JP2006105772A - 粉体供給量計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 粉体をチャージ中でも精度よく供給量を計測でき、しかも供給量計測の為の構造は、簡単で且つ低コストで製造できるという粉体供給量計測方法を提供する。
【解決手段】 円筒体２の受盤３の上に羽根車型供給盤４を回転軸６で回動自在に設け、同供給盤の上方に投入口７ａを有する天板７を設け、同天板上方の円筒体２内空間を貯室８とし、供給盤４の羽根４ａと受盤３と天板７で囲まれる空間を枡空間５とし、受盤３の投入口の反対側に排出口１８を設け、同排出口と投入口７ａとの間の羽根の回送路途中に枡空間５の底面と同じ形状と寸法の開口部１０を設け、同開口部１０にダイヤフラム１１を張り、同ダイヤフラム１１上の粉体の重量を計測するロードセル１２を設け、枡空間５がダイヤフラム真上にくるときをセンサ２３ａによって感知し、その時のロードセル１２の計測値を取り込んで単位時間だけ加算して供給量を計算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、羽根車型供給盤を用いて粉体投入部で投入された粉体を回送して所定位置から外部に排出する粉体供給装置において、その排出される粉体供給量を精度よく計測する方法に関する。

従来の粉体計量供給装置は、図１１に示すように、ロードセル３４をチャージホッパー３０とは別の計量用ホッパー３３に付設し、計量用ホッパー３３からの粉体の吐出時に初期自重値から現自重値を引算した減少値を供給した粉体の重量値として供給量を計量するようにした減量式が一般的である（特許文献１参照）。図１０中３１，３５は定量供給機、３２は重量縁切り用フレキシブルシュート上方のバルブである。

ところで、前記構成はホッパーをチャージホッパー３０と計量用ホッパー３３の２体が必要で元来高コストの設備であった。また、供給と並行してチャージホッパーから不足分の粉体を計量用ホッパーにチャージすることとなるが、そのチャージ中は減少量が判らないから計量できないこととなる。このチャージ時間を短縮するためにフィーダの能力を大きくすると設備費が高価となるという問題があった。
更に、計量ホッパー自体の重量もロードセルで計量することとなり、計量ホッパー自体の重量とホッパー内粉体の合計重量に対する粉体の供給量（減量分）の重量の比率はかなり小さいため、大重量の計測量ロードセルで少量の供給量を計測することとなり、ロードセル計測精度が低いものとなり、高精度の供給量の計測が難しいものであった。
特開２００２−３２３３６５号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、粉体をチャージ中でも衝撃の影響を受けずに並行して精度よく計量でき、しかも供給量計測の為に計量用ホッパーを別途必要とせず、簡単な構造を付加するだけで低コストで且つ高精度にに計量できる粉体供給量計測方法を提供することにある。
本発明の第２の課題は、粉体の温度変動幅（２０℃以上）が大きい場合の温度の影響や、計測重量が２００ｇ程以下の小さい場合における粉体の枡空間内の付着粉体の影響や、ロードセルの温度によるスパン変動による影響を考慮して、これらの影響を少なく抑えてより正確な供給量を算出できることにある。

