(57)【要約】【課題】  無菌充填性と高速充填性に優れている広口容器充填用の液体充填バルブを得る。【解決手段】  筒状ノズル本体１と、該筒状ノズル本体内にスライド可能に設けられた弁体２を備え、弁体２は、弁体駆動部１０、開閉弁部１１、小径ロッド１３とその下端に設げられた円錐ガイド１４からなり、該円錐ガイド１４の一部に液体の流れを遮る突起１６を設け、弁体は筒状ノズル本体の外部から磁力により非接触で駆動することにより、弁の開閉を行なう。円錐ガイド１４から円錐面に沿って噴出する液体は一部が突起１６により遮られるため、容器内のガスが外部に自由に抜ける。また充填中にノズル口が容器と接触することもなく、且つ充填バルブの開閉を外部と非接触で行なうことができるので、無菌充填性に優れ、さらにノズルと同軸上で正確に高速で開閉でき且つ液切れに優れて高速性に優れている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状ノズル本体と、該筒状ノズル本体内にスライド可能に設けられた弁体を備え、前記筒状ノズル本体は、大径筒部、弁座、小径筒部及び円錐形状の拡開部を有し、前記弁体は、弁体駆動部、開閉弁部、液充填ガイド部とを有し、該液充填ガイド部は小径ロッドとその下端に設けられた円錐ガイドからなり、前記円錐ガイドの外周面と前記ノズル本体の拡開部内周面との間の一部に、円錐状に噴出される液体の流れの一部を遮る突起を設けたことを特徴とする液体充填バルブ。
【請求項２】
前記弁体の弁体駆動部は、前記筒状ノズル本体の大径筒部内に封入された状態でスライド可能に嵌合し、且つ前記大径筒部との間に液通路を形成できるように、一部が軸方向に切欠いた非円形断面を呈し、該弁体駆動部を、筒状ノズル本体の外部から磁力により非接触で駆動することにより、弁の開閉を行なうことを特徴とする請求項１に記載の液体充填バルブ。
【請求項３】
前記液体充填バルブは、広口容器の開口部と無接触状態で液体を充填する広口容器無菌充填用である請求項１又は２に記載の液体充填バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カップや缶等の広口容器に清涼飲料等の液体を充填する為の充填装置に用いられる液体充填バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液体充填装置では、カップや缶等の広口容器に清涼飲料等の液体を充填する場合、充填ヘッドのパッキングが容器開口部に密着して容器開口部を密封した状態で充填を行なっており、容器内で液体の泡立ちを抑えるために、液体が容器壁面に沿って流下するように充填ノズルの下方に円錐体を設けると共に、充填中の容器内の気体を充填タンクに逃すためにベントチューブを必要としている。充填中容器内部のガスを充填タンクに逃すことにより、充填タンクと容器内の圧力が等圧となり充填タンクの水頭圧の制御が容易となり充填が安定する。そして、ベントチューブが弁棒を兼ねており、ベントチューブをタンク外部の駆動手段により上下駆動することによって，弁の開閉を制御している（例えば、特許文献１参照）。一方、ベントチューブを必要としないで、容器開口状態で液体を充填することが袋等への充填装置で行われている。その場合、液体の注出（充填）制御は、充填タンクの下方に切替えバルブを設け、該切替えバルブに連結して容器１個当りの充填量を貯留するピストンシリンダを設け、切替えバルブによりタンクとピストンシリンダを連通して、ピストンシリンダ内に１回分の充填量を貯留し、充填時には切替えバルブを切替えてピストンシリンダと容器への充填ノズルを連通させ、ピストンシリンダにより貯留している液体を充填ノズルに押出すことにより、充填している（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−８０９９８号公報
【特許文献２】実開昭５９−３８２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
無菌充填の場合、充填する液体の無菌状態を維持するために、液体を外部と非接触状態にすることが望ましいが、上記従来の充填方法のうち前者は、容器内のガスを最も無菌性が要求される充填タンク内に戻しているので、無菌性を阻害することになり無菌充填では好ましくない。一方、容器内に液体を高速で且つ泡立ちを少なくして充填するには、充填する液体が容器内壁面に沿って流下するように円錐状に噴出することが求められるが、ベントチューブを設けない場合、他の手段により充填時に容器内のガス抜きをしないと液膜により封じ込められたガスが抜けるときに液跳ねが生じるという問題点がある。特許文献２では、その問題点を解決する手段として円錐頭体の傾斜壁面に沿って一定幅を有する仕切爪を設けている。しかしながら、この方法は特許文献２に示すように、袋詰するような比較的粘度が高く低速充填で行なう場合は有効であるが、通常の飲料液のような粘性の低い液体を高速充填する場合、該仕切爪が噴出する液体の流れに衝撃を与え、反って泡立ちや液跳ねの原因となり、高速充填には不具合である。
