JP2021142480A - ノズルメンテナンス装置および色彩選別機のノズルメンテナンス方法 - Google Patents

Abstract

【課題】色彩選別機の空気噴射ノズルに対して、簡便にメンテナンスを行うことができる技術を提供する。【解決手段】色彩選別機の空気噴射ノズルをメンテナンスするノズルメンテナンス装置であって、空気噴射ノズルと対向する位置に配置される計量板と、計量板の少なくとも一端を支持するロードセルと、空気噴射ノズルから噴射された空気の打撃力を、ロードセルの出力結果から算出する処理部と、を有する、ノズルメンテナンス装置。【選択図】図２

Description

本発明は、ノズルメンテナンス装置および色彩選別機のノズルメンテナンス方法に関する。

色彩選別機は、米穀類、雑穀類、種子類、食品類、廃プラスチック、鉱石等の粒体を、シュートやベルトコンベアから高速で空中の一定位置に放出しながら画像処理技術を用いて色彩の違いを検出し、不良品と判断された粒体を空気噴射で空中での軌道を良品と変化させることによって、落下位置の違いを生じさせ選別することができる。例えば、特許文献１には、気密タンク内の空気圧力が特定大きさ以下となったことを検出するための圧力検出手段を設けた色彩選別機が提案されている。

特開２００６−１５０１７８号公報

本発明の目的は、色彩選別機の空気噴射ノズルに対して、簡便にメンテナンスを行うことができる技術を提供することである。

本発明の一態様によれば、
色彩選別機の空気噴射ノズルをメンテナンスするノズルメンテナンス装置であって、
前記空気噴射ノズルと対向する位置に配置される計量板と、
前記計量板の少なくとも一端を支持するロードセルと、
前記空気噴射ノズルから噴射された空気の打撃力を、前記ロードセルの出力結果から算出する処理部と、を有する、ノズルメンテナンス装置が提供される。

本発明によれば、色彩選別機の空気噴射ノズルに対して、簡便にメンテナンスを行うことができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る色彩選別機１００の一例を示す概略構成図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係るノズルメンテナンス装置１０の一例を示す概略構成図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係るロードセル１２の出力結果の一例を示すグラフである。

＜発明者の得た知見＞
まず、発明者が得た知見について説明する。

色彩選別機は、米穀類、雑穀類、種子類、食品類、廃プラスチック、鉱石等の粒体を、シュートやベルトコンベアから高速で空中の一定位置に放出しながら画像処理技術を用いて色彩の違いを検出し、不良品と判断された粒体を空気噴射で空中での軌道を良品と変化させることによって、落下位置の違いを生じさせ選別することができる。

上述のような色彩選別機では、長期間の使用による経年劣化等の原因により、電磁バルブの応答性が低下したり、空気噴射の方向性がずれたりして、良品と不良品との選別率が低下するという問題がある。

しかしながら、色彩選別機においては、多数の空気噴射ノズルが密に配置されている色彩選別機に空気噴射ノズルを取り付けた状態では、それぞれの空気噴射ノズルの正常性を把握することが難しい。そのため、色彩選別機から空気噴射ノズルを取り外し、空気噴射ノズル単体で動作させて確認する必要がある。

本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであって、空気噴射ノズルを色彩選別機から取り外すことなく、簡便にメンテナンスを行うことができる技術を提供するものである。

［本発明の実施形態の詳細］
次に、本発明の一実施形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

＜本発明の第１実施形態＞
（１）色彩選別機１００について
まず、本実施形態のメンテナンス対象である空気噴射ノズル２０を有する色彩選別機１００の構成について説明する。

図１は、色彩選別機１００の一例を示す概略構成図である。図１に示すように、色彩選別機１００は、例えば、原料タンク１１０と、選別部１２０と、良品タンク１３０と、不良品タンク１４０とを有している。色彩選別機１００は、粒体３０を選別するように構成されている。

粒体３０は、例えば、粒径を５０ｍｍ程度に分級された鉱石である。粒体３０は、良粒体３１と、不良粒体３２とを含んでいる。良粒体３１は、例えば、所望の鉱物が含有されている、いわゆる良品である。一方、不良粒体３２は、例えば、所望の鉱物が含有されていない、いわゆる不良品である。不良粒体３２は、良粒体３１と色彩が異なっている。

原料タンク１１０は、粒体３０を収容する容器である。原料タンク１１０は、粒体３０を選別部１２０へ送り出すように構成されている。原料タンク１１０の材質および形状は、特に限定されない。

