JP5195037B2 - 粉末充填装置 - Google Patents

Description

本発明は粉末充填装置に係り、特に、オーガを備えた充填バルブにより容器内に所定量の粉末を充填する粉末充填装置に関するものである。

オーガを回転させることにより粉末を送り出して充填を行う粉末充填装置は従来から知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１に記載された発明に係るオーガー粉末充填機は、「ファンネル２１内に投入されている粉末２２を、駆動装置２３で回転されるオーガースクリュー２４により、その回転量に対応してスクリーン２５、スカート２６を通して容器１内に所定量充填」するようにしている。この引用文献１に記載された発明は、オーガを予め設定した回転角度回転させることにより充填量を制御するタイプであり、「オーガースクリュー２４の駆動装置２３として、パルス設定方式のサーボモータを用いており、例えば、１つの容器１に対して、２００００パルスでオーガースクリュー２４を４回転し、１００ｍｇの粉末を容器１に充填するように設定」している。

また、特許文献２に記載された発明は、ロードセルにより充填された粉体の重量を計測し、この信号によって充填量を制御するタイプであり、粉粒体供給部１０から粉粒体送給部１２に供給されてくる粉粒体がスクリューコンベヤ２２によって水平方向前方へ移送され、送給口金５２の方へ圧送されるとともに、スクリューコンベヤ２２の前端部の噴出ノズルから噴出する圧縮空気により送給口金５２の前方へ送り出されるようになっている。

送給口金５２から送り出された粉粒体は、粉粒体充填管５４を通って、ロードセル６６に支持された包装袋１内へ充填される。この充填中は、ロードセル６６によって包装袋１内の粉粒体の充填重量が連続的に計測されており、この信号がコントローラ７６に入力されて、前記スクリューコンベヤ２２の駆動が制御される。
特許第２７８０９８３号公報（第３−４頁、図２） 特許第３６２４１７７号公報（第４−６頁、図２）

前記のように、オーガを予め設定された回転角度回転させることにより充填量を制御する構成では、高能力な充填が可能であるが、充填バルブ内に貯留されている粉末にエア溜まりが発生すると充填精度が悪くなるという問題があった。特に、生産終了間際になると、充填バルブ内の粉末の量が少なくなるので、粉末の密度が低下し、オーガに密集した状態で供給されなくなるため、エア溜まりが発生して充填精度が悪くなってしまうという問題が発生した。

一方、ロードセルによって計測した重量信号により、オーガを回転駆動させて充填量を制御する構成では、重量の計測をしながら充填を行うので、充填精度が高いという効果があるが、ロードセルの安定化を図るための時間が必要であり、高能力運転には対応できないという問題があった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、内部で回転するオーガを有するバルブハウジングと、このバルブハウジング内に粉末を供給する粉末供給手段と、容器が供給される位置に配置された充填量計測手段と、前記オーガの回転を制御する制御手段とを備え、前記オーガを回転させることにより容器内に粉末を充填する粉末充填装置において、前記バルブハウジング内に貯留された粉末の量を検出する検出手段を設けるとともに、予め設定された回転量だけ前記オーガを回転制御する第１運転モードと、前記充填量計測手段の信号に基づいて前記オーガを回転制御する第２運転モードとを切り換え可能とし、前記バルブハウジング内の粉末の貯留量が正常なときには、第１運転モードで運転を行い、前記バルブハウジング内の粉末の貯留量が不足したときには、第２運転モードで運転を行うことを特徴とするものである。

本発明の粉体充填装置は、バルブハウジング内に貯留された粉末の貯留量が正常なときは、予め設定された回転量だけオーガを回転させる第１運転モードで運転を行い、粉末の貯留量が不足したときには、充填量検出手段が計測した信号に基づいて制御装置がオーガの回転を制御する第２運転モードで運転するようにしたので、高能力に対応可能であるとともに、高精度な充填が可能である。

粉末供給手段からバルブハウジング内に供給された粉末を、バルブハウジング内で回転するオーガの回転によって容器内に充填する装置であって、オーガの回転は制御装置によって制御されるようになっており、また、容器が供給されて充填が行われる位置には充填量計測手段が配置されている。前記バルブハウジング内に貯留された粉末の量を検出する検出手段を設けるとともに、予め設定された回転量だけオーガを回転制御する第１運転モードと、前記充填量検出手段からの信号によって制御装置がオーガの回転を制御する第２運転モードとを切り換え可能にし、粉末供給手段から供給されることにより、粉末の正常な貯留量が維持されている間は、第１運転モードで運転を行い、粉末の貯留量が不足したときには、第２運転モードに切り換えて運転を行うようにしたので、高能力に対応するとともに、生産の終了段階で粉末の貯留量が少なくなった場合でも正確な充填を可能にするという目的を達成する。

