JP2023037752A - 粉体混合供給システム - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の粉体供給装置の各々が吐出する複数の粉体を混合して後工程の処理を実施する機器に供給するシステムにおいて、その混合粉体を構成する各粉体の比率を恒常的に所望の範囲内に保つ。【解決手段】第一の粉体を貯留し吐出する第一の粉体供給装置と、第二の粉体を貯留し吐出する第二の粉体供給装置とを有し、両粉体供給装置から吐出される粉体を所要の比率で混合した混合粉体を後工程の処理を実施する機器に対して供給するためのものであり、第一の粉体供給装置が吐出する粉体の流量、及び第二の粉体供給装置が吐出する粉体の流量を、それぞれの目標値に収束させるべく制御する制御部を備え、制御部は、第一の粉体供給装置による粉体の吐出流量がその目標値から所定以上乖離した場合に、第二の粉体供給装置による粉体の吐出流量を、混合粉体に含まれる第一の粉体と第二の粉体との比率が所望の範囲内に維持されるように増減させるシステムを構成した。【選択図】図6

Description

本発明は、第一の粉体と第二の粉体とを所要の比率で混合してなる混合粉体を安定して供給するための粉体混合供給システムに関する。
かつて、医薬品の錠剤等の生産現場においては、その構成材料となる粉体について造粒工程、乾燥工程、整粒工程、混合工程といった工程毎に中間製品を作り、しかる後完成した混合粉体を粉体圧縮成形機に補給して、成形機による圧縮(打錠)工程を経るという、バッチ式の手順を踏むことが一般的であった。
だが、このようなバッチ方式では、各工程間で待ち時間が発生する。例えば、成形機による圧縮工程を実施するには、それに先んじて粉体を混合する混合工程を実施し、混合工程により完成した粉体を成形機に補給する作業が必須となる。その間、成形機は、稼働を停止したまま待つことになる。換言すれば、タイムリーな中間製品の供給が困難である。加えて、工程毎に設備設計が必要となり、広いスペースを占有するという不利もある。より具体的には、工程毎に一部屋を使用し、作業者が中間製品を前の工程の部屋から次の工程の部屋まで運ぶ手間も生じる。
そこで、粉体の混合工程と圧縮工程とを一貫連続して行うべく、混合した粉体を成形機に直接供給するシステム(下記特許文献1を参照)が開発されることとなった。このシステムによれば、成形機による粉体の圧縮打錠処理を続行したまま、適時に混合粉体を成形機に補給できる。
粉体の混合行程を実施する粉体混合供給システムは、それぞれが粉体を貯留しかつその貯留している粉体を吐出する複数台の粉体供給装置を有し、各粉体供給装置が吐出した粉体を混合した上で、成形機その他の後工程の処理を実施する機器に供給する。
粉体供給装置の典型として、所定時間あたり一定量の粉体を継続的に吐出する定量供給フィーダ(下記非特許文献1及び2を参照)が挙げられる。これは、粉体を貯留しているホッパから落下する粉体をスクリューフィーダやテーブルフィーダ、サークルフィーダ(登録商標)、ロータリフィーダ等により送り出すもので、当該スクリューフィーダ等が吐出する粉体の単位時間あたりの流量を計測器、例えばロードセルを介して計測し、その吐出流量が目標値に収束するように、スクリューフィーダ等の駆動源であるモータをフィードバック制御する。
特許第6857896号公報
"コペリオン K-トロン(COPERION K-TRONは登録商標(国際登録))製フィーダ"、[online]、アプテ ジャパン株式会社、[令和3年6月20日検索]、インターネット<URL:https://apte.jp/device/k-tron/> "サークルフィーダの原理"、[online]、株式会社ヨシカワ、[令和3年6月20日検索]、インターネット<URL:https://www.yoshikawa-cf.co.jp/technology/archives/25>
各粉体供給装置では、粉体の吐出に伴い、ホッパに貯留している粉体の量が逓減してゆく。当然、ホッパには随時粉体を補充することになる。ホッパ内の粉体の量や密度が大きく変化し、又は他の要因により、ある粉体供給装置が吐出する粉体の流量が急峻に変動したとき、当該粉体供給装置からもたらされる粉体と、これ以外の粉体供給装置からもたらされる粉体との比率が、所望の範囲から逸脱するおそれが生じる。それら粉体を混合した混合粉体は、成形機等の後工程の処理を実施する機器に供給するにふさわしくない不良品となる。
本発明は、複数の粉体供給装置の各々が吐出する複数の粉体を混合して後工程の処理を実施する機器に対し供給するシステムにおいて、その混合粉体を構成する各粉体の比率を恒常的に所望の範囲内に保つことを所期の目的としている。
上述した課題を解決するべく、本発明では、第一の粉体を貯留し吐出する第一の粉体供給装置と、第二の粉体を貯留し吐出する第二の粉体供給装置とを有し、両粉体供給装置から吐出される第一の粉体と第二の粉体とを所要の比率で混合した混合粉体を、後工程の処理を実施する機器に対して供給するためのものであって、前記第一の粉体供給装置が吐出する第一の粉体の流量、及び前記第二の粉体供給装置が吐出する第二の粉体の流量を、それぞれの目標値に収束させるべく制御する制御部を備えており、前記制御部は、前記第一の粉体供給装置による第一の粉体の吐出流量がその目標値から所定以上乖離した場合に、前記第二の粉体供給装置による第二の粉体の吐出流量を、混合粉体に含まれる第一の粉体と第二の粉体との比率が所望の範囲内に維持されるように増減させる粉体混合供給システムを構成した。
本発明では、第一の粉体供給装置が吐出する第一の粉体の流量が急峻に変動したときに、これとは異なる第二の粉体供給装置が吐出する第二の粉体の流量を増減調整して、第一の粉体と第二の粉体との比率が所望の範囲から逸脱しないように制御する。
