JP3536479B2 - 加圧式充填装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は充填装置に係り、特
に、充填液タンク内の液体を加圧して容器内に充填する
加圧式充填装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】充填装置は一般に、充填液を貯留する充
填液タンクと、この充填液タンクから給液配管を介して
送られた液体を容器内に充填する複数の充填ノズルと、
充填される液体の通路を開閉する充填液バルブと、上記
各充填ノズルの下方に配置されて容器を支持するびん台
等を備えている。さらに加圧式の充填装置では、充填液
タンク内を加圧して設定圧力に維持することにより、充
填ノズルからの流量（単位時間当りの充填量）を一定に
して充填を行なうようになっている。

【０００３】上記のように充填液タンク内の圧力を設定
圧力に維持して、充填ノズルからの流量を常に一定に保
つことができれば、所定の時間だけ充填液バルブを開放
することにより、容器内に所定量の液を充填することが
可能である。しかしながら、充填液タンク内の圧力を設
定した圧力に維持していても、その他の条件によって充
填ノズルからの流量が変動してしまう場合がある。例え
ば、充填液の温度が変化したために液体の粘度が変わっ
た場合には、充填ノズルからの流量が変動してしまうこ
とは一般に知られている。このような場合に、上記充填
液タンクの設定圧力を補正することにより正確な充填量
を得るようにした加圧式充填装置が既に提案されている
（特開平６−２２７５０３号公報、特開平２−２９０２
３６号公報等）。

【０００４】上記第１の公報（特開平６−２２７５０３
号）に記載されている加圧式充填装置は、充填液の粘度
を間接的に検出するために、液温センサを設けて液温を
計測し、予め求めたデータに基づいて、計測された液温
に対応する圧力を演算して充填液タンク内の圧力を調整
することにより、充填時間を変更することなく容器内に
所定量の充填液を充填できるようにしたものである。

【０００５】また、第２の公報（特開平２−２９０２３
６号）に記載された加圧式充填装置は、容器内に充填さ
れる液量が予め定めた基準値に達するまでの時間をタイ
マによって計測し、このタイマによる計測時間と予め定
めた基準時間とを比較し、この実際の計測時間と基準時
間との誤差に応じて、充填液タンクに加える圧力を補正
するようにしたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記第１の公報に記載
された加圧式充填装置は、充填液の粘度の変化を、充填
液タンク内の圧力を補正するためのデータとして使用し
ているので、充填装置の運転速度が設定速度に維持され
ていれば、液体の粘度が変化した場合でも、充填液タン
ク内の圧力補正が行なわれて充填ノズルからの流量を変
化させず一定に保つことができる。しかしながら、充填
装置の運転速度が変化した場合には、充填装置全体で消
費する総流量が変化してしまうので、充填ノズルからの
流量を一定に保つことができず、充填精度が悪化してし
まうという問題があった。

【０００７】ここで、充填装置の運転速度が変化するこ
とにより充填ノズルの流量が変動する点について簡単に
説明する。先ず、充填装置が所定能力（ライン設定速
度）で運転されているときに、各充填ノズルからの流量
（単位時間に流れる液量）が最適になるように充填液タ
ンク内の圧力を設定する。充填液タンク内の圧力を上記
設定値に維持したままで、充填装置の運転速度が低速に
なると、充填液バルブが開いて充填液が流れている充填
ノズルの数が減少する。なぜならば、充填バルブは、開
放して充填を開始した後、容器内に所定容量の充填が行
なわれると閉じる構造になっているから、運転速度が遅
くなると、同時に液バルブが開放して充填を行なってい
る充填ノズルの数が少なくなるからである。例えば、充
填装置が所定の能力で運転している場合には、１０本の
充填ノズルの液バルブが開放して充填が行なわれている
とすると、低速運転時には、液バルブが開放している充
填ノズルが７本しかない状態になってしまうことがあ
る。この場合には、すでに液バルブが閉じてしまった３
本の充填ノズルの流量は零となり、上記充填液タンクか
ら充填ノズルへ液体を供給する給液配管内を流れる全体
の流量も、閉鎖している充填液バルブの比率に応じて減
少する。すなわち、充填ノズル全体で消費される総流量
は、充填装置の運転速度に比例して変動する。

