JP4175106B2 - 液体充填バルブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、容器内に液体を充填する液体充填バルブに係り、特に、充填液通路の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体充填バルブは、一般に、内部に充填液通路が形成され、下端には注液口を有するパイプ状のノズルと、このノズル内に昇降可能に挿通されて下端部に弁体が設けられた操作ロッドと、この操作ロッドを昇降させるエアシリンダ等の昇降手段とを備えており、前記操作ロッドを昇降させることにより、その下端の弁体を、充填液通路の下端部に形成したテーパ状の弁座に着座させ、または離座させて、充填液通路を開閉するようになっている。
【０００３】
前記従来の液体充填バルブでは、充填の開始時および終了時、すなわち、弁体が弁座から離れた直後、または、弁座にシートする直前に、充填液通路が急激に絞られた状態になるため、充填される液体の流速が上がって、液はねを起こしたり、容器内で泡立ちを生ずるという問題があった。特に、ノズルの先端を容器内に挿入せずに上方から充填を行う、いわゆる口上充填の場合には、飛び散った液体が容器の外面や周囲を汚染してしまうという問題があった。
【０００４】
また、前記液体充填バルブは、操作ロッドが上方のエアシリンダに連結されて昇降するようになっているので、前記充填液通路内には、パイプ状ノズルの側壁に連結された横方向の給液管を介して充填液が導入されるようになっている。中央に操作ロッドが挿通されて鉛直方向に配置されているノズル内に、横方向から液体を導入すると、この液体は充填液通路内を渦を巻きながら流下し、ノズルの下端部に設けられた注液口から容器内に充填される。このように充填される液体が渦を巻きながら注液口から流出すると、周辺に飛び散ってしまうという問題があった。
【０００５】
前記のように注液口から流出する液体が飛び散るおそれのある液体充填バルブでは、ノズルの先端を容器の口部よりも上方に位置させたまま充填を行う口上充填は不可能である。また、充填される液体が、果肉が混入したフルーツジュース等のように、大きな粒子を含む場合には、注液口付近に金網等を取り付けると目詰まりを起こすため、金網等を用いることにより液はねを防止することも不可能であった。
【０００６】
そこで、本発明に係る特許出願の出願人は、前記欠点を除くことができる発明についての特許出願をした（特許文献１参照）。この発明は、内部に充填液通路を有する筒状のノズルと、この筒状ノズル内に挿通され、昇降手段によって昇降する操作ロッドと、この操作ロッドの下端に設けられた弁体および前記ノズルの下端部内面に形成された弁座からなる開閉弁とを備えており、特に、前記筒状ノズルの内面の上部寄りに、充填液通路の断面積を下方に向かって次第に縮小する縮径部と、この縮径部の下方に、充填液通路の断面積を下方に向かって次第に拡大する拡径部とを形成し、かつ、前記ノズル内面の拡径部と下方の開閉弁との間に、一定の内径を有する部分を形成するととともに、操作ロッドの外面の、この一定の内径部と対応する部分に、軸方向に延びる複数枚の整流羽根を設けたものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２５５０９５号公報（第３−５頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１に記載された発明では、充填中に、ノズル内を渦を巻いて流下する液体を完全に整流して渦をなくした後、注液口から流出させることにより、液が周辺に飛び散ることを防止し、また、開閉弁の閉鎖時に、流速が増大することを抑制して液はねが起こることを防止するとともに、容器内での泡立ちを防止することができる。
【０００９】
