ブログ

Aug 01, 2023

液体充填機のトレンド: 今日の機器はより多用途になっています

La riempitrice a carosello Ampack di Bosch riempie i prodotti lattiero-caseari in bottiglie e tazze preformate

ボッシュの Ampack カルーセル充填機は、乳製品をあらかじめ成形されたボトルやカップに充填し、洗浄の簡素化、相互汚染のリスクの最小化、製品廃棄物の削減に対する市場の需要の高まりに応えています。 出典: ボッシュ。

クローネスは、比例流量調整器を使用して液体の流速を無段階に調整できるようにし、空気圧を排除しました。 出典: クローネス。

レベルプローブ付き Modulfill には、液体をボトル壁およびボトル内部に穏やかに導く渦巻きが装備されています。 出典: クローネス。

JBT のユニフィラーは、大きなバルブポートと短い製品経路を備えており、大きな粒子状および粘性の製品を充填できます。 出典: JBT。

オペレーターにとって装置の使いやすさを向上させる領域には、直感的な HMI や使いやすく読みやすいパネルが含まれます。 出典: テトラパック。

食料品店の通路を歩いてみると、最近では圧倒的な量の飲料製品から選択できることがわかります。 各ドリンクカテゴリーにはさまざまなフレーバーやコンセプトが存在しますが、消費者はさらに多くのものを求めているようです。 たとえば、飲料業界で最も急速に成長しているセグメントの 1 つは、引き続きクラフト ビールです。 数年前にその急激な上昇が始まった後も、ユニークな原料とさまざまなスタイルを備えたスペシャルティビールの数は急増し続けており、サイダーや蒸留酒などの他のクラフトアルコールメーカーもそれに続いています。 それに対応するために、多くの施設は追加の液体充填ラインを設計および設置しています。

「拡大する消費者の需要に合わせて製品ラインが進化し続ける中、メーカーは大金をかけずに製品の変更を可能にする柔軟な装置を求めています」とテトラパックのテクニカル キー アカウント ダイレクトまたは北米担当のポール グレインジャー氏は述べています。 「今日の機器が実用化するには、さまざまな製品に対応できるように設計する必要があります。」

さらに、生産効率を最大化するために、多くの企業がこの柔軟性を提供する大容量でより自動化された装置に目を向けています。 しかし、依然として最優先事項は、正確さ、製品の無駄を最小限に抑えること、切り替え時間の短縮、衛生管理の簡素化です。 液体充填装置のプロバイダーは、これらすべてのニーズやその他のニーズを満たすために取り組んでいます。

特定の充填機を選択する場合は、液体製品の正確な特性を知ることから始めるとよいでしょう。 自由に流れる液体ですか？ これは、各サイクルで同じ量の製品が供給されるタイミングフロー充填機でより適切に機能する可能性があります。 製品の粘度が高い場合はどうなりますか? そのためには、容積式液体フィラーが最適な方法かもしれません。

「製品仕様は、ボッシュ パッケージング テクノロジーにとって、お客様に適した充填装置を特定するために必要な最も重要なパラメータです」と、北米販売およびマーケティング担当マネージャーのジョナサン ヴィエンス氏は述べています。 「充填温度、微粒子、製品の飛び散りや泡立ちの傾向など、製品の特性について話しています。」

同氏は、企業が離乳食を容器に分配しようとしている場合、ボッシュはフルメタルピストンを備えたサーボ駆動の無菌充填機を提案するだろうと説明した。 このタイプの装置は、粘度が高く粒子が豊富な製品の充填精度に対処するのに役立ちますが、重量の変動や過剰充填の問題も回避します。

ジュースなど、微生物を最小限に抑え、食品の安全性を確保するために特別な注意を払う必要がある製品には、衛生的なボトルのホットフィル技術が必要になります。 南アフリカのコカ・コーラ缶詰工場が、フルーツの塊の有無にかかわらず、アイスティー、スポーツドリンク、ジュースの瓶詰めを始めたときがそうでした。 この施設には既存の PET 瓶詰めラインが 2 つありましたが、果汁のパルプ含有量が高いため、新しいラインが必要でした。

