JP2009280287A - 受け入れ容器を充填するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】供給される予定の物質に可能な限り少ない量の応力しか与えず、かつ最良の精度を提供するように、貯蔵器からの自由流れ物質の所定の目標量で受け入れ容器を充填する方法および装置の提供。
【解決手段】自由流れ物質の測定される用量を受け入れ容器１００内に充填するように働く投与量分配装置３００を使用して、受け入れ容器１００を貯蔵器２００からの物質の所定の目標質量で充填する方法であって、投与量分配装置３００が、貯蔵器２００から受け入れ容器１００内への質量流量の可変設定を可能にする弁３１０を備え、充填サイクル中の少なくとも１つの時間ｔで、充填サイクルの終了時に受け入れ容器１００内に存在することが期待される質量の推定を実施し、目標質量より小さい場合、質量流量を伴う開口が差時間区間だけより長く維持されるであろうように、かつ／または時間ｔでの質量流量が増加するように弁３１０を制御する方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、本明細書では目標容器とも呼ばれる受け入れ容器を、貯蔵器からの自由流れ物質の所定の目標量で充填する方法および装置に関する。

この種の充填装置は、例えば薬剤分野で必要とされる少量の投与量を分配するのに特に使用される。この受け入れ容器はしばしば、この物質を所与の仕様に従って引き続きさらに処理できるように、投与量分配装置から送られる物質の質量を量るために秤の上に配置される。

物質のうちのある測定される用量が分配される予定のこの物質は、例えば投与量分配ヘッドを装備する原料容器または貯蔵器内に保持される。次に目標は、充填工程の終了時にこの物質の所定の目標質量が受け入れ容器内に存在するような方法で、投与量分配装置の開口部を介して投与量物質を供給することである。重要な点は、受け入れ容器内に実際に存在する質量ができるだけ正確に所定の目標質量に合致すべきであり、かつ目標質量が正確に画定されることである。この充填工程ができるだけ最短時間内に行われることもさらに重要である。

知られた最新技術は、分配される物質の体積測定に基づく投与量分配方法を提供する。密度ρの物質、弁の可変開口断面積Ａおよび結果として得られる物質の供給流速ｕに対し、受け入れ容器内の物質の質量ｍ_ｚは、

として得られる。特にこの供給流速ｕは、例えば弁の開口面積Ａ、貯蔵器内の物質の充填レベル高さｈから結果として生じる静圧、例えば粉体粒サイズｄなどの物質のレオロジー特性などの多くの影響要因に支配される。特にこのレオロジー特性はしばしば非常に複雑であり、限定される精度でしか知られていない影響要因に支配される。例えば、流れ工程の開始時にビンガム（Ｂｉｎｇｈａｍ）物質で起きる遅延流れは、考慮に入れるのが困難である。特に、微粉砕物質の投与量充填では、各々の粒の粒サイズ、湿分含有量および表面特性などの要因が主要な重要事項である。

投与量充填工程中に貯蔵器から受け入れ容器内へ供給される目標質量の精度を最適化する方法は、米国特許第６，３８０，４９５号に開示されている。この参考文献による方法では、貯蔵器と受け入れ容器の間に配置される弁が、最初にその最大開口にある時間開いて保持され、次いで唐突に閉じられる。充填工程中、この受け入れ容器内の物質は秤によって監視される。この場合、弁を閉じるのにある長さの時間が必要であり、かつ充填工程中弁と受け入れ容器の間を自由落下している材料も存在するので不正確さが起きる。結果として、弁の唐突な閉鎖の時に秤によって指示される質量の量は、充填工程の終了後に受け入れ容器内に存在する質量の最終量より少ない。この誤差は、最小二乗法の再帰的方法を介して求められ、充填サイクルの引き続く繰り返しで修正される。ここでそれ自体存在する問題点は、弁の唐突な閉鎖である。この唐突な閉鎖中、分配されている物質は追加の力に曝される。特に、例えば精製化学製品または薬剤物質などの感受性の高い物質が分配されているとき、これらの物質をできるだけ優しく取り扱いかつできるだけ少ない応力に曝すことが重要である。そうではない場合、物質特性に所望されない変化が生じる、すなわち物質が損なわれる可能性がある。この唐突な閉鎖は、材料の締め固めに繋がる可能性もある。この締め固めは、材料特性、その結果材料の流れ特性を変化させる可能性があり、それが充填工程の再現性に悪影響を与えるであろう。さらなる問題点は、最初の充填サイクル中、先行する充填サイクルから入手可能なデータが全く存在しないことにある。したがって、最初の充填サイクルに対して修正を行うことは不可能であり、それが結果として得られる充填量に誤差を生じさせる可能性がある。

米国特許第６，３８０，４９５号

したがって、本発明の目的は、供給される予定の物質に可能な限り少ない量の応力しか与えず、かつ最良の精度を提供するように、貯蔵器からの自由流れ物質の所定の目標量で受け入れ容器を充填する方法および装置を提供することである。

この目的は独立特許請求項に示めされる特徴を有する方法および装置によって達成される。さらに有利な実施形態は、従属請求項に見ることができる。
本発明による方法および本発明による装置は、物質の測定される用量を受け入れ容器内に充填するように働く投与量分配装置を使用して、受け入れ容器を貯蔵器からの自由流れ物質の所定の目標質量ｍ_ｚで充填する機能を実施する。この投与量分配装置は、貯蔵器から受け入れ容器内への質量流量

