液体充填装置、バルブロッド
【課題】容器に充填する液体の流れに乱れが発生するのを抑えて容器内における泡立ちを防ぐとともに、より高い精度で流量制御を高速に行うことのできる液体充填装置等を低コストで提供することを目的とする。
【解決手段】外周面に上下方向に伸びる凹部１０７を有したロッド１０４を流路１０２内で上下動させることで、凹部１０７と絞り部１０９との間に形成される空隙Ｘの断面積を変化させ、液体の流量を制御する。液体供給管１２０から流れ込んだ液体を、流路１０２内においてその中心に位置するロッド１０４の周りを旋回しながら流下、つまり螺旋状に流下させることで、ロッド１０４の裏側へも液体の流れを生じさせる。これにより、液体として洗浄液を用いたときに、流路１０２の上部における洗浄性を高め、メンテナンス性の向上、品質管理の容易化、安定化を図る。
【解決手段】外周面に上下方向に伸びる凹部１０７を有したロッド１０４を流路１０２内で上下動させることで、凹部１０７と絞り部１０９との間に形成される空隙Ｘの断面積を変化させ、液体の流量を制御する。液体供給管１２０から流れ込んだ液体を、流路１０２内においてその中心に位置するロッド１０４の周りを旋回しながら流下、つまり螺旋状に流下させることで、ロッド１０４の裏側へも液体の流れを生じさせる。これにより、液体として洗浄液を用いたときに、流路１０２の上部における洗浄性を高め、メンテナンス性の向上、品質管理の容易化、安定化を図る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料等の液体を容器に充填する液体充填装置、バルブロッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料水などの液体をＰＥＴボトルやガラス瓶、ボトル缶等の容器に充填する装置として、回転式の液体充填装置が用いられている。この回転式の液体充填装置は、回転する円形のホイールの外周部に複数の充填バルブを備えており、ホイールがほぼ１回転して容器が周方向に搬送される間に、充填バルブから容器内への液体の充填を行う。そして、容器への充填が完了した後、キャッパ（打栓機）により容器へのキャップの装着が行われる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ここで従来の液体充填装置の一例を、図８を参照しつつ説明する。
図８に示す液体充填装置１では、旋回テーブル２が旋回軸心Ｃを中心として水平面内で回転する。この旋回テーブル２の外周縁には、周方向に沿って等間隔に、複数の充填バルブ１０と複数のホルダ２０とが対になって配置されている。
【０００４】
旋回テーブル２の上方位置には、貯液タンク３０が配置されている。この貯液タンク３０は、旋回テーブル２と一体となって同期回転する。
この貯液タンク３０と各充填バルブ１０は、液体供給管４０により接続されている。
【０００５】
充填バルブ１０の本体ブロック１１の中心部分には上下方向に延びる流路１２が形成されており、この流路１２内には、下端部に液弁１３を有したロッド１４が配置されている。流路１２の下部に弁座１２ａが形成されており、液弁１３が下方移動して弁座１２ａに当接すると閉弁となり液体３１の流通を遮断し、液弁１３が上方移動して弁座１２ａから離れることにより開弁となり液体３１を流通させる。
ロッド１４は、エアシリンダ５０により上下方向に駆動され、これにより液弁１３が上下方向（垂直方向）に移動し開弁・閉弁動作が行われる。
【０００６】
本体ブロック１１の下端には充填ノズル１５が配置され、流路１２から液弁１３を経て流下した液体３１を容器３内に注ぐ。
【０００７】
ホルダ２０は旋回テーブル２に固定されており、容器３を充填バルブ１０の充填ノズル１５の下方位置に保持する。
【０００８】
貯液タンク３０の内部には、容器３に充填すべき飲料等の液体３１が貯留されている。また貯液タンク３０の内部のうち、貯留している液体３１の上側の空間には、充填する液体３１の種類に応じた気体が貯えられている。
【０００９】
液体供給管４０は、その上端が貯液タンク３０に連通しており、その下端が充填バルブ１０の流路１２に連通して、貯液タンク３０と充填バルブ１０とを接続している。この液体供給管４０には、電磁流量計４１が介装されている。
【００１０】
このような液体充填装置１では、エアシリンダ５０により液弁１３を上方に移動させて開弁状態になると、貯液タンク３０内の液体３１が、液体供給管４０及び充填バルブ１０の流路１２を通り、充填ノズル１５を介して、ホルダ２０で保持された容器３内に充填される。このとき電磁流量計４１にて充填流量を計測し、計測した充填流量が予め決めた規定量になったら、エアシリンダ５０により液弁１３を下方移動させて閉弁状態にする。
【００１１】
ところで、容器３に液体３１を充填する際には、充填ノズル１５から液体３１が容器３の底面に向かって自然落下していく。液体３１が自然落下して容器３の底面に衝突すると、液体３１が周囲の気体を巻き込んで泡立ってしまう。泡立ちが発生すると、液体３１を容器３に充填するのに時間がかかり、生産効率が低下するという問題が発生する。
そこで、充填の初期期間では容器３に充填する流量を抑え、その後の期間で流量を増加させるようにすることが行われている。このような流量制御をするためには、充填初期では液弁１３の開度を小さくし、その後の期間で液弁１３の開度を大きくすればよい。泡立ちが生じやすい初期期間では、より少ない流量で充填をし、その後に、流量を増加させて液体を充填することにより、泡立ちを防止して充填時間の短縮を図るのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−１６８７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述したような従来の液体充填装置、充填バルブにおいては、以下に示すような問題が存在する。
図９に示すように、流路１２の上端部には、流路１２の内外を隔てるため、ダイヤフラム５１が設けられている。ダイヤフラム５１は、中央部に液弁１３のロッド１４が挿通される開口を有したドーナツ状で、外周部が本体ブロック１１とエアシリンダ５０の保持ブロック５２との間に挟み込まれて保持され、内周部がエアシリンダ５０のシリンダロッド５３とロッド１４との接続部分に挟み込まれて保持されている。
また、充填バルブ１０において、液体供給管４０は、流路１２の上部に連通している。
【００１４】
このような液体充填装置１においては、液体３１の流れる部分、すなわち、液体供給管４０や流路１２、液弁１３、充填ノズル１５の内部を、カセイソーダ液や水酸化ナトリウム液を液体３１として流すことで洗浄することが行われている。
しかし、上記したような従来の構成においては、特に流路１２内の上部の洗浄が十分に行えない可能性があった。すなわち、液体供給管４０から液体３１が流路１２内に流れ込むと、この液体３１は、液体供給管４０が接続されている側からロッド１４を挟んで対向する裏側の領域には、液体３１が回り込みにくく、流れが澱みやすい。特に、流路１２の上部に設けられたダイヤフラム５１の近傍（図９中、点線（Ａ）で示した領域）においては、この問題は顕著となる。
【００１５】
また、他の問題として、前記したように液弁１３の開度調整を行って容器３に充填する液体３１の流量を制御する場合、充填ノズル１５から容器３に流入していく液体３１の流れに乱れが生じることがあった。すなわち、流量制御による流量変化に起因して、液弁１３と流路１２との隙間を通るときに液体３１の流れに乱流が発生する可能性があった。生産性向上のため、液体３１の充填速度はできるだけ高めることが望まれており、充填速度を高めれば高める程、この問題の比重が増大する。
さらに、液弁１３の開度調整は、エアシリンダ５０の作動ストロークを制御することにより行うことになるが、液弁１３の開度変化量は小さいため、流量制御を高速、高精度で行うのが難しいという問題がある。
【００１６】
これに対し、特許文献１に示した技術においては、図８に示したように、液体供給管４０に流量制御弁１１０を設けることで、上記問題を解決していたが、このような構成においては、充填バルブ１０とは別に流量制御弁１１０を設ける必要があり、装置コストの上昇につながる。