【０００８】また、一般に、配管内を流体が流れること
による圧力損失は、配管の径が同一であれば流量に比例
して増減する。従って、上記のように液バルブが開いて
いる充填ノズルの数が少なくなり、充填装置全体での流
量が減少すると、この流量の減少に比例して給液配管に
よる圧力損失が低減するために、充填液バルブが開いて
いる個々の充填ノズルからの吐出圧力は増大し、この充
填ノズルの流量が増加する。

【０００９】このように、各充填ノズルの吐出圧力が増
大し、充填ノズルからの流量が、充填装置が設定能力で
運転されている場合よりも増加してしまうと、容器内に
充填された液が泡立ったり、充填液内のエアーの混入量
が多くなってしまうという問題があり、また、充填ノズ
ルを容器内の充填液の液面の上昇に追従させて上昇させ
るタイプの充填装置の場合には、充填ノズルの上昇速度
よりも液面の上昇速度が速くなってしまうという問題が
あった。しかも、ウエイト式のフィラでは、充填バルブ
を閉じた後も、充填ノズルから充填液が落下しており
（このバルブ閉鎖後の落下分を「落差重量」と称してい
る）、この落差重量は、充填中の流量を計測して、ある
いは、前回の充填結果からのフィードバックをもとに予
測算出している。そのため、上記のように充填ノズルの
流量が変化すると、予測算出した落差重量に誤差が生
じ、充填精度に影響を及ぼして精度が悪化するという問
題があった。

【００１０】また、第２の公報に記載された加圧式充填
装置の構成では、充填ノズルからの吐出圧力が変動して
充填時間が変化した場合でも、フィードバック制御によ
り、基準充填時間となるように充填液タンク内の圧力の
補正を行ない、各充填ノズルからの流量が一定になるよ
うにしている。しかしながら、この充填装置では、充填
時間の変動があってから、充填液タンク内の圧力の補正
を行なっているので、充填時間が変動したときの充填精
度が悪いという問題があった。

【００１１】上記のように、充填液の粘度が変わること
が原因で正確な充填量が得られない場合の他に、充填ノ
ズルの一部が充填を行なっていないために、充填液タン
ク内の圧力を設定圧力に維持していても、充填ノズルか
らの吐出圧力が変動して充填量が増加してしまう場合が
ある。このような場合にも正確な充填量を得ることがで
きるようにした充填装置がすでに知られている（特開平
６−１２７５９７号公報）。この充填装置は、充填液の
供給源から各充填ノズルに連結される配管に設けられて
配管内の開度を調節可能な供給バルブと、供給される容
器を検出する容器検出手段と、容器検出手段により検出
された容器の数に応じて、上記供給バルブの開度を調節
するバルブ制御手段とを備えており、充填装置の始動当
初に所定本数の容器が供給されるまでの間、あるいは、
運転中に容器の供給が中断した場合には、上記配管に設
けられている供給バルブの開度を小にすることにより、
充填ノズルの充填圧力を下げるようにしている。

【００１２】上記構成に係る充填装置では、充填装置内
に供給される容器の本数が少ないために充填圧力が所定
の圧力よりも高くなることは防止することができるが、
充填運転中に運転速度が設定速度よりも低下したために
充填圧力が増大してしまう場合に対しては対応すること
ができない。また、その他の従来技術においても、充填
装置の運転速度の変動による充填ノズルの流量の変化を
調整することができる充填装置は存在していない。

【００１３】本発明は上記問題点を除くためになされた
もので、充填装置の運転速度、つまり回転体の回転速度
が設定速度から変動してしまった場合にも、充填圧力を
調整して充填ノズルの流量を一定に保持することによ
り、正確な充填量を得るとともに、容器内に充填された
液体の発泡やエアーの混入を抑制することができるロー
タリタイプの加圧式充填装置を提供することを目的とす
るものである。

