JP3921585B2 - 含水物の水分率測定方法および含水物の水分率測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、窯業原料や食品原料などの含水物の水分率測定方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、含水物の水分率を測定する方法や装置は種々存在する。例えば、赤外線センサを利用することにより含水物の水分率を測定することが知られている。この場合、前記センサを含水物へ向けておくだけで、含水物の水分率を測定することができるため、操作が極めて簡便で測定に要する時間が短時間で済むという利点があった。一方、含水物の一部を取り出した試料の重量を計測し、その後試料を絶乾燥状態まで乾燥させ、乾燥後の試料の重量を測定し、乾燥前後の試料の重量から水分率を測定することが知られているが、この場合は測定の精度の点で優れていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、赤外線センサの利用による含水物の水分率の測定では、含水物の色や明るさなどの変動により測定の誤差が大きくなることが避けられないという問題があった。一方、採取した試料の乾燥前後の重量から含水物の水分率を求める場合では、試料の乾燥のために長時間を要し、試料の取り出しから水分率の算出までの測定に要する時間が多大となることが避けられなかった。
【０００４】
この発明が解決しようとする課題は、従来の、含水物の水分率の測定を短時間で済ませることができる測定方法およびその装置では、測定の誤差が大きくなりがちであり、一方、水分率の測定の精度が高い測定方法およびその装置では、含水物の水分率の測定に要する時間が多大であって実用性に乏しい点である。この発明の目的は、高い測定の精度と比較的短時間の測定とした実用性の高い含水物の水分率測定方法およびその装置の提供にある。
【０００５】
【課題を解決しようとするための手段および作用効果】
上記の目的を達成するため、請求項１記載の含水物の水分率測定方法は、
上型と昇降自在な下型からなる加圧手段、
電子天秤および試料を載置する円盤体、脚部、円盤体と脚部を接続する接続杆が備えられた受皿からなる秤量手段が設けられ、該受皿の接続杆が下型の中心に設けられた貫通孔に挿通され、
下型を上昇させたときに、下型の表面が該受皿の円盤体の裏面に当接して該受皿を上型に向けて持ち上げ、
下型を下降させたときに、該受皿の脚部を電子天秤に当接させ、下型をさらに下降させることにより、該受皿を下型から離れさせ、該受皿を電子天秤上に載置させ、
採取された含水物の試料を該受皿上に載置し、
前記受皿上に載置された該試料の重量を測定し、
該試料を前記受皿上において加圧延展した後、
加圧延展された該試料を加熱して該試料が絶乾燥状態となるように乾燥させ、
乾燥された該試料の重量を測定し、
乾燥前後の該試料の測定重量に基づいて乾燥前の該試料の水分率を算出することを特徴とする。
【０００６】
請求項１記載の発明では、
上型と昇降自在な下型からなる加圧手段、
電子天秤および試料を載置する円盤体、脚部、円盤体と脚部を接続する接続杆が備えられた受皿からなる秤量手段が設けられ、該受皿の接続杆が下型の中心に設けられた貫通孔に挿通され、
下型を上昇させたときに、下型の表面が該受皿の円盤体の裏面に当接して該受皿を上型に向けて持ち上げ、
下型を下降させたときに、該受皿の脚部を電子天秤に当接させ、下型をさらに下降させることにより、該受皿を下型から離れさせ、該受皿を電子天秤上に載置させ、
採取された含水物の試料を該受皿上に載置し、乾燥前の試料の重量を受皿とともに計測する。次に、載置された該試料を受皿上において加圧延展し、加圧延展された試料を加熱する。
このとき、加圧により受皿上で延展される試料は表面積が拡大するとともに試料の厚さは小さくなり、また、加圧延展の後に試料が加熱されるから、薄膜状に延展された試料中の水分が極めて早期に水蒸気となり直ちに発散され、該試料が絶乾燥状態となる。次に、絶乾燥状態に乾燥された試料の重量を受皿とともに測定し、乾燥前後の試料の重量から乾燥前の試料の水分率を算出する。
【０００７】
請求項１記載の発明は以下の効果を奏する。
受皿上において加圧延展される試料は、加圧延展の後に試料が加熱されるから、薄膜状に延展された試料中の水分が極めて早期に水蒸気となり直ちに発散され、試料の乾燥に要する時間を短縮することができ、水分率の測定に要する時間を短縮することができる。しかも、乾燥前後の試料の重量から乾燥前の試料の水分率を算出するから、測定精度が高く測定上の誤差を極めて小さくすることができる。
【０００８】
請求項２記載の含水物の水分率測定方法は、
上型と昇降自在な下型からなる加圧手段、
電子天秤および試料を載置する円盤体、脚部、円盤体と脚部を接続する接続杆が備えられた受皿からなる秤量手段が設けられ、該受皿の接続杆が下型の中心に設けられた貫通孔に挿通され、
下型を上昇させたときに、下型の表面が該受皿の円盤体の裏面に当接して該受皿を上型に向けて持ち上げ、
下型を下降させたときに、該受皿の脚部を電子天秤に当接させ、下型をさらに下降させることにより、該受皿を下型から離れさせ、該受皿を電子天秤上に載置させ、採取された含水物の試料を受皿上に載置し、前記受皿上に載置された該試料の重量を測定し、該試料を前記受皿上において加圧延展するとともに加熱して該試料が絶乾燥状態となるように乾燥させ、乾燥された該試料の重量を測定し、乾燥前後の該試料の測定重量に基づいて乾燥前の該試料の水分率を算出することを特徴とする。
【０００９】
上記した請求項１記載の発明のように、試料を、加圧延展の後に加熱乾燥させることとしてもよいが、本発明のように、試料を、加圧延展するとともに加熱乾燥をすることとしてもよい。請求項２記載の発明では、
上型と昇降自在な下型からなる加圧手段、
電子天秤および試料を載置する円盤体、脚部、円盤体と脚部を接続する接続杆が備えられた受皿からなる秤量手段が設けられ、該受皿の接続杆が下型の中心に設けられた貫通孔に挿通され、
下型を上昇させたときに、下型の表面が該受皿の円盤体の裏面に当接して該受皿を上型に向けて持ち上げ、
下型を下降させたときに、該受皿の脚部を電子天秤に当接させ、下型をさらに下降させることにより、該受皿を下型から離れさせ、該受皿を電子天秤上に載置させ、採取した含水物の試料を受皿に試料を載置し、乾燥前の試料の重量を受皿とともに測定する。次に、
載置された該試料を受皿上において加圧延展するとともに、加圧延展される試料を加熱する。このとき、加圧延展により受皿上で延展される試料は表面積が拡大するとともに試料の厚さは小さくなり、また、加圧延展のとともに試料が加熱されるから、薄膜状に延展された試料中の水分が極めて早期に水蒸気となり直ちに発散され、該試料が絶乾燥状態となる。また、加圧延展とともに加熱乾燥を行うので、例えば、加圧延展後に加熱乾燥工程に移る段階において、試料の一部が受皿上から飛び散るなどして測定が不正確となる虞がない。
【００１０】
請求項２記載の発明は以下の効果を奏する。
受皿上において加圧延展される試料は、加圧延展されるとともに加熱乾燥されるから、薄膜状に延展された試料中の水分が極めて早期に水蒸気となり直ちに発散され、試料の乾燥に要する時間がさらに短縮される。そして、測定上の誤差を極めて小さくしつつ、試料を加圧延展するとともに加熱乾燥するので水分率の測定に要する時間をより一層短縮することができる。
【００１１】
請求項３記載の含水物の水分率測定方法は、
請求項１又は２記載の含水物の水分率測定方法において、含水物を窯業原料とし、採取する試料の重量を１０ｇ〜２００ｇとし、加圧延展された試料の厚さを０．２ｍｍ〜２．０ｍｍとするとともに、試料を１７０℃〜２７０℃に加熱することを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明では、
