JP3916032B2 - 流量式充填装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は充填流量を検出しながら液体の充填を行う流量式充填装置に関し、より詳しくは電磁流量計を備えた流量式充填装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電磁流量計および複数の電磁流量計を用いた流量式充填装置は知られている（例えば、電磁流量計として特開平４−１１８５２２号公報、流量式充填装置として特開平１０−８６９９８号公報が公知である）。
従来より電磁流量計は、導管内に磁界を発生させる励磁コイルと、上記励磁コイルに励磁電流を供給する励磁回路と、導管内に配置され、液体が磁界をよぎることによりその体積流量に比例して生じる起電力を検出する電極と、上記電極によって検出した起電力を所要のタイミングでサンプリングするサンプリング回路と、上記サンプリング回路がサンプリングした起電力をアナログ信号からデジタル信号に変換して流量信号として出力するＡ／Ｄ変換器とを備えている。
上述した従来の電磁流量計では、励磁電流は所定の周波数を有し（励磁周波数）、２つの定常値間を周期的に切り換えて供給されるようになっている。そして、この切り換わり時にノイズ起電力が発生し、ノイズとして上記電極に検出されることが知られている。このノイズは発生後徐々に減衰するので、従来ではノイズが発生してからこのノイズが十分に減衰したタイミングで、上述したサンプリング回路によるサンプリングを行うことによりノイズを排除している。したがって、このタイプの電磁流量計においては、励磁電流の周波数に応じたタイミングでサンプリングを行うようにしている。
また、この他のノイズ対策としては、上記特開平４−１１８５２２号公報に示唆されているように、所要のタイミングでノイズを含んだ状態の起電力を検出し、ノイズに相当する分を演算によって排除するものもあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した電磁流量計を複数の充填バルブごとに配設した流量式充填装置は、上記特開平１０−８６９９８号公報等で知られている。このような流量式充填装置では、隣り合う電磁流量計が近接して配置されることになる。
そのため、隣接位置の一方の電磁流量計に対して、他方の電磁流量計の磁界が及び、上記一方の電磁流量計に悪影響を及ぼすという欠点があった。
より詳細には、通常各電磁流量計は励磁電流の周波数（励磁周波数）を同じ値に設定しているが、実際に励磁コイルに流れる励磁電流の周期には、各電磁流量計ごとに０．０１Ｈｚ程度の非常に僅かなずれが生じている。このずれは時間の経過に伴って次第に大きくなり、異なる電磁流量計間における励磁電流の周期は位相のずれと重なりを繰り返すようになる。さらに、電磁流量計のサンプリングタイミングは励磁電流の周期に同期しているため、隣接位置の一方の電磁流量計のサンプリングタイミングに、他方の電磁流量計から及ぶ磁界で発生するノイズ起電力が検出される場合が生じる。このようにノイズの発生タイミングと電磁流量計のサンプリングタイミングが重なると、液体が導管内を流通しなかったにも拘らず検出信号が出力され、これが周期的に繰り返されるようになる。この周期は、隣接する電磁流量計間の励磁周波数の差の逆数に比例し、通常１００秒以上となる。従来一般に、この現象を『零点のドリフト』と称している。
一方、電磁流量計を充填装置に用いる場合には、流量信号に比例したパルスが出力され、これを積算した値が所定値となったら充填バルブを閉鎖させるように制御している。
このため、一方の電磁流量計に、隣接する他方の電磁流量計の励磁による零点のドリフトが図６に示すように発生すると、流量がなくてもパルスが積算され、その電磁流量計の出力信号をもとにした充填バルブの閉鎖タイミングが誤ったものとなり、したがって、容器内への充填液の充填精度が悪くなるという欠点が生じる。
そこで、本発明の目的は、隣り合う位置の両電磁流量計が他方の電磁流量計による磁界の影響を受ける場合にも、充填精度の高い流量式充填装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、容器内に充填液を充填する複数の充填バルブと、各充填バルブを充填液の供給源と接続する複数の導管と、各充填バルブごとに設けられて導管内を流通する充填液の流量を検出する電磁流量計とを備えた流量式充填装置において、
