(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリューフィーダをモータによって回転させ、前記スクリューフィーダにより粉粒体を押し出すことによって該粉粒体を充填袋に充填する粉粒体充填装置であって、充填の際に、始めに大出しを行い、充填すべき粉粒体のうち充填未完了分の重量が所定の無段階制御量に達したならば、前記大出しから、充填速度を無段階に徐々に低下させていく無段階減速へと移行する無段階制御方式の制御を行う粉粒体充填装置において、
今回の充填が完了し停止する直前の充填済みの粉粒体の重量の変化率である停止直前流量が所定の目標停止直前流量よりも大きい場合には、次回の充填で用いる無段階制御量を今回の充填で用いた無段階制御量よりも大きくし、一方、今回の停止直前流量が目標停止直前流量よりも小さい場合には、次回の充填で用いる無段階制御量を今回の充填で用いた無段階制御量よりも小さくする制御を行う
ことを特徴とする粉粒体充填装置。
【請求項２】
スクリューフィーダをモータによって回転させ、前記スクリューフィーダにより粉粒体を押し出すことによって該粉粒体を充填袋に充填する粉粒体充填装置の制御方法であって、充填の際に、始めに大出しを行い、充填すべき粉粒体のうち充填未完了分の重量が所定の無段階制御量に達したならば、前記大出しから、充填速度を無段階に徐々に低下させていく無段階減速へと移行する無段階制御方式の制御を行う粉粒体充填装置の制御方法において、
今回の充填が完了し停止する直前の充填済みの粉粒体の重量の変化率である停止直前流量が所定の目標停止直前流量よりも大きい場合には、次回の充填で用いる無段階制御量を今回の充填で用いた無段階制御量よりも大きくし、一方、今回の停止直前流量が目標停止直前流量よりも小さい場合には、次回の充填で用いる無段階制御量を今回の充填で用いた無段階制御量よりも小さくする制御を行う
ことを特徴とする粉粒体充填装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は粉粒体充填装置およびその制御方法に関し、詳しくは、小麦粉やセメント等の粉粒体を予め定めた一定重量ずつ袋詰めする粉粒体充填装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、小麦粉やセメント等の粉粒体を袋詰めする際に、自動的に予め定めた一定重量ずつ詰める粉粒体充填装置が提供されている。このような粉粒体充填装置では、効率を上げるため、袋に充填する量の精度の向上や充填時間の短縮が要求される。
【０００３】
袋に充填する量の精度は充填速度を落として少量ずつ充填することによって向上することができるが、こうなると充填時間が長くかかってしまうことになる。すなわち、充填精度の向上と充填時間の短縮とは相反する事柄であり、このため、粉粒体充填装置では、充填精度の向上および充填時間の短縮の両者をある程度満足することができる妥協点を見出し、それを実現するように構成する必要がある。
【０００４】
そこで、従来の粉粒体充填装置では、充填開始から所定量の充填が完了するまでは粉粒体充填装置の最大能力に近い所定の高速度で粉粒体の充填を行い（以下「大出し」という）、この所定量の充填が完了したならば、粉粒体の充填速度を所定の低速度に落として充填を行い（以下「小出し」という）、この所定の低速度のままで充填完了まで充填を行う２段階制御方式を採用していた。
【０００５】
この従来の粉粒体充填装置によれば、大出しの期間によって充填時間の短縮を実現し、小出しの期間によって充填精度の向上を実現することができる。
【０００６】
ところが、従来よりもさらに充填精度の向上および充填時間の短縮の両立を突き詰めていくと、この２段階制御方式の粉粒体充填装置では、小出しの期間において上述と同様の問題が生じてしまう。すなわち、小出しの期間における充填速度をより低速にすれば充填精度を向上することができるが、こうなると充填時間が長くかかってしまうことになる。
