JP2582905B2 - 定量ピストン式液体充填機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】

本発明は、瓶等の容器に種々の液体を充填するために
用いられる定量ピストン式液体充填機に係り、特に、ピ
ストンヘッドを洗浄するための洗浄機構を備えた充填機
に関する。

【従来の技術】

従来用いられている液体充填機を充填方式別に分類す
ると、定量ピストン式、重量計量式、液面レベル式等に
分けられる。このうち、定量ピストン式液体充填機は構
造がシンプルで高速運転に向いているため、洗剤、シャ
ンプー、リンス、化粧品、飲料水など、数多くの種類の
液体充填に広く用いられている。 この定量ピストン式液体充填機の充填ヘッドを第５図
に示している。図示するように、この充填ヘッドは、シ
リンダユニット50と充填ノズル69、そして液体をシリン
ダユニットに供給し、あるいはシリンダユニットから充
填ノズル69へ液を排出するために上記シリンダユニット
50と充填ノズル69との間に接続された切り替え弁60とか
ら構成されている。 シリンダユニット50は、摺動用ガイドとしてのナイロ
ンブッシュ53とシール材としてのＯリング54が周囲には
め込まれたピストンヘッド52と、シリンダ本体51、そし
てクランプ58を介してピストンヘッド52を駆動側59と連
結し、このピストンヘッド52をシリンダ本体51内で所定
のストローク（ねじにより調整可能である）で往復運動
させるコネクティングロッド57とから構成されている。 切り替え弁60は、円筒状のハウジング61と、このハウ
ジング61内で回動して液の流れを切り替えるバルブ材70
とから構成されている。ハウジング61には、充填ノズル
69及びシリンダ本体51に通ずる二つの開口部64,65が形
成されており、且つ、シリンダユニット50側の開口部64
の対向位置には給液配管63と通ずる開口部62が形成され
ている。また、バルブ材70はスプール66とハンドル67と
から構成されたものであり、このスプール66の外周面の
一箇所には、シリンダユニット50と充填ノズル69間に通
路を構成するように、軸方向に沿った溝68が形成されて
いる。さらに、このスプール66には、溝68が開口部64,6
5から外れるようにバルブ材70を回転させた状態におい
て、シリンダユニット50への液供給口を形成する貫通穴
71が設けられている。 この充填機を運転する場合は、まずシリンダ本体51内
が空の状態で切り替え弁60を回転させることで給液配管
63とシリンダユニット50間に液供給口71を形成し、ピス
トンヘッドを上死点から下死点まで引き込むことで、給
液配管63から液供給口71を通じてシリンダ本体51内に液
を吸入する。そして、バルブ材70を回転させてシリンダ
本体51と充填ノズル69の間に通路を形成した上でピスト
ン52を押し込み、充填ノズル69の下方に配設された容器
に液を充填する。液が充填された容器は搬送装置（不図
示）によって搬出され、新しい容器がノズルの下に搬入
される。以上の工程が繰り返されることにより、容器へ
の充填が連続的に行なわれる。 ところで、この充填ヘッドは上述したように数多くの
液体充填に用いられるが、一つの生産ラインで充填する
液体を変える場合は、その度ごとに内部を洗浄しなけれ
ばならない。ここで、その洗浄方法について第６図を用
いて以下に説明する。 まず、充填ヘッドへ充填用の液を供給するために給液
配管63の途中に設けられた給液バルブ（不図示）を閉
じ、その状態で充填機を運転して充填ヘッド内部の残液
を排出する。その後、同じく給液配管63に設けられた洗
浄水バルブ（不図示）を開いて流路に洗浄水を通水し、
この状態でピストンヘッド52のストロークを最大にして
充填機を低速運転する。 飲料水等のように粘性の低い液体を充填液として用い
た後であれば、以上の要領で充填機を運転することによ
り、充填ノズル69、切り替え弁60、シリンダ本体51及び
ピストンヘッド52は完全に洗浄されるが、中粘性あるい
は高粘性の液体を用いた後は、この方法では、特にピス
トンヘッド52を完全に洗浄することができない。これ
は、シリンダ本体51内に吸い込まれた洗浄水がそのまま
押し出されるだけで洗浄が行なわれるため、ピストンヘ
ッド52の上面、つまりシリンダの一番奥の部分では洗浄
水が流れがあまり起こらず、充填液がその部分から洗い
落とされないからである。そのため、中粘性の液体を洗
浄するのは、ピストンヘッド52が下死点に位置するとき
にＯリング54がシリンダ本体51の内径から外れるように
ストロークを調整し、これによって洗浄水をシリンダ本
体51とピストンヘッド52の間からシリンダユニット50の
外へ漏出させ得るようにすることでピストンヘッド52の
上面に洗浄水の流れを起こすようにして行なわれてい
る。この場合、Ｏリング54がシリンダ本体51から外され
る状態となるため、洗浄は、洗浄水の圧力を０〜0.1kg/
cm²程度の低圧に設定し、且つ、充填機を低速運転する
ことにより行なわれている。一方、高粘性の液体を充填
液として使用した場合には、ピストンヘッド52はこの方
法でも完全に洗浄できない。したがってピストンヘッド
52は、コネクティングロッド57と駆動側59とのコネクタ
58を外してシリンダ本体51から取り出された上で洗浄さ
れている。

