(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填用開閉弁の開閉制御により定量充填を行う充填装置において、充填液の流入口及び流出口を有する弁室と、前記流出口に形成された筒状部と、先端部ほど縮径された弁軸部を有し、該弁軸部を前記筒状部に挿入して流路を絞る弁体と、該弁体と連係して前記弁軸部を前記筒状部内において進退させることにより流量を調整する調整手段と、該調整手段を移動して前記弁軸部を前記筒状部から抜出す開放手段を備えた流量調整弁を前記充填用開閉弁の上流側に配設し、前記調整手段は、前記開放手段が備える開放作動用のピストンに設置したことを特徴とする充填装置。
【請求項２】
前記充填用開閉弁への充填液の供給を加圧状態で行うように構成するとともに、その充填液の圧力に基づいて充填量を演算して前記充填用開閉弁の開閉制御を実行するように構成したことを特徴とする請求項１記載の充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薬液等の小容量の充填などに好適な充填装置に関する。特に、より正確な充填量を確保するとともに充填管路系の洗浄作業の簡便化を図るための改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
充填技術において正確な供給量を得るためには、流路の開閉制御を正確に行うだけでは足りず、高精度の流量調整が前提となることはいうまでもない。特に、薬液を加圧してアンプル等の小容量の容器内に充填する圧力充填装置などの場合には、圧力調整や圧力変動に対する補正を加えるだけでなく、高精度の流量調整がより正確な定量性実現の鍵になる。その流量に関する従来の調整手段としては、ヘッドタンクや加圧タンクなどの給液タンクと下流側の充填用開閉弁との間に固定オリフィスや絞り弁を配設することが知られている。しかしながら、固定オリフィスや一般の絞り弁を配設しただけでは、正確な流量を安定的に確保することは必ずしも容易ではない。また、装置の本来の機能の維持や衛生上の観点から必要な充填管路系の洗浄作業においては、それらの固定オリフィスや絞り弁に基づく流路抵抗により洗浄液の流速が不足になりやすく、洗浄作用の低下を招く主な原因となっている。したがって、これを補うために、従来技術においては管路系全体の圧力を上げたりバイパスを設けるなどの対応策が必要とされた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような従来の技術的事情に鑑みてなされたもので、高精度の流量調整が可能であるとともに、流路内の洗浄作業の簡便化にも有効な流量調整弁を開発し、その流量調整弁を充填用開閉弁の上流側に適用して、両者の協働による正確な定量充填を実現するとともに、流路内の洗浄作業の改善を図ることを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、充填用開閉弁の開閉制御により定量充填を行う充填装置において、充填液の流入口及び流出口を有する弁室と、前記流出口に形成された筒状部と、先端部ほど縮径された弁軸部を有し、該弁軸部を前記筒状部に挿入して流路を絞る弁体と、該弁体と連係して前記弁軸部を前記筒状部内において進退させることにより流量を調整する調整手段と、該調整手段を移動して前記弁軸部を前記筒状部から抜出す開放手段を備えた流量調整弁を形成して前記充填用開閉弁の上流側に配設するとともに、前記調整手段は、前記開放手段が備える開放作動用のピストンに設置するという技術手段を採用した。これにより、先端部ほど縮径された弁軸部を前記筒状部内において進退させることによって高精度の微調整が可能になり正確な流量調整が容易に得られる。したがって、その流量調整弁による高精度の流量調整と前記充填用開閉弁との組合せによる協働によって正確な定量充填が簡便に得られる。また、充填管路系の洗浄作業時には、前記開放手段によって弁軸部を筒状部から抜出すことにより流路抵抗を解消できるので、従来のように供給管路系全体の圧力を上げたりバイパスを設けることなく、良好な洗浄作用が簡便に得られる。しかも、本発明では、流量を調整する前記調整手段を前記開放手段が備える開放作動用のピストンに設置するという技術手段を採用したので、その開放作動用のピストンを利用した簡素な構成によって、前記弁軸部を前記筒状部に挿入した充填時の流量調整と、前記弁軸部を前記筒状部から抜出した開放動作時における洗浄作業とを簡便に実現することができる。
