JP4274024B2

JP4274024B2 - 充填バルブ

Info

Publication number: JP4274024B2
Application number: JP2004105234A
Authority: JP
Inventors: 健一塚野; 幸伸西納; 勝則谷川; 富久雄西; 慎也加森
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005289421A

Description

本発明は、ガス入り飲料と無ガス飲料の充填に兼用することができるガス・無ガス兼用型の充填装置に係り、特に、その充填バルブに関するものである。

びん口パッキンを容器の口部に押し付け、容器の内部を密封した状態にして、炭酸ガス入り飲料等の液体を容器内に充填するガス詰め充填装置を、炭酸ガス等のガスを含有していない無ガス飲料の充填に兼用するようにした充填装置は従来から知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）

充填装置は一般に、バルブボディの内部に形成された充填液通路と、この充填液通路の出口（吐出口）を開閉する液バルブを有する充填バルブを備えており、前記液バルブを開放して充填液通路から容器内に充填液を注入するようになっている。この充填装置によって、例えば、炭酸ガス等のガス入り飲料を容器内に充填する場合には、容器の上端開口部を密閉する必要があるため、充填バルブのバルブボディの周囲に、容器の上端開口部を密封するパッキンを取付けた容器口パッキンユニットを昇降自在に嵌合させ、このパッキンを容器の上端開口部全周に圧着させ容器内を密封した状態にして、前記炭酸ガス飲料を充填するようにしている。

前記特許文献１および特許文献２に記載されたようなガス・無ガス兼用型の充填装置では、前述のようにガス詰め充填を行う際には、容器口部にパッキンを当接させて容器内を密封した状態にして充填を行う。一方、無ガス充填の場合には、パッキンを容器口部に当接させた状態で充填を行っても良いが、サニタリー性を向上させるために、容器口部にパッキンを当接させず、上方から充填液を投入して充填を行う、いわゆる口上充填が行われる場合がある。
特開２００２−３７０７９７号公報（第５頁、図１）特願２００４−３８７９４号明細書（第６頁、図１）

ガス・無ガス兼用型の充填装置で口上充填を行う場合には、パッキンが取り付けられた容器口パッキンユニットを下降させず、上昇させた状態のまま充填を行うが、充填終了後に、充填液通路の出口の吐出口と液バルブとの間に表面張力で充填液が付着してしまう場合があり、付着した液が吐出口の形成されているバルブボディと、そのすぐ外側に位置している容器口パッキンユニットとの間に入り込んでしまう。この状態になると、次の充填時に吐出口から吐出された充填液が、この付着している液に接触して流れが傾いてしまい、容器口部から外れてしまうおそれがあった。また、無ガス充填時にも、容器口パッキンユニットを下降させて充填を行えば、バルブボディと容器口パッキンユニットとの間に充填液が付着することはないが、容器口パッキンユニットを下降させた状態で口上充填を行うと、遠心力によって流れが傾いた充填液が、容器口パッキンユニットに接触してしまう危険性があり好ましくない。

本発明は、バルブボディの下端に設けられた吐出口と、この吐出口を開閉する液バルブと、この液バルブの開閉手段と、前記バルブボディに昇降可能に嵌合された容器口パッキンユニットと、この容器口パッキンユニットを昇降させる昇降手段と、前記容器口パッキンユニットに設けられ容器の口部に当接するパッキンと、充填量を検出する液量検出手段とを備えた充填バルブにおいて、前記容器口パッキンユニットを下降させ、パッキンを容器の口部に当接させることにより容器を密封した状態で充填を行う第１運転モードと、容器口パッキンユニットを下降させず、容器を開放した状態で充填を行う第２運転モードとを選択可能にするとともに、第２運転モードでの充填終了後、次の充填を開始するまでの間に容器口パッキンユニットを下降させることを特徴とするものである。

本発明の充填バルブは、無ガス飲料を口上充填する場合に、充填終了後容器口パッキンユニットを一度下降させることにより、充填液通路の出口付近に充填液が付着することを防止して、充填液を容器内に確実に充填することを可能にした。

第１種運転モード（ガス詰め充填モード）では、容器口パッキンユニットを下降させて容器内を密封して充填を行い、第２種運転モード（無ガス充填モード）では、容器口パッキンユニットを下降させず、容器内を開放した状態で充填を行い、さらに、その充填の終了後次の容器が供給される前に、容器口パッキンユニットを下降させるという簡単な構成で、吐出口の近くに充填液が付着することを防止するという目的を達成する。

