(57)【要約】【課題】従来技術の欠点を解消し、容器特有の、及び／又は充填製品特有の充填曲線で規定され、容器及び／又は重点製品に最適に対応した充填過程を維持しつつ充填機の出力を高めることが可能な充填要素を提供すること。【解決手段】複数のボトル又はこのような容器２に液状の充填製品を充填するための充填システムにおける充填要素であって、液状の充填製品を各容器２へ導入するための少なくとも１つの供給開口部６を形成し、かつ、当該充填要素１のケーシング７における液状の充填製品のために設けられた液体流路８と、液状の充填製品を各容器２へ制御して供給するための複数のバルブ１３とを備えて成る前記充填要素において、バルブ１３を、充填速度、すなわち充填段階中に各容器２へ充填される単位時間当たりの充填製品量を無段階に制御するよう構成した。
2012522691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のボトル又はこのような容器（２）に液状の充填製品を充填するための充填システムにおける充填要素であって、液状の充填製品を前記各容器（２）へ導入するための少なくとも１つの供給開口部を形成し、かつ、当該充填要素（１，１ａ，１ｂ，１ｃ）のケーシング（７）における液状の充填製品のために設けられた液体流路（８）と、液状の充填製品を前記各容器（２）へ制御して供給するための複数のバルブ（１３，１３ａ〜１３ｃ）とを備えて成る前記充填要素において、
前記バルブ（１３，１３ａ〜１３ｃ）を、充填速度、すなわち充填段階中に前記各容器（２）へ充填される単位時間当たりの充填製品量を無段階に制御するよう構成したことを特徴とする充填要素。
【請求項２】
前記供給開口部（６）を備えた前記液体流路（８）に少なくとも１つの液体用バルブ（１３，１３ａ，１３ｂ）を設けるとともに、充填速度を制御するために、前記液体用バルブ（１３，１３ａ，１３ｂ）の開口断面積を無段階に変更可能な構成としたことを特徴とする請求項１記載の充填要素。
【請求項３】
当該充填要素（１ａ，１ｃ）の前記ケーシング（７）内に形成され、かつ、充填時に前記容器（２）から充填すべき液状の充填製品を押しのけて出る戻り気体を排出するための、少なくとも１つ気体通路（３０）を設け、充填速度を無段階に制御するために、該気体通路（３０）に配置された気体戻しバルブ（３１，３１ｃ）の開口断面積を変更可能に構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の充填要素。
【請求項４】
前記液体用バルブ（１３，１３ａ，１３ｂ）及び／又は前記気体戻しバルブ（３２，３２ｃ）のための操作装置（１５，１５ａ，１５ｂ；３６，４３）を、前記開口断面積の無段階の制御に加えて、段階的にも調節可能としたことを特徴とする請求項２又は３記載の充填要素。
【請求項５】
無段階の制御のために、例えば電気式若しくは油圧式のリニアアクチュエータ、圧電アクチュエータ又は動作要素の形態の、電気式、空圧式又は油圧式に制御可能な操作要素（１５，１５ａ，１５ｂ，４１）を前記操作装置に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の充填要素。
【請求項６】
前記液体用バルブ（１３ｃ）及び／又は少なくとも１つの前記気体戻しバルブ（３２，３２ｃ）のために、第１の無段階のバルブストロークのための第１の操作要素と、該第１の無段階のバルブストロークに加えて第２の無段階のバルブストロークのための第２の操作要素とを前記操作装置に設けたことを特徴とする請求項４又は５記載の充填要素。
【請求項７】
前記容器（２）への自由噴流による充填用に形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の充填要素。
【請求項８】
前記供給開口部（６）の近傍に容器開口部（２．１）のための構造部を形成し、当該充填要素（２１ａ，１ｃ）に対して密に接した前記容器（２）への充填できるよう形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の充填要素。
【請求項９】
複数のボトル又はこのような容器（２）に液状の充填製品を充填するための充填機であって、例えば当該充填機の垂直方向軸中心線回りに回転駆動されるロータに設けられた複数の充填要素（１，１ａ〜１ｃ）を備えて成る前記充填機において、
前記充填要素（１，１ａ〜１ｃ）を請求項１〜８のいずれかに記載のものとしたことを特徴する充填機。
【請求項１０】
実際値及び目標値としての、充填段階中に前記各容器（２）へ供給される充填製品量に応じて充填速度を制御する少なくとも１つの制御用電子部品（２７）を設けたことを特徴とする請求項９記載の充填機。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの制御用電子部品（２７）を、容器特有の、及び／又は充填製品特有の充填曲線（２８）として表された目標値に応じて充填速度を制御するよう形成したことを特徴とする請求項１０記載の充填機。
【請求項１２】
少なくとも１つの充填要素（１，１ａ〜１ｃ）を備えた充填システムを用いて複数のボトル又はこのような容器（２）に液状の充填製品を充填するための充填方法において、
充填段階中に、充填速度、すなわち前記各容器（２）へ充填される単位時間当たりの充填製品量を、開放された複数のバルブ（１３，１３ａ〜１３ｃ；３２，３２ｃ）の開口断面積を無段階に変更することにより制御することを特徴とする充填方法。
【請求項１３】
充填段階における充填速度を、液体用バルブ（１３，１３ａ，１３ｂ）の開口断面積の無段階の変更により、及び／又は少なくとも１つの気体戻しバルブ（３２，３２ｃ）の開口断面積の無段階の変更により、実際の充填速度及び／又は前記各容器（２）にすでに充填された充填製品量である実際値に応じて制御することを特徴とする請求項１２記載の充填方法。
【請求項１４】
前記充填速度を時間に応じて制御することを特徴とする請求項１２又は１３記載の充填方法。
【請求項１５】
前記充填速度を、前記容器特有の充填曲線（２８）に応じて制御することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載した充填要素、請求項９の前提部分に記載した充填機及び請求項１２の前提部分に記載した充填方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
当該充填機の垂直方向軸中心線回りに回転駆動されるロータに、容器保持部を有する当該充填要素から成る複数の充填位置が設定されている特に回転式の充填機において使用される複数の充填要素については、様々な実施形態が知られている。この充填要素は、液状の充填製品を制御しつつ容器へ供給するために、弁体を備えた少なくとも１つの液体用バルブを備えている。ここで、弁体は、操作装置によって、単に全開位置と全閉位置の間を移動するものとなっている。液体用バルブは、操作装置の適切な形成において、全開位置、全閉位置及び一部開放位置の３つの切換位置を備えていることがある。
【０００３】
