JP5694134B2 - 粘稠物の計量充填方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば味噌、餡、ジャム、マヨネーズ、バター、クリーム、穀物ペーストの如き粘稠食品類、シーリング材、パテ材、乳化油脂類、グリース等の流動性に乏しい粘稠物を充填対象とした計量充填方法に関する。

比較的容量が大きい容器に液状物を高能率で計量充填する場合、上方に開放した容器をロードセル上に載せて充填重量を計量しつつ、定量供給される液状物を充填ノズルの下端から容器内へ導出し、計量値が規定充填量ないしその近傍に達した際に充填ノズルの導出を停止する方法が汎用されている。そして、この計量充填方法における充填精度を高める手段として、充填停止における弁作動タイミングのずれによる影響を少なくするために、充填過程の終盤において充填ノズルの導出量を絞ったり、同終盤で該充填ノズルを大径のものから小径のものに切り換えたり、規定充填量の大部分を充填する一次充填部と残余分を充填する二次充填部とを設け、一次充填部での充填重量の測定値と規定充填量との差を二次充填部で補充する（特許文献１）等の方法が採られている。

しかるに、味噌や餡のような流動性に乏しい粘稠物を充填対象として前記計量充填方法を適用した場合、計量値が規定充填量に達した時点で自動的に充填ノズルの導出を停止するように設定しても、実充填量は規定充填量より概して大幅に少なくなる上、その不足量が大きく変動することが判明している。これは、本発明者らの考察によれば、図３で充填手順を例示するように、（ａ）充填ノズル１の導出口１ａから導出した粘稠物Ｍが容器２内で側方へ拡がりにくく、（ｂ）該充填ノズル１を初期の低位置から上方へ引き上げつつ充填を行っても、それに追従して導出した粘稠物Ｍが容器２内の充填層Ｍ１から搭状に盛り上がるため、充填過程を通して常に導出口１ａが導出した粘稠物Ｍに埋入した状態になり、（ｃ）ロードセル３による計量値が目標充填量に達して充填ノズル１の導出を停止した時点では該充填ノズル１による圧力が加わっており、（ｄ）この導出停止状態で更に充填ノズル１を引き上げて粘稠物Ｍの盛り上がった頂端から導出口１ａを切り離すと、上記圧力が除かれる分だけ実充填量が計量値より減少し、しかも粘稠物Ｍの搭状の盛り上がり状態が一定ではなく、その盛り上がり状態の違いによって上記圧力が変動すると共に切り離し時に導出口１ａ側に付着する粘稠物Ｍ２の量も変化することによる。

特開２００１−３２２６０２号公報

上述のように流動性に乏しい粘稠物を充填対象とした計量充填では、充填ノズルを導出停止した際の計量値に対して実充填量が減少する上、その減少量の変動も大きいため、該計量値を基準にして不足量を追加充填する方法を採用しても、追加後の実充填量を規定充填量に近付けることが困難であった。

本発明は、上述の情況に鑑み、流動性に乏しい粘稠物を充填対象とした計量充填において、高い充填精度で且つ高能率の充填を行える方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明に係る粘稠物の計量充填方法は、定量ポンプ（二軸ロータリーポンプ２３）を介して送給される流動性に乏しい粘稠物Ｍを、昇降可能な充填ノズル１の下端部の導出口１ａから連続的に導出して容器２内へ充填するに当たり、予め必要な補填重量と充填ノズル１の補填導出時間との相関を求めておき、容器２内の充填重量をロードセル３で計量しつつ、充填ノズル１の導出口１ａが容器２内の導出済み粘稠物Ｍに埋入する状態で充填を行い、計量値が規定充填量ないしその近傍に達した際に充填ノズル１の導出を停止すると共に、該充填ノズル１を引き上げて導出口１ａを容器２内の導出済み粘稠物Ｍから切り離し、この切り離し後に計量した実充填量と規定充填量との差に基づき、必要な補填重量に対応する補填導出時間だけ充填ノズル１から粘稠物Ｍを追加導出させる方法であって、
前記の必要な補填重量と充填ノズル１の補填導出時間との相関として、補填重量をその多少によってランク分けし、各ランク毎に規定充填量を満たし得る補填導出時間を設定しておき、前記切り離し後に計量した実充填量と規定充填量との差から求まる補填重量のランクに基づき、該ランクに対応する補填導出時間だけ充填ノズル１の追加導出を行う構成としている。

