JP2006194859A - 自動計量装置および自動計量充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 物品の質量をオンラインで高速度で精度良く測定することができ、大きなスペースをとらずに設置可能な自動計量装置を提供する。
【解決手段】 物品１が懸架された搬送台１１を水平方向に移動させることにより物品１を搬送する搬送手段１２と、物品１が搬送台１１の移動方向に沿って上昇するよう上向きに傾斜した傾斜面１３ａを有する上昇用ガイド１３と、物品１が搬送台１１から浮上してその支持から解放された状態となる高さに設置された載置台１４と、載置台１４に載置された物品１を計量する計量手段１５と、物品１が搬送台１１の移動方向に沿って下降するよう下向きに傾斜した傾斜面１６ａを有する下降用ガイド１６とを備える自動計量装置１０を用いて、物品１を上昇用ガイド１３の傾斜面１３ａ上から載置台１４上に乗り移らせるとともに、載置台１４上から下降用ガイド１６の傾斜面１６ａに受け入れさせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水平方向に移動する搬送台に物品を懸架して搬送する途中で（すなわちオンラインで）搬送台に懸架された物品を自動的に計量する自動計量装置と、該自動計量装置を用いた自動計量充填装置に関する。

近年、食品の品質管理に関して消費者の要求が高まっており、内容量の精度は、品質の中で重要な要件の一つである。例えばカップ入りヨーグルト等の食品では、内容量をオンラインで計測して管理するために、充填機の下流側に内容量を検査する装置（いわゆるウェイトチェッカー）を設置し、随時充填量を調整できるようにすることが一般的である。
ウェイトチェッカーを充填機から離れた場所に設置した場合、内容量が規格外となった製品が検出された時点で充填機とウェイトチェッカーとの間に多量の規格外製品が出ているおそれがある上、製品が複数列で搬送される場合には、規格外製品を出した充填ノズルを特定することが面倒になるという問題がある。このため、ウェイトチェッカーはなるべく充填機の近く、さらには、充填機の内部に設置することが望ましいといえる。
従来、容器に内容物が充填された製品をオンラインで計量する方法として、製品をロードセルの上方に停止させ、ロードセルをその上に位置する製品とともにシリンダーで持ち上げ、製品に対する搬送台の支持を解放して製品の全荷重がロードセルにかかるようにしたものがある（例えば特許文献１，２参照）。
特開平４−１５３４号公報 特開平７−１２６３０号公報

しかしながら、ロードセルをその上に位置する製品とともに持ち上げる従来の方法では、製品を１個計量するごとにロードセルを上下動させる必要がある。このため、上下動に伴う加速度の発生により計量値が変動し、安定した信号を得ることが難しい。計量時に停止時間を長く確保すれば信号を安定させることができるが、生産速度の低下を避けるには、停止時間を長くするにも限度がある。また、ロードセルを上下させるためのシリンダーの設置スペースが必要になるので、ウェイトチェッカーを充填機内に設置する場合に、配置に制約が大きい点も不都合である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、物品の質量をオンラインで高速度で精度良く測定することができ、大きなスペースをとらずに設置可能な自動計量装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、物品が懸架された搬送台を水平方向に移動させることにより前記物品を搬送する搬送手段と、前記物品が前記搬送台の移動方向に沿って上昇するよう上向きに傾斜した傾斜面を有する上昇用ガイドと、前記物品が前記搬送台から浮上してその支持から解放された状態となる高さに設置された載置台と、前記載置台に載置された物品を計量する計量手段と、前記物品が前記搬送台の移動方向に沿って下降するよう下向きに傾斜した傾斜面を有する下降用ガイドとを備え、前記上昇用ガイドは、その傾斜面上の物品を前記載置台上に乗り移らせることが可能な位置に設けられており、前記下降用ガイドは、物品を前記載置台上から前記下降用ガイドの傾斜面に受け入れることが可能な位置に設けられていることを特徴とする自動計量装置を提供する。
本発明の自動計量装置において、前記下降用ガイドの傾斜面の下端は、前記物品が前記搬送台によって懸架される高さ以下に設けられていることが好ましい。

また、本発明は、容器に第１の内容物を充填する第１の充填手段と、第１の内容物が充填された容器に第２の内容物を充填する第２の充填手段と、前記容器への第１の内容物の充填量を計測する自動計量装置と、前記自動計量装置による前記第１の内容物の充填量の計測値に基づいて前記第２の充填手段による第２の内容物の充填量を制御する制御手段とを備えた自動計量充填装置であって、
前記自動計量装置は、内容物が充填された容器が懸架された搬送台を水平方向に移動させることにより前記容器を搬送する搬送手段と、前記容器が前記搬送台の移動方向に沿って上昇するよう上向きに傾斜した傾斜面を有する上昇用ガイドと、前記容器が前記搬送台から浮上してその支持から解放された状態となる高さに設置された載置台と、前記載置台に載置された容器を計量する計量手段と、前記容器が前記搬送台の移動方向に沿って下降するよう下向きに傾斜した傾斜面を有する下降用ガイドとを備え、前記上昇用ガイドは、その傾斜面上の容器を前記載置台上に乗り移らせることが可能な位置に設けられており、前記下降用ガイドは、容器を前記載置台上から前記下降用ガイドの傾斜面に受け入れることが可能な位置に設けられていることを特徴とする自動計量充填装置を提供する。

また、本発明は、容器に内容物を充填する充填手段と、前記容器への充填量を計測する自動計量装置と、前記自動計量装置による前記充填量の計測値に基づいて前記充填手段による充填量を制御する制御手段とを備えた自動計量充填装置であって、
前記自動計量装置は、内容物が充填された容器が懸架された搬送台を水平方向に移動させることにより前記容器を搬送する搬送手段と、前記容器が前記搬送台の移動方向に沿って上昇するよう上向きに傾斜した傾斜面を有する上昇用ガイドと、前記容器が前記搬送台から浮上してその支持から解放された状態となる高さに設置された載置台と、前記載置台に載置された容器を計量する計量手段と、前記容器が前記搬送台の移動方向に沿って下降するよう下向きに傾斜した傾斜面を有する下降用ガイドとを備え、前記上昇用ガイドは、その傾斜面上の容器を前記載置台上に乗り移らせることが可能な位置に設けられており、前記下降用ガイドは、容器を前記載置台上から前記下降用ガイドの傾斜面に受け入れることが可能な位置に設けられていることを特徴とする自動計量充填装置を提供する。