前記第一の粉体供給装置及び前記第二の粉体供給装置はそれぞれ、粉体を貯留するホッパと、前記ホッパからもたらされる粉体を吐出せしめるべく送り出すための移送部材と、前記移送部材を駆動するモータと、前記移送部材により送り出されて吐出する粉体の吐出量を計測するための計測器とを具備する。前記制御部は、平常時、前記計測器により計測される粉体の吐出流量をその目標値に収束させるべく、前記第一の粉体供給装置及び前記第二の粉体供給装置の各々のモータの回転数又はモータのコイルに印加する電流若しくは電圧を調節するが、前記第一の粉体供給装置の計測器により計測される第一の粉体の吐出流量がその目標値から所定以上乖離した場合には、混合粉体に含まれる第一の粉体と第二の粉体との比率が所望の範囲内に維持されるように、前記第二の粉体供給装置のモータの回転数又はモータのコイルに印加する電流若しくは電圧を調節して、第二の粉体供給装置の計測器により計測される第二の粉体の吐出流量を増減させる。
より具体的には、前記第一の粉体の吐出流量の目標値に近いが当該目標値と同一でなく当該目標値からずれている補正条件値と、補正条件値と比べて第一の粉体の吐出流量の目標値からより遠く離れている異常検出値とを設定し、前記制御部が、前記第一の粉体供給装置の計測器により計測される第一の粉体の流量が前記目標値と前記補正条件値との間にある場合、第一の粉体供給装置のモータの回転数又はモータのコイルに印加する電流若しくは電圧を変更せず維持し、前記第一の粉体供給装置の計測器により計測される第一の粉体の流量が前記補正条件値と前記異常検出値との間にある場合、第一の粉体の流量が前記目標値と補正条件値との間に収まるように、第一の粉体供給装置のモータの回転数又はモータのコイルに印加する電流若しくは電圧を調節し、前記第一の粉体供給装置の計測器により計測される第一の粉体の流量が前記目標値と前記異常検出値との間にない場合、混合粉体に含まれる第一の粉体と第二の粉体との比率が所望の範囲内に維持されるように、前記第二の粉体供給装置のモータの回転数又はモータのコイルに印加する電流若しくは電圧を調節して、第二の粉体供給装置の計測器により計測される第二の粉体の吐出流量を増減させる。このような制御により、第一の粉体供給装置が吐出する第一の粉体の流量とその目標値との差が比較的小さい(第一の粉体の吐出流量が異常検出値を超越しない)ときには、第一の粉体供給装置にて第一の粉体の吐出流量の調整を図り、第二の粉体供給装置が吐出する第二の粉体の流量を特に増減させず、第一の粉体と第二の粉体とを混合してなる混合粉体の単位時間あたりの供給量を大きく変動させないようにする。翻って、第一の粉体の吐出流量とその目標値との差が大きくなった(第一の粉体の吐出流量が異常検出値を超越した)ならば、第二の粉体供給装置にて第二の粉体の吐出流量を増減させ、以て混合粉体に含まれる第一の粉体と第二の粉体との比率を所望の範囲内に収める。さすれば、後工程の処理を実施する機器に対する混合粉体の供給を寸断せずに続行できる。
なお、粉体とは、微小個体の集合体であり、いわゆる顆粒などの粒体の集合体と、粒体より小なる形状の粉末の集合体とを包含する概念である。粉体の具体例として、主薬を含む粉体の他、賦形剤、結合剤、崩壊剤、安定剤、保存剤等が挙げられる。二種類以上の粉体を混合した粉体も本発明にいう粉体の一種であり、主薬を含む粉体にステアリン酸マグネシウム等の滑沢剤を混交したものもまた粉体に該当する。
本発明によれば、複数の粉体供給装置の各々が吐出する複数の粉体を混合して後工程の処理を実施する機器に対し供給するシステムにおいて、その混合粉体を構成する各粉体の比率を恒常的に所望の範囲内に保つことが可能となる。
本発明の一実施形態における粉体圧縮成形機の側断面図。 同実施形態における粉体圧縮成形機の要部平面図。 同実施形態における粉体圧縮成形機の円筒図。 同実施形態における粉体圧縮成形機及び粉体混合供給システムの構成を模式的に示す側面図。 同実施形態の粉体混合供給システムの要素である粉体供給装置を示す側面図。 同実施形態の粉体混合供給システムの制御部による制御の内容を説明する図。
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。はじめに、本実施形態の粉体供給装置が吐出し供給する混合粉体を用いた後処理を実施する機器の一例として、回転式粉体圧縮成形機(以下「成形機」という)Aの概要を述べる。
成形機Aは、混合粉体を臼孔4に充填し、その粉体を杵5、6により圧縮することで、医薬品の錠剤や食品、電子部品等を成形するものである。図1に示すように、成形機Aのフレーム1内には、回転軸となる立シャフト2を設立し、その立シャフト2の上部に接続部21を介して回転盤3を取り付けている。
回転盤3は、立シャフト2の軸回りに水平回転、即ち自転する。回転盤3は、テーブル(臼ディスク)31と、上杵保持部32と、下杵保持部33とからなる。図2に示すように、テーブル31は略円板状をなしており、その外周部に回転方向に沿って所定間隔で複数の臼孔4を設けてある。臼孔4は、テーブル31を上下方向に貫通している。テーブル31は、複数のプレートに分割するものでもよい。また、テーブル31自体に直接臼孔4を穿ち形成するのではなく、テーブル31とは別体をなしテーブル31に対して着脱可能な複数個の臼部材をテーブル31に装着し、それら臼部材の各々に上下方向に貫通した臼孔を穿っている構成としてもよい。
各臼孔4の上下には、上杵5及び下杵6を配置する。上杵5及び下杵6は、上杵保持部32及び下杵保持部33により、それぞれが個別に臼孔4に対して上下方向に摺動可能であるように保持させる。上杵5の杵先53は、臼孔4に対して出入りする。下杵6の杵先63は、常時臼孔4に挿入してある。上杵5及び下杵6は、回転盤3及び臼孔4と共に立シャフト2の軸回りに水平回転、即ち公転する。
