JP2018154431A - 粉体供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測器の出力信号を参照したフィードバック制御を休止する期間中において、粉体の吐出流量を所望の流量に精確に制御する。【解決手段】粉体を貯留するホッパＢ０１と、前記ホッパＢ０１からもたらされる粉体を吐出せしめるべく送り出すための移送部材Ｂ０２１と、前記移送部材Ｂ０２１を駆動するモータＢ０２２と、前記移送部材Ｂ０２１により送り出されて吐出する粉体の吐出量を計測するための計測器Ｂ０４と、前記計測器Ｂ０４により計測される粉体の吐出量を参照した制御を実施しない期間中に、前記移送部材Ｂ０２１により送り出されて吐出する粉体の吐出量を所要量に制御するべく、前記モータＢ０２２のコイルに印加する電流量が略一定となるように制御する制御部Ｂ０５とを具備する粉体供給装置Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を構成した。【選択図】図５

Description

本発明は、所要量の粉体を安定して供給するための粉体供給装置に関する。

所定時間あたり一定量の粉体を継続的に吐出して他の機器に供給する装置として、定量供給フィーダ（例えば、下記先行技術文献を参照）が公知である。定量供給フィーダは、粉体を貯留しているホッパから落下する粉体をスクリューフィーダやテーブルフィーダ、サークルフィーダ（登録商標）、ロータリフィーダ等により送り出すもので、当該定量供給フィーダが吐出する粉体の単位時間あたりの吐出流量を計測器、例えばロードセルを介して計測し、その吐出流量が目標流量に収束するように、スクリューフィーダ等の駆動源であるモータをフィードバック制御するようになっている。

"ＣＯＰＥＲＩＯＮ Ｋ−ＴＲＯＮ（登録商標（国際登録））定量供給フィーダ"、［ｏｎｌｉｎｅ］、アプテ ジャパン株式会社、［平成２９年１月２７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://apte.jp/product/ktron/index.html＞ "技術動画集 サークルフィーダの原理"、［ｏｎｌｉｎｅ］、株式会社ヨシカワ、［平成２９年１月２８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.yoshikawa-cf.co.jp/technology/files/24/ja.html＞

粉体の吐出に伴い、ホッパに貯留している粉体の量は徐々に減少してゆくので、ホッパには粉体を適時補給する必要がある。補給するべき粉体をホッパに投入するとき、その荷重や衝撃が計測器に伝わり、計測器の出力信号に影響を及ぼす。そのような出力信号を参照して粉体の吐出流量を算出すると、算定した吐出流量が実際の吐出流量から乖離し、誤差を含む吐出流量に基づいてスクリューフィーダ等のモータの回転数又は出力トルクを誤修正してしまうおそれがある。

故に、従来、ホッパに粉体を投入する際には、計測器の出力信号を参照するフィードバック制御を一時的に休止するとともに、モータの回転数をフィードバック制御の休止直前の回転数に維持することで、粉体の吐出流量を目標流量に保つようにしていた。

しかしながら、モータの回転数をフィードバック制御の休止直前の回転数に維持したとしても、粉体の吐出流量が目標流量に保たれるとは保証されていない。

本発明は、計測器の出力信号を参照したフィードバック制御を休止する期間中において、粉体の吐出流量を所望の流量に精確に制御することを所期の目的としている。

上述した課題を解決するべく、本発明では、粉体を貯留するホッパと、前記ホッパからもたらされる粉体を吐出せしめるべく送り出すための移送部材と、前記移送部材を駆動するモータと、前記移送部材により送り出されて吐出する粉体の吐出量を計測するための計測器と、前記計測器により計測される粉体の吐出量を参照した制御を実施しない期間中に、前記移送部材により送り出されて吐出する粉体の吐出量を所要量に制御するべく、前記モータのコイルに印加する電流量が略一定となるように制御する制御部とを具備する粉体供給装置を構成した。

即ち、本発明では、モータのコイルを流れる電流の大きさと、モータが駆動する移送部材により送り出される粉体の単位時間あたりの流量との間に一定の関係が成立することに鑑み、モータのコイルへの印加電流量の制御を通じて、当該粉体供給装置による粉体の吐出流量を所望の流量に制御するようにしたのである。

