回転式充填装置
【課題】 充填時における液体の舞い上がりによる泡立ちを抑え、気泡量の増大を大幅に抑える。
【解決手段】 円板９の外周に複数の充填バルブ５を支持し、円板９がほぼ１回転する間に充填バルブ５のノズル３２に開口部１０ｂをあてがった容器１０内へノズル３２から液体Ｌを注入する。充填バルブ５を傾斜させて支持することにより、ノズル３２から下方に吐出される液体Ｌの吐出方向を、鉛直に支持した容器１０に対して円板９の回転中心側へ傾斜させる。これにより、充填バルブ５のノズル３２から吐出させた液体Ｌを、容器１０の底部におけるほぼ中心に落下させ、容器１０の底面に沿って外周側へ均一に分散させる。
【解決手段】 円板９の外周に複数の充填バルブ５を支持し、円板９がほぼ１回転する間に充填バルブ５のノズル３２に開口部１０ｂをあてがった容器１０内へノズル３２から液体Ｌを注入する。充填バルブ５を傾斜させて支持することにより、ノズル３２から下方に吐出される液体Ｌの吐出方向を、鉛直に支持した容器１０に対して円板９の回転中心側へ傾斜させる。これにより、充填バルブ５のノズル３２から吐出させた液体Ｌを、容器１０の底部におけるほぼ中心に落下させ、容器１０の底面に沿って外周側へ均一に分散させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料水等の液体をＰＥＴボトルやボトル缶等の容器に充填する回転式充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料水等の液体をＰＥＴボトルやボトル缶等の容器に充填する装置として、回転式充填装置が用いられている。この回転式充填装置は、回転する円板の外周部に複数の充填バルブを備えており、円板がほぼ１回転する間に、充填バルブから容器内への充填を行う。
ところで、充填バルブから容器内に充填する液体が、容器底部における周面との隅にぶつかると、充填される液体が舞い上がり、その乱流エネルギーによって空気の巻き込みが生じ気泡量が増大してしまう。
このため、充填バルブにスプレッダと呼ばれる拡水部を取り付け、充填液を容器内壁に沿うように拡げながら充填し、容器内壁を沿うことで容器底への衝突エネルギーを下げたり、容器底付近まで充填ノズルを挿入し、ノズル先端から容器底までの落下距離を短くして衝突エネルギーを下げたり、液体の充填時に容器を大きく傾けることにより、容器の内面に沿って液体を流して流体速度を減速させ、容器の底部における衝突エネルギーを下げて乱流エネルギーを下げたり、何れも充填時の容器底での液体の巻き上がりを抑え気泡混入を少なくする手法の技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０００９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記装置では、充填液を容器内面に沿わせるため、スプレッダと呼ばれる拡水部を取り付けたり、容器の把持機構部に、充填時に容器を大きく傾ける複雑な構造の大がかりな機構、充填ノズルを容器底まで挿入する機構等が必要であり、設備コストが嵩み、しかもこれらの部品は容器の形状により型替えが必要になる。
また、近年では、容器底部の形状として、中心部分が突出したような複雑なものが多く、このため、容器の内面に沿わせて液体を充填しても、容器の底部に形成された中心の凸部によって液体が舞い上がり、結果的に空気の巻き込みによる泡立ちが生じて気泡量の増大を招いてしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、充填時における液体の舞い上がりによる泡立ちを抑え、巻き込み気泡量の増大を大幅に抑えることが可能な回転式充填装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明者らは鋭意検討を行った。その結果、容器の内面に沿って液体を流し込むと、容器の底部において液体を流し込んだ方向の延長線上の特定の位置に液体が集中し、その結果、前記の容器の底部の形状の曲面に沿った方向に舞い上がる現象があることに着目した。液体が容器の底部の形状の曲面に沿って舞い上がると、自ずと大きく舞い上がることになる。このため、舞い上がり量を抑えるには、容器の底部において液体を均等に分散させるのが有効ではないかと考えるに至った。
【０００７】
これに基づいてなされた本発明の回転式充填装置は、円板の外周に複数の充填バルブを備え、円板の回転中に、充填バルブのノズルに開口部があてがわれた容器内へノズルから液体を注入する回転式充填装置であって、充填バルブのノズルから吐出された液体が、容器の底部におけるほぼ中心に落下されることを特徴とする。
容器の底部は、ガラス壜やアルミ缶ではほぼ凸状の半球形状で、ＰＥＴボトルでは放射状に容器底部の中心点に対して点対称な形状をしており、他のどの容器においても容器の底部中央から点対称な形状をしており、角型容器や多角形容器で点対称性が取れていなくとも飲料充填時の衝突状況が最も安定しているのが容器の底部中央になる。
このように、容器の底部におけるほぼ中心に液体を落下させるので、例え容器底部の中心に凸部があっても、容器底部に落下した液体が、容器の底部中心から底面に沿って周囲に均等に分散し、容器内に安定して充填される。これにより、容器内における液体の舞い上がりによる泡立ちを抑えて気泡量の増大を抑えることができる。また容器の成形バラツキによる影響や容器の充填ノズル下での姿勢の影響も受け難くなる。
【０００８】
ところで、回転式充填装置においては、液体は、円板の回転中にノズルから吐出されて容器に充填される。このため、ノズルから吐出される液体は遠心力を受け、円板の外周側に向けて傾斜するように流れる。したがって、ノズルからの液体の吐出方向をそのまま容器の底部の中心に向けたのでは、遠心力によって液体が外周側に流され、液体を容器の底部のほぼ中心に落下させることはできない。
一般に、回転式充填装置においては、生産効率を上げるために高速で円筒ドラム状の充填機を回転させており、上記の問題は非常に顕著なものとなる。
【０００９】
そこで、本発明の回転式充填装置においては、充填バルブを、ノズルから下方に吐出される液体の吐出方向が、鉛直に支持された容器に対して下方へ向かって円板の回転中心側へ傾斜するよう設けるのが好ましい。これにより、ノズルから吐出される液体の吐出方向を、遠心力によって径方向外方へ傾けられる分だけ円板の回転中心側へ傾斜させることができ、鉛直に支持された容器の底部の中心に液体を落下させることができる。
このためには、充填バルブ全体を傾斜しても良い。充填バルブの全体を傾斜させることにより、液体の吐出方向を容易に傾斜させることができる。
【００１０】
また、充填バルブの先端部分を傾斜させるようにしても良い。このようにしても、液体の吐出方向を容易に傾斜させることができる。このような構造は、既存の回転式充填装置に対して適用が容易である。充填バルブの先端部分のみを交換すればよいからである。
【００１１】
容器の底部の中心に液体を落下させるには、容器を支持する容器ホルダによって、ノズルから鉛直下方へ吐出される液体の吐出方向に対して下方へ向かって円板の外周側へ傾斜するように容器を支持しても良い。ノズルから鉛直下方へ吐出される液体の吐出方向が遠心力によって径方向外方へ傾けられる分だけ円板の外周側へ容器を傾斜させることにより、容器の底部の中心に液体を落下させることができる。容器の底部中央に当てる程度の傾きであれば前記文献記載のような大掛かりな機構は不要であり、簡単に具現化できる。
【００１２】
また、ノズルの先端面は、水平に形成しても良い。これにより、液吐出を停止させたとき、液体の液面張力によって、ノズルに液を保持することが可能となる。さらに、ノズルの先端に、多数の開口が形成された、金網状、多孔状のスクリーンメッシュ等と称されるメッシュ部材を設けてもよい。
