JPH0249999B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は壜詰機等に応用できる液充填装置に関
するものである。

（従来の技術） 第１図は従来の底詰め壜詰バルブの概略図を示
す。また第２図は容器へ液を充填する際の充填流
量変化を、第３図は充填管から液が噴出する状態
をそれぞれ示す。第１図において、充填装置１０
は、図示されていない回転式充填機に属するリン
グ状の液体室１２の底にある流出口１１の下方に
固定されている。また開口１３を介して大気と通
じている別の戻りガス室１４並びに圧力ガス室１
５が前記の液体室１２と結合して、機械の上部を
形成する構成単位となつている。

また充填装置１０は、流出口１１と同芯的に位
置する空間１６の中に、外部と連接した弁体１８
と、それを押し上げるためにバネ１９および液を
シールする弁座１７で構成された液体弁を有す
る。しかし液を充填しないときは、外部と連動す
るレバー（図示せず）等によつて、弁体１８は弁
座１７に押しつけられ、液の流出を止めている。
前記の弁座１７の下部の空間１６と接続された孔
２０の中には、充填装置１０から下方に向つて突
出している充填管２１が挿し込まれている。

また充填装置１０の下部には、ゴム等の弾性材
質で作られたリング２２を有し、シリンダ等の昇
降装置（図示せず）で容器３８が押上げられた際
に、容器口と充填装置間の気密を保つようになつ
ている。

充填管２１には管壁に沿つて延長していて側方
に孔２５を有する戻りガス通路２４が取付けられ
ており、同戻りガス通路２４は充填装置１０の内
部に位置する球自閉弁２６まで延長している。こ
の球自閉弁２６は球２７とそれを支えている突出
体２８とから成る。容器３８内のガスは、この球
自閉弁２６の弁室部および通路２９を経て、弁３
０，３６に至る。

弁３０，３６の下流側（容器３８から大気に通
じている戻りガス室１４の方向）には、高流量で
ガスを逃がすことのできる穴径のきい絞り３１
と、低流量でガスを逃がすことのできる穴径の小
さい絞り３３がそれぞれあり、大気に開放してい
る戻りガス室１４に通じている。戻りガス室１４
は排気中のミストを分離する役目を持つ。また弁
３５は液体室１２と容器３８内を同圧にするため
に開閉する弁で、ガスが圧力ガス室１５から通路
３４を通り、容器３８内に流入するようになつて
いる。

以下第１図、第２図、第３図にもとずいて従来
方式の作用について述べると、まず容器３８は昇
降装置（図示せず）によつて充填装置に押付けら
れ、容器口が充填装置に密着される。次に外部と
連動するレバー等（図示せず）によつて、弁体１
８を弁座１７に押びつけている機械的な力を解除
する。

このとき弁体１８を上方に引げ上げるようにバ
ネ１９が作用するが、加圧された液体室１２の圧
力によつて弁１８は開かない。弁３５を開くと圧
力ガスが圧力ガス室１５から通路３４、穴２３を
通り、容器３８内に流入する。容器３８内が圧力
ガス室１５の圧力に近づくと、液体室１２の圧力
にバネ１９の力が打勝つて、弁１８が開き、液が
充填管２１をつて容器３８内に流入し始める。

つづいて弁３５を閉じ、弁３６を開くと、容器
３８内のガスは穴２５→通路２４→球自閉弁２６
→通路２９→弁３６→通路３７→絞り３３→戻り
ガス室１４を通つて大気に逃げる。これにともな
つて液は液体室１２から空間１６→弁１８→充填
管２１を通つて容器３８内に流入する。このとき
の充填流量Ｑは絞り３３の径によつて決まり、低
速域（）となる。充填流量Ｑが低速域（）の
ままならば流入速度が遅いため、液中での気泡の
発生はなく、良好な充填が可能である。しかし充
填完了までに時間が掛るので充填容器の生産能力
が低くなる。

そこで充填時間の短縮を計るために、容器３８
内の液が充填管２１の下端を浸したときに弁３０
を開く。弁３０を開くと、穴径の大きい絞り３１
から高流量のガスが急激に戻りガス室１４に逃げ
出すので、それに応じて液の容器３８への充填流
量Ｑが急激に増加する。

このような充填流量Ｑの時間ｔに対する変化を
表わしたのが第２図である。第２図において、弁
３６を開いた場合は絞り３３で充填流量Ｑが決ま
り、低速域（）がそのときの充填流量となる。
つづいて弁３０を開くと、絞り３１と絞り３３で
充填流量Ｑが決まり、高速域（）がそれに相当
する充填流量となる。

