液体充填装置
【課題】 容器に充填する液体の乱流を抑制して、泡立ちの発生を防止しつつ液体充填をする。
【解決手段】貯液タンク３０内の液体３１は、液体供給管４０，充填ノズル部１０の流路１２及び充填ノズル１５を介して、容器３に充填される。充填開始時には液弁１３が全開となり充填終了時には液弁１３が全閉となる。充填期間において、流量可変手段１００は、液体３１の液量を充填初期では小流量としその後の期間では大流量とする流量制御をする。流量可変手段１００の下流側に配置した整流用縮流路２００では、液体３１の液流を絞り込むことにより乱流を抑制する。このため乱流成分が抑制された液体３１が、充填ノズル１５を介して容器３に充填されるため、泡立ちの発生を抑制することができる。
【解決手段】貯液タンク３０内の液体３１は、液体供給管４０，充填ノズル部１０の流路１２及び充填ノズル１５を介して、容器３に充填される。充填開始時には液弁１３が全開となり充填終了時には液弁１３が全閉となる。充填期間において、流量可変手段１００は、液体３１の液量を充填初期では小流量としその後の期間では大流量とする流量制御をする。流量可変手段１００の下流側に配置した整流用縮流路２００では、液体３１の液流を絞り込むことにより乱流を抑制する。このため乱流成分が抑制された液体３１が、充填ノズル１５を介して容器３に充填されるため、泡立ちの発生を抑制することができる。
【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に関するものである。更に詳述すると、液体を容器に充填していくときに、泡立ちの発生をより確実に抑制することができるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
飲料工場において、飲料等の液体を、ペットボトルやビンや缶などの容器に自動的に充填するには、液体充填装置が用いられる。
【０００３】
ここで液体充填装置を含む充填システムの一例を、平面図である図１３を参照しつつ説明する。なお、図１３では、各機器を概略的に示している。
【０００４】
図１３において、０１は供給コンベア、０２は転送ホイール、０３は液体充填装置、０４は転送ホイール、０５はキャッパ、０６は排出ホイール、０７は排出コンベアである。このシステムでは、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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
液体充填装置０３では、旋回テーブルの外周部分に、円周方向に沿い等間隔に充填ノズル部（液弁や充填ノズルを有している）及びホルダが配置されている。更に、旋回テーブルの上方位置には、この旋回テーブルと一体となって同期回転する貯液タンク（フィラボール）が配置されている。このフィラボールに貯留している飲料は、液体供給管を介して各充填ノズル部に供給されるようになっている。
【０００８】
そして、ホルダにより容器を把持して位置Ｂから位置Ｃに搬送する間において、容器への充填量を計測しつつ、充填ノズル部から容器に飲料を充填している。なお、容器への充填量は、容器に流入する飲料の流量を計測したり、容器に充填した飲料の重量を計測したりすることにより行っている。
【０００９】
ここで従来の液体充填装置の一例を、図１４を参照しつつ説明する。
図１４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、周方向に沿い等間隔に、複数の充填ノズル部１０と複数のホルダ２０が配置されている。
旋回テーブル２の上方位置には、貯液タンク（フィラボール）３０が配置されている。この貯液タンク２０は、旋回テーブル２と一体となって同期回転する。
そして、貯液タンク３０と各充填ノズル部１０は、液体供給管４０により接続されている。
【００１０】
充填ノズル部１０の本体ブロック１１の中心部分には流路１２が形成されており、この流路１２内には液弁１３が配置されている。この液弁１３はロッド１４を介してエアシリンダ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ようになっている。つまり、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に当接することにより閉弁となり液体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。
更に、本体ブロック１１の下端には充填ノズル１５が配置されている。
【００１１】
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を充填ノズル部１０の充填ノズル１５の下方位置に保持する。
【００１２】
貯液タンク３０の内部には、容器３に充填すべき液体（飲料）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。
【００１３】
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、その下端が充填ノズル部１０の流路１２に連通して、貯液タンク３０と充填ノズル部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。
【００１４】
なお、炭酸飲料などを充填する場合には、容器３内に対して気体を供給・排出するための気体給排気構造を必要とするが、ここでは、その構造は省略している。
【００１５】
かかる構成となっている液体充填装置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及び充填ノズル部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。
【００１６】
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。このように液体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。このようにして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。
【００１７】
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案出された（特許文献１，２参照）。例えば、充填初期期間では５０ｃｃ／秒の流量で液体充填をし、その後の期間で１５０ｃｃ／秒の流量で液体充填をし、最終的に充填量が規定量に達したら閉弁して充填を終了する。
【００１８】
このように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。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。
【００１９】
なお、図１４に示す液体充填装置１では、液体３１の流通・遮断をする弁として液弁１３を採用しこの液弁１３の開度を調整して流量調整をしていたが、開度が２段となるダイヤフラム弁を充填ノズル部１０に備えて、流量調整をする従来技術も存在した。
【００２０】
【特許文献１】特開平８−８５５９３号公報
【特許文献２】特開２００４−２１７２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ところで図１４に示す従来技術では、充填ノズル部１０に備えた液弁１３の開度調整をすることにより、容器３に充填する液体３１の流量を制御していたため、充填ノズル１５から容器３に流入していく液の流れに乱れが生じることがあった。即ち、流量制御による流量変化に起因して液流に乱流が発生することがあった。この液流の乱れにより、液体３１が気体を巻き込み気泡が発生する可能性があった。
かかる現象は、液弁１３の代わりに、開度が２段となるダイヤフラム弁を充填ノズル部１０に備えたものでも発生していた。
【００２２】