【００１３】
ノズルからの液体の吐出方向と容器との傾斜角度θは、円板の回転による充填バルブの移動軌跡の半径をｒ（ｍ）、充填バルブの本数をｎ（本）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓ2）、毎分液体を充填できる容器本数をＮ（本／分）とすると、θ＝ｔａｎ-1（π2Ｎ2ｒ／９００ｎ2ｇ）であることが好ましい。
また、液体のノズルからの吐出速度の影響も受けるため、さらには、液体のノズルからの吐出速度に応じ、ノズルからの液体の吐出方向と容器との傾斜角度θを基準とし、調整するのが好ましい。
これにより、ノズルから吐出される液体を、容器の底部における中心へ確実に導くことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の回転式充填装置によれば、充填時における液体の舞い上がりによる泡立ちを抑えて気泡量の増大を大幅に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る回転式充填装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る回転式充填装置について説明する。
図１は、本発明の回転式充填装置を説明する斜視図、図２は、回転式充填装置を説明する概略平面図、図３は、第１実施形態に係る回転式充填装置の充填バルブの断面図、図４は、容器への充填状態を説明する充填バルブの断面図である。
図１に示すように、回転式充填装置１は、下部機械部２と、この下部機械部２の上部に設けられた上部機械部３とを備えている。
【００１６】
上部機械部３には、製品液および炭酸ガス等の不活性ガスを貯える環状の液体貯槽４が備えられ、この液体貯槽４の下部には、図２に示すように、駆動モータ８によって一方向（図２における時計回り）へ回転される円板９が設けられている。この円板９には、その外周に多数の充填バルブ５が周方向へ等間隔に配設されており、円板９が回転することにより、その回転に伴って、直径Ｄの円軌道上を移動する。
【００１７】
下部機械部２は、充填バルブ５の下部の対応位置に、容器台６が設けられた環状の回転テーブル７を備えており、これら容器台６には、円板９が回転した状態で容器１０が順次載置される。そして、これら容器台６は、回転テーブル７が円板９の回転と同期して一方向（図２における時計回り）へ移動することにより、充填バルブ５と同様に、直径Ｄの円軌道上を移動する。
【００１８】
また、下部機械部２は、容器１０を搬入する搬入コンベア１１及び容器１０を搬出する搬出コンベア１２を備えており、これら搬入コンベア１１及び搬出コンベア１２によって容器１０の回転テーブル７への搬入及び搬出が行われる。
【００１９】
これら搬入コンベア１１及び搬出コンベア１２と回転テーブル７との間には、入口スターホイール１４及び出口スターホイール１５が設けられている。そして、搬入コンベア１１によって搬入される容器１０は、入口スターホイール１４によって回転テーブル７の容器台６へ受け渡され、回転テーブル７の容器台６の容器１０は、出口スターホイール１５によって搬出コンベア１２へ受け渡される。
【００２０】
そして、上記回転式充填装置１では、搬入コンベア１１から入口スターホイール１４によって空の容器１０が容器台６へ受け渡され、円板９がほぼ１回転する間に、容器１０内へ充填バルブ５から液体が充填される。その後、液体が充填された容器１０は、出口スターホイール１５によって搬出コンベア１２へ受け渡されて搬出される。
【００２１】
次に、上記の回転式充填装置１の充填バルブ５について説明する。
図３は、第１実施形態に係る回転式充填装置１の充填バルブ５の断面図、図４は、容器１０への充填状態を説明する充填バルブ５の断面図である。
ここでは、充填バルブ５として、いわゆる炭酸飲料を容器１０へ充填する炭酸飲料用充填バルブを例にとり、また、図３に示すように、充填バルブ５によって液体が充填される容器１０として、その底部の中心に、上方へ突出する凸部１０ａが形成されたＰＥＴボトルを例にとって説明する。
【００２２】
充填バルブ５は、上部機械部３の円板９に、ブラケット２１を介して支持されている。この充填バルブ５は、中心に縦長の貫通穴２２を有するバルブ本体２３を備え、この貫通穴２２内に、弁棒２４が配設されている。そして、この貫通穴２２と弁棒２４との間が、筒状の液通路２５とされている。
【００２３】
バルブ本体２３は、上部本体２３ａと、この上部本体２３ａの下部に連結された下部本体２３ｂとから構成されており、上部本体２３ａには、その上部における側部に、液通路２５と連通する液供給口２６が形成されている。この液供給口２６には、液供給管２７が接続されており、この液供給管２７から送り込まれる液体が、液供給口２６を介して液通路２５へ供給される。
【００２４】
また、下部本体２３ｂにおける貫通穴２２には、下方へ向かって次第に窄まる漏斗部３１及び漏斗部３１に連通して下部本体２３ｂの下端にて開口するノズル３２が設けられている。
【００２５】
弁棒２４には、その先端部に、大径に形成された弁体３３が形成されており、この弁体３３は、その後端側が上向きに狭まる凸錐面状のシール面３３ａを有している。また、上部本体２３ａの下端部近傍には、貫通穴２２の内周側に突出する弁座３４が設けられており、この弁座３４には、上向きに狭まる凹錐面状のシール面３４ａが形成されている。
【００２６】
そして、これら弁体３３及び弁座３４によって液弁３５が構成され、互いのシール面３３ａ、３４ａが接することにより、液弁３５が閉鎖され、シール面３３ａ、３４ａ同士が離れることにより、液弁３５が開口される。
【００２７】
弁棒２４は、その上端が、上部本体２３ａの上部に取り付けられたシール材３６を貫いて上方へ突出されている。また、バルブ本体２３には、その上部に、エアシリンダ４２が設けられたケース４３が取り付けられている。エアシリンダ４２は、ロッド４１を進退させるもので、このエアシリンダ４２のロッド４１は、弁棒２４の上端に連結されている。
【００２８】
そして、このエアシリンダ４２のロッド４１が上方に引き込まれると、弁棒２４が引き上げられ、この弁棒２４の弁体３３と上部本体２３ａの弁座３４のシール面３３ａ、３４ａ同士が密着して液弁３５が閉鎖される。これとは逆に、エアシリンダ４２のロッド４１が下方に押し出されると、弁棒２４が押し下げられ、この弁棒２４の弁体３３と上部本体２３ａの弁座３４のシール面３３ａ、３４ａ同士が離間して液弁３５が開口される。
【００２９】
充填バルブ５の下方には、容器ホルダ５１が設けられている。この容器ホルダ５１は、容器１０の上端近傍を把持する把持部５１ａを有しており、この把持部５１ａによって容器１０の上端近傍を把持して容器１０を鉛直方向に支持した状態にて、図示しない昇降機構によって昇降される。
【００３０】
また、バルブ本体２３の下端には、例えば、ゴムなどの弾性材を環状に形成したシール部材５２が、ノズル３２の外周を囲うように配設され、固定具５３によって下部本体２３ｂに取り付けられている。
そして、容器１０の上端近傍を把持部５１ａによって把持した容器ホルダ５１が上昇すると、容器１０の上部の開口部１０ｂがシール部材５２に当接されて密着される。
【００３１】
また、バルブ本体２３の先端部には、シール部材５２とノズル３２との間に、下部本体２３ｂの下端面にて開口した円筒状のガス通路５５が形成されている。このガス通路５５は、バルブ本体２３に形成されたガス通路５６に連通されている。
このガス通路５６は、充填バルブ５を円板９に支持するブラケット２１に形成されたガス通路５７に連通されており、このガス通路５７に設けられた図示しない切換弁を介して液体貯槽４の気層部あるいは大気のいずれかに連通している。
