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定量充填
(ていりょうじゅうてん)
定量充填とは、粉体、粒体、液体などを、設定した重量または容量だけ袋、容器、缶、ボトル、フレコンなどへ投入する工程です。製品ごとの内容量を一定にし、過量充填による原料損失や不足充填を防ぐために行います。
充填方式には、重量を直接測定する重量式と、流量、時間、容積、回転数などを基準にする方式があります。対象物の性質、容器形状、必要精度、生産能力に応じて選定します。
ハカルプラスでは、供給装置、計量機、容器搬送、充填ノズル、PLC、タッチパネルを組み合わせた定量充填設備を検討します。
定量充填の目的
定量充填では、製品ごとの内容量を規定範囲へ収めることが重要です。不足充填は品質や取引上の問題につながり、過量充填は原料損失や生産コスト増加につながります。
- 内容量を一定にする
- 過量・不足を低減する
- 充填実績を記録する
- 手作業を自動化する
- 容器違いや品種違いを防止する
重量式充填
重量式では、容器または計量ホッパーをロードセルで支持し、充填中の重量増加を測定します。目標重量へ近づいたら供給量を小さくし、所定の重量で停止します。
原料の密度が変化しても重量を直接測定できるため、容量式より内容重量を安定させやすい方式です。
正味計量と総重量計量
正味計量では、あらかじめ計量ホッパーで原料を計量し、計量完了後に容器へ排出します。計量と容器交換を並行しやすく、高速化に向いています。
総重量計量では、容器を秤に載せ、容器へ直接充填します。容器重量を風袋引きし、内容物の正味重量を求めます。
- 正味計量：原料を別の計量ホッパーで計量
- 総重量計量：容器を含めて直接計量
容量式・時間式充填
液体ポンプの運転時間、スクリュー回転数、一定容積の計量カップなどを基準に充填する方法があります。構成は比較的簡単ですが、密度、粘度、供給圧力などが変化すると充填重量も変動します。
必要に応じて抜取計量やチェックウェイヤーを組み合わせ、充填量を補正します。
粗充填・微充填
目標値から離れている間は大流量で充填し、目標値へ近づくと小流量へ切り替えます。これにより、充填時間を短縮しながら過量を抑えられます。
供給機の速度変更、大小二つのバルブ、ノズル開度の切替などを利用します。
落差補正
供給装置を停止しても、ノズルやシュート内に残った原料が容器へ落下します。この停止後供給量を見込んで、目標重量より手前で供給を停止します。
原料温度、粘度、供給速度、ノズル形状によって落差量は変化します。充填実績から自動的に補正値を更新する方法もあります。
粉体・粒体の充填
粉体では、充填時の粉じん、空気の巻込み、付着、流動性を考慮します。微粉は充填直後に見かけの体積が大きく、時間が経つと沈降することがあります。
集塵フード、脱気機構、容器昇降機構、振動機構などを組み合わせ、粉じん飛散と充填高さを抑えます。
液体の充填
液体では、粘度、泡立ち、糸引き、液だれ、温度変化を確認します。低粘度液体は高速充填しやすい一方、飛散や泡立ちが発生することがあります。
ノズルを容器内へ下降させ、液面に合わせて引き上げる方法や、充填終了後にノズルを閉止・吸引して液だれを防ぐ方法があります。
容器の風袋処理
容器ごとに重量差がある場合、充填前に空容器重量を測定して風袋引きします。容器重量を固定値として登録する方法もありますが、容器ばらつきが大きい場合は個別風袋が有効です。
空容器が所定範囲外の場合は、容器違いや異物混入として排除できます。
容器確認と位置決め
容器がない状態で充填を開始すると、原料流出につながります。光電センサや近接センサで容器の有無と位置を確認します。
容器クランプ、ストッパー、昇降台などを使用し、充填口とノズルの位置を合わせます。
過量・不足への対応
充填後の重量が許容範囲を外れた場合は、警報、排出、手直しなどを行います。不足時には追加充填できる場合がありますが、過量分の回収は難しいことがあります。
過量・不足の発生傾向を記録し、落差や供給速度を自動補正します。
品種切替と洗浄
複数の原料を扱う場合は、ノズル、ホッパー、供給経路へ前品種が残らない構造とします。工具を使わずに分解できる構造や、洗浄しやすい接液・接粉面を検討します。
品種ごとの目標重量、供給速度、補正値をレシピとして保存すると、切替作業を効率化できます。
充填実績の管理
製造日時、品種、目標重量、実績重量、誤差、容器番号、作業者などを保存します。バーコードやRFIDと連携し、容器と製造指示を照合することもできます。
実績を生産管理システムや上位システムへ送信する構成にも対応できます。
異常時の確認
過量が増えた場合は、落差補正、供給停止応答、ノズルからの液だれを確認します。不足が増えた場合は、供給不足、原料詰まり、供給圧力低下を点検します。
重量値が安定しない場合は、床振動、容器接触、配管・ホースの反力、ロードセル周辺を確認します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、原料性状、容器寸法、充填量、必要能力を確認し、充填方式と計量機構を検討します。
粗充填・微充填、落差補正、容器確認、風袋引き、実績保存、上位連携まで含む充填計量設備に対応できる場合があります。
よくある質問
Q. 定量充填は重量と容量のどちらで行いますか？
A. 必要精度や原料特性によって選びます。内容重量を重視する場合は重量式が適しています。
Q. 容器ごとの重量差は補正できますか？
A. 充填前に空容器重量を測定し、個別に風袋引きできます。
Q. 粉体の充填時に粉じんを抑えられますか？
A. 集塵フード、ノズル昇降、低速充填などを組み合わせて低減できます。
Q. 充填実績を保存できますか？
A. 目標重量、実績重量、誤差、品種、時刻などを保存できます。
Q. 既設の手作業充填を自動化できますか？
A. 供給装置、計量台、容器搬送、設置スペースを確認し、自動化できる場合があります。