(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性をもつ収納壁部を有する容器に充填される内容物の充填レベルを検出する方法であって、
前記収納壁部の外側面に所定の圧力で流体を吹き付け該収納壁部を変位させると共に、前記流体が吹き付けられた箇所の前記収納壁部外側面の変位量を検知して前記変位量から前記充填レベルを検出するに、
前記流体を、前記内容物の充填予定レベルを上下から挟む位置の２箇所に吹き付け、この２箇所からの前記変位量の差に基づいて前記内容物の充填レベルを判定することを特徴とする充填レベル検出方法。
【請求項２】
前記変位量は、前記収納壁部の外側に対向するように配置された距離センサで測定された、前記収納壁部の外側面までの距離に基づいて決定されることを特徴とする請求項１記載の充填レベル検出方法。
【請求項３】
前記変位量は、前記収納壁部の外側面の、前記容器内側に向けた湾曲寸法であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の充填レベル検出方法。
【請求項４】
可撓性をもつ収納壁部を有する容器に充填される内容物の充填レベルを検出する充填レベル検出装置であって、
前記収納壁部の外側面の所定高さ位置に配置され、所定の圧力で流体を吐出する流体吐出部と、
前記流体吐出部から吐出された流体が吹き付けられる収納壁部の外側面に対向して配置された変位センサと、
前記変位センサで検知された値に基づいて充填レベルを判定する演算部と、
を備え、
前記流体吐出部は、前記内容物の充填予定レベルを上下から挟む位置の２箇所に配置され、前記変位センサは前記流体吐出部のそれぞれが吐出する流体が吹き付けられる位置に対応して２つ配置され、前記演算部は前記２つの変位センサからの出力値の差に基づいて前記内容物の充填レベルを判定することを特徴とする充填レベル検出装置。
【請求項５】
前記容器は主に紙でなる包材を筒状に加工されてなり、前記流体は空気もしくは水であり、前記内容物は飲料であることを特徴とする請求項４記載の充填レベル検出装置。
【請求項６】
前記変位センサは、該センサから前記収納壁部の外側面までの距離を測定する距離センサであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の充填レベル検出装置。
【請求項７】
前記演算部は、前記変位センサで検出された値の変化に基づいて充填レベルを判定することを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれかに記載の充填レベル検出装置。
【請求項８】
前記演算部は、前記内容物を供給する供給装置の駆動制御部に接続され、前記充填レベルの判定結果に応じて前記駆動制御部へ供給もしくは停止信号を出力することを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれかに記載の充填レベル検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、充填レベル検出方法および充填レベル検出装置に関し、さらに詳しくは、吐出する流体を利用して容器内の例えば液体などの内容物の充填レベルを容器の外側から測定する方法及び容器の内容物充填工程に用いられる充填レベル検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の充填レベル検出方法としては、図５に示すように、例えば主に紙材にアルミ箔をラミネートしてなる包材を筒状に加工して包装用チューブ１を形成し、この包装用チューブ１の下部を横シールした後、包装用チューブ１の所定のレベルまで飲料２を充填する場合に用いられる方法がある。この方法では、同図に示すように、液面センサ３を包装用チューブ１内に挿入・配置して液面レベルを検出することが行われている。この他のレベル検出方法としては、液面センサの代わりにフロートを用いて液面レベルを検出する方法などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、包装用チューブ１内に可動部分がある場合、摩耗による誤動作、部品の落下、衛生上の問題などの発生が危惧される。また、可動部分のないセンサ類でも、これを包装用チューブ１に入れることにより、センサ回りの洗浄不良による衛生上の問題や、洗浄によるセンサ性能の低下などを惹起する問題があった。そこで、包装用チューブ１の外側から液面レベルを検出する方法が模索されている。例えば、電磁波を用いて内容液のレベルを検出しようとする場合、包材にラミネートされたアルミ箔が電磁シールドとなるためレベル検出を行うことが困難であった。また、包装用チューブ１の外側から超音波を当てて反射する帰還超音波から液面レベルを検出しようとする場合にも、包材にラミネートされたアルミ箔の影響で、レベル検出がうまく行えないという問題があった。
