特開 2023-121112 粉粒体の充填装置及び充填方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023121112

(43)【公開日】2023-08-30

(54)【発明の名称】粉粒体の充填装置及び充填方法

(51)【国際特許分類】

   B65B 1/34 20060101AFI20230823BHJP

   B65B 1/06 20060101ALI20230823BHJP

   B65B 39/00 20060101ALI20230823BHJP

   B65B 1/08 20060101ALI20230823BHJP

【ＦＩ】

B65B1/34

B65B1/06

B65B39/00 A

B65B1/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022132177

(22)【出願日】2022-08-23

(31)【優先権主張番号】P 2022023931

(32)【優先日】2022-02-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136825

【弁理士】

【氏名又は名称】辻川 典範

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(72)【発明者】

【氏名】浦 幸雄

【テーマコード（参考）】

3E055

3E118

【Ｆターム（参考）】

3E055AA03

3E055BB01

3E055BB08

3E055CA01

3E055CB02

3E055DA03

3E055DA05

3E055EA01

3E055EA07

3E055EB02

3E055EB05

3E055EB09

3E055FA01

3E118AA07

3E118AB03

3E118AB05

3E118BA06

3E118BB02

3E118BB04

3E118BB06

3E118CA02

3E118DA02

3E118DA03

3E118EA01

3E118FA04

3E118FA08

(57)【要約】

【課題】 粉粒体の容器内への充填に際して該粉粒体に異物を混入させたり充填量を大きくばらつかせたりすることなく安定的に充填することが可能な粉粒体の充填装置及び充填方法を提供する。
【解決手段】 貯槽１から排出される好ましくは粒度５～３０μｍの粉粒体を計量しながらフレキシブルコンテナなどの容器Ｃ内に充填する充填装置であって、貯槽１の底部排出口に接続された該粉粒体の流路となる可撓性のチューブ２と、チューブ２を好適にはアクチュエータ４で変形させることで該流路の開度を調整するピンチバルブ３と、容器Ｃ内の粉粒体の充填量を計量する計量部５とからなり、該充填量に応じて該開度が段階的に調節される。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

貯槽から排出される粉粒体を計量しながら容器内に充填する充填装置であって、該貯槽の底部排出口に接続された該粉粒体の流路となる可撓性のチューブと、該チューブを変形させることで該流路の開度を調整するピンチバルブと、該容器内の粉粒体の充填量を計量する計量部とからなり、該充填量に応じて該開度が段階的に調節される充填装置。

【請求項2】

前記ピンチバルブによる前記チューブの変形がアクチュエータにより行なわれる、請求項１に記載の充填装置。

【請求項3】

前記貯槽にはブローディスクが設けられており、前記ピンチバルブによる前記流路の開度に応じて該ブローディスクの作動が調節される、請求項２に記載の充填装置。

【請求項4】

貯槽から排出される粉粒体を計量しながら容器内に充填する充填方法であって、該容器内の粉粒体の充填量に応じて、該貯槽の底部排出口に接続した該粉粒体の流路となる可撓性のチューブのピンチバルブによる変形の度合いを段階的に大きくする充填方法。

【請求項5】

前記貯槽にはブローディスクが設けられており、前記容器内の粉粒体の充填量に応じて該ブローディスクに導入するガスの供給圧力及び／又は供給時間を調節する、請求項４に記載の充填方法。

【請求項6】

前記チューブの変形の度合いをある段階から次の段階に移行するタイミングで該チューブを一時的に閉塞状態にする、請求項５に記載の充填方法。

【請求項7】

前記粉粒体の粒度が５～３０μｍである、請求項６に記載の充填方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、粉粒体の充填装置及び充填方法に関する。

【背景技術】

【0002】

粉粒体は、化学工業、肥料、食品原料、セメントなどの様々な産業分野において原料や製品として広く取り扱われており、その搬送や定量供給等のために粉粒体の物性を考慮にいれた各種の装置が用いられている。例えば、貯槽からの粉粒体の切り出しや、フレキシブルコンテナなどの容器の充填の用途にスクリューフィーダー、ロータリーフィーダー、オーガー式充填機などの容量式の充填装置が用いられている。

【0003】

特許文献１には、ホッパー内に貯留されている粉粒体を所定の容器に短時間で高精度に充填する技術が開示されている。具体的には、ロードセルなどの計量手段の上に載置された容器内にスクリューフィーダーなどの供給手段を介して粉粒体を充填する際、該粉粒体の充填量が約８割程度に到達したことを該計量手段で検知したときに該供給手段による充填を中止すると共に、予め該供給手段によって粉粒体を供給しておいた小型スクリューフィーダーなどの補助供給手段を用いて該粉粒体を追加充填する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－１２８５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に開示されているように、大型と小型の２基のスクリューフィーダーを適宜使い分けて粉粒体を充填することで、短時間で高精度に粉粒体を容器内に充填することが可能になると考えられる。しかしながら、スクリューフィーダーやオーガー式充填機に代表される容積式の充填装置は、螺旋形のスクリュー等の回転羽根をケーシング内で回転させることによって、該ケーシング内に導入される粉粒体をこれら回転羽根やケーシングの表面で滑らせながら搬送するものであるため、粉粒体が回転羽根によって粉砕されることが懸念される。また、これら回転羽根やケーシングを形成するステンレスなどの金属材料が粉粒体によって摩耗したり何らかの原因で破損したりすることで、金属粉や金属破片などの異物が粉粒体に混入するおそれがある。更に、シール部分のパッキン等のシール材が摩耗や経年劣化により粉粒体に混入するおそれもある。

