(57)【要約】【課題】プラスチック中の水分に吸収される電磁波がプラスチック量に応じた相関関係を有することを利用して間接的にプラスチックの流量を計算するプラスチックの流量の測定方法を提供すること。【解決手段】例えば粒状のプラスチックに対して例えば６０ＧＨｚのテラヘルツ波を照射し、プラスチックに吸収されなかった残余のテラヘルツ波をプラスチック量の変化との相関関係において前もって取得しておく。そして同様の相関関係を得られる条件において同じプラスチックに対してテラヘルツ波を照射し、残余の前記テラヘルツ波を測定することでその相関関係に基づいてプラスチックの流量を計算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状、粉状又は液状のプラスチックに対して５０ＧＨｚ〜１０００ＧＨｚの帯域の電磁波を照射し、前記プラスチックに吸収されなかった残余の前記電磁波を前記プラスチック量の変化との相関関係において前もって取得し、同様の前記相関関係を得られる条件において前記プラスチックに対して前記電磁波を照射し、残余の前記電磁波を測定することで前記相関関係に基づいて前記プラスチックの流量を計算するようにしたことを特徴とするプラスチックの流量の測定方法。
【請求項２】
前記プラスチックは所定の通路を通過し、前記通路位置において残余の前記電磁波を測定することを特徴とする請求項１に記載のプラスチックの流量の測定方法。
【請求項３】
前記通路の下流には前記通路から供給される前記プラスチックを加工するためのプラスチック加工装置が配設されていることを特徴とする請求項２に記載のプラスチックの流量の測定方法。
【請求項４】
発振装置から発振された前記電磁波を前記プラスチックを透過して同プラスチックの後方に配置した受信装置に受信させて測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラスチックの流量の測定方法。
【請求項５】
前記通路は断面方形とされ、前記発振装置は前記通路のある１面に対して前記電磁波が直交するように発振し、前記受信装置は前記ある１面に対向する面に正対する位置に受信面を配置させていることを特徴とする請求項４に記載のプラスチックの流量の測定方法。
【請求項６】
前記通路と前記発振装置の間には前記発振装置から発振された拡散する前記電磁波を平行な射出方向に修正するための光学系が配置されていることを特徴とする請求項５に記載のプラスチックの流量の測定方法。
【請求項７】
前記通路と前記受信装置の間には平行な前記電磁波を収束方向に屈折させるための光学系が配置されていることを特徴とする請求項６に記載のプラスチックの流量の測定方法。
【請求項８】
発振装置から発振された前電磁波は前記プラスチック内で反射させ、その反射波を受信装置に受信させて測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラスチックの流量の測定方法。
【請求項９】
発振装置から発振された前記電磁波は前記プラスチック内で散乱させ、その散乱波を受信装置に受信させて測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラスチックの流量の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の帯域の電磁波を使用してプラスチック中の水分を検出することを利用して間接的にプラスチックの流量を計算するプラスチックの流量の測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ペレット状の熱可塑性プラスチック材料を用いて所定の成形品を成形する成形機がある。このような成形機の一例を特許文献１として挙げる。
この特許文献１のようにプラスチック材料を用いた成形品では、様々なプラスチック材料を混ぜ合わせて使用することが多い。そのため使用するプラスチック材料の量を把握する必要がある。プラスチック材料の量を把握する手段としては、例えば一定速度で材料を排出し、材料の排出量を時間で制御する容量式混合機や、排出した材料の質量（重量）をロードセルで計測する質量式混合機がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−９４４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、容量式混合機では、時間管理のため排出量は平均値を用いる事となり、混合比を保証できない。また、質量式では、ロードセルを設置することは振動発生場所を避けるなど設置場所を選ぶ必要があり、振動が避けられない場合には精度に問題が生じる。そのため、従来のような問題の生じない精度のよいプラスチックの使用量の測定方法が求められていた。
