JPH0635871B2 - 流体圧送充填方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、各種食品や化学物質等の流体を回転ポンプに
よって充填用ノズルに直接圧送して容器等に充填する流
体圧送充填方法に関するものである。

（従来の技術及びその問題点） 流体を容器等に充填する充填機に於いて充填量を一定に
コントロールする場合、充填用ノズルへの流体供給圧力
を一定に保つことが出来るならば充填用ノズルの開放時
間を一定に制御するだけで良いが、充填用ノズルへの流
体供給圧力にバラツキがある場合には、充填用ノズルへ
の流体流量を検出し、検出流量が一定量に達するまで充
填用ノズルを開放させるように制御しなければならな
い。

例えば、低粘性の水状流体を充填する場合は、充填用ノ
ズルへ当該流体を圧送するポンプを一定速度で回転させ
るだけで圧送配管内の圧力は略一定するので、前記のよ
うに充填用ノズルの開放時間を一定に保つ簡単容易な制
御により充填量を略均一に維持させることが出来るが、
かき氷や飴、乳製品等の詰まり易い高粘性の流体を充填
する場合は、当該流体と配管内面との間の摩擦の変動に
より配管内圧力が容易に変動し、流量が一定しないの
で、検出流量に対応して充填用ノズルの開放時間を制御
する複雑な制御を行わなければならない。しかも前記の
ような詰まり易い高粘性流体がポンプ吐出側の配管内で
滞留し始めることにより当該配管内の圧力が高まるが、
この事態を速やかに察知してポンプの吐出圧力を下げな
いと配管内で前記流体が押し固められて完全に詰まって
しまい、事後処理が非常に困難になるばかりでなく配管
内圧力が異常に高くなって配管やフィルター等の備品を
破損する事故の原因にもなる。特にかき氷や飴等のよう
に、配管内で押し固められることにより性状が大幅に変
わってしまう高粘性流体を取り扱う場合では、配管内に
詰まってしまった流体は商品として再利用出来ないた
め、非常に不経済でもある。

一般にポンプ吐出側配管内の圧力を一定以下にコントロ
ールする方法としては、ポンプの吐出側配管にリリーフ
弁を介してリリーフ管路を接続し、ポンプ吐出側配管内
の圧力が設定圧力以上になったとき前記リリーフ管路か
らタンク側へ流体を逃がすリリーフ方式が利用される
が、このようなリリーフ方式を前記のような配管内で詰
まり易い高粘性流体の圧送充填ラインに適用すると、リ
リーフ管路の分岐点やリリーフ弁内の狭まった流路内
等、前記流体が詰まり易い場所を増加させることにな
り、問題の解決にはならない。又、リリーフ弁を含むリ
リーフ管路内は常時流体が流通するのではなく、しかも
リリーフ管路が利用された後は当該管路内に流体が残留
し易いため、このリリーフ管路内を食品衛生上好適な状
態、例えば無菌状態に保守することは非常に困難であ
り、従って前記のような食品の圧送充填ラインにリリー
フ方式を採用することは適当ではない。

このような観点から従来は、高粘性の流体、特に食品を
ポンプで圧送充填する場合には、配管内圧力の変動を吸
収するために、ポンプで圧送した流体を充填用ノズルの
近傍高所に設置した補助タンク内に供給し、この補助タ
ンクから充填用ノズルへ重力により前記流体を流動させ
るように構成し、以て充填用ノズルからの流出流量が略
一定するようにしていた。しかし前記のような高粘性の
流体を取り扱う場合は、前記補助タンク内を空圧で加圧
しなければならない等、設備全体が非常に複雑となり高
価につく欠点があった。

