(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無菌の環境下で口栓を持たない不定形の容器に固形物を含む充填液の一定量を充填する無菌充填ノズルであって、上部にサーボシリンダを固設し該サーボシリンダのロッドを収容する上部外筒と、上部にリニアベアリングと下部にフランジによって上下を仕切り上方に伸びる薄肉筒及び該フランジの上側に蒸気入口管を備えた中間外筒と、上から大、中、小の内径部をこの順に備え、前記大内径部の下部に蒸気出口管を、前記中内径部の下部にフラッシングエア入口管を、前記小内径部の中間部に充填液入口管を備えた下部外筒と、前記下部外筒の下端部の外周に螺着され該下部外筒の外周部と相俟って環状のエア通路を形成しエア入口管を備えたエア吹出管と、上端部が前記サーボシリンダのロッドと連結し、上部に外周部が前記リニアベアリングと滑嵌合し下側が下方に開く薄肉筒となった摺動筒部を、中間部の下側寄りにパッキンを備えた摺動弁部を、下部にパッキンを備えたプラグ部とを備えこれらを前記摺動弁部より小径のロッド及び前記プラグ部より小径のロッドで連結したプラグロッドとで成り、前記プラグロッド上部の摺動筒部の薄肉筒と前記中間外筒の薄肉筒でラビリンス通路を形成し、前記摺動弁部と前記下部外筒の中内径部とを滑合させ大内径部に移動したときに開く開閉弁を形成し、前記プラグ部と前記小内径部を滑嵌合させて充填液入口管と相俟ってピストン弁を形成し、該プラグ部の下端と連結ロッドの間にエア通路を設け、前記プラグロッドが下限位置にあるときは前記プラグ部は前記充填液入口管を閉じ、前記プラグロッドが中間位置にあるときは前記充填液入口管を開き、前記プラグロッドが上限位置にあるときは前記プラグ部は前記下部外筒の中内径部に、前記摺動弁部は前記大内径部に移動し前記中間外筒及び下部外筒と前記プラグロッドとの間全体に隙間ができるように構成したことを特徴とする無菌充填ノズル。
【請求項２】
下部外筒の上部に覆蓋を気密に固設し該覆蓋の外周端部に設けた垂直に垂れ下がる環状のカーテン部の下端を無菌室の天板の開口部の周囲に設けた深溝トラフ中を循環する殺菌液の中に上下動自由に挿入して無菌室の内外を密封することを特徴とする請求項１に記載の無菌充填ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固形物を含有する液体を無菌状態で口栓を持たない不定形の容器に充填するのに好適な充填装置の無菌充填ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液体や固形物入りの液体（以下充填液と呼ぶ）を容器に充填する場合には、充填液の種類、充填される容器の種類、或いは充填する環境等に対して種々の充填方法、充填装置や装置に用いられる充填ノズルが提案されている。
【０００３】
充填液の殺菌については、充填後に熱で殺菌する方法と、先に殺菌した容器に殺菌した充填液を無菌室内で充填する方法があり、容器への充填は容器の口栓（注入口）と充填ノズルを近付けてパッキンを介してシールして充填する方法や、口栓を持たない不定形容器では上部を開いて保持した開口部に充填ノズルの先端を挿入して充填する方法があり、充填する充填液の分量は、ピストンを用いて容積を計量する方法や、流量と時間を計測して算出する方法があり、また充填後にノズルの先端に残っ充填液が滴下しないように吸入する方法などがある。
【０００４】
このような従来の充填方法は、それぞれの充填液や容器や環境の種類の特定の組合せに対して利点を有するが、組合わせが異なる場合はいろいろ問題が発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
固形物を多く含む液体を口栓を具備しない不定形容器（パウチ等）に無菌の環境で充填する充填ノズルには次に示すような要求条件がある。
【０００６】
（１）充填作業開始前や充填作業終了後の充填ノズルの殺菌・洗浄は充填ノズルを分解しないで行なうことができること。
【０００７】
（２）固形分を含む液充填の固形分を開閉液弁部に挟み込むことなく充填できること。
【０００８】
（３）充填動作終了後のノズルに残った液が滴下する後垂れを無くすこと（特に口栓を持たない不定形容器では、容器の入口に充填液が付着すると熱シール性が阻害される。）。
