JP2015113167A

JP2015113167A - 飲料製造システム

Info

Publication number: JP2015113167A
Application number: JP2013258801A
Authority: JP
Inventors: 直樹中野; Naoki Nakano
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Food and Packaging Machinery Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Machinery Systems Co Ltd
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2015-06-22

Abstract

【課題】高い精度で上流側の処理要素と下流側の処理要素の同期をとることができる飲料の製造システムを提供する。【解決手段】ペットボトル１００に飲料を充填する飲料製造システム１０であって、上流側に位置するブロー成形機２５と、ブロー成形機２５を回転駆動するモータＭと、ブロー成形機２５よりも下流側に位置するリンサ３３と、リンサ３３を回転駆動するモータｍ１と、ブロー成形機２５とリンサ３３が同期運転するように、モータｍ１の動作を制御する制御装置４０とを備える。制御装置４０は、ブロー成形機２５に対するリンサ３３の位相差Δθを、位置決め制御により解消するようにモータｍ１の動作を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、ペットボトルなどの容器に飲料を充填して飲料水を製造するシステムに関し、特に容器の搬送方向の上流側に位置する装置の動作と下流側に位置する装置の動作を同期させる技術に関する。

ペットボトルに飲料水を充填する工程は、ブロー成形工程と飲料水の充填工程の２つに大別できる。ブロー成形工程は、試験管状のプリフォームに空気を吹き込んでペットボトルを作製する工程である。充填工程は、ブロー成形された空のペットボトルを洗浄する工程と、洗浄されたペットボトルに飲料を充填する工程と、飲料が充填されたペットボトルにキャップを取り付ける工程と、を主たる工程として備えている。各工程を実行する装置には、ペットボトルを保持する手段であるグリッパを外周に設けられる回転体（スターホイール）を備えるロータリ式が採用され、グリッパでペットボトルを保持しながら各々の工程に必要な動作を行なう。上流側の工程と下流側の工程の間のペットボトルの受け渡しは、直接的に行なわれることもあれば、スターホイールを介して間接的に行なわれることもある。

上流側に位置するブロー成形工程と下流側に位置する充填工程は両者の動作が同期するように、また、充填工程内の各工程の動作も同期するようにされている。上流側の回転体と下流側の回転体の同期をとるために、古くは、各々の駆動軸を機械的に連結していたが、駆動系が複雑でかつ大掛かりになる。そこで、上流側の回転体（主機）と下流側の回転体（従機）の各々に対応する電動モータを独立して設けるとともに、主機の作動タイミングに対する従機の作動タイミングのずれを検出して、そのずれを無くすように、従機のモータを増速又は減速する制御が行われている（例えば、特許文献１）。

特公昭６３−６４１１号公報

ところが、特許文献１のようにモータを増速又は減速する制御においては、常に増速又は減速することによるトルク変動を避けるために、作動タイミングのずれ（位相差）をゼロにするのではなく、所定範囲のずれ（不感帯）を許容することが行われている。したがって、不感帯の境界に達すると、それ以上に位相差を低減する制御は行われないので、同期を十分に取れなくなるおそれがある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、高い精度で上流側の処理要素と下流側の処理要素の同期をとることができる飲料の製造システムを提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明は、上流から下流に向けて設けられる複数の処理要素を容器が搬送される過程で、容器に飲料を充填する飲料製造システムであって、上流側に位置する第１処理要素と、第１処理要素を回転駆動する第１モータと、第１処理要素よりも下流側に位置する第２処理要素と、第２処理要素を回転駆動する第２モータと、第１処理要素と第２処理要素が同期運転するように、第２モータの動作を制御する制御装置と、を備える。本発明における制御装置は、第１処理要素に対する第２処理要素の位相差を、位置決め制御により解消するように第２モータの動作を制御する。
本発明による制御装置は、位置決め制御により、第１処理要素に対する第２処理要素の位相差を解消するように第２モータの動作を制御するので、従来の不感帯を設けるモータの増速・減速による位相差の解消に比べて、高い精度で同期をとることができる。

