JP5225059B2

JP5225059B2 - 充填装置

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Publication number: JP5225059B2
Application number: JP2008330118A
Authority: JP
Inventors: 和正大町; 貴史山本
Original assignee: Fuji Seal International Inc
Current assignee: Fuji Seal International Inc
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JP2010149894A

Description

本発明は、粒状の被充填物を、所定の落下位置から予め規定された充填数だけ落下させることで、当該落下の終端に位置する個別容器に充填する充填装置に関する。

現在、食品や薬品などの粒状の製品を、予め規定された充填数だけ製品容器に充填した商品が多数、存在している。かかる商品を得るためには、粒状の製品である被充填物を、正確に計数して、製品容器などである個別容器に充填する必要がある。

従来、この被充填物の計数および充填作業は、手作業で行われる場合があった。計数および充填作業を手作業で行う場合には、被充填物が一つだけ収容可能な凹部が充填すべき個数、すなわち、充填数分だけ形成された板材が利用されていた。作業者は、この凹部が形成された板材をスコップのように扱い、被充填物が多数収容された貯留容器の中から被充填物を掬う。凹部が形成された板材で被充填物を掬うと、当該板材の凹部にのみ被充填物が残留することになる。換言すれば、当該板材で被充填物を掬うことにより、凹部の数、すなわち、充填数分だけの被充填物を容易に取り出すことができる。充填数分の被充填物が取り出せれば、作業者は、当該被充填物を個別容器に充填する。

特開２００３−２１２２０１号公報特開昭６３−６３９５６号公報特許第３２１１０７８号公報特許第３６２６０５９号公報実開昭６２−１８７７０号公報

しかしながら、かかる手作業での計数および充填作業は、非常に手間がかかるばかりでなく、作業者に十分な経験が必要という問題もあった。そこで、従来から、粒状の被充填物を自動的に計数・充填する装置が多数提案されている。

例えば、特許文献１には、被充填物を一列に並ばせることができる細長い通路に被充填物を供給し、当該細長い通路から被充填物を一つずつ取り出す装置が開示されている。かかる装置によれば、被充填物を予め規定された数分だけ確実に取り出すことができる。しかしながら、この装置では、被充填物を一つずつ取り出す構成となっているため、多数の被充填物を計数、充填する場合には、時間がかかるという問題があった。

また、特許文献２には、一つの被充填物が嵌まり込む孔が充填数分だけ形成されたコンベアや回転円板などの移動部材を備えた装置が開示されている。かかる装置では、移動部材を一方向に移動させる過程で、前記孔に被充填物を装填し、この装填された被充填物を所定の位置で個別容器に落下させる構成となっている。かかる構成によれば、一度に複数の被充填物を取り出して落下させることができるので、多数の被充填物を比較的、短時間で、計数し充填できる。しかしながら、この装置では、移動部材を一方向にのみ移動させる構成であるため、孔に被充填物が入っていない「抜け」や、一つの孔に複数の被充填物が嵌まり込もうとする「ブリッジ」などが生じやすく、計数の正確性に乏しいという問題があった。

その他にも、いくつか、自動での計数、充填装置が提案されているが、いずれも、処理速度や計数の正確性に問題があった。換言すれば、従来の技術では、予め規定された充填数の被充填物を迅速かつ正確に個別容器に充填することは困難であった。そこで、本発明では、予め規定された充填数分の被充填物を、より迅速かつ正確に個別容器に充填でき得る充填装置を提供することを目的とする。

本発明の充填装置は、粒状の被充填物を、所定の落下位置から予め規定された充填数だけ落下させることで、当該落下の終端に位置する個別容器に充填する充填装置であって、少なくとも前記充填数以上の被充填物を貯留する貯留部であって、底面に複数の被充填物が通過可能な通過開口が形成された貯留部と、前記通過開口の下側において水平方向に進退自在な部材であって、前記被充填物が一つだけ通過可能な計数孔が前記充填数分、形成された計数部材と、前記計数部材が前記通過開口の真下から離間する際に、前記通過開口からの被充填物の落下を禁止するべく前記通過開口を閉鎖する閉鎖部材と、前記計数部材の下側に設けられる部材であって、少なくとも一部が水平方向に進退することで前記計数孔からの被充填物の落下を禁止または許容するシャッター部材と、前記計数部材、閉鎖部材、シャッター部材の動作を制御する制御手段であって、少なくとも、前記シャッター部材により前記計数孔からの被充填物の落下を禁止した状態で前記計数部材を通過開口の真下に位置させることで各計数孔に被充填物を嵌め込ませる嵌め込み動作と、前記計数部材を落下位置に位置させた状態で前記シャッター部材により前記計数孔からの被充填物の落下を許容することで前記個別容器に被充填物を充填する落下動作と、を実行させる制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記嵌め込み動作において、前記計数部材を前記通過開口の真下より僅かにずれた位置まで水平移動させた後に前記通過開口の真下まで戻す微小進退動作を１回以上実行させる、ことを特徴とする。

好適な態様では、前記制御手段は、前記嵌め込み動作のために前記計数部材を通過開口から離間した位置から通過開口の真下に移動させる際の速度を、前記計数部材を通過開口付近から落下位置へと移動させる際の速度よりも速くする。他の好適な態様では、前記計数部材と前記閉鎖部材とは、単一の板材で構成される。

他の好適な態様では、さらに、前記嵌め込み動作後、かつ、落下動作前の計数部材を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により得られた画像データに基づいて、前記計数孔に嵌まり込んだ被充填物の良否および前記計数孔への被充填物の嵌まり込み状態の良否の少なくとも一方を判断する画像処理手段と、を備える。この場合には、さらに、前記画像処理手段により前記計数孔に嵌まり込んだ被充填物の不良または計数孔への被充填物の嵌まり込み状態の不良があると判断された場合に、前記落下動作により計数孔から落下する被充填物の落下位置を前記個別容器以外の場所に切替手段を備えることが望ましい。また、さらに、前記落下動作後、かつ、次の嵌め込み動作前の計数部材を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により得られた画像データに基づいて、被充填物が落下することなく計数孔に残留する詰まりの有無を判断する画像処理手段と、を備えることも望ましい。また、前記充填数分の計数孔は、前記撮像手段の撮影可能範囲に相似な形状範囲に分散して形成されることも望ましい。

