JP7388990B2 - 充填バルブ装置および充填システム - Google Patents

Description

本開示は、パウチ（pouch）と称される樹脂製のバッグからなる容器に製品液を充填するのに好適なバルブ装置に関する。

パウチに例えば飲料、日用品、調味料、医療用の液体などの製品液が充填された製品が広く用いられている。パウチ製品の中には、充填された製品液を抽出しやすくするためにスパウト（spout）と称される飲み口を備えるものがある。製品液は、このスパウトに充填バルブを接触させた状態でパウチに充填される。この充填バルブを介してパウチの内部の気体、通常は空気を排出した後に、所定量の製品液が充填され、その後にパウチの空隙に例えば加圧された気体、例えば空気が供給、充填される。

充填バルブは、パウチの内部の空気の排出および加圧気体の充填のために、製品液の充填の流路に加えて、気体の流路を備えている。例えば、特許文献１は、製品液が通る中空状のノズル弁本体と、ノズル弁本体の内側に配置され、気体の流路が内部に形成されたプラグロッドと、を備える充填バルブを開示する。

特開２０００－２８１１８８公報

パウチにはゲル状の製品液が充填されることがある。この製品液は粘度が高いために、パウチへの充填を終えた後に、充填バルブに製品液が溜まってしまうおそれがある。製品液が溜まることは、食品としての製品液を取り扱う上で、衛生上好ましくない。そこで、特許文献１の充填バルブの場合、容器が離れてから気体流路に加圧気体を送り、これをプラグロッドの先端から吹き出すようにしている。特許文献１によれば、プラグロッドの先端および気体流路に回り込んだ製品液を吹き飛ばして除去することができ、その結果、後垂れによる容器の汚れが回避される。

しかし、吹き飛ばされた製品液は周囲にまき散らされる。したがって、特許文献１の充填バルブによれば、まき散らされた製品液を回収する手間がかかる。
以上より、本発明は、製品液の充填の際に、気体流路に製品液が回り込みにくい、充填バルブ装置を提供することを目的とする。

本開示は製品液を容器に充填する充填バルブ装置に関する。
本開示に係る充填バルブ装置は、液弁、内筒および外筒を備える。
液弁は、弁棒と、弁棒の軸線方向の一方端の側に設けられる第一弁体と、を備える。
内筒は、液弁の周囲を取り囲み、液弁との間に製品液を流すための液体流路（ＬＲ）が形成される。
外筒は、内筒の周囲を取り囲み、内筒との間に容器から気体を排気するための気体流路が形成される。
本開示の充填バルブ装置は、液体流路と気体流路が選択的に切り替えられる。

本開示の充填バルブ装置によれば、気体流路と液体流路とが選択的に切り替えられ。したがって、本開示の充填バルブ装置によれば、製品液の充填工程時に液体流路を流れる製品液が気体流路に回り込むのを抑えることができる。これにより、気体流路を構成する要素に製品液が付着するのを避けることができる。

本開示の実施形態に係る充填バルブ装置を示す部分断面図である。 図１の充填バルブ装置の部分拡大図であって、充填動作の開始前の状態を示す図である。 図１の充填バルブ装置の部分拡大図であって、製品液を充填している最中の状態を示す図である。 本開示の実施形態に係る充填バルブ装置の動作を示し、充填前（ＥＲＰ）および容器からの排気（ＥＶＡ）の完了直後の状態を示している。 本開示の実施形態に係る充填バルブ装置の動作を示し、気体流路閉鎖（ＦＲＰ）および製品液充填（ＦＩＬ）の状態を示している。 図４および図５の部分拡大図である。 本開示の実施形態に係る充填バルブ装置を含む充填システムに係わる配管系統図である。

以下、添付図面を参照しながら、実施形態について説明する。
本実施形態に係る充填バルブ装置１は、製品液を容器としてのパウチ１００に向けて流すための液体流路ＬＲの周囲を、パウチ１００に含まれる気体を排出するための気体流路ＧＲが取り囲むように設けられている。そして、製品液の充填前の排気の際には、液体流路ＬＲの周囲の気体流路ＧＲから排気を行い、その後に気体流路ＧＲを封止してから製品液の充填を行う。このように、液体流路ＬＲと気体流路ＧＲが選択的に切り替え可能とされることにより、充填バルブ装置１は、製品液の充填の最中に、製品液、特に粘性の高い製品液が気体流路ＧＲに回り込むのを抑えることができる。以下、充填バルブ装置１の構成、動作および効果の順に説明する。

