JP2008050029A

JP2008050029A - 充填装置

Info

Publication number: JP2008050029A
Application number: JP2006227815A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Tsukano; 健一塚野
Original assignee: Shibuya Kogyo Co Ltd
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】タイマー充填により正確な充填を行う。
【解決手段】充填液を貯留する貯留タンク４と、この貯留タンク４に充填液供給配管１６を介して接続され、貯留タンク４から充填液が供給される計量室８と、供給配管１６を連通遮断する液導入バルブ１８と、計量室８内に供給された充填液の液面の高さを検出するレベルセンサ２４とを備え、計量室８内に供給した充填液の液面の高さをレベルセンサ２４により検出して一定にする。その後、液バルブ１２を開放して、計量室８内の充填液を容器４８内に充填する。充填開始時の液面高さが常に一定なので、液バルブ１２の開放時間をタイマーにより制御すれば常に一定量の液体を容器４８内に充填することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は液体を容器内に充填する充填装置に係り、特に、液バルブの開閉を時間によって制御するタイマー充填式の充填装置に関するものである。

容器内に所定量の液体を充填するために、充填液通路を開閉する液バルブを、時間によって制御するタイマー充填が従来から広く知られている。タイマー充填は一定の圧力で充填をしないと充填量にバラツキを生じてしまう。そのため、充填液の圧力を一定にする制御を行うか（例えば、特許文献１参照）、圧力と充填時間との関係を予め求めて、圧力に応じた時間で充填を行うことにより所定量の充填を行うようにしている。

前記特許文献１には、容器をノズルへ自動的に供給、排除する機構と、１個または所要数の充填ノズルを有する密閉された充填液貯留タンクと、充填時間演算用マイクロコンピュータと、前記タンクへ充填液を供給するポンプを備えた定圧下液体自動充填装置が記載されている。この充填装置では、充填液貯留タンクの内圧を圧力センサで検出しており、貯留タンク内の内圧が低下すると、サーボモーターを駆動し、ポンプを作動させて充填液貯蔵槽の充填液を貯留タンクへ送ることにより、貯留タンク内の圧力を一定に保つようにしている。
特公昭６１−５９９９９号公報（第２−３頁、図１）

前記特許文献１に記載された発明では、充填液が充填ノズルから流下して充填液貯留タンク内の圧力が低下すると、ポンプを駆動して貯留タンクに充填液を送って貯留タンク内の圧力が一定になるように制御している。このように充填液貯留タンク内の圧力を常に一定に維持しようとすると、制御が複雑であり、また、実際に液面を常時一定に制御することは困難であるという問題があった。

本発明は、充填液を貯留する貯留タンクと、この貯留タンクに供給配管を介して接続された計量室と、前記供給配管に設けられた開閉バルブと、前記計量室に供給される充填液の液面が所定高さに到達したことを検出するレベルセンサと、前記計量室から流出する充填液の通路を開閉する液バルブと、この充填装置の作動を制御する制御装置とを備え、前記計量室内に、レベルセンサが検出する位置まで充填液を供給した後、前記開閉バルブを閉じ、液バルブを所定時間開放して充填を行うことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載した発明は、容器の口部を密封するパッキンと、このパッキンにより密封された容器の内部と前記計量室の気相部とを連通する連通管を設けたことを特徴とするものである。

計量室内に供給した充填液の液面高さをレベルセンサにより検出し、液面が常に一定の高さの状態から充填を開始するので、液バルブの開閉時間を制御するだけで正確に定量充填を行うことができる。

レベルセンサによって液面の高さを検出できる計量室を設け、開閉バルブを有する供給配管により接続した充填液貯留タンクからこの計量室に充填液を供給して、液面が所定高さに到達したことを検出した後、液バルブを開放して計量室内の充填液を容器内に充填するという構成により、液バルブの開放時間を制御するだけのタイマー充填により容器内に正確な液量を充填するという目的を達成する。

