いても磁性トナーと同様の搬
送力を得ることが判った。

【００３５】また、Ａ１，Ａ２方向の粉体搬送量は圧電
素子に印加する電圧により制御可能となり、粉体の分配
搬送制御を行うことができるようになった。

【００３６】つまり、本実施例では、同位相、同電圧の
交流電圧（電圧１００Ｖ　、周波数５０ＫＨｚ）を連続
的に印加したが、振動吸収部材により圧電素子はそれぞ
れ独立事象になり、それぞれの電圧素子の位相、印加時
間、　印加電圧を変えても他の電圧素子への影響を与え
ずにその電圧素子の粉体搬送力を制御できる。

【００３７】また、以上の結果は、搬送部材の大きさ、
形状を変えても問題ないことを意味している。したがっ
て、多数本の搬送部材を狭い部分で集中させて接合した
場合でも、それぞれの粉体搬送のＯＮ／ＯＦＦ制御及び
粉体の搬送量の制御が可能となる。

【００３８】また、粉体搬送部材に用いる材質は比較的
減衰率が大きいものが良く、発生させた励振の振幅に対
して端部にて１／２以下になっていれば反射波の影響が
少なく搬送能力がすぐれていることが判った。実験によ
ればアクリル、ナイロン、ＰＯＭ（　ポリアセタール）
、ＡＢＳ、ポリプロピレン、ポリスチロール等が適して
いる。

【００３９】また振動吸収部材としてはＮＢＲ、　ウレ
タンゴム、Ｓｉゴム、ＥＫＤＭ、　ゲル状樹脂、Ｓｉゴ
ム系接着剤等が最適であり、ゴム硬度を小さくすること
でほぼ１００％進行波の振動を吸収可能である。さらに
実験により、振動吸収率５０％のときには振動吸収部材
を伝搬する進行波の振幅が１／２以下に減衰すれば隣接
する中空パイプ及び圧電素子から発生する進行波に影響
をほとんど与えずに粉体搬送が円滑に行なわれることも
判った。

【００４０】このように中空パイプ内部にスクリュー等
搬送部材がないので粉体を劣化、破壊、溶融等すること
がなく小型、低騒音で効率良く、かつ、分岐搬送するこ
とが可能となった。

【００４１】〈第二実施例〉次に本発明の第二実施例を
図１１及び図１２に基づいて説明する。なお、第一実施
例との共通箇所には同一符号を付して説明を省略する。

【００４２】第一実施例では各粉体搬送部材の接合部に
振動吸収部材５−１，５−２を設けて連結したが、接合
部が複雑な接合をする場合は、図１１に示すように分岐
部を一体成型を用いて作り、振動吸収部材５を圧電素子
３に近づけた接合方法を用いても良い。

【００４３】しかし、中空アクリルパイプ２−１，２−
２の接合部の断面形状でそれぞれの反射波の影響を最小
限に抑えても互いの進行波の干渉で定在波が発生して分
岐搬送が難しくなる。そのため、本実施例においては、
搬送効率を向上させる手段として圧電素子３−１，３−
２の印加時期をずらして進行波をそれぞれ独立事象にす
る手法を採った。これによって、各圧電素子３−１，３
−２の影響を無くし、粉体分岐搬送能力の低下を極力抑
えることが可能となった。ちなみに本実施例では圧電素
子用電源４−１，４−２はＶＰＰ＝１００Ｖ　、周波数
５０ＫＨｚ　で１ｓｅｃ　間隔でＯＮ／ＯＦＦの繰り返
しを行った。 そして、圧電素子用電源４はＶＰＰ＝１００Ｖ　、周波
数５０ＫＨｚ　で０．５ｓｅｃ　間隔の繰り返しである
。これは、搬送路２から中空アクリルパイプ２−１，２
−２への粉体搬送の受け渡しを円滑に行うためであり、
二股接合部で粉体を詰まらせず、かつ、均等に分岐搬送
するためには圧電素子用電源４−１，４−２の繰り返し
周波数より高周波で整数倍が好ましい（図１２参照）。