本発明の自動計量充填装置において、前記下降用ガイドの傾斜面の下端は、前記容器が前記搬送台によって懸架される高さ以下に設けられていることが好ましい。
前記充填手段は、ピストンのストローク量を変更するストローク調整手段を備える場合、前記制御手段は、前記充填量の計測値に基づいて最適なストローク量を算出し、この算出値に基づいて前記ストローク調整手段を制御するものとすることができる。

本発明の自動計量装置によれば、搬送台に懸架されている物品を上昇用ガイドに当接させ、上昇用ガイドの傾斜面に沿って上昇させることにより、鉛直方向に上昇させる場合よりも小さな加速度で物品を上昇させ、載置台へと乗り移らせることができる。また、物品の計量後には、物品を載置台から下降用ガイドに受け入れさせ、下降用ガイドの傾斜面に沿って下降させることにより、鉛直方向に下降させる場合よりも小さな加速度で物品を下降させることができる。すなわち、載置台の前後で物品を上下させる加速度を低減して、載置台上で物品の全荷重が載置台に加わる時間を長く取ることが可能になり、安定した計量が可能になる。
しかも、計量手段、上昇用ガイドおよび下降用ガイドは駆動を要せず、位置を固定しておくことができるため、本発明の自動計量装置は、大きなスペースをとることなく、例えば充填機等の内部に設置することも可能である。
本発明の自動計量充填装置によれば、容器への充填量の計量を安定的に精度良く行うことができるので、充填量の制御をより確実に行うことが可能になり、充填量が規格外である製品の発生を抑制する効果が大きい。

以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の自動計量装置の一形態例を示す概略構成図である。
この自動計量装置１０は、物品１が懸架された搬送台１１を水平方向に移動させることにより物品１を搬送する搬送手段１２と、物品１が搬送台１１の移動方向に沿って上昇するよう上向きに傾斜した傾斜面１３ａを有する上昇用ガイド１３と、物品１が搬送台１１から浮上してその支持から解放された状態となる高さに設置された載置台１４と、載置台１４に載置された物品を計量する計量手段１５と、物品１が搬送台１１の移動方向に沿って下降するよう下向きに傾斜した傾斜面１６ａを有する下降用ガイド１６とを備える。

物品１は、本形態例においてはカップ容器である。このカップ容器１は、内容物を収容する本体部２と、本体部２の上部から側方に張り出したフランジ３とを有する。
図１に示すように、搬送手段１２は、搬送台１１の移動方向に沿って多数の搬送台１１が一定間隔に設けられた構成となっている。また、搬送手段１２は、搬送台１１を水平方向に案内する不図示の案内手段（無端ベルトやレール等）および搬送台１１を駆動する不図示の駆動手段（駆動モータ等）を備える。図１において搬送台１１の移動方向は、左から右に向かう方向とされている。
搬送手段１２は、搬送台１１を間欠的に移動させ、搬送台１１が載置台１４の上方に位置するたびに所定時間停止するように制御されている。

搬送台１１には、物品１の本体部２よりも大径であってかつフランジ３よりも小径となるように形成された収容穴１１ａが設けられている。搬送台１１は、カップ容器１の本体部２を収容穴１１ａに落とし込むことによって、フランジ３を支持し、カップ容器１が懸架された状態に保持する。このとき、物品１の底部４は、搬送台１１の下方に露出された状態となる。

上昇用ガイド１３および下降用ガイド１６は、例えば搬送手段１２のフレーム（図示せず）に固定し、水平方向に駆動された搬送台１１と干渉しない高さに設けられている。
これらのガイド部材１３，１６は、金属やプラスチック等から構成することできる。傾斜面１３ａ，１６ａは、その上を物品１がなめらかに滑って移動することができるように、摩擦の小さい面とすることが好ましい。

上昇用ガイド１３の傾斜面１３ａの上端１３ｂは、傾斜面１３ａに沿って上昇する物品１が載置台１４に乗り移ることが可能な位置に設けられている。このため、上昇用ガイド１３の傾斜面１３ａの上端１３ｂと載置台１４の上面１４ａとの水平距離は、容器１の底部４の直径よりも短くなっている。物品１が傾斜面１３ａから載置台１４に乗り移るのを容易にするとともに、物品１が載置台１４に乗り移ったときの衝撃を低減するため、上昇用ガイド１３の傾斜面１３ａの上端１３ｂと載置台１４の上面１４ａとの高低差は、なるべく小さくすることが望ましい。例えば、傾斜面１３ａの上端１３ｂの高さ位置を、載置台１４の上面１４ａの高さ位置と同等か、または若干高い位置に設定することも可能である。
上昇用ガイド１３の傾斜面１３ａの下端１３ｃは、搬送台１１に懸架された物品１の外面（例えば底部４）が通過する高さ以下に設けられている。これにより、搬送台１１に懸架された物品１は、傾斜面１３ａの下端１３ｃと上端１３ｂとの間のいずれかの地点で傾斜面１３ａに当接することになり、しかも、物品１が傾斜面１３ａに当接する高さに多少の変動が生じた場合でも、物品１を傾斜面１３ａに当接した地点から傾斜面１３ａの上端１３ｂまで上昇させることができる。

載置台１４は、計量手段であるロードセル１５の上部に支持されており、載置台１４の設置高さは、物品１が搬送台１１から浮上してその支持から解放された状態となる高さに調整されている。
ロードセル１５は、載置台１４に加わる荷重を自動的に計測して、その計測値（すなわち計量値）を電気信号に変換し、さらにデータ処理手段１７へと出力する。

