JP2780983B2 - 充填量制御装置 - Google Patents

充填量制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、充填量制御装置に関し、詳しくは、医薬品
等の製造工程において用いられ、順次搬送されてくるバ
イアル瓶あるいはアンプル等の空容器に50mg、100mg、5
00mg、1000mg等の数g以下の定量の微少の粉末、液体等
を充填する充填装置において、充填量を秤量し、該秤量
値をフィードバックして充填機を制御し、よって、充填
量を定量制御するものである。
従来の技術 従来、この種の医薬品などの充填工程においては、充
填量のチェックは、一般に、粉末、液体等を充填した容
器をラインより適時抜き取りして秤量し、算出した充填
量と目標量とに差があると、内容物を容器に充填する装
置に適当な処理を施し、充填量の調整を行っている。
一般に粉末充填装置においては、バルクのホッパレベ
ル(仕込量)、比容、物性などの経時的変化により充填
量は変動し、また、液体(懸濁液を含む)等の充填にお
いては、粘度の変化、針先フィルタの目詰まり、その他
シリンダーの緩み等により充填量が変動するため、適度
な頻度で上記した充填量のチェックをし、充填量調整を
行っている。
しかしながら、充填工程においては、上記した経時的
な変動以外に、何等かのトラブルによる突発的な事由に
より、充填量に異常な変動が発生することがある。その
際、上記した従来の適度な抜き取りチェックでは、突発
的な事由による充填量の異常をチェックすることは出来
ない。特に、医薬品においては、充填量は極めて高い精
度を保持することが要求されると共に、不良品を絶対的
に出さないことが要求されるため、従来の抜き取り秤量
では、十分に対処出来ない問題があった。
上記した抜き取り秤量した場合に発生する問題に対し
て、特公昭62−25971号では、まず、粗充填機で80〜90
%の粗充填を行い、ついで、該粗充填量を計量し、該計
量値により補正充填機をフィードフォワード制御して補
正充填する充填量制御装置が提案されている。しかしな
がら、該制御装置は、充填量が大量なものを対象として
おり、本発明が対象とする充填量が50mg、100mg、500m
g,1000mg等の数g以下の小量用のものには適用困難であ
り、かつ、充填機を2台必要とすると共に、全数秤量の
ために天秤を3台必要とし、設備が複雑になるとともに
コスト高になる等の不具合があった。また、特公昭52−
78583号においては、充填機の下方に秤量装置を設置
し、秤量しながら充填する装置が提供されているが、該
装置は制度が悪いと共に速度が遅く、かつ、前記と同様
に少量用には採用困難である。
発明が解決しようとする課題 上記したように、従来提供されている秤量しながら充
填量を制御する装置は、本発明が対象とする少量の充填
量の場合には採用困難であると共に、充填速度と比較し
て秤量速度が遅いため、全数秤量をすると、生産性が著
しく低下し、しかも、制御制度が十分でない問題があっ
た。
また、充填機のホッパー内に一定容量の被充填物を投
入後、充填機を駆動して、所定本数の容器に順次連続的
に充填する場合、充填機のスタート時の初期モードでは
充填量の個々のバラツキに加えて、変動傾向が大きく、
また、被充填物が少量となる最終モード時にも個々のバ
ラツキに変動傾向が大きい。この初期モードと最終モー
ドとの間の定常モードでは最もバラツキが少ないが、序
々に増加・減少するといった経時的な変動がある。この
ように、充填機の作動時期に応じて充填量のバラツキや
変動傾向に特徴があり、よって、始動時から停止時ま
で、一律のフィードバック制御を行っても、例えば、全
数秤量して数個の充填量データの平均値でフィードバッ
ク制御する場合、充填量が安定している時には制御性も
良いが、変動傾向の大きい初期モードおよび最終モード
では、フィードバックが変動傾向に十分に追従すること
ができないという欠点があり、初期、最終モードの充填
量の変動に追従すべく、1本づつフィードバック制御を
行った場合には、定常モードの安定期においての突発的
な1本のバラツキを拾ってしまうという可能性もある。
このように全数秤量が可能となっても、該秤量結果に基
づき、いかにフィードバック制御を行うかも問題であっ
た。
本発明は、上記した問題に鑑みてなされたもので、生
産性の低下を招くことなく、全数秤量を可能とする充填
装置において、充填機の作動時期に応じたフィードバッ
ク制御を行うことにより、充填量のバラツキを押さえ、
容器への充填量が一定の管理幅内に維持出来るようにす
るものである。
課題を解決するための手段 本発明は、上記した目的を達成するために、 空容器秤量用の第1電子天秤と、 所定量の粉末を収容した収容部から上記空容器秤量後
の容器に対して粉末を充填する充填機と、 上記粉末の充填された容器の重量を秤量する充填容器
秤量用の第2電子天秤と、 上記第1電子天秤による空容器の秤量値と第2電子天
秤による充填容器の秤量値とから充填された粉末の正味
充填量を算出し、該正味充填量、目標充填量および上記
充填時における充填機のモータ駆動データから充填機の
モータの駆動をフィードバック制御し、かつ、該フィー
ドバック制御は、充填量のバラツキが多い充填の初期と
最終期に対応した初期モードと最終モードと、これら初
