JPH0629045B2 - 重量充填装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は所定重量の充填液を容器内に充填する重量充填
装置に関し、より詳しくは、容器内に充填液を充填する
充填ノズルを容器内の液面の上昇に追従して上昇させる
ようにした重量充填装置に関する。

「従来の技術」 従来、容器の重量を計測する重量計と、容器内に充填液
を充填する充填ノズルと、該充填ノズルを昇降させる昇
降機構とを備えた重量充填装置は公知である（例えば実
公昭５２−３５２２９号公報）。

この重量充填装置においては、充填ノズルの下端部を充
填液中に浸漬させ、その下端部に設けた液面センサによ
り充填液の液面上昇に追従して充填ノズルを上昇させる
とともに、充填液の液面が所定高さとなったら充填ノズ
ルの下端部を充填液中から引き上げ、上記重量計によっ
て充填重量が所定重量となったことを検出したら液バル
ブを閉じて充填を終了するようにしている。

また、充填ノズルを充填液の液面上昇に追従して上昇さ
せるために、予め充填重量と充填ノズルの高さ位置との
関係を計測しておくとともに、上記昇降機構の駆動源を
サーボモータとし、上記重量計によって充填重量を計測
しながらサーボモータで充填ノズルをその充填重量に対
応した高さ位置に位置制御するようにしたものも提案さ
れている（特願昭６２−２０１６３０号）。

「発明が解決しようとする課題」 しかるに前者の重量充填装置においては、充填開始直後
に何らかの理由で充填液が発泡した場合には、液面セン
サによる正確な液面検出が困難となるという欠点があ
る。

他方、後者の重量充填装置においては、充填ノズルを容
器内の充填液の充填重量に対応した高さ位置に位置制御
できるので、充填液が発泡してもそれに影響されること
がないという利点がある。

しかしながらその反面、重量計によって計測される充填
重量には充填ノズルから容器内に充填される充填液の慣
性力が加わるようになる。この慣性力が安定していれば
それを考慮して充填ノズルの高さ位置制御を行うことが
できるが、特に高速化のために大流量の充填液を充填し
ようとした際には、その充填開始時に慣性力が大きく変
動して充填ノズルの高さ位置制御が困難となる。

このような問題点に対しては、充填開始後、上記慣性力
が安定するまでは実際の充填重量と無関係に予め定めた
上昇率で充填ノズルを上昇させ、上記慣性力が安定する
ような所定時間が経過したら、充填重量に基づいて充填
ノズルの高さ位置制御を行わせるようにすることができ
る。

ところで、朝や夜と昼とでは重量充填装置の周囲の温度
が変動することからその温度に応じて徐々に充填液の粘
性が変動することがある。また加圧充填を行なう場合に
おいて、重量充填装置の上流側の洗壜機や下流側のキャ
ッパ、ラベラのトラブル等の理由により重量充填装置の
運転速度を定速運転に切換えた場合、通常運転時と低速
運転時とで加圧充填の加圧力が変動することがある。

その結果、充填重量と無関係に予め定めた上昇率で充填
ノズルを上昇させるようにすると、充填液の粘性が変動
した場合や加圧充填を行なう際の加圧力が変動した場合
等には容器内の実際の液面上昇率が変動してしまうた
め、上記予め定めた充填ノズルの上昇率が実際の液面上
昇率に適合しなくなる。

「課題を解決するための手段」 本発明はそのような事情に鑑み、容器の重量を計測する
重量計と、容器内に充填液を充填する充填ノズルと、該
充填ノズルを昇降させる昇降機構とを備えた重量充填装
置において、上記昇降機構の駆動源をサーボモータと
し、また上記重量計からの信号を入力するとともに上記
サーボモータを制御して充填ノズルを昇降させる制御装
置を設け、かつ該制御装置は、上記充填ノズルの先端が
容器内の底部に近接した状態となったら液バルブを開放
するとともに、該容器内の充填重量が充填すべき所定重
量となったことを検出したら充填ノズルの液バルブを閉
じるバルブ開閉制御部と、上記容器内の充填重量が所定
の基準重量となるまではその充填重量とは無関係に上記
充填ノズルを、容器内の液面の上昇と該充填ノズルの上
昇とがほぼ一致するように予め定めた所定の上昇率で上
昇させる駆動部と、上記液バルブが開放されてから上記
基準重量が得られるまでの経過時間を検出する計測部
と、上記経過時間の増加又は減少に応じて上記充填ノズ
ルの上昇率を減少又は増加させるように補正する補正部
とを備えていることを特徴とする重量充填装置を提供す
るものである。

