JP7395173B2

JP7395173B2 - 水分判定装置、水分判定システム及び水分判定方法

Info

Publication number: JP7395173B2
Application number: JP2019155989A
Authority: JP
Inventors: 元治清水
Original assignee: Matsui Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Matsui Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2023-12-11
Anticipated expiration: 2039-08-28
Also published as: JP2021032821A

Description

本発明は、水分判定装置、水分判定システム及び水分判定方法に関する。

成形機に供給する樹脂材料の水分管理が不適切な場合には、成形品にシルバーラインやボイドなどの欠陥が生じる可能性があり、樹脂成形品の品質を保持するためには、樹脂材料の水分管理が重要である。樹脂材料の水分管理をする装置としては、例えば、重量式水分測定器やカールフィッシャー式水分測定器などがある。

特許文献１には、樹脂材料から水蒸気の形で水分を取り出す気化室を収容する気化処理室と、気化処理室から取り出された水分をキャリアガスとともに、カールフィッシャー試薬と反応させて水分測定を行うための水分測定器を収容する水分測定室とを備える水分測定装置が開示されている。

特許第３２７１０１２号公報

しかし、特許文献１のようなカールフィッシャー式水分測定器では、試薬を用いるため、測定時間が長くなる傾向がある（例えば、１５～６０分など）。重量式水分測定器では、１０００ｐｐｍ程度の分解能しかなく微量な水分を測定できず、また、一般には、樹脂材料サンプルを用いて水分測定を行って、測定後は樹脂材料サンプルを廃棄している。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、粉粒体材料の水分量を短時間に判定することができる水分判定装置、水分判定システム及び水分判定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る水分判定装置は、粉粒体材料が貯留される乾燥ホッパーと、前記乾燥ホッパーに所定量の粉粒体材料が投入される際に、前記乾燥ホッパーから所定量の粉粒体材料を取り出して次工程へ供給する材料供給部と、前記乾燥ホッパーに粉粒体材料をそれぞれ投入する第１時点及び前記第１時点より後の第２時点の間の時間帯で前記乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の全部又は一部の所定時間経過前後の質量を測定する測定部と、前記測定部で測定した質量の差に基づいて粉粒体材料の水分量を判定する判定部とを備える。

本発明に係る水分判定システムは、前述の発明に係る水分判定装置と、前記水分判定装置が粉粒体材料を供給する成形機と、前記水分判定装置に粉粒体材料を供給する乾燥機とを備える。

本発明に係る水分判定方法は、粉粒体材料が貯留される乾燥ホッパーに所定量の粉粒体材料が投入される際に、乾燥ホッパーから所定量の粉粒体材料を取り出して次工程へ供給し、前記乾燥ホッパーに粉粒体材料をそれぞれ投入する第１時点及び前記第１時点より後の第２時点の間の時間帯で前記乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の全部又は一部の所定時間経過前後の質量を測定し、測定された質量の差に基づいて粉粒体材料の水分量を判定する。

本発明によれば、粉粒体材料の水分量を短時間に判定することができる。

本実施の形態の水分判定システムの構成の一例を示す説明図である。本実施の形態の測定部の構成の一例を示す模式図である。ロードセルの分解能の対比例を示す説明図である。乾燥ホッパー内に滞留している樹脂材料の質量の測定期間の一例を示す模式図である。予め水分率が分かっている樹脂材料を加熱した場合の質量変化の様子の一例を示す模式図である。樹脂材料の水分質量と水分率との関係を示す模式図である。樹脂材料の水分判定の結果に基づく処置の一例を示す説明図である。カールフィッシャー水分計で作成した検量線の一例を示す模式図である。樹脂材料に含まれる水分質量と揮発成分の質量との割合の一例を示す説明図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態の水分判定システムの構成の一例を示す説明図である。水分判定システムは、水分判定装置３０を備える。水分判定システムは、さらに、乾燥機２０、成形機１０及びホッパー１１などを備えてもよい。水分判定装置３０は、乾燥ホッパー３２、材料供給部としての材料切出部３４、コントローラ５０及び後述の測定部を備える。乾燥ホッパー３２の周囲の所定箇所には、乾燥ホッパー３２内に滞留する粉粒体材料が所定温度（例えば、１００℃など）になるように加熱するヒータ３３を設けている。水分判定装置３０は、さらに、材料切出部３１、ホッパー３５を備えてもよい。

乾燥機２０は、ホッパー２１を備え、不図示の粉粒体材料（本明細書では、「樹脂材料」又は単に「材料」ともいう）の供給源からホッパー２１へ供給される。材料切出部３１は、１回に付き所定量（例えば、１００ｇ、２００ｇ、３００ｇ相当など）の樹脂材料をホッパー２１から切り出し、切り出した樹脂材料を乾燥ホッパー３２に投入する。

材料切出部３４は、１回に付き所定量（例えば、１００ｇ、２００ｇ、３００ｇ相当など）の樹脂材料を乾燥ホッパー３２から切り出し（取り出し）、切り出した樹脂材料をホッパー３５に投入する。