選別部１２０は、例えば、粒体放出部１５０と、色彩検出部１６０と、空気噴射部１７０とを有している。選別部１２０は、粒体３０を、良粒体３１と不良粒体３２とに選別するように構成されている。すなわち、選別部１２０は、良粒体３１を良品タンク１３０へ収容し、不良粒体３２を不良品タンク１４０へ収容するように構成されている。なお、良品タンク１３０および不良品タンク１４０の材質および形状は、特に限定されない。

粒体放出部１５０は、原料タンク１１０から送り出された粒体３０を、所定の角度および速度で放出するように構成されている。粒体放出部１５０としては、例えば、ホッパーおよびシュートを組み合わせたものを用いることができる。粒体放出部１５０は、粒体３０同士が重ならないように、粒体３０を放出するように構成されていることが好ましい。これにより、色彩検出部１６０が粒体３０の色彩を検出しやすくなる。また、粒体放出部１５０は、所定の幅を持つ領域に、複数の粒体３０を放出するように構成されていることが好ましい。これにより、多数の粒体３０を効率よく選別することができる。

色彩検出部１６０は、粒体放出部１５０が放出した粒体３０の色彩を検出するように構成されている。色彩検出部１６０としては、例えば、ＣＣＤカメラおよび照明を組み合わせたものを用いることができる。色彩検出部１６０は、例えば、良粒体３１と異なる色彩を検出した場合（つまり、不良粒体３２の色彩を検出した場合）、空気噴射部１７０に噴射指示の信号を送るように構成されている。

空気噴射部１７０は、例えば、空気供給ライン１７１と、電磁弁１７２と、空気噴射ノズル２０とを有している。空気供給ライン１７１は、例えば、エアーコンプレッサ（図示せず）に接続され、電磁弁１７２に圧縮空気を供給するように構成されている。電磁弁１７２は、例えば、色彩検出部１６０から噴射指示の信号を受け取った際、所定時間だけ開状態になるように構成されている。電磁弁１７２が開状態になると、空気噴射ノズル２０から空気が噴射される。電磁弁１７２は、粒体３０を正確に選別するため、高速な応答性を有することが好ましい。

良粒体３１が選別部１２０を通過する際、空気噴射ノズル２０から良粒体３１へ向けて空気は噴射されない。そのため、粒体放出部１５０から放出された良粒体３１は、そのままの軌道で良品タンク１３０へ収容される。

一方、不良粒体３２が選別部１２０を通過する際、空気噴射ノズル２０から不良粒体３２へ向けて空気が噴射される。空気噴射ノズル２０から噴射された空気が不良粒体３２に衝突すると、噴射された空気の打撃力Ｉによって不良粒体３２の軌道が変わる。これにより、不良粒体３２を、良品タンク１３０から所定距離離れた位置に配置された不良品タンク１４０へ収容することができる。

空気噴射ノズル２０は、粒体３０が放出される幅に対応して、多数（例えば、２０個以上５００個以下）が密に配置されている。また、複数の空気噴射ノズル２０に対応して、複数の電磁弁１７２がそれぞれ設けられている。色彩検出部１６０が不良粒体３２の色彩を検出した際に、空気噴射部１７０に、噴射指示の信号と共に不良粒体３２の位置情報を送ることで、不良粒体３２の位置に対応した電磁弁１７２が開状態となる。これにより、不良粒体３２の位置に対応した空気噴射ノズル２０から空気が噴射されるため、不良粒体３２を不良品タンク１４０へ収容することができる。

空気噴射ノズル２０は、粒体３０が放出される方向に対して、交差（または、直交）する方向に空気を噴射するように構成されていることが好ましい。これにより、噴射された空気の打撃力Ｉによって不良粒体３２の軌道を効率よく変化させることができる。

色彩選別機１００によって選別する粒体３０が粒径５０ｍｍ程度の鉱石の場合、空気噴射ノズル２０のノズル径は、例えば、φ０．５ｍｍ以上φ３ｍｍ以下とすることが好ましい。また、空気噴射ノズル２０のピッチは、例えば、２５ｍｍ程度とすることが好ましい。ノズル径がφ０．５ｍｍ未満では、噴射される空気の打撃力Ｉが弱いため、不良粒体３２の軌道を充分に変化させられない可能性がある。これに対し、ノズル径をφ０．５ｍｍ以上とすることで、不良粒体３２の軌道を充分に変化させることができる。一方、ノズル径がφ３ｍｍを超えると、噴射された空気が、不良粒体３２以外の良粒体３１に衝突してしまい、誤選別が発生する可能性がある。これに対し、ノズル径をφ３ｍｍ以下とすることで、噴射された空気を正確に不良粒体３２へ衝突させることができる。なお、本明細書において、ノズル径とはオリフィス径を意味するものとする。

