JP4549357B2

JP4549357B2 - 高速液体充填機械

Info

Publication number: JP4549357B2
Application number: JP2007034404A
Authority: JP
Inventors: 和生阿部; 浩北島; 雅勝近藤; 道雄植田
Original assignee: Shikoku Kakoki Co Ltd
Current assignee: Shikoku Kakoki Co Ltd
Priority date: 2007-02-15
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2017-01-08
Also published as: JP2007153447A

Description

本発明は、例えば、ジュース、牛乳等の液体を高速で容器に充填する高速充填機械に関する。

従来、充填ステーションを有する機械フレームと、容器を充填ステーションで順次停止させるように搬送するコンベヤと、充填ステーションに配置されている充填装置と、充填装置に充填液を供給する供給手段とを備えている液体充填機械が知られている。

また、この種の機械として、充填ステーションを容器搬送経路に沿って２ステーション設けることを可能にした包装機械（実開平６−１０１０８号公報）や、充填ステーションを２ステーション設けることによって、接着剤やシーリング材のような高粘度液の充填に要する時間を増大させることなく高精度な充填を可能とする方法および装置（特開平８−４８３９３号公報）が知られている。

実開平６−１０１０８号公報特開平８−４８３９３号公報

充填機械において、その充填能力を向上させるためには、機械の高速化を図ることが考えられる。その場合、機械の運転サイクルが短くなって、１つの容器に対する充填時間も短くなり、短時間のうちに容器内容量に相当する液体を充填する必要がある。そのためには充填時の流速を増加させなければならないが、そうすると、容器内での泡立ちや液面の乱れ等の問題が発生する。そのため機械の高速運転が困難となっていた。

また、上記実開平６−１０１０８号公報記載の液体充填包装機の場合、一次充填装置および二次充填装置は有しているが、一次充填装置および二次充填装置に同一の充填液を供給する供給手段は有していない上に、一次充填装置による充填量と二次充填装置による充填量との合計量が容器内容量と等しくなるように一次充填装置および二次充填装置の充填量を制御する制御手段を有していないので、一つの容器に２種類の内容物を別々に充填しなければならないようなときには有効であるが、充填包装機の高速化のために上記液体充填包装機を用いることはできなかった。

そしてまた、特開平８−４８３９３号公報記載の高粘度液充填装置の場合、高粘度液を高精度で充填するため、一次充填ステーションと二次充填ステーションへ高粘度液を供給する一次充填経路と二次充填経路の流量比を９０：１０乃至９９．５：０．５好ましくは９９：１となるように設定し、二次充填ステーションでは非常に少量の内容物をゆっくりと充填することによって、一次充填ステーションでほぼ所定量充填された充填内容物の不足分を正確に補うことが可能となっている。しかし、一次充填ステーションでほぼ所定量充填された充填内容物の不足分を正確に補うために、充填量検出手段が必要となり、また間欠駆動するコンベアによって停止させられた容器内容物の充填量を正確に検出するため、容器を完全に静止させ液面の乱れ等を無くしておくことが必要であった。その結果、上記高粘度液充填装置では、充填内容物の所定量を正確に充填することはできても、充填内容物の所定量を高速でかつ正確に充填することはできなかった。

この発明の課題は、容器内での泡立ちや液面の乱れ等の問題を生じさせることなく、充填内容物の所定量を高速でかつ正確に充填することができる高速液体充填機械を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究した結果、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、（１）一次充填ステーションおよび二次充填ステーションを有する機械フレームと、有底角筒状紙容器を一次充填ステーションおよび二次充填ステーションで順次停止させるように２ピッチ分ずつ搬送するコンベヤと、一次充填ステーションおよび二次充填ステーションにそれぞれ配置されている、一次充填装置および二次充填装置と、一次充填装置および二次充填装置に同一種類の充填液をそれぞれ供給する供給手段と、一次充填装置による充填量および二次充填装置による充填量の合計が容器内容量と等しくなるように一次充填装置および二次充填装置の充填量を制御する制御手段と、を備えており、一次充填装置および二次充填装置のそれぞれが、２つの容器に対応しうるように、容器搬送経路の上方に配置されている、垂直筒状ノズル本体を備えた２つの充填ノズルと、ピストンを内蔵しかつピストンの往復動によって充填液を２つの充填ノズルに送り込む２つの定量シリンダと、前記ピストンを任意のストローク量および／または任意のストローク速度で往復動させる独立した２つの駆動装置と、前記ピストンが後退するとき開かれて充填液を供給管から定量シリンダに流入させることができる２つの流入弁と、前記ピストンが前進するとき開かれて充填液を定量シリンダから充填ノズルに流出させることができる２つの流出弁とを備えており、前記駆動装置が、モータと、モータの出力軸の回転運動を直線往復運動に変換してピストンに伝達させる作動機構とを備えており、制御手段による制御が、一次充填装置および二次充填装置のそれぞれのモータの設定パルスを変化させることにより行われるようになされており、一次充填装置による充填量が二次充填装置による充填量より多くなるように各モータのパルスが設定されている、高速液体充填機械に関する。

