(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品液が流れる流路に設けられる弁体と、
前記流路に設けられ、前記弁体が接することにより前記製品液が流れを止める弁座と、を備え、
前記弁体と前記弁座は、
上流側の位置で前記製品液の流れを止める第一閉状態と、
前記第一閉状態よりも下流側の位置で前記製品液の流れを止める第二閉状態と、
前記弁体と前記弁座が接することなく、前記製品液が流れる開状態と、のいずれかの状態を選択できる、
ことを特徴とする充填バルブ装置。
【請求項２】
前記弁体は、前記流路に昇降可能に設けられ、
前記製品液の流れの上流側に設けられる第一シール部と、
前記第一シール部より下流側に設けられる第二シール部と、を備え、
前記弁座は、
前記第一シール部に対応し、前記製品液の流れの上流側に設けられる第一弁座と、
前記第二シール部に対応し、前記製品液の流れの下流側に設けられる第二弁座と、
を備え、
前記開状態から前記弁体が鉛直方向の上向きに移動して、前記第一シール部が前記第一弁座に接することで、前記第一閉状態が選択され、
前記開状態から前記弁体が鉛直方向の下向きに移動して、前記第二シール部が前記第二弁座に接することで、前記第二閉状態が選択される、
請求項1に記載の充填バルブ装置。
【請求項３】
前記弁体を昇降させる駆動源を備え、
前記駆動源は、作動エアが供給されることで駆動される空気圧シリンダからなり、
前記空気圧シリンダは、
鉛直方向に昇降可能な第一ピストンと、
前記第一ピストンと独立して昇降可能な第二ピストンと、を備え、
前記作動エアにより前記第二ピストンが押し上げられることで、前記第一シール部が前記第一弁座に接する第一閉ポジションに置かれ、
前記作動エアにより前記第二ピストンが押し下げられることで、前記第一シール部が前記第二弁座に接する第二閉ポジションに置かれ、
前記作動エアにより前記第一ピストンが押し下げられる力と前記第二ピストンが押し上げられる力が均衡することで、前記弁体が前記第一閉ポジションと前記第二閉ポジションの間の開ポジションに置かれる、
請求項２に記載の充填バルブ装置。
【請求項４】
連続的に搬送される複数の容器のそれぞれに充填バルブを介して製品液を充填する飲料の充填方法であって、
前記製品液として非炭酸飲料を前記容器に充填する無菌充填モードと、
前記製品液として炭酸飲料を前記容器に充填する炭酸充填モードと、が選択的に実行され、
前記充填バルブとして、請求項１〜３のいずれか一項に記載の充填バルブ装置を用い、
前記無菌充填モードにおいて、前記製品液の充填を停止する際には、前記第一閉状態を選択し、
前記炭酸充填モードにおいて、前記製品液の充填を停止する際には、前記第二閉状態を選択する、
ことを特徴とする飲料の充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料を容器へ充填する際に用いる充填バルブ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、飲料充填機は、炭酸飲料を充填するものと、炭酸飲料以外の飲料（非炭酸飲料）を無菌充填するものに区別され、それぞれの専用機が用いられていた。両者の違いは、無菌充填が菌の繁殖を避けるために充填バルブ装置と容器を接触させないで飲料を充填するノンシール充填によるのに対して、炭酸飲料は充填バルブ装置と容器を接触させて充填するシール充填による点にある。ところが、近時、無菌充填と炭酸飲料充填の兼用化が進んでいる。
【０００３】
これまで飲料充填に用いられてきた充填バルブ装置は、例えば特許文献１〜４に記載されるように、昇降可能に設けられた弁体を、下降させて弁座に突き当てることにより閉弁し、上昇して弁座から離すことにより開弁するというものである。したがって、無菌充填において、容器へ定量の飲料充填を終える際に閉弁すると、弁体は飲料となる製品液を下流に押し出すことになるので、閉弁に伴って容器に向う噴流の径が拡大する。噴流径が拡大した状態で容器の液面に突入すると、液面に空間ができ、その空間が元に戻るときに液滴が発生し、さらにこの液滴が容器の外へと飛出してバルブの先端面に付着することがある。この付着液に菌が繁殖する懸念があるおそれがあるため、無菌充填においては、この液の跳ね返りを防止することが必要である。
