(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送中の容器内に、バルブによって開閉するノズルから液化窒素を充填する容器への液化窒素充填方法であって、
容器開口部の搬送方向前端が前記ノズルの下方にさしかかる前に予め前記液化窒素を定量流下させておき、該定量流下を少なくとも前記容器開口部の搬送方向後端が前記ノズルの下方を通過するまで維持したのち、前記液化窒素の流下を停止することを特徴とする容器への液化窒素充填方法。
【請求項２】
前記容器は、前記容器開口部が容器胴体部に比して細径とされたボトル形状の容器であることを特徴とする請求項１記載の容器への液化窒素充填方法。
【請求項３】
搬送中の容器内に液化窒素を充填するノズルと、
このノズルを開閉するバルブと、
前記搬送中の容器を所定の位置にて検出する容器検出手段と、
前記容器検出手段により前記容器が検出されたのち、容器開口部の搬送方向前端が前記ノズルの下方にさしかかる所定時間前に予め前記バルブを開弁しておき、該開弁状態を少なくとも前記容器開口部の搬送方向後端が前記ノズルの下方を通過するまで維持したのち、前記バルブを閉弁する制御手段とを備えることを特徴とする容器への液化窒素充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば飲料用缶，ペットボトル，ビン等の容器内に外圧や酸化等に耐え得るよう液化窒素、例えば、液化窒素等を充填する容器への液化窒素充填方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、飲料用の缶に液化窒素である液化窒素等を充填する方法には、缶Ｃを搬送するコンベアの搬送速度及び缶の間隔等を考慮して、液化窒素Ｌをタイミングに合わせて滴下する滴下式（図４）と、常時、液化窒素Ｌを一定の量で流下させておき、その下を一定速度で缶Ｃを搬送する流下式（図５）とが知られており、通常は、搬送速度が１０００ｃｐｍ(can per minute)以下の場合に滴下式が有利であり、それ以上の場合は流下式が有利であるとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の液化窒素充填方法では、以下の問題点を有していた。
まず、滴下式の場合には、液化窒素の滴下開始時に不安定要素が存在する。
例えば、滴下インジェクタの貯留液化窒素に背圧をかけている場合には、開弁直後は液化窒素Ｌが大量に流出し、所定時間経過後に滴下量が安定するという不安定要素が存在する。
【０００４】
他方、滴下インジェクタの貯留液化窒素に背圧をかけずに大気開放としている場合には、開弁直後は液化窒素Ｌの滴下量が少なく、所定時間経過後に滴下量が安定するという問題がある。
さらに、滴下式の場合には、液化窒素Ｌの滴下終了時に後だれＬａが生じるため、この後だれＬａの入り方如何で充填量が不安定となり、密封後の缶内圧がばらつく要因の一つとなっていた。
【０００５】
このため、滴下式にあっては、液化窒素Ｌの充填量が不安定となり、密封後の缶内圧がばらつき、内圧検査の結果が不適当とされてラインから外される排出率が、流下式の約１０倍にも達することがあった。
そこで、滴下式において液化窒素Ｌの充填量を安定化させるために、例えば、特開平６−１２７５０６号公報に開示されているような、飲料缶に的確に液化窒素Ｌを充填することができる装置が提案されている。
【０００６】
他方、流下式の場合には、一定の液化窒素Ｌが常に流出しているので、液化窒素Ｌの充填量が安定する反面、液化窒素Ｌが缶と缶の間に落下するので、液化窒素Ｌに無駄が生じるという問題がある。
特に、缶開口部が缶胴体部に比して細径とされ、該缶開口部に蓋を螺合することのできる、いわゆるボトル缶の場合には、缶胴体部径に対して缶開口部径が小さいため、この傾向が著しい。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、使用する液化窒素の無駄を低減させつつ、容器内に充填する液化窒素の量を安定させることのできる容器への液化窒素充填方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の構成を採用した。
