JPH07121723B2

JPH07121723B2 - 液体供給装置

Info

Publication number: JPH07121723B2
Application number: JP1149291A
Authority: JP
Inventors: ジーコーニアドナルド
Original assignee: テトララヴェルホールディングスアンドファイナンスソシエテアノニム
Priority date: 1988-06-10
Filing date: 1989-06-12
Publication date: 1995-12-25
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: JPH02205502A; AU3520089A; US4903740A; AU611616B2; ATE81091T1; DE68903046T2; EP0345602B1; DE68903046D1; ES2035428T3; CA1315751C; EP0345602A1

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。

アクチュ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。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。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防げ
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10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てあ
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図に示してある。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20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
下方ベローズか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
国特許出願第07/036992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30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の中央軸線と整合状態に支持すべくノ
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34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、垂直ポスト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60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をポ
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71、73を設け夫々のシリンダ4
8、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、50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、また吐出弁が開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1
6、18の変位との関係を第６図にグラフで示してある。
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始めの部分の間、
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
0.508cm（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、ほぼ11.43m（450インチ）／秒／秒加
速され、次いで着座するまで低速度、33.02cm/秒／秒で
減速される。

カートン内の泡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。図面
には４つのガイド32を示してあるが、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76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70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64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。
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に沿った下方スリ
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 16、18……スリーブ、22……弁要素 24……弁座、26……ばね 29……ノズル、31……弁要素 34……弁ステム、42……弁座 44……カートン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定吐出ノズル（29）と、所定時間の間、
該ノズル内の吐出弁（８）と協同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（10、
12、14）とを有する型式の液体供給装置において、吐出弁のステム（34）と共軸に配置された一対のスリー
ブ（16,18）と、固定吐出ノズル（29）に対して軸線方向に往復動するよ
うにスリーブを取付ける構造体（52、54）と、ノズルと第１スリーブ（18）との間の第１ベローズ（1
4）と、第１スリーブ（18）と第２スリーブ（16）との間の第２
ベローズ（12）と、第２スリーブ（16）と固定取付体（21）との間に連結さ
れた第３ベローズ（10）とを有し、第１スリーブ（18）は、第１スリーブが吐出ノズルの方
へ軸線方向に移動するとき弁ステムに往復動を与えるよ
うに弁ステムに係合するよう構成されており、第２スリーブ（16）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開放するように第２ス
リーブ（16）と協同する制御弁要素（22）を適所に有す
ることを特徴とする液体供給装置。
【請求項２】前記軸線を実質的に垂直にして弁ステム
（34）を取付けるための支持手段（32）を有することを
特徴とする請求項１記載の液体供給装置。
【請求項３】所定の時間及び変位表に応じて第１及び第
２スリーブに往復動を与えるための駆動手段（56）を有
することを特徴とする請求項１記載の液体供給装置。
【請求項４】前記駆動手段は、共通のポスト（46）に往
復動するように取付けられた第１及び第２のエアシリン
ダ（48、50）を有しており、第１エアシリンダ（50）は
第１スリーブ（18）に固定され第２エアシリンダ（48）
は第２スリーブ（16）に固定されており、かつ、所定の
時間及び変位表に応じて第１及び第２のエアシリンダを
選択的に変位させるための回転カム構造体（64、70）を
有することを特徴とする請求項３記載の液体供給装置。
【請求項５】吐出弁要素（31）は、弁要素がノズルに対
して上昇するときにノズルの弁座（42）に係合する係合
面（43）を有しており、弁要素の係合面（43）は弁ステ
ムの軸線に対して約45度の傾斜を有しており、弁座は係
合面と略同じ傾斜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。
【請求項６】係合面（43）及び弁座（42）は、弁要素の
外周の方へ収斂する僅かに異なる傾斜を有することを特
徴とする請求項５記載の液体供給装置。
【請求項７】第１スリーブ（18）は、第１スリーブが吐
出ノズルの方へ移動する際に弁座から遠去かる方へ吐出
弁要素を移動させるため、弁座と係合する中央ハブ（3
6）を有しており、また、第１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（38）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。
【請求項８】吐出弁要素（31）を弁座（42）の方へ押付
けるためのばね（40）を有することを特徴とする請求項
７記載の液体供給装置。
【請求項９】制御弁要素（22）は、弁ステムと、要素を
閉鎖位置の方へ押付けるように弁ステムと協同するばね
（26）とを有することを特徴とする請求項１記載の液体
供給装置。
【請求項１０】制御弁要素は、第２ベローズ（12）から
第３ベローズ（10）へ空気をパージするためのパージ弁
手段（23、25）を有することを特徴とする請求項９記載
の液体供給装置。
【請求項１１】制御弁要素は、第２ベローズ（12）から
第３ベローズ（10）へ空気をパージするためのパージ弁
手段（23、25）を有することを特徴とする請求項８記載
の液体供給装置。
【請求項１２】吐出弁要素は、ノズルの弁座（42）に係
合する係合面（43）を適所に有しており、係合面及び弁
座は実質的に円錐形であり、中央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。