JPH11160138A - 粉体供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ロスインウェイト方式によって粉体流量を算
出して流量制御を行う粉体供給装置でありながら、一定
流量で長い時間にわたって粉体を供給すること。 【解決手段】 粉体供給装置１００は、粉体搬送路２０
と、粉体搬送用振動子１０と、ホッパ３０と、ホッパ３
０内の粉体Ｐの重量を計測する粉体重量計測手段４０
と、駆動信号を生成する駆動制御手段であるマイコンシ
ステム５０と、マイコンシステムからの駆動信号により
粉体搬送用振動子１０を駆動する駆動回路６０とを備え
る。マイコンシステム５０は、ホッパ３０に粉体Ｐが補
給されていない期間中には、ロスインウェイト方式によ
りフィードバック制御をおこなって流量制御をする。一
方、ホッパ３０に粉体Ｐが補給されている期間中には、
予め記憶しておいたフィードバック制御期間中の駆動条
件に基づいて駆動信号を生成して定常駆動制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動によって、粉
体を搬送して供給する粉体供給装置に関し、さらに詳し
くは、ホッパへの粉体補給期間中を含む長期間にわた
り、略一定流量の粉体を供給できる粉体供給装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、粉体を搬送・供給するのに、
粉体の搬送路の全部または一部を振動させ、これにより
粉体を所望量搬送・供給することが行われている。その
際、粉体の流量（単位時間あたりの搬送量）を知るのに
は、ホッパ等に貯蔵されている粉体の重量を連続的に計
測し、単位時間あたりの重量変化（重量減少量）を算出
して粉体の流量とする、いわゆるロスインウェイト方式
での流量計測が知られている。さらには、流量を所望の
値にするため、ロスインウェイト方式で算出した流量を
用いて、振動強度等の駆動条件のフィードバック制御を
行い、安定した一定流量を得ることが行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
粉体供給装置においては、一定流量で、長い時間にわた
って、粉体を供給することは困難であった。ホッパに貯
蔵できる粉体の量（ホッパ容量）が限られているため、
適当な間隔でホッパに粉体を補給しなければならない。
しかし、上記のようなフィードバック制御をしつつ、ホ
ッパに粉体を補給すると、制御回路は、粉体重量が減少
しないために、指定された重量減少率を保とうとして、
さらに多くの量を搬送するように駆動条件を変化させ
る。即ち、ホッパに粉体が補給されている期間（以下、
単に粉体補給期間ともいう）中は、流量が増加するよう
に制御されるからである。このため、このような制御を
しつつ、一定流量で粉体を供給することができなかっ
た。

【０００４】一方、このように流量が増加するのを防ぐ
ためには、粉体補給期間中は、粉体供給装置の駆動を休
止し、粉体の補給後に駆動を再開する間欠的駆動が考え
られるが、いずれにしても、長時間一定流量で粉体供給
装置を作動させることにはならなかった。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、ロスインウェイト方式によって粉体流量を
算出して流量制御を行う粉体供給装置でありながら、一
定流量で長い時間にわたって粉体を供給することのでき
る粉体供給装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段、作用および効果】しかし
て、請求項１に記載の解決手段は、粉体が搬送される粉
体搬送路と、上記粉体搬送路の少なくとも一部を振動さ
せて粉体を搬送する粉体搬送用振動子と、粉体を貯蔵
し、上記粉体搬送路に粉体を送り込むホッパと、少なく
とも上記ホッパ内の粉体の重量を計測する粉体重量計測
手段と、駆動信号を生成する駆動制御手段と、上記駆動
制御手段からの駆動信号により上記粉体搬送用振動子を
駆動する駆動回路と、を備える粉体供給装置において、
上記駆動制御手段は、上記ホッパに粉体が補給されてい
ない期間中、上記粉体重量計測手段において計測した重
量の時間変化から算出した流量を所定値とするように、
上記駆動信号を生成するロスインウェイト帰還制御手段
と、上記ホッパに粉体が補給されている期間中、定常駆
動信号を生成する定常駆動制御手段と、を有することを
特徴とする粉体供給装置である。

【０００７】上記構成を有する本発明の粉体供給装置
は、ホッパに粉体が補給されていない期間（以下、単に
粉体非補給期間ともいう）中は、ロスインウェイト方式
で算出した流量を用いて帰還制御（フィードバック制
御）を行うため、一定流量で粉体を供給できる。一方、
ホッパに粉体が補給されている期間（粉体補給期間）中
は、定常駆動制御されるので、一定の駆動信号で粉体搬
送用振動子（以下、単に振動子ともいう）が駆動され、
粉体を供給するので、流量は略一定の流量となる。この
期間内は、定常駆動制御であり、流量の変動を防ぐよう
にフィードバック制御されていないので、フィードバッ
ク制御した場合ほど高精度に流量を一定とすることはで
きないものの、限られた期間内であれば、一定の駆動信
号のもとでの粉体の流量は、それほど大きくは変化しな
いと考えられるからである。従って、本発明の粉体供給
装置によれば、粉体補給期間においても、略一定流量で
粉体を供給できる。

【０００８】なお、定常駆動制御においては、駆動条
件を予め固定しておき、その駆動条件に基づき固定され
た駆動信号で駆動する制御手段や、直前のロスインウ
ェイト帰還制御手段における駆動条件を記憶しておき、
記憶した駆動条件に基づき駆動を継続する制御手段等が
挙げられる。このうち、上記の制御手段では、制御手
段の構成が簡単にできる利点がある。

