JPS61127487A - 充填機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液体を容器内へ充填させる充填機に関し、特
に上記容器の液面レベル制陣手一段の改良に関する。

〔従来の技術〕

一般に、空の容器に液体を充填させる場合には、第９図
に示す如く、容器送り込み装置１により空の容器を回転
装置２へ送り込み、上記回転装置２により上記空の容器
を所定位置に固定させて図中矢印方向へ回転させ、ポイ
ントＰ１にて充＠礪３により上記空の容器内に液体の注
入を開始し、ポイントＰ２にて液体の注入が完了した後
、上記容器を前記回転装置２から容器送り出し装置４へ
受は渡し、外部へ搬出するものとなっている。

第１０図は従来の充填機の構成を示す断面図である。第
１０図°において５は液体６を貯留しておくためのタン
クであり、このタンク５に貯留された液体６は、カム機
構７により前記第９図のポイントＰ１にて開動作しポイ
ントＰ２にて閉動作する如く開閉制御される注入弁８が
開いているときに、上記液体６の水頭差により充填管９
を通って容器１０内へ注入される。上記容器１０は図示
しないカム標構により、押し上げられて密封装置１１に
より密封されているので、上記容器１０内に液体６が注
入されると、容器１０内の空気１２は空気逃し管１３に
より外部へ排出される。この状態において、容器１０内
に注入される液体６の液面レベルが前記空気逃し管１３
の下端に達すると、上記空気逃し管１３が塞がれ、容器
１０内の空気１２が外部へ排出されなくなるので上記空
気１２の圧力が上昇する。そして、ついには上記空気１
２の圧力と前記タンク５内における液体６の水頭差とが
等しくなり、液体６が注入されなくなる。

かくして容器１ｏ内への液体６の充填が完了し、上記容
器１０は前記カム截構（不図示）により密封装置１１か
ら引き下げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したように従来の充填機においては、タンク５内に
おける液体６の水頭差と容器１０内に注入された液体６
の液面における空気１２の圧力とが等しくなった時点で
注入が停止され充填完了となる。すなわち、容器１０内
に充填される液体６の液面レベルは、空気逃し管１３よ
りもやや上方に制御される。したがって上記液体６の液
面レベルを容器の形状や液体の種類に応じて所定レベル
に制御することができなかった。また前記タンク５内に
おける液体６の液面レベル制御の精度により、容器１０
内における液面レベル制御の精度が影響されるので、上
記容器１０内における液面レベル制御の精度劣化は避け
られなかった。

そこで本発明は、容器内に充填される液体の液面レベル
を上記容器の形状や液体の種類に応じて所定レベルに、
しかも高精度に制御することができる充＠機を提供する
ことを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決し目的を達成するために次の
ような手段を講じたことを特徴としている。すなわち、
充填管の外周に少なくとも一対以上のリング状電極を所
定間隔をもって水平に配置し、この対をなすリング状電
極間の静電容量を検出手段により検出し、この検出手段
により検出された静電容量に応じて弁の開閉を制御する
ようにしたことを特徴としている。

〔作用〕

このような手段を講じたことにより、容器内における液
体の液面レベルを、充填管外周に所定間隔を有して配置
された一対のリング状電極における静電容量の変化から
知ることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例における主要部の構成を
示す断面図である。第１図において２１は充填管であり
、この充填管２１は容器内に挿入されており、基端部は
液体を貯留するタンクに注入弁を介して連通されている
。そして上記注入弁が開いているときにタンク内の液体
が前記充填管２１を通って容器内に注入されるものとな
っている。

上記充填管２１の表面は第１の絶縁材２２によって被覆
されている。また上記第１の絶縁材２２の外周には一対
のリング状電極２３８．２３ｂが所定間隔をもって水平
に配置されている。またさらに上記第１の絶縁材２２お
よびリング状電極２３ａ、２３ｂの表面は、テフロンな
どの疎水性のある第２の絶縁材２４により被覆されてい
る。上記第２の絶縁材２４の中には２本の導線２５ａ。

２５ｂが配線されており、一方の導線２５ａは前記リン
グ状電極２３ａに接続され、他方の導線２５ｂはリング
状電極２３ｂに接続されている。またこれら導線２５ａ
、２５ｂの他端は信号処理回路２６の入力端子２７ａ、
２７ｂにそれぞれ接続されている。かくして、前記一対
のリング状電極２３ａ、２３ｂ間の窪みＡに浸入した液
体による静電容量の変化を信号処理回路２６によって検
出することにより、液面レベルＬ１を検知し制御するも
のとなっている。

