JP7237225B1 - 充填針モジュール及び充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容器に充填された液体におけるコンタミの抑制を図ることができる充填針モジュール及び充填装置を提供する。
【解決手段】
充填針６１１の周囲に設けられて、所定の気体を充填針６１１に対向して配置された容器１００側に向かって流出させるための気体通路６１２を備え、気体通路６１２は、充填針６１１の先端部側の開口部分の流路面積が気体通路６１２の他の部分の流路面積よりも広くなっている構成とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、液体を容器に充填する充填針を含む充填針モジュール及びそれを備える充填装置に関する。

従来、例えば、薬液等の液体を容器に充填する充填装置として、液体が貯留される貯留タンクから供給される液体を充填針（充填ノズル）によって各容器に充填するものが知られている。具体例としては、アンプル等の容器に液体を充填する際、充填機構のノズル（充填針）を容器内に挿入した状態で、ノズルから容器内に液体を供給するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３－２３１５９０号公報

ここで、薬液等の液体を容器に充填する際には、液体への異物混入や汚染、いわゆるコンタミネーション（以下、「コンタミ」という）を抑制する必要がある。コンタミの要因は様々であるが、その一つとして、容器内に液体を供給する際に、充填針から流出する液体が、周囲の気体（以下、環境気体という）と接触することが挙げられる。

特許文献１に記載のように、充填針（ノズル）を容器内に挿入した状態で容器内に液体を供給することで液体と環境気体との接触を少なくして、容器に充填された液体におけるコンタミを抑えることはできる。

しかしながら、液体のコンタミを完全に防止することは難しく、充填針や充填装置のさらなる改良が望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、容器に充填された液体におけるコンタミの抑制を図ることができる充填針モジュール及び充填装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液体が供給される液体通路を有し先端部の開口から液体を容器に充填する充填針を含む充填針モジュールであって、前記充填針の周囲に設けられて、所定の気体を前記充填針に対向して配置された前記容器側に向かって流出させるための気体通路と、前記充填針が内部に保持される筒状の通路形成部材と、を備え、前記充填針の先端部の先端面は、前記通路形成部材の先端面よりも下方に位置し、前記充填針の先端部には、前記開口に向けて外径及び内径が狭くなった小径部が形成され、前記気体通路は、前記通路形成部材と前記充填針とによって形成され、前記通路形成部材と前記小径部とによって形成された前記気体通路の一部である幅広部の流路面積は、前記通路形成部材と前記充填針のうち前記小径部以外の部分とによって形成された前記気体通路の一部の流路面積よりも広いことを特徴とする充填針モジュールにある。

本発明の第２の態様は、第１の態様の充填針モジュールであって、前記気体通路の前記幅広部には、前記気体を整流するための整流部材が設けられていることを特徴とする充填針モジュールにある。

本発明の第３の態様は、第１の態様の充填針モジュールであって、前記液体通路に繋がる供給通路と、前記供給通路を開閉するための開閉バルブと、を有し、前記供給通路の前記開閉バルブよりも前記液体通路側は、前記液体通路の流路面積よりも狭くなっていることを特徴とする充填針モジュールにある。

本発明の第４の態様は、第１～３の何れか一つの態様の充填針モジュールと、前記気体通路に接続されて当該気体通路に所定の前記気体を供給する気体供給手段と、を備えることを特徴とする充填装置にある。

かかる本発明によれば、充填針の先端部の周囲を気体通路を介して流出する不活性気体等によってシールしながら容器に液体を充填することで、環境気体等に起因する液体のコンタミを抑制することができる。

またこのように不活性気体等によってシールすることで、充填装置を設置するクリーンルームのクラス（清浄度）を比較的低くすることができ、コストの削減を図ることができる。

本発明の実施形態１に係る充填装置を含む液体処理システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る充填装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る充填針モジュールの概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る充填針モジュールの横断面図である。 本発明の実施形態１に係る充填針モジュールの拡大断面図である。 本発明の実施形態１に係る充填方法の一例を説明する図である。 本発明の実施形態１に係る充填方法の一例を説明する図である。 充填針モジュールで形成されるエアカーテンを説明する図である。 本発明の実施形態１に係る充填針モジュールの拡大断面図である。 本発明の実施形態１に係る充填針モジュールの変形例の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る充填針モジュールの変形例を示す横断面図である。 本発明の実施形態１に係る充填針モジュールの変形例を示す図である。 本発明の実施形態２に係る充填針モジュールの概略構成を示す図である。 本発明の実施形態２に係る充填針モジュールの横断面図である。 本発明の実施形態３に係る充填針モジュールの概略構成を示す図である。 本発明の実施形態３に係る充填針モジュールの横断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る充填装置を含む液体処理システムの概略構成を示す図である。液体処理システムＩは、液体の一例として液状の医薬品（以下、薬液）を製造するプラントの一部であり、充填装置１を含んで構成されている。

具体的には、液体処理システムＩは、調合タンク２と、殺菌器３と、貯留タンク４、フィルター装置５及び充填ユニット（充填機）６を含む充填装置１と、これらの機器類を接続する配管からなる製造ラインＬと、を備えて構成されている。