［全体構成］
充填バルブ装置１は、一例として、図示を省略する旋回テーブルの外周縁に、周方向に沿って等間隔で配置される。充填バルブ装置１が旋回テーブルに伴って円弧状の軌跡を移動する過程で、充填バルブ装置１に対応して旋回テーブルに保持される容器、例えばスパウト付きの容器に充填バルブ装置１から製品液が充填される。なお、充填バルブ装置１は、円弧状の軌跡を移動するのに限られるものではなく、例えば直線上を移動する充填装置にも適用される。

充填バルブ装置１は、図１、図２および図３に示すように、充填バルブ装置１は、製品液を容器に充填する充填部１０と、充填部１０の駆動部分を動作させる駆動部７０と、を主たる要素として備えている。
実施形態を含め、本開示に係る製品液とは、飲料、医薬品など、パウチ１００に充填され得る液体を広く包含し、ゲル状の粘度の高いものも対象となる。

［充填部１０］
充填部１０は、製品液を容器、例えばスパウト１０１付きのパウチ１００に充填する機能に加えて、製品液の充填の前にパウチの内部を排気する機能を実現する。また、充填部１０は、製品液の充填の後にパウチの内部に気体を供給する機能を実現する。

充填部１０は、図１～図３に示すように、鉛直方向Ｖに沿って配置される液弁２０と、液弁２０の周囲に配置される内筒３０と、内筒の周囲に配置される外筒５０と、を備える。液弁２０、内筒３０および外筒５０は、それぞれ独立して鉛直方向Ｖに昇降可能とされる。
内筒３０は、液弁２０に対して弁箱として機能するとともに、外筒５０に対しては弁体として機能する。外筒５０は、内筒３０に対して弁箱として機能する。液弁２０と内筒３０の間に液体流路ＬＲが形成され、内筒３０と外筒５０の間に気体流路ＧＲが形成される。

［液弁２０］
液弁２０は、図１～図３に示すように、円柱状の外観形態をなしており、径が一定の弁棒２１と、弁棒２１の一方端の側に設けられる第一弁体２５と、弁棒２１の他方端に設けられる接続ねじ２７と、液弁２０と内筒３０とを繋ぐダイアフラム２９と、を備える。液弁２０は、ダイアフラム２９を除いて、例えばステンレス鋼、チタン合金のように耐食性の優れた金属材料で一体的に形成される。

第一弁体２５が内筒３０のテーパ部３２に密着すると、液体流路ＬＲが封止される。

液弁２０の接続ねじ２７は、駆動部７０のシリンダ機構７１に連なる昇降ロッド７３に接続されている。したがって、シリンダ機構７１が昇降運動をすると、昇降ロッド７３および接続ねじ２７とともに、液弁２０が昇降運動をする。
ダイアフラム２９は、平面視して円環状をなしており、弁棒２１と接続ねじ２７の境界部に内周側が固定されるとともに、第1部材３６と第２部材３７の境界部に外周側が固定されることで、液体流路ＬＲの上方において製品液が内筒３０から漏れ出るのを防ぐ。ダイアフラム２９は、平面視して円環状をなす、強度と弾性に優れる例えばＰＴＦＥ(Poly Tetra Fluoro Ethylene）、天然ゴムなどの樹脂材料から構成される。

［内筒３０］
次に、内筒３０は、図１～図３に示すように、液弁２０の周囲を取り囲む。内筒３０は、液弁２０に対して弁箱として機能するとともに、次に説明する外筒５０に対して弁体（第二弁体）として機能する。弁箱として機能する内筒３０は、液弁２０とともに液体流路ＬＲの開閉を制御する。つまり、内筒３０は液弁２０とともに製品液の充填および充填の停止を制御する。また、内筒３０は、外筒５０とともに製品液の充填前のパウチ１００からの排気および製品液の充填後のパウチ１００への気体の供給を制御する。

内筒３０は、鉛直方向Ｖに沿って設けられ、弁棒２１の周囲を取り囲む中空の胴部３１と、第一弁体２５に対応し胴部３１の下端に連なる吐出筒３３と、胴部３１と吐出筒３３を繋ぎ胴部３１から吐出筒３３に向けて連続的に径が細くなるテーパ部３２と、を備える。胴部３１、テーパ部３２および吐出筒３３は、製品液のパウチ１００への充填に関わり、弁棒２１および第一弁体２５との間に液体流路ＬＲが形成される。内筒３０は、胴部３１の上端に連なり、液体流路ＬＲを内部に形成する流路形成ブロック３５を備える。

胴部３１は、中空円筒状の形態をなしており、弁棒２１との間に液体流路ＬＲが形成される。胴部３１の内径は一定であるが、流路形成ブロック３５の上部はそれよりも下方より径が拡大されている。

テーパ部３２は、鉛直方向Ｖの下端に向けて先細りのロート状の形態をなしており、内周側は液弁２０の第一弁体２５が突き当たる第一弁座３２Ａとして機能し、吐出筒３３にかけて第二弁体３８が嵌合される。製品液が容器に充填されるときには、図３に示すように、第二弁体３８が外筒５０の第二弁座６３に突き当たる。

