JP2005008177A - 充填バルブ - Google Patents
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Abstract
【課題】充填時の液はねや泡立ちを防止する。
【解決手段】バルブハウジング2内に充填液通路4が形成され、この充填液通路4は液バルブ10によって開閉される。この液バルブ10の下流側にノズル16が設けられている。ノズル16は内周管20と外周管18とからなる二重管構造であり、内周管20の入口側の供給口20aよりも出口側の吐出口20eの口径の方が大きくなっている。また、外周管18の内周面と内周管20の外周面との間に形成された通路(外側通路)24の断面積に対する内周管20の内部の通路(内側通路)26の断面積の比が、供給口20a側よりも吐出口20e側の方が大きくなっている。
【選択図】 図1
【解決手段】バルブハウジング2内に充填液通路4が形成され、この充填液通路4は液バルブ10によって開閉される。この液バルブ10の下流側にノズル16が設けられている。ノズル16は内周管20と外周管18とからなる二重管構造であり、内周管20の入口側の供給口20aよりも出口側の吐出口20eの口径の方が大きくなっている。また、外周管18の内周面と内周管20の外周面との間に形成された通路(外側通路)24の断面積に対する内周管20の内部の通路(内側通路)26の断面積の比が、供給口20a側よりも吐出口20e側の方が大きくなっている。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、容器内に液体を充填する充填装置に設けられた充填バルブに関するものであり、特に、充填時の泡立ちや液はねを防止する構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
容器内に液体を充填する際に、泡立ちや液はねを抑えるためには、充填ノズルから吐出される液体の流量をできるだけ抑えることが好ましい。しかしながら、充填装置の能力を向上させるためにはある程度の流量が必要となり、流速も早くなる。そこで、流速を抑えるためにノズルの口径を大きくすることが広く行われている。
【0003】
ところが、ノズルの口径を大きくすると、ノズルの中心部寄りと外周部寄りとで流速に差が生じ、ノズルの開口の中心に近い部分ほど流速が早く、その周辺部(外周側)に近いほど流速が遅くなる傾向がある(特許文献1の図15参照)。そのため、特許文献1の発明では、多孔板(メッシュスクリーン)の中心ないしその近くの部分を、周辺ないしその近くの部分よりも網目を細かくした構成を提案している(特許文献1の図1等参照)。
【0004】
特許文献1の発明では、前記構成にしたことにより、多孔板の中心部分の通過流体に対する抵抗が、多孔板の周辺部分の通過流体に対する抵抗よりも大であるため、ノズル本体の下端開口の中心に近い部分から吐出される液体の流速が、その周辺に近い部分から吐出される液体の流速に対して、相対的に弱められるようになっている。
【0005】
【特許文献1】
実用新案登録第2551969号公報(第2−3頁、図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献1に記載された発明の構成は、多孔板(メッシュスクリーン)の開口度によって流速を制御するようにしているので、他孔板を定期的に交換する必要があり、メンテナンスが煩雑であるという問題があった。
【0007】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、ノズルの構造自体で流速を制御することができ、ノズル中心部寄りの流速を抑制することにより、確実に充填液の泡立ちや液はねを防止することができる充填バルブを提供することを目的とするものである。
【0008】
また、充填の開始時から規定充填量の大部分を充填するまでの間は、大流量での充填を行い、充填の終期にだけ小流量に切り替えて充填を行う充填方法が従来から行われている。前記特許文献1のような構成の充填バルブで、このような大流量の充填と小流量の充填を切り替えて充填を行うと、大流量の充填時には、大口径のノズルからの流れを開口部全体に均一化することができるが、小流量の充填時には、ノズルの一部分に偏って流れるおそれがある。さらに、大流量の充填時でも、液バルブの開放直後は、充填液が少量しか流れないので、前記小流量での充填と同様の問題が発生する。
【0009】
そこで、他の発明は、小流量の充填時にも、ノズル吐出口からの流れを均一化して、充填液の泡立ちや液はねを低減することができる充填バルブを提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載した発明に係る充填バルブは、充填液が供給される液通路と、この液通路を開閉する液バルブと、この液バルブの下流に設けられたノズルとを備えており、特に、前記ノズルを内周管と外周管からなる二重管とするとともに、前記内周管の吐出口の断面積を供給口の断面積よりも大きくしたことを特徴とするものである。
【0011】
この発明に係る充填バルブでは、液バルブが開放されて下方のノズルに流れ込む液体は、内周管内と、この内周管と外周管との間の通路に別れて流れ込み、内周管内に流れ込んだ液体は、入口側の供給口よりも出口側の吐出口の方が口径が大きいため、流速が遅くなって吐出口から流れ出し、容器内に充填されるので、液はねや泡立ちの発生が抑えられる。
【0012】
また、請求項2に記載の発明に係る充填バルブは、請求項1に記載の発明において、内周管と外周管との間に形成された外側通路の断面積に対する内周管内の内側通路の断面積の比が、供給口側よりも吐出口側の方が大きいことを特徴とするものである。
【0013】
この発明に係る充填バルブでは、内周管と外周管との間に形成された外側通路よりも、内周管内の内側通路の方が、供給口から吐出口へ向かっての断面積の増加率が大きいので、内側通路の流速が低下して外側通路の流速と均一化することができる。
【0014】