各液体用バルブ又は弁体を切り換えるために、液体用バルブの弁体を各切換位置間で高速で切り換える空圧式又は電磁式の操作要素が用いられる。しかしながら、このような切換においては、充填すべき充填製品の質量流量の突然の変化及び衝突するかのような変化により、衝撃が生じ、これに伴い充填製品に不都合な泡立ちが発生しまうことがある。その結果、充填機の充填出力（単位時間当たりの充填容器数）の低下を招いてしまうことになる。
【０００４】
また、充填機の制御をメモリされた容器特有の充填曲線に応じて行う方法も知られており、この充填曲線は、容器内にすでに充填された液状の充填製品の体積に基づいて容器内における充填高さを示すものとなっている。しかしながら、このような方法においては、充填速度が制御されるのではなく、充填用パイプが過剰に充填製品内へ浸漬するのを防止するために、充填用パイプと各容器の間の相対変位を制御するものとなっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、上記のような欠点を解消し、例えば容器特有の、及び／又は充填製品特有の充填曲線で規定され、容器及び／又は充填製品に最適に対応した充填過程を維持しつつ充填機の出力（単位時間当たりの充填容器数）を高めることが可能な充填要素を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による充填要素においては、各充填速度（単位時間当たりの充填製品の体積流量）を連続的に、又は無段階若しくはほぼ無段階に、適宜調節することが可能となっている。このような体積流量の変更は、例えば、少なくとも１つの液体用バルブ及び／又は当該充填要素における気体戻し通路に設けられた気体戻しバルブの開口断面積を無段階又はほぼ無段階に変更すること、すなわち液体用バルブ又は気体戻しバルブの弁体の無段階又はほぼ無段階の移動ストロークによってなされる。
【０００７】
ここで、本発明における「無段階」又は「ほぼ無段階」とは、その意味を語義どおりに解釈するのを優先すべきであるが、１０より大きなステップ数の非常に小さな調節ステップで全開状態と全閉状態の間で調節されるようなものも含むことも意味し、また、液体用バルブ又は気体戻しバルブの全開断面積の最大１０％ずつのこれらバルブの開口断面積の調節も意味する。
【０００８】
また、本発明においては、液体用バルブ及び／又は少なくとも１つの気体戻しバルブの無段階の調節又は変更は電気式、空圧式又は油圧式に制御される操作要素によってなされ、この操作要素は、例えば圧電動作要素、圧電アクチュエータ又は他の電気式、空圧式又は油圧式のリニアアクチュエータである。
【０００９】
本発明による充填要素によれば、充填すべき充填製品の体積流量の突然の変化と、これによる生じる衝撃と、これに伴う充填製品の不都合な泡立ちを防止することが可能である。特に、充填速度を容器特性又は充填製品特性に動的に適合させることができる。例えば、容器の形状、実際にすでに充填された充填製品により常に変化する容器の形状若しくは断面、各容器の内部空間における充填製品の表面、及び／又は充填製品における泡の発生傾向若しくはＣＯ2濃度若しくは他の充填製品パラメータに充填速度を適合させることが可能である。したがって、充填製品の泡立ち及びこれに伴う充填製品への酸素の含有を少なくとも最小化しつつ充填機の出力の向上を図ることが可能である。
【００１０】
充填速度の制御は特に最適化された容器特有の、及び／又は充填製品特有の充填曲線に従って行われ、この充填曲線は、時間に応じて充填速度を規定するものとなっている。本発明による構成によれば、充填過程を、充填速度の必要な変更に際して、充填製品の加速及び／又は減速を最適に行うことが可能である。また、特に、充填製品の体積流量を、すでに充填された充填製品の体積によって連続的に又は不連続に変化する充填製品レベル（表面）に適合させることも可能である。
【００１１】
また、特に、容器底部を充填製品で覆うために、徐々に上昇する充填速度においてゆっくりと充填するステップと、各容器の円筒状部において最大充填速度へ徐々に至るステップと、容器において変化する断面積に充填速度を無段階に減少及び／又は適合させるステップと、各容器に対して必要な充填高さ又は充填量を正確に遵守するために、ゆっくりと充填するステップとを行うことが考えられる。
【００１２】
本発明の他の利点及び実施形態は、以下の図面の記載を参照した実施形態の説明に記載されている。また、記載及び／又は図示された特徴の組み合わせも、要約書、特許請求の範囲及びこの特許請求の範囲における参照符号にかかわらず本発明の対象である。なお、各請求項の内容は、本明細書の一部である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来技術の欠点を解消し、例えば容器特有の、及び／又は充填製品特有の充填曲線で規定され、容器及び／又は充填製品に最適に対応した充填過程を維持しつつ充填機の出力（単位時間当たりの充填容器数）を高めることが可能な充填要素を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による充填システムにおける充填要素の概要を示す断面図である。
【図２】容器特有の、又は充填製品特有の充填曲線を示す図である。
【図３】他の実施形態における本発明による充填システムにおける充填要素の概要を示す断面図である。
【図４】本発明による充填システムにおける充填要素の圧電アクチュエータ近傍の拡大断面図である。
【図５】他の実施形態における本発明による充填システムにおける充填要素の概要を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１には、例えば回転式の充填機における充填システムの充填要素が符号１で示されている。この充填機は、充填製品の容器あるいはボトル２への自由噴流による充填のために、その軸中心線回りに回転駆動されるロータ３の周囲に複数の同様な充填要素１を備えている。各充填要素１に対して容器保持部４が設けられており、該容器保持部４は充填要素１と共に充填位置５を形成しているとともに、この容器保持部４には、各ボトル２がそのボトル開口部２．１の下方に形成された開口フランジ部２．２において懸装されている。ここで、各ボトル２は、充填要素の下側又はこの箇所における供給開口部６に対して間隔を空けて懸装されている。
【００１７】
充填要素１は液体流路８を有するケーシング７を備えており、この液体流路８内には、充填部材１の下側に供給開口部６を形成するために、気体密封要素９が嵌設されている。また、この液体流路８は、その上方において、流量計１１を有する管路１０を介して、充填機あるいは充填システムのタンク１２に接続されている。ここで、タンク１２が充填機におけるすべての充填要素１又は充填位置５に対して共通に設けられている一方、各充填要素１は、流量計１１を有する管路１０を介してタンク１２に接続されている。
【００１８】
また、液体流路８には、自由噴流１４としての充填製品の充填プロセス中に各ボトル２へ制御しつつ充填製品を供給するために、液体用バルブ１３が設けられている。この液体用バルブ１３は基本的に弁体１３．１で構成されており、この弁体１３．１は、液体流路８の内面部によって形成されたバルブシートと相互作用するとともに、液体用バルブ１３を開閉するために、垂直方向に延在する充填機の軸中心線ＦＡ上において上下動するようになっている。このような操作は空圧式操作装置１５によってなされ、この空圧式操作装置１５は、基本的に、ケーシング７の上側に設けられたシリンダ１６と、ピストンロッド１８を有するピストン１７とで構成されている。ここで、ピストンロッド１８は、そのピストン１７とは反対側の下端部において弁体１３．１に結合されている。このピストンロッド１８を包囲するスプリング１９によって、空圧式操作装置１５及び弁体１３．１は、液体用バルブ１３の開弁位置に保持されている。
