(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体充填用の開口部を構成する小径筒部を先端部に有し、かつ、内部に充填液を導入するための液入口を有する中空状のノズル弁本体と、前記ノズル弁本体内に該ノズル弁本体の軸方向に移動可能にかつ液密に内挿され、前記小径筒部内に進入可能な先端部形状を有するとともに、先端において開口する気体通路を内部に有したプラグロッドと、前記プラグロッドの先端部が前記小径筒部内に進入した際に前記ノズル弁本体の開口部を閉塞する閉塞手段と、前記プラグロッドを軸方向に駆動する駆動手段と、前記プラグロッドの気体通路を該プラグロッドの先端において開閉する開閉弁と、を備えた充填ノズルを使用する液体の充填方法であって、
前記ノズル本体の開口部を閉塞した状態で容器の口部を該開口部の先端に密接させるステップと、
前記気体通路を負圧状態にした後に前記開閉弁を開いて前記容器内の空気を排出するステップと、
前記容器内の空気が排出された後に、前記開閉弁を閉じて前記気体通路を加圧状態にするとともに、該気体通路に洗浄液を供給するステップと、
前記開口部を開いて液体の充填を開始し、その充填の終了後に該開口部を閉塞するステップと、
前記容器の口部を前記開口部の先端から離した後、前記開閉弁を開いて前記気体通路内の気体および洗浄液を前記プラグロッドの先端から噴出させ、この噴出した気体および洗浄液によって、前記プラグロッドの先端および開口部に残留した充填液滴を吹き払うステップと、
を含むことを特徴とする液体充填方法。
【請求項２】
前記充填液滴を吹き払うステップにおいて、前記気体通路の加圧状態を低加圧状態から高加圧状態に切換えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の液体充填方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体充填方法に関し、特に、充填液を不定形の容器に充填する場合に用いて好適な液体充填方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
容器に一定量の液体を充填する充填ノズルとして、従来から各種のタイプのものが提案、開発されている。
例えば、特開平１１−３５００３号公報には、負圧、正圧によって切り換えられるチャッキ弁を使用し、負圧により容器内から空気を抜いてから液体を充填する技術が開示されている。以下、図４を参照してこのような充填ノズルの概略を説明する。
【０００３】
図４において、計量ピストン・シリンダ３４は、充填液の入ったタンク３１から切換バルブ３３を介して充填液を吸引するとともに、この充填液を計量して吐出する。
充填ノズル４０は、容器１に充填液を導いて充填するものであり、空気通路４６ｂを備えたプラグロッド４６をその中心部に昇降可能に設し、このプラグロッド４６の先端に負圧、正圧によって切り換えられるチャッキ弁４５を付設した構成を有する。この充填ノズル４０は、上記切換バルブ３３を介して計量ピストン・シリンダ３４に接続されている。
【０００４】
この充填ノズル４０を用いて容器１に充填液を充填するときには、容器１の口部をセンタリングベル４３に当接して、該容器１の口部の外周縁部においてプラグロッド４６の芯出しを行う。
その後、プラグロッド４６の先端部がノズル弁本体の小径筒部４１ａ内に侵入されるまで該プラグロッド４６を下降させて、この小径筒部４１ａの開口部を閉塞し、ついで、プラグロッド４６に設けた空気通路４６ｂを負圧にして容器１内の空気を排出する。
【０００５】
容器１内の空気の排出が完了すると、空気通路４６ｂを正圧状態に切り換えてプラグロッド４６の先端に設けられたチャッキ弁４５を閉状態にする。そして、プラグロッド４６を上方に移動させて上記小径筒部４１ａの開口部を開き、容器１に液体を充填する。
液体の充填後、プラグロッド４６を下動させて再び小径筒部４１ａの開口部を閉塞し、ついで、容器１を充填ノズル４０から離す。そして、空気通路４６ｂを負圧にして、小径筒部４１ａの開口部およびプラグロッド４６の先端に残った充填液滴を吸い取る。