【０００４】
一方で、炭酸飲料を充填する際に懸念されるのは、液がたれ落ちる現象である。つまり、弁体が弁座に接するシール部からバルブ先端部までの空間に炭酸飲料が残留する液溜まりが生じ、充填完了後にシールを大気圧に開放して減圧すると溜まった製品液が発泡し、容器内にたれ落ちる。液溜まりの量が増えてたれ落ちる量が増加すると、たれ落ちるのが終わるまでの時間が不安定であり、また、一部が空間に溜まったままのこともあるので、容器への充填量にバラツキが生じてしまう。そのため、炭酸飲料では、シール部からバルブ先端部までの空間を小さくして液溜まりの量を少なくすることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−５２７８０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８９０３５号公報
【特許文献３】特開２０１２−１７６７８３号公報
【特許文献４】特開２０１４−７３８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、非炭酸飲料を無菌充填するのと炭酸飲料を充填するのに兼用される飲料充填機を前提とし、無菌充填の際には液の跳ね返りを抑え、かつ、炭酸飲料充填の際には液溜まりの量を少なくすることのできる充填バルブ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
無菌充填の液の跳ね返りを抑制するには、閉弁時の噴流径が拡がるのを抑える必要があり、このためには、弁体を上流方向に駆動しシールする形態の弁（以下、逆作動弁ということがある）を採用するのが有効である。しかし、逆作動弁にするとシール部からバルブ先端部までの空間が拡がるので、炭酸飲料充填の際には、液溜まりの量が増えてしてしまう。したがって、炭酸充填には、弁体を下流方向に駆動しシールする形態の弁（以下、正作動弁ということがある）を採用するのが好ましい。
そこで本発明は、正作動弁としての機能と逆作動弁としての機能を兼備する充填バルブ装置を提案するものであり、製品液が流れる流路に設けられる弁体と、流路に設けられ、弁体が接することにより製品液が流れるのを止める弁座と、を備えることを前提とする。
本発明の充填バルブ装置は、弁体と弁座が、上流側の位置で製品液の流れを止める第一閉状態と、第一閉状態よりも下流側の位置で製品液の流れを止める第二閉状態と、弁体と弁座が接することなく、前記製品液が流れる開状態と、のいずれかの状態を選択できる、
ことを特徴とする。
【０００８】
本発明の充填バルブ装置は、上流側で第一閉状態をなすか、又は、下流側で第二閉状態をなすことができる。したがって、製品液が流れる開状態において非炭酸飲料を充填しているときに、第一閉状態を選択すると、開状態から上流側に向けて弁体のシールに係る部分が移動するので、製品液を押し出すことがない。一方、開状態において炭酸飲料を充填しているときに、第二閉状態を選択すると、開状態から下流側に向けて弁体のシールに係る部分が移動することになり、その分だけ弁座とのシール部分からバルブ先端までの空間を狭くできるので、液溜まりの量を少なくできる。
【０００９】
本発明の充填バルブ装置において、弁体が流路に昇降可能に設けられる場合には、弁体が、製品液の流れの上流側に設けられる第一シール部と、第一シール部より下流側に設けられる第二シール部と、を備え、弁座は、第一シール部に対応し、製品液の流れの上流側に設けられる第一弁座と、第二シール部に対応し、製品液の流れの下流側に設けられる第二弁座と、を備えることができる。
