充填装置の液面追従方法と同装置
【課題】 容器への充填の際に、容器の形状や蓋の有無および被充填液の性状に左右されず、被充填液の吐出口の位置を液面に合わせて正確に上昇させることができる充填装置の液面追従装置を提供する。
【解決手段】 被充填液Ｂを充填する容器Ｙを載置可能なロードセルなどの計量器５と、この計量器５にて一定時間毎に測定した容器Ｙに充填される被充填液質量の計量値に基づいて、容器Ｙの液面高さｈにおける開口断面積Ａと被充填液Ｂの比重とから液面上昇速度ｖを演算し、単位時間当たりの液面高さの変位量である変位速度を演算する演算手段６と、この演算手段６にて演算した液面上昇速度ｖに合わせて昇降手段４の上昇速度Ｖを制御する制御手段７とを設けた。
【解決手段】 被充填液Ｂを充填する容器Ｙを載置可能なロードセルなどの計量器５と、この計量器５にて一定時間毎に測定した容器Ｙに充填される被充填液質量の計量値に基づいて、容器Ｙの液面高さｈにおける開口断面積Ａと被充填液Ｂの比重とから液面上昇速度ｖを演算し、単位時間当たりの液面高さの変位量である変位速度を演算する演算手段６と、この演算手段６にて演算した液面上昇速度ｖに合わせて昇降手段４の上昇速度Ｖを制御する制御手段７とを設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯留タンクやドラム缶などの大型容器内の主として液体を小型の容器に小分けして充填する充填装置において、小型の容器内に充填される液体の上面（液面）に合わせて被充填液の吐出口を昇降させることにより、液面に追従させる液面追従方法と同装置に関する。ここで、上記の「主として液体」とは、液体の他に粉粒体および流動物を含むことを意味する。
【背景技術】
【０００２】
小型の容器に被充填液をポンプ等を介して自動的に充填する充填装置では、被充填液の吐出口と液面との間隔が大きくなり過ぎると、被充填液が液面をたたくために、被充填液が飛散してミスト状になったり、空気を含んで泡状になったりし、充填終了段階で容器から被充填液が吹き出すおそれがある。また、吐出される被充填液が気泡状になると、液面が実際の高さよりも上昇し、被充填液の吐出口が被充填液に接触するおそれがあり、被充填液との接触により、液面がさらに上昇したり、吐出口が浮力を受けて浮き上がったりするおそれもある。したがって、被充填液の種類にもよるが、一般的には、吐出口と容器内の液面との間隔を、例えば０〜数ミリ程度に保って充填するのが望ましい。
【０００３】
従来、この種の充填装置において、上方より充填する場合に泡立ちやすい液体や空気の巻き込みを嫌う液体では、例えば、図５に示すように、容器Ｙの上端開口付近に光電式、レーザ式、超音波式などの液面高さ測定用センサー７１を設けて液面の高さを測定し、測定される液面の高さに合わせて被充填液の吐出口を昇降させることにより液面に追従させ、泡立ちや空気の巻き込みなどの防止を図っている。しかし、この方法では、以下のような不都合がある。すなわち、
１．注入口Ｄが容器上面の一部にしかない、一斗缶Ｙのような容器の場合には、上記のセンサー７１により液面の位置を正確に測定できない（図５（ａ）参照）。
【０００４】
２．充填中に埃などが侵入するのを防止するため、容器Ｙの上端開口に蓋を取り付ける場合には、１．の場合と同様にセンサー７１による液面位置の測定ができないほか、透明な蓋Ｚを使用する場合にも、センサー７１からの照射波や反射波が減衰され、液面の位置を正確に測定できないことがある（図５（ｂ）参照）。
【０００５】
３．被充填液Ｂが例えばチョコレートのような高粘性液の場合には、液面が盛り上がるので水平面でないため、液面高さが一定せず、またセンサー７１からの照射波が乱反射するので、液面の正確な測定が困難である（図５（ｃ）参照）。
【０００６】
ところで、この種の充填装置に関連する先行技術として、大型容器内の被充填液を小型の容器に一定量ずつ充填する定量充填装置が提案されている(例えば、特許文献１参照）。この充填装置では、大型容器内の被充填液をポンプ等で小型容器に充填する際に、ロードセルなどの計量器上に容器を載置して被充填液の質量（重量）を計測しながら充填するが、所定の重量に達した時点でポンプ等を停止しても、実際にポンプ等が停止するまでに応答遅れがあるので、この応答遅れによる被充填液の計量誤差を補正してより正確に一定質量ずつ充填できるようにした定量充填装置である。
【特許文献１】特開２００７−３３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した特許文献１に記載の定量充填装置では、小型の容器にあらかじめ設定した容量をほぼ正確に充填することができるが、容器内への充填時に被充填液の吐出口を容器内の液面の高さに合わせて昇降させることにより、液面に追従させるという考え方は一切取り入れられていない。
【０００８】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、容器への充填の際に、容器の形状や蓋の有無および被充填液の性状に左右されず、被充填液の吐出口の位置を液面に合わせて正確に上昇させることができる、充填装置の液面追従方法と同装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために本発明に係る充填装置の液面追従方法は、貯留タンクなどの大型容器内の被充填液を配管を介して供給ポンプで供給し、小型容器に小分けして充填する充填装置において、前記小型容器内に充填される液体の上面(以下、液面という）に合わせて被充填液の吐出口を昇降手段により昇降し、液面に追随させる液面追従方法であって、被充填液を充填する前記小型容器を載置可能なロードセルなどの計量器にて前記小型容器に充填される被充填液の質量を一定時間毎に測定し、前記小型容器の液面高さにおける開口断面積と被充填液の比重とから液面高さの変位速度を演算し、演算した液面高さの変位速度に合わせて前記昇降手段の上昇速度を制御することを特徴とする。
【００１０】
上記の構成を有する本発明に係る充填装置の液面追従方法によれば、大型容器内の被充填液を供給ポンプにより自動的に小型容器に充填する装置において、空の小型容器を計量器上に載せた状態で通常、風袋引きにて容器重量(質量）が減算されて計量器による計測値は０となる。ここで、例えば小型容器が半径ｒの円筒体からなる場合には、開口断面積はπ×ｒ2 であるので、被充填液の比重をγとし、容器内に充填された被充填液の質量の計測値をｗ１とすれば、液面高さｈ１＝ｗ１／(π×ｒ2 ×γ)
となる。そして、一定時間（ｔ）経過後の被充填液の質量の計測値をｗ２とすれば、液面高さｈ２＝ｗ２／(π×ｒ2 ×γ)となる。したがって、液面の上昇速度ｖ＝（ｈ２−ｈ１）／ｔ＝（ｗ２−ｗ１）／(π×ｒ2 ×γ×ｔ)となる。そこで、液面の上昇速度ｖが一定に保たれる場合には、昇降手段により被充填液の吐出口を速度Ｖ＝ｖで上昇させれば、容器内の被充填液の液面と被充填液の吐出口とは、常に一定の間隔を保って上昇することになり、液の泡立ちや液の飛散などが防止される。
【００１１】
