JP4410333B2 - 回転式充填機械 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転可能に配設された環状のフィラボウルを介して被充填液を容器に充填する回転式充填機械に関し、特に、上記被充填液を攪拌する手段に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は、砂嚢等の固形物を含まない飲料液体に適用する従来の回転式充填機械の外観を示している。この回転式充填機械1によって被充填液である飲料液体を容器2へ充填する場合には、図示していない搬送コンベアで送られてきた空の容器(給ビン)2が割り出しスクリュー3および入口スターホイル4を介してフィラボウル5の下方に供給される。
【0003】
フィラボウル5は、回転可能に支持された環状体(ドーナツ状体)からなり、図9に示すように、その下面に充填弁6が装着されている。
充填弁6は、図10に拡大して示すように、シリンダ61と弁体62とを主要構成部材として有している。シリンダ61は、中空部612と該中空部612の下端に形成した弁座611とを備え、該弁座611が外方に突出する態様でフィラボウル5の底部に取付けられている。このシリンダ61の上方部分はフィラボウル5内に位置し、その上方部分に飲料液体28中に連通する開口613が設けられている。
【0004】
弁体62は、ステム(弁棒)622を有している。このステム622は、その軸線に沿う中空部624を有し、シリンダ61の中空部612内に同心状に位置されている。上記ステム622の途中には、中空部612の内壁と摺動可能に接触して心出し作用をする羽根623が突設され、かつ、該ステム622の下端には、上記弁座611との間で液通路64を開閉する弁部621が一体形成されている。
弁体62は、バネ63およびバネ座63aを介して上方に付勢されている。したがって、充填弁6は、常時、上記弁部621がシリンダ61の弁座611に当接した状態、つまり、閉弁状態におかれている。なお、上記中空部612とステム622は、上記液通路64を形成している。
【0005】
上記構成の充填弁6において、弁体62をバネ63に抗して外力Fで下方に押せばと、弁部621が弁座611から離れて液通路64が開く。また、外力Fを除去すると、弁体62がバネ63の力で上方向に駆動されるので、弁部621が弁座611に当接して、液通路64が閉じる。
このように、充填弁6は、上記外力Fを操作することによって飲料液体28中に連通する液通路64を開閉する。
【0006】
前記空容器2は、リフタによって上昇されて充填弁6にその注入口が押し付けられる。そして、充填弁6が開かれると、フィラボウル5内の飲料液体28が該液体28の液柱高さに基づく駆動力によって容器2に充填される。容器2内への飲料液体28の流入に伴って、該容器2内の空気が押し出されるが、該空気は、ステム622の中空部624を介してフィラボウル5の気相部へ排出される。
なお、上記弁体62に作用させる外力Fは、図9に示した電磁弁8を介して作動されるエアシリンダ9や、図示していないカム等のアクチュエータによって与えられる。また、飲料液体28が充填された容器(排びん)2は、回転式充填機械1から出口スターホイル14に移送された後、クロージャー15で封栓されて排出される。
【0007】
回転するフィラボウル5への飲料液体28の供給は、主液管16、ロータリジョイント17(詳細は図示せず)および横主液管18を介して行われ、その際、制御弁19によって供給流量が調整される。一方、フィラボウル5でのガスの給排気は、操作弁20、ガス管21、ロータリジョイント22およびフィラボウル5の上蓋5aに接続された横ガス管23を介して行われる。
【0008】
ここで、上述の回転式充填機械1をそのまま用いて砂嚢等の固形物を含む飲料液体を充填する場合を考える。この場合、固形物24を含有する飲料液体28が横液管18を介してフィラボウル5の底部から供給される。飲料液体28に含まれる砂嚢等の固形物24は、充填機械1の運転時にはポンプによる供給エネルギーにより攪拌されて浮上する。しかし、充填機械1が停止すると、上記ポンプの作用も停止するため、フィラボウル5の底部に沈降する。
【0009】