高速域（）になると、容器３８内の液量は急
激に増加して孔２５に到達する。液はさらに流入
して、孔２５から戻りガス通路２４を通り、球自
閉弁２６に達する。液が球自閉弁２６に達する
と、液より軽い球２７を持ち上げて通路２７を閉
鎖する。これによりガスおよび液の逃げる通路が
すべて閉じるので液の流入が停止する。

その後弁１８，３０，３６を閉じて、容器３８
への液充填の動作が完了する。つづいて容器３８
は内部圧力を図示しない装置により大気に開放
し、その後昇降装置（図示せず）にて下げられ、
容器３８のフタをする工程に転送される。以上の
ような公知の特願昭52−10063号の壜詰バルブで
は、次のような欠点があつた。

すなわち、第３図において充填管２１から噴出
する液の流れは、容器３８の底に衝突した後、容
器３８の側壁部に沿つて上昇するという矢印ａの
フローパターンを示す。このようなフローパター
ンの流れでは、充填流量Ｑ、すなわち充填管２１
から噴出する流速の急激な変化が液面４０に影響
して波立たせる。さらに充填流量Ｑの変化を大き
くすると、液面４０の波立ちが大きくなり液面４
０から気泡４１ａ，４１ｂが取り込まれる。

次に戻りガス通路２４の入口である孔２５の定
位置に液面が達すると、液の充填が止る方式の壜
詰バルブでは液中に大きな気泡４１ａが有する
と、無い場合に比べて実質充填量が少なくなる。
すなわち、気泡４１ａがある分だけ充填量が不足
し、バラツキの原因となる。また液中に小さな気
泡４１ｂがあると、炭酸飲料では容器３８内を大
気に開放した際に泡が大量に発生し、容器３８の
液が吹きこぼれて充填量不足となる等の液充填で
の重大な問題となる。

前記のような問題は、高速域（）での充填流
量Ｑの最大値を高くするほど顕著になる。従つて
高速域（）での充填流量Ｑに限界が生じるの
で、液の充填開始から終了までの充填時間を短縮
することができない。すなわち充填容器の生産能
力を高めることができない等の欠点があつた。

（発明が解決しようとする課題） 前記従来装置では、充填流量Ｑの低速域（）
から高速域（）への切換えを急激に実施する
と、容器内の液面４０が波立つて気泡が巻込むた
め、高速域（）の充填流量Ｑに限界が生じる。
また低速域（）から高速域（）への切換えタ
イミングを遅らせて容器内の液面を上げると、高
速域（）での気泡を巻込まない充填流量Ｑの限
界も高まるが、この場合には高速化が実現出来な
い等の問題があつた。

本発明は液の充填開始当初は低流量で充填さ
せ、一定時間後弁体のストローク変位に応じて流
路断面積が変化する開閉弁によつて、連続的に充
填流量を増加させる手段を講ずることにより、前
記従来の課題を解決しようとするものである。

（課題を解決するための手段） このため本発明は、炭酸ガス等のガス圧力の作
用する炭酸飲料水等を収容した液体室の下方に、
同液体室底部の連通路を介して連通し、同連通路
内の出口側に設けられバネによる開弁力と外力に
よる閉弁力で開閉制御されると共に、液体を充填
するための容器に挿入される液充填管と、前記液
体室位置に設けられた圧力ガス室と容器入口部を
連通し、その途中に外部の制御手段によつて開閉
制御される開閉弁を設けた加圧用通路と、前記液
充填管に平行して設けられ、一端が前記容器内に
開口し、他端が大気と連通するガス通路と、同ガ
ス通路の途中に設けられ、被充填液体の比重より
小さい比重の材質よりなる弁体に作用する浮力と
自重により開閉動作する開閉弁と、同浮力式開閉
弁と直列接続され外部の制御手段によつて弁体の
変位量が制御され同弁体の変位に応じて通路を全
閉から全開まで連続的に変化させ得る流量調整弁
とを具備し、液の充填開始当初は低流量で充填さ
せ、一定時間後連続的に充填流量を増加させるよ
うにしてなるもので、これを課題解決のための手
段とするものである。

