WO2017057585A1 - 充填装置 - Google Patents

Abstract

装置構成の簡素化、設計自由度の向上、および、製造負担の低減を実現させつつ、充填された内容物の上面の凸状のツノ、或いは容器内への偏った充填を防止する充填装置を提供すること。　ノズル穴（２３）を有した充填ノズル（２０）と、ノズル穴（２３）に内容物（Ｂ）を供給する内容物供給手段（３０）と、ノズル穴（２３）内に上下動可能に配置されたプランジャ（４０）と、気体（Ａ）を供給する気体供給手段（５０）とを備え、充填ノズル（２０）には、気体供給手段（５０）に接続される気体流入口（２５）と、ノズル穴（２３）に開口する気体流出口（２６）と、気体流通路（２７）とが形成され、気体供給手段（５０）から供給された気体（Ａ）が、充填ノズル（２０）の下端において、ノズル穴（２３）の内周面とプランジャ（４０）の外周面との間隙から噴出される充填装置（１０）。

Description

充填装置

　本発明は、内容物を容器に充填する充填装置に関し、特に、粘調性の内容物を容器に充填する充填装置に関する。

　従来、畜肉加工品等の粘調性の内容物を容器に充填する充填装置として、図４に示すように、上下方向に沿って形成され下方に開口するノズル穴１２３を有した充填ノズル１２０と、ノズル穴１２３に内容物を供給する内容物供給手段１３０と、ノズル穴１２３内に上下動可能に配置されたプランジャ１４０とを備えた充填装置１１０が知られている（例えば特許文献１を参照）。
　この充填装置１１０では、内容物供給手段１３０によって定量の内容物をノズル穴１２３に供給し、プランジャ１４０によってノズル穴１２３内の内容物を下方に押し出すことによって、容器Ｃ内に内容物を充填する。

　ところが、このような充填装置１１０では、容器Ｃに対して内容物を充填した直後の状態で、充填ノズル１２０のノズル先端（下端）が内容物の上面に密着しているため、この状態からノズル先端を内容物から離そうとすると、ノズル先端に密着した内容物の上面中央部が上方に引き上げられ、内容物の上面に所謂凸状のツノが形成されることになる。
　そして、内容物の上面に凸状のツノが形成された状態のまま、容器Ｃを蓋で密閉すると、凸状のツノが蓋によって押し潰されて蓋の裏面に付着し、開封時の美観が損なわれるという問題があり、また、蓋によって押し潰された内容物が容器フランジ部Ｃ１に付着し、蓋の密閉不良が生じることがあるという問題がある。

　そこで、特許文献１の充填装置１１０では、ノズル先端に内容物が付着した状態を解消するために、図４に示すように、プランジャ１４０の先端（下端）に環状の気体噴出口１２９を形成し、内容物を充填した後に気体噴出口１２９から気体を噴出することで、ノズル先端からの内容物の引き離しを図っている。

実開平５ー３７０９４号公報

　ところが、特許文献１の充填装置１１０では、上下動するプランジャ１４０に気体噴出口１２９および気体流通路１２７を形成していることから、気体流通路１２７に気体を供給する気体供給器１５０（または、気体供給器１５０と気体流通路１２７を接続する接続パイプ）についても、プランジャ１４０の上下動に伴って上下動させなければならず、その結果、装置構成が複雑になるとともに、周辺環境の設計自由度が損なわれるという問題がある。

　また、特許文献１の充填装置１１０では、プランジャ１４０の先端に環状の気体噴出口１２９を形成するにあたって、複雑に加工された食品付着防止部材１９０を、プランジャ１４０の先端に形成された凹部に取り付けているが、このようにプランジャ１４０の先端に環状の気体噴出口１２９を形成しようとすると、プランジャ１４０の先端に複雑な加工を施す必要があるため、製造負担が増大するという問題もある。