【0006】

また、上記の容積式の充填装置の場合は、回転羽根の回転数によって粉粒体の供給量を制御するため、該充填装置の前段のホッパーや該充填装置のケーシング内の圧力の変動などの影響を受けて粉粒体の流動性が変化することがあり、その結果、上記供給量が変動して充填量が大きくばらつくことがあった。本発明は、上記のような容量式の充填装置が抱える問題点に鑑みてなされたものであり、粉粒体の容器内への充填に際して該粉粒体に異物を混入させたり充填量を大きくばらつかせたりすることなく安定的に充填することが可能な粉粒体の充填装置及び充填方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明に係る充填装置は、貯槽から排出される粉粒体を計量しながら容器内に充填する充填装置であって、該貯槽の底部排出口に接続した該粉粒体の流路となる可撓性のチューブと、該チューブを変形させることで該流路の開度を調整するピンチバルブと、該容器内の粉粒体の充填量を計量する計量部とからなり、該充填量に応じて該開度が段階的に調節されることを特徴とする。

【0008】

また、本発明に係る充填方法は、貯槽から排出される粉粒体を計量しながら容器内に充填する充填方法であって、該容器内の粉粒体の充填量に応じて、該貯槽の底部排出口に接続した該粉粒体の流路となる可撓性のチューブのピンチバルブによる変形の度合いを段階的に大きくすることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、容器内への粉粒体の充填に際して、該粉粒体に異物を混入させたり充填量を大きくばらつかせたりすることなく安定的に充填することができるので、その工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係る粉粒体の充填装置の実施形態の斜視図である。

【図2】図１の充填装置においてアクチュエータのシリンダーから出没するロッドの突出長さを変えることでチューブの開度を調節する様子を示す模式図である。

【図3】図１の充填装置が有する制御装置の基本構造の一具体例である。

【図4】図１の貯槽に設けたブローディスクをその中心軸を有する平面で切断した断面図である。

【図5】容器に粉粒体を充填したときの充填率と充填開始からの経過時間との関係を示すグラフであり、本発明の実施形態の充填方法（ａ）及びその代替方法（ｂ）で充填した場合のプロフィールの具体例が示されている。

【図6】本発明の実施例１の充填方法において制御装置によって実行したアルゴリズムを示すフローチャートである。

【図7】図６のフローチャートに沿って容器に粉粒体を充填したときの充填率とチューブ開度との関係を示すグラフである。

【図8】本発明の実施例２の充填方法で採用したチューブ開度の条件及びブローディスクの運転条件を示す表である。

【図9】図８の表に従って容器に粉粒体を充填したときの充填率とチューブ開度との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の粉粒体の充填装置の実施形態について図１を参照しながら説明する。この図１に示す充填装置は、貯槽１内に貯留している粉粒体を該貯槽１の底部排出口から排出させてその下方に設けたフレキシブルコンテナなどの容器Ｃに所定の充填量まで充填する充填装置であり、貯槽１の底部排出口に接続された粉粒体の流路となる可撓性のチューブ２と、このチューブ２の該流路の開度を調整すべくアクチュエータ４によって側方からチューブ２を押圧することにより扁平状に変形させるピンチバルブ３と、容器Ｃ内に充填された粉粒体の充填量を計量する計量部５と、計量部５で計量した充填量に応じてアクチュエータ４の作動を制御する制御装置１０とからなる。

【0012】

このように、本発明の実施形態の充填装置は、ピンチバルブ３を用いて粉粒体の流路を扁平状に変形させることで該流路の開度を調整するので、スクリューフィーダーやオーガー式充填機などの容積式の充填装置を用いる必要がない。よって、回転羽根などの金属製の可動部やそのシール材の摩耗等で生じる異物の粉粒体への混入の問題を防ぐことができる。また、容器Ｃ内の粉粒体の充填量が満杯に近づくに従ってチューブ２内の流路の開度を徐々に絞ることができるので、短時間で高精度に粉粒体を充填することが可能になり、充填量のばらつきを抑えることができる。

【0013】

具体的に説明すると、粉粒体を貯留させる貯槽１は、例えば逆円錐形状又は逆四角錐形状の下端部を有する筒状のホッパーであり、その頂部からバケットコンベアや気流搬送装置などの図示しない粉粒体輸送手段により一般的に粉粒体が投入される。該頂部から投入された粉粒体は、貯槽１内で一時的に貯留された後、貯槽１の底部排出口から排出される。この貯槽１の底部排出口には、ゴム、フッ素樹脂などの弾力性に優れた材質からなる可撓性のチューブ２の一端部が接続しており、貯槽１の底部排出口から排出された粉粒体は、このチューブ２でガイドされながら重力により落下して下方に位置するフレキシブルコンテナなどの容器Ｃに充填される。

【0014】

上記のチューブ２にはその長手方向の略中央部を側方から押圧することで扁平状に変形させるピンチバルブ３が設けられている。このピンチバルブ３は、チューブ２を両側から挟み込むように、チューブ２の延在方向に対して垂直に配置された１対の互いに平行な棒状体からなるピンチレバー３ａ、３ｂによって構成されており、これら１対のピンチレバー３ａ、３ｂ同士の離間距離を近づけたり遠ざけたりすることで、断面円形のチューブ２の断面形状を扁平状に押しつぶしたり、弾力性を有するチューブ２の復元力により元の円形に戻したりすることができ、これによりチューブ２内の流路の開度を調整して粉粒体の充填速度を増減させることが可能になる。

