JP2660036B2

JP2660036B2 - 定量充填制御される充填方法とその装置

Info

Publication number: JP2660036B2
Application number: JP944889A
Authority: JP
Inventors: 武雄井手; 耕一畑中
Original assignee: YUKIJIRUSHI NYUGYO KK
Current assignee: YUKIJIRUSHI NYUGYO KK
Priority date: 1989-01-18
Filing date: 1989-01-18
Publication date: 1997-10-08
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: JPH02191193A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、飲料や医薬品、酒類、ゲル化物等、容器に
充填するときの流体の充填機における定量充填制御され
る充填方法とその装置に関する。

（従来の技術）従来、流体の充填機において、流体を定量充填するこ
とは、歩留り管理上重要な要因であり、充填ノズルに流
体の計量シリンダーを取付け、一定量ごと計量シリンダ
ーを介して充填ノズルから容器に流体を充填する方法が
実施されていた。

さらに、近年、無菌充填方法による流体の充填が増加
し、実開昭58−133597号の如く、無菌化のための改良が
されてきている。

しかし、シリンダー計量による定量充填装置は、シリ
ンダーの分だけ充填機構が大きくなり、無菌化のための
構成が複雑になるため、計量部分を充填タンク内に設け
た特開昭62−146194号が提案されている。

しかし、これも少ない計量の時は良いが、大きな充填
量を充填する時や並列して複数個の容器に充填を行う時
は、充填機構の大型化を避けるため、計量方法として流
量計を用いて行うものが採用される。

流量計を用いるものは、充填ノズルにおける開閉バル
ブの性能によって充填量が変動し易く、したがって初期
充填時は大流量で充填し、規定量目に近づいたとき、バ
ルブを小流量に変化させ定量充填させることを目的とし
た特開昭56−151695号が提案されている。

この案は、充填機の充填部分をコンパクトに設備でき
るとともに、規定量目に近い充填を可能としている。

（発明が解決しようとする課題）シリンダー計量による定量充填は、複数充填や大流量
充填にすると装置構成が大きくなり、かつ充填中の量目
の変更が困難であるという問題があり、また無菌充填に
は駆動部の無菌化が難しいという問題がある。

また、流量計を使用するものは、従来技術の如く、バ
ルブの開閉動作の間も流体が流れることによる充填量の
変動があり、したがってバルブ性能が重要であること
と、流体の性質の変更による流体流量の変化や、充填タ
ンクの内圧や液面高さの変動による流量変動等によって
も充填量の変動が避けられないため、ノズルの段階的閉
鎖制御をしても、一定条件で作動するよう構成されてい
るものは、流体の経時的変化や流体変更に対応できな
い。

さらに、流量計で定量を検知してから充填バルブを動
作させるまでの僅かな時間も流体は流れ続けるため、定
量充填は単に流量計の検知による充填バルブの作動制御
では実現できない。

このように、充填量目を変動させる原因である充填流
量の変動要因として、流体物性の変化に起因する配管の
圧力損失の変化、充填タンク内のタンク上部空間におけ
る気体圧力の変動や、充填タンク内流体の液面高さの変
動による流体圧力の変動及び充填バルブ動作時間の変動
があげられる。

また、この要因により、流体の時間当りの流速が変化
するため、充填時間も変動させる結果となる。

したがって、本発明は、特に無菌充填に有益な流量計
を使用する定量充填方法とその装置を提供することによ
り、以上の課題を解決することを目的としている。

（課題を解決するための手段）本発明は以上のような目的を達成するため、次のよう
な手段を講ずるものである。

すなわち、流体の充填機における充填バルブの前に充
填タンクと流量計を配置し、定量充填する方法におい
て、充填バルブの閉鎖信号をバルブの閉鎖動作中に流出
する流体量を予測して、流量計の流量が定量に達する前
に出力し動作させることを特徴とする定量充填制御され
る充填方法であって、該方法における予測手段として、
流体の充填中の実質的充填量を連続して測定し、充填バ
ルブの閉鎖動作中に流出した流体量と、それ以前の充填
時における充填バルブの閉鎖動作中に流出する流体量の
差を基礎として演算処理し、次回の充填時における充填
バルブ動作中の流体流出量予測値を算出し、かつ流体の
充填に要する時間を測定し、充填時間が一定範囲内とな
るように充填タンクのタンク上部空間における気体圧力
の調整で行い、充填時間の変動を防止するようにした。

