JP5232568B2 - 炭酸飲料用無菌充填装置 - Google Patents

Description

本発明は、炭酸ガスにより液貯留部に背圧が加えられている炭酸飲料等の液を容器に充填する充填装置に関し、特に、充填バルブで処理される飲料液と炭酸ガスを無菌状態とし、充填バルブ周辺を無菌加圧ガスで囲う充填装置の構成に関する。

従来の特許文献１に示す回転式無菌充填装置は、充填液は下部に置かれたロータリジョイントを通じて上部に設置された環状のフィラーボウルに供給され、フィラーボウルから各充填バルブへ配給され、炭酸飲料を充填する構成の充填装置である。充填バルブ内周の回転部囲いと外周の固定部囲いとの間をシールして内外のガスの交流を断って無菌室が形成され、この無菌室には、容器を載せて上下に移動可能な容器台と充填ノズル、容器を搬送する搬送手段を内包する。

また、特許文献２に示す従来例の充填装置は、充填機本体はクリーンブース内に収容され、充填液と充填時に容器内空気と置き換えられる加圧炭酸ガスは、クリーンブースの外に設置された充填液貯留タンクから充填機本体の上部に置かれたロータリジョイントを通して充填機本体に供給される構成の無菌充填装置である。充填工程で排気される炭酸ガスは充填機本体の下部に置かれた下部ロータリジョイントから機外に排出される。

また、特許文献３に示す従来例は、特許文献２の無菌充填装置と殆ど同じ構成を有しており、充填機本体を覆っているクリーンブースの上部に露出しているロータリジョイントを覆うサブチャンバーを追加し、このサブチャンバーにクリーンブースと別の加圧ガスを送り込む構成の充填装置である。
特開２００３−４０３９６号公報（図２） 特開２００４−３１５０４５号公報（図１） 特開２００５−１４９１８号公報（図１）

特許文献１の従来の充填装置は、充填液配管がフィラーボウルへ通じ、充填バルブは旧式の容器内圧力バランス液面設定型充填バルブとなっているので、充填バルブの構造が複雑であり、コスト高で、保守が面倒である。また、ガス配管経路の炭酸ガスの除菌処理不十分等の問題点がある。

また、特許文献２及び特許文献３に示す充填装置は、充填液タンクが外部に設置されているので設置面積大きく、また、充填機本体全体を覆っているクリーンブースが大きく、充填液タンクは充填バルブや給液部より下部に配置しているので、配管内部において発生したガスが配管内に溜まって充填液が配管内で滞る虞がある。
本発明は、クリーンブースを小さくしてコストを減らし、充填バルブ周辺の保守を容易にし、ガス配管内の滅菌を確実にする炭酸飲料用充填装置を提供することを目的とする。

上記の問題点に対し、本発明は以下の各手段により課題の解決を図る。
（１）第１の手段の炭酸飲料用無菌充填装置は、充填液を供給する液用ロータリジョイントと、該液用ロータリジョイントと充填液配管で接続された充填液タンクと、該充填液タンクと炭酸ガス通路で接続された炭酸ガス用ロータリジョイントとを備え、炭酸ガスを含有したガス入り飲料をクリーンブース内で容器に充填する炭酸飲料用無菌充填装置であって、
前記炭酸ガス用ロータリジョイントを前記クリーンブース外に設置し、且つ該炭酸ガス用ロータリジョイントから前記充填液タンクに前記炭酸ガスを供給する前記炭酸ガス通路中に前記炭酸ガスを滅菌する滅菌フィルターを設置することを特徴とする。

（２）第２の手段の炭酸飲料用無菌充填装置は、上記（１）の炭酸飲料用無菌充填装置の液用ロータリジョイントが充填液タンクの下部に回転体の回転軸を中心軸として設置され充填液通路が上向きに伸びて充填液タンクと連通するようにしたことを特徴とする。

（３）第３の手段の炭酸飲料用無菌充填装置は、上記（１）及び（２）の炭酸飲料用無菌充填装置において、回転体の一定円周上に等間隔に設けられていて充填液通路と該通路を開閉する液バルブを有し前記容器と充填バルブをシールするシール手段を備えた複数の充填バルブと容器グリッパを外気からシールして遮断したクリーンブース内に収容し、充填手段への容器供給入口部を洗浄部につなぎ、容器排出部を容器通過し得る最小の面積として充填装置の充填バルブ周辺を外気から遮断するようにしたことを特徴とする。

