定量充填装置
【課題】 供給部が停止するまでの応答遅れ時間を有する定量充填装置において、充填中に供給部から供給される被計量物の時間当たりの供給量が変化しても、正確に目標重量値若しくはそれに近い重量の被計量物を充填することができるようにすること。
【解決手段】 被計量物を供給するポンプと、ポンプから供給される被計量物が充填される容器と、容器に充填された被計量物の重量を計量する計量部と、容器に所定の目標重量値ｇＴの被計量物が充填される間に、目標重量値ｇＴから所定時間間隔ｔＵで得られた計量値ｇの差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を減算して供給停止重量値ｇＳＣを求め（ステップＳ２０）、計量値ｇが供給停止重量値ｇＳＣとなったときに被計量物６の供給を停止させる停止信号を出力させる演算制御部（ステップＳ２２、２４）とを備える。
【解決手段】 被計量物を供給するポンプと、ポンプから供給される被計量物が充填される容器と、容器に充填された被計量物の重量を計量する計量部と、容器に所定の目標重量値ｇＴの被計量物が充填される間に、目標重量値ｇＴから所定時間間隔ｔＵで得られた計量値ｇの差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を減算して供給停止重量値ｇＳＣを求め（ステップＳ２０）、計量値ｇが供給停止重量値ｇＳＣとなったときに被計量物６の供給を停止させる停止信号を出力させる演算制御部（ステップＳ２２、２４）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば一定重量の液体、粉粒状体又は流動物等の被計量物を充填するため計量するときに、特に、ポンプ等の供給部が停止するまでの応答遅れによる計量誤差を補正できる定量充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の定量充填装置として図５に示すものがある。同図に示す定量充填装置１は、モータ等の駆動部２が駆動すると、ポンプ３のロータ（図示せず）を回転させることができ、ロータが回転すると、吸込み口４からタンク５内の液体（被計量物６）を吸い込んで、吐出口７から吐出することができる。この吐出された被計量物６は、供給管８を通って弁装置９のノズル９ａから吐出される。ノズル９ａから吐出される被計量物６は、容器１０内に充填され、容器１０内に充填された被計量物６の重量は、計量器１１によって計量される。そして、容器１０内に充填された被計量物６の重量（計量値）が予め設定された目標重量値となったときに、制御装置１２は、駆動部２に対して停止信号を送信すると共に、弁装置９に対して閉信号を送信する。これによって、容器１０に略目標重量値の被計量物６を充填することができる。
【０００３】
図６は、計量値ｇが目標重量値ｇＴとなったとき（時間ｔａ１）に、制御装置１２が駆動部２及び弁装置９に対して停止信号及び閉信号を送信した場合は、この送信の時間ｔａ１からｔＫ時間経過後の時間ｔａ２にロータの回転が停止して充填が終了することを示す図である。
【０００４】
図６から分かるように、応答遅れ時間ｔＫが存在するので、容器１０には、目標重量値よりもｇＯだけ余分に被計量物６が充填されてしまう（最終充填重量値ｇＪ１）。この応答遅れ時間ｔＫは、例えばポンプ３における回転するロータが停止するまでの時間であり、ロータの慣性モーメントに基づくものである。
【０００５】
図７は、応答遅れ時間ｔＫ中に容器１０に充填される液体の重量がｇＯであることを勘案して、目標重量値ｇＴよりもｇＯだけ少ない充填重量（充填停止重量ｇＳ）となったときに、駆動部２及び弁装置９に対して停止信号等を送信するようにしたときの充填重量を示す図である。このようにすると、容器１０に最終充填重量値ｇＪ２（≒目標重量値ｇＴ）の液体を充填することができる。
【０００６】
また、このような応答遅れ時間ｔＫ等に基づく充填誤差を小さくするための落差補正装置として、容器に目標重量値の被計量物を複数回充填して複数の計量データを求め、そして、これらの計量データを使用して充填補正値を求めて、この充填補正値に基づいて充填停止重量を求めるものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−１９７３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、図７に示す従来の方法や、特許文献１の落差補正装置では、例えば複数の容器１０にそれぞれ一定重量の被計量物（液体）６を充填する作業において、まず、第１番目の容器１０に充填された被計量物６の計量データを使用して、応答遅れ時間ｔＫ中に容器１０に充填される被計量物６の重量ｇＯ、及び充填停止重量ｇＳを求め、この充填停止重量ｇＳを、第２番目の容器１０に被計量物６を充填するときに使用しているので、例えば第１番目及び第２番目の容器１０に被計量物６を充填するごとに、重量ｇＯが変化したり、ばらつく場合は、目標重量値ｇＴの被計量物６を容器１０に充填することができないこととなる。
【０００８】
このように、重量ｇＯが変化等する要因として、例えば図５に示す供給管８の途中に設けられているフィルタ１３の目詰まりの度合いが大きくなることによって、ノズル９ａから吐出される被計量物６の流量が小さくなる（変化する）ことが挙げられる。
【０００９】
図８は、その例を示すものであり、容器１０内の被計量物６が目標重量値ｇＴとなるように、図７に示す方法で第１回目、第２回目及び第３回目と充填を繰り返していくと、ノズル９ａから吐出される被計量物６の流量が順次小さくなることがある。これによって、応答遅れ時間ｔＫ内にノズル９ａから吐出される被計量物６の重量ｇＯが変化するので、第１回目、第２回目及び第３回目の各充填重量（ｇＪ１、ｇＪ２、ｇＪ３、）が順次小さくなる。その結果、充填重量がばらつくこととなり（ばらつきｇＢ）、目標重量値ｇＴの被計量物６を容器１０に充填することができないこととなる。
【００１０】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、供給部が停止するまでの応答遅れ時間を有する定量充填装置において、充填中に供給部から供給される被計量物の時間当たりの供給量が変化しても、正確に目標重量値若しくはそれに近い重量の被計量物を充填することができる定量充填装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る定量充填装置は、被計量物を供給する供給部と、前記供給部から供給される被計量物を保持する保持部と、前記保持部に供給された被計量物の重量を計量する計量部と、前記保持部に所定の目標重量値の被計量物が供給される間に、所定時間間隔の計量値の変化量に基づいて、前記供給部による被計量物の供給を停止させる供給停止重量値を演算し、前記計量値が前記供給停止重量値となったとき又はこれよりも大きくなったときに前記供給部を停止させる信号を生成する演算制御部とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明に係る定量充填装置によると、保持部に充填された被計量物の計量値が供給停止重量値となったときに、演算制御部は、供給部を停止させる信号を生成する。そして、この供給停止信号を生成したときから、供給部が停止するまでの応答遅れ時間の間にも被計量物が保持部に充填される。この応答遅れ時間の間に充填される被計量物を含む保持部の充填重量が、目標重量値若しくはそれに近い重量となるように、供給停止重量値が演算されている。また、応答遅れ時間の間に充填される被計量物の重量は、被計量物の時間当たりの供給量に応じて変化するが、充填中における所定時間間隔の計量値の変化量に基づいて供給停止重量値を求めているので、被計量物の時間当たりの供給量が変化しても、目標重量値若しくはそれに近い重量の被計量物を保持部に充填することができる。
【００１３】
そして、この発明に係る定量充填装置において、前記供給停止重量値は、前記目標重量値から前記変化量に基づく補正重量を減算して得るようにするとよい。このように、目標重量値から補正重量を減算して供給停止重量値を得るようにすると、複雑な演算をせずに、短時間で供給停止重量値を求めることができ、今回充填中の被計量物の供給を適切なタイミングで停止させるために、この供給停止重量値を使用することができる。
