液体充填装置
【課題】絞り弁の開度調整を数値管理することができ、開閉調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行することができ、良好な液体充填を実行することができる液体充填装置を提供すること。
【解決手段】充填する液体Ｌを貯留するタンク２と、容器Ａに液体Ｌを注入する充填ノズル３と、タンク２と充填ノズル３との間に配設され液流路５と、流体アクチュエータ１４によって駆動されて液流路の開閉操作を行う充填バルブ６とを備える液体充填装置であって、流体アクチュエータ１４に対して作動用流体を給排させて出力用のプランジャ１５を進退駆動させる第１流体流路１９および第２流体流路２０のそれぞれに作動用流体の給排量を制御する絞り弁２１、２２を設け、絞り弁２１、２２の開閉度を数値制御する電動アクチュエータを設けたことを特徴とする。
【解決手段】充填する液体Ｌを貯留するタンク２と、容器Ａに液体Ｌを注入する充填ノズル３と、タンク２と充填ノズル３との間に配設され液流路５と、流体アクチュエータ１４によって駆動されて液流路の開閉操作を行う充填バルブ６とを備える液体充填装置であって、流体アクチュエータ１４に対して作動用流体を給排させて出力用のプランジャ１５を進退駆動させる第１流体流路１９および第２流体流路２０のそれぞれに作動用流体の給排量を制御する絞り弁２１、２２を設け、絞り弁２１、２２の開閉度を数値制御する電動アクチュエータを設けたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタンディングパウチ、アンプル、壜等の容器に液体を定量充填するための液体充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
充填包装業界等においては、容器へ定量充填するために、その充填経路における充填ノズルの手前に充填バルブを設け、この充填バルブを作動させることにより、充填開始および停止あるいはその充填流量の調整等が行われている。
【０００３】
この種の充填バルブにおいては、流体アクチュエータの進退駆動によって開閉動作するように形成されているものが多い。また、流体アクチュエータとしては、最大作動範囲の途中においても停止可能な多位置式のものも利用されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２５８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
流量計や重量計を用いて充填量を制御する充填機においては、容器に対する定量充填を精度よく実行するためには、充填バルブの開閉動作のタイミング、より具体的には充填バルブの駆動源である流体アクチュエータの出力用のプランジャの進退動作の開始から終了までの作動時間を所定時間に設定することが肝要である。
【０００６】
そこで、従来においては、絞り弁(スピードコントローラー)によって流体アクチュエータに対する流体の給排量を制御して、流体アクチュエータの動作速度の調整を行っている。
【０００７】
そして、容器に充填する液種が変わる度に、充填バルブの開閉スピードを変化させ適切な充填を行わせるために絞り弁の流体の給排量を調整している。
【０００８】
しかしながら、従来の絞り弁の開度調整は内蔵されているニードル弁の開度を手動で行うものであるために、再現性がなく、精度の高い開度調整を行うには高度な熟練を要するとともに非常に困難な作業を伴い、実際には実施をしないことも多い。
【０００９】
このように従来の絞り弁は人手によって設定するため、次のような不都合があった。
【００１０】
即ち、絞り弁の開閉度の設定は、数値管理できず再現性がなかった。また、設定のために開度調整用の目盛りがついていても、微妙な調整ができず、調整者の熟練度に頼っていた。また、絞り弁にも個体差があり、同じ様に調整したつもりでも、実際には違った設定となってしまうことが多い。従って、開度調整に長時間を要するものであった。
【００１１】
また、複数の容器に対して同時に充填する充填機においては、各容器毎に設けた複数個の充填バルブを有するため、各充填バルブに設置している絞り弁の流量調整を行って全ての充填バルブの開閉を均一化することが難しかった。
【００１２】
また、運転を継続している間に、絞り弁においては汚れ・詰まりなどにより経路の抵抗に変化が発生し、流体アクチュエータにおいては経年劣化が発生するので、各種の運転条件が初期設定と異なってくるため、結果的に充填に大きな支障が出ることがあった。
【００１３】
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、絞り弁の開度調整を数値管理することができ、当該開度調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行することができ、当該絞り弁によって流体アクチュエータの動作速度を適正に制御することができ、ひいては充填バルブの開閉速度の調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行して良好な液体充填を施すことができる液体充填装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述した目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る液体充填装置は、充填する液体を貯留するタンクと、容器に前記液体を注入する充填ノズルと、前記タンクと前記充填ノズルとの間に配設された液流路と、流体アクチュエータによって駆動されて前記液流路の開閉操作を行う充填バルブとを備える液体充填装置であって、前記流体アクチュエータに対して作動用流体を給排させて出力用のプランジャを進退駆動させる第１流体流路および第２流体流路のそれぞれに作動用流体の給排量を制御する絞り弁を設け、当該絞り弁の開閉度を数値制御する電動アクチュエータを設けたことを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、電動アクチュエータによって絞り弁の開閉度を数値制御することができ、当該絞り弁の開度調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行することができ、当該絞り弁によって流体アクチュエータの動作速度を適正に制御することができ、ひいては充填ノズルに繋がる液流路の開閉操作を行う充填バルブの開閉速度の調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行することができ、液体の充填を良好に実行することができる。
【００１６】
また、本発明の第２の態様に係る液体充填装置は、前記絞り弁の開閉度が、前記プランジャおよび充填バルブの可動部の移動開始から所定位置に到達するまでの作動時間を設定することを特徴とする。
【００１７】
このような構成によれば、流体アクチュエータのプランジャおよび充填バルブの可動部の移動開始から所定位置に到達するまでの作動時間を数値制御することができ、より一層適正な充填作業を実行することができる。
【００１８】
また、本発明の第３の態様に係る液体充填装置は、前記絞り弁の電動アクチュエータの駆動を制御する制御器を設け、前記プランジャおよび充填バルブの可動部が移動開始点および移動終了点に到達したことを検知する位置検知器を設け、前記制御器は、前記位置検知器によって検知された前記可動部の位置情報に基づいて前記可動部の作動時間を演算するとともに当該作動時間を所定時間に合わせるように前記電動アクチュエータの駆動を調整することを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、位置検知器によって検知されたプランジャおよび充填バルブの可動部の位置情報を制御器にフィードバックしながら、制御器によって可動部の作動時間を演算するとともに当該作動時間を所定時間に合わせるように電動アクチュエータの駆動を自動調整することができる。従って、充填条件の初期設定を自動的に行うことができ、途中の構成各部の経年変化に対応して絞り弁の作動時間を自動的に適正値に変更することができ、常に適正な充填を実行することができる。
【００２０】
また、本発明の第４の態様に係る液体充填装置は、前記タンクには、複数の前記液流路が分岐接続されていることを特徴とする。
【００２１】
このような構成によれば、分岐された複数の液流路にはそれぞれ前記充填ノズルおよび前記充填バルブが設置されているので、複数の充填バルブを有する液体充填装置においても、全部の充填バルブを同じ状態に保ちながら複数の容器に対して同時に適正な充填を実行することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の液体充填装置によれば、絞り弁の開度調整を数値管理することができ、当該開度調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行することができ、当該絞り弁によって流体アクチュエータの動作速度を適正に制御することができ、ひいては充填バルブの開閉速度の調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行して良好な液体充填を施すことができるという優れた効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る液体充填装置の一実施形態を示す概略側面図