（４）第４の手段の炭酸飲料用無菌充填装置は、上記（１）〜（３）の炭酸飲料用無菌充填装置において、上記充填液タンクの上部にシャワーノズルを設置し、シャワーノズルにサニテーション用の洗浄液配管を連通して充填液配管につなぎ、該充填液配管に充填液と洗浄液を切り換える切換弁を設置したことを特徴とする。

請求項１に係わる発明は、上記の第１の手段の炭酸飲料用無菌充填装置であって、充填液タンクを本体に内蔵するので充填機本体は大きくなるが、システム全体としては小型となっており、保守、点検が容易である。また、配管経路は充填機本体内で完了するので、充填機の設置場所による配管系の制約を考慮する必要が無い。また、充填機本体内でロータリジョイントから充填液タンクへの炭酸ガス配管に滅菌フィルタを配設しているので、ロータリジョイントにおける炭酸ガス経路は無菌仕様にする必要が無く、構造も簡単となり、コストを安くできる効果がある。

請求項２に係わる発明は、上記の第２の手段の炭酸飲料用無菌充填装置であって、充填機本体に内蔵する充填液タンクは充填バルブや給液部であるロータリジョイントより上部に配置しているので、配管内部において発生したガスが配管内を上昇して充填液タンクの水面上に集められるので、充填液が配管に滞る恐れが無い。また、ロータリジョイントから充填液タンクへの液通路は上方に向いていて、製品液や洗浄液を抜くとき液通路に流れが滞ることがなく、ＣＩＰ（Cleaning in Place：定置洗浄）が容易である。

請求項３に係わる発明は、上記の第３の手段の炭酸飲料用無菌充填装置であって、クリーンブースを小さくし、装置コストを小さくする効果がある。
請求項４に係わる発明は、上記の第４の手段の炭酸飲料用無菌充填装置であって、充填液タンクのＣＩＰ時に有用である。

本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は実施の形態に係わる炭酸飲料用無菌充填機と周辺機器間を搬送される容器の流れと加圧ガスチャンバーの囲う範囲を示す平面図、図２は図１に示す炭酸飲料用無菌充填機の要素部品間を流れる充填液及び炭酸ガス等の配管系統図、図３は図１の炭酸飲料用無菌充填機の充填バルブ周辺とクリーンブースの概略を示す側面断面図、図４は図１の炭酸飲料用無菌充填機を洗浄するときの充填液及び炭酸ガス等の配管上の開閉弁の作動状態を示す配管系統図である。

図１によって炭酸飲料用無菌充填装置におけるＰＥＴボトルの搬送の流れ説明をする。空のＰＥＴボトル８は洗浄部Ｗにおいて洗浄殺菌されて搬送スターホイール２より充填部Ｆのスターホイール３へ渡され、スターホイール５を経て炭酸飲料用無菌充填機１０へ送り込まれる。炭酸飲料用無菌充填機１０で炭酸飲料を充填された実入りＰＥＴボトル８Ａはスターホイール９に渡され、スターホイール９からキャッピング機４０に送られ、キャッピング機４０においてキャップが被せられ、巻締め封止される。ガス入飲料の実入りＰＥＴボトル８Ａは搬出コンベア４７により機外に搬出される。ＰＥＴボトル８，８Ａの流れに沿って洗浄部Ｗと充填部Ｆの境界から搬出コンベア４７までクリーンブース４に覆われる。図１の破線でハッチングされたクリーンブース４には常時、加圧された無菌ガス又はエアが送り込まれる。実入りＰＥＴボトル８Ａの出口部は外気の進入をできるだけ少なくするため実入りＰＥＴボトル８Ａがやっと通る開き口４８とする。