請求項２に記載のように、前記供給ポンプとして供給量がポンプ回転速度に比例する定量性ポンプを使用し、この定量性ポンプの回転速度と前記昇降機による被充填液の吐出口の上昇速度とが比例するように補正制御することが好ましい。
【００１２】
定量性ポンプ、例えば一軸偏心ねじポンプによる液の単位時間当たりの供給量つまり充填速度は、ポンプの回転速度ｐに正比例する。いいかえれば、ポンプの回転速度ｐと液面高さの変位速度ｖとが正比例するから、ポンプの回転速度ｐもパラメータの一つとすることで、ポンプ回転速度ｐが増減すれば、被充填液の吐出口の上昇速度Ｖをポンプ回転速度ｐの増減割合に応じて増減させることによって、被充填液の吐出口をより正確に液面に追従させられる。
【００１３】
上記の目的を達成するために本発明（請求項３）に係る充填装置の液面追従装置は、貯留タンクなどの大型容器内の被充填液を配管を介して供給ポンプで供給し、小型容器に小分けして充填する充填装置において、前記小型容器内に充填される液体の上面(以下、液面という）に合わせて前記配管下端の被充填液の吐出口を昇降手段により上昇させ、液面に追従させる液面追従装置であって、
被充填液を充填する前記小型容器を載置可能なロードセルなどの計量器と、この計量器にて一定時間毎に測定した前記小型容器に充填される被充填液質量の計量値に基づいて、前記小型容器の液面高さにおける開口断面積と被充填液の比重とから液面高さの変位量を演算し、単位時間当たりの液面高さの変位量である変位速度を演算する演算手段と、この演算手段にて演算した液面高さの変位速度に合わせて前記昇降手段の上昇速度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記の構成を有する充填装置の液面追従装置によれば、容器の開口断面積Ａが高さによって変化せず、被充填液の比重がγで液面高さｈ１の時の被充填液の質量がｗ１で、ｔ秒経過後の液面高さｈ２の時の被充填液の質量がｗ２の場合、液面の上昇速度ｖ＝（ｈ２−ｈ１）／ｔ＝（ｗ２−ｗ１）／（Ａ×γ×ｔ）となる。そこで、被充填液の吐出口を昇降手段により上昇速度Ｖ＝ｖ（液面の上昇速度）で上昇させれば、容器内の被充填液の液面と被充填液の吐出口とが常に一定の間隔を保たれて被充填液が容器に充填されることになり、液の泡立ちや液の飛散などが防止される。つまり、計測器で小型容器内に充填される被充填液の質量（充填量）が一定時間間隔で逐次計測され、計測時間毎の質量（充填量）ｗの変化および小型容器内の液面高さｈの変化が演算手段で演算され、液面の上昇速度に合わせて被充填液の吐出口の位置も上昇するので、容器内の液面と被充填液の吐出口との間隔を常に一定に保った状態で被充填液を容器に充填することができる。
【００１５】
請求項４に記載のように 前記昇降手段が、可変速モータ（例えばサーボモータ）にて回転するボールネジと、このボールネジに螺合する雌ねじ部を有し、ガイドポストに沿って昇降可能で、前記配管を前記吐出口上方で取付可能な昇降部とを備え、前記制御手段にて前記可変速モータの回転速度を制御することができる。
【００１６】
このようにすれば、単位時間当たりの被充填液の質量(充填量）の変化および液面高さの変位を演算し、被充填液の吐出口の上昇速度いいかえれば可変速モータによるボールネジの回転速度を被充填液の質量(充填量）の変化に応じて変化させられるので、容器内の液面と被充填液の吐出口とを常に一定の間隔を保つように維持できる。
【００１７】
請求項５に記載のように、前記配管の吐出口を開閉可能な電磁開閉式充填弁を設けることができる。
【００１８】
このようにすれば、小型容器内に充填される被充填液の質量があらかじめ設定した重量（計量器による設定質量）に達すると、制御手段からの指令信号にて充填弁を閉じて充填作業を即座に中止できる。
【００１９】
請求項６に記載のように、前記供給ポンプと前記充填弁との間で前記配管に、前記大型容器への戻し管を接続し、この戻し管の途中にリリーフ弁を介設することが好ましい。
【００２０】
このようにすれば、小型容器内の被充填液が予定の充填量に達し充填弁を閉じたときに、供給ポンプの回転が慣性力ですぐには停止せず被充填液の供給が継続している場合でも、リリーフ弁が開放されて戻し管から大型容器へ被充填液が戻される。したがって、複雑な制御をしなくても、充填弁を閉じれば小型容器内への被充填液の供給が即座に中止され設定した充填量を正確に充填できる。
【００２１】
請求項７に記載のように、前記供給ポンプとして供給量がポンプ回転速度に比例する定量性ポンプを使用し、この定量性ポンプの回転速度の増減(変化)に対応して前記昇降手段の上昇速度が増減するように制御することが好ましい。
【００２２】
このようにすれば、定量性ポンプによる被充填液の単位時間当たりの供給量つまり充填速度が、ポンプの回転速度ｐに正比例することから、ポンプの回転速度ｐと液面高さの変位速度ｖとも正比例することになる。したがって、ポンプの回転速度ｐもパラメータの一つとすることができ、ポンプ回転速度ｐが増減すれば、被充填液の吐出口の上昇速度Ｖをポンプ回転速度ｐの増減割合に応じて増減させることができるので、より正確に被充填液の吐出口を液面に追従させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る充填装置の液面追従方法と同装置は、上記の構成からなるので、下記のような優れた効果がある。
【００２４】
1) 小分けして充填する容器の形状を問わず、適用できる。
【００２５】
2) 充填弁や被充填液の吐出口を出入りさせられる開口を持つ蓋であれば、従来の液面の位置を測定するセンサーと違って、蓋をしたことによる影響を受けて測定値が減衰したりしないので、液面の位置(高さ）を安定して測定できる。
【００２６】
3) 粘性度の大小など被充填液の性状には左右されず、液面を正確に追従できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る充填装置の液面追従装置について実施の形態を図面に基づいて説明し、併せて液面追従方法についても説明する。
【００２８】
図１〜図４は本発明の充填装置の液面追従装置についての実施例を示す図面で、図１は大型容器内の被充填液(液体Ｂ）を定量性供給ポンプ２で汲み上げて小型容器に充填する状態の、充填装置１の供給側を示す正面図、図２は充填弁および被充填液の吐出口の昇降手段を含む液面追従装置３と充填装置１の充填側を示す正面図、図３は本発明の液面追従方法の実施例を示すブロック図、図４は定量性供給ポンプとしての縦型一軸偏心ねじポンプの一部を拡大して示す断面図である。
【００２９】
これらの図に示すように、本例の液体充填装置１は、大型容器としてのドラム缶Ｘ内の液体Ｂを汲み上げて小型容器Ｙへ供給するポンプ２と、小型容器Ｙ内に充填される液体Ｂの上面である液面に合わせて充填弁１２下方の液体吐出口１４を昇降手段４により上昇させて液面に追従させる液面追従装置３とを備え、また液面追従装置３は小型容器Ｙ内に充填される液体Ｂの質量（重量）を逐次測定する計量器５と、この計量器５にて測定される被充填液Ｂの質量から液面高さｈを逐次演算し、液面の上昇速度を演算する演算手段６と、この演算手段６にて演算した液面高さｈの上昇速度に合わせて（一致するように）昇降手段４による上昇速度を制御する制御手段７とを備えている。