【０００４】
この発明が解決しようとする課題は、容器の外側から内容充填物のレベル検出が容易に行えるレベル検出方法と、充填レベル検出装置を得るにはどのような手段を講じればよいかという点にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、可撓性をもつ収納壁部を有する容器に充填される内容物の充填レベルを検出する方法であって、前記収納壁部の外側面に所定の圧力で流体を吹き付け該収納壁部を変位させると共に、前記流体が吹き付けられた箇所の前記収納壁部外側面の変位量を検知して前記変位量から前記充填レベルを検出することを特徴としている。さらに、前記流体を、前記内容物の充填予定レベルを上下から挟む位置の２箇所に吹き付け、この２箇所からの前記変位量の差に基づいて前記内容物の充填レベルを判定することを特徴としている。
【０００６】
従って、請求項１記載の発明では、収納壁部へ流体を所定圧力で吹き付けることにより収納壁部を変位させる。容器内へ内容物が充填されるに伴い、容器内部の圧力が変化して、収納壁部の変位量が変化する。この変位量から容器内の内容物が充填されたレベルを検知・判定することができる。このため、内容物の充填予定レベル又はこのレベル近傍に、流体の吹き付け位置を設定することで、内容物の充填レベルを充填予定レベルと一致又は近似させることが可能となる。
さらに、２箇所から吐出された流体は、充填予定レベルの上と下の収納壁部を押圧する。この２箇所の収納壁部の変位量を比較することにより、下の位置にある収納壁部の容器内側に内容物の充填レベルが達し、上の位置にある収納壁部の容器内側に内容物が達していない場合に、２箇所の間の位置に充填レベルがあることが判定できる。このため、２箇所の間の上下距離を適宜設定することにより、実際の内容物の充填レベルと充填予定レベルとを近似又は一致させることが可能となる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の充填レベル検出方法であって、前記変位量は、前記収納壁部の外側に対向するように配置された距離センサで測定された、前記収納壁部の外側面までの距離に基づいて決定されることを特徴としている。
【０００８】
従って、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の作用に加えて、距離センサにより、センサから収納壁部の外側面までの距離を測定することで、収納壁部の変位量を検知することができる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の充填レベル検出装置であって、前記変位量は、前記収納壁部の外側面の、前記容器内側に向けた湾曲寸法であることを特徴としている。
【００１０】
従って、請求項３記載の発明では、請求項１及び請求項２に記載の発明の作用に加えて、収納壁部の湾曲寸法を測定することで収納壁部の変位量を検知することができる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、可撓性をもつ収納壁部を有する容器に充填される内容物の充填レベルを検出する充填レベル検出装置であって、前記収納壁部の外側面の所定高さ位置に配置され、所定の圧力で流体を吐出する流体吐出部と、前記流体吐出部から吐出された流体が吹き付けられる収納壁部の外側面に対向して配置された変位センサと、前記変位センサで検知された値に基づいて充填レベルを判定する演算部と、を備えることを特徴としている。さらに、前記流体吐出部は、前記内容物の充填予定レベルを上下から挟む位置の２箇所に配置され、前記変位センサは前記流体吐出部のそれぞれが吐出する流体が吹き付けられる位置に対応して２つ配置され、前記演算部は前記２つの変位センサからの出力値の差に基づいて前記内容物の充填レベルを判定することを特徴としている。
【００１２】