また第２発明は上記制御装置の構成を異ならせたもの
で、該第２発明における制御装置は、上記充填ノズルの
先端が容器内の底部に近接した状態となったら液バルブ
を開放するとともに、該容器内の充填重量が充填すべき
所定重量となったことを検出したら充填ノズルの液バル
ブを閉じるバルブ開閉制御部と、上記充填ノズルの液バ
ルブを開放してから所定の基準時間が経過するまでは充
填重量とは無関係に充填ノズルを、容器内の液面の上昇
と該充填ノズルの上昇とがほぼ一致するように予め定め
た所定の上昇率で上昇させる駆動部と、上記基準時間が
経過した際の充填重量の増減少に応じて上記充填ノズル
の上昇率を増減少させるように補正する補正部とを備え
ていることを特徴とするものである。

「作用」 上記構成によれば、液バルブを開放してから容器内の充
填重量が所定の基準重量となるまで、或いは所定の基準
時間が経過するまでは、充填重量とは無関係に充填ノズ
ルを所定の上昇率で上昇させているので、充填液が発泡
しても、或いは大流量の充填液を充填することによって
検出重量が大きく変動しても、それに影響されることな
く充填ノズルを液面上昇に追従させることができる。

そして、仮に充填液の粘性が変動し、或いは加圧充填を
行なう際の加圧力が変動して単位時間当りの充填量が変
動し、それによって容器内の液面上昇率が変動した場合
には、第１発明においては、上記液バルブが開放されて
から上記基準重量が得られるまでの経過時間を検出し、
例えばその経過時間が短くなった場合、つまり単位時間
当りの充填量が増大して容器内の液面上昇率が増大した
場合には、次に充填すべき容器に対して、その増大量に
応じて上記充填ノズルの上昇率を増大させるように補正
することができ、したがって以後の容器について常に充
填ノズルと液面との関係を一定に維持することができ
る。

他方、第２発明においては、上記充填ノズルの液バルブ
を開放してから所定の基準時間が経過した際の充填重量
を検出し、例えばその充填重量が増大した場合、つまり
単位時間当りの充填量が増大して容器内の液面上昇率が
増大した場合には、上記充填重量の増大量に応じて上記
充填ノズルの上昇率を増大させるように補正しているの
で、やはり常に充填ノズルと液面との関係を一定に維持
することができる。

「実施例」 以下、本発明を回転式重量充填装置に適用した実施例に
ついて説明すると、第３図において、搬送コンベヤ１に
よって搬送されてきた容器２は回転式重量充填装置３の
供給スターホイール４によってその内部に搬入され、該
回転式重量充填装置３によって所定重量の充填液が充填
された容器２は排出スターホイール５によって搬送コン
ベヤ１上に排出される。

上記回転式重量充填装置３は、第１図に示すように、図
示しない鉛直方向の主軸に取付けられて一方向に回転駆
動される円筒状の回転体６を備えており、この回転体６
の外周部において半径方向外方に突出するフランジ部6a
に、その円周方向等間隔位置に容器２の重量を計測する
重量計７をそれぞれ設けている。各重量計７の上部には
上記容器２を載置する支持テーブル８を取付けてあり、
また各重量計７からの信号はマイクロコンピュータを有
する制御装置９に入力するようにしている。

上記回転体６には、各支持テーブル８の上方位置に、そ
の支持テーブル８上に載置された容器２内に充填液を充
填する充填ノズル16をそれぞれ配設してあり、各充填ノ
ズル16を回転体６に設けた昇降機構17によってそれぞれ
昇降できるようにしている。