【００３０】
供給ポンプ２は縦型の一軸偏心ねじポンプで、図４に示すように略円筒状のポンプケーシング２ａの下端にステータ２ｂが連結され、ステータ２ｂの下端が吸込口２ｃを構成する。ポンプケーシング２ａの上端には、図１に示すように減速機２ｄを介して電動モータ２ｅが接続されている。また、減速機２ｄから下方へ延びた駆動軸（図示せず）の下端には、図４のようにカップリングロッド２ｊがユニバーサルジョイントを介して接続され、カップリングロッド２ｊの下端のステータ２ｂ側もユニバーサルジョイント２ｈを介してロータ２ｆの上端が接続されている。さらに、ポンプケーシング２ａの上端部には、図１のように吐出口２ｋが設けられている。詳しくは、ステータ２ｂは軟質の合成樹脂もしくはゴム(本例はゴム）からなり、図４のようにロータ２ｆの２倍のピッチからなる横断面長円形の雌ねじ孔が螺旋状に形成され、この雌ねじ孔内に横断面円形の雄ねじ形ロータ２ｆが回転可能にかつ長軸方向に往復移動可能に嵌挿されている。以上のようにして一軸偏心ねじポンプ２が構成されているが、本実施例の場合、図１のように電動モータ２ｅにはモータの回転速度を常時検出する回転速度センサー３３が接続されている。
【００３１】
供給ポンプ２の吐出口２ｋには、配管１１の一端が接続され、この配管１１の他端は、図２のように電磁開閉式充填弁１２により下端の吐出口１４を開閉可能な別の配管１３の上端部（注入口１３ａ；図６参照）に接続されている。配管１１は図１では２箇所で直角に屈曲した管として現しているが、小型容器Ｙ側の吐出口１４の昇降に応じて追随可能な、例えば屈曲自在な可撓性の管材からなる。本実施例において配管１３は上下方向に一直線状に延びる管材からなり、この管材は充填弁１２と一体に組み合わされ、充填弁１２の一部として構成されている。すなわち、充填弁１２は、詳しくは例えば図６に示すように、配管１３内に下端の吐出口１４を開閉可能な弁体１２ａを備え、配管１３の上端に設けた電磁式シリンダ１２ｂによってロッド１２ｃを介して弁体１２ａを遠隔操作で上下動させることにより、開閉する構造からなっている。また、配管１３の上部には、後述する昇降部２５に着脱可能に取り付けられる取付具１５が装着されている。
【００３２】
さらに、本例の場合、配管１１の途中には、図１に示すように、被充填液Ｂの戻し管１６の一端が接続され、他端はドラム缶Ｘの上端に接続されている。また、戻し管１６の入り口付近にはリリーフ弁１７が介設されており、このリリーフ弁１７は配管１１からのパイロット圧で開放されるように、パイロット管１８がリリーフ弁１７の弁本体１７ａに接続されている。リリーフ弁１７は、後述する制御手段７からの指令信号で充填弁１２が閉鎖された際に、ポンプ２のロータ２ｆの回転が慣性力ですぐには停止しない場合に、吐出口２ｋから供給される液体Ｂを戻し管１６を経由してドラム缶Ｘに戻すために設けられている。
【００３３】
ドラム缶Ｘ内の液体Ｂを小分けして定量ずつ充填する小型容器Ｙは、本例の場合、上端を開放した円筒状容器からなる。したがって開口断面積Ａは液面高さによって変化せず、半径をｒとすれば、Ａ＝π×ｒ2 である。
【００３４】
液面追従装置３は、図２に示すように充填弁１２を一体に備えた配管１３の下端の吐出口１４を昇降する昇降手段４を備えている。この昇降手段４は、ベース２１上に鉛直方向に立設されたガイドポスト２２に対し回転可能に支持されたボールネジ２３と、このボールネジ２３の下端に接続されるＡＣサーボモータ２４とを備えている。このサーボモータ２４は、ガイドポスト２２の下端部に支持具２６を介して固定されている。ボールネジ２３にはボールナット(図示せず)を介して昇降部２５が螺合され、ボールネジ２３が定位置で一方向に回転することにより、昇降部２５がガイドポスト２２の両側の上下方向に延びるガイド部２２ａに沿って上昇あるいは下降する。ベース２１上には、小型容器Ｙを載置可能な、水平状態の平坦な受け面を持つ計量器、本例ではロードセル５が設置されている。
【００３５】
図３に示すように、本例の場合、ロードセル５により一定時間毎に計量される被充填液Ｂの質量が電気信号として演算手段６に出力されるが、演算手段６にはあらかじめ被充填液Ｂの比重(γ）および小型容器Ｙの開口断面積Ａ（π×r2）を入力しておくことにより、小型容器Ｙ内に充填された液体Ｂの液面の高さｈが、被充填液Ｂの質量ｗから右記の式にて演算される。 液面高さｈ＝ｗ／(γ×π×ｒ2）
そして、一定時間(Δｔ）毎の液面高さｈの変位距離（Δｈ）から液面上昇速度(ｖ＝Δｈ／Δｔ）が演算され、演算された液面上昇速度ｖが制御手段７へ出力される。この制御手段７にて、昇降手段４のサーボモータ２４へ回転速度Ｒが電気信号で指令され、充填弁１２下端の吐出口１４の上昇速度Ｖが液面の上昇速度ｖに一致する回転速度でボールネジ２３が回転する。この結果、充填弁１２の下端の吐出口１４と液面とは、常に一定の間隔（例えば０〜数ｍｍ）を保持しながら上昇する。なお、演算手段６および制御手段７は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）３０の一部（ＣＰＵ）として構成される。
【００３６】
ところで、本実施例にあっては、供給ポンプ２に定量性に優れた一軸偏心ねじポンプを使用しているので、一軸偏心ねじポンプ２の電動モータ２ｅの回転速度ｐを回転速度センサー３３で検出し、回転速度ｐが安定して一定速度になった状態において回転速度ｐが増減するときには、±Δｐをパラメータとしてサーボモータ２４の回転速度Ｒを増減させる電気信号を制御手段７へ送り、制御手段７にて昇降手段４のサーボモータ２４の回転速度ＲをΔｐ／ｐの割合で増減するように制御している。これにより、一軸偏心ねじポンプ２による被充填液Ｂの供給量、いいかえれば小型容器Ｙへの充填量の、電動モータ２ｅの回転速度の微小な変化に基づく液面高さｈの変動に対し、充填弁１２下端の吐出口１４の上昇速度Ｖをリアルタイムで一致させることができ、より正確な液面追従が可能になる。なお、サーボモータ２４の回転速度Ｒは速度センサー３４にて検出し、制御手段７にフィードバックすることで、回転速度Ｒのバラツキを極力抑えて制御の精度を高めている。
【００３７】
次に、上記のように構成した本実施例に係る液面追従装置３の作業態様について図面に基づいて説明する。
【００３８】
図１に示すように、被充填液Ｂの充填作業に際して、空の円筒状容器Ｙを計量器としてのロードセル５上に載置した状態で、充填弁１２下端の吐出口１４を容器Ｙの底面から所定距離（例えば０〜数ｍｍ）離間した位置にセットする。この状態で、ロードセル５の計量値は風袋引きが行われ、０となる。また、吐出口１４と液面との間の適正距離（間隔）は、通常、被充填液Ｂの性状に基づいて決定される。特に気泡性のある液体や飛散してミスト状になりやすい液体の場合には、例えば２〜３ｍｍ程度と極めて接近した間隔にするのが好ましい。
