JP3065936B2 - 液体充填機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化粧水、乳液等の
液状化粧料、飲料、その他の液体を所定の容器内に充填
するために用いられる液体充填機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、化粧水、乳液等の液状化粧料、飲
料、その他の液体を所定の容器内に充填するために用い
られる充填機としては、多種多様なものが提供されてお
り、その一つとして、エアによって液面を検知するエア
検知定位置充填方式を用いた液体充填機が挙げられる。

【０００３】まず、上記エア検知定位置充填方式を用い
た液体充填機の機構について図５〜図７に基づき説明す
る。図５に示すように、この液体充填機は、液体充填部
（１０）及びこの液体充填部（１０）の上方に位置する
エア回路制御部（２０）をロータリ充填装置等の機台本
体（１）に支持せしめた構成をとっている。

【０００４】上記液体充填部（１０）は、図６に示すよ
うに、ノズル部（１１）と、このノズル部（１１）に対
して液体を供給する液体供給配管（１２）とから構成さ
れている。ノズル部（１１）は、上下方向にのびる中空
の外ノズル（１３）と、この外ノズル（１３）の内部に
挿通されて外ノズル（１３）内で昇降動作を行う内ノズ
ル（１４）とを備えており、外ノズル（１３）の内周面
と内ノズル（１４）の外周面とで液体流路（１５）が形
成された構成となっている。しかして、内ノズル（１
４）を外ノズル（１３）内で昇降させる昇降手段とし
て、図５に示す如く内ノズル（１４）の上端に上下動エ
アシリンダ（３）が連結されている。上記外ノズル（１
３）は、上部が大径部（１３ａ）に形成されており、こ
の大径部（１３ａ）における液体流路（１５）に対して
上記液体供給配管（１２）からの液体が供給されるよう
になっている。また、上記内ノズル（１４）は、内部を
液面検知用エア通路（１４ａ）とし、先端にエア吐出口
（１６）を有するとともに、その下端部側面に液体吐出
口（１７）を有している。更に、この内ノズル（１４）
の上部には、内ノズル（１４）とともに昇降することに
よって上記液体流路（１５）を開閉する流路開閉弁（１
８）が設けられている。なお、外ノズル（１３）と内ノ
ズル（１４）とは、これらの上方において圧縮コイルス
プリング（２）により連結されており、この圧縮コイル
スプリング（２）は、内ノズル（１４）が外ノズル（１
３）内を押し下げられる際に圧縮されて押し下げ力の解
除時に反発力を生ぜしめるようになっている。

【０００５】上記エア回路制御部（２０）の側面には、
メインエア入口（２１）、液面検知用エア入口（２２）
及びエアブロー用エア入口（２３）が、エア供給手段
（図示せず）に連結されて設けられている。上記メイン
エア入口（２１）には、上記流路開閉弁（１８）及び内
ノズル（１４）を外ノズル（１３）内で昇降させる上下
動エアシリンダ（３）を作動させるためのエア（約４．
２ｋｇ／ｃｍ² ）が注入されており、上記液面検知用エ
ア入口（２２）には、上記内ノズル（１４）のエア吐出
口（１６）から吐出される液面検知用エア（約０．０１
ｋｇ／ｃｍ² ）が注入されている。また、エアブロー用
エア入口（２３）には、液体充填後、ノズル部（１１）
の先端に付着して残っている液体を上記内ノズル（１
４）から吹き飛ばすためのエア（約２．８ｋｇ／ｃ
ｍ² ）が注入されている。そして、エア回路制御部（２
０）の下端と上記内ノズル（１４）の上部とが液面検知
用エアホース（４）で連結されており、この液面検知用
エアホース（４）を通じて内ノズル（１４）の液面検知
用エア通路（１４ａ）内に液面検知用エアが供給される
ようになっている。

【０００６】更に、上記エア回路制御部（２０）の側面
には、充填開始用カムローラ（２４）及びエアブロー用
カムローラ（２５）が設けられている。すなわち、充填
開始用カムローラ（２４）が側面から押されることによ
って、上記メインエア入口（２１）から上下動エアシリ
ンダ（３）へのメインエアの供給が開始され、またエア
ブロー用カムローラ（２５）が側面から押されることに
よって、上記エアブロー用エア入口（２３）から内ノズ
ル（１４）の液面検知用エア通路（１４ａ）へのエアの
供給が開始されるようになっている。

