JP3999539B2

JP3999539B2 - 重量式フィーダ、及び重量式フィーダによる原料の供給方法

Info

Publication number: JP3999539B2
Application number: JP2002072136A
Authority: JP
Inventors: 豊水谷
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2022-03-15
Also published as: JP2003266164A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機に適用され、原料をホッパからシリンダに供給する重量式フィーダに関し、特にマグネシウムなどの金属粉末材料を用いる射出成形機に適用され、ショット毎に高精度に材料を計量し充填するようにした重量式フィーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば射出成形機に適用される原料供給装置としてのフィーダは、射出成形機の１ショット毎に行われる計量工程において、射出成形機のシリンダに原料供給を行う。このため、図６に示すような連続運転を基本とする押出機と異なり、図７に示すような間欠運転制御が行われる。このフィーダにより原料を供給する場合、容量式フィーダを使用し、予め計量して設定されたモータ回転出力により計量工程にあわせてモータを一定回転させる定出力運転を行う技術が知られている。しかしながら、容量式フィーダは、ホッパ１ａ内の原料の充填状況によっては、原料の嵩密度が変化するため、供給量が変化し、射出成形機の計量が安定しないという問題点がある。
【０００３】
そこで、図８、図９に示す重量式フィーダも知られている。図８は従来の重量式フィーダの他の一例を示す概略構成図、図９は重量式フィーダの一部断面図、図１０は重量式フィーダの計重装置を示す一部断面図である。
重量式フィーダ１はホッパ１ａと、スクリュフィーダ２ａを回転駆動するモータ２と、モータ２を制御する制御装置１５と、ホッパ１ａの下部に設けられるロードセル計重装置３とを備えて構成される。制御装置１５は、インバータ１５ａとインバータ１５ａへの電力を調節する調節器１５ｂとを備えている。
ロードセル計重装置３はロードセルを有し、ホッパ１ａ内の原料の減少重量を計測し、得られた重量信号を用いて、重量検出をロス・イン・ウェイト制御方式により行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の重量式フィーダは連続運転を基本として設計されており、起動時のオーバーシュートを極力抑えるように調整されているため、立ち上がり時間が長くなる。従って、これを射出成形機に使用しようとすると、射出成形機の計量時間は通常数秒という短い場合が一般的なため、従来のフィーダの制御方法では定量供給が困難になるという問題点がある。
【０００５】
更に、重量式フィーダの制御パラメータであるホッパ内の原料重量は、ロードセルを用いて測定されているが、ロードセルによる重量の測定精度は低く、品質の優れた製品を成型することに限界がある。すなわち、マグネシウムなどの金属を原料とする金属射出成形機では、サイズによっても異なるが、ショット毎に数十グラムを数秒から十数秒で充填しなければならず、且つ１グラムレベル（１％程度）精度での充填が必要である。マグネシウム原料は、チップと粉が入り混じった性状であり、原料の切り出し装置としては、２軸又は単軸のスクリュ式フィーダが使用されることが多い。従って、原料の粒状、粉粒体の混合比など、嵩比重や性状が異なり、且つ１グラムレベル（約１％）の精度を要求される。しかしながら、重量計測に使用されるロードセルの繰り返し計測誤差は、一般的に０．０２％程度である。従って切り出し装置として使用されるスクリュ式フィーダの重量が数十Ｋｇ（約４０Ｋｇ）、ホッパ内マグネシウムなどの金属原料の重量が約２０Ｋｇであり、ロードセルの定格としては６０〜１００Ｋｇ程度が必要であることを考慮すると、精度０．０２％の場合、誤差は１２〜２０グラムとなり、要求性能を満たさないこととなる。
【０００６】
このように、従来のロードセルを用いた重量式フィーダは、一般的な繰り返し精度が０．０２％程度であることから、ロードセルを用いた計重装置において定格２０Ｋｇ計重の場合、誤差が約４グラムとなり、本供給装置の要求を満たすことができない。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、重量式フィーダを例えば射出成形機に適用したような場合において、フィーダ駆動のモータの応答性を高めることができると共に、安定した定量供給が行え、例えば１ショット毎の材料投入において、従来方法における数％レベルの計量精度よりも高い精度（例えば１％以内）を確保できる重量式フィーダを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明は、モータ（２）を駆動してホッパ（１ａ）内の原料を間欠的に供給する重量式フィーダ（１）において、フィードフォワード設定器（１１）とＰＩＤ調節計（９）を設けて、間欠的に駆動される前記モータ（２）の駆動制御を行うことで、供給される原料が所定重量となるよう制御すると共に、電磁平衡式計重装置（３Ａ）を設けて、ホッパ（１ａ）内の原料の残重量を計重し、この計重結果に基づいて前記駆動制御を行うための制御パラメータを得るようにしたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の重量式フィーダ（１）において、前記フィードフォワード設定器（１１）による設定値は、前記電磁平衡式計重装置（３Ａ）により計重された前記ホッパ（１ａ）内の原料の重量に基づいて定められることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の重量式フィーダ（１）において、前記設定値は、前記ホッパ（１ａ）内の原料の重量が最大値のときの設定値と最小値のときの設定値とから現在の重量に対する補間値（Ｃｖ）を用いて定められることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の重量式フィーダ（１）において、前記フィードフォワード設定器（１１）の出力にオーバーシュートを抑えるための安全係数を乗算する乗算器（１２）を設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、モータ（２）を駆動してホッパ（１ａ）内の原料を間欠的に供給する重量式フィーダにおいて、ｎ回分の原料供給量を検出し、該検出量に基づいて原料供給量が目標量となるように制御する第１制御ループと、各回の原料供給流量を検出し、該検出流量が設定流量となるように制御する第２制御ループとを備えると共に、ホッパ（１ａ）内の原料の残重量を検出する電磁平衡式計重装置（３Ａ）を備え、前記原料供給量及び前記原料供給流量を、電磁平衡式計重装置（３Ａ）の検出値に基づいて検出するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の重量式フィーダ（１）において、前記重量式フィーダ（１）による供給量の変化を検出する検出手段（４）と、該検出手段により検出された供給量の変化に基づいて、前記重量式フィーダによる供給量の設定値を変化させる設定値変更手段（６）を設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の重量式フィーダ（１）において、前記原料は、マグネシウムなどの金属材料を含む粉粒体であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の基本構成を示すブロック図である。図２は動作を重量の変化で示すタイムチャートである。