含水物を窯業原料とした場合、採取する試料の重量を１０ｇ〜２００ｇとすることが好ましい。これは、１０ｇ未満では測定の誤差の影響が大きくなる一方、２００ｇを越える場合では加圧延展された試料が寸法上大きなものとなるため、装置の大型化を招き、試料の取り扱いが不便となるおそれがあるためである。また、加圧延展された試料の厚さを０．２ｍｍ〜２．０ｍｍとすることが好ましい。これは、窯業原料であることを考慮すると０．２ｍｍ未満とすることは試料の取り扱いの困難性や受皿の大型化を招く、という理由から現実的ではなく、また、２．０ｍｍを越えることとすると、試料を絶乾燥状態とするための時間の短縮を所定以上実現できず、本発明の目的である、測定時間の短縮を実現できないためである。また、試料を１７０℃〜２７０℃に加熱することが好ましい。これは、１７０℃未満では受皿等に試料が付着したままとなり測定に支障をきたすおそれがあり、一方、２７０℃を越える場合では急激な乾燥による試料の一部の飛散のおそれがあるためである。具体的には、採取された試料（窯業原料）が１０ｇを越えていれば、水分率の測定精度の目標が±０．０２％以上とすることができる。また、採取された試料が２００ｇ以下であり、試料の厚さを０．２ｍｍ〜２．０ｍｍとすれば、加圧延展された試料の直径は８００ｍｍ以下とすることができるので、試料を載置する受皿等の大きさを大型化させることがない。
【００１３】
請求項３記載の発明は以下の効果を奏する。
含水物が窯業原料である場合に、含水物の水分率を短時間であってしかも高い精度で測定することができる。また、試料の厚さや加熱する温度を所定の範囲に設定するため、受皿に試料が付着されにくい。したがって、測定済みの試料の処分などの取り扱いが簡単であり、短い周期による繰り返し測定に適している。
【００１４】
請求項４記載の含水物の水分率測定装置は、
採取した含水物の試料を載置する円盤体、脚部および円盤体と脚部を接続する接続杆が備えられた受皿と、
受皿上の該試料を加圧延展させる上型と昇降自在な下型からなる加圧延展手段、
前記受皿上の該試料を加熱する加熱手段、
乾燥前後の該試料の重量を測定する前記受皿と電子天秤からなる秤量手段、 受皿の接続杆を下型の中心に設けられた貫通孔に挿通され、
前記秤量手段の測定重量に基づいて該試料の水分率を算出する算出手段が備えられたことを特徴とする含水物の水分率測定装置。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、
採取した試料を載置する円盤体と、脚部と、円盤体と脚部を接続する接続杆を備えたを受皿に試料を載置し、前記受皿と電子天秤からなり、受皿の接続杆を下型の中心に設けられた貫通孔に挿通させた秤量手段により乾燥前の試料の重量を受皿とともに測定する。
次いで、試料を上型と昇降自在な下型からなる加圧手段により加圧延展するとともに加熱手段により試料を加熱し、試料を絶乾燥状態に乾燥させるが、加圧手段の加圧延展の後に、加熱手段による加熱を実施してもよい。
このとき、加圧手段により受皿上で加圧延展される試料は表面積が拡大するとともに試料の厚さは小さくなり、また、加圧手段の加圧延展とともに試料が加熱手段により加熱されるから、薄膜状に延展された試料は速やかに加熱され、試料中の水分が極めて早期に水蒸気となり直ちに発散される。そして、秤量手段により、下型が上昇したときは、下型の表面が受皿の円盤体の裏面に当接して受皿を上型へ向けて持ち上げ、下型が下降したときは、受皿の脚部が電子天秤に当接し下型がさらに下降することにより受皿が下型から離れ、電子天秤上に載置されるようにして絶乾燥状態に乾燥された試料の重量を受皿とともに測定し、秤量手段の計測値に基づいて試料の水分率を算出する算出手段により乾燥前後の試料の重量から乾燥前の試料の水分率を算出する。
【００１６】
請求項４記載の発明は以下の効果を奏する。
加圧手段により受皿上で加圧延展される試料は表面積が拡大するとともに試料の厚さは小さくなり、また、加圧手段の加圧延展とともに試料が加熱手段により加熱されるから、薄膜状に延展された試料は速やかに加熱され、試料中の水分が極めて早期に水蒸気となり直ちに発散され、試料の乾燥に要する時間が短縮される。そして、算出手段により乾燥前後の試料の重量から乾燥前の試料の水分率を算出するから、精度が高く測定上の誤差が極めて小さい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態にかかる含水物の水分率測定装置および含水物の水分率測定方法について、図面を参照して説明する。なお、本各発明は、下記の実施の形態に限定されるものではなく、各発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。図１はこの発明の実施の形態に係る水分率測定装置の正面図、図２は同装置の側面図、図３は同装置の平面図、図４は同装置の要部を示す斜視図、図５は採取された試料Ｓを受皿へ移し替える過程を示した説明図、図６ないし図９は同装置による水分率測定の作用説明図である。水分率測定の対象である含水物は、この実施の形態では粘土瓦製造のための窯業原料としている。まず、この実施の形態に係る水分率測定装置１０について説明する。この水分率測定装置１０は、採取手段１２、投入手段１４、加圧手段１６、加熱手段１８、揺動手段２０、秤量手段２２、算出手段２４から基本的に構成されている。採取手段１２は一定量の含水物を採取するための手段であり、投入手段１４は採取された試料Ｓを後述する受皿９０に投入するための手段である。加圧手段１６は試料Ｓを受皿９０上で加圧延展するための手段であり、加熱手段１８は加圧延展された試料Ｓを加熱するための手段である。揺動手段２０は受皿９０を水平状態から傾斜状態へ変位させるための手段であり、秤量手段２２は試料Ｓの重量を測定するための手段である。算出手段２４は乾燥前後の試料Ｓの重量により乾燥前の試料Ｓの水分率を測定するための手段である。
【００１８】
（採取手段１２について）
水分率測定装置１０は箱状の本体２６を備えているが、正面から見て本体２６の一側に採取手段１２が備えられている。図１ないし図３を参照し、採取手段１２を具体的に説明する。支持体２８が本体２６の一側から水平に張設され、垂直方向に向けられた採取用回動軸３０が支持体２８の端部に回動自在に備えられている。採取用回動軸３０の上端には水平に突設された回動杆３２の一端が取り付けられている。他方、採取用回動軸３０の下端には採取用回動レバー３４の一端が取り付けられており、回動レバー３４の他端には、本体２６と軸着された採取用エアシリンダ３６のロッドと軸着されている。したがって、図３に示すように、採取用エアシリンダ３６のロッドの伸縮により採取用回動レバー３４、採取用回動軸３０を通じて回動杆３２が水平方向に所定の範囲で回動できるように図られている。一方、回動杆３２には回動アーム３８が貫装されており、回動アーム３８の先端には採取皿４０が取り付けられている。図示は省略するが、回動アーム３８の他端は、回動杆３２の採取用回動軸３０側において、回動杵３２内に貫通されて、垂直に設けられたアーム用エアシリンダ４２と連結されている。そして、アーム用エアシリンダ４２のロッドの伸縮により、回動アーム３８が軸周りに所定の範囲で回動できるように図られている。また、回動アーム３８に取り付けられた採取皿４０が垂直状態から水平状態になるように９０°の回動範囲が設定されている。このようにして、採取皿４０により含水物を掬い取ったり、掬い取った試料Ｓである含水物を採取皿４０から別の場所へ移し替えることができる。
【００１９】
（投入手段１４について）
