JP4884805B2

JP4884805B2 - 液体充填装置

Info

Publication number: JP4884805B2
Application number: JP2006065172A
Authority: JP
Inventors: 豊一内田; 浩一青木; 真治石倉; 規雄犬飼
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2026-03-10
Also published as: JP2007238153A

Description

本発明は、液体充填装置に関する。

飲料水等の液体をＰＥＴボトルやガラス瓶、ボトル缶等の容器に充填する装置として、回転式充填装置が用いられている。この回転式充填装置は、回転する円板の外周部に複数の充填バルブを備えており、円板がほぼ１回転する間に、充填バルブから容器内への充填を行う。そして、容器への液体の充填が終了した後、キャッパ（打栓機）により容器へのキャップの装着が行われる。

ところで、飲料水等の場合、雑菌等の容器内への混入を防ぐことが必須であり、このため、クリーンルーム内で、容器殺菌とすすぎ、キャップ殺菌とすすぎ、殺菌された製品液の充填及びキャップ装着といった一連の工程を行ういわゆる無菌充填方式や、充填する液体を高温に加熱しておき、搬送工程でキャッピングされた容器全体を横又は上下倒立させた状態に転倒させて、容器内の液体未接触部位の殺菌をこの液体自体の熱によって行う、高温充填方式が採用されている。なお、通常、転倒殺菌時間は３０秒以上が一般的である。

後者の高温充填方式の場合、容器内に充填した液体の温度の管理が、確実な殺菌を行うには重要である。このため、従来は、例えば１時間に１回といったペースで、充填直後や転倒殺菌後の容器を生産ラインから抜き取ってサンプリングして、容器を開栓し、白金測温抵抗体や熱電対などを用いて容器内の液温の測定を行っている。

しかし、このような容器のサンプリング、液温の測定は、従来手作業で行っていたため、言うまでもなく手間がかかる。また、サンプリングした製品は廃棄されるため、無駄も多くなる。
そこで、容器内の液温を、手作業以外で測定する手法としては、例えば、赤外線放射エネルギを測定する手法がある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−１１６６１１号公報

ところで、特許文献１に開示された技術は、液面レベルを検出するためのものである。液面レベルを検出する場合に比較し、殺菌が確実に行われているか否かを管理するために液温を測定する場合、遥かに高い測定精度が要求される。しかも、飲料の容器への充填は高速で行われるため、短時間での測定が必要となる。
また、特許文献１に開示の技術では、赤外線放射エネルギを赤外線カメラで撮影するが、この場合、画像処理を行うため、様々な不安定要因の影響を受けやすいという問題が存在する。例えば、容器に充填された液体の温度変化を赤外線カメラで捉えようとしても、周囲の各種熱源の影響を受けやすい。これは、例えば高温の液体を充填する場合、周囲に位置する、液体充填中や液体充填後の容器や、各種装置の作動部が発する熱等を、赤外線カメラが捉えてしまうからである。また、回転式充填装置をはじめとして周辺に配置された装置はステンレス製で表面が鏡面仕上げであるものが多いため、赤外線が乱反射し、測定精度に悪影響が生じやすい環境にある。

また、季節による気温変動や、装置からの発熱等も、液温の高精度な測定に影響を与えることは明らかである。
さらに、多品種の製品を取り扱う場合、容器の形状等によっては容器内の液温の測定が困難となることも多い。
このように、従来の技術レベルにおいては、容器に充填した液体の温度を高精度かつ高速に測定するのは困難であり、手作業を廃して作業の効率化を図るのは難しい、という問題がある。

このような課題を解決するには、充填前の液体の温度を測定し、これによって管理を行うことも考えられる。しかしこの場合、当然のことながら、容器に充填を行って殺菌を行うまでの間に液体の温度が低下してしまう。特に、何らかの原因で装置が停止した場合等、液体の充填が完了した容器においては、装置の停止中に液体の温度が低下してしまうため、装置の再始動後に殺菌が確実に行えたか否かを管理することはできない。このため、このような手法は、上記問題の有効な解決手段とはなり得ていない。