ホッパー３５の供給口には管路１６の一端が接続され、管路１６の他端は、Ｙ字管１５の入力端に接続されている。Ｙ字管１５の一方の出力端には管路１７の一端が接続され、Ｙ字管１５の他方の出力端には管路１８の一端が接続されている。管路１７の他端は、成形機１０に供給する樹脂材料を貯留するホッパー１１（「貯留ホッパー」ともいう）に接続されている。管路１８の他端はホッパー２１に繋がっている。

ホッパー２１は、管路１９を介してブロワー１４に接続されている。ホッパー１１には、樹脂材料の残留を検出するためのレベル計１２が取り付けられている。成形機１０で樹脂材料が消費され、ホッパー１１に貯留された樹脂材料が所定レベル以下になると、要求信号がコントローラ５０に対して送信される。コントローラ５０が要求信号を受信すると、制御信号出力部５２は、稼働するブロワーをブロワー１３に切り替える。ブロワー１３が稼働すると、空気輸送により樹脂材料がＹ字管１５を経由してホッパー３５からホッパー１１に供給される。また、制御信号出力部５２が、稼働するブロワーをブロワー１４に切り替えると、乾燥ホッパー３２から切り出された樹脂材料は、Ｙ字管１５を経由して再度乾燥機２０のホッパー２１に戻される。コントローラ５０（制御信号出力部５２）、ブロワー１３、１４、Ｙ字管１５は、切替部としての機能を有する。なお、ブロワーを１つにして、ブロワーで吸引する管路を切り替えるようにしてもよい。

コントローラ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含むロジックデバイスで構成され、あるいはアナログデバイスやＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などで構成することができる。コントローラ５０は、要求信号取得部５１、制御信号出力部５２、測定値取得部５３、判定部５４、水分率算出部５５、報知部５６及び記憶部５７を備える。

要求信号取得部５１は、要求信号を取得する。要求信号は、成形機１０で樹脂材料が消費され、ホッパー１１に貯留された樹脂材料が所定レベル以下になると、成形機側から出力される。

制御信号出力部５２は、制御信号を材料切出部３１、３４へ出力する。より具体的には、制御信号出力部５２は、コントローラ５０の制御の下、要求信号取得部５１が取得した要求信号に基づいて、制御信号を材料切出部３１、３４に出力し、材料切出部３１、３４が所定量の樹脂材料を切り出す（取り出す）ように制御する。

材料切出部３１が樹脂材料を切り出して、乾燥ホッパー３２に所定量の樹脂材料が投入される場合、材料切出部３４は、乾燥ホッパー３２から所定量の樹脂を取り出し、取り出した樹脂材料を次工程（例えば、ホッパー３５、ホッパー１１など）へ供給する。乾燥ホッパー３２に所定量の樹脂材料を投入するタイミングと乾燥ホッパー３２から所定量の樹脂材料を取り出すタイミングとは必ずしも同時でなくてもよく若干の時間差があってもよい。投入のタイミングと取り出しのタイミングのいずれを先にするかも適宜決定すればよい。また、投入時の所定量と取出時の所定量は、同量とすることができるが、同量でなくてもよい。例えば、投入時の所定量を２００ｇ相当とし、取出時の所定量を１００ｇ相当とすると、２回樹脂材料を取り出す毎に１回樹脂材料を投入すればよい。

測定値取得部５３は、後述のロードセル４４が出力する電気信号を取得する。

図２は本実施の形態の測定部の構成の一例を示す模式図である。測定部は、乾燥ホッパー３２に樹脂材料を投入する第１時点、及び第１時点の次に乾燥ホッパー３２に樹脂材料を投入する第２時点（第１時点と第２時点との間の時間は、樹脂材料を投入するインターバル時間に相当）の間の時間帯（この時間帯の一部を樹脂材料の質量を測定する測定期間として利用する）で乾燥ホッパー３２内に滞留している樹脂材料の全部又は一部の所定時間（例えば、１分、２分、３分など）経過前後の質量を測定する。乾燥ホッパー３２内に滞留している樹脂材料を加熱することにより、樹脂材料に含まれる水分が気化し、気化した水分量に相当する質量だけ乾燥ホッパー３２内に滞留している樹脂材料の質量が減少する。

測定部は、支点４２１を有し、枠体４８に取り付けられた支点部材４２、一端側で吊り下げ部材４３を介して乾燥ホッパー３２及び乾燥ホッパー３２に連結されている材料切出部３４（乾燥ホッパー３２と材料切出部３４とは構造物を構成）を支持するとともに、他端側で吊り下げ部材４５を介して所要の質量を有する重り部４７を支持し、中央部で支点部材４２に支えられる支持部材４１、ロードセル４４を備える。ロードセル４４の荷重検出部には、吊り下げ部材４３の先端が当接され、支点部材４２（より具体的には、支点４２１）で支えられた支持部材４１の釣り合い位置に応じて支持部材４１及び吊り下げ部材４３に加わる荷重を電気信号に変換することができる。支持部材４１の中央部は、支持部材４１の中央の点に限らず、支持部材４１の釣り合いが保てる状態で支持できる部分であればよく、中央の点の周辺であってもよい。