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１） 円筒体の底面となる受盤上に羽根車型の供給盤を回動できるように設け、同供給盤の羽根と受盤とで区画される枡空間を供給盤外周に複数等間隔に設け、同枡空間に所定の位置で粉体を投入して充填する粉体投入部を設け、円筒体の受盤の一部に枡空間の粉体を外部に排出する排出口を設け、粉体投入部で枡空間に充填された粉体を供給盤の回転で回送して排出口より外部に排出する構造の粉体供給機における粉体供給量計測方法であって、
粉体投入部と排出口との間の枡空間の回送路途中の受盤の一部を枡空間の底面と同じ形状寸法の面積だけ開口し、同開口部全面に柔軟性が高いダイヤフラムを装着して粉体の落下を防止し、同ダイヤフラム上の粉体重量を計測するロードセルを設ける構造を付加し、枡空間に充填された粉体全量がダイヤフラム上にある真上時点のその一枡分の粉体重量をロードセルで計測し、単位時間にダイヤフラムを通過する各枡空間の粉体重量の計測重量値を加算して供給量とする、粉体供給量計測方法
２） 供給盤の回動駆動機構の回転部分の動きを感知して枡空間がダイヤフラム真上にくるタイミングを知らせるセンサーを設け、同センサーの出力信号によってロードセルの計測タイミングを決定するようにした、前記１）記載の粉体供給量計測方法
３） 粉体投入部として、枡空間の上面を閉鎖する天板を供給盤の羽根上方に固設し、同天板上方の円筒体内空間を粉体の貯室とし、同天板の一部を開口して貯室内の粉体を下方の供給盤の枡空間に落下させて充填させる構造とした、前記１）又は２）記載の粉体供給量計測方法
４） 枡空間に充填された粉体の上方に空気層が残るようにダイヤフラム上方の天板の下面の高さが高くなるようにした、前記３）記載の粉体供給量計測方法
５） 粉体投入部が、枡空間に投入される粉体の上方に空気層を残すように枡空間の容積より小さな容量の粉体量を投入する定量粉体投入機構である、前記１）又は２）記載の粉体供給量計測方法
６） 供給盤の一つ又は複数の枡空間を粉体が充填できないように上方を閉鎖して空枡とし、同空枡がダイヤフラム真上にある時点のロードセルの計測重量値を空枡重量値とし、同空枡重量値の時間変動分をゼロドリフト値としてロードセルの１枡分の粉体の重量計測値から差し引いた値を用いて加算して供給量を計算する、前記１）〜５）何れか記載の粉体供給量計測方法
７） 粉体が入らないようにした枡の枡空間に所定重量の転動又は滑動する基準重りを封止し、基準重りがダイヤフラム真上にある時点の基準重りのロードセルの計測重量値の変動量を粉体重量の計測重量値から差し引いた値を加算して供給量を計算する、前記１）〜５）何れか記載の粉体供給量計測方法
８） ダイヤフラムの下方のロードセルを含んだ空間を受盤に取付けたカバー体で閉鎖するとともに、同カバー体内の空気圧とダイヤフラム上方の枡空間の空気圧とが同じになるように両空間を連通する均圧空気路を設けてダイヤフラムの上下で空気圧差が生じないようにして重量計測する、前記１）〜７）何れか記載の粉体供給量計測方法
９） ダイヤフラムの重量受面とロードセルの間の連接部を水冷する水冷室を設け、ダイヤフラム側からロードセルに熱の伝達を少なくしてロードセルの温度を一定温度以下にする、前記１）〜８）何れか記載の粉体供給量計測方法
にある。

本発明によれば、供給盤の羽根間の一枡がダイヤフラム真上にきた時点のロードセルの重量計測値を用い、これを単位時間加算して供給量を算出するので、ロードセルは一枡分に充填された粉体重量のみを直接計測するので小重量計測用ロードセルで計測でき、高い計量精度を有する。又ホッパー下部に本発明の計測方法の構造を付設して計測する場合、ホッパーに補充の粉体が投入（チャージ）されてもこの影響を受けずに高精度で計測できる。
しかも本発明の計測方法に必要な構造は、計量用ホッパーを別途必要とせず、低コストな構造付加で済み、更に既設の粉体供給装置・ホッパーへ後付けも容易である。
更に、枡空間とロードセル側のケーシング空間との間に均圧空気路を設ければ、ダイヤフラムの上下に作用する空気圧差による計測誤差をなくすことができる。
又、ダイヤフラムの計測面とロードセルとの間の連接部を冷却する水冷室を設ければ、ロードセルの温度による計測誤差を少なくすることができる。