本発明は、上記問題を解消するためになされたものであり、その目的は、プラスチック中の水分に吸収される電磁波がプラスチック量に応じた相関関係を有することを利用して間接的にプラスチックの流量を計算するプラスチックの流量の測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、粒状、粉状又は液状のプラスチックに対して５０ＧＨｚ〜１０００ＧＨｚの帯域の電磁波を照射し、前記プラスチックに吸収されなかった残余の前記電磁波を前記プラスチック量の変化との相関関係において前もって取得し、同様の前記相関関係を得られる条件において前記プラスチックに対して前記電磁波を照射し、残余の前記電磁波を測定することで前記相関関係に基づいて前記プラスチックの流量を計算するようにしたことをその要旨とする。
また、請求項２に記載の発明では請求項１に記載の発明の構成に加え、前記プラスチックは所定の通路を通過し、前記通路位置において残余の前記電磁波を測定することをその要旨とする。
また、請求項３に記載の発明では請求項２に記載の発明の構成に加え、前記通路の下流には前記通路から供給される前記プラスチックを加工するためのプラスチック加工装置が配設されていることをその要旨とする。
【０００６】
また、請求項４に記載の発明では請求項１〜３のいずれかに記載の発明の構成に加え、発振装置から発振された前記電磁波を前記プラスチックを透過して同プラスチックの後方に配置した受信装置に受信させて測定するようにしたことをその要旨とする。
また、請求項５に記載の発明では請求項４に記載の発明の構成に加え、前記通路は断面方形とされ、前記発振装置は前記通路のある１面に対して前記電磁波は直交するように発振され、前記受信装置は前記ある１面に対向する面に正対する位置に受信面を配置させているようにしたことをその要旨とする。
また、請求項６に記載の発明では請求項５に記載の発明の構成に加え、前記通路と前記発振装置の間には前記発振装置から発振された拡散する前記電磁波を平行な射出方向に修正するための光学系が配置されていることをその要旨とする。
また、請求項７に記載の発明では請求項６に記載の発明の構成に加え、前記通路と前記受信装置の間には平行な前記電磁波を収束方向に屈折させるための光学系が配置されていることをその要旨とする。
また、請求項８に記載の発明では請求項１〜３のいずれかに記載の発明の構成に加え、発振装置から発振された前電磁波は前記プラスチック内で反射させ、その反射波を受信装置に受信させて測定するようにしたことをその要旨とする。
また、請求項９に記載の発明では請求項１〜３のいずれかに記載の発明の構成に加え、発振装置から発振された前記電磁波は前記プラスチック内で散乱させ、その散乱波を受信装置に受信させて測定することをその要旨とする。
【０００７】
上記のような構成では、まず粒状、粉状又は液状のプラスチックに対して発振装置から５０ＧＨｚ〜１０００ＧＨｚの帯域の電磁波を照射し、プラスチックに吸収されなかった残余の電磁波を測定し、プラスチックの流量の変化との相関関係において前もって取得することで、その含水状態に対応する測定値を取得することができる。５０ＧＨｚ〜１０００ＧＨｚの帯域の範囲はテラヘルツ波及びミリ波が属する波長帯域である。
このように５０ＧＨｚ〜１０００ＧＨｚの帯域の電磁波をプラスチックに照射した残余の電磁波を含水状態のパラメータとするのは、５０ＧＨｚ〜１０００ＧＨｚの帯域の電磁波（つまりテラヘルツ波とミリ波）が水分に吸収される性質があり、なおかつ水分が沸騰することもなく、プラスチックに照射してもプラスチックの物理的性質に影響がないためである。吸収量はプラスチック中の水分含量と正の相関関係、つまりプラスチック中の水分が多いとそれだけ、電波が多く吸収される性質に基づいている。ある水分含量のあるプラスチックについて測定条件が同じであれば、５０ＧＨｚ〜１０００ＧＨｚの帯域の電磁波を照射した場合プラスチックに吸収されなかった残余の電磁波（つまりプラスチックに吸収されずに透過した電磁波）は理論的に同じ値を示す。
また、残余の電磁波の測定値は同じ水分含量のプラスチックであっても測定対象となるプラスチック量によって増減する。つまり、ある含水状態のあるプラスチックについて量をパラメータとして残余の電磁波の特性を得る場合にはプラスチックの量が増えるとそれだけ残余の電磁波が減るためプラスチックの量との関係では負の相関関係が得られることとなる。
