JP3733208B2 - タンク内の溶融樹脂材料のレベル検出方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
溶融樹脂材料の自動供給装置を備えたホッとメルトアプリケーター等におけるレベル検出方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
溶融樹脂材料用アプリケーターに溶融樹脂材料を供給する際、アプリケータタンク内の溶融樹脂材料の量を一定に保つことが望ましい。特に溶融樹脂材料をホッパーフィーダーからアプリケータータンクへ自動供給する場合にはアプリケータータンク(以下タンクと称する)内の溶融樹脂材料が増加して一定量に達すると供給が停止し、その量が減少すると供給を開始出来るようにする事が望ましい。したがって、溶融樹脂材料をタンク内に自動供給させるためにはタンク内の溶融樹脂材料量を監視させることが必要であって、そのために監視用センサーが必要となる。
【0003】
溶融樹脂材料の自動供給装置においては、溶融樹脂材料はタンク内で加熱溶融して使用されるため、溶融樹脂材料を貯蔵するタンク内は高温(180℃前後)になるのが一般的である。溶融樹脂材料は加熱溶融されるとその蒸気が周りの構成部材に付着する。それ故、溶融樹脂材料増減量を検出するセンサーの材質は耐熱性が要求され、また、センサーは蒸気の付着で特性の変化のないものが要求されるので、センサーの方式は限定される。
【0004】
現在、溶融樹脂材料増減量を検出するセンサーとして多く用いられているのは、空気と絶縁体である溶融樹脂材料との誘電率の差を利用する静電容量式センサーである。
【0005】
静電容量式センサーには各種方式があるが、電極が1極のもの(図6。以後、1極式センサーと称する)、及び電極が2極のもの(図1参照。以後、2極式センサーと称する)に大別される。
【0006】
1極式センサーにおいては、タンク81内の溶融樹脂材料82の量の増減は、溶融樹脂材料82の液面83のレベルに対応する静電容量の増減として現われる。すなわち、溶融樹脂材料の量が増加すると静電容量は増加し、溶融樹脂材料面82の液面83のレベルとそれに関連するセンサー電極84からの出力信号レベル(mV)は1/C(C:溶融樹脂材料の量の増減に依存する静電容量)の関数により表される。
【0007】
溶融樹脂材料量の増減に対する信号レベルの変化は溶融樹脂材料に非接触で用いた場合非常に小さい。一方、空気及び溶融樹脂材料の誘電率は周囲温度の変化によりその値が変化しやすく、従って温度変化による誘電率の変化がそのまま信号レベルの変化となる。すなわち、1極式センサーを溶融樹脂材料に非接触状態で使用すると、その雰囲気温度の変化に支配されてしまうため、溶融樹脂材料の増減を正確にとらえることができない。特に通常使用する温度領域(常温から180℃)では、溶融樹脂材料の増減量を精度良く検出することが困難である。また、センサー電極84は溶融樹脂材料と接触させて使用するのが好ましく、非接触の状態で使用すると誤動作をすることが多い。
【0008】
2極式センサーにおいては、1極式センサーに比べると溶融樹脂材料量の増減による信号レベルの変化が非常に大きく、また、センサーの温度特性も良好であって、溶融樹脂材料とセンサー電極とを非接触の状態で使用可能である。しかし、図2の曲線Aに示すように溶融樹脂材料面とセンサー電極間の間隔dがある値(例えば13mm)になるとその曲線Aが反転してしまうという欠点を有する。特性曲線Aが反転することにより、異なる間隔dに対して同じ出力電圧Vが出力されてしまうことがあり、センサー電極と溶融樹脂材料面との間隔dと出力電圧Vとの関係が複雑になるため誤動作の原因となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、溶融樹脂材料の自動供給装置における溶融樹脂材料のレベル検出センサーのコントローラーとして、溶融樹脂材料の液面の高さを正確に測定することができ、その信号処理の方法により誤動作のない高精度な動作を保証する手段を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
