JP4352815B2

JP4352815B2 - 充填装置

Info

Publication number: JP4352815B2
Application number: JP2003303257A
Authority: JP
Inventors: 幸伸西納; 勝則谷川
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2023-08-27
Also published as: JP2005067709A

Description

本発明は充填装置に係り、特に、充填液を拡散させるスプレッダを容器内に挿入して充填を行う充填装置に関するものである。

加圧充填を行う充填装置は、一般に、びん口パッキンによって容器内を密封し、充填液タンクの液面上の空間と容器内とを連通して、充填液タンク内の加圧ガスをベントチューブを介して容器内に導入するとともに、容器内の空気を外部に排出することにより、充填液タンク内の空間と容器内とを同圧にした後、液バルブを開放して充填を行い、かつ、容器内に導入されていた加圧ガスをベントチューブを介して充填液タンクの空間内に戻すようになっている。

前記のような加圧充填式の充填装置では、充填される液体の泡立ちを抑えるために、ベントチューブに取り付けたスプレッダを容器内に挿入し、充填液をスプレッダによって周囲に拡散させ、容器の肩部内面に沿わせて流入させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

充填時に容器内に挿入されるスプレッダの高さは、各容器の形状やサイズによって最適な高さが決められるものであり、液体が充填される容器が変更されると、スプレッダを交換してその高さを調整する必要がある。
特開平１１−１０００９５号公報（第３−５頁、図１）

従来の加圧充填を行う充填装置では、充填される容器が変更になる毎に、スプレッダを交換しており、充填バルブの数が多い大型機の場合には、スプレッダの交換作業に長時間を要し、また、多品種の容器に兼用しようとすると、多数の交換用パーツを用意しておかなければならずコスト高であるという問題があった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、スプレッダを交換せずにスプレッダの高さ調整を可能にして、容易に多種類の容器に兼用できるようにした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、内部に充填液通路が形成されたバルブハウジングと、前記充填液通路に設けられた液バルブと、この液バルブを開閉する液バルブ開閉手段と、液バルブの内部に形成されたガス通路と、このガス通路を開閉するガスバルブと、バルブハウジングの外周に摺動可能に嵌合され、容器の口部に当接するパッキンを有するシール手段と、このシール手段を下方へ付勢する付勢手段と、供給される容器を支持する容器支持手段と、この容器支持手段とバルブハウジングとを相対的に移動させ、容器の口部とパッキンとを当接させる移動手段と、容器内に充填される充填液量を検出する充填量検出手段と、前記ガス通路に連通して設けられ、液バルブよりも下方に伸びるベントチューブと、このベントチューブに取り付けられたスプレッダと、前記バルブハウジングを容器に対して昇降させるバルブハウジング昇降手段とを備え、容器の口部を前記パッキンに当接した状態で容器内に加圧ガスを供給し、容器内に挿入したスプレッダによって充填液を拡散させつつ加圧充填を行う充填装置において、前記付勢手段の付勢力を、移動手段によって相対移動する容器に当接した際に上方へ移動できる強さとするとともに、前記シール手段のバルブハウジングへの摺動部の下方に、下端側がバルブハウジングの外径よりも小径の圧力受け部を形成して供給される加圧ガスの作用により前記シール手段を下方へ押圧し、かつ、バルブハウジングを容器に対し昇降させることによりスプレッダの容器内への挿入高さを調整可能としたことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、前記スプレッダに水平部を形成して、充填液を水平方向に飛散させるようにしたことを特徴とするものである。

本発明の充填装置では、スプレッダを交換せずに高さ調整を可能にしたことにより、異なる種類の容器に交換する際の調整時間を大幅に短縮することができ、また、多品種の容器に兼用する場合でも、交換用のパーツを大量に用意する必要がなくコストを大幅に削減することができる。

スプレッダの交換をせずに容器内での高さを調整可能にすると言う目的を、容器の口部に当接するパッキンを備えたシール手段を付勢する付勢手段の付勢力を、上昇する容器によってシール手段が容易に上昇する強さとするとともに、このシール手段の下端側内面に圧力受け部を設け、この圧力受け部に作用する圧力によってパッキンを容器に密着させるようにし、かつ、バルブハウジングを容器に対して昇降させるという簡単な構成により達成する。

