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JP2024148864A - 粉体搬送装置及び粉体搬送方法 - Google Patents

粉体搬送装置及び粉体搬送方法 Download PDF

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JP2024148864A JP2023062372A JP2023062372A JP2024148864A JP 2024148864 A JP2024148864 A JP 2024148864A JP 2023062372 A JP2023062372 A JP 2023062372A JP 2023062372 A JP2023062372 A JP 2023062372A JP 2024148864 A JP2024148864 A JP 2024148864A
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Abstract

【課題】少量であっても粉体を均一に搬送することができる粉体搬送装置及び粉体搬送方法を提供する。【解決手段】粉体搬送装置1は、搬送路を有するトラフ50と、トラフ50を振動させるトラフ加振部51と、トラフ50の搬送路の底面との間に隙間が形成されるように、かつ、トラフ50の搬送路を横断するように配置されるプレート60と、隙間の大きさが周期的に変化するようにプレート60を振動させるプレート加振部61とを備える。プレート60が振動することにより、粉体の切り出し作用が発生し、少量であっても粉体を均一に搬送することができる。【選択図】図4

Description

特許法第30条第2項適用申請有り 令和4年11月24日 ユーチューブ(https://www.youtube.com/watch?v=_zVlZUB19d4)に掲載
本発明は、振動フィーダを用いて粉体を搬送する粉体搬送装置及び粉体搬送方法に関する。
この種の粉体搬送装置及び粉体搬送方法として、特許文献1に記載されたものが公知である。特許文献1の図8及び図11に記載された粉体搬送装置及び粉体搬送方法は、トラフの搬送路の途中にゲート板を設けることにより、搬送される粉体の層厚を均一にし、定量搬送性を向上させようとするものである。
特開2001-215147号公報
この粉体搬送装置及び粉体搬送方法によれば、ゲート板の先端縁とトラフの搬送路の底面との間に形成される隙間の大きさと搬送量は比例関係にあり、搬送量を少なく設定したい場合は、隙間を小さく設定すればよい。しかし、隙間が小さくなると、抵抗が増大し、粉体が隙間を通過しにくくなり、粉体の層厚の均一性及び定量搬送性が低下するという問題が生じる。この問題は、粉体の凝集性が高くなるほど顕著である。
そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、少量であっても粉体を均一に搬送することができる粉体搬送装置及び粉体搬送方法を提供することを課題とする。
本発明に係る粉体搬送装置は、
搬送路を有するトラフと、
トラフを振動させるトラフ加振部と、
トラフの搬送路の底面との間に隙間が形成されるように、かつ、トラフの搬送路を横断するように配置されるプレートと、
隙間の大きさが周期的に変化するようにプレートを振動させるプレート加振部とを備える
粉体搬送装置である。
ここで、本発明に係る粉体搬送装置の一態様として、
プレートを取り付け、支持する可動体と、
可動体を可動に支持する固定体とを備え、
プレート加振部は、可動体を振動させる
との構成を採用することができる。
また、この場合、
可動体と固定体との間に介装される弾性体を備え、
プレート加振部は、可動体に取り付けられるバイブレータである
との構成を採用することができる。
また、これらの場合、
プレートは、可動体に位置調整可能に取り付けられ、プレートが振動していない状態における隙間の大きさを調整可能である
との構成を採用することができる。
また、本発明に係る粉体搬送装置の他態様として、
トラフは、トラフの排出部がトラフ加振部の上方領域又はこの近傍に位置する長さに形成される
との構成を採用することができる。
また、本発明に係る粉体搬送方法は、
トラフの搬送路の底面との間に隙間が形成されるように、かつ、トラフの搬送路を横断するようにプレートを配置し、
