JP2024082047A - 液体充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容器の内部での液体の泡立ちを抑制しつつより迅速に容器の内部に液体を充填することが可能な液体充填方法を提供することである。【解決手段】容器２に液体Ｌを充填する液体充填方法であって、容器２の口部２ａから挿入した充填ロッド４０を容器２の底部２ｂの近傍の下限位置にまで下降させた状態で、充填ロッド４０の下端開口４２から第１の充填速度で容器２の内部に所定量の液体Ｌを供給する一次充填工程と、一次充填工程の後、ノズル２０から第１の充填速度よりも高い第２の充填速度で口部２ａを通して容器２の内部に所定量の液体Ｌを供給する二次充填工程と、を有することを特徴とする液体充填方法。【選択図】図４

Description

本発明は、容器に液体を充填する液体充填方法に関する。

従来、ブロー成形などによって予め所定形状に形成された容器（例えばペットボトル）に飲料などの液体を充填する液体充填方法として、容器の口部から挿入した充填ロッドを容器の底部近傍の下限位置にまで下降させ、この状態で充填ロッドの下端開口から低い充填速度（流量）で容器の内部に液体を送出し、容器の内部の液体が所定量に達した後、液体の充填速度を所定の高流量にまで増大させつつ当該高流量のまま充填ロッドを上方に移動させて容器の内部に所定量の液体を充填することで、充填の初期において容器の底部に液体が衝突することで生じる液体の泡立ちを抑制しつつ容器への液体の充填を迅速に完了することができるようにした液体充填方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２－３７２０３号公報

しかし、上記従来の液体充填方法では、充填ロッドの内部に設けた狭い流路を通して液体を容器の内部に充填するようにしているので、液体の充填速度を高めて充填時間をさらに短縮することが困難である、という問題点があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、容器の内部での液体の泡立ちを抑制しつつより迅速に容器の内部に液体を充填することが可能な液体充填方法を提供することにある。

本発明の液体充填方法は、容器に液体を充填する液体充填方法であって、前記容器の口部から挿入した充填ロッドを前記容器の底部近傍の下限位置にまで下降させた状態で、前記充填ロッドの下端開口から第１の充填速度で前記容器の内部に所定量の液体を供給する一次充填工程と、前記一次充填工程の後、ノズルから前記第１の充填速度よりも高い第２の充填速度で前記口部を通して前記容器の内部に所定量の液体を供給する二次充填工程と、を有することを特徴とする。

本発明の液体充填方法は、上記構成において、前記充填ロッドの下端開口から前記容器の内部に液体を供給しつつ前記二次充填工程を行うのが好ましい。

本発明の液体充填方法は、上記構成において、前記二次充填工程の後、前記充填ロッドの下端開口から前記容器の内部の液体を所定量だけ吸引除去するサックバック工程をさらに有するのが好ましい。

本発明の液体充填方法は、上記構成において、前記一次充填工程の後、前記充填ロッドを下限位置に保持したまま前記二次充填工程及び前記サックバック工程を行うのが好ましい。

本発明によれば、容器の内部での液体の泡立ちを抑制しつつより迅速に容器の内部に液体を充填することが可能な液体充填方法を提供することができる。

本発明の一実施形態である液体充填方法に用いられる液体充填装置の一例を示す断面図である。 図１に示す液体充填装置の、充填ロッドを下限位置にまで下降させた状態における断面図である。 図１に示す液体充填装置の、一次充填工程を行っている状態における断面図である。 図１に示す液体充填装置の、二次充填工程を開始した状態における断面図である。 図１に示す液体充填装置の、二次充填工程が完了した状態における断面図である。 図１に示す液体充填装置の、サックバック工程を行っている状態における断面図である。 図１に示す液体充填装置の、容器の内部にヘッドスペースを形成した状態における断面図である。 図１に示す液体充填装置の、充填ロッドをシール部材に格納した状態における断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態に係る液体充填方法をより具体的に例示説明する。