吐出筒３３は、テーパ部３２の先端に連なる中空円筒状の形態をなしており、径は中心軸線Ｃの方向に一定である。製品液は吐出筒３３の内部の吐出孔３４を通ってパウチ１００に充填される。製品液を充填する際には、図３に示すように、吐出筒３３は外筒５０の通過口６１に挿入される。そうすると、吐出孔３４を流れる製品液に対して通過口６１は吐出筒３３で遮蔽され吐出筒３３の外周面および外筒５０に製品液が接する機会がなくなる。

流路形成ブロック３５は、内筒３０の胴部３１との間に液体流路ＬＲを形成するとともに、製品液が流れ込む液体入口３９が形成される。本実施形態における液体入口３９は、水平方向Ｈに沿って形成される。

流路形成ブロック３５は、第1部材３６と第２部材３７とから構成される。第１部材３６は、外観が円筒状の形態をなしており、胴部３１、テーパ部３２および吐出筒３３と一体で形成されており、胴部３１の内側の空隙３１Ａと連なる空隙３６Ａが中心軸線Ｃの方向の周りに形成されている。空隙３６Ａは、空隙３１Ａと連なる部分は円筒状をなしているが、液体入口３９に関わる所定の位置からロート状をなしている。空隙３６Ａには順に液体入口３９および液体導入管４３が連なっている。また、空隙３６Ａの内部には液弁２０の弁棒２１が同軸状に配置され、弁棒２１と第１部材３６の間の空隙３６Ａが液体流路ＬＲを構成し、この液体流路ＬＲは液体入口３９および液体導入管４３の内部に連なる。液体流路ＬＲは、液弁２０の周囲を周方向に連なっている。

第２部材３７は、第１部材３６の上側において第１部材３６に組み付けられることで、空隙３６Ａを封止する。第２部材３７は、内部に台形状の空隙３７Ａが形成されている。第１部材３６の空隙３６Ａと第２部材３７の空隙３７Ａとはダイアフラム２９で仕切られている。内筒３０の内部の液体流路ＬＲに流れ込んだ製品液は、ダイアフラム２９で遮られるので、第２部材３７の空隙３７Ａには浸入しない。空隙３７Ａには弁棒２１の上端部および接続ねじ２７が収容される。

［外筒５０］
次に、外筒５０は図１～図３に示すように、内筒３０の胴部３１、テーパ部３２および吐出筒３３の周囲を取り囲む。内筒３０に対する弁箱として機能する外筒５０は、内筒３０とともには気体流路ＧＲの貫通および封止を担い、充填前のパウチ１００に含まれる空気の排気および充填後のパウチ１００への空気の供給を制御する。気体流路ＧＲは、内筒３０の周囲を周方向に連なっている。

外筒５０は、内筒３０の胴部３１の外周に内周が摺動可能に設けられる胴部５１と、胴部５１の一方端に設けられるセンタリングベル５３と、を備える。外筒５０は、第３部材５２と第４部材５４から構成される。第３部材５２は、一方端（図中、下端）にフランジが形成される筒状体からなる。第４部材５４は、一方端（図中、上端）にフランジが形成され、他方端（図中、下端）にセンタリングベル５３が形成される筒状体からなる。第３部材５２と第４部材５４は、互いのフランジを貫通する固定ボルト８３が、内筒３０を構成する第１部材３６に締結されることにより、相互に固定されるとともに位置決めされる。なお、図示は省略されているが、胴部５１の周囲に複数の固定ボルト８３が設けられている。

外筒５０の胴部５１の内周には内筒３０の胴部３１との摺動性を確保するための個体潤滑剤からなる潤滑筒５５が設けられている。固定潤滑剤としては、二硫化モリブデン、グラファイト、前述のＰＴＦＥなどが用いられる。
また、胴部５１の外周には、外部からの異物の混入を防ぐための防護壁５７が設けられている。防護壁５７は、一例として、円筒形状をなし、中心軸線Ｃの方向に伸縮が可能な蛇腹からなり、一方端（図中、上端）が第１部材３６に固定され、他方端（図中、下端）が胴部５１の外周面に固定される。防護壁５７は、内筒３０に対する外筒５０の相対的な昇降に伴って、中心軸線Ｃの方向に伸縮される。

胴部５１とセンタリングベル５３の間には、排気の際および圧送の際に空気が通過する気体通過口５８が形成されている。気体通過口５８は、水平方向Ｈに沿って第４部材５４の表裏を貫通するように形成されている。気体通過口５８に連なるように、気体通過管５９が第４部材５４の外周面に固定されている。