つまり、充填ノズル１５に近い位置（上流側の近い位置）で弁の開度調整が行われるため、充填ノズル１５から容器３内に自然落下していく液体３１の流れが、乱れのない層流にならず、乱流成分が含まれてしまい、この乱流により気体巻き込みをして気泡発生が誘発されることがあった。
【００２３】
本発明は、上記従来技術に鑑み、気泡発生を防止するために充填ノズルから容器に充填していく液体の流量を変化させる（充填初期期間では少ない流量とし、その後の期間では流量を増大させる）際に、液体の流れに生じた乱れを抑制するように液体を整流し、この整流により乱流を抑制して層流になった液体を、容器に流入させて充填することができる液体充填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】
【００２４】
上記課題を解決する本発明の構成は、
液体が貯留される貯液タンクと、
前記貯液タンクから供給された前記液体を充填ノズルを介して容器に流入させると共に、容器に流入させる液体の流通・遮断をする弁機構を備えた充填ノズル部と、
前記貯液タンクの液体を前記充填ノズル部に供給する液体供給管と、
を備えた液体充填装置において、
前記液体供給管に、この液体供給管内を流れる前記液体の流量を可変にする流量可変手段を備えたことを特徴とする。
【００２５】
また本発明の構成は、
液体が貯留される貯液タンクと、
前記貯液タンクから供給された前記液体を充填ノズルを介して容器に流入させると共に、容器に流入させる液体の流通・遮断をする弁機構を備えた充填ノズル部と、
前記貯液タンクの液体を前記充填ノズル部に供給する液体供給管と、
を備えた液体充填装置において、
前記液体供給管に備えられており、前記容器に液体を充填する際に、充填開始から予め決めた期間である充填の初期期間では前記液体供給管内を流れる前記液体の流量を予め決めた小流量とし、前記充填初期期間が経過した後の期間では前記液体供給管内を流れる前記液体の流量を前記小流量よりも増加させる流量可変手段を備えたことを特徴とする。
【００２６】
また本発明の構成は、
前記液体供給管のうち前記流量可変手段と前記充填ノズル部との間の位置に、前記液体供給管内を流れる前記液体の液流の径を絞り込むことにより液体に生じている乱流を抑制する整流用縮流路を備えたことを特徴とする。
【００２７】
また本発明の構成は、
前記液体供給管のうち前記貯液タンクと前記流量可変手段との間の位置に、前記容器に充填していく液体の液量を計測する流量計を備え、
前記液体供給管のうち前記流量計と前記流量可変手段との間の位置に、前記液体供給管内を流れる前記液体の液流の径を絞り込むことにより液体に生じている乱流を抑制する整流用縮流路を備えたことを特徴とする。
【００２８】
また本発明の構成は、
前記整流用縮流路は、テーパ縮流管または円孔板または楕円ベルマウスであることを特徴とする。
【００２９】
また本発明の構成は、
前記流量可変手段は、前記液体供給管に介装された流量制御弁と、この流量制御弁を駆動してその弁開度を調整する弁駆動部とで構成されていることを特徴とする。
【００３０】
また本発明の構成は、
前記流量制御弁には、弁部分が全閉状態であっても弁部分を迂回して前記液体を流通させるバイパス流路が形成されていることを特徴とする。
このバイパス流路に整流構造、例えば前述の楕円ベルマウス構造やテーパ縮流管構造を組み合わせても良い。
【００３１】
また本発明の構成は、
前記流量制御弁は、ダイヤフラム弁を有するダイヤフラム弁部または、スプール弁であることを特徴とする。
【００３２】
また本発明の構成は、
前記弁駆動部は、エアシリンダまたは電動駆動装置であることを特徴とする。
【００３３】
また本発明の構成は、
前記容器に充填する前記液体の液量を計測するため、液体が充填された容器の重量を計測する重量計測装置が備えられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、液体供給管に流量可変手段を備えたので、充填ノズル部から離れた（上流側に離れた）部分で流量制御をすることができる。このため、流量制御に起因して液体の液流に生ずる乱流の影響が、充填ノズル部に達するまでに減衰する。この結果、容器に充填する液体に含まれる乱流が抑制され、充填の際に容器内での泡立ちを防止して短時間での充填が可能になる。
【００３５】
更に、整流用縮流路を液体供給管に備え、この整流用縮流路にて乱流を積極的に抑制するようにしたので、容器に充填する液体に含まれる乱流が更に積極的に抑制され、充填の際に容器内での泡立ちをより確実に防止してより短時間での充填が可能になる。
特に、流量可変手段にて、充填初期期間では液体流量を小流量としその後の期間では流体流量を大流量とする場合には、小流量での液体の液流に発生した乱流を、整流用縮流路にて抑制するようにしたので、泡立ちの発生し易い充填初期での泡立ちの発生を効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下に本発明の実施の形態を実施例に基づき詳細に説明する。なお図１４に示す従来の液体充填装置１と同様な構成部分については、説明を省略ないし簡略化し、本発明にとって新規な部分を中心に説明をする。
【実施例１】
【００３７】
図１は本発明の実施例１に係る液体充填装置１Ａを示す。この液体充填装置１Ａでは、液体供給管４０に、電磁流量計４１と流量可変手段１００と整流用縮流路２００が配置されている。貯液タンク３０側を上流側、充填ノズル部１０側を下流側とすると、液体供給管４０には、上流側から下流側に向かって、電磁流量計４１と流量可変手段１００と整流用縮流路２００が、この順に並んで配置されている。
【００３８】
流量可変手段１００は、液体供給管４０内を流れる液体３１の流量を調整する流量制御弁１１０と、この流量制御弁１１０の開度を調整する弁駆動部１２０とで構成されている。
【００３９】
流量制御弁１１０としては、ダイヤフラム弁やスプール弁などを採用することができ、弁駆動部１２０としてはエアシリンダや電動モータなどを採用することができる。
【００４０】
この流量制御弁１１０や弁駆動部１２０の具体的な構成例は後述するが、弁駆動部１２０により流量制御弁１１０の開度調整をして、少なくとも２段階の開度（小開度と大開度）にすることができるようになっている。このため、流量制御弁１１０の開度が小開度になっているときには、液体供給管４０内を流れる液体３１の流量が小流量（例えば５０ｃｃ／秒）となり、流量制御弁１１０の開度が大開度になっているときには、液体供給管４０内を流れる液体３１の流量が大流量（例えば１５０ｃｃ／秒）となる（図２参照）。
【００４１】
整流用縮流路２００としては、テーパ縮流管（レデューサ）や、円孔板（オリフィス）や楕円ベルマウスなどを採用することができる。その具体的な構成例は後述するが、この整流用縮流路２００は、液体供給管４０を通して貯液タンク３０から充填ノズル１０に供給される液体３１の液流の太さ（径）を絞り込むことにより、液体３１の液流に生じている乱流を抑制するという整流効果を発揮するものである。したがって、液体３１が整流用縮流路２００を通過する際に液流が絞り込まれて整流されることにより、整流用縮流路２００から出てきた液流は層流となり乱流成分が抑制されたものとなる。
【００４２】
他の部分の構成は、図１４に示す液体充填装置１と同様になっている。即ち、旋回テーブル２の外周縁には充填ノズル部１０とホルダ２０が配置されており、旋回テーブル２と一体となって同期回転する貯液タンク３０が旋回テーブル２の上方に配置されており、貯液タンク３０と充填ノズル部１０とは液体供給管４０により接続されている。
【００４３】
なお、本実施例１では、エアシリンダ５０により駆動される液弁１３は、開弁と閉弁の動作（全開と全閉の２値動作）を行うのみで、開度調整は行わない。つまり、液弁１３と弁座１２ａによりなる弁機構は、容器３に流入させる液体３１の流通と遮断の動作（ＯＮ，ＯＦＦ動作）を行うものであり、容器３に流入させる液体３１の流量制御をするものではない。
【００４４】
次に、上記構成となっている液体充填装置１Ａによる充填動作を説明する。なお各部の動作は、図示しない制御装置により自動制御されている。
【００４５】
