JP2021037992A - 充填装置および充填方法 - Google Patents
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Abstract
Description
容器内に材料を充填するノズルと、
前記材料の充填面を検知するセンサ部と、
前記容器に対する、前記ノズルおよび前記センサ部の相対位置を移動させる移動機構と、
前記材料を充填する際、前記ノズルと前記充填面との位置関係を保つように、前記ノズルおよび前記センサ部の移動速度を制御する制御部と、を有する充填装置が提供される。
容器内に材料を充填するノズルを、前記容器の底部近傍まで移動する充填準備工程と、
前記容器内に前記材料を充填する充填工程と、を有し、
前記充填工程では、前記容器に対する、前記ノズルの相対位置を移動し、前記ノズルと前記材料の充填面との位置関係を保つように、前記ノズルの移動速度を制御する充填方法が提供される。
まず、発明者が得た知見について説明する。
次に、本発明の一実施形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
(1)充填装置10の構成
まず、本実施形態の充填装置10の構成について説明する。
次に、本実施形態の充填装置10を用いたペースト20の充填方法について説明する。
まず、初期条件設定工程S101では、目標吐出速度V0と、目標充填重量m0とを決定する。目標吐出速度V0は、加圧タンク11から吐出するペースト20の目標とする吐出速度であり、ペースト20の品種によって決定することが好ましい。すなわち、目標吐出速度V0は、ペースト20の粘度等の特性を考慮して、充填不良が発生し難い速度で、且つ、できるだけ速いことが好ましい。これにより、生産性を向上させつつ、安定的にペースト20を充填することができる。目標充填重量m0は、容器21に充填するペースト20の目標とする重量であり、充填後のペースト20の用途や容器21の容積を考慮して任意に決定する。決定した目標吐出速度V0と、目標充填重量m0とは、任意の入力手段を用いて、例えば、制御部18に入力する。制御部18は、入力された情報から、初回充填時の充填停止時間tを、以下の式(1)により算出する。
加圧工程S102では、加圧タンク11内を初期条件設定工程S101にて算出した圧力Pに加圧する。加圧タンク11内には、既に充分な量のペースト20が貯留されているものとする。加圧タンク11内のペースト20は気泡を含んでいる可能性があるので、加圧タンク11内を圧力Pに加圧する前に、ペースト20の脱泡処理を行うことが好ましい。ペースト20の脱泡処理は、例えば、遠心脱泡によって行うことができる。
まず、充填準備工程S103では、容器21をノズル14に対応する位置に設置する。容器21は、センサ部15の信号光が透過するように、例えば、透明容器であることが好ましい。次に、ノズル14およびセンサ部15を、容器21の底部近傍まで移動する。ノズル14およびセンサ部15の位置は、ペースト20の性質に応じて任意に設定する。これにより、ノズル14の先端と充填面との高さをほぼ一致させた状態で、ペースト20の充填を開始することができる。
充填工程S104では、加圧タンク11からペースト20を吐出し、容器21内にペースト20を充填する。まず、制御部18が吐出切替機構13に信号を送信し、吐出状態に切り替える。ペースト20の充填が開始したら、制御部18は移動機構16に信号を送信し、ノズル14およびセンサ部15を上方に移動する。さらに制御部18は、ノズル14と充填面との位置関係を保つように、ノズル14およびセンサ部15の移動速度を制御する。これにより、ノズル14の先端と充填面との高さをほぼ一致させた状態で、安定的にペースト20を充填することが可能となる。
SH=Sn×(1+SK) ・・・(6)
充填停止工程S105では、ペースト20の充填時間が充填停止時間tに達した際に、ペースト20の充填を停止する。制御部18は、吐出切替機構13に信号を送信し、非吐出状態に切り替える。また、制御部18は、移動機構16に信号を送信し、ノズル14およびセンサ部15の移動を停止する。その後、ノズル14およびセンサ部15を、容器21の搬出を妨げない程度に上昇させ、充填済の容器21を搬出する。
充填終了判断工程S106では、ペースト20の充填を終了するかどうかを判断する。充填を終了する場合、以下の工程は行わない。続けて別の容器21に充填を行う場合、次の吐出速度算出工程S107に進む。