本発明は、特に、前記計測器により前記ホッパに貯留している粉体の重量を計測し、その粉体重量の単位時間あたりの減少量を目標値に追従させるロスインウェイト方式の粉体供給装置に適用される。そして、前記制御部は、前記ホッパに対して粉体を補給する期間中に、前記移送部材により送り出されて吐出する粉体の吐出量を所要量に制御するべく、前記モータのコイルに印加する電流量が略一定となるように制御する。

なお、粉体とは、微小個体の集合体であり、いわゆる顆粒などの粒体の集合体と、粒体より小なる形状の粉末の集合体とを包含する概念である。粉体の具体例として、主薬を含む粉体の他、賦形剤、結合剤、崩壊剤、安定剤、保存剤等を挙げることができる。二種類以上の粉体を混合した粉体も本発明にいう粉体の一種であり、主薬を含む粉体にステアリン酸マグネシウム等の滑沢剤を混交したものもまた粉体に該当する。

本発明によれば、計測器の出力信号を参照したフィードバック制御を休止する期間中においても、粉体の吐出流量を所望の流量に精確に制御することが可能となる。

本発明の一実施形態における粉体圧縮成形機の側断面図。 同実施形態の粉体圧縮成形機の要部平面図。 同実施形態の粉体圧縮成形機の円筒図。 同実施形態における粉体圧縮成形機及び粉体混合機の構成を模式的に示す側面図。 同実施形態の粉体供給装置を示す側面図。 同実施形態の粉体供給装置の駆動用モータのコイルに印加する電流の大きさと粉体の吐出流量との関係を例示する図。 同実施形態の粉体供給装置の駆動用モータのコイルに印加する電流の大きさと粉体の吐出流量との関係を例示する図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。はじめに、本実施形態の粉体供給装置が吐出し供給する粉体を用いた後処理を実施する機器の一例として、回転式粉体圧縮成形機（以下「成形機」という）Ａの概要を述べる。

成形機Ａは、粉体を臼孔４に充填し、その粉体を杵５、６により圧縮することで、医薬品の錠剤や食品、電子部品等を成形するものである。図１に示すように、成形機Ａのフレーム１内には、回転軸となる立シャフト２を設立し、その立シャフト２の上部に接続部２１を介して回転盤３を取り付けている。

回転盤３は、立シャフト２の軸回りに水平回転、即ち自転する。回転盤３は、テーブル（臼ディスク）３１と、上杵保持部３２と、下杵保持部３３とからなる。図２に示すように、テーブル３１は略円板状をなしており、その外周部に回転方向に沿って所定間隔で複数の臼孔４を設けてある。臼孔４は、テーブル３１を上下方向に貫通している。テーブル３１は、複数のプレートに分割するものでもよい。また、テーブル３１自体に直接臼孔４を穿ち形成するのではなく、テーブル３１とは別体をなしテーブル３１に対して着脱可能な複数個の臼部材をテーブル３１に装着し、それら臼部材の各々に上下方向に貫通した臼孔を穿っている構成としてもよい。

各臼孔４の上下には、上杵５及び下杵６を配置する。上杵５及び下杵６は、上杵保持部３２及び下杵保持部３３により、それぞれが個別に臼孔４に対して上下方向に摺動可能であるように保持させる。上杵５の杵先５３は、臼孔４に対して出入りする。下杵６の杵先６３は、常時臼孔４に挿入してある。上杵５及び下杵６は、回転盤３及び臼孔４と共に立シャフト２の軸回りに水平回転、即ち公転する。

立シャフト２の下端側には、ウォームホイール７を取り付けている。ウォームホイール７には、ウォームギア１０が噛合する。ウォームギア１０は、モータ８により駆動されるギア軸９に固定している。モータ８が出力する駆動力は、ベルト１１によってギア軸９に伝わり、ウォームギア１０、ウォームホイール７を介して立シャフト２ひいては回転盤３及び杵５、６を回転駆動する。

圧縮成形品、例えば医薬品の錠剤等の原材料となる粉体は、充填装置たるフィードシューＡ１から臼孔４に充填する。フィードシューＡ１の種類には、攪拌フィードシューとオープンフィードシューがあり、そのうちの何れを採用しても構わない。フィードシューＡ１への粉体の供給には、後述する粉体供給装置を含む粉体混合機Ｂを使用する。粉体混合機Ｂは、成形機Ａに対して着脱可能である。

