粉体充填方法および装置
【課題】粉体充填装置において、粉体の高精度の充填を高速で行う。
【解決手段】ホッパーに貯留された粉体を充填ノズルに移送し、この充填ノズルから、その下方にセットされる収納袋に前記粉体を供給・充填する粉体充填方法において、前記収納袋内の空気を排気して前記収納袋を扁平状態とした後に、前記充填ノズルからの粉体の供給・充填を行うことを特徴とする粉体充填方法、並びにこの方法を実施するための、粉体貯留部から供給される粉体を移送する第１，第２のスクリューコンベアと、第２のスクリューコンベアの直下に設けられた充填ノズルと、この充填ノズルの下方に設けられた収納袋保持手段と、前記充填ノズルの近傍に設けられている排気孔と排気手段、粉体充填開始に先立って、前記排気手段により、前記収納袋内を排気する排気制御手段を有することを特徴とする粉体充填装置。
【解決手段】ホッパーに貯留された粉体を充填ノズルに移送し、この充填ノズルから、その下方にセットされる収納袋に前記粉体を供給・充填する粉体充填方法において、前記収納袋内の空気を排気して前記収納袋を扁平状態とした後に、前記充填ノズルからの粉体の供給・充填を行うことを特徴とする粉体充填方法、並びにこの方法を実施するための、粉体貯留部から供給される粉体を移送する第１，第２のスクリューコンベアと、第２のスクリューコンベアの直下に設けられた充填ノズルと、この充填ノズルの下方に設けられた収納袋保持手段と、前記充填ノズルの近傍に設けられている排気孔と排気手段、粉体充填開始に先立って、前記排気手段により、前記収納袋内を排気する排気制御手段を有することを特徴とする粉体充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小麦粉などの粉体を収納袋に充填する粉体充填方法および装置に関するものであり、特に、粉体を短時間で収納袋に充填するとともに、収納袋に充填する充填量を高い精度で制御することのできる粉体充填方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７に示すように、従来技術では、粉体、特に小麦粉のような微細な粉体を収納袋に供給して充填するための粉体充填装置１５０は、粉体貯留部としてのホッパー１５２と、ホッパー１５２の下方に配置され、ホッパー１５２から流下する粉体をほぼ水平方向に移送する第１のスクリューコンベア１５４と、この第１のスクリューコンベア１５４のさらに下方に配置され、この第１のスクリューコンベア１５４で移送されて流下した粉体を、水平方向に移送する第２のスクリューコンベア１５６とを有しており、この第２のスクリューコンベア１５６で移送された粉体を充填ノズル１５８から吐出して収納袋１６０に充填するようになっていた。
【０００３】
この粉体充填装置１５０には、ホッパー１５２の内部に、ホッパー１５２内の粉体がブリッジを形成することを防止するための攪拌手段１６２が設けられている。また、第１のスクリューコンベア１５４の粉体移送方向における下流側の終端部に、粉体とともに移送される空気を排出する排気孔１６４が設けられている。
【０００４】
第２のスクリューコンベア１５６の粉体移送方向における下流側に配置された充填ノズル１５８は、収納袋１６０の開口部（図示されていない）に挿入して粉体を供給するために、第２のスクリューコンベア１５６の内径よりも小径にする必要があり、そのために、第２のスクリューコンベア１５６と充填ノズル１５８との接続部は、連続的に細くなるように形成されて、ノズル１５８の先端には、吐出口１６６が斜め下方に向かって開口して設けられている。
【０００５】
このような粉体充填装置は、例えば、特許文献１、特許文献２などに記載されている。
【特許文献１】特開平８−３３７３２１号公報
【特許文献２】特開２０００−１２８１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の粉体充填装置１５０は、上記のように構成されているので、第２のスクリューコンベア１５６の内径より充填ノズル１５８の内径が細くなっており、短時間で粉体の充填を行うために粉体を高速で移送しようとすると、充填ノズル１５８の連続的に縮径する部分（ラッパ管）に粉体が詰まり易く、吐出口１６６の径も大きくないので、粉体を短時間で包装袋に充填するのには必ずしも適した構造ではなかった。
【０００７】
また、上述の粉体充填装置１５０では、第２のスクリューコンベア（スクリューフィーダ）１５６の回転数を制御することにより、収納袋１６０への粉体の充填量が制御されるが、第２のスクリューコンベア１５６の低速回転時や停止時に、第２のスクリューコンベア１５６の移送量よりも多くの粉体が第１のスクリューコンベア１５４によって送り込まれると、過剰に送られた粉体が充填ノズル１５８のラッパ管で詰まってしまうため、第１のスクリューコンベア１５４による送りと第２のスクリューコンベア１５６による送りとを同調させる必要があり、そのための制御手段が必要となっていた。
【０００８】
さらに、充填ノズル１５８の吐出口１６６は、単に斜め下方に向かって開口しているのみの形状なので、充填ノズル１５８の内部で押し固められた粉体は、吐出口１６６の位置で割れて塊状となって落下するため、包装袋１６６に供給される粉体の量を高い精度で制御することは難しかった。
【０００９】
また、上述のラッパ管における詰まりを防ぐために、ラッパ管の近傍に圧縮空気を送入し、粉体を流動化する方法も用いられたが、そのための手段が必要であるし、さらに、粉体とともに余計な空気が収納袋１６０へ送られること等により、密閉性の高い収納袋に対し、嵩密度の高い状態での充填を行うことが難しいという問題があった。このため、通気性の高い収納袋を使用する必要があった。
【００１０】
通気性の高い収納袋を使用すると、粉体充填後の収納袋はそれらが複数重畳された際に、中の空気が収納袋外に抜けた状態（これを、粉体が脱気された状態という）になり、その後の輸送工程等における荷崩れ等のトラブルが防止される。
ところが、今般、特に食品分野においては密閉性の高い収納袋の使用が望まれてきている。
【００１１】
本発明の目的は、粉体を高速で充填するのに適し、かつ、密閉性の高い収納袋に供給される粉体の量を高い精度で制御可能とするとともに、充填される粉体の嵩密度を高め、充填後の収納袋サイズをコンパクト化すること（すなわち、充填される粉体の脱気度合いを高めること）のできる粉体充填方法および装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る粉体充填方法は、ホッパーに貯留された粉体を充填ノズルに移送し、この充填ノズルから、その下方にセットされる収納袋に前記粉体を供給・充填する粉体充填方法において、前記収納袋内の空気を排気して前記収納袋を扁平状態とした後に、前記充填ノズルからの粉体の供給・充填を行うことを特徴とする。
【００１３】
ここで、本発明に係る粉体充填方法においては、前記充填ノズルからの粉体の供給・充填は、少なくとも当初は、前記排気を継続しながら行うことを特徴とする。
また、前記排気の継続期間は、少なくとも高速で粉体の供給・充填を行う期間とすることが好ましい。
さらに、粉体の供給・充填が低速に切り換えられた時点で、前記排気を停止することが好ましい。
【００１４】
一方、本発明に係る粉体充填装置は、ホッパーを有し、このホッパーに粉体を貯留する粉体貯留部と、前記粉体貯留部の下方に配置され、前記粉体貯留部から供給される粉体をほぼ水平方向に移送する第１のスクリューコンベアと、前記第１のスクリューコンベアの粉体移送方向における下流側の終端部に配置された第２のスクリューコンベアと、前記第２のスクリューコンベアの直下に設けられた充填ノズルと、この充填ノズルの下方に設けられた粉体を収納する収納袋を保持する収納袋保持手段と、前記充填ノズルの近傍の少なくとも１箇所に設けられている吸気口と、前記吸気口から前記収納袋保持手段に保持されている収納袋内を排気する排気手段と、粉体充填開始に先立って、前記排気手段により、前記収納袋内を排気する排気制御手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
ここで、前記第２のスクリューコンベアは、その回転軸が鉛直に配置され、前記第２のスクリューコンベアの下側に位置する粉体移送方向における下流側の終端部に前記充填ノズルが形成されていることが好ましい。
【００１６】
また、前記充填ノズルは、ほぼ楕円形の突起した形状であって、中央に粉体を供給する充填口が、長軸に沿ったその両側に粉体とともに供給された空気を排出する排気孔が形成されていることが好ましく、前記収納袋保持手段は、前記収納袋を吊り下げて前記充填ノズルに密着して保持する収納袋保持アームと、この収納袋保持アームを駆動する保持アーム駆動機構とを有することが好ましい。
【００１７】
また、前記第２のスクリューコンベア、前記充填ノズルおよび前記収納袋保持手段は、一体的に構成されており、前記一体的に構成された前記第２のスクリューコンベア、前記充填ノズルおよび前記収納袋保持手段を支持してその総重量を計測することにより、前記収納袋保持手段に保持された前記収納袋に供給された粉体の重量を計測する計量手段をさらに有することが好ましい。
