JP6678421B2 - 容器を充填物で充填する装置 - Google Patents

Description

本発明は、好ましくは飲料充填プラントにおいて、容器を充填物で充填する装置に関する。当該装置には、電子モジュールを収容するハウジングが設けられている。

充填用容器を充填物で充填する充填エレメントが設けられた飲料充填プラントが、従来から知られている。当該充填エレメントは、電気機械アクチュエータにより制御される。電気機械アクチュエータには、電子モジュールによって適切な制御電圧または制御電流が供給される。これにより、充填エレメント内の対応する充填バルブにおいて、指定された開放状態と閉塞状態の少なくとも一方が実現されうる。

充填エレメントにおける電気機械アクチュエータを制御するために設けられた電子モジュールは、例えば充填カルーセルとともに回転するセントラルキャビネット内に配置されるか、あるいは回転する充填カルーセルに対して不動の位置に配置されることが一般的である。制御信号、あるいは制御電流やスイッチング電流を対象の電気機械アクチュエータに送るために、スイッチングキャビネットの壁を通るケーブルフィードスルーが設けられる。

そのようなスイッチングキャビネットを、圧縮空気などによって、やや陽圧になるように加圧することが知られている。これは、液体（洗浄液、充填物、湿気など）が外部からスイッチングキャビネット内に浸入し、電子モジュールを傷めないようにするために行なわれる。

まずケーブルがセントラルスイッチングキャビネットの開口を通され、次いで電子モジュールに接続され、その後にケーブルフィードスルーによる封止がなされる必要があるため、どのように電気接続を確保するかという観点から、セントラルスイッチングキャビネットの設計がなされている。また、セントラルスイッチングキャビネットを圧縮空気で加圧し続けることは、飲料充填プラントの稼動コストを上昇させている。

上記に鑑み、本発明は、容器を充填物で充填する装置について改善された構成を提供することを目的とする。

この目的は、請求項１に記載の特徴を有する容器を充填物で充填する装置により達成される。さらなる有利な構成は、従属請求項に記載の特徴により得られる。

すなわち、ここに提案される装置は、飲料充填プラントにおいて容器を充填物で充填する装置であって、
充填バルブの電気機械アクチュエータを制御する電子モジュールを収容するハウジングと、
前記ハウジングに収容された電子モジュールと、
前記電子モジュールとの電気的接触部を前記ハウジングの外側から挿通するために前記ハウジングに設けられた少なくとも一つの開口と、
を備えており、
前記開口は、前記電気的接触部を挿通するために前記ハウジングに溶接されたコネクタによって液密に封止されている。

電気的接触部を挿通するためにハウジングに溶接されたコネクタによって開口が液密に封止されているため、ハウジング外部から電子モジュールへの簡単な電気的接触がなされうる。また、コネクタがハウジングに対して液密に溶接されていることにより、電気的接触部の気密的封止がなされうる。ハウジングとコネクタが金属材料からなる場合、コネクタを介してハウジングの接地もなされうる。結果として、ハウジングを接地する追加的な対策も不要となる。より具体的な実施形態例においては、コネクタの接地と電子モジュールの接続がハウジングを介してなされうる。

ハウジングの開口にコネクタが溶接されることにより、飲料充填プラントの組立てや必要な保守、ならびに電子モジュールの交換を簡単に行なえるようになる。ハウジングの壁にケーブルを通し、電子モジュールとの電気的接触を確保したりこれを封止したりする必要がないからである。外部からの電子モジュールとの電気的接触は、ハウジングに溶接固定されたコネクタに対応する適当なコネクタとの直接的接続によりなされうる。

また、ハウジングに対するコネクタの溶接によってなされる液密封止により、圧縮空気によるハウジング内の加圧を不要にできる。既に気密的封止がなされているからである。

溶接により形成される液密封止は、レーザ溶接（好ましくは低出力パルスレーザを用いるもの）により形成される溶接継ぎ目を有していることが好ましい。これにより、コネクタに入力される熱が可及的に低くなり、コネクタへの熱損傷が回避されうる。より好ましくは、溶接継ぎ目は、Ｉ‐ジョイントにおいて形成され、Ｉ‐継ぎ目を有する。フィレット接合とは対照的に、Ｉ‐ジョイントは、より良好な熱入力性と熱散逸性を有している。継ぎ目領域にあまり多くの材料が存在していないからである。