調合タンク２は、薬液の原料や水などの溶媒を調合して薬液を得るためのタンクである。殺菌器３は、熱処理やフィルターによるろ過処理などによって薬液を殺菌するための装置である。

貯留タンク４、フィルター装置５及び充填ユニット６を含む充填装置１は、調合した薬液を容器に充填する装置であるが、詳細な構成は後述する。

製造ラインＬは、薬液や洗浄用の流体が流通する配管であり、調合タンク２と、殺菌器３と、充填装置１の貯留タンク４と、フィルター装置５と、充填ユニット６とを順次接続する。つまり調合タンク２内の薬液は、製造ラインＬによって、殺菌器３、貯留タンク４及びフィルター装置５を介して充填ユニット６に流通するようになっている。

また液体処理システムＩは、第１洗浄ユニット７１及び第２洗浄ユニット７２を備えている。なおこれら第１洗浄ユニット７１及び第２洗浄ユニット７２とをまとめて洗浄ユニット７と称する。

この洗浄ユニット７（７１，７２）は、液体処理システムＩを定置洗浄（ＣＩＰ）する洗浄装置及び定置滅菌（ＳＩＰ）をするための滅菌装置である。図示は省略するが、洗浄ユニット７は、定置洗浄に用いる洗浄用液体の供給源、定置滅菌に用いる滅菌用流体の供給源、これらの洗浄用液体及び滅菌用流体を圧送するための装置（ポンプやガスによる圧送を行う装置）、定置洗浄及び定置滅菌を終えたあとの洗浄用液体及び滅菌用流体を廃棄又は再利用するための処理装置、洗浄用液体及び滅菌用流体の流れを制御するためのバルブ、送液を開始・停止させるために上記の各種装置を制御する制御装置等から構成されている。

本実施形態では、第１洗浄ユニット７１は、調合タンク２、殺菌器３及び充填装置１を構成する貯留タンク４を、定置洗浄及び定置滅菌するために用いられる。具体的には、第１洗浄ユニット７１は、洗浄用液体を、第１洗浄ラインＡを介して調合タンク２、殺菌器３及び貯留タンク４に送液する。そして、第１洗浄ユニット７１は、貯留タンク４から排出される洗浄用液体を第１洗浄ラインＢを介して回収する。第１洗浄ユニット７１は、このような定置洗浄後に、洗浄用液体と同様にして滅菌用流体を供給及び回収することで定置滅菌を行う。

第２洗浄ユニット７２は、フィルター装置５及び充填ユニット６を定置洗浄及び定置滅菌するために用いられる。具体的には、第２洗浄ユニット７２は、洗浄用液体を、第２洗浄ラインＣを介してフィルター装置５、充填ユニット６に送液する。そして、第２洗浄ユニット７２は、充填ユニット６から排出される洗浄用液体を第２洗浄ラインＤを介して回収する。第２洗浄ユニット７２は、そのような定置洗浄後に、洗浄用液体と同様にして滅菌用流体を供給及び回収することで定置滅菌を行う。

なお、洗浄用液体は、水に苛性ソーダ等のアルカリ性薬剤を添加したもの、水に酸性薬剤を添加したもの、界面活性剤を含む水、またはそれらの薬剤を含まない水などである。もちろん、これらは併用してもよい。滅菌用流体は、精製水などを加熱して得られた温水又は蒸気である。

上述した液体処理システムＩの構成は一例であり、液体処理システムＩはこの構成に限定されない。例えば、第１洗浄ユニット７１、第２洗浄ユニット７２は、定置洗浄、定置滅菌を行う対象ごとに設ける必要はない。また液体処理システムＩは、上記以外の機器類を含んで構成されていてもよい。また、薬液を製造する製造ラインＬの構成についても上述した構成に限定されない。

次に液体処理システムＩが備える本実施形態に係る充填装置１の構成について説明する。図２は、本発明の実施形態１に係る充填装置の概略構成図である。なお図２では、洗浄ユニット及び洗浄ラインの図示は省略する。

図２に示すように、本実施形態に係る充填装置１は、例えば、バイヤル等の容器１００に薬液を充填するための装置であり、上述のように貯留タンク４と、フィルター装置５と、充填ユニット６と、を備えている。貯留タンク４と、充填ユニット６とは、製造ラインＬを構成する導入管（導入流路）８によって接続されている。フィルター装置５は、薬液の除菌等を行うための装置であり、導入管８の充填ユニット６近傍に設けられている。

そして本実施形態に係る充填装置１において、充填ユニット６及びフィルター装置５はクリーンルーム（防塵室）ＣＲ内に設置され、貯留タンク４はクリーンルームＣＲの外部に設置されている。充填装置１をこのような構成とすることで、クリーンルームＣＲ内に設置する機器類を少なく抑えることができる。それに伴い、クリーンルームＣＲを小型化することができるため、維持管理費等のコストの削減を図ることができる。さらには充填装置１の保守性を高めることができる。

