JPS61116622A - 計量充填装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ｒ産業上の利用分野〕 本発明は、洗剤などの粉粒体或いは顆粒ペレット、塊状
物、液体等を一定量計量して容器に充填するのに高速、
高精度に充填する計量充填装置に間するものである。

〔従来技術〕

−Ｓに包装商品では内容物の表示重量つきで販売される
ことが多いが、内容物の量的過不足がある場合、実際の
取引では表示重量の不足の方が問題であり、経験的に販
売者としては常に表示重量より多い目の重量に充填して
その安全度をみているのでこの包装傾向は経済的損失が
極めて大きい。

そのため包装の際総重量のバラツキを可及的に小さくす
る高精度の計量と計量作業の高速度化が望まれている。

従来のこの種方法の一例としては、粉粒体、例えば洗剤
を計量すべきスペース内へ定量以下の量を最初に供給し
、次いで定量不足分を小出しに供給し微量補充を行うと
いう盛込方法が採用されていた。即ち、被計量物（充填
物）を容器に充填した後、ウェイトチェッカによりその
重量（通常は容器を含む重量）を測定し、重量不足品を
避けるために量目に上乗せする盛込量を定期的に設定し
ながら充填重量の管理を行う方式を採用している。

ところが、盛込量が修正されるまで計量（充填）指定量
（量目＋盛込量）が固定で、一般に重量不足品を避ける
ため盛込量は太き（見る傾向があるので、搬入する被計
量物（例えば粉粒体）の流動性、嵩比重等が安定し、盛
込量が少なくてすむ場合でも、安全を見るため盛込量が
大きくなり、その分だけ盛込量が増加し、充填歩留りが
悪化するという精度上の問題があるばかりか、この微量
補充方式は高精度計量をするには投入速度に減速が必要
となるばかりか計量時間がかかり、充填処理作業として
は実用的ではない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このため短時間に大量に投入し余剰分を排除する方式が
試みられるようになったが、短時間に大量投入しても、
投入誤差が多くてはあとの終点バランスに時間を要し、
高速充填はできない、またこの大量投入の際の余剰分排
除に充填物中に挿入された吸引ノズルを用いて吸引する
場合排出管の途中にあるバルブの開閉制御では動作時間
がかかりバラツキ誤差が大きい。このため吸引ノズルを
充填物から隔離させる移動操作機構を組み込んで解消し
ようとすると吸引ノズルを長い距離瞬時に移動しなけれ
ばならず、モータ駆動やニューマチック駆動を用いても
前者の場合長い距離の移動はできるが立ち上がりが遅（
、後者は立ち上がりを早（する程そのために高圧大容量
のエアポンプが必要となり耐久性が落ちるし、しかも両
者ともそれぞれ信号を受けてから動作まで時間がかかる
ためバラツキ誤差は吸収できず精度的に問題がある。

本発明は、これら従来の欠点を排除するため、高い精度
で短時間大量投入をし終点バランスの負担を軽減させる
ため大量投入後の余剰分の排除を行う際に信号を受けて
から動作までの立ち上がり時間の短縮を大巾に可能にし
、適確でバラツキ誤差なく効果的に実現できる装置を構
成簡単で安価な形態で提供することを目的とするもので
ある。

また、本発明の他の目的は投入速度を減速しない一定速
度投入で計量時間の短縮と粉粒体の嵩比重、流動性の変
動があっても影響されずｌサイクルのスピードアップと
計量精度の向上とを可能にした計量充填制御装置を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、充填物を計量する計量機構を持ち、容器に充
填すべき定量以上の充填物が投入される計量バスケット
にこの定量を超えた量の充填物を排除する手段を設けた
計量充填制御装置において、前記計量バスケットに貯留
される充填物に挿入・離脱可能の吸引ノズルと、計量バ
スケット内の充填物を計量する計量装置と、この計１ｉ
装置に連動され、計量バスケット内の充填物が吸引源に
連なる吸引ノズルの吸引により設定値を示したときに吸
引ノズルを充填物より瞬間的に隔離させる制御機構を備
えたことを特徴とする計量充填装置である。

〔実施例〕

次に、充填物を粉体乃至粉粒体として本発明を実施した
例につき、図面を用いて説明する。

粉体■を貯留する供給ホッパｌの下方に計量バスケット
２が開口配備され、該計量バスケット２には吸引ノズル
３がバスケットに収容される粉体Ｉに対して挿入・離脱
可能に設けられている。該吸引ノズル３は排出管４、気
・固分離部であるセパレータ５を介して吸引装置６に連
結されている。

供給ホッパ１の上方には供給ホッパ１に粉体■を讐多送
するべｌレトコンベヤ７が配備され、嘉亥ベルトコンベ
ヤ７は供給ホッパ１に設けたレベルゲージ８に連絡され
ている。供給ホッパ１の下端開口にはシャフタドライブ
ソレノイド９を備えた開閉ンヤノタＩＯが取付けられて
いる。