【０００７】このように構成された液体充填機において
は、次のようにして液体の充填が行われる。まず、充填
を開始する直前は、図６に示すように、被充填容器
（５）の口部に液体充填部（１０）の下端部を挿入した
状態で、内ノズル（１４）が外ノズル（１３）の内部に
収納されて流路開閉弁（１８）が液体流路（１５）を塞
いだ状態となっている。そして、この状態から、上記充
填開始用カムローラ（２４）が入力されるとともに、上
下動エアシリンダ（３）が作動せしめられると、上記圧
縮コイルスプリング（２）を圧縮しながら流路開閉弁
（１８）及び内ノズル（１４）が押し下げられて図７の
状態となる。すなわち、流路開閉弁（１８）が押し下げ
られることによって液体流路（１５）が流通するととも
に、内ノズル（１４）の下端部側面に設けられた液体吐
出口（１７）が外ノズル（１３）の先端から露出するこ
とにより、液体供給配管（１２）から液体流路（１５）
内に供給される液体が液体吐出口（１７）から被充填容
器（５）内へ充填されることとなる。また、この充填が
開始されるとともに、上記液面検知用エア入口（２２）
から、液面検知用エアホース（４）を通じて内ノズル
（１４）の液面検知用エア通路（１４ａ）へのエア供給
が開始され、このエアが内ノズル（１４）先端のエア吐
出口（１６）から連続的に吐出されるようになってい
る。

【０００８】そして、被充填容器（５）への液体の充填
量が適量となり、内ノズル（１４）先端のエア吐出口
（１６）が液面によって封じられると、液面検知用エア
の圧力が上昇することとなり、この圧力の上昇を上記エ
ア回路制御部（２０）内で検知すると、上記上下動エア
シリンダ（３）が充填前の状態に復帰する。しかして、
この上下動エアシリンダ（３）の復帰とともに、外ノズ
ル（１３）内の流路開閉弁（１８）及び内ノズル（１
４）が圧縮コイルスプリング（２）の反発力によって充
填開始前の状態に復帰し、液体充填部（１０）が図７の
状態から図６の状態に戻って充填が終了する。なお、こ
の充填終了前、内ノズル（１４）が外ノズル（１３）の
内部に収納される前に、上記エアブロー用カムローラ
（２５）が作動してエアブロー用エア入口（２３）から
ブロー用エアが内ノズル（１４）内に供給され、ノズル
部（１１）の先端に付着して残っている液体が吹き飛ば
されるようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
たエア検知定位置充填方式を用いた充填機においては、
充填開始から充填終了までの液体の充填圧力が一定であ
るため、充填中の液体の流速も一定である。そして、充
填終了直前になると、内ノズル（１４）の液体吐出口
（１７）から吐出される液体が、被充填容器（５）の内
面等を伝うのではなく、液面に向けて直接落下すること
となる。従って、流速及び流量を大きくした場合には、
気泡の発生が増え、それに伴い液面に波打ちが生じて液
面の検知を正確に行うことが困難になり、結果的に量目
のばらつきが大きくなるという問題が発生することとな
った。

【００１０】また、上記気泡の発生や液面の波打ちを抑
えるために充填中の流速及び流量を小さくすると、必然
的に充填時間が長くなって効率を低下させることを免れ
なかった。すなわち、従来のエア検知定位置充填方式を
用いた充填機は、充填効率と充填精度とを同時に向上し
うるものとはなりえないというのが実情だったのであ
る。

【００１１】本発明は、上述のような実情に鑑みなされ
たものであって、充填時間を長くすることなく、液面に
おける気泡や波打ちの発生に起因する量目のばらつきの
問題を解決することができる液体充填機の提供を目的と
するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の液体充填機は次のような構成をとる。す
なわち、上下方向にのびる中空の外ノズルと、この外ノ
ズル内に挿通されてそれ自身の外周面と上記外ノズルの
内周面とで液体流路を形成し、外ノズル内で昇降動作を
行い下降時に外ノズルから液体吐出口を露出させて液体
流路内の液体を被充填容器内に吐出するとともに先端に
設けられたエア吐出口からエアを吐出して液面が定位置
にきたことを検知する内ノズルと、この内ノズルの上部
に配設されて内ノズルの昇降動作により上記液体流路を
開閉する流路開閉弁とを備える液体充填機において、上
記内ノズルが、第１の昇降手段及び第２の昇降手段に連
結され、これら第１の昇降手段及び第２の昇降手段が作
動を開始することにより内ノズルが下降し、所定充填量
に対する所定割合の量の液体が被充填容器内に充填され
た時点で第２の昇降手段が作動開始前の状態に復帰して
上記流路開閉弁が上記液体流路を絞る位置まで上昇し、
液面が定位置にきたことが検知された時点で第１の昇降
手段が作動開始前の状態に復帰して上記流路開閉弁が上
記液体流路を閉鎖する位置まで上昇することを特徴とす
るものである。