充填機械1の停止後、再び該充填機械1を起動して充填を開始すると、当初においては、主として停止中に沈降した固形物24が充填弁6を通って容器2に充填されることになるので、充填される飲料液体28の固形物含有量が極めて大きくなる。そして、沈降した固形物24の充填がほぼ完了した直後は、飲料液体28の固形物含有量が少なくなり、その後、時間経過に伴って該固形物含有量が平均的な値へと落ち着くことになる。
以上から明らかなように、上記従来の回転式充填機械1を固形物24を含む飲料液体28の充填に適用した場合、起動後の一定期間、容器2に充填される飲料液体28の固形物含有量が不均一になるという問題が生じる。
【0010】
そこで、図11に示すように、出口スターホイル14とクロージャー15との間に固形物補充機25を配設し、この固形物補充機25から定量の固形物を容器内2に供給することが実施されている。
この場合、フィラボウル5は、固形物を含有しない飲料を容器2に充填することになる。そして、上記容器2は、図12に示すコンベア26によって固形物補充機25の近傍まで搬送された後、この固形物補充機25から所定量の固形物24を注入され、ついで、クロージャー15によって封栓される。
なお、図11に示すフィラボウル5は、図8に示した上蓋5aが取除かれている。
【0011】
上記固形物補充機25を用いる技術によれば、容器2内に充填された飲料液体28の固形物含有量を一定に管理するという目的は達成できるものの、以下のような不都合を生じる。
(1) 固形物補充機25およびこれを制御する手段を必要とするので、装置コストがアップする。
(2) 固形物補充機25は、固形物に殺菌等の処理を施す衛生管理手段を備えていないので、該管理手段を別途設ける必要があり、これも装置コストをアップさせる要因になる。
【0012】
図13に示す回転式充填機械1′は、タライ型のフィラボウル5′内に固定式の攪拌羽根27を配設した構成を有する。この回転式充填機械1′は、フィラボウル5′の回転に伴って流動する飲料液体28を上記撹拌羽根27に接触させて攪拌するものであるので、以下のような問題がある。
(1) 撹拌羽根27が固定されているので、回転式充填機械1′が起動しなければ、撹拌効果が全く表れない。
(2) 回転式充填機械1′が回転し始めても、慣性のためにフィラボウル5′内の飲料液体28はすぐに動かない。このため、撹拌に時間がかかる。
(3) フィラボウル5の断面積が大きいので、ステム(ベントチューブ)10とフィラボウル5の内周との間に介在する固形物24まで攪拌羽根27の攪拌作用が及ばない。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
図11に示す固形物補充機25を用いた飲料攪拌手法および図13に示す攪拌羽根27を用いた飲料攪拌手法は、それぞれ上述したような問題点を有する。
本発明の課題は、このような状況に鑑み、装置コストの大幅な上昇を伴うことなく、速やか、かつ効率的に飲料液体を攪拌することができ、しかも、フィラボウルの回転を停止した状態においても飲料液体の攪拌が可能な回転式充填機械を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、回転可能に配設された環状のフィラボウルを介して被充填液を容器に充填する回転式充填機械であって、前記フィラボウル内の被充填液中にガスを吹き出すガス吹き出し手段を設け、前記ガスの吹き出しによって前記被充填液を攪拌するようにしている。
第2の発明は、第1の発明において、前記ガスとして不活性ガスを使用している。
第3の発明は、第1または第2の発明において、前記ガス吹き出し手段が、前記環状内部空間に沿って配設した環状のガス吹き出し管と、該ガス吹き出し管に前記ガスを供給するガス供給手段とを備えている。
第4の発明は、第3の発明において、前記ガス供給手段が、前記フィラボウルの起動前に所定の攪拌時間だけ前記ガス吹き出し管にガスを供給するように構成されている。
第5の発明は、第1または第2の発明において、前記ガス吹き出し手段が、前記フィラボウルの環状内部空間に沿って間欠的に配設した複数のガス吹き出し管と、該各ガス吹き出し管に前記ガスを供給するガス供給手段とを備えている。
第6の発明は、第5の発明において、前記ガス供給手段が、前記フィラボウルの起動前から起動後に至る所定の攪拌時間だけ前記各ガス吹き出し管にガスを供給するように構成されている。