また、前記計量手段は、前記充填ノズルから前記収納袋への粉体の供給中に、前記収納袋に供給された粉体の重量を計測することが好ましく、前記収納袋に供給された粉体の重量を計測して、前記第１のスクリューコンベアを制御することが好ましい。
【００１８】
また、前記粉体貯留部には、前記ホッパー内の粉体を攪拌する攪拌手段を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る粉体充填装置は、上記のように構成されているので、充填ノズルの連続的に細くなった部分がなくなり、また、第２のスクリューコンベアの粉体移送方向における下流側の終端部または第２のスクリューコンベアの下側の開放部に充填ノズルが形成されているので、高速で粉体を送っても従来技術のように粉体が詰まることがなくなるとともに、第１のスクリューコンベアで移送された粉体を第２のスクリューコンベアで切り取って充填ノズルに移送するので、第１のスクリューコンベアが行った粉体の重量制御量が正しく収納袋内への充填量に反映される。また、第２のスクリューコンベアの内径も充分に大きくすることができるので、粉体の高精度の充填を高速で行うことができる。
【００２０】
さらに、本発明に係る粉体充填装置においては、粉体充填開始に先立って、排気手段により収納袋内を排気する排気制御手段を備え、粉体充填開始に先立って収納袋内を排気して、収納袋を排気された扁平な状態としておき、この状態で粉体充填開始するようにしたことにより、収納袋内に充填される際に、粉体が上述の扁平状態になった収納袋を押し広げて、充填されるようになるので、従来のように粉体が収納袋底部に直接落下することがなくなる。これにより、計量手段に影響を与えるおそれのある、粉体落下の際の衝撃が緩和され、粉体の計量精度が向上し、粉体の高精度の充填を高速で行うことができるようになる。
【００２１】
また、粉体が落下する際の衝撃で分散し、第２のスクリューコンベアの脱気機構（詳細については後述する）で高めた嵩密度が再度低下するということを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の粉体充填装置について、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す斜視図、図２は同実施形態の断面図である。図に示すように、この実施形態の粉体充填装置１０は、粉体貯留部としてのホッパー１２に貯留された粉体を、ホッパー１２の下方に配置された第１のスクリューコンベア１４で水平方向に移送し、この第１のスクリューコンベア１４の粉体移送方向における下流側の終端部に配置された第２のスクリューコンベア１６で下向きに移送して、第２のスクリューコンベア１６の直下に設けられた充填ノズル１８から収納袋２０に粉体を供給するものである。収納袋２０としては、４辺のうちの１辺が開口した通常の袋を利用でき、樹脂製、紙製、またはそれらの多層体等からなる、充填量に応じた各種のサイズの袋を用いることができる。
【００２３】
粉体貯留部としてのホッパー１２には、従来技術と同様に、粉体がブリッジを形成して粉体の流下を阻害することのないように、ホッパー１２の内部に粉体を攪拌する攪拌装置２２を有することが望ましい。この攪拌装置２２は、図２に示すように、回転する軸２４の周りに棒状の突起２６を設けてモータ２８で駆動するものなどを好適に使用することができる。この実施形態においては、攪拌装置２２は、従来の同種の装置に比して高速（例えば、最高回転数４００ｒｐｍ程度）で回転され、ホッパー１２において粉体を十分に攪拌する。
【００２４】
ホッパー１２の下方には、粉体貯留部としてのホッパー１２から流下して供給される粉体を水平方向に移送する第１のスクリューコンベア（スクリューフィーダ）１４が設けられている。この実施形態の第１のスクリューコンベア１４は、粉体を移送するための通常のスクリューコンベアであり、外筒３０の内面と僅かな間隙を保って回転するスクリュー３２がモータ３４によって駆動されて粉体を移送する。モータ３４によるスクリュー３２の回転は、後述する計量装置６２によって、収納袋２０への粉体の充填量に応じて制御される。この実施形態においては、スクリュー３２は、例えば、０ｒｐｍ〜２５００ｒｐｍの範囲で回転する。
【００２５】
第２のスクリューコンベア１６は、第１のスクリューコンベア１４と同様のスクリューコンベアであり、外筒３６の内面と僅かな間隙を保って回転するスクリュー３８がモータ４０によって駆動されて粉体を移送する。ここで、この実施形態では、第１のスクリューコンベア１４の粉体移送方向における下流側の終端部に、第２のスクリューコンベア１６の回転軸が鉛直に配置されている。
【００２６】
第１のスクリューコンベア１４と第２のスクリューコンベア１６との間隙には、第１のスクリューコンベア１４と第２のスクリューコンベア１６とを接続するゴムなどの可撓性の弾性体からなる接続部材４２が設けられている。これにより、第１のスクリューコンベア１４と第２のスクリューコンベア１６とが重量的に縁を切られ、後述するように、計量装置６２によって、第２のスクリューコンベア１６に入った粉体の重量を正確に計測できるようにされている。
【００２７】
この接続部材４２は、図２では可撓性であることを明確に示すためにベローズ状に描かれているが、実際には、粉体が滞留することを防止するために、少なくとも内面は平滑なチューブ状となっていることが望ましい。また、接続部材４２およびその周辺の、第１のスクリューコンベア１４と第２のスクリューコンベア１６との接続部は、第１のスクリューコンベア１４の断面積と同等の面積を有しており、ラッパ管（縮径管）を用いた従来の装置のように、この接続部に粉体が詰まることがないので、粉体を高速で移送できる。
【００２８】
また、第２のスクリューコンベア１６は、スクリュー３８の回転によって、第１のスクリューコンベア１４によって移送されてきた粉体を引き込んで、鉛直下方に移送し、第２のスクリューコンベア１６の下端に設けられた充填ノズル１８から収納袋２０に粉体を充填する。
【００２９】
また、スクリュー３８は、第１のスクリューコンベア１４のスクリュー３２や従来装置のスクリューコンベアに用いられるスクリューに比べて短く形成されているため、偏心量の許容範囲において、従来のスクリューよりも高速で回転させることができる。本実施形態では、スクリュー３８は、例えば、常に約２５００ｒｐｍで回転する。すなわち、第１のスクリューコンベア１４のスクリュー３２と同等かそれよりも速い速度で回転する。
【００３０】
第２のスクリューコンベア１６の下側に位置する粉体移送方向における下流側の終端部には、供給する粉体を収納袋２０に充填するための充填ノズル１８が配置されている。この充填ノズル１８は、図３（ａ）に断面図を、図３（ｂ）に下面図を示すように、第２のスクリューコンベア１６の直下に配置されたほぼ楕円形の突起した形状であって、中央に粉体を供給する充填口４４が、長軸に沿ったその両側に粉体とともに供給された空気を排出する排気孔４６が形成されているブロック体４８Ａを中心として構成されている。
【００３１】
この充填ノズル１８は、充填口４４が第２のスクリューコンベア１６の外筒３６の内径とほぼ同径かやや大径となる寸法で接続されており、第２のスクリューコンベア１６で移送された粉体は、そのまま充填ノズル１８のブロック体４８Ａに形成された充填口４４を通過して収納袋２０に充填される（矢印Ａ参照）。このとき、粉体と同時に空気が移送されてくるので、この空気を収納袋２０から排出するために排気孔４６が同じくブロック体４８Ａに形成されている。この排気孔４６は、充填口４４の上部に配置された空気室４８を経て、パイプ５０を通って外部に排出される（矢印Ｂ参照）。ここでは、排気用のブロワ６８を使用して排気を行っている。
【００３２】
この充填ノズル１８からの充填の際、充填ノズル１８から排出される粉体には、第２のスクリューコンベア１６での移送によって回転運動の慣性と遠心力が作用しているため、収納袋２０に充填された粉体は、中央部に集中して積み上がってしまうことがなく、収納袋２０の底部のほぼ全体に散布されるので、ほぼ平坦な充填面（充填された粉体の上面）が得られる。
【００３３】
ホッパー１２の攪拌装置２２の近傍、第１のスクリューコンベア１４の粉体移送方向における下流側の終端部の近傍、および、第２のスクリューコンベア１６の充填ノズル１８の近傍には、それぞれ、脱気口１００，１０２，１０４等が設けられている。脱気口１００，１０２，１０４は、攪拌によって粉体に混入し、粉体と共に移送される空気を粉体充填装置１０の外部に排出するためのもので、粉体充填装置１０の各部の壁等に配されたフィルタ１００ａ，１０２ａ，１０４ａと、これらのフィルタを通して脱気された空気を回収する脱気管１００ｂ，１０２ｂ，１０４ｂ等から構成される。さらに、脱気管１００ｂ，１０２ｂ，１０４ｂには、図示されていない吸気装置が接続され、それぞれが脱気機構を形成している。
【００３４】
フィルタ１００ａ，１０２ａ，１０４ａとしては、従来用いられている金網やパンチングメタル等のフィルタを始め、本出願人に係る、特開２０００−３３５７４８号公報、特開平８−２３１０５１号公報等に開示されるフィルタ等が好適に利用される。吸気装置によって吸引されることにより、粉体充填装置１０内の空気がフィルタ１００ａ，１０２ａ，１０４ａを通過して排出され、粉体充填装置１０内の粉体が脱気される。