本発明のロードセルの一枡分の計測重量値の加算は、ロードセルの計測重量値をデジタル信号にしてコンピュータに入力してソフトで加算させるのが一般的である。

本発明の粉体投入部が定量粉体投入機構である場合の、その機構としては、投入口を備えた天板を羽根車型供給盤の羽根の上端高さでその羽根の回転軌跡面を覆うように設け、且つ同天板が枡空間に充填される粉体の摺切り板として機能させ、更に供給盤と同じ構造であるが羽根高さが低い補助供給盤を供給盤の回転軸に天板上で装着し、天板の投入口と対向する位置に落下口を備えた仕切り板を補助供給盤の羽根の上端高さでその羽根の回転軌跡面を覆うように設け、同仕切り板の上方を粉体貯室とする機構とすることが代表例である。この例では補助供給盤の回転で仕切り板で摺り切られた小さな定容積の粉体をその落下口から下方の供給盤の枡空間へ落下させて充填させる。供給盤の羽根の高さが補助供給盤の羽根より高いので、補助供給盤で摺り切られた粉体の容積は小さくなり、これが供給盤の枡空間へ投入充填されても、その粉体上方に空気層が形成され、天板からの圧力（荷重）が粉体を介してダイヤフラムに荷重されなくなり、天板からの影響がないようにできる。

羽根車型供給盤としては、円盤の外周縁に複数の羽根を所定間隔おいて放射状に突設し、供給盤の羽根と円筒体の内側面と受盤の上面とで仕切られた空間を枡空間とする構造が一般的であるが、本発明の供給装置・定量粉体投入機構はこれに限るものではない。この供給盤羽根の先端間にリングを取り付け、供給盤の羽根とリングの内壁面と受盤上面とで仕切られた空間を枡空間とすることもできる。

また、大型の粉体貯室の下部に排出口を複数設け、各排出口に本発明の供給装置をそれぞれ取り付けると、粉体を独立して計量しながら同時に多方向へ供給できる。
更にダイヤフラムに作用する空気の圧力の影響を防止するため、ダイヤフラム上方の枡空間と下方の重量計測器側の空間の空気圧とは均圧することが好ましい。

長時間使用したり、付着性のある粉体であると、羽根壁面には粉体が付着して残留することがあり、これが供給量のみかけを大きくするため、供給盤の枡空間に一つ又は複数の粉体が入らない空枡を設け、同空枡のロードセルによる重量計測値の時間変動をゼロドリフト値として粉体を充填させた枡空間の重量計測値から差し引いてこれを１枡の供給粉体重量として加算して供給量を算出することが好ましい。このとき、空枡内には粉体重量相当又は所要の重量の転動又は滑動し易い基準重りを落下しないように封止することもできる。

又、粉体の温度が高い場合、ダイヤフラム温度が上昇するとダイヤフラムに取付けたロードセルの計測面及びその周辺部分が昇温し、これがロードセルの重量計測精度を低下させる。従って、ロードセルが一定温度以上に昇温しないように冷却することが好ましい。

又、１枡空間の粉体がダイヤフラム真上にある時点でのロードセルの重量計測は、ロードセルの重量計測の計測時と計測命令時との間に計測上のタイムラグが生じるため、１枡分の粉体がダイヤフラム真上にくる少し前に計測命令（読み取り命令）を出して回転盤の回転速度（枡移動速度）との関係で１枡分の粉体がダイヤフラム真上にくる時点で重量値を計測できるようにする。
以下、本発明の各実施例を図面に基づいて具体的に説明する。

図１〜６に示す実施例１は、供給盤の上方に天板を設け、同天板の上方空間を粉体の貯室とし、天板の一部を開口して投入口とし、貯室の粉体を掻き込み翼で投入口から下方の供給盤の枡空間に落下投入させて粉体投入部とする。しかも枡空間の一つを空枡として、空枡のロードセルの計測重量の変動分をゼロドリフトとして枡空間の一枡の粉体の計測重量値から差し引いた値をもって加算して供給量とした例である。

図１は実施例１の粉体計量供給装置の一部断面説明図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は実施例１の要部の説明図、図４は実施例１の羽根車型供給盤の平面図、図５は同供給盤の図４のＢ−Ｂ線における断面図である。図６は天板の高さを示す説明図である。