【０００５】
また、本発明に係る前記流量調整弁は、前記充填用開閉弁への充填液の供給を加圧状態で行う圧力充填装置にも有効に適用でき、正確な定量充填が簡便に確保できるとともに、前述と同様に良好な洗浄作用が簡便に得られる。なお、その場合に充填液の圧力に基づいて充填量を演算して所定量の充填量を得る手法としては、例えば、予め充填液の圧力と充填時間の関数を設定しておき、その圧力と充填時間の関数に基づいて、検出された圧力値から所定量の充填液が充填されるであろう充填終了予想時間を演算して前記充填用開閉弁の開閉制御を実行するという構成が可能である。また、充填液の圧力と充填量の関数を予め設定し、その圧力と充填量の関数に基づいて検出された圧力値から個別充填量を演算するとともに、その個別充填量を積算して合計充填量を演算して前記充填用開閉弁の開閉制御を実行するという構成も可能である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、薬液などの小容量の充填にきわめて好適であるが、容量の大きいものにも有効に適用できる。また、供給対象である充填液の種類に関しても特に限定されない。なお、本流量調整弁の設置部位は、前記充填用開閉弁を通過する流量を規制し得る上流側の流路中であれば、その充填用開閉弁に近接する部位でも離れた部位でもよい。充填用開閉弁に関しては、その具体的な構成に限定されることなく、適用場面に応じて適宜の形式のものが採用可能である。また、充填液の供給方法に関しても、充填液自体の自重による充填方式の場合でも加圧充填方式の場合でも適用が可能である。特に小容量の加圧充填方式の場合には、前述のように充填液の圧力と充填時間の関数に基づいて演算した充填終了予想時間や、充填液の圧力と充填量の関数に基づいて演算した個別充填量を積算して求めた合計充填量に基づいて前記充填用開閉弁の開閉制御する制御手法が有効である。なお、充填液の液温も粘性等に影響するので、液温も加味して制御するように構成すればきわめて有効である。
【０００７】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例に関して説明する。図１は本発明に係る一実施例の要部を示した概略構成図である。図中、１は本発明に係る流量調整弁で、上流側は流入側の接続用クランプ２を介して図示しない給液タンクに接続された給液ヘッダ３に連なる管路４に接続されている。また、下流側は、流出側の接続用クランプ５を介して開閉弁６に連なる管路７に接続されている。そして、それらの管路４、流量調整弁１、管路７、充填用開閉弁６等からなる充填管路は装置の規模に応じて所要数設けられる。充填用開閉弁６としては電磁駆動形等の適宜の開閉弁が使用され、下方の回転テーブル８と同期して回転する回転支持部９上に設置される。それぞれの充填用開閉弁６の流出側には充填ノズル１０が設置されており、充填運転時には回転テーブル８上の図示しない容器に対して順次充填作業が行われるように構成されている。なお、図１は洗浄状態を示したものであり、図示のように回転テーブル８上に各充填ノズル１０に対応させてホルダ１１を設置し、それらの充填ノズル１０とホルダ１１の間に洗浄用接続部材１２を支持して、その洗浄液排出用ホース１３を介して洗浄液を図示しない回収部へ排出することにより洗浄作業を実施し得るように構成されている。
【０００８】
次に本発明の特徴部分である流量調整弁に関して説明する。図２は前記流量調整弁１を示した縦断面図である。また、図３は充填運転時の要部を拡大して示した部分拡大縦断面図、図４は洗浄作業時の要部を拡大して示した部分拡大縦断面図である。図示のように、本実施例における流量調整弁１は、流入口１４及び流出口１５を有する弁室１６を形成する第１ブロック１７と、後述のように弁体１８の調整手段と開放手段を組込んだ第２ブロック１９から構成されている。弁体１８の端部には先端部ほど縮径された弁軸部２０が形成されており、図３に示したように流出口１５に形成された筒状部２１内に進退可能に挿入され、それらの弁軸部２０と筒状部２１との間に形成される流出間隙Ｓを介して流量を調整し得るように構成されている。なお、弁体１８の周囲には可撓性を有する仕切部材２２が付設されており、この仕切部材２２により前記弁室１６を画成している。
