JP5889138B2 - 回転式充填装置 - Google Patents

Description

本発明は回転式充填装置に関し、特に、ＰＥＴボトルの口部をシールしつつ傾斜させて充填を行う回転式充填装置に関する。

回転式の充填装置では、ノズルの先端を容器の口部の上方に位置させて、容器の中央から内部に液体を充填すると、遠心力によって液柱が回転体の外方へ振れて容器底部の外側に着液する。容器の底部が、中央部が凸状に形成された外周側が凹部になっている形状の場合には、充填された液体が外側に凹部に直接当たると大きく跳ね上がり泡立ち量が多くなってしまうという問題があった。このような場合に泡立ち量を抑えるためには充填装置の回転速度を落とす必要があり、能力が低下してしまう。回転速度を低速にした状態で能力を維持するためには、充填バルブの数を多く配置しなければならず、装置が大型化しコストアップに繋がるという問題がある。

そこで充填時の泡立ちを抑制する回転式充填装置が提案されている（特許文献１）。この回転式充填装置では、容器のフランジの下面側を支持するフランジ受けガイドに、水平面と、回転体の半径方向内側へ向かって次第に低くなる傾斜面とを設けるとともに、ノズルの先端に設けられて容器の口部上端に密着するパッキンの下面を、フランジ受けガイドの傾斜面と同じ傾斜を有するように成形している。すなわち容器がフランジ受けガイドに供給されたときは容器のフランジは水平面により支持されているが、充填処理が開始されるとき、パッキンが容器の口部上端を押圧することによって容器のフランジが傾斜面に当接し、容器は底部が回転体の半径方向外方側に向くように傾斜する。

特開２０１２−７１８５７号公報

しかし、容器を傾斜させるためにパッキンが容器の口部上端を押圧する構成によると、容器の口部上端の押圧による負荷がパッキンの１点に繰り返し作用するために、パッキンの一部が摩耗して密封効果が低下するという問題が発生する。

本発明は回転式充填装置において、パッキンに作用する負荷を減少させて摩耗を防止し、パッキンの密封効果を長期間にわたって維持できるようにすることを目的としている。

本発明に係る回転式充填装置は、回転体に設けられ、容器の口部上端に当接する面が回転体の半径方向内方側へ向かって低くなるように傾斜させたパッキンを有する充填手段と、容器に形成されたフランジの下面側を保持する保持手段と、保持手段とパッキンとを相対的に昇降させる昇降手段と、保持手段に設けられ、容器のフランジの下面側を支持するとともに、水平面と、回転体の半径方向内方側へ向かって次第に低くなるように傾斜する傾斜面とが形成されたフランジ受けガイドと、水平面とともに容器のフランジの下面側を支持する支持部と、容器のフランジの上面側に当接する当接部とを有する、揺動可能な揺動ガイドとを備え、保持手段が容器を保持した状態において、揺動ガイドを下方へ揺動させて当接部により容器のフランジを傾斜面に押付けることにより、容器の底部を回転体の半径方向内方側が低くなるように傾斜させ、その傾斜状態で昇降手段が保持手段とパッキンとを相対的に昇降させ、容器の口部上端をパッキンに密着させることを特徴としている。

また回転式充填装置は、回転体の外周縁に沿って設けられた円弧状のカムと、揺動ガイドの揺動中心に関して、当接部とは反対側である揺動アームに設けられたカムフォロアと、揺動アームを付勢してカムにカムフォロアを係合させる付勢手段とを備え、カムフォロアがカムに係合した状態において、容器のフランジの下面側は水平面と支持部によって支持され、カムフォロアがカムから解放された状態において、揺動ガイドは付勢手段の付勢力によって揺動し、当接部が容器のフランジを傾斜面に押付けるように構成されていてもよい。

揺動ガイドは例えば保持手段により揺動自在に支持される。
好ましくは、容器のフランジの下面側が水平面と支持部によって支持された状態において、支持部が水平面よりも上方へ変位するように揺動ガイドが揺動することを阻止するストッパが設けられる。