図２に示すように、データ処理手段１７は、ロードセル１５による計量値を作業者に読み取り可能な形式で逐次表示する表示器としての機能を有する。また、演算処理機能を有するデータ処理手段１７を用いることにより、ロードセル１５の計量値を演算処理させて計量完了時の物品１の質量を別途表示させることもできる。また、通信機能を有するデータ処理手段１７を用いることにより、計量値をデータ収集手段１８へと送信することができる。このようなデータ処理手段１７としては、例えば株式会社エー・アンド・デイ製のウェイング・インジケータＡＤ４４０１を用いることができる。
データ収集手段１８は、ロードセル１５の計量値を収集して、計測記録の作成や統計的な解析を可能にするために利用される。データ収集手段１８としては、例えばデータ収集・解析用のアプリケーションがインストールされたパーソナルコンピュータを用いることができる。
なお、あらかじめ設定入力しておいたシキイ値と前記ロードセル１５の計量値とを比較して各種の判定を行う判定手段を、データ収集手段１８とは別体に又は一体に構成することも可能である。例えば上限シキイ値と下限シキイ値とを設定しておき、前記計量値が上限シキイ値を超えた場合又は下限シキイ値に満たない場合に、物品１が充填不良品であるものと判定したり、その旨の信号を出力し、この信号によって各種の警報を発したり、当該物品１を搬送台１１から自動的に排除する手段を作動させるなどの態様も可能である。
また、ロードセル１５の計量値に基づいて、カップ容器１に充填する内容物の量を所定量に調節するように充填機を自動制御することも可能である。充填機の自動制御機能を備えた自動計量充填装置の態様の具体例については、また後で詳しく説明する。

さて、図１に戻ると、下降用ガイド１６の傾斜面１６ａの上端１６ｂは、載置台１４の上面１４ａ以下の高さに設けられており、下降用ガイド１６の傾斜面１６ａの上端１６ｂと載置台１４の上面１４ａとの水平距離は、容器１の底部４の直径よりも短くなっている。これにより、載置台１４上の物品１をその底部４から下降用ガイド１６の傾斜面１６ａに受け入れることができる。
下降用ガイド１６の傾斜面１６ａの下端１６ｃは、物品１が搬送台１１によって懸架される高さ以下に設けられている。この場合、物品１を下降用ガイド１６の傾斜面１６ａに沿って下降させるうちに、物品１が搬送台１１によって懸架される高さに達した地点で下降用ガイド１６を物品１から緩やかに離すことができる。
物品１を下降させる場合は重力を利用することが可能であるため、物品１が搬送台１１によって懸架される高さより高い位置に傾斜面１６ａの下端１６ｃを設けることも可能である。この場合、下降用ガイド１６の傾斜面１６ａは、物品１が搬送台１１から浮上しているうちに物品１から離れることになる。しかし、物品１が下降用ガイド１６の傾斜面１６ａから離れるときの衝撃を緩和するためには、下降用ガイド１６の傾斜面１６ａの下端１６ｃは、物品１が搬送台１１によって懸架される高さ以下に設けることが好ましい。

次に、本形態例の自動計量装置１０の使用方法について説明する。
水平方向に移動する搬送台１１に物品１を懸架させ、搬送台１１を水平移動させて物品１を搬送する。この搬送の途中で、搬送台１１に懸架された物品１の外面に上昇用ガイド１３の傾斜面１３ａを当接させる。これにより、物品１を上昇用ガイド１３の傾斜面１３ａに沿って上昇させ、搬送台１１から浮上させることができる。すなわち、物品１の荷重が、搬送台１１から上昇用ガイド１３へと徐々に移っていくことになる。

物品１を上昇用ガイド１３から載置台１４に乗り移らせると、物品１の荷重はすべて載置台１４の上面１４ａに掛かるようになり、搬送台１１の支持から解放された状態となる。このとき搬送台１１を一時停止して、ロードセル１５により物品１を計量する。
物品１の荷重は、上昇用ガイド１３を上昇している間に搬送台１１から上昇用ガイド１３へと徐々に移されているので、引き続き物品１を上昇用ガイド１３から載置台１４に乗り移らせたときに、物品１が浮上して搬送台１１の支持から解放された状態へと速やかに安定させることができる。すなわち、物品１を搬送台１１に懸架させた状態から物品１を搬送台１１上で浮上させた状態へと移行させる手続きを、計量の直前に急激に行うのではなく、上昇用ガイド１３に沿って上昇させる間に徐々に行っているので、物品１を載置台１４上に載置すると速やかに物品１の全荷重が載置台１４に加わる状態とすることができる。従って、ロードセル１５の計量値が物品１の全荷重を反映している時間をより長く確保することができ、計量の安定化に貢献できるのである。

ロードセル１５は、載置台１４上の物品１の有無に関わらず、載置台１４に掛かる荷重を逐次測定して、計量値を表す電気信号をデータ処理手段１７へと出力する。
データ処理手段１７は、ロードセル１５による計量値および計量完了時の物品１の質量を表示するとともに、ロードセル１５の計量値をデータ収集手段１８へ送信する。データ収集手段１８では、ロードセル１５の計量値を収集して記録する。

計量完了後、搬送台１１の移動を再開し、計量済みの物品１を搬送台１１の水平方向の駆動力により載置台１４の上から下降用ガイド１６に乗り移らせる。搬送台１１の水平移動を継続させることにより、物品１は下降用ガイド１６の傾斜面１６ａに沿って徐々に下降し、傾斜面１６ａから離れて搬送台１１に懸架された状態に復帰し、さらに後工程へと搬送される。

以上説明したように、本形態例の自動計量装置１０によれば、搬送台１１に懸架されている物品１を上昇用ガイド１３に当接させ、傾斜面１３ａに沿って上昇させることにより、鉛直方向に上昇させる場合よりも小さな加速度で物品１を上昇させ、載置台１４へと乗り移らせることができる。また、物品１の計量後には、物品１を載置台１４から下降用ガイド１６に受け入れさせ、傾斜面１６ａに沿って下降させることにより、鉛直方向に下降させる場合よりも小さな加速度で物品１を下降させることができる。すなわち、載置台１４の前後で物品１を上下させる加速度を低減させることができるので、載置台１４上で物品１の全荷重が載置台１４に加わる時間をより長く取ることが可能になり、安定した計量が可能になる。しかも、計量手段であるロードセル１５、上昇用ガイド１３および下降用ガイド１６は、駆動を要せず、位置を固定しておくことができるため、自動計量装置１０を設置するために必要なスペースを小さくすることが可能になり、例えば充填機等の内部に設置することも可能である。