以下、図面に示す実施例により本発明を説明する。図１は本発明の一実施例に係る粉末充填装置の全体の構成を示す縦断面図、図２は前記粉末充填装置の充填バルブ部を拡大して示す縦断面図である。本実施例の粉末充填装置は、支持プレート２上に充填バルブ４が直立して固定され、この充填バルブ４の下方に、容器搬送手段６によって搬送された容器８が供給される。この供給された容器８に、粉末供給手段１０から前記充填バルブ４に供給された粉末が充填される。

充填バルブ４は、外周に形成されたフランジ４ａが前記支持プレート２上に固定された円筒状のバルブハウジング１２を備えている。円筒状バルブハウジング１２の内部は、上部が小径の孔１２ａで下方が大径の空間１４になっており、この下部の空間１４が、充填する粉末を貯留する貯留室になっている。このバルブハウジング１２の上部孔１２ａ内に、上方から挿通された回転軸１６がボールベアリング１８、２０を介して回転自在に支持されている。この回転軸１６の下端に、回転軸１６の軸線と同一軸線上にオーガ２２が固定されている。バルブハウジング１２の下面中央部に、前記貯留室１４内の粉末を容器８内に充填する吐出口２４が形成されており、前記オーガ２２の先端がこの吐出口２４内に位置している。

下端にオーガ２２が固定された回転軸１６の上端１６ａは、バルブハウジング１２の上方に突出しており、この突出端１６ａに従動プーリ２６が固定されている。また、バルブハウジング１２が固定されている支持プレート２上に、直立しているバルブハウジング１２に隣接してサーボモータ２８が直立に固定されている。このサーボモータ２８の駆動軸２８ａに駆動プーリ３０が固定され、前記従動プーリ２６との間にタイミングベルト３２が掛け回されており、サーボモータ２８の駆動が、これらプーリ２６、３０およびタイミングベルト３２を介して前記回転軸１６に伝達されてオーガ２２が回転する。バルブハウジング１２の貯留室１４内に粉末が貯留された状態でオーガ２２が回転すると、オーガ２２の螺旋状スクリューの回転によって粉末が吐出口２４から押し出されて、下方に供給されている容器８内に充填される。このオーガ２２の回転は、図示しない制御装置によって制御される。

前記回転軸１６の下端の、回転軸１６およびオーガ２２の軸線から外れた位置に、オーガ２２と平行して攪拌棒３４が取り付けられている。バルブハウジング１２内の貯留室１４の底面は、中心の吐出口２４に向かって低くなるように傾斜しており、攪拌棒３４は、この底面に干渉しないように長さがオーガ２２よりもやや短くなっている。サーボモータ２８の駆動により回転軸１６が回転すると、回転軸１６と同一軸線上でオーガ２２が回転し、この回転とともに、オーガ２２の周囲を攪拌棒３４が回転して貯留室１４内の粉末を攪拌する。なお、この実施例では、攪拌棒３４をオーガ２２と一体的に回転する構成としたが、オーガ２２と別駆動にして、独立して制御するようにしても良い。また、一本に限るものではなく、複数本の攪拌棒を配置するようにしても良い。

バルブハウジング１２内の貯留室１４の側壁に、２箇所の検出用窓３６、３８が設けられている。バルブハウジング１４の外周面の前記支持プレート２よりも下方に、取付プレート４０が固定されている。この取付プレート４０の下方側に２箇所のブラケット４２、４４を介して粉面検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）が取り付けられている。なお、図１では、検出用窓３６、３８および検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）の図示を省略している。この検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）は、例えば、透過型フォトセンサが用いられており、発光部４６Ａからの光が両検出用窓３６、３８を透過して受光部４６Ｂに検出されたときには、貯留室１４内に貯留されている粉末の上面がこの検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）の高さよりも低く、一方、発光部４６Ａからの光が遮光されたときには、粉末の上面が検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）の高さよりも上方に位置している。この検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）が検出した粉末の上面の高さ、つまり貯留室１４内に貯留されている粉末の量が所定量よりも少なくなったときには、この検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）からの信号によって、前記制御装置が粉末供給手段１０に指令信号を送り、貯留室１４内に粉末を補給する。

粉末供給手段１０は、粉末を投入するホッパ４８と、このホッパ４８内の粉末を前記バルブハウジング１２の内部の貯留室１４に供給する供給配管５０と、ホッパ４８から粉末を落とすために供給配管５０を振動させる振動手段（バイブレータ）５２と、振動手段５２が供給配管５０を振動させていないときには供給配管５０内の粉末の落下を止めるためのメッシュ５４とを備えている。

