JP2018202841A - ロスインウェイト式原料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱による振動でロードセルが不所望に歪んだ場合であっても、これが樹脂原料の排出量の変化と判断されて不所望なフィードバック制御が行なわれることのないロスインウェイト式定量供給装置を提供する。【解決手段】原料供給器１６またはロードセル１４には、外部の振動を検知する振動検知器１８が取り付けられており、制御装置２０は、振動検知器１８が外部の振動を検知しない時は、ロードセル１４にて樹脂原料Ｘの排出量を検出しながら原料供給器１６からの樹脂原料Ｘの排出量をフィードバック制御し、振動検知器１８が外部の振動を検知している時は、フィードバック制御を停止する機能を有することを特徴とするロスインウェイト式原料供給装置１０。【選択図】図２

Description

本発明は、外乱による振動の、供給原料の減量計量に対する影響を排除できるロスインウェイト（減量計量）式原料供給装置に関する。

射出成形機や押出成形機といった各種成形装置に樹脂原料を供給するためのものとして原料供給装置が利用されている。原料供給装置は、その計量方式の違いから「体積計量方式」と「重量計量方式」とに大別され、目的や用途に応じて選択される。例えば、グラムレベル或いはサブグラムレベルといった極く微量の計量精度が必要となる場合には、後者の「重量計量方式」の原料供給装置が選択される。重量計量方式の原料供給装置の１つとしてロスインウェイト式の原料供給装置が知られている。

ロスインウェイト式原料供給装置は、樹脂原料排出用の原料供給器と、荷重検出用のロードセルとで大略構成されており、原料供給器がロードセルに支持された構造となっている。原料供給器に投入した樹脂原料が成形装置のホッパに排出されると、排出された樹脂原料分だけ重量が減少するが、このときの重量変化量がロードセルの歪み量の変化量として検出され、排出された（換言すれば、各種成形装置に供給される）樹脂原料の重量をモニタリングできるようになっている。なお、ロスインウェイト式原料供給装置の一例としては、特許文献１〜２が知られている。

特開２０１１−１３１３８１号公報（図１） 特開２０１５−２２５０１８号公報（図１）

成形装置に樹脂原料を供給するに際しては、原料供給器から排出される樹脂原料の単位時間あたりの量が一定であることが求められる。そのため、ロスインウェイト式原料供給装置においては、上述したように樹脂原料の排出量のモニタリングが行なわれ、単位時間当たりの排出量に変動が生じたときは、これが一定となるようフィードバック制御が行われている（具体的には、原料供給器において樹脂原料を搬送するための搬送スクリュの回転数がフィードバック制御される）。

ところが、グラムレベル或いはサブグラムレベルといった極く微量の計量精度で樹脂原料の排出が行われている場合は、使用しているロードセルの感度が非常に高いため、外乱による振動（例えば、工場内を移動する運搬車両の走行時の振動等）を受けてロードセルが不所望に歪むことがあり、これが樹脂原料の排出量の変化と判断されて不所望なフィードバック制御がおこなわれるという問題があった。

本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなされたものであり、外乱による振動でロードセルが不所望に歪んだ場合であっても、これが樹脂原料の排出量の変化と判断されて不所望なフィードバック制御が行なわれることのないロスインウェイト式定量供給装置を提供することにある。

請求項１に記載した発明は、「設置面Ｇに立設されている支持基台１２と、その一端が支持基台１２に取り付けられ、他端側が側方に向けて延びるロードセル１４と、ロードセル１４の他端側に載置され、成形機Ｍに樹脂原料Ｘを供給する原料供給器１６と、原料供給器１６から排出される樹脂原料Ｘの重量変化に応じて変化するロードセル１４の歪み量に基づいて原料供給器１６から排出される樹脂原料Ｘの重量を算出すると共に、該樹脂原料Ｘの排出量をフィードバック制御する制御装置２０とを有するロスインウェイト式原料供給装置１０であって、
原料供給器１６またはロードセル１４には、外部の振動を検知する振動検知器１８が取り付けられており、
制御装置２０は、振動検知器１８が外部の振動を検知しない時は、ロードセル１４にて樹脂原料Ｘの排出量を検出しながら原料供給器１６からの樹脂原料Ｘの排出量をフィードバック制御し、振動検知器１８が外部の振動を検知している時は、フィードバック制御を停止する機能を有する」ことを特徴とするロスインウェイト式原料供給装置１０である。

