JP4937606B2 - ロータリ型充填弁 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、高粘度の液体や果肉等の固形物を混入した食品のような液体、または半液状物を、容器に一定量ずつ充填するのに用いられるロータリ型充填装置に関し、特にロータリ型充填装置に装着されるロータリ型充填弁に関する。

従来から、液体や半液状物を容器に一定量ずつ充填するためのロータリ型充填弁が知られている。このロータリ型充填弁は、入口と出口とを備えたバルブチャンバを構成するケーシングと、このケーシングのバルブチャンバ内周に沿って回転可能に配置されシリンダ室を構成する回転体と、この回転体を回転させる回転手段とを備えている。そして、シリンダ室内に配置されるシャトル型のピストンの両端面を、回転体の外周面形状に合わせて曲面としたロータリ型充填弁が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ケーシングの出口付近に付着した液体や固形物等を吹き落とすために、空気吹出口を出口に臨むように設けた充填装置が提案されている（例えば、特許文献２）。
特許第３０３０４９２号 特開平９−３２３７０５号

前記特許文献１に係るロータリ型充填弁は、液状の食品等を充填する際、ピストンのケーシング出口側の端面に液体等の充填物が付着する（図３（ａ））。そして、ピストンの端面に充填物が付着したまま回転体３７を回転させると（図３（ｂ））、ピストンの端面に付着した充填物がケーシング３４の出口周縁の内壁面によって削り取られて落下するという液だれ現象が発生する。また、充填物が高粘度の液体や果肉等の固形物を混入した食品のような液体の場合、ケーシングの内壁面によって削り取られた付着物が相当量ケーシング内壁面に蓄積された後一気に落下する。そして、このような充填弁を、コンベアで搬送されている容器への充填物の充填、施蓋、密封といった一貫工程を備えた充填包装機械に用いた場合、液だれによる滴が容器のシール面に落ちて、シール面が汚れるとともにシール不良を引き起こす問題が生じる。また、液だれが相当量発生すると定量精度が損なわれる問題も生じる。

また、前記特許文献２に係る充填装置では、別途にコンプレッサーを設ける必要があるために、装置の構造が複雑になる問題がある。

そこで、本発明では、装置を複雑な構造にすることなく、液だれを防ぐことで、容器の汚れやシール不良を防ぐことができ、定量精度や衛生面を向上できる液状の食品等を充填するロータリ型充填装置、特にロータリ型充填装置に装着されるロータリ型充填弁を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討し、請求項１に係る発明では、径方向の相互に対向する位置に入口と出口とを備えた断面円形のバルブチャンバを構成するケーシングと、このケーシングのバルブチャンバ内周に沿って回転可能に配置され、入口と出口に同時に連通可能なシリンダ室を構成する回転体と、この回転体をシリンダ室が入口と出口に連通するよう略１８０度ずつ回転させる回転手段と、シリンダ室に配置され、このシリンダ室内をシリンダ室の軸方向に往復動自在なシャトル型のピストンとから成るロータリ型充填弁において、ピストンの両端面に凹部が形成されているロータリ型充填弁として構成した。

請求項２に係る発明では、凹部が平面から成るロータリ型充填弁として構成した。

本発明のロータリ型充填弁を用いれば、装置を複雑な構造にすることなく、液だれを防ぐことができる。そのために、容器の汚れやシール不良を防ぐことができ、定量精度や衛生面を向上できる。

本発明のロータリ型充填弁としては、径方向の相互に対向する位置に入口と出口とを備えた断面円形のバルブチャンバを構成するケーシングと、このケーシングのバルブチャンバ内周に沿って回転可能に配置され、入口と出口に同時に連通可能なシリンダ室を構成する回転体と、この回転体をシリンダ室が入口と出口に連通するよう略１８０度ずつ回転させる回転手段と、シリンダ室に配置され、このシリンダ室内をシリンダ室の軸方向に往復動自在なシャトル型のピストンとから成るロータリ型充填弁において、ピストンの両端面に凹部が形成されているロータリ型充填弁であれば特に限定されるものではない。

前記ケーシングとしては、ケーシングの径方向の相互に対向する位置に入口と出口とを備えた断面円形のバルブチャンバを構成するものであれば特に制限されるものではなく、入口と出口としては、シリンダ室に連通可能であれば、特に限定されるものではないが、シリンダ室が連通することから、入口と出口とは、ケーシングの径の対向する位置にあることが好ましい。入口と出口の形状も限定されるものではないが、加工のしやすさや、洗浄のしやすさ等から、円形とすることが好ましい。入口は他の配管とクランプにより接続し食品等の製造ラインを形成することから、筒状とし、ケーシングから突出しフランジを設けた形状とすることができる。出口も筒状とし、ケーシングから突出しフランジを設けることもできる。入口と出口の開口の大きさも特に限定されないが、シャトル型のピストンがシリンダ室から突出することを防止することができることから、シリンダ室の径よりも出口の開口径は小さくすることが好ましい。