このような構成を有した充填ノズル４０は、充填液を不定形の容器に充填する用途に用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の充填ノズル４０では、負圧によって容器１内から空気を抜いてから液体を充填するので、充填液内の発泡が抑制され、その結果、充填の精度が向上する。また、充填中に容器１から空気通路４６ｂへ液が逆流することがなく、しかも、充填を終了した容器が離れてからプラグロッド４６の空気通路４６ｂを負圧にすることにより、該プラグロッド４６の先端や小径筒部４１ａ等に残留した充填液滴を吸い取って、後垂れによる容器１の汚れを防止することができる。
【０００７】
しかし、この充填ノズル４０は、高粘度の液体や固形物が混ざった液体の充填に適用した場合に、この液体がプラグロッド４６内に吸い込まれるため、時間経過に伴ってチャッキ弁４５が粘着して動き難くなるという問題がある。
本発明の課題は、このような状況に鑑み、高粘度の液体の充填に適用した場合でも、この高粘度液体の粘着による不都合を回避することができる液体充填方法を提供することにある。
【０００８】
本発明は、液体充填用の開口部を構成する小径筒部を先端部に有し、かつ、内部に充填液を導入するための液入口を有する中空状のノズル弁本体と、前記ノズル弁本体内に該ノズル弁本体の軸方向に移動可能にかつ液密に内挿され、前記小径筒部内に進入可能な先端部形状を有するとともに、先端において開口する気体通路を内部に有したプラグロッドと、前記プラグロッドの先端部が前記小径筒部内に進入した際に前記ノズル弁本体の開口部を閉塞する閉塞手段と、前記プラグロッドを軸方向に駆動する駆動手段と、前記プラグロッドの気体通路を該プラグロッドの先端において開閉する開閉弁と、を備えた充填ノズルを使用する液体の充填方法であって、前記ノズル本体の開口部を閉塞した状態で容器の口部を該開口部の先端に密接させるステップと、前記気体通路を負圧状態にした後に前記開閉弁を開いて前記容器内の空気を排出するステップと、前記容器内の空気が排出された後に、前記開閉弁を閉じて前記気体通路を加圧状態にするとともに、該気体通路に洗浄液を供給するステップと、前記開口部を開いて液体の充填を開始し、その充填の終了後に該開口部を閉塞するステップと、前記容器の口部を前記開口部の先端から離した後、前記開閉弁を開いて前記気体通路内の気体および洗浄液を前記プラグロッドの先端から噴出させ、この噴出した気体および洗浄液によって、前記プラグロッドの先端および開口部に残留した充填液滴を吹き払うステップと、を含み、これによって上記の目的を達成している。
実施の形態においては、前記充填液滴を吹き払うステップにおいて、前記気体通路の加圧状態を低加圧状態から高加圧状態に切換えるようにしている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、口栓の付いた袋状の不定形容器に一定量の充填液を充填する充填装置に適用した本発明の充填ノズルを図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る充填ノズル１４０の断面を含む充填装置の構成を示した模式図である。この図１では、液充填工程中における充填ノズル１４０のプラグロッド４６および空気弁１４５の位置が示されている。
図２は、空気吸引工程中における空気弁１４５の位置を示す断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線による拡大断面図であり、空気弁１４５の断面形状を示している。
なお、各図中においては、図４に示した従来例の構成要素と同形状、同機能の要素に同一の符号を付してある。
【００１０】
図１に示した充填装置は、本発明に係る充填ノズル１４０を複数個（図では１個のみ示されている）備えている。この充填装置において、充填タンク３１に満たされた充填液は、マニホ−ルド３２に流下した後、充填ノズル１４０と同数の分岐管３２ａによって分岐され、これらの分岐管３２に接続された各別な切換弁３３に導入される。
【００１１】
切換弁３３は、ピストン形スプール３３ｂをシリンダ形状の弁本体３３ｃ内に摺動可能に配設した構成を有し、アクチュエータ３３ａによって上記スプール３３ｂを軸方向に駆動することによって切換え作動する。
この切換弁３３は、まず、上記分岐管３２ａが液通路３４ａに接続されるように切換え作動する。すなわち、そのスプール３３ｂを２点鎖線で示す位置まで移動させる。これにより、分岐管３２ａに導入された充填液がピストン型計量ポンプ３４に送られるので、計量ポンプ３４はその充填液を吸引して、予め決定された液量を計量、貯溜する。
【００１２】
