JP4556642B2

JP4556642B2 - 充填バルブ

Info

Publication number: JP4556642B2
Application number: JP2004346538A
Authority: JP
Inventors: 幸伸西納; 慎也加森; 徹下出; 健一塚野
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2024-11-30
Also published as: DE602005001543D1; EP1661848A1; EP1661848B1; DE602005001543T2; US7464732B2; JP2006151473A; US20060113002A1

Description

本発明は、ガス入り飲料と無ガス飲料とに兼用可能な充填バルブに係り、特に、クリーンな環境下で充填を行う充填バルブに関するものである。

ガス入り飲料と無ガス飲料とに兼用可能な充填バルブはすでに知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示された充填バルブは、バルブハウジングの内部に、充填液タンクからの充填液供給配管に連通する充填液通路が形成されるとともに、下端に充填ノズルが設けられている。前記充填液通路は液バルブによって開閉される。さらに、容器の口部をシールするびん口パッキンと、びん口パッキンを昇降させるエアシリンダと、容器内に充填される充填液量を検出するフローメータと、前記バルブハウジングに形成された排気通路とを備えている。

この充填バルブは、排気通路の容器側開口部を前記充填ノズルの開口部の外側に位置させており、ガス詰め充填を行う場合には、びん口パッキンにより容器の口部を密封して、バルブハウジングの中央の充填液通路から液体を充填するとともに、この充填液通路の外側に形成された排気通路から容器内の気体を排出している。
特開２００４−１３６９２７号公報（第４−６頁、図１）

前記特許文献１に記載された充填バルブのようにバルブハウジングの内部に排気通路やカウンター通路等を形成した構成では、これらの通路を一直線状に形成することは困難であり、異なる方向に折り曲げて形成する必要がある。製作時には、バルブハウジングの異なる方向から複数の孔を形成して連通させ、余分な部分にはピンを圧入してその孔を塞いでいる。このような構成では、圧入されたピンとバルブハウジングの孔の内面との間の隙間が菌床となる危険性があり、クリーンな環境下で充填を行う場合には適用することはできない。

また、無ガス飲料の充填を行う場合には、泡立ちの抑制や異物を除去する目的で、ノズルの先端にスクリーンを配置することが広く行われている。ところが、多数のノズルにスクリーンを取り付ける作業は時間がかかるという問題があった。そこで、先端にスクリーンを取り付けたノズルを交換することも考えられるが、ハウジングに排気通路が形成されていると、先端を変更してもハウジングに排気通路が残ってしまうので、その箇所を洗浄や殺菌をしなければならない。クリーンな環境下で充填を行う装置ではできるだけ洗浄箇所を減らしたいので好ましくないという問題があった。

請求項１に記載した発明は、内部に充填液通路が形成されたバルブハウジングと、前記充填液通路内に昇降可能に挿通されたロッドの下端に形成された弁体と、前記充填液通路の下部内面に設けられた弁座とを有し、前記充填液通路を開閉する液バルブとを備え、供給される容器に液体を充填する充填バルブにおいて、前記弁座が設けられたバルブハウジングの下端部を別体の液出口部材として着脱可能とし、排気通路が接続された液出口部材と、下端にスクリーンが設けられた液出口部材とを選択して取り付け可能とした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、前記排気通路が接続された液出口部材に、容器の口部に当接して容器内を密封するシール手段を設けたことを特徴とするものである。

バルブハウジングの内部には排気通路を設けず、ガス詰め充填を行う際には、排気通路が接続された液出口部材を取り付け、また、無ガス充填を行う場合には、下端にスクリーンが設けられた液出口部材を取り付けることにより、クリーンな環境に対応可能なガス入り飲料と無ガス飲料とに兼用可能な充填バルブを得ることができる。