より詳しくは、クリーンルームＣＲには、無菌エアが一方向（例えば、水平方向）に流れるラミナーフローが形成されたラミナーフローブース（無菌エリア）が設けられ、充填ユニット６等の機器類は、このラミナーフローブースに設置されている。クリーンルームＣＲ内に設置される機器類が少なく抑えられていることで、ラミナーフローブースの小型化を図ることができる。これにより、コストの削減を図ることができる。

またクリーンルームＣＲ内に設置される機器類が少なく抑えられていることで、無菌管理を行うにあたり、埃や微粒子を排除してクリーンルームＣＲ内、特にラミナーフローブース内の清掃度を高め易くなる。さらに機器類が少ないことで、配管の継ぎ目も少なくなるため、液漏れリスクが低下する。これにより、クリーンルームＣＲ内の汚染リスク、つまり容器１００に充填される薬液の汚染リスク、が低下する。

また機器類が少ないことで、クリーンルームＣＲ内でのメンテナンス作業、特にラミナーフローブースにおけるメンテナンス作業が少なくなる。クリーンルームＣＲ内で作業を行う場合、作業者はその都度、更衣が必要となるが、クリーンルームＣＲ内でのメンテナンス作業が少なくなることで、更衣回数も少なくて済む。したがって、メンテナンス作業者の負担の軽減を図ることもできる。

また充填装置１は、例えば、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等を含んで構成される制御装置（制御部）１０を備えている。この制御装置１０によって、充填装置１を構成する各種機器が制御されている。

貯留タンク４は、上述のように調合タンク２によって調合され、殺菌器３によって殺菌された薬液が貯留される比較的大型のタンクであり、例えば、１０～６０００リットル程度のものが用いられる。勿論、貯留タンク４の容量は、特に限定されるものではなく、例えば、６０００リットルよりも大きい容量であってもよい。なお各容器１００に充填する薬液の量は、適宜調整することができるが、例えば、１０～５００ミリリットル程度である。つまり、本願発明に係る充填装置１は、上記容量の容器１００に対して薬液を充填するのに適したものであり、特に、数十ミリリットル程度の小容量の容器１００に薬液を充填するのに好適なものである。

また貯留タンク４には、内部の圧力を調整するための圧力調整手段が設けられている。本実施形態では、圧力調整手段としてのガス供給装置９が貯留タンク４に接続されている。このガス供給装置９によって所定のガス（例えば、圧縮空気等）が、貯留タンク４内に適宜供給されることで、貯留タンク４の内圧が略一定の値となるように調整される。

充填ユニット６は、貯留タンク４からフィルター装置５を介して供給された薬液を容器１００に充填するためのものであり、充填針モジュール６１を含む複数のノズル部６２を備えている。詳しくは後述するが、充填針モジュール６１は、薬液が供給される充填針６１１を含んで構成されている。すなわち充填ユニット６は、複数個（ｎ個）の充填針６１１を備えており、これらの充填針６１１から同時に複数個（ｎ個）の容器１００に薬液を充填できるように構成されている。本実施形態では、複数個の充填針モジュール６１が一列に配置されている。勿論、複数個の充填針モジュール６１の配置は特に限定されるものではない。

また充填装置１は、図示しない搬送装置（搬送手段）を備えており、液体が充填される容器１００は、この搬送装置によって連続的に搬送され、充填ユニット６の各充填針モジュール６１に対応する位置に搬入される。また薬液が充填された各容器１００は、搬送装置によって充填針モジュール６１に対応する位置から充填ユニット６の外部に搬出される。搬送装置の構成は特に限定されず、既存の構成を採用すればよいため、詳細な説明は省略する。

各ノズル部６２は、充填針モジュール６１を備えると共に、一端側が充填針モジュール６１の充填針６１１に接続される供給管（供給流路）６３と、供給管６３を開閉するための開閉バルブ６４と、供給管６３の開閉バルブ６４よりも上流側に設けられて供給管６３を通過する薬液の流量に応じてパルス信号を出力する質量流量計６５と、を備える。

また各ノズル部６２を構成する供給管６３の他端側は、所定間隔で分配管（分配通路）６６に接続されている。つまり各充填針モジュール６１の充填針６１１は、供給管６３を介して分配管６６に接続されている。この分配管６６は、導入管８よりも広い流路面積（断面積）で形成され、導入管８を介して貯留タンク４に接続され、貯留タンク４から供給された薬液を各ノズル部６２に分配する役割を果たす。つまり分配管６６には、各ノズル部６２に供給される量の薬液が一時的に貯留される。

ここで、分配管６６内の圧力は、各充填針６１１から容器１００に薬液を充填する際に多少の変動が生じるものの、貯留タンク４の薬液が導入管８を介して分配管６６に適宜供給されることで、常に略一定の値となる。すなわち分配管６６内の圧力が常に略一定となるように、貯留タンク４の内圧が、ガス供給装置９によって適宜調整されている。

本実施形態では、分配管６６に、その内圧を検出するための圧力センサ（圧力検出手段）６７が設けられている。上述したガス供給装置９は、この圧力センサ６７の検出結果に基づいて作動する。すなわち圧力センサ６７の検出結果は制御装置１０に送られ、制御装置１０がこの検出結果に基づいてガス供給装置９を適宜作動させる。これにより、分配管６６内の圧力が略一定の値となるように、貯留タンク４内の圧力が調整される。