【００１７】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、充填バルブの流路内の洗浄を確実に行うことのできる液体充填装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、容器に充填する液体の流れに乱れが発生するのを抑えて容器内における泡立ちを防ぐとともに、より高い精度で流量制御を高速に行うことのできる液体充填装置等を低コストで提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
かかる目的のもとになされた本発明は、回転体の外周部に複数設けられ、容器を保持するホルダと、回転体の外周部にホルダのそれぞれに対向して設けられ、回転体の回転中に、ホルダに保持された容器内へ液体を充填する充填バルブと、を備えた液体充填装置であって、充填バルブは、上下方向に連続して、上部に液体が供給される供給口が形成され、下部に液体を吐出する吐出口が形成された流路と、流路内で上下方向に移動自在に設けられ、吐出口を開閉する弁部を下端部に有したロッドと、ロッドを上下動させる駆動シリンダと、供給口から流路内に供給された液体の流れを、ロッドを中心として旋回する旋回流とする旋回流発生手段と、を備えることを特徴とする。
旋回流発生手段により、供給口から流路内に供給された液体の流れを、ロッドを中心として旋回する旋回流とすることで、供給口から見てロッドの裏側となる領域においても、液体の流れが澱むのを防ぐことができる。これにより、充填バルブの洗浄時に、液体として洗浄液を流した場合に、流路内の全域を確実に洗浄することができる。
【００１９】
旋回流発生手段としては、いかなる構成のものを採用しても良いが、旋回流発生手段として、供給口を、流路の内周面において、ロッドの中心軸から流路の径方向にオフセットした位置に形成するのが好ましい。
また、旋回流発生手段として、ロッドの外周面に螺旋状の溝または突条を形成しても良い。
【００２０】
吐出口から吐出された液を容器に充填するときには、その泡立ちを防ぐために、液の流れを螺旋流のままとせず、鉛直下方に向かう流れとするのが好ましい。このため、ロッドの外周面に、旋回流発生手段により発生された旋回流を、ほぼ鉛直下方に向かう流れに変換する整流部を形成するのが好ましい。
【００２１】
整流部としては、ロッドの上下方向に延びる凹部を形成することができる。これにより、液体は、凹部と流路との空隙を通って下方に流れ、ほぼ鉛直下方に向かう流れとなる。
【００２２】
また、流路は、凹部に対向する領域に、その内径が上方から下方に行くに従って縮小する絞り部を有し、凹部は、ロッドを上下動させたときに、絞り部の内周面との間に形成される空隙の断面積が変化するよう形成することができる。このような凹部を有したロッドを上下動させると、凹部と絞り部との間に形成される空隙を通る液体の流量を調整することができる。これにより、ロッド先端部の弁体の開閉量で液体の流量を調整する必要がなくなる。
【００２３】
ところで、流路の上端部に、流路の内周面とロッドの外周面との間を閉塞するシール部材が設けられている。このシール部材は、ロッドが内部に挿通され、駆動シリンダによりロッドが上下動するにともなって伸縮する蛇腹状の伸縮部を備えるものとするのが好ましい。伸縮部を有したシール部材を用いることで、ダイヤフラム式のシール部材に比較してロッドのストローク量を大きく確保できる。このような構成は、特に、上記のように凹部において液体の流量調整を行う場合にはロッドのストローク量が多くなるので適している。
【００２４】
本発明は、回転体の外周部に複数設けられ、容器を保持するホルダと、回転体の外周部にホルダのそれぞれに対向して設けられ、回転体の回転中に、ホルダに保持された容器内へ液体を充填する充填バルブと、を備えた液体充填装置であって、充填バルブは、上下方向に連続して、上部に液体が供給される供給口が形成され、下部に液体を吐出する吐出口が形成された流路と、流路内で上下方向に移動自在に設けられ、吐出口を開閉する弁部を下端部に有したロッドと、ロッドを上下動させる駆動シリンダと、吐出口から吐出する液体の流量を調整する流量調整手段と、を備え、流量調整手段として、ロッドの上下方向に延びる凹部が形成され、流路は、凹部に対向する領域に、その内径が上方から下方に行くに従って縮小する絞り部を有し、凹部は、ロッドを上下動させたときに、絞り部の内周面との間に形成される空隙の断面積が変化するよう形成されていることを特徴とする液体充填装置とすることもできる。
このような凹部を有したロッドを上下動させると、凹部と流路の絞り部との間に形成される空隙の断面積を変化させることができ、この空隙を通る液体の流量を調整することができる。
これにより、ロッド先端部の弁体の開閉量で液体の流量を調整する必要がなくなり、流量調整が容易となる。
【００２５】
本発明は、液体充填装置において液体の吐出を制御する充填バルブの流路内に、流路が連続する方向に移動自在に設けられるバルブロッドとすることもできる。このバルブロッドは、外周面に、バルブロッドの軸線方向に延びる凹部が形成され、凹部は、流路の内径が上方から下方に向けて縮小する絞り部との間に形成される空隙の断面積が、ロッドを上下動させたときに変化するよう形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、供給口から流路内に供給された液体の流れを、ロッドを中心として旋回する旋回流とすることで、供給口から見てロッドの裏側となる領域においても、液体の流れが澱むのを防ぐことができる。これにより、充填バルブの洗浄時に液体として洗浄液を流した場合に、流路内の全域を確実に洗浄することができる。
【００２７】
また、ロッドの外周面に、上下方向に延びる凹部が形成され、凹部と流路の絞り部との間に形成される空隙の断面積が、ロッドを上下動させたときに変化するよう形成することで、ロッドを上下動させれば液体の流量を調整することができる。これにより、ロッド先端部の弁体の開閉量で液体の流量を調整する必要がなくなり、より高い精度で流量制御を高速に行うことも容易となる。
また、凹部は、ロッドの上下方向に延びるので、液体は、凹部と流路との空隙を通ってほぼ鉛直下方に向かう流れとなり、容器に充填する液体の流れに乱れが発生するのを抑えて容器内における泡立ちを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施の形態における飲料充填設備の概略構成を示す図である。
【図２】液体充填装置の要部を示す断面図である。
【図３】充填バルブの流路に対する液体供給管のオフセットを示す平断面図である。
【図４】充填バルブの上部を示す断面図である。
【図５】充填バルブが開閉するときの、ロッドに形成された凹部と流路の絞り部との関係の変化を示す図であり、それぞれ正断面図と絞り部での平断面図である。
【図６】図５に続く状態を示す図である。
【図７】液体充填装置の他の例を示す断面図である。
【図８】従来の液体充填装置の構成を示す断面図である。
【図９】従来の充填バルブを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における飲料充填設備の全体構成を説明するための図である。
図１に示すように、飲料充填設備は、供給コンベア０１、転送ホイール０２、液体充填装置０３、転送ホイール０４、キャッパ０５、排出ホイール０６、排出コンベア０７を備えてなる。
この飲料充填設備では、容器（例えばペットボトル）を把持しつつ搬送することができるように、転送ホイール０２、液体充填装置０３、転送ホイール０４、キャッパ０５、排出ホイール０６のそれぞれには、外周部分に円周方向に沿い等間隔でホルダを備えている。これにより、転送ホイール０２〜排出ホイール０６は回転しつつ、容器を把持して搬送し受け渡しするようになっている。
【００３０】
このため、供給コンベア０１により搬送されてきた容器は、位置Ａにて転送ホイール０２のホルダにより把持されて、位置Ａから位置Ｂにまで搬送される。位置Ｂでは、容器は転送ホイール０２から液体充填装置０３に受け渡され液体充填装置０３のホルダで把持されて位置Ｂから位置Ｃにまで搬送される。位置Ｂから位置Ｃにまで搬送される際に、液体充填装置０３に備えた充填ノズルを介して容器には液体が充填される。