以下、図面に示す実施例により本発明を説明する。図１は、本発明の一実施例に係る充填装置の縦断面図である。この充填装置は、ベース２上に設置された中心軸４に回転テーブル６が取り付けられ、駆動モータ８によって回転駆動される。この回転テーブル６の上方に、円形の回転プレート１０が昇降可能に支持されて一体的に回転するようになっている。さらに、この回転プレート１０の上方に、環状の充填液タンク（フィラボウル）１２が固定されている。

円板状の回転プレート１０はその下面側に、下方の回転テーブル６上に設置された昇降用モータ１４によって回転されるねじ軸１６に螺合されたナット１８が固定されており、昇降用モータ１４の駆動によってねじ軸１６が回転することにより昇降できるようになっている。この回転プレート１０の下面側には、複数本のガイドロッド２０が固定され、回転テーブル６の上面に固定されたガイド筒２２内にそれぞれ嵌合しており、回転プレート１０が昇降する際に、これらガイドロッド２０およびガイド筒２２によって、昇降が案内されるとともに相対回転が規制される。

回転プレート１０の外周側には、円周方向等間隔で複数の充填バルブ２４が取り付けられている。これら充填バルブ２４の構造は後に説明するが、充填バルブ２４の内部に形成された充填液通路が、給液管２６を介して前記フィラボウル１２の底面に連通しており、フィラボウル１２内に貯留されている充填液２８が、各給液管２６を介してこの充填液通路に供給される。これら各給液管２６には、充填バルブ２４から容器３０内に充填された液体の流量を計測するフローメータ３２が設けられている。また、充填バルブ２４内にはガス通路が形成されており、これらガス通路が、ガス給排管３４を介して前記フィラボウル１２の液面上の空間３６に連通している。これら各ガス給排管３４には、それぞれガスバルブ３８が設けられており、液体が充填される容器３０内と、フィラボウル１２の上部空間３６とを連通遮断するようになっている。

フィラボウル１２の内部は密封されており、その液面上の空間３６に、所定の圧力に加圧されたガス（この実施例では炭酸ガス）が封入されている。この充填装置では、液体の充填を開始する前に、ガスバルブ３８を開放して、フィラボウル１２内の加圧した炭酸ガスをガス給排管３４および充填バルブ２４内のガス通路を介して容器３０内に供給し、液体の充填中は、充填バルブ２４内のガス通路およびこのガス給排管３４を介して、容器３０内に導入された前記炭酸ガスをフィラボウル１２に戻すようになっている。

前記回転テーブル６の外周部には、前記各充填バルブ２４に対応して複数の容器台４０が設けられている。これら各容器台４０は、それぞれ昇降用エアシリンダ４２上に取り付けられており、運転中はこのエアシリンダ４２によって常時上方に付勢されている。各エアシリンダ４２のロッドの下部にはカムフォロア４４が取り付けられており、前記エアシリンダ４２によって上方に付勢されることにより、下方のベース２上に固定された環状カム４６のカム面４６ａに圧接されている。回転テーブル６の回転に伴って、カムフォロア４４がこの環状カム４６のカム面４６ａに沿って移動することにより容器台４０が昇降する。

次に、図２およびその要部を拡大して示す図３により充填バルブ２４の構成について説明する。前記回転プレート１０に固定されている筒状のバルブハウジング４８の内部に充填液通路５０が形成され、この充填液通路５０内に、バルブハウジング４８の上部側壁に連結された前記給液管２６を介して、フィラボウル１２から充填液が供給される。この充填液通路５０内に、間隙を隔ててロッド５２が昇降可能に挿通されている。この昇降ロッド５２の外周面と筒状ハウジング４８の内周面との間が前記充填液通路５０を構成している。

前記昇降ロッド５２の下端に、充填液通路５０の開閉を行う液バルブ５４の弁体５６が設けられている。昇降ロッド５２が下降すると、この弁体５６がバルブハウジング４８の下部の内面側に形成された弁座５８に着座して液バルブ５４を閉鎖し、昇降ロッド５２が上昇すると、弁体５６が弁座５８から離座して液バルブ５４を開放し、前記フィラボウル１２から充填液通路５０内に供給されている液体を容器３０内に充填する。