バルブハウジングの内部に充填液通路が形成され、この充填液通路を液バルブにより開閉して容器内に液体を充填する充填バルブであって、バルブハウジングの下端部を別体の液出口部材として着脱可能な構成とし、ガス詰め充填を行う際には、排気通路が接続された液出口部材を取り付け、無ガス充填を行う際には、下端にスクリーンが設けられた液出口部材を取り付けるという構成にしたことより、クリーンな環境下での使用に適したガス詰め充填と無ガス充填に兼用可能な充填バルブを提供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バルブを備えた充填装置の全体の構成を示す縦断面図、図２はその要部（充填バルブの取り付け部）を拡大して示す断面図である。この実施例に係る充填装置は、固定の外壁２により囲まれた高度に清浄化された空間内に配置されているロータリ式の充填機本体（全体として符号４で示す）と、この外壁２の外部に設置されて、前記ロータリ式の充填機本体４に充填液を供給する充填液貯留タンク（図示せず）とを備えている。

前記充填機本体４は、回転体６の外周部に円周方向等間隔で複数の充填バルブ８を備えている。これら各充填バルブ８の下方には、容器１０を保持して昇降する容器保持手段１２がそれぞれ設けられており、前記充填バルブ８と一体的に回転しつつ、保持している容器１０を昇降させる。なお、この実施の形態では、液体が充填される容器１０は、ＰＥＴボトル等の軽量の樹脂容器であり、前記容器保持手段１２が容器１０の首部を保持して吊り下げた状態で昇降させるようになっている。また、充填バルブ８よって容器１０内に充填される液体は、炭酸ガス入りの飲料または無ガス飲料である。

外壁２内に配置された充填機本体４と切り離して、外壁２の外部に充填液貯留タンクが設置されており、この充填液貯留タンクからの給液管１６が、外壁２の天面２ａに固定された上部ロータリジョイント１８を介して前記ロータリ式充填機本体４に接続されて充填液を供給する。さらに、供給された充填液は、給液マニホールド２０により分岐された複数（充填バルブ８の数と同数）の給液パイプ２２から前記各充填バルブ８に送られる。前記各給液パイプ２２には、フローメータ２４が設けられており、給液パイプ２２を介して充填バルブ８に供給されて容器１０内に充填される充填液の流量を検出している。

この実施例に係る充填装置は、ガス詰め充填および無ガス充填に兼用する充填装置であり、図示しない加圧ガス源（この実施の形態ではＣＯ２ガス源）からのカウンタ用のガス供給管３４が上部ロータリジョイント１８に接続されて、充填機本体４にＣＯ２ガスを供給するようになっている。このガス供給管３４を介して充填機本体４に供給されるＣＯ２ガスは、上部ロータリジョイント１８から分岐された各加圧ガスパイプ（カウンタガスパイプ）３６を介して、各充填バルブ８に供給される。

さらに、充填機本体４には、図示しない圧力エア源に接続された給気管３８から上部ロータリジョイント１８を介して加圧エアが供給されるようになっており、上部ロータリジョイント１８から分岐した各エア供給パイプ４０を介して前記各充填バルブ８にエアを送る。なお、充填バルブ８に送られたエアは、この充填バルブ８の内部に設けられている充填液通路を連通遮断する液バルブの開閉用エアシリンダを作動させる。また、このエアは、後に説明するカウンタガスバルブ、排気バルブおよびスニフトバルブの開閉等にも利用される。

容器１０を保持して昇降する容器保持手段１２が設けられている回転テーブル４２の内周側から、前記給液マニホールド２０の下面側に至るまでの間に、隔離壁４４が設けられている。この隔離壁４４によって、充填バルブ８や容器保持手段１２によって保持されている容器１０が回転移動しつつ液体の充填を行う空間Ａ、つまり、外壁２側の滅菌された清浄な雰囲気の空間と、回転体６の内部側に位置する非滅菌空間Ｂとが区画されている。

次に、図２ないし図４により充填バルブ８の構成について説明する。充填バルブ８のバルブハウジング４６は、その内部に充填液通路４８が形成されており、充填液貯留タンクから給液管１６、上部ロータリジョイント１８、給液マニホールド２０および給液パイプ２２を介して各充填バルブ８に送られた充填液が、この充填液通路４８を通って容器１０内に充填される。

