JP2896109B2 - 粉粒体の充填制御方法及び充填制御装置 - Google Patents
粉粒体の充填制御方法及び充填制御装置Info
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Description
被充填体へ充填する粉粒体の充填制御方法及び充填制御
装置に関する。
開昭54-12774号公報記載の発明(第1従来技術)、特開
昭57-57134号公報記載の発明(第2従来技術)及び特開
昭58-52001号公報記載の発明(第3従来技術)等が開示
されている。
パを介して計量ホッパ内へ粉粒体を充填するに際し、予
め設定された計量時間に対して粉粒体の供給の遅れ、進
み具合を検出し、ダンパの開閉を制御して大出し供給時
の流量を調整し、これにより、粉粒体が計量ホッパ内で
設定値に達する時間を一定にして充填する装置である。
A及びBの上流側に、粉粒体の供給が3段階に切り換わ
る切換弁を設置し、この切換弁を用いて、片方の計量ホ
ッパで流量測定しながら、他方の計量ホッパから排出
し、これを繰り返して粉粒体を設定流量に応じて供給す
る装置である。
重量をウェイトチェッカで測定して、カップ計量機から
の粉粒体の供給量を傾向制御するとともに、ホッパに粉
粒体面検知器を設け、この検知器から出力される信号に
よって、上記ホッパに流入する粉粒体の量を調整する装
置である。
技術では、計量完了時間を一定にさせるために、ダンパ
の開閉を制御して大出し供給時の流量を制御するもので
あるが、粉粒体の比重や湿度の変化に起因して生ずる粉
粒体の流動性の変化に対応できない。つまり、ダンパの
全閉操作後に、このダンパから計量ホッパの間に相当量
の粉粒体が浮遊して存在し、この浮遊状態の粉粒体がそ
の後計量ホッパ内に充填されてしまって、高精度な充填
を実施できない。
は、計量完了時間が予め一定に設定されているため、粉
粒体の品種の変更や、上流側プロセスのバッチ切換によ
る粉粒体の比重の変動があるときに、上記計量完了時間
内に定量充填を実施できない場合がある。
は、粉粒体を計量ホッパ内へ予め設定された流量で供給
するに必要な値に固定して設定されており、粉粒体の流
動性の変化に応じて変動させるものではないので、この
場合も、粉粒体の流動性の変化によって高精度な充填を
実施できない。
量機構部及び計量制御機構部と排出部とが別々に設置さ
れているものであるため、コンパクト化できない。この
ため、これらの第1及び第2従来技術をロータリー式充
填機に適用すると、この充填機が大型化してしまう。
の重量計測結果を次回の充填へフィードバックするもの
であり、リアルタイムで流量補正ができないので、この
第3従来技術の場合も、粉粒体の流動性が変化したとき
に高精度な充填を実施できない。
体の面を検知器で測定し、この測定値に応じてホッパ内
へ流入する充填重量を調整しているが、この測定は、粉
粒体の体積測定と同一である。このため、粉粒体に比重
の変動があると、ホッパ内へ粉粒体を高精度に充填でき
ない。
化の影響を受けずに粉粒体を高精度且つ高速度に充填で
きる粉粒体の充填制御方法及び充填制御装置を提供する
ことにある。
は、貯留部に貯留された粉粒体を被充填体へ充填する目
標充填重量を第1段階目標充填重量と第2段階目標充填
重量とに区分し、まず、第1段階充填において、上記貯
留部に設置された開閉機構を所定開度に設定して、粉粒
体を上記貯留部から上記被充填体へ上記第1段階目標充
填重量に達するまで充填させ、次に、第2段階充填にお
いて、上記開閉機構を上記所定開度から閉動作させ、あ
る微小時間における上記開閉機構の閉動作移動量と粉粒
体の充填重量とを検出し、これらの検出値からその微小
時間における粉粒体の流動性を演算して計測し、この流
動性に基づいて、次の微小時間における上記開閉機構の
閉動作移動量及び閉動作移動速度を算出して上記開閉機
構を閉動作させ、粉粒体を上記被充填体に前記目標充填
重量となるまで充填させるよう構成されたものである。
る貯留部と、上記貯留部に設置され、開閉動作により、
この貯留部から被充填体へ供給される粉粒体の供給量を
連続的に調整する開閉機構と、この開閉機構の開閉動作
移動量を検出する移動量検出器と、上記被充填体への粉
粒体の充填重量を検出する重量検出器と、上記開閉機構
の開閉動作を制御する制御装置とを有し、上記制御装置
