JP3823414B2

JP3823414B2 - 充填装置

Info

Publication number: JP3823414B2
Application number: JP02086797A
Authority: JP
Inventors: 五月河路; 泰明松本
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1997-02-03
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2017-02-03
Also published as: JPH10218103A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジュース、乳飲料、酒類等を容器内に無菌状態で充填する装置等に使用される充填装置に関する。さらに特定すれば、本発明は充填開始または充填終了時において充填物が充填ノズルから滴下する液垂れを防止することができる充填装置を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ジュースや乳飲料、酒類等の飲料を無菌状態で充填するいわゆる無菌充填装置がある。このような装置は、この飲料等を充填する容器の種類、充填する飲料の種類等に対応して各種のものがある。
【０００３】
これらの装置には、上記の容器の内面をたとえば過酸化水素のガス等により滅菌し、この内部が滅菌された容器内に無菌状態の飲料を充填してシールするものである。このような装置は、缶やビン等の容器のみならず、加熱ができずかつ耐圧性の低い紙容器内にも飲料等を無菌充填することが可能である。
【０００４】
ところで、このような装置においては、上記の容器内に飲料等の充填物を充填する装置が設けられている。従来のこのような充填装置には各種の形式のものがある。たとえば、容器内に充填物を充填する充填ノズルに充填物を重力により供給し、この充填ノズルの途中に開閉弁を設け、この開閉弁の開閉により容器内に充填をおこなうものがある。しかし、このようなものは、粘性の高い充填物を充填することが難しく、またこの充填物の充填量を計量する機構が必要となる。
【０００５】
また、充填物をピストン機構により充填ノズルに圧送する形式の充填装置があり、このものは粘性の高い充填物でも充填することができるとともに、このピストン機構のストロークを制御することにより正確に充填量を設定することができる。
【０００６】
しかしながら、このようなピストン機構を用いた充填装置では、液を強制的に止めるノズル先端弁と組み合わせた場合、２つの機構の作動タイミングを合わせることが難しく、このため、充填物の圧送開始および終了時において、充填物の圧が連続的に変化し、充填ノズルの先端から充填物が不所望に滴下するいわゆる液垂れを生じ、容器の外面や装置を汚損するという不具合が生じやすい。
【０００７】
このような不具合を解消するために、従来からこのようなピストン機構を用いた充填装置において、充填ノズルの先端部に差圧開閉弁を設けたものがある。この差圧開閉弁は、スプリング等で付勢された弁体を有し、内部の充填物の圧力が所定の圧力以上になった場合にのみ開弁し、上記のようなピストン機構の作動開始および停止時における液垂れを防止するように構成されている。
【０００８】
しかしながら、このようなものにおいても、差圧開閉弁より下部の充填液を保持するために、ノズル先端にメッシュ等を設け、表面張力により液垂れを防止しているが、完全に液垂れを防止することは難しい。また、果肉等の固形物を含む液の場合には、このようなメッシュ付きのノズルでは充填ができない。
【０００９】
上記のようなピストン機構の作動開始および停止時において充填物の圧力が連続的に変化した場合に正確にオン、オフ的に開閉作動するとは限らず、やはり液垂れを生じることがあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の事情に基づいてなされたもので、充填開始および停止時において、液垂れを確実に防止することができるとともに、構造が簡単で信頼性の高い充填装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された本発明は、液状の充填物を容器内に所定量充填する装置であって、容器の開口からこの容器内に充填物を注入する充填ノズルの先端部に設けられたノズル先端弁と、このノズル先端弁を開閉駆動するエアーシリンダを用いた弁開閉駆動機構と、上記の充填ノズルに充填物を計量圧送するモータ駆動によるピストン形の圧送ポンプ機構と、上記の弁開閉駆動機構に開閉信号を出力し、また上記の圧送ポンプ機構に圧送信号を出力するとともに、この圧送信号と開閉信号とに、圧送ポンプ機構のピストンの移動が停止して充填物の圧力が零となった時刻と、ノズル先端弁の閉弁が完了する時刻とが一致するように、所定の時間遅れを与えて出力する制御回路とを具備したものである。
【００１２】
