JP3829578B2

JP3829578B2 - 充填装置

Info

Publication number: JP3829578B2
Application number: JP2000109412A
Authority: JP
Inventors: 和之黒澤
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2020-04-11
Also published as: JP2001287794A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充填装置、特に円軌道で容器に内容物を充填し、充填後の容器を直線軌道で次工程に搬送する充填装置における転移軌道に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在充填ラインで用いられているフィラー（充填機）はその殆どが円軌道で充填が行われるロータリーフィラーである。その為充填中は、容器が回転運動（円運動）の為に回転中心を向く遠心力を受けるので、この遠心力のため充填された液体内容物の液面は傾く。遠心力の大きさａは、フィラーの半径をＲ、角速度をω、周速をvとすると、a＝Ｒ・ω²＝v²/Ｒで表される。近年は高速生産対応のためヘッド数を増やしており、フィラーそのものが大型化している。例えば、１，６００缶／分(cpm)で充填ヘッド数が１２０、或いは２，０００cpmでは１６４ヘッドと多ヘッドとなっている。機械全体の大きさを極力小さくするために、隣り合う充填ヘッドとの間隔を出来るだけ小さくするのが普通であって、上記例のフィラーでは容器外径が６６mmに対して、充填ヘッドのピッチが８８mm程度まで狭められており、限界に近づいている。このようなフィラーに於いて充填中に容器にかかる加速度を求めてみると、１，６００cpm、１２０ヘッド、充填ヘッドピッチ８８mmのフィラーでは、周速ｖが約２．３５m/s、加速度ａが約３．２８m/s²と求められる。この加速度の方向はフィラー中心であるので、それにより液面は約１８．５°ほど傾くことになる。充填される内容物は、容器容量に対して満注ではなく、ある定められたヘッドスペースをもって充填されるが、１８．５°近く液面が傾くと、容器の口から内容物がこぼれこぼれ出る“ぎりぎり”の状態に近づいている。
【０００３】
充填済みの容器がフィラー内で回転運動をしているときは、上記のように加速度を受けることにより液面が傾いているが、次工程であるシーマへ搬送する際には、フックアップコンベアと呼ぶ直線搬送コンベアによって移動する。ここでは等速直線運動であるので、容器が受ける加速度はゼロである。従って、円軌道で運動している状態から直線軌道での搬送へと受け渡す際に、円軌道からの接線によって排出する方法では、それまで容器が受けていた加速度がその接点に於いて瞬時に加速度ゼロヘと移行することになる。このことは円軌道に於ける曲率が、直線軌道に於ける曲率、即ちゼロヘと急変することによる。加速度が急変することによって、容器の口からこぼれない程度に、ぎりぎりまで傾いていた液面に動揺が生じ、充填された内容物がこぼれるという不具合が発生する。さらに、円軌道からの排出は容器を規定の軌道で進行させるように作成された容器ガイドを用いて行うが、容器ガイドに接触すると共にそれまで負荷されていた加速度が急激に変化するという現象が生じ、その結果容器外面に、ガイドによる傷が生じるという不具合も生じる。
【０００４】
上記のような問題を解決する公知手段として、特開昭４８―７７９８４号公報には、シーマヘの直線搬送コンべアをフィラーの円軌道の接線から外側にオフセット（ずらして）して配置し、この間をフィラーの円軌道の接点に於いて接線状に容器を排出し、かつこの点に於ける曲率半径が円軌道の半径に等しく、円滑に曲率半径が増大し、直線軌道に一致する点に於いては実質的に曲率半径が無限大（曲率がゼロ）となる転移曲線に従って容器を搬送するようにした転移通路が示されている。
【０００５】
該公報には、フィラーの円軌道から直線コンベアヘと乗り移らせるための転移曲線には、次の点が重要であることが開示されている。１．転移曲線は円軌道、及び直線軌道との接続部、及びその曲線の全体に亘って急激な曲率の変化を有していてはならない。２．転移曲線は直線軌道が円軌道に対して許容される程度のオフセットを生じるように選ばれた、長い円滑な曲線でなければならない。３．充填された内容物の液面の傾斜を、長い距離に亘り徐々に減少させるために、ある程度転移通路の長さを必要とする。そして上記の必要条件に適した転移曲線通路として２種類の曲線からなる通路が示されている。
【０００６】
一つ目は、一定率で曲率が減少する螺旋曲線からなる螺旋転移通路（前記公報の第７図参照）であり、二つ目は円滑に曲率半径が増大する放物線状の曲線からなる放物線転移通路（前記公報第８図参照）である。しかしながら、この従来提案されている２つの曲線からなる転移通路について、より詳細に解析すると、それぞれ次のような問題点があり、近時のより高速・大型のフィラーの転移通路には適用できないことが判明した。
【０００７】
上記提案されている一つめの曲線は、一定率で曲率が減少する螺旋曲線であるから、上記公報には記載されていないがそのような条件を満たす曲線は第１クロソイド、或いはコルニュの螺旋（Cornu's spiral）と呼ばれる曲線である。この曲線の形は、曲線に沿った長さをｓとするとき次の数式１で表される。
【数１】

