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スクリューフィーダー
(スクリューフィーダー)
スクリューフィーダー
スクリューフィーダーとは、回転するスクリューによって粉体や粒体を一定方向へ送り出す供給装置です。筒状またはトラフ状のケース内に設けたらせん状の羽根をモーターで回転させ、原料を連続的または間欠的に搬送します。計量機への原料供給、容器への充填、次工程への定量搬送など、粉体を扱うさまざまな設備で使用されます。
スクリューの回転速度や形状を調整することで供給量を制御できるため、単なる搬送装置としてだけでなく、計量設備における定量供給機としても活用されます。ただし、実際の供給量は粉体の流動性、かさ密度、付着性、圧縮性、粒径などによって変化するため、原料特性に応じた設計が重要です。
スクリューフィーダーの仕組みと構成
スクリューフィーダーは、主にスクリュー、ケーシング、投入口、排出口、モーター、減速機、軸受などで構成されます。モーターの回転を減速機を介してスクリューへ伝え、羽根の回転によって原料を投入口から排出口へ押し進めます。
供給量は、スクリューの外径、軸径、羽根のピッチ、回転速度、投入口での充填状態などによって決まります。インバーターでモーターの回転速度を変えることで、粗供給と微供給を切り替えたり、計量値に応じて供給量を調整したりすることができます。
スクリューの形状には、軸の周囲に連続した羽根を設ける全羽スクリュー、外周側だけに羽根を設けるリボンスクリュー、2本のスクリューを並べる2軸式、羽根ピッチを変化させるバリピッチ式などがあります。原料の性質や必要な供給能力に応じて、適切な形式を選定します。
主な種類と特徴
全羽スクリュー
中心軸の周囲に連続した羽根を設けた一般的な形式です。さまざまな粉体・粒体に使用できますが、付着性や圧縮性の高い原料では、軸や羽根への付着、原料の締まり込みに注意が必要です。
リボンスクリュー
外周部を帯状の羽根で構成した形式です。中心部の軸や羽根が少ないため、原料が付着しにくい場合があります。付着性のある粉体や、かたまりやすい原料で採用されることがあります。
2軸スクリュー
2本のスクリューを並べて回転させる方式です。同じ大きさのスクリューを組み合わせる同径式や、大径と小径のスクリューを組み合わせる親子式があります。原料のかきほぐしや安定供給を目的として使用され、供給範囲を広く取れる場合があります。
バリピッチスクリュー
スクリュー羽根のピッチを搬送方向に沿って変化させる形式です。投入口付近での原料の滞留や圧縮を抑え、ホッパーから原料を均一に引き出すために用いられます。
主な用途と使用される工程
スクリューフィーダーは、粉体や粒体を扱う計量、配合、充填、搬送工程で使用されます。代表的な用途には、次のようなものがあります。
- ホッパーやサイロから計量機への原料供給
- バッチ計量における粗供給・微供給
- 容器や袋への粉体充填
- 混合機や加工機への定量供給
- 複数原料を使用する配合工程での供給
- 上流設備から下流設備への連続搬送
計量工程では、目標重量から離れている間は高速で粗供給し、目標重量に近づくと回転速度を下げて微供給へ切り替えます。最終的にスクリューフィーダーを停止し、必要に応じて下流側の供給ゲートを閉じることで、後落ちによる過量を抑えます。
設計・制御上のポイント
粉体特性に応じた形状選定
粉体の流動性、付着性、圧縮性、かさ密度、粒径、水分、摩耗性などによって、適するスクリュー形状は異なります。流れやすい原料では停止後も原料が漏れ出すことがあり、流れにくい原料ではホッパー内でブリッジやラットホールが発生することがあります。
スクリュー形状だけでなく、ホッパーの傾斜、投入口の大きさ、アジテータの有無、供給ゲートとの組み合わせまで含めて検討することが重要です。
供給能力と計量精度のバランス
