(57)【要約】【課題】  加圧された液体貯留タンク１内の液体を、一定流量ごとにパルス信号を出力する流量計４及びバルブ５を通し、充填ノズル３から容器に繰り返し充填する流量計式液体充填装置。タンク１内の圧力が変動しても充填量のバラツキがないようにする。【解決手段】  バルブ作動手段でバルブ５を開いて充填を開始し、出力されたパルス信号の数が所定の充填パルス数に達したときバルブ５を閉じ、その回の充填を終了する。充填開始直前にタンク１内のエア圧を圧力センサ８で測定し、測定したエア圧に基づき、予め実験的に定められたエア圧と充填パルス数の関係から、測定した圧力値に対応する充填パルス数を１回の充填ごとに算出する。タンク１に除菌フィルター２３を接続して無菌充填を行う場合、液体補充タンク６からタンク１に液体を補充するたびにエア圧が変動するが、充填パルス数をエア圧の変動に応じて制御するため、充填量のバラツキが少ない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧以上に加圧された液体貯留タンクと、液体管路により液体貯留タンクと連通する充填ノズルと、液体管路内又は充填ノズル内に設置され充填ノズルからの液体の吐出及びその停止を行うバルブと、バルブを開閉するバルブ作動手段と、液体貯留タンク内又は液体管路内の圧力を測定する圧力センサと、前記バルブが開のとき液体管路内を流れて充填ノズルに送られる液体の流量を測定し、一定流量ごとにパルス信号を出力する流量計と、バルブ作動手段を作動させてバルブを開とし充填を開始するとともに、入力した前記パルス信号の数が所定の充填パルス数に達したときバルブ作動手段を作動させて前記バルブを閉とし充填を停止する制御装置を備え、繰り返し同じ充填操作を行う流量計式液体充填装置において、前記制御装置は、前記圧力センサにより充填開始直前に測定された圧力値に基づき、予め設定された圧力値と充填パルス数の関係から、１回の充填ごとに前記圧力値に対応する充填パルス数を算出することを特徴とする流量計式液体充填装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記圧力値を予め設定された圧力基準値と比較して圧力変動値を算出し、予め設定された圧力変動値と充填パルス数の関係から、算出された前記圧力変動値に対応する充填パルス数を算出することを特徴とする請求項１に記載された流量計式液体充填装置。
【請求項３】
予め設定された圧力変動値と補正パルス数の関係から、算出された前記圧力変動値に対応する補正パルス数を求め、前記圧力基準値に対応して予め設定された基準パルス数と前記補正パルス数から前記充填パルス数を算出することを特徴とする請求項２に記載された流量計式液体充填装置。
【請求項４】
さらに、液体貯留タンクに接続した液体補充手段と、液体貯留タンク内のエア圧を調整するエア圧調整手段を備え、前記制御装置は、前記圧力センサの検出信号に基づき前記エア圧調整手段を作動させて前記圧力値を一定に保つことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された流量計式液体充填装置。
【請求項５】
さらに、液体貯留タンクとエア圧調整手段の間に除菌フィルターを備えることを特徴とする請求項４に記載された流量計式液体充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧以上に加圧された液体貯留タンクと、液体管路により液体貯留タンクと連通する充填ノズルと、液体管路内又は充填ノズル内に設置され充填ノズルからの液体の吐出及びその停止を行うバルブと、バルブを開閉するバルブ作動手段と、液体貯留タンク内又は液体管路内の圧力を測定する圧力センサと、前記バルブが開のとき液体管路内を流れて充填ノズルに送られる液体の流量を測定し、一定流量ごとにパルス信号を出力する流量計を備えた流量計式液体充填装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流量計式液体充填装置の一例を図５に示す。この充填装置は、液体貯留タンク１、液体管路２により液体貯留タンク１と連通する充填ノズル３、液体管路２に設置された流量計（例えば電磁流量計）４及び開閉バルブ５、液体貯留タンク１に液体を補充する液体補充タンク６、液体貯留タンク１に設置された液面レベルセンサ７及び圧力センサ８、液体貯留タンク１及び液体補充タンク６に加圧エアを供給する加圧エア源（コンプレッサー）９、加圧エア源９と液体貯留タンク１及び液体補充タンク６のエア流路に設置されたエア圧調整手段１０，１１、液体貯留タンク１と液体補充タンク６の液体管路１２に設置された開閉バルブ１３、及び制御装置１４を備える。
