JP2006248547A - 回転式充填装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 円板9の外周に複数の充填バルブ5を支持し、円板9がほぼ1回転する間に充填バルブ5のノズル32に開口部10bをあてがった容器10内へノズル32から液体Lを注入する。充填バルブ5を傾斜させて支持することにより、ノズル32から下方に吐出される液体Lの吐出方向を、鉛直に支持した容器10に対して円板9の回転中心側へ傾斜させる。これにより、充填バルブ5のノズル32から吐出させた液体Lを、容器10の底部におけるほぼ中心に落下させ、容器10の底面に沿って外周側へ均一に分散させる。
【選択図】図4
Description
ところで、充填バルブから容器内に充填する液体が、容器底部における周面との隅にぶつかると、充填される液体が舞い上がり、その乱流エネルギーによって空気の巻き込みが生じ気泡量が増大してしまう。
このため、充填バルブにスプレッダと呼ばれる拡水部を取り付け、充填液を容器内壁に沿うように拡げながら充填し、容器内壁を沿うことで容器底への衝突エネルギーを下げたり、容器底付近まで充填ノズルを挿入し、ノズル先端から容器底までの落下距離を短くして衝突エネルギーを下げたり、液体の充填時に容器を大きく傾けることにより、容器の内面に沿って液体を流して流体速度を減速させ、容器の底部における衝突エネルギーを下げて乱流エネルギーを下げたり、何れも充填時の容器底での液体の巻き上がりを抑え気泡混入を少なくする手法の技術が開発されている(例えば、特許文献1参照)。
また、近年では、容器底部の形状として、中心部分が突出したような複雑なものが多く、このため、容器の内面に沿わせて液体を充填しても、容器の底部に形成された中心の凸部によって液体が舞い上がり、結果的に空気の巻き込みによる泡立ちが生じて気泡量の増大を招いてしまう。
容器の底部は、ガラス壜やアルミ缶ではほぼ凸状の半球形状で、PETボトルでは放射状に容器底部の中心点に対して点対称な形状をしており、他のどの容器においても容器の底部中央から点対称な形状をしており、角型容器や多角形容器で点対称性が取れていなくとも飲料充填時の衝突状況が最も安定しているのが容器の底部中央になる。
このように、容器の底部におけるほぼ中心に液体を落下させるので、例え容器底部の中心に凸部があっても、容器底部に落下した液体が、容器の底部中心から底面に沿って周囲に均等に分散し、容器内に安定して充填される。これにより、容器内における液体の舞い上がりによる泡立ちを抑えて気泡量の増大を抑えることができる。また容器の成形バラツキによる影響や容器の充填ノズル下での姿勢の影響も受け難くなる。
一般に、回転式充填装置においては、生産効率を上げるために高速で円筒ドラム状の充填機を回転させており、上記の問題は非常に顕著なものとなる。
このためには、充填バルブ全体を傾斜しても良い。充填バルブの全体を傾斜させることにより、液体の吐出方向を容易に傾斜させることができる。
また、液体のノズルからの吐出速度の影響も受けるため、さらには、液体のノズルからの吐出速度に応じ、ノズルからの液体の吐出方向と容器との傾斜角度θを基準とし、調整するのが好ましい。
これにより、ノズルから吐出される液体を、容器の底部における中心へ確実に導くことができる。
(第1実施形態)
まず、第1実施形態に係る回転式充填装置について説明する。
図1は、本発明の回転式充填装置を説明する斜視図、図2は、回転式充填装置を説明する概略平面図、図3は、第1実施形態に係る回転式充填装置の充填バルブの断面図、図4は、容器への充填状態を説明する充填バルブの断面図である。
図1に示すように、回転式充填装置1は、下部機械部2と、この下部機械部2の上部に設けられた上部機械部3とを備えている。
図3は、第1実施形態に係る回転式充填装置1の充填バルブ5の断面図、図4は、容器10への充填状態を説明する充填バルブ5の断面図である。
ここでは、充填バルブ5として、いわゆる炭酸飲料を容器10へ充填する炭酸飲料用充填バルブを例にとり、また、図3に示すように、充填バルブ5によって液体が充填される容器10として、その底部の中心に、上方へ突出する凸部10aが形成されたPETボトルを例にとって説明する。