まずホルダ２０により容器３を支持し、容器３の上端開口を充填ノズル１５の直下に位置させる。このとき、液弁１３は弁座１２ａに接触して閉弁状態になっている。
【００４６】
この状態でエアシリンダ５０を駆動して、液弁１３を上方移動して、液弁１３を全開状態にする。そうすると、貯液タンク３０内の液体３１が、液体供給管４０及び充填ノズル部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内に流入・充填される。
【００４７】
このとき電磁流量計４１にて充填流量を計測しており、計測した充填流量が予め決めた規定量に達したら、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。これにより容器３への液体３１の流入が遮断され、規定量の液体３１が容器３に充填される。
【００４８】
流量可変手段１００は、充填の初期期間（充填開始から予め決めた期間）では流量制御弁１１０が小開度となり、その後の期間（初期期間が経過した後の期間）では流量制御弁１１０が大開度となるように流量制御をする。このため、図２に示すように、充填の初期期間（第１段階）では容器３に充填される液体３１の流量が小流量（例えば５０ｃｃ／秒）となり、その後の期間（予め決めた充填初期期間が経過した後の期間、つまり第２段階）では、容器３に充填される液体３１の流量が大流量（例えば１５０ｃｃ／秒）となる。
【００４９】
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３１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。つまり、容器３に充填する液体３１の流量を、２段階制御するため、泡立ちの発生を抑制することができる。
【００５０】
ところで、流量可変手段１００により液体３１の流量を変化（例えば５０ｃｃ／秒から１５０ｃｃ／秒に変化）させると、流量制御弁１１０を通過した液体３１の液流には乱れが発生してしまう。しかし、乱流成分を有する液体３１は整流用縮流路２００を通過する際に、その液流の太さ（径）が絞られて整流されるため、乱流が抑制されて殆ど層流となる。この結果、整流用縮流路２００を通過した液体３１は、殆ど乱流成分を持たない層流となり、このように整流された液体３１が、流路１２及び充填ノズル１５を介して容器３に充填される。
【００５１】
このように、乱流成分が抑制された層流となった液体３１が容器３に充填されるため、容器３内での泡立ちが更に抑制されて、充填時間の更なる短縮を図ることができる。
【００５２】
なお、流量可変手段１００において、流量制御弁１１０を小開度から大開度に開度変化させる応答性は、液体３１の種類に応じて最適に調整する。この調整量によっても、液体３１に生じる乱流の発生を抑制することができる。
【実施例２】
【００５３】
図３は本発明の実施例２に係る液体充填装置１Ｂを示す。この液体充填装置１Ｂでは、液体供給管４０に、第１の整流用縮流路２００のみならず、第２の整流用縮流路２５０も配置している。整流用縮流路２００は、流量可変手段１００と充填ノズル部１０との間に備えられているが、整流用縮流路２５０は、電磁流量計４１と流量可変手段１００との間に備えられている。
【００５４】
実施例２では、流量制御弁１１０の弁開度が変化することにより生じた液流の乱れが、上流側の電磁流量計４１に悪影響（流量計測誤差）を与えないように、整流用縮流路２５０により液流を整流し乱れを抑制しているのである。
このため、電磁流量計４１による流量計測を正確に行うことができる。
【００５５】
なお、第１の整流用縮流路２００を無くし、第２の整流用縮流路２５０のみを設けるだけでも、液流の乱れに起因する電磁流量計４１への悪影響の防止と、充填ノズル１５から容器３に充填される液体３１の液流の乱れの抑制をすることが可能である。
【００５６】
＜整流用縮流路の各種具体的構成例＞
ここで、整流用縮流路２００（並びに２５０）の各種の具体例を説明する。整流用縮流路２００，２５０としては、図４に示すようなテーパ縮流管（レデューサ）２０１や、図５に示すような円孔板２０２や、図６に示すような楕円ベルマウス２０３などを採用することができる。
【００５７】
図４に示すテーパ縮流管２０１は、その上流側に径が漸減するテーパ面２０１ａを有しており、テーパ面２０１ａにて液体３１の液流の太さを絞り込むことにより、液体３１の液流に生じている乱流を抑制するという整流効果を発揮する。
【００５８】
図５に示す円孔板２０２は、その上流側から下流側に向かって貫通する複数の孔（オリフィス）２０２ａを有しており、孔２０２ａにて液体３１の液流の太さを絞り込むことにより、液体３１の液流に生じている乱流を抑制するという整流効果を発揮する。
【００５９】
図６に示す楕円ベルマウス２０３は、その上流側に径が漸減するテーパ面２０３ａを有しており、テーパ面２０３ａにて液体３１の液流の太さを絞り込むことにより、液体３１の液流に生じている乱流を抑制するという整流効果を発揮する。
【００６０】
なお整流用縮流路２００，２５０としては、図４〜図６に示すものに限らず、液体３１の液流の太さを絞り込むことにより、液体３１の液流に生じている乱流を抑制するという整流効果を発揮するものであれば、どのようなものであってもよい。
【００６１】
＜流量可変手段の各種の具体的構成例＞
次に流量可変手段１００の各種の具体的を説明する。
【００６２】
図７に示す流量可変手段１００Ａは、ダイヤフラム弁部１１１と、エアシリンダ部１２１とを連結して構成している。
【００６３】
ダイヤフラム弁部１１１のダイヤフラム弁１１１ａは、ロッド１１１ｂが閉方向（α方向）や開方向（β方向）に移動することにより、弁管１１１ｃ内での開度が変化する。
エアシリンダ部１２１のロッド１２１ａは、ダイヤフラム弁部１１１のロッド１１１ｂに連結している。またロッド１２１ａには、閉方向の弁開度を調整する開度調整ねじ１２１ｂと、開方向の弁開度（最大開度）を調整する開度調整ねじ１２１ｃが螺合されている。そしてピストン１２１ｄにより区画されるシリンダ室１２１ｅ，１２１ｆに対してエアを給排気することによりエアシリンダ１２１が作動する。
【００６４】
エアシリンダ１２１によりロッド１１１ｂを閉方向（α方向）に押していくと、ダイヤフラム弁１１１ａの開度が小さくなる。このとき、閉方向の開度を調整する開度調整ねじ１２１ｂの位置を調整しておくことにより、ロッド１１１ｂを閉方向（α方向）に押していってもダイヤフラム弁１１１ａは全閉状態にならず、一定の小開度を保持することができる。この小開度を保持することにより、液体３１の流量を小流量(例えば５０ｃｃ／秒)にすることができる。
【００６５】
エアシリンダ１２１によりロッド１１１ｂを開方向（β方向）に引いていくと、ダイヤフラム弁１１１ａの開度が大きくなる。このとき、開方向の開度を調整する開度調整ねじ１２１ｃの位置を調整しておくことにより、ロッド１１１ｂを開方向（β方向）に引いていって全開となったときの開度を調整することができる。本例では、全開時において液体３１の流量が規定した大流量（例えば１５０ｃｃ／秒）となるように、開度調整ねじ１２１ｃの位置を調整している。
【００６６】
図７に示す流量可変手段１００Ａでは、エアシリンダ部１２１に備えた開度調整ねじ１２１ｂ，１２１ｃの位置調整をすることにより、ダイヤフラム弁１１１ａの開度を２段階開度（小開度と大開度）にすることができる。
【００６７】
なお、ダイヤフラム弁１１１ａの開度を複数段にするには、エアシリンダ部１２１の代わりに、図８に示すエアシリンダ部１２２を採用することもできる。
【００６８】
このエアシリンダ部１２２は、エアシリンダ１２３（シリンダ１２３ａとピストン１２３ｂとロッド１２３ｃとで構成されている）と、エアシリンダ１２４（（シリンダ１２４ａとピストン１２４ｂとロッド１２４ｃとで構成されている）とを直列接続したものである。そして、ロッド１２４ｃがピストン１２３ｂを押すようになっている。そしてロッド１２３ｃをダイヤフラム弁部１１１のロッド１１１ｂに接続する。
【００６９】
