填充装置的制作方法

1.本发明涉及将加压后的罐内的液体在密封了容器口部的状态下填充到容器的填充装置。


背景技术：

2.在填充装置中，在将气体饮料填充到容器时，对填充液罐内进行加压，并且将填充液罐的气相部与密封后的容器通过弯管等气体通路连通，在使两者成为相同压力的状态下进行填充。另一方面，在非气体饮料的填充中，通常不需要对填充液罐内进行加压，但在将填充装置兼用于气体饮料和非气体饮料的情况下，在之前的向容器的填充作业中，出于排出在弯管内上升并残留的填充液的目的而进行了加压填充。但是，在非气体饮料所使用的容器柔软的情况下，如果进行加压填充，则会产生容器变形的问题。针对这样的问题，已知有如下结构：在填充非气体饮料时，使填充液罐向大气开放，并且在气体通路开放时或气体通路开放之前打开泄气阀，使容器内的压力向大气开放而将残留在弯管内的填充液排出到容器内，由此即使不进行加压也能够立即向容器进行填充(专利文献1)。现有技术文献专利文献
3.专利文献1：日本特许第3555184号公报


技术实现要素：

发明所要解决的问题
4.但是，例如在无菌环境下向容器进行填充的无菌填充的情况下，为了防止杂质的浸入而在对填充液罐内进行了加压的状态下填充非气体饮料。因此，在如专利文献1那样在填充作业过程中与填充液罐连通的结构中，向密闭的容器内供给加压后的气体，在向材质柔软的软质容器进行填充的情况下，产生容器变形的问题。
5.本发明的课题在于，提供一种即使在密封了容器口部的状态下进行加压填充也能够防止容器的变形的填充装置。用于解决问题的手段
6.作为本发明的第一发明的填充装置的特征在于，具备：填充液罐，贮存液体；加压单元，对所述填充液罐内进行加压；填充阀，具有与容器的口部抵接的密封部件，在由所述密封部件密封了所述容器的口部的状态下通过液体通路来填充所述填充液罐的液体；液阀，设于所述液体通路；气体通路，连通所述填充液罐的气相部与所述密封部件所抵接的容器的内部；气阀，设于所述气体通路；泄气通路，将所述密封部件所抵接的容器的内部与外部连通；泄气阀，设于所述泄气通路；及填充液量检测单元，检测填充到容器内的液体量，在所述液体为非气体填充液时，对所述填充液罐进行加压，并且在关闭所述气阀且打开所述泄气阀的状态下打开所述液阀来进行填充。
7.作为本发明的第二发明的填充装置的特征在于，在第一发明中，在所述液体为气
体填充液时，对所述填充液罐进行加压，并且在打开所述气阀且关闭所述泄气阀的状态下打开所述液阀来进行填充，当填充完成时打开所述泄气阀。
8.作为本发明的第三发明的填充装置的特征在于，在第一或第二发明中，所述填充阀配置在无菌腔室内，所述泄气通路与所述无菌腔室内连通。
9.作为本发明的第四发明的填充装置的特征在于，在第一至第三的任一发明中，所述加压单元能够调整所加压的压力，在填充气体填充液的情况下，以与填充非气体填充液的情况相比相对较高的压力进行加压，在填充非气体填充液的情况下，以比所述无菌腔室内的压力高的压力进行加压。
10.作为本发明的第五发明的填充装置的特征在于，在第一至第四的任一发明中，所述填充阀具备中空的喷嘴主体和升降自如地嵌装在所述喷嘴主体内的阀杆，所述液体通路形成于所述喷嘴主体的内周面与所述阀杆的外周面之间，在所述喷嘴主体的下端部设有所述液体通路的流出口，在所述阀杆的外周面设有对在所述液体通路中流动的液体施加回旋力的翅片，所述液阀由设于所述喷嘴主体的内周面的阀座和设于所述阀杆的外周面的阀体构成，所述液阀由使所述阀杆升降的驱动单元进行开闭。
11.作为本发明的第六发明的填充装置的特征在于，在第五发明中，所述驱动单元控制所述阀体的位置而能够使所述液阀的开度在大开度与小开度之间进行切换，在填充气体填充液时以大开度进行填充，在填充非气体填充液时以小开度进行填充。发明效果
12.根据本发明，能够提供一种即使在密封了容器口部的状态下进行加压填充也能够防止容器的变形的填充装置。
