JP2016041600A - 粉粒体充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトで製造コストが低く、充填装置による充填量の精度が高い粉粒体充填装置を提供すること。
【解決手段】包装容器Ａを間歇的に搬送する搬送装置１と、搬送装置１の搬送軌道上に設置された１つの主充填装置２、主計量装置３、及び１つの補正充填装置４と、制御装置６とを備え、主充填装置２は包装容器内Ａへ最終充填重量に満たない規定重量の粉粒体を投入する大型オーガスクリューを有し、主計量装置３は主充填装置により包装容器内に充填された粉粒体の重量を測定して測定値を制御装置６に出力し、補正充填装置４は包装容器Ａ内へ最終充填重量に達するまで粉粒体を投入する小型オーガスクリューを有し、制御装置６は、主計量装置３から入力された測定値と規定重量との誤差に基づき、大型オーガスクリューによる投入量を規定重量に近付くよう調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、紙袋、紙とプラスチックフィルムとの積層材を素材とする袋等の包装容器に粉粒体を充填する粉粒体充填装置に関する。

従来、間欠移送される袋内へ粉粒体を充填する粉粒体充填装置が種々知られている。
例えば、特許文献１には、大投入・中投入・小投入の３段階で充填を行う粉粒体充填装置が記載されている。即ち、１次ポジションにて袋内へ粉粒体の一次粗充填・計量（大投入）を行い、２次ポジションにて粉粒体を中量充填・計量（中投入)する。さらに、３次ポジションにて補正充填・計量（小投入）が行なわれ、袋内へ粉粒体が正確な充填量まで充填される。
しかし、この粉粒体充填装置は、粉粒体充填機を３カ所に設けてあるので、装置が大掛かりで製造コストも高くつく。また、各ポジションにおいて、重量計で重量を計測しながら、計測した重量が設定重量に達するまで充填を行うので、前記各ポジションでの粉粒体充填に時間を要し、充填のための全体的な作業時間が長くなり、充填能力に悪影響している。さらに、粉粒体が落下する勢いで計測値に誤差が生じやすい。

特許文献２には、最前位に配置したメイン充填機で粉末を包袋内へ充填し、その後位に配置した第１重量計で包袋内の重量を測定すると共に、この測定値を入力する制御器により、さらに後位に配置した補助充填機による補充量を設定し、補助充填機の後位に配置した第２重量計で最終重量を計測し、第２重量計の測定値が許容値を超過した時に包袋をメイン充填機へ戻し、スクリューを逆転させて包袋内の超過重量を許容値内に修正する粉末充填装置が開示されている。
この粉末充填装置は、粉粒体充填機の配置を２カ所にすることで、粉粒体充填機を１基削減できて、重量計の測定値に基づいて各包袋内の粉末の重量を修正するだけであって、粉粒体充填機の投入量そのものを修正する機能を備えていない。このため、粉粒体の充填過程が進んでも充填機による充填重量の精度を高めることはできなかった。
なお、特許文献３には粉粒体を送り出す案内筒の下端部に筒状フィルターと負圧室を備えた粉粒体制御装置を取付け、オーガーの作動を停止し、筒状フィルターの内面を負圧にすることによって粉粒体の排出を止め、充填量の精度を高める粉粒体充填装置が記載されている。

特許第３４５３０９７号公報 特開２００６−１６０３９号公報 特許第３８１４０９０号公報

本発明が解決しようとする課題は、コンパクトで製造コストが削減され、粉粒体充填機による充填重量の精度が高く、高速度充填の粉粒体充填装置を提供することにある。

本発明の粉粒体充填装置は、包装容器を間歇的に搬送する搬送装置と、この搬送装置の軌道上に設置された１つの主充填装置、主計量装置、及び１つの補正充填装置と、制御装置とを備える。主充填装置は、搬送装置で搬送される包装容器内に、最終充填重量に満たない規定重量の粉粒体を投入する大型オーガスクリューを有する。主計量装置は、主充填装置により包装容器内に充填された粉粒体の重量を測定して測定値を前記制御装置に出力するものである。補正充填装置は、主充填装置及び主計量装置を経由した包装容器内へ最終充填重量に達するまで粉粒体を投入する小型オーガスクリューを有する。制御装置は、主計量装置から入力された測定値と前記規定重量との差に基づき、前記大型オーガスクリューによる投入量を前記規定重量に近付くよう調整するものである。

