(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004410333.tif 000011
【図１１】
0004410333.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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