他の好適な態様では、さらに、前記落下位置から落下した被充填物を個別容器まで導くガイド筒を備える。この場合、前記ガイド筒の終端形状は、被充填物の投入を受け付けるべく個別容器に形成された投入開口の形状と、ほぼ同じ、または、僅かに小さいことが望ましい。また、前記ガイド筒の終端から、被充填物の投入を受け付けるべく個別容器に形成された投入開口までの距離は、前記被充填物の高さより小さい、ことも望ましい。

また、充填装置を用いて充填システムを形成することもできる。例えば、充填システムは、上述した充填装置と、前記個別容器を、前記落下の終端位置を経由して上流側から下流側に搬送する搬送機構と、前記貯留容器内での被充填物の貯留量に応じて、前記貯留容器へ被充填物を供給する供給機構と、を有する充填ユニットを１以上備える。この場合において、前記充填ユニットが２以上の場合には、複数の充填ユニットから出力される充填済個別容器を、当該複数のユニットで共通の一つの搬送路上に合流させる合流手段を有することが望ましい。

本発明によれば、嵌め込み動作時に、微小進退動作を１回以上実行するため、計数孔に被充填物は嵌まっていない「抜け」や、一つの計数孔に複数の被充物が嵌まり込もうとする「ブリッジ」などが効果的に防止される。そして、結果として、予め規定された充填数分の被充填物を、より迅速かつ正確に個別容器に充填できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である充填システム１０の概略上面図である。この充填システム１０は、粒状の被充填物を予め規定された充填数ずつ、個別容器１００に充填するシステムである。ここで、被充填物は、形状がほぼ均一な粒状の物品であれば特に限定されず、例えば、錠剤薬のような薬品や、錠剤菓子のような食品、ビーズなどの雑貨、小型の機械・電気部品などであってもよい。以下では、白色の本体の表面に有色のコーティングを施した錠剤菓子を充填する場合に特に、好適なシステムを例に挙げて説明する。

この充填システム１０は、三つの充填ユニット１２と、当該三つの充填ユニット１２の駆動を制御する制御装置（図示せず）と、から構成される。三つの充填ユニット１２は、いずれも、ほぼ同様の構成となっている。すなわち、各充填ユニット１２は、二つの充填装置２０、および、搬送機構１４を備えている。また、三つの充填ユニット１２は、充填装置２０に被充填物（原料）を供給する原料供給機構１６、および、充填装置２０から排出される被充填物を回収する回収機構１８を共有している。

各搬送機構１４は、投入元搬送路１４ａ、メイン搬送路１４ｂ、排出用搬送路１４ｃを備えている。各搬送路１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、いずれも、コンベアやローラなどの周知の搬送機構から構成され、その駆動は制御装置により制御される。

投入元搬送路１４ａは、各充填ユニット１２の上流側に位置する搬送路で、個別容器１００の供給を受け付ける。図１から明らかなとおり、この投入元搬送路１４ａは、メイン搬送路１４ｂの上流端を挟むように各充填ユニット１２ごとに二つ設けられている。個別容器１００は、作業者の手作業、または、何らかの自動投入装置により、当該投入元搬送路１４ａの上流端に順次供給される。供給された個別容器１００は、当該投入元搬送路１４ａにより下流側へと搬送される。この投入元搬送路１４ａの下流端には、当該下流端に到達した個別容器１００をメイン搬送路１４ｂへと押し出すプッシャー１５が設けられている。このプッシャー１５の押し出し動作により、二つの投入元搬送路１４ａで搬送された個別容器１００が、一つのメイン搬送路１４ｂに合流させられる。なお、制御装置は、この合流後における個別容器１００同士の間隔を適切に保つために、投入元搬送路１４ａおよびメイン搬送路１４ｂそれぞれの搬送速度を調整している。より具体的には、制御装置は、投入元搬送路１４ａに比して、メイン搬送路１４ｂの搬送速度を早くしている。

メイン搬送路１４ｂは、既述したとおり、その上流端が投入元搬送路１４ａに接続された搬送路である。このメイン搬送路１４ｂは、二つの充填装置２０に交差するように設置されている。別の見方をすれば、二つの充填装置２０は、このメイン搬送路１４ｂの搬送方向に並んで設置されている。被充填物が充填されていない空の個別容器１００が、各充填装置２０に到達すると、制御装置は、当該メイン搬送路１４ｂの駆動を一時停止し、個別容器１００を静止させる。そして、その状態で、充填装置２０を駆動して、当該空の個別容器１００に被充填物を充填させる。充填処理が正常に終了すれば、制御装置は、再度、メイン搬送路１４ｂを駆動して、各個別容器１００を下流側へと搬送する。メイン搬送路１４ｂの下流端まで到達した個別容器１００は、当該下流端に設けられたプッシャー１７により排出用搬送路１４ｃに押し出される。

排出用搬送路１４ｃは、被充填物が充填された個別容器１００を、充填システム１０の外部に排出するための搬送路である。この排出用搬送路１４ｃの下流端まで到達した個別容器は、作業者により回収されたり、そのまま、他の処理システム（例えば、蓋取付システムなど）に供給されたりする。

ここで、図１から明らかなとおり、本実施形態では、三つの充填ユニット１２で、一つの排出用搬送路１４ｃを共有している。換言すれば、本実施形態では、複数の充填ユニット１２から出力される充填済みの個別容器１００を、共通の一つの搬送路である排出用搬送路１４ｃ上に合流させている。制御装置は、この合流後における個別容器同士の間隔を適切に保つために、メイン搬送路１４ｂおよび排出用搬送路１４ｃそれぞれの搬送速度を調整している。

原料供給機構１６は、各充填装置２０に被充填物（原料）を供給する機構で、被充填物を移送するシュータや、当該移送を規制するシャッター（いずれも図示せず）などから構成される。後に詳説するように充填装置２０には、被充填物を貯留する貯留容器と、当該貯留容器での貯留量を検出する貯留量センサと、が設けられている。原料供給機構１６は、この貯留量センサで検出された貯留量が規定の閾値より下回っている充填装置２０の貯留容器に被充填物を供給する。