スクリュー径や回転速度を大きくすると供給能力を高められますが、1回転当たりの供給量が増えるため、微量域での調整が難しくなることがあります。必要な処理能力と計量精度を踏まえ、スクリュー径、ピッチ、回転数、粗供給・微供給の切替条件を設定します。
粉体の充填状態が変化すると、同じ回転速度でも供給量が変わることがあります。そのため、実際の計量結果をもとに停止タイミングや落差補正値を調整します。
付着・閉塞・圧縮への対策
付着性の高い粉体では、スクリューやケーシング内面に原料が堆積し、供給能力の低下や清掃性の悪化につながります。また、圧縮性の高い粉体では、スクリューの回転によって原料が締まり込み、過負荷や閉塞が発生する場合があります。
適切なクリアランス、スクリュー形状、材質、表面処理、回転速度を検討し、必要に応じてアジテータや付着防止機器を併用します。摩耗性の高い原料では、羽根やケーシングの摩耗対策も必要です。
モーター制御とインターロック
PLCからインバーターへ運転指令や速度指令を送り、計量値に応じて回転速度を切り替えます。下流側にシャッターゲートやコーンゲートなどを設ける場合は、ゲートが開いていることを確認してからスクリューフィーダーを起動します。
ゲートが閉じたまま運転すると、原料が圧縮され、モーターや減速機への過負荷、スクリューの損傷、閉塞につながるおそれがあります。過負荷、回転異常、ゲート開閉異常などを監視し、異常時には設備を安全に停止させます。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、必要な供給能力、計量精度、粉体特性、設置スペース、清掃性などを確認し、全羽、リボン、2軸同径、2軸親子、バリピッチなど、用途に適したスクリューフィーダーを設計・製造します。
スクリューフィーダー単体だけでなく、ホッパー、アジテータ、供給ゲート、計量機、搬送装置を含む機械設計、モーターやインバーターを組み込んだ制御盤、PLCによる粗供給・微供給制御、タッチパネル画面の設計まで一体的に対応します。
また、計量実績や異常履歴の保存、品種ごとの供給条件の管理、生産管理システムや配合管理システムとの連携など、設備の運用に応じたシステム構築も検討できます。
粉体は種類によって流れ方や付着の状態が大きく異なるため、ハカルプラスではテスト機を使用した粉体テストにも対応しています。実際の粉体を用いて供給能力、供給の安定性、付着や閉塞の状態などを確認し、その結果を機械設計や制御条件の検討に反映します。
よくある質問
Q. スクリューフィーダーで供給量を一定にできますか？
A. 回転速度を一定にすることでおおむね安定した供給ができますが、粉体のかさ密度、残量、流動性、ホッパー内の状態によって供給量は変化します。高い精度が必要な場合は、計量機と組み合わせて重量値を確認しながら制御します。
Q. どのような粉体にも同じスクリューを使用できますか？
A. 粉体の付着性、圧縮性、流動性、粒径などによって適した形状が異なります。全羽、リボン、2軸、バリピッチなどから選定し、ホッパー形状や補助機器も含めて検討します。
Q. 粗供給と微供給はどのように切り替えますか？
A. 計量値が設定した切替重量に達した時点で、インバーターの速度指令を変更し、スクリューの回転速度を低下させます。目標重量に近づいた後に停止し、後落ち量を考慮して停止タイミングを調整します。
Q. スクリュー内で粉体が詰まる原因は何ですか？
A. 粉体の付着や圧縮、異物の混入、ホッパーからの過剰な押込み、ゲートが閉じた状態での運転などが考えられます。スクリュー形状、回転速度、クリアランス、周辺機器との連動を確認します。
Q. 実際の粉体を使って事前に確認できますか？
A. ハカルプラスでは、テスト機を使用した粉体テストに対応しています。供給能力、供給状態、付着、閉塞などを確認し、得られたデータを設備の形状や制御条件の検討に活用します。
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