【0015】

上記のピンチバルブ３によるチューブ２内の流路の開度の調整について具体的に説明すると、上記のピンチバルブ３を構成する１対のピンチレバー３ａ、３ｂのうち、一方のピンチレバー３ａはチューブ２の側部に当接した状態で架台等に固定されているのに対して、もう一方のピンチレバー３ｂはアクチュエータ４のシリンダー４ａから出没するロッド４ｂの先端部に取り付けられている。これにより、固定されたピンチレバー３ａに対するピンチレバー３ｂの位置を、チューブ２をほぼ平坦に変形させてその流路を完全に閉塞させる近接位置と、チューブ２の断面が円形のままでほとんど変形していない離間位置との間で往復動させることができる。また、後述するように、アクチュエータ４のシリンダー４ａからロッド４ｂを様々な突出長さで突出させることで、チューブ２内の流路の開度を段階的に調節することができる。

【0016】

例えば、ピンチレバー３ａ、３ｂの互いの離間距離がチューブ２の外径以上となるようにロッド４ｂをアクチュエータ４のシリンダー４ａ内に退避させることで、図２の実線で示すようにチューブ２の開度を全開状態にすることができ、ピンチレバー３ａ、３ｂの互いの離間距離がチューブ２の肉厚の２倍程度になるまでロッド４ｂをシリンダー４ａから突出させることで、図２の１点鎖線で示すようにチューブ２の開度を全閉状態にすることができ、シリンダー２ａのストロークの途中の適度な距離までロッド４ｂを突出させることで、図２の２点鎖線で示すようにチューブ２の開度を上記の全開と全閉の中間で維持することができる。上記のようなシリンダー４ａからのロッド４ｂの出没は、アクチュエータ４が電動アクチュエータの場合はそのモーター回転数を制御することで実現できる。

【0017】

このように、本発明の実施形態の粉粒体の充填装置は、単にチューブ２の変形の度合いを調節するのみで簡単にチューブ２内を流下する粉粒体の流量を調整することができる。また、スクリューフィーダーなどの容積式の充填装置とは異なり、粉粒体に接する回転羽根やケーシングがないので、これら回転羽根とケーシングとの間に粉粒体が挟まれて砕かれたり、回転羽根やケーシング及びそれらのシール材の摩耗や破損によって金属粉等の異物が粉粒体に混入したりするおそれがない。

【0018】

更に、図１に示すように、容器Ｃ内に充填された粉粒体の充填量をロードセルなどの計量部５で常時計量できるので、充填量を大きくばらつかせることなく容器Ｃ内に短時間に粉粒体を充填することができる。すなわち、チューブ２内の流路の開度を全開にした状態で充填を開始し、計量部５によって計量した容器Ｃ内の粉粒体の充填量が目標の充填量に近づくに従って該流路の開度が段階的に絞られるようにロッド４ｂをシリンダー４ａから段階的に突出させることで、最初に大半の粉粒体を充填することで充填時間を短縮化することができ、充填量の微調整は最後に少量の粉粒体を充填する際に行なうことができる。

【0019】

上記のアクチュエータ４の作動を制御する制御装置１０については特に限定はなく、例えばＣＰＵ（中央演算装置）を備えた一般的なコンピュータを用いることができる。図３にはかかる制御装置１０の一般的な基本構造が示されており、入力されたデータに基づいて所定のアルゴリズムに沿って演算処理を行ない、その演算結果を出力する役割を担う演算・制御部１１と、この演算・制御部１１の演算処理に必要なパラメータや演算結果等を記憶する役割を担う記憶部１２とから構成される。

【0020】

具体的には、演算・制御部１１では、計量部５から出力される充填途中の粉粒体を含む容器Ｃの質量に基づいて充填率（すなわち、計量部５での計量値から風袋を差し引いた値を、目標とする最終充填量で除して１００を掛けた値であり、充填割合とも称する）を算出し、この充填率が予め設定しておいた複数の設定範囲のいずれに該当するかを判別し、該当する設定範囲に対応するチューブ開度を実現する所定の突出長さまでピンチレバー３ｂが突出するようにアクチュエータ４に信号を出力する。

【0021】

一方、記憶部１２では、上記の演算・制御部１１の演算処理を実行するアルゴリズムや上記の演算処理を行なうために必要な各種パラメータを記憶する。このパラメータには、例えばアクチュエータ４が電動アクチュエータの場合は、上記の充填率の複数の設定範囲、及びそれらの各々に対応するピンチレバー３ｂの突出長さを実現するためのモーター回転数などを挙げることができる。

【0022】

なお、上記の実施形態の充填装置では、ピンチバルブ３を構成する１対のピンチレバー３ａ、３ｂのうち、片方のピンチレバー３ｂのみにアクチュエータ４のロッド４ｂが取り付けられている場合について説明したが、本発明の充填装置が有するピンチバルブ３はかかる構造に限定されるものではなく、例えば、ピンチバルブを構成する１対のピンチレバー３ａ、３ｂの両方に、別々に設けた２基のアクチュエータのロッドをそれぞれ接続してもよい。あるいは、チューブ２の流れ方向の異なる複数の位置に２対以上のピンチバルブをそれぞれ配設すると共に、それらの各々をアクチュエータで作動させることで、チューブ２をこれら複数の位置で別々に変形させてもよい。

【0023】

また、上記のアクチュエータ４は、ピンチバルブ３を構成する１対のピンチレバー３ａ、３ｂのうちの少なくとも一方を往復動させることでこれら１対のピンチレバー３ａ、３ｂの互いの離間距離を段階的に変えることができるものであれば特に制約はなく、例えば、ボールネジをモーターで回動させることで、該ボールネジに螺合するナットを備えたロッドをシリンダーから出没させる構造の電動アクチュエータを用いてもよいし、往復動自在に設けられたピストンによって仕切られた空間を有するシリンダーの該空間内に圧縮エアーを導入したり、該空間から圧縮エアーを放出したりすることで該ピストンに接続したロッドを該シリンダーから出没させる構造のエアーシリンダーを用いてもよい。これらの中では、電動アクチュエータはストローク内の任意の位置でロッドを停止させることができるため、エアーシリンダーを用いる場合と比較して、チューブ２の変形の度合いをより高精度に調整することが可能になるのでより好ましい。