前記制御装置は、前記大型オーガスクリューの回転量及び回転速度を制御し、前記大型オーガスクリューの回転量を増減することにより投入量を調整し、前記主充填装置による充填前半では前記大型オーガスクリューを高速回転させると共に、充填後半では低速回転させるとよい。
前記主充填装置は、包装容器を支持して上下動する容器昇降装置を備え、容器昇降装置は、前記主充填装置による充填開始前に上昇して包装容器の底部を主充填装置の粉粒体排出口に接近させると共に、前記主充填装置による充填開始後に充填量に応じた設定した量で下降するものであり、前記容器昇降装置の下降速度は、前記主充填装置の粉粒体排出口と前記包装容器内の粉粒体上面との距離を一定に維持するよう、前記大型オーガスクリューの回転速度に比例して制御されることがある。

請求項１に係る発明によれば、大型オーガスクリューによる主充填と、小型オーガスクリューによる補正充填の２段階で充填を行うので、充填能力が高く、また、充填重量の精度が高い。しかも、粉粒体を充填する実質的な充填機が２基で済むため製造コストを削減できる。
主充填後の重量計測結果によって主充填装置による投入量が修正されるので、充填精度が高まる。
請求項２に係る発明によれば、充填前半は高速で効率良く充填し、充填後半は低速で慎重に充填するので、さらに作業効率が向上し、高い充填精度が得られる。
請求項３に係る発明によれば、包装容器の下降速度を大型オーガスクリューの回転速度に応じて制御して、粉粒体排出口から包装容器内の粉粒体上面までの距離を一定に維持することにより、粉粒体を粉粒体排出口から包装容器へ投入する際の粉粒体の舞い上がりを有効に抑えることができ、粉粒体が落着することによる計測重量の増加減少を抑制することができる。また、粉粒体上面の位置を実際に確認する装置が不要である。

本発明の実施例を示す粉粒体充填装置の平面図である。 本発明の実施例に係る袋供給部分を示し、（イ）は袋供給機構の側面図、（ロ）は袋開口機構の平面図である。 本発明の実施例に係る充填機を示し、（イ）は側面図、（ロ）は正面図である。 本発明の実施例に係る主充填装置を示し、（イ）は充填開始時における側面図、（ロ）は充填終了時における側面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施例の粉粒体充填装置は間欠回転するロータリー式充填装置の一つであり、袋Ａ（包装容器）に粉ミルクＢ（粉粒体）を充填する（図１，２，４）。この粉粒体充填装置は間歇的に回転して袋Ａを搬送する搬送装置１と、搬送装置１の搬送軌道上に設置された１つの主充填装置２、主計量装置３、１つの補正充填装置４、及び充填重量計測装置５と、装置全体の動きを制御する制御装置６とを備える。また、搬送装置１の搬送軌道側方には、主充填装置２の上流側に臨んで袋ストックヤード７が設置されると共に、充填重量計測装置５の下流側に臨んで袋封緘装置８が設置されている。
なお、袋Ａは、クラフト紙を３層重ね、その内面にポリエチレンフィルムを積層した積層材を素材とする。また、袋Ａ内への粉ミルクＢの最終充填重量は２５．０３ｋｇに設定してある。

