JPH0719103U

JPH0719103U - 充填機

Info

Publication number: JPH0719103U
Application number: JP5030293U
Authority: JP
Inventors: 武岡坂
Original assignee: 株式会社メイワ
Priority date: 1993-09-16
Filing date: 1993-09-16
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成により、充填精度が高いのはもと
より、所望する充填特性の設定変更を容易に行うことの
できる充填機の提供。【構成】充填機４０において、果汁６３を送出する容
積式ポンプ４１の駆動源である交流サーボモータ４４
は、制御装置５４からのパルス波形データの信号に基づ
くパルス電源がポジショナ５９及びドライバ６０を介し
て与えられると、この電源の総パルス数に応じた角度分
回転するので、容積式ポンプ４１のピストン４３を実ス
トロークＳｒ分移動して位置決め精度よく停止させる。
従って、簡単な構成により、果汁６３を目標充填量や目
標充填速度に関して精度良く果汁容器５２に充填するこ
とができる。また、目標充填量や充填速度に対応するパ
ルス波形のデータを、入力装置５８を用いて外部から簡
単に設定変更することができるので、所望する充填特性
に容易に設定変更することができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば果肉入りジュース等の被充填物を容器毎に充填する際の充填精度が高いのはもとより、所望する充填特性への設定変更を容易に行うことのできる充填機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、この種の充填機としては、例えばポンプシリンダ内でポンプピストンを摺動自在に駆動して、果肉入りジュース等を吸い込んだ後、充填容器に吐出する容積式ポンプを用いたものが多用されている。

【０００３】上記したポンプピストンの駆動方式は、例えば、駆動源の交流誘導モータに接続されたカムや、駆動源としてエアシリンダ等を用いたものが挙げられる。例えば、カムを用いた駆動方式では、ピストンロッドのカム側端部がカムの外周と摺接する従動節となり、連続回転するカムの外周形状に応じて、目標充填量（ポンプピストンのストロークに対応），充填動作中の充填速度調整，或いは充填容器の搬入・搬出時間における待ち動作等の充填特性が決まるようになっている。

【０００４】一方、エアシリンダによる駆動方式では、エアシリンダのエアピストンと容積式ポンプのポンプピストンとが、例えば連結部材等を介して接続されており、この連結部材のピストン吐出・吸込方向の各停止位置をそれぞれ決める１対のストッパ（例えば、マイクロスイッチ等の検出器）と、各ストッパからの検出信号を受けてエアシリンダを駆動・停止制御するシーケンサとを備えてなっている。この駆動方式によれば、１対のストッパ間の距離により、目標充填量が決定される。また、充填動作中の充填速度調整，或いは充填容器の搬入・搬出時間における待ち動作等は、シーケンサに予め設定されているタイムチャートデータにより決定されるようになっている。

【０００５】一般的な充填機の充填特性の一例を図４（ａ）及び同図（ｂ）に示す。尚、ここでは、所定の外周形状に形成されたカムを用いた例につき説明する。先ず、充填初期にはカム形状に対応する小さな充填速度で充填し始めてこのときの被充填液の飛散を回避し、次第に充填速度を大きくする。そして、充填速度が予め決められている速度ｖ_aに達すると（時刻Ｔ₁）、時刻Ｔ₂までの間、一定の速度ｖ_aで充填を行う。

【０００６】この時刻Ｔ₂は充填速度ｖ_aのままで充填し続けた場合に、被充填液が目標充填量Ｆに達する前の所定量Ｆｐまで充填されたときの時刻である。ここでは、例えば目標充填量Ｆを容量換算で２５０mlとすると、所定量Ｆｐは２００ml程度である。時刻Ｔ₂になると、カム形状に応じて充填速度が小さくされ、カムの最大半径に対応する目標充填量Ｆまで充填されてひとつの容器への充填動作が終了するのである（時刻Ｔ₃）。

【０００７】因みに、充填動作開始から充填動作終了（時刻Ｔ₃）までの１回分の充填時間は、１秒間程度である。また、時刻Ｔ₃から次の充填動作開始時までには、容積式ポンプを駆動しない一定時間が確保されており、この時間帯に同期して充填容器が搬出され、次の充填容器が搬入されるのである。

【０００８】一方、エアシリンダを用いた充填機についても、ストッパの固定位置とシーケンサの作動とにより、上記と同様の充填動作が実行される。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、近年における工場自動化の促進により、充填機においても、異種の設備と同期して連動されることが多くなってきた。これに対応して、充填機自体も充填精度を高度に保持しつつ、充填特性を容易に変更し得る変更調整の柔軟性が要求されている。

