JP5224956B2 - 充填システム - Google Patents

Description

本発明は、ビール等の飲料を容器に充填する充填装置を備えた充填システムに関する。

充填装置には、ビールや発泡酒等の飲料を容器に充填する際に充填量を測定するため、充填バルブの上流に流量計が設置されている。また、流量計の下流側には、異物混入防止のためスクリーンメッシュが設置されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１８０４４号公報

充填する飲料の種類を変更する場合、充填装置の流路に対して、変更対象となる飲料による置換洗浄が行われたり、あるいは、水による置換洗浄をした後に変更対象となる飲料による置換洗浄が行われたりする。いずれの方法にしても、変更対象となる飲料による置換洗浄前には流路内を一旦気体で置換してから変更対象となる飲料で再度置換する。このとき、気体から液体への置換が流路内で行われるが、スクリーンメッシュの表面張力により気体が保持されて流量計の下流側に気体が滞留することがある。このため置換洗浄後に充填を開始すると、この気体の体積分だけ充填量が低下して充填不良が発生するおそれがある。また、充填バルブを水で洗浄した場合においては、上述した充填不良に加えて、洗浄後の残留水により充填内容物が希釈されるおそれがあるため、充填開始直後に充填された容器はオペレータにより抜き取られているが、これでは手間がかかる。

そこで、本発明は充填を開始してから所定数の充填バルブによる充填量を制御可能な充
填装置を備えた充填システムを提供することを目的とする。

本発明の充填システムは、所定の回転軸線を中心として水平に旋回可能なスターホイール式搬送機構（２）の外周に一定のピッチで設けられた複数のポケットの上方に、上下方向に位置を揃えるようにして設置され、該ポケットに取り込まれた容器（Ｃ）へ飲料を充填する複数の充填バルブ（３）と、前記容器の充填量を測定する測定手段（２３）と、前記複数の充填バルブを判別するバルブ判別手段（３１）と、前記測定手段の測定結果及び前記バルブ判別手段の判別結果に基づいて、飲料の流路の洗浄後に飲料の充填を開始してから所定数の充填バルブの充填量を制御する充填量制御手段（３０）と、を備え、前記充填量制御手段は、通常の充填量に比べて前記所定数の充填バルブの充填量を減少させるように制御する充填装置と、前記充填装置にて充填された容器（Ｃ）の充填量を検査し、かつ所定の充填量に満たない容器を排除する充填量検査装置（４１）と、を備えたことにより上記課題を解決する。

本発明に設けられた充填装置では、スターホイール式搬送機構の外周に設けられた複数のポケットに容器が一つずつ順次取り込まれ、充填バルブにより容器には飲料が充填される。この飲料が流れる流路を充填対象の飲料で置換洗浄する前に流路を気体で一旦置換するため、流路に気体が滞留することがある。このような気体が滞留している可能性のある充填バルブをバルブ判別手段の判別結果に基づいて指定し、飲料の充填を開始してから所定数の充填バルブの充填量を制御することによって適正な充填量の飲料を容器に充填することができる。一方、充填装置の流路を水で洗浄した場合には流路に水が残ることがあり、この後に飲料を充填すると水で希釈された飲料が容器に充填されることになるため、製品として適さない。そこで、希釈された飲料を充填する可能性のある充填バルブを指定して、飲料の充填を開始してから所定数の充填バルブの充填量を制御することによって故意に充填不良を発生させ、次工程にて該当する容器を排除することができる。従って、充填を開始してから所定数の充填バルブによる充填量を制御することにより、生産効率や作業効率を向上させることができる。また、充填開始直後に残留水によって希釈された飲料が充填される可能性がある場合には、次工程で該当する容器が排除されるよう、充填量が減少するように制御することで、生産効率や作業効率を向上させることができる。
本発明の充填システムによれば、洗浄後の残留水を含んで希釈された飲料が充填される可能性のある充填バルブの充填量を通常の充填量よりも減少するように制御することにより、製品に適さない希釈された飲料が充填された容器は目標充填量に達しない充填不良品とみなされる。充填不良の容器は充填量検査装置にて自動的に排除されるため、オペレータの作業負荷の低減を図り、作業効率を向上させることができる。

本発明の充填システムの一形態において、前記充填量制御手段は、前記複数の充填バルブのそれぞれの充填初回の充填量を制御してもよい。この形態によれば、スターホイール式搬送機構に設けられている各充填バルブの洗浄後初回の充填量を制御することにより、充填開始直後に飲料とともに気体や残留水が容器に充填されても適切に対処することができる。

なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

以上、説明したように、本発明の充填システムにおいては、洗浄後の残留水を含んで希釈された飲料が充填される可能性のある充填バルブの充填量を通常の充填量よりも減少するように制御することにより、製品に適さない希釈された飲料が充填された容器は目標充填量に達しない充填不良品とみなされて、充填不良の容器は充填量検査装置にて自動的に排除される。従って、オペレータの作業負荷の低減を図り、作業効率を向上させることができる。

図１に本発明の一形態に係る充填装置の概略図を示す。充填装置１は、容器としての飲料缶Ｃに飲料を充填する装置である。充填装置１は、所定の回転軸線を中心として水平に旋回可能なスターホイール式搬送機構としてのスターホイール２と、スターホイール２の外周に所定のピッチで設けられる複数の充填バルブ３と、充填バルブ３に飲料を供給するフィラーボール４（図２）とを備えている。スターホイール２の外周には、飲料缶Ｃを取り込む複数のポケット（不図示）が各充填バルブ３と上下方向に位置を揃えるようにして設けられている。スターホイール２に隣接して設けられたピッチ割りホイール５が、スターホイール２のポケットのピッチに調整しつつ順次飲料缶Ｃをポケットに供給する。充填バルブ３は、スターホイール２の外周を一周するように等間隔でかつ上下動自在に取り付けられている。充填バルブ３はスターホイール２によって搬送されつつ飲料缶Ｃに向けて下方に駆動される。充填バルブ３の下端部が飲料缶Ｃの口部に密着すると充填バルブ３が開かれてフィラーボール４の飲料が充填バルブ３を経て飲料缶Ｃに充填される所定量の飲料が充填されると充填バルブ３が閉じられて上方に駆動される。飲料充填後の飲料缶Ｃは、次工程に搬送され、飲料缶Ｃに対する缶蓋の取付け、巻締め等が行われる。さらに下流には、充填量検査装置４１が設けられ、飲料缶Ｃの充填量が検査される。所定の充填量を満たしていない充填不良の飲料缶Ｃａはここで排除される。

図２に充填バルブ３の詳細図を示す。充填バルブ３は、バルブ本体１１と、そのバルブ本体１１の内部に配置された弁体１２と、その弁体１２を上下方向の軸線に沿って駆動するシリンダ装置１３とを備えている。バルブ本体１１の内部流路１１ａは飲料供給管１４を介してフィラーボール４と接続されている。フィラーボール４には、不図示の飲料配管及びガス配管が接続され、それらの配管を介してフィラーボール４に飲料及び炭酸ガスが適宜に補充され、あるいはフィラーボール４から飲料及び炭酸ガスが排出される。弁体１２が図示の開位置にあるときはバルブ本体１１の下端部の弁座１１ｂと弁体１２との間に隙間が生じ、飲料供給管１４から内部流路１１ａを経て飲料缶Ｃに飲料が供給される。弁体１２が開位置よりも下方に駆動されると、弁体１２が弁座１１ｂに密着して内部流路１１ａが閉鎖され、飲料缶Ｃに対する飲料の供給が阻止される。

なお、弁体１２の中心線上にはガス流路１２ａが設けられ、そのガス流路１２ａはガス流通管１５を介してフィラーボール４のヘッドスペース４ａと接続されている。ガス流通管１５上のバルブ１６を開くことにより、フィラーボール４内の炭酸ガスをガス流路１２ａから飲料缶Ｃ内に送り込み、あるいは余剰の炭酸ガスをフィラーボール４へと戻すことができる。また、バルブ本体１１の下端部には気体抜き路１７がバルブ本体１１を一周するように設けられている。その気体抜き路１７は一対のガス配管１８、１９を介して回収管２０と接続されている。ガス配管１８、１９のそれぞれに設けられたバルブ２１、２２を開くことにより、飲料缶Ｃの内部の気体（空気又は炭酸ガス）を回収管２０へと排出することができる。