【００３５】
なお、この実施形態では、脱気口を、粉体の攪拌量の大きい上記の３箇所に設けることにより、粉体脱気の効果を高めているが、本発明はこれには限定されず、これらのうちいずれか１つまたは２つが設けられていてもよい。
【００３６】
収納袋２０は、充填ノズル１８の下方の位置に、収納袋保持装置５２によって吊り下げて保持される。この収納袋保持装置５２は、収納袋２０の供給装置（図示されていない）で充填ノズル１８の位置に供給され、上側の開口部を開いて充填ノズル１８に被せるように配置された収納袋２０を、吊り下げた状態で充填ノズル１８に密着するように押し付けて保持するものであって、充填ノズル１８の楕円形の突起した形状に対応する形状の２個の収納袋保持アーム５４と、この収納袋保持アーム５４を開閉する保持アーム駆動機構５６とからなっている。そして、収納袋保持アーム５４の収納袋２０に接する面には、収納袋２０を確実に充填ノズル１８に密着させるために、ゴムなどの弾性体による押圧部材５８を配置しておくことが望ましい。
【００３７】
この実施形態の保持アーム駆動機構５６は、図１に示すように、ロータリーシリンダ６０によって収納袋保持アーム５４を揺動させるものであって、図２に想像線で示すように、ロータリーシリンダ６０が回動することによって収納袋保持アーム５４を揺動し、収納袋２０を保持し、あるいは開放する。
【００３８】
充填ノズル１８の後方（図２では右側）の位置には、収納袋２０に充填された粉体の重量を計量する計量装置６２が設けられている。この計量装置６２は、充填ノズル１８に吊り下げた状態で保持されている収納袋２０に充填される粉体の重量を、充填中に即時に計測するもので、第２のスクリューコンベア１６、充填ノズル１８、収納袋保持装置５２およびこれらに取り付けられた部品等を一体で支持することによって、それらの総重量を計測する。
【００３９】
そして、粉体の充填による上記総重量の増加分を計測することで、収納袋２０に充填された粉体の重量を計量する。すなわち、第２のスクリューコンベア１６、充填ノズル１８、収納袋保持装置５２を一体的に構成するとともに、これらを力の作用に関して他から独立させて、一体に構成された第２のスクリューコンベア１６、充填ノズル１８、収納袋保持装置５２、およびその内部の粉体の総重量を計量装置６２で計測するものである。
【００４０】
収納袋２０は、収納袋保持装置５２の収納袋保持アーム５４によって保持されているため、従来の粉体充填装置に採用されている、収納袋の底部を支持して重量を測定する計量装置では、収納袋２０およびその内部に充填された粉体の重量だけを高精度に計測することはできないが、上記の構成とすることより、充填ノズル１８と収納袋保持装置５２の収納袋保持アーム５４とによって圧接されて保持された収納袋２０であっても、その充填量を高精度に実測することができる。
【００４１】
前述の、第１のスクリューコンベア１４と第２のスクリューコンベア１６との間隙に設けられたゴムなどの可撓性の弾性体からなる接続部材４２は、計量装置６２による充填量の計量のためにも必要であり、この接続部材４２によって、第１のスクリューコンベア１４が第２のスクリューコンベア１６の重量を支えることがないように構成されている。このため、接続部材４２は、その剛性によって計測値に誤差が生じないように、充分な可撓性を有することが必要となる。計量装置６２には、従来公知の各種の計量装置を利用することができる。
【００４２】
計量装置６２は、収納袋２０に供給された粉体の重量を測定して、第１のスクリューコンベア１４を制御する。具体的には、充填開始時には、第１のスクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数を速くし、収納袋２０に供給された粉体の重量が収納袋２０に充填する所定の重量に近付いたときに、スクリュー３２の回転を減速し、所定の重量に到達したときに、スクリュー３２の回転を停止する。
【００４３】
一方、第２のスクリューコンベア１６のスクリュー３８は、充填開始時から常時第１のスクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数より高い回転数で回転され、第１のスクリューコンベア１４のスクリュー３２の停止後も回転を継続して、第２のスクリューコンベア１６と第１のスクリューコンベア１４（接続部材４２）との接続部６４の粉体をスクリュー３８で掻き落とすために所定の短い時間を経過してから停止する。
【００４４】
このように、第１のスクリューコンベア１４の停止に遅れて第２のスクリューコンベア１６を停止させることによって、第２のスクリューコンベア１６内に滞留している粉体を全量収納袋２０に充填することができるので、残留した粉体が次の充填に悪影響を及ぼすことがない。すなわち、従来技術のように、停止後に少量の粉体が落ち続けたり、粉体が塊状になって落下することがなくなり、収納袋２０への粉体の充填を素早く完了させることができ、かつ、高い精度で充填することができる。
【００４５】
また、第１のスクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数を上述のように制御することによって、第１のスクリューコンベア１４の停止のタイミング、すなわち、充填終了のタイミングを高精度に制御することができ、高い充填精度を得ることができる。
【００４６】
なお、第２のスクリューコンベア１６のスクリュー３８は、充填開始、あるいはその所定時間前から、充填完了（第１のスクリューコンベア１４の停止の所定時間後）、あるいはその所定時間後まで、一定の速度で回転させればよいが、必要に応じて、第１のスクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転を減速するのと同期して、第２のスクリューコンベア１６のスクリュー３８の回転を減速させてもよい。
【００４７】
ところで、前述のように、従来は、塊状の粉体がまとまって収納袋２０内に落下することがあり、この粉体落下の際の衝撃が原因で粉体の計量精度が低下することがあったが、本実施形態に係る粉体充填装置では、以下に説明するような排気機構を備え、粉体充填開始に先立って収納袋内を排気して、収納袋を排気された扁平な状態（図２中に、想像線で示されている：２０Ａ）としておき、この状態で粉体充填を開始するようにしたことにより、このような精度低下を防止している。
【００４８】
上述の排気機構は、図４にブロック図で例示したように、充填ノズル１８の空気室４８に設けられている排気孔４６に接続されるパイプ５０の他端にエアーバルブ６６を介して接続されているブロワ（Ｐ）６８、ホッパー１２の攪拌装置２２のモータ２８、スクリューコンベア１４のスクリュー３２を回転させるモータ３４並びにスクリューコンベア１６のスクリュー３８を回転させるモータ４０等の動作を、計量装置６２からの粉体充填量に関する情報に基づいて制御する動作制御部７０から構成される。
【００４９】
すなわち、動作制御部７０は、計量装置６２からの粉体充填量に関する情報に基づいて、予め設定された充填速度（スクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数）が達成されるように、例えば、図５に示すような回転数制御パターンに従って、スクリューコンベア１４のスクリュー３２を駆動するモータ３４の回転数の制御を行う。
【００５０】
また、動作制御部７０は、粉体充填の動作開始に先立って、スクリューコンベア１６のスクリュー３８を駆動するモータ４０を駆動する（回転数は、ここでは、一定とする）。さらに、動作制御部７０は、同じく粉体充填の動作開始に先立って、排気機構を構成しているブロワ（Ｐ）６８を駆動する。また、動作制御部７０は、ホッパー１２の攪拌装置２２のモータ２８の駆動を適宜制御する。
【００５１】
なお、動作制御部７０は、後述するように、粉体充填の動作開始後も、所定期間、排気機構によるパイプ５０を通しての収納袋２０内の排気を継続させる。これは、第２のスクリューコンベア１６から供給された粉体が収納袋２０内に落下して、計量値にノイズが発生することを抑制し、また、粉体が落下しばらばらになって嵩密度が再び低下することを抑制して、脱気の効率を向上させて粉体の嵩密度を高め、粉体が充填された収納袋の取り扱いを容易にする（輸送時等におけるトラブルを防止する）ためである。
【００５２】
図５に示した充填速度（スクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数）について説明すると、以下の通りである。
粉体の充填量が０−２１［ｋｇ］の間は、スクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数を一定にして、スクリュー３２を高速で回転させる。この区間は、粉体の充填時間を減少させるための、いわば大量充填区間である。ここでは、一例として、スクリュー３２の回転数を２５００［ｒｐｍ］としている。
【００５３】
なお、この大量充填区間内においては、粉体が高速で供給・充填されるため、粉体に随伴されて持ち込まれる空気の量も多くなる。このため、この区間内では、前述の排気機構を駆動しておき、パイプ５０を通しての収納袋２０からの排気を継続させることが好ましい。この段階における収納袋２０からの排気は、既に充填されている粉体中に隙間を形成する等の形で存在している空気を除去する（すなわち、粉体の脱気を行う）ために大きな効果がある。