請求項２に記載した発明は、「振動検知器１８が加速度センサである」ことを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、「ロードセル１４の他端側と設置面Ｇとの間には、その付勢力によって原料供給器１６の重量によるロードセル１４の歪みを解消する歪み解消手段３２が介装されている」ことを特徴とする。

本発明によれば、外乱による外部の振動を振動検知器が検知している期間中は、制御装置による原料供給器のフィードバック制御が停止されるので、外部振動の影響を受けてロードセルが歪んだとしても原料供給器が不所望にフィードバック制御されることはなく信頼性の高い計量を行うことができる。

本発明にかかるロスインウェイト式原料供給装置を装備した成形機の概略正面図である。 原料供給器に樹脂原料を投入している状態を示す図である。 起歪体を示す図である。 原料供給装置の使用方法を示す図である。

以下、本発明を図面に従って説明する。図２に示すように、本発明にかかる原料供給装置１０は原料供給器Ｋを用いて成形機Ｍに主原料を供給する際、微少量の樹脂原料Ｘを副原料として供給する際に使用されるものであり、図２に示すように、支持基台１２、ロードセル１４、原料供給器１６および振動検知器１８により大略構成されている。

支持基台１２は、ロードセル１４および原料供給器１６を支持する柱状のもので、設置面Ｇに立設されている。そして、この支持基台１２の上端にロードセル１４の一方端部が取り付けられている。

設置面Ｇは、本ロスインウェイト式原料供給装置１０が設置される成形機Ｍの一部、或いは該成形機Ｍとは別個に設けられ、該成形機Ｍに樹脂原料Ｘを供給する本ロスインウェイト式原料供給装置１０が設置される架台の一部である。

ロードセル１４は、荷重を検出するためのもので、起歪体２２、歪みゲージ２４、カバー部材２６および取付金具２８により大略構成されている。

起歪体２２（図３参照）は、汎用されている部材で、例えば、アルミ、銅、鉄あるいはステンレスのような金属ブロックに長孔２２ａを穿設して該長孔２２ａの上下に平行平板部２２ｂ・２２ｃを設けた部材で、その一端が、設置面Ｇに立設された支持基台１２の外側面上端部に側方へ向かって延びるように取り付けられている。また、起歪体２２の他端側には、略逆Ｌ字状の取付金具２８が取り付けられており、この取付金具２８に後述する原料供給器１６が載置されている。

歪みゲージ２４も周知の部材で、平行平板部２２ｂ・２２ｃの上面、及び下面の周知の位置にて２箇所にそれぞれ設置されている。従って、ロードセル１４は、起歪体２２と支持基台１２との接続部分Ａを「支点」とし、起歪体２２と取付金具２８との接続部分Ｂを「力点」とする「片持ち平行梁」となっている。

歪みゲージ２４は、起歪体２２が荷重を受けて歪むとこれに応じて歪み、その歪み量に応じて抵抗値が変化するセンサーであり、この抵抗値の変化が電気信号に変換されてケーブル３０を介して後述する制御装置２０に送られる。

起歪体２２の外側面（上面、下面、左右両側面）は、カバー部材２６で覆われており、このカバー部材２６が起歪体２２および歪みゲージ２４の保護部材として機能することになる。

また、ロードセル１４の他端側に取り付けられている取付金具２８と設置面Ｇとの間には、歪み解消手段３２が介装されている。本実施例では歪み解消手段３２として、コイルばねが使用されている。歪み解消手段３２は、後述する原料供給器１６が空の状態（樹脂原料Ｘが投入されていない状態）において、ロードセル１４が歪まないようにするためのもので、所定太さの金属線材を螺旋状に巻回することにより形成されている。歪み解消手段３２としてはコイルばねの代わりに板バネ、弾性ゴムなどを使用してもよい。