本発明の一実施形態である液体充填方法は、容器に液体を充填する液体充填方法であって、容器の口部から挿入した充填ロッドを容器の底部近傍の下限位置にまで下降させた状態で、充填ロッドの下端開口から第１の充填速度で容器の内部に所定量の液体を供給する一次充填工程と、一次充填工程の後、口部に係合させたノズルから第１の充填速度よりも高い第２の充填速度で容器の内部に所定量の液体を供給する二次充填工程と、を有することを特徴とする液体充填方法である。本発明の一実施形態である液体充填方法は、例えば図１に示す構成の液体充填装置１を用いて実施することができる。

図１に示す液体充填装置１は、容器２の内部に、例えば飲料などの液体を充填するものである。

容器２としては、口部２ａを備えて内部に液体を収納することができるものであれば種々の形状ないし材質のものを用いることができる。本実施形態では、容器２は、口部２ａを備えたボトル形状の合成樹脂製ブロー成形容器である。

液体充填装置１は本体ブロック１０を有している。なお、本体ブロック１０と容器２は、互いに上下方向の相対位置が変化しないように構成されている。なお、本体ブロック１０または容器２を図示しない駆動源によって相対的に上下方向に移動させる構成としてもよい。

本体ブロック１０は、その内部に上下方向に延びる第１液体供給路１１を備えている。第１液体供給路１１には配管１２を介して液体供給部１３が接続されている。液体供給部１３は、例えばシリンダ１３ａとプランジャー１３ｂとを備えたプランジャーポンプで構成され、配管１２を通して第１液体供給路１１に液体Ｌを供給することができる。また、液体供給部１３には、開閉弁１４を備えた配管１５を介して液体Ｌを収納したタンク１６が接続されている。開閉弁１４を開いた状態でプランジャー１３ｂを引き動作させることで、タンク１６からシリンダ１３ａの内部に液体Ｌを供給することができる。

本体ブロック１０は、下端側にノズル２０を備えている。ノズル２０は、第１液体供給路１１に連通するとともに下方に向けて開口する供給口２１を備えている。ノズル２０は、容器２の口部２ａに上側から対向し、その状態で供給口２１から口部２ａを通して容器２の内部に液体Ｌを供給することができる。なお、ノズル２０は、本体ブロック１０または容器２を図示しない駆動源によって相対的に上下方向に移動させることにより、口部２ａに係合した状態で容器２に液体Ｌを供給しつつ、液体Ｌの供給後に口部２ａとの係合が解除される構成であってもよい。

本体ブロック１０は、供給口２１の上流側（図１において上側）に円環状のシール面１７を備えている。本実施形態では、シール面１７は、上方から下方に向けて徐々に縮径するテーパー面となっている。なお、シール面１７はテーパー面に限られない。

液体充填装置１は、ノズル２０すなわち供給口２１を開閉するシール体３０を備えている。シール体３０は、第１液体供給路１１の軸線に沿って上下方向に延びる棒状となっており、第１液体供給路１１の内部に配置されている。シール体３０の下端部には、シール面１７に全周に亘って当接可能な当接面３１が設けられている。本実施形態では、当接面３１は、シール面１７に対応したテーパー面となっている。シール体３０は、当接面３１がシール面１７に全周に亘って当接することで、供給口２１すなわちノズル２０を閉塞することができる。

シール体３０は、本体ブロック１０に支持されて上下方向に移動可能となっている。また、シール体３０は、図示しないシール体駆動源により駆動されて、当接面３１がシール面１７に全周に亘って当接して供給口２１すなわちノズル２０を閉塞する閉塞位置（図１～図３、図５～図８に示す位置）と、当接面３１がシール面１７に対して上方に離間して供給口２１すなわちノズル２０を開く開放位置（図４に示す位置）とに移動することができる。

