JP7446750B2 - 液体自動充填機の故障部品特定方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体製品を個別の容器に所定の入味量充填する液体自動充填機に関し、特に、上記液体自動充填機に備えられた充填バルブユニットに関する。

ビール等の発泡性飲料、茶、水等の飲料に例示される液体製品は、大量生産される場合、液体自動充填機を使用して容器詰めされる。特許文献１には、図２として、液体自動充填装置の構成が示されている。

液体自動充填機においては、上端が開放した容器をコンベア等により所定の経路に沿って移動させ、その容器と共に移動する多数の充填バルブユニットを設け、容器及び充填バルブユニットが共に所定の経路に沿って移動する間に、各充填バルブユニットを対応する容器の上部に接近させてその充填バルブユニットに設けられた充填ノズルから容器内に液体製品を予め設定された入味量だけ充填するようになっている。

液体製品の入味量は、全ての缶において同一の一定量に調節する。そうすることで、生産した液体製品を無駄なく製品化することが可能になる。液体製品の入味量を安定に制御するために、液体自動充填機には流量計及び電磁弁が備えられている。流量計は流路を流れる液体製品の流量を計測する。電磁弁は充填を開始する際に流路を開いて充填ノズルから缶に液体製品を流出させ、充填を終了する際には流路を閉じて液体製品の流出を停止させる。電磁弁は、液体製品の流量を考慮して適宜決定される時間間隔で開閉する。

液体製品の入味量は入味検査機を使用して容器ごとに検査される。入味量の良不良は液体製品の過不足を基準に判断される。入味不良が発生した場合は、できるだけ早期に対策を採る必要がある。液体自動充填機の機能障害が顕在化すると、入味量の過不足による不良品が増加し、生産量が減少してしまう。

入味量の不良発生は、液体自動充填機のいずれかの部品が故障していることに起因している。しかしながら、入味量の不良が少量の場合、または、入味不良の発生が間欠的である場合、液体自動充填機の故障箇所を特定することは非常に困難である。

特許文献２には、ビールのような発泡性飲料の入味不良の原因が液体製品充填用のフィーリングバルブの不良にあり、フィーリングバルブの不良を充填に際して充填済みの飲料の液面上方に発生する泡の状態を評価することで検出できることが記載されている。

また、現在稼働している液体製品充填システムにおいて、充填バルブユニットの入味量はバルブモニターで管理することができる。そのため、どの充填バルブユニットの入味量が不良であったかを特定することは可能である。

しかしながら、液体自動充填機を構成する複数の部品のなかで、故障している部品を特定する方法に関しては、未だ知見がない。そのため、入味不良が発生した場合は、液体自動充填機のいずれかの部品を交換して入味不良の解消を確認することで、故障部品を特定しなければならない。そのため、入味不良が発生した場合の対策には、時間、労力及び交換部品の無駄が生じている。

国際公開公報第２０１７／１３５４４９号 特開２００１－１７１７９３号公報

本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その目的とするところは、入味不良が発生した場合に、故障している液体自動充填機の部品を特定する方法を提供することにある。

本発明は、部品として流量計及び電磁弁を有する液体自動充填機の故障部品特定方法であって、
入味不良が発生した充填バルブユニットについて蓄積されたリキッドバルブ閉遅れ時間の測定値から、その標準偏差（δｘ２）を算出する工程、
入味不良が発生した充填バルブユニット以外の全充填バルブユニットについて蓄積されたリキッドバルブ閉遅れ時間の測定値から、その標準偏差（δａ２）を算出する工程、
標準偏差（δｘ２）と標準偏差（δａ２）とを比較する工程、及び
標準偏差（δｘ２）が標準偏差（δａ２）よりも大きい場合に、電磁弁が故障していると判断する工程
を包含する、
液体自動充填機の故障部品特定方法を提供する。

