JP2010001076A - オープンジェット充填システム - Google Patents

Abstract

【課題】容器に無接触式に充填するために使用されるオープンジェット充填システムを提供する。
【解決手段】オープンジェット充填システムには充填レベルプローブ８が設けられている。容器中の同じ充填高さを常に得るためと、同時に、衛生的な充填を達成するため、中心合わせユニット７がオープンジェット充填要素２の下に配置されており、このユニットは、容器口部９の上に動かすことができるように垂直方向に可動な様式において配置されている。中心合わせユニットには充填レベルプローブが配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分によるオープンジェット充填システム（open-jet filling system）と、オープンジェット充填システムによって容器に充填する方法と、容器に充填するために使用される充填機であって、複数の循環するオープンジェット充填システムを備えている充填機と、に関する。

オープンジェット充填システムおよび関連する方法は、従来技術から公知である。具体的には、特許文献１には、オープンジェット充填システムがすでに開示されており、このシステムの場合、充填工程時に充填要素（filling element）と容器の開口とが隔てられており、したがって、充填要素と容器との間に接触が存在しない。このことは、衛生的および微生物学的な観点から有利である。オープンジェット充填要素には充填レベルプローブが設けられており、このプローブは、プローブアクチュエータによって容器内に導入されるようにされている。瓶の口部に正確に挿入する目的で、プローブは、角度の付いた構成要素として実施されている。開示されている実施形態においては、テレフタル酸ポリエチレン（ＰＥＴ）から成るプラスチック容器を扱ううえでは問題がなく、なぜなら、これらの容器は、容器口部の寸法が正確であり、ネックハンドリングクランプ（neck-handling clamp）によって充填要素の下に容器を正確に中心合わせできるためである。

これらの公知のオープンジェット充填システムに関連して生じる問題は、上記の種類以外の容器をオープンジェット充填要素に対して十分に正確かつ容易に中心合わせできないことである。この問題は、特に、ポリエチレン（ＰＥ）から成るプラスチック容器に関連し、このようなプラスチック容器は、採用される製造工程の結果として、３つの寸法が大きく変動する。これらの容器が、いわゆる底部ハンドリングモード（base handling mode）において充填機の中を搬送されるとき、容器は、下から搬送テーブルによって支持され、側面からフォーマット部（format parts）によって半径方向に支持される。水平方向（充填機の回転の軸線に対して半径方向である）に発生するずれによって、充填要素の垂直軸線と、容器口部の中心を通る垂直軸線との間にずれが生じうる。この影響として、製品のジェットが瓶の口部に正確に向けられず、これに起因して、充填される瓶および周囲の機械部品における衛生上の危険性が生じる。その一方で、挿入可能なプローブが瓶の口部に正確に挿入されず、これによって損傷することがあり、その場合、充填レベルを正確に測定することがもはや不可能になる。

通常、この問題は中心合わせ手段によって解決され、その場合、充填工程の前に、環状構成要素（充填要素と軸線を共有するように充填要素の下に配置されている）を瓶の口部にあてがい、これによって、瓶の口部が充填要素の下に正確に中心合わせされる。

発生する別の問題として、底部ハンドリングを使用するとき、瓶の高さの変動に起因して、瓶の口部から測ったときの一定の充填レベルを達成することが不可能であることである。たとえネックハンドリングを使用する場合にも、口の高さ（キャリアリングから瓶の口部まで測定される）の変動に起因して、得られる充填レベルが異なることがあり、なぜなら、口の高さの変動は、可動プローブのプローブアクチュエータによって認識できないためである。その結果として、公知のシステムでは、寸法的に正確ではない容器の１つのみの充填レベルとして、容器口部からではなく、例えば、充填要素の下縁部からプローブ先端まで測定される充填レベルを調整する。

欧州特許公開第１５７１１１９号明細書

この従来技術から開始して、本発明の目的は、オープンジェット充填システムと、容器に充填する対応する方法と、対応する充填機とであって、衛生的および微生物学的な観点から完璧な充填を可能にし、同時に、充填レベルを容易かつ高い信頼性において測定することと、容器口部から測ったときの一定の充填レベルを達成することとを可能にする、オープンジェット充填システムと、対応する方法と、対応する充填機とを提供することである。

