計量ロボットとは、産業用ロボットや協働ロボットを使用し、原料や部品の供給、秤量、投入、搬送などの計量作業を自動化する設備です。人がスコップや容器を使って行っていた少量原料の計量、複数材料の配合、容器への小分けなどに利用されます。
計量作業では、目標重量へ近づくにつれて供給量を減らし、過量にならないよう調整する必要があります。計量ロボットでは、秤から得た重量値とロボットの動作を連携させ、供給量や回数を制御します。
計量ロボットの基本構成
計量ロボットは、一般に次の機器で構成されます。
- 産業用ロボットまたは協働ロボット
- 原料をすくうスコップやハンド
- ロードセルを備えた秤
- 原料容器や供給ホッパー
- 計量容器
- ロボットコントローラ
- PLCや計量コントローラ
- 安全柵や安全センサ
対象原料に応じて、スコップ、カップ、吸着ハンド、グリッパ、オーガなどの先端工具を選定します。粉体、粒体、ペレット、部品などでは、適した供給方法が異なります。
計量する仕組み
ロボットが原料容器から原料を取り出し、秤上の計量容器へ投入します。投入後の重量を計量器で読み取り、目標重量との差を求めます。
不足量は次のように表せます。
不足量＝目標重量－現在重量
不足量が大きい段階では一度に多く供給し、目標重量へ近づいた段階では少量ずつ供給します。この動作を繰り返し、設定した許容範囲へ入った時点で計量を完了します。
供給量の切替えには、大投入、中投入、小投入のような段階制御や、過去の投入実績から次回の採取量を補正する制御を使用します。
ロボットを使用するメリット
- 計量作業を自動化できる
- 作業者による計量ばらつきを抑えられる
- 粉じんや重量物を扱う負担を軽減できる
- 計量値と使用原料を記録できる
- 夜間や長時間の連続運転に対応しやすい
- 複数品種の配合切替えを自動化できる
少量原料を多数使用する製造工程では、原料の取り違えや計量値の転記ミスを防ぐ効果も期待できます。
適した原料と難しい原料
流動性が安定した粒体やペレットは、比較的取り扱いやすい原料です。一方、付着しやすい粉体、圧縮されやすい材料、繊維状材料、粒径差が大きい材料では、スコップから落ちにくい、採取量が安定しないなどの課題があります。
原料の状態に応じて、スコップ形状、表面処理、振動機構、掻き落とし機構などを検討します。吸湿性がある原料では、保管容器の密閉や除湿も必要になる場合があります。
計量精度を高める制御
計量精度を高めるには、目標重量へ近づいたときの少量供給を安定させる必要があります。ロボットの移動速度、スコップの傾け角度、投入高さ、投入回数などを調整します。
原料を秤へ投入した直後は、振動によって重量表示が安定しないことがあります。そのため、投入後に一定時間待ってから重量を判定します。
計量値が許容上限を超えた場合は、過量分を除去する機能や、不良として排出する処理を検討します。原料によっては一度投入したものを戻せないため、過量を防ぐ制御が特に重要です。
品種切替えと原料識別
複数の原料を扱う場合は、原料容器の位置や識別情報を管理します。バーコードや二次元コード、RFIDを用いて、正しい原料であることを確認する構成もあります。
品種切替え時には、スコップやハンドに残った原料が次の品種へ混入しないよう、清掃や工具交換が必要です。食品、医薬品、化学品などでは、交差汚染への対策を検討します。
安全対策
一般的な産業用ロボットは、動作範囲へ人が入れないよう安全柵や扉スイッチを設けます。扉が開いた場合はロボットを停止させます。
協働ロボットを使用する場合でも、先端工具、搬送物、動作速度によっては安全柵が必要です。リスクアセスメントを行い、挟まれ、衝突、落下、粉じんなどの危険を確認します。
原料が危険物や健康障害を生じる物質の場合は、局所集じんや保護設備も必要です。
異常時の確認方法
計量値が安定しない場合は、秤への振動、配管やケーブルの接触、ロードセル、計量容器への付着を確認します。採取量が安定しない場合は、原料の固まり、スコップへの付着、原料残量を確認します。
ロボットが原料容器や秤へ接触した場合は、教示位置、容器位置、ハンドの取付けを確認します。容器の位置ずれを検知するセンサを設ける方法もあります。
導入時の選定ポイント
対象原料、目標重量、許容誤差、処理能力、品種数、設置スペースを確認します。必要な可搬質量や動作範囲からロボットを選定します。
原料容器の配置、原料補充方法、計量後の搬送先、清掃方法も含めて設備全体を設計します。人による原料補充が必要な場合は、補充作業とロボット動作が干渉しない構成が必要です。
保守・更新
定期的にロボットの位置精度、ハンド、スコップ、ロードセル、秤の校正状態を確認します。摩耗や付着によって採取量が変化するため、投入補正値も見直します。
原料や配合を追加する場合は、新しい動作位置、採取条件、許容重量を登録します。ロボットや計量器を更新するときは、通信信号、動作タイミング、安全回路を確認します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、ロボットを用いた原料計量設備について、原料性状、目標重量、計量精度、処理能力、設置環境などの仕様を確認して構成します。
秤、ロードセル、計量制御、PLC、ロボットとの信号連携、上位システムへの実績保存についても、必要な機能を確認して検討します。
よくある質問
Q. 粉体もロボットで計量できますか？
A. 粉体の流動性や付着性に適したスコップや供給方法を選ぶことで対応できる場合があります。
Q. 目標重量を超えた場合はどうなりますか？
A. 過量分を除去する、計量不良として排出するなどの処理を設備仕様に応じて検討します。
Q. 複数の原料を1台のロボットで扱えますか？
A. 動作範囲内に原料容器を配置し、混入防止や清掃条件を満たせば対応できる場合があります。
Q. 協働ロボットなら安全柵は不要ですか？
A. 必ず不要になるわけではありません。先端工具、速度、対象物などを含めたリスク評価が必要です。
Q. 計量実績を保存できますか？
A. 原料名、目標値、実績値、日時などを上位システムへ保存できる構成を検討します。
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局所集じんフードとは、粉体の投入、計量、袋詰め、移し替えなどで発生する粉じんを、発生源の近くで吸引するための囲いや吸込口です。粉じんが作業場全体へ拡散してから回収するのではなく、発生した直後に捕集することを目的とします。
粉体設備では、原料をホッパーへ投入するとき、袋を開封するとき、計量容器へ落下させるときなどに粉じんが発生します。局所集じんフードを適切に設計すると、作業者の粉じん曝露、周辺設備への堆積、異物混入、清掃負担を抑えやすくなります。
局所集じんの仕組み
局所集じん設備は、粉じんが発生する場所をフードで囲い、ダクト、集じん機、排気ファンを通じて空気を吸引します。吸い込まれた粉じんは、フィルタやサイクロンなどで空気から分離されます。
一般的な構成は次のとおりです。
- 粉じん発生源を囲う集じんフード
- 粉じんを搬送するダクト
- 粉じんを分離する集じん機
- 吸引力を発生させる排気ファン
- 風量を調整するダンパ
- 回収粉をためる容器
フードの開口部では、外側から内側へ空気が流れる状態をつくります。この流れによって、発生した粉じんが作業場側へ漏れ出す前に吸い込まれます。
捕捉速度とは
捕捉速度とは、粉じんをフードへ引き込むために必要な空気速度です。粉じんの発生方法、粒径、飛散方向、周囲気流などによって必要な速度は異なります。
必要風量は、概念的に次のように考えられます。
必要風量＝フード開口面積×開口部の平均風速
開口面積が大きいほど、同じ風速を得るために大きな風量が必要です。そのため、作業性を損なわない範囲で開口部を小さくし、発生源をできるだけ囲うことが重要です。
フード形状の種類
