JPH08510979A - 容器に基準実質重量の物質を充填する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 充填手段によって物質の流れを制御し、容器に供給される物質の瞬間的な流れを順次の時間間隔内で計測し、各時間間隔内の瞬間流量に基づいて容器に供給された物質の全重量を計算し、計算された全重量が設定された実質重量から物質の引きずり重量を差し引いた値に到達した時点で、物質の流れを停止させる各ステップを含む方法。

Description

【発明の詳細な説明】 容器に基準実質重量の物質を充填する方法 本発明は、容器を秤量手段に担持させながら、充填手段を使用して該容器に基 準実質重量（reference net weight）の物質を充填する方法に関する。 容器に実質重量の物質を充填するための方法は、数多く知られている。従来か ら知られている最も簡単な方法は、容器を秤量手段の上に載せ、該容器自体を充 填手段の下に置き、秤量手段によって計量された見掛け重量に基づいて、前記充 填手段をオンオフ制御するものである。この見掛け重量は、容器と、該容器に入 っている実質重量の物質の重量の他に、容器内に既に入っている物質の表面に衝 突する物質の流れによって生じる力をも含んでいる。この力は、充填手段の開度 の関連するのみならず物質の速度にも関係するので、充填中に物質の粘度が変化 した場合には、秤量手段によって行われる重量計測に誤差を生じ、容器中に充填 された実際の実質重量が、秤量作業の終了時点で所望の実質重量とは等しくなら ない。 これに加えて、充填手段がオフに切り替わった瞬間には、充填手段と既に容器 中にある物質の表面との間に存在している物質の重量（以後、「引きずり重量」 と称する）が、充填サイクルの終わりに、容器内に最終的に入っている物質の重 量に付加される。この引きずり重量は、閉じられる直前の充填手段のオリフィス の直径によって変化する。従って、従来の方法においては、充填中の物質の流れ の圧力と引きずり重量とを補正して、最終的に所望の基準実質重量の物質が容器 内に入るようにする必要がある。 フランス特許第2 679 516号には、物質の流量が基準流量になる ようにサーボ制御し、該基準流量によって基準実質重量を割算することによって 、前以って計算された所定時間での充填を行えるようにした充填方法が開示され ている。この方法によれば、圧力容器内に既に入っている物質の表面に加えられ る物質の流れの力が一定であるとみなされる順次の時間内での瞬間流量を計測す ることによって、容器内に既に入っている物質の表面に及ぼす物質の流れの圧力 を解消することが可能である。理論的には、この方法は充分満足すべきものであ るが、しかし、実際には流量を基準流量になるようにサーボ制御しても、完全に 基準流量に等しい実際の基準流量を得ることは不可能であり、充填後に実際の実 質重量をチェックし、引き続く充填サイクルのためのサーボ制御ループのパラメ ータを修正して、実際の実質重量を基準実質重量にできるだけ近づけることが必 要である。 本発明の目的は、従来方法よりも正確に、基準実質重量の物質を容器内に充填 する方法を提供することにある。 この目的を達成するために、本発明は次のステップを含んでいる。 充填手段によって物質の流れを制御し、 順次の時間間隔内での、容器内に充填される物質の流量を計測し、 各時間間隔毎の瞬間流速に基づいて、容器内に充填された物質の全重量を計算 し、 計算された該全重量が、物質の基準実質重量−引きずり重量に到達した時に、 物質の流れを停止するステップ。 一つの時間間隔内の瞬間流量が次の時間間隔内の瞬間流量と異なる場合、こう した変化の影響は、容器に入った物質の全重量を計算する際に、充填手段の閉鎖 後に容器に入っている物質の実際の実質 重量が、殆ど影響を及ぼさずしかも非常に正確に評価可能な引きずり重量の変化 の影響のみを受けるように自動的に修正される。 