次に投入手段１４について説明すると、図３及び図５に示すように、投入手段１４は本体２６の天板４４に備えられている。具体的に説明すると、投入用回動軸４６が本体２６の天板４４から下方へ向けて回動自在に設けられており、投入用回動軸４６の下端には上下２枚に重ねられた上側回動板４８と下側回動板５０が取り付けられている。上側回動板４８の先端付近は通孔５２が設けられており、上側回動板４８の下側に下側回動板５０が位置するときは、通孔５２に試料Ｓを入れても、下側回動板５０が通孔５２を塞いでいるため、試料Ｓが脱落することがない。一方、投入用回動軸４６の上端には、投入用回動レバー５４の一端が回動自在に固定されており、投入用回動レバー５４の他端は本体２６の天板４４上に軸着された投入用エアシリンダ５６のロッドと軸着されている。このため、投入用エアシリンダ５６の作動により、上側回動板４８と下側回動板５０は一定の範囲で水平に回動することができ、両回動板４８、５０が採取手段１２から試料Ｓを受け取り、本体２６上方へ試料Ｓを移動させることができるものとなっている。また、図示は省略するが投入用回動軸４６には、下側回動板５０に当接可能なストッパーが設けられており、図５に示すように、下側回動板５０は上側回動板４８に対して回動の範囲が狭く設定されているため、上側回動板４８が本体２６へ向けて最も回動した場合、下側回動板５０は通孔５２を開放することになる。したがって、試料Ｓは両回動板４８、５０から脱落し、後述する受皿９０上へ載置されることになる。
【００２０】
（加圧手段１６について）
加圧手段１６は、本体２６内に収容されている。図１ないし図３を参照して具体的に説明すると、上型５８が本体２６の天板４４から下方へ向けて懸架されている。一方、上型５８に対向するように下型６０が備えられているが、下型６０は昇降自在となっている。下型６０の昇降のための構造について説明すると、下型６０を昇降させるための駆動モータ６２が本体２６に備えられている。駆動モータ６２の傍らには駆動モータ６２の回転力を受ける回転軸６４が水平に備えられている。回転軸６４の両端には、クランクレバー６６の一端が取り付けられており、クランクレバー６６の他端には昇降杆６８の下端が軸着されており、昇降杆６８の上端は昇降自在の昇降体７０に軸着されている。昇降体７０の両側付近には、昇降体７０を昇降を円滑にするためのガイド軸７２、７２が備えられており、昇降体７０における両ガイド軸７２、７２の間に下型６０が固定されている。このため、駆動モータ６２の作動と、回転軸６４、クランクレバー６６、昇降杆６８により昇降体７０が昇降することから、下型６０の昇降が図られている。
【００２１】
（加熱手段１８について）
図６から図９に示すように、先に説明した上型５８および下型６０の表面は平滑な金属面となっている。両型５８、６０には加熱手段１８である電気ヒーター７４、７６が内臓され、両型５８、６０の表面を除く大部分は、断熱材７８により構成されている。この実施の形態の電気ヒーター７４、７６は１７０℃〜２７０℃に加熱できるものである。
【００２２】
（揺動手段２０について）
揺動手段１６は、下型６０および後述する受皿９０を水平状態から傾斜状態へ変位させ、本体２６外へ臨ませるための手段である。図１ないし図３に基づいて具体的に説明すると、本体２６内に設けられた回転軸６４の前方に、揺動軸８０が水平に備えられている。揺動軸８０は本体に対して回動自在であり、揺動軸８０の両端付近には後方へ向けられた揺動レバー８２、８２の一端が取り付けられている。これらの揺動レバー８２の他端は、先に述べたガイド軸７２の下端が固定されている。一方、揺動軸８０の端部は本体２６の側面から突出しており、その一端には、揺動杆８６が取り付けられている。揺動杆８６の中間付近には、本体２６の他側の側面と平行に設けられた揺動用エアシリンダ８４のロッドが軸着されている。したがって、揺動用エアシリンダ８４の作動により、揺動杆８６、揺動軸８０および揺動レバー８２を介して、下型６０および後述する受皿９０の水平状態から傾斜状態への変位または復帰が図られている。
【００２３】
（秤量手段２２について）
次に、秤量手段２２について説明するが、秤量手段２２は電子天秤８８および受皿９０から構成されている。電子天秤８８は公知のものであり、この実施の形態では０．００１ｇ単位まで秤量可能なものとしている。図４に示すように、受皿９０は、試料Ｓを載置する円盤体９２、脚部９４、円盤体９２と脚部９４を接続する接続杆９６を備えている。受皿９０の円盤体９２の表面は平坦になっており、下型６０の上昇により上型５８の表面とともに試料Ｓを加圧する加圧面としての機能を備えている。そして、図６に示すように、下型６０の中心に設けられた貫通孔９８に受皿９０の接続杆９６が挿通されているから、受皿９０は下型が上昇したときは、下型６０の表面が受皿９０の円盤体９２の裏面に当接して、受皿９０を上型５８へ向けて持ち上げることになる。また、図１，図６，図８に示すように、昇降体６８の下方に受皿９０の脚部９４が位置することになるから、下型６０が下降したときは、受皿９０の脚部９４が電子天秤８８に当接し、下型６０がさらに下降することにより受皿９０が下型６０から離れ、電子天秤８８上に載置されることになる。さらに図９に示すように、受皿９０は揺動手段２０により下型６０が傾斜状態に変位されても、下型６０から脱落することがない。
【００２４】
（算出手段２４について）
図１及び図２に示すように、算出手段２４は、乾燥前の試料Ｓの重量と乾燥後の試料Ｓの重量により乾燥前の試料Ｓの水分率を算出する手段である。算出手段２４を具体的説明すると、表示部１０２を備えた演算器１００が本体２６の傍らに設けられ、演算器１００と電子天秤８８が電気的に接続されている。演算器１００には電子天秤８８で測定した試料Ｓの重量データに基づき水分率を算出する計算プログラムを内蔵する。この計算プラグラムには、次の算式を入力しておく。
Ｒ＝[（Ｗａ−Ｗｂ）／Ｗａ]×１００（％）
Ｒ：水分率、Ｗａ：乾燥前の試料Ｓの重量、Ｗｂ：乾燥後の試料Ｓの重量、
そして、算出された水分率Ｒを表示部１０２に表示するように図られている。
【００２５】
次に、この実施の形態の水分率測定装置１０による試料Ｓの水分率測定の手順について、図６ないし図９を参照して説明する。まず、本体２６内の下型６０を水平状態であって下降させた状態にしておき、電子天秤８８により受皿９０の重量を測定し、算出手段２４の演算器１００に受皿の重量データＷｔを格納しておく。次に、図５に示すように、採取手段１２を作動させ、一定量の含水物を回動アームの採取皿４０に掬い取る。エアシリンダ３６を作動させて回動杆３２を本体２６側へ移動させるとともに、投入手段１４を作動させるが、上側回動板４８および下側回動板５０を採取皿４０の下方へ臨ませる。次に、採取手段１２のアーム用エアシリンダ４２を作動させ、回動アーム３８を軸周りに回動させ、採取皿４０を傾ける。このとき、採取皿４０が傾くことにより採取皿４０上の試料Ｓは上側回動板４８の通孔５２内に落下するが、落下した試料Ｓは下側回動板５０に受け止められる。次に、投入用エアシリンダ５６を作動させ、両回動板４８、５０を本体２６内の受皿９０と上型５８の間に臨ませる。このとき、上側回動板４８の通孔５２が受皿９０の中心付近の臨むが、下側回動板５０は手前で回動を停止するため、試料Ｓは受皿９０に落下する。試料Ｓが受皿９０に落下した後、電信天秤８８により試料Ｓが載置された受皿９０の重量を測定し、測定した重量データＷ１を演算器１００へ格納しておく。
【００２６】
