粉粒体的充填方法及装置的制作方法

专利名称:粉粒体的充填方法及装置的制作方法
发明领域本发明涉及将粉粒体(bulk material)充填到容器等被充填体内的粉粒体充填方法及装置。
第1现有技术，是用大投入用的计量容器来计量容积，进行大投入，同时一边用计量器测定重量一边从小孔少量地连续流入，当接近充填目标值时，塞住小孔，充填结束。
第2现有技术，用重量测定器测定充填后的包装物重量，对来自杯计量器的粉粒体的供给量进行倾向控制，同时，在料斗上设置粉粒体检测器，根据从该检测器输出的信号，调节流入料斗的粉粒体量。
但是，现有技术存在以下问题。
①第1现有技术中，小投入是通过从小孔流出进行的，当粉体的性状发生变化时，就影响流动性，所以，流动性恶化时，粉粒体落下时间变长，使充填精度降低。
②第2现有技术中，将充填后的包装物重量计测结果反馈到下一次的充填，不能实时地进行流量修正，所以，当粉粒体的流动性发生变化时，该第2现有技术也同样地不能实施高精度的充填。
③第1现有技术和第2现有技术中，在投入终了时，考虑到从被开闭装置关闭了的储存部的出口到被充填体之间的空中(落下高度)存在的粉粒体量(将其称为落差流量Wh)，必须在向被充填体充填结束时的充填量W到达W＝Wo-Wh(Wo是目标量)时关闭开闭装置。但是，粉粒体的上述落下高度，是随着被充填体的容器尺寸而变化的，所以，必须根据每个被充填体容器的尺寸来设定上述的开闭装置的关闭时间，这样，对不同品种容器设定的切换时间太多。
本发明的粉粒体充填方法，其特征在于，把储存在储存部的粉粒体向被充填体充填的目标充填重量分为第1阶段目标充填重量和第2阶段目标充填重量；在第1阶段充填中，将设置在上述储存部的开闭机构设定为预定开度，将粉粒体从上述储存部往被充填体内充填到第1阶段目标充填重量；在第2阶段充填中，使上述开闭机构从上述预定开度作关闭动作，检测某微小时间内的开闭机构的关闭动作移动量和粉粒体的充填重量，从这些检测值计算并计测该微小时间内的粉粒体流动性，根据该流动性，算出下一个微小时间内的上述开闭机构的关闭动作移动量及关闭动作移动速度，使开闭机构作关闭动作，将粉粒体往被充填体内充填到上述目标充填重量。
本发明的粉粒体充填装置，其特征在于，备有储存粉粒体的储存部；设置在上述储存部、由开闭动作连续地调节从该储存部供给被充填体的粉粒体供给量的开闭机构；检测该开闭机构的开闭动作移动量的移动量检测器；检测向上述被充填体充填的粉粒体充填重量的重量检测器；控制上述开闭机构的开闭动作的控制装置；上述控制装置在第1阶段充填中，将开闭机构设定为预定开度，将粉粒体从上述储存部往被充填体内充填到第1阶段目标充填重量；在第2阶段充填中，使上述开闭机构从上述预定开度作关闭动作，在某微小时间内，从上述移动量检测器和重量检测器分别检测出的开闭机构的关闭动作移动量和粉粒体的充填重量，计算并计测该微小时间内的粉粒体的流动性；根据该流动性，算出下一个微小时间内的开闭机构的关闭动作移动量和关闭动作移动速度，使开闭机构作关闭动作，将粉粒体往被充填体内充填到上述目标充填重量。
本发明的粉粒体充填方法，用设在储存部的开闭装置的开闭控制，将储存在储存部内的粉粒体充填到被充填体内时，在大投入阶段，充填一定的初期充填量，接着在小投入阶段，充填剩余的充填量，直到充填至目标充填量(Wo)，其特征在于，计测在大投入阶段粉粒体从储存部出口开口向被充填体落下的时间(tτ)；计测在小投入阶段从储存部流出的粉粒体的流量(q)；用式Wh＝q×tτ算出在小投入阶段从被开闭装置关闭的储存部出口到被充填体之间空中存在的落差量(Wh)；把在小投入阶段向被充填体充填完毕的充填重量(W)到达W＝Wo-Wh的时间作为开闭装置的关闭时间。
本发明，是在权利要求
5记载的本发明中，其特征在于，上述落差量计算中所用的粉粒体的落下时间，是最近的N次充填作业中计测的落下时间平均值。
本发明的粉粒体充填装置，其特征在于，备有储存粉粒体的储存部；设置在储存部、开闭储存部出口开口的开闭装置；检测从储存部向被充填体供给的粉粒体充填重量的重量检测器；控制装置，该控制装置控制开闭装置的开闭，在大投入阶段充填一定的初期充填量，接着在小投入阶段充填剩余充填量，直到充填至目标充填量(Wo)；上述控制装置得到重量检测器的检测结果，计测粉粒体在大投入阶段从储存部出口开口朝往被充填体的落下时间(tτ)，并且计测在小投入阶段从储存部流出的粉粒体的流量(q)，用式Wh＝q×tτ计算在小投入阶段由开闭装置关闭的储存部出口开口到被充填体之间空中存在的落差量(Wh)，把在小投入阶段向被充填体充填完毕的充填量(W)到达W＝Wo-Wh的时间，作为开闭装置的关闭时间。