請求項２の発明に係る粘稠物の計量充填方法は、定量ポンプ（二軸ロータリーポンプ２３）を介して送給される流動性に乏しい粘稠物Ｍを、昇降可能な充填ノズル１の下端部の導出口１ａから連続的に導出して容器２内へ充填するに当たり、充填ノズル１の昇降及び流路開閉を司る制御装置５に付属するＣＰＵに、必要な補填重量と充填ノズル１の補填導出時間との相関ならびに規定充填量を入力し、ロードセル３による計量値が規定充填量ないしその近傍に達した際、自動的に充填ノズル１の導出停止と導出口１ａの導出済み粘稠物Ｍからの切り離しとを行うと共に、ＣＰＵにて切り離し後の実充填量と規定充填量との差から必要な補填重量に対応する充填ノズル１の補填導出時間を決定する際に、
前記の必要な補填重量と充填ノズル１の補填導出時間との相関として、補填重量をその多少によってランク分けし、各ランク毎に規定充填量を満たし得る補填導出時間を設定しておき、
前記切り離し後に計量した実充填量と規定充填量との差から求まる補填重量のランクに基づき、該ランクに対応する補填導出時間だけ充填ノズル１から自動的に粘稠物Ｍを追加導出を行うよう入力してなることを特徴とする。

請求項３の発明は、上記請求項１又は２に記載の粘稠物の計量充填方法において、充填ノズル１を導出口１ａが容器２内の下部に配置する初期位置から上方へ引き上げつつ充填を行い、充填停止時に更に引き上げて導出済み粘稠物から切り離す構成としている。

請求項４の発明は、上記請求項１〜３のいずれかに記載の粘稠物の計量充填方法において、充填ノズル１が粘稠物Ｍを下端部から側方周囲へ放出する導出口１ａを備えるものとしている。

次に本発明の効果を図面の参照符号を附して説明する。まず、請求項１の発明に係る粘稠物の計量充填方法によれば、予め必要な補填重量と充填ノズル１の補填導出時間との相関を求めておき、容器２内の充填重量をロードセル３で計量しつつ、充填ノズル１の導出口１ａが容器２内の導出済み粘稠物Ｍに埋入する状態で充填を行い、計量値が規定充填量ないしその近傍に達した際に充填ノズル１の導出を停止すると共に、該充填ノズル１を引き上げて導出口１ａを容器２内の導出済み粘稠物Ｍから切り離し、この切り離し後に計量した実充填量と規定充填量との差に基づき、必要な補填重量に対応する補填導出時間だけ充填ノズル１から粘稠物Ｍを追加導出させることから、充填ノズル１を導出停止したときの計量値から上記切り離し後の実充填量が負側に大きく不定変動しても、その不定変動の影響を受けることなく、適正な補填によって規定充填量を確保でき、充填精度が大きく向上する。また、補填前の充填ノズル１を導出停止時機を大まかに設定できるので、それだけ操作条件が緩和されると共に、補填量を充填ノズル１の補填導出時間で調整し、改めて計量する必要がないから、高能率で充填作業を行える。

又、本発明によれば、前記の必要な補填重量と充填ノズル１の補填導出時間との相関として、補填重量をその多少によってランク分けし、各ランク毎に規定充填量を満たし得る補填導出時間を設定しておき、前記切り離し後に計量した実充填量と規定充填量との差から求まる補填重量のランクに基づき、該ランクに対応する補填導出時間だけ充填ノズル１の追加導出を行う構成としているから、充填ノズル１の補填導出時間を段階的に設定でき、それだけ充填ノズル１の作動制御が簡素化する。

