JP2004198225A

JP2004198225A - 重量式充填機

Info

Publication number: JP2004198225A
Application number: JP2002366463A
Authority: JP
Inventors: Taketoshi Okamura; 剛敏岡村; Toru Takahashi; 孝橋　　徹
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】低コストで充填精度の高い重量式充填機を提供する。
【解決手段】供給ホッパ２０から物品を供給流量制御値に応じた流量で、計量ホッパ２に供給ゲート２２が供給する。計量ホッパ２の計量値に応じて供給ゲート２２にＣＰＵ２０が供給流量制御値を出力する。計量ホッパ２の計量値が、供給目標重量より小さく予め定めた第１の重量になるまで、予め定めた供給流量制御値で供給ゲート２２のゲート開口度が制御され、計量ホッパ２の計量値が第１の重量よりも大きく、かつ供給目標重量よりも小さく定めた第２の重量まで変化する間、供給流量制御値を漸減させ、計量ホッパ２の計量値が第２の重量に到達後、直ちに供給流量制御値を零とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計量値に基づいて物品を充填する重量式充填機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記のような重量式充填機としては、特許文献１、２に開示されているようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６２−２３０５２７号公報
【特許文献２】
特開平１０−２８８５４４号公報
【０００４】
特許文献１の技術は、計量ホッパに供給された物品の重量が予め定められた値となると物品の供給を停止させる、投入計量装置に関するものである。計量ホッパの上方に供給ホッパが設けられている。供給ホッパには、開口度を変化させられるゲートが設けられている。このゲートは、計量ホッパでの計量値に基づいて制御される。物品の供給開始時には、予め定められたゲートの第１の開口度で物品の供給を行う大投入が行われる。計量ホッパ内の物品の重量が予め定められた値になると、計量値の変化に従って、ゲートの開口度が予め定められた第２の開口度（第１の開口度よりも小さい開口度）に向かって徐々に小さくされる中投入が行われる。第２の開口度に到達すると、計量値が所定の値になるまで、第２の開口度を維持し、その後にゲートが閉じられる小投入が行われる。
【０００５】
特許文献２の技術では、計量ホッパに供給された物品の重量が予め定められた値となると物品の供給を停止させる投入計量装置と、計量ホッパから物品を排出し、計量ホッパ内の物品の残量が予め定めた値になったときに、計量ホッパからの物品の排出を停止する排出計量装置とが設けられている。計量ホッパには、大投入と中投入とが特許文献１と同様に行われ、計量ホッパに供給された物品の重量と予め定めた充填目標重量との偏差分に相当する物品が、計量ホッパに排出計量装置から排出される。即ち、小投入が排出計量装置によって行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の技術では、徐々に開口度を小さくすると言う手法で中投入を行っているので、計量値にオーバーシュートが生じず、短い計量時間と高い計量精度を確保することができる。しかし、小投入は、流量は小さいけれど、計量ホッパに物品の落下衝撃を与えながらの計量であることと、落差量があるため、計量精度をより高めることには限界がある。
【０００７】
特許文献２の技術では、小投入を排出計量によって行っているので、特許文献１の技術よりも計量精度を高めることができる。しかし、投入計量装置において計量器が使用されている上に、排出計量装置においても計量器が使用されている。即ち２台の計量器が使用されているので、コストが高くなる。その上に、各計量器の計量値には、周囲環境等に基づく誤差が含まれており、計量精度をより高めることができない。
【０００８】
本発明は、低コストでより高い計量精度を保つ重量式充填機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様による重量式充填機は、供給された物品を計量する計量手段を有している。この計量手段は、排出計量に使用されるもので、例えば物品収容槽と、この物品収容槽内の物品の重量を表す計量信号を発生する計量信号発生手段とからなるものを使用することができる。さらに、内部に物品が収容されている物品貯留手段が設けられている。この物品貯留手段から、供給流量制御値に応じた流量で、物品を計量手段に、物品供給手段が供給する。物品供給手段としては、物品収容槽に設けたゲートとすることもできるし、物品収容槽に設けたスクリューフィーダや振動フィーダ等を使用することもできる。計量手段の計量値に応じて、制御手段が、物品供給手段に供給流量制御値を出力する。この制御手段は、計量手段の計量値が、予め定めた供給目標重量より小さく予め定めた第１の重量から、第１の重量よりも大きくかつ前記供給目標重量よりも小さく定めた第２の重量まで変化する間、前記供給流量制御値を漸減させ、前記計量手段の計量値が第２の重量に到達後、直ちに前記供給流量制御値を零とする。なお、計量手段の計量値が零から第１の重量になるまで、供給流量制御値を一定値とすることもできるし、前記計量手段の計量値が零から第１の重量になるまで、供給流量制御値を零から増加させることもできる。
【００１０】