【００１４】
また、この発明に係る定量充填装置において、前記変化量は、一定時間間隔ごとに得られた複数の計量値の平均変化量とするとよい。このように、変化量の平均値を使用することによって、変化量のばらつきを補正することができ、計量精度を向上させることができる。
【００１５】
更に、この発明に係る定量充填装置において、前記補正重量は、前記変化量に前記供給部の応答遅れ時間を乗じて得られた重量から演算するとよい。このようにすると、供給部が停止するまでの応答遅れ時間の間に供給部から供給される被計量物の重量を補正重量として求めることができる。これによって、応答遅れ時間の間に供給部から保持部に供給される被計量物の重量に基づく計量誤差を、この補正重量によって補正して、目標重量値若しくはそれに近い重量の被計量物を充填することができる。
【００１６】
そして、この発明に係る定量充填装置において、前記変化量を、計量値の差分値として求めるとよい。例えば目標重量値の被計量物を保持部に充填しているときに、この充填中において得られた２つの計量値の差分を演算することによって差分値を得ることができ、比較的簡単に変化量を得ることができる。
【００１７】
更に、この発明に係る定量充填装置において、前記供給部は、ステータと、ロータとを備える一軸偏心ねじポンプであり、前記ステータと前記ロータとの間に形成される空間に収容される被計量物を吐出口から吐出するものとしてもよい。供給装置として使用される一軸偏心ねじポンプは、ステータとロータとの間に形成される空間に被計量物を収容した状態で、この空間を移動させることによって吐出口から被計量物を吐出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係る定量充填装置によると、保持部に所定の目標重量値の被計量物が充填されていくときに、この充填中の所定時間間隔の計量値の変化量に基づいて供給停止重量値を演算し、この供給停止重量値で供給部を停止する信号を生成する構成としてある。従って、供給部から供給される被計量物の時間当たりの供給量が変化して、応答遅れ時間の間に充填される被計量物の重量が変化しても、正確に目標重量値若しくはそれに近い重量の被計量物を充填することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る定量充填装置の一実施形態を図１〜図４を参照して説明する。この定量充填装置１４は、図１に示すように、タンク５内に貯留されている液体（被計量物６）をポンプ（供給部）３で吸い込んで、この吸い込んだ被計量物６を、弁装置９に設けられているノズル９ａから吐出させて、複数の各容器１０に一定重量ずつ充填することができるものである。そして、このように被計量物６を一定重量ずつ計量するたびに、例えばポンプ３を停止させるが、ポンプ３が停止するまでの応答遅れにより発生する計量誤差を補正できるようにしてある。
【００２０】
ポンプ３は、図２に示すように、一軸偏心ねじポンプであり、ステータ１５とロータ１６とを備えている。ステータ１５は、雌ねじ形状の内孔を有する筒形に形成され、この内孔の横断面形状が長円であり、例えば合成ゴムや合成樹脂で形成されている。ステータ１５は、鉛直方向と平行して配置され、下側に開口する吸込み口４、及び上側で開口する吐出口７を備えている。
【００２１】
ロータ１６は、図２に示すように、雄ねじ形状に形成され、横断面形状が真円であり、螺旋形状のピッチは、ステータ１５の１／２に設定されている。ロータ１６は、例えばステンレス等の金属製であり、ステータ１５の内孔１５ａに回動自在に収容されている。そして、ロータ１６の上端部は、コネクティングロッド１７及び減速機を介して駆動部（電気モータ）２と連結している。なお、ロータ１６とコネクティングロッド１７との連結部１８、及びコネクティングロッド１７と駆動側軸１９との連結部１８には、それぞれユニバーサルジョイントが設けられている。
【００２２】
駆動部２は、例えば定速度モータであり、ポンプケーシング２０に取り付けられている。また、駆動部２は、制御装置２１と接続線２２を介して電気的に接続している。制御装置２１は、駆動信号及び停止信号を出力することによって、駆動部２を一定速度で回転駆動したり、停止させることができる。
【００２３】
また、図１に示すように、ポンプ３は、ステータ１５の吸込み口４がタンク５内に貯留されている被計量物（例えば蜂蜜等の液体）６内に浸漬されている状態で、架台（図示せず）に固定して設けられている。更に、ポンプ３の吐出口７には、供給管８の一端が接続されており、この供給管８の他端が弁装置９の入口９ｂに接続されている。そして、供給管８の途中には、被計量物６を濾過するためのフィルタ１３が設けられている。
【００２４】
この図１に示すポンプ３は、駆動部２が駆動してロータ１６が所定方向に回転すると、タンク５内の被計量物６を吸込み口４から吸い込んで、ステータ１５とロータ１６との間に形成される空間に被計量物６を収容した状態で、この空間を移動させて吐出口７から被計量物６を吐出することができる。この吐出口７から吐出される被計量物６は、供給管８及びフィルタ１３を通って弁装置９に供給される。
【００２５】
弁装置９は、例えば電磁弁であり、図には示さないが、ソレノイドを駆動することによって弁体を作動させることができ、これによって、弁孔を開閉することができる。弁孔が開いた状態では、供給管８内の被計量物６がこの弁孔を通ってノズル（弁装置９の出口）９ａから吐出される。弁孔が閉じた状態では、被計量物６はノズル９ａから吐出されない。弁装置９は、図１に示す制御装置２１と接続線２３を介して電気的に接続している。制御装置２１は、開信号及び閉信号を出力することによって、弁装置９を開閉動作させて、被計量物６をノズル９ａから吐出したり、ノズル９ａからの被計量物６の吐出を止めることができる。
【００２６】
また、図１に示すように、弁装置９の下方には、容器（保持部）１０が配置されており、ノズル９ａから吐出された被計量物６は、この容器１０内に充填される。この容器１０は、計量器１１の計量台上に載置されている。
【００２７】
計量器１１は、例えば電子秤であり、容器１０に充填された被計量物６の重量を計量するものであり、被計量物６の計量信号を出力することができる。この計量信号は、接続線２４を介して制御装置２１に送信される。
【００２８】
制御装置２１は、図には示さないが、演算制御部、記憶部、入力部及び表示部等を備えている。演算制御部は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）で構成されており、記憶部に予め記憶されているプログラムに従って、例えば図４に示すフローチャートに記載された処理を実行するものである。入力部は、図３に示すように、例えば容器１０に充填しようとする被計量物６の目標重量値ｇＴを設定したり、設定時間間隔ｔＵを設定することができる。この設定時間間隔ｔＵは、被計量物６が容器１０に充填されている途中において、容器１０内の被計量物６の重量を、計量器１１が演算制御部に逐次計量値を出力する時間間隔である。また、定量充填の運転命令や、停止命令をしたり、各種設定値を設定することができるものである。表示部は、設定された目標重量値ｇＴや設定時間間隔ｔＵを表示したり、運転中であることや停止であることを表示できるものである。
【００２９】
演算制御部は、図３に示すように、容器１０に所定の目標重量値ｇＴの被計量物６が充填される間に、設定時間間隔ｔＵの計量値ｇの変化量Δｇ１、Δｇ２、・・・、ΔｇＮを順次演算して、この変化量に基づいて、ポンプ３による被計量物６の供給を停止させる供給停止重量値ｇＳＣを演算することができる。そして、容器１０内に充填された被計量物６の計量値ｇがこの供給停止重量値ｇＳＣとなったときに、被計量物６の供給を停止させる停止信号を駆動部２に出力するように構成されている。この供給停止重量値ｇＳＣは、目標重量値ｇＴの被計量物６を容器１０に充填するたびに、その充填中に演算して求められる。ｇＳ１、ｇＳ２、ｇＳ３、・・・、ｇＳＣは、第１回目、第２回目、第３回目、・・・、第Ｃ回目の充填中に求められた供給停止重量値である。この供給停止重量値ｇＳＣは、目標重量値ｇＴよりも小さい重量値である。
【００３０】
