JP2006335444A - 液体の充填方法及び充填装置、並びに該充填装置の洗浄方法及び洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ボトル等の容器へ容積及び重量（質量計）でのユーザー希望の充填が行えるようにした。また、機器を分解し、洗浄することなく、配管洗浄と同じ方法にて洗浄することを可能とした。
【解決手段】 液体充填用のタンク１と、充填用自動バルブ２と、ボトルへの液体の充填と液体の充填量のレベルを所定量とするための真空式充填レベル調整ノズル３と、該真空式充填レベル調整ノズル３の下流側に取付けられたセンサー４と、上記ボトル充填時に最適真空度を発生させ、上記ボトルのレベル調整でオーバーフローした液体を回収するために、さらに下流側に設けた真空チャンバー５と、真空発生装置１４とを備えることとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体の充填方法及び充填装置、並びに該充填装置の洗浄方法及び洗浄装置に関する。すなわち、本発明は、食品、工業品、化粧品、医薬品などの各分野で取扱う液体について、該液体の所定量を充填ラインに取付けられた光センサーでレベル充填をチェックし、又真空式充填レベル調整ノズル３、質量流量計１５によりボトル等の容器へ容積及び重量（質量計）でのユーザー希望の充填が行えるようにした充填機に関する。また、従来のように機器を分解し、洗浄することなく、配管洗浄と同じ方法にて洗浄が可能な充填機（装置）に関する。

前記各分野で取扱う液体の容器への充填には、容積式（ピストン式）、レベル式、重量式の方法がある。容積式充填機はたとえば液体をピストンシリンダーに収容し、ピストンの移動量によって充填量を計測して充填する方法である。
レベル式は充填ノズルの上部にタンクを設け自然落下にて容器に充填、背圧を利用してレベルを決定している。
そして容積式の充填方法の場合、機器の構成上洗浄が完璧にできないため、時間をかけて充填ピストン、シリンダー、バルブ等を人手にて分解して洗浄している。
重量式は、秤量装置に載置した容器にノズルから液体を供給して重量を計測し充填する方式である。

今や充填装置において洗浄が必須項目の食品、医薬や多品種少量生産の場合の製品換え等充填の前後での工程で洗浄、殺菌が必要である。
容積式のピストン方式の場合、ピストンとシリンダー間の洗浄が困難なため、毎回分解洗浄が必要である。この作業に充填作業時間と同等の時間がかかり、生産性が著しく低下する。この点が、多品種少量生産時の課題となっている。

自然落下で充填するレベル式の場合、１ヘッド当りの充填能力が低いため、充填ヘッド数を増やしてカバーしている。しかし、その充填ヘッド数が多い分、分解洗浄に時間が掛かる。重量式の場合も接触や衝撃力に影響を受けるため、充填速度を抑えて充填ヘッド数を増して充填能力をカバーしている。また、充填ノズルの下に秤量装置を有するために洗浄時には秤量装置に水が掛からない様注意を要する。
また、充填ヘッドは容積式、レベル式と同様分解洗浄が必要でＣ．Ｉ．Ｐ等の対応にも問題を残している。

一方、多品種少量生産の充填に於いては正味量よりペットボトルの様にレベルを一定で充填する製品やビン詰め製品の様に正味量を正確に重量充填する場合等様々である。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、前記問題点を解消した、液体の充填方法及び充填装置、並びに該充填装置の洗浄方法及び洗浄装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、充填機であって、液体充填用のタンクと、充填用自動バルブと、ボトルへの液体の充填と液体の充填量のレベルを所定量とするための真空式充填レベル調整ノズルと、該真空式充填レベル調整ノズルの下流側に取付けられたセンサーと、上記ボトル充填時に最適真空度を発生させ、上記ボトルのレベル調整でオーバーフローした液体を回収するために、さらに下流側に設けた真空チャンバーと、真空発生装置とを備えたことを特徴とする。