（問題点を解決するための手段及び作用） 本発明は以上のような従来の問題点を解決し得る流体圧
送制御方法を提案するものであって、その特徴は、回転
ポンプと充填用ノズルとを配管により直結し、前記配管
内圧力を圧力計により検出し、この検出圧力と設定圧力
とをマイクロコンピューターにより比較演算させて、検
出圧力が設定圧力に等しくなるように前記回転ポンプの
作動速度を調整するためのポンプ作動速度制御信号を出
力させ、当該制御信号により前記回転ポンプの作動速度
自動制御を行って前記配管内圧力を略一定に維持しなが
ら前記充填用ノズルから流体を容器等へ送出充填する流
体圧送充填方法に於いて、前記検出圧力が設定圧力より
大きいとき、前記ポンプ作動速度制御信号により前記回
転ポンプを減速作動させ、一定時間経過後も検出圧力が
設定圧力より大きいときには前記マイクロコンピュータ
ーよりポンプ逆転制御信号を出力させ、当該制御信号に
より前記回転ポンプを一定時間又は検出圧力が設定圧力
に等しくなるまで逆転させ、この間は充填作用を中断さ
せる点にある。

このような本発明方法は、基本的には、ポンプ吐出側の
配管内圧力の増減に応じて自動的にポンプの作動速度を
コントロールし、前ポンプ吐出側配管内の圧力を略一定
に維持させようとするものであるが、検出圧力が設定圧
力よりも大きいために回転ポンプを減速駆動に切り換え
た場合、通常は一定時間内に配管内の圧力が下がって正
常状態になるが、若し一定時間経過後も検出圧力が設定
圧力より大きいときは、何らかの原因で吐出側配管内で
の流体の詰まりが或る程度進行したことになる。

従って本発明では、検出圧力が設定圧力よりも大きいと
き、一定時間（設定時間）だけ回転ポンプを減速駆動し
て配管内圧力の低下を図り、一定時間経過後も検出圧力
が設定圧力より大きいときは回転ポンプを逆転駆動し
て、吐出側配管内に負圧をかけ、当該配管内の流体をポ
ンプ側に強制的に吸引することにより、流体の詰まりを
速やかに解消するのである。

この結果、検出圧力が設定圧力より大きいことを条件に
回転ポンプを逆転駆動する制御よりも、回転ポンプが逆
転駆動される機会が少なくなり、しかも、配管内に流体
が詰まってしまう異常事態の発生を生ぜしめないで済
む。

（実施例） 以下に本発明の一実施例を添付の例示図に基づいて説明
すると、第１図に於いて、１は流体圧送用ポンプであっ
て、ベーンポンプ等の回転ポンプより成り、逆転駆動に
より流体圧送方向を逆向きにすることが出来る。この回
転ポンプ１は、インバータ２により運転、停止、回転方
向の切り換え、及び速度制御されるモーター３によって
駆動される。

４は前記回転ポンプ１の吐出側配管であって、充填機に
於ける充填用ノズル５に直結されており、当該充填用ノ
ズル５には開閉電磁弁６が併設されている。７は前記吐
出側配管４内の圧力を検出する圧力計である。この圧力
計７の検出圧力は、アナログ電気信号としてＡ／Ｄコン
バータ８に入力され、デジタル電気信号に変換された後
にマイクロコンピューター９に入力される。

前記マイクロコンピューター９には、前記吐出側配管４
内の適正圧力が任意に設定記憶されると共に、当該設定
圧力Ｓｐと前記圧力計７による検出圧力Ｃｐとを比較演
算して、後述のようにインバータ２をモーター３の速度
制御を行うための速度制御信号を出力するプログラムが
設定されている。マイクロコンピューター９からの速度
制御信号１０は、Ｄ／Ａコンバータ１１によりアナログ
電気信号に変換されて前記インバータ２に入力される。
又、前記マイクロコンピューター９はインバータ２に対
して運転及び停止の各指令信号を出力する。

次に上記の流体圧送充填装置を利用した制御方法を第２
図のフローチャートに基づいて説明すると、マイクロコ
ンピューター９を経由してインバータ２に与えられる運
転指令信号によりモーター３が起動され、回転ポンプ１
が設定圧力Ｓｐに対応する基準速度で駆動されることに
より、流体は当該ポンプ１により吐出側配管４を経由し
て充填用ノズル５に圧送される。従って一般的な充填機
と同様に、前記充填用ノズル５が容器１２に対応したと
きに開閉電磁弁６を開放することにより配管４内の流体
が充填用ノズル５から流出し、容器１２に充填される。