また、この曲線の曲率をκとすると、曲率の変化はｓの関数としてκ(s)=α²ｓで表される。なお上記公報中に示されている曲線の数式は、上数式をベキ級数展開したものである。
【０００８】
数式１で表される螺旋曲線において、曲線の接線の傾きθは、曲線の長さｓの関数としてθ(s)＝α²ｓ²／２で表される。今、転移曲線に必要な長さをｓ_Rとすると、s＝s_Rの時の曲率がフィラー半径の逆数に一致しなければならないから、κ(s_R)＝α²s_R＝１／Ｒである。またこのときの曲線の傾きをθ_Rとすれば、θ_R＝α²s_R ²／２となり、この二つの数式からαを消去すると、s_R＝２Ｒθ_Rの関係が得られる。即ち、この曲線を用いる場合、フィラー半径と転移曲線への受け渡し開始角度が決まると一意的に転移曲線の長さが決まることとなる。
【０００９】
ところで、先述のように最近の高速生産対応フィラーは、その大きさが大きくなる傾向にあり、例えば２，０００ｃｐｍで１５６へッドのフィラーにおいては、充填バルブピッチ円の直径が４，４５４ｍｍにもなる。このような大きな機械を設計する際、極力大きさを小さくしたいという観点から、容器に内容物を充填する時間的な余裕を小さくし、容器を排出するぎりぎりまで充填工程に割り当てるように考慮される。このような制約から、上記転移軌道への受け渡し開始角度θ_Rについては、従来よりもかなり小さい角度しか取れなくなってきているのが現状である。
【００１０】
従って、フィラーの大型化に伴い、フィラー半径Ｒは大きくなってきているものの、転移軌道への受け渡し開始角度θ_Rがごく小さく（例えば５°、或いは３°以下）しか取れない。そのため、上記螺旋曲線を転移曲線として採用すると、結果的に十分な転移曲線長さｓ_Rを確保することができないことになる。例えば、フィラー半径Ｒ＝２,２２７mmで転移曲線への受け渡し開始角度θ_R＝３°のとき、転移曲線長さｓ_R＝２３３mmとなる。この時の容器の搬送速さｖ＝３ m/sとすると転移曲線を通過する時間ｔは、約０．０７８秒であり、傾いた液面を水平まで安定的に緩和するのに十分な時間とは考えられない。
【００１１】
一方、二つ目の曲線は、円滑に曲率半径が増大する放物線状の曲線であって、ｙ＝ａｘⁿで表される。その場合、曲率κは、数式２で求められ、曲線に沿った長さｓは、数式３で求められる。
【数２】

【数３】

【００１２】
上記公報では、ｙ＝ａｘⁿの数式中の指数ｎが３より大きい曲線を用いるとしているが、この条件はｘ＝０における曲率κのｘに関する変化率がゼロ（dκ/dx＝０）になるというところから来ている。このことを計算式によって示す。曲率のｘに関する微分係数は数式４によって求められる。
【数４】