本発明によれば、回転式充填装置において、パッキンに作用する負荷を減少させて摩耗を防止し、パッキンの密封効果を長期間にわたって維持することができる。

本発明の一実施形態である回転式充填装置の全体の配置を簡略化して示す図である。 充填バルブを示す断面図である。 容器保持部と揺動ガイドを示す側面図である。 容器保持部と揺動ガイドを示す平面図である。 メインブロックに形成されたフランジ受けガイドを示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態である回転式充填装置を、図面を参照して説明する。
図１は回転式充填装置の全体の配置を簡略化して示す図である。回転式充填装置１０の上流側にはリンサ（図示せず）が設けられており、リンサにおいて洗浄された容器は中間ホイール１１を介して供給ホイール１２に受け渡され、供給位置Ａにおいて供給ホイール１２から回転体１３に供給される。回転体１３の外周縁の上方には、複数の充填バルブ２０（図２参照）が配置されており、容器は、回転体１３によって円周方向に搬送される間に、液体を充填される。充填処理が完了した容器は、排出位置Ｂにおいて受け渡しホイール１４によって取り出され、キャッパ１５に送られる。キャッパ１５においてキャッピングが行われた容器は、排出ホイール１６を介して搬送コンベア１７上に排出され、次の工程に送られる。

回転体１３の下方には、回転体１３の外周縁に沿って延びる円弧状のカム１８が設けられる。カム１８は、回転体１３の回転方向（図１では時計周り）に関し、排出位置Ｂの上流側から供給位置Ａの下流側まで設けられ、後述するように、容器を垂直状態に保持するために設けられる。

図２（ａ）を参照して充填バルブ（充填手段）２０の構成を説明する。なお図２（ｂ）、（ｃ）については本実施形態の作用に関連して後述する。

充填バルブ２０は回転体１３（図１参照）の外周縁に沿って円周方向に等間隔に複数設けられる。充填バルブ２０によって液体を充填される容器はＰＥＴボトル９０である。充填液は充填タンク（図示せず）から給液管２２を介して充填バルブ２０に送られてくる。バルブハウジング２３は内部に充填液通路２４が形成されており、給液管２２から供給された充填液は充填液通路２４を通ってＰＥＴボトル９０内に充填される。

バルブハウジング２３の下端部には充填液通路２４を開閉する液バルブ３０が設けられる。液バルブ３０は、充填液通路２４内に昇降可能に挿通されたロッド３１の下端に形成された弁体３２と、充填液通路２４の下端部内面に設けられた弁座３３とによって構成される。弁体３２が弁座３３に着座する部分の外周面にはシール部材３４が嵌着されて液密を保持するように構成されている。ロッド３１はバルブハウジング２３の上部に設けられた液バルブ開閉用のエアシリンダ（図示せず）によって昇降する。

給液管２２には流量計２５が設けられる。流量計２５が所定量の充填液の通過を計測すると、その検出信号が制御装置（図示せず）に送られ、制御装置からの指令により液バルブ開閉用エアシリンダが作動してロッド３１が下降し、弁体３２が弁座３３に密着して液バルブ３０は閉鎖状態になり、充填処理は終了する。

液バルブ３０の下流側に充填液の吐出口３４の周囲には、環状のパッキンユニット３５が設けられる。パッキンユニット３５は、バルブハウジング２３の外面に固定されたパッキンユニット昇降シリンダ（昇降手段）４１のピストンロッド４２に連結され、昇降シリンダ４１の作動により昇降する。パッキンユニット３５の外周部の上面側とバルブハウジング２３の外周面の下面側との間にダイアフラム４３が装着される。パッキンユニット３５の内周部の下面側には、ＰＥＴボトル９０の口部上端９１に密着してＰＥＴボトル９０内を密封するびん口パッキン３６が取付けられる。びん口パッキン３６の下面３７（ＰＥＴボトル９０の口部上端に当接する面）は、回転体１３の半径方向内方側へ向かって低くなるように傾斜している。