【００５４】
粉体の充填量が２１−２５［ｋｇ］の間は、スクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数を無段階に単調減少させる。具体的には、スクリュー３２を、目標充填量である２５［ｋｇ］になるまで、上述の回転数制御パターンに従って回転させる。この区間では、目標充填量まで粉体を充填するため、粉体の充填精度を高くするよう、比較的低速で粉体を充填する。
【００５５】
この場合の、最低速度は、粉体の種類や装置の特性等により、試行錯誤的に決定することが好ましい。なお、粉体の充填量が目標充填量である２５［ｋｇ］になったときに、スクリュー３２の回転数が、丁度、上述の最低速度になることが望ましいが、実際には、多少のずれが生ずるので、粉体の充填量が目標充填量である２５［ｋｇ］になったときに、スクリュー３２の回転数が、上述の最低速度の少し上になるくらいでよい。
【００５６】
なお、上述の最低速度は、例えば１００［ｒｐｍ］とするとよい。また、上述の回転数制御パターンにおける、粉体の充填量が２１−２５［ｋｇ］の区間のスクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数を無段階に単調減少させるパターンとしても、直線的なもの、曲線的（上に凸、下に凸）なものの、いずれを用いてもよい。
【００５７】
上述のように構成される、本実施例に係る粉体充填装置１０の動作は、その概要を図６の動作フローチャート（動作制御部７０による制御動作）に示すように、粉体充填開始に先立って、排気機構のエアーバルブ６６を開くことから始まる。これにより、予めセットされている収納袋２０の内部が排気され（ステップ２００）、収納袋２０が扁平な状態となる。なお、ホッパー１２の攪拌装置２２のモータ２８、排気機構のブロワ（Ｐ）６８等は、事前に駆動が開始されているものとする。
【００５８】
上述の排気が終了するに要する、適宜の時間が経過した後、動作制御部７０は、スクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転をスタートさせ、粉体供給を開始する（ステップ２０２）。このときのスクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数は、前述の大量充填のための回転数である。その後、図５に示したような、充填速度の切り換えポイントに達した時点では、動作制御部７０は、スクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数を単調減少パターンに切り換え、終段の充填を行う。
【００５９】
計量装置６２からの粉体充填量に関する情報が、充填量が目標量に達したことを示した時点で、動作制御部７０は、所定量の粉体が充填されたものと判断し（ステップ２０４）、スクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転を停止するとともに、排気機構のエアーバルブ６６を閉じる（ステップ２０６）。
この後、必要に応じて、ホッパー１２の攪拌装置２２のモータ２８、排気機構のブロワ（Ｐ）６８等を、適宜停止する。
【００６０】
上記実施形態によれば、収納袋２０内に粉体が充填される際に、粉体が上述の扁平状態になった収納袋２０を押し広げて、ゆるやかに収納袋２０内へ落下するため、計量装置６２に影響を与えるおそれのある、粉体落下の際の衝撃が緩和され、粉体の計量精度が向上し、粉体の高精度の充填を高速で行うことができるようになる。
【００６１】
また、上記実施形態によれば、収納袋２０内に充填される粉体の嵩密度を高めることができるので、粉体が充填された収納袋の取り扱いを容易にし、輸送時等におけるトラブルを防止することができるという効果も得られる。
【００６２】
以上、本発明に係る粉体充填装置について詳細に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更を行ってもよいことはいうまでもない。
【００６３】
例えば、図５に示した第１のスクリューコンベアの回転数の制御パターンは一例であって、本発明に掛かる粉体充填方法においては、これ以外の種々のパターン、つまり充填時の速度設定方法が用い得る。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の粉体充填装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】同実施形態の断面図である。
【図３】充填ノズルの形状を示すものであって、（ａ）は断面図、（ｂ）は下面図である。
【図４】実施形態の排気機構の概要を示すブロック図である。
【図５】実施形態の第１のスクリューコンベアの回転数の制御パターンの一例を示す図である。
【図６】実施形態の粉体充填装置の動作概要を示すフローチャートである。
【図７】従来技術の粉体充填装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 粉体充填装置
１２ ホッパー
１４ 第１のスクリューコンベア
１６ 第２のスクリューコンベア
１８ 充填ノズル
２０ 収納袋
２０Ａ （扁平状態の）収納袋
２２ 攪拌装置
２４ 軸
２６ 棒状の突起
２８ モータ
３０，３６ 外筒
３２，３８ スクリュー
３４，４０ モータ
４２ 接続部材
４４ 充填口
４６ 排気孔
４８ 空気室
４８Ａ （充填ノズルの）ブロック体
５０ パイプ
５２ 収納袋保持装置
５４ 収納袋保持アーム
５６ 保持アーム駆動機構
５８ 押圧部材
６０ ロータリーシリンダ
６２ 計量装置
６４ 接続部
６６ エアーバルブ
６８ ブロワ
７０ 動作制御部
１００，１０２，１０４ 脱気口
１００ａ，１０２ａ，１０４ａ フィルタ
１００ｂ，１０２ｂ，１０４ｂ 脱気管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小麦粉などの粉体を収納袋に充填する粉体充填方法および装置に関するものであり、特に、粉体を短時間で収納袋に充填するとともに、収納袋に充填する充填量を高い精度で制御することのできる粉体充填方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７に示すように、従来技術では、粉体、特に小麦粉のような微細な粉体を収納袋に供給して充填するための粉体充填装置１５０は、粉体貯留部としてのホッパー１５２と、ホッパー１５２の下方に配置され、ホッパー１５２から流下する粉体をほぼ水平方向に移送する第１のスクリューコンベア１５４と、この第１のスクリューコンベア１５４のさらに下方に配置され、この第１のスクリューコンベア１５４で移送されて流下した粉体を、水平方向に移送する第２のスクリューコンベア１５６とを有しており、この第２のスクリューコンベア１５６で移送された粉体を充填ノズル１５８から吐出して収納袋１６０に充填するようになっていた。
【０００３】
この粉体充填装置１５０には、ホッパー１５２の内部に、ホッパー１５２内の粉体がブリッジを形成することを防止するための攪拌手段１６２が設けられている。また、第１のスクリューコンベア１５４の粉体移送方向における下流側の終端部に、粉体とともに移送される空気を排出する排気孔１６４が設けられている。
【０００４】
第２のスクリューコンベア１５６の粉体移送方向における下流側に配置された充填ノズル１５８は、収納袋１６０の開口部（図示されていない）に挿入して粉体を供給するために、第２のスクリューコンベア１５６の内径よりも小径にする必要があり、そのために、第２のスクリューコンベア１５６と充填ノズル１５８との接続部は、連続的に細くなるように形成されて、ノズル１５８の先端には、吐出口１６６が斜め下方に向かって開口して設けられている。
【０００５】
このような粉体充填装置は、例えば、特許文献１、特許文献２などに記載されている。
【特許文献１】特開平８−３３７３２１号公報
【特許文献２】特開２０００−１２８１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の粉体充填装置１５０は、上記のように構成されているので、第２のスクリューコンベア１５６の内径より充填ノズル１５８の内径が細くなっており、短時間で粉体の充填を行うために粉体を高速で移送しようとすると、充填ノズル１５８の連続的に縮径する部分（ラッパ管）に粉体が詰まり易く、吐出口１６６の径も大きくないので、粉体を短時間で包装袋に充填するのには必ずしも適した構造ではなかった。
【０００７】
また、上述の粉体充填装置１５０では、第２のスクリューコンベア（スクリューフィーダ）１５６の回転数を制御することにより、収納袋１６０への粉体の充填量が制御されるが、第２のスクリューコンベア１５６の低速回転時や停止時に、第２のスクリューコンベア１５６の移送量よりも多くの粉体が第１のスクリューコンベア１５４によって送り込まれると、過剰に送られた粉体が充填ノズル１５８のラッパ管で詰まってしまうため、第１のスクリューコンベア１５４による送りと第２のスクリューコンベア１５６による送りとを同調させる必要があり、そのための制御手段が必要となっていた。