図２により炭酸飲料用無菌充填機１０の構成を説明する。カウンタガスとして炭酸ガスを使用する場合について説明する。
炭酸飲料用無菌充填機１０の上部に、固定部材と回転体に結合される上部ロータリジョイント５１が設置される。上部ロータリジョイント５１の固定側には、固定側の電気信号線６６と操作エア配管６９と炭酸ガス配管６８とが結合され、上部ロータリジョイント５１の回転側の電気信号線６６Ａと操作エア配管６９Ａとは炭酸飲料用無菌充填機１０の回転側に設置された回転制御盤５３に結合され、炭酸ガス配管６８Ａはガス圧調整弁８６でガス圧力が調整制御されて炭酸ガス配管７２となり、充填液タンク５４及び複数の充填バルブ１１へ送られる。炭酸ガスを滅菌する滅菌フィルタ５６が上部ロータリジョイント５１と充填液タンク５４の間の炭酸ガス配管７２に設置してある。これにより上部ロータリジョイント５１から充填液タンク５４への炭酸ガス配管７２に滅菌フィルタ５６を配設しているので、上部ロータリジョイント５１における炭酸ガス経路は無菌仕様にする必要が無く、構造も簡単となり、コストを安くできる効果がある。

８５は炭酸ガスの逆流を防ぐ逆止弁である。炭酸ガス配管７２、配管７５、炭酸ガス通路３２ａ（図３に示すようにガス通路ブロック３２に形成されている。）に通じる配管７６に圧力調整弁９１が設置される。圧力調整弁９１は配管７７を通じてリターンガス配管であるガス排出通路３２ｂに結合され、充填液タンク５４内のガス圧を検出するガス圧センサ６４が検出したガス圧を回転制御盤５３で設定圧と比較し、設定圧より高かったとき、充填液タンク５４に供給される炭酸ガスの圧力が設定圧になるように制御する。また、ガス圧調整弁８６は、ガス圧センサ６４が検出したガス圧が充填液タンク５４の設定ガス圧より低いとき、回転制御盤５３から指示して設定圧まで上がるように制御する。開閉弁９２，９３は、炭酸飲料用無菌充填機１０を停止するときや、作業開始前、作業停止時等の殺菌洗浄時に炭酸ガスを抜く場合に使われる。９５は配管系統内の過大圧を避けるための圧力安全弁である。

炭酸飲料用無菌充填機１０の下部に、固定部材と回転体に結合される下部ロータリジョイント５２が設置される。外部の固定配管５９から下部ロータリジョイント５２を介して充填液が炭酸飲料用無菌充填機１０の中心を通る充填液配管５７により垂直に上昇して上部に設置された充填液タンク５４に流入する。１０６，１０８は開閉弁であり、開閉弁１０８は滅菌洗浄液供給配管１０７により供給される滅菌洗浄液の切換時に使用される。

ガス排出通路３２ｂも下部ロータリジョイント５２に結合され、リターンガスは固定側のガスリターン配管８１へ排出される。
１１７はガスと水の分離器であり、分離器１１７から分岐した排水用配管１１５には開閉弁１１６が設置される。滅菌洗浄液供給配管１０７と排水用配管１１５の間に分岐配管１１１が設置され、分岐配管１１１には開閉弁１１２が備えられる。分離器１１７、排水用配管１１５、開閉弁１１６、分岐配管１１１、開閉弁１１２はＣＩＰを行うときに使用される、

充填液タンク５４には充填バルブ１１のそれぞれに連通し充填液を配送する複数の給液配管１２が取付けられている。充填液タンク５４内に充填液の水面高さを検出する液面レベルセンサ６３が設置され、充填液配管５７に設置された液流量調整弁５８が液面レベルセンサ６３の信号により充填液の流量を調整して充填液タンク５４内の充填液の液面高さを設定範囲に制御する。

図３に示すように、充填液通路１７ａを開閉する液バルブ１８を有する複数の充填バルブ１１は、上部回転板２０の一定円周上に等間隔に設けられている。各充填バルブ１１の下部にはＰＥＴボトル８を保持するグリッパを備えＰＥＴボトル８を充填バルブ１１の真下に位置するように搬送し、充填バルブ１１に当接するために上下動する容器昇降手段３５が設置される。