溶融樹脂材料を収容するためのタンクと、タンク内において、高周波信号を発生する高周波発生手段と、タンク内の溶融樹脂材料量の増減変化に伴う静電容量の変化に依存した信号を検出して検出信号を出力する検出手段と、基準信号を発生する基準信号発生手段と、検出信号と基準信号との差分である第1値を発生する手段と、第1値を増幅して、ピーク値を維持した第2値を発生する手段と、第1値と第2値との差分をとった第3値を発生する手段とを有する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について説明する。
高周波信号を発生する発信回路と、容器内に配置され、高周波信号を印加される発信電極と、容器内において発信電極と対向するように配置された受信電極と、受信電極に接続され信号を出力する受信回路と、発信回路からの高周波信号を受信回路から出力される信号とほぼ同じ電圧レベルに減衰して減衰した信号を出力する減衰回路と、受信回路からの信号および減衰回路からの信号を入力して1つの信号とする第1アナログスイッチと、第1アナログスイッチに入力された受信回路からの信号および減衰回路からの信号を分割するためのパルス信号を第1アナログスイッチに印加する切替用パルス信号発生器と、第1アナログスイッチからの信号を直流化する整流平滑回路と、整流平滑回路からの信号を2つの信号に分割する第2アナログスイッチと、第2アナログスイッチでは、切替用パルス信号発生器により該第1アナログスイッチに入力される信号に対応する信号が生成され、第2アナログスイッチからの2つの信号の差分から1つの信号を生成する第1差動増幅回路と、第1差動増幅回路からの信号を増幅する増幅回路と、増幅回路からの信号のピーク値を維持して出力するピークホールド回路及びその回路のピークホールド値を適当なタイミングで解除させるためのリセット回路と、ピークホールド回路からの信号および第1差動増幅回路からの信号を入力し、2つの信号の差分から1つの信号を生成する第2差動増幅回路とを備える。
【0012】
さらに、別の実施形態について説明する。
高周波信号を発生する発信回路と、容器内に配置され、高周波信号を印加される発信電極と、容器内において発信電極と対向するように配置された2つの受信電極と、2つの受信電極と物質の表面レベルとの間隔はそれぞれ異なり、2つの受信電極に接続され信号を出力する2つの受信回路と、2つの受信回路の一方からの高周波信号を増幅する増幅回路と、受信回路からの信号および増幅回路からの信号を入力して1つの信号とする第1アナログスイッチと、第1アナログスイッチに入力された受信回路からの信号および増幅回路からの信号を分割するためのパルス信号を第1アナログスイッチに印加する切替用パルス信号発生器と、第1アナログスイッチからの信号を直流化する整流平滑回路と、整流平滑回路からの信号を2つの信号に分割する第2アナログスイッチと、第2アナログスイッチでは、切替用パルス信号発生器により第1アナログスイッチに入力される信号に対応する信号が生成され、第2アナログスイッチからの2つの信号の差分から1つの信号を生成する第1差動増幅回路と、第1差動増幅回路からの信号を増幅する増幅回路と、増幅回路からの信号のピーク値を維持して出力するピークホールド回路及びその回路のピークホールド値を適当なタイミングで解除させるためのリセット回路と、ピークホールド回路からの信号および第1差動増幅回路からの信号を入力し、2つの信号の差分から1つの信号を生成する第2差動増幅回路とを備える。
また、ホットメルトは熱溶融プラスチックであってもよい。
【0013】
【実施例】
本発明の第1の実施例では、図1に示すような2極式センサーを用いる。タンク1内の溶融樹脂材料例えばホットメルトの表面3の上方に2つのセンサー電極12、13が配置され、一方の電極12には高周波信号(例えば500kHz)が印加され、他方の電極13は受信電極としてタンク1内の溶融樹脂材料量の増減変化に伴う静電容量の変化を検出する。図3に示すように、高周波信号は発信回路11から発信電極12に出力され、検出信号は受信電極13から受信回路14を経由してアナログスイッチ15に入力される。
【0014】
アナログスイッチ15には、受信回路14からの信号のほかに、発信回路11からの信号を減衰回路16により減衰して受信回路14からの波形と同等の出力レベルに減衰したものが入力される。受信電極13は、発信電極12および受信電極13の間の静電容量の変化に依存した信号を受信するが、その間の静電容量は非常に小さいため、受信電極13からの検出信号は非常に小さい。そのため、減衰回路16は発信回路11からの信号を大きく減衰(発信電極信号レベルの約−60dB)するのである。
【0015】