図２及び図３に示しているように、杵５、６の立シャフト２の軸回りの公転軌道上には、杵５、６を挟むようにして上下に対をなす予圧上ロール１２及び予圧下ロール１３、本圧上ロール１４及び本圧下ロール１５がある。予圧上ロール１２及び予圧下ロール１３、並びに本圧上ロール１４及び本圧下ロール１５は、臼孔４内に充填された粉体を杵先５３、６３の先端面を以て上下から圧縮するべく、上下両杵５、６を互いに接近させる方向に付勢する。

上杵５、下杵６はそれぞれ、ロール１２、１３、１４、１５によって押圧される頭部５１、６１と、この頭部５１、６１よりも細径な胴部５２、６２とを有する。回転盤３の上杵保持部３２は、上杵５の胴部５２を上下に摺動可能に保持し、下杵保持部３３は、下杵６の胴部６２を上下に摺動可能に保持する。胴部５２、６２の先端部位５３、６３は、臼孔４内に挿入可能であるように、それ以外の部位と比べて一層細く、臼孔４の内径に略等しい直径である。杵５、６の公転により、ロール１２、１３、１４、１５は杵５、６の頭部５１、６１に接近し、頭部５１、６１に乗り上げるようにして接触する。さらに、ロール１２、１３、１４、１５は上杵５を下方に押し下げ、下杵６を上方に押し上げる。ロール１２、１３、１４、１５が杵５、６上の平坦面に接している期間は、杵５、６が臼孔４内の粉体に対して一定の圧力を加え続ける。

そして、本圧上ロール１４及び本圧下ロール１５による加圧位置から、回転盤３及び杵５、６の回転方向に沿って先に進んだ位置が、製品排出部となる。ここでは、下杵６の杵先６３の上端面が臼孔４の上端即ちテーブル３１の上面と略同じ高さとなるまで下杵６が上昇し、臼孔４内にある成形品を臼孔４から押し出す。製品排出部には、臼孔４から押し出された成形品を案内するダンパ１７を設置している。臼孔４から押し出された成形品は、回転盤３の回転によりダンパ１７に接触し、ダンパ１７に沿って成形品回収位置１８に向けて移動する。

次に、本実施形態における粉体混合機Ｂの構成を述べる。本粉体混合機Ｂは、後処理を実施する機器、ここでは成形機Ａに対して混合した粉体を供給する役割を担うものであり、図４に示すように、粉体を貯留しかつその貯留している粉体を吐出する複数の粉体供給装置たる定量供給フィーダＢ１、Ｂ２、Ｂ３と、それら複数の定量供給フィーダＢ１、Ｂ２、Ｂ３の各々から吐出される粉体を混合した上で吐出する混合装置Ｂ４、Ｂ５とを具備する。

本粉体混合機Ｂは、三基の定量供給フィーダＢ１、Ｂ２、Ｂ３を備えている。尤も、定量供給フィーダＢ１、Ｂ２、Ｂ３の数は、混合する粉体の種類数によって変化し、二基、又は四基以上であってもよい。各定量供給フィーダＢ１、Ｂ２、Ｂ３は、別種の粉体を吐出するものであってもよく、同種の粉体を吐出するものであってもよい。定量供給フィーダＢ１、Ｂ２、Ｂ３が吐出する粉体が、予め複数の粉体を混合したものであることもあり得る。粉体の種類としては、例えば主薬を含む粉体、賦形剤、結合剤、崩壊剤、滑沢剤、安定剤、保存剤等を挙げることができる。本実施形態では、第一フィーダＢ１が主薬を、第二フィーダＢ２が乳糖等の賦形剤又はその他の粉体を、第三フィーダＢ３がステアリン酸マグネシウム等の滑沢剤を、それぞれ吐出して供給する。

混合装置Ｂ４、Ｂ５は、垂直混合装置Ｂ４の下流に水平混合装置Ｂ５を接続してなるものである。垂直混合装置Ｂ４は、第一フィーダＢ１が吐出する粉体即ち主薬と、第二フィーダＢ２が吐出する粉体即ち賦形剤又はその他の粉体とを混合しつつ、水平混合装置Ｂ５に向けて落下させる。この垂直混合装置Ｂ４は、漏斗状をなすケースＢ４１と、ケース内の中央部に配置されて自転する垂直又は略垂直な攪拌軸Ｂ４２と、攪拌軸に一体的に取り付けられた攪拌羽根Ｂ４３と、攪拌軸Ｂ４２及び攪拌羽根Ｂ４３を回転駆動するモータＢ４４とを有する。