センタリングベル５３は、その先端（図中、下端）に通過口６１を備えている。製品液を容器に充填する際には、図３に示すように、内筒３０の吐出筒３３が挿入されるので、製品液は通過口６１の内側を通る。しかも、図３に示すように、吐出筒３３が通過口６１の奥まで挿入されると、第二弁体３８が第二弁座６３に密着される。これにより、内筒３０と外筒５０の間の気体流路ＧＲが封止されるので、製品液が気体流路ＧＲに回り込むことができない。

センタリングベル５３の内周面は、内筒３０の吐出筒３３に対する第二弁座６３として機能する。図３に示すように充填バルブ装置１が製品液の充填に係わるときにはテーパ部３２および吐出筒３３に嵌合された第二弁体３８が第二弁座６３に密着するので気体流路ＧＲが封止され、それ以外の時には図１および図２に示すようにテーパ部３２が第二弁座６３から離れるので気体流路ＧＲが貫通される。

［駆動部７０］
次に、駆動部７０は、液弁２０を昇降させる。駆動部７０は、図１に示すように、シリンダ機構７１と、シリンダ機構７１と液弁２０の接続ねじ２７とを接続する昇降ロッド７３と、を備える。シリンダ機構７１が昇降運動をすると、昇降ロッド７３および接続ねじ２７とともに、液弁２０が昇降運動をする。シリンダ機構７１は、以上の機能を発揮することができるのであれば、圧縮エア、電動などの作動源は問われない。

内筒３０および外筒５０もそれぞれ液弁２０とは独立して昇降運動を行うが、それぞれ駆動源により昇降運動してもよいし、旋回テーブルに沿って設けられるカムレールにより昇降運動してもよい。

［液体流路ＬＲと気体流路ＧＲの関係：図１～図３］
充填バルブ装置１において、径方向の中心に設けられる液弁２０とその周囲に設けられる内筒３０の間に液体流路ＬＲが形成され、内筒３０とその周囲に設けられる外筒５０の間に気体流路ＧＲが形成される。このように、充填バルブ装置１は、液体流路ＬＲが中心に配置され、その周囲に気体流路ＧＲが配置される。この配置によれば、径方向の寸法の制約から、液体流路ＬＲの開口面積が狭くなるのに対して、径方向の外側の気体流路ＧＲの開口面積を広くできる。

［充填バルブ装置１の充填動作］
次に、以上の構成を備える充填バルブ装置１における製品液の充填に関わる一連の動作を、図４、図５および図６を参照して説明する。なお、図示を省略される搬送手段により充填バルブ装置１に対応する位置まで容器であるパウチ１００が搬送されている。図４～図６においては動きを確認できないが、充填バルブ装置１とパウチ１００は水平方向Ｈの相対的な位置は変わらないまま、充填バルブ装置１とパウチ１００はともに例えば旋回テーブルの円弧状の外周縁に沿って移動しながら、パウチ１００に製品液が充填される。図４～図６において、左側から充填の手順が進む。

［排気準備工程：図４および図６（ＥＰＲ）参照］
図４に示すように、充填前の排気準備工程において、パウチ１００は一例としてグリッパと称される把持手段８０で把持されて充填バルブ装置１に対応する位置に搬送される。対応する位置とは、スパウトとも称されるパウチ１００の飲み口１０１の中心軸線とセンタリングベル５３の通過口６１の中心軸線が一致する位置をいう。このときの両者の中心軸線は、充填バルブ装置１の中心軸線Ｃと一致する。パウチ１００は、鉛直方向Ｖについて定位置を保ったままで、対応する充填バルブ装置１とともに水平方向Ｈに移動される。

排気準備工程において、第一弁体２５が内筒３０のテーパ部３２の第一弁座３２Ａに密着され、かつ、弁棒２１の先端２３が内筒３０の吐出筒３３に挿入される。このように、液体流路ＬＲは第一弁体２５とテーパ部３２および吐出筒３３の干渉により封止される。このとき、第一弁体２５は、吐出筒３３から突出することなくその内部に留まって、吐出筒３３を封止する。したがって、排気の際に排気される空気が第一弁体２５に触れるおそれが小さい。
一方、内筒３０のテーパ部３２および第二弁体３８が外筒５０の第二弁座６３から離れ、かつ、内筒３０の吐出筒３３は通過口６１から離れるので、気体流路ＧＲは通過口６１まで貫通する。

［排気工程：図４および図６（ＥＶＡ）参照］
排気準備工程の次に、パウチ１００の内部の排気工程が行われる。この排気工程は、液弁２０、内筒３０および外筒５０を下降させて、外筒５０のセンタリングベル５３をパウチ１００の飲み口１０１に密着させた状態で行われる。つまり、センタリングベル５３をパウチ１００の飲み口１０１に密着させてから、図示を省略する減圧手段を起動させ、パウチ１００の内部に存在する空気を気体流路ＧＲを通じて排気させる。なお、減圧手段は、センタリングベル５３をパウチ１００の飲み口１０１に密着させてから起動させてもよい。