コネクタは、電子モジュールと電気的に接続されていることが好ましい。これにより、外部から電子モジュールへの電気的接触がなされうる。

より好ましくは、コネクタは、電子モジュールと機械的に接続されており、電子モジュールは、コネクタによってハウジングに保持されている。この場合、ハウジングの開口へのコネクタの溶接により、ハウジングの開口の液密封止がなされるだけでなく、同時に電子モジュールがハウジングに保持されうる。電気的接触部のフィードスルーの領域においてハウジングの堅固な液密封止を提供できるだけでなく、同時に電子モジュールのハウジングへの堅固な装着と接地を提供できる。よって、電子モジュールを固定する他の装着手段を不要にできる。

コネクタあるいはコネクタハウジングの材料は、電子モジュールを収容しているハウジングの材料と同一であることが好ましい。これにより、ハウジングへのコネクタの堅固な溶接が問題なく行なわれうる。この場合、ハウジングとコネクタは、例えばステンレス鋼などの金属やプラスチックにより形成されうる。電子モジュールを収容するハウジングを形成するにあたっては、別の有利かつ溶接可能な材料が採用されうる。

コネクタ自身が液密であれば、より信頼性の高い封止がなされる。

好ましくは、コネクタは、ハウジングにおける開口を囲む領域に当接する鍔部を備えており、ハウジングの反対側には、コネクタをハウジングに機械的に保持し、液密封止する溶接継ぎ目が設けられている。これにより、機械的に信頼性の高い接続が簡単な方法で形成されうる。

装置のより好ましい実施形態においては、ハウジングに電気機械アクチュエータが収容されており、電気機械アクチュエータは、電子モジュールを通じて制御される。この場合、電子モジュールを収容するハウジングは、充填エレメントや電気機械アクチュエータに直接設置される。対応する電子モジュールを収容しているハウジングが飲料充填プラントにおける充填エレメント毎に設置されれば、電子モジュールの分散配置が可能になる。中央スイッチングキャビネットは不要とされるか、小型化されうる。さらに、中央スイッチングキャビネットから各電気機械アクチュエータへの入り組んだ配線が省略される。

電子モジュールを収容するハウジングは、充填エレメントの充填バルブの動作を可能とするために接続されうる電気機械アクチュエータを内蔵した自己完結型のモジュールとして構成されることが好ましい。ハウジングは、電子モジュールだけでなく、電気機械アクチュエータも収容できる。これにより、電子モジュールと電気機械アクチュエータを備えたハウジングが充填エレメント（より具体的には充填バルブ）に設置され、充填バルブを動作させうる。モジュール構成によれば、電子モジュールや電気機械アクチュエータとともにモジュール全体としてハウジングを交換でき、個々の充填エレメントに故障が生じた場合、このように構成された駆動モジュールを交換することによって、充填エレメントの機能を簡単に復帰させうる。

このような構成によれば、中央スイッチングキャビネットを備える従来の構成において必要であった時間のかかるトラブル対応や電子部品の電気機械アクチュエータへの再接続を不要にできる。代わりにコネクタを挿すのみで駆動モジュールとの接続がなされうる。

例えばハウジングや電子モジュールの熱膨張により生じうる機械的ストレスの軽減あるいは平衡を促すために、柔軟な要素がコネクタと電子モジュールの間に設けられることが好ましい。この柔軟な要素は、例えば、延長されたコネクタのピンや、コネクタと電子モジュールの間の短いケーブルによって設けられうる。この場合においても、電子モジュールはコネクタによってハウジングに保持されるため、ハウジングへの装着のためにさらなる締結要素を必要としない。電子モジュールの保持は、コネクタ上の柔軟な要素を介してなされるため、機械的張力が低減されうる。

上記の目的は、請求項１１に記載の特徴を有する、飲料充填プラントにおける充填バルブの電気機械アクチュエータを制御する電子モジュールを収容するハウジングにより達成される。さらなる有利な構成は、従属請求項に記載の特徴により得られる。

