JP6177833B2 - 流動体の充填装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、流動体を容器等に充填する流動体の充填装置および方法に関する。

液状物等の流動体を容器に充填する充填装置として、シリンダ内でピストンを進退させることにより、流動体を定量充填する構成が知られている。例えば特許文献１に開示されたピストン方式の充填装置は、充填シリンダに接続される第１の流路が、貯留タンクおよび充填ノズルにそれぞれ接続される第２の流路および第３の流路に三方弁を介して連通しており、貯留タンクから充填シリンダに吸引された液体製品を、三方弁の切り替えにより充填ノズルから吐出可能に構成されている。

特開２００８−１１０８０３号公報

上記のように、三方弁を用いて流動体の流路の切り換えを行う充填装置は、粘性の低い流動体の充填に適する一方、流動部が高粘度である場合や具材等の固形物入りの場合には、流路の切り換えが困難になったり固形物を損傷するおそれがあるため、流動体の性状に適した流路切換機構を採用することが望まれる。

ところが、流動体に応じて流路切換機構が異なる複数の充填装置を使用する場合には、設置スペースや設備コストの増大を招くおそれがあった。

そこで、本発明は、種々の流動体を容易且つ安価に充填することができる流動体の充填装置および方法の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、流動体が導入されるシリンダおよび前記シリンダ内で進退可能なピストンを有する供給部材と、前記供給部材を保持する保持部を有し駆動手段の駆動により前記ピストンを往復動させる装置本体とを備え、前記供給部材は、前記シリンダと連通可能な導入部および吐出部と、前記シリンダの連通先を前記導入部と前記吐出部との間で切り換える流路切換機構とを備える流動体の充填装置であって、前記流路切換機構が相違する前記供給部材が、予め複数用意されており、前記装置本体は、前記保持部に保持された一の前記供給部材を、他の前記供給部材に交換できるように着脱可能に保持し、一の前記供給部材が備える前記流路切換機構は、三方弁を備えており、他の前記供給部材が備える前記流路切換機構は、前記導入部および吐出部にそれぞれ対応する複数の開閉弁を備える流動体の充填装置により達成される。

また、本発明の前記目的は、上記の流動体の充填装置を用いた流動体の充填方法であって、前記装置本体に保持された前記供給部材を、充填する流動体に応じて、前記三方弁を有する前記流路切換機構を備える一の前記供給部材と、前記導入部および吐出部にそれぞれ対応する複数の前記開閉弁を有する前記流路切換機構を備える他の前記供給部材との間で交換して流動体の充填を行う流動体の充填方法により達成される。

本発明の流動体の充填装置および方法によれば、種々の流動体を容易且つ安価に充填することができる。

本発明の一実施形態に係る流動体の充填装置を一部断面で示す側面図である。 図１に示す充填装置の組み付け前の状態を示す側面図である。 図１に示す充填装置の要部後面図である。 図１に示す充填装置の作動を説明するための要部断面図である。 図１に示す充填装置の分解工程を説明するための要部断面図である。 図１に示す充填装置の他の使用構成を示す側面図である。 図６に示す充填装置の作動を説明するための要部断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、発明の一実施形態に係る流動体の充填装置を示す側面図であり、一部を断面で示している。図１に示す充填装置１は、流動体を容器等に供給する供給部材１０と、供給部材１０ａを駆動する装置本体３０とを備えている。供給部材１０ａは、予め複数用意されたうちの１つであり、図２に示すように、水平な床面Ｆに設置された装置本体３０に着脱可能に装着されて使用される。

図１および図２に示すように、供給部材１０ａは、基板１１ａの上面に取付部材１２ａにより固定されたシリンダ１３ａを備えている。シリンダ１３ａの内部にはピストン１４ａが進退可能に収容されており、ピストン１４ａには後方に延びるロッド１５ａが固定されている。ロッド１５ａの後端部には、縮径された係合部１５１ａが形成されている。

シリンダ１３ａの前端には開口部１８ａが形成されており、開口部１８ａには流路切換機構２０ａが接続されている。流路切換機構２０ａには、シリンダ１３ａと連通可能な導入部２１ａおよび吐出部２２ａがそれぞれ接続されており、駆動モータ（図示せず）による流路切換機構２０ａの作動により、シリンダ１３ａの連通先を導入部２１ａと吐出部２２ａとの間で切り替えることができる。導入部２１ａには、流動体を収容するホッパ２３ａが接続されており、吐出部２２ａには、液だれ防止弁２４ａが取り付けられている。液だれ防止弁２４ａは、圧縮エアを利用したオンオフ制御により、供給口２４１ａから流動体を供給後の液だれを防止する。

図３は、図１に示す充填装置１の要部後面図である。取付部材１２ａは、基板１１ａから起立してシリンダ１３ａの下部外周面を保持するホルダ１２１ａと、ホルダ１２１ａの上部に取り付けられる押圧部材１２２ａとを備えており、クランプレバー１２３ａ，１２３ａの操作により、ホルダ１２１ａと押圧部材１２２ａとの間にシリンダ１３ａが固定される。基板１１ａの両側には取手１６ａ，１６ａが設けられており、作業者が取手１６ａ，１６ａを把持して供給部材１０ａを搬送することができる。また、基板１１ａの両側に形成された貫通孔には、基板１１ａを装置本体３０に固定するためのハンドル付き固定ボルト１７ａ，１７ａが挿通されている。