【０００９】
前記弁体１８は、第１ブロック１７と第２ブロック１９との接合部に設置された支持部材２３に付設された軸受部２４によって上下摺動可能に案内されるとともに、スプリング２５により上方に付勢された状態に組込まれている。また、第２ブロック１９の内方にはシリンダ室２６が形成され、その内面に摺接して上下動可能に開放作動用のピストン２７が配設されており、供給孔２８からの圧力エアの供給如何によりピストン２７を上下動可能に構成している。ピストン２７の中央部に形成された凸部２９にはマイクロヘッド３０が設置されており、そのマイクロヘッド３０の出力軸３１を前記弁体１８に結合することにより、マイクロヘッド３０のつまみを回転することにより内部のネジ機構を介して弁体１８を微調整可能に構成している。すなわち、マイクロヘッド３０により前記弁軸部２０を筒状部２１内において進退させることにより流量を調整する調整手段を構成している。また、スプリング２５、シリンダ室２６、ピストン２７、圧力エアの供給手段等により、前記調整手段を移動して弁軸部２０を筒状部２１から抜出す開放手段を構成している。なお、図中、３２，３３はシール部材、３４は通気孔を示す。
【００１０】
しかして、充填運転を行う場合には、前記供給孔２８を介して圧力エアを供給すれば、その圧力エアによってピストン２７が前記スプリング２５に抗して下降し、図２及び図３に示した充填運転状態が維持される。この充填運転状態においては、前述のように流量調整弁１と充填用開閉弁６との協働により正確な供給量が得られるように構成されている。すなわち、充填用開閉弁６に連なる管路７の流量は、図３に示したように、前記マイクロヘッド３０を介して弁軸部２０を筒状部２１内において進退させ、それらの弁軸部２０と筒状部２１との間に形成される流出間隙Ｓを調整することによって、容易かつ正確に微調整することができる。したがって、充填用開閉弁６を通過する流量が正確に調整されるので、充填用開閉弁６においては開弁時間のみを正確に制御することにより正確な充填量が得られる。
【００１１】
また、洗浄作業を行う場合には、前記供給孔２８からの圧力エアの供給を停止すれば、前記スプリング２５により弁体１８及び出力軸３１を介してマイクロヘッド３０が上動し、これに伴ってピストン２７が上動することにより洗浄作業状態に移行する。その結果、図４に示したように、弁体１８の弁軸部２０が筒状部２１から抜出して、弁軸部２０による絞り作用から筒状部２１を開放する。したがって、弁軸部２０に基づく流路抵抗は殆ど解消されるので、洗浄液の流速は低下することなく、本来の洗浄作用を奏することができる。
【００１２】
なお、前記実施例では、前記供給孔２８からの圧力エアの供給あるいは停止によって、弁体１８の弁軸部２０を前記筒状部２１内に挿入した充填運転状態あるいはその弁軸部２０を筒状部２１から抜出した洗浄作業状態を選択的に設定するという開放手段を採用しているが、前記スプリング２５に代えて例えばピストン２７の上方のシリンダ室２６内に同ピストン２７を下方に押圧するスプリングを設け、前記通気孔３４を介して圧力エアを供給するように構成し、充填運転時には前記スプリングによりピストン２７が下動した状態にあり、洗浄作業時には通気孔３４を介して圧力エアを供給してピストン２７を上動させるように構成することも可能である。また、ピストン２７の両側に選択的に圧力エアを供給してピストン２７を上下動させることにより充填運転あるいは洗浄作業を設定し得るように構成することも可能である。また、前記マイクロヘッド３０を手動に代えて電気的駆動方式に構成してもよいし、そのマイクロヘッド３０自体に代えて電磁的アクチュエータ等の他の駆動手段を用いて調整手段を構成することも可能である。
【００１３】
次に、本発明に係る他の実施例に関して説明する。図５は前記流量調整弁１を加圧充填方式に適用した一実施例の要部を示した概略構成図である。図示のように、本実施例では、薬液等の充填液を貯留した給液タンク３５にエア供給管３６を介して圧力エアを供給し得るように構成され、そのエア供給管３６の中間に設けた圧力調整弁３７により給液タンク３５内の圧力を調整して充填液の供給圧を所定値に設定できるように構成されている。給液タンク３５の流出側には管路３８を介して給液ヘッダ３９が接続されている。この給液ヘッダ３９には所要数の充填管４０が接続されており、更にそれらの各充填管４０に対してそれぞれ前述の実施例と同様に前記流量調整弁１及び充填用開閉弁６を経て充填ノズル１０を接続することにより所要数の充填管路を形成し、アンプル等の容器４１に充填するように構成されている。なお、図中、４２は制御装置であり、この制御装置４２には、圧力センサ４３により検出される給液ヘッダ３９内の液圧信号、更に必要に応じて液温センサ４４により検出される給液ヘッダ３９内の液温信号が常時入力されるように構成されており、その入力信号を用いて充填用開閉弁６の開閉制御を実行するように構成されている。