期と最終期との間で充填量にバラツキの少ない定常期に
対応した定常モードとを有し、上記初期モードと最終モ
ードでは最新のデータをもとにフィードバック制御する
と共に、上記定常モードでは最新のデータを含む連続し
た複数回数の平均データをもとにフィードバック制御す
ることを特徴としたデータ処理装置と、 を備えたことを特徴とする充填量制御装置を提供するも
のである。
作用 本発明の充填量制御装置によれば、充填工程の生産性
を害することなく全数秤量が出来る秤量装置を用いてい
るため、前回の秤量データに応じたフィードバック制御
も可能となる。しかも、充填量のバラツキや変動傾向に
特有の特徴がある作動モードに分けてフィードバック制
御方式を変えているため、各作動モードに適したフィー
ドバック制御ができ、各モードにおいて、充填バラツ
キ、充填不良を最小限に押さえることが出来る。
実施例 以下、本発明を図面に示す実施例により詳細に説明す
る。
第1図は本発明に係わる充填量制御装置を備えた粉末
充填装置の全体を示し、1はバイアルからなる容器、2
は空容器の供給コンベア、3は空容器の秤量を行う第1
電子天秤、4は第1電子天秤3で秤量した後の空容器に
粉末を充填するオーガー粉末充填機、5は粉末充填後の
容器の秤量を行う第2電子天秤、6は秤量値が所定管理
幅より外れている不良品を排除する不良品排除装置、7
は取出コンベア、9は容器搬送装置である。該容器搬送
装置9は上記各装置に容器1を搬送するために、4個の
チャック8A、8B、8C、8D(ただし、チャック8Dは図中見
えない)を図示のごとく一定間隔をあけて長尺な作動バ
ー11に取り付け、該作動バー11を基台10上に設置した駆
動機構12に取り付けている。
上記駆動機構12は作動バー11に取り付けている4個の
チャック8A、8B、8C、8Dを同時に同一軌跡でX、Y、Z
方向へ移動するもので、チャック8Aにより吸着保持した
容器1を供給コンベヤ2から第1電子天秤3へ、チャッ
ク8Bにより空秤量後の容器1を第1電子天秤3から粉末
充填機4へ、チャック8Cにより粉末充填後の容器1を粉
末充填機4から第2電子天秤5へ、チャック8Dにより第
2電子天秤5から不良品排出装置6への搬送を、4つ同
時に1つの容器搬送装置9により行っている。
本装置で使用する粉末充填機4は、第2図に示す如き
オーガースクリュー充填機を用いており、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
している。上記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。
上記したように、本装置では、全ての容器に対して、
第1電子天秤3で空容器の秤量を行うと共に、第2電子
天秤5で粉末充填後の容器の秤量を行い、それぞれ秤量
値をデータ処理装置(図示せず)に入力し、該処理装置
で差し引きすることにより、全ての容器に充填された粉
末充填量(正味重量)を算出し、即ち、全数秤量を行っ
ている。
上記全数秤量値を算出するデータ処理装置において
は、算出した正味重量と、目標重量と、充填時のオーガ
ースクリュー24の回転移動パルス(サーボモータのパル
ス)とから、オーガースクリュー24を駆動するサーボモ
ータをフィードバック制御し、よって、容器1への粉末
22の充填量(正味重量)が一定の管理幅内に維持出来る
ように制御している。かつ、充填機4の始動時から停止
時までの作動モードに応じて充填量に特有のバラツキが
あり、そのため、作動モードに応じてフィードバック制
御の構成を変化させている。
即ち、一般に、上記粉末充填機4による粉末充填時、
ファネル21内に所定の大量の粉末22を仕込だ後、該ファ
ンネル21にカバー(図示せず)を被せて粉末を密封し、
該状態で、前記したように、サーボモータを始動してオ
ーガースクリュー24を間欠的に回転作動することによ
り、順次、搬送されてくる容器1に対して所定量の粉末
22を小分け充填しており、ファンネル21内に投入してい
る粉末22が無くなるとサーボモータの駆動を停止し、再
度、ファンネル21内に所定量の粉末を仕込むようにして
いる。例えば、ファンネル21への1回の粉末投入分で、
1000本の容器に対して各100mgの粉末を充填するように
している。
上記オーガー充填機4では、サーボモータの始動時か
ら一定期間の初期モード時には充填量のバラツキが大き
いが、その後の定常モードではバラツキが少なくなり、
最終モード時に再度バラツキが大きくなる。
上記した充填機4の作動モードに応じて、下記のフィ
ードバック制御系を構成している。
初期モード…n=1によるフィードバック制御 Vn=Vn−1・Xs/Xn−1 定常モード…n=5によるフィードバック制御 Vn=Vn−1・Xs/Xav 最終モード…n=1によるフィードバック制御 Vn=Vn−1・Xs/Xn−1 尚、上記式において、 V:サーボモータの回転移動量、 n:今回、 n−1:前回、 Xs:目標充填量、 Xav:5回分の平均充填量、 よって、Vn:フィードバック制御される今回のサーボモ
ータのパルス回転移動量 Vn−1:前回のサーボモータのパルス回転移動量 上記初期モード→定常モード、定常モード→最終モード
への切り換えは、前以て規定したモード切換基準によ
り、連続した複数本が該基準に達した時に切り換えるよ