シール体３０は、当接面３１の下端に連なるとともにシール体３０が閉塞位置にあるときに供給口２１の内部に嵌合する延長部３２を一体に備えている。

シール体３０の内部には、シール体３０及び延長部３２の軸心に沿って充填ロッド４０が配置されている。充填ロッド４０は、内側が液体の第２液体流路４１となる円筒状となっており、下端には下方に向けて開口する第２液体流路４１の下端開口４２が設けられている。第２液体流路４１は、配管４３を介して液体供給部１３に接続されている。液体供給部１３は、配管４３を通して第２液体流路４１に液体Ｌを供給することができる。充填ロッド４０は、第２液体流路４１に供給された液体Ｌを下端開口４２から容器２の内部に向けて吐出することができる。

充填ロッド４０は、シール体３０に対して上下方向に進退移動自在となっている。また、充填ロッド４０は、図示しないロッド駆動源により駆動されて、下端開口４２がノズル２０の下端ないし延長部３２の下端と一致するようにシール体３０の内部に格納された格納位置（図１、図８に示す位置）と、下端開口４２が容器２の底部近傍に位置する下限位置（図２～図６に示す位置）とに移動することができる。

なお、充填ロッド４０の下限位置は、一次充填工程において下端開口４２から容器２の内部に向けて吐出された液体Ｌが、容器２の底部２ｂに衝突して泡立ちを生じることがない程度の位置である。

充填ロッド４０の下端開口４２は弁体４４で閉じられている。弁体４４は弁駆動軸４５の下端に一体に設けられており、図示しない弁駆動源により弁駆動軸４５が上下方向に駆動されることで、下端開口４２を開閉することができる。

液体充填装置１は、第１液体供給路１１の上端側部分に接続された排出路５０を備えた構成とすることもできる。排出路５０は開閉弁５１を備えており、シール体３０によりノズル２０を閉じ、弁体４４により下端開口４２を閉じ、開閉弁１４を閉じるとともに開閉弁５１を開いた状態で液体供給部１３を作動させることで、第１液体供給路１１の内部に溜まった気体を外部に排出することができる。

ノズル２０は、その有効断面積すなわちシール体３０が開放位置にあり且つ充填ロッド４０が口部２ａから容器２の内部に挿入された状態における供給口２１の内周面と充填ロッド４０の外周面との間の円環状の隙間の断面積が、充填ロッド４０の下端開口４２の有効断面積すなわち弁体４４が開かれた状態における下端開口４２の内周面と弁駆動軸４５の外周面との間の円環状の隙間の断面積よりも大きくなるサイズないし形状とされている。また、液体供給部１３は、二次充填工程においてプランジャー１３ｂが一次充填工程のときよりも早く動作するように構成されている。これにより、同一の液体供給部１３を用いつつ、ノズル２０から容器２の内部への単位時間当たりの液体Ｌの供給量すなわち第２の充填速度は、充填ロッド４０の下端開口４２から容器２の内部への単位時間当たりの液体Ｌの供給量すなわち第１の充填速度よりも高くなっている。

次に、上記構成の液体充填装置１を用いて、本実施形態に係る液体充填方法により容器２に液体Ｌを充填する手順について説明する。

まず、図１に示すように、シール体３０によりノズル２０を閉じ、弁体４４により下端開口４２を閉じ、開閉弁１４及び開閉弁５１を閉じ、液体供給部１３を停止させた状態でノズル２０を容器２の口部２ａに上側から対向させる。

次に、この状態から一次充填工程を行う。

一次充填工程においては、図２に示すように、ノズル２０を口部２ａに上側から対向させた状態のまま、充填ロッド４０を下方に向けて進出移動させて口部２ａから容器２の内部に挿入するとともに下端開口４２が容器２の底部２ｂの近傍に位置するように下限位置にまで下降させる。そして、充填ロッド４０を下限位置にまで下降させた状態で、図３に示すように、弁体４４すなわち下端開口４２を開くとともに液体供給部１３を正方向（プランジャー１３ｂが図３中で上方に移動してシリンダ１３ａの内部を加圧する方向）に作動させて充填ロッド４０の下端開口４２から第１の充填速度で容器２の内部に所定量の液体Ｌを供給する。