前記計量バスケット２には計量装置１１が配備され、下
端開口にはゲートドライブソレノイド１２を備えた排出
ゲート１３が設けられており、この排出ゲート１３の下
方には容器■が移動可能に配備される。

前記シャフタドライブソレノイド９、計量装置１１、ゲ
ートドライブソレノイド１２及び後述する吸引ノズル３
の移動機構は制御装置１４に連絡されている。

前記吸引ノズル３は吸引口側の外周に給気カバー１５及
び気流誘導体１６を備え、他端側は蛇腹などの伸縮材１
７を介して排出管４に接続されている。給気カバー１５
は上端が閉口し下端が開口した円筒形のジャケットで、
その中空部は吸引装置６の排気部に配管１８で接続され
ている。＠引ノズル３は給気カバー１５の開口端より長
く突出しており、該突出部の外周に前記気流誘導体１６
が備えられている。気流誘導体１６の、給気カバー１５
の開口に対向する面は、横断面が下方に向かって漸増す
るテーパ面に形成されている。

また、吸引ノズル３は前記給気カバー１５と伸縮材１７
との間でホルダ　１９に貫通配備されている。即ち、吸
引ノズル３はホルダ１９の上板１９、と下板１９□に貫
通配備され、上板１９＋と下［１９□との間のノズル３
外周には鉄材等の磁性体のカラー２０が固着されている
。上ｉｔ　９゜と下板１９！間にはモータ２１に連結さ
れたスクリュウネジ２２が設けられ、該スクリュウネジ
２２には！磁マグネット支持板２３が走行可能に螺合さ
れている。このマグネット支持板２３は上面に電磁マグ
ネット２４を備えているが、この電磁マグネット２４及
び支持板２３は吸引ノズル３の貫通孔を形成されており
、ホルダ１９の下板１９ｇとカラー２０との間の吸引ノ
ズル３に、ノズル軸心方向に滑動可能に取付けられてい
る。

前記カラー２０は電磁マグネット２４のコイル２４′中
に嵌入する凸部２０′を有しており、カラー２０と１を
磁マグネット２４間には両者を離隔せしめる方向に嶌元
力を有するバネ２５．２６が介在配備されている。

電磁マグネット２４及びモータ２１は前記制御装置１４
に連結されており、前記バネ２５．２６、カラー２０等
と共に離隔制御機構を形成している。

なお、ホルダ１９の高さ、カラー２０と給気カバー１５
との距離、バネ２５．２６の強さ等の吸引ノズル３の上
下動に関係する要素は吸引ノズル３が粉体Ｉ中に没する
位置から粉体■を吸引できない間隔をおいた上方位置ま
での間を往復移動可能に設定されている。

前記制御装置１４としては種々のものが用いられるが例
えば開閉シャフタ１０の閉止において、前記計量バスケ
ット２の計量増加速度をリアルタイムに検出し、その時
点での落下質量速度或いは落下衝撃値を予測し、バスケ
ット２内の粉体重量を推定するものを用いた場合は、信
号加算器、増巾器、高速Ａ／Ｄコンバータ、高性能コン
ピュータ等を具備している。

以下にその制御装置１４を用いて開閉シャック１０閉じ
る（大投入停止）際の制御につき詳細に説明する。

計量装置１１により得られた重量指示値は実際の粉体重
量と落下衝撃値を含んだ値である。また自然落下の場合
、落下質量速度は変動し、この変動に関連して落下衝撃
値も変動する。従って重量指示値の経時変化をグラフに
表すと第６図の如くとなる。

この落下衝撃値は落下ｔ！速度、落差、ｌ気抵抗によっ
て左右されるが、多くの粉体は空気抵抗が大きいため落
下質量速度が支配的因子となるので、まず落下衝撃値と
落下質量速度の相関式を求める。

例えば、嵩比重３３０　ｇｌ＆、水分５．５χ、平均粒
径４５０μの粒状洗剤の一定重量を仕切り板で閉じた供
給ホッパに入れ、仕切板を抜取り、ホッパ内へ粉体を落
下させる６落下した粉体は傾斜板（４５度角度）に当た
り下方に流れる。この時バネ秤の重量を読む、粉体の落
下速度は仕切り板を抜取ったときから全量落下した時間
を計測し算出する。測定回数は同一落下ｆ置速度、同−
Ｎ差の条件で５回、落差はＩ　ＯＯ，２００，３００ｍ
落下ｉｆｆ速度は０．５．１．０．２．０．２４ｋｇ／
ｓ＠ｅであったが、その測定結果は落差変動（１００〜
３００顛）を誤差因子として扱い、落下質量速度と落下
衝撃値の回帰分析を次式で行った。