このエアシリンダ部１２２では、ピストン１２３ｂが左側端面１２３ｄに当接するようにしたときに、ダイヤフラム弁１１１ａが全閉（開度零）となる。
また、図８に示す状態、即ちピストン１２４ｂが左側端面１２４ｄに当接してロッド１２４ｃがピストン１２３ｂを押しているため、ピストン１２３ｂがシリンダ１２３ａの中間位置に停止しているときに、ダイヤフラム弁１１１ａが小開度となる。
そして、ピストン１２４ｂが右側端面１２４ｅに、ピストン１２３ｂが右側端面１２３ｅに当接するようにしたときに、ダイヤフラム弁１１１ｂが全開の大開度となる。
【００７０】
図９に示す流量可変手段１００Ｂは、ダイヤフラム弁部１１１と、エアシリンダ部１２１とを連結して構成している。ただし、エアシリンダ部１２１の作動により、ダイヤフラム弁１１１は、全閉（開度零）と全開の２値状態に開閉制御される。
【００７１】
更に弁管１１１ｃには、弁部分であるダイヤフラム弁１１１ａが全閉となっていても、この全閉状態となっているダイヤフラム弁１１１ａをバイパスして、液体３１を上流側から下流側に流すバイパス流路１５０が形成されている。
このバイパス流路１５０の径は、ここを流れる液体３１の流量が例えば５０ｃｃ／秒となるような寸法としている。
【００７２】
またダイヤフラム弁１１１ａが全開したときに、この全開状態のダイヤフラム弁１１１ａとバイパス流路１５０を流れる液体３１の合計流量が例えば１５０ｃｃ／秒となるように、ダイヤフラム弁１１１の全開開度を設定している。
【００７３】
なお、図１０に示すようにバイパス流路１５０の内周面に雌ねじを形成しておき、外周面に雄ねじを形成したスリーブ管１５１をねじ込むようにしていてもよい。
スリーブ管１５１としては、図１０に示す内径を有するもののみならず、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すような内径の異なる複数種類のスリーブ管１５１ａ〜１５１ｃを用意しておき、バイパスさせる流量を変更するときには、内径の異なるスリーブ管に取り替えれば、簡単にバイパス流路１５０での流量変更ができる。
【００７４】
図１２に示す流量可変手段１００Ｃは、スプール弁１１２と電動駆動装置１２２により構成されている。電動駆動装置１２２によりスプール１１２ａの位置を調整することにより、弁開度を調整することができ、液体３１の流量を調整することができる。
【００７５】
なおスプール弁１１２にも、バイパス流路を形成するようにしてもよい。
【００７６】
上述した整流用縮流路の各種具体的構成例と、流量可変手段の各種の具体的構成例との組み合わせは、任意に行うことができる。
【００７７】
＜変形例＞
上記実施例では、容器３に充填する充填量を、電磁流量計４１により計測していたが、液体３１が充填される容器３の重量（容器３とこの容器３に充填された液体３１の合計の重量）を計測して、充填量を計測する重量計測装置を用いるようにしてもよい。このように重量計測をして充填量を測定する液体充填装置にも、本発明を適用することができる。
【００７８】
また、流量可変手段では、２段階に流量を制御していたが、３段階以上にしてもよく、また連続的に流量変化（流量を漸増）させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施例１に係る液体充填装置を示す構成図。
【図２】容器に充填する流量変化を示す特性図。
【図３】本発明の実施例２に係る液体充填装置を示す構成図。
【図４】テーパ縮流管を示す構成図。
【図５】円孔板を示す構成図。
【図６】楕円ベルマウスを示す構成図。
【図７】流量可変手段を示す構成図。
【図８】エアシリンダ部を示す構成図。
【図９】流量可変手段の他の例を示す構成図。
【図１０】スリーブ管を挿入したバイパス通路を示す構成図。
【図１１】スリーブ管の各種例を示す構成図。
【図１２】流量可変手段の他の例を示す構成図。
【図１３】液体充填システムの一例の概略を示す構成図。
【図１４】従来の液体充填装置を示す構成図。
【符号の説明】
【００８０】
１，１Ａ，１Ｂ 液体充填装置
２ 旋回テーブル
３ 容器
１０ 充填ノズル部
２０ ホルダ
３０ 貯液タンク
３１ 液体
４０ 液体供給管
４１ 電磁流量計
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 流量可変手段
２００，２５０ 整流用縮流路
【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に関するものである。更に詳述すると、液体を容器に充填していくときに、泡立ちの発生をより確実に抑制することができるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
飲料工場において、飲料等の液体を、ペットボトルやビンや缶などの容器に自動的に充填するには、液体充填装置が用いられる。
【０００３】
ここで液体充填装置を含む充填システムの一例を、平面図である図１３を参照しつつ説明する。なお、図１３では、各機器を概略的に示している。
【０００４】
図１３において、０１は供給コンベア、０２は転送ホイール、０３は液体充填装置、０４は転送ホイール、０５はキャッパ、０６は排出ホイール、０７は排出コンベアである。このシステムでは、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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
液体充填装置０３では、旋回テーブルの外周部分に、円周方向に沿い等間隔に充填ノズル部（液弁や充填ノズルを有している）及びホルダが配置されている。更に、旋回テーブルの上方位置には、この旋回テーブルと一体となって同期回転する貯液タンク（フィラボール）が配置されている。このフィラボールに貯留している飲料は、液体供給管を介して各充填ノズル部に供給されるようになっている。
【０００８】
そして、ホルダにより容器を把持して位置Ｂから位置Ｃに搬送する間において、容器への充填量を計測しつつ、充填ノズル部から容器に飲料を充填している。なお、容器への充填量は、容器に流入する飲料の流量を計測したり、容器に充填した飲料の重量を計測したりすることにより行っている。
【０００９】
ここで従来の液体充填装置の一例を、図１４を参照しつつ説明する。
図１４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、周方向に沿い等間隔に、複数の充填ノズル部１０と複数のホルダ２０が配置されている。
旋回テーブル２の上方位置には、貯液タンク（フィラボール）３０が配置されている。この貯液タンク２０は、旋回テーブル２と一体となって同期回転する。
そして、貯液タンク３０と各充填ノズル部１０は、液体供給管４０により接続されている。
【００１０】
充填ノズル部１０の本体ブロック１１の中心部分には流路１２が形成されており、この流路１２内には液弁１３が配置されている。この液弁１３はロッド１４を介してエアシリンダ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ようになっている。つまり、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に当接することにより閉弁となり液体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。
更に、本体ブロック１１の下端には充填ノズル１５が配置されている。
【００１１】
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を充填ノズル部１０の充填ノズル１５の下方位置に保持する。
【００１２】
貯液タンク３０の内部には、容器３に充填すべき液体（飲料）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。
【００１３】
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、その下端が充填ノズル部１０の流路１２に連通して、貯液タンク３０と充填ノズル部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。
