JPH0532292A - 流体の定量充填装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子出願以前の出願であるので 要約・選択図及び出願人の識別番号は存在しない。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、牛乳、酒、ジュース等の飲料液、 医薬品、ゲル化物、特に気体含有液等の流体の 定量充填装置に関するものである。

（従来の技術） 流体の定量充填には、一般的にピストン・シ リンダ形ポンプを利用した装置が知られている。

例えば、特開昭48−69677号公報に記載され た液体の定量充填装置は、ピストンの下降によ り液体タンク内から切換弁を介してシリンダ内 に定量の液体を吸引し、次いで充填容器の上昇 にて切換弁を切換えるとともに、前記のピスト ンの上昇にて切換弁を介して充填容器内に吸引 した定量の液体を排出するように構成したもの であり、また特開昭60−58304号公報に記載さ れた液体用定量充填装置は、液体ノズルと流路 を切換えるための２組の弁機構を有する注液管 と、この注液管内の２組の弁機構の間に開口す る液体の流路に液量計測室を連結し、ピストン の作動により液量計測室内に吸引した定量の液 体を注液ノズルからカップ内に排出するように 構成したものである。

（発明が解決しようとする課題） しかし、以上のようなピストン・シリンダを 利用した定量充填装置にあっては、その充填液 の定量性は、シリンダの容積に依存するもので あるが、流体が気泡を含有しているような場合 や、圧力によって圧縮される固形物を含有して いるような場合にあっては、気泡や固形物の圧 縮あるいは膨張が原因となって容積に変動が生 じて定量性が損われる。

したがって、このような場合にあっては、充 填操作中において、その経時的な容量の調節が 必要であるが、従来技術では、一旦設定された シリンダ容積は、同一流体を充填している間の 調節は行なわれていなかった。

すなわち、従来のピストン・シリンダによる 充填装置にあっては、経時的に発生する流体の 温度変化や圧力変化、物性変化による微小な容 積の変化に対しては定量性の確保はできなかっ た。

（課題を解決するための手段） そこで、このような点について、研究し実験 した結果、出願人は、さきに特願平１−3160号 として、流体の圧力変動による流量変動を、こ の圧力変動の測定値から定量ポンプの回転数を 制御することによって行うようにした定量充填 装置を出願した。

本発明は、上記のような圧力変動による流量 変動の調節する手段をシリンダ・ピストン形の 充填装置に適用することにより、シリンダ内の 圧力変動を測定し、その測定値からピストンの ストロークを調節することによってその流量の 変動に対処しようとするもので、その充填能力 の向上をも考慮してピストンの速度に変化をも たせてものである。

すなわち、本発明にあっては、ピストン・シ リンダを用いた流体の定量充填装置において、 シリンダ内の流体圧力を検出する圧力測定器を 配置し、これによる測定結果に基づいてピスト ン・シリンダのピストンのストロークを調節す る手段を講じた構成とし、またこのピストンス トロークの調節をピストンの前進行程において は最初のほぼ２／３を高速に、残りのほぼ１／ ３を低速に、後退の行程を高速にした構成とし、 さらにピストンストロークの調節をピストンの 直線運動に変換する回転運動をパルスルータ又 はサーボモータの回転位置を制御する構成とし ている。

さらにまた、ピストンの前進による流体の注入 時終了と同時にピストンのストロークを一定距 離吸引方向に移動させる構成としている。

（実施例） 本発明にあっては、ピストン・シリンダ形ポ ンプにより流体を定量充填するに際し、シリン ダ内圧力変動を検出して、この圧力値をピスト ンのストロークと関連させて充填量を調節する ものである。

ところで、一方において充填能力の向上を考慮 して充填速度を高めるため、一般にピストンの ストロークを２〜３段階に変速させることが必 要となるのが、そのストロークの変速は、充填 のための容器への注入開始時において高速で行 ない、その終了時近くになって低速で行なうこ とによって充填能力の向上に対処している。

この充填の終了時近くになって低速にする理由 は、充填物としての流体が容器内に納まり、さ らに高速充填を続けると流体が飛び跳ねて、そ の後のシール不良や量目変動の原因となるため で、本体においてストロークの２／３までを高 速に、残りの１／３を低速に作動させ、さらに シリンダ内に流体を吸入する後退時には高速で 行うようにしている。