局所集じんフードには、粉じん発生源の囲い方によって複数の形状があります。
囲い式フード
粉じん発生源をできるだけ囲い、必要な開口部だけを残す方式です。少ない風量で捕集しやすく、粉じんの拡散防止に有効です。
外付け式フード
粉じん発生源の側面や上部に吸込口を設ける方式です。設備を完全に囲えない場合に使用しますが、発生源とフードの距離が離れるほど捕集性能が低下します。
レシーバ式フード
粉じんや気流が向かう方向にフードを設置し、発生時の勢いを利用して吸い込む方式です。落下する粉体の流れに合わせて配置する場合があります。
粉体投入時の集じん
袋詰め原料をホッパーへ投入する工程では、袋を開封した瞬間や原料が落下したときに粉じんが舞い上がります。投入部の背面や側面に吸込口を設け、前面には作業に必要な開口を残します。
投入高さが高いほど粉体が空気を巻き込み、粉じんが発生しやすくなります。投入位置を低くする、シュートを設ける、原料落下速度を抑えるなど、発生量そのものを減らす対策も有効です。
フードだけで粉じんを吸い切ろうとすると、必要風量が大きくなる場合があります。囲い、投入方法、吸引位置を組み合わせて設計します。
計量・充填設備での活用
粉体計量機や充填機では、計量容器への投入時や袋からノズルを外すときに粉じんが発生します。計量部全体を囲う方法や、充填口の周囲から吸引する方法があります。
集じん風量が大きすぎると、投入中の粉体まで吸い込み、計量誤差や原料損失につながることがあります。そのため、粉じんだけを捕集し、製品粉を過度に吸引しない風量調整が必要です。
計量中に集じん機を運転する場合は、吸引による秤への力やダクトの引張りが計量値へ影響しないよう、フレキシブル接続などを使用します。
設計時のポイント
- 粉じんが発生する位置と方向を確認する
- フードを発生源へできるだけ近づける
- 作業に必要な開口部だけを残す
- 外乱風がフード内部へ入り込まないようにする
- 製品粉を過度に吸引しない風量に調整する
- 清掃や点検がしやすい構造にする
扇風機、空調、出入口からの風がフードの吸引方向と反対に流れると、粉じんが外へ漏れやすくなります。周辺の気流も確認して配置します。
ダクトと集じん機の選定
ダクト内の風速が低すぎると、吸い込んだ粉じんが内部へ堆積します。反対に、風速が高すぎると圧力損失や消費電力が大きくなり、粉体による摩耗も進みます。
粉じんの種類、発生量、粒径、付着性、爆発性などを確認し、集じん機の方式とフィルタを選定します。湿気を含む粉体や付着性の高い粉体では、フィルタの目詰まりに注意が必要です。
可燃性粉じんを扱う場合は、粉じん爆発の危険性を確認し、防爆、静電気対策、火花対策、爆発放散などを検討します。
吸引不足が起きたときの確認
粉じんがフード外へ漏れる場合は、集じん機のフィルタ詰まり、ファンの異常、ダンパ設定、ダクト詰まり、フード開口部の変更などを確認します。
以前は問題なく吸引できていた場合でも、フィルタへ粉じんが堆積すると風量が低下します。ダクトの穴あきや接続部からの空気漏れでも、フード部分の吸引力が弱くなります。
フードの前に物を置いたり、設備改造によって粉じん発生位置が変わったりした場合も、捕集性能が低下することがあります。
保守点検
定期的にフード内部、ダクト、フィルタ、回収容器を点検します。付着粉が堆積すると、吸込口の面積が狭くなり、風量が低下します。
差圧計を備えた集じん機では、フィルタ前後の差圧を確認します。差圧が高い場合は、フィルタ清掃、払い落とし機構、交換時期を確認します。
フードやダクトの清掃時は、粉じんを再飛散させない方法を選びます。エアブローだけで清掃すると、周囲へ粉じんを拡散させる可能性があります。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、粉体計量設備や充填設備に付帯する局所集じんフードについて、粉体性状、発生位置、作業方法、必要風量などの仕様を確認して検討します。
計量精度への影響、既設集じん機との接続、フード形状、ダクト取り回しについても、設備条件を確認して構成します。
よくある質問
Q. 集じんフードを大きくすれば粉じんを吸いやすくなりますか？
A. 開口部が大きくなると、必要な吸引風量も増えます。作業性を確保しながら、発生源をできるだけ囲う方が効率的です。
Q. 集じん風量が強いほどよいですか？
A. 強すぎると製品粉まで吸い込み、原料損失や計量誤差につながる場合があります。粉じん発生量に合った調整が必要です。
Q. 既設の集じん機へフードを追加できますか？
A. 集じん機の余裕風量、ダクト圧力損失、既設吸込口の数などによって対応できる場合があります。
Q. フードから粉じんが漏れる原因は何ですか？
A. フィルタ詰まり、風量不足、外乱風、フード位置のずれ、開口部の拡大などが考えられます。
Q. 計量機の周囲にも集じんフードを設置できますか？
A. 吸引力が計量値へ影響しない構造を検討し、フレキシブル接続や風量調整を行うことで対応できる場合があります。
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吸引式空気輸送とは、配管内を負圧にして空気を吸い込み、その空気流によって粉体や粒体を搬送する方式です。真空輸送、負圧輸送などと呼ばれることもあります。原料を吸引ノズルやホッパーから取り込み、受入れ側の分離器まで配管で搬送します。
搬送配管内が大気圧より低い状態になるため、配管や継手に小さな隙間があっても、粉体が外へ漏れ出しにくいことが特長です。食品、化学、樹脂、医薬品などで、粉じんの飛散を抑えながら原料を搬送する用途に利用されます。
吸引式空気輸送の仕組み
吸引式空気輸送では、搬送先側にブロワや真空ポンプを設置して配管内の空気を吸引します。搬送元から取り込まれた粉体は、空気と一緒に配管内を流れ、サイクロンやフィルタ式分離器へ到達します。
受入れ側では、粉体と空気を分離します。粉体はホッパーへ落下し、空気はフィルタを通過してブロワ側へ流れます。
代表的な構成は次のとおりです。
- 原料を吸い込む吸引ノズルまたは供給ホッパー
- 粉体を搬送する配管
- 粉体と空気を分離するレシーバ
- 粉じんを捕集するフィルタ
- 負圧を発生させるブロワまたは真空ポンプ
- 粉体を排出するロータリーバルブや排出弁
圧送式との違い
空気輸送には、吸引式のほかに圧送式があります。圧送式は搬送元側から空気を送り込み、配管内を正圧にして粉体を押し出します。
吸引式は、複数の搬送元から一つの受入れ先へ原料を集める構成に適しています。例えば、複数の原料袋や容器から一台の計量ホッパーへ供給する場合です。
圧送式は、一つの搬送元から複数の搬送先へ分配する構成や、比較的長い距離を搬送する場合に使用されます。
吸引式では配管内が負圧であるため、粉体漏れを抑えやすい一方、搬送できる距離や能力には限界があります。
希相輸送と濃相輸送
空気輸送は、粉体に対する空気量や搬送速度によって、希相輸送と濃相輸送に分けられます。
希相輸送は、比較的多量の空気を使用し、粉体を高速で浮遊させながら搬送します。構成が比較的簡単ですが、粉体や配管の摩耗、粒子破損が起きやすい場合があります。
濃相輸送は、空気量を抑え、粉体を密度の高い状態で低速搬送します。粒子破損や配管摩耗を抑えやすい一方、原料性状や設備条件に合わせた設計が必要です。
搬送能力に影響する要因
- 原料のかさ密度
- 粒径と粒度分布
- 流動性と付着性
- 搬送距離と立上がり高さ
- 配管径
- 曲がり部の数と形状
- 吸引風量と負圧
- 原料供給量
搬送能力は、空気流量を増やせば単純に比例して増えるわけではありません。風量が小さすぎると粉体が配管内へ堆積し、大きすぎると摩耗、粉体破砕、フィルタ負荷が増えます。
原料を安定して吸い込むためには、吸引ノズルへの空気流入量と粉体供給量のバランスが重要です。
搬送配管の設計