【００３２】
上記構造の充填バルブ５は、ノズル３２の中心を通る中心軸Ｘが、鉛直に支持される容器１０の中心軸Ｙに対して傾けられ、これによってノズル３２からの液体の吐出方向が中心軸Ｘに対し傾斜角度θだけ円板９の回転中心側へ傾けられている。
この傾斜角度θは、次式（１）にて表される。
【００３３】
θ＝ｔａｎ-1（π2Ｎ2ｒ／９００ｎ2ｇ）……（１）
【００３４】
この傾斜角度θは、重力ｍｇ及び遠心力ｍｒω2の釣り合いで、以下のように決定される。（ｍ；質量（ｋｇ）、ｒ；回転半径（ｍ）、ω；回転角速度（ｒａｄ／ｓ）、ｇ；重力加速度（ｍ／ｓ2））
【００３５】
充填バルブ５の移動軌跡の半径をｒ（＝Ｄ／２）、半径ｒの円上を移動する充填バルブ５の速度をυ、角速度をωとすると、重力ｍｇ及び遠心力ｍｒω2から、
ｔａｎθ＝ｍｒω2／ｍｇ
＝ｒω2／ｇが導かれ、
θ＝ｔａｎ-1（ｒω2／ｇ）…（２）が求められる。
また、ω＝υ／ｒより、上式（２）は、
θ＝ｔａｎ-1[υ2／（ｒｇ）]…（３）とされる。
【００３６】
さらに、回転式充填装置１の製造能力（毎分液体を充填できる容器本数）を、Ｎ（ＢＰＭ：Bottles per minute，本／分）、円板９に設けられた充填バルブ５の本数をｎ（本）とすると、
υ＝（２πｒ／ｎ）・（Ｎ／６０）＝（πｒＮ）／（３０・ｎ）…（４）
が導かれ、この式（４）及び式（３）より、上式（１）が導かれる。
【００３７】
例えば、上部機械部３の充填バルブ５自体の回動軌跡の直径Ｄが３ｍであるとｒ＝３／２＝１．５ｍであり、したがって、製造能力がＮ＝６００ＢＰＭ、充填バルブ５の本数が７２本であると、傾斜角度θ＝６．６°となる。
【００３８】
次に、上記実施形態に係る回転式充填装置１による容器１０への液体の充填動作について説明する。
搬入コンベア１１から入口スターホイール１４によって空の容器１０が容器台６へ受け渡されると、容器ホルダ５１が、その把持部５１ａによって容器台６の容器１０の上端部を把持して上昇する。これにより、容器１０の開口部１０ｂが、充填バルブ５のシール部材５２に密着され、容器１０の内外が遮断密閉される。また、ガス通路５７の図示しない切換弁が作動し、ガス通路５７、５６を通して、液体貯槽４の気層部から、高圧ガスが送り込まれ、容器１０内に充填される。
【００３９】
次に、エアシリンダ４２によって弁棒２４が押し下げられて液弁３５が開かれる。これにより、図４に示すように、液体貯槽４の液層部から、液体Ｌが自重によって液供給管２７、液供給口２６及び液通路２５を通り、ノズル３２から容器１０内へ注入される。
なお、上記の動作は、円板９が所定の角速度ωで回転した状態で行われる。
【００４０】
充填バルブ５は、鉛直に支持された容器１０に対して下方へ向かって円板９の回転中心側へ傾けられているので、この充填バルブ５のノズル３２から吐出される液体Ｌの吐出方向も、鉛直に対して円板９の回転中心側へ向かって傾斜する。
【００４１】
ここで、この充填バルブ５のノズル３２からの液体Ｌの吐出方向の傾斜角度θが、液体Ｌにかかる重力と円板９の回転による遠心力とが釣り合いで決定されている。このため、円板９の回転中に、ノズル３２から円板９の回転中心側へ向けて吐出された液体Ｌは、円板９の回転による遠心力の影響を受けるが、ノズル３２からの吐出方向が円板９の回転中心側に向かって傾斜しているので、遠心力とバランスし、ほぼ鉛直方向に落下する。
これにより、この容器１０内に充填される液体Ｌは、鉛直に保持された容器１０の底部のほぼ中心に落下する。そして、容器１０の底部中心に落下した液体Ｌは、容器１０の底部中心に形成された凸部１０ａに沿って全周にほぼ均等に分散し、従来より少ない舞い上がり量で容器１０内に安定して充填される。
【００４２】
その後、図示しない流量計によって、容器１０内へ充填した液体Ｌが所定の充填量に達したら、エアシリンダ４２によって弁棒２４が引き上げられて液弁３５が閉鎖され、容器１０への液体Ｌの充填が停止される。
次に、ガス通路５７の図示しない切換弁が作動し、容器１０の上端部に残ったガスが、ガス通路５６、５７を経て外部に排出され、容器１０内が大気圧とされる。
【００４３】
充填バルブ５による容器１０への液体Ｌの充填動作が終了すると、容器ホルダ５１が下降するとともに把持部５１ａによる容器１０の上端部の把持が解除され、容器１０が容器台６に載置される。
その後、液体Ｌが充填された容器１０は、出口スターホイール１５によって搬出コンベア１２へ受け渡されて搬出される。
【００４４】
以上、説明したように、上記実施形態に係る回転式充填装置１によれば、ノズル３２から吐出される液体Ｌの吐出方向を、遠心力によって外方へ傾けられる分だけ円板９の回転中心側へ傾斜させることにより、鉛直に支持された容器１０の底部の中心に液体Ｌを落下させることができる。これにより、例え容器１０の底部に凸部１０ａがあっても、底部に落下した液体Ｌを容器１０の底部中心から底面に沿って周囲に均等に分散させ、容器１０内に安定して充填させることができ、容器１０内における液体Ｌの舞い上がりによる泡立ちを抑えて気泡量の増大を抑えることができる。
【００４５】
なお、上記実施形態では、炭酸飲料を容器１０へ充填する炭酸飲料用の充填バルブ５を備えた場合を例にとって説明したが、充填バルブ５としては、炭酸飲料用充填バルブに限定されず、無炭酸飲料用充填バルブであっても良い。
また、充填バルブ５の支持角度を調節可能な機構を設けても良い。そして、このような機構を設けることにより、容器１０の長さ、液体Ｌの充填速度、あるいは円板９の回転速度等の条件の変化に応じて充填バルブ５の角度を極めて容易に調節して、充填する液体Ｌを容器１０の底部における中心に合わせることができる。
充填バルブ５における充填量制御手段としては、流量計（例えば電磁流量計やコリオリ力式質量流量計、タービン流量計、渦流量計等）を用いることができる。流量計以外に、ロードセルを用いた重力計測式でも、事前に空間容積で定まった量を充填する容積式等、容量計測式（Ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ Ｆｉｌｌｉｎｇ）や圧力バランス式等、充填量制御手段は関係無く適用可能である。
また容器口は充填ノズル５に接していなくても問題ない。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る回転式充填装置１について説明する。
なお、上記第１実施形態と同一構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
図５は、第２実施形態に係る回転式充填装置１の充填バルブ６０の断面図である。
【００４７】
図５に示すように、第２実施形態に係る回転式充填装置１を構成する充填バルブ６０は、ブラケット２１によって鉛直に支持されている。この充填バルブ６０のバルブ本体２３では、縦長の貫通穴２２が、下部本体２３ｂにて屈曲され、その中心軸Ｘが、鉛直に対して下方へ向かって円板９の回転中心側へ傾けられている。これにより、ノズル３２から吐出される液体Ｌの吐出方向が鉛直に対して傾斜角度θだけ下方へ向かって円板９の回転中心側へ傾けられている。
なお、この傾斜角度θも、上記第１実施形態における傾斜角度θと同様に、前記の式（１）にて表される。
【００４８】
そして、この回転式充填装置１では、充填バルブ６０のノズル３２から円板９の回転中心側へ向けて吐出された液体Ｌは、遠心力とバランスしほぼ鉛直方向に落下する。
これにより、鉛直に支持された容器１０内に充填される液体Ｌは、容器１０の底部における中心に落下する。そして、容器１０の底部中心に落下した液体Ｌは、容器１０の底部中心に形成された凸部１０ａに沿って周囲に均等に分散し、容器１０内に安定して充填される。
