加圧式液面規制充填方法および装置
【課題】高速充填可能でかつ容器内の充填液面を一定に制御する。
【解決手段】ボトルＢの口部Ｎに充填ノズル３１を挿入して口部Ｎを密閉し、充填ノズル３１を介してボトルＢに連通された給排気通路５１を大気側に開放した状態で、加圧された充填液を、充填ノズル３１を介してボトルＢに連通された給液通路４１から高速充填するに際し、充填区間の後半部で、充填液圧より低圧の給気エアを、給排気通路５１からボトルＢ内に供給し充填速度を減速して低速充填に切り替え、充填液が充填ノズル３１に達し充填ノズル３１から給排気通路５１に流入される充填液が検出されると、充填液の供給を停止する。
【解決手段】ボトルＢの口部Ｎに充填ノズル３１を挿入して口部Ｎを密閉し、充填ノズル３１を介してボトルＢに連通された給排気通路５１を大気側に開放した状態で、加圧された充填液を、充填ノズル３１を介してボトルＢに連通された給液通路４１から高速充填するに際し、充填区間の後半部で、充填液圧より低圧の給気エアを、給排気通路５１からボトルＢ内に供給し充填速度を減速して低速充填に切り替え、充填液が充填ノズル３１に達し充填ノズル３１から給排気通路５１に流入される充填液が検出されると、充填液の供給を停止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に固形物混じりの液体を容器に液面を一定に制御して高速充填するのに適した加圧式液面規制充填方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、清涼飲料水やアルコール飲料などをボトルに充填する方式として、大容量タンクとノズルとのヘッド差圧を利用して、大容量タンクからノズルを介してボトルに充填するグラビティ（定水位）充填方式が多く採用されている。（たとえば特開平５−２６２３８９号公報）
しかしながら、濁り酒や果肉入りジュースなど充填液に固形物が混入されると、グラビティ充填方式では、大容量タンクからボトルまでのヘッド差圧が小さいため、詰まりが生じやすいという問題があった。また充填速度も遅く、高速充填するためには、大容量タンクをより上方に配置してヘッド差圧をさらに大きくする必要があり、装置が大型化するという問題があった。
【０００３】
この対策として、たとえば特許文献１に開示される加圧充填方式を採用することが考えられる。
【特許文献１】特開２００３−３１２７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、充填液の供給量が流量計（フローメータ）により計測されており、たとえばボトルがガラス製である場合、成形に起因してボトルの容量に変動が多く、特に断面が小さい口部では、液面の変動が顕著に表れて、ボトル内の充填液面を一定に制御ができないという問題があった。また泡が発生しやすい充填液では、高速充填を行うと泡が口部の開口面まで達して噴きこぼれが起き、衛生面に問題を生じることがあった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決して、高速充填可能でかつ充填液面を一定に制御可能で、かつ泡の発生を抑制できる加圧式液面規制充填方法および装置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】
【０００６】
請求項１記載の発明は、容器の口部に充填ノズルを挿入して口部を密閉し、充填ノズルの給排気口を介して容器に連通された給排気通路を大気側に開放した状態で、加圧された充填液を、充填ノズルを介して容器に連通された給液通路から高速充填するに際して、充填区間の後半部で、充填液圧より低圧の給気エアを、給排気通路から容器内に供給し充填速度を減速して低速充填に切り替え、充填液が充填ノズルに達した後、給排気口から給排気通路に流入される充填液を検出して充填液の供給を停止するものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、充填ノズルを容器の口部に挿入した後、給排気通路を大気側に開放する前に、給排気通路から加圧空気を容器に供給して給排気通路に残留する充填液を容器に送り出すものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、容器の口部に挿入されて口部を密閉可能なシール部材を有する充填ノズルと、給液装置から充填ノズルの充填口に連通された給液通路と、大気側から充填ノズルの給排気口に連通された給排気通路とを具備し、給排気通路により充填ノズルを介して容器内が大気側に開放された状態で、前記給液装置から加圧された充填液を給液通路を介して充填ノズルの充填口から容器内に高速充填する加圧充填装置であって、充填区間の後半部で、大気側からエア加圧手段に切り替えることにより、充填液圧より低圧の給気エアを容器内に供給して低速充填に切換可能な給排気切換弁を給排気通路に設け、当該給排気切換弁と充填ノズルとの間の給排気通路に、充填ノズルの給排気口から給排気通路に流入された充填液を検出する停止液面検出部を設け、前記停止液面検出部で充填液が検出されると充填弁を閉じる充填制御装置を設けたものである。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の停止液面検出部に、給排気通路に上下方向に配置された検出容器と、検出容器内に昇降自在に配置されたフロートと、当該フロートを検出する液面検出器とを具備し、前記検出容器の下部に、フロートの下降限でエアの流通を許す通気許容部を設けるとともに、前記検出容器の上部に、フロートの上昇限で給排気通路の給排気切換弁側への充填液の流入を防ぐ流入防止部を設けたものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、容器内を大気側に開放し、加圧された充填液を容器に供給することにより、固体混じりの充填液であっても、詰まることなく高速充填することができる。また充填区間の後半部で、給気エアを容器に供給して加圧することにより、充填液圧と容器内圧の差圧を小さくして充填速度を減速させ低速充填に切り替えた状態で、充填ノズルから給排気通路に流入する充填液を検出するので、給排気通路の液面を精度よく検出することができて充填を停止を行うことができ、これにより容器内の液面を、充填ノズルの給排気口の近傍の一定位置に高精度で制御することができる。また低速充填に切り替えることで、液面からの泡立ちを抑制することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、充填前に、給気エアを給排気通路から容器に供給することにより、前回に給排気通路に流入されて残留する充填液を容器に排出することができ、充填液が無駄になることなく順次容器に連続充填することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、容器を給排気通路を介して大気側に開放した状態で、加圧された充填液を給液通路から容器に充填することにより、たとえば固体混じりの充填液であっても、詰まることなく高速で充填することができる。また充填区間の後半部で、エア加圧手段から給気エアを容器に供給することにより、充填液圧と容器内圧の差圧を小さくして充填速度を減速させ、高速充填から低速充填に切り換えることができ、さらにこの低速充填中に、充填液が充填ノズルの給排気口から給排気通路に流入したのを停止液面検出部で検出し、停止液面検出部の検出信号に基づいて充填制御装置により充填弁を閉じ、容器への充填を停止する。これにより、容器内の液面を、充填ノズルの給排気口の近傍の一定位置に高精度で制御することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、検出容器に収容されたフロートを検出することにより給排気通路に流入する充填液を精度よく検出することができ、また通気許容部によりエアの流通を許すことで、給排気通路の機能を阻害することがない。また流入防止部によりフロートの上昇限でさらに充填液が流入するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る加圧式液面規制充填方法および装置および加圧充填装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