バルブハウジング４８の上端には、前記昇降ロッド５２を昇降させるエアシリンダ６０が設けられている。昇降ロッド５２の上部にピストン６２が形成され、エアシリンダ６０の内部空間を上下の圧力室６４、６６に区画している。これら上下の圧力室６４、６６には、それぞれエアが給排されるようになっており、上方の圧力室６４にエアが供給されるとピストン６２および昇降ロッド５２が下降して前記液バルブ５４が閉じ、下方の圧力室６６にエアが供給されると、ピストン６２および昇降ロッド５２が上昇して前記液バルブ５４が開放する。バルブハウジング４８とエアシリンダ６０との間には、ダイヤフラム６８が装着されており、摺動部を有するエアシリンダ６０と充填液通路５０内とを遮断している。

昇降ロッド５２の内部には、上下に貫通するガス通路７０が形成されている。このガス通路７０の上端は、前述のようにガス給排管３４を介してフィラボウル１２の上部の空間３６に連通し、充填開始前にフィラボウル１２内の加圧ガスを容器３０内へ供給するとともに、充填時には、容器３０内に導入されていたガスをフィラボウル１２の上部空間３６に排出する。昇降ロッド５２の下端部の弁体５６が設けられている部分には、ベントチューブ７２の上端部が挿入固定されており、このベントチューブ７２の内部の通路７２ａが、前記ガス通路７０の一部を構成している。また、バルブハウジング４８の内部に、密封された容器３０の内部空間を外部に連通するスニフト通路４８ａが設けられている。このスニフト通路４８ａの外部に接続されたスニフト配管（図１参照）７３に、これらスニフト通路４８ａおよびスニフト配管７３の連通遮断を行うスニフトバルブ７５が設けられている。

前記ベントチューブ７２の下部は、バルブハウジング４８の下端に形成された充填液吐出口５０ａの下方へ伸びており、その下端部にスプレッダ７４が取り付けられている。このスプレッダ７４は、図４に拡大して示すように、上面つまり充填される液体が当たる面に水平部７４ａが形成されており、充填液が水平部材７４ａに当たった直後一時水平方向に流れた後落下していくようになっている。なお、上面が下方へ向けて広がる傾斜面を有するスプレッダを採用しても良い。

バルブハウジング４８の下端部外周には、円筒状の昇降部材７６が摺動可能に嵌合している。この昇降部材７６の内周側のバルブハウジング４８への摺動面にシール部材７８が装着されて気密を保持するようになっている。昇降部材７６の上部は前述のようにバルブハウジング４８の外周面を摺動するため、昇降部材７６の上部内周面７６ａがバルブハウジング４８の外周面と同一の径を有しているが、昇降部材７６の下部内周面７６ｂはテーパ状になっており、下端部が小径の開口部７６ｃになっている。この小径開口部７６ｃの下面側にびん口パッキン７９が取り付けられている。この実施例では、びん口パッキン７９の半径方向の幅を広くしてあり、口径の異なる容器にも一定の範囲で対応できるようになっている。

前記昇降部材７６は、容器３０内に加圧ガスが導入されると、この加圧ガスの圧力によって下方へ付勢され、びん口パッキン７９が容器３０の口部に圧接されるようになっている。前述のように昇降部材７６の下部内周面にテーパ部７６ｂが形成されて圧力受け部を構成しており、前記昇降部材７６のバルブハウジング４８への摺動面７６ａの内径Ｄと、容器３０の口部の内径ｄとによる受圧面積差の分だけ、加圧ガスの圧力がこのテーパ部７６ｂに作用して昇降部材７６を下降させる。なお、前記びん口パッキン７９を備えた昇降部材７６が請求項１のシール手段を構成している。

バルブハウジング４８の下部外面にフランジ４８ｂが形成されており、このフランジ４８ｂと前記昇降部材７６の上部に形成されたスプリング受け７６ｂとの間にスプリング８０が装着されて、筒状の昇降部材７６を常時下方に付勢している。このスプリング８０は付勢力が弱く、昇降部材７６が容器３０によって下方から押されると、圧縮されて昇降部材７６の上昇を許容するようになっている。スプリング８０の付勢力は、容器３０内に加圧ガスが供給される前に、びん口パッキン７９を容器３０の口部に当接させることができる強さがあればよい。前記バルブハウジング４８のフランジ４８ｂには、下向きのロッド８２が固定され、その下端にストッパ８４が設けられており、前記スプリング受け７６ｂの下面がこのストッパ８４に当たって、昇降部材７６の下降限を規制するようになっている。