【発明が解決しようとする課題】

以上説明したように、従来の充填ヘッドでは、中粘性
あるいは高粘性の液体を洗浄するためにストロークの調
整やヘッドの分解などを行なわなければならない。ま
た、中粘性液を洗浄する場合には、Ｏリング54は、シリ
ンダ本体51に対して出入を繰り返すために寿命が短縮化
されるとともに、洗浄水の圧力が設定範囲を越えて高く
なってしまうような場合には損傷することもある。さら
に、洗浄時間を短縮するためには洗浄液に高温のものを
用いて、所謂高温洗浄することが一般的に好ましいが、
シリンダ内に残った充填液の種類によっては洗浄水の高
温に影響されてゲル状となったり硬化したりするものが
あり、その場合には、ピストンヘッド52の部分で滞留し
た充填液がピストンヘッド52の上面辺りに付着してしま
うこともある。 このように、定量ピストン式充填機は高速運転に向い
ている等の利点を有してはいるが、ピストンヘッドの上
面付近で洗浄液の流れが生じにくいことが原因で洗浄性
に問題があったため、多品種生産ライン等の洗浄性が重
視されるラインでは、重量計量式あるいは液面レベル式
の充填機が用いられていた。 したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、ピス
トンヘッドの上面付近で洗浄水が滑らかに流れるように
該ピストンヘッドを構成してその上面付近おける充填液
の滞留及び付着を防止することでその洗浄性を向上さ
せ、ひいては定量ピストン式充填機を多品種生産ライン
にも適用可能にすることにある。