なお、本発明の形態は、以上の形態に限られるものではなく、本発明の範囲内で様々な変更が可能である。
一例を挙げると、上昇用ガイド１３および下降用ガイド１６の傾斜面１３ａ，１６ａの形状は平面状に限られるものではない。例えば、図３に示すように、容器１の底部４の形状と略々嵌合するような形状の凹溝３１、あるいは物品１の底部４を左右からはさみこんで案内するガードレール態様の２本の凸条３２，３２を、搬送台１１の移動方向と平行に形成することも可能である。なお、図３は、凹溝３１および凸条３２，３２を傾斜面１３ａに設けた上昇用ガイド１３を下端１３ｃ側から図示した側面図である。この場合は、搬送台１１に懸架された物品１の底部４を傾斜面１３ａ，１６ａに当接させて上昇又は下降させる際に、当該物品１の底部４を前記凹溝３１に嵌合させ、あるいは前記凸条３２，３２間にはさみこんで案内することができるため、物品１が移動方向に対して横方向に物品１が揺動することを防止できるという利点がある。

また、図４に示すように、上昇用ガイド１３または下降用ガイド１６の傾斜面１３ａ，１６ａの上端１３ｂ，１６ｂに接して、該上端１３ｂ，１６ｂと同一高さの水平面３３を載置台１４側に延長して形成してもよい。具体的には、上昇用ガイド１３または下降用ガイド１６の断面形状は、図１のような三角形ではなく、図４のような台形、または平行四辺形の形状とすることができる。
図４に示すように、上昇用ガイド１３に水平面３３を設けた場合には、傾斜面１３ａの上端１３ｂが物品１が進行する方向に延長される形状となる。この場合、傾斜面１３ａ上を移動した物品１は、上端１３ｂを通過した後、続いて水平面３３上を移動してから載置台１４上に乗り移ることになる。すなわち、水平面３３上を移動している間に一旦物品１の姿勢を安定させてから載置台１４に乗り移らせることができる。
また、特に図示しないが、下降用ガイド１６に水平面３３を設けた場合には、載置台１４上の物品１は、水平面３３上を移動してから下降用ガイド１６の傾斜面１６ａに受け入れられることになる。すなわち、水平面３３上を移動している間に一旦物品１の姿勢を安定させてから傾斜面１６ａを下降させることができる。

さらに、上昇用ガイド１３または下降用ガイド１６の傾斜面１３ａ，１６ａの上端１３ｂ，１６ｂは、あるいは上述のように水平面３３を設けた場合（図４参照）の水平面３３の載置台１４側の端縁３４は、直線状である必要はなく、載置台１４の周縁の形状に合わせた形状とすることができる。例えば、図５に示すように、載置台１４の周縁１４ｂが上からみて円形である場合に、上昇用ガイド１３または下降用ガイド１６の載置台１４側の端縁３４を載置台１４の周縁１４ｂに沿って湾曲した形状に形成することもできる。この場合、上昇用ガイド１３または下降用ガイド１６と載置台１４との間の隙間３５を物品１の幅全体にわたって狭くすることができるので、この隙間３５の上を渡るときの物品１の姿勢を一層安定させることができる。

次に、本発明の自動計量装置を用いた自動計量充填装置において、充填機の充填量を自動制御する場合に好適な方法について説明する。
図６は、充填量の計測値に基づいて充填機の充填量を制御する方法の一例を説明するブロック図である。自動計量装置１０に備えられた計量手段であるロードセル１５は、内容物が充填された容器が載置台１４の上に位置したときに載置台１４に加わる荷重を自動的に計測する。そしてその計測値を信号変換器４１を通じてシーケンサ（制御手段）４２へと出力する。シーケンサ４２は、ロードセル１５からの出力信号に基づいて、ストローク調整手段（ストローク調整用アクチュエータ）４３を制御する。ストローク調整手段４３は、充填量を調節するため充填機のピストンのストローク量を変更するアクチュエータである（図１１の符号９１）。

また、シーケンサ４２は、信号を表示器４４及びデータストレージ４５にも信号を送出する。表示器４４は、ロードセル１５による計測値やシーケンサ４２による充填量の制御に関する情報等のうち必要なものを作業者に読み取り可能な形式で表示する機能を有する。データストレージ４５は、ロードセル１５による計測値やシーケンサ４２による充填量の制御に関する情報等のうち必要なものを保存する記憶装置である。

図１１は、充填量の調整に適した充填手段の一例を示す概略構成図である。この充填手段７０の概略構成は、内容物（図示せず）を収納したタンク７１と、タンク７１の底部７３から下方に垂設されたノズル７４と、上下往復移動によりタンク７１の中の内容物を所定量ずつ送出するピストン７６と、該ピストン７６を駆動するピストン駆動機構８０とを備えるものである。

タンク７１の天板７２には、ピストン７６のシャフト７５が挿通される貫通穴７２ａが形成されている。また、タンク７１の底部７３において、貫通穴７２ａの下方の位置には、ピストン７６が挿入されるピストン穴７７が形成されている。ピストン７６はシャフト７５の一端に固定されており、シャフト７５を上下に駆動すると、ピストン穴７７の中でピストン７６が上下に摺動するようになっている。

タンク７１の内部空間７１ａとノズル７４の内部空間７４ａとの間には、タンク７１からノズル７４への一方向にのみ内容物の移動を許容する第１の逆止弁（チャッキ弁）７８が設けられている。また、ノズル７４の内部空間７４ａとノズル７４の先端の貫通穴（ノズル穴）７４ｂとの間には、ノズル７４の中から外への一方向にのみ内容物の移動を許容する第２の逆止弁（チャッキ弁）７９が設けられている。

ピストン穴７７の内部空間はノズル７４の内部空間７４ａと連通しているので、図１２（ａ）に示すようにピストン７６を上方に移動させると、ノズル７４の内部空間７４ａに負圧が発生して、第１の逆止弁７８が開き、第２の逆止弁７９が閉じる。その結果、ピストン７６が移動したストローク量に応じた容積の内容物が、タンク７１からノズル７４へと吸引される。