したがって、これら圧送信号および開閉信号に対する圧送ポンプ機構およびノズル先端弁の作動の遅れ時間を調整し、たとえば上記の圧送ポンプ機構のピストンが実際に作動を開始および停止する時刻と、ノズル先端弁が実際に開弁および閉弁する時刻とを正確に合致させることができ、液垂れを確実に防止することができる。また、この充填装置は基本的に圧送ポンプ機構を用いたものであるから、粘性の高い充填物でも充填でき、また充填量を正確に制御できるとともに構造も簡単で信頼性が高い。
【００１３】
また、請求項２に記載の本発明は、前記の制御回路は、前記の圧送信号に対する前記の開閉信号の時間遅れが変更可能なものである。上記の圧送ポンプ機構のピストンが実際に作動を開始および停止する時刻と、ノズル先端弁が実際に開弁および閉弁する時刻とを正確に一致させることは難しい。これはモータ駆動による圧送ポンプ機構の作動に対し、エアーシリンダを用いた弁開閉駆動機構に作動遅れが生じるためである。このような場合に、圧送ポンプ機構のピストンが実際に作動を開始および停止する時刻と、ノズル先端弁が実際に開弁および閉弁する時刻とに予め最適の時間差を与えることにより、２つの作動タイミングが近似滴に一致し、液垂れを防止することができる。本発明では、この時間差を任意に変更することができる。充填物の性状、充填ノズルの形状、圧送管路の構造等に対応して最適の時間差を与えることができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の本発明は、前記の圧送ポンプ機構はダイヤフラム形のピストン機構を備えているものである。このダイヤフラム形のピストン機構は摺動抵抗の変化等が少なく、作動特性が安定しているので、液垂れをより確実に防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の一実施形態を説明する。この実施形態の装置は、たとえば円筒状の紙容器に飲料等を無菌充填する装置に使用される充填装置である。
【００１６】
まず、図１および図２を参照して、この無菌充填装置により充填される紙製の容器の構造を説明する。この容器１は円筒状をなし、周壁部２、上端壁部３、下端壁部４を有し、これらは紙板の表面に樹脂被覆その他の処理を施したもので、高い不透過性を有しているる
また、上記の上端壁部３には、開口すなわち飲口５が形成され、この上端壁部３の上面にはアルミ箔および樹脂の積層シートからなるシール蓋６が熱溶着され、この飲口５をシールしている。
【００１７】
次に、このような容器１内に飲料を無菌充填する装置の一実施形態を図３および図４を参照して説明する。この装置は無菌チャンバ１０を備えており、この無菌チャンバ１０内には無菌空気供給機構１１から滅菌された空気が所定の圧力で供給され、この無菌チャンバ１０内全体を常時陽圧の無菌雰囲気に維持するように構成されている。
【００１８】
そして、この無菌チャンバ１０内には、容器搬送機構１２が設けられている。この容器搬送機構１２は、この無菌チャンバ１０内で容器１を搬送するものである。なお、１３はこの容器１の転倒を防止するためのガイド部材である。
【００１９】
そして、この容器搬送機構１２の搬送経路に沿って、上記の容器１の飲口５から内部に滅菌のための薬剤たとえば過酸化水素のガスを噴射してその内面を滅菌する内面滅菌機構２１、この容器１内に高温の空気を噴出して乾燥させる乾燥機構２２が設けられている。さらに、この容器搬送機構１２に沿って、容器１内に無菌状態の飲料等を充填する充填装置２３が設けられている。なお、この充填の際には、この容器１はリフタ２８により上昇され、その飲口５内に充填機構２３の充填ノズルが挿入されるように構成されている。
【００２０】
また、この充填装置２３の後側には、窒素ガス置換機構２４が設けられ、充填された飲料等の液面上の空間内に窒素ガスを供給し、この空間の空気を窒素ガスと置換する。また、この窒素ガス置換機構２３の後側には、さらにシール機構２５が設けられている。
【００２１】
このシール機構２５は、容器１の上端壁部３の上面にアルミ箔と樹脂との積層フイルム等からなるシール蓋６を熱溶着してこの容器１の開口すなわち飲口５を密封するものである。なお、このシール蓋６は帯状のブランク材２７が外部のロール２６から供給され、所定の形状に切断されて熱溶着されるように構成されている。なお、上記のブランク材２７の導入部分にはノズル２９が設けられ、このブランク材２７に過酸化水素のガスを噴射して滅菌処理を行うとともに、ホットエアノズル１９から噴出される乾燥用のホットエアによって乾燥される。
【００２２】
なお、この図３では、上記の無菌チャンバ１０および容器搬送機構１２は図示を容易にするために直線状に描いてあるが、これらは直線状に限らず、たとえばスペースを節約するために無菌チャンバ１０を円筒状に形成し、その内部に円弧状の軌跡に沿って容器を搬送する容器搬送機構１２を設けてもよい。
【００２３】