【００１３】
数式４の第２項の分子をｘ＝０において、ゼロにするためには、ｎ＞３でなければならないことが明らかである。この曲線の曲率変化は、ｘに対して（曲線長さsに対しても同様）単調増加ではなく、ｘの増加に伴い曲率が増加し、極大点を迎えた後は減少する。曲率の極大点に於ける曲線の接線の傾きθは、指数ｎ＞３では約２４.１０°よりは小さくできない。また、ｎを無限大にとってもθ≒３５.２６°である。このように、曲率の変化をスムーズにしようとすると、転移曲線への受け渡し開始角度について、２４.１０°から３５.２６°という制約を受けることとなる。従って、前述したように、最近のフィラーにおいては転移曲線への受け渡し開始角度θ_Rがせいぜい５°程度とごく小さい値しか取れないので、この放物線状曲線を適用できる場合は殆ど無い。また、この放物線状曲線を用いた場合には曲線の長さを自由に設定することもできないため、設計上非常に制約を受けることとなり、適当な曲線長さを持ちつつ、曲率が連続で変化するように設定することが事実上不可能である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のことより、転移軌道に従来提案されている転移曲線を採用すると、転位曲線への受け渡し開始角度が大きく取れる低速の比較的小さいフィラーにおいては、容器にかかる加速度を徐々に減少させることが可能であるが、特に最近の高速生産対応フィラーに見られるように、転位曲線への受け渡し開始角度が大きく取れないフィラーに対しては、転移曲線の長さを極端に短くしなければならないので、適用できない問題点がある。また、放物線状曲線の場合は、前記のように受け渡し開始角度が、２４.１０°〜３５.２６°の範囲しか適用できないので、近時の高速フィラーでは受け渡し開始角度は３°〜５°程度しか確保できないので適用できない。従って、高速フィラーであっても転位曲線の長さを必要なだけ確保しつつ、曲率と接線の傾きを連続で変化させ得ることができる、転位曲線からなる転移軌道は未だ提供されてなく、高速化になればなる程、フィラーからシーマへの容器搬送時の液こぼれと缶の損傷が顕在化し、高速化を阻害する主な要因の一つとなっている。
【００１５】
本発明は、従来技術の上記問題点を解決しようとするものであって、高速フィラーであっても転位曲線の長さを必要なだけ確保しつつ、曲率と接線の傾きを連続で変化させ得ることができ、フィラーからシーマへの容器搬送時の液こぼれと缶の損傷の発生を防止でき、ラインのより高速化を可能にする転移軌道を有する充填装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題点を解決する手段として次の▲１▼〜▲４▼の条件を満たす転移曲線を得るように種々研究した。
▲１▼曲率に関して、直線軌道と接している点に於いて曲率がゼロであり、円軌道と接している点に於いて曲率が円の半径の逆数に等しいこと、
▲２▼曲線の接線の傾きに関して、直線軌道に接している点に於いて曲線の接線の傾きが直線に等しく、円軌道に接している点に於いて曲線の接線の傾きが円の接線の傾きに等しいこと、
▲３▼転移曲線全体（直線軌道との接点から円軌道との接点の間）に亘って曲率の変化が連続でかつ、滑らかであること、
▲４▼転移曲線の長さは、充填中に容器に負荷されている加速度（遠心力）を徐々に緩和するために、ある程度以上の長さが取れること。
【００１７】
前記▲１▼及び▲３▼の条件は、搬送速さｖを一定とするという条件の元では、容器にかかる、搬送曲線の曲率依存の加速度が曲率に比例することから、加速度変化を連続で行うために必要である。▲２▼の条件は、搬送される容器の速度ベクトルの方向が搬送曲線の接線の方向に等しいことから、転移曲線との受け渡し位置において接線の方向が一致していないとその点に於いて速度ベクトルの方向が急変することとなり、容器にかかる加速度の不連続が生じてしまうということから必要となる。▲４▼の条件は、傾いている液面を不必要な動揺が無く水平に推移させるためにある程度の時間が必要なためである。このために必要な時間は、円筒容器に充填された液体の液面の揺れの振動周波数に依存する。従って容器の搬送速さｖより、転移曲線に要求される曲線長さが必然的に求められる。
【００１８】
以上の条件を満たす転移軌道を得るべく、種々研究した結果、従来の転移軌道に採用されている、曲率が曲線に沿った長さに対して比例関係にあるクロソイド曲線に代えて、従来にない新規な曲線を創出することができ、本発明に到達したものである。
【００１９】
