JP4350224B2 - 液体充填装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【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
【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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