このように構成した重量式充填機では、排出計量用の計量手段に対して、いわゆる大投入（この手法は、供給流量を一定値とするものや、供給流量を漸増させるもの等種々のものがある）を行った後に中投入を行い、直ちに物品の供給を停止している。即ち、小投入が行われていない。中投入は、物品供給流量を漸減させるもので、計量値にオーバーシュートが生じることはない。オーバーシュートを発生させないようにしているので、或る程度の計量精度を維持している。この計量手段は、排出計量が後に行われるものであるので、計量手段への物品の投入精度が所定の範囲内であれば充分である。しかも計量値が安定するまでに要する時間が短い上に小投入が行われていないので、安定した計量値が得られるまでに要する時間が、計量手段に単に大投入を行った場合よりも短くなる。後に排出計量が、この計量手段を使用して行われるので、安定した計量値が得られるまでの時間が短くなると、排出計量を開始するまでの時間を短くすることができる。
【００１１】
本発明の他の態様の重量式充填機は、供給された物品を計量する計量手段を有している。この計量手段は、上述した一態様における計量手段と同様なものを使用することができる。この計量手段は、例えば組合せ秤において使用することができる。内部に物品が収容されている物品貯留手段が設けられている。この物品貯留手段から前記物品を供給流量制御値に応じた流量で前記計量手段に供給する物品供給手段が設けられている。この物品供給手段としては、上述した一態様において述べたようなものの他に、トラフを振動させて物品を供給する直進フィーダを使用することもできる。計量手段の計量値に応じて制御手段が物品供給手段に供給流量制御値を出力する。この制御手段は、計量手段への物品の供給が開始された時点から予め定めた時間が経過した第１の時刻から、予め定めた第２の時刻まで、供給流量制御値を漸減させる。
【００１２】
計量手段に物品が投入された場合、供給流量が多いと、計量手段に与える衝撃荷重が大きくなり、計量値が実際に供給された物品の重量を表していないことがある。このような場合、計量値に基づいて供給流量を制御すると、正確に供給流量の制御が行えない。そこで、時間経過に従って投入された物品の計量値を推定して、供給流量を制御している。
【００１３】
本発明の別の態様の重量式充填機は、内部に物品が収容される計量手段を有している。この計量手段は、物品収容槽と、計量信号発生手段とを備えたものとすることができる。この計量手段から、排出流量制御値に応じて、物品排出手段が、物品を排出する。計量手段からの計量値に基づいて、制御手段が、物品排出手段に排出流量制御値を出力する。この制御手段は、計量値が予め定めた第３の重量になったときから、第３の重量よりも小さく予め定めた第４の重量になるまで、排出流量制御値を漸減させ、計量値が第４の重量に到達したとき、計量値が予め定めた第５の重量になるまで予め定めた前記排出流量制御値を出力し、その後に前記排出流量制御値を零とする。或いは、計量値が第４の重量に到達したとき、排出流量制御値を零とすることもできる。
【００１４】
このように構成した場合、排出計量において、排出された物品の重量に応じて排出流量が制御されので、可能な限り短い時間で高い精度で物品が排出される。
【００１５】
上記の各態様において、計量手段から排出流量制御値に応じた排出流量で物品を排出する物品排出手段を設けることができる。制御手段は、計量手段への供給手段からの物品の供給完了後に、計量値が予め定めた第３の重量になるまで、排出流量制御値を一定値とするかまたは増加させながら、前記物品排出手段によって前記物品を排出させ、計量値が第３の重量になったときから、第３の重量よりも小さく予め定めた第４の重量になるまで、排出流量制御値を漸減させ、計量値が第４の重量に到達したとき、前記計量値が予め定めた第５の重量になるまで予め定めた前記排出流量制御値を出力し、その後に前記排出流量制御値を零とする。或いは、制御手段は、計量値が第４の重量に到達したとき、排出流量制御値を零とすることもある。
【００１６】
このように構成すると、計量手段への物品投入を高速に行うことができ、所定量の物品を高速、高精度に計量手段から排出することができる。
【００１７】
さらに、計量手段には、物品供給手段による供給において生じると予想される負の誤差重量よりも大きい初期重量の物品が初期重量物品として予め収容することができる。この場合、制御手段は、計量手段からの物品の排出の終了後における計量手段の計量値と初期重量との偏差を、新たな前記供給目標重量とする。
【００１８】
このように構成すると、新たに物品が計量手段に供給されたとき、前回の投入において生じた誤差分が新たな物品の投入時に相殺され、誤差が累積されることがない。
【００１９】
本発明の更に別の態様は、供給された物品を計量する計量手段を有している。この計量手段は、例えば物品収容槽と計量信号発生手段とを備えている。また、内部に物品が収容されている物品貯留手段が設けられている。各計量手段に対応させて複数の物品供給手段が設けられている。これら物品供給手段は、物品貯留手段から物品を、対応する各計量手段に供給する。各計量手段に対応させて複数の物品排出手段が設けられている。これら物品排出手段は、対応する各計量手段から物品を排出する。各計量手段の計量値に応じて各物品供給手段及び各物品排出手段を制御手段が制御する。この制御手段は、各物品供給手段から、これらに対応する計量手段に１回の物品供給を行い、この物品供給に続いて、対応する品排出手段によって各計量手段から複数回にわたって物品を排出することを繰り返すように、物品供給手段及び前記物品排出手段を制御する。
【００２０】