また、前者の従来技術では、充填液と直接接触する弁棒（即ちベントチューブ）を、外部から駆動手段により直接駆動するので、充填中の液体が駆動手段を介して外部と接触するおそれがあり、さらに、充填装置のパッキンと容器が密着した状態で行なうので、高度の無菌性が要求される無菌充填では好ましくない。一方、特許文献２に示す充填装置の場合は、液の充填制御が切り替えバルブの切り替えで行なわれ、充填ノズルより離れた位置でしかもノズルの流下方向と異なる軸線上で行なうので、液切れが悪くなり高速充填性に劣るという問題点がある。
【０００４】
そこで、本発明は、上記問題点を解決して、無菌充填性に優れて無菌充填への適用が可能であり、且つ液切れが良く高速充填性に優れている液体充填バルブを得ようとするものであり、より詳細には、充填中に容器内のガスを充填タンク内に戻さなくても良好に高速で定量充填ができ、また充填中にノズル口が容器と接触することもなく、充填バルブの開閉を外部と非接触で行なうことができて無菌充填性に優れ、且つ、ノズルと同軸上で正確に高速で開閉でき且つ液切れに優れて高速性に優れている液体充填バルブ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】
【０００５】
上記問題点を解決する本発明の液体充填バルブは、筒状ノズル本体と、該筒状ノズル本体内にスライド可能に設けられた弁体を備え、前記筒状ノズル本体は、大径筒部、弁座、小径筒部及び円錐形状の拡開部を有し、前記弁体は、弁体駆動部、開閉弁部、液充填ガイド部とを有し、該液充填ガイド部は小径ロッドとその下端に設げられた円錐ガイドからなり、前記円錐ガイドの外周面と前記ノズル本体の拡開部内周面との間の一部に、円錐状に噴出される液体の流れの一部を遮る突起を設けたことを主な構成とするものである。前記突起は円錐ガイドの外周面に設けるのが望ましいが、筒状ノズル本体の内周面に設けてよい。
【０００６】
前記弁体の弁体駆動部は、前記筒状ノズル本体の大径筒部内に封入された状態で嵌合し、且つ大径筒部との間に液通路を形成できるように、一部が軸方向に切欠いた非円形断面を呈し、該弁体駆動部を、筒状ノズル本体の外部から磁力により非接触で駆動することによって、弁の開閉を行なうことにより、弁体を外部遮断することができ、無菌充填性をより高めることができ、望ましい。したがって、本発明の充填バルブは、無菌性と高速性に優れているので、通常の充填ラインに適用できるばかりでなく、無菌充填高速ラインにより好適に適用できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の充填バルブは、充填前の容器内の気体を外部に逃がしつつ行なうので、各種液体を高速でかつ泡立ちを抑えながら充填することができる。特に、円錐ガイドの外周面とノズル本体の拡開部内周面との間の一部に突起を設けているので、粘度の低い通常の液体を高速充填する際に、液体が突起に当って衝撃を受けても円錐ガイドの外周面と前記ノズル本体の拡開部内周面との間で整流されて噴出され、それによる泡立ちや液跳ねを起すことがなく、正確に円錐状液膜の一部を除去した状態で容器内周面に沿って噴出させることができる。したがって、充填中に容器内のガスを充填タンク内に戻す必要がなく、また充填中にノズル口が容器と接触することもないので無菌充填性に優れている。しかも、充填バルブの開閉を充填口の上方で単にバルブ体を上下動させるのみで行なうことができるので、液切れが良く高速応答性に優れている。さらに、弁体の開閉を外部より無接触で磁力により行なうことにより、バルブ体に駆動手段が直接接触することがないので、より無菌充填性に優れ、且つ構成が単純化でき高速充填性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を図１及び図２に示す実施形態により詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る充填バルブ装置の要部正面断面概略図である。図中、１は筒状ノズル本体、２は該ノズル本体内にスライド可能に嵌合している弁体、２０は筒状ノズル本体の外周部に設けられた弁体駆動手段である。筒状ノズル本体１と弁体２の具体的構成を図２に分解拡大して示している。筒状ノズル本体１は、図２（ａ）に示すように、上端に充填タンクに直接又は配管を介して連結するフランジ部３を有し、その内部は後述する弁体２の駆動部が上下動する大径筒部４、弁体の開閉弁部が着座する弁座５、弁体のロッドとの間で環状流路を形成する小径筒部６及び下端に円錐形状の拡開部７を有している。