また、図１２（ｂ）に示すようにピストン７６を下方に移動させると、ノズル７４の内部空間７４ａが加圧されて、第１の逆止弁７８が閉じ、第２の逆止弁７９が開く。その結果、ピストン７６が移動したストローク量に応じた容積の内容物が、ノズル７４からノズル穴７４ｂを通して容器１へと排出される。

ピストン７６を上下に往復駆動するため充填手段７０は、ピストン駆動機構８０を具備する。
本形態例に例示するピストン駆動機構８０は、駆動軸８１ａを正逆両方向に回転駆動するサーボモータ８１と、サーボモータ８１の駆動軸８１ａをボールねじ８３のねじ軸８３ａに連結するジョイント８２と、サーボモータ８１によるねじ軸８３ａの回転運動をナット８３ｂの直進運動に変換する第１のボールねじ８３と、第１の腕８４ａの先端が第１のボールねじ８３のナット８３ｂに連結された梃子８４と、梃子８４の第２の腕８４ｂに沿ってスライド移動が可能に支持されたスライド部材８５と、両端に設けられた軸８６、８８によりスライド部材８５の下端をシャフト７５の上端に連結するリンク部材８７を備えている。梃子８４は、支点８４ｃにより揺動自在に支持されている。

サーボモータ８１を所定の方向（正方向）に回転駆動させると、第１のボールねじ８３のナット８３ｂがねじ軸８３ａの先端側に移動する結果、梃子８４の第１の腕８４ａが上昇する。このとき同時に梃子８４の第２の腕８４ｂが下降するので、スライド部材８５及びリンク部材８７を介してシャフト７５が駆動される結果、ピストン７６を下降させることができる。

また、サーボモータ８１を前記所定の方向とは逆の方向（逆方向）に回転駆動させると、第１のボールねじ８３のナット８３ｂがねじ軸８３ａの根元側に移動する結果、梃子８４の第１の腕８４ａが下降する。このとき同時に梃子８４の第２の腕８４ｂが上昇するので、スライド部材８５及びリンク部材８７を介してシャフト７５が駆動される結果、ピストン７６を上昇させることができる。

また、梃子８４の支点８４ｃとスライド部材８５との距離を調節するため、ピストン駆動機構８０には、駆動軸９１ａを正逆両方向に回転駆動するアクチュエータ９１と、アクチュエータ９１の駆動軸９１ａをボールねじ９３のねじ軸９３ａに連結するジョイント９２と、アクチュエータ９１によるねじ軸９３ａの回転運動をナット９３ｂの直進運動に変換する第２のボールねじ９３とを備え、アクチュエータ９１は梃子８４の上に固定されており、第２のボールねじ９３のナット９３ｂはスライド部材８５の上端に連結されている。

アクチュエータ９１の回転方向に応じて第２のボールねじ９３のナット９３ｂがねじ軸９３ａの先端側または根元側に移動する結果、スライド部材８５が梃子８４の第２の腕８４ｂに沿ってスライド移動し、梃子８４の支点８４ｃとスライド部材８５との距離を調節することができる。スライド部材８５の下端の軸８６の位置は梃子８４の作用点に相当するので、梃子８４の支点８４ｃとスライド部材８５との距離を変更することにより、サーボモータ８１による力点（第１の腕８４ａが第１のボールねじ８３のナット８３ｂに連結された位置）の移動量を変更することなく、梃子８４の作用点の移動量を変更することができる。すなわちピストン７６のストローク量を変更することができる。

容器１を複数の列（例えば２〜８列）に並べて搬送し、充填するとき、ノズル７４、シャフト７５、ピストン７６、ピストン穴７７、第１の逆止弁７８、及び第２の逆止弁７９を列ごとに設けることにより、それぞれの容器１への充填量を個別に調節することができる。タンク７１は列ごとに設置することもできるが、複数の列に跨るように共通のタンクを１つ用いることにより、充填手段７０をコンパクトに構成することが可能である。

梃子８４の第２の腕８４ｂは、それぞれのピストン７６に対応して複数本に分岐した形状とするとともに、梃子８４の第１の腕８４ａは共通の１本とすることにより、梃子８４を駆動するサーボモータ８１の使用台数を一台で済ませることができる。
そして、梃子８４のそれぞれの第２の腕８４ｂにスライド部材８５を設け、スライド部材８５とピストン７６のシャフト７５との間をリンク部材８７で連結するとともに、スライド部材８５を移動させるアクチュエータ９１をピストン７６ごとに設けることにより、ピストン７６のストローク量を個別に（列ごとに）微調整することが可能となる。

アクチュエータ９１によるストローク量の調整、すなわちスライド部材８５の移動は、ピストン７６が下降端から上昇端に移動する間（図１２（ａ）に示す状態に至るまで）に行う。

容器に２種類の内容物を充填する場合、例えば１つの容器内に２種類の内容物が２層となるように充填する場合には、図７に示すように充填手段を２箇所に備えた充填機（自動計量充填装置）を用いる。すなわちこの自動計量充填装置５０は、容器に第１の内容物を充填する第１の充填手段５１と、第１の内容物が充填された容器に第２の内容物を充填する第２の充填手段５２と、容器への第１の内容物の充填量を計測するロードセル５３と、ロードセル５３による第１の内容物の充填量の計測値に基づいて第２の充填手段５２による第２の内容物の充填量を制御する制御手段５４とを備える。

また、容器に充填する内容物が１種類の場合には、図８に示すように充填手段を１箇所に備えた充填機（自動計量充填装置）を用いる。すなわちこの自動計量充填装置６０は、容器に内容物を充填する充填手段６１と、容器への内容物の充填量を計測するロードセル６２と、ロードセル６２による充填量の計測値に基づいて充填手段６１による充填量を制御する制御手段６３とを備える。