回収機構１８は、各充填装置２０から排出された被充填物を回収する機構で、被充填物を移送するシュータや当該移送を規制するシャッター（いずれも図示せず）などから構成される。すなわち、後に詳説するように、充填装置２０は、各個別容器１００に被充填物を充填するが、当該被充填物の品質等に問題がある場合には、当該被充填物を個別容器１００に投入することなく、排出する。回収機構１８は、この充填装置２０から排出された被充填物を回収し、収集する。収集された被充填物は、そのまま廃棄されてもよいが、原料供給機構１６を介して再度、充填装置２０に供給されてもよい。すなわち、後に詳説するが、この回収機構で回収される被充填物の中には、品質的に何ら問題のない被充填物も多数含まれている。したがって、回収機構１８で回収される被充填物を再度、充填装置２０に供給しても問題ない。なお、その場合には、回収された被充填物から不良品を除いてから再供給するのが望ましい。

充填装置２０は、搬送機構１４により搬送された個別容器１００に、被充填物を、予め規定された個数、すなわち、充填数ずつ投入する装置である。本実施形態では、一つの充填ユニット１２に、二つの充填装置２０を設けている。したがって、システム全体としては、六つの充填装置２０を有していることになり、同時に六つの個別容器１００への充填処理ができるようになっている。

ここで、この充填装置２０の詳細な構成を図２〜図４を参照して説明する。図２〜図４は、いずれも、充填装置２０の概略構成図であり、図２、図３、図４は、それぞれ、嵌め込み動作時、検査動作時、落下動作時の様子を示している。なお、図２〜図４は、いずれも、見易さ等の理由により、縮尺や各部材の個数が実際とは若干、異なっている。

充填装置２０は、既述したとおり、個別容器１００に、充填数の被充填物１１０を充填する装置である。その処理の流れを簡単に説明すると、まず、計数板３６に充填数分設けられた計数孔４０に被充填物１１０を嵌め込んだうえで（図２参照）、当該計数孔４０を所定の落下位置Ｐまで移動させる（図３参照）。そして、その状態で、計数孔４０の下側に位置する可動シャッター板４４を当該計数孔４０から離間する方向に移動させ、計数孔４０から被充填物１１０を落下させる（図４参照）。落下した被充填物１１０は、落下位置Ｐの下側に設けられたガイド筒２８により、メイン搬送路１４ｂ上に位置する個別容器１００まで案内される。落下位置Ｐの上側には、ＣＣＤカメラ５０が設けられており、被充填物１１０を落下させる前後での計数板３６が撮像される。制御装置は、この撮像により得られる画像データに基づいて、被充填物の良否判断等を行う。以下、この充填装置２０の各部について詳説する。

充填装置２０は、貯留容器２２、計数アセンブリ２４、シャッターアセンブリ２６、ガイド筒２８、および、検査アセンブリ３０などを備えている。貯留容器２２は、少なくとも充填数以上の被充填物を貯留する貯留部として機能するもので、多数の被充填物１１０を貯留する容器である。この貯留容器２２は、その上面および底面が完全に開口した略筒状となっている。そして、この貯留容器２２の上面および底面の開口は、それぞれ、原料供給機構１６からの被充填物１１０の供給を受け付ける供給用開口２２ａ、および、複数の被充填物１１０の通過を許容する通過開口２２ｂとして機能する。なお、本実施形態では、貯留容器２２を略筒状としているが、上面および底面に供給用開口２２ａおよび通過開口２２ｂとして機能する開口が形成されるのであれば、上面および底面が完全開口された筒状以外の形態、例えば、上面および底面に部分的な開口が形成された箱状でもよい。

この貯留容器２２には、被充填物１１０の貯留量を検出する貯留量センサ（図示せず）が設けられている。貯留量センサとしては、重量を検出する重量センサや、接触式スイッチや光、超音波等を利用して貯留されている被充填物の上面レベルを検出するレベルセンサ、撮像画像に基づいて貯留量を判定する画像処理装置などを用いることができる。この貯留量センサでの検出結果は、定期的に制御装置に出力される。制御装置は、検出された貯留量が規定の下限値を下回る場合には、原料供給機構１６を駆動して、当該貯留容器２２への被充填物１１０の供給を行う。そして、供給の結果、貯留量が規定の上限値を上回った場合、制御装置は、原料供給機構１６の駆動を停止し、被充填物１１０の供給を終了させる。

計数アセンブリ２４は、貯留容器２２から充填数の被充填物１１０を計数し、取り出すためのアセンブリで、計数板３６と、当該計数板３６を進退させるサーボシリンダ３８と、から構成される。計数板３６は、貯留容器２２の下側に近接配置される板材である。この計数板３６は、充填数分の計数孔４０が形成された計数領域３２と、平坦面を有する閉鎖領域３４と、の二つの領域に大別される。

計数領域３２は、被充填物１１０が一つだけ通過可能な計数孔４０が充填数分、形成された領域である。なお、図２〜図４では、見易さのために、計数孔４０を二つしか図示していないが、実際には、一つの個別容器１００に充填すべき個数、すなわち、充填数分、形成されている。本実施形態では、一つの個別容器１００に２５個の被充填物１１０を充填するため、図８に示すように、２５個の計数孔４０を５行５列で配設している。この充填数分の計数孔４０は、貯留容器２２の通過開口２２ｂに対応する面積範囲内に分散配置されている。したがって、計数領域３２を通過開口２２ｂの真下に位置させた場合、この充填数分の計数孔４０は全て通過開口２２ｂの内側に位置するようになっている。また、この複数の計数孔４０は、後述するＣＣＤカメラ５０での撮影可能範囲に相似な形状範囲内に分散配置されている。すなわち、ＣＣＤカメラ５０の撮影可能範囲が、図８において破線で示すような矩形５０Ｅである場合、この充填数分の計数孔４０は、当該矩形５０Ｅと相似な矩形範囲内に分散配置される。なお、計数孔４０の配列は、マトリクス状に限らず、放射状配列や菱形状配列（図８に示すマトリクスの配設方向を斜めに傾けた形態）、計数孔４０の配置位置を交互にずらした千鳥状配列、計数孔４０を規則性なく配設したランダム配列等、他の配列としてもよい。