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、容器に充填した液体の温度を高精度に測定し、手作業を廃して作業の効率化を図ることのできる液体充填装置を提供することを目的とする。

そこでなされた本発明の液体充填装置は、容器内に、所定以上の温度の液体を充填するフィラーと、液体が充填された容器にキャップを装着するキャッパと、キャップが装着された容器を転倒させ、容器の上部およびキャップの内面に液体を接触させて殺菌を行う転倒殺菌機と、転倒殺菌機により容器を転倒させた状態または容器の転倒による殺菌過程を経た状態で、容器内の液体の温度を非接触で測定し、測定された液体の温度があらかじめ設定された基準温度を上回るか否かを判定する液温測定部と、容器の転倒による殺菌過程を経た容器内の液体の温度を直接測定し、その測定結果に基づき、液温測定部における液体の温度の測定結果を較正する温度較正部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、転倒殺菌機により容器を転倒させた状態または容器の転倒による殺菌過程を経た状態で液温の測定を行うので、殺菌を行った時点での液温を確実に評価することができる。
また、測定を行っている途中であっても、周囲の装置が発する熱や、気温の変動等、さまざまな要因によって液温測定部における液温測定条件が変わることがあるが、温度較正部にて、容器の転倒による殺菌過程を経た容器内の液体の温度を直接測定し、その測定結果に基づき、液温測定部における液体の温度の測定結果を較正することで、安定した液温測定が行える。

液温測定部では、容器から放射される赤外線放射エネルギを測定することで液体の温度を非接触で測定する。このとき、容器の平面部分または断面が一定な筒状部分からの赤外線放射エネルギを測定するのが好ましい。容器の平面部分としては、多角形断面の容器の側面部分や、キャップの天面等がある。また、容器の断面が一定な筒状部分とは、例えば断面円形の容器において、その断面の大きさが変わらずに一定である円筒状の部分等である。容器の側面が複雑な形状である部分では、容器から放射される赤外線放射エネルギが散乱してしまう可能性があるため、より確実に赤外線を受けることのできる位置にて測定を行うのである。
さらに、液温測定部は、容器を転倒させた状態で、容器に装着されたキャップからの赤外線放射エネルギを測定する。これにより、その状態では、液体がキャップの内面に接触しているので、殺菌が確実に行えているか否かを、ほぼリアルタイムで検出することができる。
ところで、キャップを取り付けた容器を横倒しあるいは逆さまに倒したとき、キャップ内面等に気泡が残っていると、高温の液体が接触しない部分が生じて十分な殺菌が行えない可能性がある。
そこで、キャップの部分で温度測定を行うことで、キャップ内面への気泡の付着等を検出する。その場合、液温測定部は、容器から放射される赤外放射エネルギを撮影するカメラと、カメラで撮影した画像を画像処理し、容器に充填された液体の温度分布から、液体の温度を求めるとともにキャップ内面における気泡の有無を判定する処理部と、を備えるものとする。気泡がキャップ内面に付着している部分では、温度が低くなる。そこで、いわゆるサーモグラフィ画像を用いることで、気泡の有無を確認することが可能となるのである。

また、液温測定部は、周囲からの光および温度の少なくとも一方による外乱を遮るため、カバーによって覆うのが好ましい。これによって、外乱による影響を防いで、安定した測定が行える。