第２図は前記信号処理回路２６の具体的な構成を示す回
路図である。図中３０は前記一対のリング状電極２３ａ
、２３ｂ間における静電容ｌＣ１である。３１は発振器
であり、増幅器φＰ１と抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３からなる
。３２は周波数判別器であり、パルス発生器３３．積分
器３４および比較器３５かうなる。上記パルス発生器３
３はリトリガブルモノステーブルマルチバイブレータ（
以下単にマルチバイブレータと略称する）３６と抵抗Ｒ
４と容量Ｃ２とから構成される。前記積分器３４は抵抗
Ｒ５と容量Ｃ３とから構成される。

前記比較器３５は増幅器φＰ２と可変抵抗Ｒ６とから構
成される。３７は出力部であり、電磁リレー３８と常開
接点３９とからなる。４０はＮ源である。

このように構成された信号処理回路２６において、前記
発振器３１は次の如く動作する。増幅器φＰ１の出力電
圧ｅａは、始めは正の飽和電圧ＶＯＨである。このとき
増幅器φＰ１の非反転入力端子の電圧ｅ１は ｅｌ　−（Ｒ３／　（Ｒ２＋Ｒ３））　ＶＯＨ＝Ｖｘ　
Ｈ・・・（１） となる。この状態において、反転入力端子の電圧ｅ２が
ｅ２　＜ＶＩ　Ｈの間は、前記出力電圧ｅｇはｅａ　＝
Ｖａ　Ｈの状態が維持される。上記出力電圧ｅｏ　＝Ｖ
ＯＨのときは、容ＩＣ１に抵抗Ｒ１を介してＶａ　Ｈか
ら充電され続けるので、反転入力端子電圧ｅ２は増加し
続ける。その結果、前記電圧ｅ２がＶＩＨと等しくなる
と、前記出力電圧ｅＱは負の飽和電圧Ｖｌｌ　Ｌになる
。このとき増幅器φＰ１の非反転入力端子電圧ｅ１は ｅｌ　−（Ｒ３／　（Ｒ２＋Ｒ３））ＶＯＬ−Ｖｔ　Ｌ
　　　　　　　　　　　　　・・・Ｉ’ＺＪとなる。こ
の状態において、反転入力端子電圧ｅ２がｅｚ　＞Ｖｔ
　Ｌの間は、前記出力電圧ｅｊはｅａ　＝Ｖｏ　ｔ、の
状態が維持される。上記出力電圧ｅａ　＝Ｖｏ　Ｌのと
きは、容１ｃ１が抵抗Ｒ１を介してＶｏ　ｔ、に充電し
続けるので、反転入力端子電圧ｅ２は減少し続ける。そ
の結果、前記電圧ｅ２がＶｌｔ、と等しくなると、前記
出力電圧ｅａは再び正の飽和電圧ＶＯＨになる。以後、
上記動作が繰返される。

第３因工は前記反転入力端子電圧ｅ２の変化のようすを
示しており、同図■は増幅器φＰ１の出力電圧ｅａの変
化のようすを示している。上記増幅器φＰ１の出力電圧
ｅａである矩形波の周波数ｆは ｆ−１／２ＣＩＲＩ　　Ｉｎ　　（１＋２Ｒ３／Ｒ２）
・・・（ａ となる。上記（ａ式から明らかなように、周波数ｆはリ
ング状電極２３ａと、２３ｂとの間における静電容ＩＣ
Ｉによって決定される。つまり、上記静電容量Ｃ１が大
きくなれば周波数ｆは小さくなる。また矩形波の発振周
期ＴはＴ−１／ｆであるので、上記周期Ｔは静電容量Ｃ
１に比例する。

前記発振器３１の出力、すなわち増幅器φＰ１の出力電
圧ｅＯは、周波数判別器３２におけるパルス発生器３３
のマルチバイブレータ３６に入力される。上記マルチバ
イブレータ３６の出力信号Ｑ１は、第３図■に示す如く
、前記出力電圧ｅＱが低レベルｖｒＪＬから島レベルＶ
ＯＨに変化するとき低レベルＬかう高レベルＨに変化し
、一定時間（時定数Ｔｌ）だけ上記高レベルＨを保持し
、その後、低レベルＬになる矩形波出力となる。なお上
記時定数Ｔ１は Ｔ１＝０．７Ｃ２Ｒ４・・・（由 にて定まる。

