JP5029249B2

JP5029249B2 - 充填装置

Info

Publication number: JP5029249B2
Application number: JP2007246948A
Authority: JP
Inventors: 伸坂井; 了典川向
Original assignee: Shibuya Machinery Co Ltd
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: JP2009073556A

Description

本発明は充填装置に係り、特に、液面検出センサにより液面を検出して充填バルブを閉じるようにした充填装置に関するものである。

容器内に液体を充填する充填装置は、一般に、充填する液体を貯留する充填液タンクと、容器内に挿入されて前記充填液タンクから供給された液体をこの容器内に充填する充填ノズルと、充填液タンクと充填ノズルとを連通する液通路を開閉する充填バルブとを備えており、充填バルブを開放して液体の充填を開始し、容器内に所定量の充填液を充填した後、前記充填バルブを閉じて充填を終了するようにしている。

前記充填装置によって多数の容器内に連続的に液体を充填していく場合に、各容器内に充填された液体の量が同一であること、または、液面の高さが同一レベルであることが要求される。容器内に充填された液面の高さを一定にする場合には、液面を検出する機構を設け、充填された液面の高さが一定のレベルに達したときに、この液面を検出して充填バルブを閉鎖するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

前記特許文献１に記載された発明に係る「充填装置の液面検出装置」は、回転体の外周部に円周方向等間隔で設けられた複数の充填ノズルを備えている。この充填ノズルは給液パイプを介して充填液タンクに接続されており、この給液パイプを通じて充填液が供給される。前記充填液タンクから給液パイプを介して充填液が送られる充填液通路を開閉する液バルブが設けられており、この液バルブが開放すると充填ノズルを介して容器内への充填が行われ、液バルブが閉鎖すると充填が停止する。

前記充填ノズルは、導電性を有する材質から形成され、外周面は絶縁コーティングされており、前記液面検出装置の第１電極を構成している。また、充填ノズルの外周にエアパイプが嵌合され、このエアパイプの下端から充填ノズル下端が下方へ伸びている。このエアパイプも導電性の材質から形成されており、このエアパイプが液面検出装置の第２電極を構成している。これら両電極は、制御装置に電気的に接続されており、容器内に充填された液が次第に上昇し、液面が充填ノズルの下端部を通過して上方のエアパイプから成る第２電極に接すると、両電極が通電し、前記制御装置からの信号により液バルブを閉じて充填を停止するようになっている。

前記エアパイプの上端部は、エア供給通路および切換弁を介して図示しないエア供給源に接続されており、充填ノズルの外周面とエアパイプの内周面との間の間隙にエアを吹き込めるようになっている。充填液の種類によっては、充填終了後に充填ノズルの外面とエアパイプの内面との間に付着した充填液が残留して、両電極が常時通電した状態になってしまう場合がある。そこで、この特許文献１に記載された発明の構成では、充填終了後に充填ノズルとエアパイプの間隙にエアを吹き込んで、充填液が残留することを防止している。

前記特許文献１に記載された従来の充填装置の構成では、充填終了時に、第１電極としての充填ノズルの外面と第２電極としてのエアパイプの内面との間に充填液が残留して、両電極が常時通電した状態になることは防止できるが、液面に泡が生じやすい液体を充填する場合に、容器内に充填された充填液の液面が所定の高さに到達する前に、充填中に発生した泡が、充填ノズルとパイプとの間隙に入り込んで誤検出してしまうという問題があった。

本発明の出願人は、泡が立ちやすい液体を充填する場合でも、この泡によって液面の高さを誤認するおそれのない充填装置の発明について特許出願をした（特許文献２参照）。この特許文献２に記載された発明は、基本的には前記特許文献１の発明と同様の構成をしており、さらに、液面を検出する第１電極（充填ノズル）と第２電極（外側に嵌合されたエアパイプ）の間から噴射するエアを、低圧と高圧に切換可能にし、充填中は低圧のエアを噴射することにより液面に生じた泡を吹き飛ばすようにして、泡が原因となる液面の誤検出を防止するようにしている。また、充填が終了した後には、充填ノズルとパイプの間に高圧のエアを噴射することにより、これら両者間に入り込んだ充填液を吹き飛ばして、充填液の目詰まりが原因となる液面の誤検出を防止するようにしている。
特許３２１４３３５号公報（第２−４頁、図１）特願２００７ー２１５１３１（第２−５頁、図３）