バルブハウジング２３の内部には、２本の気体通路（図示せず）が設けられる。これらの気体通路は、びん口パッキン３６によってＰＥＴボトル９０内を密封したときに、ＰＥＴボトル９０内に連通する位置に開口する。一方の気体通路にはカウンタ通路２６が接続される。このカウンタ通路２６は、開閉弁２７を介して充填タンクのヘッドスペース（液体の上部の空間）に連通する。カウンタ通路２６は、充填を開始する前に、密封したＰＥＴボトル９０内にカウンタガスを導入してＰＥＴボトル９０内を加圧し、一方、液体を充填している間はＰＥＴボトル９０内に導入されたカウンタガスを排出する排気通路として機能する。他方の気体通路にはスニフト通路２８が接続される。このスニフト通路２８は、開閉弁２９を介してスニフトチャンバー（図示せず）に連通する。開閉弁２９は、充填終了後に開弁してＰＥＴボトル９０のヘッドスペース内の圧力を解放する。

充填バルブ２０およびびん口パッキン３６の下方には、ＰＥＴボトル９０のフランジ９２の下面側を保持する容器保持部（保持手段）１００と、容器保持部１００に揺動自在に支持されてＰＥＴボトル９０を傾斜させる揺動ガイド２００とが設けられる。

図３〜５を参照して、容器保持部１００と揺動ガイド２００の構成を説明する。
容器保持部１００はネックグリッパ１１０とメインブロック１３０とを有し、メインブロック１３０は回転体１３（図１参照）のベース１９に取付けられる。ネックグリッパ１１０は一対のグリップ部材１１１、１１２を有し、これらのグリップ部材１１１、１１２は、メインブロック１３０の３方を囲むコ字状の板バネ１１３の両側部１１４、１１５の内面にそれぞれ固定される。またグリップ部材１１１、１１２はコイル状の連結バネ１１６によって連結され、外力が作用しないとき、図４に示すように、相互に平行な状態に保持されている。

グリップ部材１１１、１１２の先端、すなわち回転体１３の半径方向外方の端部には、相互に内側に延びる係合部１１７、１１８が形成される。係合部１１７、１１８の前面１２１、１２２は、グリップ部材１１１、１１２の外側から中心側へ向けて徐々に後退するように傾斜しており、この前面１２１、１２２に対してＰＥＴボトル９０のネック部９３が押しつけられると、グリップ部材１１１、１１２は板バネ１１３と連結バネ１１６に抗して拡開する。さらにネック部９３が押し込まれると、ネック部９３は係合部１１７、１１８の間を通過し、板バネ１１３と連結バネ１１６のばね力によりグリップ部材１１１、１１２は図４に示す平行状態に戻る。これにより、係合部１１７、１１８の先端部１２３、１２４がＰＥＴボトル９０のネック部９３に係合する。

メインブロック１３０の先端には円弧状を呈するフランジ受けガイド１３１、１３２が設けられる。フランジ受けガイド１３１、１３２はＰＥＴボトル９０のネック部９３よりも僅かに大きい径を有する、一対の円弧状の傾斜面１３３、１３４と、その両端部から前方へ突出する水平面１３５、１３６とを有し、フランジ受けガイド１３１、１３２の上面がＰＥＴボトル９０のフランジ９２の下面を支持する。傾斜面１３３、１３４は、水平面１３５、１３６の位置から回転体１３の半径方向内方側へ向かって次第に低くなるように傾斜し、この傾斜の角度はびん口パッキン３６の下面３７の傾斜角度にほぼ一致している。

メインブロック１３０には揺動ガイド２００が取付けられる。揺動ガイド２００の本体２０１はメインブロック１３０に形成された収容穴１３７内に収容され、ピン１３８を介して揺動自在に支持される。揺動ガイド２００の幅、すなわちピン１３８の軸方向に沿う長さは、メインブロック１３０の約３分の１であり、本体２０１の上側部分はメインブロック１３０の上部中央に形成された溝１３９を通ってフランジ受けガイド１３１、１３２まで延びる。溝１３９の底面１４０は本体２０１の下方への揺動を規制するストッパとしても機能する。本体２０１の先端には、ＰＥＴボトル９０のフランジ９２の下面側を支持する支持部２０２とフランジ９２の上面側に当接可能な当接部２０３とが形成される。支持部２０２と当接部２０３の先端は、ＰＥＴボトル９０のネック部９３に沿う円弧状を有する。支持部２０２は傾斜面１３３、１３４の間に位置し、支持部２０２と傾斜面１３３、１３４の内周縁部は半円を構成する。