このように構成すると、投入計量と排出計量とによって構成されている一計量サイクル中に行う排出計量の回数が増加し、物品の充填の能率を向上させることができる。
【００２１】
さらに、各物品排出手段によって排出された物品を受けて、下方に排出する複数のタイミングホッパを設けることもできる。この場合、互いに対応する物品供給手段による計量手段への物品供給及び計量手段から記物品排出手段による物品排出とが、他の互いに対応する物品供給手段による計量手段への物品供給及び計量手段から物品排出手段による物品排出に対して、物品供給または物品排出に要する時間よりも短い時間差をもって行われる。
【００２２】
このように構成することによって、互いに対応する物品供給手段、計量手段及び物品排出手段によって構成された組が複数組構成される。これら組を、物品供給または物品排出に要する時間よりも短い時間差を持たせて、投入計量及び排出計量を行っているので、これら組数以上の排出能力で、物品を排出することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態の重量式充填機は、図１に示すように、計量手段、例えば計量ホッパ２を有している。この計量ホッパ２は、上方が開放されたホッパ３を有し、これに計量信号発生手段、例えばロードセル５が取り付けられている。ロードセル５は、ホッパ３に収容された物品の重量を表すアナログ計量信号を発生する。このアナログ計量信号は、増幅器４によって増幅され、フィルタ６によって不要な雑音成分が除去され、Ａ／Ｄ変換器８によって所定のサンプリング周期でデジタル計量信号に変換され、入出力部１０を介して制御手段、例えばＣＰＵ１２に供給される。
【００２４】
ホッパ３の下部には、物品排出開口が形成されている。この物品排出開口には、物品排出手段、例えば排出ゲート１４が設けられている。この排出ゲート１４は、ゲート駆動手段、例えばモータ１６によって開口度が調整される。この開口度の調整によって、ホッパ３からの物品の排出流量が制御される。ゲート制御手段、例えばモータ制御部１８が発生する排出流量制御値に比例した開口度に、排出ゲート１４の開口度がなるように、モータ１６が制御される。モータ制御部１８は、入出力部１０を介してＣＰＵ１２から供給される制御信号に基づいて排出流量制御値をモータ１６に出力する。なお、図示していないが、ホッパ３の下方には、ホッパ３から排出された物品を収容する包装容器が配置されている。
【００２５】
計量ホッパ２の上方には、物品貯留手段、例えば供給ホッパ２０が配置されている。供給ホッパ２０には、図示していない搬送供給装置によって物品が供給されている。供給ホッパ２０の下部には、開口が設けられており、この開口には物品供給手段、例えば供給ゲート２２が設けられている。この供給ゲート２２は、ゲート駆動手段、例えばモータ２４によって開口度が調整される。この開口度の調整によって、供給ホッパ２０からの物品の供給流量が制御される。ゲート制御手段、例えばモータ制御部２６が発生する供給流量制御値に比例した開口度に、供給ゲート２２の開口度がなるように、モータ２４が制御される。モータ制御部２６は、入出力部１０を介してＣＰＵ１２から供給される制御信号に基づいて供給流量制御値をモータ２４に出力する。
【００２６】
ＣＰＵ１２は、記憶手段、例えばメモリ２８に記憶されているプログラムに従って、デジタル計量信号の変化に応じて、供給流量制御値及び排出流量制御値を調整して、計量ホッパ２への物品の供給、計量ホッパ２からの物品の排出を制御する。なお、３０は操作部、例えば設定操作キーで、３２は表示部、例えばＬＣＤ等の表示装置であって、これらによって、ＣＰＵ１２における制御に使用する各種パラメータ、例えば排出ゲート１４、供給ゲート２２の開口度を変更する重量値等の設定が行われる。
【００２７】
この重量式充填機では、１台の計量ホッパ２が投入計量と排出計量の両方の機能を有している。包装容器に充填する目標充填重量をＷｔとする。まず、計量ホッパ２は、原則として規則的な充填サイクルを繰り返すものであるが、このサイクルに入る前に、計量投入によって、計量ホッパ２に初期重量Ｗｉの物品を充填する準備投入計量モードを１度だけ実行する。
【００２８】
この準備投入計量モードでの投入計量は、特許文献１に開示されている方式で行われる。初期重量Ｗｉは、上記充填サイクルにおける投入計量によって計量ホッパ２に、ほぼ目標重量Ｗｔの物品を投入した際に起こりえる負の最大充填誤差と、長時間にわたってこの重量式充填機を運転した際に計量ホッパ２の零点シフトの最大累積誤差との和よりも大きい値になるように選択してある。
【００２９】
次に、本来の充填サイクルが開始され、目標充填重量Ｗｔの物品が計量ホッパ２に投入されるように、供給ゲート２２の開口度の制御が行われる。この投入計量は、動的計量における高精度を目的とせず、できるだけ速く、高精度に静止計量値が得られるように行わせる。特許文献２の技術よりも動的計量精度は低くても、静止計量値ができるだけ短時間で正確に得られるような計量法として、大投入及び中投入のみを行うものが使用される。この投入計量法については、後述する。
【００３０】
この投入計量法を採用しているので、計量ホッパ２には、目標充填重量Ｗｔよりも、最大誤差Ｗｅを見込んだ、Ｗｔ−Ｗｅの物品しか供給されない可能性がある。ここで最大誤差Ｗｅは、目標充填重量Ｗｔの数十パーセントになることもある。この誤差Ｗｅを見込んで、初期重量Ｗｉの物品が計量ホッパ２に予め充填されている。従って、投入計量の終了後の計量ホッパ２内の物品の静止計量値をＷａとすると、Ｗａ＝Ｗｔ−Ｗｅ＋Ｗｉ＞Ｗｔであり、目標充填重量Ｗｔ以上の重量の物品が計量ホッパ２に収容されているので、計量ホッパ２から目標充填重量Ｗｔの物品を排出計量することが可能となる。