しかしながら、前記発明の構成では、ノズルの内面に縮径部を形成し、この縮径部を貫通して、外面に整流羽根を取り付けた操作ロッドを挿通しているので、ベローズの交換等のメンテナンスを行うために、ノズル内から操作ロッドを抜き取るには、操作ロッドを複数の部分に分解できる構造でなければならない。そこで、前記充填バルブでは、操作ロッドを複数の部材から構成し、これら各部材をねじ止めにより連結する構成にしている。
【００１０】
前記のように操作ロッドを複数の部材に分割し、ねじ止めにより連結する構成にした場合には、ねじ止め部の滅菌性が悪く、また、取り外しや組付けに時間がかかり、メンテナンス性に劣るという欠点があった。しかも、ねじ止めにより連結している場合には、常に、ねじ止め部がゆるむおそれがあるという問題があった。
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、滅菌性に優れ、かつ、メンテナンス性が高く、しかも、ねじ止め部がゆるむという心配のない液体充填バルブを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液体充填バルブは、内部に充填液通路を有する筒状のノズルと、このノズル内に挿通され昇降手段によって昇降する操作ロッドと、この操作ロッドの下端に設けられた弁体および前記ノズルの下端内面に形成された弁座からなる開閉弁と、前記ノズルの内面上部に形成され充填液通路の断面積を次第に縮小する縮径部と、この縮径部の下方に形成され充填液通路の断面積を次第に拡大する拡径部とを備えており、特に、前記操作ロッドの径を縮径部の径より小さくするとともに、ノズルの内面に軸方向に延びる複数枚の整流羽根を設け、この整流羽根の内周側に前記操作ロッドを配置したものである。
【００１３】
この発明に係る液体充填バルブでは、操作ロッドの外面には何も設けず、ノズルの内面側に整流羽根を設けており、操作ロッドの外径を、ノズルの内面に形成された縮径部の内径よりも小さくしているので、操作ロッドを取付けたまま、ノズルを取り外すことができる。従って、メンテナンスが容易であり、しかも、操作ロッドを分割せず一体の部材で形成することができるので、ねじ止めの必要がなく、滅菌性に優れている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態により本発明を説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る液体充填バルブ（全体として符号１で示す）の縦断面図であり、この液体充填バルブ１は、回転体２の外周部に円周方向等間隔で設けられている。液体充填バルブ１は、筒状のノズル４と、この筒状ノズル４内に挿通された操作ロッド６とを備えており、この操作ロッド６は、上端がエアシリンダ８に連結され、このエアシリンダ８の作動によりノズル４内を昇降する。筒状ノズル４の内部は充填液の通路１０になっており、その上端部の側壁に接続された給液管１２を介して、充填液タンク（図示せず）から送られた充填液がこの充填液通路１０内を流下する。
【００１５】
筒状ノズル４は、前記回転体２の外周部に固定されたシリンダ本体１４の下面に連結されている。この筒状ノズル４は、複数の筒状部材４ａ、４ｂ、４ｃから構成されており、前記シリンダ本体１４とこれら複数の筒状部材４ａ、４ｂ、４ｃとが、連結部材１６、１８、２０により上下に連結された構造になっている。
【００１６】
筒状ノズル４の下端部内面、すなわち、充填液通路１０の最も下部には、下方に向けて次第に小径になるテーパ面１０ａが形成されている。一方、操作ロッド６の下端部には、円錐状部６ａが形成されており、これら充填液通路１０の下部に形成された弁座としてのテーパ面１０ａと、操作ロッド６の下端面に形成された弁体としての円錐状部６ａとにより開閉弁２２が形成されている。前記操作ロッド６の、円錐状部６ａとその上方に形成された円柱部（下部円柱部）６ｂとが連続する部分の外周に環状溝が形成され、この環状溝内に環状のシール部材２４が嵌着されており、直接的には、円錐状部６ａの外周に突出しているシール部材２４が前記弁座（テーパ面）１０ａに密着する。
