JP4744889B2 - 回転式充填装置の洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、飲料水等の液をＰＥＴボトルや缶ボトル等の容器に充填する回転式充填装置の洗浄装置に関する。

飲料水等の液をＰＥＴボトルや缶ボトル等の容器に充填するには、通常回転式充填装置が用いられ、回転する円板の外周部に設けられた複数個の充填バルブを通して、同円板がほぼ１回転する間に容器に充填している。衛生面から１日の充填作業を終えた後、充填装置の接液部を洗浄水で洗浄している。このために、充填装置は充填バルブの下端に開口する洗浄水の戻り通路を備えていて、充填バルブの下端に洗浄カップを取付けて、飲料液の吐出口と洗浄水の戻り通路を連通させ、飲料水等の液の貯液タンクに洗浄水を入れて液通路、洗浄カップ、洗浄水戻り通路、排液タンクを通って貯液タンクに戻る回路を循環させて洗浄する。

図１０は従来の充填バルブ５０の断面図で、充填バルブ５０はバルブ本体５１をブラケット５２によって図示せぬ回転円板に取付けられている。５３は上部が飲料液の貯液タンクと連通する液通路で、下部はバルブ本体５１下端のノズル部５１ａの下面に開口するノズル６０に繋がっている。５４は下端に弁体５４ａを有する弁棒で、シリンダ５５によって上下動し、液通路５３を開閉する。５６は下端がノズル６０の外側に環状に開口する洗浄液の戻り通路で、上部は排液タンクに繋がっており、５７はノズル部５１ａに突設された３本のピンで、５８は鉤型の溝５８ａを有し、この溝５８ａをピン５７に嵌めて上昇させた後水平に回転させて止めた洗浄カップである。
この洗浄カップの充填バルブへの脱着は従来、人手によって取付けており、この労力を削減するために、種々の自動取付装置、例えば特許文献１（特許第３４５万４２９３号公報）が提案されている。

特許第３４５４２９３号公報（図１）

特許文献１に示す洗浄システムは洗浄カップの自動着脱システムであるが，充填装置側に組込まれる着脱装置の構成部材が多いため充填装置側の構成を複雑にするとともに、洗浄カップの支持部材及び同支持部材の昇降機構等が充填装置の内部に配置されているため、汚染されやすく、又洗浄カップの供給、取出しに要する動作が複雑で、多くの行程を要するとともに、大きな設置スペースを必要とし、着脱に要する時間が掛かるという課題がある。
本発明は、洗浄カップの着脱装置の構成部材を充填装置側に組込むことなく、簡潔な構成で、設置スペースの小さい洗浄カップの自動着脱装置を提供することを目的としている。

上記の課題に対し、本発明は以下の各手段により解決を図る。
（１）洗浄水の戻り通路を有する充填バルブを備えた回転式充填装置の洗浄装置であって、前記回転式充填装置の外周部から離れた位置に配設された架台上に固設された洗浄カップ脱着用ロボットと、該ロボットのアームの先端に固定されたカップホルダと、前記充填バルブの下端に着脱可能な洗浄カップと、前記回転式充填装置とロボットの間で、前記架台上に固設されて洗浄カップを載置するカップラックとより構成され、前記洗浄カップ脱着用ロボットは、前記カップラックに載置されている洗浄カップを前記カップホルダによって把持して前記充填バルブに装着し、前記充填バルブに装着されている前記洗浄カップを前記カップホルダによって把持して取り外し前記カップラックに載置し、前記洗浄カップは、上部内径側に面取りを有する外筒と、該外筒に適宜の範囲で摺動自在に内嵌装され上部に内径側端が凹球面状に径が狭まる複数の孔を放射状に有するとともに、下面に円形穴を備えた底壁付きの内筒と、前記外筒と内筒を離れる方向に付勢する圧縮ばねと、前記複数の孔に嵌められた複数の鋼球とで構成され、前記鋼球は圧縮ばねが伸びたときは内筒の内壁面より突出し、圧縮ばねが縮んだときは内筒の内壁面より内側に移動できるようにした回転式充填装置の洗浄装置。

