JP2004232644A - 充填ポンプのピストン芯出し支持体 - Google Patents

Abstract

【課題】成形、充填およびシールを行う包装機械に使用され、ピストンとシリンダ壁との間を延在するダイヤフラムを備えたピストン形式の充填ポンプにおいて、圧送ストローク時の製品給送量に悪影響を及ぼさないでピストンがシリンダ壁に接触する機会を減らし、ポンプ・ダイヤフラムの摩耗を減少するように芯出しシステムを改良する。
【解決手段】本発明によるピストン・ポンプのピストン芯出し支持体は、シリンダに接触するようにピストンから外方へ延在して、ピストンとシリンダとの間の間隙を定めるように機能する少なくとも三つの半径方向に等しい間隔を有する芯出し部材を含む。芯出し部材はポリ弗化ビニリデンのようなポリマー材料のように、摩擦の小さい材料から形成される。これらの芯出し部材は、例えば芯出ピストンの凹部に挿入されるインサートとして形成されて、ポンプの製品側端部のダイヤフラムから間隔を隔てられてピストン上に配置される。それらのインサートは、ピストンに個別の部材とされるか、例えば支持帯材のような支持部材に配置して一体的な部材とすることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は充填ポンプのピストン用の支持体に関する。特に、本発明は成形、充填およびシールを行う包装機械に使用されるピストン形式の充填ポンプのピストン用の支持体に関する。

成形、充填およびシールを行う包装機械はこの分野で周知である。これらの機械は、パッケージの成形、液体や固形食品（または液体と固形食品との混合物）の充填、および充填後のパッケージのシールを行うために、食品包装工業界で広く使用されている。多くのそのような機械では、例えば貯蔵タンクから個々のパッケージへ製品（例えば食品）を移動すなわち給送するためにピストン・ポンプが使用されている。ピストン形式のポンプは製品の流れおよび流量に係わる所要の制御を行う。

さらに、そのような機械では、一般に無菌状態が最大限に維持されねばならない。すなわち、食品が汚染される機会を減らすために食品または製品が接触する表面の全てを高度に清潔に保持しなければならない。所要の高い清潔度を保持するために、多数の工程および考え方がそれらの機械で実施されている。その一つの考え方は、製品が接触する表面の数を最小限にすること、特に製品と接触する移動面および密接して動作する機構面の数を減少させることである。

この基本的な一例は、製品を駆動または給送するために使用される移動ピストンに関係する。一般に使用されている一つの構造においては、密接するピストンおよびシリンダ壁の両表面から製品を隔離するために、ピストンとシリンダ壁との間にダイヤフラムが配置される。そのような構造では、ローリング・ダイヤフラムと称するダイヤフラムがピストンの製品側端部に配置され、シリンダ壁に対して延在される（およびその位置にてシールされる）。このダイヤフラムは、熱が生じ得るピストンとシリンダ壁との間の間隙から製品を実質的に引き離す。このダイヤフラムはポンプの駆動部分および他のポンプ機構面からも製品を隔離するゆうにも作用する。ダイヤフラムは柔軟材料であるので、ポンプと一緒に「移動」して所要の体積変化を与え、製品を移動すなわち給送可能にする。

この構造は、ダイヤフラムが静止シリンダ壁と移動ピストンとの間に配置されるから、動作する機構部材から製品を隔離するには良好であが、両面との擦れによって摩耗を生じる。さらに、ピストンがシリンダと整合されていない場合は、ピストンがシリンダ壁に接近し過ぎる結果としてダイヤフラムの破れまたは他の不具合（例えば外れ、剥離）を生じる可能性がある。