第２図に示すように、各充填ノズル16のバルブハウジン
グ18は、昇降機構17を構成する昇降部材19の上端部に取
付けてあり、このバルブハウジング18にはその軸部下方
に充填通路20を形成している。そしてこの充填通路20の
上端部をバルブハウジング18に穿設した半径方向孔21お
よびこれに接続した可撓性を有する導管22を介して図示
しない充填液タンクに連通させ、また下端部をバルブハ
ウジング18に取付けた注液管23に連通させている。

上記バルブハウジング18内には有底筒状のベローズから
なる液バルブ25を収納してあり、この液バルブ25をシリ
ンダ装置26のピストンロッド27に連結し、そのピストン
ロッド27を降下させた際に、バルブ底部の弁部25aをバ
ルブハウジング18に形成した弁座部18aに着座させて上
記充填通路20を閉鎖できるようにしている。

上記ピストンロッド27の上端部に形成したシリンダ装置
26のピストン28は、その上部に第１圧力室29を、下部に
第２圧力室30をそれぞれ区画し、バルブハウジング18に
形成した第１供給通路31から上記第１圧力室29に圧縮空
気を供給した際には、上記ピストン28およびピストンロ
ッド27を降下させて上記弁部25aを弁座部18aに着座さ
せ、これにより上述した充填通路20を閉鎖できるように
している。

これに対し、バルブハウジング18に形成した第２供給通
路32から上記第２圧力室30に圧縮空気を供給した際に
は、上記ピストン28およびピストンロッド27を上昇させ
て弁部25aを弁座部18aから離座させ、これにより上記充
填通路20を開放できるようにしている。

また上記バルブハウジング18内には、上記ピストン28よ
り下方位置に第２ピストン33を昇降自在に嵌合し、上記
ピストンロッド27をこの第２ピストン33の軸部に摺動自
在に貫通させている。この第２ピストン33は上記ピスト
ン28よりも大径に形成してあり、この上部に上述した第
２圧力室30を形成し、また下部に第３圧力室34を形成し
ている。

したがってシリンダ装置26の上記第２圧力室30内に圧縮
空気を供給した際には、第２ピストン33は下降端に位置
されて上記ピストン28の上昇を許容し、この状態では充
填通路20が全開となり充填液を容器２内に大流量で充填
できるようになる。

これに対し、上記バルブハウジング18に形成した第３供
給通路35を介して第３圧力室34に圧縮空気を供給して第
２ピストン33を上昇端に位置させ、これと同時に上記第
１圧力室29に圧縮空気を供給してピストン28を降下させ
た際には、そのピストン28は第２ピストン33に当接して
下降端までの自由な降下が規制されるようになる。この
場合には液バルブ25は小開度となり、充填液は小流量で
容器２内に充填されるようになる。

さらに上記バルブハウジング18には、上記各供給通路3
1、32、35の他に、上記液バルブ25内に形成した大気圧室3
6の容積変動を許容するために、その大気圧室36を大気
に開放させるための大気通路37を形成してあり、それら
各通路31、32、35、37は、上記昇降部材19の内部に設けた
通路38〜41のそれぞれに連通させている。

そして上記昇降部材19の内部に設けた通路38〜41のう
ち、上記大気圧室36に連通する通路41はその昇降部材19
の下端部で大気に開口させているが、その他の通路38〜
40はそれぞれ可撓性を有する図示しない導管と電磁弁を
介して圧縮空気源に接続している。

次に、第１図に示すように、各充填ノズル16を支持する
昇降部材19は上記回転体６を構成する上下の円板6b、6c
にそれぞれ設けた支持パイプ46、46′に回転不能かつ昇
降自在に貫通させている。そして、この昇降部材19と平
行に上下の円板6b、6c間にねじ軸47を回転自在に軸支
し、そのねじ軸47に上記昇降部材19に固定したナット部
材48を螺合させている。

上記ねじ軸47の下端には、円板6cの底面に固定されて上
記制御装置９によって回転制御されるサーボモータ49を
連結してあり、このサーボモータ49を正逆に回転させる
ことによって、上記昇降部材19を介して充填ノズル16を
昇降させることができるようにしている。