第7の発明は、第3または第5の発明において、前記ガス吹き出し管を前記フィラボウルの底面近傍に配設している。
第8の発明は、第3または第5の発明において、前記ガス供給手段が、前記ガス吹き出し管にガスを供給する給気管と前記フィラボウル内のガスを排出する排気管とを備え、前記給気管および排気管をそれら相互が二重管路を構成するように配設している。
第9の発明は、第8の発明において、前記排気管を前記給気管よりも大径に形成し、前記排気管内に前記給気管を同軸状に配設することによって前記二重管路を構成している。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係る回転式充填機械の実施形態を示す要部断面図、図2は、この回転式充填機械の平面図である。なお、図1、図2においては、図8ないし図9に示した従来の充填機械の構成要素に対応する要素に共通の符号を付してある。そして、以下においては、上記対応要素についての説明を省略する。
【0016】
この実施形態に係る回転式充填機械100は、フィラボウル5内に環状のガス吹き出し管30を配設してある。図3に拡大して示すように、このガス吹き出し管30は、フィラボウル5の底面中央部近傍に位置する態様で該フィラボウル5の環状内部空間に沿って配設され、かつ、その左右下側部にそれぞれノズル孔30a,30bを形成してある。
【0017】
図2に示すように、この充填機械100の回転軸31とフィラボウル5との間には、複数本(この例では、6本)の給気管32が放射状に配設されている。図1に示したように、給気管32はその基端が上記回転軸31に連結され、また、その先端部がフィラボウル5の上蓋5aを貫通して該フィラボウル5内に突出している。
上記各給気管32は、フィラボウル5内に位置した先端をガス吹出し管30に連結することによって該吹き出し管30を保持している。もちろん、両者は、上記連結によって相互に連通している。
【0018】
一方、上記回転軸31とフィラボウル5との間には、排気管33を介在させてある。この排気管33は、基端を回転軸31に連結し、先端をフィラボウル5の内部上方で開口させてある。なお、図2においては、図面の煩雑化を避けるために排気管33を示していない。
上記給気管32および排気管33の基端は、それぞれ上記回転軸31に形成した通路34および35を介してロータリジョイント36の内周に形成された環状溝37および38に連通している。
環状溝37および38には、それぞれ給気管39および排気管40が連通している。そして、吸気管39は、電磁弁41を介して図示していないガス供給手段に接続されている。
【0019】
次に、この実施形態に係る回転式充填機械100の動作について説明する。上記フィラボウル5には、横主液管18を介して果粒等の固形物を含んだ高温(例えば85〜95℃)の飲料液体28が供給される。この飲料液体28の供給後、図8に示した制御盤7からの指令によって上記電磁弁41が開作動すると、給気管39、通路34および給気管32を介してガス吹き出し管30に窒素ガス等の不活性ガスが供給され、その結果、このガス吹き出し管30のノズル孔30a,30bから飲料液体28中に上記不活性ガスが吹き出す。
【0020】
図3に示したように、ガス吹き出し管30はフィラボウル5の底面近傍に位置している。そして、そのノズル孔30a,30bは、それぞれ斜め下方に向けられ、しかも、ガス吹き出し管30の長手方向に沿って千鳥状に配列する態様で設けられている。
従って、ノズル孔30a,30bを介して飲料中28中に吹き込まれた不活性ガスは、フィラボウル5の底面近傍から気泡となって上昇する。
【0021】
この気泡の上昇運動は、図3に矢印で示したような随伴流を飲料液体28中に発生させ、これによって該飲料液体28が攪拌される。つまり、飲料液体28は気泡の上昇に基づいて生じるポンプ作用によって攪拌される。そして、この飲料液体28の攪拌によって、沈降固形物24および浮上固形物24(気泡が付着した固形物は液面に浮上する)が飲料液体28中に均一に分散される。
なお、上記不活性ガスの吹き出しによって過剰になったフィラボウル5中のガスは、排気管33、通路35、溝38および排気管40を介して排出される。
【0022】
ところで、上記給気管39に供給される不活性ガスは、予め飲料液体28の温度と同等の温度(例えば85〜95℃)まで加熱されているが、周囲環境の温度によっては、給気管39を流通する間にその温度が低下する。そして、温度の低下した不活性ガスがフィラボウル5内の飲料液体28に吹き込まれた場合、該飲料液体28の温度が低下することなる。
