Automatic capacity measuring method of automatic capacity measuring device and the container of the container

本発明は、ガラスびん、ペットボトル、ガラスコップ、調味料容器等の容器の自動容量測定装置及び容器の自動容量測定方法に関する。

一般に、ガラスびん、ペットボトル等の容器に清涼飲料、酒類等の飲料を充填する製造ラインでは、容器の入味線（容器の内容物レベルの位置）まで飲料を充填することにより、所定の容量の飲料を充填しているが、品質を均一にするため、容器の容量が規定の値の範囲内にあるか否かを適宜確認する検査を行っている。 また、ガラスびん、ペットボトル等の容器を製造するラインにおいても、容器の容量が規定の値の範囲内にあるか又は規定の容量を充填したときに容器の入味線高さが規定の範囲内にあるか、容器の出荷前に適宜確認する検査を行っている。

従来、容器の容量が規定の範囲内にあるか検査を行う装置として、特許文献１に記載される自動容量測定装置がある。 この装置は、載置した容器の重量を測定する計量台と、容器内に液体を注入する注入手段と、容器内に注入された液体の液面高さを検知する液面検知センサと、容器内に注入する液体の温度を検知する温度検知センサと、容器の天面を検知する天面検知センサと、注入手段の駆動を制御し、かつ、液面検知センサ、温度検知センサ、天面検知センサからの検知信号及び計量台からの測定信号により容器の入味線容量を演算する制御手段とを備える。

制御手段は、容器の風袋重量の測定信号を計量台から受け、天面検知センサからの検知信号により容器の高さ及び入味線までの高さを演算し、入味線の高さまで液体を注入した後に注入手段による液体の注入を停止するとともにそのときの容器の総重量の測定信号を計量台から受け、温度検知センサが検知した液体の温度から液体の密度を演算し、容器の総重量から容器の風袋重量を減算して容器に注入された液体の重量を算出し、この液体の重量を液体の密度で除算することによって入味線までの容量を算出する。 また、入味線容量を算出後に、注入手段が更に液体を天面まで注入した後、満注時における容器の総重量の測定信号を計量台から受け、満注時における容器の総重量から容器の風袋重量を減算して容器に注入された液体の重量を算出し、この液体の重量を液体の密度で除算することによって満注時における容量を算出し、満注容量から入味線容量を減算して、入味線まで液体を注入したときの容器の空隙容量を算出する。

注入手段は径が異なる複数の給水管を備えており、制御手段は容器内に注入した液量に応じて用いる給水管を切換える。

注入手段と液面検知センサとを一体に備えて容器内に挿入する挿入部を備えており、挿入部は駆動手段により上下移動可能であり、挿入部を容器内の下方に挿入して注入手段から液体の注入を開始し、液面検知センサの検知により注入手段と液面とが所定の間隔を保持するように挿入部を除々に上方に移動させる。

挿入部は、容器に注入した液体を吸う吸水部を備えており、注入手段が容器の入味線又は天面を超えて過剰に液体を注入し、吸水部が過剰な液体を液面検知センサの検知により液面と容器の入味線又は天面の位置とが面一になるように吸水する。

満注容量測定又は入味線容量の測定が終了した後に容器内の液体を排水する排水手段を備えており、排水手段は容器を把持して容器の開口を下に向ける反転部と、容器から吐出される液体を受ける排水受けとを備える。

以上のように構成された自動容量測定装置は、以下のようにして使用する。 まず、計量台に容器を載置すると、計量台が容器の風袋重量の測定し、測定した容器の風袋重量の測定信号を制御手段に発する。 風袋重量の測定が終了した後、注入手段が降下して天面検知センサが容器の天面を検知し、検知した容器の天面の検知信号を制御手段に発する。 この検知信号を受けた制御手段は、容器の高さ及び入味線高さを演算する。 そして、挿入部が下降して容器内に挿入され、挿入部が容器の底面から所定の間隔を置いて停止位置に到達したときに、挿入部の下降を停止する。