前記の搬送装置１は、袋Ａの開口部を開いた状態で把持する８個のクランプ装置９を有し、これらのクランプ装置９は回転円に沿って等間隔に配置されていて、次の８ポジション、すなわち、袋受取位置１ａ、主充填位置１ｂ、重量測定位置１ｃ、補正充填位置１ｄ、第１袋成型位置１ｅ、第２袋成型位置１ｆ、クランプからの離脱位置１ｇ、クランプからの離脱位置１ｇと袋受取位置１ａとの中間の空位置１ｈへ回転し、また、それぞれの各ポジションで停止する。
図２の（イ）に示すように、袋受取位置１ａは袋ストックヤード７に近接しており、袋受取位置１ａで停止したクランプ装置９へ袋供給機構によって袋Ａが受け渡される。
袋ストックヤード７には必要袋数の袋Ａが積み重ねてあり、袋ストックヤード７の上方には袋取り上げ吸盤１０が揺動及び昇降可能に設置されている。袋取り上げ吸盤１０が袋ストックヤード７の袋Ａを１袋吸着して袋受取位置１ａのクランプ装置９へ受け渡す。このクランプ装置９で把持された袋Ａの投入口は、図２の（ロ）に示すように、対向して互いに接離可能に配置された袋開口吸盤１１によって六角形に開口される。袋Ａを受け取ったクランプ装置９は主充填位置１ｂへ回転（移動）する。

主充填位置１ｂには前記の主充填装置２が設置される。主充填装置２は、主充填機１２及び袋昇降装置１３を備える。
主充填装置２の主充填機１２は、図３に示すように、原料ホッパー１４と、原料ホッパー１４から下方へ延びる大型投入筒１５と、大型投入筒１５の内部に回転可能に配置された大型オーガスクリュー１６と、大型オーガスクリュー１６を駆動する主充填用パルスモーター１７を有する。
原料ホッパー１４には原料投入管１８が連結され、この原料投入管１８を流れる空気流に乗って、図示しない原料貯蔵タンクから粉ミルクＢが原料ホッパー１４内に送られる。また、原料ホッパー１４には粉ミルクＢの貯蔵量を検出するレベルセンサー１９が設けられ、原料ホッパー１４内には常時一定量の粉ミルクＢが貯蔵されるようになっている。

大型投入筒１５は１３９．８ｍｍ〜１６５ｍｍの均一な内径を有し、大型オーガスクリュー１６が回転すると、原料ホッパー１４内の粉ミルクＢが大型投入筒１５を通して流れ落ち、その下端の粉粒体排出口２１から排出されるようになっている。粉粒体排出口２１は主充填位置１ｂに停止したクランプ装置９が把持する袋Ａの開口部よりやや上方に位置しているが、昇降操作ハンドル２２を手動で操作することにより、大型投入筒１５を少し昇降させて粉粒体排出口２１の高さを調節できるようになっている。
また、大型投入筒１５の下端部には脱気フィルター２０が装着され、大型投入筒１５を通る粉ミルクＢは脱気フィルター２０の箇所を通過して排出される。脱気フィルター２０は、大型オーガスクリュー１６の下端部を囲む筒状フィルターを備え、大型オーガスクリュー１６を停止するとき、前記筒状フィルターの内周内を所定の負圧以上にして、筒状フィルターの内周内に嵩密度が高くなった粉ミルクＢの層を形成して、粉ミルクＢが余計に排出されてしまうのを停止させるものである。

大型オーガスクリュー１６は、制御装置６によって回転速度及び回転量が制御され、１回の充填動作により最終充填重量（２５．０３ｋｇ）の約９５％である規定重量の粉ミルクＢを送り出す。
また、大型オーガスクリュー１６は２段階で規定重量の粉ミルクＢを送り出す。本実施例では、大型オーガスクリュー１６を駆動する主充填用パルスモーター１７の回転速度と回転パルス数が、予め、１段目では８５０rpm，１７０００plsにそれぞれ設定され、２段目では３５０rpm，３５００plsにそれぞれ設定される。即ち、大型オーガスクリュー１６は充填前半に高速回転して効率良く大量の粉ミルクＢを排出し、充填後半に低速回転して少量の粉ミルクＢを送り出すことにより、高い精度で規定重量の充填を行うようになっている。そして、粉ミルクＢを充填する所要時間が短縮され、作業効率が向上する。

