本発明でいう粉体とは、概ね粒径100ミク� ��ン以下の粉末状の物質ばかりでなく、粒径� ��ミリメートル以下の粒子状、顆粒状の物質� ��含み、各種医薬や農薬、グラニュー糖など� ��調味料、鉄粉や易酸化性化合物を主原料と� ��る脱酸素剤などが含まれる。

 また、本発明の粉体供給装置及び粉体充� ��包装機の典型は、所定の厚みを有し主面に� ��って回転または往復運動する板状部を有す� ��部材に、この板状部を貫通する複数の孔を� ��量マスとなるように円周上または直線上に� ��け、さらに、孔の下側開口に開閉部材を設� ��る。さらに、孔の下側開口が閉塞状態とさ� ��計量マスとして機能する位置で、孔内に粉� ��を一定量充填し、孔の下側開口が開放状態� ��された状態で、孔から重力により充填粉体� ��落下させる。落下した粉体は、充填用の誘� ��部であるシュートを介して下部の小袋中に� ��く。こうした、容積計量(計量マス)式を有� �る粉体供給装置、粉体充填包装機が当ては� �る。

 (第1の実施形態)
 まず、添付図面により、本発明の第1の実施 形態における粉体供給装置及び粉体充填包装 機を説明する。

 図1は、部材の板状部の孔に、粉体を充填 、落下させる状態に関し、光学式センサーの 投光、受光状態(矢印表示)を説明する断面模� ��図である。図2は、回転運動する部材を用い た粉体供給装置及び粉体充填包装機の動作を 説明する模式図である。図2Aは、平面図であ� ��、図2Bは、図2AのII-II線での断面図である。

 図2に示すように、粉体供給装置は、孔2� �有する部材1と、部材を平面運動させる運動� ��構18と、開閉部材5と粉体充填部14と光学セ� �サー4とを備える。そして、粉体充填包装機� ��、この粉体供給装置に加えて、粉体3を包装 袋8に誘導する誘導部であるシュート15と、包 装袋8を封止する封止部16とを備える。

 部材1は、主面を有する円板状であり、部 材1全体が板状部となっている。本実施形態� �は、部材1が板状であるため、この部材1を板 部材1と呼ぶ。この板部材1は、円周の近傍に� ��って、主面に垂直に貫通した孔2が、24個等� ��隔に形成されている。そして、板部材1は、 主面方向の所定の回転方向に運動するように 構成されている。このため、孔2の上側開口� �移動経路は、円を描く。そして、この孔2の� ��側開口が閉塞されることで計量マスとして� ��能する。

 ホッパー13は、板部材1の上方に設けられ� ��いる。また、すり切り板7は、板部材1の上� �である主面と所定の距離を有して、孔2の上� ��開口とすれ違うことができるよう板部材1の 円周付近に設けられている。このホッパー13� ��すり切り板7とで、孔2の上側開口の移動経� �において、孔2の下側開口が閉塞状態となっ� ��いるうち、所定区間を占有して、孔2に一定 量の粉体3を充填する粉体充填部14が構成され ている。

 開閉部材5は、板部材1の下面側に設けら� �ており、孔2の下側開口と重なる位置に設け� ��れている。この開閉部材5は、板部材1の回� �運動に伴い、板部材1の下面に沿ってスライ� ��して、孔2の下側開口を閉塞状態、開放状態 とすることができるように構成されている。 開閉部材5の上面は、粉体3が落下した際に粉� ��3が付着することを防止できるよう加工が施 されている。

 光学センサー4は、開閉部材5が、孔2の上� ��開口の移動経路のうち、孔2の下側開口を開 放状態としている位置で、板部材1の上方に� �けられている。また、光学センサー4は、光� ��投光する投光部41と、反射光を受光する受� �部42を有している。

 板部材1の下方で、開閉部材5が、孔2の下� ��開口を開放状態としている位置には、シュ� ��ト15が設けられている。シュート15は、孔2� �ら落下した粉体3を包装袋8に誘導する誘導部 として機能する。このシュート15は、ロート� ��形状をしており、板部材1側の開口が広く、 包装袋8側の開口が狭く形成されている。