本発明は、その実施の形態で、上記真空式充填レベル調整ノズルが、液体供給ノズル部と、充填レベルを所定のものとする液体排出ノズル部とを備えることが好適である。

本発明は、その実施の形態で上記液体充填用のタンクから、充填用自動バルブを経由して、上記真空式充填レベル調整ノズルの液体供給ノズル部から液体を上記ボトル内に導入し、該液体は、上記真空発生装置により発生する真空又は負圧によって上記ボトル内に導入され、上記液体排出ノズル部から液体が排出されたことを上記センサーによって検知した際、上記充填用自動バルブを閉成し、上記真空チャンバーにより、上記ボトルを充填する時に上記ボトル内に最適真空度を発生させ、上記真空式充填レベル調整ノズルで、上記ボトル内に充填される液体のレベルを調整し、かつ上記ボトルからオーバーフローした液体を上記真空チャンバーに回収するようにしている。

本発明に係る充填機は、別の形態で、充填液体のタンク１と、充填用自動バルブ２と、ボトルへの液体の充填と液体の充填量のレベルを所定量とするための真空式充填レベル調整ノズル３と、その下流側に取付けられた光センサー４と、上記ボトル充填時に最適真空度を発生させたり、ボトルレベル調整で液を回収するために、さらに下流側に設けた真空チャンバー５と、該真空チャンバー５に取り付けられた５つの自動バルブ６，７，８，９，１０と、真空度調整用ニードルバルブ１１と、該真空度調整用ニードルバルブ１１に連設された真空発生装置１４（真空ポンプ、又はコンバム等）とで構成され、上記充填レベル調整ノズル３が、上記ボトル内を負圧（真空）にして、充填ラインより液体を供給する動力源の役割と、充填量をボトル内の上下レベルにより制御する役割を果たすようにしたことを特徴とする。

この実施の形態では、上記充填レベル調整ノズル３が、２重パイプ構造にて内側を液ラインとし、外周を真空引きラインとして一本にまとめた構造を備えることが好適である。また、真空にて充填を行うために真空チャンバー５に５個の自動バルブ６，７，８，９，１０と１個の真空調整ニードルバルブ１１を設け、真空発生及び／又は真空破壊時のタイミングをこれらの自動バルブで行うことが好適である。

さらに、洗浄時には洗浄に必要な流量が確保できる真空度を、洗浄用自動バルブ８の切替（充填時開放、洗浄時閉成）で行いバルブ、配管、真空チャンバー、タンク等の汚染の少ない洗浄性のよい機器構成とし、機器、配管を分解することなく、充填通液ラインの洗浄を可能とすることが好適である。

またさらに、タンク１と充填用自動バルブ２の間に質量流量計１５を設置し、ペットボトルのようにレベルを一定に保つレベル充填と、内容量を重量管理する重量充填とに対応できるようにすることが好ましい。

またさらに、真空チャンバー５に回収した液は、タンク１に戻し、充填液のロスを最小限に抑えるようにすることが好適である。
またさらに、質量流量計１５の密度機能で洗浄の状況をリアルタイムで管理ようにすることが好適である。

本発明に係る方法と装置によって容器への充填と装置の洗浄が洗浄用自動バルブの切替えで容易に行うことができる。また、本発明では、多品種少量生産の充填機としてレベル式や、重量式に対応可能である。

以下、本発明に係る充填機について、その実施の形態を参照しながらさらに詳細に説明する。

図１に示したシステム図に基づいて、本発明に係る充填機の機能を説明する。
真空発生源１４を稼動し、真空チャンバー５の自動バルブ６，７，９を閉成し、真空発生用自動バルブ１０を開放し、洗浄用自動バルブ８を開放する。これによって、真空チャンバー５内は真空調整用ニードルバルブ１１にて予め設定された真空度に達する。容器（充填されるボトル）をセットし、充填操作開始と共に、真空式充填レベル調整ノズル３が下降し、容器１３の口を塞ぎ、給液用自動バルブ６が開放し、容器１３内も同じ真空度に達する。次いで、充填用自動バルブ２を開放し、タンク１より液体が容器１３に供給され充填を開始する。充填が完了し、真空式充填レベル調整ノズル３に連設（併設）された光センサ４により容器１３の設定レベルに達した液体が光センサ４に到達すると光の屈折率の変化を感知して充填用自動バルブ２が閉となる。そして、真空式充填レベル調整ノズル３が上昇し真空レベル充填が終了する。真空チャンバー５に回収した液体を再利用する場合、真空発生用自動バルブ１０を閉成し、大気開放用自動バルブ７を開放し、ドレーン用自動バルブ９を開放することにより、真空チャンバー５に回収された液体が逆流を起こすことなく、自重によりリターン用手動バルブ１２を通りタンク１に戻され再利用される。