これらの自動計量充填装置５０、６０において、内容物が充填される容器（図示略）は、想像線で概略を示した容器搬送経路５５、６４に沿って、不図示の搬送手段により、各図の左右方向に搬送される。ロードセル５３、６２の前後には、図１等に示すロードセル１５の前後と同様に、上昇用ガイド１３及び下降用ガイド１６が設けられ、本発明の自動計量装置１０が充填機内に設置された構成となっている。これにより、ロードセル５３、６２による充填量の計量を安定的に精度良く行うことができるので、制御手段５４、６３による充填量の制御をより確実に行うことができる。

制御手段５４，６３による充填量の制御を受ける充填手段５２，６１として図１１に示す充填手段７０を用いる場合、制御手段５４，６３は、アクチュエータ９１に所定の制御信号を出力してアクチュエータ９１を制御する手段であり、例えばシーケンサを用いることができる。この制御信号を受け取ったアクチュエータ９１は、スライド部材８５を移動させることにより、梃子８４の作用点の位置を変更してピストン７６のストローク量を調節する。

図７に示す自動計量充填装置５０を用いて第１充填と第２充填を行う場合に充填量を制御する方法の一例を図９のフローチャートに示す。
第１の内容物が充填された容器がロードセル５３に到達すると、ロードセル５３により第１の内容物の充填量（第１充填量）が測定される（ステップＳ１１）。制御手段５４には予めトータルの充填量の設定値が入力されており、この設定値から第１充填量の計測値を差し引くことにより、第２の内容物の充填量（第２充填量）を計算する（ステップＳ１２）。また、制御手段５４には、第２充填量と作用点の位置との関係がプログラムされており、目標とする第２充填量に適した作用点の位置を決定してアクチュエータ９１に所定の制御信号を出力する。そしてこの制御信号を受け取ったアクチュエータ９１は、スライド部材８５を移動させることにより、梃子８４の作用点の位置を変更してピストン７６のストローク量を調節する（ステップＳ１３）。その後、第２の充填手段５２に到達した容器に対して第２の内容物を充填する（ステップＳ１４）。

図８に示す自動計量充填装置６０を用いて第１充填のみを行う場合に充填量を制御する方法の一例を図１０のフローチャートに示す。この場合は、充填した後に毎回フィードバックをかける必要はなく、数回の測定値から算出した平均値に基づき、フィードバックをかけることが望ましい。
第１の充填手段６１によって内容物が充填された容器がロードセル６２に到達すると、ロードセル６２の計測値に基づいて第１の内容物の充填量（第１充填量）が測定される（ステップＳ２１）。制御手段５４はロードセル６２から計測値の信号を受け取った累計の回数を記録し、それが設定回数に達したかどうかを判定する（ステップＳ２２）。設定回数に達していない場合は、ロードセル６２の計測値を待つ状態に制御を戻す。設定回数に達した場合は、設定回数分の計測値を積算して平均値を計算し（ステップＳ２３）、さらにこの平均値と充填量の設定値との偏差を計算する（ステップＳ２４）。また、制御手段６３には、偏差量と作用点の位置との関係がプログラムされており、設定された充填量からの偏差が解消されるのに適した作用点の位置を決定してアクチュエータ９１に所定の制御信号を出力する。そしてこの制御信号を受け取ったアクチュエータ９１は、スライド部材８５を移動させることにより、梃子８４の作用点の位置を変更してピストン７６のストローク量を調節する（ステップＳ２５）。その後、第１の充填手段６１に到達した後続の容器に対して内容物を充填する（ステップＳ２６）。

このように、充填手段がピストンを備える場合には、充填量の計測値に基づいて最適なストローク量を算出し、この算出値に基づいてストローク調整手段を制御することにより、ピストンのストローク量を調整することが好ましい。
この他、充填手段による充填量を調整する方法としては、例えば制御弁を用いて充填量を制御するなどの方法があり、本発明ではいずれの方法でも採用することができる。

なお、図７に示す自動計量充填装置５０に対して、図８に示す自動計量充填装置６０の要素を組み合わせることも可能である。
例えば、図７において、第１の充填手段５１に対して図８に示すロードセル６２及び制御装置６３を設置し、第１の充填手段５１にて充填される第１の内容物について、図１０のフローチャートに従ってその充填量の偏差を解消する仕様とすることが可能である。
また、第２の充填手段５２の下流側に、図８に示すロードセル６２及び制御装置６３を設置し、第２の充填手段５１にて充填される第２の内容物が充填された後の総充填量をみて、図１０のフローチャートに従って第２の充填手段５２の充填量を変更して偏差を解消する仕様とすることも可能である。

また、ロードセルによる内容物の充填量の計測は、内容物が充填された容器の質量（すなわち空容器の質量と内容物の充填量との和）の計測としても同様に実施可能であることは言うまでもない。この場合、内容物が充填された容器の質量から空容器の質量を差し引いて内容物の充填量を算出するように制御手段をプログラムしてもよく、あるいは、内容物が充填された容器の質量に基づいて充填手段を制御する仕様とすることも可能である。

また、本発明の趣旨によれば、容器に内容物を充填する充填手段の数は１又は２に限定されるものではなく、１個の容器に対して３以上の充填手段より順次充填を行うこと、また、２以上の充填手段の充填量を制御可能にするため自動計量装置及び制御手段（制御装置）を２組以上設けることなどの改変も可能である。
例えば、ある充填手段に対して、当該充填手段による充填後の容器の質量を計測するロードセル及び該ロードセルの計測値に基づいて当該充填手段の充填量を制御する制御装置を設け、当該充填手段の充填量の変更により当該充填手段の充填量の偏差を解消する仕様とすることが可能である。
また、ある充填手段に対して、当該充填手段による充填後の容器の質量を計測するロードセル及び該ロードセルの計測値に基づいて当該充填手段より下流側にある充填手段の充填量を制御する制御装置を設け、前記ロードセルにて計量された後の容器に対して前記下流側にある充填手段を用いて充填を行うに際し、当該充填手段までの総充填量の偏差を、前記下流側にある充填手段の充填量の変更により解消する仕様とすることも可能である。