容器の搬送手段６は、レール６０上に載せた容器８を、図示しないガイドによって間欠的に搬送し、前記充填バルブ４の下方に停止させる。この容器停止位置が充填ポジションＰであり、この充填ポジションＰに容器８の重量を計測する充填量計測手段としての電子天秤６２が設置されている。なお、充填量計測手段としてはロードセルであっても良い。

この実施例では、制御装置によってオーガ２２を所定角度（予め設定された角度）回転させることにより充填を行う第１運転モードと、電子天秤６２の信号によってオーガ２２の回転を制御して充填を行う第２運転モードとを切り換えられるようになっている。第２運転モードの時には、前記電子天秤６２が、充填ポジションＰに供給された容器８の風袋を計測した後、容器８内に充填される粉末の重量を計測する。なお、第１運転モードの時にも電子天秤６２は容器８の風袋を計測しているが、制御装置は、この電子天秤６２からの信号は無視する。

以上の構成に係る粉末充填装置の作動について説明する。運転開始時に、オーガ２２の回転角度と粉末の充填量との関係を算出する。先ず、充填する粉末を粉末供給手段１０のホッパ４８内に投入する。ホッパ４８内に投入された粉末は、バイブレータ５２が作動していないときには、供給配管５０の途中に配置したメッシュ５４によって止められて、落下せずに停止している。次に、バイブレータ５２を作動させてホッパ４８内の粉末を供給配管５０を介してバルブハウジング１２内の貯留室１４内に供給する。バルブハウジング１２の貯留室１４内に貯留されている粉末の量を検出する粉面検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）が設けられており、供給配管５０から供給されてきた粉末の量が増加して、検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）の発光部４６Ａからの光が遮蔽された時、つまり、検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）の高さまで粉末が供給された時に、バイブレータ５２をＯＦＦにして粉末の供給を停止する。なお、充填を開始して、粉末貯留室１４内の粉末の量が減少して発光部４６Ａからの透過光を受光部４６Ｂが受光したときには、貯留室１４内の粉末の上面の高さが低下して貯留量が所定量以下になっているので、再度バイブレータ５２を駆動して、検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）の高さまで粉末を補給する。つまり、粉末が常に検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）の高さまで供給されるように、供給手段１０のバイブレータ５２の駆動を制御する。

前記のように充填バルブ４の粉末貯留室１４内に所定量の粉末を供給した後、容器搬送手段６によって容器８を搬送して充填ポジションＰに供給する。容器８が充填ポジションＰに設置されている電子天秤６２上に停止すると、先ず、電子天秤６２が容器８の風袋を計測した後、オーガ２２を所定角度回転させて充填を行う。例えば、オーガ２２を３回転（１０８０度回転）させる。オーガ２２の回転により容器８内に充填された粉末の重量を電子天秤６２により計測する。この重量が仮に３．７５ｇとする。続いて、同じ容器８に対し、前回と同様にオーガ２２を所定角度回転させて充填を行い、このときの充填された粉末の重量を計測する。今回の充填では、オーガ２２の３回転、つまり１０８０度の回転により３．９６ｇが計測されたとする。前回の充填重量の計測値と、今回の計測値とを比較し、これらの差が所定範囲内（例えば０．０１ｇ）でない場合には、所定範囲内となるまで、オーガ２２を所定角度（１０８０度）回転させて、供給された容器８内に充填された粉末の充填量を計測する。

前回の計測値と今回の計測値とを比較して、その差が所定範囲内となったときに、オーガ２２の回転角度と粉末の充填量との関係を算出する。この充填装置で充填する粉末が同じであっても、その日の状況（例えば湿度等）によって、オーガ２２を同じ回転角度だけ回転させても充填量が微妙に異なってくるため、前記のような制御を行ってその日の状態の確認を行う。その結果、例えば、オーガ２２を３回転（１０８０度）させて充填された粉末の計測値が４．２０ｇであったとすると、オーガ２２の１度あたりの充填量が算出できるので、充填する量に応じた度数を算出して記憶しておく。

