JP5970788B2 - 液体充填方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体充填方法及び装置に関するものである。

酒、ジュース、その他の液体を紙製、プラスチック製等の容器の中に収容するようにした包装形態が広く使用されている。そのような容器の中に液体を充填するための液体充填装置に関しても既に種々の形式のものが提案されている。

例えば、液体を吐出するための吐出口と、吐出口へ向けて液体を流す吐出バルブと、その吐出バルブと吐出口との間に形成される液体室の中に突出する液体吸引部材とを有しており、液体吸引部材が、吐出バルブを貫通して液体室内へ突出しており、その液体吸引部材が、液体室内への突出量が大きい張出位置と、その液体室内への突出量が小さい引込位置との間で移動する充填ノズルを備えた液垂れを防止した液体充填装置があった（特許文献１）。

ところで、一定量の充填を行う方法としては、実験的・経験的に求めたデータにより、充填バルブを開けている時間を制御しているのが一般的であった。また、重量計の上に容器を置いて、充填液を充填し、特定重量になると停止させることで、一定量の充填液の充填を行うことが、大型の容器では、行われることがあった。

一方、液体充填装置ではないが、液体貯留容器から吐出バルブを経て定量吐出するに当り、吐出口からの液体の吐出流速が一定になるように、液体貯留容器から吐出バルブに供給する液体の圧力を制御するとともに液体の温度を制御して、所望の量の液体を吐出させる液体定量吐出装置がある（特許文献２）。

公知文献を以下に示す。

実開平３−１２６８９９号公報 特開２０００−３１７３７１号公報

しかしながら、実験的・経験的に求めたデータにより、充填バルブを開けている時間を制御する方式では、充填量のバラツキがあり、次工程に計量工程を設けて、充填量を検査して、充填不良品をラインから排出しているが、フィードバックはかかっておらず、ロット不良の原因となっている。

また、上記した液体定量吐出装置では、圧力と温度を常に一定になるように制御しなければならず、少量の液体であればともかく、充填のための大量の充填液の圧力制御や温度制御が必要となり、装置が複雑になってしまう恐れがある。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたもので、装置が複雑にならず、各容器に対して確実で安定的に定量充填のできる液体充填方法及び装置を提供することを課題としている。

本発明の請求項１に係る発明は、充填時には充填ノズルの先端が容器の中に差し込まれ、充填後には充填ノズルの先端が容器より上方に移動し、
充填開始から充填流路を流れる、充填液の温度と圧力を元に該充填液の流量を、この流量をＦ、流出係数をＣ、充填液の圧力と充填ノズルの先端の大気圧との差圧をΔＰ、充填液体の密度をρ、充填流路の充填液の圧力を測定した部分の径をＤ、充填ノズルの先端の径をｄとして、下記の数１及び数２で算出し、積算して充填量を求め、特定の充填量になるように前記充填液の流れを止め、定量充填を行うことを特徴とする液体充填方法である。

本発明の請求項２に係る発明は、充填時には充填ノズルの先端が容器の中に差し込まれ、充填後には充填ノズルの先端が容器より上方に移動し、定量充填を行う液体充填装置において、充填流路に設けた圧力センサーと温度センサーからの情報に基づき、充填開始から充填流路を流れる充填液の流量を、この流量をＦ、流出係数をＣ、圧力センサーが測定した充填液の圧力と充填ノズルの先端の大気圧との差圧をΔＰ、充填液体の密度をρ、充填流路の圧力センサーを設けた部分の径をＤ、充填ノズルの先端の径をｄとして、下記の数１及び数２で算出し、流量を積算して充填開始からの充填量を算出して、特定の充填量の充填液を充填することを特徴とする液体充填装置である。

本発明の請求項３に係る発明は、充填ノズルと、該充填ノズルへの充填液の流れを開閉する充填バルブと、該充填バルブに送られる前記充填液を溜めておく充填液タンクを備え、前記充填バルブの上流に設けた圧力センサーと温度センサーからの情報に基づき、前記充填バルブの開いた時点からの積算充填量を算出して、特定の充填量で前記充填バルブを閉じることを特徴とする請求項２に記載の液体充填装置である。

本発明の液体充填方法及び装置は、装置が比較的簡単で、各容器に対して確実で安定的に定量充填ができる。また、充填量のバラツキが少ないので、計量工程を設けて、充填量を検査して、充填不良品をラインから排出する工程も必要がない。

