JP4350224B2 - 液体充填装置および方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を壜、缶等の容器に充填するための液体充填装置および方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、市場においては、炭酸ガス入り飲料用充填バルブがロータリ充填機に多用されてきた。以下、この炭酸ガス入り飲料用充填バルブについて説明する。なお、この充填バルブに類似のものは、特公昭36−3050号、特公昭37−4742号、特公昭50−16706号等に開示されている。
【0003】
図6は、ロータリ充填機に適用された従来の炭酸ガス入り飲料用充填バルブの縦断面図である。なお、同図(a)は、壜26への充填液の充填が完了した状態を、また、同図(b)は、壜26に充填液が充填されている状態をそれぞれ示している。
図6において、ロータリ充填機のフィラーボウル4は、ヘッドスペースに炭酸ガスによるカウンタ圧力が作用している。
外バルブ開閉レバー1と内バルブ開閉レバー3は、軸2を介して一体結合し、かつ、該軸2を介してフィラーボウル4の側壁(図示省略)に回転可能に取付けられている。なお、図6における位置aおよびbは、バルブ閉時およびバルブ開時のレバー1,3の作動位置をそれぞれ示している。
【0004】
チャージングバルブ5は、上バルブ本体5a、下バルブ本体5bおよびこれらに挟み込まれたパッキン6を備えている。下バルブ本体5bは、ステム7の外周に摺動自在に嵌合され、かつ、その外周とステム7の外周との間にバネ8が介在されている。これによりチャージングバルブ5は、バネ8によってステム7の上に浮く状態で支えられている。
【0005】
下バルブ本体5bの上部には、ベント孔5cが形成されている。このベント孔5cは、下バルブ本体5b、パッキン6およびステム7と共に空気バルブを構成している。
ステム7には、カラー9が固定されている。このカラー9は、スプリングケース11の内方に摺動自在に嵌合され、かつ、バネ10によって上方に付勢されている。ステム7は、下端部下面にパッキン12を備え、このパッキン12とスニフトブロック13とによって、主液バルブを構成している。
【0006】
上記スニフトブロック13は、袋ナット14、スニフトステム15、パッキン16、バネ17よりなるスニフトバルブと、スニフトオリフィス18とを内蔵している。このスニフトブロック13は、その下部に設けられた外センタリングカップ19およびゴム製の内センタリングカップ20と共に、パッキン22を介してフィラーボウル4に取付けられている。なお、その取り付けには、取付金具21が使用される。
【0007】
ステム7の下部には、ベントチューブ23がねじ込まれている。このベントチューブ23は、外周にスプレッダー24を取付けるとともに、下端部にベントホール25を穿設してある。
壜26は、エアシリンダ27によって昇降される。エアシリンダ27がこの壜26を押し上げると、該壜26の口部がゴム製の内センタリングカップ20に押付けられて密着するので、両者間における液漏れが防止される。なお、スプリングケース11は、周面に液流通路11aが開口している。
【0008】
図6(a)の状態では、上記下バルブ本体5bに設けられたベント孔5cがステム7の上端部で塞がれているので、前記空気バルブが閉じている。また、この状態では、ステム7の下面に設けられたパッキン12がスニフトブロック13に当接しているので、前記主液バルブも閉じている。
【0009】
図6(a)に示した外バルブ開閉レバー1および内バルブ開閉レバー3を鎖線で示した位置(b位置)まで回動させると、図6(b)に示すように、前記空気バルブおよび主液バルブが共に開かれた壜詰状態になる。この状態においては、図6(a)の状態と比較して、ベントチューブ23とステム7が距離cだけ上昇し、また、チャージングバルブ5が距離dだけ上昇している。なお、この時の距離c、dには、c<dの関係がある。
【0010】
次に、壜詰工程について説明する。この工程では、まず、図6(a)に示すように、エアシリンダ27によって壜26が押し上げられる。もちろん、この時には、まだ主液は壜26に入っていない。
ここで、外バルブ開閉レバー1および内バルブ開閉レバー3をa位置からb位置まで回動すると、チャージングバルブ5のみが図6(b)に示す位置まで上昇して、下バルブ本体5bに設けられたベント孔5cが開く。
【0011】
これに伴い、フィラーボール4内のカウンタ圧がベント孔5c、ステム7およびベントチューブ23を介して壜26内に作用するので、該壜26内とフィラーボウル4内とが同じ圧力になる。この結果、ステム7およびベントチューブ23がバネ10の付勢力で図6(b)に示す位置まで押し上げられて、パッキン12がスニフトブロック13から離間する。つまり、前記主液バルブが開く。
主液バルブが開くと、フィラーボール4内の主液が矢印31〜36で示したように流れて壜26内に流入するとともに、該壜26内の気体が矢印30,29,28で示すようにフィラーボウル4内に戻る。
【0012】
壜詰が進行して、壜26内の液面37がベントチューブ23のベントホール25を塞ぐ位置まで上昇すると、矢印30で示した気体の流れが停止するため、スニフトブロック13の上端部における主液の流れ(矢印33参照)も停止する。そして、その時点において矢印34,35の部位を流れていた主液は、壜26内へ落ち込む。
その結果、壜26内の液面は、図6(a)に符号38で示した位置となる。同時に、主液はステム7の内部にも入り込み、その液面は図6(a)に符号39で示した位置まで上昇する。