【０００９】ここで、粉体重量計測手段とは、ホッパ内
の粉体の重量を計測するものであれば良く、具体的に
は、ロードセルを用いるのが好ましいが、他の計測装置
を用いても良い。また、ホッパ内の粉体重量を計測すれ
ば良く、粉体搬送路や粉体搬送用振動子の重量等を合わ
せたものを計測する必要はない。即ち、ホッパを搬送用
振動子等とは異なる部材によって保持し、ホッパを含め
た粉体の重量のみを計測できるようにしても良いし、粉
体搬送路や粉体搬送用振動子も含めた重量を計測するよ
うにしても良い。ホッパや粉体搬送路、粉体搬送用振動
子自身の重量は時間変化しないので、粉体の流量を計測
するのにこれらの重量は関係しないからである。

【００１０】さらに、請求項２に記載の解決手段は、請
求項１に記載の粉体供給装置において、前記定常駆動制
御手段は、直前のロスインウェイト帰還制御手段の動作
時における駆動条件を記憶する駆動条件記憶手段を備
え、上記駆動条件記憶手段に記憶された駆動条件に基づ
いて前記定常駆動信号を生成することを特徴とする粉体
供給装置である。

【００１１】上記構成を有する本発明の粉体供給装置に
おいては、定常駆動制御手段の駆動条件記憶手段が、直
前のロスインウェイト帰還制御手段の動作時における駆
動条件を記憶している。従って、ロスインウェイト帰還
制御手段動作時（粉体非補給期間中）は、高精度に流量
が制御されることはもとより、定常駆動制御手段動作時
（粉体補給期間中）においても、直前のロスインウェイ
ト帰還制御手段の駆動条件に基づく定常駆動信号で駆動
を継続することになる。つまり、粉体非補給期間中の駆
動条件で、継続して粉体補給期間中も粉体搬送用振動子
を駆動し続けるので、この粉体補給期間中も、粉体非補
給期間中の粉体流量と略同一の流量で粉体を供給しつづ
けることになる。従って、全期間にわたってほぼ一定の
流量を供給することができるようになる。しかも、直前
のロスインウェイト帰還制御手段の動作時における駆動
条件を、駆動条件記憶手段が記憶するので、定常駆動制
御手段が適当な定常駆動条件で振動子を駆動するよう
に、予め調整しておく必要がない。

【００１２】ここで、駆動条件記憶手段が記憶する駆動
条件は、振動子の種類や制御方式によっても異なり、例
えば、駆動電圧、駆動周波数、間欠駆動における駆動波
形のデューティ比等が挙げられる。

【００１３】さらに、請求項３に記載の解決手段は、請
求項２に記載の粉体供給装置において、前記駆動条件記
憶手段は、前記ロスインウェイト帰還制御手段の動作中
に、所定間隔毎に最新の前記駆動条件に書き換えて記憶
し、上記ロスインウェイト帰還制御手段の動作終了後
は、記憶した駆動条件を保持するようにされていること
を特徴とする粉体供給装置である。

【００１４】粉体供給装置においては、ロスインウェイ
ト帰還制御手段の動作中、即ち、粉体非補給期間中に
も、駆動条件は徐々に変化する可能性がある。従って、
粉体補給期間中の駆動条件としては、ロスインウェイト
帰還制御手段から定常駆動制御手段へ振動子の駆動信号
生成を切り替える直前、即ち、ロスインウェイト帰還制
御手段の動作終了直前の値を用いるのが好ましい。上記
構成を有する本発明の粉体供給装置は、粉体非補給期間
中に、所定時間間隔で、記憶した駆動条件を書き換えて
記憶するので、常に最後（最新）の駆動条件が記憶さ
れ、その条件が粉体補給期間中にわたって保持されるこ
となる。従って、粉体補給期間中も、最新の駆動条件に
基づき定常駆動できるため、この期間中の粉体流量を、
より粉体非補給期間中の流量に近づけることができる。
なお、このような手法の他、ロスインウェイト帰還制御
手段から定常駆動制御手段へ振動子の駆動信号生成を切
り替える直前に、駆動条件を記憶し、その後、制御手段
をロスインウェイト帰還制御手段から定常駆動制御手段
へ切り替えるようにしても良い。

【００１５】さらに、請求項４に記載の解決手段は、内
部を粉体が搬送される粉体搬送路と、共振周波数での駆
動時に先端部が楕円振動する振動子であって、上記粉体
搬送路のうち上記先端部に導かれた部分を振動させて、
粉体を搬送する粉体搬送用振動子と、粉体を貯蔵し、上
記粉体搬送路に粉体を送り込むホッパと、少なくとも上
記ホッパ内の粉体の重量を計測する粉体重量計測手段
と、上記粉体搬送用振動子を間欠駆動するための駆動信
号を生成する駆動制御手段と、上記駆動制御手段からの
駆動信号により上記粉体搬送用振動子を駆動する駆動回
路と、を備える粉体供給装置において、上記駆動制御手
段は、上記ホッパに粉体が補給されていない期間中、上
記粉体重量計測手段において計測した重量の時間変化か
ら算出した流量を所定値とするように、上記駆動信号を
生成するロスインウェイト帰還制御手段と、直前のロス
インウェイト帰還制御手段の動作時における間欠駆動の
デューティ比を記憶するデューティ比記憶手段を備え、
上記ホッパに粉体が補給されている期間中、上記デュー
ティ比記憶手段に記憶されたデューティ比に基づいて上
記駆動信号を生成する定常駆動制御手段と、を有するこ
とを特徴とする粉体供給装置である。