【００３１】
更に、容器は位置Ｃにて液体充填装置０３から転送ホイール０４に、位置Ｄにて転送ホイール０４からキャッパ０５に、位置Ｅにてキャッパ０５から排出ホイール０６に、位置Ｆにて排出ホイール０６から排出コンベア０７に受け渡されて搬送される。キャッパ０５では、容器に蓋をするキャッピングが行われる。
【００３２】
以下、液体充填装置０３について説明する。なお、本実施形態における液体充填装置０３は、全体的な構成は図８に示した液体充填装置１に共通する。このため、図８の説明と共通する構成については、同符号を付してその説明を省略することがある。
【００３３】
図２に示すように、液体充填装置０３では、旋回テーブル２が旋回軸心Ｃを中心として水平面内で回転する。この旋回テーブル２の外周縁には、周方向に沿って等間隔に、複数の充填バルブ１００と複数のホルダ２０とが対になって配置されている。
【００３４】
旋回テーブル２の上方位置には、貯液タンク３０が配置されている。この貯液タンク３０は、旋回テーブル２と一体となって同期回転する。
この貯液タンク３０と各充填バルブ１００は、液体供給管１２０により接続されている。
【００３５】
充填バルブ１００の本体ブロック１０１の中心部分には上下方向に延びる流路１０２が形成されており、この流路１０２内には液弁（弁部）１０３が配置されている。流路１０２の下部の吐出口１０２ｂに弁座１０２ａが形成されており、液弁１０３が下方移動して弁座１０２ａに当接すると吐出口１０２ｂが閉弁となり液体３１の流通を遮断し、液弁１０３が上方移動して弁座１０２ａから離れることにより開弁となり、液体３１を吐出口１０２ｂから流通させる。
液弁１０３はロッド（バルブロッド）１０４を介してエアシリンダ（駆動シリンダ）５０に連結されている。そして、エアシリンダ５０の上下方向駆動により液弁１０３が上下方向（垂直方向）に移動し開弁・閉弁動作が行われる。
【００３６】
本体ブロック１０１の下端には充填ノズル１５が配置され、流路１０２から吐出口１０２ｂを経て流下した液体３１を容器３内に注ぐ。
【００３７】
ホルダ２０は旋回テーブル２に固定されており、容器３を保持し、保持した容器３を充填バルブ１００の充填ノズル１５の下方位置に保持する。
【００３８】
貯液タンク３０の内部には、容器３に充填すべき飲料等の液体３１が貯留されている。また貯液タンク３０の内部のうち、貯留している液体３１の上側の空間には、充填する液体３１の種類に応じた気体が貯えられている。
【００３９】
液体供給管１２０は、その上端が貯液タンク３０に連通しており、その下端が充填バルブ１００の流路１０２の上部に形成された供給口１０２ｃに連通して、貯液タンク３０と充填バルブ１００とを接続している。
【００４０】
このような液体充填装置０３では、エアシリンダ５０により液弁１０３を上方に移動させて開弁状態になると、貯液タンク３０内の液体３１が、液体供給管１２０及び充填バルブ１００の流路１０２を通り、充填ノズル１５を介して、ホルダ２０で保持された容器３内に充填される。このとき電磁流量計４１にて充填流量を計測し、計測した充填流量が予め決めた規定量になったら、エアシリンダ５０により液弁１０３を下方移動させて閉弁状態にする。
【００４１】
ここで、図３に示すように、液体供給管１２０は、その中心軸を、断面視円形の流路１０２の中心Ｚに対し、径方向にオフセットさせた状態で設けられている。
これにより、液体供給管１２０から流れ込んだ液体３１は流路１０２内においてその中心に位置するロッド１０４の周りを旋回しながら流下、つまり螺旋状に流下する。
このように、流路１０２の上部においては液体３１の流れを螺旋流とすることで、ロッド１０４の裏側へも液体３１の流れを生じさせて、流路１０２の上部における洗浄性を高め、メンテナンス性の向上、品質管理の容易化、安定化を図ることができる。
【００４２】
また、図４に示すように、充填バルブ１００の流路１０２内と、エアシリンダ５０の作動空間とを隔てるため、ロッド１０４の上部には、伸縮シール部材（シール部材）１０５が設けられている。この伸縮シール部材１０５は、上下方向に延びる筒状で、蛇腹状をなして上下方向に伸縮自在となっている。伸縮シール部材１０５の上端部には、外周側に張り出す上部フランジ１０５ａが形成されている。上部フランジ１０５ａは、本体ブロック１０１を構成する複数の部材１０１Ａ、１０１Ｂの間に挟み込まれることで保持されている。
また、伸縮シール部材１０５の下端部には、内周側に張り出す下部フランジ１０５ｂが形成されている。下部フランジ１０５ｂは、ロッド１０４を構成する複数の部材１０４Ａ、１０４Ｂの間に挟み込まれることで保持されている。
伸縮シール部材１０５は、エアシリンダ５０の駆動によりロッド１０４が昇降するにともない、伸縮する。このとき、蛇腹式の伸縮シール部材１０５は、図９に示したようなダイヤフラム５１に比較し、上下方向の伸縮許容寸法が大きく、これによってロッド１０４の上下方向のストローク量を大きく確保できる。
【００４３】
さて、本実施形態の充填バルブ１００において、ロッド１０４の上部には、液体供給管１２０から流路１０２内に流れ込んだ液体３１の螺旋状の流れをほぼ鉛直直下に向かう方向の流れに変換する整流部１０６が形成されている。
整流部１０６は、ロッド１０４の外周面に周方向に間隔を隔てて形成された複数の凹部１０７から構成されている。
ロッド１０４には、伸縮シール部材１０５の下方において、その外径が上方から下方に向けて漸次縮小するテーパ部１０８が形成されている。前記の各凹部１０７は、上下方向に長い縦長形状で、テーパ部１０８よりも上方の部分からテーパ部１０８にかけて、上下方向に連続して形成されている。
【００４４】
一方、ロッド１０４のテーパ部１０８に対向する位置において、流路１０２の内周面には上方に対して下方の内径が縮小する絞り部１０９が形成されている。
凹部１０７は、ロッド１０４がエアシリンダ５０の駆動に伴って昇降したときに、絞り部１０９との間に形成される空隙Ｘの面積が変化するよう、ロッド１０４の周方向における幅寸法、およびロッド１０４の径方向における深さが、ロッド１０４の上下方向の位置によって異なる。
【００４５】
図５、図６は、エアシリンダ５０によりロッド１０４が昇降したときの、ロッド１０４のテーパ部１０８と流路１０２との絞り部１０９との関係を示す図である。
エアシリンダ５０により昇降駆動されるロッド１０４が、最低位置、すなわち液弁１０３が弁座１０２ａに密着して流路１０２が閉鎖されている状態においては、図５（ａ）に示すように、凹部１０７が流路１０２の絞り部１０９よりも下方に位置する。これにより、ロッド１０４に形成された凹部１０７と絞り部１０９との間に形成される空隙Ｘの面積がゼロとなる。なお、この状態では、凹部１０７の上端部の一部が絞り部１０９よりも上方に位置し、空隙Ｘが０以上となるようにしても良い。これにより、液弁１０３を開くと同時に液体３１が流下するようになる。
【００４６】
図５（ｂ）〜図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、エアシリンダ５０によりロッド１０４を最低位置から上昇させ、液弁１０３を弁座１０２ａから引き上げていくと、凹部１０７が流路１０２の絞り部１０９と対向し、凹部１０７と絞り部１０９との間に形成される空隙Ｘの面積が、ロッド１０４を上昇させるほど大きくなっていく。
【００４７】
このようにして、ロッド１０４を上下動させることで、この凹部１０７と絞り部１０９との間に形成される空隙Ｘの断面積が変化するので、液体３１の流量を制御することができる。
ここで、凹部１０７の形状（幅（ロッド１０４の周方向における開口幅）や深さ）により、ロッド１０４を上下動させたときの液体３１の流量の変化度合いを調整できる。これにより、容器３に液体３１の充填するときに、例えば、充填を開始して初期の段階では、液体３１の流量が小さく、その後液体３１の流量が大きくなるように流量制御を行うのも容易であり、容器３内における泡立ち等を抑えることができる。このように、泡立ちが生じやすい初期期間では、より少ない流量で充填をし、その後に、流量を増加させて液体を充填することにより、泡立ちを防止して充填時間の短縮を図ることができる。
