JP2513508B2 - 振動フィ―ダを用いた粉粒体排出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は振動フィーダを用いた粉粒体排出装置に係
り、特に粉粒体の単位時間当たりの流量（流速）と振動
周波数等、制御側の操作量との関係を直線的に補正する
ことにより、装置運転開始時には装置の立ち上がり時間
を短縮し、かつ切り出し作業等の粉粒体排出作業を迅速
かつ正確に行うようにした粉粒体排出装置に関する。

〔従来の技術〕

例えば薬剤や顔料等の一定量を切り出す際には、ミリ
グラム単位で非常に正確に切り出す必要がある。このよ
うな要求に答えて、精密な荷重が測定できる電子天秤等
の重量測定装置と、粉粒体を排出する装置としての直進
型の振動フィーダとを組み合わせた装置が提供されてい
る。この装置は振動フィーダに予め充填した粉粒体の重
量から、予め設定してある排出量までその粉粒体充填量
が低下した際に、振動フィーダを停止させ、この作業を
繰り返すことにより各々所定量の粉粒体を順次切り出す
ように構成してある。

このような装置においては次のような技術的要求があ
る。

（イ）装置の運転開始時から出来るだけ早い時間で所定
の粉粒体流速が得られるようにして、粉粒体の切り出し
等の粉粒体排出作業を迅速に行えるようにすること。

（ロ）粉粒体の流速は振動フィーダの粉粒体残量の変化
等により大きく変化するため、制御のための操作量と粉
粒体流速とが粉粒体排出の進行と共に大きく変化する。
従ってこの制御を正確に行い、できれば制御量と粉粒体
流速の変化とを正確に対応させることにより制御の精度
を向上させること。

等が要求される。

〔発明が解決しようとする課題〕

先ず、上述の（ロ）の点に関して考察する。

振動フィーダに充填した粉粒体を一定の周波数で振動
する振動フィーダから排出すると、初期段階の充填量が
多い間は単位時間当たりの粉粒体流量（以下「流速」と
する）は比較的少ないが、振動フィーダホッパ内の残量
が減少してくると流速が急激に上昇し、更に残量が減少
すると反対に流速が急速に低下するという挙動を示す。
このように振動周波数を一定にしておくと、振動フィー
ダにおける粉粒体の残量の変化（低下）により流速が激
しく変化して制御不能となる。このため発明者等は振動
フィーダの振動周波数を制御して切り出精度を向上させ
る方法を先に提供している（特願昭63−282411号等）。

第４図は粉粒体の流速Ｖと振動フィーダの振動周波数
ｆとの関係を示す。この図からも明らかなとおり、低周
波域では周波数ｆが上昇するに従って粉粒体の流速Ｖも
上昇するが、共振の周波数fcを越えると、周波数が上昇
することにより流速は逆に急速に低下する。このため、
周波数の調節による流速の制御は、周波数の上昇に対応
して流速が上昇する低周波域を用いることももとより可
能であるが、高周波域での制御を行えば周波数の変化に
対する流速の変化が大きく、応答性の高い制御が可能で
ある等の利点がある。なお、高周波域での制御は周波数
を上昇させることにより粉粒体流速を低下させ、反対に
流速を上昇させる場合には周波数を低下させることにな
る。

第５図は高周波域での従来装置における制御の方法を
示す。高周波域での周波数と流速との関係は図の如くや
や複雑な曲線となる。このため従来は、特定の直線ｌを
設定し、この直線ｌにおける振動周波数と流速とを基準
として周波数の調整をしていた。即ち先ず流速V1を設定
し、その直線ｌ上で対応する振動周波数f1をもって振動
フィーダを作動させる。しかし周波数f1とすると実際に
はこれよりも早い流速V1′となってしまう。また同様に
して目的の流速V2に対応する周波数f2では流速V2′に、
流速V3に対応する周波数f3では流速V3′になってしま
う。