さらに、請求項3に記載した発明に係る充填バルブは、充填液が供給される液通路と、この液通路を開閉する液バルブと、この液バルブの下流に設けられたノズルとを備えており、特に、前記ノズルを内周管と外周管からなる二重管とするとともに、前記液バルブが全開しない状態で、液バルブを通過する充填液を前記内周管に導く案内部をこの液バルブに設けたことを特徴とするものである。
【0015】
この発明に係る充填バルブでは、液バルブが全開しない状態、つまり液バルブを通過する流量が少ないときには、案内部によって液バルブを通過する充填液を内周管内に導入するので、ノズルの口径に対して流量が少なすぎて偏流が生ずることを防止することができる。
【0016】
また、請求項4に記載の発明に係る充填バルブは、請求項3に記載の発明において、前記内周管の吐出口の断面積を供給口の断面積よりも大きくしたことを特徴とするものである。
【0017】
この発明に係る充填バルブでは、案内部によって内周管に導入した充填液の流速を遅くして、液はねや泡立ちを防止することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態により本発明を説明する。図1は、本発明の一実施の形態に係る充填バルブ(全体として符号1で示す)の縦断面図である。バルブハウジング2の内部に充填液通路4が形成され、この充填液通路4内に、バルブハウジング2の側壁に形成された導入口2aを介して、図示しない充填液タンクから充填液が供給される。
【0019】
充填液通路4の内部にテーパ状の弁座6が形成され、その上方に弁体8が昇降可能に配置されている。これら弁座6と弁体8とにより液バルブ10が構成されている。弁体8は、エアシリンダ11(詳細は図示を省略)等の昇降手段によって昇降され、下降時には、そのテーパ状の外面(下面)が前記バルブハウジング2の内面の弁座6に着座して前記充填液通路4を閉じ、上昇時には、弁座6から離座して充填液通路4を開放する。弁体8が取り付けられているエアシリンダ11のロッド12は、その周囲をベローズ14によって覆われており、上方のエアシリンダ11の摺動部で発生する異物等が充填液通路4内に侵入することを防止している。
【0020】
前記液バルブ10の下方に連続して充填ノズル16が設けられている。この充填ノズル16は、前記バルブハウジング2と一体の外周管18と、その内側に配置された内周管20の二重管構造になっている。外周管18の内部は、前記液バルブ10のテーパ状弁座6の下方に連続して設けられた同一径を有する小径部18aと、その下方に設けられ、次第に径が拡大される拡径部18bと、その下方の一定の径を有する大径部18cと、この大径部18cに続く次第に径が縮小する縮径部18dとを有している。
【0021】
一方、内周管20は、その上端の供給口20aが前記液バルブ10の弁座6からやや離れた下方に位置している。内周管20は、この実施の形態では、上端の供給口20aが、前記外周管2の小径部18aの下方に設けられている拡径部18b内に位置している。そして、内周管20の、外周管18の拡径部18b内に位置している部分は、この拡径部18bとほぼ同一の傾斜を有する拡径部20bになっており、その下方の外周管18の大径部18c内に位置している部分は大径部20cに、また、外周管18の縮径部18d内に位置している部分は、この縮径部18dとほぼ同一の傾斜の縮径部20dになっている。
【0022】
前記内周管20は、複数個所に配置された取付部材22を介して外周管18の内部側に取り付けられている。この取付部材22は、図示はしないが、円周上の複数個所に連結部があり、これら連結部の間は液体の流下を妨げない開放された通路になっている。
【0023】
前記内周管20は、下端の吐出口20eの径が上端の供給口20aの径よりも大きくなっている。従って、吐出口20eの断面積が供給口20aの断面積よりも大きくなっている。また、外周管18の内周面と内周管20の外周面との間に形成された通路(外側通路)24の断面積に対する内周管20の内部の通路(内側通路)26の断面積の比が、供給口20a側よりも吐出口20e側の方が大きくなっている。つまり、内周管20内の内側通路26の、供給口20aから吐出口20eへの断面積の増大率が、外側通路24の、供給口側(内周管20の供給口20aと同一の位置で比較する)から吐出口18eへの断面積の増大率よりも大きくなっている。
Sa1/Sb1<Sa2/Sb2 ……(1)式
但し、Sa1:内側通路の供給口側の断面積
Sb1:外側通路の供給口側の断面積
Sa2:内側通路の吐出口側の断面積
Sb2:外側通路の吐出口側の断面積
【0024】
以上の構成に係る充填バルブ1の作用について説明する。充填を行う際には、この充填バルブ1の内部に設けられている充填液通路4に、充填液タンク(図示せず)から送られた充填液が、バルブハウジング2の導入口2aを介して導入されている。充填の開始前は、充填液通路4内に設けられている液バルブ10の弁体8が下降し、バルブハウジング2の内面の弁座6に着座して充填液通路4を閉鎖している。
【0025】
充填ノズル16の下端の吐出口18e、20eの下方に、図示しない容器供給手段によって容器が供給されると、弁体8の上方に設けられたエアシリンダ11によって弁体8が上昇されて弁座6から離座し、液バルブ10が開放する。なお、この実施の形態では、図示しないが、口部の大きい容器に対して充填を行う。
【0026】
液バルブ10が開放すると、充填液通路4内に導入された充填液は、弁座6と弁体8との間の流路を通過して下方の充填ノズル16側に流下する。液バルブ10を通過した充填液は、内周管20の外周側の外側通路24と内周管20の内部の内側通路26の双方に適宜流入し、各通路24、26内を流れ落ちて外側通路24の吐出口18eおよび内側通路26の吐出口20eから、下方の容器内に充填される。
【0027】
この実施の形態に係る充填バルブ1では、内周管20内の内側通路26が、供給口20aの径よりも吐出口20eの径の方が大きくなっているので、内側通路26に流入した液体の流速が低下する。特に、外側通路24の断面積に対する内側通路26の断面積の比が、供給口20a側よりも吐出口20e側の方が大きくなっているので(式(1)参照)、内周管20の内部側の内側通路26を通過する液体の流速の低下が、外側通路24の流速の低下よりも大きいので、外側通路24の流速とほぼ同じような速度になる。このように充填ノズル16全体を流れる充填液の流速が均一化され、しかも、流速が抑制されるので、容器内に充填される際の充填液の液はねや泡立ちを抑えることができる。