 板部材1から離れた場所には、包装袋8を� �止する封止部16が設けられている。封止部16� ��、包装袋8の一部を熱融着することで、包装 袋8を封止する。

 次に、粉体供給装置及び粉体充填包装機� ��動作及び粉体包装体の製造方法について説� ��する。

 前述のように孔2の上側開口は、運動機構 18による板部材1の回転運動により、円状の移 動経路を移動する。そして、まず、ある孔2� �位置2Cの状態において、孔2の下側開口は、� �閉部材により閉塞状態とされており、孔2は� ��計量マスとして機能している。そして、粉� ��3が、計量器付きのホッパー16から板部材1上 に供給される。

 その後、孔2が7マス分(105度)を移動して、 粉体3の孔2への充填がされ、すり切り板7にて 計量される。すり切り板7は、孔2に粉体3を一 定量充填すると共に、板部材1の主面上に一� �の高さの粉体3を堆積させる。

 次に、板部材1が回転運動し、孔2が計量� �2マス分(30度)進んだ後、すなわち位置2Aにお� ��て、開閉部材5は、孔2の下側開口を開放状� �とする。これにより、孔2内の粉体3が落下す る。孔2から落下した粉体3は、シュート15に� �り包装袋8内に誘導される。

 次に、板部材1が回転運動し、孔2が1マス� ��(15度)進んだ時点で、光学センサー4は、粉� �3が落下したか、あるいは、落下せずにトラ� ��ルを起こしているかを監視する。具体的に� ��、光学センサー4は、板部材1の孔2の上側開� ��が移動する移動経路を連続して監視してお� ��、孔2内の粉体上面と板部材1の主面上の粉� �の上面とを連続して監視している。監視の� �細は、後述する。

 光学センサー4から異常が出力され、粉体 の落下不良が検出された際には、アンプやシ ーケンサー、マイクロコンピューター等を介 して音や光による警報を出す。或いは、該当 製品の自動排出、充填包装機の部分停止や全 停止、周辺機械の各種動作等、各種機械制御 をすることが出来る。

 孔2は、光学センサー4が粉体3の落下を監� ��をした後、2マス分(30度)、すなわち、位置2A から3マス分(45度)移動する。そして、位置2B� �位置にて、開閉部材5は、孔2の下側開口を閉 塞状態とする。

 そして、そのまま12マス分(180度)進み、前 記位置2Cへと循環する。

 ここで、孔2から粉体3が包装袋8内に落下� ��る動作について説明する。

 板部材1の下側には、連続して形成され、 上側の縁のみが開いて開口が形成された包装 袋8が、板部材1の動作に連動して移動してい� ��。具体的には、開閉部材5が孔2の下側開口� �開放状態とする前、すなわち孔2が位置2Aに� �動する前までに、包装袋8は、開口が孔2の真 下に位置し、孔2の移動に連動して移動する� �う制御されている。

 位置2Aにおいて、開閉部材5が孔2の下側開 口を開放状態とする直前に、シュート15の下� ��の開口部が、包装袋8の中に入り込む。その 後、開閉部材5が孔2の下側開口を開放状態と� ��、粉体3がシュート15内に落下する。こうし� ��、シュート15により誘導された粉体3は、包� ��袋8の中に充填される。

 次に、包装袋8が封止され、粉体包装体が完 成する動作について説明する。
前述のように板部材1の運動に伴い移動する� �2と連動して、移動していた包装袋8は、粉体 3が充填された後で、孔2が位置2C移動する前� �でに板部材1の下側から板部材1の外側に移動 する。

 その後、包装袋8は、封止部16内に移動す� ��。その後、封止部16は、包装袋8の上側の開� ��が閉じるように包装袋8を挟み込み、包装袋 8の上縁に熱を加える。こうして包装袋8の開� ��は、熱融着されて閉じ、包装袋8は、封止さ れる。このようにして粉体包装体が完成する 。

 なお、粉体包装体は、その後、個装毎に� ��断される場合、及び、一定個数連続して繋� ��った状態とされる場合等がある。

 上記では、光学センサー4は、粉体3の落� �不良の監視を目的として、孔2から粉体3が落 下後、かつ、孔2の下側開口が閉塞状態とさ� �るまでの間に設けていたが、光学センサー4� ��設置する位置は、孔2上をセンサーが監視で きれば目的によって任意である。以下の位置 を好ましい例として示すことができる。