また、このような流量制御は、凹部１０７の形状により、ロッド１０４を一定速度で作動させながら大きなストロークで行うこともできる。これにより、従来のようにロッド１０４を上下動させることで液弁１０３と弁座１０２ａとの間隙を変化させて液体３１の流量を制御する場合に比較し、エアシリンダ５０によるロッド１０４の上下動の精度は低くとも、高精度かつ高速な流量制御が容易となる。
【００４８】
また、各凹部１０７は上下方向に連続して形成されているので、液体供給管１２０から流路１０２内に流れ込んだ液体３１の螺旋状の流れをほぼ鉛直直下に向かう方向の流れに変換する整流部１０６として機能する。
これにより、流路１０２の上部においては液体３１の流れを螺旋流としながらも、下方において液弁１０３と弁座１０２ａとの隙間から容器３内に流下するときには、螺旋流の影響を及ぼさず、容器３内における泡立ち等を抑えることができる。
【００４９】
上述したようにして、容器３に充填する液体３１の流れに乱れが発生するのを抑えて容器３内における泡立ちを防ぐとともに、より高い精度で流量制御を高速に行うことが可能となる。しかも、複雑な制御をともなう機器等を用いることなく、充填バルブ１００の構造的な変更で上記実施形態で示した構成は実現できるので、低コストで上記効果を奏することができる。
【００５０】
また、液体供給管１２０から流れ込んだ液体３１を、流路１０２内においてその中心に位置するロッド１０４の周りを旋回しながら流下、つまり螺旋状に流下させることで、ロッド１０４の裏側へも液体３１の流れを生じさせることができる。これにより、洗浄時に液体３１として洗浄液を用いた場合に、流路１０２の上部における洗浄性を高め、メンテナンス性の向上、品質管理の容易化、安定化を図ることができる。
なお、洗浄に際しては、エアシリンダ５０によりロッド１０４を上下動させ、伸縮シール部材１０５の蛇腹を開き、その隙間をも確実に洗浄するのが好ましい。
【００５１】
なお、上記実施形態においては、流路１０２の上部において螺旋流を生じさせるために、液体供給管１２０を流路１０２の中心にオフセットさせる構成としたが、そのオフセット量は何ら限定するものではない。しかし、すなわち螺旋流を最大限に効率よく発生させるには、液体供給管１２０は、流路１０２の外周部においてその接線方向に配置するのが好ましい。
【００５２】
また、流路１０２の上部において螺旋流を発生させるには、上記した以外の手法を用いることも可能である。
例えば、図７に示すように、ロッド１０４の外周面に、螺旋状に連続する溝１３０を形成してもよい。この場合、液体供給管１２０は、流路１０２の中心に向けて液体３１を流入させる構成としても良い。
【００５３】
また、上記実施形態において、蛇腹状の伸縮シール部材１０５を用いたが、これは凹部１０７を採用するのに対応してロッド１０４の上下動ストロークを増大させるためである。したがって、ロッド１０４の上下動ストローク量を確保できるのであれば、流路１０２とエアシリンダ５０の収容空間とを隔てるシール手段は、図７に示したように、ロッド１０４と本体ブロック１０１との間にＯ（オー）リング（シール部材）１５０を設けても良いし、またダイヤフラム式のシール手段を用いても良い。
【００５４】
さらに、これ以外の構成、例えば凹部１０７の数や形状は、液体３１の流量制御内容に応じて適宜設定すれば良い。
【００５５】
上記実施形態では、飲料充填設備について説明したが、本発明の主旨に関わらない部分の構成は適宜他の構成としても何らの問題もない。
また、本発明は、飲料充填設備や充填バルブ１００のみを対象とするものではなく、充填バルブ１００のロッド１０４を上記したような構成としておけば、既存の充填バルブにロッド１０４を組み込むことで本実施の形態で示した効果を得ることも可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
０３…液体充填装置、２０…ホルダ、３１…液体、４０…液体供給管、５０…エアシリンダ（駆動シリンダ）、１００…充填バルブ、１０１…本体ブロック、１０２…流路、１０２ａ…弁座、１０３…液弁（弁部）、１０４…ロッド（バルブロッド）、１０５…伸縮シール部材（シール部材）、１０６…整流部、１０７…凹部、１０８…テーパ部、１０９…絞り部、１２０…液体供給管、１３０…溝、１５０…Ｏリング（シール部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料等の液体を容器に充填する液体充填装置、バルブロッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料水などの液体をＰＥＴボトルやガラス瓶、ボトル缶等の容器に充填する装置として、回転式の液体充填装置が用いられている。この回転式の液体充填装置は、回転する円形のホイールの外周部に複数の充填バルブを備えており、ホイールがほぼ１回転して容器が周方向に搬送される間に、充填バルブから容器内への液体の充填を行う。そして、容器への充填が完了した後、キャッパ（打栓機）により容器へのキャップの装着が行われる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ここで従来の液体充填装置の一例を、図８を参照しつつ説明する。
図８に示す液体充填装置１では、旋回テーブル２が旋回軸心Ｃを中心として水平面内で回転する。この旋回テーブル２の外周縁には、周方向に沿って等間隔に、複数の充填バルブ１０と複数のホルダ２０とが対になって配置されている。
【０００４】
旋回テーブル２の上方位置には、貯液タンク３０が配置されている。この貯液タンク３０は、旋回テーブル２と一体となって同期回転する。
この貯液タンク３０と各充填バルブ１０は、液体供給管４０により接続されている。
【０００５】
充填バルブ１０の本体ブロック１１の中心部分には上下方向に延びる流路１２が形成されており、この流路１２内には、下端部に液弁１３を有したロッド１４が配置されている。流路１２の下部に弁座１２ａが形成されており、液弁１３が下方移動して弁座１２ａに当接すると閉弁となり液体３１の流通を遮断し、液弁１３が上方移動して弁座１２ａから離れることにより開弁となり液体３１を流通させる。
ロッド１４は、エアシリンダ５０により上下方向に駆動され、これにより液弁１３が上下方向（垂直方向）に移動し開弁・閉弁動作が行われる。
【０００６】
本体ブロック１１の下端には充填ノズル１５が配置され、流路１２から液弁１３を経て流下した液体３１を容器３内に注ぐ。
【０００７】
ホルダ２０は旋回テーブル２に固定されており、容器３を充填バルブ１０の充填ノズル１５の下方位置に保持する。
【０００８】
貯液タンク３０の内部には、容器３に充填すべき飲料等の液体３１が貯留されている。また貯液タンク３０の内部のうち、貯留している液体３１の上側の空間には、充填する液体３１の種類に応じた気体が貯えられている。
【０００９】
液体供給管４０は、その上端が貯液タンク３０に連通しており、その下端が充填バルブ１０の流路１２に連通して、貯液タンク３０と充填バルブ１０とを接続している。この液体供給管４０には、電磁流量計４１が介装されている。
【００１０】
このような液体充填装置１では、エアシリンダ５０により液弁１３を上方に移動させて開弁状態になると、貯液タンク３０内の液体３１が、液体供給管４０及び充填バルブ１０の流路１２を通り、充填ノズル１５を介して、ホルダ２０で保持された容器３内に充填される。このとき電磁流量計４１にて充填流量を計測し、計測した充填流量が予め決めた規定量になったら、エアシリンダ５０により液弁１３を下方移動させて閉弁状態にする。
【００１１】
ところで、容器３に液体３１を充填する際には、充填ノズル１５から液体３１が容器３の底面に向かって自然落下していく。液体３１が自然落下して容器３の底面に衝突すると、液体３１が周囲の気体を巻き込んで泡立ってしまう。泡立ちが発生すると、液体３１を容器３に充填するのに時間がかかり、生産効率が低下するという問題が発生する。