そして、あらかじめ、加熱手段１８である電気ヒーター７４、７６を作動させておき、上型５８、下型６０を２５０℃まで加熱しておく。そして、加圧手段１６を作動させるが、駆動モータ６２の作動により回転軸６４が回転される。図１及び図７に示すように、回転軸６４の回転によりクランクレバー６６を通じて昇降杆６８が上昇するから、昇降杆６８に設けられた昇降体７０は上昇する。昇降体７０の上昇とともに下型６０が上昇されるが、このとき、下型６０が受皿９０の円盤体９２の裏面に当接して、受皿９０は下型６０に支持されつつ電子天秤８８から持ち上げられる。そして、さらに下型６０が上昇して、上型５８および下型６０の間に受皿９０が介在した状態で、受皿９０上の試料Ｓが両型５８、６０により加圧延展される。このとき、受皿９０上の試料Ｓは、加圧延展により「山盛り」状態から「薄板」状態へ形態を変化するともに、加熱された上型５８および下型６０を通じて試料Ｓが加熱される。水分を含んでいた試料Ｓは「薄板」状態となることから表面積が増大し、含んでいた水分が蒸発しやすくなる。このため、比較的短時間で試料Ｓが含まれていた水分が蒸発し、試料Ｓは完全な乾燥状態である絶乾燥状態となる。なお、加圧延展直後に下型６０を僅かに下降させ、延展された試料Ｓの表面と上型５８との間に１ｍｍ間隙を設けるようにすれば、試料Ｓに含まれる水分の蒸発がさらに促進される。本例では、受皿９０は熱伝導性に優れ、表面が傷付きにくい金属で形成され、さらに肉薄に形成されているので、電気ヒータ７６の熱は受皿９０を通じて瞬時に試料Ｓに伝えることができ、試料Ｓの加熱を迅速に進めることができるが、受皿９０の熱伝導性が十分でない場合には、上記した手順に限られず、あらかじめ受皿９０を電気ヒータ７６に接触させておき、受皿９０を十分に加熱させておくこともできる。しかしながら、試料Ｓを受皿９０に載置した後、乾燥前の試料Ｓの重量を計測するまでに受皿９０の熱により試料Ｓがいくらかでも乾燥してしまうと、試料Ｓの水分率を正確に測定できないため、本例のように、乾燥前の試料Ｓが載置される受皿９０は電気ヒータ７６により加熱されないように、受皿９０と電気ヒータ７６との間には十分な隙間が設けられていることが好ましい。
【００２７】
次に、受皿９０上の試料Ｓが絶乾燥状態になると下型６０を下降させる。試料Ｓをあらかじめ加圧延展させているので、試料Ｓの温度を直接又は間接に測定するなどとして絶乾燥状態となっているか否かの判断は必要なく、一定時間経過後には絶乾燥状態となっているものと判断できる。よって、このような温度測定は必要がない。例えば、窯業原料を試料Ｓとしたとき、約２５ｇの試料Ｓであれば、１ｍｍに加圧延展したとき、約２０秒の加熱乾燥で絶乾燥状態となる。下型６０が下降することにより受皿９０の脚部９４が電子天秤８８に当接するとともに、受皿９０が下型６０から分離される。そして、絶乾燥状態の試料Ｓが載置された受皿９０の重量を電子天秤８８により測定する。このときの重量データＷ２を算出手段の演算器１００へ格納する。そして、演算器１００において、受皿９０の重量データＷｔ、乾燥前の試料Ｓが載置された受皿９０の重量データＷ１および乾燥後の試料Ｓが載置された受皿９０の重量データＷ２に基づき乾燥前の試料Ｓの水分率Ｒ（％）が算出される。なお、測定された各重量データと演算器１００に格納されている計算プログラムとの関係は、
Ｗａ＝Ｗ１−Ｗｔ、Ｗｂ＝Ｗ２−Ｗｔ
となっている。
【００２８】
図８に示すように、乾燥後の試料Ｓを載置した受皿９０の重量を測定した後、揺動手段２０を作動させるが、予め下型６０を一定の距離だけ上昇させ、受皿９０を下型６０により支持させる。このとき、受皿９０および下型６０と上型５８との間隔を十分に設定しておく。次に、揺動用エアシリンダ８４を作動させ、揺動軸８０、揺動レバー８２を通じてガイド軸７２を前方へ向けて傾斜させる。ガイド軸７２の傾斜より、昇降体６８、下型６０および受皿９０が追従して傾斜状態に変位される。そして、受皿９０が十分に傾斜状態に変位されると、受皿９０上の試料Ｓは受皿９０から滑落する。受皿９０の表面は略平滑面に形成されているので、絶乾燥状態の試料Ｓを円滑に滑落させることができる。なお、エアガン等により試料Ｓを吹き飛ばすこととしてもよく、これらを併用しても良い。試料Ｓが滑落した後、昇降体６８、下型６０および受皿９０を水平状態に復帰させ、次の新たな試料Ｓの測定に備える。なお、図示は省略するが、本装置１０の本体２６は、外気の流通により乾燥前試料Ｓが自然乾燥することなどを防止し、正確な水分率の測定を可能ならしめるために、カバーなどで被覆することが好ましい。
【００２９】
なお、この水分率測定装置１０により含水物の水分率をより正確に求めるためは、乾燥前の試料Ｓの水分を重量の測定前に蒸発させないことが条件となる。このため、試料Ｓの採取から乾燥前の試料Ｓを載置した受皿９０の重量を測定するまでに要する時間をできるだけ短縮すること、水分率測定装置１０の設置場所を空気の流れが殆どない場所とすることが好ましい。なお、本例では採取する試料Ｓを窯業原料２５ｇとし、試料Ｓを１ｍｍの厚さに加圧延展し、試料Ｓを２５０℃に加熱した。試料Ｓが完全な乾燥状態である絶乾燥状態になるまでに約２０秒であり、試料Ｓの採取から乾燥済みの試料Ｓの除去に至るまでの一連の工程に要した時間は約１２０秒であった。また、算出された試料Ｓの水分率と実際の水分率の誤差は±０．０２（％）以内であった。
【００３０】
この実施の形態では、水分率測定の対象を窯業原料としたが、食品原料など水分を含む粉粒状の含水物であれば適用することが可能である。この水分率測定装置１０は、試料Ｓの採取、試料Ｓの加圧延展、試料Ｓの加熱および各段階での重量測定、水分率の算出、測定済の試料Ｓの除去を一連の工程として自動化されている。たとえば、所定の時間毎に水分率測定装置１０を作動させるように設定すれば、無人化された工場において連続的に搬送される含水物を採取して所定の時間毎に水分率を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る水分率測定装置の正面である。
【図２】同装置の側面図である。
【図３】同装置の平面図である。
【図４】同装置の要部を示す斜視図である。
【図５】採取された試料を受皿へ移し替える過程を示した説明図である。
【図６】同装置による試料の水分率測定の作用説明図である。
【図７】同装置による試料の水分率測定の作用説明図である。
【図８】同装置による試料の水分率測定の作用説明図である。
【図９】同装置による試料の水分率測定の作用説明図である。
【符号の説明】
１０ 水分率測定装置
１２ 採取手段
１４ 投入手段
１６ 加圧手段
１８ 加熱手段
２０ 揺動手段
２２ 秤量手段
２４ 算出手段
２６ 本体
２８ 支持体
３０ 採取用回動軸
３２ 回動杆
３４ 採取用回動レバー
３６ 採取用エアシリンダ
３８ 回動アーム
４０ 採取皿
４２ アーム用エアシリンダ
４４ 天板
４６ 投入用回動軸
４８ 上側回動板
５０ 下側回動軸
５２ 通孔
５４ 投入用回動レバー
５６ 投入用エアシリンダ
５８ 上型
６０ 下型
６２ 駆動モータ
６４ 回転軸
６６ クランクレバー
６８ 昇降杆
７０ 昇降体
７２ ガイド軸
７４ 電気ヒーター（上型）
７６ 電気ヒーター（下型）
７８ 断熱材
８０ 揺動軸
８２ 揺動レバー
８４ 揺動用エアシリンダ
８６ 揺動杆
８８ 電子天秤
９０ 受皿
９２ 円盤体
９４ 脚部
９６ 接続杆
９８ 貫通孔
１００ 演算器
１０２ 表示部
Ｓ 試料
【発明が属する技術分野】
この発明は、窯業原料や食品原料などの含水物の水分率測定方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、含水物の水分率を測定する方法や装置は種々存在する。例えば、赤外線センサを利用することにより含水物の水分率を測定することが知られている。この場合、前記センサを含水物へ向けておくだけで、含水物の水分率を測定することができるため、操作が極めて簡便で測定に要する時間が短時間で済むという利点があった。一方、含水物の一部を取り出した試料の重量を計測し、その後試料を絶乾燥状態まで乾燥させ、乾燥後の試料の重量を測定し、乾燥前後の試料の重量から水分率を測定することが知られているが、この場合は測定の精度の点で優れていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、赤外線センサの利用による含水物の水分率の測定では、含水物の色や明るさなどの変動により測定の誤差が大きくなることが避けられないという問題があった。一方、採取した試料の乾燥前後の重量から含水物の水分率を求める場合では、試料の乾燥のために長時間を要し、試料の取り出しから水分率の算出までの測定に要する時間が多大となることが避けられなかった。