計量器１１は、容器１０内に充填されていく被計量物６の重量を計量することができ、計量値ｇがこの供給停止重量値ｇＳＣとなったときに、演算制御部が、ポンプ３の駆動部２に対して停止信号を出力する。この供給停止重量値ｇＳＣが、目標重量値ｇＴよりも小さい重量として演算されている理由は、演算制御部が駆動部２に対して停止信号を出力したときからポンプ３のロータ１６の回転が停止するまでには、応答遅れ時間ｔＫが存在しているからである。この応答遅れ時間ｔＫの間に、回転するロータ１６によってノズル９ａから被計量物６が吐出されて容器１０に充填されるので、その分の重量Ｆを補正するために、計量値ｇが目標重量値ｇＴよりも小さい供給停止重量値ｇＳＣとなったときに、演算制御部が停止信号を出力するようにしている。よって、応答遅れ時間ｔＫに容器１０に充填される被計量物６の重量をＦとすると、重量Ｆ＝（目標重量値ｇＴ−供給停止重量値ｇＳＣ）となるように、供給停止重量値ｇＳＣを決定するようにしている。なお、この応答遅れ時間ｔＫは、例えばポンプ３における回転するロータ１６が停止するまでの時間であり、ロータ１６の慣性モーメントに基づくものである。
【００３１】
従って、被計量物６を容器１０に充填していくときに、容器１０内の被計量物６の計量値ｇが供給停止重量値ｇＳＣとなったとき、演算制御部がポンプ３を停止させる停止信号を出力する。すると、ロータ１６が停止するまでの応答遅れ時間ｔＫの間に被計量物６が容器１０に充填され、ロータ１６の回転が停止したときに、弁装置９が閉じられて、被計量物６の容器１０への充填が終了する。これによって、目標重量値ｇＴ若しくはそれに近い重量の被計量物６を容器１０に充填することができる。
【００３２】
次に、この図１、図３及び図４を参照して、定量充填装置１４を使用して目標重量値ｇＴの被計量物６を容器１０に充填する制御手順を説明する。図３は、この定量充填装置１４を使用して、容器１０に一定重量（目標重量値ｇＴ）の被計量物６を、例えば３回充填したときの充填時間ｔと、各時間ｔにおける計量値ｇとの関係を表している。図４は、定量充填装置１４の制御手順を示すフローチャートである。
【００３３】
まず、図４に示すステップＳ１０において、オペレータは、入力部を操作して、目標重量値ｇＴ、設定時間間隔ｔＵ及び各種設定値を設定する。そして、ポンプ３の運転命令、及び計量器１１による計量開始命令を操作する。すると、演算制御部は、ポンプ３を作動させて、タンク５内の被計量物６を供給管８及びフィルタ１３に通し、弁装置９のノズル９ａから略一定量ずつ吐出させることができる。これによって、被計量物６が容器１０に充填されていくし、容器１０内に充填されていく被計量物６の重量が計量器１１によって計量される。
【００３４】
そして、演算制御部は、ステップＳ１２〜ステップＳ１６において、充填開始から予め設定された時間が経過したときから、設定時間間隔ｔＵが経過するごとに、容器１０内に充填された被計量物６の計量値ｇ１、ｇ２、ｇ３、・・・、ｇＡ、・・・を順次記憶部に記憶する。そして、計量値ｇＡが記憶部に順次記憶されるたびに、今回の計量値ｇＡと前回の計量値ｇ〔Ａ−１〕との差を演算して、計量値の差分値（変化量）Δｇ１、Δｇ２、・・・、ΔｇＢ、・・・を記憶部に順次記憶していく。そして、差分値ΔｇＢのデータ数が予め設定されている個数Ｎとなったときは、次のステップＳ１８に進む。
【００３５】
図３には、第１回目の充填計量において、設定時間間隔ｔＵが経過するごとの計量値ｇ１、ｇ２、ｇ３、・・・、ｇＡ、・・・、及び計量値ｇの差分値Δｇ１、Δｇ２、・・・、ΔｇＮを示してある。
【００３６】
演算制御部は、ステップＳ１８において、記憶部に記憶されたＮ個の差分値Δｇ１、Δｇ２、・・・、ΔｇＮを平均して差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を算出する（この差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕が補正重量である。）。Ｃは、１、２、・・・の自然数であり、差分平均値を求めた回数を表す。そして、目標重量値ｇＴから差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を減算して供給停止重量値ｇＳＣを算出し、この供給停止重量値ｇＳＣを記憶部に記憶する（ステップＳ２０）。次に、容器１０内に充填されていく被計量物６の計量値ｇが供給停止重量値ｇＳＣよりも大きいか否かを判定して（ステップＳ２２）、被計量物６の計量値ｇが供給停止重量値ｇＳＣよりも大きく、ＹＥＳと判定したときに、ポンプ停止命令（停止信号）を出力する（ステップＳ２４）。
【００３７】
ただし、ステップＳ２２において、容器１０内に充填されていく被計量物６の計量値ｇが供給停止重量値ｇＳＣ以下であり、ＮＯと判定したときは、記憶部に記憶されている全ての計量値ｇＡを１個手前に移動させて記憶し、新計量値ｇＡの格納場所を空ける（ステップＳ２３）。そして、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２〜ステップＳ２３の処理を行う。この際、ステップＳ１８では、最新に得られたＮ個の差分値Δｇ１〜ΔｇＮを平均して差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を算出する。
【００３８】
演算制御部が、駆動部２に対してこのポンプ停止信号を出力したときから、所定の応答遅れ時間ｔＫが経過した後に、ロータ１６の回転が停止し、しかる後に弁装置９が閉じられて、被計量物６の容器１０への充填が終了する。このようにして、第１回目の充填において、最終充填重量値ｇＪ１の被計量物６を容器１０に充填することができる。この最終充填重量値ｇＪ１は、目標重量値ｇＴと同一若しくは、それよりも少し大きい許容重量範囲内の重量となるように、供給停止重量値ｇＳ１が設定されている。
【００３９】
なお、ステップＳ２０において、目標重量値ｇＴから差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を減算することによって供給停止重量値ｇＳＣを算出している理由は、被計量物６が所定の応答遅れ時間ｔＫにノズル９ａから吐出されて容器１０に充填されてしまうので、計量値ｇが目標重量値ｇＴよりもその分の重量Ｆだけ小さい値となったときに、ポンプ３を停止させるようにするためである。従って、応答遅れ時間ｔＫにノズル９ａから吐出される被計量物６の重量Ｆと、差分平均値Δｇ〔ａｖｅＮ〕とが一致、又は略一致するように、設定時間間隔ｔＵが設定されている。
【００４０】
図３には、ステップＳ１８〜ステップＳ２４における、目標重量値ｇＴ、供給停止重量値ｇＳ１、差分平均値Δｇ〔ａｖｅ１〕、最終充填重量値ｇＪ１、応答遅れ時間ｔＫ、及び供給停止重量値ｇＳ１となった時間ｔｄ１等を示してある。
【００４１】
そして、この第１回目の定量充填と同様に、図４に示すステップＳ１０〜ステップＳ２４を実行することによって、第２回目、第３回目、・・・の定量充填を行うことができる。ただし、図３に示すように、第１回目、第２回目、及び第３回目と定量充填を繰り返すに従って、計量値ｇを表す直線部分の傾きが小さくなっているが（図３では、傾きの変化を誇張して描いてある。）、これは、定量充填を繰り返すに従って、フィルタ１３の目詰まりの度合いが大きくなり、ノズル９ａから吐出される被計量物６の流量が小さくなっているからである。しかし、このように、ノズル９ａから吐出される被計量物６の流量が充填の度に小さくなる場合でも、容器１０に充填される被計量物６の重量が、目標重量値ｇＴと同一若しくは、それよりも少し大きい許容重量範囲の重量となるように充填することができる。
【００４２】
つまり、容器１０に充填された被計量物６の計量値ｇが供給停止重量値ｇＳ１、ｇＳ２、又はｇＳ３となって、被計量物６の供給を停止させようとするときに、ロータ１６の回転が停止するまでの応答時間遅れｔＫが存在し、この応答遅れ時間ｔＫの間に充填される被計量物６の重量Ｆは、被計量物６の時間当たりの供給量（フィルタ１３を通過する被計量物６の流量）に応じて変化する。そこで、フィルタ１３を通過する被計量物６の流量変化を、充填中における所定時間間隔ｔＵにおける計量値ｇ１、ｇ２、・・・、ｇＡ、・・・の差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕の変化として取り入れて、目標重量値ｇＴから差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を減算することによって、フィルタ１３を通過する被計量物６の流量変化に対応するそれぞれの供給停止重量値ｇＳＣ（ｇＳ１、ｇＳ２、ｇＳ３）を算出することとしている。