図４は、図１に示す流路切換機構２０ａを拡大して示す要部断面図である。図４（ａ）に示すように、流路切換機構２０ａは、弁箱２０４ａの弁室が、シリンダの開口部１８ａを導入部２１ａおよび吐出部２２ａのそれぞれと連通させる三方弁であり、弁室内に円筒状の弁体２０１ａが回転摺動可能に収容されている。弁体２０１ａには、吐出部２２ａを閉鎖した状態で導入部２１ａから開口部１８ａに流動体をスムーズに案内するように、断面円弧状の切欠部２０２ａが形成されている。

弁体２０１ａは、図４（ａ）に示す開口部１８ａが導入部２１ａに連通する状態から、矢示方向に約９０度回転することにより、図４（ｂ）に示す開口部１８ａが吐出部２２ａに連通する状態になるように、流路を切り換えることができる。こうして、ピストン１４ａの後退により導入部２１ａから開口部１８ａを介してシリンダ１３ａ内に吸引された流動体を、流路切換機構２０ａの流路切換後にピストン１４ａを進出させることで、吐出部２２ａから供給することができ、ピストン１４ａのストロークに応じた定量充填を行うことができる。なお、弁体２０１ａの外周面と切欠部２０２ａとの境界部は、面取りを行わずに先鋭にすることが好ましい。この構成によれば、流動体に含まれる固形物等を、弁体２０１ａの回動時に先鋭な境界部で切断し易くすることができるので、固形物等の詰まりによる作動不良を抑制することができる。

図５（ａ）に示すように、弁体２０１ａは、カバー板２０６ａにより弁箱２０４ａ内に保持されている。弁体２０１ａには、回動軸の軸方向に沿って複数の貫通孔２０３ａ，２０３ａが形成されている。弁体２０１ａの軸方向先端部には、駆動モータの出力軸（図示せず）が連結されるキー溝付きの嵌合孔２０７ａが形成されている。各貫通孔２０３ａ，２０３ａの内周面には、先端部のみにネジ部２０８ａが形成されている。

弁体２０１ａは、洗浄やメンテナンスの際に弁箱２０４ａから取り外す必要があるが、弁体２０１ａと弁箱２０４ａとのクリアランスが小さいため、弁体２０１ａの取り外し作業が困難になり易い。本実施形態の弁体２０１ａは、上記のように、軸方向に貫通して内周面の先端部にネジ部２０８ａを有する貫通孔２０３ａが形成されているので、カバー板２０６ａを取り外した後、図８（ｂ）に示すように取り外し用のボルト５０を貫通孔２０３ａに挿通して、ボルト５０のネジ部５０１を貫通孔２０３ａのネジ部２０８ａに螺合させることにより、弁体２０１ａを矢示方向に容易に引き抜くことができる。

図１および図２に示すように、装置本体３０は、筐体３１の上部から突出するスライダ３２と、筐体３１の上部に形成された保持部３３とを備えている。保持部３３は、供給部材１０ａの基板１１ａを搭載可能な水平面とされており、固定ボルト１７ａが螺合するねじ孔３３１が形成されている。

スライダ３２は、筐体３１に内蔵された駆動モータ（図示せず）の駆動を制御することにより、図１の矢示方向に所定のストロークで往復動する。スライダ３２のストローク長さは、調整ハンドル３４の操作により適宜調整可能である。図３に示すように、スライダ３２の上部には切欠状の収容部３２１が形成されており、シリンダ１３ａから後方に延びるロッド１５ａの係合部１５１ａが収容部３２１に係合することにより、スライダ３２の往復動と共にロッド１５ａが進退する。ロッド１５ａは、図１に２点鎖線で示すように、着脱自在あるいは回動自在な保護カバー３５により被覆可能であることが好ましい。

上記の構成を備える流動体の充填装置１は、図２に示すように、供給部材１０ａのロッド１５の係合部１５１ａがスライダ３２の収容部３２１と係合するように、基板１１ａを保持部３３に搭載し、固定ボルト１７ａの螺合により基板１１ａを保持部３３に固定することで、ピストン１４ａの所望のストロークによる往復動を容易に実現することができる。流路切換機構２０ａが備える三方弁は、流動体が低粘度である場合に特に適しており、容器等への定量充填を高精度に行うことができる。

一方、流動体が高粘度である場合や大きな固形物を含む場合には、上記の供給部材１０ａを、流路切換機構が異なる別の供給部材に交換して、流動体の充填を行うことが好ましい。この場合には、図２に示す充填装置１の固定ボルト１７ａを緩めて、供給部材１０ａを装置本体３０から取り外し、図６に示すように、他の供給部材１０ｂを装置本体３０に装着する。