【0013】
壜詰が終了した上記の状態において、外バルブ開閉レバー1および内バルブ開閉レバー3をb位置からa位置へと戻すと、図6(a)に示すように、主液バルブ、空気バルブが共に閉じることになる。
この状態では、ステム7の上部位置40と壜26の上部位置41にはカウンタ圧力が作用している。そこで、スニフトブロック13のスニフトステム15を矢印42の方向へ押して前記スニフトバルブを開くと、位置40,41におけるカウンタ圧力がスニフトオリフィス18で絞られながら大気へ逃がされる。即ち、スニフトによって、上記位置40,41の圧力が大気圧まで徐々に戻される。次にエアシリンダ27を下げて、壜26を充填バルブより放せば、壜詰工程が終了する。
【0014】
以上、長期間使用されてきた歴史的な充填バルブについて説明した。
一方、充填バルブから流出する充填液の流量を流量計で測定し、その流量の積算値が規定の大きさになった場合に充填バルブへの充填液の供給を停止するという充填装置が特開平8−295396号公報等によって提案されている。この充填装置によれば、精度の高い流量計が開発されたこともあって、充填量のバラツキを低減することができるとういう利点が得られる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
ロータリ充填機に使用されている図6に示した従来の炭酸ガス入り飲料用充填バルブは、主液バルブの開閉操作、ベントチューブ23の開閉操作、カウンタガスを抜くスニフト操作、容器の昇降等を全て充填機の外側に配設されたカムの駆動力を利用して実行しているので、必然的に機械的作動部分が多く、このため、組立およびタイミング調整に手間を要する。
また、液充填の終わる前に液がベントチューブ23内を上昇し、充填が終了した後に、該ベントチューブ23内の液が壜26に戻されるため、その戻り液が壜26内の液を撹拌して泡立ちを起こす虞れがある。
【0016】
一方、前記流量計を併用する定量詰用充填バルブを使用した場合は、充填量が一定に管理されるものの、壜の形状にバラツキがある場合に、入味高さが揃わないことになる。したがって、特に透明な壜に充填するときに、充填量が規定量であるにもかかわらず、見た目の充填液量の過不足が問われる可能性がある。しかも、液種、壜種の追加、変更に対して制御装置に充填量の設定値を書き込む必要があり、このため調整に時間がかかる。
【0017】
また、上記従来の各充填装置では、壜等の容器を該充填バルブの下に供給する場合に、その口部を拘束せずに上昇して充填位置に据えるようにしている。このため、容器の上下移動時における該容器の転倒、充填バルブへの容器の偏った当接、容器の下降時における液の零れ等の不都合が発生することがある。
【0018】
本発明の課題は、このような状況に鑑み、組立およびタイミング調整の容易化と、容器の転倒や液の零れ等の防止を図れ、かつ、ベントチューブの差し込み距離が大きくとれるとともに、その突き出し位置を容易に調整することが可能な液体充填バルブおよび方法を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するために手段】
本発明に係る液体充填装置は、所定のヘッドスペースが形成される態様で充填液を貯溜したフィラーボウルと、前記フィラーボウルに固定されたバルブ本体、該バルブ本体内に配設され、上端部が開閉弁を介して前記フィラーボウルのヘッドスペースに通じるとともに、下端部が容器内に位置されるベントチューブ、前記バルブ本体とベントチューブ間に構成され、上端部が前記フィラーボウルの液貯溜部に連通するとともに、下端が前記容器への充填液の注ぎ口となる充填液通路、該充填液通路を開閉する液バルブ、容器の口部の芯合わせとシールを行なうためのセンタリングカップおよびスニフトガス通路を備えてなる充填バルブと、前記スニフトガス通路をスニフト通路に連通させるスニフト弁と、前記フィラーボウルに設置され、前記ベントチューブの開閉弁を開閉駆動する第1のエアアクチュエータと、前記フィラーボウルに設置され、前記液バルブを開閉駆動する第2のエアアクチュエータと、前記スニフト弁および前記第1、第2のエアアクチュエータを作動させるための電磁弁と、を備え、前記開閉弁の可動要素の閉方向移動力が干渉スプリングを介して前記液バルブの可動要素に閉方向移動力として伝達されるように、かつ、前記開閉弁の可動要素が所定距離だけ閉方向に移動した状態で前記液バルブが閉止されるとともに、前記開閉弁の可動要素が前記所定距離よりも大きく閉方向に移動した状態で該開閉弁が閉止するように前記開閉弁および液バルブを構成し、前記第1のエアアクチュエータとして、前記開閉弁の可動要素を移動させるエアシリンダを用いるとともに、前記第2のアクチュエータとして、前記エアシリンダに同心状に連接されて前記第1のエアシリンダのピストンを前記所定距離だけ移動させるエアシリンダを用いた、ことを特徴としている。
この液体充填装置では、前記スニフトガス通路をバキューム通路に連通させるバキューム弁を付加することができる。
また、この液体充填装置では、前記バルブ本体に昇降可能に嵌合され、スプリングによって下方に付勢された摺動部材と、前記センタリングカップを昇降可能に支持する支持手段とを付加することができる。この場合、前記センタリングカップを下降して容器の口部を捕らえた後、前記容器台の上昇によって前記センタリングカップを容器と共に押し上げ、その押し上げ途中で前記センタリングカップの上面を前記摺動部材の下面に液密に押圧当接させる。