【００１７】
筒状ノズル４の内面（充填液通路１０を構成する面）には、その最も上部に、一定の内径を有する円孔部１０ｂが形成され、この円孔部１０ｂ内に前記給液管１２が接続されている。この円孔部１０ｂの下方に、下側へ向かって次第に内径が小さくなる縮径部１０ｃが設けられている。この縮径部１０ｃの下方に連続して、縮径部１０ｃの最も径の小さい部分と同一の径を有する、上下長さの短い小径孔１０ｄが形成され、さらに、この小径孔１０ｄに続いて、下方に向けて次第に内径が拡大する拡径部１０ｅが形成されている。前記縮径部１０ｃは、急激に内径が変化しており、その上下方向の長さが短く、これに対し、拡径部１０ｅは、緩やかに内径が変化しており、上下方向の長さが、前記縮径部１０ｃよりも長くなっている。
【００１８】
そして、拡径部１０ｅの下方に連続して、上下方向の長さが長い一定の内径の円孔部１０ｆが形成されている。さらに、前記開閉弁２２の弁座を構成するテーパ面１０ａが、この長い円孔部１０ｆの下方に接続されている。このテーパ面１０ａの下端の開口部１０ｇが、容器（図示せず）内に充填される液体が流出する注液口になっている。この長い円孔部１０ｆと、前記給液管１２が接続された上方の短い円孔部１０ｂとは同一の内径を有している。なお、これら両円孔部１０ｆ、１０ｂは必ずしも同一の内径を有する必要はなく、異なるものであっても良い。
【００１９】
一方、筒状のノズル４内に挿通された操作ロッド６は、その上端部６ｉが、筒状ノズル４の上端に固定されているシリンダ本体１４の底面を貫通してシリンダ室３２内に挿入され、その上端に形成された頭部６ｊがシリンダ室３２の下部内面に嵌合して摺動するようになっている。この操作ロッド６の、前記筒状ノズル４の上端円孔部１０ｂ内に位置している部分６ｃは、前記シリンダ本体１４を貫通している上端部６ｉよりもやや大きい外径を有している。この大きい外径の部分６ｃの周囲には、ベローズ２６が装着されており、摺動部で発生する汚染物質が充填液通路１０内に進入することを防止している。
【００２０】
前記ベローズ２６が装着されている部分６ｃの下方に、ベローズ２６の下端を取り付ける大径部６ｄに続いて、第２の弁体を構成する円柱部６ｅが形成されている。この円柱部６ｅは、前記筒状ノズル４の内面に形成されている小径孔１０ｄの内径（縮径部１０ｃの最も径の小さい部分の内径）よりも僅かに小さい外径を有しており、この円柱部６ｅが小径孔１０ｄ内に嵌合すると、両者６ｅ、１０ｄ間に僅かなクリアランスが形成されるようになっている。これら操作ロッド６の上部に設けられた第２の弁体としての円柱部６ｅと、ノズル４内面の上部に設けられている小径孔１０ｄとによってプレシール部３４が形成されている。この第２の弁体としての円柱部６ｅの下部側には、複数個所の切欠き６ｆが形成されており、後に説明するように、エアシリンダ８の作動によって操作ロッド６の昇降位置を規制することにより、容器内への充填液の投入量を制御するようになっている。
【００２１】
操作ロッド６の円柱部（第２の弁体）６ｅの下方には、細い軸部６ｇおよび下方に向かって次第に外径が拡大する円錐部６ｈが形成され、さらに、この円錐部６ｈの下方には、一定の外径を有し、上下方向に長く延びた円柱部６ｂが形成されている。この長い円柱部６ｂの下端に前記開閉弁２２の弁体を構成する円錐状部６ａが設けられている。
【００２２】
前記操作ロッド６を昇降させるエアシリンダ８は、前記シリンダ本体１４の内部のシリンダ室３２内に摺動自在に嵌合されたピストン（以下第１ピストンと呼ぶ）２８を有しており、このピストン２８の下面と前記操作ロッド６の上端に形成された頭部（以下第２ピストンと呼ぶ）６ｊとの間にスプリング３０が介装されている。なお、第１ピストン２８のロッド２８ａはシリンダ本体１４の上方に延びており、その先端にナット２８ｂが螺合されて第１ピストン２８の下降位置を規制するようになっている。
【００２３】