うにしている。
フィードバック制御を上記の如く初期モードと最終モ
ードを、n=1としているのは、これらモードでは充填
量のバラツキが大きいため、前回の粉末充填量に応じ
て、その都度、サーボモータをフィードバック制御した
方が、該初期および最終モード内において各容器に対す
る粉末充填量を目標管理幅内に入れることが出来るため
である。
一方、定常モードでは、充填量のバラツキが少なく、
前回の粉末充填量毎に制御すると、逆に、突発的な要因
によって充填量が変動した場合に、該データによりフィ
ードバック制御を行うことになるため、制御後の充填量
が目標管理幅内に入らなくなる不具合がある。よって、
該定常モードではn=5とし、先に充填を行った5回分
の平均値よりフィードバック制御を行っている。
尚、第1図に示す充填装置では、オーガー充填機4に
より充填する容器に対して、第2電子天秤5により秤量
した後にデータ処理装置で正味重量を算出する容器は前
々回の容器になる関係より、前記式の(n−1)は全て
(n−2)となる。
上記した初期モード、定常モード、最終モードに別け
てフィードバック制御する本発明の制御方式と、フィー
ドバック制御を行わず一定パルスでサーボモータを駆動
した場合と、始動時から停止時まで作動モードに分けず
に全体を通してn=1およびn=5でフィードバック制
御した場合とを実験した。
本実験では、充填本数は700本、目標充填量が100mg、
不良基準を±7%と設定した。
上記実験結果は次頁の第1表に示す通りであり、か
つ、本発明は第3図、制御無しの場合は第4図のグラフ
に示す結果となった。
効果 以上の説明より明らかなように、本発明に係わる充填
量制御装置によれば、充填ラインにおいて充填機の前後
に電子天秤よりなる秤量機を組み込み、充填工程の生産
性を阻害することなく全数秤量を行うことが出来るた
め、該全数秤量に基づくオーガースクリュー駆動用サー
ボモータのフィードバック制御を行うことが出来る。か
つ、オーガー充填機の傾向として充填量のバラツキは仕
込み時(初期)から最終段階までの経過において初期、
定常期、最終期と特徴づけられるが、本発明では初期、
定常期、最終期と作動モードを定義して、フィードバッ
ク制御方法を変えているため、各モードに適したフィー
ドバック制御を行うことが出来る。このように、全体を
通して充填精度を高めると共に、充填量が上記管理幅よ
り外れた不良品の発生を極力押さえることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わる充填量制御装置を使用する粉末
充填装置の全体斜視図、第2図は粉末充填機の要部断面
図、第3図は本発明の装置により充填量を制御した場合
の線図、第4図は充填量を制御しない場合の線図であ
る。 1……容器、2……供給コンベヤ、3……第1電子天
秤、4……粉末充填機、5……第2電子天秤、6……不
良品排除装置、21……ファンネル、22……粉末、24……
オーガースクリュー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B65B 1/00 - 3/36

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】空容器秤量用の第1電子天秤と、 所定量の粉末を収容した収容部から上記空容器秤量後の
    容器に対して粉末を充填する充填機と、 上記粉末の充填された容器の重量を秤量する充填容器秤
    量用の第2電子天秤と、 上記第1電子天秤による空容器の秤量値と第2電子天秤
    による充填容器の秤量値とから充填された粉末の正味充
    填量を算出し、該正味充填量、目標充填量および上記充
    填時における充填機のモータ駆動データから充填機のモ
    ータの駆動をフィードバック制御し、かつ、該フィード
    バック制御は、充填量のバラツキが多い充填の初期と最
    終期に対応した初期モードと最終モードと、これら初期
    と最終期との間で充填量にバラツキの少ない定常期に対
    応した定常モードとを有し、上記初期モードと最終モー
    ドでは最新のデータをもとにフィードバック制御すると
    共に、上記定常モードでは最新のデータを含む連続した
    複数回数の平均データをもとにフィードバック制御する
    ことを特徴としたデータ処理装置と、 を備えたことを特徴とする充填量制御装置。
  2. 【請求項2】上記充填機としてパルス設定方式のサーボ
    モータにより回転作動されるオーガスクリューを用いた
    オーガー充填機を使用し、上記フィードバック制御する
    際の充填機のモータ駆動データとして、該オーガー充填
    機のモータの回転移動パルスのデータを用い、フィード
    バック制御によりサーボモータの回転移動パルスを制御
    するようにし、かつ、空容器の搬送手段より上記第1電
    子天秤へ、該第1電子天秤からオーガー充填機へ、該オ
    ーガー充填機から第2電子天秤へ、該第2電子天秤から
    不良品排除装置へ容器を保持して自動搬送する搬送装置
    を設けたことを特徴とする請求項1記載の充填量制御装
    置。
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