JP2016078892A - 飲料充填方法及び飲料充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充填速度を遅くすることなく、充填完了の際に生じる液ハネが、容器及び飲料の充填ノズルに付着するのを防止できる飲料の充填方法を提供する。
【解決手段】充填ノズル１から容器ＰＢの口部を介して容器ＰＢに所定量の飲料Ｌを供給する飲料充填ステップと、所定量の飲料Ｌを供給し終えた後に、容器ＰＢの口部と充填ノズル１の間に、一方から他方に向かう空気流からなるエアカーテンＡＣを、所定時間だけ形成する液ハネ遮蔽ステップと、
を備えることを特徴とする飲料充填方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、ペットボトル、瓶に代表される各種容器ＰＢに、お茶、ミネラルウォータなどの飲料、その他の飲料を充填する方法及び装置に関するものである。

飲料充填装置において、気泡の巻き込み及び液ハネは、高い生産効率を得る上で避けて通れない課題である。したがって、これまでに特許文献１、特許文献２をはじめとして種々の提案がなされている。また、現実的な対策としては、充填試験を実施しながら、液ハネをおこさない充填条件を模索することも行われているが、この条件を見出すために多大な時間と労力が必要である。一方で、飲料の種類及び容器の形態によっては、この条件を見出すことができないこともあり、そうすると、生産速度を犠牲にする必要がある。

特開２００７−１６１３１２号公報 特開２００５−５９９１９号公報

液ハネについて言及すると、飲料の充填中に液ハネが生じるのに加えて、飲料の充填が完了した後に液ハネが生じることもある。この充填完了後の液ハネは、飲料の充填が途切れることにより、充填されてきた飲料の表面で跳ね返りが生じることが要因である。この液ハネが容器の口部から飛び出して口部の周囲に付着したり、飲料を充填するノズルに付着したりするのは、衛生上好ましくない。よって、充填完了の際にも液ハネが生じないように、充填の終盤において、充填速度を落とす必要がある。
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、充填速度を遅くすることなく、充填完了の際に生じる液ハネが、容器及び飲料の充填ノズルに付着するのを防止できる飲料の充填方法及び装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもとなされた、本発明の飲料充填方法は、充填ノズルから容器の口部を介して容器に所定量の飲料を供給する飲料充填ステップと、所定量の飲料を供給し終えた後に、容器の口部と充填ノズルの間に、一方から他方に向かう空気流からなるエアカーテンを、所定時間だけ形成する液ハネ遮蔽ステップと、を備えることを特徴とする。
本発明の飲料充填方法によると、エアカーテンを形成して液ハネが容器の外部に漏れ出るのを防ぐか、または、エアカーテンにより液ハネを運び去ることができる。したがって、充填完了後の液ハネにより容器及び充填ノズルが汚染するのを避けることができる。

本発明の飲料充填方法において、エアカーテンは、周囲が閉じられた領域で形成されることが好ましい。周囲が閉じられた領域にエアカーテンを形成できるので、空気流が離散するのを防止して、液液ハネが容器外に飛び出るのを防ぐのに必要な領域に確実にエアカーテンを形成することができる。

特に、エアカーテンを形成する空気流は、容器を通過するまでは、水平方向が案内され、容器を通過した後は、鉛直方向の下向きに案内されることが好ましい。これにより、空気流が常に整流又は整流に近い状態に制御されるので、液ハネが容器の外に飛び出すのを確実に阻止することができる。

本発明に係る飲料充填装置は、容器の口部を介して容器に所定量の飲料を供給する充填ノズルと、所定量の飲料を供給し終えた後に、容器の口部と充填ノズルの間に、一方から他方に向かう空気流からなるエアカーテンを、所定時間だけ形成するエアカーテン形成器と、を備えることを特徴とする。
本発明の飲料充填装置によると、エアカーテンを形成して液ハネが容器の外部に漏れ出るのを防ぐか、または、エアカーテンにより液ハネを運び去ることができる。したがって、充填完了後の液ハネにより容器及び充填ノズルや周辺装置が汚染されるのを避けることができる。