配管径は、搬送量、風速、粉体性状から選定します。細すぎる配管では圧力損失が大きくなり、詰まりやすくなります。太すぎる配管では必要風量が増え、粉体が沈降することがあります。
曲がり部は圧力損失と摩耗が発生しやすい場所です。可能な範囲で曲がりの数を減らし、急な曲率を避けます。摩耗性の高い粉体では、耐摩耗エルボや交換可能な部品を使用します。
水平配管では粉体が底部へ堆積しやすいため、必要な搬送速度を確保します。配管内に段差や突起があると、粉体が引っ掛かる原因になります。
粉体と空気の分離
搬送先では、粉体と空気を確実に分離する必要があります。サイクロンは遠心力を利用して比較的大きな粒子を分離します。細かい粉体はフィルタを使用して捕集します。
フィルタ表面へ粉体が堆積すると吸引抵抗が増えるため、圧縮空気によるパルス洗浄や振動による払い落としを行います。
フィルタの目詰まりが進むと、搬送能力が低下し、吸引ノズルから原料を取り込めなくなります。差圧を監視し、清掃や交換時期を判断します。
排出部の構造
レシーバ内は負圧であるため、排出弁を開けたままにすると外気が流入し、吸引力が低下します。そのため、一定量をためてから搬送を停止し、排出弁を開くバッチ方式が使用されます。
連続排出する場合は、ロータリーバルブや二重ダンパなどを使用し、外気の流入を抑えながら粉体を排出します。
付着しやすい粉体では、ホッパー角度、内面仕上げ、エアノッカー、バイブレータなどを検討します。
計量設備との組合せ
吸引式空気輸送は、原料を計量ホッパーまで搬送する用途に使用できます。ただし、搬送中の吸引力やフィルタの振動が秤へ影響すると、計量値が安定しない場合があります。
計量中は搬送を停止する、レシーバと秤をフレキシブルジョイントで接続する、配管荷重を秤へ伝えないなどの対策を行います。
複数原料を同じ配管で搬送する場合は、配管内の残留原料や交差混入にも注意します。必要に応じて配管洗浄や原料ごとの専用配管を検討します。
搬送できない場合の確認
原料を吸い込まない場合は、ブロワ、フィルタ詰まり、配管漏れ、吸引ノズルの詰まり、供給量過多を確認します。
配管内で詰まりが発生した場合は、曲がり部、水平部、立上がり部を重点的に確認します。吸引風量が不足した状態で原料を多く供給すると、粉体が配管内へ堆積します。
外気漏れが多い場合も、搬送元で必要な負圧を得られません。配管継手、点検口、排出弁、フィルタ取付部の気密性を確認します。
安全上の注意
可燃性粉体を高速で搬送すると、粉体と配管の摩擦によって静電気が発生する可能性があります。配管、レシーバ、集じん機を適切に接地し、絶縁部がある場合は導通を確認します。
粉じん爆発の可能性がある原料では、着火源対策、防爆機器、爆発放散、爆発抑制などを検討します。原料の安全データと使用環境を確認します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、粉体や粒体の吸引式空気輸送について、原料性状、搬送量、搬送距離、配管経路、受入れ設備などの仕様を確認して検討します。
計量設備との接続、レシーバ、排出弁、PLCによる搬送シーケンスについても、必要な処理能力と運用条件を確認して構成します。
よくある質問
Q. 吸引式空気輸送は粉じんが外へ漏れにくいですか？
A. 配管内が負圧になるため、隙間があっても外気が入りやすく、粉体は外へ漏れにくい方式です。ただし、適切な気密性は必要です。
Q. 長距離搬送にも使用できますか？
A. 搬送距離、配管径、原料性状、ブロワ能力によって対応範囲が決まります。長距離では圧力損失が大きくなります。
Q. 複数の原料容器から吸引できますか？
A. 切替弁や吸引ノズルを設けることで、複数の搬送元から一つの搬送先へ供給できる場合があります。
Q. 配管が詰まる主な原因は何ですか？
A. 風量不足、原料供給過多、フィルタ詰まり、配管漏れ、曲がり部への堆積などが考えられます。
Q. 計量ホッパーへ直接搬送できますか？
A. 吸引力や配管荷重が計量値へ影響しない構造を検討することで対応できる場合があります。
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フレキシブルホッパーとは、ホッパーの一部または全体にゴムや樹脂などの柔軟な材料を使用し、外部から変形や振動を与えることで粉体の付着、ブリッジ、ラットホールを抑える供給補助装置です。
粉体は、粒径、含水率、付着性、圧縮性などによってホッパー内で流れにくくなることがあります。金属製ホッパーの内壁へ粉体が付着すると、残量があるにもかかわらず排出できない状態が発生します。フレキシブルホッパーは、柔軟な壁面を周期的に動かし、粉体の固まりや付着を崩して排出を促します。
粉体が排出しにくくなる原因
ホッパー内の粉体には、重力によって下向きの力が働きます。一方で、粉体同士の摩擦、内壁との摩擦、付着力が大きいと、粉体が自然に流れません。
代表的な流動不良には次のものがあります。
- ブリッジ：排出口の上部で粉体がアーチ状に固まる
- ラットホール：中央部だけが流れ、周囲の粉体が残る
- 壁面付着：粉体がホッパー内壁へ付着する
- 圧密：上部の粉体荷重によって下部が締め固まる
- 偏析：粒径や密度の違いによって粉体が分離する
フレキシブルホッパーは、主にブリッジ、ラットホール、壁面付着の低減を目的に使用されます。
フレキシブルホッパーの仕組み
柔軟なホッパー壁面を、外側から機械的に押す、もむ、振動させることで、内壁へ付着した粉体を剥がします。壁面形状が変化すると、粉体に加わっていた応力のバランスが崩れ、固まった部分がほぐれます。
駆動方法には、エアシリンダ、空気圧パッド、モータ、振動機などがあります。一定時間ごとに動作させる方法や、排出中だけ動作させる方法があります。
一般的な構成は次のとおりです。
- 柔軟なホッパー本体
- 変形や振動を与える駆動部
- エアシリンダやモータ
- 動作を制御する電磁弁やPLC
- 粉体を排出するフィーダやゲート
金属製ホッパーとの違い
一般的な金属製ホッパーは、形状が変わらない剛体構造です。内壁を滑らかにする、角度を急にする、バイブレータやエアノッカーを取り付けることで流動を改善します。
フレキシブルホッパーは壁面そのものを変形させるため、付着粉を剥がしやすい点が特長です。また、金属板へ強い衝撃を与えるエアノッカーと比べ、騒音や設備への衝撃を抑えられる場合があります。
一方で、柔軟材は摩耗、疲労、薬品、温度などの影響を受けます。原料と使用環境に合った材質選定が必要です。
適用しやすい粉体
付着性があり、ホッパー壁面へ残りやすい粉体に適しています。微粉、吸湿性粉体、圧縮性粉体などで検討されます。
ただし、硬く鋭い粒子を含む原料や、摩耗性の高い粉体では、柔軟材が損傷する可能性があります。高温原料、溶剤を含む原料、油分を含む原料では、材料の耐熱性や耐薬品性を確認します。
材質選定のポイント
ホッパーの柔軟部には、ゴム、ウレタン、樹脂シートなどが使用されます。選定時には次の条件を確認します。
- 原料との化学的な相性
- 使用温度
- 摩耗性
- 食品衛生対応の必要性
- 静電気対策
- 洗浄方法
- 交換周期
粉体と接触する部分に規制や衛生条件がある場合は、適合する材質を選定します。可燃性粉体では、帯電防止材や接地方法も確認します。
供給機との組合せ
フレキシブルホッパーの下部には、スクリューフィーダ、振動フィーダ、ロータリーバルブ、ゲートなどを取り付けます。ホッパーが粉体をほぐしても、下流の供給機が詰まっている場合は排出できません。
供給機の運転とホッパーの変形動作を連動させ、排出中だけ動作させる方法があります。常時動作させると、粉体が過度に圧縮されたり、偏析したりする場合があるため、原料に合わせて動作周期を調整します。
計量設備での使用
計量ホッパーやフィーダ上部の貯留ホッパーへ使用すると、原料供給を安定させ、計量時間のばらつきを抑えられる場合があります。
