JP2001348002A

JP2001348002A - 充填機

Info

Publication number: JP2001348002A
Application number: JP2000168695A
Authority: JP
Inventors: Shin Suzuki; 伸鈴木; Fumimine Nozawa; 文峰野沢
Original assignee: Azbil Corp; Yamatake Industrial Systems Co Ltd
Current assignee: Azbil Corp; Yamatake Industrial Systems Co Ltd
Priority date: 2000-06-06
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2001-12-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】流量計によるサンプリングと制御部によるバ
ルブの開閉制御が独立に行われることによる各充填サイ
クルでの充填量のばらつきを小さくする。【解決手段】各充填サイクルにおいてバルブが開いて
から決まった時刻の流量をサンプリングすることができ
るようにサンプリング手段６６によるサンプリングの開
始を開信号１７ａと同期させるタイミング同期手段６２
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容器に所定量の流
体を充填する充填機に関する。

【０００２】

【従来の技術】容器に充填される流体を一定量に制御す
る方法として、流体が注入されている容器の重量を監視
する方法と、容器に流体を注入する注入管を流れる流量
を監視する方法とがある。流量を監視する方法では、流
量計として渦流量計、オーバル流量計、電磁流量計など
の利用が考えられる。

【０００３】図１０は、電磁流量計を用いた従来の充填
機の全体構成を示すブロック図である。この充填機は複
数の注入管２０２ａ〜２０２ｎを備え、コンベア２０８
によって所定の注入位置に運搬されてきた複数の容器２
０１ａ〜２０１ｎに同時に流体を充填するものである。
この充填機は、注入管２０２ａ〜２０２ｎと、各注入管
２０２ａ〜２０２ｎから流体の供給をオン／オフするバ
ルブ２０３ａ〜２０３ｎと、各注入管２０２ａ〜２０２
ｎを流れる流体の流量を計測する電磁流量計２０４ａ〜
２０４ｎと、電磁流量計２０４ａ〜２０４ｎからの流量
信号２１４ａ〜２１４ｎに基づいてバルブ２０３ａ〜２
０３ｎを開閉する制御部２０７ａ〜２０７ｂとからな
る。

【０００４】注入管２０２ａと、バルブ２０３ａと、電
磁流量計２０４ａと、制御部２０７ａとによって１つの
ユニットが構成される。同様のユニットが注入管２０２
ｂ〜２０２ｎと、バルブ２０３ｂ〜２０３ｎと、電磁流
量計２０４ａ〜２０４ｎと、制御部２０７ｂ〜２０７ｎ
とによってそれぞれ構成される。各ユニットはすべて同
じ構成を有しているので、以下では注入管２０２ａを含
むユニットを例にして説明する。

【０００５】図１０に示した充填機の動作を説明する。
コンベア２０８が容器２０１ａを注入位置に配置する
と、制御部２０７ａはバルブ２０３ａに対して開信号２
１７ａを出力する。これによりバルブ２０３ａが開き、
容器２０１ａへの流体の注入が開始される。電磁流量計
２０４ａは、注入管２０２ａ内の流体に交番磁界を印加
する。これにより注入管２０２ａ内には平均流速に応じ
た起電力が生ずる。電磁流量計２０４ａは、この起電力
に基づく信号を所定のサンプリング間隔でサンプリング
して、これにより得られた信号を演算処理することによ
り、注入管２０２ａ内の流量を示す流量信号２１４ａを
生成して出力する。

【０００６】電磁流量計２０４ａが起電力に基づく信号
をサンプリングするときのサンプリング時間をΔｔ、注
入管２０２ａを流れた流体の総流量をＶとすると、電磁
流量計２０４ａから出力される流量信号２１４ａはｄＶ
／ｄｔ（ΔＶ／Δｔ）で表される。したがって、この流
量信号２１４ａを積分する（流量信号２１４ａの総和を
とる）ことにより、注入管２０２ａを流れた流体の総流
量Ｖを求められる。制御部２０７ａは、バルブ２０３ａ
に対して開信号２１７ａを出力した後に電磁流量計２０
４ａから出力された流量信号２１４ａを積分して、総流
量Ｖを算出する。この総流量Ｖが設定値に達した時点で
バルブ２０３ａに対して閉信号（バー）２１７ａを出力
する。これによりバルブ２０３ａが閉じ、容器２０１ａ
への流体の注入が停止して、１回の充填サイクルが完了
する。この１回の充填サイクルにおいて、バルブ２０３
ａが開き始めてから完全に閉まるまでに注入管２０２ａ
を流れた流体の総流量が、容器２０１ａの充填量とな
る。以上の充填サイクルを繰り返し行ない、コンベア２
０８により次々と運搬される容器２０１ａに対して順次
流体を充填する。

【０００７】図１１は、図１０に示した従来の充填機の
動作特性を示す図である。横軸は時間、縦軸は流量であ
る。時刻ｔ₁で開信号２１７ａが入力されてバルブ２０
３ａが開き始めると、注入管２０２ａ内の流体の流量は
徐々に増加してゆき、時刻ｔ ₂で一定値（Ｓ_full）に達
する。その後、時刻ｔ₃で閉信号（バー）２１７ａが入
力されてバルブ２０３ａが閉まり始めると、流量は徐々
に減少してゆき、時刻ｔ₄で零になる。その一方で、従
来の充填機では、電磁流量計２０４ａによるサンプリン
グと、制御部２０７ａによるバルブ２０３ａの開閉制御
はそれぞれ独立に行われていた。このため、各充填サイ
クルにおいて、注入開始から決まった時刻の流量がサン
プリングされるということはなかった。

