JP5149359B2 - 液体充填装置及び液体充填方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空引きした包材内に液体を充填する液体充填装置及び液体充填方法に関する。

従来から、段ボール容器の内部に、ポリエチレンなどのブロー成形による薄肉容器やフィルム袋体などの包材を収容してなるバック・イン・ボックス（Ｂ・Ｉ・Ｂ）が、液体容器として用いられており、係るバック・イン・ボックスの包材内に液体を充填する装置として、例えば、特許文献１に記載されるように、真空引きした包材内に液体を充填する装置があった。

特開平７−３２９９０３号公報

ところで、バック・イン・ボックスにおいて段ボール容器の内部に収容する軟包材に、ピンホールなどの漏れ部があると、充填した液体が包材から漏れ出してしまうため、漏れ部がない包材を用いることが望まれる。
しかし、液体充填装置に用いる包材を、包材のメーカが出荷前に全数検査しても、検査後から液体充填装置にセットされるまでの間において包材にピンホールが発生する可能性があり、また、液体充填装置にセットする直前に、包材におけるピンホールの有無を目視検査するようにしても、高精度にピンホールを見つけることは難しく、また、目視検査には時間が掛かるという問題があった。

本発明は上記問題点に着目してなされたものであり、包材に液体を充填する直前に、包材における漏れ部の有無を高精度かつ短時間で検査でき、漏れ部が発生している包材への液体の充填を未然に回避できる液体充填装置及び液体充填方法を提供することを目的とする。

このため、請求項１に係る液体充填装置は、包材内を真空引きする真空引き手段と、前記真空引き手段が真空引きした前記包材内に液体を充填する液体充填手段と、を備えた液体充填装置において、前記真空引き手段が真空引きした前記包材内を含む負圧領域を閉塞する閉塞手段と、前記負圧領域内の圧力を検出する圧力検出手段と、を設け、
前記真空引き手段による真空引き後であって前記液体充填手段による液体の充填前に、前記閉塞手段によって前記負圧領域を閉塞して負圧を閉じ込め、
閉塞した前記負圧領域の圧力が上昇変化した場合に、前記包材が漏れ部を有すると判定して、当該包材への液体の充填を停止し、
閉塞した前記負圧領域の圧力が上昇変化しない場合に、前記包材に漏れ部が無いと判定して、真空引きされた当該包材内に前記液体充填手段によって液体を充填させるようにした。

係る構成では、包材内を真空引きした後に液体の充填を行うが、真空引きを行った後でかつ液体の充填を行う前に、包材内を含む負圧領域を閉塞することで負圧を閉じ込める。包材に漏れ部が無い場合には、閉塞した負圧領域内（包材内）の圧力は一定に保持されるが、漏れ部があると、そこから空気が入り込んで負圧領域内（包材内）の圧力が上昇変化することになる。従って、負圧領域内（包材内）の圧力が上昇変化した場合に、包材に漏れ部が発生していると判定し、漏れ部が発生している包材への液体の充填を停止する一方、圧力が上昇変化せずに漏れ部が無いと判定した包材であって真空引きされた包材内に液体の充填を行う。

上記請求項１の構成において、請求項２のように、前記真空引き手段及び前記液体充填手段が、真空引きラインと液体充填ラインとを一体的に有する真空式充填ノズルを、前記包材のスパウトに密着させて、真空引き及び液体の充填を行うようにできる。
係る構成では、真空式充填ノズルを用いて、包材内の真空引き及び包材内への液体の充填を行う。

上記請求項２の構成において、請求項３のように、前記液体充填手段による液体の充填後に前記真空引き手段が真空引きを行うことで、前記真空式充填ノズルから液体を回収することができる。
係る構成では、真空式充填ノズルを介して包材内に液体を充填した後に、真空引きを行って真空式充填ノズルから液体を回収し、真空式充填ノズルからの液ダレを防止する。

