JP4955163B2

JP4955163B2 - 重量式多連充填機

Info

Publication number: JP4955163B2
Application number: JP2001259719A
Authority: JP
Inventors: 好行石坂; 孝橋　　徹
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2021-08-29
Also published as: EP1847459B1; KR20030019086A; DE60226551D1; CN1403343A; US20030041916A1; DE60234139D1; EP1288125B1; JP2003072701A; KR100460596B1; US6655421B2; EP1847459A1; EP1288125A1; TW577979B; CN1234567C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液体、粉体、粒体等の被計量物品を、予め定めた重量分だけ、袋、ボトルまたは箱等の容器に充填する重量式多連充填機に関し、特に、それの重量測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述したような重量式多連充填機は、複数の物品充填装置を備え、これら物品充填装置によって同時並列に、順番にまたはランダムに容器に物品が充填される。このような充填機の一例である重量式液体充填機を、図４乃至図６に示す。この重量式液体充填機では、充填機本体１の上部側に設けられた貯槽２に、外部からユニバーサルジョイント４、パイプ６を介して被計量物品、例えば充填液が供給され、一時的に貯留されている。貯槽２の外周には、予め定めた角度ごとに充填用パイプ８−１乃至８−ｎが設けられている。これら充填用パイプ８−１乃至８−ｎの下端には、充填液の供給流量を制御するためのバルブ１０−１乃至１０−ｎが設けられている。これらバルブ１０−１乃至１０−ｎに付属するノズルから吐出する充填液の流量を、バルブ１０−１乃至１０−ｎが制御する。各バルブ１０−１乃至１０−ｎに対応して、容器、例えばボトル１２が配置される複数の充填台１４−１乃至１４−ｎが、貯槽２の下方に相当する充填機本体１の下部外周に配置されている。これら充填台１４−１乃至１４−ｎは、これらにそれぞれ対応して設けられたロードセル１６−１乃至１６−ｎに結合されている。これらロードセル１６−１乃至１６−ｎは、充填機本体１の下方に配置されたロードセル載置台１８上に設置されている。充填機本体１の貯槽２、ロードセル載置台１８及び充填台１４−１乃至１４−ｎは、これの外部に設けた駆動手段、例えばモータ２０、ギア２１、２２によって、充填機本体１の中心を上下方向に伸びる回転軸２４の周囲に一定の速度で回転する。
【０００３】
充填台１４−１乃至１４−ｎの回転に同期して、充填機の外部の搬送装置から、充填機の搬入位置（充填台１４−１乃至１４−ｎが回転して描く円周上の所定位置）に到達した空のボトル１２−１乃至１２−ｎが１個ずつ充填台１４−１乃至１４−ｎ上に搬入され、ボトル１２−１乃至１２−ｎは回転しながら、重量測定され、その重量測定の結果に従って、充填液が一定量だけボトル１２に充填される。充填が完了したボトル１２−１乃至１２−ｎは、搬出位置（充填台１４−１乃至１４−ｎが回転して描く円周上において搬入位置から離れた予め定めた位置）まで搬出され、充填機の次段に設けられた搬送装置に搬出される。
【０００４】