本発明によれば、容器に充填した液体の温度を高精度に測定し、手作業を廃して作業の効率化を図ることが可能となる。

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。
〔飲料充填装置の基本的な構成〕
図１は、本実施の形態における飲料充填装置の基本的な構成を説明するための図である。
図１に示すように、飲料充填装置（液体充填装置）１０は、容器をすすぐすすぎリンサ２０、容器に液体を充填するフィラー３０、液体が充填された容器にキャップを装着するキャッパ４０を主に備えている。
本発明の飲料充填装置１０においては、キャッパ４０の後段側に、転倒殺菌機５０を備える。
転倒殺菌機５０は、フィラー３０にて所定以上の温度の液体が充填され、さらにキャッパ４０でキャップが装着された容器１００を受け取り、これを搬送する過程で、図２に示すように、容器１００を横倒し、あるいは上下を反転させて転倒させた状態とする。これにより、容器１００内の高温の液体をキャップの裏側に接触させ、液体の温度を用いてキャップの内側及びキャップと容器１００のシール部の殺菌を行うようにしている。
なお、すすぎリンサ２０、フィラー３０、キャッパ４０、転倒殺菌機５０間には、搬送スターホイール４５等が設けられ、これによって、容器１００の受け渡し等が行われるようになっている。

さらに、飲料充填装置１０には、転倒殺菌機５０において容器１００を転倒させた状態での殺菌工程よりも後段側に、容器１００内の液体の温度を測定する液温測定部６０が設けられている。
図３に示すように、この液温測定部６０は、放射温度計６１を備える。この放射温度計６１は、搬送装置７０によって搬送される容器１００に対向するよう設けられ、容器１００から放射される赤外線を受ける受光部６２を備える。
ここで、この放射温度計６１は、昇降機構６３によって、受光部６２の高さを調整できるようになっている。これは、製品によって形状、大きさ等が様々に異なる容器１００に対し、最適な条件、すなわち測定誤差の少ない安定した条件で放射温度計６１における測定を行えるようにするためである。これには、放射温度計６１で測定誤差の少ない安定した形状部で容器１００内の液体の温度を測定するのが好ましく、容器１００において放射温度計６１の受光部６２に対向する部分が、受光部６２における受光方向に略直交するような位置関係とするのが好ましい。つまり、搬送装置７０上で正立した状態の容器１００の側面１００ａが直線状となっている部分が、放射温度計６１の受光部６２に向くよう、その高さを昇降機構６３で調整するのである。これは、容器１００の側面１００ａが三次元状に湾曲している部分では、赤外線が散乱して放射される可能性があり、これを避けて安定して赤外線を受光するためである。このような側面１００ａが直線状となっている部分としては、容器１００の側面１００ａの平面部分または断面が一定な筒状部分等がある。容器１００の平面部分としては、多角形断面の容器１００の側面部分や、キャップ２００の天面等がある。また、容器１００の断面が一定な筒状部分とは、例えば断面円形の容器１００において、その断面の大きさが変わらずに一定である円筒状の部分等である。
昇降機構６３は、受光部６２の高さを調整できるのであればいかなる構成のものであってもよく、手動、あるいはモータを用いた電動によって放射温度計６１を、カメラの向きを変えずに昇降させるような構成とすればよい。

このような放射温度計６１では、搬送装置７０によって搬送される容器１００が所定の位置に到達したときに測定が行えるよう、トリガーセンサ６４を備える。トリガーセンサ６４としては、例えば光電センサを用いることができ、光電センサのセンサ光を容器１００の一部が遮ったときに、これを検出して、放射温度計６１における放射赤外線の測定を行うよう、放射温度計６１のコントローラ６６で制御すれば良い。
このトリガーセンサ６４も、容器１００の種類が異なっても安定した一定のタイミングで測定が行えるよう、位置を適宜調整するのが好ましい。これには、容器１００のキャップ２００の位置に、トリガーセンサ６４を合わせるように位置調整を行うのが好ましい。トリガーセンサ６４の位置は、昇降機構６３と同様の構成のセンサ昇降機構６５によって調整すればよい。