【００１６】上記構成を有する本発明の粉体供給装置
は、粉体非補給期間中は、ロスインウェイト方式で帰還
制御（フィードバック制御）を行うため、一定流量で粉
体を供給できる。一方、粉体補給期間中は、デューティ
比記憶手段に記憶されたデューティ比に基づいて定常駆
動制御手段により粉体搬送用振動子が駆動され、粉体を
供給するので、粉体流量は粉体非補給期間中の粉体流量
とほぼ等しく略一定の流量となる。この期間内は、定常
駆動制御であり、流量の変動を防ぐようにフィードバッ
ク制御されていないので、フィードバック制御した場合
ほど高精度に流量を一定とすることはできないものの、
限られた期間内であれば、一定の駆動信号のもとでの粉
体の流量は、それほど大きくは変化しないと考えられる
からである。従って、本発明の粉体供給装置によれば、
粉体補給期間も含めた全期間において、略一定流量で粉
体を供給できる。

【００１７】さらに、本発明においては、共振周波数で
駆動することにより楕円振動する振動子を用い、デュー
ティ比によって出力（粉体の流量）を制御している。こ
のような共振周波数で駆動する振動子を用いる場合に
は、デューティ比による出力制御を行うと、デューティ
比と粉体流量との関係が略線形関係となるので、制御が
容易である。ＯＮ／ＯＦＦを繰り返すスイッチングをさ
せるだけであるので、例えば電圧制御等に比して駆動回
路の構成が簡単にでき、また駆動回路における発熱（エ
ネルギーロス）も少なくすることができる。

【００１８】さらに、請求項５に記載の解決手段は、請
求項１〜請求項４にいずれかに記載の粉体供給装置にお
いて、前記定常駆動制御手段は、前記ホッパに粉体が補
給されている期間の経過後も、所定期間にわたり前記粉
体搬送用振動子の駆動信号を生成し、前記ロスインウェ
イト帰還制御手段は、上記所定期間経過後に前記粉体搬
送用振動子の駆動信号を生成することを特徴とする粉体
供給装置である。

【００１９】粉体補給期間中に、ホッパに粉体を供給す
ると、供給時に粉体がホッパや振動子等に与える衝撃や
振動によってホッパ等が揺動する。この揺動の影響によ
り、粉体供給を終了した後（粉体補給期間経過後）も、
しばらくの間は、粉体重量計測手段での粉体重量の計測
値が変動し、安定して重量を計測できない。従って、粉
体供給終了後（粉体補給期間経過後）、直ちにロスイン
ウェイト帰還制御手段によって粉体搬送用振動子を駆動
すると、計測値の変動に影響されて、流量が変動し、一
定に制御できない場合がある。

【００２０】これに対して、上記構成を有する本発明の
粉体供給装置は、粉体補給期間経過後（即ち、粉体供給
終了後）も、所定期間にわたって、定常駆動制御手段に
よって粉体搬送用振動子を駆動し、その後、ロスインウ
ェイト帰還制御手段によって粉体搬送用振動子を駆動す
る。このようにすれば、ホッパ等の揺動が十分減衰し、
安定した粉体重量が計測可能となった後、ロスインウェ
イト帰還制御手段による駆動に切り替えることができる
ので、ホッパ等の揺動による流量の変動を回避すること
ができ、全期間にわたって、より安定して一定流量の粉
体を供給できる。なお、定常駆動制御を継続する上記所
定期間は、振動が粉体重量計測に影響しなくなるまでの
期間に設定するのが良く、さらには、供給する粉体の性
質や供給方法、ホッパやロードセル等粉体供給装置の剛
性等を勘案して、適宜調整することができるようにする
のが好ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態であ
る粉体供給装置を図面を参照しつつ詳細に説明する。粉
体供給装置１００の全体構成を図１に示し、粉体供給装
置１００のうち粉体搬送用振動子１０、粉体搬送路２
０、およびホッパ３０の構造を図２に示す。まず、粉体
供給装置１００について説明する。本実施形態の粉体供
給装置１００では、先端部２ｃ（図中下端）が超音波振
動する粉体供給用振動子１０と、ホッパ３０と、ホッパ
３０に貯蔵された粉体（例えば、ステライト粉体、１０
０μｍ）Ｐを振動子１０の先端部２ｃに導く粉体搬送路
２０とが、固定部材４およびロードセル４１を介して片
持ち梁状に壁面Ｓに固定されている。従って、このロー
ドセル４１により、粉体供給用振動子１０、ホッパ３
０、粉体搬送路２０、およびホッパ３０に貯蔵された粉
体Ｐを合計した重量が計測できるようになっている。

【００２２】また、このロードセル４１とロードセルア
ンプ４２およびＡ／Ｄコンバータ４３とで、粉体の重量
を計測する粉体重量計測手段４０を構成しており、ロー
ドセル４１はロードセルアンプ４２によって駆動され、
ロードセル４１で計測した重量は、アナログ値としてこ
のアンプ４２から出力される。これを、所定の時間間隔
で、Ａ／Ｄコンバータ４３によってデジタルデータ（重
量情報）に変換し、マイコンシステム５０において処理
する。このマイコンシステム５０には、ＣＰＵ５１、Ｒ
ＯＭ５２およびＲＡＭ５６を備え、プログラムに従っ
て、振動子１０を駆動するための駆動信号を駆動回路６
０へ送出する。また、補給バルブ７５に対する開閉信号
も送出する。このマイコンシステム５０の動作内容につ
いての詳細は後述する。