 1)孔2の下側開口が閉塞状態とされ、孔2内に 粉体3が充填され、すり切り板7を通過して、� ��定量の粉体3が計量されてから、孔2の下側� �口が開放状態とされ、粉体3が落下し始める� ��での間。
 2)孔2の下側開口が開放状態とされ、粉体3が 落下し始めた直後。
 3)孔2から粉体3が落下し終わってから、孔2� �下側開口が閉塞状態とされるまでの間。
 4)孔2の下側開口が閉塞状態とされてから、� ��び粉体3が計量マスとして機能する孔2に充� �されるまでの間。

 このように、光学センサー4は、ホッパー 13により粉体が充填され、すり切り板7により 粉体3が一定量計量されるまでの所定区間を� �き、孔2の上側開口が移動する一定経路の上� ��に設けることが可能である。

 次に、光学センサー4が、粉体の落下等に ついて監視する動作について説明する。

 図1aは、板部材1の主面の状態を監視する� ��子を示す図である。つまり、板部材1の主面 、すなわち孔2の無い部分に一定の高さで堆� �された粉体3の上面に、投光部41から光が照� �され、その光の反射光が受光部42で受光され ている様子を示す。受光部42では、板部材1の 主面の粉体3に投光部41から投光された光のう ち、一定光量が安定的に受光される。

 図1bは、孔2から正常に粉体3が落下して、 投光部41から投光された光が孔2を通過してい る様子を示す。この場合、投光部41から投光� ��れた光のうち、受光部42で受光される受光� �は、図1aの場合に比べ、大幅に減少する。

 図1cは、孔2の下部分のみから粉体3が落下 して、孔2上で粉体3が詰まっている様子を示� ��。この場合、投光部41から投光された光は� �孔2上の粉体3上面で反射して、受光部42で受� ��される。この場合、受光部42で受光される� �は、図1aの場合とほぼ同じである。

 図1dは、開閉部材5により、孔2の下側開口 が閉塞状態とされ、孔2に粉体3が充填されて� ��る様子を示す。なお、図に示した状態は、� ��り切り板7を通過し、粉体3の落下開始直前� �での正常な充填状態を示している。この場� �、投光部41から投光された光のうち、受光部 42で受光される光は、図1aの場合とほぼ同じ� �ある。

 図1eは計量マス2の開閉部材5の開閉異常に より、孔2の下側開口が一部のみ開放状態と� �れ、孔2内に部分的に粉体が残った異常状態� ��示す。この場合、受光部42で受光される光� �、開閉部材5が孔2の下側開口を開放している 割合により変化する。ただし、受光量は、図 1bの状態と図1dの状態の間となる。

 上記1)から4)のうち、1)は充填不良監視用� ��用いられる。具体的には、孔2内の粉体3の� �面及び板部材1の主面の状態を連続して監視� ��、孔2が1間隔分進む間(1動作)に光学センサ� �4からの出力に変化が生じなければ、正常で� ��る。つまり、板部材1の主面の状態の監視(� �1a)と、孔2内の粉体3の上面の監視(図1d)とで� �光学センサー4からの出力に変化が生じない� ��

 逆に、孔2内の粉体3の上面及び板部材1の� ��面の状態を連続して監視し、孔2が1個分進� �間(1動作)に光学センサー4からの出力に変化� ��生じれば、異常である。つまり、図1eのよ� �に粉体上面が光学センサーの定める位置に� �く充填不良となっている場合、板部材1の主� ��の状態を監視している状態(図1a)と、孔2内� �粉体3の上面を監視している状態(図1e)とで、 光学センサー4からの出力に変化が生じる。

 また、3)は、動作の安定という観点から� �常に好ましい。図1b,図1c及び図1dは、光学セ� ��サー4が、3)の落下異常監視用として動作し� ��いる状態を示す。

 具体的には、孔2内の粉体3の上面及び板� �材1の主面の状態を連続して監視し、孔2が1� �分進む間(1動作)に光学センサー4からの出力� ��変化が生じれば、正常である。つまり、図1 bに示すように、粉体上面が定位置になけれ� �粉体は、正常に落下しているため、板部材1� ��主面の状態を監視している状態(図1a)と、孔 2内の粉体3の上面を監視している状態(図1b)と で、光学センサーからの出力に変化が生じる 。

 逆に、孔2内の粉体3の上面及び板部材1の� ��面の状態を連続して監視し、孔2が1個分進� �間(1動作)に光学センサー4からの出力に変化� ��生じなければ、異常である。つまり、図1c� �ように、孔2から粉体の一部または全部が落� ��せず、粉体上面が定位置に有れば異常(落下 不良)であり、板部材1の主面の状態を監視し� ��いる状態(図1a)と、孔2内の粉体3の上面を監� ��している状態(図1c)とで、光学センサーから の出力に変化が生じない。

