粉粒体混合装置
【課題】原料供給ホッパーから排出された粉粒体の運動エネルギーの連続性の維持と均一混合が可能なコンパクトで駆動源が不要な自然落下型粉粒体混合装置の提供。
【解決手段】下部に貯留物排出用の開口を備え、内部に粉粒体を貯留する複数の原料供給ホッパー１０と、原料供給ホッパーの下部開口の開閉手段３０と、下部に排出口２１を設けた下窄まり状の混合ホッパー２０を有し、各原料供給ホッパーから供給された複数種の粉粒体を混合ホッパーの周壁２５ａを滑落させながら混合する粉粒体混合装置１であって、排出口を平面視において混合ホッパーの中心から偏心した位置に設け、排出口の相対向する２つの平行な接線を、混合ホッパーと排出口の各中心を結ぶ直線に対して直角に引き、前記の平行な接線で挟まれた領域で区切られた大小２つの領域のうち、面積の大きい方の領域に各原料供給ホッパーを配置する。
【解決手段】下部に貯留物排出用の開口を備え、内部に粉粒体を貯留する複数の原料供給ホッパー１０と、原料供給ホッパーの下部開口の開閉手段３０と、下部に排出口２１を設けた下窄まり状の混合ホッパー２０を有し、各原料供給ホッパーから供給された複数種の粉粒体を混合ホッパーの周壁２５ａを滑落させながら混合する粉粒体混合装置１であって、排出口を平面視において混合ホッパーの中心から偏心した位置に設け、排出口の相対向する２つの平行な接線を、混合ホッパーと排出口の各中心を結ぶ直線に対して直角に引き、前記の平行な接線で挟まれた領域で区切られた大小２つの領域のうち、面積の大きい方の領域に各原料供給ホッパーを配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種の粉粒体を自然落下により混合する粉粒体混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、合成樹脂成形品を製造する際に、該合成樹脂成形品に種々の特殊な物性を付与したり着色したりするために、ベースとなる合成樹脂に種々の機能を濃縮担持させたマスターバッチを混合して製造することが多くなってきている。例えば、着色した合成樹脂成形品を成形する場合、従来はベース材にタルクや顔料などを混合、混練して作成した着色ペレットと呼ばれるものを用いていた。しかし、従来の着色ペレットは、ベース材に直接顔料などの着色剤を添加したものなので、その添加量や管理が煩雑であるなどの問題を有していた。これに対し、着色剤を濃縮担持させたマスターバッチによれば、その混合量を調節することで着色材の添加量も容易に調整できるなどの利点がある。また、ベース材に直接添加剤を添加するよりも、濃縮ペレットであるマスターバッチを使用した方がコスト面でも有利である。
【０００３】
このような状況の中、合成樹脂の成形機にマスターバッチとベース材とを規定の混合比率で計量、供給し、均一に混合できる混合装置が求められるようになってきた。従来からの混合技術としては、ドラムの中に各種の原料を入れ、このドラムを回転させることによって混合するドラム混合方式、ケース内にエアを吹きかけることによって各種原料を分散混合するエアブレンダー方式、及び垂直方向に各種原料を落下させて装置内の分岐された経路を繰り返し通過させて混合するマイボックス（スタティックミキサー）などが主流である。
【０００４】
しかし、ドラム混合方式は、設備の小型化が困難であり、装置の駆動源が必要などの問題がある。また、ドラムの回転時間が長くなると、ドラムの内壁と原料との間で摩擦が生じて静電気が発生する。この静電気によって一方のペレットがドラムの内壁に付着してしまい、混合したペレットが再び分級してしまうなどの問題があった。エアブレンダー方式では、エアを発生させる装置が別途必要であり、ベース材とマスターバッチの粒径や比重が異なるとエアによる分散効果もそれぞれ異なるので、均一に混合できないおそれがある。また、ケースの内壁と各材料がエアにより勢いよく衝突することで静電気が生じるおそれもある。静電気が生じた場合の不都合は、上記ドラム式混合方式と同様である。さらに、マイボックスは、垂直方向に落下させることで混合するため、均一に混合するためには垂直方向の長さ寸法を大きくする必要がある。また、装置内の分岐された経路を繰り返し通過することで、上記ドラム式混合方式やエアブレンダー方式と同様に、装置の内壁と材料との間で摩擦による静電気が発生してしまう。
【０００５】
そこで、自然落下させることで装置の駆動源が不要であり、コンパクトでありながらも均一な混合が可能とされる混合装置として、特許文献１がある。特許文献１の粉粒体混合装置は、下面に貯留物排出用の開口を有し、同一高さに並列配置された複数（１０個）の原料供給ホッパーの下方に、平面視中央位置に排出口を有する下窄まり状（漏斗状）の混合ホッパーを配しており、各原料供給ホッパーの下面開口は、これの開閉手段としてのマスフィーダによって開閉自在となっている。マスフィーダによって各原料供給ホッパーから分散状に自然落下させて供給された複数種の粉粒体は、混合ホッパーの一方の斜面とこれに対向する反対側の他方の斜面との間を、衝突、跳ね返りを繰り返しながら落下していくことで混合できるように構成されている。この粉粒体の衝突、跳ね返りを確実に行わせるため、混合ホッパーの斜面の傾斜角を４５℃以上に設定している。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１０３９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の粉粒体混合装置は、混合ホッパーの斜面からの跳ね返りを利用して混合させるものであるが、複数の原料供給ホッパーを、平面視で混合ホッパーの排出口を取り囲むように並列配置している。これでは、例えば平面視において混合ホッパーの供給口を挟んで対向する位置、すなわち各原料ホッパーの中心と混合ホッパーの排出口の中心とを結ぶ直線同士が１８０°で交わる位置にある原料供給ホッパーから排出され、一方の斜面を跳ね返った粉粒体同士は混合ホッパーの中央位置で正面衝突して互いの運動エネルギーを打ち消し合ってしまうので、運動エネルギーの連続性が途切れて他方の斜面へ衝突できず均一な混合を成し得ないおそれがある。実際には、例えば隣り合う原料供給ホッパーから排出された粉粒体同士は鋭角に衝突するなど、各原料供給ホッパーから排出された粉粒体同士は種々の角度において互いに衝突するが、各粉粒体には１８０°の位置から正面衝突し、対となる他の粉粒体が存在するものが多い。また、粉粒体を分散状に排出させるための特別な開閉手段（マスフィーダ）も必要となる。
【０００８】
そこで本発明が解決しようとする課題は、自然落下させることで装置の駆動源が不要であり、かつコンパクトでありながらも、原料供給ホッパーから排出された各粉粒体の運動エネルギーの連続性を維持しながら、均一に混合できる粉粒体混合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の発明は、下部に貯留物排出用の開口１２を有し、内部に粉粒体Ｐを貯留する複数の原料供給ホッパー１０と、各原料供給ホッパー１０の下部開口１２を開閉自在な開閉手段３０と、下端に排出口２１を有し上方から下方に向かって内径が小さくなる下窄まり状の周壁２５を有する混合ホッパー２０とを含み、前記各原料供給ホッパー１０から供給された複数種の粉粒体Ｐを、前記混合ホッパー２０の周壁２５に添って滑落させながら混合する粉粒体混合装置１であって、複数の前記各原料供給ホッパー１０を、平面視において前記混合ホッパー２０の排出口２１の相対向する２つの平行な接線Ｌ・Ｌで挟まれた領域Ｘで区切られた前記混合ホッパー２０における２つの領域Ａ・Ｂのうち、一方の領域（Ａ又はＢ）のみに配置したことを特徴とする（図６参照）。なお、本発明に係る粉粒体混合装置１は、各原料供給ホッパー１０から供給された複数種の粉粒体Ｐを、混合ホッパー２０の周壁２５に添って滑落させながら混合するタイプであるので、混合ホッパー２０の周壁２５の傾斜角度は特に限定されない。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明に係る粉粒体混合装置１において、前記混合ホッパー２０の排出口２１を、平面視において前記混合ホッパー２０の中心位置から所定距離ずらした偏心位置に設けている。そのうえで、前記排出口２１の相対向する２つの平行な接線Ｌ・Ｌを、前記混合ホッパー２０の中心と前記排出口２１の中心とを結ぶ直線Ｃに対して直角に引き、複数の前記各原料供給ホッパー１０を、前記排出口２１の相対向する２つの平行な接線Ｌ・Ｌで挟まれた領域Ｘで区切られた大小２つの領域Ａ・Ｂのうち、面積の大きい方の領域Ａのみに配置したことを特徴とする（図７参照）。