JP2006160351A

JP2006160351A - 充填バルブ

Info

Publication number: JP2006160351A
Application number: JP2004358394A
Authority: JP
Inventors: Koichi Aoki; 浩一青木; Seiji Goto; 征司後藤; Toyoichi Uchida; 豊一内田; Yasutaka Suzuki; 康隆鈴木; Shinji Ishikura; 真治石倉; Norio Inukai; 規雄犬飼
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Food and Packaging Machinery Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Machinery Systems Co Ltd
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】充填バルブの液吐出口近傍における液体の乱流エネルギおよびその流速差を均一化して、容器への液体の充填流形を安定させる充填バルブを提供することにある。
【解決手段】弁体８が当接する液体流路４の弁座９を、外側に凸となる外側凸部９ａと、外側凸部９ａの下部に連続し、内側に凸となる第１の内側凸部９ｂと、第１の内側凸部９ｂの下部に連続し、内側に凸となる第２の内側凸部９ｃとに形成し、第１の内側凸部９ｂの下端を第２の内側凸部９ｃの下端に形成される液体吐出口４ａより大きくして、第１の内側凸部９ｂにて剥離した液体の流れを第２の内側凸部９ｃに接触するようにし、液吐出口４ａ近傍における液体の乱流のエネルギおよびその流速差を均一化し、容器への液体の充填流形を安定させた。
【選択図】図２

Description

本発明は、飲料などの液体を容器に充填する液体充填装置の充填バルブに関する。

液体充填装置は、飲料などの液体を溜める液タンクと、この液タンクに開口して連結する液体供給管と、この液体供給管に連結し、充填バルブ本体に形成され、弁体により開閉される液体流路を有する充填バルブを備えており、前記液体流路を開状態にして、液体を前記液タンク、前記液体供給管および前記充填バルブを通って、容器に充填するようになっている。

充填バルブの一例として、図６に示すような形状のものがある。充填バルブ３０では、充填バルブ本体３１に形成された液体流路３２内には略円錐状の液弁３３の頂部が下方に向けて配置される。液弁３３は、液体流路３２の下端の液吐出口３２ａ近傍に形成された弁座３４に当接したり、離間したりする。弁座３４は、外側に凸となる曲面からなる外側凸部３４ａと、外側凸部３４ａの下端に接続し、内側に凸となる曲面からなる内側凸部３４ｂとを有する。ただし、外側凸部３４ａおよび内側凸部３４ｂは、水平から約４５°以上傾いた接線にそれぞれ接する。

特許文献１には、充填ノズル内の液通路を上方から下方に向けて次第に小径になるテーパ状にして容器内に充填する充填液の整流効果を高めている充填バルブが記載されている。

特開２００４−１３６９２７号公報

上述した充填バルブ３０内の液体の流速を解析した結果を図７に示す。ただし、ハッチングの目が細かくなるほど、液体の流れが速くなることを示す。この図に示すように、液吐出口３２ａ近傍では、中心から側壁３５にかけて液体の流れが異なる領域が細かく分布している。また、充填バルブ３０内の液体の乱流エネルギを解析した結果、図８に示す。ただし、ハッチングの目が細かくなるほど、液体の乱流エネルギが大きくなることを示す。この図に示すように、液吐出口３２ａ近傍では、側壁３５付近、中心、中心と側壁３５との間の順に液体の乱流エネルギが小さくなっている。すなわち、液体流路３２の中心近傍では乱流エネルギが小さくなっているものの、その外側では乱流エネルギが大きい為、液体の流速差が大きくなり容器への液体の充填流形が乱れて充填中の泡立ち等が大きくなってしまうという問題があった。