充填バルブ３による飲料の充填量を計測するため、飲料供給管１４には測定手段としての流量計２３が設けられている。流量計２３は、飲料供給管１４を通過する流体によって回転するタービン２３ａを有し、そのタービン２３ａが所定角度回転する毎にパルス信号を出力する。すなわち、流量計２３は、飲料供給管１４を通過する流体の流量をタービン２３ａの回転量に置き換えて検出する。この種の流量計はタービンメータと呼ばれることがある。流量計２３の下流側には、スクリーンメッシュ２４が設けられている。スクリーンメッシュ２４は、流量計２３の破損による構成部材の混入防止用に設けられたメッシュフィルタで、５〜３０メッシュのものが使用される。充填装置１には、流量計２３の出力信号を参照して充填バルブ３の開閉動作を制御するために充填量制御手段としての制御部３０と、バルブ判別手段としてのバルブ番号検出センサ３１とが設けられている。

制御部３０は、一例としてマイクロプロセッサを有するコンピュータユニットとして構成されている。バルブ番号検出センサ３１は、充填バルブ３のそれぞれにユニークに付されたバルブ番号を特定するためのセンサである。すなわち、充填バルブ３には、１番からＮ番（但し、Ｎは充填バルブ３の個数）までのバルブ番号がスターホイール２の回転方向に沿って付されている。バルブ番号検出センサ３１は、スターホイール２の旋回経路に隣接して設けられ、基準となるバルブ番号（例えば１番の充填バルブ３）が所定の検出位置に達すると、検出信号を出力する。制御部３０は、バルブ番号検出センサ３１の検出信号と、スターホイール２の回転速度とに基づいて充填開始位置に達したバルブ番号を判別し、その判別したバルブ番号の充填バルブ３に対して、開信号を出力する。その後、制御部３０は、開信号後の流量計２３からの出力パルス数を計数し、そのパルス数の計数値が設定パルス数に達した充填バルブ３に対して閉信号を出力することにより、各充填バルブ３から飲料缶Ｃへの飲料の充填量を制御する。

充填する飲料の種類を変更する場合には、充填装置１の流路を気体で置換した後に、変更対象となる飲料で充填装置１の流路を置換洗浄する。このとき、気体はフィラーボール４のヘッドスペース４ａに戻されるが、気体がスクリーンメッシュ２４を通過する際に、スクリーンメッシュ２４の表面張力により流路内に保持されることがある。このため置換洗浄後に飲料の充填を開始すると、この気体の体積分だけ充填量が低下する。図３に、充填バルブ３のバルブ番号毎の充填量を充填開始後のスターホイール２の１周目と２周目とで比較したグラフを示す。なお、図３のグラフは、３５０［ｍｌ］用の飲料缶Ｃによるデータを示し、横軸は充填順のバルブ番号を、縦軸は飲料缶Ｃの充填量をそれぞれ示す。置換洗浄後に充填される最初の充填バルブ３は、必ずしもバルブ番号が１からでなくともよく、任意の充填バルブ３から充填を開始することができる。本形態では、充填装置１の充填バルブ３の総数はＮ＝１６４である。図３のグラフでは、バルブ番号が１０の充填バルブ３から順次飲料が充填されている。

充填開始直後となるスターホイール２の１周目の各充填バルブ３による充填量の平均は３４０．１［ｍｌ］で、充填不良となる３４３［ｍｌ］未満の飲料缶Ｃの本数は１６４缶中１１８缶となり、一方、２周目の各充填バルブ３による充填量の平均は、３５１．１［ｍｌ］で、充填不良の飲料缶Ｃは発生していなかった。ここで、１周目、２周目ともに、流量計２３の設定パルス数は８００パルスに設定されている。このような充填開始直後の充填量の低下は、上述したようにスクリーンメッシュ２４付近に保持された気体によるものと考えられる。充填量の低下が特定の充填バルブ３によるものではなくランダムに発生していること、スターホイール２の２周目以降の充填量は低下していないことも実験から明らかにされており、上記推考は妥当と思われる。

そこで、充填開始直後のスターホイール２の１周目、つまり、各充填バルブ３の初回の設定パルス数を８００パルスから８２０パルスに上げて充填したところ、１周目の各充填バルブ３の充填量の平均が３４４．６［ｍｌ］となり、充填不良の飲料缶Ｃの本数が１５缶となった。増加分の２０パルスは、理論上８［ｍｌ］の充填量の増加に相当する。充填開始直後の１周目の設定パルス数と２周目以降の設定パルス数とをバルブ番号と関連付けた、図４に示すようなデータを制御部３０に記憶させて充填バルブ３を制御する。制御部３０が充填量制御手段として機能する。