図中、１はホッパー２８の下部に設けた粉体供給装置、２は円筒体、３は受盤、４は供給盤、４ａは同供給盤の等間隔で放射状に突設させた１０個の羽根、５は同羽根と受盤３と円筒体２の内側面で囲われた枡空間、５ａは一つの枡空間の天面を閉鎖する閉鎖板、５ｂは同閉鎖板下方の空枡、６は供給盤４の回転軸、７は羽根４の上方を塞ぐ天板、７ａは天板７に開口した投入口、８は天板７上方の円筒体２内の貯室、９は回転軸に軸着された貯室粉体の掻き込み翼、１０は受盤の一部を開口した開口部、１１は同開口部に取付けられたダイヤフラム、１２は受盤３下方に取付けられた小重量計測用ロードセル、１３はダイヤフラム１１に固着されたロードセル１２の重量受部、１３ａは同重量受部とロードセル１２とを連接するする連接部、１４はロードセル１２を密閉するケーシング、１５は枡空間５とケーシング１４内を連通する均圧連通路、１６は重量受部１３と過負荷防止のストッパーの段部との間の０．２〜０．３ｍｍ程のすきま、１７は左右すきま調整ねじ、１８は受盤３の排出口、１９はその排出シュート、２０は回転軸を駆動するモータ、２１はモータ出力軸を減速して回転軸６を回動させる減速機、２２ａ，２２ｂは回転軸６に連動した回転体、２３ａは同回転体２２ａの所定回転角で供給盤の枡位置を検出するセンサー、２３ｂは回転体２２ｂの所定回転角で空枡の位置を検出するセンサー、２４はモータ１２のインバータ、２５はコントローラ、２６はコントローラ内のコンピュータ、２７はコントローラ２５内の供給量表示器、２８は円筒体２の上方の連通したホッパーである。

この実施例１では、モータ２０が作動すると減速機２１を介して回転軸６が所定の回転数Ｎで回転し、同回転軸に取付けられた供給盤４及び掻込み翼９が回転する。粉体はホッパー２８から円筒体２の貯室８へ落下し、掻き込み翼９の回転で貯室８内の粉体はその投入口（開口部）７ａから下方の供給盤４の枡空間５内へ落下して充填される。尚、空枡５ｂは閉鎖板５ａによって粉体は落下せず充填されない。

供給盤４が回転して枡空間５がダイヤフラム１１の真上にくる直前にセンサー２３ａがその状態を回転体２２ａの回転角度から検出し、センサ２３ａの検出信号を受けてロードセルの重量計測値が取り込まれる。即ち一枡の枡空間５がダイヤフラム１１の真上に来たとき、ロードセル１２の重量計測値のアナログ信号をコントローラ２５に入力し、Ａ／Ｄ変換されて内部のコンピュータ２６によって、記憶されるとともに単位時間当りの分の一枡毎の枡重量を加算する。

このように、ロードセル１２で一枡分の粉体の重量が計測され、コントローラ２５に入力されてソフトによって加算され、単位時間当りの供給量を算出し、供給量表示器２７によって表示される。
ダイヤフラム１１を通過した枡空間の粉体は排出口１８から下方に落下し、排出シュート１９を介して外部に供給される。
排出口１８を通過した枡空間５は空になり、投入口７ａの位置で粉体が投入されて再び充填される。

尚、図６に示すように、ダイヤフラム１１の上方の天板７の厚みは薄くなっていて、天板の下面は高い。そのため枡空間５の上方には空気層が形成され、天板７と粉体を介しての荷重及び粉体の圧密による力がロードセル１２に作用しないようにして計量精度を高めている。
更に、ロードセル１２の重量受部１３に大きな荷重（負荷）が作用したときは、すきま１６の下位のストッパーの段部に重量受部１３の下面が当って、ロードセル１２に過負荷がかからないようにしている。

更に、ロードセル１２はケーシング１４内に密閉され、枡空間５の空気は均圧連通路１５によってケーシング１４内の空気圧と同じ値となるようにし、ダイヤフラム１１の上下の空気圧差による計測誤差がないようにしている。