本発明の飲料充填装置において、エアカーテン形成器は、圧縮空気の供給源と、供給源からの圧縮空気の供給を受けて、空気流を吐出するノズルが、内周面に開口する円筒状の形成器本体と、を備えることが好ましい。
このエアカーテン形成器によると、周囲が閉じられた領域にエアカーテンを形成できるので、空気流が離散するのを防止して、液液ハネが容器外に飛び出るのを防ぐのに必要な領域に確実にエアカーテンを形成することができる。

本発明の飲料充填装置において、形成器本体は、複数のノズルが、一方の側に周方向に間隔をあけて配列され、一方の側に対向する他方の側に、空気流を鉛直方向の下向きに案内するガイドが設けられることが好ましい。
これにより、空気流が常に整流又は整流に近い状態に制御されるので、液ハネが容器の外に飛び出すのを確実に阻止することができる。

本発明によれば、エアカーテンを形成して液ハネが容器の外部に漏れ出るのを防ぐか、または、エアカーテンにより液ハネを運び去ることができるので、充填完了後の液ハネにより容器及び充填ノズルが汚染するのを避けることができる。

本実施形態における飲料充填システムの概略構成を示す図である。 本実施形態における飲料充填装置の概略構成を示す図である。 本実施形態におけるエアカーテン形成器の概略構成を示す図である。 本実施形態におけるエアカーテン形成器の動作を示す図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態における飲料充填システムは、供給コンベア０１、転送ホイール０２、飲料充填装置０３、転送ホイール０４、キャッパ０５、排出ホイール０６、排出コンベア０７を構成要素として備えてなる。
この飲料充填システムでは、容器ＰＢ（例えばペットボトル）を把持しつつ搬送することができるように、転送ホイール０２、飲料充填装置０３、転送ホイール０４、キャッパ０５、排出ホイール０６のそれぞれは、外周部分に円周方向に沿い等間隔でホルダを備えている。これにより、転送ホイール０２〜排出ホイール０６は回転しつつ、容器ＰＢを把持して搬送し受け渡しするようになっている。

供給コンベア０１により搬送されてきた容器ＰＢは、位置Ａにて転送ホイール０２のホルダにより把持されて、位置Ａから位置Ｂにまで搬送される。位置Ｂでは、容器ＰＢは転送ホイール０２から飲料充填装置０３に受け渡され飲料充填装置０３のホルダで把持されて位置Ｂから位置Ｃにまで搬送される。位置Ｂから位置Ｃにまで搬送される際に、飲料充填装置０３が備える充填ノズルを介して容器ＰＢには飲料が充填される。

更に、容器ＰＢは位置Ｃにて飲料充填装置０３から転送ホイール０４に、位置Ｄにて転送ホイール０４からキャッパ０５に、位置Ｅにてキャッパ０５から排出ホイール０６に、位置Ｆにて排出ホイール０６から排出コンベア０７に受け渡されて搬送される。キャッパ０５では、容器ＰＢに蓋をするキャッピングが行われる。

以下、本実施形態の飲料充填システムの特徴部分である飲料充填装置０３について、図２〜図４を参照して説明する。
図２に示す飲料充填装置０３は、旋回テーブルＴが旋回軸心Ｃ１を中心として水平面内で回転する。この旋回テーブルＴの外周縁には、周方向に沿って等間隔に、複数の充填ノズル１と複数のホルダ２０とが対になって配置されている。
充填ノズル１の上方位置には、貯液タンク３０が配置されている。この貯液タンク３０は、充填ノズル１及び旋回テーブルＴと一体となって同期回転する。貯液タンク３０と各充填ノズル１は、飲料供給管４０により接続されている。充填ノズル１は、容器ＰＢに対する飲料Ｌの充填方向、つまり鉛直方向の相対的な位置関係が維持されながら、その下端から流下する飲料Ｌを容器ＰＢ内に注ぐ。貯液タンク３０の配置は任意であり、本発明は、旋回テーブルＴと分離された位置に置くことを許容する。

ホルダ２０は旋回テーブルＴに固定されており、容器ＰＢを充填ノズル１の下方の所定位置に保持する。ホルダ２０には、ロードセル２１が組み付けられており、充填される飲料Ｌの重量を計測することができる。飲料Ｌの重量の測定は、容器ＰＢの重量をキャリブレーションによりゼロリセットして行なうことができる。ロードセル２１で得られた計測データ（飲料重量データＷ）は、制御部５０に向けて出力される。なお、ロードセル２１を用いて飲料Ｌの充填量を計測するのは一例であり、本発明は、他の方法、例えば通過する飲料Ｌの体積を計測する流量計４１により充填量を計測することを許容する。