なお分配管６６の大きさ（容積）は、各ノズル部６２に供給される薬液を一時的に貯留できる大きさ以上であればよいが、分配管６６に接続される全てのノズル部６２の容積の合計よりも十分に大きいことが望ましい。これにより分配管６６内の圧力を略一定の値に維持し易くなる。

また本実施形態では、ノズル部６２において質量流量計６５が開閉バルブ６４よりも上流側に配置されているが、ノズル部６２における開閉バルブ６４と質量流量計６５との配置は、特に限定されるものではない。

次に充填針モジュール６１の構成について、より詳細に説明する。図３は、本発明の実施形態１に係る充填針モジュールの概略構成図である。図４は、図３のＡ－Ａ線に対応する充填針モジュールの横断面図であり、図５は充填針モジュールの先端部の拡大図である。

図３に示すように、充填針モジュール６１は、充填針６１１を備えると共に、この充填針６１１の周囲に、所定の気体、本実施形態では窒素、アルゴン等の不活性気体が供給される気体通路６１２を備えている。気体通路６１２は、充填針６１１の先端部側が開口しており、気体通路６１２に供給された不活性気体は、この開口から外部に流出する。

そして充填針モジュール６１は、薬液を容器１００に充填する際、充填針６１１の先端部の周囲を気体通路６１２から流出する不活性気体によって実質的にシールできるように構成されている。

具体的には、充填針モジュール６１は、液体通路６１３が形成された充填針６１１と、この充填針６１１の先端側（下端側）の一部が内部に収容される中空の通路形成部材６１４と、を備えている。

通路形成部材６１４は、略筒状の第１部材６１５と、この第１部材６１５の上端部に固定される第２部材６１６と、を備えている。第１部材６１５は、充填針６１１の外径よりも大きい内径を有している。充填針６１１は、第１部材６１５の内面との間に気体通路６１２となる隙間を確保した状態で、第１部材６１５内に保持されている。気体通路６１２は、充填針６１１と第１部材６１５とで形成されており、気体通路６１２の上端側は第２部材６１６によって塞がれている。

第２部材６１６には、充填針６１１が挿通される挿通孔６１６ａが形成されている。充填針６１１は、第２部材６１６の挿通孔６１６ａを介して通路形成部材６１４（第１部材６１５）の外側まで延在しており、挿通孔６１６ａの内面に密着した状態で通路形成部材６１４（第２部材６１６）に固定されている。

このように気体通路６１２は、充填針６１１と通路形成部材６１４（第１部材６１５，第２部材６１６）とで形成されており、図４に示すように、充填針６１１の周囲に全周に亘って連続して設けられている。

充填装置１は、各充填針モジュール６１の気体通路６１２に接続されて、気体通路６１２に不活性気体を供給する送気装置（送気手段）２０を備えている（図２参照）。送気装置２０の構成は、特に限定されないが、不活性気体が貯留される貯留タンク（例えば、ガスボンベ）や、不活性気体を送出するための動力源（例えば、電動ポンプ）等を備えて構成されている。

本実施形態では、通路形成部材６１４を構成する第１部材６１５の上部には、その径方向に延びる延設部６１７が設けられている。延設部６１７には、略円筒形状を有し、気体通路６１２に繋がる導入通路６１８が形成されている。送気装置２０は、図示しないチューブ等によって第１部材６１５の延設部６１７に接続されている。すなわち送気装置２０は、導入通路６１８を介して気体通路６１２に接続されている。

なお送気装置２０と各充填針モジュール６１との間に、開閉弁を設け、制御装置１０によってこれら開閉弁を制御することで、各充填針モジュール６１への不活性気体の供給量を個別に調整できるようにしてもよい。

ここで、図５に示すように、液体通路６１３の先端部は、気体通路６１２の先端部よりも下方側に位置している。本実施形態では、充填針６１１の先端面（下端面）６１１ａは、通路形成部材６１４（第１部材６１５）の先端面６１４ａよりも下方側に位置している。言い換えれば、通路形成部材６１４の先端面６１４ａは、充填針６１１の先端面６１１ａよりも上方側に位置している。つまり充填針６１１が通路形成部材６１４よりも下方に突出して設けられている。これにより、充填針モジュール６１は、気体通路６１２を通過した不活性気体が充填針６１１の先端面よりも上方側から外部に流出するように構成されている。

また気体通路６１２は、充填針６１１の先端部側の開口部分の流路面積が、気体通路６１２の他の部分よりも広くなっている。すなわち気体通路６１２の先端部には、気体通路６１２の他の部分よりも流路幅が広い幅広部６１２ａが形成されている。ここでいう気体通路６１２の流路幅とは、充填針６１１と通路形成部材６１４（第１部材６１５）との隙間の長さである。