請求項２の発明によれば、充填ノズル１の昇降及び流路開閉を司る制御装置に付属するＣＰＵに、必要な補填重量と充填ノズル１の補填導出時間との相関として、補填重量をその多少によってランク分けし、各ランク毎に規定充填量を満たし得る補填導出時間を設定しておき、前記切り離し後に計量した実充填量と規定充填量との差から求まる補填重量のランクに基づき、該ランクに対応する補填導出時間だけ充填ノズル１から自動的に粘稠物Ｍを追加導出を行うよう入力してなる構成としているから、それだけ充填ノズル１の作動制御入力が簡素化すると共に、ＣＰＵを付属する制御装置５により、ロードセル３による計量値が規定充填量近傍に達した際の充填ノズル１の導出停止、次いで充填ノズル１の引き上げによる導出口１ａの導出済み粘稠物Ｍからの切り離し、この切り離し後の計量値に基づく充填ノズル１からの粘稠物Ｍの追加導出という一連の操作を自動的に能率よく行えるという利点がある。

請求項３の発明によれば、充填ノズル１を導出口１ａが容器２内の下部に配置する初期位置から上方へ引き上げつつ充填を行うことから、この充填中に導出口１ａの周囲を取り巻く導出済み粘稠物Ｍの量が少なくなり、それだけ粘稠物Ｍを導出し易くなる。

請求項４の発明によれば、充填ノズル１が粘稠物Ｍを下端部から側方周囲へ放出する導出口１ａを備えるから、容器２内への導出過程で導出済み粘稠物Ｍの周辺への移動を促進でき、もって粘稠物Ｍの過度な盛り上がりを抑えて充填能率を高めることができる。

本発明に係る粘稠物の計量充填方法の一実施形態に用いる計量充填装置の正面図である。 同計量充填装置による充填操作の制御機構を模式的に示す要部の概略縦断面図である。 同計量充填装置による充填手順を（ａ）〜（ｄ）で順次示す要部の概略縦断面図である。 同計量充填装置による補填操作を（ａ）〜（ｄ）で順次示す要部の概略縦断面図である。

以下、本発明に係る粘稠物の計量充填方法の一実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１に示す計量充填装置は、図示省略した搬入路によって間欠的に送られてくる容器２を２個ずつ計量充填部１０で停留させ、その側方に設置された充填物供給部２０より送給される味噌や餡等の粘稠物を両容器２，２に自動的に計量充填したのち、搬出路３０より図示省略した包装部へ送り出すように構成されている。

この計量充填装置の計量充填部１０は、基台１１に立設された左右一対の柱状の昇降ガイド１２，１２の各々に、充填ノズル１が昇降可能に取り付けられており、各充填ノズル１の下方で搬入された容器２が待機するように設定されている。そして、各充填ノズル１は、垂直パイプ状で、下端に側方周囲に開口した導出口１ａを有している。一方、充填物供給部２０は、ホッパー２１に投入した粘稠物を押し込みユニット２２を介して二軸ロータリーポンプ２３へ押し込み、該ロータリーポンプ２３によって粘稠物を連続的に供給管２４を通して計量充填部１０へ定量送給するようになっている。なお、２５は供給管２４の上流側に介在する圧力計である。

計量充填部１０では、供給管２４を通して定量送給される粘稠物を、Ｙ字形の分岐管２６及びフレキシブルホース２７，２７を介して両充填ノズル１，１へ分配導入すると共に、各フレキシブルホース２７と充填ノズル１との接続部に介在する開閉弁６をエアシリンダー７を介して開閉することにより、各充填ノズル１からの粘稠物の導出・停止を切り換えるように設定されている。１１ａは基台１１の前部に立設されたＴ字形の配管取付用スタンドである。

図２に示すように、計量充填部１０の各昇降ガイド１２の内側には、垂直なスクリュー軸１３がベアリング１４，１４を対して回転自在に抱持されており、このスクリュー軸１３に螺合する昇降子１５に取付板１６を介して充填ノズル１が上部で支持されている。そして、基台１１の内側には昇降用可逆転モーター１７が設置されており、このモーター１７の回転駆動によってスプロケット１８ａ，１８ｂ及びチェーン１８ｃを介してスクリュー軸１３が回転し、その回転方向によって充填ノズル１が上昇又は下降するように構成されている。また、容器２は、蓋部分を立てて上方に開放した直方体形状の段ボール箱２ａの内側に、充填物を包み込むための透明フィルム２ｂが周辺部を段ボール箱２ａの開口縁に掛け被せる形で敷設されたものであり、計量充填部１０においてロードセル３上に載置されている。

