JP2010261500A - 回転シール円盤装置および同装置を備えた回転式流体充填機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転側と非回転側の間で流体を受け渡す回転式ジョイントにおいて、十分なシール力を得ることができ、分解点検する際に手間がかからなく、複数種類の流体を受け渡すことができる回転シール円盤装置を提供する。
【解決手段】回転側と非回転側の間で流体を受け渡す回転式ジョイントにおいて、軸方向に重ね合わせた構成の前記回転側と前記非回転側にそれぞれ前記流体の流路を有する回転円盤５と固定円盤６を設けて、回転円盤５の流路と固定円盤６の流路が繋がるように配置するとともに、回転円盤５と固定円盤６の重ね合わせ部における前記流路を流路外とシール機構によりシール遮断して、前記流体を前記回転側と前記非回転側の間で受け渡すように構成し、前記シール機構を、回転円盤５または固定円盤６の流路内に設けたシール保持具１２が圧力媒体により固定円盤６または回転円盤５に押し付けられる構造としたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転式流体（飲料等）充填機、回転式リンサ等の回転式（ロータリー）ジョイントにおける流体のシール装置に関する。

従来、複数の充填バルブが円周上に配設され、回転しながら容器を前記充填バルブ下に受け入れて、その回転中に順次前記容器に流体を充填する回転式流体充填機等においては、回転式ジョイントで固定側と回転側の間に飲料等の流体を受け渡す技術が開示されている。（特許文献１、２および３）

実公昭６１−２６２３７号公報（第１図） 特許第３４１１６０１号公報（図７、図８、図９、図１０、図１１） 特開平１１−３３６９６９号公報（図１）

前記特許文献１によれば、ガス供給穴および長溝を有する非回転（固定）の扇形プレートの上面と、ガス供給穴を有する回転円盤の下面がメカニカルシールで摺動して、ガスが非回転側のガス供給穴から長溝を経由して回転側のガス供給穴へ供給されるとしている。
しかしながら、前記特許文献１の回転式ジョイントでは、非回転側と回転側が両者の摺動面を合わせただけのメカニカルシールとなっていてシールが不十分になりやすいために、高圧の流体を非回転側から回転側へ受け渡す場合において流体が漏洩する恐れがあるという問題が考えられる。

また、前記特許文献２によれば、飲料流路を設けた回転軸の周りに複数個の固定のスタッフィングボックスが多段に配置され、前記回転軸と前記スタッフィングボックスの間にリング状シール部材が介装されて、該リング状シール部材の間のスタッフィングボックスに設けた配管の流路と前記回転軸内の飲料流路が繋がる構成にして、飲料が回転側から固定側に受け渡されるとしている。さらに、回転軸の周りの一方向性軸シール（リング状シール部材）に樹脂製シールリング、ゴムリングを配置して、ゴムシートパッド内に設けた飲料流路を経て前記ゴムリングの背面に飲料の圧力を加え、樹脂製シールリングが回転軸に押し付けられることによりセルフシールし、飲料の飲料流路外への漏洩を防止するとしている。
しかしながら、前記特許文献２の回転式ジョイントでは、回転軸の周りに固定のスタッフィングボックスを多段に積み重ねる構造のため、点検等で分解する際に流路の個数が多くなるとスタッフィングボックスを上方から順次分解しなければならず、手間がかかるという問題が考えられる。さらに、前記特許文献２は回転軸の周りの一方向性軸シールのセルフシール技術については開示されているが、軸方向に重ね合わせた構成となっている回転軸または回転円盤と固定軸または固定円盤の間のセルフシール技術については開示されていない。

さらに、前記特許文献３によれば、中空路の後端開口部にシール部材を設けた回転軸体と、中空路の前端開口部にシール部材を設けた固定のハウジングが、軸方向に重ね合わせられた構成のロータリー（回転式）ジョイントにおいて、回転軸体に設けたシール部材を回転軸体に対して軸方向に移動可能な移動軸体の後端開口部に取り付けて、移動軸体がばね力によって後方向へ付勢される構造として、回転側のシール部材と固定側のシール部材を摺動させて、固定側の中空路から回転側の中空路へ液体を受け渡すとしている。
しかしながら、前記特許文献３の回転式ジョイントでは、前記中空路の中心が回転軸体の回転中心と一致しているため、受け渡す液体の種類は１種類に限定されることになる。