【００２３】本実施形態では、ホッパ３０は、粉体Ｐを
２００ｇ貯蔵できる容量（粉体容量）がある。このホッ
パ３０内の粉体Ｐの量が少なくなった場合には、粉体補
給手段７０から粉体Ｐが補給される。具体的には、大量
（例えば５ｋｇ）の粉体Ｐを蓄えたメインホッパ７１か
ら、適時粉体Ｐを補給するようになっている。さらに詳
細に説明すると、メインホッパ７１の下端に取り付けら
れた、上部補給パイプ７２と下部補給パイプ７３との間
に、マイコンシステム５０の信号により開閉される電磁
式の補給バルブ７５が挿入されている。ここで、粉体Ｐ
の残量が所定の補給要求値（例えば残り５０ｇ以下）と
なった場合には、マイコンシステム５０から補給バルブ
７５を開とする信号により、上部、下部補給パイプ７
２，７３を通じてメインホッパ７１からホッパ３０へ粉
体Ｐが補給される。その後、ホッパ３０の粉体重量が所
定の補給停止値（例えば１９０ｇ）を越えるまで補給さ
れた時点で、マイコンシステム５０からの信号により、
補給バルブ７５を閉じる。これにより、ホッパ３０には
ある範囲の重量（例えば、約５０〜約１９０ｇ）の粉体
Ｐが常に貯蔵されることとなる。

【００２４】なお、ホッパ３０の粉体容量を大きく、即
ち、ホッパ３０を大きくすれば、補給を不要とし、ある
いは補給回数を減らせられるように思われる。しかし、
ロードセル４１の重量測定精度は、通常、最大計測重量
の０．１％程度であるので、精密に流量制御を行いたい
場合には、最大計測重量の大きなロードセルを使用する
と、精度不足となる。従って、調整したい流量の精度を
勘案すると、ホッパ３０を、あまり大容量とすることは
好ましくないため、このようにして適時、粉体Ｐを補給
する必要があるのである。

【００２５】次に、粉体搬送用振動子１０等の構造およ
び作用を説明する。図２に示す粉体搬送用振動子１０
は、いわゆる超音波リニアモータであり、平板リング形
状の圧電素子１を２枚、図示しない電極板を介して積層
し、この両面を、略円柱状の金属ホーン２ａおよび略円
筒状の金属バックホーン２ｂで挟んだ構造となってい
る。この振動子１０は、ボルト３によって、固定部材４
に固定されている。また、金属ホーン２ａの先端部２ｃ
は、二面取りされ、次述するパイプを挿通、固着するた
めの貫通孔２ｄが設けられている。

【００２６】この貫通孔２ｄには、内部を粉体Ｐが流通
する金属製の粉体供給パイプ２１が挿通・固着されてい
る。この粉体供給パイプ２１の図２中右側の先端部２１
ａは、やや下方に屈曲させられており、図２中左側から
搬送された粉体Ｐがパイプ２１の先端部２１ａから落下
移動しやすいようにされている。一方、パイプ２１の図
中左側の屈曲部２１ｂは、逆に斜め上方に屈曲させら
れ、ホッパ３０から供給される粉体Ｐを、容易に図中右
側へ搬送できるようにされている。

【００２７】ホッパ３０は、粉体Ｐを貯蔵し、パイプ２
０へ徐々に粉体Ｐを供給するためのものであって、その
底部３１は漏斗状になっている。この底部３１にはチュ
ーブ２３がつながれており、チューブ２３の他端は、粉
体供給パイプ２１の屈曲部２１ｂの端部につながれてい
る。つまり、チューブ２３と粉体供給パイプ２１とで、
ホッパ３０から振動子１０に粉体Ｐを導く粉体供給路２
０を構成している。なお、チューブ２３は、振動体１０
の振動を妨げないように屈曲自在の材質が選択され、本
実施形態では、ナイロンチューブを用いている。

【００２８】ここで、粉体搬送用振動子１０は、約２
９．４ｋＨｚに共振周波数を持ち、この共振周波数で駆
動すると、図３に示すように、振動子１０が大きく振動
し、しかも、伸縮振動（縦振動）と屈曲振動（撓み振
動）との合成により、先端部２ｃが楕円状の振動をす
る。この振動の一周期分についてさらに詳細に説明する
と、図４に示すように振動をしている。なお、図４で
は、先端部（図中下端部）の動きを判りやすくするた
め、先端中央部に黒点を打っている。まず、ｔ＝０（図
４(a) ）では、先端部（黒点）は左側に位置するように
曲げられている。ついで、１／４周期後のｔ＝π／２
（図４(b））では、振動体は縮み、先端部（黒点）は図
中上側に位置している。さらに、ｔ＝π（図４(c) ）で
は、先端部（黒点）が右側に位置するように曲げられて
いる。さらに１／４周期後のｔ＝３π／２（図４(d )）
では、振動体は伸び、先端部（黒点）は図中下側に位置
している。従って、一周期分について黒点の動きをたど
ってゆくと、図４に示すように楕円運動をしていること
が判る。従って、この振動子１０の先端部２ｃにパイプ
２１を取り付け、パイプ２１中に粉体Ｐを供給すると、
粉体Ｐは浮き上がりながらも図４において右方向への加
速度を受けて、右側へ搬送されてゆくこととなる。