【００１４】
なお、炭酸飲料などを充填する場合には、容器３内に対して気体を供給・排出するための気体給排気構造を必要とするが、ここでは、その構造は省略している。
【００１５】
かかる構成となっている液体充填装置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及び充填ノズル部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。
【００１６】
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。このように液体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。このようにして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。
【００１７】
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案出された（特許文献１，２参照）。例えば、充填初期期間では５０ｃｃ／秒の流量で液体充填をし、その後の期間で１５０ｃｃ／秒の流量で液体充填をし、最終的に充填量が規定量に達したら閉弁して充填を終了する。
【００１８】
このように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。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。
【００１９】
なお、図１４に示す液体充填装置１では、液体３１の流通・遮断をする弁として液弁１３を採用しこの液弁１３の開度を調整して流量調整をしていたが、開度が２段となるダイヤフラム弁を充填ノズル部１０に備えて、流量調整をする従来技術も存在した。
【００２０】
【特許文献１】特開平８−８５５９３号公報
【特許文献２】特開２００４−２１７２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ところで図１４に示す従来技術では、充填ノズル部１０に備えた液弁１３の開度調整をすることにより、容器３に充填する液体３１の流量を制御していたため、充填ノズル１５から容器３に流入していく液の流れに乱れが生じることがあった。即ち、流量制御による流量変化に起因して液流に乱流が発生することがあった。この液流の乱れにより、液体３１が気体を巻き込み気泡が発生する可能性があった。
かかる現象は、液弁１３の代わりに、開度が２段となるダイヤフラム弁を充填ノズル部１０に備えたものでも発生していた。
【００２２】
つまり、充填ノズル１５に近い位置（上流側の近い位置）で弁の開度調整が行われるため、充填ノズル１５から容器３内に自然落下していく液体３１の流れが、乱れのない層流にならず、乱流成分が含まれてしまい、この乱流により気体巻き込みをして気泡発生が誘発されることがあった。
【００２３】
本発明は、上記従来技術に鑑み、気泡発生を防止するために充填ノズルから容器に充填していく液体の流量を変化させる（充填初期期間では少ない流量とし、その後の期間では流量を増大させる）際に、液体の流れに生じた乱れを抑制するように液体を整流し、この整流により乱流を抑制して層流になった液体を、容器に流入させて充填することができる液体充填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】
【００２４】
上記課題を解決する本発明の構成は、
液体が貯留される貯液タンクと、
前記貯液タンクから供給された前記液体を充填ノズルを介して容器に流入させると共に、容器に流入させる液体の流通・遮断をする弁機構を備えた充填ノズル部と、
前記貯液タンクの液体を前記充填ノズル部に供給する液体供給管と、
を備えた液体充填装置において、
前記液体供給管に、この液体供給管内を流れる前記液体の流量を可変にする流量可変手段を備えたことを特徴とする。
【００２５】
また本発明の構成は、
液体が貯留される貯液タンクと、
前記貯液タンクから供給された前記液体を充填ノズルを介して容器に流入させると共に、容器に流入させる液体の流通・遮断をする弁機構を備えた充填ノズル部と、
前記貯液タンクの液体を前記充填ノズル部に供給する液体供給管と、
を備えた液体充填装置において、
前記液体供給管に備えられており、前記容器に液体を充填する際に、充填開始から予め決めた期間である充填の初期期間では前記液体供給管内を流れる前記液体の流量を予め決めた小流量とし、前記充填初期期間が経過した後の期間では前記液体供給管内を流れる前記液体の流量を前記小流量よりも増加させる流量可変手段を備えたことを特徴とする。
【００２６】
また本発明の構成は、
前記液体供給管のうち前記流量可変手段と前記充填ノズル部との間の位置に、前記液体供給管内を流れる前記液体の液流の径を絞り込むことにより液体に生じている乱流を抑制する整流用縮流路を備えたことを特徴とする。
【００２７】
また本発明の構成は、
前記液体供給管のうち前記貯液タンクと前記流量可変手段との間の位置に、前記容器に充填していく液体の液量を計測する流量計を備え、
前記液体供給管のうち前記流量計と前記流量可変手段との間の位置に、前記液体供給管内を流れる前記液体の液流の径を絞り込むことにより液体に生じている乱流を抑制する整流用縮流路を備えたことを特徴とする。
【００２８】
また本発明の構成は、
前記整流用縮流路は、テーパ縮流管または円孔板または楕円ベルマウスであることを特徴とする。
【００２９】
また本発明の構成は、
前記流量可変手段は、前記液体供給管に介装された流量制御弁と、この流量制御弁を駆動してその弁開度を調整する弁駆動部とで構成されていることを特徴とする。
【００３０】
また本発明の構成は、
前記流量制御弁には、弁部分が全閉状態であっても弁部分を迂回して前記液体を流通させるバイパス流路が形成されていることを特徴とする。
このバイパス流路に整流構造、例えば前述の楕円ベルマウス構造やテーパ縮流管構造を組み合わせても良い。
【００３１】
また本発明の構成は、
前記流量制御弁は、ダイヤフラム弁を有するダイヤフラム弁部または、スプール弁であることを特徴とする。
【００３２】
また本発明の構成は、
前記弁駆動部は、エアシリンダまたは電動駆動装置であることを特徴とする。
【００３３】
また本発明の構成は、
前記容器に充填する前記液体の液量を計測するため、液体が充填された容器の重量を計測する重量計測装置が備えられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、液体供給管に流量可変手段を備えたので、充填ノズル部から離れた（上流側に離れた）部分で流量制御をすることができる。このため、流量制御に起因して液体の液流に生ずる乱流の影響が、充填ノズル部に達するまでに減衰する。この結果、容器に充填する液体に含まれる乱流が抑制され、充填の際に容器内での泡立ちを防止して短時間での充填が可能になる。
【００３５】
更に、整流用縮流路を液体供給管に備え、この整流用縮流路にて乱流を積極的に抑制するようにしたので、容器に充填する液体に含まれる乱流が更に積極的に抑制され、充填の際に容器内での泡立ちをより確実に防止してより短時間での充填が可能になる。
特に、流量可変手段にて、充填初期期間では液体流量を小流量としその後の期間では流体流量を大流量とする場合には、小流量での液体の液流に発生した乱流を、整流用縮流路にて抑制するようにしたので、泡立ちの発生し易い充填初期での泡立ちの発生を効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下に本発明の実施の形態を実施例に基づき詳細に説明する。なお図１４に示す従来の液体充填装置１と同様な構成部分については、説明を省略ないし簡略化し、本発明にとって新規な部分を中心に説明をする。
【実施例１】
【００３７】
