JP2005069756A - 粉体試料計量システム - Google Patents

Abstract

【課題】 単機能計量器を用いる簡単な構成で、粉体試料の高精度の計量を計量コストを低減して行なうことが可能な粉体試料計量システムを提供する。
【解決手段】 充填容器２の粉体試料の充填量が、目標値の９０％に達するまでは、比較的高い供給率で短時間に粉体試料の充填を行い、その後は粉体試料の吐出量が５０％に低減され、残り充填量は少量ずつ供給される粉体試料で行なわれると共に、供給調整制御回路１２からの調整制御信号により、目標値に達するまで粉体試料の供給量が微小調整制御され、充填容器２に目標量の粉体試料を短時間に高精度で充填可能で、粉体試料吐出ノズル３からの粉体試料６は、ロート斜面１ａ上を螺旋状に落下し、粉体試料６の供給でホッパー１の重量が増加計測されず、粉体試料吐出ノズル３は計量器７の動作に影響を及ぼす部材とは非接触であり、接触によるホッパー１の重量増加もなく、充填粉体試料６の高精度計量が可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明はトナー、化粧品、薬品、食料品などの粉体試料の計量を行なう粉体試料計量システムに関する。

複写機、プリンタに使用されるトナーや化粧品、薬品、食料品などの粉体試料は、使用上の便宜を考えて、目的に応じた基準量を充填容器に充填した状態で市場に流通させている。このために、充填容器に所定の基準量の粉体試料を正確に充填し、充填量の計量を行なうことが要求される。
従来は、大型の保存容器内の粉体試料を、オーガーを備えたホッパー内でのオーガーの回転に伴わせて、ホツパー底孔からロートを介して充填容器に送り込み、充填容器に対して粉体試料の目的とする基準量の充填が行なわれていた。
この方法では、粉体試料の充填容器内での沈降に時間がかかり、能率的でないと共に高密度充填が難しかった。特に、複写機やプリンタに使用されるトナーでは、所定容積の充填容器に多量のトナーを高密度に且つ高速で充填することが、複写機やプリンタの小型化と製造コストの低減のために必要である。

この問題を解決するために、後記する特許文献１には、充填容器内の粉体試料の充填量に対応して、充填容器内の粉体試料中に挿入したエア吸引管を、充填容器の底部から表面部に移動させながら粉体試料中のエアを吸引することにより、充填容器への粉体試料の充填を高速且つ高密度に行なう粉体充填装置が開示されている。
また、粉体試料のホッパー内やロート内での滞留流落による嵩密度の不均一性に基因する充填時間の増加を防止するために、後記する特許文献２には、ホッパーの底部の排出口の近傍に設けた通気境壁から粉体試料中に空気を吹き出して、滞留流下する粉体試料の嵩密度を均一化し、計量精度を向上させる粉体充填装置が開示されている。
さらに、トナーなどの磁性粉体試料を対象とするものとしては、後記する特許文献３に、ホッパー内の磁性粉体試料中に挿入したマグネット調節棒を上下移動させることにより、磁性粉体試料の流量を制御することにより、充填や計測の効率を上げる磁性粉体の流量制御装置が開示されている。

ところで、粉体試料の計量を行なう場合、粉体試料の単位時間当たりの充填容器への吐出量は、吐出条件を一定にすると一定に維持することができるが、例えば特許文献２に開示されている技術によって、粉体試料中に空気を吹き出して、ホッパーやロート内での嵩密度の均一化を行なっても、充填容器内の流動層内での粉体試料の移動状態のばらつきに基因して、充填容器内の粉体試料に発生する嵩密度のばらつきを完全に除去することはできず、充填容器内では粉体試料の単位時間当たりの流動量が変化する。 このために、粉体試料の吐出時からの時間を測定して、粉体試料の充填容器内への充填量を計量することはできず、充填容器に充填された粉体試料の重量を計量器で計測することが必要になる。
この場合に使用される計量器としては、落差補正を行なって高精度の計量を行なう高機能重量器が必要となり、計量設備が複雑となり計量コストが増大するという問題が発生する。
特開平８−１９８２０３号公報 特開平８−１９８２０２号公報 特開平８−１９８４５４号公報