ここで、一次充填工程における液体Ｌの第１の充填速度は、下端開口４２から吐出された液体Ｌが容器２の底部２ｂに衝突して泡立ちを生じることがない程度の充填速度である。また、一次充填工程において容器２に充填する液体Ｌの所定量は、容器２の満注容量よりも少なく、且つ、容器２の底部２ｂの全面が液体Ｌで覆われるとともに後述する二次充填工程においてノズル２０から吐出された液体Ｌが底部２ｂに衝突して泡立ちを生じることがない程度の量である。

上記の一次充填工程が完了すると、次に、二次充填工程を行う。

二次充填工程においては、図４に示すように、シール体３０を閉塞位置から開放位置に移動させてノズル２０すなわち供給口２１を開くとともに液体供給部１３を正方向に作動させて口部２ａに係合させたノズル２０から第１の充填速度よりも大きい第２の充填速度で口部２ａを通して容器２の内部に液体Ｌを供給する。二次充填工程は、充填ロッド４０を下限位置に保持したまま行うことができるが、充填ロッド４０の下端開口４２を容器２の内部の下限位置よりも上方に位置させて行ってもよく、充填ロッド４０をシール体３０に格納してから行うこともできる。

図５に示すように、二次充填工程においてノズル２０から容器２の内部に所定量の液体Ｌが充填されると、シール体３０が閉塞位置とされてノズル２０が閉じられるとともに液体供給部１３の作動が停止されて二次充填工程が完了する。

二次充填工程においては、液体Ｌは口部２ａに係合するノズル２０から一次充填工程よりも高い充填速度で容器２の内部に供給されるが、このとき容器２の内部には既に一次充填工程により所定量の液体Ｌが充填されているので、ノズル２０から供給された液体Ｌが容器２の底部２ｂに衝突して泡立つことが防止される。また、二次充填工程においては、液体Ｌは口部２ａに係合するノズル２０から一次充填工程よりも高い充填速度で容器２の内部に供給されるので、ノズル２０から容器２に液体Ｌを充填させることなく充填ロッド４０の下端開口４２からのみ容器２に液体Ｌを充填させる場合に比べて、より迅速に容器２の内部に液体Ｌを充填することができる。よって、容器２への液体Ｌの充填をより迅速に完了させることができる。

このように、本実施形態に係る液体充填方法は、一次充填工程において、容器２の口部２ａから挿入した充填ロッド４０を容器２の底部２ｂの近傍の下限位置にまで下降させた状態で、充填ロッド４０の下端開口４２から第１の充填速度で容器２の内部に所定量の液体Ｌを供給し、一次充填工程の後に行う二次充填工程において、口部２ａに係合させたノズル２０から第１の充填速度よりも高い第２の充填速度で容器２の内部に所定量の液体Ｌを供給するようにしたので、容器２の内部での液体Ｌの泡立ちを抑制しつつより迅速に容器２の内部に液体Ｌを充填することができる。

図４に示すように、二次充填工程は、一次充填工程において開いた弁体４４すなわち下端開口４２を閉じてノズル２０のみから液体Ｌを容器２に供給するようにしてもよいが、弁体４４すなわち下端開口４２を開いたままの状態としてノズル２０に加えて充填ロッド４０の下端開口４２からも液体Ｌを容器２に供給するようにしてもよい。弁体４４すなわち下端開口４２を開いたまま二次充填工程を行うことで、ノズル２０から容器２の内部に液体Ｌを供給しつつ充填ロッド４０の下端開口４２からも液体Ｌを容器２に供給するようにして、容器２の内部での液体Ｌの泡立ちを抑制しつつより迅速に容器２に液体Ｌを供給することができる。一方、一次充填工程において開いた弁体４４すなわち下端開口４２を閉じた状態で二次充填工程を行うことで容器２の内部において液体Ｌに乱流が生じることを抑制して、液体Ｌの泡立ちをより効果的に抑制することができる。