バルブ１０−１乃至１０−ｎは、ボトル１２−１乃至１２−ｎの回転と共に回転し、バルブ１０−１乃至１０−ｎが回転して描く円周上の予め定められた位置に到達すると開かれる。その結果、充填液は予め定められた流量でボトル１２−１乃至１２−ｎ内に充填され、ボトル１２−１乃至１２−ｎ内の充填液の重量が、ボトル１２−１乃至１２−ｎに対応するロードセル１６−１乃至１６−ｎによって、測定される。ボトル１２−１乃至１２−ｎ内の充填液の重量が目標充填重量より若干小さい第１レベルに到達すると、供給流量が小さくなるようにバルブ１０−１乃至１０−ｎの開度が制御される。ボトル１２−１乃至１２−ｎ内の充填液の重量が、第１レベルよりも大きく、目標充填重量の直前の第２レベルに到達すると、バルブ１０−１乃至１０−ｎが閉じられる。バルブ１０−１乃至１０−ｎが閉じられた後、ボトル１２−１乃至１２−ｎに落差分が落ち込み、ボトル１２−１乃至１２−ｎには目標充填重量の充填液が充填される。
【０００５】
各ボトル１２−１乃至１２−ｎ内の充填液重量を測定するためには、各ロードセル１６−１乃至１６−ｎからのアナログ重量信号をＡ／Ｄ変換し、得られたデジタル重量信号に対して、充填機用秤演算を行う必要がある。そのため、各ロードセル１６−１乃至１６−ｎに対応して複数の充填秤機能演算手段、例えば演算ユニット２６−１乃至２６−ｎが設けられている。これら演算ユニット２６−１乃至２６−ｎは、充填台１４−１乃至１４−ｎと同数であり、貯槽２とロードセル１６−１乃至１６−ｎとの間に設けたユニット設置台２８上に設けられ、対応するロードセル１６−１乃至１６−ｎに信号線２８、２８・・・によって接続されている。
【０００６】
演算ユニット２６−１乃至２６−ｎで行われる演算は、次のようなものである。以下の説明では、１つの演算ユニットでの演算を説明するので、符号の添え字は省略する。ロードセル１６に負荷される全ての物体、充填機の場合には充填台１４とボトル１２とを含む被計量物品の重量は、アナログ重量信号として出力され、アナログ重量信号がＡ／Ｄ変換され、デジタル重量信号Ｗａとなる。充填機の重量測定システムを調整する時点で、予め充填台１４上に物体が存在していないときのデジタル重量信号をイニシアル値Ｗｉとして演算ユニット２６内のメモリに記憶されている。充填台１４上にボトル１２が載置され、ボトル１２に充填が開始されると、Ｗａは増加する。充填台１４上のボトル１２と充填液との重量Ｗｎは、Ｗｎ＝Ｋ（Ｗａ−Ｗｉ）に従って算出される。Ｋは、充填機の重量測定システムの調整時に充填台１４に基準分銅を置いてＷｎが基準分銅の重量に等しくなるように調整、設定されるスパン係数である。スパン係数は、ロードセル１６への負荷荷重、電圧変換率及び演算ユニット２６で使用されるアナログ重量信号の増幅率によって決定される。即ち、ロードセル１６によっても演算ユニット２６によっても影響を受ける。
【０００７】
ボトル１２が充填台１４上に無くとも、充填機の使用時に水滴などが充填台１４に付着すると、Ｗｎの値は零から変化する。そこで、零点の変動量をＷｚとし、Ｗｎ＝Ｋ（Ｗａ−Ｗｉ）−Ｗｚを、充填台１４上の物体の重量を表す式として、充填台１４上にボトル１２が存在しないときにＷｎが０でなければ、そのときのＷｎの値をＷｚに記憶させる。これは零点調整である。
【０００８】
充填機は、最初に充填台１４上に空のボトル１２のみが搬入されるので、そのとき、Ｗｎはボトル１２の重量Ｗｂを表す。そして、充填液がボトル１２に充填される直前に、ボトル１２の重量が測定され、風袋引きメモリに記憶される。液体の充填が開始されると、Ｗｎはボトルと液体の重量を表すようになるので、Ｗｎ−Ｗｂの演算を行って、液体のみの重量Ｗｍを求める。または、ボトル１２の重量分も含めて、零点調整が行われ、Ｗｎを充填される液体の重量値のみを表わすようにする。この場合、Ｗｎ＝Ｗｍとなる。
【０００９】
演算ユニット２６には、液体の供給流量を制御するために、複数の重量レベルｗ１、ｗ２、ｗｔが設定されている。ｗｔは目標充填重量、ｗ２はｗｔにかなり近い値で、ｗ１はｗ２よりも小さく設定されている。液体の充填開始時には、ノズル１０から流量ｑ１で充填される。液体の重量Ｗｍは徐々に増加し、短い時間間隔で重量レベルｗ１と比較することが繰り返され、Ｗｍ＞ｗ１が成立するか否かがチェックされる。Ｗｍ＞ｗ１が成立すると、供給流量をｑ１からｑ２（ｑ１＞ｑ２）に変更するように、対応するバルブ１０に出力する。流量ｑ２で充填が継続され、Ｗｍ＞ｗ２が成立するか短い時間間隔で検出して、Ｗｍ＞ｗ２が成立すると、充填液の供給を停止するように、対応するバルブ１０に出力する。供給停止信号が出力されても、僅かに充填液はボトル１２に供給されるので、ほぼＷｔに等しい重量分の充填液がボトル１２に充填される。
