たくさん食べた後に体重計に乗って、0.2 ポンドの差を「十分近い」と無視した経験がある人なら、なぜ顆粒包装機にとって計量精度が重要であるのかという基本的な考え方を理解できるでしょう。しかし、あなたがスナックメーカー、洗剤メーカー、またはコーヒー焙煎業者の場合、同じ 0.2 ポンドの差が収益の損失、顧客の不満、さらには規制の問題に変わります。長年、工業用顆粒包装装置のサプライヤーとして、私は顧客からの同じ質問に答えてきました。「これらの機械の計量システムは実際どのくらい正確ですか?」今日は、科学、現実世界の限界、そして包装ラインから出てくるすべての顆粒がラベルと一致していることを確認するためにチームがとっている手順を詳しく説明します。
基本的なことから始めましょう。顆粒包装機の計量システムはなぜ正確なのでしょうか?簡単なセンサーで流体の流れを制御できるバルク液体包装とは異なり、粉末洗剤、ローストしたナッツ、割れたポテトチップスなどの顆粒は、サイズ、密度、流量が不規則です。この不一致は、計量システムが直面する最大の課題です。なぜなら、ある顆粒の重量が次の顆粒の重量と同じになることは決してないからです。ピーナッツ 1 個はカシューナッツよりも軽く、洗剤の粉末の塊は細かくばらばらの粒子よりも重く、砕いたチップの数個にはパック全体にはない隙間があります。優れた計量システムでは、毎回正確な計量目標を達成しながら、これらの小さなランダム変数を考慮する必要があります。
最新の顆粒包装機のほとんどは、重量計量と容積測定充填という 2 つの中核となる計量技術を使用しており、重量計量は精度のゴールドスタンダードです。重量ではなく体積を測定する容積測定システムは、安価ですが精度がはるかに劣ります。これらのシステムは、設定されたサイズの空洞を満たすことで機能しますが、顆粒の密度が変化すると、体積が重量の代用として不十分になります。たとえば、緩く詰められた米 2 カップの重さは、粒に含まれる空気の量に応じて 50 グラムにも 60 グラムにもなります。そのため、精度が交渉の余地のない用途では、ほとんどのメーカーが重量計量システムを選択します。これらのシステムはロード セルを使用します。これは機械的な力 (顆粒の重量) を電気信号に変換する高感度のデバイスで、電気信号は制御システムによって測定および調整されます。私たちのチームはこれらのシステムの改良に何年も費やしてきましたが、適切に校正すれば、適切に設計された重量測定システムは目標重量の ±0.1% という厳しい精度範囲に到達できることがわかりました。この数字は小さいように思えますが、状況に合わせて考えてみましょう。洗剤 1 kg 袋の場合、その違いはわずか 1 グラムです。ナッツ10kg袋なら10グラムです。これに 1 日あたり 10,000 袋を掛けると、毎日 10 kg の製品が紛失するか (充填が不足している場合)、景品 (充填が過剰な場合) が発生していることになります。
しかし、精度はロードセルだけの問題ではありません。顆粒包装機の計量システムに影響を与える可能性のある要因は他にも多数あり、その多くは実際の顧客環境で見られます。まず、校正プロセスがあります。新しい機械は、箱から出してすぐに完璧に稼働できるわけではありません。輸送中にロードセルがわずかにずれたり、顆粒を供給するホッパーが詰まったり曲がったり、工場の床の温度でさえ電気信号に影響を与える可能性があります。昨年、小規模のナッツ加工工場を経営する顧客から、機械の充填量が 1 袋あたり平均 5 グラム不足しているとの苦情が寄せられました。当社のサービス技術者が到着したとき、工場の床がわずかに沈下しており、ロードセルが外れるほど梱包機のフレームが傾いていることがわかりました。簡単な再キャリブレーションにより、1 時間以内に問題が解決されました。そのため、当社の機械に組み込まれているすべての精度について、パフォーマンスを維持するための重要な部分として継続的な校正を重視しています。
もう一つの大きな要因は、粒子の特性です。すべての材料は異なる挙動を示し、粉末洗剤に適したものはポテトチップスには適しません。粉末洗剤のような細かく流動的な顆粒は、大きな隙間や塊がなく、供給ホッパー内を一貫して移動するため、正確に供給することが容易になります。たとえば粉末洗剤包装機が、毎分 200 袋を充填する高速ラインでも ±0.2% の精度を維持できるのはこのためです。しかし、ポテトチップスのような不規則で壊れやすい顆粒の場合は別の話です。チップは壊れやすく、切り方や揚げ方によって密度が異なり、供給シュートに詰まったり、計量ホッパー内で不均一に積み重なったりすることがあります。そのため、ポテトチップス包装機を設計する際には、一度の大きなダンプではなく、複数の小さな供給ステップを使用するように計量システムの供給メカニズムを調整します。最初に目標に近づくために粗い供給を行い、次に正確な重量に達するために一度にわずか数グラムの細かい供給を行います。また、計量ホッパーに小型のバイブレーターを追加して、チップを均一に沈降させ、重量が振り落とされる可能性のある隙間を減らします。その結果、当社のポテトチップ包装機は、毎分80袋でも±0.5%以内の精度を維持しており、このデリケートな素材では業界をリードしています。