前記バルブハウジング４６内に、充填液通路４８を連通遮断する液バルブ５０が設けられている。この液バルブ５０は、充填液通路４８内に昇降可能に挿通されたロッド５２の下端に形成されている弁体と、前記充填液通路４８の下部内面に設けられた弁座とによって構成されている。前記弁体を有する昇降ロッド５２は、バルブハウジング４６の上部に設けられた液バルブ開閉用エアシリンダ５４の作動によって昇降する。

この液バルブ開閉用エアシリンダ５４の構成について簡単に説明する。前記バルブハウジング４６の上方に、このバルブハウジング４６と同軸のシリンダ部５６ａを有する充填バルブ取り付けブロック５６が固定され、そのシリンダ部５６ａの上端の開口部に円筒部材５８のフランジ５８ａが固定されている。このシリンダ部５６ａの内部に、上部が大径で、下部が小径の空間が形成されている。前記昇降ロッド５２の上端部に小径の第１ピストン６０が設けられ、前記空間の下部側の小径部内に摺動自在に嵌合している。また、前記空間の上部側の大径部内には、前記第１ピストン６０よりも大径の第２ピストン６２が摺動自在に嵌合している。この第２ピストン６２のロッド６２ａは、前記円筒部材５８内を貫通して上方に突出しており、その突出した上端部に、第２ピストン６２の下降限を規制するストッパ６４が設けられている。前記下方の第１ピストン６０と上方の第２ピストン６２の間に、スプリング６６が介装されて両ピストン６０、６２を互いに離隔する方向（上下方向）に付勢している。

シリンダ部５６ａ内に形成された空間は、前記第１および第２ピストン６０、６２により、上方から順に第１圧力室６８、第２圧力室７０および第３圧力室７２の３つの圧力室に区画されている。これら各圧力室６８、７０、７２は、それぞれ、前記充填バルブ取り付けブロック５６内に形成された内部エア通路６８ａ、７０ａ、７２ａおよび前記エア供給パイプ４０を介して前記圧縮エア供給源（図示せず）に接続されており、バルブの切換によりエアを給排できるようになっている。前記充填バルブ取り付けブロック５６が固定されている隔離壁４４には円形の連通孔４４ａが形成されており、前記各圧力室６８、７０、７２にエアを給排する内部エア通路６８ａ、７０ａ、７２ａは、この連通孔４４ａ内に開口している（図３参照）。充填バルブ取り付けブロック５６のフランジ部５６ｂと隔離壁４４の連通孔４４ａの外周部との間にシールリング７３が装着されて気密を保持している。

これらの内部エア通路６８ａ、７０ａ、７２ａを介して、上方の第１圧力室６８と下方の第３圧力室７２を大気に開放し、中間の第２圧力室７０に圧縮エアを導入すると、上方の第２ピストン６２が上昇されるとともに、下方の第１ピストン６０が下降され、昇降ロッド５２の下端に形成されている弁体が充填液通路４８の下端に形成されている弁座に着座して前記液バルブ５０が閉じるようになっている。また、上方の第１圧力室６８および中間の第２圧力室７０を大気に開放し、下方の第３圧力室７２に圧縮エアを導入すると、下方の第１ピストン６０が上昇するとともに上方の第２ピストン６２も押し上げて、下方の第１ピストン６０が最も高い位置まで上昇する。このときには昇降ロッド５２の下端の弁体が弁座から大きく離れて、液バルブ５０が大きい開度で開放し、大流量での充填が行われる。さらに、上方の第１圧力室６８と下方の第３圧力室７２に圧縮エアを導入し、中間の第２圧力室７０を大気に開放すると、上方の第２ピストン６２が下降し、下方の第１ピストン６０が上昇するが、下方の第１ピストン６０は受圧面積が小さく、第２ピストン６２の下降位置で上昇限が規制されるため、液バルブ５０は小さい開度で開放することになり、小流量で充填が行われる。