袋昇降装置１３は、主充填位置１ｂに停止したクランプ装置９が把持する袋Ａを昇降させる装置であって、図４に示すように、架台２３と、一端が架台２３の上部に固定されたチェーン２４と、滑車を介してチェーン２４の他端に取り付けられた昇降アーム２５と、架台２３に取り付けられてチェーン２４の巻き上げ・巻き降ろしを行う昇降駆動モーター２６と、昇降駆動モーター２６を挟んで昇降アーム２５の逆側に設けた昇降ホイール２７と、昇降アーム２５の上方において架台２３に取り付けられたチェーンホイール２８と、袋Ａの上限位置を検出する位置センサ２９とを備える。
チェーン２４は、昇降ホイール２７の下面に係合して、昇降駆動モーター２６で駆動されるスプロケットに噛み合い、さらにチェーンホイール２８に案内されて昇降アーム２５に達している。また、昇降ホイール２７には、袋Ａに充填される粉ミルクＢの重量と吊合うよう錘３０を取り付けてある。

昇降アーム２５は、主充填位置１ｂに進んで停止したクランプ装置９と係合し、主充填機１２による充填が終了するとクランプ装置９との係合を解放する。
昇降駆動モーター２６は、昇降アーム２５とクランプ装置９が係合すると作動してチェーン２４を巻き上げ、チェーン２４の他端に取り付けられた昇降アーム２５を上昇させる。そして、図４の（イ）に示すように、昇降アーム２５と係合したクランプ装置９で把持した袋Ａが上限位置に達し、位置センサ２９が袋Ａを検出すると、昇降駆動モーター２６が停止する。この結果、主充填機１２の粉粒体排出口２１が袋Ａ内へ差し込まれる。また、位置センサ２９の検出信号は制御装置６に送られる。
粉ミルクＢが落下することによる粉ミルクＢの舞い上がりを防ぐために、粉粒体排出口２１と袋Ａの底との距離は、昇降駆動モーター２６を駆動してクランプ装置９を持ち上げることにより、粉ミルクＢの投入の邪魔にならない範囲で可能な限り小さくなるよう設置されている。これにより、舞い上がった粉ミルクＢが落着することによって充填計測値が変動することも抑制できる。

制御装置６は、位置センサ２９の検出信号を受けると主充填機１２の主充填用パルスモーター１７を作動させる。主充填用パルスモーター１７が作動して大型オーガスクリュー１６が回転を始め、粉粒体排出口２１からの粉ミルクＢの投入が始まると、昇降駆動モーター２６が逆転してチェーン２４が粉ミルクＢの投入量に応答して巻き降ろされ、昇降アーム２５とクランプ装置９及びクランプ装置９が把持した袋Ａが下降する。
昇降駆動モーター２６が逆転する速度、即ち、袋Ａの下降速度は、制御装置６により、粉粒体排出口２１と袋Ａ内の粉ミルクＢ上面との距離が一定に維持されるように、大型オーガスクリュー１６の回転速度に比例して制御される。
なお、粉粒体排出口２１と袋Ａ内の粉ミルクＢ上面との距離は、粉粒体排出口２１の高さを昇降操作ハンドル２２で調節することにより、一定に保つべき前記の距離を随時調整できる。
大型オーガスクリュー１６が規定重量の粉ミルクＢを投入して停止し、図４の（ロ）に示すように、昇降アーム２５及びクランプ装置９が元の高さに戻ると、昇降アーム２５とクランプ装置９との係合状態が解放される。そして、クランプ装置９は袋Ａを保持したまま重量測定位置１ｃへ進む。