以下、図面に示す実施例により本発明を説明する。図１は本発明の一実施例に係る充填装置の要部を示す縦断面図である。この充填装置は、炭酸飲料の充填と無炭酸飲料の充填に兼用可能な構成になっている。回転体（図示は省略するが、図１の右側に配置された鉛直な回転軸を中心に回転する）の外周部に円周方向等間隔で、複数の充填バルブ２が設けられている。また、回転体の上部には、充填液の貯留タンク４が設置され、回転体と一体的に回転する。

充填バルブ２は、回転体の外周部に垂直に固定されたバルブボディ６と、このバルブボディ６の内部に形成された計量室８と、この計量室８からの充填液の流出口（注液口）１０に至る充填液通路を開閉する液バルブ１２と、この液バルブ１２の弁体１４を昇降させる昇降手段としてのエアシリンダ１６を備えている。

バルブボディ６はほぼ円筒状をしており、その内部に形成された計量室８の下部側に小径部８ａが形成され、さらにその下方にテーパー部８ｂが形成されている。このテーパー部８ｂが前記弁体１４とともに液バルブ１２を構成している。計量室８の下部側の小径部８ａが、前記充填液貯留タンク４の底面４ａと充填液供給配管１６を介して接続されている。この充填液供給配管１６に開閉バルブ（液導入バルブ）１８が設けられており、この液導入バルブ１８を開放することにより充填液貯留タンク４内に貯留されている充填液２０を計量室８に供給することができる。

計量室８の上部には、側方に拡張した空間２２が連続して設けられており、この拡張空間２２内に鉛直方向を向けてレベルセンサ２４が配置されている。このレベルセンサ２４は、計量室８内に供給された充填液の液面が所定の高さ（レベルセンサ２４の先端部２４ａの高さ）まで到達したことを検出する。

前記液バルブ１２の弁体１４は、計量室８の中心部に鉛直方向を向けて配置された昇降ロッド２６の下端に取り付けられている。弁体１４の下面側の外周にシールリング２８が嵌着されており、このシールリング２８が、計量室８の内面の下端寄りに形成されているテーパー面（弁座）８ｂに密着することにより液バルブ１２を閉鎖する。

下端に弁体１４が取り付けられている昇降ロッド２６の上部に、弁体１４を昇降させて液バルブ１２を開閉する駆動手段としてのエアシリンダ１６が設けられている。前記バルブボディ６の上端にシリンダハウジング３０が固定されている。前記昇降ロッド２６の上部外周に嵌合された円筒部材３２の中間部外周にピストン３４が形成されており、このピストン３４が、前記シリンダハウジング３０（ハウジング本体３０ａとカバー３０ｂ）内に形成された空間を上下の圧力室３６、３８に区画している。これら上下の圧力室３６、３８は、それぞれシリンダハウジング３０に形成されたエア導入口４０、４２および図示しない切換弁を介して圧力エア供給源に接続されており、各圧力室３６、３８内に圧力エアを供給し、また排出することができる。図１に示す状態のように、下方の圧力室３８にエアを供給し、上方の圧力室３６を大気に開放すると、ピストン３４が上昇し、昇降ロッド２６とともに弁体１４が上昇して弁座８ｂから離座することにより液バルブ１２が開放する。逆に、上方圧力室３６にエアを供給し、下方圧力室３８を大気に開放すると、ピストン３４および昇降ロッド２６が下降して弁体１４が弁座８ｂに着座することにより液バルブ１２が閉じる。

バルブボディ６の上端面とその上方のシリンダハウジング３０との間に外周部が挟持され、昇降ロッド２６の大径部２６ａの上面と円筒部材３２の下端面との間に内周部が挟持されたダイアフラム４４によって、計量室８内と上方の液バルブ開閉用エアシリンダ１６との間が遮断されている。

