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技術 回転式飲料充填機

出願人 三菱重工食品包装機械株式会社
発明者 後藤征司安部貞宏野田哲司
出願日 2000年4月5日 (21年5ヶ月経過) 出願番号 2000-103166
公開日 2001年10月16日 (19年10ヶ月経過) 公開番号 2001-287796
状態 特許登録済
技術分野 瓶詰機;洗瓶ー密封ー一貫工程
主要キーワード 連結本数 液チャンバ内 物品排出装置 容器供給機構 消費ガス 流動圧 ガスチャンバ 飲料充填機
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年10月16日)のものです。
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図面 (7)

課題

運転開始過渡期間および運転終了過渡期間においても、定常運転時と同様の量の飲料を容器充填することができる回転式飲料充填機を提供する。

解決手段

液管17に介在させた流量調整弁18と、最初に供給された容器31への飲料の充填が完了する運転開始過渡期間に充填弁14を流れる飲料の流量、および最後に供給された容器31への飲料の充填が完了する運転終了過渡期間に充填弁を流れる飲料の流量が、それぞれ定常運転期間に充填弁を流れる飲料の流量に等しくなるように流量制御弁18の開度を制御する弁制御手段33とを備えている。

概要

背景

回転する環状の液チャンバと、該チャンバが飲料によって満たされるように主液管を介して該液チャンバに飲料を供給する主液タンクと、前記液チャンバの周方向に所定の間隔で配列する複数の充填弁とを備えた回転式飲料充填機が提案されている。

この回転式飲料充填機では、液チャンバと共に移動する各充填弁に容器が順次接続されて、該液チャンバ内の飲料がそれらの充填弁を介して対応する容器に充填される。そして、充填を終了した容器は、順次対応する充填弁から取り除かれる。

この飲料充填機は、上記液チャンバが主液タンクから供給される飲料によって常時満たされるので、その内部に気液界面が存在しない。したがって、飲料の成分の酸化による強固な汚れがチャンバ内に付着するという不都合が発生せず、その結果、液チャンバの洗浄作業に要する時間が短くて済む。また、液チャンバ内に気相部が存在しないことから、該チャンバが圧力容器としての規制を受けず、このため、コストダウンを図ることが可能である。

概要

運転開始過渡期間および運転終了過渡期間においても、定常運転時と同様の量の飲料を容器に充填することができる回転式飲料充填機を提供する。

主液管17に介在させた流量調整弁18と、最初に供給された容器31への飲料の充填が完了する運転開始過渡期間に充填弁14を流れる飲料の流量、および最後に供給された容器31への飲料の充填が完了する運転終了過渡期間に充填弁を流れる飲料の流量が、それぞれ定常運転期間に充填弁を流れる飲料の流量に等しくなるように流量制御弁18の開度を制御する弁制御手段33とを備えている。

目的

本発明の課題は、このような状況に鑑み、運転開始過渡期間および運転終了過渡期間においても、定常運転時と同様の量の飲料を容器に充填することができる回転式飲料充填機を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

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請求項1

回転する環状の液チャンバと、該液チャンバが飲料によって満たされるように主液管を介して該液チャンバに飲料を供給する主液タンクと、前記液チャンバの周方向に所定の間隔で配列する複数の充填弁とを備え、前記各充填弁を介して順次対応する容器に前記液チャンバ内の飲料を充填するように構成された回転式飲料充填機であって、前記主液管に介在させた流量調整弁と、最初に供給された容器への前記飲料の充填が完了する運転開始過渡期間に前記充填弁を流れる前記飲料の流量および最後に供給された容器への前記飲料の充填が完了する運転終了過渡期間に前記充填弁を流れる前記飲料の流量が、それぞれ定常運転期間に前記充填弁を流れる前記飲料の流量に等しくなるように前記流量制御弁開度を制御する弁制御手段と、を備えることを特徴とする回転式飲料充填機。

請求項2

前記弁制御手段が、少なくとも前記主液タンク内における前記飲料の液面高さと、前記容器の供給本数とに基づいて前記流量制御弁の開度を設定するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の回転式飲料充填機。

請求項3

前記主液タンクが閉構造を有し、前記液チャンバにガスチャンバを一体配設して、このガスチャンバを前記主液タンクの気相部に連通させるとともに、前記ガスチャンバを前記充填弁を介して前記容器の気相部に連通させたことを特徴とする請求項1または2に記載の回転式飲料充填機。