【００１３】このように構成された本発明の液体充填機
において、充填開始から所定充填量に対する所定割合の
量の液体が充填されるまでの間は、第１の昇降手段及び
第２の昇降手段の作動によって流路開閉弁が深く押し下
げられ、液体流路に供給される液体が大きな抵抗を受け
ることなく、流速及び流量が大きい状態で被充填容器内
へ吐出されることとなるため、効率的な充填を行うこと
が可能となる。そして、所定充填量に対する所定割合の
量の液体が充填された後は、第２の昇降手段が充填開始
前の状態に復帰することによって流路開閉弁が液体流路
を絞る位置まで上昇し、液体流路に供給される液体の流
れが抵抗を受けて流速及び流量の小さい状態で充填され
ることとなる。しかして、被充填容器内に充填される液
体の流れが緩やかになり、液面における気泡や波打ちの
発生が防止されることとなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。

【００１５】図１〜図４は、本発明の液体充填機の実施
の形態の一例を示している。これらの図において、図５
〜図７により説明した従来技術に係るものと同様の構成
要素には同じ符号を付し、その詳しい説明は省略する。

【００１６】図１に示すように、この液体充填機は、液
体充填部（１０）とエア回路制御部（２０）との間にお
いて、流路開閉弁（１８）及び内ノズル（１４）を昇降
させる第１の昇降手段としての上下動エアシリンダ
（３）の下方に、第２の昇降手段としての第２の上下動
エアシリンダ（６）を備えている。この第２の上下動エ
アシリンダ（６）には、上下動用エアホース（７）が接
続されており、該上下動用エアホース（７）から供給さ
れるエアによって第２の上下動エアシリンダ（６）が作
動するようになっている。

【００１７】上記第１の上下動エアシリンダ（３）は、
充填開始から充填終了までの間作動するように、また第
２の上下動エアシリンダ（６）は、第１の上下動エアシ
リンダ（３）とともに充填開始から作動を開始し、予め
設定されている所定充填量に対する所定割合、例えば８
０〜９０％の量の液体が充填された時点で作動を終了す
るように、それぞれ作動制御されている。第１の上下動
エアシリンダ（３）は、流路開閉弁（１８）が液体流路
（１５）を開放する位置から閉鎖する位置まで作用する
ものであり、第２の上下動エアシリンダ（６）は、上記
流路開閉弁（１８）が液体流路（１５）を上記開放状態
より広く開放する位置から、後述の如く流路開閉弁（１
８）が液体流路（１５）を絞る位置まで作用するもので
ある。

【００１８】また、図２に示すように、この液体充填機
においては、外ノズル（１３）の大径部（１３ａ）にお
ける液体流路（１５）が、上部側を下部側よりも小径に
絞った形状に形成されている。そして、その上部側の内
面形状が流路開閉弁（１８）の形状と合致しており、流
路開閉弁（１８）が押し下げ力を受けず所定の最上位置
にある状態において、流路開閉弁（１８）の上部が液体
流路（１５）に嵌合して液体の流れを止めるようになっ
ている。しかして、この状態から流路開閉弁（１８）が
徐々に下降すると、流路開閉弁（１８）の位置により、
液体流路（１５）が絞られた状態となって供給される液
体の流れに対し適宜の抵抗が生じることとなる。

【００１９】このように構成された液体充填機におい
て、液体の充填は、以下のようにして行われる。まず、
液体充填開始直前は、図２に示すように、流路開閉弁
（１８）が液体流路（１５）の所定位置に位置して内ノ
ズル（１４）が外ノズル（１３）の内部に収納された状
態にある。そして、この状態でエア回路制御部（２０）
に取り付けられている充填開始用カムローラ（２４）が
入力されると、それとともに内ノズル（１４）上部に設
置されている第１の上下動エアシリンダ（３）が作動す
る。更に、第２の上下動エアシリンダ（６）も作動し、
これら第１の上下動エアシリンダ（３）及び第２の上下
動エアシリンダ（６）の作動により、内ノズル（１４）
及び流路開閉弁（１８）が押し下げられ、内ノズル（１
４）の液体吐出口（１７）が外ノズル（１３）の先端か
ら露出して図３の状態になる。この状態で、液体供給配
管（１２）から供給される液体が、液体流路（１５）を
経由して内ノズル（１４）の液体吐出口（１７）から被
充填容器（５）内へ充填されることとなる。また、この
充填とともに、内ノズル（１４）のエア吐出口（１６）
から液面検知用エアが吐出される。