ピストンがシリンダ壁に接触することでダイヤフラムが損傷する可能性を解消する一つの方法は、シリンダ穴を拡大するか、ピストン径を縮小することでピストンとシリンダとの間の間隙を拡大することである。しかしながらピストンとシリンダ壁との間の間隙を拡大すると、（一回の圧送ストロークあたりの）移動される製品体積が変化する。これは圧送される製品の体積が「測定」体積であり、流量を正確に制御した流量として保持しなければならないために問題である。さらに、間隙が拡大すると、ダイヤフラムの全体的な支持力が低下する。

従って、ピストン・ポンプにおけるピストンの整合または改良された芯出しシステムが必要とされる。そのような芯出しシステムは、ピストンがシリンダ壁に接触する機会を減らしてポンプ・ダイヤフラムの摩耗を減少することが望ましい。そのような芯出しシステムは圧送ストローク時に製品量を正確に測定する能力に悪影響を及ぼすいかなる摩擦その他の力を与えてはならず、各々の圧送ストローク時に給送される製品量を著しく減少させてはならない。

成形、充填、シールを行う包装機械は、それ自体において所定の測定した量の製品をパッケージに給送するためのピストン形式のポンプを含む。このポンプはポンプの製品側端部およびポンプの被駆動側端部を定めるためにポンプ・ピストンとシリンダ壁との間を延在するダイヤフラムを含む。

芯出し支持体は、シリンダに接触するようにピストンから外方へ延在する少なくとも三つの半径方向に等しい間隔を有する芯出し部材を含む。本発明の実施例では、六個の個別の芯出し部材が使用される。これらの芯出し部材がピストンとシリンダとの間の間隙を定める。これらの芯出し部材はポンプの製品側端部のダイヤフラムから間隔を隔てられてピストン上に配置される。それらのインサートは、ピストンに個別の部材とされるか、例えば支持帯材のような支持部材に配置されることができる。

本発明の芯出し支持体はピストンの整合または芯出し状態を改善する。この芯出しシステムはピストンがシリンダ壁に接触する機会を減らし、ポンプ・ダイヤフラムの摩耗を減少する。有利なことに、この芯出しシステムは圧送ストローク時の給送される製品量を正確に計量する機能に悪影響を与えず、ピストンとシリンダとの間隙を減少させることで圧送ストローク毎の給送される製品量を著しく減少させることはない。

好ましい実施例では、芯出し部材は摩擦の小さい材料、好ましくはポリ弗化ビニリデンのようなポリマー材料で形成される。芯出し支持体はインサートととして形成され、ピストンの凹部内にセットされる。インサートは交換容易にするためにピストンから取外すことができる。シリンダ壁との制御システムを最小限に抑えるために、芯出し部材は半球形に形成される。

本発明のこれらおよび他の特徴および利点は添付の特許請求の範囲に関連して以下の詳細な説明から明白となるであろう。

本発明の利益および利点は、以下の詳細な説明および添付図面を参照した後に当業者にさらに容易に明白となるであろう。

本発明の本発明はさまざまな形態の実施例とすることができるが、現在好ましいとされる実施例が図示されて以下に説明され、その開示は本発明の一例であるとみなすべきであって、本発明を図示した特定の実施例に限定する意図はないと理解されるべきである。

本明細書のこの項目名、すなわち「発明の詳細な説明」は米国特許局の要求に関するもので、ここに開示した主題を限定するものと推測されてはならない。

図面を参照し、特に図１を参照すれば、成形、充填およびシールを行う包装機械１０が図示されており、この包装機械は平たく折り畳まれた形状の一連のカートン・ブランクを収蔵して、機械を通って移動される間にそれらのブランクをチューブ形状に直立させ、カートンの底部折り代を折曲げてシールし、充填してカートンをシールするように構成されている。成形、充填およびシールを行う包装機械１０はカツマタ氏の米国特許第６０１２２６７号に開示されているような機械とすることができ、その特許は本発明の譲受人に譲渡されており、本明細書にその記載内容全体を援用する。