【図２】図１に示す本発明に係る液体充填装置の可撓性チューブの全開状態を示す要部の拡大一部断面図
【図３】図１に示す本発明に係る液体充填装置の可撓性チューブの半開状態を示す要部の拡大一部断面図
【図４】図１に示す本発明に係る液体充填装置の可撓性チューブの全閉状態を示す要部の拡大一部断面図
【図５】図１に示す本発明に係る液体充填装置の絞り弁の一例を示す縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る液体充填装置の実施形態について、図１乃至図５を参照して説明する。
【００２５】
本実施形態の液体充填装置は、図１に示すように、テーブル１上に載置した容器Ａに対し、食品等の液体の定量の充填処理が行われるものであり、充填する液体Ｌを貯留するタンク２と、充填部位において容器Ａの上方に位置される充填ノズル３と、タンク２と充填ノズル３との間を接続させる配管４を有する液流路５と、液流路５の開閉操作を行う充填バルブ６とを備えている。本実施形態における充填バルブ６は、液流路５の一定区間に配設されて配管４と共に当該液流路５を構成する可撓性チューブ５ａと、液流路５に沿って配置された壁部材７との間に可撓性チューブ５ａを挟んで押圧し、液流路５の開閉操作を行う作動手段８とを備えている。
【００２６】
ここで、図１乃至図５に示す一実施形態の液体充填装置において、可撓性チューブ５ａは、液流路５に設けたゴム等の可撓性（弾性）を有する素材により断面円形のチューブ状に形成され、タンク２に接続された配管４の端末部に接続されている。
【００２７】
作動手段８は、可撓性チューブ５ａが配設された液流路５部分において、可撓性チューブ５ａを押圧し、または、その押圧を解除することで、液流路５の開閉操作を行うものである。この作動手段８は、配管４からなる液流路５に付設した支持体９と、当該支持体９に植立されている枢軸１０へ正逆回転自在に支持された回動体１１と、当該回動体１１の一側部（可撓性チューブ５ａ側）に軸１２により支持されて、可撓性チューブ５ａに当接する回転自在の押さえローラ１３と、回動体１１の他側部に接続されて回動体１１を正逆回転させることで、押さえローラ１３の可撓性チューブ５ａに対する押し付け量を変化させる駆動源となる流体アクチュエータ１４とによって形成されている。なお、以下においては、押さえローラ１３の可撓性チューブ５ａに対する押圧を弱めるときの回動体１１の回転方向（図１において反時計方向）を「正方向」とし、押さえローラ１３の可撓性チューブ５ａに対する押圧を強めるときの回動体１１の回転方向（図１において時計方向）を「逆方向」として説明する。
【００２８】
ここで、押さえローラ１３は、比較的硬質材により成形されており、可撓性チューブ５ａの外側部においてその長さ方向の略中間部に当接するように配設されており、可撓性チューブ５ａを押圧し、閉塞した際の内径（幅）より幅広の当接面を有する必要がある。本実施形態においては、押さえローラ１３は、回動体１１の回動に伴って、可撓性チューブ５ａの外側面を円滑に転動し得る遊転状態にして軸１２により取り付けられている。このように、押さえローラ１３を回動体１１に軸支し、可撓性チューブ５ａとの係合時に自らが回転しつつ摺接させる構成とすることで、可撓性チューブ５ａに対する押さえローラ１３の当接時の摩擦を弱めることができ、可撓性チューブ５ａの耐久寿命を長くすることができる。
【００２９】
前記した流体アクチュエータ１４は、エアー、オイル等の作動用流体を用いて、出力用のプランジャ１５を進退駆動させて、プランジャ１５に連結されている回動体１１を介して押さえローラ１３を枢軸１０回りに回動させて可撓性チューブ５ａの開け閉めを行うものである。流体アクチュエータ１４は、シリンダ１６の先端部分を支点１７によって支持体９に枢着されているとともに、プランジャ１５の先端を回動体１１に軸１８をもって取り付けられている。流体アクチュエータ１４としては、プランジャ１５の最大作動範囲の途中においても停止可能な多位置式のものを用いるとよい。
【００３０】
本実施形態においては、流体アクチュエータ１４のプランジャ１５の進退位置を変更することによって可撓性チューブ５ａの開閉状態を調整することとなる。具体的には、プランジャ１５の最大退入位置（図１および図２参照）においては、押さえローラ１３による可撓性チューブ５ａに対する押し付けが行われない液流路５の全開状態となる。プランジャ１５の中間進出位置（図３参照）においては、押さえローラ１３を可撓性チューブ５ａに軽く押し付けて液流路５の一部が流通する一部開放状態（図３において半開状態）となる。プランジャ１５の最大進出位置（図４参照）においては、押さえローラ１３を可撓性チューブ５ａに強く押し付けて液流路５の全部が閉塞される全閉状態となる。これらの操作はその一つが選択的に行なわれる。
【００３１】
プランジャ１５の最大進出位置（図４参照）においては、押さえローラ１３を可撓性チューブ５ａに強く押し付けて液流路５の全部が閉塞される全閉状態としてから更に押さえローラ１３を逆方向に回動させて、充填ノズル３内の液体Ｌを奥に引いて液体Ｌの漏れを防止する液漏れ防止状態となる。
【００３２】
本実施形態においては、流体アクチュエータ１４に対して作動用流体の１種であるエアーを給排させてプランジャ１５を進退駆動させる第１流体流路１９および第２流体流路２０が、シリンダ１６の先端部と後端部とにそれぞれ接続されている。各流路１９、２０の他端部は切替弁３３を介してエアー源となるエアーコンプレッサ（図示せず）に接続されている。各流路１９、２０には、それぞれに流体アクチュエータ１４に対するエアーの給排量を制御する絞り弁２１、２２が設けられている。各絞り弁２１、２２は、図５に共通して示すように、電動モータ２３によってニードル弁２４の開閉度を数値制御するように形成されている。具体的には、絞り弁２１、２２の筐体２５内に形成されているＬ字状の流路２６の途中にニードル弁２４を形成する弁座２７とニードル２８とが設けられている。ニードル２８は筐体２５を貫通しており、先細の先端を弁座２７に対して進退自在とされ、後端部を筐体２５の外部に露出させている。筐体２５の外部には、このニードル２８の後端部を取り囲むとともに軸方向に連続したハウジング２９が固着されている。このハウジング２９の後端部に電動アクチュエータとしての電動モータ２３が設置されており、その出力軸２３ａはニードル２８に向けて同軸上に設置されている。ハウジング２９内において、互いに軸方向に対向している出力軸２３ａとニードル２８は、一方の出力軸２３ａに連結されたボールねじ３０が、他方のニードル２８に連結されたボールねじナット体３１内に挿通するようにして両者が連結されている。そして、電動モータ２３が出力軸２３ａを数値制御するようにして回転させると、互いに係合しているボールねじ３０とボールねじナット体３１との協同動作によってニードル２８が弁座２７に向けて進退させられて、ニードル弁２４の開閉度が数値制御される。この駆動モータ２３としては、ステッピングモータ、サーボモータ等の回転角度を数値制御可能なモータを利用することができる。各絞り弁２１、２２には、ニードル弁２４の弁座２７の外周と流路２６の内周との間に円環状の弾性体からなる逆止弁３２がそれぞれ設けられている。この逆止弁３２は、シリンダ１６に向かうエアーを通し、逆方向のエアーを止めるように動作する。なお、ニードル弁２４と逆止弁３２の構造は、本実施形態に限られずに他の公知の構造を用いてもよい。
【００３３】
流体アクチュエータ１４のプランジャ１５を進出させる場合には、切替弁３３によってエア源と第２流体流路２０とを接続し、第１流体流路１９を開放する。この状態で、第２流体流路２０および絞り弁２２の逆止弁３２を通してエアーをシリンダ１６内に導入するとともに、絞り弁２１の開閉度をニードル弁２４によって所定量に絞ってシリンダ１６内から第１流体流路１９を通して排出されるエアーの流量を調整して、プランジャ１５の進出速度を調整しながら進出させることとなる。この際に、電動モータ２３によってニードル弁２４の開閉度を数値制御して絞り弁２１の開閉度を数値制御し、プランジャ１５の進出速度を数値制御することとなる。
【００３４】
また、逆に流体アクチュエータ１４のプランジャ１５を退入させる場合には、切替弁３３によってエア源と第１流体流路１９とを接続し、第２流体流路２０を開放する。この状態で、第１流体流路１９および絞り弁２１の逆止弁３２を通してエアーをシリンダ１６内に導入するとともに、絞り弁２２の開閉度をニードル弁２４によって所定量に絞ってシリンダ１６内から第２流体流路２０を通して排出されるエアーの流量を調整して、プランジャ１５の退入速度を調整しながら退入させることとなる。この際に、電動モータ２３によってニードル弁２４の開閉度を数値制御して絞り弁２２の開閉度を数値制御し、プランジャ１５の退入速度を数値制御することとなる。
【００３５】
なお、両流体流路１９、２０とエアー源との間に設置した切替弁３３を、両流体流路１９、２０とエアー源とを遮断する位置または両流体流路１９、２０とエアー源とを接続する位置に切替えると、流体アクチュエータ１４におけるプランジャ１５の位置を所定位置に停止させることができる。