図１は本発明の実施例１に係る液体充填装置１Ａを示す。この液体充填装置１Ａでは、液体供給管４０に、電磁流量計４１と流量可変手段１００と整流用縮流路２００が配置されている。貯液タンク３０側を上流側、充填ノズル部１０側を下流側とすると、液体供給管４０には、上流側から下流側に向かって、電磁流量計４１と流量可変手段１００と整流用縮流路２００が、この順に並んで配置されている。
【００３８】
流量可変手段１００は、液体供給管４０内を流れる液体３１の流量を調整する流量制御弁１１０と、この流量制御弁１１０の開度を調整する弁駆動部１２０とで構成されている。
【００３９】
流量制御弁１１０としては、ダイヤフラム弁やスプール弁などを採用することができ、弁駆動部１２０としてはエアシリンダや電動モータなどを採用することができる。
【００４０】
この流量制御弁１１０や弁駆動部１２０の具体的な構成例は後述するが、弁駆動部１２０により流量制御弁１１０の開度調整をして、少なくとも２段階の開度（小開度と大開度）にすることができるようになっている。このため、流量制御弁１１０の開度が小開度になっているときには、液体供給管４０内を流れる液体３１の流量が小流量（例えば５０ｃｃ／秒）となり、流量制御弁１１０の開度が大開度になっているときには、液体供給管４０内を流れる液体３１の流量が大流量（例えば１５０ｃｃ／秒）となる（図２参照）。
【００４１】
整流用縮流路２００としては、テーパ縮流管（レデューサ）や、円孔板（オリフィス）や楕円ベルマウスなどを採用することができる。その具体的な構成例は後述するが、この整流用縮流路２００は、液体供給管４０を通して貯液タンク３０から充填ノズル１０に供給される液体３１の液流の太さ（径）を絞り込むことにより、液体３１の液流に生じている乱流を抑制するという整流効果を発揮するものである。したがって、液体３１が整流用縮流路２００を通過する際に液流が絞り込まれて整流されることにより、整流用縮流路２００から出てきた液流は層流となり乱流成分が抑制されたものとなる。
【００４２】
他の部分の構成は、図１４に示す液体充填装置１と同様になっている。即ち、旋回テーブル２の外周縁には充填ノズル部１０とホルダ２０が配置されており、旋回テーブル２と一体となって同期回転する貯液タンク３０が旋回テーブル２の上方に配置されており、貯液タンク３０と充填ノズル部１０とは液体供給管４０により接続されている。
【００４３】
なお、本実施例１では、エアシリンダ５０により駆動される液弁１３は、開弁と閉弁の動作（全開と全閉の２値動作）を行うのみで、開度調整は行わない。つまり、液弁１３と弁座１２ａによりなる弁機構は、容器３に流入させる液体３１の流通と遮断の動作（ＯＮ，ＯＦＦ動作）を行うものであり、容器３に流入させる液体３１の流量制御をするものではない。
【００４４】
次に、上記構成となっている液体充填装置１Ａによる充填動作を説明する。なお各部の動作は、図示しない制御装置により自動制御されている。
【００４５】
まずホルダ２０により容器３を支持し、容器３の上端開口を充填ノズル１５の直下に位置させる。このとき、液弁１３は弁座１２ａに接触して閉弁状態になっている。
【００４６】
この状態でエアシリンダ５０を駆動して、液弁１３を上方移動して、液弁１３を全開状態にする。そうすると、貯液タンク３０内の液体３１が、液体供給管４０及び充填ノズル部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内に流入・充填される。
【００４７】
このとき電磁流量計４１にて充填流量を計測しており、計測した充填流量が予め決めた規定量に達したら、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。これにより容器３への液体３１の流入が遮断され、規定量の液体３１が容器３に充填される。
【００４８】
流量可変手段１００は、充填の初期期間（充填開始から予め決めた期間）では流量制御弁１１０が小開度となり、その後の期間（初期期間が経過した後の期間）では流量制御弁１１０が大開度となるように流量制御をする。このため、図２に示すように、充填の初期期間（第１段階）では容器３に充填される液体３１の流量が小流量（例えば５０ｃｃ／秒）となり、その後の期間（予め決めた充填初期期間が経過した後の期間、つまり第２段階）では、容器３に充填される液体３１の流量が大流量（例えば１５０ｃｃ／秒）となる。
【００４９】
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３１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。つまり、容器３に充填する液体３１の流量を、２段階制御するため、泡立ちの発生を抑制することができる。
【００５０】
ところで、流量可変手段１００により液体３１の流量を変化（例えば５０ｃｃ／秒から１５０ｃｃ／秒に変化）させると、流量制御弁１１０を通過した液体３１の液流には乱れが発生してしまう。しかし、乱流成分を有する液体３１は整流用縮流路２００を通過する際に、その液流の太さ（径）が絞られて整流されるため、乱流が抑制されて殆ど層流となる。この結果、整流用縮流路２００を通過した液体３１は、殆ど乱流成分を持たない層流となり、このように整流された液体３１が、流路１２及び充填ノズル１５を介して容器３に充填される。
【００５１】
このように、乱流成分が抑制された層流となった液体３１が容器３に充填されるため、容器３内での泡立ちが更に抑制されて、充填時間の更なる短縮を図ることができる。
【００５２】
なお、流量可変手段１００において、流量制御弁１１０を小開度から大開度に開度変化させる応答性は、液体３１の種類に応じて最適に調整する。この調整量によっても、液体３１に生じる乱流の発生を抑制することができる。
【実施例２】
【００５３】
図３は本発明の実施例２に係る液体充填装置１Ｂを示す。この液体充填装置１Ｂでは、液体供給管４０に、第１の整流用縮流路２００のみならず、第２の整流用縮流路２５０も配置している。整流用縮流路２００は、流量可変手段１００と充填ノズル部１０との間に備えられているが、整流用縮流路２５０は、電磁流量計４１と流量可変手段１００との間に備えられている。
【００５４】
実施例２では、流量制御弁１１０の弁開度が変化することにより生じた液流の乱れが、上流側の電磁流量計４１に悪影響（流量計測誤差）を与えないように、整流用縮流路２５０により液流を整流し乱れを抑制しているのである。
このため、電磁流量計４１による流量計測を正確に行うことができる。
【００５５】
なお、第１の整流用縮流路２００を無くし、第２の整流用縮流路２５０のみを設けるだけでも、液流の乱れに起因する電磁流量計４１への悪影響の防止と、充填ノズル１５から容器３に充填される液体３１の液流の乱れの抑制をすることが可能である。
【００５６】
＜整流用縮流路の各種具体的構成例＞
ここで、整流用縮流路２００（並びに２５０）の各種の具体例を説明する。整流用縮流路２００，２５０としては、図４に示すようなテーパ縮流管（レデューサ）２０１や、図５に示すような円孔板２０２や、図６に示すような楕円ベルマウス２０３などを採用することができる。
【００５７】
図４に示すテーパ縮流管２０１は、その上流側に径が漸減するテーパ面２０１ａを有しており、テーパ面２０１ａにて液体３１の液流の太さを絞り込むことにより、液体３１の液流に生じている乱流を抑制するという整流効果を発揮する。
【００５８】
図５に示す円孔板２０２は、その上流側から下流側に向かって貫通する複数の孔（オリフィス）２０２ａを有しており、孔２０２ａにて液体３１の液流の太さを絞り込むことにより、液体３１の液流に生じている乱流を抑制するという整流効果を発揮する。
【００５９】
図６に示す楕円ベルマウス２０３は、その上流側に径が漸減するテーパ面２０３ａを有しており、テーパ面２０３ａにて液体３１の液流の太さを絞り込むことにより、液体３１の液流に生じている乱流を抑制するという整流効果を発揮する。
【００６０】
なお整流用縮流路２００，２５０としては、図４〜図６に示すものに限らず、液体３１の液流の太さを絞り込むことにより、液体３１の液流に生じている乱流を抑制するという整流効果を発揮するものであれば、どのようなものであってもよい。