挿入部の下降が停止した後、注入手段による液体の注入を開始する。 この注入時において、始めは液体の注入を迅速に行うために径の大きい給水管を用いて容器内に液体を迅速に注入する。 このとき、液体の温度を温度計が検知し、検知した液体の温度信号を制御手段に発する。 注入手段によって容器内に注入された液体の液面を液面検知センサが検知すると、挿入部は注入手段と液面との間に所定の間隔を保持しつつ徐々に上昇する。 そして、容器内の液体の液面高さが容器の入味線に近づくと、注入量を精密にするために径の小さい給水管を用いて液体を注入する。 その後、所定重量よりも少し多い量の液体を注入した後、液体の注入を停止し、この後、吸水部が過剰な液体を液面と容器の入味線とが面一になるように吸水する。 この吸水により液体の液面と容器の入味線とが面一になったとき、吸水部による吸水を停止して容器の入味線までの液体の注入が終わる。

容器の入味線までの液体の注入が終わると、計量台が入味線容量時の容器の総重量を計測し、測定した容器の総重量の測定信号を制御部に発する。 制御手段は、容器の総重量から容器の風袋重量を減算することにより、容器に注入された液体の重量を算出し、この液体の重量を温度検知センサからの検知信号により演算した液体の密度で除算することによって入味線容量を算出する。

入味線容量を算出後、挿入部が再び下降し、液面検知センサが容器内の液面を検知すると、挿入部の下降が停止する。 挿入部の下降が停止した後、注入手段による液体の注入を開始するとともに、挿入部は注入手段と液面との間隔を保持しつつ徐々に上昇する。 そして、容器内の液体の液面が容器の天面を少し超えたとき、注入手段による液体の注入が停止し、この後、吸水部が容器の天面から表面張力により盛り上がっている過剰な液体を液面と容器の天面が面一になるように吸水する。 この吸水により液体の液面と容器の入味線とが面一になったとき、吸水部による吸水を停止して容器の天面までの液体の注入が終わる。

その後、挿入部が再び上昇し、挿入部を容器の液体から引き抜く。 この状態で、計量台は、天面まで液体が注入された容器の総重量を測定し、測定した容器の総重量の測定信号を制御手段に発する。

制御手段は、満注時における容器の総重量から容器の風袋重量を減算して容器に注入された液体の重量を算出し、算出した液体の重量を液体の密度で除算することによって注入された液体の満注容量を算出する。 この液体の満注容量から入味線容量を減算して、入味線から天面までの容器の空間空隙容量を算出する。 これによって、入味線容量に液体を注入した後の容器の空隙容量を自動測定することができる。

満注容量の測定が終了すると、排出手段が測定の終わった容器を把持しつつ容器の開口を下に向けるように反転し、測定の終わった容器の液体を排水する。

特開２００２―２０２１７３号公報

ところで、従来の自動容量測定装置においては、容器を計量台に直接に載置した状態で容器の風袋重量、入味線容量及び満注容量の重量測定を行うとともに、容器の天面及び液体の液面高さの検知も行うものであった。 しかし、計量台上では容器の水平度が保証できないため、容器の天面を正確に検知することができない場合があるとともに、容器と液体の重量により計量台に沈み込みが生じるため、容器の液面高さを正確に検知することができない場合がある。 これによって、容器の天面及び液体の液面高さの検知精度が十分に得られなくなり、容器の自動容量測定装置として信頼性を有する測定結果を得ることができなかった。

