JP3733208B2

JP3733208B2 - タンク内の溶融樹脂材料のレベル検出方法及び装置

Info

Publication number: JP3733208B2
Application number: JP17401197A
Authority: JP
Inventors: 次熊南薗
Original assignee: ノードソン株式会社
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2017-06-30
Also published as: JPH1123348A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
溶融樹脂材料の自動供給装置を備えたホッとメルトアプリケーター等におけるレベル検出方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融樹脂材料用アプリケーターに溶融樹脂材料を供給する際、アプリケータタンク内の溶融樹脂材料の量を一定に保つことが望ましい。特に溶融樹脂材料をホッパーフィーダーからアプリケータータンクへ自動供給する場合にはアプリケータータンク（以下タンクと称する）内の溶融樹脂材料が増加して一定量に達すると供給が停止し、その量が減少すると供給を開始出来るようにする事が望ましい。したがって、溶融樹脂材料をタンク内に自動供給させるためにはタンク内の溶融樹脂材料量を監視させることが必要であって、そのために監視用センサーが必要となる。
【０００３】
溶融樹脂材料の自動供給装置においては、溶融樹脂材料はタンク内で加熱溶融して使用されるため、溶融樹脂材料を貯蔵するタンク内は高温（１８０℃前後）になるのが一般的である。溶融樹脂材料は加熱溶融されるとその蒸気が周りの構成部材に付着する。それ故、溶融樹脂材料増減量を検出するセンサーの材質は耐熱性が要求され、また、センサーは蒸気の付着で特性の変化のないものが要求されるので、センサーの方式は限定される。
【０００４】
現在、溶融樹脂材料増減量を検出するセンサーとして多く用いられているのは、空気と絶縁体である溶融樹脂材料との誘電率の差を利用する静電容量式センサーである。
【０００５】
静電容量式センサーには各種方式があるが、電極が１極のもの（図６。以後、１極式センサーと称する）、及び電極が２極のもの（図１参照。以後、２極式センサーと称する）に大別される。
【０００６】
１極式センサーにおいては、タンク８１内の溶融樹脂材料８２の量の増減は、溶融樹脂材料８２の液面８３のレベルに対応する静電容量の増減として現われる。すなわち、溶融樹脂材料の量が増加すると静電容量は増加し、溶融樹脂材料面８２の液面８３のレベルとそれに関連するセンサー電極８４からの出力信号レベル（mV）は１／Ｃ（Ｃ：溶融樹脂材料の量の増減に依存する静電容量）の関数により表される。
【０００７】
溶融樹脂材料量の増減に対する信号レベルの変化は溶融樹脂材料に非接触で用いた場合非常に小さい。一方、空気及び溶融樹脂材料の誘電率は周囲温度の変化によりその値が変化しやすく、従って温度変化による誘電率の変化がそのまま信号レベルの変化となる。すなわち、１極式センサーを溶融樹脂材料に非接触状態で使用すると、その雰囲気温度の変化に支配されてしまうため、溶融樹脂材料の増減を正確にとらえることができない。特に通常使用する温度領域（常温から１８０℃）では、溶融樹脂材料の増減量を精度良く検出することが困難である。また、センサー電極８４は溶融樹脂材料と接触させて使用するのが好ましく、非接触の状態で使用すると誤動作をすることが多い。
【０００８】
２極式センサーにおいては、１極式センサーに比べると溶融樹脂材料量の増減による信号レベルの変化が非常に大きく、また、センサーの温度特性も良好であって、溶融樹脂材料とセンサー電極とを非接触の状態で使用可能である。しかし、図２の曲線Ａに示すように溶融樹脂材料面とセンサー電極間の間隔ｄがある値（例えば１３ｍｍ）になるとその曲線Ａが反転してしまうという欠点を有する。特性曲線Ａが反転することにより、異なる間隔ｄに対して同じ出力電圧Ｖが出力されてしまうことがあり、センサー電極と溶融樹脂材料面との間隔ｄと出力電圧Ｖとの関係が複雑になるため誤動作の原因となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、溶融樹脂材料の自動供給装置における溶融樹脂材料のレベル検出センサーのコントローラーとして、溶融樹脂材料の液面の高さを正確に測定することができ、その信号処理の方法により誤動作のない高精度な動作を保証する手段を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