この充填数分の計数孔４０は、貯留容器２２から被充填物１１０を充填数だけ取り出す際に利用される。すなわち、計数領域３２を通過開口２２ｂの真下に位置させると、図２に示すように、各計数孔４０に一つずつ被充填物１１０が嵌まり込むことになる。この状態で、計数領域３２を落下位置Ｐ側へと水平移動させると、図３に示すように、貯留容器２２から被充填物１１０が充填数分だけ取り出されることになる。

閉鎖領域３４は、計数板３６の基端側に設けられる領域で、その表面は平坦面となっている。この閉鎖領域３４は、図３、図４に示すように、計数領域３２が通過開口２２ｂの真下から離れる際に、当該通過開口２２ｂからの被充填物１１０の落下を禁止するべく当該通過開口２２ｂを閉鎖する。これにより、貯留容器２２からの被充填物１１０の意図しない落下が防止される。なお、本実施形態では、計数領域３２と閉鎖領域３４とを一つの板材に設けているが、それぞれ異なる板材に設けてもよい。すなわち、計数孔４０が形成された第一の板材と、表面が平坦な第二の板材と、をそれぞれ別個に設けてもよい。

サーボシリンダ３８は、計数板３６を水平方向に直線進退させる駆動源である。このサーボシリンダ３８は、電動により進退するピストン部３８ａを有しており、このピストン部３８ａの先端に計数板３６が接続されている。ここで、周知のとおり、サーボシリンダ３８は、サーボ制御可能な電動シリンダである。かかるサーボシリンダ３８を用いることにより、計数板３６の進退位置や、速度を高精度に制御することができる。なお、本実施形態では、計数板３６を進退させる駆動源としてサーボシリンダ３８を用いているが、当然、他の部材、例えば、モータやボールスプライン等を利用した直進機構や、エアシリンダ等を用いてもよい。また、本実施形態では、計数板３６を直線状に進退させているが、計数領域３２が通過開口２２ｂの真下付近と落下位置Ｐとを通過できるのであれば、円弧状に進退させてもよい。

次に、シャッターアセンブリ２６について説明する。シャッターアセンブリ２６は、計数孔４０からの被充填物１１０の落下を許容または禁止するためのアセンブリである。このシャッターアセンブリ２６は、固定シャッター板４２、可動シャッター板４４、および、サーボシリンダ４６からなる。固定シャッター板４２は、図２等に示すとおり、貯留容器２２の通過開口２２ｂとの間に計数板３６が進退できる程度の間隔を開けて、当該通過開口２２ｂの真下に固定配置される板材で、少なくとも充填数分の計数孔４０全てを覆える程度のサイズを有している。かかる固定シャッター板４２を配置することにより、通過開口２２ｂの真下付近に位置する計数孔４０からの被充填物１１０の落下を常時、禁止することができ、計数板３６による貯留容器２２からの被充填物１１０を取り出しが可能となる。

可動シャッター板４４は、落下位置Ｐに位置する計数孔４０からの被充填物１１０の落下を禁止または許容するための板材であり、少なくとも充填数分の計数孔４０全てを覆える程度のサイズを有している。この可動シャッター板４４は、サーボシリンダ４６により水平方向に直線進退可能となっている。そして、この可動シャッター板４４が落下位置Ｐの真下まで進出した場合、当該落下位置Ｐにある計数孔４０からの被充填物１１０の落下が禁止される（図３参照）。一方、可動シャッター板４４が、落下位置Ｐから離間した位置まで移動すると、落下位置Ｐにある計数孔４０からの被充填物１１０の落下が許容される（図４参照）。

サーボシリンダ４６は、可動シャッター板４４を進退駆動するもので、その構成は、計数アセンブリ２４に設けられたサーボシリンダ３８と同様である。なお、当然ながら、このシャッターアセンブリ２６においても、サーボシリンダ４６に代えて、他の機構、例えば、モータやボールスプライン等を組み合わせた直進機構やエアシリンダ等を用いてもよい。また、本実施形態では、可動シャッター板４４を直線状に進退させているが、落下位置Ｐの真下と当該真下から離間した位置とを通過できるのであれば、円弧状に進退させてもよい。さらに、本実施形態では、固定シャッター板４２と、可動シャッター板４４と、を別部材として構成しているが、この二つのシャッター板４２，４４を単一の部材で構成してもよい。例えば、端部近傍に計数領域３２相当の大きさの孔が形成された板材で、固定シャッター板４２および可動シャッター板４４両方の機能を実現してもよい。

ガイド筒２８は、落下位置Ｐにおいて計数孔４０から落下した被充填物１１０を、個別容器１００まで案内する筒状部材である。ガイド筒２８の上端に設けられた投入口２８ａは、落下位置Ｐの真下に位置しており、計数孔４０から落下する被充填物１１０全てを確実に捕捉できる大きさを有している。また、ガイド筒２８は、途中で、正常経路５２および不良経路５４の二経路に分岐する。正常経路５２の末端は、メイン搬送路１４ｂにより搬送されてきた個別容器１００の真上に位置しており、落下してきた被充填物１１０が確実に個別容器１００に投入されるようになっている。また、不良経路５４の末端は、回収機構１８を構成する回収用シュータ（図示せず）などに接続されている。したがって、この不良経路５４を通過した被充填物１１０は、回収機構１８により回収されることになる。

正常経路５２および不良経路５４の分岐箇所には、経路を切り替える切替機構５６が設けられている。この切替機構５６の駆動は、後述する検査での結果に応じて制御装置により制御される。なお、この切替機構５６の構成は、特に限定されないが、例えば、図２に示すように、所定の回転軸を中心に回転することで、いずれか一方の経路を閉鎖する回転板などで切替機構５６を構成することができる。

