JP2023018808A - 粉粒体充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 サイクルタイムを短縮することが可能になる粉粒体充填装置を提供する。【解決手段】 粉粒体を貯留する漏斗状のホッパ１０と、ホッパ１０の下部の筒部の内部で回転して粉粒体を下方へ排出させるスクリュー１５と、上下に開口部を有する筒体２１と、この筒体２１の下端の開口部を開閉するゲート２２とを有し、ホッパ１０から排出される粉粒体を筒体２１内に一時貯留することができる貯留部２と、ホッパ１０から排出され貯留部２を介して供給される粉粒体が充填される袋を保持する袋保持部４と、袋保持部４を支持し、袋と粉粒体との総重量を計量する計量部５と、袋に目標重量の粉粒体を充填するためにスクリュー１５を連続回転させ、スクリュー１５を回転させ始めてから第１の所定時間が経過するまでは、ゲート２２を閉じた状態として貯留部２に粉粒体を貯留し、第１の所定時間が経過したときにゲート２２を開く制御装置７と、を備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、粉体あるいは粒体等の粉粒体を袋、ボトル等の容器に充填するための粉粒体充填装置に関する。

従来、粉粒体を袋等の容器に所定量充填することができる粉粒体充填装置が知られている。

特許文献１には、袋に粉粒体を充填する際に、充填速度の速い大投入後に、充填速度を遅くした小投入を行い、この小投入時に充填速度を無段階に減少させるようにした定量袋詰め装置が記載されている。

また、特許文献２には、粉末を収容するファンネルと、このファンネルの円筒部内で回転するオーガースクリューとを備え、オーガースクリューを回転させることにより、粉末を落下させてボトルに供給するオーガー充填機が記載されている。

特開平８－２９２０８４号公報 特開平１－９９６４１号公報

従来の粉粒体充填装置では、袋やボトル等の容器に粉粒体が充填されると、次の容器に取り替えた後、その容器への充填が開始される。この場合、充填済みの容器の取り出し及び次の容器の準備に時間を要し、サイクルタイムが長くなるという問題がある。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、サイクルタイムを短縮することが可能になる粉粒体充填装置を提供することを目的としている。

なお、本明細書及び特許請求の範囲において、粉粒体が充填される「容器」には、袋、ボトル等が含まれる。

上記目的を達成するために、本発明のある態様に係る粉粒体充填装置は、容器に目標重量の粉粒体を充填することを繰り返し行う粉粒体充填装置であって、粉粒体を貯留する漏斗状のホッパと、前記ホッパの下部の筒部の内部で回転して粉粒体を下方へ排出させるスクリューと、上下に開口部を有する筒体と、この筒体の下端の開口部を開閉するゲートとを有し、前記ホッパから排出される粉粒体を前記筒体内に一時貯留することができる貯留部と、前記ホッパから排出され前記貯留部を介して供給される粉粒体が充填される前記容器を一時保持する容器保持部と、前記容器保持部を支持し、前記容器とその内部に充填される粉粒体との総重量を計量する計量部と、前記容器に前記目標重量の粉粒体を充填するために前記スクリューを連続回転させ、前記スクリューを回転させ始めてから第１の所定時間が経過するまでは、前記ゲートを閉じた状態として前記貯留部に粉粒体を貯留し、前記第１の所定時間が経過したときに前記ゲートを開く制御部と、を備えている。

この構成によれば、スクリューを回転させ始めてから第１の所定時間が経過するまでは、貯留部のゲートが閉じられた状態であるので、ホッパから排出される粉粒体は貯留部に一時貯留される。よって、この間に、前回に粉粒体が充填された容器（充填済み容器）を容器保持部から取り出したり、今回充填される空の容器を容器保持部に保持させる準備を行うことが可能になり、サイクルタイムを短縮することが可能になる。

前記制御部は、前記スクリューを第１の回転速度で前記第１の所定時間より長い第２の所定時間回転させた後、徐々に回転速度を遅くして第２の回転速度で回転させるよう制御し、前記計量部で計量される総重量から算出される粉粒体の重量が前記目標重量または前記目標重量より小さい所定重量になると、前記スクリューの回転を停止させるとともに前記ゲートを閉じるよう構成されていてもよい。