好ましい実施の形態では、充填液通路の下部が、前記バルブ本体の下部に形成した管状のノズル部材の内周面と前記ベントチューブの外周面によって構成され、前記センタリングカップが前記摺動部材を押し上げた状態において前記ノズル部材の下端が前記容器の口部内に位置されるように該ノズル部材の長さが設定される。
本発明に係る液体充填方法は、 フィラーボウルに固定されたバルブ本体、該バルブ本体内に配設され、上端部が開閉弁を介して前記フィラーボウルのヘッドスペースに通じるとともに、下端部が容器内に位置されるベントチューブ、前記バルブ本体とベントチューブ間に構成され、上端部が前記フィラーボウルの液貯溜部に連通するとともに、下端が前記容器への充填液の注ぎ口となる充填液通路、該充填液通路を開閉する液バルブ、容器の口部の芯合わせとシールを行なうためのセンタリングカップおよびスニフトガス通路を備え、
前記開閉弁の可動要素の閉方向移動力が干渉スプリングを介して前記液バルブの可動要素に閉方向移動力として伝達されるように、かつ、前記開閉弁の可動要素が所定距離だけ閉方向に移動した状態で前記液バルブが閉止されるとともに、前記開閉弁の可動要素が前記所定距離よりも大きく閉方向に移動した状態で該開閉弁が閉止するように前記開閉弁および液バルブを構成し、前記第1のエアアクチュエータとして、前記開閉弁の可動要素を移動させるエアシリンダを用いるとともに、前記第2のアクチュエータとして、前記エアシリンダに同心状に連接されて前記第1のエアシリンダのピストンを前記所定距離だけ移動させるエアシリンダを用いてなる充填バルブを使用した液体充填方法であって、前記容器の口部を前記センタリングカップによりシールするステップと、前記容器内のエアを前記スニフトガス通路を介して吸い出すステップと、前記ベントチューブの開閉弁を開いて、前記容器に前記フィラーボウルのヘッドスペース内のカウンタガスを導入するステップと、 前記液バルブを開いて、前記フィラーボウル内の充填液を容器に充填するステップと、前記容器への充填液の充填が完了して前記ベントチューブ内に前記充填液が立ち上がった後、前記スニフトガス通路を開いて前記容器のヘッドスペースを大気に開放するステップと、を含むことを特徴としている。
また、本発明に係る液体充填方法は、フィラーボウルに固定されたバルブ本体、該バルブ本体内に配設され、上端部が開閉弁を介して前記フィラーボウルのヘッドスペースに通じるとともに、下端部が容器内に位置されるベントチューブ、前記バルブ本体とベントチューブ間に構成され、上端部が前記フィラーボウルの液貯溜部に連通するとともに、下端が前記容器への充填液の注ぎ口となる充填液通路、該充填液通路を開閉する液バルブ、容器の口部の芯合わせとシールを行なうためのセンタリングカップおよびスニフトガス通路を備え、前記開閉弁の可動要素の閉方向移動力が干渉スプリングを介して前記液バルブの可動要素に閉方向移動力として伝達されるように、かつ、前記開閉弁の可動要素が所定距離だけ閉方向に移動した状態で前記液バルブが閉止されるとともに、前記開閉弁の可動要素が前記所定距離よりも大きく閉方向に移動した状態で該開閉弁が閉止するように前記開閉弁および液バルブを構成し、前記第1のエアアクチュエータとして、前記開閉弁の可動要素を移動させるエアシリンダを用いるとともに、前記第2のアクチュエータとして、前記エアシリンダに同心状に連接されて前記第1のエアシリンダのピストンを前記所定距離だけ移動させるエアシリンダを用いてなる充填バルブを使用した液体充填方法であって、前記容器の口部を前記センタリングカップによりシールするステップと、前記容器内のエアを前記スニフトガス通路を介して吸い出すステップと、前記ベントチューブの開閉弁を開いて、前記容器に前記フィラーボウルのヘッドスペース内のカウンタガスを導入するステップと、前記液バルブを開いて、前記フィラーボウル内の充填液を容器に充填するステップと、前記容器への充填液の充填が完了して前記ベントチューブ内に前記充填液が立ち上がった後、前記スニフトガス通路を開いて前記容器のヘッドスペースを大気に開放するステップと、を含むことを特徴としている。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、ロータリ充填機に適用した本発明に係る液体充填装置および液体充填方法の実施の形態について説明する。なお、この実施形態に係る液体充填装置が適用されるロータリ充填機は、壜からなる容器に炭酸ガス飲料を充填するものである。
【0021】
図1において、ロータリ充填機のフィラーボウル(貯液タンク)51は、充填液の液面と蓋52との間に加圧カウンタガス(例えば、炭酸ガス)が充満するヘッドスペースHSを有している。
充填バルブ60は、フィラーボウル51を貫通して配設されている。なお、図示していないが、充填バルブ60の下方には、昇降可能な容器受台が配設されている。
【0022】
充填バルブ60は、フィラーボウル51の底壁を貫通し、そのバルブ本体61を該底壁にボルトで締結することによってフィラーボウル51に取付けられている。
バルブ本体61は、内側に充填液通路を有し、かつ、上部に後述の液バルブの座61aを形成するとともに、中間部にガス通路61cを形成している。また、バルブ本体61は、その下部に長い筒状のノズル61bを形成している。このノズル61bは、容器50を充填バルブ60にセットしたとき、この容器50の口部から該容器50の中に入り込む。
【0023】
バルブ本体61の下側には、ガイド筒62が固設されている。このガイド筒62は、その上部にガス通路62bを備え、このガス通路62bにスニフト配管56を連結してある。
ガイド筒62は、その内方に摺動可能に嵌合させた浮動筒63をガイドするものであり、該浮動筒63の下限位置を決めるストッパとなる内側突起62aを下端内側に設けてある。