貯液タンク３０の内部には、容器ＰＢに充填すべき飲料等の飲料Ｌが貯留されている。また貯液タンク３０の内部のうち、貯留している飲料Ｌの上側の空間には、炭酸飲料であれば炭酸ガス、非炭酸飲料であれば窒素ガスなどの気体を貯え、飲料Ｌの劣化を防止することができる。
飲料供給管４０は、その上端が貯液タンク３０に連通しており、その下流端が充填ノズル１に連通して、貯液タンク３０と充填ノズル１とを接続している。

飲料充填装置０３は、図２に示すように、エアカーテン形成器１０を備えている。
エアカーテン形成器１０は、充填ノズル１の先端と飲料Ｌが充填される容器ＰＢの口部に亘って設けられており、飲料Ｌの充填が完了すると、充填ノズル１の先端と容器ＰＢの口部の間に、空気流を生じさせることで、エアカーテンを形成させる。エアカーテン形成器１０は、飲料Ｌの充填の完了に伴って液ハネが生じても、エアカーテンにより液ハネが容器ＰＢの外に漏れだすのを防止する。
エアカーテン形成器１０は、供給管１８を介してエア供給源１９と接続されている。エア供給源１９は、後述するように制御部５０からの指示に基づいて、エアカーテン形成器１０に向けて圧縮エアを供給する。

エアカーテン形成器１０は、図３に示すように、円筒状の形成器本体１１を有している。
形成器本体１１は、中心軸Ｃ２を境にして一方の側に複数（ここでは三つ）のエアノズル１２が設けられている。エアノズル１２は、形成器本体１１の内周面１１Ａから所定の長さだけ外周面１１Ｂに向けて穿孔して形成されものであり、その吐出口が内周面１１Ａに開口している。
形成器本体１１は、エアノズル１２が設けられている側に、エア通路１３が設けられている。エア通路１３は、中心軸Ｃ２方向に沿って真っ直ぐに延びる鉛直通路１３Ａと、周方向に円弧状に形成される水平通路１３Ｂとを備える。鉛直通路１３Ａは、一端（図中の上端）が形成器本体１１の上端において供給管１８に接続され、他端（図中の下端）が水平通路１３Ｂに繋がっている。水平通路１３Ｂは、周方向の中央部分で鉛直通路１３Ａと連通するとともに、三つのエアノズル１２の後端（吐出口とは逆側）に連通している。したがって、エア供給源１９から供給される圧縮エアは、供給管１８、鉛直通路１３Ａ及び水平通路１３Ｂを通って、それぞれのエアノズル１２から吐出される。なお、エアカーテン形成器１０を平面視した場合に、エアノズル１２から吐出される圧縮エアが流れる向きを基準にして、上流及び下流を定義する。

形成器本体１１は、内周面１１Ａがエアノズル１２から突出される圧縮エアが下流に流れる過程で、主に水平方向の周囲に離散させないための第一ガイド１４として機能する。つまり、エアノズル１２から吐出される圧縮エアは、水平方向に閉じられた領域内を上流側から下流側に向けて流れる。
形成器本体１１は、エアノズル１２が設けられる上流側に対向する下流側に第二ガイド１５が設けられている。第二ガイド１５は、形成器本体１１の下方に向けて肉厚が連続的に薄くなることで、上流側に対向する側が傾斜面をなしている。上流側から流れる圧縮エアは、第二ガイド１５が抵抗となり、鉛直方向の下向きに案内される。
なお、図３（ｄ）に示すように、形成器本体１１を複数に分割することもできる。

飲料充填装置０３は、図２に示すように、制御部５０を備えている。
制御部５０は、充填ノズル１から容器ＰＢに充填する飲料Ｌの供給の開始及び停止を制御する。また、制御部５０は、エアカーテン形成器１０における圧縮エアの供給の開始及び停止を制御する。そのために、制御部５０は、演算部５１と、データ保持部５２と、指示部５３と、を備えている。

