JP2009162777A - 重量式充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 物品を、高速かつ高精度に充填する。
【解決手段】 複数の計量ホッパ８内の物品重量を種々に組合せ、これら組合せの中から合計値が、目標重量Ｗｔよりも小さく予め定めた一次充填重量Ｗｕよりも小さくこれに近い組合せを選択し、選択された組合せを構成する物品を、これらが収容されている計量ホッパ８から排出させる（ステップＳ１２）。選択された組合せを構成する物品以外の物品が収容されている計量ホッパ８のうち少なくとも１つのものを選択し（ステップＳ１４）、それの物品の重量が、目標重量Ｗｔと選択された組合せの合計重量との差である二次充填重量ｗｔにほぼ等しい重量だけ減少するまで、物品を排出させる（ステップＳ２０、２２、２４）。
【選択図】 図１

Description

本発明は、容器に所定重量ずつ物品を充填する重量式充填装置に関する。

重量式充填装置としては、溜ホッパ、供給装置及び計量ホッパを備えたものがある。この充填装置では、溜ホッパから物品を最初は大きい供給量で供給装置によって計量ホッパに供給する。計量ホッパに一定重量の物品が供給されると、充填精度を高めるため、小さい供給量で供給装置によって計量ホッパに供給する。計量ホッパ内の物品の重量が落差量を見込んだ所定の値に到達すると、物品の供給を停止する。計量ホッパが安定後に物品の重量を正確に測定した上で、包装容器に物品を排出する。

この充填装置では、包装容器に充填する所定量の大半を大きな供給量で計量ホッパに供給することによって充填速度を高めている。しかし、大きな供給量のみで充填を行うと、物品が計量ホッパに落下する際の衝撃外乱が大きく、また、供給流量のバラツキや、落差量も大きいので、高い精度での充填が行えない。そこで、物品の大半の供給が終了後に、供給量を少なくして、大供給流量時の衝撃外乱が収斂するのを待ちながら、計量ホッパ内の物品重量が上記所定の値に到達すると、物品の供給を停止し、落差量を含んで、所定量の物品が計量ホッパに充填されるようにしている。しかし、計量ホッパの安定を待ちながら、小供給量での充填には長い時間が必要である。また、計量ホッパに設けられた１台の計量装置によって、大きい重量の物品を測定しているので、計量装置の固有振動周期が長くなり、重量信号を平滑させるためのフィルタの時定数の影響も含めて、重量信号の応答時間を遅くする要因が作られている。

これらの問題を解決しようとする重量式充填装置が、例えば特許文献１に開示されている。この装置では、一次充填装置と二次充填装置とが設けられ、それぞれに秤が組み込まれている。一次充填装置が備える計量ホッパによって物品の所定重量の大半が計量充填され、重量値が測定される。所定重量値と一次充填装置での充填重量との差が、二次充填装置の二次充填量と決定される。二次充填装置は排出計量方式のもので、一次充填装置からの物品が包装容器に排出されているときに、これと並行して、二次充填装置から二次充填量の物品が包装容器に排出される。

この重量式充填装置では、全体の充填時間を短くしようとしている。しかし、（１）一次充填される重量が大きいことと、（２）一次充填物の計量が必要であるので大きい衝撃外乱の発生を抑えながら供給充填するのに時間が掛かることと、（３）長い固有振動周期に起因するフィルタ応答遅れが存在することとによって、一次充填時間を長く見込む必要がある。また、一次充填が終了して、計量ホッパが安定してから正確な静止計量値を測定しなければ、二次充填量を決定することができず、充填時間の完全な短縮には、まだ解決すべき問題が多い。

これら２方式の他に、物品を高速に容器に充填することが可能なものとして、組合せ秤がある。この組合せ秤では、複数個の計量ホッパに物品を分割供給する。各物品の重量を測定する。これら重量を組み合わせて、その合計値が目標重量値に等しいか近い組合せを選択する。この選択された組合せを構成する計量ホッパから物品を包装容器に排出する。この組合せ秤では、計量ホッパへの物品の供給量を適切に設定すると、極めて短時間のうち高精度に物品を包装容器に充填することが可能になる。