特許文献１に記載される充填バルブでは、充填ノズル内の液通路を上方から下方に向けて次第に小径になるテーパ状にして容器内に充填する充填液の整流効果を高めているものの、充填液通路の下端にて液体の流れが剥離して、乱流エネルギが大きくなり、容器への充填流形が乱れて充填中の泡立ち等が大きくなってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、充填バルブの液吐出口近傍における液体の乱流エネルギおよびその流速差を均一化して、容器への液体の充填流形を安定させる充填バルブを提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１の発明に係る充填バルブは、弁体の離間および当接により液体が流通する液体流路を開閉して、容器に前記液体を充填する充填バルブであって、前記弁体が当接する液体流路の弁座を、外側に凸となる外側凸部と、前記外側凸部の下部に連続し、内側に凸となる第１の内側凸部と、前記第１の内側凸部の下部に連続し、内側に凸となる第２の内側凸部とにより形成し、前記第１の内側凸部の下端を前記第２の内側凸部の下端に形成される液体吐出口より大きくして、前記第１の内側凸部にて剥離した前記液体の流れを前記第２の内側凸部に接触するようにしたことを特徴とする。

上述した課題を解決する第２の発明に係る充填バルブは、第１の発明の充填バルブであって、前記第１の内側凸部の下端を前記液吐出口の１．１〜１．４倍の大きさにすることを特徴とする。

上述した課題を解決する第３の発明に係る充填バルブは、第１の発明または第２の発明に記載された充填バルブであって、前記外側凸部、前記第１の内側凸部および前記第２の内側凸部のそれぞれに接する接線の傾きを４５°より大きくすることを特徴とする。

上述した課題を解決する第４の発明に係る充填バルブは、第１の発明ないし第３の発明のいずれかに記載された充填バルブであって、前記外側凸部、前記第１の内側凸部および前記第２の内側凸部を、前記液体流路を形成する充填バルブ本体と一体的に形成したことを特徴とする。

上述した課題を解決する第５の発明に係る充填バルブは、第１の発明ないし第３の発明のいずれかに記載された充填バルブであって、前記第２の内側凸部を、前記第１の内側凸部の下部にて前記液体流路に内装された充填流形安定具により形成したことを特徴とする。

上述した課題を解決する第６の発明に係る充填バルブは、第５の発明に記載された充填バルブであって、前記充填流形安定具が、上端部に前記第２の内側凸部を形成する円筒部と、該円筒部の下部外周に設けられ、前記液体流路内への内装位置を決める鍔部とを有することを特徴とする。

第１の発明に係る充填バルブによれば、第１の内側凸部の下端にて剥離した液体の流れが第２の内側凸部に接触して、液体吐出口における液体の乱流エネルギが均一化される。また、液体の乱流エネルギが低いエネルギにて均一化されるので、流速差も均一化される。その結果、容器への液体の充填流形が安定し、充填中の泡立ち、およびその時の泡巻き込みを無くすことができる。

第２の発明に係る充填バルブによれば、第１の発明に記載の充填バルブと同様な作用効果を奏する他、第１の内側凸部の下端にて剥離した液体の流れが第２の内側凸部に効率良く接触するようになり、容器への液体の充填流形が一層安定する。

第３の発明に係る充填バルブによれば、第１の発明および第２の発明に記載の充填バルブと同様な作用効果を奏する他、第１の内側凸部の下端にて剥離した液体の流れが第２の内側凸部にさらに効率良く接触するようになり、容器への液体の充填流形がより一層安定する。

第４の発明に係る充填バルブによれば、第１の発明ないし第３の発明に記載の充填バルブと同様な作用効果を奏する他、部品点数が少なくなり、製造コストの増加を抑制することができる。

第５の発明に係る充填バルブによれば、第１の発明ないし第３の発明に記載の充填バルブと同様な作用効果を奏する他、充填バルブを大幅に設計変更する必要がないので、製造コストの増加を抑制することができる。

第６の発明に係る充填バルブによれば、第５の発明に記載の充填バルブと同様な作用効果を奏する他、充填バルブ本体に形成された液体流路の下端の液吐出口に容易に取り付けることができる。

