JP4193807B2 - 容器への粉体充填方法 - Google Patents

Description

本発明は粉体を容器内に所定量自動充填する方法に関する。

粉体を容器内に充填する場合、液体充填用の装置をそのまま転用することはできない。液体充填は液体容量を測量することや、供給時間を制御することで所定質量充填ができる。液体の物性から容器内への注入も蛸足状に配管し、同時に複数の容器に充填ができる。しかし粉体は容量充填では所定量を精度良く充填することができないばかりか容器内への充填も自然落下のみに頼ることもできない。従って、粉体の安定供給のために粉体供給装置を取り付け、かつ各容器毎に粉体の充填量を計測するのが般的である。通常、粉体の所定量供給方法は少なくとも３回の計量を必要とする。第１回目の計測は容器の風袋の測定であり、２回目は充填物の所定量に内輪でそれに近い大凡の計測並びに３回目は所定量に到達させるための微計測である。この計測を１台の計測器のみでおこなう場合容器を静止させるので時間的に非効率である。そこで容器を移動させつつ粉体を充填し、充填効率を上げるためには固定された計測器は３台必要である。容器をこの計測器に載せたり、降ろしたりするための装置を具備しておき、最初の充填を所定量の大凡半分とし、次にほぼ所定量充填とする、２回に分散する方法は時間短縮することでは効率的である。しかしこれらは計測器を複数用いるので容器の積み卸しと計測器の精度が要求される。又この方法は広いスペースを必要とすること及び充填効率が悪いので生産性の面で好ましくない。

粉体のかさ比重が一定で、その物性も滑り性が良く、充填作業中に粉体の物性変化のない場合には、粉体であっても一定量を充填することは容量測定または充填時間計測で可能となる。この充填では複数の容器へ同時にまたは移動する容器とこれに同調する複数の充填口（ホッパー又はスパウト）を具備させれば時間差を設けて順次充填することが可能となる。この場合容器の移動が円周上であると装置の占有面積も少なく効率が良い。この例としてＲ．Ａ．Ｊｏｎｅｓ＆Ｃｏ．，Ｉｎｃ．製のＰｏｕｃｈ Ｋｉｎｇ ＰＫ４０００／ｉｎｃｈが市販されている。しかしながら粉体の物性が変化すればこの方法で所定質量を充填することはできない。

粉体の状態変化または粉体の他品種に対応でき、しかも各容器への充填量を正
確に計測し、しかも充填操作に必要な装置の占有面積を極小にする充填装置を開発することにある。

上記課題を解決するため本発明者らは各容器内の充填量をロードセルを用いて計測し、移動する複数の容器とこれに同調移動する複数のホッパーを具備させ、しかも時間差を設けて順次充填することに成功し本発明を完成させた。

すなわち、本発明は容器受台（ロータースパイダー）７及び質量計測装置（ロードセル）８を内蔵する容器保持装置２と、該容器保持装置２により保持された容器内に粉体を供給するための粉体供給装置１、該粉体供給装置１に粉体を供給する固定された粉体供給タンク５及び容器内に充填された粉体の質量計測装置による計量とその結果を受信し、この情報を粉体供給装置に伝え粉体供給量を指令する制御システムとを有し、かつ容器保持装置２及び粉体供給装置１は同調して回転軸シャフト２０を共有して同心円上を移動し、容器保持装置が円周上を移動する間に容器保持装置２への容器６の搭載及び容器風袋の質量計測、粉体供給及び該粉体の容器内への充填及び充填量の計測を行うことを特徴とする容器への粉体充填装置である。

本発明の方法は、移動する複数の容器と各容器内のこれにそれぞれ直結する充填量を計測するロードセルを備え、これに同調する複数のホッパーが具備させた粉体充填装置を使用するので時間差を設けて順次充填することができて充填効率が向上し、しかも容器移動が円周上であることにより装置の占有面積が少ない状態で効率的な充填を行うことができる。

本発明の容器への粉体充填方法を実施するために使用される装置の概略図を図１に示した。本発明の装置は容器供給ベルトコンベア１８、容器保持装置２、ホッパー３付きベースブラケット４を含む粉体供給装置１、供給タンク５及び容器排出ベルトコンベア１９で構成される。図２に示したように容器保持装置２と粉体供給装置１は回転軸シャフト２０及び回転盤１０により固定されている。これら構成について機能的に説明する。供給される容器６はエンドレスの容器供給ベルトコンベア１８及び必要により方向転換コンベアにより搬送され、移動している容器保持装置２に移された後、ネックホルダー９により容器首部が固定される。この時容器口部は粉体が供給されるホッパー３の下方排出口の下端に合わせ固定される。

