JP2024018791A - 液体充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体供給路に高温の液体が供給された場合であっても合成樹脂製のシール部材によりシール性を確保することが可能な液体充填装置を提供することである。
【解決手段】被充填体２に液体３を充填する液体充填装置１であって、液体供給部１３と、供給口２１とシール面２２とを備えたノズル２０と、液体供給路１１の内部に上下方向に移動自在に配置された駆動ロッド３１と、駆動ロッド３１に固定されたシール部材３２と、を有し、駆動ロッド３１の支持面３１ｂとシール部材３２の対向面３２ｂとの間に隙間６０が設けられていることを特徴とする液体充填装置１。
【選択図】図２

Description

本発明は、被充填体に液体を充填する液体充填装置に関する。

液体を加圧媒体としてブロー成形する液体ブロー成形により合成樹脂製の容器を製造する液体ブロー成形装置においては、被充填体であるプリフォームに加圧した液体を充填（供給）する液体充填装置が用いられている。

例えば特許文献１には、液体供給路に液体を供給する液体供給部と、液体供給路に連なる供給口と供給口よりも上流側に設けられたシール面とを備えたノズルと、液体供給路の内部に上下方向に移動自在に配置された駆動ロッドと、シール面の側を向く当接面を備え、駆動ロッドに固定されたシール部材とを備え、シール部材の当接面がシール面に当接して供給口が閉塞されるとともに、液体ブロー成形を行う際、駆動ロッドが上方に移動してシール部材の当接面がシール面から離れることで、供給口が開かれてプリフォームに加圧した液体が供給されるように構成された液体充填装置が記載されている。

特開２０１９－１３０７９９号公報

上記従来の液体充填装置では、液体を加圧しながら充填を行うために、液体供給路の内部は常に液体で満たされているので、供給路をシール部材で密封する必要がある。そこで、シール部材による供給口のシール性を高めるために、シール部材として合成樹脂製のものを用いることが好ましい。

しかし、シール部材として合成樹脂製のものを用いた構成では、洗浄等のために液体供給路に熱湯を供給する場合や高温の液体を被充填体に充填する場合などにおいて、液体供給路に高温の液体が供給されると、シール部材の当接面が熱による影響を受けてシール性が低下し、供給口から液体が漏出する虞がある、という問題があった。供給口から液体が漏出すると、金型や製品である容器が漏出した液体によって汚染されることになる。

これに対し、シール部材を合成樹脂製ではなく金属製とすることが考えられえる。しかし、シール部材を金属製とすると、シール性を確保し難くなり、また液体に金属粉が混入する虞がある、という問題が生じることになる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体供給路に高温の液体が供給された場合であっても合成樹脂製のシール部材によりシール性を確保することが可能な液体充填装置を提供することにある。

本発明の液体充填装置は、被充填体に液体を充填する液体充填装置であって、液体供給路に液体を供給する液体供給部と、前記液体供給路に連なる供給口と、前記供給口よりも上流側に設けられたシール面とを備えたノズルと、前記ノズルの側を向く支持面と前記支持面に設けられた被係合部とを備え、前記液体供給路の内部に上下方向に移動自在に配置された駆動ロッドと、前記シール面の側を向く当接面と、前記支持面の側を向く対向面と、前記対向面に設けられた係合部とを備え、前記係合部が前記被係合部に係合して前記駆動ロッドに固定されて、前記当接面が前記シール面に当接して前記供給口を閉塞する閉位置と前記当接面が前記シール面から離れて前記供給口を開く開位置との間で前記駆動ロッドとともに移動する合成樹脂製のシール部材と、を有し、前記支持面と前記対向面との間に隙間が設けられていることを特徴とする。

本発明の液体充填装置は、上記構成において、前記係合部が前記対向面から突出する雄ねじ部であり、前記被係合部がネジ穴であり、前記係合部の軸方向寸法が前記被係合部の軸方向寸法よりも大きく設定されているのが好ましい。