立シャフト2の下端側には、ウォームホイール7を取り付けている。ウォームホイール7には、ウォームギア10が噛合する。ウォームギア10は、モータ8により駆動されるギア軸9に固定している。モータ8が出力する駆動力は、ベルト11によってギア軸9に伝わり、ウォームギア10、ウォームホイール7を介して立シャフト2ひいては回転盤3及び杵5、6を回転駆動する。
圧縮成形品、例えば医薬品の錠剤等の原材料となる粉体は、充填装置たるフィードシューA1から臼孔4に充填する。フィードシューA1の種類には、攪拌フィードシューとオープンフィードシューがあり、そのうちの何れを採用しても構わない。フィードシューA1への粉体の供給には、後述する粉体供給装置を含む粉体混合供給システムBを使用する。粉体混合供給システムBは、成形機Aに対して着脱可能である。
図2及び図3に示しているように、杵5、6の立シャフト2の軸回りの公転軌道上には、杵5、6を挟むようにして上下に対をなす予圧上ロール12及び予圧下ロール13、本圧上ロール14及び本圧下ロール15がある。予圧上ロール12及び予圧下ロール13、並びに本圧上ロール14及び本圧下ロール15は、臼孔4内に充填された粉体を杵先53、63の先端面を以て上下から圧縮するべく、上下両杵5、6を互いに接近させる方向に付勢する。
上杵5、下杵6はそれぞれ、ロール12、13、14、15によって押圧される頭部51、61と、この頭部51、61よりも細径な胴部52、62とを有する。回転盤3の上杵保持部32は、上杵5の胴部52を上下に摺動可能に保持し、下杵保持部33は、下杵6の胴部62を上下に摺動可能に保持する。胴部52、62の先端部位53、63は、臼孔4内に挿入可能であるように、それ以外の部位と比べて一層細く、臼孔4の内径に略等しい直径である。杵5、6の公転により、ロール12、13、14、15は杵5、6の頭部51、61に接近し、頭部51、61に乗り上げるようにして接触する。さらに、ロール12、13、14、15は上杵5を下方に押し下げ、下杵6を上方に押し上げる。ロール12、13、14、15が杵5、6上の平坦面に接している期間は、杵5、6が臼孔4内の粉体に対して一定の圧力を加え続ける。
そして、本圧上ロール14及び本圧下ロール15による加圧位置から、回転盤3及び杵5、6の回転方向に沿って先に進んだ位置が、製品排出部となる。ここでは、下杵6の杵先63の上端面が臼孔4の上端即ちテーブル31の上面と略同じ高さとなるまで下杵6が上昇し、臼孔4内にある成形品を臼孔4から押し出す。製品排出部には、臼孔4から押し出された成形品を案内するダンパ17を設置している。臼孔4から押し出された成形品は、回転盤3の回転によりダンパ17に接触し、ダンパ17に沿って成形品回収位置18に向けて移動する。
次に、本実施形態における粉体混合供給システムBの構成を述べる。本粉体混合供給システムBは、後処理を実施する機器、ここでは成形機Aに対して混合した粉体を供給する役割を担うものであり、図4に示すように、粉体を貯留しかつその貯留している粉体を吐出する複数の粉体供給装置たる定量供給フィーダB1、B2、B3と、それら複数の定量供給フィーダB1、B2、B3の各々から吐出される粉体を混合した上で吐出する混合装置B4、B5とを具備する。
本粉体混合供給システムBは、三基の定量供給フィーダB1、B2、B3を備えている。尤も、フィーダB1、B2、B3の数は、混合する粉体の種類数によって変化し、二基、又は四基以上であってもよい。各フィーダB1、B2、B3は、別種の粉体を吐出するものであってもよく、同種の粉体を吐出するものであってもよい。フィーダB1、B2、B3が吐出する粉体が、予め複数の粉体を混合したものであることもあり得る。粉体の種類としては、例えば主薬を含む粉体、賦形剤、結合剤、崩壊剤、滑沢剤、安定剤、保存剤等を挙げることができる。本実施形態では、第一の粉体供給装置たるフィーダB1が第一の粉体たる主薬を、第二の粉体供給装置たるフィーダB2が第二の粉体たる乳糖等の賦形剤又はその他の粉体を、第二の粉体供給装置たるフィーダB3が第二の粉体たるステアリン酸マグネシウム等の滑沢剤を、それぞれ吐出して供給する。
混合装置B4、B5は、垂直混合装置B4の下流に水平混合装置B5を接続してなるものである。垂直混合装置B4は、フィーダB1が吐出する粉体即ち主薬と、フィーダB2が吐出する粉体即ち賦形剤又はその他の粉体とを混合しつつ、水平混合装置B5に向けて落下させる。この垂直混合装置B4は、漏斗状をなすケースB41と、ケース内の中央部に配置されて自転する垂直又は略垂直な攪拌軸B42と、攪拌軸に一体的に取り付けられた攪拌羽根B43と、攪拌軸B42及び攪拌羽根B43を回転駆動するモータB44とを有する。
フィーダB1及びフィーダB2が吐出する各粉体は、垂直混合装置B4のケース内に上方から投下される。それら粉体は、回転する攪拌羽根B43に接触し、攪拌羽根B43により攪拌されながらケースB41内を下方に移動する。ケースB41の下部には、ケースB41を貫通する多数の孔(図示せず)が予め穿たれており、ケースB41内で攪拌された混合粉体はその孔を通じてケースB41内からケースB41外へと流出する。その後、混合粉体は、接続口B45を介して水平混合装置B5へと流入する。
水平混合装置B5は、垂直混合装置B4において混合された粉体即ち主薬及び賦形剤又はその他の粉体と、フィーダB3が吐出する粉体即ち滑沢剤とを混合しつつ、成形機AのフィードシューA1に向けて移送する。水平混合装置B5は、水平方向又は略水平方向に伸長した筒状のケースB51と、ケースB51内の中央部に配置されて自転する水平又は略水平な攪拌軸B52と、攪拌軸B52に取り付けられた攪拌羽根B53と、攪拌軸B52及び攪拌羽根B53を回転駆動するモータB54とを有する。