次いで、切換弁３３は、液通路３４ａが可撓充填管３６に接続されるように切換え作動する。すなわち、スプール３３ｂを実線で示す位置まで移動させる。そこで、計量ポンプ３４は、吐出行程に転じて、上記計量した充填液を上記可撓充填管３６を通じて充填ノズル１４０に送出する。
なお、この実施形態では、計量ポンプ３４の駆動源としてエアシリンダ３５を使用しているが、クランク回転機構、回転カム機構等の機械的な駆動源によって該ポンプ３４を駆動することも可能である。
【００１３】
次に、充填ノズル１４０について説明する。この充填ノズル１４０は、ノズル弁本体４１、プラグロッド４６、空気弁１４５、外筒４２、センタリングベル４３、圧縮ばね４４と、上部外筒５１と、エアシリンダ５３と、シリンダ５４等によって構成されている。
【００１４】
ノズル弁本体４１は、半割接手５９を介して可撓充填管３６と接続する接続管４１ｃを備えている。このノズル弁本体４１は、その内部が中空に形成されており、接続管４１ｃの下流に位置した下端部には径が絞られた小径筒部４１ａが形成されている。
このノズル弁本体４１の内部には、プラグロッド４６が上下移動可能にかつ液密に内挿されている。このプラグロッド４６は、その中心軸線に沿って空気通路４６ｂを形成し、また、その下部先端に後述の空気弁１４５を設けるとともに、その上端にシリンダ５４を取付けてある。
【００１５】
シリンダ５４には、作動空気によって上下動するピストン７７ｂが嵌合されている。このピストン７７ｂのロッド７７は、プラグロッド４６の空気通路４６ｂを貫通し、その先端に弁体４８を固着してある。
弁体４８は、プラグロッド４６の先端に螺着された中空の弁筒４７内に同軸状かつ上下動可能に配設されている。そして、図２に示すように、この弁体４８の下端にはテーパ面４８ａが形成され、また、弁筒４７の下端には吸引孔４７ａが形成されている。
【００１６】
ピストン７７ｂの昇降によって弁体４８が上動および下動すると、該弁体４８のテーパ面４８ａが上記吸引孔４７の内テーパ面に対して当接および離反する。つまり、弁体４８が吸引孔４７ａを開閉させる。このように、弁体４８と弁筒４７は、吸引孔４７ａを開閉する空気弁１４５を構成している。
弁筒４７に摺接する弁体４８の上部周面には、図３に示すように、空気通路を形成する複数の溝４８ｂが軸方向に沿って設けられている。
弁筒４７のテーパ状外周面には、Ｏリング４９が嵌合している。このＯリング４９は、プラグロッド４６が押し下げられたときにノズル弁本体４１の下部内側に形成されたテーパ面に当接するので、充填ノズル１４０が液バルブとして作動する場合の閉塞用パッキンとなる。なお、プラグロッド４６が押し下げられた際には、空気弁１４５がノズル弁本体４１の下端部に形成された小径筒部４１ａに内挿される。
【００１７】
ノズル弁本体４１の下部外周には、この外周の径よりも大径の外筒４２が半割接手５７によって固設されるとともに、センタリングベル４３が上下動可能に嵌合されている。センタリングベル４３は、ノズル弁本体４１と外筒４２との間に設けた圧縮バネ４４によって常時下方に付勢され、かつ、内フランジ状に形成された外筒４２の下端によって下方への抜け出しが防止されている。
【００１８】
容器１が充填ノズル１４０の真下にセットされた状態で、該充填ノズル１４０が下降すると、容器１の口部がセンタリングベル４３に当接する。そして、その後、センタリングベル４３は、圧縮ばね４４の付勢力に抗して相対的に押し上げることになるが、その際、容器１の口の外周肩部によって芯出しされる。芯出しされたセンタリングベル４３は、そのまま押し上げられ、その結果、容器１の口がノズル弁本体４１の先端に精度良く密着する。
【００１９】
ノズル弁本体４１の上部には、半割接手５８によって上部外筒５１が同軸状に接続され、また、該上部外筒５１の上部には、プラグロッド４６を昇降駆動するエアシリンダ５３が取付けられている。
このエアシリンダ５３の作動ロッド５３ａは、プラグロッド４６に固着された前記シリンダ５４に結合されている。エアシリンダ５３を作動させる４方向切換弁６２は、作動空気配管６４とエアシリンダ５３への配管６３，６３ａとの間に介在され、また、シリンダ５４を作動する３方向切換弁８２は、上記作動空気配管６４とシリンダ５４への配管８３との間に介在されている。
なお、シリンダ５４を作動する切換弁８２に３方向形式のものを用いているのは、シリンダ５４のピストン７７ｂの上方向作動力として圧縮ばね７８の付勢力を利用しているからである。
【００２０】