隙間の大きさが周期的に変化するようにプレートを振動させつつ、トラフを振動させることにより、粉体を搬送する
粉体搬送方法である。
本発明によれば、プレートが振動することにより、プレートの先端縁とトラフの搬送路の底面との間の隙間が広くなる状態と狭くなる状態とが繰り返される。これにより、上流側で堆積する粉体をほぐし、細かく刻んで送り出すという切り出し作用が発生する。このため、本発明によれば、少量であっても粉体を均一に搬送することができる。
図1は、本実施形態に係る粉体搬送装置の一部断面を含む側面図である。 図2は、粉体搬送装置の平面図である。 図3は、粉体搬送装置の正面図である。 図4は、粉体搬送装置の振動フィーダ付近の断面側面図である。 図5は、振動フィーダ付近の正面図である。 図6は、他実施形態に係る粉体搬送装置の振動フィーダ付近の断面側面図である。
以下、本実施形態に係る粉体搬送装置及び粉体搬送方法について説明する。なお、本実施形態に係る粉体搬送装置及び粉体搬送方法は、下流側に配置される所定の処理装置や下流側に配置される別の搬送装置に粉体を定量供給する粉体供給装置及び粉体供給方法として機能する。
<実施形態1>
図1ないし図3に示すように、実施形態1に係る粉体搬送装置1は、ホッパ2と、アジテータ3と、スクリューフィーダ4と、振動フィーダ5と、粉体切り出し装置6とを備える。
ホッパ2は、粉体を貯留する容器である。ホッパ2は、上部に粉体投入用の開口部を有し、下部に排出部2aを有する。アジテータ3は、ホッパ2内に配置され、駆動部30により駆動され、ホッパ2内の粉体を攪拌して排出部2aへの移動を促進する。ただし、アジテータ3は、粉体の種類等に応じて適宜省略してもよい。
スクリューフィーダ4は、受入部4aと、排出部4bとを有し、駆動部40により駆動され、ホッパ2の排出部2aから粉体を下流側に搬送する。スクリューフィーダ4は、水平面に沿って配置され、粉体を水平方向に搬送する。スクリューフィーダ4は、駆動部40を制御する粉体搬送装置1の制御部(図示しない)により、所定の回転数(単位時間当たりの回転回数)で駆動制御され、粉体を定量搬送する。制御部は、回転数を固定又は(フィードバック制御又はフィードフォワード制御を用いて)可変にしてスクリューフィーダ4を駆動制御する。
振動フィーダ5は、トラフ50と、トラフ加振部51とを備える。トラフ50は、受入部50aと、排出部50bとを有し、トラフ加振部51により振動し、上流側のスクリューフィーダ4に続いて粉体を下流側に搬送する。トラフ50は、水平面に沿って配置され、水平面に沿って搬送路を有し、粉体を水平方向に搬送する。トラフ50は、搬送路が真っすぐな直進式である。トラフ加振部51は、トラフ50をトラフ50の長手方向(第1方向、本実施形態においては、水平方向)に往復振動させる。より詳しくは、トラフ加振部51は、トラフ50を下流斜め上方と上流斜め下方との間で往復振動させる。加振方式は、電磁石を用いる方式、通電により変形する圧電素子をアクチュエータとして用いる方式など、公知となっている各種の方式を採用することができる。トラフ加振部51は、粉体搬送装置1のベース1aとの間にコイルバネ等の弾性体52を介装した状態で、ベース1aの上に設置される。これにより、トラフ加振部51の振動がベース1aに伝達されることが抑制される。
粉体切り出し装置6は、トラフ50の搬送路の途中に設けられる。より詳しくは、粉体切り出し装置6は、トラフ50においてトラフ加振部51の上方領域の部分(トラフ50のトラフ加振部上方部)のうち搬送方向の下流側端部に設けられる。粉体切り出し装置6の作用、機能については、後述する。
粉体切り出し装置6は、プレート60と、支持部61と、プレート加振部65とを備える。プレート60は、バッフルプレート又はゲートプレート(ゲート板)ともいう。プレート60は、トラフ50の搬送路の底面との間に隙間が形成されるように、かつ、トラフ50の幅方向(第1方向と直交する第2方向、本実施形態においては、水平方向)に沿ってトラフ50の搬送路を横断するように配置される。支持部61は、プレート60を取り付け、支持する。プレート加振部65は、隙間の大きさが周期的に変化するようにプレート60をトラフ50の長手方向及び幅方向と直交する方向(第1方向及び第2方向と直交する第3方向、本実施形態においては、鉛直方向)に往復振動させる。プレート60の取付高さ及び往復振動の振幅は、トラフ加振部51の振動を考慮し、プレート60とトラフ50の搬送路の底面とが衝突しないように調整される。なお、トラフ加振部51の振動は、微小であり、プレート60の往復振動の振幅よりも小さい。