本発明のさらなる好適な実施形態と態様は、以下に列挙する図面と以降の記載を通じてより詳細に説明される。

第一実施形態例に係る電子モジュールを収容するハウジングを模式的に示す断面図である。 コネクタを模式的に示す側面図である。 電子モジュールおよびこれに装着されるコネクタを模式的に示す斜視図である。 コネクタが接続された図３の電子モジュールを示す図である。 電子モジュールをハウジングに挿入する工程を模式的に示す斜視図である。 電子モジュールが挿入および保持されているハウジングにコネクタが装着された状態を模式的に示す斜視図である。 電子モジュールと電気機械アクチュエータを収容しているハウジングを模式的に示す断面図である。

図面の補助を得つつ、好適な実施形態の例が以下に記載される。各図においては、同一または同様の要素、あるいは同一の効果を奏する要素は、同一の参照符号により指示される。これらの要素について繰り返しとなる説明の一部は、冗長性を避けるために省略される。

図１は、容器を充填物で充填する装置１の一部を模式的に示している。装置１は、充填バルブ（不図示）を駆動する駆動モジュール１０の形態をとっている。

装置１、特に駆動モジュール１０は、電子モジュール３が収容されたハウジング２を備えている。電子モジュール３は、回路基板の形態で模式的に示されている。電子モジュール３は、例えば、電気機械アクチュエータをモータ制御するものでありうる。電気機械アクチュエータは、充填バルブを駆動するのに必要なストローク長を提供する。

ハウジング２それ自体は液密に構成されているが、ハウジング２の外から電子モジュール３との接続をとるための複数の開口２０を有している。

各開口２０は、コネクタ４を収容している。図示の実施形態において、コネクタ４は、プラグに対するソケットとされている。しかしながら、装置１に用いられる接続システムによっては、コネクタ４はプラグでもよい。コネクタ４は、開口２０を通過することにより、鍔部４０がハウジングの内面における開口２０を囲む領域に接している。すなわち、コネクタ４は、完全に開口２０を通過するのではなく、鍔部４０がハウジング２に接するまで押し込まれる。したがって、鍔部４０は、開口２０よりも大きな径を有している。

開口２０とコネクタ４（あるいはコネクタハウジング４２）は、円形の断面を有することが好ましい。この場合、開口２０は、穿孔とされうる。

コネクタ４は、ハウジングに液密溶接されている。したがって、ハウジング２の外側に開口２０とコネクタ４を囲むように形成された溶接継ぎ目５が視認されうる。これにより、コネクタ４は、ハウジング２の開口２０内に機械的に堅固に保持されている。また、液密封止もなされる。

溶接により、コネクタ４が開口２０内において液密に保持固定されるだけでなく、コネクタ４とハウジング２の間で材料的な接合もなされる。よって、コネクタ４は、振動などのハウジング２からの機械的な影響により脱落しないようにされうる。これにより、液密封止もなされる。コネクタ４それ自体は液密に構成されており、開口２０のストッパとしても機能する。

コネクタ４、特にコネクタハウジング４２は、ハウジング２と同一材料によって形成されていることが好ましい。コネクタハウジング４２は、例えば、金属（特にステンレス鋼が好ましい）により形成されうる。その場合、ハウジング２も同じ材料から形成される。したがって、溶接継ぎ目５は、ハウジング２とコネクタ４の間に材料的な接合を確実に形成できる。または、ハウジング２とコネクタ４は、プラスチック材料から形成されうる。

あるいは、溶接によって形成される液密封止は、レーザ溶接プロセス（好ましくは低出力パルスレーザを用いるもの）によって形成される溶接継ぎ目を有することが特に好ましい。これにより、コネクタに入力される熱を最小限にでき、コネクタの熱損傷が回避されうる。特に好ましくは、溶接継ぎ目は、Ｉ‐ジョイントにおいて形成され、Ｉ‐継ぎ目を有する。フィレット接合とは対照的に、Ｉ‐ジョイントは、より良好な熱入力性と熱散逸性を有している。継ぎ目領域にあまり多くの材料が存在していないからである。

回路基板の形態である電子モジュール３は、コネクタ４の接続ピン４４を介して電気的に接続される。したがって、ハウジング２の外部からコネクタ４へのプラグイン接触がなされると、接続ピン４４を介して電子モジュール３への電気的接触が確保されうる。しかしながら、コネクタ４は、液密封止を形成するようにハウジング２内に収容されており、コネクタ４自身も液密仕様とされているため、ハウジング２の内部は外部から確実に液密状態とされる。