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明に係る粉粒体混合装置１において、前記混合ホッパー２０の排出口２１を、平面視において前記混合ホッパー２０の最大内径の周縁に設けていることを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係る粉粒体混合装置１において、前記混合ホッパー２０が、円錐形であることを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明に係る粉粒体混合装置１において、前記混合ホッパー２０の下方に、該混合ホッパー２０と連通し混合ホッパー２０において混合された粉粒体Ｐをさらに攪拌混合する攪拌ホッパー５０が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、原料供給ホッパーの下部開口を塞いでいる開閉手段を開くと、各原料供給ホッパーの下部開口から粉粒体が自重により自然落下して排出供給され、これが混合ホッパーの周壁に沿って滑落していき、各粉粒体の流れが排出口で１つに合流して互いに混合される。したがって、装置の駆動源が不要であり、かつ長い滑落経路も不要なので装置のコンパクト化が可能である。また、このとき、複数の各原料供給ホッパーを、平面視において混合ホッパーの排出口の相対向する２つの平行な接線で挟まれた領域で区切られた一方の領域のみに配置しているので、各粉粒体が正面衝突することがない。すなわち、図６によく示されるように、最も離れた位置にある原料供給ホッパー１０・１０同士の関係を例にとっても、両原料ホッパー１０・１０と排出口２１の中心とを結ぶ２つの直線同士が交わる角度θが１８０°となることはない。したがって、各原料供給ホッパーから排出供給された各粉粒体は、それぞれの運動エネルギーを打ち消し合うことなくその連続性を維持しながら衝突合流する。これによって、各粉粒体が種々の角度から衝突合流して１つに交わるとき、それぞれの粉粒体が有する運動エネルギーが他の粉粒体の流れの中に入り込む（混ざり合う）エネルギーとなってよく混合される。
【００１５】
このように、本発明に係る粉粒体混合装置は、各原料供給ホッパーの設置位置、すなわち各粉粒体同士が衝突する角度に着目しており、当該粉粒体は混合ホッパーの周壁に沿って自然滑落させるだけでよい。したがって、例えば粉粒体を原料供給ホッパーから分散状に排出する必要は無く、開閉手段の構成を簡素化できる。
【００１６】
第２の発明によれば、混合ホッパーの排出口を偏心させ、各原料供給ホッパーを面積の大きい方の領域のみに配置している。これにより、例えば図６に示す位置に設けられた原料供給ホッパー１０であっても、排出口２１を偏心させていることによって、図７によく示されるように原料供給ホッパー１０から排出口２１までの距離が長くなり、排出口２１に到達した時点での各粉粒体Pの運動エネルギーはその分大きくなる。したがって、各粉粒体が他の粉粒体に混ざり合うエネルギーも大きくなるので、より均一に混合できる。
【００１７】
第３の発明では、平面視において排出口を混合ホッパーの最大内径の周縁に設けていることにより、排出口に到達した時点での各粉粒体の運動エネルギーを、混合ホッパーの設計上最大にでき、最も効率的に混合できる。また、これにより混合ホッパーの一部には垂直壁が形成される。したがって、周壁を滑落した粉粒体がその勢いによって排出口上を通り越しても、垂直壁が対向方向へ通過することを堰き止めるので、各粉粒体の運動エネルギーのロスを極力抑えることができる。さらに、このとき混合ホッパーの垂直壁に対向する周壁（傾斜壁）の下側には大きな空間が形成されている。そこで、例えば開閉手段の駆動部などを当該空間に設置することで、粉粒体混合装置のコンパクト化を図ることができる。
【００１８】
第４の発明によれば、混合ホッパーが円錐形であるので、種々の角度から滑落してくる粉粒体を滑らかにかつ効率良く排出口で合流させ、確実にこれらを混合できる。すなわち、混合ホッパーが例えば四角錐のように周壁に角部があると、そこに滑落中の粉粒体が集中して排出口に達する前に各粉粒体が合流して上手く混ざらないことを回避できる。
【００１９】
また、混合ホッパーが円錐形であることによって、図８によく示されるように、各原料供給ホッパーから排出供給され混合ホッパーの周壁を滑落する各粉粒体は、排出供給された当初は直線的に滑落するが、排出口付近に達すると排出口を中心として周壁を回転しながら滑落していく。このような滑落軌道の原理は必ずしも明らかではないが、排出口を偏心させていることと混合ホッパーが円錐形であることによって、粉粒体に作用する荷重の方向が複雑となるからと考えられる。そして、このような回転力も加わることによって、各粉粒体同士をより均一に混合できる。因みに、特許文献１にも混合ホッパーを円錐形にすることが開示されているが、上記のような回転力を有効利用するものではない。
【００２０】
第５の発明によれば、混合ホッパー４の下方に攪拌ホッパーを設けているので、混合ホッパーにおいて混合された粉粒体Ｐをさらに攪拌ホッパーにおいても２段階で混合することができ、各粉粒体をより均一に混合できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る粉粒体混合装置の実施の形態を図１〜図５と、適宜図６〜８を参照しながら説明するが、これに限定されることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。図１は、粉粒体混合装置の側面図である。図２は、図３のＡ−Ａ線断面図、すなわち粉粒体混合装置の縦断正面図である。図３は、粉粒体混合装置の平面図である。図４は、開閉手段による開閉によって粉粒体が原料供給ホッパーから排出供給される機構を示す要部拡大図である。図５は、各原料供給ホッパーから排出供給された各粉粒体が排出口へ向かって滑落していく様子を示す平面図である。
【００２２】
図１及び図２に示すように、本実施形態の粉粒体混合装置１は、内部に粉粒体Ｐを貯留する複数の原料供給ホッパー１０と、各原料ホッパー１０から排出供給された複数種の粉粒体Ｐを１つに混合する混合ホッパー２０と、各原料供給ホッパー１０の下面開口１２を開閉自在な開閉手段３０と、混合ホッパー２０及び開閉手段３０の外周を覆うカバー体４０と、混合ホッパー２０からの混合粉粒体をさらに攪拌混合する攪拌ホッパー５０と、混合された粉粒体Ｐを貯留する貯留部６０とで構成されている。
【００２３】
原料供給ホッパー１０は、透明な合成樹脂成形品であって、薄板円盤状の基盤１３に上下開口１１・１２を有する円筒を一体に立設することで形成されており、上面開口１１は原料となる粉粒体Ｐをここから充填する供給口として機能し、下面開口１２は内部に貯留している粉粒体Ｐを混合ホッパー２０へ排出供給する排出口として機能する。なお、基盤１３における各原料供給ホッパー１０の周縁部分は、強度向上のため厚肉にしてある。
【００２４】
本実施形態における原料供給ホッパー１０は、図３に示すごとく３つ形成している。そして、これら３つの原料供給ホッパー１０は、平面視において混合ホッパー２０の中心と混合ホッパー２０の排出口２１の中心とを結ぶ直線Ｃに対して直交し、排出口２１の相対向する２つの平行な接線Ｌ・Ｌで挟まれた領域Ｘで区切られた大小２つの領域のうち、面積の大きい方の領域のみに配置してある（図３及び図７参照）。詳しくは、３つの原料供給ホッパー１０は、上下高さ位置及び長さ寸法が同じであって、混合ホッパー２０の上面開口周縁に沿って等間隔に配置してある。１つの原料供給ホッパー１０には、１種類の粉粒体Ｐを貯留させる。
【００２５】
また、図３によく示されるように、各原料供給ホッパー１０の内径はそれぞれ異ならせてある。これは、原料となる各種粉粒体Ｐの混合比率を調整するためと、各種粉粒体Ｐの形状、かさ比重、流動性（滑落性）などの物性に合わせて衝撃エネルギーを調整するために設定されている。とくに各種粉粒体Ｐの混合比率を調整するための観点からは、各原料供給ホッパー１０は、計量器としての機能も担っている。具体的には、原料供給ホッパー１０の内径を大きくすれば、その貯留量が多くなると共に、単位時間当たりの粉粒体排出量も多くなる。原料供給ホッパー１０の内径を小さくすれば、その逆となる。原料供給ホッパー１０の内径の設定基準としては多種多様にあるが、例えば、単位時間当たりの排出量を調整して、混合割合を大きくする粉粒体用の原料供給ホッパー１０の内径を大きくし、混合割合を小さくする粉粒体用の原料供給ホッパー１０の内径は小さくする。粉粒体混合装置１がバッチ式の場合、各原料供給ホッパー１０内の粉粒体Ｐが同時に空になるように、直径（長さ寸法）の大きな粉粒体用の原料供給ホッパー１０の内径を大きくし、直径の小さな粉粒体用の原料供給ホッパー１０の内径は小さくする。または、排出口２１に到達する際の運動エネルギーを調節するために、形状が歪な（流動性が悪い）粉粒体Ｐやかさ比重の小さい粉粒体用の原料供給ホッパー１０の内径を大きくし、形状が滑らかな（流動性が良い）粉粒体Ｐやかさ比重の大きな粉粒体用の原料供給ホッパー１０の内径は小さくする。などの基準を例に挙げることができ、これらのうち１つの基準に着目して設定してもよいし、複数の基準を絡ませて設定することもできる。