測定部は、少なくとも乾燥ホッパー３２及び材料切出部３４を含む構造物の質量の合計から所要質量を相殺した質量を測定することができる。所要質量は、構造物の質量でもよく、構造物の質量及び乾燥ホッパー３２内に滞留している樹脂材料の一部の質量の合計の質量でもよい。これにより、例えば、乾燥ホッパー３２に１ｋｇの樹脂材料が滞留しているときに、さらに所定量として０．１ｋｇの樹脂材料を投入した場合に、構造物の質量と樹脂材料１ｋｇ相当の質量との合計の質量を相殺すれば、実質的に、乾燥ホッパー３２に投入する所定量の樹脂材料の質量だけを測定することが可能となる。

調整部４６は、支持部材４１の長手方向に沿って吊り下げ部材４５の位置を調整することができる。調整部４６は、測定部の測定値を校正することができる。例えば、乾燥ホッパー３２内に１ｋｇの樹脂材料が滞留しているときにロードセル４４に加わる荷重が０ｇとなるように、乾燥ホッパー３２内に１．１ｋｇの樹脂材料が滞留しているときにロードセル４４に加わる荷重が１００ｇとなるように校正することができる。

図３はロードセル４４の分解能の対比例を示す説明図である。図３の比較例は、重り部４７によって所要質量分を相殺しない場合を示す。構造物の質量を９ｋｇ、材料の質量を１ｋｇとする。相殺する質量は０ｋｇであるので、測定する質量は、構造物及び材料の合計質量である１０ｋｇとなる。ロードセル４４の測定限界を１／１００００とすると、材料１ｋｇに対するロードセル４４の分解能は１０００ｍｇ（１０００ｐｐｍ）となる。

図３の実施例は、重り部４７によって所要質量分を相殺する場合を示す。構造物の質量を９ｋｇ、材料の質量を１ｋｇとする。相殺する質量を９．９ｋｇとすると、測定する質量は、１００ｇ（１０ｋｇ－９．９ｋｇ）となる。ロードセル４４の測定限界を１／１００００とすると、材料１００ｇに対するロードセル４４の分解能は１０ｍｇ（１０ｐｐｍ）となる。これにより、ロードセル４４の測定対象の質量を所定量まで軽減することができ、分解能を高くすることができる。

一般的な重量式水分測定器では、１０００ｐｐｍ程度の分解能しかなく微量な水分を測定できないが、本実施の形態のように、所要質量を相殺することにより、水分質量の微小値を測定することができる。また、分解能が高くなることで、さらに短時間で樹脂材料の質量を測定できる。

図４は乾燥ホッパー３２内に滞留している樹脂材料の質量の測定期間の一例を示す模式図である。図４において縦軸は質量を示し、横軸は時間を示す。図中のグラフは、乾燥ホッパー３２内に滞留している樹脂材料のうち重り部４７によって所要質量が相殺された質量を示し、具体的には、乾燥ホッパー３２に投入する所要量（例えば、１００ｇ相当など）の樹脂材料の質量変化を示す。図中において質量の変化の最大値と最小値との差は、例えば、１００ｍｇ～１０００ｍｇ程度であるが、これに限定されない。また、１００ｇ相当の「相当」とは、材料切出部３１、３４で樹脂材料を切り出す際の１回当りの所要量には、材料切出部３１、３４の測定誤差が含まれていることを便宜的に表している。すなわち、材料切出部３１、３４において１００ｇとして計量した樹脂材料の質量は、ロードセル４４で測った場合には、１００．１ｇ、１００．２ｇのようになる異なる場合があることを示す。

期間Ａ内では、乾燥ホッパー３２から所要量の樹脂材料の取り出しと、乾燥ホッパー３２への所要量の樹脂材料の投入が行われる。乾燥ホッパー３２から取り出される樹脂材料は加熱されているので、樹脂材料に含まれる水分は気化している。一方、乾燥ホッパー３２に投入される樹脂材料は、乾燥ホッパー３２から取り出される樹脂材料と比較して若干多い水分が含まれる可能性がある。このため、期間Ａでは、樹脂材料の質量が増える可能性がある。なお、期間Ａ内において、供給量のバラツキ等によって樹脂材料の質量が増えない場合もあるが、図では質量が増える場合を示す。

期間Ｂは、質量測定期間であり、期間Ｂでは、乾燥ホッパー３２内の樹脂材料は加熱され水分が気化するので、樹脂材料の質量が減少する。なお、図４では、便宜上、期間Ｂに亘って質量が直線的に減少するように図示しているが、これに限定されるものではなく、期間Ｂに亘って、質量の減少率が小さくなり、期間Ｂの終わり付近では、質量変化がない場合もある。測定期間は、例えば、樹脂材料の取り出しと投入が終了した時点を始点とし、所定時間ｔ１（例えば、１分、２分、３分などの時間）が経過した時点を終点とすることができる。

判定部５４は、測定部で測定した質量の差に基づいて樹脂材料の水分量を判定する。例えば、質量の差が小さい場合には、気化した水分量が少ないので、樹脂材料に含まれる水分量が少なく、樹脂材料は成形機１０に供給することができる程度に乾燥していると判定できる。また、質量の差が大きい場合には、気化した水分量が多いので、樹脂材料に含まれる水分量が多く、樹脂材料は成形機１０に供給することができる程度には乾燥していないと判定できる。なお、本明細書において、「水分量」は、水分質量と水分率の両方の意味を含む概念とする。