本実施形態では、充填針６１１の先端部が、充填針６１１の他の部分よりも細く形成されていることで、気体通路６１２の幅広部６１２ａが形成されている。より詳しくは、筒状の第１部材６１５は、全体に亘って略同一の内径で形成されている。一方、充填針６１１の先端部には、充填針６１１の他の部分よりも外径が小さい小径部６１１ｂが形成されている。結果として、気体通路６１２の先端部は、気体通路６１２の他の部分よりも流路幅が広い幅広部６１２ａとなっている。

また、充填針６１１の小径部６１１ｂにおいては、その内径も充填針６１１の他の部分よりも小さくなっている。つまり充填針６１１の小径部６１１ｂにおいては、液体通路６１３の流路面積が充填針６１１の他の部分よりも狭くなっている。

そして本実施形態に係る充填装置１では、このような構成の充填ユニット６を含む各機器類が制御装置１０によって適宜制御され、各容器１００に所定量の薬液が充填される。具体的には、制御装置１０は、容器１００に所定量の薬液が充填されるように、質量流量計６５から出力されるパルス信号に基づいて各開閉バルブ６４の開閉動作を制御するバルブ制御手段１１を備えている。

また充填装置１では、各容器１００に所定量の薬液を充填する際、送気装置２０を制御して気体通路６１２を介して外部に流出する不活性気体の流量を適宜調整する。具体的には、制御装置１０が、各容器１００に薬液を充填する際に、送気装置２０を制御して気体通路６１２に供給する不活性気体の流量を調整する流量制御手段１２を備えている（図２参照）。

なお各ノズル部６２の供給管６３は、例えば、ゴム等の可撓性を有する材料からなるチューブで形成されている。開閉バルブ６４は、例えば、供給管６３の径方向に移動可能な押圧部材を備え、押圧部材で供給管６３が押圧されていない状態では供給管６３が開放されており、開閉バルブ６４を閉動作させて供給管６３を押圧部材で押圧することで供給管６３が閉鎖されるように構成されている。勿論、開閉バルブ６４の構成は、上記のものに限定されない。また質量流量計６５の構成は特に限定されず、既存のものを採用すればよいため、詳細な説明は省略する。

このような構成の複数のノズル部６２を含む充填ユニット６を備える充填装置１では、バルブ制御手段１１が、次のように開閉バルブ６４を開閉動作させることで、各容器１００に薬液を充填し、その際、流量制御手段１２が、気体通路６１２を介して外部に流出する不活性気体の流量を調整する。これにより、各容器１００に対して薬液を適切に充填することができる。

図６及び図７は、本実施形態に係る容器への薬液の充填方法を説明する図であり、図中、薬液及び不活性気体の流れを矢印で示している。

まず図６（ａ）に示すように、容器１００を所定位置に配置する。具体的には、開閉バルブ６４が閉鎖された状態で、搬送装置によって容器１００を充填針モジュール６１に対応する位置まで搬入し、容器１００を上昇或いは充填針６１１を下降させ、充填針６１１と容器１００の開口とを近づける。ただし、充填針６１１は、容器１００よりも上方となるようにする。つまり充填針６１１と容器１００とを、充填針６１１が容器１００内に挿入されない程度に近づける。

この状態で、送気装置２０を作動させ、図６（ｂ）に示すように、窒素等の不活性気体を気体通路６１２を介して外部に流出させる。これにより、充填針６１１の先端部の周囲、つまり容器１００の開口の周囲が、この不活性気体によって実質的にシール（封止）される。

その後、開閉バルブ６４を開動作させることで、分配管６６からノズル部６２の供給管６３に薬液が供給されて、図７（ａ）に示すように、各充填針６１１の液体通路６１３から容器１００内に薬液が充填される。

このように充填針モジュール６１の気体通路６１２を介して窒素等の不活性気体が流出している状態で、充填針６１１によって薬液を容器１００に充填することで、充填針６１１の周囲の環境気体と薬液との接触を抑制することができる。すなわち本実施形態の充填装置では、気体通路６１２から不活性気体を流出させて、充填針６１１の周囲に不活性気体の仕切り（いわゆるエアカーテン）を形成することで、容器１００に充填する薬液が環境気体と接触することを抑制することができる。したがって、薬液のコンタミを抑制しつつ、薬液を容器１００に適切に充填することができる。

特に、本発明では、気体通路６１２の先端部が幅広部６１２ａとなっていることで、不活性気体の仕切り（エアカーテン）をより良好に形成することができる。具体的には、幅広部６１２ａが形成されていることで、図８に模式的に示すように、気体通路６１２から流出する不活性気体で形成されるエアカーテンＣｕの幅Ｗ１は比較的厚くなる。また、幅広部６１２ａの流路幅が他の部分よりも広くなっているため、気体通路６１２を流通する不活性気体の流速は、幅広部６１２ａにおいて低下する。つまり気体通路６１２から流出する不活性気体の流速は比較的遅くなる。その結果、気体通路６１２から流出した不活性気体の乱流等が抑制され、所定幅のエアカーテンＣｕがより良好に形成される。