請求項4

前記主液タンクが大気開放されていることを特徴とする請求項1または2に記載の回転式飲料充填機。

請求項5

前記弁制御手段が、少なくとも前記主液タンク内における前記飲料の液面高さと、前記容器の供給本数と、前記主液タンクの気相部のガス圧力と前記ガスチャンバにおけるガス圧力の差とに基づいて前記流量制御弁の開度を設定するように構成されていることを特徴とする請求項3に記載の回転式飲料充填機。

技術分野

0001

本発明は、コーラビール等の飲料を容器充填する回転式飲料充填機に関するものである。

背景技術

0002

回転する環状の液チャンバと、該チャンバが飲料によって満たされるように主液管を介して該液チャンバに飲料を供給する主液タンクと、前記液チャンバの周方向に所定の間隔で配列する複数の充填弁とを備えた回転式飲料充填機が提案されている。

0003

この回転式飲料充填機では、液チャンバと共に移動する各充填弁に容器が順次接続されて、該液チャンバ内の飲料がそれらの充填弁を介して対応する容器に充填される。そして、充填を終了した容器は、順次対応する充填弁から取り除かれる。

0004

この飲料充填機は、上記液チャンバが主液タンクから供給される飲料によって常時満たされるので、その内部に気液界面が存在しない。したがって、飲料の成分の酸化による強固な汚れがチャンバ内に付着するという不都合が発生せず、その結果、液チャンバの洗浄作業に要する時間が短くて済む。また、液チャンバ内に気相部が存在しないことから、該チャンバが圧力容器としての規制を受けず、このため、コストダウンを図ることが可能である。

発明が解決しようとする課題

0005

上記回転式飲料充填機に1本目の容器が供給されて、その容器への飲料の充填が開始されたとすると、その充填開始時点からの一定期間(後述の運転開始過渡期間T1)においては、図4に示すように、主液管における飲料の流量がステップ的に増大する。

0006

すなわち、上記運転開始過渡期間T1においては、1本目の容器への飲料の充填が開始された後、所定の時間間隔(液チャンバの回転数と充填弁の配列間隔に基づいて決定される)をおきながら2本目、3本目・・・の容器に対する飲料の供給が順次開始されることになるので、主液管における飲料の流量がステップ的に増大する。なお、最初に供給された1本目の容器への飲料の充填が完了すると、上記主液管における飲料の流量が一定になるので、この充填完了時点が上記運転開始過渡期間T1の終了時点になる。

0007

一方、容器の供給が停止されてからの一定期間T3(運転停止過渡期間)においては、主液管を介して液チャンバに流入する飲料の流量がステップ的に減少することになる。すなわち、上記運転停止過渡期間T3においては、容器の供給停止後、液チャンバにおける容器の連結本数が1本づつ減少していくことになるので、上記流量がステップ的に減少する。そして、最後に供給された容器への飲料の充填が完了すると、主液管における飲料の流れが停止し、その停止時点が上記運転停止過渡期間T3の終了時点になる。

0008

ところで、上記回転式飲料充填機においては、容器に対する飲料の充填量を流量計によって計測し、その計測した充填量が所定値になった時点で充填弁を閉じるようにしている。しかし、上記運転開始過渡期間T1および運転停止過渡期間T3においては、容器への飲料の充填量が定常運転期間T2よりも多くなる。以下、その理由について説明する。

0009

定常運転期間T2における飲料の総エネルギーは、前記主液タンク内の飲料の液面に作用するガス圧と容器中の圧力との差圧と、該飲料の位置エネルギーとの和であり、前記主液管および充填弁の圧損によって消費される。上記運転開始過渡期間T1および運転終了過渡期間T3においては、上記主液管における圧損が定常運転期間よりも小さくなる。なぜなら、主液管における飲料の流量が定常運転期間T2よりも少ないからである。

0010

したがって、上記運転開始過渡期間T1および運転終了過渡期間T3では、上記主液管での圧損の低下分だけ充填弁の圧損が上昇することになる。つまり、この充填弁での消費エネルギーが上昇すること、換言すれば、図5実線で示すように該充填弁を通る飲料の流量が増加することになる。なお、運転終了過渡期間T3においては、慣性によって飲料が加速されることから、上記充填弁における飲料の流量の増加傾向が運転開始過渡期間T1よりも顕著になる。