上述の構成により、成形機１０に樹脂材料を供給しつつ成形機１０の前段階において、乾燥ホッパー３２に樹脂材料を投入する時点間の時間帯を利用して乾燥ホッパー３２内に滞留している樹脂材料の全部又は一部の所定時間経過前後の質量を測定するので、樹脂材料の水分量を短時間に判定することができる。また、成形機１０に樹脂材料を供給しつつ樹脂材料の質量を測定するので、オンラインで使用することができ、一般的な重量式水分測定器のように、水分測定後の樹脂材料サンプルを廃棄する必要もない。

次に、樹脂材料の水分率の算出について説明する。

図５は予め水分率が分かっている樹脂材料を加熱した場合の質量変化の様子の一例を示す模式図である。図５において縦軸は質量を示し、横軸は時間を示す。樹脂材料は所定温度（例えば、１００℃など）になるように加熱される。水分率がＰ１の樹脂材料Ｍ１の所定時間ｔ１経過前後の質量差をΔＷ１とし、水分率がＰ２の樹脂材料Ｍ２の所定時間ｔ１経過前後の質量差をΔＷ２とし、水分率がＰ３の樹脂材料Ｍ３の所定時間ｔ１経過前後の質量差をΔＷ３とし、水分率がＰ４の樹脂材料Ｍ４の所定時間ｔ１経過前後の質量差をΔＷ４とする。ここで、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４とする。また、樹脂材料Ｍ１～Ｍ４は同一種類の材料とする。

図６は樹脂材料の水分質量と水分率との関係を示す模式図である。水分質量と水分率との関係を示す情報を対応情報と称する。樹脂材料の水分質量は、樹脂材料を所定時間の間、所定温度で加熱した場合に、樹脂材料に含まれる水分が気化することにより、樹脂材料の質量が減少するが、この減少による質量差である。水分率は、樹脂材料の質量（水分の質量は含まない）に対する樹脂材料に含まれる水分質量の比率である。対応情報は、例えば、記憶部５７に記憶しておいて必要に応じて対応情報を読み出して参照してもよく、対応情報を表す関係を演算式に組み込んで、コントローラ５０で演算して求めるようにしてもよい。すなわち、コントローラ５０又は記憶部５７は、対応情報特定部としての機能を有する。

図６に示すグラフは、図５で求めた複数の樹脂材料Ｍ１～Ｍ４それぞれの水分率と質量差をプロットすることにより、対応情報として生成することができる。なお、図では、樹脂材料Ｍ１～Ｍ４を図示しているが、水分率が異なる樹脂材料の数は４個に限定されるものではない。水分率が異なる多数の樹脂材料を用いることにより、精度のよい対応情報を生成することができる。

水分率算出部５５は、算出部としての機能を有し、対応情報及び判定部５４で判定した水分量に基づいて樹脂材料の水分率を算出する。これにより、樹脂材料の水分率を求めることができる。

図７は樹脂材料の水分判定の結果に基づく処置の一例を示す説明図である。種類が異なる樹脂材料をＳ１～Ｓ５とする。樹脂材料Ｓ１～Ｓ５の水分率の所定の閾値（合否判定閾値）を、それぞれ１００ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、５００ｐｐｍとする。水分判定の結果、不合格の場合の処理をケース１、２、３とする。

ケース１では、水分率算出部５５で算出した水分率が所定の閾値以上の場合、報知する。すなわち、報知部５６は、水分率算出部５５で算出した水分率が所定の閾値以上である場合、報知する。報知は、例えば、水分判定装置３０に設けられた表示パネル（不図示）に表示してもよく、音声出力でもよく、所定の携帯端末装置や監視装置へ送信してもよい。これにより、成形機１０に樹脂材料を供給しつつオンラインで使用する場合に、樹脂材料が成形機１０に供給することができる程度には乾燥していないときは、報知することによってユーザは必要な対応を講じることができる。

ケース２では、乾燥ホッパー３２からの樹脂材料の取り出し（切出）を停止する。すなわち、コントローラ５０は、停止部としての機能を有し、水分率算出部５５で算出した水分率が所定の閾値以上である場合、材料切出部３４による樹脂材料の次工程への供給を停止する。これにより、成形機１０に供給することができる程度には乾燥していない樹脂材料の供給を停止して、樹脂成形品の品質に問題が生じる可能性を防止できる。

ケース３では、乾燥ホッパー３２からの樹脂材料の供給先を成形機１０側から乾燥機２０側へ切り替える。すなわち、コントローラ５０は、切替部としての機能を有し、水分率算出部５５で算出した水分率が所定の閾値以上である場合、稼働するブロワーをブロワー１３からブロワー１４に切り替えて、Ｙ字菅１５を介して、次工程から乾燥工程に切り替えて樹脂材料を供給する。これにより、成形機１０に供給することができる程度には乾燥していない樹脂材料を乾燥工程に切り替え、樹脂成形品の品質に問題が生じる可能性を防止できる。乾燥していない樹脂材料は再度乾燥機２０で乾燥されるので、無駄なく樹脂材料を使用できる。

