JP2745144B2 - 定量体積供給の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば粉粒体を一定体積分だけ充填するこ
とを目的とする充填機の定量体積供給の制御方法に関す
る。

〔従来の技術〕

従来のこの種の充填機における定量体積供給の制御方
法を第６図を参照して説明する。充填機は、第６図
（ａ）に示すように供給装置５を有している。この供給
装置５は、スクリュー１をインダクションモータ２で所
定回転数、例えば１回転させることにより、ホッパー３
内の物品、例え粉を１定体積ずつ出口４から排出するも
のである。なお、第６図（ａ）には示していないが、出
口４には第７図に示すような菊座21が設けられている。
これはスクリュー１が停止したときに粉が出口４からこ
ぼれ落ちる量を一定にするためのものである。また、モ
ータ２にはパルスジェネレータ６が設けられており、こ
れは供給装置５が一定体積ずつ粉を供給するごとに、こ
の一定体積に比例する数のパルス信号を発生する。この
パルス信号を受けて、制御部７がモータ２や供給装置５
の電磁クラッチ10を制御する。この制御部７は、インバ
ータ８と、例えばマイクロコンピュータで構成したコン
トローラ９と、記憶部11とを有している。なお、図示し
ていないが、供給装置５は電磁ブレーキを備えており、
この電磁ブレーキは電磁クラツチ10をオフにした時、オ
ンにされてスクリュー１を停止させたり、電磁クラッチ
10をオンにした時、オフとされてスクリュー１を回転可
能にするものである。

制御部７の記憶部11には、スクリュー１を予め定めた
速度V_Aで回転させるためにインバータ８に供給するため
の速度制御データが記憶されている。さらに目標充填量
の粉を供給するためのスクリュー１の総回転数に対応し
てパルスジェネレータ６が発生するパルス信号数P_Tより
も小さく定めた値であるカットポイント値P_Mも、記憶部
11には記憶されている。このカットポイント値P_Mは、ス
クリュー１に停止信号を供給してから実際にスクリュー
１が停止するまでにパルスジェネレータ６が発生するパ
ルス信号数P_Oだけ、上述したパルス信号数P_Tよりも小さ
く設定されている。

コントローラ９がインバータ８に上記の速度制御デー
タを与えると、モータ２が速度V_Aで回転する。この状態
で電磁クラッチ10をオンにし、電磁ブレーキをオフにす
ると、第６図（ｂ）に示すようにスクリュー１がV_Aで回
転し、粉の供給が開始される。同時にコントローラ９
は、パルス信号のカウントを開始し、そのカウント値が
カットポイント値P_Mに達したとき、モータ２を停止さ
せ、電磁クラッチ10をオフにし、電磁ブレーキをオンに
する。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般にこの種の充填機において高い充填精度を得るに
は、（１）ホッパー（３）内の粉等の物品がスクリュー
１の回転に伴って、一定の搬送効率で切り出され、搬送
されるのに最適な回転速度でスクリュー１を回転させる
ことと、（２）スクリュー１の回転中にスクリュー１の
表面、ホッパー３の内壁面及び菊座21に付着或いは堆積
した粉がスクリュー１の停止後に粉の慣性力又は遠心力
によってホッパー３の出口４からこぼれ落ちるが、その
量を一定にすることが必要である。

ところが、粉の比重、粒度、粘着性等の性質によって
は（１）の条件を満足するスクリュー１の回転速度と
（２）の条件を満足するスクリュー１の回転速度とが必
ずしも一致しないという問題がある。