【0024】
浮動筒63は、ガイド筒62の内周面を上下に摺動するが、その際、シールパッキン68によって両者間が気密にシールされる。浮動筒63の下端部には、シールキャップ64が螺着され、このシールキャップ64の下側にシールパッキン65が貼着されている。浮動筒63は、ガイド筒62との間に介在されたシールスプリング69によって下方に付勢されている。
【0025】
バルブ本体61の上端部側面61dには、縦軸92を上下動可能に支持するガイド軸受91が固着されている。上記シールキャップ64の下方に位置したセンタリングカップ66は、側方にアーム部66aを突設し、このアーム部66aの先端を上記縦軸92の下端に取付けてある。センタリングカップ66は、上記アーム部66aを介した縦軸92との係合によって回り止めされ、かつ、スプリング96によって常時下方に付勢されている。
【0026】
縦軸92の上端には、カムフォロワ94を支持する支え板93が取付けられている。カム95は、カムフォロワ94を介して縦軸92およびセンタリングカップ66を上下方向に駆動する。
充填バルブ60は、フィラーボウル51の回転に伴って該フィラーボウル51の回転軸を中心とする円周上を移動し、その移動中に容器50が受け渡される。この容器50の受け渡し時には、該容器50が充填バルブ60の真下に位置したタイミングでカム95がセンタリングカップ66を案内するので、該センタリングカップ66がスプリング96の付勢力によって降下して容器50の口部を捕らえる。
【0027】
その後、容器50は、その下方に配設された図示していない昇降装置により押し上げられ、その結果、センタリングカップ66がシールキャップ64の下側のシールパッキン65に当接して浮動筒63を下限位置から持ち上げる。
これにより、容器50の口部上面は、セシールスプリング69で付勢されたセンタリングカップ66内のシールパッキン67で圧着されて、気密にシールされることになる。また同時に、センタリングカップ66、シールキャップ64および浮動筒63がシールパッキン65によって気密にシールされる。
容器50が上記昇降装置によって押し上げられるときは、カムフォロワ94はカム95の上面から離れる。そして、その後、上記昇降装置によって容器50が排出位置まで下降されるまでの間、カム95は使われない。
【0028】
空気導管71は、バルブ本体61の内部に上下摺動自在に嵌合され、その軸中心にベントチューブ71aを備えている。ベントチューブ71aは、上部がフィラーボウル51内の充填液面上に形成された前記ヘッドスペースHSに通じ、下端が容器50の液レベルを決定する位置まで延びている。
【0029】
空気導管71は、その中程に円錐体71cを備え、この円錐体71cとバルブ本体61に形成されたバルブ座61aとによって液バルブを構成している。円錐体71cに設けられた溝には、バルブ座61aに当接して液バルブをシールするパッキン72が嵌め込まれている。
また、空気導管71は、ベントチューブ71aの上部にチャージング弁(開閉弁)73のテーパ座71dを形成するとともに、該テーパ座71dの上部にフィラーボール51のヘッドスペースHSに通じる孔71fを形成し、さらに、下部の溝71bにスプレッダー70を嵌め込んである。
【0030】
図1のA−A断面図である図4に示すように、空気導管71における円錐体71cの上部には、バルブ本体61に固着されたガイド筒81にガイドされる複数の羽根71gが設けられている。フィラーボウル51内の充填液は、ガイド筒81に設けられた窓穴81aから羽根71gの間を通って液バルブに通じ、ノズル61bから容器50に充填される。
【0031】
空気導管71のさらに上部には、チャージング弁73が内嵌している。チャージング弁73は、上下方向に摺動可能であり、空気導管71のテーパ座71dに当接するその下端位置にシールパッキン74を嵌め込んである。図1のB−B断面図である図5に示すように、チャージング弁73の軸には、空気通路用の縦溝73bが複数設けられている。
【0032】
上部摺動筒75は、ガイド筒81の内周面と空気導管71の外周面との間に上下摺動可能に嵌合されている。この摺動筒75は、フィラーボウル51のヘッドスペースHSに通じるベント孔75aを備え、空気導管71に嵌めてある止め輪79によって上方への移動を止められている。
空気導管71と上部摺動筒75の間には、スプリング76を介在させてある。このスプリング76は、空気導管71と上部摺動筒75が相互に押し合うように両者を付勢している。間隔筒78は、チャージング弁73と上部摺動筒75間に介装されている。
【0033】
フィラーボウル51の蓋52には、第1段エアシリンダ82と、第2段エアシリンダ83が取付金具84を介して同心に設置されている。第1段エアシリンダ82は、チャージング弁73を開閉するアクチュエータとして、また、第2段エアシリンダ83は、液バルブを開閉するアクチュエータとしてそれぞれ設けられている。
【0034】
第2段エアシリンダ83が作動して、そのピストン83aのロッド83bが第1段エアシリンダ82のピストン82aの背部を押すと、該ピストン82aに固定されたロッド82bがチャージング弁73の上端73cを押す。これにより、間隔筒78、上部摺動筒75およびスプリング77を介して空気導管71が押し下げられ、その結果、空気導管71の円錐体71cがバルブ本体61に形成されたバルブ座61aに圧接する。つまり、液バルブが閉じられる。
そして、第1段エアシリンダ82のピストン82aおよび第2段エアシリンダ83のピストン83aが上方に移動すると、スプリング76の付勢力により液バルブが開く。
