JP6772558B2 - ピストン式充填機 - Google Patents

Description

本発明は、計量シリンダ内に設けたピストンを昇降させることにより、計量シリンダ内に供給された液体を計量し、容器に充填するピストン式充填機に関する。

従来、ピストン式充填機として特許文献１に開示されたものが知られている。このピストン充填機は、容器に液体を充填する充填バルブと計量シリンダを連通する吐出通路において、充填バルブ側の部分が下流側に向かって高くなるように傾斜している。この構成によれば、充填バルブの閉鎖完了タイミングが計量シリンダのピストンの下降完了タイミングより遅れた場合であっても、吐出通路の傾斜部分のために、液体が余分に充填バルブに流入することが防止される。したがって、余分な液体の流出による計量シリンダ内への気体の侵入が制限され、高精度な定量充填が実現される。

特公昭６１−３０９９５号公報

しかしながら、このようなピストン式充填機によると、充填バルブや計量シリンダを洗浄殺菌する際に、次のような問題が生じる。すなわち、充填バルブや計量シリンダに、殺菌剤としての蒸気を供給したときに、蒸気が冷却されることによって凝縮水に変化した場合、この凝縮水が傾斜した吐出通路に滞留する。このように凝縮水が滞留した部分は、蒸気が供給されても十分に昇温せず、滅菌温度に達しないために、滅菌不良が生じる。一方、凝縮水を除去するために吐出通路の底面に開閉弁等を設けると、装置の製造コストが上昇するという問題を生じる。

本発明は、吐出通路の傾斜部分による効果を維持しつつ、製造コストを上昇させることなく、滅菌不良を生じることのないピストン式充填機を提供することを目的としている。

本発明に係るピストン式充填機は、ピストンが昇降可能に設けられ、供給された液体をピストンの昇降動作によって計量する計量シリンダと、計量シリンダに形成された開口部と吐出通路を介して連通される充填バルブとを備え、吐出通路が、開口部から充填バルブに向かって水平に延伸する水平区間と、水平区間の下流側端部から充填バルブに向かって斜め上方に延伸する傾斜区間とから構成されるピストン式充填機において、水平区間と充填バルブとを連通する補助吐出通路が設けられ、補助吐出通路の幅は水平区間および傾斜区間における吐出通路の幅よりも狭く形成されていることを特徴としている。

補助吐出通路は例えば、傾斜区間における吐出通路の底面に形成されるスリットから構成され、スリットの底面は、水平区間における底面から連続するように形成されるとともに、充填バルブに向かって水平に延伸する。

液体が具材入りの液体である場合、スリットは、具材の平均的な外径よりも小さい幅を有することが好ましい。

本発明によれば、吐出通路の傾斜部分による効果を維持しつつ、製造コストを上昇させることなく、滅菌不良を生じることのないピストン式充填機を得ることができる。

本発明の一実施形態であるピストン式充填機の要部の構成を示す断面図である。 充填バルブを拡大して示す断面図である。 充填バルブの内部に開口する吐出通路の傾斜区間と補助吐出通路を示し、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

本発明の一実施形態であるピストン式充填機の構成を説明する。
図１はピストン式充填機の要部、すなわち計量シリンダ１０と充填バルブ３０と給液バルブ５０を示している。これらの計量シリンダ１０と充填バルブ３０と給液バルブ５０によって、１つの容器Ｃに対して液体を充填する充填機構が構成され、複数の充填機構が回転体７０の外周部に、円周方向に沿って等間隔毎に設けられる。回転体７０は、図１において左方に位置する回転軸Ｘの周りに回転自在に設けられ、回転する間に容器Ｃに対する充填が行われる。