在所记载的本发明中，其特征在于，上述落差量计算中所用的粉粒体的落下时间，是最近的N次充填作业中计测的落下时间平均值。
根据本发明，有下述①的作用。
①将粉粒体充填入计量升内，接着，将计量升内的粉粒体向容器内大投入后，将单位时间的粉粒体投入量设为略一定，追加投入粉粒体，并将追加投入量相对于时间近似为直线，根据该近似直线和设定充填量，停止追加投入，这样，可提高粉粒体向容器内充填的充填精度。
根据本发明的技术方案1和2，其具有以下的有益效果。
在第1阶段充填中，将开闭机构开启预定开度，以大流量将粉粒体往被充填体内充填到第1目标充填重量，所以，能高速充填粉粒体。
另外，在第2阶段充填中，使开闭机构从预定开度作关闭动作，从某微小时间内的开闭机构的关闭动作移动量和粉粒体的充填重量，计算并计测该微小时间内的粉粒体流动性，根据该流动性，算出下一个微小时间内的开闭机构的关闭动作移动量及关闭动作移动速度，使开闭机构动作。这样，一边充填粉粒体，一边实时地计算并计测粉粒体的流动性，根据其流动性，控制开闭机构的开度，并决定开闭机构的全闭时间，所以，在开闭机构的全闭动作时，可将从开闭机构到被充填体之间存在的粉粒体量(落差量)减少到最小限，可实现高精度的充填。
根据本发明的技术方案3和5，其具有以下的有益效果。
在大投入阶段，将开闭装置打开至预定开度，以大流量将粉粒体向被充填体内充填到一定的初期充填量，所以，能高速充填粉粒体。
在小投入阶段，算出从开闭装置关闭的储存部出口到被充填体之间空中(落下高度)存在的粉粒体量(落差量Wh)，在向被充填体充填完毕的充填量(W)到达W＝Wo-Wh时，关闭开闭装置。这样，一边充填粉粒体，一边实时地计测粉粒体的落下时间和粉粒体的流量，根据该计测结果，决定开闭装置的关闭时间。因此，不受粉粒体的性状变化影响，也不需要切换不同品种被充填体的时间，可实现高精度的充填。
根据本发明的技术方案4和6，其具有以下的有益效果。
落差量计算中所用的粉粒体的落下时间，是最近的N次充填作业中计测的落下时间平均值，可提高充填精度。
根据附图阅读本发明的以下详细说明，能够更好地理解本发明，并有助于实施本发明。
附图的简要说明
图1是本发明一实施例的、将粉粒体往容器内充填的粉粒体充填装置的侧剖面图。
图2是图1的要部放大侧剖面图。
图3是表示第1实施例充填装置中测力传感器台输出的粉粒体充填量与时间关系的图。
图4是表示本发明的往容器内充填粉粒体的粉粒体充填方法第1实施例的充填工序时间表。
图5是表示用第1实施例充填装置将粉粒体充填到容器内的粉粒体充填工序的要部平剖面图。
图6是表示用第1实施例的充填装置将粉粒体充填到容器内的充填方法顺序图，(a)是表示粉粒体充填在各计量升内状态的要部断面图，(b)是表示进行大投入状态的要部断面图，(c)是表示大投入和追加投入的连续状态(稳定化状态)的要部断面图，(d)是表示进行追加投入状态的要部断面图，(e)是表示结束追加投入状态的要部断面图，(f)是表示将粉粒体充填入计量升内状态的要部断面图。
图7是本发明粉粒体充填控制装置第2实施例所适用的旋转式充填机的纵断面图。
图8是沿图7 VI-VI线的断面图。
图9是图7的旋转式充填机中的充填时间图。
图10是将图7的局部放大表示的断面图。
图11是表示图10的充填料斗和闸板的立体图。
图12是表示在第1阶段充填所用的粉体的供给重量和闸板开度关系的曲线图。
图13是粉体充填控制的流程图。
图14是表示粉体的充填重量和时间关系的曲线图。
图15是表示充填装置第3实施例的模式图。
图16是沿图15中X VI-X VI线的断面图。
图17是充填装置的充填时间图。
图18是图15的要部放大图。
图19是充填控制的流程图。
图20是表示充填时间曲线的曲线图。
图21表示图20要部的曲线图。
图22是表示流量计算方法的曲线图。
实施本发明的最佳实施例。(第1实施例)
图1～图3表示本发明的将粉粒体往容器内充填的充填装置—实施例即旋转式粉粒体连续充填装置。图中，标号1是旋转式粉粒体连续充填装置(下面称为“粉粒体充填装置”)，C表示容器。
如图1所示，上述粉粒体充填装置1，在框架本体2内备有安装着减速装置的马达3、被该马达3驱动并通过锥齿轮绕垂直轴旋转的驱动轴4、插设固定在上述驱动轴4上的转台(运送机构)5、在该转台5的上方插设固定在驱动轴4上的缸体座6、在该缸体座6的上方插设固定在驱动轴4上的转盘7。在驱动轴4的上端部，安装着滑环40，可无故障地向后述程序装置9供给电力。
在上述转台5上，配设着测力传感器台(计量器)50，将该测力传感器台50的测力传感器(图未示)的变形量换算为重量，可测定运送中的容器的重量。另外，测力传感器台50的输出，由测力传感器放大器51放大后，输入到后述的程序装置(控制部)9，可逐次地控制运送中的容器C和充填在该容器C内的粉粒体的充填量。另外，该转台5上，相邻地配设着供给用星形轮52和排出用星形轮53(见图5)。供给用星形轮52向转台5供给容器C，排出用星形轮53把来自转台5的容器C排出。