なお、スプリング76の付勢力は、スプリング77の付勢力より大きく設定されている。また、第1段エアシリンダ82および第2段エアシリンダ83には、制御装置101の指示によって切り換え作動する電磁弁102a、102bを介して作動エアが供給される。
【0035】
ロータリ充填機の回転部のフレーム53には、この充填機の回転軸を中心とする円周に沿ってスニフト通路54およびバキューム通路55が設けられている。なお、バキューム通路55は、図示していないバキュームポンプに接続されている。
また、上記フレーム53には、フィラーボウル51に配列設置された各充填バルブ60に対応したスニフト弁103およびバキューム弁104が設けられている。スニフト弁103は、対応する充填バルブ60のバルブ本体61に接続されたガス通路56をスニフト通路54へ切り換え接続する機能を有し、バキューム弁104は、上記ガス通路56をバキューム通路55へ切り換え接続する機能を有する。
【0036】
上記ガス通路56をスニフト弁103に接続する通路には、スニフトガスの通路を絞り、かつ、ガス抜き速度を遅くするスニフトオリフィス57が設置されている。
スニフト弁103およびバキューム弁104は、いずれもエアで作動するダイアフラムバルブである。このスニフト弁103およびバキューム弁104を作動するエアは、それぞれ制御装置101の指示により切り換え作動される電磁弁102cおよび102dを介して供給される。もちろん、上記制御装置101および電磁弁102は、各充填バルブ60の配列個数分だけ用意される。
【0037】
以下、上記構成を有した本発明に係る液体充填装置の動作を順を追って説明する。
1) 容器50の供給:
充填バルブ60の下方に位置された図示していない昇降装置の容器受台上に容器50を載置する。カム95にガイドされたカムフォロワ94の動きが縦軸92を介してセンタリングカップ66に伝わり、その結果、センタリングカップ66が降下して、図2に示したように、容器50の口部を捕らえる。
その後、容器50は、上記昇降装置により押し上げられる。これにより、図1および図3に示したように、センタリングカップ66がシールキャップ64と浮動筒63の下側のシールパッキン65に当接するので、シールスプリング69の付勢力によって、容器50の口がセンタリングカップ66内のシールパッキン67で気密にシールされる。
このとき、図2に示したように、第1段エアシリンダ82のピストン82a、第2段エアシリンダ83のピストン83aは共に下降した状態にある。したがって、チャージング弁73は閉状態のままであり、また、円錐体71cおよびバルブ座61を構成要素とする液バルブも閉じた状態のままである。
【0038】
2) 容器50内の空気の吸い出し:
チャージング弁73と液バルブが共に閉じた図2の状態で、図1に示した電磁弁102dを作動して作動エアをバキューム弁104に送る。これにより、バキューム弁104が開くので、容器50の内部がガス通路61cおよび56を経てバキューム通路55に連通し、その結果、容器50内の空気が吸い出される。
【0039】
3) 容器50内へのカウンタガスの導入:
電磁弁102bを作動して、図3に示すように、第1段エアシリンダ82のピストン82aを上昇させる。なお、第2段エアシリンダ83のピストン83aは下降した状態を保持させる。
これにより、円錐体71cおよびバルブ座61を構成要素とする液バルブが閉じた状態でチャージング弁73が開かれるので、カウンタガス(この例では、炭酸ガス)が充満するフィラーボウル51のヘッドスペースHSと、ベント孔75aから容器50内に至るカウンタガス通路とが連通し、その結果、容器50内のエアがカウンタガスに置き換えられるとともに、容器50内の圧力がフィラーボウル51内のカウンタガスの圧力と同じになる。
【0040】
4) 充填:
電磁弁102aを作動して、図1に示したように、第2段エアシリンダ83のピストン83aを上昇させる。これにより、スプリング76の付勢力によって上部摺動筒75、間隔筒78およびチャージング弁73が第1段シリンダ82のロッド82aが上昇し、また、上部摺動筒75に係合する空気導管71も該摺動筒75と共に上昇する。
上記空気導管71の上昇により円錐体71cおよびバルブ座61を構成要素とする液バルブが開くので、フィラーボウル51内の充填液がバルブ本体61と空気導管71間に形成された流路を通って容器50内に流下する。そして、この流下した充填液は、スプレッダー70の作用によって容器50の内周面に沿って流下し、該容器50内に充填される。なお、容器50内の炭酸ガスは、空気導管71を介してフィラーボウル51内に還流する。
【0041】
5) 充填完了:
液の充填が進行して、容器50内の液面が上昇する。そして、図1に示すように、その液面がベントチューブ71aの下端を塞ぐ状態になると、カウンタガスの流れが止まる。これに伴い、液の流れは液バルブのバルブ座61aのサイフォン機能により切れるものの、ノズル61b内を流れていた液は容器50内へ落ち込むので、容器50における最終的な液面位置は、図3に2点鎖線で示したx位置になる。同時に液は、空気導管71(ベントチューブ71a)の内部にも入り込み、図3のy位置がその液面位置となる。
ここで、電磁弁102a,102bを作動して、第1段エアシリンダ82のピストン82aおよび第2段エアシリンダ83のピストン83aを共に下降作動する。これにより、図2に示すように、液バルブを閉じた後にチャージング弁73が閉じられる。このとき、ガイド筒62内、ノズル61b内および容器50の上部にはカウンタ圧力が作用している。
【0042】
6) スニフト:
