(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送中の容器に、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上記ノズルの下方にさしかかる前に予め上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上記容器開口部の搬送方向後端が上記ノズルの下方を通過するまで維持したのち、上記液化窒素の流下を上記定量と比し少量で流下させ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】
上記容器は、上記容器開口部が容器胴体部と比し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、
上記搬送中の容器を所定の位置にて検出する検出手段と、
上記容器検出手段により上記容器が検出されたのち、容器開口部の搬送方向前端が上記ノズルの下方にさしかかる所定時間前に予め上記バルブを開弁し、上記液化窒素を定量流下させ、上記容器開口部の搬送方向後端が上記ノズルの下方を通過したのち、上記バルブを絞って、上記液化窒素の流下を上記定量と比し少量で流下させ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、その下を一定の速度で缶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る。
まず、滴下式の場合には、滴下インジェクタの貯留液化窒素に背圧をかける場合、液化窒素の滴下開始時において、開弁直後に液化窒素Ｌが大量に流出し、所定の時間経過後に滴下量が安定するという問題がある。
【０００４】
他方、滴下式インジェクタの貯留液化窒素に背圧をかけず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、所定の時間経過後に滴下量が安定するという問題がある。
【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、内圧検査において不良と判定され、生産ラインから除外される不良発生率が、流下式の約１０倍に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が缶同士の間に流出するので、液化窒素Ｌを無駄にするという問題がある。
特に、缶開口部が缶胴体部と比して細径とされ、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、このような事情を考慮してなされたもので、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ができるとともに、該充填装置を構成するバルブ、ノズルなどの部品に耐久性を持たせることが可能な容器への液化窒素充填方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、搬送中の容器に、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上記ノズルの下方にさしかかる前に予め上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上記容器開口部の搬送方向後端が上記ノズルの下方を通過するまで維持したのち、上記液化窒素の流下を上記定量と比し少量で流下させることを特徴とする。
【０００９】
この発明に係る液化窒素充填方法によれば、流下式により容器へ液化窒素を充填する場合、容器がノズルの下方にさしかかっているときには、液化窒素を安定的に定量流下し、容器がノズルの下方にさしかかっていないときには、液化窒素の流下流量を上記定量と比し少量としているので、無駄な液化窒素使用量を削減することが可能になる。
【００１０】
また、容器へ液化窒素を充填する工程において、液化窒素の流下流量を低下させる際には、該充填装置におけるバルブは、ノズルと衝突することがないため、該バルブ及びノズルに磨耗等の損傷が生じ難くなることから、部品交換頻度を削減でき、低コスト、高効率生産が実現できることになる。
【００１１】
さらに、容器がノズルの下方にさしかかり、バルブを開弁した際、その直前までは、少量の液化窒素が定量流下しているため、液化窒素の流下量が安定するまでに要する時間を短縮できるので、液化窒素の無駄を削減できるとともに、容器の内圧を安定的に設定することが可能になる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、上記容器は、上記容器開口部が容器胴体部と比し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。
【００１３】
従来の流下式による充填方法では、容器同士の間で流下する液化窒素は、全て無駄となっており、特にボトル缶などのように容器の開口面積が、容器の胴部面積より狭い場合には、その量は膨大になる。
しかし、この発明に係る液化窒素充填方法によれば、上記ボトル缶などの場合に、上記無駄の削減について著しい効果が得られることになる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、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、上記搬送中の容器を所定の位置にて検出する検出手段と、上記容器検出手段により上記容器が検出されたのち、容器開口部の搬送方向前端が上記ノズルの下方にさしかかる所定時間前に予め上記バルブを開弁し、上記液化窒素を定量流下させ、上記容器開口部の搬送方向後端が上記ノズルの下方を通過したのち、上記バルブを絞って、上記液化窒素の流下を上記定量と比し少量で流下させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
この発明に係る液化窒素充填装置によれば、容器がノズルの下方にさしかかっているときには、液化窒素を安定的に定量流下し、容器がノズルの下方にさしかかっていないときには、バルブを絞り、液化窒素の流下流量を上記定量と比し少量とする制御手段を備えているため、無駄な液化窒素使用量を削減することが可能になるとともに、バルブ及びノズルに磨耗等の損傷が生じ難くなる。これにより、低コスト、高効率生産、及び部品交換頻度の削減が実現できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１から図３はこの発明の一実施形態を示すものである。
【００１７】
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、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(容器)検出手段１０とを備えている。
【００１８】
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を開閉動作させるモータユニット８、及びバルブ７の位置検出用エンコーダ１４が設けられている。
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。
【００１９】
キャッパ４は、その回転軸に固定され、歯と歯の通過時間が缶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。
これらのエンコーダ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。
【００２０】