特開平７−５５５４２号公報

しかし、組合せ秤では、物品が、例えばコーヒーの粉やグラニュー糖のように１粒の重量が、計量ホッパの計量器の精度を考慮して達成すべき充填精度に比べて小さい粉粒体の場合には、一粒の粉粒体の重量は、所定量精度の達成には影響を与えない。このような物品の場合、選択された組合せの精度が充填精度を決定する。

ところが、粉粒体の充填を、上述したような２つの方式の重量式充填装置で行った場合、その充填精度は、これら装置に使用されている秤の精度によって決定され、秤の精度によって保証された商品が流通している。従って、粉粒体の充填に組合せ秤を使用した場合には、充填時間を短縮することができる。しかし、充填精度が、秤の計量精度よりも原理的に低い精度しかでない組合せ精度によって保証されるので、上述した２つの方式の重量式充填装置に等しい精度の商品を作ることができなかった。

これに対処する方法として、計量ホッパ数を増加させたり、或いは計量ホッパの下方にメモリホッパを設けたりして、組合せの対象になる物品の数を増加させて、組合せ精度を高めることが考えられる。しかし、この方法では、コストが高くなる上に、組合せ精度を向上させたとしても、単体の秤で得られる計量精度と比較すると、上述した２方式のものの精度には及ばない。

本発明は、物品を、高速かつ高精度に充填することができる重量式充填装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の重量式充填装置は、物品として、流体、または前記物品を構成する個々の重量が必要とされる精度に比較して小さい粉粒体を、計量対象としている。そして、本重量式充填装置は、所定重量よりもわずかに小さく予め定められた一次充填重量に等しいか近い重量の前記物品を容器に充填する一次充填手段と、前記容器に充填される前記物品の重量と、これよりも大きく定められた前記所定重量との差に相当する二次充填重量の物品を排出計量方式で、前記容器に充填する二次充填手段とを、具備している。前記一次充填手段が、組合せ目標重量に等しいか近い合計重量を有する前記物品の組合せを選択する組合せ秤によって構成され、前記組合せ秤は、前記一次充填重量を前記組合せ目標重量とし、前記組合せ秤において前記物品を収容する物品収容手段内の前記物品の重量を、前記組合せ目標重量に等しいか最も近い合計重量を有する前記物品の組合せが選択されるように、制御している。

前記組合せ秤は、前記組合せ目標重量より小さくて最も近い合計重量を持つ組合せを選択することができる。

また、前記組合せ秤の前記物品収容手段の物品の重量は、前記組合せ目標重量を組合せの対象となる前記物品収容手段の台数で除した値にほぼ等しい値に制御されているものとすることができる。

以上のように、本発明によれば、一次充填手段と二次充填手段とによって、所定重量の物品を容器に充填するに際し、一次充填手段に組合せ秤を使用し、二次充填手段に排出計量手段を使用しているので、物品を、高速かつ高精度に充填することができる。

本発明の１実施形態の重量式充填装置の動作の主要部を示すフローチャートである。 本発明の１実施形態の重量式充填装置の動作の残りの部分を示すフローチャートである。 本発明の１実施形態の重量式充填装置の概略構成図である。 図３の重量式充填装置のブロック図である。 図３の重量式充填装置の計量ホッパの開閉状態を示す図である。 図３の重量式充填装置における組合せ重量の分布状態を示す図である。

本発明の一実施の形態の重量式充填装置は、図３に示すように、物品供給手段、例えば分散フィーダ２を有している。分散フィーダ２は、その上方から供給された物品、例えば粉粒体、具体的にはコーヒー粉やグラニュー糖等を、その周囲に分散させるものである。この分散フィーダ２の周囲に沿って、複数台の物品搬送手段、例えば直進フィーダ４が、外方に向かって配置されている。これら直進フィーダ４は、分散フィーダ２から供給された物品を、外方に向かって搬送させる。