（２）洗浄水の戻り通路を有する充填バルブを備えた回転式充填装置の洗浄装置であって、前記回転式充填装置の外周部から離れた位置に配設された架台上に固設された洗浄カップ脱着用ロボットと、該ロボットのアームの先端に固定されたカップホルダと、前記充填バルブの下端に着脱可能な洗浄カップと、前記回転式充填装置とロボットの間で、前記架台上に固設されて洗浄カップを載置するカップラックとより構成され、前記洗浄カップ脱着用ロボットは、前記カップラックに載置されている洗浄カップを前記カップホルダによって把持して前記充填バルブに装着し、前記充填バルブに装着されている前記洗浄カップを前記カップホルダによって把持して取り外し前記カップラックに載置し、前記カップホルダは、前記ロボットのチャック部に固定されたベースブロックに固設され先端に上向きの突起を有する下ホルダプレートと、前記ベースブロックに固設されたエアチャックのフィンガの一方に固定され、先端に平面形が二股状に開いて半円弧状の下向きの受座を備えた上ホルダプレートとより成り、前記下ホルダプレートの突起を前記洗浄カップの下面の円形穴に、前記上ホルダプレートの受け座を洗浄カップの上面の外周部と係合させて把持するようにした回転式充填装置の洗浄装置。

（３）洗浄水の戻り通路を有する充填バルブを備えた回転式充填装置の洗浄装置であって、前記回転式充填装置の外周部から離れた位置に配設された架台上に固設された洗浄カップ脱着用ロボットと、該ロボットのアームの先端に固定されたカップホルダと、前記充填バルブの下端に着脱可能な洗浄カップと、前記回転式充填装置とロボットの間で、前記架台上に固設されて洗浄カップを載置するカップラックとより構成され、前記洗浄カップ脱着用ロボットは、前記カップラックに載置されている洗浄カップを前記カップホルダによって把持して前記充填バルブに装着し、前記充填バルブに装着されている前記洗浄カップを前記カップホルダによって把持して取り外し前記カップラックに載置し、前記カップラックは、２枚の板を上下に適宜の距離を隔てて結合し、それぞれに必要数の矩形孔を設けて成り、前記洗浄カップを軸を水平にして嵌めて支持するようにした回転式充填装置の洗浄装置。

上記構成の本発明の洗浄装置は、充填装置の回転円板の外周側の近傍に洗浄カップを載置するカップラック及びロボットを配設するので，洗浄カップが移動する距離が短く，着脱の時間が短くなるとともに，設置スペースを小さくすることが出来る。
洗浄カップは、相対的に接近、離反運動を行う内筒と外筒で成っているが、構造は簡潔で、カップホルダによる取扱いは簡単で、カップホルダから離すと鋼球の動きは機械的に拘束されるので確実に装着できる。充填機側には充填バルブの下端のノズル部に断面が円弧状の環状の溝を設けるのみでよい。
カップホルダは２つのホルダプレートの接離運動のみの機能を持つ簡単な構造で、洗浄カップの装着に必要な複雑な運動はロボットで行うことが出来る。
上記部材は充填装置外に配設されるので、充填装置を複雑にすることはなく、衛生面で不具合を生ずることがない。

本発明の回転式充填装置の洗浄装置に関する実施の形態を図１〜図９によって説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る回転式充填装置の洗浄装置の配置を示す平面図、図２は図１のＡ矢視図、図３は本発明の洗浄装置を摘要する充填バルブの下部の断面図、図４（ａ）は本発明の洗浄装置に用いる洗浄カップの自由状態、及び、充填バルブに装着時の断面図、図４（ｂ）は本発明の洗浄装置に用いる洗浄カップを充填バルブに装着する直前の断面図、図５は本発明の洗浄装置に用いるカップホルダの側面図（図２のＢ部詳細図）、図６は本発明の洗浄装置に用いるカップホルダの平面図、図７は本発明の洗浄装置に用いるカップラックの平面図、図８は図２のＣ部詳細図、図９は図８のＤ矢視図である。