計量シリンダ１０の上端には筒状のケーシング１１が設けられ、ケーシング１１の上端は回転体７０の下面に設けられた支持部材７１に固定される。計量シリンダ１０はケーシング１１よりも大径の筒状部材であり、その内部は計量空間１２である。ケーシング１１内には昇降ロッド１３が設けられ、昇降ロッド１３の下端に取付けられたピストン１４は計量空間１２内に収容される。昇降ロッド１３はサーボモータ２０によって昇降駆動され、これによりピストン１４が計量空間１２内で昇降し、容器Ｃに供給される液体が計量されて充填バルブ３０へ供給される。図示された状態はピストン１４の下降が完了した状態である。

充填バルブ３０の上端には筒状のケーシング３１が設けられ、ケーシング３１の上端は、計量シリンダ１０のケーシング１１と同様に、支持部材７１に固定される。充填バルブ３０の下端には、容器Ｃに対して液体を充填するための充填ノズル３２が形成される。ケーシング３１内には昇降ロッド３３が設けられ、昇降ロッド３３の下端には弁体３４が取付けられる。昇降ロッド３３は回転体７０の上面に設けられたエアシリンダ４０によって昇降駆動され、これにより弁体３４が昇降して充填バルブ３０を開閉する。

充填バルブ３０には、後述する吐出通路８０の一部である傾斜区間８１が形成される。弁体３４は、充填ノズル３２を開放するとき、充填バルブ３０の内壁面における傾斜区間８１の開口も開放する位置まで上昇する。弁体３４は、円柱の先端にシール部３４ａを有しており、シール部３４ａが充填ノズル３２の上方に形成された円錐面状の弁座３５に密着して充填ノズル３２を閉鎖する。

給液バルブ５０の上端には筒状のケーシング５１が設けられ、ケーシング５１の上端は、計量シリンダ１０のケーシング１１と同様に、支持部材７１に固定される。給液バルブ５０の入口部５２は、容器Ｃに充填される液体を貯留する充填液タンク８２に、第１の給液管８３を介して連結され、出口部５３は計量シリンダ１０の入口部１７に、第２の給液管８４を介して連結される。ケーシング５１内には昇降ロッド５４が設けられ、昇降ロッド５４の下端には弁体５５が取付けられる。昇降ロッド５４は回転体７０の上面に設けられたエアシリンダ６０によって昇降駆動され、これにより弁体５５が昇降して給液バルブ５０を開閉する。

弁体５５は開弁状態において、その下端部が入口部５２の上端よりも上方に位置するまで上昇する。また弁体５５は閉弁状態において、その下端部が出口部５３に形成された弁座５６に着座するように下降し、このとき弁体５５の側面５５ａは入口部５２を閉鎖している。

上述したように図１の状態では、ピストン１４の下降動作が完了している。この状態では、給液バルブ５０が閉弁する一方、充填バルブ３０は開弁している。また、計量シリンダ１０のピストン１４は下降動作における最下端位置にあり、ピストン１４の大径部１４ａの下面は計量シリンダ１０の開口部１０ａに位置している。

計量シリンダ１０の開口部１０ａより下側の部分は、上から見て円形を呈する大径空間１８である。大径空間１８は計量空間１２よりも若干大径であり、ピストン１４の大径部１４ａを収容可能な形状を有する。また大径空間１８の上流側は入口部１７に連通し、下流側は吐出通路８０に連通する。吐出通路８０は、開口部１０ａおよび大径空間１８から充填バルブ３０に向かって水平に延伸する水平区間８５と、水平区間８５の下流側端部から充填バルブ３０に向かって斜め上方に延伸する傾斜区間８１とから構成される。傾斜区間８１には、後述するように補助吐出通路８６が形成される。