【００４３】
例えば、図３に示すように、第２回目の充填における計量値ｇを表す直線部分の傾きが第１回目のものよりも小さくなっているので、第２回目の充填は、第１回目の充填の場合よりも、フィルタ１３を通過する被計量物６の流量が小さくなっている。これによって、第２回目の充填では、第１回目の充填のときよりも、応答遅れ時間ｔＫの間に容器１０に充填される被計量物６の重量が小さくなるが、それに応じて供給停止重量値を、第１回目のｇＳ１よりも第２回目のｇＳ２の方を大きな重量値として自動的に設定することができる。
【００４４】
従って、フィルタ１３を通過する被計量物６の時間当たりの流量が変化して、応答遅れ時間ｔＫの間に容器１０に充填される被計量物６の重量が変化することがあっても、正確に目標重量値ｇＴ若しくはそれに近い重量の被計量物６を容器１０に自動的に充填することができる。
【００４５】
また、この定量充填装置１４によると、図４のステップＳ２０に示すように、目標重量値ｇＴから差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕（補正重量）を減算して供給停止重量値ｇＳＣを得るようにしているので、複雑な演算をせずに、短時間で供給停止重量値ｇＳＣを求めることができ、今回充填中の被計量物６の供給を適切なタイミングで停止させるために、この供給停止重量値ｇＳＣを使用することができる。
【００４６】
更に、図４のステップＳ２０に示すように、供給停止重量値ｇＳＣを求めるために、目標重量値ｇＴから差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を減算しているが、このように、差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を減算しているので、差分値Δｇ１、Δｇ２、・・・、又はΔｇＮを減算する場合と比較して、差分値のばらつきを補正することができ、これによって、計量精度を向上させることができる。
【００４７】
なお、この実施形態では、例えば被計量物６が蜂蜜等の粘度が比較的大きい液体であり、容器１０に充填される蜂蜜の目標重量値ｇＴを５Ｋｇに設定してある。そして、蜂蜜５Ｋｇの充填時間は約２０秒であり、設定時間間隔ｔＵは５０ｍｓに設定してある。
【００４８】
ただし、上記実施形態では、図４のステップＳ２０に示すように、目標重量値ｇＴから差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を減算することによって供給停止重量値ｇＳＣを算出したが、これに代えて、目標重量値ｇＴから補正重量Ｈを減算することによって供給停止重量値ｇＳＣを算出してもよい。この補正重量Ｈは、計量値ｇの平均変化量Ｅに応答遅れ時間ｔＫ及び係数Ｌを乗じて得られたものである。つまり、応答遅れ時間ｔＫにノズル９ａから吐出される被計量物６の重量Ｆは、計量値ｇの平均変化量Ｅと、応答遅れ時間ｔＫとによって決まる重量であるので、この平均変化量Ｅと応答遅れ時間ｔＫとの乗算値を使用して重量Ｆを求めることができる。そして、被計量物６の性状やポンプの種類に応じて、設定時間間隔ｔＵを変更する必要があったり、応答遅れ時間ｔＫに容器１０に充填される被計量物６の重量が相違することがあるので、それに応じて係数Ｌを乗じるとよい。
【００４９】
そして、上記実施形態では、図４のステップＳ２０に示すように、目標重量値ｇＴから差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を減算することによって供給停止重量値ｇＳＣを算出したが、これに代えて、目標重量値ｇＴから差分値Ｊを減算することによって供給停止重量値ｇＳＣを算出してもよい。この差分値Ｊは、
差分値Ｊ＝（ｇ〔Ｎ＋ｎ〕−ｇｎ）／Ｎ ・・・（１）
＝Δｇ〔ａｖｅＣ〕
の式を演算して求めることができる。ｇ〔Ｎ＋ｎ〕及びｇｎは、設定時間間隔ｔＵごとに記憶部に記憶される計量値において、〔Ｎ＋ｎ〕番目のものと、ｎ番目のものである。
【００５０】
また、上記実施形態では、供給部として一軸偏心ねじポンプ３を使用したが、これ以外のプランジャーポンプ等を使用することができる。また、被計量物６が粉粒状体、流動物又はペースト等である場合、又は一定重量充填中に被計量物の密度が変化する場合にも、上記実施形態の定量充填装置を使用することによって、目標重量値若しくはそれに近い重量の被計量物６を充填することができる。
それらの被計量物６を供給することができる装置を使用すればよい。
【００５１】
更に、上記実施形態では、目標重量値若しくはそれに近い重量の被計量物６を充填できるようにしたが、体積当たりの重量が一定である被計量物６に対しては、目標体積値若しくはそれに近い体積の被計量物６を充填することができる。
【００５２】
そして、上記実施形態では、図４のステップＳ２２に示すように、計量値が供給停止重量値ｇＳＣよりも大きくなったときに、ポンプ停止信号を出力したが、これに代えて、計量値が供給停止重量値ｇＳＣとなったときに、ポンプ停止信号を出力するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明に係る定量充填装置は、供給部が停止するまでの応答遅れ時間を有する定量充填装置等において、充填中に供給部から供給される被計量物の時間当たりの供給量が変化しても、正確に目標重量値若しくはそれに近い重量の被計量物を充填することができる優れた効果を有し、このような定量充填装置等に適用するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明の一実施形態に係る定量充填装置を示す図である。
【図２】同実施形態に使用されているポンプを示す拡大縦断面図である。
【図３】同実施形態に係る定量充填装置を使用して被計量物を充填するときの計量値と時間との関係を示す図である。
【図４】同実施形態の定量充填装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】従来の定量充填装置を示す図である。
【図６】同従来の定量充填装置を使用して目標重量値で供給停止信号を出力したときの計量値と時間との関係を示す図である。
【図７】同従来の定量充填装置を使用して供給停止重量値で供給停止信号を出力したときの計量値と時間との関係を示す図である。
【図８】同従来の定量充填装置を使用して供給停止重量値で供給停止信号を出力したときの充填重量値のばらつきを示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
２ 駆動部
３ ポンプ
４ 吸込み口
５ タンク
６ 被計量物
７ 吐出口
８ 供給管
９ 弁装置
９ａ ノズル
９ｂ 入口
１０ 容器（保持部）
１１ 計量器
１３ フィルタ
１４ 定量充填装置
１５ ステータ
１５ａ 内孔
１６ ロータ
１７ コネクティングロッド
１８ 連結部
１９ 駆動側軸
２０ ポンプケーシング
２１ 制御装置
２２、２３、２４ 接続線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば一定重量の液体、粉粒状体又は流動物等の被計量物を充填するため計量するときに、特に、ポンプ等の供給部が停止するまでの応答遅れによる計量誤差を補正できる定量充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の定量充填装置として図５に示すものがある。同図に示す定量充填装置１は、モータ等の駆動部２が駆動すると、ポンプ３のロータ（図示せず）を回転させることができ、ロータが回転すると、吸込み口４からタンク５内の液体（被計量物６）を吸い込んで、吐出口７から吐出することができる。この吐出された被計量物６は、供給管８を通って弁装置９のノズル９ａから吐出される。ノズル９ａから吐出される被計量物６は、容器１０内に充填され、容器１０内に充填された被計量物６の重量は、計量器１１によって計量される。そして、容器１０内に充填された被計量物６の重量（計量値）が予め設定された目標重量値となったときに、制御装置１２は、駆動部２に対して停止信号を送信すると共に、弁装置９に対して閉信号を送信する。これによって、容器１０に略目標重量値の被計量物６を充填することができる。