本発明の飲料充填システムにおいて、第１処理要素は、樹脂製の容器をブロー成形するラインを構成する要素であり、第２処理要素は、搬送される容器に飲料を充填するラインを構成する要素とすることができる。

本発明の飲料充填システムにおいて、制御装置は、第１モータの回転速度ω１と第２モータの回転速度ω２が、所定の基準回転速度ωrefに達すると、位置決め制御により位相差を解消するように第２モータの動作を制御することができる。

本発明の飲料充填システムにおいて、制御装置は、第１処理要素に対する第２処理要素の位相差が、複数回測定して得られる平均値であることが好ましい。

本発明によれば、高い精度で上流側の処理要素と下流側の処理要素の同期をとることができる飲料の充填システムを提供できる。

本実施の形態における飲料製造ラインの構成の概要を示す。図１の飲料製造ラインにおける位相差Δθaveの求め方を示す図である。図１の飲料製造ラインにおける位相差の補正制御の手順を示す図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施形態は、容器をペットボトル１００とする飲料製造システム１０に関する。飲料製造システム１０は、図１に示すように、プリフォームをペットボトル１００にブロー成形するブロー成形ライン２０と、ブロー成形されたペットボトル１００に洗浄、飲料の充填、キャップ取り付けの一連の処理を施す充填ライン３０と、を備えている。なお、ブロー成形ライン２０と充填ライン３０の間では、ブロー成形ライン２０が上流に位置し、充填ライン３０が下流に位置する。また、飲料製造システム１０は、充填ライン３０をブロー成形ライン２０に同期するように制御する制御装置４０を備えている。

［ブロー成形ライン２０，充填ライン３０の概要］
ブロー成形ライン２０は、プリフォーム（図示を省略）と称される前駆体をペットボトル１００にブロー成形するブロー成形機２５を中心にして、プリフォームを供給する供給機２１と、供給機２１から供給されるプリフォームを予熱する予熱器２３と、ブロー成形機２５で成形されたペットボトル１００を下流側に位置する充填ライン３０に受け渡す排出機２７（スターホイールＳＷ）とを備えている。ブロー成形ライン２０は、これらの要素間でプリフォーム、ペットボトル１００の受け渡しを担うスターホイールＳＷを備えている。ブロー成形ライン２０は、図示を省略する制御装置により、供給機２１、予熱器２３及びブロー成形機２５等の動作が制御される。

充填ライン３０は、ブロー成形ライン２０の排出機２７からペットボトル１００を受け取る受け取り機３１（スターホイールＳＷ）と、受け取り機３１から受け渡されたペットボトル１００を洗浄するリンサ３３と、洗浄されたペットボトル１００に飲料を充填するフィラ３５と、飲料が充填されたペットボトル１００にキャップを装着するキャッパ３７と、を備えている。充填ライン３０は、これらの要素間でペットボトル１００の受け渡しを担うスターホイールＳＷを備えている。

ブロー成形ライン２０、充填ライン３０を構成する各々の処理要素は、回転体としてのスターホイールＳＷを備えており、各スターホイールＳＷには、その外周域に図示しないグリッパが設けられている。隣接するスターホイールＳＷは相互に反対方向に回転しながら、上流側のスターホイールＳＷから下流側のスターホイールＳＷに、グリッパを介してプリフォーム、ペットボトル１００が受け渡される。
ブロー成形ライン２０および充填ライン３０の各処理要素は、従来公知の構成を採用することができるため、ここでの詳細な説明は省略する。

［ブロー成形ライン２０，充填ライン３０の駆動系統］
ブロー成形ライン２０は、以下説明するように、モータＭにより各処理要素が同期して動作する。充填ライン３０の駆動源であるモータｍ１〜モータｍ３はサーボ機構を備えている。
モータＭは直接的にはブロー成形機２５を駆動し、その他の処理要素のスターホイールＳＷは、シャフト、歯車を含む伝達機構によって、ブロー成形機２５のスターホイールＳＷと同期して回転する。ブロー成形ライン２０の排出機２７にはエンコーダＥが設けられており、このエンコーダＥは排出機２７であるスターホイールＳＷの回転によりパルスＰ_Ｅを発生させる。このパルスＰ_Ｅは、制御装置４０に伝えられ、当該スターホイールＳＷの回転速度を検出するのに加えて、充填ライン３０をブロー成形ライン２０に同期させるのに用いられる。エンコーダＥは、アブソリュートエンコーダであり、回転角の絶対値を出力する。