上記制御装置９は、上記サーボモータ49を正逆に回転制
御して充填ノズル16を昇降させる駆動部50と、充填ノズ
ル16の液バルブ25を開閉制御するバルブ開閉制御部51と
を備えており、上記駆動部50には、予め容器の種類毎
に、液バルブ25が開放されてからの時間と、その時間の
経過とともに上昇する容器内の液面高さを考慮して設定
した充填ノズル16の高さ位置との関係を示す対応表を記
憶させてある。

また上記制御装置９は、上記液バルブ25が開放されてか
ら、実際の充填重量が予め定めた基準重量、例えば充填
すべき所定重量に対して90％の重量となるまでの経過時
間を検出する計測部52と、その経過時間に応じて上記駆
動部50に記憶された対応表を補正する補正部53とを備え
ており、該補正部53は、上記経過時間が短くなるにした
がって上記充填ノズルの上昇率を増大させ、経過時間が
長くなるにしたがって上記充填ノズルの上昇率を減少さ
せるように、上記対応表の対応関係を補正するようにな
っている。

以上の構成において、充填ノズル16が上昇端位置に位置
し、かつ液バルブ25が閉じている状態において、上記回
転体６の回転と同期して回転する供給スターホイール４
から支持テーブル８上に空の容器２が供給されると、第
３図の移動区間Ａにおいて、制御装置９は重量計７から
の信号の入力を受けて空の容器２の重量を記憶する。こ
れによって、第５図の符号×で示すように、検出重量か
ら空の容器２の重量分だけ差し引いた零調整が行なわれ
る。

また、これと同時に移動区間Ａにおいて、制御装置９の
駆動部50は上昇端に位置していた充填ノズル16を下降さ
せ、注液管23の下端を容器２内の底部に近接した下降端
位置に位置させる（第4a図参照）。なお、この作動は回
転体６の回転位置を検出する図示しない検出器からの信
号の基づいて行われる。またこの際、注液管23の下端が
容器２内の底部に当接して容器２を破損させることがな
いように、注液管23の下端はその容器２の底部から所要
量だけ離すように設定してあることは勿論である。

上記移動区間Ａにおいて充填ノズル16が下降端位置に位
置された後、充填ノズル16が移動区間Ｂに移行すると、
制御装置９のバルブ開閉制御部51は上述した電磁弁を開
放して第２圧力室30内に圧縮空気を供給して液バルブ25
を全開させる。これにより充填液は図示しない充填液タ
ンクから導管22、半径方向孔21、充填通路20および注液
管23を介して容器２内に大流量で充填されるようにな
る。

上記制御装置９には、予め充填作業を開始する以前に使
用する容器２の種類が入力してあり、制御装置９の駆動
部50はその容器２の種類に応じて必要な対応表を選定し
ている。そして上記駆動部50は、バルブ開閉制御部51が
液バルブ25を開放させたら、それからの時間経過に伴っ
て対応表で設定された所要の上昇率で上記充填ノズル16
を上昇させる。

したがって、第５図の符号Ｙにおいて液バルブ25を開放
した直後に、充填ノズル16から容器２に充填される充填
液の慣性力の変動によって重量計７による検出重量が大
きく変動しても、上記充填ノズル16を滑らかに上昇させ
ることができる（第4b図、第4c図参照）。

上記液バルブ25の開放により充填液の充填が進み、第５
図の符号Ｚにおいて充填重量が充填すべき所定重量より
も小さな上記基準重量となると、バルブ開閉制御部51は
電磁弁を切換えて第１圧力室29と第３圧力室34とに同時
に圧縮空気を供給し、液バルブ25を小開度に切換える。
したがってこれにより、充填ノズル16から容器２内に小
流量で充填液が充填されるようになる（第３図の移動区
間Ｃ）。

上記液バルブ25が小開度に切換えられても、充填ノズル
16は引続き上記対応表に基づいて徐々に上昇され、やが
て充填重量が充填すべき所定重量となると、駆動部50は
第１圧力室29のみに圧縮空気を供給して液バルブ25を閉
鎖させ、容器２内への充填液の充填を終了させる。