即ち、本発明は、円軌道で容器に内容物を充填し、充填後の容器を直線軌道で次工程に搬送する処理能力１０００缶／分以上の高速充填装置である充填装置に於いて、前記円軌道から転移軌道への受渡し開始角度θ_Rが２４°以下の任意の角度に選定でき、且つ転移軌道長さｓ_Rが２Ｒθ_R（但し、Ｒはフィラーのピッチ円半径）を超える任意の長さに選定できる転移曲線からなる転移軌道を有し、該転移軌道の前記転移曲線が、円軌道との接点に於いては曲率が円軌道の半径の逆数に等しく、直線軌道との接点に於いては曲率がゼロに等しく、この間曲率が連続で変化する曲線であって、曲率の曲線に沿った長さに関する２次導関数が、曲線の端点を除いた曲線全体に亘って常に正である曲線からなることを特徴とするものである。
前記転移曲線は、曲率の曲線に沿った長さに対する増加率が、初め(曲率がゼロの端)は小さく、曲線の中央部に近づくに従って徐々に大きくなっていき、終わり(曲率が最も大きくなり、円軌道と接する端)近くでは曲率の変化率が最も大きくなるような曲線によって達成できる。
【００２０】
つまり、この曲線の曲率の曲線に沿った長さに対する増加率が曲線全体に亘って常に増加することから、曲率の曲線長さに対するグラフを描いたとき、グラフが下に凸であることとなる。さらに言い換えれば、曲率の曲線に沿った長さに関する２次導関数を求めたとき、その値が曲線全体に亘って常に正となる。このような曲線を用いることにより、曲率の曲線長さに対する増加率の増加の程度（即ち、どの程度下に凸であるか）を適当に選択することにより、曲率と接線の傾きとを連続にしつつ、かつ曲線の長さを必要なだけ確保できる転位曲線を得ることが可能となる。
【００２１】
また、上記課題を達成するための他の充填装置は、円軌道で容器に内容物を充填し、充填後の容器を直線軌道で次工程に搬送する処理能力１０００缶／分以上の高速充填装置である充填装置に於いて、前記円軌道から転移軌道への受渡し開始角度θ _R が２４°以下の任意の角度に選定でき、且つ転移軌道長さｓ _R が２Ｒθ _R （但し、Ｒはフィラーのピッチ円半径）を超える任意の長さに選定できる転移曲線からなる転移軌道を有し、該転移軌道の前記転移曲線が、円軌道との接点に於いては曲率が円軌道の半径の逆数に等しく、直線軌道との接点に於いては曲率がゼロに等しく、かつ曲率の曲線に沿った長さに関する１次導関数が曲線の両端に於いてそれぞれゼロであり、この間曲率が連続で変化する曲線であって、該曲線の接線の傾きが前記直線軌道との接点においてはゼロであり、前記円軌道との接点においては２４°以下、望ましくは５°以下である曲線からなることを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、缶詰製造ラインにおけるフィラーとシーマの配置関係を示し、１がフィラーであり、２がシーマである。フィラーとシーマ間には、内容液が充填されたされた缶をフィラーからシーマに搬送する直線コンベヤ３が配置され、直線コンベヤの上流端にはフィラーから直線コンベヤに缶を良好に移載するための転移軌道４が配置されている。フィラー１に供給コンベヤ６により、供給ターレット５を介して空缶が供給され、フィラーがイからロまで反時計方向に回転する間に内容液が充填され、ロ点、即ち、転移開始点で缶は転移軌道４に移り、転移軌道を通って直線コンベヤ３に達し、シーマ２に移送され缶蓋が巻締される。本実施形態のフィラーは、１５００ｃｐｍ以上の高速ラインへの適用を可能にするために、ヘッド数が多く、フィラーの大型化をなるべく抑えるために、転移開始角度θ_Rは５°以内に抑えてある。
【００２３】
このような、転移開始角度θ_Rが小さいフィラーにおいて、転移軌道４の形状は、フィラーの円軌道と接している点（即ち、転移開始点）ロにおいて曲率がフィラーのピッチ円半径の逆数に等しく、直線コンベヤの直線軌道と接している点（転移終点）ハでは、曲率がゼロであり、転移開始点から転移終点までのその間の変化が連続で且つ滑らかなであり、さらに転移軌道の長さが充填中に容器に負荷されている加速度が徐々に緩和するのに十分な長さとなるような転移曲線を形成する通路となっている。このような条件を満たす転移曲線として創作した次の三つの具体例を以下に示す。本発明者が創作した以下に示す三つの転移曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を、便宜上Ａクロソイド曲線、拡大クロソイド曲線、及び曲率変形正弦変化曲線とそれぞれ命名する。
【００２４】
以下の説明では、解析を容易にするため、便宜上転移終点を原点にして、缶は直線軌道から円運動に移動すると仮定して考える。したがってその場合は、曲線が上記条件を満たすには、曲率の曲線に沿った長さに対する増加率が、初め（曲率がゼロの端）は小さく、曲線の中央部に近づくに従って徐々に大きくなっていき、終わり（曲率が最も大きくなり、円軌道と接する端）近くでは曲率の変化率が最も大きくなるような曲線となる。
【００２５】
転移曲線Ｃ１（Ａクロソイド曲線）
曲率κをκ(s)＝α・s^βという関数で変化するものと定義する。ｓ＝ｓ_Rの時に曲率が円軌道の半径の逆数に一致しなければならないことから、αは数式５の通りとなる。
【数５】