（作用） 液充填管から噴出した液の流れは容器の底に衝
突して側壁面に沿つて上方に流れる。そして容器
内の液面に液充填管の下端が没入していない時
は、噴出した液が液面に衝突するため、この領域
では、充填流量Ｑを高速域にすると気泡の巻込み
が発生する。また充填管の下端が液面に没入した
直後に高速域にすると、充填管の液流速が上り、
ベルヌーイの定理に基づく負圧が生じ、更に容器
の側壁面を上昇する液の流量が上るために液面が
波立ち、気泡を巻込む。そのため低速域から高速
域への切換えタイミングは、高速域での充填流量
Ｑを増加するほど遅らせて容器内の液量が多くな
つたところで実施する。

本発明では絞りと直結した開閉弁のロツドを外
部の制御手段により押してストロークをｌ移動さ
ると、容器内のガスは加圧用通路を通つて同開閉
弁の弁体と絞りを介して流出する。このときが低
速域（′）である。また液充填管の下端が液面
に没入した時点で開閉弁のロツドを押し、更に開
閉弁のロツドを押していくと、弁体と弁座の開口
面積に応じて充填流量Ｑが変化していく。液充填
管の液没高さと気泡の巻込み発生の限界の充填流
量Ｑとは比例関係（容器の形状によつて異なる
が）があるため、充填時間の経過と共に充填流量
Ｑを増加すれば、単純に２段階で充填流量Ｑを変
化させるよい充填時間が短縮する。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面について説明する
と、第４図は本発明の実施例を示す液充填装置の
概略図を示す。また流量調節弁５０の詳細図を第
５図に示す。さて第４図において、戻りガスの逃
げ方向の通路２９と戻りガス室１４間に設けた流
量調節弁５０を除けば、第１図の従来の壜詰バル
ブと全く同様のため、この流量調節弁以外の説明
は省略する。

さて前記流量調節弁５０は、第５図の如くテー
パ部を持つ弁座５２と、中錐状の弁体および同弁
体５１を弁座５２に押し付けてシールするめの圧
縮バネ５４を有している。また弁体５１にはロツ
ド５３が設けてあり、外部に突出している。ロツ
ド５３はカム等（図示せず）により軸方向に移動
させられるので、弁体５１と弁座５２の隙間も変
化するようになつている。

次に作用を説明すると、本発明での充填流量Ｑ
の時間ｔに対する変化を第６図に示す。第４図〜
第６図において、従来方式と同様に容器３８を充
填装置１０に押し付け、弁３５及び１８を開く
と、液が液体室１２から空間１６、充填管２１を
通つて容器３８内に流入し始める。ここで弁３５
は閉とする。

次にカム等（図示せず）によつてロツド５３を
矢印イの方向に若干移動させると、弁体５１と弁
座５２の間に隙間が生じ、低速充填が始まる。そ
して充填液面が充填管２１の先端部に達した後
は、ロツド５３を更に矢印イ方向に連続移動させ
る。こうすれば弁体５１と弁座５２の隙間に応じ
て、容器３８内のガスは、孔２５→通路２４→球
自閉弁２６→通路２９→流量調節弁５０→通路５
５→戻りガス室１４を通つて大気に開放される。
なお、液体室１２から容器３８への液の充填流量
は、前記のガスの逃げ量に比例している。

容器３８への液充填が完了（従来方式と同様）
後は、弁１８を閉じるとともに、ロツド５３の矢
印イの方向の押付力を解消する。圧縮バネ５４の
作用によつて、弁体５１は矢印ロの方向移動して
弁座５２に接触し、流量調節弁５０は再び閉じ
る。

前記のように液の充填流量は、弁体５１と弁座
５２の隙間に比例するので、隙間すなわち、ロツ
ド５３の矢印イ方向の移動速度を変化させること
により、充填流量Ｑは連続的（直線もしくは曲
線）に変化させることができる。

前記実施例以外に、充填流量Ｑを連続的に変化
させる機構は種々であり、それらを第２〜第４実
施例として第７図〜第９図に示す。以下図に基づ
いて各実施例の構造と作用について述べる。

先ず第７図において、流量調節弁５０ａはロツ
ド５３ａと一体の弁体５１ａを有する。弁体５１
ａは頭頂にフランジ５１ａ−１を有し、頭部のｌ
間は円柱状で弁座５２ａ穴と隙間なく遊嵌してお
り、その先は円錐状となつている。また５６ａは
弁体５１ａに設けられた細孔であり、その開口５
６ａ−１は円柱部ｌ間に設けられている。圧縮バ
ネ５４ａの作用によつて通常は、弁体５１ａは弁
座５２ａに押し付けられこの流量調節弁５０ａは
閉ざされている。球自閉弁２６からくる戻りガス
は通路２９を通り、入口ガス室５７ａに入るよう
になつており、戻りガス室１４とは通路５５で出
口ガス室５８ａとつながつている。

