(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタックに収容された粉体を粉体供給装置によって粉体搬送用筒体の水平部位に切り出し、前記粉体搬送用筒体の垂直部位を経て自然落下させながらその流量を粉体流量センサで計測して粉体流量演算制御装置に入力し、該粉体流量演算制御装置の演算結果に基づいて、あらかじめ与えられた定量になるように粉体容器に充填する粉体の定量切り出し制御方法において、前記粉体流量演算制御装置の演算過程は、当該銘柄の粉体をあらかじめ任意の流量を切り出して実重量に変換する校正段階と、粉体の目標切り出し量を定量として設定する段階と、粉体供給装置に粉体の切り出し開始を指令する段階と、前記粉体供給装置を起動して粉体を落下させて、漸増する始端領域における粉体の通過量を算出する段階と、一定量の切り出しがなされる定流量領域において粉体の通過量を演算するとともに、漸減する終端領域の通過量が前記始端領域での通過量に等しいと仮定して、ゲートオフ時刻を予測する段階と、該ゲートオフ時刻に到達したら前記粉体供給装置を停止し、同時に切り出し終了時刻を予測する段階と、該切り出し終了時刻に到達したら、粉体の全通過量を演算して切り出しを終了する段階と、からなることを特徴とする粉体の定量切り出し制御方法。
【請求項２】
前記校正段階は、前記ゲートオフ時刻を任意の値に固定して当該銘柄の粉体切り出しを実施し、該切り出し量を電子天秤で計測して実重量に換算するための関係係数を求めるようにしたことを特徴とする請求項１記載の粉体の定量切り出し制御方法。
【請求項３】
前記ゲートオフ時刻の予測は、予想ゲートオフ時刻を求めてから、そ
のゲートオフ時刻以前でそれに応じた終了予測点の時刻を求め、この終了予測点の時刻に
到達したらその時刻までに実測された流量に基づいて実際のゲートオフ時刻を設定するこ
とを特徴とする請求項１記載の粉体の定量切り出し制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体の定量切り出し制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、粉体を切り出して搬送しようとする場合は、たとえば特開平４−125214号公報には自動的に粉体を切り出して定量的に搬送する方法が提案されている。すなわち、この方法は、図８に示すように、たとえばアクリル製の中空パイプ31の一端部に超音波振動を発生させる手段である圧電素子32を取り付けて、交流電源33によって交流電圧を印加する。そして、この圧電素子32によって半径方向への振動を与え、この振動によって長手方向に進行波を発生させ、他端部に向けてこの進行波を減衰することにより、中空パイプ31内を矢示Ｆ方向に粉体を搬送させようとするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来法で粉体を微量ずつ切り出しをしようとする場合は、圧電素子32へ印加する交流電圧の調整に時間がかかるという欠点があった。特に定量ずつ切り出すバッチプロセスに適用しようとした場合は、その都度、計量升や電子秤などで計量して、その精度を確かめねばならないことから手間がかかるので、量産の工程においては正確性を犠牲にして高速化、効率化を図っているのが実情である。
【０００４】
本発明は、上記のような従来技術の有する課題を解決すべくしてなされたものであって、バッチプロセスにおいても効率を損なわずに高精度になし得る粉体の定量切り出し制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、スタックに収容された粉体を粉体供給装置によって粉体搬送用筒体の水平部位に切り出し、前記粉体搬送用筒体の垂直部位を経て自然落下させながらその流量を粉体流量センサで計測して粉体流量演算制御装置に入力し、該粉体流量演算制御装置の演算結果に基づいて、あらかじめ与えられた定量になるように粉体容器に充填する粉体の定量切り出し制御方法において、前記粉体流量演算制御装置の演算過程は、当該銘柄の粉体をあらかじめ任意の流量を切り出して実重量に変換する校正段階と、粉体の目標切り出し量を定量として設定する段階と、粉体供給装置に粉体の切り出し開始を指令する段階と、前記粉体供給装置を起動して粉体を落下させて、漸増する始端領域における粉体の通過量を算出する段階と、一定量の切り出しがなされる定流量領域において粉体の通過量を演算するとともに、漸減する終端領域の通過量が前記始端領域での通過量に等しいと仮定して、ゲートオフ時刻を予測する段階と、該ゲートオフ時刻に到達したら前記粉体供給装置を停止し、同時に切り出し終了時刻を予測する段階と、該切り出し終了時刻に到達したら、粉体の全通過量を演算して切り出しを終了する段階と、からなることを特徴とする粉体の定量切り出し制御方法である。