本発明は、前述したような従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、容器と液体の重量による計量台への沈み込みを防止するとともに、容器の水平度を確保して信頼性を有する測定結果を得ることが可能な容器の自動容量測定装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、容器の重量を測定する計量台と、容器内に液体を注入する注入手段と、容器内に注入された液体の液面高さを検知する液面検知センサと、容器内に注入する液体の温度を検知する温度検知センサと、容器の天面を検知する天面検知センサと、注入手段の駆動を制御し、かつ、液面検知センサ、温度検知センサ、天面検知センサからの検知信号及び計量台からの測定信号により容器の入味線容量、満注容量、空隙容量又は入味線高さを演算する制御手段とを備える容器の自動容量測定装置において、 容器を載置可能な容器トレーと、該容器トレーを計量台に載置した位置と計量台から離間させた位置との間で上下移動させる容器トレー上下機構とを備え、容器トレー上下機構は、計量台の下方に設けられる昇降シリンダと、該昇降シリンダにより昇降する昇降ロッドとを備え、昇降シリンダの下端部及び昇降ロッドの下端には、水平維持板が水平状態にて連結され、昇降ロッドの上端には、容器トレーを計量台に載置した位置では容器トレーから離間し、容器トレーを計量台から離間させた位置では容器トレーを水平に浮上支持する容器トレー支持部材が設けられていることを特徴とする容器の自動容量測定装置である。

上記のように構成された本発明の容器の自動容量測定装置によれば、容器の天面及び液体の液面高さの検知時に容器を載置する容器トレーと計量台とを離間させて計量台の上方で容器トレーを浮上支持するため、容器の水平度が容器トレーにより確保されるとともに、容器や液体の重量による沈み込みが生じることがなく、容器の天面及び液体の液面高さを正確に検知することができる。

また、本発明は、所定の間隔を設けて平行に対向する一対の天面検知センサを有し、この一対の天面検知センサは、容器を載置する容器トレーに対する水平度が調整可能に構成されていることを特徴とする容器の自動容量測定装置である。

好ましくは、一対の天面検知センサを所定の間隔を設けて水平に対向して取り付けたセンサ取付治具を有し、このセンサ取付治具を支持体に枢軸を介して垂直方向に揺動可能に軸支するとともに、支持体の枢軸を挟んで対向する位置にスピンドルの先端がセンサ取付治具に当接するマイクロメータヘッドを垂直方向に平行に設け、このマイクロメータヘッドのスピンドルの突出量を調整することにより、天面検知センサの容器トレーに対する水平度の調整を行うようにしたことを特徴とする。

上記のように構成された本発明の容器の自動容量測定装置によれば、天面検知センサの容器トレーに対する水平度を調整することができるため、天面検知センサの容器トレーに対する水平度を維持させることが可能になり、容器の天面をより一層正確に検知して容器の高さ検出精度を更に向上させることができる。

また、本発明は、容器トレーがジュラルミンにより製造されていることを特徴とする容器の自動容量測定装置である。

上記のように構成された本発明の容器の自動容量測定装置によれば、容器トレーの耐摩耗性及び耐久性を確保して容器の天面及び液体の液面高さの検知精度を維持することできる。

本発明によれば、容器の天面及び液体の液面高さの検知時に容器を載置する容器トレーと容器トレーとを離間させて計量台の上方で容器トレーを浮上支持するため、容器の水平度が容器トレーにより確保されるとともに、容器や液体の重量による沈み込みが生じることがなく、容器の天面及び液体の液面高さを正確に検知することが可能になる。 これによって、容器の天面並びに液面高さの検出精度が向上し、信頼性を有する測定結果を得ることが可能な容器の自動容量測定装置を提供できる。

また、本発明によれば、容器トレーに載置した容器の天面を検知する天面検知センサの容器トレーに対する水平度を調整することができるため、天面検知センサの容器トレーに対する水平度を維持することができ、容器の天面をより一層正確に検知して容器の高さ検出精度を更に向上させることができる。

以下、添付図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明の自動容量測定装置の測定部を示す正面図、図２は図１の側面図である。

図１乃至図２において、１は図示しない機体フレームに取付固定された矩形板状のベース板、２はベース板１上に装着された公知の電子天秤で、図示しない秤量機構等を収容し、前部側に計量表示及び操作のためのパネル部３ａを一体に設けたボックス形状のハウジング３と、ハウジング３の上面に緩衝支持機構（図示せず）を介して設けた計量台４とを有している。