これらの図において、重量式フィーダ１は、モータ２の駆動により、図示しない射出成形機のシリンダにホッパ１ａ内の原料を供給する。モータ２の駆動制御には、目標重量と電磁平衡式計重装置３Ａの出力信号に基づいて重量積算部４が算出する積算重量信号Ｗ_PVとの差分をとる加算器５と、この加算器５の出力が入力される流量設定器６と、流量設定器６の出力Ｑ_SVと電磁平衡式計重装置３Ａの出力信号に基づいて流量検出部７からの流量信号Ｑ_PVとの差分をとる加算器８と、この加算器８の出力が入力されるＰＩＤ調節計からなるモータ回転数の調節計９と、この調節計９の出力が入力されるインバータ１０とが用いられる。
【００１６】
電磁平衡式計重装置３Ａは、電磁式天秤（平衡）はかり（６０Ｋｇ／１００Ｋｇ測定可能用）を使用して、スクリュフィーダとホッパ重量を加えた風袋量を電磁式天秤はかりで相殺して、原料残重量を計重する。例えば、測定範囲を０〜６０Ｋｇ範囲を４０〜６０Ｋｇに限定すれば、４０〜６０Ｋｇ範囲で最小目盛が０．１グラム精度での計重が可能となる。この信号を原料のホッパ内残量として使用して制御すれば、１ショット量の１％精度（１００ｇについて１ｇ以内の誤差範囲）での制御が可能となる。
【００１７】
また、電磁式天秤はかりは、計重して安定するのに数秒かかるが、本使用方法における減量式測定（ロスインウェイト）制御方式や、１ショット毎後のホッパ内原料の残量、つまり１ショット毎の払い出し量を間欠的に計重して、制御するのには問題がないので、本発明による電磁式天秤はかりを使用した重量式フィーダによる間欠式払出量制御は、金属材料を射出成形に間欠的に投入する運転において、上記の制御精度を確保することが可能となる。
【００１８】
重量積算部４により出力される積算重量信号Ｗ_PVは、電磁平衡式計重装置３Ａの検出重量からｎ回分の原料供給量を検出し、該検出量を加算して得られる信号であり、この積算重量信号Ｗ_PVのフィードバックループは、ｎ回ショット分の原料供給量が目標量（製品重量×ｎ）となるように設定流量Ｑ_SVを制御する第１制御ループを構成する。流量検出部７により検出される流量信号Ｑ_PVは電磁平衡式計重装置３Ａの検出重量から１回毎の原料供給流量（実測されるショット内平均流量）を示す信号であり、この流量信号のフィードバックループは、この流量信号信号すなわち実測されるショット内平均流量（ΔＷ／Δｔ）が設定流量Ｑ_SVとなるようにインバータ１０への操作量ＭＶを制御する第２制御ループを構成している。
【００１９】
積算重量信号は、Ｗ_PV=ΔＷ〔１〕＋ΔＷ〔２〕＋…ΔＷ〔ｎ〕で示され、
流量信号は、Ｑ_PV=ΔＷ／Δｔで示される。
【００２０】
これにより、シリンダに投入される原料の積算量を制御できるので、シリンダ内の原料滞留量を一定に制御することができる。また、以上の制御において、定量供給時にシリンダ内の原料滞留量が時間と共に変化する場合、間欠的に供給される各供給毎の重量変化をフィーダ停止時に測定積算し、所望の供給量とに差がある場合、該差に基づいて、フィーダへの設定流量を変化させるようにする。従って、図１における重量積算部４は、また前記重量式フィーダ１による供給量の変化を検出する検出手段として作用し、流量設定器６は、検出された供給量の変化に基づいて、重量式フィーダ１による供給量の設定値を変化させる設定値変更手段として作用する。
【００２１】
実施の形態２．
図３は図１に示した調節計９に並列に更にフィードフォワード設定器１１を設け、フィードバック制御とフィードフォワード制御を併用した構成を示すブロック図である。
このフィードフォワード設定器１１の出力は、モータ２の立ち上がり時間を極力速く設定し、予め計量して設定されたモータ回転出力をフィードフォワードで出力し、ＰＩＤ制御定数を応答が速くなるよう設定することにより、短時間での定量供給精度を確保できるようにしたものである。
【００２２】
フィードフォワード設定器１１の設定値は、図４に示すように、ホッパ内の原料の重量が最大値のときの設定値と最小値のときの設定値とから現在の重量に対する補間値を用いて定めるようにしている。
【００２３】
また、フィードフォワード設定器１１の出力側には、安全係数乗算器１２を設け、その出力が加算器１３によりＰＩＤ調節計９の出力と加算されている。このように、フィードフォワード出力に安全係数を掛けることで、オーバーシュートを抑えた速い応答をさせることができる。図５はフィードフォワード制御による間欠運転パターンを示したタイムチャートであり、応答速度の大きい制御が安定して行われていることを示している。
【００２４】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、モータを駆動してホッパ内の原料を間欠的に供給する重量式フィーダにおいて、フィードフォワード設定器とＰＩＤ調節計を設けて、間欠的に駆動される前記モータの駆動制御を行うと共に、制御に必要な計重を電磁平衡式計重装置を用いて行うことで、そのフィーダ駆動のモータの応答性を高めることができると共に、精度の高い、安定した定量供給が行える重量式フィーダの間欠運転制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】実施の形態１の動作を示すタイムチャートである。
【図３】実施の形態２を示すブロック図である。
【図４】フィードフォワード設定器の動作を示すタイムチャートである。
【図５】フィードフォワード制御による間欠運転パターンを示すタイムチャートである。
【図６】重量式フィーダの通常の連続供給の運転パターンにおける流量を示すタイムチャートである。
【図７】間欠運転のパターン例を示すタイムチャートである。
【図８】従来の重量式フィーダの一例を示す概略構成図である。
【図９】図８に示す重量式フィーダの一部断面図である。
【図１０】従来の重量式フィーダの計重装置を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１重量式フィーダ、１ａホッパ、２モータ、３Ａ電磁平衡式計重装置、４重量積算部、５加算器、６流量設定器、７流量検出部、８加算器、９調節計、１０インバータ、１１フィードフォワード設定器、１２安全係数乗算器。