【0024】

更に、本発明の実施形態の充填装置においては、粉粒体を一時的に貯留させる貯槽１にブローディスクを具備して所定のタイミングで作動させることが好ましい。図４に示すように、ブローディスク６は、圧縮エアーを噴射するノズルを有するシャフト６ａを貯槽１の側壁を貫通するように取り付け、その先端部にゴムなどの弾性体で形成された皿状のディスク６ｂをその周縁部が貯槽１の内壁面に全周に亘って当接するように取り付けたものである。かかる構成により、図４の白矢印で示すように、シャフト６ａに圧縮エアーを導入してディスク６ｂと貯槽１の内壁面との間の空間内にシャフト６ａのノズルから圧縮エアーを噴射することで、該圧縮エアーの圧力でディスク６ｂの周縁部が貯槽１の壁面から僅かに浮き上がるので、３６０°の全方向に該内壁面に沿ってエアーを放出させることができる（壁面エアーレーションとも称する）。更に、この放出の際にディスク６ｂが振動するので、ブローディスク６の近傍に存在する粉粒体に直接振動を与えることができる。これら壁面エアーレーションと振動の複合効果により、貯槽１内の粉粒体のいわゆる棚吊り（ブリッジ）の発生を防止できるうえ、粉粒体の流動性を高めることができる。

【0025】

上記のブローディスク６は、シャフト６ａに導入する圧縮エアーの圧力や、該圧縮エアーの導入時間（ＯＮ時間ともいう）及び非導入時間（ＯＦＦ時間ともいう）を、シャフト６ａに接続されている圧縮エアーの供給配管に設けた減圧弁や電磁弁などにより調節することが好ましい。また、前述したチューブ２の変形の度合いに応じてこれら減圧弁や電磁弁などを調節することが好ましい。これにより、ブローディスク６の効果をより効率的に発揮させることが可能になる。例えばチューブ２の変形の度合いが大きくなるに従って、ブローディスク６に導入する圧縮エアーの圧力が低くなるように調節したり、ＯＮ時間が短くなるように調節したり、ＯＦＦ時間が長くなるように調節したりすることが好ましく、これにより、チューブ２内を流下する粉粒体の流動性を安定的に維持することが可能になり、チューブ２の下端から排出される粉粒体の排出量（充填量）のばらつきを抑制しやすくなる。

【0026】

上記のブローディスク６に導入する圧縮エアーの圧力の調節や、ＯＮ時間及びＯＦＦ時間の調節は、前述した制御装置１０によって行なうことができる。具体的には、図１に示すように、貯槽１に設けた２個のブローディスク６Ａ、６Ｂにそれぞれ導入する２本の圧縮エアーの供給配管の各々に圧力を制御する圧力制御弁７及びＯＮ／ＯＦＦ弁８を設けると共に、前述したように容器Ｃ内の粉粒体の充填量に基づいて演算・制御部１１がアクチュエータ４に電気信号を出力するタイミング、あるいはこのアクチュエータ４に電気信号を出力するタイミングとは別途設定したタイミングに合わせて、これら圧力制御弁７及びＯＮ／ＯＦＦ弁８にも所定の電気信号を出力するように演算・制御部１１で実行させるアルゴリズムを構築しておけばよい。これにより、容器Ｃ内の粉粒体の充填量が大きくなるに従ってブローディスク６Ａ、６Ｂに導入される圧縮エアーの導入圧を段階的に減少させたり、圧縮エアーの相対的な導入時間を段階的に減少させたり、２個のブローディスク６Ａ、６Ｂのうちの一方のみに圧縮エアーを導入したりできるので、粉粒体の排出量（充填量）のばらつきを効果的に抑制することができる。

【0027】

なお、図１の貯槽１には２個のブローディスク６Ａ、６Ｂが設けられているが、ブローディスクの個数は２個に限定されるものではなく、１個又は３個以上でも構わない。複数個のブローディスク６を設ける場合は、貯槽１の中心軸に関して回転対称となる位置であって且つ同じ高さ位置に設けるのが好ましい。この場合、これら複数のブローディスク６の各々に対して上記の制御装置１０による制御を個別に行なうことで、粉粒体の排出量（充填量）のばらつきをより一層効果的に抑制することができる。また、ブローディスク６に代えて、あるいはブローディスク６に加えて打撃式のノッカーや振動式のバイブレーターを貯槽１に設けてもよいが、これらノッカーやバイブレーターは粉粒体の種類によっては打撃や振動によって粉粒体同士の間隔が密になってかえって閉塞を生じさせたり、粉粒体の排出量（充填量）を大きくばらつかせたりするおそれがあるので、これらノッカーやバイブレーターを用いる場合は試験機などで性能を確認してから導入するのが好ましい。

【0028】

以上説明したように、本発明の実施形態の充填装置は、貯槽からチューブを介して容器内に充填した粉粒体の充填量が満杯に近づくに従って該チューブの変形の度合いを段階的に大きくできるので、短時間で高精度に粉粒体を充填することができる。また、上記のチューブの変形のタイミングか、あるいはこれとは別途設定したタイミングで貯槽に設けたブローディスクに導入する圧縮エアーの導入圧力を低く調節したり、その導入時間を短くしたりできるので、粉粒体の充填量のばらつきをより一層抑えることができる。