電磁弁102cを作動して、スニフト弁103を開く。これにより、ノズル61b内と容器50上部のカウンタガスは、絞られながらガス通路56、スニフト通路54を経て大気へ放出され、その結果、容器50内の圧力が大気圧に徐々に戻る。このとき、ベントチューブ71a内の液は、その液面からチャージング弁73までの空間に存在するガスの膨張と、液内に溶け込んでいるガスの液面上への発泡とによって押し下げられるので、その液面yがベントチューブ71aの下端まで下がる。
【0043】
7) 容器50の排出:
スニフトが完了して、容器50内の圧力が大気圧に戻った後、図示していない容器受台を昇降装置により下降し、次いで、カム95によるカムフォロア94の駆動により、センタリングカップ66を上昇させる。これにより、容器50の口が充填バルブ60から離れるので、その後、該容器50を充填装置から排出することにより、容器50に液を充填する工程の1サイクルが完了する。
【0044】
容器50内の空気(酸素)をより完全に追い出して、炭酸ガスと置き換える必要のある場合は、上記2)と3)の工程を繰り返えすことによりその目的を達成することができる。
一方、液面レベルxの調整は、図示していない昇降手段でフィラーボウル51を昇降させることにより可能である。この場合、液面レベルxの調整範囲は、ガイド筒62の下端と、浮動筒63に螺着したシールキャップ64の上側面とで規定される範囲S(図2参照)となる。
【0045】
液面レベルxの調整に際しては、容器50を充填バルブ60の下方に位置した図示していない容器受台に置き、センタリングカップ66で容器50の口部を捕らえた後、図示していない昇降装置により容器50を押し上げる。
上記調整範囲sは、センタリングカップ66がシールキャップ64に当接したときに、シールスプリング69の付勢力によって該シールキャップ64を十分にセンタリングカップ66に押圧させ得る範囲であり、この範囲S内で容器50内の液レベルxの調整が可能である。
【0046】
従来のロータリ充填機に使用されている炭酸ガス入り飲料用充填バルブでは、液バルブの開閉、ベントチューブの開閉、カウンタガスを抜くスニフト操作、容器の昇降等を、全て充填機の外側に固定して置かれたカムの駆動力によって実施しているので、必然的に機械的作動部分が多くなり、このため、組立やタイミング調整に手間を要した。
【0047】
しかし、本実施形態の充填装置によれば、外部に設けられたカムによって機械的に動かされる部分は、容器50の口部を充填バルブ60のノズル61bに導くセンタリングカップ66の昇降機構だけであり、他のチャージング弁73、液バルブ、バキューム弁104、スニフト弁103等はリモート制御される電磁弁102の操作によって切換作動される。
これらの弁の開閉タイミングは、制御装置101による電磁弁102の切換タイミング(この切り換えタイミングは、例えば、タイマーによって設定される)を調整することによって任意に設定できるので、そのタイミング調整に手間を要さない。また、機械要素が少ないので、組立ても容易になる。
【0048】
そして、上記電磁弁102の制御によってベントチューブ71aに入る液量を調整できるので、ノンガス飲料の充填および常温充填も可能になり、更に、液面を容器口すれすれに位置させるトッピングアップ充填も可能となる。
また、容器50の下降時に瞬間的にチャージング弁73を開いて、フィラーボウル51内の炭酸ガスを容器50に注入する操作が可能であり、このような操作を行なえば、容器50の下降中に該容器50のヘッドスペースのガスを炭酸ガスに置換することができる。
【0049】
一方、ベントチューブを備えた前記従来の充填バルブの場合、液充填の終わる前に液がベントチューブ内を上昇し、充填が完了した後、ベントチューブ内の液が容器に戻されるため、戻り液が容器内の液を撹拌して泡立ちを起こす虞れがある。
【0050】
これに対して、本実施形態の充填装置の充填バルブ60によれば、スニフト工程時にチャージング弁73を一瞬間開いて、ベントチューブ71a内に立ち上がっている液をゆっくり戻すことにより、戻り液が容器内の液を撹拌して泡立ちを起こすという不都合を回避することができる。また、液充填中にノズル61bが容器50の中まで挿入されているので液充填の流れが滑らかになる。
【0051】
流量計を用いて計量した定量の液を充填バルブに供給する従来装置の場合は、液種および容器種類の追加、変更に際して、追加、変更された種類に適応した充填量の設定値を制御装置の記憶手段に書き込む必要があり、これは、作業性を低下させる。
また、この従来装置では、充填量が一定に管理されるため、容器形状にバラツキがある場合に、入味高さが揃わないことになる。したがって、容器が透明である場合に、見た目の充填液量の過不足が問われる可能性がある。
【0052】
これに対して、本実施形態の充填装置によれば、液種、容器の種類の追加、変更に際し、フィラーボウル51の高さの設定変更のみで対応することができ、かつ、容器50の形状にバラツキがある場合でも、入味高さを揃えることが可能でである。
すなわち、ベントチューブ71aの下端位置で容器50の液面レベルxが決められるので、液種、容器の種類の追加、変更に際しての調整操作が極めて容易である。また、上記液面レベルxに入味高さが揃えらられるので、容器50が透明である場合でも、見た目の充填液量の過不足が問われる心配が無い。
【0053】
他方、上記従来の各充填装置においては、容器を充填バルブの下に供給する場合に、その口部を拘束せずに上昇して充填位置に据えるようにしているので、容器の上下移動時における該容器の転倒、充填バルブへの容器の偏った当接、容器の下降時における液の零し等の不都合が発生することがある。