ただし、ホッパーの駆動や振動がロードセルへ伝わると、計量値が不安定になります。計量判定中は動作を停止する、秤と切り離した上部ホッパーへ使用するなどの構成を検討します。
フレキシブル部が配管やフレームへ接触すると、不要な力が秤へ加わるため、変形範囲を考慮した設置が必要です。
排出不良が起きたときの確認
粉体が排出されない場合は、柔軟部が正常に変形しているか、エアシリンダや電磁弁が動作しているかを確認します。
原料性状が変化し、以前より含水率や付着性が高くなっている場合は、動作周期や排出口径を見直す必要があります。ホッパー下部のフィーダやゲートへの詰まりも確認します。
柔軟部が硬化、変形、破損している場合は、十分な動きが得られません。材質劣化や摩耗を点検します。
保守点検
柔軟部には繰返し変形が加わるため、亀裂、摩耗、膨れ、硬化を定期的に確認します。原料が入り込む小さな傷でも、使用を続けると破損が広がる場合があります。
エア駆動では、エア圧力、電磁弁、チューブ、シリンダを点検します。動作部に粉じんが堆積すると、十分なストロークを得られないことがあります。
交換時には、柔軟材の取付け方向、締付け状態、シール性を確認します。締め付けが不均一だと、原料漏れや局所的な損傷につながります。
選定時のポイント
選定では、粉体性状、必要容量、排出口径、使用温度、設置スペース、供給能力を確認します。既設設備へ追加する場合は、上部・下部の接続寸法と周辺機器への干渉も確認します。
どの程度の付着やブリッジを解消できるかは、粉体とホッパー形状によって異なります。必要に応じて原料試験を行い、排出状態を確認します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、粉体計量設備や供給設備に使用するフレキシブルホッパーについて、原料性状、容量、排出量、接続機器などの仕様を確認して検討します。
フィーダとの連動、エアシリンダ制御、計量への振動影響、交換しやすい構造についても、設備条件を確認して構成します。
よくある質問
Q. フレキシブルホッパーはすべての粉体に使用できますか？
A. 原料の摩耗性、温度、付着性、薬品性によって適否が異なります。柔軟材との相性を確認する必要があります。
Q. ブリッジを完全になくせますか？
A. 改善できる場合がありますが、粉体性状やホッパー形状によっては、排出口の拡大やフィーダ変更なども必要です。
Q. 計量ホッパーに取り付けてもよいですか？
A. 動作や振動が計量値へ影響する可能性があります。計量中の停止や、秤への力を伝えない構造を検討します。
Q. 柔軟部の交換は必要ですか？
A. 繰返し変形や摩耗によって劣化するため、定期点検と必要に応じた交換が必要です。
Q. 既設の金属ホッパーから変更できますか？
A. 接続寸法、設置スペース、原料、下流機器などの条件によって対応できる場合があります。
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フレコン自動充填とは、粉体や粒体をフレキシブルコンテナバッグへ所定量ずつ自動的に充填する設備です。フレコンは、粉体や粒体を数百キログラムから1トン程度の単位で保管・輸送するために使用される大型の袋です。
自動充填設備では、空のフレコンをセットし、袋口を充填ノズルへ接続した後、原料供給、計量、充填、満量判定までを制御します。作業者が秤の表示を見ながら手動でバルブを操作する方式と比べ、充填重量のばらつきや作業負担を抑えやすくなります。
フレコン充填設備の基本構成
一般的なフレコン自動充填設備は、次の機器で構成されます。
- 原料を貯留するホッパー
- 原料を供給するゲートやフィーダ
- フレコンへ原料を入れる充填ノズル
- 袋口を固定するクランプ
- フレコンの吊りベルトを保持するフック
- 重量を測定するロードセル
- 袋を支えるパレットまたは昇降台
- 粉じんを吸引する集じん設備
- 計量と充填を制御する制御盤
原料性状、目標重量、必要処理能力によって、供給機やノズル形状を選定します。
自動充填の流れ
作業者が空のフレコンを設備へセットし、吊りベルトをフックへ掛けます。袋口を充填ノズルへ取り付け、クランプで固定します。
準備完了を確認すると、制御装置が原料供給を開始します。目標重量へ近づくまでは大投入を行い、残り重量が少なくなると小投入へ切り替えます。
基本的な計量制御は次のように行います。
残量＝目標重量－現在重量
残量が大きいときは高速供給し、目標重量へ近づいたら低速供給へ切り替えます。供給停止後に落下する原料量を考慮し、目標値より少し手前で停止します。この補正量を落差と呼びます。
重量が許容範囲内に入ると充填完了となり、袋口を閉じてフレコンを搬出します。
計量方式
フレコン自体を秤へ載せて充填重量を測定する方式と、上部の計量ホッパーで所定量を計量してからフレコンへ排出する方式があります。
フレコン直接計量方式
フレコンをロードセルで支持し、充填しながら重量を測定します。設備構成を比較的簡単にできますが、袋の揺れ、ダクトやノズルから加わる力が計量値へ影響しないようにします。
計量ホッパー方式
上部の計量ホッパーで原料を計量し、計量完了後にフレコンへ一括排出します。充填中に次の原料計量を行える構成では、処理能力を高められる場合があります。
袋のセットと保持
フレコンには、袋口、吊りベルト、底部排出口などがあり、製品によって寸法が異なります。充填設備は、使用するフレコンの高さ、幅、吊りベルト位置に合わせて設計します。
袋口は、原料や粉じんが漏れないようにノズルへ確実に固定します。エア膨張式シールや機械式クランプを使用する場合があります。
充填中に袋が膨らむため、フレコンの側面や底部を適切に支持します。袋が偏った状態で膨らむと、形状が崩れ、搬送や保管が不安定になります。
袋の膨らみと脱気
微粉体を充填すると、原料と一緒に多量の空気が袋内へ入ります。空気が抜けにくいと、フレコンが必要以上に膨らみ、充填速度が低下します。
充填ノズルに脱気経路を設ける、集じん機で袋内の空気を吸引する、袋を振動させるなどの方法があります。
粉体へ強い振動を与えると、かさ密度が変化し、袋の高さや重量分布が変わります。製品の保管や輸送条件に合わせて振動時間を調整します。
粉じん対策
袋口と充填ノズルの隙間から粉じんが漏れないよう、密閉性の高いクランプを使用します。充填開始時やノズルを外すときは粉じんが発生しやすいため、局所集じんを行います。
集じん風量が強すぎると製品粉まで吸い込むため、袋内の空気だけを適切に排出できるよう調整します。
可燃性粉体を扱う場合は、フレコンの帯電防止仕様、設備接地、粉じん爆発対策を確認します。
処理能力に影響する要因
- 目標充填重量
- 原料の流動性とかさ密度
- 供給機の能力
- 大投入・小投入の切替え条件
- 袋のセットと取外し時間
- 脱気に必要な時間
- パレットの搬入・搬出方法
供給速度だけを上げても、袋のセットや搬出に時間がかかると設備全体の処理能力は上がりません。フォークリフト、ローラコンベヤ、パレット供給装置などを含めて検討します。
充填精度を高める方法
目標重量へ近づいたときの供給量を小さくし、供給停止後の落差を補正します。原料の流動性やホッパー残量が変化すると落差も変わるため、過去の実績値から補正量を更新する方法があります。
フレコンやパレットの風袋重量が異なる場合は、充填前に風袋引きを行います。袋や吊り具が周辺機器へ接触すると、ロードセルへ正しい荷重が加わらないため、接触を避けます。
異常時の確認方法
重量が安定しない場合は、フレコンの揺れ、ノズルやダクトの接触、ロードセル、床振動を確認します。充填量が目標を超える場合は、小投入量、落差補正、ゲートの閉止遅れを確認します。
原料が出ない場合は、ホッパー内のブリッジ、フィーダ、ゲート、レベルセンサを確認します。袋口から粉じんが漏れる場合は、クランプ、シール、集じん風量を確認します。
自動化の範囲