また、充填ノズルまで直列に給液バルブと充填タンク
と流量計と充填バルブを配置し、それぞれを連結すると
ともに、該流量計で流体流量を連続して測定し、その結
果から次回充填時の充填バルブ開動作中に流出する流体
流量値を算出する演算器と、充填タンク液面を検知して
給液バルブを動作させる信号を出力し、かつ流量計から
の流量信号と前記演算器の算出値とから充填バルブを作
動させる信号を出力する制御装置とで構成される定量充
填制御される充填装置であって、特には流体の流量計が
質量流量計である定量充填制御される充填装置である。

（作用）本発明のものは、充填バルブの前に充填タンクと流量
計を配置して定量充填する場合、充填バルブの閉鎖信号
をバルブの閉鎖動作中に流出する流体量を予測して、流
量計の流量が定量に達する前に出力して動作させるもの
であり、その予測手段として、流体の充填中の実質的充
填量を連続して測定し、充填バルブの閉鎖動作中に流出
する流体量と、それ以前の充填時における充填バルブの
閉鎖動作中に流出する流体量の差を基礎として演算処理
し、次回の充填時における充填バルブ動作中の流体流出
量を予測算出するものである。

また、充填時間の変動を防止するために、タンク上部
空間の気体圧力の調整を行って、充填時間が一定範囲内
となるようにする。

（実施例）以下、図面に示す実施例にもとづいて説明する。

図示のものは、充填バルブの前に充填タンクと流量計
を配置した充填機構の概略図であって、第１図におい
て、原料はタンク（７）からパイプ（９）の給液バルブ
（１）を介して充填タンク（２）に供給され、更にパイ
プ（10）の流量計（３）を介して充填バルブ（４）に供
給され、パイプ（11）を通じて容器に原料が充填され
る。

（５）は制御装置であって、充填タンク（２）につな
がるパイプ（12）の気体バルブ（６）やパイプ（９）中
の給液バルブ（１）及びパイプ（11）中の充填バルブ
（４）を制御する。

充填タンク（２）の液面制御は、液面センサー（８）
の検知で制御装置（５）を介して給液バルブ（１）を開
閉動作させることにより行われる。

また、設定される量目となるように、流量計（３）の
値と実質的流体充填量計測値（目標値）から充填バルブ
（４）の作動時間を制御する。

更に又、気体バルブ（６）は、次のようにして制御さ
れる。

すなわち、流量計（３）による充填時間の計測値から
気体バルブ（６）を制御するもので、これによって充填
タンク上部空間の気体圧力を調整する。

本発明のものは、流量計（３）により流体の充填中の
実質的充填量を連続して測定し、その時の充填バルブ
（４）の閉鎖動作中に流出する流体量と、それ以前の充
填バルブの閉鎖動作中に流出する流体量の差を基礎とし
て、制御装置（５）の演算器で演算処理して、次回の充
填バルブ動作中の流体流出量予測値を算出し、流量計
（３）の流量が定量に達する前に、充填バルブ（４）の
閉鎖信号を制御装置（５）から出力すると共に、充填タ
ンク（２）液面をセンサー（８）で検知して、給液バル
ブ（１）を動作させる信号を制御装置（５）から出力す
る。

以上のように、制御装置（５）によって給液バルブ
（１）、気体バルブ（６）及び充填バルブ（４）を制御
して、充填される流体流量の変動を防止し、かつ充填時
間を一定となるようにするものである。

そして、充填操作は制御装置からバルブ開信号が出力
されて、流量計で流量を計測すると共に、充填時間が計
測されて規定量に達すると、バルブ閉鎖信号が制御装置
より出力される。その後、ノズルからの流体の流出が完
全に止まるまで、流量計が働き充填時間が計測されると
ともに、充填量が算出されて予測値が制御装置で演算さ
れ、充填時間が規定内かどうかが判断され、規定時間内
でないとき、タンク内圧調整を行う信号がバルブ（６）
に伝えられ、更に充填タンク液面高さがそれでよいかど
うかが判断されて、給液バルブ（１）に開閉制御信号が
制御装置から送られるサイクルが繰り返されて充填が行
われるのである。

充填タンク（２）の流体量の制御は、前述の如く流体
液面の検知によって行うが、流体の充填タンク内高さの
変動を極力防止するため、給液バルブ（１）の給液動作
開始液面と給液動作停止液面との差が少ないほど良い。