液温測定部６０では、容器１００から放射される赤外放射エネルギを放射温度計６１の受光部６２で受けることによって、容器１００内の液体の温度を検出することができる。
そして、コントローラ６６では、容器１００内の液体の温度が、予め定めた所定以上の温度であるか否かを判定し、所定以上の温度であるときには、正常であるとして、後工程に向けて容器１００を搬送する。一方、容器１００内の液体の温度が、予め定めた所定以上の温度では無かった場合は、この容器１００を、不良品として適宜タイミングで排出するように制御する。これは、容器１００内の温度が規定値よりも低いと、液体自体の温度を利用した容器１００およびキャップ２００内周面の殺菌効果が十分に得られず、品質を保証できないからである。

さて、液温測定部６０には、放射温度計６１で測定を行う部分の周囲を覆うようにカバー８０が設けられている。このカバー８０は、搬送装置７０によって搬送される容器１００のカバー８０内部への出入口８２が形成されているほかは、なるべく開口部を設けないようにするのが好ましい。
カバー８０は、容器１００から放射される赤外線以外の外乱成分が放射温度計６１の受光部６２に到達するのを防ぐために設けられたものであり、さらに、容器１００自体から放射される赤外線のカバー８０内面における乱反射を防ぐために、カバー８０を表面反射率が低いものとするのが好ましく、例えば樹脂板や、つや消しの黒色等に塗装した金属板等によって形成するのが良い。さらに、カバー８０は、周囲からの熱を遮蔽する遮蔽板としての機能を兼ね備えることができ、その場合、さらに断熱材等でカバー８０を形成することで、断熱効果を持たせるようにしても良い。
さらに、カバー８０の内部に湿気・熱気が篭らないように、排気ファン等を備えるのが好ましい。

図１に示したように、さらに、この液温測定部６０は、放射温度計６１における液温測定精度を較正するための温度較正部９０を備える。
この温度較正部９０は、液温測定部６０の近傍において、搬送装置７０の外部に容器１００を取り出すために設けられるサンプリングライン７１に備えられる。
搬送装置７０においては、所定のタイミング（例えば１時間に１回程度、あるいは品種が変わるごと等）で、搬送装置７０の搬送経路からサンプリングライン７１に容器１００を排出する。温度較正部９０では、サンプリングライン７１に排出された容器１００の液温を接触式の温度計で測定する。このような温度計には、ＰＴ測温抵抗体やシース型熱電対等を用いることができるが、他のものであっても、サンプリングライン７１上の容器１００の外部から内部の液温を測定できるようなものであれば良い。
そして、温度較正部９０では、測定した液温に基づき、液温測定部６０における放射温度計６１の測定結果を較正する。

このような飲料充填装置１０では、転倒殺菌機５０の後段側に液温測定部６０を設け、放射温度計６１で容器１００内の液体の温度を測定するようにした。これにより、転倒殺菌機５０において容器１００を転倒させて行った殺菌工程において、容器１００内の液体が殺菌効果を発揮する所定の温度以上であったか否かを確認することができ、殺菌による効果を保証することが可能となる。これにより、確実な品質管理を行うともに、液温測定部６０における液温測定は搬送装置７０で容器１００を搬送している間に非接触で行えるので、手作業による液温測定は不要となり、作業効率を大幅に向上させることができる。
また、液温測定部６０では、立てた状態の容器１００に対し、放射温度計６１の受光部６２が、容器１００のストレート状の側面１００ａに対向するようにしたので、乱反射等を回避し、容器１００内の液体から放出される赤外線を確実に受けて、高精度な液温測定が行える。
さらに、カバー８０を設けることによって、放射温度計６１への外乱による影響を回避し、この点においても高精度な液温測定に貢献することができる。
加えて、温度較正部９０において、接触式の温度計でダイレクトに測定した容器１００内の液温によって、液温測定部６０における放射温度計６１の測定結果を較正するようにした。これにより、容器１００の形状の違いや、気温の季節変動、その他の外乱要素によって放射温度計６１での測定結果の誤差が大きくなってしまうような状況において、放射温度計６１での測定精度を維持することができる。

