JP4891350B2 - 充填マシンの調節可能なフローバルブ - Google Patents

Description

本発明は、容器に液体を充填するための装置に関する。

より詳細には、本発明は、実質的に管状のボディと、この管状のボディ内での軸方向の開成位置と軸方向の閉成位置との間での軸方向の摺動が制御されるストッパーとを具備するタイプの、容器に液体を充填するための装置であって、前記管状のボディ内には、液体供給チャンバが上側部分に設けられ、この液体供給チャンバから容器へと液体を流すためのノズルが軸方向の下端部に設けられ、また、管状のボディは、液体供給ダクトが供給オリフィスを介して液体供給チャンバ内へと通じているタイプであり、また、前記ストッパーは、閉成位置で、供給チャンバとノズルとの間に配置された係合座部に軸方向で載っている環状の支持面を有している装置に関する。

このタイプの装置は、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）のボトルを充填するための自動設備に主に使用される。

容器が液体で充填されるとき、使用者は、通常、液体の表面に泡が形成されるという問題に直面する。多くの液体は、容器中に充填されるときに、多かれ少なかれ泡立つ性質を有している。所定の液体の場合、泡立ち現象のサイズは、充填流量並びに容器の形状次第である。同一の容器の場合、充填流量が高いほど、多くの泡が形成される。

泡が消えると、容器は、収容するべき液体よりも少ない液体を収容し、従って計量が不正確である。

更に、泡が消えた後に容器内に残った空間部分は、空気、従って酸素を含み、これは、液体の適切な保存に悪影響を与え得る。即ち空間が小さいほど、保存が良好である。

従って、泡の発生は、充填速度に関する欠点である充填流量の低減をもたらすか、液体を溢れさせるという制約を加え、これは、満足できる解決策ではない。

このような問題を解決するために、ＷＯ-Ａ-００/２７７４３は、２つの別々の充填流量で動作することのできる充填装置を提案している。この充填装置は、２つの別々の充填流量に対応した２つの別々の開成位置を有するストッパーを備えている。このストッパーは、泡の発生を減じるために、充填動作の終了時に流量の値を減じることを可能にしている。

この充填装置は、所定の必要性を満たしはするが、あらゆる構造の容器、例えば夫々異なる形状の容器内の空間を最小限に抑えることを可能にしていない。

本発明は、連続的な形態で充填流量を変更するための手段を有する充填装置により、このような問題を解決することを提案している。

従って、本発明は、管状のボディの上側部分内に位置されストッパーと同軸の円筒形のバルブを有することと、この円筒形のバルブは、ストッパーが開成位置にあるときに、供給オリフィスを部分的に閉じることのできるストッパー型の周壁を有し、この周壁の閉じる面積は、円筒形のバルブの角度位置との関数であることと、円筒形のバルブは、周壁の閉じる面積を変更することにより供給流量の値を調整するように、軸線を中心として回動するように制御されることとを特徴とする、上述されたようなタイプの充填装置を提案している。

本発明の他の特徴に係われば、
前記円筒形のバルブは、管状のボディの上側部分の内径に実質的に等しい外径を有し、前記ストッパーと同軸で、上端が閉じられ下端が開いている管状部分を有している。また、前記供給オリフィスは、管状のボディの上側部分内へと径方向で開いている。また、閉塞用の前記周壁は、前記管状部分の軸方向の外壁からなっている。また、前記管状部分は、ストッパーが開成位置にあるときに、この管状部分の中央ダクトを介して供給ダクトを供給チャンバと連通させるように、供給オリフィスに実質的に面して位置された径方向の開口部を有している。

前記円筒形のバルブは、管状のボディの上側部分の内径に実質的に等しい外径を有する閉塞用のフィンガーを備え、前記ストッパーと同軸の管状部分を有している。また、閉塞用の前記周壁は、前記閉塞用のフィンガーの軸方向の外壁からなっている。また、前記供給ダクトは、ストッパーが閉成位置にあるときに閉じられる。また、管状部分の閉塞用のフィンガーは、供給チャンバとの連通を遮断するために供給オリフィスに実質的に面するように角度をなして位置される。