【０００４】
この発明が解決しようとする課題は、従来の、含水物の水分率の測定を短時間で済ませることができる測定方法およびその装置では、測定の誤差が大きくなりがちであり、一方、水分率の測定の精度が高い測定方法およびその装置では、含水物の水分率の測定に要する時間が多大であって実用性に乏しい点である。この発明の目的は、高い測定の精度と比較的短時間の測定とした実用性の高い含水物の水分率測定方法およびその装置の提供にある。
【０００５】
【課題を解決しようとするための手段および作用効果】
上記の目的を達成するため、請求項１記載の含水物の水分率測定方法は、
上型と昇降自在な下型からなる加圧手段、
電子天秤および試料を載置する円盤体、脚部、円盤体と脚部を接続する接続杆が備えられた受皿からなる秤量手段が設けられ、該受皿の接続杆が下型の中心に設けられた貫通孔に挿通され、
下型を上昇させたときに、下型の表面が該受皿の円盤体の裏面に当接して該受皿を上型に向けて持ち上げ、
下型を下降させたときに、該受皿の脚部を電子天秤に当接させ、下型をさらに下降させることにより、該受皿を下型から離れさせ、該受皿を電子天秤上に載置させ、
採取された含水物の試料を該受皿上に載置し、
前記受皿上に載置された該試料の重量を測定し、
該試料を前記受皿上において加圧延展した後、
加圧延展された該試料を加熱して該試料が絶乾燥状態となるように乾燥させ、
乾燥された該試料の重量を測定し、
乾燥前後の該試料の測定重量に基づいて乾燥前の該試料の水分率を算出することを特徴とする。
【０００６】
請求項１記載の発明では、
上型と昇降自在な下型からなる加圧手段、
電子天秤および試料を載置する円盤体、脚部、円盤体と脚部を接続する接続杆が備えられた受皿からなる秤量手段が設けられ、該受皿の接続杆が下型の中心に設けられた貫通孔に挿通され、
下型を上昇させたときに、下型の表面が該受皿の円盤体の裏面に当接して該受皿を上型に向けて持ち上げ、
下型を下降させたときに、該受皿の脚部を電子天秤に当接させ、下型をさらに下降させることにより、該受皿を下型から離れさせ、該受皿を電子天秤上に載置させ、
採取された含水物の試料を該受皿上に載置し、乾燥前の試料の重量を受皿とともに計測する。次に、載置された該試料を受皿上において加圧延展し、加圧延展された試料を加熱する。
このとき、加圧により受皿上で延展される試料は表面積が拡大するとともに試料の厚さは小さくなり、また、加圧延展の後に試料が加熱されるから、薄膜状に延展された試料中の水分が極めて早期に水蒸気となり直ちに発散され、該試料が絶乾燥状態となる。次に、絶乾燥状態に乾燥された試料の重量を受皿とともに測定し、乾燥前後の試料の重量から乾燥前の試料の水分率を算出する。
【０００７】
請求項１記載の発明は以下の効果を奏する。
受皿上において加圧延展される試料は、加圧延展の後に試料が加熱されるから、薄膜状に延展された試料中の水分が極めて早期に水蒸気となり直ちに発散され、試料の乾燥に要する時間を短縮することができ、水分率の測定に要する時間を短縮することができる。しかも、乾燥前後の試料の重量から乾燥前の試料の水分率を算出するから、測定精度が高く測定上の誤差を極めて小さくすることができる。
【０００８】
請求項２記載の含水物の水分率測定方法は、
上型と昇降自在な下型からなる加圧手段、
電子天秤および試料を載置する円盤体、脚部、円盤体と脚部を接続する接続杆が備えられた受皿からなる秤量手段が設けられ、該受皿の接続杆が下型の中心に設けられた貫通孔に挿通され、
下型を上昇させたときに、下型の表面が該受皿の円盤体の裏面に当接して該受皿を上型に向けて持ち上げ、
下型を下降させたときに、該受皿の脚部を電子天秤に当接させ、下型をさらに下降させることにより、該受皿を下型から離れさせ、該受皿を電子天秤上に載置させ、採取された含水物の試料を受皿上に載置し、前記受皿上に載置された該試料の重量を測定し、該試料を前記受皿上において加圧延展するとともに加熱して該試料が絶乾燥状態となるように乾燥させ、乾燥された該試料の重量を測定し、乾燥前後の該試料の測定重量に基づいて乾燥前の該試料の水分率を算出することを特徴とする。
【０００９】
上記した請求項１記載の発明のように、試料を、加圧延展の後に加熱乾燥させることとしてもよいが、本発明のように、試料を、加圧延展するとともに加熱乾燥をすることとしてもよい。請求項２記載の発明では、
上型と昇降自在な下型からなる加圧手段、
電子天秤および試料を載置する円盤体、脚部、円盤体と脚部を接続する接続杆が備えられた受皿からなる秤量手段が設けられ、該受皿の接続杆が下型の中心に設けられた貫通孔に挿通され、
下型を上昇させたときに、下型の表面が該受皿の円盤体の裏面に当接して該受皿を上型に向けて持ち上げ、
下型を下降させたときに、該受皿の脚部を電子天秤に当接させ、下型をさらに下降させることにより、該受皿を下型から離れさせ、該受皿を電子天秤上に載置させ、採取した含水物の試料を受皿に試料を載置し、乾燥前の試料の重量を受皿とともに測定する。次に、
載置された該試料を受皿上において加圧延展するとともに、加圧延展される試料を加熱する。このとき、加圧延展により受皿上で延展される試料は表面積が拡大するとともに試料の厚さは小さくなり、また、加圧延展のとともに試料が加熱されるから、薄膜状に延展された試料中の水分が極めて早期に水蒸気となり直ちに発散され、該試料が絶乾燥状態となる。また、加圧延展とともに加熱乾燥を行うので、例えば、加圧延展後に加熱乾燥工程に移る段階において、試料の一部が受皿上から飛び散るなどして測定が不正確となる虞がない。
【００１０】
請求項２記載の発明は以下の効果を奏する。
受皿上において加圧延展される試料は、加圧延展されるとともに加熱乾燥されるから、薄膜状に延展された試料中の水分が極めて早期に水蒸気となり直ちに発散され、試料の乾燥に要する時間がさらに短縮される。そして、測定上の誤差を極めて小さくしつつ、試料を加圧延展するとともに加熱乾燥するので水分率の測定に要する時間をより一層短縮することができる。
【００１１】
請求項３記載の含水物の水分率測定方法は、
請求項１又は２記載の含水物の水分率測定方法において、含水物を窯業原料とし、採取する試料の重量を１０ｇ〜２００ｇとし、加圧延展された試料の厚さを０．２ｍｍ〜２．０ｍｍとするとともに、試料を１７０℃〜２７０℃に加熱することを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明では、
含水物を窯業原料とした場合、採取する試料の重量を１０ｇ〜２００ｇとすることが好ましい。これは、１０ｇ未満では測定の誤差の影響が大きくなる一方、２００ｇを越える場合では加圧延展された試料が寸法上大きなものとなるため、装置の大型化を招き、試料の取り扱いが不便となるおそれがあるためである。また、加圧延展された試料の厚さを０．２ｍｍ〜２．０ｍｍとすることが好ましい。これは、窯業原料であることを考慮すると０．２ｍｍ未満とすることは試料の取り扱いの困難性や受皿の大型化を招く、という理由から現実的ではなく、また、２．０ｍｍを越えることとすると、試料を絶乾燥状態とするための時間の短縮を所定以上実現できず、本発明の目的である、測定時間の短縮を実現できないためである。また、試料を１７０℃〜２７０℃に加熱することが好ましい。これは、１７０℃未満では受皿等に試料が付着したままとなり測定に支障をきたすおそれがあり、一方、２７０℃を越える場合では急激な乾燥による試料の一部の飛散のおそれがあるためである。具体的には、採取された試料（窯業原料）が１０ｇを越えていれば、水分率の測定精度の目標が±０．０２％以上とすることができる。また、採取された試料が２００ｇ以下であり、試料の厚さを０．２ｍｍ〜２．０ｍｍとすれば、加圧延展された試料の直径は８００ｍｍ以下とすることができるので、試料を載置する受皿等の大きさを大型化させることがない。
【００１３】
請求項３記載の発明は以下の効果を奏する。