この状態となったら、制御装置９は充填ノズル16を上昇
端位置まで上昇させて注液管23を容器２内から引抜き、
充填の完了した容器２は排出スターホイール５によって
支持テーブル８から搬送コンベヤ１上に搬出されて充填
作業が完了する（第３図の移動区間Ｄ、第4d図参照）。

ところで上記計測部52は、液バルブ25を開放してから充
填重量が上記基準重量となるまでの経過時間を計測して
おり、補正部53はその経過時間に応じて上記駆動部50に
記憶された対応表を補正する。

ここで上記補正部53による補正の一例を具体的に説明す
ると、例えば上記経過時間の基準時間が3000ms（３
秒）、許容誤差が±100msとすると、上記補正部53は上
記経過時間を1000分の１秒単位で計測し、最新の５回の
充填作業の平均値を演算するようになっている。

例えば、最初の５回の計測時間が2980ms、3000ms、2900
ms、2920ms、2950msとなった場合の平均時間は2950msで
あるので、これは上記基準時間の3000msに対して上記許
容誤差±100msの範囲内なので、補正部53による補正は
行われない。

そして第６回目の経過時間の計測が行われると、第２回
目からこの第６回目までの最新の５回の充填作業の平均
値が演算され、その平均値が基準時間に対して許容誤差
範囲内か否かの判定が行われる。

ここで、最新の５回の計測時間が2950ms、2830ms、2900
ms、2820ms、2800msとなったとした場合には、それらの
平均時間は2860msとなり、したがって上記許容誤差を越
えるようになる。すなわちこの場合には、例えば充填液
の粘性が小さくなって基準時間よりも短い時間で上述の
基準重量となったことを、つまり基準時間に基づく充填
ノズル16の上昇に対して早い速度で充填液の液面が上昇
したことを意味しており、したがって両者の間隔を最適
な間隔に維持するには、現在よりも充填ノズル16の上昇
率を増大させる必要がある。

そのため上記補正部53は、上記駆動部50における対応表
の基準時間を、それまでの3000msから上記許容誤差を越
えた2860msに変更させ、それによって駆動部50における
それまでの3000msを基準時間とした対応表から上記2860
msを基準時間とした対応表に変更させる。

その結果、上記充填液の粘性が小さくなってそれまでの
充填ノズル16の上昇に対して早い速度で充填液の液面が
上昇するようになった場合には、充填ノズル16の上昇が
増大して、早い速度で上昇する充填液の液面に追従でき
るようになり、したがって充填ノズル16と液面との間隔
が狭くなりすぎたり、或いは充填ノズル16の下端部が充
填液中に浸漬されるといったことが防止できる。

そしてこれ以後は、最新の５回の計測時間が上記新たな
基準時間である2860msに対して±100msの許容誤差範囲
内であるか否かの判定が行われるようになる。

次に、上記実施例においては充填重量が基準重量となる
までの経過時間を計測して補正を行うようにしている
が、これとは逆に、上記計測部52によって充填ノズル16
の液バルブ25を開放してから所定の基準時間、例えば上
記実施例の場合には充分に短い2500ms程度の基準時間が
経過した際の充填重量を計測させるようにしてもよい。

この場合には、基準時間が経過した際の基準の充填重量
に対して、実際の充填重量が大きかった場合には、その
分液面上昇が早くなっているので、補正部53によって充
填ノズル16の上昇率を増大させるように補正させればよ
いことは明らかである。

なお、必要に応じて、容器内に充填された充填液の充填
重量と、その充填重量の際の充填ノズル16の高さ位置と
の関係を示す重量対応表も記憶させ、上述の基準重量と
なった後、又は基準時間が経過した後には、実際の充填
重量を計測しながら充填ノズル16をそれぞれ追従させて
上昇させるようにしてもよい。

しかしながら第１実施例において、上記基準重量を充填
すべき所定重量よりも小さく設定する必要はなく、基準
重量を充填すべき所定重量に一致させてもよいことは勿
論である。