アナログスイッチ15内では、2種類の信号を数10ミリ秒の時間幅に切替用パルス発生器17からの信号a、信号bによって、それぞれ分割して一つの信号とし、その信号をBPF(バンドパスフィルター)18に通して歪みの少ない正弦波に修正後、増幅回路19で増幅し、整流平滑回路20を経て直流化する。
【0016】
直流化された信号は、アナログスイッチ21に入力され、アナログスイッチ15の切替用パルス信号発生器17の信号a、信号bと対応した切替用パルス信号発生器22からの信号a、信号bによって2種類の信号に分割される。分割された信号は、それぞれ積分回路23を経て差動増幅回路24に入力される。差動増幅回路24から出力される差信号は増幅回路25と差動増幅回路27へ入力される。差信号は増幅回路25により2倍程度に増幅した後にピークホールド回路26を通し、差動増幅回路27に入力される。リセット回路28は、ピークホールド回路26でホールドされたピーク値を適当なタイミングで解除するためのものである。差動増幅回路27は、差動増幅回路24からの差信号そのものと、ピークホールド回路26からの信号との差信号として動作信号1を出力する。
【0017】
差動増幅回路24からの信号が、ピークに達する以前は、ピークホールド回路26からの信号は、差動増幅回路24からの信号を増幅した信号にすぎないため、その差分も同じ様に増加する。しかし、差動増幅回路24からの信号がピークに達した以後は、ピークホールド回路からの信号は一定の値となるのに対して、差動増幅回路24からの信号は減少するため、その差分は増加することになる。すなわち、動作信号1は図2の曲線Bとなる。差動増幅回路24からの差信号としての動作信号2は曲線Aとなる。
【0018】
曲線Bは変極点をもたないため、この曲線Bを利用して信号処理をすると精度の高い、誤動作のないホットメルトのレベル検出が可能となる。
【0019】
検出装置の使用方法
ホットメルトのレベル検出装置は、ホットメルトを収容したホッパーからホットメルトの供給を受け、アプリケーターに一定量のホットメルトを供給する。すなわち、タンク内のホットメルトが増加して、所定量に達した場合にホッパーからのホットメルトの供給を停止し、逆に、タンク内のホットメルトの量が所定量以下になると供給を開始させる。
【0020】
しかし、従来の装置においては、図2の曲線Aに示すように、センサー電極とホットメルト面の間隔dが小さくなるにつれて出力電圧Vは増加するが、dが13mm以下となるとVは低下してしまうため、ホットメルトの量の増減を正確に測定することができず、ホットメルトがタンクからあふれてしまったり、ホットメルトを安定して供給できなくなることがあった。
【0021】
これに対して、本願の装置においては、曲線Bに示すように、dが13mm以下となってもVは増加を続けるため、上記のようなホットメルトの供給の制御を正確に行うことができる。また、タンク内のホットメルト量が所定量以上または所定量以下となった場合に警告音を発するようにすることもできる。また必要な場合は、適当なタイミングでリセット回路を使用してピークホールドを解除できるようにする。
【0022】
本発明の第2の実施例では、図4に示すような3極式センサーを用いる。タンク40内のホットメルト41の表面42の上方に3つのセンサー電極51、52、53を配置し、そのうちの一つの電極51には高周波信号(例えば500kHz)が印加され、残りの2つの電極52、53は受信電極としてタンク内の静電容量の変化を検出する。図4に示すように、2つの受信電極52、53は、ホットメルト41の表面42との間隔が異なるように配置されている。図5に示されるように、高周波信号は発信回路50から発信電極51に出力され、検出信号は2つの受信電極52、53から受信回路54、55を経由してアナログスイッチ56に入力される。なお、一方の受信回路55からの信号は増幅回路57により出力信号は2倍にされた後にアナログスイッチ56に入力される。
【0023】
アナログスイッチ56では、2種類の信号を数10ミリ秒の時間幅に切替用パルス信号発生器58からの信号a、信号bによって、それぞれ分割して一つの信号とし、その信号をBPF(バンドパスフィルター)59に通して歪みの少ない正弦波に修正後、増幅回路60で増幅し、整流平滑回路61を経て直流化する。
【0024】