１は充填装置５の回転円板、２は回転円板１の外周部に円周方向に等間隔に配設された充填バルブ、３は充填バルブ２を支持するブラケットである。充填バルブ２は、従来例の充填バルブ５０と同様に洗浄液の戻り通路２ｂを有するノズル部２ａ、同ノズル部２ａの円筒壁部の外周面に図４に示す洗浄カップ４０の鋼球４５と係合する断面が円弧の環状の円弧溝２ｃが設けられている。

１０は洗浄装置で、１１は洗浄装置１０の架台、１５はハンドリング作業等に使用されている人間の腕サイズの６軸のロボット、２０はロボット１５のアーム１５ｂの先端のチャック部１５ａに六角穴付ボルト１６で螺着されたカップホルダ、３０は洗浄カップ４０を載置するカップラック、４０は洗浄カップである。
架台１１はアングルと角パイプで組まれたフレームで、回転式充填装置５の回転円板１より低い位置の後側に上段プレート１１ａを、更に下がった位置の前側に下段プレート１１ｂを備えていて、上段プレート１１ａにロボット１５を、下段プレート１１ｂにカップラック３０を配設している。

洗浄カップ４０を図４よって説明する。図４（ａ）は洗浄カップ４０の自由状態、及び、洗浄カップ４０を充填バルブ２に装着したときの断面図、図４（ｂ）は充填バルブ２に装着する直前の状態の断面図である。
両図に於いて、４１は外筒、４２は外筒４１に摺動自在に内嵌装された内筒、４３は圧縮ばね、４４はＣ形止め輪、４５は鋼球、４６はＶパッキンである。 外筒４１の内径側は、上部が小径で、下部が大径の摺動面となっていて、上部の小径部には下側が開く環状のばね室４１ａが設けられており、又内径側上部は若干大きい面取り４１ｂが施されており、下部の大径部の下側にはＣ形止め輪４４用の溝が設けられている。

内筒４２は底壁付きで、上部は厚肉で下部には大径のフランジ４２ａを備えている。厚肉部の内径側上端は軸心に対して角度の小さい面取りがなされ、その下側には円周方向に等分に半径方向に向った複数（図では６個）の孔４２ｂが設けられ、この孔４２ｂの内径側への開口部は凹球面状に径を狭められている。即ち、この孔４２ｂに嵌められる僅かに径の小さい鋼球（プランジャボール）４５は、内筒４２の外側からは嵌められた際、軸中心側には僅かに先端を突出すことは出来るが通過することは出来ないようなサイズになっている。また孔４２ｂの下側には軸中心向きに開くＶパッキン４６用の溝４２ｃが設けてあり、Ｖパッキン４６が内嵌装されている。又、底壁の下面中央部には浅い円形穴（断面は上向きの台形）４２ｄが設けられている。
内筒４２は孔４２ｂに鋼球４５を入れて上部を外筒４１の小径部に、下部フランジ４２ａには圧縮ばね４３を載せて外筒４１の大径部に内嵌装され、Ｃ形止め輪４４で図４（ａ）のように止められている。

洗浄カップ４０は自由状態では、図４（ａ）に示すように、圧縮ばね４３が伸びて内筒４２のフランジ４２ａの下面がＣ形止め輪４４に当接して止っており、鋼球４５は外筒４１の内壁によって押され内筒４２の内壁から突出した状態となっており、充填バルブ２の下端に装着された状態と同じになっている。
又、外筒４１と内筒４２を上下から挟んで押すと、圧縮ばね４３は縮んで図４（ｂ）に示すように、外筒４１の上部の面取４１ｂが鋼球４５の下部に対向する位置に来て、鋼球４５は外側に移動可能となって、内筒４２の内径側は内径一杯に物を挿入することが出来る状態となる。充填バルブバルブ２の下端からこの状態で上昇して嵌められる。

カップホルダ２０を図５及び図６によって説明する。図５はロボット１５のアーム１５ｂの先端のチャック部１５ａに装着されたカップホルダ２０が洗浄カップ４０を把持して充填ノズ２に装着しようとしているところを示す側面図であり、図６はカップホルダ２０の平面図である。
両図に於いて、２１は複数の六角穴付ボルト１６でロボット１５のチャック部１５ａに螺着されたベースブロック、２２は菱形のブラケット２２ａを介してベースブロック２１に固設された下ホルダプレート、２３はベースブロック２１に螺着されたアクチュエータ（本実施の形態では、２爪タイプのエアチャック。以降はエアチャックと称す。）、２４はエアチャック２３に螺着された上ホルダプレート、２５はエアチャック２３用のエア配管である。