（実施例に係る自動計量装置の試験）
図１に示すように、計量対象である物品としての容器１を懸架する収容穴１１ａが図１の紙面に垂直な方向に４個設けられてなる搬送台１１を備えた４列直進型充填機（株式会社トーワテクノ製）に対して、充填後数ポジションの位置（すなわち充填ノズルと載置台１４との間に搬送台１１が水平方向に数個並ぶ位置）にロードセル１５と載置台１４を設置するとともに、載置台１４の上流側に上昇用ガイド１３を、載置台１４の下流側に下降用ガイド１６を、それぞれ固定することにより、実施例の自動計量装置１０を充填機内に設置した。

４列直進型充填機は、搬送台１１を間欠的に載置台１４の上方に停止させるように、停止時間１．１秒、移動時間０．７に設定した（搬送能力としては毎時８０００個）。
ロードセル１５としては、株式会社エー・アンド・デイ製のロードセルＬＣ４２２１−Ｋ０１０（Ｎｏ．Ｆ１０００６１０）を用いた。データ処理手段１７としては、株式会社エー・アンド・デイ製の表示器（ウェイング・インジケータ）ＡＤ４４０１（Ｎｏ．Ｋ４４００１２７）を用いた。データ収集手段１８のデータ収集ソフトとしては、株式会社エー・アンド・デイ製Ｒｓ−Ｃｏｍおよび米国マイクロソフト・コーポレーション製ウィンドウズ（登録商標）エクセルを使用した。

搬送台１１に懸架された容器１に充填ノズルから８６〜８７ｇの水を充填したのち、この充填済み容器１を上昇用ガイド１３に沿って上昇させて載置台１４上に乗り移らせ、ロードセル１５によって風袋込みの容器１の質量を測定した。
１０個の容器１の計量を連続して行っている間、ロードセル１５では０．１秒間隔で荷重を自動的に計測するとともに、データ処理手段１７によって計量値をデータ収集手段１８に送信し、計量値のデータを記録させた。このとき記録された計量値を図１３のグラフに示す。

図１３の左端部は試験開始直後の計量値を示し、図１３の右端は試験終了直前の計量値を示す。試験の開始直後および終了直前では、載置台１４上に容器１が存在していないので、計量値が０ｇに戻っている。これに対して、計量を連続して行っている間は、計量済みの容器１を載置台１４から下降用ガイド１６に乗り移らせるのと略同時に次の容器１を上昇用ガイド１３から載置台１４に乗り移らせることができるように、ガイド１３，１６の形状や搬送台１１の間隔が調整されている。このため、容器１の入れ替え中の計量値はＶ字状に若干低下するものの、計量値が０ｇまで戻らないようになっている。
実施例の自動計量装置１０の場合、搬送台１１を停止させて容器１を計量している間の計量値（図１３で計量値が頂上部分に達している点）が９〜１１ポイント（０．９〜１．１秒間）にわたって安定しており、安定した計量値の信号を得ることができた。すなわち、容器１の計量をオンラインにおいて高精度で再現性よく実施することができた。

（比較例に係る自動計量装置の試験）
図１４に示すように、計量対象である物品としての容器１を懸架する収容穴２１ａが図１４の紙面に垂直な方向に４個設けられてなる搬送台２１を備えた４列直進型充填機（株式会社トーワテクノ製）に対して、充填後数ポジションの位置（すなわち充填ノズルと載置台２２との間に搬送台２１が水平方向に数個並ぶ位置）にロードセル２３と載置台２２とシリンダー２４を設置することにより、比較例の自動計量装置２０を充填機内に設置した。載置台２２はロードセル２３上に固定し、ロードセル２３は、シリンダー２４によって上下に駆動されるようにした。

４列直進型充填機は、搬送台２１を間欠的に載置台２２の上方に停止させるように、停止時間１．１秒、移動時間０．７に設定した（搬送能力としては毎時８０００個）。
ロードセル２３としては、株式会社エー・アンド・デイ製のロードセルＬＣ４２２１−Ｋ０１０（Ｎｏ．Ｆ１０００６１０）を用いた。このロードセル２３に対して実施例と同様にして、データ処理手段１７およびデータ収集手段１８（図２参照）を接続した。

実施例と同様にして搬送台２１に懸架された容器１に充填ノズルから８６〜８７ｇの水を充填したのち、搬送台２１を載置台２２の上方に移動させ、搬送台２１が停止した直後にシリンダー２４を用いてロードセル２３を載置台２２ごと上昇させ、容器１が搬送台２１から浮上してその支持から解放された状態となる高さまで容器１を持ち上げ、ロードセル２３によって風袋込みの容器１の質量を測定した。計量後はシリンダー２４を用いてロードセル２３を載置台２２ごと下降させ、容器１が搬送台２１に懸架された状態に復帰した直後に載置台２２の移動を再開した。シリンダー２４の上昇および下降にはそれぞれ０．１秒を要した。このため、容器１を持ち上げた状態でシリンダー２４が停止した時間は、０．９秒であった。
１０個の容器１の計量を連続して行っている間、ロードセル２３では０．１秒間隔で荷重を計測し、計量値をデータ収集手段１８に記録した。このとき記録された計量値を図１５のグラフに示す。

図１５の左端部は試験開始直後の計量値を示し、図１５の右端は試験終了直前の計量値を示す。試験の開始直後および終了直前では、載置台２２上に容器１が存在していないので、計量値が０ｇに戻っている。また、容器１の入れ替え中には、載置台２２が下降して容器１から離れてしまうため、このときにも計量値が０ｇまで戻っている。
比較例の自動計量装置２０の場合、搬送台２１を停止させて容器１を計量している間の計量値（図１５で計量値が頂上部分に達している点）が２〜３ポイント（０．２〜０．３秒間）に過ぎず、安定した計量値の信号が得られないため、容器１の計量をオンラインで精度良く行うことが困難であった。この結果は、比較例の自動計量装置２０ではシリンダー２４を用いて容器１を上下させるときに力を加えて加速と減速を行っているので、計量時にシリンダー２４を停止させたとしても、容器１が完全に停止するまでにタイムラグが生じて容器１の実際の停止時間（すなわち安定に計量が可能な時間）が短くなってしまっていることを示している。
以上のように、実施例の自動計量装置１０は、比較例の自動計量装置２０に比べて極めて安定した計量値を得ることができた、格段に優れるものであった。