図２中、５はＣＰＵを付属する制御装置、８は表示・操作パネルである。しかして、制御装置５では、充填物供給部２０の押し込みユニット２２（図１参照）及びロータリーポンプ２３の駆動制御、充填ノズル１を昇降させるモーター１７の駆動制御、開閉弁６を開閉させるエアシリンダー７の駆動制御、ロードセル３のオン・オフ、図示省略した容器２の搬出入機構の駆動制御を司ると共に、ＣＰＵへの入力データに基づく充填ノズル１の追加導出の作動制御を行う。また、表示・操作パネルは、充填開始の指令、制御装置５のＣＰＵに対して後述する必要な補填重量と充填ノズル１の補填導出時間との相関、規定充填量、容器２の種類等を入力すると共に、ディスプレイパネルにロードセル３による計量値、現在の操作段階、規定充填量と実充填量の比較演算による不足重量等を表示する。

上記構成の計量充填装置により、味噌や餡の如き流動性に乏しい粘稠物を計量充填するには、予め該当する粘稠物を用いた計量充填試験により、必要な補填重量（不足重量）と充填ノズル１の補填導出時間との相関を求め、この相関を制御装置５のＣＰＵに入力しておく。なお、計量充填試験では、ロードセル３にて充填重量を計量しながら、充填ノズル１の導出口１ａが導出した粘稠物中に埋入する状態で充填を行い、その途上で充填を停止して充填ノズル１を引き上げ、導出口１ａを導出済み粘稠物から切り離した状態で実充填量を計量し、次いで充填ノズル１を下降させて導出口１ａが導出済み粘稠物に埋入する状態で設定した短時間の追加導出を行い、再び充填ノズル１を引き上げて同様に実充填量を計量し、追加導出前後の計量値の差から増加重量を算出する方法により、設定時間を順次変えながら同様の試験を繰り返すことで追加導出の設定時間と増加重量との相関データを得る。そして、この相関データから、好適にはランク分けした補填重量（不足重量）ごとに、規定充填量を満たすのに最低限必要な充填ノズル１の補填導出時間を決定し、これをＣＰＵに入力する。

因みに、粘稠物として味噌を規定充填量２０Ｋｇで充填する場合について、上記の計量充填試験より、必要な補填重量（不足重量）の各ランクに対応する充填ノズル１の補填導出時間との相関を求めたところ、次の結果が得られた。ただし、この補填重量のランク分けは、補填後の充填量が規定充填量を下回らず、規定充填量を若干上回ってもよしとするものである。なお、補填重量のランクと補填導出時間が比例していないのは、補填重量が多くなるほど増加してゆく導出済み粘稠物による重圧で導出抵抗が増すことによる。
〔補填重量（不足重量）〕 （補填導出時間〕
０〜 ４９ｇ・・・・・・・・０．０５秒
５０〜 ９９ｇ・・・・・・・・０．１０秒
１００〜１９９ｇ・・・・・・・・０．３ 秒
２００〜３９９ｇ・・・・・・・・０．８ 秒
４００〜５９９ｇ・・・・・・・・１．５ 秒
６００ｇ以上 ・・・・・・・・３．０ 秒

計量充填操作は、上述のように補填重量（不足重量）と充填ノズル１の補填導出時間との相関を予め制御装置５のＣＰＵに入力した上で、まず図３（ａ）の如く、充填ノズル１を導出口１ａが容器２内の下位に来るように下降させ、ロードセル３によって充填重量を計量しつつ、導出口１ａより粘稠物Ｍを導出させると共に徐々に充填ノズル１を引き上げてゆく。この導出過程では、既述のように導出した粘稠物Ｍは、容器２内で側方周囲へ拡がりにくいため、同図（ｂ）の如く、上昇する充填ノズル１追従して導出した粘稠物Ｍが容器２内の充填層Ｍ１から搭状に盛り上がり、常に導出口１ａが導出した粘稠物Ｍに埋入した状態になる。そして、ロードセル３による計量値が規定充填量ないしその近傍に達した段階で、制御装置５からの指令信号によって開閉弁６が閉止し（図２参照）、同図（ｃ）の如く充填ノズル１は導出停止するが、導出口１ａが盛り上がった導出済み粘稠物Ｍに埋入しているため、この時点での計量値は該充填ノズル１による圧力が加わっていることで実充填量よりも少なくなっている。