以下に、本発明に係る充填バルブを実施するための最良の形態を実施例に基づき具体的に説明する。

図１は、本発明の第１の実施例に係る充填バルブを有する液体充填装置の概略図であり、図２は、図１における囲み線ＩＩの拡大図である。図３は充填バルブの液吐出口近傍における液体の流速を解析した図であり、この図におけるハッチングは液体の速度分布を示しており、ハッチングの目が細かくなるほど液体の流れが速くなることを示す。図４は充填バルブの液吐出口近傍における乱流エネルギを解析した図であり、この図におけるハッチングは液体の乱流エネルギ分布を示しており、ハッチングの目が細かくなるほど乱流エネルギが大きくなることを示す。

本発明の第１の実施例に係る充填バルブを有する液体充填装置２０は、図１に示すように、飲料などの液体を溜める液タンク１と、液タンク１に開口して接続された液体供給管２と、液体供給管２に連結され、充填バルブ本体３に形成された液体流路４を備えた充填バルブ５とを有している。液タンク１に溜められた液体を、液体供給管２、充填バルブ５を通って、グリッパ１２が有する保持アーム１３に頚部が把持された容器１４に充填するようになっている。

液体流路４には、ロッド６を介してエアシリンダ７に連結された略円錐状の液弁８の頂部が下方に向けて配置されている。液体流路４の下端（後述する第２の内側凸部９ｃの下端）に形成される液吐出口４ａ近傍には、液弁８が当接（着座）する弁座９が形成されている。ロッド６の昇降に連動して液弁８が離間・当接し、液体流路４の開閉が切り替え可能になっている。液体供給管２には、液体供給管２内の液体の流量を計測する電磁流量計１０、および液体供給管２内の液体の流量を制御する流量制御弁１１が介在している。

ここで、液体流路４の弁座９は、図２に示すように、上方から下方にかけて、外側に凸となる外側凸部９ａと、外側凸部９ａの下部に連続し、内側（液弁８側）に凸となる第１の内側凸部９ｂと、第１の内側凸部９ｂの下部に連続し、さらに内側に凸となる第２の内側凸部９ｃとで形成されている。

ただし、第１の内側凸部９ｂの下端における直径Ｄ１は、外側凸部９ａの下端の直径Ｄ２より小さく、液吐出口４ａの直径Ｄ３より大きく、液吐出口４ａの直径Ｄ３の約１．１〜１．４倍となっており、例えば液吐出口４ａの直径Ｄ３は１３ｍｍ、第１の内側凸部９ｂの下端における直径Ｄ１は１６ｍｍとなっている。また、外側凸部９ａ、第１の内側凸部９ｂおよび第２の内側凸部９ｃは、水平からの角度θ₁，θ₂，θ₃が約４５°以上となる接線Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃にそれぞれ接しており、例えば外側凸部９ａは半径６ｍｍの円弧、第１の内側凸部９ｂは半径１８ｍｍの円弧、第２の内側凸部９ｃは半径４ｍｍの円弧となっている。垂直断面における外側凸部９ａに接する２つの接線Ｌ₁，Ｌ₁´間の角度θ₄は、８７．４２°となっている。弁座９を上述したような形状にすることで、第１の内側凸部９ｂにて剥離した液体の流れは第２の内側凸部に接触するようになる。

図３に示すように、液体流路４内における液体の流れは、液吐出口４ａ近傍では、従来の充填ノズルに比べて、中心と側壁１５との間における液体の流れが遅くなっていることが分かる。また、液体流路４の中心からその側壁１５近傍にかけて、液体が速い流れにて均一になっていることが分かる。

図４に示すように、液体流路４内における乱流エネルギは、液吐出口４ａにおける側壁１５近傍では、従来の充填ノズルに比べて小さくなっていることが分かる。また、液体流路４の中心からその側壁１５近傍まで、乱流エネルギの差が小さく、液体の乱流エネルギが低いエネルギにて均一化されるので、流速差も均一化される。よって、充填ノズル５を通った液体を容器へ充填する際の充填流形が安定し、充填中の泡立ち、およびその時の泡の巻き込みを無くすことができる。また、外側凸部９ａ、第１の内側凸部９ｂおよび第２の内側凸部９ｃを、液体流路４を形成する充填バルブ本体３と一体に形成したことにより、部品点数が少なくなり、製造コストの増加を抑制することができる。