典型的な充填機械は平たく折り畳まれたカートン・ブランクを収蔵するカートン・マガジン１２を含む。充填機械は、平たく折り畳まれた形状のカートンを受入れてそれらのカートンをチューブ形状に開口する、すなわち直立させるカートン直立ステーション１４を含む。チューブ形状に形成されたカートンはその後に底部をシールされる。その後、カートンは一連のステーションを通して移送される。それらのステーションには、製品Ｐがカートンに充填される充填ステーション１６、および充填後にカートン頂部をシールする頂部シール・ステーション１８が含まれる。他のステーションには一つ以上の殺菌ステーション２０や、蓋パッケージ（注ぎ口およびキャップの組合せのようなもの）を位置決めしてカートンに固定するための取付けすなわち蓋付けステーション（図示せず）が含まれる。包装機械１０の全体的な作動は制御装置２２で制御される。

図２および図３を参照すれば、充填ステーションはピストン形式のポンプ２８へ、またポンプ２８から製品Ｐの流動を開始および終了させるための一つ以上のバルブ２４，２６を含む。ポンプ２８はピストン３０を含み、このピストンはシリンダ壁３４で形成されたシリンダ３２内を往復移動する。上述したように、製品Ｐ（例えば食品）と接触する表面の数を最小限に抑えることが望ましいことから、製品Ｐをピストン３０と静止シリンダ壁３４との間の空間４０から隔離するように、少なくとも一つのダイヤフラム３６がシリンダ３２の製品側部分３８を横断して延在している。ダイヤフラム３６の構造はローリング形式のもので、ダイヤフラム３６がピストン３０の移動によって巻上げられる。このような構造では、ダイヤフラム３６はシリンダ壁３４に取付けられ（典型的には機械的結合４４内に固定されたビード４２による）、シリンダ壁３４のまわりに円周シールを形成する。ピストン３０はダイヤフラム３６の「後方」に配置され、製品入口および出口（すなわち製品側部分３８）はダイヤフラム３６の「前側」に位置される。この構造では、ダイヤフラム３６はピストン３０を製品Ｐから本質的に隔離する。ダイヤフラム３６は製品側または圧送側の端部、またはチャンバ４６を形成する。

図面から認識されるように、ダイヤフラム３６を受入れるためにシリンダ壁３４とピストン３０との間に間隙４０が必要である。しかしながら、損失水頭（ヘッド・ロス（ｈｅａｄ ｌｏｓｅｓ））を最小限に抑え、圧送される製品Ｐの量の最高の制御を維持するために、間隙４０をできるだけ小さく保持することが望ましい。これは、ダイヤフラム３６をできるだけ広い範囲で支持するようにするためにも望ましい。それにも拘わらず、移動するピストン３０の特徴により、従来の周知設計はピストン３０が同芯（シリンダ壁３４に対して）でない状態、すなわち完全に直線的でない状態で移動して、ピストン３０とシリンダ壁３４との間のダイヤフラム３６に接触または圧潰する可能性のあることを示した。これによりダイヤフラム３６の摩耗およびおそらく破断の発生が増大することになる。

全体を符号４８で指し示される本発明の芯出し支持システムは芯が外れて移動するピストンによって生じる問題の多くを解消する。本発明の支持構造４８において、複数のインサート５０がピストン３０に形成されている凹部５２の中に配置される。インサート５０はシリンダ壁３４と接触するように構成され、移動するピストン３０のための全体を符号５４で指し示される支持部または「支持点」を形成する。従ってインサート５０はピストン３０をシリンダ壁３４から隔てて保持し、ポンプ２８からの製品Ｐの流量制御を悪化させずにシリンダ３２内での芯出しを行う。図面を調べて認識されるように、少なくとも三つのそのような「支持点」５４が必要である。