【００４９】
このように、上記構造の充填バルブ６０を備えた回転式充填装置１の場合も、容器１０内における液体Ｌの舞い上がりによる泡立ちを抑えて気泡量の増大を抑えることができる。
【００５０】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る回転式充填装置１について説明する。
なお、上記第１実施形態と同一構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
図６は、第３実施形態に係る回転式充填装置１の充填バルブ７０の断面図である。
【００５１】
図６に示すように、第３実施形態に係る回転式充填装置１を構成する充填バルブ７０は、ブラケット２１によって鉛直に支持され、ノズル３２からの液体Ｌの吐出方向も鉛直下向きとされている。これに対して容器ホルダ５１の把持部５１ａは、水平面に対して傾けられており、これにより、この把持部５１ａによって上端部が把持される容器１０は、その中心軸Ｙが、鉛直に対して、傾斜角度θだけ下方へ向かって円板９の外周側へ傾くようになっている。
なお、この傾斜角度θも、上記第１実施形態における傾斜角度θと同様に、前記式（１）にて表される。
【００５２】
そして、この充填バルブ７０では、容器ホルダ５１が、その把持部５１ａによって容器１０の上端部を把持して上昇し、容器１０の開口部１０ｂをシール部材５２に当接させると、鉛直に支持された充填バルブ７０に対して容器１０が、傾斜角度θだけ下方へ向かって円板９の外周側へ傾けられて配置される。
【００５３】
これにより、ノズル３２から鉛直下方へ向けて吐出された液体Ｌは、遠心力によってほぼ容器１０の中心軸Ｙに沿って落下する。
したがって、この容器１０内に充填される液体Ｌは、容器１０の底部における中心に落下する。そして、容器１０の底部中心に落下した液体Ｌは、容器１０の底部中心に形成された凸部１０ａに沿って周囲に均等に分散し、容器１０内に安定して充填される。
【００５４】
このように、上記構造の充填バルブ７０を備えた回転式充填装置１によっても、容器１０内における液体Ｌの舞い上がりによる泡立ちを抑えて気泡量の増大を抑えることができる。
【００５５】
（第４実施形態）
まず、第４実施形態に係る回転式充填装置１について説明する。なお、上記第１実施形態と同一構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
図７は、第４実施形態に係る回転式充填装置１の容器１０への充填状態を説明する充填バルブ８０の断面図である。
ここでは、充填バルブ８０として、いわゆる無炭酸飲料を容器１０へ充填する無炭酸飲料用充填バルブを例にとり、また、図７に示すように、充填バルブ８０によって液体Ｌが充填される容器１０として、その底部の中心に、上方へ突出する凸部１０ａが形成されたＰＥＴボトルを例にとって説明する。
【００５６】
充填バルブ８０は、上部機械部３の円板９に、ブラケット２１を介して支持されている。
充填バルブ８０の下方には、容器ホルダ５１が設けられている。この容器ホルダ５１は、容器１０の上端近傍を把持する把持部５１ａを有しており、この把持部５１ａによって容器１０の上端近傍を把持して容器１０を鉛直方向に支持した状態にある。
【００５７】
充填バルブ８０は、直管状のノズル３２の先端部に、金網状あるいは多孔状のスクリーンメッシュ（メッシュ部材）８１を備えている。
スクリーンメッシュ８１としては、例えばステンレス製で、厚さ１ｍｍの円板にφ１．０ｍｍの円形の孔が開口率６０％の割合で入れたものを採用することができるが、この孔の大きさはこれ以上の大きさでも小さくても良く、円形の孔でなく格子金網状のものでも良い。
この直管状のノズル３２は、鉛直方向に対し、前述の式（１）の傾斜角度θを持って取り付けられており、ノズル３２の先端は傾斜角度θ分斜めに切断されており、これによりノズル３２の先端端面は地上に対して水平とされている。これにより、液弁３５を閉じて液体Ｌの吐出を停止させた状態では、液弁３５とノズル３２の先端部との間に残った液体Ｌを、ノズル３２の先端端面で、液体Ｌを表面張力によって保持できるようになっている。
表面張力による液体保持はノズル３２の先端端面が水平であれば生じるので、スクリーンメッシュ８１がなくても良いが、スクリーンメッシュ８１を備えた方がより確実に液体保持が行える。またスクリーンメッシュ８１を備えることで、万が一、液体Ｌに混入して異物が流れてきても、スクリーンメッシュ８１の孔以上の大きさであればこの異物を捕集できる。
【００５８】
なお、このような、ノズル３２の先端端面を水平とし、スクリーンメッシュ８１を備える構成は、上記のように、容器１０を鉛直方向に支持してノズル３２を傾斜させた場合に限らず、ノズル３２を鉛直状態とし、容器１０を傾斜させて支持した第３実施形態（図６）に示すような構成にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態に係る回転式充填装置を説明する斜視図である。
【図２】回転式充填装置を説明する概略平面図である。
【図３】第１実施形態に係る回転式充填装置の充填バルブの断面図である。
【図４】容器への充填状態を説明する充填バルブの断面図である。
【図５】第２実施形態に係る回転式充填装置の充填バルブの断面図である。
【図６】第３実施形態に係る回転式充填装置の充填バルブの断面図である。
【図７】第４実施形態に係る回転式充填装置の充填バルブの断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…回転式充填装置、５，６０，７０，８０…充填バルブ、９…円板、１０…容器、１０ｂ…開口部、３２…ノズル、５１…容器ホルダ、８１…スクリーンメッシュ（メッシュ部材）、Ｌ…液体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料水等の液体をＰＥＴボトルやボトル缶等の容器に充填する回転式充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料水等の液体をＰＥＴボトルやボトル缶等の容器に充填する装置として、回転式充填装置が用いられている。この回転式充填装置は、回転する円板の外周部に複数の充填バルブを備えており、円板がほぼ１回転する間に、充填バルブから容器内への充填を行う。
ところで、充填バルブから容器内に充填する液体が、容器底部における周面との隅にぶつかると、充填される液体が舞い上がり、その乱流エネルギーによって空気の巻き込みが生じ気泡量が増大してしまう。
このため、充填バルブにスプレッダと呼ばれる拡水部を取り付け、充填液を容器内壁に沿うように拡げながら充填し、容器内壁を沿うことで容器底への衝突エネルギーを下げたり、容器底付近まで充填ノズルを挿入し、ノズル先端から容器底までの落下距離を短くして衝突エネルギーを下げたり、液体の充填時に容器を大きく傾けることにより、容器の内面に沿って液体を流して流体速度を減速させ、容器の底部における衝突エネルギーを下げて乱流エネルギーを下げたり、何れも充填時の容器底での液体の巻き上がりを抑え気泡混入を少なくする手法の技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０００９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記装置では、充填液を容器内面に沿わせるため、スプレッダと呼ばれる拡水部を取り付けたり、容器の把持機構部に、充填時に容器を大きく傾ける複雑な構造の大がかりな機構、充填ノズルを容器底まで挿入する機構等が必要であり、設備コストが嵩み、しかもこれらの部品は容器の形状により型替えが必要になる。