本発明の液体充填装置は、上記構成において、前記係合部が前記対向面から突出する雄ねじ部であり、前記被係合部がネジ穴であり、前記係合部の軸方向寸法が前記被係合部の軸方向寸法と同一に設定されるとともに前記係合部の先端面と前記被係合部の底面との間にスペーサ部材が配置されているのが好ましい。

本発明の液体充填装置は、上記構成において、前記供給口が、前記シール面の内周縁から下方に延びる円筒状に構成されているのが好ましい。

本発明の液体充填装置は、上記構成において、前記シール部材の下端に一体に設けられ、前記シール部材が前記閉位置にあるときに前記供給口の内側に配置される延長部と、前記延長部に設けられ、前記延長部の下端に一端が開口するとともに前記延長部の外周面に他端が開口する吸引孔と、前記ノズルに設けられ、前記シール部材が前記閉位置にあるときに前記吸引孔の前記他端に連通する吸引路と、前記吸引路に接続された負圧供給源と、をさらに有するのが好ましい。

本発明によれば、液体供給路に高温の液体が供給された場合であっても合成樹脂製のシール部材によりシール性を確保することが可能な液体充填装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る液体充填装置の要部を拡大して示す断面図である。 図１に示すシール部材と駆動ロッドの要部を拡大して示す断面図である。 図２に示すシール部材の底面図である。 図１に示す液体充填装置の、シール部材を開位置として被充填体に液体を充填している状態における断面図である。 図１に示す液体充填装置の、被充填体に液体を充填した後、シール部材を閉位置とした状態における断面図である。 変形例に係るシール部材と駆動ロッドの要部を拡大して示す断面図である。 他の変形例に係るシール部材と駆動ロッドの要部を拡大して示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る液体充填装置をより具体的に例示説明する。

図１に示す本発明の一実施形態に係る液体充填装置１は、合成樹脂製のプリフォームである被充填体２に加圧した液体３を充填（供給）して、被充填体２を所定形状の容器に液体ブロー成形する液体ブロー成形装置を構成するものである。

本実施の形態では、被充填体２は、例えばポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の合成樹脂材料により、口部２ａと有底円筒状の胴部２ｂとを備えた略試験管状に形成されたプリフォームである。被充填体２は、所定温度にまで加熱された状態で、液体充填装置１の下方に配置されたブロー成形用の金型４に、口部２ａを上方に向けて開口させた姿勢で配置される。

なお、被充填体２は、他の材料、形状のプリフォームであってもよい。

液体充填装置１は本体ブロック１０を有している。本実施形態では、本体ブロック１０の内部に上下方向に延びる液体供給路１１を備えている。液体供給路１１には配管１２を介して液体供給部１３が接続されている。液体供給部１３は、例えばプランジャーポンプで構成され、配管１２を通して液体供給路１１に所定圧にまで加圧した液体３を供給することができる。また、液体供給部１３は、液体供給路１１の洗浄の際に、配管１２を通して液体供給路１１に所定温度にまで加熱した液体（熱湯等）を供給することもできる。

本体ブロック１０の下端にはノズル２０が取り付けられている。ノズル２０は、液体供給路１１に連なるとともに下方に向けて開口する供給口２１と、供給口２１よりも上流側（図１において上側）に設けられたシール面２２とを備えている。

本実施形態では、供給口２１は、シール面２２の内周縁から下方に延びて被充填体２の口部２ａの内側に挿入可能な円筒状となっている。

供給口２１の上側には、供給口２１よりも大径の挟持部２３が一体に設けられている。ノズル２０は、挟持部２３が本体ブロック１０の内周面に設けられた段差面１４と本体ブロック１０の下端に固定された支持ブロック１５との間に挟持されることで本体ブロック１０に固定されている。

