JP4400874B2 - 粉粒体充填装置とその方法 - Google Patents

Description

この発明は、小麦粉等の粉粒体を圧縮して包装袋内に充填する粉粒体充填装置とその方法に関する。

小麦粉等の粉粒体は、保管効率や輸送効率を高めるとともに、搬送中の荷崩れを防止するため、圧縮した状態で包装袋に充填させることが好ましい。
特許文献１には、粉粒体を圧縮充填する構成を備えた従来の粉粒体充填装置が開示されている。同文献に開示された粉粒体充填装置は、筒状のフィルター（１５）内に供給された粉粒体を、減圧脱気部（１４）の作用をもって脱気する構成を備えている。フィルター（１５）内で脱気された粉粒体は、フィルター（１５）の内面に付着するため、これをスクリュー（１６）で掻き落とす。フィルター（１５）の下端開口部には、堰板（２７）が設けてあり、この堰板（２７）とスクリュー（１６）との間で粉粒体が圧縮され、かつ堰板（２７）の開口部（２７ａ）を通って当該圧縮された粉粒体が落下する。
ここで、堰板（２７）は、上記スクリュー（１６）と協働してフィルター（１５）内で粉粒体を圧縮する機能と、スクリュー（１６）が停止したとき粉粒体を堰き止め、包装容器へこぼれ落ちないようにする機能を有している。
また、特許文献１の粉粒体充填装置には、包装容器（２４）を下降させる構成も開示されているが、これは、包装容器（２４）内への粉粒体の高い位置からの落とし込みを防止するためのものであった。

なお、特許文献２および３にも、粉体の吐出量に合わせて包装容器を上下方向に移動させる構成が開示されているが、かかる包装容器の移動だけでは、粉粒体を充分に圧縮することはできない。
特開平１１−３４８９０３号公報 特開昭６１−４７３１１号公報 特開昭６２−１３５１０１号公報

上述した特許文献１の粉粒体充填装置は、フィルター（１５）内で粉粒体を脱気するために、大がかりな設備が必要となり、設備コストが高価格であるとともに装置が大形となる欠点があった。しかも、脱気された粉粒体をフィルター（１５）内で圧縮するため、スクリュー（１６）にはきわめて大きな送り抵抗が作用する。このため、スクリュー（１６）が損壊しやすく、耐久性に問題があった。この問題は、スクリュー（１６）が長尺になるほど顕著である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、粉粒体を充分に圧縮して包装袋に充填することができる簡単な構造の粉粒体充填装置と、同装置を使用した粉粒体充填方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の粉粒体充填装置は、
粉粒体を下端開口部から吐出する粉粒体供給筒と、
この粉粒体供給筒の下方に配設され上下方向に移動自在であって、粉粒体充填用の包装袋を支持する包装袋保持部材と、
この包装袋保持部材を上下方向に駆動する上下駆動手段と、
粉粒体供給筒の下端開口部の周囲に設けられた粉粒体プレス部材とを備え、
包装袋保持部材に支持された包装袋の内部に充填される粉粒体を、包装袋保持部材の上下移動に伴い上方から粉粒体プレス部材により圧縮する構成としたことを特徴とする。

上記構成の粉粒体充填装置は、次の操作をもって粉粒体を圧縮して包装袋に充填することができる。
（ａ）包装袋保持部材の内部空間に包装袋を装着する。
（ｂ）包装袋保持部材を上昇させて、当該包装袋保持部材の底部を粉粒体プレス部材に接触又は近接させる。
（ｃ）粉粒体供給筒の下端開口部から粉粒体を吐出して、包装袋に粉粒体を充填する。
（ｄ）当該包装袋内に充填された粉粒体を粉粒体プレス部材により圧縮させながら、包装袋保持部材を下降させていく。

ここで、包装袋保持部材は、内部空間が底部から上部開口部にかけて一定の平面形状に形成されており、この内部空間に包装袋を配置可能な構成とする。
また、粉粒体プレス部材は、包装袋保持部材の上下移動に伴い、当該包装袋保持部材の内部空間に挿脱自在とする。

