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ホッパースケール
(ホッパースケール)
ホッパースケール
ホッパースケールとは、粉体や粒体、液体などを一時的に受け入れるホッパーやタンクの重量をロードセルで計測し、内容物の重量を求める計量機です。原料の受入れ、配合、充填、投入などの工程で使用され、設定した重量まで原料を供給するバッチ計量に適しています。
計量容器そのものをロードセルで支持し、空の容器重量を差し引いて内容物だけを計量します。供給機、ゲート、バルブ、ポンプなどと連動させることで、粉体や液体を所定量ずつ自動計量し、計量完了後に混合機や次工程へ排出できます。
ホッパースケールの仕組みと構成
ホッパースケールは、主に計量ホッパーまたはタンク、ロードセル、支持架台、供給機器、排出ゲート、計量コントローラ、制御盤などで構成されます。原料がホッパーへ入ると荷重がロードセルへ加わり、その変化が電気信号として計量コントローラへ送られます。
計量コントローラはロードセルの信号を重量値へ変換し、現在重量、目標重量、過不足などを表示します。PLCと接続することで、原料供給の開始・停止、粗供給・微供給の切り替え、計量完了判定、排出動作までを自動制御します。
ロードセルには、ホッパーを上部から吊り下げる引張型や、架台上で支える圧縮型などがあります。計量物の重量、ホッパー形状、設置スペース、保守方法などに応じて選定します。
主な用途
ホッパースケールは、粉体、粒体、液体を一定量ずつ計量する製造設備で使用されます。代表的な用途には、次のようなものがあります。
- 粉体・粒体原料の配合計量
- 混合機や反応槽への原料投入
- 液体原料や添加剤のバッチ計量
- サイロや貯槽からの払出量の管理
- 製品や中間原料の充填前計量
- 複数原料を順番に計量する配合設備
一つのホッパースケールへ複数の原料を順番に投入する累積計量と、原料ごとに個別のホッパースケールを設ける個別計量があります。必要な設備能力、計量精度、原料の混入防止などを考慮して構成を決定します。
粉体用と液体用の違い
粉体用ホッパースケール
粉体用では、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、供給ゲートなどを用いて原料を供給します。粉体の流動性、付着性、圧縮性、摩耗性によって供給状態や排出状態が変わるため、ホッパー角度、排出口径、内面仕上げなどの検討が必要です。
流動性が低い粉体ではブリッジやラットホールが発生し、排出できなくなることがあります。反対に流動性が高い微粉体では、供給機を停止した後も原料が流れ込み、計量値を超過する場合があります。
液体用ホッパースケール
液体用では、ポンプやバルブによって原料を供給し、目標重量で停止させます。粘度、温度、発泡性、腐食性などに応じて、タンク形状、配管径、バルブ、接液部材質を選定します。
配管やホースが計量タンクへ直接力を加えると、重量値に誤差が生じます。そのため、フレキシブル継手を設けるなど、配管からの張力や反力を計量部へ伝えにくい構造とします。
設計・制御上のポイント
容量とホッパー形状
ホッパー容量は、計量する最大重量だけでなく、原料のかさ密度や液体の密度から必要容積を算出して決定します。粉体では充填状態によってかさ密度が変化する場合があるため、一定の余裕を持たせます。
設置高さや周囲の設備との取り合いも考慮し、円形、角形、偏心形状などから適した構造を検討します。排出性を高めるには、原料に合ったホッパー角度と排出口寸法が必要です。
ロードセルへの外力対策
配管、集塵ダクト、ケーブル、エア配管などがホッパーを引っ張ったり押したりすると、その力が重量値へ加算されます。接続部には柔軟性を持たせ、計量ホッパーがロードセル上で自由に荷重変化できるようにします。
ホッパーが架台、配管、カバーなどへ接触すると、荷重の一部がロードセル以外へ逃げ、正しく計量できません。運転中の振れや熱膨張も考慮し、必要な隙間を確保します。
粗供給・微供給と落差補正
計量時間を短縮しながら精度を確保するため、計量開始時は高速で粗供給し、目標重量に近づくと低速の微供給へ切り替えます。目標値の手前で供給を停止し、停止後に落下する原料を加えて目標重量へ近づける落差補正も行います。
後落ち量は、原料特性、供給速度、落下距離、供給機の構造などによって変化します。計量実績をもとに補正値を更新する制御を採用する場合もあります。
振動と重量安定判定
近くの搬送機、混合機、振動機などから振動が伝わると、重量表示が安定しないことがあります。計量ホッパーを支持する架台の剛性や、周辺機器との接続方法を確認します。
制御上は、重量値が一定範囲内に一定時間収まったことを確認してから計量完了と判定します。フィルターを強くしすぎると応答が遅くなるため、必要な計量速度とのバランスを調整します。
排出確認と残留対策
計量完了後は、ゲートやバルブを開いて原料を排出します。排出後に原料が残ると、次回の計量や異なる品種へ影響するため、残量を確認してから次の計量を開始します。
付着しやすい粉体では、ホッパー内面の仕上げ、ノッカー、バイブレータ、アジテータなどを検討します。ただし、振動機器の動作中は計量値が乱れるため、使用するタイミングを制御する必要があります。
校正と過負荷保護
正確な重量を表示するため、分銅や既知重量を使用してゼロ点とスパンを調整します。日常点検や定期校正の方法、分銅を載せる場所も設計段階で検討します。
想定を超える原料の投入や、保守作業時の荷重によってロードセルが損傷しないよう、機械的な過負荷ストッパーを設ける場合があります。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、粉体・粒体・液体の密度、必要な計量重量、要求精度、処理能力、設置スペースなどを確認し、用途に適したホッパースケールを一品一様で設計・製作します。
計量ホッパーの容量や形状、材質、内面仕上げ、ロードセルの形式と容量、供給機、排出ゲート、配管などを含めて機械設計を行います。粉体の付着、摩耗、ブリッジ、液体の粘度や腐食性など、計量物の特性に応じた構成を検討します。
また、計量コントローラ、制御盤、PLC、タッチパネルを組み合わせ、粗供給・微供給、落差補正、重量安定判定、排出確認、異常監視を制御します。品種ごとの目標重量や補正値の管理、計量実績の保存、配合管理システムや生産管理システムとの連携にも対応します。
よくある質問
Q. ホッパースケールでは粉体と液体の両方を計量できますか？
A. どちらも計量できますが、供給方法、排出機構、容器形状、材質などが異なります。計量物の特性に合わせて専用の構成を設計します。
Q. 引張型と圧縮型のロードセルはどのように使い分けますか？
A. ホッパーを吊り下げる構造では引張型、架台上で支える構造では圧縮型が使用されます。重量、設置スペース、機械構造、保守性などを考慮して選定します。
Q. ホッパーへ原料が付着しても正しく計量できますか？
A. 付着した原料もホッパーと一体でロードセルへ荷重がかかる限り重量には含まれます。ただし、配管や周囲の設備へ接触すると誤差が生じます。また、残留は次回計量や品種切り替えへ影響するため、排出・清掃対策が必要です。
Q. 複数の原料を同じホッパーで計量できますか？
A. 原料を順番に投入する累積計量が可能です。ただし、原料同士の混入、投入順序、付着、計量誤差の累積などを考慮して制御します。
Q. 計量結果を自動で記録できますか？
A. 品種、目標重量、実績重量、計量日時、ロット番号などを保存できます。配合管理システムや生産管理システムへ計量実績を送信する構成も検討できます。