シール面２２は、挟持部２３の上面として設けられており、上方から下方に向けて徐々に縮径するテーパー面となっている。なお、シール面２２はテーパー面に限られない。

液体充填装置１は、ノズル２０の供給口２１を開閉するシール体３０を備えている。シール体３０は、駆動ロッド３１とシール部材３２とを有している。

駆動ロッド３１は液体供給路１１の内部に配置され、液体供給路１１の軸線Ｏに沿って上下方向に延びている。駆動ロッド３１は、図示しない駆動源により駆動されて、ノズル２０に対して接近、離反するように上下方向に移動自在となっている。駆動ロッド３１の下端部には、上側部分よりも大径の接続部３１ａが一体に設けられている。図１、図２に示すように、接続部３１ａのノズル２０の側を向く下面は、軸線Ｏに垂直で平らな支持面３１ｂとなっている。支持面３１ｂには、軸線Ｏと同軸に所定の深さで凹む被係合部としてのネジ穴３１ｃが設けられている。

シール部材３２は、合成樹脂製であり、シール面２２の側を向く当接面３２ａと、駆動ロッド３１の支持面３１ｂの側を向く対向面３２ｂと、対向面３２ｂから軸線Ｏと同軸に所定の高さで突出する係合部としての雄ねじ部３２ｃとを備えている。本実施形態では、当接面３２ａはシール部材３２の下面として設けられており、シール面２２に対応した形状のテーパー面となっている。

シール部材３２は、雄ねじ部３２ｃが駆動ロッド３１の接続部３１ａに設けられたネジ穴３１ｃにねじ結合することで駆動ロッド３１の接続部３１ａに固定されている。これにより、シール部材３２は、当接面３２ａがシール面２２に当接して供給口２１を閉塞する閉位置（図１に示す位置）と、当接面３２ａがシール面２２から離れて供給口２１を開く開位置（図６に示す位置）との間で、駆動ロッド３１とともに移動自在となっている。

シール部材３２は、下端に延長部３３が一体に設けられた構成とすることもできる。

図２に示すように、延長部３３は、供給口２１の内周面と略同径且つ同軸の円筒状となっており、当接面３２ａの内周縁から下方に向けて延びている。延長部３３は、シール部材３２が閉位置にあるときに、供給口２１の内側に配置される。このとき、延長部３３の外周面は供給口２１の内周面に摺接または近接しており、また、延長部３３の下流側（図１において下側）の先端面は供給口２１の下流側の先端面と同一面状に配置される。

延長部３３には吸引孔３３ａが設けられている。吸引孔３３ａは、延長部３３の下端に一端が開口するとともに延長部３３の外周面に他端が開口するようにＬ字に曲がる流路となっている。本実施形態では、延長部３３には、複数の吸引孔３３ａが軸線Ｏを中心とした周方向に等間隔に並べて設けられている。これにより、図３に示すように、延長部３３の下端面には、複数の吸引孔３３ａの一端が周方向に等間隔に並んで開口している。なお、図３には、便宜上、１つの吸引孔３３ａにのみ符号を付してある。

図１に示すように、延長部３３に吸引孔３３ａが設けられる場合には、ノズル２０には吸引路２４が設けられる。吸引路２４は、ノズル２０の挟持部２３の内周面に軸線Ｏを中心とした円環状の溝として設けられ、シール部材３２が閉位置にあるときに、それぞれの吸引孔３３ａの他端に連通するように構成される。

また、吸引路２４には、配管４０を介して負圧供給源４１が接続される。負圧供給源４１は、例えば真空ポンプである。また、配管４０には、開閉弁４２が設けられる。開閉弁４２は、例えば電磁弁により構成され、図示しない制御手段によって開閉制御される。開閉弁４２が開かれると、負圧供給源４１が配管４０と吸引路２４とを介してそれぞれの吸引孔３３ａに連通し、吸引孔３３ａに負圧が供給される。

