2023-161921 充填装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023161921

(43)【公開日】2023-11-08

(54)【発明の名称】充填装置

(51)【国際特許分類】

   B67C 3/28 20060101AFI20231031BHJP

【ＦＩ】

B67C3/28

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022072572

(22)【出願日】2022-04-26

(71)【出願人】

【識別番号】000253019

【氏名又は名称】澁谷工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090169

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 孝

(74)【代理人】

【識別番号】100124497

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 洋樹

(72)【発明者】

【氏名】西納 幸伸

(72)【発明者】

【氏名】加森 慎也

(72)【発明者】

【氏名】北山 太郎

(72)【発明者】

【氏名】季羽 瑞穂

【テーマコード（参考）】

3E079

【Ｆターム（参考）】

3E079AB01

3E079BB08

3E079CC01

3E079DD02

3E079DD50

3E079DE04

3E079FF03

3E079FF16

3E079GG01

3E079GG02

(57)【要約】

【課題】胴径の異なる容器の充填に用いられる充填装置において、胴径の大きさに関わらず高い充填能力を維持する。
【解決手段】充填装置は、液体を貯留する充填液タンクと充填バルブ２６を備える。充填バルブ２６は、内部に弁座３３が設けられた充填ノズル３２と、弁座３３に着座する弁体３９Ａが形成されるとともに、充填ノズル３２の内周面との間に形成される液通路３０を流れる液体に旋回力を付与する旋回フィン５０が外周部に設けられたバルブロッド３４と、バルブブロッド３４を昇降させて弁体３９Ａを開閉するサーボシリンダ４０と、サーボシリンダ４０を制御する制御装置４２とを有する。制御装置４２は、充填を行う容器の胴径に応じて弁座と弁体との開度を変更可能とし、胴径が小さい小型容器を充填する際には小開度で充填を行い、小型容器よりも胴径が大きい大型容器を充填する際には大開度で充填を行う。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を貯留する充填液タンクと、
下方に容器の口部に当接するシール部材が設けられた充填バルブとを備え、
前記充填バルブは、
内部に弁座が設けられて下端部に液体の流出口が形成された充填ノズルと、
前記弁座に着座する弁体が形成されるとともに、前記充填ノズルの内周面との間に形成される液通路を流れる液体に旋回力を付与する旋回フィンが外周部に設けられたバルブロッドと、
前記バルブロッドを昇降させて前記弁体を開閉する駆動手段と、
前記駆動手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、充填を行う容器の胴径に応じて前記弁座と弁体との開度を変更可能とし、胴径が小さい小型容器を充填する際には小開度で充填を行い、前記小型容器よりも胴径が大きい大型容器を充填する際には大開度で充填を行う
ことを特徴とする充填装置。

【請求項2】

前記制御手段が、充填を行う容器の胴径に応じた流量と開度の関係を記憶した記憶部を備え、充填する容器の種類に応じて開度を記憶部から選択することを特徴とする請求項１に記載の充填装置。

【請求項3】

前記容器が、上端に口部が形成された筒状部と、前記筒状部に繋がる拡径部と、前記拡径部に繋がる胴部とを有し、
前記バルブロッドの下端部に下方に向けて広がる傾斜面が設けられ、
前記弁体を開放した状態では、前記バルブロッドの下端部の前記傾斜面が前記充填ノズルの下端部の流出口よりも下方に突出して容器の前記筒状部内に位置し、
前記旋回フィンで旋回された充填液の旋回流を、前記傾斜面によって容器の筒状部の内周面に案内することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の充填装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、容器にガス充填液を充填する充填装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスを含有するガス充填液をボトルに充填する装置として、充填時の泡立ちを抑制するために、充填バルブのバルブロッドに旋回フィンを設け、ガス充填液を旋回させながら容器に供給する構成が知られている（特許文献１）。同充填バルブでは、旋回流の遠心力を利用し充填液をボトル肩部へと導くことでボトルの内壁側面に沿って充填液を供給し、泡の発生を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－０９４０９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