また、本発明は、部品として流量計及び電磁弁を有する液体自動充填機の故障部品特定方法であって、
入味不良が発生した充填バルブユニットについて蓄積された平均流量の測定値から、その標準偏差（δｘ１）を算出する工程、
入味不良が発生した充填バルブユニット以外の全充填バルブユニットについて蓄積された平均流量の測定値から、その標準偏差（δａ１）を算出する工程、
標準偏差（δｘ１）と標準偏差（δａ１）とを比較する工程、及び
標準偏差（δｘ１）が標準偏差（δａ１）よりも大きい場合に、流量計が故障していると判断する工程
を包含する、
液体自動充填機の故障部品特定方法を提供する。

また、本発明は、流量計を対象部品とする上記液体自動充填機の故障部品特定方法と電磁弁を対象部品とする上記液体自動充填機の故障部品特定方法とを、この順番に実施する、液体自動充填機に備えられた、部品として流量計及び電磁弁の故障部品特定方法を提供する。

ある一形態においては、上記いずれかの方法は、入味不良が発生した充填バルブユニットの標準偏差を算出するために使用する測定値の数が4000件／１バルブユニット以上である。

また、本発明は、液体自動充填機に備えられた、部品として流量計及び電磁弁の故障部品特定装置であって、
当該装置は、充填バルブユニットの平均流量及びリキッドバルブ閉遅れ時間を測定する測定値収集手段と、
収集された平均流量及びリキッドバルブ閉遅れ時間の測定値を蓄積する測定値蓄積手段と、
入味不良が発生した充填バルブユニットについて蓄積された平均流量又はリキッドバルブ閉遅れ時間の測定値から、それらの標準偏差（δｘ）を算出し、
入味不良が発生した充填バルブユニット以外の全充填バルブユニットについて蓄積された平均流量又はリキッドバルブ閉遅れ時間の測定値から、それらの標準偏差（δａ）を算出し、及び
標準偏差（δｘ）と標準偏差（δａ）とを比較して、標準偏差（δｘ）が標準偏差（δａ）よりも大きい場合に、入味不良が発生した充填バルブユニットに関係する流量計又は電磁弁が故障していると判断する標準偏差処理手段と、
判断結果を出力する出力手段とを備える、液体自動充填機の故障部品特定装置を提供する。

本発明によれば、入味不良が発生した場合に、故障している充填バルブユニットの部品を特定する方法が提供される。その結果、入味不良の問題解決に必要な時間、労力及び交換部品の無駄が解消される。また、容器詰め液体製品の入味量の安定性が向上する。更に、液体自動充填機の潜在的な故障を、それが顕在化する前に発見することが可能になる。

本発明の実施例である、液体自動充填機の故障部品特定装置の構成を示したブロック図である。 本発明の実施例である、液体自動充填機の故障部品特定方法の工程を示したフロー図である。 実施例１の液体自動充填機の故障部品特定方法で行われる、標準偏差の処理の工程（ステップＳ５）の例を示したフロー図である。 液体自動充填機に備えられた充填バルブユニットの構造の一例を示した模式断面図である。 流量計の故障により入味不良が発生した液体自動充填機が備える全充填バルブユニット１～１２０について蓄積された、充填５０万回分の平均流量の標準偏差を示したグラフである。 電磁弁の故障により入味不良が発生した液体自動充填機が備える全充填バルブユニット１～１２０について蓄積された、充填５０万回分の平均流量の標準偏差を示したグラフである。 電磁弁の故障により入味不良が発生した液体自動充填機が備える全充填バルブユニット１～１２０について蓄積された、充填５０万回分のリキッドバルブ閉遅れ時間の標準偏差を示したグラフである。

図４は、液体自動充填機に備えられた充填バルブユニットの構造の一例を示した模式断面図である。充填バルブユニット１０は、エアーシリンダー１１、流量計１２、送液管１３、ヘッドタンク１４及びノズル部等の部品を有する。送液管１３により、ヘッドタンク１４とノズル部とが接続される。送液管１３には、途中に流量計１２が配設されている。ヘッドタンク１４には、送液管１５を介してサージタンク（非表示）から供給された液体製品が貯留される。ノズル部は、ヘッドタンク１４から送液管１３を介して供給された液体製品を充填口へと通流させる流路、流路に配設されたリキッドバルブ１６及びゴムパッキンなどを有している。