【０００３】
図６は、計量値ｇが目標重量値ｇＴとなったとき（時間ｔａ１）に、制御装置１２が駆動部２及び弁装置９に対して停止信号及び閉信号を送信した場合は、この送信の時間ｔａ１からｔＫ時間経過後の時間ｔａ２にロータの回転が停止して充填が終了することを示す図である。
【０００４】
図６から分かるように、応答遅れ時間ｔＫが存在するので、容器１０には、目標重量値よりもｇＯだけ余分に被計量物６が充填されてしまう（最終充填重量値ｇＪ１）。この応答遅れ時間ｔＫは、例えばポンプ３における回転するロータが停止するまでの時間であり、ロータの慣性モーメントに基づくものである。
【０００５】
図７は、応答遅れ時間ｔＫ中に容器１０に充填される液体の重量がｇＯであることを勘案して、目標重量値ｇＴよりもｇＯだけ少ない充填重量（充填停止重量ｇＳ）となったときに、駆動部２及び弁装置９に対して停止信号等を送信するようにしたときの充填重量を示す図である。このようにすると、容器１０に最終充填重量値ｇＪ２（≒目標重量値ｇＴ）の液体を充填することができる。
【０００６】
また、このような応答遅れ時間ｔＫ等に基づく充填誤差を小さくするための落差補正装置として、容器に目標重量値の被計量物を複数回充填して複数の計量データを求め、そして、これらの計量データを使用して充填補正値を求めて、この充填補正値に基づいて充填停止重量を求めるものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−１９７３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、図７に示す従来の方法や、特許文献１の落差補正装置では、例えば複数の容器１０にそれぞれ一定重量の被計量物（液体）６を充填する作業において、まず、第１番目の容器１０に充填された被計量物６の計量データを使用して、応答遅れ時間ｔＫ中に容器１０に充填される被計量物６の重量ｇＯ、及び充填停止重量ｇＳを求め、この充填停止重量ｇＳを、第２番目の容器１０に被計量物６を充填するときに使用しているので、例えば第１番目及び第２番目の容器１０に被計量物６を充填するごとに、重量ｇＯが変化したり、ばらつく場合は、目標重量値ｇＴの被計量物６を容器１０に充填することができないこととなる。
【０００８】
このように、重量ｇＯが変化等する要因として、例えば図５に示す供給管８の途中に設けられているフィルタ１３の目詰まりの度合いが大きくなることによって、ノズル９ａから吐出される被計量物６の流量が小さくなる（変化する）ことが挙げられる。
【０００９】
図８は、その例を示すものであり、容器１０内の被計量物６が目標重量値ｇＴとなるように、図７に示す方法で第１回目、第２回目及び第３回目と充填を繰り返していくと、ノズル９ａから吐出される被計量物６の流量が順次小さくなることがある。これによって、応答遅れ時間ｔＫ内にノズル９ａから吐出される被計量物６の重量ｇＯが変化するので、第１回目、第２回目及び第３回目の各充填重量（ｇＪ１、ｇＪ２、ｇＪ３、）が順次小さくなる。その結果、充填重量がばらつくこととなり（ばらつきｇＢ）、目標重量値ｇＴの被計量物６を容器１０に充填することができないこととなる。
【００１０】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、供給部が停止するまでの応答遅れ時間を有する定量充填装置において、充填中に供給部から供給される被計量物の時間当たりの供給量が変化しても、正確に目標重量値若しくはそれに近い重量の被計量物を充填することができる定量充填装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る定量充填装置は、被計量物を供給する供給部と、前記供給部から供給される被計量物を保持する保持部と、前記保持部に供給された被計量物の重量を計量する計量部と、前記保持部に所定の目標重量値の被計量物が供給される間に、所定時間間隔の計量値の変化量に基づいて、前記供給部による被計量物の供給を停止させる供給停止重量値を演算し、前記計量値が前記供給停止重量値となったとき又はこれよりも大きくなったときに前記供給部を停止させる信号を生成する演算制御部とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明に係る定量充填装置によると、保持部に充填された被計量物の計量値が供給停止重量値となったときに、演算制御部は、供給部を停止させる信号を生成する。そして、この供給停止信号を生成したときから、供給部が停止するまでの応答遅れ時間の間にも被計量物が保持部に充填される。この応答遅れ時間の間に充填される被計量物を含む保持部の充填重量が、目標重量値若しくはそれに近い重量となるように、供給停止重量値が演算されている。また、応答遅れ時間の間に充填される被計量物の重量は、被計量物の時間当たりの供給量に応じて変化するが、充填中における所定時間間隔の計量値の変化量に基づいて供給停止重量値を求めているので、被計量物の時間当たりの供給量が変化しても、目標重量値若しくはそれに近い重量の被計量物を保持部に充填することができる。
【００１３】
そして、この発明に係る定量充填装置において、前記供給停止重量値は、前記目標重量値から前記変化量に基づく補正重量を減算して得るようにするとよい。このように、目標重量値から補正重量を減算して供給停止重量値を得るようにすると、複雑な演算をせずに、短時間で供給停止重量値を求めることができ、今回充填中の被計量物の供給を適切なタイミングで停止させるために、この供給停止重量値を使用することができる。
【００１４】
また、この発明に係る定量充填装置において、前記変化量は、一定時間間隔ごとに得られた複数の計量値の平均変化量とするとよい。このように、変化量の平均値を使用することによって、変化量のばらつきを補正することができ、計量精度を向上させることができる。
【００１５】
更に、この発明に係る定量充填装置において、前記補正重量は、前記変化量に前記供給部の応答遅れ時間を乗じて得られた重量から演算するとよい。このようにすると、供給部が停止するまでの応答遅れ時間の間に供給部から供給される被計量物の重量を補正重量として求めることができる。これによって、応答遅れ時間の間に供給部から保持部に供給される被計量物の重量に基づく計量誤差を、この補正重量によって補正して、目標重量値若しくはそれに近い重量の被計量物を充填することができる。
【００１６】
そして、この発明に係る定量充填装置において、前記変化量を、計量値の差分値として求めるとよい。例えば目標重量値の被計量物を保持部に充填しているときに、この充填中において得られた２つの計量値の差分を演算することによって差分値を得ることができ、比較的簡単に変化量を得ることができる。
【００１７】
更に、この発明に係る定量充填装置において、前記供給部は、ステータと、ロータとを備える一軸偏心ねじポンプであり、前記ステータと前記ロータとの間に形成される空間に収容される被計量物を吐出口から吐出するものとしてもよい。供給装置として使用される一軸偏心ねじポンプは、ステータとロータとの間に形成される空間に被計量物を収容した状態で、この空間を移動させることによって吐出口から被計量物を吐出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係る定量充填装置によると、保持部に所定の目標重量値の被計量物が充填されていくときに、この充填中の所定時間間隔の計量値の変化量に基づいて供給停止重量値を演算し、この供給停止重量値で供給部を停止する信号を生成する構成としてある。従って、供給部から供給される被計量物の時間当たりの供給量が変化して、応答遅れ時間の間に充填される被計量物の重量が変化しても、正確に目標重量値若しくはそれに近い重量の被計量物を充填することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る定量充填装置の一実施形態を図１〜図４を参照して説明する。この定量充填装置１４は、図１に示すように、タンク５内に貯留されている液体（被計量物６）をポンプ（供給部）３で吸い込んで、この吸い込んだ被計量物６を、弁装置９に設けられているノズル９ａから吐出させて、複数の各容器１０に一定重量ずつ充填することができるものである。そして、このように被計量物６を一定重量ずつ計量するたびに、例えばポンプ３を停止させるが、ポンプ３が停止するまでの応答遅れにより発生する計量誤差を補正できるようにしてある。