溶融樹脂材料を収容するためのタンクと、タンク内において、高周波信号を発生する高周波発生手段と、タンク内の溶融樹脂材料量の増減変化に伴う静電容量の変化に依存した信号を検出して検出信号を出力する検出手段と、基準信号を発生する基準信号発生手段と、検出信号と基準信号との差分である第１値を発生する手段と、第１値を増幅して、ピーク値を維持した第２値を発生する手段と、第１値と第２値との差分をとった第３値を発生する手段とを有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について説明する。
高周波信号を発生する発信回路と、容器内に配置され、高周波信号を印加される発信電極と、容器内において発信電極と対向するように配置された受信電極と、受信電極に接続され信号を出力する受信回路と、発信回路からの高周波信号を受信回路から出力される信号とほぼ同じ電圧レベルに減衰して減衰した信号を出力する減衰回路と、受信回路からの信号および減衰回路からの信号を入力して１つの信号とする第１アナログスイッチと、第１アナログスイッチに入力された受信回路からの信号および減衰回路からの信号を分割するためのパルス信号を第１アナログスイッチに印加する切替用パルス信号発生器と、第１アナログスイッチからの信号を直流化する整流平滑回路と、整流平滑回路からの信号を２つの信号に分割する第２アナログスイッチと、第２アナログスイッチでは、切替用パルス信号発生器により該第１アナログスイッチに入力される信号に対応する信号が生成され、第２アナログスイッチからの２つの信号の差分から１つの信号を生成する第１差動増幅回路と、第１差動増幅回路からの信号を増幅する増幅回路と、増幅回路からの信号のピーク値を維持して出力するピークホールド回路及びその回路のピークホールド値を適当なタイミングで解除させるためのリセット回路と、ピークホールド回路からの信号および第１差動増幅回路からの信号を入力し、２つの信号の差分から１つの信号を生成する第２差動増幅回路とを備える。
【００１２】
さらに、別の実施形態について説明する。
高周波信号を発生する発信回路と、容器内に配置され、高周波信号を印加される発信電極と、容器内において発信電極と対向するように配置された２つの受信電極と、２つの受信電極と物質の表面レベルとの間隔はそれぞれ異なり、２つの受信電極に接続され信号を出力する２つの受信回路と、２つの受信回路の一方からの高周波信号を増幅する増幅回路と、受信回路からの信号および増幅回路からの信号を入力して１つの信号とする第１アナログスイッチと、第１アナログスイッチに入力された受信回路からの信号および増幅回路からの信号を分割するためのパルス信号を第１アナログスイッチに印加する切替用パルス信号発生器と、第１アナログスイッチからの信号を直流化する整流平滑回路と、整流平滑回路からの信号を２つの信号に分割する第２アナログスイッチと、第２アナログスイッチでは、切替用パルス信号発生器により第１アナログスイッチに入力される信号に対応する信号が生成され、第２アナログスイッチからの２つの信号の差分から１つの信号を生成する第１差動増幅回路と、第１差動増幅回路からの信号を増幅する増幅回路と、増幅回路からの信号のピーク値を維持して出力するピークホールド回路及びその回路のピークホールド値を適当なタイミングで解除させるためのリセット回路と、ピークホールド回路からの信号および第１差動増幅回路からの信号を入力し、２つの信号の差分から１つの信号を生成する第２差動増幅回路とを備える。
また、ホットメルトは熱溶融プラスチックであってもよい。
【００１３】
【実施例】
本発明の第１の実施例では、図１に示すような２極式センサーを用いる。タンク１内の溶融樹脂材料例えばホットメルトの表面３の上方に２つのセンサー電極１２、１３が配置され、一方の電極１２には高周波信号（例えば５００ｋＨｚ）が印加され、他方の電極１３は受信電極としてタンク１内の溶融樹脂材料量の増減変化に伴う静電容量の変化を検出する。図３に示すように、高周波信号は発信回路１１から発信電極１２に出力され、検出信号は受信電極１３から受信回路１４を経由してアナログスイッチ１５に入力される。
【００１４】
