(57)【要約】【課題】容器内に充填された被充填物の密度を高めて、被充填物の充填量が不足するのを防止することが目的とされる。【解決手段】充填装置１は、被充填物を容器１０１に充填する装置であって、充填部２、及び測定部３を備える。充填部２は、筒状部材２１と、押出機構２２とを有する。筒状部材２１の先端２１ｂは容器１０１に挿入される。押出機構２２は、先端２１ｂから容器１０１へと被充填物を押し出す。充填時において充填部２は、先端２１ｂから容器１０１内に押し出した被充填物を、その直後に先端２１ｂから押し出す被充填物で押し込む。そして、充填時において測定部３は、被充填物が容器１０１に押し込まれる力、すなわち容器１０１内の被充填物にかかる圧力を測定する。【選択図】図１
2008308223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被充填物を容器に充填する装置であって、
前記容器内に挿入される挿入部材を有し、前記挿入部材の先端から前記容器内へと前記被充填物を押し出す充填部と、
測定部と
を備え、
前記被充填物の充填時において、
前記充填部は、前記先端から押し出した前記被充填物を、その直後に前記先端から押し出す前記被充填物で押し込み、
前記測定部は、前記被充填物が押し込まれる力を測定する、
充填装置。
【請求項２】
前記先端と前記容器とを相対的に移動させる機構を更に備え、
前記測定部で測定された前記力が所定の範囲内になるように前記機構を制御する、請求項１記載の充填装置。
【請求項３】
前記測定部で測定された前記力に基づいて、前記先端と前記容器との相対的な移動量を調節する、請求項１または請求項２記載の充填装置。
【請求項４】
前記測定部で測定された前記力が所定の範囲内になるように前記押出機構を制御する、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の充填装置。
【請求項５】
前記測定部で測定された前記力に基づいて、前記先端からの前記被充填物の押し出し量を調節する、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の充填装置。
【請求項６】
前記測定部で測定された前記力に基づいて、前記先端と前記容器とを相対的に移動させる機構を更に備える、請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の充填装置。
【請求項７】
前記測定部は、充填後の前記容器内の前記被充填物の重量を測定することができる、請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は充填装置に関し、特に粉状の被充填物の充填に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、容器への粉状の被充填物の充填には、充填装置が用いられている。具体的には、充填装置は、容器へと被充填物を導く筒状の部材（以下、「筒状部材」という。）と、筒状部材の先端から被充填物を押し出す押出機構とを備えている。
【０００３】
従来の充填装置では、筒状部材の先端から押し出された被充填物は、自由落下により容器に充填されていた。このため、容器内に充填された被充填物の密度は小さかった。密度の低下は、特に粉状の被充填物において顕著である。
【０００４】
被充填物の密度が小さいと、所定容量の容器に充填できる被充填物の重量は小さくなってしまう。そして、所定重量の被充填物を充填するためには、容器の容量を大きくする必要があった。
【０００５】
そこで、下掲の特許文献１に開示されている充填装置が提案されている。かかる充填装置では、筒状部材の先端に板状の部材を配設して、容器内に充填された被充填物に圧力をかけている。そして、被充填物の充填とともに容器は、筒状部材に対して相対的に移動している。
【特許文献１】特開２００６−４４７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の充填装置では、充填時において容器は、予め決められた動作でしか移動しない。このため、容器内の被充填物にかかる圧力が一時的に低くなるおそれがある。圧力が低くなると、容器内に充填された被充填物の密度が小さくなり、延いては被充填物の充填量が不足してしまう。