本発明は、回転側と非回転側の間で流体を受け渡す回転式流体充填機等の回転式ジョイントにおいて、流路を有する回転円盤と固定円盤を軸方向に重ね合わせた構成で設けて、受け渡す流体の圧力が高くても十分なシール力を得ることができるようなセルフシール機能を持たせ、しかも、分解、点検する際に手間がかからなく、複数種類の流体を受け渡すことができる回転シール円盤装置、および、同回転シール円盤装置を備えた回転式流体充填機を提供することを目的としている。

前記の課題に対し、本発明は以下の手段により解決を図る。
（１）第１の手段の回転シール円盤装置は、回転側と非回転側の間で流体を受け渡す回転式流体充填機等の回転式ジョイントにおいて、軸方向に重ね合わせた構成の前記回転側と前記非回転側にそれぞれ前記流体の流路を有する回転円盤と固定円盤を設けて、前記回転円盤の流路と前記固定円盤の流路が繋がるように配置するとともに、前記回転円盤と前記固定円盤の重ね合わせ部における前記流路を流路外とシール機構によりシール遮断して、前記流体を前記回転側と前記非回転側の間で受け渡すように構成し、前記シール機構を、前記回転円盤または前記固定円盤の流路内に設けたシール保持具が圧力媒体により前記固定円盤または前記回転円盤に押し付けられる構造としたことを特徴とする。
（２）第２の手段の回転シール円盤装置は、前記第１の手段の回転シール円盤装置において、前記回転円盤または前記固定円盤の重ね合わせ部の前記流路をリング状の溝で構成して、該溝に配置した前記シール保持具が流路を有し、リング状の形状で構成されたことを特徴とする。
（３）第３の手段の回転シール円盤装置は、前記第１および第２の手段の回転シール円盤装置において、前記圧力媒体をばね力で構成したことを特徴とする。
（４）第４の手段の回転シール円盤装置は、前記第１から第３の手段の回転シール円盤装置において、前記圧力媒体を前記流体の流体圧で構成して、前記シール保持具の流体圧受け部面積が前記シール保持具に設けた前記流路の面積よりも大きくなるようにしたことを特徴とする。
（５）第５の手段の回転シール円盤装置は、前記第１から第４の手段の回転シール円盤装置において、前記流路を複数で同心円状に構成したことを特徴とする。
（６）第６の手段の回転式流体充填機は、前記第１から第５の手段の回転シール円盤装置と、該回転シール円盤装置の回転円盤とともに回転し、流体を貯える槽から成るフィラーボウルと、該フィラーボウルとともに回転し、該フィラーボウルと流路が接続されて円周等分に配設された複数の充填バルブと、前記回転シール円盤装置と前記フィラーボウルを接続する流体の配管と、前記回転シール円盤装置と前記充填バルブを接続する流体の配管を備えたことを特徴とする。