この充填バルブ装置は、開状態から弁体が鉛直方向の上向きに移動して、第一シール部が第一弁座に接することで、第一閉状態が選択される。また、開状態から弁体が鉛直方向の下向きに移動して、第二シール部が第二弁座に接することで、第二閉状態が選択される。
この充填バルブ装置によれば、弁体を昇降させるだけで、第一閉状態、第二閉状態及び開状態を選択できるので、その制御が容易である。
【００１０】
本発明の充填バルブ装置において、弁体を昇降させる駆動源として、作動エアが供給されることで駆動される空気圧シリンダを用いることができる。この空気圧シリンダとしては、鉛直方向に昇降可能な第一ピストンと、第一ピストンと独立して昇降可能な第二ピストンと、を備え、作動エアにより第二ピストンが押し上げられることで、弁体が第一閉ポジションに置かれ、作動エアにより第二ピストンが押し下げられることで、弁体が第二閉ポジションに置かれ、作動エアにより第一ピストンが押し下げられる力と第二ピストンが押し上げられる力とが均衡することで、弁体が第一ポジションと第二ポジションの間の開ポジションに置かれるようにすることができる。
この充填バルブ装置によれば、二つのピストンの動作を作動エアにより調整することで、弁体を、第一閉状態に対応する第一閉ポジション、第二閉状態に対応する第二閉ポジション、及び、開状態に対応する開ポジションに容易に移動させることができる。
【００１１】
本発明は、連続的に搬送される複数の容器のそれぞれに製品液を、充填バルブを介して充填する飲料の充填方法を提供するが、この充填方法は、製品液として非炭酸飲料を容器に充填する無菌充填モードと、製品液として炭酸飲料を容器に充填する炭酸充填モードと、が選択的に実行される。
本発明の充填方法において、充填バルブ装置として以上で説明したものを用いる場合には、製品液を充填する際には、無菌充填モード及び炭酸充填モードの双方において、開状態を選択する。また、無菌充填モードにおいて、製品液の充填を停止する際には、第一閉ポジションを選択し、炭酸充填モードにおいて、製品液の充填を停止する際には、第二閉状態を選択する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、弁体両側シール構造とすることで、非炭酸飲料の無菌充填時には弁体を上流方向に駆動させて閉弁することで液の押し出しによる噴流径の膨らみを抑制し、炭酸飲料充填時には弁体を下流方向に駆動させて閉弁することで液溜まりを少なくして、液だれを抑制する。よって、本発明の充填バルブ装置を用いることにより、菌の繁殖を防止し、かつ安定した飲料の生産を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態における充填バルブ装置の正面断面図である。
【図２】図１の充填バルブ装置の要部を分解して示す図である。
【図３】図１の充填バルブ装置の動作を示す図であり、（ａ）は無菌充填及び炭酸飲料充填における開弁の状態を示し、（ｂ）は無菌充填における閉弁の状態を示し、（ｃ）は炭酸飲料充填における閉弁の状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図1に示される充填バルブ装置１は、図示を省略する製品液の供給装置から飲料用の製品液の供給を受けるとともに、付属する空気圧シリンダ３により駆動されることで、容器への製品液の充填及び充填の停止を行う。また、本実施形態に係る飲料充填設備は、非炭酸飲料及び炭酸飲料のいずれも取り扱うことのできる兼用化に対応するものであり、充填バルブ装置１はこの兼用に対応する構成を備えている。以下、充填バルブ装置１の構成を説明し、その後、充填バルブ装置１の作用及び効果に言及する。
【００１５】
充填バルブ装置１は、製品液の充填及び充填の停止を担うバルブ本体２と、バルブ本体２の駆動を担う空気圧シリンダ３と、を備えており、バルブ本体２と空気圧シリンダ３は接続構造体４により一体的化されている。
【００１６】
バルブ本体２は、図１及び図２に示すように、中空円筒状の弁箱１０と弁機構２０を備える。