【００３６】
このように本実施形態によれば、電動モータ２３によって絞り弁２１、２２の開閉度を数値制御することにより、流体アクチュエータ１４の可動部であるプランジャ１５およびこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３が移動開始点から所定位置の移動終了点に到達するまでの作動時間、即ち押さえローラ１３による可撓性チューブ５ａの開閉作動時間を数値制御することができる。
【００３７】
本実施形態においては、図１に示すように、流体アクチュエータ１４の可動部であるプランジャ１５およびこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３の移動開始から所定位置に到達するまでの作動時間を自動的に設定するために絞り弁２１、２２の電動モータ２３の駆動を制御する制御器３４を設置している。流体アクチュエータ１４には、可動部であるプランジャ１５およびこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３の位置情報を検知するための位置検知器としてプランジャ位置検知器３５ａ、３５ｂをシリンダ１６の外周面に固着している。一方のプランジャ位置検知器３５ａはプランジャ１５が流体アクチュエータ１４の進出端に到達したことを検知する位置に設置され、他方のプランジャ位置検知器３５ｂはプランジャ１５が流体アクチュエータ１４の退入端に到達したことを検知する位置に設置されている。そして、各プランジャ位置検知器３５ａ、３５ｂからそれぞれが検知した可動部であるプランジャ１５およびこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３の位置情報を示す信号を制御器３４の演算部３６に出力（フィードバック）するようにしている。制御器３４には、液体Ｌの種類、充填容量、充填速度等の種々の作業条件に応じて予め適正値とされている各絞り弁２１、２２の開閉度に対応する電動モータ２３による数値制御値や切替弁３３の動作タイミング値や、動作プログラム等を記憶してあるメモリ３７が設けられている。また、制御器３４には、メモリ３７から読出した電動モータ２３による数値制御値や切替弁３３の動作タイミング値等を電動モータ２３および切替弁３３に出力する指令出力部３８が設けられている。前記演算部３６は、プランジャ位置検知器３５ａ、３５ｂから受領した可動部であるプランジャ１５およびこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３の位置情報に基づいて各可動部の実際の作動時間を演算し、指令出力部３８からの指令情報に基づく各可動部の作動時間とを比較して、両者に差が有る場合には、差がなくなるまで電動モータ２３による絞り弁２１、２２の開閉度を示す数値制御値を変更して指令出力部３８に送出する。指令出力部３８は変更された数値制御値を電動モータ２３に出力する。また、制御器３４には、液体Ｌの種類、充填容量、充填速度等の種々の作業条件を入力するタッチパネル等の入力部３９、入力情報や演算部３６の出力情報等を表示する液晶パネル等の表示部４０、構成各部を関連動作させるＣＰＵ４１等が設けられている。
【００３８】
なお、本実施形態の液体充填装置は、容器Ａに対する液体Ｌの充填量を検出するために図示しない公知の充填量検出手段を備えている。充填量検出手段は、いわゆる重量式・流量式の別を問わない。前記制御器３４は、充填量検出手段により検出した充填量に基づき、切替弁３３の切替位置を制御し、流体アクチュエータ１４のプランジャ１５の進退位置、これによって決定される回動体１１の回動量を調整可能とされている。
【００３９】
また、タンク２に対して複数の液流路５を分岐接続して、複数の容器Ａに液体Ｌを充填する場合には、それぞれに図１に示す本実施形態と同一構成の液体充填装置を設けるとよい。
【００４０】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４１】
＜初期設定＞
制御器３４の入力部３９および表示部４０を用いて液体Ｌの種類、充填容量、充填速度等の種々の作業条件を入力すると、指令出力部３８がメモリ３７から読出した電動モータ２３による数値制御値や切替弁３３の動作タイミング値等を電動モータ２３および切替弁３３に出力する。
【００４２】
例えば、流体アクチュエータ１４のプランジャ１５を最大退入位置から最大進出位置まで移動させるための指令（充填バルブ６の最大開放位置から全閉位置まで移動させるための指令に相当する）を受領した絞り弁２１の電動モータ２３はボールねじ３０を数値制御によって所定量回転させる。これによりボールねじナット体３１に連結されているニードル２８が移動させられて絞り弁２１のニードル弁２４の開閉度が設定される。続いて切替弁３３が作動して、エア源と第２流体流路２０とを接続し、第１流体流路１９を開放すると、第２流体流路２０および絞り弁２２の逆止弁３２を通してエアーをシリンダ１６内に導入するとともに、シリンダ１６内から第１流体流路１９および開閉度を数値制御された絞り弁２１のニードル弁２４を通してエアーが排出されて、プランジャ１５が制御された速度で進出する。同時にこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３も充填バルブ６を最大開放位置から全閉位置まで移動させる方向に制御された速度で移動する。このプランジャ１５の進出動作中の可動部であるプランジャ１５およびこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３の位置情報はプランジャ位置検知器３５ａ、３５ｂによって検知されており、例えば、プランジャ１５が流体アクチュエータ１４の退入端（移動開始点）から移動して進出端（移動終了点）に到達した位置情報を示す信号が制御器３４の演算部３６に出力（フィードバック）される。この演算部３６は、プランジャ位置検知器３５ａ、３５ｂから受領した可動部であるプランジャ１５およびこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３の位置情報に基づいて各可動部の実際の作動時間（最大移動範囲の移動時間）を演算し、先の指令出力部３８からの指令情報に基づく各可動部の作動時間と比較し、両者に差がない場合には初期設定を終了し、両者に差が有る場合には、差がなくなるまで初期設定１が繰り返される。
【００４３】
この初期設定の繰り返しにおいては、電動モータ２３による絞り弁２１、２２の開閉度を示す数値制御値を変更して指令出力部３８に送出することを繰り返す。この再試行の前には切替弁３３の切替によってプランジャ１５は最大退入位置に戻されている。具体的には、ＣＰＵ４１の指令によって、演算部３６から再度指令を受領した指令出力部３８は変更された数値制御値を絞り弁２１の電動モータ２３に出力し、ニードル弁２４の開閉度が数値制御によって再度設定される。その後、前記と同様にして、プランジャ１５の進出、プランジャ１５等の可動部の位置情報のフィードバック等の一連の動作を行うことにより、最終的に各可動部が作動条件に合致した最大移動範囲の移動時間に基づいて移動できるように正確に設定される。
【００４４】
また、プランジャ１５を退入する逆方向に最大移動範囲を移動させる場合には、数値制御の対象を絞り弁２１から絞り弁２２に変えて同様にして行われる。
【００４５】
この初期設定には、作業員による絞り弁２１、２２の流量調整作業が不要となり、短時間に、しかも精度よく確実に実行される。
【００４６】
＜充填動作＞
充填開始前には、充填バルブ６の作動手段８における流体アクチュエータ１４のプランジャ１５を最大進出位置まで進出させて、回動体１１を枢軸１０を中心に逆方向に回動させて、回動体１１の一側部に軸支した押さえローラ１３を上方へ揺動移動させて、図４に示すように、可撓性チューブ５ａを完全に閉塞させて、下側部の充填ノズル３へ流体Ｌが送り込まれないようにしておく。
【００４７】
タンク２より自重若しくは加圧下で配管４に供給される流体Ｌは、液流路５を通して可撓性チューブ５ａ内に流入している。
【００４８】
その後の液体Ｌの容器Ａ内への充填は、液体Ｌが泡の立ちにくい性質を有する場合には、液流路５の全開状態、一部開放状態、全閉状態と順に進められ、液体Ｌが泡の立ち易い性質を有する場合には、液流路５の一部開放状態、全開状態、一部開放状態、全閉状態と順に進められる。
【００４９】
以下においては、泡の立ち易い液体Ｌを充填する場合について説明する。
【００５０】
＜液流路５の一部開放状態による充填＞
液体Ｌの泡立ちを抑えるため、充填バルブ６の開放度を絞ることによって充填初期において流路５の流量を絞ることが望ましい。
【００５１】
充填バルブ６の開放度を絞るために、切替弁３３によるエア源と第１流体流路１９とを接続し、第２流体流路２０を開放する時間長を、例えば流体アクチュエータ１４のプランジャ１５を最大進出位置から最大退入位置まで移動させるために必要な時間の約半分とする。その後、切替弁３３をエアー源と両流路１９、２０との接続を遮断する位置または両流体流路１９、２０のいずれとも接続する位置に切替える。これによりプランジャ１５が最大移動範囲の約半分退入するとともにその位置を保持する。これに伴って、回動体１１が正方向に回動し、その一側部に取り付けた押さえローラ１３が可撓性チューブ５ａに対して下方へ揺動移動する。これにより、図３に示すように、可撓性チューブ５ａは押さえローラ１３による圧迫が一部解除され、可撓性チューブ５ａの可撓性によりへこみが約半分復元して液流路５が一部開放状態となる。
