JPH02205502A - 液体供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は空のカートンを液体の充填および封止を行いな
がら経路を沿って搬送する自動充填機に関し、より詳細
には、かかる充填機用の液体供給ユニットに関する。

〔従来技術および発明が解決しようとする課題〕カート
ンにミルクやジュースのような液体を充填するのに、米
国特許第４．４４８．００８号に開示されているような
高速自動充填機が使用されてきた。

これらの充填機は、カートンが充填機の充填部分を通っ
て前進するときに所定量の液体を各カートンに供給する
のに必要とされる。

従来使用されていたある種の供給ユニットは、米国特許
第４．４０２，４６１号に開示されているもののような
複ベローズ型装置である。この特許はスリーブにより相
互に連結された一対のベローズを有する供給ユニットを
開示しており、スリーブは上方ベローズから下方ベロー
ズへの流体の流れを制御するばね付勢逆止弁を収容して
いる。下方ベローズの下端部には、固定吐出ノズルが設
けられており、可動の吐出弁要素がばねにより閉位置に
向けて付勢されている。スリーブは固定ノズルに対して
近づいたり離れたり軸線方向に往復移動可能に設けられ
ている。スリーブと連結されている各ベローズの端部は
、スリーブとともに移動する。

夫々のベローズの反対端は不動に保持されていて、ノズ
ルに向うスリーブの軸線方向移動により下方ベローズを
圧縮し上方ベローズを伸張させるようになっている。

アクチエエータによりスリーブを垂直方向に上昇させて
上方ベローズを収縮させ、同時に下方ベローズを伸張さ
せる。この動作によりスリーブ内の逆止弁を開き、液体
を上方ベローズから下方ベローズに流入させる。スリー
ブの移動が止まると、逆止弁が閉じる０次いで、アクチ
ュエータによりスリーブを降下させて上方ベローズを伸
張させ、同時に下方ベローズを収縮させる。下方ベロー
ズ内の圧力上昇が吐出弁要素に作用するばね力に打ち勝
ち、それにより弁を開き、下方ベローズ内に存在する液
体はカートンに流入する０次いで、この工程を繰り返し
て液体を供給源から上方ベローズ内へ、次いで下方ベロ
ーズ内へ、最終的に個々のカートン内へ次々に移送する
。

これらの供給ユニットは主としてミルク等の液状食品用
に使用されるので、無菌すなわち衛生条件下で充填工程
を行なわなければならない、充填操作中に汚染が起るこ
とがないようにしなければならない。これらのユニット
は、細菌が液状食品に入ってこの食品とともにカートン
内に封入されるので、充填工程中、細菌がカートンまた
は充填ノズルに入るのを防ぐように設計しなければなら
ない。

従来の充填装置では、カートンに例えばミルクを充填す
るとき、液体の流れパターンによりカートン内の液体内
容物の頂部に泡が発生する傾向があることがわかった。

泡が存在すると、カートンを閉じて封止するのを妨げる
。また、泡の存在は、カートンへの充填速度を上昇させ
ようとする際の制限要因となる。泡が存在すると、充填
条件が非衛生的になってしまう。従来、充填操作中に存
在する泡の量を減少させる試みが行なわれてきた。

例えば、米国特許第４，３７５．１４５号は泡の発生を
最小にする方法でカートンに充填するための装置を第１
０図に開示している。米国特許第４，４４８．００８号
は存在する泡を吸い出すのに管を使用することを開示し
ている（８欄の１１〜１６行）。

特に液状食品用の従来の液体供給ユニットの欠点を考慮
して、本発明の目的は液体の供給が正確で効率的である
液体供給ユニットを提供することである。

本発明の他の目的は、充填を行っているときのカートン
内での泡の発生を最小にするようにした液体供給装置を
提供することである。

本発明のなお一層の目的は、衛生条件を維持しながらカ
ートンに急速に充填することが可能である液体供給装置
を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、これらの目的は一対の可動スリーブを
介在させて３つの軸方向に整合されたベローズ組立体を
設けることによって達成される。

不動の支持体に設けられている吐出ノズルを下方ベロー
ズの下端に連結しである。ノズルからの流体の流れを制
御するために、ノズルの内部孔には、可動吐出弁要素が
受入れられている。弁ステムが吐出弁要素から下方の可
動スリーブまで延びていて、下方の可動スリーブの下方
変位により吐出弁要素を開位置まで変位させるようにな
っている。

