JPH0298592A - 液体の充填装置 - 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） この発明は種々の純度の高い薬液や純水などの液体を各
種の瓶や罐などの容器内または使用場所に純度を維持し
て精度よくかつ能率的に充填するだめの方法ならびＫそ
の装置に関する。

（従来の技術） 一般に１各稲の容器や使用場所（ユースポイント）Ｋ所
要の液を定量充填するに当たっては次のような条件が必
要とされている。

ｌ）、充填精度が高くばらつきが少ないこと、２）、短
時間に所定量の液を充填できるように充填速度が速いこ
と ３）、充填終了後に充填ノズルから液が垂れ落ちないこ
と、 ４）、充填部材に起因する極微細粒子や金属溶出などＫ
より液体が汚染されないこと。

上記条件のもとに現在では第６図に示すような充填装置
が用いられている。

すなわち、液受入れ部Ｃと弁開閉用の第１シリンダ部ｄ
および開度調整用の第２シリンダ部ｅを縦方向に配設し
た作動筒Ａの下側に、下端に円錐状の弁座ａ、を備えた
ノズル筒ａが連設され、ノズル筒ａから第１シリンダ部
ｄにかけての内側圧は、下端に円錐状の弁体す、を有し
、上端に第１シリンダ部ｄ内に位置するピストン体ｂ２
を備えた弁棒すが上向きにばね付勢して配設され、かつ
第２シリンダ部ｅ中にはストップ用ピストンｆが軸杆を
第１シリンダｄにのぞませると共に上向きにばね付勢し
て内装されている。

そして、液の充填に当たっては、第１シリンダ部ｄおよ
び第２シリンダ部ｅの各上通孔から圧力流体を供給する
ことにより弁軸すとピストンｆを所要に下げ弁体す、が
出口を大きく開いた大流量注入状態で、先ず第７図イの
ように液の飛沫の発生を防ぐ（気泡の混入を防ぐ）べく
、ノズル筒ａを容器Ｖ中に深く挿入して弁座ａ。

を底部に近すけ、その状態で液を容器Ｖ内に注入しつつ
ノズル筒ａを上昇させ、同図口および第８図のぐらふの
ように短い時間Ｔ、で９０％程度の液を充填し、その時
点で第１シリンダ部ｄの一ヒ通孔から圧力流体を排出し
てピストンｂ２すなわち弁軸すをストップピストンｆの
軸杆に当接するように上昇させ、弁体ｂ１を点線のよう
に弁座ａ、に近ずけて小流量注入状態となし、この絞り
状態で１２時間かけて残り１０％程度の液を注入して第
７図ハのように定量となし、その時点で第２シリンダ部
ｅの上通孔から圧力流体を排出し、弁軸すを上動させて
弁体す、を弁座ａ１に圧接させ出口を閉じるようにして
いる。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来の充填手段では、円錐状弁座に対する弁体の開
き具合を二段に操作して液の充填を図ると共に弁座に弁
体を圧接させて液の流出を遮断するようにしているが、
ノズル筒先端の弁座は開弁時には圧力損失を伴わず、閉
弁時には弁体との当たりをよくする必要から、ノズル筒
より外方にテーバをなして広がった形体となり、入口の
狭い容器には使うことができず、そして、弁座が横に広
がっているため、ノズル筒の太さはこれに制限を受ける
と同時に内側には弁軸が存在するため、液の流路面積が
狭いものとなり、それだけ充填速度が遅くなり、また、
ノズル筒は容器底部まで挿入する必要から長いものとな
リ、しかも、弁軸をプラスチック製としたのでは心ぶれ
が生じて心出し精度が維持できないところから金属製で
あるために、重くかつ弁軸摺動部およびシール部におり
て微細なパーティクルが生じたり、金属が溶出したりし
、また、構造が複雑なことからデッドスペースができや
すく、そこに溜った液からのパーティクルの流出、金属
の溶出が起るなどして、液を汚染するなどの欠点があっ
た。

そこで、この発明は上記従来技術の欠点を克服し、前記
条件を充分に満足する液の充填方法ならびにその装置を
提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的達成のために、この発明では、一定の容器また
は所定の場所に液体を充填するに当たり、初めに大充填
用の第１弁体と小充填用の第２弁体を同時にまたは第１
弁体だけを用いて大量充填を行い、一定時間後には第１
弁体を閉じ第２弁体だけを開いて定量充填を行うもので
あり、そして、充填終了の時点では供給管路端域に残留
する液を充填方向とは逆方向に吸引して液垂れ防止する
ものである。