【０００７】
そこで、本出願人は、特開平８−２９２０８４号公報に開示されるように、従来の２段階制御方式の粉粒体充填装置における小出しの期間において充填速度を無段階に徐々に低下させていくことによって（以下「無段階減速」という）、充填精度の向上および充填時間の短縮の両立を実現する無段階制御方式を採用した粉粒体充填装置を提案した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−２９２０８４号公報に開示された従来の粉粒体充填装置においても以下のような問題があった。
【０００９】
無段階制御方式を採用した粉粒体充填装置では、大出しの期間における充填速度および大出しから無段階減速へと移行するタイミングの２つのパラメータが、その性能に大きく影響するため、この２つのパラメータを最適に選択した運転条件で運転する必要がある。
【００１０】
ところで、このパラメータの最適な値は、充填する粉粒体の種類によっても変わってくるし、また、粉粒体充填装置の動作環境（温度、湿度等）によっても変わってしまう。
【００１１】
このため、上述のパラメータは、粉粒体充填装置で充填する粉粒体の種類を固定し、且つ粉粒体充填装置の動作環境（温度、湿度等）を一定に保つのであれば、予め求めたものに固定しておけばよいが、これでは汎用性に欠け、実用に耐え得るものではない。従って、粉粒体充填装置では、その時々の状況に応じてパラメータを最適なものに随時変更する必要がある。
【００１２】
ところが、従来の粉粒体充填装置では、このパラメータを自動的に求める仕組みがなく、オペレータが手作業でパラメータを調節する必要がある。すなわち、従来は、オペレータが試行錯誤を繰り返してパラメータを求める必要があり、作業が非常に煩雑であるという問題があった。
【００１３】
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、粉粒体を一定重量ずつ袋詰めする粉粒体充填装置において、運転条件を決定するパラメータを自動的に最適なものに変更し、袋に充填する量を目標量に精度よく近づけながら充填にかかる時間をより短縮することができる粉粒体充填装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、スクリューフィーダをモータによって回転させ、前記スクリューフィーダにより粉粒体を押し出すことによって該粉粒体を充填袋に充填する粉粒体充填装置であって、充填の際に、始めに大出しを行い、充填すべき粉粒体のうち充填未完了分の重量が所定の無段階制御量に達したならば、前記大出しから、充填速度を無段階に徐々に低下させていく無段階減速へと移行する無段階制御方式の制御を行う粉粒体充填装置において、今回の充填が完了し停止する直前の充填済みの粉粒体の重量の変化率である停止直前流量が所定の目標停止直前流量よりも大きい場合には、次回の充填で用いる無段階制御量を今回の充填で用いた無段階制御量よりも大きくし、一方、今回の停止直前流量が目標停止直前流量よりも小さい場合には、次回の充填で用いる無段階制御量を今回の充填で用いた無段階制御量よりも小さくする制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明による粉粒体充填装置の一実施の形態の概略構成を示す内部構成図である。
【００１７】
粉粒体充填装置１の上部には粉粒体供給口２が設けられており、この粉粒体供給口２から粉粒体充填装置１に対して粉粒体が供給される。粉粒体供給口２から供給された粉粒体は貯留槽３に貯留される。
【００１８】
４は撹拌用モータであり、貯留槽３内に設けた撹拌棒を回転させることによって、貯留槽３内に貯留された粉粒体を撹拌し、流動性を高める。
【００１９】
貯留槽３内の下部には供給用スクリューフィーダ５が設けられている。粉粒体充填装置１は、この供給用スクリューフィーダ５を供給用モータ６によって回転させることによって、貯留槽３内の粉粒体を連絡口７へと搬送する。