在上述缸体座6上，配设着电动式活塞、缸体机构(投入机构)60。该电动式活塞、缸体机构60备有伺服马达61和由该伺服马达61作动的杆62，由后述的程序装置9通过马达驱动器63控制该伺服马达61，控制后述的计量升8的闸板81的开闭，可调节粉粒体的投入量。在缸体座6的周缘，配设着筒状的导引件64，用于提高闸板81与容器C之间的密闭性，抑制大投入时粉粒体的飞扬。在导引件64上，设有容许闸板81前后动的窗口64a。
上述转盘7从平面看，在圆形盘部70的外周端部，设有朝上方立起的立起壁71。上述盘部70上，形成与后述计量升8连通的孔72，通过该孔72，粉粒体被充填入该计量升8内。
在上述转盘7的上方，将粉粒体供给到转盘7上的粉粒体供给筒73支承在框架2本体2上。在盘部70的半径方向中间部，半圆弧状导引件74和75通过支承部件(图未示)支承固定在框架本体2上，导引件74把粉粒体供给筒73所供给的粉粒体拦在盘部70上的预定范围，同时，随着转盘7的旋转将充填在计量升8内的粉粒体的上面与盘部70的面刮平。导引件75将粉粒体拦到盘部70的周缘部侧。上述转盘7、粉粒体供给筒73和各导引件74、75构成投入机构76。
上述转盘7上，插设着计量升8。计量升8由作为筒部的圆筒状套筒80和作为底面部的闸板81构成。该闸板81与电动式活塞、缸体机构60的杆62连接，随着该杆62的前后动而往复移动，可开闭套筒80的下端开口部。
在上述转盘7的略中央部，安装着程序装置9。该程序装置9监控测力传感器台50输出的容器C内的粉粒体充填量，根据该测力传感器台50的输出，向电动式活塞、缸体机构60的伺服马达61送出关闭闸板81的动作指令。
程序装置9根据测力传感器台50的输出向伺服马达61发出动作指令，如图3所示地进行。即，首先使计量升8的闸板81移动，将计量升8的下端部开放，进行大投入，使计量升8内的粉粒体达到设定充填量W的7成。接着，在大投入后，用闸板81缩小计量升8的开放量，将单位时间的投入量W′设为略一定，追加投入粉粒体。从测力传感器台50的实时输出，使追加投入量相对于时间近似为直线，根据该近似直线L和设定充填量W，计算追加投入的充填结束时间T。从该充填结束时间T，减去追加的粉粒体从计量升8到达容器C的时间t，得到时间T′，在该时间T′关闭闸板81，停止追加投入，将设定充填量W的粉粒体充填入容器C内。使上述追加投入量相对于时间为近似直线的区间(时间)A，为0.2秒～1.0秒，最好为0.5秒～0.6秒。
下面，参照图4所示时间图和图5、图6，说明用上述粉粒体充填装置实施本发明的粉粒体充填方法的步骤。以下的说明中，采用一个计量升8进行说明。图4中的数值单位是秒。
首先，用运送带100和间距调节装置101运送空容器C，由供给用星形轮52将容器C载置到转台5的测力传感器台50上。容器C被载置到测力传感器台50上后0.2秒，由程序装置9开始监控该测力传感器台50的计量值。在其上方，粉粒体随时充填到计量升8内(见图4、图5和图6(a))。
接着，容器C被载置在侧力传感器台50上后，伺服马达61根据来自程序装置9的动作指令动作，闸板81移动，计量升8的下端部成为1秒钟开放状态。充填在计量升8内的粉粒体中，约为设定充填量7成的粉粒体被，大投入到容器C内(见图4、图5和图6(b))。
大投入结束后，闸板81根据来自程序装置9的动作指令移动，将计量升8的开放状态变窄。在该期间的0.5秒内，进行测力传感器台50的振动稳定化，同时，计量升8上的粉粒体被导引件74刮平，同时，粉粒体向计量升8内的供给也被限制。将单位时间的粉粒体投入量设定为略一定，进行1.5秒的粉粒体追加加投入。在此期间，在程序装置9内，将测力传感器台50实时输出的追加投入量相对于时间近似为直线，根据该近似直线L和设定充填量W，计算追加投入的充填结束时间T。从该充填结束的时间T，减去追加投入的粉粒体从计量升8到达容器C的时间t，得到时间T′，在该时间T′，关闭闸板81，停止追加投入，将设定充填量W的粉粒体充填到容器C内(见图4、图5和图6(d)(e))。
粉粒体的预定追加投入结束后，用排出用星形轮53将容器C导入运出带102，移送到后面的包装处理等工序(见图5和图6(f))。
这样，本实施例的充填装置以及使用该装置的粉粒体充填方法，能以短时间且连续地进行高精度的充填。
另外，上述粉粒体充填装置1，由电动式活塞、缸体机构60进行闸板81的开闭，并且，用该闸板81进行大投入和追加投入，所以，与已往用挡板进行开闭相比，可高精度地进行开闭动作，并且与已往相比能简化计量升的构造。