【００２０】
ポンプ３は、図２に示すように、一軸偏心ねじポンプであり、ステータ１５とロータ１６とを備えている。ステータ１５は、雌ねじ形状の内孔を有する筒形に形成され、この内孔の横断面形状が長円であり、例えば合成ゴムや合成樹脂で形成されている。ステータ１５は、鉛直方向と平行して配置され、下側に開口する吸込み口４、及び上側で開口する吐出口７を備えている。
【００２１】
ロータ１６は、図２に示すように、雄ねじ形状に形成され、横断面形状が真円であり、螺旋形状のピッチは、ステータ１５の１／２に設定されている。ロータ１６は、例えばステンレス等の金属製であり、ステータ１５の内孔１５ａに回動自在に収容されている。そして、ロータ１６の上端部は、コネクティングロッド１７及び減速機を介して駆動部（電気モータ）２と連結している。なお、ロータ１６とコネクティングロッド１７との連結部１８、及びコネクティングロッド１７と駆動側軸１９との連結部１８には、それぞれユニバーサルジョイントが設けられている。
【００２２】
駆動部２は、例えば定速度モータであり、ポンプケーシング２０に取り付けられている。また、駆動部２は、制御装置２１と接続線２２を介して電気的に接続している。制御装置２１は、駆動信号及び停止信号を出力することによって、駆動部２を一定速度で回転駆動したり、停止させることができる。
【００２３】
また、図１に示すように、ポンプ３は、ステータ１５の吸込み口４がタンク５内に貯留されている被計量物（例えば蜂蜜等の液体）６内に浸漬されている状態で、架台（図示せず）に固定して設けられている。更に、ポンプ３の吐出口７には、供給管８の一端が接続されており、この供給管８の他端が弁装置９の入口９ｂに接続されている。そして、供給管８の途中には、被計量物６を濾過するためのフィルタ１３が設けられている。
【００２４】
この図１に示すポンプ３は、駆動部２が駆動してロータ１６が所定方向に回転すると、タンク５内の被計量物６を吸込み口４から吸い込んで、ステータ１５とロータ１６との間に形成される空間に被計量物６を収容した状態で、この空間を移動させて吐出口７から被計量物６を吐出することができる。この吐出口７から吐出される被計量物６は、供給管８及びフィルタ１３を通って弁装置９に供給される。
【００２５】
弁装置９は、例えば電磁弁であり、図には示さないが、ソレノイドを駆動することによって弁体を作動させることができ、これによって、弁孔を開閉することができる。弁孔が開いた状態では、供給管８内の被計量物６がこの弁孔を通ってノズル（弁装置９の出口）９ａから吐出される。弁孔が閉じた状態では、被計量物６はノズル９ａから吐出されない。弁装置９は、図１に示す制御装置２１と接続線２３を介して電気的に接続している。制御装置２１は、開信号及び閉信号を出力することによって、弁装置９を開閉動作させて、被計量物６をノズル９ａから吐出したり、ノズル９ａからの被計量物６の吐出を止めることができる。
【００２６】
また、図１に示すように、弁装置９の下方には、容器（保持部）１０が配置されており、ノズル９ａから吐出された被計量物６は、この容器１０内に充填される。この容器１０は、計量器１１の計量台上に載置されている。
【００２７】
計量器１１は、例えば電子秤であり、容器１０に充填された被計量物６の重量を計量するものであり、被計量物６の計量信号を出力することができる。この計量信号は、接続線２４を介して制御装置２１に送信される。
【００２８】
制御装置２１は、図には示さないが、演算制御部、記憶部、入力部及び表示部等を備えている。演算制御部は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）で構成されており、記憶部に予め記憶されているプログラムに従って、例えば図４に示すフローチャートに記載された処理を実行するものである。入力部は、図３に示すように、例えば容器１０に充填しようとする被計量物６の目標重量値ｇＴを設定したり、設定時間間隔ｔＵを設定することができる。この設定時間間隔ｔＵは、被計量物６が容器１０に充填されている途中において、容器１０内の被計量物６の重量を、計量器１１が演算制御部に逐次計量値を出力する時間間隔である。また、定量充填の運転命令や、停止命令をしたり、各種設定値を設定することができるものである。表示部は、設定された目標重量値ｇＴや設定時間間隔ｔＵを表示したり、運転中であることや停止であることを表示できるものである。
【００２９】
演算制御部は、図３に示すように、容器１０に所定の目標重量値ｇＴの被計量物６が充填される間に、設定時間間隔ｔＵの計量値ｇの変化量Δｇ１、Δｇ２、・・・、ΔｇＮを順次演算して、この変化量に基づいて、ポンプ３による被計量物６の供給を停止させる供給停止重量値ｇＳＣを演算することができる。そして、容器１０内に充填された被計量物６の計量値ｇがこの供給停止重量値ｇＳＣとなったときに、被計量物６の供給を停止させる停止信号を駆動部２に出力するように構成されている。この供給停止重量値ｇＳＣは、目標重量値ｇＴの被計量物６を容器１０に充填するたびに、その充填中に演算して求められる。ｇＳ１、ｇＳ２、ｇＳ３、・・・、ｇＳＣは、第１回目、第２回目、第３回目、・・・、第Ｃ回目の充填中に求められた供給停止重量値である。この供給停止重量値ｇＳＣは、目標重量値ｇＴよりも小さい重量値である。
【００３０】
計量器１１は、容器１０内に充填されていく被計量物６の重量を計量することができ、計量値ｇがこの供給停止重量値ｇＳＣとなったときに、演算制御部が、ポンプ３の駆動部２に対して停止信号を出力する。この供給停止重量値ｇＳＣが、目標重量値ｇＴよりも小さい重量として演算されている理由は、演算制御部が駆動部２に対して停止信号を出力したときからポンプ３のロータ１６の回転が停止するまでには、応答遅れ時間ｔＫが存在しているからである。この応答遅れ時間ｔＫの間に、回転するロータ１６によってノズル９ａから被計量物６が吐出されて容器１０に充填されるので、その分の重量Ｆを補正するために、計量値ｇが目標重量値ｇＴよりも小さい供給停止重量値ｇＳＣとなったときに、演算制御部が停止信号を出力するようにしている。よって、応答遅れ時間ｔＫに容器１０に充填される被計量物６の重量をＦとすると、重量Ｆ＝（目標重量値ｇＴ−供給停止重量値ｇＳＣ）となるように、供給停止重量値ｇＳＣを決定するようにしている。なお、この応答遅れ時間ｔＫは、例えばポンプ３における回転するロータ１６が停止するまでの時間であり、ロータ１６の慣性モーメントに基づくものである。
【００３１】
従って、被計量物６を容器１０に充填していくときに、容器１０内の被計量物６の計量値ｇが供給停止重量値ｇＳＣとなったとき、演算制御部がポンプ３を停止させる停止信号を出力する。すると、ロータ１６が停止するまでの応答遅れ時間ｔＫの間に被計量物６が容器１０に充填され、ロータ１６の回転が停止したときに、弁装置９が閉じられて、被計量物６の容器１０への充填が終了する。これによって、目標重量値ｇＴ若しくはそれに近い重量の被計量物６を容器１０に充填することができる。
【００３２】
次に、この図１、図３及び図４を参照して、定量充填装置１４を使用して目標重量値ｇＴの被計量物６を容器１０に充填する制御手順を説明する。図３は、この定量充填装置１４を使用して、容器１０に一定重量（目標重量値ｇＴ）の被計量物６を、例えば３回充填したときの充填時間ｔと、各時間ｔにおける計量値ｇとの関係を表している。図４は、定量充填装置１４の制御手順を示すフローチャートである。
【００３３】
まず、図４に示すステップＳ１０において、オペレータは、入力部を操作して、目標重量値ｇＴ、設定時間間隔ｔＵ及び各種設定値を設定する。そして、ポンプ３の運転命令、及び計量器１１による計量開始命令を操作する。すると、演算制御部は、ポンプ３を作動させて、タンク５内の被計量物６を供給管８及びフィルタ１３に通し、弁装置９のノズル９ａから略一定量ずつ吐出させることができる。これによって、被計量物６が容器１０に充填されていくし、容器１０内に充填されていく被計量物６の重量が計量器１１によって計量される。
【００３４】