また、別の問題として、物品の供給を停止するために
電磁クラッチ10をオフにすると共に電磁ブレーキをオン
にして回転中のスクリュー１を急停止させた時、毎回の
ブレーキ用摩擦板の滑りの状態及びスクリュー１にかか
る物品の抵抗力の差異等によって、スクリュー１がオー
バーランする回転数にばらつきを生じる。このばらつき
は、スクリュー１の停止直前の回転速度が高い程大きく
なるものであり、この回転速度が高い場合、供給装置５
の供給精度を著しく劣化させるという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであ
り、従来よりも目標体積値に近い体積の物品を充填する
ことができる定量体積供給の制御方法を提供しようとす
るものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、供給装置が一定体積の物品を供給するご
とにパルスジェネレータがパルスを発生し、カウント値
が物品の目標体積よりも少なく定めた所定体積に対応す
るカットポイント値になったときに制御部が上記供給装
置に停止信号を発して上記供給装置に目標体積を供給さ
せる定量体積供給の制御方法において、 テスト状態と稼働状態とを含み、 上記テスト状態において、上記供給装置が上記停止信
号を受けてから上記供給装置が物品の供給を終えるまで
の間に上記供給装置に一定な体積の物品を供給させるこ
とができる上記制御部の第１の出力設定値と、一定する
体積流量で物品を上記供給装置に供給させることができ
る上記制御部の第２の出力設定値とを求めてこの第１及
び第２の出力設定値を記憶部に記憶し、 上記稼働状態において、上記カットポイント値より予
め小さく定めた第１の値に上記カウント値がなるまで上
記記憶部に記憶した上記第２の出力設定値で上記制御部
が上記供給装置を駆動させ、その後上記カットポイント
値に上記カウント値がなるまで上記第１の出力設定部で
上記制御部が上記供給装置を駆動させるものである。

そして、上記第１の出力設定値と上記第２の出力設定
値との差が大きい場合、請求項１記載の定量体積供給の
制御方法において、上記第１の値と上記カットポイント
値との間に第２の値を定めて上記記憶部に記憶し、上記
カウント値が上記第１の値を越えて上記第２の値になる
までは上記第２の出力設定値からゆるやかに上記第１の
出力設定値まで変化する出力設定値で上記制御部が上記
供給装置を駆動することにより、物品の定量供給の精度
を更に向上させることができる。

また、請求項（１）及び（２）記載の定量体積供給の
制御方法において、上記稼働状態で供給する物品の体積
を上記目標体積に近づけるために上記稼働状態で上記第
１及び第２の出力設定値を修正し、その値を上記記憶部
に記憶してこの修正した第１及び第２の出力設定値に従
って上記制御部が上記供給装置を駆動させるものとする
のがよい。

〔作用・効果〕

請求項（１）記載の発明は、テスト状態において、供
給装置が制御部の停止信号を受けてから物品を供給し終
えるまでの間に一定な体積の物品を供給することができ
る制御部の第１の出力設定値と、一定な体積流量で供給
装置に物品を供給させることができる制御部の第２の出
力設定値とを求めて記憶部に記憶して、稼働状態におい
て物品の供給開始時に対応するカウント値から第１の値
のカウント値になるまで制御部が供給装置を第２の出力
設定値で駆動させ、その後カットポイント値をカウント
値になるまで供給装置を第１の出力設定値で駆動させる
ので、高精度の定量充填ができるという効果がある。

請求項（２）記載の発明は、第１の値のカウント値と
カットポイント値との間に第２の値のカウント値を定め
て記憶部に記憶し、稼働状態で、カウント値が第１の値
を越えて第２の値になるまでは第２の出力設定値からゆ
るやかに第１の出力設定値まで変化する出力設定値で制
御部が供給装置を駆動させるので、第１の出力設定値と
第２の出力設定値との出力差が大きい場合に出力設定値
の急激な変動による物品の供給流量の乱れを防止するこ
とができ、これによって、請求項（１）記載の発明によ
るよりも更に高精度の定量充填ができるという効果があ
る。

請求項（３）記載の発明は、稼働状態でテスト状態で
求めた第１及び第２の出力設定値に従って供給装置が供
給した物品の体積が目標体積の許容範囲外にある時、供
給体積が許容範囲内になるようにこの第１及び第２の出
力設定値を稼働状態で修正することができるようにした
ものであるから、高精度の定量充填ができるという効果
がある。