【００５２】
このようにして、可撓性チューブ５ａには所定量が絞られた小流量の液流路５が形成されるので、流体Ｌは、その重力または当該流体への加圧により可撓性チューブ５ａ内の流路を落下する。そして、下側部の充填ノズル３から容器Ａに液体Ｌが少しずつ充填されて、泡の発生が有効に抑えられる。
【００５３】
＜液流路５の全開状態による充填＞
充填を短時間に達成するためには充填バルブ６の開放度を最大にすることによって大量充填をより長く行うことが望ましい。
【００５４】
前記の泡の発生が有効に抑えられる時間の経過後に、切替弁３３によってエアー源と両流路１９、２０との接続を遮断する状態または両流体流路１９、２０のいずれとも接続する状態から再びエア源と第１流体流路１９とを接続し、かつ、第２流体流路２０を開放する状態に切替え、流体アクチュエータ１４のプランジャ１５を約半分の退入位置から最大退入位置まで移動させる。これによりプランジャ１５が最大退入位置まで退入するとともにその位置を保持する。プランジャ１５の退入に伴って、回動体１１が更に正方向に回動し、その一側部に取り付けた押さえローラ１３が可撓性チューブ５ａに対して下方へ揺動移動する。これにより、図２に示すように、押さえローラ１３による可撓性チューブ５ａの圧迫が解除され、可撓性チューブ５ａの可撓性によりへこみが復元して液流路５が全開状態となる。
【００５５】
このようにして可撓性チューブ５ａの全内径量分の液体Ｌが流動するといういわゆる大容量充填が容器Ａに対して下側部の充填ノズル３を通して行われる。
【００５６】
＜液流路５の一部開放状態による再充填＞
容器Ａの充填が終了近くなれば、その充填量等の精度を向上させるため、充填バルブ６の開放度を再び絞ることによって液流路５の流量を絞ることが望ましい。
【００５７】
液体Ｌの大容量充填が所定時間実行された後に、充填バルブ６の開放度を再び絞るために、制御器３４から指令を発して、例えばエア源と第２流体流路２０とを接続し、第１流体流路１９を開放する時間長を、流体アクチュエータ１４のプランジャ１５を最大退入位置から最大進出位置まで移動させるために必要な時間の約半分とする。その後、切替弁３３をエアー源と両流路１９、２０との接続を遮断する位置または両流体流路１９、２０のいずれとも接続する位置に切替える。これによりプランジャ１５が最大退入位置から最大移動範囲の約半分進出するとともにその位置を保持する。これに伴って、回動体１１が逆向に回動し、その一側部に取り付けた押さえローラ１３が可撓性チューブ５ａに対して上方へ揺動移動する。これにより、図３に示すように、可撓性チューブ５ａは押さえローラ１３によって一部を圧迫されてへこみ、液流路５が一部開放状態となる。
【００５８】
このようにして、可撓性チューブ５ａには流量が絞られた小流量の液流路５が形成されるので、流体Ｌは、その重力または当該流体への加圧により可撓性チューブ５ａ内の流路を落下する。そして、下側部の充填ノズル３から容器Ａに液体Ｌが少しずつ充填される。
【００５９】
＜液流路５の全閉塞状態による充填終了＞
流体Ｌの規定量が容器Ａ内に充填される直前になると、制御器３４から指令を発して、切替弁３３によってエアー源と両流路１９、２０との接続を遮断する状態または両流体流路１９、２０のいずれとも接続する状態から再びエア源と第２流体流路２０とを接続し、かつ、第１流体流路１９を開放する状態に切替え、流体アクチュエータ１４のプランジャ１５を約半分の進出位置から最大進出位置まで移動させる。これによりプランジャ１５が最大進出位置まで進出するとともにその位置を保持する。プランジャ１５の進出に伴って、回動体１１が更に逆方向に回動し、その一側部に取り付けた押さえローラ１３が可撓性チューブ５ａに対して上方へ揺動移動する。これにより、図４に示すように、押さえローラ１３が可撓性チューブ５ａを圧迫し、ついにはその液流路５を全閉にするため、該液流路５を流動していた液体Ｌはその流動が停止され、充填が終了する。このとき、上方へ揺動移動する押さえローラ１３により、該押さえローラ１３の下部に位置する液流路５ａ部に残存する流体は、図４において矢印ｐの方向へ吸い上げられるため、充填ノズル３の先端部において液体Ｌが液垂れしようとしても、該充填ノズル３内に引き戻され、液垂れを生じない（サックバック効果）。
【００６０】
なお、本実施形態においては、押さえローラ１３をばね等の弾性手段（図示せず）によって常に可撓性チューブ５ａを全閉状態に圧迫する弾力を回動体１１に付与してあるので、例え、作動手段８における液体アクチュエータ１４に対するエアー供給がなくなっても、前記弾性手段による弾力により回動体１１を回動させ続け、押さえローラ１３を可撓性チューブ５ａに圧接させて全閉状態に維持するため、不必要な流体の流動を生じさせず安全である。
【００６１】
このように本実施形態によれば、電動アクチュエータとしての電動モータ２３によって絞り弁２１、２２の開閉度を数値制御することができ、当該絞り弁２１、２２の開度調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行することができる。この絞り弁によって流体アクチュエータ１４の動作速度を適正に制御することができ、ひいては充填ノズル３に繋がる液流路５の開閉操作を行う充填バルブ６の開閉速度の調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行することができ、液体の充填を良好に実行することができる。
【００６２】
また、流体アクチュエータ１４の出力用のプランジャ１５およびこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３の移動開始から所定位置に到達するまでの作動時間を数値制御することができ、より一層適正な充填作業を実行することができる。また、絞り弁２１、２２の電動モータ２３の駆動を制御する制御器３４を設け、プランジャ１５および充填バルブ６の可動部が移動開始点および移動終了点に到達したことを検知する位置検知器としてのプランジャ位置検知器３５ａ、３５ｂを設けているので、プランジャ位置検知器３５ａ、３５ｂによって検知された各可動部の位置情報を制御器３４にフィードバックしながら、制御器３４によって各可動部の作動時間を演算するとともに当該作動時間を所定時間に合わせるように電動モータ２３の駆動を自動調整することができる。従って、充填条件の初期設定を自動的に行うことができ、途中の構成各部の経年変化に対応して絞り弁２１、２２の作動時間を自動的に適正値に変更することができ、常に適正な充填を実行することができる。また、タンク２に複数の液流路５を分岐接続して、それぞれに図１に示す本実施形態と同一構成の液体充填装置を設けると、全部の充填バルブ６を同じ状態に保ちながら複数の容器Ａに対して同時に適正な充填を実行することができる。
【００６３】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限度において種々変更することができる。
【００６４】
例えば、前記実施形態における充填バルブ６に代えて公知の充填バルブを用いて前記実施形態の流体アクチュエータ１４によって駆動するとよい。また、電動アクチュエータとしては、電動モータに代えてソレノイドによって電気的に可動子を往復動させるもの等のように数値制御可能なアクチュエータを用いることができる。
【符号の説明】
【００６５】
３ 充填ノズル
５ 液流路
５ａ 可撓性チューブ
６ 充填バルブ
７ 壁部材
８ 作動手段
１３ 押さえローラ
１４ 流体アクチュエータ
１５ プランジャ
１９ 第１流体流路
２０ 第２流体流路
２１、２２ 絞り弁
２３ 電動モータ
３４ 制御器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタンディングパウチ、アンプル、壜等の容器に液体を定量充填するための液体充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
充填包装業界等においては、容器へ定量充填するために、その充填経路における充填ノズルの手前に充填バルブを設け、この充填バルブを作動させることにより、充填開始および停止あるいはその充填流量の調整等が行われている。
【０００３】
この種の充填バルブにおいては、流体アクチュエータの進退駆動によって開閉動作するように形成されているものが多い。また、流体アクチュエータとしては、最大作動範囲の途中においても停止可能な多位置式のものも利用されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２５８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