歪み解消手段３２は、取付金具２８と設置面Ｇとの間に自然長よりも撓まされた状態で介装されている。したがって、取付金具２８には、歪み解消手段３２であるコイルばねの弾発力Ｆ１がロードセル１４の歪みを解消するための付勢力として、図２中、上向き方向の力として付与されることとなる。

ここで、取付金具２８には、上述した上向きの力Ｆ１（歪み解消手段３２による弾発力（付勢力））の他、原料供給器１６の重量による下向きの力Ｆ２が加わることになるが、歪み解消手段３２による弾発力Ｆ１は、「空の状態」の原料供給器１６の重量による下向きの力Ｆ２と略等しい大きさとなるように設定されている。

すなわち、取付金具２８には、上述したように歪み解消手段３２による弾発力Ｆ１（上向きの付勢力）と、原料供給器１６の重量による下向きの力Ｆ２とが加わるが、原料供給器１６が空の状態においては、原料供給器１６の重量による下向きの力Ｆ２が歪み解消手段３２による上向きの弾発力Ｆ１によって相殺されるため、ロードセル１４には、原料供給器１６の重量による歪みが生じない。したがって、ロードセル１４の選定に際しては、原料供給器１６の重量に見合った大型で分解能の低いものを使用する必要はなく、小型で分解能の高いグラムレベル或いはサブグラムレベルの高精度なロードセル１４を使用することが可能となる。なお、上記では、歪み解消手段３２としてコイルばねのような弾性体を用いたが、例えば天秤や磁力、空気流など、下向きの力Ｆ２の力を相殺できるようなものであれば、どのような構成のものを採用してもよい。

原料供給器１６は、原料樹脂Ｘを切り出すことができるようなものであればどのような形式のものでも良いが、ここでは、図２に示すように、筒状のシリンダ３４、シリンダ３４の内部に配設された搬送スクリュ３６およびシリンダ３４の後端に設けられ、搬送スクリュ３６を回転可能に支持するモータ３８により大略構成されている。

シリンダ３４の後端部上面には、原料投入口３４ａが形成されており、この原料投入口３４ａにホッパ４０が取り付けられている。ホッパ４０の上方には、計量ホッパ４２が設けられており、計量ホッパ４２内に貯留されている樹脂原料Ｘをホッパ４０に必要に応じて投入できるようになっている。また、シリンダ３４の先端部下面には、原料排出口３４ｂが形成されている。モータ３８は、ケーブル４４を介して後述する制御装置２０と接続されている。

振動検知器１８は、外乱による原料供給器１６の振動を検知するためのもので、本実施例では、加速度センサーが採用されており、ケーブル４６を介して後述する制御装置２０と接続されている。振動検知器１８は、本実施例では、原料供給器１６のシリンダ３４の先端に取り付けられているが、外乱による原料供給器１６の振動を検知できればよく、モータ３８部分に取り付けるようにしてもよいし、ロードセル１４（原料供給器１６との接続部分である取付金具２８付近）に取り付けるようにしてもよい。

なお、振動検知器１８は、外乱による揺れ検知のためのものであるから、外乱に対して設置位置の関係で揺れが微弱な場合、電気的に増幅したり、設置場所の揺れを機械的に増幅する部材（図示せず）に設置してもよい。

制御装置２０は、原料供給器１６から排出される樹脂原料Ｘの単位時間当たりの排出量が一定（或いは設定された量）となるようフィードバック制御するもので、本実施例では、プログラマブルロジックコントローラー（ＰＬＣ）が採用されている。制御装置２０には、上述したようにロードセル１４、振動検知器１８およびモータ３８がケーブル３０、４４、４６を介してそれぞれ接続されており、ロードセル１４や振動検知器１８からの信号に基づいてモータ３８の回転数をフィードバック制御できるようになっている（この点については後述する）。