直流化された信号は、アナログスイッチ62に入力され、アナログスイッチ56の切替用パルス信号発生器58の信号a、信号bと対応した切替用パルス信号発生器63からの信号a、信号bによって2種類の信号に分割される。分割された信号は、それぞれ積分回路64を経て差動増幅回路65に入力される。差動増幅回路65から出力される差信号は増幅回路66と差動増幅回路68へ入力される。差信号は増幅回路66により2倍程度に増幅した後にピークホールド回路67を通し、差動増幅回路68に入力される。リセット回路69は、ピークホールド回路26でホールドされたピーク値を適当なタイミングで解除するためのものである。差動増幅回路68は、差動増幅回路65からの差信号そのものと、ピークホールド回路65からの信号との差信号として動作信号1を出力する。動作信号1は図2の曲線Bとなる。差動増幅回路65からの差信号としての動作信号2は曲線Aとなる。
【0025】
曲線Bは変極点をもたないため、この曲線Bを利用して信号処理をすると精度の高い、誤動作のないホットメルトのレベル検出が可能となる。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、タンク内の溶融樹脂材料などの絶縁性を有する溶融材料のレベルを正確に測定でき、誤動作のない高精度な動作を実現できる。
差動増幅回路を使用して、差動をとることとしているため、温度による影響を無視することができる。
また、アナログスイッチにより2つの信号を1つの信号としているため、BPFが一つで済み、BPFを複数使うことにより生ずる誤差が生じないため、より精度の高い測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の構成を示す図である。
【図2】本発明の電極と溶融樹脂材料面の間隔と出力信号の関係を示す図である
【図3】本発明の第1の実施例の回路構成を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施例の構成を示す図である。
【図5】本発明の第2の実施例の回路構成を示す図である。
【図6】従来の溶融樹脂材料のレベル検出装置を示す図である。
【符号の説明】
1 タンク
2 溶融樹脂材料
3 溶融樹脂材料の表面
11 発信回路
12 発信電極
13 受信電極
14 受信回路
15、21 アナログスイッチ
16 減衰回路
17、22 切替用パルス信号発生器
18 バンドパスフィルター(BPF)
19、25 増幅回路
20 整流平滑回路
23 積分回路
24、27 差動増幅回路
26 ピークホールド回路
Claims (5)
- 溶融樹脂材料を収容するためのタンクと、
タンク内において、高周波信号を発生する高周波発生手段と、
タンク内の溶融樹脂材料量の増減変化に伴う静電容量の変化に依存した信号を検出して検出信号を出力する検出手段と、
基準信号を発生する基準信号発生手段と、
該検出信号と該基準信号との差分である第1値を発生する手段と、
該第1値を増幅して、ピーク値を維持した第2値を発生する手段と、
該第1値と該第2値との差分をとった第3値を発生する手段とを
有することを特徴とする溶融樹脂材料のレベル検出装置。 - 請求項1に記載の溶融樹脂材料のレベル検出装置であって、
該基準信号は、該高周波発生手段からの信号を該検出信号のレベルの値に近い値まで減衰させた減衰信号である
ことを特徴とする溶融樹脂材料のレベル検出装置。 - 請求項1に記載の溶融樹脂材料のレベル検出装置であって、
該検出手段は、2つの受信電極を有しており、
該基準信号は、2つの受信電極の一方からの検出信号であり、
該2つの受信電極は、タンク内の溶融樹脂材料の表面からの距離が異なる
ことを特徴とする溶融樹脂材料のレベル検出装置。 - 請求項1に記載の溶融樹脂材料のレベル検出装置であって、
該基準信号と該検出信号とを一つの信号とする手段と、
該一つの信号を一つのバンドパスフィルターを通した後に2つの信号とする手段と
を有することを特徴とする溶融樹脂材料のレベル検出装置。 - タンク内において、高周波信号を発生する工程と、
タンク内の溶融樹脂材料量の増減変化に伴う静電容量の変化に依存した検出信号を発生する工程と、
基準信号を発生する工程と、
該検出信号と該基準信号との差分である第1値を発生する工程と、
該第1値を増幅して、ピーク値を維持した第2値を発生する工程と、
該第1値と該第2値との差分をとった第3値を発生する工程と
からなることを特徴とする溶融樹脂材料のレベル検出方法。
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