ただし、衛生面で問題のある食品、医薬品の分野においては、回収液は再利用せず充填毎に毎回ドレーンアウト用自動バルブ１９から装置外へドレーンアウトする。

真空チャンバー５の自動バルブ６，７，９を閉成し、１０を開放することで、真空チャンバー５内の真空度が復帰し次の充填に備える。
なお、上記真空式充填レベル調整ノズル３は、液体供給ノズル部３ａと、充填レベルを所定のものとする液体排出ノズル部３ｂとを備える。
充填液に少し粘度が有る場合、容器が柔らかくて真空度を上げると潰れる場合、充填能力を上げる場合にはタンク１を加圧タンクにして対応する。
洗浄時には液体が乱流になるレイノルズ数Ｒｅ：２３００以上が必要なため、一般的に充填時より高い真空度を必要とする。その方法として洗浄用自動バルブ８を閉にすることで真空ポンプの性能上の真空度を発生する。

温度のかからない酸、アルカリの洗浄時にはＣ．Ｉ．Ｐ装置１６にて作られた洗浄液をポンプ２０にて、タンク１に移動し洗浄開始にて真空引きレベル調整付真空弁３が下降、洗浄用ポットが密閉される。自動バルブ（６、７，８，９）を閉成し、真空発生自動バルブ１０を開放することで、真空チャンバー５に負圧（真空）が発生、自動バルブ（２，６）開放で、タンク１から洗浄液が充填ラインを通って真空チャンバー５に移動する。

真空チャンバー５が満液近くになると回収液を排液するその時液体の逆流から、真空ポンプを保護するため、まず真空発生用自動バルブ１０を閉成し、次に給液用自動バルブ６を閉成し、大気開放自動バルブ７を開放することにより真空チャンバー５内を大気圧に戻す。

最後にドレーン用自動バルブ９を開放にすることで自重によりタンク１に液体が戻り、機器を分解することなく循環洗浄を行うことができる。
熱水洗浄時には、真空引きをすると液がベーパ化され熱水移動が不可能になるためタンク１にクリーンなエアーで圧力をかけ、加圧洗浄とする。
洗浄開始で真空引きレベル調整付真空弁３が下降、洗浄用ポットが密閉される。真空チャンバー５の真空発生自動バルブ１０を閉にして真空ポンプの保護とラインの真空引きを停止する。自動バルブ（７，８，１０）閉成、自動バルブ（２，６，９）開放にてタンク１で加圧された熱水が真空チャンバー５に移動しドレーンアウト用自動バルブ１９より装置外に排液され機器を分解することなくオンラインでの洗浄を行うことができる。

繰り返し洗浄をする必要があれば自動バルブ１９を閉とし、自動バルブ２１を開放することでＣＩＰ装置タンク１６に回収し前項の動作を繰り返し行う。
タンク１に設定されたレベル計１７の下限レベルにて、Ｃ．Ｉ．Ｐ供給自動バルブ１８を開放し、ポンプ２０運転でタンク１内の圧力より高いポンプ圧力にて熱水を供給し上限レベルで給液を停止する。レベル制御と質量流量計１５の密度管理により洗浄の状態をリアルタイムで確認しながら洗浄を行う。

本発明に係る充填洗浄装置によれば、充填ラインに給液用のポンプ、ピストン等の駆動部のある機器を一切使用せず真空技術を利用してコンタミの少ない機器構成での充填を可能にできる。

また、洗浄が必要な多品種少量生産に於いて品種変え時に従来のように人手に頼って分解、洗浄することなくオンライン洗浄のみで洗浄が行えるため、洗浄時間を大幅に短縮し生産性の向上を可能にした。さらに質量流量計を設置しているので密度機能を利用して洗浄の管理をリアルタイムで数値化、制御することで、今まで経験や目視に頼っていた作業を自動化し誰が操作しても洗浄の目的を達成できる。

充填においてもレベル一定に保つレベル充填、重量管理で内容量を精度良く充填する重量（質量）充填に対応可能で、多品種少量生産の液体充填で幅広くユーザーの製品に対応できる。