装置本体８は制御手段１９、電磁弁２０及びこれらを電気的に接続する配線９を有する。電磁弁２０とエアシリンダー１１とは送気管２１で接続されている。制御手段１９は電磁弁２０を動作させ、電磁弁２０は送気管２１及びエアーシリンダー１１を介してリキッドバルブ１６を開閉させる。液体製品は充填口から容器把持部１７に把持されている容器１８に充填される。

液体製品が充填された容器１８は、容器把持部１７からキャンフィードチェーン（非表示）に排出され、密封装置（非表示）に搬送されて缶蓋、キャップなどで密封される。

液体自動充填機を使用して液体製品を容器に充填する工程は、次の通り進行する。制御手段１９が電磁弁２０にバルブ開信号を発する。電磁弁２０はバルブ開信号を受領してエアーシリンダー１１を動作させ、送液管のリキッドバルブ１６を開く。液体製品が流動を開始して、流量計１２が機能する。充填口から液体製品が流出し、容器１８に充填される。充填された液体製品が所定量になった時に、制御手段１９が電磁弁２０にバルブ閉信号を発する。電磁弁２０はバルブ閉信号を受領して送液管のリキッドバルブ１６を閉じる。

バルブ開信号が発せられた場合、流量計がカウントを開始するまでに時間差が発生する。この時間差をリキッドバルブ開遅れ時間という。リキッドバルブ開遅れ時間は、バルブ開信号が発せられた時間と流量計がカウントを開始した時間とを記録し、両方を対比することで特定される。

バルブ閉信号が発せられた場合、流量計がカウントを終了するまでに時間差が発生する。この時間差をリキッドバルブ閉遅れ時間という。リキッドバルブ閉遅れ時間は、バルブ閉信号が発せられた時間と流量計がカウントを終了した時間とを記録し、両方を対比することで特定される。

液体製品の平均流量は、流量計の積算流量から特定される値をいう。例えば、流量計のカウント開始時から終了時までの液体製品の積算流量を時間に対してプロットした場合、傾きをもつ直線が形成される。この直線の傾きが平均流量である。

液体自動充填機の運転中に入味量が正常である場合、充填バルブユニットは、液体製品の充填に必要な一定の動作を一定の時間間隔で繰り返す状態にある。かかる場合、制御手段は一定の周期でバルブの開信号及び閉信号を発し、電磁弁は一定の周期で流路を開閉し、流量計は一定の平均流量をカウントする。つまり、液体製品を容器に充填する工程において、リキッドバルブ開遅れ時間、リキッドバルブ閉遅れ時間及び液体製品の平均流量は実質的に一定の値になる。

容器詰め液体製品の充填量は、所定の入味量と同一になることが理想的であるが、液体自動充填機に異常が発生した場合には、増減することがある。入味量が増減した容器詰め液体製品は、不良品として出荷品から除かれる。

液体製品を容器に充填する工程において、液体自動充填機のある特定の充填バルブユニットに入味不良が発生している場合を考える。入味不良の発生は、充填バルブユニットの動作が不安定であることを意味している。充填バルブユニットの動作は電磁弁又は流量計に起因するので、かかる場合は、リキッドバルブ開遅れ時間、リキッドバルブ閉遅れ時間又は液体製品の平均流量の値にばらつきが生じることになる。

尚、バルブの開信号及び閉信号に関しては、制御手段が発信し、その周期は全ての充填バルブユニットに共通するため、制御手段に異常がある場合は、全部の充填バルブユニットに入味不良が発生する。そうすると、充填バルブユニット全体が入味不良にならない限り、制御手段は正常である。