充填バルブは、異なる種類の容器で兼用されることが望ましい。特許文献１の充填バルブを胴径の小さい小型容器と胴径の大きい大型容器で兼用する場合、小型容器に対して高速で大型容器に充填するのに好適な比較的大きな流量で充填を行うと、旋回流が強くなり小型容器の内壁側面に沿って充填される液体が底にあたって跳ね上がり泡立ちが発生するので、泡立ちやすい液体を充填する際の泡立ちを抑えるために、大型容器であっても充填バルブの流量は小型容器に合わせて設定されている。しかし、同構成では流量が小型容器に合わせられているため大型容器に充填を行う際の充填能力が、大型容器専用の充填バルブと比較して低くなる。

【0005】

本発明は、胴径の異なる容器の充填に用いられる充填装置において、胴径の大きさに関わらず高い充填能力を維持することを課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の発明である充填装置は、液体を貯留する充填液タンクと、下方に容器の口部に当接するシール部材が設けられた充填バルブとを備え、前記充填バルブは、内部に弁座が設けられて下端部に液体の流出口が形成された充填ノズルと、前記弁座に着座する弁体が形成されるとともに、前記充填ノズルの内周面との間に形成される液通路を流れる液体に旋回力を付与する旋回フィンが外周部に設けられたバルブロッドと、前記バルブロッドを昇降させて前記弁体を開閉する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、充填を行う容器の胴径に応じて前記弁座と弁体との開度を変更可能とし、胴径が小さい小型容器を充填する際には小開度で充填を行い、前記小型容器よりも胴径が大きい大型容器を充填する際には大開度で充填を行うことを特徴としている。

【0007】

本発明の第２の発明である充填装置は、第１の発明において、前記制御手段が、充填を行う容器の胴径に応じた流量と開度の関係を記憶した記憶部を備え、充填する容器の種類に応じて開度を記憶部から選択することを特徴としている。

【0008】

本発明の第３の発明である充填装置は、第１または第２の発明において、前記容器が、上端に口部が形成された筒状部と、前記筒状部に繋がる拡径部と、前記拡径部に繋がる胴部とを有し、前記バルブロッドの下端部に下方に向けて広がる傾斜面が設けられ、前記弁体を開放した状態では、前記バルブロッドの下端部の前記傾斜面が前記充填ノズルの下端部の流出口よりも下方に突出して容器の前記筒状部内に位置し、前記旋回フィンで旋回された充填液の旋回流を、前記傾斜面によって容器の筒状部の内周面に案内することを特徴としている。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、胴径の異なる容器の充填に用いられる充填装置において、胴径の大きさに関わらず高い充填能力を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態である充填装置の一部の構成を示す平面図である。

【図2】本実施形態のフィラの構成を模式的に示す側面図である。

【図3】本実施形態の充填バルブの縦断面図である。

【図4】充填バルブの先端部の拡大図断面図である。

【図5】胴径が小さい容器へ充填行う充填バルブの縦断面図である。

【図6】胴径が大きい容器に充填を行う充填バルブの縦断面図である。

【図7】制御装置とサーボシリンダの関係を示すブロック図である。

【図8】制御装置の記憶部に保存されるテーブルの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態である充填ラインの一部構成を概略的に示す平面図である。

【0012】

本実施形態の充填ライン１０は、ガスを含有する液体であるガス充填液（例えば炭酸ガス飲料）を容器Ｖに充填する充填設備である。充填ライン１０は、ホイール式のリンサ１２、フィラ（充填装置）１４、キャッパ１６を備える。

【0013】

リンサ１２においてその内面と外面が洗浄された容器Ｖは、供給ホイール１３を介してフィラ１４に受け渡され、ガス充填液が容器Ｖに充填される。

【0014】

充填が完了した容器Ｖは、中間ホイール１５を介してキャッパ１６に受け渡され、キャップが装着される。キャッピングが終了した容器Ｖは、排出ホイール１８を介して排出コンベヤ２０へと受け渡され下流側の処理装置へと排出される。