排気工程の当初は、液弁２０、内筒３０および外筒５０の相対的な位置関係は、排気準備工程と同じであり、内筒３０は外筒５０から離れているが、センタリングベル５３が飲み口１０１に密着してから下降させ、所定の排気が終了した時点で、図４（ＥＶＡ）に示すように、内筒３０の吐出筒３３を通過口６１に挿入するように液弁２０と内筒３０を下降させる。もっとも、液弁２０と内筒３０のこの下降は必須ではない。つまり、本開示において、液弁２０と内筒３０の外筒５０に対する相対的な位置を排気準備工程と同様に保ったままで排気を行い、排気を終えた時点で液弁２０と内筒３０を下降させてもよい。いずれにしても、排気工程において、先端２３は吐出筒３３の内部に収容されている。

［充填準備工程：図５および図６（ＦＰＲ）参照］
排気工程が終了すると、充填準備工程が行われる。充填準備工程は、これまで貫通していた気体流路ＧＲが封止される一方、これまで封止されていた液体流路ＬＲを貫通し、充填バルブ装置１が製品液の充填ができる状態にする。
充填準備工程は、外筒５０はこれまでの飲み口１０１との密着状態を維持したままで、内筒３０を下降させるとともに、液弁２０は図５（ＦＰＲ）の状態から上昇される。内筒３０は第二弁体３８が外筒５０の第二弁座６３に密着するまで下降される。液弁２０は、先端２３が内筒３０の吐出筒３３から抜け出るまで上昇される。

［充填工程：図５および図６（ＦＩＬ）参照］
充填準備工程が終了すると、製品液の充填が行われる。
製品液の充填は、外筒５０は飲み口１０１との密着状態が維持されるとともに、外筒５０と内筒３０の密着状態が維持され、気体流路ＧＲがこの密着部分で閉じた状態で行われる。また、液弁２０は、先端２３が吐出筒３３から抜け出ており、これまでこの部分で封止されていた液体流路ＬＲが貫通するので、製品液の充填が行われる。

充填工程において、製品液は充填バルブ装置１を次の順に流れる。図示を省略する貯液タンクに貯められる製品液は、液体導入管４３、流路形成ブロック３５の液体入口３９、液弁２０と内筒３０の胴部３１の間の液体流路ＬＲを通り、吐出筒３３を介してパウチ１００に供給、充填される。

この製品液の充填工程において、外筒５０の気体通過口５８は内筒３０の胴部３１で概ね閉じられ、かつ、外筒５０の第二弁座６３は内筒３０の第二弁体３８と密着している。加えて、通過口６１の内部には吐出筒３３が挿入されている。このように、外筒５０と内筒３０の間で気体流路ＧＲを構成しうる領域は、液体流路ＬＲと共有する部分が存在しておらず、当該領域に製品液が付着するおそれがほとんどない。つまり、充填バルブ装置１においては、排気工程と充填工程とで、気体流路ＧＲと液体流路ＬＲが、互いに分離された状態で選択的に切り替えられるので、充填工程時に液体流路ＬＲを流れる製品液が気体流路ＧＲに回り込むのを抑えることができる。

ここで、図２および図３に示すように、第一弁体２５の第一弁座３２Ａに対する着座位置（第一着座位置）の近傍に、第二弁体３８の第二弁座６３に対する着座位置（第二着座位置）がある。ここで、吐出筒３３の図中の下方においては、液体流路ＬＲと気体流路ＧＲが共有されており、第二弁体３８の第二弁座６３に対する着座位置（第二着座位置）は、共有とされている流路の分岐位置に該当する。しかも、双方の着座位置は、テーパ部３２により互いに隔離される。このことも、充填工程時に液体流路ＬＲを流れる製品液が気体流路ＧＲに回り込むのを抑えることに関与する。なお、第二弁体３８の第二弁座６３に対する着座位置は、液体流路ＬＲの周囲を取り囲んでいる。

［充填工程の後の工程：図５、図４参照］
パウチ１００に所定量の製品液が充填されたなら、液弁２０、内筒３０および外筒５０は図４および図５とは逆の順に動作する。
つまり、製品液の所定量の充填が終わると、液弁２０を吐出筒３３の内部に挿入することにより、液体流路ＬＲを閉じる。気体流路ＧＲは閉じたままである。