第６図は第５図に示す状態において、周波数制御を行
いながら設定量Ｑを切り出す制御方法を示す。

図中グラフＡは周波数制御による切り出しの理想曲線
を示す。即ち第４図と対応して説明すると、最初に低い
周波数f1により、高い流速で短時間に台量の粉粒体を排
出して予定量Q1とする、続いて周波数f2に上昇させて流
速をやや低下させてさらに予定量Q2とし、最終的に周波
数をさらに上昇させて流速を低下させることにより予定
量Q3、即ち予定切り出し量Ｑとするように設定する。し
かしながら第５図の如く各周波数f1、f2、f3における実
際の流速はV1′、V2′、V3′となっているため、実際の
切り出しではグラフＢの如く制御は理想曲線Ａとはかな
り相違し、最終的には予定量ＱをオーバーしたＱ′とな
って切り出し精度が低下したり、フィードバック制御系
においてハンチング現象を生じて制御が乱れる等の問題
が生じる。

結局、以上のように制御が乱れる事態が生じるのは、
制御系から出力される操作量（振動周波数の調節量等）
と粉粒体流速が対応しないため、操作量の調節を多数回
行い、かつその調節を行う毎に粉粒体流速を測定し、更
にその測定結果をフィードバックさせねばならないこ
と、即ち、操作量の調節と粉粒体排出量のフィードバッ
クを多数回繰り返さねばならないことに起因する。

なお、グラフＣの如く振動周波数を最初から高い状態
に設置して粉粒体流速を低くして制御すれば、比較的少
ない操作量の調節で予定切り台し量のオーバーや、制御
のハンチングを避けることは可能となるが、一回の切り
出し時間が非常に長くなり、作業の迅速性を達成するこ
とができない。即ち、従来装置では排出速度向上と排出
精度向上とは相反する命題であり、両方を同時に達成す
ることは不可能である。

次に前記（イ）の装置の立ち上がりに関して考察す
る。

第３図（Ａ）の如く、振動フィーダ停止時には当然の
ことながら、粉粒体流速Ｖはゼロであるため、装置の運
転開始と共に徐々に操作量（例えば振動フィーダの振動
周波数）を増加させ、粉粒体流速Ｖを予め設定してある
流速Vnとなるようにする。なお、運転開始と共に最初か
ら大きな操作量を与えることにより流速を大きく設定す
ることも考えられるが、最初から大きな操作量とすると
粉粒体流速が設定速度以上になってオーバーシュートし
てしまったり、このオバーシュートから戻すためアンダ
ーシュートを起こしたりする。このため操作量の変化を
何段階かに分け、各段での操作量に対応する流量をフィ
ードバックすることにより徐々に流速を設定速度に近づ
けて行く必要がある。

なお図中曲線l3は操作量に対応する実際の粉粒体流速
の変化を示す。

従来は、ある操作量CQ′１を投入することによりその
操作量に対応する流速Vn₁を測定し、これをフィードバ
ックすることにより特定の操作量に対する流量の関係を
直線１′として設定し、一定時間はこの直線１′に
基づき操作量を調節する。次にさらに別の操作量CQ′２
を設定してこの操作量に対する流量Vn₂を測定すること
により直線l2′を設定する。このようにして直線ln′ま
で想定し、操作量の変更と、この変更に伴う粉粒体の流
量の測定及びそのフィードバックを非常に多く繰り返す
ことにより最終的に設定流速にVnに至る方法をとってい
る。このため、設定流速Vnに至る迄の時間が長くなると
いう問題がある。この点は、特に異なる粉粒体を次々に
切り出す場合等、装置の停止・再開を頻繁に行う場合に
大きな支障となる。

また曲線l3に近似させた直線ln′に近づいたものにな
ると、その傾きが大となり、僅かの操作量の変化で流速
が大きく変化するため、目的値に至った際にオーバーシ
ュートしてしまう等の問題もある。なお、第３図（Ｂ）
は同じ操作量Ａを投入した際に、その操作量に対する流
速の変化が操作量を投入する帯域によりB1、B2と大きく
変化する状態を示す。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は以上の技術的問題点に鑑み構成したものであ
って、予め行った試験に基づき入力した振動フィーダの
振動周波数等の操作量と粉粒体の流速との関係におい
て、両者の関係を直線に設定した場合と、実測値との間
の偏差を測定し、この偏差（補正値）により制御装置に
おけるデータ記憶部の流速と操作量との関係を直線に補
正し、この補正した直線により正確な操作量制御を行う
ように構成した装置である。