【００３１】
投入計量が終了すると、安定時間を見込んで計量ホッパ２内の物品の静止計量値Ｗａが測定され、続いて排出計量モードが実行される。排出計量の目標値としてＷｔが与えられ、計量ホッパ２の排出ゲート１４が開かれて、排出計量が開始される。できるだけ短時間で排出計量が終了し、かつ高い計量精度が得られるように、測定計量値に基づいて排出ゲート１４の開口度が制御される。この排出計量の詳細も後述する。
【００３２】
物品を計量ホッパ２から目標重量Ｗｔだけ排出した時点で、即ち、計量ホッパ２の計量値Ｗｂが、Ｗａ−Ｗｂ≧Ｗｔを満足した時点で、排出ゲート１４を完全に閉じて、排出計量を停止させる。この排出計量によって、計量ホッパ２から所定重量Ｗｔの物品が包装容器に排出されたことになる。
【００３３】
排出計量後に、安定時間を見て、計量ホッパ２内の残留物品の重量値Ｗｃを測定する。先の投入計量における誤差がＷｅだけあったので、排出計量開始前の重量ＷａからＷｔだけ排出計量した後の残留物品の重量値Ｗｃは、Ｗｃ＝Ｗａ−Ｗｔ＝Ｗｉ−Ｗｅである。
【００３４】
次に、再び投入計量モードが実行されるが、今回、計量ホッパ２に投入する物品の目標重量Ｗｆは、Ｗｔではなく、Ｗｆ＝Ｗｔ＋Ｗｉ−Ｗｃである。ここで、ＷｆはＷｔ＋Ｗｅに等しいので、Ｗｆの物品を投入することによって、Ｗｅが補償され、誤差が蓄積されることはない。このような計量ホッパ２の物品の重量変化を図２に示す。厳密には、排出計量における誤差も、上記の誤差分に加わるが、この誤差分も含めて前回の投入計量の結果生じた誤差による初期投入重量Ｗｉの増加または減少分は、次の投入計量時に、投入計量目標値の変更によって補償される。
【００３５】
このように、この重量式充填機では、前回の投入計量によって生じた誤差を補償するように、次回の投入目標値を定めて、投入計量しているので、常に計量ホッパ２に収容される物品重量は、包装容器への目標充填重量よりも少し多い目のなる。従って、計量ホッパ２のホッパ３を大型のものとしたり、ロードセル５を大きい容量のものとする必要が無い。しかも、計量値に多少の零点ドリフトがあっても、計量ホッパ２内の物品が目標充填重量に不足するような状況にはならない。
【００３６】
この重量式充填機における投入計量は次のように行われる。まず、供給ゲート２２の開口度を予め定めたＧ１に設定する。計量が開始されると、図３（ａ）に示すように、供給ゲート２２の開口度は速やかにＧ１となる。これによって、物品は供給ホッパ２０から計量ホッパ２に投入される。但し、計量ホッパ２と供給ホッパ２０との間には落差があるので、図３（ｂ）に示すように、計量値Ｗｘは直ぐには立ち上がらない。やがて、計量ホッパ２に物品が到達すると、計量ホッパ２に対して大きい荷重負荷と衝撃荷重とが加わり、計量値Ｗｘは、急激に立ち上がり、やがて予め定めた第１の設定重量Ｗ１に到達する。第１の設定重量Ｗ１に到達するまでの区間が、所謂大投入区間である。上述したように、投入計量モードにおける目標充填重量Ｗｆは、各回ごとに変化するので、第１の設定重量Ｗ１は、目標充填重量Ｗｆから予め定めた偏差重量ｗｍを減算することによって決定される。
【００３７】
計量値Ｗｘが第１の設定重量Ｗ１から第２の設定重量Ｗ２に到達するまで、ゲート開口度Ｇｘは、
Ｇｘ＝（Ｇ１−Ｇ２）＊｛（Ｗ２−Ｗｘ）／（Ｗ２−Ｗ１）｝^Ａ＋Ｇ２
によって制御される。第２の設定重量Ｗ２は、目標充填重量Ｗｔに近い値で、これも、第１の設定重量Ｗ２と同様に、目標充填重量Ｗｆから予め定めた偏差重量ｗｎを減算することによって設定される。Ｇ２は設定重量Ｗ２に等しい重量の物品が計量ホッパ２に投入されたときのゲート開口度で、Ｇ１＞Ｇ２である。Ａは係数である。このように計量ホッパ２に供給された物品の重量が増加するに連れて、供給流量を減少させている。但し、投入計量における計量値Ｗｘには物品の重量の他に衝撃荷重が加わるので、実際に計量ホッパ２に収容されている物品重量よりも計量値Ｗｘは大きくなる。従って、計量値Ｗｘに比例させて、ゲート開口度Ｇｘを小さくすると、開口度の絞られ方が早くなりすぎ、計量ホッパ２内の実際の物品重量の割に供給流量が早く絞られすぎて、目標重量まで物品を充填するのに要する時間が長くなる。そこで、図４に示すように、係数Ａを適切に選んで、計量値Ｗｘの割にゲート開口度Ｇｘの絞りを小さくして、Ｗ２への到達を速めている。計量値Ｗｘが第１設定重量Ｗ１から第２設定重量Ｗ２に到達するまでが中投入である。この中投入が終了すると、直ちに供給ゲート２２が閉じられる。即ち、小投入が行われない。
【００３８】
このように、この投入計量では、大投入時には供給ゲート２２の開口度を一定値Ｇ１とし、中投入時には供給ゲート２２の開口度を、計量値の漸増に従って漸減させることによって、計量値Ｗｘに大きなオーバーシュートが生じないようにし、計量値Ｗｘが所定の重量Ｗ２に到達した時点で、供給を停止している。このように投入計量することによって、或る程度の計量精度の範囲内で物品を投入でき、かつ静止計量値を、大投入のみを行った場合よりも早く得ることができる。
【００３９】
計量ホッパ２内には、排出計量で排出しようとしている物品重量よりも多くの物品を、投入計量において投入しようとしているので、投入計量の精度は、排出計量よりも低くても良い。しかし、投入された物品の静止計量値は、高精度に測定できることが望まれる。従って、計量値Ｗｘにオーバーシュートが生じると、計量値に基づく供給ゲート２２の開口度の制御が正しく行われず、また投入計量後に計量値が安定するまでに時間がかかる。従って、余り大きなオーバーシュートが生じないように供給流量を減少させている。また、小投入を行わないことで、投入に要する時間が短縮されている。なお、係数Ａは、０．３以下、例えば０．２に設定すると、計量値Ｗｘの大きさの割に、ゲート開口度Ｇｘの絞り方を遅くして、大きい供給流量を保ちながら、投入計量時間を短縮することができる。