ノズルの孔内のばねが弁要素を閉位置に向けて付勢して
いる。上方ベローズから中間ベローズへの液体の流れを
制御するために、上方の可動スリーブには、ばね付勢逆
止弁が設けられている。吐出弁要素は泡の形成を最小に
する角度でカートンの内面に当るように液体の流れを外
方に導びく形状を有している。

カム構造体および空気圧式ラムによって上方および下方
スリーブに往復運動を与える。下方のスリーブの運動は
、吐出弁を通るときに液体を加速するのに極くわずかな
エネルギでよいように、そして弁要素が弁座から離れる
とき下方ベローズ内の静液圧が大気圧より極くわずかに
高く上昇するような方法で制御される。上方スリーブの
運動を下方のスリーブの運動と同調して、吐出弁を閉じ
ている間、下方ベローズの内部の補充を行う。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を第１図に示しである。

実質的に垂直な軸線上に供給ユニット２が設けられてお
り、このユニット２には、製品源から液体が供給される
入口導管４が設けられている。この供給ユニット２は、
吐出弁組立体８および３つのベローズ１０．１２．１４
を有している。上方ベローズ１０と中間ベローズ１２と
の間には、上方スリーブ１６が設けられている。中間ベ
ローズ１２と下方ベローズ１４との間には、下方スリー
ブ１８が設けられている。供給ユニット２は、２０で概
略的に示す機械フレームに設けられている。フレーム２
０には、ブラケット２１が設けられており、このブラケ
ット２１は上方ベローズ１０用の入口管を不動にかつ吐
出弁組立体８と軸線方向整合状態に保持している。

第２図に示すように、上方弁スリーブ１６は可動弁要素
２２を有しており、この要素２２はスリーブ１６に設け
られた弁座２４に対して近づいたり遠ざかったり往復動
可能に設けられている。第３図に示すように、この弁要
素２２は、弁座２４と係合するようにばね２６によって
上方に付勢されている。ばね２６は、スリーブ１６の肩
部２７と弁要素２２のステムに固着されたリテーナ２８
との間で圧縮されている。弁要素は、装置の初期の液体
充填中、中間ベローズおよび下方ベローズがら空気を追
い出すためのパージ弁構造体を有している。このパージ
弁構造体は複数のベント通路２３を有している。これら
の通路はシールリング２５により覆われている。このシ
ールリング２５は、リテーナ２８と弁要素２２との間に
設けられたパージばね２６によって弁要素２２に向けて
付勢されている。このパージ弁構造体は、米国特許出願
筒０７１０３６９９２号に記載されている（参照せよ）
。

吐出弁組立体８はフレーム２０に一定位置に設けられて
おり、内孔３０を持つノズル２９を有しており、内孔３
０には、可動弁要素３１が受入れられている（第５図）
。弁要素３１は複数のガイド３２を有しており、これら
のガイド３２は弁要素３１をノズル２９の中実軸線と整
合状態に支持すべ（ノズル２９に受入れられている。弁
要素３１は弁ステム３４を有しており、この弁ステム３
４はノズル２９および下方ベローズ１４内を上方に延び
ている。

下方スリーブ１８は中央ハブ３６および複数の軸線方向
通路３８を有しており、これらの通路により、中間ベロ
ーズ１２と下方ベローズ１４との間に液体を流すことが
できる。弁ステム３４に設けられたリテーナ３３とノズ
ル２９の内側の肩部３５との間で、ノズル２９内のばね
４０が圧縮されている。このばね４０は、弁要素３１を
ノズル２９の下端部の弁座４２に押しつける。この組立
体の重要な特徴として、弁ステム３４がハブ３６に係合
してハブの下方移動により弁要素３１を開くようになっ
ている。ハブ３６の上方移動中、ばねは弁ステム３４を
ハブ３６と係合状態に保つ。

弁要素３１が弁座４２に係合するようにするために、ス
リーブ１８は要素３１を弁座４２に係合させるのに必要
であるよりもわずかに長い距離上方に移動する。かくし
て、要素３１を完全に閉じると、ハブと弁ステム３４の
端部との間にわずかなギャップが生じる。第５図に示す
ように、弁座４２は好ましくは円錐形であり、要素３１
の係合面４３は対応する形状を有している。

上方スリーブ１６および下方スリーブ１８の運動により
、吐出弁８からの液体の流出および弁組立体８の下に位
置決めされたカートン４４（第１図）への液体の流入を
制御する。第１図および第２図に示すように、フレーム
２０には、垂直ボスト４６がベローズ１０．１２．１４
およびスリーブ１６．１８と平行関係に設けられている
。このポスト４６は、往復動エアシリンダ４８．５０用
のガイドとして機能する。上方エアシリンダ４８は、剛
性アーム５２によってスリーブ１６に固着されている。