含水物が窯業原料である場合に、含水物の水分率を短時間であってしかも高い精度で測定することができる。また、試料の厚さや加熱する温度を所定の範囲に設定するため、受皿に試料が付着されにくい。したがって、測定済みの試料の処分などの取り扱いが簡単であり、短い周期による繰り返し測定に適している。
【００１４】
請求項４記載の含水物の水分率測定装置は、
採取した含水物の試料を載置する円盤体、脚部および円盤体と脚部を接続する接続杆が備えられた受皿と、
受皿上の該試料を加圧延展させる上型と昇降自在な下型からなる加圧延展手段、
前記受皿上の該試料を加熱する加熱手段、
乾燥前後の該試料の重量を測定する前記受皿と電子天秤からなる秤量手段、 受皿の接続杆を下型の中心に設けられた貫通孔に挿通され、
前記秤量手段の測定重量に基づいて該試料の水分率を算出する算出手段が備えられたことを特徴とする含水物の水分率測定装置。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、
採取した試料を載置する円盤体と、脚部と、円盤体と脚部を接続する接続杆を備えたを受皿に試料を載置し、前記受皿と電子天秤からなり、受皿の接続杆を下型の中心に設けられた貫通孔に挿通させた秤量手段により乾燥前の試料の重量を受皿とともに測定する。
次いで、試料を上型と昇降自在な下型からなる加圧手段により加圧延展するとともに加熱手段により試料を加熱し、試料を絶乾燥状態に乾燥させるが、加圧手段の加圧延展の後に、加熱手段による加熱を実施してもよい。
このとき、加圧手段により受皿上で加圧延展される試料は表面積が拡大するとともに試料の厚さは小さくなり、また、加圧手段の加圧延展とともに試料が加熱手段により加熱されるから、薄膜状に延展された試料は速やかに加熱され、試料中の水分が極めて早期に水蒸気となり直ちに発散される。そして、秤量手段により、下型が上昇したときは、下型の表面が受皿の円盤体の裏面に当接して受皿を上型へ向けて持ち上げ、下型が下降したときは、受皿の脚部が電子天秤に当接し下型がさらに下降することにより受皿が下型から離れ、電子天秤上に載置されるようにして絶乾燥状態に乾燥された試料の重量を受皿とともに測定し、秤量手段の計測値に基づいて試料の水分率を算出する算出手段により乾燥前後の試料の重量から乾燥前の試料の水分率を算出する。
【００１６】
請求項４記載の発明は以下の効果を奏する。
加圧手段により受皿上で加圧延展される試料は表面積が拡大するとともに試料の厚さは小さくなり、また、加圧手段の加圧延展とともに試料が加熱手段により加熱されるから、薄膜状に延展された試料は速やかに加熱され、試料中の水分が極めて早期に水蒸気となり直ちに発散され、試料の乾燥に要する時間が短縮される。そして、算出手段により乾燥前後の試料の重量から乾燥前の試料の水分率を算出するから、精度が高く測定上の誤差が極めて小さい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態にかかる含水物の水分率測定装置および含水物の水分率測定方法について、図面を参照して説明する。なお、本各発明は、下記の実施の形態に限定されるものではなく、各発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。図１はこの発明の実施の形態に係る水分率測定装置の正面図、図２は同装置の側面図、図３は同装置の平面図、図４は同装置の要部を示す斜視図、図５は採取された試料Ｓを受皿へ移し替える過程を示した説明図、図６ないし図９は同装置による水分率測定の作用説明図である。水分率測定の対象である含水物は、この実施の形態では粘土瓦製造のための窯業原料としている。まず、この実施の形態に係る水分率測定装置１０について説明する。この水分率測定装置１０は、採取手段１２、投入手段１４、加圧手段１６、加熱手段１８、揺動手段２０、秤量手段２２、算出手段２４から基本的に構成されている。採取手段１２は一定量の含水物を採取するための手段であり、投入手段１４は採取された試料Ｓを後述する受皿９０に投入するための手段である。加圧手段１６は試料Ｓを受皿９０上で加圧延展するための手段であり、加熱手段１８は加圧延展された試料Ｓを加熱するための手段である。揺動手段２０は受皿９０を水平状態から傾斜状態へ変位させるための手段であり、秤量手段２２は試料Ｓの重量を測定するための手段である。算出手段２４は乾燥前後の試料Ｓの重量により乾燥前の試料Ｓの水分率を測定するための手段である。
【００１８】
（採取手段１２について）
水分率測定装置１０は箱状の本体２６を備えているが、正面から見て本体２６の一側に採取手段１２が備えられている。図１ないし図３を参照し、採取手段１２を具体的に説明する。支持体２８が本体２６の一側から水平に張設され、垂直方向に向けられた採取用回動軸３０が支持体２８の端部に回動自在に備えられている。採取用回動軸３０の上端には水平に突設された回動杆３２の一端が取り付けられている。他方、採取用回動軸３０の下端には採取用回動レバー３４の一端が取り付けられており、回動レバー３４の他端には、本体２６と軸着された採取用エアシリンダ３６のロッドと軸着されている。したがって、図３に示すように、採取用エアシリンダ３６のロッドの伸縮により採取用回動レバー３４、採取用回動軸３０を通じて回動杆３２が水平方向に所定の範囲で回動できるように図られている。一方、回動杆３２には回動アーム３８が貫装されており、回動アーム３８の先端には採取皿４０が取り付けられている。図示は省略するが、回動アーム３８の他端は、回動杆３２の採取用回動軸３０側において、回動杵３２内に貫通されて、垂直に設けられたアーム用エアシリンダ４２と連結されている。そして、アーム用エアシリンダ４２のロッドの伸縮により、回動アーム３８が軸周りに所定の範囲で回動できるように図られている。また、回動アーム３８に取り付けられた採取皿４０が垂直状態から水平状態になるように９０°の回動範囲が設定されている。このようにして、採取皿４０により含水物を掬い取ったり、掬い取った試料Ｓである含水物を採取皿４０から別の場所へ移し替えることができる。
【００１９】
（投入手段１４について）
次に投入手段１４について説明すると、図３及び図５に示すように、投入手段１４は本体２６の天板４４に備えられている。具体的に説明すると、投入用回動軸４６が本体２６の天板４４から下方へ向けて回動自在に設けられており、投入用回動軸４６の下端には上下２枚に重ねられた上側回動板４８と下側回動板５０が取り付けられている。上側回動板４８の先端付近は通孔５２が設けられており、上側回動板４８の下側に下側回動板５０が位置するときは、通孔５２に試料Ｓを入れても、下側回動板５０が通孔５２を塞いでいるため、試料Ｓが脱落することがない。一方、投入用回動軸４６の上端には、投入用回動レバー５４の一端が回動自在に固定されており、投入用回動レバー５４の他端は本体２６の天板４４上に軸着された投入用エアシリンダ５６のロッドと軸着されている。このため、投入用エアシリンダ５６の作動により、上側回動板４８と下側回動板５０は一定の範囲で水平に回動することができ、両回動板４８、５０が採取手段１２から試料Ｓを受け取り、本体２６上方へ試料Ｓを移動させることができるものとなっている。また、図示は省略するが投入用回動軸４６には、下側回動板５０に当接可能なストッパーが設けられており、図５に示すように、下側回動板５０は上側回動板４８に対して回動の範囲が狭く設定されているため、上側回動板４８が本体２６へ向けて最も回動した場合、下側回動板５０は通孔５２を開放することになる。したがって、試料Ｓは両回動板４８、５０から脱落し、後述する受皿９０上へ載置されることになる。
【００２０】
（加圧手段１６について）