【0015】

容器Ｖは、例えば首部にフランジを有する樹脂製のボトル（例えばＰＥＴボトル）であり、リンサ１２からキャッパ１６までの各ホイールにおいて、容器Ｖはグリッパによりフランジの下方と上方が交互に把持されて搬送される。なお、排出ホイール１８以降はボトル底面をコンベヤ搬送面で支持されて搬送される。

【0016】

図２、本実施形態のフィラ１４の構成を模式的に示す側面図である。フィラ１４は、フィラ本体２２と、フィラ本体２２の上方に設けられた充填液タンク２４を備える。フィラ本体２２は回転ホイールから構成され、その外周には多数の充填バルブ２６が配置される。また、回転ホイールには、各充填バルブ２６に対応して容器Ｖを保持するグリッパが配置される（不図示）。

【0017】

充填液タンク２４には、ガス充填液Ｆが、液供給通路２４Ａを通して供給される。また、充填液タンク２４のヘッドスペースには、ガス供給通路２４Ｂを通して図示しない加圧装置から加圧ガスが供給される(加圧手段)。充填する際には、炭酸ガスなどの加圧ガスが供給され、充填液タンク２４内のヘッドスペースは、例えば約０．３ＭＰａに維持される。

【0018】

充填液タンク２４の底部には、ロータリージョイント３０Ｂを介して充填バルブ２６に充填液を供給する液通路３０が接続される。液通路３０は、フィラ本体２２において分岐され、流量計３０Ａを通して各充填バルブ２６に供給される。充填バルブ２６は、容器Ｖの口部に気密的に密接し、充填液を容器Ｖに供給する。

【0019】

次に図３の充填バルブ２６の縦断面図を参照して本実施形態の充填バルブ２６の構成について説明する。充填バルブ２６は外殻部を構成する中空のノズル本体（充填ノズル）３２と、ノズル本体３２内に昇降自在に配置され、ノズル本体３２との間に液通路３０を形成するとともに、液通路３０の開閉を行う液バルブ３１を構成するバルブロッド３４を備える。充填バルブ２６は、所定のタイミングで液バルブ３１を開閉し、容器Ｖに充填液を注入する。

【0020】

バルブロッド３４には、充填液タンク２４のヘッドスペースの気相と、密閉された容器Ｖの気相とを連通するためのガス通路３６が設けられる。各充填バルブ２６のガス通路３６は、ガスバルブ３６Ａを介してガスマニホールド３６Ｂに接続され、ロータリージョイント３０Ｂを通して1本のガス通路３６に統合されて充填液タンクの頂部に接続される。

【0021】

また、ガス通路３６のガスバルブ３６Ａよりも充填バルブ２６側には、密閉された容器Ｖの内部空間を外部へと連通するためのスニフト通路３８が接続される。各ガス通路３６に接続されたスニフト通路３８には、各々スニフトバルブ３８Ａが設けられ、スニフト用マニホールド３８Ｂを介して１本のスニフト通路３８に統合されて外部に開放される。

【0022】

ノズル本体３２は、下部外殻部材３２Ａと、バルブロッド３４を昇降させる上部外殻部材３２Ｂとから構成される。充填液Ｆを充填バルブ２６に供給する液通路３０は、下部外殻部材３２Ａの上部側面に接続される。

【0023】

バルブロッド３４と下部外殻部材３２Ａの間には、バルブロッド３４を取り囲むように充填液Ｆを流通させる環状の液通路３０が形成され、バルブロッド３４の下端は、下部外殻部材３２Ａの下端から僅かに下方に突出する。