そこで、この実施形態においては、排気管40によって給気管39を包囲している。すなわち、図4に示すように、排気管40を給気管39よりも大径に形成し、排気管40内に給気管39を同軸状に配設することによって二重管路を構成している。
【0023】
上記二重管路によれば、給気管39と排気管40との間に形成された排気流路が断熱要素としての機能を持つことになり、しかも、給気管39を流通するガスが排気管40を流通するリターンガスと熱交換することになるので、給気管39を流通する不活性ガスの温度低下が抑制される。それゆえ、高温状態を維持した状態の不活性ガスがフィラボウル5内の飲料液体28に吹き込まれ、それによって、該飲料液体28の温度低下が防止される。
なお、図5に示すように、給気管39の外周囲に排気管40を巻回するようにしても、上記と同様に給気管39を流通する不活性ガスの温度低下を抑制することができる。
【0024】
上記回転式充填機械100によれば、フィラボウル5の停止中でも不活性ガスの吹き出しが可能であるので、このフィラボウル5の起動前に該フィラボウル5内の飲料液体28を攪拌することができる。
したがって、このフィラボウル5の起動前に飲料液体28の攪拌を開始し、その攪拌開始時点から所要攪拌時間が経過した時点でフィラボウル5を起動させれば、その起動後、直ちに均質な飲料液体28を容器2に充填することが可能となる。そして、このような起動前の攪拌処理を実行すれば、攪拌のためのロス時間をなくして稼動率をアップすることができる。
なお、上記所要攪拌時間、つまり所要ガス吹き出し時間は、フィラボウル5の大きさ、飲料液体の高さ、ガス吹き出し条件等に基づいて図8に示した制御盤7で設定される。
【0025】
ところで、飲料液体28の充填開始後においては、フィラボウル5内の飲料液体28の液面が一定となるように、横主液管18を介して該フィラボウル5内に飲料液体28が補充されるが、この補充飲料液体28は、周辺の充填弁6に向って流動してフィラボウル5内の飲料を攪拌する。それ故、飲料液体28の充填開始時点で上記不活性ガスの供給を停止しても、均質な飲料液体28を容器2に充填することが可能である。
もちろん、飲料液体28中に含まれた固形物24の大きさ、種類等に応じて、上記不活性ガスの供給を該飲料液体28の充填作業が終了するまで継続することも可能であり、また、飲料液体28の充填開始後に、不活性ガスの供給量を減少させる処置を講じることも可能である。
【0026】
図6は、本発明の他の実施形態に係る回転式充填機械100′を示している。この回転式充填機械100′は、フィラボウル5の環状内部空間に沿って複数のガス吹き出し管30′を間欠的に配設した構成を有する。なお、各ガス吹き出し管30′の配設位置等は図2に示したガス吹き出し管30と同様である。
【0027】
この回転式充填機械100′において、フィラボウル5が起動されると、その起動後の一定期間、慣性によってフィラボウル5内の飲料液体28が停止状態を保持するので、相対的に各ガス吹き出し管30′が飲料液体28中を移動することになる。このため、各ガス吹き出し管30′から吹き出した不活性ガスによる攪拌作用は、フィラボウル5の全域に及び、その結果、各ガス吹き出し管30′の間に介在していた飲料液体28も十分に攪拌される。
【0028】
図7は、この回転式充填機械100′における所要ガス吹き出し時間Tと、フィラボウル5の起動時点と、飲料液体28の充填開始時点との関係を例示したものである。この関係では、ガスの吹き出し開始から時間t1が経過した時点でフィラボウル5が起動され、その起動から時間t2が経過した時点でガスの噴き出しが停止されるとともに、飲料液体28の充填が開始される。つまり、時間t1と時間t2を和した時間がガス吹き出し時間Tになる。
なお、ガスの吹き出しを停止しても所定時間t3の間は飲料液体28の均一状態が十分に保たれている。したがって、飲料液体28の充填は、ガス吹き出し時間Tの終了時点から時間t3が経過する間に開始すれば良い。
【0029】
上記時間t1は、フィラボウル5の停止時における所要攪拌時間、つまり、各ガス吹き出し管30′の配設部位に存在する飲料液体28の攪拌に要する時間であり、フィラボウルの大きさ、飲料液体の高さ、ガス吹き出し条件等に基づいて決定される。