本発明の液体充填装置の参考形態を模式的に示した概念図である。 本発明の液体充填装置の実施形態を模式的に示した概念図である。

＜参考形態＞
以下、本発明の参考形態について説明する。
図１は、本発明の液体充填装置の参考形態を模式的に示した概念図である。

本参考形態の液体充填装置１００は、図１のように、充填ステーションベース部１に置かれた容器２に充填液３を充填するものである。充填ノズル４が容器の中に充填液３を注ぎ込むように、充填ノズルの先端が容器の中、あるいは、上方に位置するようになっている。

充填ノズル４の上端には充填バルブ５が設けられ、ノズル支持柱６で上方から保持されている。ノズル支持柱６は上下方向に移動可能になっていて、充填時には下がって、充填ノズル４の先端が、容器２の中に差し込まれ、充填後、充填ノズル４が容器２より上に上がって、容器２の充填ステーションベース部１への出し入れが容易にできるようになっている。

充填バルブ５は充填液パイプ７を介して、充填液タンク８に配管されている。充填液タンク８は、加圧されていても良いし、大気に開放され、充填液タンク８内の液面と充填ノズル４との高低差によって、流れるようになっていても良い。

充填バルブ５を開くことによって、充填液タンク８内の充填液３が、充填液パイプ７を介して充填バルブ５を通過して、充填ノズル４より容器２に充填される。本参考形態では充填液タンク８より下流で充填ノズル４までの間の充填流路のうちの充填ノズル４に、流量計９が取り付けられていて、充填中の充填液３の流量を測定する。

流量計９が測定した流量のデータは、流量計信号線１０を介して制御装置１１に伝えられる。制御装置１１では流量計９が測定した充填バルブ５の開いた時点からの流量をリアルタイムで積算して、容器２に充填された充填液の充填量を算出する。

制御装置１１には操作パネル１１´が付設されていて、あらかじめ、特定の充填量が設定できるようになっていて、この特定の充填量に流量を積算した充填量が達すると、制御装置１１はバルブ開閉信号線１２を介して、充填バルブ５を閉じるように信号を出して、充填バルブ５を閉じる。尚、充填量や流量は、重量であっても、体積であっても、どちらで行っても構わない。

流量計９は、特に限定されるものではないが、超音波流量計または電磁流量計が好ましい。これらは、充填液の流路に設けても障害物がなく充填液の流れを妨げることがない。また、洗浄も容易であり、食品などの充填には特に適している。

本参考形態の液体充填装置１００で充填を行うには、ノズル支持柱６を上方に上げ、充填ノズル４を上方に移動させる。充填ノズル４を上方に移動させると、容器２を置きやすくなるので、充填ステーションベース部１の上にこれから充填する容器を置く。

ノズル支持柱６を下に下げ、充填ノズル４の先端が容器２の中に入るまで下げる。制御装置１１よりの充填バルブ５を開く信号がバルブ開閉信号線１２を介して充填バルブ５に送られて、充填バルブ５が開かれ充填が開始される。充填液３は、あらかじめ充填液タンク８に溜められていて、充填液パイプ７を介して充填バルブ５に送られ、充填バルブ５を通って、充填ノズル４より容器２に充填される。

充填の間、流量計９は流量を測定し、測定された流量のデータは、流量計信号線１０を介して、制御装置１１に送られる。制御装置１１では、送られてきた流量をリアルタイムで積算して、容器内に充填された充填液３の充填量を積算して算出する。

制御装置１１に付設された操作パネル１１´に、あらかじめ設定された特定の充填量に、流量計９が測定した流量をリアルタイムで積算して得た充填量が達すると、制御装置１１はバルブ開閉信号線１２を介して、充填バルブ５を閉じるように信号を出して、充填バルブ５を閉じる。

充填バルブ５が閉じると充填が終了する。次に、ノズル支持柱６を上方に上げ、充填ノズル４を上方に移動させる。充填ノズル４を上方に移動させると、容器２取り出しやすく
なるので、充填ステーションベース部１の上から充填液３が充填された容器２を取り出す。これによって、充填工程が終了する。