同様に、下方エアシリンダ５０は、剛性アーム５４によ
って下方スリーブ１８に固着されている。

機械フレーム２０には、カム駆動モータ５６（第１図）
がエアシリンダ４８．５０夫々に隣接して設けられてい
る。このモータ５６は、駆動チェーン５９によって中間
シャフト６０を回転させる。また、上方シャフト６０も
モータ５９によりシャフト５８とシャフト６０との間の
駆動チェーン６２によって駆動される。上方シャフト６
０はカム従動節６６と協動するカム６４を有しており、
カム従動節６６はエアシリンダ４８から外方に延びるブ
ラケット６８に固着されている。下方シャフト５８もカ
ム７０を有しており、このカム７０はカム従動節７２に
係合するように適所にあり、カム従動節７２は下方エア
シリンダ５０から外方に延びるブラケットに設けられて
いる。エアシリンダ４８．５０の作動は、空気をエアシ
リンダ４８．５０の夫々の端部に供給してシリンダ４８
．５０をボスト４６に沿って上方または下方に選択的に
変位させる在来の空気圧式制御装置７６によって制御さ
れる。この空気圧式制御装置は、従動節６６．７２を押
圧してカム６４．７０と係合させるようにシリンダ４８
．５０内の空気圧を維持する。ポスト４６にストッパ７
１．７３を設は夫々のシリンダ４８．５０の移動を制限
している。

供給ユニットの作動はベローズを通る液体の流れを調整
するようにカム６２．７０およびエアシリンダ４８．５
０により制御されるので、弁要素３１が弁座４２から遠
去かりカートンへの充填を始めるとき、ノズル２９の内
部とノズルの外部雰囲気との間の液体の圧力差は比較的
小さい、ノズル２９に小さな圧力差を維持することによ
って、液体は急に加速してカートンに流入（噴入）しな
いが、万一これが起ると、発泡が生じる。第５図に示す
ように、弁要素の係合面４３および弁座４２により液体
をカートンの側壁部に対して斜めに差し向けることも重
要である。上記係合面の勾配は角度Ａで示してあり、こ
の角度は、カートンの大きさによるが、ミルク中の泡形
成を最小にするために約２０度と６０度との間であるの
が好ましいことがわかった。弁座４２と係合面４３とは
実質的に平行であるので、弁要素３１が弁座４２から離
れると、液体が係合面４３と弁座４２との間を外方に流
れるとき、液体の流路の横断面積は実質的に一定のまま
である。図面に示す実施例では、弁座４２は４５度の角
度Ａを有し、弁要素の係合面４３は４６度の角度Ａを有
している。このわずかな角度差により、両方の面は互い
に係合しているときには外縁部で近づき合っている。こ
の結果、良好なシールが形成され、漏れがなくなる。

吐出弁が下方ベローズ内の圧力の上昇に応じて開弁され
る先の充填装置について述べたように、吐出弁の開弁時
の圧力差により、液体はカートンの壁部に向けて加速さ
れ、それにより液体の流れが壁部に当るとき、泡を発生
する。本発明の充填装置は、弁３１が開くとき下方ベロ
ーズ内の圧力をほぼ大気圧に保つことによってこの問題
を回避する。これはベローズと吐出弁との整合動作を必
要とする。

充填ストロークが始まる前に吐出弁が開いていなければ
ならず、また吐出弁が閉弁し始める前に充填ストローク
を終了しなければならないということがわかった。弁は
出来るだけゆっくり閉じなければならないが、再充填ス
トロークが始まるときだけ全閉しなければならない。弁
要素３１の開閉移動と、ベローズを伸縮させるスリーブ
１６．１８の変位との関係を第６図にグラフで示しであ
る。充填ストロークは、スリーブ１８　（第２図）が下
方に移動し始めることによって弁変位グラフの７６のと
ころで始まる。この移動により、弁要素３１を全開位置
に向けて下方に変位させる。短時間の間隔後、スリーブ
１６は第６図に７８で示すように下方に移動し始める。

液体製品はスリーブ１８を通って自由に流れるので、液
体は中間ベローズ内の液圧の実質的な上昇なしで中間ベ
ローズ１２から下方ベローズ１４の中へ移送される。

また、吐出弁要素３１は上方ベローズがそのストローク
を始めた後、短時間、全開しているので、下方ベローズ
内の圧力は実質的に上昇しない。

第６図に８０で示すようにスリーブ１６の充填ストロー
クが終るとすぐに、吐出弁要素３１が８２で示すように
閉じ始める。弁要素３１の閉じストロークはその初めの
部分の間、急速度で起り、８４で示すように、弁要素は
着座するまで、より低い速度で減速される。弁が着座さ
れた後の短時間、スリーブ１６は８６でその上方ストロ
ークを始めてベローズ１２．１４内の液体製品を再充填
する。スリーブ１６がそのストロークの頂点８８に達す
ると、装置は次の充填サイクルを始める用意が整う。