しかしながら、電子モジュール３は、接続ピン４４によってコネクタ４に固定保持されている。換言すると、コネクタ４は、電子モジュール３と機械的に固定接続されている。これにより、コネクタ４が後でハウジング２と溶接されると、電子モジュール３もハウジング２に対して機械的に固定保持される。よって、電子モジュール３は、コネクタ４を介してハウジング２に固定接続される。したがって、電子モジュール３をハウジング２に保持するためのさらなる締結要素や締結手段を設ける必要がない。電子モジュール３は、コネクタ４のみを介してハウジング２に保持される。

図２は、ハウジング２の開口２０に挿入されうるコネクタ４を模式的に示している。コネクタ４は、図２には示されていない対応する電子モジュールと電気的に接続されうる複数の接続ピン４４を有している。電気的接続だけでなく、電子モジュール３をコネクタ４に固定することにより、コネクタ４と電子モジュール３の間には機械的接続も確保されうる。例えば、接続ピン４４は、電子モジュール３に形成された対応する孔に挿入された上で、当該電子モジュール３に対するはんだ付けや接着がなされうる。これにより、電子モジュール３は、コネクタ４と電気的に接続されるとともに、コネクタ４により機械的に保持されうる。

ハウジング２の開口２０の周囲領域に接触可能な鍔部４０も図示されている。コネクタハウジング４２の挿通部４６は、ハウジング２の開口２０に挿通され、ハウジング２の外部から導かれるプラグやケーブルと接触して電気的接続をなす部分となる。

図３と図４は、どのようにしてコネクタ４が電子モジュール３における対応する凹部３０と係合され、例えばはんだ付けや接着によって固定されるとともに電気的接続がなされうるのかを模式的に示している。

図４は、三つのコネクタ４が装着された電子モジュール３を示している。コネクタ４は、電子モジュール３に対して十分に堅固に固定され、電子モジュール３は、コネクタ４によって保持されうる。

図５は、電子モジュール３および対応するコネクタ４がどのように開口２０が設けられたハウジング２に導入されるかを模式的に示している。まず電子モジュール３と電気的に接触するフィードスルーの封止が可能になり、次いで電子モジュール３がハウジング２に保持される。図６は、コネクタ４が搭載されて溶接がなされたハウジング２の組立て状態を示している。

例えばハウジング２や電子モジュール３の熱膨張により生じうる機械的ストレスの軽減あるいは平衡を促すために、柔軟な要素がコネクタ４と電子モジュール３の間に設けられることが好ましい。この柔軟な要素は、例えば、延長されたコネクタ４のピンや、コネクタ４と電子モジュール３の間の短いケーブルによって設けられうる。この場合においても、電子モジュール３はコネクタ４によってハウジング２に保持されるため、ハウジング２への装着のためにさらなる締結要素を必要としない。あるいは、機械的強度は劣るものの、電子モジュール３の保持は、コネクタ４に設けられた上記柔軟な要素によってなされうる。

図７は、コネクタ４が溶接継ぎ目５を介して対応するハウジング２の開口２０に溶接された装置１の断面を模式的に示している。コネクタ４の後方（ハウジング２の内方）には、回路基板の形態をとる電子モジュール３が装着されている。これにより、電子モジュール３の電気的接続手段用のフィードスルーが提供されるのみならず、電子モジュール３の堅固な保持がなされる。

ハウジング２は、電気機械アクチュエータ６も収容している。電気機械アクチュエータ６は、電子モジュール３によって制御され、充填バルブを開閉駆動できる。

この場合、ハウジング２は、完全な駆動モジュール１０とされうる。すなわち、ハウジング２は、電気機械アクチュエータ６とこれを制御する電子モジュール３を内蔵した駆動モジュール１０とされうる。駆動モジュール１０には、充填バルブのタペットと結合されうるギアユニットも設けられうる。

このような形態の駆動モジュール１０を構成することにより、電気機械アクチュエータ６とこれに対応付けられた電子モジュール３の双方を、ハウジング２内に液密状態で収容し、固定できる。駆動モジュール１０自体は、各充填エレメントに対して分散的に設けられ、中央制御ユニットによって容易に制御されうる。対応する制御線や電気的接続手段のフィードスルーは、コネクタ４によって液密的に設置されうる。