は、第1段階充填において、上記開閉機構を所定開度に
設定して、粉粒体を上記貯留部から上記被充填体へ上記
第1段階目標充填重量に達するまで充填させ、第2段階
充填において、上記開閉機構を上記所定開度から閉動作
させ、ある微小時間において上記移動量検出器と重量検
出器にてそれぞれ検出された上記開閉機構の閉動作移動
量と粉粒体の充填重量とから、その微小時間における粉
粒体の流動性を演算して計測し、この流動性に基づい
て、次の微小時間における上記開閉機構の閉動作移動量
及び閉動作移動速度を算出して上記開閉機構を閉動作さ
せ、粉粒体を上記被充填体に前記目標充填重量となるま
で充填させるよう構成されたものである。
用がある。第1段階充填にて開閉機構を所定開度に開動
作して、粉粒体を被充填体内へ第1目標充填重量まで大
流量で投入できるので、粉粒体を高速充填できる。
所定開度から閉動作させ、ある微小時間における開閉機
構の閉動作移動量及び粉粒体の充填重量から、その微小
時間における粉粒体の流動性を演算して計測し、この流
動性に基づいて、次の微小時間における開閉機構の閉動
作移動量及び閉動作移動速度を算出して、開閉機構を動
作させ充填する。このように、粉粒体を充填しながら、
その粉粒体の流動性をリアルタイムで演算して計測し、
この流動性に基づいて、開閉機構の開度を制御して開閉
機構の全閉タイミングを決定するので、特に、開閉機構
の全閉動作時に、開閉機構から被充填体までの間に浮遊
した粉粒体を最小限に低減でき、高精度な充填を実現で
きる。
面に基づいて説明する。図1は、本発明に係る粉粒体の
充填制御装置の一つの実施の形態が適用されたロータリ
ー式充填機の縦断面図である。図2は、図1のII-II 線
に沿う断面図である。図3は、図1のロータリー式充填
機における充填タイミングチャートである。図4は、図
1の一部を拡大して示す断面図である。図5は、図4の
充填ホッパとシャッタとを概念的に示す斜視図である。
図6は、第1段階充填にて使用される粉体の供給重量と
シャッタの開度との関係を示すグラフである。図7は、
粉体の充填制御のフローチャートである。図8は、粉体
の充填重量と時間との関係を示すグラフである。
充填体としての容器1を複数個円盤(第2ベース12)
上に設置し、この円盤を回転させる間に、各容器1内へ
粉粒体としての粉体2を徐々に充填していくものであ
る。このロータリー式充填機10は、貯留部としてのタ
ーンテーブル13及び充填ホッパ14、第1ベース1
1、第2ベース12、開閉機構としてのシャッタ15、
移動量検出器としてのエンコーダ16、重量検出器とし
てのロードセル17及び制御装置18を有して構成され
る。
第2ベース12は回転軸19に固着され、この回転軸1
9は、互いに噛み合う第1ベベルギア21及び第2ベベ
ル22を介して駆動モータ20と連結される。従って、
ターンテーブル13、第1ベース11及び第2ベース1
2は、駆動モータ20の駆動によって同期して回転され
る。また、これらのターンテーブル13、第1ベース1
1、第2ベース12、回転軸19及び駆動モータ20等
はケーシング23に囲まれて構成される。
とし、周方向に沿う複数箇所に充填ホッパ14が複数個
垂設される。また、上記ケーシング23には粉体供給筒
24が取り付けられ、この粉体供給筒24からターンテ
ーブル13内へ粉体2が供給され貯留される。この粉体
供給筒24の下部には、供給時における粉体2の舞上が
り防止用の舞上がり防止板25が装着されている。
供給され貯留された粉体2は、ターンテーブル13の回
転に伴い、図2に示すように、押出しガイド板26の作
用で、ターンテーブル13の直径方向外側へ押し出さ
れ、充填ホッパ14内へ充填される。更に、掻き取り板
27の作用で、上記充填ホッパ14への供給が防止され
る。
パ14へ供給される間に、後述の第1段階充填が実施さ
れ、押出しガイド板26による外押し終了後掻き取り板
27にて掻き取られる間に、後述の第2段階充填が実施
される。
開口が、複数のシャッタ15によって個別に開閉可能に
設けられ、このシャッタ15を作動させるシャッタ作動
機構28が図4にて示すように上記第1ベース11に設
置される。このシャッタ作動機構28は、サーボモータ
にて駆動される電動シリンダ29とモータドライバ30
とを有してなる。このモータドライバ30が、制御装置
18からの指令により作動して電動シリンダ29を駆動