また、本発明は、（２）２つの充填ノズルがノズル本体の下端開口に設けられている金網を備えている、前記（１）に記載の高速液体充填機械や、（３）一次充填装置による充填量が容器内容量の６０〜７０％に、二次充填装置による充填量が容器内容量の４０〜３０％になるように各モータのパルスが設定されている、前記（１）に記載の高速液体充填機械に関する。

この発明の実施の形態を図面を参照して、以下詳細に説明する。

高速液体充填機械は、一次充填ステーションＳ１および二次充填ステーションＳ２を順次経由してのびた搬送経路を有する間欠駆動コンベヤ１１と、一次充填ステーションＳ１および二次充填ステーションＳ２にそれぞれ配置されている一次充填装置２１および二次充填装置２２とを備えている。

コンベヤ１１の１サイクルの動作で、２つの有底角筒状紙容器Ｃが２ピッチ分ずつ搬送され、一次充填ステーションＳ１および二次充填ステーションＳ２に２つずつの容器Ｃが同時に搬入されて停止させられるようになっている。

一次充填装置２１および二次充填装置２２は、同一構造のものである。以下、一次充填装置２１について説明する。

一次充填装置２１は、２つの容器Ｃに対応しうるように一次充填ステーションＳ１における容器搬送経路の上方に配置されている２つの充填ノズル３１と、これらの充填ノズル３１に充填液を定量ずつ送り込む２つの定量シリンダ３２と、これらの定量シリンダ３２にそれぞれ備えられている２つの作動機構３３とを備えている。２つずつの充填ノズル３１、定量シリンダ３２および作動機構３３は、同一構造のものである。

充填ノズル３１は、垂直筒状ノズル本体４１と、充填液の自重による流下を防止するようにノズル本体４１の下端開口に設けられている金網４２と、ノズル本体４１の高さの中程に備えられている流出用逆止弁４３と、ノズル本体４１の上端に垂直下向きに取付けられかつ洗浄時等に逆止弁４３の弁棒と当接し逆止弁４３を開放するように押動するピストンロッド４４を有する弁開放用流体圧シリンダ４５とを備えている。定量シリンダ３２は、ノズル本体４１に接続管５１によって接続されている右端閉鎖水平筒状シリンダ本体５２と、シリンダ本体５２に内蔵されているピストン５３とを備えている。

シリンダ本体５２の上端には垂直状入口管６１が接続されている。入口管６１内には流入用逆止弁６２が備えられている。入口管６１の上端には弁開放用流体圧シリンダ６３が垂直下向きに取付けられている。先端部にダイヤフラムを有する流体圧シリンダ６３のピストンロッド６４は洗浄時等に逆止弁６２の弁棒と当接し逆止弁６２を開放するように押動する。入口管６１の高さの中程には供給管６５の出口端が接続されている。供給管６５の入口端は、充填液タンク６６に接続されている。

シリンダ本体５２とピストン５３の間には間隙が設けられている。この間隙は左右一対のダイヤフラム７１，７２によって閉鎖されている。

ピストン５３の頂壁には水平ピストンロッド７３の右端が連結されている。ピストンロッド７３には左端開口軸孔７４が形成されている。ピストンロッド７３にはガイド筒７５が摺動ブッシュ７６を介してはめ被せられている。

