JP2004250036A

JP2004250036A - 充填バルブおよびこの充填バルブを備えた充填設備

Info

Publication number: JP2004250036A
Application number: JP2003041674A
Authority: JP
Inventors: Yukinobu Nishino; 幸伸西納; Akihiko Kakimoto; 明彦柿本; Yukihiro Yamamoto; 幸宏山本
Original assignee: Shibuya Kogyo Co Ltd
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2023-02-19
Also published as: JP4378969B2

Abstract

【課題】無菌チャンバー２内の充填バルブ８の流量の調整を、無菌環境を破壊せずに行う。
【解決手段】充填液通路３４を開閉する液バルブ３２と、その弁体２８に連結されシリンダ室２２内に配置された第１ピストン２４と、第１ピストンの上方に配置された第２ピストン３８と、第２ピストンのロッド４０のバルブハウジング１４から上方に突出した部分に取り付けられた調整用ナット４２と、バルブハウジングの上端に設けた上下移動可能なカップ状部材４６と、両ピストンによって区画された各圧力室６０、６２、６４にエアを供給するエア供給手段と、第２ピストンのロッドの上端を覆う変形可能なキャップ４８とを備えている。第２ピストンは、キャップを付けたまま外側からカップ状部材を回転させて、調整用ナットとカップ状部材との間隔を調節することにより、下降位置が調整される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、充填バルブに係り、特に、無菌チャンバー内に設置された充填装置に設けられ、ミネラルウオーターやジュース等の液体を無菌状態で容器内に充填する充填バルブに関するものである。また、この充填バルブを備えた充填設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ミネラルウオーターやジュース等の液体を無菌状態で容器内に充填するために、充填装置を無菌チャンバー内に設置したものが従来から知られている。前記のような充填装置に設けられた充填バルブの一例（例えば、特許文献１参照）について簡単に説明する。
【０００３】
前記特許文献１に記載された充填バルブ（特許文献１では充填ノズルと呼んでいる）は、充填液の供給管から充填ノズルの吐出口に至る充填液通路を開閉する液バルブと、この液バルブの可動弁体に連結され、ハウジングのシリンダ室内に配置された小径ピストンと、前記シリンダ室内の小径ピストンよりも上方に配置された大径ピストンと、前記小径ピストンおよび大径ピストンによって区画された上中下３つの圧力室内にそれぞれエアを給排するエア給排手段と、前記ハウジングから上方に突出した大径ピストンのロッドの上端に取り付けたナットと、ハウジングの上端に螺合され上下の位置を調整可能な調整キャップと、前記大径ピストンのロッドの、ハウジングから突出した部分を覆う主キャップとを備えている。
【０００４】
前記充填バルブは、大径ピストンと小径ピストンとの間の中間圧力室に圧力エアを供給し、上下の圧力室を低圧にしたときに液バルブが閉鎖され、上方圧力室と中間圧力室からエアを排出し、下方圧力室にエアを供給したときに液バルブが大開度で開放して大流量の充填を行い、上方と下方の圧力室にエアを供給し、中間圧力室を低圧にしたときに液バルブが小開度で開放して小流量の充填を行うようになっている。
【０００５】
そして、大径ピストンの上下の移動位置を調整することにより小径ピストンの上昇限を規制して液バルブの開度を制御するようになっている。つまり、上方の大径ピストンのロッドに取り付けた調整ねじと、ハウジングの上端に螺合した調整キャップの相対位置を変えることにより、液バルブの開度を調整して充填流量を調節することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特許２８０８２１２号公報（第２−３頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、充填装置が無菌チャンバー内に設置されて無菌状態で充填を行う場合には、上方の大径ピストンのロッドが摺動する部分からエアシリンダ室の雰囲気が外部に漏れると、無菌チャンバー内の雰囲気が破壊されるため、従来の構成では、前述のように大径ピストンのロッドのハウジングから突出している部分を主キャップによって覆っている。