プラグロッド４６の空気通路４６ｂは、該プラグロッド４６に螺合された空気配管接手５５、空気配管５６および３方向切換弁６１を介して真空配管７４ａと圧縮空気配管９２に接続されている。
真空配管７４ａは、エジェクタ７４に接続されている。なお、エジェクタ７４の作動用空気には、低圧エア配管９３から送給される空気を使用する。圧縮空気配管９２は、４方向切換弁９１を介して清浄空気供給用の高圧エア配管９４と上記低圧エア配管９３3に接続されている。
【００２１】
充填ノズル１４０の１充填サイクルに１度だけ、洗浄処理が実行される。すなわち、上記空気弁１４５が閉止されている状態下で、清浄な水（例えば無菌水、温水、熱水等）が逆止弁８８を経て定量ポンプ８５に送られる。その結果、この定量ポンプ８５から少量の清浄水が吐出され、この清浄水は、を逆止弁８６、水配管８７、プラグロッド４６に取り付けてある水供給接手８４、および、前記空気通路４６ｂを介して空気弁１４５の上部空間に供給される。
この水は、空気弁１４５が開くと同時に清浄な空気と共に該空気弁１４５から吹き出して、この空気弁１４５と充填ノズル１４０の開口部９０を洗浄する。なお、配管６３，６３ａ，８３，５６および８７は、いずれも可撓管である。
【００２２】
ノズル弁本体４１は、その上部周面に一体形成されたフランジ部４１ｄを介して支持台６６に支持され、かつ、押え板６７により該支持台６６に固着されている。支持台６６は、図示省略の昇降手段に取付けられている。したがって、充填ノズル１４０は、その昇降手段により所定位置において所定距離上下に移動することができる。
以下、上記充填ノズル１４０を用いて容器１に液を充填する手順について説明する。なお、以下の説明では、上述した清浄水による洗浄工程を省いている。
【００２３】
（１）  充填ノズル１４０を下降させて、ノズル弁本体４１の下部先端によって容器口１を密着シールする工程：
図２に示すように、プラグロッド４６を下降端まで下降させて、該プラグロッド４６の先端に設けられた空気弁１４５の周面によって充填ノズル１４０の液弁を塞ぐ。この状態で、容器１を充填ノズル１４０の真下の位置に導入して容器グリッパ２で把持し、ついで、充填ノズル１４０を下降させる。これにより、センタリングベル４３のガイド部４３ａが容器１の口の外周縁部に当接して、充填ノズル１４０の芯出しが行われるとともに、容器１の口がノズル弁本体４１の下端に密接してシールされる。
【００２４】
（２） 容器１内の空気の真空引き（時間は、例えば0.3sec）：
３方向切換弁６１を切換えて、プラグロッド４６の空気通路４６ｂをエジェクタ７４の真空配管７４ａにつなぐ。これにより、真空配管７４ａ内の空気が真空引きされる。
同時に、切換弁８２を切換えて、シリンダ５４の作動エアを抜く。この操作により、ばね７８の反発力によってロッド７７が引き上げられるので、プラグロッド４６の下端に設けてある空気弁１４５が開かれ、その結果、袋状の不定形容器１内の空気が吸い出されて、該容器１が平板状に縮小する。
【００２５】
（３）  空気弁１４５の閉止：
３方向切換弁８２を作動エア供給側に切換えて、空気弁１４５を閉止する。同時に、３方向切換弁６１を切換えて、プラグロッド４６の空気通路４６ｂ内の圧力を低圧側の圧縮エアの圧力とする。
【００２６】
（４）  充填：
切換弁６２を切換えて、エアシリンダ５３を縮退作動する。これにより、プラグロッド４６が上昇するので、図１に示すように、弁筒４７とノズル弁本体４１の下部とによって構成された液弁が開かれる。
一方、同時に計量ポンプ３４を作動して、該ポンプ３４内の計量済み充填液を充填ノズル１４０に送給する。これにより、充填ノズル１４０の開口部９０から規定量の充填液が容器１内に充填される。
【００２７】
（５）  液弁の閉止：
切り換え弁６２を切換えて、エアシリンダ５３を伸張作動する。これにより、プラグロッド４６が下降するので、図２に示すように、充填ノズル１４０の開口部９０に空気弁１４５の先端が挿入された状態になる。つまり、液弁が閉止される。
【００２８】
（６）  充填ノズルの上昇：
図示省略のノズル昇降手段で充填ノズル１４０を上昇させて、該充填ノズル１４０の下端を容器１から離す。
【００２９】
（７）  残留充填液の除去：
容器１が充填ノズル１４０の下端から十分に離れた後、３方向切換弁８２をエア排出側に作動して空気弁１４５を開く。これにより、低圧エアが空気通路４６ｂを介してプラグロッド４６の先端を流通するので、該先端に残留する充填液滴が吹き除かれる。