【００１４】
しかして、前記充填ノズル１０が対応する容器４１内に挿入された場合には、前記制御装置４２によりそれぞれの充填用開閉弁６を開弁制御して当該容器４１への充填が開始される。その場合、各充填管路に配設された流量調整弁１を介して予めそれぞれの流量を所定値に調整しておくことは前述の実施例の場合と同様である。また、本実施例の制御装置４２には、予め定めた給液ヘッダ３９内の圧力と充填時間との関数が設定されており、この関数に基づいて、圧力センサ４３からの圧力値を用いて容器４１内に所定量の充填液が充填されるであろう充填終了予想時間Ｔを演算し、充填を開始した後の経過時間がその充填終了予想時間Ｔに達した時点で、前記充填用開閉弁６を順次閉弁制御して各容器４１への充填を停止させることにより定量充填が行われるように構成されている。
【００１５】
図６は前記制御装置４２における演算処理の流れを示したフロー図である。本実施例における制御装置４２は、充填開始後に充填液の圧力が変動した場合に対して充填量の変動を抑制するように構成されている。すなわち、先ずステップＳ１において対象となる当該充填用開閉弁６を開弁制御して容器４１への充填が開始されると、ステップＳ２へ進み、その充填を開始した時点において圧力センサ４３が検出した圧力値を読込み、ステップＳ３においてその圧力値をもとに予め設定した前述の圧力と充填時間との関数から１回目の充填終了予想時間Ｔを演算して記憶する。さらに、以上の１回目の充填終了予想時間Ｔの演算から、適宜の時間（例えば７／１００秒）が経過したら、ステップＳ２に戻って再度圧力センサ４３からの圧力値を読込み、ステップＳ３において２回目の充填終了予想時間Ｔを演算し、前回記憶した１回目の充填終了予想時間Ｔを今回求めた２回目の充填終了予想時間Ｔに置換えて記憶する。なお、この場合、２回目以降の充填終了予想時間Ｔの演算においては、例えば圧力センサ４３を介してそれまでに入力された充填液の圧力の平均値を求め、その圧力の平均値をもとに前記関数に基づいて容器４１内に所定量の充填がなされるであろう充填終了予想時間Ｔが求められることになる。以上のように、充填を開始した後に、適宜の時間（例えば７／１００秒、１０／１００秒、８／１００秒）が経過するごとに、圧力センサ４３からの圧力値を読み込んで、順次充填終了予想時間Ｔを求めて記憶することにより、最新の圧力に基づく充填終了予想時間Ｔに更新するという補正動作が繰返されることになる。
【００１６】
他方、ステップＳ４において内蔵のタイマ等により充填開始からの経過時間を読込むとともに、ステップＳ５においてステップＳ３で得られた最新の充填終了予想時間Ｔを読込み、それらの経過時間と充填終了予想時間ＴとをステップＳ６において比較し、経過時間が充填終了予想時間Ｔに達していない場合には、ステップＳ４に戻って以上の動作を繰返すことになる。そして、充填開始からの経過時間が充填終了予想時間Ｔに達した場合には、ステップＳ７に進んで充填用開閉弁６を閉弁制御し、ステップＳ８において前記経過時間や圧力センサ４３からの圧力値、充填終了予想時間Ｔ等の記憶値をクリアして初期値に戻して一連の充填動作を終了することになる。
【００１７】
なお、以上の説明においては、２回目以降の充填終了予想時間Ｔの演算に関して、圧力センサ４３を介してそれまでに入力された圧力の平均値を求め、その圧力の平均値をもとに最新の充填終了予想時間Ｔを求めるという演算手法を採用したが、次のような手法の採用も可能である。例えば、圧力センサ４３を介して順次入力される圧力値の、相前後する数回分の圧力値の平均値を順次求めて、その平均値をもとに前記関数に基づいて順次充填終了予想時間ｔを演算し、さらに以上で求められた充填終了予想時間ｔを再度平均化して最新の充填終了予想時間Ｔを求めるという演算手法も可能である。また、それまでに演算された充填終了予想時間Ｔ自体を平均化して最新の充填終了予想時間Ｔを求めるという演算手法も可能である。なお、以上の充填終了予想時間Ｔの演算において、必要に応じて前記液温センサ４４により検出される充填液の液温に基づいて温度補償を行うように構成することも可能である。