附图说明
13.图1是表示作为本发明的一个实施方式的填充装置的一部分结构的俯视图。图2是示意性地表示第一实施方式的填充器的结构的侧视图，且表示填充气体填充液时的状态。图3是示意性地表示第一实施方式的填充器的结构的侧视图，且表示填充非气体填充液时的状态。图4是表示本实施方式的填充阀的结构的示意性纵剖视图。图5是表示填充状态的图1的填充阀的前端部分附近的放大纵剖视图。图6是第二实施方式的填充装置的小开度下的纵剖视图。图7是第二实施方式的填充装置的大开度下的纵剖视图。
具体实施方式
14.以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1是概略地表示作为本发明的一个实施方式的填充线的一部分结构的俯视图。
15.第一实施方式的填充线10是将作为含有气体的液体的气体填充液(例如碳酸气体饮料)和作为不含有气体的液体的非气体填充液(例如水等非气体饮料)以无菌状态填充到容器v的填充设备。填充线10包括轮式冲洗器12、填充器(填充装置)14、封盖器16，冲洗器12、填充器(filler)14、封盖器16分别配置在无菌腔室12a、14a、16a内。
16.在无菌腔室12a内的冲洗器12中清洗了内表面和外表面的容器v经由供给轮13交接到无菌腔室14a内的填充器14。在填充器14中，例如气体填充液或非气体填充液中的任意一种液体被填充到容器v。
17.完成了填充的容器v经由中间轮15交接到无菌腔室16a内的封盖器16，被安装盖。结束了封盖的容器v经由排出轮18交接到排出输送机20，向无菌腔室16a之外排出。
18.容器v例如是在颈部具有凸缘的树脂制的瓶，在从冲洗器12到封盖器16的各轮中，容器v被夹具交替地把持凸缘的下方和上方而被输送。另外，在排出轮18以后，由输送机输送面支承瓶底面而进行输送。
19.另外，各无菌腔室12a、14a、16a与外部被气密性地划分，在进行无菌填充时，其内部通过未图示的压力调整装置而维持在比外部(例如大气压)高的给定的压力(例如约0.005mpa)。
20.图2、图3是示意性地表示本实施方式的填充器14的结构的侧视图。图2表示填充气体填充液时的状态，图3表示填充非气体填充液时的状态。
21.填充器14具备：填充器主体22，其配置在无菌腔室14a内；以及填充液罐24，其位于填充器主体22的上方，且配置于无菌腔室14a的外侧。填充器主体22由旋转轮构成，在其外周配置有多个填充阀26。另外，在旋转轮，与各填充阀26对应地配置有保持容器v的夹具28(参照图4)。
22.通过液体供给通路24a向填充液罐24供给气体填充液、非气体填充液中的任意一种填充液f。另外，通过气体供给通路24b从未图示的加压装置向填充液罐24的顶部空间供给加压气体(加压单元)。在填充气体填充液时，供给碳酸气体等加压气体，填充液罐24内的顶部空间例如维持在约0.3mpa。另一方面，在填充非气体填充液时，供给加压后的无菌空气，填充液罐24内的顶部空间例如维持在约0.03mpa。
23.在填充液罐24的底部连接有向填充阀26供给填充液的液体通路30。液体通路30在填充器主体22中分支，经过流量计30a(参照图4)供给到各填充阀26。填充阀26与容器v的口部气密性地密接，将填充液供给到容器v中。如参照图4后述那样，填充阀26具备：中空的喷嘴主体32，其构成外壳部；阀杆34，其升降自如地配置在喷嘴主体32内，在阀杆34与喷嘴主体32之间形成液体通路30，并且阀杆34构成进行液体通路30的开闭的液阀31。填充阀26在给定的定时开闭液阀31，向容器v注入填充液。
24.在阀杆34设有用于连通填充液罐24的顶部空间的气相与密闭的容器v的气相的气体通路36。各填充阀26的气体通路36经由气阀36a与气体歧管36b连接，合并为一根气体通路36而与填充液罐的顶部连接。