【００２９】粉体搬送量（切り出し量）の調整や、粉体
流量の調整をするのには、本実施形態においては、共振
周波数で駆動する時間割合を調整、即ち、デューティ比
を変化させる。つまり、駆動回路６０から振動子１０
に、間欠的に駆動電圧、駆動電流を加える。デューティ
比（０〜１００％）を大きくすると、単位時間内におい
て、振動子１０が駆動される時間割合が増えることにな
り、粉体搬送量が増え、粉体流量が増える。逆にデュー
ティ比を小さくすると、駆動される時間割合が少なくな
り、粉体搬送量は減少し、粉体流量も少なくなる。な
お、この駆動回路６０は、振動子１０の共振周波数（２
９．４ｋＨｚ近傍）で共振周波数の自動追尾を行い、多
少の共振周波数の変動が有っても、常に共振周波数で振
動子１０を駆動できるようにされている。

【００３０】このようにして、振動子１０を構成する圧
電素子１を、駆動回路６０により所定の共振周波数で駆
動すると、振動子１０の先端部２ｃが楕円振動をする。
振動子１０の先端部２ｃには、パイプ状の粉体供給パイ
プ２１が保持されており、振動子先端部２ｃが楕円振動
することにより、パイプ２１内の粉体Ｐが搬送される。
パイプ２１に対しては、ホッパ３０から粉体Ｐが補給さ
れる。

【００３１】ついで、この粉体供給装置１００およびマ
イコンシステム５０の動作について説明する。図５は、
このマイコンシステム５０の一連の動作を示すフローチ
ャートである。まず、粉体重量計測手段４０のロードセ
ル４１の出力は、ロードセルアンプ４２およびＡ／Ｄコ
ンバータ４３を経由して、重量情報としてＡ／Ｄコンバ
ータ出力読込ステップＳ１において、マイコンシステム
５０内に読み込まれる。ついで、前回のループにおいて
計測して重量情報との差から、単位時間あたりの重量減
少率、即ち、粉体流量を算出する（ステップＳ２）。な
お、この際、差を取ることより、振動子１０や、粉体搬
送路２０、ホッパ３０等の重量は、キャンセルされ、粉
体Ｐの重量の減少量のみが検出される。

【００３２】ついで、ホッパ３０内に貯蔵されている粉
体Ｐの量が所定量以上あるかどうかを判断する。つま
り、重量情報から振動子１０、粉体搬送路２０、ホッパ
３０等の重量を差し引いた重量が、所定の粉体補給要求
値（例えば５０ｇ）以上であるかどうかを判断する（ス
テップＳ３）。なお、振動子１０等の重量は変化しない
ので、これらの重量も合わせた補給要求値との大小を比
較しても良い。ここで、粉体補給要求値よりも実際の粉
体重量が大きい場合（Ｙｅｓの場合）には、粉体Ｐの補
給は不要であるので、ステップＳ４に進み、フィードバ
ック制御を行う。一方、粉体補給要求値よりも計測した
粉体重量が小さい場合（Ｎｏの場合）には、粉体Ｐの補
給が必要であるので、粉体Ｐの補給のためのルーチンに
入る。

【００３３】まず、フィードバック制御を行う場合につ
いて説明すると、フィードバック制御条件算出ステップ
Ｓ４において、Ｓ２で算出した流量（実流量）と指示さ
れた（所望の）流量との違いから、ＲＯＭ５２内に格納
されたフィードバック制御駆動条件算出プログラム（Ｆ
／Ｂ駆動条件算出プログラムと表示）５３を用いて、振
動子１０の駆動条件を算出する。ついで、算出した駆動
条件を、ＲＡＭ５６の駆動条件記憶エリア５７に記憶す
る（ステップＳ５）。具体的には、ステップＳ４で、振
動子１０を駆動するデューティ比を算出し、ステップＳ
５で、算出されたデューティ比を記憶する。さらに、算
出した駆動条件（デューティ比）に基づく駆動信号を、
駆動回路６０に指示・送出する（ステップＳ６）。これ
により、駆動回路６０によって、算出されたデューティ
比の駆動波形で振動子１０が駆動される。その後、上記
したステップＳ１に戻り、これを繰り返す。従って、粉
体重量が補給要求値以上の場合には、一定の粉体流量と
なるようにフィードバック制御により流量が高精度に一
定値に保たれる。また、駆動条件は、上記したように駆
動条件記憶ステップ（ステップＳ５）において、次々に
書き換えられて、ＲＡＭ５６の駆動条件記憶エリア５７
に、最新の駆動条件として記憶される。

【００３４】ついで、粉体Ｐの補給のためのルーチンに
ついて説明する。粉体重量が補給要求値より小さくなっ
た場合には、定常駆動制御に移行する。即ち、まず、Ｒ
ＡＭ５６の駆動条件記憶エリア５７に記憶されている駆
動条件を読み込む（ステップＳ１１）。その後、その駆
動条件（具体的にはデューティ比）に基づく駆動信号を
生成し、駆動回路６０に指示・送出し（ステップＳ１
２）、さらに、補給バルブ７５を開とする信号（以下、
開信号ともいう）を出力する（ステップＳ１３）。この
開信号によって、補給バルブ７５はバルブを開とし、こ
れにより、メインホッパ７１から、上部、下部補給パイ
プ７２，７３を経由して、ホッパ３０に粉体Ｐが補給さ
れる。