【００１０】
重量式の充填機では、最終的にボトル１２に対して何グラムの液体が供給されたかを知るために、液体の供給停止後の一定時間経過後に、充填済みの液体の重量を改めて測定し、充填重量として出力する。
【００１１】
各演算ユニット２６−１乃至２６−ｎは、ロードセル設置台１８、充填台１４−１乃至１４−ｎと共に回転するが、演算ユニット２６−１乃至２６−ｎへの電源は、ロータリジョイント４と回転軸を同じにして取り付けられているロータリコネクタによって外部から供給される。また、各演算ユニット２６−１乃至２６−ｎは、充填機本体１の外部に離れて設けられた表示・制御手段、例えば表示・制御装置３０によって、各種制御を受け、各演算ユニット２６−１乃至２６−ｎから表示・制御装置３０には、充填された液体の重量などのデータが伝送される。従って、各演算ユニット２６−１乃至２６−ｎと表示・制御装置３０とが双方向の通信が行えるように、シリアル通信ラインで接続されている。シリアル通信に必要なラインの本数が増加すると、ロータリコネクタに接点が増加してロータリコネクタが高価になるので、演算ユニット２６−１乃至２６−ｎから出力される信号線は、端子台にて共通化され、最小２本のラインによって表示・制御装置３０に伝送される。
【００１２】
ロードセル１６、各演算ユニット２６−１乃至２６−ｎ、表示・制御装置３０の接続状態を図５に示す。ロードセル１６−１乃至１６−ｎに付属する導線３１−１乃至３１−ｎは、アナログ重量信号線と電源線とからなる。端子台３２−１乃至３２−ｎは、導線３１−１乃至３１−ｎを、対応する演算ユニット２６−１乃至２６−ｎに接続するためのものである。配線３３−１乃至３３−ｎは、端子台３２−１乃至３２−ｎを演算ユニット２６−１乃至２６−ｎに接続するためのものである。各バルブ１０−１乃至１０−ｎの制御信号は、各演算ユニット２６−１乃至２６−ｎから与えられるので、バルブ１０−１乃至１０−ｎは、導線３４−１乃至３４−ｎ、端子台３２−１乃至３２−ｎ、導線３５−１乃至３５−ｎを介して対応する演算ユニット２６−１乃至２６−ｎに接続されている。
【００１３】
また、各バルブ１０−１乃至１０−ｎが所定の充填開始位置に到達したときに液体の充填の制御を行うために、演算ユニット２６−１乃至２６−ｎは、バルブ１０−１乃至１０−ｎの回転位置を認識する必要がある。そこで、バルブ１０−１乃至１０−ｎの位置認識信号発信ユニット３６が設けられている。位置認識信号は端子台３８によって中継されると共に、端子台３８上で共通化が行われ、各演算ユニット２６−１乃至２６−ｎへ、配線４０−１乃至４０−ｎによって供給されている。
【００１４】
演算ユニット２６−１乃至２６−ｎから出力される通信線４２−１乃至４２−ｎは端子台４４上で共通化が図られ、２本の信号線４６でロータリコネクタ４８を介して表示・制御装置３０に接続されている。
【００１５】
充填機が取り扱う被計量物品が液体であると、充填機を衛生的に保つために、洗浄がなされる。そのため、ロードセル１６−１乃至１６−ｎや演算ユニット２６−１乃至２６−ｎは、図６に示すように防水保護カバー５０−１乃至５０−ｎ内に収容されるが、ロードセル１６−１乃至１６−ｎから伸びる支持金具５２−１乃至５２−ｎが保護カバー５０−１乃至５０−ｎから突出する出口には、ラビリンス５４−１乃至５４−ｎが設けられて、防水されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような重量式多連液体充填機では、狭いロードセル載置台１８上に多くのロードセル１６−１乃至１６−ｎや演算ユニット２６−１乃至２６−ｎを搭載しなければならない。これらの部品配置のため、大きな空間が必要である。さらに、ロードセル１６−１乃至１６−ｎと、各演算ユニット２６−１乃至２６−ｎを別々に配置しているので、これらの間に、図５に示すように配線３１−１乃至３１−ｎ、端子台３２−１乃至３２−ｎ、配線３３−１乃至３３−ｎのように長い配線を、充填機の大きさに合わせて行わなければならず、配線作業のコストダウンの障害になっていた。