請求項１記載の発明は、搬送中の容器内に、バルブによって開閉するノズルから液化窒素を充填する容器への液化窒素充填方法であって、容器開口部の搬送方向前端が前記ノズルの下方にさしかかる前に予め前記液化窒素を定量流下させておき、該定量流下を少なくとも前記容器開口部の搬送方向後端が前記ノズルの下方を通過するまで維持したのち、前記液化窒素の流下を停止することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の容器への液化窒素充填方法において、前記容器は、前記容器開口部が容器胴体部に比して細径とされたボトル形状の容器であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、容器への液化窒素充填装置において、搬送中の容器内に液化窒素を充填するノズルと、このノズルを開閉するバルブと、前記搬送中の容器を所定の位置にて検出する容器検出手段と、前記容器検出手段により前記容器が検出されたのち、容器開口部の搬送方向前端が前記ノズルの下方にさしかかる所定時間前に予め前記バルブを開弁しておき、該開弁状態を少なくとも前記容器開口部の搬送方向後端が前記ノズルの下方を通過するまで維持したのち、前記バルブを閉弁する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による缶への液化窒素充填方法及び装置を示す説明図、図２は、同装置の全体構成を示す概略図であり、これらの図において、符号Ｃは飲料用の缶（容器）、Ｌは液化窒素を示している。
【００１２】
図２において、本実施の形態による缶への液化窒素充填装置は、インジェクタ２と、缶Ｃを搬送する缶搬送機構（コンベア）３と、液化窒素Ｌが充填された缶Ｃに缶蓋Ｃａを螺合するキャッパ４と、前記缶搬送機構３による搬送中の缶Ｃを所定の位置にて検出する缶検出手段（容器検出手段）１０とを備えている。
【００１３】
インジェクタ２には、液化窒素Ｌが貯蔵されるタンク９と、このタンク９の底部に設けられたノズル１と、このノズル１を開閉するバルブ７と、このバルブ７を駆動するソレノイド８とが設けられている。
なお、液化インジェクタ２の上流側には、スターホイールを備えたフィラー（図示略）が設けられており、缶Ｃに飲料が順次充填されている。
【００１４】
前記キャッパ４は、その回転軸に固定され、歯と歯との通過時間が缶Ｃの搬送間隔時間に等しく設定された歯車状のエンコーダ５と、このエンコーダ５に対向して配設される近接スイッチ６とを備えている。
これらエンコーダ５及び近接スイッチ６は、キャッパ４の回転軸の回転速度すなわち缶Ｃの搬送スピードを検出する速度検出手段を構成する。
【００１５】
そして、この缶検出手段１０により缶Ｃが検出されたのち、缶開口部（容器開口部）１１の搬送方向前端１１ａがノズル１の下方にさしかかる所定時間前に予めバルブ７を開弁しておき、該開弁状態を少なくとも缶開口部１１の搬送方向後端１１ｂがノズル１の下方を通過するまで維持してから、バルブ７を閉弁する制御手段（図示略）が設けられている。
【００１６】
この制御手段は、図示せぬタイマを用いて、缶検出手段１０が缶Ｃを検出してからの経過時間（以下、「缶検出後経過時間ｔ」という。）を監視しており、缶検出手段１０により缶Ｃが検出され、その後「缶検出後経過時間ｔ＝給電開始時間ｔｓ」となった時にソレノイド８への給電を開始し、「缶検出後経過時間ｔ＝給電停止時間ｔｆ」となった時にソレノイド８への給電を停止する。
【００１７】
給電開始時間ｔｓは、缶Ｃが缶検出手段１０により検出されてから、ノズル１に到達するまでに要する到達時間ｔ１と、ソレノイド８への給電後、バルブ７が駆動されてノズル１から液化窒素Ｌが流出し、その流出量が充分に安定する（定量流下になる）までに要する遅れ時間ｔ２とを用いて、ｔｓ＝ｔ１−ｔ２の式から求める。本実施の形態において、遅れ時間ｔ２は、例えば４５〜５０［ｍｓｅｃ」に設定される。