【００３５】ついで、上記ステップＳ１と同様にして、
Ａ／Ｄコンバータ出力を読み込み、重量情報を得る（ス
テップＳ１４）。さらに、ステップＳ１５において、重
量情報から算出した、ホッパ３０内に貯蔵された粉体重
量が、補給停止値（例えば１９０ｇ）以上となったかど
うかの判断をする。補給される粉体Ｐは、ホッパ３０の
粉体容量（例えば２００ｇ）を越えないようにするた
め、それよりもやや少ない値を補給停止値とする。この
値以下の場合には、補給を続ける一方、これ以上となっ
た場合には、次のステップで粉体Ｐの補給を停止するた
めである。従って、ステップ１５において、Ｎｏの場
合、即ち、粉体重量が補給停止値未満の場合には、ステ
ップ１４に戻り、粉体の補給を続ける。

【００３６】一方、粉体重量が補給停止値以上となった
場合には、ステップ１６において、補給バルブ７５を閉
とする信号（以下、閉信号ともいう）を出力する。この
閉信号により、補給バルブ７５はバルブを閉とし、粉体
Ｐのメインホッパ７１からの補給は停止される。これに
より、補給バルブ７５を開閉して、粉体Ｐをホッパ３０
の補給することができた。

【００３７】その後、図５に破線で示すようにして、直
ちに、ステップＳ１に戻り、フィードバック制御に移行
しても良いが、粉体Ｐをメインホッパ７１から補給した
際、粉体Ｐの落下の衝撃等により、振動子１０やホッパ
３０等が揺動するため、粉体Ｐの補給を停止した後も、
しばらくの間、この揺動によってロードセル４１の出力
（重量情報）が変動して安定しない。そのため、その安
定しない重量情報を基に、ステップＳ４においてフィー
ドバック制御駆動条件を算出すると、逆に駆動条件が変
動して、粉体流量が変動する不具合が生じることがあ
る。

【００３８】そこで、図５に示すように、ステップＳ１
６で補給バルブ７５の閉信号を出力した後、所定時間
（例えば２秒）経過するまで、フィードバック制御への
移行を遅らせると良い。即ち、ステップ１７では、補給
バルブ７５の閉信号出力から所定時間が経過するまで、
ステップ１７を繰り返し、所定時間経過した後に、ステ
ップ１に戻り、ステップ４以降のステップによってフィ
ードバック制御を行うようにする。なお、この所定時間
には、上記した振動子等の揺動が十分減衰し、ロードセ
ル４１の出力が安定するのに足る時間を設定すると良
い。

【００３９】以上のようにして、粉体供給装置１００を
駆動すると、補給バルブ７５の開閉、駆動回路６０に指
示される駆動条件（デューティ比(０〜１００％)）、お
よび粉体Ｐの流量は、図６のようになる。即ち、図６
(a) は、粉体供給装置１００を上記のようにして制御し
た場合の粉体流量(ｇ／ｓ)の時間変化を示す。また、図
６(b)は、駆動条件であるデューティ比の時間変化を示
す。また、図６(c)は、補給バルブ７５の開閉の時間変
化を示す。

【００４０】まず、時間ｔ＝０（グラフ左端）からデュ
ーティ比が急峻に立ち上がり、それに追従して流量も立
ち上がる。その後、図５のフローチャートのうち、ステ
ップＳ１〜Ｓ６に従って、所定の流量（例えば２ｇ／
ｓ）になるように、フィードバック制御により流量が精
度良くコントロールされる。図６(b) に示すように、デ
ューティ比が若干変化して、図６(a) に示すように、流
量が略２ｇ／ｓに保たれる。なお、常に最新の駆動条件
（デューティ比）が、ステップＳ５において、ＲＡＭ５
６の駆動条件記憶エリア５７に記憶されている。

【００４１】これにより、ホッパ３０に貯蔵されていた
粉体Ｐ（例えば、当初２００ｇ）は徐々に減少し、粉体
重量が定められた補給要求値（例えば、５０ｇ）を下回
ると、ステップＳ３からステップＳ１１に移行し、定常
駆動制御となる。即ち、ステップＳ１１で駆動条件記憶
エリア５７に記憶されているデューティ比を読み出し、
この条件に固定して駆動回路６０を駆動し（ステップＳ
１２）、さらに、ステップＳ１３により、図６(c) に示
すように、補給バルブ７５を、閉から開に切り替える。
すると、粉体Ｐがホッパ３０に供給が開始され（例えば
約１５ｇ／ｓ）、ステップＳ１４，１５において粉体重
量が補給停止値（例えば１９０ｇ）以上になるまで粉体
Ｐが補給される（例えば約１０秒間）。補給停止値を越
えると、ステップＳ１６で、補給バルブ７５が開から閉
に切り替えられる。即ち、図６(c) に示すように、粉体
補給期間だけ、補給バルブ７５が開とされる。

【００４２】また、この期間中、ステップＳ１１におい
て読み込まれた駆動条件（デューティ比）が維持され
る。即ち、図６(b) に示すように、デューティ比は、粉
体補給期間中は、一定の値に保持され、変動していな
い。一方、粉体Ｐの流量は、図６(a) に示すように、粉
体補給期間中も、ほぼ一定の流量を保っている。ステッ
プＳ５で記憶した駆動条件（デューティ比）に固定して
駆動しているので、流量に大きな変動が生じないからで
ある。