コントローラ５０は、水分率算出部５５で算出した水分率が所定の閾値未満である場合、次工程としての成形工程に樹脂材料を供給する。これにより、オンラインで樹脂材料の水分率を算出しつつ成形機１０に樹脂材料を供給することができる。

樹脂材料には、水分以外に揮発成分（例えば、ガス、油、添加物など）が含まれる場合があり、樹脂材料を加熱することにより、水分だけでなく揮発成分も気化する。以下では、揮発成分が含まれる場合の水分質量の補正について説明する。

図８はカールフィッシャー水分計で作成した検量線の一例を示す模式図である。図８において縦軸は水分率を示し、横軸は水分質量（質量差）を示す。図８では、種類が異なる樹脂材料Ｓ１～Ｓ３それぞれの検量線を図示している。水分判定装置３０で判定する樹脂材料の種類に応じて、所要の検量線を用いればよい。

カールフィッシャー法は、水と選択的に、かつ定量的に反応するカールフィッシャー試薬（例えば、ヨウ素、二酸化硫黄、塩基及びアルコール等の溶剤などで構成される）を用いて水分を測定する方法であり、カールフィッシャー水分計で作成した検量線は、揮発成分を除いた水分だけを正確に測定できる。

水分率算出部５５は、判定部５４で判定した水分量及び検量線に基づいて樹脂材料の水分率を算出する。これにより、樹脂材料に揮発成分が含まれる場合でも、樹脂材料の水分率を精度よく求めることができる。

図９は樹脂材料に含まれる水分質量と揮発成分の質量との割合の一例を示す説明図である。種類が異なる樹脂材料をＳ６～Ｓ１０とする。樹脂材料Ｓ６の水分割合は６０％であり、水分以外の揮発成分の割合を４０％とする。樹脂材料Ｓ７の水分割合は５０％であり、揮発成分の割合を５０％とする。樹脂材料Ｓ８の水分割合は７０％であり、揮発成分の割合を３０％とする。樹脂材料Ｓ９の水分割合は６５％であり、揮発成分の割合を３５％とする。樹脂材料Ｓ１０の水分割合は７５％であり、揮発成分の割合を２５％とする。図９では、便宜上、５種類の樹脂材料を示しているが、樹脂材料の種類の数は５個に限定されない。

樹脂材料Ｓ６～Ｓ１０の水分割合の平均は６４％であり、揮発成分の平均は３６％となる。水分質量と揮発成分の質量との割合（平均）は、例えば、割合特定部としての記憶部５７に記憶しておいて必要に応じて読み出して参照すればよい。

判定部５４は、測定部で測定した質量の差を上述の割合に基づいて補正して樹脂材料の水分量を判定することができる。例えば、水分質量の割合を６４％とし、水分以外の揮発成分の割合を３６％とすると、測定した質量の差に０．６４を乗算して水分質量を補正することができる。これにより、樹脂材料に揮発成分が含まれる場合でも、水分量だけを精度よく判定することができる。

水分率算出部５５は、判定部５４で判定した水分量に基づいて樹脂材料の水分率を算出することができる。これにより、樹脂材料に揮発成分が含まれる場合でも、樹脂材料の水分率を精度よく求めることができる。

上述のように、本実施の形態の水分判定装置３０によれば、従来のカールフィッシャー水分計で測定する場合のように測定に長時間（例えば、１５～６０分）必要とせず、短時間（例えば、数分程度）で水分量を判定することができる。また、本実施の形態の水分判定装置３０によれば、従来の重量式水分計のように、１０００ｐｐｍ（０．１％）程度の低い分解能ではなく、樹脂材料の水分量を判定する際の分解能を高く（例えば、１０ｐｐｍ程度）することができる。また、本実施の形態の水分判定装置３０によれば、赤外線吸収式水分計、マイクロ波吸収式水分計又は静電容量式水分計などの分解能よりも高い分解能を実現できる。

本実施の形態の水分判定装置は、粉粒体材料が貯留される乾燥ホッパーと、前記乾燥ホッパーに所定量の粉粒体材料が投入される際に、前記乾燥ホッパーから所定量の粉粒体材料を取り出して次工程へ供給する材料供給部と、前記乾燥ホッパーに粉粒体材料をそれぞれ投入する第１時点及び前記第１時点より後の第２時点の間の時間帯で前記乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の全部又は一部の所定時間経過前後の質量を測定する測定部と、前記測定部で測定した質量の差に基づいて粉粒体材料の水分量を判定する判定部とを備える。

本実施の形態の水分判定システムは、前述の発明に係る水分判定装置と、前記水分判定装置が粉粒体材料を供給する成形機と、前記水分判定装置に粉粒体材料を供給する乾燥機とを備える。

本実施の形態の水分判定方法は、粉粒体材料が貯留される乾燥ホッパーに所定量の粉粒体材料が投入される際に、乾燥ホッパーから所定量の粉粒体材料を取り出して次工程へ供給し、前記乾燥ホッパーに粉粒体材料をそれぞれ投入する第１時点及び前記第１時点より後の第２時点の間の時間帯で前記乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の全部又は一部の所定時間経過前後の質量を測定し、測定された質量の差に基づいて粉粒体材料の水分量を判定する。