リキッドバルブ開遅れ時間、リキッドバルブ閉遅れ時間又は液体製品の平均流量は、全て流量計の測定値に基づく特性値である。そのため、流量計の動作異常は、直接的には平均流量に影響し、リキッドバルブ開遅れ時間及びリキッドバルブ閉遅れ時間にも影響する。そうすると、平均流量、リキッドバルブ開遅れ時間、及びリキッドバルブ閉遅れ時間にばらつきが発生していること、特に、平均流量にばらつきが発生していることは、流量計の異常を示す現象と考えることができる。

電磁弁の動作異常はリキッドバルブ開遅れ時間及びリキッドバルブ閉遅れ時間に影響するが、平均流量には影響しない。そうすると、平均流量にばらつきが発生せず、リキッドバルブ開遅れ時間及びリキッドバルブ閉遅れ時間にばらつきが発生していることは、電磁弁の異常を示す現象と考えることができる。

本発明の方法においては、液体自動充填機を運転する期間中、作動状態を監視するデータとして、各充填バルブユニットについて、少なくとも平均流量及びリキッドバルブ閉遅れ時間の値を測定し、蓄積する。好ましくは、各充填バルブユニットについて、少なくとも平均流量、リキッドバルブ開遅れ時間及びリキッドバルブ閉遅れ時間の値を測定し、蓄積する。蓄積した測定値に関しては、通常の方法によりばらつきを評価する。ばらつきを評価する指標としては、標準偏差を使用する。

図５は、流量計の故障により入味不良が発生した液体自動充填機が備える全充填バルブユニット１～１２０について蓄積された、充填５０万回分の平均流量の標準偏差を示したグラフである。図５（ａ）は流量計の交換前の測定値を示している。入味不良は、充填バルブユニット５８で発生した。充填バルブユニット５８では、平均流量の標準偏差δが２．９であった。充填バルブユニット５８以外の充填バルブユニット全体の平均流量の標準偏差δは１．０であった。充填バルブユニット５８の標準偏差は、これ以外の充填バルブユニット全体の標準偏差より大きいものであった。

図５（ｂ）は故障した流量計を交換して、入味不良が解消した後の測定値を示している。交換後の充填バルブユニット５８では、平均流量の標準偏差δは０．７であり、充填バルブユニット５８の標準偏差が、これ以外の充填バルブユニット全体の標準偏差より大きい状態は解消していた。図５に示した現象を考慮すると、蓄積された平均流量の標準偏差は流量計の異常を示す指標と考えることができる。充填バルブユニットの平均流量の標準偏差が、これ以外の充填バルブユニット全体の標準偏差より大きい場合、その充填バルブユニットの流量計が故障していると判断される。

図６は、電磁弁の故障により入味不良が発生した液体自動充填機が備える全充填バルブユニット１～１２０について蓄積された、充填５０万回分の平均流量の標準偏差を示したグラフである。入味不良は、充填バルブユニット１００で生じた。充填バルブユニット１００では、平均流量の標準偏差δが０．４であった。充填バルブユニット１００以外の充填バルブユニット全体の平均流量の標準偏差δは１．０であった。充填バルブユニット１００の標準偏差は、これ以外の充填バルブユニット全体の標準偏差より小さいものであった。

図７は、電磁弁の故障により入味不良が発生した液体自動充填機が備える全充填バルブユニット１～１２０について蓄積された、充填５０万回分のリキッドバルブ閉遅れ時間の標準偏差を示したグラフである。図７（ａ）は電磁弁の交換前の測定値を示している。入味不良が生じた充填バルブユニット１００では、リキッドバルブ閉遅れ時間の標準偏差δが１１．７であった。充填バルブユニット１００以外の充填バルブユニット全体のリキッドバルブ閉遅れ時間の標準偏差δは８．６であった。充填バルブユニット１００の標準偏差は、これ以外の充填バルブユニット全体の標準偏差より大きいものであった。

図７（ｂ）は故障した電磁弁を交換して、入味不良が解消した後の測定値を示している。交換後の充填バルブユニット１００では、リキッドバルブ閉遅れ時間の標準偏差δは６．６であり、充填バルブユニット１００の標準偏差が、これ以外の充填バルブユニット全体の標準偏差より大きい状態は解消していた。