【0028】
図2は、第2の実施の形態に係る充填バルブ101の全体の構成を示す縦断面図である。この実施の形態では、大流量の充填と小流量の充填とを切り換えられるようになっており、弁体108と、この弁体108を昇降させる昇降手段としてのエアシリンダ111の構成、および内周管120の構成が、前記実施の形態と異なっている。
【0029】
弁体108は、バルブハウジング102の内面に形成された弁座106に着座する外周の弁部108aと、その下方に形成された嵌合部108bとを備えている。これら弁体108と弁座106とにより液バルブ110が形成されている。弁体108の嵌合部108bの外径は、前記バルブハウジング102と一体の外周管118の小径部118aの内径とほぼ一致しており、弁体108が下降して前記外周弁部108aが弁座106に着座する直前の位置で、嵌合部108bの下部が外周管118の小径部118a内に嵌入する。この弁体108は、嵌合部108bから下方が中空になっており、内部通路108cを有している。嵌合部108bの上部には、外周側から内周側の内部通路108c内に充填液を導入する流入口108dが形成されている。そして、下端部には、小径の流出口108eが設けられている。弁体108のこれら流入口108d、内部通路108cおよび流出口108eにより、充填される液体を内周管120に案内する案内部が構成されている。
【0030】
前記弁体108を昇降させるエアシリンダ111は、弁体108を、その外周弁部108aが弁座106に着座する最も下降した位置と、外周弁部108aが弁座106のやや上方に位置し、嵌合部108bの下部側が外周管118の小径部118a内に嵌合するとともに、嵌合部108bの上部に形成されている流入口108dが開放する位置(後に説明する図3参照)と、弁体108が最も上昇して、弁体108と弁座106との間の通路が完全に開放する位置(図2の状態)の各位置に停止させるようになっている。
【0031】
バルブハウジング102の上部内にはエアシリンダ室130が形成されている。このエアシリンダ室130は、上部側の大径部130aと下部側の小径部130bとを有しており、下部側の小径部130b内に小径の第1ピストン132が昇降自在に嵌合している。この第1ピストン132のロッド112は、バルブハウジング102内を摺動自在に貫通して下端部が前記充填液通路104内に延びており、この第1ピストン132のロッド112の下端に弁体108が取り付けられている。なお、前記第1ピストン132のロッド112の充填液通路104内に挿入されている部分はベローズ114によって覆われている。
【0032】
バルブハウジング102の上部に形成されているエアシリンダ室130の上部側の大径部130a内には、大径の第2ピストン134が昇降自在に嵌合している。この第2ピストン134のロッド136は、バルブハウジング102の上部の筒状部102b内を貫通してバルブハウジング102の上方に突出しており、このロッド136の上端に、調整用ナット(ストッパ)138および袋ナット140が螺合されている。前記バルブハウジング102の上部には、調整用ナット138の位置を規制するカップ状部材141が螺合されており、前記調整用ナット138の下端面がこのカップ状部材141の上端面(位置規制部)に当たることにより、前記第2ピストン134の下降位置が規制される。
【0033】
前記バルブハウジング102内の上部に形成されたエアシリンダ室130は、上部側大径部130aに摺動自在に嵌合された第2ピストン134と、下部側小径部130b内に摺動自在に嵌合された第1ピストン132とにより、上方圧力室142、中間圧力室144および下方圧力室146の3つの圧力室に区画されている。これら上中下3つの圧力室142、144、146は、それぞれ第1エア供給通路148、第2エア供給通路150および第3エア供給通路152を介して、図示しない圧力エア源に接続されており、それぞれ独立してエアを給排することができるようになっている。
【0034】
前記充填ノズル116の内周管120は、上端部が前記第1実施の形態に比較して上方に延びており、上端の供給口120aの内径が、前記弁体108の下端の流出口108eの外径よりも僅かに大径になっている。そして、エアシリンダ111の作動により弁体108が最も上昇した位置に移動したときには、その流出口108eと内周管120の供給口120aとが所定の間隔で離隔し(図2の状態)、弁体108の外周弁部108aが弁座106に接近した位置まで下降したときには、弁体108の流出口108eが内周管120の供給口120a内に挿入されるようになっている。
【0035】
以上の構成に係る充填バルブ101の作動について説明する。充填の停止時には、第2エア通路150から中間圧力室144に圧力エアを供給するとともに、上方圧力室142および下方圧力室146内のエアを排出する。この状態では、大径の第2ピストン134は上昇端に位置するとともに、小径の第1ピストン132が下降してそのロッド112の下端に設けられた弁体108の外周弁部108aが、充填液通路104の内部に形成された弁座106に着座して液バルブ110を閉じている。
【0036】
この充填装置101では、充填時には、先ず、液バルブ110を大開度で開放して大流量で充填を行うようになっている。例えば、大流量による充填によって設定された充填量の90%を充填する。その後、液バルブ110の開度を小開度に切り換えて小流量で残りの10%の充填を行う。大流量での充填を行う際には、上方の圧力室142および中間圧力室144内のエアを排出するとともに、下方の圧力室146内に圧力エアを供給する。この状態では、下方圧力室146内の圧力により小径の第1ピストン132が上昇し、上方の第2ピストン134に当たって押し上げるので、大径の第2ピストン134は前記充填停止時と同様に上昇端に位置し、小径の第1ピストン132も最も上方まで上昇して、液バルブ110を最大の開度で開放する。