【００２０】上記のようにして充填が行われ、所定充填
量に対する所定割合（この例では８０〜９０％）の量の
液体が被充填容器（５）内に充填されると、第２の上下
動エアシリンダ（６）が充填開始前の状態へと復帰す
る。そして、この第２の上下動エアシリンダ（６）の復
帰とともに、圧縮コイルスプリング（２）の反発力によ
って、外ノズル（１３）内の流路開閉弁（１８）及び内
ノズル（１４）が所定ピッチ上方に移動し、図３の状態
から図４の状態になる。しかして、流路開閉弁（１８）
が所定ピッチ上方に移動することにより、液体流路（１
５）が絞られ、液体供給配管（１２）から供給される液
体の流れが抵抗を受けることとなり、内ノズル（１４）
の液体吐出口（１７）から緩やかに出ていくようにな
る。ここで、上記第２の上下動エアシリンダ（６）を、
充填開始時に作動開始させるとともに所定のタイミング
で充填開始前の状態に復帰させるにあたっては、ロータ
リ式液体充填機のターンテーブルにカム機構を組み込
み、充填開始角度から所定角度までの区間で作動させる
方法を用いている。

【００２１】そして、被充填容器（５）への液体の充填
量が適量となり、内ノズル（１４）の先端に設けられた
エア吐出口（１６）が液面で封じられて液面検知用エア
の圧力が上昇し、この圧力の上昇がエア回路制御部（２
０）内で検知されると、第１の上下動エアシリンダ
（３）が充填開始前の状態に復帰する。しかして、第１
の上下動エアシリンダ（３）の復帰とともに、外ノズル
（１３）内の流路開閉弁（１８）及び内ノズル（１４）
が圧縮コイルスプリング（２）の反発力によって充填開
始前の状態、すなわち図２の状態に復帰し、充填が終了
する。なお、充填終了前、内ノズル（１４）が外ノズル
（１３）の内部に収納される前には、エアブロー用カム
ローラ（２５）が作動してエアブロー用エア入口（２
３）からブロー用エアが供給され、ノズル部（１１）の
先端に付着して残っている液体が吹き飛ばされるように
なっている。

【００２２】以上のような一連の充填動作において、充
填開始から所定充填量の８０〜９０％といった設定量の
液体が充填されるまでの間、すなわち充填する液体の種
類や被充填容器（５）の形状にもよるが、液体が液面に
向けて直接吐出されない状態にある間は、第１の上下動
エアシリンダ（３）及び第２の上下動エアシリンダ
（６）を作動させて流路開閉弁（１８）を最大に開いた
状態で充填を行うことにより、液体の流れに与えられる
抵抗を最小に抑えて効率的に充填を行うことができる。
そして、設定量の液体の充填が行われた時点で、第２の
上下動エアシリンダ（６）を充填開始前の状態に復帰さ
せて液体流路（１５）を流路開閉弁（１８）で絞ること
により、液体の流れに抵抗を与えて流速及び流量が小さ
い状態で緩やかに充填を行うことができ、液面において
気泡や波打ちを発生させることなく所定充填量までの充
填を行うことが可能となる。従って、内ノズル（１４）
のエア吐出口（１６）から吐出される検知用エアによっ
て液面検知を確実に行うことができ、量目のばらつきの
問題が解消されることとなる。

【００２３】なお、上記の実施の形態では、液面におけ
る気泡の発生や波打ちの問題を解決するために、第２の
上下動エアシリンダ（６）を、充填開始から所定充填量
の８０〜９０％の量の液体が充填されるまでの間作動さ
せているが、この割合は液体の種類や被充填容器（５）
の形状によって適宜設定することができる。すなわち、
気泡が発生しやすい状態にあるものについては、例えば
所定充填量の７０％の量が充填された時点で第２の上下
動エアシリンダ（６）を充填開始前の状態に復帰させる
ようにしてもよい。また、この制御手段としては、ロー
タリ式液体充填機においては上記カム機構を用いること
が容易で好適であるが、他にもタイマ制御等、適宜の手
段を用いることができる。