以上の構成に係る充填装置の作動について説明する。図示しない容器搬送コンベヤによって搬送されてきた容器３０が、一本ずつ容器台４０上に供給される。各容器台４０は、昇降用エアシリンダ４２によって常時上方へ付勢されており、駆動モータ８によって回転される回転テーブル６の回転に伴い、固定側の環状カム４６のカム面４６ａの形状に応じて昇降するようになっている。この充填装置では、搬送コンベヤからの容器供給位置および容器排出位置では、図１の右側に示すように、容器台４０が最も下降した位置にあり、容器３０が供給された後この容器台４０が上昇する。

容器台４０が上昇すると、容器台４０上の容器３０が、上方に配置された充填バルブ２４の外周に嵌合されている昇降部材７６の下面に取り付けられたびん口パッキン７９に当たって、このびん口パッキン７９を押し上げつつ上昇する。昇降部材７６は、前述のようにスプリング８０によって弱い力で下方に押されており、びん口パッキン７９を容器３０の口部に当接させるとともに、容器３０に押されて上昇する。なお、充填バルブ２４が取り付けられている上方の回転プレート１０は、昇降用モータ１４によって昇降できるようになっており、液体が充填される容器３０の高さに応じて予め決められた高さに位置決めされており、ベントチューブ７２の下端に設けられているスプレッダ７４は、容器３０内の所定の位置まで挿入される。

容器台４０が上昇して容器３０の口部がびん口パッキン７９に当接した状態で停止した後、スニフト配管７３に設けられたスニフトバルブ７５を開放するとともに、ガス給排管３４に設けられたガスバルブ３８を開放して、フィラボウル１２の上部空間３６内の加圧ガスを容器３０内に供給するとともに、容器３０内のエアをスニフト通路４８ａ介して排出する。びん口パッキン７９が取り付けられている昇降部材７６の下部内面には、前述のように、テーパ面７６ｂが形成されている（つまり、図４に示すように、バルブハウジング４８への摺動面７６ａの内径Ｄよりも下端部７６ｃ側の内径ｄが小さくなっている）ので、容器３０内に導入された加圧炭酸ガスがこのテーパ面７６ｂに作用して、昇降部材７６およびびん口パッキン７９を下方へ押圧し、びん口パッキン７９を容器３０の口部に押し付けて容器３０内を密封する。

前記のように容器３０内への加圧ガスの供給、および容器３０内からのエアの排出を開始してから所定時間経過後、スニフトバルブ７５を閉じるとともに、液バルブ５４開閉用のエアシリンダ６０を作動させて昇降ロッド５２を上昇させ、弁体５６を弁座５８から離座させて液バルブ５４を開放する。液バルブ５４が開放すると充填が開始され、フィラボウル１２から給液管２６を介してバルブハウジング４８内の充填液通路５０に供給されている充填液が、液バルブ５４を通過してバルブハウジング４８の下端の吐出口５０ａから容器３０内に流入する。充填液が容器３０内に流入するとともに、前記工程で容器３０内に導入されていた加圧ガスが、ガス通路７０およびガス給排管３４を通ってフィラボウル１２の上部空間３６内に戻される。容器３０内に充填される液体は、液バルブ５４を通過した後、容器３０内に流入し、ベントチューブ７２の下端に設けられているスプレッダ７４に当たって周囲に拡散される。この実施例では、スプレッダ７４に水平部７４ａが設けられているので、充填される液体は一度水平方向に拡散され、容器３０の肩部内面に当たった後、この肩部内面に沿って流下する。

容器３０内に充填される液量は、給液管２６に設けられているフローメータ３２によって計測されており、このフローメーター３２が所定の流量を検出した時点で、液バルブ５４を閉じて充填を停止する。その後、ガス給排管３４に設けられたガスバルブ３８を閉じるとともに、スニフトバルブ７５を開放して、容器３０のヘッドスペース（充填された液体の上部の空間）内のガスを排出してエアと置換する。以上の工程で充填を終了した後、環状カム４６によって容器台４４を下降させて、容器３０を図示しない搬送コンベヤ上に排出し次の工程に送る。