従って、請求項４記載の発明では、流体吐出部から吐出される流体が所定の圧力で収納壁部を押圧して収納壁部を変位させる。この変位量を変位センサで検知して、この検知された値に基づいて演算部で内容物の充填レベルを判定することができる。さらに、２箇所に配置された流体吐出部から吐出された流体は、充填予定レベルの上と下の収納壁部を押圧する。この２箇所の収納壁部の変位量を比較することにより、下の位置にある収納壁部の容器内側に内容物の充填レベルが達し、上の位置にある収納壁部の容器内側に内容物が達していない場合に、２箇所の間の位置に充填レベルがあることが判定できる。このため、２箇所の間の上下距離を適宜設定することにより、実際の内容物の充填レベルと充填予定レベルとを近似又は一致させることが可能となる。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の充填レベル検出装置であって、前記容器は主に紙でなるシートにアルミ箔が積層された包材を筒状に加工されてなり、前記流体は空気もしくは水であり、前記内容物は飲料であることを特徴としている。
【００１４】
従って、請求項５記載の発明では、請求項４記載の発明の作用に加えて、アルミ箔が積層された紙シートでなる包材でなる容器の中にレベルセンサやフロートなどを入れることなく、容器内の内容物の充填レベル検出を容器の外側から行うことができる。このため、内容物を汚損することを回避することができる。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載の充填レベル検出装置であって、前記変位センサは、該センサから前記収納壁部の外側面までの距離を測定する距離センサであることを特徴としている。
【００１６】
従って、請求項６記載の発明では、請求項４及び請求項５に記載の発明の作用に加えて、距離センサで収納壁部の変位量を得ることができる。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項４〜請求項６のいずれかに記載の充填レベル検出装置であって、前記演算部は、前記変位センサで検知された値の変化に基づいて充填レベルを判定することを特徴としている。
【００１８】
従って、請求項７記載の発明では、請求項４〜請求項６に記載の発明の作用に加えて、演算部が変位センサの検知した値の変位により、内容物が容器の充填予定レベルに達したか否かの判定を行うことができる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項４〜請求項７のいずれかに記載の充填レベル検出装置であって、前記演算部は、前記内容物を供給する供給装置の駆動制御部に接続され、前記充填レベルの判定結果に応じて前記駆動制御部へ供給もしくは停止信号を出力することを特徴としている。
【００２２】
従って、請求項８記載の発明では、請求項４〜請求項７に記載の発明の作用に加えて、演算部で充填レベルが充填予定レベルと近似又は一致している場合に駆動制御部を介して内容物の供給を停止させることが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る充填レベル検出方法および充填レベル検出装置の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２４】
（実施形態）
図１は本発明に係る充填レベル検出方法および充填レベル検出装置を、飲料の包材を包装機にて筒状に加工し、逐次、飲料を充填する工程に、適用した実施形態を示する斜視説明図、図２は本実施形態におけるレベル検出の原理を示す説明図、図３及び図４は本実施形態の空気圧パルスと距離センサの検出結果に基づいた出力波形図である。
【００２５】
まず、本実施形態が適用される背景として、包装機について図１を用いて簡単に説明する。包装機１０は、同図に示すように、長尺帯状の、収納壁部となる包材１１が巻き取られたマガジン１２と、多数のガイドローラ１３と、筒状形成機構１４と、縦シール機構１５と、飲料充填パイプ１６と、横シール切断機構１７とを備えている。
【００２６】
包材１１は、形成する容器の内側面となる表面側から順に、例えばポリエチレン樹脂、アルミ箔、紙基材、およびポリエチレン樹脂が積層されて形成されている。包材１１には、後工程で屈曲を容易とするための折り線が予め付けられている。マガジン１２から引き出された包材１１は、ガイドローラ１３によって案内されて、包装機１０の最上部まで導かれた後、略垂直下方に搬送される。略垂直下方へ搬送される包材１１は、筒状形成機構１４によって筒状に湾曲され、縦シール機構１５によってその幅方向両端部どうしが熱溶着されて円筒状とされる。
【００２７】
次に、横シール切断機構１７によって、円筒状に加工された包材１１に幅方向に沿った帯状の横シールが施され、横シールの上方の飲料充填パイプ１６から包材１１の内部に例えばジュースやお茶などの飲料が充填され、横シールよりも所定距離だけ上方位置にさらに帯状の横シールが施され、上下の横シールがそれぞれ略中央位置で切断される。これにより、上下横シール間に飲料が密封されたセミパッケージが連続的に形成される。その後、セミパッケージは図示しない成形機へ搬送されて所定の形状のファイナルパッケージに成形される。