【０００８】以下、具体例で説明する。図１２は、注入
管２０２ａ内の流量の立ち上がり時における実際の流量
（一点鎖線）と、この流量に基づく信号をサンプリング
して得られた流量信号２１４ａ（実線）との関係を示す
図である。図１２（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ異なる
充填サイクルの図であり、図１２（Ａ）の充填サイクル
は図１２（Ｂ）の充填サイクルよりも注入開始時刻ｔ₁
から早い時間にサンプリングが開始されている。なお、
横軸は時間、縦軸は流量である。

【０００９】注入開始の時刻ｔ₁から流量が安定する時
刻ｔ₂までに、図１２（Ａ）の充填サイクルでは、時刻
ｔ_s1，ｔ_s1＋Ｔ，ｔ_s1＋２Ｔ，ｔ_s1＋３Ｔ，ｔ_s1＋４Ｔ
でサンプリングが行われ、各サンプリングが行われたと
きの流量をそれぞれＳ₁₀，Ｓ ₁₁，Ｓ₁₂，Ｓ₁₃，Ｓ₁₄とす
る。一方、図１２（Ｂ）の充填サイクルでは、時刻
ｔ _s2，ｔ_s2＋Ｔ，ｔ_s2＋２Ｔ，ｔ_s2＋３Ｔ，ｔ_s2＋４Ｔ
でサンプリングが行われ、各サンプリングが行われたと
きの流量をそれぞれＳ₂₀，Ｓ₂₁，Ｓ₂₂，Ｓ₂₃，Ｓ₂₄とす
る。ただし、Ｔはサンプリング間隔である。

【００１０】ｔ_s1＜ｔ_s2であり、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂
までの流量変化は単調増加を示すから、Ｓ₁₀＜Ｓ₂₀，Ｓ
₁₁＜Ｓ₂₁，Ｓ₁₂＜Ｓ₂₂，Ｓ₁₃＜Ｓ₂₃，Ｓ₁₄＜Ｓ₂₄とな
る。言うまでもなく、電磁流量計２０４ａから出力され
る流量信号２１４ａはサンプリング時の流量を示してい
る。したがって、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までにサンプリ
ングされた流量信号２１４ａの積分値は、図１２（Ａ）
の充填サイクルの方が図１２（Ｂ）の充填サイクルより
も小さくなる。この結果、制御部２０７ａでは時刻ｔ₁
から時刻ｔ₂までの流体の総流量が小さく見積もられる
ことになる。

【００１１】このため、図１２（Ａ）の充填サイクルで
は図１２（Ｂ）の充填サイクルよりも、制御部２０７ａ
がバルブ２０３ａに対して閉信号（バー）２１７ａを出
力する時刻ｔ₃が遅くなるので、開信号２１７ａが出力
されてから閉信号（バー）２１７ａが出力されるまでの
時間（ｔ₃−ｔ₁）が長くなる。容器２０１ａの充填量は
バルブ２０３ａが開き始めてから完全に閉まるまでに注
入管２０２ａを流れた流体の総流量によって決まるの
で、図１２（Ａ）の充填サイクルでは図１２（Ｂ）の充
填サイクルよりも容器２０１ａの充填量が多くなる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように、図１０に
示した従来の充填機では、各充填サイクルにおいて流量
の立ち上がり時の総流量の計測結果にばらつきが生じる
ため、注入時間が一定とならず、容器２０１ａに毎回一
定量の流体を充填することができないという問題があっ
た。特に、アンプルのような小型容器に短時間で流体を
充填しなければならない場合に、この問題は深刻であっ
た。本発明は、このような従来の問題を解決するために
なされたものであり、その目的は、毎回の充填量のばら
つきを小さくすることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の充填機は、流体を導く注入管と、こ
の注入管に設けられ開信号および閉信号に基づき開閉し
て流体の流れを制御するバルブと、注入管内を流れる流
体の流速に応じた流速信号を出力する流速検出手段と、
この流速検出手段から出力される流速信号をサンプリン
グするサンプリング手段と、バルブに開信号を出力する
と共にサンプリング手段から出力されるサンプリングさ
れた流速信号を基に開信号出力後に注入管を流れた流体
の総流量を計算してこの総流量が所定値を超えたときに
バルブに閉信号を出力する制御手段とを備えた充填機に
おいて、サンプリング手段によるサンプリングの開始を
開信号と同期させるタイミング同期手段を有する。これ
により、各充填サイクルにおいて、バルブが開いてから
決まった時刻の流量をサンプリングすることができる。

【００１４】ここで、流速検出手段の一構成例は、注入
管内の流体に磁界を印加する磁界印加手段と、流体に磁
界を印加することにより発生する起電力を検出して流速
信号として出力する起電力検出手段とを含む。また、タ
イミング同期手段の一構成例は、制御手段から出力され
た開信号の入力によりサンプリング手段がサンプリング
を行う基準となるタイミング信号の出力を開始し、制御
手段から出力された閉信号の入力によりタイミング信号
の出力を停止するタイミング信号生成手段からなる。