【０００７】
本発明は上述した事情に鑑みて成されたものであり、容器内に充填された被充填物の密度を高めて、被充填物の充填量が不足するのを防止することが目的とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明にかかる充填装置は、被充填物を容器に充填する装置であって、充填部と測定部とを備える。充填部は、容器内に挿入される挿入部材を有し、挿入部材の先端から容器内へと被充填物を押し出す。被充填物の充填時において、充填部は、先端から押し出した被充填物を、その直後に先端から押し出す被充填物で押し込む。そして、測定部は、被充填物が押し込まれる力（圧力）を測定する。
【０００９】
第１の発明にかかる充填装置によれば、先端から押し出す被充填物を用いて、容器内の被充填物に力（圧力）をかけることができる。しかも、測定部での測定結果を用いて、被充填物が押し込まれる力（圧力）が一時的に低くなることを防止することができる。よって、容器内に充填された被充填物の密度を高めることができ、以って被充填物の充填量が不足するのを防止することできる。さらには、被充填物に力（圧力）をかけるための他の部材が必要でなく、充填装置の構造が簡略化される。
【００１０】
第２の発明にかかる充填装置は、第１の発明にかかる充填装置であって、先端と容器とを相対的に移動させる機構を更に備える。そして、測定部で測定された力（圧力）が所定の範囲内になるように機構を制御する。
【００１１】
第２の発明にかかる充填装置によれば、力（圧力）を所定の範囲内に制御することで、容器内に充填された被充填物の密度を高めつつ、均一にすることができる。
【００１２】
第３の発明にかかる充填装置は、第１または第２の発明にかかる充填装置であって、測定部で測定された力（圧力）に基づいて、先端と容器との相対的な移動量を調節する。
【００１３】
第３の発明にかかる充填装置によれば、力（圧力）を所定の範囲に制御することができる。
【００１４】
第４の発明にかかる充填装置は、第１乃至第３の発明のいずれか一つにかかる充填装置であって、測定部で測定された力（圧力）が所定の範囲内になるように押出機構を制御する。
【００１５】
第４の発明にかかる充填装置によれば、力（圧力）を所定の範囲内に制御することで、容器内に充填された被充填物の密度を高めつつ、均一にすることができる。
【００１６】
第５の発明にかかる充填装置は、第１乃至第４の発明のいずれか一つにかかる充填装置であって、測定部で測定された力（圧力）に基づいて、先端からの被充填物の押し出し量を調節する。
【００１７】
第６の発明にかかる充填装置は、第１乃至第５の発明のいずれか一つにかかる充填装置であって、測定部で測定された力（圧力）に基づいて、先端と容器とを相対的に移動させる機構を更に備える。
【００１８】
第５または第６の発明にかかる充填装置によれば、力（圧力）を所定の範囲に制御することができる。
【００１９】
第７の発明にかかる充填装置は、第１乃至第６の発明のいずれか一つに記載の充填装置であって、測定部は、充填後の容器内の被充填物の重量を測定することができる。
【００２０】
第７の発明にかかる充填装置によれば、重量を計測する計量器を、測定部として流用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にかかる充填装置によれば、先端から押し出す被充填物を用いて、容器内の被充填物に力（圧力）をかけることができる。しかも、測定部での測定結果を用いて、被充填物が押し込まれる力（圧力）が一時的に低くなることを防止することができる。よって、容器内に充填された被充填物の密度を高めることができ、以って被充填物の充填量が不足するのを防止することできる。さらには、被充填物に力（圧力）をかけるための他の部材が必要でなく、充填装置の構造が簡略化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
１．充填装置の構造
＜充填装置の概略＞