【００３９】
そして、電動モータ２ｅを回転して一軸偏心ねじポンプ２の運転を開始し、ドラム缶Ｘ内の液体Ｂを汲み上げ、配管１１を通して円筒状容器Ｙへ供給しながら充填する作業を開始する。こうして、円筒状容器Ｙ内に液体Ｂが充填され始めると、容器Ｂ内に充填された液体Ｂの質量ｗがロードセル５で逐次計量される。液体Ｂの比重γおよび、容器Ｙ内への充填量と液面高さの関係式（ｈ＝ｗ／Ａ（開口断面積：π×ｒ2）は分かっており、あらかじめＰＣ３０の演算手段６に入力しておくので、小型容器Ｂ内の液面高さの単位時間当たりの変位量が演算され、そこから単位時間当たりの液面高さｈの変位量である変位速度ｖが演算手段６で演算される。また、液面の変位速度である上昇速度ｖから、充填弁１２下端の吐出口１４を液面の上昇速度ｖに追従して上昇させるのに必要な、ボールネジ２３を回転させるサーボモータ２４の回転速度Ｒが演算され、この回転速度Ｒでサーボモータ２４が回転する。この結果、容器Ｙ内の液面の上昇速度ｖに追従するように充填弁１２の下端の吐出口１４が昇降部２５とともに上昇する。また、サーボモータ２４の回転速度Ｒは速度センサー３４により検出し、制御手段７にフィードバックさせて微調整するので、回転速度Ｒも正確に維持される。さらに、本実施例では、一軸偏心ねじポンプ２の電動モータ一２ｅの回転速度ｐの増減についても、速度センサー３３で検出し、制御手段７を介して液面の上昇速度ｖに反映させるようにしているから、より正確に充填弁１２下端の吐出口１４を液面に追従させて上昇させることができる。
【００４０】
上記に本発明の充填装置の液面追従装置について一実施例を挙げて説明したが、下記のように実施することもできる。
【００４１】
・小型容器Ｙは円筒状や角筒状などの、開口断面積が液面高さの変化に拘わらず一定の容器だけでなく、容器の高さ変化と開口断面積の変化の関係を数式で特定できるものであれば、液面高さの変化に伴って開口断面積が変化するような、例えば台形状容器であっても、本発明を適用して実施できる。
【００４２】
・供給側ポンプ２の運転速度（上記実施例では電動モータ２ｅの回転速度）の変化は、充填弁１２下端の吐出口１４の上昇速度に連係させなくてもよい。
【００４３】
・上記実施例では、充填弁１２を閉鎖したときに供給側ポンプ２が慣性力で運転を継続する可能性を考慮して、リリーフ弁１７を設けて大型容器Ｘに被充填液Ｂを戻すようにしたが、リリーフ弁１７や戻し管１６は省くことができる。
【００４４】
・被充填液Ｂの吐出口１４を昇降させる昇降手段４については、ボールネジ２３を回転させて昇降部２５を昇降させる構造のほか、図示は省略するが、例えばワイヤで充填弁１２や配管１３を吊り下げ、可変速モータによりワイヤを巻取ドラム等に巻き取って昇降させる構造にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の充填装置の液面追従装置についての実施例を示す図面で、大型容器内の被充填液(液体Ｂ）を定量性供給ポンプで汲み上げて小型容器に充填する状態の、充填装置１の供給側を示す正面図である。
【図２】充填弁および被充填液の吐出口の昇降手段を含む液面追従装置３と充填装置１の充填側を示す正面図である。
【図３】本発明の液面追従方法の一実施例を示すブロック図である。
【図４】定量性供給ポンプとしての縦型一軸偏心ねじポンプの一部を拡大して示す断面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ従来の液面測定用センサー７１を用いて液面を測定する状態を示す図面である。
【図６】充填弁１２の構造の一例を示す原理図（概念図）で、図６（ａ）は吐出口１４が閉鎖された状態を、図６（ｂ）は吐出口１４が開放された状態をそれぞれ現している。
【符号の説明】
【００４６】
１ 液体充填装置
２ 供給ポンプ（一軸偏心ねじポンプ）
３ 液面追従装置
４ 昇降手段
５ 計量器（ロードセル）
６ 演算手段
７ 制御手段
１１・１３ 配管
１２ 充填弁
１４ 吐出口
１５ 取付具
１６ 戻し管
１７ リリーフ弁
２１ ベース
２２ ガイドポスト
２３ ボールネジ
２４ ＡＣサーボモータ
２５ 昇降部
２６ 支持具
３０ ＰＣ
３３・３４ 回転速度センサー
Ｂ 被充填液
Ｘ 大型容器（ドラム缶）
Ｙ 小型容器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯留タンクやドラム缶などの大型容器内の主として液体を小型の容器に小分けして充填する充填装置において、小型の容器内に充填される液体の上面（液面）に合わせて被充填液の吐出口を昇降させることにより、液面に追従させる液面追従方法と同装置に関する。ここで、上記の「主として液体」とは、液体の他に粉粒体および流動物を含むことを意味する。
【背景技術】
【０００２】
小型の容器に被充填液をポンプ等を介して自動的に充填する充填装置では、被充填液の吐出口と液面との間隔が大きくなり過ぎると、被充填液が液面をたたくために、被充填液が飛散してミスト状になったり、空気を含んで泡状になったりし、充填終了段階で容器から被充填液が吹き出すおそれがある。また、吐出される被充填液が気泡状になると、液面が実際の高さよりも上昇し、被充填液の吐出口が被充填液に接触するおそれがあり、被充填液との接触により、液面がさらに上昇したり、吐出口が浮力を受けて浮き上がったりするおそれもある。したがって、被充填液の種類にもよるが、一般的には、吐出口と容器内の液面との間隔を、例えば０〜数ミリ程度に保って充填するのが望ましい。
【０００３】
従来、この種の充填装置において、上方より充填する場合に泡立ちやすい液体や空気の巻き込みを嫌う液体では、例えば、図５に示すように、容器Ｙの上端開口付近に光電式、レーザ式、超音波式などの液面高さ測定用センサー７１を設けて液面の高さを測定し、測定される液面の高さに合わせて被充填液の吐出口を昇降させることにより液面に追従させ、泡立ちや空気の巻き込みなどの防止を図っている。しかし、この方法では、以下のような不都合がある。すなわち、
１．注入口Ｄが容器上面の一部にしかない、一斗缶Ｙのような容器の場合には、上記のセンサー７１により液面の位置を正確に測定できない（図５（ａ）参照）。
【０００４】
２．充填中に埃などが侵入するのを防止するため、容器Ｙの上端開口に蓋を取り付ける場合には、１．の場合と同様にセンサー７１による液面位置の測定ができないほか、透明な蓋Ｚを使用する場合にも、センサー７１からの照射波や反射波が減衰され、液面の位置を正確に測定できないことがある（図５（ｂ）参照）。
【０００５】
３．被充填液Ｂが例えばチョコレートのような高粘性液の場合には、液面が盛り上がるので水平面でないため、液面高さが一定せず、またセンサー７１からの照射波が乱反射するので、液面の正確な測定が困難である（図５（ｃ）参照）。
【０００６】