【００２１】
本発明は、上記の問題点を解決した重量式多連充填機を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題点の解決法として、複数の計量部と、これら計量部にそれぞれ対応して設けられた複数の充填制御バルブとを、備えた重量式多連充填機の前記各計量部にそれぞれ設けられる重量式多連充填機用ロードセルを、被計量物が載荷される起歪体と、この起歪体に設けられ、前記被計量物の重量を表すアナログ重量信号を生成する重量検出手段と、前記起歪体の固定部に形成され開口面を金属蓋で溶接されて空洞である密閉容器または前記起歪体の表面に設けられた密閉容器と、この容器内に設けられ、前記アナログ重量信号をＡ／Ｄ変換し、前記被計量物の重量レベルを判定する秤機能演算手段とを、備え、前記秤機能演算手段は、対応する前記充填制御バルブに制御信号を供給するように構成され、前記秤機能演算手段は、表示用及び設定用の１組のシリアル信号が入出力される端子を備えるように構成するものがある。
【００２３】
更に、ロードセルがそれぞれに設けられた前記複数の計量部と、前記複数の充填制御バルブと、前記各ロードセルに対して共通に設けられた１台の表示及び制御装置とを、具備し、前記各ロードセルの前記各秤機能演算手段から、これらが設けられた前記各ロードセルが設けられている前記計量部に対応する前記各充填制御バルブに、直接に前記制御信号を供給する信号ラインがそれぞれ配線され、前記各ロードセルの前記各秤機能演算手段が備える前記端子は、前記シリアル信号を前記各秤機能演算手段内部を介して入出力する前段側端子と後段側端子とからなり、前記各秤機能演算手段は、初段のものから最終段のものまで、前段にあるものの前記後段側端子が後段側にあるものの前記前段側端子に接続され、前記初段のものの前記前段側端子が前記表示及び制御装置に接続されることによって、表示用及び制御用の１組のシリアル信号ラインが配線されている重量式多連充填機を構成する。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施の形態の重量式多連液体充填機を、図１乃至図３に示す。この充填機１ａは、図４と図２との対比から明らかなように充填秤機能演算ユニット２６−１乃至２６−ｎ及びロードセル１６−１乃至１６−ｎに代えて、演算ユニット付きロードセル１６ａ−１乃至１６ａ−ｎが設けられている。なお、他の同等部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３８】
これら演算ユニット付きロードセル１６ａ−１乃至１６ａ−ｎでは、図３（ｂ）に符号８１で示すように、起歪体の固定部に空洞を形成し、その空洞内に小型化した演算ユニット２６ａ−１乃至２６ａ−ｎが内蔵されている。このロードセルの起歪体において、荷重検出部は、円筒加工部８２であり、荷重の負荷によって円筒加工部８２はだ円形に歪む、円筒加工部８２の内面にストレインゲージ８３、８４、８５、８６を貼付し、歪量が検出される。円筒加工部８２の内面の表面を被うように円筒状の保護カバー８７が溶接され、これらストレインゲージ８３、８４、８５、８６は、外気から密閉保護される。ストレインゲージ８３、８４、８５、８６と演算ユニット２６ａ−１乃至２６ａ−ｎ間の配線は、起歪体内部に形成された連結孔８８によって行われる。この演算ユニット２６ａ−１乃至２６ａ−ｎの機能は、従来の演算ユニット２６−１乃至２６−ｎと同一である。これら空洞の開口面には、金属蓋８０が溶接されて、防水密閉構造とされている。従来のもののように別個に演算ユニット２６−１乃至２６−ｎを設ける必要がなく、これら演算ユニット２６−１乃至２６−ｎやストレインゲージ８３、８４、８５、８６に対する防水対策も不要となり、ラビリンスを設ける必要もない。さらに、各ロードセル１６ａ−１乃至１６ａ−ｎから、対応する演算ユニット２６ａ−１乃至２６ａ−ｎへの配線も省略できる。なお、図３（ｃ）は図３（ｂ）のロードセルにおいて、演算ユニット２６−１乃至２６−ｎを起歪体内部に収納せずに、別途、密閉容器８９を起歪体表面上に設け、その中に収納した例である。