上述のような構成を有する色彩選別機１００によって、粒体３０の選別を行うことができる。しかしながら、長期間の使用等により、空気噴射ノズル２０から空気が噴射されるタイミングがずれたり、空気が噴射される方向がずれたりするため、粒体３０の選別率が低下する可能性がある。したがって、色彩選別機１００の空気噴射ノズル２０は、定期的なメンテナンスが必要である。

（２）ノズルメンテナンス装置１０について
次に、本実施形態のノズルメンテナンス装置１０の構成およびノズルメンテナンス装置１０を用いた色彩選別機１００のノズルメンテナンス方法について説明する。

図２は、ノズルメンテナンス装置１０の一例を示す概略構成図である。図２に示すように、ノズルメンテナンス装置１０は、例えば、計量板１１と、ロードセル１２と、処理部１３とを有している。ノズルメンテナンス装置１０は、上述した色彩選別機１００の空気噴射ノズル２０をメンテナンスするように構成されている。なお、ノズルメンテナンス装置１０は、色彩選別機１００から着脱可能なように構成されており、メンテナンスを行わない場合には色彩選別機１００から取り外すことができる。

計量板１１は、例えば、ステンレス製の平板であり、空気噴射ノズル２０と対向する位置（つまり、空気噴射ノズル２０から噴射される空気に対向する位置）に配置されている。計量板１１に空気噴射ノズル２０から噴射された空気が衝突すると、空気によって計量板１１に与えられた荷重は、計量板１１からロードセル１２へと伝わる。計量板１１は、複数の前記空気噴射ノズル２０が配置された領域の幅に対応する長さを有することが好ましい。これにより、計量板１１やロードセル１２を動かすことなく、複数の空気噴射ノズル２０から噴射された空気を計量板１１に衝突させることができるため、複数の空気噴射ノズル２０のメンテナンスを行うことが可能となる。なお、計量板１１の材質および厚さは、特に限定されず、空気噴射ノズル２０から噴射された空気が衝突した際に塑性変形しない程度の強度を有していればよい。

ロードセル１２は、計量板１１の少なくとも一端を支持するように構成されている。好ましくは、ロードセル１２は、一対のロードセル１２が計量板１１の両端をそれぞれ支持するように構成されている。ロードセル１２は、例えば、ひずみゲージ式のものを用いることができる。ロードセル１２に計量板１１から荷重が伝わると、ロードセル１２は荷重を電気信号へ変換し、処理部１３に出力する。なお、ロードセル１２が計量板１１の一端のみを支持する場合、計量板１１の他端は、自由端としてもよいし、任意の固定部材を用いて固定端としてもよい。

処理部１３は、空気噴射ノズル２０から噴射された空気の打撃力Ｉを、ロードセル１２の出力結果から算出するように構成されている。図３に、ロードセル１２の出力結果の一例を示す。縦軸は、ロードセル１２に与えられた荷重を示し、横軸は、時間を示している。処理部１３は、例えば、ロードセル１２に与えられた荷重を時間で積分することで、空気の打撃力Ｉ（いわゆる力積）を算出するように構成されている。つまり、図３のハッチング部の面積が打撃力Ｉに相当する。処理部１３としては、例えば、所定のプログラムを必要に応じて実行するコンピュータを用いることができる。

処理部１３が算出した空気の打撃力Ｉが所定の範囲内の場合、空気噴射ノズル２０は正常であると判定する。つまり、空気噴射ノズル２０から噴射された空気の打撃力Ｉによって、不良粒体３２の軌道を、不良粒体３２が不良品タンク１４０へ収容されるように変化させることができると判定する。しかしながら、例えば、空気噴射ノズル２０から噴射される空気の方向がずれることにより、空気の打撃力Ｉが所定の範囲外となることがある。この場合、空気噴射ノズル２０は異常であると判定する。つまり、空気噴射ノズル２０から噴射された空気の打撃力Ｉによって、不良粒体３２の軌道を、不良粒体３２が不良品タンク１４０へ収容されるように変化させることができない可能性があると判定する。

一対のロードセル１２が計量板１１の両端をそれぞれ支持している場合、処理部１３は、一対のロードセル１２から得られた２つの出力結果を処理することで、空気の打撃力Ｉを算出するように構成されていることが好ましい。これにより、１つのロードセル１２から得られた出力結果から空気の打撃力Ｉを算出する場合と比べて、空気の打撃力Ｉを精度よく算出することができる。具体的には、例えば、一対のロードセル１２から得られた２つの出力結果の平均値（または合計値）から打撃力Ｉを算出してもよいし、どちらか一方の出力結果を代表値として打撃力Ｉを算出してもよい。