演算部５１は、ロードセル２１から出力される容器ＰＢの重量に関するデータ（飲料重量データＷ）を取得する。
データ保持部５２は、容器ＰＢの種類ごとの容器仕様データを保持する。容器仕様データは、容器ＰＢの種類ごとに定められる飲料Ｌの充填重量Ｗｆと、当該容器ＰＢの識別情報ＩＤと、が対応付けられたデータである。演算部５１は、容器ＰＢに飲料Ｌを充填する際には、データ保持部５２から容器仕様データを取得する。
演算部５１は、データ保持部５２から容器仕様データを取得するとともに、ロードセル２１から飲料重量データＷを取得し、飲料重量データＷが容器仕様データの充填重量Ｗｆに達するか否かを逐次判定する。演算部５１は、飲料重量データＷが充填重量Ｗｆに達したならば、その旨を指示部５３に通知し、指示部５３はこの通知を受けて、充填ノズル１を閉じて飲料Ｌの供給を停止するように指示する。

本実施形態の飲料充填システムが、異なる仕様を有する複数種の容器ＰＢに飲料Ｌを充填する場合には、容器ＰＢ毎の容器仕様データをデータ保持部５２に保持させておく。そして、飲料Ｌの充填を行なうのに先立って、飲料Ｌが充填される容器ＰＢに対応する容器仕様データを選択することで、演算部５１は当該容器仕様データをデータ保持部５２から取得する。

次に、飲料充填装置０３による容器ＰＢへの飲料Ｌの充填の手順を説明する。
飲料充填装置０３の所定の充填位置（図１ 位置Ｂ）に容器ＰＢが搬送されことを条件に、飲料Ｌの充填が開始される。
飲料Ｌの充填が始まると、制御部５０の演算部５１は、ロードセル２１から出力される飲料重量データＷを取得するとともに、データ保持部５２から容器仕様データを取得する。
演算部５１は、取得した充填重量データと容器仕様データ（充填重量Ｗｆ）を比較し、充填重量データが充填重量Ｗｆに達したならば、その旨を指示部５３に通知する。指示部５３は、指示部５３はこの通知を受けて、充填ノズル１を閉じて飲料Ｌの供給を停止するように指示する。指示部５３は、同時に、エアカーテン形成器１０に対して、エアカーテンを形成するように指示する。
こうして飲料充填装置０３の所定の充填位置まで飲料Ｌが充填された容器ＰＢが搬送されると、飲料Ｌの充填処理が終了する。

次に、本実施形態の特徴であるエアカーテン形成器１０の動作を、図４を参照して説明する。
いま、図３（ｂ）及び図４（ａ）に示すように、容器ＰＢに図に対して、充填ノズル１から飲料Ｌを充填していたが、必要な充填量に達したために、充填を停止し、完了したものとする。そうすると、飲料Ｌは充填ノズル１から途切れるが、図４（ｂ）に示すように、その直後にエアカーテン形成器１０を起動してエアカーテンＡＣを形成する。エアカーテンＡＣは、容器ＰＢの口部分の上方を覆うように形成される。したがって、液ハネが生じて口部から外部に漏れ出そうになっても、エアカーテンＡＣに遮られて、容器ＰＢの中に逆戻りする。また、仮に、液ハネがエアカーテンＡＣに巻き込まれたとしても、液ハネを巻き込んだエアカーテンＡＣは口部の上方を通過して、さらに第二ガイド１５に案内されて容器ＰＢから遠ざかる。

ここで、図４（ｂ）に示すように、容器ＰＢの口部Ｍの先端からエアカーテンＡＣまでの距離Ｄは、５ｍｍ〜100ｍｍの範囲で設定することが好ましい。距離Ｄが小さすぎると、空気流が口部に衝突して流れに乱れが生じ、また、距離Ｄが大きすぎると、液ハネがエアカーテンＡＣに達することなく漏れ出る恐れがあるからである。好ましい距離Ｄは１０〜４０ｍｍ、さらに好ましい距離Ｄは２０〜３０ｍｍである。
また、エアノズル１２から吐出される空気流の吹き出し速度ｖは、数ｍ／ｓ〜数１０ｍ／ｓとすることが好ましい。速度ｖが小さすぎると、液ハネの噴出を抑えられず、また、速度ｖが大きすぎると、渦が発生しエアカーテンの機能を阻害しかねないからである。そのため、好ましい速度ｖは１〜２５ｍ／ｓ、さらに好ましい距離Ｄは１０〜４０ｍｍである。