従って、ある含水状態のプラスチックについてプラスチックに吸収されなかった残余の電磁波とプラスチック量の変化との相関関係を前もって取得することで測定位置において残余の電磁波を測定することでプラスチック量を算出することが可能となる。この作用を利用することで測定位置におけるプラスチックの流量を計算することが可能となる。プラスチックの流量はある瞬間における測定位置でのプラスチック量として取得することもでき、ある時点からのその測定位置を通過したプラスチックの経時的積算量として取得することもできる。
【０００８】
実際の相関関係は上記の理論に基づいて５０ＧＨｚ〜１０００ＧＨｚの帯域の電磁波をプラスチックに吸収させてプラスチックの量と残余の電磁波との特性を得るようにし、これを指標として実際に得られた残余の電磁波から流量を算出するようにする。また、「同様の前記相関関係を得られる条件」として最も精度よく測定・算出するためには実際の装置において実際に使用するプラスチックと測定装置（発振装置や受信装置）を使用して前もって相関関係を取得することが望ましいが、そのような方法を取らずとも実際の使用環境と同じ条件で相関関係を得られるのであれば実際に測定するまでもない。
表１は電磁波の使用波長として６０ＧＨｚ、発振機のアンテナからプラスチック材料の正面までの距離１２３ｍｍ、プラスチック材料の背面から受信機のアンテナまでの距離１２３ｍｍ、材料通過が無い状態の透過電磁波強度１１３１ｍＶ、水分含量として０．１％であるプラスチックについて取得した透過電磁波（残余の電磁波）と流下量（プラスチックの量）の相関関係を示す特性図の一例である。理論的には相関関係は、Ｙ：透過電磁波強度、Ａ：材料通過が無い状態の透過電磁波強度、Ｂ：プラスチック毎の固有の係数、Ｘ：プラスチック通過量、とすると、
Ｙ＝Ａ−ＢＸ
で示される一次式となるが、実際にデータをサンプリングした場合にはこの表１のように誤差が生じるため、実測値に基づいて一次関数を正規化したり、正規化を実行するまでもなければ平均値をとることで一次関数を決定することができる。
【０００９】
【表１】
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【００１０】
上記において、具体的な態様として、発振装置から発振された５０ＧＨｚ〜１０００ＧＨｚの帯域の電磁波をプラスチックを透過して同プラスチックの後方に配置した受信装置に受信させるようにして残余の電磁波を測定する手法が考えられる。これは前方と後方にスペースがある場合に発振装置と受信装置をそれぞれ配置でき、なおかつ正確な測定に寄与する。この構成は図６のような模式図で示すことができる。ここでは発振機１１０と受信機１１１が粒状、粉状又は液状のプラスチックが流下する通路１１２を挟んで配置される場合である。プラスチックは必ずしも通路１１２を通過しなくとも測定は可能であるが、実際は通路１１２を通過させる方が正確な測定の点から望ましい。
この場合において、通路１１２は断面方形とされ、発振装置１１０は通路のある１面に対して電磁波は直交するように発振され、受信装置１１１は前記ある１面に対向する面に正対する位置に受信面を配置させるようにすることが正確な測定の点でより好ましい。従って、発振装置１１０は指向性のあるアンテナから発振させることが好ましい。
【００１１】
また、発振装置から発振された５０ＧＨｚ〜１０００ＧＨｚの帯域の電磁波をプラスチック内で反射させ、その反射波を受信装置に受信させるようにして残余の電磁波を測定する手法が考えられる。この構成は図７のような模式図で示すことができる。
また、電磁波をプラスチック内で散乱させ、その散乱波を受信装置に受信させるようにして残余の電磁波を測定する手法が考えられる。この構成は図８のような模式図で示すことができる。ここでは散乱波を散乱板１１３で反射させるという構成である。
また、適宜電磁波を集約させるためにレンズを経路上に配置したり、経路を変更させるために反射鏡を配置したりすることも自由である。
また、本発明において対象となる粉状又は液状のプラスチックは熱可塑性、熱硬化性のいずれをも含み、更にエラストマーも含む概念である。
【発明の効果】
【００１２】
上記各請求項に記載の発明によれば、５０ＧＨｚ〜１０００ＧＨｚの帯域の電磁波を使用することでプラスチックに吸収されなかった残余の電磁波とプラスチックの流量との相関関係を前もって取得し、現状の残余の電磁波を検出してその相関関係に基づいてプラスチックについての流量を算出することができるため、実際にプラスチックの重量を測定しなくともどのくらいプラスチックが流れたかがわかることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態の正面模式図。