内部に計量室８が形成されているバルブボディ６の下端面の内周側に環状のびん口パッキン４６が取り付けられている。この実施例の充填装置は、炭酸飲料の充填と無炭酸飲料の充填に兼用できるようになっており、炭酸飲料の充填を行う場合には、このびん口パッキン４６を容器４８の口部４８ａに密着させて容器４８内を密封する。無炭酸飲料の充填の場合には、びん口パッキン４６により容器４８内を密封しても良く、また、容器４８内を開放したまま充填を行っても良い。なお、この実施例では、容器４８を載せた昇降可能なびん台５０（後に説明する図２参照）を上昇させることにより、容器４８の口部４８ａをびん口パッキン４６に密着させるようにしているが、この構成に限定されるものではなく、特開２００５−２２５５５５のように、バルブボディ６にびん口パッキン４６を昇降可能に配置して、びん口パッキン４６を昇降させるようにしても良い。

回転体の上部に設置されている充填液貯留タンク４は、図示しない充填液供給手段および加圧気体供給手段に接続されており、炭酸飲料の充填を行う時には、充填液供給手段から供給された充填液２０を貯留するとともに、加圧気体供給手段から加圧ガスを供給して加圧状態にしている。この充填液貯留タンク４内にはレベルセンサ（図示せず）が設けられており、充填運転時には、このレベルセンサからの検出信号を入力される制御装置（図示せず）が、充填液貯留タンク４内の液面が一定になるような制御を行う。この充填液貯留タンク４は、炭酸飲料の充填時には密封した状態で使用するが、大気に開放可能な構成になっており、無炭酸飲料の充填を行う際にはこの充填液貯留タンク４内を大気に開放する。

炭酸飲料の充填時には、充填液貯留タンク４に貯留されている充填液２０の液面上の気相部に加圧ガスが導入されている。この気相部と計量室８の上部に設けられた拡張空間２２との間が気体連通管５２（以下、上部気体連通管と呼ぶ）によって連通されている。さらに、この拡張空間２２と前記バルブボディ６の下端部側に形成されている空間（注液口１０よりも下方の空間）との間が気体連通管５４（以下、下部気体連通管と呼ぶ）によって連通されている。下部気体連通管５４は、バルブボディ６の下端部寄りの注液口１０とびん口パッキン４６との間に開口している。上部気体連通管５２には気体開閉バルブ５６が、また、下部気体連通管５４にも開閉弁５８（カウンターガスバルブ）が設けられて、それぞれの通路５２、５４を連通遮断できるようになっている。なお、計量室８の拡張空間２２の、上部気体連通管５２と下部気体連通管５４が連通している部分は、レベルセンサ２４の検出部（先端部２４ａ）よりも上方なので、充填液が上昇してくることはなく常に気相部になっている。

バルブボディ６の下端の注液口１０とびん口パッキン４６との間の、下部気体連通管５４の一端が開口している空間に、液体充填後の容器４８の上部に残留している加圧ガスを外部に放出するスニフト通路６０の一端が開口しており、このスニフト通路６０にスニフトバルブ６２が設けられている。なお、前記制御装置は、予め充填液の種類や充填量に応じた充填時間を記憶しており、充填を行う際は、記憶している充填時間の間充填バルブ１２を開放するようにしている。

以上の構成に係る充填装置によって炭酸飲料の充填を行う場合の作動について、前記図１および図２ないし図７により説明する。容器４８の供給を開始する前に充填液貯留タンク４から計量室８に充填液を供給しておくとともに、液バルブ開閉用エアシリンダ１６の上方圧力室３６にエアを導入して、ピストン３４および昇降ロッド２６を下降させ、弁体１４を弁座８ｂに着座させて液バルブ１２を閉じておく。また、スニフトバルブ６２も閉鎖しておく。図示しない昇降手段によって下降している状態のびん台５０上に容器４８が供給された後、このびん台５０を上昇させて容器４８の口部４８ａをバルブボディ６の下端部に設けられているびん口パッキン４６に密着させて容器４８内を密封する。この状態で、容器４８内に加圧ガスを導入するカウンター加圧を行う。充填運転を行う時には、上部気体連通管５２の気体開閉バルブ５６は常に開放した状態にしておく。そして、下部気体連通管５４のカウンターガスバルブ５８を開放する。充填液貯留タンク４内の加圧ガスは、上部気体連通管５２を通って計量室８の拡張空間２２に入り、さらに、下部気体連通管５４を通って密封されている容器４８内に導入される。