次いで、液弁２０および内筒３０を上昇させて、外筒５０の第二弁座６３から内筒３０のテーパ部３２を離す。これで、気体流路ＧＲが開く。そうすると、気体流路ＧＲを通じて、パウチ１００の内部に圧縮気体を供給する。圧縮気体は、製品液が充填されたパウチ１００の残余の部分に充填され、パウチ１００を膨らませる。圧縮気体は、空気、不活性ガスが適用される。
所定の圧縮気体が充填されたならば、液弁２０、内筒３０および外筒５０が初期位置まで上昇され、一連の製品液の充填が完了する。

［充填システム２００］
次に、充填バルブ装置１を動作させるための配管系統を含む充填システム２００の一例について図７を参照して説明する。

［配管系統］
図７に示すように、本実施形態に係る充填システム２００は、圧縮気体供給源（ＰＡ）２０１と、液弁２０を動作させるための開閉弁２０３と、加圧・真空の切り替えのための第１切替弁２０５および第２切替弁２０７と、を備えている。また、充填システム２００は、圧縮気体供給源（ＰＡ）２０１からの作動気体を低圧に調整する低圧弁２０９と、真空エジェクタ２１１と、真空エジェクタ２１１に作動気体の供給可否切り替える第３切替弁２１３と、を備えている。また、充填システム２００は、製品液を充填バルブ装置１に供給する製品液供給源（ＰＬ）２１９を備えている。

圧縮気体供給源２０１と充填バルブ装置１との間には以下のように配管が設けられている。
圧縮気体供給源２０１に接続される配管Ｌ０が分岐点Ｄ１において配管Ｌ１と配管Ｌ２に分岐される。配管Ｌ１は、液弁２０を動作させる圧縮気体を供給する機能を担う。配管Ｌ２は、製品液の充填前に行われるパウチ１００の排気および充填後に行われるパウチ１００への圧縮気体の供給を担う。

配管Ｌ１は分岐点Ｄ２において配管Ｌ１１と配管Ｌ１３に分岐される。配管Ｌ１１は開閉弁２０３に接続され、配管Ｌ１３は第１切替弁２０５に接続される。開閉弁２０３と充填バルブ装置１は、配管Ｌ３１と配管Ｌ３３で接続されている。第１切替弁２０５と第２切替弁２０７は、配管Ｌ３５で接続される。

次に、配管Ｌ２は、分岐点Ｄ３において配管Ｌ２１と配管Ｌ２３に分岐される。配管Ｌ２１には低圧弁２０９が設けられる。また、配管Ｌ２３には、真空エジェクタ２１１および第３切替弁２１３が設けられる。配管Ｌ２１および配管Ｌ２３は第２切替弁２０７に接続される。第２切替弁２０７と充填バルブ装置１は配管Ｌ４で接続される。

図７に示される状態の開閉弁２０３は、液弁２０を下降させる。このとき、圧縮気体は配管Ｌ０、配管Ｌ１、配管Ｌ１１および配管Ｌ３１を通ってシリンダ機構７１に供給される。また、開閉弁２０３が切り替えられると、圧縮気体は配管Ｌ０、配管Ｌ１、配管Ｌ１１および配管Ｌ３３を通ってシリンダ機構７１に供給され、液弁２０を上昇させる。

次に、図７に示される状態の第１切替弁２０５が切り替えられると、圧縮気体は配管Ｌ０、配管Ｌ１、配管Ｌ１１および配管Ｌ３５を通って第２切替弁２０７に供給される。この圧縮気体の第２切替弁２０７への供給により、第２切替弁２０７の状態を切り替えることができる。図７に示される状態の第２切替弁２０７によれば、低圧弁２０９を通過した低圧圧縮気体を製品液が充填されたパウチ１００へ供給することができる。また、図７の状態から第２切替弁２０７が切り替えられると、充填前にパウチ１００から排気ができる。

次に、第３切替弁２１３が図７に示される状態であれば、真空エジェクタ２１１に圧縮気体が送られない。第３切替弁２１３が図７に示される状態から切り替えられれば、真空エジェクタ２１１に圧縮気体が供給される。これにより、真空エジェクタ２１１が機能するので、配管Ｌ２３および配管Ｌ４を通って充填前にパウチ１００から排気がなされる。

充填システム２００を構成する開閉弁２０３、第１切替弁２０５、第２切替弁２０７、低圧弁２０９、真空エジェクタ２１１および低圧弁２０９は以上のように動作する。したがって、先に説明した充填バルブ装置１の充填動作に合わせて、これら弁の動作が制御される。

［充填バルブ装置１の効果］
次に、充填バルブ装置１が奏する効果について説明する。
［液体流路ＬＲと気体流路ＧＲの分離による効果］
充填バルブ装置１は、排気工程と充填工程とで、気体流路ＧＲと液体流路ＬＲが、互いに分離された状態で選択的に切り替わる。したがって、充填工程時に液体流路ＬＲを流れる製品液が気体流路ＧＲに回り込むのを抑えることができる。これにより、気体流路ＧＲを構成する内筒３０および外筒５０の要素に製品液が付着するのを避けることができる。したがって、充填バルブ装置１によれば、製品液が溜まって気体流路ＧＲを詰まらせるのを抑えることができる。