回帰式　ＹｗＡ−ｘ＋に その結果、 Ａ−０，４２６１，Ｋ−−０，０３３６Ｙ　＝０．４２
６１ｘ　＋　（−０，０３３６）相関係数０．９８８ Ｙ　−落下衝撃値（鎗）、Ａ〜係数 に−・・常数、Ｘ・−落下質量速度（ｋｇ／５ｅｃ）が
得られた。

次に、第７図を用いて解析手順の一例を示す。

第７図において、 Ｔｏｎ　＊・・・測定点（各測定点間隔は一定時間とす
る）−ｎ　　・・・測定点における重量指示値＋１ｉｎ
　　・・・−測定間隔の投入重量の増加量ＣＷｎ　　・
・・重量増加の累積値（計量バスケット内の粉体量） ｌＰｎ　　・・・測定点における落下衝撃値である。

１、　７口におけるーｎとＴａ−１におけるＣＬ−１の
差を求め ２、　　Ｉｎｎを回帰式を展開したＩＷｎ算出式で求め
３、　　Ｃ１１−−＋に■Ｗｎを累計してＣＷｎを推定
する４、　　ＣＷｎが投入設定値に等しくなるまで上記
を繰り返す 即ち、 Ｗｎ−ＣＭ、ｌ−＋　＝ＩＦｎ　＋ＩＷｎＷｎ−ＣＬ−
＋　　”　　（Ａ　　・　Ｉｎｎ　　＋　　ｋ）　　＋
１ＷｎＷｎ−ＣＬ−＋　＝ＩＷｎ（Ａ　＋　１　）　＋
　ｋｌｌｌｎ　＝　（’ｄｎ−ＣＬ−＋　−ｋ）　／　
（Ａ　＋　１　）、°、Ｃｕｎ　”　Ｉ　（Ｗｎ−ＣＷ
ｌｌ−、−ｋ）　／　（Ａ＋　１）　）＋Ｃ−、ｌ−１ となる。

この算出によって第５図に示すように投入設定重量ＣＦ
Ｗに予測値ＣＷ　ｎが達した時点で投入遮断し、後続の
吸引抜出に移行させ制御をするものである。

このように、落下質量速度及び落下衝撃値は計量バスケ
ットの重量増加速度を知ることによって、推定でき、ま
た重量増加速度は粉粒体の嵩比重、流動性、落差などの
変化を含んだ値として得られるので粉体特性が変動して
も大きな影響を受けないで制御することが可能となる。

前記計量装置１１は反応速度の速い電気的重量検出セン
サ例えばロードセル、フォースバランス等が用いられる
。

図中、２７はパックフィルタ、２８は吸引された粉体Ｘ
′の貯留室、２９はロータリバルブ、３０は容器充填用
のシュート、３１はシラツクアブソーバ−として備えた
バネ材、３２はベアリングである。

しかして、粉体■はベルトコンベヤ７により供給ホッパ
１に供給され、貯留される。供給ホッパ１の開閉シャッ
タｌＯが開かれると粉体ｌは落下して計量バスケット２
内に投入貯留される。このバスケット２内の投入量の設
定値は容器■への投入量より大なる量に設定されていて
、この設定値に投入予測値が達すると開閉シャッタｌＯ
は閉しられ、投入は遮断ささる。

次でバスケット２内の粉体Ｉの重量超過分を吸引ノズル
３で吸引し除去する。吸引ノズル３は制御装置１４から
の指令により待機位置（第３図ｍ）から降下する。この
時ｔＭ１マグネット２４はＯＮ状態で、モータ２１の駆
動により電磁マグネット２４が下降するのに従動せしめ
られて吸引ノズル３は吸引位置（第３図１）まで下降せ
しめられる。

粉体■中までその吸引口を挿入した吸引ノズル３は超過
分を吸込み、吸込まれた粉体■′は貯留室２Ｂを経て再
度供給ホッパｌ中へ戻される。この時、配管１８により
Ｗｉ環流を形成されているので粉体の吸込みはスムーズ
に行われる。

この間電磁マグネット２４はＯＮ状態で、バネ２５．２
６には復元力゛が吸引ノズル上昇用のエネルギーとして
蓄積されている。カラー２０と電磁マグネ７ト２４との
間に働く磁力はカラー２０の凸部２０′が電磁マグネッ
ト２４のコイル２４′中にまで嵌入していることによっ
て大きく、この状態を保持することを的確ならしめてい
る。

次いで、容器■への充填設定量まで４１された時点で！
磁マグネット２４は制御装置１４からの指令によりＯＦ
Ｆ状態にされ、吸引ノズル３はバネ２５．２６の復元力
により瞬時に上昇せしめられ、吸引は停止される。（第
３図■） バスケット２内の設定量の粉体口よ排出ゲート１３の開
放により容器［中に充填される。充填された容器■は移
動され、計量バスケット２の下方に空の容器■が送入さ
れて次の充填に備えられる。