特許文献２に記載された発明に係る充填装置では、ほとんどの種類の液体の充填を行う際に、液面に発生した泡や第１電極である充填ノズルと第２電極であるパイプの間に入り込んだ充填液の目詰まりが原因となる液面の誤検出を防止することができるが、例えば醤油のように極端に泡立ちが激しく、容器の空寸部分がほとんど泡によって埋め尽くされてしまうような液体の場合には、充填中にエアを吹き続けていても第１電極と第２電極の周囲から完全に泡を吹き飛ばすことは難しく、これら両電極間の隙間に泡が入り込んで液面を誤検出してしまうおそれがあった。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、充填時に激しく泡立ちが生じる醤油のような液体であっても、充填前に泡消去媒体を吹き付けることによって液面の泡を少なくしてから充填を行うようにすることにより、液面の誤検出を防止することができる充填装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、外周面に絶縁部を有する導電体から成る第１電極としての充填ノズルと、この充填ノズルの外周に間隙を隔てて嵌合された導電体から成る第２電極としてのパイプと、充填ノズルの下方に容器を供給する容器供給手段と、充填ノズルと容器とを相対的に昇降させる昇降手段とを備え、充填液タンクから送られた液体を前記充填ノズルを介して容器内に充填し、この充填液によって前記第１電極と第２電極とが通電することにより液面を検出して充填を停止する充填装置において、前記充填ノズルとパイプとの間に、液面に発生する泡を消去する非電導性の液体もしくはこの液体の蒸気を供給する泡消去媒体供給手段を設け、前記充填ノズルとパイプの間から泡消去媒体を噴射することを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、前記非電導性の液体を気体と混合しミスト状にして供給することを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載の発明は、前記非電導性の液体がアルコールであることを特徴とするものである。

また、請求項４に記載の発明は、前記充填ノズルとパイプとの間に、気体を供給する気体供給手段を接続し、前記泡消去媒体供給手段と切換可能にしたことを特徴とするものである。

本発明の充填装置は、第１電極としての充填ノズルと、その外周に嵌合された第２電極としてのパイプとの間に、液面に発生する泡を消去する非電導性の液体もしくはこの液体と気体との混合流を供給する泡消去媒体供給手段を設け、充填を開始する前に、前記充填ノズルとパイプの間から泡消去媒体を噴射して泡を消去するようにしたので、液面に大量に発生した泡によって液面を誤検出してしまうおそれがない。

外周面に絶縁部を有する導電体から成る充填ノズルと、この充填ノズルの外周に間隙をへだてて嵌合された導電体から成るパイプとを、それぞれ第１電極および第２電極とし、これら充填ノズルとパイプとの間の間隙に、液面に発生する泡を消去する非電導性の液体もしくはこの液体と気体との混合流を供給する泡消去媒体供給手段を設け、容器供給手段によって供給されてきた容器内に、充填ノズルと容器とを相対的に昇降させる昇降手段によって充填ノズルを容器内に挿入し、前記充填ノズルとパイプの間から泡消去媒体を噴射するようにしたので、液面に発生した泡によって液面を誤認することをなくすという目的を達成することができる。

以下、図面に示す実施例により本発明を説明する。図１は本発明の一実施例に係る充填装置の全体の構成を簡略化して示す平面図である。この充填装置は、複数の充填ノズルによって複数回に分けて容器内に液体の充填を行う分注式の充填装置であり、外周部に円周方向等間隔で複数の容器保持部が設けられた回転ホイール２と、この回転ホイール２の外周側に配置された複数の充填ノズル４、６、８、１０を備えた充填機構１２と、この充填機構１２によって液体が充填された容器１４の口部を密封するキャッピングヘッド１６とを備えている。