図６及び図７に示した現象を考慮すると、蓄積された平均流量の標準偏差、及び蓄積されたリキッドバルブ閉遅れ時間の標準偏差は、電磁弁の異常を示す指標と考えることができる。充填バルブユニットの平均流量の標準偏差が、これ以外の充填バルブユニット全体の標準偏差より小さく、なおかつリキッドバルブ閉遅れ時間の標準偏差が、これ以外の充填バルブユニット全体の標準偏差より大きい場合、液体自動充填機の電磁弁が故障していると判断される。

入味不良が発生した充填バルブユニットについて、標準偏差を算出するために使用する測定値の数は、通常は、４０００件／１バルブユニット以上である。上記測定値の数が多いほど故障の判定精度が向上する。

図１は、本発明の実施形態である、液体自動充填機の故障部品特定装置の構成を示したブロック図である。

液体自動充填機１は、装置本体８と、環状のヘッドタンク１４と、複数の充填バルブユニット１０とを備えている。各充填バルブユニット１０は、図４を参照して、その部品として流量計１２等を有している。装置本体８は、液体製品の充填作業全体をコントロールし追跡する制御手段、電磁弁及び配線等を有している。

充填バルブユニット１０の故障部品特定装置７は、測定値収集手段２と、測定値蓄積手段３と、標準偏差処理手段５と、出力手段６とを備える。測定値収集手段２は、充填バルブユニット１０の平均流量及びリキッドバルブ開遅れ時間、リキッドバルブ閉遅れ時間を測定する。測定値蓄積手段３は、収集された平均流量及びリキッドバルブ開遅れ時間、リキッドバルブ閉遅れ時間の測定値を蓄積する。標準偏差処理手段５は、蓄積された測定値の標準偏差を計算し、正常値か異常値かを判断する。出力手段６は、その判断結果を出力する。

測定値収集手段２は、例えば、流量計、タイマー、プログラマブルロジックコントローラ及びプロセッサを使用する。測定値蓄積手段３は、例えば、メモリ、サーバー又はストレージを使用する。標準偏差処理手段５は、例えば、プロセッサ、統計解析ソフト、BIソフトを使用する。出力手段６は、例えば、インジケーター、ディスプレイ、プリンタを使用する。

不良充填バルブユニット特定手段４は、液体製品を容器に充填する工程において、各充填バルブユニットで充填された容器詰め液体製品の入味量をモニターする装置である。ある容器詰め液体製品が入味不良であった場合、不良充填バルブユニット特定手段４は、どの充填バルブユニットで入味不良が発生したかを特定する。

液体自動充填機１と液体自動充填機の故障部品特定装置７とは、配線９を使用して、電気的に接続され、電気信号を送受信する。液体自動充填機１と不良充填バルブユニット特定手段４とは、配線９を使用して、電気的に接続され、電気信号を送受信する。不良充填バルブユニット特定手段４と液体自動充填機の故障部品特定装置７とは、配線９を使用して、電気的に接続され、電気信号を送受信する。液体自動充填機全体において、必要に応じて、電気信号の送受信は無線装置を使用して行ってもよい。その場合は、配線９は必ずしも必要でない。

図２は、本発明の実施例である、液体自動充填機の故障部品特定方法の工程を示したフロー図である。測定値収集手段２は、液体製品の充填が行われる度に、それぞれの充填バルブユニットの平均流量、リキッドバルブ開遅れ時間及びリキッドバルブ閉遅れ時間を収集する（ステップＳ２）。測定値蓄積手段３は、収集された平均流量及びリキッドバルブ閉遅れ時間の測定値を蓄積する（ステップＳ３）。液体製品の入味不良が発生した場合、不良充填バルブユニット特定手段４は、どの充填バルブユニットで入味不良が発生したかを特定する（ステップＳ４）。標準偏差処理手段５は、入味不良が発生した充填バルブユニットに関し蓄積された測定値の標準偏差を計算し、また、入味不良が発生した充填バルブユニット以外の充填バルブユニット、即ち、正常に動作した充填バルブユニットに関し蓄積された測定値の標準偏差を計算し、比較処理を行う（ステップＳ５）。出力手段６は、比較処理された結果を出力する（ステップＳ６）。