【図２】同じ実施の形態の要部を拡大した一部断面正面模式図。
【図３】同じ実施の形態の要部を拡大した平断面模式図。
【図４】同じ実施の形態の制御システムの電気的構成を説明するブロック図。
【図５】モニターに表示される数値アイコンの一例を説明する説明図。
【図６】発振装置と受信装置の配置状態を説明する模式図。
【図７】発振装置と受信装置の配置状態を説明する模式図。
【図８】発振装置と受信装置の配置状態を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明をプラスチック材料の供給システム（以下、供給システムとする）に適用した具体的な実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は供給システムを簡略化した模式図である。供給システムはペレット形状のプラスチック材料を収容するホッパ１１と、ホッパ１１内のプラスチック材料を前方に押し出し供給するシリンダ装置１２と、シリンダ装置１２から供給されるプラスチック材料の通路１３と、通路１３に接続されプラスチック材料の供給を受けて成型品を成形する成形機１４とから構成されている。
ホッパ１１には図示しないタンク装置からフレキシブルホースが接続され、プラスチック材料が供給されるようになっている。ホッパ１１のプラスチック材料が少なくなるとホッパ１１内の図示しないセンサの検出に基づいて順次新たなプラスチック材料がタンク装置からホッパ１１に供給されることとなる。シリンダ装置１２は併設されたモータ１５の駆動によって内部のスクリュー１６が回転させられホッパ１１内のプラスチック材料を前方に押し出して通路１３内に投下させるようになっている。
【００１５】
通路１３は断面長方形の筒体によって構成されている。図２及び図３に示すように、通路１３の平行な２つの壁面１３ａ，１３ｂに対して正対する前後位置にはそれぞれ発振機１８及び受信機１９が各壁面１３ａ，１３ｂに対して等距離に配設されている。発振機１８と第１の壁面１３ａの間及び第２の壁面１３ｂと受信機１９の間にはそれぞれ第１及び第２のレンズ２２，２３が各壁面１３ａ，１３ｂに対して等距離に配設されている。このような構成とすることで、発振機１８から発振されたテラヘルツ波を通路１３内のプラスチックに照射させプラスチックに吸収させるとともに、プラスチックに吸収されずに透過された残余のテラヘルツ波を受信機１９で受信して測定することができる。
発振機１８は図示しない発振回路、増幅回路、制御部等から構成されており、所定の周波数のテラヘルツ波を指向性のあるホーンアンテナ２１から通路１３方向に照射する。第１のレンズ２２はホーンアンテナ２１から照射された放射状に拡散するテラヘルツ波を平行な射出方向に修正する。平行な射出方向に修正することでプラスチック材料までのテラヘルツ波の到達距離を平均化とすることができ、より正確な測定値を得ることができる。第１のレンズ２２を透過したテラヘルツ波は通路１３の壁面１３ａ，１３ｂに対して直交する。受信機１９は図示しない受信回路、増幅回路、制御部等から構成されており、指向性のあるホーンアンテナ２４から電波を受信する。第２のレンズ２３は通路１３内のプラスチックに照射されたテラヘルツ波のうち、吸収されずに透過された残余のテラヘルツ波を平行な射出方向から受信機１９のホーンアンテナ２４の方向に収束させるように屈折させる。
【００１６】
次にこのように構成される発振機１８と受信機１９を主要な構成とする制御システムの電気的構成について図４に基づいて説明する。
制御システムは制御装置であるコントローラＭＣを備えている。コントローラＭＣは周知の中央処理装置（ＣＰＵ）やＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリ、タイマ等から構成されている。コントローラＭＣには上記発振機１８、受信機１９、キーボードやマウス等から構成される入力操作部３０及びモニター３１がそれぞれ接続されている。ＲＯＭには発振機１８と受信機１９の制御を実行する制御プログラムや発振機１８及び受信機１９から得られたテラヘルツ波強度に応じた数値に基づいて残余のテラヘルツ波（プラスチックを透過したテラヘルツ波）の強度を算出し、対応するプラスチックの流量を算出するために算出プログラムや、算出結果をモニター３１に表示させる表示プログラム、ＯＳ(Operation System)等の各種プログラムが記憶されている。ＲＡＭには算出プログラムに適用するための残余のテラヘルツ波とプラスチックの流量の相関関係データ等が記憶されている。
【００１７】