前記開閉電磁弁６の開閉や配管４内での流体の流れ具合
によって、配管４内の圧力は時々刻々変化するが、当該
配管４内の圧力は絶えず圧力計７により検出され、その
検出圧力Ｃｐはマイクロコンピューター９に於いて設定
圧力Ｓｐと比較演算される。

検出圧力Ｃｐと設定圧力Ｓｐとの比較演算の結果、検出
圧力Ｃｐが設定圧力Ｓｐより大きいときは回転ポンプ１
を減速駆動し、検出圧力Ｃｐが設定圧力Ｓｐよりも小さ
いときは回転ポンプ１を増速駆動するように、速度制御
信号１０が調整される。即ち、速度制御信号１０は設定
圧力Ｓｐに対応する電気値を有するが、検出圧力Ｃｐが
設定圧力Ｓｐよりも大きいときは当該速度制御信号１０
の電気値が前記両圧力差（Ｃｐ−Ｓｐ）に対応して減速
側に調整され、検出圧力Ｃｐが設定圧力Ｓｐよりも小さ
いときは当該速度制御信号１０の電気値が前記両圧力差
（Ｓｐ−Ｃｐ）に対応して増速側に調整される。

上記のポンプ速度制御により、吐出側配管４内の圧力
（検出圧力Ｃｐ）を設定圧力Ｓｐに等しくなるように自
動調整するのであるが、検出圧力Ｃｐが設定圧力Ｓｐよ
りも大きいためにポンプの減速制御を行った場合、設定
時間（Ｔ１）経過後も検出圧力Ｃｐが設定圧力Ｓｐより
も低くなっていないときは、何らかの原因で吐出側配管
４内での流体の詰まりが或る程度進行したことになる。

このようなときは、モーター３を逆転駆動させる逆転切
り換え信号をマイクロコンピューター９からインバータ
２へ出力させ、回転ポンプ１を逆転させてその流体圧送
方向を反転させ、吐出側配管４内に負圧をかけ、当該配
管４内の流体を回転ポンプ１側に吸引して詰まりを強制
的に解消させる。勿論、検出圧力Ｃｐが設定圧力Ｓｐよ
りも大きいためにポンプの減速制御を行った場合で、設
定時間（Ｔ１）経過後、検出圧力Ｃｐが設定圧力Ｓｐと
等しくなっているときは、元通り回転ポンプ１は定速駆
動状態に戻され、検出圧力Ｃｐが設定圧力Ｓｐより低く
なっているときは、回転ポンプ１は増速駆動されること
になる。

なお、回転ポンプ１の逆転駆動は設定時間（Ｔ２）だけ
継続的に行い、その後ポンプ正転切り換え信号を出力さ
せて回転ポンプ１を正常運転に復帰させるが、回転ポン
プ１の逆転駆動を検出圧力Ｃｐと設定圧力Ｓｐとの差
（Ｃｐ−Ｓｐ）が設定値以下となるまで、又は検出圧力
Ｃｐが設定圧力Ｓｐと等しくなるまで継続させることも
出来る。

上記制御により、吐出側配管４内の流体圧力は常に略設
定圧力に維持されるので、開閉電磁弁６を開放したとき
充填用ノズル５から流出する流体の流量は常に略一定す
ることになる。従って、各容器１２に対する充填用ノズ
ル５からの流体充填量を一定にするためには、開閉電磁
弁６を開放している時間を一定に保つように制御すれば
良いことになる。そしてマイクロコンピューター９を経
由してインバータ２にポンプ停止指令信号が与えられる
と、モーター３が停止して回転ポンプ１による流体の圧
送が終了する。勿論、上記のように回転ポンプ１が逆転
駆動されている間は、開閉電磁弁６を開放して行う充填
作用を中断させなければならない。