本発明の支持構造４８において、インサート５０は支持部５４を有して形成され、それらの支持部は半円形で、ピストン３０の円筒壁から外方へ延在する。すなわちインサートの支持部５４は、シリンダ壁３４に接触してそれに沿って移動するように構成された大体半球形の形状を有する。そのような支持体はピストン３０の必要とされる芯出しを行い、同時に間隙４０を最小限にできるようにして製品Ｐの流量に関する制御を維持する。図面を調べて認識されるように、インサート５０はピストン３０とシリンダ壁３４との間の間隙４０を保持し、ピストン３０が往復移動する際にガタツキを生じることを防止する。

図５を簡単に参照すれば、インサート５０は支持部５４とステムまたは本体５５の間に全体を符号５１で指し示されるアンダーカット領域を有して形成されている。アンダーカット領域５１は、ピストン３０、シリンダ３２およびインサート５０の温度変化によって生じ得る寸法変化を許容するために形成されている。アンダーカット領域５１はまたポンプ２８のさまざまな部材の機械加工および製造における公差を許容する。

芯出し支持体５０は、ピストン３０がシリンダ３２の中で芯出しされるようにピストン３０の円周方向のまわりに間隔を隔てられる。そのような構造では、支持部材５０は、いずれか二つの隣接する部材、例えば部材５０ａおよび５０ｂによって形成される円弧Ａ₅₀が１８０゜未満となるように配置される。本発明の芯出し支持構造４８は六つのそのようなインサート５０ａ−５０ｆを使用しており、それらのインサートはピストン３０の円周のまわりに等しい半径で間隔（約６０゜）を隔てられる。インサート５０はポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のようなポリマー材料などの摩擦の小さい材料で形成できる。インサート５０はピストン３０内で交換容易であり、摩耗または損傷したインサート５０を必要に応じて交換できる。インサート５０の他の材料は当業者に認識されることができ、それらは本発明の範囲および精神に含まれる。

図６に見られるように、インサート５０は個別の部材である必要はなく、一つのリングまたは同様なキャリヤ部材１５１に形成された外方へ延在する部材１５０として形成できる。キャリヤ部材１５１はピストン１３０の１５２の凹部の中に配置できる。これらの多くの変形例、およびその他の部材５０，１５０の個数、構造および取付けにおける変形例が当業者に理解されるであろう。それらの変形例は本発明の範囲および精神に含まれる。

本発明のポンプ構造２８は二つのダイヤフラム（ピストン３０の製品側端部に位置する内側ダイヤフラム３６およびピストンの被駆動側端部に位置する外側ダイヤフラム５４）を使用しており、インサート５０はダイヤフラム３６，５４の間でピストン３０の凹部５２の中に配置される。このようにして、インサート５０は製品Ｐから隔絶されて保持され、これはインサート５０が損傷される可能性を最小限に押さえ（インサート５０を製品から隔絶して保持することで）、またさらにこの設計は表面に接触する製品Ｐの数を最小限に抑える。インサート５０は被駆動側５６からも隔絶されて、ポンプ駆動装置５８または被駆動側の機構部材によって摩耗や生じ得る汚損も最小限に抑える。

このポンプ構造２８は入口バルブ２４と出口バルブ２６との間にポンプ・チャンバ４６を形成する。入口および出口バルブ２４，２６は時間制御（開閉を）され、所定の測定した量の製品Ｐがポンピング・チャンバ４６へ移送されることを保証し、またポンプ２８の寸法は、そのポンプ２８のストローク時の適当な製品Ｐの給送量を保証する。この設計では、改良されたピストン芯出し支持システム４８が提供された。このシステムは、どのような場合でも製品Ｐの一体性に悪影響を与えず、「測定」された製品Ｐの給送量にも悪影響を与えない。