第一フィーダＢ１及び第二フィーダＢ２が吐出する各粉体は、垂直混合装置Ｂ４のケース内に上方から投下される。それら粉体は、回転する攪拌羽根Ｂ４３に接触し、攪拌羽根Ｂ４３により攪拌されながらケースＢ４１内を下方に移動する。ケースＢ４１の下部には、ケースＢ４１を貫通する多数の孔（図示せず）が予め穿たれており、ケースＢ４１内で攪拌された混合粉体はその孔を通じてケースＢ４１内からケースＢ４１外へと流出する。その後、混合粉体は、接続口Ｂ４５を介して水平混合装置Ｂ５へと流入する。

水平混合装置Ｂ５は、垂直混合装置Ｂ４において混合された粉体即ち主薬及び賦形剤又はその他の粉体と、第三フィーダＢ３が吐出する粉体即ち滑沢剤とを混合しつつ、成形機ＡのフィードシューＡ１に向けて移送する。水平混合装置Ｂ５は、水平方向又は略水平方向に伸長した筒状のケースＢ５１と、ケースＢ５１内の中央部に配置されて自転する水平又は略水平な攪拌軸Ｂ５２と、攪拌軸Ｂ５２に取り付けられた攪拌羽根Ｂ５３と、攪拌軸Ｂ５２及び攪拌羽根Ｂ５３を回転駆動するモータＢ５４とを有する。

ケースＢ５１の外側方の端部には、垂直混合装置Ｂ４の接続口と接続する受入口Ｂ５１１を設けている。並びに、ケースＢ５１の内側方の端部には、フィードシューＡ１の内外を連通し当該フィードシューＡ１に粉体を供給するための供給口Ａ１１に接続される吐出口Ｂ５１２を設けている。さらに、ケースＢ５１の中間部位に、第三フィーダＢ３と接続する受入口Ｂ５１３を設けている。攪拌軸Ｂ５２及び攪拌羽根Ｂ５３は、混合するべき粉体と接触しながら回転して粉体を混合しつつ、当該粉体を鉛直方向に対して交差する方向に沿って移送する攪拌部材となる。この攪拌部材Ｂ５２、Ｂ５３は、混合装置Ｂ４、Ｂ５の終端となる吐出口Ｂ５１２の直前まで伸びている。

垂直混合装置Ｂ４において混合された粉体は、接続口Ｂ４５から受入口Ｂ５１１を経て水平混合装置Ｂ５のケースＢ５１内に投入される。その粉体は、回転する攪拌羽根Ｂ５３に接触し、攪拌羽根Ｂ５３により攪拌されながらケースＢ５１内を外側方から内側方に向かって移動する。その過程で、第三フィーダＢ３が吐出する粉体が受入口Ｂ５１３を介してケースＢ５１内に投入され、攪拌羽根Ｂ５３によりさらに攪拌される。結果、第一フィーダＢ１の供給する主薬、第二フィーダＢ２の供給する賦形剤又はその他の粉体、及び第三フィーダＢ３の供給する滑沢剤が、ケースＢ５１内で混合されながらケースＢ５１に沿って移送されることとなる。最終的に、この混合粉体は吐出口Ｂ５１２から吐出され、成形機ＡのフィードシューＡ１の供給口Ａ１１に供給される。フィードシューＡ１は、その供給口Ａ１１に供給された混合粉体を、テーブル３１に穿たれている臼孔４に充填する。

なお、フィードシューＡ１には予め、粉体混合機Ｂから供給される混合粉体の混合度を測定するためのセンサ（図示せず）を設置している。粉体の混合度を測定する手法としては、ラマン分光分析、赤外分光、Ｘ線回折、Ｘ線透過測定、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）等、様々なものが挙げられるが、混合度をリアルタイムで測定できるものであればどのような態様であってもかまわない。一例として、近赤外分光分析（ＮＩＲ、又は近赤外吸収スペクトル法）によると、混合粉体における主薬の占める量又は割合（比率）、換言すれば混合粉体の均一性（偏析が生じていないかどうか）を評価するべく、移動する混合粉体に対して近赤外分光を照射し、光の吸収及び散乱を計測し、スペクトルを用いて主薬の濃度その他の定性・定量分析を行うことを、所定周期で繰り返す。測定波長としては、賦形剤や滑沢剤のピークがなく主薬の特異的な吸収ピークである波長帯を利用する。また、近赤外分光分析によれば、混合粉体の粒径を測定することもできる。近赤外分光分析を採用する場合、粉体の混合度等を測定するＰＡＴ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）センサとして、近赤外線センサをフィードシューＡ１に設置することとなる。