前記シリンダ本体１４の内部のシリンダ室３２は、上部３２ａが大径で、下部３２ｂが小径になっており、大径部３２ａ内に前記第１ピストン２８が摺動自在に嵌合し、小径部３２ｂ内に第２ピストン６ｊが摺動自在に嵌合している。これら両ピストン２８、６ｊによって、シリンダ室３２内は、上方の圧力室３３Ａ、中間の圧力室３３Ｂおよび下方の圧力室３３Ｃに区画されている。
【００２４】
前記ピストン２８、６ｊによって区画された上中下の圧力室３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ内に、それぞれエア通路１４ａ、１４ｂ、１４ｃが接続されて、これら各圧力室３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ内に圧力エアを導入、排出できるようになっている。中間の圧力室３３Ｂ内にエアを導入したときには、操作ロッド６が下降して前記開閉弁２２が閉じ、下方の圧力室３３Ｃにエアを導入したときには、操作ロッド６を大きく上昇させて、開閉弁２２を開放するとともに、前記円柱部６ｅを小径孔１０ｄから上方へ抜き出して、大流量による充填を行い、上方の圧力室３３Ａと下方の圧力室３３Ｃの双方にエアを導入したときには、操作ロッド６の上昇量を小さくして、開閉弁２２を開放するとともに、前記切欠き６ｆを介して小流量での充填を行う。
【００２５】
筒状ノズル４の下部側に形成されている長い円孔部１０ｆの内面には、図１および図２に示すように、操作ロッド６の軸線と平行し、かつ、内方に向けて放射状に配置された複数枚（この実施の形態では４枚）の整流羽根３６が形成されている。これら整流羽根３６の内周側に、前記操作ロッド６の下部側に形成されている長い円柱部６ｂが配置されている。これら整流羽根３６の内面を結ぶ円の内径は、前記操作ロッド６の円柱部６ｂの外径よりもやや大きくなっており、整流羽根３６の先端と操作ロッド６の外周面との間には僅かなクリアランスが設けられている。これら整流羽根３６は、操作ロッド６の軸線方向に沿って充分な長さを有しており、操作ロッド６が昇降する際には、その長い円柱部６ｂの外周面が前記整流羽根３６の先端面に沿って上下動する。なお、整流羽根３６の枚数は、適宜選択することができるが、２枚では、間隔が開きすぎて充分な整流効果を得られず、また、多すぎる場合には、充填液通路１０内の液体の流通を阻害することになるので、３枚あるいは４枚程度が好ましい。
【００２６】
前記操作ロッド６の下端に設けられた弁体（シール部材２４が嵌着された円錐状部６ａの上端）と、筒状ノズル４の内面の下端に設けられた弁座（テーパ面）１０ａとからなる開閉弁２２と、操作ロッド６の上部に設けられた第２の弁体としての円柱部６ｅと、筒状ノズル４内面の上部に形成された小径孔１０ｄとからなるプレシール部３４との作動位置の関係について説明すると、前記操作ロッド６の弁体６ａが、図１に示すように、ノズル４の下端内面に形成されている弁座１０ａに着座しているときには、操作ロッド６の上部に形成されている円柱部６ｅが、ノズル４内面の小径孔１０ｄの内部に嵌合している。従って、操作ロッド６が下降する際には、弁体２４が弁座１０ａに着座する前に、プレシール部３４の円柱部６ｅが小径孔１０ｄ内に嵌入を開始して、充填液の流下をほぼ停止させる。
【００２７】
以上の構成に係る液体充填バルブ１の作動について説明する。充填開始前は、エア通路１４ｂから中間の圧力室３３Ｂ内にエアが供給され、操作ロッド６が下降して開閉弁２２が閉じており、この状態で、図示しない充填液タンクから、筒状ノズル４の上端部に接続されている給液管１２を介して、容器（図示せず）内に充填される液体が充填液通路１０内に供給されている。
【００２８】
この実施の形態の液体充填バルブ１では、充填量の大半（例えば全充填量の９０％）を大流量で充填を行い、前記量を容器内に充填した後、小流量に切り換えて所定量の充填を行うようになっている。
【００２９】