そして、演算制御部は、ステップＳ１２〜ステップＳ１６において、充填開始から予め設定された時間が経過したときから、設定時間間隔ｔＵが経過するごとに、容器１０内に充填された被計量物６の計量値ｇ１、ｇ２、ｇ３、・・・、ｇＡ、・・・を順次記憶部に記憶する。そして、計量値ｇＡが記憶部に順次記憶されるたびに、今回の計量値ｇＡと前回の計量値ｇ〔Ａ−１〕との差を演算して、計量値の差分値（変化量）Δｇ１、Δｇ２、・・・、ΔｇＢ、・・・を記憶部に順次記憶していく。そして、差分値ΔｇＢのデータ数が予め設定されている個数Ｎとなったときは、次のステップＳ１８に進む。
【００３５】
図３には、第１回目の充填計量において、設定時間間隔ｔＵが経過するごとの計量値ｇ１、ｇ２、ｇ３、・・・、ｇＡ、・・・、及び計量値ｇの差分値Δｇ１、Δｇ２、・・・、ΔｇＮを示してある。
【００３６】
演算制御部は、ステップＳ１８において、記憶部に記憶されたＮ個の差分値Δｇ１、Δｇ２、・・・、ΔｇＮを平均して差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を算出する（この差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕が補正重量である。）。Ｃは、１、２、・・・の自然数であり、差分平均値を求めた回数を表す。そして、目標重量値ｇＴから差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を減算して供給停止重量値ｇＳＣを算出し、この供給停止重量値ｇＳＣを記憶部に記憶する（ステップＳ２０）。次に、容器１０内に充填されていく被計量物６の計量値ｇが供給停止重量値ｇＳＣよりも大きいか否かを判定して（ステップＳ２２）、被計量物６の計量値ｇが供給停止重量値ｇＳＣよりも大きく、ＹＥＳと判定したときに、ポンプ停止命令（停止信号）を出力する（ステップＳ２４）。
【００３７】
ただし、ステップＳ２２において、容器１０内に充填されていく被計量物６の計量値ｇが供給停止重量値ｇＳＣ以下であり、ＮＯと判定したときは、記憶部に記憶されている全ての計量値ｇＡを１個手前に移動させて記憶し、新計量値ｇＡの格納場所を空ける（ステップＳ２３）。そして、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２〜ステップＳ２３の処理を行う。この際、ステップＳ１８では、最新に得られたＮ個の差分値Δｇ１〜ΔｇＮを平均して差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を算出する。
【００３８】
演算制御部が、駆動部２に対してこのポンプ停止信号を出力したときから、所定の応答遅れ時間ｔＫが経過した後に、ロータ１６の回転が停止し、しかる後に弁装置９が閉じられて、被計量物６の容器１０への充填が終了する。このようにして、第１回目の充填において、最終充填重量値ｇＪ１の被計量物６を容器１０に充填することができる。この最終充填重量値ｇＪ１は、目標重量値ｇＴと同一若しくは、それよりも少し大きい許容重量範囲内の重量となるように、供給停止重量値ｇＳ１が設定されている。
【００３９】
なお、ステップＳ２０において、目標重量値ｇＴから差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を減算することによって供給停止重量値ｇＳＣを算出している理由は、被計量物６が所定の応答遅れ時間ｔＫにノズル９ａから吐出されて容器１０に充填されてしまうので、計量値ｇが目標重量値ｇＴよりもその分の重量Ｆだけ小さい値となったときに、ポンプ３を停止させるようにするためである。従って、応答遅れ時間ｔＫにノズル９ａから吐出される被計量物６の重量Ｆと、差分平均値Δｇ〔ａｖｅＮ〕とが一致、又は略一致するように、設定時間間隔ｔＵが設定されている。
【００４０】
図３には、ステップＳ１８〜ステップＳ２４における、目標重量値ｇＴ、供給停止重量値ｇＳ１、差分平均値Δｇ〔ａｖｅ１〕、最終充填重量値ｇＪ１、応答遅れ時間ｔＫ、及び供給停止重量値ｇＳ１となった時間ｔｄ１等を示してある。
【００４１】
そして、この第１回目の定量充填と同様に、図４に示すステップＳ１０〜ステップＳ２４を実行することによって、第２回目、第３回目、・・・の定量充填を行うことができる。ただし、図３に示すように、第１回目、第２回目、及び第３回目と定量充填を繰り返すに従って、計量値ｇを表す直線部分の傾きが小さくなっているが（図３では、傾きの変化を誇張して描いてある。）、これは、定量充填を繰り返すに従って、フィルタ１３の目詰まりの度合いが大きくなり、ノズル９ａから吐出される被計量物６の流量が小さくなっているからである。しかし、このように、ノズル９ａから吐出される被計量物６の流量が充填の度に小さくなる場合でも、容器１０に充填される被計量物６の重量が、目標重量値ｇＴと同一若しくは、それよりも少し大きい許容重量範囲の重量となるように充填することができる。
【００４２】
つまり、容器１０に充填された被計量物６の計量値ｇが供給停止重量値ｇＳ１、ｇＳ２、又はｇＳ３となって、被計量物６の供給を停止させようとするときに、ロータ１６の回転が停止するまでの応答時間遅れｔＫが存在し、この応答遅れ時間ｔＫの間に充填される被計量物６の重量Ｆは、被計量物６の時間当たりの供給量（フィルタ１３を通過する被計量物６の流量）に応じて変化する。そこで、フィルタ１３を通過する被計量物６の流量変化を、充填中における所定時間間隔ｔＵにおける計量値ｇ１、ｇ２、・・・、ｇＡ、・・・の差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕の変化として取り入れて、目標重量値ｇＴから差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を減算することによって、フィルタ１３を通過する被計量物６の流量変化に対応するそれぞれの供給停止重量値ｇＳＣ（ｇＳ１、ｇＳ２、ｇＳ３）を算出することとしている。
【００４３】
例えば、図３に示すように、第２回目の充填における計量値ｇを表す直線部分の傾きが第１回目のものよりも小さくなっているので、第２回目の充填は、第１回目の充填の場合よりも、フィルタ１３を通過する被計量物６の流量が小さくなっている。これによって、第２回目の充填では、第１回目の充填のときよりも、応答遅れ時間ｔＫの間に容器１０に充填される被計量物６の重量が小さくなるが、それに応じて供給停止重量値を、第１回目のｇＳ１よりも第２回目のｇＳ２の方を大きな重量値として自動的に設定することができる。
【００４４】
従って、フィルタ１３を通過する被計量物６の時間当たりの流量が変化して、応答遅れ時間ｔＫの間に容器１０に充填される被計量物６の重量が変化することがあっても、正確に目標重量値ｇＴ若しくはそれに近い重量の被計量物６を容器１０に自動的に充填することができる。
【００４５】
また、この定量充填装置１４によると、図４のステップＳ２０に示すように、目標重量値ｇＴから差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕（補正重量）を減算して供給停止重量値ｇＳＣを得るようにしているので、複雑な演算をせずに、短時間で供給停止重量値ｇＳＣを求めることができ、今回充填中の被計量物６の供給を適切なタイミングで停止させるために、この供給停止重量値ｇＳＣを使用することができる。
【００４６】
更に、図４のステップＳ２０に示すように、供給停止重量値ｇＳＣを求めるために、目標重量値ｇＴから差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を減算しているが、このように、差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を減算しているので、差分値Δｇ１、Δｇ２、・・・、又はΔｇＮを減算する場合と比較して、差分値のばらつきを補正することができ、これによって、計量精度を向上させることができる。
【００４７】
なお、この実施形態では、例えば被計量物６が蜂蜜等の粘度が比較的大きい液体であり、容器１０に充填される蜂蜜の目標重量値ｇＴを５Ｋｇに設定してある。そして、蜂蜜５Ｋｇの充填時間は約２０秒であり、設定時間間隔ｔＵは５０ｍｓに設定してある。
【００４８】