【００２６】
混合ホッパー２０は、透明な合成樹脂成形品であって、上方から下方に向かって内径が小さくなる円錐形を呈しており、上面に各原料供給ホッパー１０から排出供給された各粉粒体Ｐを受ける開口を有し、下端に混合した粉粒体Ｐを排出する排出口２１が開口している。したがって、混合ホッパー２０の上面開口が当該混合ホッパー２０における最大内径となり、排出口２１が最小内径となる。この排出口２１は、図３などによく示されるように、平面視において混合ホッパー２０の中心位置から所定距離ずらした偏心位置に形成してある。本実施形態では、混合ホッパー２０の最大内径となる上面開口の周縁下部に設けた。これにより、混合ホッパー２０の周壁２５は、図１によく示されるように、傾斜壁２５ａと垂直壁２５ｂとが形成された形状を呈しており、傾斜壁２５ａの下方には比較的広い開放空間が形成される。そこで、混合ホッパー２０の傾斜壁２５ａに、後述する開閉手段３０のプランジャ３３の上下動を案内支持する縦長の案内筒２６を、各原料供給ホッパー１０の真下にあたる位置に一体に形成している。このように形成することで、開閉手段３０の駆動部３２などを傾斜壁２５ａの下方に配して開放空間を有効利用でき、粉粒体混合装置１のコンパクト化を図っている。また、混合ホッパー２０の排出口２１からは、縦長円筒状の絞り部２２が一体に連設されており、混合ホッパー２０の上端には、周方向外側へ延出するフランジ２４が一体に形成されている。なお、ここでの垂直壁２５ｂは、必ずしも厳密に９０°であることを意味するのではなく、垂直に近い角度も含む。具体的には、凡そ水平面に対して８５〜９０°の傾斜角度のものを垂直壁と称する。
【００２７】
本実施形態における原料供給ホッパー１０の下面開口１２を開閉する開閉手段３０としては、ソレノイドによって上下動する栓部材３１を適用している。詳しくは、駆動部３２によって上下方向に出没自在な丸棒状のプランジャ３３の先端に、円錐形の栓部材３１が取り付けられている。プランジャ３３の下方は小径になっており、当該小径部分に圧縮コイルバネ３４を挿嵌することで、プランジャ３３は上方（突出方向）に付勢されている。なお、図２における断面図では、ソレノイド３０の駆動部３２に内臓されている固定鉄芯やコイルなどの部材は省略している。
【００２８】
カバー体４０は、上下面が開口する円筒状の透明合成樹脂成形品であって、円筒上下端には、周方向外側へ延出するフランジ４１・４２が一体に形成されている。
【００２９】
攪拌ホッパー５０は透明な合成樹脂成形品であって、下面が開口した円錐形を呈している。攪拌ホッパー５０の上面は、薄板円盤状の天板５１で概ね塞がれているが、混合ホッパー２０の排出口２１に続く絞り部２２に臨む位置のみに形成された開口５２によって、絞り部２２を介して混合ホッパー２０と内部で連通している。また、攪拌ホッパー５０の下端には、周方向外側へ延出するフランジ５３が一体に形成されている。貯留部６０も透明な合成樹脂成形品であって、少なくとも上面が開口した縦長円筒形を呈しており、これの上端に周方向外側へ延出するフランジ６１が一体に形成されている。
【００３０】
そして、混合ホッパー２０の各案内筒２６にソレノイド３０のプランジャ３３を挿通し、各ソレノイド３０の栓部材３１に原料供給ホッパー１０の下面開口１２を位置合わせした状態で、混合ホッパー２０の上面に材料供給ホッパー１０の基盤１３を被せる。次いでこの状態において混合ホッパー２０及びソレノイド３０の外周を覆うようにカバー体４０を被せ、原料供給ホッパー１０の基盤１３、混合ホッパー２０の上端フランジ２４、及びカバー体４０の上端フランジ４１に、それぞれ等間隔で四方４箇所に穿設された締結用の締結孔２にボルト３を挿通して、原料供給ホッパー１０と混合ホッパー２０とカバー体４０とを固定している。
【００３１】
同様に、混合ホッパー２０の絞り部２２と攪拌ホッパー５０の天板５１の開口５２とを位置合わせした状態で、混合ホッパー２０等の下方に攪拌ホッパー５０をあてがい、カバー体４０の下端フランジ４２及び攪拌ホッパー５０の天板５１にそれぞれ等間隔で四方４箇所に穿設された締結孔２にボルト３を挿通して、カバー体４０と攪拌ホッパー５０とを固定する。このとき、攪拌ホッパー５０の天板５１にソレノイド３０が載置された状態となっている。攪拌ホッパー５０と貯留部６０とも、下端フランジ５３と上端フランジ６１との締結孔２にボルト３を挿通して固定している。
【００３２】
本粉粒体混合装置１で混合する粉粒体Ｐとしては、２種類以上の原料を互いに混合して使用されるものであれば特に限定されず、合成樹脂、金属、食品、薬品、及び木材などの植物などを使用することができる。また、１つ１つが固体物であるものであれば粒状、粉状、ペレット状など、その大きさや形状も特に限定されることはない。例えば、着色された合成樹脂成形品を製造するために、着色材としてのペレット状のマスターバッチと、ペレット状のベース材とを混合する場合などに使用できる。また、各粉粒体Ｐを混合した混合粉粒体は、これを溶融や押し固めして一体にしたり、そのまま混合粉末として使用することもでき、その使用用途や使用目的などによって適宜選択すればよい。本実施形態では、内径の大きな原料供給ホッパーにペレット状の合成樹脂製ベース材を、内径が中程度の原料供給ホッパーにペレット状のマスターバッチを、内径の小さな原料供給ホッパーに添加剤粉をそれぞれ充填した。
【００３３】
次に、各粉粒体Ｐが混合される機構について説明する。先ず、図１及び図２に示すように、粉粒体混合装置１の不使用状態では、ソレノイド３０のプランジャ３３が圧縮コイルバネ３４によって上方に付勢されていることで、プランジャ３３の上端に固定された栓部材３１が原料供給ホッパー１０の下面開口１２を塞いでいる。この状態において、図４（ａ）に示すごとく、各原料供給ホッパー１０に、これの上面開口１１からそれぞれ１種類ずつ各種の粉粒体Ｐを充填する。そして、ソレノイド３０に通電すると、図４（ｂ）に示すごとくプランジャ３３が駆動部３２の引力によって圧縮コイルバネ３４の付勢力に抗して下方に下降し、これに伴ってプランジャ３３の上端に固定された栓部材３１が原料供給ホッパー１０から離間して下面開口１２が開放され、原料供給ホッパー１０に貯留されていた粉粒体Ｐが自重によって自然落下状態で排出供給される。
【００３４】
各原料供給ホッパー１０から排出供給された各種の粉粒体Ｐは、図５に示すごとく、それぞれ混合ホッパー２０の周壁２５（正確には傾斜壁２５ａ）に添って排出口２１に向かって滑落して行き、排出口２１（厳密には排出口２１の直上付近）で互いに合流して１つに混合される。このとき、各原料供給ホッパー１０を、平面視において混合ホッパー２０の排出口２１の相対向する２つの平行な接線Ｌ・Ｌで挟まれた領域Ｘで区切られた混合ホッパー２０における２つの領域のうち、一方の領域のみに配置していることで、各粉粒体Ｐはそれぞれが角度をもって鋭角に衝突、すなわち各粉粒体Ｐが正面衝突することはなく、各粉粒体Ｐはそれぞれ運動エネルギーの流れが途切れることなく互いに衝突する。したがって、それぞれ運動エネルギーの方向性を異にする各粉粒体Ｐ同士が互いに衝突することで、それぞれの運動エネルギーが他の粉粒体Ｐと混ざり合うエネルギーとして作用し、よく混合される。また、図８に示すごとく、各粉粒体Ｐは原料供給ホッパー１０から排出供給された当初（混合ホッパー２０の上方域）では、排出口２１に向かって直線状に滑落していくが、排出口２１に到達する直前（混合ホッパー２０の下方域）では排出口２１を中心として周壁２５を周回しながら滑落する。したがって、この周回エネルギーも加わることによって、さらに均一に混合されることになる。さらに、各粉粒体Ｐが滑落してくる傾斜壁２５ａの対向面は垂直壁２５ｂとなっているので、各粉粒体Ｐが勢い余って排出口２１の上面を飛び越したとしても、垂直壁２５ｂに衝突して堰き止められるので、運動エネルギーの損失が抑えられる。
【００３５】
このように排出口２１で１つに混合された粉粒体Ｐは、排出口２１からこれに連通する絞り部２２を渦巻き状に通過して攪拌ホッパー５０へ導入される。絞り部２２は、混合された粉粒体の回転運動を維持しながら一旦整流する機能を有しており、これによって混合粉粒体は円滑に攪拌ホッパー５０に導入される。
【００３６】
絞り部２２から導入された混合粉粒体は、攪拌ホッパー５０の周壁５４に添って周回しながら下方へ滑落していく。以って、混合粉粒体はさらに均一に分散混合されることになる。つまり、本実施形態の粉粒体混合装置１は、各粉粒体Ｐを２段階で混合している。