さらに、本発明の粉粒体充填装置は、包装袋保持部材の内部空間に粉粒体プレス部材が進入したとき、当該粉粒体プレス部材と包装袋保持部材の内側面との間に、通気用の隙間が形成される構成とする。
粉粒体に含まれている空気は、粉粒体供給筒をとおして排出されるが、上記隙間を形成することで、いっそう効率的に粉粒体内の空気を排出することができる。

また、粉粒体プレス部材は、粉粒体プレス面が粉粒体供給筒の下端開口部とほぼ同一平面上に配置することが好ましい。
このように構成することで、包装袋内へ供給されてくる粉粒体に対し、均一に圧力が作用してムラなく粉粒体を圧縮することが可能となる。

さらに、粉粒体の充填方法においては、包装袋内にあらかじめ定めた所定量の粉粒体を充填した後、包装袋保持部材を上昇させる操作を含ませることもできる。このように包装袋保持部材を上昇させることで、包装袋の粉粒体をいっそう強固に圧縮することができる。

なお、本明細書において、粉体とは小麦粉等の粉状をした物質をいい、粒体とは胡麻等の粒状をした物質をいう。本発明は、粉体の圧縮充填に好適であるが、必要に応じて粒体の圧縮充填にも使用することができる。

以上説明したように、本発明によれば、簡単な構造の装置で、粉粒体を充分に圧縮して包装袋に充填することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
まず、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係る粉粒体充填装置の全体構造を説明する。
本装置は、ホッパ１０、粉粒体供給筒２０、オーガスクリュー３０、包装袋保持部材４０の各構成を備えている。
ホッパ１０は逆円錐筒状の貯留容器であり、このホッパ１０内に供給対象となる粉粒体が挿入される。ホッパ１０の底部は開口しており、この底部開口部に粉粒体供給筒２０の上端開口部が接続してある。ホッパ１０内には、アジテータ１１と称する撹拌部材が設けてあり、このアジテータ１１を回転することで、ホッパ１０内の粉粒体が撹拌される。

粉粒体供給筒２０は上下方向に延びており、その中空部内にオーガスクリュー３０が配設されている。オーガスクリュー３０は、周面に螺旋状のフィンを有し、駆動モータ３１からの駆動力により回転駆動される。このオーガスクリュー３０の回転により、ホッパ１０内の粉粒体が粉粒体供給筒２０内に供給され、さらに粉粒体供給筒２０の下端開口部２０ａから吐出される。

包装袋保持部材４０は、図２および図３（ａ），（ｂ）に示すように、上部が開口する箱で構成してある。この包装袋保持部材４０は、内部空間４０ａが底部から上部開口部４０ｂにかけて一定の平面形状に形成されており、この内部空間４０ａに包装袋４１を配置可能となっている。すなわち、包装袋４１は、包装袋保持部材４０の内部空間４０ａに広げて配置され、その上部開口部が包装袋保持部材４０の上縁部に折り返して止められる。なお、包装袋保持部材４０の正面壁４０ｃは手前側に開くことができ、粉粒体を充填した後、この正面壁４０ｃを開いて、その開口から包装袋４１を容易に取り出し可能となっている。

包装袋保持部材４０は、昇降装置５０により上下方向に駆動される。昇降装置５０は、上下駆動モータ５１と、同モータ５１により回転駆動される動力伝達ねじ５２と、この動力伝達ねじ５２の回転に伴い同ねじに沿って上下方向に移動するナット部材５３と、上下方向に配設されたガイドレール５４とを備えている。上下駆動モータ５１は、高精度な回転制御が可能なサーボモータを使用している。
包装袋保持部材４０は、ナット部材５３に固定してあり、さらにガイドレール５４に支持されて同レール５４に沿って上下方向に移動可能となっている。

さらに、実施形態に係る粉粒体充填装置には、粉粒体供給筒２０の下端開口部の周囲に粉粒体プレス部材６０が装着してある。本実施形態では、粉粒体プレス部材６０を板状体で構成してある。図３（ａ），（ｂ）に示すように、粉粒体プレス部材６０の中心部には開口６０ａが設けてあり、この開口６０ａを粉粒体供給筒２０の下端に嵌め込んだ状態で、同部材６０は粉粒体供給筒２０に装着されている。ここで、粉粒体プレス部材６０の下面が粉粒体プレス面となっており、同下面が粉粒体供給筒２０の下端開口部とほぼ同一平面上に配置されている。