【課題を解決するための手段及び作用・効果】

本発明に係る定量ピストン式液体充填機は、上述の技
術的課題を解決するために以下のように構成されてい
る。 すなわち、シリンダユニットを構成するピストンが、
その軸方向に伸びる水抜き貫通穴を有するピストンヘッ
ドと、この貫通穴を貫通し且つその貫通穴の内径より小
さい外径を有するロッドと、このロッドの上端に形成さ
れて貫通穴を開閉する開閉弁とを備えており、さらに、
その貫通穴を閉塞するように開閉弁をピストンヘッドの
上面に引き付けてロッドとピストンヘッドとを一体化せ
しめる一方、ロッドとピストンヘッドの一体化を解除す
るとともにそのロッドをピストンヘッドに対して持ち上
げて開閉弁を開口せしめる開閉手段を備えている。 そして、開閉手段は、開閉弁を開口する際にピストン
ヘッドに当接すべくロッドに形成された係合手段と、ピ
ストンヘッドから下方に突出したロッドの周囲でロッド
に対して軸方向へ移動自在に配設されたカム筒と、開閉
弁をピストンヘッドの上面に引き付けるべくカム筒を開
閉弁側へ進出せしめる一方、開閉弁をピストンヘッドか
ら解放すべくカム筒を後退せしめるようにロッド及びカ
ム筒に構成されたカム機構とから構成されている。な
お、係合手段としては、例えば、ロッドの下端部を膨出
させてブロック状に形成することができ、カム機構とし
ては、例えば、カム筒に螺旋状のカム溝を形成し、ロッ
ドにおけるこのカム溝に対応する位置にカムフォロアを
固設することができる。 この構成では、カム筒は、ロッドに対して回転すれ
ば、カム溝及びカムフォロアの作用によって同時に軸方
向へも移動する。その際、カム筒をピストンヘッド側へ
進出させれば開閉弁をピストンヘッドに押し付けて貫通
穴を閉塞できるし、ピストンヘッドから退去させればピ
ストンヘッドを開閉弁とロッドのブロック部分との間で
軸方向へ移動可能にして貫通穴を開閉することもでき
る。このようにすれば、ピストンヘッドは上死点から下
死点へは開閉弁に引っ張られ、下死点から上死点へはロ
ッドのブロック部分に押し上げられることになる。 このように、上記構成においては、開閉手段の操作に
より、開閉弁がピストンヘッドの上面に引き付けられた
閉塞状態では、ロッドとピストンヘッドとが一体化す
る。したがって、コネクティングロッドを、開閉手段を
介してピストンヘッドに連結しておけば、ピストンの往
復運動を従来のものと何等変わりなく行なえるため、充
填液のシリンダ内への吸入及びその充填液のノズルへの
排出も従来通り行なうことができる。 一方、開閉手段を操作してロッドとピストンヘッドの
一体化を解除すると、ロッドは貫通穴内を軸方向へ移動
できるようになる。この状態では、ピストンを上死点か
ら下始点へ移動させるようにコネクティングロッドを動
作させたときには、ピストンヘッドは、これに伴う開閉
弁の下降によって強制的に下降させられる。このとき、
ピストンヘッドとシリンダ内壁には摩擦抵抗が発生する
ため、それがピストンヘッドの下降に対する反力として
作用し、その結果、開閉弁はピストンヘッド上面の貫通
穴を閉塞する。したがって、シリンダユニットは、ピス
トンヘッドの上方で発生する負圧により、あたかも一般
的に構成されたピストンが使用されているかのように液
を吸入する。 この反対に、ピストンを下死点から上死点へ移動させ
るようにコネクティングロッドを動作させるときには、
ピストンヘッドは、その下死点においてシリンダ本体と
の摩擦抵抗によりその位置に停どまろうとするが、貫通
穴に挿入されたロッドはその貫通穴の中を上方へ移動
し、開閉弁がピストンヘッドの上面から離れる。そし
て、その状態からさらに上方へロッドが移動すると、こ
の動きにつれてピストンヘッドも上方へ移動し、その
際、貫通穴とロッドの間から液体が流出する。このた
め、ピストンヘッドの上面においても液体の流れが生じ
るから、その部分だけ液が滞留するようなことはない。
したがって、この作用によりシリンダ内の洗浄を確実に
行なうことができる。 また、シリンダ内を洗浄するもう一つの方法として
は、ピストンヘッドを下死点へ移動させた時点でコネク
ティングロッドを位置調整することにより開閉弁をピス
トンヘッドの上面から離し、そのままの状態、すなわち
ピストンヘッドが静止した状態でシリンダ内に洗浄水を
流し込んでもよい。このようにしても貫通穴とロッドの
間から液が流出するから、ピストンを上下させる場合と
同様に、シリンダ内を確実に洗浄することができる。 このように、上記構成によれば、ピストンヘッドの上
面付近において液体の流れを起こせるため、Ｏリングが
シリンダから外れるようにストロークを調整したり、ピ
ストンをシリンダから分解したりせずともシリンダ内を
洗浄できる。すなわち、その洗浄性が大幅に向上するた
め、定量ピストン式充填機を多品種生産ラインに用いる
ことも可能となる。 なお、上記カム機構としては、カム筒及びロッドの一
方に、部分的にねじ山のような螺旋状の突出部を形成
し、他方には、この螺旋状突出部をその螺旋方向へ移動
させるガイド溝を形成してもよい。そして、例えばカム
筒に径方向外方へ突出するアームを設け、これをエアー
シリンダ等の駆動機器で回転させれば、開閉手段の位置
設定を自動化することも容易であり、そうすることによ
って充填ヘッドの洗浄性をより向上させることが可能で
ある。