【００２８】
本実施形態では、筒状に縦シールされ下部が横シールされた包材１１に飲料充填パイプ１６から飲料が供給される際に、充填レベル検出方法および充填レベル検出装置２０を適用している。
【００２９】
次に、図１を用いて本実施形態の充填レベル検出方法を適用した充填レベル検出装置２０の構成を説明する。
【００３０】
本実施形態では、筒状の包材１１の充填予定レベル（予め設定された飲料３０が充填されるべき高さ位置）Ａを上下に挟む位置に、流体としての空気を所定の圧力で吐出する、流体吐出部としての空気吐出ノズル２１、２２が配置されている。本実施形態では、これら空気吐出ノズル２１、２２へ送られる空気は、図１に示すように、空気供給手段２５から空気供給管２６を介して搬送され途中でこの空気供給管２６が分岐して均等な空気圧力で両ノズル２１、２２へ供給されるようになっている。これらノズル２１、２２から吐出される空気の流れは、収納壁部である包材１１に対して直角をなすように設定してある。また、両ノズル２１、２２から吐出される風量は同一に設定されている。空気吐出ノズル２１、２２のそれぞれの近傍には、変位センサとしての距離センサ２３、２４が配置されており、これら距離センサ２３、２４で空気吐出ノズル２１、２２から吐出された空気が当たる包材１１の部分までの距離を測定するようになっている。なお、本実施形態では、距離センサ２３、２４が赤外線の出射及び反射光の入射により距離測定を行うようになっている。
【００３１】
上記した距離センサ２３、２４は、演算部２７へ接続され、測定された値に対応する例えば電圧値又は電流値を演算部２７へ出力するようになっている。なお、本実施形態では、空気供給手段２５の駆動は常に供給駆動させる訳ではなく、間欠的に駆動させ、この駆動電圧パルスに同期させて距離センサ２３、２４も駆動するように設定している。
【００３２】
また、演算部２７は、図１に示すように、飲料充填パイプ１６の開閉を行う例えば電磁バルブ２９の駆動制御部２８へ、充填レベルの判定信号を出力できるように接続されている。
【００３３】
ここで、本実施形態の充填レベル検出装置２０の作用・動作の説明に先駆けて、図２を用いて充填レベルの検出原理を説明する。
【００３４】
同図に示すように、包材１１内に内容物である飲料３０を充填した状態で、飲料３０の液面より下の位置と、液面より上の位置と、に同一の風量で同一の圧力の空気を吹き付けると、それぞれの位置で包材１１は内側へ湾曲する。このとき、内側へ湾曲する寸法を測定すると、液面より下の位置での湾曲寸法ε１は、液面より上の位置での湾曲寸法ε２より小さくなる。これは、飲料３０が充填されている位置では内部圧力が高いためである。このため、両センサ２３、２４での測定値が異なることが検知されれば液面は下の位置から上の位置の間に存在することが判る。このような原理で包材１１の外側からの液面レベルの検出が可能となる。
【００３５】
このため、包材１１の充填予定レベルＡの上下に配置した距離センサ２３、２４で包材１１までの距離を測定し、両者の距離に基づく検出値を比較して所定以上の差が発生していることを検出すれば、上下の位置の間に飲料３０の液面が存在することが判る。本実施形態では、この検出値の比較・判定は、演算部２７で行う。図３は、空気供給手段２５が駆動されて吐出空気の圧力が立ち上げられたときのタイミングで測定された距離センサ２３、２４の検出値を示している。同図は、両センサ２３、２４での検出値のピークの高さｈ１が同一であり、両位置間には液面が存在しないことを表している。あるいは、ｈ２が同一ならば液面が上距離センサ２３の上部まで存在する事を表している。図４は、両センサ２３、２４での検出値のピークの高さが、上の距離センサ２３でｈ１であり下の距離センサ２４でｈ２であり、ｈ２＜ｈ１となり下のセンサ位置では飲料３０が充填されており、上のセンサ位置では飲料３０が充填されていないことを表している。
【００３６】
距離センサ２３、２４での検出値から演算部２７が飲料３０の液面が上距離センサ２３の位置を越えたことを判定すると、演算部２７から駆動制御部２８へ判定信号を出力し、駆動制御部２８は電磁バルブ２９に閉める動作を行わせる制御信号を出力する。あるいは、液面が下距離センサ２４の位置を下まわったと判定すると電磁バルブ２９は開く。さらに、上距離センサ２３から下距離センサ２４の間では電磁バルブ２９は開いたままとなる。
【００３７】
なお、本実施形態では、空気供給手段２５を間欠的に駆動させたが、充填を行っていする間常に空気を供給するように動作させるようにしてもよい。
【００３８】