【０００９】
（４）無菌室を小さくし、可動部分のシールを確実に行ない、環境の維持に優れていること。
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、上記要件を改善した固形物を多く含む充填液を口栓を具備しない不定形容器に無菌の環境で充填する無菌充填ノズルを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
無菌充填ノズルは、大きく分けて、上部、中間、及び下部外筒でなる外筒と、外筒の中心部を上下動するプラグロッドと、上部外筒の上に取付けられプラグロッドを上下に駆動する最大、中間、及び最小の３つのストロークを有するサーボシリンダで形成する。
中間外筒の上部にはリニアベアリングを、下部にはフランジによって外筒内壁と繋がり上方へ伸びて開く薄肉内筒と蒸気入口管（接続管）を設け、下部外筒は大、中、小の３段に縮径された内径部を備え、大内径部に蒸気出口管、中内径部にフラッシングエア入口管、小径内径部に充填液入口管を設ける。また下部外筒下端部にはエア入口管を備えた筒状のエア吹出管を螺着する。
プラグロッドは、上部に摺動筒部を、下部にプラグ部を、中間部にプラグ部より大径の摺動弁部を有し、これらを若干径の小さいロッドで連結してなり、上端の摺動筒部と中間外筒に設けた薄肉内筒とでラビリンス通路を形成し、中間部の摺動弁部と中内径部を滑嵌合させて流れ平行弁の開閉弁を形成し、また下部のプラグ部を小径部と滑嵌合させて充填液用の流れ直角弁のピストン弁（液弁）を形成する。サーボシリンダが最大ストロークのときには、充填液の注入口をプラグ部で閉じ、中間ストロークのときには充填液の注入口を開き、最小ストロークのときにはプラグ部と摺動弁部をそれぞれ開いてプラグロッドと外筒の間は全面に亙って隙間ができて連通し、適宜の入口管と出口管を開閉して充填ノズルの外筒内の洗浄を行なえるように構成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１、図２、及び図３は、それぞれ本発明の一実施形態に係る無菌充填ノズルの待機中、充填中、及び洗浄中の状態にあるときの縦断面図、図４及び図５は図１に示した無菌充填ノズルの上部及び下部の拡大図である。
【００１３】
上記図１〜図５において、１は無菌充填ノズル、１０は無菌充填ノズル１を一体に纏めている外筒で、上部外筒１１、中間外筒１２、及び下部外筒１３からなり、半割継手金具によってフランジ結合されている。
【００１４】
上部外筒１１は薄肉の筒で、上部にサーボシリンダ１４が取付けられ、上下に伸縮するサーボシリンダ１４のロッド１４ａを収容している。このロッド１４ａの先端には、Ｔ字形溝を備えた継手金具１５が螺着されている。上記サーボシリンダ１４は、ロッド１４ａの先端が図３に示す最上限の位置で停止し、かつ可変速である。
【００１５】
中間外筒１２は複数の部材からなり、上半分が厚肉筒部１２ａ、下半分が薄肉筒部１２ｂとなっており、厚肉筒部１２ａの上部内側にはリニアベアリング（メタル）１２ｃが、薄肉筒部１２ｂの下部外周には蒸気入口管（接続管）１２ｄが設けられている。また、中間外筒１２の内側には隙間を隔てて仕切筒１６が配設され、下部に設けられたフランジ１６ａによって薄肉筒部１２ｂの内壁下端に連接されている。
【００１６】
下部外筒１３の内径は上から下に３段に縮径され、大内径部１３ａ、中内径部１３ｂ，小内径部１３ｃとなり、外径は大小２段となっており、大内径部１３ａの下部外側に蒸気出口管１３ｄ、中内径部１３ｂの下部外周にフラッシングエア入口管１３ｅ、また小内径部１３ｃの上下の中間部外周に充填液を導く充填液入口管１３ｆ及び下部外周に雄ねじ１３ｇが設けられている。１７は下部外筒１３の下端に取付けられてこれを覆い、下部外筒１３の下端外壁と相俟って先細筒状のエア通路を形成しているエア吹出管で、外周にエアの入口管１７ａを備え、ユニオンナット１７ｂによって下部外筒１３下部の雄ねじ１３ｇに螺着されている。
【００１７】
２０は外筒１０の中心部を上下動するプラグロッドで、複数の部材で構成されているが、その連結方法については説明を省略する。