更に、供給盤４には空枡５ｂを一つ設け、この空枡５ｂの重量もセンサー２３ｂの検出タイミングで検出し、この空枡５ｂのロードセル１２の計測重量値をコントローラ２５に入力して記憶し、その空枡重量値からゼロドリフト値を計算して、このゼロドリフト値を枡空間５の粉体計測重量値から差し引いて、付着粉体と湿度温度の影響を少なくして正しい供給量を計算するようにしている。

図７に示す例は、空枡５ｂに粉体重量程の球状基準重り３０を落下防止バー３１で落下しないように封止した空枡の他の構造例である。この構造では、計測値の変動量でゼロドリフト及びスパン変動量を正確に検出し、変動量を粉体重量計測重量から差し引いた値をもって加算して、より正確な供給量を計算する。

図８に示す例は、ロードセル１２の連結部１３ａ外周に水を通して水冷してロードセル１２が昇温しないように水冷室４０を設けたことで、ロードセル１１の温度影響を少なくした例である。この例では水は連接部１３ａに直接触れないようにしている。

図９，１０に示す例は、枡空間５にその枡空間の粉体容量より小さい容量の粉体を投入する定量粉体投入機構を設けた例である。この定量粉体供給機構は供給盤と同じ構造で羽根高さが低い小容量の枡空間の羽根車型予備供給盤５０を天板７の上に設け、予備供給盤５０の１０枚の羽根５０ａ上に落下口５１を設けた隔壁板５２を設け、同隔壁板上を粉体の貯室８としている。
貯室８の粉体は、落下口５１から予備供給盤５０の枡空間に落下して充填され、回送されて天板７の投入口７ａから下位の供給盤４の枡空間５に落下して充填される。しかし予備供給盤５０の羽根５０ａの高さＨ1 は供給盤４の羽根４ａの高さＨ2 に比べ低く、その枡空間の容積は供給盤４の枡空間５の容積に比べ小さいので、供給盤４の枡空間５に充填される粉体の粉面は羽根４ａの上端以下となり、粉体上方に空気層が残る（図１０参照）。この空気層の空気圧は均圧連通路１５によってケーシング１４内の空気圧が同一になるようになっている。このように予備供給盤５０によって下位の供給盤４の容積より少ない量を定容量で投入することで下位の供給盤４への圧密充填を防止することが特徴であり、現状ではこの供給盤２段型が一般的である。

本発明は、粉粒体の供給量計測方法であるが、特に大型の貯室、ホッパーからの給粉するときの供給量を正確に計測できるので大型粉体プラントで有効である。又既設のホッパー、又は羽根型供給盤の粉体供給機を有するものでは、低コストで後付けすることが容易となっている。

実施例１の粉体計量供給装置の一部断面説明図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 実施例１の要部の説明図である。 実施例１の羽根車型供給盤の平面図である。 実施例１の羽根車型供給盤の図４のＢ−Ｂ線における断面図である。 天板の高さを示す説明図である。 本発明の空枡に基準重りを入れた例を示す説明図である。 本発明のロードセルを水冷する例の説明図である。 本発明の粉体投入部が定量粉体投入機構である例を示す説明図である。 図９の例の粉体充填の状態の説明図である。 従来の粉体計量供給装置を示す説明図である。

符号の説明

１ 粉体供給機
２ 円筒体
３ 受盤
４ 供給盤
４ａ 羽根
５ 枡空間
５ａ 閉鎖板
５ｂ 空枡
６ 回転軸
７ 天板
７ａ 投入口
８ 貯室
９ 掻き込み翼
１０ 開口部
１１ ダイヤフラム
１２ ロードセル
１３ 重量受部
１３ａ 連接部
１４ ケーシング
１５ 均圧連通路
１６ すきま
１７ すきま調整ねじ
１８ 排出口
１９ 排出シュート
２０ モータ
２１ 減速機
２２ａ 回転体
２２ｂ 回転体
２３ａ センサー
２３ｂ センサー
２４ インバータ
２５ モータコントローラ
２６ コンピュータ
２７ 表示器
２８ ホッパー
３０ チャージホッパー
３１ 定量供給機
３２ バルブ
３３ 計量用ホッパー
３４ ロードセル
５０ 予備供給盤
５０ａ 羽根
５１ 落下口
５２ 隔壁板