従って、曲率を表す関数κ(ｓ_R)を数式６とおき、曲線の接線ベクトルがｘ軸の正の方向と成す角度をθ(ｓ)とすれば、初期条件ｓ＝０の時、θ＝０の元では、θ(ｓ)は数式７として求められる。
【数６】

【数７】

【００２６】
いま、ベクトル関数を数式８と定めると、求める転移曲線Ｃ１は、数式９で求められる。
【数８】

【数９】

ただし、ｓ＝０の時、c１＝(０,０)としている。
【００２７】
また、ｓ＝ｓ_Rの時に接線の傾き角度がθ_Rに一致することから、接線の最大傾き角度θ(ｓ_R)は数式１０と定まる。
【数１０】

従って、曲線の長さｓ_R、フィラー半径Ｒ、転移曲線への受け渡し開始角度θ_Rとからκ(ｓ)が決定し、曲線の形は数式９によって求められる。数式９の各項は、ｓ_R、Ｒ、θ_Rが実数の時、ｓ＞０、及びｎ＞−１の範囲で次の数式１１のように解くことが出来る。
【数１１】

但し、₁F₂は（Pochhammerの一般化された）超幾何関数であり、数式１２で定義される。
【数１２】

数式中、（αn）を数式１３とする。
【数１３】

また、Γ(α)はガンマ関数である。上記の数式１１、１２、及び１３を用いることで、数値計算によって上記条件を満たす実用上十分な精度をもって転移曲線の形状を求めることができる。
【００２８】
転移曲線２（拡大クロイド曲線）
転移曲線に用いる曲線をパラメータｔを用いて数式１４のように定義する。
【数１４】

ｔ＝０に対応する点（原点）から曲線に沿って測った長さをｓとする。ｓ(ｔ)は数式１５で表される。
【数１５】

【００２９】
また、曲率κ、曲線の接線の傾きθは、それぞれ数式１６、数式１７と求められる。
【数１６】

【数１７】

【００３０】
今、転移曲線の長さｓ_R、フィラー半径Ｒ、転移曲線への受け渡し開始角度θ_Rとすれば、数式１８で表される連立方程式、
【数１８】

を満足するα,β,tを求め、数式１４を用いることで、数値計算によって実用上十分な精度をもって転移曲線の形状を求めることが可能となる。数式１４を実用的に用いるためには、次の数式１９のようにベキ級数展開した上で必要な精度が得られる項までを計算すると良い。
【数１９】

【００３１】
上記に挙げた転移曲線Ｃ１及び転移曲線Ｃ２は、図２に示すように何れも曲率の曲線の沿った長さに対するグラフが下に凸（２次導関数が常に正）であるという特徴を持つことが明らかである。
【００３２】
また、さらに搬送される容器にかかる加速度の変化を考えた場合、次に転移曲線Ｃ３として示す、曲率が変形した正弦曲線で表される曲線も良い結果が得られることを見いだした。この曲線の２次導関数は全体に亘って必ずしも正ではなく（円軌道に接する側で負となる）、従来技術の放物線状曲線に近いように見えるが、あるパラメータ（以下の例ではｎ）を適当に選択することによって、円軌道に接する点に於ける曲線の接線の傾きを自由に設定することが可能なものであり、この点こそが従来技術に存在していた課題を解決する手段である。
【００３３】
転移曲線３（曲率変形正弦変化曲線）
曲率κを次の数式２０で定義する。
【数２０】