材料供給部は、材料切出部であって、乾燥ホッパーに所定量の粉粒体材料が投入される際に、乾燥ホッパーから所定量の粉粒体材料を取り出して次工程へ供給する。粉粒体材料は、成形機に供給される樹脂材料である。次工程は、成形機側の工程であり、次工程には、例えば、成形機や成形機に粉粒体材料を供給する貯留ホッパーなどが含まれる。成形機で粉粒体材料が消費され、貯留ホッパーに貯留された粉粒体材料の残量が所定レベル以下になると乾燥ホッパーに所定量の粉粒体材料が投入されるとともに乾燥ホッパーから所定量の粉粒体材料が取り出される。乾燥ホッパーに所定量の粉粒体材料を投入するタイミングと乾燥ホッパーから所定量の粉粒体材料を取り出すタイミングとは必ずしも同時でなくてもよく若干の時間差があってもよい。投入のタイミングと取り出しのタイミングのいずれを先にするかも適宜決定すればよい。また、投入時の所定量と取出時の所定量は、同量とすることができるが、同量でなくてもよい。例えば、投入時の所定量を２００ｇ相当とし、取出時の所定量を１００ｇ相当とすると、２回取り出す毎に１回投入すればよい。

測定部は、乾燥ホッパーに粉粒体材料を投入する第１時点、及び第１時点の次に乾燥ホッパー３２に粉粒体材料を投入する第２時点（第１時点と第２時点との間の時間は、粉粒体材料を投入するインターバル時間に相当）の間の時間帯（粉粒体材料の質量測定期間）で乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の全部又は一部の所定時間（例えば、１分、２分、３分など）経過前後の質量を測定する。乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料を加熱することにより、粉粒体材料に含まれる水分が気化し、気化した水分量に相当する質量だけ乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料全体の質量が減少する。

判定部は、測定部で測定した質量の差に基づいて粉粒体材料の水分量を判定する。例えば、質量の差が小さい場合には、気化した水分量が少ないので、粉粒体材料に含まれる水分量が少なく、粉粒体材料は成形機に供給することができる程度に乾燥していると判定できる。また、質量の差が大きい場合には、気化した水分量が多いので、粉粒体材料に含まれる水分量が多く、粉粒体材料は成形機に供給することができる程度には乾燥していないと判定できる。

上述の構成により、成形機に粉粒体材料を供給しつつ成形機の前段階において、乾燥ホッパーに粉粒体材料を投入する時点間の時間帯を利用して乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の全部又は一部の所定時間経過前後の質量を測定するので、粉粒体材料の水分量を短時間に判定することができる。また、成形機に粉粒体材料を供給しつつ粉粒体材料の質量を測定するので、オンラインで使用することができ、一般的な重量式水分測定器のように、水分測定後の樹脂材料サンプルを廃棄する必要もない。

本実施の形態の水分判定装置において、前記測定部は、少なくとも前記乾燥ホッパー及び前記材料供給部を含む構造物の質量の合計から所要質量を相殺した質量を測定する。

測定部は、少なくとも乾燥ホッパー及び材料供給部を含む構造物の質量の合計から所要質量を相殺した質量を測定する。所要質量は、構造物の質量でもよく、構造物の質量及び乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の一部の質量の合計の質量でもよい。例えば、構造物の質量を９ｋｇとし、乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の質量を１．１ｋｇ（投入時の１００ｇ相当の所定量を含むとする）とすると、重りによって質量１０ｋｇを相殺することができる。

乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の質量及び構造物の質量の合計から所要質量を相殺する（差し引く）ので、乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の質量（例えば、乾燥ホッパーに投入する所定量の粉粒体材料の質量）だけを測定できる。これにより、測定部の所定の測定限界に対して、測定対象物の質量が小さくなるので、測定の分解能を高くすることができる。一般的な重量式水分測定器では、１０００ｐｐｍ程度の分解能しかなく微量な水分を測定できないが、所要質量を相殺することにより、水分質量の微小値を測定することができる。また、分解能が高くなることで、さらに短時間で粉粒体材料の質量を測定できる。

本実施の形態の水分判定装置において、前記測定部は、一端側で前記構造物を支持し、他端側で所要の質量を有する重り部を支持し、中央部の支点で支えられる支持部材と、前記支点で支えられた支持部材の釣り合い位置に応じて前記支持部材に加わる荷重を電気信号に変換するロードセルとを備え、前記ロードセルが出力する電気信号に基づいて前記乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の質量を測定する。

測定部は、一端側で構造物を支持し、他端側で所要の質量を有する重り部を支持し、中央部の支点で支えられる支持部材と、支点で支えられた支持部材の釣り合い位置に応じて支持部材に加わる荷重を電気信号に変換するロードセルとを備える。中央部は、支持部材の中央の点に限らず、支持部材の釣り合いが保てる状態で支持できる部分であればよく、中央の点の周辺であってもよい。例えば、構造物の質量を９ｋｇとし、乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の質量を１．１ｋｇ（投入時の１００ｇ相当の所定量を含むとする）とし、重りの質量を１０ｋｇとする。重りによって１０ｋｇが相殺されるので、支持部材からロードセルに加わる荷重を１００ｇに軽減できる。ロードセルの測定限界を１／１００００とすると、ロードセルは、質量１００ｇの粉粒体材料を測定するので、ロードセルの分解能は１０ｍｇ（１０ｐｐｍ）となる。

