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定量供給装置
(ていりょうきょうきゅうそうち)
定量供給装置とは、粉体、粒体、液体などの原料を、設定した量または設定した速度で安定して供給する装置です。製造工程における配合、混合、充填、反応、包装などの前工程で使用されます。
供給方式には、スクリューフィーダー、振動フィーダー、ベルトフィーダー、ポンプなどがあり、容積を基準にする方式と重量を基準にする方式があります。原料特性と必要精度に応じて選定します。
ハカルプラスでは、原料試験、機械設計、計量、駆動制御、PLC、タッチパネルを組み合わせ、供給量の設定、補正、実績保存まで含むシステムを検討します。
定量供給の目的
原料供給量が変動すると、製品の配合比、濃度、色、強度、品質などに影響します。定量供給装置は、原料を一定量ずつ、または一定速度で工程へ送り、品質と生産性を安定させます。
- 複数原料の配合比を一定にする
- 混合機や反応槽への投入量を調整する
- 包装機・充填機へ一定量を供給する
- 後工程の処理能力に合わせて供給する
- 原料使用量を記録・管理する
バッチ供給と連続供給
バッチ供給は、設定した重量または容量を一回ごとに供給する方式です。計量ホッパーへ原料を投入し、目標量に達した後で排出する方法などがあります。
連続供給は、単位時間あたりの供給量を一定に保つ方式です。混合、押出、反応など、連続工程への投入に適しています。
容積式と重量式
容積式は、スクリュー回転数や一定容積の排出回数から供給量を決めます。構成が比較的簡単ですが、かさ密度や充填状態が変化すると質量供給量も変動します。
重量式は、ロードセルなどで実際の重量を測定します。供給精度を高めやすい一方、振動や外力への対策、計量制御が必要です。
主な供給方式
- スクリューフィーダー：回転するスクリューで粉粒体を押し出す
- 振動フィーダー：振動によって原料を移動させる
- ベルトフィーダー：ベルト速度と原料層厚で供給する
- ロータリーフィーダー：回転羽根の容積単位で排出する
- ポンプ：液体を流量または圧力に応じて供給する
原料の粒径、流動性、付着性、摩耗性、必要な供給範囲を考慮して方式を選定します。
供給量の調整方法
供給量は、モーター回転数、振動振幅、ゲート開度、ベルト速度、ポンプ速度などで調整します。インバーターや専用コントローラを使用し、設定値に応じて駆動量を変更します。
低供給量では、装置の摩擦や原料の脈動が相対的に大きくなるため、最低安定供給量を確認します。
粗供給・微供給
バッチ計量では、目標値から離れている間は大きな供給量で投入し、目標値へ近づくと供給量を小さくします。これを粗供給・微供給と呼びます。
切替時期が遅いと過量になり、早すぎると計量時間が長くなります。原料の落下量や装置応答を考慮して切替点を設定します。
原料の流動性への対策
粉体は、ホッパー内でブリッジやラットホールを形成し、供給が停止することがあります。反対に、流動性が高い粉体は、供給機停止後も流れ続ける場合があります。
ホッパー角度、内面材質、アジテータ、バイブレータ、エアノッカーなどを組み合わせ、安定した原料排出を確保します。
供給精度の評価
定量供給では、平均供給量だけでなく、短時間の変動、ばらつき、繰返し精度を確認します。一定時間に供給された総重量を測定し、設定値との差を評価します。
連続供給では、瞬時値が変動していても長時間平均が一致する場合があります。製造工程がどの程度の短周期変動を許容できるかを確認します。
制御と補正
重量や流量をフィードバックし、実際の供給量が目標値へ一致するよう駆動速度を補正します。原料残量、温度、粘度などの変化に応じて補正する場合もあります。
供給実績を蓄積し、前回の過量・不足量から次回の停止タイミングを自動補正する制御も有効です。
異常検出
- 供給機が運転しているのに重量や流量が増えない
- 原料切れやホッパー下限
- モーター過負荷やスクリュー詰まり
- 計量値やセンサ信号の異常
- 供給時間超過
異常時には設備を安全に停止し、原因、発生時刻、運転条件を履歴へ保存します。
清掃と品種切替
食品、医薬品、化学原料などでは、原料残りや交差汚染を防ぐため、分解・清掃しやすい構造が必要です。
工具を使わずに分解できる構造、残留しにくい形状、洗浄可能な材質などを検討します。品種ごとの供給条件をレシピとして保存すると、切替作業を効率化できます。
保守と点検
スクリュー、ベルト、軸受、シール、駆動部の摩耗を点検します。付着や摩耗によって一回転あたりの供給量が変化するため、定期的に供給能力を確認します。
重量式ではロードセル校正、容積式では実供給量との照合を行い、制御設定を見直します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、粉体・粒体・液体の性状を確認し、供給機構、ホッパー、補助機器、計量方式を検討します。
PLC、インバーター、計量コントローラ、タッチパネルを組み合わせ、供給量設定、粗供給・微供給、補正、異常監視、実績保存に対応します。
よくある質問
Q. 定量供給装置と計量機は同じですか？
A. 計量機は重量を測定する機器で、定量供給装置は設定量に合わせて原料を送り出す装置です。両者を組み合わせる場合があります。
Q. 粉体と液体で同じ供給装置を使えますか？
A. 原料の性質と供給原理が異なるため、一般には別の供給方式を選定します。
Q. 少量の添加剤も定量供給できますか？
A. 必要量、精度、原料特性に応じた小容量フィーダーや計量方式を選定します。
Q. 供給量の実績を記録できますか？
A. 計量値、運転時間、積算量などを保存し、上位システムへ送信できます。
Q. 既設設備の供給精度を改善できますか？
A. 供給機構、駆動制御、計量方法、原料状態を確認し、改善できる場合があります。
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