ケースB51の外側方の端部には、垂直混合装置B4の接続口と接続する受入口B511を設けている。並びに、ケースB51の内側方の端部には、フィードシューA1の内外を連通し当該フィードシューA1に粉体を供給するための供給口A11に接続される吐出口B512を設けている。さらに、ケースB51の中間部位に、フィーダB3と接続する受入口B513を設けている。攪拌軸B52及び攪拌羽根B53は、混合するべき粉体と接触しながら回転して粉体を混合しつつ、当該粉体を鉛直方向に対して交差する方向に沿って移送する攪拌部材となる。この攪拌部材B52、B53は、混合装置B4、B5の終端となる吐出口B512の直前まで伸びている。
垂直混合装置B4において混合された粉体は、接続口B45から受入口B511を経て水平混合装置B5のケースB51内に投入される。その粉体は、回転する攪拌羽根B53に接触し、攪拌羽根B53により攪拌されながらケースB51内を外側方から内側方に向かって移動する。その過程で、フィーダB3が吐出する粉体が受入口B513を介してケースB51内に投入され、攪拌羽根B53によりさらに攪拌される。結果、フィーダB1の供給する主薬、フィーダB2の供給する賦形剤又はその他の粉体、及びフィーダB3の供給する滑沢剤が、ケースB51内で混合されながらケースB51に沿って移送されることとなる。最終的に、この混合粉体は吐出口B512から吐出され、成形機AのフィードシューA1の供給口A11に供給される。フィードシューA1は、その供給口A11に供給された混合粉体を、テーブル31に穿たれている臼孔4に充填する。
なお、フィードシューA1には予め、粉体混合供給システムBから供給される混合粉体の混合度を測定するためのセンサ(図示せず)を設置している。粉体の混合度を測定する手法としては、ラマン分光分析、赤外分光、X線回折、X線透過測定、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)等、様々なものが挙げられるが、混合度をリアルタイムで測定できるものであればどのような態様であってもかまわない。一例として、近赤外分光分析(NIR、又は近赤外吸収スペクトル法)によると、混合粉体における主薬の占める量又は割合(比率)、換言すれば混合粉体の均一性(偏析が生じていないかどうか)を評価するべく、移動する混合粉体に対して近赤外分光を照射し、光の吸収及び散乱を計測し、スペクトルを用いて主薬の濃度その他の定性・定量分析を行うことを、所定周期で繰り返す。測定波長としては、賦形剤や滑沢剤のピークがなく主薬の特異的な吸収ピークである波長帯を利用する。また、近赤外分光分析によれば、混合粉体の粒径を測定することもできる。近赤外分光分析を採用する場合、粉体の混合度等を測定するPAT(Process Analytical Technology)センサとして、近赤外線センサをフィードシューA1に設置することとなる。
加えて、成形機Aの製品排出部には、特定の成形品、例えば不良品やサンプリング品を、成形品回収位置18に回収する成形品群から選り分けるための成形品排除機構Wを設けている。具体的には、ダンパ17の内部に、加圧空気を流通させる空気通路16を形成し、その空気通路16の先端を回転盤3の径方向に沿って外側方に向けて開口させた空気噴射ノズル16aとしている。加圧空気を供給するポンプ等の空気供給源(図示せず)と空気通路16とを接続する流路20上には、当該流路20を開閉する制御バルブ22を設置してある。制御バルブ22は、例えば、制御装置から与えられる制御信号により開弁する電磁ソレノイドである。
臼孔4から押し出された特定の成形品がダンパ17に接触する前、空気噴射ノズル16aの近傍を通過するときに、制御バルブ22を開弁すると、空気供給源から供給される加圧空気が、流路20及びダンパ17内の空気通路16を経由して空気噴射ノズル16aから噴出する。この噴出した空気は、特定の成形品をテーブル31の外側方に吹き飛ばす。吹き飛ばされた当該成形品は、ダンパ17に沿った先にある成形品回収位置18に到着することはない。このように、本成形機Aにあっては、空気供給源から供給される空気の流通路16、20、噴射ノズル16a及び制御バルブ22が、成形品排除機構Wを構成する。
フィードシューA1に設けた近赤外線センサ等を介して測定される混合粉体の組成や混合度等が適正でないとき、その混合粉体を一旦フィードシューA1から成形機Aのテーブル31の臼孔4に充填し、これを上杵5及び下杵6により圧縮成形して成形品の形にする。その上で、当該成形品を、成形品回収位置18に到達する前に、成形品排除機構Wにより排除する。即ち、成形機Aにおいて、不良の混合粉体が充填され成形品が打錠された臼孔4が空気噴射ノズル16aの近傍を通過するときに制御バルブ22を開弁し、空気噴射ノズル16aから空気を噴射して当該成形品をテーブル31外に吹き飛ばす。併せて、警告音の鳴動、装置の停止等を行うこともある。
粉体混合供給システムBを成形機Aに接続する際には、その水平混合装置B5のケースB51の内側端部及び吐出口B512を成形機Aのフレーム1内に挿入する。一方で、粉体混合供給システムBのそれ以外の要素、即ち水平混合装置B5のケースB51の内側端部以外の部分、垂直混合装置B4及び定量供給フィーダB1、B2、B3は、成形機Aのフレーム1外にあり続ける。定量供給フィーダB1、B2、B3、垂直混合装置B4及び水平混合装置B5を支持する粉体混合供給システムBの支持体(フレーム又は筐体)B6の底部には、当該粉体混合供給システムBを簡便に移動可能とするためのキャスタB7を取り付けている。
以降、定量供給フィーダB1、B2、B3の構造に関して補記する。図5に示すように、各フィーダB1、B2、B3はそれぞれ、粉体を貯留するホッパB01と、ホッパB01からもたらされる粉体を吐出せしめるべく送り出す移送機構B02と、ホッパB01に対して適時粉体を補給する補給機構B03と、移送機構B02が送り出すことにより吐出する粉体の単位時間あたりの吐出流量を計測するための計測器B04と、粉体の吐出流量が所要の目標値に収束するように移送機構B02を制御する制御部B05とを具備する。