検査アセンブリ３０は、計数領域３２を撮像して得られる画像データに基づいて、被充填物１１０の良否等を検査するためのユニットで、ＣＣＤカメラ５０や、照明装置４８、および、画像処理手段として機能する制御装置などから構成される。ＣＣＤカメラ５０は、落下位置Ｐの真上に設置されており、当該落下位置Ｐに到達した計数領域３２を撮像できるようになっている。別の言い方をすれば、このＣＣＤカメラ５０は、落下動作の前後における計数領域３２を撮像する撮像手段として機能する。このＣＣＤカメラ５０で撮像することにより得られる画像データは、画像処理手段として機能する制御装置に出力される。制御装置は、当該画像データに基づいて、被充填物１１０の良否や、嵌まり込み状態の良否、落下動作後であっても被充填物１１０が計数孔４０に残存する「詰まり」の有無などを判断するが、この判断の詳細については後に詳説する。照明装置４８は、ＣＣＤカメラ５０により撮像される計数領域３２を照明する装置で、例えば、計数領域３２相当の内径を有した環状ライトなどを用いることができる。

次に、上記したような構成の充填装置２０による充填処理の流れについて説明する。個別容器１００に被充填物１１０を充填する場合には、まず、計数領域３２に設けられた充填数分の計数孔４０それぞれに被充填物１１０を嵌め込ませる嵌め込み動作を実行する。嵌め込み動作は、図２に示すように、計数領域３２を通過開口２２ｂの真下に位置させることで実現される。そして、各計数孔４０に被充填物１１０が嵌まり込んだ状態で、図３に示すように、計数板３６を水平方向に移動させ、計数領域３２を落下位置Ｐへと移動させることにより、貯留容器２２から充填数の被充填物１１０が計数され、取り出されることになる。

ただし、通常、計数領域３２を通過開口２２ｂの真下に単に位置させただけで、全ての計数孔４０に被充填物１１０を確実に嵌め込ませることは困難な場合が多い。すなわち、貯留容器２２内の被充填物１１０と、計数孔４０と、の相対位置関係によっては、種々の嵌め込み不良が生じる場合があった。図５は、嵌め込み状態不良の一例を示す図である。計数領域３２を単純に通過開口２２ｂの真下に位置させただけでは、この図５に示すように、一つの計数孔４０に複数の被充填物１１０が嵌まり込もうとする「ブリッジ」や、一つの計数孔４０に被充填物１１０が一つ嵌まり込まない「抜け」が生じる場合がある。

本実施形態では、かかる嵌め込み状態不良を防止するために、嵌め込み動作時に、計数板３６を特殊な態様で移動させている。これについて図６を用いて詳説する。図６は、嵌め込み動作時の計数板３６の動きを示すイメージ図である。

本実施形態では、計数領域３２が落下位置Ｐに位置する状態から、嵌め込み動作へと移行する。したがって、嵌め込み動作を実行する場合、計数領域３２は、落下位置Ｐから通過開口２２ｂに向かって（図６における右側から左側への向きで）移動する。換言すれば、嵌め込み動作を実行する際、計数領域３２を通過開口２２ｂの下側へと進入させるべく、計数板３６を移動させる。本実施形態では、この計数領域３２を通過開口２２ｂの下側へと進入移動させる際の速度を、比較的高速としている。なお、この進入時の速度の好適な値は、計数板３６等の剛性や、駆動源であるサーボシリンダ３８の性能などに応じて変わってくるため具体的な数値を挙げることはできないが、少なくとも、計数領域３２を通過開口２２ｂの下側から落下位置Ｐへと移動させる際の速度よりも高速であることが望ましい。そして、このように、比較的高速で、計数領域３２を通過開口２２ｂの下側に進入させることで、被充填物１１０の計数領域３２の上面での滞留時間を短くできる。そして、その結果、一つの計数孔４０に複数の被充填物１１０が嵌まり込む「ブリッジ」等を効果的に防止できる。

さらに、本実施形態では、この嵌め込み動作の際、計数領域３２を通過開口２２ｂの真下を僅かに超えた位置まで水平移動させるオーバーシュートを行った後に、当該オーバーシュートした計数領域３２を通過開口２２ｂの真下まで戻すリターンを行う微小進退動作を１回以上行うようにしている。

ここで、「通過開口２２ｂの真下」とは、通過開口２２ｂの下側、かつ、通過開口２２ｂの中心軸線上の意味であり、「計数領域３２が通過開口２２ｂの真下を超える」とは、計数領域３２の中心軸線が通過開口２２ｂの中心軸線を通過して超える位置まで計数領域３２を移動させることである。また、「計数領域３２を通過開口２２ｂの真下まで戻す」とは、オーバーシュートした計数領域３２の中心軸線が通過開口２２ｂの中心軸線に到達する位置まで計数領域３２を移動させることをいう。

したがって、本実施形態では、嵌め込み動作の際、図６（ａ）に示すとおり、計数領域３２の中心軸線Ｃｂが通過開口２２ｂの中心軸線Ｃａに到達しても移動を停止させず、計数領域の中心軸線Ｃｂが、通過開口２２ｂの中心軸線Ｃａを僅かに通過した位置まで図６（ａ）の矢印方向に水平移動（オーバーシュート）させる。そして、当該通過した位置まで到達すれば、図６（ｂ）に示すとおり、計数板３６を反対側の向き（図６における左側から右側への向き）に移動させ、計数領域３２の中心軸線Ｃｂが通過開口２２ｂの中心軸線Ｃａに到達するまで計数板３６を水平移動させる（リターン）。本実施形態では、この後、計数領域３２を落下位置Ｐまで移動させる工程に移行するが、必要であれば、このオーバーシュートとリターンとを行う微小進退を再度、実行してもよい。すなわち、図６（ｂ）の状態になった後に、再度、図６（ａ）の状態になるように計数板３６を水平移動（オーバーシュート）させたてから計数板３６をリターンさせ図６（ｂ）の状態に戻すようにしてもよい。また、図面左方向にオーバーシュートさせるだけでなく、図面右方向にオーバーシュートさせてもよい。すなわち、図６（ａ）の状態から図６（ｂ）の状態に変移した後に、今度は、計数板３６を図面右方向に水平移動させて計数板３６を落下位置Ｐ寄りに僅かにずれた状態（オーバーシュート状態）にさせてから計数板３６を図面左方向に移動させて図６（ｂ）の状態に戻すようにしてもよい。