例として、サイクルは係合面４３と弁座４２との間の隙
間が０．５０８ａｍ　（０，２００インチ）またはそれ
以上である７８のところで始まる。そして充填ストロー
クが始まる。充填ストロークが（８０で）終るとすぐに
、弁８２は閉じ始める。係合面４３が８４で弁座４２に
完全に着座すると、再充填ストロークが始まる。弁を閉
じている間、この弁は好ましくは非常に高い速度、はぼ
１１．４３ｍ（４５０インチ）／秒／秒加速され、次い
で着座するまで低速度、３３．０２０ｍ／秒／秒で減速
される。

カートン内の部分を減少させるための本発明の他の特徴
は、弁要素３１上のガイド３２の数および形状である０
図面には４つのガイド３２を示しであるが、１つのガイ
ドでもよい、ガイドの目的のうち１つは液体の流れを介
して空気をカートンから排出することである。各ガイド
は液体の流れを遮断して隙間を形成し、この隙間を通し
て空気を大気に排出することができる。製品の円滑な流
れを達成するために、６０度の傾斜角をもつナイフ刃の
ようにガイドの背面側に鋭角を形成することによってガ
イドの横断面が減少している。これにより、カートンの
各壁部に当る製品の流れの形状が幅広くなり、それほど
乱れない、フィンとカートンの隅部を整合させることに
より、製品の流れはカートンの壁部に向けられる。フィ
ンの基部の半径は流れをそれほど乱さないために非常に
小さく、泡の低減の面では重要である。

作動中、弁要素３１が弁座４２と係合しているとき、カ
ートン４４が吐出弁組立体８の下に位置決めされ、液体
はカートンの中へは流れない、エアシリンダ５０はその
移動の上方範囲にあり、スリーブ１８は第６図の位置７
６に相当する上方位置にある。シリンダ５０の上端部内
の空気圧によりカム従動節７２を下方に押圧してカム７
０と係合させる。カム７０が回転すると、スリーブ１８
が下方に押されて弁要素３１を下方に弁座４２から離れ
る方向に変位させる。短時間後、第６図に７８で示すよ
うに、カム６４がエアシリンダ４８およびスリーブ１６
を下方に変位させ、それによりベローズ１２．１４の容
積を減少させて液体をカートン４４の中へ流す。

第６図に８０，８２で示すようにカートン充填ストロー
クの終了時、カム７０によりスリーブ１８を位置８４に
達するまで上方に移動させる。

弁要素３１が弁座４２と係合してから短時間後、カム６
４により上方エアシリンダ４８が上方スリーブ１６を変
位させて中間ベローズ１２および下方ベローズ１４内の
流体圧がばねの力に打ち勝つ程減少すると、再充填スト
ロークが（第６図の８６で）始まる。これにより、逆止
弁２２を開き、それによりベローズ１２．１４の内部の
製品液体を再充填する。エアシリンダ４８の上方移動が
（第６図の８８で）止まると、ベローズ１０内の液圧は
上昇し、ばね２６により弁要素２２は閉じる。製品供給
装置全体にわたってほぼ一定の流体ヘッドが維持される
ので、ベローズ１０内の圧力はほぼ一定のままである。

゛ 供給ユニットの作動が終了すると、追加の液体を導管４
を通して供給せずにユニットを作動することによって液
体をユニットから排出する。液位が弁２２より下にある
とき、制御装置７５を作動して下方シリンダ５０をスト
ッパ７３まで下方に変位させる。この移動により、スリ
ーブ１８を下方に移動させ、それにより弁ステム３４を
下方に変位させて弁要素３１を弁座４２から遠去かる方
向に降下させる０次いで、液体をベローズ１２．１４か
ら排出し、弁組立体８を通して吐出する。

供給ユニットの内部を清浄にするために、まずユニット
を排液し、次いでユニットに清浄溶液を充填する。カー
トンへの充填について述べたようにしてユニットを作動
することによって、清浄溶液はユニット内を流れる。十
分な時間後、残留する清浄流体をユニットから排出する
。