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バルブ（全体として符号１で示す）を備えたガス・無ガス兼用型の回転式充填装置の全体の配置を簡略化して示す平面図、図２はこの回転式充填装置の要部（回転体に設けられた上下一組の充填バルブと容器台）を示す図、図３は前記充填バルブ１の縦断面図である。容器搬送コンベヤ２によって搬送されてきた容器４（後に説明する図５参照）は、搬送コンベヤ２上に設けられたインフィードスクリュー６によって所定の間隔に切り離され、入口スターホイール８を介して回転式充填装置１０内に搬入される。各容器４は、回転式充填装置１０内を回転搬送される間に、前記充填バルブ１によって液体が充填された後、出口スターホイール１２によって容器排出コンベヤ１４上に排出されて、次の工程に送られる。

前記回転式充填装置１０には、回転体１６の上部を構成する回転円板１６Ａの外周部に円周方向等間隔で複数の充填バルブ１が設けられ、これら各充填バルブ１の下方にそれぞれ容器台１８が設置されている。容器台１８は、回転体１６の下部を構成する回転台１６Ｂの外周部に設けられており、これら各容器台１８には、それぞれ容器４の胴部を保持する容器保持部材２０が取り付けられている。前記入口スターホイール８から回転式充填装置の容器台１８上に供給された容器４は、この容器保持部材２０によって保持されて回転搬送される。回転体１６の上部の回転円板１６Ａに設けられた充填バルブ１と、下部の回転台１６Ｂに設けられた容器台１８上の容器４とが、回転体１６の回転に伴って、上下の位置を一致させて一体的に回転しつつ充填が行われる。

次に、充填バルブ１の構成について図２および図３により説明する。この充填バルブ１のバルブボディ２２は、内部に充填液通路２４が形成されており、充填液タンク（図示せず）から給液管２６を介して送られた充填液が、この充填液通路２４を通って容器４内に充填される。

前記バルブボディ２２内に、充填液通路２４の出口（吐出口）２４ａを開閉する液バルブ２８が設けられている。この液バルブ２８は、充填液通路２４内に昇降可能に挿通されたロッド３０の下端に形成されている弁体３２と、前記充填液通路２４の下端部内面に設けられた弁座３４とによって構成されている。弁体３２が形成されているロッド３０は、バルブボディ２２の上部に設けられた液バルブ開閉用のエアシリンダ３６によって昇降する。

前記ロッド３０の上端にピストン（液バルブ開閉ピストン）３８が連結され、バルブボディ２２の上部に形成されたシリンダ部内に摺動自在に嵌合して、このシリンダ部内の空間を上下の圧力室４０、４２に区画している。これら両圧力室４０、４２は、それぞれエア通路４４、４６を介してエア圧力源（図示を省略）に接続されており、各圧力室４０、４２内に圧力エアを導入し、または、大気に開放できるようになっている。上方の圧力室４０に圧力エアを導入したときには、液バルブ開閉ピストン３８とともにロッド３０が下降して弁体３２が弁座３４に着座することにより前記充填液通路２４の吐出口２４ａを閉じ、下方の圧力室４２にエアを導入したときには、ロッド３０が上昇し弁体３２が弁座３４から離座して充填液通路２４を開放し充填が行われる。

図示しない充填液タンクから前記充填液通路２４に充填液を供給する給液管２６にはフローメーター４８（図２参照）が設けられており、所定量の充填液の通過を計測すると信号を制御装置（図示せず）に送り、この制御装置が前記液バルブ開閉用エアシリンダ３６を作動させて、ピストン３８、ロッド３０および弁体３２を下降させ液バルブ２８を閉じて充填が終了する。

バルブボディ２２の下端部外周に、全体として円筒形状をした容器口パッキンユニット５０が昇降可能に嵌合している。この容器口パッキンユニット５０は、バルブボディ２２の外径とほぼ一致する内径を有する円筒部５０ａと、その下部側に設けられた底部５０ｂとを有している。円筒部５０ａの内面には、シール部材５２が嵌着されてバルブボディ２２の外面を摺動する。また、底部５０ｂの下面には、ガス詰め充填を行う際に、びん等の開口部が小さい容器４の口部４ａに密着して、この容器４内を密封する第１パッキン５４と、缶等の開口部が大きい容器（図示せず）の口部に密着して、この容器内を密封する第２パッキン５６とが設けられている。なお、容器口を密封するパッキン５４、５６は必ずしも複数設ける必要はなく、単一サイズの容器４に用いるための一つのパッキンを設けても良く、また、半径方向の幅が広い一つのパッキンにより各種サイズの容器４に対応できるようにしてもよい。