移送機構B02は、ホッパB01から落下する粉体と接触してこれを送り出すための移送部材B021と、移送部材B021を回転駆動するモータB022とを備える。移送機構B02としては、例えば既知のスクリューフィーダやテーブルフィーダ、サークルフィーダ、ディスクフィーダ、ロータリフィーダ等を採用することが可能である。スクリューフィーダB02における移送部材B021は、軸心回りに回転する軸に螺旋状の羽根を取り付けたスクリュー羽根であり、その羽根と羽根との間に捉えた粉体を軸心方向に沿って移送する。テーブルフィーダ、サークルフィーダ、ディスクフィーダ、ロータリフィーダにおける移送部材はそれぞれ、回転するテーブル、フラットバー(回転羽根)、ディスク、(ロータリバルブに内蔵の)ロータである。本実施形態では、移送機構B02としてスクリューフィーダを想定している。移送部材B021を駆動するモータB022の回転数は、移送機構B02が送り出す粉体の単位時間あたりの流量に影響を及ぼす。原則として、モータB022の回転数が高くなるほど、送り出す単位時間あたりの粉体の流量が増加する。
モータB022(及び、下記補給機構B03のモータB032)は、例えばDC(直流)モータ、特にブラシレスDCモータである。DCモータの基本特性は、
M=Iaa+Ea
a=Ke
T=Kta=-(KteN)/Ra+(KtM)/Ra
である。ここで、VMはDCモータのコイルに印加する電源電圧、IaはDCモータのコイルを流れる電流、Raは電機子抵抗、Eaは逆起電力の電圧、TはDCモータが発生させるトルク、Ktはトルク定数、Keは逆起電力定数、NはDCモータの回転数である。
補給機構B03は、例えば既知のロータリフィーダ等であり、ホッパB01の上方に存在し、ホッパB01に対して補給するべき粉体を多量に貯蔵している。ホッパB01に臨む補給機構B03の下部には、ロータリバルブB031を設置している。この補給機構B03は、ホッパB01内の粉体の量が所定の下限量まで減少すると、ロータリバルブB031を開弁して貯蔵している粉体をホッパB01に投入する。そして、ホッパB01内の粉体の量が所定の上限量まで回復すると、ロータリバルブB031を閉弁してそれ以上粉体がホッパB01に投入されないようにする。
計測器B04は、ホッパB01及びホッパB01に貯留している粉体の現在の重量を反復的に検出するものである。その重量の減算値が、定量供給フィーダB1、B2、B3の粉体の吐出量となる。計測器B04は、例えば、ストレインゲージ式センサであるロードセルであったり、音叉式力センサであったり、フォースバランス式センサであったりする。なお、補給機構B03とホッパB01とは、例えばジャバラ継手B033を介して接続しており、補給機構B03の自重及び補給機構B03が貯蔵している(ホッパB01に補給される前の)粉体の重量がホッパB01に加重されないようにしている。即ち、計測器B04は、補給機構B03及び補給機構B03に貯蔵された粉体の重量を検出しない。
制御部B05は、計測器B04の出力信号を受信して現在ホッパB01が貯留している粉体の重量を知得するとともに、移送機構B02における移送部材(即ち、スクリューフィーダのスクリュー羽根)B021を駆動するモータB022や、補給機構B03におけるロータリバルブB031のロータを駆動するモータB032を制御する。制御部B05は、モータB022、B032の作動のON/OFFの切り替えやモータB022、B032の回転数又は出力トルクの制御を司る既知のモータドライバと、モータドライバに対して実現するべきモータB022、B032の回転数又は出力トルクを指令するマイクロコンピュータ、プログラマブルコントローラ、汎用のパーソナルコンピュータ若しくはワークステーション等と要素に含む。モータドライバは、モータB022、B032が包有する各相のコイルに順次電流を印加することでモータB022、B032を回転させるとともに、当該モータB022、B032の回転数及び出力トルクを制御する。モータB022、B032のコイルへの印加電流及び/又は印加電圧を増大させれば、モータB022、B032の出力トルクが増強され、回転数も上昇する。モータB022、B032のコイルへの印加電流及び/又は印加電圧を減少させれば、モータB022、B032の出力トルクが低減され、回転数も下降する。モータB022、B032の制御に際しては、コイルを流れる電流の大きさをPWM(Pulse Width Modulation)制御により増減させることがある。
本実施形態の定量供給フィーダB1、B2、B3の制御部B05は、基本的には、ロスインウェイト方式(減量積算値方式)により、当該フィーダB1、B2、B3が吐出する粉体の単位時間あたりの吐出流量をフィードバック制御(例えば、PID制御)する。具体的には、移送機構B02により送り出されることでホッパB01から失われた粉体の重量を計測器B04により常時計測し、その重量の減少の推移が予め設定された吐出流量の目標値と合致しているかどうかを比較して、両者の偏差を縮小する方向にモータB022の回転数及び/又は出力トルクを増減させ、当該フィーダB1、B2、B3による粉体の吐出流量を増減させる。
加えて、制御部B05は、既に述べた通り、ホッパB01内の粉体の量が所定の下限量まで減少したときに、補給機構B03のロータリバルブB031のロータを駆動するモータB032を作動させ、補給機構B03に貯蔵している粉体をホッパB01に投入する。そして、ホッパB01内の粉体の量が所定の上限量まで回復したならば、当該モータB032の作動を停止してそれ以上粉体がホッパB01に投入されないようにする。
本実施形態では、医薬品の錠剤を製造することを念頭に置いている。問題のない高品質の錠剤を量産するためには、粉体混合供給システムBから成形機Aに供給する混合粉体に含まれる主薬の割合を所望の範囲内に維持することが極めて重要となる。つまるところ、主薬を貯留しこれを吐出する定量供給フィーダB1の制御がまず重視される。