【００１９】
また、シリンダ１６内におけるピストン１７の上方にはシリンダ室２０が形成されており、このシリンダ室２０は、ピストン１７をスプリング１９に抗して変位させ、弁体１３．１を閉弁位置へ変位させるために、後述のように制御されて、例えば圧縮空気などの空気圧や蒸気状の流体の圧力による力が作用するようになっている。
【００２０】
そして、充填要素１はその下側において供給開口部６を包囲するサブ空間あるいはリング状空間２１を備えて形成されており、このリング状空間２１は、例えば充填要素１及び充填機の定置洗浄（ＣＩＰ）のために、充填要素側の管路２２を介して、充填システムの充填要素１全体に共通かつロータ３に設けられたリング状流路２３に接続されている。
【００２１】
また、シリンダ室２０は、電気的に制御されるコントロールバルブを介して加圧された気体又は蒸気状の流体の圧力源２６に接続されている。ここで、制御用電子部品２７により制御される電気制御ドライバ２５によって、コントロールバルブ２４が制御されるようになっている。
【００２２】
図１に示す充填システムの特徴は、従来の充填システムと異なり、弁体１３．１が操作装置１５によって液体用バルブの全開状態と全閉状態の間を変位可能であるのみならず、シリンダ室２０内の圧力を適切に制御することで各ボトル２へ流入する充填製品の流量を連続的に、又はゼロ値（液体用バルブの全閉状態）と最大値（液体用バルブの全開状態）の間で制御することが可能である、という点にある。これにより、各充填プロセスあるいは流量を制御したり、自由噴流による充填においても、充填速度、すなわち各ボトル２へ供給される単位時間当たりの充填製品量を、図２に示すような充填曲線２８に従って制御することが可能である。
【００２３】
ここで、この充填曲線２８は、ボトルのタイプ、すなわちボトル２の形状及び／又は大きさ、実際の充填状態、充填製品並びにその他の充填パラメータを考慮して、充填速度Ｖの最適な時間変化を表すものである。なお、充填曲線の一部（区間）２８．１〜２８．５は、以下のような充填段階に対応している。
【００２４】
曲線区間２８．１では、連続的にゆっくりと、又は無段階に液体用バルブ１３を開放していき、充填速度Ｖが徐々に上昇しつつ充填されている状態である。
【００２５】
曲線区間２８．２では、液体用バルブ１３の全開状態において、一定又は最大かつ一定の充填速度Ｖで迅速な充填が行われている状態である。
【００２６】
曲線区間２８．３では、液体用バルブ１３を少なくともゆっくりと閉鎖していくことにより、充填速度Ｖが徐々に低下している状態である。
【００２７】
曲線区間２８．４では、低下した充填速度Ｖの下で、一定又はほぼ一定の割合で残りの充填が行われている状態である。
【００２８】
曲線区間２８．５では、液体用バルブ１３をゆっくりと閉鎖していくことにより、充填段階を徐々に終了させる状態である。
【００２９】
ところで、各コントロールバルブ２４及び液体用バルブ１３の制御は、流量計１１及び容器特有の充填曲線２８に依存して、制御用電子部品２７によりなされるようになっている。ここで、充填曲線２８は、この制御用電子部品２７内にメモリされており、所定のタイプのボトル２への充填前に、制御部のデータベースからワーキングメモリへと読み込まれるようになっている。
【００３０】
図３にはボトル２の形状の容器への充填のための図１に類似した充填要素１ａが示されており、容器保持部４に懸装された各ボトル２は、充填中にそのボトル開口部２．１において、供給開口部６の近傍で充填要素１ａに密に接している。この充填システムは、例えば回転式の充填機の構成部材であり、この充填機においては、垂直方向に延在する軸中心線ＦＡ回りに回転駆動されるロータ３に複数の充填要素１ａが設けられている。
【００３１】
充填要素１ａのケーシング７内には供給開口部６を備えた液体流路８が形成されており、この液体流路８は、各充填要素１ａに対して独立しつつ流量計１１を備えた管路１０を介してタンク１２に接続されている。また、このタンク１２は、すべての充填要素１ａに対して共通に、ロータ３に設けられている。
【００３２】
また、ボトル２への充填のために、タンク１２の内部空間が液状の充填製品によって部分的に満たされているため、タンク１２は、充填製品を収容する液体室１２．１と、その上方に位置する、圧力下にある例えばＣＯ2などの不活性ガスで満たされた気体室１２．２とで形成されている。
【００３３】
また、液体流路８には液体用バルブ１３ａが設けられており、この液体用バルブ１３ａは、基本的に弁体１３ａ．１によって形成されている。この弁体１３ａ．１は、液体流路８の内面に形成されたバルブシートと相互に作用するとともに、操作装置１５ａにより、特に液体用バルブ１３ａの全閉位置と全開位置の間で上記軸中心線ＦＡに沿って変位するものとなっている。さらに、弁体１３ａ．１は気体戻し管路２９を備えており、この気体戻し管路２９は、バルブタペットとしての機能も果たすとともに、操作装置１５ａにより、上記軸中心線ＦＡに沿って軸方向に制御されつつ変位するようになっている。
【００３４】
しかして、ケーシング７の内部には、図３において符号３０で示す、コントロールバルブ３１，３２を備えた複数の気体通路が設けられている。そして、これら気体通路を介すことにより、気体戻し管路２９の上端部に設けられたチャンバ３３が制御されつつリング状流路３４，３５に接続されるようになっている。ここで、これらリング状流路３４，３５は、すべての充填要素１ａに対して共通に、ロータ３ａに設けられている。また、リング状流路３４は、タンク１２における気体室１２．２に接続されているとともに、ボトル２への充填時、すなわちボトル２への充填工程の開始時に、気体室１２．２からの不活性ガスを予圧する機能も果たすものとなっている。一方、リング状流路３５は、充填時に充填製品によって押し出される各ボトル２からの不活性ガスを排出するものとなっている。なお、不活性ガスは、気体戻し管路２９と、気体戻しバルブとして機能するコントロールバルブ３２を介してリング状流路３５へ流入するようになっている。
【００３５】
コントロールバルブ（気体戻しバルブ）３２の制御された開閉により、充填速度、すなわち充填時においてボトル２へ流入する単位時間当たりの充填製品量を制御することが可能である。そのために、コントロールバルブ３２は、全開位置と全閉位置を有するのみならず、効果的な開口断面積及びこれに伴う質量流量を考慮して、これら全開位置と全閉位置の間で無段階に調節可能に形成されている。したがって、コントロールバルブ３２の適切な制御により、例えばボトル又は容器に特有の充填曲線２８に応じて充填速度Ｖを制御することが可能である。
【００３６】
また、コントロールバルブ３２はここでも空圧式であり、このコントロールバルブ３２の操作装置のシリンダ室３６は、コントロールバルブ２４ａ．１を介して、例えば圧縮空気などの圧力下にある気体状又は蒸気状の流体を供給する圧力源２６に接続されている。
【００３７】