なお、バルブハウジング４６内の充填液通路４８の上面と、昇降ロッド５２の上部との間にベローズ７４が装着されており、飲料等の液体が流通する充填液通路４８側と液バルブ開閉用エアシリンダ５４との間が完全に遮断されている。このベローズ７４内のエアの出入りを許容するエア通路７４ａも、前記隔離壁４４に形成された円形の連通孔４４ａ内に開口している。

バルブハウジング４６内に形成された充填液通路４８の上端部に、前記給液パイプ２２が接続されている。この給液パイプ２２にはフローメータ２４が設けられており、給液パイプ２２を介して供給され、充填液通路４８をおよび液バルブ５０を通って容器１０内に充填される充填液の流量を検出している。

前記充填バルブ取り付けブロック５６は、一端部（図２の左端）側に液バルブ開閉用エアシリンダ５４が設けられた円筒状のシリンダ部５６ａが形成され、他端側に平坦なフランジ部５６ｂが形成されている。このフランジ部５６ｂが、前記外壁２側のクリーンな雰囲気の空間Ａと、回転体６の内部側の大気に解放された清浄化されていない空間Ｂとを区画する隔離壁４４に固定されている。

この実施例に係る充填装置は、ガス詰め充填と無ガス充填に兼用可能な充填装置であり、充填開始前に容器１０内に加圧ガス（この実施例ではＣＯ２ガス）を供給するカウンタガス通路と、容器１０内への液体の充填中にこの容器１０内の気体を排出する排気通路と、充填終了後に容器１０のヘッドスペース内のガスを排出するスニフト通路が設けられており、前記充填バルブ取り付けブロック５６の、シリンダ部５６ａとフランジ部５６ｂとの間のブロック部５６ｃ内に、前記カウンタガス通路、排気通路およびスニフト通路をそれぞれ開閉するカウンタガスバルブ７６、排気バルブ７８およびスニフトバルブ８０が設けられている。

前記バルブハウジング４６の下端部、つまり、内部に形成された充填液通路４８の出口部と、この充填液通路４８の連通遮断を行う液バルブ５０の弁座が形成されている部分が別体の液出口部材８２になっており、バルブハウジング４６に対して着脱可能になっている。図２に示す実施例では、ガス詰め充填を行うための液出口部材８２（以下、第１液出口部材と呼ぶ）が取り付けられている。この第１液出口部材８２には、２本の気体給排用チューブ８４、８６（図４参照）の端部８４ａ、８６ａが接続されている。この実施例では、カウンタガス供給用チューブ８４と、排気およびスニフトに兼用するチューブ８６の端部８４ａ、８６ａが、第１液出口部材８２に溶接により固定されて一体構造になっている。

前記第１液出口部材８２に固定されているカウンタガス供給用チューブ８４の端部８４ａと排気およびスニフト用チューブ８６の端部８６ａは、前記充填バルブ取り付けブロック５６の下面に取り付けられる取り付けプレート８８に固定されているカウンタガス供給用チューブ８４と排気およびスニフト用チューブ８６の本体部８４ｂ、８６ｂにクランプ９０を介して接続されている。

充填バルブ取り付けブロック５６の下面側に通路ブロック９２が固定され、前記取り付けプレート８８に固定されているカウンタガス供給用チューブ８４の本体部８４ｂと排気およびスニフト用チューブ８６の本体部８６ｂは、それぞれ、通路ブロック９２の内部通路を介して前記充填バルブ取り付けブロック５６内に設けられているカウンタガスバルブ７６、排気バルブ７８およびスニフトバルブ８０に連通されており、これらバルブ７６、７８、８０の作動により連通遮断される。