図１は、本発明の実施の形態にかかる充填装置１を概念的に示す図である。充填装置１は、被充填物を容器１０１に充填する装置であって、充填部２、測定部３、昇降機構５、及び制御部６を備える。被充填物には、ウコン粉などの粉状のものが採用できる。なお以下では、鉛直方向についての上側及び下側を、それぞれ単に「上側」及び「下側」と表現している。
【００２３】
＜充填部＞
充填部２は、筒状部材２１と、押出機構２２とを有する。筒状部材２１は、上側の端２１ａから投入された被充填物を、容器１０１内へと導く。筒状部材２１の端２１ａ側の部分は、被充填物の投入を容易にするために、端２１ａに行くに従って拡がっている。
【００２４】
筒状部材２１の下側の端（以下、「先端」という。）２１ｂは、容器１０１に挿入される。そして、先端２１ｂからは被充填物が排出される。なお、筒状部材２１の先端２１ｂが容器１０１に挿入されることに鑑みれば、筒状部材２１を挿入部材と把握することができる。
【００２５】
図１では、筒状部材２１の先端２１ｂに菊座２３が取り付けられている。菊座２３を取り付けることで、先端２１ｂから排出される被充填物の落下や凝集が防止される。
【００２６】
押出機構２２は、筒状部材２１の先端２１ｂから被充填物を押し出す機構であって、スクリュー２２１と、スクリュー２２１を回転する駆動部２２２とを有する。
【００２７】
スクリュー２２１は、筒状部材２１の内側に配置されている。具体的には、スクリュー２２１は、回転軸２２１１と、プロペラ２２１２とを有する。回転軸２２１１は、筒状部材２１の上側の端２１ａから挿入されて、先端２１ｂまで延びている。プロペラ２２１２は、回転軸２２１１に固定されており、回転軸２２１１の周りを先端２１ｂから上側の端２１ａに向かって、らせん状に延びている。
【００２８】
押出機構２２は、駆動部２２２でスクリュー２２１を回転することで、筒状部材２１内の被充填物を先端２１ｂ側へと導き、先端２１ｂから被充填物を押し出す。
【００２９】
特に先端２１ｂを容器１０１に挿入した状態で被充填物を押し出す場合には、先端２１ｂから容器１０１内に押し出された被充填物は、その直後に先端２１ｂから押し出される被充填物によって押し込まれる。
【００３０】
よって、容器１０１内の被充填物に力（圧力）がかかり、被充填物の密度が高まる。しかも、被充填物に力（圧力）をかけるための他の部材が必要でなく、充填装置１の構造が簡略化されている。
【００３１】
＜測定部＞
測定部３は、被充填物の充填時において被充填物が容器１０１に押し込まれる力、すなわち容器１０１内の被充填物にかかる圧力を測定することができる。
【００３２】
具体的に測定部３には、重量を測定する計量器が用いられる。被充填物の充填時においては、計量器では、容器１０１内の被充填物の重量と、容器１０１内の被充填物にかかる圧力とを加算したものが、測定値として得られる。
【００３３】
容器１０１に充填される被充填物の重量が、容器１０１内の被充填物にかかる圧力に比べて小さい場合には、計量器での測定値をそのまま、容器１０１内の被充填物にかかる圧力として用いる。
【００３４】
測定部３に計量器を用いると、容器１０１への充填後の被充填物の重量の測定にも、測定部３を用いることができる。よって、充填装置１の構造が簡略化される。
【００３５】
＜昇降機構＞
昇降機構５は、容器１０１を昇降する機構であって、例えばボールネジや、シリンダ、電磁アクチュエータなどが採用される。なお、シリンダには、油圧式のものや、空気圧式のものがある。
【００３６】
図１では、昇降機構５としてシリンダを採用した場合が示されている。シリンダは、筒５１と、筒が延びた方向に沿って移動可能な可動部５２とを有する。図１では、可動部５２を上にして、シリンダを立てて配置している。これにより、可動部５２は上下に移動し、かつ上側の端部５２ａに容器１０１等を載置することができる。
【００３７】
可動部５２の下側の端部５２ｂは、筒５１内に位置し、自身に対して筒５１内の上側の空間５１１と、下側の空間５１２とに隙間なく仕切っている。よって、空間５１１，５１２のそれぞれの圧力を異ならせることができる。端部５２ａには、移動させる対象、すなわち容器１０１が載置される。図１では端部５２ａに、容器１０１の他に測定部３も載置されている。