【００２０】
連絡口７へと搬送された粉粒体は、充填用モータ８によって回転させられる充填用スクリューフィーダ９によって図１における左方に押されて、ノズル１０から外部へと押し出される。
【００２１】
粉粒体を充填する充填袋（図示せず）は、その充填口にノズル１０を挿入するようにしてノズル１０に取り付けられ、ノズル１０から出る粉粒体が充填される。１１は作動スイッチであり、ノズル１０に充填袋が取り付けられる際に作動スイッチ１１が装置側に押されてオンする。すなわち、ノズル１０に充填袋が取り付けられることによって作動スイッチ１１がオンし、これによって充填用モータ８および供給用モータ６が作動を開始し、ノズル１０から充填袋に粉粒体が充填される。
【００２２】
粉粒体を充填中の充填袋はノズル１０によって支持されており、充填された粉粒体および充填袋の重量はノズル１０にかかることになる。また、ノズル１０は支柱１２に固定されており、一方この支柱１２は、複数の支柱１４によって、粉粒体充填装置１の本体に固定された支柱１３に取り付けられている。このため、ノズル１０に加わる荷重が変化すると、支柱１４が微妙にひずむ構造となっている。１５はたとえばひずみゲージを有するロードセルや差動トランスなどの重量検出手段であり、この重量検出手段１５は支柱１４に固定されており、支柱１４のひずみを電気信号に変換して出力する。この電気信号は充填袋に充填された粉粒体の重量に応じて変化する信号であり、従って、この重量検出手段１５が出力する電気信号によって、充填袋に充填された粉粒体の重量を求めることができる。
【００２３】
１６は、タッピング用モータ１７によって上下動するタッピング手段である。タッピング手段１６は、上下動する際にノズル１０に取り付けられた充填袋の下部を叩き、充填袋内の粉粒体の充填密度を上げるように作用する。このタッピング手段１６は、予め定めた一定の周期で充填袋に対するタッピングを行う。
【００２４】
また、１８は、粉粒体充填装置１の全体の動作の制御を行う制御部を有する制御ボードである。
【００２５】
ノズル１０に充填袋が取り付けられ、粉粒体の充填動作が開始されると、重量検出手段１５によって充填済みの粉粒体の重量が検出され、この検出結果が所定の重量に達した場合には、充填用モータ８および供給用モータ６を停止させ、充填を完了する。
【００２６】
上述のように、本実施の形態の粉粒体充填装置１では、供給用スクリューフィーダ５を供給用モータ６によって回転させることによって、貯留槽３内の粉粒体を連絡口７へと搬送し、続いて、充填用モータ８によって回転させられる充填用スクリューフィーダ９によって、連絡口７へと搬送された粉粒体をノズル１０から外部へと押し出す。従って、この粉粒体充填装置１では、供給用モータ６および充填用モータ８の回転速度によって充填速度が決定される。
【００２７】
このような粉粒体充填装置１において、本発明の発明者は、充填速度と充填精度の両立を実現するための制御に必要なパラメータを見つけ出すため、種々のパラメータの相関について実験による検証を行った。以下に、この検証の結果について示す。
【００２８】
なお、本実施の形態は、上述の無段階減速を行う制御方式を用いている。また、充填袋への粉粒体の充填が進み、充填すべき粉粒体のうち充填未完了分の重量が所定重量に達したときに、上述の大出しから無段階減速へと移行するものとし、この大出しから無段階減速へと移行するタイミングの所定重量を「無段階制御量」と呼ぶ。
【００２９】
無段階減速制御方式の粉粒体充填装置における粉粒体の充填時間および充填精度の調節を行う場合のパラメータとしては、上述のように、大出しの期間における充填速度および大出しから無段階減速へと移行するタイミングすなわち無段階制御量の２つが考えられるが、このうち大出しの期間における充填速度に関しては、粉粒体充填装置の充填性能の定格内の最大能力を用いるのが望ましいことは容易に推測することができる。
【００３０】