以上、実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、構成の要旨に付随する各種の設計変更が可能である。例えば、上記した実施形態では、筒状の包材１１に飲料２５を充填する場合に本発明を適用したが、各種形状の容器に液体を充填する場合にも適用可能である。また、容器に充填する内容物としては液体に限定されるものではなく、ヨーグルトやゼリー状の食品や、粉状の物でも充填レベルを検出することが可能である。また、上記した実施形態では、流体として空気を用いたが、水などの包材１１に悪影響を与えない流体を用いることも可能である。さらに、上記した実施形態では、２つの空気吐出ノズル２１、２２を上下に配置したが、１つのノズルを配置して常にセンサからの距離を検出することにより、包材１１の変位量に変化があった時点で充填レベルに達したことを検出するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、容器の外側から内容物を汚損することなく充填レベルの検出を可能にする効果がある。さらに、実際の内容物の充填レベルと充填予定レベルとを近似又は一致させることができる。
【００４０】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、センサから収納壁部の外側面までの距離を測定することが容易であるため、充填レベルを容易に検出することができる。
【００４１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１及び請求項２に記載の効果に加えて、収納壁部の湾曲寸法を測定することで充填レベルを容易に検出できるという効果がある。
【００４２】
請求項４記載の発明によれば、充填予定レベルに変位センサを配置することで内容物を充填予定レベルまで充填することが可能になる。さらに、実際の内容物の充填レベルと充填予定レベルとを近似又は一致させることができる。
【００４３】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の発明の効果に加えて、アルミ箔が積層された紙包材でなる容器の中にレベルセンサやフロートなどを入れることなく、容器内の内容物の充填レベル検出を容器の外側から行うことができ、内容物を汚損することを回避することができ、飲料充填工程を衛生的に行えるという効果がある。
【００４４】
請求項６記載の発明によれば、請求項４及び請求項５に記載の発明の効果に加えて、距離センサで収納壁部の変位量を得ることで容易に充填レベルを検出できる。
【００４５】
請求項７記載の発明によれば、請求項４〜請求項６に記載の発明の効果に加えて、内容物が容器の充填予定レベルに達したか否かの判定を行えるという効果がある。
【００４７】
請求項８記載の発明によれば、請求項４〜請求項７に記載の発明の効果に加えて、演算部で充填レベルが空気吐出ノズル２１の上にあるときは内容物の供給を停止し、上距離センサ２３以下のレベルのときには供給し、上距離センサ２３から下距離センサ２４の間では供給続行させることにより、充填レベルの制御が可能になり、容器内の内容物のレベル検出並びに内容物の適切な充填作業を自動的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る充填レベル検出方法および液面レベル検出装置の実施形態を示す斜視説明図である。
【図２】実施形態の充填レベル検出方法装置の検出原理を示す説明図である。
【図３】実施形態における２つの距離センサの検出値が同一の場合（充填予定レベルに達していない場合）の波形図である。
【図４】実施形態における２つの距離センサの検出値が異なる場合（充填予定レベルに達している場合）の波形図である。
【図５】実施形態における２つの距離センサの検出値が同一の場合（充填予定レベルに達している場合）の波形図である。
【図６】従来のレベル検出方法を示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ  充填予定レベル
１１  包材
２０  充填レベル検出装置
２１、２２  空気吐出ノズル
２３、２４  距離センサ
２７  演算部
２８  駆動制御部
２９  電磁バルブ
３０  飲料
【図１】
0004253370.tif 000002
【図２】
0004253370.tif 000003
【図３】
0004253370.tif 000004
【図４】
0004253370.tif 000005
【図５】
0004253370.tif 000006
【図６】
0004253370.tif 000007