ところで、この種の充填装置に関連する先行技術として、大型容器内の被充填液を小型の容器に一定量ずつ充填する定量充填装置が提案されている(例えば、特許文献１参照）。この充填装置では、大型容器内の被充填液をポンプ等で小型容器に充填する際に、ロードセルなどの計量器上に容器を載置して被充填液の質量（重量）を計測しながら充填するが、所定の重量に達した時点でポンプ等を停止しても、実際にポンプ等が停止するまでに応答遅れがあるので、この応答遅れによる被充填液の計量誤差を補正してより正確に一定質量ずつ充填できるようにした定量充填装置である。
【特許文献１】特開２００７−３３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した特許文献１に記載の定量充填装置では、小型の容器にあらかじめ設定した容量をほぼ正確に充填することができるが、容器内への充填時に被充填液の吐出口を容器内の液面の高さに合わせて昇降させることにより、液面に追従させるという考え方は一切取り入れられていない。
【０００８】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、容器への充填の際に、容器の形状や蓋の有無および被充填液の性状に左右されず、被充填液の吐出口の位置を液面に合わせて正確に上昇させることができる、充填装置の液面追従方法と同装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために本発明に係る充填装置の液面追従方法は、貯留タンクなどの大型容器内の被充填液を配管を介して供給ポンプで供給し、小型容器に小分けして充填する充填装置において、前記小型容器内に充填される液体の上面(以下、液面という）に合わせて被充填液の吐出口を昇降手段により昇降し、液面に追随させる液面追従方法であって、被充填液を充填する前記小型容器を載置可能なロードセルなどの計量器にて前記小型容器に充填される被充填液の質量を一定時間毎に測定し、前記小型容器の液面高さにおける開口断面積と被充填液の比重とから液面高さの変位速度を演算し、演算した液面高さの変位速度に合わせて前記昇降手段の上昇速度を制御することを特徴とする。
【００１０】
上記の構成を有する本発明に係る充填装置の液面追従方法によれば、大型容器内の被充填液を供給ポンプにより自動的に小型容器に充填する装置において、空の小型容器を計量器上に載せた状態で通常、風袋引きにて容器重量(質量）が減算されて計量器による計測値は０となる。ここで、例えば小型容器が半径ｒの円筒体からなる場合には、開口断面積はπ×ｒ2 であるので、被充填液の比重をγとし、容器内に充填された被充填液の質量の計測値をｗ１とすれば、液面高さｈ１＝ｗ１／(π×ｒ2 ×γ)
となる。そして、一定時間（ｔ）経過後の被充填液の質量の計測値をｗ２とすれば、液面高さｈ２＝ｗ２／(π×ｒ2 ×γ)となる。したがって、液面の上昇速度ｖ＝（ｈ２−ｈ１）／ｔ＝（ｗ２−ｗ１）／(π×ｒ2 ×γ×ｔ)となる。そこで、液面の上昇速度ｖが一定に保たれる場合には、昇降手段により被充填液の吐出口を速度Ｖ＝ｖで上昇させれば、容器内の被充填液の液面と被充填液の吐出口とは、常に一定の間隔を保って上昇することになり、液の泡立ちや液の飛散などが防止される。
【００１１】
請求項２に記載のように、前記供給ポンプとして供給量がポンプ回転速度に比例する定量性ポンプを使用し、この定量性ポンプの回転速度と前記昇降機による被充填液の吐出口の上昇速度とが比例するように補正制御することが好ましい。
【００１２】
定量性ポンプ、例えば一軸偏心ねじポンプによる液の単位時間当たりの供給量つまり充填速度は、ポンプの回転速度ｐに正比例する。いいかえれば、ポンプの回転速度ｐと液面高さの変位速度ｖとが正比例するから、ポンプの回転速度ｐもパラメータの一つとすることで、ポンプ回転速度ｐが増減すれば、被充填液の吐出口の上昇速度Ｖをポンプ回転速度ｐの増減割合に応じて増減させることによって、被充填液の吐出口をより正確に液面に追従させられる。
【００１３】
上記の目的を達成するために本発明（請求項３）に係る充填装置の液面追従装置は、貯留タンクなどの大型容器内の被充填液を配管を介して供給ポンプで供給し、小型容器に小分けして充填する充填装置において、前記小型容器内に充填される液体の上面(以下、液面という）に合わせて前記配管下端の被充填液の吐出口を昇降手段により上昇させ、液面に追従させる液面追従装置であって、
被充填液を充填する前記小型容器を載置可能なロードセルなどの計量器と、この計量器にて一定時間毎に測定した前記小型容器に充填される被充填液質量の計量値に基づいて、前記小型容器の液面高さにおける開口断面積と被充填液の比重とから液面高さの変位量を演算し、単位時間当たりの液面高さの変位量である変位速度を演算する演算手段と、この演算手段にて演算した液面高さの変位速度に合わせて前記昇降手段の上昇速度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記の構成を有する充填装置の液面追従装置によれば、容器の開口断面積Ａが高さによって変化せず、被充填液の比重がγで液面高さｈ１の時の被充填液の質量がｗ１で、ｔ秒経過後の液面高さｈ２の時の被充填液の質量がｗ２の場合、液面の上昇速度ｖ＝（ｈ２−ｈ１）／ｔ＝（ｗ２−ｗ１）／（Ａ×γ×ｔ）となる。そこで、被充填液の吐出口を昇降手段により上昇速度Ｖ＝ｖ（液面の上昇速度）で上昇させれば、容器内の被充填液の液面と被充填液の吐出口とが常に一定の間隔を保たれて被充填液が容器に充填されることになり、液の泡立ちや液の飛散などが防止される。つまり、計測器で小型容器内に充填される被充填液の質量（充填量）が一定時間間隔で逐次計測され、計測時間毎の質量（充填量）ｗの変化および小型容器内の液面高さｈの変化が演算手段で演算され、液面の上昇速度に合わせて被充填液の吐出口の位置も上昇するので、容器内の液面と被充填液の吐出口との間隔を常に一定に保った状態で被充填液を容器に充填することができる。
【００１５】
請求項４に記載のように 前記昇降手段が、可変速モータ（例えばサーボモータ）にて回転するボールネジと、このボールネジに螺合する雌ねじ部を有し、ガイドポストに沿って昇降可能で、前記配管を前記吐出口上方で取付可能な昇降部とを備え、前記制御手段にて前記可変速モータの回転速度を制御することができる。
【００１６】
このようにすれば、単位時間当たりの被充填液の質量(充填量）の変化および液面高さの変位を演算し、被充填液の吐出口の上昇速度いいかえれば可変速モータによるボールネジの回転速度を被充填液の質量(充填量）の変化に応じて変化させられるので、容器内の液面と被充填液の吐出口とを常に一定の間隔を保つように維持できる。
【００１７】
請求項５に記載のように、前記配管の吐出口を開閉可能な電磁開閉式充填弁を設けることができる。
【００１８】
このようにすれば、小型容器内に充填される被充填液の質量があらかじめ設定した重量（計量器による設定質量）に達すると、制御手段からの指令信号にて充填弁を閉じて充填作業を即座に中止できる。
【００１９】
請求項６に記載のように、前記供給ポンプと前記充填弁との間で前記配管に、前記大型容器への戻し管を接続し、この戻し管の途中にリリーフ弁を介設することが好ましい。
【００２０】