本発明によると、この目的は、請求項１、請求項９、および請求項１３の特徴によって達成される。

本発明によると、オープンジェット充填システムには、オープンジェットバルブまたはオープンジェットノズルを含んでいるオープンジェット充填要素に加えて、中心合わせユニットが設けられている。この中心合わせユニットは、個別の構成要素として実施されており、自身を容器口部の上に動かすことができるように垂直方向に可動な状態において、オープンジェット充填要素の下に配置されている。結果として、中心合わせユニットは、容器口部に載っているとき、容器を中心合わせして、容器とオープンジェット充填要素とが正確に位置合わせされた状態にして容器を保持することができる。中心合わせユニットは個別の構成要素であり、充填工程時にオープンジェット充填要素の下に配置されており、オープンジェット充填要素とは隔てられた関係にあるため、オープンジェット充填要素と容器との間の接触が存在せず、したがって、微生物汚染あるいは細菌汚染を排除することができる。中心合わせユニットに充填レベルプローブが配置されているため、容器または瓶の中の均一な未充填空間を形成できるように、充填工程において各瓶に中心合わせユニットをあてがうことによって、瓶の高さの許容誤差を補正することができる。このようにして、容器口部から見た一定の充填レベルを達成することができる。句「容器口部の上に」は、中心合わせユニットが容器口部（例えば、瓶の首部）に直接的に載ること、あるいは、首部が存在しない場合、容器の開口の周囲部分に載ることと解釈されるものとする。

中心合わせユニットは、開口が設けられており、この開口を通じてオープンジェットによって容器に充填できるように実施されている。したがって、中心合わせユニットは、構造的に極めて単純な設計とすることができ、液体ライン、ノズル、バルブなどを必要としない。

中心合わせユニットは、オープンジェットが中心合わせユニットを通じて容器口部に正確に向けられることが保証されるように、オープンジェット充填要素と軸方向に位置が合った状態にある。

有利な実施形態によると、オープンジェット充填システムは、中心合わせユニットを好ましくはカム制御器によって容器口部の上に動かすことができるてこ装置を備えている。したがって、てこ装置は、中心合わせユニットを垂直方向に特定の位置まで動かす。垂直方向におけるてこ装置の動きは、オープンジェット充填システムが動いておりかつ容器がオープンジェット充填システムに同期して動いているとき、垂直方向における中心合わせユニットの位置が、水平方向に動いているオープンジェット充填システムの位置に依存するように、例えば、カムによって制御することができる。オープンジェット充填要素は、垂直方向には静止したままであることが好ましい。

好ましい実施形態によると、中心合わせユニットは、容器口部を中に受け入れるために外側下方に斜めの角度に広がっている収容部分を備えている中心合わせ鐘形要素（centering bell）として実施されている。そのような中心合わせユニットは、容器開口に容易かつ高い信頼性で取り付けることができ、容器開口を効果的に中心合わせして保持することができる。

オープンジェット充填要素に、てこ装置のためのガイド手段が設けられているならば、有利である。この配置構成によって、充填工程時に、中心合わせユニットとオープンジェット充填要素とを、互いに軸の位置が正確に合致した状態に保持することができる。

有利な実施形態によると、オープンジェット充填要素には、ライン、具体的には、ＣＩＰ洗浄液のためのラインが設けられている。したがって、このラインは、洗浄を目的として、充填要素および中心合わせユニットの内部に液体を導くためと、充填要素および中心合わせユニットから液体を排出するためとに使用することができる。

洗浄を目的として、充填要素には、洗浄閉鎖要素、具体的には、中心合わせユニットの開口が底部において閉じるように中心合わせユニットの下端部に取り付けることができる洗浄キャップ、がさらに設けられている。したがって、中心合わせユニットおよびオープンジェット充填要素を、洗浄液が下方に漏れることなく内側から効果的に洗浄することができる。

本発明によるオープンジェット充填システムによって容器に充填するための方法によると、容器を、オープンジェット充填要素の下の位置に動かす。容器は、底部ハンドリングによって、何らの持ち上げ動作を必要とすることなく、オープンジェット充填要素の下の位置まで容易に動かすことができる。次いで、中心合わせユニットを、中心合わせユニットが容器口部に載るように、上から容器口部の上に動かす。したがって、容器を、オープンジェット充填システムと正確に位置合わせされた状態にし、その状態を保持することができる。容器には、オープンジェット充填要素によって、中心合わせユニットを通じてオープンジェット（open jet）により充填することができる。次いで、中心合わせユニットに配置されており容器の中に突き出している充填レベルプローブによって充填レベルを測定することができ、特定の測定充填レベルに達したときに、充填工程を停止させる。前述したように、容器の中に突き出しているプローブの長さが常に同じであるため、充填工程時、容器の高さの許容誤差を補正することができ、したがって、均一な充填レベルを達成することができる。