〔作用〕

偏差値（補正値）を用いることにより設定操作量に対
応する正確な流速を予測算出し、この予測した流速に基
づき順次操作量制御を行うことにより振動周波数等の操
作量と流速との関係を直線に補正し、この補正した関係
を用いて短時間で正確な粉粒体の排出作業を実施する。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参考に具体的に説明す
る。

第１図は粉粒体排出装置の全体構成を、また第２図は
振動フィーダの振動周波数と流速との関係における実測
値曲線と想定した直線との関係及び両者の間の偏差を示
す線図である。

先ず第２図により本装置における制御概念を説明す
る。なお、同図では操作量を振動周波数とし、かつ前記
第４図の周波数fc以降の高い周波数帯域で制御する構成
となっているため、操作量の増加は周波数の低下を、ま
た操作量の低下は周波数の増加を意味することになる。
従って操作量そのものをＸ軸に取った前記第３図とグラ
フの傾きが逆になる。

図中１は特定の粉粒体についての振動フィーダに於
ける振動周波数と流速との関係を示す。この周波数ｆ
（Hz）と流速Ｖとの関係は図示のよにやや複雑な曲線と
なる。またl2が粉粒体の排出量制御のために想定した直
線である。この想定した直線l2と実測曲線１との間に
は偏差がある。例えば流速V1を想定して直線l2により周
波数f1と設定すると、実際にはこれよりも高い流速V1′
となってしまい、所定の流速V1とするためには周波数は
より高いf1′とする必要が生じる。この場合直線l2にお
いて所期の流速V1に対応する周波数を得るためには偏差
値（補正値）ΔF1を設定して補正する必要がある。同様
にして速度V2の場合には偏差値ΔF2を、速度V3の場合に
は偏差値ΔF3を設定する。このようにして測定した偏差
に対応する補正値を用いて制御部における振動周波数と
粉粒体流速とがほぼ直線となるように補正し、この補正
した直線に基づいて振動フィーダの周波数制御を行う。
つまり、周波数の調節という操作量と粉粒体流速とが直
線的に対応するようにし、操作量の調節により目的量の
粉粒体を正確に排出する。

先ず最初に本装置の作動を運転開始から設定速度運転
に至るまでの立ち上がり運転について説明する。

第７図において、直線Ｌは流速の増減が直線で表せる
ようにした際の流速に対する操作量の関係を示す。例え
ば特定の流速Va（図示せず）に対する操作量がCQaであ
るとすると、流速2Vaに対する操作量（流速2Vaに対する
操作量は2CQaとは限らない）をＸ軸に設定するようにし
て流速とその流速を得るための操作量とを直線化する。
この直線化は対象の粉粒体の排出を行い、その際の操作
量と粉粒体流速とを実測することにより、装置内の回路
（積分回路等）により演算され、求められる。

このようにして求めた直線Ｌに基づいて装置の立ち上
がり運転を行う。

先ず操作量CQ1を投入することにより流速V₁にまで増
加する作業を行う。この場合その流速を実測し、測定結
果が例えばやや低速の流速V₁′となったならば直線Ｌの
傾きを修正し、次の操作量CQ2を投入して、流速V₂とな
るようにする。この際の実測値がやや高速の流速V₂′で
あるとすれば更に直線Ｌの傾きを修正し、最終的に設定
速度Vnを得る。

本発明の場合にはこのように予め直線Ｌを設定してあ
るため、投入操作量に対する粉粒体流速をかなり正確に
予測することができ、従って非常に少ないフィードバッ
ク量（数回程度）で正確に設定排出速度Vnを得ることが
できる。

第８図（Ａ）および（Ｂ）は従来装置と本発明装置と
の制御性を比較するため、装置の立ち上がり状態、つま
り装置の運転停止時から予め設定した粉粒体流速に至る
までの時間、及びその間の流速の変化状態を比較試験し
た結果を示す。