の可変設定を可能にする弁を装備する。この投与量分配装置はさらに、充填サイクルの開始から経過した時間ｔを求めるためのタイミング機能、受け入れ容器内に存在する物質の質量ｍを求めるための秤、および弁を制御するための弁制御モジュールを有する制御器ユニットを備える。この制御器ユニットは、推定モジュールおよび修正モジュールをさらに含み、
−充填サイクル中の少なくとも１つの時間ｔに、推定モジュールは、時間ｔ_２のときの充填サイクルの終了時に受け入れ容器内に存在することが期待される質量

の、時間ｔから弁があらかじめ画定された閉鎖プロフィールに従って閉じられつつあり、充填サイクルが時間ｔ_２で完了するという仮定に基づく推定を実施し、
−修正モジュールは、時間ｔで推定された質量

を目標質量ｍ_ｚと比較し、推定質量

が目標質量ｍ_ｚより小さい場合、時間ｔのとき存在する質量流量

を伴う開口が、差時間区間Δｔだけより長く維持されるであろうように、かつ／または時間ｔでの質量流量

が増加するように弁を制御する。
この構成では、異なる影響要因が修正モジュールによって補償されるので有利である。可能性のある影響要因には、例えば流れ工程の開始での遅延、物質の特定のレオロジー特性、貯蔵器内の材料の充填レベル、弁の幾何学的特性、または粒サイズなどの材料特性がある。

本発明はさらに、分配工程を自動化する可能性を提供するので、有毒な物質の用量を分配するのに有利であることが分かる。これはこの工程の従事者が有毒物質と万一接触するリスクを低減する。

この文脈での用語「閉鎖プロフィール（ｃｌｏｓｉｎｇ−ｄｏｗｎ ｐｒｏｆｉｌｅ）」は、充填サイクル中の任意の選ばれた時間ｔから時間ｔ_２での充填サイクルの終了までの質量流量

の減少を呼ぶ。充填サイクルの終了のときの時間ｔ_２で、質量ｍのさらなる量が全く弁から流れ出ないようにはるかに十分に弁は閉じられているが、この弁は唐突な方式で閉じられてはいない。閉鎖工程中のこの質量流量

のプロフィールは、任意の形状のものであることができる。しかしながら簡単のために、ほとんどの場合で質量流量

は、弁の閉鎖中直線的に減少することが仮定される。
特別な好みで、この質量流量

の可変設定は、弁の可変開口断面積Ａを使用して実現することができる。
特に、この質量流量

の可変設定は、可変回転数を有するコンベアスクリューを使用して実現することができる。
理想的な方法では、この質量流量

の可変設定は、可変回転数を有する回転スターラー機構を使用して実現することができる。
本明細書の文脈では、弁を開く工程は、質量流量

の連続的な増加の意味を伴うと理解されたい。質量流量

のこの増加は、例えば弁の開口断面積Ａを拡大させること、コンベアスクリューの回転数の増加させること、および／または回転スターラー機構の回転数を増加させることによって達成することができる。

推定モジュールは、先行する充填サイクルからのデータを使用することが好ましい。関連するデータは、例えば充填サイクルを完了させるのに必要とされる時間ｔ_２に関する情報、開口断面積の時間積分値

または投与量分配工程の終了時に受け入れ容器内に存在する実際の重量ｍ（ｔ_２）を含むことができる。特に重要な要因は、重量等価と呼ばれかつ開口断面積の時間積分値と投与量分配工程の終了時に受け入れ容器内に存在する実際の重量ｍ（ｔ_２）から構成される数式

である。何故ならばこの式は、充填サイクルの開始時の遅延流れおよび貯蔵器内に収容される物質の減少する充填レベルｈに伴う静圧の減少などの流れ特性を暗黙のうちに示すからである。したがって、例えば弁の幾何学的形状、物質の密度ρおよび物質の流れの遅延は、重量等価ｆ_ａに重要な影響を有する。例えば微粉砕物質の場合、粒サイズ、粒サイズ分布、粒の形状および粒の表面特性がこの重量等価ｆ_ａに入る。弁が開いたときの個々の粒の位置も、重量等価ｆ_ａに対する影響を有する。これらの理由から、重量等価ｆ_ａは、重量ｍ（ｔ_２）を推定するのに使用されるのが好ましい。先行する充填サイクルから得られたこれらの流れパラメータの値は、記憶モジュール、特にＲＦＩＤ認識票（無線周波数ベース認識素子）内に記憶し、引き続く充填サイクルで使用することができる。ＲＦＩＤ認識票を貯蔵器に取り付けることは、これが貯蔵記憶器内の物質がＲＦＩＤ認識票内に記憶されるデータに確実に直接結合されるので特に有利である。

最初の充填サイクルでは、先行する充填サイクルからのデータは未だ全く利用できない。したがって、所望の目標質量ｍ_ｚを超過するのを避けるために、最初の充填サイクルをゆっくりと実施する必要がある。最初の充填サイクル後は、引き続く充填サイクル用の推定が基づくべき利用できるデータが存在する。

充填サイクルで弁が正確に一度開かれかつ正確に一度閉じられる場合は、特に有利である。特に、感受性の高い物質の分配では、このようにすると分配物質、例えば薬剤分野または精製化学製品の製造で使用される種類の物質が可能な限り少ない量の応力にしか曝されないので、この点が支配的に重要になる。弁が数回開閉される場合は、分配される予定の物質、特に粉体の粒は、物理的特性の所望されない変化に繋がり、その結果物質に損傷を引き起こす可能性のある剪断力に曝されるであろう。