【０００８】
従って、小流量による充填を行う際の液バルブの開度を調節するためには、主キャップを取り外さなければならない。ところが、充填装置が無菌チャンバー内に設置されているため、キャップを外して調整を行おうとすると無菌チャンバー内の無菌環境を一度破壊することになってしまう。そして、その後運転を再開する際に、無菌チャンバー内を滅菌して再度無菌環境を確立しなければならないので、調整作業に時間がかかるという問題があった。
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、無菌チャンバー内の無菌雰囲気を破壊することなく、液バルブの開度を調整することができる充填バルブを提供することを目的とするものである。また、このような構成の充填バルブを備えた充填装置を、チャンバー内に設置した充填設備を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した発明に係る充填バルブは、充填液通路を開閉する液バルブと、バルブハウジング内に設けられたエアシリンダ室内に移動可能に配置され、前記液バルブの弁体に連結されたピストンと、このピストンを移動させるエア供給手段と、前記エアシリンダ室内に移動可能に配置され、前記ピストンの移動位置を規制する規制手段と、この規制手段の位置を調節する調節機構と、前記調節機構を覆ってバルブハウジングに取り付けられたキャップとを備えており、特に、前記キャップを変形可能な素材から構成するとともに、このキャップを介して調節機構による規制手段の位置の調節を可能としたものである。
【００１１】
この発明に係る充填バルブでは、調節機構を操作して規制手段の位置を移動させることにより、液バルブの弁体に連結されたピストンの移動位置を変更して充填時の流量を調整するようになっているが、調節機構を覆うキャップが変形可能な素材から形成されているので、このキャップを外さずに調節機構を操作して規制手段の位置を移動させることができる。従って、充填装置が無菌環境内に設置されていても、この環境を破壊することなくピストンの移動位置を変更することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載した発明に係る充填バルブは、充填液通路を開閉する液バルブと、バルブハウジング内に設けられたエアシリンダ室内に移動可能に配置され、前記液バルブの弁体に連結された第１ピストンと、前記エアシリンダ室内に移動可能に配置され、第１ピストンの移動位置を規制する第２ピストンと、前記第１ピストンおよび第２ピストンを移動させるエア供給手段と、前記第２ピストンのロッドのバルブハウジングから突出した部分に取付けられ、バルブハウジングの位置規制部に当接することにより第２ピストンの移動位置を規制するストッパと、前記位置規制部とこのストッパとの間隔を調節する調節機構と、第２ピストンのロッドのバルブハウジングからの突出部を覆ってバルブハウジングに取り付けられたキャップとを備えており、特に、前記キャップを変形可能な素材から構成するとともに、このキャップを介して調節機構による位置規制部とストッパとの間隔を調整可能としたものである。
【００１３】
この発明に係る充填バルブでは、請求項１の規制手段が第２ピストンであり、大流量による充填と小流量による充填を切換え可能なタイプの充填バルブに適用し、特に、小流量による充填時に、ストッパによって規制する第２ピストンの位置を変更することにより、第１ピストンの移動位置を規制して液バルブの開度を調整して、充填流量を変更することができる。
【００１４】
請求項３に記載した発明に係る充填バルブは、前記キャップを透明もしくは半透明の素材から形成し、外部からストッパの位置を確認可能としたことを特徴とするものである。
【００１５】
この発明に係る充填バルブでは、キャップが透明または半透明であるから、その外側から内部のストッパを確認することができるので、ストッパの位置を変更する作業が極めて容易である。
【００１６】