【００１８】
その設定理由は、ソレノイド８への給電後、バルブ７が開弁して缶Ｃの開口部上端に液化窒素Ｌが到達するまでに３５〜４０［ｍｓｅｃ］を要し、これに開弁開始時における液化窒素Ｌの流下量不安定時間を見込む必要があるからである。
従って、この遅れ時間ｔ２は、ノズル１の先端から缶Ｃの開口部上端までの距離や、ノズル１の先端部断面形状等に応じて、適宜設定される。
【００１９】
他方、給電停止時間ｔｆは、缶Ｃが缶検出手段１０により検出されてから、缶開口部１１の搬送方向後端１１ｂがノズル１の下方を通過するまでに要する通過時間ｔ３と、缶開口部径の製造誤差を見込んだ余裕時間ｔ４とを用いて、ｔｆ＝ｔ３＋ｔ４の式から求める。
通過時間ｔ３は、前記到達時間ｔ１と、ノズル１の下方にさしかかった缶開口部１１がノズル１を完全に通過（横断）するのに要する横断時間ｔ５とを用いて、ｔ３＝ｔ１＋ｔ５から求める。
【００２０】
これら到達時間ｔ１及び横断時間ｔ５は、次式から求める。
到達時間ｔ１＝Ｘ／Ｖ／Ｗ
横断時間ｔ５＝Ｄ／Ｖ／Ｗ
Ｘ：缶検出手段１０からノズル１までの距離［ｍｍ］
Ｖ：速度検出手段で検出された缶Ｃの搬送スピード［缶／ｓｅｃ］
Ｄ：缶開口部径［ｍｍ］
Ｗ：缶Ｃの搬送ピッチ［ｍｍ］
【００２１】
以上より、給電停止時間ｔｆは、次式で求められることになる。
ｔｆ＝ｔ３＋ｔ４
＝（ｔ１＋ｔ５）＋ｔ４
＝（Ｘ＋Ｄ）／Ｖ／Ｗ＋ｔ４
すなわち、缶開口部１１の搬送方向後端１１ｂがノズル１の真下を通過した後であれば、たとえその後に液化窒素Ｌの流出量が変動しても、充填量には何ら影響しないことから、給電停止時間ｔｆは、缶Ｃの搬送スピードＶ，缶開口部径Ｄ，搬送ピッチＷ，及び缶開口部１１の製造誤差より設定する。
【００２２】
ちなみに、搬送スピードＶ＝６［缶／ｓｅｃ］，搬送ピッチＷ＝１２６［ｍｍ］，開口径Ｄ＝３２［ｍｍ］，余裕時間ｔ４＝５［ｍｓｅｃ］とした場合、
１缶当たりの通過時間＝１／Ｖ≒０．１６６［ｓｅｃ］，
１ｍｍ当たりの通過時間＝０．１６６／Ｗ≒０．００１３［ｓｅｃ／ｍｍ］，
横断時間ｔ５＝Ｄ×０．００１３≒４２［ｍｓｅｃ］
となり、缶Ｃがノズル１の下方にさしかかってから給電停止までの時間は、この横断時間ｔ５に余裕時間ｔ４＝５［ｍｓｅｃ］を加えて、４７［ｍｓｅｃ］となる。
【００２３】
図３は、バルブ開閉に伴う液化窒素Ｌの流下量推移と、缶Ｃへの窒素充填領域との関係を示す図であり、同図において、符号Ｔ0はバルブ７の開弁開始、Ｔ1はバルブ７の開弁終了、Ｔ4はバルブ７の閉弁開始、Ｔ5はバルブ７の閉弁終了、Ｔ0〜Ｔ1は開弁時における液化窒素Ｌの流下量不安定領域、Ｔ1〜Ｔ4は液化窒素Ｌの定量流下領域、Ｔ2〜Ｔ3は缶Ｃへの窒素充填領域、Ｔ4〜Ｔ5は閉弁時における液化窒素Ｌの流下量不安定領域を示している。
【００２４】
次に、図１〜図３に従って、液化窒素の充填方法について説明する。
まず、缶検出手段１０が缶Ｃを検出すると、この検出信号が制御手段に送られるので、制御手段はタイマを作動させ、缶検出後経過時間ｔの計時を開始する。
そして、缶検出後経過時間ｔが予め設定しておいた給電開始時間ｔｓになると、制御手段はソレノイド８に給電してバルブ７を開弁する。
【００２５】
このタイミングにてソレノイド８に給電すると、バルブ７が開弁するまでの機械的な遅れと、ノズル１から出た液化窒素Ｌが缶Ｃに到達するまでの遅れと、液化窒素Ｌの流出量が充分に安定するまでの遅れとが考慮されるので、缶開口部１１の搬送方向前端１１ａがノズル１の下方にさしかかる前、つまり、液化窒素Ｌが缶Ｃの搬送方向前方側肩部１２ａに流下する時点で、既に流出量は安定していることになり、缶開口部１１に対しては定量流下が確保される。
【００２６】
従って、図３において、Ｔ0からＴ1までの開弁時における流下量不安定領域を外し、さらに定量流下状態になったＴ1から所定遅延時間を経過したＴ2のタイミングにて、缶開口部１１がノズル１の下方に位置して液化窒素Ｌが充填される。