【０００３】
エア圧調整手段１０は、特許文献１に記載されたものと実質的に同じで、エア供給手段１５とエア排出手段１６からなり、エア供給手段１５は、加圧エア源９と液体貯留タンク１の間に並列に設置された複数のエア供給流路１７ａ〜１７ｃ、その開閉を行う供給流路開閉バルブ１８ａ〜１８ｃ、及び前記エア供給流路１７ａ〜１７ｃに設置された絞り弁１９ａ〜１９ｃからなり、エア排出手段１６は、液体貯留タンク１に並列につながり一端が大気解放された複数のエア排出流路２０ａ〜２０ｃ、その開閉を行う排出流路開閉バルブ２１ａ〜２１ｃ、及び前記エア排出流路２０ａ〜２０ｃに設置された絞り弁２２ａ〜２２ｃからなり、絞り弁１９ａ〜１９ｃ，２２ａ〜２２ｃの開度はそれぞれ段階的に変えられている。一方、エア圧調整手段１１は一般的な調圧弁（精密レギュレーターともいう）である。
【０００４】
液体貯留タンク１内の圧力は圧力センサ８により測定され、制御装置１４において設定圧（圧力基準値）と比較され、設定圧からの変動があった場合、制御装置１４がエア圧調整手段１０の供給流路開閉バルブ１８ａ〜１８ｃ又は排出流路開閉バルブ２１ａ〜２１ｃの１又は２以上を作動させて、設定圧に保つようにする。その際、制御装置１４は、設定圧からの変動の大きさ（変動量）に応じて、開作動させるバルブを選択する。すなわち、圧力の変動量が大きいとき、開度の大きい絞り弁が設置された流路のバルブあるいは複数のバルブを開いて、タンク内の圧力を素早く設定圧に近づけ、圧力の変動量が小さいとき、開度の小さい絞り弁が設置された流路のバルブを開いて、緩やかな調整が行われるようにし、いずれにしても、タンク内の圧力の変動量を小さくして精密な制御ができるようになっている。
【０００５】
液体貯留タンク１内の液面レベルは液面レベルセンサ７により測定され、制御装置１４において基準レベルと比較され、基準レベルからの変動量（減少量）が設定値を越えたとき、制御装置１４がバルブ作動手段（図示せず）に制御信号を送って開閉バルブ１３を開き、加圧された液体補充タンク６から液体貯留タンク１に液体が補充される。液体貯留タンク１内の液面レベルが基準レベルに達したとき、開閉バルブ１３を閉じる。
【０００６】
この充填装置は、例えば特許文献２に記載されたような間欠回転テーブル式袋詰め包装機の液体充填工程において用いられる。この種の袋詰め包装機の生産性は一般に３０〜５０袋／分であり、１回の液体充填に使用できる時間は０．４〜０．７秒程度と極めて短時間である。
このとき充填ノズル３による充填量の制御は次のように行われる。
（１）袋詰め包装機のテーブルが間欠回転し、液体充填工程位置においてグリッパーに把持された容器（袋）が充填ノズル３の下に停止すると、制御装置１４がバルブ作動手段（図示せず）に制御信号を送って開閉バルブ５を開き、充填ノズル３から液体の供給を開始する。
（２）同時に流量計４が一定流量を検出するごとにパルス信号を制御装置１４に送る。
（３）制御装置１４は流量計４から出力されるパルス信号の数が所定の充填パルス数に達した時点で、前記バルブ作動手段に制御信号を送って開閉バルブ５を閉め、液体の供給をストップする。なお、前記充填パルス数は、事前に試験を行って決めておく。
【０００７】
なお、液体充填装置においてこの種の流量計を利用すること自体は、下記特許文献３〜７に例示するように公知である。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−９５３９１号公報
【特許文献２】特開平７−２２３６０１号公報
【特許文献３】特開平１１−１９３０９５号公報
【特許文献４】特開平１１−１７１１０４号公報
【特許文献５】特開平１１−１０５９８９号公報
【特許文献６】特開平１０−１６９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