この構成によれば、スクリューを速い第１の回転速度で第２の所定時間回転させた後、徐々に回転速度を遅くして第２の回転速度で回転させ、粉粒体の重量が目標重量または目標重量より小さい所定重量になると、スクリューの回転を停止させるとともにゲートを閉じることにより、サイクルタイムの短縮を図り、かつ計量精度の向上を図ることができる。

前記貯留部を第１の下降位置と第１の上昇位置との間で昇降させる第１の昇降装置と、前記容器保持部を第２の下降位置と第２の上昇位置との間で昇降させる第２の昇降装置と、をさらに備え、前記制御部は、前記スクリューを前記第１の回転速度で回転させ始めると前記貯留部を前記第１の上昇位置から前記第１の下降位置へ下降させ、前記第１の所定時間経過後に前記貯留部を前記第１の下降位置から前記第１の上昇位置へ上昇させるように前記第１の昇降装置を制御し、前記第１の所定時間が経過する前までに、前記容器を保持した前記容器保持部を前記第２の下降位置から前記第２の上昇位置へ上昇させ、前記スクリューを前記第１の回転速度から前記第２の回転速度へ回転速度を徐々に遅くしている間に、前記容器保持部を前記第２の上昇位置から前記第２の下降位置へ下降させるように前記第２の昇降装置を制御するよう構成されていてもよい。

この構成によれば、貯留部が第１の上昇位置にあるときにスクリューを第１の回転速度で回転させ始めることにより、貯留部へ排出される粉粒体の落下距離が短くなり、発塵を低減できるとともに粉粒体への大気中の空気の混入を少なくできる。その後、貯留部を第１の上昇位置から第１の下降位置へ下降させることにより、貯留部へ多くの粉粒体を貯留することできる。また、第１の所定時間が経過する前までに、すなわち、貯留部のゲートを開く前までに、容器を保持した容器保持部を第２の下降位置から第２の上昇位置へ上昇させておくことにより、ゲートが開かれて容器に充填される粉粒体の落下距離が短くなり、発塵を低減できるとともに粉粒体への大気中の空気の混入を少なくできる。

前記容器は袋であり、前記容器保持部は、前記袋の上端の開口縁を保持するよう構成されていてもよい。

本発明は、以上に説明した構成を有し、サイクルタイムを短縮することが可能になる粉粒体充填装置を提供することができるという効果を奏する。

図１（Ａ）は、本実施形態の一例の粉粒体充填装置を示す断面模式図であり、図１（Ｂ）は、同粉粒体充填装置の貯留部を上から見た平面図である。 図２は、図１（Ａ）に示す粉粒体充填装置において異なる状態を示す図である。 図３は、本実施形態の一例の粉粒体充填装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状及び寸法比等については正確な表示ではない場合がある。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

（実施形態）
図１（Ａ）は、本実施形態の一例の粉粒体充填装置を示す断面模式図であり、図１（Ｂ）は、同粉粒体充填装置の貯留部を上から見た平面図である。また、図２は、図１（Ａ）に示す粉粒体充填装置において異なる状態を示す図である。

本実施形態の粉粒体充填装置は、供給装置１と、貯留部２と、貯留部２を昇降させる昇降装置（第１の昇降装置）３と、袋５０を保持する袋保持部（容器保持部）４と、袋保持部４を支持するロードセル等からなる計量部５と、計量部５を支持し袋保持部４及び計量部５を昇降させる昇降装置（第２の昇降装置）６と、制御装置（制御部）７等を備えている。

供給装置１は、粉体あるいは粒体等の粉粒体を貯留する漏斗状のホッパ１０と、スクリュー１５及びそれを回転させるモータ（例えばＡＣサーボモータ）１６と、攪拌羽根１７及びそれを回転させるモータ１８などを備えている。