このようにすれば、小型容器内の被充填液が予定の充填量に達し充填弁を閉じたときに、供給ポンプの回転が慣性力ですぐには停止せず被充填液の供給が継続している場合でも、リリーフ弁が開放されて戻し管から大型容器へ被充填液が戻される。したがって、複雑な制御をしなくても、充填弁を閉じれば小型容器内への被充填液の供給が即座に中止され設定した充填量を正確に充填できる。
【００２１】
請求項７に記載のように、前記供給ポンプとして供給量がポンプ回転速度に比例する定量性ポンプを使用し、この定量性ポンプの回転速度の増減(変化)に対応して前記昇降手段の上昇速度が増減するように制御することが好ましい。
【００２２】
このようにすれば、定量性ポンプによる被充填液の単位時間当たりの供給量つまり充填速度が、ポンプの回転速度ｐに正比例することから、ポンプの回転速度ｐと液面高さの変位速度ｖとも正比例することになる。したがって、ポンプの回転速度ｐもパラメータの一つとすることができ、ポンプ回転速度ｐが増減すれば、被充填液の吐出口の上昇速度Ｖをポンプ回転速度ｐの増減割合に応じて増減させることができるので、より正確に被充填液の吐出口を液面に追従させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る充填装置の液面追従方法と同装置は、上記の構成からなるので、下記のような優れた効果がある。
【００２４】
1) 小分けして充填する容器の形状を問わず、適用できる。
【００２５】
2) 充填弁や被充填液の吐出口を出入りさせられる開口を持つ蓋であれば、従来の液面の位置を測定するセンサーと違って、蓋をしたことによる影響を受けて測定値が減衰したりしないので、液面の位置(高さ）を安定して測定できる。
【００２６】
3) 粘性度の大小など被充填液の性状には左右されず、液面を正確に追従できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る充填装置の液面追従装置について実施の形態を図面に基づいて説明し、併せて液面追従方法についても説明する。
【００２８】
図１〜図４は本発明の充填装置の液面追従装置についての実施例を示す図面で、図１は大型容器内の被充填液(液体Ｂ）を定量性供給ポンプ２で汲み上げて小型容器に充填する状態の、充填装置１の供給側を示す正面図、図２は充填弁および被充填液の吐出口の昇降手段を含む液面追従装置３と充填装置１の充填側を示す正面図、図３は本発明の液面追従方法の実施例を示すブロック図、図４は定量性供給ポンプとしての縦型一軸偏心ねじポンプの一部を拡大して示す断面図である。
【００２９】
これらの図に示すように、本例の液体充填装置１は、大型容器としてのドラム缶Ｘ内の液体Ｂを汲み上げて小型容器Ｙへ供給するポンプ２と、小型容器Ｙ内に充填される液体Ｂの上面である液面に合わせて充填弁１２下方の液体吐出口１４を昇降手段４により上昇させて液面に追従させる液面追従装置３とを備え、また液面追従装置３は小型容器Ｙ内に充填される液体Ｂの質量（重量）を逐次測定する計量器５と、この計量器５にて測定される被充填液Ｂの質量から液面高さｈを逐次演算し、液面の上昇速度を演算する演算手段６と、この演算手段６にて演算した液面高さｈの上昇速度に合わせて（一致するように）昇降手段４による上昇速度を制御する制御手段７とを備えている。
【００３０】
供給ポンプ２は縦型の一軸偏心ねじポンプで、図４に示すように略円筒状のポンプケーシング２ａの下端にステータ２ｂが連結され、ステータ２ｂの下端が吸込口２ｃを構成する。ポンプケーシング２ａの上端には、図１に示すように減速機２ｄを介して電動モータ２ｅが接続されている。また、減速機２ｄから下方へ延びた駆動軸（図示せず）の下端には、図４のようにカップリングロッド２ｊがユニバーサルジョイントを介して接続され、カップリングロッド２ｊの下端のステータ２ｂ側もユニバーサルジョイント２ｈを介してロータ２ｆの上端が接続されている。さらに、ポンプケーシング２ａの上端部には、図１のように吐出口２ｋが設けられている。詳しくは、ステータ２ｂは軟質の合成樹脂もしくはゴム(本例はゴム）からなり、図４のようにロータ２ｆの２倍のピッチからなる横断面長円形の雌ねじ孔が螺旋状に形成され、この雌ねじ孔内に横断面円形の雄ねじ形ロータ２ｆが回転可能にかつ長軸方向に往復移動可能に嵌挿されている。以上のようにして一軸偏心ねじポンプ２が構成されているが、本実施例の場合、図１のように電動モータ２ｅにはモータの回転速度を常時検出する回転速度センサー３３が接続されている。
【００３１】
供給ポンプ２の吐出口２ｋには、配管１１の一端が接続され、この配管１１の他端は、図２のように電磁開閉式充填弁１２により下端の吐出口１４を開閉可能な別の配管１３の上端部（注入口１３ａ；図６参照）に接続されている。配管１１は図１では２箇所で直角に屈曲した管として現しているが、小型容器Ｙ側の吐出口１４の昇降に応じて追随可能な、例えば屈曲自在な可撓性の管材からなる。本実施例において配管１３は上下方向に一直線状に延びる管材からなり、この管材は充填弁１２と一体に組み合わされ、充填弁１２の一部として構成されている。すなわち、充填弁１２は、詳しくは例えば図６に示すように、配管１３内に下端の吐出口１４を開閉可能な弁体１２ａを備え、配管１３の上端に設けた電磁式シリンダ１２ｂによってロッド１２ｃを介して弁体１２ａを遠隔操作で上下動させることにより、開閉する構造からなっている。また、配管１３の上部には、後述する昇降部２５に着脱可能に取り付けられる取付具１５が装着されている。
【００３２】
さらに、本例の場合、配管１１の途中には、図１に示すように、被充填液Ｂの戻し管１６の一端が接続され、他端はドラム缶Ｘの上端に接続されている。また、戻し管１６の入り口付近にはリリーフ弁１７が介設されており、このリリーフ弁１７は配管１１からのパイロット圧で開放されるように、パイロット管１８がリリーフ弁１７の弁本体１７ａに接続されている。リリーフ弁１７は、後述する制御手段７からの指令信号で充填弁１２が閉鎖された際に、ポンプ２のロータ２ｆの回転が慣性力ですぐには停止しない場合に、吐出口２ｋから供給される液体Ｂを戻し管１６を経由してドラム缶Ｘに戻すために設けられている。
【００３３】
ドラム缶Ｘ内の液体Ｂを小分けして定量ずつ充填する小型容器Ｙは、本例の場合、上端を開放した円筒状容器からなる。したがって開口断面積Ａは液面高さによって変化せず、半径をｒとすれば、Ａ＝π×ｒ2 である。
【００３４】
液面追従装置３は、図２に示すように充填弁１２を一体に備えた配管１３の下端の吐出口１４を昇降する昇降手段４を備えている。この昇降手段４は、ベース２１上に鉛直方向に立設されたガイドポスト２２に対し回転可能に支持されたボールネジ２３と、このボールネジ２３の下端に接続されるＡＣサーボモータ２４とを備えている。このサーボモータ２４は、ガイドポスト２２の下端部に支持具２６を介して固定されている。ボールネジ２３にはボールナット(図示せず)を介して昇降部２５が螺合され、ボールネジ２３が定位置で一方向に回転することにより、昇降部２５がガイドポスト２２の両側の上下方向に延びるガイド部２２ａに沿って上昇あるいは下降する。ベース２１上には、小型容器Ｙを載置可能な、水平状態の平坦な受け面を持つ計量器、本例ではロードセル５が設置されている。
