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シャッターゲート
(シャッターゲート)
シャッターゲートとは、粉体や粒体の供給経路に設置し、平板状のゲートを水平方向または斜め方向へスライドさせて流路を開閉する供給ゲートです。
スクリューフィーダーなどの供給機の出口、ホッパーや計量槽の排出口に設置し、原料供給の開始・停止や、計量終了後の後落ち防止に使用します。
ハカルプラスでは、原料特性、必要供給量、計量精度、設置スペース、清掃方法を確認し、開口寸法、ゲート板、駆動方式、開閉位置、供給機との連動制御まで含めて設計します。
シャッターゲートの仕組み
シャッターゲートは、供給口をふさぐゲート板、ゲート板を案内するガイド、エアシリンダなどの駆動部、開閉位置を確認するセンサで構成されます。
ゲート板を引き抜くと供給口が開き、粉体や粒体が下流へ流れます。反対に、ゲート板を供給口へ差し込むと流路が閉じ、原料の落下を遮断します。
構造が比較的単純で、高さ方向の設置スペースを抑えやすいことが特長です。一方、ゲート板が横方向へ移動するため、ストローク分の設置スペースが必要です。
計量設備での役割
供給機を停止しても、スクリュー内部、シュート、供給口付近に残った原料が計量器へ落下し続けることがあります。この停止後の流入を後落ち、または落差と呼びます。
供給機の停止に合わせてシャッターゲートを閉じることで、原料の流れを短時間で遮断し、計量値の超過やばらつきを抑えます。
- 供給停止後の後落ちを抑える
- 過量計量を低減する
- 停止後落差を安定させる
- 停止中の原料漏れを抑える
- 上流工程と下流工程を区切る
停止重量と落差補正
計量では、目標重量に到達してから供給を止めるのではなく、予測される後落ち量を差し引いた位置で供給を停止します。
目標重量をWt、予測される停止後落差をWf、供給停止重量をWsとすると、概略的に次の式で表せます。
Ws＝Wt－Wf
例えば、目標重量が100kg、停止後落差が0.3kgの場合は、99.7kg付近で供給機を停止し、シャッターゲートを閉じます。
後落ち量は、供給速度、粉体の流動性、ゲートの閉鎖時間、供給口までの距離などで変化します。実際の計量結果に応じて補正値を更新することもあります。
全開・半開・全閉の制御
シャッターゲートは、全開と全閉の二位置だけでなく、途中位置を用いた三位置制御に対応できる場合があります。
計量開始時は全開として原料を多く供給し、目標重量へ近づくと半開へ切り替えて流量を抑え、最後に全閉として供給を遮断します。
- 全開：粗供給や高速供給
- 半開：微供給や流量抑制
- 全閉：供給停止と後落ち防止
半開位置には三位置シリンダや位置検出センサなどを使用します。ただし、開口面積が同じでも、原料高さや流動性によって供給量は変動します。
供給機との連動制御
シャッターゲートをスクリューフィーダーなどの出口へ設置する場合は、ゲートの位置と供給機の運転をPLCで連動させます。
- シャッターゲートへ開指令を出す
- 開限センサで全開を確認する
- 供給機を起動する
- 粗供給・微供給を行う
- 設定重量で供給機を停止する
- シャッターゲートを閉じる
- 閉限を確認して計量値を確定する
ゲートが閉じた状態で供給機を運転すると、原料の圧縮、閉塞、モーター過負荷、スクリューやケーシングの損傷につながる可能性があります。そのため、開限信号が成立しなければ供給機を起動しないインターロックを設けます。
駆動方式と位置検出
駆動には、エアシリンダと電磁弁を使用する空気圧方式が多く採用されます。短時間で開閉でき、PLCとの連動制御を構成しやすいことが特長です。
- エアシリンダ
- 電磁弁
- スピードコントローラ
- 開限・閉限・半開位置センサ
- 空気圧低下検出機器
閉鎖速度が速すぎると原料を噛み込みやすくなり、遅すぎると後落ち量が増えます。スピードコントローラで開閉速度を調整し、計量結果と機械負荷を確認します。
付着・噛み込みへの対策
付着性の高い粉体では、ゲート板やガイド部へ原料が堆積し、動作抵抗の増加や閉鎖不良につながります。
粒径の大きい原料や固まりを含む原料では、ゲート板と供給口の間に原料を挟み込み、閉限まで動作しないことがあります。
- 原料が堆積しにくい形状とする
- 適切なクリアランスを設ける
- 付着しにくい材質や表面処理を採用する
- ゲート板やガイドを清掃しやすくする
- 開閉速度と閉鎖タイミングを調整する
駆動力だけで無理に原料を押し切ると、ゲート板、ガイド、シリンダへ過大な負荷がかかるため、原料特性に応じた構造設計が必要です。
異常監視
PLCでは、開閉指令と位置確認信号を比較し、所定時間内に動作が完了しない場合は異常と判断します。
- 開指令後に開限信号が入らない
- 閉指令後に閉限信号が入らない
- 開限・閉限信号が同時に入力される
- 空気圧が設定値を下回る
- 供給機運転中に開限信号が消える
異常時は供給機を停止し、タッチパネルへ異常内容を表示します。原料の噛み込み、付着、エア圧、電磁弁、センサなどを確認してから復旧します。
設計時の確認事項
- 粉体の粒径、かさ密度、流動性
- 付着性、圧縮性、噛み込みやすさ
- 必要な最大・最小供給量
- 供給口の寸法と形状
- ゲート板の厚さと必要ストローク
- 全開・半開・全閉の動作条件
- 必要な遮断速度と計量精度
- 接粉部材質と摩耗対策
- 清掃・点検・分解方法
摩耗性の高い原料では、ゲート板やガイドが摩耗すると隙間が広がり、原料漏れや位置ずれにつながります。交換しやすい構造や耐摩耗材の採用を検討します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、粉体・粒体の特性、必要供給能力、計量精度、設置スペースに応じて、シャッターゲートを含む供給設備を設計します。
ゲート板、開口寸法、エアシリンダ、電磁弁、位置確認センサを選定し、スクリューフィーダーや計量器との連動制御を構築します。
粗供給・微供給の切替え、全開・半開・全閉制御、停止後落差の補正、異常監視、タッチパネル表示、計量実績保存まで含め、機械、計量、制御盤、PLCを一体化したシステムとして対応します。
よくある質問
Q. 半開にすれば供給量を一定にできますか？
A. 開口面積を小さくすることで供給量を抑えられますが、原料高さ、流動性、付着状態によって流量は変化します。計量値を見ながら条件を調整します。
Q. シャッターゲートを閉じれば後落ちをゼロにできますか？
A. ゲートより下側に残った原料は落下するため、完全にゼロにはできない場合があります。ただし、落差量を小さく安定させる効果があります。
Q. ゲートが開かない場合は供給機を運転できますか？
A. 原料詰まりや機械損傷の原因になるため、通常は開限信号を確認できるまで供給機を起動しません。
Q. 粉体を噛み込んで閉じない場合はどうしますか？
A. ゲート板やガイドの付着、開閉速度、駆動力、クリアランスを確認します。一度開いて再閉鎖する制御を行う場合もありますが、機械への負荷に注意します。
Q. 既設設備へ追加できますか？
A. 供給口寸法、横方向の動作スペース、エア源、支持強度、制御盤の空き入出力を確認し、追加可能かを判断します。