25.另外，在气体通路36的比气阀36a靠填充阀26侧连接有用于使密闭的容器v的内部空间与无菌腔室14a等外部连通的泄气通路38。在与各气体通路36连接的泄气通路38分别设有泄气阀38a，经由泄气用歧管38b合并为一条泄气通路38并向无菌腔室14a内开放。
26.另外，在图2、3中，打开的阀用空白表示，关闭的阀用涂黑表示。另外，在各个状态下被供给加压气体的通路(部分)用粗线描绘。
27.图4是表示填充阀26的结构的纵剖视图，图5是图4的填充阀26的前端部分附近的放大侧剖视图。另外，图4示出填充阀26在容器v的上方隔开一定距离地配置、并且液体通路30的液阀31被关闭的状态。另外，图5示出填充阀26的前端压抵于容器v的口部、容器v被密
闭的状态。
28.在填充线10中处理的容器v例如是pet瓶等树脂制的瓶，但根据所处理的填充液f是气体填充液还是非气体填充液，其种类不同。即，在进行气体填充液的填充的情况下使用耐压用pet瓶，在非气体填充液的情况下，例如使用无菌填充用pet瓶。
29.容器v具备在上端形成有口部vm的筒状部v1、与筒状部v1相连的扩径部v2、以及与扩径部v2相连的主体部v3，口部vm及筒状部v1的内径通过扩径部v2而较急剧地扩大至主体部v3的内径。另外，在本实施方式中，容器v均在筒状部v1的外周部设有凸缘vf，在填充器14中，容器v均被夹具28把持凸缘vf的下侧。
30.填充阀26具备纵长中空构造的喷嘴主体32和升降自如地纵贯于喷嘴主体32的内侧的阀杆34。喷嘴主体32由下部外壳部件32a和使阀杆34升降的上部外壳部件32b构成。向填充阀26供给填充液f的液体通路30与下部外壳部件32a的上部侧面连接。
31.在阀杆34与下部外壳部件32a之间，以包围阀杆34的方式形成有使填充液f流通的环状的液体通路30，阀杆34的下端从下部外壳部件32a的下端稍向下方突出。
32.另外，在阀杆34，沿着长边方向设有气体通路36，如前文所述，将容器v经由气阀36a与填充液罐24的顶部空间连通，并且与泄气通路38连接，经由泄气阀38a与无菌腔室14a连通。
33.阀杆34具备：构成其下端部的第一细径部34a；位于其上方的第一大径部34c；以及连接第一大径部34c与第一细径部34a的第一缩径部34b。在下部外壳部件32a的内部，从下端部侧起形成有第一外壳细径部33a、第一外壳缩径部33b及第一外壳大径部33c，使得与阀杆34的形状相匹配而形成构成液体通路30的间隙，第一外壳细径部33a的下端开口成为流出口33d。
34.阀杆34能够在下部外壳部件32a内升降，第一缩径部34b起到液阀31的阀体的作用，第一外壳缩径部33b起到液阀31的阀座的作用。即，第一外壳细径部33a的内径比第一大径部34c的外径小，当阀杆34下降时，第一缩径部34b与第一外壳缩径部33b抵接，并且设置于跨及第一大径部34c的下部到第一缩径部34b的外周部的环状的密封部件34d压抵于第一外壳缩径部33b，液体通路30被气密性地堵塞。
35.阀杆34的升降通过设在上部外壳部件32b内的升降机构40进行。升降机构40例如由形成在上部外壳部件32b内的缸体40a和设于阀杆34并与缸体40a嵌合的活塞40b构成。阀杆34通过使空气出入由活塞40b气密性地上下隔开的缸体40a内的上下空间而被驱动。另外，空气向缸体40a的上下空间的出入通过与气压源42连接的切换阀29进行。
36.另外，为了将液体通路30与阀杆34的驱动部隔离，在下部外壳部件32a内的阀杆34的外周，气密性地安装有圆筒状的波纹管44的下端部，该波纹管44覆盖阀杆34的周围，并随着阀杆34的升降而上下伸缩，波纹管44的上端部气密性地安装于上部外壳部件32b的下端。即，液体通路30通过波纹管44与上部外壳部件32b和阀杆34的滑动部隔绝。
37.如前文所述，形成于阀杆34内部的气体通路36能够经由气阀36a与填充液罐24的顶部空间连通，并且能够经由泄气阀38a向无菌腔室14a内开放。