充填ライン３０は、以下説明するように、３つのモータｍ１〜ｍ３により各処理要素が同期して動作する。
モータｍ１は、リンサ３３を回転駆動させるとともに、その駆動力は伝達機構を介してその上流に位置する受取機３１及びその他のスターホイールＳＷに伝達される。こうして、リンサ３３と受取機３１は同期して動作させる。モータｍ１は、サーボアンプａ１を付随して備えており、サーボアンプａ１を介して、制御装置４０により駆動が制御される。
モータｍ２は、フィラ３５を回転駆動させるとともに、その駆動力は伝達機構を介してその周囲のスターホイールＳＷに伝達される。したがって、フィラ３５とその周囲のスターホイールＳＷは同期して回転される。モータｍ２は、サーボアンプａ２を付随して備えており、サーボアンプａ２を介して、制御装置４０により駆動が制御される。
モータｍ３は、キャッパ３７を回転駆動させるとともに、その駆動力は伝達機構を介してキャッパ３７のスターホイールＳＷと、その上流側および下流側に設けられるスターホイールＳＷに伝達される。したがって、キャッパ３７とその周囲のスターホイールＳＷは同期して回転される。モータｍ３は、サーボアンプａ３を付随して備えており、サーボアンプａ２を介して、制御装置４０により駆動が制御される。

充填ライン３０のモータｍ１〜ｍ３は、各々、サーボアンプａ１〜ａ３を付随して設けており、サーボアンプａ１〜ａ３を介して、制御装置４０により駆動が制御される。
また、受取機３１をなすスターホイールＳＷにエンコーダｅが設けられており、エンコーダｅが発生させるパルスＰ_ｅは制御装置４０に送られる。

［制御装置４０］
制御装置４０は、以下説明するようにして、モータｍ１〜ｍ３の動作を制御する。なお、以下では、モータｍ１〜ｍ３を区別することなく総称するときはモータｍ１等といい、サーボアンプａ１〜ａ３についても同様とする。

制御装置４０は、サーボアンプａ１等の各々に制御パルスを出力し、制御パルスを受けたサーボアンプａ１等はパルスの積算値である速度指令を生成し、モータｍ１等はサーボアンプａ１等からの制御指令に基づいて回転する。モータｍ１が回転すると、付属するエンコーダｅにより回転数に比例したパルスが発生し、このパルスは、サーボアンプａ１等にフィードバックされる。サーボアンプａ１等は、速度指令とフィードバックパルスの偏差が所定範囲となるように、モータｍ１等に速度指令を発する。
なお、モータｍ１等の回転速度は制御装置４０から出力される制御パルスの周波数に比例し、モータｍ１等の回転角度は制御パルスの出力パルス数に比例する。したがって、１パルスあたりの移動量を規定すれば、パルス列のパルス数に比例した位置までモータｍ１等を送ることができる。

制御装置４０は、以上のようにしてサーボアンプａ１等を介してモータｍ１等の各々の駆動を制御するのに加えて、ブロー成形ライン２０に対して充填ライン３０の動作が同期するように制御する。以下、ブロー成形ライン２０と充填ライン３０の中の受取機３１との関係を例にして同期、特に位相のずれ（位相差）が生じたときの補正の手法について説明する。

本実施形態におけるエンコーダＥ，ｅは、アブソリュートエンコーダであるから、制御装置４０は、ブロー成形ライン２０（排出機２７）の回転角θ_２７及び充填ライン３０（受取機３１）の回転角θ_３１を絶対値として取得し、両者の回転角から排出機２７と受取機３１の位相差Δθを下記式（２）に基づいて算出する。図２に示されるように、回転角θ_２７及び回転角θ_３１は、予め定められる時間ｔ内における回転角として特定される。
Δθ＝θ_２７−θ_３１ … （２）