フレコンのセットや袋口接続を作業者が行い、充填だけを自動化する半自動方式が一般的です。さらに、空袋供給、袋口把持、パレット搬送、満袋搬出まで自動化する構成もあります。
自動化範囲が広くなるほど、袋寸法や形状の統一、位置決め精度、安全対策が重要になります。使用するフレコンの種類が多い場合は、段取り替え方法を検討します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、フレコン自動充填設備について、原料性状、目標重量、充填精度、処理能力、フレコン寸法などの仕様を確認して構成します。
ロードセル計量、供給機制御、袋口クランプ、集じん、パレット搬送、充填実績の保存についても、必要な自動化範囲を確認して検討します。
よくある質問
Q. フレコンのセットも完全自動化できますか？
A. 袋仕様や設備条件によって可能な場合がありますが、袋のばらつきや位置決めを考慮した専用機構が必要です。
Q. 1トン未満の充填にも対応できますか？
A. 目標重量、ロードセル容量、フレコン寸法を確認し、数百キログラム単位などにも対応できる場合があります。
Q. 粉じんが多い原料も充填できますか？
A. 袋口シール、脱気、局所集じんなどを組み合わせることで対応を検討します。
Q. 充填重量がばらつく原因は何ですか？
A. 原料流動性、落差、供給ゲートの応答、袋の揺れ、周辺機器との接触などが考えられます。
Q. 充填実績を保存できますか？
A. 品種、目標重量、実績重量、日時などを上位システムへ保存できる構成を検討します。
関連ワード
追従式充填ノズルとは、粉体や粒体を袋、容器、ドラム缶などへ充填するときに、充填物の表面高さに合わせてノズル先端を上下させる装置です。充填中の落下距離を短く保つことで、粉じんの飛散、原料の衝撃、袋内への空気巻込みを抑えます。
一般的な固定ノズルでは、容器の底部から充填物表面までの距離が大きい充填初期に、原料が高い位置から落下します。微粉体では、落下によって空気が巻き込まれ、粉じんが舞いやすくなります。追従式充填ノズルは、充填開始時にノズルを容器の底部付近まで下降させ、原料がたまるにつれて上昇します。
追従式充填ノズルの仕組み
充填開始前に、ノズルを袋や容器の内部へ下降させます。ノズル先端を底部近くに配置した状態で原料供給を開始し、充填物の表面が上昇するとノズルも上方へ移動します。
ノズルの昇降には、エアシリンダ、電動シリンダ、サーボモータ、ワイヤ機構などが使用されます。
充填物表面への追従方法には次のような方式があります。
- 充填重量や供給量から表面高さを推定する
- 一定時間または一定重量ごとにノズルを上昇させる
- レベルセンサで充填物表面を検知する
- ノズルへ加わる圧力や反力を検知する
粉じんを抑える理由
粉体が高い位置から落下すると、周囲の空気を巻き込みながら容器内へ入ります。巻き込まれた空気は、袋口や容器開口部から外へ抜けるときに粉じんを伴います。
追従式充填ノズルで落下距離を短くすると、原料の速度と空気巻込みを抑えられます。ノズル周囲に集じん経路を設ければ、袋内から排出される空気と粉じんを吸引できます。
粉じん発生量は、原料の粒径、充填速度、落下高さ、袋の通気性などによって異なります。
充填物表面への追従
ノズル先端を原料表面へ近づけすぎると、粉体がノズル出口を塞ぎ、供給不良が発生する可能性があります。反対に、離れすぎると粉じん抑制効果が低下します。
そのため、ノズル先端と原料表面の間に適切な距離を保つ必要があります。
目安となる位置は、原料性状、ノズル径、供給量によって異なります。試運転時に粉じん発生、充填速度、ノズル詰まりを確認して調整します。
袋への充填
袋やフレコンへ使用する場合は、袋口をノズル外周へ固定します。ノズルが上下しても袋口が外れないよう、クランプ構造や蛇腹部を設けます。
ノズルの上昇とともに袋が引っ張られる場合は、袋の支持方法やノズルストロークを調整します。フレコンでは、吊りベルトや底部の支持高さも確認します。
袋が柔らかいため、充填物が偏ると形状が崩れることがあります。ノズル位置を中央へ合わせ、必要に応じて袋底部の振動や整形を行います。
ドラム缶・容器への充填
ドラム缶や箱型容器では、ノズルを容器底部付近まで下降させて充填します。容器がノズルの真下へ正確に位置決めされていないと、ノズルが縁へ接触する可能性があります。
容器有無、位置ずれ、ノズル下降端をセンサで確認します。ノズル下降中に障害物を検知した場合は、停止または上昇させる安全制御を行います。
充填速度との関係
高速で充填すると処理能力は上がりますが、粉じんと空気巻込みが増えます。追従式ノズルを使用しても、原料や容器に対して過大な供給速度では十分な効果を得られません。
充填初期、中間、終盤で供給速度を切り替える方法があります。終盤は目標重量への過量を防ぐため、小投入へ切り替えます。
重量計量と組み合わせる場合は、ノズルの昇降動作が秤へ力を加えないようにします。袋や容器へノズルが接触した状態で計量すると、正しい重量を測定できない場合があります。
集じん機能との組合せ
ノズルを二重管構造とし、中央から原料を供給し、外周部から袋内の空気を吸引する方式があります。これにより、充填原料と排気の経路を分けられます。
集じん風量が強すぎると、投入した製品粉を吸い戻す可能性があります。弱すぎると袋口から粉じんが漏れます。充填速度と袋の通気性に合わせて調整します。
フィルタ詰まりによって集じん風量が低下すると、以前より粉じんが増えることがあります。差圧や風量を定期的に確認します。
制御シーケンス
一般的な動作手順は次のとおりです。
- 袋または容器の有無を確認する
- 袋口クランプや容器位置決めを行う
- ノズルを充填開始位置まで下降させる
- 集じん機を運転する
- 原料供給を開始する
- 充填量に応じてノズルを上昇させる
- 目標重量で原料供給を停止する
- 残留粉を排出する
- ノズルを上限位置まで上昇させる
- 袋口や容器の固定を解除する
各工程に確認信号を設け、ノズルが所定位置にない状態で供給を開始しないようインターロックを構成します。
異常時の確認方法
ノズルが上下しない場合は、エア圧力、電磁弁、シリンダ、モータ、位置センサを確認します。原料がノズル内へ付着して重量が増えると、昇降機構への負荷が大きくなる場合があります。
粉じんが多い場合は、ノズル位置、充填速度、袋口シール、集じん風量を確認します。ノズルが原料へ埋まる場合は、上昇タイミングや追従距離を見直します。
容器へ接触する場合は、位置決め装置、ノズル芯、下降端設定を確認します。
ノズル形状の選定
ノズル径は、必要な充填能力と原料性状から選定します。細すぎると充填時間が長くなり、付着性粉体では詰まりやすくなります。太すぎると袋口への取付けや密閉が難しくなる場合があります。
内面は原料が付着しにくく、清掃しやすい形状にします。食品や医薬品では、分解洗浄、表面仕上げ、材質も重要です。
複数品種を扱う場合は、ノズル内の残留を抑え、清掃や交換を行いやすい構造を検討します。
保守点検
昇降ガイド、シリンダ、ワイヤ、位置センサ、蛇腹、クランプを定期的に点検します。粉じんがガイド部へ入り込むと動作が重くなるため、清掃と給脂を行います。
蛇腹やフレキシブルダクトに亀裂があると、粉じん漏れや吸引力低下が発生します。袋口シール材も摩耗するため、密閉状態を確認します。
非常停止や下降端検知など、安全機能の動作確認も行います。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、粉体や粒体の充填設備に使用する追従式充填ノズルについて、原料性状、容器形状、充填重量、処理能力などの仕様を確認して検討します。
ロードセル計量、ノズル昇降、袋口クランプ、集じん、供給機との連動についても、必要な動作と安全条件を確認して構成します。
よくある質問
Q. 追従式充填ノズルを使うと粉じんを完全になくせますか？
A. 粉じんを抑えやすくなりますが、原料性状や充填速度によっては、集じん設備や袋口シールも必要です。