図１〜図３に示すように、この加圧式液面規制充填装置は、たとえば濁り酒や果肉入りジュースなどのように固形物が混じりの充填液を容器に高速充填するのに適したもので、かつ容器の充填液面を精度よく一定に制御することができるものである。
【００１５】
すなわち、加圧充填設備に設けられた加圧式液面規制充填装置は、旋回テーブル１２の外周部で一定間隔ごとに、たとえばガラス製容器であるボトルＢを保持して充填する複数の充填ユニット１３と、液分配ヘッダー（ロータリジョイント）１６を介して各充填ユニット１３に充填液を供給する液供給装置１５と、エア分配ヘッダー（ロータリジョイント）１７を介して各充填ユニット１３に給気エアを供給するエア加圧ユニット（エア加圧手段）５０とで構成されている。
【００１６】
これら充填ユニット１３には、給液通路４１と給排気通路５１が連通された充填ノズル３１がそれぞれ設けられている。充填に際しては、旋回テーブル１２の旋回移動とともに、ボトルＢの口部Ｎを充填ノズル３１に嵌合させて口部Ｎをシールし、ボトルＢ内を給排気通路５１を介して大気側に連通した後、加圧された充填液を給液通路４１からボトルＢに高速充填する。そして充填終了時に近づくと、充填液圧より低圧の給気エアを給排気通路５１からボトルＢ内に供給し、充填液圧と容器内圧との差を小さくして充填速度を減速させ、高速充填から低速充填に切り替える。この切換時は、充填区間の後半部で少なくとも液面が充填ノズル３１の給排気口３６ａに達するまでの間で、充填液の粘性や固形物の性状に応じて設定される。そして、給排気通路５１に設けられた停止液面検出部６１により、給排気通路５１に流入した充填液を検出して充填を停止する。
【００１７】
（全体構造）
ベース基台１１の近傍に配設された液供給装置１５は、図３に示すように、ベース基台１１の近傍の床面に設置された小型の給液タンク１８と、エア加圧ユニット５０から給気エアを給液タンク１８に供給して加圧する液加圧エア供給管１９と、給液タンク１８内の充填液を液分配ヘッダー１６に送り込む充填液供給管２１と、給液タンク１８内の充填液に含まれる固形物を均一に分散させる攪拌装置２０とを具備し、攪拌装置２０は、たとえば攪拌モータ２０ａにより攪拌軸２０ｂを介して攪拌翼２０ｃを回転駆動するように構成されている。
【００１８】
ベース基台１１上に、図示しない旋回駆動装置により一定速度で旋回される旋回テーブル１２が配置され、この旋回テーブル１２の外周部に、充填ユニット１３が一定間隔で設置されている。また旋回テーブル１２の回転軸１４上に、液分配ヘッダー１６とエア分配ヘッダー１７とがそれぞれ設けられている。
【００１９】
前記液分配ヘッダー１６は、液供給装置１５の給液タンク１８から充填液供給管２１を構成する給液分配管２３を介して充填液が加圧供給されており、液分配ヘッダー１６から給液通路４１を介して各充填ユニット１３の充填ノズル３１にそれぞれ充填液を供給する。またエア分配ヘッダー１７には、エア加圧ユニット５０から給気エア供給管２４を介して給気エアが供給されており、エア分配ヘッダー１７から給排気通路５１を構成するエア分配管５１Ａを介して各充填ユニット１３の充填ノズル３１に連通され、ボトルＢの大気側の開放またはボトルＢへの給気エアの供給を行う。
【００２０】
（充填ユニット）
各充填ユニット１３は、給液通路４１と給排気通路５１とがそれぞれ形成された充填ノズル３１と、ボトルＢを保持し昇降して充填ノズル３１に接続しボトルＢをシール可能なボトル昇降保持装置２２と、液分配ヘッダー１６と充填ノズル３１とを接続する給液分配管２３に介在されて充填液の供給をオン、オフするピンチバルブ式の充填弁４２と、エア分配ヘッダー１７と充填ノズル３１との間の給排気通路５１に介在された給排気開閉弁５４および給排気切換弁５３とを具備し、給排気開閉弁５４は充填ノズル３１側に配置される給排気通路５１を開閉し、給排気切換弁５３は、エア分配ヘッダー１７側に配置される充填ノズル３１とエア加圧ユニット５０または大気側とボトルＢを連通する。
【００２１】
ボトル昇降保持装置２２は、ボトルＢの底部を支持するボトル受け台２２ａと、ボトルＢの口部Ｎを保持するネック保持アーム２２ｂと、ボトル受け台２２ａおよびネック保持アーム２２ｂを昇降させるシール作動シリンダ２２ｃとを具備している。そして、旋回経路上のボトル搬入部（図示せず）で受け取ったボトルＢをボトル受け台２２ａとネック保持アーム２２ｂとで保持し、シール作動シリンダ２２ｃを収縮しボトル受け台２２ａとネック保持アーム２２ｂを介してボトルＢを上昇させ、口部Ｎを充填ノズル３１のノズル部３５に嵌合して口部Ｎをシールする。また充填後、シール作動シリンダ２２ｃを進展しボトル受け台２２ａとネック保持アーム２２ｂを介してボトルＢを下降し充填ノズル３１を口部Ｎから離脱させ、旋回経路上のボトル排出部（図示せず）で充填ユニット１３からボトルＢを排出する。
【００２２】
（充填ノズル）
各充填ノズル３１は、図１および図２に示すように、旋回テーブル１２に支持部材を介して支持された上部ブロック３２と、上部ブロック３２の下部に取り付けられた下部ブロック３３と、下部ブロック３３の下部に取り付けられた下部ハウジング３４と、この下部ハウジング３４から下方に垂下されたノズル部３５とを具備している。前記ノズル部３５は、給排気通路５１を形成する給排気固定ノズル３６と、この給排気固定ノズル３６内に給液通路４１をあけてスライド自在に外嵌された給液可動ノズル３７からなり、給液可動ノズル３７が下部ブロック３３に形成された給液室３８に連通されている。
【００２３】
給液可動ノズル３７は、上端側から、下部ブロック３３から下方に突設され給排気固定ノズル３６に給排気通路５１をあけて外嵌された支持筒３７ａと、下部ハウジング３４内でこの支持筒３７ａの下部との間に所定範囲で昇降自在に嵌合されたスライド筒３７ｂと、このスライド筒３７ｂに固定されて下方に伸びる外筒部３７ｃとを具備し、給液可動ノズル３７は、下部ハウジング３４内で支持筒３７ａに外嵌されたコイルばね３７ｄによりスライド筒３７ｂを介して下方に付勢されている。また給排気固定ノズル３６は、下部ブロック３３から垂下されて支持筒３７ａおよびスライド筒３７ｂ内に給液通路４１をあけて嵌合され、下端部に充填口３７ｅが形成されている。そして、給排気固定ノズル３６は、その下半分が外周側に位置ずれされて、中間部のスペーサ３６ｃと下端部の摺接部材３６ｄを介してスライド筒３７ｂを摺動自在に支持しており、給排気固定ノズル３６の下端部と摺接部材３６ｄとに給排気口３６ａが穿孔され、さらに給排気固定ノズル３６の下端部に充填口３７ｅを開閉可能な弁体３６ｂが取り付けられている。したがって、給液可動ノズル３７を上昇させることにより、図２に示すように、給液可動ノズル３７の下方に摺接部材３６ｄが露出されて、給排気口３６ａが開放され、同時に充填口３７ｅが開放される。