さらに、充填要素１ａにおいて液体用バルブ１３ａは、該液体用バルブ１３ａの開口断面積の適切な調節又は変更によって、その全開位置と全閉位置の間で質量流量を無段階に制御できるように形成されている。そのため、空圧式操作装置１５ａは、ケーシング７におけるシリンダ室内で軸方向に、すなわち上記軸中心線ＦＡ方向に変位可能なリングピストン３７で構成されている。なお、このリングピストン３７は、気体戻し管路２９上に配置されているとともに、該気体戻し管路２９を包囲するスプリング３８により、気体戻し管路２９と共に、液体用バルブ１３ａの開弁位置へ付勢されている。
【００３８】
また、リングピストン３７はそのスプリング３８とは反対側においてシリンダ室３９を画成しており、このシリンダ室３９には、コントロールバルブ２４ａ．２により制御されつつ圧力源２６からの圧力が作用するようになっている。なお、両コントロールバルブ２４ａ．１，２４ａ．２は、ここでも、流量計１１の測定信号と、例えば制御用電子部品２７のワーキングメモリにメモリされた例えば図２に示すような充填曲線２８のようなボトル又は容器に特有の充填曲線とに依存して、制御用電子部品２７のドライバ２５ａ．１，２５ａ．２により制御されるようになっている。
【００３９】
コントロールバルブ３２と、操作装置１５ａにより制御される液体用バルブ１３ａは例えばここでも閉ループ制御回路の構成部材となっており、この閉ループ制御回路においては、流量計１１からの測定信号が実際値として例えば充填曲線により示される所定の実際値と比較され、適切な制御によりコントロールバルブ３２及び／又は液体用バルブ１３ａの調整の制御がなされるようになっている。このとき、例えば、液体用バルブ１３ａにあっては粗調整若しくは粗制御がなされ、コントロールバルブ３２にあっては精密調整若しくは精密制御がなされるように設定するか、又はその逆に設定することも考えられる。
【００４０】
また、コントロールバルブ３２又は液体用バルブ１３ａを、これらが全開位置又は全閉位置のいずれかの位置を占めるように構成することも基本的に可能である。一方、例えば充填曲線２８に合わせた各充填段階での充填速度の無段階又は連続的な制御は、液体用バルブ１３ａ又はコントロールバルブ３２を制御することによってなされる。
【００４１】
そして、コントロールバルブ３２が全開位置又は全閉位置のみを占めるように形成されている場合には、このコントロールバルブ（気体戻しバルブ）３２は、例えば、全開位置においては充填速度が最大となり、全閉位置においては低い充填速度となるように設定されている。このとき、例えば曲線区間２８．１に対応した緩やかなあるいは中程度の充填速度の上昇及び例えば曲線区間２８．３，２８．５に対応した充填速度の緩やかな低下は、液体用バルブ１２ａの適切な制御によりなされることになる。
【００４２】
図４には充填要素１ｂの一部の詳細が断面で示されており、この充填要素１ｂは、容器又はボトル２への自由噴流による充填を行うための充填システムの構成部材となっている。この充填要素１ｂは、操作装置１５のピストンロッドと液体用バルブ１３ｂの弁体１３．１の間に例えば圧電アクチュエータとして形成された操作要素４１が設けられている点で充填要素１と相違している。この操作要素４１は、無段階に直進運動、すなわち弁体１３．１の上記軸中心線ＦＡに沿う、制御された運動のために、制御用電子部品２７のドライバ４２により制御可能となっている。したがって、操作装置１５によって達成される開弁動作／閉弁動作に加えて、各充填段階中に、例えばボトル２に対して最適な充填曲線２８を考慮しつつ充填速度を制御することが可能である。ここで、操作装置１５は、単に液体用バルブ１３ｂの開閉のためにのみ形成及び／又は制御されている。
【００４３】
図５にはボトル２への充填するための充填システムの構成部材である充填要素１ｃが示されており、この充填要素１ｃは、その機能に関して、操作装置１５ａに対応する操作装置１５ｃが液体用バルブ１３ａに対応する液体用バルブ１３ｃの開閉のためにのみ形成されている一方、充填速度の制御はコントロールバルブ３２に対応するコントロールバルブ（気体戻しバルブ）３２ｃによって行われる点で充填要素１ｂと相違している。ここで、コントロールバルブ３２ｃは、制御用電子部品２７で直接制御される例えば圧電アクチュエータなどの電気的に制御可能なアクチュエータ４３を備えている。このような制御により、コントロールバルブ３２ｃを通過する戻り気体の質量流量及び充填中における充填速度を無段階に制御することが可能である。
【００４４】
上記において、本発明の様々な実施形態を示したが、本発明の範囲を逸脱しない限り、様々な他の変更やバリエーションが考えられる。すべての実施形態において共通なのは、各充填段階において、特に各容器の形状、容器にすでに充填された充填製品の体積及び該容器に充填される充填製品又は充填製品のパラメータに応じた最適な充填曲線に従って充填速度を無段階に制御可能な点である。このような充填速度の無段階の制御は、液体用バルブ１３，１３ａ〜１３ｃ及び／又は少なくとも１つのコントロールバルブ３２，３２ｃの開弁状態又は開口断面積の適切な調節により達成される。
【符号の説明】
【００４５】
１，１ａ〜１ｃ  充填要素
２            ボトル（容器）
２．１        ボトル開口部
２．２        開口フランジ部
３            ロータ
４            容器保持部
５            充填位置
６            供給開口部
７            ケーシング
８            液体流路
９            気体密封要素
１０          管路
１１          流量計
１２          タンク
１２．１      液体室
１２．２      気体室
１３，１３ａ〜１３ｃ  液体用バルブ
１３．１，１３ａ．１  弁体
１４          自由噴流
１５，１５ａ〜１５ｃ  空圧式操作装置
１６          シリンダ
１７          ピストン
１８          ピストンロッド
１９          スプリング
２０          シリンダ室
２１          サブ空間（リング状空間）
２２          管路
２３          リング状流路
２４，２４ａ．１，２４ａ．２  コントロールバルブ
２５，２５ａ．１，２５ａ．２  ドライバ
２６          圧力源
２７          制御用電子部品
２８          充填曲線
２８．１〜２８．５  曲線区間
２９          気体戻し管路
３０          気体通路
３１，３２，３２ｃ    コントロールバルブ
３３          チャンバ
３４，３５    リング状流路
３６          シリンダ室
３７          リングピストン
３８          スプリング
３９          シリンダ室
４１          操作要素
４２          ドライバ
４３          アクチュエータ
ＦＡ          充填要素の軸中心線
ｔ            時間
Ｖ            充填速度
【図１】
2012522691.tif 000003
【図２】
2012522691.tif 000004
【図３】
