特許 7268506 粉粒体の充填方法および粉粒体の充填装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-25

(45)【発行日】2023-05-08

(54)【発明の名称】粉粒体の充填方法および粉粒体の充填装置

(51)【国際特許分類】

   B65B 1/22 20060101AFI20230426BHJP

   B65B 37/04 20060101ALI20230426BHJP

【ＦＩ】

B65B1/22

B65B37/04

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019122695

(22)【出願日】2019-07-01

(65)【公開番号】P2021008300

(43)【公開日】2021-01-28

【審査請求日】2022-05-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003159

【氏名又は名称】東レ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】田中 康崇

【審査官】種子島 貴裕

(56)【参考文献】

【文献】実開平０６－０３９７０１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１６－１５５０４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１２２４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０４８６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１１９０６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６５Ｂ １／２２

Ｂ６５Ｂ ３７／０４Ａ

Ｃ０２Ｆ １／２８Ｇ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

容器の中に粉粒体を収容するための充填方法であって、
粉粒体が充填された容器を、弾性体を介して前記容器の上部を下向きに押さえた状態で、振動数３０Ｈｚから１８０Ｈｚで上下方向に振動させる第１の充填工程と、
次いで、前記容器の底面を下側から支持し、弾性体を介して前記容器を上方から下向きに押さえた状態で、前記容器の底面を１回／秒から１０回／秒のサイクルで叩く第２の充填工程と、
を行う、粉粒体の充填方法。

【請求項2】

容器の中に粉粒体を収容するための充填方法であって、
粉粒体が充填された容器を、弾性体を介して前記容器を上方から下向きに押さえた状態で、振動数３０Ｈｚから１８０Ｈｚで上下方向に振動させる第１の充填工程と、
次いで、弾性体を介して前記容器の上面を、前記第１の充填工程で下向きに押さえる力よりも弱い力で押さえた状態で、前記容器を振動数３０Ｈｚから１８０Ｈｚで上下方向に振動させる第２の充填工程と、
を行う、粉粒体の充填方法。

【請求項3】

容器の中に粉粒体を収容するための充填装置であって、
貫通する開口部が形成されたテーブルと、
前記テーブルを上下方向に振動させる振動手段と、
前記テーブルの上に置かれる容器を、弾性体を介して上方から下向きに押さえる押さえ機構と、
前記テーブルの前記開口部を通して、テーブルの上に置かれる前記容器の底面を叩くノック機構と、
前記振動手段、前記押さえ機構および前記ノック機構を制御する制御部と、
を備えた、粉粒体の充填装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、活性炭、トナー、薬品、化粧品などのように真比重に対する見掛け比重が低く充填性の悪い粉粒体を、容器内に高密度で精度良く定量充填させる粉粒体の充填方法と粉粒体の充填装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から様々な粉粒体を容器内に定量充填させることが行われており、粉粒体を容器内に高密度で効率よく充填させるための様々な方法が検討されていた。そして、このように粉粒体を容器内に高密度に充填させる方法の一つとして、容器内に粉粒体を充填する際に容器に振動を与えることが行われていた。

【0003】

容器に振動を与えて粉粒体を高密度で充填させるために、容器を振動させる振動条件等について種々検討されており、例えば特許文献１には特定条件の振動を容器に与えることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平９－３９９０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示されているような特定条件で振動を容器に与えながら粉粒体を充填しても、活性炭、トナー、薬品、化粧品などのように真比重に対する見掛け比重が低く充填性の悪い粉粒体を、充填容積が定められた容器内に精度良く定量充填する必要がある場合には、充填密度を十分高めることができずに、容器から溢れてしまったり、充填後の輸送などによる振動により嵩が減ってしまい容器内に空きができてしまったりする問題がある。

【0006】

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、活性炭、トナー、薬品、化粧品などのように真比重に対する見掛け比重が低く充填性の悪い粉粒体を、充填容積が定められた容器内に精度良く定量充填する方法およびその際に使用する充填装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決する本発明の粉粒体の充填方法は、容器の中に粉粒体を収容するための充填方法であって、
粉粒体が充填された容器を、弾性体を介して前記容器の上部を下向きに押さえた状態で、振動数３０Ｈｚから１８０Ｈｚで上下方向に振動させる第１の充填工程と、
次いで、前記容器の底面を下側から支持し、弾性体を介して前記容器を上方から下向きに押さえた状態で、前記容器の底面を１回／秒から１０回／秒のサイクルで叩く第２の充填工程と、を行う。