同様に、弁の滑らかな、連続的な開口および閉口動作が、物質の優しい取り扱いに寄与する。この文脈での連続的な開口動作は、弁の開口断面の連続的な広がりを意味すると理解されたい、すなわち、
ｔ≦ｔ^＊の任意の値に対してＡ（ｔ）≦Ａ（ｔ^＊）。

同じように、弁の閉鎖では、弁の開口断面は連続的により小さくされる、すなわち、
ｔ≦ｔ^＊の任意の値に対してＡ（ｔ）≧Ａ（ｔ^＊）。
開口および閉口工程を簡単化するために、弁は段階的動作で開きかつ閉じる。

充填工程中、秤が目標質量ｍ_ｚの３分の１に少なくとも等しい、目標容器内の物質に対する質量ｍの量を測定するときの時点で、推定モジュールを最初に使用するのが有利である。このようにすると、弁は修正なしで比較的速い速度でプリセットされた方法で開くことができ、目標質量ｍ_ｚの最初の部分を比較的迅速に充填することができる。充填工程の終了時に受け入れ容器内に存在する物質の量ができるだけ正確に目標質量ｍ_ｚに合致するのを確実にするために、充填工程の終了に向かって物質を受け入れ容器内にゆっくりしたかつ制御される方式で充填するのがより有利になる。この理由で、修正モジュールを使用する修正が目標質量ｍ_ｚの最後の３分の２を充填する段階でのみ実施される場合、かつ／または修正モジュールが弁の閉鎖の段階でのみ使用される場合も有利である。

修正モジュールを繰り返し使用することは、これによって推定質量と受け入れ容器内に実際に存在する質量との間の差を繰り返し調整するのが可能になるので、好ましい効果を有する。特に質量流量が既に比較的低いとき、充填工程の終了に向かって、この修正モジュールを繰り返し適用すべきである。これによって、目標質量ｍ_ｚに非常に正確に接近し、受け入れ容器内に供給される過剰量の質量が全くないことを確実にすることができる。それによって目標質量ｍ_ｚをオーバーシュートするリスクは避けられる。

本発明による方法は、特に微粉砕のまたは液体物質用量の充填に用途を見出している。液体物質は普通は複雑なレオロジー特性を有し、多くの場合非ニュートン性質のものである。問題の目標質量は、通常０．５ｍｇから５０００ｍｇの間の範囲内にある。しかしながら、この方法でより少ないまたはより多くの用量を分配することも可能である。

有利な実施形態では、この弁は円形の開口断面を有する出口開口部と閉鎖要素を有し、この出口開口部および閉鎖要素は共通軸上に配置され、この閉鎖要素はこの共通の軸周りをハウジングに対して回転可能であり、かつ共通の軸に沿って出口開口部内に入りかつ出る並進移動が可能であり、かつこの閉鎖要素は、閉鎖要素の並進移動を介して弁が開閉できるように、円筒状の閉鎖部分および供給部分を有する。

前述の配置で、閉鎖要素の段階的並進移動を介して弁を開閉することが有利である。
この閉鎖要素の供給部分が可変開口断面積Ａを有する場合は有利である。このようにすると、弁を通り移動する質量流量

の大きさは、弁の閉鎖要素の位置と直接的に関連する。理想的には、閉鎖要素の長さ方向での並進移動位置Ｌは弁の開口断面積と直接的に関連する、すなわち、Ａ＝Ａ（Ｌ）である。弁の形態に応じて、閉鎖要素の並進移動位置Ｌ、開口断面積Ａと質量流量

の間に直接的な比例関係が存在する可能性がある：

しかしながら、この種の直接的な比例は、例えば粒サイズなどの材料特性、流れ工程の開始での遅延または同様な要因も直接的な比例に対して逆に作用するので、実際の状況では通常達成することはできない。それでも、より大きな開口断面積はより大きな質量流れを伴うことは、一般的に見なすことができる。

理想的には、弁を開閉するために、この閉鎖要素は同じ大きさの並進ステップΔＬで移動する。したがって、この開閉段階は、開口断面積Ａの同じ時間プロフィールに沿って進み、それによって弁の開段階で起きる誤差は、弁の閉段階で起きる誤差によって補償される。例えば、粉体粒サイズおよび／または弁の幾何学的形状に起因して、閉鎖要素の並進移動位置Ｌ_１を通過するまで物質が流れ始めない場合は、閉段階で並進移動位置Ｌ_１を再度通過した後、弁から外に供給される材料は最早ないであろうことを仮定することができる。

可変回転数ωで回転させることができる閉鎖要素を使用することは有利であり、この回転数ωは、弁を通過する質量流量

と直接的に相互関連する。
この弁がタッピング機構を装備する場合はさらに有利であり、タップは可変タッピング周波数Ｆで既に開いている弁に向けられる。そのような構成では、タッピング周波数Ｆは弁を通過する質量流量

と直接的に相互関連し、タッピング周波数の増加は質量流量

の増加に繋がる。このタッピングは、閉鎖要素の軸の方向ならびに軸に直角な方向であることができる。
さらに、このタップは弁の閉鎖要素に、かつ／または弁のハウジングに向けることができる。

この回転移動ならびにタッピングは、弁の詰まりおよび／または粉体ブリッジの形成がそれによって妨げられる有益な効果を有する。このようにすると、粉体の能力を低くまで自由に保存しまたは高めることが可能になる。