次いで、エアシリンダ１６の下方圧力室３８に圧力エアを導入し、ピストン３４および昇降ロッド２６を上昇させる。昇降ロッド２６が上昇するとその下端に設けられている弁体１４が弁座８ｂから離れ、液バルブ１２が開放する。液バルブ１２が開放すると計量室８内の充填液が注液口１０から容器４８内に流入する。容器４８内への充填液の流入に伴って、容器４８内に導入されていた加圧ガスが開放しているカウンターガスバルブ５８および下部気体連通管５４を通って、計量室８の上部拡張空間２２内に流入する（図３の状態）。前記液バルブ１２の開放とともに、図示しない制御装置のタイマーが充填時間の計測を開始する。

液バルブ１２が開放して充填を開始してから所定時間が経過すると、制御装置が液バルブ１２の閉鎖指令信号を出力し、エアシリンダ１６の上方圧力室３６に圧力エアを導入するとともに、下方圧力室３８を大気に開放する。するとピストン３４および昇降ロッド２６が下降して、昇降ロッド２６の下端に設けられた弁体１４が下方の弁座８ｂに着座して液バルブ１２を閉じることにより充填が終了する。このとき、計量室８内の充填液は容器４８内に充填された量だけ減少した状態になっている（図４参照）。充填が終了した時点で、下部気体連通管５４のカウンターガスバルブ５８を閉じる。

充填終了後、スニフトバルブ６２を開放して容器４８の上部空間内に密封されている加圧ガスを徐々に放出する（図５参照）。スニフトを行っている間に、次の容器４８に対する充填の準備として計量室８内へ充填液を導入する（図６参照）。このときには、充填液貯留タンク４の下面４ａと計量室８内とを連通する充填液供給配管１６に設けられている開閉バルブ（液導入バルブ１８）を開放する。すると充填液貯留タンク４内の充填液が充填液供給配管１６を介して計量室８内に供給される。計量室８内に充填液が供給されるにつれて、計量室８の気相部の加圧ガスが、開放している気体開閉バルブ５６および上部気体連通管５２を通って充填液貯留タンク４の気相部に戻される。計量室８内に充填液が導入されてその液面が上昇し、上部に連続して設けられた拡張空間２２内に充填液が入って、レベルセンサ２４の検出部（先端部２４ａ）の高さまで到達すると、このレベルセンサ２４からの検出信号により図示しない制御装置が液導入バルブ１８の閉鎖指令信号を出力し、計量室８内への充填液の供給を停止する（図２に示す状態に戻る）。なお、この実施例では、スニフトを行っている間に計量室８内へ充填液を導入するようにしたが、逆に、計量室８に液の導入を開始した後、スニフトを行うようにしても良い。

計量室８内へ所定量の充填液が導入されると、レベルセンサ２４がこれを検出して検出信号を制御装置に送り、制御装置の指令により液導入バルブ１８を閉じる。一方、充填液の充填が終了し、スニフトが行われた容器４８は、びん台５０を下降させて容器４８の口部４８ａをびん口パッキン４６から離した後、びん台５０上から取り出されて次の工程に送られる（図７参照）。

この実施例に係る充填装置では、充填液貯留タンク４から一旦計量室８に充填液を導入し、常に一定の液面高さから充填を開始するようにしたので、充填液貯留タンク４内の液面変動や圧力変動に影響されず、一定の流量特性を得ることができ、簡単な構成のタイマー充填により正確な充填量を得ることができる。また、計量室８内に供給される充填液量の範囲内であれば、液バルブ１２を開放する時間を変更するだけで、容易に充填量を変更することができる。

前記作動の説明においては、炭酸飲料の充填について説明したが、この実施例装置は無炭酸飲料の充填にも兼用できるようになっており、無炭酸飲料の充填時には、前記炭酸飲料の充填時と同様の作動を行っても良いが、容器４８の口部４８ａをシールせずに充填を行うことも可能である。

図８は第２の実施例に係る充填装置の要部を示す縦断面図である。前記第１実施例の充填装置は、炭酸飲料の充填と無炭酸飲料の充填とに兼用可能な構成であったが、この第２実施例の充填装置は、無炭酸飲料の充填を行う専用機である。この充填装置と第１実施例の充填装置とは、基本的な構成が共通しているので、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。