【０００６】
なお、前記校正段階は、前記ゲートオフ時刻を任意の値に固定して当該銘柄の粉体切り
出しを実施し、該切り出し量を電子天秤で計測して実重量に換算するための関係係数を求
めるのがよい。
また、前記ゲートオフ時刻の予測については、予想ゲートオフ時刻を求めてから、その
ゲートオフ時刻以前でそれに応じた終了予測点の時刻を求め、この終了予測点の時刻に到
達したらその時刻までに実測された流量に基づいて実際のゲートオフ時刻を設定するのが
よい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳しく説明する。
図１は本発明の一実施例の構成を示す概要図である。
この図において、１は粉体２を収容するスタックである。３は粉体２を搬送するアクリルなどの円筒管からなる粉体搬送用筒体で、その上端開口部はスタック１の下端供給口１ａに接続される。
【０００８】
４は粉体搬送用筒体３の水平部位３ａに取り付けられる粉体供給装置であり、たとえば圧電素子を用いた超音波振動装置とか、スクリューフィーダ、テーブルフィーダ、ベルトコンベアなどが用いられる。
５は粉体搬送用筒体３の垂直部位３ｂに取り付けられて、粉体搬送用筒体３の垂直部位３ｂを落下する粉体流量センサで、たとえば静電容量の原理を利用したいわゆる静電容量式流量センサが適当である。６はカプセルなどの粉体容器である。
【０００９】
７はマイコンなどの粉体流量演算制御装置であり、粉体流量センサ５からの流量信号をＡＤ変換器を介するなどして入力して、あらかじめ与えられた目標切り出し量Ｗ(g) に基づいて粉体供給装置４に付与すべき印加電圧のレベルを演算するとともに、その演算値に基づいて制御信号を粉体供給装置４に出力して、フィードバック的に粉体容器６に投入する粉体量の制御を行う。
【００１０】
ここで、粉体流量センサ５に用いられる静電容量式流量センサ10の一例を簡単に説明すると、図２、３に示すように、外筒11の中に粉体の流量を静電容量の変化として検出する測定用電極12と環境条件の補正に用いられる基準用電極13を並列に設けて構成される。
測定用電極12は粉体の流路とされる石英ガラス管などの円筒管14とその外周に対向して配置される湾曲状の一対のソース電極15とセンス電極16とこれらの間に設けられるガード電極17とから構成され、基準用電極13は石英ガラス管などの円筒管18とその外周に対向して配置される湾曲状の一対のソース電極19とセンス電極20と一対のガード電極21とで構成される。この基準用電極13には空気供給管22を介して空気供給装置23から空気が送り込まれる。
【００１１】
そして、測定される粉体の誘電率εを粉体流量演算制御装置７にあらかじめ回路定数として設定しておき、測定に先立って空気供給装置23から空気を基準用電極13に供給して、粉体の置かれている大気の環境条件を測定して粉体流量演算制御装置７にその補正値として与える。
ついで、スタック１から粉体搬送用筒体３に供給される粉体の流量を測定用電極12で測定し、粉体流量演算制御装置７で演算処理する。このようにして、基準用電極13を用いて大気の環境条件の補正を行うことにより、静電容量式流量センサのゼロ点ドリフトを低く抑えることができるとともに、直線性を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００１２】
粉体流量センサ５をこのように構成することにより、スタック１に収容された粉体２は粉体供給装置４を起動することにより粉体搬送用筒体３の水平部位３ａに送り出され、粉体供給装置４を通過した粉体２は垂直部位３ｂを経て自然落下して粉体流量センサ５を通過して粉体容器６に充填される。粉体容器６に充填される粉体２の量は、粉体流量演算制御装置７が粉体流量センサ５の出力信号を収集・分析することにより測定され、その都度粉体供給装置４を制御することによって定量切り出しが行われる。
【００１３】
つぎに、粉体流量演算制御装置７による粉体の定量切り出し制御の手順の考え方について、図４を用いて説明する。この図４は粉体の切り出し流量の典型的な時間的推移を例示するものである。
図示のように、粉体は時刻ＴS で切り出しが開始され、その切り出し流量の瞬時値Ｒはほぼ直線的に増加して時刻ＴBSには定流量に到達し、時刻ＴBSから時刻ＴBEまでは定流量Ｆで切り出され、時刻ＴBE以後ほぼ直線的に減少して時刻ＴE で切り出しが終了するものとする。この定流量Ｆは粉体供給装置４の駆動強度によって物理的に決まる量であり、超音波振動装置の場合は印加電圧または振動により、またスクリューフィーダ、テーブルフィーダの場合は回転数、ベルトコンベアの場合は走行速度によって制約されることになる。