また、近年では、容器底部の形状として、中心部分が突出したような複雑なものが多く、このため、容器の内面に沿わせて液体を充填しても、容器の底部に形成された中心の凸部によって液体が舞い上がり、結果的に空気の巻き込みによる泡立ちが生じて気泡量の増大を招いてしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、充填時における液体の舞い上がりによる泡立ちを抑え、巻き込み気泡量の増大を大幅に抑えることが可能な回転式充填装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明者らは鋭意検討を行った。その結果、容器の内面に沿って液体を流し込むと、容器の底部において液体を流し込んだ方向の延長線上の特定の位置に液体が集中し、その結果、前記の容器の底部の形状の曲面に沿った方向に舞い上がる現象があることに着目した。液体が容器の底部の形状の曲面に沿って舞い上がると、自ずと大きく舞い上がることになる。このため、舞い上がり量を抑えるには、容器の底部において液体を均等に分散させるのが有効ではないかと考えるに至った。
【０００７】
これに基づいてなされた本発明の回転式充填装置は、円板の外周に複数の充填バルブを備え、円板の回転中に、充填バルブのノズルに開口部があてがわれた容器内へノズルから液体を注入する回転式充填装置であって、充填バルブのノズルから吐出された液体が、容器の底部におけるほぼ中心に落下されることを特徴とする。
容器の底部は、ガラス壜やアルミ缶ではほぼ凸状の半球形状で、ＰＥＴボトルでは放射状に容器底部の中心点に対して点対称な形状をしており、他のどの容器においても容器の底部中央から点対称な形状をしており、角型容器や多角形容器で点対称性が取れていなくとも飲料充填時の衝突状況が最も安定しているのが容器の底部中央になる。
このように、容器の底部におけるほぼ中心に液体を落下させるので、例え容器底部の中心に凸部があっても、容器底部に落下した液体が、容器の底部中心から底面に沿って周囲に均等に分散し、容器内に安定して充填される。これにより、容器内における液体の舞い上がりによる泡立ちを抑えて気泡量の増大を抑えることができる。また容器の成形バラツキによる影響や容器の充填ノズル下での姿勢の影響も受け難くなる。
【０００８】
ところで、回転式充填装置においては、液体は、円板の回転中にノズルから吐出されて容器に充填される。このため、ノズルから吐出される液体は遠心力を受け、円板の外周側に向けて傾斜するように流れる。したがって、ノズルからの液体の吐出方向をそのまま容器の底部の中心に向けたのでは、遠心力によって液体が外周側に流され、液体を容器の底部のほぼ中心に落下させることはできない。
一般に、回転式充填装置においては、生産効率を上げるために高速で円筒ドラム状の充填機を回転させており、上記の問題は非常に顕著なものとなる。
【０００９】
そこで、本発明の回転式充填装置においては、充填バルブを、ノズルから下方に吐出される液体の吐出方向が、鉛直に支持された容器に対して下方へ向かって円板の回転中心側へ傾斜するよう設けるのが好ましい。これにより、ノズルから吐出される液体の吐出方向を、遠心力によって径方向外方へ傾けられる分だけ円板の回転中心側へ傾斜させることができ、鉛直に支持された容器の底部の中心に液体を落下させることができる。
このためには、充填バルブ全体を傾斜しても良い。充填バルブの全体を傾斜させることにより、液体の吐出方向を容易に傾斜させることができる。
【００１０】
また、充填バルブの先端部分を傾斜させるようにしても良い。このようにしても、液体の吐出方向を容易に傾斜させることができる。このような構造は、既存の回転式充填装置に対して適用が容易である。充填バルブの先端部分のみを交換すればよいからである。
【００１１】
容器の底部の中心に液体を落下させるには、容器を支持する容器ホルダによって、ノズルから鉛直下方へ吐出される液体の吐出方向に対して下方へ向かって円板の外周側へ傾斜するように容器を支持しても良い。ノズルから鉛直下方へ吐出される液体の吐出方向が遠心力によって径方向外方へ傾けられる分だけ円板の外周側へ容器を傾斜させることにより、容器の底部の中心に液体を落下させることができる。容器の底部中央に当てる程度の傾きであれば前記文献記載のような大掛かりな機構は不要であり、簡単に具現化できる。
【００１２】
また、ノズルの先端面は、水平に形成しても良い。これにより、液吐出を停止させたとき、液体の液面張力によって、ノズルに液を保持することが可能となる。さらに、ノズルの先端に、多数の開口が形成された、金網状、多孔状のスクリーンメッシュ等と称されるメッシュ部材を設けてもよい。
【００１３】
ノズルからの液体の吐出方向と容器との傾斜角度θは、円板の回転による充填バルブの移動軌跡の半径をｒ（ｍ）、充填バルブの本数をｎ（本）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓ2）、毎分液体を充填できる容器本数をＮ（本／分）とすると、θ＝ｔａｎ-1（π2Ｎ2ｒ／９００ｎ2ｇ）であることが好ましい。
また、液体のノズルからの吐出速度の影響も受けるため、さらには、液体のノズルからの吐出速度に応じ、ノズルからの液体の吐出方向と容器との傾斜角度θを基準とし、調整するのが好ましい。
これにより、ノズルから吐出される液体を、容器の底部における中心へ確実に導くことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の回転式充填装置によれば、充填時における液体の舞い上がりによる泡立ちを抑えて気泡量の増大を大幅に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る回転式充填装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る回転式充填装置について説明する。
図１は、本発明の回転式充填装置を説明する斜視図、図２は、回転式充填装置を説明する概略平面図、図３は、第１実施形態に係る回転式充填装置の充填バルブの断面図、図４は、容器への充填状態を説明する充填バルブの断面図である。
図１に示すように、回転式充填装置１は、下部機械部２と、この下部機械部２の上部に設けられた上部機械部３とを備えている。
【００１６】
上部機械部３には、製品液および炭酸ガス等の不活性ガスを貯える環状の液体貯槽４が備えられ、この液体貯槽４の下部には、図２に示すように、駆動モータ８によって一方向（図２における時計回り）へ回転される円板９が設けられている。この円板９には、その外周に多数の充填バルブ５が周方向へ等間隔に配設されており、円板９が回転することにより、その回転に伴って、直径Ｄの円軌道上を移動する。
【００１７】
下部機械部２は、充填バルブ５の下部の対応位置に、容器台６が設けられた環状の回転テーブル７を備えており、これら容器台６には、円板９が回転した状態で容器１０が順次載置される。そして、これら容器台６は、回転テーブル７が円板９の回転と同期して一方向（図２における時計回り）へ移動することにより、充填バルブ５と同様に、直径Ｄの円軌道上を移動する。
【００１８】
また、下部機械部２は、容器１０を搬入する搬入コンベア１１及び容器１０を搬出する搬出コンベア１２を備えており、これら搬入コンベア１１及び搬出コンベア１２によって容器１０の回転テーブル７への搬入及び搬出が行われる。
【００１９】
これら搬入コンベア１１及び搬出コンベア１２と回転テーブル７との間には、入口スターホイール１４及び出口スターホイール１５が設けられている。そして、搬入コンベア１１によって搬入される容器１０は、入口スターホイール１４によって回転テーブル７の容器台６へ受け渡され、回転テーブル７の容器台６の容器１０は、出口スターホイール１５によって搬出コンベア１２へ受け渡される。