【0029】

なお、上記のチューブ２の変形の度合いを段階的に大きくする場合の段階数は、所望の充填精度が得られる限り特に限定はない。また、各段階で設定するチューブ２の開度や、ブローディスク６に導入する圧縮エアーの圧力、ＯＮ／ＯＦＦ時間についても、所望の充填精度等の条件に応じて適宜設定しても構わない。また、制御装置１０の演算・制御部１１においてタイマーで経過時間をカウントすることで粉粒体の排出速度を求めてもよい。これにより、粉粒体の排出速度を監視できるので、例えば粉粒体の流動性に僅かな違いが発生しても、粉粒体の充填量に応じて即時に適正な開度を選択することができる。これにより、より高精度に粉粒体を充填することが可能になる。

【0030】

また、上記のアクチュエータ４の作動やブローディスク６の作動を制御するアルゴリズムは、例えばあるチューブ開度から次段階のより狭いチューブ開度に移行させるときや、ブローディスク６への圧縮エアーの導入圧及び／又は導入時間を次段階のより低圧・短時間に移行させるときに、チューブ２を一時的に全閉又はほぼ全閉の閉塞状態とし、所定時間（例えば、１０秒程度）この閉塞状態を維持した後に、上記次段階に移行させるようにプログラミングしてもよい。これにより、貯槽１内で流動状態にある粉粒体をほぼ落ち着かせた後に次段階の充填を開始することができるうえ、更に、貯槽１から落下することで容器Ｃ内で激しく舞い上がった状態で流動している粉粒体をほぼ落ち着かせた後に次段階の充填を開始することができるので、容器Ｃ内に充填される粉粒体の充填精度をより一層高めることが可能になる。

【0031】

例えば図５（ａ）に示すように、アクチュエータ４の作動及び／又はブローディスク６Ａ、６Ｂの作動を、充填率に応じて第１～第５行程の異なる条件で制御する本発明の実施形態の充填方法に対して、代替方法として図５（ｂ）に示すように、第４行程と第５行程の間に一時的にチューブ２を全閉にして容器Ｃへの充填を一時的に停止してもよい。上記のように、チューブ２を一時的に閉塞状態にするタイミングとしては、容器Ｃへの充填率に応じてアクチュエータ４の作動の条件やブローディスク６Ａ、６Ｂの作動の条件をある工程から次の工程に移行させる複数のタイミングのうち、最終の行程に移行するタイミングに行なうのが好ましい。その理由は、図５の（ａ）と（ｂ）のグラフの横軸方向の長さを比較することで分かるように、チューブ２を一時的に閉塞状態にすることでその分だけ容器Ｃに粉粒体を充填する時間が長くなるが、上記のように最終工程の１つ前の工程から最終行程に移行するタイミングで一時的に閉塞状態にすることで、その効果をより短い時間で効率的に発揮させることが可能になるからである。

【0032】

なお、上記の閉塞状態を維持する時間については、例えば、実運転前の試運転の段階において、閉塞状態を一時的に維持する時間を様々に変えて容器Ｃ内に粉粒体を充填した種々の運転条件のうち、高い充填精度が得られたものの中から選ぶことができ、その際、生産性が大きく低下しないように充填率１００％に達するまでの充填時間をも考慮に入れるのが好ましい。一般的には、この閉塞状態を維持する時間は５～１５秒程度が好ましく、８～１２秒程度がより好ましく、１０秒程度が最も好ましい。この時間が５秒未満では、閉塞状態にする効果が発揮されなくなるおそれがあり、逆に１５秒を超えても閉塞状態にする効果がほとんど変わらないので充填時間が無駄に長くなる。

【実施例0033】

［実施例１］
本発明の実施例の充填装置を用いて、ロードセルを備えたパレット上に載置したフレキシブルコンテナに、その真上に位置する貯槽から粉粒体を１５０ｋｇずつ充填する作業を繰り返した。具体的には、図１に示すように、粒度が５～３０μｍの範囲内で変動する粉粒体が貯留されている貯槽１としてのホッパーの底部排出口に、内径８０ｍｍのゴム製のチューブ２の一端部を接続し、その他端部を容器Ｃとしてのフレキシブルコンテナの上部投入口に短管を介して接続した。そして、このチューブ２の長手方向の中間部に、チューブ２を両側から挟み込んで扁平状に変形させることでチューブ開度を調整するピンチバルブ３を取り付けた。なお、上記の粒度は、レーザー回折散乱法を用いて測定した体積積算の平均粒径Ｄ５０である。

【0034】

ピンチバルブ３は１対の互いに平行な丸棒からなるピンチレバー３ａ、３ｂによって構成し、それらのうちの一方は貯槽１の架台に固定し、もう一方はアクチュエータ４としての電動アクチュエータのロッド４ｂに取り付けた。この電動アクチュエータの作動は、図３に示すように計量部５で計量した充填量のデータが入力される制御装置１０によって制御した。これにより、チューブ２を扁平状に変形させてその開度を調節することにより、チューブ２内の流路を重力で落下する粉粒体の流量を調節した。

【0035】

また、上記のホッパーの逆円錐部の同じ高さ位置の互いに対向する位置に、２個のブローディスク６Ａ、６Ｂを設けると共に、これら２個のブローディスク６Ａ、６Ｂに圧縮エアーをそれぞれ導入する２本の供給配管の各々に圧力制御弁７及びＯＮ／ＯＦＦ弁８を設け、これら弁の作動も制御装置１０で制御した。なお、チューブ２の扁平状の変形の度合いの指標となるチューブ開度は下記式１のように定義した。