図５は、本発明の第２の実施例に係る充填バルブの概略図である。
第２の実施例に係る充填バルブは、上述した第１の実施例に係る充填バルブの先端近傍の形状を変えたものであり、同じ構造を有する。上述した充填バルブと同一部材には同一符号を付記してその説明を省略する。

本発明の第２の実施例に係る充填バルブ２１では、図５に示すように、液体流路４の図中下端にキャップ状に形成され、容器への液体の充填流形を安定化させる充填流形安定具２２が配置されている。充填流形安定具２２は、液体流路４における液吐出口４ａに取り付け可能になっている。これは、液体流路４の液吐出口４ａに接合する円筒２２ａと、円筒２２ａの外周に形成され、円筒２２ａが液体流路４内に入り込み過ぎないように液吐出口４ａに引っ掛かる鍔部２２ｂとを有する。充填流形安定具２２の円筒２２ａにおける上部２２ｃは、垂直断面にて内側に凸となる円弧状に形成されており、液体流路４の第１の内側凸部９ｂにて剥離した流れが充填流形安定具２２の円筒２２ａの上部２２ｃにて接触するようになっている。

したがって、充填バルブ２１によれば、第１の実施例に係る充填バルブと同様な作用効果を奏する他、液体流路４の液吐出口４ａに容易に取り付けることができる。その上、充填バルブ２１を大幅に設計変更する必要が無いので、製造コストの増加を抑制することができる。

本発明は、液体を容器に充填する液体充填装置の充填バルブに利用することが可能である。

本発明の第１の実施例に係る充填バルブを有する液体充填装置の概略図である。図１における囲み線ＩＩの拡大図である。本発明の第１の実施例に係る充填バルブの液体吐出口近傍における液体の流速を解析した図である。本発明の第１の実施例に係る充填バルブの液体吐出口近傍における液体の乱流エネルギを解析した図である。本発明の第２の実施例に係る充填バルブの概略図である。従来の充填バルブの概略図である。従来の充填バルブの液体吐出口近傍における液体の流速を解析した図である。従来の充填バルブの液体吐出口近傍における液体の乱流エネルギを解析した図である。

符号の説明

１液タンク
２液体供給管
３充填バルブ本体
４液体流路
５充填バルブ
６ロッド
７エアシリンダ
８液弁
９弁座
１０電磁流量計
１１流量制御弁
１２グリッパ
１３保持アーム
１４容器
２０液体充填装置

Claims

弁体の離間および当接により液体が流通する液体流路を開閉して、容器に前記液体を充填する充填バルブであって、
前記弁体が当接する液体流路の弁座を、外側に凸となる外側凸部と、前記外側凸部の下部に連続し、内側に凸となる第１の内側凸部と、前記第１の内側凸部の下部に連続し、内側に凸となる第２の内側凸部とにより形成し、
前記第１の内側凸部の下端を前記第２の内側凸部の下端に形成される液体吐出口より大きくして、前記第１の内側凸部にて剥離した前記液体の流れを前記第２の内側凸部に接触するようにした
ことを特徴とする充填バルブ。
前記第１の内側凸部の下端を前記液吐出口の１．１〜１．４倍の大きさにする
ことを特徴とする請求項１に記載された充填バルブ。
前記外側凸部、前記第１の内側凸部および前記第２の内側凸部のそれぞれに接する接線の傾きを４５°より大きくする
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された充填バルブ。
前記外側凸部、前記第１の内側凸部および前記第２の内側凸部を、前記液体流路を形成する充填バルブ本体と一体的に形成した
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載された充填バルブ。
前記第２の内側凸部を、前記第１の内側凸部の下部にて前記液体流路に内装された充填流形安定具により形成した
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載された充填バルブ。
前記充填流形安定具は、上端部に前記第２の内側凸部を形成する円筒部と、該円筒部の下部外周に設けられ、前記液体流路内への内装位置を決める鍔部とを有する
ことを特徴とする請求項５に記載された充填バルブ。