【0008】

上記課題を解決する本発明の別の粉粒体の充填方法は、容器の中に粉粒体を収容するための充填方法であって、
粉粒体が充填された容器を、弾性体を介して前記容器を上方から下向きに押さえた状態で、振動数３０Ｈｚから１８０Ｈｚで上下方向に振動させる第１の充填工程と、
次いで、弾性体を介して前記容器の上面を、前記第１の充填工程で下向きに押さえる力よりも弱い力で押さえた状態で、前記容器を振動数３０Ｈｚから１８０Ｈｚで上下方向に振動させる第２の充填工程と、を行う。

【0009】

上記課題を解決する本発明の粉粒体の充填装置は、容器の中に粉粒体を収容するための充填装置であって、
貫通する開口部が形成されたテーブルと、
前記テーブルを上下方向に振動させる振動手段と、
前記テーブルの上に置かれる容器を、弾性体を介して上方から下向きに押さえる押さえ機構と、
前記テーブルの前記開口部を通して、テーブルの上に置かれる前記容器の底面を叩くノック機構と、
前記振動手段、前記押さえ機構および前記ノック機構を制御する制御部と、を備えている。

【0010】

本願において「上」とは鉛直上方を意味し、「下」とは鉛直下方を意味する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、活性炭、トナー、薬品、化粧品などのように真比重に対する見掛け比重が低く充填性の悪い粉粒体を、充填容積が定められた容器内に精度良く定量充填することができる。よって、容器から溢れてしまったり、充填後の輸送などによる振動により嵩が減ってしまい容器内に空きができてしまったりすることを防止でき、高い生産性と品質が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の粉粒体の充填装置の一実施形態を示す正面図である。

【図2】図１の粉粒体の充填装置を使用した充填工程を説明する説明図である。

【図3】図１の粉粒体の充填装置を使用した充填工程を説明する説明図である。

【図4】粉体ろ材を充填する前の円筒容器の状態を示す縦断面図である。

【図5】粉体ろ材を充填した円筒容器の状態を示す縦断面図である。

【図6】粉体ろ材を高密度に充填した円筒容器の状態を示す縦断面図である。

【図7】浄水カートリッジの一実施形態を示す縦断面である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下本発明について、図７に示す浄水カートリッジ２１を製造する場合を例示して説明する。図７の浄水カートリッジ２１は、ＡＢＳ樹脂などからなる円筒容器２２の中に、ろ材として粉体ろ材２３と中空糸膜２４とが収納されたものである。粉体ろ材２３は、平均粒子径が３０～９００μｍ、見かけ比重が０．４～０．６ｇ／ｃｍ^３程度の活性炭やイオン交換体などの粉粒体を組み合わせたものであり、中空糸膜２４を収容した中空糸膜モジュール２５の外側の粉体ろ材収納部２６に充填される。

【0014】

このような浄水カートリッジ２１を製造するには、図４に示すように、粉体ろ材２３を充填するための準備を行う。

【0015】

まず、円筒容器２２に中空糸膜モジュール２５と粉体ろ材収納容器２７を挿入し、円筒容器２２の上に、粉体ろ材２３を粉体ろ材収納部２６に導くための漏斗２８を被せる。

【0016】

そして、図５に示すように、図示しない計量機で計量した粉体ろ材２３を漏斗２８を通して粉体ろ材収納部２６に充填する。計量機では、粉体ろ材２３を円筒容器２２の粉体ろ材収納部２６に高密度に充填した際に必要な量となるように充填量を設定する。漏斗２８を通して粉体ろ材２３を粉体ろ材収納部２６に充填しただけでは、粉体ろ材２３は粒子間に空気を噛み込んだ疎な状態であり、まだ粉体ろ材収納部２６に収まり切ってない状態である。

【0017】

そこで、図１に示す粉粒体の充填装置１（以下、充填装置１とする）を使用して、粉体ろ材２３が円筒容器２２の粉体ろ材収納部２６に収まるように粉体ろ材２３を高密度に充填させる。