請求項４に記載した発明に係る充填設備は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の充填バルブを備えた充填装置をチャンバー内に配置するとともに、このチャンバーの壁面に、チャンバー外部の雰囲気から遮断した状態で前記充填バルブにアクセス可能なグローブを設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
この発明に係る充填設備は、チャンバーに設けられたグローブを介して、充填バルブのストッパの調整作業を行うことができるので、外部からの液バルブの開度の調整が容易であり、しかも、チャンバー内の雰囲気に全く影響を与えることがない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態により本発明を説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る充填バルブの縦断面図、図２はこの充填バルブを備えた充填装置の構成を簡略化して示す概略構成図である。
【００１９】
充填装置１は、無菌雰囲気中で容器（図示せず）内への液体の充填を行うために無菌チャンバー２内に設置されている。この充填装置１は、回転軸４の上端に取り付けられた充填液タンク６を備えており、この充填液タンク６の外周に円周方向等間隔で、複数の充填バルブ８が接続されている。これら各充填バルブ８の下方には、それぞれ容器を載せるびん台１０が配置されており、各びん台１０上に供給された容器内に、充填バルブ８を介して充填液タンク６から送られた液体が充填される。この実施の形態に係る充填装置１は重量式充填装置であり、各びん台１０上に載せられた容器の重量をロードセル（図示せず）によって計測しつつ充填を行う。
【００２０】
充填装置１を設置した無菌チャンバー２の側壁２ａには、後に説明する充填バルブ８のキャップにアクセス可能な位置にグローブ１２が設けられており、このグローブ１２を介して、充填バルブ８に設けられた液バルブの開度を変更し、小流量での充填時の流量を調整できるようになっている。
【００２１】
次に、図１により充填バルブ８の構成について説明する。この充填バルブ８のバルブハウジング１４は、下部のハウジング本体１４Ａと、このハウジング本体１４Ａの上端に固定された筒状部材１４Ｂとを有している。直立したハウジング本体１４Ａの下部側に、給液管１６を介して充填液タンク６からの液体が流入する大径の液体流路１８が形成され、さらにその下方に連続して吐出通路２０が設けられている。
【００２２】
ハウジング本体１４Ａの上端部内にはエアシリンダ室２２が形成されている。このエアシリンダ室２２は、上部側の大径部２２ａと下部側の小径部２２ｂとを有しており、下部側の小径部２２ｂ内に小径の第１ピストン２４が昇降自在に嵌合している。この第１ピストン２４のロッド２６は、ハウジング本体１４Ａ内を摺動自在に貫通して下端部が前記液体流路１８内に延びている。この第１ピストン２４のロッド２６の下端には弁体２８が設けられ、一方、前記液体流路１８の下端面にテーパ状の弁座３０が形成されており、これら可動弁体２８と弁座３０とにより液バルブ３２が構成されている。この液バルブ３２が前記第１ピストン２４の作動に伴って、前記給液管１６、液体流路１８および吐出通路２０からなる充填液通路３４を開閉し、容器内への液体の充填を行う。なお、前記第１ピストン２４のロッド２６の液体流路１８内に突出している部分はベローズ３６によって覆われている。
【００２３】
ハウジング本体１４Ａの上部に形成されているエアシリンダ室２２の上部側大径部２２ａ内には、大径の第２ピストン３８が昇降自在に嵌合している。この第２ピストン３８のロッド４０は、バルブハウジング１４の上部の筒状部材１４Ｂ内を貫通してバルブハウジング１４の上方に突出しており、このロッド４０の上端に、調整用ナット（ストッパ）４２および袋ナット４４が螺合されている。前記バルブハウジング１４の上部を構成する筒状部材１４Ｂの上端部外周には、調整用ナット４２の位置を規制するカップ状部材４６が螺合されており、前記調整用ナット４２の下端面がこのカップ状部材４６の上端面（位置規制部）に当たることにより、前記第２ピストン３８の下降位置が規制される。このカップ状部材４６は、回転することにより高さを変更できるようになっており、前記調整用ナット４２との間隔を調節する調節機構として作用する。なお、カップ状部材４６の内部にはボールプランジャ（図示せず）が埋め込まれており、工具を使用せずに、所定角度毎に回転できるようになっている。