吐出速度算出工程S107では、n回目の充填における、ペースト20の吐出速度Vnを算出する。吐出速度測定部17は、実際に容器21内に充填されたペースト20の充填重量mを測定し、以下の式(7)により吐出速度Vnを算出する。これにより、吐出速度Vnの変動を察知することができ、適切なタイミングで吐出速度を制御することが可能となる。吐出速度測定部17は、算出した吐出速度Vnを、例えば、制御部18に送信する。なお、充填中の吐出速度の変動や、制御部18が充填停止の信号を送信してから実際に充填が停止するまでのタイムラグ等により、充填重量mと目標充填重量m0との間には、通常若干の誤差が生じる。
吐出速度判断工程S108では、制御部18は、吐出速度算出工程S107で算出した吐出速度Vnが所定の範囲内かどうかを判断する。具体的には、例えば、吐出速度Vnが下記の式(8)の範囲内かどうかを判断する。なお、式(8)のV0は、初期条件設定工程S101で決定した目標吐出速度V0である。また、VKは、吐出速度Vnが目標吐出速度V0からどれだけの変動を許容するかの割合である。
これに対し、割合VKを0.05以上とすることで、圧力Pの調整回数を少なくし、安定的に充填することが可能となる。一方、割合VKが0.2を超えると、例えば、吐出速度Vnが目標吐出速度V0をかなり下回る場合でも、圧力Pの調整を行わない可能性がある。この場合、1回の充填にかかる時間が長くなるので、生産性が低下する可能性がある。これに対し、割合VKを0.2以下とすることで、吐出速度Vnが目標吐出速度V0から大きく外れることがないように制御することができ、生産性を向上させることができる。
時間調整工程S109では、吐出速度Vnが式(8)の範囲内の場合、次回充填時のペースト20の充填重量mが目標充填重量m0に近づくように、充填停止時間tを調整する。具体的には、例えば、制御部18は、次回充填時の充填停止時間tを以下の式(9)により算出する。充填停止時間tを調整することで、吐出速度Vnが安定している場合、高い精度で一定量の充填を行うことができる。
圧力調整工程S110では、吐出速度Vnが式(8)の範囲外の場合、吐出速度Vnが目標吐出速度V0に近づくように、加圧タンク11内の圧力Pを調整する。具体的には、例えば、制御部18は、式(3)より導かれる以下の式(10)により、新たな圧力Pを算出する。なお、式(10)のP0は、圧力調整工程S110前の加圧タンク11内の圧力である。制御部18はレギュレータ12に信号を送信し、加圧タンク11内の圧力Pを算出した値に調整する。圧力Pを調整することで、次回充填時の吐出速度Vnを目標吐出速度V0に近づけることができる。したがって、ペースト20を安定的に、且つ、効率的に充填することが可能となる。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
上述の実施形態は、必要に応じて、以下に示す変形例のように変更することができる。以下、上述の実施形態と異なる要素についてのみ説明し、上述の実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
本変形例の制御部18は、センサ部15が充填面を非検知状態の場合には、速度SLをより遅く変動させ、センサ部15が充填面を検知状態の場合には、速度SHをより速く変動させるように構成されている。上述の第1実施形態においては、速度SLおよび速度SHは、式(5)および式(6)で表され、充填中に変動することはなかった。これに対し、本変形では、速度SLおよび速度SHは、充填中に変動させることができる。すなわち、センサ部15が非検知状態の場合は、充填面がノズル14の先端に近づくようにノズル14およびセンサ部15の移動速度を次第に遅くし、センサ部15が検知状態の場合は、ノズル14がペースト20中に入りすぎないようにノズル14およびセンサ部15の移動速度を次第に速くする。
図3は、本変形例のセンサ部15の配置状態を示す概略構成図である。図3に示すように、本変形例のセンサ部15は、ペースト20の充填方向(鉛直方向)に沿って複数配置されている。具体的には、例えば、3個のセンサ部15がペースト20の充填方向に沿って所定の間隔で配置されている。以下、3個のセンサ部15のそれぞれを、容器21の底部に近い方から順に、第1センサ部31、第2センサ部32、第3センサ部33と呼ぶものとする。また、第2センサ部32の信号光は、ノズル14の先端とほぼ同じ高さになっている。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以下、本発明の好ましい態様を付記する。