本発明は、充填直後の容器に限らず、搬送中の各種物品をオンラインで計量する自動計量装置として利用することができる。

本発明の自動計量装置の一形態例を示す概略構成図である。 図１の自動計量装置におけるデータ収集方法を説明するブロック図である。 凹溝および線状突起を傾斜面に設けた上昇用ガイドを下端側から図示した側面図である。 上昇用ガイドの傾斜面の上端から水平面を延長した改変例の上昇用ガイド、載置台および計量手段を示す部分構成図である。 上昇用ガイドの載置台側の端縁を載置台の周縁に合わせた形状とした改変例の上昇用ガイド、載置台および下降用ガイドを示す部分上面図である。 充填量の計測値に基づいて充填機の充填量を制御する方法の一例を説明するブロック図である。 第１充填と第２充填を行う充填機の一例を示す概略図である。 第１充填のみを行う充填機の一例を示す概略図である。 第１充填と第２充填を行う場合に充填量を制御する方法の一例を説明するフローチャートである。 第１充填のみを行う場合に充填量を制御する方法の一例を説明するフローチャートである。 充填手段の一例を示す概略構成図である。 図１１に示す充填手段のピストン及びノズルの動作を説明する部分拡大図であって、（ａ）は内容物がタンクからノズルへと移動する段階を示し、（ｂ）は内容物がノズルから容器に向けて排出される段階を示す。 本発明の自動計量装置により測定された計量値の一例を示すグラフである。 比較例の自動計量装置を示す概略構成図である。 比較例の自動計量装置により測定された計量値の一例を示すグラフである。

符号の説明

１…物品（容器）、１０…自動計量装置、１１…搬送台、１２…搬送手段、１３…上昇用ガイド、１３ａ…傾斜面、１４…載置台、１５…計量手段（ロードセル）、１６…下降用ガイド、１６ａ…傾斜面、１６ｃ…傾斜面の下端、４２…シーケンサ、４３…ストローク調整手段（ストローク調整用アクチュエータ）、５０…自動計量充填装置、５１…第１の充填手段、５２…第２の充填手段、５３…計量手段（ロードセル）、５４…制御手段、６０…自動計量充填装置、６１…充填手段、６２…計量手段（ロードセル）、６３…制御手段、７０…充填手段、７１…タンク、７４…ノズル、７５…シャフト、７６…ピストン、８０…ピストン駆動機構、９１…ストローク調整手段（ストローク調整用アクチュエータ）。

Claims (6)

1. 物品が懸架された搬送台を水平方向に移動させることにより前記物品を搬送する搬送手段と、前記物品が前記搬送台の移動方向に沿って上昇するよう上向きに傾斜した傾斜面を有する上昇用ガイドと、前記物品が前記搬送台から浮上してその支持から解放された状態となる高さに設置された載置台と、前記載置台に載置された物品を計量する計量手段と、前記物品が前記搬送台の移動方向に沿って下降するよう下向きに傾斜した傾斜面を有する下降用ガイドとを備え、
   前記上昇用ガイドは、その傾斜面上の物品を前記載置台上に乗り移らせることが可能な位置に設けられており、
   前記下降用ガイドは、物品を前記載置台上から前記下降用ガイドの傾斜面に受け入れることが可能な位置に設けられていることを特徴とする自動計量装置。
2. 前記下降用ガイドの傾斜面の下端は、前記物品が前記搬送台によって懸架される高さ以下に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の自動計量装置。
3. 容器に第１の内容物を充填する第１の充填手段と、第１の内容物が充填された容器に第２の内容物を充填する第２の充填手段と、前記容器への第１の内容物の充填量を計測する自動計量装置と、前記自動計量装置による前記第１の内容物の充填量の計測値に基づいて前記第２の充填手段による第２の内容物の充填量を制御する制御手段とを備えた自動計量充填装置であって、
   前記自動計量装置は、内容物が充填された容器が懸架された搬送台を水平方向に移動させることにより前記容器を搬送する搬送手段と、前記容器が前記搬送台の移動方向に沿って上昇するよう上向きに傾斜した傾斜面を有する上昇用ガイドと、前記容器が前記搬送台から浮上してその支持から解放された状態となる高さに設置された載置台と、前記載置台に載置された容器を計量する計量手段と、前記容器が前記搬送台の移動方向に沿って下降するよう下向きに傾斜した傾斜面を有する下降用ガイドとを備え、
   前記上昇用ガイドは、その傾斜面上の容器を前記載置台上に乗り移らせることが可能な位置に設けられており、
   前記下降用ガイドは、容器を前記載置台上から前記下降用ガイドの傾斜面に受け入れることが可能な位置に設けられていることを特徴とする自動計量充填装置。
4. 容器に内容物を充填する充填手段と、前記容器への充填量を計測する自動計量装置と、前記自動計量装置による前記充填量の計測値に基づいて前記充填手段による充填量を制御する制御手段とを備えた自動計量充填装置であって、
   前記自動計量装置は、内容物が充填された容器が懸架された搬送台を水平方向に移動させることにより前記容器を搬送する搬送手段と、前記容器が前記搬送台の移動方向に沿って上昇するよう上向きに傾斜した傾斜面を有する上昇用ガイドと、前記容器が前記搬送台から浮上してその支持から解放された状態となる高さに設置された載置台と、前記載置台に載置された容器を計量する計量手段と、前記容器が前記搬送台の移動方向に沿って下降するよう下向きに傾斜した傾斜面を有する下降用ガイドとを備え、
   前記上昇用ガイドは、その傾斜面上の容器を前記載置台上に乗り移らせることが可能な位置に設けられており、
   前記下降用ガイドは、容器を前記載置台上から前記下降用ガイドの傾斜面に受け入れることが可能な位置に設けられていることを特徴とする自動計量充填装置。
5. 前記下降用ガイドの傾斜面の下端は、前記容器が前記搬送台によって懸架される高さ以下に設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の自動計量充填装置。
6. 前記充填手段は、ピストンのストローク量を変更するストローク調整手段を備え、
   前記制御手段は、前記充填量の計測値に基づいて最適なストローク量を算出し、この算出値に基づいて前記ストローク調整手段を制御するものであることを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の自動計量充填装置。

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