そして、容器10の上端近傍を把持部51aによって把持した容器ホルダ51が上昇すると、容器10の上部の開口部10bがシール部材52に当接されて密着される。
このガス通路56は、充填バルブ5を円板9に支持するブラケット21に形成されたガス通路57に連通されており、このガス通路57に設けられた図示しない切換弁を介して液体貯槽4の気層部あるいは大気のいずれかに連通している。
この傾斜角度θは、次式(1)にて表される。
tanθ=mrω2/mg
=rω2/gが導かれ、
θ=tan-1(rω2/g)…(2)が求められる。
また、ω=υ/rより、上式(2)は、
θ=tan-1[υ2/(rg)]…(3)とされる。
υ=(2πr/n)・(N/60)=(πrN)/(30・n)…(4)
が導かれ、この式(4)及び式(3)より、上式(1)が導かれる。
搬入コンベア11から入口スターホイール14によって空の容器10が容器台6へ受け渡されると、容器ホルダ51が、その把持部51aによって容器台6の容器10の上端部を把持して上昇する。これにより、容器10の開口部10bが、充填バルブ5のシール部材52に密着され、容器10の内外が遮断密閉される。また、ガス通路57の図示しない切換弁が作動し、ガス通路57、56を通して、液体貯槽4の気層部から、高圧ガスが送り込まれ、容器10内に充填される。
なお、上記の動作は、円板9が所定の角速度ωで回転した状態で行われる。
これにより、この容器10内に充填される液体Lは、鉛直に保持された容器10の底部のほぼ中心に落下する。そして、容器10の底部中心に落下した液体Lは、容器10の底部中心に形成された凸部10aに沿って全周にほぼ均等に分散し、従来より少ない舞い上がり量で容器10内に安定して充填される。
次に、ガス通路57の図示しない切換弁が作動し、容器10の上端部に残ったガスが、ガス通路56、57を経て外部に排出され、容器10内が大気圧とされる。
その後、液体Lが充填された容器10は、出口スターホイール15によって搬出コンベア12へ受け渡されて搬出される。
また、充填バルブ5の支持角度を調節可能な機構を設けても良い。そして、このような機構を設けることにより、容器10の長さ、液体Lの充填速度、あるいは円板9の回転速度等の条件の変化に応じて充填バルブ5の角度を極めて容易に調節して、充填する液体Lを容器10の底部における中心に合わせることができる。
充填バルブ5における充填量制御手段としては、流量計(例えば電磁流量計やコリオリ力式質量流量計、タービン流量計、渦流量計等)を用いることができる。流量計以外に、ロードセルを用いた重力計測式でも、事前に空間容積で定まった量を充填する容積式等、容量計測式(Volumetric Filling)や圧力バランス式等、充填量制御手段は関係無く適用可能である。
また容器口は充填ノズル5に接していなくても問題ない。
次に、第2実施形態に係る回転式充填装置1について説明する。
なお、上記第1実施形態と同一構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
図5は、第2実施形態に係る回転式充填装置1の充填バルブ60の断面図である。
なお、この傾斜角度θも、上記第1実施形態における傾斜角度θと同様に、前記の式(1)にて表される。
これにより、鉛直に支持された容器10内に充填される液体Lは、容器10の底部における中心に落下する。そして、容器10の底部中心に落下した液体Lは、容器10の底部中心に形成された凸部10aに沿って周囲に均等に分散し、容器10内に安定して充填される。
次に、第3実施形態に係る回転式充填装置1について説明する。
なお、上記第1実施形態と同一構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
図6は、第3実施形態に係る回転式充填装置1の充填バルブ70の断面図である。
なお、この傾斜角度θも、上記第1実施形態における傾斜角度θと同様に、前記式(1)にて表される。