【0024】

バルブロッド３４の中心には、長手方向に沿ってガス通路３６が設けられ、前述したように、容器Ｖをガスバルブ３６Ａを介して充填液タンク２４のヘッドスペースに連通するとともに、スニフト通路３８に接続され、スニフトバルブ３８Ａを介して外部へと連通される。

【0025】

バルブロッド３４には、その下端部構成する細径部３４Ａと、その上方に位置する中径部３４Ｂと、更にその上方に位置する大径部３４Ｃとを備える。細径部３４Ａと中径部３４Ｂとの間には両者を連絡する第１縮径部３９Ａが設けられ、中径部３４Ｂと大径部３４Ｃとの間には両者を連絡する第２縮径部３９Ｂが設けられる。

【0026】

下部外殻部材３２Ａの内周面は、細径部３４Ａ、中径部３４Ｂ、大径部３４Ｃと第１、第２縮径部３９Ａ、３９Ｂの形状に合わせた形状とされ、下部外殻部材３２Ａとバルブロッド３４の間には液通路３０が形成される。

【0027】

バルブロッド３４は、上部外殻部材３２Ｂの上方においてサーボシリンダ４０により保持され、下部外殻部材３２Ａ内を昇降可能とされる。サーボシリンダ４０の駆動は制御装置４２により制御され、制御装置４２は、充填を行う容器Ｖの胴部の径に応じた流量と開度の関係を記憶した記憶部を備える。後述するように、制御装置４２は、充填する容器Ｖの種類に対応する開度を記憶部から読み取り、その大きさに合わせてその駆動が制御される。

【0028】

第１縮径部３９Ａは、下部外殻部材３２Ａの内周面で形成される弁座３３との間で弁体として機能し、両者は液バルブ３１を構成する。バルブロッド３４が上昇されると液バルブ３１が開放され、バルブロッド３４が下降されると液バルブ３１が閉鎖される。また、第２縮径部３９Ｂと下部外殻部材３２Ａと隙間は、バルブロッド３４の昇降により拡縮され、バルブロッド３４が下降されると狭くなり、バルブロット３４が上昇されると広くなることで液通路３０を流通する充填液Ｆの流量を調整することができる。

【0029】

なお、液通路３０をバルブロッド３４の駆動部から隔離するために、下部外殻部材３２Ａ内のバルブロッド３４の外周には、バルブロッド３４の周囲を覆い、バルブロッド３４の昇降に合わせて上下に伸縮する円筒状の蛇腹４４の下端部が気密的に装着され、蛇腹４４の上端部は上部外殻部材３２Ｂの下端に気密的に取り付けられる。すなわち、液通路３０は、蛇腹４４により、上部外殻部材３２Ｂとバルブロッド３４の摺動部から隔絶される。

【0030】

また、前述したように、バルブロッド３４内部に形成されたガス通路３６は、ガスバルブ３６Ａを介して充填液タンク２４のヘッドスペースに連通可能であるとともにスニフトバルブ３８Ａを介して外部に開放可能である。

【0031】

バルブロッド３４の下端部には、下方に向けて放射状に外側に広がるフレア部４６が設けられ、これにより細径部３４Ａの下端外周面に傾斜面が形成される。また、中径部３４Ｂにおいて第１縮径部３９Ａより上方には、その外周部に螺旋状に形成されたフィン（旋回フィン）５０が複数設けられる。これにより中径部３４Ｂの外周面と下部外殻部材３２Ａの間には旋回流路が形成される。なお、図４の充填バルブ２６の先端部の拡大図断面図に示されるように、下部外殻部材３２Ａの下端部の流出口の外周には、充填時に容器Ｖの口部Ｖｍに押接され、容器Ｖの口部Ｖｍを密閉するリング状のシール部材５２が設けられる。