【００１５】また、流速検出手段が電磁流量計の検出器
で構成される場合、タイミング同期手段は、制御手段か
ら出力された開信号の入力によりサンプリング手段がサ
ンプリングを行う基準となるタイミング信号の出力を開
始し制御手段から出力された閉信号の入力によりタイミ
ング信号の出力を停止するタイミング信号生成手段から
なり、流速検出手段の磁界印加手段は、制御手段から出
力された開信号の入力により磁界の印加を開始し制御手
段から出力された閉信号の入力により磁界の印加を停止
する手段を含むようにしてもよい。また、タイミング同
期手段の他の構成例は、サンプリング手段がサンプリン
グを行う基準となるタイミング信号を出力すると共に制
御手段から出力された開信号の入力によりタイミング信
号をリセットするタイミング信号生成手段からなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態を説明
する。図１は、本発明の第１の実施の形態の充填機の全
体構成を示すブロック図である。この充填機は、複数の
注入管２ａ〜２ｎを備え、コンベア８によって所定の注
入位置に運搬されてきた複数の容器１ａ〜１ｎに同時に
流体を充填するものである。ただし、「充填」とは、容
器に予め設定された量の流体を注入することをいい、必
ずしも容器に流体を満たすことを意味するとは限らな
い。

【００１７】この充填機は、注入管２ａ〜２ｎと、バル
ブ３ａ〜３ｎと、電磁流量計４ａ〜４ｎと、制御部７ａ
〜７ｂとからなる。注入管２ａと、バルブ３ａと、電磁
流量計４ａと、制御部７ａとによって１つのユニットが
構成される。同様のユニットが注入管２ｂ〜２ｎと、バ
ルブ３ｂ〜３ｎと、電磁流量計４ａ〜４ｎと、制御部７
ｂ〜７ｎとによってそれぞれ構成される。各ユニットは
すべて同じ構成を有しているので、以下では注入管２ａ
を含むユニットを例にして説明する。

【００１８】注入管２ａは、飲料または医薬品などの導
電性を有する流体を容器１ａに導く。注入管２ａにはバ
ルブ３ａが設けられている。バルブ３ａは、後述する開
信号１７ａおよび閉信号（バー）１７ａに基づき開閉し
て、注入管２ａ内の流体の流れを制御する。また、注入
管２ａには電磁流量計４ａが設けられている。この電磁
流量計４ａは注入管２ａ内の流体の流量を計測して、そ
の流量を示す流量信号１４ａを出力する。

【００１９】電磁流量計４ａの出力側には、注入管２ａ
のバルブ３ａの開閉を制御する制御部７ａが接続されて
いる。制御部７ａはバルブ３ａの信号入力側に接続され
ており、バルブ３ａを開くための開信号１７ａを出力す
ると共に、電磁流量計４ａから順次出力される流量信号
１４ａに基づきバルブ３ａを閉めるための閉信号（バ
ー）１７ａを出力する。また、制御部７ａは電磁流量計
４ａの入力側にも接続されており、バルブ３ａに出力さ
れるのと同じ開信号１７ａおよび閉信号（バー）１７ａ
が電磁流量計４ａにも与えられる。

【００２０】次に、図１に示した充填機で用いられる電
磁流量計４ａについて、さらに説明する。図２は、電磁
流量計４ａの構成を示すブロック図である。なお、この
図には図１に示した制御部７ａも記載されている。電磁
流量計４ａは検出器５ａと変換器６ａとから構成され
る。検出器５ａは、磁界印加手段を構成する励磁コイル
５１ａ，５１ｂと、起電力検出手段を構成する電極５２
ａ，５２ｂと、アースリング５３とから構成される。

【００２１】励磁コイル５１ａ，５１ｂは、励磁電流６
３ｃにより励磁されて交番磁界を発生する一対のコイル
であり、発生する磁界の方向が注入管２ａ内の流れ方向
と直交するように注入管２ａの外周に配設されている。
電極５２ａ，５２ｂは、その先端部が注入管２ａの内壁
に面しており、注入管２ａ内に分布する磁界と直交する
方向に取り付けられている。注入管２ａ内の流体に磁界
が印加されると、電磁誘導により、磁界の方向および流
体の流れ方向の両方に直交する方向に、平均流速に比例
した振幅を有する起電力が発生する。電極５２ａ，５２
ｂは、この起電力に基づく流速信号１５ａを取り出し
て、変換器６ａに出力する。アースリング５３は、電極
５２ａ，５２ｂによる信号検出精度を高めるためのもの
であり、基準電位５４に電気的に接続されている。この
ような構成を有する検出器５ａは、注入管２ａ内の流体
の流速に応じた流速信号を生成するので、流速検出手段
としての機能を有している。

【００２２】変換器６ａは、クロック信号発生部６１
と、タイミング信号発生部（タイミング同期手段）６２
と、励磁部６３と、サンプリング制御部６４と、増幅部
６５と、サンプルホールド部６６と、Ａ／Ｄ変換部６７
と、演算処理部６８と、出力部６９とから構成される。
クロック信号発生部６１は、変換器６ａの動作の基準と
なるクロック信号６１ｓを出力する。タイミング信号発
生部６２は、クロック信号発生部６１から出力されたク
ロック信号６１ｓを分周して、所望の周波数のタイミン
グ信号６２ｓを生成する。ただし、タイミング信号発生
部６２は、制御部７ａからの開信号１７ａの入力により
タイミング信号６２ｓの出力を開始すると共に、閉信号
（バー）１７ａの入力によりタイミング信号６２ｓの出
力を停止する。

【００２３】励磁部６３は、矩形波からなる所定周波数
の電圧（ここでは励磁電圧とよぶ）６３ｖを検出器５ａ
の励磁コイル５１ａ，５１ｂに印加して、励磁コイル５
１ａ，５１ｂに励磁電流６３ｃを供給する。この励磁部
６３は、タイミング信号発生部６２から出力されたタイ
ミング信号６２ｓに同期して、励磁電圧６３ｖの極性を
切り替える。ただし、励磁部６３は、制御部７ａからの
開信号１７ａの入力により励磁電流６３ｃの供給を開始
すると共に、閉信号（バー）１７ａの入力により励磁電
流６３ｃの供給を停止する。したがって、励磁コイル５
１ａ，５１ｂは、励磁部６３への開信号１７ａの入力に
より交番磁界の印加を開始すると共に、閉信号（バー）
１７ａの入力により交番磁界の印加を停止する。