〔実施形態〕
本実施形態においては、容器１００を横倒しにした状態で液温の測定を行う例を示す。
ここで、飲料充填装置１０の構成は、液温測定部６０以外同様であるため、上記飲料充填装置の基本的な構成と異なる構成を中心に説明し、上記基本的な構成と共通する部分についてはその説明を省略する。
本実施形態の飲料充填装置１０においては、液温測定部６０は、転倒殺菌機５０において容器１００を横倒しにしている位置に設けられる。
ここで、図４に示すように、液温測定部６０は、搬送装置７０上で横倒しにされた容器１００に装着されたキャップ２００に対向するよう設けられたサーモグラフィ用のカメラ１１０と、カメラ１１０からのデータに基づき、予めインストールされたプログラムに沿った所定の処理を実行する画像処理制御部（処理部）１２０とを備える。

カメラ１１０は、容器１００から放射される赤外線放射エネルギを撮影し、その画像データを画像処理制御部１２０に送る。このカメラ１１０は、横倒しにされた容器１００に装着されたキャップ２００に対向するよう配置されている。容器１００のキャップ２００の天面は通常ほぼ平面であるので、この部分で測定を行うことで、外乱による精度低下を防止できる。
このとき、キャップ２００がＰＥ（ポリエチレン）製である場合、カメラ１１０では、８〜１２μｍの波長帯域における赤外線放射エネルギを撮影するのが好ましい。これにより、ＰＥ樹脂による赤外線の吸収を避けることができる。

画像処理制御部１２０は、図５に示すように、カメラ１１０から得た画像Ｖのデータ（サーモグラフィ画像）に基づき、容器１００中の液体の温度を画像処理によって測定する。
これにはまず、図５（ａ）に示すように、カメラ１１０から入力された画像Ｖを、各種画像処理手法によってノイズ除去処理を行う。
そして、図５（ｂ）に示すような、予め撮影した基準用のキャップ２００の画像データＭを用い、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、カメラ１１０から入力された画像Ｖ中のキャップ２００の向き（回転方向の位置）と位置ズレを基準用のキャップ２００の画像データＭに重ね合わせる。
さらに、基準用のキャップ２００の画像データＭ上において、キャップ２００に印刷されたロゴマーク等を避けることのできるエリアＡを予め設定しておく。そして、カメラ１１０から入力された画像Ｖのうち、前記ロゴマーク等を避けることのできるエリアＡにおいて、赤外線放射エネルギの大きさの平均値を算出する。これは、ロゴマーク等によってキャップ２００を透過する赤外線の量が減少するため、そのような部分を排除して測定を行うためである。
そして、この赤外線放射エネルギの平均値を、キャップ２００面から測定した容器１００内の液温とすることができる。
さらに、前記ロゴマーク等を避けることのできるエリアＡにおいて、赤外線放射エネルギの大きさから、前記の平均値を減算する。すると、得られた差分は、赤外線放射エネルギの平均値を基準とした、赤外線放射エネルギの分布を示すものとなる。
これを用い、得られた差分が予め設定していたしきい値を上回るか否かを判定し、他の部分に対して著しく温度が低い部分に関しては、キャップ２００の裏面に気泡があるものとして判定する。

このような液温測定部６０は、上記基本的な構成と同様、カバー８０等を設けることができる。
また、上記基本的な構成と同様にして温度較正部９０を備え、画像処理制御部１２０においてサーモグラフィ画像から温度を算出するときに、温度較正処理を行うようにしても良い。