上記パルス発生器３３の出力、すなわちマルチバイブレ
ータ３６の出力信号Ｑ１は一次遅れ特性を有する積分器
３４に与えられる。上記積分器３４の出力電圧ｅｌは、
第３図■に示す如く前記マルチバイブレータ３６からの
出力信号Ｑ１が高レベルＨのときは正電源であるため上
昇し、上記出力信号Ｑ１が低レベルＬのときは負電源で
あるため降下する。したがって、前記発振器３１からの
発振周波数ｆが高いとき、すなわち容１ｃＩが小さいと
きは、上記積分器３４の出力電圧ｅｌは大きい値となる
。逆に前記発振器３１からの発振周波数ｆが低いとき、
すなわち容ＩＣ１が大きいときは、上記積分器３４の出
力電圧ｅ、は小さい１直となる。

第１図において、充填管２１を通って容器内に充填され
る液体の液面レベルＬ１は時間経過と共に上昇し、やが
て一対のリング状電極２３ａ、２３ｂ間における窪みＡ
に達する。したがって上記リング状電極２３ａ、２３ｂ
間の容量Ｃ１は、上記液体の誘電率が極めて大きいため
、液面レベルＬ１がリング状電極２３ｂに達するまでは
小さく、その後次第に大きくなり、リング状電極２３ａ
に達した時点で最大となる。このとき、前記積分器３４
の出力電圧ｅｌは第４図（ａ）に示すように、液面レベ
ルＬ１がリング状電極２３ｂに達するまでは最大値ｅｌ
ｌ＋となり、その後次第に小さくなり、リング状電極２
３ａに達すると最小値ｅａｔ。

となる。

上記積分器３４の出力電圧ｅ１は、比較器３５において
可変抵抗Ｒ６により予め設定された電圧ｅＲと比較され
る。モしてｅＩ　＞ｅＲの場合、増幅器φＰ２の出力電
圧ｅｃは正の飽和電圧Ｖａ　Ｈとなる。またｅＩくｅＲ
の場合、増幅器φＰ２の出力電圧ｅｃは負の飽和電圧Ｖ
ａ　Ｌとなる。したがって上記積分器３４の出力電圧ｅ
ｌが第４図（ａ）の如く変化した場合には、上記比較器
３５の出力、すなわち増幅器φＰ２の出力電圧ｅｃは第
４図（ｂ）に示すように時点１．において正の飽和電圧
Ｖａ　Ｈから負の飽和電圧■ａＬに変化する。

上記比較器３５の出力、すなわち増幅器φＰ２の出力電
圧ｅｃは出力部３７に与えられる。上記出力部３７にお
いては、前記出力電圧ｅｃが正の飽和電圧Ｖａ　Ｈの場
合は電磁リレー３８に電流が流れないので、常開接点３
９はＯＦＦ状態を維持している。一方、前記出力電圧ｅ
ｃが負の飽和電圧Ｖａ　Ｌの場合は電磁リレー３８に電
流が流れ、上記電磁リレー３８が励磁されるので、上記
常開接点３９はＯＮ状態に切換わる。したがって前記増
幅器φＰ２の出力電圧ｅａが第４図（ｂ）の如く変化し
た場合には、上記接点３９の０Ｎ１０ＦＦ状態は第４図
（Ｃ）に示すように時点ｔｏにおいてＯＦＦからＯＮに
切換ねる。

上記接点３９の０Ｎ１０ＦＦ状態は、たとえばマイクロ
コンピュータの接点入力として読込むことができる。そ
こで、上記マイクロコンピュータにより前記充填管２１
に設けられた注入弁の開閉制御を行なうことにより、容
器に充填される液体の液面レベルＬ１を制御することが
できる。すなわち、第４図（ａ）〜（Ｃ）に示すように
前記接点３９の０Ｎ１０ＦＦ切換タイミングは、一対の
リング状電極２３ａ、２３ｂ間における静電容量Ｃ１の
変化に応じた前記積分器３４の出力電圧ｅ１と、可変抵
抗Ｒ６により予め設定される電圧ｅＲとにより決められ
るので、上記一対のリング状電楊２３ａ、２３ｂ間にお
ける窪みＡの所定位置に液面レベルＬ１が達したときの
静電容量Ｃ１にて接点３つがＯＮ動作するように可変抵
抗Ｒ６を設定する。そして上記接点３９のＯＮ動作によ
り前記注入弁が閉動作するように注入弁のカム閤構を制
御することにより、容器内に充填されφ液体の液面レベ
ルＬ１が制御できる。