同社は、充填包装機器メーカーである KHS にホットフィルラインの設置を依頼しました。 内容物を100℃以上に加熱し、約83℃で充填します。 このラインは、0.3 ～ 1.5 リットルのサイズのボトルを 1 時間あたり最大 48,000 本充填できます。 充填中に果物の塊が損傷するのを避けるために、ラインには 2 つの精密容積測定充填機が装備されており、最初に果物片に少量の果汁を入れて瓶詰めし、その後 2 番目の充填機で純粋な果汁をボトルに注ぎます。 最終製品に対する充填剤の影響を理解することは、特に敏感な液体の場合に重要です。

「一部のヨーグルトは、小さな開口部に押し込まれると『剪断』する傾向があります」と、JBT Corporation のアプリケーション開発マネージャー、Jan Sundberg 氏は言います。 「フィラーは、フィラーボウル/ホッパー内で、また製品がバルブを通って流れるときにも、丁寧に取り扱う必要があります。損傷を最小限に抑えるには、より大きなポートと製品の流れの短く真っ直ぐな経路が鍵となります。」 たとえば、追加のエルボ、パイプ、ポンプなどの機能は製品の粘度を変化させる可能性があるため、これらの用途ではそれらを排除することで損傷から保護できる可能性があります。

「クリームや油性ドレッシングなどの製品は、ポジティブバルブなどの特定の投与ステーションでのみ投与できます」と Viens 氏は言います。 「そうしないと、標準的な分注ステーションの回転運動によって製品が損傷したり、ポンプの設計によりベース製品からオイルが分離されたりする可能性があります。」

ビールのような泡立ちやすい製品を瓶詰めする場合は、穏やかに充填することが最も重要です。 ビール醸造所は、充填プロセス中にビールが取り込む酸素の量をできる限り制限したいと考えていますが、スループットも最大化したいと考えています。 これらの問題に対処するために、Krones は Modulfill フィラーにスワールを備えたレベル プローブを装備しました。

「渦巻きは液体をボトルの壁とボトル内に優しく導きます」と充填技術の製品マネージャー、ステファン・クラウス氏は述べています。 「さらに、充填バルブには 2 つの異なる充填速度が装備されています。その結果、乱流と泡立ちが少なく、穏やかな充填プロセスが実現します。」

工場では多種多様な製品が包装されているため、より多くの加工業者が複数のコンセプトに対応できるフィラーを求めています。 機器プロバイダーはこのことを理解していますが、まだ万能薬を提供できない可能性があります。

「食品の世界では、製品特性が多岐にわたるため、『1 つの充填剤ですべてに対応』の日はまだ到来していません」と、2015 年に充填・密封装置メーカーのオスグッド インダストリーズ社を買収したボッシュのヴィエンズ氏は言います。 Bosch Osgood がタンク型ポンプを導入したときの目的の 1 つは、さまざまな種類の製品を処理するための充填業者のこのニーズに対処することでした。 したがって、タンク型ポンプは、液体ジュースから粘性のあるバットセットヨーグルトまで、さまざまな製品を処理できます。 「このソリューションでは、製品をポンプで送り出すために使用されるピストンがホッパー内に配置されています。各ピストン上の製品の均一な分布と厳しい公差により、ユーザーはレーン間の優れた再現性を実現し、動的な O リングが不要になります。ピストンヘッドに。」

「顧客は、新しい充填装置がより汎用性が高く、あらゆる種類の製品を処理できることを求めています」とサンドバーグ氏は言います。 その結果、JBT ユニフィラー フィラーは、薄くて水っぽい粘稠度の製品から、固形分が多く粒子が大きい厚くて分厚い製品まで処理できます。 「これは、短い製品経路と大きなポートを備えたユニークな容積ピストンフィラーです。」 さらに、充填ノズルは特定の用途向けに設計されており、簡単に交換できます。

Krones の充填機は柔軟性も考慮して設計されている、と Kraus 氏は言います。 一例として、同氏は、充填プローブを介して自動的に調整できる同社の充填装置の一部を挙げ、自動化の向上にも取り組んでいます。

Serac は、ほとんどの充填機に正味重量充填技術を採用しており、容器に分配される製品の量を制御して、中身の内容を正確に測定します。 Serac のマーケティングマネージャー、Alan Bonanno 氏は、エアレーション、温度、粘度が正味重量充填剤の精度に影響を与えないため、特性の異なるさまざまな製品を処理できると述べています。

充填の需要は製品の柔軟性だけではありませんが、充填されるさまざまな容器で使用される形状、サイズ、材料も非常に多様です。 容器の種類を知ることは、「多数の機械ステーションの構成と必要なレーン数を決定することになる」ため、包装業者が理解することが重要であると Viens 氏は言います。