制御器ユニットは、部分的に、またはその全体をコンピュータベースのシステムとして実現することができる。
受け入れ容器を充填するための本方法および装置は、添付の図面に概略的に図示する例によって、本明細書でこの後で説明する。

本発明による、受け入れ容器の充填のための装置の概略図である。 弁ハウジングおよび閉鎖要素を有する弁の図である。 充填サイクルの理想化された時間プロフィールを示すグラフである。 弁がその最大開口断面積Ａ_ｍａｘまで開いた、充填サイクルの別の理想化された時間プロフィールを示すグラフである。 本発明による、異なる理想化された充填サイクルに対する開口断面積の時間プロフィールを示すグラフである。 開口断面積Ａ、タッピング周波数Ｆおよび回転数ωが質量流量

に対して有する影響を、それぞれ、示すグラフである。

図１は、投与量分配装置３００によって、貯蔵器２００内に充填レベルｈまで保持される物質で充填することができる、受け入れ容器１００を示す。この投与量分配装置３００は、充填サイクルの開始からの経過時間を求めることができ、かつ測定された時間を示す信号を制御器ユニット６００に伝送できる、タイミング装置４００に結合されている。この受け入れ容器は、受け入れ容器１００内に存在する物質の重量を求めることができるように、秤５００の上に配置される。測定される重量または質量を示す信号は同様に、制御器ユニット６００に伝送することができる。制御器ユニット６００では、その結果が投与量分配サイクルの開始からのある経過時間ｔのときに存在する質量ｍ（ｔ）を示すように、この時間信号および質量信号が互いに結合される。

理想的には、弁３１０は受け入れ容器１００が所望の目標質量ｍ_ｚの半分を保持するまで、ますます開き続けるであろう。やはり理想的な場合では、この弁３１０は引き続き、所望の目標質量の次の半分が受け入れ容器１００内に供給されている間に、再び閉鎖されるであろう。この工程で、弁３１０は、できるだけ最短時間を充填サイクルのために取るために、できるだけ早くかつ広く開きかつ閉じられるべきである。これに伴う問題点は、時間ｔに受け入れ容器１００内に存在する質量ｍ（ｔ）が知られていないことであり、何故ならば、秤５００によって生じる重量測定信号がいくつかの要因に起因して遅れるからである。例えば、弁３１０と受け入れ容器１００の間の高さ間隔Ｈ内を自由落下している質量、より具体的には受け入れ容器１００内の物質の表面レベルは、秤５００によって登録されない。さらにこの秤は、安定した重量測定結果を生じるのにある量の時間を必要とする。これらの不正確性によって、時間ｔでの受け入れ容器１００内に存在する質量ｍ（ｔ）を制御器ユニット６００内に含まれる推定モジュール６１０を使用して推定すること、かつ推定モジュール６１０から得られたこのデータに基づいて、同様に制御器ユニット６００内に含まれる修正モジュール６２０を使用して弁の制御に修正を加えることが必要となる。

推定モジュール６１０から、充填サイクルの終了時の時間ｔ_２に受け入れ容器１００内に存在すると予想される質量

の推定値が充填サイクル中の少なくとも１つの時間ｔで得られ、この推定値は、時間ｔから進んで弁３１０が仮定した閉鎖プロフィールに従って閉じられているという仮定に基づいている。修正モジュール６２０は、時間ｔに対して推定した質量

を目標質量ｍ_ｚに対して比較し、充填サイクルの終了時に対する現行の質量推定値

が目標質量ｍ_ｚより小さい場合は、弁（３１０）は、時間ｔで存在する質量流量

を伴う開口が差異時間区間Δｔだけより長く維持されるであろうように、あるいは／または時間ｔでの質量流量

が増加するであろうように制御される。質量流量

のこの増加は、例えば弁の開口断面積Ａを拡大させること、コンベアスクリューの回転数ωを増加させること、および／またはタッピング周波数Ｆを増加させることによって達成することができる。

充填サイクルの終了時に受け入れ容器１００内に存在すると推定される質量

を求めるために、時間ｔに受け入れ容器１００内に存在する質量を知ることが必要である。この目的のために、秤５００によって測定される質量ｍ（ｔ）を使用することができる。しかしながら、特に少量の質量の充填では、重量測定信号内の遅延は許容できない不正確さに繋がる。この理由で、秤５００によって測定される、特に充填サイクルの開始時の、質量ｍ（ｔ）を当てにすることはできない。代わりに、推定される質量

が使用される。この質量の推定は、弁開口の時間プロフィールの既に完了した部分の積分値

に基づくことができ、ここでこの積分値は修正係数ｆ_ａで重み付けされる：

この係数ｆ_ａは、重量等価値（ｗｅｉｇｈｔ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）とも呼ばれ、推定しなければならないか、または先行する充填サイクルからのデータを使用して求められるかのいずれかである。ｆ_ａを以下のように求めることができる：

間接的に重量等価値に入る特性の中には、粉体の密度、粒サイズおよび弁３１０の幾何学的形状が存在する。理想的には、この重量等価値は、各投与量サイクルの後で新たに求められ、メモリーに記憶されかつ次の投与量サイクルのために使用される。これが各投与量サイクルでのｆ_ａの精度を増加させる。

受け入れ容器内に存在する質量のこの推定値は、主として重量測定信号の遅れる出力の故に、投与量サイクルの特に開始時に中心的に重要な点となる。投与量サイクルがさらに進行すればするほど、秤で測定される質量ｍ（ｔ）の精度はより高くなるであろう。したがって、充填工程の進んだ段階で、秤５００によって測定される質量ｍ（ｔ）は、質量