【００２４】
さらにスライド筒３７ｂの下端外周部に、ボトルＢの口部Ｎを受け止めてシールするシール部材３９が装着されている。したがって、昇降駆動装置２２ｂによりボトルＢを上昇して口部Ｎにノズル部３５を嵌合し、口部Ｎがシール部材３９に当接させ、ボトルＢをさらに上昇させることにより、コイルばね３７ｄに抗して給液可動ノズル３７が昇降ストロークＬだけ押し上げられ、シール部材３９によりボトルＢの口部Ｎがシールされると同時に、充填口３７ｅと給排気口３６ａとがそれぞれ開口される。
【００２５】
前記充填弁４２はピンチバルブ式開閉弁であり、充填ノズル３１の給液室３８から液分配ヘッダー１６に至る給液分配管２３（給液通路４１）には、可撓性の開閉用チューブ４２ａが介在され、この開閉用チューブ４２ａを挟んで両側に、受けブロック４２ｂと閉鎖ブロック４２ｃが対向して配置されている。そして、閉鎖ブロック４２ｃを駆動する開閉シリンダ４２ｄにより、受けブロック４２ｂと閉鎖ブロック４２ｃの間に開閉用チューブ４２ａを挟圧して給液通路４１を閉鎖することができる。もちろん、この充填弁４２はピンチバルブ式開閉弁に限るものではない。
【００２６】
（エア配管）
図４に示すように、エア分配ヘッダー１７にそれぞれ接続されたエア分配管５１Ａは、給排気通路５１を構成する給排気用分配管５１Ｂと、駆動用分配管５１Ｃとに分岐されている。さらに駆動用分配管５１Ｃが充填弁開閉用配管５１Ｃ−１とボトル着脱用配管５１Ｃ−２と給排気弁制御用配管５１Ｃ−３とに分岐されている。
【００２７】
給排気通路５１を構成する給排気用分配管５１Ｂは、エア分配ヘッダー１７側から順に、エア圧を調整する給気圧調整弁（電磁式等のレギュレータ）５２と、エア分配ヘッダー１７側と大気側（サイレンサー側）とを切り替える給排気切換弁５３と、給排気通路５１を開閉する給排気開閉弁５４とが介在されて、停止液面検出部６１に接続されている。
【００２８】
充填弁開閉用配管５１Ｃ−１は、エア分配ヘッダー１７側から順に、エア圧を調整する駆動圧調整弁（電磁式等のレギュレータ）５９と、充填弁４２を操作する充填操作弁５５（５ポート２位置切換弁）が介在され、充填操作弁５５から２本の充填弁開閉用配管５１Ｃ−１がそれぞれ可変絞り弁付逆止弁を介して開閉シリンダ４２ｄの進展室と収縮室に接続されている。
【００２９】
ボトル着脱用配管５１Ｃ−２は、ボトル昇降保持装置２２を操作するボトル昇降操作弁５６が介在され、ボトル昇降操作弁５６に接続された２本のボトル着脱用配管５１Ｃ−２がそれぞれ可変絞り弁付逆止弁を介してシール作動シリンダ２２ｃの進展室と収縮室に接続されている。
【００３０】
給排気弁制御用配管５１Ｃ−３は、開閉用配管５１Ｃ−３ａと切換用配管５１Ｃ−３ｂとに分岐されており、開閉用配管５１Ｃ−３ａが開閉用パイロット弁５７を介して給排気開閉弁５４の操作部に接続されている。また切換用配管５１Ｃ−３ｂが、切換用パイロット弁５８を介して給排気切換弁５３の操作部に接続されている。
【００３１】
そして、これら充填操作弁５５、ボトル昇降操作弁５６、開閉用パイロット弁５７および切換用パイロット弁５８は、それぞれ充填制御部６０からの信号により操作される。
（停止液面検出部）
停止液面検出部６１は、図２（ａ）に示すように、充填ノズル３１と給排気開閉弁５４の間で給排気通路５１を構成する上下方向のエア分配管５１Ａに介在され所定の内径と高さとを有する透明な筒状の検出容器６２と、この検出容器６２内に昇降自在に内装された球形のフロート６３と、検出容器６２の所定位置でフロート６３を介して液面を検出する液面検出器６４とで構成されている。また検出容器６２の下部には、フロート６３が着底しても、エアａの流通を許容する逆流許容リブ（通気許容部）６２ａが設けられ、またフロート６３が検出容器６２の上端に達した時に充填液の逆流を防止する弁座部（流入防止部）６２ｂが設けられている。そして、液面検出器６４の検出信号が充填制御部６０に出力される。
【００３２】
（充填動作）
上記構成の加圧式液面規制充填装置による充填動作を図５および図６を参照して説明する。
【００３３】
充填ユニット１３のボトル昇降保持装置２２にボトルＢが搬入され、旋回テーブル１２の旋回移動される。充填制御装置６０では、タイマーが作動されて予め設定された時間に操作信号が出力される。
【００３４】
１）工程開始時ｔ０になると、充填制御装置６０からの操作信号によりボトル昇降操作弁５６が操作されてエア分配ヘッダー１７から給気エアがシール作動シリンダ２２ｃに供給され、シール作動シリンダ２２ｃが収縮されてボトルＢが上昇される。そしてボトルＢの口部Ｎが充填ノズル３１のノズル部３５に嵌合され、さらにボトルＢの口部Ｎがシール部材３９によりシールされてボトルＢが密閉されるとともに、給排気口３６ａと充填口３７ｅが開口される。
【００３５】
２）充填制御装置６０からの操作信号により切換用パイロット弁５８が操作されて給排気切換弁５３が作動され、給排気通路５１がエア分配ヘッダー１７に接続された後、残液排出開始ｔ１になると、充填制御装置６０からの操作信号により開閉用パイロット弁５７が操作されて給排気開閉弁５４が作動され、給排気通路５１が開放される。これにより、給気エアがエア分配ヘッダー１７から給排気通路５１に供給されて、残留された充填液が充填ノズル３１の給排気口３６ａからボトルＢに排出される［図６（ａ）］。
【００３６】
３）充填制御装置６０からの操作信号により切換用パイロット弁５８が操作されて給排気切換弁５３が作動され給排気通路５１が大気側に連通される。次いで、充填開始時ｔ２になると、充填制御装置６０からの操作信号により充填操作弁５５が操作されて開閉シリンダ４２ｄが作動され、充填弁４２が開放される。これにより加圧された充填液が、液分配ヘッダー１６から給液通路４１に送られ、充填ノズル３１の外筒部３７ｃから充填口３７ｅを介してボトルＢに高速充填される［図６（ｂ）］。
【００３７】
４）充填区間の後半部で、充填切換時ｔ３になると、充填制御装置６０からの操作信号により切換用パイロット弁５８が操作されて給排気切換弁５３が作動され、給排気通路５１がエア分配ヘッダー１７に接続される。すると、給排気通路５１から充填ノズル３１の給排気口３６ａを介してボトルＢに、給気圧調整弁５２で充填液圧より所定圧低く設定された給気エアが供給される。これにより、ボトルＢの内圧が上昇され、充填液圧との差圧が減少されて充填速度が減速され、高速充填から低速充填に切り替えられる［図６（ｃ）］。
【００３８】
５）ボトルＢ内で充填液の液面が上昇して充填ノズル３１の給排気口３６ａに達すると、充填液が給排気口３６ａから給排気固定ノズル３６内の給排気通路５１に流入し、さらに停止液面検出部６１に流入してフロート６３を押し上げる。液面検出器６４によりフロート６３が検出されると、この検出信号に基づいて、充填制御部６０から充填操作弁５５に操作信号が出力されて開閉シリンダ４２ｄを作動させ、充填弁４２を閉鎖して充填を停止する（充填停止時ｔ４）［図６（ｄ）］。なお、この充填停止時ｔ４のみがタイマーで制御されていない。
【００３９】
６）充填制御装置６０からの操作信号により開閉用パイロット弁５７が操作されて給排気開閉弁５４が作動され給排気通路５１が閉鎖される。次いで、切換用パイロット弁５８が操作されて給排気切換弁５３が作動され給排気通路５１が大気側に接続され開放される。これにより、給排気開閉弁５４により給排気通路５１が閉鎖されて、充填液が給排気口３６ａから停止液面検出部６１までの間の給液通路４１内で保持される。