【００４０】
なお、上記の投入計量では、大投入において、供給ゲート２２の開口度をＧ１と一定値にしたが、投入開始時からゲート開口度を一定速度または一定加速度でもって増加させることによって、供給流量を増加させ、計量値ＷｘがＷ２に到達すると、上記の式によってゲート開口度を漸減させることもできる。この場合、ゲートの応答遅れ等でＷ２より大きい量が収容される。
【００４１】
排出計量は次のように行われる。投入計量終了後、安定時間だけ待った後、計量ホッパ２内の物品の重量Ｗａが測定される。投入された計量値は安定待ちの後、Ｗａ＝Ｗ３であったとする。この測定が終了すると、目標排出重量をＷｔとして排出計量が行われる。まず、排出ゲート１４の開口度を予め定めたＧ３として、物品を排出する。この排出は、計量値Ｗｘが第３の設定重量Ｗ４になるまで継続する。即ち、大投入が行われる。第３の設定重量Ｗ４は、静止計量値Ｗａから予め定めた重量Ｗｐを減算した値に設定されている。重量Ｗｐは、例えば目標充填重量Ｗｔの約９５パーセントに設定されている。
【００４２】
計量値Ｗｘが第３の設定重量Ｗ４になると、計量値Ｗｘが第４の設定重量Ｗ５になるまで、排出ゲート１４の開口度が漸減される。即ち、中投入が行われる。第４の設定重量Ｗ５は、予め定めた重量Ｗｑを静止計量値Ｗａから減算した値である。重量Ｗｑは、例えば目標充填重量Ｗｔの約９８パーセントに設定されている。この排出ゲート１４の開口度の漸減は、排出ゲート１４の開口度をＧｘｘとし、第４の設定重量Ｗ５に対応するゲート開口度をＧ４とすると、
Ｇｘｘ＝（Ｇ３−Ｇ４）＊｛（Ｗ５−Ｗｘ）／（Ｗ５−Ｗ４）｝^Ａ＋Ｇ４
によって決定される。
【００４３】
計量値Ｗｘが第４の設定重量Ｗ５に一致すると、計量値Ｗｘが第５の設定重量Ｗ６に到達するまで、開口度Ｇ４が維持され、その後に直ちに排出ゲート１４が閉じられる。即ち、小投入が行われる。第５の設定重量Ｗ６は、静止重量Ｗａから目標充填重量Ｗｔを引いて、その値に排出ゲート１４を閉じた後の落差重量Ｗｇを加えた値に設定される。この落差重量Ｗｇは、投入計量時の落差重量のように大きい値ではなく、包装容器内に貯まる物品の表面の山形形状に影響を受けないので、投入計量時の落差重量よりも一定性が高く、排出計量は投入計量に比較して、高い計量精度とすることができる。
【００４４】
この重量式充填機では、排出計量によって正確に目標充填重量Ｗｔの物品を包装容器に充填させるので、計量ホッパ２への投入計量は、計量ホッパ２に収容される物品の重量が目標充填重量Ｗｔよりも大きい値になるように実施さえすれば、計量精度は必要でない。そこで、投入計量は、投入開始から投入計量された物品の計量値が安定し、高精度に静止計量できるようになるまでの時間を、できる限り短くするために、小投入を除去している。
【００４５】
投入計量時に初期重量Ｗｉを超える誤差が発生すると、排出計量を行えないので、目標充填重量Ｗｔを設定し、この目標充填重量Ｗｔにほぼ等しい物品が計量ホッパ２に供給されるように、供給ゲート２２の開口度を漸減させている。そして、中投入の終了時点で、供給ゲート２２を閉じている。小投入は、目標重量値Ｗｔに静止計量値をより近づけるために行うものであるので、行っていない。初期投入重量Ｗｉを目標充填重量Ｗｔの１０乃至２０パーセントに設定することが可能であり、この範囲内で投入計量の誤差は許容される。よって、投入計量の計量精度を、小投入を行うものと比較して、１桁以上緩くすることができる。
【００４６】
第１の実施の形態では、物品供給及び排出手段として供給ゲート１４、排出ゲート２２を使用し、供給流量制御値及び排出流量制御値としてゲート開口度を使用したが、物品供給手段及び排出手段として、スクリューフィーダ、振動フィーダ等を使用し、供給流量制御値及び排出流量制御値としてスクリュー回転速度や電磁フィーダの振幅を使用することも可能である。また、計量ホッパ２のホッパ３を目標充填重量の複数倍の重量の物品を収容可能な大きさのものとして、１回投入計量を行った後、複数回連続で排出計量を行うようにしてもよい。その場合、投入計量時の目標充填重量は、ｎ回にわたって排出計量を行うとすると、ｎＷｔ＋（Ｗｉ−Ｗｃ）に設定する。
【００４７】
本発明の第２の実施の形態の重量式充填機は、図５に示すように、第１の実施の形態の重量式充填機よりも高速、高精度に包装容器に物品を充填することを目的とするものである。この重量式充填機は、２台の計量ホッパ２ａ、２ｂを有している。これら計量ホッパ２ａ、２ｂは、ホッパ３ａ、３ｂと、ロードセル５ａ、５ｂとを有している。これら計量ホッパ２ａ、２ｂには、排出ゲート１４ａ、１４ｂが設けられ、これらはモータ１６ａ、１６ｂによって開口度が調整される。
【００４８】
計量ホッパ２ａ、２ｂの上方には、供給ホッパ２０が設けられ、各計量ホッパ２ａ、２ｂに対応するように供給ゲート２２ａ、２２ｂが設けられ、これらはモータ２４ａ、２４ｂによって開口度が調整される。
【００４９】
図示していないが、各ロードセル５ａ、５ｂからのアナログ計量信号は、デジタル計量信号に変換されて、ＣＰＵに供給され、ＣＰＵは、モータ制御部を介してモータ１６ａ、１６ｂ、２２ａ、２２ｂを制御して、排出ゲート１４ａ、１４ｂ、供給ゲート２２ａ、２２ｂの開口度が制御される。
【００５０】