【実施例】

以下に、第１図から第４図に示した本発明の第１実施
例について詳細に説明する。 第１図はシリンダユニット19の要部断面図である。シ
リンダユニット19はシリンダ本体１とピストン２とから
構成されており、図示していないが、従来例において説
明したものと同様に、切り替え弁を介して充填ノズルに
接続されることで充填ヘッドが構成されている。 ピストン２は、中心部に軸方向へ伸びる水抜き貫通穴
４が形成されたピストンヘッド３、この貫通穴４を貫通
するロッド５、貫通穴４を開閉する開閉弁６、及びロッ
ド５に形成された開閉手段７により構成されている。ピ
ストンヘッド３の周囲に、シリンダ本体１との摺動ガイ
ドとしてのナイロンブッシュ15と、シール材としてのＯ
リング16が装着された点は従来のものと同様である。ピ
ストンヘッド３の上面には凹状のスロープ14が形成さ
れ、その中心部に形成された貫通穴４の中に挿入された
ロッド５は、この貫通穴４の内径よりも小さな外径に形
成されている。 開閉手段７は、ロッド５の下端を膨出させることによ
り形成された係合手段としてのブロック部８と、このブ
ロック部８の周囲にはめ込まれるカム筒９とから構成さ
れている。カム筒９には、螺旋方向に伸びるカム溝18が
形成されており、ブロック部８には、このカム溝18に対
応する位置に、カムフォロアとしてピン20が固設されて
いる。また、ブロック部８の下端側はくりぬかれて凹部
21が形成されており、コネクティングロッド11は、その
凹部21の中でピン10によってブロック部８に接続されて
いる。さらに、ブロック部８の上面には、径方向への溝
17がその中心で直交する状態で形成されている。 一方、ロッド５の上端には、上述したように上記貫通
穴４を閉塞するための開閉弁６がビス12によって固定さ
れている。そしてピストンヘッド３の上面に形成された
スロープ14の底部には、この開閉弁６を着座させるため
の閉塞凹部22が形成され、さらにその部分には、その閉
塞状態を確実にするために、Ｏリング13が装着されてい
る。 以上説明した構成のピストン２を有する充填機では、
カム筒９をピストンヘッド３側へ進出させるように回転
させた位置に設定すれば、ピストンヘッド３は、その上
下面を開閉弁６とカム筒９とで挟持され、結果的にロッ
ド５とピストンヘッド３とが一体化する。したがって、
シリンダ内への液の吸入及びシリンダら充填ノズルへの
液の排出に関しては、従来の一体型のピストンと全く同
じように使用できる。 この逆に、カム筒９をピストンヘッド３から退去させ
るように回転させた位置に設定すれば、ピストンヘッド
３は、ロッド５に対してその周囲で開閉弁６とブロック
部８の間を移動可能となる。このように位置設定した上
で第３図に示すようにコネクティングロッド11を上方か
ら下方へ移動させる場合は、ピストンヘッド３は開閉弁
６によって下方へ引き込まれるのに対して、シリンダ本
体１の内壁面とナイロンブッシュ15との摩擦抵抗が反力
として作用することで、開閉弁６は貫通穴４を完全に閉
塞する。したがって、その間から空気の漏れなどを生じ
ることがないから、シリンダ内に負圧が発生して液体が
吸入される。 一方、第４図に示すようにコネクティングロッド11を
下方から上方へ移動させる場合には、まずピストンヘッ
ド３を除いた部分が、ピストンヘッド３の下面とブロッ
ク部８の上面が当接するまで移動する。そして、さらに
上方へ押し上げればピストン２全体がそのままの状態で
上方へ移動する。このとき、シリンダ内の液体は、矢印
で示すようにスロープ14の部分を貫通穴４の方へ向かっ
て流れ、貫通穴４内を流れた液体は溝17からシリンダ外
へと流出する。なを、貫通穴とロッドとで形成された隙
間の断面積及び溝17の断面積の合計は、ピストンが上昇
することによってシリンダ内に25kg/cm²以下の圧力が発
生するように設計されており、このことによって、ピス
トンが上昇するのと同時に、シリンダ内の液体はノズル
側へ排出されるとともにピストンヘッドの上面からシリ
ンダ外へも勢いよく流出する。 開閉手段を、このように開閉弁の閉塞を解除する位置