【０００８】
さらに、充填ノズル１５８の吐出口１６６は、単に斜め下方に向かって開口しているのみの形状なので、充填ノズル１５８の内部で押し固められた粉体は、吐出口１６６の位置で割れて塊状となって落下するため、包装袋１６６に供給される粉体の量を高い精度で制御することは難しかった。
【０００９】
また、上述のラッパ管における詰まりを防ぐために、ラッパ管の近傍に圧縮空気を送入し、粉体を流動化する方法も用いられたが、そのための手段が必要であるし、さらに、粉体とともに余計な空気が収納袋１６０へ送られること等により、密閉性の高い収納袋に対し、嵩密度の高い状態での充填を行うことが難しいという問題があった。このため、通気性の高い収納袋を使用する必要があった。
【００１０】
通気性の高い収納袋を使用すると、粉体充填後の収納袋はそれらが複数重畳された際に、中の空気が収納袋外に抜けた状態（これを、粉体が脱気された状態という）になり、その後の輸送工程等における荷崩れ等のトラブルが防止される。
ところが、今般、特に食品分野においては密閉性の高い収納袋の使用が望まれてきている。
【００１１】
本発明の目的は、粉体を高速で充填するのに適し、かつ、密閉性の高い収納袋に供給される粉体の量を高い精度で制御可能とするとともに、充填される粉体の嵩密度を高め、充填後の収納袋サイズをコンパクト化すること（すなわち、充填される粉体の脱気度合いを高めること）のできる粉体充填方法および装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る粉体充填方法は、ホッパーに貯留された粉体を充填ノズルに移送し、この充填ノズルから、その下方にセットされる収納袋に前記粉体を供給・充填する粉体充填方法において、前記収納袋内の空気を排気して前記収納袋を扁平状態とした後に、前記充填ノズルからの粉体の供給・充填を行うことを特徴とする。
【００１３】
ここで、本発明に係る粉体充填方法においては、前記充填ノズルからの粉体の供給・充填は、少なくとも当初は、前記排気を継続しながら行うことを特徴とする。
また、前記排気の継続期間は、少なくとも高速で粉体の供給・充填を行う期間とすることが好ましい。
さらに、粉体の供給・充填が低速に切り換えられた時点で、前記排気を停止することが好ましい。
【００１４】
一方、本発明に係る粉体充填装置は、ホッパーを有し、このホッパーに粉体を貯留する粉体貯留部と、前記粉体貯留部の下方に配置され、前記粉体貯留部から供給される粉体をほぼ水平方向に移送する第１のスクリューコンベアと、前記第１のスクリューコンベアの粉体移送方向における下流側の終端部に配置された第２のスクリューコンベアと、前記第２のスクリューコンベアの直下に設けられた充填ノズルと、この充填ノズルの下方に設けられた粉体を収納する収納袋を保持する収納袋保持手段と、前記充填ノズルの近傍の少なくとも１箇所に設けられている吸気口と、前記吸気口から前記収納袋保持手段に保持されている収納袋内を排気する排気手段と、粉体充填開始に先立って、前記排気手段により、前記収納袋内を排気する排気制御手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
ここで、前記第２のスクリューコンベアは、その回転軸が鉛直に配置され、前記第２のスクリューコンベアの下側に位置する粉体移送方向における下流側の終端部に前記充填ノズルが形成されていることが好ましい。
【００１６】
また、前記充填ノズルは、ほぼ楕円形の突起した形状であって、中央に粉体を供給する充填口が、長軸に沿ったその両側に粉体とともに供給された空気を排出する排気孔が形成されていることが好ましく、前記収納袋保持手段は、前記収納袋を吊り下げて前記充填ノズルに密着して保持する収納袋保持アームと、この収納袋保持アームを駆動する保持アーム駆動機構とを有することが好ましい。
【００１７】
また、前記第２のスクリューコンベア、前記充填ノズルおよび前記収納袋保持手段は、一体的に構成されており、前記一体的に構成された前記第２のスクリューコンベア、前記充填ノズルおよび前記収納袋保持手段を支持してその総重量を計測することにより、前記収納袋保持手段に保持された前記収納袋に供給された粉体の重量を計測する計量手段をさらに有することが好ましい。
また、前記計量手段は、前記充填ノズルから前記収納袋への粉体の供給中に、前記収納袋に供給された粉体の重量を計測することが好ましく、前記収納袋に供給された粉体の重量を計測して、前記第１のスクリューコンベアを制御することが好ましい。
【００１８】
また、前記粉体貯留部には、前記ホッパー内の粉体を攪拌する攪拌手段を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る粉体充填装置は、上記のように構成されているので、充填ノズルの連続的に細くなった部分がなくなり、また、第２のスクリューコンベアの粉体移送方向における下流側の終端部または第２のスクリューコンベアの下側の開放部に充填ノズルが形成されているので、高速で粉体を送っても従来技術のように粉体が詰まることがなくなるとともに、第１のスクリューコンベアで移送された粉体を第２のスクリューコンベアで切り取って充填ノズルに移送するので、第１のスクリューコンベアが行った粉体の重量制御量が正しく収納袋内への充填量に反映される。また、第２のスクリューコンベアの内径も充分に大きくすることができるので、粉体の高精度の充填を高速で行うことができる。
【００２０】
さらに、本発明に係る粉体充填装置においては、粉体充填開始に先立って、排気手段により収納袋内を排気する排気制御手段を備え、粉体充填開始に先立って収納袋内を排気して、収納袋を排気された扁平な状態としておき、この状態で粉体充填開始するようにしたことにより、収納袋内に充填される際に、粉体が上述の扁平状態になった収納袋を押し広げて、充填されるようになるので、従来のように粉体が収納袋底部に直接落下することがなくなる。これにより、計量手段に影響を与えるおそれのある、粉体落下の際の衝撃が緩和され、粉体の計量精度が向上し、粉体の高精度の充填を高速で行うことができるようになる。
【００２１】
また、粉体が落下する際の衝撃で分散し、第２のスクリューコンベアの脱気機構（詳細については後述する）で高めた嵩密度が再度低下するということを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の粉体充填装置について、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す斜視図、図２は同実施形態の断面図である。図に示すように、この実施形態の粉体充填装置１０は、粉体貯留部としてのホッパー１２に貯留された粉体を、ホッパー１２の下方に配置された第１のスクリューコンベア１４で水平方向に移送し、この第１のスクリューコンベア１４の粉体移送方向における下流側の終端部に配置された第２のスクリューコンベア１６で下向きに移送して、第２のスクリューコンベア１６の直下に設けられた充填ノズル１８から収納袋２０に粉体を供給するものである。収納袋２０としては、４辺のうちの１辺が開口した通常の袋を利用でき、樹脂製、紙製、またはそれらの多層体等からなる、充填量に応じた各種のサイズの袋を用いることができる。
【００２３】
粉体貯留部としてのホッパー１２には、従来技術と同様に、粉体がブリッジを形成して粉体の流下を阻害することのないように、ホッパー１２の内部に粉体を攪拌する攪拌装置２２を有することが望ましい。この攪拌装置２２は、図２に示すように、回転する軸２４の周りに棒状の突起２６を設けてモータ２８で駆動するものなどを好適に使用することができる。この実施形態においては、攪拌装置２２は、従来の同種の装置に比して高速（例えば、最高回転数４００ｒｐｍ程度）で回転され、ホッパー１２において粉体を十分に攪拌する。
【００２４】
ホッパー１２の下方には、粉体貯留部としてのホッパー１２から流下して供給される粉体を水平方向に移送する第１のスクリューコンベア（スクリューフィーダ）１４が設けられている。この実施形態の第１のスクリューコンベア１４は、粉体を移送するための通常のスクリューコンベアであり、外筒３０の内面と僅かな間隙を保って回転するスクリュー３２がモータ３４によって駆動されて粉体を移送する。モータ３４によるスクリュー３２の回転は、後述する計量装置６２によって、収納袋２０への粉体の充填量に応じて制御される。この実施形態においては、スクリュー３２は、例えば、０ｒｐｍ〜２５００ｒｐｍの範囲で回転する。
【００２５】
第２のスクリューコンベア１６は、第１のスクリューコンベア１４と同様のスクリューコンベアであり、外筒３６の内面と僅かな間隙を保って回転するスクリュー３８がモータ４０によって駆動されて粉体を移送する。ここで、この実施形態では、第１のスクリューコンベア１４の粉体移送方向における下流側の終端部に、第２のスクリューコンベア１６の回転軸が鉛直に配置されている。
【００２６】
第１のスクリューコンベア１４と第２のスクリューコンベア１６との間隙には、第１のスクリューコンベア１４と第２のスクリューコンベア１６とを接続するゴムなどの可撓性の弾性体からなる接続部材４２が設けられている。これにより、第１のスクリューコンベア１４と第２のスクリューコンベア１６とが重量的に縁を切られ、後述するように、計量装置６２によって、第２のスクリューコンベア１６に入った粉体の重量を正確に計測できるようにされている。