【００３９】
図１に、この充填機１ａにおける配線状態を示す。演算ユニット付きロードセル１６ａ−１乃至１６ｎ−１は、従来のロードセル１６−１乃至１６−ｎと演算ユニット２６−１乃至２６−ｎとの機能を併せて含むものであるので、従来のロードセル１６−１乃至１６−ｎと演算ユニット２６−１乃至２６−ｎとを接続していた配線３３−１乃至３３−ｎが省略されている。
【００４０】
演算ユニット付きロードセル１６ａ−１乃至１６ａ−ｎの演算ユニット２６ａ−１乃至２６ａ−ｎの２箇所に、共通信号が入出力する端子８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８２ａ、８２ｂ、８２ｃが設けられ、これら端子８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８２ａ、８２ｂ、８２ｃから出力コネクタ８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８４ａ、８４ｂ、８４ｃにそれぞれ信号が出力するように配線されている。
【００４１】
回転式またはライン式の重量式多連充填機では、各ロードセル１６ａ−１乃至１６ａ−ｎは、等角度に配置されているので、予め同じ長さの配線ユニット８５−１乃至８５−ｎを製作し、隣接するロードセル同士の出力コネクタ８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８４ａ、８４ｂ、８４ｃを接続してある。これによって、充填機本体１ａ上での配線作業時間を短縮することができる。
【００４２】
また、各ロードセル１６ａ−１乃至１６ａ−ｎの各演算ユニット２６ａ−１乃至２６ａ−ｎへ、外部に設置した表示・制御装置３０から与える零点調整、風袋量記憶、スパン調整等の命令は、全て予め定められ、且つユーザーに公開されたコード信号によって与えられる。従って、表示・制御装置３０において設計者の自由な裁量によって、操作手順、キースイッチの適用が可能になる。例えば或る画面上に表現したソフトウエアスイッチによって所定の命令コードを発生させるようにして、ロードセル１６ａ−１乃至１６ａ−ｎの演算ユニット２６ａ−１乃至２６ａ−ｎに命令を実行させる。
【００４３】
演算ユニット２６ａ−１乃至２６ａ−ｎは、これらが生成する充填動作完了後の安定時点における充填計量値や、スパン調整時に決定されたスパン係数等の諸データに、予め定められ、ユーザーに公開されている識別コード信号を付して出力している。従って、表示・制御装置３０は、それら諸データに付されている識別コードの内容を判定して、適切な字体や形状（場合によってはグラフィックに）を適切な画面の適切な位置に表示できる。
【００４４】
各ロードセル１６ａ−１乃至１６ａ−ｎには、各演算ユニット２６ａ−１乃至２６ａ−ｎが内蔵されているので、表示・制御装置３０において供給流量制御、供給停止のためのレベル設定値、従来の技術で述べたｗ１、ｗ２、ｗｔを予め定めたコード信号付きで設定されるようにしておくと、各演算ユニット２６ａ−１乃至２６ａ−ｎの所定のメモリに自動的にそれらが伝送されて、設定データとなる。
【００４５】