［製品液の充填の繰り返しに対する効果］
充填工程において、先端２３および吐出筒３３の内周面には製品液が接触する。したがって、製品液の充填の手順が繰り返されると、少なくとも先端２３および吐出筒３３の内周面には製品液が付着した状態で、次の手順の製品液の充填が行われることもある。ところが、充填バルブ装置１は、排気工程において、先端２３が吐出筒３３の内部に収容されている。これにより、先端２３および吐出筒３３の内周面には製品液が付着しており、排気のための気流が吐出筒３３の内部に入ったとしても、この気流は吐出筒３３の内部に留まることが想定される。したがって、先端２３および吐出筒３３の内周面に付着する製品液が気体流路ＧＲを流れるおそれは小さい。

［気体流路ＧＲの開口面積による効果］
また、充填バルブ装置１は、液体流路ＬＲの周囲に気体流路ＧＲが形成されるので、この逆の配置に比べると、気体流路ＧＲの開口面積を広く取れる。これにより、同じ減圧度でパウチ１００から排気をすれば、気体流路ＧＲの開口面積が広い方が、空気の流れる速度が遅くなる。したがって、先端２３および吐出筒３３の内周面には製品液が付着していたとしても、製品液が気体流路ＧＲに回り込むおそれは極めて小さい。

［充填システム２００の簡素化］
充填バルブ装置１によれば、特許文献１で必要とされていた気体流路ＧＲに溜まった製品液を取り除くために、圧縮気体を吹き付けるといった工程を省略できる。この工程の省略は、飲料製品の製造サイクルの短縮に寄与するのに加えて、充填システム２００の簡素化にも寄与する。つまり、特許文献１によれば、圧縮気体を吹き付けるための機器および配管を備えるが、本実施形態に係る充填システム２００によれば、これらの機器および配管を省くことができる。

［付記］
（１）製品液を容器（１００）に充填する充填バルブ装置（１）であって、弁棒(２１)と、弁棒（２１）の軸線方向の一方端の側に設けられる第一弁体（２５）と、を備える液弁（２０）と、液弁（２０）の周囲を取り囲み、液弁（２０）との間に製品液を流すための液体流路（ＬＲ）が形成される内筒（３０）と、内筒（３０）の周囲を取り囲み、内筒（３０）との間に容器（１００）から気体を排気するための気体流路（ＧＲ）が形成される外筒５０と、を備え、液体流路（ＬＲ）と気体流路（ＧＲ）が選択的に切り替えられる、充填バルブ装置。

（２）液体流路（ＬＲ）は、容器（１００）への製品液の充填時には貫通されるが、容器（１００）からの排気時には閉じられ、気体流路（ＧＲ）は、容器（１００）への製品液の充填時には閉じられるが、容器（１００）からの排気時には貫通される。

（３）液体流路（ＬＲ）は、液弁（２０）の周囲を周方向に連なり、気体流路（ＧＲ）は、内筒（３０）の周囲を周方向に連なる。

（４）液弁（２０）は、軸線方向の一方端の側に、内筒（３０）に対する第一弁体（２５）を備え、内筒（３０）は、軸線方向の一方端の側に、第一弁体（２５）に対応する第一弁座（３２Ａ）と、外筒（５０）に対する第二弁体（３８）と、を備え、外筒（５０）は、軸線方向の一方端の側に、第二弁体（３８）に対応する第二弁座（６３）を備える。

（５）内筒（３０）は、液体流路（ＬＲ）と気体流路（ＧＲ）との分岐位置に、第二弁体（３８）の第二弁座（６３）に対する第二着座位置がある。

（６）第一弁体（２５）は、弁棒（２１）の周囲を取り囲む中空の胴部（３１）と、製品液が吐出される吐出筒（３３）と、胴部（３１）と吐出筒（３３）を繋ぎ胴部（３１）から吐出筒（３３）に向けて連続的に径が細くなるテーパ部（３２）を備え、テーパ部に設けられた第一弁座（３２Ａ）に第一弁体（２５）が着座することで液体流路（ＬＲ）が閉じられる、。

（７）弁棒（２１）の一方端をなす先端（２３）は、吐出筒（３３）に挿入可能である。
（８）外筒（５０）は、外筒（５０）の一方端に設けられるセンタリングベルと、センタリングベルの先端に容器１００から排気される気体が通過する通過口（６１）を備え、センタリングベルに設けられた第二弁座（６３）に第二弁体（３８）が着座することで気体流路（ＧＲ）が閉じられる、

