JPH0940088A - ピストン式充填装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 充填液を最後まで所定の圧力で充填でき、且
つピストンの上下面に差圧が殆ど発生することなく軽い
力でピストンを作動させることができると共に、充填液
の種類が異なっても殆ど同じ力でピストンを作動させる
ことができる。 【構成】 充填液を容器Ｐに充填させるための充填ヘッ
ド１には、給液タンク４のガス圧と同一に制御する手段
を設ける。また、給液タンク４と計量シリンダ３の間に
は、気相部と液相部とをそれぞれ管路２０、５を介して
接続し、給液タンク４と計量シリンダ３の内圧を等圧に
してピストン１０の動作を軽く行わせるようにする。さ
らに、ピストンのストロークを調整ナット１４、１５で
調整し、作動圧力及び速度を速度制御弁３５で調整する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、充填液を缶のよう
な容器に定量充填する充填装置、特に、ピストンにより
計量シリンダから定量の充填液を押出して定量充填する
ピストン式充填装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ジュースや炭酸飲料等の充填液を
缶のような容器に定量充填する定量充填装置として、例
えば、図３又は図４に示すような計量シリンダ５０、５
１内に一定量の液体を貯溜し、該定量の液体を充填ヘッ
ドの充填バルブ５２、５３から容器Ｐに供給するものが
知られている。なお、図３及び図４において、５４、５
５はそれぞれ給液タンクと導通した給液管であり、５６
は計量シリンダ入口バルブ、５７は液レベルセンサを表
している。このような従来の定量充填装置は、液体を計
量シリンダから自然流下により充填しているので、計量
シリンダ内に液が多い充填開始初期の段階では液に勢い
があり、液は円錐状バルブ部材から容器の内周壁に達し
て壁面に沿って流下し充填される。そのため、炭酸飲料
等のように炭酸ガスが混入されている充填液でも、充填
初期は泡立ちが少なく良好に充填することができる。

【０００３】ところが、計量シリンダ内の液の減少に伴
って充填圧力が低下するため、充填終了近くになると液
は円錐状バルブから容器内壁面まで達することができな
くなり、円錐状バルブから直接容器内の液面に落ちる、
いわゆる液垂れ現象が起きる。その結果、炭酸飲料等の
場合は発泡が助長される等の不都合が生じる。

【０００４】このような自然流下方式の定量充填装置の
問題点を解消するものとして、計量シリンダ内の充填液
をピストンで押出して充填するようにしたピストン式の
定量充填装置も知られている（例えば、特開平５−３１
９４８６号、特開平６−４８４８５号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ピストン式の定量充填装置は、計量シリンダの上部は大
気圧となっているので、ピストンの上下の面に対して大
きな差圧が発生する。その結果、内容液を押し出すのに
大きな力を必要とし、大きなシリンダ装置等の大出力の
アクチュエータを必要とする。特に、炭酸飲料等のよう
に内圧の高い液体を充填する場合は大きな力を必要とす
る。そして、内容液の種類によって内圧が変わり、内容
液を押し出す力が相違するので、ピストンを作動させる
シリンダ装置等のアクチュエータは充填液の種類毎に作
動圧力を替えるか、又は充填液の種類毎に専用の充填装
置を用いなければならない等の問題点がある。

【０００６】本発明は、従来の定量充填装置の前記問題
点を解消するもので、常に一定の充填圧力を維持して、
充填バルブからの液垂れを防ぎ充填時の容器内での充填
液の泡立ちを防ぎ良好に定量充填できると共に、ピスト
ンの上下面に差圧が殆ど発生することなく軽い力でピス
トンを作動させることができてピストンを作動させるア
クチュエータを小型化することができ、且つ充填液の種
類が異なっても殆ど同じ力でピストンを作動させること
ができるピストン式の定量充填装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のピストン式充填
装置は、充填バルブを有する少なくとも１つの充填ヘッ
ド、前記充填ヘッドに接続される計量シリンダ、該計量
シリンダに充填液を供給する給液タンク、前記計量シリ
ンダ内部で一定のストロークで移動して該計量シリンダ
内の充填液を前記充填ヘッドに押し出すピストン、前記
給液タンクと前記計量シリンダとを導通する管路に設け
られた液バルブとを備え、前記充填バルブと前記液バル
ブの開閉を互いに逆の状態になるように作動させること
によって、一定量の充填液を所定の充填圧で容器に充填
することを特徴とする技術的手段を採用することによっ
て、上記問題点を解決したものである。