各充填バルブ１１にＰＥＴボトル８が当接され、充填液を充填する工程にはカウンタガスである炭酸ガスをＰＥＴボトル８内のエアと置き換える必要があり、そのため加圧ガスをＰＥＴボトル８内に供給する炭酸ガス通路３７ａ、炭酸ガス通路３７ａを開閉する炭酸ガス通路開閉弁３４ａ、ＰＥＴボトル８から炭酸ガスに置き換えられた空気を排出する排気通路３７ｃ、排気通路３７ｃを開閉する排気通路開閉弁３４ｃ、ＰＥＴボトル８に充填液を充填後にＰＥＴボトル８の内圧を大気圧に戻すために反応ガスを排出させるためのスニフトガス通路３７ｂと、スニフトガス通路３７ｂに設置された絞り弁２９、スニフトガス通路３７ｂを開閉するスニフトガス通路開閉弁３４ｂが設置されている。

図３により充填バルブ１１とその周辺の構成について説明する。充填バルブ１１は上部回転板２０によって支持されている。充填バルブ１１の本体１７には、充填液である炭酸飲料を供給する給液配管１２と、炭酸ガス通路３７ａ、スニフトガス通路３７ｂと、充填のとき、ＰＥＴボトル８内から追い出されたエアやエアに置き換えられた炭酸ガスを排出する排気通路３７ｃが連結している。給液配管１２には炭酸飲料の供給量を計測する流量計２６と、液量を２ステップに調整できる流量切換弁２７が設けてある。

充填バルブ１１の本体１７の上にエアシリンダ２２が取付けられ、エアシリンダ２２の駆動ロッド部に液バルブ１８が固着される。液バルブ１８は電磁弁２４において、図示せぬ制御装置からの操作信号により圧縮エアの通路が切り換えられてエアシリンダ２２が駆動され、充填液通路１７ａを開閉する。１５は液バルブ１８のテーパー１８ａに形成された溝に嵌め込まれたシールパッキンである。

ＰＥＴボトル８を充填バルブ１１の下側開口部に設けられた容器口シール４３に当て、エアシリンダ２２を駆動して液バルブ１８を開いて炭酸飲料を充填するとき、電磁弁２５の作動により流量切換弁２７を先ず大流量側に開き、充填が進んで充填量がＰＥＴボトル８の容量に達する前に小流量に切り換え、積算流量が設定値となったとき、エアシリンダ２２を逆作動して液バルブ１８を閉じる。１９は容器口シール４３を本体１７に装着するナットである。

各充填バルブ１１の本体１７にはそれぞれ炭酸ガス通路３７ａ、スニフトガス通路３７ｂ、排気通路３７ｃが結合され何れの通路も本体１７内の充填液通路１７ａと通じるガス管１７ｂに連通している。それぞれの前記ガス通路３７ａ，３７ｂ，３７ｃは開閉弁ブロック３１に取り付けられた各開閉弁３４ａ，３４ｂ，３４ｃによって開閉される。開閉弁ブロック３１はリング状のガス通路ブロック３２に取付けられ、ガス通路ブロック３２には炭酸ガス通路３２ａとガス排出通路３２ｂが備えられている。

ＰＥＴボトル８をグリップした容器グリッパ４１は容器昇降手段３５により上下移動してＰＥＴボトル８を充填バルブ１１の下側の容器口シール４３に接離する。容器昇降手段３５は上部回転板２０と縦通材２３により一体になっている下部回転板２１に取付けられ、充填バルブ１１と一緒に回転する。容器昇降手段３５の昇降軸３６にはカムフォロワ４２が備えられ、外部固定のカム４６の作用により炭酸飲料用無菌充填機１０の回転時、所定の角度位置で容器グリッパ４１を昇降させる。

上部回転板２０と下部回転板２１の内周側で、縦通材２３に沿って内側囲い１６が取付けられ、また、両回転板２０，２１の外周側には、外部固定部材２８に固定した外側囲い７の水封ラビリンス３８，３９に浸かってガスシールする下向きのラビリンス板が取付けられている。上部回転板２０と下部回転板２１と内側囲い１６と外側囲い７とで囲われたクリーンブース４には、常時、外気圧より高い圧力がかかっている。下部回転板２１と容器昇降手段３５の間に設けられた圧縮ばね４５は容器昇降手段３５に上昇力を与えるためのもの、ベローズ４４はクリーンブース４の内部と遮断するためのものである。