38.在阀杆34的下端部设有朝向下方以放射状向外侧扩展的喇叭部46，由此，在第一细径部34a的下端外周面形成倾斜面46a。另外，在第一大径部34c中比第一缩径部34b附近的密封部件48靠上方，在其外周部设置有多个形成为螺旋状的翅片(回旋翅片)50。翅片50
的外周尺寸与下部外壳部件32a的第一外壳大径部33c的内径大致相等，由第一大径部34c的外周面、翅片50和第一外壳大径部33c的内周面形成回旋流路。另外，在下部外壳部件32a的下端部的流出口33d的外周设有环状的密封部件52，该密封部件52在填充时压接于容器v的口部vm，对容器v的口部vm进行密闭。
39.接着，参照图2～图5，对本实施方式的填充器14中的填充作业进行说明。
40.填充器14具备进行气体填充液的填充的第一填充模式和进行非气体填充液的填充的第二填充模式，两种填充模式通过切换气阀36a及泄气阀38a的开闭来进行。图2表示第一填充模式下的填充作业的状态，图3表示第二填充模式下的填充作业的状态。另外，填充喷嘴26的动作在第一、第二填充模式中相同。
41.图4示出了阀杆34通过升降机构40而下降、液阀31被关闭的状态。另外，图5示出了通过填充阀26向容器v进行填充液f的填充的状态，即，容器v的口部vm压抵于填充阀26的前端的密封部件52，并且阀杆34通过升降机构40而抬起，第一缩径部34b与第一外壳缩径部33b分离，液阀31被打开的状态。
42.在液阀31被打开的状态下，阀杆34的前端的喇叭部46从下部外壳部件32a的下端的流出口33d突出，位于容器v的圆筒部v1内。在本实施方式中，喇叭部46的周缘部的径向切线相对于细径部34a的轴向向下方向的扩展角θ设为约60
°
。另外，在阀杆34使填充时的阀体开放的状态下，喇叭部46的倾斜面46a开始扩展的上端的位置与容器v的口部vm的上端的位置成为大致相同的水平。
43.在填充作业即将开始之前，填充阀26处于图4所示的关闭状态，阀杆34通过升降机构40而下降，缩径部34b的密封部件48压抵于第一外壳缩径部33b而堵塞液体通路30。
44.当开始向交接到填充器14的容器v进行填充作业时，夹具28上升，如图5所示，被夹具28保持的容器v的口部vm的上端压抵于设于下部外壳部件32a的下端的密封部件52。由此，容器v内相对于周围的气氛而实现气密密闭。
45.当容器v的口部vm压抵于填充阀26时，阀杆34通过升降机构40而上升，液阀31被打开。在第一填充模式下，在打开液阀31之前，使气阀36a成为打开状态并且使泄气阀38a成为关闭状态，在容器v与填充液罐24的顶部空间成为相同的压力后，打开液阀31。另外，在液阀31打开的期间，维持该状态。由此被加压的填充液罐24内的填充液f通过液体通路30注入到容器v内，并且容器v内的气体通过气体通路36回流到填充液罐24的顶部空间。另外，在图2的右侧示出第一填充模式下的填充作业过程中的状态(填充液f填充了约一半程度的状态)。
46.当液阀31打开时，填充液罐24的填充液f通过液体通路30流动。当阀杆34通过升降机构40而上升到上限时，阀杆34的前端的喇叭部46如图5所示到达倾斜面46a的上端大致临近流出口33d的位置。在液体通路30中流下的填充液f通过由翅片50形成的螺旋流路而被赋予切线方向流速分量，在形成于阀杆34的第一缩径部34b的外周面与下部外壳部件32a的第一外壳缩径部33b的内周面之间的液体通路30内一边回旋一边流下。
47.当填充液f到达流出口33d时，除了回旋流的离心力之外，由于喇叭部46的倾斜面40a的扩展，填充液f维持具有切线方向速度分量的状态从阀杆34的中心侧向外侧以放射状扩散，向容器v的圆筒部v1的内周面放出。在通过翅片50而生成的回旋流的离心力较弱的填充开始期间，通过填充液f的回旋作用和喇叭部46的倾斜面46a的作用将填充液f引导至筒
状部v1的内周面，之后，当回旋流充分发展时，通过由回旋作用产生的离心力来引导填充液f。