0011

図6には、上記定常運転期間T2における充填弁での流量変化が実線で、上記運転開始過渡期間T1および運転終了過渡期間T3における充填弁での流量変化が点線でそれぞれ示されている。定常運転期間T2では、充填開始後、所定の不感時間(例えば、0.2sec〜0.3sec)を経てから流量計が計量を開始する。そして、流量計の出力に基づいて所定の充填量が計測されると、その時点で充填弁のアクチュエータ閉作動させる指令が発生するが、このアクチュエータの動作遅れのため、充填弁は上記閉指令発生時点から所定の時間(例えば、0.1sec〜0.2sec)後に閉じることになる。

0012

それ故、定常運転期間には、実線で囲まれた面積に相当する量の飲料が容器に充填されることになる。なお、図6においては、定常運転時における流量計作動域がA1で示され、また、流量計によって感知されなかった充填量がハッチングによって示されている。

0013

一方、運転開始過渡期間および運転終了過渡期間では、前記したように、充填弁を流れる流量が増加するので、点線囲まれた面積に対応した量の飲料が容器に充填され、この場合、流量計作動域がA1よりも短いA2になる。そして、点線で囲まれた面積から流量計作動域A2の部分の面積を除いた面積と、ハッチング付した部分の面積の比較から明らかなように、例え流量計によって容器への飲料の充填量を管理しても、運転開始過渡期間および運転終了過渡期間では上記充填量が定常運転期間よりも多くなる。つまり、定常運転時よりも多量の飲料が容器に充填されて、製品の飲料充填量が不揃いになる。なお、以上では、流量計によって充填量を管理する場合について説明したが、容器への飲料の充填量を時間で管理する場合においても、上記と同様の不都合が発生する。

0014

本発明の課題は、このような状況に鑑み、運転開始過渡期間および運転終了過渡期間においても、定常運転時と同様の量の飲料を容器に充填することができる回転式飲料充填機を提供することにある。

課題を解決するための手段

0015

請求項1に係る発明は、回転する環状の液チャンバと、該液チャンバが飲料によって満たされるように主液管を介して該液チャンバに飲料を供給する主液タンクと、前記液チャンバの周方向に所定の間隔で配列する複数の充填弁とを備え、前記各充填弁を介して順次対応する容器に前記液チャンバ内の飲料を充填するように構成された回転式飲料充填機であって、前記主液管に介在させた流量調整弁と、最初に供給された容器への前記飲料の充填が完了する運転開始過渡期間に前記充填弁を流れる前記飲料の流量、および最後に供給された容器への前記飲料の充填が完了する運転終了過渡期間に前記充填弁を流れる前記飲料の流量が、それぞれ定常運転期間に前記充填弁を流れる前記飲料の流量に等しくなるように前記流量制御弁開度を制御する弁制御手段と、を備えている。請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において、前記弁制御手段が、少なくとも前記主液タンク内における前記飲料の液面高さと、前記容器の供給本数とに基づいて前記流量制御弁の開度を設定するように構成されている。請求項3に係る発明は、請求項1または2に係る発明において、前記主液タンクが閉構造を有し、前記液チャンバにガスチャンバを一体配設して、このガスチャンバを前記主液タンクの気相部に連通させるとともに、前記ガスチャンバを前記充填弁を介して前記容器の気相部に連通させた構成を有する。請求項4に係る発明は、請求項1または2に係る発明において、前記主液タンクを大気開放した構成を有する。請求項5に係る発明は、請求項3に係る発明において、前記弁制御手段が、少なくとも前記主液タンク内における前記飲料の液面高さと、前記容器の供給本数と、前記主液タンクの気相部のガス圧力と前記ガスチャンバにおけるガス圧力の差とに基づいて前記流量制御弁の開度を設定するように構成されている。

発明を実施するための最良の形態

0016

図1において、回転式飲料充填機10は、軸線11aを中心として回転し得るように支持された環状の液チャンバ11と、この液チャンバ11の上方に一体配設されたガスチャンバ12と、液チャンバ11の底部に給液管13を介して連結された充填弁14と、コーラ、ビール等の炭酸飲料15を貯溜した主液タンク16とを備えている。なお、充填弁14は、液チャンバ11の周方向に所定の間隔で多数個(例えば、100個)配列している。

0017

主液管17は、一端が図示していないロータリジョイントを介して上記液チャンバ11に連結されるとともに、他端が主液タンク16の底部に連結され、かつ、その途中に流量調整弁18が配設されている。ガス管19は、一端が図示していないロータリジョイントを介して上記ガスチャンバ12に連結されるとともに、他端が主液タンク16の上部に連結されている。従って、ガスチャンバ12は、ガス管19を介して主液タンク16の気相部に連通している。