エアチャック２３は先端に平行して突出する上下２本のフィンガ２３ａを、後端に位置調整用のアジャスタ２３ｂを備えており、２本のフィンガ２３ａは平行の姿勢を保って上下に接離運動をするようになっているが、上側のフィンガ２３ａに上ホルダプレートが螺着され、下側のフィンガ２３ａには何も着けずに自由にしてある。
図５のように、上ホルダプレート２４の先端は二股に分れ、かつ上下２段になっていて、上部受座２４ａと下部受座２４ｂの２つの半円弧で成る凹部が形成されており，下部受座２４ｂの径は洗浄カップ４０の外筒４１の径より僅かに大きく、上部受座２４ａの径は下部受座２４ｂより適宜に小さく、充填バルブ２の上部ノズル部２ｄの外径より大きくなっていて、上部受座２４ａの下面２４ｃにより洗浄カップ４０に対する下向きの受座を形成している。
下ホルダプレート２２の先端部は巾を狭め、その端部には洗浄カップ４０の下面に当接してこれを支持する円形スタッド２２ｂが設けられており、円形スタッド２２ｂの上面には洗浄カップ４０の下面の円形穴４２ｄと係合する断面が台形の低い突起２２ｃが設けられている。

カップホルダ２０は、ベースブロック２１に固定された下ホルダプレート２２に対して、上ホルダプレート２４を接近、離反させる機能を有するのみで、カップラック３０に軸を水平に載置された洗浄カップ４０を把持することは出来るが、充填バルブ２への着脱に必要な移動および姿勢を変える動作はロボット１５の機能に依存している。

カップラック３０を図７〜図９によって説明する。図７はカップラック３０の平面図、図８は図２のＣ部詳細で、カップラック３０への洗浄カップ４０の脱着を示す要部の断面図、図９は図８のＤ矢視図である。
これらの図において、３１及び３２はそれぞれステンレス鋼板製の上板及び下板、３３は下板３２の下面に固設された複数本（図では３本）の補強チャンネル、３４はスペーサ、３５は架台１１の下段プレート１１ｂに固設された位置決め用のピン、３６はグリップ付ボルトである。
上板３１及び下板３２は、補強チャンネル３３が通る位置でスペーサリングを挟むボルト及びナットよりなるスペーサ３４によって所定の間隔に保たれており、両者にはそれぞれ複数（図は７２個の場合を示す）の矩形孔３１ａ及び３２ａが同じ位置を中心として設けられている。
図９に示すように、矩形孔３１ａの長さ（長辺）は洗浄カップ４０の直径より短く、巾（短辺）は洗浄カップ４０の自由状態（図４（ａ））の高さより僅かに大きくなっている。洗浄カップ４０はこの矩形孔３１ａに嵌められるが、嵌められる深さは矩形孔３１ａの長辺の長さで規制される。下板３２の矩形孔３２ａは、上板３１の矩形孔３１ａに嵌まった洗浄カップ４０が傾斜しないように支える孔で、長さ及び巾は何れも孔３１ａより小さくなっている。

カップラック３０は、下板３２の一端に設けられた位置決め用のＶ形溝３２ｂを架台１１の下段プレート１１ｂに固設された位置決め用のピン３５に嵌めてグリップ付ボルト３６で取り付ける。