【0036】

［式１］
チューブ開度［％］＝（ピンチバルブ３の押圧方向におけるチューブ２の内側の最大幅／変形前のチューブ２の内径）×１００

【0037】

制御装置１０では、図６に示すフローチャートのように、計量部５で計量した充填量の入力値に基づいて算出した充填率に応じて、アクチュエータ４、圧力制御弁７、及びＯＮ／ＯＦＦ弁８の作動条件の異なる第１～第５行程がこの順序で順次移行するように制御した。具体的には、この図６に示すアルゴリズムでは、外部操作盤の起動スイッチ９の操作により粉粒体の排出開始信号が制御装置１０の演算・制御部１１に入力されると、演算・制御部１１は、第１行程に該当するチューブ開度１００％に対応するロッド４ｂの突出長さとなるように、アクチュエータ４に所定のモーター回転数の信号を出力する。演算・制御部１１は、更に２個のブローディスク６Ａ、６Ｂに圧縮エアーをそれぞれ導入する２本の供給配管にそれぞれ設けた２個の圧力制御弁７の両方に減圧後のエアー圧力０.３０ＭＰａＧとなる弁開度の信号を出力すると共に、それらの下流側の２個のＯＮ／ＯＦＦ弁８の両方にＯＮ時間１.０秒、ＯＦＦ時間２.０秒となる弁開閉時間の信号を出力する。この第１行程では、閉止状態にあったチューブ２が全開することで貯槽１の底部排出口からチューブ２を介して最大の排出速度で粉粒体が排出され、パレット上に載置されたフレキシブルコンテナ内への粉粒体の充填が開始される。

【0038】

容器Ｃ内の充填量が増加して計量部５で計測した充填量の入力値に基づいて算出した充填率が７０％（すなわち、粉粒体の充填量１０５ｋｇ）に到達すると、演算・制御部１１は、第２工程に該当するチューブ開度５０％（すなわち、ピンチバルブ３の押圧方向におけるチューブ２の内側の最大幅が８０ｍｍ×０.５＝４０ｍｍ）に対応するロッド４ｂの突出長さになるように、予め定めたモーター回転数の信号を電動アクチュエータ４に出力する。演算・制御部１１は、更に２個の圧力制御弁７の両方に減圧後のエアー圧力０.２５ＭＰａＧとなる弁開度の信号を出力すると共に、２個のＯＮ／ＯＦＦ弁８の両方にＯＮ時間０.５秒、ＯＦＦ時間２.０秒となる弁開閉時間の信号を出力する。この第２行程では、上記した第１行程と比べてチューブ２の扁平状の変形の度合いが大きくなるので、容器Ｃ内への粉粒体の充填速度が第１行程と比べて約５割程度まで減少する。

【0039】

容器Ｃ内の充填量が更に増加して計量部５で計測した充填量の入力値に基づいて算出した充填率が８５％（すなわち、粉粒体の充填量１２７．５ｋｇ）に到達すると、演算・制御部１１は、第３行程に該当するチューブ開度３０％（すなわち、ピンチバルブ３の押圧方向におけるチューブ２の内側の最大幅が８０ｍｍ×０.３＝２４ｍｍ）に対応するロッド４ｂの突出長さになるように、予め定めたモーター回転数の信号を電動アクチュエータ４に出力する。演算・制御部１１は、更に２個の圧力制御弁７の両方に減圧後のエアー圧力０.２５ＭＰａＧとなる弁開度の信号を出力すると共に、２個のＯＮ／ＯＦＦ弁８の両方にＯＮ時間０.２秒、ＯＦＦ時間２.０秒となる弁開閉時間の信号を出力する。この第３行程では、上記した第２行程と比べてチューブ２の扁平状の変形の度合いが大きくなるので、容器Ｃ内への粉粒体の充填速度が第１行程と比べて約３割程度まで減少する。

【0040】

容器Ｃ内の充填量が更に増加して計量部５で計測した充填量の入力値に基づいて算出した充填率が９４％（すなわち、粉粒体の充填量１４１ｋｇ）に到達すると、演算・制御部１１は、第４行程に該当するチューブ開度２０％（すなわち、ピンチバルブ３の押圧方向におけるチューブ２の内側の最大幅が８０ｍｍ×０.２＝１６ｍｍ）に対応するロッド４ｂの突出長さになるように、予め定めたモーター回転数の信号を電動アクチュエータ４に出力する。演算・制御部１１は、更に２個の圧力制御弁７のうちの一方にのみ減圧後のエアー圧力０.２５ＭＰａＧとなる弁開度の信号を出力すると共に、その下流側の一方のＯＮ／ＯＦＦ弁８にのみＯＮ時間０.２秒、ＯＦＦ時間２.０秒となる弁開閉時間の信号を出力する。そして、他方のＯＮ／ＯＦＦ弁８には全閉の信号を出力することで、２個のブローディスク６Ａ、６Ｂのうちの１個は作動を停止させる。この第４行程では、上記した第３行程と比べてチューブ２の扁平状の変形の度合いが大きくなるので、容器Ｃ内への粉粒体の充填速度が第１行程と比べて約２割程度まで減少する。