また上記実施例では、充填ノズル16の下端を容器２内の
液面の上方でそれに近接した位置に維持して上昇させる
ようにしているが、必要に応じて充填ノズルの下端を充
填液内に挿入した状態で液面の上昇とともに上昇させる
ようにしてもよい。さらに、充填ノズル16の上昇位置を
制御するに当たっては、必ずしも上述した対応表による
必要はなく、充填重量を入力したらそれから演算によっ
て充填ノズル16の高さ位置を求めさせてもよいことは勿
論である。

さらに上記実施例では、本発明を回転式の重量充填装置
に適用した場合について説明したが、ライン式の重量充
填装置であってもよいことも勿論である。

「発明の効果」 以上のように、本発明によれば、万一充填液が発泡した
り、或いは大流量の充填液を充填することによって検出
重量が大きく変動したとしても、それに影響されること
なく充填ノズルを液面上昇に追従させることができ、し
かも充填液の粘性の変動や加圧充填の際の加圧力の変動
が生じ、それによって例えば容器内の液面上昇率が増大
した場合には、その増大量にしたがって上記充填ノズル
の上昇率を増大させるように補正することができるの
で、充填ノズルと液面との関係を常に高精度に管理する
ことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第１
図の要部の拡大断面図、第３図は全体の概略平面図、第
4a図ないし第4d図は充填状態を示す作動工程図、第５図
は充填開始後の充填重量と時間との関係を示す図であ
る。 ２…容器、３…回転式重量充填装置 ６…回転体、７…重量計 ９…制御装置、16…充填ノズル 17…昇降機構、49…サーボモータ 50…駆動部、51…バルブ開閉制御部 52…計測部、53…補正部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−45291（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−182001（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−146704（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器の重量を計測する重量計と、容器内に
   充填液を充填する充填ノズルと、該充填ノズルを昇降さ
   せる昇降機構とを備えた重量充填装置において、 上記昇降機構の駆動源をサーボモータとし、また上記重
   量計からの信号を入力するとともに上記サーボモータを
   制御して充填ノズルを昇降させる制御装置を設け、かつ
   該制御装置は、上記充填ノズルの先端が容器内の底部に
   近接した状態となったら液バルブを開放するとともに、
   該容器内の充填重量が充填すべき所定重量となったこと
   を検出したら充填ノズルの液バルブを閉じるバルブ開閉
   制御部と、上記容器内の充填重量が所定の基準重量とな
   るまではその充填重量とは無関係に上記充填ノズルを、
   容器内の液面の上昇と該充填ノズルの上昇とがほぼ一致
   するように予め定めた所定の上昇率で上昇させる駆動部
   と、上記液バルブが開放されてから上記基準重量が得ら
   れるまでの経過時間を検出する計測部と、上記経過時間
   の増加又は減少に応じて上記充填ノズルの上昇率を減少
   又は増加させるように補正する補正部とを備えているこ
   とを特徴とする重量充填装置。
2. 【請求項２】容器の重量を計測する重量計と、容器内に
   充填液を充填する充填ノズルと、該充填ノズルを昇降さ
   せる昇降機構とを備えた重量充填装置において、 上記昇降機構の駆動源をサーボモータとし、また上記重
   量計からの信号を入力するとともに上記サーボモータを
   制御して充填ノズルを昇降させる制御装置を設け、かつ
   該制御装置は、上記充填ノズルの先端が容器内の底部に
   近接した状態となったら液バルブを開放するとともに、
   該容器内の充填重量が充填すべき所定重量となったこと
   を検出したら充填ノズルの液バルブを閉じるバルブ開閉
   制御部と、上記充填ノズルの液バルブを開放してから所
   定の基準時間が経過するまでは充填重量とは無関係に充
   填ノズルを、容器内の液面の上昇と該充填ノズルの上昇
   とがほぼ一致するように予め定めた所定の上昇率で上昇
   させる駆動部と、上記基準時間が経過した際の充填重量
   の増減に応じて上記充填ノズルの上昇率を増減させるよ
   うに補正する補正部とを備えていることを特徴とする重
   量充填装置。