充填能力の向上からのピストンのストローク の速度調節は、充填時間を一定にするなかで行 う必要があり、それは容器の搬送速度まで調節 するわけにはいかず、一定時間内に充填を完了 する必要があるからである。

要するに、流体が気泡を含有し、あるいは圧縮 される固形物を含有しているような圧力によっ て容積が変動する流体の充填においては、圧力 変動を検出して、これによりピストンのストロ ークを調節し定量となるように制御することが 必要であり、その際ストロークの変速によって ピストン作動時間も調節した方が一定時間内に おける充填を完了する必要があるという条件に 適合することになるものである。

以下、本発明における流体の定量充填装置を 示すフローシートについて説明する。

この図面において、ピストン・シリンダ（ａ） は流路（１）をもって貯留タンク（ｔ）側から の流路（２）に連結（３）されているが、この 流路（２）には、この連結部（３）を挟んでタ ンク（ｔ）側に切換弁（v₁）が、また注入ノズ ル（ｂ）側に切換弁（v₂）がそれぞれ設けられ ている。

ピストンシリンダ（ａ）のシリンダ（ｃ）内に はピストン（ｄ）があって、ピストン（ｄ）の 後退（上昇）によって流路（２）の貯留タンク （ｔ）側の切換弁（v₁）を開くとともに注入ノ ズル（ｂ）側の切換弁（v₂）を閉じ、潮流タン ク（ｔ）より流体を流路（１）を通してシリン ダ（ｃ）内に吸入する。

シリンダ（ｃ）内に吸入された一定量の流体は、 次のピストン（ｄ）の前進（下降）によって、 流路（１）を通って流路（２）に押出されるが、 この場合流路（２）の切換弁（v₁）側は閉じら れるとともに、切換弁（v₂）が開くから、この 押出された流体は、流路（２）の切換弁（v₂） を通って注入ノズル（ｂ）より下方の充填容器 （ｅ）に注入される。

以上の装置は、一般にピストン・シリンダ形 ポンプによる定量充填装置の基本的なものであ る。

このような液体の定量充填装置にあって、流体 に気泡を含有しているような場合、あるいは圧 力によって圧縮される固形物を含有しているよ うな場合にあっては、圧縮によってシリンダ （ｃ）内における液体は、容積変動を生ずるか ら、一定のピストンのストロークでは、充填流 体の定量性が損なわれることになる。

このような容積変動に対応するために、本発明 にあっては、シリンダ（ｃ）内におけるピスト ン（ｄ）の移動量を圧力変動に応じて調節しよ うとするものである。

すなわち、本発明にあっては、シリンダ（ｅ） からの流路（１）への出口に圧力測定器（ｆ） を設け、この圧力測定器（ｆ）で測定した圧力 を、圧力変換器（ｇ）において信号に変換し、 これを制御装置（ｈ）に送って、測定値からサ ーボモータ（ｍ）の回転を制御する信号をコン トローラ（ｉ）に送り、このコントローラ（ｉ） によってサーボモータ（ｍ）の回転を圧力変動 に対応させる。

このサーボモータ（ｍ）の回転は、例えばピニ オンとラックによりピストン（ｄ）のロッド （ｊ）を移動させ、これによりピストン（ｄ） のシリンダ（ｃ）内の移動量を圧力変動に対応 させるように構成したものである。

この際、サーボモータ（ｍ）の回転を、その回 転量、すなわちピストン（ｄ）の往動ストロー クをそのほぼ最初の２／３を高速に、残りの１ ／を低速に、さらに復動を高速になるようにコ ントローラ（ｉ）にて制御する。

本発明は、以上説明したようにシリンダ（ｃ） 内の流体がピストン（ｄ）による押圧によって 容積変動を生ずるような場合において、この圧 力変動を測定して、これによりピストン（ｄ） の移動を調節し、もって液体の充填容器（ｅ） に定量注入するようにしたものである。

その時、充填能力の向上を図るタメニ、ピスト ンの移動に、高速、低速の速度変化をもたせる ものである。

例えばホイップクリームを充填する充填機にあ っては、オーバーランしたホイップクリーム内 には空気の気泡が含有されているから、これを ピストンで押圧して押出すとき、気泡が潰れる などしてその体積が変化し、ピストンのストロ ークが一定であれば、充填量が変動する。

そこで、充填後の容器内のホイップクリーム量 を一定にするためには、常に変化するホイップ クリームの圧力に合わせてピストンの移動量を 変化させることによって、変化する容量に対応 させる必要がある。