コントローラＭＣは入力された相関関係データ、具体的にはＹ軸方向を透過テラヘルツ波強度とし、Ｘ軸方向をプラスチック通過量とする座標においてＹ＝Ａ−ＢＸの一次式におけるＡ（材料通過が無い状態の透過テラヘルツ波強度）とＢ（プラスチック毎の固有の係数の入力）の相関関係データに基づいて相関関係を設定する。これは例えば表２のような相関関係として得られる。表２は供給システムにセットされる発振機１８と受信機１９に基づいて実際に通路１３を流下するプラスチックの量と残余のテラヘルツ波とをサンプリングデータとして取得し、正規化した後にＡとＢの値を算出したものである。つまり、実機について取得したデータに基づいて相関関係を得たものである。表２ではテラヘルツ波の使用波長としては６０ＧＨｚ、発振機１８のホーンアンテナ２１からプラスチック材料の正面までの距離１２３ｍｍ、プラスチック材料の背面から受信機１９のホーンアンテナ２４までの距離１２３ｍｍ、材料通過が無い状態の透過テラヘルツ波強度（つまり、Ａの値）として１１３１、プラスチック毎の固有の係数（つまり、Ｂの値）７．７とした。
【００１８】
【表２】
2013215938.tif 000004
【００１９】
コントローラＭＣは算出プログラムに基づいて経時的に所定タイミング（本実施の形態では１秒毎）で透過電磁波強度のサンプリングデータを取得し、相関関係を照合して対応するプラスチック通過量を算出していくとともに、測定を開始した基準時間からのプラスチック通過量を積算する。サンプリングデータ間については補完計算を行う。表３はこのように透過電磁波強度のサンプリングデータを取得し、補完計算をした透過電磁波強度と時間との特性を示すグラフである。また、表４は表３に対応するプラスチック通過量と時間との特性を示すグラフである。コントローラＭＣはモニター３１に対して表３と表４を表示させるとともに、基準時間から現時点までの積算プラスチック通過量と現時点のプラスチック通過量を数値として例えば図５のように表示させる。表３と表４は現状ではスタートから３０秒後までを表示させているが、時間とともにスクロールさせて常に一定の範囲（ここでは３０秒間）を表示させるようにする。
【００２０】
【表３】
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【００２１】
【表４】
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【００２２】
上記のように構成したことにより本実施の形態では次のような効果が奏される。
（１）モニター３１に表示される現時点までの積算プラスチック通過量と現時点のプラスチック通過量を数値として認識できるため、その数値に基づいて通過プラスチック量がわかるため、どの程度のプラスチックが投入（使用）されたのかがリアルタイムわかる。
（２）表３や表４が表示されるため、どのような履歴でプラスチックが投入されたのかがわかる。
（３）通路１３を方形に形成しなるべく均一にテラヘルツ波を照射するようにするとともに、第１のレンズ２２によってテラヘルツ波を平行な射出方向に修正しているため、間接的な測定であるにも関わらず測定値の精度が高く正確な値を得ることが可能となる。
【００２３】
尚、本発明は次のように具体化してもよい。
・実施の形態では実測値に基づいて一次関数を正規化して求めるようにしていたが、正規化を実行するまでもなければ平均値をとることで一次関数を算出するようにしてもよい。
・レンズ２２，２３は複数のレンズ体等で構成してもよい。
・実施の形態ではテラヘルツ波を水分測定用の電磁波として使用したが、ミリ波を使用することも可能である。
・実施の形態におけるモニター３１に表示させる表や数値は他のパターンで表示させるようにしてもよい。例えば、過去のある時間におけるプラスチック通過量を表示させるようにすることも可能である。
・本発明をプラスチック材料の供給システムに適用したが、他のシステムに応用することも可能である。
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において変更した態様で実施することは構わない。
【符号の説明】
【００２４】
１３…通路、１８…電磁波を照射するための発振機、１９…受信機、ＭＣ…コントローラ。
【図１】
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【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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