このように、充填液３が各容器２に対して、充填量が測定されて充填されるので、確実に安定してバラツキなく、定量充填することができる。また、充填量のバラツキが少ないので、後工程に計量工程を設けて、充填量を検査して、充填不良品をラインから排出する必要がない。そして、液体充填装置自体も複雑な構成を必要とせず、比較的簡単な構造で済む。

＜実施形態＞
以下、本発明を実施するための実施形態について説明する。
図２は、本発明の液体充填装置の実施形態を模式的に示した概念図である。

本実施形態の液体充填装置２００は、図２のように、充填ステーションベース部１に置かれた容器２に充填液３を充填するものである。充填ノズル４が容器の中に充填液３を注ぎ込むように、充填ノズルの先端が容器の中、あるいは、上方に位置するようになっている。

充填ノズル４の上端には充填バルブ５が設けられ、ノズル支持柱６で上方から保持されている。ノズル支持柱６は上下方向に移動可能になっていて、充填時には下がって、充填ノズル４の先端が、容器２の中に差し込まれ、充填後、充填ノズル４が容器２より上に上がって、容器２の充填ステーションベース部１への出し入れが容易にできるようになっている。

充填バルブ５は充填液パイプ７を介して、充填液タンク８に配管されている。充填液タンク８は、加圧されていても良いし、大気に開放され、充填液タンク８内の液面と充填ノズル４との高低差によって、流れるようになっていても良い。

充填バルブ５を開くことによって、充填液タンク８内の充填液３が、充填液パイプ７を介して充填バルブ５を通過して、充填ノズル４より容器２に充填される。本実施形態では充填液タンク８より下流で充填ノズル４までの間の充填流路のうちの充填バルブ４の上流に設けた圧力センサー１３と温度センサー１４が取り付けられていて、充填中の充填液３の圧力と温度を測定する。

圧力センサー１３と温度センサー１４が測定した充填中の充填液３の圧力と温度のデータは、それぞれ圧力センサー信号線１５と温度センサー信号線１６を介して制御装置１１に伝えられる。制御装置１１では圧力センサー１３と温度センサー１４が測定した圧力と温度の情報に基づき、リアルタイムで、充填液３の流量を算出し、充填開始から充填流路を流れる流量を積算して、充填開始からの充填量を算出する。

圧力と温度の情報から充填液３の流量を求めるには、たとえば、Ｆを流量、Ｃを流出係数（ノズルの幾何学的形状で決まる定数、事前に実験的に求めておく）、ΔＰを差圧（圧力センサー１３の位置の圧力と充填ノズルの先の大気圧との差圧）、ρを充填液体の密度（ρは温度の関数になるので、事前に実験的に求めておき、データとしてメモリする）、また、Ｄを充填バルブの上流に設けた圧力センサー部分の配管の径、ｄを充填ノズルの先端部分の径とすると、下記の式のようになる。

ここで、Ｋは次式を満たすものとする。

充填液体の密度ρは、充填液体ごとに異なり、またそれぞれ、温度によって変化するため、事前に実験的に求めておき、データとしてメモリしておく。そのデータを格納し、必要に応じて取り出せるように、制御装置１１に接続した充填液体性状データ格納部１７が設けられている。

また、制御装置１１には操作パネル１１´が付設されていて、あらかじめ、特定の充填量が設定できるようになっていて、この特定の充填量に、測定した圧力と温度の情報に基づき算出した流量をリアルタイムに積算した充填量が達すると、制御装置１１はバルブ開閉信号線１２を介して、充填バルブ５を閉じるように信号を出して、充填バルブ５を閉じる。

本実施形態の液体充填装置２００で充填を行うには、ノズル支持柱６を上方に上げ、充填ノズル４を上方に移動させる。充填ノズル４を上方に移動させると、容器２を置きやすくなるので、充填ステーションベース部１の上にこれから充填する容器２を置く。

ノズル支持柱６を下に下げ、充填ノズル４の先端が容器２の中に入るまで下げる。制御装置１１よりの充填バルブ５を開く信号がバルブ開閉信号線１２を介して充填バルブ５に送られて、充填バルブ５が開かれ充填が開始される。充填液３は、あらかじめ充填液タンク８に溜められていて、充填液パイプ７を介して充填バルブ５に送られ、充填バルブ５を通って、充填ノズル４より容器２に充填される。