その充填装置としては、液入［１とこれに連通ずる充填
用のノズル部材の間に大充填弁機構と小充填弁機構なら
びにノズル部材内の液体を吸引する負圧発生弁機構を切
替ｎｌ能に配設したことを特徴としており、また、ノズ
ル部材は軸線に平行な所要数の細孔または細管の集合体
となし、出口端を水平かつ平坦にして液体を整流化して
流出するようにしである。

そして、負圧発生弁機構においてダイヤフラムまたはベ
ローズ等の容積増減部材で囲まれた負圧発生室の容積を
、ノズル部材の細孔または細管中の総内容積以内の容積
に調整可能として、吸引時におけるノズル内での通気現
象を防ぐものである。

また、充填弁機構には弁開度の調整手段を設けて容器の
大きさ、液体の種類に対応できるようにしたものであり
、更に少なくとも液体の通路部分を耐薬品性の合成樹脂
として液体の汚染防止に役立つようにしである。

（実施例） 第１図イ、口、ハはこの発明の一実施例の平面、正面、
側面を示し、第２図イは第１図口のＡ−Ａ線に６つだ断
面を、第２図口、ハは第１図イのＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に
？ｄつだ断面をそれぞれ示すものであり、これらの図に
おいてＭは平面および正面が十字を存した機枠であって
、四弗化エチレン、ポリプロピレンなどの耐薬品性の合
成樹脂からなり、角形フロック状の中央体１と、その右
側、＠側および左側に結合された第１シリンタ体２、第
２シリンダ体３、第３シリンダ体４とで形成されていて
、第２図イ、口、ハにみられるように、中央体１内には
、供給ホースｈが連結された中心入口孔１ａと、ここか
ら第１シリンタ体２に向う大充填用の大径孔１ｂ、第２
シリンダ体３に向う小充填用の小径孔１ｃおよびこれら
の孔１ｈ、ｌｃを下側中心の出口ノズル接続部５に通じ
させる通孔１ｄならびに第３シリンダ体４の結合基部と
の間のダイヤフラム室６の一部をなす所要広さの空所６
ａが設けられている。

第１シリンダ体２の内部は仕切壁２Ｃによって作動室２
ａと弁室２ｂとに区画され、仕切壁２ｃには作動杆７が
摺動可能に嵌合され、その外端には作動室２ａ内で往復
動する第１ピストン７ａが結合されると共に内端には弁
室２ｂ内にあって大径孔１ｂを開閉する第１弁体７ｂが
結合され、この第１弁体７ｂの周囲部とシリンダ体２の
結合基部との間にはタイヤフラム８ａが張設されており
、そして、第１ピストン７ａは作動室２ａ内に配設され
たコイルばね９ａによって内方に付勢され、非作動時に
はそのばね力により第１弁体７ｂは大径孔１ｂの出口端
に圧接されてこれを閉じており、またシリンダ体２の外
端壁には弁開度調整用のねじ杆１０ａが作動室２ａ中に
突出させて取付けられ、大充填弁機構をなしている。

また、第２シリンダ体３の内部も仕切壁３ｃによって作
動室３ａと弁室３ｂとに区画され、仕切壁３ｃには作動
杆１１が摺動自在に嵌合され、その外端には作動室３ａ
内で往復動する第２ピストンｌｌａが結合されると共に
内端には弁室３ｂ内にあって小径孔ＩＣを開閉する第２
弁体１１ｂが結合され、この第２弁体１１ｂの周囲部と
シリンダ体３の結合基部との間にはダイヤフラム８ｂが
張設され、そして、第２ピストンｌｌａは作動室３ａ内
に配設されたコイルばね９ｂによって内側に付勢され、
非作動時にはそのばね力によって第２弁体１１ｂは小径
孔１ｃの出口端に圧接されてこれを閉じており、シリン
ダ体３の外端壁には弁開度調整用のねじ杆１０ｂが作動
室３ａ中に突出させて取付けられ、全体として小充填弁
機構をなしている。