前記円筒形のバルブは、軸方向の移動において、ストッパーと接続されている。

前記円筒形のバルブは、回動において、円筒形のバルブの角度をなした回動が、ストッパーの角度をなした回動により制御されるように、ストッパーと接続されている。

前記円筒形のバルブは、前記支持面からノズル内で軸方向下方に延びているプランジャーコアを有している。

前記ノズルの下端部分は、凹型円錐台状の壁部を有し、この壁部の内径は、下方に向かうのに従って小さくなっている。また、前記プランジャーコアは、軸方向の下端部の所に、凹側円錐台状の壁部に実質的に平行な凸型円錐台状の面を有し、この凸型円錐台状の面の軸方向の下端は、ストッパーが閉成位置にあるときに、凹型円錐台状の壁部の軸方向の下端と実質的に径方向でアライメントされている。また、凸型円錐台状の面の軸方向の下端の直径は、ストッパーが閉成しているときに毛管現象により液体の上昇をもたらすのに十分な径方向のディメンションを有する環状のスペースを形成するように、凹型円錐台状の壁部の軸方向の下端の直径より短い。

前記支持面は、ストッパーのボディに装着され、エラストマーからなるリングに配置されている。

本発明の他の特徴並びに利点は、以下の詳細な説明を読み、この説明の理解のために添付図面を参照することにより、明らかになる。

以下の記載では、類似の又は同一の部材が、同じ参照符号で示されている。

図１ないし図４は、本発明の教示に従って構成された、容器に液体を充填するための装置１０を示している。

この充填装置１０は、この例では垂直軸線Ａ１に沿って延び、ほぼ円筒形のボア１６を上側部分１４に有した実質的に管状のボディ１２を備えている。

以下の説明では、非限定的な形態で、管状のボディ１２の軸線Ａ１に沿った垂直軸線方向が、使用される。

前記ボア１６は、管状のボディ１２に装着された横方向のキャップ１９により、軸方向の上端部の所で閉じられている。

管状のボディ１２は、軸方向の下端部の所にほぼ管状の部分を有し、この管状の部分は、充填装置１０の下に配置されるように与えられた容器（図示されず）へと前記供給チャンバ１８から液体を流すノズル２０を形成している。

液体供給ダクト２２が、この例では、管状のボディ１２の上側部分１４の軸に沿う外壁を貫通した径方向の供給オリフィス２４を介して、前記供給チャンバ１８中に通じている。

この充填装置１０は、管状のボディ１２内での軸方向の摺動が制御されるストッパー２６、即ちバルブ部材を有している。

この例で、ストッパー２６は、前記軸線Ａ１を中心とした回転体の形状を全体的に有している。

このストッパー２６は、軸方向の２つの最端位置間、即ち図２に示される上側の開成位置と、図１に示される下側の閉成位置との間で摺動する。

このストッパー２６は、ストッパー２６が閉成位置にあるときに、液体を前記ノズル２０に向けて移動させ得る環状の通路３２を密閉するように、係合座部３０を軸方向で押圧するように設けられている環状の支持面２８を有している。

前記係合座部３０は、前記供給チャンバ１８とノズル２０との間に配置された管状のボディ１２の中間部分３４に位置されている。

この係合座部３０は、内径が下方に向かうのに従って減少するほぼ凹型円錐台形状を有している。

前記支持面２８は、この例では、前記ストッパー２６のボディ３８に装着され、エラストマーからなるリング３６により形成されている。このリング３６は、閉成位置で、弾性変形により前記座部３０を押圧して閉じた部分をシールする外側フランジを形成している。