以下の実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。

＜実施例１＞
流量計故障の特定
図３は、実施例１の液体自動充填機の故障部品特定方法で行われる、標準偏差の処理の工程（ステップＳ５）の例を示したフロー図である。

蓄積された測定値の中から入味不良が発生した充填バルブユニットの平均流量を所定の件数分特定し、それらの標準偏差δｘ１を計算する。また、蓄積された測定値の中から、入味不良が発生した充填バルブユニット以外の充填バルブユニットの平均流量を所定の件数分特定し、それらの標準偏差δａ１を計算する（ステップＳ８）。

不良な充填バルブユニットの平均流量の標準偏差δｘ１と正常な充填バルブユニットの平均流量の標準偏差δａ１とを比較する（ステップＳ９）。標準偏差δｘ１の方が標準偏差δａ１よりも大きい場合（ステップＳ１０、Ｙｅｓ）、流量計の機能に異常が認められるため、流量計が故障していると判断する。

＜実施例２＞
電磁弁故障の特定
実施例２において標準偏差δｘ１が標準偏差δａ１以下である場合（ステップＳ１０、Ｎｏ）、流量計の機能は正常と認められる（ステップＳ１２）。そのため、電磁弁の機能を検査する。即ち、蓄積された測定値の中から入味不良が発生した充填バルブユニットのリキッドバルブ閉遅れ時間を所定の件数分特定し、それらの標準偏差δｘ２を計算する。また、蓄積された測定値の中から、入味不良が発生した充填バルブユニット以外の充填バルブユニットの平均流量を所定の件数分特定し、それらの標準偏差δａ２を計算する（ステップＳ８）。

不良な充填バルブユニットのリキッドバルブ閉遅れ時間の標準偏差δｘ２と正常な充填バルブユニットのリキッドバルブ閉遅れ時間の標準偏差δａ２とを比較する（ステップＳ９）。標準偏差δｘ２の方が標準偏差δａ２よりも大きい場合（ステップＳ１０、Ｙｅｓ）、電磁弁の機能に異常が認められるため、電磁弁が故障していると判断する。

１…液体自動充填機、
２…測定値収集手段、
３…測定値蓄積手段、
４…不良充填バルブユニット特定手段、
５…標準偏差処理手段、
６…出力手段、
７…液体自動充填機の故障部品特定装置、
１０…充填バルブユニット。

Claims (2)

1. 部品として流量計及び電磁弁を有する液体自動充填機の故障部品特定方法であって、
   入味不良が発生した充填バルブユニットについて蓄積された平均流量の測定値から、その標準偏差（δｘ１）を算出する工程、
   入味不良が発生した充填バルブユニット以外の全充填バルブユニットについて蓄積された平均流量の測定値から、その標準偏差（δａ１）を算出する工程、
   標準偏差（δｘ１）と標準偏差（δａ１）とを比較する工程、
   標準偏差（δｘ１）が標準偏差（δａ１）よりも大きい場合に、流量計が故障していると判断する工程、
   入味不良が発生した充填バルブユニットについて蓄積されたリキッドバルブ閉遅れ時間の測定値から、その標準偏差（δｘ２）を算出する工程、
   入味不良が発生した充填バルブユニット以外の全充填バルブユニットについて蓄積されたリキッドバルブ閉遅れ時間の測定値から、その標準偏差（δａ２）を算出する工程、
   標準偏差（δｘ２）と標準偏差（δａ２）とを比較する工程、及び
   標準偏差（δｘ２）が標準偏差（δａ２）よりも大きい場合に、電磁弁が故障していると判断する工程
   を包含し、
   前記各工程を記載されている順番で実施する、液体自動充填機の故障部品特定方法。
2. 入味不良が発生した充填バルブユニットの標準偏差を算出するために使用する測定値の数が４０００件／１バルブユニット以上である請求項１に記載の方法。

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