この充填装置は、容器供給コンベヤ１８によって搬送されてきた容器１４が、回転ホイール２の各容器保持部に１本ずつ引き渡されて保持され、１ピッチ（隣接する２つの容器保持部の間隔）分ずつ間欠的に回転搬送される間に、前記複数（この実施例では４本）の充填ノズル（第１充填ノズル４、第２充填ノズル６、第３充填ノズル８、第４充填ノズル１０）によって、順次所定量の液体が充填される。規定の分量の液体が充填された容器１４は、キャピングヘッド１６の位置まで間欠的に回転搬送されて停止し、この位置でキャッピングが行われた後、容器排出コンベヤ２０によって排出されて次の工程に送られる。この実施例に係る充填装置では、第１充填ノズル４から第３充填ノズル８までの三回の充填により、容器１４内に充填する液体の全量の内の大部分を投入し、最後の第４充填ノズル１０によって残りの少量の充填液を投入しつつ液面の検出を行い、最終的に容器１４内に充填された液面の高さを一定にするようになっている。従って、第４充填ノズル１０には、容器１４内に充填された液面が所定の高さに到達したことを検出する電極式のセンサが設けられている。

次に、図２および図３により、電極式の液面検出センサを備えた第４の充填ノズル１０の構成について説明する。充填液タンク２２の下面に充填バルブ２４が鉛直方向を向けて取り付けられている。充填液タンク２２を支持している複数本の支持ロッド２６の中間に、各支持ロッド２６に昇降可能に嵌合されたガイドスリーブ２８を介して、水平な昇降プレート３０が取り付けられている。この昇降プレート３０に、前記第４充填ノズル１０が鉛直方向を向けて取り付けられており、前記充填バルブ２４とこの充填ノズル１０とがフレキシブルチューブ３２を介して接続されている。前記充填バルブ２４が開放すると、充填液タンク２２内の充填液が充填バルブ２４の内部通路、フレキシブルチューブ３２等の供給管路および充填ノズル１０を通って容器１４内に充填される。

前記支持ロッド２６の上部の側面に、前記第４充填ノズル１０を昇降させる昇降用サーボシリンダ３４が下向きに取り付けられており、このサーボシリンダ３４のピストンロッド３４ａが前記昇降プレート３０の上面に連結されている。昇降用サーボシリンダ３４の作動により、昇降プレート３０を介して充填ノズル１０が昇降されるようになっており、前記回転ホイール２の容器保持部に保持された容器１４がこの充填ノズル１０の位置に移動してくるとき、また、この位置から移動していくときには、充填ノズル１０は容器１４に干渉しない位置まで上昇され、充填を行う際には、充填ノズル１０が下降されてその下部が容器１４内に挿入される。なお、この実施例では、充填ノズル１０を容器１４内に挿入するために充填ノズル１０を昇降させるようにしているが、容器１４側を昇降させることも可能である。

充填ノズル１０の外周側には、この充填ノズル１０の外周面に僅かの間隙を隔ててエアパイプ３６が嵌合している。このエアパイプ３６の上端部は、エア供給通路３８を介してエア供給源（エア供給手段）４０に接続されており、充填バルブ１０の外周面とエアパイプ３６の内周面との間の間隙にエアを吹き込めるようになっている。エア供給源４０とエアパイプ３６内（エアパイプ３６の内面と充填ノズル１０の外面との間の間隙）とを連通するエア供給通路３８は、その途中が高圧エア用通路３８ａと低圧エア用通路３８ｂとに分岐している。これら高圧エア用通路３８ａと低圧エア用通路３８ｂは、それぞれ所定のエア流量を通過させるように絞った流路になっている。分岐した各通路３８ａ、３８ｂにそれぞれ高圧エア用開閉弁４４と低圧エア用開閉弁４６が設けられている。これら並列に設置された高圧エア用開閉弁４４と低圧エア用開閉弁４６を切換えて開閉することにより、エアパイプ３６内に高圧エアまたは低圧エアのいずれかを選択して供給できるようになっている。

前記エアパイプ３６の下端部３６ａは、充填ノズル１０の先端部分１０ａよりも上方に位置しており（後に説明する図４参照）、充填ノズル１０の外周面とエアパイプ３６の内周面との間に吹き込まれたエアは、このエアパイプ３６の下端部３６ａから下方へ吹き出されて拡散する。