【００４０】
さらに充填制御装置６０からの操作信号によりボトル昇降操作弁５６が操作されてシール作動シリンダ２２ｃが進展され、ボトルＢが下降されてボトルＢの口部Ｎが開放されシール解除され、さらにノズル部３５からボトルＢが離脱される（工程終了：ｔ５）。
【００４１】
図７はボトルＢの内圧の変化を示すグラフで、充填開始時ｔ２から充填切換時ｔ３までの高速充填区間が大気圧となり、また充填切換時ｔ３からシール解除までの低速充填区間が給気エア圧となる。なお、図７では、充填切換時ｔ３、充填停止時ｔ４およびシール解除時の内圧の立ち上がり、立ち下がりの時間経過における増減の勾配を省略している。
【００４２】
これにより、給排気通路５１に流入した充填液が給排気通路５１内に保持された状態で、充填ノズル３１がボトルＢの口部Ｎから離脱されることで、ボトルＢ内の液面が、充填ノズル３１の給排気口３６ａの近傍の一定位置に高精度で制御される。
【００４３】
ところで、上記充填方法において、グラビティ充填と同様に、理論的には、充填液圧と給気エア圧とを同一に設定することにより、一定の液面で停止することができるが、実際には、エア加圧ユニット５０や給液通路４１、給排気通路５１の流路抵抗の変化などの複数の条件の変化により、充填液圧と給気エア圧の微妙な変動があり、液面を一定に制御するのは困難であった。そこで本発明者は、給気エア圧を充填液圧より低くかつ接近させた値として、充填液を給排気通路５１に低速で流入させ、これを検出することで充填を停止させれば、ボトルＢ内の液面を一定に制御することができることに想到し、本発明を完成させたものである。
【００４４】
上記実施の形態によれば、給排気切換弁５３により給排気通路５１を大気側に連通して、給液通路４１から加圧された充填液をボトルＢに供給するので、たとえば固体混じりの充填液であっても、詰まることなく高速充填することができる。また充填区間の後半部で、給排気切換弁５３を操作してエア分配ヘッダー１７の給気エアを給排気通路５１に導入し、充填ノズル３１からボトルＢに供給して加圧することにより、ボトルＢの内圧と充填液圧とを接近させて充填速度を抑制し、高速充填から低速充填に切り替える。充填速度が遅い状態で、充填液を給排気口３６ａから給排気通路５１に流入させることにより、液面を停止液面検出部６１で液面を確実に精度よく検出することができる。そしてこの停止液面検出部６１の検出信号に基づいて、充填制御装置６０により充填弁４２を閉鎖し充填を停止する。さらに給排気開閉弁５４により給排気通路５１を閉じた後、ボトルＢを下降してシールを解除する。これにより、ボトルＢ内の充填液面を、充填ノズル３１の給排気口３６ａの近傍の一定位置に高精度で制御することができる。また充填を停止する前に、低速充填に切り替えることで、泡立ちしやすい充填液であっても、液面からの泡立ちを抑制して口部Ｎからの噴きこぼれを防止することができる。
【００４５】
また充填前に給排気切換弁５３を操作して、給気エアを給排気通路５１からボトルＢに供給することにより、給排気通路５１に残留した充填液をボトルＢに排出させて、充填液が無駄になることなく良好に連続充填を行うことができる。
【００４６】
さらに、停止液面検出部６１では、検出容器６２に収容されたフロート６３を液面検出器６４で検出することにより、給排気通路５１に流入する充填液を精度よく検出することができる。また逆流許容リブ６２ａによりエアの流通を許すので、停止液面検出部６１が給排気通路５１の機能を阻害することがない。さらにフロートの上昇限で、弁座部６２ｂにより充填液がさらに給排気通路５１に流入するのを防止することができる。
【００４７】
なお、停止液面検出部６１を、充填ノズル３１と給排気開閉弁５４の間の給排気通路５１に設けたが、充填ノズル３１内の給排気通路５１に設けてもよく、またフロート６３を使用せず、直接充填液を検出する液面検出器を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る加圧式液面規制充填装置の実施の形態を示し、充填ユニットの充填ノズルの縦断面図である。
【図２】充填ノズルのボトル装着状態の充填ノズルを示し、（ａ）は拡大縦断面図、（ｂ）は停止液面検出部の縦断面図である。
【図３】加圧式液面規制充填装置を具備した充填設備を示す概略側面断面図である。
【図４】充填ユニットのエア配管を示す構成図である。
【図５】充填ユニットのタイミングチャートである。
【図６】充填ノズルの動作を説明する縦断面図で、（ａ）は残留液排出状態、（ｂ）は充填開始状態、（ｃ）は充填切換状態、（ｄ）は充填終了状態を示す。
【図７】充填時のボトル内の圧力の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
Ｂ ボトル
Ｎ 口部
１２ 旋回テーブル
１３ 充填ユニット
１５ 給液装置
１６ 液分配ヘッダー
１７ エア分配ヘッダー
２２ ボトル昇降保持装置
３１ 充填ノズル
３５ ノズル部
３６ａ 給排気口
３６ｂ 弁体
３７ 給液可動ノズル
３７ｅ 充填口
３９ シール部材
４１ 給液通路
４２ 充填弁
５０ エア加圧ユニット
５１ 給排気通路
５２ 給気圧調整弁
５３ 給排気切換弁
５４ 給排気開閉弁
５５ 充填操作弁
５６ ボトル昇降操作弁
５９ 駆動圧調整弁
６０ 充填制御装置
６１ 停止液面検出部
６２ 検出容器
６２ａ 逆流許容リブ（通気許容部）
６２ｂ 弁座部（流入防止部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に固形物混じりの液体を容器に液面を一定に制御して高速充填するのに適した加圧式液面規制充填方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、清涼飲料水やアルコール飲料などをボトルに充填する方式として、大容量タンクとノズルとのヘッド差圧を利用して、大容量タンクからノズルを介してボトルに充填するグラビティ（定水位）充填方式が多く採用されている。（たとえば特開平５−２６２３８９号公報）
しかしながら、濁り酒や果肉入りジュースなど充填液に固形物が混入されると、グラビティ充填方式では、大容量タンクからボトルまでのヘッド差圧が小さいため、詰まりが生じやすいという問題があった。また充填速度も遅く、高速充填するためには、大容量タンクをより上方に配置してヘッド差圧をさらに大きくする必要があり、装置が大型化するという問題があった。
【０００３】
この対策として、たとえば特許文献１に開示される加圧充填方式を採用することが考えられる。
【特許文献１】特開２００３−３１２７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、充填液の供給量が流量計（フローメータ）により計測されており、たとえばボトルがガラス製である場合、成形に起因してボトルの容量に変動が多く、特に断面が小さい口部では、液面の変動が顕著に表れて、ボトル内の充填液面を一定に制御ができないという問題があった。また泡が発生しやすい充填液では、高速充填を行うと泡が口部の開口面まで達して噴きこぼれが起き、衛生面に問題を生じることがあった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決して、高速充填可能でかつ充填液面を一定に制御可能で、かつ泡の発生を抑制できる加圧式液面規制充填方法および装置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】