ただし、上記実施形態では、図４のステップＳ２０に示すように、目標重量値ｇＴから差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を減算することによって供給停止重量値ｇＳＣを算出したが、これに代えて、目標重量値ｇＴから補正重量Ｈを減算することによって供給停止重量値ｇＳＣを算出してもよい。この補正重量Ｈは、計量値ｇの平均変化量Ｅに応答遅れ時間ｔＫ及び係数Ｌを乗じて得られたものである。つまり、応答遅れ時間ｔＫにノズル９ａから吐出される被計量物６の重量Ｆは、計量値ｇの平均変化量Ｅと、応答遅れ時間ｔＫとによって決まる重量であるので、この平均変化量Ｅと応答遅れ時間ｔＫとの乗算値を使用して重量Ｆを求めることができる。そして、被計量物６の性状やポンプの種類に応じて、設定時間間隔ｔＵを変更する必要があったり、応答遅れ時間ｔＫに容器１０に充填される被計量物６の重量が相違することがあるので、それに応じて係数Ｌを乗じるとよい。
【００４９】
そして、上記実施形態では、図４のステップＳ２０に示すように、目標重量値ｇＴから差分平均値Δｇ〔ａｖｅＣ〕を減算することによって供給停止重量値ｇＳＣを算出したが、これに代えて、目標重量値ｇＴから差分値Ｊを減算することによって供給停止重量値ｇＳＣを算出してもよい。この差分値Ｊは、
差分値Ｊ＝（ｇ〔Ｎ＋ｎ〕−ｇｎ）／Ｎ ・・・（１）
＝Δｇ〔ａｖｅＣ〕
の式を演算して求めることができる。ｇ〔Ｎ＋ｎ〕及びｇｎは、設定時間間隔ｔＵごとに記憶部に記憶される計量値において、〔Ｎ＋ｎ〕番目のものと、ｎ番目のものである。
【００５０】
また、上記実施形態では、供給部として一軸偏心ねじポンプ３を使用したが、これ以外のプランジャーポンプ等を使用することができる。また、被計量物６が粉粒状体、流動物又はペースト等である場合、又は一定重量充填中に被計量物の密度が変化する場合にも、上記実施形態の定量充填装置を使用することによって、目標重量値若しくはそれに近い重量の被計量物６を充填することができる。
それらの被計量物６を供給することができる装置を使用すればよい。
【００５１】
更に、上記実施形態では、目標重量値若しくはそれに近い重量の被計量物６を充填できるようにしたが、体積当たりの重量が一定である被計量物６に対しては、目標体積値若しくはそれに近い体積の被計量物６を充填することができる。
【００５２】
そして、上記実施形態では、図４のステップＳ２２に示すように、計量値が供給停止重量値ｇＳＣよりも大きくなったときに、ポンプ停止信号を出力したが、これに代えて、計量値が供給停止重量値ｇＳＣとなったときに、ポンプ停止信号を出力するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明に係る定量充填装置は、供給部が停止するまでの応答遅れ時間を有する定量充填装置等において、充填中に供給部から供給される被計量物の時間当たりの供給量が変化しても、正確に目標重量値若しくはそれに近い重量の被計量物を充填することができる優れた効果を有し、このような定量充填装置等に適用するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明の一実施形態に係る定量充填装置を示す図である。
【図２】同実施形態に使用されているポンプを示す拡大縦断面図である。
【図３】同実施形態に係る定量充填装置を使用して被計量物を充填するときの計量値と時間との関係を示す図である。
【図４】同実施形態の定量充填装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】従来の定量充填装置を示す図である。
【図６】同従来の定量充填装置を使用して目標重量値で供給停止信号を出力したときの計量値と時間との関係を示す図である。
【図７】同従来の定量充填装置を使用して供給停止重量値で供給停止信号を出力したときの計量値と時間との関係を示す図である。
【図８】同従来の定量充填装置を使用して供給停止重量値で供給停止信号を出力したときの充填重量値のばらつきを示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
２ 駆動部
３ ポンプ
４ 吸込み口
５ タンク
６ 被計量物
７ 吐出口
８ 供給管
９ 弁装置
９ａ ノズル
９ｂ 入口
１０ 容器（保持部）
１１ 計量器
１３ フィルタ
１４ 定量充填装置
１５ ステータ
１５ａ 内孔
１６ ロータ
１７ コネクティングロッド
１８ 連結部
１９ 駆動側軸
２０ ポンプケーシング
２１ 制御装置
２２、２３、２４ 接続線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計量物を供給する供給部と、前記供給部から供給される被計量物を保持する保持部と、前記保持部に供給された被計量物の重量を計量する計量部と、前記保持部に所定の目標重量値の被計量物が供給される間に、所定時間間隔の計量値の変化量に基づいて、前記供給部による被計量物の供給を停止させる供給停止重量値を演算し、前記計量値が前記供給停止重量値となったとき又はこれよりも大きくなったときに前記供給部を停止させる信号を生成する演算制御部とを備えることを特徴とする定量充填装置。
【請求項２】
前記供給停止重量値は、前記目標重量値から前記変化量に基づく補正重量を減算して得ることを特徴とする請求項１記載の定量充填装置。
【請求項３】
前記変化量は、一定時間間隔ごとに得られた複数の計量値の平均変化量であることを特徴とする請求項１又は２記載の定量充填装置。
【請求項４】
前記補正重量は、前記変化量に前記供給部の応答遅れ時間を乗じて得られた重量から演算されたものであることを特徴とする請求項２又は３記載の定量充填装置。
【請求項５】
前記変化量が、計量値の差分値であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の定量充填装置。
【請求項６】
前記供給部は、ステータと、ロータとを備える一軸偏心ねじポンプであり、前記ステータと前記ロータとの間に形成される空間に収容される被計量物を吐出口から吐出するものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の定量充填装置。
【請求項１】
被計量物を供給する供給部と、前記供給部から供給される被計量物を保持する保持部と、前記保持部に供給された被計量物の重量を計量する計量部と、前記保持部に所定の目標重量値の被計量物が供給される間に、所定時間間隔の計量値の変化量に基づいて、前記供給部による被計量物の供給を停止させる供給停止重量値を演算し、前記計量値が前記供給停止重量値となったとき又はこれよりも大きくなったときに前記供給部を停止させる信号を生成する演算制御部とを備えることを特徴とする定量充填装置。
【請求項２】
前記供給停止重量値は、前記目標重量値から前記変化量に基づく補正重量を減算して得ることを特徴とする請求項１記載の定量充填装置。
【請求項３】
前記変化量は、一定時間間隔ごとに得られた複数の計量値の平均変化量であることを特徴とする請求項１又は２記載の定量充填装置。
【請求項４】
前記補正重量は、前記変化量に前記供給部の応答遅れ時間を乗じて得られた重量から演算されたものであることを特徴とする請求項２又は３記載の定量充填装置。
【請求項５】
前記変化量が、計量値の差分値であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の定量充填装置。
【請求項６】
前記供給部は、ステータと、ロータとを備える一軸偏心ねじポンプであり、前記ステータと前記ロータとの間に形成される空間に収容される被計量物を吐出口から吐出するものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の定量充填装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−３３４３（Ｐ２００７−３３４３Ａ）
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８３７２１（Ｐ２００５−１８３７２１）
【出願日】平成１７年６月２３日（２００５．６．２３）
【出願人】（０００２３９７５８）兵神装備株式会社 (76)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２３日（２００５．６．２３）
【出願人】（０００２３９７５８）兵神装備株式会社 (76)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]