0018

主液タンク16には、それぞれ流量調整弁20,21および22を介して給液管24、給ガス管25および排ガス管26が接続されている。また、この主液タンク16には、飲料15の液面高さを検出する液面高さセンサ27と、該飲料15の液面に作用するガス(この例では、炭酸ガス)の圧力を検出する圧力センサ28が配設されている。

0019

液面・圧力制御部30は、液面高さセンサ27の出力に基づいて、主液タンク16内の飲料15の液面が常に液チャンバ11よりもHだけ高い位置に保持されるように流量調整弁20を制御し、また、圧力センサ28の出力に基づいて、主液タンク16内の気相部のガス圧力PT が常に所定の圧力に保持されるように流量調整弁21および22を制御する。

0020

上記回転式飲料充填機では、液チャンバ11と共に回転移動する各充填弁14に対して順次容器31が供給されると、容器31内とガスチャンバ12を同圧にして充填弁13を開き、容器31への充填を開始する。液チャンバ11内の飲料は、主液タンク16内の飲料15の液面に作用するガス圧力と該液面と主液チャンバ11間の落差ヘッド)Hとによって加圧されているので、上記充填弁14の開動作に伴って容器31内に飲料が流入することになる。そして、このとき、容器31内のガスは、カウンタ管路32を介してガスチャンバに戻される。

0021

なお、図1に示す流量計35は、充填弁14に流れる飲料の流量を積算し、その積算流量値が容器31の充填容積に一致したときに充填完了信号を出力する。そして、充填弁14は、上記充填完了信号に基づくアクチュエータの作動によって閉止される。

0022

図5を参照して既述したように、前記運転開始過渡期間T1および運転停止過渡期間T3においては、容器への飲料の充填量が定常運転期間T2よりも多くなる。このような問題を解決するためには、運転開始過渡期間T1および運転終了過渡期間T3に前記流量制御弁18の開度を小さくして、流動圧損を加えれば良い。

0023

上記運転開始過渡期間T1および運転終了過渡期間T3における前記流量制御弁18の開度をCVとすると、この開度をCV は、下式(1)によって与えられる。

0024

また、充填弁14から容器31に充填する飲料の目標平均充填流量をq、容器31の供給本数をnとすると、上式におけるQ(t)は、下式(2)のように表わされる。

0025

ここで、容器31の充填容量をVB (例えば、500ml)とすると図4に示すように、前記運転開始過渡期間T1の長さはVB /qと表わされる。また、定常運転期間T2に主液管17を流れる飲料の流量は、液チャンバ11の回転数をN(rpm)とすると、N・VB である。それ故、上式(A)におけるdQ(t)/dtは、下式(3)によって与えられる。

0026

なお、(1)式に示す定数αは、図3に示すように、充填弁14の形状損失係数ζ’、断面積をA’、前記カウンタ管路32の形状損失係数をζ”、断面積をA”とすると、下式(4)によって与えられる。

0027

図1に示した弁制御部33は、図2に例示した手順を実行して流量制御弁18の開度を制御する。図2のステップ100では、充填開始指令が入力されたか否かが判断され、この充填開始指令が入力された場合には、ステップ101でタイマリセットされる。そして、次のステップ102では、前記液面高さセンサ27によって検出される液面高さHと、前記圧力センサ28によって検出される主液タンク16内のガス圧力PT と、圧力センサ34によって検出されるガスチャンバ12内のガス圧力PC (≒充填中における容器31内のガス圧)と、容器31の供給本数nとが取込まれる。なお、容器31の供給本数nは、例えば、図示していない容器供給機構から与えられる容器供給信号カウントすることによって得ることができる。

0028

ステップ103においては、ステップ102で取込んだ各種検出情報等と、前記(1)、(2)および(3)式とに基づいて、上記流量制御弁18の開度CVが演算される。そして、次のステップ104では、流量制御弁18の開度がステップ101で演算された開度CV になるように該流量制御弁18が制御される。

0029

ステップ105では、上記タイマの計時時間tが予め設定した時間VB /q以上になったか否かが判断され、その判断の結果がNOである間はステップ102〜104の手順が繰り返される。そして、タイマの計時時間tが設定時間VB /q以上になったと判断された場合には、運転開始過渡期間が終了したことになるので、ステップ106で流量制御弁18の開度がその判断時点の開度に維持される。