本発明の好ましい態様によれば、この方法は次のステップを含んでいる。 複数の時間間隔にわたって計算された全重量に基づいて、該時間間隔内での平 均流量を計測し、 計算された該平均流量を基準平均流量と比較し、 そこから流量設定ポイントを求め、 充填手段を該流量設定ポイントの関数として制御するステップ。 充填時間は充填手段の閉鎖を制御するパラメータではないが、非常に規則的な 充填時間を得るのに役立ち、それによって、充填サイクル間の「無駄時間（dead time）」を減少させ、非常に高い充填生産量を得ることができる。 本発明の他の好適態様によれば、この方法は次のステップを含んでいる。 瞬間流量を流量設定ポイントと比較し、 前記瞬間流量と流量設定ポイントとの差の関数として、充填手段を制御するス テップ。本発明のこの態様によれば、充填時間を一定にし、充填サイクル間の「 無駄時間」を少なくすることによって、充填生産量を改善することが可能である 。 本発明の他の特徴と利点は、添付図面を参照して次に述べる本発明の好適実施 例の説明によって明らかになるであろう。 図１は、本発明の好適実施例による充填ステップを示すブロックダイアグラム である。 図２は、本発明の方法による、充填サイクル中の流量を示すグラフである。 前記方法は、図１に示すように、容器３の上方に設けられた充填 手段２に連結された供給手段１と前記容器３を載せた秤量手段４とを具えた、従 来型の装置によって行われる。前記供給手段は、回転式プラットフォームに担持 された容器、又はこれとは別に設けられてそのプラットフォームに回転カプリン グを具えたパイプ構造によって結合された容器等である。供給手段からの物質の 流れは、遠心ポンプによって補助されることもある。充填手段２は、可変開口型 バルブや、ステップモータによって変速制御されるアルキメデス・スクリュウ等 であり、アルキメデス・スクリュウは、前記モータの速度によって流量が決まり 、特にマヨネーズ等の半液体や、ソースのように均一ではなく塊の入った物質等 に適している。この点に関して、特定の流量値をとるようにこの充填手段を直接 的に制御することは不可能で、幾つかのパラメータ（スクリュウの流れ断面、回 転速度）の関数としてのみ制御可能であり、実際の流量は制御される物理的パラ メータのみならず、物質の密度、粘度、供給ダクト内の圧力等のその他のパラメ ータによっても変化する。 この装置は、本発明の方法を実施する各手段に供給の時刻基準を与えるクロッ ク５も具えている。 この好適実施例においては、秤量手段４は瞬間流量を計測する手段６に接続さ れ、該手段は制御手段７と計算手段８とに接続されている。瞬間流量を計測する 場合、秤量手段４からの信号が規則正しい時間間隔、例えば１／１０００秒間隔 で発せられ、所与の時点でサンプリングされた信号とその一つ前の時点での信号 との間の差が求められ、次いでこの差が時間間隔の長さで割算される。この瞬間 流量の計測結果は、先ず充填手段を制御する制御手段７に対して入力され、次に 容器内の物質の全重量を計算する計算手段８に対して入力される。充填手段を制 御する制御手段７は流量設定ポイント９も受入れ、これと計測された瞬間流速と が比較されて、それに基づ いて充填手段２に与えられるべき制御値が求められる。 全重量を計算する手段８は、瞬間流量に時間の長さを掛け算して各時間内で容 器中に充填された物質の重量の増分を計算し、該増分を合計して容器内に入った 物質の全実質重量を求める。この計算全実質重量は、秤量手段から得られた信号 とは異なる場合がある。該信号は、容器内の物質の全実質重量のみでなく、容器 自体の重量と該容器に既に入っている物質の自由表面に加えられる物質の流れに よる力をも含んでおり、これらの妨害成分は瞬間流量の最初の計算の際に除去さ れなければならない。