更に、第３シリンダ体４の内部も途中の仕切壁４ｃによ
って１分され、その外側方は作動室４ａをなすが、内側
方は中央体１内の空所６ａと共にダイヤフラム室６を形
成しており、そして、仕切壁４ｃには作動杆１２が摺動
可能に嵌合され、ダイヤフラム室６内に突出する内端に
弁状ブロック１２ｂが取付けられ、このブロック１２ｂ
の周囲部と第３シリンダ体の結合基端との間にダイヤフ
ラム８ｃが張設され、また、作動杆１２の外端には作動
室４ａ内で往復動する第３ピストン１２ａが結合され、
この第３ピストン１２＆は作動室４ａ中釦配設されたコ
イルばね９Ｃによって内方に付勢されて、非作動時には
最内側にあり、更に、シリンダ体４の外端壁忙は吸引量
調整用のねじ杆１０ｃが作動室４ａ中に突出させて取付
けられ、全体として負圧発生弁機構をなしている。

一方、中央体１の下側中央の出口ノズル接続部５には、
第３図イ、口のように機枠Ｍと同じ材質からなる円形ま
たは多角形の棒体に、軸線ＫＧつた所要数（図では１２
個）の直径２謔程度の細孔１３ａを設けるか、または同
様の細管を所要数集合させて出口端を水平かつ平坦にし
たノズル１３の基端部が嵌挿され、ソケット部材１４に
よって緊締されている。

また、中央体１の背面には支持板１５ａを介して操作部
材１５が連結されている。

しかして、所要の液を一定の容器（または使用場所）に
充填するに当たっては、例えば第５図のようにｔｉｔセ
ンサ２１（液量を感知する手段ならば他のものでもよい
）−トにおかれた容器２０の注入口にノズル１３を挿入
して機枠Ｍをセットし、第１、第２、第３のシリンダ体
２゜３．４における入口孔２ｄ、３ｄ、４ｄ、を弁２２
ａ。

２２ｂ、２２ｃ　　を介して圧力流体源（図示の例では
圧縮空気供給源）２３に接続すると共に６弁２２ａ、２
２ｂ、２２ｃ　　をセンサ２１からの信号およびタイマ
ー等で作動する制＃器２４で開閉するようになし、かつ
、各シリンダ体２，３．４の出口孔２ｅ、３ｅ、４ｅを
大気に連通させる。そして、容器２０の大きさ、液の種
類などに応じ、適正な弁開度または吸引量が得られるよ
うに、予め各シリンダ体２，３．４のねじ杆１０ａ。

１０ｂ、１０ｃの突出長さを調整しておく。

上記準備が終った時点で、弁２２ａ、２２ｂを開いて圧
力流体を第１シリンダ体２と第２シリンダ体３の入口孔
２ｄ、３ｄＫ送り込み、第１ピストン７ａおよび第２ピ
ストンｌｌａをそれぞれねじ杆１０ａ　、１０ｂに当接
する状態に後退させて第１弁体７ｂおよび第２弁体１１
ｂを所定の開度に開く。すると、ホースｈおよび中心入
口孔１ａを通じ液が機枠Ｍ内に供給され、中心入口孔１
ａＫ通じる大径孔１ｂすなわち大充填弁機構および小径
孔１ｃすなわち小充填弁機構を経て、ノズル１３側忙流
れ、ノズル１３内の複数の細孔１３ａまたは細管を通っ
て容器２０内に充填される。

その際、流出液はノズル軸線に平行で出口端が平坦な複
数の細孔または細管を通ることにより細分化され、構法
がりに吹き出ることなく、整流化されて直下に放出され
飛沫を作らない。

また、その際には第３シリンダ体４中のダイヤフラム室
６の一部をなしている空所６ａには液体が封じ込められ
る。

かくて、容器２０中に短い時間Ｔ、で一定量（例えば９
０％）が収容されると、センサ２１から大充填工程終了
の信号が制御器２４に送られ、第１シリンダ体２に対す
る圧力流体の送給が出められ、ばね付勢されている第１
弁体７ｂ如より大径孔１ｂが閉じられて、小径孔１ｃを
通じての充填すなわち小充填弁機構だけでの充填が行わ
れる。

この状態が１２時間持続され、容器２０内の液量が所定
値に達すれば、再びセンサ２１から信号が発せられ、第
２シリンダ体３への圧力流体の送りが止められ、第２弁
体１１ｂが小径孔ＩＣを閉じて充填作業は終了する。