ｓ＝ｓ_Rの時に曲率が円軌道の半径の逆数に一致しなければならないことから、κ（ｓ_R）＝α（１−cosπ）／２＝１／Ｒ、故にα＝１／［Ｒ（１−cosπ）］となる。従って、曲率を表す関数を改めて、数式２１とおく。
【数２１】

【００３４】
曲線の接線ベクトルがｘ軸の正の方向と成す角度をθ(ｓ)とすれば、初期条件ｓ＝０の時、θ(０)＝０の元では、ｓ_R、及びｎが実数で、ｓ＞０、ｎ＞０の範囲で、θ（ｓ）は、数式２２と求められる。
【数２２】

いま、ベクトル関数をγ(ｓ)＝［coｓθ(ｓ)，ｓinθ(ｓ)］と定めると、求める転移曲線ｃ₃(ｓ)は次の数式２３で求められる。
【数２３】

ただし、ｓ＝０の時、c３＝(０，０)としている。
【００３５】
また、ｓ＝ｓ_Rの時に接線の傾き角度がθ_Rに一致することから、θ(ｓ_R)＝θ_Rを満たすｎを数式２２より数値計算によって求めることが出来、従ってκ(ｓ)が決定し、曲線の形は数式２２，数式２３式によって求められる。この曲線の曲率の、曲線に沿った長さに関する１次導関数は数式２１を微分すれば明らかなように、その両端でゼロであり、ｎの値を適当に選ぶことにより、円軌道に接する点(ｓ＝ｓ_R)に於ける接線の傾き角度を自由に設定することが可能となる。従って従来技術であるy＝axⁿで表される放物線状曲線のように、曲線の両端に於ける曲率の１次導関数をゼロにした場合（容器にかかる加速度変化をよりスムーズにするためには転移曲線への接続点に於いて１次導関数がゼロである方がより好ましいと考えられる）、円軌道に接する点に於ける接線の傾き角度が２４.１０°＜θ＜３５.２６°という範囲に限られるという制約が無く、現在用いられる殆ど全てのフィラーに対して適用できる。
【００３６】
以上の転移曲線Ｃ１〜Ｃ３を、フィラー半径１７１９ｍｍの充填装置の転移軌道に採用した場合の曲線に沿った長さに対する曲率の変化を図２に示す。該実施形態では、転移開始角度θ_Rを５°、転移曲線長さｓ_Rをそれぞれ６００ｍｍに設定してある。該図には、比較例として従来の転移曲線であるクロソイド曲線及び放物線状曲線も同時に示されている。但し、比較例の場合は、前述のように転移開始角度θ_Rを５°、転移曲線長さｓ_Rを６００ｍｍの両条件を同時に満たすように設定することはできないので、クロソイド曲線ａの場合は、上記条件のうち、転移曲線長さｓ_Rを６００ｍｍに設定し、転移曲線開始角度θ_Rを１０°とした。また放物線状曲線ｂの場合は指数ｎ＝５の場合に設定した。その場合、転移開始点で曲率が円軌道の曲率に等しくするためには、転移開始角度が３０°と大きな角度となり、且つ転移曲線の長さが、２６００強と長くなるので、一つのグラフ上で表すために、放物線状曲線ｂの場合は、横軸の縮尺を２６００強に代えて表示してある。
【００３７】
また、図３において、破線はそれぞれの転移曲線に沿った長さに対する接線の傾きの変化を表し、縦軸が接線の傾きのスケールとなっている。この図から、本発明の実施形態に係る転移曲線Ｃ１〜３とも、転移開始角度５°で転移曲線の長さを６００ｍｍ（この値はこれらの曲線ではそれ以上、又はそれ以下でも任意に選択できる）を確保して、問題を解決するための手段で述べた▲１▼〜▲４▼の条件を満たしていることが分かる。すなわち、転移曲線Ｃ１〜Ｃ３は、液こぼれが発生しないのに十分な長さ（この場合は、６００ｍｍ）を確保しつつ、転移開始角度を５°と小さい値を設定でき、高速フィラーのフィラー直径をなるべく小さく抑えるという要求を満たすことができる。それに対し、従来のクロソイド曲線ａの場合は、転移曲線の長さを６００ｍｍにするとしたら、転移開始角度を１０°にしなければならず、大型高速フィラーの転移開始角度をなるべく小さくするという要求を満たすことはできない。また、比較例の放射状曲線ｂの場合は、円軌道のとの接点において転移曲線の曲率が円軌道の曲率と等しくなるためには、転移開始角度を３０°にしなければならず、上記要求をさらに満たすことができなくなることが分かる。
【００３８】
さらに、図４（ａ）は、転移曲線に沿った長さに対する曲率変化を無次元化して示したものであり、図４（ｂ）はそれを１次微分したもの、図４（ｃ）は２次微分したものを示している。これらの線図から、本発明の３つの転移曲線と従来の転移曲線であるクロソイド曲線又は放物線状曲線の曲率変化の違いが明確に分かる。即ち、本発明の転移曲線Ｃ１、Ｃ２は、曲率の曲線の長さに関する２次微分が曲線の長さ全体に亘って常に正であり、負になることはない。また、転移曲線Ｃ３は、曲率の曲線長さに関する１次微分が曲線の両端で０であり、円軌道からこの転移曲線に受け渡される瞬間の容器の安定性が特に高いことを示している。
【００３９】
【実施例】