の判定にも入る。質量

を求めるための可能性は、例えば等式

で提供され、上式でｆ_ｂはゼロより大きく１より小さいかまたは１に等しい重みづけ係数である。この等式から、ｆ_ｂ＝０に対して質量

を求めるために重みづけ信号のみが使用され、ｆ_ｂ＝１に対して開口面積の時間積分値および重量等価値に基づく推定値のみが質量

を求めるために使用されることは明らかである。０＜ｆ_ｂ＜１の場合は、質量

は、重みづけ信号および推定値から求められる。ｆ_ｂを求めるための可能性は、以下の判断基準に基づく：

の場合は、ｆ_ｂは

として求められ、
そうではなく、

の場合は、ｆ_ｂは

として求められる。
さもなければ、

の場合は、ｆ_ｂ＝１／２として求められる。
これは、充填サイクルが進むほど、より多く秤５００の重量測定信号が考慮されることを意味する。

推定される質量

に基づいて、充填サイクルの終了時に受け入れ容器内に存在するであろう質量の推定値

を作ることが可能である。この推定値は、例えば弁の開口面積の時間積分値に基づくことができる。次に、この推定値

は、

から求めることができる。
この推定値は、弁ができるだけ最も速い速度で閉じられているという理想的な仮定を当てにしている。充填サイクルの終了時間ｔ_２は、既に経過した時間ｔおよび弁３１０を閉じるのに必要な時間Δｔから定めることができる：
ｔ_２＝ｔ＋Δｔ
この推定値では、弁３１０は充填サイクルの開始時に、充填サイクルの終了時に閉じることができるのと正確に同じ速度で開けることができるという仮定を通常当てにしている。

計算された推定値

が万一所望の目標質量ｍ_ｚより小さい場合は、修正モジュール６２０は、弁をより長く開いて維持することによって、かつ／または弁を通過する質量流量

を増加させることによって、この差を補償することができるであろう。
充填サイクルのさらに進んだ過程で、この修正は繰り返し行うことができる。このようにすると、分配される質量は所望の目標質量に収束する。所望の目標質量ｍ_ｚに向かうこの収束は、本発明による方法の重要な利点を示す。それは特に、例えば充填レベルｈの変化、弁の幾何学的特性または流れの遅延開始によって生じる可能性のあるものなどの正確性に影響する要因を補償する可能性を提供する。時間と共に起きる流れ特性の変化も同様にこの方法で補償することができる。例えば、最初の充填サイクルでは充填レベルｈは引き続く充填サイクルにおけるより高く、これはより高い静圧、したがって、最初の充填サイクルでのより高い排出速度に結果としてなる。

図２は、ハウジング３１１および円形の断面を有する出口開口部３１２を有する弁３１０を示す。閉鎖要素３１３が弁３１０内に配置される。この閉鎖要素３１３は、円筒状の閉鎖部分３１４および供給部分３１５を有する。この出口開口部３１２および閉鎖要素３１３は共通の軸上に配置され、閉鎖要素３１３はこの共通の軸周りの回転移動３５０ならびに共通の軸に沿った並進移動３４０が可能である。これによって、閉鎖要素３１３が出口開口部３１２内に入るまたは出口開口部から出る移動が可能になる。閉鎖要素３１３の回転移動３５０および並進移動３４０は、連結器要素３１６を介して閉鎖要素３１３に連結される駆動機構によって生じる。弁ハウジング３１１と閉鎖要素３１３の間に、閉鎖要素３１３をその復帰位置にリセットするのを可能にするリセット要素３１８が配置される。このリセット要素３１８は、閉鎖ばねであることが好ましい。閉鎖ばねのリセット動作は、停止部３１７によって境界が定められる。

閉鎖要素３１３と弁ハウジング３１１の間に、分配される予定の物質用の貯蔵器２００として働く中空の空間が形成される。閉鎖要素３１３が並進変位３４０に移動させられるとき、分配される予定の物質は、貯蔵器２００から閉鎖要素３１３の供給部分３１５を介し出口開口部３１２を通過し、弁３１０から出て受け入れ容器１００内に入ることができる。

弁３１０には、データを記憶するように働く記憶モジュール３２０が装備される。この記憶モジュール３２０によって、例えば分配される予定の物質の材料特性および／または先行する充填サイクルからの流れパラメータの記憶が可能になる。この記憶モジュール３２０は、弁ハウジング３１１上に配置され、または弁ハウジング３１１内に入れられる。

理想化される充填サイクルプロフィールに対して、図３は、開口断面積Ａ、秤によって測定される質量ｍ、および推定質量

のそれぞれ時間プロフィールのグラフを示す。この理想的な場合では、開口断面積Ａは、受け入れ容器１００内に所望の目標質量ｍ_ｚの正確に半分が存在する点まで増加させられる。次いでこの開口断面積Ａは、目標容器１００内に所望の目標質量ｍ_ｚの次の半分を供給しながら、連続的に減少する。この充填サイクルは、開段階と閉段階の開口断面積Ａに対するそれぞれの時間プロフィールグラフは、方向の逆転を除いて同一であるという仮定に基づいている。したがって弁３１０が閉じる点で、受け入れ容器１００は、正確に所望の目標質量ｍ_ｚを保持する。重量測定信号の遅れに起因して、秤はまだ目標質量ｍ_ｚを示していない。したがって、推定値