なお、液体が充填された容器を取り除いた場合には、前
記リング状電ｆｆ１２３ａ、２３ｂを被覆する疎水性の
ある第２の絶縁材２４により上記液体が速やかに除去さ
れるので、上記Ｎ極２３ａ、２３ｂ間における静電容Ｉ
ＣＩが減少し、信号処理回路２６により液面レベルの低
下が検出される。

このように、本実施例では一対のリング状レベル２３ａ
、２３ｂ間における窪みＡの所定位置に液面レベルＬ１
が達したか否かを検出することにより、上記液面レベル
Ｌ１を制御するようになっている。したがって、上記リ
ング状電極２３ａと２３ｂとを接近させることにより、
液面レベル制御の精度を向上させることができる。しか
し、上記リング状電極２３ａと２３ｂとの間隔を狭くし
すぎると、この間隔に流入する液体の体積が減少するた
め、両電極２３８．２３ｂ間における静電容量Ｃ１の変
化が小さくなる。その結果、信号処理回路２６での信号
処理の段階で液面レベルの検出精度が悪くなる。本発明
者等の実験によれば、両電極２３８．２３ｂ間の間隔が
０．５ｔｍ程度において、最も検出精度のよいものとな
ることがわかった。

また前記リング状電極２３ａ、２３ｂの表面が疎水性の
ある第２の絶縁材２４により被覆されているので、上記
リング状電極２３ａ、２３ｂの酸化等による経年変化を
少なくすることができ、液体への化学的影響を断つこと
ができるので、食品となる液体を扱う上で衛生上好まし
いという利点がある。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第５図は本発明の第２の実施例における主要部の構成を
示す断面図である。なお第１図と同一部分には同一符号
を付し、詳しい説明は省略する。第５図においＴ４１ａ
、４１ｂおＪｌ：び４２ａ、４２ｂは前記一対のリング
状電極２３ａ、２３ｂと同様に、充填管２１の表面を被
覆した絶縁材２２の外面に所定間隔をもって配置された
一対のリング状電極である。そして上記リング状電極２
３ａと４１ａと４２ａとは導線４３ａおよび４４ａによ
り接続されており、リング状電極２３ｂと４１ｂと４２
ｂとは導線４３ｂおよび４４ｂにより接続されている。

本実施例において、信号処理回路２６における静電容！
１３０　Ｇ、ｔ、リング状電ｆｆ１２３８．２３ｂ間の
静電容量をＣ１、リング状電極４１ａ、４１ｂ間の静電
容量を０２、リング状電極４２ａ、４２ｂ間の静電容量
をＣ３とすると、第６図に示す如く、各静電容１ｃ１．
Ｃ４およびＣ５の並列接続構造となる。したがって静電
容量３０の等価的全容量Ｃｅｇは Ｃｅｇ−Ｃ１＋Ｃ４＋Ｃ５−（５］ となる。すなわち、第５図において液面レベルが上昇し
、リング状電極４２ａ、４２ｂ間の窪みＣに達すると、
容量Ｃ５がΔＣ５だけ増加する。ざらに上記液面レベル
が上昇し、リング状電極４１８．４１ｂ間の窪みＢに達
すると、容量Ｃ４がΔＣ４だけ増加する。そしてさらに
上記液面レベルが上昇し、リング状電極２３ａ、２３ｂ
間の窪みＡに達すると、容１［Ｃ１がΔＣ１だけ増加す
る。

上記各静電容ｌ変化分ΔＣ１，Δ０４．ΔＣ５は各リン
グ状電極２３ａ、２３ｂおよび４１ａ、４１ｂおよび４
２ａ、４２ｂ間の構造が同一であるので等しくなる。そ
のため、液面レベルの上昇に伴って、等価的全容ＩＣｅ
ｏは、第７図に示すように階段状に上昇変化する。した
がって信号処理回路２６における積分器３４の出力電圧
ｅｌは、発＠器３１からの矩形波周期下が静電容量Ｃｅ
ａに比例することから、第８図に示す如く液面レベルが
各リング状電極間Ｃ，Ｂ、Ａに達する毎に階段状に下降
変化する。