【００３７】
最後に、攪拌ホッパー５０で混合された混合粉粒体は、粉粒体混合装置１の最下部に設けられた貯留部６０に貯留されていく。そして、貯留部６０に貯留された混合粉粒体を取り出して、各種の製品を生産すればよい。
【００３８】
次に、本実施形態における粉粒体混合装置１の変形例などについて説明する。まず、原料供給ホッパー１０の形成個数は、２以上であれば特に限定されない。各原料供給ホッパー１０には、それぞれに１種類の原料である粉粒体Ｐを貯留するので、混合すべき粉粒体Ｐの個数に合わせて形成すればよい。また、１種類の粉粒体Ｐを複数個の原料供給ホッパー１０に分割して貯留することもできる。
【００３９】
混合ホッパー２０の周壁２５を滑落する粉粒体Ｐの運動エネルギーをできるだけ大きくするために、原料供給ホッパー１０は混合ホッパー２０の排出口２１からできるだけ離れた位置に設けることが好ましい。つまり、混合ホッパー２０の最大内径となる上面開口の周縁に設けることが好ましい。しかし、これに限定されることはなく、各原料供給ホッパー１０が平面視において混合ホッパー２０の排出口２１の相対向する２つの平行な接線Ｌ・Ｌで挟まれた領域Ｘで区切られた混合ホッパー２０における一方の領域のみに配置してあれば、中心寄りに設けてもよい。とくに、比重が高く流動性の良い粉粒体であれば、他の粉粒体の運動エネルギーとの関係によっては中心寄りに設けることが好ましい場合もある。
【００４０】
また、各原料ホッパー１０同士は等間隔で設けられていることが好ましいが、これに限定されることはなく、各粉粒体Ｐが衝突して混合され得る限り、その一部又は全部が隣接していてもよい。基本的に、各粉粒体の運動エネルギーは、その滑落距離、すなわち排出口２１と各原料ホッパー１０との距離を設定することで調整できるが、原料供給ホッパー１０の高さ位置、厳密には原料供給ホッパー１０の下面開口１２の高さ位置を変更して粉粒体Ｐが排出供給される高さを設定することでも調整可能である。
【００４１】
原料供給ホッパー１０は、上記実施の形態のように混合ホッパー２０の上方に設けるだけでなく、混合ホッパー２０の外側に配してもよい。この場合、原料供給ホッパー１０における粉粒体Ｐ排出用の開口１２は、原料供給ホッパー１０の下部であって、混合ホッパー２０の周壁２５の上部に縦向きに形成すればよい。
【００４２】
混合ホッパー２０における排出口２１の形成箇所は、平面視において混合ホッパー２０の中心から偏心した位置であれば特に限定されることはないが、混合ホッパー２０の中心位置に排出口を形成した場合を想定したとき、少なくともこの中心排出口と偏心排出口とが隣接する距離以上偏心させることが好ましい。また、数値的な基準としては、混合ホッパー２０の中心と排出口２１の中心との距離が、混合ホッパー２０の上面開口の内径に対して少なくとも１０％以上であることが好ましい。排出口２１の形成位置がこれらの基準よりも中心側にあると、偏心させる効果を有効に発揮できなくなるおそれがあるからである。
【００４３】
また、排出口２１の内径は、混合ホッパー２０の上面開口の内径に対して少なくとも８０％以下とし、好ましくは６０％以下、より好ましくは４０％以下、最も好ましくは２０％以下である。排出口２１の内径と混合ホッパー２０の上面開口との差が小さ過ぎると、混合ホッパー２０の周壁２５の傾斜角度が急になりすぎて、粉粒体Ｐの滑落速度が大きくなること、及び各粉粒体Ｐ同士の垂直方向での衝突角度が鋭角となることよって互いに交じり合うエネルギーが有効に発揮されずに均一な混合が困難になったり、各粉粒体Ｐ同士が衝突する前に排出口に達してしまい、そもそも混合自体が不可能となる問題が生じる。一方、排出口２１の内径と混合ホッパー２０の上面開口との差がある程度あれば、粉粒体Ｐの運動エネルギーを効率よく１箇所に集めることができる。また、混合ホッパー２０の上面開口の内径に対する排出口２１の内径の下限は、少なくとも２％以上とし、好ましくは５％以上、より好ましくは１０％以上である。排出口２１の内径と混合ホッパー２０の上面開口との差が大き過ぎると、混合ホッパー２０の周壁２５の傾斜角度が緩やかになり過ぎて、流動性の悪い粉粒体が混合ホッパー２０の周壁２５の途中で止まってしまったり、排出口２１の面積が小さくて粉粒体Ｐが詰まってしまうなどの問題がある。
【００４４】
これに関連して、本発明は、粉粒体Ｐが混合ホッパー２０の周壁２５に添って滑落するタイプの混合装置であるので、基本的には混合ホッパー２０の傾斜壁２５ａの傾斜角度は特に限定されないが、一定の設計基準としては水平面に対して２０〜７０°が好ましく、３０〜６０°がより好ましく、４０〜５０°が最も好ましい。この範囲の傾斜角度であれば、本発明の効果を発揮し得る。また、原料供給ホッパー１０の形成個数が比較的少ない場合は混合ホッパー２０は多角形とすることもできる。この場合は、各粉粒体Ｐが周壁２５の角部で合流することを避けるために、１つの粉粒体Ｐの滑落面に対して１つの平面を確保できる形状に設計することが好ましい。
【００４５】
上記実施の形態では、原料供給ホッパー１０の下面開口１２の開閉手段３０としてソレノイドを使用した栓部材３１を適用したが、開口１２を開閉操作し得るものであればこれに限定されることはない。例えば、左右方向に摺動するシャッター部材や、一側方で軸支され、枢軸を中心として他側方が上下に回動する蓋部材などを使用することもできる。
【００４６】
また、絞り部２２を廃して混合ホッパー２０と攪拌ホッパー５０とを直接連通させてもよいし、さらに攪拌ホッパー５０を廃して混合ホッパー２０と貯留部６０とを直接連通させてあってもよい。また、カバー体４０も必ずしも設ける必要はない。
【００４７】
原料供給ホッパー１０の上面開口１１は、自由端として各種の粉粒体Ｐを毎回充填するバッチ式としてもよいし、原料供給ホッパー１０を別に設けた粉粒体Ｐの貯留槽に連結して連続供給する連続式とすることもできる。また、貯留部６０も、これの内部に貯留している混合粉粒体を取り出すための開口を設けて、適宜必要量の混合粉粒体を取り出してもよいし、貯留部６０と成形機を連結して逐次成形機に混合粉粒体を供給するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】粉粒体混合装置の側面図である。
【図２】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】粉粒体混合装置の平面図である。
【図４】粉粒体の排出機構を示す要部拡大図である。
【図５】粉粒体が排出口に向かって滑落していく状態を示す平面図である。
【図６】原料供給ホッパーの配置位置を示す平面図である。
【図７】排出口を偏心させた状態での原料供給ホッパーの配置位置を示す平面図である。
【図８】粉粒体の滑落軌跡を示す側面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 粉粒体混合装置
１０ 原料供給ホッパー
１２ 下面開口
２０ 混合ホッパー
２１ 排出口
２２ 絞り部
２５ 周壁
２６ 案内筒
３０ 開閉手段
３１ 栓部材
４０ カバー体
５０ 攪拌ホッパー
６０ 貯留部
Ｃ 混合ホッパーの中心と排出口の中心とを結ぶ直線
Ｌ 排出口の接線
Ｐ 粉粒体
Ｘ 接線Ｌで挟まれた領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種の粉粒体を自然落下により混合する粉粒体混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、合成樹脂成形品を製造する際に、該合成樹脂成形品に種々の特殊な物性を付与したり着色したりするために、ベースとなる合成樹脂に種々の機能を濃縮担持させたマスターバッチを混合して製造することが多くなってきている。例えば、着色した合成樹脂成形品を成形する場合、従来はベース材にタルクや顔料などを混合、混練して作成した着色ペレットと呼ばれるものを用いていた。しかし、従来の着色ペレットは、ベース材に直接顔料などの着色剤を添加したものなので、その添加量や管理が煩雑であるなどの問題を有していた。これに対し、着色剤を濃縮担持させたマスターバッチによれば、その混合量を調節することで着色材の添加量も容易に調整できるなどの利点がある。また、ベース材に直接添加剤を添加するよりも、濃縮ペレットであるマスターバッチを使用した方がコスト面でも有利である。
【０００３】
このような状況の中、合成樹脂の成形機にマスターバッチとベース材とを規定の混合比率で計量、供給し、均一に混合できる混合装置が求められるようになってきた。従来からの混合技術としては、ドラムの中に各種の原料を入れ、このドラムを回転させることによって混合するドラム混合方式、ケース内にエアを吹きかけることによって各種原料を分散混合するエアブレンダー方式、及び垂直方向に各種原料を落下させて装置内の分岐された経路を繰り返し通過させて混合するマイボックス（スタティックミキサー）などが主流である。