が、目標容器１００内に実際に存在する質量に対して作られなければならない。
現実の充填サイクルで実際に起き、かつ例えば粒サイズの影響によって、または貯蔵器内の充填レベルによって引き起こされる不正確性は、この理想化された充填サイクルでは考慮されていない。

図４は、弁がその最大開口断面積Ａ_ｍａｘまで開いた、充填サイクルの別の理想化される時間プロフィールを有するグラフを示す。時間ｔ_１から、弁３１０は連続的に開き、すなわち開口断面積Ａは連続的に増加する。時間ｔ_１＋Δｔで、最大開口断面積Ａ_ｍａｘに到達する。引き続き、受け入れ容器１００内に存在する質量の推定量

が、異なる時間で等式（１）に従って求められる。

に基づいて、充填サイクルの終了時に受け入れ容器内に存在すると予想される質量に対する推定

が、等式（２）の助けにより作られる。

が目標質量ｍ_ｚに対し許容区間内であることが見出される場合は、すなわち

である場合は、弁３１０は閉鎖される。弁３１０の閉鎖は、ｔ_２−Δｔからｔ_２までの時間間隔内で開口断面積Ａの直線的な減少を介して起きる。
図示の充填サイクルでは、開口断面積Ａは直線的な時間プロフィールに従って増加しかつ減少する。しかしながら、開口断面積Ａを異なる方法で増加させまたは減少させることも考えられる。特に、この増加および／または減少は、段階的方式で実施することができる。

図５は、本発明による異なる理想化される充填サイクルに対する開口断面積Ａの時間プロフィールグラフを示す。
グラフＡ１は、他の充填サイクルとの比較のために、既に図３に示されたような充填サイクルでの開口断面積Ａの理想化される時間プロフィールを示す。

同様にグラフＡ２は、分配される予定の物質が充填サイクルの開始時に遅延流れを示す相違点を伴う、既に図３に示されたような充填サイクルでの開口断面積Ａの理想化される時間プロフィールを示す。したがってこの弁３１０は、物質が流れ始めることができる前に、開口の断面積の量ΔＡだけ最初に開かれなければならない。この遅延流れは、例えば微粉砕物質の粒サイズによって、または他のレオロジー特性によって生じる。図２の弁３１０が使用される場合は、開口断面積Ａと閉鎖要素３１３の並進変位３４０の間に直接的な相関関係がある。

グラフＡ３およびＡ４は、同様に遅延流れを示す。
グラフＡ３は、本発明による充填サイクルに対する開口の断面積Ａの時間プロフィールを示す。この充填サイクルでは、開口断面積Ａは、所望の目標質量ｍ_ｚの一部分が受け入れ容器１００内に存在するまで弁３１０を開口させることによって増加した。理想的にはこの部分は、目標質量ｍ_ｚの３分の１より多く、目標質量ｍ_ｚの２分の１より小さくなければならない。目標質量ｍ_ｚの２分の１が弁３１０の開口時に既に受け入れ容器１００内に存在する場合は、かつ弁３１０は、それが開くより速く閉じることができないという仮定で、これは目標質量ｍ_ｚのオーバーシュートが最早修正することができないことを意味する。投与量分配工程をできるだけ迅速に実施するために、弁３１０の開段階を可能な最高速度で実行することが推奨される。しかしながら閉鎖は、所望の目標質量ｍ_ｚに向かってより正確な収束を容易にするので、よりゆっくりと実施すべきである。弁３１０の閉鎖では、修正モジュール６２０が繰り返し適用され、この場合は開口断面積Ａを増加させ、かつこれによって質量流速

を量

だけ増加させることによって、修正が達成される。弁３１０が閉鎖されるときに、受け入れ容器１００は所望の目標質量ｍ_ｚを正確に保持するであろう。受け入れ容器１００内に存在する質量ｍは、等式（１）および／または推定値を使用して秤５００の重量測定信号から求めることができる。

グラフＡ４は、本発明による別の充填サイクルに対する開口断面積Ａの時間プロフィールを示す。グラフＡ４では、充填すべき投与量はグラフＡ１、Ａ２またはＡ３でのものより多い。したがって、弁３１０は、最大開口断面積Ａ_ｍａｘまで開かせる必要がある。この最大断面積Ａ_ｍａｘの開口は、所望の目標質量ｍ_ｚの一部分が受け入れ容器１００内に存在するまで維持される。理想的には、グラフＡ２でのように、この部分は目標質量ｍ_ｚの３分の１より大きく、かつ目標質量ｍ_ｚの２分の１より小さくなければならない。グラフ４でこれは、最大開口断面積Ａ_ｍａｘを時間間隔Δｔ_ａにわたって維持することによって達成される。引き続き、弁３１０は開口断面積Ａを減少させることによって再び閉じられる。弁の閉鎖では、修正モジュール６２０が適用される。この場合この修正は、弁３１０を差時間間隔Δｔ_ｂだけより長く開いて維持することによって達成される。この修正は、弁３１０が完全に閉じるとき、受け入れ容器１００が正確に所望の目標質量ｍ_ｚを保持するような方法で実施される。