2012522691.tif 000005
【図４】
2012522691.tif 000006
【図５】
2012522691.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月1日(2011.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載した充填要素、請求項９の前提部分に記載した充填機及び請求項１２の前提部分に記載した充填方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
当該充填機の垂直方向軸中心線回りに回転駆動されるロータに、容器保持部を有する当該充填要素から成る複数の充填位置が設定されている特に回転式の充填機において使用される複数の充填要素については、様々な実施形態が知られている。この充填要素は、液状の充填製品を制御しつつ容器へ供給するために、弁体を備えた少なくとも１つの液体用バルブを備えている。ここで、弁体は、操作装置によって、単に全開位置と全閉位置の間を移動するものとなっている。液体用バルブは、操作装置の適切な形成において、全開位置、全閉位置及び一部開放位置の３つの切換位置を備えていることがある。
【０００３】
無段階に動作する、すなわち無段階に開閉可能な充填用バルブが特許文献１に開示されている。この特許文献１には無段階に調節可能なバルブが開示されているものの、この特許文献１において、このようなバルブをどのように形成するかについては不明確である。
【０００４】
各液体用バルブ又は弁体を切り換えるために、液体用バルブの弁体を各切換位置間で高速で切り換える空圧式又は電磁式の操作要素が用いられる。しかしながら、このような切換においては、充填すべき充填製品の質量流量の突然の変化及び衝突するかのような変化により、衝撃が生じ、これに伴い充填製品に不都合な泡立ちが発生しまうことがある。その結果、充填機の充填出力（単位時間当たりの充填容器数）の低下を招いてしまうことになる。
【０００５】
また、充填機の制御をメモリされた容器特有の充填曲線に応じて行う方法も知られており、この充填曲線は、容器内にすでに充填された液状の充填製品の体積に基づいて容器内における充填高さを示すものとなっている。しかしながら、このような方法においては、充填速度が制御されるのではなく、充填用パイプが過剰に充填製品内へ浸漬するのを防止するために、充填用パイプと各容器の間の相対変位を制御するものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００５０３５２６４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、上記のような欠点を解消し、例えば容器特有の、及び／又は充填製品特有の充填曲線で規定され、容器及び／又は充填製品に最適に対応した充填過程を維持しつつ充填機の出力（単位時間当たりの充填容器数）を高めることが可能な充填要素を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による充填要素においては、各充填速度（単位時間当たりの充填製品の体積流量）を連続的に、又は無段階若しくはほぼ無段階に、適宜調節することが可能となっている。このような体積流量の変更は、例えば、少なくとも１つの液体用バルブ及び／又は当該充填要素における気体戻し通路に設けられた気体戻しバルブの開口断面積を無段階又はほぼ無段階に変更すること、すなわち液体用バルブ又は気体戻しバルブの弁体の無段階又はほぼ無段階の移動ストロークによってなされる。
【０００９】
ここで、本発明における「無段階」又は「ほぼ無段階」とは、その意味を語義どおりに解釈するのを優先すべきであるが、１０より大きなステップ数の非常に小さな調節ステップで全開状態と全閉状態の間で調節されるようなものも含むことも意味し、また、液体用バルブ又は気体戻しバルブの全開断面積の最大１０％ずつのこれらバルブの開口断面積の調節も意味する。
【００１０】
また、本発明においては、液体用バルブ及び／又は少なくとも１つの気体戻しバルブの無段階の調節又は変更は電気式、空圧式又は油圧式に制御される操作要素によってなされ、この操作要素は、例えば圧電動作要素、圧電アクチュエータ又は他の電気式、空圧式又は油圧式のリニアアクチュエータである。
【００１１】
本発明による充填要素によれば、充填すべき充填製品の体積流量の突然の変化と、これによる生じる衝撃と、これに伴う充填製品の不都合な泡立ちを防止することが可能である。特に、充填速度を容器特性又は充填製品特性に動的に適合させることができる。例えば、容器の形状、実際にすでに充填された充填製品により常に変化する容器の形状若しくは断面、各容器の内部空間における充填製品の表面、及び／又は充填製品における泡の発生傾向若しくはＣＯ2濃度若しくは他の充填製品パラメータに充填速度を適合させることが可能である。したがって、充填製品の泡立ち及びこれに伴う充填製品への酸素の含有を少なくとも最小化しつつ充填機の出力の向上を図ることが可能である。
【００１２】
充填速度の制御は特に最適化された容器特有の、及び／又は充填製品特有の充填曲線に従って行われ、この充填曲線は、時間に応じて充填速度を規定するものとなっている。本発明による構成によれば、充填過程を、充填速度の必要な変更に際して、充填製品の加速及び／又は減速を最適に行うことが可能である。また、特に、充填製品の体積流量を、すでに充填された充填製品の体積によって連続的に又は不連続に変化する充填製品レベル（表面）に適合させることも可能である。
【００１３】
また、特に、容器底部を充填製品で覆うために、徐々に上昇する充填速度においてゆっくりと充填するステップと、各容器の円筒状部において最大充填速度へ徐々に至るステップと、容器において変化する断面積に充填速度を無段階に減少及び／又は適合させるステップと、各容器に対して必要な充填高さ又は充填量を正確に遵守するために、ゆっくりと充填するステップとを行うことが考えられる。
【００１４】
本発明の他の利点及び実施形態は、以下の図面の記載を参照した実施形態の説明に記載されている。また、記載及び／又は図示された特徴の組み合わせも、要約書、特許請求の範囲及びこの特許請求の範囲における参照符号にかかわらず本発明の対象である。なお、各請求項の内容は、本明細書の一部である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、従来技術の欠点を解消し、例えば容器特有の、及び／又は充填製品特有の充填曲線で規定され、容器及び／又は充填製品に最適に対応した充填過程を維持しつつ充填機の出力（単位時間当たりの充填容器数）を高めることが可能な充填要素を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による充填システムにおける充填要素の概要を示す断面図である。
【図２】容器特有の、又は充填製品特有の充填曲線を示す図である。
【図３】他の実施形態における本発明による充填システムにおける充填要素の概要を示す断面図である。
【図４】本発明による充填システムにおける充填要素の圧電アクチュエータ近傍の拡大断面図である。