しかるに、本発明の計量充填方法では、図３（ｄ）の如く、充填ノズル１を導出停止状態で更に充填ノズル１を引き上げることにより、粘稠物Ｍの盛り上がった頂端から導出口１ａを切り離した状態で計量し、これを実充填量として制御装置５のＣＰＵで規定充填量と比較演算し、前述の予め入力した補填重量−補填導出時間の相関より、必要な補填重量（不足重量）のランクに対応した補填導出時間が自動的に選択される。なお、図３（ｄ）の如く充填ノズル１を引き上げることにより、粘稠物Ｍの盛り上がった頂端には導出口１ａの抜出による窪みＭ０を生じている。

上記の実充填量の計量後、図４（ａ）（ｂ）で示すように、充填ノズル１を再び下降させることにより、その導出口１ａを容器２内で盛り上がった粘稠物Ｍ中に埋入させ、この埋入状態で同図（ｃ）の如く該導出口１ａから前記選択された補填導出時間だけ粘稠物Ｍを自動的に追加導出させる。そして、この追加導出後、同図（ｄ）の如く導出停止した充填ノズル１を容器２よりも上方へ引き上げて充填操作を完了する。かくして容器２内に充填された粘稠物Ｍの実充填量は、前記の追加導出による補填分が加わることで規定充填量又はこれを許容範囲で上回る量になっている。なお、容器２内の粘稠物Ｍは充填を完了した段階でも盛り上がっているが、この盛り上がり部分は後工程において透明フィルム２ｂの周辺部を内側へ引き込んで粘稠物Ｍの上面側を包み込む際に自ずと解消される。

このような計量充填方法によれば、充填対象が流動性に乏しい粘稠物Ｍであることから、充填ノズル１を導出停止したときの計量値が実充填量よりも少なく表われ、且つ容器内の充填状況の違い等で該計量値が大きく不定変動しても、その不定変動の影響を受けることなく、適正な補填によって規定充填量を確保でき、充填精度が飛躍的に向上する。また、補填前の充填ノズル１を導出停止時機を大まかに設定できるので、それだけ操作条件が緩和されると共に、補填量を充填ノズル１の補填導出時間で調整し、改めて計量する必要がないから、高能率で充填作業を行える。しかも、この計量充填方法は、既存の計量充填装置に構造的な改変を要することなく適用でき、その制御機構によって充填ノズルの補填動作を加えるだけよいため、新たな設備コストの負担を生じない。

なお、実施形態のように、必要な補填重量と充填ノズル１の補填導出時間との相関として、補填重量をその多少によってランク分けし、各ランク毎に規定充填量を満たし得る補填導出時間を設定し、該ランクに対応する補填導出時間だけ充填ノズル１の追加導出を行う構成とすれば、充填ノズル１の補填導出時間を段階的に設定でき、それだけ充填ノズル１の作動制御が簡素化するという利点がある。また、実施形態では、ＣＰＵを付属する制御装置５により、充填ノズル１の昇降及び流路開閉が自動化し、ロードセル３による計量値が規定充填量ないしその近傍に達した際の充填ノズル１の導出停止、次いで充填ノズル１の引き上げによる導出口１ａの導出済み粘稠物Ｍからの切り離し、この切り離し後の計量値に基づく充填ノズル１からの粘稠物Ｍの追加導出という一連の操作を自動的に能率よく行えるという利点がある。

一方、実施形態では充填ノズル１を導出口１ａが容器２内の下部に配置する初期位置から上方へ引き上げつつ充填を行っているが、該充填ノズル１を充填停止するまで定位置にして充填を行うことも可能である。ただし、実施形態のように充填ノズル１を引き上げつつ充填する方法では、充填中に導出口１ａの周囲を取り巻く導出済み粘稠物Ｍの量が少なくなり、それだけ粘稠物Ｍを導出し易くなって充填効率が高まるという利点がある。更に、充填ノズル１としては、導出口１ａが下方に開口したものも使用できるが、実施形態のように粘稠物Ｍを下端部から側方周囲へ放出する導出口１ａを備える場合、容器２内への導出過程で導出済み粘稠物Ｍの周辺への移動を促進でき、もって粘稠物Ｍの過度な盛り上がりを抑えて充填能率を高めることができる。