洗浄を目的として、中心合わせユニットの下側に洗浄閉鎖要素を取り付ける。さらに、オープンジェット充填要素と中心合わせユニットとが密封状態に互いに接触するように、オープンジェット充填要素もしくは中心合わせユニット、またはその両方を、互いの方に動かす。このようにして、オープンジェット充填要素の中と中心合わせユニットの中に、外側から密封されている共通の内側空間が得られる。次いで、この共通の内側空間内でＣＩＰ洗浄を実行することができる。

本発明による方法の場合には、充填される容器を、連続的に充填機に供給することができ、この充填機において、容器を連続的に充填し、連続的に送り出す。

これを目的として、本発明によると、充填機であって、中央の液体タンクを備えた回転システム上に配置されている複数の循環するオープンジェット充填システムを備えている、充填機を提供する。このような充填機を利用することによって、連続的に容器に充填することができ、上述した利点を達成することができる。

以下では、本発明について、図面を参照しながらさらに詳しく説明する。

本発明による、オープンジェット充填システムの概略的な縦断面図を示している。 ＣＩＰ動作時における、本発明によるオープンジェット充填システムの部分断面図を示している。 中心合わせユニットの下からの斜視図である。

図１は、本発明によるオープンジェット充填システム１の実施形態を示している。このオープンジェット充填システムは、容器１０、例えば、瓶、プラスチック容器、缶などに、無接触式に充填するオープンジェット充填要素２を備えている。オープンジェット充填要素２にはハウジング４が設けられており、このハウジング４は、外側に対して密封されており、その内側にはオープンジェットバルブ３が設けられている。オープンジェットバルブ３には、円錐先細状のバルブヘッドと、相補的なバルブシートとが設けられており、この実施形態においてはノズルを画成している。バルブヘッドは、公知の方式において、矢印Ｐによって示した垂直方向に、適切なアクチュエータ３０によって上下に動かすことができる。図１において理解できるように、アクチュエータは、モーター３０ａと、このモーター３０ａに固定されているロッド３０ｂとを備えていることができる。ハウジング２の下部領域には、バルブ３の下に開口２４が設けられており、この開口２４を通じて、オープンジェットとしての液体が容器の方に排出される。容器の中に充填される液体は、供給ライン１４を通じてオープンジェット充填要素２に供給される。この液体は、後から詳しく説明するように、例えば、中央のタンクから供給される。

オープンジェット充填要素には、ライン１９を含んでいる保持アーム１３がさらに設けられており、このライン１９を通じて、例えばＣＩＰ洗浄用の洗浄液を供給することができる。

さらに、オープンジェット充填システム１は、中心合わせユニット７を備えており、このユニットは、個別の構成要素として構成されており、オープンジェット充填要素２の下に配置されている。中心合わせユニット７は、上部において、すなわち、オープンジェット充填要素２の方向に開いている外側ハウジング１７を備えている。この開口は、オープンジェット充填要素２によって排出されるオープンジェットが中心合わせユニット７を通じて流れることができるようにするために設けられている。中心合わせユニット７には、その下部領域に収容部分１２が設けられており、この収容部分１２は、容器口部９に接触するようにされている。本実施形態においては、中心合わせユニット７は、中心合わせ鐘形要素として構成されており、この環状収容部分１２は、容器口部９を中に容易に受け入れて中心合わせすることができるように、外側下方に斜めの角度に広がっている。

中心合わせユニット７には、容器１０の方向に下方に突き出している充填レベルプローブ８がさらに設けられている。充填レベルプローブ８は、例えば、抵抗プローブ、短絡プローブ、容量プローブなどとすることができる。充填レベルプローブは、バルブ３を制御する制御部に接続されている。プローブ８は、（中心軸線Ａから半径方向に見たとき）生成されるオープンジェットの外側に位置する領域に配置されている。充填レベルプローブの測定感知領域２６は、特に図２から明らかであるように、オープンジェットまたは液体のしぶきに起因して生じうる誤った測定結果が防止されるように、外側を向いている。当然ながら、プローブは、何らかの別の種類の構造設計を有することもできる。測定領域は、例えば、電極の先端に限定することができる。特に図１および図３から明らかであるように、中心合わせユニット７は、側面接続部１１をさらに備えており、プローブはこの接続部１１を通じて機械の制御部に接続されている。