請求項１に係わる本発明の回転シール円盤装置は、回転側と非回転側の間で流体を受け渡す回転式流体充填機等の回転式ジョイントにおいて、軸方向に重ね合わせた構成の前記回転側と前記非回転側にそれぞれ前記流体の流路を有する回転円盤と固定円盤を設けて、前記回転円盤の流路と前記固定円盤の流路が繋がるように配置するとともに、前記回転円盤と前記固定円盤の重ね合わせ部における前記流路を流路外とシール機構によりシール遮断して、前記流体を前記回転側と前記非回転側の間で受け渡すように構成し、前記シール機構を、前記回転円盤または前記固定円盤の流路内に設けたシール保持具が圧力媒体により前記固定円盤または前記回転円盤に押し付けられる構造とした。すなわち、シール機構が、回転円盤と固定円盤とのうち、いずれか一方の流路内にシール保持具が設けられ、該シール保持具が圧力媒体により他方に押し付けられる構造となっている。これにより、シール機構が簡素化され、シール機構の保守等で回転式ジョイントを分解する際に、前記回転円盤と前記固定円盤の重ね合わせ部を切り離すだけですみ、手間がかからなくなるという効果、並びに、前記流路を複数とすることが可能であるという効果を有する。
請求項２に係わる本発明は、請求項１に記載する回転シール円盤装置において、前記回転円盤または前記固定円盤の重ね合わせ部の前記流路をリング状の溝で構成して、該溝に配置した前記シール保持具が流路を有し、リング状の形状で構成されたことにより、前記回転円盤と前記固定円盤の間の流体の連続的な受け渡しを簡素な構成で実現できるという効果を有する。
請求項３に係わる本発明は、請求項１および２に記載する回転シール円盤装置において、前記圧力媒体をばね力で構成したことにより、前記シール保持具が前記回転円盤または前記固定円盤に押し付けられる機構を簡素化できるとともに、ばね力を適宜選定してシール力を設定できるという効果を有する。
請求項４に係わる本発明は、請求項１から３に記載する回転シール円盤装置において、前記圧力媒体を前記流体の流体圧で構成して、前記シール保持具の流体圧受け部面積が前記シール保持具に設けた前記流路の面積よりも大きくなるようにしたことにより、前記シール保持具が流体圧で前記回転円盤または前記固定円盤に押し付けられて流路外とシールされ、しかも、流体圧の高低に応じてシール力が増減するセルフシール機能を持たせることができるという効果を有する。
請求項５に係わる本発明は、請求項１から４に記載する回転シール円盤装置において、前記流路を複数で同心円状に構成したことにより、充填飲料等の流体の他に、洗浄液等の流体のような複数種類の流体を１組の回転円盤と固定円盤の組合せで受け渡すことができるという効果を有する。
請求項６に係わる本発明は、請求項１から５に記載する回転シール円盤装置と、該回転シール円盤装置の回転円盤とともに回転し、流体を貯える槽から成るフィラーボウルと、該フィラーボウルとともに回転し、該フィラーボウルと流路が接続されて円周等分に配設された複数の充填バルブと、前記回転シール円盤装置と前記フィラーボウルを接続する流体の配管と、前記回転シール円盤装置と前記充填バルブを接続する流体の配管を備えた回転式流体充填機とすることにより、前記回転シール円盤装置のシール機構を分解、点検する際に手間がかからなく、また、複数の流体を回転側と固定側の間で受け渡すことが可能となり、前記回転シール円盤装置のシール機構が受け渡す流体の圧力が高くなってもセルフシール機能によって流体が流路外へ漏洩しない回転式流体充填機を提供できるという効果を有する。

本発明に係わる回転シール円盤装置を備えた回転式流体充填機の正面図で、一部断面図としてある。 図１の回転シール円盤装置の詳細図で、断面図としてある。 図２の断面Ａ−Ａ図である。 図２の断面Ｂ−Ｂ図である。 図２の断面Ｃ−Ｃ図である。 図２の回転シール円盤装置において、回転円盤と固定円盤を切り離した状態を説明する図である。

以下、この発明の実施の形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明の実施の形態を図１から図６に基づいて説明する。
図１は、本発明に係わる回転シール円盤装置を備えた回転式流体充填機の正面図で、一部断面図としてある。
図２は、図１の回転シール円盤装置の詳細図で、断面図としてある。
図３は、図２の断面Ａ−Ａ図である。
図４は、図２の断面Ｂ−Ｂ図である。
図５は、図２の断面Ｃ−Ｃ図である。
図６は、図２の回転シール円盤装置において、回転円盤と固定円盤を切り離した状態を説明する図である。