【０００８】前記計量シリンダの気相部と、計量シリン
ダに充填液を供給する給液タンクの気相部とを連通さ
せ、２つの気相部を等圧状態にすることによって、ピス
トン前後面の差圧を減少させることができる。また、ピ
ストンのストロークを変更する位置決め手段を設けるこ
とにより、外部から任意にストロークが設定でき、充填
量を調節することができる。そして、該ピストンを一定
圧力で作動させることによって、充填の開始から終了ま
での充填圧力を一定に保つようにした。

【０００９】そして、前記計量シリンダに配置するピス
トンの速度を変更することができる速度制御機構を備
え、吐出速度を任意に変更することができるようにし
た。さらに、前記充填ヘッドと前記給液タンクの気相部
とをガス管路で接続し、該ガス管路に切替スイッチ弁を
設けて、容器内のガスを前記給液タンクに戻すことがで
きるようにして、充填中容器内と給液タンクの気相部の
内圧が等圧になるようにした。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のピストン式充填装置の実
施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示す例は、
本発明のピストン式充填装置の構成を示すもので、缶等
の容器Ｐに充填液を充填するための充填ヘッド１に対し
て、排出管２を介して計量シリンダ３を配置し、且つ該
計量シリンダ３に対して充填液を供給するための給液タ
ンク４を給液管５を介して接続している。本発明の以下
に説明する実施例においては、充填液として炭酸飲料等
ガスを含んで内圧がある充填液を取り扱う場合について
説明するが、本発明の充填装置では、ガスを含まない充
填液についても、同様に取り扱うことができる。前記給
液タンク４内は液相部７と気相部８とに分かれ、前記充
填液から分離するガスは、外気に放出されることなし
に、給液タンク４内の液相部７を加圧する状態で収容さ
れる。

【００１１】計量シリンダ３の内部に配置されたピスト
ン１０は、適宜のアクチュエータによって往復駆動され
るようになっているが、ピストン駆動用のアクチュエー
タとして、複動シリンダからなる駆動シリンダ装置１１
が好適に採用できる。該駆動シリンダ装置１１のピスト
ンロッド１２は、ピストン１３の上下に伸びてシリンダ
の両端部より外部に突出し、その突出端の螺子部に位置
決め用ナット１４、１５が螺合され、ピストン１０のス
トロークを設定する位置決め手段を構成している。

【００１２】前記位置決め用ナット１４、１５の位置を
調整することにより、ピストンロッド１２を介して計量
シリンダ３のピストン１０のストロークを制御し、充填
液を容器に供給する量を調節する。前記計量シリンダ３
においては、ピストン１０の下部を充填液が充満する液
相部１６として構成し、該液相部１６に給液タンク４の
液相部７を給液管５及び該給液管の途中に設けられた液
バルブ１７を介して接続し、充填液を供給する経路を構
成している。また、前記計量シリンダ３のピストン１０
の上部の室を気相部１８とし、該気相部１８と給液タン
ク４の気相部８との間をガス管路２０を用いて接続し、
前記２つの気相部の間で等圧のガス圧力が作用するよう
にしている。

【００１３】前記計量シリンダ３の液相部１６に、排出
管２を介して充填ヘッド１が連通している。充填ヘッド
１には、容器Ｐの開口部に密着してシールするシール部
材２５が下端に設けられ、且つ排出管２と導通して容器
に液を供給する注液路２７、該注液管の下端部の注液口
を開閉して容器に向けて充填液を排出させる充填バルブ
２６が設けられている。該充填バルブ２６のバルブ杆２
８には、軸方向に貫通孔が形成され、該貫通孔が前記注
液路２７の内部を貫通して容器Ｐから前記給液タンクの
気相部にガスを排出して、充填中の容器内圧と給液タン
クの内圧を等圧に保ちながら容器Ｐ内のガスを排出する
ための、ガス導通路２９となっている。さらに、充填ヘ
ッドの前記通液路の外周には、充填開始時に容器内を所
定の圧力に加圧するための加圧ガスを供給したり、充填
終了後に大気に解放して容器内圧を大気圧に戻すことが
できるガス路が配置されている。