実際に、合計は、瞬間流量の計測に使用したものと同じ時 刻基準を用いて、該瞬間流量が計測手段６によって計算手段８に伝達される毎に これを積分することによって行われる。 更に、計算手段８は、容器内に充填されるべき物質の基準実質重量を表す信号 １０と、作動中の充填手段と充填されつつある物質に対応する引きずり重量を表 す信号１１とを受け取る。該計算手段８は、計算全実質重量を前記基準実質重量 と引きずり重量との差と比較し、両者が等しくなった場合には制御手段７に指令 を発して物質の流れを停止させる。 図示の本発明の好適実施例によれば、全重量を計算するこの手段は、複数の時 間間隔内に容器に充填された物質の重量を表す信号を平均流量を計算する手段１ ２に入力することも行っており、該手段は、前記時間内に容器内に充填された物 質の重量をこの時間の長さで割算することによって該時間内の平均流量を計算し 、更にこの得られた信号を比較器手段１３に入力する。該比較器手段には、前記 時間内の所望の平均流量を表す信号が、基準平均流量を出力する手段１４から入 力される。前記比較器手段１３は、基準平均流量と計算平均流量との差を求め、 計算平均流量が基準平均流量に比して小 さいが大きいかに応じて、その差を基準平均流量に対して加減算することによっ て流量設定ポイントを決定する。前記基準平均流量自体は、基準実質重量を所望 の充填時間で割算して計算される。充填を複数の段階で行う場合、各段階毎に、 該段階で充填されるべき物質の実質重量の関数として、且つ各段階での所望の充 填時間の関数として、平均流量が計算される。 引きずり重量は、流れが停止した時点における充填手段と容器内の物質の表面 との間に存在している物質の重量に等しい。流れの条件及び充填物質の密度が変 わらなければ、この引きずり重量を計算することは可能である。しかし、これら の値が変動する場合には、引きずり重量を計測して各充填サイクルの後にこれを 更新することが望ましい。この目的のために、本発明においては、充填の後に、 秤量手段を用いて容器内に充填された物質の実際の実質重量を計測している。こ の実際の実質重量は、秤量手段で計測された全重量から容器の重量を差し引く公 知の方法で計算される。容器の重量はそれがほぼ一定ならば予め記憶しておき、 そうでなければ充填前に空の容器の重量を計測しておき、充填中にこの計測重量 を連続的に減算すれはよい。実際の実質重量を表す信号は比較器手段１５に入力 され、ここで実際の実質重量と基準実質重量１０とが比較され、基準実質重量と 実際の実質重量との差に基づいて引きずり重量が推定され、実際の実質重量と基 準実質重量との大小関係に応じて、その値を前回の引きずり重量に減加算する。 引きずり重量の初期値は、流れの状態及び充填される物質の性質の関数として理 論的に求めるか、さもなければ技術的には引きずり重量がゼロになるものと想定 される最初の充填サイクルの際に、記手段８で計算された物質の全重量が基準実 質重量に等しくなった時に流れを停止し、充填後に実際の実質重量を計測し、基 準実質重量より重くなった分を引きずり 重量に等しいものとすることによって求めることができる。 図２は、比重１の１ｋｇの物質を容器に充填する際の本発明の方法を示し、こ の充填サイクルは３つの充填段階からなっている。図２は、流量が時間の関数と してどのように変化するかを示している。連続する線は時間の関数としての瞬間 流速の変化を表し、点線は時間の関数としての流量設定ポイントの変化を示す。 各充填サイクルは、時刻ｔ₀からｔ₁に至る第１段階を含み、この段階は空隙の形 成を避けるために少量の物質を充填するように低い流速で行われ、基準平均流量 は５０ｇ／秒で約１分間続けられる。第２段階は時刻ｔ₁からｔ₂まで行われ、で きるだけ迅速な充填が行われるように、高い流量例えば３００ｇ／秒の基準平均 流量で約３秒間続けられる。