図4及び図5に示すように、プレート60は、矩形状であり、下縁である先端縁60aと、左右の側縁とを有する。プレート60の先端縁60aは、トラフ50の搬送路の底面(底部50cの内面)と平行であり、トラフ50の搬送路の底面との間に隙間を形成する。プレート60の側縁は、トラフ50の搬送路の側面(底部50cの側縁から立ち上がる側壁部50dの内面)と平行であり、プレート60の幅がトラフ50の搬送路の幅(側壁部50d,50dの内面間の距離)と同じか僅かに小さいことで、側壁部50dの内面に接触しない程度に近接する。
支持部61は、可動体62と、固定体63と、コイルバネ、ウレタンゴム等の弾性体64とを備える。可動体62は、プレート60を取り付け、支持する。固定体63は、可動体62を可動に支持する。可動体62は、フレーム62aと、ガイドブッシュ62bとを備える。固定体63は、フレーム63aと、脚63bと、ガイド63cとを備える。
フレーム62a及びフレーム63aは、トラフ50の幅よりも大きい長さを有し、トラフ50の搬送路よりも上方の高さ位置において、トラフ50の幅方向(第2方向)に沿って配置される。フレーム62aは、フレーム63aの上方に配置され、フレーム63aは、フレーム62aの下方に配置される。フレーム62a及びフレーム63aは、金属製の剛体である。
脚63bは、フレーム63aの各端部からトラフ50及びトラフ加振部51の側方をトラフ50及びトラフ加振部51と接触しないように通って下方に伸び、粉体搬送装置1のベース1aに着脱可能に取り付けられ、フレーム63aを支持する。フレーム63a及び左右の脚63b,63bは、トラフ50を跨ぐ門型のフレームを構成する。
ガイド63cは、フレーム63aの各端部から上方に伸びる。ガイド63cは、断面が円形の直状体である。ガイドブッシュ62bは、内部にガイド63cが挿入される。ガイドブッシュ62bは、フレーム62aの各端部に形成される通孔と同軸となるようにフレーム62aに取り付けられる。これにより、フレーム62aは、ガイド63c,63cに沿ってスライド自在となる。弾性体64は、内部にガイド63cが挿入された状態で、フレーム62aとフレーム63aとの間に介装される。すなわち、フレーム63aの上に弾性体64が載置され、弾性体64の上にフレーム62aが載置され、下から上にフレーム63a、弾性体64、フレーム62aの順でこれらが並ぶ。
プレート60は、フレーム62aに取り付けられる。具体的には、プレート60の先端縁60aとは反対側の基端部に長孔60bが形成され(本実施形態においては、左右の2箇所)、長孔60bに挿通されてフレーム62aのネジ孔に螺合するボルト等の固定具62cを締めることにより、プレート60は、フレーム62aに取り付けられる。しかも、トラフ50の長手方向及び幅方向と直交する方向(第3方向)に長い長孔60bであるため、プレート60は、第3方向において位置調整可能にフレーム62aに取り付けられ、プレート60の先端縁60aとトラフ50の搬送路の底面との間の隙間の大きさを調整可能である。一例として、隙間の大きさは2mmである。
プレート加振部65は、固定体63(のフレーム63a)に対して可動体62(のフレーム62a)を振動させ、この結果として、可動体62(のフレーム62a)に取り付けられるプレート60を振動させる。プレート加振部65は、エアバイブレータである。エアバイブレータ65は、ロッド65aと、エアホース65bとを備える。エアホース65bにはエアコンプレッサ(図示しない)が接続され、エアバイブレータ65の本体がエアホース65bからエアの供給を受けることにより、ロッド65aは、高速で出退運動をする。エアバイブレータ65は、トラフ50の長手方向及び幅方向と直交する方向(第3方向)に沿って配置され、ロッド65aの先端部が可動体62(のフレーム62a)に取り付けられる。これにより、エアバイブレータ65が作動すると、エアバイブレータ65の本体が第3方向に高速で往復振動し、この振動力と、可動体62及びプレート60の重力と、弾性体64の弾性力との関係で、可動体62が第3方向に高速かつ所定のストロークで往復振動し、この結果として、プレート60が第3方向に高速かつ所定のストロークで往復振動する。