前記ストッパー２６のボディ３８は、この例では、前記キャップ１９を通って軸方向上方に延びている制御ロッド４０の軸方向の下端部に取着されている。

この制御ロッド４０は、制御ロッド４０を上下方向に摺動させることのできる制御手段（図示されず）、例えば空気圧シリンダーに接続される。

本発明の教示に係われば、この充填装置１０は、前記供給チャンバ１８内に位置され、前記ストッパー２６と同軸の円筒形のバルブ４２を有している。

この円筒形のバルブ４２は、ストッパー２６が開成位置にあるときに、前記供給オリフィス２４を部分的に閉じることのできる閉塞用の周壁４４を有している。この周壁４４の閉じる面積は、円筒形のバルブ４２の角度位置との関数である。

この円筒形のバルブ４２は、前記軸線Ａ１を中心とした回動が制御されて、前記周壁４４の閉じる面積を変更することにより供給流量の値を調整する。

図１ないし図４に示される実施形態に係われば、前記円筒形のバルブ４２は、前記供給チャンバ１８の内径にほぼ等しい外径を有し、前記ストッパー２６と同軸の管状部分４６を有している。

この円筒形のバルブ４２の管状部分４６は、ストッパー２６が開成位置にあるときに、この管状部分４６の中央ダクト５２を通して前記供給ダクト２２を供給チャンバ１８に連通させるように、前記供給オリフィス２４に実質的に面して位置される径方向の開口部５０を有している。

好ましくは、この径方向の開口部５０は、円形の断面の通路を有し、直径が供給オリフィス２４の直径に実質的に等しい。

前記閉塞用の周壁４４は、前記開口部５０の周りの管状部分４６の軸方向の外壁からなっている。

好ましくは、前記円筒形のバルブ４２は、前記制御ロッド４０に取着され、従って、円筒形のバルブは、軸方向移動と回動との両方において、ストッパー２６に接続されている。

従って、ストッパー２６と円筒形のバルブ４２とは、適切な軸方向の位置と角度位置とに同時に制御されることができる。

前記円筒形のバルブ４２が、ストッパー２６と一緒に前記ボア１６内で軸方向に摺動することに注意すべきである。

好ましい実施形態に係われば、前記ノズル２０の上部は、凹型の円筒壁部５４を有し、また、ノズル２０の下端部分は、凹型円錐台状の壁部５６を有し、この円錐台状の壁部の内径は、下方に向かうのに従って小さくなっている。

前記ストッパー２６は、ノズル２０内で前記支持面２８から軸方向下方へと延びているプランジャーコア５８を有している。

このプランジャーコア５８は、ノズル２０の凹型円錐台状の壁部５６にほぼ平行な凸型円錐台状の面６０を、軸方向の下端部の所に有している。

この凸型円錐台状の面６０の軸方向の長さは、凹型円錐台状の壁部５６の軸方向の長さよりも短い。

前記凸型円錐台状の面６０の軸方向の下端６２は、ストッパー２６が閉成位置にあるとき、凹型円錐台状の壁部５６の軸方向の下端６４とほぼ径方向でアライメントされている。

凸型円錐台状の面６０の軸方向の下端６２の直径は、凹型円錐台状の壁部５６の軸方向の下端６４の直径よりも短い。これにより、ストッパー２６が閉成しているとき、毛管現象により液体の上昇をもたらすのに十分である径方向のディメンションを有した環状のスペース６６が、形成される。

好ましくは、前記プランジャーコア５８は、下方に向かうのに従って直径が大きくなっている凸型円錐台状の中央部分６８を有している。

本発明に係わる充填装置１０の動作が、以下に説明される。

充填前は、ストッパー２６が、閉成位置（図１）にある。

ボトルが、前記ノズル２０の下に軸方向で位置されると、ストッパー２６は、供給チャンバ１８並びに供給ダクト２２内の前記座部３０の上方にある液体が、ノズル２０中へと降下するように、ロッド４０により開成位置（図２）へと制御される。

かくして、液体が、コア５８に沿ってコアの周りを流れる。

このコア５８が、泡の発生を最小限に抑えてボトルへの充填を加速させる層流タイプの流れを発生させるように液体の流れを案内することに、注意すべきである。

好ましくは、充填の始めに、円筒形のバルブ４２は、図２並びに図３に示される十分に開いた角度位置へと制御される。即ち、開口部５０が、供給オリフィス２４とアライメントされる。