第３段階は時刻ｔ₂からｔ₃まで行われ、正確に流れ を停止できることを意図しており、例えば４０ｇ／秒で約１秒間続けられ、直径 １２mmで長さが５０mmの流れの引きずり重量は約５．６ｇである。 流れが停止する時刻は、全サイクル時間によってではなく、計算全重量を参照 して決められるので、サイクルの全時間は指示のみによって与えられる。これに 対して、一つ段階から次の段階への移行は、図１に線１５で示すようにクロック ５の制御の下に決まった時間の終わりに、例えば第１段階が１秒続いた後に行わ れるか、さもなければ、図１に全重量を計算する手段８と基準平均流量を与える 手段との間を結ぶ線１６で示すように、計算全重量が中間重量しきい値、例えば ここに述べた例では５０ｇに到達した時に行われる。 充填サイクルの初期には、流量設定ポイントは基準平均流量に等しい。各充填 段階については、平均流量は当該段階の始めに計算される。図示の例では、充填 は最初の基準流量、即ち５０ｇ／秒に等しい流量設定ポイントＤＭＲ１で始まる 。第１時間の間は流れが確立しつつあるので、計算平均流量は基準平均流量より 少なく、その 結果、流量設定ポイントは、図の点線のカーブで示されているように徐々に増加 する。確立されつつある流れによる遅れが解消すると、流量設定ポイントは徐々 に減少して基準平均流量に接近する。瞬間流量と流量設定ポイントの実際のカー ブは、それぞれのサーボ制御ループの反応速度によって決まる。第１充填段階の 終期に対応する時刻ｔ₁になると、それが重量のしきい値によるものか、前以っ て定められた時間によるものかに関係なく、基準平均流量は上昇して値ＤＭＲ２ に達し、流量設定ポイントも一時的に前記値になるように変化する。前述したよ うに、流れがこの高い流量に確立されつつある間は、計算平均流量は基準平均流 量に対して遅れているので、基準平均流量に対して増加し始める。なお、流量設 定ポイントが基準平均流量になるようにサーボ制御されるこの例においては、基 準平均流量を修正すればよく、これによって流量設定ポイントは一つの時間間隔 （この例では１／１０００秒）の後にこの修正値に追随する。 第２段階の終期に対応する時刻ｔ₂において、基準平均流量は値ＤＭＲ３に達 する。充填手段の反作用慣性があるので、充填段階は基準流量ＤＭＲ３よりも大 きい計算平均流量で開始され、図２に示すように流量設定ポイントは基準平均流 量より低下する。 流れの停止に対応する時刻ｔ₃は、計算全重量によってのみ決められる。瞬間 流量のカーブが基準平均流量に対応する直線に近いほど、この時刻は最初に行わ れた評価で求められた時刻に近くなる。 当然のことながら、本発明は前述の方法に限定されるものではなく、請求の範 囲で規定された本発明の範囲を逸脱することなく、多くの改変が可能である。 特に、前記方法は、それぞれが一定の基準平均流量で行われる３段階の充填サ イクルを例として説明されたが、流量設定ポイントが 基準平均流量と計算平均流量との関数としてサーボ制御されているので、基準平 均流量を計算全重量の関数として徐々に修正して、流量設定ポイントを連続的に 変化させることが可能である。このような流量の連続変化は、流量を減らすこと によって充填の終期における引きずり重量を減少させることが可能なので、大寸 法の容器を充填する場合に特に有用である。この流量の減少は、基準平均流量を 、充填手段が閉じる直前に到達する最小基準平均流量まで徐々に減少させること によって行われる。一例として、２０ｌ缶を比重０．９のオイル１８ｋｇで充填 する場合、充填サイクルは三段階からなり、第１段階では１ｋｇのオイルが１０ ００ｇ／秒の基準平均流量、即ち約１秒間で充填され、引き続く第２段階では１ ６ｋｇのオイルが２０００ｇ／秒の基準平均流量、即ち約８秒間で充填され、最 後の段階では、約１秒にわたって、計算全重量が２ｇ増加する毎に基準平均流量 を２ｇ／秒ずつ減少させて、５０ｇ／秒の最小基準平均流量に到達させ、約５ｇ の引きずり重量のみを伴って流れを停止させる。