【0037】
液バルブ110を最大の開度で開放すると、液バルブ110の弁体108と弁座106との間の通路を流れ落ちる大流量の液体は、充填ノズル16の内周管120内の内側通路126および内周管120の外周側に形成された外側通路124内に適宜流れ込み、これらの通路124、126内を流れ落ちて、吐出口118e、120eから吐出されて容器内に充填される。
【0038】
この実施の形態に係る充填バルブ101でも、内周管120の供給口120aの径よりも吐出口120eの径が大きく、しかも、外側通路124の断面積に対する内側通路126の断面積の比が、供給口120a側よりも吐出口120e側の方が大きくなっているので(式(1)参照)、内周管120の内部側の内側通路126を通過する液体の流速が抑えられ、外側通路124の流速とほぼ同じ速度になる。従って、前記実施の形態の充填バルブ1と同様に、充填ノズル116全体を流れる充填液の流速が均一化され、しかも、流速が抑制されるので、容器内に充填される際の充填液の液はねや泡立ちを抑えることができる。
【0039】
液バルブ110を大開度で開放して前記設定量(例えば90%)まで充填をした後、液バルブ110の開度を小開度に切り換える。このときには、中間圧力室144のエアは排出したままにして、上方圧力室142と下方圧力室146に圧力エアを供給する。すると、大流量での充填時に、下方の第1ピストン132に押し上げられていた第2ピストン134が、前記第1ピストン132との受圧面積差により下降して、第1ピストン132を押し下げる。下降する第2ピストン134は、前記調整用ナット138の下面がバルブハウジング102の上端に固定されているカップ状部材141の上端面に当たった位置で停止する。このように下降した上方の第2ピストン134によって第1ピストン132の上昇位置が規制され、液バルブ110は小開度で開放されて、小流量で充填が行われる。
【0040】
液バルブ110を小開度に開放すると、図3に示すように、弁体108の外周弁部108aと弁座106とが僅かに離れ、外周弁部108aの下方に設けられた嵌合部108bの下部が、バルブハウジング102と一体の外周管118の小径部118a内に嵌合し、嵌合部108bの上部に形成されている流入口108dが開放した状態になる。この状態になると、充填液タンクから充填液通路104内に導入された充填液が、流入口108dから弁体108の内部の通路108c内に流入する。弁体108の下端の流出口108eは、液バルブ110が小開度で開放しているときには充填ノズル116の内周管120内に挿入されているので、充填される液体は、内周管120の内側通路126を通って吐出口120eから容器内に充填される。この場合も、内周管120の供給口120aの径よりも吐出口120eの径の方が大きいので、充填液の流速が抑制され、泡立ちや液はねが起こることなく容器内に充填することができる。
【0041】
前述のように液バルブ110を小開度で開放して小流量での充填を行い、容器内の充填量が予め設定された値になると、上方と下方の圧力室142、146のエアを排出するとともに、中間圧力室144に圧力エアを導入し、液バルブ110を閉じて充填を終了する。
【0042】
なお、前記第2の実施の形態では、液バルブ110を小開度で開放した場合に、弁体108の下端に形成された流出口108eを内周管120の供給口120a内に挿入して充填を行うようにしていたが、必ずしも内周管120内に挿入する必要はなく、例えば、図1に示すように、内周管120の供給口120aの上方に離れた位置で充填を行うようにしても良い。また、この第2の実施の形態の構成を、大流量の充填と小流量の充填との切換えを行わないタイプの充填バルブにも適用することができる。また、前記各実施の形態の充填ノズルは、円筒状に限るものではなく、角柱状の充填ノズルにも適用可能である。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1に記載した発明によれば、充填液が供給される液通路と、この液通路を開閉する液バルブと、この液バルブの下流に設けられたノズルとを備えた充填バルブにおいて、前記ノズルを内周管と外周管からなる二重管とするとともに、前記内周管の吐出口の断面積を供給口の断面積よりも大きくしたことにより、充填ノズルの中央部側を流れる充填液の流速を抑制して、充填時の泡立ちや液はねを防止することができる。
【0044】
また、請求項2に記載した発明によれば、請求項1に記載した発明において、内周管と外周管との間の外側通路の断面積に対する内周管内の内側通路の断面積の比が、供給口側よりも吐出口側の方が大きく成るように構成したので、内部通路の流速を外部通路の流速よりも遅くして、全体の流速を均一化することができ、充填時の泡立ちや液はねを効果的に防止することができる。
【0045】
さらに、請求項3に記載した発明では、充填液が供給される液通路と、この液通路を開閉する液バルブと、この液バルブの下流に設けられたノズルとを備えた充填バルブにおいて、前記ノズルを内周管と外周管からなる二重管とするとともに、前記液バルブが全開しない状態で、液バルブを通過する充填液を前記内周管に導く案内部をこの液バルブに設けたことにより、小流量での充填時には、液体を内周管内だけを通過させるので、充填液がノズルの一方に偏って流れる偏流を防止することができる。
【0046】
また、請求項4に記載した発明によれば、前記請求項3に記載した発明の充填バルブの、前記内周管の吐出口の断面積を供給口の断面積よりも大きくしたことにより、充填液の流速を抑制して、充填時の泡立ちや液はねを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る充填バルブの縦断面図である。
【図2】第2の実施の形態に係る充填バルブの縦断面図である。
【図3】前記第2の実施の形態の異なる作動状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
4 液通路
10 液バルブ(充填液通路)
16 ノズル(充填ノズル)
18 外周管
20 内周管
20a 内周管の供給口
20e 内周管の吐出口
24 外側通路