かかる微小進退動作を実行することで、被充填物１１０と計数孔４０とを適度に相対運動させることができ、上述の「ブリッジ」や「抜け」を効果的に防止することができる。なお、オーバーシュートした時点における計数領域３２の中心軸線Ｃｂと通過開口２２ｂの中心軸線Ｃａとのズレ量Ｄは、特に限定されないが、計数孔４０の直径（または被充填物の粒径）の１／２以上であることが望ましい。また、ズレ量Ｄの最大値は、特に、規定されないが、過度に大きすぎると、通過開口２２ｂの一部が開放され、被充填物１１０の意図しない落下が生じる。例えば、計数板３６が、図６（ａ）の状態から、さらに、右方向に移動すると、通過開口２２ｂの右端部分が開放されてしまい、被充填物１１０の落下が生じることになる。ズレ量Ｄは、かかる被充填物１１０の意図しない落下を防止できる程度の値以下にする。

各計数孔４０に被充填物１１０を嵌め込む嵌め込み動作が完了すれば、続いて、検査動作を実行する。検査動作は、各計数孔４０に嵌め込まれた被充填物１１０の良否、および、嵌め込み状態の良否を判断するための動作である。

この検査動作を実行する場合、制御装置は、図３に示す状態になるように、計数領域３２を落下位置Ｐに、また、可動シャッター板４４を落下位置Ｐの下側に移動させる。この図３の状態になれば、実際に検査動作が開始される。この検査動作の流れを図７を用いて説明する。図７は、検査動作の流れを示すフローチャートである。

検査動作では、まず、ＣＣＤカメラ５０により計数領域３２が撮像される（Ｓ１０）。図８は、この撮像の様子を示すイメージ図であり、当該図８において破線で示した矩形は、ＣＣＤカメラ５０での撮像可能範囲５０Ｅである。撮像時には、当然ながら、充填数分の計数孔４０全てが撮像される。

ここで、図８から明らかなとおり、本実施形態では、充填数分の計数孔４０を、ＣＣＤカメラ５０の撮像可能範囲５０Ｅと相似形状の矩形範囲内に分散配置している。これは、ＣＣＤカメラ５０の性能（画素数など）を有効利用するためである。すなわち、充填数分の計数孔４０を撮像可能範囲５０Ｅとは非類似の形状範囲内に分散配置した場合（例えば、充填数分の計数孔４０を一列に並べたような場合など）には、一台のＣＣＤカメラ５０で全ての計数孔４０を撮像することが難しくなり、複数のＣＣＤカメラが必要になる場合がある。しかし、複数のＣＣＤカメラを用意することはコストアップの原因になり望ましくない。もちろん、充填数分の計数孔４０を一列に並べた場合でも、撮像倍率を下げれば、一台のＣＣＤカメラで撮像できなくもない。しかし、この場合には、各計数孔４０の像の解像度が大幅に低減してしまい、結果として良否検査の信頼性を損なうことになる。本実施形態では、こうした問題を避けるために、充填数分の計数孔４０を、ＣＣＤカメラ５０の撮像可能範囲５０Ｅと相似形状の矩形範囲内に分散配置している。これにより、計数孔４０の像を高解像度で得ることができ、良否検査の信頼性を向上できる。

計数領域３２の撮像により得られた画像データは、画像処理手段として機能する制御装置に出力される。制御装置は、この画像データに所定の画像処理を施し、計数孔４０に嵌め込まれた被充填物１１０の良否、および、計数孔４０への嵌め込み状態の良否を判断する。

ここで、本実施形態では、白色の本体に有色のコーティングを施した錠剤菓子を被充填物１１０として取り扱う。そして、この有色のコーティング部分の形状が、規定形状と異なる被充填物１１０を不良品として判断する。したがって、図８に示すように、一部が欠けた被充填物１１０ａや、本体は欠けていないがコーティングが一部剥がれた被充填物１１０ｂ、形状が基準と大幅に異なる被充填物１１０ｃ、サイズが基準に比べて大きい被充填物１１０ｄ、サイズが基準に比べて小さい被充填物１１０ｅなどが不良品として判断される。

また、本実施形態では、一つの計数孔４０に一つの被充填物１１０が完全に嵌まり込んでいない場合には、嵌め込み状態不良と判断する。したがって、図８に示すように、一つの計数孔４０に複数の被充填物１１０ｆ，１１０ｇが嵌まり込んでいる状態や、一つの計数孔４０ａに被充填物が一つも嵌まり込んでいない状態などを嵌め込み状態不良と判断する。

こうした被充填物１１０の良否、および、嵌め込み状態の良否の判断手法としては種々の形態が考えられるが、本実施形態では、次の手順で良否を判断する。まず、制御装置は、撮像により得られた画像データを、予め規定された基準輝度値を閾値として二値化する（Ｓ１２）。図９の上段は、この二値化処理により得られた二値化画像の一例を示す図である。なお、本実施形態では、この二値化処理で被充填物１１０のうちコーティング部分のみを確実に抽出できるようにするために、計数板３６および当該計数板３６の下側に位置する可動シャッター板４４の両方の色を、コーティングとは輝度値が大きく異なる色としている。具体的には、本実施形態のコーティングは、赤や黄色、青などの比較的低輝度な色を有しているため、計数板３６および可動シャッター板４４の色は、比較的高輝度な白色としている。かかる色構成とすることで、二値化した際には、コーティング部分のみを確実に黒色として抽出できる。