そこで、充填の初期期間では容器３に充填する流量を抑え、その後の期間で流量を増加させるようにすることが行われている。このような流量制御をするためには、充填初期では液弁１３の開度を小さくし、その後の期間で液弁１３の開度を大きくすればよい。泡立ちが生じやすい初期期間では、より少ない流量で充填をし、その後に、流量を増加させて液体を充填することにより、泡立ちを防止して充填時間の短縮を図るのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−１６８７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述したような従来の液体充填装置、充填バルブにおいては、以下に示すような問題が存在する。
図９に示すように、流路１２の上端部には、流路１２の内外を隔てるため、ダイヤフラム５１が設けられている。ダイヤフラム５１は、中央部に液弁１３のロッド１４が挿通される開口を有したドーナツ状で、外周部が本体ブロック１１とエアシリンダ５０の保持ブロック５２との間に挟み込まれて保持され、内周部がエアシリンダ５０のシリンダロッド５３とロッド１４との接続部分に挟み込まれて保持されている。
また、充填バルブ１０において、液体供給管４０は、流路１２の上部に連通している。
【００１４】
このような液体充填装置１においては、液体３１の流れる部分、すなわち、液体供給管４０や流路１２、液弁１３、充填ノズル１５の内部を、カセイソーダ液や水酸化ナトリウム液を液体３１として流すことで洗浄することが行われている。
しかし、上記したような従来の構成においては、特に流路１２内の上部の洗浄が十分に行えない可能性があった。すなわち、液体供給管４０から液体３１が流路１２内に流れ込むと、この液体３１は、液体供給管４０が接続されている側からロッド１４を挟んで対向する裏側の領域には、液体３１が回り込みにくく、流れが澱みやすい。特に、流路１２の上部に設けられたダイヤフラム５１の近傍（図９中、点線（Ａ）で示した領域）においては、この問題は顕著となる。
【００１５】
また、他の問題として、前記したように液弁１３の開度調整を行って容器３に充填する液体３１の流量を制御する場合、充填ノズル１５から容器３に流入していく液体３１の流れに乱れが生じることがあった。すなわち、流量制御による流量変化に起因して、液弁１３と流路１２との隙間を通るときに液体３１の流れに乱流が発生する可能性があった。生産性向上のため、液体３１の充填速度はできるだけ高めることが望まれており、充填速度を高めれば高める程、この問題の比重が増大する。
さらに、液弁１３の開度調整は、エアシリンダ５０の作動ストロークを制御することにより行うことになるが、液弁１３の開度変化量は小さいため、流量制御を高速、高精度で行うのが難しいという問題がある。
【００１６】
これに対し、特許文献１に示した技術においては、図８に示したように、液体供給管４０に流量制御弁１１０を設けることで、上記問題を解決していたが、このような構成においては、充填バルブ１０とは別に流量制御弁１１０を設ける必要があり、装置コストの上昇につながる。
【００１７】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、充填バルブの流路内の洗浄を確実に行うことのできる液体充填装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、容器に充填する液体の流れに乱れが発生するのを抑えて容器内における泡立ちを防ぐとともに、より高い精度で流量制御を高速に行うことのできる液体充填装置等を低コストで提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
かかる目的のもとになされた本発明は、回転体の外周部に複数設けられ、容器を保持するホルダと、回転体の外周部にホルダのそれぞれに対向して設けられ、回転体の回転中に、ホルダに保持された容器内へ液体を充填する充填バルブと、を備えた液体充填装置であって、充填バルブは、上下方向に連続して、上部に液体が供給される供給口が形成され、下部に液体を吐出する吐出口が形成された流路と、流路内で上下方向に移動自在に設けられ、吐出口を開閉する弁部を下端部に有したロッドと、ロッドを上下動させる駆動シリンダと、供給口から流路内に供給された液体の流れを、ロッドを中心として旋回する旋回流とする旋回流発生手段と、を備えることを特徴とする。
旋回流発生手段により、供給口から流路内に供給された液体の流れを、ロッドを中心として旋回する旋回流とすることで、供給口から見てロッドの裏側となる領域においても、液体の流れが澱むのを防ぐことができる。これにより、充填バルブの洗浄時に、液体として洗浄液を流した場合に、流路内の全域を確実に洗浄することができる。
【００１９】
旋回流発生手段としては、いかなる構成のものを採用しても良いが、旋回流発生手段として、供給口を、流路の内周面において、ロッドの中心軸から流路の径方向にオフセットした位置に形成するのが好ましい。
また、旋回流発生手段として、ロッドの外周面に螺旋状の溝または突条を形成しても良い。
【００２０】
吐出口から吐出された液を容器に充填するときには、その泡立ちを防ぐために、液の流れを螺旋流のままとせず、鉛直下方に向かう流れとするのが好ましい。このため、ロッドの外周面に、旋回流発生手段により発生された旋回流を、ほぼ鉛直下方に向かう流れに変換する整流部を形成するのが好ましい。
【００２１】
整流部としては、ロッドの上下方向に延びる凹部を形成することができる。これにより、液体は、凹部と流路との空隙を通って下方に流れ、ほぼ鉛直下方に向かう流れとなる。
【００２２】
また、流路は、凹部に対向する領域に、その内径が上方から下方に行くに従って縮小する絞り部を有し、凹部は、ロッドを上下動させたときに、絞り部の内周面との間に形成される空隙の断面積が変化するよう形成することができる。このような凹部を有したロッドを上下動させると、凹部と絞り部との間に形成される空隙を通る液体の流量を調整することができる。これにより、ロッド先端部の弁体の開閉量で液体の流量を調整する必要がなくなる。
【００２３】
ところで、流路の上端部に、流路の内周面とロッドの外周面との間を閉塞するシール部材が設けられている。このシール部材は、ロッドが内部に挿通され、駆動シリンダによりロッドが上下動するにともなって伸縮する蛇腹状の伸縮部を備えるものとするのが好ましい。伸縮部を有したシール部材を用いることで、ダイヤフラム式のシール部材に比較してロッドのストローク量を大きく確保できる。このような構成は、特に、上記のように凹部において液体の流量調整を行う場合にはロッドのストローク量が多くなるので適している。
【００２４】
本発明は、回転体の外周部に複数設けられ、容器を保持するホルダと、回転体の外周部にホルダのそれぞれに対向して設けられ、回転体の回転中に、ホルダに保持された容器内へ液体を充填する充填バルブと、を備えた液体充填装置であって、充填バルブは、上下方向に連続して、上部に液体が供給される供給口が形成され、下部に液体を吐出する吐出口が形成された流路と、流路内で上下方向に移動自在に設けられ、吐出口を開閉する弁部を下端部に有したロッドと、ロッドを上下動させる駆動シリンダと、吐出口から吐出する液体の流量を調整する流量調整手段と、を備え、流量調整手段として、ロッドの上下方向に延びる凹部が形成され、流路は、凹部に対向する領域に、その内径が上方から下方に行くに従って縮小する絞り部を有し、凹部は、ロッドを上下動させたときに、絞り部の内周面との間に形成される空隙の断面積が変化するよう形成されていることを特徴とする液体充填装置とすることもできる。
このような凹部を有したロッドを上下動させると、凹部と流路の絞り部との間に形成される空隙の断面積を変化させることができ、この空隙を通る液体の流量を調整することができる。
これにより、ロッド先端部の弁体の開閉量で液体の流量を調整する必要がなくなり、流量調整が容易となる。
【００２５】