その後、缶検出手段１０で缶Ｃが検出されてから、給電停止時間ｔｆが経過すると、制御手段はソレノイド８への給電を停止し、バルブ７の閉弁を開始する。
【００２７】
このソレノイド８への給電を停止するタイミングは、缶開口部１１の搬送方向後端１１ｂがノズル１の下方を完全に通過した後であり、この時点までは定量流下が維持される。
【００２８】
缶開口部１１の搬送方向後端１１ｂがノズル１の下方を完全に通過した後で、ソレノイド８への給電を停止すると、バルブ７が完全に閉弁するまでの機械的な遅れの分、すなわち、図３におけるＴ4からＴ5までの閉弁時における流下量不安定領域を確実に外すことができ、缶Ｃの搬送方向後方側肩部１２ｂに液化窒素Ｌが流下する時までは、流下が維持される。
なお、Ｔ5の後は、図１（ｄ）に示す後だれＬａが生じるが、この後だれＬａも缶開口部１１がノズル１の下方から外れているため、何ら問題とならない。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、バルブ開閉時における液化窒素流下量の不安定な時期を避けると共に、バルブ閉弁時の後だれ等による不安定要因をも排除し得るようにしたので、缶Ｃ内の内圧を所望の範囲に設定できるようになる。
しかも、従来の流下式のように、常時ノズル１から液化窒素Ｌを流出させていないので、液化窒素Ｌの無駄削減を図ることができる。
【００３０】
本実施の形態のように、缶開口部１１が缶胴体部（容器胴体部）１３に比して狭く、該缶開口部１１に蓋Ｃａを螺着することのできる、いわゆるボトル缶への液化窒素充填である場合には特に、液化窒素Ｌの無駄削減効果が大きい。
その理由はいうまでもなく、ボトル缶の場合には開口面積が狭いので、流下式を採用した場合に、無駄になる液化窒素Ｌの量が膨大になるからである。
【００３１】
なお、本発明は上記実施の形態に限られるものではなく、また、前述した各具体的数値は、一例であって、これに限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、缶開口部１１が缶胴体部１３に比して細径に構成されたボトル缶について説明したが、缶開口部１１と缶胴体部１３とが略同径に構成された缶への適用も可能である。
【００３２】
また、ボトル形状の容器としては、ボトル缶に限らず、いわゆるペットボトルやビンをも含むものである。
さらに、容器としては飲料用に限らず、他の用途に使用される容器をも含む。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液化窒素の充填方法及び充填装置によれば、容器に常に定量の液化窒素を充填することができ、液化窒素充填量不足による低圧容器や液化窒素充填過多による高圧容器の発生を防止すると共に、液化窒素の無駄をも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態による缶の液化窒素充填方法及び装置を示す説明図である。
【図２】  図１に示す液化窒素充填装置の全体構成を示す概略図である。
【図３】  図１に示す液化窒素充填装置におけるバルブ開閉に伴う液化窒素Ｌの流下量推移と、缶Ｃへの窒素充填領域との関係を示す説明図である。
【図４】  従来の滴下式の液化窒素充填方法を示す説明図である。
【図５】  従来の流下式の液化窒素充填方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ノズル
７  バルブ
１０  缶検出手段（容器検出手段）
１１  缶開口部（容器開口部）
１１ａ  搬送方向前端
１１ｂ  搬送方向後端
１３  缶胴体部（容器胴体部）
Ｃ  缶（容器）
Ｌ  液化窒素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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