制御装置４０は、制御パルスとパルスＰｅとの偏差に基づく速度指令に加えて、位相差Δθを無くすために必要な角度だけ回転するようにサーボアンプａ１等（モータｍ１等）に指令を送る。
なお、位相差Δは、排出機２７に対して受取機３１の位相が遅れている場合には正の値になり、排出機２７に対して受取機３１の位相が進んでいる場合には負の値になる。制御装置４０は、位相差Δθが正の値の場合には受取機３１の位相がΔθだけ進むように指令し、位相差Δθが負の値の場合には受取機３１の位相がΔθだけ後退するように指令する。

制御装置４０は、位相差Δθを算出する毎に位相差Δθを無くすように補正の制御を行うことができるが、好ましくは平均値として求められるΔθに基づいて補正の制御を行うことが好ましい。例えば、１０回の平均値を採用するものとすれば、１回目、２回目、… １０回目の排出機２７と受取機３１の回転角θ、位相差Δθは各々以下及び図２に示す通りであり、これらの平均値として位相差Δθaveは式（３）で与えられる。この位相差Δθaveを算出する処理を、同期が必要な期間にわたり繰り返される。
排出機２７：θ_２７−１，θ_２７−２，… θ_{２７−１０}
受取機３１：θ_３１−１，θ_３１−２，… θ_{３１−１０}
Δθ_ｎ：Δθ_１＝θ_２７−１−θ_３１−１,Δθ_２＝θ_２７−２−θ_３１−２,…Δθ_１０＝θ_{２７−１０}−θ_{３１−１０}
Δθave＝（θ_１＋θ_２… ＋Δθ_１０）／１０

本実施形態において、位相差Δθの補正は、ブロー成形ライン２０（排出機２７）と充填ライン３０（受取機３１）が駆動している間、常に行う必要はない。ブロー成形機２５でペットボトル１００が作製され、それが受け渡されてリンサ３３、フィラ３５及びキャッパ３７の順に所定の処理がなされる飲料の充填がなされる本稼働にはいる前に、各々の要素は独立した動作を行う予備稼働がなされる。予備稼働の間には、各々の要素は同期する必要がないので、排出機２７と受取機３１の間の位相差Δθを補正する制御も必要がない。そこで、本実施形態において、本稼働に入ったか否かを、排出機２７と受取機３１の回転速度ω_２７（ω_１）とω_３１（ω_２）の回転速度で判定し、その結果に基づいて位相差Δθの補正制御を実行するのが好ましい。具体的には、制御装置４０は、排出機２７と受取機３１の各々回転速度ω_２７，ω_３１が予め定められている基準回転速度ωrefに達すると、位相差Δθの補正制御を開始する。

以上説明した制御装置４０による位相差Δθの補正制御の手順について、図３を参照して説明する。
制御装置４０は、飲料製造システム１０が稼働すると、排出機２７の回転速度ω_２７及び受取機３１の回転速度ω_３１を取得する（図３Ｓ１０１）とともに、基準回転速度ωrefと比較する（図３Ｓ１０３）。制御装置４０は、回転速度ω_２７及び回転速度ω_３１の両者が基準回転速度ωref以上であれば、補正制御に入り（図３Ｓ１０３，Ｙｅｓ）、回転速度ω_２７及び回転速度ω_３１のいずれかが基準回転速度ωref未満であれば、補正制御することなく、回転速度ω_２７及び回転速度ω_３３と基準回転速度ωrefとの比較を継続して行う（図３Ｓ１０３，Ｎｏ）。

制御装置４０は、補正制御に入ると、位相差Δθaveを求める（図３Ｓ１０５）。位相差Δθaveは、例えば、前述したように１０回の平均値とし求められる。１０回の平均値である位相差Δθaveの求め方は前述の通りである。