隣り合う位置に配置された各電磁流量計における励磁周波数を異ならせたものである。
また、請求項２に記載した発明は、上記構成を前提として、隣り合う位置に配置された各電磁流量計における励磁周波数を、発生する零点のドリフトの周期が充填時間に比べて短くなるように選定したものである。
【０００５】
上述した構成によれば、隣り合う一方の電磁流量計からの影響をなくして充填精度の高い流量式充填装置を提供することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１ないし図２において、１は回転式の流量式充填装置である。この流量式充填装置１は時計方向に回転される回転テーブル２を備えており、回転テーブル２の外周部における円周方向等間隔位置に容器３を載置する載置台４を設けている。各載置台４には容器３の外周部と係合する円弧状のガイド部材４Ａを取り付けている。
回転テーブル２の上面の円周方向複数箇所に支柱５を立設してあり、これらの支柱５の上端に円板状部材６を水平に固定してあり、さらに円板状部材６の外周部の上方に複数の支持軸７を介して環状部材８を水平となるように固定している。
各載置台４の上方位置に従来公知の充填バルブ１１を配置してあり、各充填バルブ１１は取付部材１２によって円板状部材６に連結されて所定高さに支持されている。各充填バルブ１１は、内蔵した弁機構を作動させるシリンダ装置１３と、容器３内に充填液を充填する充填ノズル１４を備えている。
装置の上方部には、ロータリージョイント１６を配置してあり、上記各充填バルブ１１は、給液通路となる各導管１７を介して上記ロータリージョイント１６と連通し、さらに図示しない充填液タンクと連通している。これにより、充填液タンク内の充填液は各導管１７を介して各充填ノズル１４へ流通するようになっている。
各充填バルブ１１のシリンダ装置１３の作動は、制御装置１５によって制御されるようになっている。
【０００７】
さらに、流量式充填装置１は、各充填バルブ１１ごとに電磁流量計１８を備えており、各電磁流量計１８は、板状のブラケット２１によって２セットずつ取り付けられ、上記環状部材８の円周方向等間隔位置に近接して配置されている。板状のブラケット２１は、隣接する２つの電磁流量計１８の間に配置されており、これを接地電位に保つ遮蔽板として機能させている。各電磁流量計１８は、検出部１８Ａと信号処理部１８Ｂとを備えており、検出部１８Ａを各充填バルブ１１に対応する導管１７に取り付けてあり、信号処理部１８Ｂは制御装置１５と電気的に接続されている。後に詳述するが、検出部１８Ａによって導管１７内を流通する充填液によって生じる起電力（電圧）を検出できるようになっており、信号処理部１８Ｂは検出部１８Ａに磁界を発生させる励磁電流を供給するとともに、検出部１８Ａによって検出した起電力をデジタル信号に変換して制御装置１５に伝達するようになっている。
なお、電磁流量計１８は充填バルブ１１の下流側に設けてもよい。
ここで、流量式充填装置１の概略の作動を説明すると、先ず、回転テーブル２が回転している状態において、供給位置Ａにおいてスターホイール２２によって各載置台４に順次容器３が供給される。上記供給位置Ａにおいて、容器３の近接上方側に充填バルブ１１の充填ノズル１４が位置する。
この後、載置台４に載置された容器３が充填ゾーンＢに移動すると、制御装置１５が容器３の上方位置となる充填バルブ１１のシリンダ装置１３を作動させるので、充填バルブ１１の弁機構が開放される。これにより、充填ノズル１４を介して容器３内への充填液の充填が開始される。これにともない、開放された充填ノズル１４に接続した導管１７内を充填液が流通する。そして、この導管１７内を流通する充填液の流量は、この導管１７に配置した電磁流量計１８によって検出されており、電磁流量計１８は、検出した充填液の流量を信号に変換して制御装置１５に伝達するようになっている。
充填を開始してから充填中の容器３が充填ゾーンＢ内を移動していく過程において、容器３内への充填液の充填が進行する。ここで、制御装置１５は、電磁流量計１８から伝達される信号をもとに充填液の流量が予め記憶した所定流量となったことを確認すると、その電磁流量計１８に対応する充填バルブ１１のシリンダ装置１３を作動させて弁機構を閉鎖させる。