本発明は、前述したようなこの種の粉体試料計量の現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、単機能計量器を用いる簡単な構成で、粉体試料の高精度の計量を計量コストを低減して行なうことが可能な粉体試料計量システムを提供することにある。

前記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、粉体試料供給部の吐出ノズルから供給される粉体試料を、ホッパーを介して充填容器に予め設定した基準量充填し、前記充填容器に充填された粉体試料を、前記充填容器に装着された重量計により計量する粉体試料計量システムであり、前記重量計の計量値が、前記基準量に対して予め設定した接近値に近付くと、前記吐出ノズルからの供給量を低下させる供給低下手段を有することを特徴とするものである。

このような手段によると、粉体試料供給部の吐出ノズルから供給される粉体試料が、ホッパーを介して充填容器に予め設定した基準量充填され、充填容器に充填された粉体試料が、充填容器に装着された重量計によって計量されるが、重量計の計量値が基準量に対して予め設定した接近値に近付くと、供給低下手段によって吐出ノズルからの粉体試料の供給量が低下されるので、接近値以降は低減された供給量の粉体試料が、基準量に達するまでオーバーシュートすることなく充填容器に適確に充填され、粉体試料の基準量が精度よく充填容器に充填され重量計による高精度の計量が行なわれる。

同様に前記目的を達成するために、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、接近値が、基準量のほぼ６０％〜９０％であることを特徴とするものである。

このような手段によると、接近値を基準量のほぼ６０％〜９０％として、請求項１記載の発明での作用が実行される。

同様に前記目的を達成するために、請求項３記載の発明は、供給低下手段の動作後、粉体試料供給部の供給動作を、重量計の計量値に基づき調整制御して、基準量充填を行なう充填調整制御手段が、請求項１または請求項２記載の粉体試料計量システムにさらに設けられていることを特徴とするものである。

このような手段によると、請求項１または請求項２記載の発明での作用に加えて、供給低下手段の動作後、充填調整制御手段によって、粉体試料供給部の供給動作が、重量計の計量値に基づき調整制御されるので、基準量の粉体試料が充填容器にさらに高精度で充填され、重量計により充填された粉体試料のより高精度の計量が行なわれる。

同様に前記目的を達成するために、請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３の何れかに記載の発明において、吐出ノズル先端とホッパー内周面間の間隙が１ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とするものである。

このような手段によると、請求項１ないし請求項３の何れかに記載の発明での作用に加えて、吐出ノズル先端とホッパー内周面間の間隙が１ｍｍ〜１００ｍｍに設定されているので、粉体試料のホッパー内周面への落下によるホッパー重量の増加を極力低減し、粉体試料の計量精度の低下が防止される。

同様に前記目的を達成するために、請求項５記載の発明は、請求項１ないし請求項４の何れかに記載の発明において、吐出ノズルとホッパーとは、前記吐出ノズルからの粉体試料が、ホッパーの内周面上を螺旋状に落下するように相互配設されていることを特徴とするものである。

このような手段によると、請求項１ないし請求項４の何れかに記載の発明での作用に加えて、吐出ノズルからの粉体試料が、ホッパーの内周面上を螺旋状に落下するので、粉体試料のホッパー内周面落下時のホッパー重量の増加がより低減され、粉体試料の計量精度の低下をさらに防止される。

同様に前記目的を達成するために、請求項６記載の発明は、請求項１ないし請求項５の何れかに記載の発明において、吐出ノズルは、接触により重量計の動作に影響を及ぼす部材とは非接触に配置されて全体が解放系を構成し、或いは、全体が重量計の動作に影響を及ぼさないジャバラ系を構成していることを特徴とするものである。