【００１４】前記充填ヘッド１の上部には、バルブ杆２
８を上方に付勢するスプリング２４が設けられ、充填バ
ルブ２６を注液口を閉塞する位置に常時保持するように
なっている。さらに、その上部には、充填バルブ２６を
作動させるための駆動シリンダ装置３０が配置され、該
駆動シリンダ装置３０が作動することによって、そのピ
ストンロッド３１で前記バルブ杆２８の上方を押圧し、
充填バルブ２６を下降させて注液口が開口するようにな
っている。

【００１５】そして、本発明のピストン式充填装置で
は、前述した駆動シリンダ装置１１、３０及び液バルブ
１７を制御するために、これらに圧縮空気を供給する圧
縮空気源からのエア管路に切替スイッチ弁ＳＷ１〜ＳＷ
３をそれぞれ配置しており、また、容器内のガス圧の制
御のために、切替スイッチ弁ＳＷ４〜ＳＷ６をそれぞれ
配置している。前記切替スイッチ弁ＳＷ１は、計量シリ
ンダ３に設けた駆動シリンダ装置１１を駆動するための
切替スイッチ弁であり、駆動シリンダ装置１１の上側ポ
ートに上側エア配管３２を介して及び下側ポートには下
側配管３３を介して接続されている。該上側エア配管３
２には、ピストン１０の速度制御機構を構成する速度制
御弁３５が設けられている。速度制御弁３５は、一方向
弁３６と可変絞り弁３７との組み合わせから構成されて
いる。

【００１６】また、切替スイッチ弁ＳＷ２は、充填ヘッ
ド１の充填バルブ２６を作動させるために使用されるも
ので、充填ヘッド１を容器に向けて下降させた状態で、
切替スイッチ弁ＳＷ２を介して供給する圧気により、駆
動シリンダ装置３０のピストンロッド３１を下降させて
弁を開放し、充填液を容器に向けて送り出すようにす
る。さらに、切替スイッチ弁ＳＷ３は、液バルブ１７を
開閉制御するための切替スイッチ弁である。

【００１７】一方、切替スイッチ弁ＳＷ４は、給液タン
ク４の気相部８とガス排出部３８の管路とを接続する気
体導通管に作用するもので、充填液を充填する際に、両
部材の間でガス圧を同一に設定するために使用する。前
記各切替スイッチ弁の他に、図示される例では、充填ヘ
ッド１に対して切替スイッチ弁ＳＷ５、６の２つの切替
スイッチ弁を配置しているが、これらの切替スイッチ弁
は、容器を充填ヘッド１のシール部材２５を介して配置
し、両部材を密封して連通する状態に設定してから、容
器Ｐに充填液を充填する前後に、容器内のガス圧力を調
整する際に使用する。

【００１８】以上のように構成した本発明の充填装置に
おいて、充填液を容器に充填する際の動作を、図１及び
図２に基づいて説明する。回転式充填機が一周する間の
充填の１工程において切替スイッチ弁ＳＷ１〜ＳＷ６
は、充填ヘッドと共に回転し、回転系外に設置されたカ
ムにより、図２に示すタイミングチャートに則って順次
切替えられる。充填液を容器に充填する前の段階では、
充填ヘッド１はスプリング２４により付勢されて、充填
バルブ２６が閉じられている状態にあり、充填ヘッド１
と計量シリンダ３の液相部１６とが連通している状態に
ある。その段階では、切替スイッチ弁ＳＷ３は図１の状
態にあり、液バルブ１７は開いている状態にある。