【００４４】以上のような条件で実験を行った結果、粉
体として一成分磁性トナーを用いたときの粉体搬送力は
Ａ１，Ａ２ともに等しく２００ｇ　／ｍｉｎ　であった
。

【００４５】また本実施例においても、電源４，４−１
，４−２のＶＰＰ、印加時間、周期を変えることで分岐
搬送量の制御が可能となる。

【００４６】本実施例では４−１，４−２のタイミング
が互いに干渉し合わないように設定したがある程度重な
り合いが生じても十分搬送力は確保できる。

【００４７】〈第三実施例〉次に、本発明の第三実施例
を図１３に基づいて説明する。なお、第一実施例との共
通箇所には同一符号を付して説明を省略する。

【００４８】図１３に第三実施例を示す。本実施例は、
中空パイプ２の代わりに溝状の搬送部材６を用いたもの
で圧電素子の進行波は搬送部材６の形状に係わりなく伝
達するため第一実施例と全く同様の搬送原理により粉体
の分岐搬送が可能である。

【００４９】本実施例によれば、中空パイプでなく上部
が開放されているためこの開口部より別粉体の供給が容
易となる。

【００５０】〈第四実施例〉次に、本発明の第四実施例
を図１４に基づいて説明する。なお、第一実施例との共
通箇所には同一符号を付して説明を省略する。

【００５１】図１４に第四実施例を示す。本実施例は、
圧電素子３を中空パイプ２の下部に固定したものである
。

【００５２】本実施例によれば、積層圧電素子等の板状
の圧電素子を振動させ、中空パイプの一部を振動させて
進行波を発生させ粉体の搬送を行うので、第一ないし第
三実施例と同様に十分な分岐搬送力が得られる。このよ
うな構成により簡易コンパクトに粉体分岐搬送が実現で
き、パイプの交換、コスト等にも有利である。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
振動吸収部材で接続された粉体搬送部材に、振動発生手
段によって半径方向への振動を与えて進行波を発生させ
るので、少ないエネルギーで効率良く粉体を長距離搬送
することができる。また、粉体が劣化、破損、溶融する
ことなく静かに、かつ、円滑に多分岐搬送することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例装置の概略構成を示す斜視
図である。

【図２】図１装置の振動発生手段の概略構成を示す斜視
図である。

【図３】図１装置の粉体搬送部材の外壁の変化を示す図
である。

【図４】図２の手段を積層した場合の概略構成を示す斜
視図である。

【図５】図２の手段の円周部に電極を設けた場合の概略
構成を示す斜視図である。

【図６】図２の手段の（（１，１））モードの電極配列
を示す図である。

【図７】図６に示す配列の場合における粉体搬送部材の
外壁の変化を示す図である。

【図８】図２の手段の（（２，１））モードの電極配列
を示す図である。

【図９】図８の配列の場合における粉体搬送部材の外壁
の変化を示す図である。

【図１０】（Ａ）は図１装置の粉体搬送部材内部におけ
る粉体の様子を示す図、（Ｂ）は図１装置における粉体
搬送部材内に発生する進行波を説明する図、（Ｃ）は（
Ｂ）の各進行波を合成した後の進行波を説明する図であ
る。

【図１１】本発明の第二実施例装置の概略構成を示す図
である。

【図１２】図１１装置における各圧電素子の印加時期及
び粉体搬送量を示す図である。

【図１３】本発明の第三実施例装置の概略構成を示す図
である。

【図１４】本発明の第四実施例装置の概略構成を示す図
である。

【図１５】（Ａ）は振動吸収部材を用いずに粉体搬送部
材に複数個の圧電素子を接続した場合の該粉体搬送部材
内部における粉体の様子を示す図、（Ｂ）は（Ａ）の粉
体搬送部材内に発生するそれぞれの進行波を説明する図
、（Ｃ）は（Ｂ）のそれぞれの進行波を合成した後の粉
体搬送部材に励振された進行波の振動及びその進行波に
よる粉体搬送力の大きさと方向性を説明する図である。

【符号の説明】

２　　粉体搬送部材（中空パイプ） ３　　振動発生手段（圧電素子） ５　　振動吸収部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　複数方向に分岐して形成され、粉体を各
   分岐方向に搬送する管状もしくは樋状の粉体搬送部材と
   、該粉体搬送部材の分岐の前後にそれぞれ少なくとも一
   つ以上配設された振動発生手段と、各振動発生手段間の
   粉体搬送部材を接続せしめる振動吸収部材とを備えたこ
   とを特徴とする粉体搬送装置。
2. 【請求項２】　振動発生手段は圧電素子を用いることと
   する請求項１に記載の粉体搬送装置。
3. 【請求項３】　各振動発生手段に印加する電圧の大きさ
   、時間、時期が異なるように制御して進行波の干渉を抑
   える制御手段を有することとする請求項２に記載の粉体
   搬送装置。