置換洗浄後、スターホイール２が回転し、ポケットに飲料缶Ｃが取り込まれて充填バルブ３による充填が開始されると、スターホイール２が１周する間、つまり、各充填バルブ３の初回の充填は、設定パルス数が８２０パルスに設定され、通常の設定パルス数より２０パルス高い分設定上は飲料が多めに飲料缶Ｃに充填される。しかし、初回の充填には気体が存在しているため、この飲料の増加分と気体とが相殺されて目標充填量が充填されることとなる。スターホイール２の２周目、つまり、各充填バルブ３の２回目以降の充填では、スクリーンメッシュ２４に保持された気体が初回の充填により排出されているため、通常の設定パルス数に戻すことで、通常の充填が行われる。従って、置換洗浄後初回のみ各充填バルブ３の設定パルス数を上げ、２周目以降は設定パルス数を通常のパルス数に戻すように制御することにより、充填不良の飲料缶Ｃの発生を減少させることができる。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本形態では、変更対象となる飲料での置換洗浄後の設定パルス数を変更する例で説明したが、これに限られない。例えば、充填バルブ３を水で洗浄した場合においては、洗浄後の残留水により充填開始直後の飲料缶Ｃの充填内容物は希釈される可能性があり、希釈された飲料が充填された飲料缶Ｃは製品として不適当なため、従来はオペレータにより抜き取られている。本発明はこのような場合においても適用が可能である。この場合においては、充填開始直後のスターホイール２の１周目の設定パルス数を通常のパルス数よりも低く設定し、２周目以降は設定パルス数を通常のパルス数に戻す。これにより、充填開始直後、各充填バルブ３の初回に充填される飲料缶Ｃは充填量が少なくなり、充填不良とみなされて充填量検査装置４１にて排除されることとなる。２周目以降は通常のパルス数に戻し、通常の充填が行われる。充填装置１と充填量検査装置４１とを備えた充填システムとして機能させてもよい。従って、充填内容物が希釈される可能性のある飲料缶Ｃに対しては故意に充填量を少なくすることで自動的に排除することが可能となり、オペレータの作業負荷の低減を図ることができる。

飲料として、ビール、発泡酒、清涼飲料水等、各種飲料が用いられる。容器として飲料缶Ｃで説明したが、これに限られず例えば、壜、ペットボトル等でもよい。充填量の制御は、スターホイール２の１周目、つまり、充填初回に充填する充填バルブ３の充填量に限られず、任意の充填バルブ３を指定して充填量の制御をしてもよい。特定の充填バルブ３を洗浄した場合や、２周目以降も気体や残留水の影響が残るような充填装置の場合、その影響に応じて充填量や制御する充填バルブ３を適宜設定してもよい。本形態では、流量計２３としてタービンメータで説明したが、これに限られず、容積式や電磁式等各種の流量計を利用してもよい。

本発明の一形態に係る充填装置の概略図。 充填バルブの詳細図。 充填バルブのバルブ番号毎の充填量を充填開始後のスターホイールの１周目と２周目とで比較したグラフ。 １周目の設定パルス数と２周目以降の設定パルス数とをバルブ番号と関連付けたデータ。

符号の説明

１ 充填装置
２ スターホイール（スターホイール式搬送機構）
３ 充填バルブ
２３ 流量計（測定手段）
３０ 制御部（充填量制御手段）
３１ バルブ番号検出センサ（バルブ判別手段）
４１ 充填量検査装置
Ｃ 飲料缶（容器）

Claims (2)

1. 所定の回転軸線を中心として水平に旋回可能なスターホイール式搬送機構の外周に一定のピッチで設けられた複数のポケットの上方に、上下方向に位置を揃えるようにして設置され、該ポケットに取り込まれた容器へ飲料を充填する複数の充填バルブと、
   前記容器の充填量を測定する測定手段と、
   前記複数の充填バルブを判別するバルブ判別手段と、
   前記測定手段の測定結果及び前記バルブ判別手段の判別結果に基づいて、飲料の流路の洗浄後に飲料の充填を開始してから所定数の充填バルブの充填量を制御する充填量制御手段と、
   を備え、
   前記充填量制御手段は、通常の充填量に比べて前記所定数の充填バルブの充填量を減少させるように制御する充填装置と、
   前記充填装置にて充填された容器の充填量を検査し、かつ所定の充填量に満たない容器を排除する充填量検査装置と、
   を備えたことを特徴とする充填システム。
2. 前記充填量制御手段は、前記複数の充填バルブのそれぞれの充填初回の充填量を制御することを特徴とする請求項１に記載の充填システム。

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