これら直進フィーダ４の外方端には、貯留手段、例えば供給ホッパ６が、各直進フィーダ４に対応して配置されている。これら供給ホッパ６には、直進フィーダ４の動作を適切に制御することによって、ほぼ所定量の物品が供給されている。これら供給ホッパ６は、排出手段、例えば排出ゲート６ａが設けられており、これを開放することによって、下方に物品を供給することができる。

これら供給ホッパ６の下方に、これらに対応して物品収容手段、例えば計量ホッパ８が配置されている。各計量ホッパ８には、計量手段、例えばロードセル１０が、それぞれ設けられている。各計量ホッパ８に供給された物品の重量は、ロードセル１０によって計量され、その計量値を表す計量信号がロードセル１０によって生成される。

各計量ホッパ８には、排出流量可変手段、例えば排出ゲート１２ａ、１２ｂが設けられている。これら排出ゲート１２ａ、１２ｂは、計量ホッパ８の下部に形成された排出口を、図示しない駆動手段、例えばエアーシリンダやステッピングモータによって開閉可能に構成されている。特に、その開度を変更可能に構成されている。

即ち、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、非排出状態では、両排出ゲート１２ａ、１２ｂが重なりあって、物品が排出口から排出されない状態にある。但し、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、排出ゲート１２ｂの先端中央には、切り込み１４が形成されている。この切り込み１４は、粉粒体等の物品が通過可能な微少なものである。閉状態においては、この切り込み１４は排出ゲート１２ａと重なっており、この切り込み１４を介して物品の排出はない。

図５（ｃ）、（ｄ）に示すように両排出ゲート１２ａ、１２ｂを僅かに開いた小排出状態では、排出ゲート１２ａ、１２ｂが、計量ホッパ８の排出口をまだ閉じているが、切り込み１４を介して微少な流量で物品を排出可能である。

図５（ｅ）、（ｆ）に示すように、両排出ゲート１２ａ、１２ｂを大きく開いた大排出状態では、計量ホッパ８の排出口が完全に開かれ、大流量で物品が排出される。

各計量ホッパ８から排出された物品は、シュート１６を介して集合ホッパ１８に排出され、ここで集められて、集合ホッパ１８の下方に配置された包装容器（図示せず）に充填される。

図４に示すように、各ロードセル１０の計量信号は、各ロードセル１０に対応して設けられた重量測定装置２０に供給される。各重量測定装置２０では、対応するロードセル１０からの計量信号を増幅器２２によって増幅する。増幅された計量信号に含まれている振動成分が、フィルタ２４によって除去され、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）変換器２６によってデジタル計量信号に変換される。このデジタル計量信号は、入出力装置２８を介して制御手段、例えばＣＰＵ３０に供給され、さらに、記憶手段、例えばメモリ３２に記憶される。なお、ＣＰＵ３０では、デジタル計量信号には、計量ホッパ８の重量（風袋重量）等が含まれているので、これを減算する等の演算処理が行われ、真の物品重量を表すデジタル計量信号が、メモリ３２に記憶される。以下、この真の物品重量を表すデジタル計量信号を物品デジタル計量信号と称する。

各重量測定装置２０からの物品デジタル計量信号は、主演算装置３４に供給される。主演算装置３４は、制御手段、例えばＣＰＵ３６、記憶手段、例えばメモリ３８を有している。このメモリ３８には、入出力装置４０及びＣＰＵ３６を介して各物品デジタル計量信号が記憶される。ＣＰＵ３６は、メモリ３８に記憶されているプログラムに従って、これら各物品デジタル計量信号に対して組合せ演算処理を施して、内部に収容されている全ての物品を排出する計量ホッパ８を決定する。そして、選択された計量ホッパ８から物品を排出させる。即ち、一次充填が行われる。