プレート60の往復振動の速度のRMS値は、一例として、1mm/s以上、又は、2mm/s以上、又は、3.5mm/s以上である。また、プレート60の往復振動の速度のRMS値は、一例として、200mm/s以下、又は、100mm/s以下、又は、71.4mm/s以下である。また、振幅(プレート60のストローク(先端縁60aの変位量)の1/2)は、一例として、0.005mm以上、又は、0.025mm以上、又は、0.035mm以上である。また、振幅は、一例として、5mm以下、又は、2.5mm以下、又は、1mm以下、又は、0.925mm以下である。これらの速度及び振幅の測定は、IMV株式会社の判定振動計マシンレフェリーVM-4431によって行うことができる。また、振動数は、一例として、5Hz以上、又は、10Hz以上、又は、13Hz以上である。また、振動数は、一例として、100Hz以下、又は、50Hz以下、又は、36Hz以下である。
速度、振幅及び振動数は、エアバイブレータ65へのエア供給量、弾性体64の(バネ)定数を変更することにより、調整することができる。そこで、粉体搬送装置1の制御部(図示しない)は、エアバイブレータ65のON-OFFの制御のみならず、エア供給量(単位時間当たりに供給されるエアの量)の制御(エアコンプレッサの制御又はエアホース65bを含むエア供給路上に設けられる流量制御弁の制御)を行う。
本実施形態に係る粉体搬送装置1の構成は、以上のとおりである。次に、この装置による粉体搬送方法について説明する。
図4に示すように、本実施形態に係る粉体搬送方法は、プレート60の先端縁60aとトラフ50の搬送路の底面との間の隙間の大きさが周期的に変化するようにプレート60を往復振動させつつ、振動フィーダ5を駆動してトラフ50を往復振動させることにより、粉体を搬送するというものである。
スクリューフィーダ4から振動フィーダ5に搬送されるトラフ50上の粉体T1は、トラフ50の搬送路に沿って搬送され、粉体切り出し装置6に到達する。粉体切り出し装置6では、プレート60が所定高さ位置に設定され、プレート60の先端縁60aとトラフ50の搬送路の底面との間の隙間が所定の大きさに設定されている。粉体T1はこの隙間を通って層厚が均一となった状態で下流側に搬送されるのであるが、仮にプレート60が振動せず固定されているとすると、隙間が小さかったり、凝集性が高い粉体である場合、粉体T1が隙間を通過しにくくなり、粉体の層厚の均一性及び定量搬送性が低下するという問題が生じる。
しかし、プレート60は、微振動を起こしており、隙間が広くなる状態と狭くなる状態とが繰り返される。隙間が広くなるときに、粉体の通過性が高められ、隙間が狭くなるときに(プレート60の先端縁60aがトラフ50の搬送路の底面に当たるわけではない。)、粉体の通過量が制限される。これを繰り返し、トラフ50の振動と協働ないし相互作用することにより(一例として、トラフ50の往動(前進)→プレート60の往動(下降)→トラフ50の復動(後進)→プレート60の復動(上昇))、上流側で堆積する粉体T1をほぐし、細かく刻んで送り出すという切り出し作用が発生する。せん断作用と言ってもよい。これにより、粉体切り出し装置6よりも下流側では、粉体T2は、層厚が薄く均一となった状態で下流側に搬送されることとなる。
以上のとおり、本実施形態に係る粉体搬送装置1及び粉体搬送方法によれば、プレート60が振動することにより、プレート60の先端縁60aとトラフ50の搬送路の底面との間の隙間が広くなる状態と狭くなる状態とが繰り返される。これにより、上流側で堆積する粉体T1をほぐし、細かく刻んで送り出すという切り出し作用が発生する。このため、本実施形態に係る粉体搬送装置1及び粉体搬送方法によれば、少量であっても(特に凝集性が高い粉体であっても)、粉体T2を均一に搬送することができる。
また、後述するように、トラフ50においてトラフ加振部51から水平方向に突出する部分(トラフ50のオーバーハング部)での振動は、トラフ50のトラフ加振部上方部での振動よりも大きくなる。しかし、本実施形態に係る粉体搬送装置1及び粉体搬送方法によれば、粉体切り出し装置6は、トラフ50のオーバーハング部ではなく、トラフ50のトラフ加振部上方部に配置される。このため、本実施形態に係る粉体搬送装置1及び粉体搬送方法によれば、トラフ50の振動の影響を低減して安定した粉体の切り出しを行うことができる。