そして、この缶検出手段１０により缶Ｃが検出された後、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たのち、バルブ７を一定量だけ閉めて、一定量開けた状態、いわゆる半開半閉の状態にする制御手段(図示略)が設けられている。
【００２１】
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＝バルブ７開弁開始時間ｔｓ」となったときに、モータ８を駆動させ、バルブ７を開弁し、「缶検出後経過時間ｔ＝バルブ７半開半閉弁開始時間ｔｆ」となったとき、モータ８を駆動し、バルブ７を所定の位置に移動させ、バルブ７を半開半閉の状態にする。
【００２２】
バルブ７開弁開始時間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時間ｔ１と、モータ８の駆動開始後、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２０〜２５[ｍｓｅｃ]に設定される。
【００２３】
この設定理由は、モータ８駆動開始後、バルブ７が開弁して缶Ｃの開口部１１上端に定量流量の液化窒素Ｌが到達するまでに１５〜２０[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、バルブ７の半開半閉の状態や、ノズル１の先端形状等に応じて適宜設定される。
【００２４】
他方、バルブ７半開半閉弁開始時間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、上記到達時間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の式から求める。
【００２５】
上記到達時間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：缶開口部の径[ｍｍ]
Ｗ：缶Ｃの搬送ピッチ[ｍｍ]
【００２６】
以上より、バルブ７半開半閉弁開始時間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、上記開始時間ｔｆは、缶Ｃの搬送スピードＶ、缶開口部の径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。
【００２７】
ちなみに、搬送スピードＶ＝６[缶／ｓｅｃ]、搬送ピッチＷ＝１２６[ｍｍ]、開口部の径Ｄ＝３２[ｍｍ]、余裕時間ｔ４＝５[ｍｓｅｃ]とした場合、
１缶当りの通過時間＝１／Ｖ≒０．１６６[ｓｅｃ]、
１ｍｍ当りの通過時間＝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バルブ７半開半閉開始までの時間は、この横断時間ｔ５に余裕時間ｔ４＝５[ｍｓｅｃ]を加えて４７[ｍｓｅｃ]となる。
【００２８】
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への液化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の半開半閉開始、Ｔ５はバルブ７の半開半閉終了、Ｔ０〜Ｔ１は開弁時における液化窒素Ｌの流下流量不安定領域、Ｔ１〜Ｔ４は液化窒素Ｌの定量領域、Ｔ２〜Ｔ３は缶Ｃへの窒素充填領域、Ｔ４〜Ｔ５は半開半閉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。
【００２９】
次に、液化窒素の充填方法について説明する。
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、該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バルブ７開弁開始時間ｔｓになると、制御手段は、モータ８を駆動させ、バルブ７を開弁する。
【００３０】
上記タイミングでモータ８を駆動すると、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、すで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。
【００３１】
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により缶Ｃが検出され、バルブ７半開半閉弁開始時間ｔｆが経過すると、制御手段はモータ８を駆動し、バルブ７を所定の位置に移動させる。
【００３２】
このモータ８を駆動させるタイミングは、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。
【００３３】
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、モータ８を駆動し、バルブ７を半開半閉状態となる位置に移動させると、バルブ７が所定の位置に移動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までのバルブ７を絞った時の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が流下するときまでは、定量流下が維持される。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、バルブ７開弁時における液化窒素の流下流量が不安定な領域を短く、かつその領域を安定的に実現できるため、缶Ｃの内圧を容易に所望の範囲に設定できるようになる。さらに、従来の流下式のように、常時ノズル１から一定量の液化窒素Ｌを流出させていないので、液化窒素Ｌの無駄な使用の削減を図ることが可能になる。
【００３５】
また、上記装置稼動中は、バルブ７とノズル１との衝突を回避することができるため、バルブ７及びノズル１を始めとする部品の磨耗などの損傷を回避することが可能になる。
【００３６】
ここで、本実施形態のように、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。
【００３７】
なお、本実施形態では、モータにてバルブ７を開閉動作させたが、モータの種類はギアードタイプ、サーボタイプ、リニアタイプなど特に問わない。また、駆動手段として、位置決め調整式のシリンダーを採用しても、その機能上特に問題はない。
【００３８】
また、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。
【００３９】
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。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、容器に常に定量の液化窒素を充填させることができ、液化窒素充填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ともに、使用する液化窒素の無駄をも削減できる。さらに、バルブ及びノズルを始めとする装置部品の耐久性の向上を図ることが可能になる。
ここで、上記液体窒素の無駄削減の効果は、缶開口部が缶胴体部(容器胴体部)に比して狭い、いわゆるボトル缶への充填である場合に特に大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る缶の液化窒素充填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(容器)検出手段
１１  缶(容器)開口部
１１ａ  搬送方向前端
１１ｂ  搬送方向後端
１３  缶(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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