ここで、上記各ガス吹き出し管30′が配列する円周の長さをL、ガス吹き出し管30′の円弧長をL1、配設本数をn(この例では6本)とすると、上記時間t1においては、上記円周Lの内の長さL1・nの部分が攪拌に寄与することになる。換言すれば、円周Lの内の長さL−L1・nの部分は、攪拌に寄与しない。
【0030】
フィラボウル5が起動されると、前述したように、飲料液体28の慣性のために各ガス吹き出し管30′が該飲料液体28中を相対移動することになる。そして、この相対移動に伴い、上記L−L1・nの部分に相当する部位に位置していた未攪拌飲料液体28が攪拌される。
【0031】
図7に示した時間t2は、上記未攪拌飲料液体28の攪拌に必要とする時間である。この時間t2は、下式(1)のように表わされるので、前記所要ガス吹き出し時間Tは、下式(2)で与えられる。
t2={(L−L1・n)/(L1・n)}・t1 ・・・(1)
T= t1+t2={L/(L1・n)}・t1 ・・・(2)
【0032】
図8に示した制御盤7は、上記時間t1,t2に基づいてフィラボウル5の起動時点やガスの吹出し時間T等を設定する。そして、ガス吹き出し時間Tにおいてガスの噴き出しが実行されるように図1に示した電磁弁41を制御する。
【0033】
【発明の効果】
本発明によれば、 フィラボウル内の被充填液中にガスを吹き出すことによって前記被充填液を攪拌するようにしているので、装置コストの大幅な上昇を伴うことなく、速やか、かつ効率的に飲料を攪拌することができる。しかも、フィラボウルの回転停止下での飲料の攪拌が可能であるから、攪拌のためのロス時間をなくして稼動率をアップすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る回転式充填機械の一実施形態を示した要部断面図。
【図2】図1に示した回転式充填機械の平面図。
【図3】不活性ガスの吹き出しによる飲料の攪拌態様を示した断面図。
【図4】給気管を排気管中に同軸状に配置した構造の二重管路を示す部分断面図。
【図5】給気管の周囲に排気管を巻回した構造の管路を示す側面図。
【図6】本発明に係る回転式充填機械の他の実施形態を示した平面図。
【図7】ガスの供給時間とフィラボウル起動時点と充填開始時点の関係を示すタイミングチャート。
【図8】従来の回転式充填機械の外観を示した斜視図。
【図9】従来の回転式充填機械における要部縦断面図。
【図10】充填弁の構造を示した縦断面図。
【図11】固形物補充機を備えた従来の回転式充填機械の平面図。
【図12】固形物補充機による固形物の注入態様を示した概念図。
【図13】タライ型フィラボウルを備えた従来の回転式充填機械の要部縦断面図。
【符号の説明】
2 容器
5 フィラボウル
6 充填弁
7 制御盤
10 ステム
18 横主液管
28 飲料
30,30′ ガス吹き出し管
32,39 給気管
33,40 排気管
34,35 通路
36 ロータリジョイント
37,38 溝
41 電磁弁
100,100′ 回転式充填機械
Claims (3)
- 回転可能に配設された環状のフィラボウルを介して固形物を含む被充填液を容器に充填する回転式充填機械であって、
前記フィラボウルの環状内部空間内に、該環状内部空間に沿って複数個間欠的に配設したガス吹き出し管と、
前記各ガス吹き出し管にガスを供給する給気管を備え、前記フィラボウルの起動前から起動後に至る所定の攪拌時間だけ前記各ガス吹き出し管に前記ガスを供給するガス供給手段と、
前記フィラボウル内のガスを排出する排気管と、を備え、
前記排気管の一部内に前記給気管の一部を同軸状に配置することによって両者間に排気流路を形成し、
前記ガス吹き出し管からのガスの吹き出しによって前記フィラボウル内の前記被充填液を攪拌するとともに、前記フィラボウル内からの排出ガスを前記排気流路を介して前記給気管の一部の周囲に流通させるようにしたことを特徴とする回転式充填機械。 - 前記ガスとして不活性ガスを使用したことを特徴とする請求項1に記載の回転式充填機械。
- 前記ガス吹き出し管を前記フィラボウルの底面近傍に配設したことを特徴とする請求項1または2に記載の回転式充填機械。
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