【0018】

[粉粒体の充填装置]
図１の充填装置１には、受台２を備えたテーブル３が、圧縮コイルばね４で上下方向に揺動可能に支持されており、テーブル３には振動数３０Ｈｚから１８０Ｈｚでテーブル３を上下方向に振動させることができる振動手段５が備えられている。この受台２に、定量の粉体ろ材２３が充填された円筒容器２２が、漏斗２８を装着した状態で載せられる。振動手段５には、エアー式バイブレータ、振動モータなどが用いられる。

【0019】

テーブル３には、テーブル３の表裏を貫通する開口部６が形成されており、充填装置１には、円筒容器２２の底面をテーブル３の開口部６を通して、１回／秒から１０回／秒のサイクルで叩くことができるノック機構７が備えられている。ノック機構７には、エアシリンダなどの往復運動装置が用いられる。

【0020】

充填装置１には、円筒容器２２の上方から弾性体８を介して円筒容器２２を下向きに押さえることができる押さえ機構９が備えられている。押さえ機構９が弾性体８を介して円筒容器２２を上方から下向きに押さえることで、テーブル３の振動により円筒容器２２がテーブル３の上で飛び跳ねることなく、テーブル３の振動が有効に円筒容器２２に伝わる。さらには円筒容器２２の底面をノック機構７で叩く際に、一旦、円筒容器２２をテーブル３から浮き上がらせ、その直後に円筒容器２２を下向きに押し返し、円筒容器２２の底面をテーブル３に打ち付けることができる。弾性体８には圧縮コイルばね等を用い、押さえ板１０を介して円筒容器２２の上面を下向きに押さえるように構成されており、さらに押さえ力を任意に設定できるようにアクチュエータ１１を用いて弾性体８の圧縮量を調整できるように構成されている。

【0021】

ここで、円筒容器２２を水平方向に振動させたり叩いたりはせず、上下方向に振動させたり叩く理由は次のとおりである。先ず、円筒容器２２を水平方向に振動させると、粉体ろ材２３が横方向に移動しようとし、円筒容器２２の壁面との摩擦力が大きくなり、粉体ろ材２３の流動性が悪くなるからである。また、下から円筒容器２２を叩くと、粉体ろ材２３には下方向の加速度が働き、さらに、いったん浮き上がった円筒容器２２が落下してテーブル３に衝突すると、粉体ろ材２３には再び下方向の加速度が働き、効果的に粉体ろ材２３を下方向に移動させ、密度を高めることができるからである。

【0022】

充填装置１には図示しない制御装置が備えられており、この制御装置で、振動手段５、押さえ機構９およびノック機構７が動作するタイミングを制御する。

【0023】

充填装置１には操作パネル１２が備えられており、テーブル３の振動時間、円筒容器２２の底面を叩くサイクルと作動時間、円筒容器２２を下向きに押さえる力などを入力できる。

【0024】

[粉粒体の充填方法]
この充填装置１を使用して、粉体ろ材２３が円筒容器２２の粉体ろ材収納部２６に収まるように粉体ろ材２３を高密度に充填させる手順は以下のとおりである。

【0025】

先ず、図５に示した状態の円筒容器２２を、テーブル３の受台２に載せ、操作パネル１２で充填装置１を起動し、プログラムされた順序に従って、以下の第１の充填工程と第２の充填工程、または第１の充填工程と第２’の充填工程の動作を進行させる。

【0026】

[第１の充填工程]
図３に示すように、まず、弾性体８により押さえ力が付与されるように支持された押さえ板１０で、漏斗２８が被せられた円筒容器２２を上方から下向きに押さえる。そして、この状態のまま、３０Ｈｚから１８０Ｈｚの間の振動数でテーブル３を振動させる。その結果、漏斗２８に溢れ出していた粉体ろ材２３は円筒容器２２の粉体ろ材収納部２６に流れ落ちる。ただし、まだすべての粉体ろ材２３が粉体ろ材収納部２６に収まり切った状態にはならない。これは、振動により粉体ろ材２３の流動性が高まると同時に、粉体ろ材２３の粒子間に噛み込んでいた大半の空気が抜けて密な状態に変わったものの、粉体ろ材２３が上下に振動していたことで、粉体ろ材２３の粒子間にはまだ若干の空気を噛み込んでいる状態であり、十分高密度な状態にまでは達していないためである。