その際、ピストンの移動量、すなわちストロー クの往動の最初においてそのほぼ２／３を高速 に、残りの１／３を低速にし、復動を高速にす ることにより、ホイップクリーム容器内への定 量充填において、その充填能力を向上させるこ とになる。

圧力Ｐの気泡含有流体が、ピストン・シリンダ 形ポンプのピストンの１往復当りの送液量の体 積Ｑの流体を、ピストンによって送り、注入ノ ズルから圧力Ｐ_０の大気中に出たときの体積を Ｖとし、これら含まれている気体の体積をＡ_０ 、液体体積をＢ、気孔率をρ_０とすると、 ρ_０＝Ａ_０／（Ａ_０＋Ｂ）となる。

上記のＱは、Ｄをシリンダの内直径、Ｌをピス トンのストローク長さとすると、 Ｑ＝１／４・πＤ^２・Ｌであり、近似的には、 となり、 Ｖを一定にするためには、Ｐを実測して、 となるようにして、ストロークＬを制御すれば よい。

なお、気泡含有流体が、ピストンの移動による 吸引中に、その圧力Ｐが変動する場合には、そ の体積Ｖを経時的に積算して、ピストンの停止 を制御すればよい。

規定の量の流体が容器（ｅ）に充填されたとき、 ピストンを一旦微少距離だけ注入動作にたいし て逆動作させることにより、ノズル端部におけ る流体の液垂れを防止する。

この動作は注入ノズル部分の容積の範囲内で行 われるもので、この動作の後、注入ノズルを閉 鎖させれば、流体の大気圧部分における残留が なくなり、定量性を向上させるもので、高粘性 流体の場合に特に有効な手段である。

（発明の効果） 本発明は、ピストン・シリンダ形ポンプにお ける流体の定量充填装置において、シリンダ内 の圧力測定器を配置し、この圧力測定にてピス トンのストロークを調節する手段を講じたもの であるから、これまでのこの種の充填装置と異 なり、圧力により容積変動を生ずる流体であっ ても、よくその変動に対してピストンのストロ ークを調節し、容器への定量の充填を行うこと ができる。

そして、この際、ピストンの移動において、そ のストロークの前進行程における最初のほぼ２ ／３を高速に、残りの１／３を低速に、さらに 後退行程を高速になるように構成することによ り、圧力よって容積変動を生ずる流体の定量充 填において充填能力の向上を図ることができる。

またピストンのストロークの終了と同時にピス トンを僅かに後退することにより、流体の液垂 れを防止することができ、このことが流体の定 量性を向上させ、特に粘性の高い流体において よい結果をもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の装置のフローシートである。 符号 ａ………………ピストン・シリンダ形ポンプ ｂ………………注入ノズル ｃ………………シリンダ ｄ………………ピストン ｅ………………容器 ｆ………………圧力測定器 ｇ………………圧力変換器 ｈ………………制御装置 ｉ………………コントローラ ｊ………………ロッド ｍ………………サーボモータ ｔ………………貯留タンク ｖ_１、ｖ_２……切換弁 １………………流路 ２………………流路 ３………………連結部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストン・シリンダを用いた定量充填装
   置 において、シリンダ内の流体圧力を検出する 圧力測定器を配置し、これによる測定結果に 基づいてピストン・シリンダのピストンのス トロークを調節する手段を講じたことを特徴 とする流体の定量充填装置。
2. 【請求項２】 ピストン・シリンダのピストンのストロ
   ー クの調節を、ピストンの前進行程においては 最初のほぼ２／３を高速に、残りのほぼ１／ ３を低速に、後退の行程を高速にしたことを 特徴とする請求項(1)に記載の流体の定量充填 装置。
3. 【請求項３】 ピストン・シリンダのピストンのストロ
   ー ク調節を、ピストンの直線運動に変換する回 転運動のパルスモータ、又はサーボモータの 回転位置を制御することにより行なうことを 特徴とする請求項(1)及び(2)に記載の流体の定 量充填装置。
4. 【請求項４】 ピストン・シリンダで流体を定量吸引
   し、 これを充填容器に注入する充填装置において、 流体の注入終了と同時に、ピストン・シリン ダのピストンのストロークを一定距離吸引方 向に移動させることを特徴とする請求項(1)に 記載の液体の定量充填装置。