させ、シャッタ15の開度を決定する。このシャッタ1
5は、シャッタ作動機構28により決定される開度の変
更によって、充填ホッパ14から容器1内へ供給され充
填される粉体2の供給量(充填重量)を連続的に調整可
能とする。また、電動シリンダ29には、シャッタ15
の開閉動作移動量Xを検出する上記エンコーダ16が装
備され、この検出値Xは制御装置18へ出力される。
4及びシャッタ15に対応する位置に複数個のロードセ
ル17が設置され、容器1は、このロードセル17上に
載置される。このロードセル17により、容器1内に充
填される粉体2の充填重量Wが検出され、この検出値W
は制御装置18へ出力される。
パ14の出口及び各シャッタ15を囲むようにして粉立
ち防止板31が設置され、充填ホッパ14から容器1内
へ粉体2が投入されるときに、この粉体2が舞上がって
飛散しないようにして、充填ホッパ14と容器1との密
閉性が高められている。
ンベヤ32に載置されて搬送され、ピッチあけ装置33
により容器1の搬送ピッチが所定値に調整されて、搬入
側スターホイール34により第2ベース12のロードセ
ル17上に搬入される。また、粉体充填済の容器1は、
搬出側スターホイール35により第2ベース12のロー
ドセル17上から搬送コンベヤ32に搬出される。
の開閉動作をシャッタ作動機構28を介して制御し、シ
ャッタ15の開度をリアルタイムで決定して、充填ホッ
パ14から容器1内へ粉体2を充填するものである。こ
の制御装置18に、上記エンコーダ16から任意の時点
におけるシャッタ15の移動量Xが入力され、上記ロー
ドセル17から任意の時点における容器1への粉体充填
重量Wが入力される。また、この制御装置18には、1
個の容器へ充填されるべき粉体2の目標充填重量Wp
と、このWpに対する第1段階目標充填重量Wp1 (後
述)の設定比率αと、シャッタ15の移動量Xと粉体2
の容器1への充填重量Wとの関係を示す図6に示すよう
な線形近似データLと、充填ホッパ14の出口開口の形
状によって決定される逆関数F(S)とが格納されてい
る。この逆関数F(S)は、図5に示すように、微小時
間における充填ホッパ14の出口開口面積Sの変化量Δ
Sが、この間のシャッタ15の移動量Xの変化量ΔXの
関数として決定されることから F(S)=X/S … として定められる。
ついて述べる。図5において、微小時間Δtにおけるシ
ャッタ15の移動量の変化量をΔX、充填ホッパ14の
出口開口面積の変化量をΔSとし、粉体2の落下速度を
U、粉体2の比重をρとすると、この微小時間Δtにお
いて粉体2が容器1へ落下して供給され充填される充填
重量の変化量ΔQは、 ΔQ=ΔS(X)×U×Δt×ρ … として定められる。
測される粉体2の充填重量Wから求められ、ΔS(X)
は、エンコーダ16により計測されるシャッタ15の移
動量Xから求められ、Δtは、サンプリング間隔として
予め定められているので、この微小時間Δtにおける粉
体2の流動性Uρは、下記式を用いて計測可能とされ
る。 Uρ=ΔQ/(ΔS(X)×Δt) … 尚、上記式及び式を用いてΔS(X)を消去する
と、 X={ΔQ/Uρ×Δt}×F(S) … となり、シャッタ15の移動量Xを算出できる。
る粉粒子の大きさ、粉粒子の空隙間率、粉粒子の形状、
粉体2の比重、充填ホッパ14、粉立ち防止板31及び
容器1内の温度や湿度、充填ホッパ14、粉立ち防止板
31及び容器1の壁面の摩擦、充填ホッパ14、粉立ち
防止版31及び容器1内での空気の流動状態等によって
変動され、充填ホッパ14から容器1内へ粉体2を投入
し、充填する際に、その充填重量の精度に影響を与え
る。
パ14から容器1内で粉体2の充填を開始するに際し
(図7のステップ(1))、第1段階充填と第2段階充
填とを実行する。
充填重量Wpと前記設定比率αとから第1段階目標充填
重量Wp1 を下式にて算出する(ステップ(2))。 Wp1 =Wp×α … ここで、設定比率αは例えば90%である。次に、制御装
置18は、図6に示す線形近似データLから第1段階目
標充填重量Wp1 に対応するシャッタ15の移動量(所
定開度)X1 を算出し(ステップ(3))、所定速度
(例えばX1 /1m/sec )でシャッタ15を移動量X1
まで移動させて(ステップ(4))、粉体2を容器1
内へ大流量で充填する。この間に、ロードセル17が図