前記回転体としては、ケーシングのバルブチャンバ内周に沿って回転可能に配置され、入口と出口に同時に連通可能なシリンダ室を構成するものであれば特に制限されないが、バルブチャンバに内接し回転可能であることが好ましいことから、通常、円柱状、円錐状とすることができるが、製造、組み立てのしやすさから、円柱状であることが好ましい。回転体の材質も特に限定されるものではないが、食品等を扱うという観点から、洗浄可能であって耐酸性に優れることが好ましく、ステンレス、テフロン（登録商標）等が材質として好ましい。また、その大きさも限定されるものではなく、充填する食品等により大型化も、小型化もできる。

前記シリンダ室としては、入口と出口に同時に連通することができれば、特に限定されることはなく、その横断面形状は楕円形、円形、多角形であってもよい。シャトル型のピストンがシリンダ室内を摺動し往復することが好ましいことから、その横断面形状は楕円形、円形であることが好ましい。このことにより、ピストンとシリンダ室の接する面が小さくなり、ピストンがスムーズに摺動し往復可能となり、シリンダ室とシャトル型のピストンとの間隙に液状の食品等が入り込む量が減少し、充填精度が向上する。なお、シリンダ室の横断面形状を円形とし、その一部に切り欠き部を設け、ピストンが、シリンダ室に対し、相対回転することを防止し、スムーズな作動を可能とすることもできる。

前記シャトル型のピストンとしては、その両端面、すなわちピストンのシリンダ室の入口と出口に向かう面が凹部を形成し、シリンダ室内を往復できれば、特に限定されるものではない。シャトル型のピストンの横断面形状は楕円形、円形、多角形を例示できる。充填精度を高めるため、シリンダ室に内接し、シリンダ室内を摺動することが好ましいことから、横断面形状は楕円形、円形であることが好ましい。また、シリンダ室の横断面形状を円形とし、その一部に切り欠き部を設けることもできる。シャトル型のピストンの材質も特に限定されるものではないが、シリンダ室との密着性を確保する観点から、軟質弾性材料が好ましい。軟質弾性材料としては、ナイロン、テフロン（登録商標）、プラスチック等を挙げることができ、ナイロン、テフロン（登録商標）がさらに好ましい。また、シャトル型のピストンの両端面、すなわちシリンダ室の入口と出口に向かう面の少なくとも外周縁が、バルブチャンバの内周を摺接しつつ回転しうるよう、回転体と等しい半径の円弧面で形成され、その内側に凹部が形成されていると、ピストンが回転体とともにスムーズにバルブチャンバ内を摺動できる点で好ましい。

前記凹部は、食品等の付着表面を小さくするために、その底部が平面であることが好ましい。さらに、この凹部は、円形の平面からなる底部を有する円筒状の穴に形成されることが好ましい。また、この凹部は、食品等の付着を減少させるために、鏡面仕上げにすることもできる。このようにピストンの両端面に凹部を設けたので、表面張力によって次の充填サイクルまで、凹部に液状の食品等を保持できるともに、液状の食品等がピストンの出口に向かう端面の一部に集まることを防止できる。そのために、液状の食品等が容器のシール面に落ちることがなくなり、容器の汚れやシール不良を防ぐことができる。また、この凹部に液状の食品や固形物を含んだ食品等を保持できるので、ピストンの出口に向かう端面に付着した食品等、例えば高粘度の液状の食品や固形物を含んだ食品等が出口周縁で削り取られることも防ぐことができる。したがって、ピストンの両端面に凹部を設けたので、出口付近に付着した食品等を吹き落とすための複雑な装置を設けることなく、ピストンの端面や出口に周辺に付着した食品等が落ちるといった、いわゆる液だれを防ぎ、これによって容器の汚れやシール不良を防ぐとともに、定量精度や衛生面を向上させることができる。

前記回転手段としては、回転体をシリンダ室が入口と出口に連通するよう略１８０度ずつ回転させることができれば、特に限定されるものではないが、バルブチャンバの入口と出口とにシリンダ室の一端と他端が交互に連通することが好ましく、エア式アクチュエータ、電気式アクチュエータ、サーボモータを挙げることができる。高い充填精度を得る観点から、サーボモータを用いることが好ましい。また、汎用性を持たせるため、これらの動力源と接続可能なように回転体に軸を設けこの軸の端部に駆動ユニットと連結可能な連結部を設けることもできる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係るロータリ型充填弁を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は、本発明の一実施例に係るロータリ型充填弁の縦断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’縦断面図である。図３（ａ）と（ｂ）は、従来のロータリ型充填弁の充填動作説明図であり、図３（ｃ）と（ｄ）は、本発明の一実施例に係るロータリ型充填弁の充填動作説明図である。図４は、本発明の一実施例に係るピストンの斜視図である。図５（ａ）は、本発明の一実施例に係るピストンの平面図であり、図５（ｂ）は、本発明の一実施例に係るピストンの縦断面図である。