カウンタガス供給用チューブ８４は、前記カウンタガスバルブ７６を介してカウンタガスパイプ３６に連通し、排気およびスニフト用チューブ８６は、通路ブロック９２の内部通路を介して排気バルブ７８、スニフトバルブ８０に連通している。さらに、排気バルブ７８およびスニフトバルブ８０は、それぞれ、通路ブロック９２内に形成された通路を介して、前記隔離壁４４内に延びる排気用チューブ９４とスニフト用チューブ９６に連通している。これらの排気用チューブ９４とスニフト用チューブ９６は、充填バルブ取り付けブロック５６のフランジ部５６ｂを貫通し、隔離壁４４に形成された円形の通路孔４４ｂを介して、隔離壁４４の内部側に伸びている。これら排気用チューブ９４とスニフト用チューブ９６は、下部ロータリジョイント９８に接続され（図１参照）、さらに、固定の排気管１００およびスニフト管１０２を介して充填装置の外部に導かれている。なお、隔離壁４４に形成された通路孔４４ｂの周囲と、前記フランジ部５６ｂとの間にシールリング１０４が装着されて隔離壁４４の内外の気密が保持されている。

また、第１液出口部材８２はガス詰め充填用であり、充填時に容器１０の口部１０ａを密封するために下端部にシール手段（びん口パッキン）１０６が取り付けられている。

カウンタガスバルブ７６、排気バルブ７８およびスニフトバルブ８０は、いずれもエアシリンダにより駆動されるようになっており、各エアシリンダの駆動用のエアを給排する通路７６ａ、７８ａ、８０ａが、充填バルブ取り付けブロック５６の内部に形成され、前記隔離壁４４の連通孔４４ａ内に開口している。

この実施例に係る充填バルブ８は、ガス詰め充填と無ガス充填に兼用できるようになっており、ガス詰め充填を行う場合には、前述のようにバルブハウジング４６の下端部に、カウンタガス通路用のチューブ８４の端部８４ａと、排気ガス通路およびスニフト通路用のチューブ８６の端部８６ａが接続された第１液出口部材８２を取り付けるようになっている。また、無ガス充填を行う場合には、図５に示すように、下端の充填液出口にスクリーン１１０が取り付けられた第２液出口部材１０８を取り付けるようになっている。無ガス充填の場合には、排気通路、カウンタガス通路およびスニフト通路を接続する必要がないので、第２液出口部材１０８は、この液出口部材１０８の内面側に形成された液バルブ５０の弁座と、下面側に取り付けられたスクリーン１１０だけを有している。また、充填バルブ取り付けブロック５６の下面に固定されている通路ブロック９２にも、前記各チューブ８４、８６を接続する必要がないので、ガス詰め充填時に取り付ける取り付けプレート８８の代わりに、これら通路の開口を閉塞する蓋１１２が取り付けられる。

前記外壁２内は、隔離壁４４によって外部側のクリーンな空間Ａと内部側の清浄化されていない空間Ｂとに区画されており、これらの空間Ａ、Ｂ内が圧力制御されている。この実施例では、前記クリーンな空間Ａが陽圧で、隔離壁４４の内側の清浄化されていない空間Ｂは大気圧になっている。

以上の構成に係る充填バルブ８を備えた充填装置の作動について説明する。この充填装置でガス詰め充填を行う場合には、各充填バルブ８のバルブハウジング４６の下端部に、カウンタガス供給用チューブ８４の端部８４ａと排気およびスニフト用チューブ８６の端部８６ａおよび容器１０の口部１０ａを密封するびん口パッキン１０６が固定された第１液出口部材８２を取り付ける。この状態で、先ず、図示しない容器搬送手段によって搬送されてきた容器１０が外壁２内に設置されている充填機本体４に供給され、各容器保持手段１２によってその首部を保持される。容器保持手段１２は回転テーブル４２に対して昇降可能になっており、容器１０を保持して上昇する。すると、容器１０の口部１０ａがびん口パッキン１０６が密着してこの容器１０内が密封される。