上記実施形態で示した３つの新規な曲線によって、フィラーの円軌道からシーマへの直線軌道に内容物充填済み容器を搬送するための転移軌道を形成した場合と、従来の第１クロソイド曲線及び放物線状の曲線で形成した場合を比較する。実施例として、高速フィラーの例として、２０００缶／分、１５６ヘッド、フィラー直径（充填バルブピッチ円直径）４，４５４ｍｍのフィラーにおいて、受け渡し開始角度θ_R＝３°にしたときの該フィラーから直線軌道に内容物充填済み缶を転移する場合のそれぞれ転移曲線を求める。その場合のそれぞれの転移曲線長さｓ_Rは次の通りである。そして、求めた転移曲線が転移軌道の中心線となるように、両側の搬送ガイドを形成することにより、容器搬送のための求める転移軌道を形成することができる。
【００４０】
実施例１（Ａクロソイド曲線Ｃ１）
転移曲線長さｓ_Rは任意長さに設計可能本実施例では６００ｍｍに設定
実施例２（拡大クロソイド曲線Ｃ２）
転移曲線長さｓ_Rは任意長さに設計可能本実施例では６００ｍｍに設定
実施例３（曲率変形正弦変化曲線Ｃ３）
転移曲線長さｓ_Rは任意長さに設計可能本実施例では６００ｍｍに設定
比較例１（従来のクロソイド曲線ａ）
転移曲線長さｓ_Rは一義的に決まり、ｓ_R＝２Ｒθ＝２３３．２１ｍｍである。
この値は変更することはできない。
比較例２（従来の放物線状曲線ｂ）
この場合、曲率変化をスムーズにする転移曲線の受渡し開始角度は、２４．１０°〜３５．２６°の範囲と制限を受けるので、上記高速フィラーの条件であるθ_R＝３°の条件は満たすことはできない。従って、この曲線は高速フィラ−の転移経路への適用は不都合であるが、ここでは比較のために、θ_R＝２４．１°に設定して、転移曲線を設計した。
【００４１】
以上の転移曲線を用いて、フィラーの転移軌道に適用した場合の模式図を図５にまとめて示す。該図は、比較を容易にするために、各軌道間の間隔を誇張して描いているが、長さ方向は略同一縮尺で描いている。この図面から明らかなように、従来の転移軌道に用いられているクロソイド曲線ａによる場合は、受け渡し開始角度を３．００°に設定した場合転移曲線の長さは２３３ｍｍしか確保できない。従って、この場合、円軌道で傾いている液面が水平に戻るまでの時間を稼ぐことができず、液こぼれが発生する恐れがあり、実用上受け渡し開始角度を３．００°に設定することは困難である。また、従来の放物線状の転移曲線ｂの場合は、受け渡し開始角度を２４．１０°〜３５．２６°の範囲にしか設定できないので、多ヘッドの高速フィラーでのフィラー径を小さくすることはできず、初期の目的を達成することはできない。
【００４２】
これに対して、本実施形態の転移曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、何れも受け渡し開始角度を３．００°に設定した場合でも任意に転移曲線長さを形成することができるから、多ヘッドのフィラーにおいて、フィラー円周をより有効活用でき、フィラー径を小さくすることができる。そして、上記実施例に係る３つ転移曲線によって、それぞれ形成した転移軌道により、上記の２０００ｃｐｍのフィラーに適用した結果、フィラーの円軌道からシーマへの直線軌道への内溶液充填済み容器の搬送時に、液こぼれや缶の損傷の発生がなく、スムーズに転移できることが確認できた。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の充填装置における転移曲線によれば、近年の高速生産対応フィラーにおいて制約となっていた転移曲線への受け渡し開始角度について、従来技術で知られていた転移曲線では適用が不可能であった小さな受渡し開始角度であっても、円軌道から直線軌道に搬送される過程での、容器にかかる加速度を連続でかつ円滑に減少させることが可能となり、高速生産に於いては従来にもまして重要である、安定した容器搬送が可能となり、充填された内容物のこぼれや、容器と搬送ガイドとの接触等による傷つきなどの不具合の発生を低減することが可能となった。また、受け渡し開始角度を小さく設定できるので、フィラーの円周を充填のために有効活用でき、多ヘッドのフィラーでもフィラー直径を従来よりも小さくすることが可能であり、設備の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】充填ラインにおける配置状態を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る転移曲線と従来の転移曲線の転移曲線に沿った長さに対する曲率の変化を示す線図である。
【図３】本発明の実施形態に係る転移曲線と従来の転移曲線の転移曲線に沿った長さに対する接線の傾きの変化を示す線図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態に係る転移曲線と従来の転移曲線の転移曲線に沿った長さに対する曲率の変化を示し、（ｂ）は曲率の１次微分の変化、（ｃ）は曲率の２次微分の変化を示す線図である。
【図５】本発明の実施形態に係る転移曲線と従来の転移曲線を転移経路に適用した状態の比較を示す模式図である。
【符号の説明】
１フィラー２シーマ
３コンベヤ４転移軌道
Ｃ１転移曲線（Ａクロソイド曲線）
Ｃ２転移曲線（拡大クロソイド曲線）
Ｃ３転移曲線（曲率変形正弦変化曲線）
ａ従来の転移曲線（クロソイド曲線）
ｂ従来の転移曲線（放物線状曲線）