本明細書で引用した全ての特許は、この記載の範囲内に特に適うか否かに拘わらずに、本明細書にその記載内容全体を援用される。

本発明の明細書では、「一つ」という言葉は単数および複数の両方を含むものとみなされるべきである。逆に、いずれかの複数部材の表現は適当とされる場合は単数も含む。

前述から、多数の改良および変形が本発明の新規な概念の精神および範囲から逸脱することなく実施され得る。図示した特定の実施例に限定することは意図しておらず、そのように推測されるべきではないことを理解しなければならない。本明細書は特許請求の範囲に記載の範囲内に含まれるそれらの全ての変更を従属請求項で網羅することを意図される。

本発明の基本を具現する改良されたポンプ・ピストン式芯出しシステムを備えた例示の成形、充填およびシールを行う包装機械を示す。 図１の成形、充填およびシールを行う包装機械に使用される例示のピストン・ポンプおよびバルブ構造の平面図である。 本発明のキャリヤ支持体を示すピストン・ポンプの横断面図である。 芯出し部材の位置を示すピストンの部分的な横断面図である。 ピストンに取付けられたインサートの拡大部分図である。 代替のポンプ・ピストン式芯出し支持構造の部分的な横断面図である。

符号の説明

１０ 成形、充填およびシールを行う包装機械
１２ カートン・マガジン
１４ カートン直立ステーション
１８ 頂部シール・ステーション
２０ 殺菌ステーション
２２ 制御装置
２４ 入口バルブ
２６ 出口バルブ
２８ ポンプ
３０ ピストン
３２ シリンダ
３４ シリンダ壁
３６ ダイヤフラム
３８ 製品側部分
４０ 間隙
４２ ビード
４４ 機械的結合部
４６ ポンピング・チャンバ
４８ 支持構造
５０ インサート
５１ アンダーカット領域
５２ 凹部
５４ 支持部、すなわち支持点
５５ ステムすなわち本体
１３０ ピストン
１５０ 部材
１５１ キャリヤ部材

Claims (32)