図において、回転式流体充填機３０は、回転テーブル３５に円周等分に設けられ、昇降機構および容器グリップ機構を持った容器グリッパ装置３４に保持された容器３１が、容器グリッパ装置３４に対応して円周等分に設けられた充填バルブ３２から、回転テーブル３５の回転中に飲料である流体を充填されるようになっている。前記充填バルブ３２は回転テーブル３５とともに回転する回転軸３５ａに取り付けられた流体を貯える環状槽から成るフィラーボウル３３の下面に取り付けられて、前記フィラーボウル３３と流路が接続されている。
前記回転テーブル３５は、駆動装置４０により回転駆動される歯車４１に噛み合う歯車と一体になっている旋回台軸受け３７の回転部に取り付けられた回転リング３６上に取り付けられている。
なお、旋回台軸受け３７の固定部はベースフレーム３８上に設置されている。

飲料である流体は、図示しない液処理装置から配管２、回転シール円盤装置１、配管４２を経由して、フィラーボウル３３へ供給され、該フィラーボウル３３から各充填バルブ３２へ供給されるようになっている。
なお、回転式流体充填機３０での充填が終了した後等において、洗浄液である流体が図示しない液処理装置から配管２、回転シール円盤装置１、配管４２、フィラーボウル３３、充填バルブ３２、該充填バルブ３２に取り付ける図示しない洗浄用アタッチメントと流路が繋がっている配管４６、集合配管４５、配管４４、回転シール円盤装置１、配管４を経由して図示しない液処理装置へ循環されることにより、飲料である流体に接した箇所が洗浄されるようになっている。記号４４ａは配管４４の途中に設けられ、配管４４の流路を開閉する開閉バルブである。

回転シール円盤装置１は、回転テーブル３５と一体に回転する回転円盤５とその下方に軸方向に重ね合わせた構成で配置された固定円盤６により構成されている。
回転円盤５には配管４２および配管４４が、図示のように、円周等分に液密に接続されている。
図示では、配管４２および配管４４を、それぞれ８本設けた場合を示したが、それぞれの本数はこれに限らず必要に応じて増減できることは勿論である。

固定円盤６では、回転式流体充填機３０の図示しないフレームに設けられたブラケット５１に取り付けられた固定円盤ベース７上で、リング８とリング９により溝１６が、また、固定円盤ベース７上でリング９とリング１０により溝１７が同心円状に形成されるように、固定円盤ベース７とリング８、リング９およびリング１０が取り付けられている。
固定円盤ベース７とリング８、リング９、リング１０は、図示のように、Ｏリング２４、Ｏリング２５、Ｏリング２６、Ｏリング２７により液密に取り付けられている。
なお、回転円盤５は、外輪側が固定円盤ベース７の軸受け取り付け部７ａとリング１０の軸受け押さえ部１０ａとにより押さえ込まれて固定され、内輪側が回転円盤５の軸外径部５ａにおいて締め具３ａにより軸段差部５ｂとの間で締め付けられる構成となっている軸受３によって、固定円盤６に対して回転支持されるようになっている。

固定円盤ベース７には配管２および配管４が液密に接続されて、前記溝１６および溝１７に流体が流れるようになっている。
溝１６および溝１７には、リング状のシール保持具１２およびシール保持具１３が、それぞれ同心円状に設けられており、該シール保持具１２およびシール保持具１３は、その溝状の座１２ｂおよび溝状の座１３ｂと固定円盤ベース７の上面との間に設けられたばね１４およびばね１５により上方の回転円盤５側へ付勢されるようになっている。
また、前記シール保持具１２およびシール保持具１３には、回転円盤５に向かう側にそれぞれ溝１６ａおよび溝１７ａが設けられているとともに、溝１６ａおよび溝１７ａと溝１６および溝１７の間にそれぞれ孔１２ａおよび孔１３ａが円周等分に開けられている。
上記説明のように、固定円盤６では、配管２および配管４、溝１６および溝１７、孔１２ａおよび孔１３ａ、溝１６ａおよび溝１７ａにより流路が形成されている。
図示では、孔１２ａおよび孔１３ａを、それぞれ１２個設けた場合を示したが、それぞれの個数はこれに限らず必要に応じて増減できることは勿論である。また、配管２および配管４も必要に応じて本数を設定することができる。
なお、前記シール保持具１２およびシール保持具１３は、リング８およびリング９との間でピン１２ｃおよびピン１３ｃにより廻り止めされるようになっている。