また、無段階減速制御方式の場合、このほかのパラメータとして、停止直前速度すなわち充填が完了し停止する直前の充填用スクリューフィーダ９の回転数が、粉粒体の充填時間および充填精度に影響を与えることが考えられる。
【００３１】
そこで、本発明者は、無段階制御量および停止直前速度（回転数）を変化させた種々の状況下で、充填時間および充填精度（標準偏差）がどのように変化するかの実験を行い、データを採取した。
【００３２】
また、充填の進行とともに増加する充填済みの粉粒体の重量を測定し、その変化率が充填時間や充填精度と関連するかについても調べた。なお、本実施の形態では、この重量の変化率として停止直前流量を対象とすることとした。ここで、停止直前流量とは、充填が完了し停止する直前の充填済みの粉粒体の重量の変化率であり、数１、数２、数３によって算出されるものである。
【００３３】
【数１】
ＷＷ０＝Ａｖｅｒａｇｅ（Ｗ０，Ｗ１，Ｗ２，・・・，Ｗ１０，Ｗ１１）
（ただし、本数式は電源周波数が５０Ｈｚの場合である。電源周波数が６０Ｈｚの場合には、Ｗ０〜Ｗ９の平均をＷＷ０とする。）
【００３４】
【数２】
ＷＷ２＝Ａｖｅｒａｇｅ（Ｗ２０，Ｗ２１，Ｗ２２，・・・，Ｗ３０，Ｗ３１）
（ただし、本数式は電源周波数が５０Ｈｚの場合である。電源周波数が６０Ｈｚの場合には、Ｗ２０〜Ｗ２９の平均をＷＷ２とする。）
【００３５】
【数３】
停止直前流量＝（ＷＷ０−ＷＷ２）×５［Ｋｇ／ｓ］
（ここで、５倍しているのは、単位系を［Ｋｇ／０．２ｓ］から［Ｋｇ／ｓ］に変換するためである。）
数１、数２において、Ｗ０は停止時の重量の計測値であり、Ｗｉは停止する（ｉ／１００）秒前の重量の計測値である（ただし、ｉ＝０〜１１、２０〜３１）。また、Ａｖｅｒａｇｅ（Ｘ，・・・，Ｙ）はＸ，・・・，Ｙの平均値を得る演算である。
【００３６】
図２は、回転数すなわち停止直前速度および無段階制御量を変化させた場合の標準偏差すなわち充填精度の変化をまとめた表図である。
【００３７】
図２の表では、たとえば、無段階制御量を１．５［Ｋｇ］にし、回転数を６０［ｒｐｍ］にしたときの標準偏差が２９．９［ｇ］であることを示している。
【００３８】
図３は、回転数すなわち停止直前速度および無段階制御量を変化させた場合の充填速度の変化をまとめた表図である。
【００３９】
図３の表では、たとえば、無段階制御量を１．５［Ｋｇ］にし、回転数を６０［ｒｐｍ］にしたときの充填時間が２．８０［ｓ］であることを示している。
【００４０】
図４は、回転数すなわち停止直前速度および無段階制御量を変化させた場合の停止直前流量の変化をまとめた表図である。
【００４１】
図４の表では、たとえば、無段階制御量を１．５［Ｋｇ］にし、回転数を６０［ｒｐｍ］にしたときの停止直前流量が４．３３［Ｋｇ／ｓ］であることを示している。
【００４２】
図２ないし図４の表に示した実験の結果を直線近似しグラフに表すと、図５ないし図７に示すようになる。
【００４３】
図５は、無段階制御量と標準偏差すなわち充填精度との関係をグラフにした図である。
【００４４】
図５において、横軸（ｘ軸）は無段階制御量であり、縦軸（ｙ軸）は標準偏差である。
【００４５】
図６は、無段階制御量と停止直前流量との関係をグラフにした図である。
【００４６】
図６において、横軸（ｘ軸）は無段階制御量であり、縦軸（ｙ軸）は停止直前流量である。
【００４７】
図７は、停止直前流量と標準偏差すなわち充填精度との関係をグラフにした図である。
【００４８】
図７において、横軸（ｘ軸）は停止直前流量であり、縦軸（ｙ軸）は標準偏差である。
【００４９】
以上の実験結果から次のようなことが考察される。
【００５０】
（１）充填時間は停止直前速度（回転数）よりも無段階制御量の影響を強く受ける。従って、停止直前速度は小さいほどよいということになるが、あまりに小さいと低速で回転する時間が長くなり、やはり充填時間が長くなってしまう。このため、停止直前速度（回転数）は６０〜９０［ｒｐｍ］程度が適当であると考えられる。
【００５１】