弁箱１０は、下流端に設けられ、製品液を容器に向けて吐出する吐出口１１と、吐出口１１から上流に向けて連なる液流路１３と、吐出口１１に連なるとともに、液流路１３の一部をなし、他の液流路１３よりも開口径が拡大された弁体収容域１５と、を備えている。弁箱１０には充填液供給装置からの製品液の供給を受ける給液管１２が接続され、給液管１２で受けた製品液は、給液管１２を通って液流路１３に供給される。液流路１３は、弁軸ガイド２７で上流端が封止されている。
弁体収容域１５は、図２（ｂ）に示すように、上流から下流に向けて径が拡大する拡径範囲１５Ａと、拡径範囲に連なる等径範囲１５Ｂと、等径範囲に連なり、下流に向けて径が縮小する縮径範囲１５Ｃと、を備えている。詳しくは後述するが、拡径範囲１５Ａには第一弁座１７が形成され、縮径範囲１５Ｃには第二弁座１９が形成される。
なお、本実施形態を含み、本発明において、上流及び下流は、充填バルブ装置１により製品液を充填する際の製品液の流れを基準にして特定される。
【００１７】
弁機構２０は、図１及び図２に示すように、下流端に設けられる弁体２１と、弁体２１に連なり、空気圧シリンダ３の駆動力を弁体２１に伝える弁軸２５と、弁軸２５の昇降運動をガイドする弁軸ガイド２７と、を備える。
弁機構２０は、弁体２１と弁軸２５の一部分が、弁箱１０の液流路１３の内部に挿入されるとともに、空気圧シリンダ３の動作に伴い液流路１３を昇降する。弁箱１０から露出する弁軸２５は、弁箱１０の上流側に設けられた弁軸ガイド２７に摺動可能に支持される。弁軸２５の上端は、直接的にまたは間接的に、空気圧シリンダ３の第二ピストンロッド３４Ｃと緊密に連結されている。
【００１８】
弁体２１は、鉛直方向の上向きに設けられる第一シール部２２と、第一シール部２２より下流側にあって、鉛直方向の下向きに設けられる第二シール部２４と、の二つの弁体要素を備えている。第一シール部２２は第一弁座１７に対応し、第一弁座１７に密着又は隙間を隔てて対峙することにより、液流路１３を閉じ又は開く弁機構をなす。また、第二シール部２４は第二弁座１９に対応し、第二弁座１９に密着又は隙間を隔てて対峙することにより、液流路１３を閉じ又は開く弁機構をなす。第一弁座１７と第一シール部２２からなる弁機構は、非炭酸飲料の充填停止の際に機能し、第二弁座１９と第二シール部２４からなる弁機構は、炭酸飲料の充填停止の際に機能する。
【００１９】
次に、空気圧シリンダ３は、図１及び図２に示すように、シリンダ本体３０と、シリンダ本体３０の内部に設けられる第一作動室３１と、第一作動室３１より下流側に設けられる第二作動室３３と、を備える。第一作動室３１と第二作動室３３は、間に仕切り３５が設けられているが、作動エアは第一作動室３１と第二作動室３３の間を流通可能とされている。
シリンダ本体３０は、下流側に底壁３７を備え、この底壁３７は第二ピストンロッド３４Ｃが摺動可能に挿入されるガイド孔３８が表裏を貫通して形成されている。
【００２０】
第一作動室３１には第一ピストン３２が嵌入され、また、第二作動室３３には第二ピストン３４が嵌入されている。第一ピストン３２と第二ピストン３４は、供給される作動エアにより、それぞれ独立して第一作動室３１と第二作動室３３の内部を下端から上端まで昇降運動が可能とされている。
第一ピストン３２は、ピストン本体３２Ａと、ピストン本体３２Ａの下面から突出するピストンロッド３２Ｂと、を備えている。ピストンロッド３２Ｂは、第二ピストン３４の第一ピストンロッド３２４と干渉し得る突出量を有している。
第二ピストン３４は、ピストン本体３４Ａと、ピストン本体３４Ａの上面から突出する第一ピストンロッド３４Ｂと、ピストン本体３４Ａの下面から突出する第二ピストンロッド３４Ｃと、を備えている。第一ピストンロッド３４Ｂは、第一ピストン３２のピストンロッド３２Ｂと干渉し得る突出量を有している。第二ピストンロッド３４Ｃは、底壁３７のガイド孔３８を貫通し、さらに接続構造体４の内部まで延びて、弁軸２５と連結される。