　さらに、特に粘稠性の内容物の場合に生じやすい問題として、内容物を容器Ｃ内の隅々まで隙間なく均一に充填することの困難性があげられ、充填された内容物の中に隙間が生じると内容物の劣化を招く虞があり、容器Ｃ内に偏って充填されてしまうと内容物が容器フランジ部Ｃ１に付着して蓋との間に噛み込まれ、密封性を損なう虞がある。

　そこで、本発明は、これらの問題点を解決するものであり、装置構成の簡素化、設計自由度の向上、および、製造負担の低減を実現させつつ、充填された内容物の上面の凸状のツノ、或いは容器内への偏った充填を防止する充填装置を提供することを目的とするものである。

　本発明は、上下方向に沿って形成され下方に開口するノズル穴を有した充填ノズルと、前記ノズル穴に内容物を供給する内容物供給手段と、前記ノズル穴内に上下動可能に配置され、前記ノズル穴内に供給された内容物を下方に押し出すプランジャと、気体を供給する気体供給手段とを備えた充填装置であって、前記充填ノズルには、前記気体供給手段に接続される気体流入口と、前記ノズル穴に開口する気体流出口と、前記気体流入口および前記気体流出口を連通させる気体流通路とが形成され、前記気体供給手段から供給された気体が、前記充填ノズルの下端において、前記ノズル穴の内周面と前記プランジャの外周面との間隙から噴出されることにより、前記課題を解決するものである。

　本請求項１に係る発明によれば、充填ノズルのノズル先端から気体を噴出することにより、内容物の充填後に、充填ノズルのノズル先端と内容物の上面との間に気体を環状に送り込んで、ノズル先端と内容物との間の密着状態を解除し、内容物の上面に凸状のツノが形成されることを防止できるばかりでなく、以下に記載する効果を奏する。
　すなわち、本請求項１に係る発明によれば、充填ノズルに気体流通路を形成するとともに、ノズル穴の内周面とプランジャの外周面との間隙を、ノズル先端から気体を噴出する気体噴出口として利用することにより、上下動するプランジャに気体流通路や気体噴出口を形成した従来の充填装置とは異なり、プランジャの上下動に伴って、気体流通路に接続される気体供給器や接続パイプ等を上下動させる必要がないため、装置構成を簡素化できるとともに、周辺環境の設計自由度を向上することができる。
　また、ノズル穴の内周面とプランジャの外周面との間隙を気体噴出口として利用することにより、気体噴出口を別途に形成する必要がなく、製造負担を低減できる。
　さらに、ノズル穴の内周面とプランジャの外周面との間隙を気体噴出口として利用することにより、気体噴出口に内容物の詰まりが生じた場合であっても、プランジャを上下動させることによって当該内容物を除去することが可能であるため、特別な作動を必要とすることなく、気体噴出口での内容物の詰まりを容易かつ確実に解消することができる。