（２）無段階制御量と停止直前流量との間に高い相関が見られるので、無段階制御量を調整した結果を相対的に停止直前流量によって検出することができる。また、停止直前流量と充填精度（標準偏差）との間に高い相関が見られるので、停止直前流量を監視して、検出した停止直前流量が目標停止直前流量になるように、無段階制御量を調整するようにすれば、充填速度および充填精度を所望の範囲に維持するよう、自動制御を行うことができる。たとえば２０［ｇ］が適正な標準偏差であるとすると、停止直前流量が１．５〜２．０［Ｋｇ／ｓ］になるように無段階制御量を調整するよう制御するのが望ましい。
【００５２】
（３）図６を参照すると、無段階制御量から停止直前流量への回帰係数は（−２．０８［（Ｋｇ／ｓ）／Ｋｇ］）となる。つまり、無段階制御量を０．１［Ｋｇ］大きくすると、停止直前流量は０．２０８［Ｋｇ／ｓ］小さくなることを示す。ただし、この値は、大出しが粉粒体充填装置１の最大能力で行われていて、且つ無段階制御量が１．５〜３．０［Ｋｇ］の近傍でいえることである。これは、図６に示した近似式の適用範囲の関係からいえることである。
【００５３】
ここで、図１、図８を参照して本実施の形態の動作について説明する。
【００５４】
図８は、図１に示した本発明による粉粒体充填装置の一実施の形態における制御部の構成を示すブロック図である。
【００５５】
図８において、２０は目標停止直前流量等の情報をたとえばオペレータが入力する入力手段であり、１５は図１に示した重量検出手段であり、２１は重量検出手段１５から入力された重量を用いて数１に基づいて停止直前流量を求めるとともに、この求めた停止直前流量と入力手段２０から入力された目標停止直前流量とに基づいて新たな無段階制御量を決定する制御手段であり、２２は制御手段からの新たな無段階制御量に従ってモータを駆動するモータ駆動手段であり、６はモータ駆動手段２２に駆動制御される図１に示した供給用モータであり、８はモータ駆動手段２２に駆動制御される図１に示した充填用モータである。
【００５６】
粉粒体充填装置１を用いて粉粒体の充填を行う際、オペレータは粉粒体充填装置１の電源を投入するとともに、入力手段４によって、目標直前流量および、上述の回帰係数の逆数に相当し停止直前流量から無段階制御量を算出するための制御係数を入力する。このとき、入力手段４をたとえば数字入力ができるように構成しておき、目標直前流量や制御係数をオペレータが直接入力するようにしてもよいが、オペレータのスキルや入力ミスのおそれを考慮し、オペレータが操作する範囲を極力少なくするために、たとえば目標直前流量や制御係数を複数種類予め記憶しておき、オペレータにわかりやすい表現がされたボタンで選択させるようにするのが望ましい。
【００５７】
その後、オペレータは充填袋をノズル１０に取り付け、作動スイッチ１１をオンする。
【００５８】
作動スイッチ１１がオンされると、制御手段２１では入力手段２０から入力された目標直前流量および制御係数を参照して、目標直前流量および制御係数に対応して予め定められた無段階制御量を求め、この無段階制御量で運転するようモータ駆動手段２２を制御する。
【００５９】
この条件で供給用モータ６および充填用モータが回転し、粉粒体の充填が開始されると、重量検出手段１５は充填済み粉粒体の重量を検出し、随時制御手段２１に報告する。
【００６０】
今回の充填が完了すると、制御手段２１では、重量検出手段１５から随時報告された重量に基づいて今回の充填における停止直前流量を算出する。そして、数４に基づいて次回の充填で用いる新たな無段階制御量を算出する。
【００６１】
【数４】
新たな無段階制御量＝今回の無段階制御量−（目標停止直前流量−今回の停止直前流量）×制御係数
制御手段２１において、数４によって新たな無段階制御量が求まったならば、次回の充填の際にはこの新たな無段階制御量で運転するようモータ駆動手段２２を制御する。以降の充填の際にも同様にフィードバック制御を行う。
【００６２】