【００２７】
この接続部材４２は、図２では可撓性であることを明確に示すためにベローズ状に描かれているが、実際には、粉体が滞留することを防止するために、少なくとも内面は平滑なチューブ状となっていることが望ましい。また、接続部材４２およびその周辺の、第１のスクリューコンベア１４と第２のスクリューコンベア１６との接続部は、第１のスクリューコンベア１４の断面積と同等の面積を有しており、ラッパ管（縮径管）を用いた従来の装置のように、この接続部に粉体が詰まることがないので、粉体を高速で移送できる。
【００２８】
また、第２のスクリューコンベア１６は、スクリュー３８の回転によって、第１のスクリューコンベア１４によって移送されてきた粉体を引き込んで、鉛直下方に移送し、第２のスクリューコンベア１６の下端に設けられた充填ノズル１８から収納袋２０に粉体を充填する。
【００２９】
また、スクリュー３８は、第１のスクリューコンベア１４のスクリュー３２や従来装置のスクリューコンベアに用いられるスクリューに比べて短く形成されているため、偏心量の許容範囲において、従来のスクリューよりも高速で回転させることができる。本実施形態では、スクリュー３８は、例えば、常に約２５００ｒｐｍで回転する。すなわち、第１のスクリューコンベア１４のスクリュー３２と同等かそれよりも速い速度で回転する。
【００３０】
第２のスクリューコンベア１６の下側に位置する粉体移送方向における下流側の終端部には、供給する粉体を収納袋２０に充填するための充填ノズル１８が配置されている。この充填ノズル１８は、図３（ａ）に断面図を、図３（ｂ）に下面図を示すように、第２のスクリューコンベア１６の直下に配置されたほぼ楕円形の突起した形状であって、中央に粉体を供給する充填口４４が、長軸に沿ったその両側に粉体とともに供給された空気を排出する排気孔４６が形成されているブロック体４８Ａを中心として構成されている。
【００３１】
この充填ノズル１８は、充填口４４が第２のスクリューコンベア１６の外筒３６の内径とほぼ同径かやや大径となる寸法で接続されており、第２のスクリューコンベア１６で移送された粉体は、そのまま充填ノズル１８のブロック体４８Ａに形成された充填口４４を通過して収納袋２０に充填される（矢印Ａ参照）。このとき、粉体と同時に空気が移送されてくるので、この空気を収納袋２０から排出するために排気孔４６が同じくブロック体４８Ａに形成されている。この排気孔４６は、充填口４４の上部に配置された空気室４８を経て、パイプ５０を通って外部に排出される（矢印Ｂ参照）。ここでは、排気用のブロワ６８を使用して排気を行っている。
【００３２】
この充填ノズル１８からの充填の際、充填ノズル１８から排出される粉体には、第２のスクリューコンベア１６での移送によって回転運動の慣性と遠心力が作用しているため、収納袋２０に充填された粉体は、中央部に集中して積み上がってしまうことがなく、収納袋２０の底部のほぼ全体に散布されるので、ほぼ平坦な充填面（充填された粉体の上面）が得られる。
【００３３】
ホッパー１２の攪拌装置２２の近傍、第１のスクリューコンベア１４の粉体移送方向における下流側の終端部の近傍、および、第２のスクリューコンベア１６の充填ノズル１８の近傍には、それぞれ、脱気口１００，１０２，１０４等が設けられている。脱気口１００，１０２，１０４は、攪拌によって粉体に混入し、粉体と共に移送される空気を粉体充填装置１０の外部に排出するためのもので、粉体充填装置１０の各部の壁等に配されたフィルタ１００ａ，１０２ａ，１０４ａと、これらのフィルタを通して脱気された空気を回収する脱気管１００ｂ，１０２ｂ，１０４ｂ等から構成される。さらに、脱気管１００ｂ，１０２ｂ，１０４ｂには、図示されていない吸気装置が接続され、それぞれが脱気機構を形成している。
【００３４】
フィルタ１００ａ，１０２ａ，１０４ａとしては、従来用いられている金網やパンチングメタル等のフィルタを始め、本出願人に係る、特開２０００−３３５７４８号公報、特開平８−２３１０５１号公報等に開示されるフィルタ等が好適に利用される。吸気装置によって吸引されることにより、粉体充填装置１０内の空気がフィルタ１００ａ，１０２ａ，１０４ａを通過して排出され、粉体充填装置１０内の粉体が脱気される。
【００３５】
なお、この実施形態では、脱気口を、粉体の攪拌量の大きい上記の３箇所に設けることにより、粉体脱気の効果を高めているが、本発明はこれには限定されず、これらのうちいずれか１つまたは２つが設けられていてもよい。
【００３６】
収納袋２０は、充填ノズル１８の下方の位置に、収納袋保持装置５２によって吊り下げて保持される。この収納袋保持装置５２は、収納袋２０の供給装置（図示されていない）で充填ノズル１８の位置に供給され、上側の開口部を開いて充填ノズル１８に被せるように配置された収納袋２０を、吊り下げた状態で充填ノズル１８に密着するように押し付けて保持するものであって、充填ノズル１８の楕円形の突起した形状に対応する形状の２個の収納袋保持アーム５４と、この収納袋保持アーム５４を開閉する保持アーム駆動機構５６とからなっている。そして、収納袋保持アーム５４の収納袋２０に接する面には、収納袋２０を確実に充填ノズル１８に密着させるために、ゴムなどの弾性体による押圧部材５８を配置しておくことが望ましい。
【００３７】
この実施形態の保持アーム駆動機構５６は、図１に示すように、ロータリーシリンダ６０によって収納袋保持アーム５４を揺動させるものであって、図２に想像線で示すように、ロータリーシリンダ６０が回動することによって収納袋保持アーム５４を揺動し、収納袋２０を保持し、あるいは開放する。
【００３８】
充填ノズル１８の後方（図２では右側）の位置には、収納袋２０に充填された粉体の重量を計量する計量装置６２が設けられている。この計量装置６２は、充填ノズル１８に吊り下げた状態で保持されている収納袋２０に充填される粉体の重量を、充填中に即時に計測するもので、第２のスクリューコンベア１６、充填ノズル１８、収納袋保持装置５２およびこれらに取り付けられた部品等を一体で支持することによって、それらの総重量を計測する。
【００３９】
そして、粉体の充填による上記総重量の増加分を計測することで、収納袋２０に充填された粉体の重量を計量する。すなわち、第２のスクリューコンベア１６、充填ノズル１８、収納袋保持装置５２を一体的に構成するとともに、これらを力の作用に関して他から独立させて、一体に構成された第２のスクリューコンベア１６、充填ノズル１８、収納袋保持装置５２、およびその内部の粉体の総重量を計量装置６２で計測するものである。
【００４０】
収納袋２０は、収納袋保持装置５２の収納袋保持アーム５４によって保持されているため、従来の粉体充填装置に採用されている、収納袋の底部を支持して重量を測定する計量装置では、収納袋２０およびその内部に充填された粉体の重量だけを高精度に計測することはできないが、上記の構成とすることより、充填ノズル１８と収納袋保持装置５２の収納袋保持アーム５４とによって圧接されて保持された収納袋２０であっても、その充填量を高精度に実測することができる。
【００４１】
前述の、第１のスクリューコンベア１４と第２のスクリューコンベア１６との間隙に設けられたゴムなどの可撓性の弾性体からなる接続部材４２は、計量装置６２による充填量の計量のためにも必要であり、この接続部材４２によって、第１のスクリューコンベア１４が第２のスクリューコンベア１６の重量を支えることがないように構成されている。このため、接続部材４２は、その剛性によって計測値に誤差が生じないように、充分な可撓性を有することが必要となる。計量装置６２には、従来公知の各種の計量装置を利用することができる。
【００４２】
計量装置６２は、収納袋２０に供給された粉体の重量を測定して、第１のスクリューコンベア１４を制御する。具体的には、充填開始時には、第１のスクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数を速くし、収納袋２０に供給された粉体の重量が収納袋２０に充填する所定の重量に近付いたときに、スクリュー３２の回転を減速し、所定の重量に到達したときに、スクリュー３２の回転を停止する。
【００４３】
一方、第２のスクリューコンベア１６のスクリュー３８は、充填開始時から常時第１のスクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数より高い回転数で回転され、第１のスクリューコンベア１４のスクリュー３２の停止後も回転を継続して、第２のスクリューコンベア１６と第１のスクリューコンベア１４（接続部材４２）との接続部６４の粉体をスクリュー３８で掻き落とすために所定の短い時間を経過してから停止する。
【００４４】
このように、第１のスクリューコンベア１４の停止に遅れて第２のスクリューコンベア１６を停止させることによって、第２のスクリューコンベア１６内に滞留している粉体を全量収納袋２０に充填することができるので、残留した粉体が次の充填に悪影響を及ぼすことがない。すなわち、従来技術のように、停止後に少量の粉体が落ち続けたり、粉体が塊状になって落下することがなくなり、収納袋２０への粉体の充填を素早く完了させることができ、かつ、高い精度で充填することができる。