26 内側通路
Sa1 内側通路の供給口の断面積
Sa2 内側通路の吐出口の断面積
Sb1 外側通路の供給口側の断面積
Sb2 外側通路の吐出口の断面積
【発明が属する技術分野】
本発明は、容器内に液体を充填する充填装置に設けられた充填バルブに関するものであり、特に、充填時の泡立ちや液はねを防止する構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
容器内に液体を充填する際に、泡立ちや液はねを抑えるためには、充填ノズルから吐出される液体の流量をできるだけ抑えることが好ましい。しかしながら、充填装置の能力を向上させるためにはある程度の流量が必要となり、流速も早くなる。そこで、流速を抑えるためにノズルの口径を大きくすることが広く行われている。
【0003】
ところが、ノズルの口径を大きくすると、ノズルの中心部寄りと外周部寄りとで流速に差が生じ、ノズルの開口の中心に近い部分ほど流速が早く、その周辺部(外周側)に近いほど流速が遅くなる傾向がある(特許文献1の図15参照)。そのため、特許文献1の発明では、多孔板(メッシュスクリーン)の中心ないしその近くの部分を、周辺ないしその近くの部分よりも網目を細かくした構成を提案している(特許文献1の図1等参照)。
【0004】
特許文献1の発明では、前記構成にしたことにより、多孔板の中心部分の通過流体に対する抵抗が、多孔板の周辺部分の通過流体に対する抵抗よりも大であるため、ノズル本体の下端開口の中心に近い部分から吐出される液体の流速が、その周辺に近い部分から吐出される液体の流速に対して、相対的に弱められるようになっている。
【0005】
【特許文献1】
実用新案登録第2551969号公報(第2−3頁、図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献1に記載された発明の構成は、多孔板(メッシュスクリーン)の開口度によって流速を制御するようにしているので、他孔板を定期的に交換する必要があり、メンテナンスが煩雑であるという問題があった。
【0007】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、ノズルの構造自体で流速を制御することができ、ノズル中心部寄りの流速を抑制することにより、確実に充填液の泡立ちや液はねを防止することができる充填バルブを提供することを目的とするものである。
【0008】
また、充填の開始時から規定充填量の大部分を充填するまでの間は、大流量での充填を行い、充填の終期にだけ小流量に切り替えて充填を行う充填方法が従来から行われている。前記特許文献1のような構成の充填バルブで、このような大流量の充填と小流量の充填を切り替えて充填を行うと、大流量の充填時には、大口径のノズルからの流れを開口部全体に均一化することができるが、小流量の充填時には、ノズルの一部分に偏って流れるおそれがある。さらに、大流量の充填時でも、液バルブの開放直後は、充填液が少量しか流れないので、前記小流量での充填と同様の問題が発生する。
【0009】
そこで、他の発明は、小流量の充填時にも、ノズル吐出口からの流れを均一化して、充填液の泡立ちや液はねを低減することができる充填バルブを提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載した発明に係る充填バルブは、充填液が供給される液通路と、この液通路を開閉する液バルブと、この液バルブの下流に設けられたノズルとを備えており、特に、前記ノズルを内周管と外周管からなる二重管とするとともに、前記内周管の吐出口の断面積を供給口の断面積よりも大きくしたことを特徴とするものである。
【0011】
この発明に係る充填バルブでは、液バルブが開放されて下方のノズルに流れ込む液体は、内周管内と、この内周管と外周管との間の通路に別れて流れ込み、内周管内に流れ込んだ液体は、入口側の供給口よりも出口側の吐出口の方が口径が大きいため、流速が遅くなって吐出口から流れ出し、容器内に充填されるので、液はねや泡立ちの発生が抑えられる。
【0012】
また、請求項2に記載の発明に係る充填バルブは、請求項1に記載の発明において、内周管と外周管との間に形成された外側通路の断面積に対する内周管内の内側通路の断面積の比が、供給口側よりも吐出口側の方が大きいことを特徴とするものである。
【0013】
この発明に係る充填バルブでは、内周管と外周管との間に形成された外側通路よりも、内周管内の内側通路の方が、供給口から吐出口へ向かっての断面積の増加率が大きいので、内側通路の流速が低下して外側通路の流速と均一化することができる。
【0014】
さらに、請求項3に記載した発明に係る充填バルブは、充填液が供給される液通路と、この液通路を開閉する液バルブと、この液バルブの下流に設けられたノズルとを備えており、特に、前記ノズルを内周管と外周管からなる二重管とするとともに、前記液バルブが全開しない状態で、液バルブを通過する充填液を前記内周管に導く案内部をこの液バルブに設けたことを特徴とするものである。
【0015】
この発明に係る充填バルブでは、液バルブが全開しない状態、つまり液バルブを通過する流量が少ないときには、案内部によって液バルブを通過する充填液を内周管内に導入するので、ノズルの口径に対して流量が少なすぎて偏流が生ずることを防止することができる。
【0016】
また、請求項4に記載の発明に係る充填バルブは、請求項3に記載の発明において、前記内周管の吐出口の断面積を供給口の断面積よりも大きくしたことを特徴とするものである。
【0017】
この発明に係る充填バルブでは、案内部によって内周管に導入した充填液の流速を遅くして、液はねや泡立ちを防止することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態により本発明を説明する。図1は、本発明の一実施の形態に係る充填バルブ(全体として符号1で示す)の縦断面図である。バルブハウジング2の内部に充填液通路4が形成され、この充填液通路4内に、バルブハウジング2の側壁に形成された導入口2aを介して、図示しない充填液タンクから充填液が供給される。
【0019】