充填の終了に向かって、円筒形のバルブ４２は、図４に示されるような最終的な角度位置へと、軸線Ａ１を中心として回動するように制御される。

円筒形のバルブ４２の回動中に、供給ダクト２２と開口部５０との間の液体の通路の断面積は、漸進的に減少する。これは、液体充填流量が漸進的に減少するように、円筒形のバルブ４２の周壁４４が、供給オリフィス２４を徐々に塞ぐためである。

充填流量のほぼ連続的な減少により、液体の流れの乱流が最小限に抑えられて、泡の発生が最小限に抑えられ得ることに、注意すべきである。

充填の終了時に、ストッパー２６が、閉成位置に制御され、ノズル２０への液体の流れをほぼ瞬間的に止める。

前記コア５８の下端部分の構造と、ノズル２０の下端部分の構造とのおかげで、ノズル２０の下端に達した液体が、環状のスペース６６内での毛管現象により上昇し得るため、充填が、完全に止まる。

図１ないし図４に示される実施形態に比べて、本発明に係わる充填装置１０が有する円筒形のバルブ１４２の別の実施形態が、以下に説明される。

好ましくは、この円筒形のバルブ１４２は、前記ストッパー２６と同軸であり、前記供給チャンバ１８内に位置されている。

従って、この円筒形のバルブ１４２は、ストッパー２６が開成位置にあるときに供給オリフィス２４を部分的に閉じることのできる閉塞用の周壁１４４を有している。この周壁１４４の閉じる面積は、円筒形のバルブ１４２の角度位置との関数である。

この円筒形のバルブ１４２は、周壁１４４の閉じる面積を変更することにより供給流量の値を調整するように、前記軸線Ａ１を中心として回動するように制御される。

図５ないし図７に示される別の実施形態に係われば、円筒形のバルブ１４２は、管状部分１４６を有し、この管状部分から、閉塞用のフィンガー１４３が径方向に延びている。

この管状部分１４６は、前記ストッパー２６と同軸であり、このストッパー２６の軸線Ａ１に芯合わせされることが好ましい。

この管状部分１４６は、前記ボディ１２の上側部分１４の円筒形のボア１６により規定されている供給チャンバ１８の内径よりも短い外径を規定している円筒形の外面１４５を有している。

環状の供給チャンバ１８の上側部分は、前記円筒形の外面１４５とボア１６とにより径方向が規定され、下方に、即ちノズル２０に向けて開いている。

前記閉塞用の周壁１４４は、垂直方向に延びている閉塞用のフィンガー１４３の軸方向の外面で構成され、この閉塞用のフィンガーの外径は、供給チャンバ１８の内径に実質的に等しい。

図５並びに図６に見られ得るように、前記円筒形のバルブ１４２は、十分に閉じた角度位置にあり、この角度位置は、閉塞用のフィンガー１４３が供給ダクト２２の供給オリフィス２４に実質的に面するように角度をなして位置された円筒形のバルブ１４２の位置に対応している。

供給オリフィス２４は、フィンガー１４３の周壁１４４により閉じられ、このフィンガーの周壁の幅は、少なくとも供給オリフィス２４の直径に等しい。

ストッパー２６が、開成位置にあるとき、円筒形のバルブ１４２の管状部分１４６とフィンガー１４３との角度をなした移動により、供給オリフィス２４が、十分に又は部分的に開かれ、供給ダクト２２が、管状部分１４６を囲んでいる供給チャンバ１８の上側部分と連通される。

好ましくは、円筒形のバルブ１４２は、制御ロッド４０に取着され、従って、軸方向の移動と回動との両方においてストッパー２６に接続され、ストッパー２６と共にボア１６内で軸方向に摺動する。