図２、３を参照して吐出通路８０の傾斜区間８１と補助吐出通路８６の構成を説明する。傾斜区間８１の充填バルブ３０における開口８１ａの下端８１ｂは、水平線Ｌにより示すように水平区間８５の内壁面の上端の高さ位置に略一致している。補助吐出通路８６は水平区間８５と充填バルブ３０の内部とを連通するように形成される。補助吐出通路８６は、傾斜区間８１における吐出通路８０の底面に形成されるスリットから構成される。このスリットの底面８６ａは、水平区間８５における底面８５ａから、段差なく連続するように形成されるとともに、充填バルブ３０の内部に向かって水平に延伸し、弁座３５に連続している。また補助吐出通路８６の幅は、水平区間８５および傾斜区間８１における吐出通路８０の幅よりも狭い。図３では、補助吐出通路８６の幅は傾斜区間８１の幅の約３０％であるが、これは一例に過ぎない。

本実施形態の作用を説明する。
容器Ｃへの液体の充填動作は次のようにして行われる。まず、充填バルブ３０が閉鎖し、給液バルブ５０が開放している状態で、ピストン１４が計量シリンダ１０内の所定の上昇位置まで上昇し、これにより充填液タンク８２から充填液が計量シリンダ１０と吐出通路８０内に供給される。次いで給液バルブ５０が閉鎖するとともに充填バルブ３０が開放し、ピストン１４が所定の下降位置まで下降する。ピストン１４の下降動作が完了した直後、弁体３４が下降して傾斜区間８１の開口８１ａを閉鎖するとともに、弁座３５に着座して充填ノズル３２を閉鎖する。これにより容器Ｃへの充填動作が完了する。

充填バルブ３０の弁体３４がエアシリンダ４０によって昇降駆動されるのに対し、ピストン１４の昇降動作は、充填液の品種に応じて正確な計量を実行するため、サーボモータ２０によって昇降駆動される。一方、弁体３４がピストン１４の下降動作の完了よりも先に閉鎖して定量充填が不可能になることを防止するため、充填バルブ３０の弁体３４が弁座３５に着座するタイミングが、ピストン１４が計量シリンダ１０内において下降動作の最下降位置（図１に示す位置）に到達するタイミングから僅かに遅れるように、エアシリンダ４０が制御される。

ところで傾斜区間８１に補助吐出通路８６が形成されていない場合、ピストン１４の下降動作が完了した後に充填バルブ３０が開いていたとしても、吐出通路８０内の液面が開口８１ａの下端８１ｂの高さ位置（水平線Ｌ）を下回ることはない。しかしながら本実施形態では、補助吐出通路８６を形成しているため、充填バルブ３０の弁体３４が補助吐出通路８６を閉鎖するまでは、補助吐出通路８６から液体が流出して充填バルブ３０内に流入し、吐出通路８０内の液面が水平線Ｌよりも下回る可能性がある。この液体の流入量によっては、計量シリンダ１０まで外気が入り込み、次回の充填時の計量に支障を来すことになる。

上述したように充填バルブ３０の弁体３４が弁座３５に着座するタイミングが計量シリンダ１０内において下降動作の最下降位置（図１に示す位置）に到達するタイミングから僅かに遅れるようにエアシリンダ４０を制御しているため、弁体３４が弁座３５に着座するまでの間に補助吐出通路８６から液体が流出することになるが、充填液が具材入りの液体の場合、補助吐出通路８６のスリットの幅を具材の平均的な外径よりも小さく定めることにより補助吐出通路８６からの液体の流出を抑制することができる。なお、具材の平均的な外径の計算方法としては、相加平均、相乗平均等、種々の平均値を用いることができる。

このように、補助吐出通路８６内に小さい具材が存在することによって、補助吐出通路８６内における液体の流動が抑制され、充填バルブ３０内への液体の吐出が可及的に低減される。したがって傾斜区間８１の効果は維持され、傾斜区間８１において液面が水平線Ｌより下回ることが極力防止される。このような効果は具材入り液体の場合だけでなく、高粘度の液体を充填する場合にも発揮される。