【0041】

容器Ｃ内の充填量が更に増加して計量部５で計測した充填量の入力値に基づいて算出した充填率が９８％（すなわち、粉粒体の充填量１４７ｋｇ）に到達すると、演算・制御部１１は、第５行程に該当するチューブ開度１０％（すなわち、ピンチバルブ３の押圧方向におけるチューブ２の内側の最大幅が８０ｍｍ×０.１＝８ｍｍ）に対応するロッド４ｂの突出長さになるように、予め定めたモーター回転数の信号を電動アクチュエータ４に出力する。演算・制御部１１は、上記の第４行程で全閉にした他方のＯＮ／ＯＦＦ弁８については全閉を維持したまま、一方の圧力制御弁７にのみ減圧後のエアー圧力０.２０ＭＰａＧとなる弁開度の信号を出力すると共に、その下流側の一方のＯＮ／ＯＦＦ弁８の片方にのみＯＮ時間０.１秒、ＯＦＦ時間３.０秒となる弁開閉時間の信号を出力する。この第５行程では、上記した第４行程と比べてチューブ２の扁平状の変形の度合いが大きくなるので、容器Ｃ内への粉粒体の充填速度が第１行程と比べて約１割程度まで減少する。

【0042】

容器Ｃ内の充填量が更に増加して計量部５で計測した充填量の入力値に基づいて算出した容器Ｃ内の充填率が１００％（すなわち、粉粒体の充填量１５０ｋｇ）に到達すると、演算・制御部１１は、チューブ開度０％（すなわち、ピンチバルブ３の押圧方向におけるチューブ２の内側の最大幅が８０ｍｍ×０＝０ｍｍ）に対応するロッド４ｂの突出長さになるように、予め定めたモーター回転数の信号を電動アクチュエータ４に出力する。これにより、チューブ２は完全に閉塞状態となるため、容器Ｃ内への粉粒体の供給が停止し、これをもって、容器Ｃ内への粉粒体の充填が終了する。なお、演算・制御部１１は、開状態にある一方のＯＮ／ＯＦＦ弁８に対して必要に応じて全閉の信号を出力してもよい。

【0043】

この実施例１では、図７に示すように容器Ｃ内の充填率に応じてチューブ２の変形の度合いを段階的に大きくしてチューブ開度が段階的に減少するように制御すると共に、このチューブ開度の減少のタイミングに合わせてブローディスク６Ａ、６Ｂに導入する圧縮エアーの供給圧力の低下や供給時間の短縮化を行なったり、ブローディスク６Ａ、６Ｂの作動頻度の減少や片方の作動の停止を行なったりしたので、作業員がロードセルの計量値を見ながら容量式の充填装置を操作する従来の充填方法に比べて短い時間で充填することができた。また、充填量１５０ｋｇに対して、＋０.２ｋｇ～＋０.７ｋｇのばらつきの範囲で充填することができた。

【0044】

［実施例２］
制御装置１０において図８に示す条件に従ってアクチュエータ４、圧力制御弁７、及びＯＮ／ＯＦＦ弁８の作動を制御した以外は上記の実施例１と同様にして、フレキシブルコンテナにその真上に位置する貯槽から粉粒体を１５０ｋｇずつ充填する作業を繰り返した。具体的には、この図８に示す条件では、外部操作盤の起動スイッチ９の操作により粉粒体の排出開始信号が制御装置１０の演算・制御部１１に入力されると、演算・制御部１１は、第１行程に該当するチューブ開度１００％に対応するロッド４ｂの突出長さとなるように、アクチュエータ４に所定のモーター回転数の信号を出力する。演算・制御部１１は、更に２個のブローディス６Ａ、６Ｂに圧縮エアーをそれぞれ導入する２本の供給配管にそれぞれ設けた２個の圧力制御弁７の両方に減圧後のエアー圧力０.２５ＭＰａＧとなる弁開度の信号を出力すると共に、それらの下流側の２個のＯＮ／ＯＦＦ弁８の両方に常時ＯＮとなる弁開閉時間の信号を出力する。この第１行程では、閉止状態にあったチューブ２が全開することで貯槽１の底部排出口からチューブ２を介して最大の排出速度で粉粒体が排出され、パレット上に載置されたフレキシブルコンテナ内への粉粒体の充填が開始される。

【0045】

容器Ｃ内の充填量が増加して計量部５で計測した充填量の入力値に基づいて算出した充填率が５０％（すなわち、粉粒体の充填量７５ｋｇ）に到達すると、演算・制御部１１は、チューブ開度が１００％から後述する第３及び第４行程のチューブ開度５％（すなわち、ピンチバルブ３の押圧方向におけるチューブ２の内側の最大幅が８０ｍｍ×０.０５＝４ｍｍ）まで段階的（具体的には４０段階）で狭くなっていくことに対応するロッド４ｂの突出長さになるように、予め定めたモーター回転数の信号を電動アクチュエータ４に段階的に出力する。演算・制御部１１は、更に２個の圧力制御弁７の両方に減圧後のエアー圧力０.２０ＭＰａＧとなる弁開度の信号を出力すると共に、２個のＯＮ／ＯＦＦ弁８の両方に常時ＯＮとなる弁開閉時間の信号を出力する。この第２行程では、上記した第１行程と比べてチューブ２の扁平状の変形の度合いが段階的に大きくなるので、容器Ｃ内への粉粒体の充填速度も第１行程から段階的に減少していく。