液体充填装置１は、延伸ロッド５０を備えた構成とすることもできる。この場合、延伸ロッド５０は、駆動ロッド３１及びシール部材３２すなわちシール体３０の軸心に、シール部材３２に対して進退移動自在に配置される。被充填体２に加圧した液体３を供給して液体ブロー成形を行う際に、延伸ロッド５０をシール部材３２から下方に突出するように移動させて被充填体２を延伸ロッド５０により縦方向に延伸することで、被充填体２を二軸延伸ブロー成形することができる。

次に、液体充填装置１を用いて被充填体２に加圧した液体３を充填して液体ブロー成形を行う手順について説明する。

図１に示すように、シール部材３２を閉位置として供給口２１を閉じるとともに開閉弁４２を閉じた状態で、液体３を充填する対象物である被充填体２を、その口部２ａが供給口２１と同軸状となるよう金型４に配置する。

次に、図４に示すように、本体ブロック１０を下方に移動させてノズル２０の供給口２１を被充填体２の口部２ａに嵌合させ、次いで、開閉弁４２を閉じた状態のまま駆動ロッド３１を作動させてシール体３０を上方に移動させ、シール部材３２を閉位置から開位置に移動させる。これにより、シール面２２から当接面３２ａが離れて供給口２１が開かれて液体供給部１３から配管１２及び液体供給路１１を介してノズル２０に供給された加圧された液体３が供給口２１から口部２ａを通して被充填体２に充填され、被充填体２の胴部２ｂが延伸される。延伸ロッド５０を設けた構成とした場合には、延伸ロッド５０が下方に向けて移動することで、被充填体２の胴部２ｂは延伸ロッド５０により縦方向に延伸される。被充填体２に所定量の加圧した液体３が充填されると、被充填体２は所定形状の容器に成形され、被充填体２への液体３の充填が完了する。

被充填体２への液体３の充填が完了すると、図５に示すように、負圧供給源４１が作動した状態で開閉弁４２を開くとともに駆動ロッド３１を作動させてシール体３０を下方に移動させ、シール部材３２を開位置から閉位置に移動させる。シール部材３２が閉位置となると、シール面２２に当接面３２ａが全周に亘って当接して供給口２１が閉じられ、被充填体２への加圧した液体３の充填が停止される。そして、本体ブロック１０を上方に移動させてノズル２０の供給口２１を被充填体２の口部２ａから離間させる。なお、負圧供給源４１は、開閉弁４２が開かれたときに作動していれば、常時作動した状態としておいてもよく、開閉弁４２を開く際に作動を開始するようにしてもよい。

シール部材３２が閉位置となって供給口２１が閉じられた後、供給口２１の先端面ないし延長部３３の先端面に付着した液体３が液垂れを生じる虞があるが、開閉弁４２が開かれて延長部３３の先端面に開口する複数本の吸引孔３３ａに負圧供給源４１から負圧が供給されているので、供給口２１の先端面ないし延長部３３の先端面に付着した液体３は複数本の吸引孔３３ａから吸引される。これにより、供給口２１の先端面ないし延長部３３の先端面からの液垂れが防止される。

本実施形態の液体充填装置１では、シール部材３２は合成樹脂製となっている。そのため、洗浄等のために液体供給路１１に熱湯を供給する場合や高温の液体を被充填体２に充填する場合などにおいて、液体供給路１１に高温の液体３が供給されると、シール部材３２の当接面３２ａが熱による影響を受け、シール性が低下する虞がある。

これに対し、本実施形態の液体充填装置１では、図２に示すように、駆動ロッド３１の支持面３１ｂとシール部材３２の対向面３２ｂとの間には隙間６０が設けられている。

隙間６０は、雄ねじ部３２ｃの外側に、軸線Ｏを中心とした円環状且つ一定の厚みで設けられている。隙間６０は、規定の荷重でシール部材３２が閉位置に保持された状態においてシール部材３２に生じる上下方向の弾性変位量以上に設定される。支持面３１ｂと対向面３２ｂとの間に隙間６０が設けられることで、シール部材３２ないし当接面３２ａは、駆動ロッド３１から加えられる規定の荷重で閉位置に保持された状態において、隙間６０の分だけ隙間６０を狭める方向に向けて弾性変形することができる。