また、選択されなかった計量ホッパ８内の１台の計量ホッパ８を選択する。例えば、最も物品デジタル計量信号が大きいものが選択される。この選択された計量ホッパ８からそれの内部の一部の物品を、所定の重量だけ減少するまで排出させる排出計量方式で二次充填が重量測定装置２０において行われる。

即ち、主演算装置３４のＣＰＵ３６は、計量ホッパ８の一部と共に一次充填手段を構成し、計量装置２０のＣＰＵ３０は、残りの計量ホッパ８の一部と共に、二次充填手段を構成する。この一次充填手段は、組合せ演算手段と、排出制御手段とを備えたものとなり、二次充填手段は、排出計量演算手段を有するものとなる。

なお、主演算装置３４には、表示手段、例えばモニタ４２と、操作子、例えばキーボード４４が設けられている。モニタ４２には、例えば、組合せ演算の結果、どの計量ホッパ８から、どれだけの重量の物品が排出されたかとか、選択されなかった計量ホッパのうちどれからどれだけの量の物品が排出されたか等が表示される。また、キーボード４４は、例えば、後述するような各種重量の設定に使用される。

以下、ＣＰＵ３６が行う処理について説明する。今、この重量式充填装置において、１つの容器に充填しようとする目標重量Wtをキーボード４４によって設定する。更に、ＣＰＵ３６が行う組合せ演算において選択しようとする組合せの合計重量（以下、境界重量と称する。）Ｗｕをキーボード４４によって設定する。ＷｕはＷｔよりもわずかに小さく（Ｗｕ＜Ｗｔ）、その差に相当する重量の物品が、計量ホッパ８の排出ゲート１２ａ、１２ｂを小排出状態としたときに供給可能に、その差は設定されている。また、各計量ホッパ８の台数をＮとしたとき、そのうちのＭ（Ｍ＜ｎ）台の組合せにおいて、最もＷｕに近い値が合計重量となる組合せが得られるように、各計量ホッパ８に、ほぼＷｕ／Ｍの物品が供給されるように、分散フィーダ２及び直進フィーダ４が設定されている。なお、組合せ演算では、合計重量がＷｕに等しいか、これよりも小さくて最も近い組合せが選択される。

このように初期設定が行われて、物品が各計量ホッパ８に供給されると、図２に示すように、各重量測定装置２０によって物品デジタル計量信号が生成され（ステップＳ２）、これらが主演算装置３４のＣＰＵ３６に伝送される（ステップＳ４）。ＣＰＵ３６では、組合せ演算手段として、Ｎ個の物品デジタル計量信号のＭ個の組合せを全て実行し、それぞれの組合せの合計重量を求める（ステップＳ６）。このときの合計重量は、図６に示すように、Ｗｕを最大に大小の方向に次第に減少する正規分布する。この重量式充填装置の許容精度をＷｔ±ｅとする。ｅは、ＷｕとＷｔとの差よりも小さい値である。このようにＷｕを設定するのは、本来、Ｗｔ±ｅ以内になる合計重量を持つ組合せが選択されれば、二次充填の必要はないが、許容精度を外れるがＷｔに近接しすぎた合計重量を持つ組合せを選択すると、Ｗｔ−ｅ以内の充填重量となるように二次充填を行おうとすると、二次充填重量の制御が、排出ゲート１２ａ、１２ｂを小排出状態としたときに困難となるからである。

この組合せ演算の結果、選択された組合せの合計重量をｗｃｋとすると、ｗｃｋがＷｔ±ｅ以内であるか判断され（ステップＳ８）、この判断がイエスであると選択された時点で、ＣＰＵ３６は、この選択された組合せを構成している計量ホッパ８の排出ゲート１２ａ、１２ｂを大排出状態とする（ステップＳ１０）。即ち、排出制御手段として機能する。これによって、包装容器内には、合計重量がＷｔ±ｅ以内である物品が充填される。従って、二次充填は行われずに、空になった計量ホッパ８に、対応する供給ホッパ６から物品が供給され、再び組合せ演算が行われる。空になった供給ホッパ８には、対応する直進フィーダ４から、ほぼＷｕ／Ｍの重量の物品が供給される。