アナログスイッチ１５には、受信回路１４からの信号のほかに、発信回路１１からの信号を減衰回路１６により減衰して受信回路１４からの波形と同等の出力レベルに減衰したものが入力される。受信電極１３は、発信電極１２および受信電極１３の間の静電容量の変化に依存した信号を受信するが、その間の静電容量は非常に小さいため、受信電極１３からの検出信号は非常に小さい。そのため、減衰回路１６は発信回路１１からの信号を大きく減衰（発信電極信号レベルの約−６０ｄＢ）するのである。
【００１５】
アナログスイッチ１５内では、２種類の信号を数１０ミリ秒の時間幅に切替用パルス発生器１７からの信号ａ、信号ｂによって、それぞれ分割して一つの信号とし、その信号をＢＰＦ（バンドパスフィルター）１８に通して歪みの少ない正弦波に修正後、増幅回路１９で増幅し、整流平滑回路２０を経て直流化する。
【００１６】
直流化された信号は、アナログスイッチ２１に入力され、アナログスイッチ１５の切替用パルス信号発生器１７の信号ａ、信号ｂと対応した切替用パルス信号発生器２２からの信号ａ、信号ｂによって２種類の信号に分割される。分割された信号は、それぞれ積分回路２３を経て差動増幅回路２４に入力される。差動増幅回路２４から出力される差信号は増幅回路２５と差動増幅回路２７へ入力される。差信号は増幅回路２５により２倍程度に増幅した後にピークホールド回路２６を通し、差動増幅回路２７に入力される。リセット回路２８は、ピークホールド回路２６でホールドされたピーク値を適当なタイミングで解除するためのものである。差動増幅回路２７は、差動増幅回路２４からの差信号そのものと、ピークホールド回路２６からの信号との差信号として動作信号１を出力する。
【００１７】
差動増幅回路２４からの信号が、ピークに達する以前は、ピークホールド回路２６からの信号は、差動増幅回路２４からの信号を増幅した信号にすぎないため、その差分も同じ様に増加する。しかし、差動増幅回路２４からの信号がピークに達した以後は、ピークホールド回路からの信号は一定の値となるのに対して、差動増幅回路２４からの信号は減少するため、その差分は増加することになる。すなわち、動作信号１は図２の曲線Ｂとなる。差動増幅回路２４からの差信号としての動作信号２は曲線Ａとなる。
【００１８】
曲線Ｂは変極点をもたないため、この曲線Ｂを利用して信号処理をすると精度の高い、誤動作のないホットメルトのレベル検出が可能となる。
【００１９】
検出装置の使用方法
ホットメルトのレベル検出装置は、ホットメルトを収容したホッパーからホットメルトの供給を受け、アプリケーターに一定量のホットメルトを供給する。すなわち、タンク内のホットメルトが増加して、所定量に達した場合にホッパーからのホットメルトの供給を停止し、逆に、タンク内のホットメルトの量が所定量以下になると供給を開始させる。
【００２０】
しかし、従来の装置においては、図２の曲線Ａに示すように、センサー電極とホットメルト面の間隔ｄが小さくなるにつれて出力電圧Ｖは増加するが、ｄが１３ｍｍ以下となるとＶは低下してしまうため、ホットメルトの量の増減を正確に測定することができず、ホットメルトがタンクからあふれてしまったり、ホットメルトを安定して供給できなくなることがあった。
【００２１】
これに対して、本願の装置においては、曲線Ｂに示すように、ｄが１３ｍｍ以下となってもＶは増加を続けるため、上記のようなホットメルトの供給の制御を正確に行うことができる。また、タンク内のホットメルト量が所定量以上または所定量以下となった場合に警告音を発するようにすることもできる。また必要な場合は、適当なタイミングでリセット回路を使用してピークホールドを解除できるようにする。
【００２２】
本発明の第２の実施例では、図４に示すような３極式センサーを用いる。タンク４０内のホットメルト４１の表面４２の上方に３つのセンサー電極５１、５２、５３を配置し、そのうちの一つの電極５１には高周波信号（例えば５００ｋＨｚ）が印加され、残りの２つの電極５２、５３は受信電極としてタンク内の静電容量の変化を検出する。図４に示すように、２つの受信電極５２、５３は、ホットメルト４１の表面４２との間隔が異なるように配置されている。図５に示されるように、高周波信号は発信回路５０から発信電極５１に出力され、検出信号は２つの受信電極５２、５３から受信回路５４、５５を経由してアナログスイッチ５６に入力される。なお、一方の受信回路５５からの信号は増幅回路５７により出力信号は２倍にされた後にアナログスイッチ５６に入力される。
【００２３】
アナログスイッチ５６では、２種類の信号を数１０ミリ秒の時間幅に切替用パルス信号発生器５８からの信号ａ、信号ｂによって、それぞれ分割して一つの信号とし、その信号をＢＰＦ（バンドパスフィルター）５９に通して歪みの少ない正弦波に修正後、増幅回路６０で増幅し、整流平滑回路６１を経て直流化する。