図３，４および５に示す充填サイクルに対する質量流量は、開口断面積Ａを変更することによって専ら達成される。しかしながら、質量流量

が影響され得る他の方法も存在する。例えば弁３１０をタッピングすることによって質量流量

を制御することが可能である。この場合このタッピング周波数Ｆは、質量流量

と相互関連する。その上、閉鎖要素３１３を有する図２による弁３１０が使用されている場合は、この質量流量

は、閉鎖要素３１３の回転数ωを変更することによっても制御することができる。
図６に示すグラフは、充填サイクル中の開口断面積Ａの変化、タッピング周波数の唐突な急増、および回転数ωの唐突な急増の効果をそれぞれ図示する。理想化される状況でのこれらのパラメータの重ね合わせは、質量流量

の図示の時間プロフィールに繋がる。このグラフは、開口断面積Ａならびにタッピング周波数Ｆおよび回転数ωの全てが質量流量

の時間プロフィールに影響を有することを明らかにする。
本発明を実施形態の特定の例の表示を介して説明してきたが、例えば個々の例の特徴を互いに組み合わせることによって、かつ／または例示的な実施形態の個々の機能的ユニットを入れ換えることによって、多数の別の代替実施形態を本発明の知識から作り出すことができることは明らかであると考えられる。例えば、グラフＡ３に示す質量流量の増加を介した修正は、弁をより長く開いて保持する概念と組み合わせることができる。質量流量の可変設定を可能にする任意の他の種類の弁を使用することもさらに考え得る。

１００ 受け入れ容器、目標容器
２００ 貯蔵器
３００ 投与量分配装置
３１０ 弁
３１１ 弁ハウジング
３１２ 弁の出口開口部
３１３ 閉鎖要素
３１４ 円筒状の閉鎖部分
３１５ 閉鎖要素の供給部分
３１６ 連結器要素
３１７ 停止部
３１８ リセット要素
３２０ 記憶モジュール
３４０ 閉鎖要素の並進移動
３５０ 閉鎖要素の回転移動
４００ タイミング装置
５００ 秤
６００ 制御器ユニット
６１０ 予測モジュール
６２０ 修正モジュール
Ａ 開口断面積
Ａ_ｍａｘ 最大開口断面積
ｄ 粒サイズ
ｆ_ａ 等価重量
ｆ_ｂ 重量係数
Ｆ タッピング周波数
ｈ 貯蔵器内の物質の充填レベル
Ｈ 貯蔵器内の物質の落下高さ
Ｌ 閉鎖要素の並進変位の長さ
ｍ 質量

質量流量

時間ｔのときの推定質量

質量の予想推定値
ｍ_ｚ 目標質量
ｔ 充填サイクル中の時間の任意の点
ｔ_１ 充填サイクルの開始時間
ｔ_２ 充填サイクルの終了時間
Δｔ_ａ 時間間隙
Δｔ_ｂ 別の時間間隙
ε 許容差
ω 回転数

Claims (22)

1. 自由流れ物質の測定される用量を受け入れ容器（１００）内に充填するように働く投与量分配装置（３００）を使用して、前記受け入れ容器（１００）を貯蔵器（２００）からの前記物質の所定の目標質量ｍ_ｚで充填する方法であって、前記投与量分配装置（３００）が、前記貯蔵器（２００）から前記受け入れ容器（１００）内への質量流量
   

   

   の可変設定を可能にする弁（３１０）を備え、かつ充填サイクルの開始から経過した時間ｔを求めるためのタイミング機能（４００）、前記受け入れ容器（１００）内に存在する前記物質の質量ｍを求めるための秤（５００）、および前記弁（３１０）を制御するための制御器ユニット（６００）とをさらに備える方法において、前記制御器ユニット（６００）が推定モジュール（６１０）および修正モジュール（６２０）を含み、
   前記充填サイクル中の少なくとも１つの時間ｔで、前記推定モジュール（６１０）が、時間ｔ_２のときの前記充填サイクルの終了時に前記受け入れ容器（１００）内に存在することが期待される質量
   

   

   の推定を実施し、前記推定は、時間ｔから前記弁（３１０）があらかじめ画定された閉鎖プロフィールに従って閉じられつつあり、前記充填サイクルが時間ｔ_２で完了するという仮定に基づき、
   前記修正モジュール（６２０）が、時間ｔで推定された前記質量
   

   

   を前記目標質量ｍ_ｚと比較し、前記推定質量
   

   

   が前記目標質量ｍ_ｚより小さいことが見出される場合、時間ｔのとき存在する前記質量流量
   

   

   を伴う開口が差時間区間Δｔだけより長く維持されるであろうように、かつ／または時間ｔでの前記質量流量
   

   

   が増加するように前記弁（３１０）を制御することを特徴とする、方法。
2. 前記質量流量
   

   

   の可変設定が、前記弁（３１０）の可変開口断面積Ａを使用して実現されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記質量流量
   

   

   の可変設定が、可変回転数を有するコンベアスクリューおよび／またはロータリスターラ機構を使用して実現されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記推定モジュール（６１０）が、前記質量
   

   

   を推定するために先行する充填サイクルから知られたデータを使用することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 先行する充填サイクルから知られた前記データが、充填サイクルを完了させるのに必要とされる時間ｔ_２、開口断面積の時間積分値
   

   