前記充填ノズル１０は、導電性を有する材質から形成され、その外周面には絶縁コーティングがされており、内周面が、容器１４内に充填された液体の液面を検出する液面検出センサの第１の電極を構成している。また、充填ノズル１０の外周に嵌合されたエアパイプ３６も導電性を有する材質で形成され、その外周面および内周面の下端から数ｍｍほどの範囲に渡って絶縁コーティングがされており、このエアパイプ３６が、液面検出センサの他方の第２電極を構成している。

第１および第２電極１０、３６は、前記充填バルブ２４の開閉を制御する制御装置（図示せず）に電気的に接続されており、容器１４内に充填された液体の液面が次第に上昇し、充填ノズル１０の先端部分１０ａを通過して上方のエアパイプ３６から成る第２電極の下端３６ａに接し、さらに液面が第２電極３６の内周面の絶縁コーティングされていない箇所まで到達すると、これら両電極１０、３６が通電する。この電極センサからの信号を受けた前記制御装置からの指令により充填バルブ２４を閉鎖して充填を停止するようになっている。

以上の構成は、前記特許文献２に記載された発明と同一である。さらに、本発明は、前記充填バルブ１０の外周面とエアパイプ３６の内周面との間の間隙にエアを吹き込むエア供給手段に加えて、泡を消去する媒体としてのアルコールを噴霧するアルコールミスト供給手段（泡消去媒体供給手段）５０が、前記エア供給通路３８に接続されている。このアルコールミスト供給手段５０は、アルコールタンク５２から送り出された液体のアルコールを加圧エアによってミスト状にして供給するもので、前記エア供給通路３８の分岐通路３８ａ、３８ｂとエアパイプ３６との間に、エア供給通路５４を介してエア供給源４０を接続するとともに、このエア供給通路５４に、前記アルコールタンク５２からアルコールを供給するアルコール供給通路５６が接続されている。これらエア供給通路５４およびアルコール供給通路５６には、それぞれ開閉バルブ５８、６０が設けられている。また、この実施例の充填ノズル１０には、先端部寄りの通路内に、充填時の液はねを防止するために、流下する充填液を整流するメッシュが６２取り付けられている。

前記構成の充填装置の作動について説明する。容器供給コンベヤ１８によって搬送されてきた容器１４は、間欠的に回転する回転ホイール２の容器保持部に順次引き渡されて保持され、１ピッチずつ回転移動されて、充填機構１２の第１充填ノズル４の下方に停止される。この第１充填ノズル４で所定量の液体が充填された後、再度１ピッチ回転され、第２充填ノズル６の下方に停止して所定量の液体が充填される。さらに、次の１ピッチ分の回転により第３充填ノズル８の下方に移動し、所定量の液体を充填される。この実施例では、第１ないし第３充填ノズル４、６、８によって、容器１４内に充填される規定量の充填液の大部分（例えば全充填量の９５％）が充填される。

第３充填ノズル８による充填が終了した容器１４は、次の回転により、第４充填ノズル１０の下方に移動される。第４充填ノズル１０では、規定の充填量の残りの分量（例えば全充填量の５％）が充填されるとともに、この第４充填ノズル１０に設けられている液面検出センサによって、容器１４内に充填された液体の液面が所定の高さに到達したときにこれを検出して充填を終了するようになっている。

間欠的に回転する回転ホイール２によって容器１４が第４充填ノズル１０に供給される時点では、充填ノズル１０は昇降用サーボシリンダ３４によって上昇されており、この容器１４が第４充填ノズル１０の下方に停止すると、昇降用サーボシリンダ３４の作動によって昇降プレート３０とともに充填ノズル１０が下降して、充填ノズル１０およびエアパイプの下端部が容器１４内に挿入される。容器１４内には、図４に示すように、前記第１ないし第３充填ノズル４、６、８によって規定量の充填液の大部分が充填されて液面Ａが容器１４の上部まで上昇しているが、充填ノズル１０の先端面１０ｂは、液面Ａに接しない高さで停止する。