ロボット１５は、チャック部１５ａに取付けられたカップホルダ２０の上ホルダプレート２４と下ホルダプレート２２（以下両者を上下ホルダープレートと呼ぶ）を開いた状態で、かつ垂直に下方に向けて、カップラック３０に図４（ａ）の状態で載置されている洗浄カップ４０の位置に移動させ（図８〜図９の２点鎖線参照）、上下ホルダプレートを閉じる方向に移動して戦場カップ４０を把持する。上ホルダプレート２４の下部受座２４ｂは洗浄カップ４０の外筒４１の上面外周部と係合し、下ホルダプレート２２の円形スタッド２２ｂは洗浄カップ４０の内筒４２の下面に当接するとともに突起２２ｃを内筒４２の円形穴４２ｄと係合させて洗浄カップ４０を把持する（図８）。洗浄カップ４０は図４（ｂ）に示す状態となり、鋼球４５は外側に自由に動ける状態となる。ロボット１５のアーム１５ｂを上方へ移動して、洗浄カップ４０をカップラック３０から取出し、次いでアーム１５ｂを図２において時計方向に移動する。次いで上下ホルダプーレトを水平な姿勢で充填バルブ２の下に移動して上昇させ、内筒４２を充填バルブ２のノズル部２ａに嵌め、鋼球４５をノズル部２ａの円弧溝２ｃと同じ高さに合わせる。次いで、下ホルダプレート２２を動かさないようにしてエアチャック２３のフィンガ２３ａ、２３ａを開く。上ホルダプレート２４の開く動作に伴い、外筒４１は圧縮ばね４３により、内筒４２より離れて行くことにより、鋼球４５は外筒４１の内壁面に押されて内筒４２の内側に突出して円弧溝２ｃと係合して、図４（ａ）の状態になる。次いで、上下ホルダプレートを水平方向に退避した後、図２において反時計方向に移動させて、姿勢を垂直に変えながらカップラック３０の次の洗浄カップ４０の位置に移動させ、カップホルダ２０で把持して、前記と同様の順序で洗浄カップ４０を次の充填バルブに装着する。取出す洗浄カップ４０の順序の制限は特にないが、全体としてカップホルダの運動距離が短くなるように決めるのが好ましい。以下、同様の動作を繰返して全部の洗浄カップ４０の充填バルブへの装着を終える。
洗浄カップ４０を充填バルブ２から取外す動作は、上述の取付の動作を逆の順に行えばよく、説明は省略する。

洗浄カップ４０を装着する動作の態様は幾つかあり、これを説明する。
図１に於いて、１点鎖線Ｌは回転円板１の中心とロボット１５の回転中心を結ぶ線で、洗浄カップ４０の装着の基準位置（又は線）とする。
第１の態様は、複数（図１は４個の場合を示す）の充填バルブ２を基準線Ｌに対称に移して停止させ、この４個の充填バルブ２に対してロボット１５で洗浄カップ４０を装着した後、回転式充填装置５を動かして次の４個の充填バルブ２を基準線Ｌの位置にを移動させる方法である。
第２の態様は、基準線Ｌ上に停止させた１個の充填バルブ２に洗浄カップ４０を装着後、回転式充填装置５を動かして次の１個を移動させる方法である。
第３の態様は、回転式充填装置５を低速で回転させておき、基準線Ｌを通過中の動いている充填バルブ２に対してロボット１５によってカップホルダ２０を追従させながら装着する方法である。
洗浄カップ４０の装着は何れの様態によっても支障なく，運転は制御装置によって自動的に行われる。

本発明の実施の形態に係る回転式洗浄装置の配置を示す平面図である。 図１のＡ矢視図である。 本発明の洗浄装置を適用する充填バルブの下部の断面図である。 本発明の洗浄装置に用いる洗浄カップで、（ａ）は洗浄カップの自由状態、及び、充填バルブに装着時の断面図、（ｂ）は洗浄カップを充填バルブに装着する直前の断面図である。 本発明の洗浄装置に用いるカップホルダの側面図（図２のＢ部詳細）である。 本発明の洗浄装置に用いるカップホルダの平面図である。 本発明の洗浄装置に用いるカップラック３０の平面図である。 カップラックへの洗浄カップの脱着状態を示すの断面図（図２のＣ部詳細）である。 図８のＤ矢視図である。 従来の充填バルブの断面図である。