【０００６】
請求項１記載の発明は、容器の口部に充填ノズルを挿入して口部を密閉し、充填ノズルの給排気口を介して容器に連通された給排気通路を大気側に開放した状態で、加圧された充填液を、充填ノズルを介して容器に連通された給液通路から高速充填するに際して、充填区間の後半部で、充填液圧より低圧の給気エアを、給排気通路から容器内に供給し充填速度を減速して低速充填に切り替え、充填液が充填ノズルに達した後、給排気口から給排気通路に流入される充填液を検出して充填液の供給を停止するものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、充填ノズルを容器の口部に挿入した後、給排気通路を大気側に開放する前に、給排気通路から加圧空気を容器に供給して給排気通路に残留する充填液を容器に送り出すものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、容器の口部に挿入されて口部を密閉可能なシール部材を有する充填ノズルと、給液装置から充填ノズルの充填口に連通された給液通路と、大気側から充填ノズルの給排気口に連通された給排気通路とを具備し、給排気通路により充填ノズルを介して容器内が大気側に開放された状態で、前記給液装置から加圧された充填液を給液通路を介して充填ノズルの充填口から容器内に高速充填する加圧充填装置であって、充填区間の後半部で、大気側からエア加圧手段に切り替えることにより、充填液圧より低圧の給気エアを容器内に供給して低速充填に切換可能な給排気切換弁を給排気通路に設け、当該給排気切換弁と充填ノズルとの間の給排気通路に、充填ノズルの給排気口から給排気通路に流入された充填液を検出する停止液面検出部を設け、前記停止液面検出部で充填液が検出されると充填弁を閉じる充填制御装置を設けたものである。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の停止液面検出部に、給排気通路に上下方向に配置された検出容器と、検出容器内に昇降自在に配置されたフロートと、当該フロートを検出する液面検出器とを具備し、前記検出容器の下部に、フロートの下降限でエアの流通を許す通気許容部を設けるとともに、前記検出容器の上部に、フロートの上昇限で給排気通路の給排気切換弁側への充填液の流入を防ぐ流入防止部を設けたものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、容器内を大気側に開放し、加圧された充填液を容器に供給することにより、固体混じりの充填液であっても、詰まることなく高速充填することができる。また充填区間の後半部で、給気エアを容器に供給して加圧することにより、充填液圧と容器内圧の差圧を小さくして充填速度を減速させ低速充填に切り替えた状態で、充填ノズルから給排気通路に流入する充填液を検出するので、給排気通路の液面を精度よく検出することができて充填を停止を行うことができ、これにより容器内の液面を、充填ノズルの給排気口の近傍の一定位置に高精度で制御することができる。また低速充填に切り替えることで、液面からの泡立ちを抑制することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、充填前に、給気エアを給排気通路から容器に供給することにより、前回に給排気通路に流入されて残留する充填液を容器に排出することができ、充填液が無駄になることなく順次容器に連続充填することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、容器を給排気通路を介して大気側に開放した状態で、加圧された充填液を給液通路から容器に充填することにより、たとえば固体混じりの充填液であっても、詰まることなく高速で充填することができる。また充填区間の後半部で、エア加圧手段から給気エアを容器に供給することにより、充填液圧と容器内圧の差圧を小さくして充填速度を減速させ、高速充填から低速充填に切り換えることができ、さらにこの低速充填中に、充填液が充填ノズルの給排気口から給排気通路に流入したのを停止液面検出部で検出し、停止液面検出部の検出信号に基づいて充填制御装置により充填弁を閉じ、容器への充填を停止する。これにより、容器内の液面を、充填ノズルの給排気口の近傍の一定位置に高精度で制御することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、検出容器に収容されたフロートを検出することにより給排気通路に流入する充填液を精度よく検出することができ、また通気許容部によりエアの流通を許すことで、給排気通路の機能を阻害することがない。また流入防止部によりフロートの上昇限でさらに充填液が流入するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る加圧式液面規制充填方法および装置および加圧充填装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
図１〜図３に示すように、この加圧式液面規制充填装置は、たとえば濁り酒や果肉入りジュースなどのように固形物が混じりの充填液を容器に高速充填するのに適したもので、かつ容器の充填液面を精度よく一定に制御することができるものである。
【００１５】
すなわち、加圧充填設備に設けられた加圧式液面規制充填装置は、旋回テーブル１２の外周部で一定間隔ごとに、たとえばガラス製容器であるボトルＢを保持して充填する複数の充填ユニット１３と、液分配ヘッダー（ロータリジョイント）１６を介して各充填ユニット１３に充填液を供給する液供給装置１５と、エア分配ヘッダー（ロータリジョイント）１７を介して各充填ユニット１３に給気エアを供給するエア加圧ユニット（エア加圧手段）５０とで構成されている。
【００１６】
これら充填ユニット１３には、給液通路４１と給排気通路５１が連通された充填ノズル３１がそれぞれ設けられている。充填に際しては、旋回テーブル１２の旋回移動とともに、ボトルＢの口部Ｎを充填ノズル３１に嵌合させて口部Ｎをシールし、ボトルＢ内を給排気通路５１を介して大気側に連通した後、加圧された充填液を給液通路４１からボトルＢに高速充填する。そして充填終了時に近づくと、充填液圧より低圧の給気エアを給排気通路５１からボトルＢ内に供給し、充填液圧と容器内圧との差を小さくして充填速度を減速させ、高速充填から低速充填に切り替える。この切換時は、充填区間の後半部で少なくとも液面が充填ノズル３１の給排気口３６ａに達するまでの間で、充填液の粘性や固形物の性状に応じて設定される。そして、給排気通路５１に設けられた停止液面検出部６１により、給排気通路５１に流入した充填液を検出して充填を停止する。
【００１７】
（全体構造）
ベース基台１１の近傍に配設された液供給装置１５は、図３に示すように、ベース基台１１の近傍の床面に設置された小型の給液タンク１８と、エア加圧ユニット５０から給気エアを給液タンク１８に供給して加圧する液加圧エア供給管１９と、給液タンク１８内の充填液を液分配ヘッダー１６に送り込む充填液供給管２１と、給液タンク１８内の充填液に含まれる固形物を均一に分散させる攪拌装置２０とを具備し、攪拌装置２０は、たとえば攪拌モータ２０ａにより攪拌軸２０ｂを介して攪拌翼２０ｃを回転駆動するように構成されている。
【００１８】