揺動ガイド２００の揺動中心、すなわちピン１３８に関して、当接部２０３とは反対側には揺動アーム２０４が設けられる。揺動アーム２０４は回転体１３のベース１９を貫通して鉛直方向に延び、その下端には連結部材２０５が設けられ、連結部材２０５には、カム１８（図１参照）に係合可能なカムフォロア２０６が設けられる。ベース１９の下方にはバネ支持部材２０７が設けられており、連結部材２０５とバネ支持部材２０７は引張りバネ（付勢手段）２０８によって連結される。すなわち引張りバネ２０８は揺動アーム２０４を付勢してカム１８にカムフォロア２０６を係合させる。

カムフォロア２０６がカム１８に係合した状態において、揺動ガイド２００の支持部２０２は水平面１３５、１３６と同じ面上にあり、ＰＥＴボトル９０のフランジ９２の下面側は水平面１３５、１３６と支持部２０２によって支持され、ＰＥＴボトル９０は垂直状態にある。このようなカムフォロア２０６とカム１８の係合状態は引張りバネ２０８のバネ力によって維持される。しかし、何らかの外力が作用してカムフォロア２０６がカム１８から離間すると、揺動ガイド２００が揺動して支持部２０２が水平面１３５、１３６よりも上方へ変位し、ＰＥＴボトル９０を垂直状態に維持できなくなる。このような現象が発生することを阻止するため、ピン１３８の上方であって揺動ガイド２００の本体２０１の背面側にはストッパ２１０が設けられる。

次に本実施形態の作用を説明する。本実施形態の回転式充填装置１０は、炭酸ガス等のガス入り飲料の充填を行うガス詰め充填と、ガスを含まない無ガス飲料の充填を行うノンガス充填とに利用可能であり、まずガス詰め充填の作用を説明する。ガス詰め充填の場合、充填タンクにはガス入り飲料が貯留され、そのヘッドスペースには加圧ガスが導入されている。

回転体１３の外周縁には、複数の充填バルブ２０が等間隔に設けられ、これらの充填バルブ２０の下方には容器保持部１００が配置されている。中間ホイール１１と供給ホイール１２を介して供給されたＰＥＴボトル９０は、供給位置Ａ（図１参照）において、１本ずつ容器保持部１００に引き渡される。すなわちＰＥＴボトル９０は、グリップ部材１１１、１１２に押付けられてフランジ受けガイド１３１、１３２へ供給される。このとき、揺動ガイド２００のカムフォロア２０６がカム１８に係合しているので、支持部２０２と水平面１３５、１３６は水平状態にある。したがってフランジ９２の下面側が支持部２０２と水平面１３５によって水平に保持され、図２（ａ）に示されるようにＰＥＴボトル９０は垂直状態にある。

回転体１３の回転によりＰＥＴボトル９０がカム１８のない所へ搬送されると、カムフォロア２０６がカム１８から解放されるので、揺動アーム２０４は引張りバネ２０８の付勢力によってバネ支持部材２０７側へ引張られ、揺動ガイド２００の支持部２０２と当接部２０３は下方へ揺動する。これにより、当接部２０３はＰＥＴボトル９０のフランジ９２の上面側を押圧し、フランジ９２をフランジ受けガイド１３１、１３２の傾斜面１３３、１３４に押付ける。したがってＰＥＴボトル９０は、図２（ｂ）に示されるように、口部上端９１が充填バルブ２０のびん口パッキン３６の下面３７に平行になる状態に傾く。

ＰＥＴボトル９０が傾斜する動作とほぼ同時にパッキンユニット昇降シリンダ４１が作動してパッキンユニット３５が下降する。これにより、図２（ｃ）に示されるように、びん口パッキン３６がＰＥＴボトル９０の口部上端９１に密着し、ＰＥＴボトル９０の内部が密封される。