各演算ユニット２６ａ−１乃至２６ａ−ｎは、各ロードセル１６ａ−１乃至１６ａ−ｎのアナログ計量信号を短い時間間隔でサンプリングし、所定の計量値演算によってボトル１２−１乃至１２−ｎに充填される充填液の重量の算出、この重量が所定値に到達したかどうかのレベル判定を実行し、所定値に到達すれば、直ちにバルブを制御して、供給流量を調整している。それぞれのボトルに短い時間間隔で、充填秤機能演算され、対応したバルブに所定の制御信号を出力するので、時間遅れを生じない。従って、各演算ユニット２６ａ−１乃至２６ａ−ｎを備えた各ロードセル１６ａ−１乃至１６ａ−ｎは、被計量物品の充填精度に悪影響を及ぼさない。
【００４６】
各ロードセル１６ａ−１乃至１６ａ−ｎに設置した各演算ユニット２６ａ−１乃至２６ａ−ｎによって、充填供給流量を制御しているので、各演算ユニット２６ａ−１乃至２６ａ−ｎを備えた各ロードセル１６ａ−１乃至１６ａ−ｎは、充填台１４−１乃至１４−ｎに対応している各バルブ１０−１乃至１０−ｎに制御信号を直接に出力している。従って、制御信号伝送用の線路３４−１乃至３４−ｎの配線を直接にバルブ１０−１乃至１０−ｎに供給でき、配線を引き回す必要がなく、スペース、作業時間時間の面で効率化される。
【００５５】
上記の実施の形態では、本発明を液体充填機に実施したが、これに限ったものではなく、被計量物品は液体以外に、粉体や粒体を使用することもできる。また、上記の実施の形態では、ロードセルや容器が回転する回転型の充填機を使用したが、被計量物品が充填されながら、直線状に移動するライン式の充填機を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態の重量式多連液体充填機のブロック図である。
【図２】図１の重量式多連液体充填機の部分省略側面図である。
【図３】図１の重量式多連液体充填機に使用するロードセルの全体図及び拡大図並びにロードセルの他の例の平面図である。
【図４】従来の重量式多連液体充填機の側面図である。
【図５】図４の重量式多連液体充填機のブロック図である。
【図６】図４の重量式多連液体充填機で使用するロードセルの拡大図である。
【符号の説明】
１６−１乃至１６−ｎロードセル
２６−１乃至２６−ｎ演算ユニット（充填秤機能演算手段）
３０表示・制御装置
９０密閉容器
１００、１００ａ、１００ｂ上位演算ユニット（上位演算手段）

Claims

複数の計量部と、これら計量部にそれぞれ対応して設けられた複数の充填制御バルブとを、備えた重量式多連充填機の前記各計量部にそれぞれ設けられる重量式多連充填機用ロードセルであって、
被計量物が載荷される起歪体と、
この起歪体に設けられ、前記被計量物の重量を表すアナログ重量信号を生成する重量検出手段と、
前記起歪体の固定部に形成され開口面を金属蓋で溶接された空洞である密閉容器または前記起歪体の表面に設けられた密閉容器と、
この容器内に設けられ、前記アナログ重量信号をＡ／Ｄ変換し、前記被計量物の重量レベルを判定する秤機能演算手段とを、
備え、前記秤機能演算手段は、対応する前記充填制御バルブに制御信号を直接に供給するように構成され、前記秤機能演算手段は、表示用及び設定用の１組のシリアル信号が入出力される端子を備える重量式多連充填機用ロードセル。
請求項１記載の重量式多連充填機用ロードセルがそれぞれに設けられた前記複数の計量部と、
前記複数の充填制御バルブと、
前記各ロードセルに対して共通に設けられた１台の表示及び制御装置とを、
具備し、前記各ロードセルの前記各秤機能演算手段から、これらが設けられた前記各ロードセルが設けられている前記計量部に対応する前記各充填制御バルブに、直接に前記制御信号を供給する信号ラインがそれぞれ配線され、
前記各ロードセルの前記各秤機能演算手段が備える前記端子は、前記シリアル信号を前記各秤機能演算手段内部を介して入出力する前段側端子と後段側端子とからなり、前記各秤機能演算手段は、初段のものから最終段のものまで、前段にあるものの前記後段側端子が後段側にあるものの前記前段側端子に接続され、前記初段のものの前記前段側端子が前記表示及び制御装置に接続されることによって、表示用及び制御用の１組のシリアル信号ラインが配線されている重量式多連充填機。