図２により炭酸飲料用無菌充填機１０の充填作用を説明する。
後述するＣＩＰにより、充填バルブ１１への給液配管１２、充填バルブ１１の本体１７の充填液通路１７ａ、液バルブ１８、各ガス通路３７ａ，３７ｂ，３７ｃ、充填バルブ１１のＰＥＴボトル８に接触するシール面等の充填液と処理ガスである炭酸ガスが触れる部分を滅菌処理し、ＣＩＰに使用した洗浄液、水蒸気を各配管系統から抜き去る。次いで開閉弁１０６を開いて、充填液を充填液配管５７を通じて充填液タンク５４に送り、貯留し、ガス圧調整弁８６を開いて充填液タンク５４内の充填液にカウンタ圧をかけた後、容器グリッパ４１で殺菌洗浄済みのＰＥＴボトル８を把持し、容器昇降手段３５で上昇してＰＥＴボトル８のネックリングを充填バルブ１１の容器口シール４３に当ててシールし、充填を開始する。

炭酸ガス通路開閉弁３４ａを開いて無菌の炭酸ガスを充填バルブ１１へ送り出し、同時に、排気通路開閉弁３４ｃを開いてＰＥＴボトル８内のエアを排気通路３７ｃ、ガス排出通路３２ｂ、下部ロータリジョイント５２を経てガスリターン配管８１へ排出する。ＰＥＴボトル８内が炭酸ガスに置き換えられた後、排気通路開閉弁３４ｃを閉じ、ＰＥＴボトル８内を充填液タンク５４と同圧にして充填バルブ１１の液バルブ１８を上方に引き上げて充填液通路１７ａを開き流量計２６により炭酸飲料の流量を検出し、積算して設定量に達したらエアシリンダ２２で液バルブ１８を駆動して充填液通路１７ａを閉じ、スニフトガス通路開閉弁３４ｂを開いて充填バルブ１１のシール空間のガス圧を常圧にスニフトして充填を完了する。

図４により炭酸飲料用無菌充填機１０の充填液、炭酸ガスが通る機能品、配管等のＣＩＰ作用を説明する。
ＣＩＰの作業は炭酸飲料用無菌充填機１０が停止しているときに行われる。図示しない制御装置の指示により、充填液供給配管である固定配管５９の開閉弁１０６を閉じ、分岐配管１１１の開閉弁１１２を開き、排水用配管１１５の開閉弁１１６を開いて、充填液配管５７、充填液タンク５４から充填液を抜き、また、エアシリンダ２２を操作して液バルブ１８を開に作動して給液配管１２、充填バルブ１１から充填液を抜いた後、全部の充填バルブ１１の下側開口部に蓋９９を取付け、密封し、容器昇降手段３５は容器グリッパ４１と共に充填バルブ１１の下方に離して置く。ガス圧調整弁８６を閉にし、クリーンブース４の外に在る滅菌用水蒸気配管８４とクリーンブース４内の水蒸気配管８２を水蒸気用カップリング８３で結合する。

分岐配管１１１の開閉弁１１２を閉じ、滅菌洗浄液供給配管１０７上の開閉弁１０８を開にして、滅菌洗浄液を下部ロータリジョイント５２を経て充填液配管５７へ送り込む。液流量調整弁５８を閉じて充填液タンク５４へ滅菌洗浄液が直接流入することを避け、開閉弁９６を開いて滅菌洗浄液配管６１から充填液タンク５４内の洗浄ノズル６２へ送り、充填液タンク５４内を洗浄する。

滅菌洗浄液が充填液タンク５４内に適量貯留したことを液面レベルセンサ６３で確認して各充填バルブ１１の液バルブ１８を引き上げて充填バルブ１１を開き、排気通路３７ｃの排気通路開閉弁３４ｃを開くと滅菌洗浄液は排気配管７８、ガス排出通路３２ｂ、下部ロータリジョイント５２を経てガスリターン配管８１を経て分離器１１７でガス成分と温水を分離し、それぞれ機外に排出される。このとき、排水用配管１１５の開閉弁１１６は開いて置く。滅菌洗浄液の通る配管を図４において、太い実線で示している。