【００３５】
図３に示すように、本例の場合、ロードセル５により一定時間毎に計量される被充填液Ｂの質量が電気信号として演算手段６に出力されるが、演算手段６にはあらかじめ被充填液Ｂの比重(γ）および小型容器Ｙの開口断面積Ａ（π×r2）を入力しておくことにより、小型容器Ｙ内に充填された液体Ｂの液面の高さｈが、被充填液Ｂの質量ｗから右記の式にて演算される。 液面高さｈ＝ｗ／(γ×π×ｒ2）
そして、一定時間(Δｔ）毎の液面高さｈの変位距離（Δｈ）から液面上昇速度(ｖ＝Δｈ／Δｔ）が演算され、演算された液面上昇速度ｖが制御手段７へ出力される。この制御手段７にて、昇降手段４のサーボモータ２４へ回転速度Ｒが電気信号で指令され、充填弁１２下端の吐出口１４の上昇速度Ｖが液面の上昇速度ｖに一致する回転速度でボールネジ２３が回転する。この結果、充填弁１２の下端の吐出口１４と液面とは、常に一定の間隔（例えば０〜数ｍｍ）を保持しながら上昇する。なお、演算手段６および制御手段７は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）３０の一部（ＣＰＵ）として構成される。
【００３６】
ところで、本実施例にあっては、供給ポンプ２に定量性に優れた一軸偏心ねじポンプを使用しているので、一軸偏心ねじポンプ２の電動モータ２ｅの回転速度ｐを回転速度センサー３３で検出し、回転速度ｐが安定して一定速度になった状態において回転速度ｐが増減するときには、±Δｐをパラメータとしてサーボモータ２４の回転速度Ｒを増減させる電気信号を制御手段７へ送り、制御手段７にて昇降手段４のサーボモータ２４の回転速度ＲをΔｐ／ｐの割合で増減するように制御している。これにより、一軸偏心ねじポンプ２による被充填液Ｂの供給量、いいかえれば小型容器Ｙへの充填量の、電動モータ２ｅの回転速度の微小な変化に基づく液面高さｈの変動に対し、充填弁１２下端の吐出口１４の上昇速度Ｖをリアルタイムで一致させることができ、より正確な液面追従が可能になる。なお、サーボモータ２４の回転速度Ｒは速度センサー３４にて検出し、制御手段７にフィードバックすることで、回転速度Ｒのバラツキを極力抑えて制御の精度を高めている。
【００３７】
次に、上記のように構成した本実施例に係る液面追従装置３の作業態様について図面に基づいて説明する。
【００３８】
図１に示すように、被充填液Ｂの充填作業に際して、空の円筒状容器Ｙを計量器としてのロードセル５上に載置した状態で、充填弁１２下端の吐出口１４を容器Ｙの底面から所定距離（例えば０〜数ｍｍ）離間した位置にセットする。この状態で、ロードセル５の計量値は風袋引きが行われ、０となる。また、吐出口１４と液面との間の適正距離（間隔）は、通常、被充填液Ｂの性状に基づいて決定される。特に気泡性のある液体や飛散してミスト状になりやすい液体の場合には、例えば２〜３ｍｍ程度と極めて接近した間隔にするのが好ましい。
【００３９】
そして、電動モータ２ｅを回転して一軸偏心ねじポンプ２の運転を開始し、ドラム缶Ｘ内の液体Ｂを汲み上げ、配管１１を通して円筒状容器Ｙへ供給しながら充填する作業を開始する。こうして、円筒状容器Ｙ内に液体Ｂが充填され始めると、容器Ｂ内に充填された液体Ｂの質量ｗがロードセル５で逐次計量される。液体Ｂの比重γおよび、容器Ｙ内への充填量と液面高さの関係式（ｈ＝ｗ／Ａ（開口断面積：π×ｒ2）は分かっており、あらかじめＰＣ３０の演算手段６に入力しておくので、小型容器Ｂ内の液面高さの単位時間当たりの変位量が演算され、そこから単位時間当たりの液面高さｈの変位量である変位速度ｖが演算手段６で演算される。また、液面の変位速度である上昇速度ｖから、充填弁１２下端の吐出口１４を液面の上昇速度ｖに追従して上昇させるのに必要な、ボールネジ２３を回転させるサーボモータ２４の回転速度Ｒが演算され、この回転速度Ｒでサーボモータ２４が回転する。この結果、容器Ｙ内の液面の上昇速度ｖに追従するように充填弁１２の下端の吐出口１４が昇降部２５とともに上昇する。また、サーボモータ２４の回転速度Ｒは速度センサー３４により検出し、制御手段７にフィードバックさせて微調整するので、回転速度Ｒも正確に維持される。さらに、本実施例では、一軸偏心ねじポンプ２の電動モータ一２ｅの回転速度ｐの増減についても、速度センサー３３で検出し、制御手段７を介して液面の上昇速度ｖに反映させるようにしているから、より正確に充填弁１２下端の吐出口１４を液面に追従させて上昇させることができる。
【００４０】
上記に本発明の充填装置の液面追従装置について一実施例を挙げて説明したが、下記のように実施することもできる。
【００４１】
・小型容器Ｙは円筒状や角筒状などの、開口断面積が液面高さの変化に拘わらず一定の容器だけでなく、容器の高さ変化と開口断面積の変化の関係を数式で特定できるものであれば、液面高さの変化に伴って開口断面積が変化するような、例えば台形状容器であっても、本発明を適用して実施できる。
【００４２】
・供給側ポンプ２の運転速度（上記実施例では電動モータ２ｅの回転速度）の変化は、充填弁１２下端の吐出口１４の上昇速度に連係させなくてもよい。
【００４３】
・上記実施例では、充填弁１２を閉鎖したときに供給側ポンプ２が慣性力で運転を継続する可能性を考慮して、リリーフ弁１７を設けて大型容器Ｘに被充填液Ｂを戻すようにしたが、リリーフ弁１７や戻し管１６は省くことができる。
【００４４】
・被充填液Ｂの吐出口１４を昇降させる昇降手段４については、ボールネジ２３を回転させて昇降部２５を昇降させる構造のほか、図示は省略するが、例えばワイヤで充填弁１２や配管１３を吊り下げ、可変速モータによりワイヤを巻取ドラム等に巻き取って昇降させる構造にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の充填装置の液面追従装置についての実施例を示す図面で、大型容器内の被充填液(液体Ｂ）を定量性供給ポンプで汲み上げて小型容器に充填する状態の、充填装置１の供給側を示す正面図である。
【図２】充填弁および被充填液の吐出口の昇降手段を含む液面追従装置３と充填装置１の充填側を示す正面図である。
【図３】本発明の液面追従方法の一実施例を示すブロック図である。
【図４】定量性供給ポンプとしての縦型一軸偏心ねじポンプの一部を拡大して示す断面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ従来の液面測定用センサー７１を用いて液面を測定する状態を示す図面である。
【図６】充填弁１２の構造の一例を示す原理図（概念図）で、図６（ａ）は吐出口１４が閉鎖された状態を、図６（ｂ）は吐出口１４が開放された状態をそれぞれ現している。
【符号の説明】
【００４６】
１ 液体充填装置
２ 供給ポンプ（一軸偏心ねじポンプ）
３ 液面追従装置
４ 昇降手段
５ 計量器（ロードセル）
６ 演算手段
７ 制御手段
１１・１３ 配管
１２ 充填弁