充填開始時には、エア通路を切り換えて、エア通路１４ｃから下方の圧力室３３Ｃ内に圧力エアを供給する。下方の圧力室３３Ｃに圧力エアが導入されると、第２ピストン６ｊおよび操作ロッド６が上昇を開始し、先ず、操作ロッド６の下端に形成された弁体（円錐状部）６ａが筒状ノズル４の下端内面の弁座（テーパ面）１０ａから離れて開閉弁２２が開放する。開閉弁２２が開放して充填が開始する時点では、上方のプレシール部３４の円柱部６ｅと小径孔１０ｄとがまだ重なり合っているので、このプレシール弁３４と下方の開閉弁２２との間に残留していた液体が注液口１０ｇから流出して充填が行われるが、給液管１２から送られてくる充填液の液圧がノズル４の先端にかからないので、充填液が急に流出することがなく、充填液が周囲に飛び散ることはない。
【００３０】
操作ロッド６が上昇を続けると、操作ロッド６の上部に設けられた円柱部６ｅがノズル４の上部内面の小径孔１０ｄから上方へ抜け出して、プレシール部３４が完全に開放する。すると、給液管１２からこのプレシール部３４の上方まで送られていた充填液が、このプレシール部３４を通って充填液通路１０の下方へ流れ落ち、ノズル４の下端の開閉弁２２を通過して容器内に充填される。
【００３１】
このように充填される液体が充填液通路１０内を流れると、ノズル４の上端に横方向から接続されている給液管１２からノズル４内の充填液通路１０に流れ込んだ液体が回転して渦を巻いた状態になる。渦を巻いて充填液通路１０内を流下する液体は、前記プレシール部３４の上方の縮径部１０ｃに流れ込む。この縮径部１０ｃは、急激に流路面積が縮小されているので、渦を巻きながら流れ込んだ液体が、整流されるとともに、流速を増して通過し下方の小径孔１０ｄ内に流入する。ノズル４内面のこの小径孔１０ｄの下方には、徐々に通路面積を拡大する拡径部１０ｅが設けられており、前記縮径部１０ｃで流速を増した液体は、この拡径部１０ｅを流れる間に逆に減速される。
【００３２】
前記縮径部１０ｃおよび拡径部１０ｅで第１次の整流を行い、その後、流速が減速された充填液は、ノズル４の下部に形成された長い円孔部１０ｆ内に流入する。この円孔部１０ｆの内面には、複数枚の整流羽根３６が設けられており、第１次整流後の充填液は、これらの整流羽根３６に当たることにより、第２次の整流が行われる。このように２回の整流が行われた充填液は、渦が完全になくなりスムーズな流れとなって注液口１０ｇから流出し容器内に充填されるので、液はねの発生を防止し、容器内で泡立つことを防止することができる。
【００３３】
前記大流量の充填によって所定充填量の、例えば９０％を充填すると、エア通路を切り換えて、上下のエア通路１４ａ、１４ｃから上方の圧力室３３Ａと下方の圧力室３３Ｃ内にエアを導入する。前述のように第１ピストン２８が第２ピストン６ｊよりも大径になっており、操作ロッド６は大流量の充填時よりもやや下降した状態になり、前記小径部６ｅの切欠き６ｆを有する部分だけが筒状ノズル４の小径孔１０ｄ内に嵌入する。小径孔１０ｄの上方の縮径部１０ｃ側と下方の拡径部１０ｅ側とは、主として操作ロッド６の切欠き６ｆを介して接続され、小流量での充填が行われる。
【００３４】
小流量の充填により容器内に予め設定された量の液体が充填されると、再度エア通路１４ａ、１４ｂ、１４ｃを切り換えて充填を終了する。充填終了時には、エア通路１４ｂからエアシリンダ８の中間の圧力室３３Ｂ内にエアを導入し、第２ピストン６ｊを介して操作ロッド６を下降させる。操作ロッド６の下降によって、その下端の弁体６ａがノズル４の下端の弁座１０ａに接近して注液口１０ｇへの流路を次第に絞るが、その前に、操作ロッド６の上部の円柱部６ｅがノズル４内面の小径孔１０ｄ内に嵌入して前記切欠き６ｆを閉じていくので、開閉弁２２が閉鎖する際に絞られて急激に流速が増大してしまうことがなく、充填終了時の液はねや泡立ちが防止される。その後、操作ロッド６がさらに下降し、弁体６ａが弁座１０ａに着座して開閉弁２２が閉じる。
【００３５】