以上のように構成されている原料供給装置１０を用いて、各種成形装置に樹脂原料Ｘを計量しつつ供給する方法について説明する。まず、計量ホッパ４２内に貯留されている樹脂原料Ｘを、下方に設置されている原料供給器１６のホッパ４０内に必要量投入する。すると、図４に示すように、ロードセル１４の端部に取り付けられている取付金具２８には、原料供給器１６の重量と原料供給器１６内に投入された樹脂原料Ｘの重量との総和分の自重が下向きの力Ｆ３として加わり、取付金具２８を歪み解消手段３２の弾発力Ｆ１に抗して下方に移動し、ロードセル１４の起歪体２２に歪みを生じさせる。

起歪体２２が歪むと、起歪体２２の表面に貼り付けられている歪みゲージ２４もこれに合わせて歪み、電気抵抗値が変化する。このときの歪みゲージ２４の電気抵抗の変化量が電気信号に変換され、ケーブル３０を介して制御装置２０に伝送される。制御装置２０では、受信した電気信号に基づいて演算処理が行われ、原料供給装置１０内に投入されている樹脂原料Ｘの重量が算出される。

原料供給器１６の運転が開始されると、モータ３８が回転して搬送スクリュ３６を回転させる。このときの回転速度は、目的とする樹脂原料Ｘの単位時間当たりの排出量に応じて適宜設定される。

搬送スクリュ３６が回転すると、原料投入口３４ａ付近の樹脂原料Ｘは、搬送スクリュ３６によってシリンダ３４内を少しずつ前方に送り出され、やがてシリンダ３４先端の原料排出口３４ｂから順次排出されて行く。

原料排出口３４ｂから樹脂原料Ｘが排出されると、原料供給器１６の内部に充填されている樹脂原料Ｘの重量は、排出された樹脂原料Ｘの重量分だけ軽くなり、その分、上述した起歪体２２に生じていた歪みも軽減されて歪みゲージ２４の電気抵抗値が変化する。このときの電気抵抗の変化が上述同様、電気信号に変換されて制御装置２０に送られ、制御装置２０において演算処理が行われて排出された樹脂原料Ｘの重量が算出される。

以上のステップを繰り返すことにより、原料供給器１６から排出された樹脂原料Ｘの重量（換言すれば、成形機に供給される樹脂原料Ｘの重量）をモニタリングすることが可能となる。そして、制御装置２０では、原料供給器１６から排出される樹脂原料Ｘの単位時間あたりの排出量が常時モニタリングされ、これが一定（或いは設定された量）となるようモータ３８の回転数がフィードバック制御される。この間、振動検知器（加速度センサ）１８は作動しない。

さて、上述した樹脂原料Ｘの計量作業中、例えば大型車両が近くを通るといった具合に予期せぬ大きな振動が発生することがあり、特に制振設備が不十分な工場等では、このような外部振動が原料供給器１６に加わってロードセル１４に不所望な歪みを生じさせる。すると、この外部振動によるロードセル１４の大きな歪みを設定以上に大量の樹脂原料Ｘが供給されたと誤認し、直後の供給量を絞るようにフィードバック制御され、供給量に大きなばらつきが生じることになる。

ところが、本実施例の原料供給装置１０では、原料供給器１６に振動検知器１８が取り付けられており、後述するように、ロードセル１４の歪みの変化が樹脂原料Ｘの排出による重量変化によるものであるか、外部振動によるものであるかを判別できるので、不所望なフィードバック制御を防止することができる。以下、この点について説明する。

大型車両が近くを通過するなどして予期せず発生した振動によってロードセル１４が歪むと、原料供給器１６に取り付けられている振動検知器１８は、このときの振動を加速度の変化として検知し、その変化量が電気信号に変換され、必要に応じて増幅されて制御装置２０に送信される。