【００２０】
そして、上記回転式充填装置１では、搬入コンベア１１から入口スターホイール１４によって空の容器１０が容器台６へ受け渡され、円板９がほぼ１回転する間に、容器１０内へ充填バルブ５から液体が充填される。その後、液体が充填された容器１０は、出口スターホイール１５によって搬出コンベア１２へ受け渡されて搬出される。
【００２１】
次に、上記の回転式充填装置１の充填バルブ５について説明する。
図３は、第１実施形態に係る回転式充填装置１の充填バルブ５の断面図、図４は、容器１０への充填状態を説明する充填バルブ５の断面図である。
ここでは、充填バルブ５として、いわゆる炭酸飲料を容器１０へ充填する炭酸飲料用充填バルブを例にとり、また、図３に示すように、充填バルブ５によって液体が充填される容器１０として、その底部の中心に、上方へ突出する凸部１０ａが形成されたＰＥＴボトルを例にとって説明する。
【００２２】
充填バルブ５は、上部機械部３の円板９に、ブラケット２１を介して支持されている。この充填バルブ５は、中心に縦長の貫通穴２２を有するバルブ本体２３を備え、この貫通穴２２内に、弁棒２４が配設されている。そして、この貫通穴２２と弁棒２４との間が、筒状の液通路２５とされている。
【００２３】
バルブ本体２３は、上部本体２３ａと、この上部本体２３ａの下部に連結された下部本体２３ｂとから構成されており、上部本体２３ａには、その上部における側部に、液通路２５と連通する液供給口２６が形成されている。この液供給口２６には、液供給管２７が接続されており、この液供給管２７から送り込まれる液体が、液供給口２６を介して液通路２５へ供給される。
【００２４】
また、下部本体２３ｂにおける貫通穴２２には、下方へ向かって次第に窄まる漏斗部３１及び漏斗部３１に連通して下部本体２３ｂの下端にて開口するノズル３２が設けられている。
【００２５】
弁棒２４には、その先端部に、大径に形成された弁体３３が形成されており、この弁体３３は、その後端側が上向きに狭まる凸錐面状のシール面３３ａを有している。また、上部本体２３ａの下端部近傍には、貫通穴２２の内周側に突出する弁座３４が設けられており、この弁座３４には、上向きに狭まる凹錐面状のシール面３４ａが形成されている。
【００２６】
そして、これら弁体３３及び弁座３４によって液弁３５が構成され、互いのシール面３３ａ、３４ａが接することにより、液弁３５が閉鎖され、シール面３３ａ、３４ａ同士が離れることにより、液弁３５が開口される。
【００２７】
弁棒２４は、その上端が、上部本体２３ａの上部に取り付けられたシール材３６を貫いて上方へ突出されている。また、バルブ本体２３には、その上部に、エアシリンダ４２が設けられたケース４３が取り付けられている。エアシリンダ４２は、ロッド４１を進退させるもので、このエアシリンダ４２のロッド４１は、弁棒２４の上端に連結されている。
【００２８】
そして、このエアシリンダ４２のロッド４１が上方に引き込まれると、弁棒２４が引き上げられ、この弁棒２４の弁体３３と上部本体２３ａの弁座３４のシール面３３ａ、３４ａ同士が密着して液弁３５が閉鎖される。これとは逆に、エアシリンダ４２のロッド４１が下方に押し出されると、弁棒２４が押し下げられ、この弁棒２４の弁体３３と上部本体２３ａの弁座３４のシール面３３ａ、３４ａ同士が離間して液弁３５が開口される。
【００２９】
充填バルブ５の下方には、容器ホルダ５１が設けられている。この容器ホルダ５１は、容器１０の上端近傍を把持する把持部５１ａを有しており、この把持部５１ａによって容器１０の上端近傍を把持して容器１０を鉛直方向に支持した状態にて、図示しない昇降機構によって昇降される。
【００３０】
また、バルブ本体２３の下端には、例えば、ゴムなどの弾性材を環状に形成したシール部材５２が、ノズル３２の外周を囲うように配設され、固定具５３によって下部本体２３ｂに取り付けられている。
そして、容器１０の上端近傍を把持部５１ａによって把持した容器ホルダ５１が上昇すると、容器１０の上部の開口部１０ｂがシール部材５２に当接されて密着される。
【００３１】
また、バルブ本体２３の先端部には、シール部材５２とノズル３２との間に、下部本体２３ｂの下端面にて開口した円筒状のガス通路５５が形成されている。このガス通路５５は、バルブ本体２３に形成されたガス通路５６に連通されている。
このガス通路５６は、充填バルブ５を円板９に支持するブラケット２１に形成されたガス通路５７に連通されており、このガス通路５７に設けられた図示しない切換弁を介して液体貯槽４の気層部あるいは大気のいずれかに連通している。
【００３２】
上記構造の充填バルブ５は、ノズル３２の中心を通る中心軸Ｘが、鉛直に支持される容器１０の中心軸Ｙに対して傾けられ、これによってノズル３２からの液体の吐出方向が中心軸Ｘに対し傾斜角度θだけ円板９の回転中心側へ傾けられている。
この傾斜角度θは、次式（１）にて表される。
【００３３】
θ＝ｔａｎ-1（π2Ｎ2ｒ／９００ｎ2ｇ）……（１）
【００３４】
この傾斜角度θは、重力ｍｇ及び遠心力ｍｒω2の釣り合いで、以下のように決定される。（ｍ；質量（ｋｇ）、ｒ；回転半径（ｍ）、ω；回転角速度（ｒａｄ／ｓ）、ｇ；重力加速度（ｍ／ｓ2））
【００３５】
充填バルブ５の移動軌跡の半径をｒ（＝Ｄ／２）、半径ｒの円上を移動する充填バルブ５の速度をυ、角速度をωとすると、重力ｍｇ及び遠心力ｍｒω2から、
ｔａｎθ＝ｍｒω2／ｍｇ
＝ｒω2／ｇが導かれ、
θ＝ｔａｎ-1（ｒω2／ｇ）…（２）が求められる。
また、ω＝υ／ｒより、上式（２）は、
θ＝ｔａｎ-1[υ2／（ｒｇ）]…（３）とされる。
【００３６】
さらに、回転式充填装置１の製造能力（毎分液体を充填できる容器本数）を、Ｎ（ＢＰＭ：Bottles per minute，本／分）、円板９に設けられた充填バルブ５の本数をｎ（本）とすると、
υ＝（２πｒ／ｎ）・（Ｎ／６０）＝（πｒＮ）／（３０・ｎ）…（４）
が導かれ、この式（４）及び式（３）より、上式（１）が導かれる。
【００３７】
例えば、上部機械部３の充填バルブ５自体の回動軌跡の直径Ｄが３ｍであるとｒ＝３／２＝１．５ｍであり、したがって、製造能力がＮ＝６００ＢＰＭ、充填バルブ５の本数が７２本であると、傾斜角度θ＝６．６°となる。
【００３８】
次に、上記実施形態に係る回転式充填装置１による容器１０への液体の充填動作について説明する。
搬入コンベア１１から入口スターホイール１４によって空の容器１０が容器台６へ受け渡されると、容器ホルダ５１が、その把持部５１ａによって容器台６の容器１０の上端部を把持して上昇する。これにより、容器１０の開口部１０ｂが、充填バルブ５のシール部材５２に密着され、容器１０の内外が遮断密閉される。また、ガス通路５７の図示しない切換弁が作動し、ガス通路５７、５６を通して、液体貯槽４の気層部から、高圧ガスが送り込まれ、容器１０内に充填される。
【００３９】
次に、エアシリンダ４２によって弁棒２４が押し下げられて液弁３５が開かれる。これにより、図４に示すように、液体貯槽４の液層部から、液体Ｌが自重によって液供給管２７、液供給口２６及び液通路２５を通り、ノズル３２から容器１０内へ注入される。
なお、上記の動作は、円板９が所定の角速度ωで回転した状態で行われる。
【００４０】
充填バルブ５は、鉛直に支持された容器１０に対して下方へ向かって円板９の回転中心側へ傾けられているので、この充填バルブ５のノズル３２から吐出される液体Ｌの吐出方向も、鉛直に対して円板９の回転中心側へ向かって傾斜する。
【００４１】