【００１４】

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るロータリタ
イプの加圧式充填装置は、液体を貯留する充填液タンク
と、回転体に設けられ、上記充填液タンクから供給され
た液体を容器内に充填する充填ノズルと、充填液タンク
内の圧力を設定圧力に制御する圧力制御手段とを備えて
おり、さらに、上記回転体の回転速度を検出する速度検
出器と、この速度検出器の検出した回転速度に応じて上
記充填液タンク内の圧力を制御する制御装置とを設け、
この制御装置によって、上記速度検出器の検出した回転
速度の変化に応じて、上記充填液タンクから充填ノズル
へ供給される液体の流量変化による圧力損失を算出し、
この算出値に基づいて充填液タンクの上記設定圧力を補
正することにより、充填ノズルからの流量を一定にする
ようにしたものである。

【００１６】

【００１７】上記発明に係るロータリタイプの加圧式充
填装置では、充填ノズル全体で消費される総流量すなわ
ち、充填液タンクから充填ノズルへ流れる総流量は、回
転体の回転速度に比例しており、また、圧力損失は配管
の径が同一であれば、流量に比例して増減することか
ら、速度検出器によって回転体の回転速度を検出し、こ
の検出された回転速度の変化から、充填液タンクから充
填ノズルへ供給される液体の流量変化による圧力損失を
算出し、算出された圧力損失をもとに充填液タンクの圧
力設定値を補正することにより、低速運転時にも、各充
填ノズルからの流量を一定に保つことができる。

【００１８】

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施例により本
発明を説明する。図１は本発明の一実施例に係るロータ
リタイプの加圧式充填装置の概略を示す平面図である。
図において、２は充填装置の本体を構成する回転体であ
り、この回転体２の外周寄りに円周方向等間隔で複数の
充填ノズル４が設けられている。これら各充填ノズル４
の下方には、容器６を載せて搬送するびん台（図示を省
略）がそれぞれ配置されており、このびん台は回転体２
の回転に伴なって充填ノズル４と一体的に回転する。こ
の充填装置はウエイト式のフィラであり、各びん台の底
部には、容器の重量を計測するロードセルが設けられて
いる。これらロードセルは従来周知のように、びん台上
に供給された容器６の重量を計測し、充填開始後、この
容器６内に充填された液体の重量が基準値に達すると、
信号を出力して充填を終了させる。

【００２０】各びん台上には、容器搬送コンベア８によ
って搬送されてきた容器６が、供給スターホイール１０
を介して順次供給され、回転体２の回転に伴ってびん台
と充填ノズル４が回転する間に、上記充填ノズル４から
容器内に液体の充填が行なわれる。充填が終了した容器
６は、その後、排出スターホイール１２によって容器搬
送コンベア１４上に排出され、次の工程に送られる。

【００２１】上記回転体２の外部には、容器６内に充填
される液体を貯留する充填液タンク１６が配置されお
り、この充填液タンク１６内の液体が、給液配管１８に
よって上記回転体２のマニホールド２０に送られ、各分
岐通路２２を介して上記充填ノズル４に供給される。充
填ノズル４には、その内部の液通路を開閉する充填液バ
ルブ（図示せず）が設けられており、この充填液バルブ
の開放によって容器６内への充填が開始され、所定量の
液体が容器６内に充填されると、充填液バルブが閉鎖さ
れて充填が終了する。なお、この実施例では、充填液タ
ンク１６が回転体２から離隔した位置に配置されてお
り、この充填液タンク１６から給液配管１８およびマニ
ホールド２０を介して回転体２に設けられた複数の充填
ノズル４へ充填液を供給するようになっているが、必ず
しもこの構成に限定されるものではなく、回転体２の上
方に充填液タンク１６が配置されたタイプの充填装置で
あっても良い。この場合には、給液配管１８およびマニ
ホールド２０は必要なく、充填液タンク１６から各分岐
通路２２を介して充填ノズル４へ充填液が供給されて容
器６内に充填される。