１４ 吐出口
１５ 取付具
１６ 戻し管
１７ リリーフ弁
２１ ベース
２２ ガイドポスト
２３ ボールネジ
２４ ＡＣサーボモータ
２５ 昇降部
２６ 支持具
３０ ＰＣ
３３・３４ 回転速度センサー
Ｂ 被充填液
Ｘ 大型容器（ドラム缶）
Ｙ 小型容器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯留タンクなどの大型容器内の被充填液を配管を介して供給ポンプで供給し、小型容器に小分けして充填する充填装置において、前記小型容器内に充填される液体の上面(以下、液面という）に合わせて被充填液の吐出口を昇降手段により昇降し、液面に追随させる液面追従方法であって、
被充填液を充填する前記小型容器を載置可能なロードセルなどの計量器にて前記小型容器に充填される被充填液の質量を一定時間毎に測定し、前記小型容器の液面高さにおける開口断面積と被充填液の比重とから液面高さの変位速度を演算し、演算した液面高さの変位速度に合わせて前記昇降手段の上昇速度を制御することを特徴とする充填装置の液面追従方法。
【請求項２】
前記供給ポンプとして供給量がポンプ回転速度に比例する定量性ポンプを使用し、この定量性ポンプの回転速度と前記昇降機による被充填液の吐出口の上昇速度とが比例するように補正制御することを特徴とする請求項１記載の充填装置の液面追従方法。
【請求項３】
貯留タンクなどの大型容器内の被充填液を配管を介して供給ポンプで供給し、小型容器に小分けして充填する充填装置において、前記小型容器内に充填される液体の上面(以下、液面という）に合わせて前記配管下端の被充填液の吐出口を昇降手段により上昇させ、液面に追従させる液面追従装置であって、
被充填液を充填する前記小型容器を載置可能なロードセルなどの計量器と、この計量器にて一定時間毎に測定した前記小型容器に充填される被充填液質量の計量値に基づいて、前記小型容器の液面高さにおける開口断面積と被充填液の比重とから液面高さの変位量を演算し、単位時間当たりの液面高さの変位量である変位速度を演算する演算手段と、この演算手段にて演算した液面高さの変位速度に合わせて前記昇降手段の上昇速度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする充填装置の液面追従装置。
【請求項４】
前記昇降手段が、可変速モータにて回転するボールネジと、このボールネジに螺合する雌ねじ部を有し、ガイドポストに沿って昇降可能で、前記配管を前記吐出口上方で取付可能な昇降部とを備え、
前記制御手段にて前記可変速モータの回転速度を制御することを特徴とする請求項３記載の充填装置の液面追従装置。
【請求項５】
前記配管の吐出口を開閉可能な電磁開閉式充填弁を設けたことを特徴とする請求項３または４記載の充填装置の液面追従装置。
【請求項６】
前記供給ポンプと前記充填弁との間で前記配管に、前記大型容器への戻し管を接続し、この戻し管の途中にリリーフ弁を介設したことを特徴とする請求項５記載の充填装置の液面追従装置。
【請求項７】
前記供給ポンプとして供給量がポンプ回転速度に比例する定量性ポンプを使用し、この定量性ポンプの回転速度の変動に対応して前記制御手段により前記昇降手段の上昇速度が増減するように制御することを特徴とする請求項３〜６のいずれか記載の充填装置の液面追従装置。
【請求項１】
貯留タンクなどの大型容器内の被充填液を配管を介して供給ポンプで供給し、小型容器に小分けして充填する充填装置において、前記小型容器内に充填される液体の上面(以下、液面という）に合わせて被充填液の吐出口を昇降手段により昇降し、液面に追随させる液面追従方法であって、
被充填液を充填する前記小型容器を載置可能なロードセルなどの計量器にて前記小型容器に充填される被充填液の質量を一定時間毎に測定し、前記小型容器の液面高さにおける開口断面積と被充填液の比重とから液面高さの変位速度を演算し、演算した液面高さの変位速度に合わせて前記昇降手段の上昇速度を制御することを特徴とする充填装置の液面追従方法。
【請求項２】
前記供給ポンプとして供給量がポンプ回転速度に比例する定量性ポンプを使用し、この定量性ポンプの回転速度と前記昇降機による被充填液の吐出口の上昇速度とが比例するように補正制御することを特徴とする請求項１記載の充填装置の液面追従方法。
【請求項３】
貯留タンクなどの大型容器内の被充填液を配管を介して供給ポンプで供給し、小型容器に小分けして充填する充填装置において、前記小型容器内に充填される液体の上面(以下、液面という）に合わせて前記配管下端の被充填液の吐出口を昇降手段により上昇させ、液面に追従させる液面追従装置であって、
被充填液を充填する前記小型容器を載置可能なロードセルなどの計量器と、この計量器にて一定時間毎に測定した前記小型容器に充填される被充填液質量の計量値に基づいて、前記小型容器の液面高さにおける開口断面積と被充填液の比重とから液面高さの変位量を演算し、単位時間当たりの液面高さの変位量である変位速度を演算する演算手段と、この演算手段にて演算した液面高さの変位速度に合わせて前記昇降手段の上昇速度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする充填装置の液面追従装置。
【請求項４】
前記昇降手段が、可変速モータにて回転するボールネジと、このボールネジに螺合する雌ねじ部を有し、ガイドポストに沿って昇降可能で、前記配管を前記吐出口上方で取付可能な昇降部とを備え、
前記制御手段にて前記可変速モータの回転速度を制御することを特徴とする請求項３記載の充填装置の液面追従装置。
【請求項５】
前記配管の吐出口を開閉可能な電磁開閉式充填弁を設けたことを特徴とする請求項３または４記載の充填装置の液面追従装置。
【請求項６】
前記供給ポンプと前記充填弁との間で前記配管に、前記大型容器への戻し管を接続し、この戻し管の途中にリリーフ弁を介設したことを特徴とする請求項５記載の充填装置の液面追従装置。
【請求項７】
前記供給ポンプとして供給量がポンプ回転速度に比例する定量性ポンプを使用し、この定量性ポンプの回転速度の変動に対応して前記制御手段により前記昇降手段の上昇速度が増減するように制御することを特徴とする請求項３〜６のいずれか記載の充填装置の液面追従装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２０１４２５（Ｐ２００８−２０１４２５Ａ）
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３７２１０（Ｐ２００７−３７２１０）
【出願日】平成１９年２月１７日（２００７．２．１７）
【出願人】（０００２３９７５８）兵神装備株式会社 (76)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１７日（２００７．２．１７）
【出願人】（０００２３９７５８）兵神装備株式会社 (76)
【Ｆターム（参考）】
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