なお、電磁マグネット２４は第３図■の状態からモータ
２１により第３図ｍの状態まで上昇せしめられると共に
、ＯＮ状態にされ、吸引ノズル３は次の作動に備えて待
機させられることとなる。

また排出ゲー）１３も排出完了すると閉じられ、次回の
充填に備えられる。

以上の作用の中でも特に吸引ノズルの移動により作動・
停止を行うことは吸引ノズルにバルブを設けて吸引の作
動・停止を行うことに比べ、粉体がバルブに詰まること
がないし、ノズルの吸引口からバルブまでの間の粉体が
再度落下してしまうことが全くなく、極めて高い精度の
充填が可能である。

本発明に係る計量充填装置は粉粒体に限らず連続重量測
定可能な重量計量器において、落下投入する液体、スラ
リー、砂、造粒物、その他の原料のバッチ計量充填に用
いられ得るものである。

〔発明の効果〕

本発明では、定量以上の量を供給ホッパから計、量バス
ケット供給するので、このときの大出し時間は従来方法
よりも若干多くかかるが、従来のような精確な計量をす
るための小出し工程がな（なり、小出し排出時の落下に
よる慣性と空中移動中の充填物制御が出来ないことによ
る計量精度の狂いは生じないし、短時間大量投入しても
バラツキ誤差を吸収した制御を行って投入誤差が少なく
終点バラツキに時間がかからないし負担も軽減できるの
で高速充填が可能である。

また、吸引ノズルの吸引停止を瞬時に行うことができる
ので、より一層計量精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の系統説明図、第２図は吸引ノズルの構
成概略図、第３図１−Ｉｌｌはその作用説明図、第４図
は一部の縦断面図、第５図は解析・制御プログラムのフ
ローチャート、第６図は投入量と重量指示値との関係を
示したグラフ、第７図は測定点と重量との関係線図であ
る。 トー粋弧、■−容器、１−供給ホッパ、２−計量バスケ
ット、３・−吸引ノズル、４・−排出管、５−セパレー
タ、６−吸引装置、７〜ベルトコンベヤ、８−レベルゲ
ージ、９−シャッタドライブソレノイド、１〇−開閉シ
ャッタ、１１−計量装置、１２−ゲートドライブソレノ
イド、１３−排出ゲート、１４−・・制御装置、１５−
給気カバー、１６−気流誘導体、１７−伸縮材、１８−
配管、１９−ホルダ、２０−カラー、２１−モータ、２
２−スクリュウネジ、２３・−マグネット支持板、２４
・・電磁マグネット、２５．２６−バネ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、充填物を計量する計量機構を持ち、容器に充填すべ
   き定量以上の充填物が投入される計量バスケットにこの
   定量を超えた量の充填物を排除する手段を設けた計量充
   填制御装置において、前記計量バスケットに貯留される
   充填物に挿入・離脱可能の吸引ノズルと、計量バスケッ
   ト内の充填物を計量する計量装置と、この計量装置に連
   動され、計量バスケット内の充填物が吸引源に連なる吸
   引ノズルの吸引により設定値を示したときに吸引ノズル
   を充填物より瞬間的に隔離させる制御機構を備えたこと
   を特徴とする計量充填装置。 ２、前記隔離制御機構が、蓄積エネルギーを保持する電
   磁マグネットと、該電磁マグネットの励磁を解放して瞬
   時蓄積エネルギーを放出して前記吸引ノズルを移動させ
   る手段を備えているものである特許請求の範囲第１項記
   載の計量充填装置。 ３、前記離隔制御機構が、移動可能に設けた前記吸引ノ
   ズルに装着したバネとこのバネの機械的エネルギーを蓄
   積させるための移動手段とを備えているものである特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の計量充填装置。 ４、前記離隔制御機構が、充填物が設定値を示したとき
   を検出し排除遮断信号を発する指示手段を有するもので
   あって、該指示手段に連動して前記計量バスケット下方
   に待機する容器へ定計量された充填物を排出させる排出
   機構を操作できるものである特許請求の範囲第１〜３項
   のいずれか一つの項記載の計量充填装置。 ５、前記計量バスケットが、ロードセルからなる計量装
   置を具えたものであって、順次移送されてくる充填物を
   受け入れ貯留され定間隔をあけて所定時間下端開口を解
   放して容器に充填すべき定量以上の量を供給させる開閉
   シャッターを備えた供給ホッパーの下端開口下方に設け
   られ、開閉シャッターが開いて供給されてくる定量以上
   の充填物を貯留し計量するものである特許請求の範囲第
   １〜４項のいずれか一つの項記載の計量充填装置。