【００４３】さらに、粉体補給期間経過後も、所定期間
（例えば２秒）にわたり、図６(b)に示すように、デュ
ーティ比を固定して駆動する。即ち、ステップＳ１６で
補給バルブ７５を閉じ、図６(c) において粉体非補給期
間が開始した後も、ステップＳ１７において、所定時間
が経過するのを待つ。これにより、図６(b) に示すよう
に、デューティ比が固定されるデューティ比固定期間
が、粉体補給期間よりも所定期間分だけ長く確保され
る。これは、前述したように、粉体補給期間に補給する
粉体Ｐの衝撃等によりホッパ３０や振動子１０等が揺動
するが、その揺動が十分減衰して影響が無くなるまでの
期間を確保するためである。このため、図６(a) に示す
ように、デューティ比固定期間においても、ほぼ一定流
量を保って粉体Ｐを供給できる。

【００４４】さらに、所定時間経過後（デューティ比固
定期間経過後）は、ステップＳ１７からステップＳ１に
移り、以後、粉体重量が減少して補給要求値を下回り、
再びステップＳ３からステップＳ１１に移行するまで、
ステップＳ１〜Ｓ６を繰り返すフィードバック制御期間
となる。また、ホッパ３０等の揺動が減衰してからフィ
ードバック制御を行っているので、フィードバック制御
期間の当初においても安定して一定流量とすることがで
きる。

【００４５】以上のように、本実施形態の粉体供給装置
１００では、粉体Ｐを適宜供給し、しかも、粉体供給期
間および所定期間にわたって、デューティ比を固定して
振動子１０を駆動するため、流量は全期間にわたってほ
ぼ一定とすることができる。

【００４６】（比較態様）上記実施態様と異なり、補給
バルブ７５の開放中（粉体補給中）もフィードバック制
御を行う場合、即ち、図５に示すフローチャートにおい
て、ステップＳ３および、ステップＳ１１〜１７を無く
し、常にステップＳ１〜Ｓ６（Ｓ３を除く）の繰り返し
によって制御した場合を、比較態様として説明する。こ
の場合には、図７(a)(b)(c) に示すように、補給バルブ
７５を閉じている間は、フィードバック制御によって、
流量は一定にコントロールされる。しかし、補給バルブ
７５が開とされ、粉体Ｐが補給されると、所定の割合で
粉体重量が減少せず、むしろ増加するため、粉体Ｐをよ
り多く搬送しようとして、ステップＳ４で算出されるデ
ューティ比は急上昇し、デューティ比＝１００％（即
ち、フルパワー駆動、連続駆動）となる。従って、流量
も急上昇する。

【００４７】その後、粉体Ｐの補給を停止し、バルブ７
５を閉とすると、振動子１０はフルパワー駆動されてい
るので、粉体重量が急減する。従って、フィードバック
制御により、ステップＳ４で算出されるデューティ比が
急降下し、流量もそれに伴って急減する。しかし、急激
なデューティ比の減少により、アンダーシュートを生
じ、しばらくの間は、ハンチング現象によりデューティ
比も流量も安定しない。従って、図７(a) を見れば明ら
かなように、流量が粉体補給期間中に急増し、また、粉
体非補給期間中も流量が変動して、一定流量を保つこと
ができない。

【００４８】上記では、実施形態に基づいて本発明を説
明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものでは
なく、発明の範囲内において、適宜変更して適用できる
ことはいうまでもない。

【００４９】例えば、上記実施態様においては、振動子
の出力調整方法として、ディーティ比を変化させる方法
を用いた例を示した。しかし、一般的に振動子（振動
体）を駆動制御するには、このほか、駆動周波数を変化
させる手法や、駆動電圧、駆動電流を変化させる手法も
考えられ、このような手法によって制御しても良い。但
し、本実施態様において用いた振動子１０は、共振周波
数で駆動することにより出力が得られる性質を持つもの
であるので、印加する駆動電圧の周波数を変化させて出
力を調整することは困難である。また、駆動電圧や駆動
電流を変化させて出力を調整することも考えられるが、
この振動子１０は、駆動周波数や負荷が変動するとイン
ピーダンスが大きく変動する性質を有しているので、駆
動電圧等で制御するのも駆動回路が複雑になる。また、
駆動回路における発熱（エネルギーロス）も大きくな
る。これに対して、デューティ比の制御によって、振動
子１０の単位時間あたりの駆動時間を調整するのは、比
較的容易にできる。しかも、デューティ比と流量との間
は、ほぼ線形関係を有しているので、制御が容易であり
好ましい。また、駆動回路もＯＮ／ＯＦＦのスイッチン
グを行うため、発熱も少なく、簡単な構造で構成でき
る。

【００５０】また、上記実施態様においては、ロードセ
ル４１およびロードセルアンプ４２から得た出力をＡ／
Ｄコンバータ４３で変換したものをそのまま使用した
が、例えば、外部振動、風等の外乱によって、ロードセ
ル４１の出力は微細に変動するような場合には、ステッ
プＳ１でＡ／Ｄコンバータ出力をそのまま読み込み、こ
れに基づいてステップＳ４で駆動条件を算出すると、外
乱の影響で却ってフィードバック制御が困難となり、流
量が安定しない場合が考えられる。このような場合に
は、Ａ／Ｄコンバータ出力を所定回数（例えば１０回と
か１５回）読み込んで、これを平均し、この平均値を重
量情報として用いて、ステップＳ４において駆動条件を
算出するようにすると良い。平均値を算出すると、外乱
による微小な変動はキャンセルされて、フィードバック
制御を安定して行うことができるからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる粉体供給装置の構成
を示すブロック図である。