重量測定位置１ｃには主計量装置３が設置されている。主計量装置３は、３個の均等に配置されたロードセルより成り、重量測定位置１ｃに停止したクランプ装置９が把持する粉ミルクＢが充填されたた袋Ａの重量（グロス）を、３個のロードセルが検出する重量の平均値をもって測定している。主計量装置３の測定値は制御装置６に向けて出力され、制御装置６に設けた表示パネルに表示される。
制御装置６は、主計量装置３から入力された測定値と予め設定されている規定重量（２５．０３ｋｇ）を比較し、設定以上の差があるとき、主充填用パルスモーター１７の設定を変更して大型オーガスクリュー１６の回転量を制御し、大型オーガスクリュー１６の投入量が設定した前記の規定重量に近付くよう調整する。大型オーガスクリュー１６の投入量によって、大型オーガスクリュー１６の回転速度も調整する。
主計量装置３による測定の後、クランプ装置９は袋Ａと共に補正充填位置１ｄに進む。

補正充填位置１ｄには前記の補正充填装置４及び充填重量計測装置５が設置されている（図１）。
補正充填装置４は、主充填機１２を小型にしたものであり構造的に同じである。このため、図３において、補正充填装置４の説明として必要となる対応部分には符号にダッシュを付けて表示している。
補正充填装置４と主充填機１２の違いは、主充填機１２では大型投入筒１５の内径が１３９．８ｍｍ〜１６５ｍｍであるのに対して、補正充填装置４では内径６３．５ｍｍ程度の小型投入筒１５’であって、その内部に大型オーガスクリュー１６より小径の小型オーガスクリュー１６’が設置されており、小型オーガスクリュー１６’を補正充填用パルスモーター１７’で駆動することである（図３）。補正充填用パルスモーター１７’の回転速度は３０rpmの低速に設定される。また、小型投入筒１５’及び小型オーガスクリュー１６’を大型投入筒１５及び大型オーガスクリュー１６より小径としたことにより、補正充填装置４の充填能力は主充填機１２の約１５パーセントとなっている。
この補正充填装置４は、小型投入筒１５’の下端部が補正充填位置１ｄで停止した袋Ａの開口部の直上に位置するよう設置されている。

クランプ装置９で把持した袋Ａが補正充填装置４の下方で停止すると、補正充填用パルスモーター１７’が作動して小型オーガスクリュー１６’が回転し、袋Ａ内へ最終充填重量の約５％の粉ミルクＢを投入し、袋Ａ内の粉ミルクＢの重量を最終充填重量とする。
充填重量計測装置５は、ロードセルより成り、補正充填装置４による粉ミルクＢの投入が終了した後、粉ミルクＢが入った袋Ａの重量を測定する。充填重量計測装置５の測定値は制御装置６の表示パネルに表示される。また、表示パネルには押釦スイッチが設けられ、充填重量計測装置５の測定値を確認して、押釦スイッチを１回押す度に、補正充填装置４による投入量を±５．０ｇ補正できるようになっている。
補正充填装置４による充填と充填重量計測装置５による測定が終了すると、クランプ装置９は第１袋成型位置１ｅへ進んで停止し、次いで第２袋成型位置１ｆへ進んで停止する。

第１袋成型位置１ｅ及び第２袋成型位置１ｆにはそれぞれバイブレーター等の製品脱気装置が設置され、後続する袋封緘装置８での封緘作業に支障が無いよう、粉ミルクＢが充填された袋Ａが脱気され、安定した形状に成型される。
第１袋成型位置１ｅ及び第２袋成型位置１ｆを経由したクランプ装置９はクランプからの離脱位置１ｇに進んで停止する。クランプからの離脱位置１ｇには袋Ａを袋封緘装置８へ移送する移送装置が連絡され、クランプからの離脱位置１ｇで停止したクランプ装置９から移送装置へ袋Ａが受け渡される。移送装置へ袋Ａを渡したクランプ装置９は何らの作業も行わない空位置１ｈを経由して袋受取位置１ａに戻る。