【００４５】
また、第１のスクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数を上述のように制御することによって、第１のスクリューコンベア１４の停止のタイミング、すなわち、充填終了のタイミングを高精度に制御することができ、高い充填精度を得ることができる。
【００４６】
なお、第２のスクリューコンベア１６のスクリュー３８は、充填開始、あるいはその所定時間前から、充填完了（第１のスクリューコンベア１４の停止の所定時間後）、あるいはその所定時間後まで、一定の速度で回転させればよいが、必要に応じて、第１のスクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転を減速するのと同期して、第２のスクリューコンベア１６のスクリュー３８の回転を減速させてもよい。
【００４７】
ところで、前述のように、従来は、塊状の粉体がまとまって収納袋２０内に落下することがあり、この粉体落下の際の衝撃が原因で粉体の計量精度が低下することがあったが、本実施形態に係る粉体充填装置では、以下に説明するような排気機構を備え、粉体充填開始に先立って収納袋内を排気して、収納袋を排気された扁平な状態（図２中に、想像線で示されている：２０Ａ）としておき、この状態で粉体充填を開始するようにしたことにより、このような精度低下を防止している。
【００４８】
上述の排気機構は、図４にブロック図で例示したように、充填ノズル１８の空気室４８に設けられている排気孔４６に接続されるパイプ５０の他端にエアーバルブ６６を介して接続されているブロワ（Ｐ）６８、ホッパー１２の攪拌装置２２のモータ２８、スクリューコンベア１４のスクリュー３２を回転させるモータ３４並びにスクリューコンベア１６のスクリュー３８を回転させるモータ４０等の動作を、計量装置６２からの粉体充填量に関する情報に基づいて制御する動作制御部７０から構成される。
【００４９】
すなわち、動作制御部７０は、計量装置６２からの粉体充填量に関する情報に基づいて、予め設定された充填速度（スクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数）が達成されるように、例えば、図５に示すような回転数制御パターンに従って、スクリューコンベア１４のスクリュー３２を駆動するモータ３４の回転数の制御を行う。
【００５０】
また、動作制御部７０は、粉体充填の動作開始に先立って、スクリューコンベア１６のスクリュー３８を駆動するモータ４０を駆動する（回転数は、ここでは、一定とする）。さらに、動作制御部７０は、同じく粉体充填の動作開始に先立って、排気機構を構成しているブロワ（Ｐ）６８を駆動する。また、動作制御部７０は、ホッパー１２の攪拌装置２２のモータ２８の駆動を適宜制御する。
【００５１】
なお、動作制御部７０は、後述するように、粉体充填の動作開始後も、所定期間、排気機構によるパイプ５０を通しての収納袋２０内の排気を継続させる。これは、第２のスクリューコンベア１６から供給された粉体が収納袋２０内に落下して、計量値にノイズが発生することを抑制し、また、粉体が落下しばらばらになって嵩密度が再び低下することを抑制して、脱気の効率を向上させて粉体の嵩密度を高め、粉体が充填された収納袋の取り扱いを容易にする（輸送時等におけるトラブルを防止する）ためである。
【００５２】
図５に示した充填速度（スクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数）について説明すると、以下の通りである。
粉体の充填量が０−２１［ｋｇ］の間は、スクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数を一定にして、スクリュー３２を高速で回転させる。この区間は、粉体の充填時間を減少させるための、いわば大量充填区間である。ここでは、一例として、スクリュー３２の回転数を２５００［ｒｐｍ］としている。
【００５３】
なお、この大量充填区間内においては、粉体が高速で供給・充填されるため、粉体に随伴されて持ち込まれる空気の量も多くなる。このため、この区間内では、前述の排気機構を駆動しておき、パイプ５０を通しての収納袋２０からの排気を継続させることが好ましい。この段階における収納袋２０からの排気は、既に充填されている粉体中に隙間を形成する等の形で存在している空気を除去する（すなわち、粉体の脱気を行う）ために大きな効果がある。
【００５４】
粉体の充填量が２１−２５［ｋｇ］の間は、スクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数を無段階に単調減少させる。具体的には、スクリュー３２を、目標充填量である２５［ｋｇ］になるまで、上述の回転数制御パターンに従って回転させる。この区間では、目標充填量まで粉体を充填するため、粉体の充填精度を高くするよう、比較的低速で粉体を充填する。
【００５５】
この場合の、最低速度は、粉体の種類や装置の特性等により、試行錯誤的に決定することが好ましい。なお、粉体の充填量が目標充填量である２５［ｋｇ］になったときに、スクリュー３２の回転数が、丁度、上述の最低速度になることが望ましいが、実際には、多少のずれが生ずるので、粉体の充填量が目標充填量である２５［ｋｇ］になったときに、スクリュー３２の回転数が、上述の最低速度の少し上になるくらいでよい。
【００５６】
なお、上述の最低速度は、例えば１００［ｒｐｍ］とするとよい。また、上述の回転数制御パターンにおける、粉体の充填量が２１−２５［ｋｇ］の区間のスクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数を無段階に単調減少させるパターンとしても、直線的なもの、曲線的（上に凸、下に凸）なものの、いずれを用いてもよい。
【００５７】
上述のように構成される、本実施例に係る粉体充填装置１０の動作は、その概要を図６の動作フローチャート（動作制御部７０による制御動作）に示すように、粉体充填開始に先立って、排気機構のエアーバルブ６６を開くことから始まる。これにより、予めセットされている収納袋２０の内部が排気され（ステップ２００）、収納袋２０が扁平な状態となる。なお、ホッパー１２の攪拌装置２２のモータ２８、排気機構のブロワ（Ｐ）６８等は、事前に駆動が開始されているものとする。
【００５８】
上述の排気が終了するに要する、適宜の時間が経過した後、動作制御部７０は、スクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転をスタートさせ、粉体供給を開始する（ステップ２０２）。このときのスクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数は、前述の大量充填のための回転数である。その後、図５に示したような、充填速度の切り換えポイントに達した時点では、動作制御部７０は、スクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転数を単調減少パターンに切り換え、終段の充填を行う。
【００５９】
計量装置６２からの粉体充填量に関する情報が、充填量が目標量に達したことを示した時点で、動作制御部７０は、所定量の粉体が充填されたものと判断し（ステップ２０４）、スクリューコンベア１４のスクリュー３２の回転を停止するとともに、排気機構のエアーバルブ６６を閉じる（ステップ２０６）。
この後、必要に応じて、ホッパー１２の攪拌装置２２のモータ２８、排気機構のブロワ（Ｐ）６８等を、適宜停止する。
【００６０】
上記実施形態によれば、収納袋２０内に粉体が充填される際に、粉体が上述の扁平状態になった収納袋２０を押し広げて、ゆるやかに収納袋２０内へ落下するため、計量装置６２に影響を与えるおそれのある、粉体落下の際の衝撃が緩和され、粉体の計量精度が向上し、粉体の高精度の充填を高速で行うことができるようになる。
【００６１】
また、上記実施形態によれば、収納袋２０内に充填される粉体の嵩密度を高めることができるので、粉体が充填された収納袋の取り扱いを容易にし、輸送時等におけるトラブルを防止することができるという効果も得られる。
【００６２】
以上、本発明に係る粉体充填装置について詳細に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更を行ってもよいことはいうまでもない。
【００６３】
例えば、図５に示した第１のスクリューコンベアの回転数の制御パターンは一例であって、本発明に掛かる粉体充填方法においては、これ以外の種々のパターン、つまり充填時の速度設定方法が用い得る。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の粉体充填装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】同実施形態の断面図である。
【図３】充填ノズルの形状を示すものであって、（ａ）は断面図、（ｂ）は下面図である。
【図４】実施形態の排気機構の概要を示すブロック図である。
【図５】実施形態の第１のスクリューコンベアの回転数の制御パターンの一例を示す図である。