制御装置２０では、上述したようにロードセル１４の歪みの変化を通じて原料供給器１６から排出される樹脂原料Ｘの単位時間あたりの排出量が常時モニタリングされ、これが一定、或いは設定された量となるようモータ３８の回転数がフィードバック制御されているが、振動検知器１８から送られてきた電気信号を受信し、これを閾値と比較して外乱と判断している期間は、ロードセル１４の歪みの変化が外部振動によるものであるとして、モータ３８の回転数（搬送スクリュ３６の回転数）のフィードバック制御が行われないよう処理される。換言すれば、外乱検出前の回転数が維持される。この処理は、振動検知器１８が閾値を超えた加速度を検知している期間中、継続して行われる。

一方、外乱による振動が収まり、振動検知器１８が閾値を超えた加速度の変化を検知しなくなると、制御装置２０への電気信号の送信は微弱になり、或いは０になる。この状態になると、制御装置２０では、外部振動が発生していないとして上述したモータ３８の回転数（搬送スクリュ３６の回転数）のフィードバック制御を再開するよう処理される。

このように、本発明にかかる原料供給装置１０によれば、ロードセル１４の歪みが、原料供給器１６から排出される樹脂原料Ｘの重量変化に起因するものであるか、外部振動に起因するものであるかを、振動検知器１８からの信号の有無（或いは閾値以上か以下か）で判断できる。そして、振動検知器１８から信号を受信したときには、ロードセル１４の歪みの変化が外部振動によるものであり、樹脂原料Ｘの排出量についてのフィードバック制御が行われないよう処理されるので、原料供給器１６を用いた樹脂原料Ｘの供給をより正確に行うことが可能となる。

なお、上述実施例では、振動検知器１８として加速度センサーを採用したが、繰り返しになるが、図示しない電気式の増幅器を併用することにより、振動検知器１８による振動検知の感度を高めるようにしてもよい。

１０：（ロスインウェイト式）原料供給装置、１２：支持基台、１４：ロードセル、１６：原料供給器、１８：振動検知器、２０：制御装置、２２：起歪体、２２ａ：長孔、２２ｂ・２２ｃ：平行平板部、２４：歪みゲージ、２６：カバー部材、２８：取付金具、３０：ケーブル、３２：歪み解消手段、３４：シリンダ、３４ａ：原料投入口、３４ｂ：原料排出口、３６：搬送スクリュ、３８：モータ、４０：ホッパ、４２：計量ホッパ、４４：ケーブル、４６：ケーブル、Ｇ：設置面、Ｋ：原料供給器、Ｍ：成形機、Ｘ：樹脂原料

Claims (3)

1. 設置面に立設されている支持基台と、その一端が前記支持基台に取り付けられ、他端側が側方に向けて延びるロードセルと、前記ロードセルの他端側に載置され、成形機に樹脂原料を供給する原料供給器と、前記原料供給器から排出される樹脂原料の重量変化に応じて変化する前記ロードセルの歪み量に基づいて前記原料供給器から排出される樹脂原料の重量を算出すると共に、該樹脂原料の排出量をフィードバック制御する制御装置とを有するロスインウェイト式原料供給装置であって、
   前記原料供給器または前記ロードセルには、外部の振動を検知する振動検知器が取り付けられており、
   前記制御装置は、前記振動検知器が外部の振動を検知しない時は、前記ロードセルにて樹脂原料の排出量を検出しながら前記原料供給器からの樹脂原料の排出量をフィードバック制御し、前記振動検知器が外部の振動を検知している時は、フィードバック制御を停止する機能を有することを特徴とするロスインウェイト式原料供給装置。
2. 前記振動検知器が加速度センサであることを特徴とする請求項１に記載のロスインウェイト式原料供給装置。
3. 前記ロードセルの他端側と前記設置面との間には、その付勢力によって前記原料供給器の重量による前記ロードセルの歪みを解消する歪み解消手段が介装されていることを特徴とする請求項１または２に記載のロスインウェイト式原料供給装置。

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