二値化処理ができれば、続いて、黒色で抽出された被充填物１１０（正確には被充填物のうちコーティングされた範囲）のエッジを抽出する（Ｓ１４）。このエッジ抽出処理は、例えば、各画素毎に輝度値の微分値の絶対値を算出し、さらに、この絶対値を閾値弁別することで抽出できる。例えば、図９のラインＬにおける輝度値変化を考える。この場合、輝度値は、図９の中段に示すように、被充填物１１０のエッジに相当する箇所で急激に変化する。この輝度値の微分値（実際には、隣接する画素の輝度値との差分値）の絶対値は、図９の下段に示すグラフのように、被充填物１１０のエッジに相当する箇所でのみ高い値をとる。制御装置は、この輝度値の微分値の絶対値と、予め規定された基準値と、を比較し、当該絶対値が当該基準値を上回る箇所を、エッジ部分として抽出する。

エッジが抽出できれば、続いて、制御装置は、パターンマッチングなどの公知の技術を用いて、抽出されたエッジが示す形状と基準形状との誤差量を、各計数孔４０ごとに算出する（Ｓ１６）。そして、得られた誤差量と、規定閾値と、を比較する（Ｓ１８）。この比較の結果、誤差量が規定閾値を超える計数孔４０が一つでも発生すれば、制御装置は、被充填物不良または嵌め込み状態不良が発生していると判断し、検査動作を終了する（Ｓ２２）。一方、全ての計数孔において、誤差量が規定閾値未満であった場合には、不良は発生していないと判断し、検査動作を終了する（Ｓ２０）。なお、ここで説明した検査動作の流れは一例であり、被充填物の良否および嵌め込み状態の良否の少なくとも一方が判断できるのであれば、当然、他の手順で検査を行ってもよい。

検査動作が完了すれば、制御装置は、計数孔４０に嵌め込んだ被充填物１１０を落下させる落下動作を実行させる。この落下動作を行う際、制御装置は、検査動作での検査結果に応じて、ガイド筒２８内の経路を適切に切り替えておく。具体的には、検査の結果、何ら不良が発生していないと判断した場合、制御装置は、不良経路５４を遮断して、計数孔４０から落下してきた被充填物１１０が正常経路５２を通るようにしておく。逆に、検査の結果、何らかの不良が発生していると判断された場合、制御装置は、切替機構５６を駆動して、正常経路５２を遮断するとともに、落下してくる被充填物１１０が不良経路５４を通るようにしておく。

経路の切り替えが完了すれば、制御装置は、続いて、落下位置に位置する各計数孔４０からの被充填物１１０の落下を許容するべく、可動シャッター板４４を計数領域３２から離間した位置に移動させる。この可動シャッター板４４の移動により、各計数孔４０の底面が開放され、被充填物１１０がガイド筒２８へと落下する。

検査において何らかの不良が発見されていた場合には、被充填物１１０は、ガイド筒２８に設けられた不良経路５４に案内され、最終的に回収機構１８へと投入される。回収機構１８は、この投入された被充填物１１０を回収、収集する。そして、場合によっては、この回収された被充填物１１０を、原料供給機構１６に供給する。すなわち、これまでの説明から明らかなとおり、本実施形態では、計数孔４０に嵌まり込んだ複数の被充填物１１０のうち一つでも不良があれば、他の正常な被充填物も不良経路５４に落下させる。したがって、不良経路５４に投入された被充填物１１０の中には、品質的に問題がない被充填物１１０も多量に含まれており、この正常な被充填物１１０を廃棄等することは非効率であるといえる。したがって、本実施形態では、回収機構１８で回収された被充填物１１０を、再度、原料供給機構１６に供給している。

検査において不良が発見されなかった場合、被充填物１１０は、ガイド筒２８に設けられた正常経路５２により案内され、最終的に、個別容器１００へと投入され、充填される。ここで、この個別容器１００に投入される被充填物１１０は、予め計数板３６により計数された個数であり、かつ、検査により正常と判断された被充填物１１０である。したがって、本実施形態によれば、品質的に問題のない充填数分の被充填物１１０を確実に個別容器１００に充填することができる。また、一回の落下動作で、複数（充填数）の被充填物１１０を投入できるため、比較的短い時間で、充填処理を行うことができる。

ところで、被充填物１１０は、正常経路５２の下端から個別容器１００に落下することになるが、この正常経路５２の下端の態様によっては、被充填物１１０の個別容器１００からの離脱を招くことがある。これについて図１１を用いて簡単に説明する。図１１（ａ）は、個別容器１００周辺の概略側面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）における概略Ｂ−Ｂ断面図である。

本実施形態で用いる個別容器１００は、図１１に示すように、上面視略楕円形の舟形形状である。この個別容器１００の上面は完全に開口しており、当該開口が、被充填物１１０の投入を受け付ける投入開口１００ａとなる。ここで、図１１（ａ）に示すように、正常経路５２の下端と、投入開口１００ａとの距離Ｈが過度に大きい場合には、当該正常経路５２の下端から落下した被充填物１１０が、跳ねて個別容器１００の外部に飛び出す場合がある。また、図１１（ｂ）に示すように、正常経路５２の下端形状が投入開口１００ａの形状と大幅に異なっている場合、特に、投入開口１００ａが非円形であるのに対し、正常経路５２の下端形状が円形である場合には、個別容器１００における被充填物１１０の堆積分布に偏りが生じやすい。その結果、図１１（ａ）に示すように、被充填物１１０が山状に積み重なった不安定な堆積状態になりやすい。この場合、当該「山」の頂上付近に堆積した被充填物１１０が、他部材と衝突し、個別容器１００の外部に押し出される場合もある。

本実施形態では、こうした問題を避けるために、正常経路５２の下端の位置と形状とを特殊な態様にしている。具体的には、本実施形態では、図１０（ａ）に示すように、正常経路５２の下端と、投入開口１００ａと、の距離Ｈを、被充填物１１０の高さ（正確には短軸長さ）より小さくしている。かかる構成とすることで、落下時に被充填物１１０が跳ね上がったとしても、被充填物１１０が個別容器１００の外側に飛び出すことが防止される。

また、本実施形態では、図１０（ｂ）に示す通り、正常経路５２の下端形状を、投入開口１００ａの形状とほぼ同じ、あるいは、僅かに小さい相似形状としている。かかる構成とすることで、被充填物１１０が、個別容器１００の全体に均等に落下しやすくなり、部分的に被充填物１１０が堆積する山盛り状態が防止される。そして、結果として、「山」が他部材と干渉することにより生じる被充填物１１０の個別容器１００外部への転落等を防止できる。