設定流速は5g/secとし、流速ゼロからこの設定速度に
至るまでの時間およびその間の流速の変化状態を観察し
た。

同図（Ａ）は従来型装置に於ける立ち上がりを示す
が、運転開始後30秒程度までは殆ど流速は上がらない。
これは第３図に示すように操作量を増加させても、直線
１′等の傾きが小さいため、流速は余り増加しないた
めである。但し、操作量の変化（増加）の度に操作量に
対する粉粒体流速を測定しかつこの測定結果をフィード
バックさせ、更に次の操作量を出力するため、流速はあ
まり増加しないにも係わらず、操作時間は長くかかる。
また50秒経過後から流速は急速に増加するが、これは前
記直線ln′の傾きが大きくなり、操作量の増加に対する
流速の増加が大きくなることによる。このように操作量
の増加に対する流速の増加が大きくなること自体は装置
の立ち上がりを早くするので悪いことではないが、設定
流速近傍になって流速の増加率が大きくなることは、オ
ーバーシュートを起こす危険があり、実際、試験に用い
た装置でも、約80秒後に少な目ではあるがオーバーシュ
ートを生じ、かつこの後ダンダーシュートがあり、結局
設定流速を安定的に実現したのは運転開始から約100秒
経過後であった。

次に同図（Ｂ）に本発明装置の粉粒体排出状況を示
す。

この図から明らかなように、運転開始直後から操作量
の増加に対応して粉粒体流速もほぼ直線的に増加し、約
30秒後にははやくも設定流速を安定的に実現した。これ
により従来装置に比較して大幅に制御性が向上している
ことが確認出来た。特に設定流速に至る迄の流速の増加
が直線的であることは、操作量と流速とが直線的に対応
することを意味するため、振動フィーダの運転停止・運
転再開を頻繁に繰りして所定量毎の粉粒体を切り出す際
等、その切り出し精度の向上と、切り出し時間の短縮を
実現できること意味する。

次に粉粒体切り出し方法を第６図を用いてより具体的
に説明すると、粉粒体の切り出しには前述の如く線図Ａ
に示す理想曲線を描くのが最も良いが。この場合最初の
設定量Q1に到達するための最適粉粒体流速がV1であると
すれば、前記直線化により、その流速V1を正確に達成す
ることができる。このため粉粒体の急速な排出による排
出量のオーバーシュートや、反対にオーバーシュート発
生回避のために生じるオーバーシュート等の問題を生ぜ
ず、短時間で適正な切り出しが可能となる。

なお、粉粒体の種類に関わりなく振動周波数（操作
量）と粉粒体流速との関係は第２図の１のような曲線
を描いて変化するが、流体の有している固有の流動特性
により流動し易い粉粒体と流動し難い粉粒体とでは流速
自体が相違する。従って、切り出し工程に入る前に所定
量の粉粒体の排出試験を行い、この排出時間を測定する
ことにより対象粉粒体の流動特性を調べておけば、直線
化した流速との周波数との関係において、選定した周波
数に更に所定の値を乗じることにより、より正確な操作
量を得ることができ、結果としてより早い切り出しが可
能となる。

次に以上に示した制御概念に基づいて構成された制御
装置の構成を第１図を用いて説明する。

図中符号１は振動フィーダの振動周波数を操作量とす
る制御装置を、矢印２はこの制御装置により制御される
振動フィーダを、また３は振動フィーダから排出される
粉粒体の重量を測定する重量測定装置を各々示す。

制御装置１において、４は中央処理装置、５は本来曲
線１となる振動フィーダの振動周波数と粉粒体排出速
度との関係をl2とに示すように直線化させるため、対象
粉粒体固有の振動特性に基く補正値を入力してある記憶
部である。６は中央処理装置から出力されるデジタル信
号をアナログ変換するD/A変換回路、７は積分回路、８
は出力された信号を周波数に変換する回路、９は振動フ
ィーダ２の電磁部10に電力を供給する電源回路、11は重
量測定装置３から出力された重量信号を中央処理装置４
にフィードバックするためのI/Oポートである。また12
は切り出し対象粉粒体の試験排出を行う際に用いるタイ
マーであり、振動フィーダ２に所定量充填した試験粉粒
体が排出されるまでの時間を測定するものである。

以上の構成の装置において、先ず振動フィーダ２のホ
ッパ2aに対して切り出し対処となる粉粒体を所定量充填
し、タイマー12に基づき一定時間試験排出をおこなう。
これにより対象粉粒体の流動特性を試験する。即ち所定
時間に於ける流量が予め設定した閾値よりも大きい場合
には流動性が高い粉粒体として、直線l2により設定した
周波数よりも高めの周波数を設定するように、また流動
性の低い流体である場合には前記設定周波数よりも低め
の周波数を設定すべく特定の補正値を設ける。図中符号
13はこの粉粒体の流動性に対応する補正回路を示す。

