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ダブルゲート
(ダブルゲート)
ダブルゲートは、粉体や粒体を計量機へ供給する際に使用される供給ゲートの一種です。大供給用と小供給用の2つの流路または開口部を備え、計量の初期段階では多量に供給し、目標重量に近づくと少量供給へ切り替えることで、処理能力と計量精度の両立を図ります。
スクリューフィーダーなどの供給機の下流側に設置し、供給機の停止と連動してゲートを閉じることで、排出口付近に残った粉体が計量器へ落下する「後落ち」を抑えます。大供給と小供給を機械的に分けられるため、1つのゲートを途中開度で使用する方式と比べ、供給量の切り替えを明確にしやすいことが特徴です。
ダブルゲートの仕組みと構成
ダブルゲートは、主に大供給用ゲート、小供給用ゲート、それぞれを駆動するエアシリンダ、電磁弁、開閉位置を検出するセンサなどで構成されます。設備によっては、大きさの異なる2つの開口部を並べる構造や、大供給口の内側または周辺に小供給口を設ける構造があります。
計量開始時には大供給用ゲートと小供給用ゲートを開き、多量の原料を計量器へ供給します。計量値が設定した切替重量に達すると大供給用ゲートを閉じ、小供給用ゲートだけで少量供給を継続します。目標重量の手前で供給機を停止し、最後に小供給用ゲートを閉じることで、過量を抑えながら計量を完了させます。
ゲートの駆動には、一般に電磁弁で制御するエアシリンダが使用されます。PLCは各ゲートの開限・閉限信号を確認し、供給機の運転、粗供給から微供給への切り替え、計量完了までの一連の動作を制御します。
主な用途と使用される工程
ダブルゲートは、粉体や粒体を扱う計量設備、配合設備、充填設備などで使用されます。特に、短時間で所定量を供給しながら、目標重量付近では供給量を細かく抑えたい工程に適しています。
- ホッパーやサイロから計量槽への原料供給
- スクリューフィーダー出口での粗供給・微供給
- 複数原料を順番に計量する配合工程
- 粉体や粒体を容器へ投入する充填工程
- 計量完了時の後落ちを抑える原料遮断
例えば、目標重量が100kgの場合、計量開始から一定重量までは大供給と小供給を併用し、目標重量に近づいた段階で大供給を停止します。その後、小供給だけで目標値へ近づけ、後落ち量を見込んだ位置で供給を停止します。実際の切替重量や停止重量は、原料特性や供給能力に合わせて調整します。
設計・制御上のポイント
大供給と小供給の能力配分
大供給口と小供給口の寸法は、必要な処理能力、計量精度、原料の流動性などを考慮して決定します。大供給側の能力が小さすぎると計量時間が長くなり、大きすぎると微供給へ切り替えた後も後落ちの影響が大きくなることがあります。
小供給側についても、供給量が多すぎると目標重量付近での調整が難しくなり、少なすぎると微供給に時間がかかります。必要な計量時間と許容誤差のバランスを見ながら、開口寸法や供給機の速度を設定します。
粉体特性への対応
粉体の粒径、かさ密度、流動性、付着性、圧縮性によって、ゲートからの流れ方は大きく変わります。流れやすい粉体では、ゲートを閉じてもわずかな隙間から漏れ出すことがあり、付着性の高い粉体では、ゲート板やガイド部への堆積によって閉鎖不良が起こる場合があります。
原料が滞留しにくい形状、適切なクリアランス、材質や表面処理、清掃・点検のしやすさを考慮します。粒径の大きな原料や固まりを含む原料では、ゲートへのかみ込みにも注意が必要です。
供給機とのインターロック
スクリューフィーダーなどの上流側供給機は、必要なゲートが開いていることを確認してから運転させます。ゲートが閉じた状態で供給機を動かすと、原料の圧縮、閉塞、モーターの過負荷、ゲートの損傷につながる可能性があります。
PLCでは、開指令を出してから一定時間以内に開限信号が得られない場合、供給機を起動せず警報を出します。また、運転中に開信号が失われた場合も、関連機器を停止させるなどの異常処理を行います。
粗供給・微供給の切替制御
計量精度を安定させるためには、大供給から小供給へ切り替える重量、供給機を停止する重量、ゲートを閉じるタイミングを適切に設定する必要があります。原料の後落ち量は、供給速度、ゲートから計量槽までの距離、配管内の残留量などによって変化します。
実際の計量結果を蓄積し、目標重量との差に応じて落差補正値を調整することで、計量のばらつきを抑えます。タッチパネルから品種ごとの切替重量や補正値を設定できるようにすることも可能です。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、粉体や粒体の特性、必要な供給能力、目標とする計量精度、設置スペース、清掃性などを確認し、ダブルゲートを含む供給設備を設計します。大供給口と小供給口の寸法、ゲート構造、駆動方式を検討し、ホッパー、スクリューフィーダー、計量機との取り合いを含めて機械構成を設計します。
また、エアシリンダ、電磁弁、開閉センサを組み込んだ制御盤、PLCによる粗供給・微供給の切替制御、ゲートと供給機のインターロック、タッチパネル画面の設計まで一体的に対応します。
計量実績や異常履歴の保存、品種ごとの供給条件や落差補正値の管理、生産管理システムや配合管理システムとの連携についても、設備の運用に合わせて検討します。既設設備への追加や更新では、現在の供給方式、制御信号、エア源、周辺設備との干渉などを確認し、必要な改造範囲を整理します。
よくある質問
Q. ダブルゲートを使用するメリットは何ですか？
A. 大供給と小供給を別々のゲートで切り替えられるため、計量初期は短時間で供給し、目標重量付近では供給量を抑えられます。処理能力を確保しながら、過量を抑えやすいことがメリットです。
Q. 1つのゲートを半開にする方式とは何が違いますか？
A. 半開方式は1つのゲートの開度を途中位置に切り替えますが、ダブルゲートは大供給と小供給の流路が分かれています。そのため、供給状態を切り替えやすく、途中位置の再現性に左右されにくい場合があります。
Q. ダブルゲートだけで計量できますか？
A. ダブルゲートは供給量の切り替えと遮断を行う装置であり、重量そのものは計量しません。一般には、ロードセルを備えた計量槽や計量コントローラと組み合わせて使用します。
Q. 粉体がゲートにかみ込んだ場合はどうなりますか？
A. 閉限信号が得られない場合は、PLCで閉鎖異常として検出し、供給機を停止させます。原料のかみ込み、ゲート部への付着、エア圧力不足、電磁弁やセンサの不具合などを確認します。
Q. 既設設備にダブルゲートを追加できますか？
A. 設置スペース、供給口の形状、エア源、制御盤の入出力点数、既設計量機との距離などの条件が合えば、追加できる場合があります。追加後の供給能力や後落ち量も含めて事前に確認します。