【００２４】
バルブハウジング１４の上端から上方に突出している第２ピストン３８のロッド４０の周囲には、例えば、合成ゴムなど変形可能な素材からなるキャップ４８が装着されている。このキャップ４８の下端部は、前記筒状部材１４Ｂの外周に形成されたフランジ１４Ｂａとその上面に固定された環状部材５０との間に挟持されており、このキャップ４８に覆われた空間５２内を密封して、前記第２ピストン３８のロッド４０の摺動部から汚染されたエアが無菌チャンバー２の内部に放出されることを防止している。なお、このキャップ４８は、透明または半透明の材質で形成することが好ましい。
【００２５】
前記キャップ４８に覆われた空間５２は、バルブハウジング１４内に形成された第１のエア抜き通路５４によって外部に連通しており、このエア抜き通路５４を介してエアが出入りできるようになっている。また、前記第１ピストン２４のロッド２６の周囲を覆うベローズ３６の内部およびその上方の空間５６は、バルブハウジング１４に形成された第２のエア抜き通路５８によって外部に連通しており、これらベローズ３６内およびその上方の空間５６内のエアが出入りできるようになっている。
【００２６】
前記バルブハウジング１４内の上部に形成されたエアシリンダ室２２は、上部側大径部２２ａに摺動自在に嵌合された第２ピストン３８と、下部側小径部２２ｂ内に摺動自在に嵌合された第１ピストン２４とにより、上方圧力室６０、中間圧力室６２および下方圧力室６４の３つの圧力室に区画されている。これら上中下３つの圧力室６０、６２、６４は、それぞれ第１エア供給通路６６、第２エア供給通路６８および第３エア供給通路７０を介して、図示しない圧力エア源に接続されており、それぞれ独立してエアを給排することができるようになっている。また、前記中間圧力室６２内の、大径の第２ピストン３８と小径の第１ピストン２４との間にはスプリング７２が介装され、両ピストン３８、２４をそれぞれ上方と下方に付勢している。
【００２７】
以上の構成に係る充填バルブ８の作動について説明する。充填の停止時には、第２エア通路６８から中間圧力室６２に圧力エアを供給するとともに、上方圧力室６０および下方圧力室６４内のエアを排出する。この状態では、図１に示すように、大径の第２ピストン３８は、その上面が筒状部材１４Ｂの下面に当接する上昇端に位置するとともに、小径の第１ピストン２４が下降してそのロッド２６の下端に設けられた可動弁体２８が液体流路１８の下面に形成された弁座３０に着座して液バルブ３２を閉じている。
【００２８】
この充填装置１では、充填時には、先ず、液バルブ３２を大開度で開放して大流量で充填を行うようになっている。例えば、大流量による充填によって設定された充填量の９０％を充填する。その後、液バルブ３２の開度を小開度に切り換えて小流量で残りの１０％の充填を行う。大流量での充填を行う際には、上方の圧力室６０および中間圧力室６２内のエアを排出するとともに、下方の圧力室６４内に圧力エアを供給する。この状態では、下方圧力室６４内の圧力により小径の第１ピストン２４が上昇し、上方の第２ピストン３８に当たって押し上げるので、大径の第２ピストン３８は前記充填停止時と同様に上昇端に位置し、小径の第１ピストン２４も最も上方まで上昇して、液バルブ３２を最大の開度で開放する。
【００２９】
液バルブ３２を大開度で開放して前記設定量（例えば９０％）まで充填をした後、液バルブ３２の開度を小開度に切り換える。このときには、中間圧力室６２のエアは排出したままにして、上方圧力室６０と下方圧力室６４に圧力エアを供給する。すると、大流量での充填時に、下方の第１ピストン２４に押し上げられていた第２ピストン３８が、前記第１ピストン２４との受圧面積差により下降して、第１ピストン２４を押し下げる。下降する第２ピストン３８は、前記調整用ナット４２の下面がバルブハウジング１４の上端に固定されているカップ状部材４６の上端面に当たった位置で停止する。このように下降した上方の第２ピストン３８によって第１ピストン２４の上昇位置が規制され、液バルブ３２は小開度で開放されて、小流量で充填が行われる。つまり、第２ピストン３８は、液バルブ３２を小開度で開放する際には、第１ピストン２４の高さを規制する規制手段として機能する。
【００３０】