本发明的粉粒体充填装置，不限于上述实施例。
例如，也可以不采用上述实施例的旋转式粉粒体充填装置1，而采用将该装置1中的各工序展开成直线状的所谓直线间歇运送式装置。这也能得到与上述同样的作用效果。
计量升的形状，不限于上述实施例的圆筒形，也可以是椭圆筒形、矩形筒形、三角筒形等。
另外，闸板81也无特别限定，只要能将粉粒体投入载置在下方的容器C内即可。例如，可以是两开式、三开式等，只要能控制储存量、投入量者均可。
本发明的粉粒体充填方法，不限于用上述实施例的粉粒体充填装置1实施。(第2实施例)图7所示旋转式充填机110，是将被充填体即若干个容器C设置在圆盘(第2基板112)上，在使该圆盘旋转期间，将作为粉粒体的粉体慢慢地充填到各容器C内。该旋转式充填机110，备有作为储存部的转台113和充填料斗114、第1基板111、第2基板112、作为开闭机构的闸板115、作为移动量检测器的编码器116、作为重量检测器的测力传感器117和控制装置118。
转台113、第1基板111和第2基板112固定在旋转轴119上，该旋轴119通过彼此啮合的第1锥齿轮121和第2锥齿轮122，与驱动马达120连接。因此，转台113、第1基板111和第2基板112被驱动马达120驱动而同步旋转。这些转台113、第1基板111、第2基板112、旋转轴119和驱动马达120等由壳体123包围。
转台113可储存粉体，沿周方向的若干部位，垂设着若干个充填料斗114。在上述壳体123上安装着粉体供给筒124，从该粉体供给筒124向转台113内供给粉体并储存起来。在该粉体供给筒124的下部，安装着供给时防止粉体飞扬的粉飞扬防止板125。
从粉体供给筒124供给并储存在转台113的粉体，随着转台113的旋转，如图8所示地，在推出导板126的作用下，被朝转台113直径方向外侧推出，充填到充填料斗114内。然后，在刮板127的作用下，防止向充填料斗114的供给。
粉体被推出导板126向充填料斗114供给期间，实施后述的第1阶段充填，在推出导板126的外推结束后由刮板127刮取期间，实施后述的第2阶段充填。
图7所示若干个充填料斗114的出口开口，可由若干个闸板115分别开闭，使该闸板115动作的闸板作动机构128设置在第1基板111上(图10)。该闸板作动机构128备有由伺服马达驱动的电动缸129和马达驱动器130。该马达驱动器130根据来自控制装置118的指令动作，驱动电动缸129，决定闸板115的开度。该闸板115由闸板作动机构128决定的开度的变更，可连续地调节从充填料斗114向容器C内充填供给的粉体的供给量(充填重量)。另外，电动缸129上，安装着检测闸板115的开闭动作移动量X的编码器116，其检测值X向控制装置118输出。
在第2基板112上，在与各充填料斗114和闸板115对应的位置设有若干个测力传感器117，容器C载置在该测力传感器7上。该测力传感器7检测充填在容器C内的粉体充填重量W，该检测值W向控制装置118输出在第1基板111上，设置着粉飞扬防止板131，该粉飞扬防止板131包围各充填料斗114的出口和各闸板115，在粉体从充填料斗114投入容器C内时，防止该粉体飞扬，提高充填料斗114与容器C的密闭性。
如图8所示，容器C载置在运送带132上运送，由间距装置133将容器C的运送间距调节到预定值，由运入侧星形轮134运入到第2基板112的测力传感器117上。另外，粉体充填完毕的容器，由运出侧星形轮135从第2基板的测力传感器117上运出到运送带132上。
控制装置118，通过闸板作动机构128控制闸板115的开闭动作，实时地决定闸板115的开度，将粉体从充填料斗114向容器C内充填。从编码器116向该控制装置118输入任意时刻的闸板115的移动量X，从测力传感器117向该控制装置118输入任意时刻的粉体往容器C的充填重量W。另外，该控制装置118储存着图12所示的近似直线数据L和反函数F(S)。上述近似直线数据L表示往一个容器应充填粉体的目标充填重量Wp、第1阶段目标充填重量Wp2(后述)相对于该Wp的的设定比率α、闸板115的移动量X与粉体径容器C的充填重量W的关系。上述反函数F(S)由充填料斗114的出口形状决定。该反函数F(S)，如图11所示，是在微小时间内的充填料斗114的出口开口面积S的变化量ΔS，作为此期间的闸板115的移动量X的变化量ΔX的函数，所以如下地决定F(S)＝X/S…①下面，说明粉体流动性Uρ的计测方法。图11中，设微小时间Δt内的闸板115的移动量的变化量为ΔX，设充填料斗114的出口开口面积的变化量为ΔS，粉体的落下速度为U，粉体的比重为ρ，则在该微小时间Δt内，粉体往容器C内落下供给充填的充填重量的变化量ΔQ为ΔQ＝ΔS(X)×U×Δt×ρ…②其中，ΔQ可从测力传感器117计测的粉体的充填重量W求得，ΔS(X)可从编码器116计测的闸板115的移动量X求得，Δt作为取样间隔可以预先决定，所以，该微小时间Δt内的粉体流动性Uρ可用下式③计测。