再び、充填処理の流れを説明する。上記の手順で落下動作が完了すれば、制御装置は、再度、検査動作を実行する。この検査動作では、被充填物１１０が落下することなく計数孔４０に残留する「詰まり」の有無を検査する。

具体的には、落下動作が完了すれば、制御装置は、可動シャッター板４４を、再度、落下位置Ｐの真下（計数領域の真下）に移動させる。その状態で、計数領域をＣＣＤカメラ５０で撮像する。そして、制御装置は、この撮像により得られた画像データに、被充填物１１０に相当する像があるか否かを判断する。この像の有無判断の方法として種々の形態が考えられるが、例えば、画像データを二値化したうえで、黒色部分の面積（画素数）を算出する。そして、黒色部分の面積が規定の閾値以上の場合には、被充填物１１０が残留していると判断するようにしてもよい。もちろん、この手法は、一例であり、当然、他の手法で被充填物１１０の残留を検出してもよい。

いずれにしても、当該検査により被充填物１１０が落下することなく計数孔４０に残留していると判断された場合、制御装置は、ユーザにエラーを通知するとともに、充填装置２０および搬送機構１４の駆動を一時停止する。この場合、ユーザは、当該エラーが発生した充填装置２０を確認し、「詰まり」が発生していれば、残留している被充填物１１０を除去して、当該「詰まり」を解消すればよい。また、被充填物１１０が計数孔４０に残留しているということは、個別容器１００に投入された被充填物１１０の数が充填数に達していないことになる。したがって、「詰まり」が発生した場合、ユーザは、その直前に、被充填物１１０が充填された個別容器１００をラインから取り出しておくことが望ましい。

一方、検査の結果、「詰まり」は無いと判断された場合、制御装置は、メイン搬送路１４ｂを駆動して、充填済みの個別容器１００を下流側に搬送するとともに、充填前の個別容器１００を正常経路５２の真下に移動させる。そして、以降は、上述の充填処理を繰り返せばよい。

以上、説明した通り、本実施形態では、計数板３６を用いて被充填物１１０を計数するが、この計数時（嵌め込み動作時）に、計数板３６を微小進退させる微小進退動作を１回以上行っている。その結果、ブリッジや抜けといった嵌め込み状態不良を効果的に防止することができる。そして、結果として、予め規定された充填数分の被充填物を、より迅速かつ正確に個別容器１００に充填できる。

本発明の実施形態である充填システムの概略上面図である。嵌め込み動作時における充填装置の概略構成図である。検査動作時における充填装置の概略構成図である。落下動作時における充填装置の概略構成図である。嵌め込み状態不良の一例を示す図である。嵌め込み動作時の計数板の動きを示すイメージ図である。検査動作の流れを示すフローチャートである。ＣＣＤカメラによる計数領域の撮像の様子を示す図である。検査動作における画像処理の過程を示す図である。ガイド筒下端周辺の概略側面図および断面図である。他の充填装置におけるガイド筒下端周辺の概略側面図および断面図である。

符号の説明

１０充填システム、１２充填ユニット、１４搬送機構、１４ａ投入元搬送路、１４ｂメイン搬送路、１４ｃ排出用搬送路、１５プッシャー、１６原料供給機構、１７プッシャー、１８回収機構、２０充填装置、２２貯留容器（貯留部）、２２ｂ通過開口、２４計数アセンブリ、２６シャッターアセンブリ、２８ガイド筒、３０検査アセンブリ、３２計数領域、３４閉鎖領域、３６計数板、３８，４６サーボシリンダ、４０計数孔、４２固定シャッター板、４４可動シャッター板、５０ＣＣＤカメラ、５０Ｅ撮像可能範囲、５２正常経路、５４不良経路、５６切替機構、１００個別容器、１００ａ投入開口、１１０被充填物。

Claims

粒状の被充填物を、所定の落下位置から予め規定された充填数だけ落下させることで、当該落下の終端に位置する個別容器に充填する充填装置であって、
少なくとも前記充填数以上の被充填物を貯留する貯留部であって、底面に複数の被充填物が通過可能な通過開口が形成された貯留部と、
前記通過開口の下側において水平方向に進退自在な部材であって、前記被充填物が一つだけ通過可能な計数孔が前記充填数分、形成された計数部材と、
前記計数部材が前記通過開口の真下から離間する際に、前記通過開口からの被充填物の落下を禁止するべく前記通過開口を閉鎖する閉鎖部材と、
前記計数部材の下側に設けられる部材であって、少なくとも一部が水平方向に進退することで前記計数孔からの被充填物の落下を禁止または許容するシャッター部材と、
前記計数部材、閉鎖部材、シャッター部材の動作を制御する制御手段であって、少なくとも、前記シャッター部材により前記計数孔からの被充填物の落下を禁止した状態で前記計数部材を通過開口の真下に位置させることで各計数孔に被充填物を嵌め込ませる嵌め込み動作と、前記計数部材を落下位置に位置させた状態で前記シャッター部材により前記計数孔からの被充填物の落下を許容することで前記個別容器に被充填物を充填する落下動作と、を実行させる制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記嵌め込み動作において、前記計数部材を前記通過開口の真下より僅かにずれた位置まで水平移動させた後に前記通過開口の真下まで戻す微小進退動作を１回以上実行させる、
ことを特徴とする充填装置。
請求項１に記載の充填装置であって、さらに、
前記嵌め込み動作後、かつ、落下動作前の計数部材を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により得られた画像データに基づいて、前記計数孔に嵌まり込んだ被充填物の良否および前記計数孔への被充填物の嵌まり込み状態の良否の少なくとも一方を判断する画像処理手段と、
を備えることを特徴とする充填装置。
請求項１または２に記載の充填装置であって、さらに、
前記落下動作後、かつ、次の嵌め込み動作前の計数部材を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により得られた画像データに基づいて、被充填物が落下することなく計数孔に残留する詰まりの有無を判断する画像処理手段と、
を備えることを特徴とする充填装置。