加圧手段１６は、本体２６内に収容されている。図１ないし図３を参照して具体的に説明すると、上型５８が本体２６の天板４４から下方へ向けて懸架されている。一方、上型５８に対向するように下型６０が備えられているが、下型６０は昇降自在となっている。下型６０の昇降のための構造について説明すると、下型６０を昇降させるための駆動モータ６２が本体２６に備えられている。駆動モータ６２の傍らには駆動モータ６２の回転力を受ける回転軸６４が水平に備えられている。回転軸６４の両端には、クランクレバー６６の一端が取り付けられており、クランクレバー６６の他端には昇降杆６８の下端が軸着されており、昇降杆６８の上端は昇降自在の昇降体７０に軸着されている。昇降体７０の両側付近には、昇降体７０を昇降を円滑にするためのガイド軸７２、７２が備えられており、昇降体７０における両ガイド軸７２、７２の間に下型６０が固定されている。このため、駆動モータ６２の作動と、回転軸６４、クランクレバー６６、昇降杆６８により昇降体７０が昇降することから、下型６０の昇降が図られている。
【００２１】
（加熱手段１８について）
図６から図９に示すように、先に説明した上型５８および下型６０の表面は平滑な金属面となっている。両型５８、６０には加熱手段１８である電気ヒーター７４、７６が内臓され、両型５８、６０の表面を除く大部分は、断熱材７８により構成されている。この実施の形態の電気ヒーター７４、７６は１７０℃〜２７０℃に加熱できるものである。
【００２２】
（揺動手段２０について）
揺動手段１６は、下型６０および後述する受皿９０を水平状態から傾斜状態へ変位させ、本体２６外へ臨ませるための手段である。図１ないし図３に基づいて具体的に説明すると、本体２６内に設けられた回転軸６４の前方に、揺動軸８０が水平に備えられている。揺動軸８０は本体に対して回動自在であり、揺動軸８０の両端付近には後方へ向けられた揺動レバー８２、８２の一端が取り付けられている。これらの揺動レバー８２の他端は、先に述べたガイド軸７２の下端が固定されている。一方、揺動軸８０の端部は本体２６の側面から突出しており、その一端には、揺動杆８６が取り付けられている。揺動杆８６の中間付近には、本体２６の他側の側面と平行に設けられた揺動用エアシリンダ８４のロッドが軸着されている。したがって、揺動用エアシリンダ８４の作動により、揺動杆８６、揺動軸８０および揺動レバー８２を介して、下型６０および後述する受皿９０の水平状態から傾斜状態への変位または復帰が図られている。
【００２３】
（秤量手段２２について）
次に、秤量手段２２について説明するが、秤量手段２２は電子天秤８８および受皿９０から構成されている。電子天秤８８は公知のものであり、この実施の形態では０．００１ｇ単位まで秤量可能なものとしている。図４に示すように、受皿９０は、試料Ｓを載置する円盤体９２、脚部９４、円盤体９２と脚部９４を接続する接続杆９６を備えている。受皿９０の円盤体９２の表面は平坦になっており、下型６０の上昇により上型５８の表面とともに試料Ｓを加圧する加圧面としての機能を備えている。そして、図６に示すように、下型６０の中心に設けられた貫通孔９８に受皿９０の接続杆９６が挿通されているから、受皿９０は下型が上昇したときは、下型６０の表面が受皿９０の円盤体９２の裏面に当接して、受皿９０を上型５８へ向けて持ち上げることになる。また、図１，図６，図８に示すように、昇降体６８の下方に受皿９０の脚部９４が位置することになるから、下型６０が下降したときは、受皿９０の脚部９４が電子天秤８８に当接し、下型６０がさらに下降することにより受皿９０が下型６０から離れ、電子天秤８８上に載置されることになる。さらに図９に示すように、受皿９０は揺動手段２０により下型６０が傾斜状態に変位されても、下型６０から脱落することがない。
【００２４】
（算出手段２４について）
図１及び図２に示すように、算出手段２４は、乾燥前の試料Ｓの重量と乾燥後の試料Ｓの重量により乾燥前の試料Ｓの水分率を算出する手段である。算出手段２４を具体的説明すると、表示部１０２を備えた演算器１００が本体２６の傍らに設けられ、演算器１００と電子天秤８８が電気的に接続されている。演算器１００には電子天秤８８で測定した試料Ｓの重量データに基づき水分率を算出する計算プログラムを内蔵する。この計算プラグラムには、次の算式を入力しておく。
Ｒ＝[（Ｗａ−Ｗｂ）／Ｗａ]×１００（％）
Ｒ：水分率、Ｗａ：乾燥前の試料Ｓの重量、Ｗｂ：乾燥後の試料Ｓの重量、
そして、算出された水分率Ｒを表示部１０２に表示するように図られている。
【００２５】
次に、この実施の形態の水分率測定装置１０による試料Ｓの水分率測定の手順について、図６ないし図９を参照して説明する。まず、本体２６内の下型６０を水平状態であって下降させた状態にしておき、電子天秤８８により受皿９０の重量を測定し、算出手段２４の演算器１００に受皿の重量データＷｔを格納しておく。次に、図５に示すように、採取手段１２を作動させ、一定量の含水物を回動アームの採取皿４０に掬い取る。エアシリンダ３６を作動させて回動杆３２を本体２６側へ移動させるとともに、投入手段１４を作動させるが、上側回動板４８および下側回動板５０を採取皿４０の下方へ臨ませる。次に、採取手段１２のアーム用エアシリンダ４２を作動させ、回動アーム３８を軸周りに回動させ、採取皿４０を傾ける。このとき、採取皿４０が傾くことにより採取皿４０上の試料Ｓは上側回動板４８の通孔５２内に落下するが、落下した試料Ｓは下側回動板５０に受け止められる。次に、投入用エアシリンダ５６を作動させ、両回動板４８、５０を本体２６内の受皿９０と上型５８の間に臨ませる。このとき、上側回動板４８の通孔５２が受皿９０の中心付近の臨むが、下側回動板５０は手前で回動を停止するため、試料Ｓは受皿９０に落下する。試料Ｓが受皿９０に落下した後、電信天秤８８により試料Ｓが載置された受皿９０の重量を測定し、測定した重量データＷ１を演算器１００へ格納しておく。
【００２６】
そして、あらかじめ、加熱手段１８である電気ヒーター７４、７６を作動させておき、上型５８、下型６０を２５０℃まで加熱しておく。そして、加圧手段１６を作動させるが、駆動モータ６２の作動により回転軸６４が回転される。図１及び図７に示すように、回転軸６４の回転によりクランクレバー６６を通じて昇降杆６８が上昇するから、昇降杆６８に設けられた昇降体７０は上昇する。昇降体７０の上昇とともに下型６０が上昇されるが、このとき、下型６０が受皿９０の円盤体９２の裏面に当接して、受皿９０は下型６０に支持されつつ電子天秤８８から持ち上げられる。そして、さらに下型６０が上昇して、上型５８および下型６０の間に受皿９０が介在した状態で、受皿９０上の試料Ｓが両型５８、６０により加圧延展される。このとき、受皿９０上の試料Ｓは、加圧延展により「山盛り」状態から「薄板」状態へ形態を変化するともに、加熱された上型５８および下型６０を通じて試料Ｓが加熱される。水分を含んでいた試料Ｓは「薄板」状態となることから表面積が増大し、含んでいた水分が蒸発しやすくなる。このため、比較的短時間で試料Ｓが含まれていた水分が蒸発し、試料Ｓは完全な乾燥状態である絶乾燥状態となる。なお、加圧延展直後に下型６０を僅かに下降させ、延展された試料Ｓの表面と上型５８との間に１ｍｍ間隙を設けるようにすれば、試料Ｓに含まれる水分の蒸発がさらに促進される。本例では、受皿９０は熱伝導性に優れ、表面が傷付きにくい金属で形成され、さらに肉薄に形成されているので、電気ヒータ７６の熱は受皿９０を通じて瞬時に試料Ｓに伝えることができ、試料Ｓの加熱を迅速に進めることができるが、受皿９０の熱伝導性が十分でない場合には、上記した手順に限られず、あらかじめ受皿９０を電気ヒータ７６に接触させておき、受皿９０を十分に加熱させておくこともできる。しかしながら、試料Ｓを受皿９０に載置した後、乾燥前の試料Ｓの重量を計測するまでに受皿９０の熱により試料Ｓがいくらかでも乾燥してしまうと、試料Ｓの水分率を正確に測定できないため、本例のように、乾燥前の試料Ｓが載置される受皿９０は電気ヒータ７６により加熱されないように、受皿９０と電気ヒータ７６との間には十分な隙間が設けられていることが好ましい。
【００２７】