流量計や重量計を用いて充填量を制御する充填機においては、容器に対する定量充填を精度よく実行するためには、充填バルブの開閉動作のタイミング、より具体的には充填バルブの駆動源である流体アクチュエータの出力用のプランジャの進退動作の開始から終了までの作動時間を所定時間に設定することが肝要である。
【０００６】
そこで、従来においては、絞り弁(スピードコントローラー)によって流体アクチュエータに対する流体の給排量を制御して、流体アクチュエータの動作速度の調整を行っている。
【０００７】
そして、容器に充填する液種が変わる度に、充填バルブの開閉スピードを変化させ適切な充填を行わせるために絞り弁の流体の給排量を調整している。
【０００８】
しかしながら、従来の絞り弁の開度調整は内蔵されているニードル弁の開度を手動で行うものであるために、再現性がなく、精度の高い開度調整を行うには高度な熟練を要するとともに非常に困難な作業を伴い、実際には実施をしないことも多い。
【０００９】
このように従来の絞り弁は人手によって設定するため、次のような不都合があった。
【００１０】
即ち、絞り弁の開閉度の設定は、数値管理できず再現性がなかった。また、設定のために開度調整用の目盛りがついていても、微妙な調整ができず、調整者の熟練度に頼っていた。また、絞り弁にも個体差があり、同じ様に調整したつもりでも、実際には違った設定となってしまうことが多い。従って、開度調整に長時間を要するものであった。
【００１１】
また、複数の容器に対して同時に充填する充填機においては、各容器毎に設けた複数個の充填バルブを有するため、各充填バルブに設置している絞り弁の流量調整を行って全ての充填バルブの開閉を均一化することが難しかった。
【００１２】
また、運転を継続している間に、絞り弁においては汚れ・詰まりなどにより経路の抵抗に変化が発生し、流体アクチュエータにおいては経年劣化が発生するので、各種の運転条件が初期設定と異なってくるため、結果的に充填に大きな支障が出ることがあった。
【００１３】
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、絞り弁の開度調整を数値管理することができ、当該開度調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行することができ、当該絞り弁によって流体アクチュエータの動作速度を適正に制御することができ、ひいては充填バルブの開閉速度の調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行して良好な液体充填を施すことができる液体充填装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述した目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る液体充填装置は、充填する液体を貯留するタンクと、容器に前記液体を注入する充填ノズルと、前記タンクと前記充填ノズルとの間に配設された液流路と、流体アクチュエータによって駆動されて前記液流路の開閉操作を行う充填バルブとを備える液体充填装置であって、前記流体アクチュエータに対して作動用流体を給排させて出力用のプランジャを進退駆動させる第１流体流路および第２流体流路のそれぞれに作動用流体の給排量を制御する絞り弁を設け、当該絞り弁の開閉度を数値制御する電動アクチュエータを設けたことを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、電動アクチュエータによって絞り弁の開閉度を数値制御することができ、当該絞り弁の開度調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行することができ、当該絞り弁によって流体アクチュエータの動作速度を適正に制御することができ、ひいては充填ノズルに繋がる液流路の開閉操作を行う充填バルブの開閉速度の調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行することができ、液体の充填を良好に実行することができる。
【００１６】
また、本発明の第２の態様に係る液体充填装置は、前記絞り弁の開閉度が、前記プランジャおよび充填バルブの可動部の移動開始から所定位置に到達するまでの作動時間を設定することを特徴とする。
【００１７】
このような構成によれば、流体アクチュエータのプランジャおよび充填バルブの可動部の移動開始から所定位置に到達するまでの作動時間を数値制御することができ、より一層適正な充填作業を実行することができる。
【００１８】
また、本発明の第３の態様に係る液体充填装置は、前記絞り弁の電動アクチュエータの駆動を制御する制御器を設け、前記プランジャおよび充填バルブの可動部が移動開始点および移動終了点に到達したことを検知する位置検知器を設け、前記制御器は、前記位置検知器によって検知された前記可動部の位置情報に基づいて前記可動部の作動時間を演算するとともに当該作動時間を所定時間に合わせるように前記電動アクチュエータの駆動を調整することを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、位置検知器によって検知されたプランジャおよび充填バルブの可動部の位置情報を制御器にフィードバックしながら、制御器によって可動部の作動時間を演算するとともに当該作動時間を所定時間に合わせるように電動アクチュエータの駆動を自動調整することができる。従って、充填条件の初期設定を自動的に行うことができ、途中の構成各部の経年変化に対応して絞り弁の作動時間を自動的に適正値に変更することができ、常に適正な充填を実行することができる。
【００２０】
また、本発明の第４の態様に係る液体充填装置は、前記タンクには、複数の前記液流路が分岐接続されていることを特徴とする。
【００２１】
このような構成によれば、分岐された複数の液流路にはそれぞれ前記充填ノズルおよび前記充填バルブが設置されているので、複数の充填バルブを有する液体充填装置においても、全部の充填バルブを同じ状態に保ちながら複数の容器に対して同時に適正な充填を実行することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の液体充填装置によれば、絞り弁の開度調整を数値管理することができ、当該開度調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行することができ、当該絞り弁によって流体アクチュエータの動作速度を適正に制御することができ、ひいては充填バルブの開閉速度の調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行して良好な液体充填を施すことができるという優れた効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る液体充填装置の一実施形態を示す概略側面図
【図２】図１に示す本発明に係る液体充填装置の可撓性チューブの全開状態を示す要部の拡大一部断面図
【図３】図１に示す本発明に係る液体充填装置の可撓性チューブの半開状態を示す要部の拡大一部断面図
【図４】図１に示す本発明に係る液体充填装置の可撓性チューブの全閉状態を示す要部の拡大一部断面図
【図５】図１に示す本発明に係る液体充填装置の絞り弁の一例を示す縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る液体充填装置の実施形態について、図１乃至図５を参照して説明する。
【００２５】
本実施形態の液体充填装置は、図１に示すように、テーブル１上に載置した容器Ａに対し、食品等の液体の定量の充填処理が行われるものであり、充填する液体Ｌを貯留するタンク２と、充填部位において容器Ａの上方に位置される充填ノズル３と、タンク２と充填ノズル３との間を接続させる配管４を有する液流路５と、液流路５の開閉操作を行う充填バルブ６とを備えている。本実施形態における充填バルブ６は、液流路５の一定区間に配設されて配管４と共に当該液流路５を構成する可撓性チューブ５ａと、液流路５に沿って配置された壁部材７との間に可撓性チューブ５ａを挟んで押圧し、液流路５の開閉操作を行う作動手段８とを備えている。
【００２６】
ここで、図１乃至図５に示す一実施形態の液体充填装置において、可撓性チューブ５ａは、液流路５に設けたゴム等の可撓性（弾性）を有する素材により断面円形のチューブ状に形成され、タンク２に接続された配管４の端末部に接続されている。
【００２７】
作動手段８は、可撓性チューブ５ａが配設された液流路５部分において、可撓性チューブ５ａを押圧し、または、その押圧を解除することで、液流路５の開閉操作を行うものである。この作動手段８は、配管４からなる液流路５に付設した支持体９と、当該支持体９に植立されている枢軸１０へ正逆回転自在に支持された回動体１１と、当該回動体１１の一側部（可撓性チューブ５ａ側）に軸１２により支持されて、可撓性チューブ５ａに当接する回転自在の押さえローラ１３と、回動体１１の他側部に接続されて回動体１１を正逆回転させることで、押さえローラ１３の可撓性チューブ５ａに対する押し付け量を変化させる駆動源となる流体アクチュエータ１４とによって形成されている。なお、以下においては、押さえローラ１３の可撓性チューブ５ａに対する押圧を弱めるときの回動体１１の回転方向（図１において反時計方向）を「正方向」とし、押さえローラ１３の可撓性チューブ５ａに対する押圧を強めるときの回動体１１の回転方向（図１において時計方向）を「逆方向」として説明する。