ホッパ１０は、上部の略逆円錐状の粉粒体収容部１１と下部の円筒部１２とを有している。上部の粉粒体収容部１１の上端には蓋１４ａが設けられ、その蓋１４ａに粉粒体の投入口１４が設けられ、この投入口１４から粉粒体収容部１１内に粉粒体が投入される。また、粉粒体収容部１１内には、粉粒体を攪拌する攪拌羽根１７が設けられている。この攪拌羽根１７は、モータ１８によって回転する中空軸１７ａに取り付けられている。攪拌羽根１７は、例えば、スクリュー１５の回転時に回転させられる。

ホッパ１０の下部の円筒部１２の下端には菊座１３が設けられている。菊座１３は、その隙間からスクリュー１５の回転時に粉粒体を排出させ、スクリュー１５の回転停止時には粉粒体の自重による落下を防止することができる。スクリュー１５は、その回転軸１５ａの周面にらせん状のフィンを有する周知の構成であり、円筒部１２内で回転して粉粒体を下方へ排出させる。

また、本例では、円筒部１２はポーラスメタルで形成されており、円筒部１２の周囲に外管１９が設けられている。外管１９には吸引口１９ａが設けられ、この吸引口１９ａにホース（図示せず）を介して真空ポンプ２０が接続されている。この構成により、ホッパ１０から粉粒体を排出するときに真空ポンプ２０を駆動し、円筒部１２内の粉粒体中に含まれる空気を脱気することができる。この脱気する構成がない場合もありえる。

貯留部２は、横断面が略楕円形状の筒体２１と、この筒体２１の下端の開口部を開閉する１対の排出ゲート２２とを有している。１対の排出ゲート２２を閉じることにより、ホッパ１０（円筒部１２）から排出される粉粒体を貯留することができる。また、１対の排出ゲート２２を開くことにより、貯留した粉粒体を下方の袋５０へ供給することができるとともに、ホッパ１０から排出される粉粒体を通過させて袋５０へ供給することができる。また、筒体２１の上端の開口部には、ホッパ１０の外管１９との間の隙間を塞ぐように、例えばゴム製のカバー２３が設けられていてもよい。このカバー２３によって発塵を低減することができる。

貯留部２は、その筒体２１が適宜の部材を介して昇降装置３に接続されており、昇降装置３によって昇降可能に構成されている。例えば、図１（Ａ）に示す貯留部２は、本実施形態において最も下降した下降位置（Ｄ１）にある状態が示されており、図２に示す貯留部２は、本実施形態において最も上昇した上昇位置（Ｕ１）にある状態が示されている。よって、昇降装置３は、貯留部２を下降位置（Ｄ１）と上昇位置（Ｕ１）との間で昇降できるように構成されてあればよく、その構成は特に限定されない。

袋保持部４は、クランプ装置４１と固定部４２とを有している。クランプ装置４１は、袋５０の上端の開口縁をクランプして固定部４２に一時固定するよう構成されている。固定部４２は、適宜の部材を介してロードセル等の計量部５の一端に固定されている。計量部５によって、袋保持部４に保持された袋５０とそれに充填される粉粒体との総重量が計量される。

計量部５の他端は、適宜の部材を介して昇降装置６に接続されており、昇降装置６によって袋保持部４が計量部５とともに昇降可能に構成されている。例えば、図１（Ａ）に示す袋保持部４は、本実施形態において最も下降した下降位置（Ｄ２）にある状態が示されており、図２に示す袋保持部４は、本実施形態において最も上昇した上昇位置（Ｕ２）にある状態が示されている。よって、昇降装置６は、袋保持部４を下降位置（Ｄ２）と上昇位置（Ｕ２）との間で昇降できるように構成されてあればよく、その構成は特に限定されない。

制御装置７は、例えばマイクロコンピュータ等によって構成され、ＣＰＵ等からなる演算制御部と、ＲＡＭ及びＲＯＭ等からなる記憶部とを有している。演算制御部は、そのＣＰＵが記憶部に記憶された粉粒体充填装置の制御プログラムを実行することにより、粉粒体充填装置の全体の制御を行う。すなわち、制御装置７は、計量部５から計量値を取得（計量信号を入力）するとともに、モータ１６を駆動制御することによりスクリュー１５の回転動作を制御し、モータ１８を駆動制御することにより攪拌羽根１７の回転動作を制御し、真空ポンプ２０を駆動することにより円筒部１２内の粉粒体を脱気することができる。さらに、制御装置７は、昇降装置３，６の昇降動作およびクランプ装置４１の動作を制御する。なお、制御装置７は、集中制御する単独の制御装置によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置によって構成されていてもよい。