【０００４】
しかし、ドラム混合方式は、設備の小型化が困難であり、装置の駆動源が必要などの問題がある。また、ドラムの回転時間が長くなると、ドラムの内壁と原料との間で摩擦が生じて静電気が発生する。この静電気によって一方のペレットがドラムの内壁に付着してしまい、混合したペレットが再び分級してしまうなどの問題があった。エアブレンダー方式では、エアを発生させる装置が別途必要であり、ベース材とマスターバッチの粒径や比重が異なるとエアによる分散効果もそれぞれ異なるので、均一に混合できないおそれがある。また、ケースの内壁と各材料がエアにより勢いよく衝突することで静電気が生じるおそれもある。静電気が生じた場合の不都合は、上記ドラム式混合方式と同様である。さらに、マイボックスは、垂直方向に落下させることで混合するため、均一に混合するためには垂直方向の長さ寸法を大きくする必要がある。また、装置内の分岐された経路を繰り返し通過することで、上記ドラム式混合方式やエアブレンダー方式と同様に、装置の内壁と材料との間で摩擦による静電気が発生してしまう。
【０００５】
そこで、自然落下させることで装置の駆動源が不要であり、コンパクトでありながらも均一な混合が可能とされる混合装置として、特許文献１がある。特許文献１の粉粒体混合装置は、下面に貯留物排出用の開口を有し、同一高さに並列配置された複数（１０個）の原料供給ホッパーの下方に、平面視中央位置に排出口を有する下窄まり状（漏斗状）の混合ホッパーを配しており、各原料供給ホッパーの下面開口は、これの開閉手段としてのマスフィーダによって開閉自在となっている。マスフィーダによって各原料供給ホッパーから分散状に自然落下させて供給された複数種の粉粒体は、混合ホッパーの一方の斜面とこれに対向する反対側の他方の斜面との間を、衝突、跳ね返りを繰り返しながら落下していくことで混合できるように構成されている。この粉粒体の衝突、跳ね返りを確実に行わせるため、混合ホッパーの斜面の傾斜角を４５℃以上に設定している。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１０３９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の粉粒体混合装置は、混合ホッパーの斜面からの跳ね返りを利用して混合させるものであるが、複数の原料供給ホッパーを、平面視で混合ホッパーの排出口を取り囲むように並列配置している。これでは、例えば平面視において混合ホッパーの供給口を挟んで対向する位置、すなわち各原料ホッパーの中心と混合ホッパーの排出口の中心とを結ぶ直線同士が１８０°で交わる位置にある原料供給ホッパーから排出され、一方の斜面を跳ね返った粉粒体同士は混合ホッパーの中央位置で正面衝突して互いの運動エネルギーを打ち消し合ってしまうので、運動エネルギーの連続性が途切れて他方の斜面へ衝突できず均一な混合を成し得ないおそれがある。実際には、例えば隣り合う原料供給ホッパーから排出された粉粒体同士は鋭角に衝突するなど、各原料供給ホッパーから排出された粉粒体同士は種々の角度において互いに衝突するが、各粉粒体には１８０°の位置から正面衝突し、対となる他の粉粒体が存在するものが多い。また、粉粒体を分散状に排出させるための特別な開閉手段（マスフィーダ）も必要となる。
【０００８】
そこで本発明が解決しようとする課題は、自然落下させることで装置の駆動源が不要であり、かつコンパクトでありながらも、原料供給ホッパーから排出された各粉粒体の運動エネルギーの連続性を維持しながら、均一に混合できる粉粒体混合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の発明は、下部に貯留物排出用の開口１２を有し、内部に粉粒体Ｐを貯留する複数の原料供給ホッパー１０と、各原料供給ホッパー１０の下部開口１２を開閉自在な開閉手段３０と、下端に排出口２１を有し上方から下方に向かって内径が小さくなる下窄まり状の周壁２５を有する混合ホッパー２０とを含み、前記各原料供給ホッパー１０から供給された複数種の粉粒体Ｐを、前記混合ホッパー２０の周壁２５に添って滑落させながら混合する粉粒体混合装置１であって、複数の前記各原料供給ホッパー１０を、平面視において前記混合ホッパー２０の排出口２１の相対向する２つの平行な接線Ｌ・Ｌで挟まれた領域Ｘで区切られた前記混合ホッパー２０における２つの領域Ａ・Ｂのうち、一方の領域（Ａ又はＢ）のみに配置したことを特徴とする（図６参照）。なお、本発明に係る粉粒体混合装置１は、各原料供給ホッパー１０から供給された複数種の粉粒体Ｐを、混合ホッパー２０の周壁２５に添って滑落させながら混合するタイプであるので、混合ホッパー２０の周壁２５の傾斜角度は特に限定されない。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明に係る粉粒体混合装置１において、前記混合ホッパー２０の排出口２１を、平面視において前記混合ホッパー２０の中心位置から所定距離ずらした偏心位置に設けている。そのうえで、前記排出口２１の相対向する２つの平行な接線Ｌ・Ｌを、前記混合ホッパー２０の中心と前記排出口２１の中心とを結ぶ直線Ｃに対して直角に引き、複数の前記各原料供給ホッパー１０を、前記排出口２１の相対向する２つの平行な接線Ｌ・Ｌで挟まれた領域Ｘで区切られた大小２つの領域Ａ・Ｂのうち、面積の大きい方の領域Ａのみに配置したことを特徴とする（図７参照）。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明に係る粉粒体混合装置１において、前記混合ホッパー２０の排出口２１を、平面視において前記混合ホッパー２０の最大内径の周縁に設けていることを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係る粉粒体混合装置１において、前記混合ホッパー２０が、円錐形であることを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明に係る粉粒体混合装置１において、前記混合ホッパー２０の下方に、該混合ホッパー２０と連通し混合ホッパー２０において混合された粉粒体Ｐをさらに攪拌混合する攪拌ホッパー５０が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、原料供給ホッパーの下部開口を塞いでいる開閉手段を開くと、各原料供給ホッパーの下部開口から粉粒体が自重により自然落下して排出供給され、これが混合ホッパーの周壁に沿って滑落していき、各粉粒体の流れが排出口で１つに合流して互いに混合される。したがって、装置の駆動源が不要であり、かつ長い滑落経路も不要なので装置のコンパクト化が可能である。また、このとき、複数の各原料供給ホッパーを、平面視において混合ホッパーの排出口の相対向する２つの平行な接線で挟まれた領域で区切られた一方の領域のみに配置しているので、各粉粒体が正面衝突することがない。すなわち、図６によく示されるように、最も離れた位置にある原料供給ホッパー１０・１０同士の関係を例にとっても、両原料ホッパー１０・１０と排出口２１の中心とを結ぶ２つの直線同士が交わる角度θが１８０°となることはない。したがって、各原料供給ホッパーから排出供給された各粉粒体は、それぞれの運動エネルギーを打ち消し合うことなくその連続性を維持しながら衝突合流する。これによって、各粉粒体が種々の角度から衝突合流して１つに交わるとき、それぞれの粉粒体が有する運動エネルギーが他の粉粒体の流れの中に入り込む（混ざり合う）エネルギーとなってよく混合される。
【００１５】
このように、本発明に係る粉粒体混合装置は、各原料供給ホッパーの設置位置、すなわち各粉粒体同士が衝突する角度に着目しており、当該粉粒体は混合ホッパーの周壁に沿って自然滑落させるだけでよい。したがって、例えば粉粒体を原料供給ホッパーから分散状に排出する必要は無く、開閉手段の構成を簡素化できる。
【００１６】
第２の発明によれば、混合ホッパーの排出口を偏心させ、各原料供給ホッパーを面積の大きい方の領域のみに配置している。これにより、例えば図６に示す位置に設けられた原料供給ホッパー１０であっても、排出口２１を偏心させていることによって、図７によく示されるように原料供給ホッパー１０から排出口２１までの距離が長くなり、排出口２１に到達した時点での各粉粒体Pの運動エネルギーはその分大きくなる。したがって、各粉粒体が他の粉粒体に混ざり合うエネルギーも大きくなるので、より均一に混合できる。
【００１７】