Q. ノズルは原料表面へ接触させますか？
A. 通常は詰まりを防ぐため、原料表面との間に一定の距離を保ちながら上昇させます。
Q. フレコンとドラム缶の両方に使用できますか？
A. ノズル径、ストローク、固定方法、容器高さなどを切り替えられる構成であれば対応できる場合があります。
Q. ノズルの昇降はどのように制御しますか？
A. 重量、時間、レベルセンサなどを基準にして、エアシリンダや電動機を制御します。
Q. 既設の充填機へ追加できますか？
A. 設置高さ、ノズル周辺のスペース、既設供給機、制御盤などの条件によって対応できる場合があります。
関連ワード
スライドゲートとは、板状のゲートを直線方向にスライドさせ、ホッパー、サイロ、シュート、配管などの開口部を開閉する機器です。粉体や粒体の排出停止、流路切替、機器間の遮断などに使用されます。
構造が比較的単純で、開口面積を大きく取れることが特長です。一方、原料が摺動部へ噛み込むと閉まりにくくなるため、原料特性、板厚、駆動力、シール構造を考慮して設計します。
ハカルプラスでは、ホッパー形状、原料特性、開口寸法、操作頻度を確認し、ゲート本体、駆動機構、位置検出、PLC制御まで含めて検討します。
基本構造
スライドゲートは、開口部を遮るゲート板、案内レール、フレーム、駆動機構、シール、位置検出器などで構成されます。
ゲート板を横方向または前後方向へ移動させて流路を開閉します。手動式、エアシリンダ式、電動式などがあります。
主な用途
- サイロ・ホッパー下部の排出口開閉
- 計量ホッパーからの原料排出
- 供給機の保守時における原料遮断
- シュートや搬送経路の流路切替
- フレコンや容器への投入停止
原料を完全に遮断する用途だけでなく、開度を調整して供給量を制限する場合もあります。ただし、微細な流量調整には向かないことがあります。
駆動方式
- 手動式：ハンドルやレバーで操作
- エアシリンダ式：圧縮空気で高速に開閉
- 電動式：ギヤモーターや電動シリンダで開閉
操作頻度が少ない遮断用途では手動式、自動運転設備ではエアシリンダ式や電動式が使われます。
駆動力の選定
ゲート板には、原料重量、摩擦、付着、噛込みによる抵抗が加わります。ホッパー内の原料高さが大きいほど、ゲートへかかる荷重も増えます。
空の状態だけでなく、満載状態で開閉できる駆動力を確保します。余裕が小さいと、時間経過による付着や変形で動作しなくなる可能性があります。
原料噛込みへの対策
粒体や異物がゲート板とフレームの間へ挟まると、完全に閉まらないことがあります。ゲート先端形状、クリアランス、スクレーパなどを工夫します。
大きな粒や硬い異物を含む原料では、ゲート板や駆動機構の損傷を防ぐため、トルク制限や異常停止を設けます。
粉じん漏れとシール
微粉を扱う場合、ゲート板の隙間から粉じんが漏れることがあります。シール材、二重構造、集塵接続などを検討します。
摺動部へ粉体が侵入すると摩耗や固着が進むため、エアパージを行う場合もあります。ただし、原料や周辺環境へ空気を吹き込んでよいか確認します。
計量設備での利用
計量ホッパーの排出ゲートとして使用する場合は、全量を短時間で排出できる開口面積を確保します。排出後に原料が残ると、次回計量のゼロ点や配合精度へ影響します。
ゲート開放中はロードセルへ衝撃や振動が加わるため、排出完了後にゲートを閉じ、重量が安定してから次回計量を開始します。
開閉確認
近接センサ、リミットスイッチ、シリンダセンサなどで全開・全閉位置を検出します。駆動指令を出しても一定時間内に位置確認が得られない場合は、噛込みや駆動異常として警報を出します。
重要な遮断用途では、全閉信号だけでなく、実際に原料が流れていないことを重量や流量で確認する場合があります。
インターロック
下流設備が停止している状態でゲートを開くと、原料があふれたり詰まったりする可能性があります。コンベヤ、計量機、容器の状態を確認してから開放します。
保守扉が開いている場合や非常停止中は、ゲートが作動しないようにします。停電・エア圧低下時に開くか閉じるかも、安全側を考えて決めます。
フェールセーフ
原料流出を防ぐことが優先される場合は、電源やエアが失われた際に閉じる構造を検討します。一方、閉塞や圧力上昇を避ける必要がある設備では、開放側が安全となる場合もあります。
設備の危険性と工程条件を確認し、ばね復帰、ブレーキ、手動解除などを選定します。
異常時の確認
動作しない場合は、原料噛込み、ガイド部の付着、シリンダやモーター、電磁弁、電源を確認します。全閉にならない場合は、ゲート板先端の異物や変形を点検します。
動作時間が長くなった場合は、摩擦増加、エア圧低下、駆動部摩耗が考えられます。
保守と清掃
ゲート板、ガイド、シール、駆動部、位置検出器を定期的に点検します。付着物を除去し、摩耗や変形がないか確認します。
原料が残った状態で分解すると流出する危険があるため、上流を遮断し、残留原料を除去してから作業します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、原料特性、ホッパー荷重、開口寸法、必要な気密性を確認し、スライドゲートの構造と駆動方式を検討します。
全開・全閉検出、タイムアウト警報、下流設備とのインターロック、タッチパネル操作を含む制御に対応します。
よくある質問
Q. スライドゲートで供給量を調整できますか？
A. 開度による調整はできますが、原料状態によって流量が変わるため、高精度な定量供給には別の供給機が必要です。
Q. 満載状態でも開閉できますか？
A. 原料荷重と摩擦を考慮した駆動力を確保すれば可能ですが、実条件で確認が必要です。
Q. 粉体漏れを完全に防げますか？
A. シール構造で低減できますが、摺動部があるため原料や圧力条件によっては完全な気密が難しい場合があります。
Q. ゲートの開閉異常を検出できますか？
A. 全開・全閉センサと動作時間監視を組み合わせて検出できます。
Q. 既設ホッパーへ追加できますか？
A. フランジ寸法、荷重、設置スペース、上流原料の遮断方法を確認し、追加できる場合があります。
関連ワード
バッチ計量とは、原料を一回の製造単位ごとに区切り、あらかじめ設定した重量まで計量する方式です。粉体、粒体、液体などを計量ホッパーや容器へ投入し、目標重量へ到達した後に次工程へ排出します。
コンクリート、食品、化学、飼料、樹脂など、複数の原料を配合する製造設備で広く使用されます。計量精度だけでなく、計量時間、原料切替、残留、誤投入防止、実績記録を含めた設計が重要です。
ハカルプラスでは、計量機、ロードセル、供給装置、ゲート、計量コントローラ、PLCを組み合わせたバッチ計量システムを検討します。
基本的な工程
一般的なバッチ計量は、次の流れで行います。
- 計量器のゼロ点確認
- 原料供給の開始
- 粗供給から微供給への切替
- 供給停止
- 重量安定判定
- 目標値との照合
- 計量済み原料の排出
- 実績値の保存
複数原料を同じ計量ホッパーへ順番に投入する累積計量と、原料ごとに別の計量器を使用する個別計量があります。
計量装置の構成
バッチ計量設備は、貯蔵ホッパー、供給装置、計量ホッパー、ロードセル、排出ゲートなどで構成されます。
計量コントローラまたはPLCが重量信号を取り込み、目標値に応じて供給機を停止します。タッチパネルでは配合、目標重量、実績、警報を管理します。
粗供給・微供給
計量時間を短縮しながら精度を確保するため、目標値から離れている間は大流量で粗供給し、目標値へ近づくと小流量の微供給へ切り替えます。
粗供給から微供給へ切り替える重量、供給停止重量、供給速度を原料ごとに設定します。
落差と停止後の原料
供給機を停止しても、供給口から計量ホッパーまでの間にある原料は落下を続けます。この量を落差または空中量と呼びます。
目標重量より手前で供給を停止し、落下中の原料を加えて目標へ近づけます。原料の流動性や供給速度によって落差量は変化します。