本発明は、液体充填装置において液体の吐出を制御する充填バルブの流路内に、流路が連続する方向に移動自在に設けられるバルブロッドとすることもできる。このバルブロッドは、外周面に、バルブロッドの軸線方向に延びる凹部が形成され、凹部は、流路の内径が上方から下方に向けて縮小する絞り部との間に形成される空隙の断面積が、ロッドを上下動させたときに変化するよう形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、供給口から流路内に供給された液体の流れを、ロッドを中心として旋回する旋回流とすることで、供給口から見てロッドの裏側となる領域においても、液体の流れが澱むのを防ぐことができる。これにより、充填バルブの洗浄時に液体として洗浄液を流した場合に、流路内の全域を確実に洗浄することができる。
【００２７】
また、ロッドの外周面に、上下方向に延びる凹部が形成され、凹部と流路の絞り部との間に形成される空隙の断面積が、ロッドを上下動させたときに変化するよう形成することで、ロッドを上下動させれば液体の流量を調整することができる。これにより、ロッド先端部の弁体の開閉量で液体の流量を調整する必要がなくなり、より高い精度で流量制御を高速に行うことも容易となる。
また、凹部は、ロッドの上下方向に延びるので、液体は、凹部と流路との空隙を通ってほぼ鉛直下方に向かう流れとなり、容器に充填する液体の流れに乱れが発生するのを抑えて容器内における泡立ちを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施の形態における飲料充填設備の概略構成を示す図である。
【図２】液体充填装置の要部を示す断面図である。
【図３】充填バルブの流路に対する液体供給管のオフセットを示す平断面図である。
【図４】充填バルブの上部を示す断面図である。
【図５】充填バルブが開閉するときの、ロッドに形成された凹部と流路の絞り部との関係の変化を示す図であり、それぞれ正断面図と絞り部での平断面図である。
【図６】図５に続く状態を示す図である。
【図７】液体充填装置の他の例を示す断面図である。
【図８】従来の液体充填装置の構成を示す断面図である。
【図９】従来の充填バルブを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における飲料充填設備の全体構成を説明するための図である。
図１に示すように、飲料充填設備は、供給コンベア０１、転送ホイール０２、液体充填装置０３、転送ホイール０４、キャッパ０５、排出ホイール０６、排出コンベア０７を備えてなる。
この飲料充填設備では、容器（例えばペットボトル）を把持しつつ搬送することができるように、転送ホイール０２、液体充填装置０３、転送ホイール０４、キャッパ０５、排出ホイール０６のそれぞれには、外周部分に円周方向に沿い等間隔でホルダを備えている。これにより、転送ホイール０２〜排出ホイール０６は回転しつつ、容器を把持して搬送し受け渡しするようになっている。
【００３０】
このため、供給コンベア０１により搬送されてきた容器は、位置Ａにて転送ホイール０２のホルダにより把持されて、位置Ａから位置Ｂにまで搬送される。位置Ｂでは、容器は転送ホイール０２から液体充填装置０３に受け渡され液体充填装置０３のホルダで把持されて位置Ｂから位置Ｃにまで搬送される。位置Ｂから位置Ｃにまで搬送される際に、液体充填装置０３に備えた充填ノズルを介して容器には液体が充填される。
【００３１】
更に、容器は位置Ｃにて液体充填装置０３から転送ホイール０４に、位置Ｄにて転送ホイール０４からキャッパ０５に、位置Ｅにてキャッパ０５から排出ホイール０６に、位置Ｆにて排出ホイール０６から排出コンベア０７に受け渡されて搬送される。キャッパ０５では、容器に蓋をするキャッピングが行われる。
【００３２】
以下、液体充填装置０３について説明する。なお、本実施形態における液体充填装置０３は、全体的な構成は図８に示した液体充填装置１に共通する。このため、図８の説明と共通する構成については、同符号を付してその説明を省略することがある。
【００３３】
図２に示すように、液体充填装置０３では、旋回テーブル２が旋回軸心Ｃを中心として水平面内で回転する。この旋回テーブル２の外周縁には、周方向に沿って等間隔に、複数の充填バルブ１００と複数のホルダ２０とが対になって配置されている。
【００３４】
旋回テーブル２の上方位置には、貯液タンク３０が配置されている。この貯液タンク３０は、旋回テーブル２と一体となって同期回転する。
この貯液タンク３０と各充填バルブ１００は、液体供給管１２０により接続されている。
【００３５】
充填バルブ１００の本体ブロック１０１の中心部分には上下方向に延びる流路１０２が形成されており、この流路１０２内には液弁（弁部）１０３が配置されている。流路１０２の下部の吐出口１０２ｂに弁座１０２ａが形成されており、液弁１０３が下方移動して弁座１０２ａに当接すると吐出口１０２ｂが閉弁となり液体３１の流通を遮断し、液弁１０３が上方移動して弁座１０２ａから離れることにより開弁となり、液体３１を吐出口１０２ｂから流通させる。
液弁１０３はロッド（バルブロッド）１０４を介してエアシリンダ（駆動シリンダ）５０に連結されている。そして、エアシリンダ５０の上下方向駆動により液弁１０３が上下方向（垂直方向）に移動し開弁・閉弁動作が行われる。
【００３６】
本体ブロック１０１の下端には充填ノズル１５が配置され、流路１０２から吐出口１０２ｂを経て流下した液体３１を容器３内に注ぐ。
【００３７】
ホルダ２０は旋回テーブル２に固定されており、容器３を保持し、保持した容器３を充填バルブ１００の充填ノズル１５の下方位置に保持する。
【００３８】
貯液タンク３０の内部には、容器３に充填すべき飲料等の液体３１が貯留されている。また貯液タンク３０の内部のうち、貯留している液体３１の上側の空間には、充填する液体３１の種類に応じた気体が貯えられている。
【００３９】
液体供給管１２０は、その上端が貯液タンク３０に連通しており、その下端が充填バルブ１００の流路１０２の上部に形成された供給口１０２ｃに連通して、貯液タンク３０と充填バルブ１００とを接続している。
【００４０】
このような液体充填装置０３では、エアシリンダ５０により液弁１０３を上方に移動させて開弁状態になると、貯液タンク３０内の液体３１が、液体供給管１２０及び充填バルブ１００の流路１０２を通り、充填ノズル１５を介して、ホルダ２０で保持された容器３内に充填される。このとき電磁流量計４１にて充填流量を計測し、計測した充填流量が予め決めた規定量になったら、エアシリンダ５０により液弁１０３を下方移動させて閉弁状態にする。
【００４１】
ここで、図３に示すように、液体供給管１２０は、その中心軸を、断面視円形の流路１０２の中心Ｚに対し、径方向にオフセットさせた状態で設けられている。
これにより、液体供給管１２０から流れ込んだ液体３１は流路１０２内においてその中心に位置するロッド１０４の周りを旋回しながら流下、つまり螺旋状に流下する。
このように、流路１０２の上部においては液体３１の流れを螺旋流とすることで、ロッド１０４の裏側へも液体３１の流れを生じさせて、流路１０２の上部における洗浄性を高め、メンテナンス性の向上、品質管理の容易化、安定化を図ることができる。
【００４２】
また、図４に示すように、充填バルブ１００の流路１０２内と、エアシリンダ５０の作動空間とを隔てるため、ロッド１０４の上部には、伸縮シール部材（シール部材）１０５が設けられている。この伸縮シール部材１０５は、上下方向に延びる筒状で、蛇腹状をなして上下方向に伸縮自在となっている。伸縮シール部材１０５の上端部には、外周側に張り出す上部フランジ１０５ａが形成されている。上部フランジ１０５ａは、本体ブロック１０１を構成する複数の部材１０１Ａ、１０１Ｂの間に挟み込まれることで保持されている。
また、伸縮シール部材１０５の下端部には、内周側に張り出す下部フランジ１０５ｂが形成されている。下部フランジ１０５ｂは、ロッド１０４を構成する複数の部材１０４Ａ、１０４Ｂの間に挟み込まれることで保持されている。
伸縮シール部材１０５は、エアシリンダ５０の駆動によりロッド１０４が昇降するにともない、伸縮する。このとき、蛇腹式の伸縮シール部材１０５は、図９に示したようなダイヤフラム５１に比較し、上下方向の伸縮許容寸法が大きく、これによってロッド１０４の上下方向のストローク量を大きく確保できる。
【００４３】
さて、本実施形態の充填バルブ１００において、ロッド１０４の上部には、液体供給管１２０から流路１０２内に流れ込んだ液体３１の螺旋状の流れをほぼ鉛直直下に向かう方向の流れに変換する整流部１０６が形成されている。