「容器が大きくなると、より大きなバルブ、より長い充填サイクル、およびバルブ中心間のピッチの増加が必要になります。これらすべてがフィラーフレームの大型化につながります」とサンドバーグ氏は言います。 ただし、容器のサイズだけでなく、素材も重要です。 「ガラスは缶よりもはるかに重いため、場合によってはより困難になることがあります。供給セクションの背圧が高いため、補強が必要になる場合があります。従来のくさび型のコンテナストッパーはガラスでは機能しません。」 しかし、JBTは回転式のコンテナストップを使用しており、ガラスは割れないと同氏は言う。

多くの企業が、包装の軽量化や PET などの素材の使用に移行しています。 Serac は、容器を首で機械内で移動させるユニバーサル ネック グリッパーを開発することで、これに対応しました。 これにより、セットアップ時間とメンテナンスの必要性が減り、スループットが向上し、コストが削減されます。

「ほとんどのコンテナのネック直径は標準化されたサイズであるため、Serac ネック グリッパーは工具を変更せずにさまざまなサイズのコンテナを処理できるため、ネック グリッパーのない機械に通常必要とされる工具コストを節約できます」とボナーノ氏は述べています。

クローネスの充填機を使用すると、さまざまな容量の幅広い同様のタイプの容器を 1 台の機械で充填できます。 Ocean Spray が 2014 年にペンシルバニア州リーハイ バレーに新しい生産施設を開設したとき、同社は 11 の異なるパッケージ サイズを生産でき、87.5% の効率で毎分 350 本のボトルを稼働できる Krones フレックス PET ラインを設置しました。 クラウス氏によれば、さまざまな種類の容器を 1 台のマシンで処理できる場合もありますが、ガラスと缶は別々にしておく必要があります。

容器を適切に充填することは、製品の品質を確保し、景品を管理するための重要な要素の 1 つです。 ボトルの充填量が不足していると、良くても消費者からの苦情が発生し、最悪の場合、企業が裁判に巻き込まれる可能性があります。 ただし、過剰な充填はコストがかかり、無駄が生じる可能性があります。 これは、フィラーが正確であり、その精度を長年にわたって一貫して維持する必要があることを意味します。

「精度はフィラーのさまざまな部分の関数です」とサンドバーグ氏は言います。 言い換えれば、マシンはプロセッサにとって最も重要な基準、つまり稼働時間と最小限のメンテナンスで運用スループットを最大化する条件を満たすために堅牢である必要があります。

充填精度は、使用されるテクノロジーやさまざまな製品特性など、非常に多くの要因に依存するため、パフォーマンスを向上させる 1 つの方法は自動化を強化することです。 ボッシュの Viens では、充填パラメータと製品フローを制御し、一貫して調整するプログラマブル ロジック コントローラー (PLC) の使用を推奨しています。 さらに、マルチレーン充填機を使用する施設では、充填プロセス中のレーン間の変動を排除することの重要性を強調します。 同氏は、充填量の変動を最小限に抑えるためにホッパー内の無菌空気圧を維持し、「各ピストン上のホッパー内の製品を水平に分布させる」ことを推奨しています。

Serac の Bonanno 氏は、充填操作中の精度を向上させる鍵は流量の制御であると述べています。 Servo Dynavalve フィラーは、バルブの開閉を制御するサーボモーターとステッパー機構を介して流量を監視および調整し、一定の流量を維持します。 Serac はまた、3 つのコンポーネントを 1 つの標準化されたアクションに統合するように、新しい FC フィラー キャッパーの充填ステーションを設計しました。

「当社の新しい設計は、充填サイクルを監視して精度を高める高度なアルゴリズムと、効率と正確な充填を実現するサーボモーターを利用した新しい充填バルブを採用することにより、充填速度の向上を実現します。」と彼は言います。 さらに、この精度により、製品の過剰充填やオーバーフローが発生しないため、製品の無駄をなくすことができます。 「これにより、製品を節約してお金を節約できるだけでなく、機械や機械の周囲の清掃に関連するメンテナンス費用も削減できます。」

エネルギーの節約は、光熱費の節約と環境フットプリントの削減を目指す加工業者にとって、ますます大きな問題となっています。 ヴィエンス氏によると、ボッシュは電気モーターとサーボドライブを導入することでこの問題の改善に取り組んでおり、これによりオペレーターがさまざまな式、形式、数量などを手動で入力する必要性が減ります。