　本請求項２に係る発明によれば、充填ノズルが、ノズルボディと、ノズルボディの下方に取り付けられるノズル先端具とを有していることにより、内容物の種類や容器の形状に応じてノズル先端具を交換でき、内容物を容器の隅々まで隙間なく均一に充填できるばかりでなく、ノズルボディおよびノズル先端具の対向面間の間隙を気体流通路の一部および気体流出口として利用することにより、充填ノズルに気体流通路や気体流出口を形成する加工負担を低減できる。
　本請求項３に係る発明によれば、ノズルボディとノズル先端具との対向面間には、ノズルボディに形成された対向面側開口の外周側において、環状の第１パッキンが設けられていることにより、気体供給手段から供給された気体が、予定された流路以外の箇所へ漏れ出ることを防止できるため、内容物と充填ノズルの下端との間に気体を効率的に送り込むことができる。また、ノズルボディとノズル先端具との対向面間に第１パッキンを介在させることにより、気体流通路の一部や気体流出口として利用するノズルボディとノズル先端具との対向面間の間隙を、適切な幅で維持することができる。また、ノズルボディおよびノズル先端具の対向面の少なくとも一方に、ノズル穴の外周側に環状に形成されて対向面側開口に連通する環状凹部が設けられていることにより、ノズルボディおよびノズル先端具の対向面間において気体を環状に流通させることが可能であるため、ノズル先端において、プランジャの外周面とノズル穴の内周面との間の環状の間隙から気体を均等に噴出させることができる。
　本請求項４に係る発明によれば、ノズル穴の内周面とプランジャの外周面との間には、内容物供給手段が接続される内容物供給孔の上方において、環状の第２パッキンが配置されていることにより、気体供給手段から供給された気体が、予定された流路以外の箇所へ漏れ出ることを防止できるため、内容物と充填ノズルの下端との間に気体を効率的に送り込むことができる。
　本請求項５に係る発明によれば、充填ノズルの外周に、上下方向に沿って移動可能なノズルカバーを設けることにより、内容物の充填時に、充填ノズルの外周側においてノズルカバーで内容物の上面の外周縁部を押えて、充填される内容物の容器フランジ部への付着防止および上面の平坦化を図ることができるばかりでなく、気体流入口が、最上方に移動させたノズルカバーよりも上方に形成されていることにより、気体流入口に接続される接続パイプ等とノズルカバーとの干渉を防止できる。
　本請求項６に係る発明によれば、充填ノズルの下面に、その中央部を下方に突出させた先端凸部が形成されていることにより、容器に充填された内容物の上面中央部を凹ませた状態とすることが可能であるため、加熱殺菌後の内容物の上面を平坦化することができる。すなわち、内容物が畜肉加工品等である場合には、容器への充填後において内容物に加熱殺菌を施した際に内容物が膨張するが、この内容物の膨張を考慮して内容物の上面中央部を予め凹ませておくことによって、加熱殺菌後の内容物の上面を平坦化することができる。

本発明の一実施形態に係る充填装置を示す説明図。 内容物の充填時における気体の流れを示す説明図。 充填ノズルを示す下面図。 従来の充填装置を示す断面図。

　１０　　・・・　充填装置
　２０　　・・・　充填ノズル
　２１　　・・・　ノズルボディ
　２１ａ　・・・　環状凹部
　２２　　・・・　ノズル先端具
　２２ａ　・・・　先端凸部
　２３　　・・・　ノズル穴
　２４　　・・・　内容物供給孔
　２５　　・・・　気体流入口
　２６　　・・・　気体流出口
　２７　　・・・　気体流通路
　２８　　・・・　対向面側開口
　２９　　・・・　ボディ流通路
　３０　　・・・　内容物供給手段
　３１　　・・・　内容物供給管
　４０　　・・・　プランジャ
　４１　　・・・　プランジャ駆動部
　５０　　・・・　気体供給手段
　６０　　・・・　ノズルカバー
　７０　　・・・　第１パッキン
　７１　　・・・　第２パッキン
　８０　　・・・　容器リフタ
　Ａ　・・・　気体
　Ｂ　・・・　内容物
　Ｃ　・・・　容器
　Ｃ１　・・・容器フランジ部
　Ｃ２　・・・容器スタック部

　以下に、本発明の一実施形態に係る充填装置１０について、図面に基づいて説明する。

　充填装置１０は、畜肉加工品等の粘調性の内容物Ｂを容器Ｃに充填するものであり、図１に示すように、ノズル穴２３を有した充填ノズル２０と、ノズル穴２３に内容物Ｂを供給する内容物供給手段３０と、ノズル穴２３内に上下動可能に配置されノズル穴２３内に供給された内容物Ｂを下方に押し出すプランジャ４０と、気体Ａを供給する気体供給手段５０と、充填ノズル２０の外周に設置されるノズルカバー６０と、各部をシールする環状の第１パッキン７０および第２パッキン７１と、容器Ｃを上下動させる容器リフタ８０とを備えている。

　以下に、充填装置１０の各構成要素について、図１～図３に基づいて説明する。

　まず、充填ノズル２０は、図１や図２に示すように、上下方向に沿って延び下方に開口する円筒状のノズル穴２３と、ノズル穴２３から側方に向けて延び充填ノズル２０の外面に達する内容物供給孔２４とを有している。この内容物供給孔２４は、内容物供給手段３０に接続され、ノズル穴２３内に内容物Ｂを供給するための孔である。