このように充填作業が終了した時点では、中央体１内の
連通孔１ｄからノズル１３の出口端忙かけて液が充満し
ており、かつ、出口端では第４図イのように液の表面張
力で液面が下にふくらんだ状態になっており、これを放
置すれば、ノズル１３の僅かな動きで液量れを生じ、残
留液がすべて流出してしまい、充填量を一定にすること
ができなくなる。

そこで、第２弁体１１ｂが小径孔１ｃを閉じた時点で、
制御器２４により第３シリンダ体４に対する弁２２が開
かれて、圧力流体が第３シリンダ体４の入口孔４ｄに送
り込まれ、第３ピストン１２ａをねじ杆１０ｃに当接す
る状態に後退させる。これにより作動杆１２を介し弁状
フロック１２ｂおよびダイヤフラム８ｃが仕切壁４ｃ側
に引き寄せられ、空所６ａの容積が定量（ノズル細孔部
分の路内容積より若干少ない量）だけ広がることになり
、そのため負圧が形成されて第４図口のようにノズル１
３内の液が空所６ａ側に吸込込まれ、出口端のふくらみ
液面が通気現象を起さない程度に細孔１３ａ中に引き入
れられ、液の表面張力と重力とがつり合って落下しなく
なる。

この際、液面を引き込みすぎると液面が細孔の上の細孔
集合部まで上がってしまい、空気が細孔を通して、通孔
１ｄに入ってしまう通気現象が起り、液垂れが生じてし
まう。

そして、この状態はノズル１３の下側に新しい容器が配
置され、次の充填作業が開始されるまで持続される。

この場合、細孔１３ａの内径が大き過ぎるとノズル内の
液面の表面の表面張力ではノズル内の液を支えきれず、
液垂れが生じてしまい、逆に細孔１３ａの内径が小さ過
ぎるとノズル１３の圧力損失が大きくなって、液の充填
速度を遅くするので、細孔１３ａの最適内径は液の粘度
により変わり液粘度がＩＣＰ位の場合には２鰭程度が最
高である。また、ノズル１３の細孔部分の長さは液の吸
い込み量を場合に応じ調節する都合トＩｏｎ〜５０Ｍが
望ましい。また、細孔１３ａの内径にばらつきがあった
り（第４図へ）、長さが不均一であったり（第４図工）
、上下端が平滑でなかったりすると、細孔内の液を支え
る力が不均一になり、力の弱い所から通気現象を起し液
垂れを起してしまうので、細孔１３ａは均一でなければ
ならない。

なお、上述の例では大充填工程時に第１弁体７ｂと第２
弁体１１ｂを同時に開くようにしたが、これは第２弁体
１１ｂを閉じておき、第１弁体７ｂだけを開いて充填さ
せるようにしてもよく、そして、第１、第２の弁体７ｂ
、ｌｌｂの開きをダイヤフラムで支えるようにしたもの
を示したが、これはベローズとしてもよく、また、中央
体や各シリンダ体などすべてを合成樹脂製としたものを
示したが、液に直接触れない作動室の部分は金属製とし
ても差支えない。

更Ｋ、各弁機構におけるピストンの作動は圧縮空気に限
らず、油圧または電磁力によって行うこともできる。

（発明の効果） この発明は上述のように構成されているので、次のよう
な効果を奏する。

初めに大充填用の第１弁体と小充填用の第２弁体を同時
に開くか第１弁体だけを開いて大部分の液を供給し、次
いで小量の残余の部分を第２弁体だけを開いて充填する
ことにより、充填精度を高めることができると同時に充
填速度を速めることができる。

また、液体の充填終了の時点でノズル部材内に残る液を
充填方向とは反対方向に吸引することにより、円錐状の
弁座を必要とせず、液垂れ現象を確実に防ぐことができ
る。

そして、液入口とノズル部材との間に大充填弁機構、小
充填弁機構ならびに負圧発生弁機構を切替え可能に配設
することによ妙、上記の効果に併せて充填操作を円滑に
行うことができ、これまでのようにノズル部材を貫通す
る弁軸を持たないので液体の流路面積を充分に確保する
ことができ、かつ金属製弁軸の摺動部がないのでパーテ
ィクルにより液を汚染することがない。

かつ、ノズル部材を所要数の細孔または細管で構成し、
出口端を水平かつ平坦例したことＫより、液体が構法が
りに噴出することなく、整流比させて直下に流出させる
ことができ、飛沫を作らない。そして、これまでのよう
に容器の底部まで挿入する必要がないので、長さを短く
することができる。