次に本実施形態の粉粒体充填装置の動作の一例を説明する。図３は、本実施形態の一例の粉粒体充填装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。この図３には、スクリュー１５の回転動作（回転速度）、袋の状態、排出ゲート２２の開閉状態、貯留部２の昇降位置（上下位置）、袋保持部４の昇降位置（上下位置）の時間変化が示されている。

本実施形態では、図示しない袋搬送装置によって、空の袋５０を袋保持部４へ搬入し、粉粒体が充填された袋５０を袋保持部４から搬出することが順次行われる。よって、本実施形態の粉粒体充填装置では、次々搬送されてくる空の袋５０への粉粒体の充填を繰り返し行うよう構成されている。

また、ここでは、使用される全ての各袋５０の重量（風袋重量）は、一定の固定値とし、予め制御装置７に設定（記憶）されている。また、制御装置７には、袋５０に充填される粉粒体の目標重量が予め設定（記憶）されている。

制御装置７が取得する計量部５の計量値は、袋５０とその中の粉粒体との総重量である。制御装置７は、計量部５の計量値（総重量）から風袋重量（固定値）を減算して正味重量（粉粒体重量）を算出する。

図３において、「袋の状態」として示された、時刻ｔ１～ｔ４の間の「袋取外し・装着準備」の期間は、粉粒体が充填された袋５０を袋保持部４から取外して搬出し、次の空の袋５０を搬入して袋保持部４へ取り付けるまでの期間である。また、時刻ｔ４～ｔ１０の間の「装着状態」の期間は、袋５０が袋保持部４に取り付けられている期間である。そして、これらの期間が１サイクルごとに繰り返されることになる。

制御装置７は、例えば、時刻ｔ１～ｔ６の第２の所定時間Ｔ２の間、スクリュー１５を一定の速い回転速度（第１の回転速度）Ｖ１で回転させた後、徐々に回転速度を遅くして（時刻ｔ６～ｔ８）、所定の回転速度（第２の回転速度）Ｖ２にする（時刻ｔ８～ｔ９）。このようにして時刻ｔ１～ｔ９の間、スクリュー１５を連続回転させる。スクリュー１５の回転速度とホッパ１０からの粉粒体の排出速度とはほぼ比例し、スクリュー１５を速い回転速度Ｖ１で回転させることは、ホッパ１０からの粉粒体の排出速度が速い「大投入」という供給を行うことであり、スクリュー１５を遅い回転速度Ｖ２で回転させることは、ホッパ１０からの粉粒体の排出速度が遅い「小投入」という供給を行うことである。なお、本例では、スクリュー１５の回転速度を、回転速度Ｖ１からＶ２に減少させる際に、時間経過に対して一次関数的に減少（単調に減少）させるようにしたが、これに限らない。例えば、スクリュー１５の回転速度を時間経過に対して二次関数的に減少させるようにしてもよいし、回転速度の減少割合を充填残量（目標重量に対する不足量）に比例するようにしてもよい。

また、スクリュー１５を速い回転速度Ｖ１で回転させ始めるときには、貯留部２が上昇位置Ｕ１であるが、スクリュー１５の回転が始まると、貯留部２を上昇位置Ｕ１から下降位置Ｄ１へ下降させる（時刻ｔ１～ｔ２）。

そして、時刻ｔ１から第１の所定時間Ｔ１（Ｔ１＜Ｔ２）が経過すると、貯留部２の排出ゲート２２を開く（時刻ｔ５）。時刻ｔ１～ｔ５の第１の所定時間Ｔ１の間にホッパ１０から排出される粉粒体は、排出ゲート２２が閉じた状態の貯留部２に貯留される。この貯留部２に貯留される粉粒体の量は、例えば、目標重量の５０～６０％程度としてもよい。