Uρ＝ΔQ/(ΔS (X)×Δt) …③另外，用上式①和式②，消去ΔS(X)，则得到X＝{ΔQ/Uρ×Δt}×F(S) …④可算出闸板115的移动量X。
上述粉体的流动性Uρ，根据粉体中粉粒子的大小、粉粒子的空隙率、粉粒子的形状、粉体的比重、充填料斗114、飞扬防止板131及容器C内的温度湿度、充填料斗114、飞扬防止板131及容器C的壁面摩擦、充填料斗114、飞扬防止板131及容器C内的空气流动状态等而变动，从充填料斗114向容器C内投入粉体进行充填时，对充填重量精度有影响。
上述控制装置118，在从充填料斗114向容器C内开始充填粉体时(图13的步骤(1))，实行第1阶段充填和第2阶段充填。
在第1阶段充填中，控制装置118从目标充填重量Wp和上述设定比率α，用下式⑤算出第1阶段目标充填重量Wp2(步骤(2))。
Wp1＝Wp×α …⑤其中，设定比率例如为98％。接着，控制装置118从图12所示的近似直线数据L算出与第1阶段目标充填重量Wp1对应的闸板115的移动量(预定开度)X1(步骤(3))，以预定速度(例如X1/1m/sec)使闸板115移动到移动量X1(步骤(4))，将粉体以大流量充填到容器C内。该期间，测力传感器117如图14(A)所示地，以微小时间Δt(例如10mmsec)间隔计测充填重量W，该计测值W输入到控制装置118(步骤(5))。
在第1充填阶段，当测力传感器117所计测的向容器C内的充填重量W的计测值，超过了第1阶段目标充填重量Wp时，控制装置118从第1阶段充填切换到第2阶段充填，使闸板115从预定开度X1作关闭动作(步骤(6)、(7))。该切换时刻是第1充填阶段的终了时刻，同时是第2充填阶段的开始时刻。将该切换时刻设为t1。
该切换时刻t1中，由于测力传感器117的计测值是W(t1)，所以，控制装置118从下式⑥算出第2目标充填重量Wp2(步骤(8))。
Wp2＝Wp-W(t1)…⑥接着，控制装置118在上述时刻t1，把从该时刻t1到经过了微小时间Δt后的t2之间移动的闸板115的关闭动作移动量(t2)和该闸板115的移动速度V(t2)设定为以下 另外，如图14(A)和(B)所示，测定传感器117的计测值在时刻t1中降低，是因为在该第1充填阶段作用于粉体的加速度的影响，测力传感器117的计测值示出实际的充填重量以上的值。
控制装置118在第2充填时刻t2中，从编码器116计测的时刻t1和时刻t2的闸板115的移动量X(t1)、X(t2)，算出该期间的充填料斗114的出口开口面积变化量ΔS(X(t2)-X(t1))另外，控制装置118从在上述时刻t1、t2测力传感器117检测出的充填重量W(t1)、W(t2)的值，用下式算出该期间的粉体充填重量的变化量ΔQ(t2)。
ΔQ(t2)＝W(t2)-W(t1)因此，控制装置118用式③从这些值计算从时刻t1到时刻t2之间的粉体流动性Uρ(步骤(9))。
Uρ(t2)＝ΔQ(t2)/{ΔS(X(t2)-X(t1))×Δt}。
控制装置118在该时刻t2，根据上述粉体的流动性Uρ(t2)，用式④按下式算出到下一时刻t3之间的微小时间Δt的移动的闸板115的关闭动作移动量X(t3)和移动速度V(t3)(步骤(10))。 同样，控制装置在第2阶段充填时刻t3，算出从时刻t2到时刻t3之间的微小时间Δt的充填料斗114的出口开口面积的变化量和该期间的粉体的充填重量变化量。
Δs(X(t3)-X(t2))ΔQ(t3)＝W(t3)-W(t2)并算出从该时刻t2到时刻t3的微小时间Δt中的粉体流动性Uρ(t3)Uρ(t3)＝ΔQ(t3)/{ΔS(X(t3)-X(t2))×Δt}。
控制装置118根据该粉体的流动性Uρ(t3)，用式④按下式算出从时刻t3到下一时刻t4的微小时间Δt内移动的闸板115的关闭动作移动量X(t4)和移动速度V(t4)。 控制装置118，进行同样的计算，一直算到时刻tn。在该时刻tn，算出从时刻tn-1到时刻tn之间的充填料斗114的出口开口面积的变化量和该期间的粉体充填重量的变化量。
Δ(S(X(tn)-X(tn-1))ΔQ(tn)＝W(tn)-W(tn-1)并算出从该时刻tn-1到时刻tn的微小时间Δt中的粉体流动性Uρ(tn)Uρ(tn)＝ΔQ(tn)/{ΔS(X(tn)-X(tn-1))×Δt}。