粉粒体プレス部材６０の平面形状は、図３（ａ）に示すように、包装袋保持部材４０が有する内部空間４０ａの横断面形状に合わせて形成してあり、同内部空間４０ａへ上部開口部から挿入可能となっている。粉粒体プレス部材６０の外周縁と、包装袋保持部材４０の内壁との間には、同図（ａ），（ｂ）に示すように、適度な通気用の隙間ａが形成されるように調整してある。

なお、隙間ａに代えて、粉粒体プレス部材６０に設けた小孔ｂや、さらには該小孔ｂを覆う微小孔の網材ｃを形成してもよい。もちろん、隙間ａと小孔ｂおよび網材ｃのすべて設けることもできる。

次に、上述した粉粒体充填装置を使用した粉粒体の充填方法について説明する。
まず、包装袋保持部材４０の内部空間４０ａに包装袋４１を広げて挿入し、包装袋４１の上縁部を包装袋保持部材４０の上部開口部に折り返して止める。続いて、包装袋保持部材４０を上昇させ、その底部に粉粒体プレス部材６０の下面が接するように位置決めする。

この状態から、オーガスクリュー３０を回転する。オーガスクリュー３０の回転に伴い、ホッパ１０内の粉粒体は粉粒体供給筒２０に供給され、さらに粉粒体供給筒２０の下端開口部から吐出されて、その下方に配置してある包装袋４１内への充填動作が始まる。
オーガスクリュー３０は、図４（ａ）に示すとおり、始動直後から回転速度を加速していき、一定の回転速度で定速運転に切り替え、その後、減速して停止させる。これにより、一定量の粉粒体を粉粒体供給筒２０の下端開口部から吐出する。

一方、上記オーガスクリュー３０の回転駆動に合わせて上下駆動モータ５１を制御し、包装袋保持部材４０を下降させていく。図４（ｂ）は包装袋保持部材４０の昇降動作パターンの一例を示している。包装袋保持部材４０は、オーガスクリュー３０の始動時点よりも一定の遅延時間Ｔだけ遅れて下降動作を始める。この遅延時間Ｔの間に、粉粒体供給筒２０の下端開口部から吐出される粉粒体に、所定の内圧が発生する。

包装袋保持部材４０は、徐々に下降していき一定の高さで停止する。この下降動作の間はもとより、包装袋保持部材４０の下降を停止した後も、一定時間だけオーガスクリュー３０を回転駆動して包装袋４１内へ粉粒体を充填する。ここで、粉粒体の下降速度は、包装袋４１内への粉粒体の充填量との関係をもって調整してある。すなわち、包装袋４１内に充填された粉粒体を粉粒体プレス部材６０により圧縮させながら、包装袋保持部材４０を下降させていく。

包装袋４１内に充填された粉粒体は、包装袋保持部材４０の内壁と粉粒体プレス部材６０の下面とで囲まれているので、その内部で圧縮される。このとき粉粒体に含まれていた空気が、粉粒体供給筒２０の中空部をとおして外部へ排出される。また、粉粒体に含まれる空気は、包装袋保持部材４０の内壁と粉粒体プレス部材６０の外縁との間に設けられた僅かな隙間ａや、粉粒体プレス部材６０に設けられた小孔ｂからも外部へ排出される。これにより、粉粒体は包装袋４１内で充分に締め固められる。

なお、包装袋保持部材４０の内壁と粉粒体プレス部材６０の外縁との間の隙間や、粉粒体プレス部材６０に設けられた小孔ｂを設けない場合、包装袋４１内に負圧が発生し、粉粒体プレス部材６０の下面に粉粒体が付着することがある。このような負圧発生を防止する観点から、包装袋保持部材４０の内壁と粉粒体プレス部材６０の外縁との間に僅かな隙間ａや、粉粒体プレス部材６０に小孔ｂとこれを覆う微小孔をもつ網材ｃなどを設けておくことが好ましい。
一方、隙間ａを形成した場合、粉粒体が当該隙間ａから吹き出すおそれもある。そのような吹き出し現象を防止するには、粉粒体プレス部材６０を厚く形成することが有効である。