【０００９】
弁体２は、図２（ｂ）に拡大して示すような形状を呈し、弁体駆動部１０、開閉弁部１１、液充填ガイド部１２とから構成されている。弁体駆動部１０は、筒状ノズル本体１の大径筒部４に嵌合して液通路１５を形成するために、図２（ｃ）に断面形状を示すような、一部が軸方向に切欠いた非円形断面を呈し、その一部又は全部が後述するように外部から磁力により該弁体を上下駆動できるように磁性体で形成されている。そしてその下方部が円錐テーパー状の開閉弁部１１を構成している。開閉弁部１１は、ノズル本体内に形成された弁座５に着座又は離座することによって、弁を開閉し液の流出を制御する。そして、該開閉弁部１１から液充填ガイド部１２が下方に延びている。液充填ガイド部１２は、筒状ノズル本体の小径筒部６に嵌合した状態で充填液が流下できる環状流路１７を形成できるように小径のロッド１３が下方に延び、その下端が円錐状に形成された円錐ガイド１４となっている。
【００１０】
前記円錐ガイド１４は、液充填時に液体が容器内壁に沿って流下するように、環状流路１７から流下する液体をロッド下端中心から外周に向かって円錐状に噴出させるためのものであるが、ベントチューブを設けないで液を円錐状に噴出させると、容器内のガスが外部に逃げ出すことができなくて封じ込められてしまい、最後には液膜が破裂して液跳ね等の不都合な現象が生じ、良好な充填ができない。そこで、本発明では、それを解消するために、円錐ガイド１４の１部に、液体の流れをさえぎる突起１６を形成した。円錐面に突起１６を設けることによって、円錐面から噴出される液はその部分が欠如するので、容器内のガスはその欠如部分から容易に外部に逃げる結果、上記のような不都合な現象が生じるのを防ぐことができる。そして、該円錐ガイド１４の外周部を円錐状の流路を形成するように、ノズル本体の拡開部７で被うように位置させることによって、流路内の液体を正確に円錐状に整流し、突起１６によって一部が欠如した状態で正確に噴出させることができるようになっている。
【００１１】
以上の構成からなる弁体は単一部材で一体に形成してもよいが、本実施形態では、弁体駆動部１０と液充填ガイド部１２が別体に構成され、液充填ガイド部１２は、容器の大きさ等に応じて取りかえることができるように、弁体駆動部１０の下端にネジにより着脱自在に取り付けられている。それにより、弁体の製造が容易になると共に、型替えにも容易に対応することができる。
【００１２】
弁体駆動手段２０は、筒状ノズル本体１の外周部に外嵌合して設けられ、筒状ノズル本体１内に嵌合している弁体２を外部より無接触で磁力により上下駆動するものである。それにより、弁体２０はその上端部を完全に筒状ノズル本体内に位置させ、外部と遮断した状態で駆動することができ、無菌性を高めることができる。弁体駆動手段２０は、本実施形態では、弁体駆動部１０が位置する附近の筒状ノズル本体１の外周部を囲って円管状シリンダ２１を配置し、該円管状シリンダ２１内にスライド可能に、環状磁石からなる又は磁石を内蔵した環状ピストン２２を嵌合し、該環状シリンダ内の両端部にエアを供給・排出することによって、環状ピストン２２を上下動させて磁力により弁体２を上下動させるように構成されている。しかしながら、弁体駆動手段２０は、例えば上記のシリンダ装置に代えて電磁ソレノイドを採用してもよく、外部より無接触で弁体１を駆動できるものであればその構成は特に限定されない。
【００１３】
本実施形態の充填バルブ装置は、以上のように構成され、常時は図３（ａ）に示すように、弁体２の開閉弁部１１が筒状ノズル本体１の弁座５に着座している状態にあり、そこで液体が密封されている。この状態で容器が充填バルブの下方位置に達すると、図示しないセンサーにより検知して、弁体駆動手段２０が充填量に応じて予め設定された所定時間作用することによって、図３（ｂ）に示すように、磁性体からなる弁体駆動部１０が上部に引き上げられて開閉弁部１１が所定時間開き所定量の液体が容器に充填される。その際、開閉弁部１１を通過した液体は、ロッド１３の外周の環状流路１７を環状に流下し、円錐ガイド１４の外周から容器の内壁面に向かって円錐状に噴出されて容器内壁面に沿って充填されるが、円錐ガイド１４の一部に液体の流れを遮る突起１６を設けてあるので、その部分から容器内のガスが外部に逃げることができる。したがって、ベントチューブを設けてなくても、良好に充填することができる。