びん口パッキン３６が口部上端９１に密着した後、カウンタ通路２６の開閉バルブ２７とスニフト通路２８の開閉バルブ２９が開放され、ＰＥＴボトル９０内に加圧したカウンタガスが導入されるとともに、ＰＥＴボトル９０内のエアがスニフト通路２８から排出される。所定時間経過した後、スニフト通路２８の開閉バルブ２９が閉鎖されるとともに、液バルブ３０が開放されて充填が開始される。ＰＥＴボトル９０内に液体が充填されるとともに、ＰＥＴボトル９０内に導入されていた加圧ガスはカウンタ通路２６から排出される。給液管２２の流量計２５により所定量の液体が充填されたことが計測されると、図示しない制御装置からの指令により、液バルブ３０が閉鎖され、充填処理は終了する。

その後、スニフト通路２８が所定時間開放されて、ＰＥＴボトル９０のヘッドスペース内の加圧ガスが排出された後、パッキンユニット昇降シリンダ４１によってびん口パッキン３６が上昇する。この昇降シリンダ４１の昇降動作とほぼ同時に、ＰＥＴボトル９０は排出位置Ｂに接近しており、カムフォロア２０６がカム１８に係合することによって揺動ガイド２００が揺動し、当接部２０３は上方へ変位する。これによりＰＥＴボトル９０のフランジ９２は当接部２０３から解放されるとともに支持部２０２と水平面１３５、１３６によって支持され、ＰＥＴボトル９０は垂直状態に復帰する。そして排出位置ＢにおいてＰＥＴボトル９０は受け渡しホイール１４のグリッパ（図示せず）に引き渡され、キャッパ１５においてキャッピングが行われた後、排出ホイール１６を介して搬送コンベア１７に排出される。

次にノンガス充填の作用を説明する。ノンガス充填の場合、充填タンクにはガスを含まない飲料が貯留され、充填タンクの上部は大気に開放されている。

供給ホイール１２から供給されたＰＥＴボトル９０は１本ずつ容器保持部１００に引き渡され、回転体１３の回転によりカムフォロア２０６がカム１８から解放されると、傾斜して口部上端９１が充填バルブ２０のびん口パッキン３６の下面３７に平行になる。このＰＥＴボトル９０の傾斜動作とともにパッキンユニット３５が下降して口部上端９１に密着し、ＰＥＴボトル９０の内部が密封される。

カウンタ通路２６の開閉バルブ２７とスニフト通路２８の開閉バルブ２９は開放されており、液バルブ３０が開放されて充填が開始されると、ＰＥＴボトル９０内のエアはバルブ２７、２９から排出される。ＰＥＴボトル９０内への液体の充填が進み、給液管２２の流量計２５により所定量の液体が充填されたことが計測されると、図示しない制御装置からの指令により、液バルブ３０が閉鎖され、充填処理は終了する。

その後、びん口パッキン３６が上昇し、この昇降動作とほぼ同時に、ＰＥＴボトル９０は排出位置Ｂに接近しており、カムフォロア２０６がカム１８に係合することによって揺動ガイド２００が揺動し、ＰＥＴボトル９０は垂直状態に復帰する。そして排出位置ＢにおいてＰＥＴボトル９０は受け渡しホイール１４のグリッパ（図示せず）に引き渡され、キャッパ１５においてキャッピングが行われた後、排出ホイール１６を介して搬送コンベア１７に排出される。

以上のように本実施形態では、容器保持部１００がＰＥＴボトル９０を保持した状態において、揺動ガイド２００の当接部２０３を下方へ揺動させて、当接部２０３によりＰＥＴボトル９０のフランジ９２をフランジ受けガイド１３１、１３２の傾斜面１３３、１３４に押付けることにより、ＰＥＴボトル９０の底部を回転体１３の半径方向内方側が低くなるように傾斜させ、その傾斜状態で昇降シリンダ４１がびん口パッキン３６を下降させてＰＥＴボトル９０の口部上端９１に密着させている。このように揺動ガイド２００によりＰＥＴボトル９０を傾斜させる構成によれば、パッキンがＰＥＴボトル９０の口部上端９２を押圧することによってＰＥＴボトル９０を傾斜させる従来の構成と比較して、パッキンに作用する負荷が小さくなり、パッキンの摩耗が抑えられ、その密封効果を長期間にわたって維持することができる。