ベース基台１１上に、図示しない旋回駆動装置により一定速度で旋回される旋回テーブル１２が配置され、この旋回テーブル１２の外周部に、充填ユニット１３が一定間隔で設置されている。また旋回テーブル１２の回転軸１４上に、液分配ヘッダー１６とエア分配ヘッダー１７とがそれぞれ設けられている。
【００１９】
前記液分配ヘッダー１６は、液供給装置１５の給液タンク１８から充填液供給管２１を構成する給液分配管２３を介して充填液が加圧供給されており、液分配ヘッダー１６から給液通路４１を介して各充填ユニット１３の充填ノズル３１にそれぞれ充填液を供給する。またエア分配ヘッダー１７には、エア加圧ユニット５０から給気エア供給管２４を介して給気エアが供給されており、エア分配ヘッダー１７から給排気通路５１を構成するエア分配管５１Ａを介して各充填ユニット１３の充填ノズル３１に連通され、ボトルＢの大気側の開放またはボトルＢへの給気エアの供給を行う。
【００２０】
（充填ユニット）
各充填ユニット１３は、給液通路４１と給排気通路５１とがそれぞれ形成された充填ノズル３１と、ボトルＢを保持し昇降して充填ノズル３１に接続しボトルＢをシール可能なボトル昇降保持装置２２と、液分配ヘッダー１６と充填ノズル３１とを接続する給液分配管２３に介在されて充填液の供給をオン、オフするピンチバルブ式の充填弁４２と、エア分配ヘッダー１７と充填ノズル３１との間の給排気通路５１に介在された給排気開閉弁５４および給排気切換弁５３とを具備し、給排気開閉弁５４は充填ノズル３１側に配置される給排気通路５１を開閉し、給排気切換弁５３は、エア分配ヘッダー１７側に配置される充填ノズル３１とエア加圧ユニット５０または大気側とボトルＢを連通する。
【００２１】
ボトル昇降保持装置２２は、ボトルＢの底部を支持するボトル受け台２２ａと、ボトルＢの口部Ｎを保持するネック保持アーム２２ｂと、ボトル受け台２２ａおよびネック保持アーム２２ｂを昇降させるシール作動シリンダ２２ｃとを具備している。そして、旋回経路上のボトル搬入部（図示せず）で受け取ったボトルＢをボトル受け台２２ａとネック保持アーム２２ｂとで保持し、シール作動シリンダ２２ｃを収縮しボトル受け台２２ａとネック保持アーム２２ｂを介してボトルＢを上昇させ、口部Ｎを充填ノズル３１のノズル部３５に嵌合して口部Ｎをシールする。また充填後、シール作動シリンダ２２ｃを進展しボトル受け台２２ａとネック保持アーム２２ｂを介してボトルＢを下降し充填ノズル３１を口部Ｎから離脱させ、旋回経路上のボトル排出部（図示せず）で充填ユニット１３からボトルＢを排出する。
【００２２】
（充填ノズル）
各充填ノズル３１は、図１および図２に示すように、旋回テーブル１２に支持部材を介して支持された上部ブロック３２と、上部ブロック３２の下部に取り付けられた下部ブロック３３と、下部ブロック３３の下部に取り付けられた下部ハウジング３４と、この下部ハウジング３４から下方に垂下されたノズル部３５とを具備している。前記ノズル部３５は、給排気通路５１を形成する給排気固定ノズル３６と、この給排気固定ノズル３６内に給液通路４１をあけてスライド自在に外嵌された給液可動ノズル３７からなり、給液可動ノズル３７が下部ブロック３３に形成された給液室３８に連通されている。
【００２３】
給液可動ノズル３７は、上端側から、下部ブロック３３から下方に突設され給排気固定ノズル３６に給排気通路５１をあけて外嵌された支持筒３７ａと、下部ハウジング３４内でこの支持筒３７ａの下部との間に所定範囲で昇降自在に嵌合されたスライド筒３７ｂと、このスライド筒３７ｂに固定されて下方に伸びる外筒部３７ｃとを具備し、給液可動ノズル３７は、下部ハウジング３４内で支持筒３７ａに外嵌されたコイルばね３７ｄによりスライド筒３７ｂを介して下方に付勢されている。また給排気固定ノズル３６は、下部ブロック３３から垂下されて支持筒３７ａおよびスライド筒３７ｂ内に給液通路４１をあけて嵌合され、下端部に充填口３７ｅが形成されている。そして、給排気固定ノズル３６は、その下半分が外周側に位置ずれされて、中間部のスペーサ３６ｃと下端部の摺接部材３６ｄを介してスライド筒３７ｂを摺動自在に支持しており、給排気固定ノズル３６の下端部と摺接部材３６ｄとに給排気口３６ａが穿孔され、さらに給排気固定ノズル３６の下端部に充填口３７ｅを開閉可能な弁体３６ｂが取り付けられている。したがって、給液可動ノズル３７を上昇させることにより、図２に示すように、給液可動ノズル３７の下方に摺接部材３６ｄが露出されて、給排気口３６ａが開放され、同時に充填口３７ｅが開放される。
【００２４】
さらにスライド筒３７ｂの下端外周部に、ボトルＢの口部Ｎを受け止めてシールするシール部材３９が装着されている。したがって、昇降駆動装置２２ｂによりボトルＢを上昇して口部Ｎにノズル部３５を嵌合し、口部Ｎがシール部材３９に当接させ、ボトルＢをさらに上昇させることにより、コイルばね３７ｄに抗して給液可動ノズル３７が昇降ストロークＬだけ押し上げられ、シール部材３９によりボトルＢの口部Ｎがシールされると同時に、充填口３７ｅと給排気口３６ａとがそれぞれ開口される。
【００２５】
前記充填弁４２はピンチバルブ式開閉弁であり、充填ノズル３１の給液室３８から液分配ヘッダー１６に至る給液分配管２３（給液通路４１）には、可撓性の開閉用チューブ４２ａが介在され、この開閉用チューブ４２ａを挟んで両側に、受けブロック４２ｂと閉鎖ブロック４２ｃが対向して配置されている。そして、閉鎖ブロック４２ｃを駆動する開閉シリンダ４２ｄにより、受けブロック４２ｂと閉鎖ブロック４２ｃの間に開閉用チューブ４２ａを挟圧して給液通路４１を閉鎖することができる。もちろん、この充填弁４２はピンチバルブ式開閉弁に限るものではない。
【００２６】
（エア配管）
図４に示すように、エア分配ヘッダー１７にそれぞれ接続されたエア分配管５１Ａは、給排気通路５１を構成する給排気用分配管５１Ｂと、駆動用分配管５１Ｃとに分岐されている。さらに駆動用分配管５１Ｃが充填弁開閉用配管５１Ｃ−１とボトル着脱用配管５１Ｃ−２と給排気弁制御用配管５１Ｃ−３とに分岐されている。
【００２７】
給排気通路５１を構成する給排気用分配管５１Ｂは、エア分配ヘッダー１７側から順に、エア圧を調整する給気圧調整弁（電磁式等のレギュレータ）５２と、エア分配ヘッダー１７側と大気側（サイレンサー側）とを切り替える給排気切換弁５３と、給排気通路５１を開閉する給排気開閉弁５４とが介在されて、停止液面検出部６１に接続されている。
【００２８】
充填弁開閉用配管５１Ｃ−１は、エア分配ヘッダー１７側から順に、エア圧を調整する駆動圧調整弁（電磁式等のレギュレータ）５９と、充填弁４２を操作する充填操作弁５５（５ポート２位置切換弁）が介在され、充填操作弁５５から２本の充填弁開閉用配管５１Ｃ−１がそれぞれ可変絞り弁付逆止弁を介して開閉シリンダ４２ｄの進展室と収縮室に接続されている。
【００２９】
ボトル着脱用配管５１Ｃ−２は、ボトル昇降保持装置２２を操作するボトル昇降操作弁５６が介在され、ボトル昇降操作弁５６に接続された２本のボトル着脱用配管５１Ｃ−２がそれぞれ可変絞り弁付逆止弁を介してシール作動シリンダ２２ｃの進展室と収縮室に接続されている。
【００３０】
給排気弁制御用配管５１Ｃ−３は、開閉用配管５１Ｃ−３ａと切換用配管５１Ｃ−３ｂとに分岐されており、開閉用配管５１Ｃ−３ａが開閉用パイロット弁５７を介して給排気開閉弁５４の操作部に接続されている。また切換用配管５１Ｃ−３ｂが、切換用パイロット弁５８を介して給排気切換弁５３の操作部に接続されている。
【００３１】
そして、これら充填操作弁５５、ボトル昇降操作弁５６、開閉用パイロット弁５７および切換用パイロット弁５８は、それぞれ充填制御部６０からの信号により操作される。