【００２８】
ここで、押さえローラ１３は、比較的硬質材により成形されており、可撓性チューブ５ａの外側部においてその長さ方向の略中間部に当接するように配設されており、可撓性チューブ５ａを押圧し、閉塞した際の内径（幅）より幅広の当接面を有する必要がある。本実施形態においては、押さえローラ１３は、回動体１１の回動に伴って、可撓性チューブ５ａの外側面を円滑に転動し得る遊転状態にして軸１２により取り付けられている。このように、押さえローラ１３を回動体１１に軸支し、可撓性チューブ５ａとの係合時に自らが回転しつつ摺接させる構成とすることで、可撓性チューブ５ａに対する押さえローラ１３の当接時の摩擦を弱めることができ、可撓性チューブ５ａの耐久寿命を長くすることができる。
【００２９】
前記した流体アクチュエータ１４は、エアー、オイル等の作動用流体を用いて、出力用のプランジャ１５を進退駆動させて、プランジャ１５に連結されている回動体１１を介して押さえローラ１３を枢軸１０回りに回動させて可撓性チューブ５ａの開け閉めを行うものである。流体アクチュエータ１４は、シリンダ１６の先端部分を支点１７によって支持体９に枢着されているとともに、プランジャ１５の先端を回動体１１に軸１８をもって取り付けられている。流体アクチュエータ１４としては、プランジャ１５の最大作動範囲の途中においても停止可能な多位置式のものを用いるとよい。
【００３０】
本実施形態においては、流体アクチュエータ１４のプランジャ１５の進退位置を変更することによって可撓性チューブ５ａの開閉状態を調整することとなる。具体的には、プランジャ１５の最大退入位置（図１および図２参照）においては、押さえローラ１３による可撓性チューブ５ａに対する押し付けが行われない液流路５の全開状態となる。プランジャ１５の中間進出位置（図３参照）においては、押さえローラ１３を可撓性チューブ５ａに軽く押し付けて液流路５の一部が流通する一部開放状態（図３において半開状態）となる。プランジャ１５の最大進出位置（図４参照）においては、押さえローラ１３を可撓性チューブ５ａに強く押し付けて液流路５の全部が閉塞される全閉状態となる。これらの操作はその一つが選択的に行なわれる。
【００３１】
プランジャ１５の最大進出位置（図４参照）においては、押さえローラ１３を可撓性チューブ５ａに強く押し付けて液流路５の全部が閉塞される全閉状態としてから更に押さえローラ１３を逆方向に回動させて、充填ノズル３内の液体Ｌを奥に引いて液体Ｌの漏れを防止する液漏れ防止状態となる。
【００３２】
本実施形態においては、流体アクチュエータ１４に対して作動用流体の１種であるエアーを給排させてプランジャ１５を進退駆動させる第１流体流路１９および第２流体流路２０が、シリンダ１６の先端部と後端部とにそれぞれ接続されている。各流路１９、２０の他端部は切替弁３３を介してエアー源となるエアーコンプレッサ（図示せず）に接続されている。各流路１９、２０には、それぞれに流体アクチュエータ１４に対するエアーの給排量を制御する絞り弁２１、２２が設けられている。各絞り弁２１、２２は、図５に共通して示すように、電動モータ２３によってニードル弁２４の開閉度を数値制御するように形成されている。具体的には、絞り弁２１、２２の筐体２５内に形成されているＬ字状の流路２６の途中にニードル弁２４を形成する弁座２７とニードル２８とが設けられている。ニードル２８は筐体２５を貫通しており、先細の先端を弁座２７に対して進退自在とされ、後端部を筐体２５の外部に露出させている。筐体２５の外部には、このニードル２８の後端部を取り囲むとともに軸方向に連続したハウジング２９が固着されている。このハウジング２９の後端部に電動アクチュエータとしての電動モータ２３が設置されており、その出力軸２３ａはニードル２８に向けて同軸上に設置されている。ハウジング２９内において、互いに軸方向に対向している出力軸２３ａとニードル２８は、一方の出力軸２３ａに連結されたボールねじ３０が、他方のニードル２８に連結されたボールねじナット体３１内に挿通するようにして両者が連結されている。そして、電動モータ２３が出力軸２３ａを数値制御するようにして回転させると、互いに係合しているボールねじ３０とボールねじナット体３１との協同動作によってニードル２８が弁座２７に向けて進退させられて、ニードル弁２４の開閉度が数値制御される。この駆動モータ２３としては、ステッピングモータ、サーボモータ等の回転角度を数値制御可能なモータを利用することができる。各絞り弁２１、２２には、ニードル弁２４の弁座２７の外周と流路２６の内周との間に円環状の弾性体からなる逆止弁３２がそれぞれ設けられている。この逆止弁３２は、シリンダ１６に向かうエアーを通し、逆方向のエアーを止めるように動作する。なお、ニードル弁２４と逆止弁３２の構造は、本実施形態に限られずに他の公知の構造を用いてもよい。
【００３３】
流体アクチュエータ１４のプランジャ１５を進出させる場合には、切替弁３３によってエア源と第２流体流路２０とを接続し、第１流体流路１９を開放する。この状態で、第２流体流路２０および絞り弁２２の逆止弁３２を通してエアーをシリンダ１６内に導入するとともに、絞り弁２１の開閉度をニードル弁２４によって所定量に絞ってシリンダ１６内から第１流体流路１９を通して排出されるエアーの流量を調整して、プランジャ１５の進出速度を調整しながら進出させることとなる。この際に、電動モータ２３によってニードル弁２４の開閉度を数値制御して絞り弁２１の開閉度を数値制御し、プランジャ１５の進出速度を数値制御することとなる。
【００３４】
また、逆に流体アクチュエータ１４のプランジャ１５を退入させる場合には、切替弁３３によってエア源と第１流体流路１９とを接続し、第２流体流路２０を開放する。この状態で、第１流体流路１９および絞り弁２１の逆止弁３２を通してエアーをシリンダ１６内に導入するとともに、絞り弁２２の開閉度をニードル弁２４によって所定量に絞ってシリンダ１６内から第２流体流路２０を通して排出されるエアーの流量を調整して、プランジャ１５の退入速度を調整しながら退入させることとなる。この際に、電動モータ２３によってニードル弁２４の開閉度を数値制御して絞り弁２２の開閉度を数値制御し、プランジャ１５の退入速度を数値制御することとなる。
【００３５】
なお、両流体流路１９、２０とエアー源との間に設置した切替弁３３を、両流体流路１９、２０とエアー源とを遮断する位置または両流体流路１９、２０とエアー源とを接続する位置に切替えると、流体アクチュエータ１４におけるプランジャ１５の位置を所定位置に停止させることができる。
【００３６】
このように本実施形態によれば、電動モータ２３によって絞り弁２１、２２の開閉度を数値制御することにより、流体アクチュエータ１４の可動部であるプランジャ１５およびこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３が移動開始点から所定位置の移動終了点に到達するまでの作動時間、即ち押さえローラ１３による可撓性チューブ５ａの開閉作動時間を数値制御することができる。
【００３７】
本実施形態においては、図１に示すように、流体アクチュエータ１４の可動部であるプランジャ１５およびこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３の移動開始から所定位置に到達するまでの作動時間を自動的に設定するために絞り弁２１、２２の電動モータ２３の駆動を制御する制御器３４を設置している。流体アクチュエータ１４には、可動部であるプランジャ１５およびこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３の位置情報を検知するための位置検知器としてプランジャ位置検知器３５ａ、３５ｂをシリンダ１６の外周面に固着している。一方のプランジャ位置検知器３５ａはプランジャ１５が流体アクチュエータ１４の進出端に到達したことを検知する位置に設置され、他方のプランジャ位置検知器３５ｂはプランジャ１５が流体アクチュエータ１４の退入端に到達したことを検知する位置に設置されている。そして、各プランジャ位置検知器３５ａ、３５ｂからそれぞれが検知した可動部であるプランジャ１５およびこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３の位置情報を示す信号を制御器３４の演算部３６に出力（フィードバック）するようにしている。制御器３４には、液体Ｌの種類、充填容量、充填速度等の種々の作業条件に応じて予め適正値とされている各絞り弁２１、２２の開閉度に対応する電動モータ２３による数値制御値や切替弁３３の動作タイミング値や、動作プログラム等を記憶してあるメモリ３７が設けられている。また、制御器３４には、メモリ３７から読出した電動モータ２３による数値制御値や切替弁３３の動作タイミング値等を電動モータ２３および切替弁３３に出力する指令出力部３８が設けられている。前記演算部３６は、プランジャ位置検知器３５ａ、３５ｂから受領した可動部であるプランジャ１５およびこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３の位置情報に基づいて各可動部の実際の作動時間を演算し、指令出力部３８からの指令情報に基づく各可動部の作動時間とを比較して、両者に差が有る場合には、差がなくなるまで電動モータ２３による絞り弁２１、２２の開閉度を示す数値制御値を変更して指令出力部３８に送出する。指令出力部３８は変更された数値制御値を電動モータ２３に出力する。また、制御器３４には、液体Ｌの種類、充填容量、充填速度等の種々の作業条件を入力するタッチパネル等の入力部３９、入力情報や演算部３６の出力情報等を表示する液晶パネル等の表示部４０、構成各部を関連動作させるＣＰＵ４１等が設けられている。