なお、検出した重量から求めた実際の停止直前流量が、目標停止直前流量に近づき、その差が所定範囲内にある回数が所定回数以上続いた場合には、無段階制御量を調整する処理を行わず、その際の無段階制御量にて運転を続行するようにしてもよい。
【００６３】
ところで、上述の実施の形態では、図５、図６、図７に示したように、直線近似した無段階制御量と停止直前流量との関係を用いて制御を行うようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、図９、図１０、図１１に示すように、曲線近似した無段階制御量と停止直前流量との関係を用いて制御を行うようにしてもよい。
【００６４】
図９は、無段階制御量と標準偏差すなわち充填精度との関係を曲線近似しグラフにした図である。
【００６５】
図９において、横軸（ｘ軸）は無段階制御量であり、縦軸（ｙ軸）は標準偏差である。
【００６６】
図１０は、無段階制御量と停止直前流量との関係を曲線近似しグラフにした図である。
【００６７】
図１０において、横軸（ｘ軸）は無段階制御量であり、縦軸（ｙ軸）は停止直前流量である。
【００６８】
図１１は、停止直前流量と標準偏差すなわち充填精度との関係を曲線近似しグラフにした図である。
【００６９】
図１１において、横軸（ｘ軸）は停止直前流量であり、縦軸（ｙ軸）は標準偏差である。
【００７０】
また、無段階制御量と停止直前流量との関係を表す関係式によって制御を行うのではなく、たとえば無段階制御量と停止直前流量との関係をサンプリングしてデジタル的に記憶したテーブルを設け、このテーブルに基づいて制御を行うようにしてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、粉粒体を一定重量ずつ袋詰めする粉粒体充填装置において、運転条件を決定するパラメータを自動的に最適なものに変更し、袋に充填する量を目標量に精度よく近づけながら充填にかかる時間をより短縮することができる粉粒体充填装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による粉粒体充填装置の一実施の形態の概略構成を示す内部構成図である。
【図２】回転数すなわち停止直前速度および無段階制御量を変化させた場合の標準偏差すなわち充填精度の変化をまとめた表図である。
【図３】回転数すなわち停止直前速度および無段階制御量を変化させた場合の充填速度の変化をまとめた表図である。
【図４】回転数すなわち停止直前速度および無段階制御量を変化させた場合の停止直前流量の変化をまとめた表図である。
【図５】無段階制御量と標準偏差すなわち充填精度との関係をグラフにした図である。
【図６】無段階制御量と停止直前流量との関係をグラフにした図である。
【図７】停止直前流量と標準偏差すなわち充填精度との関係をグラフにした図である。
【図８】図１に示した本発明による粉粒体充填装置の一実施の形態における制御部の構成を示すブロック図である。
【図９】無段階制御量と標準偏差すなわち充填精度との関係を曲線近似しグラフにした図である。
【図１０】無段階制御量と停止直前流量との関係を曲線近似しグラフにした図である。
【図１１】停止直前流量と標準偏差すなわち充填精度との関係を曲線近似しグラフにした図である。
【符号の説明】
１  粉粒体充填装置
２  粉粒体供給口
３  貯留槽
４  撹拌用モータ
５  供給用スクリューフィーダ
６  供給用モータ
７  連絡口
８  充填用モータ
９  充填用スクリューフィーダ
１０  ノズル
１１  作動スイッチ
１２、１３、１４  支柱
１５  重量検出手段
１６  タッピング手段
１７  タッピング用モータ
１８  制御ボード
２０  入力手段
２１  制御手段
２２  モータ駆動手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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