流量計４により測定される液体管路２内の流量は、液体が管路内を一定以上の流速で流れているとき、つまり開閉バルブ５が完全に開状態のときは仮に液圧が一定でなくても、正確に計測できる。しかし、開閉バルブ５が開くとき又は閉じるときに液体管路２内を流れる液体の流量（飛び込み量）は、流速が小さくかつ急激に変化するため正確に測定することが難しく、しかも、その流量は液圧により大きく変動する。従って、流量計式液体充填装置において、前記飛び込み量を含め容器に充填する液体の量を一定に保つには、液体管路内の液圧を一定に保つ必要がある。
【００１０】
図５に示す充填装置では、特に液体補充タンク６から液体貯留タンク１に液体が補充されるとき、その補充が比較的急速に行われるため、液体貯留タンク１内の圧力が変動（上昇）しやすいが、エア圧調整手段１０によりほぼ設定圧に保つことができ、液体管路２内の液圧もほぼ一定に保たれる。これにより容器に充填される液体の量をほぼ目標値に一定に保つことができる。
ところが、この種の充填装置を用いて無菌充填を行う場合、液体貯留タンク１内の圧力の変動を十分抑えることができず、容器に充填される液体の量が目標値から大きくばらつくという問題がある。これは、無菌充填の場合、液体貯留タンク１とエア圧調整手段１０をつなぐエア流路に除菌フィルターを設ける必要があり、この除菌フィルターがエア流通の抵抗となって、エア圧調整手段１０が作動しても圧力変動の迅速な調整ができない（エアの排出が速やかに行われない）からである。
【００１１】
液体貯留タンク１内の圧力が変動すると液体管路内の液圧も変動し、飛び込み量が変化して容器への充填量にバラツキが出る。また、充填開始から終了までの時間が短いほど、飛び込み量の影響が相対的に大きくなるから、充填量のバラツキは、充填装置の生産性（個／分）を高めるほど大きくなる。
【００１２】
本発明は、従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたもので、液体貯留タンク内の圧力が変動しても、また生産性を高めても、容器への充填量のバラツキを抑えることができる流量計式液体充填装置を得ることを目的とする。  
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、大気圧以上に加圧された液体貯留タンクと、液体管路により液体貯留タンクと連通する充填ノズルと、液体管路内又は充填ノズル内に設置され充填ノズルからの液体の吐出及びその停止を行うバルブと、バルブを開閉するバルブ作動手段と、液体貯留タンク内又は液体管路内の圧力を測定する圧力センサと、前記バルブが開のとき液体管路内を流れて充填ノズルに送られる液体の流量を測定し、一定流量ごとにパルス信号を出力する流量計と、バルブ作動手段を作動させてバルブを開とし充填を開始するとともに、入力した前記パルス信号の数が所定の充填パルス数に達したときバルブ作動手段を作動させて前記バルブを閉とし充填を停止する制御装置を備えた流量計式液体充填装置において、前記制御装置は、前記圧力センサにより充填開始直前に測定された圧力値に基づき、予め設定された圧力値と充填パルス数の関係から、１回の充填ごとに前記圧力値に対応する充填パルス数を算出することを特徴とする。
この算出手順をより具体的にいえば、前記圧力値を予め設定された圧力基準値と比較して圧力変動値を算出し、予め設定された圧力変動値と充填パルス数の関係から、算出された前記圧力変動値に対応した充填パルス数を算出する。さらに具体的にいえば、予め設定された圧力変動値と補正パルス数の関係から、算出された前記圧力変動値に対応する補正パルス数を求め、前記圧力基準値に対応して予め設定された基準パルス数と前記補正パルス数から前記充填パルス数を算出する。
【００１４】
圧力センサの設置位置は、液体貯留タンク内（タンク内のエア圧又は液圧を測定）でも、液体管路内（管路内の液圧を測定）でもよい。液体管路内であれば、流量計や充填ノズルにより近い箇所が望ましい。
前記流量計式液体充填装置は、さらに、液体貯留タンクに接続した液体補充手段と、液体貯留タンク内のエア圧を調整するエア圧調整手段を備え、前記制御装置は、前記圧力センサの検出信号に基づき前記エア圧調整手段を作動させて前記圧力値を一定に保つ。また、前記流量計式液体充填装置は、必要に応じて、液体貯留タンクとエア圧調整手段の間に除菌フィルターを備える。