この充填装置は、容器４８内を密封せずに充填を行うので、バルブボディ６の下端にびん口パッキン（図１の符号２４参照）を設けてなく、また、充填前に容器４８内に加圧ガスを供給するカウンター通路（図１の下部気体通路５４）および充填後に容器４８のヘッドスペースに密封されている加圧ガスを放出するスニフト通路（図１の符号６０参照）が省略されている。そして、洗浄時に洗浄液を回収するＣＩＰマニホールド７０と計量室８の上部の延長空間２２内とが洗浄液戻り配管７２によって接続されている。この洗浄液戻り配管７２には、充填時にこの戻り配管７２を遮断し、洗浄時には連通するための洗浄用開閉バルブ（ＣＩＰバルブ）７４が設けられている。

この充填装置の充填液貯留タンク４は、充填時には大気に開放されている。そして、気体連通管５２の気体開閉バルブ５６を開放し、洗浄液戻り配管７２の洗浄用開閉バルブ７４を閉鎖しておく。液バルブ１２を閉じた状態で、充填液供給配管１６の液導入バルブ１８を開放して、充填液貯留タンク４内の充填液を計量室８に供給する。計量室８内の充填液の液面が上昇し、レベルセンサ２４がこの液面を検出すると、液導入バルブ１８を閉じて計量室８内への充填液の供給を停止する。続いて、エアシリンダ１６の作動により、ピストン３４および昇降ロッド２６を介して液バルブ１２の弁体１４を上昇させて液バルブ１２を開放し充填を開始する。液バルブ１２の開放時点からタイマーにより経過時間を計測し、所定時間経過した時にエアシリンダ１６を切り換え、液バルブ１２の弁体１４を下降させて液バルブ１２を閉じることにより充填を終了する。この第２実施例の構成でも、各容器４８への充填開始時の液面の高さが一定なので、タイマーにより液バルブ１２の開放時間を計測するだけで正確な液量の充填を行うことができる。

また、この充填装置の洗浄を行う場合には、気体連通管５２の気体開閉バルブ５６を開放し、洗浄液戻り配管７２の洗浄用開閉バルブ７４を閉鎖し、充填液供給配管１６の液導入バルブ１８を閉鎖する。そして、充填バルブ２の下端の注液口１０に洗浄カップ（図示せず）を装着する。この状態で、液バルブ１２を開放し、充填液貯留タンク４内に洗浄液を供給して、洗浄液を気体連通管５２から計量室８内に供給し、洗浄カップから配管７６およびＣＩＰマニホールド７０を介して外部へ排出する。

所定時間洗浄を行った後、洗浄用開閉バルブ７４および充填液供給配管１６の液導入バルブ１８を開放し、気体開閉バルブ５６および液バルブ１２を閉鎖すると、今度は、充填液貯留タンク４内の洗浄液が、充填液供給配管１６を通って計量室８に供給され、この計量室８の上部の延長空間２２に接続されている洗浄液戻り配管７２を通ってＣＩＰマニホールド７０に送られる。

図９は第３の実施例に係る充填装置の要部の縦断面図である。この実施例の充填装置は、第１実施例の充填装置と同様の炭酸飲料と無炭酸飲料の充填に兼用可能な装置であり、第１実施例の充填装置とはレベルセンサの構成だけが異なっているので、同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてだけ説明する。