また、負圧発生弁機構の負圧発生室の吸引容積をノズル
部材の細孔の総内容積以内にすることにより、吸引時に
ノズル内に通気現象を起さず、液垂れを起さない。

充填弁機構の弁開度を適宜に調整することＫより、容器
の大きさ、液体の種類に対応させることができる。

更に、少なくとも液体の通路部分を耐薬品性の合成樹脂
とすることにより、金属の溶出などによる液体の汚染の
恐れがない。

【図面の簡単な説明】

第１図イはこの発明に係る充填装置の一例の平面図。 同　−０はその正面図。 同　図ハはその左側面図。 第２図イは第１図口のＡ−Ａ線に沿った断面図。 同　−０は第１図イのＢ−Ｂ線に浴った断面図。 同　図ハは第１図イのＣ−Ｃ線ＫＧつだ断面図。 第３図イは第２図への円形部分の拡大図。 同　−０はその下面図。 第４図イはノズル端の吸引前の状態図。 同　−０は同部分の吸引後の状態図。 同　図ハ、二はノズル細孔の不均一な場合の液垂れ現象
を示す状態図。 第５図は使用状態の正面図。 第６図は従来の充填装置の断面図。 第７図イ、口、ハは従来の充填のやり方を示す工程図。 第８図は充填時の収容量と時間の関係を示すグラフ。 図中、 １・・・・・・・・・中　　央　　体 １ｂ・・・・・・大　径　孔 ２・・・・・・・・・第１シリンダ体 ２ｂ　、　３ｂ・・・弁　　室 ３・・・・・・・・・第２シリンダ体 ５・・・・・・・・・出口ノズル接続部６ａ・・・・・
・空　　　　所 ７．１１．１２・・・作動杆 ７ａ、ｌｌａ、１２ａ・・・第１、第２、第３のピスト
ン７ｂ、ｌｌｂ・・・・・・第１、第２の弁体８ａ　、
　８ｂ　、　８ｃ・・・ダイヤフラム１ａ・・・・・・
入　　口　　孔 ＩＣ・・・・・・小　　径　孔 ２ａ、３ａ、４ａ・・・作動室 ２ｃ、３ｃ、４ｃ・・・仕切壁 ４・・・・・・・・・第３シリンダ体 ６・・・・・・・・・ダイヤフラム室 ６ｂ・・・・・・負圧発生室 １０ａ　、１０ｂ　、　１０ｃ・−・−ね　　じ　　杆
１２ｂ・・・弁状ブロック　　１３・・・・・・ノ　　
ズ１３＆・・・細　　　　孔　　Ｍ・・・・・−・・・
機ル 枠

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）、大充填用の第１弁体と小充填用の第２弁体を同
   時にまたは第１弁体だけを開いて所要の液体を容器また
   は所定の場所に供給し、一定の時間後には第１弁体を閉
   じ第２弁体だけを開いて定容量の液体を充填するように
   したことを特徴とする液体の充填方法。
2. （２）、所要の液体を容器または所定の場所に充填し、
   その終了時に、供給管路端域に残留する液を充填方向と
   は逆方向に吸引することを特徴とする請求項１記載の液
   体の充填方法。
3. （３）、液入口とこれに連通する充填用のノズル部材を
   備え、両部材の間に大充填弁機構と小充填弁機構ならび
   に上記ノズル部材内の液体を吸引する負圧発生弁機構を
   切替え可能に配設したことを特徴とする液体の充填装置
   。
4. （４）、上記充填用のノズル部材は軸線に平行な所要数
   の細孔または細管の集合体となし、その出口端を水平か
   つ平坦に形成したことを特徴とする請求項３記載の液体
   の充填装置。
5. （５）、負圧発生弁機構のダイヤフラムまたはベローズ
   等の容積増減部材により増減する容積を充填用ノズル部
   材の細孔または細管の総内容積以内の容積に調整可能と
   したことを特徴とする請求項３記載の液体の充填装置。
6. （６）、充填弁機構には弁開度の調整手段を設けたこと
   を特徴とする請求項３記載の液体の充填装置。
7. （７）、少なくとも液体の通路部分を耐薬品性の合成樹
   脂としたことを特徴とする請求項３または４記載の液体
   の充填装置。