용량식 정량 공급장치

[원텍지기]

컵식 계량장치

컵식 계량장치는 용량 계량의 하나로 원통모양의 컵 수개를 원반(턴테이블) 위에 놓고 각각의 컵에서 계량된 것을

원반의 회전을 이용해 호퍼 안에 충전을 하는 장치입니다.

대상제품은 물성이 안전돼 있는 과립 모양의 것이나, 유동성이 좋은 분립체로 브릿지성이 적은 것에 적합합니다.

컵으로 계량을 하기 때문에 질량의 불안정함은 있지만, 고속 계량이 가능합니다.

질량의 조정은 계량 조정핸들을 둘려서 컵 용적을 변화시킴으로써 미조정도 가능합니다. (그림2-1)

오거식 정량공급장치

(1) 오거식 정량공급장치의 특징

오거식 정량공급장치는 일반적으로는 오거 충전기라고도 불리며, 나선 모양의 오거(스크류)를 패널이라 불리는

케이싱으로 줄러싸여 오거의 회전운동에 의해 분립체를 토출하는 장치입니다. (사진2-1, 그림2-2-1)

오거 내에 분립체를 안정된 상태로 보내기 위해서 앞 공정에 서브 호퍼나 옆으로 보내는 피더가 필요합니다.

메인 호퍼 안에는 교반을 하는 아지테이터가 설치됩니다. 서서히 회전하는 아지테이터는 오거와는 역방향으로

회전하며, 분립체의 송출량을 일정하게 유지하는 역할을 합니다.

분립체는 원료 성분이나 온도, 습도, 시간 등의 변화 영향을 받기 쉽고, 또 공기의 함유량에 따라서도 그 성질이 크게

변화돼 버립니다.

오거식 정량공급장치는 오거의 회전량에 의한 토출 용적에서 정량공급(이하 충전이라고도 합니다.)을 하는 용량

충전기이기 때문에 잘라낸 분립체의 질량을 측정한 결과가 안정되기 위해서는 거기에 보내주는 분립체의 성질이

우선 안정돼 있는 것이 중요한 포인트입니다.

오거의 회전량이라는 것은 분립체를 반출할 때마다 오거를 몇 회전과 몇 도 회전할까 라는 오거의 회전각도인 것입니다.

충전량의 변경이나 보정에는 한 사이클의 오거 회전량을 변화시키면 좋기 때문에 충전 후, 질량을 측정하고, 그 데이터를 기초로 해 제어하면 정량 계량이 이어집니다. 단지 이런 경우도 오거에 의해 반출되는 분립체의 정량성 확보

에 노력하지 않으면 안 됩니다. 오거의 회전 정지와 동시에 제품의 흐름을 정확히 멈추는 것은 정량성을 확보하기

위해 가장 중요한 것이고, 이 목적을 위해 취급하는 분립체에 맞춰 설계된 셔터장치나 스크린을 패널(케이싱) 출구부에 설치합니다.

오거식 정량공급장치가 취급 대상이 되는 분립체는 다품종에 달하고, 그 물성도 여러 가지입니다. 이것들에 대해서

최적 설계를 함으로써 그 능력이나 정밀도를 충분히 발휘시킬 수가 있습니다.

(2) 오거식 정량공급장치의 주요부

오거식 정량공급장치의 주요부분은 분립체를 담는 메인호퍼, 교반을 하는 아지테이터, 오거, 패널 (케이싱)등으로

구성됩니다. 구동장치는 오거를 구동하는 모터, 소정의 회전량 (각도) 동력을 전달해 분리하는 전자 클러치 브레이크, 아지테이터를 구동하는 모터 등으로 구성됩니다. (그림 2-2-2)

전자 클러치 브레이크를 없애고, 서보모터에 의한 다이렉트 구동으로 소정의 회전량을 얻는 경우도 많습니다.

서보모터를 사용함으로써 오거의 회전속도나 가속시간, 감속시간 등을 자유롭게 바꿀 수가 있고, 각각의 분립

체를 맞춘 조건 설정이 가능합니다.

메인 호퍼, 패널, 오거는 세정을 위한 분해 탈착을 간단하게 행할 필요가 있습니다. 세정 후, 재조립했을 때의

성능 재현성도 중요합니다.