ここで、この充填バルブ５のノズル３２からの液体Ｌの吐出方向の傾斜角度θが、液体Ｌにかかる重力と円板９の回転による遠心力とが釣り合いで決定されている。このため、円板９の回転中に、ノズル３２から円板９の回転中心側へ向けて吐出された液体Ｌは、円板９の回転による遠心力の影響を受けるが、ノズル３２からの吐出方向が円板９の回転中心側に向かって傾斜しているので、遠心力とバランスし、ほぼ鉛直方向に落下する。
これにより、この容器１０内に充填される液体Ｌは、鉛直に保持された容器１０の底部のほぼ中心に落下する。そして、容器１０の底部中心に落下した液体Ｌは、容器１０の底部中心に形成された凸部１０ａに沿って全周にほぼ均等に分散し、従来より少ない舞い上がり量で容器１０内に安定して充填される。
【００４２】
その後、図示しない流量計によって、容器１０内へ充填した液体Ｌが所定の充填量に達したら、エアシリンダ４２によって弁棒２４が引き上げられて液弁３５が閉鎖され、容器１０への液体Ｌの充填が停止される。
次に、ガス通路５７の図示しない切換弁が作動し、容器１０の上端部に残ったガスが、ガス通路５６、５７を経て外部に排出され、容器１０内が大気圧とされる。
【００４３】
充填バルブ５による容器１０への液体Ｌの充填動作が終了すると、容器ホルダ５１が下降するとともに把持部５１ａによる容器１０の上端部の把持が解除され、容器１０が容器台６に載置される。
その後、液体Ｌが充填された容器１０は、出口スターホイール１５によって搬出コンベア１２へ受け渡されて搬出される。
【００４４】
以上、説明したように、上記実施形態に係る回転式充填装置１によれば、ノズル３２から吐出される液体Ｌの吐出方向を、遠心力によって外方へ傾けられる分だけ円板９の回転中心側へ傾斜させることにより、鉛直に支持された容器１０の底部の中心に液体Ｌを落下させることができる。これにより、例え容器１０の底部に凸部１０ａがあっても、底部に落下した液体Ｌを容器１０の底部中心から底面に沿って周囲に均等に分散させ、容器１０内に安定して充填させることができ、容器１０内における液体Ｌの舞い上がりによる泡立ちを抑えて気泡量の増大を抑えることができる。
【００４５】
なお、上記実施形態では、炭酸飲料を容器１０へ充填する炭酸飲料用の充填バルブ５を備えた場合を例にとって説明したが、充填バルブ５としては、炭酸飲料用充填バルブに限定されず、無炭酸飲料用充填バルブであっても良い。
また、充填バルブ５の支持角度を調節可能な機構を設けても良い。そして、このような機構を設けることにより、容器１０の長さ、液体Ｌの充填速度、あるいは円板９の回転速度等の条件の変化に応じて充填バルブ５の角度を極めて容易に調節して、充填する液体Ｌを容器１０の底部における中心に合わせることができる。
充填バルブ５における充填量制御手段としては、流量計（例えば電磁流量計やコリオリ力式質量流量計、タービン流量計、渦流量計等）を用いることができる。流量計以外に、ロードセルを用いた重力計測式でも、事前に空間容積で定まった量を充填する容積式等、容量計測式（Ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ Ｆｉｌｌｉｎｇ）や圧力バランス式等、充填量制御手段は関係無く適用可能である。
また容器口は充填ノズル５に接していなくても問題ない。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る回転式充填装置１について説明する。
なお、上記第１実施形態と同一構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
図５は、第２実施形態に係る回転式充填装置１の充填バルブ６０の断面図である。
【００４７】
図５に示すように、第２実施形態に係る回転式充填装置１を構成する充填バルブ６０は、ブラケット２１によって鉛直に支持されている。この充填バルブ６０のバルブ本体２３では、縦長の貫通穴２２が、下部本体２３ｂにて屈曲され、その中心軸Ｘが、鉛直に対して下方へ向かって円板９の回転中心側へ傾けられている。これにより、ノズル３２から吐出される液体Ｌの吐出方向が鉛直に対して傾斜角度θだけ下方へ向かって円板９の回転中心側へ傾けられている。
なお、この傾斜角度θも、上記第１実施形態における傾斜角度θと同様に、前記の式（１）にて表される。
【００４８】
そして、この回転式充填装置１では、充填バルブ６０のノズル３２から円板９の回転中心側へ向けて吐出された液体Ｌは、遠心力とバランスしほぼ鉛直方向に落下する。
これにより、鉛直に支持された容器１０内に充填される液体Ｌは、容器１０の底部における中心に落下する。そして、容器１０の底部中心に落下した液体Ｌは、容器１０の底部中心に形成された凸部１０ａに沿って周囲に均等に分散し、容器１０内に安定して充填される。
【００４９】
このように、上記構造の充填バルブ６０を備えた回転式充填装置１の場合も、容器１０内における液体Ｌの舞い上がりによる泡立ちを抑えて気泡量の増大を抑えることができる。
【００５０】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る回転式充填装置１について説明する。
なお、上記第１実施形態と同一構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
図６は、第３実施形態に係る回転式充填装置１の充填バルブ７０の断面図である。
【００５１】
図６に示すように、第３実施形態に係る回転式充填装置１を構成する充填バルブ７０は、ブラケット２１によって鉛直に支持され、ノズル３２からの液体Ｌの吐出方向も鉛直下向きとされている。これに対して容器ホルダ５１の把持部５１ａは、水平面に対して傾けられており、これにより、この把持部５１ａによって上端部が把持される容器１０は、その中心軸Ｙが、鉛直に対して、傾斜角度θだけ下方へ向かって円板９の外周側へ傾くようになっている。
なお、この傾斜角度θも、上記第１実施形態における傾斜角度θと同様に、前記式（１）にて表される。
【００５２】
そして、この充填バルブ７０では、容器ホルダ５１が、その把持部５１ａによって容器１０の上端部を把持して上昇し、容器１０の開口部１０ｂをシール部材５２に当接させると、鉛直に支持された充填バルブ７０に対して容器１０が、傾斜角度θだけ下方へ向かって円板９の外周側へ傾けられて配置される。
【００５３】
これにより、ノズル３２から鉛直下方へ向けて吐出された液体Ｌは、遠心力によってほぼ容器１０の中心軸Ｙに沿って落下する。
したがって、この容器１０内に充填される液体Ｌは、容器１０の底部における中心に落下する。そして、容器１０の底部中心に落下した液体Ｌは、容器１０の底部中心に形成された凸部１０ａに沿って周囲に均等に分散し、容器１０内に安定して充填される。
【００５４】
このように、上記構造の充填バルブ７０を備えた回転式充填装置１によっても、容器１０内における液体Ｌの舞い上がりによる泡立ちを抑えて気泡量の増大を抑えることができる。
【００５５】
（第４実施形態）
まず、第４実施形態に係る回転式充填装置１について説明する。なお、上記第１実施形態と同一構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
図７は、第４実施形態に係る回転式充填装置１の容器１０への充填状態を説明する充填バルブ８０の断面図である。
ここでは、充填バルブ８０として、いわゆる無炭酸飲料を容器１０へ充填する無炭酸飲料用充填バルブを例にとり、また、図７に示すように、充填バルブ８０によって液体Ｌが充填される容器１０として、その底部の中心に、上方へ突出する凸部１０ａが形成されたＰＥＴボトルを例にとって説明する。
【００５６】
充填バルブ８０は、上部機械部３の円板９に、ブラケット２１を介して支持されている。