次に、上記のような無菌チャンバ１０の一端部、この無菌チャンバ１０が円筒状の場合にはその周辺部の一箇所、には、容器搬入チャンバ３０が形成され、また他端部、この無菌チャンバ１０が円筒状の場合には上記の容器搬入チャンバ３０に隣接した周辺部の箇所には、容器搬出チャンバ３５が形成されている。
【００２４】
そして、たとえば外部のコンベア３１により搬送されて来た容器１は、位置決め機構３２により保持されて回転され、その飲口５が所定の方向に位置するように位置決めされ、上記の容器搬入チャンバ３０を介して上記の無菌チャンバ１０内に搬入される。また、この無菌チャンバ１０内で飲料等が無菌充填されてシールがなされた容器１は、たとえばリフト機構３６等の容器搬出移送機構により上記の容器搬出チャンバ３５に移送され、この容器搬出チャンバ３５を介して外部に搬出される。
【００２５】
次に、上記のような無菌充填装置に使用されている充填装置２３の構成を図４ないし図８を参照して説明する。まず、この充填装置２３の概略的な構成を図４を参照して説明する。
【００２６】
図中の４０は充填ノズルであって、この充填ノズル４０はその先端から充填物を噴出し、容器１内に充填するものである。そして、この充填ノズル４０には圧送ポンプ機構４３から充填物が所定の圧力で１回の充填量ずつ供給される。また、この充填ノズル４０の先端には、開閉弁であるノズル先端弁４１が設けられ、このノズル先端弁４１は弁開閉駆動機構４２により開閉作動される。また、これらの圧送ポンプ機構４３および上記の弁開閉駆動機構４２は、制御回路４４からの圧送信号および開閉信号により所定のタイミングで作動される。
【００２７】
次に、図５を参照して上記の充填ノズル４０の部分を説明する。すなわち、この充填ノズル４０の先端には、たとえば複数の噴出口５２が形成され、またこの先端部にはこの吐出口５２を開閉する弁体５１が設けられ、上述のようなノズル先端弁４１を構成している。
【００２８】
また、上記の弁体５１には弁軸５３が接続されており、この弁軸５３はこの充填ノズル４０の後端部まで延長され、この後端部に設けられたエアシリンダ５４等の駆動機構５４に連結され、前記の弁開閉駆動機構４２を構成している。なお、５５はこの充填ノズル４０内に供給される充填物の供給口である。
【００２９】
また、前記の圧送ポンプ機構４３は図６に示すように構成されている。この圧送ポンプ機構４３は、シリンダ６０およびピストン６１を備え、このシリンダ６０とピストン６１との間は合成ゴム材料からなるダイヤフラム６２，６３によりシールされ、ダイヤフラムを用いたピストン機構を構成している。なお、このダイヤフラムを用いたピストン機構は、ピストン６１の摺動抵抗が少ないとともに、その摺動抵抗の変動等も少なく、安定した作動特性を有しているという特徴がある。
【００３０】
また、上記のシリンダ６０には、充填物の吸入口６４および吐出口６５が形成されている。これらの吸入口６４および吐出口６５は図示しない逆止弁と選択的に開閉作動される開閉弁に接続され、上記のピストン６１の往復作動毎に吸入口６４から所定量の充填物を吸入し、吐出口６５から所定量の充填物を吐出するものである。
【００３１】
また、上記のピストン６１はピストンロッド６６を介して駆動機構により往復移動される。この実施形態のものでは、この駆動装置はスクリュー形のもので、上記のピストンロッド６６はスクリューロッド６７に螺合したナット部材６８に連結されている。そして、このスクリューロッド６７はプーリ６９，７１およびタイミングベルト７０によりステッピングモータまたはサーボモータ７２に連結されている。したがって、このモータ７２がたとえば正転すると上記のピストン６１か前進し、またこのモータ７２が逆転するとこのピストン６１が後退するように構成され、またこのモータ７２の回転量を調整することによりこのピストン６１のストロークが変更され、吐出する充填物の量を任意に調整することができるように構成されている。
【００３２】
次に、上記の制御回路４４の構成およびその作用を説明する。この制御回路４４は、上記の充填ノズル４０の弁開閉駆動機構４２にノズル先端弁４１の開閉信号を出力してこれを開閉させるとともに、上記の圧送ポンプ機構４３に圧送信号を出力して上記のピストン６１を往復作動させ、所定量の充填物を上記の充填ノズル４０に圧送するように構成されている。
【００３３】
そして、この制御回路４４にはタイミング設定部４５が設けられ、上記の開閉信号と圧送信号との間に、所定の時間遅れを与えることができるように構成されている。また、このタイミング設定部４５は、この時間遅れ量を任意に設定できるように構成されている。
【００３４】
そして、この開閉信号と圧送信号との間の時間遅れは、たとえば図８に示すように設定される。まず、上記の開閉信号が出力されてから、ノズル先端弁４１が実際に開弁および閉弁されるまでには、電気的、機械的な原因による所定の時間遅れがある。また同様に、上記の圧送信号が出力されてから、上記のピストン６１が実際に移動を開始または移動を終了するまでには、電気的、機械的な原因による所定の時間遅れがある。