このように、駆動ロッド３１の支持面３１ｂとシール部材３２の対向面３２ｂとの間に隙間６０が設けられることで、シール部材３２の当接面３２ａが熱による影響を受けても、駆動ロッド３１から加えられる規定の荷重で閉位置に保持された状態のシール部材３２が、隙間６０を狭める方向に向けてさらに弾性変形することで、当接面３２ａのシール面２２に対する密着性を確保して液漏れを防止することができる。例えば、熱により当接面３２ａに変形や歪みが生じたとしても、駆動ロッド３１から加えられる規定の荷重で閉位置に保持された状態のシール部材３２が、隙間６０を狭める方向に向けてさらに弾性変形することで、当該変形や歪みを吸収してシール面２２に対する密着性を確保することができる。

本実施形態では、雄ねじ部３２ｃの軸方向寸法がネジ穴３１ｃの軸方向寸法よりも大きく設定され、その寸法の差に対応した厚みの隙間６０が支持面３１ｂと対向面３２ｂとの間に設けられている。

この構成によれば、雄ねじ部３２ｃの先端面（上側の端面）がネジ穴３１ｃの底面に当接するまで雄ねじ部３２ｃをネジ穴３１ｃに規定のトルクでねじ込むことで、支持面３１ｂと対向面３２ｂとの間に規定の厚みの隙間６０を容易且つ確実に設けることができる。

図６に示すように、雄ねじ部３２ｃの軸方向寸法をネジ穴３１ｃの軸方向寸法と同一に設定するとともに雄ねじ部３２ｃの先端面（上側の端面）とネジ穴３１ｃの底面との間に、例えばステンレス鋼などで形成された所定の厚みのスペーサ６１を配置することで、スペーサ６１の厚みに対応した厚みの隙間６０を支持面３１ｂと対向面３２ｂとの間に設ける構成としてもよい。

この構成によれば、支持面３１ｂと対向面３２ｂとの間に隙間６０が設けられない従来の液体充填装置のシール部材３２及び駆動ロッド３１に対し、雄ねじ部３２ｃの先端面とネジ穴３１ｃの底面との間にスペーサ６１を配置することで、従来のシール部材３２及び駆動ロッド３１を利用しつつ支持面３１ｂと対向面３２ｂとの間に容易且つ低コストで隙間６０を設けることができる。

図７に示すように、支持面３１ｂの外周縁にストッパ部３１ｄを一体に設けた構成とすることもできる。ストッパ部３１ｄは円環状となってシール部材３２の外周を囲うとともに、その下面は当接面３２ａに対して上方に段差状にずれたテーパー面となっている。なお、ストッパ部３１ｄの内周面とシール部材３２の外周面との間に径方向の隙間があってもよく、ストッパ部３１ｄの内周面とシール部材３２の外周面とが互いに当接していてもよい。

この構成によれば、駆動ロッド３１からシール部材３２に不意に過度の荷重が加えられても、ストッパ部３１ｄがシール面２２に当接することで、シール部材３２が過度に弾性変形して破損することを防止することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態では、液体充填装置１を、液体ブロー成形に用いられる液体ブロー成形装置を構成するものとした場合を示したが、液体充填装置１は、ブロー成形と充填とを同時に行う場合に限らず、予めブロー成形や射出成形などにより所定形状に形成された容器の内部に、内容液となる液体を充填する用途に用いることもできる。

また、前記実施形態では、隙間６０を一定の厚みを有するものとしたが、これに限らず、シール部材３２を所望の変位量だけ弾性変形させることができれば、その厚みが一定ではないものとしてもよい。

さらに、前記実施形態では、供給口２１を、シール面２２の内周縁から下方に延びる円筒状に構成しているが、これに限らず、当該円筒部を設けず、シール面２２の内周縁を供給口２１としてもよい。