8(A)に示すように、微小時間Δt(例えば10mmsec
)間隔で充填重量Wを計測し、この計測値Wが制御装
置18に入力される(ステップ(5))。
測する容器1への充填重量Wの計測値が第1段階目標充
填重量Wp1 を越えた時点で、制御装置18は、第1段
階充填から第2段階充填へと切り換えるべく、シャッタ
15を所定開度X1 から閉動作させる(ステップ
(6)、(7))。この切り換え時点は、第1段階充填
の終了時点であるとともに、第2段階充填の開始時点で
あり、この切り換え時刻をt1 とする。
17の計測値がW(t1 )であるので、制御装置18
は、下式から第2段階目標充填重量Wp2 を算出する
(ステップ(8))。 Wp2 =Wp−W(t1 ) … 更に、制御装置18は上記時刻t1 で、この時刻t1 か
ら微小時間Δt経過後の次の時刻t2 までの間に移動さ
せるシャッタ15の閉動作移動量X(t2 )とこのシャ
ッタ15の移動速度V(t2 )を
ロードセル17の計測値が時刻t1において低下するの
は、その第1段階充填では粉体2に作用する加速度の影
響で、ロードセル17の計測値が実際の充填重量以上の
値を示してしまうためである。
において、エンコーダ16にて計測される時刻t1 と時
刻t2 とのそれぞれのシャッタ15の移動量X(t
1 )、X(t2 )から、この間の充填ホッパ14の出口
開口面積の変化量 ΔS(X(t2 )−X(t2 )) を算出する。更に、制御装置18は、上記時刻t1 、t
2 でロードセル17によりそれぞれ検出された充填重量
W(t1 )、W(t2 )の値から、その間の粉体2の充
填重量の変化量ΔQ(t2 )を ΔQ(t2 )=W(t2 )−W(t1 ) として算出する。従って、制御装置18は、これらの値
から式を用いて、時刻t1 から時刻t2 までの間にお
ける粉体2の流動性Uρ(t2 )を Uρ(t2 )=ΔQ(t2 )/{ΔS(X(t2 )−X
(t1 ))×Δt} として演算し計測する(ステップ(9))。
上記粉体2の流動性Uρ(t2 )に基づき、次の時刻t
3 までの微小時間Δt間に移動させるシャッタ15の閉
動作移動量X(t3 )と移動速度V(t3 )とを、式
を用いて次式のように算出する(ステップ(10))。
填の時刻t3 おいて、時刻t2 から時刻t3 までの間の
微小時間Δt間の充填ホッパ14の出口開口面積の変化
量 Δs(X(t3 )−X(t2 )) と、その間の粉体2の充填重量の変化量 ΔQ(t3 )=W(t3 )−W(t2 ) とを算出して、その間の時刻t2 から時刻t3 までの微
小時間Δtにおける粉体2の流動性Uρ(t3 )を Uρ(t3 )=ΔQ(t3 )/{ΔS(X(t3 )−X
(t2 ))×Δt} として演算し計測する。制御装置18は、この粉体2の
流動性Uρ(t3 )に基づいて、時刻t3 から次の時刻
t4 までの微小時間Δtにおいて移動させるシャッタ1
5の閉動作移動量X(t4 )と、移動速度V(t4 )と
を式を用いて次式により算出する。
演算し、この時刻tn で、時刻tn−1から時刻tn ま
での間の充填ホッパ14の出口開口面積の変化量 Δ(S(X(tn )−X(tn-1 )) と、この間の粉体2の充填重量の変化量 ΔQ(tn )=W(tn )−W(tn-1 ) とを算出し、その時刻tn-1 から時刻tn までの微小時
間Δtにおける粉体2の流動性Uρ(tn )を Uρ(tn )=ΔQ(tn )/{ΔS(X(tn )−X
(tn-1 ))×Δt} として演算し、計測する。制御装置18は、この粉粒体
2の流動性Uρ(tn )に基づいて、時刻tn から次の
時刻tn+1 までの微小時間Δtにおいて移動させるシャ
ッタ15の閉動作移動量X(tn+1 )と、移動速度V
(tn+1 )とを式を用いて次式により算出する。
t1 から任意の時刻tn までの充填重量がWp2 と一致
するまで、つまり図8(B)に示すように、任意の時刻
tnまでの充填重量が充填目標重量Wpと一値するま
で、言い換えれば、 Wp2 −(W(t2 )−W(t1 ))=Wp−W(t
n )→0 となるまで、上述の第2段階充填操作を繰り返し(ステ
ップ(11))、一致したときにシャッタ15を全閉操
作させ、粉体2の充填を終了させる(ステップ(1
2))。
10では、図3に示すように、ターンテーブル13、第
1ベース11及び第2ベース12は、例えば 4秒で1回