制御装置４０は、位相差Δθaveを求めると、位相差Δθaveをゼロにする位置決め制御に必要な制御パルスをリンサ３３のサーボアンプａ１に送り、位相差Δθaveの補正制御を実行する（図３Ｓ１０７）。サーボアンプａ１は、送られた制御パルスに基づいてモータｍ１に指令信号を送る。

制御装置４０は、先行する１ユニット分の位相差Δθaveの補正制御を実行しつつ、位相差Δθaveが基準回転速度ωref以下になると、ブロー成形ライン２０に対して充填ライン３０が同期しているものと判断し、飲料の製造が開始される（図３Ｓ１０９Ｙｅｓ，Ｓ１１１）。一方、位相差Δθaveが基準回転速度ωrefを超えていれば、最初のステップＳ１０１に戻り、回転速度ω_２７及び回転速度ω_３１の両者が基準回転速度ωrefに達していれば、以上で説明した手順により、後続の１ユニット分の位相差θaveの補正制御を実行する（図３Ｓ１０９Ｎｏ）。

［効果］
以上説明したように、飲料製造システム１０は、上流側に位置するブロー成形ライン２０（排出機２７）と下流側に位置する充填ライン３０（受取機３１）が正確に同期するために、受取機３１の排出機２７に対する位相差Δθを補正するのに位置決め制御を採用する。ここで、例えば、特許文献１のように、位相差Δθの補正をするのに、モータを加速又は減速する方式では、不感帯の範囲内に入ると補正を止めてしまう。したがって、本実施形態の位置決め制御による補正は、モータの加速又は減速による補正に比べて、補正の精度が高い。

また、本実施形態は、回転速度ω_２７及び回転速度ω_３１を検知し、本稼働に入ったことを確認してから補正制御を行うので、必要な時だけに限り補正制御を実行できる。

また、平均値としての位相差Δθaveに基づいて補正制御を行うので、個々に検出される位相差Δθにぶれがあったとしても、高い精度で補正することができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
例えば、上記実施形態では、排出機２７と受取機３１の関係について説明したが、本発明はこの二つの要素に限らず、例えば、ブロー成形機２５とフィラ３５の間、ブロー成形機２５とキャッパ３７の間に適用することができるし、リンサ３３とフィラ３５の間に適用することもできる。要するに、本発明は、飲料製造システム１０を構成し、独立して駆動されるモータを駆動源として同期運転される要素の間に適用することができる。

１０飲料製造システム
２０ブロー成形ライン
２１供給機
２３予熱器
２５ブロー成形機
２７排出機
３０充填ライン
３１受取機
３３リンサ
３５フィラ
３７キャッパ
４０制御装置
１００ペットボトル
ａ１〜ａ３サーボアンプ
Ｅ，ｅエンコーダ
Ｍ，ｍ１〜ｍ３モータ
ＳＷスターホイール

Claims

上流から下流に向けて設けられる複数の処理要素を容器が搬送される過程で、前記容器に飲料を充填する飲料製造システムであって、
上流側に位置する第１処理要素と、
前記第１処理要素を回転駆動する第１モータと、
前記第１処理要素よりも下流側に位置する第２処理要素と、
前記第２処理要素を回転駆動する第２モータと、
前記第１処理要素と前記第２処理要素が同期運転するように、前記第２モータの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記第１処理要素に対する前記第２処理要素の位相差を、位置決め制御により解消するように前記第２モータの動作を制御する、
ことを特徴とする飲料製造システム。
前記第１処理要素は、樹脂製の前記容器をブロー成形するラインを構成する要素であり、
前記第２処理要素は、搬送される前記容器に飲料を充填するラインを構成する要素である、
請求項１に記載の飲料製造システム。
前記制御装置は、
前記第１モータの回転速度ω１と前記第２モータの回転速度ω２が、
所定の基準回転速度ωrefに達すると、位置決め制御により前記位相差を解消するように前記第２モータの動作を制御する、
請求項１又は請求項２に記載の飲料製造システム。
前記位相差が、複数回測定して得られる平均値である、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の飲料製造システム。