図２は粉体供給装置１、容器保持装置２及び供給タンク５との相互関係を示す。容器６は容器保持装置２に搭載された後の風袋質量が計測され、結果が制御シテムに記憶される。次に供給タンク５よりベースブラケット４の斜面１２に供給された粉体はホッパー３を通して容器６に供給される。図３に示すように粉体供給量は制御システムにより制御された供給機１１で所定量押し出される。供給機１１はホッパー３内の粉体を混合均一にするアジテーター１７、所定量の粉体を押し出し供給するスクリュウ１６、これらを接続固定した駆動シャフト１５、これを可変制御ギアー１４とこれを動かすモーター１３により構成される。

ホッパー３下方の排出口の下端口径と容器口径は前者が小さいことが必要である。水平方向の位置決めはそれぞれの中心線がほぼ一致していれば良く、ホッパー下端の排出口が容器口径の外にずれることにない範囲であれば充分である。この場合、上下位置決めは容器保持装置への容器の装着及び脱着時に容器口上端とホッパー下端が接触しなければ良い。

容器口６の上端よりホッパー３下方の排出口下端が下位に位置するようにすることは粉体の容器内への供給がより確実となり好ましい。この方法として、容器６を容器保持装置２に装着したのちホッパーを下降させるか又は容器を上昇させるか又はこの両者を組み合わせる事で可能となる。この上下方向の移動は移動可能なエレベーターを設置することによって実現できる。

容器保持装置２は容器６を保持する容器受台（ロータースパイダー）７、容器を固定するネックホルダー９及び容器質量を計測するロードセル８を主に具備しており、その構成を図２に示した。容器保持装置は４０ベースブラケット４と回転軸シャフト２０を共有する回転板１０に固定されている。従って、容器６とベースブラケット４に固定されたホッパー３の排出口は容器６が容器保持装置２に固定されれば常に同一に移動するので容器位置決めの心配はない。しかしこれと別に容器と粉体供給が各々独立した制御であっても粉体が容器に供給されればよいので本例示の容器移動に制限されることはない。本発明の実施にあたってはその実施例として容器保持装置とホッパーの数は複数とし、しかもその数を一致させて設計した。

本発明の容器への粉体充填装置は僅かな時間差で粉体を次々に複数の容器に供給することができる。粉体の供給は容器が円周にそって移動する間に行われる。
この間に各容器に専用のロードセルにより風袋、一次充填量及び所定充填量の計測を行うことができる。本発明で実施した一例では容器が容器保持装置に搭載され、粉体が所定量容器に充填され、この容器が脱着されるまでの時間は約１０秒以内であり、この間に風袋質量計測、一次充填量計測、所定量充填計測を行うことができた。容器の排出量はほぼ１００個／分であるので充填効率は著しく良くなった。もちろん回転板及びベースブラケットを大きくすれば容器保持装置の搭載数は増加できる。容器搭載時間は円周が大きくなった分だけ引き延ばされるので、計測回数を増加し充填量の精度を上げることもできる。又容器の搭載を円周上の半周分で済ませるように計測所要時間に見合った円周の大きさと搭載時間を設定すれば、処理能力は倍増させることもできる。

粉体を容器に充填する供給機１１を図３に示す。該供給機１１はべースブラケット４に固定されたホッパー３下方の排出口に内接する粉体供給のための駆動シャフト１５に固定されたスクリュウ１６及び粉体を混合及びスムースな供給を補助するためのアジテーター１７、駆動シャフト１５を回転させる駆動モーター１３及びモタ］の回転を可変制御するギアー１４を具備している。

正確な粉体充填は粉体の供給量と容器内へのその充填量とが一致することが重要であり、このためには供給量が装置に残留することなく直ちに容器に落下する必要がある。この目的のためには本例に示したスクリュウを具備した供給装置が好ましく用いられる。しかしながら本例に限定される必要はなく、粉体の物性が流れ性がよくかさ比重も含め常に安定していれば液体充填のように容量充填または時間制御による充填であっても何ら差し支えない。

制御システムの構成を図４に示した。制御システムは容器に粉体を供給する供給量をコントロールする機能を有し、そのためにはロードセルによる質量計測値は電気信号に変換されてその情報を制御システムに送られる。計測は粉体の供給が完了するまで少なくとも３回実施される。この過程の情報の出入を図４に沿って説明する。最初の計測は容器位置１で容器の風袋質量（情０１）でこの情報を制御システムに送る。次に”大入れ”と称する所定量の９０乃至９９％を供給するため制御システムから容器位置２で粉体供給装置への指令（指０２）及びこの指令を受けて粉体の供給機の回転数を制御し装置が作動（０３）する。粉体の充填量の情報を送り返し（情０４）、容器位置３で最後に所定量の供給指令（指０５）とこれを受けた粉体供給装置が作動（０６）する。この計測結果情報を制御システムに送り返し（情０７）、充填量とその精度の確認をする。量目が不足する場合にはさらに（０６）乃至（０７）の操作を円周上を移動する間に繰り返すことにより微量調整をすることができる。この操作に時間を要する場合には回転速度を遅くすることで対応することができる。所定の精度以上に量目を越えて充填した場合にはチェックアウトさせることができる。