図６に示す充填装置１の供給部材１０ｂは、流路切換機構２０ｂが、図２に示す供給部材１０ａの流路切換機構２０ａと相違する他は、図２の供給部材１０ａと同様の構成を備えている。そこで、図６において、流路切換機構２０ｂ以外の構成部分については、図２に示す各構成要素の符号と同じ数字で添え字のアルファベットのみが異なる符号を付して、詳細な説明を省略する。図６に示す供給部材１０ｂは、装置本体３０への着脱を、図２に示す供給部材１０ａと同様の手順で行うことができる。

流路切換機構２０ｂは、シリンダ１３ｂの開口部１８ｂから分岐して導入部２１ｂおよび吐出部２２ｂが形成されており、導入部２１ｂおよび吐出部２２ｂにそれぞれ対応する複数の開閉弁２０１ｂ，２０２ｂを備えている。図７（ａ）に示すように、開閉弁２０１ｂ，２０２ｂはチャッキ弁であり、ケーシング内２０３ｂ，２０６ｂに収容された弁体２０４ｂ，２０７ｂが、スプリング２０５ｂ，２０８ｂにより閉止方向に付勢されている。弁体２０４ｂ，２０７ｂの付勢方向は、シリンダ１３ｂ内が負圧になったときに導入部２１ｂ側の開閉弁２０１ｂが開放され、シリンダ１３ｂ内が加圧されたときに吐出部２２ｂ側の開閉弁２０２ｂが開放されるように、設定されている。

上記の流路切換機構２０ｂによれば、図６に示すピストン１４ｂの後退時にはシリンダ１３ｂ内が負圧になるため、図７（ａ）に示すように、導入部２１ｂ側の開閉弁２０１ｂが開状態になる。一方、ピストン１４ｂの進出時には、流動体の押し出しによりシリンダ１３ｂの内部が加圧されるため、図７（ｂ）に示すように、吐出部２２ｂ側の開閉弁２０２ｂが開状態になる。こうして、ピストン１４ｂの後退により導入部２１ｂから開口部１８ｂを介してシリンダ１３ｂ内に吸引された流動体を、ピストン１４ｂの進出により吐出部２２ｂから排出することができ、ピストン１４ｂのストロークに応じた定量充填を行うことができる。

このように、本実施形態の流動体の充填装置１は、流路切換機構２０ａ，２０ｂが相違する複数の供給部材１０ａ，１０ｂが予め用意されており、装置本体３０に保持された一の供給部材１０ａを、充填する流動体に応じて選択した他の供給部材１０ｂに交換することができるので、流動体の種類に拘わらず、最適な定量充填を容易且つ安価に行うことができる。

また、装置本体３０を各供給部材１０ａ，１０ｂで共通化しているので、供給部材１０ａ，１０ｂのみの保管スペースを確保すればよく、充填装置を複数設置する場合と比較して、省スペース化を図ることができる。

また、各供給部材１０ａ，１０ｂを装置本体３０から容易に取り外せる構成にすることで、各供給部材１０ａ，１０ｂの洗浄やメンテナンスを効率よく行うことができる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図６および図７に示す流路切換機構２０ｂが備える開閉弁２０１ｂ，２０２ｂの構成は、特に限定されるものではなく、チャッキ弁の代わりに、可撓管を挟持して流路を閉鎖するチューブ弁や、電磁弁などを使用してもよい。

また、流路切換機構２０ａ，２０ｂとは弁の構造や配置が異なる流路切換機構を利用できるように、上記の供給部材１０ａ，１０ｂ以外の種々の供給部材を用意することも可能である。

１ 充填装置
１０ａ，１０ｂ 供給部材
１３ａ，１３ｂ シリンダ
１４ａ，１４ｂ ピストン
２０ａ，２０ｂ 流路切換機構
２１ａ，２１ｂ 導入部
２２ａ，２２ｂ 吐出部
３０ 装置本体
３３ 保持部

Claims (2)

1. 流動体が導入されるシリンダおよび前記シリンダ内で進退可能なピストンを有する供給部材と、
   前記供給部材を保持する保持部を有し駆動手段の駆動により前記ピストンを往復動させる装置本体とを備え、
   前記供給部材は、前記シリンダと連通可能な導入部および吐出部と、前記シリンダの連通先を前記導入部と前記吐出部との間で切り換える流路切換機構とを備える流動体の充填装置であって、
   前記流路切換機構が相違する前記供給部材が、予め複数用意されており、
   前記装置本体は、前記保持部に保持された一の前記供給部材を、他の前記供給部材に交換できるように着脱可能に保持し、
   一の前記供給部材が備える前記流路切換機構は、三方弁を備えており、
   他の前記供給部材が備える前記流路切換機構は、前記導入部および吐出部にそれぞれ対応する複数の開閉弁を備える流動体の充填装置。
2. 請求項１に記載の流動体の充填装置を用いた流動体の充填方法であって、
   前記装置本体に保持された前記供給部材を、充填する流動体に応じて、前記三方弁を有する前記流路切換機構を備える一の前記供給部材と、前記導入部および吐出部にそれぞれ対応する複数の前記開閉弁を有する前記流路切換機構を備える他の前記供給部材との間で交換して流動体の充填を行う流動体の充填方法。

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