JP2769227B2 - 圧力により容積が変動する流体の定量充填装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、牛乳、酒、ジュース等の飲料液、医薬品、
ゲル化物、特に気体含有液、圧縮される固形物含有液等
の流体の定量充填装置に関するものである。

（従来の技術） 流体の定量充填には、一般的にピストン・シリンダ形
ポンプを利用した装置が知られている。

例えば、特開昭48−69677号公報に記載された液体の
定量充填装置は、ピストンの下降により液体タンク内か
ら切換弁を介してシリンダ内に定量の液体を吸引し、次
いで充填容器の上昇にて切換弁を切換えるとともに、前
記のピストンの上昇にて切換弁を介して充填容器内に吸
引した定量の液体を排出するように構成したものであ
り、また特開昭60−58304号公報に記載された液体用定
量充填装置は、液体ノズルと流路を切換えるための２組
の弁機構を有する注液管と、この注液管内の２組の弁機
構の間に開口する液体の流路に液量計測室を連結し、ピ
ストンの作動により液量計測室内に吸引した定量の液体
を注液ノズルからカップ内に排出するように構成したも
のである。

（発明が解決しようとする課題） しかし、以上のようなピストン・シリンダを利用した
定量充填装置にあっては、その充填液の定量性は、シリ
ンダの容積に依存するものであるが、流体が気泡を含有
しているような場合や、圧力によって圧縮される固形物
を含有しているような場合にあっては、気泡や固形物の
圧縮あるいは膨張が原因となって容積に変動が生じて定
量性が損われる。

したがって、このような場合にあっては、充填操作中
において、その経時的な容量の調節が必要であるが、従
来技術では、一旦設定されたシリンダ容積は、同一流体
を充填している間の調節は行なわれていなかった。

すなわち、従来のピストン・シリンダによる充填装置
にあっては、経時的に発生する流体の温度変化や圧力変
化、物性変化による微小な容積の変化に対しては定量性
の確保はできなかった。

（課題を解決するための手段） そこで、このような点について、研究し実験した結
果、出願人は、さきに特願平１−3160号として、流体の
圧力変動による流量変動を、この圧力変動の測定値から
定量ポンプの回転数を制御することによって行うように
した定量充填装置を出願した。

本発明は、上記のような圧力変動による流量変動の調
節する手段をシリンダ・ピストン形の充填装置に適用す
ることにより、シリンダ内の圧力変動を測定し、その測
定値からピストンのストロークを調節することによって
その流量の変動に対処しようとするもので、その充填能
力の向上をも考慮してピストンの速度に変化をもたせた
ものである。

すなわち、本発明にあっては、ピストン・シリンダを
用いた流体の定量充填装置において、シリンダ内の容積
変動による流体圧力を検出する圧力測定器を配置し、こ
れによる測定結果に基づいてピストン・シリンダのピス
トンのストロークを調節する手段を講じた構成とし、ま
たこのピストン・シリンダのピストンストロークの調節
をピストンの前進行程においては最初のほぼ2/3を高速
に、残りのほぼ1/3を低速に、後退の行程を高速にした
構成とし、さらにピストン・シリンダのピストンストロ
ークの調節を、ピストンの直線運動に変換する回転運動
のパルスモータ又はザーボモータの回転位置を制御する
構成としている。

さらにまた、ピストン・シリンダで流体を定量吸引
し、これを充填容器に注入する充填装置において、流体
の注入終了と同時に、ピストン・シリンダのピストンの
ストロークを一定距離吸引方向に移動させる構成として
いる。

（実施例） 本発明にあっては、ピストン・シリンダ形ポンプによ
り流体を定量充填するに際し、シリンダ内の容積変動に
よる流体圧力を検出して、この圧力値をピストンのスト
ロークと関連させて充填量を調節するものである。

ところで、一方において充填能力の向上を考慮して充
填速度を高めるため、一般にピストンのストロークを２
〜３段階に変速させることが必要となるのが、そのスト
ロークの変速は、充填のための容器への注入開始時にお
いて高速で行ない、その終了時近くになって低速で行な
うことによって充填能力の向上に対処している。

この充填の終了時近くになって低速にする理由は、充
填物としての流体が容器内に納まり、さらに高速充填を
続けると流体が飛び跳ねて、その後のシール不良や量目
変動の原因となるためで、ピストンの前進行程において
ストロークの2/3までを高速に、残りの1/3を低速に作動
させ、さらにシリンダ内に流体を吸入する後退時には高
速で行うようにしている。