一方、充填針６１１の小径部６１１ｂにおいては、上述のように液体通路６１３の流路面積が充填針６１１の他の部分よりも狭くなっている。したがって、小径部６１１ｂが設けられていることで、充填針６１１から流出する薬液の直径が比較的小さくなる。また充填針６１１内の薬液の流速が小径部６１１ｂにおいて増加することにより、充填針６１１から流出する薬液の直進性等が向上する。

これらの相乗効果により、充填針６１１から流出する薬液のコンタミをさらに抑制することができ、薬液をより適切に容器１００に充填することができる。

例えば、本実施形態のように、容器１００に充填針６１１を挿入しない状態で薬液を容器１００に充填する場合、薬液の流れによって周囲の環境気体が容器１００内に引き込まれ易い。しかしながら、気体通路６１２を介して不活性気体が流出していることで、容器１００内にはこの不活性気体が引き込まれることになり、環境気体の容器１００内への流入は抑制される。なお気体通路６１２を介して外部に流出される気体は、窒素等の不活性気体であることが好ましいが、薬液のコンタミを抑制できる気体であれば、特に限定されない。

さらには、気体通路６１２の開口部分が幅広部６１２ａとなっていることで、上述のように薬液を容器１００に適切に充填できると共に、気体通路６１２の洗浄作業や滅菌作業を行い易くなるという効果もある。

充填針モジュール６１は、所定タイミングで、洗浄用液体を用いた洗浄作業や滅菌用流体を用いた滅菌作業を行う必要がある。このような洗浄作業や滅菌作業は、充填針６１１に形成された液体通路６１３はもちろん、気体通路６１２についても適宜行う必要がある。そして、これらの作業を行う際、気体通路６１２の先端部が幅広部６１２ａとなっていることで、つまり気体通路６１２の幅広部６１２ａを除く大部分が幅広部６１２ａよりも狭い流路幅で形成されていることで、比較的少量の洗浄用液体や滅菌用流体で各作業を実施することができる。

ここで、幅広部６１２ａの形状は、特に限定されず適宜設定されればよいが、次のような形状となっていることが好ましい。図９に示すように、幅広部６１２ａの流路幅Ｗ２は、気体通路６１２の他の部分の流路幅Ｗ３と同程度またはそれよりも広くなっていることが好ましい。これにより、気体通路６１２から流出する不活性気体の流速を十分に低下させることができる。

また幅広部６１２ａの長さＬ１は、充填針６１１の先端面６１１ａから通路形成部材６１４（第１部材６１５）の先端面６１４ａまでの長さＬ２と同程度またはそれよりも長いことが好ましい。これにより、不活性気体が気体通路６１２から充填針６１１の外周面に沿って流出され易くなり、エアカーテンＣｕがより良好に形成される（図８参照）。

また気体通路６１２の幅広部６１２ａとその他の部分との境界部６１２ｂは、流路幅が徐々に増加するように形成されていることが好ましい。これにより、気体通路６１２内の不活性気体の流れがよりスムーズになり、気体通路６１２から不活性気体をより良好に流出させることができる。

また、気体通路６１２を介して不活性気体を流出させることで、充填装置１が設置されているクリーンルームＣＲのクラス（清浄度）を比較的低くしても、液体のコンタミを十分に抑制することができ、コストの削減を図ることができる。

さらに本実施形態では、充填針６１１の先端面６１１ａが、通路形成部材６１４の先端面６１４ａよりも下方側に位置しているため、気体通路６１２から流出する不活性気体によって、充填針６１１の先端部の周囲をより良好にシールすることができる。

そして、所定期間だけ開閉バルブ６４の開放状態を維持し、所定量の薬液がノズル部６２に供給されると、開閉バルブ６４を閉動作させる。これにより供給管６３が閉鎖され、図７（ｂ）に示すように、所定量の薬液が容器１００に充填された時点で充填針６１１への薬液の供給が停止される。つまり所定量の薬液が容器１００に充填されるよりも若干前の時点で開閉バルブ６４を閉動作させ、その後、充填針６１１内の薬液が容器１００内に充填されることで、容器１００内の薬液が所定量となるようにしている。

ここで、開閉バルブ６４が設けられている供給管６３は、充填針６１１の液体通路６１３の内径よりも小さくなっている（図３参照）。つまり供給管６３の開閉バルブ６４よりも液体通路６１３側は、液体通路６１３の流路面積よりも狭くなっている。これにより、開閉バルブ６４を閉動作させた際、供給管６３と充填針６１１との接続部において、薬液の流れを適切に停止させることができ、いわゆる液だれを抑制することができる。したがって、容器１００に充填される薬液の量をより高精度に調整することができる。

また本実施形態では開閉バルブ６４を閉動作させた時点では、気体通路６１２からの不活性気体の流出は停止されておらず、図７（ｂ）に示すように容器１００への薬液の供給が停止された後に、送気装置２０を停止して気体通路６１２からの不活性気体の流出を停止させる。

その後は、図示は省略するが、薬液が充填された容器１００を下降又は充填針６１１を上昇させて充填針６１１を容器１００から引き離した後、搬送装置によって容器１００を充填ユニット６から搬出する。