なお、図4に示すように、プレート60の上流側で堆積する粉体T1の層厚を検出する検出部66をプレート60の近傍に設けるようにし、粉体T1の層厚が大きいときは、スクリューフィーダ4の回転数を下げて搬送量を減らすことにより、粉体T1の層厚を減らし、他方、粉体T1の層厚が小さいときは、スクリューフィーダ4の回転数を上げて搬送量を増やすことにより、粉体T1の層厚を増やすという制御を採用することができる。この制御によれば、プレート60の上流側における負荷を安定化させ、プレート60よりも下流側の粉体T2の層厚の均一性及び定量搬送性をさらに向上させることができる。一例として、検出部66は、トラフ50の側壁部50dに縦方向に所定間隔を空けて一列に配置される光電センサ群である。検出部66は、プレート60の上流側近傍ではなく、さらに上流側に配置するようにしてもよい。
<実施形態2>
図6に示すように、実施形態2に係る粉体搬送装置1は、基本的には、実施形態1に係る粉体搬送装置1と同じである。異なる点は、図4及び図6を対比するとわかるように、実施形態2に係る粉体搬送装置1においては、トラフ50が短く、トラフ50のオーバーハング部が無く(又は短く)、排出部50bがトラフ加振部51の上方領域のうち搬送方向の下流側端部(又は上方領域の近傍)に位置するという点と、シュート53を備えるという点である。同じ点については、実施形態1についての記載と同様であるとして、記載を省略する。
トラフ50のオーバーハング部での振動は、トラフ50のトラフ加振部上方部での振動よりも大きくなり、搬送方向の下流側になるほど大きくなる傾向があり、粉体の層厚が薄くなるプレート60よりも下流の部分において上流側と下流側の間に搬送速度差が生じる。しかし、実施形態2に係る粉体搬送装置1においては、このオーバーハング部が無く(又は短く)、搬送速度差は生じないか生じたとしても微小である。このため、搬送中における搬送速度差に基づく粉体T2の層割れを防止することができる。トラフ50の排出部50bから排出される粉体T2は、傾斜するシュート53によって斜め下方に滑り落ち、下流側に配置される所定の処理装置や下流側に配置される別の搬送装置に定量供給される。ただし、シュート53は、下流側に配置される装置との位置関係等に応じて適宜省略してもよい。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
上記実施形態1,2においては、振動フィーダ5は、トラフ50が真っすぐな直進フィーダである。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。振動フィーダは、トラフが曲がった曲進フィーダであってもよい。
また、上記実施形態1,2においては、トラフ50は、水平面に沿って配置される。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。トラフは、水平面に対して傾斜する傾斜面に沿って配置されるものであってもよい。
また、上記実施形態1,2においては、粉体切り出し装置6及びプレート60は、トラフ50のトラフ加振部上方部のうち搬送方向の下流側端部に配置される。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。粉体切り出し装置及びプレートは、ここよりも下流側に、あるいは、ここよりも上流側に配置されるものであってもよい。
また、上記実施形態1においては、粉体切り出し装置6及びプレート60は、トラフ50のトラフ加振部上方部に配置される。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。粉体切り出し装置及びプレートは、トラフのオーバーハング部のうち搬送方向の下流側端部に配置されるものであってもよい。これにより、プレートからトラフの排出部までの距離が短くなり、粉体の層割れを抑制することができる。
また、上記実施形態1,2においては、プレート60は、トラフ50の幅方向(第2方向)に沿ってトラフ50の搬送路を横断するように配置される。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。プレートは、第2方向に対して斜め方向に沿ってトラフの搬送路を横断するように配置されるものであってもよい。
また、上記実施形態1,2においては、プレート60は、トラフ50の長手方向及び幅方向と直交する方向(第3方向)に振動する。すなわち、トラフ50が水平面に沿って配置される場合、プレート60は、鉛直方向(上下方向)に往復振動する。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。固定体のガイドを第3方向に対して傾斜させる等することにより、プレートは、第3方向に対して斜め方向に往復振動するものであってもよい。