充填の間、圧力センサー１３と温度センサー１４が圧力と温度を測定する。圧力センサー１３と温度センサー１４が測定した充填中の充填液３の圧力と温度のデータは、それぞれ、圧力センサー信号線１５と温度センサー信号線１６を介して制御装置１１に伝えられる。

制御装置１１では圧力センサー１３と温度センサー１４が測定した圧力と温度の情報に基づき、リアルタイムで、充填液３の流量を算出し、充填開始から充填流路を流れる流量を積算して、充填開始からの充填量を算出する。

圧力と温度から、流量を求めるには、前述した式によって求めることができる。この場合、温度と密度の関係のデータは、制御装置１１に接続した充填液体性状データ格納部１７に格納されているので、あらかじめ、操作パネル１１´によって制御装置１１に呼び出しておく。

制御装置１１に付設された操作パネル１１´に、あらかじめ設定された特定の充填量に、充填開始から充填流路を流れる流量を積算して算出された充填開始からの充填量が達すると、制御装置１１はバルブ開閉信号線１２を介して、充填バルブ５を閉じるように信号を出して、充填バルブ５を閉じる。

充填バルブ５が閉じると充填が終了する。次に、ノズル支持柱６を上方に上げ、充填ノズル４を上方に移動させる。充填ノズル４を上方に移動させると、容器２取り出しやすくなるので、充填ステーションベース部１の上から充填液３が充填された容器２を取り出す。これによって、充填工程が終了する。

このように、充填液３が各容器２に対して、充填量が測定されて充填されるので、確実に安定してバラツキなく、定量充填することができる。また、充填量のバラツキが少ないので、後工程に計量工程を設けて、充填量を検査して、充填不良品をラインから排出する必要がない。そして、液体充填装置自体も複雑な構成を必要とせず、比較的簡単な構造で
済む。

１００、２００・・・液体充填装置
１・・・充填ステーションベース部
２・・・容器
３・・・充填液
４・・・充填ノズル
５・・・充填バルブ
６・・・ノズル支持柱
７・・・充填液パイプ
８・・・充填液タンク
９・・・流量計
１０・・・流量計信号線
１１・・・制御装置
１１´・・・操作パネル
１２・・・バルブ開閉信号線
１３・・・圧力センサー
１４・・・温度センサー
１５・・・圧力センサー信号線
１６・・・温度センサー信号線
１７・・・充填液体性状データ格納部

Claims (3)

1. 充填時には充填ノズルの先端が容器の中に差し込まれ、充填後には充填ノズルの先端が容器より上方に移動し、
   充填開始から充填流路を流れる、充填液の温度と圧力を元に該充填液の流量を、この流量をＦ、流出係数をＣ、充填液の圧力と充填ノズルの先端の大気圧との差圧をΔＰ、充填液体の密度をρ、充填流路の充填液の圧力を測定した部分の径をＤ、充填ノズルの先端の径をｄとして、下記の数１及び数２で算出し、積算して充填量を求め、特定の充填量になるように前記充填液の流れを止め、定量充填を行うことを特徴とする液体充填方法。
   

   

   
2. 充填時には充填ノズルの先端が容器の中に差し込まれ、充填後には充填ノズルの先端が容器より上方に移動し、定量充填を行う液体充填装置において、充填流路に設けた圧力センサーと温度センサーからの情報に基づき、充填開始から充填流路を流れる充填液の流量を、この流量をＦ、流出係数をＣ、圧力センサーが測定した充填液の圧力と充填ノズルの先端の大気圧との差圧をΔＰ、充填液体の密度をρ、充填流路の圧力センサーを設けた部分の径をＤ、充填ノズルの先端の径をｄとして、下記の数１及び数２で算出し、流量を積算して充填開始からの充填量を算出して、特定の充填量の充填液を充填することを特徴とする液体充填装置。
   

   

   
3. 充填ノズルと、該充填ノズルへの充填液の流れを開閉する充填バルブと、該充填バルブに送られる前記充填液を溜めておく充填液タンクを備え、前記充填バルブの上流に設けた圧力センサーと温度センサーからの情報に基づき、前記充填バルブの開いた時点からの積算充填量を算出して、特定の充填量で前記充填バルブを閉じることを特徴とする請求項２に記載の液体充填装置。

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