容器１４内に充填ノズル１０を挿入した後、エア供給通路３８の高圧エア用開閉弁４４と低圧エア用開閉弁４６を閉じた状態で、アルコールミスト供給手段５０の、アルコール供給通路５６に設けられた開閉バルブ６０とエア供給通路５４に設けられた開閉バルブ５８を開放する。アルコールタンク５２から送り出されたアルコールが、エア供給源４０から送られた加圧エアによってミスト化されて、充填ノズル１０の外面とエアパイプ３６の内面との間の空間に送り込まれ、エアパイプ３６の下端３６ａから容器１４内に吹き込まれる（図４中の符号Ｂ参照）。例えば、醤油のような液体の場合には、前記第１ないし第３充填ノズル４、６、８での充填により、この第４充填ノズル１０に容器１４が搬送されてきた時点では、大量の泡（図４の符号Ｃ参照）が立っているので、このまま充填を続けて液面Ａが上昇すると、この泡Ｃが第１電極１０と第２電極３６との隙間に入り込んで液面検出センサを誤作動させてしまうおそれがあるが、ミスト状のアルコールを噴霧することによりこの泡Ｃを消してから充填を開始する。泡消去媒体としてのアルコールを、泡Ｃを構成する気泡膜に接触させると、その部分の表面張力が下がり膜が切れるため、泡Ｃが消去される。なお、この実施例では、アルコールを圧力エアによりミスト状にして、充填ノズル１０とエアパイプ３６との間の間隙から吹き出すようにしているが、ミスト状に限るものではなく、蒸気もしくは液体を直接供給するようにしても良い。また、泡消去媒体としてはアルコールに限定されるものではなく、その他の、泡を消去可能な非電導性の液体、あるいはこの液体と気体とを混合した流体、もしくはこの気体の蒸気を供給するようにしても良い。

アルコールミスト供給手段５０の作動によって容器１４内の液面Ａ上に発生した泡を消した後充填を開始する。先ず、アルコールミスト供給手段５０のエア供給通路５４の開閉バルブ５８とアルコール供給通路５６の開閉バルブ６０を閉じるとともに、前記エア供給通路４２の高圧エア用開閉バルブ４４を閉じたまま、低圧エア用開閉バルブ４６を開放して、エアパイプ３６内に低圧のエアを供給する。

この状態で充填バルブ２４を開放して充填を開始する。充填液タンク２２内の液体は、充填バルブ２４の内部通路からフレキシブルチューブ３２等の供給管路を通り、充填ノズル１０から容器１４内に注入される。この充填を行っている間は、前述のように、低圧用エア通路３８ａを介して、エアパイプ３６内に低圧のエアを供給している。例えば醤油等の泡立ちやすい液体を充填している場合には、前述のように、アルコールミストを噴射することにより一端消した泡が、再度発生してエアパイプ３６の下端に到達し、第１電極である充填バルブ１０と第２電極であるエアパイプ３６とが通電してしまうおそれがあるが、この実施例に係る充填装置では、充填中は、エアパイプ３６の下端３６ａと充填ノズル１０の外面との間から、常に低圧のエアを吹き出しているので、液面に発生した泡を吹き飛ばすことができ、第１電極１０と第２電極３６とが通電して液面Ａを誤認してしまうおそれがない。従って、容器１４内に充填された液体の液面Ａがエアパイプ３６の下端３６ａに到達したときに、両電極１０、３６が通電し、液面Ａが所定の高さに到達したことを正確に検出することができる。

液面Ａが所定の高さに到達したことを、前記両電極１０、３６からなる液面検出センサによって検出すると、その検出信号が図示しない制御装置に入力され、この制御装置からの指令信号により開放していた充填バルブ２４が閉鎖されて充填が終了する。充填が終了した後、低圧用開閉バルブ４６を閉じて低圧エアの供給を停止する。