(3) 레벨계

오거로 보내지는 분립체의 물성을 일정하게 유지하기 위해 메인 호퍼에는 레벨계를 설치, 호퍼 안의 분립체

레벨을 일정하게 유지합니다.

레벨계는 음차식, 정전용량식, 회전우근식, 진동식, 초음파식 등 여러종류이기 때문에 이것들의 안으로부터

대상으로 하는 분립체나 환경에 맞는 것을 선정합니다.

레벨계의 오동작은 충전 정밀도의 오차나 생산설비로의 영향이 크고, 선정에는 충분히 주의하지 않으면 안 됩니다.

(4) 국좌

오거식 정량공급장치에서 충전한 분립체의 정량성을 가지는 것은 중요한 포인트입니다. 오거를 회전시켜 정량공급을 개시하고, 정지 시에 패널 출구부에서 분립체의 배출이 동시에 멈추는 것이 이상적이지만 물성에 따라서 조금

흘러내려 정지하는 형상이 일어납니다. 이것은 회전제어에 의해서 정량성을 확보하는 오거식 정량공급장치의 정밀도와 능력에 영향을 미치게 하고, 물성에 따라서는 극단적인 경우, 오거의 회전이 이미 정해져 있더라도 상관없이

분립체의 흐름이 언제까지라도 멈추지 않는 경우도 있습니다. 이러한 현상을 피하기 위해 패널 끝에 국좌(스크린)를

설치하면, 패널 출구부에서 분립체의 밀도가 올라가기 때문에 브릿지 하기 쉬운 상태가 되고, 회전 정지 시의 끊김을 자주 할 수가 있습니다.

국좌를 설치함으로써 패널 출구부에서 분립체의 밀도가 올라가는 것은 국좌에 의해서 개구 면적이 좁아지기 때문에

어느 정도 좁아지는지는 분립체에 의해 차이가 있고, 이 때문에 여러 가지 형상의 국좌가 필요에 응해서 사용됩니다. (그림2-2-3)

그러나 너무 좁아지면 충전 부하가 높아지고, 분립체에 데미지를 줄 우려가 있기 때문에 주의를 요합니다.

(5) 셔터

패널 출구부에서 분립체가 낙하하는 것을 규제할 필요가 있으면 기계적인 셔터를 설치합니다. 강제적으로 분립체의

낙하를 멈추는 것이 가능하기 때문에 고속 충전에 특히 유효하고 또 주변으로의 분립체 비산을 방지하는 효과도 있습니다.

셔터의 구조는 국좌 형상의 것을 2매 조합한 것, 회전 운동에 의해서 낙하를 규제하는 것, 플레이트를 슬라이드 시키는 것 등이 있고, 상황에 따라서 선정합니다.

(6) 회전 플레이트식 충전 방식

유동성이 좋은 분립체의 경우, 전기의 국좌나 셔터 등에서 패널 출구부에서의 낙하를 멈추는 것만으로는 끝나지 않을 때가 있습니다.

이러한 경우에 회전 플레이트식 충전방식이 사용됩니다.

이것은 회전하는 원반 (스피너 플레이트) 을 패널 출구부에 설치, 원반과의 사이에 구성되는 안식각에 의해서 낙하의 규제를 하는 것으로 유동성이 좋고, 입경이 균일하고 압축성이 적은 분립체에 적합합니다. (그림2-2-4)

(7) 질량관리충전시스템

오거식 정량공급장치는 오거(스크류)의 회전에 의한 용량 충전기이고, 질량관리를 하기 위해서는 계량기를 갖추는

것이 필요합니다. 실제 오거식 정량공급장치는 계량기와의 조합으로 사용되는 경우가 많습니다.

오거식 정량공급장치의 기본적인 제어방법은 오거 측에 펄스 카운터를 설치, 설정 펄스분만 오거를 회전시키는

펄스 제어 (펄스 충전)가 일반적입니다. 충전 후에 계량기에서 질량 측정을 하고, 충전되었을때의 펄스 수와

질량의 관계를 연산하고, 목표로 하는 질량에 가깝도록 충전 펄스의 증감을 지시하는 신호를 냄으로써 오거의

회전을 제어할 수가 있습니다.

계량기에는 전자 계량이나 웨이트 체커가 사용되는 경우가 많습니다. 특히 후자는 제품을 반송하는 반송부와

계량부가 일체가 되고 있어, 제품의 반송되면서 계량되기 때문에 고속 계량에 적합합니다.