第３の発明では、平面視において排出口を混合ホッパーの最大内径の周縁に設けていることにより、排出口に到達した時点での各粉粒体の運動エネルギーを、混合ホッパーの設計上最大にでき、最も効率的に混合できる。また、これにより混合ホッパーの一部には垂直壁が形成される。したがって、周壁を滑落した粉粒体がその勢いによって排出口上を通り越しても、垂直壁が対向方向へ通過することを堰き止めるので、各粉粒体の運動エネルギーのロスを極力抑えることができる。さらに、このとき混合ホッパーの垂直壁に対向する周壁（傾斜壁）の下側には大きな空間が形成されている。そこで、例えば開閉手段の駆動部などを当該空間に設置することで、粉粒体混合装置のコンパクト化を図ることができる。
【００１８】
第４の発明によれば、混合ホッパーが円錐形であるので、種々の角度から滑落してくる粉粒体を滑らかにかつ効率良く排出口で合流させ、確実にこれらを混合できる。すなわち、混合ホッパーが例えば四角錐のように周壁に角部があると、そこに滑落中の粉粒体が集中して排出口に達する前に各粉粒体が合流して上手く混ざらないことを回避できる。
【００１９】
また、混合ホッパーが円錐形であることによって、図８によく示されるように、各原料供給ホッパーから排出供給され混合ホッパーの周壁を滑落する各粉粒体は、排出供給された当初は直線的に滑落するが、排出口付近に達すると排出口を中心として周壁を回転しながら滑落していく。このような滑落軌道の原理は必ずしも明らかではないが、排出口を偏心させていることと混合ホッパーが円錐形であることによって、粉粒体に作用する荷重の方向が複雑となるからと考えられる。そして、このような回転力も加わることによって、各粉粒体同士をより均一に混合できる。因みに、特許文献１にも混合ホッパーを円錐形にすることが開示されているが、上記のような回転力を有効利用するものではない。
【００２０】
第５の発明によれば、混合ホッパー４の下方に攪拌ホッパーを設けているので、混合ホッパーにおいて混合された粉粒体Ｐをさらに攪拌ホッパーにおいても２段階で混合することができ、各粉粒体をより均一に混合できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る粉粒体混合装置の実施の形態を図１〜図５と、適宜図６〜８を参照しながら説明するが、これに限定されることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。図１は、粉粒体混合装置の側面図である。図２は、図３のＡ−Ａ線断面図、すなわち粉粒体混合装置の縦断正面図である。図３は、粉粒体混合装置の平面図である。図４は、開閉手段による開閉によって粉粒体が原料供給ホッパーから排出供給される機構を示す要部拡大図である。図５は、各原料供給ホッパーから排出供給された各粉粒体が排出口へ向かって滑落していく様子を示す平面図である。
【００２２】
図１及び図２に示すように、本実施形態の粉粒体混合装置１は、内部に粉粒体Ｐを貯留する複数の原料供給ホッパー１０と、各原料ホッパー１０から排出供給された複数種の粉粒体Ｐを１つに混合する混合ホッパー２０と、各原料供給ホッパー１０の下面開口１２を開閉自在な開閉手段３０と、混合ホッパー２０及び開閉手段３０の外周を覆うカバー体４０と、混合ホッパー２０からの混合粉粒体をさらに攪拌混合する攪拌ホッパー５０と、混合された粉粒体Ｐを貯留する貯留部６０とで構成されている。
【００２３】
原料供給ホッパー１０は、透明な合成樹脂成形品であって、薄板円盤状の基盤１３に上下開口１１・１２を有する円筒を一体に立設することで形成されており、上面開口１１は原料となる粉粒体Ｐをここから充填する供給口として機能し、下面開口１２は内部に貯留している粉粒体Ｐを混合ホッパー２０へ排出供給する排出口として機能する。なお、基盤１３における各原料供給ホッパー１０の周縁部分は、強度向上のため厚肉にしてある。
【００２４】
本実施形態における原料供給ホッパー１０は、図３に示すごとく３つ形成している。そして、これら３つの原料供給ホッパー１０は、平面視において混合ホッパー２０の中心と混合ホッパー２０の排出口２１の中心とを結ぶ直線Ｃに対して直交し、排出口２１の相対向する２つの平行な接線Ｌ・Ｌで挟まれた領域Ｘで区切られた大小２つの領域のうち、面積の大きい方の領域のみに配置してある（図３及び図７参照）。詳しくは、３つの原料供給ホッパー１０は、上下高さ位置及び長さ寸法が同じであって、混合ホッパー２０の上面開口周縁に沿って等間隔に配置してある。１つの原料供給ホッパー１０には、１種類の粉粒体Ｐを貯留させる。
【００２５】
また、図３によく示されるように、各原料供給ホッパー１０の内径はそれぞれ異ならせてある。これは、原料となる各種粉粒体Ｐの混合比率を調整するためと、各種粉粒体Ｐの形状、かさ比重、流動性（滑落性）などの物性に合わせて衝撃エネルギーを調整するために設定されている。とくに各種粉粒体Ｐの混合比率を調整するための観点からは、各原料供給ホッパー１０は、計量器としての機能も担っている。具体的には、原料供給ホッパー１０の内径を大きくすれば、その貯留量が多くなると共に、単位時間当たりの粉粒体排出量も多くなる。原料供給ホッパー１０の内径を小さくすれば、その逆となる。原料供給ホッパー１０の内径の設定基準としては多種多様にあるが、例えば、単位時間当たりの排出量を調整して、混合割合を大きくする粉粒体用の原料供給ホッパー１０の内径を大きくし、混合割合を小さくする粉粒体用の原料供給ホッパー１０の内径は小さくする。粉粒体混合装置１がバッチ式の場合、各原料供給ホッパー１０内の粉粒体Ｐが同時に空になるように、直径（長さ寸法）の大きな粉粒体用の原料供給ホッパー１０の内径を大きくし、直径の小さな粉粒体用の原料供給ホッパー１０の内径は小さくする。または、排出口２１に到達する際の運動エネルギーを調節するために、形状が歪な（流動性が悪い）粉粒体Ｐやかさ比重の小さい粉粒体用の原料供給ホッパー１０の内径を大きくし、形状が滑らかな（流動性が良い）粉粒体Ｐやかさ比重の大きな粉粒体用の原料供給ホッパー１０の内径は小さくする。などの基準を例に挙げることができ、これらのうち１つの基準に着目して設定してもよいし、複数の基準を絡ませて設定することもできる。
【００２６】
混合ホッパー２０は、透明な合成樹脂成形品であって、上方から下方に向かって内径が小さくなる円錐形を呈しており、上面に各原料供給ホッパー１０から排出供給された各粉粒体Ｐを受ける開口を有し、下端に混合した粉粒体Ｐを排出する排出口２１が開口している。したがって、混合ホッパー２０の上面開口が当該混合ホッパー２０における最大内径となり、排出口２１が最小内径となる。この排出口２１は、図３などによく示されるように、平面視において混合ホッパー２０の中心位置から所定距離ずらした偏心位置に形成してある。本実施形態では、混合ホッパー２０の最大内径となる上面開口の周縁下部に設けた。これにより、混合ホッパー２０の周壁２５は、図１によく示されるように、傾斜壁２５ａと垂直壁２５ｂとが形成された形状を呈しており、傾斜壁２５ａの下方には比較的広い開放空間が形成される。そこで、混合ホッパー２０の傾斜壁２５ａに、後述する開閉手段３０のプランジャ３３の上下動を案内支持する縦長の案内筒２６を、各原料供給ホッパー１０の真下にあたる位置に一体に形成している。このように形成することで、開閉手段３０の駆動部３２などを傾斜壁２５ａの下方に配して開放空間を有効利用でき、粉粒体混合装置１のコンパクト化を図っている。また、混合ホッパー２０の排出口２１からは、縦長円筒状の絞り部２２が一体に連設されており、混合ホッパー２０の上端には、周方向外側へ延出するフランジ２４が一体に形成されている。なお、ここでの垂直壁２５ｂは、必ずしも厳密に９０°であることを意味するのではなく、垂直に近い角度も含む。具体的には、凡そ水平面に対して８５〜９０°の傾斜角度のものを垂直壁と称する。
【００２７】
本実施形態における原料供給ホッパー１０の下面開口１２を開閉する開閉手段３０としては、ソレノイドによって上下動する栓部材３１を適用している。詳しくは、駆動部３２によって上下方向に出没自在な丸棒状のプランジャ３３の先端に、円錐形の栓部材３１が取り付けられている。プランジャ３３の下方は小径になっており、当該小径部分に圧縮コイルバネ３４を挿嵌することで、プランジャ３３は上方（突出方向）に付勢されている。なお、図２における断面図では、ソレノイド３０の駆動部３２に内臓されている固定鉄芯やコイルなどの部材は省略している。
【００２８】
カバー体４０は、上下面が開口する円筒状の透明合成樹脂成形品であって、円筒上下端には、周方向外側へ延出するフランジ４１・４２が一体に形成されている。
【００２９】
攪拌ホッパー５０は透明な合成樹脂成形品であって、下面が開口した円錐形を呈している。攪拌ホッパー５０の上面は、薄板円盤状の天板５１で概ね塞がれているが、混合ホッパー２０の排出口２１に続く絞り部２２に臨む位置のみに形成された開口５２によって、絞り部２２を介して混合ホッパー２０と内部で連通している。また、攪拌ホッパー５０の下端には、周方向外側へ延出するフランジ５３が一体に形成されている。貯留部６０も透明な合成樹脂成形品であって、少なくとも上面が開口した縦長円筒形を呈しており、これの上端に周方向外側へ延出するフランジ６１が一体に形成されている。