また、貯留部２の排出ゲート２２を開く前に、袋保持部４を下降位置Ｄ２から上昇位置Ｕ２へ上昇させる（時刻ｔ３～ｔ４）。そして、時刻４では、袋保持部４に袋５０が装着された状態となる。よって、排出ゲート２２を開く前に、袋保持部４が上昇位置Ｕ２で袋５０を装着（保持）した状態になっている。

そして、時刻ｔ５で、排出ゲート２２が開かれると、貯留部２に貯留されていた粉粒体が袋５０に供給され、続いてホッパ１０から排出される粉粒体が袋５０に供給される（時刻ｔ５～ｔ９）。

また、時刻ｔ５で排出ゲート２２を開いてから時刻ｔ６までに、貯留部２を下降位置Ｄ１から上昇位置Ｕ１へ上昇させる（時刻ｔ５～ｔ６）。

そして、スクリュー１５の回転速度を徐々に遅くする時刻ｔ６になると、袋保持部４を上昇位置Ｕ２から徐々に下降位置Ｄ２まで下降させる（時刻ｔ６～ｔ７）。

時刻ｔ８で、スクリュー１５を遅い回転速度Ｖ２にした後、制御装置７は、計量部５の計量値（総重量）から風袋重量を減算して算出される正味重量（粉粒体重量）が、目標重量、または、目標重量より落差補正量少ない所定重量になると、スクリュー１５の回転を停止させるとともに排出ゲート２２を閉じる（時刻ｔ９）。落差補正量は、例えば、スクリュー１５の回転を停止させた後、袋５０へ供給されると予想される粉粒体の重量（設定値）である。この例では、目標重量及び落差補正量が、予め制御装置７の記憶部に記憶されている。

そして、制御装置７は、スクリュー１５の回転を停止させた後、計量部５の計量値が安定したことを判別すると、その計量値から最終的な正味重量（粉粒体重量）を算出する（時刻ｔ１０）。ここで、制御装置７は、例えば、上下に変動する計量部５の計量値の変動量が所定範囲内になると、計量部５の計量値が安定したことを判別する。この後、次のサイクル内の「袋取外し・装着準備」の期間となり、クランプ装置４１のクランプを解除して、粉粒体が充填された袋５０を袋保持部４から取外して搬出する。そして、次の空の袋５０が搬入されて袋保持部４へ取り付けられる。

本実施形態では、例えば時刻ｔ１でスクリュー１５を回転させ始めてから第１の所定時間Ｔ１が経過するまでは、貯留部２の排出ゲート２２が閉じられた状態であるので、ホッパ１０から排出される粉粒体は貯留部２に一時貯留される。よって、この間に、前回に粉粒体が充填された袋５０を袋保持部４から取り出したり、今回充填される空の袋５０を袋保持部４に保持させる準備を行うことが可能になり、サイクルタイムを短縮することが可能になる。

また、スクリュー１５を速い回転速度Ｖ１で第２の所定時間Ｔ２回転させた後、徐々に回転速度を遅くして遅い回転速度Ｖ２で回転させ、粉粒体の重量が目標重量または目標重量より小さい所定重量になると、スクリュー１５の回転を停止させるとともに排出ゲート２２を閉じることにより、サイクルタイムの短縮を図り、かつ計量精度の向上を図ることができる。

また、貯留部２が上昇位置Ｕ１にあるときに、スクリュー１５を回転速度Ｖ１で回転させ始めることにより、貯留部２へ排出される粉粒体の落下距離が短くなり、発塵を低減できるとともに粉粒体への大気中の空気の混入を少なくできる。その後、貯留部２を上昇位置Ｕ１から下降位置Ｄ１へ下降させることにより、貯留部２へ多くの粉粒体を貯留することできる。また、第１の所定時間Ｔ１が経過する前までに、すなわち、貯留部２の排出ゲート２２を開く前までに、空の袋５０を保持した袋保持部４を下降位置Ｄ２から上昇位置Ｕ２へ上昇させておくことにより、排出ゲート２２が開かれて袋５０に充填される粉粒体の落下距離が短くなり、発塵を低減できるとともに粉粒体への大気中の空気の混入を少なくできる。