【００６１】
＜流量可変手段の各種の具体的構成例＞
次に流量可変手段１００の各種の具体的を説明する。
【００６２】
図７に示す流量可変手段１００Ａは、ダイヤフラム弁部１１１と、エアシリンダ部１２１とを連結して構成している。
【００６３】
ダイヤフラム弁部１１１のダイヤフラム弁１１１ａは、ロッド１１１ｂが閉方向（α方向）や開方向（β方向）に移動することにより、弁管１１１ｃ内での開度が変化する。
エアシリンダ部１２１のロッド１２１ａは、ダイヤフラム弁部１１１のロッド１１１ｂに連結している。またロッド１２１ａには、閉方向の弁開度を調整する開度調整ねじ１２１ｂと、開方向の弁開度（最大開度）を調整する開度調整ねじ１２１ｃが螺合されている。そしてピストン１２１ｄにより区画されるシリンダ室１２１ｅ，１２１ｆに対してエアを給排気することによりエアシリンダ１２１が作動する。
【００６４】
エアシリンダ１２１によりロッド１１１ｂを閉方向（α方向）に押していくと、ダイヤフラム弁１１１ａの開度が小さくなる。このとき、閉方向の開度を調整する開度調整ねじ１２１ｂの位置を調整しておくことにより、ロッド１１１ｂを閉方向（α方向）に押していってもダイヤフラム弁１１１ａは全閉状態にならず、一定の小開度を保持することができる。この小開度を保持することにより、液体３１の流量を小流量(例えば５０ｃｃ／秒)にすることができる。
【００６５】
エアシリンダ１２１によりロッド１１１ｂを開方向（β方向）に引いていくと、ダイヤフラム弁１１１ａの開度が大きくなる。このとき、開方向の開度を調整する開度調整ねじ１２１ｃの位置を調整しておくことにより、ロッド１１１ｂを開方向（β方向）に引いていって全開となったときの開度を調整することができる。本例では、全開時において液体３１の流量が規定した大流量（例えば１５０ｃｃ／秒）となるように、開度調整ねじ１２１ｃの位置を調整している。
【００６６】
図７に示す流量可変手段１００Ａでは、エアシリンダ部１２１に備えた開度調整ねじ１２１ｂ，１２１ｃの位置調整をすることにより、ダイヤフラム弁１１１ａの開度を２段階開度（小開度と大開度）にすることができる。
【００６７】
なお、ダイヤフラム弁１１１ａの開度を複数段にするには、エアシリンダ部１２１の代わりに、図８に示すエアシリンダ部１２２を採用することもできる。
【００６８】
このエアシリンダ部１２２は、エアシリンダ１２３（シリンダ１２３ａとピストン１２３ｂとロッド１２３ｃとで構成されている）と、エアシリンダ１２４（（シリンダ１２４ａとピストン１２４ｂとロッド１２４ｃとで構成されている）とを直列接続したものである。そして、ロッド１２４ｃがピストン１２３ｂを押すようになっている。そしてロッド１２３ｃをダイヤフラム弁部１１１のロッド１１１ｂに接続する。
【００６９】
このエアシリンダ部１２２では、ピストン１２３ｂが左側端面１２３ｄに当接するようにしたときに、ダイヤフラム弁１１１ａが全閉（開度零）となる。
また、図８に示す状態、即ちピストン１２４ｂが左側端面１２４ｄに当接してロッド１２４ｃがピストン１２３ｂを押しているため、ピストン１２３ｂがシリンダ１２３ａの中間位置に停止しているときに、ダイヤフラム弁１１１ａが小開度となる。
そして、ピストン１２４ｂが右側端面１２４ｅに、ピストン１２３ｂが右側端面１２３ｅに当接するようにしたときに、ダイヤフラム弁１１１ｂが全開の大開度となる。
【００７０】
図９に示す流量可変手段１００Ｂは、ダイヤフラム弁部１１１と、エアシリンダ部１２１とを連結して構成している。ただし、エアシリンダ部１２１の作動により、ダイヤフラム弁１１１は、全閉（開度零）と全開の２値状態に開閉制御される。
【００７１】
更に弁管１１１ｃには、弁部分であるダイヤフラム弁１１１ａが全閉となっていても、この全閉状態となっているダイヤフラム弁１１１ａをバイパスして、液体３１を上流側から下流側に流すバイパス流路１５０が形成されている。
このバイパス流路１５０の径は、ここを流れる液体３１の流量が例えば５０ｃｃ／秒となるような寸法としている。
【００７２】
またダイヤフラム弁１１１ａが全開したときに、この全開状態のダイヤフラム弁１１１ａとバイパス流路１５０を流れる液体３１の合計流量が例えば１５０ｃｃ／秒となるように、ダイヤフラム弁１１１の全開開度を設定している。
【００７３】
なお、図１０に示すようにバイパス流路１５０の内周面に雌ねじを形成しておき、外周面に雄ねじを形成したスリーブ管１５１をねじ込むようにしていてもよい。
スリーブ管１５１としては、図１０に示す内径を有するもののみならず、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すような内径の異なる複数種類のスリーブ管１５１ａ〜１５１ｃを用意しておき、バイパスさせる流量を変更するときには、内径の異なるスリーブ管に取り替えれば、簡単にバイパス流路１５０での流量変更ができる。
【００７４】
図１２に示す流量可変手段１００Ｃは、スプール弁１１２と電動駆動装置１２２により構成されている。電動駆動装置１２２によりスプール１１２ａの位置を調整することにより、弁開度を調整することができ、液体３１の流量を調整することができる。
【００７５】
なおスプール弁１１２にも、バイパス流路を形成するようにしてもよい。
【００７６】
上述した整流用縮流路の各種具体的構成例と、流量可変手段の各種の具体的構成例との組み合わせは、任意に行うことができる。
【００７７】
＜変形例＞
上記実施例では、容器３に充填する充填量を、電磁流量計４１により計測していたが、液体３１が充填される容器３の重量（容器３とこの容器３に充填された液体３１の合計の重量）を計測して、充填量を計測する重量計測装置を用いるようにしてもよい。このように重量計測をして充填量を測定する液体充填装置にも、本発明を適用することができる。
【００７８】
また、流量可変手段では、２段階に流量を制御していたが、３段階以上にしてもよく、また連続的に流量変化（流量を漸増）させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施例１に係る液体充填装置を示す構成図。
【図２】容器に充填する流量変化を示す特性図。
【図３】本発明の実施例２に係る液体充填装置を示す構成図。
【図４】テーパ縮流管を示す構成図。
【図５】円孔板を示す構成図。
【図６】楕円ベルマウスを示す構成図。
【図７】流量可変手段を示す構成図。
【図８】エアシリンダ部を示す構成図。
【図９】流量可変手段の他の例を示す構成図。
【図１０】スリーブ管を挿入したバイパス通路を示す構成図。
【図１１】スリーブ管の各種例を示す構成図。
【図１２】流量可変手段の他の例を示す構成図。
【図１３】液体充填システムの一例の概略を示す構成図。
【図１４】従来の液体充填装置を示す構成図。
【符号の説明】
【００８０】
１，１Ａ，１Ｂ 液体充填装置
２ 旋回テーブル
３ 容器
１０ 充填ノズル部
２０ ホルダ
３０ 貯液タンク
３１ 液体
４０ 液体供給管
４１ 電磁流量計
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 流量可変手段
２００，２５０ 整流用縮流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が貯留される貯液タンクと、
前記貯液タンクから供給された前記液体を充填ノズルを介して容器に流入させると共に、容器に流入させる液体の流通・遮断をする弁機構を備えた充填ノズル部と、
前記貯液タンクの液体を前記充填ノズル部に供給する液体供給管と、
を備えた液体充填装置において、
前記液体供給管に、この液体供給管内を流れる前記液体の流量を可変にする流量可変手段を備えたことを特徴とする液体充填装置。
【請求項２】
液体が貯留される貯液タンクと、
前記貯液タンクから供給された前記液体を充填ノズルを介して容器に流入させると共に、容器に流入させる液体の流通・遮断をする弁機構を備えた充填ノズル部と、
前記貯液タンクの液体を前記充填ノズル部に供給する液体供給管と、