制御部B05は、フィーダB1が具備する計測器B04を介して計測される主薬の吐出流量と、その目標値Tとの差に応じて、フィーダB1、B2、B3の制御を切り換える。本実施形態では、図6に示すように、フィーダB1による主薬の吐出流量の目標値Tの上下に、複数段の補正条件値PH1、PH2、PL1、PL2及び異常検出値PH3、PL3を設定する。補正条件値PH1は目標値Tよりも大きく、補正条件値PH2は補正条件値PH1よりも大きく、異常検出値PH3は補正条件値PH2よりもさらに大きい。また、補正条件値PL1は目標値Tよりも小さく、補正条件値PL2は補正条件値PL1よりも小さく、異常検出値PL3は補正条件値PL2よりもさらに小さい。複数段の補正条件値PH1、PH2、PL1、PL2及び異常検出値PH3、PL3はそれぞれ、目標値Tに所定量の値を加算又は減算して求めてもよいし、目標値Tに所定の比率を乗算して求めてもよい。例えば、
補正条件値PH1=目標値T×1.01(目標値Tに+1%)
補正条件値PH2=目標値T×1.03(目標値Tに+3%)
異常検出値PH3=目標値T×1.05(目標値Tに+5%)
補正条件値PL1=目標値T×0.99(目標値Tに-1%)
補正条件値PL2=目標値T×0.97(目標値Tに-3%)
異常検出値PL3=目標値T×0.95(目標値Tに-5%)
とすることが一案として考えられる。
[I]フィーダB1による主薬の吐出流量の実測値が、目標値Tを挟む補正条件値PH1と補正条件値PL1との間に収まっている場合:
これは、現在の主薬の吐出流量が目標値Tの近傍にあり、吐出流量が適切に調整された状態にあることを意味する。よって、制御部B05は、フィーダB1のモータB022のコイルに印加する電流及び電圧の大きさを現在の値から特に増減させずともよく、ひいては、モータB022の回転数及び出力トルクを現在の値から特に増減させずに維持してよい。
このとき、制御部B05は、平常通り、フィーダB2による賦形剤等の吐出流量をその目標値に収束させるフィードバック制御を実行し、並びに、フィーダB3による滑沢剤等の吐出流量をその目標値に収束させるフィードバック制御を実行する。フィーダB2による粉体の吐出流量の目標値、フィーダB3による粉体の吐出流量の目標値はそれぞれ、フィーダB1による粉体の吐出流量の目標値T又は実測値に比例する値、即ちそれら粉体を混合した混合粉体に含有される各粉体の比率(とりわけ、混合粉体中に占める主薬の割合)が所望の範囲内となるような値をとる。
[II]フィーダB1による主薬の吐出流量の実測値が、補正条件値PH1と補正条件値PH2との間、又は補正条件値PL1と補正条件値PL2との間にある場合:
これは、現在の主薬の吐出流量が目標値Tの近傍にないが、その実測値と目標値Tとの偏差がさほど大きくないことを意味する。よって、制御部B05は、主薬の吐出流量の実測値と目標値Tとの偏差を縮小する方向に、フィーダB1の回転数及び/又は出力トルクを増減させるフィードバック制御を実行する。主薬の吐出流量の実測値が補正条件値PH1と補正条件値PH2との間にあるならば、主薬の吐出流量が目標値Tよりも大きいということであるので、フィーダB1からの吐出流量を減量するべく、フィーダB1のモータB022のコイルに印加する電流及び/又は電圧の大きさを減少させる。主薬の吐出流量の実測値が補正条件値PL1と補正条件値PL2との間にあるならば、主薬の吐出流量が目標値Tよりも小さいということであるので、フィーダB1からの吐出流量を増量するべく、フィーダB1のモータB022のコイルに印加する電流及び/又は電圧の大きさを増大させる。
このとき、制御部B05は、平常通り、フィーダB2による賦形剤等の吐出流量をその目標値に収束させるフィードバック制御を実行し、並びに、フィーダB3による滑沢剤等の吐出流量をその目標値に収束させるフィードバック制御を実行する。フィーダB2による粉体の吐出流量の目標値、フィーダB3による粉体の吐出流量の目標値はそれぞれ、フィーダB1による粉体の吐出流量の目標値T又は実測値に比例する値、即ちそれら粉体を混合した混合粉体に含有される各粉体の比率が所望の範囲内となるような値をとる。
[III]フィーダB1による主薬の吐出流量の実測値が、補正条件値PH2と異常検出値PH3との間、又は補正条件値PL2と異常検出値PL3との間にある場合:
これは、現在の主薬の吐出流量の実測値と目標値Tとの偏差が比較的大きく拡大していることを意味する。制御部B05は、主薬の吐出流量の実測値と目標値Tとの偏差を縮小する方向に、フィーダB1の回転数及び/又は出力トルクを増減させるフィードバック制御を実行する。主薬の吐出流量の実測値が補正条件値PH2と異常検出値PH3との間にあるならば、主薬の吐出流量が目標値Tよりも大きいということであるので、フィーダB1からの吐出流量を減量するべく、フィーダB1のモータB022のコイルに印加する電流及び/又は電圧の大きさを減少させる。その際の印加電流、印加電圧、回転数若しくは出力トルクの単位時間あたりの減少量、又はフィードバック制御におけるゲイン(PID制御であれば、比例ゲイン、積分ゲイン又は微分ゲイン)の絶対値は、上記[II]の場合よりも大きくする。つまり、上記[II]の場合と比較して、フィーダB1による主薬の吐出流量をより早急に目標値Tに近づけるように操作する。主薬の吐出流量の実測値が補正条件値PL2と異常検出値PL3との間にあるならば、主薬の吐出流量が目標値Tよりも小さいということであるので、フィーダB1からの吐出流量を増量するべく、フィーダB1のモータB022のコイルに印加する電流及び/又は電圧の大きさを増大させる。その際の印加電流、印加電圧、回転数若しくは出力トルクの単位時間あたりの増加量、又はフィードバック制御におけるゲインの絶対値は、上記[II]の場合よりも大きくする。つまり、上記[II]の場合と比較して、フィーダB1による主薬の吐出流量をより早急に目標値Tに近づけるように操作する。