以上の準備を行った後、充填運転を開始する。この実施例では、通常は第１運転モードで運転し、運転の最終段階で貯留室１４内の粉末の量が少なくなった時点で第２運転モードに切り換えるようになっており、運転開始時点では第１運転モードによる運転が行われる。第１運転モードでは、制御装置がオーガ２２を予め設定された角度、例えば、１０８０度回転させて充填を行う。第１運転モードでは、オーガ２２を速い回転速度（例えば、１０００ｒｐｍ）で回転させて充填を行う。また、第１運転モードでは、電子天秤６２からの信号は無視する。オーガ２２を回転させて充填を行っているときには、オーガ２２と同じ回転軸１６に取り付けられている攪拌棒２４がオーガ２２の周囲を回転して、貯留室１４内の粉末を攪拌している。

充填を行うことにより貯留室１４内の粉末が減少して、検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）の発光部４６Ａからの光が透過して受光部４６Ｂに受光されると、粉末の量が検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）の高さよりも低くなったことが検出される。そして、この検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）からの信号を受けた制御装置が、供給手段１０のバイブレータ５２を駆動する指令を出力し、ホッパ４８内の粉末を供給配管５０を介してバルブハウジング１２の貯留室１４内に供給する。貯留室１４内の粉末の量が増加して、センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）の光が遮光されると、バイブレータ５２を止めて粉末の供給を停止する。このように、ホッパ４８から粉末を供給して検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）の高さを基準として粉末の量をほぼ一定に維持できている間は第１運転モードで充填が行われる。この第１運転モードでは、オーガ２２を高速で駆動して高能力化を図ることができる。しかも、バルブハウジング１２内の貯留室１４にほぼ一定の粉末を貯留しているので、充填精度も維持することができる。

なお、この実施例では、所定回数の充填を行うごとに、充填量が正確であるか否かを確認するためにサンプリングを行う。例えば、２０回充填を行うごとに１回、電子天秤６２により容器８の風袋を計測した後、オーガ２２を所定角度回転させて充填を行い、容器８内に充填された粉末の量が設定された所定範囲内の量であるかを判断する。充填量の誤差が所定範囲内である場合は、オーガ２２の回転角度を修正する。前述のようにオーガ２２の１度あたりの充填量を制御装置が算出し記憶しているので、誤差分の充填量に相当する度数を修正する。また、充填量の誤差が所定範囲以上であった場合には、異常信号を発してこの装置自体を停止させる。

前記のように検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）が貯留室１４に貯留されている粉末の上面を検出し、透過光を受光することにより供給手段１０のバイブレータ５２に粉末の供給を指令した後、所定時間以上検出センサ４６（４６Ａ、４６Ｂ）が遮光しない場合、つまり、粉末供給手段１０のホッパ４８から粉末が補給されない場合には、ホッパ４８内の粉末が無くなったと判断し、第１運転モードから第２運転モードへ切り換える。第２運転モードでは、充填ポジションＰに容器８が供給されると、電子天秤６２が容器８の風袋を計測し、その後、電子天秤６２からの信号によって制御装置がオーガ２２の回転を制御して充填を行う。この第２運転モードでは、オーガ２２は高速回転により充填を行った後、最終段階で低速運転に切り換えて正確な充填を行う。例えば、充填量の９０％までは、高速回転（例えば、１０００ｒｐｍ）により充填を行い、残りの１０％は低速回転（例えば、３００ｒｐｍ）とする。この第２運転モードでは、電子天秤６２により充填量を計測しながらオーガ２２を回転させて充填を行うので、貯留室１４内に貯留されている粉末の量が少ない場合でも正確な充填が可能である。しかも、第２運転モードで充填を行うのは、運転の最終段階だけなので、高能力化にさほど悪影響を与えることもない。

粉末充填装置の縦断面図である。（実施例１） 前記粉末充填装置の充填バルブを拡大して示す縦断面図である。

符号の説明

８ 容器
１０ 粉末供給手段
１２ バルブハウジング
２２ オーガ
４６ 検出手段（粉面検出センサ）
６２ 充填量計測手段（電子天秤）

Claims (1)

1. 内部で回転するオーガを有するバルブハウジングと、このバルブハウジング内に粉末を供給する粉末供給手段と、容器が供給される位置に配置された充填量計測手段と、前記オーガの回転を制御する制御手段とを備え、前記オーガを回転させることにより容器内に粉末を充填する粉末充填装置において、
   前記バルブハウジング内に貯留された粉末の量を検出する検出手段を設けるとともに、予め設定された回転量だけ前記オーガを回転制御する第１運転モードと、前記充填量計測手段の信号に基づいて前記オーガを回転制御する第２運転モードとを切り換え可能とし、前記バルブハウジング内の粉末の貯留量が正常なときには、第１運転モードで運転を行い、前記バルブハウジング内の粉末の貯留量が不足したときには、第２運転モードで運転を行うことを特徴とする粉末充填装置。

Images