本発明に係る充填機の一実施の形態を説明する概念図である。

符号の説明

１ 充填液体のタンク
２ 充填用自動バルブ
３ 真空式充填レベル調整ノズル
４ 光センサー
５ 真空チャンバー
１１ 真空度調整用ニードルバルブ
１４ 真空発生装置
１５ 質量流量計
１６ ＣＩＰ装置
１７ レベル計
１８ ＣＩＰ供給自動バルブ
１９ ドレーンアウト用自動バルブ
２０ ポンプ
２１ 洗浄リターン用自動バルブ

Claims (10)

1. 液体充填用のタンクと、充填用自動バルブと、ボトルへの液体の充填と液体の充填量のレベルを所定量とするための真空式充填レベル調整ノズルと、該真空式充填レベル調整ノズルの下流側に取付けられたセンサーと、上記ボトル充填時に最適真空度を発生させ、上記ボトルのレベル調整でオーバーフローした液体を回収するために、さらに下流側に設けた真空チャンバーと、真空発生装置とを備えたことを特徴とする充填機。
2. 上記真空式充填レベル調整ノズルが、液体供給ノズル部と、充填レベルを所定のものとする液体排出ノズル部とを備えたことを特徴とする請求項１の充填機。
3. 上記液体充填用のタンクから、充填用自動バルブを経由して、上記真空式充填レベル調整ノズルの液体供給ノズル部から液体を上記ボトル内に導入し、該液体は、上記真空発生装置により発生する真空又は負圧によって上記ボトル内に導入され、上記液体排出ノズル部から液体が排出されたことを上記センサーによって検知した際、上記充填用自動バルブを閉成し、上記真空チャンバーにより、上記ボトルを充填する時に上記ボトル内に最適真空度を発生させ、上記真空式充填レベル調整ノズルで、上記ボトル内に充填される液体のレベルを調整し、かつ上記ボトルからオーバーフローした液体を上記真空チャンバーに回収するようにしたことを特徴とする請求項２の充填機
4. 充填液体のタンク１と、充填用自動バルブ２と、ボトルへの液体の充填と液体の充填量のレベルを所定量とするための真空式充填レベル調整ノズル３と、その下流側に取付けられた光センサー４と、上記ボトル充填時に最適真空度を発生させたり、ボトルレベル調整で液を回収するために、さらに下流側に設けた真空チャンバー５と、該真空チャンバー５に取り付けられた５つの自動バルブ６，７，８，９，１０と、真空度調整用ニードルバルブ１１と、該真空度調整用ニードルバルブ１１に連設された真空発生装置１４（真空ポンプ、又はコンバム等）とで構成され、上記充填レベル調整ノズル３が、上記ボトル内を負圧（真空）にして、充填ラインより液体を供給する動力源の役割と、充填量をボトル内の上下レベルにより制御する役割を果たすようにしたことを特徴とする充填機。
5. 上記充填レベル調整ノズル３が、２重パイプ構造にて内側を液ラインとし、外周を真空引きラインとして一本にまとめた構造を備えたことを特徴とする請求項４の充填機。
6. 真空にて充填を行うために真空チャンバー５に５個の自動バルブ６，７，８，９，１０と１個の真空調整ニードルバルブ１１を設け、真空発生及び／又は真空破壊時のタイミングをこれらの自動バルブで行うようにしたことを特徴とする請求項４又は５の充填機。
7. 洗浄時には洗浄に必要な流量が確保できる真空度を、洗浄用自動バルブ８の切替（充填時開放、洗浄時閉成）で行いバルブ、配管、真空チャンバー、タンク等の汚染の少ない洗浄性のよい機器構成とし、機器、配管を分解することなく、充填通液ラインの洗浄を可能とすることを特徴とする請求項４〜６のいずれかの充填機。
8. タンク１と充填用自動バルブ２の間に質量流量計１５を設置し、ペットボトルのようにレベルを一定に保つレベル充填と、内容量を重量管理する重量充填とに対応できるようにしたことを特徴とする請求項４〜７のいずれかの充填機。
9. 真空チャンバー５に回収した液は、タンク１に戻し、充填液のロスを最小限に抑えるようにしたことを特徴とする請求項４〜８のいずれかの充填機。
10. 質量流量計１５の密度機能で洗浄の状況をリアルタイムで管理ようにしたことを特徴とする請求項４〜９のいずれかの充填機。

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