これにより、容器３内への充填液の充填が終了して、充填が終了した容器３は充填ゾーンＢを通過する。さらに、この後、図示しない排出位置において、充填終了後の容器３が図示しない排出スターホイールによって載置台４上から排出される。
以上のように、制御装置１５は、各載置台４の上方側の充填バルブ１１の弁機構を開放させて充填を開始した後、各充填バルブ１１ごとに設けた各電磁流量計１８の検出信号をもとにして各充填バルブ１１の弁機構を閉鎖させるようにしている。
【０００８】
次に、図３に基づいて電磁流量計１８の構成を説明する。
すなわち、電磁流量計１８は、通電された際に磁界を発生させる励磁コイル２３と、一対の電極２４，２５を備えており、充填バルブ１１よりも上流側となる導管１７の所定位置に、これら励磁コイル２３および一対の電極２４，２５を設けている。一対の電極２４，２５は、導管１７と絶縁して該導管１７の内周部に配置している。励磁コイル２３と一対の電極２４，２５とによって検出部１８Ａを構成している。
また、電磁流量計１８は、上記励磁コイル２３に所定の励磁周波数で励磁電流を供給する励磁回路２６を備えるとともに、この励磁回路２６に対して設定された周波数（励磁周波数）に応じた切り換えタイミングを出力するマイクロプロセッサ２７を備えている。
マイクロプロセッサ２７から励磁回路２６に対して、設定された周波数に応じた切り換えタイミングが出力されると、励磁回路２６は、その切り換えタイミングに応じて正負の２つの定常値間を所定の周期で切り換えられる励磁電流を励磁コイル２３に供給するようになっている。これにより、励磁コイル２３が励磁されるようになっている。この励磁コイル２３が励磁されて磁界が発生した状態において、導管１７内を充填液Ｑが流通し始めると（容器３内への充填液Ｑの充填が開始されると）、充填液Ｑが磁界中をよぎることにより、その体積流量（流速）に応じた起電力（電圧）が発生する。このようにして発生した起電力は、上記両電極２４，２５によって検出されるようになっている。
さらに、電磁流量計１８は、差動増幅器３１、サンプリング回路３２およびＡ／Ｄ変換回路（アナログ／デジタル変換回路）３３を備えており、上記両電極２４，２５が検出した起電力は差動増幅器３１によって増幅されるようになっている。
マイクロプロセッサ２７は、所要のタイミングでサンプリング信号をサンプリング回路３２に伝達するようになっており、サンプリング信号がマイクロプロセッサ２７からサンプリング回路３２に伝達されると、サンプリング回路３２は差動増幅器３１と接続されて、差動増幅器３１によって増幅された起電力をサンプリングするようになっている。
【０００９】
そして、サンプリング回路３２がサンプリングした起電力は、Ａ／Ｄ変換回路３３によってアナログ信号からデジタル信号に変換されてマイクロプロセッサ２７に伝達され、さらにマイクロプロセッサ２７は、このデジタル信号を流量信号として制御装置１５に伝達するようにしている。
上記励磁回路２６、差動増幅器３１、サンプリング回路３２、Ａ／Ｄ変換回路３３、マイクロプロセッサ２７によって信号処理部１８Ｂを構成している。
各電磁流量計１８は、以上のように構成されている。なお、このような電磁流量計１８の構成は、上述の特開平４−１１８５２２号公報等によって公知である。
ここで制御装置１５と各電磁流量計１８との関係を説明する。供給位置Ａにおいて各載置台４に順次容器３が供給された後、各容器３およびそれに対応する充填バルブ１１が充填ゾーンＢ内に移動すると、制御装置１５は充填バルブ１１の弁機構を開放させる。一方、各電磁流量計１８による検出信号は常時制御装置１５に伝達されるようになっている。
これにより、充填バルブ１１によって容器３内へ充填液の充填が開始されるととともに、充填液が導管１７を流通するので、電磁流量計１８の両電極２４，２５によって、流通する充填液Ｑの体積流量に比例する起電力が検出される。この起電力は差動増幅器３１で常時増幅されており、サンプリング回路３２によってサンプリングされてからＡ／Ｄ変換回路３３によってデジタル信号に変換されてマイックロプロセッサ２７に伝達され、さらにマイックロプロセッサ２７から制御装置１５に伝達される。サンプリング回路３２のサンプリング周期は、導管１７を流通する充填液の流れの立上り、立下りを十分とらえることができるように設定されている。