【００２４】サンプリング制御部６４は、サンプルホー
ルド部６６のスイッチ６６ａ，６６ｂをそれぞれＯＮす
るサンプリング信号６４ｓ，６４ｔを生成する。このと
きサンプリング制御部６４は、タイミング信号発生部６
２からのタイミング信号６２ｓの入力により、サンプリ
ング信号６４ｓとサンプリング信号６４ｔを交互に出力
する。増幅部６５は、検出器５ａの電極５２ａ，５２ｂ
からの流速信号１５ａをそれぞれ交流増幅する増幅器６
５ａ，６５ｂと、各増幅器６５ａ，６５ｂで増幅された
信号を合成して交流流速信号６５ｓとして出力する増幅
器６５ｃとから構成される。

【００２５】サンプルホールド部６６は、スイッチ６６
ａと抵抗６６ｃとキャパシタ６６ｅとからなる第１のサ
ンプルホールド回路と、スイッチ６６ｂと抵抗６６ｄと
キャパシタ６６ｆとからなる第２のサンプルホールド回
路と、差動増幅器６６ｇとから構成される。このような
構成のサンプルホールド部６６は、サンプリング制御部
６４から出力されるサンプリング信号６４ｓ，６４ｔに
したがって交流流速信号６５ｓをサンプリングして、直
流流速信号６６ｓとして出力する。なお、サンプリング
制御部６４と増幅部６５とサンプルホールド部６６とに
より、検出器５ａから出力された流速信号１５ａをサン
プリングするサンプリング手段が構成される。

【００２６】Ａ／Ｄ変換部６７は、サンプルホールド部
６６から出力された直流流速信号６６ｓをディジタル信
号に変換する。演算処理部６８は、Ａ／Ｄ変換部６７か
ら出力されたディジタル信号に対して演算処理を行うこ
とにより、注入管２ａ内の流量を算出する。出力部６９
は、演算処理部６８から出力された流量を示すディジタ
ル信号を流量信号１４ａとして制御部７ａに出力する。
以上の構成のうち、タイミング信号発生部６２、サンプ
リング制御部６４および演算処理部６８は、ＣＰＵによ
り実現される。

【００２７】次に、図２に示した構成の電磁流量計４ａ
を用いた充填機の動作を説明する。図３は、図２に示し
た変換器６ａの各部の信号を示すタイミングチャートで
あり、（Ａ）は制御部７ａから入力された開信号１７ａ
および閉信号（バー）１７ａ、（Ｂ）はクロック信号発
生部６１から出力されたクロック信号６１ｓ、（Ｃ）は
タイミング信号発生部６２から出力されたタイミング信
号６２ｓ、（Ｄ）は励磁部６３により印加された励磁電
圧６３ｖ、（Ｅ）は増幅部６５から出力された交流流速
信号６５ｓ、（Ｆ），（Ｇ）はそれぞれサンプリング制
御部６４から出力されたサンプリング信号６４ｓ，６４
ｔ、（Ｈ）はサンプルホールド部６６から出力された直
流流速信号６６ｓである。

【００２８】コンベア８により容器１ａが注入位置に配
置されると、注入管２ａに取り付けられたバルブ３ａに
制御部７ａから図３（Ａ）に示すような開信号１７ａが
出力される。これによりバルブ３ａが開き、容器１ａへ
の流体の注入が開始される。制御部７ａから出力される
開信号１７ａは、変換器６ａのタイミング信号発生部６
２にも入力される。タイミング信号発生部６２では、こ
の開信号１７ａの入力により、タイミング信号の出力が
開始される。例えば、図３（Ｂ）に示すような８ＭＨｚ
のクロック信号６１ｓが分周されて、図３（Ｃ）に示す
ような１７０Ｈｚのタイミング信号６２ｓが生成され
る。タイミング信号発生部６２から出力されたタイミン
グ信号６２ｓは、励磁部６３およびサンプリング制御部
６４に与えられる。

【００２９】開信号１７ａは変換器６ａの励磁部６３に
も入力され、励磁部６３では開信号１７ａの入力により
励磁コイル５１ａ，５１ｂへの励磁電圧６３ｖの印加が
開始される。この励磁電圧６３ｖは、例えば図３（Ｄ）
に示すような振幅２０Ｖの矩形波からなる。この励磁電
圧６３ｖの極性はタイミング信号６２ｓに同期して切り
替えられるので、励磁電圧６３ｖの周波数は８５Ｈｚと
なる。この励磁電圧６３ｖ印加に基づく励磁電流６３ｃ
により、励磁コイル５１ａ，５１ｂからは８５Ｈｚの交
番磁界が発生する。

【００３０】注入管２ａ内の流体に磁界が印加される
と、電磁誘導により、磁界の方向および流体の流れ方向
の両方に直交する方向に、平均流速に比例した振幅を有
する起電力が発生する。この起電力に基づく流速信号１
５ａは、一対の電極５２ａ，５２ｂにより取り出され
て、変換器６ａの増幅部６５で交流増幅された後、交流
流速信号６５ｓとしてサンプルホールド部６６に出力さ
れる。図３（Ｅ）に示すように、交流流速信号６５ｓの
極性が切り替わってから状態が安定するまでには、所定
の時間ｔを要する。このため交流流速信号６５ｓの状態
が安定するのを待って交流流速信号６５ｓのサンプリン
グが行われるように、サンプリング制御部６４からは図
３（Ｆ），（Ｇ）に示すように、タイミング信号６２ｓ
の入力時点から時間ｔ経過後にサンプリング信号６４
ｓ，６４ｔが出力される。ただし、サンプリング信号６
４ｓ，６４ｔは交互に出力される。