【００２４】
直流化された信号は、アナログスイッチ６２に入力され、アナログスイッチ５６の切替用パルス信号発生器５８の信号ａ、信号ｂと対応した切替用パルス信号発生器６３からの信号ａ、信号ｂによって２種類の信号に分割される。分割された信号は、それぞれ積分回路６４を経て差動増幅回路６５に入力される。差動増幅回路６５から出力される差信号は増幅回路６６と差動増幅回路６８へ入力される。差信号は増幅回路６６により２倍程度に増幅した後にピークホールド回路６７を通し、差動増幅回路６８に入力される。リセット回路６９は、ピークホールド回路２６でホールドされたピーク値を適当なタイミングで解除するためのものである。差動増幅回路６８は、差動増幅回路６５からの差信号そのものと、ピークホールド回路６５からの信号との差信号として動作信号１を出力する。動作信号１は図２の曲線Ｂとなる。差動増幅回路６５からの差信号としての動作信号２は曲線Ａとなる。
【００２５】
曲線Ｂは変極点をもたないため、この曲線Ｂを利用して信号処理をすると精度の高い、誤動作のないホットメルトのレベル検出が可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、タンク内の溶融樹脂材料などの絶縁性を有する溶融材料のレベルを正確に測定でき、誤動作のない高精度な動作を実現できる。
差動増幅回路を使用して、差動をとることとしているため、温度による影響を無視することができる。
また、アナログスイッチにより２つの信号を１つの信号としているため、ＢＰＦが一つで済み、ＢＰＦを複数使うことにより生ずる誤差が生じないため、より精度の高い測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の電極と溶融樹脂材料面の間隔と出力信号の関係を示す図である
【図３】本発明の第１の実施例の回路構成を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例の構成を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施例の回路構成を示す図である。
【図６】従来の溶融樹脂材料のレベル検出装置を示す図である。
【符号の説明】
１タンク
２溶融樹脂材料
３溶融樹脂材料の表面
１１発信回路
１２発信電極
１３受信電極
１４受信回路
１５、２１アナログスイッチ
１６減衰回路
１７、２２切替用パルス信号発生器
１８バンドパスフィルター（ＢＰＦ）
１９、２５増幅回路
２０整流平滑回路
２３積分回路
２４、２７差動増幅回路
２６ピークホールド回路

Claims

溶融樹脂材料を収容するためのタンクと、
タンク内において、高周波信号を発生する高周波発生手段と、
タンク内の溶融樹脂材料量の増減変化に伴う静電容量の変化に依存した信号を検出して検出信号を出力する検出手段と、
基準信号を発生する基準信号発生手段と、
該検出信号と該基準信号との差分である第１値を発生する手段と、
該第１値を増幅して、ピーク値を維持した第２値を発生する手段と、
該第１値と該第２値との差分をとった第３値を発生する手段とを
有することを特徴とする溶融樹脂材料のレベル検出装置。
請求項１に記載の溶融樹脂材料のレベル検出装置であって、
該基準信号は、該高周波発生手段からの信号を該検出信号のレベルの値に近い値まで減衰させた減衰信号である
ことを特徴とする溶融樹脂材料のレベル検出装置。
請求項１に記載の溶融樹脂材料のレベル検出装置であって、
該検出手段は、２つの受信電極を有しており、
該基準信号は、２つの受信電極の一方からの検出信号であり、
該２つの受信電極は、タンク内の溶融樹脂材料の表面からの距離が異なる
ことを特徴とする溶融樹脂材料のレベル検出装置。
請求項１に記載の溶融樹脂材料のレベル検出装置であって、
該基準信号と該検出信号とを一つの信号とする手段と、
該一つの信号を一つのバンドパスフィルターを通した後に２つの信号とする手段と
を有することを特徴とする溶融樹脂材料のレベル検出装置。
タンク内において、高周波信号を発生する工程と、
タンク内の溶融樹脂材料量の増減変化に伴う静電容量の変化に依存した検出信号を発生する工程と、
基準信号を発生する工程と、
該検出信号と該基準信号との差分である第１値を発生する工程と、
該第１値を増幅して、ピーク値を維持した第２値を発生する工程と、
該第１値と該第２値との差分をとった第３値を発生する工程と
からなることを特徴とする溶融樹脂材料のレベル検出方法。