加えて、成形機Ａの製品排出部には、特定の成形品、例えば不良品やサンプリング品を、成形品回収位置１８に回収する成形品群から選り分けるための成形品排除機構Ｗを設けている。具体的には、ダンパ１７の内部に、加圧空気を流通させる空気通路１６を形成し、その空気通路１６の先端を回転盤３の径方向に沿って外側方に向けて開口させた空気噴射ノズル１６ａとしている。加圧空気を供給するポンプ等の空気供給源（図示せず）と空気通路１６とを接続する流路２０上には、当該流路２０を開閉する制御バルブ２２を設置してある。制御バルブ２２は、例えば、制御装置から与えられる制御信号により開弁する電磁ソレノイドである。

臼孔４から押し出された特定の成形品がダンパ１７に接触する前、空気噴射ノズル１６ａの近傍を通過するときに、制御バルブ２２を開弁すると、空気供給源から供給される加圧空気が、流路２０及びダンパ１７内の空気通路１６を経由して空気噴射ノズル１６ａから噴出する。この噴出した空気は、特定の成形品をテーブル３１の外側方に吹き飛ばす。吹き飛ばされた当該成形品は、ダンパ１７に沿った先にある成形品回収位置１８に到着することはない。このように、本成形機Ａにあっては、空気供給源から供給される空気の流通路１６、２０、噴射ノズル１６ａ及び制御バルブ２２が、成形品排除機構Ｗを構成する。

フィードシューＡ１に設けた近赤外線センサ等を介して測定される混合粉体の混合度等が所要の範囲内にないとき、その混合粉体を一旦フィードシューＡ１から成形機Ａのテーブル３１の臼孔４に充填し、これを上杵５及び下杵６により圧縮成形して成形品の形にする。その上で、当該成形品を、成形品回収位置１８に到達する前に、成形品排除機構Ｗにより排除する。即ち、成形機Ａにおいて、不良の混合粉体が充填され成形品が打錠された臼孔４が空気噴射ノズル１６ａの近傍を通過するときに制御バルブ２２を開弁し、空気噴射ノズル１６ａから空気を噴射して当該成形品をテーブル３１外に吹き飛ばす。併せて、警告音の鳴動、装置の停止等を行うこともある。

粉体混合機Ｂを成形機Ａに接続する際には、その水平混合装置Ｂ５のケースＢ５１の内側端部及び吐出口Ｂ５１２を成形機Ａのフレーム１内に挿入する。一方で、粉体混合機Ｂのそれ以外の要素、即ち水平混合装置Ｂ５のケースＢ５１の内側端部以外の部分、垂直混合装置Ｂ４及び定量供給フィーダＢ１、Ｂ２、Ｂ３は、成形機Ａのフレーム１外にあり続ける。定量供給フィーダＢ１、Ｂ２、Ｂ３、垂直混合装置Ｂ４及び水平混合装置Ｂ５を支持する粉体混合機Ｂの支持体（フレーム又は筐体）Ｂ６の底部には、当該粉体混合機Ｂを簡便に移動可能とするためのキャスタＢ７を取り付けている。

以降、本実施形態の定量供給フィーダＢ１、Ｂ２、Ｂ３に関して詳述する。図５に示すように、各定量供給フィーダＢ１、Ｂ２、Ｂ３はそれぞれ、粉体を貯留するホッパＢ０１と、ホッパＢ０１からもたらされる粉体を吐出せしめるべく送り出す移送機構Ｂ０２と、ホッパＢ０１に対して適時粉体を補給する補給機構Ｂ０３と、移送機構Ｂ０２が送り出すことにより吐出する粉体の単位時間あたりの吐出流量を計測するための計測器Ｂ０４と、粉体の吐出流量が所要の目標流量となるように移送機構Ｂ０２を制御する制御部Ｂ０５とを具備する。