【００１８】
さらに、前述の充填液の圧力と充填時間の関数に替えて、充填液の圧力と充填量の関数を予め前記制御装置４２に設定しておき、その圧力と充填量の関数に基づいて検出された圧力値から個別充填量を演算するとともに、その個別充填量の演算を周期的に実行して記憶し、その個別充填量を積算して合計充填量を求めて前記充填用開閉弁の開閉制御を実行するように構成することも可能である（特開平９−２５８３号公報参照）。
【００１９】
【発明の効果】
本発明に係る充填装置によれば、次の効果を得ることができる。
（１）充填運転時においては、先端部ほど縮径された弁軸部を流出口に形成した筒状部内において進退させることによって、高精度の微調整が可能になり正確な流量調整を容易に得られる。したがって、下流側の充填用開閉弁の開閉制御と協働して正確な定量充填を容易かつ確実に実現できる。
（２）また、洗浄作業時には、前記開放手段により弁軸部を筒状部から抜出すことにより流路抵抗を解消して洗浄液の流速の低下を回避できるので、従来のように充填管路系全体の圧力を上げたりバイパスを設けることなく、良好な洗浄作用が簡便に得られる。
（３）しかも、本発明では、流量を調整する前記調整手段を前記開放手段が備える開放作動用のピストンに設置するという技術手段を採用したので、その開放作動用のピストンを利用した簡素な構成によって、前記弁軸部を前記筒状部に挿入した充填時の流量調整と、前記弁軸部を前記筒状部から抜出した開放動作時における洗浄作業とを簡便に実現することができる。
（４）特に薬液等の小容量の充填装置に適用すれば、従来の技術手段では容易ではなかった正確な定量充填が、本発明に係る流量調整弁と充填用開閉弁との協働によって簡便かつ安定的に確保できると同時に、小容量の充填装置につきまとう洗浄作業の困難性も軽減されるので、きわめて効果的である。
（５）また、加圧充填方式に適用した場合にも、正確な定量充填が簡便かつ安定的に確保できるとともに良好な洗浄作用が簡便に得られる。
（６）なお、その加圧充填方式の場合に、充填液の圧力と充填時間の関数に基づいて演算した充填終了予想時間や、充填液の圧力と充填量の関数に基づいて演算した個別充填量を積算して求めた合計充填量に基づいて充填用開閉弁の開閉制御を実行するという制御手法を採用すれば、前記流量調整弁との協働により、小容量の充填等においてより正確な定量充填を安定的に確保する上できわめて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例の要部を示した概略構成図である。
【図２】  本発明の実施例に係る流量調整弁を示した縦断面図である。
【図３】  充填運転時における流量調整弁の要部を拡大して示した部分拡大縦断面図である。
【図４】  洗浄作業時における流量調整弁の要部を拡大して示した部分拡大縦断面図である。
【図５】  前記流量調整弁を加圧充填方式に適用した実施例の要部を示した概略構成図である。
【図６】  制御装置における演算処理の流れを示したフロー図である。
【符号の説明】
１…流量調整弁、２…接続用クランプ、３…給液ヘッダ、４…管路、５…接続用クランプ、６…充填用開閉弁、７…管路、８…回転テーブル、９…回転支持部、１０…充填ノズル、１１…ホルダ、１２…洗浄用接続部材、１３…洗浄液排出用ホース、１４…流入口、１５…流出口、１６…弁室、１７…第１ブロック、１８…弁体、１９…第２ブロック、２０…弁軸部、２１…筒状部、２２…仕切部材、２３…支持部材、２４…軸受部、２５…スプリング、２６…シリンダ室、２７…ピストン、２８…供給孔、２９…凸部、３０…マイクロヘッド、３１…出力軸、３２，３３…シール部材、３４…通気孔、３５…給液タンク、３６…エア供給管、３７…圧力調整弁、３８…管路、３９…給液ヘッダ、４０…充填管、４１…容器、４２…制御装置、４３…圧力センサ、４４…液温センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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