一方、ステップＳ８において、ｗｃｋがＷｔ±ｅ以内でないと判断されると、二次充填が必要であるので、まず、図１に示すように、ＣＰＵ３６は、この選択された組合せを構成している計量ホッパ８の排出ゲート１２ａ、１２ｂを大排出状態とする（ステップＳ１２）。これによって、合計重量がｗｃｋである物品が包装容器に向かって排出される。

また、ＣＰＵ３６は、組合せに参加しなかった残り（Ｎ−Ｍ）台の計量ホッパ８のうち、物品デジタル計量信号が最も大きいものの重量測定装置２０を選択する（ステップＳ１４）。また、ＣＰＵ３６は、ｗｔ＝Ｗｔ−ｗｃｋの演算を行って、二次充填すべき重量ｗｔを決定し、ステップＳ１４で選択した重量測定装置２０にｗｔを送信する（ステップＳ１６）。

そして、ステップＳ１４で選択した重量測定装置２０のＣＰＵ３０は、この選択された計量ホッパの物品デジタル計量信号をＷｘであるとすると、Ｗａ＝Ｗｘ−ｗｔの演算を行って、この選択された計量ホッパ８からｗｔの物品を排出した後の残存重量Ｗａを決定する（ステップＳ１８）。ＣＰＵ３０は、この選択された計量ホッパ８の排出ゲート１２ａ、１２ｂを小排出状態とする（ステップＳ２０）。更に、ＣＰＵ３０は、この選択された計量ホッパ８の残存重量がＷａ以下であるか判断する（ステップＳ２２）。この判断がノーであると、イエスになるまでステップＳ２２を繰り返す。即ち、小排出状態が維持される。そして、ステップＳ２２の判断がイエスになると、排出ゲート１２ａ、１２ｂを閉じる（ステップＳ２４）。即ち、排出計量（残差計量）が行われる。このように、ＣＰＵ３０は、排出計量（残差計量）演算手段として機能する。

その後、空になった計量ホッパ８には、対応する供給ホッパ６からほぼＷｕ／Ｍの重量の物品が供給され、再び組合せ演算が行われる。また、空になった供給ホッパ８には、対応する直進フィーダ４から物品が供給される。

このように、この重量式充填装置は、一次充填した物品の目標重量Ｗｔに対する不足分ｗｔを二次充填するものであるが、一次充填が組合せ秤によって行われるので、従来のもののように、供給流量を大きくした計量充填方式による一次充填に比べて、一次充填重量であるｗｃｋをＷｔに近接した値にできる。従って、二次充填を排出計量によって行っているが、その排出計量する物品の量は極めて少なく、一次充填に要する時間のみならず、二次充填の排出計量に要する時間も、特開平７−５５５４２号公報に開示されている技術と比較して、短縮することができる。しかも、二次充填される重量は小さいので、組合せ演算によって選択された計量ホッパ８から物品が排出されるタイミングに、殆ど遅れずに二次充填を行える。

しかも、二次充填される物品は、選択されなかった計量ホッパ８内にあるものを使用しているので、二次充填用の排出計量装置を別途に準備する必要がない。さらに、二次充填重量は小さいので、排出計量を担当した計量ホッパ８の物品の減量はわずかである。従って、この排出計量を担当した計量ホッパを、次に行われる組合せ演算に対して、組合せ確率を低下させることなく、参加させることができる。特に、最も重量が多い計量ホッパ８から物品を排出させているので、その重量が減少していることにより、次回以降の組合せ演算において選択される可能性が高まり、物品の滞留防止に役立つ。