に設定した状態でシリンダに洗浄水を供給して充填機を
運転すれば、シリンダ内に吸入された洗浄水はピストン
ヘッドの上面をも流れてシリンダ外へと流出する。した
がって、従来滞留していたその部分の充填液もシリンダ
の外へと流出されるため、ピストンのストロークの調整
や分解をすることなく充填ヘッド内を完全に洗浄でき
る。 以上説明したように、上記構成では高粘性の充填液を
使用した後であってもピストンを分解せずに充填ヘッド
内を一度で完全に洗浄できるため、作業を安全に行なう
ことができる。また、低粘性の充填液を使用した後で
は、ストロークを調整してＯリングからシリンダーから
外れるような位置に設定しなくても洗浄できるため、洗
浄作業によるＯリングの損傷を避けることができるとと
もに、洗浄水の圧力を低圧に保たなくともよい。そし
て、ピストンヘッドの上面を洗浄水が勢いよく流出する
ことにより常温の洗浄水を用いた場合にも洗浄時間を短
縮できる。さらには、充填液の滞留が起こらないため、
その充填液が高温で硬化しやすいようなものであっても
高温の洗浄液で洗浄でき、洗浄時間を大幅に短縮でき
る。そして、洗浄が完全に行なわれるため、製品内に不
純物が混じることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は本発明の第１実施例に係る定量ピス
トン式液体充填機を示し、第１図はシリンダユニットの
要部断面図、第２図は開閉手段の斜視図、第３図及び第
４図は、それぞれ、開閉手段を閉塞解除位置に設定した
状態におけるピストンの下降状態図及び上昇状態図、第
５図及び第６図は、それぞれ、従来の液体充填機の充填
ヘッドの運転状態及び洗浄状態を示す断面図である。 １……シリンダ本体、２……ピストン、３……ピストン
ヘッド、４……水抜き貫通穴、５……ロッド、６……開
閉弁、７……開閉手段、８……係合手段（ブロック
部）、９……カム筒、10……ピン、11……コネクティン
グロッド、12……ビス、13……Ｏリング、14……スロー
プ、15……ナイロンブッシュ、16……Ｏリング、17……
溝、18……カム溝、19……シリンダユニット、20……カ
ムフォロア（ピン）、21……凹部、22……閉塞凹部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストン（２）とシリンダ本体（１）から
   なるシリンダユニット（19）を備えた定量ピストン式液
   体充填機において、 上記ピストン（２）は、その軸方向に伸びる水抜き貫通
   穴（４）を有するピストンヘッド（３）と、該貫通穴
   （４）を貫通し且つ該貫通穴（４）の内径より小さい外
   径を有するロッド（５）と、該ロッド（５）の上端に形
   成されて上記貫通穴（４）を開閉する開閉弁（６）とを
   備え、 さらに、上記貫通穴（４）を閉塞すべく上記開閉弁
   （６）を上記ピストンヘッド（３）の上面に引き付けて
   上記ロッド（５）と該ピストンヘッド（３）とを一体化
   せしめる一方、該ロッド（５）とピストンヘッド（３）
   の一体化を解除するとともに該ロッド（５）をピストン
   ヘッド（３）に対して持ち上げて上記開閉弁（６）を開
   口せしめる開閉手段（７）を備え、該開閉手段（７）
   は、上記開閉弁（６）を開口する際に上記ピストンヘッ
   ド（３）に当接すべく上記ロッド（５）に形成された係
   合手段（８）と、該ピストンヘッド（３）から下方に突
   出したロッド（５）の周囲で該ロッド（５）に対して軸
   方向へ移動自在に配設されたカム筒（９）と、上記開閉
   弁（６）を上記ピストンヘッド（３）の上面に引き付け
   るべく該カム筒（９）を上記開閉弁（６）側へ進出せし
   める一方、上記開閉弁（６）を上記ピストンヘッド
   （３）から開放すべく上記カム筒（９）を後退せしめる
   ように、上記ロッド（５）及びカム筒（９）に構成され
   たカム機構（18,20）とから構成されたことを特徴とす
   る定量ピストン式液体充填機。