Claims

円軌道で容器に内容物を充填し、充填後の容器を直線軌道で次工程に搬送する処理能力１０００缶／分以上の高速充填装置である充填装置に於いて、前記円軌道から転移軌道への受渡し開始角度θ_Rが２４°以下の任意の角度に選定でき、且つ転移軌道長さｓ_Rが２Ｒθ_R（但し、Ｒはフィラーのピッチ円半径）を超える任意の長さに選定できる転移曲線からなる転移軌道を有し、該転移軌道の前記転移曲線が、円軌道との接点に於いては曲率が円軌道の半径の逆数に等しく、直線軌道との接点に於いては曲率がゼロに等しく、この間曲率が連続で変化する曲線であって、曲率の曲線に沿った長さに関する２次導関数が、曲線の端点を除いた曲線全体に亘って常に正である曲線からなることを特徴とする充填装置。
円軌道で容器に内容物を充填し、充填後の容器を直線軌道で次工程に搬送する処理能力１０００缶／分以上の高速充填装置である充填装置に於いて、前記円軌道から転移軌道への受渡し開始角度θ _R が２４°以下の任意の角度に選定でき、且つ転移軌道長さｓ _R が２Ｒθ _R （但し、Ｒはフィラーのピッチ円半径）を超える任意の長さに選定できる転移曲線からなる転移軌道を有し、該転移軌道の前記転移曲線が、円軌道との接点に於いては曲率が円軌道の半径の逆数に等しく、直線軌道との接点に於いては曲率がゼロに等しく、かつ曲率の曲線に沿った長さに関する１次導関数が曲線の両端に於いてそれぞれゼロであり、この間曲率が連続で変化する曲線であって、該曲線の接線の傾きが前記直線軌道との接点においてはゼロであり、前記円軌道との接点においては２４°以下、望ましくは５°以下である曲線からなることを特徴とする充填装置。