【0046】

容器Ｃ内の充填量が更に増加して計量部５で計測した充填量の入力値に基づいて算出した充填率が９０％（すなわち、粉粒体の充填量１３５ｋｇ）に到達すると、演算・制御部１１は、第３行程に該当するチューブ開度５％（すなわち、ピンチバルブ３の押圧方向におけるチューブ２の内側の最大幅が８０ｍｍ×０.０５＝４ｍｍ）に対応するロッド４ｂの突出長さになるように、予め定めたモーター回転数の信号を電動アクチュエータ４に出力し、上記した第２行程の最終的なチューブ開度５％を維持する。演算・制御部１１は、更に２個の圧力制御弁７のうち一方にのみ減圧後のエアー圧力０.２０ＭＰａＧとなる弁開度の信号を出力すると共に、その下流側の一方のＯＮ／ＯＦＦ弁８にのみ常時ＯＮとなる弁開閉時間の信号を出力する。そして、他方のＯＮ／ＯＦＦ弁８には全閉の信号を出力することで、２個のブローディスク６Ａ、６Ｂのうちの１個は作動を停止させる。この第３行程では、上記した第２行程と比べてチューブ２の扁平状の変形の度合いは変わらないが、ブローディスク６Ａ、６Ｂの一方を停止させることに起因して、壁面エアーレーションの量と振動の大きさが低下して貯槽内の粉粒体の流動の度合いが第２行程に比べて低下するので、容器Ｃ内への粉粒体の充填速度が第２行程と比べて更に減少する。

【0047】

容器Ｃ内の充填量が更に増加して計量部５で計測した充填量の入力値に基づいて算出した充填率が９４％（すなわち、粉粒体の充填量１４１ｋｇ）に到達すると、第４行程に該当するチューブ開度０％（すなわち、ピンチバルブ３の押圧方向におけるチューブ２の内側の最大幅が８０ｍｍ×０＝０ｍｍ）に対応するロッド４ｂの突出長さになるように、予め定めたモーター回転数の信号を電動アクチュエータ４に出力する。これにより、チューブ２は全閉状態となるため、容器Ｃ内への粉粒体の供給が一時的に停止する。演算・制御部１１は、上記した他方のＯＮ／ＯＦＦ弁８に加えて一方のＯＮ／ＯＦＦ弁８についても全閉の信号を出力することで２個のブローディスク６Ａ、６Ｂの作動を停止させる。この閉塞状態を１０秒間維持することにより、第３行程の終了時点で貯槽１内で流動状態にある粉粒体をほぼ完全に落ち着かせることができるうえ、更に、容器Ｃ内で舞い上がった流動状態にあった粉粒体の挙動をほぼ完全に落ち着かせることができる。なお、容器Ｃ内の粉粒体が上記のように舞い上がった流動状態から落ち着いた状態に変化したことは、計量部５の指示値から判断することができた。

【0048】

上記の１０秒間の閉塞状態が経過すると、演算・制御部１１は、第５行程に該当するチューブ開度５％（すなわち、ピンチバルブ３の押圧方向におけるチューブ２の内側の最大幅が８０ｍｍ×０.０５＝４ｍｍ）に対応するロッド４ｂの突出長さになるように、予め定めたモーター回転数の信号を電動アクチュエータ４に出力する。このとき２個のＯＮ／ＯＦＦ弁８については全閉を維持することで２個のブローディスク６Ａ、６Ｂの作動は停止した状態を維持する。この第５行程では、上記した第３行程と比べてチューブ２の扁平状の変形の度合いは変わらないが、２個のブローディスク６Ａ、６Ｂの両方とも停止しているので、容器Ｃ内で粉粒体が舞い上がるのを抑えながら充填することが可能になる。

【0049】

容器Ｃ内の充填量が更に増加して計量部５で計測した充填量の入力値に基づいて算出した容器Ｃ内の充填率が１００％（すなわち、粉粒体の充填量１５０ｋｇ）に到達すると、演算・制御部１１は、チューブ開度０％（すなわち、ピンチバルブ３の押圧方向におけるチューブ２の内側の最大幅が８０ｍｍ×０＝０ｍｍ）に対応するロッド４ｂの突出長さになるように、予め定めたモーター回転数の信号を電動アクチュエータ４に出力する。これにより、チューブ２は完全に閉塞状態となるため、容器Ｃ内への粉粒体の供給が停止し、これをもって、容器Ｃ内への粉粒体の充填が終了する。

【0050】

この実施例２では、図９に示すように容器Ｃ内の充填率に応じてチューブ２の変形の度合いを段階的に大きくしてチューブ開度が段階的に減少するように制御すると共に、このチューブ開度の減少のタイミングに合わせてブローディスク６Ａ、６Ｂに導入する圧縮エアーの供給圧力の低下や供給時間の短縮化を行なったり、ブローディスク６Ａ、６Ｂの作動頻度の減少や片方の作動停止を行なったりした。更に、第３工程から最終工程の第４工程に移行するタイミングでチューブ２を一時的に全閉状態にして１０秒間この全閉状態を維持したので、実施例１に比べてよりばらつきを抑えることができた。具体的には、充填量１５０ｋｇに対して、＋０.０ｋｇ～＋０.３ｋｇのばらつきの範囲で充填することができた。また、作業員がロードセルの計量値を見ながら容量式の充填装置を操作する従来の充填方法に比べて短い時間で充填することができた。

【0051】

なお、上記の作業員がロードセルの計量値を見ながら容量式の充填装置を操作する従来の充填方法で上記の実施例１と同様の粉粒体の充填を行なったときは、例えば、容器Ｃ内への充填量が５０ｋｇである場合には、ばらつきの幅として１.９ｋｇ程度の範囲で充填量がばらつくことがあった。上記の結果より、本発明の要件を満たす充填方法を採用することにより、容器内への粉粒体の充填に際して、該粉粒体に異物を混入させたり充填量を大きくばらつかせたりすることなく安定的に充填できることが分かる。

【符号の説明】

【0052】

１ 貯槽
２ チューブ
３ ピンチバルブ
４ アクチュエータ
４ａ シリンダー
４ｂ ロッド
５ 計量部
６ ブローディスク
７ 圧力制御弁
８ ＯＮ／ＯＦＦ弁
９ 起動スイッチ
１０ 制御装置
１１ 演算・制御部
１２ 記憶部
Ｃ 容器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】