【００２２】上記充填液タンク１６には、タンク内の圧
力を所定圧力に制御する圧力制御手段２４が設けられて
いる。この圧力制御手段２４は、充填液タンク１６に設
けられた圧力検出器２６によって充填液タンク１６内の
圧力を検出し、その検出圧力値を設定圧力値と比較して
エアまたはその他のガスを給排することにより設定圧力
になるように制御する。この圧力制御手段２４によっ
て、充填液タンク１６内は、本実施例に係る充填装置が
所定能力（設定された回転体２の回転速度）となったと
きに、各充填ノズル４からの流量が最適になるように予
め設定された圧力に維持される。

【００２３】さらに、本実施例装置には、上記回転体２
の回転速度を検出する速度検出器２８と、この速度検出
器２８からの検出信号に基づいて、上記圧力制御手段２
４による充填液タンク１６内の設定圧力を補正する制御
装置３０が設けられている。上述のように、予め設定さ
れた回転速度で運転されている回転体２の回転速度が低
下すると、充填液バルブが開いて充填が行なわれている
充填ノズル４の本数が少なくなるため、上記給液配管１
８を通って回転体２のマニホールド２０に送られる充填
液の流量（単位時間に流れる液量）が減少する。このよ
うに流量が減少すると、給液配管１８、マニホールド２
０および各分岐通路２２を液体が通過する際の圧力損失
が小さくなり、その結果、充填液バルブが開放している
個々の充填ノズル４の吐出圧力は増大し、充填ノズル４
からの流量が増加する。従って、速度検出器２８が、回
転体２の回転速度が設定された運転速度よりも遅くなっ
たことを検出すると、この速度検出信号を入力された上
記制御装置３０は、充填液タンクから充填ノズルへ供給
される液体の流量の変化による圧力損失を算出し、この
算出値に基づいて、上記充填液タンク２の圧力制御手段
２４を制御して、予め設定されている上記圧力設定値を
補正し、各充填ノズル４からの流量が一定になるように
する。なお、上述した、回転体２の上方に充填液タンク
１６が配置されたタイプの充填装置の場合には、充填液
タンク１６と各充填ノズル４との間を接続する分岐通路
２２全体の流量の変化による圧力損失を算出して、上記
充填液タンク１６の圧力設定値を補正する。

【００２４】上記構成に係る加圧式充填装置の作動につ
いて説明する。この加圧式充填装置の運転が開始する
と、回転体２が回転を始めるとともに、容器搬送コンベ
ア８によって容器６が搬送され、供給スターホイール１
０によって所定の間隔に位置決めされて各びん台（図示
せず）上に順次載せられる。各びん台上には、図中のＡ
の位置で容器６が供給される。回転体２の回転に伴って
充填ノズル４が下降してびん台上の容器６内に挿入さ
れ、例えば、図中のＢの位置で充填液バルブが開放して
充填が開始する。

【００２５】上記充填液タンク１６は、この充填装置が
所定能力（回転体２の設定された回転速度）に達したと
きに、各充填ノズル４からの流量が最適な一定量になる
ように加圧圧力が設定されて、その設定圧力値に維持さ
れている。充填液タンク１６内の圧力がこの設定圧力に
維持されているときには、図中のＫの位置まで充填液バ
ルブが開放した状態で充填が行なわれ、その後、容器６
内に充填される液量が基準値に達すると充填液バルブが
閉鎖されて充填が終了する。充填終了後、充填ノズル４
が容器６内から抜き出され（図中のＬの位置）、その容
器６は、図中のＭの位置で排出スターホイール１２によ
り容器搬送コンベア１４上に排出され、下流側の次の工
程に送られる。すなわち、この実施例では、充填液タン
ク１６内の圧力が上記設定圧力に維持され、かつ、回転
体２が設定速度で回転しているときには、１０本の充填
ノズル６（図中のＢ〜Ｋの位置）の液バルブが開放して
容器６内への充填が行なわれている。なお、回転体２に
設けられる充填ノズル４の数は図示のものに限られるも
のではなく、従って、充填ノズル４の開放位置と閉鎖位
置、および同時に液バルブが開放している充填ノズル４
の本数等も上記のものに限定されないことはもちろんで
ある。