作動機構３３は、シリンダ本体５２の左端にブラケット８１を介して左向きに装備されているサーボモータ８２と、サーボモータ８２の出力軸の回転を直線往復動に変換してピストンロッド７３に伝達するボール・ねじ８３とを備えている。ボール・ねじ８３は、サーボモータ８２の出力軸にベルト８４を介して連結されかつガイド筒７５にベアリング８５を介して支持されているねじ棒８６と、ピストンロッド７３の軸孔７４開口縁部に固定されているナット８７とよりなる。

一次充填装置２１および二次充填装置２２の充填液タンク６６は、図示しないパイプラインにより、同一種類の充填液が供給されるようになっている。また、パイプラインを通じて、一次充填装置２１および二次充填装置２２に洗浄液が供給されるようになっており、その場合、流体圧シリンダ４５，６３の作動によって流出用および流入用逆止弁４３，６２が強制的に開かれる。

サーボモータ８２を正逆回転させることにより、ピストン５３が左右に往復動させられる。ピストン５３が左動すると、流入用逆止弁６２が開かれて、タンク６６から定量シリンダ３２に充填液が流入する。ピストン５３が右動すると、今度は、流出側逆止弁４３が開かれて、定量シリンダ３２から充填ノズル３１に充填液が送り込まれ、送り込まれた量に相当する充填液が充填ノズル３１から吐出される。

１サイクル当たりの充填量は、ピストン５３のストローク量に比例する。充填時の流速は、ピストン５３のストローク量および／またはストローク速度に比例する。サーボモータ８２の設定パルスを変更することにより、任意のピストン５３のストローク量および速度が得られる。

本実施例では、一次充填装置および二次充填装置の駆動源としてサーボモータを使用しているが、これに限るものではなく、例えばパルスモータのように制御装置からのパルスによって作動されるモータであれば使用することができる。さらに、モータの回転角度、ピストンの移動量等を検出する検出手段を設けることによって上記以外のモータであっても使用することが可能となる。

上記のように、本発明における一次充填装置および二次充填装置のそれぞれは、容器搬送経路の上方に配置されている充填ノズルと、ピストンを内蔵しかつピストンの往復動によって充填液を充填ノズルに送り込む定量シリンダと、前記ピストンを任意のストローク量および／または任意のストローク速度で往復動させる独立した駆動装置とを備えていることが好ましい。

また、本発明においては、上記のように、一次充填装置および二次充填装置における駆動装置は、モータと、モータの出力軸の回転運動を直線往復運動に変換してピストンに伝達させる作動機構とを備えており、制御手段による制御が、一次充填装置および二次充填装置のそれぞれのモータの設定パルスを変化させることにより行われるようになされることが好ましい。

そして、駆動装置にモータを使用した場合、モータに所定のパルスを設定することにより、一次充填装置および二次充填装置のそれぞれの充填量、充填時間、一次充填装置および二次充填装置の充填量の割合を任意の値に容易に設定することができ、また一次充填装置および二次充填装置の充填量の割合を任意の値に短時間で設定することができる。したがって、充填内容物の物性に対して最適な状態での機械の高速運転が可能になる。

本発明の高速液体充填機械によると、１つの容器に対して同一種類の充填液が一次充填装置および二次充填装置のそれぞれによって容器内容量より少ない充填量の充填液が別々に充填され、したがって、充填時間を短くしても、充填時の流速を増加させなくてもよく、容器内での泡立ちや液面の乱れ等の問題を生じさせることなく、機械の高速運転、例えば１時間当たり１２０００本以上の高速運転が可能となる。

さらに、本発明において、制御手段により、一次充填装置および二次充填装置の充填量の割合を制御する場合、充填される液体の性状等に応じて、一次充填装置による充填量が容器内容量の５０〜８０％に、二次充填装置による充填量が容器内容量の５０〜２０％にそれぞれ設定することができる。