一方、制御装置１５は、各電磁流量計１８から伝達される起電力に基づくデジタル信号を各電磁流量計１８ごとに所定のタイミングでサンプリングし、その都度流量に比例する周波数のパルス信号に変換して、そのパルス数を順次積算してゆき、積算した値（充填量）が予め定めた所定値となったら対応する充填バルブ１１のシリンダ装置１３に閉鎖信号を出力して弁機構を閉鎖させる。
【００１０】
このような構成において本発明では、励磁コイル２３に供給する励磁電流の周波数（励磁周波数）の設定値を、複数の充填バルブ１１ごとに設けられた隣り合う電磁電流計１８で異ならせたものである。より詳しくは、マイクロプロセッサ２７に記憶させる周波数の設定値を各々異ならせて、励磁回路２６が励磁コイル２３に供給する励磁電流の周波数（励磁周波数）を隣り合う電磁流量計１８ごとに異ならせたものである。
図４は電磁流量計の作動状況を説明する波形図である。
（ａ）は正負の２つの定常値間で周期的に切り換えられて供給される励磁電流を示し、（ｂ）はその際に発生する磁界を示している。また、（ｃ）は電極２４、２５が導管１７内に生じた起電力を検出する様子を表したものであり、（ｄ）は（ａ）で示す周期で発生するノイズ起電力を示している。さらに（ｅ）は（ｃ）で検出される起電力をサンプリングするタイミングを表している。
この図から理解されるように励磁電流の切り換り時にノイズ起電力が発生している。しかしながらノイズ起電力が十分に減衰したタイミングでサンプリングを行っているので、ノイズ成分を含むことなく充填液Ｑが導管１７内を流通して生じる起電力だけを検出できるものである。
（ａ１）は、上記（ａ）〜（ｅ）で示される一方の電磁流量計１８に対して隣り合う位置の他方の電磁流量計１８’の励磁電流を示し、（ｄ１）は（ａ１）で示す周期で発生するノイズ起電力が隣り合う一方の電磁流量計１８で現れる様子を示している。
（ａ１）で示されるように本発明においては、隣り合う他方の電磁流量計１８’の励磁周波数の設定値を一方の電磁流量計１８の設定値とは異ならせており実際に励磁コイル２３に流れる励磁電流の周期も異なるものである。これによってサンプリングタイミングとノイズの発生周期が合致することはなくなり、一方の電磁流量計１８に及ぶ他方の電磁流量計１８’の磁界で発生するノイズ起電力が、一方の電磁流量計１８のサンプリングタイミング（ｅ）では検出される回数は大幅に減少され、零点がドリフトする幅（検出されるノイズの起電力量）は小さくなる。なお、サンプリングタイミング（ｅ）の４番目のタイミングで示すように、なおも周期的に電磁流量計１８’のノイズ起電力が含まれる場合も生じるが、本発明ではこのように検出されるノイズ起電力に対し、さらに図７で示すようにドリフトの周期が充填時間（ｔｆ）に比べて十分短くなるように各励磁周波数を設定することによって充填誤差が小さくなるようにしている。すなわち、図７において、隣接する電磁流量計の磁界により発生する零点のドリフトは、時間とともに正負に変化する。これを積算して平均化すると、図中の”１”と”２”の部分は相殺される。”３”と”４”、”５”と”６”も同様で結局”７”の部分のみが誤差として残る。零点がドリフトする周期は隣接する電磁流量計間の励磁周波数の逆数に比例するので、周波数の差を大きくすればドリフトの周期は短くなる。よって、図７で示すように、充填時間ｔｆ内に零点が複数回正負の値を取るように、すなわち、ドリフトの周期が充填時間ｔｆに比べて十分短くなるように、隣接した各電磁流量計の励磁周波数を異なる値に設定すれば、充填誤差を小さくすることができる。
【００１１】
これに対して、（ａ２）は従来例を示すものであり、隣り合う位置の他方の電磁流量計１８’の励磁周波数の設定を一方の電磁流量計１８の設定値と同じにしたものである。
この場合には、実際に励磁コイル２３に流れる励磁電流の周期は非常に僅かではあるが異なっているので時間の経過とともに位相ずれが生じてくる。このため隣り合う電磁流量計１８に及ぶ電磁流量計１８’のノイズ起電力は（ｄ２）で示すように電磁流量計１８の全てのサンプリングタイミングで検出されることになる。この位相ずれは時間の経過とともに大小を繰り返えすので充填液の流通停止時の零点での検出値が大きく増減することになり零点のドリフトを引きおこすことになる。
図５は、本発明に係る流量式充填装置における各電磁流量計の励磁周波数の設定値の具体例を示すものである。第１の充填バルブ１１から第７の充填バルブ１１に対応する各電磁流量計１８の励磁周波数の設定値を１．５Ｈｚずつ増加させ、第８の電磁流量計以降これを繰り返えすようにしている。