前記シール保持具１２およびシール保持具１３のリング８とリング９との摺動接触面およびリング９とリング１０との摺動接触面には、それぞれＯリング２８ａとＯリング２８ｂおよびＯリング２９ａとＯリング２９ｂが嵌められており、液密で摺動するようになっている。
リング８とリング１０はその上面に弾力性を持ち、耐摺動摩耗性のあるシール部材１８とシール部材２３が同心円状に嵌められ、また、シール保持具１２とシール保持具１３はその上面に弾力性を持ち、耐摺動摩耗性のあるシール部材１９とシール部材２０並びにシール部材２１とシール部材２２が同心円状に嵌められた構成となっていて、回転円盤５と固定円盤６の回転摺動に際して液密にシールされる構造となっている。

前記回転円盤５と固定円盤６は、固定円盤ベース７の内径側下面７ｂを図示しない昇降機構で昇降する昇降受け具５０で受けた後、ブラケット５１を外すとともに締め具３ａを外して、昇降受け具５０を下降させることによって、図６に示すように、接触状態から開放状態に切り離すことができるようになっている。

なお、上記説明では、２種類の流体を対象として２個のシール保持具を設けた場合を示したが、流体の種類は１種類の場合でも３種類以上の場合でもよく、流体の種類数に応じてシール保持具の個数を増減できることは勿論である。

次に、本実施の形態に係わる回転シール円盤装置１および同装置１を備えた回転式流体充填機３０の作用を説明する。
回転円盤５と固定円盤６が閉じられた接触状態で、飲料である流体が図示しない液処理装置から配管２を経由して固定円盤６に供給されると、飲料である流体は、溝１７、孔１３ａ、溝１７ａ、回転円盤５の配管４２を経由してフィラーボウル３３に供給され、さらに、フィラーボウル３３から各充填バルブ３２に供給されて、回転テーブル３５の回転中に充填制御により充填バルブ３２から該充填バルブ３２に対応した容器３１に充填される。

シール保持具１３は、予めばね力を設定されたばね１５の付勢により回転円盤５に押し付けられるとともに、孔１３ａと対比して大きい受圧面積を持つ溝１７側の下面に飲料である流体の圧力が作用することにより回転円盤５に押し付けられて、同心円状に配置されたシール部材２１およびシール部材２２のシール作用により回転円盤５と液密にシールされる。
ここで、飲料である流体の圧力の高低により、シール保持具１３が回転円盤５に押し付けられる力が増減されて、セルフシール機能が発揮されることになり、飲料である流体はその圧力が高くても流路外に漏れない。

回転式流体充填機３０での充填が終了した後に際しては、洗浄液である流体が図示しない液処理装置から配管２、溝１７、孔１３ａ、溝１７ａ、配管４２、フィラーボウル３３、充填バルブ３２、該充填バルブ３２に取り付ける図示しない洗浄用アタッチメントと流路が繋がっている配管４６、集合配管４５、開閉バルブ４４ａによって流路が開となっている配管４４、溝１６ａ、孔１２ａ、溝１６、配管４を経由して図示しない液処理装置へ循環されて、飲料である流体が接した箇所が洗浄される。

ここで、シール保持具１２の回転円盤５との液密シールおよびセルフシール機能については、上記説明のシール保持具１３の場合と同様に、シール保持具１２は予めばね力を設定されたばね１４の付勢により回転円盤５に押し付けられるとともに、孔１２ａと対比して大きい受圧面積を持つ溝１６側の下面に洗浄液である流体の圧力が作用することにより回転円盤５に押し付けられて、同心円状に配置されたシール部材１９およびシール部材２０の作用によりシール保持具１２が回転円盤５と液密にシールされるとともにセルフシール機能を発揮して、洗浄液である流体はその圧力が高くても流路外に漏れない。