本発明の一態様によれば、
容器内に材料を充填するノズルと、
前記材料の充填面を検知するセンサ部と、
前記容器に対する、前記ノズルおよび前記センサ部の相対位置を移動させる移動機構と、
前記材料を充填する際、前記ノズルと前記充填面との位置関係を保つように、前記ノズルおよび前記センサ部の移動速度を制御する制御部と、を有する充填装置が提供される。
付記1に記載の充填装置であって、
前記制御部は、前記充填面の予想上昇速度Snを算出し、前記材料を充填する際、前記センサ部が前記充填面を非検知状態の場合には、前記移動速度を前記予想上昇速度Snより遅い速度SLに制御し、前記センサ部が前記充填面を検知状態の場合には、前記移動速度を前記予想上昇速度Snより速い速度SHに制御する。
付記2に記載の充填装置であって、
前記制御部は、n回目の前記材料の充填における前記充填面の前記予想上昇速度Snを、n−1回目の前記材料の充填における前記移動速度の履歴を含む情報から算出する。
付記2に記載の充填装置であって、
前記制御部は、前記センサ部が前記充填面を非検知状態の場合には、前記速度SLをより遅く変動させ、前記センサ部が前記充填面を検知状態の場合には、前記速度SHをより速く変動させる。
付記1に記載の充填装置であって、
前記センサ部は、前記材料の充填方向に沿って複数配置されており、
前記制御部は、前記充填面を検知状態の前記センサ部の数に応じて前記移動速度を制御する。
本発明の他の態様によれば、
容器内に材料を充填するノズルを、前記容器の底部近傍まで移動する充填準備工程と、
前記容器内に前記材料を充填する充填工程と、を有し、
前記充填工程では、前記容器に対する、前記ノズルの相対位置を移動し、前記ノズルと前記材料の充填面との位置関係を保つように、前記ノズルの移動速度を制御する充填方法が提供される。
11 加圧タンク
12 レギュレータ
13 吐出切替機構
14 ノズル
15 センサ部
16 移動機構
17 吐出速度測定部
18 制御部
20 ペースト
21 容器
22 ピストン
31 第1センサ部
32 第2センサ部
33 第3センサ部
S101 初期条件設定工程
S102 加圧工程
S103 充填準備工程
S104 充填工程
S105 充填停止工程
S106 充填終了判断工程
S107 吐出速度算出工程
S108 吐出速度判断工程
S109 時間調整工程
S110 圧力調整工程
Claims (6)
- 容器内に材料を充填するノズルと、
前記材料の充填面を検知するセンサ部と、
前記容器に対する、前記ノズルおよび前記センサ部の相対位置を移動させる移動機構と、
前記材料を充填する際、前記ノズルと前記充填面との位置関係を保つように、前記ノズルおよび前記センサ部の移動速度を制御する制御部と、を有する充填装置。 - 前記制御部は、前記充填面の予想上昇速度Snを算出し、前記材料を充填する際、前記センサ部が前記充填面を非検知状態の場合には、前記移動速度を前記予想上昇速度Snより遅い速度SLに制御し、前記センサ部が前記充填面を検知状態の場合には、前記移動速度を前記予想上昇速度Snより速い速度SHに制御する請求項1に記載の充填装置。
- 前記制御部は、n回目の前記材料の充填における前記充填面の前記予想上昇速度Snを、n−1回目の前記材料の充填における前記移動速度の履歴を含む情報から算出する請求項2に記載の充填装置。
- 前記制御部は、前記センサ部が前記充填面を非検知状態の場合には、前記速度SLをより遅く変動させ、前記センサ部が前記充填面を検知状態の場合には、前記速度SHをより速く変動させる請求項2に記載の充填装置。
- 前記センサ部は、前記材料の充填方向に沿って複数配置されており、
前記制御部は、前記充填面を検知状態の前記センサ部の数に応じて前記移動速度を制御する請求項1に記載の充填装置。 - 容器内に材料を充填するノズルを、前記容器の底部近傍まで移動する充填準備工程と、
前記容器内に前記材料を充填する充填工程と、を有し、
前記充填工程では、前記容器に対する、前記ノズルの相対位置を移動し、前記ノズルと前記材料の充填面との位置関係を保つように、前記ノズルの移動速度を制御する充填方法。
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