したがって、この容器10内に充填される液体Lは、容器10の底部における中心に落下する。そして、容器10の底部中心に落下した液体Lは、容器10の底部中心に形成された凸部10aに沿って周囲に均等に分散し、容器10内に安定して充填される。
まず、第4実施形態に係る回転式充填装置1について説明する。なお、上記第1実施形態と同一構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
図7は、第4実施形態に係る回転式充填装置1の容器10への充填状態を説明する充填バルブ80の断面図である。
ここでは、充填バルブ80として、いわゆる無炭酸飲料を容器10へ充填する無炭酸飲料用充填バルブを例にとり、また、図7に示すように、充填バルブ80によって液体Lが充填される容器10として、その底部の中心に、上方へ突出する凸部10aが形成されたPETボトルを例にとって説明する。
充填バルブ80の下方には、容器ホルダ51が設けられている。この容器ホルダ51は、容器10の上端近傍を把持する把持部51aを有しており、この把持部51aによって容器10の上端近傍を把持して容器10を鉛直方向に支持した状態にある。
スクリーンメッシュ81としては、例えばステンレス製で、厚さ1mmの円板にφ1.0mmの円形の孔が開口率60%の割合で入れたものを採用することができるが、この孔の大きさはこれ以上の大きさでも小さくても良く、円形の孔でなく格子金網状のものでも良い。
この直管状のノズル32は、鉛直方向に対し、前述の式(1)の傾斜角度θを持って取り付けられており、ノズル32の先端は傾斜角度θ分斜めに切断されており、これによりノズル32の先端端面は地上に対して水平とされている。これにより、液弁35を閉じて液体Lの吐出を停止させた状態では、液弁35とノズル32の先端部との間に残った液体Lを、ノズル32の先端端面で、液体Lを表面張力によって保持できるようになっている。
表面張力による液体保持はノズル32の先端端面が水平であれば生じるので、スクリーンメッシュ81がなくても良いが、スクリーンメッシュ81を備えた方がより確実に液体保持が行える。またスクリーンメッシュ81を備えることで、万が一、液体Lに混入して異物が流れてきても、スクリーンメッシュ81の孔以上の大きさであればこの異物を捕集できる。
Claims (8)
- 円板の外周に複数の充填バルブを備え、前記円板の回転中に、前記充填バルブのノズルに開口部があてがわれた容器内へ前記ノズルから液体を注入する回転式充填装置であって、
前記充填バルブの前記ノズルから吐出された液体が、前記容器の底部におけるほぼ中心に落下されることを特徴とする回転式充填装置。 - 前記充填バルブは、前記ノズルから下方に吐出される液体の吐出方向が、鉛直に支持された前記容器に対して前記円板の回転中心側へ傾斜するよう設けられていることを特徴とする請求項1に記載の回転式充填装置。
- 前記充填バルブ全体が傾斜されていることを特徴とする請求項2に記載の回転式充填装置。
- 前記充填バルブの先端部分が傾斜されていることを特徴とする請求項2に記載の回転式充填装置。
- 前記容器を支持する容器ホルダを備え、該容器ホルダは、前記ノズルから鉛直下方へ吐出される液体の吐出方向に対して下方へ向かって前記円板の外周側に傾斜するよう前記容器を支持することを特徴とする請求項1に記載の回転式充填装置。
- 前記ノズルの先端面は、水平に形成されていることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の回転式充填装置。
- 前記ノズルの先端に、多数の開口が形成されたメッシュ部材が取り付けられていることを特徴とする請求項6に記載の回転式充填装置。
- 前記ノズルからの液体の吐出方向と前記容器との傾斜角度θは、前記円板の回転による前記充填バルブの移動軌跡の半径をr、前記充填バルブの本数をn、重力加速度をg、毎分液体を充填できる容器本数をNとすると、θ=tan-1(π2N2r/900n2g)であることを特徴とする請求項2〜7のいずれか1項に記載の回転式充填装置。
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