本発明を好適な実施例に従って示し説明したが、本発明
から逸脱することなしに変更および修正を行うことがで
きることはわかるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液体供給ユニットを示す部分概略
立面図；第２図は第１図の液体供給ユニットの部分概略
横断面図；第３図は第２図に示す上方弁スリーブの拡大
横断面図；第４図は第２図の線４−４に沿つた下方スリ
ーブの横断面図；第５図は吐出弁の弁要素を示す部分横
断面詳細図；第６図は供給ユニットの上方および下方弁
スリーブの運動を示すグラフである。 ２・・・・・・液体供給ユニット ４・・・・・・入口導管　　６・・・・・・製品源８・
・・・・・吐出弁組立体 １０．１２．１４・・・・・・ベローズ６．１８・・・
・・・スリ ４・・・・・・弁座　　２ ９・・・・・・ノズル ４・・・・・・弁ステム ４・・・・・・カートン ープ　　２２・・・・・・弁要素 ６・・・・・・ばね ３１・・・・・・弁要素 ４２・・・・・・弁座

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固定吐出ノズルと、所定時間の間、該ノズル内の吐
   出弁と協働して所定量の液体をノズルを通して圧送する
   複数の圧縮可能なベローズとを有する種類の液体供給装
   置において、吐出弁のステムと同軸に配置された一対の
   スリーブと、該スリーブを吐出ノズルに対して軸線方向
   に往復運動可能に取付ける構造体と、ノズルと第１スリ
   ーブとの間の第１ベローズと、第１スリーブと第２スリ
   ーブとの間の第２ベローズと、第２スリーブと固定取付
   体との間の第３ベローズとを備え、前記第２スリーブは
   、第１スリーブが吐出ノズルに向って軸線方向に移動す
   るとき弁ステムに往復運動を与えるように弁ステムと連
   結されており、前記第２スリーブは、第２ベローズ内の
   液圧よりも高い第３ベローズ内の液圧に応答して開くよ
   うに第２スリーブと協働する制御弁要素を適所に有して
   いることを特徴とする液体供給装置。 ２、前記軸線を実質的に垂直にして弁ステムを取付ける
   ための支持手段を備えていることを特徴とする請求項１
   記載の液体供給装置。 ３、所定の時間および変位表に従って第１および第２ス
   リーブに往復運動を与えるための駆動装置を備えている
   ことを特徴とする請求項１記載の液体供給装置。 ４、駆動装置は共通のポストに往復移動可能に設けられ
   た第１および第２エアシリンダを有しており、第１エア
   シリンダは第１スリーブに固着されており、第２エアシ
   リンダは第２スリーブに固着されており、また上記所定
   の時間および変位表に従って第１および第２エアシリン
   ダを選択的に変位させるための回転カム装置を備えてい
   ることを特徴とする請求項３記載の液体供給装置。 ５、吐出弁要素は、弁ステムがノズルに対して上昇する
   とノズルの弁座に係合する係合面を有しており、弁要素
   のこの係合面は弁ステムの軸線に対して約４５度の勾配
   を有しており、弁座は係合面とほぼ同じ勾配を有してい
   ることを特徴とする請求項１記載の液体供給装置。 ６、吐出弁要素の係合面および弁座は弁要素の外周に向
   って近づき合うわずかに異なる勾配を有していることを
   特徴とする請求項５記載の液体供給装置。 ７、第２スリーブは、これが吐出ノズルに向って変位す
   るとき吐出弁要素を弁座から遠去かる方向に変位させる
   ために弁ステムと係合可能な中央ハブを有しており、ま
   た第２スリーブは第１ベローズと第２ベローズとを連通
   する液体流路を有していることを特徴とする請求項５記
   載の液体供給装置。 ８、吐出弁要素を弁座に向けて付勢するばねを備えてい
   ることを特徴とする請求項７記載の液体供給装置。 ９、制御弁要素は、弁ステムと、該弁ステムと協動し弁
   要素を閉位置に向けて付勢するばねとを有していること
   を特徴とする請求項１記載の液体供給装置。 １０、弁要素は、空気を第２ベローズから第３ベローズ
   の中へパージするパージ弁手段を有していることを特徴
   とする請求項９記載の液体供給装置。 １１、弁要素は、空気を第２ベローズから第３ベローズ
   の中へパージするパージ弁手段を有していることを特徴
   とする請求項８記載の液体供給装置。 １２、吐出弁要素はノズルの弁座に係合する係合面を適
   所に有しており、該係合面および弁座は実質的に円錐形
   であり、中心軸線と同心であることを特徴とする請求項
   １０記載の液体供給装置。