【００１４】
ここで、時刻ＴS から時刻ＴBSまでの時間帯を始端領域Ａとし、時刻ＴBSから時刻ＴBEまでの時間帯を定流量領域Ｂとし、時刻ＴBEから時刻ＴE までの時間帯を終端領域Ｃとする。なお、ＴONは粉体供給装置４を起動するゲートオン時刻、ＴOFは粉体供給装置４を停止するゲートオフ時刻である。また、ＴEND は切り出し終了時刻で、完全に粉体の落下がなくなった時点を示す。
ステップ(1)：あらかじめ、校正ステップとして測定に使用する粉体と同一の銘柄の粉体を用いて、ゲートオフ時刻ＴOFを任意の値に固定して任意の流量の切り出しを実施し、該切り出し量を電子天秤で計測して実重量に換算するための関係係数を求めておく。
ステップ(2)：粉体の目標切り出し量Ｗを設定する。
ステップ(3)：時刻ＴONで粉体供給装置４に粉体の切り出し開始を指令する。
ステップ(4)：粉体供給装置４を起動して粉体を落下させて、時刻ＴS から時刻ＴBSまでの始端領域Ａにおける粉体の通過量ＱA を粉体流量センサ５によって所定間隔で算出する。
ステップ(5)：時刻ＴBS以降定流量Ｆで切り出しを行い、定流量領域Ｂにおける粉体の通過量ＱB の演算を行うとともに、終端領域Ｃの通過量ＱC は始端領域Ａでの通過量ＱA に等しいと仮定して、ゲートオフ時刻ＴOFを予測する。
ステップ(6)：ゲートオフ時刻ＴOFに到達したら粉体供給装置４を停止し、同時に切り出し終了時刻ＴEND を予測する。
ステップ(7)：切り出し終了時刻ＴEND に到達したら、粉体の全通過量ＱT （＝ＱA ＋ＱB ＋ＱC ）を演算する。
ステップ(8)：切り出しを終了する。
【００１５】
この一連の粉体の切り出し制御の流れを図５に示した。
なお、上記例においてはゲートオフ時刻ＴOFの予測はステップ(5)で行うとしたが、より正確にゲートオフ時刻ＴOFを予測しようとする場合は、ステップ(4)の時刻ＴBSの時点で、図示はしていないが、まず予想ゲートオフ時刻ＴOFL を求めてから終了予測点の時刻ＴADJ を求め、この終了予測点の時刻ＴADJ に到達した時点で改めてゲートオフ時刻ＴOFを予測するようにするのがよい。
【００１６】
【実施例】
以下に、本発明法を実際プロセスに適用したときの具体的な演算の内容について、図６を参照しながら詳しく説明する。
1) あらかじめ、校正ステップにおいて、ゲートオフ時刻ＴOFを任意の値に固定して指定銘柄の粉体を所定の流量切り出して測定し、その切り出し量を電子天秤で計測する。そして、実重量に換算するための演算に必要とされる平均重量係数ＫVGN、平均落差時間比ＫDLYN、平均終端領域時間ＰKEDNを下記のように求めておく。
【００１７】
平均重量係数ＫVGN ＝切り出し量実測値／終了積分値
平均落差時間比ＫDLYN＝落差時間比ＫDLY （＝終了落差時間／開始落差時間）の移動平均値（Ｎ回の校正）
平均終端領域時間ＰKEDN＝終端領域時間ＰKED （＝落下終了時刻−定流量終了時刻）の移動平均値（Ｎ回の校正）
2) 粉体の目標切り出し量ＷTAGを設定する。そして、この与えられた目標切り出し量ＷTAG より目標積分値ＳTAG を下記(1) 式で求める。
ＳTAG ＝ＷTAG／ＫVGN                             ……………… (1)
ここで、ＫVGN ：校正で得られた平均重量係数である。
【００１８】
3) 切り出し開始指令により、粉体の流れていない状態で粉体流量センサ５の電圧出力Ｖを所定の回数読み込んで平均し、オフセット電圧ＶOFS を求める。このオフセット電圧を使うことによって、粉体流量センサ５が粉体付着によって感度が変動するのを防止することができる。
【００１９】
4) 粉体供給装置４に印加電圧を出力（ゲートオン）し、粉体の切り出しを開始する。このゲートオン時刻をＴONとし、積分値Ｓはこの時点から累積する。
5) 以後、粉体流量センサ５の出力データを一定時間ごとに収集・分析して切り出し制御に使用する。切り出し終了までの間、下記のデータを収集する。なお、ｎ＝１，２，３…である。
【００２０】
5-1) 粉体流量センサ５の出力ＶRED (n) を読み取り、オフセット電圧ＶOFSを減じて、得られた読み取り値Ｖ(n) をメモリに格納する。
Ｖ(n) ＝ＶRED (n) −ＶOFS                       ……………… (2)
5-2) 読み取り値Ｖ(n) を積分値Ｓに加算する。