「すべての主要な動作もサーボ モーターによって駆動されるため、セットアップの迅速かつ簡単な調整が可能になり、全体的な機器効率 [OEE] が向上し、毎分最大 40 サイクルの速度が実現します。」と彼は言います。 「スナップオン蓋などの追加機能用のステーションも、サーボドライブを使用して簡単に統合できるため、ラインの柔軟性がさらに高まります。」

エネルギー効率を高めるために、Krones の Modufill マシンにはサーボ ドライブと比例流量レギュレータも装備されています。 この技術により、プロセッサは空気圧を必要とせずに充填バルブ内の液体の流速を電子的に調整できます。

多くの加工業者が充填する製品の種類を増やしているため、洗浄と切り替え時間を最小限に抑えることが引き続き重要な焦点となっています。 自動定置洗浄 (CIP) 機能を備えたフィラーは、洗浄プロセスを高速化する方法として長い間認識されてきました。 しかし、サンドバーグ氏は、これはフィラーボウルとバルブが自己排出設計を備えている場合にのみ可能であり、従来のピストンフィラーには備わっていなかったが、JBTユニフィラーにはそれが備わっていると述べています。

「多くの人はこれを理解していません」と彼は言う。 「製品の自動洗浄と熱湯すすぎは、分解せずに製品ライン、ボウル、バルブを完全に排水できる場合にのみ可能です。」

Bosch-Osgood のタンク型ポンプ ソリューションでは、CIP 中にピストンとノズル ステムがホッパー内に格納されます。 Viens 社によると、同社の顧客の中には、従来の水平ピストン フィラーと比較して CIP 時間が短縮されたと報告している人もいます。 また、前述したように、この設計により、壊れて容器に落ちる可能性がある動的 O リングが不要になります。

充填剤の一般的な衛生設計機能を高めることも、引き続き改善の分野です。 排水性を高めるために傾斜面を組み込んだ装置が増えており、製品の蓄積を促進する中空体の使用を避けています。

「フィラーを掃除しやすく、オペレーターに見えるようにすることで、自動的によりクリーンな機械になります」とサンドバーグ氏は言います。 クリアガードやLED照明などの要素が汚れたエリアを照らします。 「目に見える場合は掃除します。」

Serac の新しい FC フィラー キャッパーは、傾斜したシュラウドと従来の保持タンクの排除によって汚染を軽減するように設計されている、とボナーノ氏は言います。 同氏は、機械を衛生的に保つために、エアラインやスタンドオフなどの機器にステンレス鋼を使用することを推奨しています。 適切に設計された層流システム、ブローチューブ、洗浄ジェットを使用する機械も汚染の軽減に役立ちます。

これらはすべて、覚えておくとよいクリーン機器の一般的な設計原則です。 ただし、充填剤の衛生レベルは、充填製品の特定のニーズによって決まります。

「製品の賞味期限、フレーバープロファイル、その他の要件を定義するのが最善です」とテトラパックのグレインジャー氏は言います。 したがって、機器の選択から始めて製品を開発するのではなく、製品にクリーン、ウルトラクリーン、または無菌充填技術が必要かどうかを判断することから始めます。

「食用油や熱々のフルーツジュースなど、賞味期限が最長 14 日間の食品の場合、ほとんどのメーカーはクリーン技術を使用しているため、追加の容器の汚染除去は必要ありません」と Viens 氏は言います。 「一方、最長 6 週間の保管を必要とする製品の場合、包装材料は処理および消毒され、充填プロセスは無菌空気トンネルの範囲内で完了します。可能な限り最高の衛生レベルで、最大 1 週間の保管が可能です。」冷却チェーンの外での保存期間は 1 年であり、乳児用および臨床用食品の製造者が選択したソリューションです。」

充填機は自動化が進む傾向にありますが、装置はオペレーターにとって使いやすいものでなければなりません。 より使いやすく、読みやすいパネルを備えた直観的なヒューマン マシン インターフェイス (HMI) の設計に、より多くの注意が払われています。

「HMI を適切にセットアップすることが不可欠です」とサンドバーグ氏は言います。 JBT は一部の機械の HMI に画像を組み込んでおり、オペレーターが言語の壁を乗り越えることなく一目見ただけで問題を検出できるようにしています。