〔実 施 例〕 この発明の第１実施例を第１図及び第２図に示す。こ
の実施例に用いる充填機も、従来のものと同様に供給装
置12を有するが、この供給装置12のスクリュー１をサー
ボモータ13で駆動しているので、制御部17内にはインバ
ータ８に代えてサーボアンプ18が設けられ、かつサーボ
モータ13には、これの回転速度を検出するためにタコジ
ェネレータ14が設けられている。サーボモータ13、タコ
ジェネレータ14及びサーボアンプ18によってフィードバ
ック制御が行なわれ、サーボモータ13は、コントローラ
15から与えられた出力設定値に応じた速度で常に回転す
る。

コントローラ15は、パルスジェネレータ６からのパル
ス信号をカウントし、そのカウント値が所定値に達した
とき、サーボアンプ18に供給する出力設定値を変更する
以外、従来のもののコントローラ９と同様に動作する。

そして、この充填機を使用する定量体積の制御方法
は、充填のテスト段階と、稼働段階とを有している。充
填のテスト段階では、まず供給装置12に回転速度を０と
する出力信号を供給してから実際に停止するまでの間に
供給する粉の体積が常に一定となるスクリュー１の回転
速度V_Bを決定する。そのため、ほぼ目標体積量だけ供給
するためにスクリュー１が回転するカウント値P_M′をオ
ーバーランパルス数を見込んで、コントローラ15に設定
する。そして、回転速度V_Bをあろうと予測される速度
V_B′で回転させるためにサーボアンプ18に与える出力設
定値もコントローラ15に設定する。そして、回転速度
V_B′で回転させ、カウント値P_M′となったときに回転速
度を０する出力信号v_oを供給することを何回か繰返し、
実際に停止するまでの粉の体積が一定であるか確認す
る。これを回転速度V_B′を様々に変更して行ない、回転
速度を０とする信号v₀が供給されてから実際に停止する
までの間に供給される粉の体積が一定となる回転速度V_B
を決定し、V_Bで回転させるためにサーボアンプ18に与え
る第１の出力設定値v_bを記憶部16に記憶させる。

次に、カウント値P_M′より少し小さく任意に選択した
カウント値P_A′に達する迄のスクリュー１の最適回転速
度V_Aを決定する。そのため、P_A′をコントローラ15に設
定し、V_Aと目される様々な回転速度でカウント値がP_A′
になるまで供給することを何回か繰り返し、最も供給体
積の再現性のよい、すなわち何回供給しても常にカウン
ト値がP_A′になったとき一定体積だけ供給することがで
きる速度を回転速度V_Aと決定し、回転速度V_Aとするため
にサーボアンプ18に供給する第２の出力設定値v_aを記憶
部16に記憶する。そして、P_M′とP_A′との差P_dも記憶部
16に記憶させる。

そして、仮にP_M′をカットポイント値と定めると共
に、P_A′を出力設定値をv_aからv_bに切換える第１の値と
定めて、第２の出力設定値v_aでカウント値が第１の値で
あるP_A′になるまで供給装置12を運転し、その後に第１
の出力設定値v_bで供給装置12を運転し、カウント値がカ
ットポイント値P_M′になると、モータ13に回転速度が０
となる出力値v₀を供給する。そして、このときに発生し
たオーバーランパルスを見込んで、目標体積の物品を再
現性よく供給でるカットポイント値P_Mを正規に決定し、
このカットポイント値P_Mを記憶部16に記憶させる。これ
によってコントローラ15は、カットポイント値P_Mから先
に記憶させたP_dを自動的に減算し、正規位の第１の値P_A
を決定する。

そして、稼働段階では、カウント値が第１の値P_Aに達
するまでは第２図（ａ）、（ｂ）に示すように回転速度
V_Aで供給装置12を運転し、その後に回転速度V_Bで供給装
置12を運転し、カウント値がP_Mに達した時点でモータ13
に回転速度が０となる出力値v₀を供給する。このモータ
停止信号の供給後に若干オーバランして、供給装置12が
停止する。これによって目標体積分だけの粉の供給が完
了する。