５は測定対象であるガラスびん、ペットボトル等の容器Ｐを載置可能な容器トレーで、電子天秤２の計量台４に対して昇降可能に設置され、容器トレー上下機構６により電子天秤２の計量台４に電子天秤２が測定可能な状態で載置される位置と、電子天秤２の計量台４から離間してベース板１に対して水平に浮上支持される位置との間で上下移動するようになっている。 容器トレー５は、本実施の形態では、ジュラルミンにより製造されている。 ジュラルミンは、アルミに比べ軽量でしかも耐摩耗性及び耐久性に優れるという利点がある。

容器トレー上下機構６は、ベース板１の下面に下向きに装着された昇降シリンダ７と、電子天秤２のハウジング３の両側前後に対向状に配置され、昇降シリンダ７により一定のストロークで昇降可能な４本の昇降ロッド８，８…とを有している。

昇降シリンダ７のピストンロッド端部にはジョイント９を介して矩形板状の水平維持板１０が水平状態に連結され、昇降シリンダ７により水平維持板１０が水平状態で昇降するようになっている。 昇降ロッド８，８…は、ベース板１に装着された各々のスライドガイド１１，１１…にそれぞれスライド可能に嵌挿されるとともに、下端が水平維持板１０の各々の角部にそれぞれ連結され、昇降シリンダ７により水平維持板１０がベース板１に対して水平状態で昇降すると、それに伴いスライドガイド１１，１１…に沿ってそれぞれ昇降する。

昇降ロッド８，８…の上端には容器トレー支持部材１２，１２…がそれぞれ装着され、ロッド８，８…が上昇したときには、容器トレー支持部材１２，１２…が電子天秤２の計量台４の上面よりも上方の領域に到達し、容器トレー５は容器トレー支持部材１２，１２…により電子天秤２の計量台４から離間した位置にベース板１に対して水平に浮上支持され、逆に、ロッド８，８…が下降したときには、容器トレー支持部材１２，１２…が電子天秤２の計量台４の上面よりも下方の領域に到達し、容器トレー５は電子天秤２の計量台４に当接して載置されるとともに電子天秤２が測定可能な状態まで容器トレー支持部材１２，１２…から離間される。 尚、電子天秤２の計量台４から離間した容器トレー５について、必ずしもベース板１に対して水平を取る必要がなく、各昇降ロッド８，８…の長さや容器トレー支持部材１２，１２…の位置を微調整して容器トレー５自体の水平を取ることも可能である。

１３は電子天秤２及び容器トレー５の上方で図示しない駆動手段により昇降可能な天面検知ユニットで、図５乃至図７に示すように、昇降可能なスライダ１４の下端部に装着された支持ブロック１５に枢軸１６を介して垂直方向に揺動可能に軸支されたセンサ取付治具１７と、センサ取付治具１７に所定の間隔を設けて水平に対向して取り付けられた容器Ｐの天面を検知するための左右一対の天面検知センサ１８，１８と、支持ブロック１５の枢軸１６を挟んで対向する位置にブラケット１９を介して垂直方向に平行に取り付けられた天面検知センサ１８，１８の容器トレー５に対する水平度の微調整を行うための左右一対のマイクロメータヘッド２０，２０を有している。

センサ取付治具１７は、横フレーム１７ａ'の左右端に左右フレーム１７ａ”，１７ａ”をそれぞれ一体的に接続して上面視前方を開放したコ字状に形成された第１フレーム１７ａと、第１フレーム１７ａの左右フレーム１７ａ”，１７ａ”の先端部にそれぞれ下向きに取り付けられた一対の第２フレーム１７ｂ，１７ｂとからなり、第１フレーム１７ａの横フレーム１７ａ'を支持ブロック１５に垂直方向に揺動可能に軸支するとともに、第２フレーム１７ｂ，１７ｂの両下端部にそれぞれ天面検知センサ１８，１８を所定の間隔を設けて水平に対向して取り付けている。