移送機構Ｂ０２は、ホッパＢ０１から落下する粉体と接触してこれを送り出すための移送部材Ｂ０２１と、移送部材Ｂ０２１を回転駆動するモータＢ０２２とを備える。移送機構Ｂ０２としては、例えば既知のスクリューフィーダやテーブルフィーダ、サークルフィーダ、ディスクフィーダ、ロータリフィーダ等を採用することが可能である。スクリューフィーダＢ０２における移送部材Ｂ０２１は、軸心回りに回転する軸に螺旋状の羽根を取り付けたスクリュー羽根であり、その羽根と羽根との間に捉えた粉体を軸心方向に沿って移送する。テーブルフィーダ、サークルフィーダ、ディスクフィーダ、ロータリフィーダにおける移送部材はそれぞれ、回転するテーブル、フラットバー（回転羽根）、ディスク、（ロータリバルブに内蔵の）ロータである。本実施形態では、移送機構Ｂ０２としてスクリューフィーダを想定している。移送部材Ｂ０２１を駆動するモータＢ０２２の回転数は、移送機構Ｂ０２が送り出す粉体の単位時間あたりの流量に影響を及ぼす。原則として、モータＢ０２２の回転数が高くなるほど、送り出す単位時間あたりの粉体の流量が増加する。

モータＢ０２２（及び、下記補給機構Ｂ０３のモータＢ０３２）は、例えばＤＣ（直流）モータ、特にブラシレスＤＣモータである。ＤＣモータの基本特性は、
Ｖ_M＝Ｉ_aＲ_a＋Ｅ_a
Ｅ_a＝Ｋ_eＮ
Ｔ＝Ｋ_tＩ_a＝−（Ｋ_tＫ_eＮ）／Ｒ_a＋（Ｋ_tＶ_M）／Ｒ_a
である。ここで、Ｖ_MはＤＣモータのコイルに印加する電源電圧、Ｉ_aはＤＣモータのコイルを流れる電流、Ｒ_aは電機子抵抗、Ｅ_aは逆起電力の電圧、ＴはＤＣモータが発生させるトルク、Ｋ_tはトルク定数、Ｋ_eは逆起電力定数、ＮはＤＣモータの回転数である。

補給機構Ｂ０３は、例えば既知のロータリフィーダ等であり、ホッパＢ０１の上方に存在し、ホッパＢ０１に対して補給するべき粉体を多量に貯蔵している。ホッパＢ０１に臨む補給機構Ｂ０３の下部には、ロータリバルブＢ０３１を設置している。この補給機構Ｂ０３は、ホッパＢ０１内の粉体の量が所定の下限量まで減少すると、ロータリバルブＢ０３１を開弁して貯蔵している粉体をホッパＢ０１に投入する。そして、ホッパＢ０１内の粉体の量が所定の上限量まで回復すると、ロータリバルブＢ０３１を閉弁してそれ以上粉体がホッパＢ０１に投入されないようにする。

計測器Ｂ０４は、ホッパＢ０１及びホッパＢ０１に貯留している粉体の現在の重量を反復的に検出するものである。その重量の減算値が、定量供給フィーダＢ１、Ｂ２、Ｂ３の粉体の吐出量となる。計測器Ｂ０４は、例えば、ストレインゲージ式センサであるロードセルであったり、音叉式力センサであったり、フォースバランス式センサであったりする。なお、補給機構Ｂ０３とホッパＢ０１とは、例えばジャバラ継手Ｂ０３３を介して接続しており、補給機構Ｂ０３の自重及び補給機構Ｂ０３が貯蔵している（ホッパＢ０１に補給される前の）粉体の重量がホッパＢ０１に加重されないようにしている。即ち、計測器Ｂ０４は、補給機構Ｂ０３及び補給機構Ｂ０３に貯蔵された粉体の重量を検出しない。

制御部Ｂ０５は、計測器Ｂ０４の出力信号を受信して現在ホッパＢ０１が貯留している粉体の重量を知得するとともに、移送機構Ｂ０２における移送部材（即ち、スクリューフィーダのスクリュー羽根）Ｂ０２１を駆動するモータＢ０２２や、補給機構Ｂ０３におけるロータリバルブＢ０３１のロータを駆動するモータＢ０３２を制御する。制御部Ｂ０５は、モータＢ０２２、Ｂ０３２の作動のＯＮ／ＯＦＦの切り替えやモータＢ０２２、Ｂ０３２の回転数又は出力トルクの制御を司る既知のモータドライバと、モータドライバに対して実現するべきモータＢ０２２、Ｂ０３２の回転数又は出力トルクを指令するマイクロコンピュータ、プログラマブルコントローラ、汎用のパーソナルコンピュータ若しくはワークステーション等と要素に含む。モータドライバは、モータＢ０２２、Ｂ０３２が有する各相のコイルに順次電流を印加することでモータＢ０２２、Ｂ０３２を回転させるとともに、当該モータＢ０２２、Ｂ０３２のコイルを流れる電流の大きさをＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により増減させてモータＢ０２２、Ｂ０３２の回転数及び出力トルクを制御する。