このような手段によると、請求項１ないし請求項５の何れかに記載の発明での作用に加えて、吐出ノズルが、接触により重量計の動作に影響を及ぼす部材とは非接触に配置されて全体が解放系を構成し、或いは、全体が重量計の動作に影響を及ぼさないジャバラ系を構成しているので、全体が解放系であってもジャバラ系であっても、吐出ノズルが接触により重量計の動作に影響を及ぼす部材と接触することはなく、重量計による高精度の計量が行なわれる。

同様に前記目的を達成するために、請求項７記載の発明は、充填容器に取付鍔が設けられ、重量計が前記取付鍔によって、前記充填容器の口元部に装着されるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れかに記載の粉体試料計量システムである。

このような手段によると、請求項１ないし請求項６の何れかに記載の発明での作用に加えて、充填容器に取付鍔が設けられ、重量計が前記取付鍔によって、前記充填容器の口元部に装着されるように構成されているので、各種の高さの充填容器に広く対応して、重量計を充填容器に簡単に装着することにより計量効率が向上する。

請求項１記載の発明によると、粉体試料供給部の吐出ノズルから供給される粉体試料が、ホッパーを介して充填容器に予め設定した基準量充填され、充填容器に充填された粉体試料が、充填容器に装着された重量計によって計量されるが、重量計の計量値が基準量に対して予め設定した接近値に近付くと、供給低下手段によって吐出ノズルからの粉体試料の供給量が低下されるので、接近値以降は低減された供給量の粉体試料が、基準量に達するまでオーバーシュートすることなく充填容器に適確に充填され、簡単で低製造コストの構成によって、粉体試料の基準量を精度よく充填容器に充填することが可能になると共に、重量計による充填粉体試料の高精度の計量が可能になる。

請求項２記載の発明によると、接近値を基準量のほぼ６０％〜９０％として、請求項１記載の発明の効果が実現可能になる。

請求項３記載の発明によると、請求項１または請求項２記載の発明で得られる効果に加えて、供給低下手段の動作後、充填調整制御手段によって、粉体試料供給部の供給動作が、重量計の計量値に基づき調整制御されるので、基準量の粉体試料を充填容器にさらに高精度で充填することが可能になると共に、重量計によって充填容器に充填された粉体試料のより高精度の計量を行なうことが可能になる。

請求項４記載の発明によると、請求項１ないし請求項３の何れかに記載の発明で得られる効果に加えて、吐出ノズル先端とホッパー内周面間の間隙が１ｍｍ〜１００ｍｍに設定されているので、粉体試料のホッパー内周面への落下によるホッパー重量の増加を極力低減することが可能になり、粉体試料の計量精度の低下を防止することが可能になる。

請求項５記載の発明によると、請求項１ないし請求項４の何れかに記載の発明で得られる効果に加えて、吐出ノズルからの粉体試料が、ホッパーの内周面上を螺旋状に落下するので、粉体試料のホッパー内周面落下時のホッパー重量の増加をより低減することが可能になり、粉体試料の計量精度の低下のさらなる防止が可能になる。

請求項６記載の発明によると、請求項１ないし請求項５の何れかに記載の発明で得られる効果に加えて、吐出ノズルが、接触により重量計の動作に影響を及ぼす部材とは非接触に配置されて全体が解放系を構成し、或いは、全体が重量計の動作に影響を及ぼさないジャバラ系を構成しているので、全体が解放系であってもジャバラ系であっても、吐出ノズルが、接触によって重量計の動作に影響を及ぼす部材と接触することはなく、重量計による高精度の計量が可能になる。

請求項７記載の発明によると、請求項１ないし請求項６の何れかに記載の発明で得られる効果に加えて、充填容器に取付鍔が設けられ、重量計が取付鍔によって、充填容器の口元部に装着されるように構成されているので、各種の高さの充填容器に広く対応して、重量計に充填容器を簡単に装着することが可能になり、計量効率を向上させることが可能になる。