さらに、前記実施形態では、駆動ロッド３１の支持面３１ｂに被係合部としてのネジ穴３１ｃを設け、シール部材３２の対向面３２ｂに係合部としての雄ねじ部３２ｃを設け、雄ねじ部３２ｃをネジ穴３１ｃにねじ結合してシール部材３２を駆動ロッド３１に固定するようにしているが、これに限らず、シール部材３２の対向面３２ｂに係合部としてのネジ穴を設け、駆動ロッド３１の支持面３１ｂにネジ穴に係合する被係合部としての雄ねじ部を設けるようにしてもよい。また、係合部、被係合部として、雄ねじ部、ネジ穴以外の構成を用いることで、ねじ結合以外の手段でシール部材３２を駆動ロッド３１に固定する構成としてもよい。

１ 液体充填装置
２ 被充填体
２ａ 口部
２ｂ 胴部
３ 液体
４ 金型
１０ 本体ブロック
１１ 液体供給路
１２ 配管
１３ 液体供給部
１４ 段差面
１５ 支持ブロック
２０ ノズル
２１ 供給口
２２ シール面
２３ 挟持部
２４ 吸引路
３０ シール体
３１ 駆動ロッド
３１ａ 接続部
３１ｂ 支持面
３１ｃ ネジ穴（被係合部）
３１ｄ ストッパ部
３２ シール部材
３２ａ 当接面
３２ｂ 対向面
３２ｃ 雄ねじ部（係合部）
３３ 延長部
３３ａ 吸引孔
４０ 配管
４１ 負圧供給源
４２ 開閉弁
５０ 延伸ロッド
６０ 隙間
６１ スペーサ
Ｏ 軸線

Claims (5)

1. 被充填体に液体を充填する液体充填装置であって、
   液体供給路に液体を供給する液体供給部と、
   前記液体供給路に連なる供給口と、前記供給口よりも上流側に設けられたシール面とを備えたノズルと、
   前記ノズルの側を向く支持面と前記支持面に設けられた被係合部とを備え、前記液体供給路の内部に上下方向に移動自在に配置された駆動ロッドと、
   前記シール面の側を向く当接面と、前記支持面の側を向く対向面と、前記対向面に設けられた係合部とを備え、前記係合部が前記被係合部に係合して前記駆動ロッドに固定されて、前記当接面が前記シール面に当接して前記供給口を閉塞する閉位置と前記当接面が前記シール面から離れて前記供給口を開く開位置との間で前記駆動ロッドとともに移動する合成樹脂製のシール部材と、を有し、
   前記支持面と前記対向面との間に隙間が設けられていることを特徴とする液体充填装置。
2. 前記係合部が前記対向面から突出する雄ねじ部であり、
   前記被係合部がネジ穴であり、
   前記係合部の軸方向寸法が前記被係合部の軸方向寸法よりも大きく設定されている、請求項１に記載の液体充填装置。
3. 前記係合部が前記対向面から突出する雄ねじ部であり、
   前記被係合部がネジ穴であり、
   前記係合部の軸方向寸法が前記被係合部の軸方向寸法と同一に設定されるとともに前記係合部の先端面と前記被係合部の底面との間にスペーサ部材が配置されている、請求項１に記載の液体充填装置。
4. 前記供給口が、前記シール面の内周縁から下方に延びる円筒状に構成されている、請求項１～３の何れか１項に記載の液体充填装置。
5. 前記シール部材の下端に一体に設けられ、前記シール部材が前記閉位置にあるときに前記供給口の内側に配置される延長部と、
   前記延長部に設けられ、前記延長部の下端に一端が開口するとともに前記延長部の外周面に他端が開口する吸引孔と、
   前記ノズルに設けられ、前記シール部材が前記閉位置にあるときに前記吸引孔の前記他端に連通する吸引路と、
   前記吸引路に接続された負圧供給源と、をさらに有する、請求項４に記載の液体充填装置。

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