なお、流量の突然の変化はサー ボ制御ループにハンチング現象を起こす危険性があることが判った。このハンチ ング現象を防ぐには、計測信号に対して制御信号を平均化すればよい。例えば、 瞬間流量は１／１０００秒毎に計測され、全重量も同じ頻度で計算されているが 、制御手段７に入力されて流量設定ポイントと比較される前に、１／１００秒に わたって瞬間流量を平均化し、指令が充填手段に１／１００秒毎にのみ発せられ るようにしてもよい。可動部分の慣性のために充填手段が物理的に追随不能にな るような高い頻度で、指令信号が与えられないようにすることが重要である。ハ ンチングを少なくするために、各段階の移行の際に基準平均流量を徐々に修正し てもよい。 更に、瞬間流量に関連し且つ流量設定ポイントを確立するサーボ 制御ループは、できるだけ規則的なサイクル時間を得るのに役立つが、本発明に おいては、これらのサーボ制御ループを省略して、計算全重量に基づいて流れの 停止だけを行うようにすることも可能であり、その場合、充填手段は各充填段階 で或る決まった値で作動する（即ち、バルブ一定の面積で開いたり、アルキメデ ス・スクリュウを一定の速度が回転させる）ように制御される。このような場合 、瞬間流量は、供給圧力と物質の粘度の関数として、ランダムに変動する。 瞬間流量のみ又は流量設定ポイントのみをサーボ制御することによる中間的な 解決策を採用することも可能である。前者の場合、流量設定ポイントは一定であ るが、瞬間流量は該流量設定ポイントになるようにサーボ制御され、従って該設 定ポイントを中心に規則的に変動する。 後者の場合は、流量設定ポイントは基準平均流量になるようにサーボ制御され るが、該流量設定ポイントは充填手段に直接入力され、対応するパラメータ（例 えば、流れの断面やアルキメデス・スクリュウの回転速度等）を制御する。これ によって瞬間流量は流量設定ポイントに近い値とはなるが、特に供給圧力や物質 の粘度の変動のために、流れの状態に応じてランダムになる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．容器（３）を秤量手段（４）に担持させながら、充填手段（２）を使用し て該容器に基準実質重量（reference net weight）の物質を充填する方法であっ て、 充填手段によって物質の流れを制御し、 順次の時間間隔内での、容器内に充填される物質の流量を計測し、 各時間間隔毎の瞬間流速に基づいて、容器内に充填された物質の全重量を計算 し、 計算された該全重量が、物質の基準実質重量−引きずり重量に到達した時に、 物質の流れを停止する、 各ステップを含むことを特徴とする方法。 ２．更に、複数の時間間隔にわたって計算された全重量に基づいて、該時間間 隔内での平均流量を計測し、 計算された該平均流量を基準平均流量と比較し、 そこから流量設定ポイントを求め、 充填手段を該流量設定ポイントの関数として制御するステップを含むことを特 徴とする請求項１に記載の方法。 ３．充填サイクルの終期に向かって、計算された全重量の関数として基準平均 流量が徐々に減少し、最小の基準平均流量にまでなることを特徴とする請求項２ に記載の方法。 ４．基準平均流量が、基準実質重量を所望の充填時間で割算して計算されるこ とを特徴とする請求項２に記載の方法。 ５．複数の充填段階を含み、基準平均流量が、各段階で充填されるべき物質の 実質重量と各段階での所望の充填時間との関数として、各段階毎に計算されるこ とを特徴とする請求項４に記載の方法。 ６．更に、瞬間流量を流量設定ポイントと比較し、 前記瞬間流量と流量設定ポイントとの差の関数として、充填手段を制御するス テップを含む請求項１に記載の方法。 ７．基準実質重量と、充填後に秤量手段によって計測された実際の実質重量と を比較することによって、引きずり重量が決められることを特徴とする請求項１ に記載の方法。