【００３８】
シリンダでは、空間５１１と空間５１２との圧力差を利用して、可動部５２を移動させる。すなわち、空間５１２の圧力を、空間５１１の圧力よりも高くすることで、可動部５２は上側へと移動する。他方、空間５１２の圧力を、空間５１１の圧力よりも小さくすることで、可動部５２は下側へと移動する。これにより、端部５２ａに載置された容器１０１を昇降させることができる。
【００３９】
昇降機構５にボールネジや電磁アクチュエータを採用した場合にも、シリンダとは動作原理は異なるが、容器１０１を昇降させることができる。
【００４０】
＜制御部＞
制御部６は、押出機構２２及び昇降機構５を制御する。特に被充填物の充填時においては、制御部６は、測定部３での測定結果を測定部３から得て、かかる測定結果に基づいて押出機構２２及び昇降機構５を制御する。詳細については、「２．充填装置の動作」で説明する。
【００４１】
＜変形例１＞
測定部３に関し、計量器を用いる場合において、容器１０１に充填される被充填物の重量が、容器１０１内の被充填物にかかる圧力と同程度である場合には、測定値と圧力とには大きな差があるので、測定値をそのまま圧力として用いることができない。
【００４２】
かかる場合には、容器１０１に充填されている被充填物の重量を予測して、圧力を求めることが望ましい。
【００４３】
もちろん、容器１０１に充填される被充填物の重量が、容器１０１内の被充填物にかかる圧力に比べて小さい場合であっても、同様に圧力を求めても良い。圧力を求めることで、圧力の制御の精度が高まる。
【００４４】
＜変形例２＞
制御部６に関し、図１では押出機構２２と昇降機構５の制御とを一つの制御部６で制御しているが、例えば押出機構２２と昇降機構５とをそれぞれ、別個の制御部で制御しても良い。
【００４５】
かかる態様によれば、制御部の個数は多くなる。しかし、制御部が故障した場合には、故障したものだけを交換すれば良いので、充填装置の修復が容易であり、しかも修復に必要なコストが低減できる。
【００４６】
＜変形例３＞
図１では、昇降機構５で容器１０１を昇降させているが、例えば昇降機構５で充填部２を昇降させても良い。この場合も上述したのと同様に、被充填物の充填時に充填部２によって、先端２１ｂから容器１０１内に押し出した被充填物を、その直後に先端２１ｂから押し出す被充填物で押し込むことができる。
【００４７】
しかも、容器１０１を昇降させる必要がないので、空の容器１０１を充填部２の下まで移動させやすい。また、充填された容器１０１を充填部２の下から他の場所へと移動させやすい。
【００４８】
図１に示される充填装置１を含めて、上記内容は次のように把握することができる。すなわち、昇降機構５は、筒状部材２１の先端２１ｂと、容器１０１とを相対的に移動させる。
【００４９】
２．充填装置の動作
図１の他に、図２〜図４を用いて、充填装置１の動作について説明する。なお、図１〜図４のいずれにおいても、被充填物の充填状態がハッチングによって示されている。
【００５０】
＜第１段階＞
図１は、容器１０１への被充填物の充填が開始される直前の状態を示している。具体的には、筒状部材２１の先端２１ｂが、空の容器１０１の底近傍まで挿入されている。
【００５１】
そして、容器１０１への被充填物の充填を開始する（図２）。被充填物の充填時には、上述したように充填部２は、先端２１ｂから容器１０１内に押し出した被充填物を、その直後に先端２１ｂから押し出す被充填物で押し込む。なお、この状態を図２では実線矢印ｄ１で示している。
【００５２】
これにより、先端２１ｂから押し出す被充填物を用いて、容器１０１内の被充填物に力（圧力）をかけることができるので、容器１０１内に充填された被充填物の密度を高めることができる。
【００５３】
＜第２段階＞
容器１０１への被充填物の充填を開始してからは（図２）、容器１０１内に被充填物が、ある程度充填されるまで（図３）、被充填物を容器１０１に押し込みながら、充填部２から被充填物を容器１０１に押し出して充填する。そして、これに並行して昇降機構５で、容器１０１を下側へと移動させる。