第２実施例を第３図を参照して説明する。なお、充填
機は第１図の充填機を使用して説明する。第１実施例
は、稼働状態でカウント値が第１の値P_Aに到達した時に
コントローラ15がサーボアンプ18の出力設定値v_aからv_b
に切り換えて、スクリュー１の回転速度をV_AからV_Bに減
速させるものである。従って、スクリュー１の回転速度
V_AとV_Bに大きな速度差がある場合、回転速度がV_AからV_B
に至る際、スクリュー１がカットポイント値P_Mからカウ
ント値P_Tまで回転する間に生じる誤差と同じ様な誤差を
生じることがある。この誤差を解消するために、カット
ポイント値P_Mと第１の値P_Aの間に第２の値P_Bのカウント
値を設定して、カウント値がP_AからP_Bに到達するまでの
間のスクリュー１の回転速度を次に記載するような方法
で緩やかに減速する。ただし、カウント値がＯからP_Aま
での間は制御部17の出力設定値をv_aとし、P_BからP_Mまで
の間の出力設定値をv_bとして、この範囲内の供給装置12
の制御方法は第１実施例と同様とする。

カウント値がP_AからP_Bに到達するまでスクリュー１を
緩やかに減速する第１の方法は、テスト状態で第１の値
P_A、第２の値P_B、カットポイント値P_M、第２及び第１の
出力設定値v_a、v_bを求めた後、本稼働する前の段階で、 をコントローラ15に予め算出させる。ただし、ΔP_nが整
数値のパルス数となるようにＮを定める。そして、コン
トローラ15が（P_A＋ΔP_n、v_a−Δv_n）、（P_A＋２ΔP_n、
v_a−２Δv_n）、……（P_A＋（Ｎ−１）ΔP_n、v_a−（Ｎ−
１）Δv_n）のカウント値とサーボアンプ18の出力設定値
との対応表を作成し、記憶部16に記憶する。そして、カ
ウント数ＰがP_A＜Ｐ＜P_Bの範囲内でコントローラ15は、
第３図（ａ）、（ｂ）に示すようにカウント値がP_Aから
（P_A＋ΔP_n）までの出力設定値を（v_a−Δv_n）、カウン
ト値が（P_A＋ΔP_n）から（P_A＋２ΔP_n）までの出力設定
値を（v_a−２Δv_n）、……カウント値が（P_A＋（Ｎ−
１）ΔP_n）から（P_B）までの出力設定値を（v_a−（−
１）Δv_n）としてスクリュー１を回転させる。

第２の方法は、第１の方法と同様にテスト状態でカウ
ント値P_A、P_B、P_M、第２及び第１の出力設定値v_a、v_bを
求めた後、本稼働する前の段階で、カウント値ＰがP_A≦
Ｐ≦P_Bの範囲内でカウント値Ｐに対応する出力設定値ｖ
を算出する所定の減算式 をコントローラ15に作成させ、この演算式を記憶部16に
記憶させる。この演算式は、例えばｖ＝ｆ（Ｐ）なる関
数で表わされる一次以上の高次の演算式とすることもで
きる。なお、この演算式は、カンウント値ＰがP_A≦Ｐ≦
P_Bの範囲内でカウント値Ｐの増加に伴って出力設定値ｖ
をv_aからv_bに滑らかに推移させるものであればよい。

また、第１及び第２実施例ではスクリュー１の回転速
度ＶがV_a＞V_Bの場合の例を示したが、粉等の物品の性質
によってはV_A＜V_Bの場合もあり、この場合も第１及び第
２実施例と同様にして物品を定量体積供給することがで
きる。