【００３１】サンプリング制御部６４からサンプリング
信号６４ｓが出力されている期間は、サンプルホールド
部のスイッチ６６ａがＯＮとなる。このため、交流流速
信号６５ｓの正側の終焉部は、抵抗６６ｃおよびキャパ
シタ６６ｅで積分されて、差動増幅器６６ｇの非反転入
力端子（＋）に入力される。同様に、サンプリング信号
６４ｔが出力されている期間はスイッチ６６ｂがＯＮと
なるので、交流流速信号６５ｓの負側の終焉部は抵抗６
６ｄおよびキャパシタ６６ｆで積分されて、差動増幅器
６６ｇの反転入力端子（−）に入力される。差動増幅器
６６ｇでは２つの入力信号の差分がとられて、図３
（Ｈ）に示すような直流流速信号６６ｓが生成される。
この直流流速信号６６ｓの直流電位は、注入管２ａ内の
平均流速に応じて変化する。

【００３２】差動増幅器６６ｇの出力端子から出力され
た直流流速信号６６ｓは、Ａ／Ｄ変換部６７でディジタ
ル信号に変換されてから、演算処理部６８に入力され
る。演算処理部６８では、入力信号が示す注入管２ａ内
の平均流速に、注入管２ａの断面積を乗ずることで流量
が求められる。この流量を示すディジタル信号は、励磁
周波数と同じ８５Ｈｚで、流量信号１４ａとして出力部
６９から制御部７ａに出力される。

【００３３】制御部７ａは、開信号１７ａを出力した後
に変換器６ａから順次出力される流量信号１４ａを積分
して（流量信号１４ａが示す注入管２ａ内の流量の総和
をとって）、注入管２ａを流れた流体の総流量Ｖを算出
する。そして、この総流量Ｖが設定値を超えたときに、
図３（Ａ）に示すような閉信号（バー）１７ａをバルブ
３ａに出力する。これによりバルブ３ａが閉まり、容器
１ａへの流体の注入が徐々に停止する。制御部７ａから
出力される閉信号（バー）１７ａは、変換器６ａのタイ
ミング信号発生部６２および励磁部６３にも入力され
る。これによりタイミング信号発生部６２でのタイミン
グ信号６２ｓの出力が停止される。また励磁部６３から
励磁コイル５１ａ，５１ｂへの励磁電圧６３ｖの印加が
停止される。以上により１回の充填サイクルが完了す
る。

【００３４】この１回の充填サイクルにおいて、バルブ
３ａが開き始めてから完全に閉まるまでに注入管２ａを
流れた流体の総流量が、容器１ａの充填量となる。この
充填サイクルが繰り返し行われ、コンベア８により次々
と運搬される容器１ａに対して順次流体が充填される。

【００３５】図４は、図２に示した構成の電磁流量計４
ａを用いた充填機の動作特性を示す図である。一点鎖線
は注入管２ａを流れる流体の実際の流量を示し、実線は
この流量に基づくデータをサンプリングして得られた流
量信号１４ａを示している。横軸は時間、縦軸は流量で
ある。この図では、開信号１７ａが出力される時刻をｔ
₁、注入管２ａ内の流体の流量が一定値（Ｓ_full）に達
する時刻をｔ₂、閉信号（バー）１７ａが出力される時
刻をｔ₃、流量が零になる時刻をｔ₄とする。また、開
信号１７ａ出力後、最初のサンプリングが行われる時刻
をｔ_sとし、サンプリング間隔をＴとする。また、説明
の都合上、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂の間では、時刻ｔ_s，
ｔ_s＋Ｔ，ｔ_s＋２Ｔ，ｔ_s＋３Ｔでサンプリングが行
われるものとし、各時刻における流量をそれぞれＳ₀ ，
Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ とする。

【００３６】上述したように、この充填機では、注入管
２ａに取り付けられたバルブ３ａを開くための開信号１
７ａを変換器６ａのタイミング信号発生部６２に与え
て、開信号１７ａの入力によりタイミング信号６２ｓの
出力が開始されるようにしている。これにより、タイミ
ング信号６２ｓの位相は開信号１７ａによって規定され
る。その一方、図２に示した変換器６ａでは、このタイ
ミング信号６２ｓによって、励磁およびサンプリングの
タイミング制御が行われる。したがって、この充填機で
は、流量データのサンプリング開始が、バルブ３ａを開
くための開信号１７ａと同期している。このため、各充
填サイクルにおいて、図４に示すように、注入開始後に
決まった時刻ｔ_s，ｔ_s＋Ｔ，ｔ_s＋２Ｔ，ｔ_s＋３Ｔ
の流量Ｓ₀，Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ がサンプリングされるこ
とになる。

【００３７】注入管２ａ内の流量の立ち上がり（時刻ｔ
₁から時刻ｔ₂までの流量変化）および立ち下がり（時
刻ｔ₃から時刻ｔ₄までの流量変化）を極めて急峻にす
ることは困難であるが、通常のバルブを使用した場合で
も流量の立ち上がりおよび立ち下がりの再現性は極めて
よい。上述したように、この充填機では、各充填サイク
ルにおいて注入開始後に決まった時刻ｔ_s，ｔ_s＋Ｔ，
ｔ_s＋２Ｔ，ｔ_s＋３Ｔでサンプリングが行われるの
で、このサンプリングが行われるときの流量Ｓ₀，Ｓ
₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ は毎回同じである。したがって、時刻ｔ
₁から時刻ｔ₂までの間で注入管２ａを流れた流体の総
流量に関して毎回同様の測定結果を得られる。このた
め、バルブ３ａを閉じるための閉信号（バー）１７ａが
出力される時刻ｔ₃が毎回前後することがないので、容
器１ａに毎回一定量の流体を充填することができる。こ
の効果は、アンプルなどの小型容器に短時間で流体を充
填しなければならない場合に、顕著に現れる。