Claims

流量設定器（６）により設定された流量設定値を目標値とするようにＰＩＤ調節計（９）を設けて、モータ（２）を駆動しホッパ（１ａ）内の原料を間欠的に供給する重量式フィーダ（１）において、
フィードフォワード設定器（１１）をＰＩＤ調節計（９）に並列に設けて前記モータを駆動するようにすると共に、電磁平衡式計重装置（３Ａ）を設けて、ホッパ（１ａ）内の原料の残重量を計重し、この計重結果に基づいて前記フィードフォワード設定器の設定値を設定するようにしたことを特徴とする重量式フィーダ。
請求項１に記載の重量式フィーダ（１）において、
前記設定値は、前記ホッパ（１ａ）内の原料の重量が最大値のときの設定値と最小値のときの設定値とから現在の重量に対する補間値（Ｃｖ）を用いて定められることを特徴とする重量式フィーダ。
請求項１又は請求項２に記載の重量式フィーダ（１）において、
前記フィードフォワード設定器（１１）の出力にオーバーシュートを抑えるための安全係数を乗算する乗算器（１２）を設けたことを特徴とする重量式フィーダ。
モータ（２）を駆動してホッパ（１ａ）内の原料を間欠的に供給する重量式フィーダにおいて、
ｎ回分の原料供給量を検出し、該検出量に基づいて原料供給量が目標量となるように制御する流量設定器（６）とＰＩＤ調節計（９）を含む第１制御ループと、各回の原料供給流量を検出し、該検出流量が設定流量となるように制御するＰＩＤ調節計（９）を含む第２制御ループとを備えると共に、ホッパ（１ａ）内の原料の残重量を検出する電磁平衡式計重装置（３Ａ）を備え、前記原料供給量及び前記原料供給流量を、電磁平衡式計重装置（３Ａ）の検出値に基づいて検出するようにしたことを特徴とする重量式フィーダ。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の重量式フィーダ（１）において、
前記原料は、マグネシウムなどの金属材料を含む粉粒体であることを特徴とする重量式フィーダ。
定量供給時にシリンダ内の原料滞留量が時間と共に変化する場合、間欠的に供給される各供給毎の重量変化をフィーダ停止時に測定積算し、所望の供給量とに差がある場合、該差に基づいて、前記流量設定器（６）の設定流量を変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の重量式フィーダによる原料の供給方法。