なお、重りによって所要質量分を相殺しない場合には、ロードセルは、約質量１０ｋｇの荷重を測定するので、ロードセルの測定限界を１／１００００とすると、ロードセルの分解能は１０００ｍｇ（１０００ｐｐｍ）となる。

ロードセルが出力する電気信号に基づいて乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の質量を測定する。これにより、ロードセルの測定対象の質量を所定量まで軽減することができ、分解能を高くすることができる。

本実施の形態の水分判定装置は、粉粒体材料の水分質量と水分率との対応情報を特定する対応情報特定部と、前記対応情報及び前記判定部で判定した水分量に基づいて粉粒体材料の水分率を算出する算出部とを備える。

対応情報特定部は、粉粒体材料の水分質量と水分率との対応情報を特定する。粉粒体材料の水分質量は、粉粒体材料を所定時間の間、所定温度で加熱した場合に、粉粒体材料に含まれる水分が気化することにより、粉粒体材料の質量が減少し、減少による質量差である。水分率は、粉粒体材料の質量（水分の質量は含まない）に対する粉粒体材料に含まれる水分質量の比率である。対応情報の特定は、例えば、対応情報をメモリなどの記憶部に記憶しておいて必要に応じて対応情報を読み出して参照してもよく、対応情報を表す関係を演算式に組み込んで演算により求めるようにしてもよい。

対応情報は、例えば、以下のようにして予め求めることができる。同量であって予め水分率が異なる複数の粉粒体材料を所定時間の間、所定温度で加熱することにより、粉粒体材料の所定時間経過前後での質量差を測定する。複数の粉粒体材料それぞれの水分率と質量差をプロットすることにより、対応情報を生成することができる。

算出部は、対応情報及び判定部で判定した水分量に基づいて粉粒体材料の水分率を算出する。これにより、粉粒体材料の水分率を求めることができる。

本実施の形態の水分判定装置は、粉粒体材料に含まれる水分質量と揮発成分の質量との割合を特定する割合特定部を備え、前記判定部は、前記測定部で測定した質量の差を前記割合に基づいて補正して粉粒体材料の水分量を判定する。

割合特定部は、粉粒体材料に含まれる水分質量と揮発成分の質量との割合を特定する。揮発成分は、例えば、ガス、油、添加剤などを含む。水分質量と揮発成分の質量との割合は、例えば、メモリなどの記憶部に記憶しておいて必要に応じて読み出して参照すればよい。水分質量と揮発成分の質量との割合は、例えば、複数の種類の粉粒体材料それぞれの水分質量と揮発成分の質量との割合を求め、その平均値とすることができる。

判定部は、測定部で測定した質量の差を割合に基づいて補正して粉粒体材料の水分量を判定する。例えば、水分質量の割合が４０％とし、水分以外の揮発成分の割合が６０％とすると、測定した質量の差に０．４を乗算して水分質量を補正することができる。これにより、粉粒体材料に揮発成分が含まれる場合でも、水分量だけを精度よく判定することができる。

本実施の形態の水分判定装置は、前記判定部で判定した水分量に基づいて粉粒体材料の水分率を算出する算出部を備える。

算出部は、判定部で判定した水分量に基づいて粉粒体材料の水分率を算出する。これにより、粉粒体材料に揮発成分が含まれる場合でも、粉粒体材料の水分率を精度よく求めることができる。

本実施の形態の水分判定装置は、前記算出部で算出した水分率が所定の閾値以上である場合、報知する報知部を備える。

報知部は、算出部で算出した水分率が所定の閾値以上である場合、報知する。これにより、成形機に粉粒体材料を供給しつつオンラインで使用する場合に、粉粒体材料が成形機に供給することができる程度には乾燥していないときは、報知によってユーザは必要な対応を講じることができる。

本実施の形態の水分判定装置は、前記算出部で算出した水分率が所定の閾値以上である場合、前記材料供給部による粉粒体材料の次工程への供給を停止する停止部を備える。

停止部は、算出部で算出した水分率が所定の閾値以上である場合、材料供給部による粉粒体材料の次工程への供給を停止する。これにより、成形機に供給することができる程度には乾燥していない粉粒体材料の供給を停止して、樹脂成形品の品質に問題が生じる可能性を防止できる。

本実施の形態の水分判定装置は、前記算出部で算出した水分率が所定の閾値以上である場合、前記次工程から乾燥工程に切り替えて粉粒体材料を供給する切替部を備える。

切替部は、算出部で算出した水分率が所定の閾値以上である場合、次工程から乾燥工程に切り替えて粉粒体材料を供給する。これにより、成形機に供給することができる程度には乾燥していない粉粒体材料を乾燥工程に切り替え、樹脂成形品の品質に問題が生じる可能性を防止できる。