Ｓ(n) ＝Ｓ(n-1) ＋Ｖ(n)                       ……………… (3)
【００２１】
5-3) 読み取り値の移動平均値ＶAVE（ｎの時点での過去ｍ個の平均）を求める。
ＶAVE (n) ＝（Ｖ(n-m+1) ＋…＋Ｖ(n-2) ＋Ｖ(n-1) ＋Ｖ(n) ）／ｍ
……………… (4)
5-4) 移動平均の各回差分値ＶDIFを下記(5) 式で求める。
ＶDIF (n) ＝ＶAVE(n) −ＶAVE (n-1)              ……………… (5)
ここで、ｎ＝２，３，４…、ＶDIF (1) ＝０である。
【００２２】
6) 収集データの分析から粉体が通過開始する時刻ＴS を得る。
この通過開始は、移動平均値ＶAVE ≧開始レベルＬS で判別し、データの瞬時変動に対応する。また、開始落差時間と平均落差時間比より求めた終了落差時間を使うことにより、粉体の自然落下によるための粉体流量センサ５の検出遅れに対応する。さらに、粉体供給装置４と粉体流量センサ５との間の距離変化や粉体種別の変更にも対応する。
【００２３】
6-1) この点の時刻を落下開始時刻ＴS として、開始落差時間ＰTSを下記(6)式で求める。
ＰTS＝ＴS −ＴON                                ……………… (6)
6-2) 下記(7) 式により終了落差時間ＰTEを求める。
ＰTE＝ＰTS・ＫDLYN                               ……………… (7)
ここで、ＫDLYNは校正により求められた平均落差時間比である。
【００２４】
7) 収集データの分析から粉体の定流量通過開始の時刻ＴBSおよび始端領域Ａでの通過量ＱAを得る。ここで、定流量通過開始の検出は下記(8) 式で判別し、検出位置を安定化するとともにその移動を可能にする。
データの移動平均の各回差分値ＶDIF ≦差分値のピーク×端点レベルＬBS
……………… (8)
そこで、移動平均の各回差分値ＶDIF がピークを経て端点レベルＬBS以下になったら、下記の処理を行って、予想ゲートオフ時刻ＴOFLと終了予測点の時刻ＴADJ を求める。
【００２５】
7-1) この点の時刻を定流量開始時刻ＴBSとする。
7-2) この時点での読み取り値ＶBS、積分値ＳS をメモリに格納する。
7-3) 終端領域Ｃでの量ＱC を始端領域Ａの量ＱA と同じと仮定し、下記(9)〜(11)式により定流量領域Ｂでの積分値ＳB、ゲートオフまでの時間ＰBL、予想オフ時刻ＴOFL を求める。
【００２６】
ＳB ＝ＳTAG−ＳS ・２                          ……………… (9)
ＰBL＝ＳB ／ＶBS                                ………………(10)
ＴOFL ＝ＴBS＋ＰBL−ＰTE                          ………………(11)
ここで、ＳTAG ：目標の積分値（定量）、ＳS：始端領域Ａの積分値である。
【００２７】
7-4) さらに、終了予測点の時刻ＴADJ を求める。
ＴADJ ＝ＴBS＋（ＴOFL−ＴBS）・ＫADJ               ………………(12)
ここで、ＫADJ ：終了予測点の移動係数（＝0.2 〜0.8 ）である。
8) 終了予測点の時刻ＴADJになったら下記の処理を行って、粉体の既通過量を得るとともにゲートオフ時刻ＴOFを再度求めて変更する。このゲートオフ時刻ＴOF の変更によって切り出し精度の向上を図ることができる。
【００２８】
8-1) この時点での積分値ＳADJ をメモリに格納する。
8-2) 下記(13)〜(15)式により定量領域Ｂの平均値から終端領域Ｃの量（積分値）を予想し、ゲートオフ時刻ＴOFを求める。
a)定流量領域読み取り値の平均値ＶADJ を下記(13)式で求める。
ＶADJ ＝（ＳADJ−ＳS ）／（ＴADJ −ＴBS）         ………………(13)
b)終端領域の予想積分値ＳE を始端領域と同量とするか終端係数を使う計算とするかによって、次のb-1)かb-2)を選択する。
【００２９】
b-1)ＳE ＝ＳS
b-2)ＳE ＝ＶADJ ・ＰKEDN・ＫE
ここで、ＰKEDN：校正によって得られる平均終端領域時間、ＫE ：終端調整係数である。
【００３０】
c)定流量領域残り時間ＰB を下記(14)式で求める。
ＰB ＝（ＳTAG −ＳADJ −ＳE）／ＶADJ             ………………(14)
d)ゲートオフ時刻ＴOFを下記(15)式で求める。
ＴOF＝ＴADJ ＋ＰB −ＰTE                         ………………(15)