【００３０】
そして、混合ホッパー２０の各案内筒２６にソレノイド３０のプランジャ３３を挿通し、各ソレノイド３０の栓部材３１に原料供給ホッパー１０の下面開口１２を位置合わせした状態で、混合ホッパー２０の上面に材料供給ホッパー１０の基盤１３を被せる。次いでこの状態において混合ホッパー２０及びソレノイド３０の外周を覆うようにカバー体４０を被せ、原料供給ホッパー１０の基盤１３、混合ホッパー２０の上端フランジ２４、及びカバー体４０の上端フランジ４１に、それぞれ等間隔で四方４箇所に穿設された締結用の締結孔２にボルト３を挿通して、原料供給ホッパー１０と混合ホッパー２０とカバー体４０とを固定している。
【００３１】
同様に、混合ホッパー２０の絞り部２２と攪拌ホッパー５０の天板５１の開口５２とを位置合わせした状態で、混合ホッパー２０等の下方に攪拌ホッパー５０をあてがい、カバー体４０の下端フランジ４２及び攪拌ホッパー５０の天板５１にそれぞれ等間隔で四方４箇所に穿設された締結孔２にボルト３を挿通して、カバー体４０と攪拌ホッパー５０とを固定する。このとき、攪拌ホッパー５０の天板５１にソレノイド３０が載置された状態となっている。攪拌ホッパー５０と貯留部６０とも、下端フランジ５３と上端フランジ６１との締結孔２にボルト３を挿通して固定している。
【００３２】
本粉粒体混合装置１で混合する粉粒体Ｐとしては、２種類以上の原料を互いに混合して使用されるものであれば特に限定されず、合成樹脂、金属、食品、薬品、及び木材などの植物などを使用することができる。また、１つ１つが固体物であるものであれば粒状、粉状、ペレット状など、その大きさや形状も特に限定されることはない。例えば、着色された合成樹脂成形品を製造するために、着色材としてのペレット状のマスターバッチと、ペレット状のベース材とを混合する場合などに使用できる。また、各粉粒体Ｐを混合した混合粉粒体は、これを溶融や押し固めして一体にしたり、そのまま混合粉末として使用することもでき、その使用用途や使用目的などによって適宜選択すればよい。本実施形態では、内径の大きな原料供給ホッパーにペレット状の合成樹脂製ベース材を、内径が中程度の原料供給ホッパーにペレット状のマスターバッチを、内径の小さな原料供給ホッパーに添加剤粉をそれぞれ充填した。
【００３３】
次に、各粉粒体Ｐが混合される機構について説明する。先ず、図１及び図２に示すように、粉粒体混合装置１の不使用状態では、ソレノイド３０のプランジャ３３が圧縮コイルバネ３４によって上方に付勢されていることで、プランジャ３３の上端に固定された栓部材３１が原料供給ホッパー１０の下面開口１２を塞いでいる。この状態において、図４（ａ）に示すごとく、各原料供給ホッパー１０に、これの上面開口１１からそれぞれ１種類ずつ各種の粉粒体Ｐを充填する。そして、ソレノイド３０に通電すると、図４（ｂ）に示すごとくプランジャ３３が駆動部３２の引力によって圧縮コイルバネ３４の付勢力に抗して下方に下降し、これに伴ってプランジャ３３の上端に固定された栓部材３１が原料供給ホッパー１０から離間して下面開口１２が開放され、原料供給ホッパー１０に貯留されていた粉粒体Ｐが自重によって自然落下状態で排出供給される。
【００３４】
各原料供給ホッパー１０から排出供給された各種の粉粒体Ｐは、図５に示すごとく、それぞれ混合ホッパー２０の周壁２５（正確には傾斜壁２５ａ）に添って排出口２１に向かって滑落して行き、排出口２１（厳密には排出口２１の直上付近）で互いに合流して１つに混合される。このとき、各原料供給ホッパー１０を、平面視において混合ホッパー２０の排出口２１の相対向する２つの平行な接線Ｌ・Ｌで挟まれた領域Ｘで区切られた混合ホッパー２０における２つの領域のうち、一方の領域のみに配置していることで、各粉粒体Ｐはそれぞれが角度をもって鋭角に衝突、すなわち各粉粒体Ｐが正面衝突することはなく、各粉粒体Ｐはそれぞれ運動エネルギーの流れが途切れることなく互いに衝突する。したがって、それぞれ運動エネルギーの方向性を異にする各粉粒体Ｐ同士が互いに衝突することで、それぞれの運動エネルギーが他の粉粒体Ｐと混ざり合うエネルギーとして作用し、よく混合される。また、図８に示すごとく、各粉粒体Ｐは原料供給ホッパー１０から排出供給された当初（混合ホッパー２０の上方域）では、排出口２１に向かって直線状に滑落していくが、排出口２１に到達する直前（混合ホッパー２０の下方域）では排出口２１を中心として周壁２５を周回しながら滑落する。したがって、この周回エネルギーも加わることによって、さらに均一に混合されることになる。さらに、各粉粒体Ｐが滑落してくる傾斜壁２５ａの対向面は垂直壁２５ｂとなっているので、各粉粒体Ｐが勢い余って排出口２１の上面を飛び越したとしても、垂直壁２５ｂに衝突して堰き止められるので、運動エネルギーの損失が抑えられる。
【００３５】
このように排出口２１で１つに混合された粉粒体Ｐは、排出口２１からこれに連通する絞り部２２を渦巻き状に通過して攪拌ホッパー５０へ導入される。絞り部２２は、混合された粉粒体の回転運動を維持しながら一旦整流する機能を有しており、これによって混合粉粒体は円滑に攪拌ホッパー５０に導入される。
【００３６】
絞り部２２から導入された混合粉粒体は、攪拌ホッパー５０の周壁５４に添って周回しながら下方へ滑落していく。以って、混合粉粒体はさらに均一に分散混合されることになる。つまり、本実施形態の粉粒体混合装置１は、各粉粒体Ｐを２段階で混合している。
【００３７】
最後に、攪拌ホッパー５０で混合された混合粉粒体は、粉粒体混合装置１の最下部に設けられた貯留部６０に貯留されていく。そして、貯留部６０に貯留された混合粉粒体を取り出して、各種の製品を生産すればよい。
【００３８】
次に、本実施形態における粉粒体混合装置１の変形例などについて説明する。まず、原料供給ホッパー１０の形成個数は、２以上であれば特に限定されない。各原料供給ホッパー１０には、それぞれに１種類の原料である粉粒体Ｐを貯留するので、混合すべき粉粒体Ｐの個数に合わせて形成すればよい。また、１種類の粉粒体Ｐを複数個の原料供給ホッパー１０に分割して貯留することもできる。
【００３９】
混合ホッパー２０の周壁２５を滑落する粉粒体Ｐの運動エネルギーをできるだけ大きくするために、原料供給ホッパー１０は混合ホッパー２０の排出口２１からできるだけ離れた位置に設けることが好ましい。つまり、混合ホッパー２０の最大内径となる上面開口の周縁に設けることが好ましい。しかし、これに限定されることはなく、各原料供給ホッパー１０が平面視において混合ホッパー２０の排出口２１の相対向する２つの平行な接線Ｌ・Ｌで挟まれた領域Ｘで区切られた混合ホッパー２０における一方の領域のみに配置してあれば、中心寄りに設けてもよい。とくに、比重が高く流動性の良い粉粒体であれば、他の粉粒体の運動エネルギーとの関係によっては中心寄りに設けることが好ましい場合もある。
【００４０】
また、各原料ホッパー１０同士は等間隔で設けられていることが好ましいが、これに限定されることはなく、各粉粒体Ｐが衝突して混合され得る限り、その一部又は全部が隣接していてもよい。基本的に、各粉粒体の運動エネルギーは、その滑落距離、すなわち排出口２１と各原料ホッパー１０との距離を設定することで調整できるが、原料供給ホッパー１０の高さ位置、厳密には原料供給ホッパー１０の下面開口１２の高さ位置を変更して粉粒体Ｐが排出供給される高さを設定することでも調整可能である。
【００４１】
原料供給ホッパー１０は、上記実施の形態のように混合ホッパー２０の上方に設けるだけでなく、混合ホッパー２０の外側に配してもよい。この場合、原料供給ホッパー１０における粉粒体Ｐ排出用の開口１２は、原料供給ホッパー１０の下部であって、混合ホッパー２０の周壁２５の上部に縦向きに形成すればよい。
【００４２】
混合ホッパー２０における排出口２１の形成箇所は、平面視において混合ホッパー２０の中心から偏心した位置であれば特に限定されることはないが、混合ホッパー２０の中心位置に排出口を形成した場合を想定したとき、少なくともこの中心排出口と偏心排出口とが隣接する距離以上偏心させることが好ましい。また、数値的な基準としては、混合ホッパー２０の中心と排出口２１の中心との距離が、混合ホッパー２０の上面開口の内径に対して少なくとも１０％以上であることが好ましい。排出口２１の形成位置がこれらの基準よりも中心側にあると、偏心させる効果を有効に発揮できなくなるおそれがあるからである。
【００４３】
