充填機をカスタマイズするには？

経済の発展と人々の生活水準の向上に伴い、商品の包装はますます重要になり、充填機も大きく発展しました。充填機は主に包装機の小さなカテゴリです。材料の包装の観点から、液体充填機、ペースト充填機、粉末充填機、顆粒充填機に分けることができます。液体の特殊性（溶解性、吸収性、生産と輸送の利便性など）により、液体を充填するための包装機の生産は包装機械の大きな割合を占めています。

世界の充填機は高速、多用途、高精度の方向へ発展しています。現在、一部の充填生産ラインは、ガラス瓶とプラスチック容器（ポリエステル瓶）、炭酸飲料と非炭酸飲料、高温充填と低温充填など、さまざまな要件と環境で使用できます。

現在、炭酸飲料充填機の充填速度は最大2000缶/分に達しています。ドイツのH＆K充填機の充填バルブは165ヘッド、SENは144ヘッド、Kronesは178ヘッドと多く、充填機の直径は5メートルと大きく、充填精度は±0.5ml未満です。非炭酸飲料充填機には50〜100個の充填バルブがあり、充填速度は最大1500缶/分で、充填機のトラフ速度は20〜25rpmで、1倍高速です。お茶飲料、コーヒー飲料、豆乳、フルーツジュース飲料のホット充填に使用できます。外国のホット充填飲料は、密封後に殺菌されなくなりました。炭酸飲料は20年以上醸造されています。常温での炭酸化は飲料コストを削減でき、環境にも有益です。非炭酸飲料窒素充填システムは、加圧または液体窒素滴下方式で、壁落ちアルミ缶やペットボトルに液体窒素不活性ガスを注入し、2ピースアルミ缶やペットボトルをジュース飲料などの非炭酸飲料に使用できるようにするとともに、内容物を保護し、栄養素の損失を減らすことができます。現在、PETボトル入り茶飲料は通常、高温充填方式を採用しています。充填温度を下げ、茶飲料の風味を向上させ、製品の衛生安全を確保するために、PET樹脂成形は130℃蒸気滅菌と特殊な充填無菌包装機を使用するように開発されました。同時に、アイスコーヒーなどの低酸性飲料の2ピース薄肉缶の無菌包装技術が開発され、薄肉缶の無菌包装が実現されています。

充填方法と定量方法の選択

充填方法

液体材料の物理的および化学的性質の違いにより、充填時の充填要件が異なります。液体材料を液体貯蔵装置から包装容器に充填するには、次の方法が一般的に使用されます。

（１）常圧充填

常圧充填は、大気圧下で液体の自重を利用して包装容器に直接流入する方法です。常圧充填のプロセスは次のとおりです。

1) 液体の入口と出口：液体が容器内に入ると同時に容器内の空気が排出されます。

2) 液体の注入を停止します。容器内の液体が定量要件に達すると、液体の注入が停止します。

3) 残液排出：エアパイプ内の残液を排出します。このプロセスは、液体貯蔵タンクの上部空気室に空気を排出する構造の場合に必要です。常圧充填は、主に低粘度のガスフリー液体の充填に使用されます。

（２）等圧充填

等圧充填は、液体貯蔵タンクの上部空気室の圧縮空気を使用して包装容器を膨らませ、圧力がほぼ均等になるようにし、充填された液体が自重で容器に流れ込みます。

等圧充填のプロセスは次のとおりです。

1) 均等圧力

2) 液体入口とガス戻り

3) 液体の入口を止める

4) 圧力を解放する。

等圧充填は、ビールやソーダなどの炭酸飲料を充填するのに適しており、含まれるガスの損失を減らします。

（３）真空充填

真空充填は大気圧以下の条件で充填することです。基本的な方法は2つあります。1つは差圧真空で、液体貯蔵タンクを常圧に保ち、包装容器内だけを真空にして一定の真空度を作ります。2つの容器の圧力差により、液体は包装容器に流れ込みます。もう1つは重力真空で、液体貯蔵タンクと包装容器をほぼ等しい真空状態に保ちます。液体は自身の重さで容器に流れ込みます。現在、中国では差圧真空が一般的に使用されています。構造が簡単で、操作が確実です。

真空充填のプロセスは次のとおりです。

1) ボトルを真空にする

2) 液体入口とガス戻り

3) 液体の入口を止める

4) 残留液の戻り。

真空充填は、高粘度の液体や有毒な液体を充填するのに適しています。この方法は、充填速度を上げるだけでなく、容器内の液体と残留空気との接触や相互作用を減らすことができるため、製品の保存に有利です。また、有毒ガスや液体の拡散を制限できるため、操作条件が改善されます。ただし、芳香ガスを含むアルコール飲料の充填には適していません。

（４）サイフォン充填

サイフォン充填は、サイフォンの原理を利用して、サイフォンチューブを通して液体を容器に吸い込み、2つの液体のレベルが同じになるまで行います。サイフォン充填は、ガスなしで低粘度の液体を充填するのに適しています。構造は簡単ですが、充填速度は低くなります。