（９）気体流路（ＧＲ）は、容器（１００）に気体を供給するための気体供給流路を兼ねる。

（１０）製品液を容器（１００）に充填する充填バルブ装置と、製品液を充填バルブ装置に向けて供給する製品液供給源（２１９）と、容器（１００）の内部に吸引力を作用させる減圧源（２１１）と、を備え、充填バルブ装置が（１）から（９）のいずれかからなる充填システム。

上記以外にも、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
例えば、以上の実施形態において、吐出筒３３と弁棒２１の先端、あるいは吐出筒３３とセンタリングベル５３とにより封止がなされる例が説明されているが、本発明はこれに限定されない。

１ 充填バルブ装置
１０ 充填部
２０ 液弁
２１ 弁棒
２３ 先端
２５ 第一弁体
２９ ダイアフラム
３０ 内筒
３１ 胴部
３１Ａ 空隙
３２ テーパ部
３２Ａ 第一弁座
３３ 吐出筒
３４ 吐出孔
３５ 流路形成ブロック
３６ 第１部材
３７ 第２部材
３６Ａ，３７Ａ 空隙
３８ 第二弁体
３９ 液体入口
４３ 液体導入管
５０ 外筒
５１ 胴部
５２ 第３部材
５３ センタリングベル
５４ 第４部材
５５ 潤滑筒
５７ 防護壁
５８ 気体通過口
５９ 気体通過管
６１ 通過口
６３ 第二弁座
７０ 駆動部
７１ シリンダ機構
７３ 昇降ロッド
８０ 把持手段
８３ 固定ボルト
１００ パウチ
１０１ 飲み口
２００ 充填システム
Ｃ 中心軸線
ＧＲ 気体流路
ＬＲ 液体流路

Claims (9)

1. 製品液を容器に充填する充填バルブ装置であって、
   弁棒と、前記弁棒の軸線方向の一方端の側に設けられる第一弁体と、を備える液弁と、
   前記液弁の周囲を取り囲み、前記液弁との間に前記製品液を流すための液体流路が形成される内筒と、
   前記内筒の周囲を取り囲み、前記内筒との間に前記容器から気体を排気するための気体流路が形成される外筒と、を備え、
   前記液弁は、前記軸線方向の一方端の側に、前記内筒に対する前記第一弁体を備え、
   前記内筒は、前記軸線方向の一方端の側に、前記第一弁体に対応する第一弁座と、前記外筒に対する第二弁体と、を備え、
   前記外筒は、前記軸線方向の一方端の側に、前記第二弁体に対応する第二弁座を備え、
   前記液体流路と前記気体流路が選択的に切り替えられる、
   充填バルブ装置。
   
2. 前記液体流路は、前記容器への前記製品液の充填時には貫通されるが、前記容器からの排気時には閉じられ、
   前記気体流路は、前記容器への前記製品液の充填時には閉じられるが、前記容器からの排気時には貫通される、請求項１に記載の充填バルブ装置。
   
3. 前記液体流路は、前記液弁の周囲を周方向に連なり、
   前記気体流路は、前記内筒の周囲を周方向に連なる、
   請求項１または請求項２に記載の充填バルブ装置。
   
4. 前記液体流路と前記気体流路との分岐位置に、前記第二弁体の前記第二弁座に対する第二着座位置がある、
   請求項３に記載の充填バルブ装置。
   
5. 前記内筒は、前記弁棒の周囲を取り囲む中空の胴部と、前記製品液が吐出される吐出筒と、前記胴部と前記吐出筒を繋ぎ前記胴部から前記吐出筒に向けて連続的に径が細くなるテーパ部を備え、
   前記テーパ部に設けられた前記第一弁座に前記第一弁体が着座することで前記液体流路が閉じられる、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の充填バルブ装置。
   
6. 前記弁棒の前記一方端をなす先端は、前記吐出筒に挿入可能である、
   請求項５に記載の充填バルブ装置。
   
7. 前記外筒は、前記外筒の一方端に設けられるセンタリングベルと、
   前記センタリングベルの先端に前記容器から排気される気体が通過する通過口を備え、
   前記センタリングベルに設けられた前記第二弁座に前記第二弁体が着座することで前記気体流路が閉じられる、
   請求項５または請求項６に記載の充填バルブ装置。
   
8. 前記気体流路は、
   前記容器に気体を供給するための気体供給流路を兼ねる、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の充填バルブ装置。
   
9. 製品液を容器に充填する充填バルブ装置と、
   前記製品液を前記充填バルブ装置に向けて供給する製品液供給源と、
   前記容器の内部に吸引力を作用させる減圧源と、を備え、
   前記充填バルブ装置が請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の充填システム。

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