なお、本発明において液体とは、固形物を含む液状物を含む意味で用いている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、液体貯留タンク内又は液体管路内の圧力が基準値から変動すると、一定量の液体を充填するための適正な充填パルス数が変わってくるとの知見を元に、予め圧力値と充填パルス数の関係を実験的に定めておき、１回の充填ごとに圧力値を測定して、前記関係から該圧力値に対応する充填パルス数を算出し、充填開始からのパルス数がこの充填パルス数に達したとき自動的にバルブを閉にする。従って、液体貯留タンク内又は液体管路内の圧力に変動があっても、各充填ごとに圧力値に対応する最適の充填パルス数で充填を行うことができ、圧力変動に伴う充填量の変動を最小限に留めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１〜４を参照して、本発明に係る流量計式液体充填装置について説明する。
図１に示す充填装置は、無菌充填を行うためのもので、図５に示す充填装置と比較すると（基本的に同じ部位には同じ番号を付与している）、エア圧調整手段１０が通常の調圧弁からなること、及び液体貯留タンク１とエア圧調整手段１０をつなぐエア流路に除菌フィルター２３、液体補充タンク６とエア圧調整手段１１をつなぐエア流路に除菌フィルター２４が設置されている点で異なる。
また、制御装置１４は、１回の充填ごとに、充填開始直前に圧力センサ８により液体貯留タンク１内のエア圧を測定し、そのエア圧に対応する適正な充填パルス数を算出し、流量計４が出力するパルス信号の数がこの充填パルス数になったとき、バルブ作動手段を作動させてバルブ５を閉とし、充填を停止する。なお、図５に示す従来の制御装置では、充填作業の当初に設定した充填パルス数は充填作業中に変更しない。
【００１７】
制御装置１４による充填パルス数（Ｆ）の算出手順の一例を、図２のフローチャートを参照して、具体的に説明する。
［Ｓ１］制御装置１４の圧力連動スイッチをＯＮにすると、制御装置１４による充填パルス数の算出が開始される。
［Ｓ２］制御装置１４が、バルブ作動手段を作動させてバルブ５を開とする直前に、圧力センサ８により液体貯留タンク１内のエア圧、すなわち充填開始圧力（Ａ）を測定する。
［Ｓ３］測定した充填開始圧力（Ａ）を予め設定した圧力基準値（Ｂ）と比較し、下記式から圧力変動値（Ｃ）を算出する。なお、圧力基準値（Ｂ）は、下記基準パルス数（Ｅ）とともに実験的に定められるもので、一般的に液体の性状、目標充填量、充填開始から充填終了までに使える時間等により変化する。
Ｃ＝Ａ−Ｂ・・・・（１）
【００１８】
［Ｓ４］下記式で規定される補正パルス数（Ｄ）と圧力変動値（Ｃ）の関係から、圧力変動値（Ｃ）に対応する補正パルス数（Ｄ）を算出する。なお、関数ｆは、実験的に定められるもので、Ｃ＝０のときＤが０となり、Ｃ＞０のときＤが正数になり、Ｃ＜０のときＤが負数になる。
Ｄ＝ｆ（Ｃ）・・・・（２）
［Ｓ５］補正パルス数（Ｄ）と基準パルス数（Ｅ）から、下記式により充填パルス数（Ｆ）を算出する。ただし、Ｄの値は正負とも小数点以下は切り捨て又は切り上げる。なお、基準パルス数（Ｅ）は、液体貯留タンク１内のエア圧が圧力基準値（Ｂ）に等しいとき（Ｃ＝０）、目標充填量が得られるパルス数であり、先に述べたとおり、実験的に定められる。
Ｆ＝Ｅ−Ｄ・・・・（３）
【００１９】
上記（１）〜（３）式に示すように、制御装置１４では液体貯留タンク１内のエア圧（あるいは基準値からのずれ量）と充填パルス数（Ｆ）の関係が予め設定されており、この関係から充填開始圧力（Ａ）に対応する充填パルス数（Ｆ）が算出される。次いで、制御装置１４は、流量計４が出力するパルス信号の数がこの充填パルス数になったとき、バルブ作動手段を作動させてバルブ５を閉とし、充填を停止する。
【実施例】
【００２０】