【００１０】しかしながら、上記のような充填特性を変更しようとする場合、カムを用いた充填機であれば、新たな充填特性に応じて形成された別の外周形状のカムを予め用意し、これと取り替えなければならなかった。

【００１１】また、エアシリンダを用いた充填機であれば、充填動作中の充填速度調整や、充填容器の搬入・搬出時間における待ち動作等はシーケンサのタイムチャートデータを変更するだけで、比較的容易に変更できるが、目標充填量はストッパの固定位置を変えることにより調整しなければならなかった。

【００１２】このように、従来の充填機は機械的要素の構成や位置の変更を必要とするため、充填特性の変更が煩わしく容易でなかった。そのため、充填特性が一旦設定されると、この一定の充填特性のままで継続して充填動作を行わざるを得ないのが実情であった。

【００１３】本考案は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、簡単な構成により、充填精度が高いのはもとより、所望する充填特性の設定変更を容易に行うことのできる充填機の提供を目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案に係る充填機は、被充填物を送出し充填容器に吐出する容積式ポンプと、この容積式ポンプを駆動する電気式のサーボモータと、充填容器への被充填物の目標充填量及び／若しくは所定期間内の充填速度に対応して設定された設定変更可能のパルス波形データに係る電源を、サーボモータに出力して容積式ポンプの被充填物送出量を制御する第１の制御装置とを具備してなる構成にしてある。

【００１５】尚、ここでいうパルス波形データとは、パルス周期，パルス幅，所定期間内のパルス数，モータ正転用パルス，モータ逆転用パルスに係るデータ等を含むものとする。以下の構成についても同様である。

【００１６】また、被充填物を送出し充填容器に吐出する容積式ポンプと、この容積式ポンプを駆動する電気式のサーボモータと、充填容器への被充填物の目標充填量及び／若しくは所定期間内の充填速度に対応するパルス波形データを設定変更可能に外部から設定入力するためのパルス波形設定装置と、このパルス波形設定装置から設定入力されたパルス波形データに係る電源をサーボモータに出力して容積式ポンプの被充填物送出量を制御する第２の制御装置とを具備してなる構成にしてある。

【００１７】

【作用】

本考案に係る充填機によれば、被充填物を送出する容積式ポンプの駆動源として用いた電気式のサーボモータは、例えば与えられたパルス波形データのパルス数に応じた回転角度分回転して停止するものである。そして、充填容器へ被充填物を充填する際に、第１の制御装置は、被充填物の目標充填量及び／若しくは所定期間内の充填速度に対応して設定されたパルス波形データに係る電源をサーボモータに出力する。これによって、容積式ポンプが駆動されたのち目標位置で位置決め精度よく停止されて被充填物送出量が制御されるので、被充填物を目標充填量及び／若しくは所定期間内の充填速度に関して精度良く充填することができる。加えて、パルス波形データは設定変更可能であるので、目標充填量及び／若しくは所定期間内の充填速度を設定変更できる。

【００１８】また、充填容器への被充填物の目標充填量及び所定期間内の充填速度の双方に対応するパルス波形データ、或いは目標充填量若しくは所定期間内の充填速度のいずれかに対応するパルス波形データを、パルス波形設定装置を用いて外部から設定変更することができる。従って、例えば充填初期，中期，又は終期における各期間毎の充填速度といった充填特性や目標充填量の設定・変更を、機械的要素を交換したり或いは固定位置を調整したりすることなく、パルス波形設定装置を介して容易に行うことができるのである。

【００１９】

【実施例】

本考案の一実施例となる充填機につき、添付図面を参照しつつ以下に説明する。ここに、図１は本考案の一実施例に係る充填機を示す概略構成図、図２はこの充填機の要部を示す一部断面を含む側面図、図３はこの充填機の要部を示す平面図である。

【００２０】各図において、４０はホッパ５１に貯留された果汁６３（被充填物の一例）を果汁容器５２（充填容器の一例）に充填する充填機、４１は円筒状のシリンダ４２とこのシリンダ４２内で摺動自在に往復するピストン４３とより構成される容積式ポンプ、４４はピストン４３の駆動源である交流サーボモータ、４５は交流サーボモータ４４の回転駆動軸、４６はカップリング４５ａを介して回転駆動軸４５とほぼ同軸心に連結され外周にボールねじ部（不図示）を有してなるリードスクリュー、４７はリードスクリュー４６と螺合するキャリアロッド、４７ａはキャリアロッド４７をその軸心に向けて摺動自在に軸支する摺動軸受、４８はその一端がピストン４３に接続され、その他端がキャリアロッド４７の端部に接続された連結ロッド、６０は駆動用のパルス電源を交流サーボモータ４４に与えるドライバ、７０は回転駆動軸４５の他端側に設けられ回転駆動軸４５の回転角度や回転速度を検出するシャフトエンコーダである。