次に、滅菌洗浄液供給配管１０７の開閉弁１０８を閉じて滅菌洗浄液の供給を止め、液流量調整弁５８、開閉弁９６を開いて充填液タンク５４、給液配管１２、充填バルブ１１内の滅菌洗浄液を固定配管５９及び、ガスリターン配管８１から排出し、開閉弁９４、開閉弁８８を開いて水蒸気配管８２から水蒸気を導入する。水蒸気は滅菌フィルタ５６、全てのガス配管、液配管、コンデンス水配管７３を通って残った水蒸気とコンデンスした水が加わった洗浄水とをガスリターン配管８１へ送り、ガスリターン配管８１の分離器１１７で水蒸気と温水を分離し、水蒸気はガスリターンへ、温水は開閉弁１１６を開いて排水用配管１１５から排出してＣＩＰを終了する。

本発明の実施の形態に係わる炭酸飲料用無菌充填機と周辺機器間を搬送される容器の流れとクリーンブースの囲う範囲を示す平面図である。 図１の炭酸飲料用無菌充填機の要素部品間を流れる充填液及び炭酸ガス等の配管系統図である。 図１の炭酸飲料用無菌充填機の充填バルブ周辺とクリーンブースの概略を示す側面断面図である。 図１の炭酸飲料用無菌充填機を洗浄するときの充填液及び炭酸ガス等の配管上の開閉弁の作動状態を示す配管系統図である。

符号の説明

４…クリーンブース、
７…外側囲い、
８…ＰＥＴボトル、
１０…炭酸飲料用無菌充填機、
１１…充填バルブ、
１２…充填液配管、
１６…内側囲い、
１８…液バルブ、
２０…上部回転板、
２１…下部回転板、
２６…流量計、
３４ａ…炭酸ガス通路開閉弁、
３４ｃ…排気通路開閉弁、
３５…容器昇降手段、
３７ａ，７２…炭酸ガス通路、
３７ｃ…排気通路、
４１…グリッパ、
４３…容器口シール、
５１…上部ロータリジョイント、
５２…下部ロータリジョイント、
５３…回転制御盤、
５４…充填液タンク、
５６…滅菌フィルタ、
５７…充填液供給配管、
５８…液流量調整弁、
６１…滅菌洗浄液配管、
６２…洗浄ノズル、
１０６，１０８…開閉弁

Claims (4)

1. 充填液を供給する液用ロータリジョイントと、該液用ロータリジョイントと充填液配管で接続された充填液タンクと、該充填液タンクと炭酸ガス通路で接続された炭酸ガス用ロータリジョイントとを備え、炭酸ガスを含有したガス入り飲料をクリーンブース内で容器に充填する炭酸飲料用無菌充填装置であって、
   前記炭酸ガス用ロータリジョイントを前記クリーンブース外に設置し、且つ該炭酸ガス用ロータリジョイントから前記充填液タンクに前記炭酸ガスを供給する前記炭酸ガス通路中に前記炭酸ガスを滅菌する滅菌フィルターを設置することを特徴とする炭酸飲料用無菌充填装置。
2. 請求項１に記載する炭酸飲料用無菌充填装置の液用ロータリジョイントが充填液タンクの下部に回転体の回転軸を中心軸として設置され充填液通路が上向きに伸びて充填液タンクと連通するようにしたことを特徴とする炭酸飲料用無菌充填装置。
3. 請求項１及び２に記載する炭酸飲料用無菌充填装置において、回転体の一定円周上に等間隔に設けられていて充填液通路と該通路を開閉する液バルブを有し前記容器と充填バルブをシールするシール手段を備えた複数の充填バルブと容器グリッパを外気からシールして遮断したクリーンブース内に収容し、充填手段への容器供給入口部を洗浄部につなぎ、容器排出部を容器通過し得る最小の面積として充填装置の充填バルブ周辺を外気から遮断するようにしたことを特徴とする炭酸飲料用無菌充填装置。
4. 請求項１〜請求項３に記載する炭酸飲料用無菌充填装置において、上記充填液タンクの上部にシャワーノズルを設置し、シャワーノズルにサニテーション用の洗浄液配管を連通して充填液配管につなぎ、該充填液配管に充填液と洗浄液を切り換える切換弁を設置したことを特徴とする炭酸飲料用無菌充填装置。

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