前記バルブボディ２２の上面に複数本の直立したガイドロッド５８が固定され、このガイドロッド５８に昇降ブロック６０が昇降可能に支持されている。この昇降ブロック６０は、バルブボディ２２の下端部外周に嵌合されている容器口パッキンユニット５０と、複数本の昇降ロッド６２を介して連結されており、この昇降ブロック６０の昇降を介して容器口パッキンユニット５０が昇降する。

昇降ブロック６０は、ガイドロッド５８の上方に設けられたパッキンユニット用エアシリンダ６４によって昇降される。パッキンユニット用エアシリンダ６４の内部の空間に、ピストン（パッキンユニット昇降ピストン）７０が摺動可能に嵌合されて、この空間内を上下の圧力室６６、６８に区画しており、これら圧力室６６、６８がそれぞれエア通路７２、７４を介して図示しないエア圧力源に接続されている。前記ピストン７０に昇降ブロック６０が連結されており、上下いずれかの圧力室６６、６８に圧力エアを導入することにより、昇降ブロック６０、昇降ロッド６２および容器口パッキンユニット５０を一体的に上昇または下降させる。

また、前記昇降ブロック６０および容器口パッキンユニット５０は、パッキンユニット用エアシリンダ６４の作動によって上昇または下降された状態から、カム（図４に示すように複数のカムを一体にしたカム機構全体を符号７６で示す）によって逆方向に昇降されるようになっている。昇降ブロック６０にはカムフォロア７８が取り付けられており、このカムフォロア７８を昇降させるカム７６は、前記パッキンユニット用エアシリンダ６４によって下降された状態のカムフォロア７８を強制的に上昇させる上昇用カム８０と、エアシリンダ６４によって上昇しているカムフォロア７８を強制的に下降させる下降用カム８２とからなっている。

上昇用カム８０は、図１に示すように、出口スターホイール１２のやや上流側から入口スターホイール８のやや下流側までの長さを有する円弧状をしており、この上昇用カム８０の入口側（図４の右側）に、カムフォロア７８に係合して徐々に上昇させるテーパ状の上昇区間８０ａが形成されている。また、図４中では省略してあるが、このカム７８の出口側には、カムフォロア７８を徐々に下降させるテーパ状の下降区間８０ｂが形成されている。これら上昇区間８０ａと下降区間８０ｂの中間が、最高の高さを維持する区間８０ｃになっている。

一方、下降用カム８２は、上昇用カム８０の上流端と同じ位置から始まり、この充填装置から容器４を排出する位置Ａのやや手前の位置までの長さを有する短い円弧状をしている。この下降用カム８２も、図４に示すように、上流部にテーパ状の下降区間８２ａが、そして、下流部にテーパ状の上昇区間８２ｂがそれぞれ形成され、その中間が最も低い高さを維持する区間８２ｃになっている。なお、図１では、下降用カム８２が、上昇用カム８０の半径方向外方に記載されているが、実際には、図４に示すように、上昇用カム８０の上方に、ステー８４を介して取り付けてある。

これら上昇用カム８０と下降用カム８２を備えたカム機構７６は、シリンダあるいはモータ等の駆動手段（図示せず）によって昇降できるようになっており、ガス詰め充填を行う際には上昇させた状態にしておき、パッキンユニット用エアシリンダ６４によって下降させた状態のカムフォロア７８に係合させて、容器口パッキンユニット５０を強制的に上昇させる。逆に、無ガス充填を行う際には、カム機構７６を下降させた状態にしておき、パッキンユニット用エアシリンダ６４によって上昇させた状態のカムフォロア７８に係合させて、容器口パッキンユニット５０を強制的に下降させる。

前記バルブボディ２２の内部には、その下端面に開口するスニフト＆カウンタ用の気体通路８６が設けられている。この気体通路８６は、従来周知の構成でありその詳細な説明は省略するが、ガス詰め充填を行う際に、充填開始前に密封した容器４内に圧力ガスを導入し、また、充填終了後に、容器４のヘッドスペース内に密封された圧力を放出するために用いられる。

前記構成の充填バルブ１を備えた回転式充填装置の作動について説明する。炭酸ガス入り飲料等の充填液をガス詰め充填する場合には、パッキンユニット用エアシリンダ６４の上方の圧力室６６に圧力エアを導入してピストン７０を下降させ、昇降ブロック６０および昇降ロッド６２を介して容器口パッキンユニット５０を常時下方へ付勢した状態にしておく。また、上昇用カム８０および下降用カム８２が一体となったカム機構７６を、昇降ブロック６０に取り付けられているカムフォロア７８が上昇用カム８０に係合するように上昇させておく。この状態で、容器搬送コンベヤ２によって搬送されてきた容器４が、インフィードスクリュー６によって所定の間隔に切り離された後、入口スターホイール８を介して回転式充填装置１０内に搬入される。