【００１４】
所定時間が経過すると弁体駆動手段が遮断すると同時に弁体が下降して、バルブを閉じ充填を終了する。弁体の作動は弁体駆動手段のオンーオフにより瞬時にでき、且つノズル口の直上近傍で行なうので、液切れが良く、高速応答性に優れ高速充填に有利である。そして、容器内のガスを充填タンク内に供給しない、弁体の開閉を外部より非接触で行なう、液の充填時に充填バルブのパッキンが容器開口部に直接接触しない、充填ノズル口が容器内の内容液に浸漬しない等の点で無菌性に優れている。また、弁体は筒状ノズル本体内に収納され、その先端部が筒状ノズル本体から突出する必要がないから、小型かつ単純な構成にすることができる。なお、上記実施形態では、容器への充填量の定量制御は、弁体の作動時間を設定することによって行なっているが、筒状ノズル本体１とその上に配置される充填タンクとの間に流量計を設置し、弁体が上に駆動され充填が開始すると、流量計を流れる流量の測定を開始し、累積流量が予め設定した値に達した時点で弁体を閉じるように構成することによって、より再現性の高い正確な充填を行なうことができる。前記流量計としては、電磁流量計が好適であるが、渦式流量計や翼式流量計など公知の流量計が適用できる。さらに、容器への充填量の制御は、これらの方法に限らず、充填ノズルの下方位置に容器が載る重量計（秤）を設置し、充填中の容器が予め設定した所定重量に達すると充填を停止するような方法、さらには充填量を量りとるピストンシリンダを用いる方式等任意の方法が採用可能である。
【００１５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限らず、その技術的思想の範囲内で種々の設計変更が可能である。例えば上記実施形態では、円錐状に噴射する液体を部分的に遮るための突起を、円錐ガイドの外周面に設けたが、逆に筒状ノズル本体の拡開部７の内周面に設けることも可能である。また、その数は、１個〜複数個適宜設けることが可能であり、限定されない。例えば、円錐ガイドの外周面を等間隔に多数の溝を形成して液が円錐面を多数の筋状となって容器内周面に噴射するようにすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明の液体充填バルブは、各種液体を高速でかつ泡立ちを少なく充填することが可能であり、コップや缶その他その材質を問わず種々の広口容器に、通常の充填及び無菌充填法による充填バルブとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る液体充填バルブの要部断面図である。
【図２】その筒状ノズル本体と弁体の分解図を示し、（ａ）は筒状ノズル本体の断面図、（ｂ）は弁体の断面図、（ｃ）（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）は開閉弁部が閉じて液体非充填時の状態、（ｂ）は開閉弁が開いている状態の液体充填バルブの要部断面図である。但し、（ｂ）は、円錐ガイドを（ａ）の状態から９０°回転した正面の状態で図示してある。
【符号の説明】
【００１８】
１  筒状ノズル本体                        ２  弁体
４  大径筒部                              ５  弁座
６  小径筒部                              ７  拡開部
１０  弁体駆動部                          １１  開閉弁部
１２  液充填ガイド部                      １３  ロッド
１４  円錐ガイド                          １５  液通路
１６  突起                                １７  環状流路
２０  弁体駆動手段                        ２１  円管状シリンダ
２２  環状ピストン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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