本実施形態の液体充填方法は、二次充填工程の後、サックバック工程をさらに行う構成とすることもできる。サックバック工程は、図６に示すように、充填ロッド４０を下限位置に保持したまま弁体４４すなわち下端開口４２を開き、この状態で液体供給部１３を逆方向（プランジャー１３ｂが図６中で下方に移動してシリンダ１３ａの内部を減圧する方向）に作動させて充填ロッド４０の下端開口４２から容器２の内部の液体Ｌを所定量だけ吸引除去することで行われる。容器２の内部に過剰な量の液体Ｌが充填された場合にサックバック工程を行うことで、容器２の内部の液体Ｌの量を所望の量に調整することができる。

なお、サックバック工程は、容器２の内部の液体Ｌの量が所望量のときの液面に下端開口４２が一致するように充填ロッド４０を下限位置よりも上方に位置させた状態で行うこともできる。これにより、サックバック工程を行うことで、容器２の内部の液体Ｌの量を適宜所望の量に容易に調整することができる。なお、サックバック工程は、充填ロッド４０を下限位置と液面との間に下端開口４２が位置するようして行ってもよく、充填ロッド４０を上昇させながら行ってもよい。

図７に示すように、サックバック工程が完了し、弁体４４すなわち下端開口４２が閉じられた後、充填ロッド４０が容器２の内部の液体Ｌの液面よりも上方にまで移動すると、充填ロッド４０の液体Ｌの内部に配置されていた部分の体積の分だけ容器２の内部の液体Ｌの液面が低下し、容器２の内部には所望の大きさのヘッドスペースＨＳが形成される。

そして、図８に示すように、サックバック工程が完了すると、充填ロッド４０がシール体３０に格納される格納位置にまで上昇し、本実施形態による液体充填方法による容器２への液体Ｌの充填が完了する。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態では、図１に示す構成の液体充填装置１を用いて本実施形態に係る液体充填方法を実施する場合について説明したが、他の構成の液体充填装置１を用いて本実施形態に係る液体充填方法を実施することもできる。

また、前記実施形態では、二次充填工程の後にサックバック工程を行うようにしているが、サックバック工程を行わない構成とすることもできる。

１ 液体充填装置
２ 容器
２ａ 口部
２ｂ 底部
１０ 本体ブロック
１１ 第１液体供給路
１２ 配管
１３ 液体供給部
１３ａ シリンダ
１３ｂ プランジャー
１４ 開閉弁
１５ 配管
１６ 液体タンク
１７ シール面
２０ ノズル
２１ 供給口
３０ シール体
３１ 当接面
３２ 延長部
４０ 充填ロッド
４１ 第２液体流路
４２ 下端開口
４３ 配管
４４ 弁体
４５ 弁駆動軸
５０ 排出路
５１ 開閉弁
Ｌ 液体
ＨＳ ヘッドスペース

Claims (4)

1. 容器に液体を充填する液体充填方法であって、
   前記容器の口部から挿入した充填ロッドを前記容器の底部近傍の下限位置にまで下降させた状態で、前記充填ロッドの下端開口から第１の充填速度で前記容器の内部に所定量の液体を供給する一次充填工程と、
   前記一次充填工程の後、ノズルから前記第１の充填速度よりも高い第２の充填速度で前記口部を通して前記容器の内部に所定量の液体を供給する二次充填工程と、を有することを特徴とする液体充填方法。
2. 前記充填ロッドの下端開口から前記容器の内部に液体を供給しつつ前記二次充填工程を行う、請求項１に記載の液体充填方法。
3. 前記二次充填工程の後、前記充填ロッドの下端開口から前記容器の内部の液体を所定量だけ吸引除去するサックバック工程をさらに有する、請求項１または２に記載の液体充填方法。
4. 前記一次充填工程の後、前記充填ロッドを下限位置に保持したまま前記二次充填工程及び前記サックバック工程を行う、請求項３に記載の液体充填方法。

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