1. 成形、充填およびシールを行う包装機械の、ピストンとシリンダ壁との間を延在してポンプの製品側端部および被駆動側端部を形成するダイヤフラムを含んでなるピストン形式のポンプにおけるシリンダ内に配置されるピストンのための芯出し支持体であって、
   シリンダに接触するようにピストンから外方へ延在する少なくとも三つの半径方向に等しい間隔を有する芯出し部材であり、ピストンとシリンダ壁との間の間隙を定め、ダイヤフラムから間隔を隔てられたピストン上にポンプの被駆動側端部へ向かって配置された芯出し部材を含む芯出し支持体。
2. 六つの等しく間隔を隔てられた個別の芯出し部材を含む請求項１に記載された芯出し支持体。
3. 芯出し部材が摩擦の小さい材料から形成されている請求項１に記載された芯出し支持体。
4. 摩擦の小さい材料がポリマー材料である請求項３に記載された芯出し支持体。
5. ポリマー材料がポリ弗化ビニリデンである請求項４に記載された芯出し支持体。
6. 芯出し部材がピストンの凹部に挿入されるインサートとして形成されている請求項１に記載された芯出し支持体。
7. インサートがピストンから取外し可能である請求項６に記載された芯出し支持体。
8. 芯出し部材が半球形の形状に形成されている請求項１に記載された芯出し支持体。
9. 芯出し部材が個別の部材として形成されている請求項１に記載された芯出し支持体。
10. 芯出し部材がシリンダ壁に接触する支持部、およびインサートのピストンとの結合部のまわりのアンダーカット領域を有する請求項１に記載された芯出し支持体。
11. 入口と、出口と、入口および出口の間のポンピング・チャンバとを有する形式のピストン・ポンプであって、
    シリンダと、
    シリンダ内を往復移動できるように配置されたピストンと、
    ピストンからシリンダへ延在し、シールを形成し、ポンピング・チャンバの反対側のポンプの駆動側端部を定めるダイヤフラムと、
    ポンプの駆動側端部にてピストンに作動連結され、ピストンに往復移動を行わせる駆動装置と、
    ピストンに配置された少なくとも三つの芯出し部材であって、いずれか二つの隣接する芯出し部材の間に形成される円弧が１８０゜未満となるように配置された芯出し部材とを含むピストン・ポンプ。
12. 芯出し部材がポンプの駆動側端部にてピストンに配置されている請求項１１に記載されたピストン・ポンプ。
13. 芯出し支持体と駆動装置との間に配置された第二のダイヤフラムを含む請求項１２に記載されたピストン・ポンプ。
14. 各々の芯出し部材が各々の隣接する芯出し部材から円周方向に等しく間隔を隔てられている請求項１３に記載されたピストン・ポンプ。
15. 六つの芯出し部材を含み、各々の芯出し部材が隣接する芯出し部材から円周方向に等しく間隔を隔てられている請求項１１に記載されたピストン・ポンプ。
16. 芯出し部材が摩擦の小さい材料から形成されている請求項１１に記載されたピストン・ポンプ
17. 摩擦の小さい材料がポリマー材料である請求項１６に記載されたピストン・ポンプ。
18. ポリマー材料がポリ弗化ビニリデンである請求項１７に記載されたピストン・ポンプ。
19. 芯出し部材がピストンの凹部の中に挿入されるインサートとして形成されている請求項１１に記載されたピストン・ポンプ。
20. インサートがピストンから取外し可能である請求項１９に記載されたピストン・ポンプ。
21. 芯出し部材が半球形の形状を有する請求項１１に記載されたピストン・ポンプ。
22. 芯出し部材が個別の部材として形成されている請求項１１に記載されたピストン・ポンプ。
23. 芯出し部材がシリンダ壁に接触する支持部、およびインサートのピストンとの結合部のまわりのアンダーカット領域を有する請求項１１に記載されたピストン・ポンプ。
24. 製品供給部から製品を受入れる入口と、所要の測定した製品量を移送するための出口とを有するピストン・ポンプを備えた製品供給および充填部を有する形式の成形、充填およびシールを行う包装機械において、ピストン・ポンプが、
    入口および出口の間に配置されたシリンダと、
    シリンダの内部を往復移動できるように配置されたピストンと、
    ピストンからシリンダへ延在し、シールを形成してポンピング・チャンバと反対側のポンプの駆動側端部を定めるダイヤフラムと、
    ポンプの駆動側端部にてピストンに作動連結され、ピストンに往復移動を行わせる駆動装置と、
    ピストンに配置された少なくとも三つの芯出し部材であって、いずれか二つの隣接する芯出し部材の間に形成される円弧が１８０゜未満となるように配置された芯出し部材とを含む成形、充填およびシールを行う包装機械。
25. 入口および出口が互いにほぼ整合されており、またピストンが入口および出口の整合線をほぼ横断して往復移動する方向にピストン・ポンプが配置されている請求項２４に記載された成形、充填およびシールを行う包装機械。
26. 円周方向に等間隔に配置された六つの芯出し部材を含む請求項２４に記載された成形、充填およびシールを行う包装機械。
27. 芯出し支持体と駆動装置との間に配置された第二のダイヤフラムを含む請求項２４に記載された成形、充填およびシールを行う包装機械。
28. 芯出し部材が摩擦の小さい材料から形成されている請求項２４に記載された成形、充填およびシールを行う包装機械。
29. 芯出し部材が交換可能なインサートとして形成され、インサートはピストンの凹部に挿入される請求項２４に記載された成形、充填およびシールを行う包装機械。
30. 芯出し部材が半球形の形状を有して形成されている請求項２４に記載された成形、充填およびシールを行う包装機械。
31. 芯出し部材が個別の部材として形成されている請求項２４に記載された成形、充填およびシールを行う包装機械。
32. 芯出し部材がシリンダ壁に接触する支持部、およびインサートのピストンとの結合部のまわりのアンダーカット領域を有して形成されている請求項２４に記載された成形、充填およびシールを行う包装機械。

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