処理部１３は、空気噴射ノズル２０への噴射指示からの応答時間Ｔを算出するように構成されていることが好ましい。具体的には、例えば、図３に示すように、処理部１３が空気噴射部１７０に噴射指示の信号を送信した時（ｔ１）から、空気噴射ノズル２０から噴射された空気が計量板１１に衝突し、処理部１３に荷重が出力された時（ｔ２）までの時間を応答時間Ｔとして算出する。これにより、ノズルメンテナンス装置１０は、空気噴射ノズル２０の打撃力Ｉおよび応答時間Ｔを同時に判定することができる。

処理部１３が算出した応答時間Ｔが所定の範囲内の場合、空気噴射ノズル２０は正常であると判定する。つまり、空気噴射ノズル２０から噴射された空気が、正確に不良粒体３２に衝突すると判定する。しかしながら、例えば、電磁弁１７２の応答性が低下することにより、応答時間Ｔが所定の範囲外となることがある。この場合、空気噴射ノズル２０は異常であると判定する。つまり、空気噴射ノズル２０から空気が噴射されるタイミングがずれているため、噴射された空気が、正確に不良粒体３２に衝突しない可能性があると判定する。

複数の空気噴射ノズル２０をメンテナンスする場合、例えば、処理部１３は、複数の空気噴射ノズル２０の一つずつから空気が噴射されるように、空気噴射部１７０に噴射指示の信号を送信すればよい。

上述のようなノズルメンテナンス装置１０を用いることで、色彩選別機１００から空気噴射ノズル２０を取り外すことなく、空気噴射ノズル２０のメンテナンスを簡便に行うことができる。すなわち、ノズルメンテナンス装置１０によって、複数の空気噴射ノズル２０のそれぞれが、打撃力Ｉおよび応答時間Ｔにおいて、正常であるか異常であるかを判定することができる。打撃力Ｉおよび応答時間Ｔの少なくとも一方において、異常であると判定された空気噴射ノズル２０については、必要に応じて修理や交換を施せばよい。

ノズルメンテナンス装置１０は、鉱石を選別する色彩選別機１００に対して特に好適に用いることができる。鉱石を選別するための空気噴射ノズル２０は、例えば、米穀類を選別するための空気噴射ノズルに比べて、選別する粒体３０の質量が大きいため、ノズル径が大きく（例えば、φ０．５ｍｍ以上φ３ｍｍ以下）、噴射される空気の打撃力Ｉも大きい。そのため、空気噴射ノズル２０から噴射された空気によって計量板１１に与えられた荷重を、ロードセル１２に与えられた荷重と見なし、打撃力Ｉを算出することができる。その結果、例えば、複数の空気噴射ノズル２０の位置に合わせてロードセル１２を動かすことなく、空気噴射ノズル２０のメンテナンスを簡便に行うことが可能となる。

（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。

（ａ）本実施形態のノズルメンテナンス装置１０は、空気噴射ノズル２０と対向する位置に設けられた計量板１１と、計量板１１の少なくとも一端を支持するロードセル１２と、空気噴射ノズル２０から噴射された空気の打撃力Ｉを、ロードセル１２の出力結果から算出する処理部１３とを有している。このようなノズルメンテナンス装置１０を用いることで、色彩選別機１００から空気噴射ノズル２０を取り外すことなく、空気噴射ノズル２０のメンテナンスを簡便に行うことができる。

（ｂ）本実施形態のノズルメンテナンス装置１０において、処理部１３は、空気噴射ノズル２０への噴射指示からの応答時間Ｔを算出するように構成されている。これにより、本実施形態のノズルメンテナンス装置１０は、空気噴射ノズル２０の打撃力Ｉおよび応答時間Ｔを同時に判定することができる。

（ｃ）本実施形態のノズルメンテナンス装置１０において、計量板１１は、一対のロードセル１２に両端をそれぞれ支持されている。また、処理部１３は、一対のロードセル１２から得られた２つの出力結果を処理することで、空気の打撃力Ｉを算出するように構成されている。これにより、１つのロードセル１２から得られた出力結果から空気の打撃力Ｉを算出する場合と比べて、空気の打撃力Ｉを精度よく算出することができる。

（ｄ）本実施形態のノズルメンテナンス装置１０において、計量板１１は、複数の空気噴射ノズル２０が配置された領域の幅に対応する長さを有している。これにより、計量板１１やロードセル１２を動かすことなく、複数の空気噴射ノズル２０から噴射された空気を計量板１１に衝突させることができるため、複数の空気噴射ノズル２０のメンテナンスを行うことが可能となる。