【図６】実施形態の粉体充填装置の動作概要を示すフローチャートである。
【図７】従来技術の粉体充填装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 粉体充填装置
１２ ホッパー
１４ 第１のスクリューコンベア
１６ 第２のスクリューコンベア
１８ 充填ノズル
２０ 収納袋
２０Ａ （扁平状態の）収納袋
２２ 攪拌装置
２４ 軸
２６ 棒状の突起
２８ モータ
３０，３６ 外筒
３２，３８ スクリュー
３４，４０ モータ
４２ 接続部材
４４ 充填口
４６ 排気孔
４８ 空気室
４８Ａ （充填ノズルの）ブロック体
５０ パイプ
５２ 収納袋保持装置
５４ 収納袋保持アーム
５６ 保持アーム駆動機構
５８ 押圧部材
６０ ロータリーシリンダ
６２ 計量装置
６４ 接続部
６６ エアーバルブ
６８ ブロワ
７０ 動作制御部
１００，１０２，１０４ 脱気口
１００ａ，１０２ａ，１０４ａ フィルタ
１００ｂ，１０２ｂ，１０４ｂ 脱気管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホッパーに貯留された粉体を充填ノズルに移送し、この充填ノズルから、その下方にセットされる収納袋に前記粉体を供給・充填する粉体充填方法において、
前記収納袋内の空気を排気して前記収納袋を扁平状態とした後に、前記充填ノズルからの粉体の供給・充填を行う
ことを特徴とする粉体充填方法。
【請求項２】
前記充填ノズルからの粉体の供給・充填は、少なくとも当初は、前記排気を継続しながら行う
ことを特徴とする請求項１に記載の粉体充填方法。
【請求項３】
前記排気の継続期間は、少なくとも高速で粉体の供給・充填を行う期間とする
ことを特徴とする請求項２に記載の粉体充填方法。
【請求項４】
粉体の供給・充填が低速に切り換えられた時点で、前記排気を停止する
ことを特徴とする請求項３に記載の粉体充填方法。
【請求項５】
ホッパーを有し、このホッパーに粉体を貯留する粉体貯留部と、
前記粉体貯留部の下方に配置され、前記粉体貯留部から供給される粉体をほぼ水平方向に移送する第１のスクリューコンベアと、
前記第１のスクリューコンベアの粉体移送方向における下流側の終端部に配置された第２のスクリューコンベアと、
前記第２のスクリューコンベアの直下に設けられた充填ノズルと、
この充填ノズルの下方に設けられた、粉体を収納する収納袋を保持する収納袋保持手段と、
前記充填ノズルの近傍の少なくとも１箇所に設けられている吸気口と、
前記吸気口から前記収納袋保持手段に保持されている収納袋内を排気する排気手段と、
粉体充填動作開始に先立って、前記排気手段により、前記収納袋内を排気する排気制御手段と
を有することを特徴とする粉体充填装置。
【請求項６】
前記第２のスクリューコンベアは、その回転軸が鉛直に配置され、前記第２のスクリューコンベアの下側に位置する粉体移送方向における下流側の終端部に前記充填ノズルが形成されていることを特徴とする請求項５に記載の粉体充填装置。
【請求項７】
前記充填ノズルは、ほぼ楕円形の突起した形状であって、中央に粉体を供給する充填口が、長軸に沿ったその両側に粉体とともに供給された空気を排出する排気孔が形成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の粉体充填装置。
【請求項８】
前記収納袋保持手段は、前記収納袋を吊り下げて前記充填ノズルに密着して保持する収納袋保持アームと、この収納袋保持アームを駆動する保持アーム駆動機構とを有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の粉体充填装置。
【請求項９】
前記第２のスクリューコンベア、前記充填ノズルおよび前記収納袋保持手段は、一体的に構成されており、
前記一体的に構成された前記第２のスクリューコンベア、前記充填ノズルおよび前記収納袋保持手段を支持してその総重量を計測することにより、前記収納袋保持手段に保持された前記収納袋に供給された粉体の重量を計測する計量手段をさらに有することを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の粉体充填装置。
【請求項１０】
前記計量手段は、前記充填ノズルから前記収納袋への粉体の供給中に、前記収納袋に供給された粉体の重量を計測することを特徴とする請求項９に記載の粉体充填装置。
【請求項１１】
前記計量手段は、前記収納袋に供給された粉体の重量を計測して、前記第１のスクリューコンベアを制御することを特徴とする請求項９または１０に記載の粉体充填装置。
【請求項１２】
前記粉体貯留部には、前記ホッパー内の粉体を攪拌する攪拌手段を有することを特徴とする請求項５〜１１のいずれか１項に記載の粉体充填装置。
【請求項１】
ホッパーに貯留された粉体を充填ノズルに移送し、この充填ノズルから、その下方にセットされる収納袋に前記粉体を供給・充填する粉体充填方法において、
前記収納袋内の空気を排気して前記収納袋を扁平状態とした後に、前記充填ノズルからの粉体の供給・充填を行う
ことを特徴とする粉体充填方法。
【請求項２】
前記充填ノズルからの粉体の供給・充填は、少なくとも当初は、前記排気を継続しながら行う
ことを特徴とする請求項１に記載の粉体充填方法。
【請求項３】
前記排気の継続期間は、少なくとも高速で粉体の供給・充填を行う期間とする
ことを特徴とする請求項２に記載の粉体充填方法。
【請求項４】
粉体の供給・充填が低速に切り換えられた時点で、前記排気を停止する
ことを特徴とする請求項３に記載の粉体充填方法。
【請求項５】
ホッパーを有し、このホッパーに粉体を貯留する粉体貯留部と、
前記粉体貯留部の下方に配置され、前記粉体貯留部から供給される粉体をほぼ水平方向に移送する第１のスクリューコンベアと、
前記第１のスクリューコンベアの粉体移送方向における下流側の終端部に配置された第２のスクリューコンベアと、
前記第２のスクリューコンベアの直下に設けられた充填ノズルと、
この充填ノズルの下方に設けられた、粉体を収納する収納袋を保持する収納袋保持手段と、
前記充填ノズルの近傍の少なくとも１箇所に設けられている吸気口と、
前記吸気口から前記収納袋保持手段に保持されている収納袋内を排気する排気手段と、
粉体充填動作開始に先立って、前記排気手段により、前記収納袋内を排気する排気制御手段と
を有することを特徴とする粉体充填装置。
【請求項６】
前記第２のスクリューコンベアは、その回転軸が鉛直に配置され、前記第２のスクリューコンベアの下側に位置する粉体移送方向における下流側の終端部に前記充填ノズルが形成されていることを特徴とする請求項５に記載の粉体充填装置。
【請求項７】
前記充填ノズルは、ほぼ楕円形の突起した形状であって、中央に粉体を供給する充填口が、長軸に沿ったその両側に粉体とともに供給された空気を排出する排気孔が形成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の粉体充填装置。
【請求項８】
前記収納袋保持手段は、前記収納袋を吊り下げて前記充填ノズルに密着して保持する収納袋保持アームと、この収納袋保持アームを駆動する保持アーム駆動機構とを有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の粉体充填装置。
【請求項９】
前記第２のスクリューコンベア、前記充填ノズルおよび前記収納袋保持手段は、一体的に構成されており、
前記一体的に構成された前記第２のスクリューコンベア、前記充填ノズルおよび前記収納袋保持手段を支持してその総重量を計測することにより、前記収納袋保持手段に保持された前記収納袋に供給された粉体の重量を計測する計量手段をさらに有することを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の粉体充填装置。
【請求項１０】
前記計量手段は、前記充填ノズルから前記収納袋への粉体の供給中に、前記収納袋に供給された粉体の重量を計測することを特徴とする請求項９に記載の粉体充填装置。
【請求項１１】
前記計量手段は、前記収納袋に供給された粉体の重量を計測して、前記第１のスクリューコンベアを制御することを特徴とする請求項９または１０に記載の粉体充填装置。
【請求項１２】
前記粉体貯留部には、前記ホッパー内の粉体を攪拌する攪拌手段を有することを特徴とする請求項５〜１１のいずれか１項に記載の粉体充填装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１３１２５８（Ｐ２００６−１３１２５８Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２２０５３（Ｐ２００４−３２２０５３）
【出願日】平成１６年１１月５日（２００４．１１．５）
【出願人】（０００２２６９９８）株式会社日清製粉グループ本社 (125)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月５日（２００４．１１．５）
【出願人】（０００２２６９９８）株式会社日清製粉グループ本社 (125)
【Ｆターム（参考）】
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