控制装置118根据该粉体的流动性Uρ(tn)，用式④按下式算出从时刻tn到下一时刻tn+1的微小时间Δt内移动的闸板115的关闭动作移动量X(tn+1)和移动速度V(tn+1)。 从第2阶段充填的开始时刻t1到任意时刻tn的充填重量与Wp2一致之前，即如图14(B)所示，到任意时刻tn的充填重量与充填目标重量Wp为一个值之前，换言之，在Wp2-(W(t2)-W(t1))＝Wp-W(tn)→0之前，控制装置118反复上述的第2阶段充填操作(步骤(11))，当一致时，使闸板115全关闭，结束粉体的充填(步骤(12))。
在上述构造的旋转式充填机110中，如图9所示，转台113、第1基板111和第2基板112，例如4秒钟转一圈，在最初的0-2秒，由测力传感器117检测从运入侧星形轮134运到第2基板112的测力传感器117上的容器C的重量，在下一个1.0秒内，进行从充填料斗114向容器C内充填的第1充填阶段，以大流量实施高速充填，在下一个2.0秒内，进行从充填料斗114向容器C内充填的第2充填阶段，以微小流量实施高精度充填。然后，在0.24秒内，用运出侧星形轮135将粉体充填完毕的容器C运出到运送带132上，在下一个0.56秒内，容器C不载置在测力传感器117上。
根据上述实施例，在第1阶段充填中，将闸板115开启预定开度X1，用大流量将粉体投入容器C内，直到第1阶段目标充填重量Wp1。可高速充填粉体。
另外，在第2阶段充填中，将闸板115从预定开度X1关闭，从基于微小时间Δt内的闸板115的关闭动作量X而产生的充填料斗114的出口开口面积变化量ΔS和粉体充填重量W的变化量ΔQ，实时地计算并计测该微小时间Δt内的粉体流动性Uρ，根据该流动性Uρ，算出下一个微小时间Δt内的闸板115的关闭动作移动量X和关闭动作移动速度V，使闸板115作关闭动作进行充填。这样，一边充填粉体，一边实时地计算该粉体的流动性Uρ，根据该流动性Uρ，控制闸板115的开度，决定闸板115的全闭时间，所以，在闸板115的全闭动作时，可将存在于闸板115到容器C之间的粉体的量(落差量)限制到最小限度，实现高精度的充填。
上述实施例中，是以粉体为例说明的，但也可以是粒体。另外，上述实施例中，是以旋转式充填机为例说明的，但本发明也适用于其它的充填机。(第3实施例)图15所示的旋转式充填机210，将若干个作为被充填体的容器C设置在圆盘(第2基板212)上，在使该圆盘旋转期间，慢慢地将作为粉粒体的粉体充填到各容器C内。该旋转式充填机210，备有作为储存部的转台213和充填料斗214、第1基板211、第2基板212、作为开闭装置的闸板215、作为重量检测器的测力传感器217和控制装置218。
转台213、第1基板211和第2基板212固定在旋转轴219上，该旋转轴219通过彼此啮合的第1锥齿轮221和第2锥齿轮与驱动马达220连接。因此，转台213、第1基板211和第2基板212被驱动马达220驱动而同步旋转。这些转台213、第1基板211、第2基板212、旋转轴219和驱动马达220等由壳体223包围。
转台213可储存粉体，沿周方向的若干部位，垂设着若干个充填料斗214。在上述壳体223上安装着粉体供给筒224，从该粉体供给筒224向转台213内供给粉体并储存起来。
从粉体供给筒224供给并储存在转台213的粉体，随着转台213的旋转，如图16所示地，在推出导板226的作用下，被朝转台213直径方向外侧推出，充填到充填料斗214内。然后，在刮板227的作用下，防止向充填料斗214的供给。
粉体被推出导板226向充填料斗214供给期间，实施后述的大投入阶段充填，在推出导板226的外推结束后由刮板227刮取期间，实施后述的小投入阶段充填。
图15所示若干个充填料斗214的出口开口，可由若干个闸板215分别开闭，使该闸板215动作的闸板作动机构228设置在第1基板211上(图18)。该闸板作动机构228备有由伺服马达驱动的电动缸229和马达驱动器230。该马达驱动器230根据来自控制装置218的指令动作，驱动电动缸229，决定闸板215的开度。该闸板215由闸板作动机构228决定的开度的变更，可连续地调节从充填料斗214向容器C内充填供给的粉体的供给量(充填重量)。即，控制装置218，在大投入阶段将闸板215成为大开度，用大流量供给一定的初期充填量，在小投入阶段，用小流量供给剩余的充填量，这样，向容器C内充填目标充填量(Wo)。
在第2基板212上，在与各充填料斗214和闸板215对应的位置，设有若干个测力传感器217，容器C载置在该测力传感器217上。该测力传感器7检测充填在容器C内粉体的充填重量W，该检测值W向控制装置118输出在第1基板211上，设置着粉体飞扬防止板231，该粉体飞扬防止板231包围各充填料斗214的出口和各闸板215，在粉体从充填料斗214投入容器C内时，防止该粉体飞扬，提高充填料斗214与容器C的密闭性。