上記請求項３の構成において、請求項４のように、前記真空引き手段が、前記真空式充填ノズルと真空ポンプとの間に真空チャンバを備え、前記真空式充填ノズルから回収した液体を前記真空チャンバ内に収容し、前記真空チャンバから外部に排液するようにできる。
係る構成では、真空引きによって真空式充填ノズルから回収した液体を、真空式充填ノズルと真空ポンプとの間に設けた真空チャンバに一旦収容し、真空チャンバから外部に排出して衛生状態の保持を図る。

上記請求項４の構成において、請求項５のように、前記真空式充填ノズルと前記真空チャンバとの間の真空引きラインに、前記閉塞手段としての開閉バルブを介装し、前記開閉バルブと前記真空式充填ノズルとの間の真空引きラインに、前記圧力検出手段を設けることができる。
係る構成では、真空式充填ノズルと真空チャンバとの間の真空引きラインに設けた開閉バルブを閉じることで、包材内を含む負圧領域を閉塞し、負圧を閉じ込めることができ、このとき、前記開閉バルブと真空式充填ノズルとの間の真空引きラインに設けた圧力検出手段は、包材内の圧力を検出することになる。

上記請求項１〜５のいずれかの構成において、請求項６のように、前記包材における漏れ部の発生を判定した場合に、警報を発する警報手段を設けることができる。
係る構成では、包材における漏れ部の発生を判定し、当該包材への液体の充填を停止すると、警報手段が警報を発し、作業者に対し、包材の漏れ部を検知し、液体の充填作業を停止したことを認識させる。

また、請求項７に係る液体充填方法は、包材内を真空引きし、前記包材内を含む負圧領域を閉塞して負圧を閉じ込め、前記閉塞した負圧領域内の圧力を検出し、前記負圧領域内の圧力が上昇変化したか否かを判別し、前記負圧領域内の圧力が上昇変化した場合に、前記包材が漏れ部を有すると判定して、真空引きされた包材への液体の充填を停止し、前記負圧領域内の圧力が上昇変化しない場合に、前記包材に漏れ部が無いと判定して、真空引きされた包材内に液体を充填するようにした。

係る構成では、包材内を真空引きした後に液体の充填を行うが、真空引きを行った後でかつ液体の充填を行う前に、包材内を含む負圧領域を閉塞することで負圧を閉じ込める。包材に漏れ部が無い場合には、閉塞した負圧領域内の圧力は一定に保持されるが、漏れ部があると、そこから空気が入り込んで負圧領域内の圧力が上昇変化することになる。従って、負圧領域内の圧力が上昇変化した場合に、包材に漏れ部が発生していると判定し、漏れ部が発生している包材への液体の充填を停止する一方、圧力が上昇変化せずに漏れ部が無いと判定した包材であって真空引きされた包材内に液体の充填を行う。

係る液体充填装置及び液体充填方法によれば、液体充填前の真空引きを利用して、包材における漏れ部の有無を高精度かつ短時間で検査でき、漏れ部が発生している包材への液体の充填を簡易な構成で回避できるという効果がある。

本発明の実施形態における液体充填装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態における液体の充填処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、実施形態におけるＢ・Ｉ・Ｂ液体充填装置の構成を示す図である。
図１に示す液体充填装置１は、Ｂ・Ｉ・Ｂの包材２の真空引きを行うことで、例えば、醤油、調味液、発酵乳などの発泡液体を高速に充填することが可能な装置である。

前記包材２は、例えばポリエチレンなどで製造したブロー成形体、ガセット袋体、フィルム袋体などであり、真空引き及び液体の充填を行うためのスパウト（注入口）２ａを備えている。
尚、スパウト（注入口）２ａは、液体充填後に打栓キャップやスクリューキャップで密閉される。

前記真空引き及び液体充填は、真空引きラインＶＬと液体充填ラインＦＬとを一体的に有する真空式充填ノズル（充填バルブ）３を、前記包材２のスパウト（注入口）２ａに密着させて行われる。
真空式充填ノズル３の周面には、前記液体充填ラインＦＬが接続され、この液体充填ラインＦＬの他端には、充填液体のタンクが接続され、また、タンクと真空式充填ノズル３との間の液体充填ラインＦＬには、充填用バルブ及び質量流量計などが介装される。
尚、前記タンク、充填用バルブ及び質量流量計については、図示を省略してある。