またＰＥＴボトル９０に対する充填処理は、ＰＥＴボトル９０の底部を半径方向内方側が低くなるように傾斜させた状態で行うので、充填バルブ２０から吐出された充填液が回転体１３の回転により生ずる遠心力によって回転体１３の半径方向外方側に振られても、ＰＥＴボトル９０の底部のほぼ中央に当てることができ、充填時の泡立ちを抑制することができる。また、泡立ちを抑制できるので、充填能力の向上を図ることができ、この結果、充填バルブ２０の数を減らすことができ、充填装置のサイズを小さくすることができる。

なお上記実施形態では、パッキン３６が昇降するように構成されているが、これに代えて、パッキン３６が常に静止し、容器保持部１００が昇降するように構成することもできる。

また上記実施形態では、ノンガス充填においてもＰＥＴボトル９０の口部上端９１にパッキン３６を密着させた状態で液体を充填しているが、これに代えて、口部上端９１にパッキン３６を密着させずにＰＥＴボトル９０を傾斜させて充填することも可能である。

さらに容器はＰＥＴボトル９０に限定されず、他の形態であってもよい。

１３ 回転体
３６ パッキン
４１ パッキンユニット昇降シリンダ（昇降手段）
９０ ＰＥＴボトル（容器）
９１ 口部上端
９２ フランジ
１００ 容器保持部（保持手段）
１３１、１３２ フランジ受けガイド
１３３、１３４ 傾斜面
１３５、１３６ 水平面
２００ 揺動ガイド
２０２ 支持部
２０３ 当接部

Claims (3)

1. 回転体に設けられ、容器の口部上端に当接する面が前記回転体の半径方向内方側へ向かって低くなるように傾斜させたパッキンを有する充填手段と、
   容器に形成されたフランジの下面側を保持する保持手段と、
   前記保持手段とパッキンとを相対的に昇降させる昇降手段と、
   前記保持手段に設けられ、容器のフランジの下面側を支持するとともに、水平面と、前記回転体の半径方向内方側へ向かって次第に低くなるように傾斜する傾斜面とが形成されたフランジ受けガイドと、
   前記水平面とともに容器のフランジの下面側を支持する支持部と、容器のフランジの上面側に当接する当接部とを有する、揺動可能な揺動ガイドとを備え、
   前記保持手段が容器を保持した状態において、前記揺動ガイドを下方へ揺動させて前記当接部により容器のフランジを前記傾斜面に押付けることにより、容器の底部を前記回転体の半径方向内方側が低くなるように傾斜させ、その傾斜状態で前記昇降手段が前記保持手段とパッキンとを相対的に昇降させ、容器の口部上端を前記パッキンに密着させることを特徴とする回転式充填装置。
2. 前記回転体の外周縁に沿って設けられた円弧状のカムと、
   前記揺動ガイドの揺動中心に関して、前記当接部とは反対側である揺動アームに設けられたカムフォロアと、
   前記揺動アームを付勢して前記カムに前記カムフォロアを係合させる付勢手段とを備え、
   前記カムフォロアが前記カムに係合した状態において、容器のフランジの下面側は前記水平面と前記支持部によって支持され、前記カムフォロアが前記カムから解放された状態において、前記揺動ガイドは前記付勢手段の付勢力によって揺動し、前記当接部が容器のフランジを前記傾斜面に押付けることを特徴とする請求項１に記載の回転式充填装置。
3. 容器のフランジの下面側が前記水平面と前記支持部によって支持された状態において、前記支持部が前記水平面よりも上方へ変位するように前記揺動ガイドが揺動することを阻止するストッパが設けられることを特徴とする請求項１に記載の回転式充填装置。

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