本実施形態の定量供給フィーダＢ１、Ｂ２、Ｂ３の制御部Ｂ０５は、基本的には、ロスインウェイト方式（減量積算値方式）により、当該フィーダＢ１、Ｂ２、Ｂ３が吐出する粉体の単位時間あたりの吐出流量をフィードバック制御する。具体的には、移送機構Ｂ０２により送り出されることでホッパＢ０１から失われた粉体の重量を計測器Ｂ０４により常時計測し、その重量の減少の推移が予め設定された目標吐出流量と合致しているかどうかを比較して、両者の偏差を縮小する方向にモータＢ０２２の回転数又は出力トルクを増減させ、ひいては当該フィーダＢ１、Ｂ２、Ｂ３による粉体の吐出流量を増減させる。

加えて、制御部Ｂ０５は、既に述べた通り、ホッパＢ０１内の粉体の量が所定の下限量まで減少したときに、補給機構Ｂ０３のロータリバルブＢ０３１のロータを駆動するモータＢ０３２を作動させ、補給機構Ｂ０３に貯蔵している粉体をホッパＢ０１に投入する。そして、ホッパＢ０１内の粉体の量が所定の上限量まで回復したならば、当該モータＢ０３２の作動を停止してそれ以上粉体がホッパＢ０１に投入されないようにする。

しかして、補給機構Ｂ０３からホッパＢ０１に粉体が投入される際には、投入される粉体から受ける荷重や衝撃がホッパＢ０１から計測器Ｂ０４に伝わり、計測器Ｂ０４の出力信号に影響を及ぼす。そのような出力信号を参照して、定量供給フィーダＢ１、Ｂ２、Ｂ３の吐出流量のフィードバック制御を実施すると、移送機構Ｂ０２における移送部材Ｂ０２１を駆動するモータＢ０２２の回転数又は出力トルクを誤修正してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態の制御部Ｂ０５は、補給機構Ｂ０３からホッパＢ０１に粉体を投入する最中及び粉体の投入を終えた直後の一定の時期において、計測器Ｂ０４の出力信号を参照した粉体の吐出流量のフィードバック制御を一次的に休止する。その代わりに、制御部Ｂ０５は、モータＢ０２２のコイルに印加する電流量を略一定に保つことで、定量供給フィーダＢ１、Ｂ２、Ｂ３の粉体の吐出流量を目標流量に制御する。

図６及び図７に例示するように、制御部Ｂ０５のモータドライバからモータＢ０２２の各相のコイルに印加する電流Ｉの大きさと、移送機構Ｂ０２により送り出される粉体の単位時間あたりの吐出流量Ｆとの間には、一定の相関関係が存在する。なお、図６及び図７に表しているモータドライバ電流値Ｉは、モータドライバからモータＢ０２２の三相のコイルの各々に印加する電流量を三相分合成したものである。また、図６は、移送部材即ちスクリューフィーダＢ０２のスクリュー羽根Ｂ０２１の回転数が比較的低い（３０ｒｐｍ）場合を示し、図７は同スクリュー羽根Ｂ０２１の回転数が比較的高い（６０ｒｐｍ）場合を示している。後者の場合の方が、前者の場合よりもモータドライバ電流値Ｉ及び吐出流量Ｆが大きいが、何れにせよ、モータドライバ電流Ｉが減少するほど吐出流量Ｆが減少する、右肩下がりの傾向を見て取ることができる。図６及び図７において、時間経過とともにモータドライバ電流値Ｉ及び吐出流量Ｆが微減しているのは、ホッパＢ０１内に貯留している粉体の量が減ることにより、スクリューフィーダＢ０２のスクリュー羽根Ｂ０２１に押し込まれる粉体の密度が低下することに起因する。