如图16所示，容器C载置在运送带232上运送，由间距装置233将容器C的运送间距调节到预定值，由运入侧星形轮234将容器C运入到第2基板212的测力传感器217上。另外，粉体充填完毕的容器C，由运出侧星形轮235从第2基板的测力传感器217上运出到运送带232上。
控制装置218进行的充填量控制动作如下(图19)。
(A)大投入阶段(图20)将大投入阶段的初期充填重量，设定为目标充填量(Wo)的α(例如98％)。
(1)用闸板作动装置228打开闸板215，闸板215保持为预定的大开度(步骤(1))。
(2)在闸板215的开启开始时，起动落下时间计测定时器(步骤(2))。在测力传感器217检测出粉体重量时(步骤(3))，停止落下时间计测定时器，输出粉体从充填料斗214的出口开口到容器C的落下时间(tτ)(步骤(4))。该落下时间(tτ)储存到储存器内(步骤(5))。
另外，控制装置218，采用最近的N次循环充填作业计测的、储存着的落下时间的平均值，作为后述落差量计算中用的上述的落下时间。
(3)测力传感器217的检测值，到达大投入阶段的上述初期充填重量(Wo×α)时，由闸板作动装置228将闸板215变更到预定的小开度(步骤(6)、(7))。
闸板215被切换到小开度后，测力传感器217的检测值如图20所示地，超过峰值降低，这是因为粉体的落下加速度在其碰撞时作用于测力传感器217，测力传感器217的计测值超过了容器C内充填完毕的实际重量的缘故。
(B)小投入阶段(图20、图21)(1)将闸板215切换成小开度后，在充填时间Tn+1、Tn中的测力传感器217的检测值W(Tn+1)、W(n)，受上述粉体的落下加速度的冲击的作用，显示出下式(1)，可看到测力传感器217的检测值超过上述的峰值。
W(Tn+1)-W(Tn)＜0…(1)在上式(1)后，由于W(Tn+1)-W(Tn)＞|A| …(2)所以，可看到已移至小投入阶段。其中，例如A＝10g，采样周期＝10msec。
上式(2)成立后，例如将amsec(确认进入了稳定的线形区域的安全率时间)的经过时刻的测力传感器217的检测值作为小投入阶段的线形开始点Wsp，进行检测(步骤(8))。
(2)计测从充填料斗214流出的粉体的流量q(步骤(9))。求从Wsp例如经过bmsec后的测力传感器217的检测值Wtp(图22)。流量q用下式(3)决定。
q＝(Wtp-Wsp)/b…(3)因此，设从Wsp到达时起的经过时间为t，则向容器C内充填的充填重量W为W＝[(Wtp-Wsp)/b]×t+Wsp…(4)(3)从闸板215关闭的充填料斗214的出口开口到容器C之间的空中存在的落差量Wh，从上述的落下时间(tτ)和流量(q)，用下式(5)算出(步骤(10))。
Wh＝[(Wtp-Wsp)/b]×tτ…(5)(4)计算闸板215的关闭时间(步骤(11))。在小投入阶段，把向容器C充填完毕的充填重量W到达W＝Wo-Wh…(6)时的时间，作为闸板215的关闭时间。将上式(6)代入上式(4)，则得到关闭时间t为t＝(Wo-Wh-Wsp)×b/(Wtp-Wsp) …(7)。
(5)根据上式(4)算出的关闭时间t，设定关闭时间定时器的值(步骤(12))。然后，起动关闭时间定时器(步骤(13))，在关闭时间定时器的计时值到达设定值的时刻(步骤(14))，关闭闸板215(步骤(15))，结束充填。
上述构造的旋转充填机210中，如图17所示，转台213、第1基板211及第2基板212，例如以T秒钟转一圈，在最初的t1秒内，从运入侧星形轮234运入第2基板212的测力传感器217上的容器C的重量，由测力传感器217检测，在接着的t2秒内，实施从充填料斗214向容器C投入的大投入阶段，以大流量实施充填，在接着的t3秒内，实施从充填料斗214向容器C投入的小投入阶段，以微小流量实施高精度的充填。然后，经过t4秒的稳定区域(富余时间)后，在t5秒内，由运出侧星形轮235将向充填完毕的容器C运出到运送带232，在下一个t6秒内，容器C不载置在测力传感器217上。
本实施例具有以下①～③作用。
①在大投入阶段，将闸板215打开至预定开度，以大流量将粉体充填到容器C内，直到一定的初期充填量，所以，可高速充填粉体。
②，在小投入阶段，算出从闸板215关闭的充填料斗214的出口到容器C之间空中(落下高度)存在的粉体量(落差量Wh)，在充填到容器C内的充填重量(W)到达W＝Wo-Wh时，关闭闸板215。这样，一边充填粉体，一边实时地计测粉体的落下时间tτ、粉体的流量q，根据该计测结果，决定闸板215的关闭时间。因此，不受粉体性状变化的影响，不需要容器C的品种切换时间，可实现高精度的充填。