速度も精度に影響を与えるトレードオフです。包装機の稼働が速くなるほど、顆粒の供給を制御し、計量システムを時間内に調整することが難しくなります。マルチレーン コーヒー スティック包装機が 16 レーンにわたって毎分 1,000 本のスティックを充填できるコーヒー スティックのような大量用途の場合、顆粒が供給されるときにリアルタイムで調整する動的計量システムを使用します。これらのシステムは、ホッパーがいっぱいになるまで重量を測定するのを待ちません。継続的に少量の重量を読み取り、サイクルの途中で供給速度を調整し、高速充填によるエラーを削減します。当社がこれらのシステムをテストしたところ、最大速度でも ±0.3% の精度に達することができました。そのため、当社のマルチレーン コーヒー スティック マシンは世界最大手のコーヒー ブランドで使用されています。
ただし、精度については次のとおりです。100% 完璧なマシンは存在せず、それは必ずしも悪いことではありません。米国国立標準技術研究所 (NIST) などの規制機関は、包装済み商品の許容範囲を設定しており、ほぼすべてのメーカーがその制限内で業務を行っています。たとえば、NIST の「正味内容法」では、どの荷物も平均して表示重量を少量以上下回ってはならず、個々の荷物は設定されたしきい値を超えて下回ってはいけないと規定されています。 ±0.1% ～ ±0.5% の精度範囲は、ほとんどすべての製品でこれらの制限内に十分収まっており、小規模メーカーであっても、適切な校正を維持している限りペナルティを心配する必要はありません。
とはいえ、正確さはコンプライアンスだけではなく、顧客の信頼にも関係します。顧客が 500 g のナッツ袋を購入し、常に 480 g を入手した場合、顧客はそのブランドから購入するのをやめ、メーカーは収益を失います。逆に言えば、一貫して 520g を収穫できれば、製品を無料で配布していることになり、中規模の植物では月に数千ドルに上ります。前四半期、トレイルミックスを製造しているお客様から、ナッツ包装機に切り替えた後、最初の 1 か月以内に景品のコストが 15% 下がったと連絡がありました。彼らは容積充填のみを行う古い機械を使用していたため、ナッツ密度のばらつきにより一貫して過剰充填が行われていました。当社の重量測定システムはその問題を解決し、不必要な製品のプレゼント費用を月に 2,000 ドル以上節約しました。
では、顆粒包装機の精度の限界はどのくらいでしょうか?簡単な答えは次のとおりです。機械、材料、セットアップによって異なりますが、適切に設計され、適切にメンテナンスされた機械であれば、ほとんどの一般的な顆粒製品の精度は ±0.1% ～ ±0.5% になります。砕けたチップのような非常に繊細で不規則な材料の場合、その数値は最大 ±0.7% になる可能性がありますが、コーヒー粉のような細かく均一な顆粒の場合、この数値は ±0.08% まで低下する可能性があります。重要なのは、完璧を追い求めることではありません。特定の製品用に設計されたシステムを選択し、定期的に調整し、適切に保守することです。
結局のところ、計量システムは顆粒包装機の心臓部であり、そのため当社のチームは、機械の他の部分よりもこれらのシステムのテストと改良に多くの時間を費やしています。当社はすべての顧客と協力して、特定の製品、希望する速度、精度要件を理解することで、画一的なモデルではなく、顧客のニーズに合った機械を構築できます。顆粒包装機を検討していて、粉末洗剤、ナッツ、ポテトチップスなどの特定の製品の精度がどのように機能するかについて詳しく知りたい場合、または現在の機械のメンテナンスや校正について質問がある場合は、当社がお手伝いいたします。
梱包のニーズについて話し合い、ビジネスに最適なソリューションを見つけるには、今すぐ当社のチームにお問い合わせください。私たちは喜んですべての質問に答え、事例を共有し、製品の正確性を維持し、顧客を満足させ、収益を向上させるための機器を見つけるお手伝いをします。
参考文献
- 米国国立標準技術研究所。 （2022年）。ハンドブック 133: 梱包された商品の正味内容の確認。米国商務省。
- 欧州標準化委員会。 （2021年）。 EN 415-7: 包装産業用機械の安全性 – パート 7: 粒状製品の包装機械の要件。
- スミス、J.ら。 （2020年）。 「不規則な粒状材料の重量充填システムの精度の限界」ジャーナル・オブ・パッケージング・テクノロジー・アンド・サイエンス、vol. 33、いいえ。 4、145-162ページ。
- デイビス、L. (2019)。 「容積測定充填と重量測定充填: 中堅メーカーの費用対効果の分析」工業用包装マガジン、vol. 27、いいえ。 2、32-37ページ。