前記真空式充填ノズル３の基端側には真空引きラインＶＬが接続され、真空引きラインＶＬの他端は、真空発生源としての真空ポンプ４に接続してある。
真空式充填ノズル３と真空ポンプ４との間の真空引きラインＶＬには、真空チャンバ５を介装してあり、この真空チャンバ５の底面には、ドレン弁６を介装したドレンラインＤＬを接続してある。

また、真空チャンバ５と真空ポンプ４との間の真空引きラインＶＬには、真空発生弁８を介装してあり、また、真空発生弁８と真空チャンバ５との間の真空引きラインＶＬから分岐して大気解放される第１大気解放ラインＡＬ１に、手動式の真空度調整バルブ９を介装してある。
また、真空チャンバ５と真空式充填ノズル３との間の真空引きラインＶＬには、真空オン・オフ弁（開閉バルブ）１０を介装してある。更に、真空オン・オフ弁１０と真空式充填ノズル３との間の真空引きラインＶＬ内の圧力（真空度）を検出する真空指示設定器１１を備え、また、真空オン・オフ弁１０と真空チャンバ５との間の真空引きラインＶＬから分岐して大気解放される第２大気解放ラインＡＬ２に、大気解放弁１２を介装してある。

前記ドレン弁６、真空発生弁８、真空オン・オフ弁１０、大気解放弁１２などは、制御回路１３が出力する操作信号に応じて動作する電磁開閉弁などであり、前記制御回路１３は、前記真空指示設定器１１や図示省略した質量流量計の出力信号などを入力する。

上記構成の液体充填装置１は、図２のフローチャートに示すようにして動作する。
まず、液体充填装置１が起動されると、包材２内の真空引きを行う前に、真空チャンバ５内の圧力を予め設定された真空度（負圧）に調整するために、真空ポンプ４をオン、ドレン弁６を閉、真空発生弁８を開、真空オン・オフ弁１０を閉、大気解放弁１２を閉に制御する（Ｓ１０１）。

真空チャンバ５内の圧力を予め設定された真空度（負圧）に調整すると、次に、真空式充填ノズル３を包材２のスパウト２ａに嵌挿し密着させる（Ｓ１０２）。
ここで、真空オン・オフ弁１０を閉から開に切り替えることで、包材２内からエアを抜く真空引きを、予め設定された時間だけ行う（Ｓ１０３）。
尚、前記真空引きを行うときには、液体充填ラインＦＬは閉じられている。

真空引きを既定の時間だけ行うと、真空オン・オフ弁１０を開から閉に切り替えることで、真空引きによって発生した負圧を閉じ込めるようにする（Ｓ１０４）。このとき、真空オン・オフ弁１０から真空式充填ノズル３までの真空引きラインＶＬ内、及び、真空式充填ノズル３内の真空引きラインＶＬ、更に、包材２内は、同じ圧力の負圧領域を構成することになり、真空指示設定器１１は、包材２内の圧力を検出することになる。

ここで、真空指示設定器１１が検出する圧力、即ち、包材２内の圧力が設定圧ＳＬよりも高くなったか否かを判断する（Ｓ１０５）。
前記設定圧ＳＬは、大気圧よりも低く、真空チャンバ５内の圧力を調整するときの目標圧よりも高い圧力であり、包材２にピンホールなどの漏れ部が無い場合に、超えることがない圧力に設定してある。
包材２にピンホールなどの漏れ部が無い場合、包材２内を含む負圧領域は閉塞された空間であり、前記負圧領域内の圧力は、真空オン・オフ弁１０を閉じた時点での圧力、即ち、設定圧ＳＬよりも低い圧力を保持することになる。