中心合わせユニット７は、矢印Ｐによって示したように、容器口部９に載るまで容器口部９の方に動かすことができるように垂直方向に可動であるように配置されている。中心合わせユニット７、すなわちその収容部分１２が、容器１０、具体的には容器口部９に載ることによって、容器１０の中に突き出すプローブ８の長さが常に同じであり、したがって、充填工程時、容器の高さの許容誤差を補正することができ、さらに、容器１０の中の均一な未充填空間を達成することができる。垂直方向における中心合わせユニットの動きは、オープンジェット充填要素の垂直方向の動きとは独立して起こる。

本実施形態においては、中心合わせユニット７の垂直方向の動きは、固定具１８を介して中心合わせユニット７が結合されているてこ装置５によって生じる。しかしながら、中心合わせユニット７が垂直方向に動いている間、オープンジェット充填要素２は静止している。オープンジェット充填要素には、てこ装置５のガイド手段６ａ，６ｂが設けられているのみである。この配置構成の効果として、中心合わせユニット７は、常にオープンジェット充填要素２と軸（中心軸線Ａ）方向に正しく位置が合った状態にある。このガイド手段６ａ，６ｂに代えて、てこ装置５は、二重管によって、すなわち、一方が他方の中に延在しているように配置されている２本の管によって達成することもできる。中心合わせユニット７を上下に動かすため、内側の管が、矢印Ｐの方向に上下に動き、中心合わせユニット７に結合されている。この場合、オープンジェット充填要素２は、垂直方向に静止しているように、動かない外側の管に配置されている。

垂直方向にてこ装置を動かすため、カム制御器が設けられていることが好ましい。これを目的として、適切なガイド手段（図示していない）の中で回転する回し車（running wheel）１５が設けられている。したがって、例えば、容器１０がオープンジェット充填システムに同期して水平方向に動くとき、てこ装置５は、オープンジェット充填システム１の位置に依存してカム制御器によって上下に動き、したがって、常に正しい垂直位置をとることができる。

容器１０を充填するための充填機に、図１に示した複数のオープンジェット充填システム１を提供するならば、有利である。これを目的として、中央の液体タンクを含んでいる回転システム上に、または環状タンク上に、例えば、アーム１３を介して、複数の循環するオープンジェット充填システム１が配置されている。すなわち、充填される容器１０が、例えば、充填機のスターホイールにおいて充填機に入り、容器の上に配置されるオープンジェット充填システムに同期して円に沿ってガイドされる。円の最後においては、容器は公知の方式において充填機を離れる。これにより、連続的な充填工程を実行することができる。オープンジェット充填システムが循環している間、中心合わせユニット７は、前述したように、オープンジェット充填システム１の位置に依存して、カム制御器によって適切な位置まで動く。

以下では、本発明による方法について、図１〜図３を参照しながらさらに詳しく説明する。

最初に、容器１０を、オープンジェット充填要素２の下の位置に動かす。容器１０は、何らの持ち上げ動作を必要とすることなく、搬送ユニットによって直立した状態においてオープンジェット充填要素２の下の位置まで動く。

次いで、中心合わせユニット７が容器口部９に載るように、中心合わせユニット７を、図１に示した位置から、垂直下向きに容器口部９の上に動かす。中心合わせユニット７の動きの制御は、各容器の高さの許容誤差が考慮されるようにと、中心合わせユニット７が、容器口部に載る位置に必ず動くように、設計されている。中心合わせユニット７は、重力のみの影響下で、または必要な場合には圧力ばねを利用して、制御カムに沿って容器口部９の上まで下がる。

中心合わせユニットは、正しく向いた位置に容器１０を保持する。次いで、オープンジェットバルブ３を開くことによって、中心合わせユニット７を通じてオープンジェットによって容器１０に充填することができる。この充填工程の過程において、オープンジェット充填要素２は、容器１０と接触しない。容器に充填している間、オープンジェット充填要素２は、中心合わせユニット７から垂直方向に隔てられている。容器１０における充填レベルは、充填レベルプローブ８の測定感知領域に達するまで上昇する。所定の充填レベルにおいて、オープンジェットバルブ３が閉じる。

充填工程が終了すると、カム制御器を動作させることによって、中心合わせユニット７を上昇させることができ、容器１０をオープンジェット充填システム１の下から動かすことができる。