また、排出口２１の内径は、混合ホッパー２０の上面開口の内径に対して少なくとも８０％以下とし、好ましくは６０％以下、より好ましくは４０％以下、最も好ましくは２０％以下である。排出口２１の内径と混合ホッパー２０の上面開口との差が小さ過ぎると、混合ホッパー２０の周壁２５の傾斜角度が急になりすぎて、粉粒体Ｐの滑落速度が大きくなること、及び各粉粒体Ｐ同士の垂直方向での衝突角度が鋭角となることよって互いに交じり合うエネルギーが有効に発揮されずに均一な混合が困難になったり、各粉粒体Ｐ同士が衝突する前に排出口に達してしまい、そもそも混合自体が不可能となる問題が生じる。一方、排出口２１の内径と混合ホッパー２０の上面開口との差がある程度あれば、粉粒体Ｐの運動エネルギーを効率よく１箇所に集めることができる。また、混合ホッパー２０の上面開口の内径に対する排出口２１の内径の下限は、少なくとも２％以上とし、好ましくは５％以上、より好ましくは１０％以上である。排出口２１の内径と混合ホッパー２０の上面開口との差が大き過ぎると、混合ホッパー２０の周壁２５の傾斜角度が緩やかになり過ぎて、流動性の悪い粉粒体が混合ホッパー２０の周壁２５の途中で止まってしまったり、排出口２１の面積が小さくて粉粒体Ｐが詰まってしまうなどの問題がある。
【００４４】
これに関連して、本発明は、粉粒体Ｐが混合ホッパー２０の周壁２５に添って滑落するタイプの混合装置であるので、基本的には混合ホッパー２０の傾斜壁２５ａの傾斜角度は特に限定されないが、一定の設計基準としては水平面に対して２０〜７０°が好ましく、３０〜６０°がより好ましく、４０〜５０°が最も好ましい。この範囲の傾斜角度であれば、本発明の効果を発揮し得る。また、原料供給ホッパー１０の形成個数が比較的少ない場合は混合ホッパー２０は多角形とすることもできる。この場合は、各粉粒体Ｐが周壁２５の角部で合流することを避けるために、１つの粉粒体Ｐの滑落面に対して１つの平面を確保できる形状に設計することが好ましい。
【００４５】
上記実施の形態では、原料供給ホッパー１０の下面開口１２の開閉手段３０としてソレノイドを使用した栓部材３１を適用したが、開口１２を開閉操作し得るものであればこれに限定されることはない。例えば、左右方向に摺動するシャッター部材や、一側方で軸支され、枢軸を中心として他側方が上下に回動する蓋部材などを使用することもできる。
【００４６】
また、絞り部２２を廃して混合ホッパー２０と攪拌ホッパー５０とを直接連通させてもよいし、さらに攪拌ホッパー５０を廃して混合ホッパー２０と貯留部６０とを直接連通させてあってもよい。また、カバー体４０も必ずしも設ける必要はない。
【００４７】
原料供給ホッパー１０の上面開口１１は、自由端として各種の粉粒体Ｐを毎回充填するバッチ式としてもよいし、原料供給ホッパー１０を別に設けた粉粒体Ｐの貯留槽に連結して連続供給する連続式とすることもできる。また、貯留部６０も、これの内部に貯留している混合粉粒体を取り出すための開口を設けて、適宜必要量の混合粉粒体を取り出してもよいし、貯留部６０と成形機を連結して逐次成形機に混合粉粒体を供給するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】粉粒体混合装置の側面図である。
【図２】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】粉粒体混合装置の平面図である。
【図４】粉粒体の排出機構を示す要部拡大図である。
【図５】粉粒体が排出口に向かって滑落していく状態を示す平面図である。
【図６】原料供給ホッパーの配置位置を示す平面図である。
【図７】排出口を偏心させた状態での原料供給ホッパーの配置位置を示す平面図である。
【図８】粉粒体の滑落軌跡を示す側面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 粉粒体混合装置
１０ 原料供給ホッパー
１２ 下面開口
２０ 混合ホッパー
２１ 排出口
２２ 絞り部
２５ 周壁
２６ 案内筒
３０ 開閉手段
３１ 栓部材
４０ カバー体
５０ 攪拌ホッパー
６０ 貯留部
Ｃ 混合ホッパーの中心と排出口の中心とを結ぶ直線
Ｌ 排出口の接線
Ｐ 粉粒体
Ｘ 接線Ｌで挟まれた領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部に貯留物排出用の開口を有し、内部に粉粒体を貯留する複数の原料供給ホッパーと、
前記各原料供給ホッパーの下部開口を開閉自在な開閉手段と、
下端に排出口を有し、上方から下方に向かって内径が小さくなる下窄まり状の周壁を有する混合ホッパーとを含み、
前記各原料供給ホッパーから供給された複数種の粉粒体を、前記混合ホッパーの周壁に沿って滑落させながら混合する粉粒体混合装置であって、
複数の前記各原料供給ホッパーを、平面視において前記混合ホッパーの排出口の相対向する２つの平行な接線で挟まれた領域で区切られた前記混合ホッパーにおける２つの領域のうち、一方の領域のみに配置したことを特徴とする粉粒体混合装置。
【請求項２】
前記混合ホッパーの排出口は、平面視において前記混合ホッパーの中心位置から所定距離ずらした偏心位置に設けてあり、
前記排出口の相対向する２つの平行な接線を、前記混合ホッパーの中心と前記排出口の中心とを結ぶ直線に対して直角に引き、複数の前記各原料供給ホッパーを、前記排出口の相対向する２つの平行な接線で挟まれた領域で区切られた大小２つの領域のうち、面積の大きい方の領域のみに配置したことを特徴とする請求項１に記載の粉粒体混合装置。
【請求項３】
前記混合ホッパーの排出口を、平面視において前記混合ホッパーの最大内径の周縁に設けていることを特徴とする請求項２に記載の粉粒体混合装置。
【請求項４】
前記混合ホッパーが、円錐形であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の粉粒体混合装置。
【請求項５】
前記混合ホッパーの下方に、該混合ホッパーと連通し混合ホッパーにおいて混合された粉粒体をさらに攪拌混合する攪拌ホッパーが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の粉粒体混合装置。
【請求項１】
下部に貯留物排出用の開口を有し、内部に粉粒体を貯留する複数の原料供給ホッパーと、
前記各原料供給ホッパーの下部開口を開閉自在な開閉手段と、
下端に排出口を有し、上方から下方に向かって内径が小さくなる下窄まり状の周壁を有する混合ホッパーとを含み、
前記各原料供給ホッパーから供給された複数種の粉粒体を、前記混合ホッパーの周壁に沿って滑落させながら混合する粉粒体混合装置であって、
複数の前記各原料供給ホッパーを、平面視において前記混合ホッパーの排出口の相対向する２つの平行な接線で挟まれた領域で区切られた前記混合ホッパーにおける２つの領域のうち、一方の領域のみに配置したことを特徴とする粉粒体混合装置。
【請求項２】
前記混合ホッパーの排出口は、平面視において前記混合ホッパーの中心位置から所定距離ずらした偏心位置に設けてあり、
前記排出口の相対向する２つの平行な接線を、前記混合ホッパーの中心と前記排出口の中心とを結ぶ直線に対して直角に引き、複数の前記各原料供給ホッパーを、前記排出口の相対向する２つの平行な接線で挟まれた領域で区切られた大小２つの領域のうち、面積の大きい方の領域のみに配置したことを特徴とする請求項１に記載の粉粒体混合装置。
【請求項３】
前記混合ホッパーの排出口を、平面視において前記混合ホッパーの最大内径の周縁に設けていることを特徴とする請求項２に記載の粉粒体混合装置。
【請求項４】
前記混合ホッパーが、円錐形であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の粉粒体混合装置。
【請求項５】
前記混合ホッパーの下方に、該混合ホッパーと連通し混合ホッパーにおいて混合された粉粒体をさらに攪拌混合する攪拌ホッパーが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の粉粒体混合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−７３５７３（Ｐ２００８−７３５７３Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５２８５４（Ｐ２００６−２５２８５４）
【出願日】平成１８年９月１９日（２００６．９．１９）
【出願人】（０００１８５６１７）小島プレス工業株式会社 (515)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１９日（２００６．９．１９）
【出願人】（０００１８５６１７）小島プレス工業株式会社 (515)
【Ｆターム（参考）】
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