移送装置に受け渡された粉ミルクＢが充填されている袋Ａは袋封緘装置８へ運ばれて封緘される。袋封緘装置８の直後には最終重量計が設置されており、最終重量計による測定値が２５ｋｇ（粉ミルクの内容量として表示される重量）未満のもの、及び、前記の規定値２５．０３ｋｇ（＋−２０ｇ）の範囲を超えるものは、袋封緘装置８の直後に不良品として払出装置にて排出される。不良品となった袋Ａ内の粉ミルクＢは原料タンクに戻される。
なお、包装容器に充填される粉ミルクＢの重量によって、主充填装置２の充填量、補正充填装置４による充填量、許容される超過重量等は適宜変更される。
また、主充填装置２及び補正充填装置４において、原料ホッパー、原料ホッパーに粉粒体を供給する機構、投入筒の下端部等の構造は上記実施例のものに限定されない。
なお、粉粒体は粉ミルクＢに限らず、穀粒や樹脂成型材料のペレット、穀粉、無機材の粉、あるいは粉状、粒状、顆粒状の薬剤なども包含するものである。

Ａ 袋（包装容器）
Ｂ 粉ミルク（粉粒体）
１ 搬送装置
２ 主充填装置
３ 主計量装置
４ 補正充填装置
５ 充填重量計測装置
６ 制御装置
７ 袋ストックヤード
８ 袋封緘装置
９ クランプ装置
１０ 袋取り上げ吸盤
１１ 袋開口吸盤
１２ 主充填機
１３ 袋昇降装置
１４ 原料ホッパー
１５ 大型投入筒
１５’小型投入筒
１６ 大型オーガスクリュー
１６’小型オーガスクリュー
１７ 主充填用パルスモーター
１７’補正充填用パルスモーター
１８ 原料投入管
１９ レベルセンサー
２０ 脱気フィルター
２１ 粉粒体排出口
２２ 昇降操作ハンドル
２３ 架台
２４ チェーン
２５ 昇降アーム
２６ 昇降駆動モーター
２７ 昇降ホイール
２８ チェーンホイール
２９ 位置センサ
３０ 錘

Claims (3)

1. 包装容器を間歇的に搬送する搬送装置と、この搬送装置の搬送軌道上に設置された１つの主充填装置、主計量装置、及び１つの補正充填装置と、制御装置とを備え、前記主充填装置は、前記搬送装置で搬送される包装容器内に、最終充填重量に満たない規定重量の粉粒体を投入する大型オーガスクリューを有し、前記主計量装置は、前記主充填装置により包装容器内に充填された粉粒体の重量を測定して測定値を前記制御装置に出力し、前記補正充填装置は、前記主充填装置及び主計量装置を経由した包装容器内へ最終充填重量に達するまで粉粒体を投入する小型オーガスクリューを有し、前記制御装置は、前記主計量装置から入力された測定値と前記規定重量との誤差に基づき、前記大型オーガスクリューによる投入量を前記規定重量に近付くよう調整するものであることを特徴とする粉粒体充填装置。
2. 前記制御装置は、前記大型オーガスクリューの回転量及び回転速度を制御し、前記大型オーガスクリューの回転量を増減することにより投入量を調整し、前記主充填装置による充填前半では前記大型オーガスクリューを高速回転させると共に、充填後半では低速回転させるものであることを特徴とする請求項１に記載の粉粒体充填装置。
3. 前記主充填装置は、包装容器を支持して上下動する容器昇降装置を備え、容器昇降装置は、前記主充填装置による充填開始前に上昇して包装容器を主充填装置の粉粒体排出口に接近させると共に、前記主充填装置による充填開始後に下降するものであり、前記容器昇降装置の下降速度は、前記主充填装置の粉粒体排出口と前記包装容器内の粉粒体上面との距離が一定に維持されるよう、前記大型オーガスクリューの回転速度に比例して制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉粒体充填装置。

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