この充填装置１は、重量式充填装置であり、図示しないロードセルによってびん台１０上の容器の重量を計測しつつ充填を行うようになっており、液バルブ３２を小開度で開放して小流量での充填を行い、容器内の充填量が予め設定された重量になると、上方と下方の圧力室６０、６４のエアを排出するとともに、中間圧力室６２に圧力エアを導入し、液バルブ３２を閉じて充填を終了する。なお、この充填装置１を制御する制御装置には、落差量つまり、液バルブ３２を閉じた後に液バルブ３２よりも下流側の吐出通路２０から容器内に落下する液量が設定されており、この落差量に応じて、小流量での充填時の液バルブ３２の閉鎖タイミングを制御し、ロードセルの計測値が設定充填量に達する前に液バルブ３２を閉じるようになっている。
【００３１】
前記充填装置１では、例えば、ベローズ３６の変形等の理由により、液バルブ３２の小開度での充填時の流量が、設定当時と比較して変化してしまう場合があり、このような状態になると容器内への最終充填量が変化してしまう。そこで、定期的なサンプリングにより充填量の変動を検出し、充填量にばらつきが発生してきたことが検出された場合には、一旦充填装置１を停止して充填流量の調整を行う。
【００３２】
この実施の形態では、作業者が、無菌チャンバー２の壁面２ａに取り付けてあるグローブ１２を介して充填バルブ８にアクセスすることができるようになっており、変形可能な素材からなるキャップ４８の外側からカップ状部材４６を回転操作してその位置を調節し、大径の第２ピストン３８の下降位置を変更する。第２ピストン３８の下降位置を変更することにより第１ピストン２４の上昇限を規制して液バルブ３２の開度を調節し、小流量で充填を行う際の充填量を調整することができる。このカップ状部材４６の調節を行う際には、充填装置１を間欠的に回転させて、各充填バルブ８を前記グローブ１２の位置に順次停止させて作業を行う。以上のようにキャップ４８を変形可能な素材から構成したので、無菌チャンバー２の外部から、無菌チャンバー２内の雰囲気を損なうことなくカップ状部材４６を回転して、充填バルブ８の小流量での充填時の流量を調整することができる。しかも、キャップ４８を透明または半透明の素材から形成したので、キャップ４８の外部からカップ状部材４６の位置が確認できるので、調整作業が容易に行える。また、この実施の形態では、カップ状部材４６を回転して調整用ナット４２との間隔を調整しているが、逆に、カップ状部材４６を固定とし、調整用ナット４２を移動させることにより両者の間隔を調節するようにしても良い。
【００３３】
なお、前記実施の形態では、液バルブ３２の弁体２８に連結された第１ピストン２４の上昇位置を、カップ状部材４６の操作によって上方の第２ピストン３８の移動位置を変更することにより調整するようにしたが、第２ピストン３８は、大流量の充填と小流量の充填とを切り換えるために設けたもので、単に第１ピストン２４の上昇位置を規制する規制手段としては、必ずしもピストン（第２ピストン３８）を使用する必要はなく、ロッドの先端部等その他の部材を規制手段として用いても良い。
【００３４】
図３は、第２の実施の形態に係る充填バルブを示すもので、前記のようにロッドの先端部を、第１ピストン２４の移動位置を規制する規制手段として用いている。この実施の形態は、第１ピストン２４の位置を規制する規制手段およびこの規制手段の位置を調節する調節機構以外の部分は、前記第１の実施の形態と同一なので、同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３５】
ハウジング１４の上部の筒状部材１４Ｂを上下に貫通して、ロッド１４０が昇降可能に嵌合している。このロッド１４０の下端はエアシリンダ室２２内に延びており、その下端面１４０ａが、液バルブ３２の弁体２８に連結されたピストン２４の位置を規制する規制手段（ストッパ）として機能する。そして、ロッド１４０の筒状部材１４Ｂから上方に突出した部分に、筒状部材１４Ｂの上部に螺合されたカップ状部材１４６が取り付けられている。このカップ状部材１４６がロッド１４０の位置を調節する調節機構を構成しており、カップ状部材１４６を回転させることによりロッド１４０を昇降させることができ、このロッド１４０の位置を調節することにより、ピストン２４の上昇端位置を規制して、充填時の流量を調整することができる。
【００３６】