充填液通路4の内部にテーパ状の弁座6が形成され、その上方に弁体8が昇降可能に配置されている。これら弁座6と弁体8とにより液バルブ10が構成されている。弁体8は、エアシリンダ11(詳細は図示を省略)等の昇降手段によって昇降され、下降時には、そのテーパ状の外面(下面)が前記バルブハウジング2の内面の弁座6に着座して前記充填液通路4を閉じ、上昇時には、弁座6から離座して充填液通路4を開放する。弁体8が取り付けられているエアシリンダ11のロッド12は、その周囲をベローズ14によって覆われており、上方のエアシリンダ11の摺動部で発生する異物等が充填液通路4内に侵入することを防止している。
【0020】
前記液バルブ10の下方に連続して充填ノズル16が設けられている。この充填ノズル16は、前記バルブハウジング2と一体の外周管18と、その内側に配置された内周管20の二重管構造になっている。外周管18の内部は、前記液バルブ10のテーパ状弁座6の下方に連続して設けられた同一径を有する小径部18aと、その下方に設けられ、次第に径が拡大される拡径部18bと、その下方の一定の径を有する大径部18cと、この大径部18cに続く次第に径が縮小する縮径部18dとを有している。
【0021】
一方、内周管20は、その上端の供給口20aが前記液バルブ10の弁座6からやや離れた下方に位置している。内周管20は、この実施の形態では、上端の供給口20aが、前記外周管2の小径部18aの下方に設けられている拡径部18b内に位置している。そして、内周管20の、外周管18の拡径部18b内に位置している部分は、この拡径部18bとほぼ同一の傾斜を有する拡径部20bになっており、その下方の外周管18の大径部18c内に位置している部分は大径部20cに、また、外周管18の縮径部18d内に位置している部分は、この縮径部18dとほぼ同一の傾斜の縮径部20dになっている。
【0022】
前記内周管20は、複数個所に配置された取付部材22を介して外周管18の内部側に取り付けられている。この取付部材22は、図示はしないが、円周上の複数個所に連結部があり、これら連結部の間は液体の流下を妨げない開放された通路になっている。
【0023】
前記内周管20は、下端の吐出口20eの径が上端の供給口20aの径よりも大きくなっている。従って、吐出口20eの断面積が供給口20aの断面積よりも大きくなっている。また、外周管18の内周面と内周管20の外周面との間に形成された通路(外側通路)24の断面積に対する内周管20の内部の通路(内側通路)26の断面積の比が、供給口20a側よりも吐出口20e側の方が大きくなっている。つまり、内周管20内の内側通路26の、供給口20aから吐出口20eへの断面積の増大率が、外側通路24の、供給口側(内周管20の供給口20aと同一の位置で比較する)から吐出口18eへの断面積の増大率よりも大きくなっている。
Sa1/Sb1<Sa2/Sb2 ……(1)式
但し、Sa1:内側通路の供給口側の断面積
Sb1:外側通路の供給口側の断面積
Sa2:内側通路の吐出口側の断面積
Sb2:外側通路の吐出口側の断面積
【0024】
以上の構成に係る充填バルブ1の作用について説明する。充填を行う際には、この充填バルブ1の内部に設けられている充填液通路4に、充填液タンク(図示せず)から送られた充填液が、バルブハウジング2の導入口2aを介して導入されている。充填の開始前は、充填液通路4内に設けられている液バルブ10の弁体8が下降し、バルブハウジング2の内面の弁座6に着座して充填液通路4を閉鎖している。
【0025】
充填ノズル16の下端の吐出口18e、20eの下方に、図示しない容器供給手段によって容器が供給されると、弁体8の上方に設けられたエアシリンダ11によって弁体8が上昇されて弁座6から離座し、液バルブ10が開放する。なお、この実施の形態では、図示しないが、口部の大きい容器に対して充填を行う。
【0026】
液バルブ10が開放すると、充填液通路4内に導入された充填液は、弁座6と弁体8との間の流路を通過して下方の充填ノズル16側に流下する。液バルブ10を通過した充填液は、内周管20の外周側の外側通路24と内周管20の内部の内側通路26の双方に適宜流入し、各通路24、26内を流れ落ちて外側通路24の吐出口18eおよび内側通路26の吐出口20eから、下方の容器内に充填される。
【0027】
この実施の形態に係る充填バルブ1では、内周管20内の内側通路26が、供給口20aの径よりも吐出口20eの径の方が大きくなっているので、内側通路26に流入した液体の流速が低下する。特に、外側通路24の断面積に対する内側通路26の断面積の比が、供給口20a側よりも吐出口20e側の方が大きくなっているので(式(1)参照)、内周管20の内部側の内側通路26を通過する液体の流速の低下が、外側通路24の流速の低下よりも大きいので、外側通路24の流速とほぼ同じような速度になる。このように充填ノズル16全体を流れる充填液の流速が均一化され、しかも、流速が抑制されるので、容器内に充填される際の充填液の液はねや泡立ちを抑えることができる。
【0028】
図2は、第2の実施の形態に係る充填バルブ101の全体の構成を示す縦断面図である。この実施の形態では、大流量の充填と小流量の充填とを切り換えられるようになっており、弁体108と、この弁体108を昇降させる昇降手段としてのエアシリンダ111の構成、および内周管120の構成が、前記実施の形態と異なっている。
【0029】
弁体108は、バルブハウジング102の内面に形成された弁座106に着座する外周の弁部108aと、その下方に形成された嵌合部108bとを備えている。これら弁体108と弁座106とにより液バルブ110が形成されている。弁体108の嵌合部108bの外径は、前記バルブハウジング102と一体の外周管118の小径部118aの内径とほぼ一致しており、弁体108が下降して前記外周弁部108aが弁座106に着座する直前の位置で、嵌合部108bの下部が外周管118の小径部118a内に嵌入する。この弁体108は、嵌合部108bから下方が中空になっており、内部通路108cを有している。嵌合部108bの上部には、外周側から内周側の内部通路108c内に充填液を導入する流入口108dが形成されている。そして、下端部には、小径の流出口108eが設けられている。弁体108のこれら流入口108d、内部通路108cおよび流出口108eにより、充填される液体を内周管120に案内する案内部が構成されている。