液の充填流量Ｑ、すなわち容器３８内のガスの
逃げ流量の調節は次のようにして実施される。す
なわち、ロツド５３ａをまづ矢印イの方向に距離
ｌだけ動かすと、入口ガス室５７ａと弁体５１ａ
の孔５６ａの開口５６ａ−１がつながり、ガスは
孔５６ａを通つて出口ガス室５８ａに入り、通路
５５→戻りガス室１４→大気開放となる。この状
態が低速域（′）である。

次にロツド５３ａを更に矢印イの方向に連続し
て動かすと、弁体５１ａの円錐部と、弁座５２ａ
との間の隙間が次第に大きくなり、この部分から
もガスが出口ガス室５８ａを通り、通路５５を介
して大気に放出される。従つて充填流量Ｑも次第
に増加する（高速域（′））。以上のようにして
第６図のような充填流量変化を作ることができ
る。

第８図では第７図での円錐状の弁体５１ａの代
りに円柱状の弁体５１ｂを有し、弁体頭部のｌ位
置より軸方向にテーパ溝６０ｂ（入口ガス室５７
ａ）側より出口ガス室５８ａ側に溝断面積が大き
くなつている）を有する。この場合の高速度
（′）でのガスの逃げ通路は、テーパ溝６０ｂと
孔５６ａである。

第９図ではストレートのテーパ溝６０ｂの代り
に、スパイラルなテーパ溝６０ｃを弁体５１ｃに
加工したものである。

（発明の効果） 以上詳細に説明した如く本発明は構成されてい
るので、充填流量Ｑを低速域（′）から高速域
（′）に切換える際、当初は徐々に増加させ、容
器内の液面の波立ちを少なくして、気液界面から
気泡の取り込をなくして、静かな液充填が可能と
なる（なお、容器内液量が多くなり、液面が上る
と充填流量を増加しても液面の波立は少ない）。

気泡の取り込みがなければ容器への充填不足は
無いし、充填終了時容器内を大気に開放しても泡
の発生が少なくなる。また、高速域（′）での
充填流量Ｑに限界を設けず、連続的に増加させる
ことにより、充填時間の短縮、すなわち生産能力
の高い液充填バルブが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の底詰め壜詰バルブの１例を示す
縦断面図、第２図は第１図における充填流量を説
明する線図、第３図は充填管から液が噴出する状
態を示す説明図、第４図は本発明の実施例を示す
液充填装置の縦断面図、第５図は第４図における
流量調節弁の詳細図、第６図は第４図における充
填流量を説明する線図、第７図、第８図及び第９
図は夫々第５図と異なる実施例の流量調節弁の断
面図である。 図の主要部分の説明、１０……充填装置、１２
……液体室、１４……ガス室、１８……弁体、２
１……充填管、２４……戻りガス通路、２６……
球自閉弁、２９……通路、３５……弁、３８……
容器、５０……流量調節弁、５１……弁体、５２
……弁座、５３……ロツド、５４……圧縮バネ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炭酸ガス等のガス圧力の作用する炭酸飲料水
   等を収容した液体室の下方に、同液体室底部の流
   出口と連通路を介して連通し、同連通路内の出口
   側に設けられバネによる開弁力と外力による閉弁
   力で開閉制御されると共に、液体を充填するため
   の容器に挿入される液充填管と、前記液体室位置
   に設けられ圧力ガス室と容器入口部を連通し、そ
   の途中に外部の制御手段によつて開閉制御される
   開閉弁を設けた加圧用通路と、前記液充填管に平
   行して設けられ、一端が前記容器内に開口し、他
   端が大気と連通するガス通路と、同ガス通路の途
   中に設けられ、被充填液体の比重より小さい比重
   の材質よりなる弁体に作用する浮力と自重により
   開閉動作する開閉弁と、同浮力式開閉弁と直列接
   続され、かつ外部の制御手段によつて弁体の変位
   量が制御され同弁体の変位に応じて通路を全閉か
   ら全開まで連続的に変化させ得る流量調整弁とを
   具備し、液の充填開始当初は低流量で充填させ、
   一定時間後連続的に充填流量を増加させることを
   特徴とする液充填装置。