   および／または投与量分配工程の終了時に前記受け入れ容器内に存在する実際の重量ｍ（ｔ_２）を含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
6. 前記弁（３１０）が、前記受け入れ容器（１００）を充填する前記工程中、正確に１回開けられかつ正確に１回閉じられることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記弁（３１０）が連続動作で開きかつ／または連続動作で閉じることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記弁（３１０）が段階的動作で開きかつ／または段階的動作で閉じることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記推定モジュール（６１０）が、前記秤（５００）によって指示される質量ｍの量が前記目標質量ｍ_ｚの少なくとも３分の１を示すとき使用されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記修正モジュール（６２０）が、前記弁の閉鎖で使用されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記修正モジュール（６２０）が繰り返し使用されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記弁（３１０）が、ハウジング（３１１）、円形の開口断面を有する出口開口部（３１２）および閉鎖要素（３１３）とを備え、
    前記出口開口部（３１２）および閉鎖要素（３１３）が共通の軸上に配置され、前記閉鎖要素（３１３）が前記共通の軸の周りを前記ハウジング（３１１）に対して相対的に回転し、かつ前記共通な軸に沿って並進移動で前記出口開口部（３１２）内に摺動して入りかつ出、
    前記閉鎖要素（３１３）の前記並進移動（３４０）を介して前記弁（３１０）が開閉されるように前記閉鎖要素（３１３）が円筒状の閉鎖部分（３１４）および供給部分（３１５）を有することを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記弁（３１０）が前記閉鎖要素（３１３）の段階的並進動作を介して開らかれ、かつ／または閉じられることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記弁（３１０）が、等しい大きさの並進ステップΔＬで前記閉鎖要素（３１３）を移動させることによって、開らかれかつ／または閉じられることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 前記閉鎖要素の前記供給部分（３１５）が可変開口断面積Ａを有し、かつ前記閉鎖要素（３１３）の並進変位Ｌが、前記弁の開口断面積Ａと直接的に相互関連することを特徴とする、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記閉鎖要素（３１３）が可変回転数ωで回転し、前記回転数ωが前記弁（３１０）を通り移動する質量流量
    

    

    と直接相互関連することを特徴とする、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記弁（３１０）がタッピング機構を装備し、可変タッピング周波数Ｆのタップが前記既に開いている弁に向けられ、前記タッピング周波数Ｆが前記弁（３１０）を通り移動する質量流量
    

    

    と直接相互関連することを特徴とする、請求項１２から１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 自由流れ物質の測定される用量を受け入れ容器（１００）内に充填するように働く投与量分配装置（３００）を使用して、前記受け入れ容器（１００）を貯蔵器（２００）からの前記物質の所定の目標質量ｍ_ｚで充填するように動作可能な装置であって、前記投与量分配装置（３００）が前記貯蔵器（２００）から前記受け入れ容器（１００）内への質量流量
    

    

    の可変設定を可能にする弁（３１０）を備え、かつ充填サイクルの開始から経過した時間ｔを求めるためのタイミング機能（４００）、前記受け入れ容器（１００）内に存在する物質の質量ｍを求めるための秤（５００）、および前記弁（３１０）を制御するための制御器ユニット（６００）とをさらに備える装置において、
    前記制御器ユニット（６００）が推定モジュール（６１０）および修正モジュール（６２０）を含み、
    前記推定モジュール（６１０）が、前記充填サイクル中の少なくとも１つの時間ｔで、時間ｔ_２のときの前記充填サイクルの終了時に前記受け入れ容器（１００）内に存在することが期待される質量
    

    

    の推定を実施するように動作可能であり、前記推定が、時間ｔから前記弁（３１０）があらかじめ画定された閉鎖プロフィールに従って閉じられつつあり、前記充填サイクルが時間ｔ_２で完了するという仮定に基づき、
    前記修正モジュール（６２０）が、時間ｔで推定された前記質量
    

    

    を前記目標質量ｍ_ｚと比較するように動作可能であり、前記推定質量
    

    

    が前記目標質量ｍ_ｚより小さいことが見出される場合、時間ｔのとき存在する前記質量流量
    

    

    を伴う開口が差時間区間Δｔだけより長く維持されるであろうように、かつ／または時間ｔでの前記質量流量
    

    

    が増加するように、前記弁（３１０）を制御することができることを特徴とする、装置。
19. 前記弁（３１０）が、ハウジング（３１１）、円形の開口断面を有する出口開口部（３１２）および閉鎖要素（３１３）とを備え、
    前記出口開口部（３１２）および前記閉鎖要素（３１３）が共通の軸上に配置され、前記閉鎖要素（３１３）が前記共通の軸の周りを前記ハウジング（３１１）に対して回転可能であり、前記共通の軸に沿った並進移動で前記出口開口部（３１２）内に入りかつ出るように摺動可能であり、
    前記閉鎖要素（３１３）の前記並進移動を介して前記弁が開閉するように、前記閉鎖要素（３１３）が円筒状の閉鎖部分（３１４）および供給部分（３１５）を有することを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
20. 前記閉鎖要素の前記供給部分（３１５）が可変の開口断面積Ａを有し、前記閉鎖要素（３１３）の前記並進変位が前記弁（３１０）の前記開口断面積Ａと直接的に相互関連することを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
21. 前記閉鎖要素（３１３）が、可変回転数ωを伴う回転に設定することができ、前面回転数ωが前記弁（３１０）を通り移動する質量流量
    

    

    と直接的に相互関連することを特徴とする、請求項１８から２０のいずれか一項に記載の装置。
22. 前記弁（３１０）が、可変タッピング周波数Ｆを有するタップを既に開いている前記弁に向けるように動作可能であるタッピング機構を備え、前記タッピング周波数Ｆが前記弁（３１０）を通り移動する質量流量
    

    

    と直接的に相互関連することを特徴とする、請求項１８から２１のいずれか一項に記載の装置。

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