【００２６】これに対し、例えば、回転体２の回転速度
が上記設定速度のほぼ７０％まで低下すると、図中のＢ
位置で充填が開始された容器６内には、Ｈ位置を通過す
るまで充填が行なわれた時点で、上記基準量の液体の注
入が行なわれて充填液バルブが閉鎖され充填が終了して
しまう。この場合には、充填液バルブが開放して充填が
行なわれている充填ノズル４の本数は７本となる。この
ときには、図中のＩ，Ｊ，Ｋに位置している３本の充填
ノズル４の充填液バルブはすでに充填が終了して閉じて
いるので、これらの充填ノズル４の流量は零となってい
る。従って、充填液タンク１６から給液配管１８を介し
て回転体２のマニホールド２０および各分岐通路２２内
を流れる充填装置全体の流量は、充填装置の運転速度に
比例して減少し、所定能力で運転している場合の７０％
になる。

【００２７】ところが、一般に、配管における圧力損失
は、管径が同一であれば管内を流れる流量（単位時間当
りの液量）に比例して増減する。そのため、上述のよう
に、所定の能力で運転されている場合よりも給液配管１
８、マニホールド２０および各分岐通路２２内を流れる
流量が７０％に減少すると、この流量の減少に比例して
圧力損失が低減する。その結果、充填液バルブが開放し
ている各充填ノズル４の個々の吐出圧力は逆に増大し、
これら各充填ノズル４の流量は増加することになる。も
しも充填ノズル４からの流量が増加してしまうと、上記
のように、容器６内に充填された液が泡立ったり、ある
いはエアー混入量が多くなったりし、また、充填精度が
悪化する等の種々の問題が生ずる。

【００２８】しかしながら本実施例装置では、回転体２
の回転速度を検出する速度検出器２８が設けられて、回
転体２の回転速度は常時監視されており、その変動は直
ちに検出される。この速度検出器２８が検出した回転速
度が制御装置３０に入力されると、制御装置３０は、こ
の検出速度に応じて充填液タンク１６内の圧力を調整す
ることにより、充填ノズル４からの流量を一定にするよ
うになっている。すなわち、上記のように回転体２の回
転速度が低下すると、これを検知した速度検出器２８か
らの信号に応じて、制御装置３０は、回転速度の低下に
よる給液配管１８、マニホールド２０および各分岐通路
２２内の流量の減少から圧力損失を算出し、この算出値
に基づいて、上記充填液タンク１６の圧力設定値を補正
し、結果的に、充填ノズル４からの流量が上記設定速度
で運転されているときと同一の流量となるようにする。

【００２９】このように充填装置の運転速度が変化した
場合にも、充填ノズル４からの流量を一定に保つことが
できるので、容器６内に充填された液体の泡立ちやエア
ー混入量の増加を防止することができる。また、ウエイ
トフィラにおいて、予測算出している落差重量の変化量
を小さくすることにより、充填精度を向上させることが
できる。

【００３０】図２は本発明の第２の実施例に係る加圧式
充填装置の概略平面図であり、上記第１実施例と同一の
部分には同一の符号を付してその説明を省略する。この
実施例では、充填液を貯留する充填液タンク１６は、タ
ンク内の圧力を検出する圧力検出器２６と、タンク内の
圧力を制御する圧力制御手段２４を備えており、この充
填液タンク１６内は、充填装置が所定能力（回転体２の
設定速度）になったときに、各充填ノズル４からの流量
が最適となるように予め定められた圧力設定値に常時維
持されている。

【００３１】さらに、充填液タンク１６から回転体２の
マニホールド２０を介して充填ノズル４に充填液を供給
する給液配管１８には、この給液配管１８内の液通路の
開度を調節して給液配管１８内の流量を増減することが
できる供給バルブ４０が設けられている。そして、この
供給バルブ４０は、回転体２の回転速度を検出する速度
検出器２８からの信号に応じて、上記制御装置３０によ
って開閉制御されるようになっている。