天面検知センサ１８，１８は、本実施の形態では、光透過型のセンサであり、天面検知ユニット１４が下がって容器Ｐの天面でレーザ光が遮断されることにより、容器Ｐの天面を検知するようになっている。

マイクロメータヘッド２０，２０は、つまみ２０ａ，２０ａを回すと、スピンドル２０ｂ，２０ｂが出入り可能に構成されている。 マイクロメータヘッド２０，２０のスピンドル２０ｂ，２０ｂの先端部はセンサ取付治具１７の第１フレーム１７ａに当接又は固定されており、つまみ２０ａ，２０ａを回してスピンドル２０ｂ，２０ｂの突出量を調整することにより、センサ取付治具１７を支持ブロック１５に対して揺動させ、それによって天面検知センサ１８，１８を変位させて容器トレー５に対する水平度を微調整することが可能である。

次に、上述した構成に基づき本実施形態の動作を説明する。

まず、容器トレー５を容器トレー上下機構６により下降して電子天秤２の計量台４に当接して載置する。 次に、容器トレー５を電子天秤２の計量台４に載置した状態で、容器トレー５上に容器Ｐを載置し、容器Ｐの風袋重量を電子天秤２により測定する。

容器Ｐの風袋重量の測定が終わると、容器トレー５を容器トレー上下機構６により上昇して電子天秤２の計量台４から離間した位置に水平に浮上支持する。 その後、天面検知ユニット１３を降下して天面検知センサ１８，１９により容器Ｐの天面を検知し、この検知信号で容器Ｐの高さ及び入味線高さを演算する。

容器Ｐの天面の検知が終わると、容器Ｐの入味線まで液体を注入する。 容器Ｐの入味線まで液体を注入すると、再び容器トレー５を容器トレー上昇機構６により下降して電子天秤２の計量台４に載置する。 その後、容器トレー５を電子天秤２の計量台４に載置した状態で、電子天秤２により入味線まで液体が注入された容器Ｐの総重量を測定し、この容器Ｐの総重量から風袋重量を減算して、温度センサ（図示せず）により演算した液体の密度を基に容器Ｐに注入された液体の入味線容量を演算する。

容器Ｐの入味線容量の測定が終わると、容器トレー５を再び容器トレー上下機構６により上昇して電子天秤２の計量台４から離間した位置にベース板１に対して水平に浮上支持する。 次に、容器トレー５を電子天秤２の計量台４から離間した位置に水平に浮上支持した状態で、容器Ｐの天面まで液体を注入する。

容器Ｐの天面まで液体を注入すると、再び容器トレー５を容器トレー上昇機構６により下降して電子天秤２の計量台４に当接して載置する。 その後、容器トレー５を電子天秤２の計量台４に載置した状態で、電子天秤２により天面まで液体が注入された容器Ｐの総重量を測定し、この容器Ｐの総重量から風袋重量を減算して、温度センサにより演算した液体の密度を基に容器Ｐに注入された液体の満注容量を演算するとともに、この満注容量から入味線容量を減算することにより、入味線から天面までの容器Ｐの空隙容量を演算する。 これによって、入味線に液体を注入した後の容器Ｐの空隙容量を測定する。

容器Ｐの満注容量の測定が終わると、図示しない排出手段により測定の終わった容器Ｐの液体を排水するとともに、排水の終わった容器Ｐを装置外に排出する。 以後は前記動作を繰り返して容器Ｐの入味線容量、満注容量、空隙容量の測定を連続して行う。

以上は容器Ｐの入味線容量、満注容量、空隙容量を測定する場合について説明したが、次に容器Ｐに規定容量（入味線容量）の液体を注入してその入味線高さを測定する場合について説明する。

まず、容器Ｐを容器トレー５に載置した後、容器トレー５を容器トレー上下機構６により上昇して電子天秤２の計量台４から離間した位置に水平に浮上支持する。 その後、容器トレー５を電子天秤２の計量台４から離間した位置に水平に浮上支持した状態で、天面検知ユニット１３を降下して天面検知センサ１８，１９で容器Ｐの天面を検知し、この検知信号で容器Ｐの高さを演算する。