【００２１】上記交流サーボモータ４４は、回転子が永久磁石からなり、固定子が３相ユニポーラ式の巻線を有してなるものであって、例えばブラシや整流子を用いていないので、ほとんどメンテナンスフリーである。これらの交流サーボモータ４４とドライバ６０とシャフトエンコーダ７０とから、比較的コンパクトなサーボモータユニット４４ａが一体状に構成される。

【００２２】容積式ポンプ４１の吐出口には、弁ケース４９，この弁ケース４９内で回転する切換弁５０，及び接続チューブ６５を介して、ノズル５３が連結されている。一方、６３は弁ドライバ６２からのパルス出力により駆動し切換弁５０を回転駆動する弁モータである。これらの交流サーボモータ４４，摺動軸受４７ａ，及び弁ケース４９は、基台６７の上面に固定された配置台６８に支持されている。また、ノズル５３は基台６７の上面に固定された支持アーム６９に支持されて、容器載置台６６の上方に臨ませてある。

【００２３】また、５４は容積式ポンプ４１及び切換弁５０を駆動制御する制御装置であって、中央演算処理装置５５（以下、ＣＰＵと称する），メモリ５６，入出力ポート５７を備えた、例えばマイクロコンピュータにより実現される。制御装置５４の入力側には、キーボード等に代表される入力装置５８が接続され、出力側には交流サーボモータ４４用のポジショナ５９及びドライバ６０や、弁モータ６４用の弁ポジショナ６１及び弁ドライバ６２がそれぞれ接続されている。

【００２４】ポジショナ５９は、制御装置５４から受信したＢＣＤコードパルス列信号を、ピストン４３の停止位置に係る信号に変換するものであって、シャフトエンコーダ７０により検出された回転角度信号がフィードバックされる。また、ドライバ６０は、内蔵する図外のホール素子の作動により、ポジショナ５９からの信号を基に、商用電源を各相に与えられる巻線励磁用のパルス電源に変換し、このパルス電源を交流サーボモータ４４に与えて駆動するものである。そして、ドライバ６０にはシャフトエンコーダ７０によって検出された回転速度信号がフィードバックされるようになっている。

【００２５】一方、弁モータ６４の駆動軸には切換弁５０の回転角度を検出するエンコーダ（不図示）が設けられている。そして、弁ポジショナ６１及び弁ドライバ６２は、上記したポジショナ５９及びドライバ６０と同様に作動し、エンコーダにより検出された回転角度信号がフィードバックされるようになっている。

【００２６】尚、この実施例では、図３に示すように、４基の充填機４０が配置台６８に一体的に並設されている。これらの充填機４０はいずれも同等の充填能力に設定されており、同時に４個の果汁容器５２に対して充填動作し得るようになっている。尚、各充填機４０の充填能力は、必ずしも同等である必要はなく、果汁容器５２毎に個別に設定された目標充填量に応じて独立に変えることもできる。また、充填機４０の設置基数は４基に限るものではなく、例えば１基或いは任意の基数であっても構わない。

【００２７】また、この実施例にて交流サーボモータ４４を有するサーボモータユニット４４ａを使用したのは、以下の理由による。

【００２８】シャフトエンコーダ７０からの検出信号を、パルス信号で表される目標充填量等の充填特性データに高精度に近づけるようにフィードバック制御できる。即ち、パルス信号によって速度制御や位置決め制御が高精度かつ容易に行える。また、例えばステッピングモータと比べて、大きな加減速トルクを出力できるので、高速応答で制御できる。

【００２９】低速域から高速域（約３０００ｒｐｍ）までの広範囲にわたって滑らかな回転が得られ、駆動中の発生音も汎用の交流誘導モータ並みに静かである。小型（例えば、取付角寸法８０mm) ながら、比較的大きな駆動力（例えば、１００〜２００Ｗ）を発揮できる。回転停止時には、電気的ブレーキが働いて、高い停止精度（例えば、±０．３６°以内）で回転停止できること等が挙げられる。