【図５】他の実施形態における本発明による充填システムにおける充填要素の概要を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１には、例えば回転式の充填機における充填システムの充填要素が符号１で示されている。この充填機は、充填製品の容器あるいはボトル２への自由噴流による充填のために、その軸中心線回りに回転駆動されるロータ３の周囲に複数の同様な充填要素１を備えている。各充填要素１に対して容器保持部４が設けられており、該容器保持部４は充填要素１と共に充填位置５を形成しているとともに、この容器保持部４には、各ボトル２がそのボトル開口部２．１の下方に形成された開口フランジ部２．２において懸装されている。ここで、各ボトル２は、充填要素の下側又はこの箇所における供給開口部６に対して間隔を空けて懸装されている。
【００１９】
充填要素１は液体流路８を有するケーシング７を備えており、この液体流路８内には、充填部材１の下側に供給開口部６を形成するために、気体密封要素９が嵌設されている。また、この液体流路８は、その上方において、流量計１１を有する管路１０を介して、充填機あるいは充填システムのタンク１２に接続されている。ここで、タンク１２が充填機におけるすべての充填要素１又は充填位置５に対して共通に設けられている一方、各充填要素１は、流量計１１を有する管路１０を介してタンク１２に接続されている。
【００２０】
また、液体流路８には、自由噴流１４としての充填製品の充填プロセス中に各ボトル２へ制御しつつ充填製品を供給するために、液体用バルブ１３が設けられている。この液体用バルブ１３は基本的に弁体１３．１で構成されており、この弁体１３．１は、液体流路８の内面部によって形成されたバルブシートと相互作用するとともに、液体用バルブ１３を開閉するために、垂直方向に延在する充填機の軸中心線ＦＡ上において上下動するようになっている。このような操作は空圧式操作装置１５によってなされ、この空圧式操作装置１５は、基本的に、ケーシング７の上側に設けられたシリンダ１６と、ピストンロッド１８を有するピストン１７とで構成されている。ここで、ピストンロッド１８は、そのピストン１７とは反対側の下端部において弁体１３．１に結合されている。このピストンロッド１８を包囲するスプリング１９によって、空圧式操作装置１５及び弁体１３．１は、液体用バルブ１３の開弁位置に保持されている。
【００２１】
また、シリンダ１６内におけるピストン１７の上方にはシリンダ室２０が形成されており、このシリンダ室２０は、ピストン１７をスプリング１９に抗して変位させ、弁体１３．１を閉弁位置へ変位させるために、後述のように制御されて、例えば圧縮空気などの空気圧や蒸気状の流体の圧力による力が作用するようになっている。
【００２２】
そして、充填要素１はその下側において供給開口部６を包囲するサブ空間あるいはリング状空間２１を備えて形成されており、このリング状空間２１は、例えば充填要素１及び充填機の定置洗浄（ＣＩＰ）のために、充填要素側の管路２２を介して、充填システムの充填要素１全体に共通かつロータ３に設けられたリング状流路２３に接続されている。
【００２３】
また、シリンダ室２０は、電気的に制御されるコントロールバルブを介して加圧された気体又は蒸気状の流体の圧力源２６に接続されている。ここで、制御用電子部品２７により制御される電気制御ドライバ２５によって、コントロールバルブ２４が制御されるようになっている。
【００２４】
図１に示す充填システムの特徴は、従来の充填システムと異なり、弁体１３．１が操作装置１５によって液体用バルブの全開状態と全閉状態の間を変位可能であるのみならず、シリンダ室２０内の圧力を適切に制御することで各ボトル２へ流入する充填製品の流量を連続的に、又はゼロ値（液体用バルブの全閉状態）と最大値（液体用バルブの全開状態）の間で制御することが可能である、という点にある。これにより、各充填プロセスあるいは流量を制御したり、自由噴流による充填においても、充填速度、すなわち各ボトル２へ供給される単位時間当たりの充填製品量を、図２に示すような充填曲線２８に従って制御することが可能である。
【００２５】
ここで、この充填曲線２８は、ボトルのタイプ、すなわちボトル２の形状及び／又は大きさ、実際の充填状態、充填製品並びにその他の充填パラメータを考慮して、充填速度Ｖの最適な時間変化を表すものである。なお、充填曲線の一部（区間）２８．１〜２８．５は、以下のような充填段階に対応している。
【００２６】
曲線区間２８．１では、連続的にゆっくりと、又は無段階に液体用バルブ１３を開放していき、充填速度Ｖが徐々に上昇しつつ充填されている状態である。
【００２７】
曲線区間２８．２では、液体用バルブ１３の全開状態において、一定又は最大かつ一定の充填速度Ｖで迅速な充填が行われている状態である。
【００２８】
曲線区間２８．３では、液体用バルブ１３を少なくともゆっくりと閉鎖していくことにより、充填速度Ｖが徐々に低下している状態である。
【００２９】
曲線区間２８．４では、低下した充填速度Ｖの下で、一定又はほぼ一定の割合で残りの充填が行われている状態である。
【００３０】
曲線区間２８．５では、液体用バルブ１３をゆっくりと閉鎖していくことにより、充填段階を徐々に終了させる状態である。
【００３１】
ところで、各コントロールバルブ２４及び液体用バルブ１３の制御は、流量計１１及び容器特有の充填曲線２８に依存して、制御用電子部品２７によりなされるようになっている。ここで、充填曲線２８は、この制御用電子部品２７内にメモリされており、所定のタイプのボトル２への充填前に、制御部のデータベースからワーキングメモリへと読み込まれるようになっている。
【００３２】
図３にはボトル２の形状の容器への充填のための図１に類似した充填要素１ａが示されており、容器保持部４に懸装された各ボトル２は、充填中にそのボトル開口部２．１において、供給開口部６の近傍で充填要素１ａに密に接している。この充填システムは、例えば回転式の充填機の構成部材であり、この充填機においては、垂直方向に延在する軸中心線ＦＡ回りに回転駆動されるロータ３に複数の充填要素１ａが設けられている。
【００３３】
充填要素１ａのケーシング７内には供給開口部６を備えた液体流路８が形成されており、この液体流路８は、各充填要素１ａに対して独立しつつ流量計１１を備えた管路１０を介してタンク１２に接続されている。また、このタンク１２は、すべての充填要素１ａに対して共通に、ロータ３に設けられている。
【００３４】
また、ボトル２への充填のために、タンク１２の内部空間が液状の充填製品によって部分的に満たされているため、タンク１２は、充填製品を収容する液体室１２．１と、その上方に位置する、圧力下にある例えばＣＯ2などの不活性ガスで満たされた気体室１２．２とで形成されている。
【００３５】
また、液体流路８には液体用バルブ１３ａが設けられており、この液体用バルブ１３ａは、基本的に弁体１３ａ．１によって形成されている。この弁体１３ａ．１は、液体流路８の内面に形成されたバルブシートと相互に作用するとともに、操作装置１５ａにより、特に液体用バルブ１３ａの全閉位置と全開位置の間で上記軸中心線ＦＡに沿って変位するものとなっている。さらに、弁体１３ａ．１は気体戻し管路２９を備えており、この気体戻し管路２９は、バルブタペットとしての機能も果たすとともに、操作装置１５ａにより、上記軸中心線ＦＡに沿って軸方向に制御されつつ変位するようになっている。
【００３６】