（第一の実施の形態）
実施例１
本発明の実施例１を図１を参照して説明する。
図１は本実施例の全体構成を示す説明図である。
本実施例では、図１に示すように、複写機やプリンタに使用されるトナーや、化粧品、薬品、食料品など各種の粉体試料６が充填収容される充填容器２が、充填される粉末試料６を計量する計量器７上に載置されており、充填容器２の開口２ａに粉体試料６の落下充填を行なう円錐面状のロート斜面１ａを備えたホッパー１の先端が挿入配設されている。このホッパー１のロート斜面１ａに対して、粉体試料６を制御弁５の制御で吐出供給する粉体試料吐出ノズル３が近接配設されており、粉体試料吐出ノズル３の先端とロート斜面１ａ間の間隔は、１ｍｍ〜１００ｍｍに維持されている。
そして、ロート斜面１ａに対して、粉体試料吐出ノズル３は、吐出する粉体試料６が、ホッパー１のロート斜面１ａ上を、螺旋状に落下して行くように、ホッパー１との相互姿勢を維持して配設されている。
また、粉体試料吐出ノズル３は、接触によって計量器７の動作に影響を及ぼす図１には図示せぬ部材とは非接触状態に配設されており、この状態で、システムは図１に示すように全体が解放系を構成し、或いは全体が計量器７の動作に影響を及ぼさないジャバラ系を構成している。

計量器７の計量信号Ｆａの出力端子には、計量データを表示する計量表示メータ８が接続され、計量表示メータ８の計量表示信号Ｆｄの出力端子には、計量表示メータ８からの計量表示信号Ｆｄに基づいて、計量器７の計量値が、予め設定される基準量の９０％に達すると、判定信号Ｆｊを出力する判定回路１０が接続されている。また、計量表示メータ８の計量表示信号Ｆｄの出力端子には、判定信号Ｆｊと計量表示信号Ｆｄとに基づいて、粉体試料供給の調整制御のシーケンスを設定するシーケンス設定回路１１が接続されている。
一方、判定回路１０の判定信号Ｆｊの出力端子には、シーケンス設定回路１１と、粉体試料吐出ノズル３からの粉体試料６の供給量を低下させる低下信号Ｆｓｄを出力する供給率低下回路１２とが接続され、シーケンス設定回路１１の制御指令信号Ｆｃｄの出力端子は、粉体試料の供給を調整制御する調整制御信号Ｆｃを出力する供給調整制御回路１３に接続されている。
さらに、供給率低下回路１２の低下信号Ｆｓｄの出力端子が、スイッチ１４の第１の切換端子に接続され、供給調整制御回路１３の調整制御信号Ｆｃの出力端子が、スイッチ１４の第２の切換端子に接続され、シーケンス設定回路１１からスイツチ１４に切換信号Ｆｓが入力されるように構成されている。
そして、スイッチ１４のコモン端子が、粉体試料吐出ノズル３の粉体試料６の吐出量を調整制御する制御弁５に接続されており、通常はスイッチ１４のコモン端子は第１の切換端子側に切り換えられている。

このような構成の本実施例の動作を説明する。
本実施例では、図１に示すように、図示せぬ粉体試料供給部からの粉体試料６が、粉体試料吐出ノズル３を介してホッパー１内に吐出供給され、吐出供給された粉体試料６は、ホッパー１のロート斜面１ａに沿って、螺旋状にホッパー１内を落下して行き、ホッパー１の先端から充填容器２内に落下充填されて行く。
計量器７によって、粉体試料６の供給前のホッパー１及び充填容器２の重量、所謂「風袋データ」が予め計量されており、この風袋データが事前に計量表示メータ８に記憶されていて、計量表示メータ８では、計量器７から出力される計量信号Ｆａと紙袋データに基づいて、計量器７で計量された重量値から風袋データを減算した風袋引き処理を行なって、得られた計量データを表示し、対応する計量表示信号Ｆｄを出力する。