③落差量Wh的计算中所用的粉体落下时间tτ，采用最近的N次充填作业中计测的落下时间tτ的平均值，可提高充填精度。
另外，上述实施例中，是以粉粒体为例进行说明的，但也适用粒体的情形。另外，上述实施例中，是以旋转充填机为例进行说明的，但本发明也适用于其它的充填机。
产业上利用的可能性如上所述，根据本发明的粉粒体充填方法和装置，在把洗衣粉、漂白粉、溶剂、药剂等的粉粒体向容器内充填时，可以高速且高精度地充填粉粒体。
很显然，根据本发明的教导还可以有其他一些变形例，由此，可知在本发明的权利要求
的范围内，也可能有超出说明书描述的另外的实施例。
权利要求
1.粉粒体的充填方法，其特征在于，把储存在储存部的粉粒体向被充填体充填的目标充填量分为第1阶段目标充填重量和第2阶段目标充填重量；该方法包括首先，在第1阶段充填中，将设置在上述储存部的开闭机构设定为预定开度，将粉粒体从上述储存部往被充填体内充填直到第1阶段目标充填重量为止；接着，在第2阶段充填中，使上述开闭机构从上述预定开度关闭，检测某微小时间内的开闭机构的关闭动作移动量和粉粒体的充填重量，从这些检测值计算并计测该微小时间内的粉粒体流动性；根据该流动性，算出下一个微小时间内的上述开闭机构的关闭动作移动量及关闭动作移动速度，使开闭机构作关闭动作，将粉粒体往被充填体内充填直到上述目标充填重量为止。
2.粉粒体的充填装置，其特征在于具有储存粉粒体的储存部；设置在上述储存部上、由开闭动作连续地调节从该储存部供给被充填体的粉粒体供给量的开闭机构；检测该开闭机构的开闭动作移动量的移动量检测器；检测向上述被充填体充填粉粒体的充填重量的重量检测器；控制上述开闭机构的开闭动作的控制装置；上述控制装置，在第1阶段充填中，将开闭机构设定为预定开度，将粉粒体从上述储存部往被充填体内充填直到第1阶段目标充填重量为止；在第2阶段充填中，使上述开闭机构从上述预定开度作关闭动作，从在某微小时间内上述移动量检测器和重量检测器分别检测出的开闭机构的关闭动作移动量和粉粒体的充填重量，计算并计测该微小时间内的粉粒体的流动性；根据该流动性，算出下一个微小时间内的开闭机构的关闭动作移动量和关闭动作移动速度，使开闭机构作关闭动作，将粉粒体往被充填体内充填直到上述目标充填重量为止。
3.粉粒体的充填方法，用设在储存部上的开闭装置的开闭控制，将储存在储存部内的粉粒体充填到被充填体内时，在大投入阶段，充填一定的初期充填量，接着在小投入阶段，充填剩余的充填量，直到充填至目标充填量(Wo)，其特征在于包括计测在大投入阶段粉粒体从储存部出口开口向被充填体落下的时间(tτ)；计测在小投入阶段从储存部流出的粉粒体的流量(q)；用式Wh＝q×tτ，算出在小投入阶段，从开闭装置关闭的储存部出口开口直下到被充填体之间空中存在的落差量(Wh)；把在小投入阶段，向被充填体充填完毕的充填重量(W)到达W＝Wo-Wh时的时间作为开闭装置的关闭时间。
4.如权利要求
3所述的粉粒体充填方法，其特征在于，上述落差量计算中所用的粉粒体的落下时间，是最接近的N次充填作业中计测的落下时间平均值。
5.粉粒体的充填装置，其特征在于具有储存粉粒体的储存部；设置在储存部、开闭储存部出口开口的开闭装置；检测从储存部向被充填体供给的粉粒体充填重量的重量检测器；控制装置，该控制装置控制开闭装置的开闭，在大投入阶段充填一定的初期充填量，接着在小投入阶段充填剩余充填量，直到充填至目标充填量(Wo)；上述控制装置得到重量检测器的检测结果，计测粉粒体在大投入阶段从储存部出口开口向被充填体的落下时间(tτ)，并且计测在小投入阶段从储存部流出的粉粒体的流量(q)，用式Wh＝q×tτ计算在小投入阶段由开闭装置关闭的储存部出口开口直下到被充填体之间空中存在的落差量(Wh)，把在小投入阶段向被充填体充填完毕的充填量(W)达到W＝Wo-Wh的时间，作为开闭装置的关闭时间。
6.如权利要求
5所述的粉粒体的充填装置，其特征在于，上述落差量计算中所用的粉粒体的落下时间，是最接近的N次充填作业中计测的落下时间平均值。
专利摘要
本发明提供一种粉粒体的充填方法及装置，其具有充填粉粒体的计量升、将粉粒体充填到计量升内的充填机构、将充填在上述计量升内的粉粒体投入容器内的投入机构、备有计量器并运送上述容器的运送机构和控制部，该控制部将追加投入量相对于时间近似为直线，并根据该近似直线和设定充填重量，使上述投入机构动作。
文档编号B65B1/30GKCN1120114SQ96198994
公开日2003年9月3日 申请日期1996年12月3日
发明者石川尚夫, 明沢茂, 宫崎信雄, 品川贵弘 申请人:花王株式会社