JP3459156B2 - 重量式充填装置およびその液面制御方法 - Google Patents

重量式充填装置およびその液面制御方法

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JP3459156B2 JP22192396A JP22192396A JP3459156B2 JP 3459156 B2 JP3459156 B2 JP 3459156B2 JP 22192396 A JP22192396 A JP 22192396A JP 22192396 A JP22192396 A JP 22192396A JP 3459156 B2 JP3459156 B2 JP 3459156B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチックボト
ルなどに注入される液体の液面を一定にするための重量
式充填装置およびその液面制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】通常液体が注入された容器は、重量式充
填装置により、一定重量の液体が注入されて封止されて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、スーパーマ
ーケットや店舗に陳列されている飲料ボトルなどは、並
べられた各容器内の液面が一定になっていることが望ま
しい。しかし重量式充填装置で一定重量の液体を容器に
注入した場合、容器の変形や製造誤差により内部の容量
が微妙に相違し、とくに口部の細い容器に口部まで液体
が注入されている場合には、その液面の高さに差が顕著
に現れることがあった。
【0004】ところで、容器に注入する液面を制御する
ものとして、従来、ノズルに液面を直接検知するプロー
ブを設けたものがある。しかし、注入している液がプロ
ーブに直接触れないようにする必要かあることや、プロ
ーブとノズルとを電気的に絶縁する必要があるため、ノ
ズルの直径が太くなり、小径の口部を有する容器に適さ
ないという問題があった。
【0005】また市販されている非接触の検出器を使用
して、液面の高さを制御することも可能であるが、安価
なものがないため、複数の充填機に装着すると高コスト
になるという問題があった。
【0006】本発明のうち請求項1記載の発明は、上記
問題点を解決して、低コストで小口径の容器にも適用で
き、充填された液体の液面高さを一定に制御できる重量
式充填装置およびその液面制御方法を提供することを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の請求項1記載の重量式充填装置は、受台に保
持された容器に供給される液体の重量を一定時間ごとに
検出する重量検出手段と、受台上の容器の口部に、先端
部が注入予定液面と略同一かまたは下方まで挿入される
充填ノズルと、この充填ノズルを開閉する充填バルブ
と、前記重量検出手段の検出値に基づいて重量増加率を
演算し、重量増加率が増大した時に液体が充填ノズル先
端に達したと判断し、この増大点を基準として充填バル
ブを操作する液面制御装置とを具備したものである。
【0008】また重量式充填装置の液面制御方法は、口
部から容器内に充填ノズルを挿入して液体を定量注入
し、一定時間ごとに注入された液体の重量を検出して液
体重量の増加率を演算し、この増加率が増加した時に液
体が充填ノズル先端に達したと判断して、液体の注入を
停止するか、または所定時間後に液体の注入を停止する
か、あるいは所定重量増加後に液体の注入を停止するも
のである。
【0009】上記構成によれば、容器に液体を定量注入
し、液面が充填ノズルに達すると、充填ノズルが排除し
ている体積分の液体重量が計測重量に加算されることか
ら、重量増加率が増大することになり、この重量増加率
の増大点を基準として、液体の供給を制御するので、液
面の高さが一定位置になるように液体の注入量を制御す
ることができる。したがって、従来のプローブも不要で
ノズル径も太くならず、小口径の口部の容器にも適用で
き、また安価に提供できる。
【0010】
【発明の実施の形態】ここで、本発明に係る重量式充填
装置の実施の形態を図1〜図3に基づいて説明する。
【0011】図2において、2は図示しない垂直軸心回
りに所定速度で旋回される旋回台で、周方向一定間隔ご
とに充填機1が配設されている。これら充填機1は、旋
回台2に配置された容器の受台4を備えたロードセル
(重量検出手段)5と、受台4に保持された容器3の口
部3aに上方から充填ノズル6を挿脱可能なノズル挿入
装置7と、ロードセル5の信号に基づいて充填ノズル6
の電磁式充填バルブ(充填バルブ)8を操作する液面制
御装置9とを具備し、容器供給装置(図示せず)により
所定の搬入位置で容器3が自動的に供給され、また容器
排出装置(図示せず)により所定の排出位置で自動的に
排出されるように構成されている。また前記液面制御装
置9は、容器3の供給、排出およびノズル挿入装置7の
動作および充填バルブ8をバルブコントローラ8aを介
して開閉および流量調整を制御する装置全体の制御装置
10の一部に組み込まれている。
【0012】上記構成において、ノズル挿入装置7によ