以上、本発明の実施形態１に係る充填装置１による容器１００への薬液の充填手順の一例について説明したが、充填装置１による充填手順は、これに限定されるものではない。

本実施形態では、気体通路６１２を介して不活性気体を流出させた後に、容器１００への薬液の充填が開始されるようにしたが、例えば、気体通路６１２を介して不活性気体が流出するのと同時或いは若干前の時点で容器１００への薬液の充填が開始されるようにしてもよい。

また本実施形態では、容器１００への薬液の充填が終了した後に、気体通路６１２からの不活性気体の流出が停止するようにしたが、例えば、容器１００への薬液の充填が終了するのと同時或いは若干前の時点で、気体通路６１２からの不活性気体の流出を停止させるようにしてもよい。

ところで、本実施形態に係る充填ユニット６は、上述のように気体通路６１２の先端部に形成された幅広部６１２ａから不活性気体を流出させて、充填針６１１の周囲にエアカーテンＣｕを形成している。このため、気体通路６１２から流出する不活性気体の流れは層流であることが好ましい。しかしながら、気体通路６１２から流出する不活性気体の流れに乱流が生じることが考えられる。不活性気体に乱流が生じると、つまりエアカーテンＣｕの乱れが生じると、その影響を受けて充填針６１１から流出する薬液の流れにも乱れ（直進性が低下する等）が生じ、結果として、容器１００に対して薬液を適切に充填できない虞がある。

このため、気体通路６１２の開口部分を構成する幅広部６１２ａ内には、図１０及び図１１に示すように、不活性気体を整流するための整流部材８０が設けられていることが好ましい。本実施形態に係る整流部材８０は、いわゆる整流格子であり、任意の第１方向に沿って設けられる複数枚の第１仕切板８１と、第１方向とは直交する第２方向に沿って設けられる複数枚の第２仕切板８２とを有し、１００メッシュ（＃１００）程度の網目状に形成されている。

また幅広部６１２ａにおける整流部材８０の配置は、特に限定されないが、整流部材８０は、第１部材６１５の先端面６１４ａ側に配置されていることが好ましい。さらに整流部材８０の長さＬ３は、特に限定されず、比較的長く形成されていることが好ましい。本実施形態では、整流部材８０の長さＬ３を幅広部６１２ａの長さの半分程度としているが、整流部材８０は、幅広部６１２ａの全体に亘って設けられていてもよい。

このような整流部材８０が幅広部６１２ａに設けられていることで、不活性気体の流れに乱流が生じるのを抑えることができる。すなわち、気体通路６１２から流出する不活性気体の流れを安定させて、不活性気体の流れの層流化を図ることができる。その結果、充填針６１１から流出する薬液の流れも安定するため、容器１００に対して薬液を適切に充填できる。

なお整流部材８０の上記構造は、あくまで一例であり、不活性気体を整流することができる構造であれば特に限定されるものではない。

また本実施形態では、充填針６１１の先端部に小径部６１１ｂが設けられていることで、気体通路６１２の先端部が幅広部６１２ａとなっている構成を例示したが、幅広部６１２ａの構成は、これに限定されるものではない。例えば、図１２に示すように、充填針６１１の先端部は充填針６１１の他の部分と略同一の外径とし、通路形成部材６１４（第１部材６１５）の先端部の外径を第１部材６１５の他の部分よりも大きくすることで、幅広部６１２ａを形成するようにしてもよい。このような構成としても、充填針６１１から流出する薬液のコンタミをさらに抑制することができ、薬液を適切に容器１００に充填することができる。

（実施形態２）
図１３は、実施形態２に係る充填針モジュールの概略構成を示す図であり、図１４は、図１３のＣ－Ｃ線に対応する充填針モジュールの横断面図である。なお図中同一部材には同一符号を付し、実施形態１と重複する説明は省略する。

本実施形態は、気体通路６１２の変形例である。実施形態１では、気体通路６１２が、充填針６１１と通路形成部材６１４とで形成されていたが、本実施形態では、図１３及び図１４に示すように、気体通路６１２Ａが、通路形成部材６１４Ａに形成されている。すなわち本実施形態では、通路形成部材６１４Ａは、充填針６１１が収容される空間である収容部６１９を有し、この収容部６１９の周囲に、収容部６１９とは独立する空間である気体通路６１２Ａが設けられている。

また気体通路６１２Ａの先端部には、他の部分よりも流路幅が広い幅広部６１２ａが形成されている。なお本実施形態において、流路幅とは図１３の断面における気体通路６１２Ａの幅であり、幅広部６１２ａは所定の流路幅Ｗ４で形成されている。さらに充填針６１１の先端部には、他の部分よりも外径が小さい小径部６１１ｂが設けられている。

このような構成としても、実施形態１と同様の作用効果が得られる。例えば、気体通路６１２Ａの先端部に広い幅広部６１２ａが形成され、充填針６１１の先端部に小径部６１１ｂが設けられていることで、充填針６１１から流出する薬液のコンタミをさらに抑制することができ、薬液を適切に容器１００に充填することができる。