したがって、飲料充填プラントにおける充填エレメントが電気的あるいは駆動的問題により動作不良を起こした場合、単に対応するプラグをコネクタ４に接続し、駆動モジュール１０を充填エレメントや充填バルブに対して機械的に接続することにより、駆動モジュール１０全体が交換されうる。よって、時間を要するトラブルシューティングを行なう必要がない。電気系統や電気機械アクチュエータに不良がある場合、駆動モジュール１０が交換されるのみである。したがって、複雑なトラブルシューティングは不要であり、特別な作業スタッフが少なくても保守交換が行なわれうる。

発明の範囲から逸脱することなく可能の範囲内において、各実施形態例について記載された各特徴は、組合せと交換の少なくとも一方が可能である。

１：容器を充填物で充填する装置、１０：駆動モジュール、２：ハウジング、２０：開口、３：電子モジュール、３０：凹部、４：コネクタ、４０：鍔部、４２：コネクタハウジング、４４：接続ピン、４６：フィードスルー部、５：溶接継ぎ目、６：電気機械アクチュエータ

Claims (12)

1. 飲料充填プラントにおいて容器を充填物で充填する装置（１）であって、
   充填バルブの電気機械アクチュエータ（６）を制御する電子モジュール（３）を収容するハウジング（２）と、
   前記ハウジング（２）に収容された電子モジュール（３）と、
   前記電子モジュールとの電気的接触部を前記ハウジング（２）の外側から挿通するために前記ハウジング（２）に設けられた少なくとも一つの開口（２０）と、
   を備えており、
   前記開口（２０）は、前記電気的接触部を挿通するために前記ハウジング（２）に溶接されたコネクタ（４）によって液密に封止されていることを特徴とする、
   装置。
2. 前記コネクタ（４）は、前記電子モジュール（３）と電気的に接続されていることを特徴とする、
   請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記コネクタ（４）は、前記電子モジュール（３）と機械的に接続されており、
   前記電子モジュール（３）は、前記コネクタ（４）によって前記ハウジング（２）に保持されていることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の装置（１）。
4. 前記コネクタ（４）におけるコネクタハウジング（４２）の材料は、前記ハウジング（２）の材料と同一であり、
   前記材料は、好ましくは金属かプラスチックであり、
   前記金属は、好ましくはステンレス鋼であることを特徴とする、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の装置（１）。
5. 前記コネクタ（４）は液密であることを特徴とする、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の装置（１）。
6. 前記コネクタ（４）は、前記ハウジング（２）における前記開口（２０）を囲む領域に当接する鍔部（４０）を備えており、
   前記ハウジング（２）の反対側には、前記コネクタ（４）を前記ハウジング（２）に機械的に保持し、液密封止する溶接継ぎ目（５）が設けられていることを特徴とする、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の装置（１）。
7. 前記ハウジング（２）に電気機械アクチュエータ（６）が収容されており、
   前記電気機械アクチュエータ（６）は、前記電子モジュール（３）を通じて制御されることを特徴とする、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の装置（１）。
8. 前記ハウジング（２）は、駆動モジュール（１０）を形成しており、
   前記駆動モジュール（１０）は、充填バルブに対して交換可能に接続されうることを特徴とする、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の装置（１）。
9. 各々が駆動モジュール（１０）を備えた少なくとも二つの充填エレメントが設けられていることを特徴とする、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の装置（１）。
10. 前記コネクタ（４）は、柔軟な要素を介して前記電子モジュール（３）に接続されていることを特徴とする、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の装置（１）。
11. 飲料充填プラントにおける充填バルブの電気機械アクチュエータ（６）を制御する電子モジュール（３）を収容するハウジング（２）であって、
    前記ハウジング（２）に収容された電子モジュール（３）と、
    前記電子モジュールとの電気的接触部を前記ハウジング（２）の外側から挿通するために前記ハウジング（２）に設けられた少なくとも一つの開口（２０）と、
    を備えており、
    前記開口（２０）は、前記電気的接触部を挿通するために前記ハウジング（２）に溶接されたコネクタ（４）によって液密に封止されていることを特徴とする、
    ハウジング（２）。
12. 請求項２から１０のいずれか一項に記載の構成を有することを特徴とする、
    請求項１１に記載のハウジング（２）。

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