（停止液面検出部）
停止液面検出部６１は、図２（ａ）に示すように、充填ノズル３１と給排気開閉弁５４の間で給排気通路５１を構成する上下方向のエア分配管５１Ａに介在され所定の内径と高さとを有する透明な筒状の検出容器６２と、この検出容器６２内に昇降自在に内装された球形のフロート６３と、検出容器６２の所定位置でフロート６３を介して液面を検出する液面検出器６４とで構成されている。また検出容器６２の下部には、フロート６３が着底しても、エアａの流通を許容する逆流許容リブ（通気許容部）６２ａが設けられ、またフロート６３が検出容器６２の上端に達した時に充填液の逆流を防止する弁座部（流入防止部）６２ｂが設けられている。そして、液面検出器６４の検出信号が充填制御部６０に出力される。
【００３２】
（充填動作）
上記構成の加圧式液面規制充填装置による充填動作を図５および図６を参照して説明する。
【００３３】
充填ユニット１３のボトル昇降保持装置２２にボトルＢが搬入され、旋回テーブル１２の旋回移動される。充填制御装置６０では、タイマーが作動されて予め設定された時間に操作信号が出力される。
【００３４】
１）工程開始時ｔ０になると、充填制御装置６０からの操作信号によりボトル昇降操作弁５６が操作されてエア分配ヘッダー１７から給気エアがシール作動シリンダ２２ｃに供給され、シール作動シリンダ２２ｃが収縮されてボトルＢが上昇される。そしてボトルＢの口部Ｎが充填ノズル３１のノズル部３５に嵌合され、さらにボトルＢの口部Ｎがシール部材３９によりシールされてボトルＢが密閉されるとともに、給排気口３６ａと充填口３７ｅが開口される。
【００３５】
２）充填制御装置６０からの操作信号により切換用パイロット弁５８が操作されて給排気切換弁５３が作動され、給排気通路５１がエア分配ヘッダー１７に接続された後、残液排出開始ｔ１になると、充填制御装置６０からの操作信号により開閉用パイロット弁５７が操作されて給排気開閉弁５４が作動され、給排気通路５１が開放される。これにより、給気エアがエア分配ヘッダー１７から給排気通路５１に供給されて、残留された充填液が充填ノズル３１の給排気口３６ａからボトルＢに排出される［図６（ａ）］。
【００３６】
３）充填制御装置６０からの操作信号により切換用パイロット弁５８が操作されて給排気切換弁５３が作動され給排気通路５１が大気側に連通される。次いで、充填開始時ｔ２になると、充填制御装置６０からの操作信号により充填操作弁５５が操作されて開閉シリンダ４２ｄが作動され、充填弁４２が開放される。これにより加圧された充填液が、液分配ヘッダー１６から給液通路４１に送られ、充填ノズル３１の外筒部３７ｃから充填口３７ｅを介してボトルＢに高速充填される［図６（ｂ）］。
【００３７】
４）充填区間の後半部で、充填切換時ｔ３になると、充填制御装置６０からの操作信号により切換用パイロット弁５８が操作されて給排気切換弁５３が作動され、給排気通路５１がエア分配ヘッダー１７に接続される。すると、給排気通路５１から充填ノズル３１の給排気口３６ａを介してボトルＢに、給気圧調整弁５２で充填液圧より所定圧低く設定された給気エアが供給される。これにより、ボトルＢの内圧が上昇され、充填液圧との差圧が減少されて充填速度が減速され、高速充填から低速充填に切り替えられる［図６（ｃ）］。
【００３８】
５）ボトルＢ内で充填液の液面が上昇して充填ノズル３１の給排気口３６ａに達すると、充填液が給排気口３６ａから給排気固定ノズル３６内の給排気通路５１に流入し、さらに停止液面検出部６１に流入してフロート６３を押し上げる。液面検出器６４によりフロート６３が検出されると、この検出信号に基づいて、充填制御部６０から充填操作弁５５に操作信号が出力されて開閉シリンダ４２ｄを作動させ、充填弁４２を閉鎖して充填を停止する（充填停止時ｔ４）［図６（ｄ）］。なお、この充填停止時ｔ４のみがタイマーで制御されていない。
【００３９】
６）充填制御装置６０からの操作信号により開閉用パイロット弁５７が操作されて給排気開閉弁５４が作動され給排気通路５１が閉鎖される。次いで、切換用パイロット弁５８が操作されて給排気切換弁５３が作動され給排気通路５１が大気側に接続され開放される。これにより、給排気開閉弁５４により給排気通路５１が閉鎖されて、充填液が給排気口３６ａから停止液面検出部６１までの間の給液通路４１内で保持される。
【００４０】
さらに充填制御装置６０からの操作信号によりボトル昇降操作弁５６が操作されてシール作動シリンダ２２ｃが進展され、ボトルＢが下降されてボトルＢの口部Ｎが開放されシール解除され、さらにノズル部３５からボトルＢが離脱される（工程終了：ｔ５）。
【００４１】
図７はボトルＢの内圧の変化を示すグラフで、充填開始時ｔ２から充填切換時ｔ３までの高速充填区間が大気圧となり、また充填切換時ｔ３からシール解除までの低速充填区間が給気エア圧となる。なお、図７では、充填切換時ｔ３、充填停止時ｔ４およびシール解除時の内圧の立ち上がり、立ち下がりの時間経過における増減の勾配を省略している。
【００４２】
これにより、給排気通路５１に流入した充填液が給排気通路５１内に保持された状態で、充填ノズル３１がボトルＢの口部Ｎから離脱されることで、ボトルＢ内の液面が、充填ノズル３１の給排気口３６ａの近傍の一定位置に高精度で制御される。
【００４３】
ところで、上記充填方法において、グラビティ充填と同様に、理論的には、充填液圧と給気エア圧とを同一に設定することにより、一定の液面で停止することができるが、実際には、エア加圧ユニット５０や給液通路４１、給排気通路５１の流路抵抗の変化などの複数の条件の変化により、充填液圧と給気エア圧の微妙な変動があり、液面を一定に制御するのは困難であった。そこで本発明者は、給気エア圧を充填液圧より低くかつ接近させた値として、充填液を給排気通路５１に低速で流入させ、これを検出することで充填を停止させれば、ボトルＢ内の液面を一定に制御することができることに想到し、本発明を完成させたものである。
【００４４】
上記実施の形態によれば、給排気切換弁５３により給排気通路５１を大気側に連通して、給液通路４１から加圧された充填液をボトルＢに供給するので、たとえば固体混じりの充填液であっても、詰まることなく高速充填することができる。また充填区間の後半部で、給排気切換弁５３を操作してエア分配ヘッダー１７の給気エアを給排気通路５１に導入し、充填ノズル３１からボトルＢに供給して加圧することにより、ボトルＢの内圧と充填液圧とを接近させて充填速度を抑制し、高速充填から低速充填に切り替える。充填速度が遅い状態で、充填液を給排気口３６ａから給排気通路５１に流入させることにより、液面を停止液面検出部６１で液面を確実に精度よく検出することができる。そしてこの停止液面検出部６１の検出信号に基づいて、充填制御装置６０により充填弁４２を閉鎖し充填を停止する。さらに給排気開閉弁５４により給排気通路５１を閉じた後、ボトルＢを下降してシールを解除する。これにより、ボトルＢ内の充填液面を、充填ノズル３１の給排気口３６ａの近傍の一定位置に高精度で制御することができる。また充填を停止する前に、低速充填に切り替えることで、泡立ちしやすい充填液であっても、液面からの泡立ちを抑制して口部Ｎからの噴きこぼれを防止することができる。
【００４５】
また充填前に給排気切換弁５３を操作して、給気エアを給排気通路５１からボトルＢに供給することにより、給排気通路５１に残留した充填液をボトルＢに排出させて、充填液が無駄になることなく良好に連続充填を行うことができる。