本発明の計量充填方法を適用する粘稠物Ｍは、流動性に乏しいものであればよく、例示した味噌や餡の他、ジャム、マヨネーズ、バター、クリーム、穀物ペーストの如き粘稠食品類、シーリング材、パテ材、乳化油脂類、グリース等の極めて広範な材料に及ぶが、特に導出中に容器２内の低位にある導出済み層から盛り上がって充填ノズル１の導出口１ａにまとわりついて繋がるような性状を有するものが好適である。また、容器２としては、実施形態のような透明フィルム２ｂを敷設した段ボール箱２ａに限らず、充填対象とする粘稠物Ｍの種類及び製品仕様に応じて、缶や瓶等の様々な形態・形状・材質のものを使用できる。

更に、粘稠物Ｍを連続的に定量送給する定量ポンプとしては、実施形態で例示した二軸ロータリーポンプ４以外の種々の送り方式のものも支障なく使用できる。その他、本発明の計量充填方法を適用する計量充填装置は、実施形態で例示したものに限らず、粘稠物Ｍの供給経路、充填ノズル１の昇降機構及び導出・停止機構、同時充填する容器個数等、種々異なるものを包含する。

１ 充填ノズル
１ａ 導出口
２ 容器
３ ロードセル
４ 二軸ロータリーポンプ（定量ポンプ）
５ 制御装置
Ｍ 粘稠物

Claims (4)

1. 定量ポンプを介して送給される流動性に乏しい粘稠物を、昇降可能な充填ノズルの下端部の導出口から連続的に導出して容器内へ充填するに当たり、
   予め必要な補填重量と充填ノズルの補填導出時間との相関を求めておき、
   容器内の充填重量をロードセルで計量しつつ、充填ノズルの導出口が容器内の導出済み粘稠物に埋入する状態で充填を行い、計量値が規定充填量ないしその近傍に達した際に充填ノズルの導出を停止すると共に、該充填ノズルを引き上げて導出口を容器内の導出済み粘稠物から切り離し、この切り離し後に計量した実充填量と規定充填量との差に基づき、必要な補填重量に対応する補填導出時間だけ充填ノズルから粘稠物を追加導出させる粘稠物の計量充填方法であって、
   前記の必要な補填重量と充填ノズルの補填導出時間との相関として、補填重量をその多少によってランク分けし、各ランク毎に規定充填量を満たし得る補填導出時間を設定しておき、
   前記切り離し後に計量した実充填量と規定充填量との差から求まる補填重量のランクに基づき、該ランクに対応する補填導出時間だけ充填ノズルの追加導出を行うことを特徴とする粘稠物の計量充填方法。
2. 定量ポンプを介して送給される流動性に乏しい粘稠物を、昇降可能な充填ノズルの下端部の導出口から連続的に導出して容器内へ充填するに当たり、
   前記充填ノズルの昇降及び流路開閉を司る制御装置に付属するＣＰＵに、必要な補填重量と充填ノズルの補填導出時間との相関ならびに規定充填量を入力し、ロードセルによる計量値が規定充填量ないしその近傍に達した際、自動的に充填ノズルの導出停止と導出口の導出済み粘稠物からの切り離しとを行うと共に、ＣＰＵにて切り離し後の実充填量と規定充填量との差から必要な補填重量に対応する充填ノズルの補填導出時間を決定する際に、
   前記の必要な補填重量と充填ノズルの補填導出時間との相関として、補填重量をその多少によってランク分けし、各ランク毎に規定充填量を満たし得る補填導出時間を設定しておき、
   前記切り離し後に計量した実充填量と規定充填量との差から求まる補填重量のランクに基づき、該ランクに対応する補填導出時間だけ充填ノズルから自動的に粘稠物を追加導出を行うよう入力してなることを特徴とする粘稠物の計量充填方法。
3. 充填ノズルを導出口が容器内の下部に配置する初期位置から上方へ引き上げつつ充填を行い、充填停止時に更に引き上げて導出済み粘稠物から切り離す請求項１又は２に記載の粘稠物の計量充填方法。
4. 前記充填ノズルが前記粘稠物を下端部から側方周囲へ放出する導出口を備えるものである請求項１〜３の何れかに記載の粘稠物の計量充填方法。

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