次に、受皿９０上の試料Ｓが絶乾燥状態になると下型６０を下降させる。試料Ｓをあらかじめ加圧延展させているので、試料Ｓの温度を直接又は間接に測定するなどとして絶乾燥状態となっているか否かの判断は必要なく、一定時間経過後には絶乾燥状態となっているものと判断できる。よって、このような温度測定は必要がない。例えば、窯業原料を試料Ｓとしたとき、約２５ｇの試料Ｓであれば、１ｍｍに加圧延展したとき、約２０秒の加熱乾燥で絶乾燥状態となる。下型６０が下降することにより受皿９０の脚部９４が電子天秤８８に当接するとともに、受皿９０が下型６０から分離される。そして、絶乾燥状態の試料Ｓが載置された受皿９０の重量を電子天秤８８により測定する。このときの重量データＷ２を算出手段の演算器１００へ格納する。そして、演算器１００において、受皿９０の重量データＷｔ、乾燥前の試料Ｓが載置された受皿９０の重量データＷ１および乾燥後の試料Ｓが載置された受皿９０の重量データＷ２に基づき乾燥前の試料Ｓの水分率Ｒ（％）が算出される。なお、測定された各重量データと演算器１００に格納されている計算プログラムとの関係は、
Ｗａ＝Ｗ１−Ｗｔ、Ｗｂ＝Ｗ２−Ｗｔ
となっている。
【００２８】
図８に示すように、乾燥後の試料Ｓを載置した受皿９０の重量を測定した後、揺動手段２０を作動させるが、予め下型６０を一定の距離だけ上昇させ、受皿９０を下型６０により支持させる。このとき、受皿９０および下型６０と上型５８との間隔を十分に設定しておく。次に、揺動用エアシリンダ８４を作動させ、揺動軸８０、揺動レバー８２を通じてガイド軸７２を前方へ向けて傾斜させる。ガイド軸７２の傾斜より、昇降体６８、下型６０および受皿９０が追従して傾斜状態に変位される。そして、受皿９０が十分に傾斜状態に変位されると、受皿９０上の試料Ｓは受皿９０から滑落する。受皿９０の表面は略平滑面に形成されているので、絶乾燥状態の試料Ｓを円滑に滑落させることができる。なお、エアガン等により試料Ｓを吹き飛ばすこととしてもよく、これらを併用しても良い。試料Ｓが滑落した後、昇降体６８、下型６０および受皿９０を水平状態に復帰させ、次の新たな試料Ｓの測定に備える。なお、図示は省略するが、本装置１０の本体２６は、外気の流通により乾燥前試料Ｓが自然乾燥することなどを防止し、正確な水分率の測定を可能ならしめるために、カバーなどで被覆することが好ましい。
【００２９】
なお、この水分率測定装置１０により含水物の水分率をより正確に求めるためは、乾燥前の試料Ｓの水分を重量の測定前に蒸発させないことが条件となる。このため、試料Ｓの採取から乾燥前の試料Ｓを載置した受皿９０の重量を測定するまでに要する時間をできるだけ短縮すること、水分率測定装置１０の設置場所を空気の流れが殆どない場所とすることが好ましい。なお、本例では採取する試料Ｓを窯業原料２５ｇとし、試料Ｓを１ｍｍの厚さに加圧延展し、試料Ｓを２５０℃に加熱した。試料Ｓが完全な乾燥状態である絶乾燥状態になるまでに約２０秒であり、試料Ｓの採取から乾燥済みの試料Ｓの除去に至るまでの一連の工程に要した時間は約１２０秒であった。また、算出された試料Ｓの水分率と実際の水分率の誤差は±０．０２（％）以内であった。
【００３０】
この実施の形態では、水分率測定の対象を窯業原料としたが、食品原料など水分を含む粉粒状の含水物であれば適用することが可能である。この水分率測定装置１０は、試料Ｓの採取、試料Ｓの加圧延展、試料Ｓの加熱および各段階での重量測定、水分率の算出、測定済の試料Ｓの除去を一連の工程として自動化されている。たとえば、所定の時間毎に水分率測定装置１０を作動させるように設定すれば、無人化された工場において連続的に搬送される含水物を採取して所定の時間毎に水分率を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る水分率測定装置の正面である。
【図２】同装置の側面図である。
【図３】同装置の平面図である。
【図４】同装置の要部を示す斜視図である。
【図５】採取された試料を受皿へ移し替える過程を示した説明図である。
【図６】同装置による試料の水分率測定の作用説明図である。
【図７】同装置による試料の水分率測定の作用説明図である。
【図８】同装置による試料の水分率測定の作用説明図である。
【図９】同装置による試料の水分率測定の作用説明図である。
【符号の説明】
１０ 水分率測定装置
１２ 採取手段
１４ 投入手段
１６ 加圧手段
１８ 加熱手段
２０ 揺動手段
２２ 秤量手段
２４ 算出手段
２６ 本体
２８ 支持体
３０ 採取用回動軸
３２ 回動杆
３４ 採取用回動レバー
３６ 採取用エアシリンダ
３８ 回動アーム
４０ 採取皿
４２ アーム用エアシリンダ
４４ 天板
４６ 投入用回動軸
４８ 上側回動板
５０ 下側回動軸
５２ 通孔
５４ 投入用回動レバー
５６ 投入用エアシリンダ
５８ 上型
６０ 下型
６２ 駆動モータ
６４ 回転軸
６６ クランクレバー
６８ 昇降杆
７０ 昇降体
７２ ガイド軸
７４ 電気ヒーター（上型）
７６ 電気ヒーター（下型）
７８ 断熱材
８０ 揺動軸
８２ 揺動レバー
８４ 揺動用エアシリンダ
８６ 揺動杆
８８ 電子天秤
９０ 受皿
９２ 円盤体
９４ 脚部
９６ 接続杆
９８ 貫通孔
１００ 演算器
１０２ 表示部
Ｓ 試料
Claims (4)
- 上型と昇降自在な下型からなる加圧手段、
電子天秤および試料を載置する円盤体、脚部、円盤体と脚部を接続する接続杆が備えられた受皿からなる秤量手段が設けられ、該受皿の接続杆が下型の中心に設けられた貫通孔に挿通され、
下型を上昇させたときに、下型の表面が該受皿の円盤体の裏面に当接して該受皿を上型に向けて持ち上げ、
下型を下降させたときに、該受皿の脚部を電子天秤に当接させ、下型をさらに下降させることにより、該受皿を下型から離れさせ、該受皿を電子天秤上に載置させ、
採取された含水物の試料を該受皿上に載置し、
前記受皿上に載置された該試料の重量を測定し、
該試料を前記受皿上において加圧延展した後、
加圧延展された該試料を加熱して該試料が絶乾燥状態となるように乾燥させ、
乾燥された該試料の重量を測定し、
乾燥前後の該試料の測定重量に基づいて乾燥前の該試料の水分率を算出することを特徴とする含水物の水分率測定方法。 - 上型と昇降自在な下型からなる加圧手段、
電子天秤および試料を載置する円盤体、脚部、円盤体と脚部を接続する接続杆が備えられた受皿からなる秤量手段が設けられ、該受皿の接続杆が下型の中心に設けられた貫通孔に挿通され、
下型を上昇させたときに、下型の表面が該受皿の円盤体の裏面に当接して該受皿を上型に向けて持ち上げ、
下型を下降させたときに、該受皿の脚部を電子天秤に当接させ、下型をさらに下降させることにより、該受皿を下型から離れさせ、該受皿を電子天秤上に載置させ、
採取された含水物の試料を該受皿上に載置し、
前記受皿上に載置された該試料の重量を測定し、
該試料を前記受皿上において加圧延展するとともに加熱して該試料が絶乾燥状態となるように乾燥させ、
乾燥された該試料の重量を測定し、
乾燥前後の該試料の測定重量に基づいて乾燥前の該試料の水分率を算出することを特徴とする含水物の水分率測定方法。 - 含水物を窯業原料とし、採取する試料の重量を１０ｇ〜２００ｇとし、加圧延展された試料の厚さを０．２ｍｍ〜２．０ｍｍとするとともに、試料を１７０℃〜２７０℃に加熱することを特徴とする請求項１又は２記載の含水物の水分率測定方法。
- 採取した含水物の試料を載置する円盤体、脚部および円盤体と脚部を接続する接続杆が備えられた受皿と、
受皿上の該試料を加圧延展させる上型と昇降自在な下型からなる加圧延展手段、
前記受皿上の該試料を加熱する加熱手段、
乾燥前後の該試料の重量を測定する前記受皿と電子天秤からなる秤量手段、 受皿の接続杆が下型の中心に設けられた貫通孔に挿通され、
前記秤量手段の測定重量に基づいて該試料の水分率を算出する算出手段が備えられたことを特徴とする含水物の水分率測定装置。
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