この実施例に係る充填装置では、充填バルブ２４のバルブハウジング４８が取り付けられている回転プレート１０が、昇降用モータ１４の駆動により昇降できるようになっており、充填バルブ２４を昇降させることにより、容器３０内に挿入されるスプレッダ７４の高さを調整することができる。また、びん口パッキン７９が取り付けられている昇降部材７６が、弱い力のスプリング８０で下方へ付勢されており、下方から容器３０によって押されると後退する（上昇する）ようになっているので、例えば、図２（ｂ）に示すように、スプレッダ７４から口部までの距離が異なる（高さｌだけ異なる）容器１３０の場合でも、スプリング８０の収縮量によってこの差ｌを吸収することができる。

また、図５に示すように、容器２３０のサイズが異なり、スプレッダ７４の高さを変更する必要がある場合には、前記昇降用モータ１４を駆動して回転プレート１０を昇降させ、容器２３０内のスプレッダ７４の位置を移動させる。このようにして、スプレッダ７４を交換することなく、スプレッダ７４の高さ調整が可能である。さらに、前記のようにスプリング８０による付勢力が弱いので、スプリング力だけでは、びん口パッキン７９を容器３０、１３０、２３０の口部に圧着させて容器内を密封することが困難であるが、昇降部材７６のバルブハウジング４８への摺動面７６ａの内径と容器３０、１３０、２３０の口部の内径の差による受圧面積差の分だけ加圧ガスの圧力を昇降部材７６の下端部内側のテーパ面（圧力受け部）７６ｂに作用させることにより必要なシール力を得ることができる。また、前記実施例では、スプレッダ７４に水平部７４ａが形成されており、充填される液体を水平方向に拡散することができるので、容器３０の径や形状が異なる場合でも、充填液を確実に容器３０の肩部内面に沿わせて流下させることができ、泡立ち等を防止することができる。

充填装置全体の構成を示す縦断面図である。（実施例１）（ａ）図は、前記充填装置に設けられた充填バルブを示す縦断面図、（ｂ）図は前記充填バルブを異なる容器に適用した場合を示す縦断面図である。図２の要部の拡大図である。前記スプレッダの要部を拡大して示す図である。前記充填バルブを異なるサイズの容器に適用した場合を示す縦断面図である。

符号の説明

１４バルブハウジング昇降手段（モータ）
３０容器
３２充填量検出手段（フローメータ）
４０容器台
４２容器台昇降手段（エアシリンダ）
４４容器台昇降手段（カムフォロア）
４６容器台昇降手段（環状カム）
４８バルブハウジング
５０充填液通路
５４液バルブ
６０液バルブ開閉手段（エアシリンダ）
７０ガス通路
７２ベントチューブ
７４スプレッダ
７４ａスプレッダの水平部
７６昇降部材（シール手段）
７６ｂ圧力受け部（テーパ面）
７９パッキン
８０付勢手段（スプリング）

Claims

内部に充填液通路が形成されたバルブハウジングと、前記充填液通路に設けられた液バルブと、この液バルブを開閉する液バルブ開閉手段と、液バルブの内部に形成されたガス通路と、このガス通路を開閉するガスバルブと、バルブハウジングの外周に摺動可能に嵌合され、容器の口部に当接するパッキンを有するシール手段と、このシール手段を下方へ付勢する付勢手段と、供給される容器を支持する容器支持手段と、この容器支持手段とバルブハウジングとを相対的に移動させ、容器の口部とパッキンとを当接させる移動手段と、容器内に充填される充填液量を検出する充填量検出手段と、前記ガス通路に連通して設けられ、液バルブよりも下方に伸びるベントチューブと、このベントチューブに取り付けられたスプレッダと、前記バルブハウジングを容器に対して昇降させるバルブハウジング昇降手段とを備え、容器の口部を前記パッキンに当接した状態で容器内に加圧ガスを供給し、容器内に挿入したスプレッダによって充填液を拡散させつつ加圧充填を行う充填装置において、
前記付勢手段の付勢力を、移動手段によって相対移動する容器に当接した際に上方へ移動できる強さとするとともに、前記シール手段のバルブハウジングへの摺動部の下方に、下端側がバルブハウジングの外径よりも小径の圧力受け部を形成して供給される加圧ガスの作用により前記シール手段を下方へ押圧し、かつ、バルブハウジングを容器に対し昇降させることによりスプレッダの容器内への挿入高さを調整可能としたことを特徴とする充填装置。
前記スプレッダに水平部を形成して、充填液を水平方向に飛散させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の充填装置。