　また、充填ノズル２０には、気体供給手段５０から供給された気体Ａを充填ノズル２０のノズル先端（下端）から噴出させるための流路が形成されており、具体的には、図１や図２に示すように、充填ノズル２０の外面に開口し気体供給手段５０に接続される気体流入口２５と、ノズル穴２３に開口する気体流出口２６と、気体流入口２５および気体流出口２６を連通させる気体流通路２７とが形成されている。
　気体供給手段５０から供給された気体Ａは、図２に示すように、気体流入口２５と気体流通路２７と環状凹部２１ａと気体流出口２６とを通してノズル穴２３内に噴出され、充填ノズル２０のノズル先端において、下方に移動したプランジャ４０の外周面とノズル穴２３の内周面との間の環状の間隙から噴出される。

　また、充填ノズル２０について更に詳しく説明すると、充填ノズル２０は、図１や図２に示すように、ノズルボディ２１と、ノズルボディ２１の下方に固定状態で取り付けられたノズル先端具２２とから構成されている。

　ノズルボディ２１には、図２に示すように、前述した気体流入口２５と、ノズル先端具２２の上面に対向するノズルボディ２１の対向面（下面）で開口する対向面側開口２８と、気体流入口２５および対向面側開口２８を連通させるボディ流通路２９とが形成されている。
　本実施形態では、前述した気体流通路２７が、ボディ流通路２９と、対向面側開口２８と、ノズルボディ２１およびノズル先端具２２の対向面間の間隙とによって構成されている。
　また、前述した気体流出口２６は、ノズルボディ２１およびノズル先端具２２の対向面間の間隙によって構成されている。
　また、前述したノズル穴２３は、上方のノズルボディ２１および下方のノズル先端具２２の両方に亘って形成され、ノズル先端具２２の下面で開口している。

　また、ノズルボディ２１の対向面（下面）には、対向面側開口２８に連通する環状凹部２１ａが形成されている。なお、同様に、ノズル先端具２２の対向面（上面）に、対向面側開口２８に連通する環状凹部を形成してもよい。
　このように、ノズルボディ２１の対向面（下面）またはノズル先端具２２の対向面（上面）の少なくとも一方に、環状凹部２１ａを形成することにより、ノズルボディ２１およびノズル先端具２２の対向面間において気体Ａを環状に流通させることが可能であるため、充填ノズル２０のノズル先端において、プランジャ４０の外周面とノズル穴２３の内周面との間の環状の間隙から気体Ａを均等に噴出させることができる。

　ノズル先端具２２は、図３に示すように、下方から見た場合に容器Ｃの形状と同様の略矩形状に形成されている。なお、ノズル先端具２２の形状は、容器Ｃの形状、その開口部に応じて設計すればよい。このように、容器Ｃとノズル先端具２２の形状を同様の形状とすることにより、ノズル先端具２２を押圧板として内容物Ｂを容器Ｃの隅々まで流動させ、容器Ｃ内、特に容器Ｃの底部の角部に空隙を形成することなく粘稠性の内容物Ｂを充填できる。
　また、ノズル先端具２２（充填ノズル２０）の下面には、図１～図３に示すように、その中央部を下方に突出させた先端凸部２２ａが形成されている。この先端凸部２２ａを形成して内容物Ｂの表面を故意に凹ませて充填することにより、レトルト中に粘稠性の内容物Ｂが膨張しても内容物Ｂの表面を平滑とすることができる。

　内容物供給手段３０は、定量の内容物Ｂをノズル穴２３に供給するものであり、計量器やシリンダ等から構成される。内容物供給手段３０は、図１に示すように、充填ノズル２０に取り付けられた内容物供給管３１を通じて、充填ノズル２０の内容物供給孔２４に接続されている。

　プランジャ４０は、図１に示すように、エアシリンダ等から成るプランジャ駆動部４１によって上下動する略円柱状の部材である。下方に移動した時にプランジャ４０の下面は、図２に示すように、プランジャ４０が最下方に移動した状態で、ノズル先端具２２の先端凸部２２ａの下面と略面一になる。