容器Ｐの天面の検知が終わると、容器トレー５を容器トレー上昇機構６により下降して電子天秤２の計量台４に当接して載置する。 その後、容器トレー５を電子天秤２の計量台４に載置した状態で、容器Ｐの風袋重量を電子天秤２により測定する。

容器Ｐの風袋重量の測定が終わると、容器トレー５を電子天秤２の計量台４に載置した状態で、重量を測定しながら容器Ｐに液体を規定容量の例えば９７％の液体を大量注入する。 注入される液体の容量は重量により管理され、温度検知センサにより算出した液体の密度を基に規定容量を規定重量に換算して、注入される液体の重量が規定重量の９７％になったときに大量注入を止める。

次に、容器Ｐに規定容量の残り３％の液体を微小注入し、容器Ｐ内に規定容量の液体を注入する。 容器Ｐ内に規定容量の液体を注入すると、再び容器トレー５を容器トレー上下機構６により上昇して電子天秤２の計量台４から離間した位置に水平に浮上支持する。 その後、容器トレー５を電子天秤２の計量台４から離間した位置に水平に浮上支持した状態で、容器Ｐ内の液体の液面高さを液面検知センサにより検知することによって入味線高さを測定する。

容器Ｐの入味線高さの測定が終わると、図示しない排出手段により測定の終わった容器Ｐの液体を排水するとともに、排水の終わった容器Ｐを装置外に排出する。 以後は前記動作を繰り返して容器Ｐの入味線高さの測定を連続して行う。

本実施の形態によれば、容器Ｐを載置する容器トレー５が電子天秤２の計量台４に対して昇降可能に設けられ、容器Ｐの天面及び液体の液面高さを検知するときには容器トレー５を上昇させて電子天秤２の計量台４から離間した位置にベース板１に対して水平に浮上支持することにより、容器Ｐの水平度が容器トレー５により確保されるとともに、容器Ｐや液体の重量による沈み込みが生じないため、容器Ｐの天面及び液体の液面高さを正確に検知することができる。 これによって、容器Ｐの天面並びに液面高さの検出精度が向上し、信頼性を有する測定結果を得ることが可能な容器の自動容量測定装置を提供できる。

また、本実施の形態によれば、天面検知ユニット１３にマイクロメータヘッド２０，２０が設けられ、マイクロメータヘッド２０，２０を用いて天面検知センサ１８，１８の容器トレー５に対する水平度を微調整することができるため、容器トレー５に載置した容器Ｐの天面を更に高い精度で検知することが可能になる。

また、本実施の形態によれば、容器トレー５をジュラルミンにより製造しているため、容器トレー５の耐摩耗性及び耐久性が確保されて容器Ｐの天面及び液体の液面高さの検知精度を維持することが可能になる。

尚、本実施の形態では、天面検知ユニット１３の天面検知センサ１８，１８の水平度を微調整するためにマイクロメータヘッド２０，２０を使用しているが、このマイクロメータヘッド２０，２０に替えて例えば螺子部材を使用しても良い。 即ち、螺子部材を回すことにより、センサ取付治具１７を揺動させて天面検知センサ１８，１８を変位させるようにしても良い。 但し、この場合、マイクロメータヘッド２０，２０を使用する場合に比べて正確度が低く、また、操作し難いという問題がある。

本発明の容器の自動容量測定装置の測定部を示す正面図である。

本発明の容器の自動容量測定装置の測定部を示す側面図である。

電子天秤及び容器トレーの詳細正面図である。

電子天秤及び容器トレーの詳細側面図である。

天面検知ユニットの詳細正面図である。

天面検知ユニットの詳細側面図である。

天面検知ユニットの詳細平面図である。

符号の説明

Ｐ 容器１ ベース板２ 電子天秤４ 計量台５ 容器トレー６ 容器トレー上下機構１３ 天面検知ユニット１７ センサ取付治具１８ 天面検知センサ２０ マイクロメータヘッド