しかして、ケーシング７の内部には、図３において符号３０で示す、コントロールバルブ３１，３２を備えた複数の気体通路が設けられている。そして、これら気体通路を介すことにより、気体戻し管路２９の上端部に設けられたチャンバ３３が制御されつつリング状流路３４，３５に接続されるようになっている。ここで、これらリング状流路３４，３５は、すべての充填要素１ａに対して共通に、ロータ３ａに設けられている。また、リング状流路３４は、タンク１２における気体室１２．２に接続されているとともに、ボトル２への充填時、すなわちボトル２への充填工程の開始時に、気体室１２．２からの不活性ガスを予圧する機能も果たすものとなっている。一方、リング状流路３５は、充填時に充填製品によって押し出される各ボトル２からの不活性ガスを排出するものとなっている。なお、不活性ガスは、気体戻し管路２９と、気体戻しバルブとして機能するコントロールバルブ３２を介してリング状流路３５へ流入するようになっている。
【００３７】
コントロールバルブ（気体戻しバルブ）３２の制御された開閉により、充填速度、すなわち充填時においてボトル２へ流入する単位時間当たりの充填製品量を制御することが可能である。そのために、コントロールバルブ３２は、全開位置と全閉位置を有するのみならず、効果的な開口断面積及びこれに伴う質量流量を考慮して、これら全開位置と全閉位置の間で無段階に調節可能に形成されている。したがって、コントロールバルブ３２の適切な制御により、例えばボトル又は容器に特有の充填曲線２８に応じて充填速度Ｖを制御することが可能である。
【００３８】
また、コントロールバルブ３２はここでも空圧式であり、このコントロールバルブ３２の操作装置のシリンダ室３６は、コントロールバルブ２４ａ．１を介して、例えば圧縮空気などの圧力下にある気体状又は蒸気状の流体を供給する圧力源２６に接続されている。
【００３９】
さらに、充填要素１ａにおいて液体用バルブ１３ａは、該液体用バルブ１３ａの開口断面積の適切な調節又は変更によって、その全開位置と全閉位置の間で質量流量を無段階に制御できるように形成されている。そのため、空圧式操作装置１５ａは、ケーシング７におけるシリンダ室内で軸方向に、すなわち上記軸中心線ＦＡ方向に変位可能なリングピストン３７で構成されている。なお、このリングピストン３７は、気体戻し管路２９上に配置されているとともに、該気体戻し管路２９を包囲するスプリング３８により、気体戻し管路２９と共に、液体用バルブ１３ａの開弁位置へ付勢されている。
【００４０】
また、リングピストン３７はそのスプリング３８とは反対側においてシリンダ室３９を画成しており、このシリンダ室３９には、コントロールバルブ２４ａ．２により制御されつつ圧力源２６からの圧力が作用するようになっている。なお、両コントロールバルブ２４ａ．１，２４ａ．２は、ここでも、流量計１１の測定信号と、例えば制御用電子部品２７のワーキングメモリにメモリされた例えば図２に示すような充填曲線２８のようなボトル又は容器に特有の充填曲線とに依存して、制御用電子部品２７のドライバ２５ａ．１，２５ａ．２により制御されるようになっている。
【００４１】
コントロールバルブ３２と、操作装置１５ａにより制御される液体用バルブ１３ａは例えばここでも閉ループ制御回路の構成部材となっており、この閉ループ制御回路においては、流量計１１からの測定信号が実際値として例えば充填曲線により示される所定の実際値と比較され、適切な制御によりコントロールバルブ３２及び／又は液体用バルブ１３ａの調整の制御がなされるようになっている。このとき、例えば、液体用バルブ１３ａにあっては粗調整若しくは粗制御がなされ、コントロールバルブ３２にあっては精密調整若しくは精密制御がなされるように設定するか、又はその逆に設定することも考えられる。
【００４２】
また、コントロールバルブ３２又は液体用バルブ１３ａを、これらが全開位置又は全閉位置のいずれかの位置を占めるように構成することも基本的に可能である。一方、例えば充填曲線２８に合わせた各充填段階での充填速度の無段階又は連続的な制御は、液体用バルブ１３ａ又はコントロールバルブ３２を制御することによってなされる。
【００４３】
そして、コントロールバルブ３２が全開位置又は全閉位置のみを占めるように形成されている場合には、このコントロールバルブ（気体戻しバルブ）３２は、例えば、全開位置においては充填速度が最大となり、全閉位置においては低い充填速度となるように設定されている。このとき、例えば曲線区間２８．１に対応した緩やかなあるいは中程度の充填速度の上昇及び例えば曲線区間２８．３，２８．５に対応した充填速度の緩やかな低下は、液体用バルブ１２ａの適切な制御によりなされることになる。
【００４４】
図４には充填要素１ｂの一部の詳細が断面で示されており、この充填要素１ｂは、容器又はボトル２への自由噴流による充填を行うための充填システムの構成部材となっている。この充填要素１ｂは、操作装置１５のピストンロッドと液体用バルブ１３ｂの弁体１３．１の間に例えば圧電アクチュエータとして形成された操作要素４１が設けられている点で充填要素１と相違している。この操作要素４１は、無段階に直進運動、すなわち弁体１３．１の上記軸中心線ＦＡに沿う、制御された運動のために、制御用電子部品２７のドライバ４２により制御可能となっている。したがって、操作装置１５によって達成される開弁動作／閉弁動作に加えて、各充填段階中に、例えばボトル２に対して最適な充填曲線２８を考慮しつつ充填速度を制御することが可能である。ここで、操作装置１５は、単に液体用バルブ１３ｂの開閉のためにのみ形成及び／又は制御されている。
【００４５】
図５にはボトル２への充填するための充填システムの構成部材である充填要素１ｃが示されており、この充填要素１ｃは、その機能に関して、操作装置１５ａに対応する操作装置１５ｃが液体用バルブ１３ａに対応する液体用バルブ１３ｃの開閉のためにのみ形成されている一方、充填速度の制御はコントロールバルブ３２に対応するコントロールバルブ（気体戻しバルブ）３２ｃによって行われる点で充填要素１ｂと相違している。ここで、コントロールバルブ３２ｃは、制御用電子部品２７で直接制御される例えば圧電アクチュエータなどの電気的に制御可能なアクチュエータ４３を備えている。このような制御により、コントロールバルブ３２ｃを通過する戻り気体の質量流量及び充填中における充填速度を無段階に制御することが可能である。
【００４６】
上記において、本発明の様々な実施形態を示したが、本発明の範囲を逸脱しない限り、様々な他の変更やバリエーションが考えられる。すべての実施形態において共通なのは、各充填段階において、特に各容器の形状、容器にすでに充填された充填製品の体積及び該容器に充填される充填製品又は充填製品のパラメータに応じた最適な充填曲線に従って充填速度を無段階に制御可能な点である。このような充填速度の無段階の制御は、液体用バルブ１３，１３ａ〜１３ｃ及び／又は少なくとも１つのコントロールバルブ３２，３２ｃの開弁状態又は開口断面積の適切な調節により達成される。
【符号の説明】
【００４７】
１，１ａ〜１ｃ  充填要素
２            ボトル（容器）
２．１        ボトル開口部
２．２        開口フランジ部
３            ロータ
４            容器保持部
５            充填位置