9) ゲートオフ時刻ＴOFになったら粉体供給装置４に０電圧（ゲートオフ）を出力し、粉体の切り出しを停止する。
10) 収集データの分析から粉体の通過終了を検出するとともに、切り出し終了時刻ＴEND を求める。
【００３１】
すなわち、通過終了は移動平均値ＶAVE≦開始レベルＬS で判別し、データの瞬時変動に対応する。
10-1) この点の時刻を落下終了時刻ＴE とする。
10-2) 切り出し終了時刻ＴEND を下記(16)式で求める。
ＴEND ＝ＴE＋（ＴE −ＴOF）                    ………………(16)
11) 切り出し終了時刻ＴEND になったら、粉体の全通過量を得る。終了積分値ＳALL をメモリに格納し、切り出し全量ＷALLを下記(17)式で求める。
ＷALL ＝ＳALL・ＫVGN                            ………………(17)
【００３２】
12) 収集データの分析から粉体の定流量通過終了の時刻ＴBEを得る。
この定流量通過終了の検出は、下記(18)で判別し、検出位置を安定化させるとともに、その移動を可能にする。
終了方向から見た移動平均の各回差分値ＶDIFX≦差分値のピーク×端点レベルＬBS………………(18)
ゲートオフ時刻予想に関連する平均落差時間比ＫDLYN、平均終端領域時間ＰKEDNについて学習する。これらにより稼働状況の変化への対応や切り出し精度の向上を図ることができる。
【００３３】
12-1) この点の時刻を定流量終了時刻ＴBEとする。
12-2) 終了落差時間ＰTEを下記(19)式で求める。
ＰTE＝ＴBE−ＴOF                                ………………(19)
12-3) 落差時間比ＫDLY を下記(20)式で求め、平均落差時間比ＫDLYNを更新する。
【００３４】
ＫDLY ＝ＰTE／ＰTS                               ………………(20)
12-4) 終端領域時間ＰKED を下記(21)式で求め、平均終端領域時間ＰKEDNを更新する。
ＰKED ＝ＴE −ＴBE                               ………………(21)
なお、平均落差時間比、平均終端領域時間の更新（学習）の有無については、設定を可能にする。
13) 切り出しを終了する。
【００３５】
本発明法を用いて、銘柄がＡＰＰＩＥ（日本粉体工業技術協会）規格の標準粉体の一つである軽質炭酸カルシウムＳ−10の粉体を、定量２ｇ，４ｇ，６ｇ，８ｇの４通りについてそれぞれｎ＝５回ずつ切り出し制御を行った結果、図７に示すように、最大：4.7 ％、最小：0.1 ％、平均：2.5 ％と高精度の成績を得ることができた。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、粉体供給装置を用いて粉体を定量切り出しする際に、粉体流量センサを用いてフィードバック制御を行うようにしたので、高い精度でしかも高速で定量の切り出し制御を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成を示す概要図である。
【図２】本発明に用いられる粉体流量センサとしての静電容量式流量センサの構造を一部断面で示す側面図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図４】本発明における粉体の切り出し流量の時間的推移を示す特性図である。
【図５】本発明の粉体の切り出し制御の流れ図である。
【図６】本発明法の実際プロセスへの適用したときの粉体の切り出し流量の時間的推移を示す特性図である。
【図７】本発明法での測定例を示す特性図である。
【図８】粉体搬送の従来例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  スタック
２  粉体
３  粉体搬送用筒体
３ａ  水平部位
３ｂ  垂直部位
４  粉体供給装置
５  粉体流量センサ
６  粉体容器
７  粉体流量演算制御装置
10  静電容量式流量センサ
11  外筒
12  測定用電極
13  基準用電極
14, 18  円筒管
15, 19  ソース電極
16, 20  センス電極
17, 21  ガード電極
22  空気供給管
23  空気供給装置
31  中空パイプ
32  圧電素子
33  交流電源
【図１】
0003560816.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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