充填が終了後、昇降用サーボシリンダ３４によって第４充填ノズル１０およびエアパイプ３６を上昇させて充填ノズル１０の先端部分１０ａを液中から抜き出す。充填ノズル１０が上昇する途中の、エアパイプ３６の下端３６ａが容器１４内に位置しているときに一旦停止させ、前記エア供給通路４２の高圧用エア開閉バルブ４４を開放して高圧エアを所定時間エアパイプ３６と充填ノズル１０の外周面の間に供給する。この高圧エアの噴射により、エアパイプ３６の下端部３６ａと充填ノズル１０の外周面との間に残留していた液体が吹き飛ばされるので、第１電極（充填ノズル１０）と第２電極（エアパイプ３６）が常時通電した状態になることを防止できる。高圧エアの噴射を停止した後、再び昇降用サーボシリンダ３４によって充填ノズル１０を上昇させ容器１４から抜き出して容器１４の上方に位置させる。その後、液体の充填された容器１４は回転ホイール２の間欠回転によりキャッピングヘッド１６の下方へ移動され、キャッピングが行われる。キャッピングされた容器１４は、排出コンベヤ２０の位置まで間欠移動され、この排出コンベヤ２０によって排出される。なお、前記実施例では、充填ノズルとパイプとの間の間隙にエアを供給するようにしているが、エアに限るものではなく、窒素等の不活性ガスあるいはその他の気体を供給するようにしても良い。

図５は第２の実施例に係る充填装置の要部（充填ノズル１０とエアパイプ３６の先端部３６ａ）を示す縦断面図であり、基本的構成は前記第１実施例と同一なので、同一の部分には同一の符号を使用して説明する。前記実施例では、充填ノズル１０の外径は全長に渡ってほぼ同一であったが、この実施例では、エアパイプ３６の先端部３６ａよりも下方へ伸びている部分（先端部分１０ｘ）の外面形状が異なっている。充填ノズル１０の前記先端部分１０ｘの外面が、その上方部１０ｃよりも大径であり、しかも、上端が太く下端に向かって次第に細くなるテーパ状になっている。充填ノズル１０の同一径の上方部分１０ｃと下方の大径になっている部分との間の段部１０ｄに、外周に嵌合されたエアパイプ３６の下端３６ａが向かい合っており、充填液が充填ノズル１０とエアパイプ３６の間に入り込みにくい構造になっている。この構造では、アルコールミストやエアを吹き出す際には、スムーズに流れて通過に支障がないが、充填液が入り込みにくく、特に、隙間が狭いため泡Ｃが入りにくく、液面検出センサ（第１電極１０と第２電極３６）の誤作動が起こりにくい。

充填装置の全体の配置を簡略化して示す平面図である。（実施例１）液面検出センサを備えた第４充填ノズルの側面図である。図２の要部の拡大断面図であり、エア供給通路および泡消去媒体供給手段の構成を簡略化して示す図である。充填ノズルにより充填を開始する前に泡消去媒体を供給している状態を示す説明図である。第２の実施例に係る充填装置の充填ノズル先端部を拡大して示す図である。（実施例２）

符号の説明

２容器供給手段（回転ホイール）
１０充填ノズル（第１電極）
１４容器
２４充填液タンク
３４昇降手段（昇降用サーボモータ）
３６パイプ（第２電極）
４０気体供給手段（エア供給源）
５０泡消去媒体供給手段

Claims

外周面に絶縁部を有する導電体から成る第１電極としての充填ノズルと、この充填ノズルの外周に間隙を隔てて嵌合された導電体から成る第２電極としてのパイプと、充填ノズルの下方に容器を供給する容器供給手段と、充填ノズルと容器とを相対的に昇降させる昇降手段とを備え、充填液タンクから送られた液体を前記充填ノズルを介して容器内に充填し、この充填液によって前記第１電極と第２電極とが通電することにより液面を検出して充填を停止する充填装置において、
前記充填ノズルとパイプとの間に、液面に発生する泡を消去する非電導性の液体もしくはこの液体の蒸気を供給する泡消去媒体供給手段を設け、前記充填ノズルと前記パイプの間から泡消去媒体を噴射することを特徴とする充填装置。
前記非電導性の液体を気体と混合しミスト状にして供給することを特徴とする請求項１に記載の充填装置。
前記非電導性の液体がアルコールであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の充填装置。
前記充填ノズルとパイプとの間に、気体を供給する気体供給手段を接続し、前記泡消去媒体供給手段と切換可能にしたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の充填装置。