なお、本実施形態では、粉粒体を充填する容器（袋５０）の重量を一定の固定値として予め制御装置７に設定するようにしたが、その都度、容器の重量を計量するようにしてもよい。この場合、例えば、時刻ｔ４の直後（袋５０を装着後）に容器（袋５０）の重量を計量すればよく、その計量完了後に、排出ゲート２２を開くようにすればよい。この場合、図３の場合と比べて、容器（袋５０）の重量の計量に要する時間の分だけ、サイクルタイムが長くなる可能性はある。

また、本実施形態では、粉粒体を充填する容器として袋５０を用いたが、ボトル等を用いてもよい。この場合、例えば、容器保持部としてボトル等が載置される載置台を設け、この載置台（容器保持部）を支持するロードセル等を計量部として設ければよい。また、計量部を支持して、計量部とともに載置台を昇降させる昇降装置が備えられていてもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、サイクルタイムを短縮することが可能になる粉粒体充填装置等として有用である。

１ 供給装置
１０ ホッパ
１１ 粉粒体収容部
１２ 円筒部
１５ スクリュー
２ 貯留部
２１ 筒体
２２ 排出ゲート
３ 昇降装置
４ 袋保持部
５ 計量部
６ 昇降装置
７ 制御装置
５０ 袋

Claims (4)

1. 容器に目標重量の粉粒体を充填することを繰り返し行う粉粒体充填装置であって、
   粉粒体を貯留する漏斗状のホッパと、
   前記ホッパの下部の筒部の内部で回転して粉粒体を下方へ排出させるスクリューと、
   上下に開口部を有する筒体と、この筒体の下端の開口部を開閉するゲートとを有し、前記ホッパから排出される粉粒体を前記筒体内に一時貯留することができる貯留部と、
   前記ホッパから排出され前記貯留部を介して供給される粉粒体が充填される前記容器を一時保持する容器保持部と、
   前記容器保持部を支持し、前記容器とその内部に充填される粉粒体との総重量を計量する計量部と、
   前記容器に前記目標重量の粉粒体を充填するために前記スクリューを連続回転させ、前記スクリューを回転させ始めてから第１の所定時間が経過するまでは、前記ゲートを閉じた状態として前記貯留部に粉粒体を貯留し、前記第１の所定時間が経過したときに前記ゲートを開く制御部と、
   を備えた粉粒体充填装置。
2. 前記制御部は、
   前記スクリューを第１の回転速度で前記第１の所定時間より長い第２の所定時間回転させた後、徐々に回転速度を遅くして第２の回転速度で回転させるよう制御し、前記計量部で計量される総重量から算出される粉粒体の重量が前記目標重量または前記目標重量より小さい所定重量になると、前記スクリューの回転を停止させるとともに前記ゲートを閉じるよう構成された、
   請求項１に記載の粉粒体充填装置。
3. 前記貯留部を第１の下降位置と第１の上昇位置との間で昇降させる第１の昇降装置と、
   前記容器保持部を第２の下降位置と第２の上昇位置との間で昇降させる第２の昇降装置と、をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記スクリューを前記第１の回転速度で回転させ始めると前記貯留部を前記第１の上昇位置から前記第１の下降位置へ下降させ、前記第１の所定時間経過後に前記貯留部を前記第１の下降位置から前記第１の上昇位置へ上昇させるように前記第１の昇降装置を制御し、
   前記第１の所定時間が経過する前までに、前記容器を保持した前記容器保持部を前記第２の下降位置から前記第２の上昇位置へ上昇させ、前記スクリューを前記第１の回転速度から前記第２の回転速度へ回転速度を徐々に遅くしている間に、前記容器保持部を前記第２の上昇位置から前記第２の下降位置へ下降させるように前記第２の昇降装置を制御するよう構成された、
   請求項２に記載の粉粒体充填装置。
4. 前記容器は袋であり、
   前記容器保持部は、前記袋の上端の開口縁を保持するよう構成された、
   請求項１～３のいずれかに記載の粉粒体充填装置。

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