又、検出圧力Ｃｐが設定圧力Ｓｐと等しくない場合に回
転ポンプ１の速度制御を行うように説明したが、実際の
制御に際しては設定圧力に適当な幅を与え、その許容範
囲を越えて検出圧力Ｃｐが変動したときのみポンプの速
度制御を行うようにするのが望ましい。

（発明の効果） 以上のように本発明の流体圧送充填方法によれば、回転
ポンプと充填用ノズルとは直結された流体充填設備に於
いて、回転ポンプの速度を吐出側配管内の検出圧力に応
じて制御することにより、充填用ノズルからの流出流量
を常に略一定に保つことが出来る。従って充填用ノズル
の開放時間を一定に保つ簡単な制御により充填量を均一
に維持することが出来るのであるが、特に本発明方法に
よれば、次のような効果が期待出来る。

即ち、吐出側配管内の検出圧力が設定圧力より大きいと
き、回転ポンプを減速させるのであるが、この減速制御
開放後、一定時間経過後も検出圧力が設定圧力より大き
いとき、即ち、何らかの原因で吐出側配管内での流体の
詰まりが或る程度進行している状況のときには、回転ポ
ンプを一定時間又は検出圧力が設定圧力に等しくなるま
で逆転させるのであるから、吐出側配管内に詰まりつつ
ある流体を強制的に回転ポンプ側に吸引して、詰まりを
完全に解消させることが出来る。

従って、配管内で詰まり易い高粘性流体、特に配管内で
押し固められることによって性状が変わってしまうよう
な高粘性の各種食品を充填する場合でも、配管内で容易
に詰まらせることなく常に安定的に圧送し、充填するこ
とが出来る。

しかも、検出圧力が設定圧力よりも大きいとき、一定時
間（設定時間）だけ回転ポンプを減速駆動して配管内圧
力の低下を図り、一定時間経過後も検出圧力が設定圧力
より大きいときに前記のように回転ポンプを逆転駆動す
るのであるから、検出圧力が設定圧力より大きいことを
条件に回転ポンプを逆転駆動する制御よりも、回転ポン
プが逆転駆動される機会が少なくなる。このことは、充
填作業を中断することになる機会が少なくなり、作業効
率を高めることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は制御装置を示すブロック線図、第２図は本発明
の制御方法を説明するフローチャートである。 １……回転ポンプ、２……インバータ、３……ポンプ駆
動用モーター、４……吐出側配管、５……充填用ノズ
ル、６……開閉電磁弁、７……圧力計、８……Ａ／Ｄコ
ンバータ、９……マイクロコンピューター、１０……速
度制御信号、１１……Ｄ／Ａコンバータ、１２……容
器、Ｃｐ……検出圧力、Ｓｐ……設定圧力

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転ポンプと充填用ノズルとを配管により
   直結し、前記配管内圧力を圧力計により検出し、この検
   出圧力と設定圧力とをマイクロコンピューターにより比
   較演算させて、検出圧力が設定圧力に等しくなるように
   前記回転ポンプの作動速度を調整するためのポンプ作動
   速度制御信号を出力させ、当該制御信号により前記回転
   ポンプの作動速度自動制御を行って前記配管内圧力を略
   一定に維持しながら前記充填用ノズルから流体を容器等
   へ送出充填する流体圧送充填方法に於いて、前記検出圧
   力が設定圧力より大きいとき、前記ポンプ作動速度制御
   信号により前記回転ポンプを減速作動させ、一定時間経
   過後も検出圧力が設定圧力より大きいときには前記マイ
   クロコンピューターよりポンプ逆転制御信号を出力さ
   せ、当該制御信号により前記回転ポンプを一定時間又は
   検出圧力が設定圧力に等しくなるまで逆転させ、この間
   は充填作用を中断させることを特徴とする流体圧送充填
   方法。