【００１８】
摺動筒部２０ａの上端に設けたＴ字形突起を、継手金具１５のＴ字形溝に係合させてサーボシリンダ１４のロッド１４ａに連結しており、上部に大径の摺動筒部２０ａ、下部に小径のプラグ部２０ｂ、両者の間で下側寄りに中径の摺動弁部２０ｃ、及びこれらを繋ぐロッド部２０ｄ、２０ｅを備えている。摺動筒部２０ａは中間外筒１２のリニアベアリング１２ｃに摺動自在に内嵌装され、摺動弁部２０ｃはパッキン２０ｆを備えていて下部外筒１３の中内径部１３ｂに液密で摺動自在に内嵌装され、小径のプラグ部２０ｂは上部にパッキン２０ｇを備えていて小内径部１３ｃに液密で摺動自在に内嵌装されている。
【００１９】
また、摺動筒部２０ａは下側の大半が下側に開く薄肉のスカート筒となっていて、このスカート筒を厚肉筒部１２ａ及び薄肉筒部１２ｂの内壁と仕切筒１６の外壁との間に間隙を設けて挿入され、蒸気入口管１２ｄから入り、摺動筒部２０ａのスカート筒部の内壁と仕切筒１６の外壁の間の隙間を通って上昇し、折返して仕切筒１６の内壁とロッド部２０ｄとの間の隙間を通って下降し、大内径部１３ａの内側に通ずるラビリンス通路（図４中のＬ参照）が形成されるようになっている。また、プラグ部２０ｂは小内径部１３ｃに開けられた充填液入口管１３ｆ用の開口孔１３ｈとでピストン弁を形成しており、下端は円錐状に窪み中心から垂直に上り水平に屈折してロッド部２０ｅの側面に開口する細孔２０ｈが設けられている。
【００２０】
３０は無菌室の天板で、この下側が無菌室、上側が工場内の一般空間である。３１は天板３０の開口部の周りに気密に固設された環状の深溝トラフ、３２は蒸気入口管１２ｄの下部の適宜の位置で無菌充填ノズル１に取付けられた覆蓋である。この覆蓋３２は周端部に垂直に垂れ下がったカーテン部３２ａを備えており、下端部を深溝トラフ３１の中に挿入している。深溝トラフ３１には消毒剤を含む水が所定高さに満たされている。この水は図示省略の循環ポンプによって緩やかに循環しており、無菌充填ノズル１の下端を容器の中に挿入するために、無菌充填ノズル１を上下動させてもカーテン部３２ａは常に深溝トラフ３１内の水に浸かっているようになっている。
なお、４０は口栓を持たない不定形容器の開口した上端部を示している。
【００２１】
次に上記のように構成された無菌充填ノズル１の作用を説明する。
充填を行なう前の無菌充填ノズル１は、図１に示す待機状態にあり、サーボシリンダ１４はロッド１４ａのストロークを延ばしてプラグロッド２０は下がって最下限位置にあり、プラグ部２０ｂの下端は下部外筒１３に螺着されたエア吹出管１７の下端と一致している。
【００２２】
無菌状態の不定形容器（パウチ）４０が開いた口を上側にして無菌充填ノズル１の真下に送られて停止すると、無菌充填ノズル１は図示省略の昇降装置によって所定距離（例えば４０ｍｍ程度）下降し、小内径部１３ｃの下端を図２に示すように不定形容器４０の中に挿入する。
【００２３】
次いでサーボシリンダ１４がロッド１４ａを縮めてプラグロッド２０を中間位置まで引上げ、図２に示すようにプラグ部２０ｂの下端を開口孔１３ｈの上側に一致させてピストン弁を全開させ、図示省略の計量装置で計量された所定量の殺菌済みの充填液を不定形容器４０内に充填する。
【００２４】
充填が終わったら、サーボシリンダ１４のロッド１４ａのストロークを延ばして図１に示す待機位置に戻す。下部外筒１３側の開口孔１３ｈとプラグ部２０ｂは、流れ直角弁（ピストン弁）を形成しているので、プラグ部２０ｂの下降に際して充填液中の固形物は切断され上下から挟まれて止められることはない。
【００２５】
プラグロッド２０が定位置まで下降すると、下降したプラグ部２０ｂの下端面には下部外筒１３の小内径部１３ｃの内壁面からしごき取られた充填液の液や固形物が垂れ下がるように付着しているので、図示省略のクリーンエア供給源の開閉弁を開いて、圧縮クリーンエアをフラッシングエア入口管１３ｅ及びエア吹出管１７のエア入口管１７ａに供給し、フラッシングエア入口管１３ｅから入ったエアは、小内径部１３ｃとプラグ部２０ｂとの隙間から、細孔２０ｈを通って中央側から吹出し、エア入口管１７ａから入ったエアは、エア吹出管１７を通って外側から付着した充填液を吹飛ばす。
【００２６】