本実施形態の制御部Ｂ０５は、予め、モータドライバからモータＢ０２２の各相のコイルに印加する電流Ｉの大きさと、移送機構Ｂ０２により送り出される粉体の単位時間あたりの吐出流量Ｆとの関係を規定したマップデータ又は関数式をメモリに記憶保持している。その上で、制御部Ｂ０５は、与えられた目標吐出流量をキーとして当該マップを検索し、又は与えられた目標吐出流量を関数式に代入することで、目標吐出流量に対応する印加電流量の大きさを知得する。そして、その印加電流量に相当する電流をモータＢ０２２のコイルに印加することにより、計測器Ｂ０４の出力信号を参照したフィードバック制御を休止している間の粉体の吐出流量を可及的に目標吐出流量に近づける。

また、このとき、制御部Ｂ０５は、モータＢ０２２のコイルに印加するモータドライバ電流の大きさを監視し、その電流値が一定または略一定に保たれるように制御する。電流値が低下したならば、粉体の吐出流量が減少したと考えられ、モータＢ０２２の回転数を上昇させることで吐出流量を増加させる、その結果として電流値が上昇することとなる。

より具体的には、制御部Ｂ０５が、計測器Ｂ０４の出力信号を参照した粉体の吐出流量のフィードバック制御を休止する期間中、モータドライバ電流を参照して、モータドライバ電流（時間平均値であることがある）が増加するときにはモータＢ０２２への印加電圧を減少させ、逆にこれが減少するときにはモータＢ０２２への印加電圧を増大させる。あるいは、モータＢ０２２がステッピングモータ（パルスモータ）である場合には、モータドライバ電流（時間平均値であることがある）が増加するときにはモータＢ０２２に与える制御信号の単位時間あたりのパルス数を減少させ、逆にこれが減少するときにはモータＢ０２２に与える制御信号の単位時間あたりのパルス数を増加させる。

このような制御により、計測器Ｂ０４の出力信号を参照したフィードバック制御を休止している期間において、モータドライバ電流量が目標吐出流量に対応した電流量（または、計測器Ｂ０４の出力信号を参照したフィードバック制御を休止する直前の電流量）に維持され、ひいては粉体の吐出流量が目標吐出流量に維持されることとなる。尤も、計測器Ｂ０４の出力信号を参照したフィードバック制御を休止する、即ち上述の制御を実施する期間の長さは、数秒ないし一分程度の短時間である。

本実施形態では、粉体を貯留するホッパＢ０１と、前記ホッパＢ０１からもたらされる粉体を吐出せしめるべく送り出すための移送部材Ｂ０２１と、前記移送部材Ｂ０２１を駆動するモータＢ０２２と、前記移送部材Ｂ０２１により送り出されて吐出する粉体の吐出量を計測するための計測器Ｂ０４と、前記計測器Ｂ０４により計測される粉体の吐出量を参照した制御を実施しない期間中に、前記移送部材Ｂ０２１により送り出されて吐出する粉体の吐出量を所要量に制御するべく、前記モータＢ０２２のコイルに印加する電流量が略一定となるように制御する制御部Ｂ０５とを具備する粉体供給装置Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を構成した。

本実施形態によれば、計測器Ｂ０４の出力信号を参照したフィードバック制御を休止する期間中において、粉体の吐出流量を所望の流量に精確に制御することが可能となる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形が可能である。

Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…粉体供給装置（定量供給フィーダ）
Ｂ０１…ホッパ
Ｂ０２…移送機構（スクリューフィーダ）
Ｂ０２１…移送部材（スクリュー羽根）
Ｂ０２２…モータ
Ｂ０３…補給機構
Ｂ０４…計測器
Ｂ０５…制御部

Claims (2)

1. 粉体を貯留するホッパと、
   前記ホッパからもたらされる粉体を吐出せしめるべく送り出すための移送部材と、
   前記移送部材を駆動するモータと、
   前記移送部材により送り出されて吐出する粉体の吐出量を計測するための計測器と、
   前記計測器により計測される粉体の吐出量を参照した制御を実施しない期間中に、前記移送部材により送り出されて吐出する粉体の吐出量を所要量に制御するべく、前記モータのコイルに印加する電流量が略一定となるように制御する制御部と
   を具備する粉体供給装置。
2. 前記計測器は、前記ホッパに貯留している粉体の重量を計測するものであり、
   前記制御部は、前記ホッパに対して粉体を補給する期間中に、前記移送部材により送り出されて吐出する粉体の吐出量を所要量に制御するべく、前記モータのコイルに印加する電流量が略一定となるように制御する請求項１記載の粉体供給装置。