また、最終的に包装容器に充填される物品の重量は、組合せ演算の結果によって得られた一次充填重量を、計量装置を用いて行う排出計量によって補正する二次充填によって行われるので、充填重量の精度を組合せ秤単体で行った場合よりも高かめることができる。

計量ホッパ８の台数を少なくした場合、計量ホッパ８の台数が多い場合と比較して、合計重量がＷｕに近接する値となる確率が減少し、二次充填重量ｗｔが比較的大きい値になることがある。この場合、選択されなかった１台の計量ホッパ８にｗｔを負担させるのではなく、選択されなかった複数台の計量ホッパ８にｗｔを負担させることができる。例えば選択されなかった計量ホッパ８のうち、最も多くの物品を収容しているものと、それの次に多くの物品を収容しているものとに、ｗｔ／２ずつ負担させることができる。この場合、これら２台の計量ホッパ８に対応する重量測定装置２０に、ｗｔ／２を送信し、これら重量測定装置２０によって、２台の計量ホッパ８から同時に排出計量させれば、排出計量時間を短縮することができる。但し、ｗｔ／２が排出計量の制御を高精度に行えないような小さな値にならないようにする必要がある。

無論、３台以上の計量ホッパ８にｗｔを負担させてもよい。また、２台以上の計量ホッパ８にｗｔを負担させる場合、その負担重量を均等にする必要はなく、例えば各計量ホッパ８内の物品の重量に応じてｗｔを比例配分して、負担させてもよい。

上記の実施の形態では、物品収容手段として、計量ホッパ８のみを使用したが、各計量ホッパ８の下方にメモリホッパを設け、各計量ホッパ８の物品が計量された後、メモリホッパに計量済みの物品を移送し、空になった計量ホッパ８には新たに物品を供給して、計量し、各計量ホッパ８の物品、各メモリホッパの物品の重量を対象として、組合せ演算を行ってもよい。この場合、各計量ホッパ８は、対応するメモリホッパに物品を移送することができる上に、かつ直接に集合ホッパ１８に物品を排出できるように構成する。無論、各計量ホッパ８は、大排出状態と小排出状態とに切り替えることができるようにも、排出ゲートを構成する。

上記の実施の形態では、物品としては粉粒体を使用したが、例えば液体のような流体に使用することもできる。この場合には、物品収容手段として、計量ホッパは使用せずに、流体の貯留用の容器を使用する。また、排出ゲートに代えて、流量を可変できるバルブを使用する。

８ 計量ホッパ（物品収容手段）
２０ 重量測定装置（排出計量手段）
３４ 主演算装置（組合せ演算手段、排出制御手段）

Claims (3)

1. 物品として、流体、または前記物品を構成する個々の重量が必要とされる精度に比較して小さい粉粒体を、計量対象とし、
   所定重量よりもわずかに小さく予め定められた一次充填重量に等しいか近い重量の前記物品を容器に充填する一次充填手段と、
   前記容器に充填される前記物品の重量と、これよりも大きく定められた前記所定重量との差に相当する二次充填重量の物品を排出計量方式で、前記容器に充填する二次充填手段とを、
   具備し、前記一次充填手段が、組合せ目標重量に等しいか近い合計重量を有する前記物品の組合せを選択する組合せ秤によって構成され、前記組合せ秤は、前記一次充填重量を前記組合せ目標重量とし、前記組合せ秤において前記物品を収容する物品収容手段内の前記物品の重量を、前記組合せ目標重量に等しいか最も近い合計重量を有する前記物品の組合せが選択されるように、制御している
   重量式充填装置。
2. 請求項１記載の重量式充填装置において、前記組合せ秤は、前記組合せ目標重量より小さくて最も近い合計重量を持つ組合せを選択する重量式充填装置。
3. 請求項１記載の重量式充填装置において、前記組合せ秤の前記物品収容手段の物品の重量は、前記組合せ目標重量を組合せの対象となる前記物品収容手段の台数で除した値にほぼ等しい値に制御されている重量式充填装置。

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