次いで、図示省略の昇降装置で無菌充填ノズル１を元の位置まで上昇させた後、不定形容器４０は下流のステーションに送られ、内部の空気抜き、開口部のシーリング等の工程を経て無菌室を出る。
【００２７】
上記充填工程中は、図示省略の蒸気供給源から蒸気入口管１２ｄに蒸気が送られ、蒸気は前述のラビリンス通路を経て圧力を落とし、大内径部１３ａとロッド部２０ｄの間を通り、蒸気出口管１３ｄから室外に排出される。中間外筒１２内は、無菌充填ノズル１の外側に対して常に正圧に保たれており、また長いラビリンス通路を備えているので、プラグロッド２０が上下動してもリニアベアリング１２ｃとの摺動部から外気が下部外筒１３内に侵入することはない。なお、充填液の種類によっては上述の蒸気に代えて圧縮クリーンエアを用いることもある。
【００２８】
充填作業開始前の殺菌洗浄及び充填作業後の無菌充填ノズル１の洗浄を行なう場合には、図３に示すように無菌充填ノズル１の下端のエア吹出管１７に洗浄用キャップ５０を気密に装着し、サーボシリンダ１４のロッド１４ａを最上限まで引上げて洗浄状態にする。この洗浄状態では、プラグロッド２０の摺動弁部２０ｃは下部外筒１３の大内径部１３ａに移動して両者の間に隙間が生じ、プラグ部２０ｂは中内径部１３ｂに移動して両者の間に隙間が生じるので、中間外筒１２及び下部外筒１３の内壁とプラグロッド２０の外壁の間はラビリンス通路を含めて全体が連通する。従って、蒸気入口管１２ｄから蒸気、消毒液、またはクリーンエアを供給し充填液入口管１３ｆから排出すれば、図示省略の充填液タンクを含め無菌充填ノズル１を分解することなく内部の充填液と接触する全ての部分を殺菌洗浄することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明の無菌充填ノズルによって次の効果が得られる。
【００３０】
（１）従来行なわれていた充填作業後の人手による分解洗浄作業を、分解することなく自動で行なうことができ、作業の効率を高めることができる。
【００３１】
（２）充填液の充填通路の開閉弁をプラグロッドを用いた流れ直角弁のピストン弁とし、従来の流れ平行弁のように閉弁時に固形物を上下から挟んで止めることがないので固形物を含む充填液に好適に適用できる。
【００３２】
（３）充填終了にノズル下端に付着する充填液を中心部及び外周部の両方からエアで吹き払うので、充填液の後垂れによる不具合の発生を完全に防止できる。
【００３３】
（４）水封式シールを用い支持構造や付属機器のついた上下動する充填ノズルの上部を無菌室外に出すので、無菌室を小さくすることができ、あわせて無菌室内で使用するクリーンエアの量を削減でき、コストの低減に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る無菌充填ノズルの待機中の縦断面図。
【図２】同実施形態における無菌充填ノズルの充填中の縦断面図。
【図３】同実施形態における無菌充填ノズルの洗浄中の縦断面図。
【図４】図１に示した無菌充填ノズルの上半分の拡大図。
【図５】図１に示した無菌充填ノズルの下半分の拡大図。
【符号の説明】
１  …無菌充填ノズル
１０  …外筒
１１  …上部外筒
１２  …中間外筒
１２ａ  厚肉筒部
１２ｂ  薄肉筒部
１２ｃ…リニアベアリング
１２ｄ…蒸気入口管
１３  …下部外筒
１３ａ…大内径部
１３ｂ…中内径部
１３ｃ…小内径部
１３ｄ…蒸気出口管
１３ｅ…フラッシングエア入口管
１３ｆ…充填液入口管
１３ｈ…開口孔
１４  …サーボシリンダ
１４ａ…サーボシリンダのロッド
１６  …仕切筒
１６ａ…フランジ
１７  …エア吹出管
１７ａ…エア入口管
１７ｂ…ユニオンナット
２０  …プラグロッド
２０ａ…摺動筒部
２０ｂ…プラグ部
２０ｃ…摺動弁
２０ｄ…ロッド部
２０ｅ…ロッド部
２０ｆ…パッキン
２０ｇ…パッキン
２０ｈ…細孔
３０  …天板
３１  …深溝トラフ
３２  …覆蓋
３２ａ…カーテン部
４０  …不定形容器
５０  …洗浄用キャップ
【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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