以上説明した通りであるから、本実施形態の飲料充填システムによると、エアカーテンＡＣを形成して液ハネが容器ＰＢの外部に漏れ出るのを防ぐか、または、エアカーテンＡＣにより液ハネを運び去る。したがって、充填停止後の液ハネにより容器ＰＢ及び充填ノズル１が汚染するのを避けることができる。

また、本実施形態によると、形成れたエアカーテンＡＣは、上流から下流へと一方向に流れる圧縮エアにより形成されるので、容器ＰＢに充填された飲料Ｌに悪影響を与えない。例えば、径方向の外側から円の中心に向けて圧縮エアを供給させたとすると、エアカーテンＡＣを形成することはできるが、円の中心で衝突した圧縮エアは、鉛直方向の上向き及び下向きに流れを変える。この下向きに流れる圧縮エアは、容器ＰＢの内部に進入して充填済みの飲料Ｌに衝突して、飲料Ｌを波立たせて泡立ちの原因になり得る。これに対して、本実施形態は、上流から下流へと一方向に流れる圧縮エアによりエアカーテンＡＣを形成するので、容器ＰＢに進入することは、ほとんどない。

また、本実施形態によると、形成れたエアカーテンＡＣは、形成器本体１１に設けられる第一ガイド１４及び第二ガイド１５により流れが常に整流又は整流に近い状態に制御されるので、液ハネが容器ＰＢの外に飛び出すのを確実に阻止することができるとともに、容器ＰＢに充填されている飲料Ｌを波立たせることもない。

以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

１ 充填ノズル
１０ エアカーテン形成器
１１ 形成器本体
１１Ａ 内周面
１１Ｂ 外周面
１２ エアノズル
１３ エア通路
１３Ａ 鉛直通路
１３Ｂ 水平通路
１４ 第一ガイド
１５ 第二ガイド
１８ 供給管
１９ エア供給源
２０ ホルダ
２１ ロードセル
３０ 貯液タンク
４０ 飲料供給管
４１ 流量計
５０ 制御部
５１ 演算部
５２ データ保持部
５３ 指示部
ＡＣ エアカーテン
Ｌ 飲料
Ｄ 距離
ＰＢ 容器
Ｔ 旋回テーブル

Claims (6)

1. 充填ノズルから容器の開口する口部を介して前記容器に所定量の飲料を供給する飲料充填ステップと、
   所定量の前記飲料を供給し終えた後に、前記容器の前記口部と前記充填ノズルの間に、一方から他方に向かう空気流からなるエアカーテンを、所定時間だけ形成する液ハネ遮蔽ステップと、
   を備えることを特徴とする飲料充填方法。
2. 前記エアカーテンは、周囲が閉じられた領域で形成される、
   請求項１に記載の飲料充填方法。
3. 前記空気流は、
   前記容器を通過するまでは、水平方向が案内され、
   前記容器を通過した後は、鉛直方向の下向きに案内される、
   請求項１又は請求項２に記載の飲料充填方法。
4. 容器の開口する口部を介して前記容器に所定量の飲料を供給する充填ノズルと、
   所定量の前記飲料を供給し終えた後に、前記容器の前記口部と前記充填ノズルの間に、一方から他方に向かう空気流からなるエアカーテンを、所定時間だけ形成するエアカーテン形成器と、
   を備えることを特徴とする飲料充填装置。
5. 前記エアカーテン形成器は、
   圧縮空気の供給源と、
   前記供給源からの前記圧縮空気の供給を受けて、前記空気流を吐出するノズルが、内周面に開口する円筒状の形成器本体と、を備える、
   請求項４に記載の飲料充填装置。
6. 複数の前記ノズルが、前記一方の側に周方向に間隔をあけて配列され、
   前記一方の側に対向する他方の側に、前記空気流を鉛直方向の下向きに案内するガイドが設けられる、
   請求項５に記載の飲料充填装置。

Images