り充填ノズル6を口部3aを介して容器3内の一定位置
まで挿入し、充填ノズル6から一定の流量で液体を注入
していくことにより、ロードセル5では、積算注入量に
比例した重量信号が出力される。そして注入を続ける
と、容器3内の液面WLが上昇し、やがて充填ノズル6
の先端部が液体に浸かり、液面WLはさらに上昇を続け
る。
【0013】ところで、液体が一定流量で供給されるこ
とから、図1(a)に示すように充填ノズル6の先端部
が液体に浸かるまでの間は、ロードセル5からの重量信
号による増加は一定である。しかし、充填ノズル6が液
体に浸かると、ロードセル5に検出される重量には、充
填ノズル6が排除している体積分の液体の重量も加算さ
れるため、図1(b)に示すようにその増加率が増大す
ることになる。また液体重量が加算されるノズル孔6a
の容積は、液面WLより下方部位であるために液面WL
の上昇速度の影響を受ける。したがって、上部ほど断面
が小さくなる円錐形の容器では、液面WLの上昇速度が
速くなり、これが重量の増加率をさらに増大させること
になる。
【0014】したがって、本発明では、充填ノズル6の
先端部が液体に浸かると、液体重量の増加率が増大する
ことに着目し、流量制御装置9によりバルブコントロー
ラ8aを介して充填バルブ8を操作し、増加率の変化点
を基準として、増加後直ちに充填バルブ8を閉じるか、
または増加後一定時間をあけて充填バルブ8を閉じる
か、あるいは一定重量の増加後に充填バルブ8を閉じる
ことにより、容器3に注入される液面WLを一定にする
ことができる。
【0015】図1(a)は、横軸に時間tをとり、縦軸
にロードセル4により検出される液体の重量Wをとっ
て、口部3aに挿入された充填ノズル6から容器3内に
一定の流量で液体が注入された場合の、充填ノズル6が
液体に浸かる前後位置のグラフを示している。
【0016】また図1(b)は、横軸に時間tをとり、
縦軸に重量増加率Vをとったもので、図1(a)に示さ
れた時間tと重量Wとの関係から計算したものである。
すなわち、一定の流量で容器3に液体が注入されると、
充填ノズル6に液体が浸かる時点tnまでは、容器3の
形状に関係なく時間に比例して重量Wは増加し、グラフ
は右上がりの直線となる。そして、充填ノズル6が液体
に浸かった時点tnから、液面WL下で充填ノズル6が
排除している体積分の液体の重量が、容器3内の液体重
量に加算されるため、図1(b)に示すように、重量増
加率Vが増加する。またこの容器3は、上端の口部3a
ほど断面積が小さくなるため、液面WLの上昇速度が増
加し、これにより液面WL下のノズル孔6a内にある液
体の重量も増大し、重量増加率Vが加速度的に増加する
ことになる。(なお、充填ノズル6に液体が浸かる時点
tnは、容器3内の容量が一定であればどの容器も一定
となるが、通常プラスチック製ボトルなどの容器では、
製造時の変形や誤差によりかなりのバラツキがあり、容
器3ごとに異なる。)上記構成において、液面制御装置
9は、注入開始から本制御を実行する為に充分なだけ短
い時間(間隔)dtでロードセル5の信号が常に入力さ
れている。また重量増加率Vを測定する時間Tは、重量
の絶対値の入力間隔dtの倍数(ここではたとえば5
倍)で本制御に充分なだけの短い時間に設定されてい
る。さらに平均注入流量の測定を開始する時点tsは、
充填ノズル6が液体に浸かる前で、液体の注入時の重量
増加率Vが充分に測定できるだけの余裕を持った時点
で、入力した重量の絶対値があらかじめ設定した設定値
Ws以上になった時点とされる。さらに、平均注入流量
の測定を終了する時点tmも、入力した重量の絶対値が
あらかじめ設定した設定値We以上になった時点とされ
る。
【0017】ここで図3に基づいて、注入開始後、入力
間隔dtごとに タイマー割り込みにより起動されるサ
ブルーチンについて説明する。ロードセル5からの重量
信号Wは、制御装置10に設けられたAD変換器を介し
て入力され、重量(変数)gに格納される(Step1
0)。そして入力された重量変数gと、平均注入流量の
測定を開始する重量の設定値Wsとが比較され(Ste
p11)、重量g<設定値Wsであれば、入力した時点
を表す変数(添字)kが初期値の0に戻され(Step
12)、平均流量Vavの計算が完了したことを表す変
数Fが初期値の0に戻すように処理される(Step1
3)。
【0018】Step11で重量変数g≧設定値Wsで
あった場合、入力した時点を表す変数kに1が加算され
(Step14)、さらに重量gに添字kを持った配列
Mg(k)に格納される(Step15)。そして、入
力された回数(変数k)が予め設定された設定数5を越
えたかどうかが判断され(Step17)、k<5の場
合には何も処理されずにこのルーチンを抜け、k≧5の
場合には、今回入力された重量Mg(k)から、5回前
に入力された重量Mg(k−5)を減算し(Step1
7)、得られた増加重量Wを時間T=(5×dt)で割
って重量の増加率Vが求められる(Step18)。次
に、平均注入流量Vavの計算のための重量増加率Vを
積算するために、積算値が変数QVに格納される(St
ep19)。
【0019】ついでフラッグFが1かどうか、すなわち
平均注入流量の計算がすでにおこなわれているかどうか