【0030】
前記弁体108を昇降させるエアシリンダ111は、弁体108を、その外周弁部108aが弁座106に着座する最も下降した位置と、外周弁部108aが弁座106のやや上方に位置し、嵌合部108bの下部側が外周管118の小径部118a内に嵌合するとともに、嵌合部108bの上部に形成されている流入口108dが開放する位置(後に説明する図3参照)と、弁体108が最も上昇して、弁体108と弁座106との間の通路が完全に開放する位置(図2の状態)の各位置に停止させるようになっている。
【0031】
バルブハウジング102の上部内にはエアシリンダ室130が形成されている。このエアシリンダ室130は、上部側の大径部130aと下部側の小径部130bとを有しており、下部側の小径部130b内に小径の第1ピストン132が昇降自在に嵌合している。この第1ピストン132のロッド112は、バルブハウジング102内を摺動自在に貫通して下端部が前記充填液通路104内に延びており、この第1ピストン132のロッド112の下端に弁体108が取り付けられている。なお、前記第1ピストン132のロッド112の充填液通路104内に挿入されている部分はベローズ114によって覆われている。
【0032】
バルブハウジング102の上部に形成されているエアシリンダ室130の上部側の大径部130a内には、大径の第2ピストン134が昇降自在に嵌合している。この第2ピストン134のロッド136は、バルブハウジング102の上部の筒状部102b内を貫通してバルブハウジング102の上方に突出しており、このロッド136の上端に、調整用ナット(ストッパ)138および袋ナット140が螺合されている。前記バルブハウジング102の上部には、調整用ナット138の位置を規制するカップ状部材141が螺合されており、前記調整用ナット138の下端面がこのカップ状部材141の上端面(位置規制部)に当たることにより、前記第2ピストン134の下降位置が規制される。
【0033】
前記バルブハウジング102内の上部に形成されたエアシリンダ室130は、上部側大径部130aに摺動自在に嵌合された第2ピストン134と、下部側小径部130b内に摺動自在に嵌合された第1ピストン132とにより、上方圧力室142、中間圧力室144および下方圧力室146の3つの圧力室に区画されている。これら上中下3つの圧力室142、144、146は、それぞれ第1エア供給通路148、第2エア供給通路150および第3エア供給通路152を介して、図示しない圧力エア源に接続されており、それぞれ独立してエアを給排することができるようになっている。
【0034】
前記充填ノズル116の内周管120は、上端部が前記第1実施の形態に比較して上方に延びており、上端の供給口120aの内径が、前記弁体108の下端の流出口108eの外径よりも僅かに大径になっている。そして、エアシリンダ111の作動により弁体108が最も上昇した位置に移動したときには、その流出口108eと内周管120の供給口120aとが所定の間隔で離隔し(図2の状態)、弁体108の外周弁部108aが弁座106に接近した位置まで下降したときには、弁体108の流出口108eが内周管120の供給口120a内に挿入されるようになっている。
【0035】
以上の構成に係る充填バルブ101の作動について説明する。充填の停止時には、第2エア通路150から中間圧力室144に圧力エアを供給するとともに、上方圧力室142および下方圧力室146内のエアを排出する。この状態では、大径の第2ピストン134は上昇端に位置するとともに、小径の第1ピストン132が下降してそのロッド112の下端に設けられた弁体108の外周弁部108aが、充填液通路104の内部に形成された弁座106に着座して液バルブ110を閉じている。
【0036】
この充填装置101では、充填時には、先ず、液バルブ110を大開度で開放して大流量で充填を行うようになっている。例えば、大流量による充填によって設定された充填量の90%を充填する。その後、液バルブ110の開度を小開度に切り換えて小流量で残りの10%の充填を行う。大流量での充填を行う際には、上方の圧力室142および中間圧力室144内のエアを排出するとともに、下方の圧力室146内に圧力エアを供給する。この状態では、下方圧力室146内の圧力により小径の第1ピストン132が上昇し、上方の第2ピストン134に当たって押し上げるので、大径の第2ピストン134は前記充填停止時と同様に上昇端に位置し、小径の第1ピストン132も最も上方まで上昇して、液バルブ110を最大の開度で開放する。
【0037】
液バルブ110を最大の開度で開放すると、液バルブ110の弁体108と弁座106との間の通路を流れ落ちる大流量の液体は、充填ノズル16の内周管120内の内側通路126および内周管120の外周側に形成された外側通路124内に適宜流れ込み、これらの通路124、126内を流れ落ちて、吐出口118e、120eから吐出されて容器内に充填される。
【0038】
この実施の形態に係る充填バルブ101でも、内周管120の供給口120aの径よりも吐出口120eの径が大きく、しかも、外側通路124の断面積に対する内側通路126の断面積の比が、供給口120a側よりも吐出口120e側の方が大きくなっているので(式(1)参照)、内周管120の内部側の内側通路126を通過する液体の流速が抑えられ、外側通路124の流速とほぼ同じ速度になる。従って、前記実施の形態の充填バルブ1と同様に、充填ノズル116全体を流れる充填液の流速が均一化され、しかも、流速が抑制されるので、容器内に充填される際の充填液の液はねや泡立ちを抑えることができる。
【0039】