【００４６】
さらに、停止液面検出部６１では、検出容器６２に収容されたフロート６３を液面検出器６４で検出することにより、給排気通路５１に流入する充填液を精度よく検出することができる。また逆流許容リブ６２ａによりエアの流通を許すので、停止液面検出部６１が給排気通路５１の機能を阻害することがない。さらにフロートの上昇限で、弁座部６２ｂにより充填液がさらに給排気通路５１に流入するのを防止することができる。
【００４７】
なお、停止液面検出部６１を、充填ノズル３１と給排気開閉弁５４の間の給排気通路５１に設けたが、充填ノズル３１内の給排気通路５１に設けてもよく、またフロート６３を使用せず、直接充填液を検出する液面検出器を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る加圧式液面規制充填装置の実施の形態を示し、充填ユニットの充填ノズルの縦断面図である。
【図２】充填ノズルのボトル装着状態の充填ノズルを示し、（ａ）は拡大縦断面図、（ｂ）は停止液面検出部の縦断面図である。
【図３】加圧式液面規制充填装置を具備した充填設備を示す概略側面断面図である。
【図４】充填ユニットのエア配管を示す構成図である。
【図５】充填ユニットのタイミングチャートである。
【図６】充填ノズルの動作を説明する縦断面図で、（ａ）は残留液排出状態、（ｂ）は充填開始状態、（ｃ）は充填切換状態、（ｄ）は充填終了状態を示す。
【図７】充填時のボトル内の圧力の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
Ｂ ボトル
Ｎ 口部
１２ 旋回テーブル
１３ 充填ユニット
１５ 給液装置
１６ 液分配ヘッダー
１７ エア分配ヘッダー
２２ ボトル昇降保持装置
３１ 充填ノズル
３５ ノズル部
３６ａ 給排気口
３６ｂ 弁体
３７ 給液可動ノズル
３７ｅ 充填口
３９ シール部材
４１ 給液通路
４２ 充填弁
５０ エア加圧ユニット
５１ 給排気通路
５２ 給気圧調整弁
５３ 給排気切換弁
５４ 給排気開閉弁
５５ 充填操作弁
５６ ボトル昇降操作弁
５９ 駆動圧調整弁
６０ 充填制御装置
６１ 停止液面検出部
６２ 検出容器
６２ａ 逆流許容リブ（通気許容部）
６２ｂ 弁座部（流入防止部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器の口部に充填ノズルを挿入して口部を密閉し、充填ノズルの給排気口を介して容器に連通された給排気通路を大気側に開放した状態で、加圧された充填液を、充填ノズルを介して容器に連通された給液通路から高速充填するに際して、
充填区間の後半部で、充填液圧より低圧の給気エアを、給排気通路から容器内に供給し充填速度を減速して低速充填に切り替え、
充填液が充填ノズルに達した後、給排気口から給排気通路に流入される充填液を検出して充填液の供給を停止する
ことを特徴とする加圧式液面規制充填方法。
【請求項２】
充填ノズルを容器の口部に挿入した後、給排気通路を大気側に開放する前に、給排気通路から加圧空気を容器に供給して給排気通路に残存する充填液を容器に送り出す
ことを特徴とする請求項１記載の加圧式液面規制充填方法。
【請求項３】
容器の口部に挿入されて口部を密閉可能なシール部材を有する充填ノズルと、給液装置から充填ノズルの充填口に連通された給液通路と、大気側から充填ノズルの給排気口に連通された給排気通路とを具備し、給排気通路により充填ノズルを介して容器内が大気側に開放された状態で、前記給液装置から加圧された充填液を給液通路を介して充填ノズルの充填口から容器内に高速充填する加圧式液面規制充填装置であって、
充填区間の後半部で、大気側からエア加圧手段に切り替えることにより、充填液圧より低圧の給気エアを容器内に供給して低速充填に切換可能な給排気切換弁を給排気通路に設け、
当該給排気切換弁と充填ノズルとの間の給排気通路に、充填ノズルの給排気口から給排気通路に流入された充填液を検出する停止液面検出部を設け、
前記停止液面検出部で充填液が検出されると充填弁を閉じる充填制御装置を設けた
ことを特徴とする加圧式液面規制充填装置。
【請求項４】
停止液面検出部は、給排気通路に上下方向に配置された検出容器と、検出容器内に昇降自在に配置されたフロートと、当該フロートを検出する液面検出器とを具備し、
前記検出容器の下部に、フロートの下降限でエアの流通を許す通気許容部を設けるとともに、前記検出容器の上部に、フロートの上昇限で給排気通路の給排気切換弁側への充填液の流入を防ぐ流入防止部を設けた
ことを特徴とする請求項３記載の加圧式液面規制充填装置。
【請求項１】
容器の口部に充填ノズルを挿入して口部を密閉し、充填ノズルの給排気口を介して容器に連通された給排気通路を大気側に開放した状態で、加圧された充填液を、充填ノズルを介して容器に連通された給液通路から高速充填するに際して、
充填区間の後半部で、充填液圧より低圧の給気エアを、給排気通路から容器内に供給し充填速度を減速して低速充填に切り替え、
充填液が充填ノズルに達した後、給排気口から給排気通路に流入される充填液を検出して充填液の供給を停止する
ことを特徴とする加圧式液面規制充填方法。
【請求項２】
充填ノズルを容器の口部に挿入した後、給排気通路を大気側に開放する前に、給排気通路から加圧空気を容器に供給して給排気通路に残存する充填液を容器に送り出す
ことを特徴とする請求項１記載の加圧式液面規制充填方法。
【請求項３】
容器の口部に挿入されて口部を密閉可能なシール部材を有する充填ノズルと、給液装置から充填ノズルの充填口に連通された給液通路と、大気側から充填ノズルの給排気口に連通された給排気通路とを具備し、給排気通路により充填ノズルを介して容器内が大気側に開放された状態で、前記給液装置から加圧された充填液を給液通路を介して充填ノズルの充填口から容器内に高速充填する加圧式液面規制充填装置であって、
充填区間の後半部で、大気側からエア加圧手段に切り替えることにより、充填液圧より低圧の給気エアを容器内に供給して低速充填に切換可能な給排気切換弁を給排気通路に設け、
当該給排気切換弁と充填ノズルとの間の給排気通路に、充填ノズルの給排気口から給排気通路に流入された充填液を検出する停止液面検出部を設け、
前記停止液面検出部で充填液が検出されると充填弁を閉じる充填制御装置を設けた
ことを特徴とする加圧式液面規制充填装置。
【請求項４】
停止液面検出部は、給排気通路に上下方向に配置された検出容器と、検出容器内に昇降自在に配置されたフロートと、当該フロートを検出する液面検出器とを具備し、
前記検出容器の下部に、フロートの下降限でエアの流通を許す通気許容部を設けるとともに、前記検出容器の上部に、フロートの上昇限で給排気通路の給排気切換弁側への充填液の流入を防ぐ流入防止部を設けた
ことを特徴とする請求項３記載の加圧式液面規制充填装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１４３６１８（Ｐ２００９−１４３６１８Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２５３３７（Ｐ２００７−３２５３３７）
【出願日】平成１９年１２月１８日（２００７．１２．１８）
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１８日（２００７．１２．１８）
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]