例えば、清涼飲料水のような粘度の低い液体の場合、一次充填装置による充填量が二次充填装置による充填量より少ないと、二次充填装置による充填内容物の流速を一次充填装置による充填内容物の流速より速くする必要があり、容器開口部近くで内容物の泡立ちや液面の乱れを生じることとなる。また、一次充填装置による充填量が８０％を超えるように設定すると、一次充填装置による充填内容物の流速を可能な限り速くしても液体充填包装機は高速化が図れない。よって、一次充填装置による充填量が容器内容量の５０〜８０％に、二次充填装置による充填量が容器内容量の５０〜２０％に設定されることが好ましい。

また、牛乳のように清涼飲料水に比べて内容物の泡立ちや液面の乱れが生じやすい液体の場合、二次充填装置による充填内容物の流速を一次充填装置による充填内容物の流速よりもさらに遅くしてやる必要があり、また一次充填装置による充填内容物の流速もあまり速くすることができないことから、一次充填装置による充填量が容器内容量の６０〜７０％に、二次充填装置による充填量が容器内容量の４０〜３０％に設定されることが好ましい。

次に、実機により行ったテスト結果を説明する。機械は、容器搬送２列（図示は１列）で、各列容器２ピッチ送りのものである。容器は、一辺を７０ｍｍとする正方形の横断面をもつ内容量１０００ｃｃのものを用いた。充填液は、牛乳である。

一次充填装置２１によって６７０ｃｃを充填し、残りの３３０ｃｃを二次充填装置２２によって充填した。この場合、充填能力は、１６０００本／時間を達成した。同じ条件で、従来からの１つの充填装置のみで充填した場合、１２０００本／時間の充填能力が限界であったから、一次および二次充填を行うことにより、充填能力は約３３％向上した。

本発明の高速液体充填機械によれば、容器内での泡立ちや液面の乱れ等の問題を生じさせることなく、充填内容物の所定量を高速でかつ正確に充填することが可能となる。

本発明による高速液体充填機械の側面図である。同高速液体充填機械の充填ノズルの垂直縦断面図である。同高速液体充填機械の定量シリンダの垂直縦断面図である。

符号の説明

１１コンベヤ
２１一次充填装置
２２二次充填装置
Ｓ１一次充填ステーション
Ｓ２二次充填ステーション
Ｃ容器

Claims

一次充填ステーションおよび二次充填ステーションを有する機械フレームと、
有底角筒状紙容器を一次充填ステーションおよび二次充填ステーションで順次停止させるように２ピッチ分ずつ搬送するコンベヤと、
一次充填ステーションおよび二次充填ステーションにそれぞれ配置されている、一次充填装置および二次充填装置と、
一次充填装置および二次充填装置に同一種類の充填液をそれぞれ供給する供給手段と、
一次充填装置による充填量および二次充填装置による充填量の合計が容器内容量と等しくなるように一次充填装置および二次充填装置の充填量を制御する制御手段と、
を備えており、
一次充填装置および二次充填装置のそれぞれが、２つの容器に対応しうるように、容器搬送経路の上方に配置されている、垂直筒状ノズル本体を備えた２つの充填ノズルと、ピストンを内蔵しかつピストンの往復動によって充填液を２つの充填ノズルに送り込む２つの定量シリンダと、前記ピストンを任意のストローク量および／または任意のストローク速度で往復動させる独立した２つの駆動装置と、前記ピストンが後退するとき開かれて充填液を供給管から定量シリンダに流入させることができる２つの流入弁と、前記ピストンが前進するとき開かれて充填液を定量シリンダから充填ノズルに流出させることができる２つの流出弁と
を備えており、
前記駆動装置が、モータと、モータの出力軸の回転運動を直線往復運動に変換してピストンに伝達させる作動機構とを備えており、制御手段による制御が、一次充填装置および二次充填装置のそれぞれのモータの設定パルスを変化させることにより行われるようになされており、一次充填装置による充填量が二次充填装置による充填量より多くなるように各モータのパルスが設定されている、高速液体充填機械。
２つの充填ノズルがノズル本体の下端開口に設けられている金網を備えている、請求項１に記載の高速液体充填機械。
一次充填装置による充填量が容器内容量の６０〜７０％に、二次充填装置による充填量が容器内容量の４０〜３０％になるように各モータのパルスが設定されている、請求項１又は２に記載の高速液体充填機械。