【００３８】
なお、本実施形態の液体充填装置は、容器Ａに対する液体Ｌの充填量を検出するために図示しない公知の充填量検出手段を備えている。充填量検出手段は、いわゆる重量式・流量式の別を問わない。前記制御器３４は、充填量検出手段により検出した充填量に基づき、切替弁３３の切替位置を制御し、流体アクチュエータ１４のプランジャ１５の進退位置、これによって決定される回動体１１の回動量を調整可能とされている。
【００３９】
また、タンク２に対して複数の液流路５を分岐接続して、複数の容器Ａに液体Ｌを充填する場合には、それぞれに図１に示す本実施形態と同一構成の液体充填装置を設けるとよい。
【００４０】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４１】
＜初期設定＞
制御器３４の入力部３９および表示部４０を用いて液体Ｌの種類、充填容量、充填速度等の種々の作業条件を入力すると、指令出力部３８がメモリ３７から読出した電動モータ２３による数値制御値や切替弁３３の動作タイミング値等を電動モータ２３および切替弁３３に出力する。
【００４２】
例えば、流体アクチュエータ１４のプランジャ１５を最大退入位置から最大進出位置まで移動させるための指令（充填バルブ６の最大開放位置から全閉位置まで移動させるための指令に相当する）を受領した絞り弁２１の電動モータ２３はボールねじ３０を数値制御によって所定量回転させる。これによりボールねじナット体３１に連結されているニードル２８が移動させられて絞り弁２１のニードル弁２４の開閉度が設定される。続いて切替弁３３が作動して、エア源と第２流体流路２０とを接続し、第１流体流路１９を開放すると、第２流体流路２０および絞り弁２２の逆止弁３２を通してエアーをシリンダ１６内に導入するとともに、シリンダ１６内から第１流体流路１９および開閉度を数値制御された絞り弁２１のニードル弁２４を通してエアーが排出されて、プランジャ１５が制御された速度で進出する。同時にこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３も充填バルブ６を最大開放位置から全閉位置まで移動させる方向に制御された速度で移動する。このプランジャ１５の進出動作中の可動部であるプランジャ１５およびこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３の位置情報はプランジャ位置検知器３５ａ、３５ｂによって検知されており、例えば、プランジャ１５が流体アクチュエータ１４の退入端（移動開始点）から移動して進出端（移動終了点）に到達した位置情報を示す信号が制御器３４の演算部３６に出力（フィードバック）される。この演算部３６は、プランジャ位置検知器３５ａ、３５ｂから受領した可動部であるプランジャ１５およびこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３の位置情報に基づいて各可動部の実際の作動時間（最大移動範囲の移動時間）を演算し、先の指令出力部３８からの指令情報に基づく各可動部の作動時間と比較し、両者に差がない場合には初期設定を終了し、両者に差が有る場合には、差がなくなるまで初期設定１が繰り返される。
【００４３】
この初期設定の繰り返しにおいては、電動モータ２３による絞り弁２１、２２の開閉度を示す数値制御値を変更して指令出力部３８に送出することを繰り返す。この再試行の前には切替弁３３の切替によってプランジャ１５は最大退入位置に戻されている。具体的には、ＣＰＵ４１の指令によって、演算部３６から再度指令を受領した指令出力部３８は変更された数値制御値を絞り弁２１の電動モータ２３に出力し、ニードル弁２４の開閉度が数値制御によって再度設定される。その後、前記と同様にして、プランジャ１５の進出、プランジャ１５等の可動部の位置情報のフィードバック等の一連の動作を行うことにより、最終的に各可動部が作動条件に合致した最大移動範囲の移動時間に基づいて移動できるように正確に設定される。
【００４４】
また、プランジャ１５を退入する逆方向に最大移動範囲を移動させる場合には、数値制御の対象を絞り弁２１から絞り弁２２に変えて同様にして行われる。
【００４５】
この初期設定には、作業員による絞り弁２１、２２の流量調整作業が不要となり、短時間に、しかも精度よく確実に実行される。
【００４６】
＜充填動作＞
充填開始前には、充填バルブ６の作動手段８における流体アクチュエータ１４のプランジャ１５を最大進出位置まで進出させて、回動体１１を枢軸１０を中心に逆方向に回動させて、回動体１１の一側部に軸支した押さえローラ１３を上方へ揺動移動させて、図４に示すように、可撓性チューブ５ａを完全に閉塞させて、下側部の充填ノズル３へ流体Ｌが送り込まれないようにしておく。
【００４７】
タンク２より自重若しくは加圧下で配管４に供給される流体Ｌは、液流路５を通して可撓性チューブ５ａ内に流入している。
【００４８】
その後の液体Ｌの容器Ａ内への充填は、液体Ｌが泡の立ちにくい性質を有する場合には、液流路５の全開状態、一部開放状態、全閉状態と順に進められ、液体Ｌが泡の立ち易い性質を有する場合には、液流路５の一部開放状態、全開状態、一部開放状態、全閉状態と順に進められる。
【００４９】
以下においては、泡の立ち易い液体Ｌを充填する場合について説明する。
【００５０】
＜液流路５の一部開放状態による充填＞
液体Ｌの泡立ちを抑えるため、充填バルブ６の開放度を絞ることによって充填初期において流路５の流量を絞ることが望ましい。
【００５１】
充填バルブ６の開放度を絞るために、切替弁３３によるエア源と第１流体流路１９とを接続し、第２流体流路２０を開放する時間長を、例えば流体アクチュエータ１４のプランジャ１５を最大進出位置から最大退入位置まで移動させるために必要な時間の約半分とする。その後、切替弁３３をエアー源と両流路１９、２０との接続を遮断する位置または両流体流路１９、２０のいずれとも接続する位置に切替える。これによりプランジャ１５が最大移動範囲の約半分退入するとともにその位置を保持する。これに伴って、回動体１１が正方向に回動し、その一側部に取り付けた押さえローラ１３が可撓性チューブ５ａに対して下方へ揺動移動する。これにより、図３に示すように、可撓性チューブ５ａは押さえローラ１３による圧迫が一部解除され、可撓性チューブ５ａの可撓性によりへこみが約半分復元して液流路５が一部開放状態となる。
【００５２】
このようにして、可撓性チューブ５ａには所定量が絞られた小流量の液流路５が形成されるので、流体Ｌは、その重力または当該流体への加圧により可撓性チューブ５ａ内の流路を落下する。そして、下側部の充填ノズル３から容器Ａに液体Ｌが少しずつ充填されて、泡の発生が有効に抑えられる。
【００５３】
＜液流路５の全開状態による充填＞
充填を短時間に達成するためには充填バルブ６の開放度を最大にすることによって大量充填をより長く行うことが望ましい。
【００５４】
前記の泡の発生が有効に抑えられる時間の経過後に、切替弁３３によってエアー源と両流路１９、２０との接続を遮断する状態または両流体流路１９、２０のいずれとも接続する状態から再びエア源と第１流体流路１９とを接続し、かつ、第２流体流路２０を開放する状態に切替え、流体アクチュエータ１４のプランジャ１５を約半分の退入位置から最大退入位置まで移動させる。これによりプランジャ１５が最大退入位置まで退入するとともにその位置を保持する。プランジャ１５の退入に伴って、回動体１１が更に正方向に回動し、その一側部に取り付けた押さえローラ１３が可撓性チューブ５ａに対して下方へ揺動移動する。これにより、図２に示すように、押さえローラ１３による可撓性チューブ５ａの圧迫が解除され、可撓性チューブ５ａの可撓性によりへこみが復元して液流路５が全開状態となる。
【００５５】
このようにして可撓性チューブ５ａの全内径量分の液体Ｌが流動するといういわゆる大容量充填が容器Ａに対して下側部の充填ノズル３を通して行われる。
【００５６】
＜液流路５の一部開放状態による再充填＞
容器Ａの充填が終了近くなれば、その充填量等の精度を向上させるため、充填バルブ６の開放度を再び絞ることによって液流路５の流量を絞ることが望ましい。
【００５７】
液体Ｌの大容量充填が所定時間実行された後に、充填バルブ６の開放度を再び絞るために、制御器３４から指令を発して、例えばエア源と第２流体流路２０とを接続し、第１流体流路１９を開放する時間長を、流体アクチュエータ１４のプランジャ１５を最大退入位置から最大進出位置まで移動させるために必要な時間の約半分とする。その後、切替弁３３をエアー源と両流路１９、２０との接続を遮断する位置または両流体流路１９、２０のいずれとも接続する位置に切替える。これによりプランジャ１５が最大退入位置から最大移動範囲の約半分進出するとともにその位置を保持する。これに伴って、回動体１１が逆向に回動し、その一側部に取り付けた押さえローラ１３が可撓性チューブ５ａに対して上方へ揺動移動する。これにより、図３に示すように、可撓性チューブ５ａは押さえローラ１３によって一部を圧迫されてへこみ、液流路５が一部開放状態となる。