【００３８】図２に示した変換器６ａのタイミング信号
発生部６２では、開信号１７ａ／閉信号（バー）１７ａ
の入力により、タイミング信号６２ｓの出力を開始／停
止するようにしている。このとき開信号１７ａ／閉信号
（バー）１７ａの入力と同時にタイミング信号６２ｓの
出力を開始／停止する（ケース１）ようにしてもよい
し、開信号１７ａ／閉信号（バー）１７ａの入力から所
定時間経過後にタイミング信号６２ｓの出力を開始／停
止する（ケース２）ようにしてもよい。

【００３９】ケース１では、図４に示したように閉信号
（バー）１７ａ入力後の流量を示す流量信号１４ａは得
られない。しかし、毎回の充填量のばらつきを小さくす
るという観点では、閉信号（バー）１７ａ入力後の流量
信号１４ａは不要である。容器１ａの充填量を正確に知
りたい場合には、予め閉信号（バー）１７ａ入力後（正
確には、最後のサンプリングからバルブ３ａが完全に閉
まるまで）の流量を計算または測定しておき、この結果
を充填量の実際の測定値に加算すればよい。また、ケー
ス２でも、容器１ａの充填量を正確に知りたい場合に
は、予め開信号１７ａ入力前（正確には、バルブ３ａが
開き始めてから最初のサンプリングまで）および閉信号
（バー）１７ａ入力後（正確には、最後のサンプリング
からバルブ３ａが完全に閉まるまで）の流量を計算また
は測定しておき、この結果を充填量の実際の測定値に加
算すればよい。

【００４０】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態を説明する。本発明の第２の実施の形態の
充填機は、図２に示した電磁流量計４ａと異なる構成の
電磁流量計を用いたものである。図５は、本発明の第２
の実施の形態の充填機に用いられる電磁流量計の構成を
示すブロック図である。この図において、図２と同一部
分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
なお、この図には図１に示した制御部７ａも記載されて
いる。図５に示した電磁流量計１０４ａは、変換器１０
６ａのタイミング信号発生部（タイミング同期手段）１
６２、励磁部１６３およびサンプリング制御部１６４の
機能が、図２に示した電磁流量計４ａと異なっている。

【００４１】変換器１０６ａでは、制御部７ａから出力
された開信号１７ａおよび閉信号（バー）１７ａは、タ
イミング信号発生部１６２およびサンプリング制御部１
６４に与えられる。タイミング信号発生部１６２は、ク
ロック信号発生部６１から出力されたクロック信号６１
ｓを分周して、所望の周波数のタイミング信号６２ｓを
生成する。このタイミング信号発生部１６２は、開信号
１７ａおよび閉信号（バー）１７ａの入力によらず、常
時タイミング信号６２ｓを出力している。ただし、この
タイミング信号発生部１６２は、開信号１７ａの入力に
よりタイミング信号６２ｓをリセットする機能を備えて
いる。これにより、タイミング信号６２ｓの位相は開信
号１７ａによって規定されることになる。

【００４２】励磁部１６３は、矩形波からなる所定周波
数の励磁電圧６３ｖを検出器５ａの励磁コイル５１ａ，
５１ｂに印加して、励磁コイル５１ａ，５１ｂに励磁電
流６３ｃを供給する。この励磁部１６３は、タイミング
信号発生部６２から出力されたタイミング信号６２ｓに
同期して、励磁電圧６３ｖの極性を切り替える。しか
し、励磁部１６３が閉信号（バー）１７ａによって励磁
電流６３ｃの供給を停止することはない。

【００４３】サンプリング制御部１６４は、サンプルホ
ールド部６６のスイッチ６６ａ，６６ｂをそれぞれＯＮ
するサンプリング信号６４ｓ，６４ｔを生成する。この
ときサンプリング制御部６４は、タイミング信号発生部
６２からのタイミング信号６２ｓの入力により、サンプ
リング信号６４ｓとサンプリング信号６４ｔとを原則と
して交互に出力する。サンプリング信号６４ｓ，６４ｔ
は、原則としてタイミング信号６２ｓの入力から上記所
定時間ｔの経過後に出力される。ただし、サンプリング
制御部１６４に開信号１７ａが入力されると、その直前
にサンプリング制御部１６４に入力されたタイミング信
号６２ｓは無効となる。したがって、開信号１７ａが入
力されると、その直前に入力されたタイミング信号６２
ｓに応答して出力されるべきサンプリング信号６４ｓ，
６４ｔが出力されない。この場合、開信号１７ａの入力
前後で、サンプリング信号６４ｓまたはサンプリング信
号６４ｓが２回連続して出力されることになる。