粉粒体プレス部材６０の作用によって粉粒体を圧縮しながら包装袋４１内へ充填した後、包装袋保持部材４０を上昇させて、包装袋４１内の粉粒体をさらに圧縮する。この操作により、包装袋４１内の粉粒体は、いっそう強固に締め固められる。

このようにして包装袋４１内に粉粒体を圧縮充填した後、包装袋保持部材４０を下降させ、下降端にて同保持部材４０から包装袋４１を取り外すとともに、包装袋４１の開口部を閉塞して１サイクルの動作が終了する。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。包装袋保持部材４０は角箱形状のもの限らず、例えば、ペール缶のごとき有底円筒状をしたものであってもよい。
また、図５（ａ）に示すように、粉粒体プレス部材６０を粉粒体供給筒２０の外周に沿って上下に移動可能とするととともに、粉粒体供給筒２０の下端に粉粒体プレス部材６０を落下を阻止するストッパ２２を設けた構成とすることもできる。この構成によれば、粉粒体プレス部材６０の自重をもって包装袋４１内の粉粒体を圧縮することができる。しかも、粉粒体プレス部材６０が粉粒体供給筒２０に固定されていないため、圧縮に対する反力が粉粒体供給筒２０に作用せず、よって粉粒体供給筒２０を外力から保護することができる。

さらに、粉粒体プレス部材６０を、図５（ｂ）に示すような山形の下面（粉粒体プレス面）を有する形状とすれば、包装袋４１内に充填された粉粒体の上部を山形に成形して締め固めることができる。このように中央が盛り上がった形状は、包装袋４１の開口部閉塞作業に都合がよく、作業性が向上する。

図６は、オーガスクリューの回転数と粉体の充填時間との関係を示す実験データである。本実験は、外径６０ｍｍのオーガスクリューを使用し、オーガスクリューの減速比を１４０：３８とし、使用粉体を小麦粉、ホッパ内での粉体密度０．７１〜０．７２ｇ／ｃｃ、充填重量２５ｋｇに設定して実施した。
図６から明らかなように、粉体の充填時間は、オーガスクリューの回転数を増加するほど短縮される。

次に、オーガスクリューの回転数とオーガスクリューに作用する負荷トルクとの関係を調べた。図７はその実験データを示す表、図８は同じくグラフである。
本実験は、次の各方法で実施した。
（１）方法１：粉粒体供給筒の下端開口部に菊座と称する堰板を装着するとともに、包装袋内に充填される粉体内に、粉粒体供給筒の下端開口部を１０ｍｍ程度埋没させた状態にて、粉体の充填に合わせて包装袋を下降させていく。
（２）方法２：方法１に対して、菊座を取り外し、かつ包装袋内に充填される粉体内に、粉粒体供給筒の下端開口部を７５〜１００ｍｍ程度埋没させた状態にて、粉体の充填に合わせて包装袋を下降させていく。
（３）方法３：粉粒体供給筒の下端開口部に、本発明にかかる粉粒体プレス部材を装着し、かつ粉粒体供給筒の下端開口部に対し、包装袋を徐々に下降させていく。粉粒体プレス部材には、厚さ１２ｍｍの金属板を使用した。
（４）方法４：方法３と同様に操作した後、包装袋を上昇して仕上げ圧縮を実行した。

図７，図８に示すとおり、方法１では、オーガスクリューの回転数を５００ｒｐｍに増加させたとき、過負荷により同スクリューが停止してしまった。
方法２でも、オーガスクリューの回転数を８００ｒｐｍに増加させたとき、過負荷により同スクリューが停止してしまった。
実験結果では、方法１，２では、０．７６ｇ／ｃｃを越える粉体の充填圧縮はできないことがわかる。

これらの方法に対し、本発明を適用した方法３では、オーガスクリューの回転数を８００ｒｐｍに増加させたときにも、同スクリューは停止しなかった。さらに、包装袋内の粉体密度も０．８８〜０．８１ｇ／ｃｃの範囲で充分に締め固められた状態となった。これにより、高速回転にて短時間で粉体を充填でき、しかも充分な粉体を０．８ｇ／ｃｃ以上の充分圧縮した状態で充填できることがわかる。