一部の機器プロバイダーは、1 つの標準 HMI システムを使用してマシンを構成することに重点を置いています。 たとえば、ボッシュは、FAQ セクションを追加したり、よりグラフィカルな表現を使用したりするなど、オペレーターの仕事を容易にするように設計された機能を備えたタッチスクリーンを使用しています。 Viens によれば、これによりオペレーターはパフォーマンスをより厳密に監視し、潜在的なダウンタイムを防ぐことができます。

「ユーザビリティを向上させるもう 1 つの方法は、オペレーターの操作を特定のゾーンに限定することです」とテトラパックの Grainger 氏は言います。 同社は充填機を再設計して、すべてのモジュールを 1 階に配置したため、2 階でコマンドを実行するために階段を登る必要がなくなりました。 「これにより不必要な動きが排除され、転倒やその他の怪我の発生率が減少します。」

ただし、作業者の効率を高めるのは、機械とオペレーターの対話の改善だけではない可能性があります。 Grainger 氏は、より総合的なアプローチを採用し、加工業者に 5S 手法を採用するようアドバイスしています。 これは、整理する、整頓する、輝かせる、標準化する、維持するという意味の 5 つの日本語の単語のリストを使用した職場の組織化手法です。 これらの概念は、整理整頓と見守り作業戦略を通じて秩序ある環境を維持するよう従業員に指示します。 また、このスキームを通じて、管理者には、高い基準を維持するように設計されたベスト プラクティスを特定して採用する責任が課されます。

「工場には世界中のあらゆるテクノロジーが備わっていますが、床がぐちゃぐちゃで、作業員が次に何をすればいいのか分からない状況では、あまりうまくいきません」とグレインジャー氏は言う。

従来、ブロー成形と充填は 2 つの別々の製造ステップであり、圧縮空気を使用してプラスチック容器を形成していました。 最近開発された LiquiForm 技術は、加圧液体を使用して硬いプラスチック容器を形成することにより、これらのプロセスを 1 つに結合します。

「LiquiFormは、効率性と柔軟性に大きな変化をもたらすことで、消費者製品業界にとって大きなチャンスをもたらします」と、AmcorとSidelの合弁会社であるLiquiForm Groupの社長アン・オハラ氏は述べています。

プリフォームを金型に配置し、ボトルに詰める実際の液体を高圧でプリフォームに押し込み、ボトルの形状に成形して、充填ボトルが完成します。 利点としては、プロセスでの圧縮空気の排除によるエネルギー削減が挙げられます。 従来のブローアンドフィル操作に必要な冗長な機器がないため、コスト効率が高くなります。 プロセスを組み合わせることでスペースを節約できます。

LiquiForm テクノロジーは、低温、常温、および高温充填容器に同じ LiquiForm マシンを使用して、さまざまな包装基材、製品、および条件で検証されています。 最近、LiquiForm Group と Krones は、この技術のさらなる開発と商品化を目的とした技術ライセンス契約を締結しました。

「LiquiForm技術により、クローネスは既存の瓶詰め技術、知的財産、ノウハウを基盤にして、顧客の総所有コストをさらに改善するための独自の産業ソリューションを開発する機会を得ることができました。」と同社の責任者であるクリスチャン・コンペラ博士は述べています。クローネスの瓶詰め技術。

リキフォーム、[email protected]、www.liquiformgroup.com

ヤン・サンドバーグ、JBT株式会社、559-661-3200、[email protected]、www.jbtcorporation.com

アラン・ボナーノ、セラック、630-510-9343、[email protected]、www.serac-usa.com

スティーブン・クラウス、Krones AG、49 15114637296、[email protected]、www.krones.com

ジョナサン・ヴィエンス、ボッシュ パッケージング テクノロジー、727-855-7337、[email protected]、www.boschpackaging.com

ポール・グレンジャー、テトラパック、940-565-8800、[email protected]、www.tetrapakusa.com

Debra Schug は Food Engineering の編集長でした。 彼女は 10 年以上前にメディアとしてのキャリアをスタートし、地方および全国レベルでテレビとラジオの両方で放送ニュースの執筆と制作を行っていました。 彼女は石油業界の 2 つの業界誌の編集長および石油年次報告書の調査編集者を長年務めました。 彼女はアイオワ州立大学でジャーナリズムとマスコミュニケーションの修士号を取得しています。