【0032】

次に、図５～図８を参照して、本実施形態のフィラ１４における充填作業について説明する。

【0033】

フィラ１４は異なる胴径の容器Ｖに対して、各容器Ｖに対応する充填作業が可能である。すなわち、本実施形態の充填ライン１０では、胴径が相対的に小さい容器Ｖ１と、胴径が相対的に大きい容器Ｖ２が取り扱われる。図５は、胴径が小さい容器Ｖ１に充填を行う充填バルブ２６の縦断面図であり、図６は、胴径が大きい容器Ｖ２に充填を行う充填バルブ２６の縦断面図である。前述したように、容器Ｖ１、Ｖ２は、例えばＰＥＴボトルなど樹脂製のボトルであり、上端に口部Ｖｍが形成された筒状部と、筒状部に繋がる拡径部と、拡径部に繋がる胴部を備え、筒状部の内径は拡径部によって胴部の内径まで比較的急激に拡大する。

【0034】

各容器Ｖに対応する充填作業は、サーボシリンダ４０等を用いて制御装置４２により制御される。制御装置４２では、作業者により充填作業開始前に、取り扱われる容器Ｖに対応する充填作業の設定が行われる。充填作業の設定は、例えば取り扱われる容器Ｖや充填液の種類に対応して行われる。

【0035】

図７は、制御装置４２とサーボシリンダ４０の関係を示すブロック図である。制御装置４２は、サーボシリンダ指令部４２Ａと記憶部４２Ｂを備える。サーボシリンダ指令部４２Ａは、記憶部４２Ｂのデータを参照してサーボシリンダ４０に制御指令を送信し、バルブロッド３４のリフト量を制御する。

【0036】

記憶部４２Ｂには、例えば図８に模式的に示されるテーブルが記憶されてる。テーブルには、例えば容器Ｖの種類と、これに対応する流量、開度、充填量が記録されている。サーボシリンダ指令部４２Ａは、同テーブルを参照するとともに流量計３０Ａからの信号に基づき、選択された容器Ｖに合わせたバルブロッド３４の昇降を行う。なお、図８では、３種類の容器に対して流量、開度、充填量が記憶されたテーブルを例示しているが、容器の種類の数は任意である。また、同一の容量の容器であっても、例えば形状の違いなどに基づき、流量や開度が異なってもよい。

【0037】

相対的に胴径が小さい容器Ｖ１への充填作業では、サーボシリンダ４０によりバルブロッド３４が僅かに持ち上げられ、液バルブ３１が開放されて充填液Ｆが液バルブ３１を通って流通され充填バルブ２６の下端の流出口から容器Ｖ１内へと供給される。一方、相対的に胴径が大きい容器Ｖ２への充填作業では、サーボシリンダ４０によりバルブロッド３４が胴径が小さい容器Ｖ１のときよりも高く持ち上げられ、液バルブ３１はより大きく開放される。また、第２縮径部３９Ｂと下部外殻部材３２Ａの間の隙間も胴径が小さい容器Ｖ１に対する充填作業のときよりも拡大される。これにより、胴径が大きい容器Ｖ２に対する充填作業では、胴径が小さい容器Ｖ１のときに比べて充填液Ｆの流量が大きくなり、単位時間当たりでより多くの充填液Ｆを容器Ｖ２に供給でき、充填時間が増大するのを防止できる。

【0038】

なお、各充填作業において、バルブロッド３４の先端のフレア部４６は、下部外殻部材３２Ａの下端の流出口から突出し、容器Ｖ１、Ｖ２の口部Ｖｍの円筒部内に位置し、フレア部４６の傾斜面が広がり始める上端の位置は、バルブロッド３４が充填時の弁体を開放した状態で、容器Ｖ１、Ｖ２の口部Ｖｍの上端の位置とほぼ同じレベルとなる。