各計量ホッパ２ａ、２ｂの下方には、排出ゲート１４ａ、１４ｂを介して排出された物品を一時的に貯留する一時貯留手段、例えばタイミングホッパ３４ａ、３４ｂが設けられている。これらタイミングホッパ３４ａ、３４ｂに貯留された物品は、集合シュート３６を介して包装容器に収容される。
【００５１】
計量ホッパ２２ａ、タイミングホッパ３４ａ等によって排出流量制御装置付き計量器３８ａが構成され、計量ホッパ２２ｂ、タイミングホッパ３４ｂ等によって排出流量制御装置付き計量器３８ｂが構成されている。
【００５２】
この重量式充填機での計量動作は、次のように行われる。包装容器への目標充填重量は、上記の第１の実施の形態と同様にＷｔであるとする。２台の計量ホッパ２ａ、２ｂには、予めほぼ初期重量Ｗｉの物品が供給されている。初期重量Ｗｉは、第１の実施の形態の初期重量Ｗｉと同じ値である。各計量ホッパ２ａ、２ｂに投入する目標充填重量Ｗｆｆは、Ｗｆｆ＝２Ｗｔ＋（Ｗｉ−Ｗｃ）に設定してある。即ち、投入計量によって、目標充填重量Ｗｔの２回分の充填に充分に余裕のあるように計量ホッパ２ａ、２ｂには物品が投入されている。充填稼働開始時点の重量値Ｗｃは初期充填によってＷｃの物品が投入されているので、Ｗｃ＝Ｗｉであり、Ｗｆｆは２Ｗｔとなる。その結果、各計量ホッパ２ａ、２ｂには、２Ｗｔ＋Ｗｉの物品が収容されている。投入計量時にＷｅの誤差が生じたとしても、ＷｉはＷｅよりも大きく設定されているので、計量ホッパ２ａ、２ｂから目標充填重量Ｗｔの物品を２回連続して、排出計量可能である。
【００５３】
排出ゲート１４ａ、１４ｂ、供給ゲート２２ａ、２２ｂの開度の制御は、第１の実施の形態と同様に、第１乃至第４の設定重量、開口度Ｇ１乃至Ｇ４を用いて行われる。
【００５４】
図６は、この重量式充填機の動作シーケンスを表した図で、排出計量モードの中で、排出計量とこれに続く静止計量とをそれぞれ時間Ｔ１で実行させ、投入計量モード中で投入計量と静止計量とを実行している。排出計量モード及び投入計量モードは、第１の実施の形態における排出計量モード及び投入計量モードと同一のものである。
【００５５】
まず、排出計量制御装置付き計量器３８ａが動作して、時刻Ｐ１において排出ゲート１４ａが開かれて、計量ホッパ２ａから排出計量がタイミングホッパ３４ａに対して行われる。計量ホッパ２ａ内にはまだＷｔ以上の物品が収容されているので、排出計量後の物品重量値を測定した後、直ぐに時刻Ｐ３において次の排出計量が計量ホッパ２ａから実行される。
【００５６】
一方排出計量制御装置付き計量器３８ｂは、動作シーケンスの位相を遅延時間Ｔｃ（＝Ｔ１／２）だけ遅らせて、時刻Ｐ２から排出計量モードを開始する。遅延時間Ｔｃは、Ｔ１／２である必要はなく、タイミングホッパ３４ａ、３４ｂが予め定めた３Ｔ１／４の周期で交互に動作させられるように、時間Ｔ１よりも短い時間に設定できる。
【００５７】
計量器３８ｂは、一度排出計量モードが終了すると、時刻Ｐ４から投入計量モードに入る。この場合、計量ホッパ２ｂには、当初２Ｗｔ＋Ｗｉが収容され、１回の排出計量モードが実行されたことにより、計量ホッパ２ｂ内の残留物品の重量はＷｔ＋Ｗｉに変化しているので、次の投入計量の目標重量Ｗｆｆは、Ｗｆｆ＝２Ｗｔ＋Ｗｉ−Ｗｃ＝２Ｗｔ＋Ｗｉ−（Ｗｔ＋Ｗｉ）＝Ｗｔと与えられ、時刻Ｐ４からの投入計量では、目標充填重量をＷｔとした物品の投入が行われる。計量器３８ｂにおいても、排出計量によって排出された物品はタイミングホッパ３４ｂに充填されている。
【００５８】
計量器３８ａは、時刻Ｐ５に至るまでに２回の排出計量を行い、時刻Ｐ５では残留重量Ｗｃは初期重量値Ｗｉに戻っているので、目標充填重量Ｗｆｆには２Ｗｔが与えられ、計量ホッパ２ａへの投入計量が行われる。計量器３８ｂも時刻Ｐ１０において２Wｔの充填が行われるようになる。
【００５９】
このように２台の計量器３８ａ、３８ｂが備えるタイミングホッパ３４ａ、３４ｂは、時刻Ｐ１において所定の位相遅れＴａを見込んだ後は、常に３Ｔ１／４の一定周期で交互に物品が全て集合シュート３６に排出されるのに必要な時間Ｔｂだけ開かれている。
【００６０】
このように２台の計量器３８ａ、３８ｂによって、３回の排出または投入計量モードで４回の充填を可能にして、単に２台の計量器３８ａ、３８ｂで排出計量と投入計量とを交互に行う方式と比較して、充填周期を３／４だけ短縮している。即ち、２台の計量器３８ａ、３８ｂにおいて２回連続排出計量と１回投入計量とからなる充填サイクルを繰り返し、それぞれの計量器３８ａ、３８ｂの充填サイクルを、一定の時間だけ遅らせて並列に実行させている。しかも、タイミングホッパ３４ａ、３４ｂを設けて、充填サイクル内の１回の排出または計量サイクルよりも短い周期で包装容器へ物品を充填している。
【００６１】
しかも、包装容器への充填の回数を増加させるのではなく、一定の周期をもって包装容器への充填を行っているので、包装装置の動作や包装容器の搬送動作にも良い影響を与える。
【００６２】
充填タイミングホッパ３４ａ、３４ｂを設けてあるのは、複数の計量器３８ａ、３８ｂによって並列に排出計量される物品を１カ所に準備した包装容器または包装機を通して包装容器へ充填させるには、それらに排出する時間間隔、時間長さに制約が生じて排出タイミングの調整が必要なためである。それぞれの装置に対して包装容器が並列に準備されている場合には、タイミングホッパ３４ａ、３４ｂは使用しなくても良い。
【００６３】
排出計量方式では、落差量が小さいので、供給停止直前の流量を小さい値にする必要はあるが、この小さい値を一定時間継続する小投入を実施しなくても、所定精度に物品を包装容器に充填することも可能である。従って、中投入を行った後、直ちに排出ゲート１４ａ、１４ｂを開口度０となるように制御しても良い。
【００６４】