従って、ストッパー２６と円筒形のバルブ１４２とは、適切な軸方向の位置と角度位置とに同時に制御されることができる。

このため、円筒形のバルブ１４２を有した充填装置１０の動作は、上述されたものに類似している。

充填前に、ストッパー２６は、図５に示される閉成位置にある。

ボトルが、ノズル２０の下に軸方向で位置されると、ストッパー２６が、ロッド４０により開成位置（図示されず、図２に示されるのと類似する）に制御される。従って、供給チャンバ１８並びに供給ダクト２２内の座部３０の上方にある液体が、ノズル２０中へと降下する。

そして、液体が、泡の発生を最小限に抑えてボトルへの充填を加速させるために層流タイプの流れを形成するように液体の流れを案内するコア５８に沿ってコアの周りを流れる。

好ましくは、充填の始めに、円筒形のバルブ１４２は、図７に示される十分に開いた角度位置、即ち周壁１４４がボア１６に対面するように、フィンガー１４３が角度をなしてずれた位置に制御され、供給オリフィス２４が、チャンバ１８と十分に連通している。

充填の終了に向けて、円筒形のバルブ１４２は、図６に示される最終的な角度位置である以前の十分に閉じた位置に戻るように、軸線Ａ１を中心として回動するように制御される。

円筒形のバルブ１４２が回動する間、供給ダクト２２とチャンバ１８との間の液体の通路の断面積は、漸進的に減少する。これは、液体充填流量が漸進的に減少するように、円筒形のバルブ４２のフィンガー１４３の周壁１４４が、供給オリフィス２４を徐々に閉じるためである。

充填の終了時に、ストッパー２６は、ノズル２０へと向かう液体の流れをほぼ瞬間的に止める閉成位置に制御される。

平面１−１に沿った軸方向の断面図であり、ストッパーが閉成の軸位置にあり、円筒形のバルブが部分的に閉じた角度位置にあるときの本発明に係わる充填装置を示している。 平面２−２に沿った図１のものに類似した断面図であり、ストッパーが開成の軸位置にあり、円筒形のバルブがこのバルブの開口部を流体供給パイプとアライメントさせる角度位置にあるときの図１の充填装置を示している。 平面３−３に沿った断面図であり、図１の充填装置を図２の構造で示している。 図３のものに類似した図であり、円筒形のバルブが、部分的に閉じた角度位置にあるときの図１の充填装置を示している。 円筒形のバルブの別の実施形態を示す図１に類似した軸方向の断面図であり、ストッパーが閉成位置にあり、円筒形のバルブが十分に閉じた角度位置にあるときの本発明に係わる充填装置を示している。 平面６−６に沿った断面図であり、充填装置を図５の構造で示している。 図６に類似した断面図であり、円筒形のバルブが十分に開いた角度位置にあるときの図５の充填装置を示している。

Claims (8)