【００３０】本実施例の充填機４０は上記した如くの構成である。引続き、この充填機４０による充填動作につき、以下に説明する。

【００３１】果汁６３の充填量に係るデータが、予め入力装置５８を介して外部（例えば、使用者により）から制御装置５４に入力される。この充填量に係るデータは、図４に表した充填特性に対応したものであって、目標充填量（ここでも、例えば２５０ml／容器とする），特定期間内における交流サーボモータ４４の回転速度調整，充填精度を高めるためのピストン戻し動作，ピストン停止位置（即ち、交流サーボモータ４４の総回転角度），及びピストン動作に同期した切換弁５０の動作タイミング等に関するデータである。

【００３２】そして、制御装置５４は、これらのデータをＣＰＵ５５を介してメモリ５６に設定し格納しておく。

【００３３】先ず、ピストン４３がシリンダ４２内の停止位置ａに位置し、且つ切換弁５０がホッパ５１とシリンダ４２とを連通する停止角度にある状態で、果汁容器５２への充填開始指令が入力装置５８から入力されると、制御装置５４のＣＰＵ５５はポジショナ５９及びドライバ６０を介して交流サーボモータ４４を逆転駆動し、ピストン４３を反矢印Ｆ方向に総ストロークＳｔ分移動させて、停止位置ｂで停止させる。これにより、目標充填量よりも多めの果汁６３がホッパ５１からシリンダ４２内に吸い込まれる。

【００３４】この状態で、ＣＰＵ５５は、交流サーボモータ４４を正転駆動し、ピストン４３を矢印Ｆ方向に戻しストロークＳｂ分移動させ停止位置ｃで停止させて、余分量の果汁６３をホッパ５１に戻す。これにより、果汁６３の吸込み動作時に生じたピストン駆動系における機械的な充填誤差要因（例えば、リードスクリュー４６とキャリアロッド４７との間のバックラッシ，或いはカップリング４５ａ等におけるガタ）が、実質的な充填動作に先立って解消される。また、吸込時の果汁６３にキャビテーションが生じた場合もこれを解消することができる。一方、例えば果肉を含んだ果汁を充填する場合には、上記の戻し動作により、シリンダ４２内における果肉の密度を高めることができる。

【００３５】次に、制御装置５４のＣＰＵ５５は、弁ポジショナ６１及び弁ドライバ６２を介して弁モータ６４を回転駆動し、シリンダ４２とノズル５３とが連通する停止角度で切換弁５０を停止させる。そこで、交流サーボモータ４４が再び正転駆動されて、ピストン４３を矢印Ｆ方向に実ストロークＳｒ分移動させ、停止位置ａで停止させて目標充填量に相当する果汁６３をシリンダ４２から送出してノズル５２より果汁容器５２内に充填する。

【００３６】このとき、ＣＰＵ５５は、メモリ５６に格納されている充填特性データに基づいて、実ストロークＳｒ間におけるピストン４３の動作をきめ細やかに制御する。例えば、充填初期には交流サーボモータ４４を低速回転で駆動し始めて果汁容器５２からの果汁６３の飛散を防止し、続いてパルス電源の電圧を次第に大きくすることにより、回転速度が徐々に大きくされる。

【００３７】こうして、回転速度が予め決められている一定の速度に達すると、その一定の速度で充填する。次に、ピストン４３が停止位置ａ直前に達すると、パルス電源の電圧を急速に変更することにより交流サーボモータ４４の回転速度が急速に小さくされる。そして、ピストン４３は、パルス信号の総パルス数（実ストロークＳｒ間）に対応した交流サーボモータ４４の総回転角度分進んだ位置ａで位置決め精度よく停止する。

【００３８】従って、この実施例の充填機４０によれば、サーボモータユニット４４ａ，ポジショナ５９，及び制御装置５４を備えてなる比較的簡単な制御構成（ここでは、第１の制御装置の一例）、及びサーボモータユニット４４ａと容積式ポンプ４１とをリードスクリュー４６，キャリアロッド４７等を介して直線状に接続してなる比較的簡素な機械構成により、果汁６３を目標充填量について極めて精度よく果汁容器５２に充填することができるのである。

【００３９】因に、このときの充填機４０による充填誤差は、試験により求めた結果、ポジショナ５９に与えられるパルス信号の１パルス当たり約０．００６mlであって比較的充填精度がよく、しかも大きなバラツキを生じなかった。

【００４０】一方、目標充填量を変更しようとする場合には、ピストン４３の実ストロークＳｒを変更すればよいが、これは変更後の実ストロークＳｒに相当する合計パルス数に係るデータを入力装置５８から設定入力して、メモリ５６に格納されている元のデータと書換え更新することにより実現することができる。従って、例えば果汁容器５２とは内容量の異なる別の果汁容器に果汁６３を充填するような場合に好適である。