【００５４】
なお、充填時に被充填物の重量を測定することは、容器１０１内の被充填物にかかる力（圧力）が影響するので困難である。よって、例えば充填された被充填物の高さや、充填時間などを目安にして、容器１０１内の被充填物の重量が、容器１０１に充填する充填量の例えば８０〜９０％程度になるようにする。
【００５５】
被充填物を充填する際には、被充填物が押し込まれる力（圧力）が一時的に低くなることを、防止することが好ましい。なぜなら、容器１０１内に充填された被充填物の密度を高めつつ、均一にすることができるからである。これにより、容器１０１への被充填物の充填量が不足するのを、防止することができる。
【００５６】
そこで、測定部３で測定された力（圧力）が所定の範囲内になるように、制御部６で押出機構２２及び昇降機構５の少なくともいずれか一方を制御する。具体的には制御部６は、以下の制御（その１）や制御（その２）を行う。
【００５７】
１．制御（その１）
制御部６は、押出機構２２については、駆動部２２２の駆動のＯＮ／ＯＦＦを制御する。そして、昇降機構５については、制御部６は、シリンダの空間５１１，５１２の圧力を制御して、可動部５２の移動量を調節する。昇降機構５に対する制御は、測定部３での測定結果、すなわち測定部３で測定された力（圧力）に基づいて行う。
【００５８】
２．制御（その２）
押出機構２２において駆動部２２２に、インバータ制御できるモータを採用した場合には、制御部６は次のような制御を行うことができる。
【００５９】
すなわち制御部６は、押出機構２２については、駆動部２２２を制御することでスクリュー２２１の回転数を調節して、先端２１ｂからの被充填物の押し出し量を調節する。駆動部２２２に対する制御は、測定部３での測定結果、すなわち測定部３で測定された力（圧力）に基づいて行う。
【００６０】
そして、昇降機構５については、制御部６は可動部５２の移動を制御する。昇降機構５に対する制御は、可動部５２を予め決められた動作で移動させるものでも良いし、測定部３の測定結果に基づいて移動量を調節しつつ、可動部５２を移動させるものでも良い。ただし、後者の方が、測定部３での測定結果に基づいて押出機構２２及び昇降機構５の両方を制御するので、測定部３で測定された力（圧力）を、より狭い範囲内に制御することができる。
【００６１】
＜第３段階＞
容器１０１内に被充填物がある程度充填された後は、筒状部材２１の先端２１ｂを容器１０１から離す（図４）。そして、計量器で容器１０１内の被充填物の重量を測定する。先端２１ｂが容器１０１から離れているので、容器１０１内の被充填物には力（圧力）がかからない。これは、先端２１ｂから押し出した直後の被充填物と、容器１０１内の被充填物とが接触しないからである。よって、計量器で、容器１０１内の被充填物の重量を精度良く測定することができる。
【００６２】
そして、計量器の測定値に基づいて、不足分だけ被充填物を容器１０１へと充填する（図４）。これにより、容器１０１に被充填物を、所定量だけ精度良く充填することができる。なお、先端２１ｂが容器１０１から離れているので、このとき充填される被充填物は、先端２１ｂから押し出された後は自然落下によって、既に充填されている被充填物の上に降り積もる。この状態を図４では破線矢印ｄ２で示している。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態にかかる充填装置を概念的に示す図である。
【図２】充填装置の動作を順に示す図である。
【図３】充填装置の動作を順に示す図である。
【図４】充填装置の動作を順に示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  充填装置
２  充填部
３  測定部
５  昇降機構
２１  筒状部材
２２  押出機構
２１ｂ  先端
１０１  容器
【図１】
2008308223.tif 000003
【図２】
2008308223.tif 000004
【図３】
2008308223.tif 000005
【図４】
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