【００２１】
次に、シリンダ本体３０は、第一作動室３１と第二作動室３３に作動エアを導入する第一ポートＡ、第二ポートＢ及び第三ポートＣの３つのポートを備えている。作動エアは、図示を省略するエア供給源から、第一ポートＡ、第二ポートＢ及び第三ポートＣの一つ又は二つに選択的に供給されるようになっている。なお、図１及び図２は、作動エアが第一ポートＡ、第二ポートＢ及び第三ポートＣのいずれにも供給されておらず、第１ピストン３２及び第２ピストン３４はいずれも無負荷の状態にある。
第一ポートＡは、第一作動室３１に作動エアを供給するものであり、第一ポートＡに作動エアが供給されると、第一作動室３１に設けられる第一ピストン３２には下向きの力が加わって押し下げられる。
第二ポートＢは、第一作動室３１と第二作動室３３の境界に設けられ、第一作動室３１と第二作動室３３の両者に作動エアを供給するものである。第二ポートＢに作動エアが供給されると、第一作動室３１に設けられる第一ピストン３２には上向きの力が加わって押し上げられ、第二作動室３３の第二ピストン３４には下向きの力が加わって押し下げられる。
第三ポートＣは、第二作動室３３に作動エアを供給するものであり、第三ポートＣに作動エアが供給されると、第二作動室３３に設けられる第二ピストン３４には上向きの力が加わって押し上げられる。
【００２２】
次に、本実施形態の充填バルブ装置１の作用を、図３を参照して説明する。なお、図２（ａ）は無菌充填及び炭酸飲料充填における開弁の状態（開状態，開ポジション）を示し、図２（ｂ）は無菌充填における閉弁の状態（第一閉状態，第二閉ポジション）を示し、図２（ｃ）は炭酸飲料充填における閉弁の状態（第二閉状態，第二閉ポジション）を示す。
【００２３】
はじめに、無菌充填及び炭酸飲料充填のいずれにおいても、図２（ａ）に示すように、開弁して製品液を容器に供給する場合には、空気圧シリンダ３には第一ポートＡと第三ポートＣに作動エアＡｉｒが供給される。そうすると、第一ピストン３２は第一作動室３１の下端まで押し下げられる一方、第二ピストン３４は第二作動室３３の中で押し上げられるものの、第二ピストン３４の第一ピストンロッド３４Ｂが、第１ピストン３２のピストンロッド３２Ｂと干渉する。ここで、作動エアによって第一ピストン３２を押し下げる力と第二ピストン３４を押し上げる力が均衡するように設定されているので、第二ピストン３４は、第二作動室３３の高さ方向の中間位置に維持される。これにより、第二ピストンロッド３４Ｃに接続される弁軸２５の先端に設けられる弁体２１もまた、弁体収容域１５の中の中間位置（開ポジション）に維持される。よって、第一シール部２２と第一弁座１７の間、及び、第二シール部２４と第二弁座１９の間には隙間が設けられるので、液流路１３を流れてきた非炭酸飲料又は炭酸飲料は、弁体２１の周囲を通って、吐出口１１から容器に向けて吐出される。
なお、第一ピストン３２を押し下げる力と第二ピストン３４を押し上げる力を均衡させるには、パスカルの原理に従えばよい。
【００２４】
所定量の製品液を容器に充填し終えると、空気圧シリンダ３を作動して閉弁することにより、製品液の充填作業を終了する。本実施形態は、製品液が非炭酸飲料の場合と炭酸飲料の場合とで異なる二種類の閉弁手法を実現するものであるが、以下、非炭酸飲料の場合について説明し、次いで、炭酸飲料の場合を説明する。
【００２５】
非炭酸飲料を無菌充填していて、その充填を停止するには、図２（ｂ）に示すように、空気圧シリンダ３への作動エアの供給を第三ポートＣだけにする。そうすると、第二ピストン３４が第二作動室３３の最上位まで押し上げられる結果、第二ピストンロッド３４Ｃ及び弁軸２５を介して弁体２１の第一シール部２２が第一弁座１７に密着し、非炭酸飲料の充填が停止される。この充填停止の際には、吐出口１１から吐出される非炭酸飲料の製品液には押し下げる力が加わらないので、噴流の径が拡大するおそれはない。
【００２６】