【0054】
これに対して、本実施形態の充填装置の充填バルブ60によれば、センタリングカップ66で容器50の口部を捕らえ、該容器50の口部を拘束したまま、容器50を押し上げてセンタリングカップ66をシールキャップ64に当接させるようにしている。したがって、容器50が倒れたり、該容器の口部が充填バルブ60に偏り当たりをする虞れがなく、容器50がノズル61bに突き当たることもない。また、充填後も容器50の口部を拘束したまま、該容器50を降下させるようにしているので、容器50が揺れて液が零れる虞れもない。
【0055】
【発明の効果】
請求項1に係る液体充填装置によれば、開閉弁、液バルブ、スニフト弁等が電磁弁の操作によって作動されるので、その作動のタイミングを例えばタイマーの設定変更等のみで容易かつ任意に調整することができる。また、機械的な調整が僅かで済むので、組立、調整に手間が掛からない。
しかも、上記したように開閉弁(チャージング弁)の開閉のタイミングを任意に変えることができるので、ベントチューブに入る液量を制御することが可能であり、その結果、ノンガス飲料の充填や常温充填、更には容器口すれすれまで液を充填するトッピングアップ充填が可能となる。
更にまた、容器の下降時に瞬間的に開閉弁を開いて、フィラーボウル内の炭酸ガスを容器に注入する操作が可能であり、このような操作を行なえば、容器の下降中に該容器のヘッドスペースのガスを炭酸ガスに置換することができる。
液種、容器の種類の追加、変更に対しては、フィラーボウルの高さの変更のみで液面レベルが揃った充填が可能となり、したがって、透明な容器に充填したときでも見た目の充填液量の過不足が問われる心配が無い。また、液面レベルの調整も容易である。
請求項2に係る液体充填装置によれば、スニフトガス通路にバキューム圧を作用させることができる。
請求項3に係る液体充填装置によれば、構成のコンパクト化を図ることができる。
請求項4に係る液体充填装置によれば、センタリングカップで容器の口部が拘束された状態で容器が押し上げられ、その押し上げ途中でセンタリングカップの上面が摺動部材に当接する。したがって、容器が倒れたり、該容器が充填バルブに偏って当接する虞れがなく、またノズルに突き当たることもない。その上、充填後も容器の口部を拘束したまま該容器を降下させることができるので、容器が揺れて液が零れる虞れがなくなる。また、摺動部材を付勢するばねをバルブ本体の外側に位置させれば、液充填バルブのガス通路にこのばねが存在しないので、非分解洗浄(CIP)が容易になる。
請求項5に係る液体充填装置によれば、センタリングカップが摺動部材を押し上げた状態においてノズル部材の下端が前記容器の口部内に位置されるので、容器に液を滑らかに流入させることができる。
請求項6に係る液体充填方法によれば、極めて円滑に容器に充填液を充填することができる。
請求項7に係る液体充填方法によれば、容器内のエアをスニフトガス通路を介して吸い出す操作と、ベントチューブの開閉弁を開いて容器にフィラーボウルのヘッドスペース内のカウンタガスを導入する操作とを繰り返えした後、つまり、容器内の空気(酸素)が十分に排出されて炭酸ガスに置き換えられた後、容器内に充填液が充填される。したがって、容器に充填された充填液が飲料の場合、この飲料の酸化を防止して長時間に亘って該飲料の味覚品質を保つことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る液体充填装置の液体充填状態を示す縦断面図。
【図2】図1の液体充填装置において、容器が離れかつ液バルブとベントチューブの開閉弁が閉じている状態を示す縦断面図。
【図3】図1の液体充填装置において、液バルブが閉じかつベントチューブの開閉弁が開いて容器内にフィラーボウルのカウンタ圧力が作用している状態を示す縦断面図。
【図4】図1のA−A断面図。
【図5】図1のB−B断面図。
【図6】従来の充填バルブの構成および作用を示す縦断面図。
【符号の説明】
50 容器
51 フィラーボウル
61 バルブ本体
61a 液バルブ座
65 センタリングカップシールパッキン
66 センタリングカップ
67 容器シールパッキン
69 シールスプリング
71 空気導管
71a ベントチューブ
71d ベントチューブ開閉弁座
72 液バルブパッキン
73 チャージング弁
82 第1段エアシリンダ
83 第2段エアシリンダ
91 昇降バーガイド
92 昇降バー
94 カムフォロワ
95 カム
101 制御装置
102 電磁弁
103 スニフト弁
104 バキューム弁
Claims (6)
- 所定のヘッドスペースが形成される態様で充填液を貯溜したフィラーボウルと、
前記フィラーボウルに固定されたバルブ本体、該バルブ本体内に配設され、上端部が開閉弁を介して前記フィラーボウルのヘッドスペースに通じるとともに、下端部が容器内に位置されるベントチューブ、前記バルブ本体とベントチューブ間に構成され、上端部が前記フィラーボウルの液貯溜部に連通するとともに、下端が前記容器への充填液の注ぎ口となる充填液通路、該充填液通路を開閉する液バルブ、容器の口部の芯合わせとシールを行なうためのセンタリングカップおよびスニフトガス通路を備えてなる充填バルブと、
前記スニフトガス通路をスニフト通路に連通させるスニフト弁と、
前記フィラーボウルに設置され、前記ベントチューブの開閉弁を開閉駆動する第1のエアアクチュエータと、
前記フィラーボウルに設置され、前記液バルブを開閉駆動する第2のエアアクチュエータと、
前記スニフト弁および前記第1、第2のエアアクチュエータを作動させるための電磁弁と、を備え、