第３の実施の形態を図７に示す。この実施の形態は、組合せ秤に本発明を実施したものである。組合せ秤では、複数の計量ホッパ４０に物品を投入し、各物品を計量し、各計量値を種々に組み合わせる。これら組合せの中から、合計重量が目標重量に等しいか近い組合せを選択する。この選択された物品を収容している計量ホッパ４０から物品を排出する。物品を排出した計量ホッパ４０には、その上方に設けられている供給ホッパ４２から物品が供給される。供給ホッパ４２には、その上方にある振動フィーダ４４から物品が供給されている。目標重量との関連で定められた重量（目標重量をＷｔ、選択されると目される計量ホッパの台数をｍとすると、Ｗｔ／ｍ）ずつ、計量ホッパ４０には物品が充填されていることが望ましい。このようにほぼ一定の重量ずつ計量ホッパに物品を供給することを振動フィーダ４４を用いて行っていると、その投入に多くの時間がかかる。そこで、計量ホッパ４０の物品の計量、計量値の組合せが行われている間に、各計量ホッパ４０の上方に設けられた供給ホッパ４２にほぼ一定重量ずつ物品を投入しておき、計量ホッパが空になると、直ちにその上方にある供給ホッパ４２から物品が計量ホッパ４０に一挙に供給される。
【００６５】
しかし、供給ホッパ４２への振動フィーダ４４による物品の供給にも実際には時間がかかり、計量ホッパ４０への充填サイクルを短くすることができなかった。
【００６６】
そこで、この実施の形態では、各供給ホッパへの物品の供給は、供給ホッパ４２に設けたレベルセンサ４６が物品を検出するまで行うという方式を採用し、精度は従来のものよりも落ちるが、供給に要する時間を短縮している。その代わり、供給ホッパ４２が有するゲート４２ａの開口度を第１の実施の形態で行った大投入及び中投入のように供給ゲートの開度を当初は予め定めた値とし、以後徐々に開口度を小さくする方法を採用している。従来の方法では、供給ゲート４２ａを一挙に開いているので、計量ホッパ４０では衝撃荷重が生じ、計量信号が安定するまでに時間がかかり、静止計量値を得るまでの時間が長くかかっていた。しかし、大投入を行った後、徐々にゲートの開口度を小さくしていくことによって、衝撃荷重の発生を抑えることができる。しかも、各計量ホッパ４０に供給される物品の重量は、或る程度ばらついている方が、組合せ計量精度の向上が望める。
【００６７】
供給ゲート４２ａの開口度の制御方法は、第１の実施の形態と同様に、第１及び第２の設定重量を設定し、計量ホッパ４０での計量値が第１の設定重量になるまでは、供給ゲート４２ａの開口度をＧ１とし、その後、Ｇ２まで、Ｇｘ＝（Ｇ１−Ｇ２）＊｛（Ｗ２−Ｗｘ）／（Ｗ２−Ｗ１）｝^Ａ＋Ｇ２に従って制御する。
【００６８】
或いは、時刻ｔ１までゲート開口度をＧ１とし、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで時間経過に従って開口度Ｇｘを、Ｇｘ＝（Ｇ１−Ｇ２）＊｛（ｔ２−ｔｘ）／（ｔ２−ｔ１）｝^Ａ＋Ｇ２に従って制御することもできる。このように時間をパラメータとするのは、以下の理由による。供給流量の制御は、できるだけ計量ホッパ４０に投入された物品の重量を基に行うのが望ましいが、供給流量が大きすぎると、計量ホッパ４０に与えられる衝撃荷重が大きくなり杉、計量値が実際に計量ホッパ４０に供給されている物品の重量を正確に表していないことがある。この場合、計量値を基に供給ゲート４２ａの制御を行っても、正しく制御が行えない。むしろ、時間の経過でもって実際に投入された物品の重量を推定した方が正確な供給量制御が行える。
【００６９】
また、当初には、ゲート開口度をＧ１として時刻ｔ１まで物品を供給し、時刻ｔ１での計量値Ｗ１１を測定し、このＷ１１から予め定めた設定重量Ｗ２まで計量値Ｗｘの増加に従ってゲート開口度をＧ１からＧ２まで漸減させ、計量値ＷｘがＷ２になると、直ちにゲートを閉じるものや、時刻ｔ１まで供給ゲート４２ａの開口度を零から徐々に増加させ、時刻ｔ１における計量値Ｗ２１から予め定めた設定重量Ｗ２まで、時刻ｔ１におけるゲート開口度Ｇ２１から設定重量Ｗ２に対応するゲート開口度Ｇ２まで、計量値Ｗｘの漸増に対応して、ゲート開口度を漸減させ、計量値Ｗｘが設定重量Ｗ２に等しくなると、供給ゲート４２ａを閉じる制御法を採用することもできる。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、低コストで充填精度の高い重量式充填機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の重量式充填機のブロック図である。
【図２】図１の重量式充填機における計量ホッパの物品の変化状体を示す図である。
【図３】図１の重量式充填機における供給及び排出ゲートの開口度の変化状態と計量値の変化状態とを示す図である。
【図４】図１の重量式充填機における供給ゲートの制御に用いられる式における係数をパラメータとした計量値とゲート開口度との関係を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の重量式充填機のブロック図である。
【図６】図５の重量式充填機の動作シーケンス図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態の重量式充填機を実施した組合せ秤の概略構成図である。
【符号の説明】
２２ａ２ｂ計量ホッパ（計量手段）
１２ＣＰＵ（制御手段）
１４排出ゲート（排出流量制御手段）
２０供給ホッパ（物品貯留手段）
２２供給ゲート（供給流量制御手段）

Claims

供給された物品を計量する排出計量用の計量手段と、
内部に物品が収容されている物品貯留手段と、