また、このときも、制御部B05は、平常通り、フィーダB2による賦形剤等の吐出流量をその目標値に収束させるフィードバック制御を実行し、並びに、フィーダB3による滑沢剤等の吐出流量をその目標値に収束させるフィードバック制御を実行する。フィーダB2による粉体の吐出流量の目標値、フィーダB3による粉体の吐出流量の目標値はそれぞれ、フィーダB1による粉体の吐出流量の目標値T又は実測値に比例する値、即ちそれら粉体を混合した混合粉体に含有される各粉体の比率が所望の範囲内となるような値をとる。
[IV]フィーダB1による主薬の吐出流量の実測値が、異常検出値PH3よりも大きい、又は異常検出値PL3よりも小さい場合:
これは、現在の主薬の吐出流量の実測値がその目標値Tから完全に乖離する異常が生じているということである。それ故、フィーダB1に対する吐出流量のフィードバック制御のみでは、成形機Aに供給するべき混合粉体に含まれる主薬の割合を適正範囲内に収めることができない可能性がある。よって、制御部B05は、フィーダB1以外のフィーダB2及び/又はフィーダB3から吐出される主薬以外の粉体の吐出流量を増減調整し、これにより成形機Aに供給するべき混合粉体に含まれる主薬の割合を適正範囲内に収めようとする。主薬の吐出流量の実測値が異常検出値PH3よりも大きいならば、フィーダB2が吐出する賦形剤等の粉体の流量を平常時よりも増量し、及び/又は、フィーダB3が吐出する滑沢剤等の粉体の流量を平常時よりも増量する。主薬の吐出流量の実測値が異常検出値PL3よりも小さいならば、フィーダB2が吐出する賦形剤等の粉体の流量を平常時よりも減量し、及び/又は、フィーダB3が吐出する滑沢剤等の粉体の流量を平常時よりも減量する。このときのフィーダB2及び/又はフィーダB3による粉体の吐出流量は、本来の主薬の吐出流量の目標値Tに比例した目標値からは逸脱することになる。
フィーダB1による主薬の吐出流量は、上記[III]の場合に準じて制御してよい。
なお、[IV]の場合には、主薬、賦形剤、滑沢剤等を混合してなる混合粉体の、成形機Aに向けた単位時間あたりの供給流量が、平常時である[I]、[II]又は[III]の場合と比較して増加又は減少することになる。その供給流量に合わせて、制御部B05が、成形機Aの回転盤3及び杵5、6の回転数を調節することも考えられる。即ち、混合粉体の成形機Aに対する供給流量が平常よりも増加したならば、回転盤3及び杵5、6の回転数を平常よりも高速化して、成形機Aにおける混合粉体の単位時間あたりの消費量を増加させる。逆に、混合粉体の成形機Aに対する供給流量が平常よりも減少したならば、回転盤3及び杵5、6の回転数を平常よりも低速化して、成形機Aにおける混合粉体の単位時間あたりの消費量を減少させる。
本実施形態では、第一の粉体(主薬)を貯留し吐出する第一の粉体供給装置B1と、第二の粉体(主薬以外の賦形剤、滑沢剤等)を貯留し吐出する第二の粉体供給装置B2、B3とを有し、両粉体供給装置B1、B2、B3から吐出される第一の粉体と第二の粉体とを所要の比率で混合した混合粉体を、後工程の処理を実施する機器Aに対して供給するためのものであって、前記第一の粉体供給装置B1が吐出する第一の粉体の流量、及び前記第二の粉体供給装置B2、B3が吐出する第二の粉体の流量を、それぞれの目標値に収束させるべく制御する制御部B05を備えており、前記制御部B05は、前記第一の粉体供給装置B1による第一の粉体の吐出流量がその目標値から所定以上乖離した場合に、前記第二の粉体供給装置B2、B3による第二の粉体の吐出流量を、混合粉体に含まれる第一の粉体と第二の粉体との比率が所望の範囲内に維持されるように増減させる粉体混合供給システムBを構成した。
本実施形態によれば、第一の粉体供給装置B1が吐出する第一の粉体の流量が急峻に変動したとしても、これとは異なる第二の粉体供給装置B2、B3が吐出する第二の粉体の流量を増減調整して、後工程の処理を実施する機器Aに対して供給する混合粉体における第一の粉体と第二の粉体との比率が所望の範囲から逸脱しないように制御できる。従って、警報を発報したり異常の旨を示す信号を出力したりせずに、成形機A及び粉体混合供給システムBの稼働を継続することが可能になる。
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、図6に示すように、フィーダB1による吐出流量が、異常検出値PH3、補正条件値PH2、補正条件値PH1、目標値T、補正条件値PL1、補正条件値PL2、補正条件値PL3により区分されるどの範囲内にあるかに応じて、制御を変更するようにしていた。
だが、目標値Tから異常検出値PH3までの間に設定する補正条件値PH1、PH2の個数は、二つには限定されず、その補正条件値の数を一つとしてもよく、三つ以上としてもよいことは言うまでもない。
例えば、目標値Tから異常検出値PH3、PL3までの間に設定する補正条件値を一つにする、仮に、補正条件値PH2、PL2を排するとするならば、
*フィーダB1による主薬の吐出流量の実測値が、目標値Tと補正条件値PH1との間、又は目標値Tと補正条件値PL1との間に収まっている場合には、上記実施形態[I]と同様。
*フィーダB1による主薬の吐出流量の実測値が、補正条件値PH1と異常検出値PH3との間、又は補正条件値PL1と異常検出値PL3との間に収まっている場合には、上記実施形態[II]と同様。
*フィーダB1による主薬の吐出流量の実測値が、異常検出値PH3よりも大きく、又は異常検出値PL3よりも小さい場合には、上記実施形態[IV]と同様。
ということになる。
あるいは、目標値Tから異常検出値PH3、PL3までの間に設定する補正条件値を三つにする、仮に、補正条件値PH2、PL2と異常検出値PH3、PL3との間に追加的な補正条件値PH2’、PL2’を設定することとするならば、