 光学式センサー4で監視する場合、特に図 1b及び図1cは孔2の下側開口が開放状態である� ��め、図1aに示す板部材1の主面の状態を監視� ��ている状態と、図1bに示す粉体が正常に落� �した状態とでは、反射光量の差が極めて大� �い特徴があり、誤検出が少ないため好まし� �。

 また、落下異常のほとんどは、図1cに示� �ように、落下すべき粉体3の下側のみ落下し� ��、上側が落下しない状態か、または粉体3が 全く落下しない状態であるため、板部材1の� �面の状態を監視している状態(図1a)と、孔2内 の粉体3の上面を監視している状態(図1c)とで� ��学センサーからの出力に変化が生じない。

 また、2)では粉体の落下遅れを捉えるこ� �が可能となる。また、4)は、孔2の下側開口� �設けた開閉部材の動作不良の監視に使用で� �る。

 センサー4を設置する位置は、取り付け(� �定)位置も問題となる。孔2が形成された板部 材1にセンサー4を固定し、板部材1と共にセン サー4も回転運動させて、常に特定のセンサ� �4が特定の孔2上面を監視する方法がある。こ の場合、固定方法、光学センサーの振動によ る誤差発生などが生じ易い。

 そこで、板部材1とは別の運動しない機械 部材に光学センサー4を固定する方法が好ま� �い。しかし、この場合は、常時移動してい� �特定の孔2の上部を監視し続けることは不可� ��である。また、孔2の上部の状況のみをセン サーで捉えるには光学センサーからの信号の 特定の時間帯のみを選択する必要があり、装 置の制御に負荷がかかる。例えば、粉体充填 包装機内の適切な回転軸からカムを介してタ イミング信号を得るか、回転軸の円周角を電 気的に精密に制御する部品(バリカム)から信� ��を取り出すことで、動作タイミングに関わ� ��位置との関連を取ることとなる。通常、こ� ��タイミング信号は、粉体3を落下させ充填す る1動作毎に(回転運動の場合は1計量マス進む 動作、往復では1往復動作)、1信号を取り出す ことになり、高速化対応が困難となる。

 そこでさらに、装置の制御に負荷を与え� ��、板部材1とは別の運動しない機械部材に光 学センサー4を取り付けるには、光学センサ� �4は、孔2内の粉体3の上面及び板部材1の主面� ��状態を連続して監視するようにすればよい� ��例えば、孔2が配置された板部材1が回転運� �をする場合には、光学センサー4は、孔2の上 側開口が板部材1の運動に伴い移動する移動� �路の上側に設置される。そして、光学セン� �ー4は、孔2と板部材1とを交互に連続的に監� �する。

 このように監視することで、動作タイミ� ��グから特定される特定の時間帯の光学セン� ��ー4の信号のみを取り出す必要がなく、単純 で信頼性の高い制御が可能となる。

 特に3)の位置での落下監視する場合にお� �て、正常動作では、開閉部材の正常開動作� �粉体の正常落下が確認される。正常動作、� �なわち、正常に粉体3が落下した場合は、受� ��部42は、安定的に反射光を殆ど検出しない� �異常動作、すなわち、落下異常では、開閉� �材の異常動作または異物など、または粉体� �流動性不足などの原因を検査し、特定でき� �ものとなる。

 1)の位置での充填監視において、正常動� �では、開閉部材の正常閉動作が確認される� �異常動作、すなわち、充填不足では、開閉� �材の異常閉動作(半開きなど)による漏れ、異 物混入のための粉体供給不足などがあるが、 これらが検出されることとなる。

 なお、本実施形態では、板状部材1を用い て説明したため、部材1と板状部が一体とな� �ているが、部材1が円形の板状部を有し、板� ��部に取り囲まれた部材1の中心付近は、板状 となっていなくとも良い。

 (第2の実施形態)
 図3は、本発明の第2の実施形態である粉体� �給装置及び粉体充填包装機を示した図であ� �。本実施形態の説明に当たり、既に述べた� �施形態と同じ部分は、同一の符号を付し、� �複する説明を省略する。本実施形態の粉体� �給装置及び粉体充填包装機は、往復運動す� �板状の部材を用いた粉体充填包装機の充填� �よび落下を説明する。本実施形態では、部� �1全体が板状であるため、部材1を板部材1呼� �。なお、図3は、断面模式図であり、光学セ� ��サー4は、粉体3の落下する位置の直上に設� �られている。