炭酸飲料の充填を停止するには、図２（ｃ）に示すように、空気圧シリンダ３への作動エアの供給を第二ポートＢだけにする。そうすると、第一ピストン３２が第一作動室３１の最上位まで押し上げられる一方、第二ピストン３４が第二作動室３３の最下位まで押し上げられる結果、第二ピストンロッド３４Ｃ及び弁軸２５を介して弁体２１の第二シール部２４が第二弁座１９に押し当てられ、炭酸飲料の充填が停止される。この充填停止の際には、第二シール部２４が第二弁座１９に押し当てられるシール部から吐出口１１の先端までの空間が狭い。
【００２７】
以上説明したように、非炭酸飲料の充填を停止する閉弁時には、バルブ本体２を逆作動弁として機能させることにより、製品液の押し出しによる噴流径の膨らみを抑制し、炭酸製品液の充填を停止する閉弁時には、バルブ本体２を正作動弁として機能させることにより、液溜まりを少なくして、液だれを抑制する。よって、本実施形態の充填バルブ装置１を、非炭酸飲料と炭酸飲料を兼用する飲料充填機に用いれば、菌の繁殖を防止し、かつ安定した飲料の生産を実現できる。
【００２８】
また、充填バルブ装置１は、開状態から弁体２１が鉛直方向の上向きに移動して、第一シール部２２が第一弁座１７に接することで、第一閉状態が選択され、また、開状態から弁体２１が鉛直方向の下向きに移動して、第二シール部２４が第二弁座１９に接することで、第二閉状態が選択される。このように本実施形態によれば、弁体２１を昇降させるだけで、第一閉状態、第二閉状態及び開状態を選択できるので、その制御が容易である。
【００２９】
また、充填バルブ装置１は、第１ピストン３２及び第２ピストン３４という二つのピストンの動作を作動エアにより調整することで、弁体２１を、第一閉状態に対応する第一閉ポジション、第二閉状態に対応する第二閉ポジション、及び、開状態に対応する開ポジションに容易に移動させることができる。
【００３０】
以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、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。
本実施形態は、弁体２１が第一閉ポジション、開ポジション及び第二閉ポジションの３つのポジションを選択的に移動させるのに空気圧シリンダ３を用いたが、例えば特許文献３に示されるような電動シリンダを用いて３つのポジションを選択的に移動させることもできる。
また、本実施形態は、弁体２１を昇降運動させて、第一シール部２２を第一弁座１７に密着させ、また、第二シール部２４を第二弁座１９に接触させるが、本発明はこれに限定されない。例えば、弁体自体を昇降させることなく、シール部分（第一シール部２２，第二シール部２４）だけを選択的に移動させることで、弁座（第一弁座１７，第二弁座１９）に密着させることが可能であり、本発明はこの形態を包含する。
【符号の説明】
【００３１】
１      充填バルブ装置
２      バルブ本体
３      空気圧シリンダ
４      接続構造体
１０    弁箱
１１    吐出口
１２    給液管
１３    液流路
１５    弁体収容域
１５Ａ  拡径範囲
１５Ｂ  等径範囲
１５Ｃ  縮径範囲
１７    第一弁座
１９    第二弁座
２０    弁機構
２１    弁体
２２    第一シール部
２４    第二シール部
２５    弁軸
２７    弁軸ガイド
３０    シリンダ本体
３１    第一作動室
３２    第一ピストン
３２Ａ  ピストン本体
３２Ｂ  ピストンロッド
３３    第二作動室
３４    第二ピストン
３４Ａ  ピストン本体
３４Ｂ  第一ピストンロッド
３４Ｃ  第二ピストンロッド
３７    ガイド壁
３８    ガイド孔
Ａ    第一ポート
Ｂ    第二ポート
Ｃ    第三ポート
【図１】
0006535183.tif 000002
【図２】
0006535183.tif 000003
【図３】
0006535183.tif 000004