この第３実施例の充填装置では、計量室８内の液面の高さを検出するレベルセンサとして磁歪式のフロートセンサ８０を用いている。この磁歪式フロートセンサ８０は、液バルブ１２を構成する弁体１４が取り付けられた昇降ロッド２６内に磁歪線（図示せず）が挿通されるとともに、この昇降ロッド２６の外周に嵌装されマグネットを内蔵したフロート８２が、計量室８内に供給された充填液の液面の上昇、下降に追従して昇降する。このフロート８２の上下の位置は、昇降ロッド２６の上端に設けたフロート位置検出装置８４によって検出するようになっている。なお、この実施例では、磁歪式のレベルセンサ８０が計量室８の中心部に設けられているので、上部に延長空間（図１の符号２２参照）を設ける必要がなく、上部気体連通管５２および下部気体連通管５４は、合流して（合流部を符号５３で示す）計量室８の上端の側部に連通している。この実施例に係る充填装置でも、前記第１実施例と同様に、炭酸飲料の充填と無炭酸飲料の充填に兼用可能であり、いずれの充填の際にも正確な充填量で充填を行うことが可能である。さらに、この場合は、計量室８の液面の高さは任意に設定できるので、装置の使い勝手がさらに良くなる。

図１０は第４の実施例に係る充填装置の要部の縦断面図である。前記各実施例は、充填バルブ２の内部に計量室８を設けた構成であったが、この第４実施例は、充填バルブ９０と計量室９２を別体の構成にしている。充填バルブ９０は、バルブボディ９４内に昇降可能に配置された昇降ロッド９６の下端に設けた弁体９８およびバルブボディ９４の下端部内面の弁座９４ａによって構成された液バルブ１００と、バルブボディ９４の上端に固定した液バルブ開閉用のエアシリンダ１０２とを備えている。

充填開始時の充填液の液面の高さを一定にするための計量室９２は、前記充填バルブ９０と別に設けられており、この計量室９２の下端と前記充填バルブ９０内の液通路１０４が充填液送出配管１０６によって接続されている。この充填液送出配管１０６の前記計量室９２寄りに、充填液貯留タンク４から計量室９２に充填液を供給する充填液供給配管１６が接続されており、この充填液供給配管１６に液導入バルブ１８が設けられている。この計量室８の上端にレベルセンサ１０８が設けられており、充填液貯留タンク４から供給された充填液の液面を検出し、充填開始時の充填液の液面高さを決定する。充填液貯留タンク４の気相部と、びん口パッキン４６によって密封された容器４８のヘッドスペースとを接続する上下の気体連通管５２、５４が分岐して（分岐部を符号５５で示す）、前記計量室９２の上部に接続されている。そして、気体連通管５２、５４の充填液貯留タンク４側に気体開閉バルブ５６が、密封された容器４８側にカウンターガスバルブ５８がそれぞれ設けられている。

この実施例に係る充填装置も、前記第１および第３実施例の充填装置と同様に、炭酸飲料と無炭酸飲料の充填に兼用できるようになっており、同様の作動を行い、同様の作用効果を奏することができる。

充填装置の要部の縦断面図である。（実施例１）前記充填装置の作動を順次説明する図であり、カウンター加圧工程を示す。図２に続く充填工程を示す図である。充填完了時の状態を示す図である。スニフト開始時を示す図である。スニフト中に行われる計量室への液導入開始時を示す図である。計量室への液導入完了時を示す図である。充填装置の要部を示す縦断面図である。（実施例２）充填装置の要部を示す縦断面図である。（実施例３）充填装置の要部を示す縦断面図である。（実施例４）

符号の説明

４貯留タンク
８計量室
１２液バルブ
１６供給配管（充填液供給配管）
１８開閉バルブ（液導入バルブ）
２４レベルセンサ
４６パッキン（びん口パッキン）
４８容器
４８ａ容器の口部
５４連通管（下部気体連通管）

Claims

充填液を貯留する貯留タンクと、この貯留タンクに供給配管を介して接続された計量室と、前記供給配管に設けられた開閉バルブと、前記計量室に供給される充填液の液面が所定高さに到達したことを検出するレベルセンサと、前記計量室から流出する充填液の通路を開閉する液バルブと、この充填装置の作動を制御する制御装置とを備え、
前記計量室内に、レベルセンサが検出する位置まで充填液を供給した後、前記開閉バルブを閉じ、液バルブを所定時間開放して充填を行うことを特徴とする充填装置。
容器の口部を密封するパッキンと、このパッキンにより密封された容器の内部と前記計量室の気相部とを連通する連通管を設けたことを特徴とする請求項１に記載の充填装置。