48.填充作业与填充器14的旋转轮的旋转并行地进行，在图2的左侧示出填充完成的状态。向各填充阀26供给的填充液f的流量由流量计30a测量，当向容器v的供给量达到规定量时，阀杆34通过升降机构40而下降，液阀31被关闭。之后，关闭气阀36a，并且打开泄气阀38a，容器v内的压力成为无菌腔室14a内的压力(外部空气压力)。然后，通过夹具28使容器v下降，容器v的口部vm从填充阀26开放。
49.另一方面，在进行非气体填充的第二填充模式中，如图3的右侧所示，在关闭气阀36a并且打开泄气阀38a的状态下，打开液阀31。气阀36a及泄气阀38a的开闭状态在第二填充模式下的填充作业过程中维持不变。即，容器v不与填充液罐24的顶部空间连通，而是通过泄气通路38始终向无菌腔室14a开放，当填充液f被注入到容器v内时，容器v内的空气通过泄气通路38向无菌腔室14a排出。
50.另外，阀杆34的上下动作、填充液f的流动与第一填充模式时相同。
51.如上所述，在第一实施方式的填充装置中，在非气体填充液的填充中，即使在对填充液罐的压力相比于外部进行了加压的状态下进行填充，也能够将容器内的压力维持在接近外部的状态，从而即使是柔软的容器也能够防止其变形。由此，即使在例如无菌填充等那样在非气体填充液的填充中需要进行加压填充的情况下，也能够在气体填充液、非气体填充液的填充中兼用填充装置。
52.图6、图7是第二实施方式的填充装置的纵剖视图。参照图6、图7对第二实施方式的填充装置的结构进行说明。
53.第二实施方式的填充装置的填充阀60能够以两级的开度开闭液体通路30，例如，在填充气体填充液时以大开度进行填充，在填充非气体填充液时以小开度进行填充。其他相关的结构与第一实施方式相同，对于相同的结构使用相同的参照符号，并省略其说明。另外，图6表示小开度的填充阀60，图7表示大开度的填充阀60。
54.填充阀60由下部外壳部件62a和使阀杆64升降的上部外壳部件62b构成。与第一实施方式的填充阀26同样地，具备由下部外壳部件62a和阀杆64构成的液阀31，在阀杆64，在液阀31的上方设有翅片50。另外，在比翅片50靠上方设有流量控制部66，该流量控制部66通过在下部外壳部件62a内升降的阀杆64来缩窄液体通路30，从而使在液体通路30内流通的液体的流速降低。
55.在下部外壳部件62a中，在第一外壳大径部33c的上方设有内径比第一外壳大径部33c的内径大的第二外壳大径部68a和连接第二外壳大径部68a与第一外壳大径部33c的第二外壳缩径部68b。另外，在阀杆64，在第一大径部34c的上方设有外径比第一大径部34c的外径大的第二大径部70a和连接第二大径部70a与第一大径部34c的第二缩径部70b。
56.第二缩径部70b配置于与第二外壳缩径部68b大致相同的高度，第二大径部70a的外径设定为能够在第一大径部33c内滑动的大小。另外，在第二缩径部70b的外周，沿着上下方向设有多个槽70c。
57.阀杆64的升降通过设在上部外壳部件62b内的升降机构72进行。升降机构72例如由形成在上部外壳部件62b内的缸体72a、72b和设置于阀杆64并分别嵌合在缸体72a、72b内的活塞64a、64b构成。缸体72a和缸体72b形成为在上下方向上相连的一个空间，缸体72a的
内径小于缸体72b的内径。即，活塞64a的外径小于活塞64b的外径。
58.活塞64a能够将缸体70a气密地分隔为上下空间，活塞64b能够将缸体72b气密地分隔为上下空间。由此，活塞64a、64b将缸体72a、72b从下方起分割为上下3个空间74a、74b、74c。空间74a、74b、74c通过空气供给管76a、76b、76c分别与气压源42连接，在各空气供给管76a、76b、76c设有阀78a、78b、78c。