本充填機構内の滅菌動作は次のようにして行われる。すなわち充填バルブ３０と給液バルブ５０では、弁体３４、５５が上昇して開放状態に定められ、計量シリンダ１０ではピストン１４が下降動作の最下降位置よりもさらに下降して大径部１４ａが大径空間１８内に収容される。これにより、パッキン１６は計量空間１２の内壁面から解放されて膨張するが大径空間１８の内壁面には接触しない。一方、第１の給液管８３は洗浄液を貯留した洗浄液タンク（図示せず）に連結されており、また充填ノズル３２には洗浄カップ（図示せず）が装着されている。

この状態で洗浄液タンクから洗浄液が吐出され、第１および第２の給液管８３、８４、給液バルブ５０、計量シリンダ１０、吐出通路８０および充填バルブ３０に供給されて洗浄カップに排出される。洗浄液による洗浄が終了すると、第１の給液管８３は洗浄液タンクから外され、蒸気供給装置（図示せず）に連結される。そして高温（例えば１３５℃）の蒸気が洗浄液と同様にして給液管８３、８４等に供給され、充填バルブ３０から洗浄カップに排出される。

本実施形態では、吐出通路８０の傾斜区間８１に補助吐出通路８６が形成されているので、高温蒸気が供給される前に、吐出通路８０内の洗浄液は補助吐出通路８６を通って洗浄カップ内に排出されている。また蒸気が冷却されることによって凝縮水に変化した場合であっても、凝縮水は補助吐出通路８６を通って排出され、吐出通路８０内に滞留することはない。したがって蒸気は、凝縮水によって温度が低下することがないので、所定の高温状態を維持し、十分な滅菌効果を発揮する。

本実施形態は、水平区間８５と充填バルブ３０とを連通する補助吐出通路８６を設けるという単純な構成を有するものである。したがって吐出通路８０の傾斜部分による効果を維持しつつ、製造コストを上昇させることなく、滅菌不良を生じることのないピストン式充填機が得られる。

なお、補助吐出通路８６のスリットの幅を狭くすることにより、低粘度の液体を充填する場合にも本発明を適用することができる。要するに補助吐出通路８６の幅は充填液の性質等に応じて適宜定めればよい。

また補助吐出通路８６の形状はスリットに限定されず、図２、３において二点鎖線で示すような貫通孔であってもよい。すなわち、この補助吐出通路８６は、水平区間８５の軸線方向に沿って平行に延び、充填バルブ３０内に開口する。

さらに、弁体３４、ピストン１４、弁体５５の昇降駆動は、それぞれエアシリンダ、サーボモータに限られず、その他の方式のモータやカム機構等、適宜の駆動機構を採用してもよい。

１０ 計量シリンダ
１０ａ 開口部
１４ ピストン
３０ 充填バルブ
８０ 吐出通路
８１ 傾斜区間
８５ 水平区間
８６ 補助吐出通路

Claims (3)

1. ピストンが昇降可能に設けられ、供給された液体を前記ピストンの昇降動作によって計量する計量シリンダと、
   前記計量シリンダに形成された開口部と吐出通路を介して連通される充填バルブとを備え、
   前記吐出通路が、前記開口部から前記充填バルブに向かって水平に延伸する水平区間と、前記水平区間の下流側端部から前記充填バルブに向かって斜め上方に延伸する傾斜区間とから構成されるピストン式充填機において、
   前記水平区間と前記充填バルブとを連通する補助吐出通路が設けられ、前記補助吐出通路の幅は前記水平区間および前記傾斜区間における吐出通路の幅よりも狭く形成されていることを特徴とするピストン式充填機。
2. 前記補助吐出通路は、前記傾斜区間における吐出通路の底面に形成されるスリットから構成され、前記スリットの底面は、前記水平区間における底面から連続するように形成されるとともに、前記充填バルブに向かって水平に延伸することを特徴とする請求項１に記載のピストン式充填機。
3. 前記液体は具材入りの液体であり、前記スリットは、前記具材の平均的な外径よりも小さい幅を有することを特徴とする請求項２に記載のピストン式充填機。

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