0030

以上のような手順が実行されれば、運転開始過渡期間において充填弁14に流れる飲料の流量が上記目標平均充填流量qになるので、該運転開始過渡期間における充填流量の増加傾向が抑制される(図5の点線参照)。したがって、運転開始過渡期間T1においても、定常運転期間T2での充填特性と同様の特性で充填が実行されて、適正量の飲料が容器31に充填されることになる。

0031

以上では、運転開始過渡期間T1での流量制御弁18の制御について述べたが、前記運転終了過渡期間T3においてもこの流量制御弁18の制御が実行される。この場合、上記とは逆に容器31の供給が停止されることになるが、図2に示す手順に準じた手順を実行することによって、充填弁14に流れる飲料の流量を上記目標平均充填流量qに設定することができる。なお、上記においては、液チャンバ11の回転数Nが一定であるとみなして、この回転数Nを検出していないが、回転数Nが変動する虞のある場合や、その回転数Nが変更調整される場合には、該回転数を適宜なセンサで検出する必要がある。この場合、上記弁制御部33は、上記センサで検出される回転数Nを図2に示したステップ102において取込むことになる。

0032

上記実施形態に係る充填機では、容器31への飲料の充填量を流量計35の出力に基づいて管理しているが、この充填量をタイマを用いて時間管理することも可能である。また、上記実施形態では、(1)式の演算を実行するための情報として主液タンク16内のガス圧力PT を弁制御部33に取込んでいるが、これに代えて、液チャンバ11内の飲料の圧力PM を用いることができる。なぜなら、上記両圧力PT ,PM には、下式(5)の関係があるからである。もちろん、圧力PM を用いる場合には、圧力センサによってこの圧力PM を検出することになる。

0033

なお、上記圧力PT またはPM の取込みを省略することも可能である。なぜなら、上記ガス圧力PT は、液面・圧力制御部30によって定値に保持されているからである。そして、同様の理由により、液面高さHの取込みも省略可能である。但し、時々刻々の圧力PT (または、圧力PM )や液面高さHを検出して、これらを流量制御弁18の開度の演算に反映させるようにすれば、該開度をより精度良く制御することができる。

0034

一方、上記実施形態では、(1)式に示すように、主液タンク16内のガス圧力PT とガスチャンバ12内のガス圧力PC (ガス圧力PC は、ガス置換やカウンタ工程での消費ガス、充填中の容器から排出されるガスによって変動する)の差PT −PC を開度CVの演算に使用しているが、この圧力差PT −PC は小さいので、これをゼロとみなして上記演算を簡易的に行なうことも可能である。そして、この圧力差PT −PC をゼロとみなした場合、センサ34による上記ガス圧PC の検出も不要になる。

0035

なお、炭酸飲料でない他種の飲料の充填に適用する回転式飲料充填機においては、主液タンク16として密閉構造でないものが使用される。そして、このような充填機においては、充填時に容器内のガスが大気に放出されるので、上記ガスチャンバ12が不要になる。もちろん、本発明は、このような充填機にも適用可能であり、その場合、前記(1)式の(PT −PC )/γが(大気圧/γ)に置き換えられる。

発明の効果

0036

本発明によれば、主液管に介在させた流量調整弁と、最初に供給された容器への飲料の充填が完了する運転開始過渡期間に充填弁を流れる飲料の流量、および最後に供給された容器への飲料の充填が完了する運転終了過渡期間に充填弁を流れる飲料の流量が、それぞれ定常運転期間に充填弁を流れる飲料の流量に等しくなるように流量制御弁の開度を制御する弁制御手段と、を備えているので、運転開始過渡期間および運転終了過渡期間においても、定常運転時と同様の量の飲料を容器に充填することができる。

図面の簡単な説明

0037

図1本発明に係る回転式液体充填機の実施形態を示した概念図。
図2弁制御部で実行される弁制御手順を例示したフローチャート
図3式中の定数を求めるための説明図。
図4主液管における飲料の流量変化を例示したグラフ
図5充填弁における飲料の流量変化を例示したグラフ。
図6充填過渡期間と定常運転期間における飲料充填量の相違を示すしめ」充填価値お十手ブラッシローラを用いた従来の物品排出装置の要部平面図。

--

0038

11液チャンバ
12ガスチャンバ
13給液管
14充填弁
15 飲料
16 主液タンク
17 主液管
18電磁流量制御弁
19ガス管
20〜22電磁開閉弁
27液面高さセンサ
28,34圧力センサ
30 液面・ガス圧力制御
31容器
32カウンタ管路
33弁制御部
35 流量計

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