59.在使设于液体通路30的液阀31大开度开放时，若仅阀78a打开且阀78b、78c关闭，则如图7所示，阀杆64上升到最高(第三高度)，液阀31及流量控制部66被较大地打开。由此，填充阀60被设定为大开度。
60.在使设于液体通路30的液阀31小开度开放时，若阀78a和阀78c打开且阀78b关闭，则如图6所示，从图7的状态起由活塞64b压下活塞64a，由此阀杆64从大开度的状态稍微下降，液阀31的开度变小。由此，填充阀60被设定为小开度。另外，此时，第二缩径部70b的下端部嵌入到第一外壳大径部33c的上端部，在流量控制部66中，填充液通过设于第二缩径部70b的槽70c而流通，能够抑制填充液的流速。
61.在关闭设于液体通路30的液阀31时，仅阀78b打开，阀78a、78c关闭。由此，阀杆64下降到最低(第一高度)，第二大径部70a的下端部稍微插入到第一外壳大径部33c内，并且第一缩径部34b的密封部件34d压抵于第一外壳缩径部33b，液体通路30被堵塞。
62.如上所述，在第二实施方式中，也能够得到与第一实施方式相同的效果，并且能够根据填充液的种类来调整填充速度。例如，在填充非气体填充液时，关闭将容器与填充液罐连通的气体通路，将泄气通路向无菌腔室开放来进行填充，因此基于填充液罐的压力(例如0.03mpa)与无菌腔室内的压力(例如0.005mpa)之差使填充液加速。在第二实施方式中，在对填充液容易起泡的非气体饮料进行填充的情况下，通过在填充过程中使液阀31以小开度开放来进行填充，从而能够抑制流速，防止填充液在容器内起泡，并且在填充气体饮料的情况下，能够如通常那样在填充过程中使液阀31以大开度开放来进行填充，所以能够根据填充液来切换液阀31的开度。符号说明
63.10
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填充线14
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填充器14a
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无菌腔室24
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填充液罐24a
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液体供给通路24b
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气体供给通路26、60
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填充阀30
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液体通路31
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液阀36
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气体通路36a
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气阀38
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泄气通路38a
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泄气阀f
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填充液
v
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容器vm
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口部。