【0039】

充填作業中、容器Ｖ１、Ｖ２の口部Ｖｍの上端は下部外殻部材３２Ａの下端に設けられたシール部材５２に押し当てられ、これにより容器Ｖ１、Ｖ２内が周囲の雰囲気に対して気密され密閉される。ガス充填液の充填作業では、液バルブ３１を開く前に、ガスバルブ３６Ａが開かれた状態とされるとともにスニフトバルブ３８Ａが閉じられた状態とされ、容器Ｖ１、Ｖ２と充填液タンク２４のヘッドスペースが同じ圧力になってから液バルブ３１が開かれ、液バルブ３１が開かれている間、同状態が維持される。これにより加圧された充填液タンク２４内の充填液Ｆは液通路３０を通して容器Ｖ１、Ｖ２内へと注入されるとともに、容器Ｖ１、Ｖ２内の気体はガス通路３６を通って充填液タンク２４のヘッドスペースに還流する。

【0040】

液バルブ３１が開放されたことにより液通路３０を流れ落ちる充填液Ｆには、フィン５０により形成された螺旋流路により、接線方向流速成分が与えられ、液通路３０内を旋回しながら流れ落ちる。充填液Ｆが流出口に達すると、旋回流の遠心力に加えフレア部４６の傾斜面の広がりにより、充填液Ｆは接線方向速度成分を有したままバルブロッド３４の中心側から外側へと放射状に拡散され、容器Ｖ１、Ｖ２の円筒部内周面へと放出される。フィン５０により生成される旋回流による遠心力が弱い充填開始期間は、充填液Ｆの旋回作用とフレア部４６の傾斜面の作用により容器Ｖ１、Ｖ２の筒状部の内周面に充填液Ｆを案内し、その後、旋回流が十分に発達すると旋回作用で生じる遠心力で充填液Ｆが容器Ｖ１、Ｖ２の筒状部の内周面へと案内される。

【0041】

充填作業は、フィラ１４の回転ホイールの回転と並行して行われ、各充填バルブ２６へ供給される充填液Ｆの流量は流量計３０Ａにおいて計測される。容器Ｖ１、Ｖ２への供給量が各々の充填量（所定量）に達するとサーボシリンダ４０によりバルブロッド３４が下降され液バルブ３１が閉じられる。その後、ガスバルブ３６Ａが閉じられるとともに、スニフトバルブ３８Ａが開かれ、容器Ｖ１、Ｖ２内の圧力が外部の圧力（外気圧）とされる。

【0042】

以上のように、本実施形態の充填装置では、容器の胴径に応じて充填液の流量を調整できるため、容器の胴径に合わせて適切な流量を設定することが可能であり、容器内における充填液の泡立ちを抑えながら高い充填能力を維持することができる。

【0043】

本実施形態では、記憶部に容器の種類に応じた流量、開度、充填量を記録し、作業者が取り扱われる容器の種類を選択することで充填作業を制御していたが、作業者が取り扱われる容器に合わせて流量、開度、充填量などを個別に設定する構成であってもよい。また、泡立ちやすいノンガス充填液の充填時においても容器の胴径に応じて流量を調整しても良い。さらに、バルブロッド３４を昇降させる機構はサーボシリンダに限るものではなく、バルブロッド３４を複数の高さに位置させることができる多段式のエアーシリンダ機構を採用することも可能である。

【符号の説明】

【0044】

１０ 充填ライン
１４ フィラ（充填装置）
２４ 充填液タンク
２４Ａ 液供給通路
２４Ｂ ガス供給通路
２６ 充填バルブ
３０ 液通路
３０Ａ 流量計
３１ 液バルブ
３２ ノズル本体（充填ノズル）
３３ 弁座
３４ バルブロッド
３６ ガス通路
３６Ａ ガスバルブ
３８ スニフト通路
３８Ａ スニフトバルブ
３９Ａ 第１縮径部（弁体）
４０ サーボシリンダ（駆動手段）
４２ 制御装置（制御手段）
５０ フィン（旋回フィン）
５２ シール部材
Ｆ 充填液
Ｖ 容器
Ｖ１ 相対的に胴径が小さい容器
Ｖ２ 相対的に胴径が大きい容器
Ｖｍ 口部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】