【００３２】この実施例の充填装置では、上記第１実施
例と同様に、充填液タンク１６内の圧力を圧力制御手段
２４によって設定圧力に維持し、回転体２を予め設定さ
れた回転速度で運転する。回転体２が設定速度で運転さ
れている間は、充填ノズル４からの流量が一定であり、
所定の時間で容器内に基準量の充填が行なわれる。充填
装置の運転中に回転体２の回転速度が低下すると、上述
のように充填装置全体の流量すなわち充填液タンク１６
と充填ノズル４との間を接続する給液配管１８、マニホ
ールド２０および各分岐通路２２内を流れる流量が減少
し、個々の充填ノズル４からの流量が増大しようとす
る。しかしながら、回転体２の回転速度の変化は直ちに
速度検出器２８によって検出され、この検出速度に応じ
て、制御装置３０が上記供給バルブ４０の開度を調整す
る。すなわち、個々の充填ノズル４からの流量が、上記
設定速度で充填装置が運転されている場合と同一の一定
流量となるように、給液配管１８内の流量を調整する。
その結果、回転体２の回転速度が変化しても、各充填ノ
ズル４からの充填液の流量は一定に保たれるので、上記
実施例と同様に、ウエイトフィラにおいて予測算出して
いる落差重量の変化量を小さくして充填精度を向上させ
ることができ、また、容器内に注入される充填液の泡立
ちやエアー混入量の増大を抑制することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、液体
を貯留する充填液タンクと、回転体に設けられ、上記充
填液タンクから供給された液体を容器内に充填する充填
ノズルと、充填液タンク内の圧力を設定圧力に制御する
圧力制御手段とを備えたロータリタイプの加圧式充填装
置に、上記回転体の回転速度を検出する速度検出器と、
この速度検出器の検出した回転速度に応じて上記充填液
タンク内の圧力を制御する制御装置とを設け、この制御
装置によって、上記速度検出器の検出した回転速度の変
化に応じて、上記充填液タンクから充填ノズルへ供給さ
れる液体の流量変化による圧力損失を算出し、この算出
値に基づいて充填液タンクの上記設定圧力を補正するこ
とにより、充填ノズルからの流量を一定にするようにし
たことにより、運転中に回転体の回転速度が低下した場
合にも、容器内への液体の充填精度を向上させることが
でき、また、容器内に充填された液体の泡立ちやエアー
混入量の増加を防止することができる。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る加圧式充填装置の概略
を示す平面図である。

【図２】本発明の第２の実施例に係る加圧式充填装置の
概略を示す平面図である。

【符号の説明】

２ 回転体 ４ 充填ノズル ６ 容器 １６ 充填液タンク １８ 給液配管 ２４ 圧力制御手段 ２８ 速度検出器 ３０ 制御装置 ４０ 供給バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B67C 3/12 B67C 3/06 B67C 3/28 B65B 3/14

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体を貯留する充填液タンクと、回転体
   に設けられ、上記充填液タンクから供給された液体を容
   器内に充填する充填ノズルと、充填液タンク内の圧力を
   設定圧力に制御する圧力制御手段とを備えたロータリタ
   イプの加圧式充填装置において、上記回転体の回転速度 を検出する速度検出器と、この速
   度検出器の検出した回転速度に応じて上記充填液タンク
   内の圧力を制御する制御装置とを設け、この制御装置に
   よって、 上記速度検出器の検出した回転速度の変化に応じて、上
   記充填液タンクから充填ノズルへ供給される液体の流量
   変化による圧力損失を算出し、この算出値に基づいて充
   填液タンクの上記設定圧力を補正することにより、充填
   ノズルからの流量を一定にすることを特徴とするロータ
   リタイプの加圧式充填装置。
2. 【請求項２】 上記充填液タンクと充填ノズルとは、供
   給配管およびマニホールドを介して接続されていること
   を特徴とする請求項１に記載のロータリタイプの加圧式
   充填装置。