このような飲料充填装置１０では、転倒殺菌機５０で容器１００を横倒しにしている間に、液温測定部６０のカメラ１１０によって、容器１００に装着されたキャップ２００の天面側から液温測定を行うようにした。これによって、転倒殺菌機５０において行った容器１００を転倒させての殺菌工程で、容器１００内の液体が殺菌効果を発揮する所定の温度以上であったか否かを確認することができ、殺菌による効果を保証することが可能となる。これにより、確実な品質管理を行うともに、液温測定部６０における液温測定は搬送装置７０で容器１００を搬送している間に非接触で行えるので、手作業による液温測定は不要となり、作業効率を大幅に向上させることができる。
このとき、キャップ２００の天面は平らな面であるため、測定が容易に行える。
さらに、キャップ２００の天面側からサーモグラフィ用のカメラ１１０で液温測定を行うことで、スポット的な測定ではなく、ある程度の広さを有したエリアの温度分布を検出することもできる。これには、例えばラインスキャンしたり、例えば測定対象エリア内を複数のブロックに分割し、それぞれのブロックの平均温度を画像処理によって算出したりすればよい。これにより、キャップ２００の内面に気泡が付いていた場合には、その部分においては液体がキャップ２００に直接接触していないために、その部分のブロックの平均温度が低い表示されるため、気泡の付着を検出することができる。気泡がキャップ２００内面に付着していた場合、その部分の殺菌が十分に行えなかった可能性があるため、このような容器１００については、殺菌不良として処理することができ、一層確実な品質管理が行える。

なお、このようなキャップ２００側からの液温測定による品質管理は、転倒殺菌機５０にて、容器１００を上下逆さまにして転倒殺菌を行う場合であっても同様に適用することが可能である。
また、上記本実施形態では、サーモグラフィ用のカメラ１１０ではなく、上記基本的な構成と同様、放射温度計６１を用い、キャップ２００側から液温測定を行うようにしても良い。

なお、上記実施の形態では、飲料充填装置１０の各部について説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、各部の構成を変更したり、他の構成への変更を行っても良い。
これ以外にも、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することが可能である。

本実施の形態における飲料充填装置の全体構成を示す図である。転倒殺菌機において容器が搬送されながら倒れる状態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれの位置における断面図である。上記飲料充填装置の基本的な構成における液温測定部の構成を示す図である。本実施形態における液温測定部の構成を示す図である。画像処理による液温測定の過程を示す図である。

符号の説明

１０…飲料充填装置（液体充填装置）、３０…フィラー、４０…キャッパ、５０…転倒殺菌機、６０…液温測定部、６１…放射温度計、６６…コントローラ、７０…搬送装置、７１…サンプリングライン、８０…カバー、８２…出入口、９０…温度較正部、１００…容器、１１０…カメラ、１２０…画像処理制御部（処理部）、２００…キャップ

Claims

容器内に、所定以上の温度の液体を充填するフィラーと、
前記液体が充填された前記容器にキャップを装着するキャッパと、
前記キャップが装着された前記容器を転倒させ、前記容器の上部および前記キャップの内面に前記液体を接触させて殺菌を行う転倒殺菌機と、
前記転倒殺菌機により前記容器を転倒させた状態または前記容器の転倒による殺菌過程を経た状態で、前記容器内の前記液体の温度を非接触で測定し、測定された前記液体の温度があらかじめ設定された基準温度を上回るか否かを判定する液温測定部と、
前記容器の転倒による殺菌過程を経た前記容器内の前記液体の温度を直接測定し、その測定結果に基づき、前記液温測定部における前記液体の温度の測定結果を較正する温度較正部と、を備え、
前記液温測定部は、前記容器を転倒させた状態で、前記容器に装着された前記キャップからの赤外線放射エネルギを測定することで前記液体の温度を非接触で測定し、
前記容器から放射される赤外放射エネルギを撮影するカメラと、
前記カメラで撮影した画像を画像処理し、前記容器に充填された前記液体の温度分布から、前記液体の温度を求めるとともに前記キャップ内面における気泡の有無を判定する処理部と、
を備えることを特徴とする液体充填装置。
前記液温測定部は、周囲からの光および温度の少なくとも一方による外乱を遮るため、カバーによって覆われていることを特徴とする請求項１に記載の液体充填装置。