充填機器２への粉体試料６の供給が進み、計量表示メータ８に表示される重量データが、予め設定される充填容器２の目標充填量である基準量の９０％に達すると、判定回路１０から判定信号Ｆｊが出力され、供給率低下回路１２とシーケンス設定回路１１に入力される。
判定信号Ｆｊが入力された供給率低下回路１２からは、粉体試料吐出ノズル３からの粉体試料６の吐出量を予め設定された低下率（例えば５０％）に低下させる低下信号Ｆｓｄが制御弁５に入力され、その時点からは、それまでの吐出量の５０％の吐出量の粉体試料６がホッパー１を介して充填容器２に充填されるようになる。
このようにして、充填容器２内の粉体試料の充填量が、予め設定された目標充填量の９０％に達すると、粉体試料吐出ノズル３からの粉体試料の吐出量が５０％に低減するので、目標充填量の１０％の残り充填量に対しては、オーバーシュートを起こすことなく充填が進んで行く。

さらに、本実施例では、シーケンス設定回路１１に、判定回路１０から判定信号Ｆｊが入力されると、シーケンス設定回路１１は、計量表示メータ８から取り込まれる計量表示信号Ｆｄに基づいて、粉体試料６の供給を調整制御するシーケンス条件を設定し、対応する制御指令信号Ｆｃｄを供給調整制御回路１３に入力すると同時に、スイッチ１４に切換信号Ｆｓを入力する。
このために、スイッチ１４のコモン端子は第２の切換端子側に切り換えられ、供給調整制御回路１３から出力される調整制御信号Ｆｃが制御弁５に入力され、低減された吐出量で粉体試料の吐出を行なっている粉体試料吐出ノズル３の制御弁５に対して、調整制御信号Ｆｃによって、現時点の残り充填量に適確に対応した調整制御が行なわれる。

このようにして、本実施例によると、充填容器２内の粉体試料の充填量が、予め設定された目標充填量の９０％に達するまでは、比較的高い供給率で短時間に粉体試料の充填が行なわれ、その後は粉体試料吐出ノズル３からの粉体試料の吐出量が５０％に低減され、目標充填量の１０％に当たる残り充填量に対しては、供給率を半分にして、粉体試料の供給が少量ずつオーバーシュートを起こすことなく継続される。
また、シーケンス設定回路１１からの制御指令信号Ｆｃｄにより作動する供給調整制御回路１３からの調整制御信号Ｆｃによって、充填容器２への粉体試料の供給量が目標充填量に達するまでは、粉体試料の供給量が微小調整制御されるので、充填容器２に対して、目標充填量の粉体試料を短時間に高精度で充填することが可能になる。
さらに、粉体試料吐出ノズル３から吐出される粉体試料６は、ホッパー１のロート斜面１ａ上を、螺旋状に落下して行くために、粉体試料６の供給によってホッパー１の重量が増加計測されることはなく、また、粉体試料吐出ノズル３は、接触によって計量器７の動作に影響を及ぼす部材とは非接触状態にあるので、部材接触によりホッパー１の重量が増加計測されることもなく、計量器７の動作には悪影響が及ばず、充填容器２に充填される粉体試料６の計量を高精度に行なうことが可能になる。

（第２の実施の形態）
実施例２
本発明の実施例２を図２を参照して説明する。
本実施例では、図２（ａ）に示すように、充填容器２Ａの口元部にほぼ円板状の鍔部１６が固定配設されており、計量器７Ａは同図（ｂ）に示すように、充填器２の半径よりも僅かに大きな内径で、上面が解放面であるほぼ円筒状に形成され、解放面の周囲が外側に延長して、鍔部１６の受面を構成し、計量器７Ａの底面には装着される充填容器２Ａの底面に圧接するスプリング１５が取り付けられている。
本実施の形態のその他の部分の構成は、すでに説明した実施例１と同一なので重複する説明は行なわない。