重量安定判定
原料投入直後は、衝撃や設備振動によって重量表示が変動します。一定時間内の重量変化が設定範囲へ収まったことを確認してから、計量値を確定します。
安定判定を厳しくすると精度は向上しやすい一方、計量時間が長くなります。設備振動と必要精度のバランスを取ります。
ゼロ点確認
計量開始前に、計量ホッパーが空であることを重量値から確認します。残留原料、付着、ゲートへの噛込みがあると、次回の計量値へ影響します。
ゼロ点が許容範囲外の場合は、排出不足や機械的な接触を確認し、必要に応じてゼロ補正を行います。
累積計量と個別計量
累積計量では、一つの計量ホッパーへ複数原料を順次投入します。装置を小型化できますが、前の原料の誤差が後の原料へ影響しやすくなります。
個別計量では、原料ごとに計量器を設けます。同時計量によって時間を短縮しやすい一方、設備数と設置スペースが増えます。
誤投入防止
原料選択や供給経路を誤ると、製品品質へ大きな影響を与えます。原料コード、ホッパー番号、配合データを照合し、対象外の供給機が動作しないようにします。
バーコードやRFIDを利用し、手投入原料と製造指示を照合する場合もあります。
過量・不足への対応
計量値が許容範囲を外れた場合は、警報を出して排出を禁止します。不足時に追加投入できる設備もありますが、過量時の原料回収は困難な場合があります。
過量の発生を減らすため、供給停止後の実績から次回の落差補正値を自動更新します。
排出制御
計量完了後、下流設備の受入れ準備を確認して排出ゲートを開きます。排出中は重量減少を監視し、一定時間内に空にならない場合は付着や詰まりとして警報を出します。
排出終了後にゲートを閉じ、重量がゼロ付近へ戻ったことを確認します。
計量実績の保存
製造日時、配合番号、原料名、目標値、実績値、誤差、作業者、警報などを保存します。品質管理、原料使用量管理、トレーサビリティに活用できます。
上位の生産管理システムや基幹システムへ実績を送信する構成も検討できます。
異常時の確認
計量値が安定しない場合は、設備振動、配管やダクトの接触、ロードセル周辺への異物噛込みを確認します。過量が多い場合は、落差補正、微供給量、ゲート応答を点検します。
重量が戻らない場合は、残留原料、付着、排出ゲートの開度を確認します。
保守と校正
分銅または既知荷重を使用し、ゼロ点、スパン、複数点で計量値を確認します。ロードセル、ジャンクションボックス、配線、供給装置、ゲートも点検します。
原料付着や機械摩耗によって供給特性が変わるため、実績を確認しながら制御値を見直します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、計量ホッパー、ロードセル、供給装置、排出ゲートを含む機械構成と、計量制御を一体で検討します。
配合設定、粗供給・微供給、落差補正、安定判定、誤投入防止、実績保存、上位連携まで対応できる場合があります。
よくある質問
Q. バッチ計量と連続計量は何が違いますか？
A. バッチ計量は一回分を区切って計量し、連続計量は原料を流しながら供給量を測定します。
Q. 一つの計量器で複数原料を計量できますか？
A. 累積計量として順番に投入できますが、残留や誤差の影響を確認する必要があります。
Q. 過量を防ぐにはどうしますか？
A. 粗供給・微供給、落差補正、供給機の応答改善を組み合わせます。
Q. 計量実績を保存できますか？
A. 目標値、実績値、誤差、配合、時刻などを保存できます。
Q. 既設の手動計量を自動化できますか？
A. 供給装置、ロードセル、制御盤の追加可否を確認し、自動化できる場合があります。
関連ワード
累積計量とは、一つの計量器へ複数の原料を順番に投入し、それぞれの重量増加量を計測する方式です。前の原料を排出せずに次の原料を加え、合計重量を積み上げながら一つのバッチを作ります。
計量ホッパーやロードセルを共用できるため、設備を小型化しやすく、複数原料の配合設備で使用されます。一方、先に計量した原料の誤差や重量変動が後の原料へ影響するため、計量順序と制御方法が重要です。
ハカルプラスでは、原料数、配合量、必要精度、計量時間を確認し、累積計量に適した機械構成と計量制御を検討します。
累積計量の流れ
例えば、原料Aを100kg、原料Bを50kg、原料Cを20kg計量する場合、次のように進めます。
- 空の計量ホッパーをゼロ確認
- 原料Aを投入し、合計100kgで停止
- 原料Bを投入し、合計150kgで停止
- 原料Cを投入し、合計170kgで停止
- 全原料の計量完了後に一括排出
各原料の実績量は、投入前後の重量差から求めます。
個別計量との違い
個別計量では、原料ごとに専用の計量器を設けます。複数原料を同時に計量できるため時間を短縮しやすく、原料ごとの誤差も独立して管理できます。
累積計量は計量器を共用できるため、設備費、設置スペース、保守対象を減らしやすい方式です。ただし、原料を順番に計量するため、原料数が多いと計量時間が長くなります。
計量順序
計量順序は、投入量、供給速度、付着性、誤差の影響を考慮して決めます。少量原料を最後に計量すると、計量ホッパーの合計重量が大きくなり、小さな重量変化を検出しにくくなる場合があります。
一方、少量原料を先に入れると、後から投入する大量原料の衝撃や混合によって飛散・付着することがあります。製造条件を確認して順序を決定します。
ロードセル容量と分解能
ロードセルは、計量ホッパー自重と全原料の最大合計重量を支えられる容量が必要です。累積計量では最終重量が大きくなるため、少量原料に対する分解能が不足しやすくなります。
例えば、最大計量量が数トンの計量器で数百グラムを正確に計量することは難しい場合があります。大小原料の比率が大きい場合は、小量原料だけ別計量とする方法もあります。
各原料の計量値
原料Bの実績重量は、原料B投入後の合計重量から、投入前の合計重量を差し引いて求めます。
そのため、投入前後の重量が安定していることが重要です。前原料の落下やホッパー振動が残っていると、差分計量値に誤差が生じます。
粗供給・微供給
各原料について、目標値から離れている間は粗供給、目標値へ近づいたら微供給へ切り替えます。
原料ごとに流動性、落差、供給速度が異なるため、粗供給停止点、微供給停止点、補正値を個別に設定します。
落差補正
供給機を停止した後も空中にある原料が落下するため、目標値より手前で供給を停止します。累積計量では、現在の合計重量に、対象原料の目標増加量を加えた値を停止基準とします。
前回実績から過量・不足を学習し、原料ごとの落差補正値を更新すると精度を安定させやすくなります。
誤差の累積
先に計量した原料の誤差は、最終合計重量にも含まれます。ただし、後続原料の実績量は投入前後の差分で求めるため、前原料の重量誤差がそのまま後原料の差分へ加わるとは限りません。
一方、ゼロドリフト、振動、原料の落下継続などは後続計量へ影響します。各工程で安定判定を行います。
少量原料への対応
添加剤や顔料など少量原料は、計量器全体の容量に対して割合が小さく、精度を確保しにくいことがあります。
小型計量器で別計量する、手計量して投入する、専用フィーダーを使用するなどの方法を検討します。手計量では、バーコード照合や自動記録化を組み合わせることができます。
原料切替と誤投入防止
累積計量では、複数の供給装置が同じ計量ホッパーへ接続されます。誤った供給機が動作すると、計量済み原料を分離できないため、バッチ全体が不良になる可能性があります。
配合データ、原料番号、供給機番号を照合し、対象原料以外は起動できないインターロックを設けます。
計量時間
原料を順番に計量するため、計量時間は各原料の供給時間と安定待ち時間の合計となります。生産能力を上げるには、供給能力、粗供給・微供給切替、安定判定時間を最適化します。
計量と下流工程を並行して行える設備構成も検討します。
排出と残留