（実施形態３）
図１５は、実施形態３に係る充填針モジュールの概略構成を示す図であり、図１６は、図１５のＤ－Ｄ線に対応する充填針モジュールの横断面図である。なお図中同一部材には同一符号を付し、上述の実施形態と重複する説明は省略する。

本実施形態は、気体通路６１２の変形例である。上述の実施形態では、気体通路６１２，６１２Ａが、充填針６１１の周囲に亘って連続して設けられていたが、本実施形態では、図１５及び図１６に示すように、充填針６１１の周囲に、それぞれ独立する複数の気体通路６１２Ｂが設けられている。

具体的には、通路形成部材６１４Ｂは、充填針６１１が収容される空間である収容部６１９を形成し、この収容部６１９の周囲に、収容部６１９とは分離された空間である気体通路６１２Ｂを有している。この気体通路６１２Ｂは、導入通路６１８が接続される部分では充填針６１１の周囲に亘って連続的に設けられているが、その下流側で複数本に分岐されている。

また気体通路６１２Ｂの先端部も、上述の実施形態と同様に、気体通路６１２Ｂの他の部分よりも流路面積が広くなっている。すなわち気体通路６１２Ｂの先端部には、他の部分よりも流路幅が広い幅広部６１２ａが形成されている。なお本実施形態において、流路幅とは図１５の断面における気体通路６１２Ｂの幅であり、幅広部６１２ａは所定の流路幅Ｗ５で形成されている。さらに充填針６１１の先端部には、他の部分よりも外径が小さい小径部６１１ｂが設けられている。

このような構成としても、実施形態１と同様の作用効果が得られる。例えば、気体通路６１２Ｂの先端部に広い幅広部６１２ａが形成され、充填針６１１の先端部に小径部６１１ｂが設けられていることで、充填針６１１から流出する薬液のコンタミをさらに抑制することができ、薬液を適切に容器１００に充填することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、充填針６１１の先端面６１１ａが、通路形成部材６１４の先端面６１４ａよりも下方側に位置している構成を例示したが、充填針モジュール６１の構成はこれに限定されるものではない。充填針６１１の先端面６１１ａは、通路形成部材６１４の先端面６１４ａよりも上方に位置していてもよいし、両先端面の位置は一致していてもよい。

また例えば、上述の実施形態では、薬液を容器に充填する充填装置を一例として本発明を説明したが、本発明は、薬液以外の液体、例えば、化粧品、飲料、インク等を充填するための装置にも適用することができる。

Ｉ…液体処理システム、 １…充填装置、 ２…調合タンク、 ３…殺菌器、 ４…貯留タンク、 ５…フィルター装置、 ６…充填ユニット、 ７…洗浄ユニット、 ８…導入管、 ９…ガス供給装置、 １０…制御装置、 １１…バルブ制御手段、 １２…流量制御手段、 ２０…送気装置、 ６１…充填針モジュール、 ６１１…充填針、 ６１１ｂ…小径部、 ６１２…気体通路、 ６１２ａ…幅広部、 ６１３…液体通路、 ６１４…通路形成部材、 ６１５…第１部材、 ６１６…第２部材、 ６１６ａ…挿通孔、 ６１７…延設部、 ６１８…導入通路、 ６１９…収容部、６２…ノズル部、 ６３…供給管、 ６４…開閉バルブ、 ６５…質量流量計、 ６６…分配管、 ６７…圧力センサ、 ７１…第１洗浄ユニット、 ７２…第２洗浄ユニット、 ８０…整流部材、 ８１…第１仕切板、 ８２…第２仕切板、 １００…容器

Claims (4)

1. 液体が供給される液体通路を有し先端部の開口から液体を容器に充填する充填針を含む充填針モジュールであって、
   前記充填針の周囲に設けられて、所定の気体を前記充填針に対向して配置された前記容器側に向かって流出させるための気体通路と、
   前記充填針が内部に保持される筒状の通路形成部材と、を備え、
   前記充填針の先端部の先端面は、前記通路形成部材の先端面よりも下方に位置し、
   前記充填針の先端部には、前記開口に向けて外径及び内径が狭くなった小径部が形成され、
   前記気体通路は、前記通路形成部材と前記充填針とによって形成され、
   前記通路形成部材と前記小径部とによって形成された前記気体通路の一部である幅広部の流路面積は、前記通路形成部材と前記充填針のうち前記小径部以外の部分とによって形成された前記気体通路の一部の流路面積よりも広い
   ことを特徴とする充填針モジュール。
2. 請求項１に記載の充填針モジュールであって、
   前記気体通路の前記幅広部には、前記気体を整流するための整流部材が設けられていることを特徴とする充填針モジュール。
3. 請求項１に記載の充填針モジュールであって、
   前記液体通路に繋がる供給通路と、
   前記供給通路を開閉するための開閉バルブと、を有し、
   前記供給通路の前記開閉バルブよりも前記液体通路側は、前記液体通路の流路面積よりも狭くなっていることを特徴とする充填針モジュール。
4. 請求項１～３の何れか一項に記載の充填針モジュールと、
   前記気体通路に接続されて当該気体通路に所定の前記気体を供給する気体供給手段と、を備えることを特徴とする充填装置。

Images