整流部１０６は、ロッド１０４の外周面に周方向に間隔を隔てて形成された複数の凹部１０７から構成されている。
ロッド１０４には、伸縮シール部材１０５の下方において、その外径が上方から下方に向けて漸次縮小するテーパ部１０８が形成されている。前記の各凹部１０７は、上下方向に長い縦長形状で、テーパ部１０８よりも上方の部分からテーパ部１０８にかけて、上下方向に連続して形成されている。
【００４４】
一方、ロッド１０４のテーパ部１０８に対向する位置において、流路１０２の内周面には上方に対して下方の内径が縮小する絞り部１０９が形成されている。
凹部１０７は、ロッド１０４がエアシリンダ５０の駆動に伴って昇降したときに、絞り部１０９との間に形成される空隙Ｘの面積が変化するよう、ロッド１０４の周方向における幅寸法、およびロッド１０４の径方向における深さが、ロッド１０４の上下方向の位置によって異なる。
【００４５】
図５、図６は、エアシリンダ５０によりロッド１０４が昇降したときの、ロッド１０４のテーパ部１０８と流路１０２との絞り部１０９との関係を示す図である。
エアシリンダ５０により昇降駆動されるロッド１０４が、最低位置、すなわち液弁１０３が弁座１０２ａに密着して流路１０２が閉鎖されている状態においては、図５（ａ）に示すように、凹部１０７が流路１０２の絞り部１０９よりも下方に位置する。これにより、ロッド１０４に形成された凹部１０７と絞り部１０９との間に形成される空隙Ｘの面積がゼロとなる。なお、この状態では、凹部１０７の上端部の一部が絞り部１０９よりも上方に位置し、空隙Ｘが０以上となるようにしても良い。これにより、液弁１０３を開くと同時に液体３１が流下するようになる。
【００４６】
図５（ｂ）〜図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、エアシリンダ５０によりロッド１０４を最低位置から上昇させ、液弁１０３を弁座１０２ａから引き上げていくと、凹部１０７が流路１０２の絞り部１０９と対向し、凹部１０７と絞り部１０９との間に形成される空隙Ｘの面積が、ロッド１０４を上昇させるほど大きくなっていく。
【００４７】
このようにして、ロッド１０４を上下動させることで、この凹部１０７と絞り部１０９との間に形成される空隙Ｘの断面積が変化するので、液体３１の流量を制御することができる。
ここで、凹部１０７の形状（幅（ロッド１０４の周方向における開口幅）や深さ）により、ロッド１０４を上下動させたときの液体３１の流量の変化度合いを調整できる。これにより、容器３に液体３１の充填するときに、例えば、充填を開始して初期の段階では、液体３１の流量が小さく、その後液体３１の流量が大きくなるように流量制御を行うのも容易であり、容器３内における泡立ち等を抑えることができる。このように、泡立ちが生じやすい初期期間では、より少ない流量で充填をし、その後に、流量を増加させて液体を充填することにより、泡立ちを防止して充填時間の短縮を図ることができる。
また、このような流量制御は、凹部１０７の形状により、ロッド１０４を一定速度で作動させながら大きなストロークで行うこともできる。これにより、従来のようにロッド１０４を上下動させることで液弁１０３と弁座１０２ａとの間隙を変化させて液体３１の流量を制御する場合に比較し、エアシリンダ５０によるロッド１０４の上下動の精度は低くとも、高精度かつ高速な流量制御が容易となる。
【００４８】
また、各凹部１０７は上下方向に連続して形成されているので、液体供給管１２０から流路１０２内に流れ込んだ液体３１の螺旋状の流れをほぼ鉛直直下に向かう方向の流れに変換する整流部１０６として機能する。
これにより、流路１０２の上部においては液体３１の流れを螺旋流としながらも、下方において液弁１０３と弁座１０２ａとの隙間から容器３内に流下するときには、螺旋流の影響を及ぼさず、容器３内における泡立ち等を抑えることができる。
【００４９】
上述したようにして、容器３に充填する液体３１の流れに乱れが発生するのを抑えて容器３内における泡立ちを防ぐとともに、より高い精度で流量制御を高速に行うことが可能となる。しかも、複雑な制御をともなう機器等を用いることなく、充填バルブ１００の構造的な変更で上記実施形態で示した構成は実現できるので、低コストで上記効果を奏することができる。
【００５０】
また、液体供給管１２０から流れ込んだ液体３１を、流路１０２内においてその中心に位置するロッド１０４の周りを旋回しながら流下、つまり螺旋状に流下させることで、ロッド１０４の裏側へも液体３１の流れを生じさせることができる。これにより、洗浄時に液体３１として洗浄液を用いた場合に、流路１０２の上部における洗浄性を高め、メンテナンス性の向上、品質管理の容易化、安定化を図ることができる。
なお、洗浄に際しては、エアシリンダ５０によりロッド１０４を上下動させ、伸縮シール部材１０５の蛇腹を開き、その隙間をも確実に洗浄するのが好ましい。
【００５１】
なお、上記実施形態においては、流路１０２の上部において螺旋流を生じさせるために、液体供給管１２０を流路１０２の中心にオフセットさせる構成としたが、そのオフセット量は何ら限定するものではない。しかし、すなわち螺旋流を最大限に効率よく発生させるには、液体供給管１２０は、流路１０２の外周部においてその接線方向に配置するのが好ましい。
【００５２】
また、流路１０２の上部において螺旋流を発生させるには、上記した以外の手法を用いることも可能である。
例えば、図７に示すように、ロッド１０４の外周面に、螺旋状に連続する溝１３０を形成してもよい。この場合、液体供給管１２０は、流路１０２の中心に向けて液体３１を流入させる構成としても良い。
【００５３】
また、上記実施形態において、蛇腹状の伸縮シール部材１０５を用いたが、これは凹部１０７を採用するのに対応してロッド１０４の上下動ストロークを増大させるためである。したがって、ロッド１０４の上下動ストローク量を確保できるのであれば、流路１０２とエアシリンダ５０の収容空間とを隔てるシール手段は、図７に示したように、ロッド１０４と本体ブロック１０１との間にＯ（オー）リング（シール部材）１５０を設けても良いし、またダイヤフラム式のシール手段を用いても良い。
【００５４】
さらに、これ以外の構成、例えば凹部１０７の数や形状は、液体３１の流量制御内容に応じて適宜設定すれば良い。
【００５５】
上記実施形態では、飲料充填設備について説明したが、本発明の主旨に関わらない部分の構成は適宜他の構成としても何らの問題もない。
また、本発明は、飲料充填設備や充填バルブ１００のみを対象とするものではなく、充填バルブ１００のロッド１０４を上記したような構成としておけば、既存の充填バルブにロッド１０４を組み込むことで本実施の形態で示した効果を得ることも可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
０３…液体充填装置、２０…ホルダ、３１…液体、４０…液体供給管、５０…エアシリンダ（駆動シリンダ）、１００…充填バルブ、１０１…本体ブロック、１０２…流路、１０２ａ…弁座、１０３…液弁（弁部）、１０４…ロッド（バルブロッド）、１０５…伸縮シール部材（シール部材）、１０６…整流部、１０７…凹部、１０８…テーパ部、１０９…絞り部、１２０…液体供給管、１３０…溝、１５０…Ｏリング（シール部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の外周部に複数設けられ、容器を保持するホルダと、
前記回転体の外周部に前記ホルダのそれぞれに対向して設けられ、前記回転体の回転中に、前記ホルダに保持された前記容器内へ液体を充填する充填バルブと、
を備えた液体充填装置であって、
前記充填バルブは、
上下方向に連続して、上部に前記液体が供給される供給口が形成され、下部に前記液体を吐出する吐出口が形成された流路と、
前記流路内で上下方向に移動自在に設けられ、前記吐出口を開閉する弁部を下端部に有したロッドと、
前記ロッドを上下動させる駆動シリンダと、
前記供給口から前記流路内に供給された前記液体の流れを、前記ロッドを中心として旋回する旋回流とする旋回流発生手段と、を備えることを特徴とする液体充填装置。
【請求項２】