　気体供給手段５０は、気体Ａを供給するものであり、本実施形態では、圧縮エアーの供給量を調整するレギュレーターを具備したエアーコンプレッサーと、エアーコンプレッサーから供給されるエアーを清浄化するフィルター等から構成されている。なお、気体供給手段５０の具体的態様については、エアー等の気体Ａを供給可能なものであれば如何なるものでもよい。

　ノズルカバー６０は、充填ノズル２０に対して上下方向に移動可能、且つ、容器スタック部Ｃ２に当接するように設けられ、内容物Ｂの充填時に、充填ノズル２０の外周側において内容物Ｂの上面の外周縁部を押え、充填される内容物Ｂの容器フランジ部への付着防止および上面の平坦化を図るものである。ノズルカバー６０は、バネ（図示しない）によって下方に向けて付勢されている。ノズルカバー６０の下面は、図２に示すように、ノズルカバー６０が最下方に位置した状態で、ノズル先端具２２の先端凸部２２ａの外周部の下面と略面一になる。

　第１パッキン７０は、図１や図２に示すように、対向面側開口２８の外周側において、ノズルボディ２１とノズル先端具２２との対向面間に配置されている。更に詳しくは、第１パッキン７０は、ノズル先端具２２の対向面（上面）に形成された環状の凹部内に配置されている。これにより、気体Ａは、充填ノズル２０の外周方向に漏洩することがなく、気体流出口２６の方向にのみ流れるように制御することができる。
　また、第２パッキン７１は、図１や図２に示すように、内容物供給孔２４の上方において、ノズル穴２３の内周面とプランジャ４０の外周面との間に配置されている。更に詳しくは、第２パッキン７１は、プランジャ４０の外周面に形成された環状の凹部内に配置されている。これにより、気体Ａは、プランジャ４０の上方から漏洩することがなく、充填ノズル２０の方向にのみ流れるように制御することができる。

　容器リフタ８０は上下動し、内容物Ｂの充填に併せて、充填ノズル２０の下側で容器Ｃを移動させるものである。なお、本実施形態では、充填ノズル２０を固定状態で設置しているが、充填ノズル２０を上下動させる機構としてもよく、また、充填ノズル２０および容器Ｃの両方を上下動させる機構としてもよい。このように、容器リフタ８０または充填ノズル２０の移動速度と内容物Ｂの充填速度を同期させることにより、容器Ｃの隅々まで内容物Ｂを流動させることができ、且つ、粘稠物或いは薄片状の固形物を含む性状の内容物Ｂの場合においても、内容物の間に空隙が形成されることを防止できる。

　つぎに、充填装置１０を用いた容器Ｃに対する内容物Ｂの充填方法について、以下に説明する。

　まず、容器リフタ８０によって容器Ｃを上方に移動し、充填ノズル２０の外周のノズルカバー６０を容器Ｃの容器スタック部Ｃ２に当接させるとともに、充填ノズル２０のノズル先端具２２を容器Ｃ内の下端近傍まで挿入する。
　この際、ノズルカバー６０は、容器スタック部Ｃ２によって上方に押されて、上方に移動する。

　次に、容器リフタ８０を停止した状態で、内容物供給手段３０から内容物供給孔２４を介してノズル穴２３内へ内容物Ｂの供給を開始し、容器Ｃの底部の隅々まで隙間なく内容物Ｂが充填された後（約１０秒後）、容器リフタ８０によって容器Ｃを下方に移動させながら内容物Ｂの供給を続ける。容器リフタ８０を停止させている時間および容器リフタ８０の下降距離は、容器Ｃと内容物Ｂの充填速度に応じて適宜調整すればよい。そして、ノズル先端具２２の外周縁とノズルカバー６０とが略面位置になった段階で内容物Ｂの供給を停止し、容器リフタ８０を数ｍｍ（本実施形態では３ｍｍ程度）さらに下降させた後、プランジャ４０を下方に向けて移動させて、ノズル穴２３内の内容物Ｂを容器Ｃ内に押し込み、充填が完了する。このように、容器リフタ８０の下降タイミングを数段階に分けて調整することにより、容器Ｃ内への偏った充填や内容物Ｂ内に隙間が生じることをさらに防止することができる。