符号の説明

２ 充填バルブ
２ｂ 戻り通路
１０ 回転式充填装置の洗浄装置
１１ 架台
１５ ロボット
２１ ベースブロック
２０ カップホルダ
２２ 下ホルダプレート
２２ａ ブラケット
２３ エアチャック
２３ａ フィンガ
２４ 上ホルダプレート
３０ カップラック
３１ 上板
３１ａ 矩形孔
３２ 下板
３２ａ 矩形孔
４０ 洗浄カップ
４１ 外筒
４２ 内筒
４２ｂ 孔
４２ｃ 溝
４２ｄ 円形穴
４３ 圧縮ばね
４５ 鋼球

Claims (3)

1. 洗浄水の戻り通路を有する充填バルブを備えた回転式充填装置の洗浄装置であって、前記回転式充填装置の外周部から離れた位置に配設された架台上に固設された洗浄カップ脱着用ロボットと、該ロボットのアームの先端に固定されたカップホルダと、前記充填バルブの下端に着脱可能な洗浄カップと、前記回転式充填装置とロボットの間で、前記架台上に固設されて洗浄カップを載置するカップラックとより構成され、
   前記洗浄カップ脱着用ロボットは、前記カップラックに載置されている洗浄カップを前記カップホルダによって把持して前記充填バルブに装着し、前記充填バルブに装着されている前記洗浄カップを前記カップホルダによって把持して取り外し前記カップラックに載置し、
   前記洗浄カップは、上部内径側に面取りを有する外筒と、該外筒に適宜の範囲で摺動自在に内嵌装され上部に内径側端が凹球面状に径が狭まる複数の孔を放射状に有するとともに、下面に円形穴を備えた底壁付きの内筒と、前記外筒と内筒を離れる方向に付勢する圧縮ばねと、前記複数の孔に嵌められた複数の鋼球とで構成され、前記鋼球は圧縮ばねが伸びたときは内筒の内壁面より突出し、圧縮ばねが縮んだときは内筒の内壁面より内側に移動できるようにしたことを特徴とする回転式充填装置の洗浄装置。
2. 洗浄水の戻り通路を有する充填バルブを備えた回転式充填装置の洗浄装置であって、前記回転式充填装置の外周部から離れた位置に配設された架台上に固設された洗浄カップ脱着用ロボットと、該ロボットのアームの先端に固定されたカップホルダと、前記充填バルブの下端に着脱可能な洗浄カップと、前記回転式充填装置とロボットの間で、前記架台上に固設されて洗浄カップを載置するカップラックとより構成され、
   前記洗浄カップ脱着用ロボットは、前記カップラックに載置されている洗浄カップを前記カップホルダによって把持して前記充填バルブに装着し、前記充填バルブに装着されている前記洗浄カップを前記カップホルダによって把持して取り外し前記カップラックに載置し、
   前記カップホルダは、前記ロボットのチャック部に固定されたベースブロックに固設され先端に上向きの突起を有する下ホルダプレートと、前記ベースブロックに固設されたエアチャックのフィンガの一方に固定され、先端に平面形が二股状に開いて半円弧状の下向きの受座を備えた上ホルダプレートとより成り、前記下ホルダプレートの突起を前記洗浄カップの下面の円形穴に、前記上ホルダプレートの受け座を洗浄カップの上面の外周部と係合させて把持するようにしたことを特徴とする回転式充填装置の洗浄装置。
3. 洗浄水の戻り通路を有する充填バルブを備えた回転式充填装置の洗浄装置であって、前記回転式充填装置の外周部から離れた位置に配設された架台上に固設された洗浄カップ脱着用ロボットと、該ロボットのアームの先端に固定されたカップホルダと、前記充填バルブの下端に着脱可能な洗浄カップと、前記回転式充填装置とロボットの間で、前記架台上に固設されて洗浄カップを載置するカップラックとより構成され、
   前記洗浄カップ脱着用ロボットは、前記カップラックに載置されている洗浄カップを前記カップホルダによって把持して前記充填バルブに装着し、前記充填バルブに装着されている前記洗浄カップを前記カップホルダによって把持して取り外し前記カップラックに載置し、
   前記カップラックは、２枚の板を上下に適宜の距離を隔てて結合し、それぞれに必要数の矩形孔を設けて成り、前記洗浄カップを軸を水平にして嵌めて支持するようにしたことを特徴とする回転式充填装置の洗浄装置。

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