６            供給開口部
７            ケーシング
８            液体流路
９            気体密封要素
１０          管路
１１          流量計
１２          タンク
１２．１      液体室
１２．２      気体室
１３，１３ａ〜１３ｃ  液体用バルブ
１３．１，１３ａ．１  弁体
１４          自由噴流
１５，１５ａ〜１５ｃ  空圧式操作装置
１６          シリンダ
１７          ピストン
１８          ピストンロッド
１９          スプリング
２０          シリンダ室
２１          サブ空間（リング状空間）
２２          管路
２３          リング状流路
２４，２４ａ．１，２４ａ．２  コントロールバルブ
２５，２５ａ．１，２５ａ．２  ドライバ
２６          圧力源
２７          制御用電子部品
２８          充填曲線
２８．１〜２８．５  曲線区間
２９          気体戻し管路
３０          気体通路
３１，３２，３２ｃ    コントロールバルブ
３３          チャンバ
３４，３５    リング状流路
３６          シリンダ室
３７          リングピストン
３８          スプリング
３９          シリンダ室
４１          操作要素
４２          ドライバ
４３          アクチュエータ
ＦＡ          充填要素の軸中心線
ｔ            時間
Ｖ            充填速度
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のボトル又はこのような容器（２）に液状の充填製品を充填するための充填システムにおける充填要素であって、液状の充填製品を前記各容器（２）へ導入するための少なくとも１つの供給開口部を形成し、かつ、当該充填要素（１，１ａ，１ｂ，１ｃ）のケーシング（７）における液状の充填製品のために設けられた液体流路（８）と、液状の充填製品を前記各容器（２）へ制御して供給するための複数のバルブ（１３，１３ａ〜１３ｃ）とを備えて成り、前記バルブ（１３，１３ａ〜１３ｃ）が、充填速度、すなわち充填段階中に前記各容器（２）へ充填される単位時間当たりの充填製品量を無段階に制御するよう構成された前記充填要素において、
無段階の制御のために、電気式若しくは油圧式のリニアアクチュエータ、圧電アクチュエータ又は動作要素の形態の、電気式又は油圧式に制御可能な操作要素（１５，１５ａ，１５ｂ，４１）を前記操作装置に設けたことを特徴とする充填要素。
【請求項２】
前記供給開口部（６）を備えた前記液体流路（８）に少なくとも１つの液体用バルブ（１３，１３ａ，１３ｂ）を設けるとともに、充填速度を制御するために、前記液体用バルブ（１３，１３ａ，１３ｂ）の開口断面積を無段階に変更可能な構成としたことを特徴とする請求項１記載の充填要素。
【請求項３】
当該充填要素（１ａ，１ｃ）の前記ケーシング（７）内に形成され、かつ、充填時に前記容器（２）から充填すべき液状の充填製品を押しのけて出る戻り気体を排出するための、少なくとも１つ気体通路（３０）を設け、充填速度を無段階に制御するために、該気体通路（３０）に配置された気体戻しバルブ（３１，３１ｃ）の開口断面積を変更可能に構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の充填要素。
【請求項４】
前記液体用バルブ（１３，１３ａ，１３ｂ）及び／又は前記気体戻しバルブ（３２，３２ｃ）のための操作装置（１５，１５ａ，１５ｂ；３６，４３）を、前記開口断面積の無段階の制御に加えて、段階的にも調節可能としたことを特徴とする請求項２又は３記載の充填要素。
【請求項５】
前記液体用バルブ（１３ｃ）及び／又は少なくとも１つの前記気体戻しバルブ（３２，３２ｃ）のために、第１の無段階のバルブストロークのための第１の操作要素と、該第１の無段階のバルブストロークに加えて第２の無段階のバルブストロークのための第２の操作要素とを前記操作装置に設けたことを特徴とする請求項４記載の充填要素。
【請求項６】
前記容器（２）への自由噴流による充填用に形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の充填要素。
【請求項７】
前記供給開口部（６）の近傍に容器開口部（２．１）のための構造部を形成し、当該充填要素（２１ａ，１ｃ）に対して密に接した前記容器（２）への充填できるよう形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の充填要素。
【請求項８】
複数のボトル又はこのような容器（２）に液状の充填製品を充填するための充填機であって、例えば当該充填機の垂直方向軸中心線回りに回転駆動されるロータに設けられた複数の充填要素（１，１ａ〜１ｃ）を備えて成る前記充填機において、
前記充填要素（１，１ａ〜１ｃ）を請求項１〜７のいずれかに記載のものとしたことを特徴する充填機。
【請求項９】
実際値及び目標値としての、充填段階中に前記各容器（２）へ供給される充填製品量に応じて充填速度を制御する少なくとも１つの制御用電子部品（２７）を設けたことを特徴とする請求項８記載の充填機。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの制御用電子部品（２７）を、容器特有の、及び／又は充填製品特有の充填曲線（２８）として表された目標値に応じて充填速度を制御するよう形成したことを特徴とする請求項９記載の充填機。
【請求項１１】
少なくとも１つの充填要素（１，１ａ〜１ｃ）を備えた充填システムを用い、かつ、充填段階中に、充填速度、すなわち前記各容器（２）へ充填される単位時間当たりの充填製品量が、開放された複数のバルブ（１３，１３ａ〜１３ｃ；３２，３２ｃ）の開口断面積を無段階に変更することにより制御される、複数のボトル又はこのような容器（２）に液状の充填製品を充填するための充填方法において、
前記バルブ（１３，１３ａ〜１３ｃ；３２，３２ｃ）のの開口断面積の無段階の変更を、電気式若しくは油圧式のリニアアクチュエータ、圧電アクチュエータ又は動作要素の調節により行うことを特徴とする充填方法。
【請求項１２】
充填段階における充填速度を、液体用バルブ（１３，１３ａ，１３ｂ）の開口断面積の無段階の変更により、及び／又は少なくとも１つの気体戻しバルブ（３２，３２ｃ）の開口断面積の無段階の変更により、実際の充填速度及び／又は前記各容器（２）にすでに充填された充填製品量である実際値に応じて制御することを特徴とする請求項１１記載の充填方法。
【請求項１３】
前記充填速度を時間に応じて制御することを特徴とする請求項１２記載の充填方法。
【請求項１４】
前記充填速度を、前記容器特有の充填曲線（２８）に応じて制御することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の充填方法。
【国際調査報告】
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