【００５８】
このようにして、可撓性チューブ５ａには流量が絞られた小流量の液流路５が形成されるので、流体Ｌは、その重力または当該流体への加圧により可撓性チューブ５ａ内の流路を落下する。そして、下側部の充填ノズル３から容器Ａに液体Ｌが少しずつ充填される。
【００５９】
＜液流路５の全閉塞状態による充填終了＞
流体Ｌの規定量が容器Ａ内に充填される直前になると、制御器３４から指令を発して、切替弁３３によってエアー源と両流路１９、２０との接続を遮断する状態または両流体流路１９、２０のいずれとも接続する状態から再びエア源と第２流体流路２０とを接続し、かつ、第１流体流路１９を開放する状態に切替え、流体アクチュエータ１４のプランジャ１５を約半分の進出位置から最大進出位置まで移動させる。これによりプランジャ１５が最大進出位置まで進出するとともにその位置を保持する。プランジャ１５の進出に伴って、回動体１１が更に逆方向に回動し、その一側部に取り付けた押さえローラ１３が可撓性チューブ５ａに対して上方へ揺動移動する。これにより、図４に示すように、押さえローラ１３が可撓性チューブ５ａを圧迫し、ついにはその液流路５を全閉にするため、該液流路５を流動していた液体Ｌはその流動が停止され、充填が終了する。このとき、上方へ揺動移動する押さえローラ１３により、該押さえローラ１３の下部に位置する液流路５ａ部に残存する流体は、図４において矢印ｐの方向へ吸い上げられるため、充填ノズル３の先端部において液体Ｌが液垂れしようとしても、該充填ノズル３内に引き戻され、液垂れを生じない（サックバック効果）。
【００６０】
なお、本実施形態においては、押さえローラ１３をばね等の弾性手段（図示せず）によって常に可撓性チューブ５ａを全閉状態に圧迫する弾力を回動体１１に付与してあるので、例え、作動手段８における液体アクチュエータ１４に対するエアー供給がなくなっても、前記弾性手段による弾力により回動体１１を回動させ続け、押さえローラ１３を可撓性チューブ５ａに圧接させて全閉状態に維持するため、不必要な流体の流動を生じさせず安全である。
【００６１】
このように本実施形態によれば、電動アクチュエータとしての電動モータ２３によって絞り弁２１、２２の開閉度を数値制御することができ、当該絞り弁２１、２２の開度調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行することができる。この絞り弁によって流体アクチュエータ１４の動作速度を適正に制御することができ、ひいては充填ノズル３に繋がる液流路５の開閉操作を行う充填バルブ６の開閉速度の調整を高精度で、再現性が高く、短時間において実行することができ、液体の充填を良好に実行することができる。
【００６２】
また、流体アクチュエータ１４の出力用のプランジャ１５およびこのプランジャ１５に連結されている充填バルブ６の可動部である回動体１１および押さえローラ１３の移動開始から所定位置に到達するまでの作動時間を数値制御することができ、より一層適正な充填作業を実行することができる。また、絞り弁２１、２２の電動モータ２３の駆動を制御する制御器３４を設け、プランジャ１５および充填バルブ６の可動部が移動開始点および移動終了点に到達したことを検知する位置検知器としてのプランジャ位置検知器３５ａ、３５ｂを設けているので、プランジャ位置検知器３５ａ、３５ｂによって検知された各可動部の位置情報を制御器３４にフィードバックしながら、制御器３４によって各可動部の作動時間を演算するとともに当該作動時間を所定時間に合わせるように電動モータ２３の駆動を自動調整することができる。従って、充填条件の初期設定を自動的に行うことができ、途中の構成各部の経年変化に対応して絞り弁２１、２２の作動時間を自動的に適正値に変更することができ、常に適正な充填を実行することができる。また、タンク２に複数の液流路５を分岐接続して、それぞれに図１に示す本実施形態と同一構成の液体充填装置を設けると、全部の充填バルブ６を同じ状態に保ちながら複数の容器Ａに対して同時に適正な充填を実行することができる。
【００６３】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限度において種々変更することができる。
【００６４】
例えば、前記実施形態における充填バルブ６に代えて公知の充填バルブを用いて前記実施形態の流体アクチュエータ１４によって駆動するとよい。また、電動アクチュエータとしては、電動モータに代えてソレノイドによって電気的に可動子を往復動させるもの等のように数値制御可能なアクチュエータを用いることができる。
【符号の説明】
【００６５】
３ 充填ノズル
５ 液流路
５ａ 可撓性チューブ
６ 充填バルブ
７ 壁部材
８ 作動手段
１３ 押さえローラ
１４ 流体アクチュエータ
１５ プランジャ
１９ 第１流体流路
２０ 第２流体流路
２１、２２ 絞り弁
２３ 電動モータ
３４ 制御器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填する液体を貯留するタンクと、容器に前記液体を注入する充填ノズルと、前記タンクと前記充填ノズルとの間に配設された液流路と、流体アクチュエータによって駆動されて前記液流路の開閉操作を行う充填バルブとを備える液体充填装置であって、
前記流体アクチュエータに対して流体を給排させてプランジャを進退駆動させる第１流体流路および第２流体流路のそれぞれに作動用流体の給排量を制御する絞り弁を設け、当該絞り弁の開閉度を数値制御する電動アクチュエータを設けた
ことを特徴とする液体充填装置。
【請求項２】
前記絞り弁の開閉度は、前記プランジャおよび充填バルブの可動部の移動開始から所定位置に到達するまでの作動時間を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の液体充填装置。
【請求項３】
前記絞り弁の電動アクチュエータの駆動を制御する制御器を設け、
前記プランジャおよび充填バルブの可動部が移動開始点および移動終了点に到達したことを検知する位置検知器を設け、
前記制御器は、前記位置検知器によって検知された前記可動部の位置情報に基づいて前記可動部の作動時間を演算するとともに当該作動時間を所定時間に合わせるように前記電動アクチュエータの駆動を調整する
ことを特徴とする請求項２に記載の液体充填装置。
【請求項４】
前記タンクには、複数の前記液流路が分岐接続されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体充填装置。
【請求項１】
充填する液体を貯留するタンクと、容器に前記液体を注入する充填ノズルと、前記タンクと前記充填ノズルとの間に配設された液流路と、流体アクチュエータによって駆動されて前記液流路の開閉操作を行う充填バルブとを備える液体充填装置であって、
前記流体アクチュエータに対して流体を給排させてプランジャを進退駆動させる第１流体流路および第２流体流路のそれぞれに作動用流体の給排量を制御する絞り弁を設け、当該絞り弁の開閉度を数値制御する電動アクチュエータを設けた
ことを特徴とする液体充填装置。
【請求項２】
前記絞り弁の開閉度は、前記プランジャおよび充填バルブの可動部の移動開始から所定位置に到達するまでの作動時間を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の液体充填装置。
【請求項３】
前記絞り弁の電動アクチュエータの駆動を制御する制御器を設け、
前記プランジャおよび充填バルブの可動部が移動開始点および移動終了点に到達したことを検知する位置検知器を設け、
前記制御器は、前記位置検知器によって検知された前記可動部の位置情報に基づいて前記可動部の作動時間を演算するとともに当該作動時間を所定時間に合わせるように前記電動アクチュエータの駆動を調整する
ことを特徴とする請求項２に記載の液体充填装置。
【請求項４】
前記タンクには、複数の前記液流路が分岐接続されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体充填装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−７９１０１（Ｐ２０１３−７９１０１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２０８６７（Ｐ２０１１−２２０８６７）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（３９００２９０９０）靜甲株式会社 (30)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（３９００２９０９０）靜甲株式会社 (30)
【Ｆターム（参考）】
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