【0027】

[第２の充填工程]
そこで次に、テーブル３を振動させるのを止め、押さえ板１０で円筒容器２２を上方から下向きに押さえた状態のまま、テーブル３に形成された開口部６を通して、ノック機構７を用いて円筒容器２２の底面を、１回／秒から１０回／秒の間のサイクルで叩く。こうすることで、一旦、円筒容器２２をテーブル３から浮き上がらせ、その直後に下向きに円筒容器２２を押し返し、円筒容器２２の底面をテーブル３に打ち付ける動作を繰り返すことができる。この動作により、上下振動とは異なり、粉体ろ材２３に対し重力方向の加速度を連続して加えることができ、粉体ろ材２３からは噛み込んだ空気が追い出され、図６に示すように、粉体ろ材２３が高密度に充填された状態になる。

【0028】

そして、高密度に充填した後、粉体容器２２を押さえていた押さえ板１０を上昇させて、円筒容器２２を取り出すことができる。

【0029】

[第２’の充填工程]
一方、テーブル３の上で円筒容器２２を振動させた後、ノック機構７を用いて円筒容器２２の底面を叩く代わりに、押さえ板１０で円筒容器２２を上方から下向きに押さえる力を弱めた状態で、再び円筒容器２２を３０Ｈｚから１８０Ｈｚの間の振動数でテーブル３の上で振動させてもよい。この方法でも、ノック機構７を用いる場合と同様に粉体ろ材２３を高密度に充填することができる。つまり、円筒容器２２を下向きに押さえる力を弱めることにより、テーブル３から円筒容器２２を大きく跳ね上がらせることができ、一旦、円筒容器２２をテーブル３から浮き上がらせ、その直後に下向きに円筒容器２２を押し返し、円筒容器２２の底面をテーブル３に打ち付ける動作を繰り返すことができる。この動作により、粉体ろ材２３に対し重力方向の加速度を連続して加えることができ、粉体ろ材２３からは噛み込んだ空気が追い出され、粉体ろ材２３が高密度に充填された状態になる。

【実施例】

【0030】

以下本発明について実施例を示して具体的に説明する。

【0031】

［実施例１］
図７に示した浄水カートリッジ２１に用いる円筒容器２２で、粉体ろ材収納部２６の容量が４７ｍｌであるものを用意した。粉体ろ材収納容器２７の上端から５ｍｍまでの部分は、粉体ろ材収納容器２７の蓋である弾性部材２９を取り付ける部分であり、それより下の部分が粉体ろ材収納部２６になる。弾性部材２９にはポリオレフィン発泡体を用いた。

【0032】

粉体ろ材２３は、平均粒径が１２０μｍであり、見掛け密度が最大となるように高密度に充填した際の見掛け密度が０．５７ｇ／ｃｍ^３であるものを用意した。この粉体ろ材２３を、用意した円筒容器２２に見掛け密度が最大となるように高密度に充填すると、２６．８ｇ充填することができるので、図示しない計量機を用いて２６．８ｇを量り取った。量り取った粉体ろ材２３を、図５に示すように、漏斗２８を取り付けた円筒容器２２に漏斗２８の上から充填した。なお、この量り取った２６．８ｇの粉体ろ材２３を、容量１００ｍｌのメスシリンダーに市販されている漏斗で移して体積を量ると５４ｍｌとなり、円筒容器２２に移しただけでは粉体ろ材２３は高密度に充填されないことが分かっていた。

【0033】

次いで、図２に示すように、この円筒容器２２を粉粒体の充填装置１（以下、充填装置１）のテーブル３の上の受台２に２個セットした。

【0034】

充填装置１には、振動手段５として、エクセン（株）製のエアー式バイブレータをテーブル３の下に取り付けた。また、ノック機構７として、（株）コガネイ製のノックシリンダをテーブル３に形成された開口部６の下に取り付けた。さらに、アクチュエータ１１としての（株）ＩＡＩ製のロボシリンダー、アクチュエータ１１の先端に治具を介して取り付けられた圧縮コイルばね４、及び圧縮コイルばね４の先端に取り付けられた押さえ板１０で構成された押さえ機構９を、漏斗２８を上から押さえられる位置に取り付けた。圧縮コイルばね４は、ばね定数が２．８Ｎ／ｍｍであるものを用いた。押さえ板１０による押さえ力は、アクチュエータ１１で圧縮コイルばね４を縮める量を調整することで設定できた。