が判断される(Step20)。そしてF=1でないと
きは、ついで重量gが設定値Weを越えているかどうか
が判断され(Step21)、重量gが設定値We未満
である時はこのルーチンを抜け、重量gが設定値We以
上であるときに、平均注入流量Vavが計算される(S
tep22)。ここで増加率が計算されてきた時間は、
添字kが6になってから現在の添字kまでであるので、
dt×(k−5)となる。そして平均注入流量Vavの
計算が行われたことが、フラッグFに記憶され(Ste
p23)、Fが1で平均注入流量Vavの計算が完了し
ている。
【0020】Step21で、Fが1で平均注入流量V
avの計算が完了されている場合には、重量の増加率V
から平均注入流量Vavを引いた値が、予め設定された
しきい値Vsを越えたかどうかか判断され(Step2
4)、しきい値を越えていない場合にこのルーチンを抜
け、しきい値を以上になった場合に、充填バルブ8を閉
じる操作が実施される。
【0021】以上に述べたごとく上記実施の形態によれ
ば、充填ノズル6を口部3aから容器3内に挿入して液
体を一定の流量で注入し、この時の重量をロードセル5
により一定間隔ごとに検出する。そして液面WLが充填
ノズル6に達すると、充填ノズル6が排除している体積
分の液体の重量がロードセル5の検出重量に加算される
ことから、重量増加率Vが増大するので、液面WLが充
填ノズル6の下端部に浸かる点に対応する重量増加率の
増大点を基準として、液体の供給を制御するすることが
できる。したがって、液面WLの高さが一定位置になる
ように液体の注入量を容易に制御することができ、従来
のプローブも不要でノズル径も太くならず、注入量の差
が顕著に表れやすい小口径の口部3aの容器3であって
も、液体の液面WLが均一になるように容易に精度良く
注入することができ、また高価な検出器も不要で、安価
に提供することができる。
【0022】
【発明の効果】以上に述べたごとく、本発明の重量式充
填装置およびその液面制御方法によれば、容器に液体を
定量注入し、液面が充填ノズルに達すると、充填ノズル
内の液体も重量に加算されることから、重量増加率が増
大することに着目し、この重量増加率の増大点を基準と
して、液体の供給を制御するので、液面の高さが一定位
置になるように液体の注入量を制御することができる。
したがって、従来のプローブも不要でノズル径も太くな
らず、小口径の口部の容器にも適用でき、また安価に提
供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る重量式充填装置の実施の形態を示
し、(a)は注入時間と重量の関係を示すグラフ、
(b)は注入時間と重量増加率の関係を示すグラフ、
(c)は(a)に対応する容器の説明図である。
【図2】同重量式充填装置の構成図である。
【図3】同重量式充填装置において入力間隔ごとにタイ
マー割り込みにより起動されるサブルーチンを示すフロ
ー図である。
【符号の説明】
1 充填機 3 容器 3a 口部 4 受台 5 ロードセル 6 充填ノズル 6a ノズル孔 8 充填バルブ 9 液面制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B65B 3/28 B65B 37/18 B67C 3/20

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】受台に保持された容器に供給される液体の
    重量を一定時間ごとに検出する重量検出手段と、 受台上の容器の口部に、先端部が注入予定液面と略同一
    かまたは下方まで挿入される充填ノズルと、 この充填ノズルを開閉する充填バルブと、 前記重量検出手段の検出値に基づいて重量増加率を演算
    し、重量増加率が増大した時に液体が充填ノズル先端に
    達したと判断し、この増大点を基準として充填バルブを
    操作する液面制御装置とを具備したことを特徴とする重
    量式充填装置。
  2. 【請求項2】口部から容器内に充填ノズルを挿入して液
    体を定量注入し、一定時間ごとに注入された液体の重量
    を検出して液体重量の増加率を演算し、この増加率が増
    加した時に液体が充填ノズル先端に達したと判断して、
    液体の注入を停止することを特徴とする重量式充填装置
    の液面制御方法。
  3. 【請求項3】口部から容器内に充填ノズルを挿入して液
    体を定量注入し、一定時間ごとに注入された液体の重量
    を検出して液体重量の増加率を演算し、この増加率が増
    加した時に液体が充填ノズル先端に達したと判断して、
    所定時間経過後に液体の注入を停止することを特徴とす
    る重量式充填装置の液面制御方法。
  4. 【請求項4】口部から容器内に充填ノズルを挿入して液
    体を定量注入し、一定時間ごとに注入された液体の重量
    を検出して液体重量の増加率を演算し、この増加率が増
    加した時に液体が充填ノズル先端に達したと判断して、
    所定重量増加後に液体の注入を停止することを特徴とす
    る重量式充填装置の液面制御方法。
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