図3aにおいて、孔2の下側開口が閉塞された 状態とされ、計量マスとして機能する孔2を� �けた板部材1は、往復運動機構18により往復� �動されている。まず、孔2がすり切り板7の左 側にて、ホッパー13から粉体が板部材1の主面 上に充填される。そして、板部材1の往復運� �により、右方向に往路運動し、粉体3が、孔2 内に充填され、すり切り板7にて計量される� �このとき、光学センサー4の監視位置の直下� ��は何も無く、その下部に、包装袋への落下� ��入用のシュート15などがあるのみである。 

図3bにおいて、板部材1はさらに右方向に移 動し、下部の摺動性底板である開閉部材5の� �部となり、粉体の落下が開始される。この� �き、孔2は光学センサー4の直下にはなく、光 学センサー4は、板部材1の主面上となってい� ��。従って、図1aと同様の監視状態となる。 

図3cにおいて、往路の終点かつ復路の開始� ��に相当する位置に板部材1は位置する。この とき、開閉部材5が孔2の下側開口を開放状態� ��し、孔2から粉末3が落下して孔2は空洞とな� ��。従って、図1bと同様の監視となる。 

図3dは、図3cの板部材1の状態において、粉� ��の落下不良が生じた場合を示しており、図1 dと同様の監視となる。この場合、落下異常� �検出となる。 

なお、本実施形態の粉体供給装置に、粉体 誘導部であるシュート15及び封止部16を設け� �ことで、粉体充填包装機として機能する。 

本実施形態の粉体供給装置、粉体充填包装 機の様に、計量マスとして機能する孔2が直� �上に配置された板部材1を用いる場合は、1往 復の一端(往路始点または復路終点)で板上に� ��体が供給され孔に充填され、1往復の他端(� �路終点または復路始点)で孔から落下される� ��往復運動型では全ての孔2が同じ動作をする ため、多列型の充填包装機となる。

 以上、本発明の好適な実施形態を第1の実 施形態、第2の実施形態で説明したが、本発� �は、これに限らず種々の変形が可能である� �

 例えば、計量マスである孔2に粉体が充填 される際は、ホッパー13とすり切り板7を一体 として、粉体供給部14とすることができ、こ� ��場合、計量マスとして機能する孔2と粉体供 給部14との摺り合わせにすることもできる。� ��たは、充填直後にすり切り板7を通過する等 の対応が可能である。この場合、粉体充填部 14が占有する所定区間が短くなり、センサー4 を設ける位置の自由度が上がる。

 また、孔2内の粉体3の上面は、板部材1の� ��面と同じ高さであっても良い。この場合、� ��部材1の主面上には、粉体3が、ほとんど堆� �されず無駄を省ける。そして、孔2の上部の� ��体3は、すり切られ充填高さが一定になるこ とで、一定量即ち一定容積の粉体が計量マス に計量される。

 また、孔2は板部材1上に直接所望の容積� �貫通孔を開けて作っても良いし、中空部の� �径を変えた多種類の中空円筒状計量マスと� �る部材を板部材1に脱着可能な構造として設� ��ても良い。後者の場合、包装袋8への充填量 に応じて計量マスのサイズを変更できる。

 また、開閉部材5は、孔2の下側開口に開� �自在のシャッター設置、または、孔2の下側� ��口と摺動するテフロン(登録商標)で表面加� �された板、その他の底板の有無等により決� �できる。

 本発明では、孔2に粉体3を充填、計量し� �後の粉体3の上面を監視する光学センサー4を 用いて説明を行った。しかし、センサーの種 類は、センサーから任意の距離の決められた 位置に粉体3の上面が有るか無いかを判別で� �るものであれば光学式、静電容量式、超音� �式等種類を問わない。温度変化の影響が少� �い、粉体の種類による影響が少ない、精度� �高いなどの利点から光学式センサーが望ま� �い。また、計量後の充填粉体3の上面はすり� ��り板などを通過することから平らにならさ� ��ており、光反射が利用しやすい利点から投� ��部に発光ダイオードやレーザーを用いた光� ��式センサーが好ましく、投光部と受光部を� ��し粉体上面からのV字反射光量を捉える形式 の光学式センサーが更に望ましい。