【００１９】充填機内に容器が搬入されると、充填ヘッ
ドが下降して容器口をシール部材２５でシールし、切替
スイッチ弁ＳＷ５が図２に示す時間開口して、容器内に
加圧ガスを導入して所定圧力に加圧し、加圧後閉止す
る。なお、切替スイッチ弁ＳＷ６は、切替スイッチ弁Ｓ
Ｗ５が作動する最初の僅かな間だけ開き、容器内の空気
が加圧ガスによって押されて外部に逃げるようにする。
その後に、切替スイッチ弁ＳＷ４が作動して、容器内と
給液タンクの気相部とを導通状態にして、容器内の加圧
ガスを給液タンクに逃がして給液タンク４の気相部８と
容器Ｐの内圧が等圧になるようにする。

【００２０】その状態で、切替スイッチ弁ＳＷ２が切り
替わり、充填ヘッド１の駆動シリンダ装置３０を作動さ
せ、充填バルブ２６を開くとともに、切替スイッチ弁Ｓ
Ｗ１により駆動シリンダ装置１１を作動させて、計量シ
リンダ３の液相部１６に収容されている充填液を、充填
ヘッド１に向けて圧送し、充填バルブ２６を介して容器
Ｐに充填させる動作を開始する。なお、充填バルブ２６
が開く直前には、切替スイッチ弁ＳＷ３が切り替えられ
て液バルブ１７が閉じており、充填液が給液タンクに逆
流することを防止する。充填中、ピストンが一定の圧力
及び速度で下降して、計量シリンダから充填液を容器に
圧送するので、充填の初期の段階から、終了段階までの
圧力と流速を一定に維持することができ、充填終了直前
になっても、充填バルブからの液垂れもなく良好に充填
できる。

【００２１】充填動作の終了直後に、充填バルブ２６が
閉じられると切替スイッチ弁ＳＷ３が図１の状態に復帰
し、液バルブ１７が開く。その後、切替スイッチ弁ＳＷ
１が上側エア配管側に切替られて、駆動シリンダ装置１
１を駆動してピストン１０を上昇させることにより、計
量シリンダ３の液相部１６に所定量の充填液が供給され
て次の充填に備えられる。そして、前記充填液を給液タ
ンク４から計量シリンダ３に充満させる動作と平行し
て、切替スイッチ弁ＳＷ６が開かれて、容器Ｐの内部と
外気とを連通させ、その後に、シール部材２５が容器か
ら離されて、充填の１サイクルが終了する。

【００２２】以上のようにして容器に定量の充填液が充
填されるが、本発明のピストン式充填装置では、位置決
め用ナット１４、１５の位置を調整することによってピ
ストン１０のストロークを変更することができ、容器の
容積に対応して充填量を簡単に調整を行うことができ
る。且つ前記位置決め用ナット１４、１５は計量シリン
ダの外に配置されているので、ピストンのストローク調
整に際して、充填液に接触することがなくでき、衛生的
に且つ容易に変更することができる。

【００２３】さらに、本発明の充填装置においては、計
量シリンダ３内を往復動するピストン１０の上下面に形
成されるシリンダ室は、それぞれ給液タンクの液相部と
気相部とを連通させているので、ピストン１０の上下面
での差圧が殆ど生じない。従って、ガスを含んだ内圧の
ある充填液を充填する場合と、内圧の無い充填液を充填
する場合とで、ピストンを作動させる力は殆ど差が無く
同じ出力を有するアクチュエータ、即ち駆動シリンダ装
置を使用することができ、且つ従来のピストン式充填機
と比べて小型の駆動シリンダ装置を使用することができ
る。

【００２４】また、計量シリンダ内には、常時給液タン
クの気相部からの加圧ガスが供給されているから、ガス
を含む充填液であっても計量シリンダ内で充填液が泡立
つことが防止され、且つ充填液の計量シリンダ内周壁へ
のこびりつきも防止され、正確に定量充填ができる。

【００２５】さらに、本発明のピストン式充填装置にお
いては、充填液の種類や性質等に対応させて、速度制御
弁３５の可変絞り弁３７を調整することにより、充填液
を容器に圧送する際の圧力と速度を容易に調整すること
ができる。そして、ロータリー式充填機に配置する多数
の充填ヘッドに対して、各計量シリンダからの充填液吐
出速度等を、それぞれの計量シリンダ駆動部の駆動シリ
ンダ装置に対して個別に調整することができる。