充填能力の向上からのピストンのストロークの速度調
節は、充填時間を一定にするなかで行う必要があり、そ
れは容器の搬送速度まで調節するわけにはいかず、一定
時間内に充填を完了する必要があるからである。

要するに、流体が気泡を含有し、あるいは圧縮される
固形物を含有しているような圧力によって容積が変動す
る流体の充填においては、圧力にて生じた流体の容積変
動による流体圧力を検出して、これによりピストンのス
トロークを調節し定量となるように制御することが必要
であり、その際ストロークの変速によってピストン作動
時間も調節した方が一定時間内における充填を完了する
必要があるという条件に適合することになるものであ
る。

以下、本発明における流体の定量充填装置を示すフロ
ーシートについて説明する。

この図面において、ピストン・シリンダ（ａ）は流路
（１）をもって貯留タンク（ｔ）側からの流路（２）に
連結（３）されているが、この流路（２）には、この連
結部（３）を挟んでタンク（ｔ）側に切換弁（v₁）が、
また注入ノズル（ｂ）側に切換弁（v₂）がそれぞれ設け
られている。

ピストンシリンダ（ａ）のシリンダ（ｃ）内にはピス
トン（ｄ）があって、ピストン（ｄ）の後退（上昇）に
よって流路（２）の貯留タンク（ｔ）側の切換弁（v₁）
を開くとともに、注入ノズル（ｂ）側の切換弁（v₂）を
閉じ、貯留タンク（ｔ）より流体を流路（１）を通して
シリンダ（ｃ）内に吸入する。

シリンダ（ｃ）内に吸入された一定量の流体は、次の
ピストン（ｄ）の前進（下降）によって、流路（１）を
通って流路（２）に押出されるが、この場合流路（２）
の切換弁（v₁）側は閉じられるとともに、切換弁（v₂）
が開くから、この押出された流体は、流路（２）の切換
弁（v₂）を通って注入ノズル（ｂ）より下方の充填容器
（ｅ）に注入される。

以上の装置は、一般にピストン・シリンダ形ポンプに
よる定量充填装置の基本的なものである。

このような液体の定量充填装置にあって、流体に気泡
を含有しているような場合、あるいは圧力によって圧縮
される固形物を含有しているような場合にあっては、圧
縮によってシリンダ（ｃ）内における液体は、容積変動
を生ずるから、一定のピストンのストロークでは、充填
流体の定量性が損なわれることになる。

このような圧力による容積変動に対応するために、本
発明にあっては、シリンダ（ｃ）内におけるピストン
（ｄ）の移動量を圧力変動に応じて調節しようとするも
のである。

すなわち、本発明にあっては、シリンダ（ｃ）からの
流路（１）への出口に圧力測定器（ｆ）を設け、この圧
力測定器（ｆ）で測定した圧力を、圧力変換器（ｇ）に
おいて信号に変換し、これを制御装置（ｈ）に送って、
測定値からサーボモータ（ｍ）の回転を制御する信号を
コントローラ（ｉ）に送り、このコントローラ（ｉ）に
よってサーボモータ（ｍ）の回転を圧力変動に対応させ
る。

このサーボモータ（ｍ）の回転は、例えばピニオンと
ラックによりピニオン（ｄ）のロッド（ｊ）を移動さ
せ、これによりピストン（ｄ）のシリンダ（ｃ）内の移
動量を圧力変動に対応させるように構成したものであ
る。

この際、サーボモータ（ｍ）の回転を、その回転量、
すなわちピストン（ｄ）の往動ストロークをそのほぼ最
初の2/3を高速に、残りの1/3を低速に、さらに復動を高
速になるようにコントローラ（ｉ）にて制御する。

本発明は、以上説明したようにシリンダ（ｃ）内の流
体がピストン（ｄ）による押圧によって容積変動を生ず
るような場合において、この圧力変動を測定して、これ
によりピストン（ｄ）の移動を調節し、もって液体の充
填容器（ｅ）に定量注入するようにしたものである。

その時、充填能力の向上を図るために、ピニオンの移
動に、高速、低速の速度変化をもたせるものである。

例えばホイップクリームを充填する充填機にあって
は、オーバーランしたホイップクリーム内には空気の気
泡が含有されているから、これをピストンで押圧して押
出すとき、気泡が潰れるなどしてその体積が変化し、ピ
ストンのストロークが一定であれば、充填量が変動す
る。

そこで、充填後の容器内のホイップクリーム量を一定
にするためには、常に変化するホイップクリームの圧力
に合わせてピストンの移動量を変化させることによっ
て、変化する容量に対応させる必要がある。