ここで、液面レベルがリング状電極４２ａ、４２ｂ間の
窪みＣに達したときの前記積分器３４の出力電圧ｅ、を
ｅｌｌとし、液面レベルがリング状電極４１ａ、４Ｉｂ
間の窪みＢに達したときの前記積分器３４の出力電圧ｅ
、をｅ、２とし、液面レベルがリング状電極２３ａ、２
３ｂ間の窪みＡに達したときの前記積分器３４の出力電
圧ｅ。

を８１３とする。そして比較器３５における可変抵抗器
Ｒ６により設定される電圧ｅＲを上記ｅ。

ｌより少し大きな電圧ｅＲ１とすると、液面レベルが前
記窪みＣに達したとき、出力部３７における接点３９が
ＯＦＦ状態からＯＮ状態に切換ねる。

その結果、上記液面レベルがリング状電極４２ａ。

４２ｂ間に達したことを検知できる。また比較器３５に
おける可変抵抗器Ｒ６により設定される電圧ｅＲを上記
ｅ、２より少し大きな電圧ｅＲ２とすると、液面レベル
が前記窪みＢに達したとき、出力部３７における接点３
９がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切換わる。その結果、上
記液面レベルがリング状電極４１ａ、４ｉｂ間に達した
ことを検知できる。同様に比較器３５における可変抵抗
器Ｒ６により設定される電圧ｅＲを上記ｅ、３より少し
大きな電圧ｅＲ３とすると、液面レベルが前記窪みＡに
達したとき、出力部３７における接点３９がＯＦＦ状態
からＯＮ状態に切換ねる。その結果、上記液面レベルが
リング状電極２３ａ、２３ｂｆｌｔに達したことを検知
できる。

かくして本実施例によれば、容器や液体の種類により液
面レベルの制御位置が変っても、第５図に示す如く充電
管２１に複数の一対のリング状電極２３ａ、２３ｂおよ
び４１ａ、４１ｂおよび４２ａ、４２ｔ）を設け、信号
処理回路２６における比較器３５の設定電圧を変えるこ
とにより、所望位置での液面レベル制御が行なえる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、充填管の外周に少なくとも一対以上の
リング状電極を所定間隔をもって水平に配置し、この対
をなすリング状電極間の静電容量を検出手段により検出
し、この検出手段により検出された静電容量に応じて弁
の開閉を制御するようにしたので、容器内に充填される
液体の液面しベルを上記容器の形状や液体の種類に応じ
て所定レベルに、しかも高精度に制御することができる
充＠機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

（勧（ｂＪ（Ｃ］ 第１図〜第４ｒ本発明の第１の実施例を示東図で、第１
図は主要部の構成を示す断面図、第２図は信号処理回路
の構成を示す回路図、第３図および第４ｍ号処理回路の
作用を説明するための図である。第５図〜第８図は本発
明の第２の実施例を示す図で、第５図は主要部の構成を
示す断面図、第６図は各リング状電極による静電容量の
構成を示す図、第７図および第８図は信号処理回路の作
用を説明するための図である。第９図および第１０図は
従来例を示す図で、第９図は充填機構の慨略構成を示す
模式図、第１０図は充填機の構成を示す断面図である。 ２１・・・充填管、２２・・・第１の絶縁材、２３ａ。 ２３ｂ、４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ−・・リング
状電也、２４−・・第２の絶縁材、２５ａ、２５ｂ。 ４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ、−・・導線、２６　
・・・信号処理回路、３１・・・発振器、３２・・・周
波数判別器、３３・・・パルス発生器、３４・・・積分
器、３５・・・比較器、３７・・・＄力部、３８・・・
電磁リレー、３９・・・常ｒｆｌＪ接点。 出願人復代理人　弁理士　鈴江武彦 第３図 ■ 第４図 （ａ） 勧　　−咋１ ｔｏ　　　　　　−葡藺ｔ 喰キ喉孤只　品

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体を貯留するタンクと、このタンクに弁を介して連通
   された充填管とを備え、上記充填管を容器内に挿入して
   前記液体を上記容器に充填するようにした充填機におい
   て、前記充填管の外周に所定間隔をもつて水平に配置さ
   れた少なくとも一対以上のリング状電極と、この対をな
   すリング状電極間の静電容量を検出する検出手段と、こ
   の検出手段により検出された静電容量に応じて前記弁の
   開閉制御を行なう弁制御手段とを具備したことを特徴と
   する充填機。