第２図は、充填時間が最適な範囲にある充填タンク
（２）の圧力範囲を示すもので、充填時間が早すぎると
流体の飛散や量目変動の要因性が高くなり、充填時間が
長くなると製造能力が低下する。

したがって、充填時間の変動は、充填速度に影響する
ため一定の範囲内とするのが望ましく、第２図に示すよ
うな最良充填圧力の範囲が自然に決定されてくる。

また、第３図は充填バルブ（４）の開動作中に流れる
流体量を示し、閉鎖指示からバルブが動作して完全に閉
まるまでに流れる流体量を斜線部分で示す。

充填時間が長くなることは、流体流量が低下し、充填
バルブの閉鎖指示からバルブ閉鎖までの充填遅れ中の流
体流出が小さくできて、量目制御がし易く、バルブ閉鎖
信号は図上で右へずれ、斜線部分が小さくなる。

充填時間が早くなることは、流体流量が上昇し、充填
遅れ中の流体流出が大きくなり、量目制御がしにくく、
バルブ閉鎖信号は図上で左へずれ、かつ斜線部分が増え
る。

この理論による充填量と先の理論による充填時間の関
係から、充填量を変動最少限にして制御するため、本発
明では、バルブの閉鎖動作中に流出する斜線部分の流体
量を予測して、流量が定量に達する前に充填バルブ
（４）の閉鎖信号を出力するものである。

なお、流量計は質量流量計、特にマイクロモーション
質量流量計を使用すると、これは電圧で流速をはかるも
のであるため摺動部がなく、したがって無菌保持がし易
いものであり、無菌充填には好適である。

また、気体バルブ（６）の管系には、無菌保持のため
の無菌フィルターや圧力調整のレギュレーターを設け
る。

（発明の効果）本発明によれば、次のような効果を奏する。

流体の物性変化による流量変化に対しても、自動的
に充填バルブ作動が補正されるため、機器の調整に時間
を要することなく、かつ定量性が良い。

充填時間が一定となるように充填タンク内圧力を増
減し、タンク内の液面高さの変動や流体の粘度変化によ
る圧力損失の変化を打ち消すため、充填精度が良くな
り、かつ規定時間内に規定量の充填が可能となる。

バルブの予測動作が随時量目の測定とバルブの動作
中の流出量の算出により調整されるため、流体の経時的
粘性変化にも追従した充填が行なえる。

流体変更時の量目調整が自動的に行われ、人為的な
機器の調整による切替え時間を削減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の充填機構概略図、第２図は充填時間と充填タンク圧力との関係を示す図、第３図は流量と充填時間との関係を示す図である。（１）……給液バルブ（２）……充填タンク（３）……流量計（４）……充填バルブ（５）……制御装置（６）……気体バルブ（７）……原料タンク

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の充填機における充填バルブの前に充
填タンクと流量計を配置し、定量充填する方法におい
て、充填バルブの閉鎖信号をバルブの閉鎖動作中に流出
する流体量を予測して、流量計の流量が定量に達する前
に出力し動作させることを特徴とする定量充填制御され
る充填方法。
【請求項２】流体の充填中の実質的充填量を連続して測
定し、充填バルブの閉鎖動作中に流出した流体量と、そ
れ以前の充填時における充填バルブの閉鎖動作中に流出
した流体量の差を基礎として演算処理し、次回の充填時
における充填バルブ動作中の流体流出量予測値を算出す
る請求項（１）に記載の定量充填制御される充填方法。
【請求項３】流体の充填に要する時間を測定し、充填時
間が一定範囲内となるように充填タンクの内圧をタンク
上部空間の気体圧力の調整で行う請求項（１）、（２）
記載の定量充填制御される充填方法。
【請求項４】充填ノズルまで直列に給液バルブと充填タ
ンクと流量計と充填バルブを配置し、それぞれを連結
し、かつ該流量計で流体流量を連続して測定し、その結
果から次回充填時の充填バルブ開動作中に流出する流体
流量値を算出する演算器と、充填タンク液面を検知して
給液バルブを動作させる信号を出力し、かつ流量計から
の流量信号と前記演算器の算出値とから充填バルブを作
動させる信号を出力する制御装置とで構成される定量充
填制御される充填装置。
【請求項５】流体の流量計が質量流量計である請求項
（４）に記載の定量充填制御される充填装置。