【0035】

次いで、操作パネル１２で充填装置１を起動し、プログラムされた順序に従って、動作を進行させた。先ず、図３に示すように、押さえ機構９に設けられた押さえ板１０で漏斗２８の上を１５Ｎの力で押さえた。

【0036】

次いで、振動手段５でテーブル３ごと円筒容器２２を振動数１０８Ｈｚで５秒間振動させた。円筒容器２２は、漏斗２８を介して、押さえ機構９の押さえ板１０で押さえられているので、テーブル３の上で飛び跳ねることがなかった。

【0037】

次いで、振動手段５を停止させて、押さえ板１０による押さえ力を、円筒容器２２が受台２に載っている状態で押さえ板１０が漏斗２８に触れる程度に弱め、ノック機構７で円筒容器２２の底面を５回／秒のサイクルで５秒間叩いた。この際、押さえ板１０で、テーブル３から浮き上がった円筒容器２２を下向きに押し返すことにより、円筒容器２２の底面をテーブル３に打ち付け、再び円筒容器２２の底面を叩く動作を繰り返し行った。

【0038】

その後、押さえ板１０を上方に退避させ、円筒容器２２を充填装置１から取り出し、漏斗２８を円筒容器２２から取り外した。

【0039】

以上のようにして充填した結果、図６に示すように、粉体ろ材２３を粉体ろ材収納部２６（容量４７ｍｌ）に過不足なく充填することができ、弾性部材２９で蓋をすることができた。

【0040】

［実施例２］
実施例１と同じ粉体ろ材２３、円筒容器２２、充填装置１を用意し、操作パネル１２で充填装置１を起動させる前までは、実施例１と同じ準備を行った。

【0041】

次いで、操作パネル１２で充填装置１を起動し、プログラムされた順序に従って、動作を進行させた。図３に示すように、押さえ機構９に設けられた押さえ板１０で漏斗２８の上を１５Ｎの力で押さえた状態で、先ず、振動手段５でテーブル３ごと円筒容器２２を振動数１０８Ｈｚで５秒間振動させた。

【0042】

次いで、振動手段５を停止させて、押さえ板１０による押さえ力を７Ｎに弱め、再び、振動手段５でテーブル３ごと円筒容器２２を振動数１０８Ｈｚで５秒間振動させた。押さえ板１０による押さえ力を弱めたので、振動により円筒容器２２は大きく跳ね上がり、さらにテーブル３から浮き上がった直後に下向きに押し返され、円筒容器２２の底面がテーブル３に打ち付けられる動作を繰り返した。

【0043】

以上のようにして充填した結果、図６に示すように、粉体ろ材２３を粉体ろ材収納部２６（容量４７ｍｌ）に過不足なく充填することができ、弾性部材２９で蓋をすることができた。

【0044】

［比較例］
実施例１と同じ粉体ろ材２３、円筒容器２２、充填装置１を用意し、操作パネル１２で充填装置１を起動させる前までは、実施例１と同じ準備を行った。

【0045】

次いで、操作パネル１２で充填装置１を起動し、プログラムされた順序に従って、動作を進行させた。図３に示すように、押さえ機構９に設けられた押さえ板１０で漏斗２８の上を１５Ｎの力で押さえた状態で、振動手段５でテーブル３ごと円筒容器２２を振動させる動作のみを振動数１０８Ｈｚで１０秒間行った。

【0046】

その結果、粉体ろ材２３を粉体ろ材収納部２６（容量４７ｍｌ）に充填し切れず溢れてしまい、弾性部材２９で蓋をすることができなかった。

【符号の説明】

【0047】

１ 粉粒体の充填装置
２ 受台
３ テーブル
４ 圧縮コイルばね
５ 振動手段
６ 開口部
７ ノック機構
８ 弾性体
９ 押さえ機構
１０ 押さえ板
１１ アクチュエータ
１２ 操作パネル
２１ 浄水カートリッジ
２２ 円筒容器
２３ 粉体ろ材
２４ 中空糸膜
２５ 中空糸膜モジュール
２６ 粉体ろ材収納部
２７ 粉体ろ材収納容器
２８ 漏斗
２９ 弾性部材
３０ 蓋

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】