次に実際の切り出し工程に入る。切り出し対象となっ
ている粉粒体を振動フィーダ２のホッパ2aに所定量充填
したならば振動フィーダ２のスイッチ（図示せず）をON
として切り出しを開始する。この場合、先ず中央処理装
置４は記憶部５の補正値により直線l2化された振動周波
数の流速との関係により最初の周波数を設定する。この
場合、試験排出により測定した対象粉粒体の流動特性に
対応してl2に基づき設定した周波数に対し、補正回路13
により適正補正値ｎを乗じることにより最終的な周波数
を設定する。即ち、流動性の高い粉粒体の場合には補正
値ｎを（ｎ＞１）として、直線l2により設定した周波数
よりも高い周波数として流速が設定値よりも高くなるの
を防止する。反対に流動性が低い粉粒体の場合には補正
値ｎを（ｎ＜１）として、直線l2により設定した周波数
よりも低い周波数として流速を高め、切り出し作業の時
間が長引かないようにする。以上のようにして最終的に
設定された周波数の信号はD/A変換回路６、積分回路
７、V/F変換回路８、電源駆動回路９を経てその周波数
信号に対応する周波数を有する交流電源として供給さ
れ、振動フィーダ２を所定の周波数で作動するように制
御する。この場合、粉粒体流速と操作量とが直線的に対
応するため、僅かの回数の作量量の調整及び粉粒体流量
のフィードバックにより適正な切り出しが可能となり、
第６図の理想曲線Ａにほぼ沿うように排出量を制御し、
短時間で正確な切り出しを順次行う。

（効果） 振動フィーダに対する操作量と粉粒体の流速との関係
を直線に補正し、この補正した直線により正確な操作量
の調節を行うように構成したので、粉粒体排出をほぼ理
想曲線に沿って行うことが可能となり、短時間で正確な
粉粒体排出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の粉粒体排出装置の制御系統図、第２図
は本発明の制御概念を示す振動フィーダの振動周波数と
粉粒体の流速との関係を示す線図、第３図（Ａ）は粉粒
体流速と制御装置側の操作量との関係を示す線図、同
（Ｂ）は操作量に対する流速の変化を示す粉粒体流速と
制御装置側の操作量との関係の線図、第４図は振動フィ
ーダの振動周波数を変化させた場合の振動周波数と粉粒
体流速との関係示す線図、第５図は高周波域での周波数
と粉粒体流速との関係を示す線図、第６図は振動周波数
を制御して切り出しを行う際の振動周波数と粉粒体流速
との関係を示す線図、第７図は粉粒体流速と操作量とを
直線化した状態の線図、第８図（Ａ）は従来装置におけ
る装置立ち上がり時の流速の変化を示す図、同（Ｂ）は
本発明装置に於ける装置立ち上がり時の流速の変化を示
す図である。 １……制御装置、２……振動フィーダ ３……重量測定装置、４……中央処理装置 12……タイマー、13……補正回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 和久 埼玉県北本市朝日１丁目243番地 株式 会社エー・アンド・デイ開発・技術セン ター内 (56)参考文献 特開 平１−217215（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−134413（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−132011（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−53116（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排出した粉粒体量をフィードバックし、か
   つこのフィードバックした粉粒体量に基づき振動フィー
   ダの振動周波数を調節して所定量毎に粉粒体を排出する
   ものにおいて、振動フィーダの振動を制御する制御装置
   に対し、振動周波数等の操作量と粉粒体の流速との関係
   を測定した実測データ部と、この実測データを直線化す
   る補正値データ部とを設け、粉粒体排出作業時には補正
   した直線化データに基づき操作量を調節するように構成
   したことを特徴とする振動フィーダを用いた粉粒体排出
   装置。
2. 【請求項２】切り出し対象粉粒体の固有の流動特性に対
   応した補正値を出力する回路を設定し、直線化データに
   より設定した操作量を、この固有の流動特性に基づいて
   更に補正するようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項記載の振動フィーダを用いた粉粒体排出装
   置。