一方、包材２にピンホールなどの漏れ部が有る場合、真空オン・オフ弁１０を閉じても、漏れ部からエアが包材２内に入り込むことで、前記負圧領域内の負圧が抜けて圧力上昇し（真空度が低下し）、負圧領域内の負圧は、設定圧ＳＬよりも高い圧力にまで上昇変化することになる。そこで、真空指示設定器１１の検出圧力が上昇変化し、設定圧ＳＬを超えた場合には、包材２にピンホールなどの漏れ部が発生しているものと推定する。

真空指示設定器１１の検出圧力が設定圧ＳＬよりも低い場合には、真空オン・オフ弁１０を閉じてから設定圧ＳＬよりも低い圧力を保持している状態が一定時間以上継続しているか否かを判別する（Ｓ１０６）。そして、真空指示設定器１１の検出圧力が、設定圧ＳＬよりも低い状態を一定時間継続した場合には、包材２にピンホールなどの漏れ部が無いものと判定し、当該包材２への液体充填を行う（Ｓ１０７）。
尚、前記一定時間は、包材２にピンホールなどの漏れ部が存在する場合に、包材２の圧力が設定圧ＳＬよりも高くなるのに要する時間よりも長い時間に設定してある。

前記包材２への液体充填は、前記液体充填ラインＦＬ及び真空式充填ノズル３を介して行われ、液体充填後に包材２から外された真空式充填ノズル３からの液ダレを防ぐために、真空引きを行って真空式充填ノズル３内の液体を真空チャンバ５内に回収する。真空チャンバ５内に回収した液体は、真空発生弁８を閉、真空オン・オフ弁１０を閉、大気解放弁１２を開、ドレン弁６を開とすることで、毎回外部に自動排出させる。

一方、真空指示設定器１１の検出圧力が設定圧ＳＬよりも高くなった場合には、前述のように、包材２にピンホールなどの漏れ部が発生しているものと推定でき、漏れ部を有する包材２に液体を充填すると、漏れ部から液体が漏れ出すことになってしまう。
そこで、真空指示設定器１１の検出圧力（包材２内を含む負圧領域内の圧力）が設定圧ＳＬよりも高くなった場合には、液体充填工程への移行を停止し、当該包材２への液体の充填を停止する（Ｓ１０８）。そして、液体充填を停止した場合には、ブザーやランプなどの警報装置７を作動させ、作業者に対して、液体を充填しようとした包材２に漏れ部が有るために、液体の充填を停止したことを知らせる（Ｓ１０８）。

警報装置７の作動によって包材２に漏れ部が有ることを知った作業者は、液体充填装置１を停止させ、漏れ部が有ると判断された包材、即ち、真空式充填ノズル３にスパウト２ａが密着している包材２を取り除き、液体充填装置１を再起動させ、包材２への液体充填作業を再開させる。

上記の液体充填装置１によると、真空引き後でかつ液体充填直前において、包材２に漏れ部が有るか否かを真空引きによって発生させた負圧を利用して判断するので、別途リークテスターなどを設けることなく、液体充填工程の一環として包材２における漏れ部の有無を高精度かつ短時間で検査でき、漏れ部が発生している包材への液体の充填を未然に回避できる。
従って、包材２の輸送中、包材２を梱包から取り出す際、包材２を液体充填装置１にセットする際のいずれかでピンホールなどの漏れ部が包材２に発生したとしても、漏れ部が発生していることを検知でき、漏れ部を有する包材２への液体の充填を未然に防止し、包材２からの液体の漏れが発生することを回避できる。

尚、上記実施形態では、真空指示設定器１１の検出圧力と設定圧ＳＬとを比較したが、設定圧ＳＬ付近でオン・オフが切り替わる圧力スイッチを用い、この圧力スイッチのオン・オフを監視することで、包材２に漏れ部があるか否かを判定させることができる。
また、所定時間だけ真空引きを行っても包材２内の圧力が、設定圧ＳＬ未満に低下しない場合に、包材２に漏れ部が発生していると判断することができる。