【００４１】また、例えば果汁容器５２とは異なる内形状の果汁容器に果汁６３を充填しようとする場合には、充填特性に係るデータ、即ち充填初期や充填終期の充填速度等を変更すればよく、これは変更後の充填特性に係るデータに相当するパルス幅，所定期間内の合計パルス数，或いは速度変更タイミング等に係るデータを入力装置５８から設定入力して、メモリ５６に格納されている元のデータと書換え更新すればよい。

【００４２】以上述べたように、本実施例の充填機４０は、入力装置５８を用いて外部から制御装置５４のメモリ５６に設定入力でき、更にはメモリ５６の格納データを書換え更新することができる。即ち、入力装置５８及び制御装置５４よりなる構成が本考案のパルス波形設定装置の一例であり、この場合におけるサーボモータユニット４４ａ，ポジショナ５９，及び制御装置５４を備えてなる構成が本考案の第２の制御装置の一例である。

【００４３】従って、この充填機４０によれば、充填特性の設定変更を行う場合に、従来装置のようにカムの交換やストッパ固定位置の変更調整といった機械的な構成変更を行わなくてもすむため、所望する充填特性に簡便かつ容易に設定変更することができる。

【００４４】尚、上記した実施例では、交流サーボモータを使用したが、電気式のサーボモータとしてはこれに限定されるものではなく、例えばＤＣモータと、その駆動軸の回転角度や回転速度を検出するためのシャフトエンコーダ等とを設け、これらの検出値をフィードバックする等のクローズドループ制御の構成や、或いはステッピングモータを用い、パルス信号の目標値に対応するパルス電源をステッピングモータに与えるオープンループ制御の構成を採用してもよい。

【００４５】また、上記実施例においては、容積式ポンプとしてシリンダ・ピストン式のものを用いたが、これに代えて、例えば歯車ポンプ，ベーンポンプ等を用い、これらを電気式のサーボモータに連結してもよい。

【００４６】そして、上記実施例では、目標充填量及び充填速度の双方を設定変更するようにしたが、目標充填量，充填速度，又は果汁容器５２の搬入・搬出時間における待ち動作等のいずれかを入力装置５８を用いて設定変更することも可能である。

【００４７】

【考案の効果】

以上述べた如く、本考案に係る充填機によれば、簡単な構成により、充填容器に被充填物をその目標充填量に対して高精度に充填することができるのはもとより、目標充填量や所定期間内の充填速度を設定変更できる。

【００４８】また、パルス波形設定装置を用いることにより、所望する目標充填量や所定期間内の充填速度への設定変更を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る充填機を示す概略構成
図である。

【図２】この充填機の要部を示す一部断面を含む側面図
である。

【図３】この充填機の要部を示す平面図である。

【図４】一般的な充填機の充填特性を示すものであっ
て、（ａ）は充填速度の経時変化を示すグラフ、（ｂ）
は充填量の経時変化を示すグラフである。

【符号の説明】

４０充填機４１容積式ポンプ４２シリンダ４３ピストン４４交流サーボモータ４４ａサーボモータユニット４５回転駆動軸４５ａカップリング４６リードスクリュー４７キャリアロッド４７ａ摺動軸受４８連結ロッド５２果汁容器５４制御装置５５中央演算処理装置（ＣＰＵ）５６メモリ５８入力装置６３果汁７０シャフトエンコーダ

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】被充填物を送出し充填容器に吐出する容
積式ポンプと、この容積式ポンプを駆動する電気式のサ
ーボモータと、充填容器への被充填物の目標充填量及び
／若しくは所定期間内の充填速度に対応して設定された
設定変更可能のパルス波形データに係る電源を、サーボ
モータに出力して容積式ポンプの被充填物送出量を制御
する第１の制御装置とを具備してなることを特徴とする
充填機。
【請求項２】被充填物を送出し充填容器に吐出する容
積式ポンプと、この容積式ポンプを駆動する電気式のサ
ーボモータと、充填容器への被充填物の目標充填量及び
／若しくは所定期間内の充填速度に対応するパルス波形
データを設定変更可能に外部から設定入力するためのパ
ルス波形設定装置と、このパルス波形設定装置から設定
入力されたパルス波形データに係る電源をサーボモータ
に出力して容積式ポンプの被充填物送出量を制御する第
２の制御装置とを具備してなることを特徴とする充填
機。