ロードセルは市販品を使用し、目的に合う精度の機種を選択することができる。精度は目的によっても異なるが、通常のコマーシャルレベルの充填であれば１００ｇの供給量に対し、精度１％以内であれば実用上問題ない。

容器の形状は成型加工された樹脂容器の他、ガラス瓶等その材質は問わない。一方、容器の形状は平型パウチ、スタンディングパウチであっても容器保持装置にこれらを摘みとる公知の装置を用いれば用意に実施することができる。

内容量８００ｍｌ、風袋質量２４ｇ、ポリプロピレン製成型ボトル（容器口内径３０ｍｍ、胴経８３ｍｍ、高さ２１１ｍｍ）に本発明の容器への粉体充填装置を用いて粉体を充填した。該装置は容器保持装置を１６ヘッド搭載し、容器の搭載速度は１００本／分であった。容器内への粉体を１３３ｇ充填し、約１万本充填した。充填量の精度は±２ｇ（±１．５％）であった。容器が容器保持装置に搭載されてから離脱するまでの所要時間は約８秒でありた。

本発明は容器受台（ロータースパイダー）７及び質量計測装置（ロードセル）８を内蔵する容器保持装置２と、該容器保持装置２により保持された容器内に粉
体を供給するための粉体供給装置１、該粉体供給装置１に粉体を供給する固定された粉体供給タンク５及び容器内に充填された粉体の質量測定装置による計量とその結果を粉体供給装置に伝え粉体供給量を指令する制御システムとを有しており、かつ容器保持装置２及び粉体供給装置１は同調して回転軸シャフト２０を共有して同心円上を移動し、容器保持装置が円周上を移動する間に容器保持装置２への容器６の搭載及び容器風袋の質量計測、容器内への粉体供給及び該粉体の充填及び充填量の計測と容器保持装置からの容器の離脱を全自動で行うことができる。

本発明の容器への粉体充填装置の概略図である。 粉体供給装置、容器保持装置及び供給タンクとの相互関係を示す構成図である。 粉体を容器に供給充填する供給機を示す図である。 制御システムの情報系統図である．

符号の説明

１：粉体供給装置
２：容器保持装置
３：ホッパー
４：ベースブラケット
５：供給タンク
６：容器
７：容器受台（ロータースパイダー）
８：ロードセル
９：ネックホルダー
１０：回転盤
１１：供給機
３０、１２：ベースブラケットの斜面
１３：モーター
１４：ギアー
１５：駆動シャフト
１６：スクリュー一
１７：アジテーター
１８：容器供給ベルトコンベア
１９：容器排出ベルトコンベア
２０：回転シャフト

Claims (5)

1. 回転駆動シャフトを共有していて、互いに同調して同心円上を一定方向に回転移動する容器保持装置と粉体供給装置を使用し、両装置が回転移動している間に、前記容器保持装置へ空き容器を搭載して空き容器の質量を計測し、粉体供給装置のスクリュウにより容器内へ最初の大部分の粉体を押出し供給し、容器内へ供給された最初の大部分の粉体充填量を計測し、該最初の粉体充填量の計測結果を基に、制御システムにより各粉体充填容器へ不足量の粉体の充填を指令して追加の粉体充填を行うことを特徴とする容器への粉体充填方法。
2. 前記粉体供給装置における粉体供給装置が、中心より円周方向に傾斜面を有するベースブラケット及び該ベースブラケット底部外周にそって下方に突出した粉体送り出しのための複数のホッパーを有し、かつ該ホッパーの下端の粉体供給口の中心線と容器保持装置に搭載された容器口部の中心線がほぼ一致するように位置決めされていることを特徴とする請求項１記載の容器への粉体充填方法。
3. 前記粉体供給装置における粉体供給タンクの粉体排出口がベースブラケット斜面上部に位置しているものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の容器への粉体充填方法。
4. 前記容器が成型容器、ガラス瓶、パウチ又は袋である請求項１〜３のいずれかに記載の容器への粉体充填方法。
5. 前記容器保持装置がパウチ又は袋の保持及びその開口のための摘みを具備するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の容器への粉体充填方法。

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