（５）加圧充填

圧力充填とは、機械式またはガス油圧式の装置を使用してピストンを往復運動させ、液体貯蔵タンクから高粘度の液体をピストンシリンダーに吸い込み、充填する容器に押し込むことです。 この方法は、ソーダなどの飲料の充填にも使用されることがあり、自身の空気力に頼ってボトルに直接注ぐことができます。 充填方法を選択するときは、液体自体の粘度特性を考慮するだけでなく、製品のプロセス要件と充填機械設備の構造と操作を慎重に分析する必要もあります。 同時に、充填プロセス中に、液体と空気の接触を減らし、ボトルネックの残留空気の影響を排除するように努めることも必要です。

定量的手法

液体の定量測定では主に容量定量法が用いられますが、大きく分けて以下の3種類に分けられます。

（１）液面制御定量法 液面制御定量法は、充填時に充填される容器の液面を制御することで定量値を達成する方法である。

（２）定量カップ定量法定量カップ定量法は、まず定量カップに液体を注入し、その後充填する方法である。液体の損失を考慮しない場合、毎回充填される液体の量は定量カップの対応する量と等しくなければならない。

（３）定量ポンプ定量法定量ポンプ定量法は、機械的な圧力充填を利用した定量法であり、毎回充填される物質の体積はピストンの往復ストロークに比例する。

上記の3つの定量方法を比較すると、2番目の方法はボトルの容量精度とボトル口の密閉度に直接影響されるため、定量精度が悪いことは理解に難くありませんが、構造が簡単で現在でも使用されています。実際、定量方法を選択する際に最初に考慮すべきことは、製品に要求される精度です。定量精度は製品に関係しており、製品の価格が高いほど、測定誤差は小さくする必要があります。また、定量方法を選択する際には、液体自体のプロセス特性も考慮する必要があります。

カスタマイズされた充填機

1. 機能と適用範囲を決定する

初期の充填機のほとんどは単一の機能しか持たなかったため、設計を簡素化でき、成功しやすかったです。複数の機械と複数のプロセスを 1 つのパッケージに統合すると、大きな経済的メリットが得られます。

充填機の機能と適用範囲を決定する際には、次の 2 つの問題を考慮する必要があります。

(1) 信頼性一般的に、機能が増えると充填操作のリンクも増え、故障の可能性もそれに応じて増加します。したがって、単機能充填の操作がかなり安定して信頼できる場合にのみ、それらを多機能充填機に組み合わせることを検討できます。

(2) 適応性あらゆる充填機の適用範囲は限られています。機械の機能が増えるほど、構造は複雑になります。そのため、多機能充填機は多くの場合、組み合わせた形で設計されており、ユーザーのさまざまなニーズに応じて、いくつかの組み合わせたコンポーネントを柔軟に追加または変更できます。

2. プロセス分析

プロセス分析とは、設計された包装機械が期待される包装プロセスを完了するためのプロセス方法を調査、分析、決定することです。考慮すべきいくつかの問題があります。

包装方法

（１）充填品質の確保を優先する。どのような充填方法を採用する場合でも、充填品質は保証されなければならない。 （２）複数の方法から選択できる場合は、実施しやすい方法を選択する。

マシンタイプ

（１）充填アクチュエータの数に基づいて機械の種類を選択します。 （２）生産性に基づいて機械の種類を選択します。

包装手順、包装技術、ワークステーションの数

（１）包装手順とは、包装作業が完了する順序をいい、包装方法によって包装手順が決まることが多い。

（２）包装工程経路：包装材料及び包装物品の供給経路、包装工程におけるそれらの伝達経路、包装された製品の出力ラインを含む。

動作要件とメカニズムの選択 与えられた機能、適用条件と範囲、プロセス方法に基づいてアクチュエータの動作要件を分析および決定し、メカニズムの選択とその統合を完了します。

3. 全体のレイアウト

全体レイアウトとは、充填機の関連コンポーネントの相対的な空間位置の合理的な構成を指します。

（１）アクチュエータの配置

（２）伝送システムのレイアウト

（３）運転条件の調整

（４）支援形態の選択

（５）全体レイアウト図

4. 主な作業パラメータを策定する

充填機械の主な技術的パラメータ：

• 制度的パラメータ
• モーションパラメータ
• 電力パラメータ
• プロセスパラメータ

5. 提案

例:用途: 低粘度、非ガス性の液体飲料(ミネラルウォーター、飲料など)の包装。

包装仕様：ミネラルウォーター・飲料の充填。

充填ボトル仕様：充填量600ml、直径60mm。包装材質：プラスチックボトル/ガラスボトル。

充填能力: >100,000本/日。充填時間: <12秒/回

設計要件: 構造がシンプルで、コストが低く、動作安定性が良好で、制御が容易。

充填機械の主な技術指標：（1）充填液粘度は1Pa.s未満（2）充填速度は6回/分（3）充填容器サイズ範囲：高さ20mm〜200mm、断面直径<70mm（4）システム圧力：0.5〜3Mpa

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