일반적인 질량관리 충전시스템의 예를 듭니다.

① 칭량충전시스템 (직접제어)

(그림2-2-5)에 나타냈듯이 오거식 정량공급장치의 출구 바로 밑에 계량기를 설치, 충전을 하면서 계량하고, 목표

질량에 달하면서 완료 신호를 내고 오거의 회전을 멈춥니다. 계량기에서의 신호로 직접 충전기를 제어하기 때문에

충전 정밀도는 높습니다. 또 충전시간을 단축하기 위해 충전 스타트 시에 고속으로 충전해 설정된 질량값에서

중속으로 속도 변경하고, 목표 질량값 가까이에서 더 저속으로 정지한다고 하는 다단 속도 충전에 의해서 고정밀도

충전을 할 수가 있습니다.

② 경향 제어충전시스템 (피드백 제어)

경향제어는 충전기 자체의 충전과 같이 정밀도를 올리는 것은 아니고, 어떤 시간 안에서의 평균치 변화에 대응시키는 제어방법입니다.

(그림2-2-6)에 나타냈듯이 오거식 정량공급장치로 충전된 제품의 질량을 웨이트 체커로 측정하고 설정된 샘플수의 평균치를 연산합니다.

그 결과가 설정된 상한값, 하한값을 넘고 있는지 어떤지를 판단하고 상한값을 넘으면 충전 1회당 회전량을 내리는

방향으로 제어하고, 하한값을 넘으면 충전 1회당 회전량을 올리는 방향으로 제어합니다.

또 제어하는 양을 계수에 의해서 변화시킬 수가 있습니다.

③ 고속, 고정밀도 충전시스템

(그림2-2-7)에 나타냈듯이 오거식 정량공급장치를 2대, 계량기 2대 사용하는 시스템입니다.

우선 제1충전(조 충전)으로 목표 질량의 약 90% 충전을 한 후, 목표 질량과의 차를 계산하고, 그 결과에 상당하는

회전량(각도)의 제2충전 (보정 충전)을 합니다. 제2충전에서는 목표 질량의 약 10%를 충전하는 것이 되고,

고정밀도의 충전이 가능하게 됩니다.

④ 정미질량충전시스템

유리병 용기 등 봉투 질량의 오차가 많은 경우는 충전 후의 계량값에 의한 충전제어를 할 수 없습니다. 이런 경우

충전 전에 봉투 계량기를 둬 각 봉투 질량값을 측정, 충전 후의 계량기에 계량 데이터를 시프트하고, 충전 후의

계량 질량값에서 봉투 질량값을 뺀 것을 정미질량으로서 충전제어를 합니다.

(8) 포장기계와의 연결

① 파우치 충전

오거식 정량공급장치는 급대포장기나 세로형 제대충전기와 직접 연결해 봉투포장에 사용되는 경우가 많습니다.

편율분, 소맥분, 레귤러커피 등이 대표적인 사용 예로 들 수 있습니다. 이것들에 오거식 정량공급장치를 사용하면

오거의 충전 출구를 급대포장기나 세로형 제대충전기의 봉투 접착 위치까지 가까이에서 끼워 넣는 것이 가능하기

때문에 오차에 의한 가루의 날림 없이 열접착 면으로의 가루 부착을 경감할 수가 있고, 고속 운전에도 대응할 수

있기 때문에 급대포장기나 세로형 제대충전기의 능력을 충분히 발휘시킵니다.

② 용기 충전

오거식 정량공급장치에서 유리병, 캔, 플라스틱, 종이관 등의 용기에 직접 충전할 수 있습니다. 분유, 레귤러 커피,

스파이스, 세제, 입용제 등이 대표적인 사용 예로 들 수 있습니다.

용기의 위치 결정 장치를 설치한 컨베이어로 이것들의 용기를 반송하고, 오거식 정량공급장치의 바로 아래에서

분립체 충전을 한 경우, 분당 50개 정도의 능력을 발휘할 수 있습니다. 연속 회전하는 원반에 분할 슈트를 12~42

개 설치, 슈트의 바로 밑에 용기를 연속적으로 보내주고, 오거식 공급장치에서는 분립체를 연속적으로 공급하면

분당 200개의 고능력을 발휘합니다.

(참조 : 월간포장타임즈)