図８において、方法３’は、粉粒体プレス部材を厚さ６０ｍｍの金属板に変更して実施したものである。その他の条件は方法３と同様である。方法３’では、包装袋内に充填した粉体密度が、方法３よりも更に向上した。これは、方法３においては、オーガスクリューの高速回転に伴い粉体が過流動化し、粉粒体プレス部材から粉体が噴出してしまう現象が見られたが、方法３’では、粉粒体プレス部材を厚くした結果、この現象が抑制されたためと考えられる。

また、方法４においては、さらに、仕上げ圧縮の効果により、粉体の充填密度をいっそう向上させることができた。

本発明の実施形態に係る粉粒体充填装置の全体構造を示す側面断面図である。 同粉粒体充填装置の概要を示す斜視図である。 包装袋保持部材と粉粒体プレス部材を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図である。 （ａ）はオーガスクリューの回転数制御を示す図、（ｂ）は昇降装置による包装袋保持部材の昇降動作を示す図である。 粉粒体プレス部材の変形例を示す正面断面図である。 本発明の実施例を示す図で、オーガスクリューの回転数と粉体の充填時間との関係を示す実験データの表である。 同じく本発明の実施例を示す図で、オーガスクリューの回転数とオーガスクリューに作用する負荷トルクとの関係を示す実験データの表である。 図７の実験データに基づくグラフである。

符号の説明

１０：ホッパ、１１：アジテータ、２０：粉粒体供給筒、３０：オーガスクリュー、３１：駆動モータ、４０：包装袋保持部材、４１：包装袋、５０：昇降装置、５１：上下駆動モータ、６０：粉粒体プレス部材

Claims (6)

1. 粉粒体を下端開口部から吐出する粉粒体供給筒と、
   この粉粒体供給筒の下方に配設され上下方向に移動自在であって、粉粒体充填用の包装袋を支持する包装袋保持部材と、
   この包装袋保持部材を上下方向に駆動する上下駆動手段と、
   前記粉粒体供給筒の下端開口部の周囲に設けられた粉粒体プレス部材とを備え、
   前記包装袋保持部材は、上部が開口した箱形をしており、内部空間が底部から上部開口部にかけて一定の平面形状に形成されており、この内部空間に包装袋を配置可能であって、
   前記粉粒体プレス部材は、前記包装袋保持部材の上下移動に伴い、当該包装袋保持部材の内部空間に挿脱自在であり、
   前記包装袋保持部材に支持された包装袋の内部に充填される粉粒体を、前記包装袋保持部材の上下移動に伴い上方から前記粉粒体プレス部材により圧縮するとともに、
   前記包装袋保持部材の内部空間に前記粉粒体プレス部材が進入したとき、当該粉粒体プレス部材と前記包装袋保持部材の内側面との間に、一定の通気用の隙間が形成される構成としたことを特徴とする粉粒体充填装置。
2. 前記粉粒体プレス部材を前記粉粒体供給筒の外周に沿って上下に移動可能とするととともに、前記粉粒体供給筒の下端に前記粉粒体プレス部材の落下を阻止するストッパを設けた構成としたことを特徴とする請求項１の粉粒体充填装置。
3. 前記粉粒体プレス部材の粉粒体プレス面となる下面を、前記包装袋内に充填された粉粒体の上部を中央が盛り上がった山形に成形して締め固める形状としたことを特徴とする請求項１又は２の粉粒体充填装置。
4. 前記粉粒体プレス部材は、粉粒体プレス面が前記粉粒体供給筒の下端開口部とほぼ同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２の粉粒体充填装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載した粉粒体充填装置を使用した粉粒体充填方法であって、次の（イ）乃至（ニ）の操作を含むことを特徴とする粉粒体充填方法。
   （イ）前記包装袋保持部材の内部空間に包装袋を装着する。
   （ロ）前記包装袋保持部材を上昇させて、当該包装袋保持部材の底部を前記粉粒体プレス部材に接触又は近接させる。
   （ハ）前記粉粒体供給筒の下端開口部から粉粒体を吐出して、前記包装袋に粉粒体を充填する。
   （ニ）当該包装袋内に充填された粉粒体を前記粉粒体プレス部材により圧縮させながら、前記包装袋保持部材を下降させていく。
6. 前記包装袋内にあらかじめ定めた所定量の粉粒体を充填した後、前記包装袋保持部材を上昇させる操作を含むことを特徴とする請求項５の粉粒体充填方法。

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