続いて、４方向切換弁９１を作動して、配管９２に送るエアを高圧エアに切り換える。この高圧エアは、空気通路４６ｂを通って空気弁１４５から噴出するので、プラグロッド４６の先端および充填ノズル１４０の下部に残留する充填液滴を更に強く吹き飛ばして清掃する。
このエアによる清掃は短時間でよい。清掃を終了する際には、まず、４方向切換弁を切換えて、空気通路４６ｂに送るエアを低圧エアに切換え、続いて３方向切換弁８２をエア供給側に切換えて、空気弁１４５を閉じる。
【００３０】
（８）  容器交換、充填液計量：
充填が終了した実入り容器を送り出した後、空容器１を充填ノズル１４０の下に導入する。一方、この容器交換の間に切換弁３３を切換えて、充填液タンク３１側の液通路３２ａと計量ポンプ３４側の液通路３４ａとを連通させるとともに、計量ポンプ３４を吸込み側に作動して、該計量ポンプ３３４内に規定量の充填液を満たす。
以後、以上の工程サイクルを繰り返す。
【００３１】
【第２の実施の形態】
この第２の実施形態では、前記第１の実施形態における工程（３）の終了後から工程（７）までの間に、つまり、空気弁１４５が閉じられた状態にある間に水ポンプ８５を１回作動するという工程が設けられる。
上記水ポンプ８５を作動すると、水配管８７および水供給継手８４を介して少量の清浄水がプラグロッド４６の空気通路４６ｂの上部から流入し、空気弁１４５内に貯留される。したがって、前記工程（７）で空気弁１４５が開かれると、空気通路４６ｂの上方から供給される清浄空気と共に上記清浄水がプラグロッド４６の先端を流通する。
上記清浄水を空気と併用すれば、空気弁１４５の清掃がをより確実になる。すなわち、充填工程において、糖度が高く、粘性の大きい飲料水等の充填が実施された場合においても、糖分を清浄水で洗って除去することができる。それ故、この第２の実施形態によれば、こびりついた糖分のために空気弁１４５が動き難くなる等の不都合が回避される。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、負圧によって容器内から空気を抜いた後に液体を充填するので、充填液内の発泡を抑えて充填の精度を向上することができ、かつ、充填中に容器から空気排出管へ液が逆流することがない。
また、充填終了後、容器が離れてからプラグロッド内の気体通路に加圧気体を送り、これをプラグロッドの先端に設けた開閉弁から吹き出すようにしているので、プラグロッドの先端やノズル本体の液体充填用開口部に残留した充填液の滴を吹き飛ばして除去することができ、その結果、後垂れによる容器の汚れが回避される。
更に、高粘度の液体や固形物が混ざった液体を充填するときでも、この液体がプラグロッド内に吸い込まれることがないので、該液体が開閉弁に粘着してその動きに支障を与えるという虞れがない。しかも、開閉弁に多少の粘性体がこびりついても、この開閉弁がエアシリンダ等の駆動手段で強制作動されるので、この開閉弁の機能が損なわれることがない。
さらにまた、プラグロッド内の気体通路に洗浄水を送り込むようにした場合には、糖度が高く、粘性の大きい飲料水等の充填に適用しても、糖分を水で洗って確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る充填ノズルの断面を含む充填装置の模式図。
【図２】容器内の空気を吸引しているときの充填ノズルの動作態様を示した断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ拡大断面図。
【図４】従来の充填ノズルの構成を示す模式図。
【符号の説明】
１  容器
２  容器グリッパ
３１  充填液タンク
３３  切換弁
３４  計量ポンプ
３６  可撓充填管、
４１  ノズル弁本体
４１ａ  小径筒部
４２  外筒
４３  センタリングベル
４４  圧縮ばね
４６  プラグロッド
４６ａ  空気通路
５１  上部外筒
５３  エアシリンダ
５４  シリンダ
６１  ３方向切換弁
６２  ４方向切換弁
７７  ロッド
７７ｂ  ピストン
８２  ３方向切換弁
８５  ポンプ
９１  ４方向切換弁
１４０  充填ノズル
１４５  空気弁
【図１】
0004380833.tif 000002
【図２】
0004380833.tif 000003
【図３】
0004380833.tif 000004
【図４】
0004380833.tif 000005