また、上記実施形態1,2においては、粉体切り出し装置6は、トラフ50及びトラフ加振部51と接触しないように配置される。これにより、トラフ50の振動とプレート60の振動とが縁切りされ、プレート60の振動がトラフ50の振動によって影響を受けることはない。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。たとえば、プレートが基端部にてトラフに回転自在に取り付けられる揺動式とし、プレートの振動がトラフの振動と相互作用を生じるようにしてもよい。
また、上記実施形態1,2においては、プレート加振部65は、エアバイブレータである。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。バイブレータは、エア式でなくてもよい。また、たとえばカム機構等、バイブレータ以外の手段であってもよい。
また、上記実施形態1,2においては、粉体搬送装置1は、搬送方向の上流側のスクリューフィーダ4と、搬送方向の下流側の振動フィーダ5との複合フィーダで構成される。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。スクリューフィーダは、必須ではなく、粉体搬送装置は、振動フィーダ単独で構成されるものであってもよい。
また、「矩形状」、「端部」、「同じ」、「同一」、「平行」、「直交」、「上下」、「左右」といった形状、部位、状態又は方向を特定する用語は、本発明において、そのもののほか、それに近いないし類するという意味の「略」の概念も含むものである。また、「上方」、「下方」とは、鉛直方向に限定されず、鉛直方向に対して傾斜する方向も含むものである。
1…粉体搬送装置、1a…ベース、2…ホッパ、2a…排出部、3…アジテータ、30…駆動部、4…スクリューフィーダ、4a…受入部、4b…排出部、40…駆動部、5…振動フィーダ、50…トラフ、50a…受入部、50b…排出部、50c…底部、50d…側壁部、51…トラフ加振部、52…弾性体(コイルバネ)、53…シュート、6…粉体切り出し装置、60…プレート(バッフルプレート)、60a…先端縁、60b…長孔、61…支持部、62…可動体、62a…フレーム、62b…ガイドブッシュ、62c…固定具、63…固定体、63a…フレーム、63b…脚、63c…ガイド、64…弾性体(コイルバネ)、65…プレート加振部(エアバイブレータ)、65a…ロッド、65b…エアホース、66…検出部、T1…搬送物(切り出し前)、T2…搬送物(切り出し後)

Claims (6)

  1. 搬送路を有するトラフと、
    トラフを振動させるトラフ加振部と、
    トラフの搬送路の底面との間に隙間が形成されるように、かつ、トラフの搬送路を横断するように配置されるプレートと、
    隙間の大きさが周期的に変化するようにプレートを振動させるプレート加振部とを備える
    粉体搬送装置。
  2. プレートを取り付け、支持する可動体と、
    可動体を可動に支持する固定体とを備え、
    プレート加振部は、可動体を振動させる
    請求項1に記載の粉体搬送装置。
  3. 可動体と固定体との間に介装される弾性体を備え、
    プレート加振部は、可動体に取り付けられるバイブレータである
    請求項2に記載の粉体搬送装置。
  4. プレートは、可動体に位置調整可能に取り付けられ、プレートが振動していない状態における隙間の大きさを調整可能である
    請求項2又は請求項3に記載の粉体搬送装置。
  5. トラフは、トラフの排出部がトラフ加振部の上方領域又はこの近傍に位置する長さに形成される
    請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の粉体搬送装置。
  6. トラフの搬送路の底面との間に隙間が形成されるように、かつ、トラフの搬送路を横断するようにプレートを配置し、
    隙間の大きさが周期的に変化するようにプレートを振動させつつ、トラフを振動させることにより、粉体を搬送する
    粉体搬送方法。
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