図１に示すタイプの液体充填装置を、間欠回転テーブル式袋詰め包装機の液状物充填工程に配置し、生産量を３０袋／分、目標充填量を２００ｍｌ（ｇ）として、袋へ液体を充填した。使用した液体は常温水、充填ノズル３は内径２０ｍｍのネットノズル、流量計４は電磁流量計、液体貯留タンク１の容量が６０ｌ、液体補充タンク６の容量が８０ｌである。液体貯留タンク１内の圧力基準値（Ｂ）を８９ｋＰａ、基準パルス数（Ｅ）を７５パルスに設定し、先に説明したように、各充填ごとに液体貯留タンク１内の圧力を測定して充填パルス数の算出を行い、この充填パルス数に基づいてバルブ５の制御を行った。
この実施例では、液体貯留タンク１内のエア圧と充填パルス数の関係について、予め実験を行って、前記（２）式を下記のように設定した。係数であるｋは１．７とし、Ｃの単位はｋＰａである。
Ｄ＝ｋ×Ｃ・・・・（４）
【００２１】
図３に各充填ごとの液体貯留タンク１内の圧力（充填開始圧力）及び充填量を示す。
図３に示すように、液体貯留タンク１内の圧力は、液体補充タンク６から液体が補充されるたびにかなり変動する。これは液体貯留タンク１とエア圧調整手段１０との間に除菌フィルター２３が接続しているため、これが抵抗となって液体補充時のエア圧調整が迅速に行えないためである。しかし、充填量の変動は小さく、試験を行った５０袋について、液体充填量の平均値は２００．５ｇ、最大充填量と最小充填量の差は４．３ｇでありバラツキが少なかった。
一方、図４は、充填パルス数の補正を行わなかった（５０袋全て同じ充填パルス数とした）点だけが異なり、他は同じ条件とした場合（比較例）の結果である。液体貯留タンク１内の圧力が同様に変動し、この変動に対応するように、充填量もかなり変動し、試験を行った５０袋について、液体充填量の平均値は２０１．４ｇ、最大充填量と最小充填量の差は９．８ｇでありバラツキが大きかった。
【００２２】
なお、図１の液体充填装置で用いた調圧弁は、図５の装置で用いたエア圧調整手段より精度的に劣るが、図１の液体充填装置では、除菌フィルターを設置したため、高精度のエア圧調整手段の性能を十分発揮させることができず、また図１の液体充填装置では、１回の充填ごとに圧力値を測定し、その圧力値に対応する最適な充填パルス数を算出することから、圧力変動があっても高精度の充填量制御が可能であるから、前記調圧弁でも構わない。
【００２３】
また、以上の説明は液体貯留タンクとエア圧調整手段の間に除菌フィルターを備えた液体充填装置に関するものであったが、本発明は液体貯留タンク内の圧力が変動する可能性がある液体充填装置であれば、除菌フィルターを備えていない装置にも適用できる。
また、図１に示した液体充填装置では、加圧された液体補充タンクから液体貯留タンクに液体を補充したため、液体の補充が比較的急速に行われ、液体貯留タンク内のエア圧が補充のたびに大きく変動した。この方式に代えて、特許文献１に記載されたように、液体管路に設置したポンプを用いて補充することもできる。ポンプであれば液体の補充を緩やかに行うことができるので、液体補充タンク内の圧力変動が比較的小さくなる。
また、圧力センサーは液体貯留タンク内のエア圧を測定していたが、これに代えて液体貯留タンク内又は液体管路内の液圧を測定することもできる。液体管路内であれば流量計や充填ノズルの近傍で測定すると精度が向上する。また、流量計としては、電磁流量計だけでなく、一定流量ごとにパルス信号を出力する質量流量計を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る流量計式液体充填装置の回路図である。
【図２】本発明の装置における制御手順を示すフローチャートである。
【図３】実施例の液体貯留タンク内の圧力と充填量を各充填ごとに示す図である。
【図４】比較例の液体貯留タンク内の圧力と充填量を各充填ごとに示す図である。
【図５】従来の流量計式液体充填装置の回路図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  液体貯留タンク
２  液体管路
３  充填ノズル
４  流量計
５  開閉バルブ
６  液体補充タンク
７  液面レベルセンサ
８  圧力センサ
９  加圧エア源（コンプレッサー）
１０，１１  エア圧調整手段
２３，２４  除菌フィルター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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