転し、最初の 0.2秒間で、搬入側スターホイール34か
ら第2ベース12のロードセル17上に搬入された容器
1の重量がロードセル17にて検出され、次の 1.0秒間
で、充填ホッパ14から容器1内へ第1段階充填がなさ
れて大流量で高速充填が実施され、次の 2.0秒間で、充
填ホッパ14から容器1内へ第2段階充填がなされて微
小流量で高精度充填が実施される。その後、0.24秒間
で、粉体充填済の容器1が搬出側スターホイール35に
より搬送コンベヤ32へ搬出され、次の0.56秒間は、ロ
ードセル17上に容器1が載置されていない状態であ
る。
てシャッタ15を所定開度X1 に開動作して、粉体2を
容器1内へ第1段階目標充填重量Wp1 まで大流量で投
入できるので、粉体を高速充填できる。
5を所定開度X1 から閉動作させ、ある微小時間Δtに
おけるシャッタ15の閉動作移動量Xに基づく充填ホッ
パ14の出口開口面積の変化量ΔS及び粉体2の充填重
量Wの変化量ΔQから、その微小時間Δtにける粉体2
の流動性Uρをリアルタイムで演算して計測し、この流
動性Uρに基づいて、次の微小時間Δtにおけるシャッ
タ15の閉動作移動量X及び閉動作移動速度Vを算出し
てシャッタ15を閉動作させ充填する。このように、粉
体2を充填しながら、その粉体2の流動性Uρをリアル
タイムで演算して計測し、この流動性Uρに基づいて、
シャッタ15の開度を制御してシャッタ15の全閉タイ
ミングを決定するので、特にシャッタ15の全閉動作時
に、シャッタ15から容器1までの間に浮遊した粉体2
を最小限に低減でき、高精度な充填を実現できる。
体の場合を述べたが、粒体の場合でも良い。また、上記
実施の形態ではロータリー充填機の場合を述べたが、そ
れ以外の充填機であっても本発明を適用できる。
填制御方法及び充填制御装置によれば、粉粒体の比重や
湿度の変化の影響を受けずに粉粒体を高精度且つ高速度
にて充填することができる。
一つの実施の形態が適用されたロータリー式充填機の縦
断面図である。
填タイミングチャートである。
る。
的に示す斜視図である。
給重量とシャッタの開度との関係を示すグラフである。
る。
グラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 貯留部に貯留された粉粒体を被充填体へ
充填する目標充填重量を第1段階目標充填重量と第2段
階目標充填重量とに区分し、 まず、第1段階充填において、上記貯留部に設置された
開閉機構を所定開度に設定して、粉粒体を上記貯留部か
ら上記被充填体へ上記第1段階目標充填重量に達するま
で充填させ、 次に、第2段階充填において、上記開閉機構を上記所定
開度から閉動作させ、ある微小時間における上記開閉機
構の閉動作移動量と粉粒体の充填重量とを検出し、これ
らの検出値からその微小時間における粉粒体の流動性を
演算して計測し、 この流動性に基づいて、次の微小時間における上記開閉
機構の閉動作移動量及び閉動作移動速度を算出して上記
開閉機構を閉動作させ、粉粒体を上記被充填体に前記目
標充填重量となるまで充填させるよう構成された粉粒体
の充填制御方法。 - 【請求項2】 粉粒体を貯留する貯留部と、 上記貯留部に設置され、開閉動作により、この貯留部か
ら被充填体へ供給される粉粒体の供給量を連続的に調整
する開閉機構と、 この開閉機構の開閉動作移動量を検出する移動量検出器
と、 上記被充填体への粉粒体の充填重量を検出する重量検出
器と、 上記開閉機構の開閉動作を制御する制御装置とを有し、 上記制御装置は、第1段階充填において、上記開閉機構
を所定開度に設定して、粉粒体を上記貯留部から上記被
充填体へ上記第1段階目標充填重量に達するまで充填さ
せ、 第2段階充填において、上記開閉機構を上記所定開度か
ら閉動作させ、ある微小時間において上記移動量検出器
と重量検出器にてそれぞれ検出された上記開閉機構の閉
動作移動量と粉粒体の充填重量とから、その微小時間に
おける粉粒体の流動性を演算して計測し、 この流動性に基づいて、次の微小時間における上記開閉
機構の閉動作移動量及び閉動作移動速度を算出して上記
開閉機構を閉動作させ、粉粒体を上記被充填体に前記目
標充填重量となるまで充填させるよう構成された粉粒体
の充填制御装置。
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