1. 管状のボディ（１２）と、
   この管状のボディ（１２）内での軸方向の開成位置と軸方向の閉成位置との間での軸方向の摺動が制御されるストッパー（２６）とを具備し、
   前記管状のボディ（１２）内には、液体供給チャンバ（１８）がこの管状のボディ（１２）の上側部分（１４）に設けられ、また、前記管状のボディ（１２）の軸方向の下端部には、前記液体供給チャンバ（１８）から容器へと液体を流すためのノズル（２０）が設けられ、また、液体供給ダクト（２２）が、供給オリフィス（２４）を介して前記液体供給チャンバ（１８）内へと通じており、また、前記ストッパー（２６）は、前記閉成位置で、前記液体供給チャンバ（１８）と前記ノズル（２０）との間に配置された係合座部（３０）に軸方向で載っている環状の支持面（２８）を有する、容器に液体を充填するための装置（１０）において、
   前記管状のボディ（１２）の前記上側部分（１４）内に位置され前記ストッパー（２６）と同軸の円筒形のバルブ（４２，１４２）を具備することと、
   この円筒形のバルブ（４２，１４２）は、前記ストッパー（２６）が開成位置にあるときに、前記供給オリフィス（２４）を部分的に閉塞することのできるストッパー型の周壁（４４，１４４）を有し、この周壁（４４，１４４）の閉塞する面積は、前記円筒形のバルブ（４２）の角度位置との関数であることと、
   前記円筒形のバルブ（４２，１４２）は、前記周壁（４４，１４４）の前記閉塞する面積を変更することにより供給流量の値を調整するように、前記円筒形のバルブ（４２，１４２）の軸線（Ａ１）を中心として回動するように制御されることとを特徴とする装置（１０）。
2. 前記円筒形のバルブ（４２）は、前記ストッパー（２６）と同軸であり、かつ前記管状のボディ（１２）の前記上側部分（１４）の内径に等しい外径を有する管状部分（４６）を備え、この管状部分（４６）は、上端が閉じられ下端が開いていることと、
   前記供給オリフィス（２４）は、前記管状のボディ（１２）の前記上側部分（１４）内へと径方向に開いていることと、
   閉塞する前記周壁（４４）は、前記管状部分（４６）の軸方向の外壁からなることと、
   前記管状部分（４６）は、この管状部分（４６）の中央ダクト（５２）を介して前記液体供給ダクト（２２）を前記液体供給チャンバ（１８）に連通させるように、前記ストッパー（２６）が開成位置にあるときに、前記供給オリフィス（２４）に面して位置される径方向の開口部（５０）を有することとを特徴とする請求項１の装置（１０）。
3. 前記円筒形のバルブ（１４２）は、前記ストッパー（２６）と同軸の管状部分（１４６）を有し、この管状部分（１４６）は、前記管状のボディ（１２）の前記上側部分（１４）の内径に等しい外径を有する閉塞用のフィンガー（１４３）を備えていることと、
   閉塞する前記周壁（１４４）は、前記閉塞用のフィンガー（１４３）の軸方向の外壁からなることと、
   前記液体供給ダクト（２２）は、前記ストッパー（２６）が閉成位置にあるときに、閉じられ、前記管状部分（１４６）の前記閉塞用のフィンガー（１４３）は、前記液体供給チャンバ（１８）との連通を遮断するために、前記供給オリフィス（２４）に面するように角度をなして位置されることを特徴とする請求項１の装置（１０）。
4. 前記円筒形のバルブ（４２，１４２）は、軸方向の移動において、前記ストッパー（２６）と接続されている請求項１ないし３のいずれか１の装置（１０）。
5. 前記円筒形のバルブ（４２）は、回動において、前記軸線（Ａ１）を中心とした前記円筒形のバルブ（４２，１４２）の回動が、この円筒形のバルブ（４２，１４２）と同軸の前記ストッパー（２６）の回動により制御されるように、前記ストッパー（２６）と接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１の装置（１０）。
6. 前記ストッパー（２６）は、前記支持面（２８）から前記ノズル（２０）内で軸方向下方に延びているプランジャーコア（５８）を有していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１の装置（１０）。
7. 前記ノズル（２０）の下端部分は、凹型円錐台状の壁部（５６）を有し、この壁部の内径は、下方に向かうのに従って小さくなっていることと、
   前記プランジャーコア（５８）は、このプランジャーコアの軸方向の下端部の所に、前記凹型円錐台状の壁部（５６）に平行な凸型円錐台状の面（６０）を有することと、
   この凸型円錐台状の面（６０）の軸方向の下端（６２）は、前記ストッパー（２６）が閉成位置にあるときに、前記凹型円錐台状の壁部（５６）の軸方向の下端（６４）と径方向でアライメントされていることと、
   前記凸型円錐台状の面（６０）の軸方向の下端（６２）の直径は、前記ストッパー（２６）が閉成しているときに、毛管現象により液体の上昇をもたらすのに十分である径方向のディメンションを有する環状のスペース（６６）を形成するように、前記凹型円錐台状の壁部（５６）の軸方向の下端（６４）の直径より小さいこととを特徴とする請求項６の装置（１０）。
8. 前記支持面（２８）は、前記ストッパー（２６）のボディ（３８）に装着され、エラストマーからなるリング（３６）に形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１の装置（１０）。

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