図１と図２に示すように、回転体３７には径方向に貫通するシリンダ室３５を有している。シリンダ室３５の内にシャトル型のピストン３６が入っており、回転体３７の回転動によりシリンダ室３５の軸方向に往復動自在になっている。回転体３７はケーシング３４の内周に相当するバルブチャンバ４１の内周を摺接しつつ回転するよう配置されたものであって、回転体３７を径方向に貫通するシリンダ室３５は、略１８０度回転する毎にケーシング３４の入口４５と出口４６に同時に連通する位置にある。シリンダ室３５がケーシング３４の出口４６に連通する時に、出口４６側端縁がシリンダ室３５に若干かぶさる寸法であって、このシリンダ室３５にかぶる部分１０（図２参照）が、ピストン３６の出口４６側への突出を阻止するストッパーになる。シリンダ室３５は長孔状の断面であり、シリンダ室３５にはまるピストン３６も同形状であるため、この形状がピストン３６のシリンダ室３５内における相対回転を阻止するための回転規制手段になっている。

図１に示すように、ピストン３６は、その両端面であるシリンダ室３５の入口４５と出口４６に向かう面の少なくとも外周縁が、バルブチャンバ４１の内周を摺接しつつ回転しうるよう、回転体３７と等しい半径の円弧面で形成されており、その内側に凹部３９が形成されている。図４と図５に詳細に示すように、凹部３９は円形の平面からなる底部を有する円筒状の穴に形成されている。

まず、図３（ｃ）と（ｄ）に基づいて、本発明の一実施例に係るロータリ型充填弁の充填動作を説明する。（１）充填タンク５１（図１参照）内の充填液は、自重、または自重と図示しないエア供給口から供給されるエアによって生じる充填タンク内の加圧エアによりピストン３６がシリンダ室３５の出口４６側まで下がることにより、シリンダ室３５に流れ込む。（２）図示しないサーボモータが駆動し回転体３７が略１８０度回転して、シリンダ室３５の一端が入口４５に連通した位置で回転体３７が停止する。（３）充填液の自重、または自重と充填タンク内の加圧エアによりピストン３６が再び出口４６側まで下がり、その際、前回シリンダ室３５内に入った充填液が出口４６から押し出され、図示しない容器に充填される（図３（ｃ））。（４）サーボモータが再び駆動し回転体３７が略１８０度回転して、シリンダ室３５の他端が入口４５に連通した位置で回転体３７が停止する。これで一つの充填動作が終了する。以下、適宜（１）〜（４）の動作を繰り返すことで、順次新たな容器に充填液を充填することができる。なお、回転体３７のタイミングは、サーボモータの制御を変更することにより自在に設定することができる。ここで、図３（ｃ）は、前記（３）の動作を示す。そして、図３（ｄ）は、前記（３）の動作から前記（４）の動作の過程を示す。

図３（ｃ）と（ｄ）に示すように、本発明の一実施例に係るロータリ型充填弁では、シャトル型のピストン３６の両端面であるシリンダ室３５の入口４５と出口４６に向かう面に、凹部３９が形成されている。この凹部３９は、表面張力によって液状の食品等を保持するように構成されている。そのために、図３（ｃ）の状態において、凹部３９に付着した充填物がケーシング３４の出口４６周縁の内壁面によって削り取られて落下することがなく、液状の食品等がピストン３６の出口４６に向かう端面の一部に集まりにくく、液状の食品等が滴になって容器のシール面に落ちることがない。そして、液状の食品等が次の充填サイクルまで凹部３９に保持されるために、液状の食品等がロータリ型充填弁の外に飛び散ることもない。

図４と図５に示すように、シャトル型のピストン３６は、その両端面であるシリンダ室３５の入口４５と出口４６に向かう面に凹部３９が形成されている。

本発明の一実施例に係るロータリ型充填弁の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ’縦断面図である。本発明の一実施例に係るロータリ型充填弁の縦断面図である。 （ａ），（ｂ）は、従来のロータリ型充填弁の充填動作説明図であり、（ｃ），（ｄ）は、本発明の一実施例に係るロータリ型充填弁の充填動作説明図である。 本発明の一実施例に係るピストンの斜視図である。 （ａ）は、本発明の一実施例に係るピストンの平面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施例に係るピストンの縦断面図である。

符号の説明

３４ ケーシング
３５ シリンダ室
３６ ピストン
３７ 回転体
３９ 凹部
４１ バルブチャンバ
４５ 入口
４６ 出口

Claims (3)

1. 径方向の相互に対向する位置に入口と出口とを備えた断面円形のバルブチャンバを構成するケーシングと、
   該ケーシングのバルブチャンバ内周に沿って回転可能に配置され、前記入口および前記出口に同時に連通可能なシリンダ室を構成する回転体と、
   該回転体を前記シリンダ室が前記入口および前記出口に連通するよう略１８０度ずつ回転させる回転手段と、
   前記シリンダ室に配置され、該シリンダ室内をシリンダ室の軸方向に往復動自在なシャトル型のピストンとから成るロータリ型充填弁において、
   前記ピストンの両端面に凹部が形成されていることを特徴とするロータリ型充填弁。
2. 凹部が平面から成ることを特徴とする請求項１記載のロータリ型充填弁。
3. 凹部が、円形の平面からなる底部を有する円筒状の穴に形成されていることを特徴とする請求項２記載のロータリ型充填弁。