この実施の形態でも、バルブハウジング１４の上端から上方に突出しているロッド１４０およびカップ状部材１４６の周囲には、変形可能な素材からなるキャップ４８が装着されている。従って、前記実施の形態と同様に、無菌環境を破壊することなく、キャップ４８の外側からカップ状部材１４６を回転させてロッド１４０の高さを調節し、充填量を変更することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、充填液通路を開閉する液バルブと、バルブハウジング内に設けられたエアシリンダ室内に移動可能に配置され、前記液バルブの弁体に連結されたピストンと、このピストンを移動させるエア供給手段と、前記エアシリンダ室内に移動可能に配置され、前記ピストンの移動位置を規制する規制手段と、この規制手段の位置を調節する調節機構と、前記調節機構を覆ってバルブハウジングに取り付けられたキャップとを備え、前記キャップを変形可能な素材から構成するとともに、このキャップを介して調節機構による規制手段の位置の調節を可能としたことにより、キャップを外さずに規制手段を移動させることが可能になり、チャンバー内の無菌雰囲気を破壊せずに、小流量での充填量を調整することができる。
【００３８】
また、請求項２に記載の発明によれば、規制手段が第１ピストンと同じエアシリンダ室内に移動可能に配置された第２ピストンであり、大流量による充填と小流量による充填とを切換え可能な充填バルブに適用して、簡単に流量を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る充填バルブの縦断面図である。
【図２】前記充填バルブを備えた充填装置の全体の構成を簡略化して示す概略構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る充填バルブの縦断面図である。
【符号の説明】
８充填バルブ
１２グローブ
１４バルブハウジング
１４Ａハウジング本体
１４Ｂ筒状部材
２２エアシリンダ室
２４第１ピストン
２８弁体
３２液バルブ
３４充填液通路
３８規制手段（第２ピストン）
４０第２ピストンのロッド
４２ストッパ（調整用ナット）
４６位置規制部（カップ状部材）
４８キャップ

Claims

充填液通路を開閉する液バルブと、バルブハウジング内に設けられたエアシリンダ室内に移動可能に配置され、前記液バルブの弁体に連結されたピストンと、このピストンを移動させるエア供給手段と、前記エアシリンダ室内に移動可能に配置され、前記ピストンの移動位置を規制する規制手段と、この規制手段の位置を調節する調節機構と、前記調節機構を覆ってバルブハウジングに取り付けられたキャップとを備え、
前記キャップを変形可能な素材から構成するとともに、このキャップを介して調節機構による規制手段の位置の調節を可能としたことを特徴とする充填バルブ。
充填液通路を開閉する液バルブと、バルブハウジング内に設けられたエアシリンダ室内に移動可能に配置され、前記液バルブの弁体に連結された第１ピストンと、前記エアシリンダ室内に移動可能に配置され、第１ピストンの移動位置を規制する第２ピストンと、前記第１ピストンおよび第２ピストンを移動させるエア供給手段と、前記第２ピストンのロッドのバルブハウジングから突出した部分に取付けられ、バルブハウジングの位置規制部に当接することにより第２ピストンの移動位置を規制するストッパと、前記位置規制部とこのストッパとの間隔を調節する調節機構と、第２ピストンのロッドのバルブハウジングからの突出部を覆ってバルブハウジングに取り付けられたキャップとを備え、
前記キャップを変形可能な素材から構成するとともに、このキャップを介して調節機構による位置規制部とストッパとの間隔を調整可能としたことを特徴とする充填バルブ。
前記キャップを透明もしくは半透明の素材から形成し、外部からストッパの位置を確認可能としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の充填バルブ。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の充填バルブを備えた充填装置をチャンバー内に配置するとともに、このチャンバーの壁面に、チャンバー外部の雰囲気から遮断した状態で前記充填バルブにアクセス可能なグローブを設けたことを特徴とする充填設備。