その際、ピストンの移動量、すなわちストロークの往
動の最初においてそのほぼ2/3を高速に、残りの1/3を低
速にし、復動を高速にすることにより、ホイップクリー
ム容器内への定量充填において、その充填能力を向上さ
せることになる。

圧力Ｐの気泡含有流体が、ピストン・シリンダ形ポン
プのピストンの１往復当りの送液量の体積Ｑの流体を、
ピストンによって送り、注入ノズルから圧力P₀の大気中
に出たときの体積をＶとし、これら含まれている気体の
体積をA₀、液体体積Ｂ、気孔率をρ₀とすると、 ρ₀＝A₀／（A₀＋Ｂ）となる。

上記のＱは、Ｄをシリンダの内直径、Ｌをピストンの
ストローク長さとすると、 Ｑ＝1/4・πD²・Ｌであり、 近似的には、 Ｖを一定にするためには、Ｐを実測して、 となるようにして、ストロークＬを制御すればよい。

なお、気泡含有流体が、ピストンの移動による吸引中
に、その圧力Ｐが変動する場合には、その体積Ｖを経時
的に積算して、ピストンの停止を制御すればよい。

規定の量の流体が容器（ｅ）に充填されたとき、ピス
トンを一旦微少距離だけ注入動作にたいして逆動作させ
ることにより、ノズル端部における流体の液垂れを防止
する。

この動作は注入ノズル部分の容積の範囲内で行われる
もので、この動作の後、注入ノズルを閉鎖させれば、流
体の大気圧部分における残留がなくなり、定量性を向上
させるもので、高粘性流体の場合に特に有効な手段であ
る。

（発明の効果） 本発明は、ピストン・シリンダ形ポンプにおける流体
の定量充填装置において、シリンダ内の容積変動による
流体圧力を検出する圧力側定器を配置し、この圧力測定
結果に基づいてピストンのストロークを調節する手段を
講じたものであるから、これまでのこの種の充填装置と
異なり、圧力により容積変動を生ずる流体であっても、
よくその容積変動に対してピストンのストロークを調節
し、容器への流体の定量の充填を行うことができる。

そして、この際、ピストンの移動において、そのスト
ロークの前進行程における最初のほぼ2/3を高速に、残
りの1/3を低速に、さらに後退行程を高速になるように
構成することにより、圧力によって容積変動を生ずる流
体の定量充填において充填能力の向上を図ることができ
る。

またピストンのストロークの終了と同時にピストンを
僅かに後退することにより、流体の液垂れを防止するこ
とができ、このことが流体の定量性を向上させ、特に粘
性の高い流体においてよい結果をもたらすことができ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の装置のフローシートである。 符号 ａ……ピストン・シリンダ形ポンプ ｂ……注入ノズル ｃ……シリンダ ｄ……ピストン ｅ……容器 ｆ……圧力測定器 ｇ……圧力変換器 ｈ……制御装置 ｉ……コントローラ ｊ……ロッド ｍ……サーボモータ ｔ……貯留タンク v₁、v₂……切換弁 １……流路 ２……流路 ３……連結部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−199801（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−90192（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−61799（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−161142（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−154101（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−64601（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B67C 3/00 - 3/34 B65B 3/00 - 3/36

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストン・シリンダを用いた流体の定量充
   填装置において、シリンダ内の容積変動による流体圧力
   を検出する圧力測定器を配置し、これによる測定結果に
   基づいてピストン・シリンダのピストンのストロークを
   調節する手段を講じたことを特徴とする圧力により容積
   が変動する流体の定量充填装置。
2. 【請求項２】ピストン・シリンダのピストンのストロー
   クの調節を、ピストンの前進行程においては最初のほぼ
   2/3を高速に、残りのほぼ1/3を低速に、後退の行程を高
   速にしたことを特徴とする請求項（１）に記載の圧力に
   より容積が変動する流体の定量充填装置。
3. 【請求項３】ピストン・シリンダのピストンのストロー
   ク調節を、ピストンの直線運動に変換する回転運動のパ
   ルスモータ、又はサーボモータの回転位置を制御するこ
   とにより行なうことを特徴とする請求項（１）及び
   （２）に記載の圧力により容積が変動する流体の定量充
   填装置。
4. 【請求項４】ピストン・シリンダで流体を定量吸引し、
   これを充填容器に注入する充填装置において、流体の注
   入終了と同時に、ピストン・シリンダのピストンのスト
   ロークを一定距離吸引方向に移動させることを特徴とす
   る請求項（１）に記載の圧力により容積が変動する液体
   の定量充填装置。