容器１０内を密封した後、充填バルブ取り付けブロック５６内に設けられているカウンタバルブ７６を開放し、ＣＯ２ガス源からカウンタ用のガス供給管３４、上部ロータリジョイント１８および充填機本体４内のカウンタガスパイプ３６を介して、容器１０内に加圧したＣＯ２ガスを供給する。

前記カウンタ動作により容器１０内にＣＯ２ガスを導入して所定の圧力に加圧した後、カウンタバルブ７６を閉鎖し、続いて、排気バルブ７８を開放し、排気およびスニフト用チューブ８６、排気用チューブ９４から容器１０内のガスを排出する。排気動作が終了して所定時間経過した後、排気バルブ７８は開放したまま、充填バルブ８内の液バルブ５０を開放して充填を開始する。液バルブ５０は、充填バルブ８の上部に設けられている液バルブ開閉用エアシリンダ５４の作動によって開閉されるようになっており、この液バルブ開閉用エアシリンダ５４の圧力室６８、７０、７２に、前記給気管３８およびエア供給パイプ４０からエアを導入し、また、排出することにより液バルブ５０を開閉する。

充填バルブ８に充填液を供給する給液パイプ２２にはフローメータ２４が設けられて、容器１０内に充填される液体の流量を計測しており、所定量の液体が充填されると、液バルブを閉じて充填を終了する。

容器１０内への充填が終了した後、充填バルブ取り付けブロック５６内に設けられているスニフトバルブ８０を開放してスニフト動作を行う。以上の動作を順次行うことにより、充填液貯留タンク内に貯留されている充填液を、充填機本体４の充填バルブ８に送って容器１０内に充填する。

また、無ガス充填を行う場合には、バルブハウジング４６の下端から前記第１液出口部材８２を取り外して、下面側にスクリーン１１０が設けられている第２液出口部材１０８を取り付けるとともに、カウンタガス供給用チューブ８４と排気およびスニフト用チューブ８６の本体部８４ｂ、８６ｂが接続されている取り付けプレート８８を外して、蓋１１２を取り付ける。この状態で、容器１０の口部１０ａを第２液出口部材１０８のスクリーン１１０のやや下方に位置させて充填を行う。以上のように本実施例に係る充填バルブを備えた充填装置は、ガス入り飲料と無ガス飲料とに兼用可能であり、特に、クリーンな環境下での充填充填に対応可能である。

本発明の一実施例に係る充填バルブを備えた充填装置の全体の構成を示す縦断面図である。（実施例１）前記充填バルブの取り付け部の拡大図であり、バルブハウジングにガス詰め充填用の液出口部材を取り付けた状態を示す縦断面図である。図２のＩＩＩ方向矢視図である。図２のＩＶ方向矢視図である。前記充填バルブの取り付け部の拡大図であり、バルブハウジングにガス詰め充填用の液出口部材を取り付けた状態を示す縦断面図である。

符号の説明

８充填バルブ
１０容器
１０ａ容器の口部
４６バルブハウジング
４８充填液通路
５０液バルブ
８２液出口部材（ガス詰め充填用の第１液出口部材）
８６排気通路（排気およびスニフト用チューブ）
１０８液出口部材（無ガス充填用の第２液出口部材）
１１０スクリーン
１０６シール手段（びん口パッキン）

Claims

内部に充填液通路が形成されたバルブハウジングと、前記充填液通路内に昇降可能に挿通されたロッドの下端に形成された弁体と、前記充填液通路の下部内面に設けられた弁座とを有し、前記充填液通路を開閉する液バルブとを備え、供給される容器に液体を充填する充填バルブにおいて、
前記弁座が設けられたバルブハウジングの下端部を別体の液出口部材として着脱可能とし、排気通路が接続された液出口部材と、下端にスクリーンが設けられた液出口部材とを選択して取り付け可能としたことを特徴とする充填バルブ。
前記排気通路が接続された液出口部材に、容器の口部に当接して容器内を密封するシール手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の充填バルブ。