前記開閉弁の可動要素の閉方向移動力が干渉スプリングを介して前記液バルブの可動要素に閉方向移動力として伝達されるように、かつ、前記開閉弁の可動要素が所定距離だけ閉方向に移動した状態で前記液バルブが閉止されるとともに、前記開閉弁の可動要素が前記所定距離よりも大きく閉方向に移動した状態で該開閉弁が閉止するように前記開閉弁および液バルブを構成し、
前記第1のエアアクチュエータとして、前記開閉弁の可動要素を移動させるエアシリンダを用いるとともに、前記第2のアクチュエータとして、前記エアシリンダに同心状に連接されて前記第1のエアシリンダのピストンを前記所定距離だけ移動させるエアシリンダを用いた、
ことを特徴とする液体充填装置。 - 前記スニフトガス通路をバキューム通路に連通させるバキューム弁を付加したことを特徴とする請求項1に記載の液体充填装置。
- 前記バルブ本体に昇降可能に嵌合され、スプリングによって下方に付勢された摺動部材と、前記センタリングカップを昇降可能に支持する支持手段とを付加し、
前記センタリングカップを下降して容器の口部を捕らえた後、前記容器台の上昇によって前記センタリングカップを容器と共に押し上げ、その押し上げ途中で前記センタリングカップの上面を前記摺動部材の下面に液密に押圧当接させるようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載の液体充填装置。 - 前記充填液通路の下部が、前記バルブ本体の下部に形成した管状のノズル部材の内周面と前記ベントチューブの外周面によって構成され、前記センタリングカップが前記摺動部材を押し上げた状態において前記ノズル部材の下端が前記容器の口部内に位置されるように該ノズル部材の長さを設定したことを特徴とする請求項3に記載の液体充填装置。
- フィラーボウルに固定されたバルブ本体、該バルブ本体内に配設され、上端部が開閉弁を介して前記フィラーボウルのヘッドスペースに通じるとともに、下端部が容器内に位置されるベントチューブ、前記バルブ本体とベントチューブ間に構成され、上端部が前記フィラーボウルの液貯溜部に連通するとともに、下端が前記容器への充填液の注ぎ口となる充填液通路、該充填液通路を開閉する液バルブ、容器の口部の芯合わせとシールを行なうためのセンタリングカップおよびスニフトガス通路を備え、
前記開閉弁の可動要素の閉方向移動力が干渉スプリングを介して前記液バルブの可動要素に閉方向移動力として伝達されるように、かつ、前記開閉弁の可動要素が所定距離だけ閉方向に移動した状態で前記液バルブが閉止されるとともに、前記開閉弁の可動要素が前記所定距離よりも大きく閉方向に移動した状態で該開閉弁が閉止するように前記開閉弁および液バルブを構成し、
前記第1のエアアクチュエータとして、前記開閉弁の可動要素を移動させるエアシリンダを用いるとともに、前記第2のアクチュエータとして、前記エアシリンダに同心状に連接されて前記第1のエアシリンダのピストンを前記所定距離だけ移動させるエアシリンダを用いてなる充填バルブを使用した液体充填方法であって、
前記容器の口部を前記センタリングカップによりシールするステップと、
前記容器内のエアを前記スニフトガス通路を介して吸い出すステップと、
前記ベントチューブの開閉弁を開いて、前記容器に前記フィラーボウルのヘッドスペース内のカウンタガスを導入するステップと、
前記液バルブを開いて、前記フィラーボウル内の充填液を容器に充填するステップと、
前記容器への充填液の充填が完了して前記ベントチューブ内に前記充填液が立ち上がった後、前記スニフトガス通路を開いて前記容器のヘッドスペースを大気に開放するステップと、
を含むことを特徴とする液体充填方法。 - フィラーボウルに固定されたバルブ本体、該バルブ本体内に配設され、上端部が開閉弁を介して前記フィラーボウルのヘッドスペースに通じるとともに、下端部が容器内に位置されるベントチューブ、前記バルブ本体とベントチューブ間に構成され、上端部が前記フィラーボウルの液貯溜部に連通するとともに、下端が前記容器への充填液の注ぎ口となる充填液通路、該充填液通路を開閉する液バルブ、容器の口部の芯合わせとシールを行なうためのセンタリングカップおよびスニフトガス通路を備え、
前記開閉弁の可動要素の閉方向移動力が干渉スプリングを介して前記液バルブの可動要素に閉方向移動力として伝達されるように、かつ、前記開閉弁の可動要素が所定距離だけ閉方向に移動した状態で前記液バルブが閉止されるとともに、前記開閉弁の可動要素が前記所定距離よりも大きく閉方向に移動した状態で該開閉弁が閉止するように前記開閉弁および液バルブを構成し、
前記第1のエアアクチュエータとして、前記開閉弁の可動要素を移動させるエアシリンダを用いるとともに、前記第2のアクチュエータとして、前記エアシリンダに同心状に連接されて前記第1のエアシリンダのピストンを前記所定距離だけ移動させるエアシリンダを用いてなる充填バルブを使用した液体充填方法であって、
前記容器の口部を前記センタリングカップによりシールするステップと、
前記容器内のエアを前記スニフトガス通路を介して吸い出すステップと、
前記ベントチューブの開閉弁を開いて、前記容器に前記フィラーボウルのヘッドスペース内のカウンタガスを導入するステップと、
前記液バルブを開いて、前記フィラーボウル内の充填液を容器に充填するステップと、
前記容器への充填液の充填が完了して前記ベントチューブ内に前記充填液が立ち上がった後、前記スニフトガス通路を開いて前記容器のヘッドスペースを大気に開放するステップと、
を含むことを特徴とする液体充填方法。
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