更に、所定時間だけ真空引きを行った時点で真空オン・オフ弁１０を閉じ、真空オン・オフ弁１０を閉じてから一定時間が経過した時点で、真空指示設定器１１の検出圧力を設定圧ＳＬとを比較させるようにしてもよい。
また、液ダレ防止のために真空引きで回収した液体を、包材２への充填に用いる液体充填装置であってもよく、更に、液ダレ防止のために真空引きを行わない液体充填装置であってもよく、これらの液体充填装置においても、上記実施形態と同様にして包材２の漏れ部の検知を行うことができる。

１ 液体充填装置
２ 包材
３ 真空式充填ノズル（真空引き手段、液体充填手段）
４ 真空ポンプ（真空引き手段）
５ 真空チャンバ（真空引き手段）
６ ドレン弁
７ 警報装置（警報手段）
８ 真空発生弁（真空引き手段）
９ 真空度調整バルブ（真空引き手段）
１０ 真空オン・オフ弁（閉塞手段）
１１ 真空指示設定器（圧力検出手段）
１２ 大気解放弁
１３ 制御回路（漏れ部検知手段）
ＶＬ 真空引きライン（真空引き手段）
ＦＬ 液体充填ライン（液体充填手段）
ＡＬ１ 第１大気解放ライン
ＡＬ２ 第２大気解放ライン

Claims (7)

1. 包材内を真空引きする真空引き手段と、
   前記真空引き手段が真空引きした前記包材内に液体を充填する液体充填手段と、
   を備えた液体充填装置において、
   前記真空引き手段が真空引きした前記包材内を含む負圧領域を閉塞する閉塞手段と、
   前記負圧領域内の圧力を検出する圧力検出手段と、
   を設け、
   前記真空引き手段による真空引き後であって前記液体充填手段による液体の充填前に、前記閉塞手段によって前記負圧領域を閉塞して負圧を閉じ込め、
   閉塞した前記負圧領域の圧力が上昇変化した場合に、前記包材が漏れ部を有すると判定して、当該包材への液体の充填を停止し、
   閉塞した前記負圧領域の圧力が上昇変化しない場合に、前記包材に漏れ部が無いと判定して、真空引きされた当該包材内に前記液体充填手段によって液体を充填させる、液体充填装置。
2. 前記真空引き手段及び前記液体充填手段が、真空引きラインと液体充填ラインとを一体的に有する真空式充填ノズルを、前記包材のスパウトに密着させて、真空引き及び液体の充填を行う請求項１記載の液体充填装置。
3. 前記液体充填手段による液体の充填後に前記真空引き手段が真空引きを行うことで、前記真空式充填ノズルから液体を回収する請求項２記載の液体充填装置。
4. 前記真空引き手段が、前記真空式充填ノズルと真空ポンプとの間に真空チャンバを備え、前記真空式充填ノズルから回収した液体を前記真空チャンバ内に収容し、前記真空チャンバから外部に排液する請求項３記載の液体充填装置。
5. 前記真空式充填ノズルと前記真空チャンバとの間の真空引きラインに、前記閉塞手段としての開閉バルブを介装し、前記開閉バルブと前記真空式充填ノズルとの間の真空引きラインに、前記圧力検出手段を設けた請求項４記載の液体充填装置。
6. 前記包材における漏れ部の発生を判定した場合に、警報を発する警報手段を設けた請求項１〜５のいずれか１つに記載の液体充填装置。
7. 包材内を真空引きし、
   前記包材内を含む負圧領域を閉塞して負圧を閉じ込め、
   前記閉塞した負圧領域内の圧力を検出し、
   前記負圧領域内の圧力が上昇変化したか否かを判別し、
   前記負圧領域内の圧力が上昇変化した場合に、前記包材が漏れ部を有すると判定して、真空引きされた包材への液体の充填を停止し、
   前記負圧領域内の圧力が上昇変化しない場合に、前記包材に漏れ部が無いと判定して、真空引きされた包材内に液体を充填する液体充填方法。

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