全原料の計量完了後、計量ホッパーから一括して排出します。原料が壁面やゲートに残ると、次バッチへ持ち越されます。
ホッパー角度、内面仕上げ、ゲート開口、バイブレータなどを検討し、排出後のゼロ重量を確認します。
計量実績の保存
原料ごとの目標値、実績値、誤差、計量順序、補正値、警報を保存します。最終合計重量だけでなく、各原料の差分実績を記録することが重要です。
配合管理やトレーサビリティに使用し、上位システムへ送信することもできます。
異常時の確認
後半の原料だけ誤差が大きい場合は、ロードセル容量、重量安定、計量順序を確認します。計量時間が長い場合は、微供給量や安定判定条件を見直します。
最終重量が合わない場合は、各原料実績、排出残り、供給途中の原料落下を確認します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、原料ごとの投入量、供給能力、計量順序を確認し、計量ホッパーとロードセルを選定します。
配合管理、粗供給・微供給、落差補正、安定判定、誤投入防止、実績保存を含む累積計量システムを検討します。
よくある質問
Q. 累積計量では原料ごとの重量が分かりますか？
A. 各原料の投入前後の合計重量差から、原料ごとの実績重量を求めます。
Q. 少量原料も同じ計量器で計量できますか？
A. 計量器容量に対して量が小さすぎる場合は、必要精度を確保できないことがあります。
Q. 原料の計量順序は自由ですか？
A. 供給量、付着性、必要精度、投入衝撃を考慮して決める必要があります。
Q. 前の原料の誤差は後の原料へ影響しますか？
A. 差分で計量しますが、重量変動や落下継続があると後続原料へ影響する場合があります。
Q. 累積計量の実績を配合管理へ連携できますか？
A. 原料別実績、合計重量、配合番号などを保存し、上位システムへ連携できます。
関連ワード
減算計量とは、計量ホッパーやタンクに入っている原料の重量が、排出によってどれだけ減少したかを測定する計量方式です。供給前の重量から供給後の重量を差し引き、実際に排出した原料量を求めます。
粉体、粒体、液体などを容器や製造設備へ供給する用途で使われます。供給先へ計量器を設置できない場合や、原料タンク側で使用量を把握したい場合にも適しています。
ハカルプラスでは、ホッパーやタンクの機械構造、ロードセル、供給装置、計量コントローラ、PLCを組み合わせ、減算計量から供給制御、実績保存まで含む構成を検討します。
減算計量の基本原理
減算計量では、原料供給を開始する前の重量と、供給を停止した後の重量との差を計算します。
供給重量＝供給前重量－供給後重量
例えば、供給前の重量が500kg、供給後の重量が450kgであれば、供給した原料は50kgです。
重量が減少する途中の値を連続的に測定すれば、単位時間あたりの供給量も求められます。
加算計量との違い
加算計量では、空の計量ホッパーへ原料を投入し、重量の増加量を測定します。減算計量では、原料を保持している容器から排出し、重量の減少量を測定します。
- 加算計量：投入された原料の重量増加を測定
- 減算計量：排出された原料の重量減少を測定
供給先の容器形状や設備構成、原料補充方法、必要な供給速度から方式を選定します。
主な構成
減算計量設備は、原料ホッパー、ロードセル、供給装置、駆動機器、計量コントローラなどで構成されます。
- 原料を保持する計量ホッパーやタンク
- 重量を検出するロードセル
- スクリュー、ポンプ、ゲートなどの供給装置
- 重量値を演算する計量コントローラ
- 供給開始・停止を行うPLC
ホッパー全体をロードセルで支持し、供給装置を含めた重量変化を測定する構成が一般的です。
バッチ式と連続式
バッチ式では、設定量を排出した時点で供給を停止します。容器への定量投入や、製造工程ごとの原料供給に使用されます。
連続式では、一定時間あたりの重量減少量を測定し、供給速度を一定に保ちます。ロスインウェイト式フィーダーは、減算計量を連続供給へ利用する代表的な装置です。
供給停止と落差
スクリューやゲートを停止しても、供給口から供給先までの間にある原料は落下を続けます。そのため、目標重量に達する前に供給装置を停止する必要があります。
停止後に供給される原料量を落差として補正し、目標重量へ近づけます。原料の流動性、供給速度、落下距離によって落差量は変化します。
粗供給・微供給
目標量から離れている間は大きな供給量で運転し、目標量へ近づくと供給速度を下げます。これにより、計量時間を短縮しながら過量を抑えられます。
スクリュー回転速度の変更、ゲート開度の切替、大小二つの供給経路などを利用します。
補充時の注意点
計量ホッパーへ原料を補充している間は重量が増加するため、通常の減算計量はできません。補充中は計量を停止するか、過去の供給特性をもとに一時的な予測運転を行います。
補充時の衝撃や上部配管から加わる力も、重量値へ影響します。補充完了後は、重量が安定してから計量を再開します。
ロードセル支持部の設計
計量ホッパーへ接続される配管、集塵ダクト、電線、エアチューブなどが硬く固定されていると、重量変化を妨げる外力になります。
フレキシブル継手を使用し、ホッパーがロードセル上で自由に変位できる構造とします。ストッパーや振れ止めが接触していないことも確認します。
計量安定判定
供給装置の振動や原料の落下衝撃によって、重量値は変動します。供給停止後、一定時間内の重量変化が設定範囲に収まったことを確認してから実績値を確定します。
安定判定を厳しくすると精度は高まりやすい一方、計量時間が長くなります。設備の振動環境と必要精度に合わせて調整します。
供給量の自動補正
前回の計量結果が過量であれば、次回は供給停止を早めます。不足であれば、停止位置を遅らせます。
原料ごとの平均誤差や直近の実績から補正値を更新することで、原料性状や設備状態の変化へ追従しやすくなります。
異常検出
- 供給装置が運転しても重量が減少しない
- 重量が急激に減少する
- 目標量まで供給できない
- ロードセル出力が測定範囲を超える
- 補充が所定時間内に完了しない
重量が減らない場合は、原料切れ、ブリッジ、スクリュー詰まり、ゲート不動作などを確認します。急激に減る場合は、原料流出や機器破損が疑われます。
ゼロ点と残量管理
減算計量では、ホッパーが完全に空にならない運用もあります。ゼロ点だけでなく、ホッパー内残量を継続的に把握し、下限残量で補充を開始します。
原料付着や機械部品の交換によって空重量が変化した場合は、ゼロ点を再確認します。
保守と校正
既知荷重や分銅を用いて、ロードセル、計量コントローラ、表示値を確認します。ホッパー周辺の接触、原料付着、配管荷重、ロードセル固定部も点検します。
供給装置の摩耗や付着によって停止後の落差が変化するため、計量実績を確認しながら補正値を見直します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、原料特性、供給量、ホッパー容量、必要精度を確認し、減算計量に適した機械構造とロードセルを検討します。
粗供給・微供給、落差補正、安定判定、自動補正、補充制御、実績保存を組み合わせた計量システムに対応できる場合があります。
よくある質問
Q. 減算計量とロスインウェイト式フィーダーは同じですか？
A. ロスインウェイト式フィーダーは、減算計量を利用して連続供給量を制御する装置です。
Q. 液体も減算計量できますか？
A. タンク重量をロードセルで測定し、ポンプやバルブで排出すれば減算計量できます。
Q. 原料を補充しながら計量できますか？
A. 補充中は重量が増えるため、通常の減算演算はできません。補充中だけ予測運転する方法があります。
Q. ホッパー内に原料が残っていても計量できますか？
A. 供給前後の重量差を測定するため、残量があっても計量できます。
Q. 既設ホッパーを減算計量化できますか？
A. 支持構造、ロードセル設置、配管接続を確認し、改造できる場合があります。