なお、回転式流体充填機３０が充填中の際には、前記シール保持具１３を経由して飲料である流体が供給されていくが、シール保持具１２については流体を供給しない状態としてもよい。
また、回転式流体充填機３０の充填前の洗浄工程で清水が前記シール保持具１２に供給された後、前記開閉バルブ４４ａを閉の状態にして、前記シール保持具１２に清水である流体が保持されたままとして回転式流体充填機３０が充填を行うようにしてもよい。

回転円盤５と固定円盤６の摺動部を分解、点検する際には、昇降受け具５０を上昇させ、固定円盤ベース７の内径側下面７ｂを受けた後、ブラケット５１を取り外すとともに締め具３ａを外して昇降受け具５０を下降させることにより、固定円盤６が回転円盤５から切り離されて、固定円盤６の上面のシール部材１８等の点検、交換の作業を容易に行うことができる。

上記説明では、シール保持具１２およびシール保持具１３を固定円盤６側に設けた場合を示したが、シール保持具１２およびシール保持具１３を回転円盤５側に設けることとしてもよく、その構造は上記説明と類似であり、その作用も上記説明と同様であるので、詳細な説明は省略する。

１ 回転シール円盤装置
２ 配管
３ 軸受
４ 配管
５ 回転円盤
６ 固定円盤
７ 固定円盤ベース
８〜１０ リング
１２ シール保持具
１２ａ 孔
１３ シール保持具
１３ａ 孔
１４、１５ ばね
１６、１７ 溝
１６ａ、１７ａ 溝
１８〜２３ シール部材
２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂ Ｏリング
３０ 回転式流体充填機
３１ 容器
３２ 充填バルブ
３３ フィラーボウル
３５ 回転テーブル
４２、４４ 配管
４５ 集合配管
４６ 配管
５０ 昇降受け具
５１ ブラケット

Claims (6)

1. 回転側と非回転側の間で流体を受け渡す回転式流体充填機等の回転式ジョイントにおいて、軸方向に重ね合わせた構成の前記回転側と前記非回転側にそれぞれ前記流体の流路を有する回転円盤と固定円盤を設けて、前記回転円盤の流路と前記固定円盤の流路が繋がるように配置するとともに、前記回転円盤と前記固定円盤の重ね合わせ部における前記流路を流路外とシール機構によりシール遮断して、前記流体を前記回転側と前記非回転側の間で受け渡すように構成し、前記シール機構を、前記回転円盤または前記固定円盤の流路内に設けたシール保持具が圧力媒体により前記固定円盤または前記回転円盤に押し付けられる構造としたことを特徴とする回転シール円盤装置。
2. 請求項１に記載する回転シール円盤装置において、前記回転円盤または前記固定円盤の重ね合わせ部の前記流路をリング状の溝で構成して、該溝に配置した前記シール保持具が流路を有し、リング状の形状で構成されたことを特徴とする回転シール円盤装置。
3. 請求項１および２に記載する回転シール円盤装置において、前記圧力媒体をばね力で構成したことを特徴とする回転シール円盤装置。
4. 請求項１から３に記載する回転シール円盤装置において、前記圧力媒体を前記流体の流体圧で構成して、前記シール保持具の流体圧受け部面積が前記シール保持具に設けた前記流路の面積よりも大きくなるようにしたことを特徴とする回転シール円盤装置。
5. 請求項１から４に記載する回転シール円盤装置において、前記流路を複数で同心円状に構成したことを特徴とする回転シール円盤装置。
6. 請求項１から５に記載する回転シール円盤装置と、該回転シール円盤装置の回転円盤とともに回転し、流体を貯える槽から成るフィラーボウルと、該フィラーボウルとともに回転し、該フィラーボウルと流路が接続されて円周等分に配設された複数の充填バルブと、前記回転シール円盤装置と前記フィラーボウルを接続する流体の配管と、前記回転シール円盤装置と前記充填バルブを接続する流体の配管を備えたことを特徴とする回転式流体充填機。

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