【００４４】図６は、図５に示した変換器１０６ａの各
部の信号の一例を示すタイミングチャートであり、
（Ａ）は制御部７ａから入力された開信号１７ａおよび
閉信号（バー）１７ａ、（Ｂ）はクロック信号発生部６
１から出力されたクロック信号６１ｓ、（Ｃ）はタイミ
ング信号発生部１６２から出力されたタイミング信号６
２ｓ、（Ｄ）は励磁部１６３により印加された励磁電圧
６３ｖ、（Ｅ）は増幅部６５から出力された交流流速信
号６５ｓ、（Ｆ），（Ｇ）はそれぞれサンプリング制御
部１６４から出力されたサンプリング信号６４ｓ，６４
ｔ、（Ｈ）はサンプルホールド部６６から出力された直
流流速信号６６ｓである。

【００４５】この例では図６（Ｃ）に示すように、タイ
ミング信号発生部１６２は、開信号１７ａ入力直後にタ
イミング信号６２ｓを出力して、タイミング信号６２ｓ
のリセットを行う。この場合、図６（Ｄ）に示すよう
に、開信号１７ａ入力直後に励磁電圧６３ｖの極性が切
り替わる。以後、タイミング信号発生部１６２からは一
定の周期でタイミング信号６２ｓが出力され、このタイ
ミング信号６２ｓに同期して励磁電圧６３ｖの極性が切
り替わる。

【００４６】上述したように、サンプリング制御部１６
４は、開信号１７ａ入力直前のタイミング信号６２ｓ１
を無効にして、図６（Ｆ）に示すようにタイミング信号
６２ｓ１に応答するサンプリング信号６４ｓを出力しな
い。したがって、開信号１７ａによりバルブ３ａが開い
た後、この開信号１７ａと無関係のタイミングで流量デ
ータ（交流流速信号６５ｓ）がサンプリングされること
はない。したがって、この場合も、流量データのサンプ
リング開始が、バルブ３ａを開くための開信号１７ａと
同期している。このため、各充填サイクルにおいて、注
入開始後に決まった時刻の流量データをサンプリングす
ることができるので、容器１ａに毎回一定量の流体を充
填することができる。

【００４７】図５に示した変換器１０６ａでは、開信号
１７ａおよび閉信号（バー）１７ａの入力によらず、常
時タイミング信号６２ｓを出力して注入管２ａ内の流量
を測定し続ける。したがって、図７に示すように閉信号
（バー）１７ａ入力後の流量を示す流量信号１４ａを得
られるので、図２に示した変換器６ａで行ったような補
正を行わなくても容器１ａの充填量を容易に知ることが
できる。

【００４８】図８は、図５に示した変換器１０６ａの各
部の信号の他の例を示すタイミングチャートである。図
８（Ｃ）に示すように、タイミング信号発生部１６２
が、開信号１７ａの入力から所定時間ｔｔの経過後にタ
イミング信号６２ｓを出力して、タイミング信号６２ｓ
のリセットを行うようにしてもよい。この場合も変換器
１０６ａの動作は変わらない。ただし、図８（Ｆ）に示
すように、開信号１７ａが入力されてから時間ｔ経過後
にサンプリング制御部１６４からサンプリング信号６４
ｓ１（点線）を出力して、交流流速信号６５ｓをサンプ
リングするようにしてもよい。

【００４９】図２，図５に示した電磁流量計４ａ，１０
４ａでは矩形波からなる励磁電圧６３ｖを用いて励磁を
行っているが、励磁電圧の波形はこれに限られない。図
９は、他の波形の励磁電圧６３ｖｖを用いて励磁を行っ
た場合の、変換器６ａ，１０６ａの各部の信号を示すタ
イミングチャートであり、（Ａ）は励磁部６３，１６３
により印加された励磁電圧６３ｖｖ、（Ｂ）は増幅部６
５から出力された交流流速信号６５ｓｓ、（Ｃ），
（Ｄ）はそれぞれサンプリング制御部６４，１６４から
出力されたサンプリング信号６４ｓｓ，６４ｔｔ、
（Ｅ）はサンプルホールド部６６から出力された直流流
速信号６６ｓｓである。

【００５０】矩形波からなる励磁電圧６３ｖの極性が切
り替わると、交流流速信号６５ｓの状態が安定するまで
に所定の時間がかかる。このため、交流流速信号６５ｓ
のサンプリングは、交流流速信号６５ｓの状態が安定す
るのを待って行われる。図９（Ａ）に示す励磁電圧６３
ｖｖは、図９（Ｂ）に示すように短時間で交流流速信号
６５ｓｓの状態が安定するような波形をしている。つま
り、励磁電圧６３ｖｖの振幅をまずＶ_H とした後Ｖ_L
（０＜Ｖ_L ＜Ｖ_H ）に下げて、極性を切り替えて−Ｖ_H
とした後−Ｖ_L に上げる。短時間で交流流速信号６５ｓ
ｓの状態が安定すれば、図９（Ｃ），（Ｄ）に示すよう
にサンプリング期間を長くできる。これにより、図９
（Ｅ）に示すように直流流速信号６６ｓｓの直流電位が
相対的に大きくなる。したがって、図９（Ａ）に示した
波形の励磁電圧６３ｖｖを用いて励磁することで、注入
管２ａ内の流量をより精密に測定できるという効果を得
られる。

【００５１】以上では、流量計として電磁流量計４ａ，
１０４ａを使用した例を説明した。電磁流量計４ａ，１
０４ａは流体の流路に何も構造物をもたない。このた
め、電磁流量計４ａ，１０４ａを使用することで、流路
を清潔に保つことができると共に、メンテナンスが容易
となる。ただし、本発明は流量を示すデータを得る過程
でサンプリングが必要な流量計を使用する場合に有効で
あり、例えば渦流量計およびオーバル流量計など他の流
量計を使用することもできる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による充填
機は、サンプリング手段によるサンプリングの開始を開
信号と同期させるタイミング同期手段を有している。こ
れにより、各充填サイクルにおいてバルブが開いてから
決まった時刻の流量をサンプリングすることができるの
で、毎回の充填量のばらつきを小さくすることができ
る。また、流量計として電磁流量計を使用することで、
流体の流路を清潔に保つことができると共に、メンテナ
ンスが容易となるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の充填機の全体構
成を示すブロック図である。