を備えた液体充填装置において、
前記液体供給管に備えられており、前記容器に液体を充填する際に、充填開始から予め決めた期間である充填の初期期間では前記液体供給管内を流れる前記液体の流量を予め決めた小流量とし、前記充填初期期間が経過した後の期間では前記液体供給管内を流れる前記液体の流量を前記小流量よりも増加させる流量可変手段を備えたことを特徴とする液体充填装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記液体供給管のうち前記流量可変手段と前記充填ノズル部との間の位置に、前記液体供給管内を流れる前記液体の液流の径を絞り込むことにより液体に生じている乱流を抑制する整流用縮流路を備えたことを特徴とする液体充填装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
前記液体供給管のうち前記貯液タンクと前記流量可変手段との間の位置に、前記容器に充填していく液体の液量を計測する流量計を備え、
前記液体供給管のうち前記流量計と前記流量可変手段との間の位置に、前記液体供給管内を流れる前記液体の液流の径を絞り込むことにより液体に生じている乱流を抑制する整流用縮流路を備えたことを特徴とする液体充填装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、
前記整流用縮流路は、テーパ縮流管または円孔板または楕円ベルマウスであることを特徴とする液体充填装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項において、
前記流量可変手段は、前記液体供給管に介装された流量制御弁と、この流量制御弁を駆動してその弁開度を調整する弁駆動部とで構成されていることを特徴とする液体充填装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記流量制御弁には、弁部分が全閉状態であっても弁部分を迂回して前記液体を流通させるバイパス流路が形成されていることを特徴とする液体充填装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７において、
前記流量制御弁は、ダイヤフラム弁を有するダイヤフラム弁部または、スプール弁であることを特徴とする液体充填装置。
【請求項９】
請求項６または請求項７において、
前記弁駆動部は、エアシリンダまたは電動駆動装置であることを特徴とする液体充填装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れか一項において、
前記容器に充填する前記液体の液量を計測するため、液体が充填された容器の重量を計測する重量計測装置が備えられていることを特徴とする液体充填装置。
【請求項１】
液体が貯留される貯液タンクと、
前記貯液タンクから供給された前記液体を充填ノズルを介して容器に流入させると共に、容器に流入させる液体の流通・遮断をする弁機構を備えた充填ノズル部と、
前記貯液タンクの液体を前記充填ノズル部に供給する液体供給管と、
を備えた液体充填装置において、
前記液体供給管に、この液体供給管内を流れる前記液体の流量を可変にする流量可変手段を備えたことを特徴とする液体充填装置。
【請求項２】
液体が貯留される貯液タンクと、
前記貯液タンクから供給された前記液体を充填ノズルを介して容器に流入させると共に、容器に流入させる液体の流通・遮断をする弁機構を備えた充填ノズル部と、
前記貯液タンクの液体を前記充填ノズル部に供給する液体供給管と、
を備えた液体充填装置において、
前記液体供給管に備えられており、前記容器に液体を充填する際に、充填開始から予め決めた期間である充填の初期期間では前記液体供給管内を流れる前記液体の流量を予め決めた小流量とし、前記充填初期期間が経過した後の期間では前記液体供給管内を流れる前記液体の流量を前記小流量よりも増加させる流量可変手段を備えたことを特徴とする液体充填装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記液体供給管のうち前記流量可変手段と前記充填ノズル部との間の位置に、前記液体供給管内を流れる前記液体の液流の径を絞り込むことにより液体に生じている乱流を抑制する整流用縮流路を備えたことを特徴とする液体充填装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
前記液体供給管のうち前記貯液タンクと前記流量可変手段との間の位置に、前記容器に充填していく液体の液量を計測する流量計を備え、
前記液体供給管のうち前記流量計と前記流量可変手段との間の位置に、前記液体供給管内を流れる前記液体の液流の径を絞り込むことにより液体に生じている乱流を抑制する整流用縮流路を備えたことを特徴とする液体充填装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、
前記整流用縮流路は、テーパ縮流管または円孔板または楕円ベルマウスであることを特徴とする液体充填装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項において、
前記流量可変手段は、前記液体供給管に介装された流量制御弁と、この流量制御弁を駆動してその弁開度を調整する弁駆動部とで構成されていることを特徴とする液体充填装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記流量制御弁には、弁部分が全閉状態であっても弁部分を迂回して前記液体を流通させるバイパス流路が形成されていることを特徴とする液体充填装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７において、
前記流量制御弁は、ダイヤフラム弁を有するダイヤフラム弁部または、スプール弁であることを特徴とする液体充填装置。
【請求項９】
請求項６または請求項７において、
前記弁駆動部は、エアシリンダまたは電動駆動装置であることを特徴とする液体充填装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れか一項において、
前記容器に充填する前記液体の液量を計測するため、液体が充填された容器の重量を計測する重量計測装置が備えられていることを特徴とする液体充填装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−１６８７７７（Ｐ２００６−１６８７７７Ａ）
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３６２５２６（Ｐ２００４−３６２５２６）
【出願日】平成１６年１２月１５日（２００４．１２．１５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１６年１０月２０日 株式会社ビバリッジジャパン社発行の「Ｂｅｖｅｒａｇｅ Ｊａｐａｎ Ｎｏ．２７４（Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．１０）平成１６年第１０号 通巻２７４号」に発表
【出願人】（５０５１９３３１３）三菱重工食品包装機械株式会社 (146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１５日（２００４．１２．１５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１６年１０月２０日 株式会社ビバリッジジャパン社発行の「Ｂｅｖｅｒａｇｅ Ｊａｐａｎ Ｎｏ．２７４（Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．１０）平成１６年第１０号 通巻２７４号」に発表
【出願人】（５０５１９３３１３）三菱重工食品包装機械株式会社 (146)
【Ｆターム（参考）】
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