（ｅ）本実施形態のノズルメンテナンス装置１０は、鉱石を選別する色彩選別機１００に対して特に好適に用いることができる。鉱石を選別するための空気噴射ノズル２０は、例えば、米穀類を選別するための空気噴射ノズルに比べて、選別する粒体３０の質量が大きいため、ノズル径が大きく（例えば、φ０．５ｍｍ以上φ３ｍｍ以下）、噴射される空気の打撃力Ｉも大きい。そのため、空気噴射ノズル２０から噴射された空気によって計量板１１に与えられた荷重を、ロードセル１２に与えられた荷重と見なし、打撃力Ｉを算出することができる。その結果、例えば、複数の空気噴射ノズル２０の位置に合わせてロードセル１２を動かすことなく、空気噴射ノズル２０のメンテナンスを簡便に行うことが可能となる。

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、上述の実施形態では、複数の空気噴射ノズル２０のそれぞれが、打撃力Ｉおよび応答時間Ｔにおいて、正常であるか異常であるかを判定する場合について説明したが、打撃力Ｉおよび応答時間Ｔ以外の判定項目を設けてもよい。例えば、空気噴射ノズル２０の噴射時間（つまり、空気噴射ノズル２０から空気の噴射が開始されてから終了されるまでの時間）が所定の範囲内かどうかによって、空気噴射ノズル２０が正常であるか異常であるかを判定してもよい。

＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様を付記する。

（付記１）
本発明の一態様によれば、
色彩選別機の空気噴射ノズルをメンテナンスするノズルメンテナンス装置であって、
前記空気噴射ノズルと対向する位置に配置される計量板と、
前記計量板の少なくとも一端を支持するロードセルと、
前記空気噴射ノズルから噴射された空気の打撃力を、前記ロードセルの出力結果から算出する処理部と、を有する、ノズルメンテナンス装置が提供される。
好ましくは、前記色彩選別機から着脱可能である。

（付記２）
付記１に記載のノズルメンテナンス装置であって、
前記処理部は、前記空気噴射ノズルへの噴射指示からの応答時間を算出する。

（付記３）
付記１または付記２に記載のノズルメンテナンス装置であって、
前記計量板は、一対の前記ロードセルに両端をそれぞれ支持されている。
好ましくは、前記処理部は、一対の前記ロードセルから得られた２つの出力結果を処理することで、前記打撃力を算出する。

（付記４）
付記１から付記３のいずれか１つに記載のノズルメンテナンス装置であって、
前記計量板は、複数の前記空気噴射ノズルが配置された領域の幅に対応する長さを有する。

（付記５）
付記１から付記４のいずれか１つに記載のノズルメンテナンス装置であって、
前記色彩選別機が選別する粒体は、鉱石である。

（付記６）
本発明の他の態様によれば、
付記１から付記５のいずれか１つに記載のノズルメンテナンス装置を用いた、色彩選別機のノズルメンテナンス方法が提供される。

１０ ノズルメンテナンス装置
１１ 計量板
１２ ロードセル
１３ 処理部
２０ 空気噴射ノズル
３０ 粒体
３１ 良粒体
３２ 不良粒体
１００ 色彩選別機
１１０ 原料タンク
１２０ 選別部
１３０ 良品タンク
１４０ 不良品タンク
１５０ 粒体放出部
１６０ 色彩検出部
１７０ 空気噴射部
１７１ 空気供給ライン
１７２ 電磁弁

Claims (6)

1. 色彩選別機の空気噴射ノズルをメンテナンスするノズルメンテナンス装置であって、
   前記空気噴射ノズルと対向する位置に配置される計量板と、
   前記計量板の少なくとも一端を支持するロードセルと、
   前記空気噴射ノズルから噴射された空気の打撃力を、前記ロードセルの出力結果から算出する処理部と、を有する、ノズルメンテナンス装置。
2. 前記処理部は、前記空気噴射ノズルへの噴射指示からの応答時間を算出する、請求項１に記載のノズルメンテナンス装置。
3. 前記計量板は、一対の前記ロードセルに両端をそれぞれ支持されている、請求項１または請求項２に記載のノズルメンテナンス装置。
4. 前記計量板は、複数の前記空気噴射ノズルが配置された領域の幅に対応する長さを有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のノズルメンテナンス装置。
5. 前記色彩選別機が選別する粒体は、鉱石である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のノズルメンテナンス装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のノズルメンテナンス装置を用いた、色彩選別機のノズルメンテナンス方法。
   

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