充填工程は、連続的に実行することができ、このとき、容器１０は、オープンジェット充填システムに同期して回転システム上において円に沿って動く。

オープンジェット充填システムのＣＩＰ洗浄は、特に図２から理解できるように、洗浄閉鎖要素１６（この場合には洗浄キャップ１６）を中心合わせユニット７の下端部に取り付けることによって、または、洗浄閉鎖要素１６を自動的に挿入することによって、達成することができる。洗浄キャップは、例えば、環状溝２７に圧入することができ、これにより、中心合わせユニット７が底部において閉じる。さらには、洗浄を目的として、例えば、オープンジェット充填要素２と中心合わせユニット７とが密封状態に互いに接触するように、中心合わせユニット７をオープンジェット充填要素２まで動かすことができる。これを目的として、図１から理解できるように、オープンジェット充填要素２の下側領域にシール２５が設けられている。これに代えて、またはこれに加えて、中心合わせユニット７の上側領域に、対応するシールを設けることもできる。キャップ１６を、例えば、環状溝２７の中に挿入することができる（図２を参照）。

次いで、ライン１９を通じて洗浄液を供給または排出することができる。

Claims (13)

1. 容器（１０）を無接触式に充填するためのオープンジェット充填要素（２）と、充填レベルプローブ（８）とを備えているオープンジェット充填システム（１）であって、
   センタリングユニット（７）であり、
   自身を容器口部（９）の上に動かすことができるように垂直方向に可動な様式において、前記オープンジェット充填要素（２）の下に配置されており、自身に前記充填レベルプローブ（８）が配置されている、前記センタリングユニット（７）、
   を特徴とする、オープンジェット充填システム（１）。
2. 前記中心合わせユニット（７）に開口が設けられており、前記開口を通じてオープンジェットによって前記容器（１０）に充填できることを特徴とする、請求項１に記載のオープンジェット充填システム（１）。
3. 前記中心合わせユニット（７）が、前記オープンジェット充填要素（２）と軸方向に位置が合った状態にあることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のオープンジェット充填システム（１）。
4. てこ装置（５）が設けられており、前記てこ装置（５）によって、前記中心合わせユニット（７）を好ましくはカム制御器によって前記容器口部（９）の上に動かすことと、前記容器口部（９）から持ち上げることができることを特徴とする、請求項１から請求項３の少なくとも１項に記載のオープンジェット充填システム（１）。
5. 前記中心合わせユニット（７）が、前記容器口部（９）を中に受け入れるために外側下方に斜めの角度に広がっている収容部分（１２）を備えている中心合わせ鐘形要素であることを特徴とする、請求項１から請求項４の少なくとも１項に記載のオープンジェット充填システム（１）。
6. 前記オープンジェット充填要素（２）に、前記てこ装置（５）のためのガイド手段（６ａ，６ｂ）が設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項５の少なくとも１項によるオープンジェット充填システム（１）。
7. 前記オープンジェット充填要素（２）に、ライン（１９）、具体的には、ＣＩＰ洗浄液のためのライン、が設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項６の少なくとも１項によるオープンジェット充填システム（１）。
8. 洗浄を目的として、前記中心合わせユニット（７）に、洗浄閉鎖要素（１６）、具体的には、前記中心合わせユニット（７）が底部において閉じるように前記中心合わせユニット（７）の下端部に取り付けることができる洗浄キャップ（１６）、がさらに設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項７の少なくとも１項に記載のオープンジェット充填システム（１）。
9. オープンジェット充填システム（１）によって容器（１０）に充填する方法であって、
   前記容器（１０）を、オープンジェット充填要素（２）の下の位置まで動かし、
   中心合わせユニット（７）を、前記中心合わせユニットが前記容器口部（９）に載るように、前記容器口部の上に動かし、
   前記容器に、前記オープンジェット充填要素（２）によって、前記中心合わせユニット（７）を通じてオープンジェットにより充填し、
   前記中心合わせユニット（７）に配置されており前記容器の中に突き出している充填レベルプローブ、によって充填レベルを測定し、
   特定の測定充填レベルに達したときに、前記充填工程を停止させる、
   方法。
10. 洗浄を目的として、前記中心合わせユニット（７）の下側に洗浄閉鎖要素（１６）を取り付けることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 洗浄を目的として、前記オープンジェット充填要素（２）と前記中心合わせユニット（７）とが密封状態に互いに接触するように、前記オープンジェット充填要素（２）もしくは前記中心合わせユニット（７）のいずれか、またはその両方を、互いの方に動かすことを特徴とする、請求項９または請求項１０に記載の方法。
12. 充填する目的で、前記容器（１０）を連続的に充填機に供給し、前記充填機において、前記容器を連続的に充填し、かつ連続的に送り出す、ことを特徴とする、請求項９から請求項１１の少なくとも１項に記載の方法。
13. 容器（１０）に充填する充填機であって、
    中央の液体タンクを備えている回転システム上に配置されている、請求項１から請求項８の少なくとも１項に記載の複数の循環するオープンジェット充填システム（１）、
    を備えている、充填機。

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