【００３５】
そして、この実施形態では、上記のノズル先端弁４１の時間遅れとピストン６１の時間遅れの差に対応して、これら開閉信号と圧送信号との間に所定の時間差すなわち時間遅れが与えられるように設定されている。
【００３６】
したがって、たとえば図８に示すように、開閉信号に対してノズル先端弁４１の実際の開閉に時間遅れＤが生じた場合でも、これが相殺されてこのノズル先端弁４１の実際の開閉とピストン６１の実際の移動開始および停止すなわち吐出作動とのタイミングが正確に一致するように設定されている。
【００３７】
このような作動のタイミングの一致によって、ピストンが移動を開始して充填物の加圧が開始された時刻と、ノズル先端弁４１の開弁開始の時刻とが一致する。またピストン６１の移動が完全に停止して充填物の圧力が零となった時刻と、ノズル先端弁４１の閉弁が完了する時刻とが一致し、これにより液垂れが確実に防止される。
【００３８】
この現象および効果は、各種の実験に基づいて得られたものであるが、液垂れの原因は充填物が実際に加圧されていない状態においてノズル先端弁４１等の弁が開弁されることが原因であり、上記のような作動タイミングによれば、このような液垂れの原因が排除されるためであると説明される。
【００３９】
なお、実際の装置では、ノズル先端弁４１の開閉の時間遅れは、この装置を構成する各部の構成や部品等により決定するものである。
【００４０】
また、実際の装置では、充填物の性状、充填ノズルの形状、充填物の圧送の配管路等の構成により、このピストンが移動を開始して充填物の加圧が開始される時刻と、ノズル先端弁４１の開弁開始の時刻との間に意識的に時間差を与えることにより、２つの作動タイミングが一致し、液垂れを防止することができる。したがって、上記のようなタイミングの設定は、実際の装置においては試験を繰り返して最適な値に設定するのが実用的である。
【００４１】
なお、本発明は上記の実施形態には限定されず、たとえば本発明の充填装置は上述のような無菌充填装置にのみならず、各種の充填装置一般に適用することができる。また、制御回路における開閉信号と圧送信号の時間遅れの設定は必ずしも任意に設定できるものである必要はなく、たとえば充填物の種類が限定されている専用の充填装置を量産する場合には、あらかじめ決定した最適な値に固定的に設定しておいてもよい。
【００４２】
また、圧送ポンプ機構の構成は、必ずしも上記のようなダイヤフラム形のピストン機構には限定されず、その他の形式のものを採用することが可能である。
【００４３】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、圧送信号および開閉信号に対する圧送ポンプ機構およびノズル先端弁の作動の遅れ時間を調整し、たとえば上記の圧送ポンプ機構のピストンが実際に作動を開始および停止する時刻と、ノズル先端弁が実際に開弁および閉弁する時刻とを正確に合致させることができ、液垂れを確実に防止することができる。また、この充填装置は基本的に圧送ポンプ機構を用いたものであるから、粘性の高い充填物でも充填でき、また充填量を正確に制御できるとともに構造も簡単で信頼性が高い等、その効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実形態の装置による充填される容器の斜視図。
【図２】図１の２−２線に沿う断面図。
【図３】本発明の充填装置が使用される無菌充填装置の概略図。
【図４】本発明の充填装置の一実施形態の概略図。
【図５】本発明の充填装置の充填ノズルの縦断面図。
【図６】本発明の充填装置の圧送ポンプ機構の縦断面図。
【図７】図５の充填ノズルの先端部を拡大した縦断面図。
【図８】本発明の一実施形態の作動タイミングの例を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１容器
１０無菌チャンバ
２３充填装置
４０充填ノズル
４１ノズル先端弁
４２弁開閉駆動機構
４３圧送ポンプ機構
４４制御回路

Claims

液状の充填物を容器内に所定量充填する装置であって、
上記の容器の開口からこの容器内に充填物を注入する充填ノズルの先端部に設けられたノズル先端弁と、このノズル先端弁を開閉駆動するエアーシリンダを用いた弁開閉駆動機構と、上記の充填ノズルに充填物を計量圧送するモータ駆動によるピストン形の圧送ポンプ機構と、上記の弁開閉駆動機構に開閉信号を出力し、また上記の圧送ポンプ機構に圧送信号を出力するとともに、この圧送信号と開閉信号とに、圧送ポンプ機構のピストンの移動が停止して充填物の圧力が零となった時刻と、ノズル先端弁の閉弁が完了する時刻とが一致するように、所定の時間遅れを与えて出力する制御回路とを具備したことを特徴とする充填装置。
前記の制御回路は、前記の圧送信号に対する前記の開閉信号の時間遅が変更可能なものであることを特徴とする請求項１の充填装置。
前記の圧送ポンプ機構はダイヤフラムを用いたピストン機構を備えていることを特徴とする請求項１の充填装置。