　ここで、この充填が完了した状態では、図２に示すように、容器Ｃ内の内容物Ｂは、充填ノズル２０（ノズル先端具２２）の下面に密着しており、すなわち、内容物Ｂの上面と充填ノズル２０の下面との間が真空状態となっている。

　そこで、次に、気体供給手段５０から気体Ａを供給し、図２に示すように、気体流入口２５、気体流通路２７、気体流出口２６、環状凹部２１ａ、および、プランジャ４０の外周面とノズル穴２３の内周面との間の環状の間隙を通して、内容物Ｂの上面と充填ノズル２０の下面との間に気体Ａを送り込む。これにより、内容物Ｂの上面と充填ノズル２０の下面との間の真空状態を解除し、内容物Ｂの上面と充填ノズル２０の下面とが密着した状態を解除させつつ、内容物Ｂを充填後、充填ノズル２０から容器Ｃを離す際に、充填ノズル２０による内容物Ｂの上面の引き上げによって生じる凸状のツノの形成を防止することができる。

　最後に、内容物Ｂが充填された容器Ｃを下方に移動させる。

　以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行なうことが可能である。

　例えば、上述した実施形態では、充填ノズルがノズルボディとノズル先端具とから構成されているものとして説明したが、充填ノズルを単一部材として構成してもよい。

Claims (6)

1. 　上下方向に沿って形成され下方に開口するノズル穴を有した充填ノズルと、前記ノズル穴に内容物を供給する内容物供給手段と、前記ノズル穴内に上下動可能に配置され、前記ノズル穴内に供給された内容物を下方に押し出すプランジャと、気体を供給する気体供給手段とを備えた充填装置であって、
   　前記充填ノズルには、前記気体供給手段に接続される気体流入口と、前記ノズル穴に開口する気体流出口と、前記気体流入口および前記気体流出口を連通させる気体流通路とが形成され、
   　前記気体供給手段から供給された気体が、前記充填ノズルの下端において、前記ノズル穴の内周面と前記プランジャの外周面との間隙から噴出されることを特徴とする充填装置。
2. 　前記充填ノズルは、ノズルボディと、前記ノズルボディの下方に取り付けられるノズル先端具とを有し、
   　前記ノズルボディおよび前記ノズル先端具の対向面間の間隙が、前記気体流通路の一部および前記気体流出口として機能することを特徴とする請求項１に記載の充填装置。
3. 　前記ノズルボディには、前記気体流入口と、前記ノズルボディの前記対向面で開口する対向面側開口と、前記気体流入口および前記対向面側開口を連通させるボディ流通路とが形成され、
   　前記ノズルボディおよび前記ノズル先端具の対向面の少なくとも一方には、前記ノズル穴の外周側に環状に形成されて前記対向面側開口に連通する環状凹部が設けられ、
   　前記ノズルボディと前記ノズル先端具との対向面間には、前記対向面側開口の外周側において、環状の第１パッキンが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の充填装置。
4. 　前記充填ノズルには、前記内容物供給手段が接続される内容物供給孔が形成され、
   　前記内容物供給孔は、前記ノズル穴から側方に向けて延び前記充填ノズルの外面に達し、
   　前記ノズル穴の内周面と前記プランジャの外周面との間には、前記内容物供給孔の上方において、環状の第２パッキンが配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の充填装置。
5. 　前記充填ノズルの外周に設置されるノズルカバーを更に備え、
   　前記ノズルカバーは、前記充填ノズルに対して、上下方向に沿って移動可能に設けられ、
   　前記気体流入口は、最上方に移動させた前記ノズルカバーよりも上方に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の充填装置。
6. 　前記充填ノズルの下面には、その中央部を下方に突出させた先端凸部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の充填装置。

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