【００２６】以上、本発明の好適な実施の形態を示した
が、本発明はそれに限らずその技術的思想の範囲内で種
々の設計変更が可能である。例えば、計量シリンダのピ
ストンを駆動するアクチュエータ、及び充填ヘッドの充
填バルブを駆動するアクチュエータは、空気又は油圧シ
リンダ装置に限らず、機械的なカム機構や、電磁ソレノ
イド、モータ等を採用することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明のピストン式定量充填装置は、以
上の説明から明らかなように、計量装置から充填ヘッド
に向けて充填液を充填開始から充填終了まで常に所定の
圧力で圧送するので、充填バルブからの液垂れを防ぎ充
填時の容器内での充填液の泡立ちを防ぎ良好に定量充填
できる。

【００２８】また、計量シリンダ内で上下駆動するピス
トンの上下面の差圧は殆ど発生しないので、軽い力でピ
ストンを作動させることができ、ピストンを駆動するア
クチュエータを小型化することができる。そして、充填
液の種類が異なっても常に所定の充填圧力を維持してピ
ストンを駆動できるので、内容液の種類の変更に伴って
アクチュエータの出力を変更する必要はない。

【００２９】ピストンのストロークが外部より任意に調
整できるように構成することによって、充填液に対して
直接接触しない状態で、容器に充填する充填液の量を簡
単に調整することができる。さらに、本発明において
は、計量シリンダから圧送する充填液の速度及び圧力を
容易に調整することができ、充填液の種類や性質等に容
易に対応させることができるとともに、ガスを含む充填
液とガスを含まない充填液のいずれに対しても、同一の
装置を使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の充填装置の構成を示す説明図である。

【図２】図１の装置における各構成部材の動作を示すタ
イミングチャートである。

【図３】従来の充填装置の構成を示す説明図である。

【図４】従来の充填装置の別の例の構成を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 充填ヘッド ２ 排出管 ３ 計量シリンダ ４ 給液タンク ５ 給液管 ７ 液相部 ８ 気相部 １０ ピストン １１ 駆動シリンダ装置 １２ ピストン
ロッド １３ ピストン １４、１５ 位置決め
用ナット １７ 液バルブ ２０ ガス管路 ２４ スプリング ２６ 充填バル
ブ ２７ 注液路 ２８ バルブ杆 ２９ ガス導通路 ３０ 駆動シリ
ンダ装置 ３５ 速度制御弁 ３８ ガス排出
部 ＳＷ１〜ＳＷ６ 切替スイッチ弁 Ｐ 容器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充填バルブを有する少なくとも１つの充
   填ヘッド、前記充填ヘッドに接続される計量シリンダ、
   該計量シリンダに充填液を供給する給液タンク、前記計
   量シリンダ内部で一定のストロークで移動して該計量シ
   リンダ内の充填液を前記充填ヘッドに押し出すピスト
   ン、前記給液タンクと前記計量シリンダとを導通する管
   路に設けられた液バルブとを備え、前記充填バルブと前
   記液バルブの開閉を互いに逆の状態になるように作動さ
   せることによって、一定量の充填液を所定の充填圧で容
   器に充填することを特徴とするピストン式充填装置。
2. 【請求項２】 前記計量シリンダの気相部と前記給液タ
   ンクの気相部とを連通させ、２つの気相部を等圧状態に
   した請求項１記載のピストン式充填装置。
3. 【請求項３】 前記ピストンのストロークを変更できる
   位置決め手段を備え、充填液の充填量を変更できるよう
   にした請求項１又は２記載のピストン式充填装置。
4. 【請求項４】 充填の開始から終了までの充填圧力を一
   定に保つようにした請求項１、２又は３記載のピストン
   式充填装置。
5. 【請求項５】前記ピストンの速度を変更することができ
   る速度制御機構を備え、充填液の吐出速度を変更できる
   ようにした請求項１〜４何れか記載のピストン式充填装
   置。
6. 【請求項６】 前記充填ヘッドと前記給液タンクの気相
   部とがガス管路で接続され、該ガス管路に切替スイッチ
   弁が設けられ、容器内のガスを前記給液タンクに戻すこ
   とができるようにした請求項１〜５何れか記載のピスト
   ン式充填装置。