次に、第１及び第２実施例も含めて、スクリュー１の
回転速度V_Bが高い回転速度である場合、カウント値がカ
ットポイント値P_Mに到達した時点でコントローラ15が出
力設定値を０に指示してスクリュー１にブレーキをかけ
た時、スクリュー１の回転速度が高い為にブレーキの滑
りが大きく、従ってオーバーランが大きくなり、オーバ
ーランのばらつきも大きくなることがある。このばらつ
きを小さくするには基本的にカットポイント値P_Mに到達
した時のスクリュー１の回転速度が低速であることが必
要である。この課題を解決する第３実施例を第４図を参
照して説明する。テスト状態でスクリュー１の回転が維
持される最低の回転速度V_Cとスクリュー１の回転速度V_C
に対応するサーボアンプ18の出力設定値v_cを求める。こ
れ以外のスクリュー１の回転速度V_A、第２の出力設定値
v_a、第１及び第２のカウント値P_A、P_C、カットポイント
値P_Mを第２実施例と同様の充填テストを行って求めて記
憶部16に記憶する。そして、第２実施例と同様の手順で
稼働させる。この制御方法は、カウント値P_AからP_Cまで
の範囲内において、第４図（ｂ）の実線又は一点鎖線で
示すようにカウント値の増加と共にサーボアンプ18の出
力設定値をv_aからv_cまで減少させて、カウント値がP_Cで
スクリュー１の回転速度をV_Cにするものであるから、ス
クリュー１のオーバーランを極めて小さくできるので、
そのばらつきも小さくなり、ひいては充填体積量の精度
を向上させることができる。上記の説明で、テスト状態
で出力設定値v_a、v_b、v_cおよびカウント値P_A、P_B、P_C、
P_Mを決定したが、稼働状態でも設定値を変更することが
できる。即ち、運転しながらその充填データを確かめな
がら設定値を変更することができる。

なお、本発明による定量体積供給の制御方法の第１乃
至第３実施例を第１図に示す充填機を用いて説明した
が、これ以外の充填機にも適用することができる。例え
ば、その充填機は第１図に示す充填機のスクリュー１の
先端部に皿20を設けたものであり、第５図にその充填機
のホッパー部を示す。この充填機は、スクリュー１を回
転させることによりホッパー３内の物品を降下させて皿
20の上面に供給し、物品を皿20の回転によって遠心方向
に飛ばして皿20の下部に配置した被充填容器に供給す
る。そして、スクリュー１の回転が停止した時、皿20の
上の物品はそれ自身が持つ性質によって決定される第５
図（ｂ）に示す所定の安息角θを保つことによって落下
を停止する。ところで、従来の充填方法は、高速回転す
るスクリュー１をカットポイント値P_Mで急停止させるた
めにホッパー３の上部の物品が比較的速く下方に降下す
ることによりホッパー３の下部の圧力が高くなること
と、高速回転する皿20が急停止することにより物品の安
息角θのばらつきが大きかった。従って、物品の充填精
度も悪いものであった。しかし、このような充填機にお
いても第１乃至第３実施例で説明した手順に従って、ス
クリュー１の回転速度V_A、V_B、（V_C）、これに対応する
サーボアンプ18の出力設定値v_a、v_b、（V_c）及びカウン
ト値P_A、P_B、（P_C）、P_M等を求めて記憶し、この条件で
充填機を稼働することにより充填精度を向上させること
ができる。

なお、第１図乃至第３実施例では、スクリュー１を回
転駆動するためにサーボモータ13とサーボアンプ18とを
使用したが、これらの代りにインダクションモータ２と
インバータ８とを使用することもできる。

また、パルスジェネレータ６が出力するパルス数をコ
ントローラ15がカウントして、このカウント値に基いて
モータ13の回転速度の変速を行ったが、第１実施例のよ
うにサーボアンプ18の出力設定値がv_aとv_bの２段階であ
る場合は、パルスジェネレータ６を使用しないでモータ
13の回転速度の切り換えのタイミングをタイマーによっ
て時間で検出して、モータ13の変速を行うこともでき
る。