*フィーダB1による主薬の吐出流量の実測値が、補正条件値PH2と補正条件値PH2’、又は補正条件値PL2と補正条件値PL2’との間に収まっている場合には、上記実施形態[III]と同様。
*フィーダB1による主薬の吐出流量の実測値が、補正条件値PH2’と異常検出値PH3との間、又は補正条件値PL2’と異常検出値PH3との間に収まっている場合には、
制御部B05が、主薬の吐出流量の実測値と目標値Tとの偏差を縮小する方向に、フィーダB1の回転数及び/又は出力トルクを増減させるフィードバック制御を実行する。ここで、主薬の吐出流量の実測値が補正条件値PH2’と異常検出値PH3との間にあるならば、フィーダB1からの吐出流量を減量するべく、フィーダB1のモータB022のコイルに印加する電流及び/又は電圧の大きさを減少させるが、その際の印加電流、印加電圧、回転数若しくは出力トルクの単位時間あたりの減少量、又はフィードバック制御におけるゲイン(PID制御であれば、比例ゲイン、積分ゲイン又は微分ゲイン)の絶対値は、上記[III]の場合よりも大きくする。対して、主薬の吐出流量の実測値が補正条件値PL2’と異常検出値PL3との間にあるならば、フィーダB1からの吐出流量を増量するべく、フィーダB1のモータB022のコイルに印加する電流及び/又は電圧の大きさを増大させるが、その際の印加電流、印加電圧、回転数若しくは出力トルクの単位時間あたりの増加量、又はフィードバック制御におけるゲインの絶対値は、上記[III]の場合よりも大きくする。また、このときも、制御部B05は、平常通り、フィーダB2による賦形剤等の吐出流量をその目標値に収束させるフィードバック制御を実行し、並びに、フィーダB3による滑沢剤等の吐出流量をその目標値に収束させるフィードバック制御を実行する。
*フィーダB1による主薬の吐出流量の実測値が、異常検出値PH3よりも大きく、又は異常検出値PL3よりも小さい場合には、上記実施形態[IV]と同様。
ということになる。
その他、各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
A…後工程の処理を実施する機器(粉体圧縮成形機)
B…粉体混合供給システム
B1…第一の粉体供給装置(定量供給フィーダ)
B2、B3…第二の粉体供給装置(定量供給フィーダ)
B01…ホッパ
B02…移送機構(スクリューフィーダ)
B021…移送部材(スクリュー羽根)
B022…モータ
B03…補給機構
B04…計測器
B05…制御部

Claims (3)

  1. 第一の粉体を貯留し吐出する第一の粉体供給装置と、第二の粉体を貯留し吐出する第二の粉体供給装置とを有し、両粉体供給装置から吐出される第一の粉体と第二の粉体とを所要の比率で混合した混合粉体を、後工程の処理を実施する機器に対して供給するためのものであって、
    前記第一の粉体供給装置が吐出する第一の粉体の流量、及び前記第二の粉体供給装置が吐出する第二の粉体の流量を、それぞれの目標値に収束させるべく制御する制御部を備えており、
    前記制御部は、前記第一の粉体供給装置による第一の粉体の吐出流量がその目標値から所定以上乖離した場合に、前記第二の粉体供給装置による第二の粉体の吐出流量を、混合粉体に含まれる第一の粉体と第二の粉体との比率が所望の範囲内に維持されるように増減させる粉体混合供給システム。
  2. 前記第一の粉体供給装置及び前記第二の粉体供給装置はそれぞれ、粉体を貯留するホッパと、前記ホッパからもたらされる粉体を吐出せしめるべく送り出すための移送部材と、前記移送部材を駆動するモータと、前記移送部材により送り出されて吐出する粉体の吐出量を計測するための計測器とを具備しており、
    前記制御部は、
    平常時、前記計測器により計測される粉体の吐出流量をその目標値に収束させるべく、前記第一の粉体供給装置及び前記第二の粉体供給装置の各々のモータの回転数又はモータのコイルに印加する電流若しくは電圧を調節するが、
    前記第一の粉体供給装置の計測器により計測される第一の粉体の吐出流量がその目標値から所定以上乖離した場合には、混合粉体に含まれる第一の粉体と第二の粉体との比率が所望の範囲内に維持されるように、前記第二の粉体供給装置のモータの回転数又はモータのコイルに印加する電流若しくは電圧を調節して、第二の粉体供給装置の計測器により計測される第二の粉体の吐出流量を増減させる請求項1記載の粉体混合供給システム。
  3. 前記第一の粉体の吐出流量の目標値に近いが当該目標値と同一でなく当該目標値からずれている補正条件値と、補正条件値と比べて第一の粉体の吐出流量の目標値からより遠く離れている異常検出値とを設定し、
    前記制御部は、
    前記第一の粉体供給装置の計測器により計測される第一の粉体の流量が前記目標値と前記補正条件値との間にある場合、第一の粉体供給装置のモータの回転数又はモータのコイルに印加する電流若しくは電圧を変更せず維持し、
    前記第一の粉体供給装置の計測器により計測される第一の粉体の流量が前記補正条件値と前記異常検出値との間にある場合、第一の粉体の流量が前記目標値と補正条件値との間に収まるように、第一の粉体供給装置のモータの回転数又はモータのコイルに印加する電流若しくは電圧を調節し、
    前記第一の粉体供給装置の計測器により計測される第一の粉体の流量が前記目標値と前記異常検出値との間にない場合、混合粉体に含まれる第一の粉体と第二の粉体との比率が所望の範囲内に維持されるように、前記第二の粉体供給装置のモータの回転数又はモータのコイルに印加する電流若しくは電圧を調節して、第二の粉体供給装置の計測器により計測される第二の粉体の吐出流量請求項2記載の粉体混合供給システム。
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