本実施例では、計量器７Ａに対して充填容器２Ａを解放面から挿入し、充填容器２Ａの鍔部１６を計量器７Ａの受面に対接して、充填容器２Ａと計量器７Ａを互いに装着した状態で、充填容器２Ａに対する粉体試料６の充填と、充填される粉体試料６の計量器７Ａによる計量が行なわれる。
この場合の粉体試料６の充填動作と、計量器７Ａによる充填される粉体試料６の計量動作は、すでに説明した実施例１での動作と同一なので重複する説明は行なわない。

本実施例によると、充填目標量で異なる充填容器２Ａの高さの影響を受けずに、生産工程内において、充填容器２Ａを計量器７Ａに、鍔部１６を対接配設する簡単な操作で装着することが可能となり、粉体試料の充填計量工程を効率的に実行することが可能になる。 本実施例のその他の効果は、すでに説明した第１の実施例での効果と同一なので重複する説明は行なわない。

なお、本発明は以上に説明した各実施例に限定されるものではなく、例えば、判定回路１０が、粉体試料の違いによって、計量器７の計数値が、予め設定される基準量の６０％〜９０％の範囲で最適の計数値に達した時に判定信号Ｆｊを出力する構成とすることが可能であり、供給率低下回路１２からの低下信号Ｆｓｄが、粉体試料吐出ノズル３の粉体試料の吐出量を３０％に低下させるように構成することも可能である。

本発明によると、複写機、プリンタに使用されるトナー、薬品、化粧品、食料品など各種の粉体試料を、所定充填容量の充填容器に高充填精度で迅速に充填し、充填量を高精度で計量することができる。

本発明の実施例１の全体構成を示す説明図である。 本発明の実施例２の要部の構成を示す説明図である。

符号の説明

１ ホッパー
２、２Ａ 充填容器
３ 粉体試料吐出ノズル
５ 制御弁
６ 粉体試料
７、７Ａ 計量器
８ 計量表示メータ
１０ 判定回路
１１ シーケンス設定回路
１２ 供給率低下回路
１３ 供給調整制御回路

Claims (7)

1. 粉体試料供給部の吐出ノズルから供給される粉体試料を、ホッパーを介して充填容器に予め設定した基準量充填し、前記充填容器に充填された粉体試料を、前記充填容器に装着された重量計により計量する粉体試料計量システムであり、
   前記重量計の計量値が、前記基準量に対して予め設定した接近値に近付くと、前記吐出ノズルからの供給量を低下させる供給低下手段を有することを特徴とする粉体試料計量システム。
2. 接近値が、基準量のほぼ６０％〜９０％であることを特徴とする請求項１記載の粉体試料計量システム。
3. 供給低下手段の動作後、粉体試料供給部の供給動作を、重量計の計量値に基づき調整制御して、基準量充填を行なう充填調整制御手段が、請求項１または請求項２記載の粉体試料計量システムにさらに設けられていることを特徴とする粉体試料計量システム。
4. 吐出ノズル先端とホッパー内周面間の間隙が１ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の粉体試料計量システム。
5. 吐出ノズルとホッパーとは、前記吐出ノズルからの粉体試料が、ホッパーの内周面上を螺旋状に落下するように相互配設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の粉体試料計量システム。
6. 吐出ノズルは、接触により重量計の動作に影響を及ぼす部材とは非接触に配置され、全体が解放系を構成し、或いは、全体が重量計の動作に影響を及ぼさないジャバラ系を構成していることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載の粉体試料計量システム。
7. 充填容器に取付鍔が設けられ、重量計が前記取付鍔によって、前記充填容器の口元部に装着されるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れかに記載の粉体試料計量システム。
   
   
   
   
   

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