前記旋回流発生手段として、前記供給口が、前記流路の内周面において、前記ロッドの中心軸から前記流路の径方向にオフセットした位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体充填装置。
【請求項３】
前記旋回流発生手段として、前記ロッドの外周面に螺旋状の溝または突条が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体充填装置。
【請求項４】
前記ロッドの外周面に、前記旋回流発生手段により発生された前記旋回流を、ほぼ鉛直下方に向かう流れに変換する整流部が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体充填装置。
【請求項５】
前記整流部として、前記ロッドの上下方向に延びる凹部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液体充填装置。
【請求項６】
前記流路は、前記凹部に対向する領域に、その内径が上方から下方に行くに従って縮小する絞り部を有し、
前記凹部は、前記ロッドを上下動させたときに、前記絞り部の内周面との間に形成される空隙の断面積が変化するよう形成されていることを特徴とする請求項５に記載の液体充填装置。
【請求項７】
前記流路の上端部に、前記流路の内周面と前記ロッドの外周面との間を閉塞するシール部材が設けられ、
前記シール部材は、前記ロッドが内部に挿通され、前記駆動シリンダにより前記ロッドが上下動するにともなって伸縮する蛇腹状の伸縮部を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の液体充填装置。
【請求項８】
回転体の外周部に複数設けられ、容器を保持するホルダと、
前記回転体の外周部に前記ホルダのそれぞれに対向して設けられ、前記回転体の回転中に、前記ホルダに保持された前記容器内へ液体を充填する充填バルブと、
を備えた液体充填装置であって、
前記充填バルブは、
上下方向に連続して、上部に前記液体が供給される供給口が形成され、下部に前記液体を吐出する吐出口が形成された流路と、
前記流路内で上下方向に移動自在に設けられ、前記吐出口を開閉する弁部を下端部に有したロッドと、
前記ロッドを上下動させる駆動シリンダと、
前記吐出口から吐出する前記液体の流量を調整する流量調整手段と、を備え、
前記流量調整手段として、前記ロッドの上下方向に延びる凹部が形成され、
前記流路は、前記凹部に対向する領域に、その内径が上方から下方に行くに従って縮小する絞り部を有し、
前記凹部は、前記ロッドを上下動させたときに、前記絞り部の内周面との間に形成される空隙の断面積が変化するよう形成されていることを特徴とする液体充填装置。
【請求項９】
液体充填装置において液体の吐出を制御する充填バルブの流路内に、前記流路が連続する方向に移動自在に設けられるバルブロッドであって、
外周面に、前記バルブロッドの軸線方向に延びる凹部が形成され、
前記凹部は、前記流路の内径が上方から下方に向けて縮小される絞り部との間に形成される空隙の断面積が、前記バルブロッドを上下動させたときに変化するよう形成されていることを特徴とするバルブロッド。
【請求項１】
回転体の外周部に複数設けられ、容器を保持するホルダと、
前記回転体の外周部に前記ホルダのそれぞれに対向して設けられ、前記回転体の回転中に、前記ホルダに保持された前記容器内へ液体を充填する充填バルブと、
を備えた液体充填装置であって、
前記充填バルブは、
上下方向に連続して、上部に前記液体が供給される供給口が形成され、下部に前記液体を吐出する吐出口が形成された流路と、
前記流路内で上下方向に移動自在に設けられ、前記吐出口を開閉する弁部を下端部に有したロッドと、
前記ロッドを上下動させる駆動シリンダと、
前記供給口から前記流路内に供給された前記液体の流れを、前記ロッドを中心として旋回する旋回流とする旋回流発生手段と、を備えることを特徴とする液体充填装置。
【請求項２】
前記旋回流発生手段として、前記供給口が、前記流路の内周面において、前記ロッドの中心軸から前記流路の径方向にオフセットした位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体充填装置。
【請求項３】
前記旋回流発生手段として、前記ロッドの外周面に螺旋状の溝または突条が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体充填装置。
【請求項４】
前記ロッドの外周面に、前記旋回流発生手段により発生された前記旋回流を、ほぼ鉛直下方に向かう流れに変換する整流部が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体充填装置。
【請求項５】
前記整流部として、前記ロッドの上下方向に延びる凹部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液体充填装置。
【請求項６】
前記流路は、前記凹部に対向する領域に、その内径が上方から下方に行くに従って縮小する絞り部を有し、
前記凹部は、前記ロッドを上下動させたときに、前記絞り部の内周面との間に形成される空隙の断面積が変化するよう形成されていることを特徴とする請求項５に記載の液体充填装置。
【請求項７】
前記流路の上端部に、前記流路の内周面と前記ロッドの外周面との間を閉塞するシール部材が設けられ、
前記シール部材は、前記ロッドが内部に挿通され、前記駆動シリンダにより前記ロッドが上下動するにともなって伸縮する蛇腹状の伸縮部を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の液体充填装置。
【請求項８】
回転体の外周部に複数設けられ、容器を保持するホルダと、
前記回転体の外周部に前記ホルダのそれぞれに対向して設けられ、前記回転体の回転中に、前記ホルダに保持された前記容器内へ液体を充填する充填バルブと、
を備えた液体充填装置であって、
前記充填バルブは、
上下方向に連続して、上部に前記液体が供給される供給口が形成され、下部に前記液体を吐出する吐出口が形成された流路と、
前記流路内で上下方向に移動自在に設けられ、前記吐出口を開閉する弁部を下端部に有したロッドと、
前記ロッドを上下動させる駆動シリンダと、
前記吐出口から吐出する前記液体の流量を調整する流量調整手段と、を備え、
前記流量調整手段として、前記ロッドの上下方向に延びる凹部が形成され、
前記流路は、前記凹部に対向する領域に、その内径が上方から下方に行くに従って縮小する絞り部を有し、
前記凹部は、前記ロッドを上下動させたときに、前記絞り部の内周面との間に形成される空隙の断面積が変化するよう形成されていることを特徴とする液体充填装置。
【請求項９】
液体充填装置において液体の吐出を制御する充填バルブの流路内に、前記流路が連続する方向に移動自在に設けられるバルブロッドであって、
外周面に、前記バルブロッドの軸線方向に延びる凹部が形成され、
前記凹部は、前記流路の内径が上方から下方に向けて縮小される絞り部との間に形成される空隙の断面積が、前記バルブロッドを上下動させたときに変化するよう形成されていることを特徴とするバルブロッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１８９０３５（Ｐ２０１０−１８９０３５Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３５２８３（Ｐ２００９−３５２８３）
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【出願人】（５０５１９３３１３）三菱重工食品包装機械株式会社 (146)
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【出願人】（５０５１９３３１３）三菱重工食品包装機械株式会社 (146)
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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