本実施の形態の水分判定装置において、前記切替部は、前記算出部で算出した水分率が所定の閾値未満である場合、前記次工程としての成形工程に粉粒体材料を供給する。

切替部は、算出部で算出した水分率が所定の閾値未満である場合、次工程としての成形工程に粉粒体材料を供給する。これにより、オンラインで粉粒体材料の水分率を算出しつつ成形機に粉粒体材料を供給することができる。

なお、前述の実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせることができる。

１０成形機
１１ホッパー
１２レベル計
１３、１４ブロワー
１５Ｙ字菅
１６、１７、１８、１９管路
２０乾燥機
２１ホッパー
３０水分判定装置
３１、３４材料切出部
３２乾燥ホッパー
３３ヒータ
３５ホッパー
４１支持部材
４２支点部材
４２１支点
４３、４５吊り下げ部材
４６調整部
４７重り部
４８枠体
５０コントローラ
５１要求信号取得部
５２制御信号出力部
５３測定値取得部
５４判定部
５５水分率算出部
５６報知部
５７記憶部

Claims

粉粒体材料が貯留される乾燥ホッパーと、
前記乾燥ホッパーに所定量の粉粒体材料が投入される際に、前記乾燥ホッパーから所定量の粉粒体材料を取り出して次工程へ供給する材料供給部と、
前記乾燥ホッパーに粉粒体材料をそれぞれ投入する第１時点及び前記第１時点より後の第２時点の間の時間帯で前記乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の全部又は一部の所定時間経過前後の質量を測定する測定部と、
前記測定部で測定した質量の差に基づいて粉粒体材料の水分量を判定する判定部と、
粉粒体材料の水分量と水分率との対応情報を特定する対応情報特定部と、
前記対応情報及び前記判定部で判定した水分量に基づいて粉粒体材料の水分率を算出する算出部と
を備える粉粒体材料の水分判定装置。
粉粒体材料が貯留される乾燥ホッパーと、
前記乾燥ホッパーに所定量の粉粒体材料が投入される際に、前記乾燥ホッパーから所定量の粉粒体材料を取り出して次工程へ供給する材料供給部と、
前記乾燥ホッパーに粉粒体材料をそれぞれ投入する第１時点及び前記第１時点より後の第２時点の間の時間帯で前記乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の全部又は一部の所定時間経過前後の質量を測定する測定部と、
前記測定部で測定した質量の差に基づいて粉粒体材料の水分量を判定する判定部と、
粉粒体材料に含まれる水分質量と揮発成分の質量との割合を特定する割合特定部と
を備え、
前記判定部は、
前記測定部で測定した質量の差を前記割合に基づいて補正して粉粒体材料の水分量を判定する粉粒体材料の水分判定装置。
前記判定部で判定した水分量に基づいて粉粒体材料の水分率を算出する算出部を備える請求項２に記載の水分判定装置。
前記算出部で算出した水分率が所定の閾値以上である場合、報知する報知部を備える請求項１又は請求項３に記載の水分判定装置。
前記算出部で算出した水分率が所定の閾値以上である場合、前記材料供給部による粉粒体材料の次工程への供給を停止する停止部を備える請求項１、請求項３又は請求項４のいずれか一項に記載の水分判定装置。
前記算出部で算出した水分率が所定の閾値以上である場合、前記次工程から乾燥工程に切り替えて粉粒体材料を供給する切替部を備える請求項１、請求項３又は請求項４のいずれか一項に記載の水分判定装置。
前記切替部は、
前記算出部で算出した水分率が所定の閾値未満である場合、前記次工程としての成形工程に粉粒体材料を供給する請求項６に記載の水分判定装置。
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の水分判定装置と、前記水分判定装置が粉粒体材料を供給する成形機と、前記水分判定装置に粉粒体材料を供給する乾燥機とを備える水分判定システム。
粉粒体材料が貯留される乾燥ホッパーに所定量の粉粒体材料が投入される際に、乾燥ホッパーから所定量の粉粒体材料を取り出して次工程へ供給し、
前記乾燥ホッパーに粉粒体材料をそれぞれ投入する第１時点及び前記第１時点より後の第２時点の間の時間帯で前記乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の全部又は一部の所定時間経過前後の質量を測定し、
測定された質量の差に基づいて粉粒体材料の水分量を判定し、
粉粒体材料の水分量と水分率との対応情報を特定し、
前記対応情報及び判定した水分量に基づいて粉粒体材料の水分率を算出する粉粒体材料の水分判定方法。
粉粒体材料が貯留される乾燥ホッパーに所定量の粉粒体材料が投入される際に、乾燥ホッパーから所定量の粉粒体材料を取り出して次工程へ供給し、
前記乾燥ホッパーに粉粒体材料をそれぞれ投入する第１時点及び前記第１時点より後の第２時点の間の時間帯で前記乾燥ホッパー内に滞留している粉粒体材料の全部又は一部の所定時間経過前後の質量を測定し、
測定された質量の差に基づいて粉粒体材料の水分量を判定し、
粉粒体材料に含まれる水分質量と揮発成分の質量との割合を特定し、
測定した質量の差を前記割合に基づいて補正して粉粒体材料の水分量を判定する粉粒体材料の水分判定方法。