なお、設定値を異ならせる例はこれに限るものではなく、充填ノズル１１の数が偶数である場合には、２つの設定値を順次交互に設定するようにしてもよい。
【００１２】
したがって、本発明によれば充填バルブを近接して配置しても隣り合う電磁流量計間で零点のドリフトが発生することがなく正確な流量信号を出力することができ、容器３内への充填液の充填精度が良好なものとなる。このように、本実施例においては、従来の装置と比較して充填精度の高い流量式充填装置１を提供できる。
なお、上述した実施例は、本発明を回転式の流量式充填装置１に適用した場合について説明したが、一直線上の等間隔位置に複数の充填ノズル１４を配置し、かつ各充填ノズル１４ごとに電磁流量計を設けたライン式の流量式充填装置にも本発明を適用することができる。
また、上述した実施例では、電磁流量計を検出部１８Ａと信号処理部１８Ｂとが一対で備えられたものとして示したが、複数の検出部１８Ａに対して信号処理部１８Ｂを一体的に構成しても良い。
さらに、上述した実施例では、ノイズ起電力が十分に減衰するタイミングでサンプリングを行うよう設定された電磁流量計について説明したが、ノイズ起電力が十分減衰しない状態で起電力を検出し、所定の演算により検出値からノイズ成分を除いて正確な流量信号を得るようにした上述の特開平４−１１８５２２で示される電磁流量計を備えた流量式充填装置に採用した場合であっても同様の効果を得ることができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来と比較して充填精度の高い流量式充填装置を提供できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す流量式充填装置１の要部の平面図
【図２】図１にＩＩ−ＩＩ線に沿う要部の断面図
【図３】図１に示した電磁流量計の回路構成を示す図
【図４】図１に示した本実施例と従来装置とにおける電磁流量計の作動状況を説明する波形図
【図５】図１に示した本実施例における各電磁流量計の励磁周波数の設定値の具体例を示す表
【図６】従来における零点のドリフトの周期と充填時間の関係を示す波形図
【図７】本発明における零点のドリフトの周期と充填時間の関係を示す波形図
【符号の説明】
１ 流量式充填装置 ２ 回転体
３ 容器 １１ 充填バルブ
１７ 導管 １８ 電磁流量計
２１ ブラケット（遮蔽板） ２３ 励磁コイル
２４，２５ 電極 ２６ 励磁回路
３２ サンプリング回路 ３３ Ａ／Ｄ変換器

Claims (5)

1. 容器内に充填液を充填する複数の充填バルブと、各充填バルブを充填液の供給源と接続する複数の導管と、各充填バルブごとに設けられて導管内を流通する充填液の流量を検出する電磁流量計とを備えた流量式充填装置において、
   隣り合う位置に配置された各電磁流量計における励磁周波数を異ならせたことを特徴とする流量式充填装置。
2. 隣り合う位置に配置された各電磁流量計における励磁周波数を、発生する零点のドリフトの周期が充填時間に比べて短くなるように選定したことを特徴とする請求項１に記載の流量式充填装置。
3. 上記電磁流量計は、励磁電流が流れて上記導管内に磁界を発生させる励磁コイルと、該励磁コイルに励磁電流を供給する励磁回路と、上記導管内に発生する起電力を検出する電極と、該電極によって検出した起電力を所要のタイミングでサンプリングするサンプリング回路とを備え、
   検出された起電力に基づいて充填量を求め、充填量が予め定めた所定値となったら充填バルブを閉鎖して容器内への充填液の充填を終了することを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載の流量式充填装置。
4. 回転自在に設けた回転体を備え、上記各充填バルブおよび各電磁流量計は、上記回転体の円周方向等間隔位置に配設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載の流量式充填装置。
5. 隣り合う位置に配置された各電磁流量計の間に、接地電位になった遮蔽板を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載の流量式充填装置。

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