この物品貯留手段から前記物品を供給流量制御値に応じた流量で、前記計量手段に供給する物品供給手段と、
前記計量手段の計量値に応じて前記物品供給手段に前記供給流量制御値を出力する制御手段とを、
具備し、この制御手段は、
前記計量手段の計量値が、供給目標重量より小さく予め定めた第１の重量から、第１の重量よりも大きくかつ前記供給目標重量よりも小さく定めた第２の重量まで変化する間、前記供給流量制御値を漸減させ、前記計量手段の計量値が第２の重量に到達後、直ちに前記供給流量制御値を零とする
重量式充填機。
請求項１記載の重量式充填機において、前記計量手段の計量値が零から第１の重量になるまで、前記供給流量制御値を一定値とする重量式充填機。
請求項１記載の重量式充填機において、前記計量手段の計量値が零から第１の重量になるまで、前記供給流量制御値を零から増加させる重量式充填機。
供給された物品を計量する計量手段と、
内部に物品が収容されている物品貯留手段と、
この物品貯留手段から前記物品を、供給流量制御値に応じた流量で前記計量手段に供給する物品供給手段と、
前記計量手段の計量値に応じて前記物品供給手段に前記供給流量制御値を出力する制御手段とを、
具備し、この制御手段は、
前記計量手段への前記物品の供給が開始された時点から予め定めた時間が経過した第１の時刻から、予め定めた第２の時刻まで、前記供給流量制御値を漸減させる重量式充填機。
内部に物品が収容される計量手段と、
この計量手段から、排出流量制御値に応じて、前記物品を排出する物品排出手段と、
前記計量手段からの計量値に基づいて前記物品排出手段に前記排出流量制御値を出力する制御手段とを、
具備し、この制御手段は、
前記計量値が予め定めた第３の重量になったときから、第３の重量よりも小さく予め定めた第４の重量になるまで、前記排出流量制御値を漸減させ、前記計量値が第４の重量に到達したとき、前記計量値が予め定めた第５の重量になるまで予め定めた前記排出流量制御値を出力し、その後に前記排出流量制御値を零とする重量式充填機。
内部に物品が収容される計量手段と、
この計量手段から、排出流量制御値に応じて、前記物品を排出する物品排出手段と、
前記計量手段からの計量値に基づいて前記物品排出手段に前記排出流量制御値を出力する制御手段とを、
具備し、この制御手段は、
前記計量値が予め定めた第３の重量になったときから、第３の重量よりも小さく予め定めた第４の重量になるまで、前記排出流量制御値を漸減させ、前記計量値が第４の重量に到達したとき、前記排出流量制御値を零とする重量式充填機。
請求項１、２または３記載の重量式充填機において、前記計量手段から排出流量制御値に応じた排出流量で前記物品を排出する物品排出手段が、設けられ、前記制御手段は、前記計量手段への前記供給手段からの物品の供給完了後に、前記計量値が予め定めた第３の重量になるまで、前記排出流量制御値を一定値とするかまたは増加させながら、前記物品排出手段によって前記物品を排出させ、前記計量値が第３の重量になったときから、第３の重量よりも小さく予め定めた第４の重量になるまで、前記排出流量制御値を漸減させ、前記計量値が第４の重量に到達したとき、前記計量値が予め定めた第５の重量になるまで予め定めた前記排出流量制御値を出力し、その後に前記排出流量制御値を零とする重量式充填機。
請求項１、２または３記載の重量式充填機において、前記計量手段から排出流量制御値に応じた排出流量で前記物品を排出する物品排出手段が、設けられ、前記制御手段は、前記計量手段への前記供給手段からの物品の供給完了後に、前記計量値が予め定めた第３の重量になるまで、前記排出流量制御値を一定値とするかまたは増加させながら、前記物品排出手段によって前記物品を排出させ、前記計量値が第３の重量になったときから、第３の重量よりも小さく予め定めた第４の重量になるまで、前記排出流量制御値を漸減させ、前記計量値が第４の重量に到達したとき、前記排出流量制御値を零とする重量式充填機。
請求項７または８記載の重量式充填機において、前記計量手段には、前記物品供給手段による供給において生じると予想される負の誤差重量よりも大きい初期重量の物品が初期重量物品として予め収容され、前記制御手段は、前記計量手段からの物品の排出の終了後における前記計量手段の計量値と前記初期重量との偏差を、新たな前記供給目標重量とする重量式充填機。
供給された物品を計量する複数の計量手段と、
内部に物品が収容されている物品貯留手段と、
前記各計量手段に対応させて設けられ、前記物品貯留手段から前記物品を、対応する前記各計量手段に供給する複数の物品供給手段と、
前記各計量手段に対応させて設けられ、対応する前記各計量手段から前記物品を排出する複数の物品排出手段と、
前記各計量手段の計量値に応じて前記各物品供給手段及び前記各物品排出手段を制御する制御手段とを、
具備し、この制御手段は、前記各物品供給手段から、これらに対応する前記計量手段に１回の物品供給を行い、この物品供給に続いて、対応する前記物品排出手段によって前記各計量手段から複数回にわたって物品を排出することを繰り返すように、前記物品供給手段及び前記物品排出手段を制御する
重量式充填機。
請求項１０記載の重量式充填機において、前記各物品排出手段によって排出された物品を受けて、下方に排出する複数のタイミングホッパが設けられ、互いに対応する前記物品供給手段による前記計量手段への物品供給及び前記計量手段から前記物品排出手段による前記物品排出とが、他の互いに対応する前記物品供給手段による前記計量手段への物品供給及び前記計量手段から前記物品排出手段による前記物品排出に対して、前記物品供給または前記物品排出に要する時間よりも短い時間差をもって行われる重量式充填機。