【図２】図１に示した充填機で用いられる電磁流量計
の構成を示すブロック図である。

【図３】図２に示した変換器の各部の信号を示すタイ
ミングチャートである。

【図４】図２に示した構成の電磁流量計を用いた充填
機の動作特性を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態の充填機に用いら
れる電磁流量計の構成を示すブロック図である。

【図６】図５に示した変換器の各部の信号の一例を示
すタイミングチャートである。

【図７】図５に示した構成の電磁流量計を用いた充填
機の動作特性を示す図である。

【図８】図５に示した変換器の各部の信号の他の例を
示すタイミングチャートである。

【図９】矩形波ではない励磁電圧を用いて励磁を行っ
た場合の、変換器の各部の信号を示すタイミングチャー
トである。

【図１０】電磁流量計を用いた従来の充填機の全体構
成を示すブロック図である。

【図１１】従来の充填機の動作特性を示す図である。

【図１２】注入管内の流量の立ち上がり時における実
際の流量と、この流量に基づく信号をサンプリングして
得られた流量信号との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ａ〜１ｎ…容器、２ａ〜２ｎ…注入管、３ａ〜３ｎ…
バルブ、４ａ，１０４ａ…電磁流量計、５ａ〜５ｎ…検
出器、６ａ〜６ｎ，１０６ａ…変換器、７…制御部、８
…コンベア、１５ａ〜１５ｎ…流速信号、１４ａ〜１４
ｎ…流量信号、１７ａ〜１７ｎ…開信号、（バー）１７
ａ〜（バー）１７ｎ…閉信号、５１ａ，５１ｂ…励磁コ
イル、５２ａ，５２ｂ…電極、５３…アースリング、５
４…基準電位、６１…クロック信号発生部、６１ａ…ク
ロック信号、６２，１６２…タイミング信号発生部、６
２ａ…タイミング信号、６３，１６３…励磁部、６３ｃ
…励磁電流、６３ｖ，６３ｖｖ…励磁電圧、６４，１６
４…サンプリング制御部、６４ｓ，６４ｓｓ，６４ｔ，
６４ｔｔ…サンプリング信号、６５…増幅部、６５ａ〜
６５ｃ…増幅器、６５ｓ，６５ｓｓ…交流流速信号、６
６…サンプルホールド部、６６ａ，６６ｂ…スイッチ、
６６ｃ，６６ｄ…抵抗、６６ｅ，６６ｆ…キャパシタ、
６６ｇ…差動増幅器、６６ｓ，６６ｓｓ…直流流速信
号、６７…Ａ／Ｄ変換器、６８…演算処理部、６９…出
力部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野沢文峰神奈川県横浜市神奈川区新浦島町１丁目１番32号山武産業システム株式会社内Ｆターム(参考） 3E018 AA01 AB06 BA05 BB02 DA02 DA05 EA01 3E079 CD32 CD44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体を導く注入管と、この注入管に設けられ開信号および閉信号に基づき開閉
して前記流体の流れを制御するバルブと、前記注入管内を流れる前記流体の流速に応じた流速信号
を出力する流速検出手段と、この流速検出手段から出力される前記流速信号をサンプ
リングするサンプリング手段と、前記バルブに前記開信号を出力すると共に前記サンプリ
ング手段から出力されるサンプリングされた流速信号を
基に前記開信号出力後に前記注入管を流れた流体の総流
量を計算して、この総流量が所定値を超えたときに前記
バルブに前記閉信号を出力する制御手段とを備えた充填
機において、前記サンプリング手段によるサンプリングの開始を前記
開信号と同期させるタイミング同期手段を有することを
特徴とする充填機。
【請求項２】請求項１記載の充填機において、前記流速検出手段は、前記注入管内の前記流体に磁界を
印加する磁界印加手段と、前記流体に前記磁界を印加す
ることにより発生する起電力を検出して前記流速信号と
して出力する起電力検出手段とを含むことを特徴とする
充填機。
【請求項３】請求項１記載の充填機において、前記タイミング同期手段は、前記制御手段から出力され
た前記開信号の入力により、前記サンプリング手段がサ
ンプリングを行う基準となるタイミング信号の出力を開
始し、前記制御手段から出力された前記閉信号の入力に
より、前記タイミング信号の出力を停止するタイミング
信号生成手段からなることを特徴とする充填機。
【請求項４】請求項２記載の充填機において、前記タイミング同期手段は、前記制御手段から出力され
た前記開信号の入力により、前記サンプリング手段がサ
ンプリングを行う基準となるタイミング信号の出力を開
始し、前記制御手段から出力された前記閉信号の入力に
より、前記タイミング信号の出力を停止するタイミング
信号生成手段からなり、前記流速検出手段の磁界印加手段は、前記制御手段から
出力された前記開信号の入力により前記磁界の印加を開
始し、前記制御手段から出力された前記閉信号の入力に
より前記磁界の印加を停止する手段を含むことを特徴と
する充填機。
【請求項５】請求項１または２記載の充填機におい
て、前記タイミング同期手段は、前記サンプリング手段がサ
ンプリングを行う基準となるタイミング信号を出力する
と共に前記制御手段から出力された前記開信号の入力に
より前記タイミング信号をリセットするタイミング信号
生成手段からなることを特徴とする充填機。