【００２４】更に、上記の実施の形態では、液体充填部
（１０）の上部に第１の上下動エアシリンダ（３）及び
第２の上下動エアシリンダ（６）を設けたものを例に挙
げたが、これら第１の上下動エアシリンダ（３）及び第
２の上下動エアシリンダ（６）は液体充填部（１０）の
側面に設けてもよい。また、流路開閉弁（１８）及び内
ノズル（１４）を昇降させる第１の昇降手段及び第２の
昇降手段としては、上記エアシリンダ以外のものを用い
ても、同様の効果を得ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の液体充填機
においては、充填開始から所定充填量に対する所定割合
の量の液体が充填されるまでの間は、流路開閉弁が第１
の昇降手段及び第２の昇降手段の作動によって深く押し
下げられ、液体流路に供給される液体が大きな抵抗を受
けることなく、流速及び流量が大きい状態で被充填容器
内へ吐出されることとなるため、効率的な充填を行うこ
とが可能となる。そして、所定充填量に対する所定割合
の量の液体が充填された後には、第２の昇降手段が作動
開始前の状態に復帰して流路開閉弁が液体流路を絞る位
置まで上昇し、液体流路に供給される液体に抵抗が与え
られて流速及び流量の小さい状態で緩やかに充填が行わ
れることとなるため、液面において気泡や波打ちを発生
させることなく所定充填量までの充填を確実に行うこと
ができる。

【００２６】このように、本発明の液体充填機によれ
ば、従来同時に解決することのできなかった課題、すな
わち充填時間の短縮と量目の安定化という２つの課題を
確実に解決することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体充填機の実施の形態の一例を示す
一部を切り欠いた側面図である。

【図２】図１における液体充填部を拡大し、充填開始前
の状態を示す説明図である。

【図３】図１における液体充填部を拡大し、充填開始か
ら所定充填量の８０〜９０％の量の液体を充填するまで
の状態を示す説明図である。

【図４】図１における液体充填部を拡大し、所定充填量
の８０〜９０％の量の液体を充填した後の状態を示す説
明図である。

【図５】従来の液体充填機の一例を示す一部を切り欠い
た側面図である。

【図６】図５における液体充填部を拡大し、充填開始前
の状態を示す説明図である。

【図７】図５における液体充填部を拡大し、充填中の状
態を示す説明図である。

【符号の説明】

３ 第１の上下動エアシリンダ（第１の昇降手段） ５ 被充填容器 ６ 第２の上下動エアシリンダ（第２の昇降手段） １３ 外ノズル １４ 内ノズル １５ 液体流路 １６ エア吐出口 １７ 液体吐出口 １８ 流路開閉弁

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下方向にのびる中空の外ノズル（１
   ３）と、この外ノズル（１３）内に挿通されてそれ自身
   の外周面と上記外ノズル（１３）の内周面とで液体流路
   （１５）を形成し、外ノズル（１３）内で昇降動作を行
   い下降時に外ノズル（１３）から液体吐出口（１７）を
   露出させて液体流路（１５）内の液体を被充填容器
   （５）内に吐出するとともに先端に設けられたエア吐出
   口（１６）からエアを吐出して液面が定位置にきたこと
   を検知する内ノズル（１４）と、この内ノズル（１４）
   の上部に配設されて内ノズル（１４）の昇降動作により
   上記液体流路（１５）を開閉する流路開閉弁（１８）と
   を備える液体充填機において、上記内ノズル（１４）
   が、第１の昇降手段（３）及び第２の昇降手段（６）に
   連結され、これら第１の昇降手段（３）及び第２の昇降
   手段（６）が作動を開始することにより内ノズル（１
   ４）が下降し、所定充填量に対する所定割合の量の液体
   が被充填容器（５）内に充填された時点で第２の昇降手
   段（６）が作動開始前の状態に復帰して上記流路開閉弁
   （１８）が上記液体流路（１５）を絞る位置まで上昇
   し、液面が定位置にきたことが検知された時点で第１の
   昇降手段（３）が作動開始前の状態に復帰して上記流路
   開閉弁（１８）が上記液体流路（１５）を閉鎖する位置
   まで上昇することを特徴とする液体充填機。