Claims (9)

1. 円筒体の底面となる受盤上に羽根車型の供給盤を回動できるように設け、同供給盤の羽根と受盤とで区画される枡空間を供給盤外周に複数等間隔に設け、同枡空間に所定の位置で粉体を投入して充填する粉体投入部を設け、円筒体の受盤の一部に枡空間の粉体を外部に排出する排出口を設け、粉体投入部で枡空間に充填された粉体を供給盤の回転で回送して排出口より外部に排出する構造の粉体供給機における粉体供給量計測方法であって、
   粉体投入部と排出口との間の枡空間の回送路途中の受盤の一部を枡空間の底面と同じ形状寸法の面積だけ開口し、同開口部全面に柔軟性が高いダイヤフラムを装着して粉体の落下を防止し、同ダイヤフラム上の粉体重量を計測するロードセルを設ける構造を付加し、枡空間に充填された粉体全量がダイヤフラム上にある真上時点のその一枡分の粉体重量をロードセルで計測し、単位時間にダイヤフラムを通過する各枡空間の粉体重量の計測重量値を加算して供給量とする、粉体供給量計測方法。
2. 供給盤の回動駆動機構の回転部分の動きを感知して枡空間がダイヤフラム真上にくるタイミングを知らせるセンサーを設け、同センサーの出力信号によってロードセルの計測タイミングを決定するようにした、請求項１記載の粉体供給量計測方法。
3. 粉体投入部として、枡空間の上面を閉鎖する天板を供給盤の羽根上方に固設し、同天板上方の円筒体内空間を粉体の貯室とし、同天板の一部を開口して貯室内の粉体を下方の供給盤の枡空間に落下させて充填させる構造とした、請求項１又は２記載の粉体供給量計測方法。
4. 枡空間に充填された粉体の上方に空気層が残るようにダイヤフラム上方の天板の下面の高さが高くなるようにした、請求項３記載の粉体供給量計測方法。
5. 粉体投入部が、枡空間に投入される粉体の上方に空気層を残すように枡空間の容積より小さな容量の粉体量を投入する定量粉体投入機構である、請求項１又は２記載の粉体供給量計測方法。
6. 供給盤の一つ又は複数の枡空間を粉体が充填できないように上方を閉鎖して空枡とし、同空枡がダイヤフラム真上にある時点のロードセルの計測重量値を空枡重量値とし、同空枡重量値の時間変動分をゼロドリフト値としてロードセルの１枡分の粉体の重量計測値から差し引いた値を用いて加算して供給量を計算する、請求項１〜５何れか記載の粉体供給量計測方法。
7. 粉体が入らないようにした枡の枡空間に所定重量の転動又は滑動する基準重りを封止し、基準重りがダイヤフラム真上にある時点の基準重りのロードセルの計測重量値の変動量を粉体重量の計測重量値から差し引いた値を加算して供給量を計算する、請求項１〜５何れか記載の粉体供給量計測方法。
8. ダイヤフラムの下方のロードセルを含んだ空間を受盤に取付けたカバー体で閉鎖するとともに、同カバー体内の空気圧とダイヤフラム上方の枡空間の空気圧とが同じになるように両空間を連通する均圧空気路を設けてダイヤフラムの上下で空気圧差が生じないようにして重量計測する、請求項１〜７何れか記載の粉体供給量計測方法。
9. ダイヤフラムの重量受面とロードセルの間の連接部を水冷する水冷室を設け、ダイヤフラム側からロードセルに熱の伝達を少なくしてロードセルの温度を一定温度以下にする、請求項１〜８何れか記載の粉体供給量計測方法。

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