また、第１実施例のパルス数P_d＝（P_M−P_A）、第２実
施例のパルス数P_e＝（P_M−P_B）及び第３実施例のパルス
数P_f＝（P_M−P_C）は、スクリュー１の回転速度がV_Aから
V_B又はV_Cに減速されるときに生じる回転速度の乱れを解
消して、スクリュー１がカットポイント値P_Mから停止す
るまでの間に供給する物品の体積量を一定にすることが
できるように設定されているが、充填速度を上げるため
にこの夫々のパルズ数をこれらよりも小さくすることも
できるし、充填速度に余裕がありスクリュー１の回転速
度をV_B又はV_Cで少し長い間安定させた後で停止させるた
めにこの夫々のパルス数をこれらよりも大きくすること
もできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例で使用する充填機を示す
図、第２図（ａ）、（ｂ）は同実施例のパルスのカウン
ト値とスクリューの回転速度との関係と、カウント値と
制御部の出力設定値との関係を示す図、第３図（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）は第２実施例のパルスのカウント値とス
クリューの回転速度との関係と、カウント値と制御部の
出力設定値との関係を示す図、第４図（ａ）、（ｂ）は
第３実施例のパルスのカウント値とスクリューの回転速
度との関係と、カウント値と制御部の出力設定値との関
係を示す図、第５図（ａ）、（ｂ）は第１乃至第３実施
例で使用することができる他の充填機のホッパー部を示
す図、第６図（ａ）は従来の充填方法で使用する充填機
を示す図、第６図（ｂ）は同従来のパルスのカウント値
とスクリューの回転速度との関係を示す図、第７図
（ａ）、（ｂ）は同従来の充填機に取付けられている菊
座を示す図である。 １……スクリュー、３……ホンパー、６……パルスジェ
ネレータ、12、19……供給装置、16……記憶部、17……
制御部。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】供給装置が一定体積の物品を供給するごと
   にパルスジェネレータがパルスを発生し、カウント値が
   物品の目標体積よりも少なく定めた所定体積に対応する
   カットポイント値になったときに制御部が上記供給装置
   に停止信号を発して上記供給装置に目標体積を供給させ
   る定量体積供給の制御方法において、 テスト状態と稼働状態とを含み、 上記テスト状態において、上記供給装置が上記停止信号
   を受けてから上記供給装置が物品の供給を終えるまでの
   間に上記供給装置に一定な体積の物品を供給させること
   ができる上記制御部の第１の出力設定値と、一定する体
   積流量で物品を上記供給装置に供給させることができる
   上記制御部の第２の出力設定値とを求めてこの第１及び
   第２の出力設定値を記憶部に記憶し、 上記稼働状態において、上記カットポイント値より予め
   小さく定めた第１の値に上記カウント値がなるまで上記
   記憶部に記憶した上記第２の出力設定値で上記制御部が
   上記供給装置を駆動させ、その後上記カットポイント値
   に上記カウント値がなるまで上記第１の出力設定部で上
   記制御部が上記供給装置を駆動させる定量体積供給の制
   御方法。
2. 【請求項２】請求項（１）記載の定量体積供給の制御方
   法において、上記第１の値と上記カットポイント値との
   間に第２の値を定めて上記記憶部に記憶し、上記カウン
   ト値が上記第１の値を越えて上記第２の値になるまでは
   上記第２の出力設定値からゆるやかに上記第１の出力設
   定値まで変化する出力設定値で上記制御部が上記供給装
   置を駆動することを特徴とする定量体積供給の制御方
   法。
3. 【請求項３】請求項（１）及び（２）記載の定量体積供
   給の制御方法において、上記稼働状態で供給する物品の
   体積を上記目標体積に近づけるために上記稼働状態で上
   記第１及び第２の出力設定値を修正し、その値を上記記
   憶部に記憶してこの修正した第１及び第２の出力設定値
   に従って上記制御部が上記供給装置を駆動させる定量体
   積供給の制御方法。