充填バルブ８０の下方には、容器ホルダ５１が設けられている。この容器ホルダ５１は、容器１０の上端近傍を把持する把持部５１ａを有しており、この把持部５１ａによって容器１０の上端近傍を把持して容器１０を鉛直方向に支持した状態にある。
【００５７】
充填バルブ８０は、直管状のノズル３２の先端部に、金網状あるいは多孔状のスクリーンメッシュ（メッシュ部材）８１を備えている。
スクリーンメッシュ８１としては、例えばステンレス製で、厚さ１ｍｍの円板にφ１．０ｍｍの円形の孔が開口率６０％の割合で入れたものを採用することができるが、この孔の大きさはこれ以上の大きさでも小さくても良く、円形の孔でなく格子金網状のものでも良い。
この直管状のノズル３２は、鉛直方向に対し、前述の式（１）の傾斜角度θを持って取り付けられており、ノズル３２の先端は傾斜角度θ分斜めに切断されており、これによりノズル３２の先端端面は地上に対して水平とされている。これにより、液弁３５を閉じて液体Ｌの吐出を停止させた状態では、液弁３５とノズル３２の先端部との間に残った液体Ｌを、ノズル３２の先端端面で、液体Ｌを表面張力によって保持できるようになっている。
表面張力による液体保持はノズル３２の先端端面が水平であれば生じるので、スクリーンメッシュ８１がなくても良いが、スクリーンメッシュ８１を備えた方がより確実に液体保持が行える。またスクリーンメッシュ８１を備えることで、万が一、液体Ｌに混入して異物が流れてきても、スクリーンメッシュ８１の孔以上の大きさであればこの異物を捕集できる。
【００５８】
なお、このような、ノズル３２の先端端面を水平とし、スクリーンメッシュ８１を備える構成は、上記のように、容器１０を鉛直方向に支持してノズル３２を傾斜させた場合に限らず、ノズル３２を鉛直状態とし、容器１０を傾斜させて支持した第３実施形態（図６）に示すような構成にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態に係る回転式充填装置を説明する斜視図である。
【図２】回転式充填装置を説明する概略平面図である。
【図３】第１実施形態に係る回転式充填装置の充填バルブの断面図である。
【図４】容器への充填状態を説明する充填バルブの断面図である。
【図５】第２実施形態に係る回転式充填装置の充填バルブの断面図である。
【図６】第３実施形態に係る回転式充填装置の充填バルブの断面図である。
【図７】第４実施形態に係る回転式充填装置の充填バルブの断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…回転式充填装置、５，６０，７０，８０…充填バルブ、９…円板、１０…容器、１０ｂ…開口部、３２…ノズル、５１…容器ホルダ、８１…スクリーンメッシュ（メッシュ部材）、Ｌ…液体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板の外周に複数の充填バルブを備え、前記円板の回転中に、前記充填バルブのノズルに開口部があてがわれた容器内へ前記ノズルから液体を注入する回転式充填装置であって、
前記充填バルブの前記ノズルから吐出された液体が、前記容器の底部におけるほぼ中心に落下されることを特徴とする回転式充填装置。
【請求項２】
前記充填バルブは、前記ノズルから下方に吐出される液体の吐出方向が、鉛直に支持された前記容器に対して前記円板の回転中心側へ傾斜するよう設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転式充填装置。
【請求項３】
前記充填バルブ全体が傾斜されていることを特徴とする請求項２に記載の回転式充填装置。
【請求項４】
前記充填バルブの先端部分が傾斜されていることを特徴とする請求項２に記載の回転式充填装置。
【請求項５】
前記容器を支持する容器ホルダを備え、該容器ホルダは、前記ノズルから鉛直下方へ吐出される液体の吐出方向に対して下方へ向かって前記円板の外周側に傾斜するよう前記容器を支持することを特徴とする請求項１に記載の回転式充填装置。
【請求項６】
前記ノズルの先端面は、水平に形成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の回転式充填装置。
【請求項７】
前記ノズルの先端に、多数の開口が形成されたメッシュ部材が取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載の回転式充填装置。
【請求項８】
前記ノズルからの液体の吐出方向と前記容器との傾斜角度θは、前記円板の回転による前記充填バルブの移動軌跡の半径をｒ、前記充填バルブの本数をｎ、重力加速度をｇ、毎分液体を充填できる容器本数をＮとすると、θ＝ｔａｎ-1（π2Ｎ2ｒ／９００ｎ2ｇ）であることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の回転式充填装置。
【請求項１】
円板の外周に複数の充填バルブを備え、前記円板の回転中に、前記充填バルブのノズルに開口部があてがわれた容器内へ前記ノズルから液体を注入する回転式充填装置であって、
前記充填バルブの前記ノズルから吐出された液体が、前記容器の底部におけるほぼ中心に落下されることを特徴とする回転式充填装置。
【請求項２】
前記充填バルブは、前記ノズルから下方に吐出される液体の吐出方向が、鉛直に支持された前記容器に対して前記円板の回転中心側へ傾斜するよう設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転式充填装置。
【請求項３】
前記充填バルブ全体が傾斜されていることを特徴とする請求項２に記載の回転式充填装置。
【請求項４】
前記充填バルブの先端部分が傾斜されていることを特徴とする請求項２に記載の回転式充填装置。
【請求項５】
前記容器を支持する容器ホルダを備え、該容器ホルダは、前記ノズルから鉛直下方へ吐出される液体の吐出方向に対して下方へ向かって前記円板の外周側に傾斜するよう前記容器を支持することを特徴とする請求項１に記載の回転式充填装置。
【請求項６】
前記ノズルの先端面は、水平に形成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の回転式充填装置。
【請求項７】
前記ノズルの先端に、多数の開口が形成されたメッシュ部材が取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載の回転式充填装置。
【請求項８】
前記ノズルからの液体の吐出方向と前記容器との傾斜角度θは、前記円板の回転による前記充填バルブの移動軌跡の半径をｒ、前記充填バルブの本数をｎ、重力加速度をｇ、毎分液体を充填できる容器本数をＮとすると、θ＝ｔａｎ-1（π2Ｎ2ｒ／９００ｎ2ｇ）であることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の回転式充填装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２４８５４７（Ｐ２００６−２４８５４７Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６４８７９（Ｐ２００５−６４８７９）
【出願日】平成１７年３月９日（２００５．３．９）
【出願人】（５０５１９３３１３）三菱重工食品包装機械株式会社 (146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月９日（２００５．３．９）
【出願人】（５０５１９３３１３）三菱重工食品包装機械株式会社 (146)
【Ｆターム（参考）】
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