【図２】粉体供給装置のうち、粉体搬送用振動子、粉体
搬送路、およびホッパの構成を示す断面図である。

【図３】粉体供給振動子の振動の様子を示す説明図であ
る。

【図４】粉体供給振動子の先端の動きを説明する説明図
である。

【図５】マイコンシステムの動作を示すフローチャート
である。

【図６】図５のフローチャートに基づき粉体供給装置を
作動させたときの、(a) 粉体流量、(b)デューティ比、
(c)補給バルブの開閉の時間変化を示すグラフである。

【図７】粉体補給期間中もフィードバック制御をしつつ
粉体供給装置を作動させたときの、(a)粉体流量、(b)デ
ューティ比、(c) 補給バルブの開閉の時間変化を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１ 圧電素子 ２ａ 金属ホーン ２ｂ バックホーン ２ｃ 先端部 ３ ボルト ４ 固定部材 １０ 粉体搬送用振動子 ２０ 粉体搬送路 ２１ 粉体供給パイプ ２３ チューブ ３０ ホッパ ３１ 底部 ４０ 粉体重量計測手段 ４１ ロードセル ４２ ロードセルアンプ ４３ Ａ／Ｄコンバータ ５０ マイコンシステム ５１ ＣＰＵ ５２ ＲＯＭ ５６ ＲＡＭ ６０ 駆動回路 ７０ 粉体補給手段 ７１ メインホッパ ７２、７３ 粉体補給パイプ ７５ 補給バルブ Ｐ 粉体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉体が搬送される粉体搬送路と、 上記粉体搬送路の少なくとも一部を振動させて粉体を搬
   送する粉体搬送用振動子と、 粉体を貯蔵し、上記粉体搬送路に粉体を送り込むホッパ
   と、 少なくとも上記ホッパ内の粉体の重量を計測する粉体重
   量計測手段と、 駆動信号を生成する駆動制御手段と、 上記駆動制御手段からの駆動信号により上記粉体搬送用
   振動子を駆動する駆動回路と、を備える粉体供給装置に
   おいて、 上記駆動制御手段は、 上記ホッパに粉体が補給されていない期間中、上記粉体
   重量計測手段において計測した重量の時間変化から算出
   した流量を所定値とするように、上記駆動信号を生成す
   るロスインウェイト帰還制御手段と、 上記ホッパに粉体が補給されている期間中、定常駆動信
   号を生成する定常駆動制御手段と、 を有することを特徴とする粉体供給装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の粉体供給装置におい
   て、前記定常駆動制御手段は、 直前のロスインウェイト帰還制御手段の動作時における
   駆動条件を記憶する駆動条件記憶手段を備え、 上記駆動条件記憶手段に記憶された駆動条件に基づいて
   前記定常駆動信号を生成することを特徴とする粉体供給
   装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の粉体供給装置におい
   て、前記駆動条件記憶手段は、 前記ロスインウェイト帰還制御手段の動作中に、所定間
   隔毎に最新の前記駆動条件に書き換えて記憶し、上記ロ
   スインウェイト帰還制御手段の動作終了後は、記憶した
   駆動条件を保持するようにされていることを特徴とする
   粉体供給装置。
4. 【請求項４】 内部を粉体が搬送される粉体搬送路と、 共振周波数での駆動時に先端部が楕円振動する振動子で
   あって、上記粉体搬送路のうち上記先端部に導かれた部
   分を振動させて、粉体を搬送する粉体搬送用振動子と、 粉体を貯蔵し、上記粉体搬送路に粉体を送り込むホッパ
   と、 少なくとも上記ホッパ内の粉体の重量を計測する粉体重
   量計測手段と、 上記粉体搬送用振動子を間欠駆動するための駆動信号を
   生成する駆動制御手段と、 上記駆動制御手段からの駆動信号により上記粉体搬送用
   振動子を駆動する駆動回路と、を備える粉体供給装置に
   おいて、 上記駆動制御手段は、 上記ホッパに粉体が補給されていない期間中、上記粉体
   重量計測手段において計測した重量の時間変化から算出
   した流量を所定値とするように、上記駆動信号を生成す
   るロスインウェイト帰還制御手段と、 直前のロスインウェイト帰還制御手段の動作時における
   間欠駆動のデューティ比を記憶するデューティ比記憶手
   段を備え、 上記ホッパに粉体が補給されている期間中、上記デュー
   ティ比記憶手段に記憶されたデューティ比に基づいて上
   記駆動信号を生成する定常駆動制御手段と、を有するこ
   とを特徴とする粉体供給装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の
   粉体供給装置において、 前記定常駆動制御手段は、前記ホッパに粉体が補給され
   ている期間の経過後も、所定期間にわたり前記粉体搬送
   用振動子の駆動信号を生成し、 前記ロスインウェイト帰還制御手段は、上記所定期間経
   過後に前記粉体搬送用振動子の駆動信号を生成すること
   を特徴とする粉体供給装置。