以上のように、筒状ノズル４および操作ロッド６の下方に設けられた開閉弁２２が開放して充填が開始するとき、あるいは開閉弁２２が閉鎖して充填が終了するときには、筒状ノズル４および操作ロッド６の上部に設けられているプレシール部３４が重なり合っているので、ノズル４下端の注液口１０ｇから流出する充填液が液はねを起こしたり、泡立ちが起きることを防止することができる。
【００３６】
また、充填中には、充填液通路１０内を渦を巻いて流下する充填液を、縮径部１０ｃによって第１次整流を行い、次に拡径部１０ｅによって流速を低下させた後に、整流羽根３６による第２次整流を行うことにより完全に渦をなくし、その後、ノズル４先端の注液口１０ｇから充填液を放出するので、液が周辺に飛び散ることがなく、確実に容器内に充填することができる。このように充填時に液はねを完全に防止することができるので、ノズル４の先端を容器内に挿入せずに充填を行う口上充填が可能であり、充填バルブ１の昇降機構またはびん台の昇降機構等の複雑な機構を設けなくとも良く、充填装置の大幅なコストダウンが可能である。また、昇降機構等の駆動部を省略できるので、無菌充填用の充填装置等に適用するのにも適している。
【００３７】
しかも、この実施の形態では、整流羽根３６が、従来の構成のように操作ロッド６の外面に取り付けられているものと異なり、筒状ノズル４の内面に形成されているので、操作ロッド６の全体の太さを、ノズル４の縮径部１０ｃの最も径の細い部分（小径孔１０ｄと同径）よりも小径にすることができ、従って、操作ロッド６をエアシリンダ８から取り外すことなく、筒状ノズル４を抜き取ることが可能であり、メンテナンス性が向上する。また、操作ロッド６が一体の部材で形成されているので、ねじ止め部がなく滅菌性が優れている。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、内部に充填液通路を有する筒状のノズルと、このノズル内に挿通され昇降手段によって昇降する操作ロッドと、この操作ロッドの下端に設けられた弁体および前記ノズルの下端内面に形成された弁座からなる開閉弁と、前記ノズルの内面上部に形成され充填液通路の断面積を次第に縮小する縮径部と、この縮径部の下方に形成され充填液通路の断面積を次第に拡大する拡径部とを備えた液体充填バルブにおいて、前記操作ロッドの径を縮径部の径より小さくするとともに、ノズルの内面に軸方向に延びる複数枚の整流羽根を設け、この整流羽根の内周側に前記操作ロッドを配置したことにより、操作ロッドを取り付けたままで、ノズルを抜き取って取り外すことが可能になるので、メンテナンス性が向上する。また、操作ロッドにねじ止めによる連結部がないので、滅菌性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる液体充填バルブの縦断面図である。
【図２】前記液体充填バルブの下部の横断面図である。
【符号の説明】
１ 液体充填バルブ
４ 筒状ノズル
６ 操作ロッド
６ａ 弁体（円錐状部）
８ 昇降手段（エアシリンダ）
１０ 充填液通路
１０ａ 弁座（テーパ部）
１０ｃ 縮径部
１０ｅ 拡径部
２２ 開閉弁
３６ 整流羽根

Claims (1)

1. 内部に充填液通路を有する筒状のノズルと、このノズル内に挿通され昇降手段によって昇降する操作ロッドと、この操作ロッドの下端に設けられた弁体および前記ノズルの下端内面に形成された弁座からなる開閉弁と、前記ノズルの内面上部に形成され充填液通路の断面積を次第に縮小する縮径部と、この縮径部の下方に形成され充填液通路の断面積を次第に拡大する拡径部とを備えた液体充填バルブにおいて、
   前記操作ロッドの径を縮径部の径より小さくするとともに、ノズルの内面に軸方向に延びる複数枚の整流羽根を設け、この整流羽根の内周側に前記操作ロッドを配置したことを特徴とする液体充填バルブ。

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