液バルブ110を大開度で開放して前記設定量(例えば90%)まで充填をした後、液バルブ110の開度を小開度に切り換える。このときには、中間圧力室144のエアは排出したままにして、上方圧力室142と下方圧力室146に圧力エアを供給する。すると、大流量での充填時に、下方の第1ピストン132に押し上げられていた第2ピストン134が、前記第1ピストン132との受圧面積差により下降して、第1ピストン132を押し下げる。下降する第2ピストン134は、前記調整用ナット138の下面がバルブハウジング102の上端に固定されているカップ状部材141の上端面に当たった位置で停止する。このように下降した上方の第2ピストン134によって第1ピストン132の上昇位置が規制され、液バルブ110は小開度で開放されて、小流量で充填が行われる。
【0040】
液バルブ110を小開度に開放すると、図3に示すように、弁体108の外周弁部108aと弁座106とが僅かに離れ、外周弁部108aの下方に設けられた嵌合部108bの下部が、バルブハウジング102と一体の外周管118の小径部118a内に嵌合し、嵌合部108bの上部に形成されている流入口108dが開放した状態になる。この状態になると、充填液タンクから充填液通路104内に導入された充填液が、流入口108dから弁体108の内部の通路108c内に流入する。弁体108の下端の流出口108eは、液バルブ110が小開度で開放しているときには充填ノズル116の内周管120内に挿入されているので、充填される液体は、内周管120の内側通路126を通って吐出口120eから容器内に充填される。この場合も、内周管120の供給口120aの径よりも吐出口120eの径の方が大きいので、充填液の流速が抑制され、泡立ちや液はねが起こることなく容器内に充填することができる。
【0041】
前述のように液バルブ110を小開度で開放して小流量での充填を行い、容器内の充填量が予め設定された値になると、上方と下方の圧力室142、146のエアを排出するとともに、中間圧力室144に圧力エアを導入し、液バルブ110を閉じて充填を終了する。
【0042】
なお、前記第2の実施の形態では、液バルブ110を小開度で開放した場合に、弁体108の下端に形成された流出口108eを内周管120の供給口120a内に挿入して充填を行うようにしていたが、必ずしも内周管120内に挿入する必要はなく、例えば、図1に示すように、内周管120の供給口120aの上方に離れた位置で充填を行うようにしても良い。また、この第2の実施の形態の構成を、大流量の充填と小流量の充填との切換えを行わないタイプの充填バルブにも適用することができる。また、前記各実施の形態の充填ノズルは、円筒状に限るものではなく、角柱状の充填ノズルにも適用可能である。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1に記載した発明によれば、充填液が供給される液通路と、この液通路を開閉する液バルブと、この液バルブの下流に設けられたノズルとを備えた充填バルブにおいて、前記ノズルを内周管と外周管からなる二重管とするとともに、前記内周管の吐出口の断面積を供給口の断面積よりも大きくしたことにより、充填ノズルの中央部側を流れる充填液の流速を抑制して、充填時の泡立ちや液はねを防止することができる。
【0044】
また、請求項2に記載した発明によれば、請求項1に記載した発明において、内周管と外周管との間の外側通路の断面積に対する内周管内の内側通路の断面積の比が、供給口側よりも吐出口側の方が大きく成るように構成したので、内部通路の流速を外部通路の流速よりも遅くして、全体の流速を均一化することができ、充填時の泡立ちや液はねを効果的に防止することができる。
【0045】
さらに、請求項3に記載した発明では、充填液が供給される液通路と、この液通路を開閉する液バルブと、この液バルブの下流に設けられたノズルとを備えた充填バルブにおいて、前記ノズルを内周管と外周管からなる二重管とするとともに、前記液バルブが全開しない状態で、液バルブを通過する充填液を前記内周管に導く案内部をこの液バルブに設けたことにより、小流量での充填時には、液体を内周管内だけを通過させるので、充填液がノズルの一方に偏って流れる偏流を防止することができる。
【0046】
また、請求項4に記載した発明によれば、前記請求項3に記載した発明の充填バルブの、前記内周管の吐出口の断面積を供給口の断面積よりも大きくしたことにより、充填液の流速を抑制して、充填時の泡立ちや液はねを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る充填バルブの縦断面図である。
【図2】第2の実施の形態に係る充填バルブの縦断面図である。
【図3】前記第2の実施の形態の異なる作動状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
4 液通路
10 液バルブ(充填液通路)
16 ノズル(充填ノズル)
18 外周管
20 内周管
20a 内周管の供給口
20e 内周管の吐出口
24 外側通路
26 内側通路
Sa1 内側通路の供給口の断面積
Sa2 内側通路の吐出口の断面積
Sb1 外側通路の供給口側の断面積
Sb2 外側通路の吐出口の断面積
Claims (4)
- 充填液が供給される液通路と、この液通路を開閉する液バルブと、この液バルブの下流に設けられたノズルとを備えた充填バルブにおいて、
前記ノズルを内周管と外周管からなる二重管とするとともに、前記内周管の吐出口の断面積を供給口の断面積よりも大きくしたことを特徴とする充填バルブ。 - 内周管と外周管との間に形成された外側通路の断面積に対する内周管内の内側通路の断面積の比が、供給口側よりも吐出口側の方が大きいことを特徴とする請求項1に記載の充填バルブ。
- 充填液が供給される液通路と、この液通路を開閉する液バルブと、この液バルブの下流に設けられたノズルとを備えた充填バルブにおいて、
前記ノズルを内周管と外周管からなる二重管とするとともに、前記液バルブが全開しない状態で、液バルブを通過する充填液を前記内周管に導く案内部をこの液バルブに設けたことを特徴とする充填バルブ。 - 前記内周管の吐出口の断面積を供給口の断面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項3に記載の充填バルブ。
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