前記のように容器口パッキンユニット５０はパッキンユニット用エアシリンダ６４によって常時下方へ付勢されているが、入口スターホイール８から充填装置１０内への容器供給位置Ｂには、その上流側から続く上昇用カム８０が配置されており、カムフォロア７８が強制的に押し上げられて容器口パッキンユニット５０が上昇しているので、容器４が容器口パッキンユニット５０に干渉することなく、容器台１８上に供給される（図５（ａ）参照）。

容器供給位置Ｂで容器台１８上に容器４が供給された後、充填バルブ１のカムフォロア７８は、上昇用カム８０の下降区間８０ｂに入り次第に下降する。そして、容器口パッキンユニット５０の底部５０ｂに設けられているパッキン５４または５６が、パッキンユニット用エアシリンダ６４の下方への付勢力によって容器４の口部４ａに押し付けられる。この実施例では、底部５０ｂの内周側に設けられている小径のパッキン５４が容器４の口部４ａに圧接されて容器４の内部が密封される。図１の容器供給位置Ｂを過ぎてから、上昇用カム８０の下降区間８０ｂを通過する間に容器口パッキンユニット５０が下降して容器４内が完全に密封され、その直後の充填開始位置Ｃから充填が開始される。

容器４内が密封された後、先ず、前記気体通路８０から容器４内に加圧されたカウンタガスを導入する。容器４内にカウンタ用のガスを所定時間供給し、容器４内の圧力が充填液タンク（図示せず）内の圧力と均衡したのち、液バルブ開閉用のエアシリンダ３６の下側圧力室４２に圧力エアを導入してピストン３８、ロッド３０および液バルブ２８の弁体３２を一体として上昇させ、液バルブ２８を開放する。液バルブ２８が開放すると、図示しない充填液タンクから給液管２６を通ってこの充填バルブ１に送られてきた充填液が、充填液通路２４の吐出口２４ａを通って容器４内に充填される（図５（ｂ）参照）。

充填液通路２４を通って容器４内に充填される液量は、給液管２６に設けられたフローメーター４８によって計量されており、所定の液量が充填されると、このフローメーター４８からの信号により図示しない制御装置が、液バルブ開閉用エアシリンダ３６を切り替えて、ピストン３８およびロッド３０の下端に設けられた弁体３２を下降させ液バルブ２８を閉じて充填を終了する。図１の充填開始位置Ｃから充填終了位置Ｄまでの区間が充填区間であり、Ｄ位置で充填が終了する。充填終了後、気体通路８０を開放して、容器４のヘッドスペース内に密封されている圧力ガスを放出するスニフト工程を行う。

スニフトを行った後、充填装置の回転体１６がさらに回転して、充填バルブ１が、上昇用カム８０の設置されている位置に到達し、カムフォロア７８がテーパ状の上昇区間８０ａに係合して強制的に上昇され、容器４内を密封していた容器口パッキンユニット５０を上昇させる。その後、容器排出位置Ａで容器４が容器台１８から出口スターホイール１２に引き渡されて排出コンベヤ１４上に排出される。容器排出位置Ａから容器供給位置Ｂのやや下流側までが上昇用カム８０の最高位置維持区間８０ｃであり、容器口パッキンユニット５０が最も上昇した状態のまま回転移動し、その間に、容器供給位置Ｂで次の容器４が供給される。

一方、無ガス充填を行う場合には、パッキンユニット用エアシリンダ６４の下方の圧力室６８に圧力エアを導入してピストン７０を上昇させ、昇降ブロック６０、昇降ロッド６２および容器口パッキンユニット５０を常時上昇させた状態にしておく。さらに、昇降ブロック６０に取り付けられている前記カムフォロア７８が下降用カム８２に係合できるように、下降用カム８２および上昇用カム８０を備えたカム機構７６を、図示しない駆動手段により下降させた状態にしておく

この状態で、搬送コンベヤ２によって搬送されてきた容器４が、インフィードスクリュー６によって所定間隔に切り離されて入口スターホイール８から回転式充填装置１０内に搬入される。充填装置１０への容器供給位置Ｂには下降用カム８２が設けられていないので、容器口パッキンユニット５０は、パッキンユニット用エアシリンダ６４によって上昇した状態のまま移動し、その下方の容器台１８上に容器４が供給される。容器４が供給された後、充填開始位置Ｃで、液バルブ開閉用エアシリンダ３６の下方の圧力室４２にエアを導入し、弁体３２を上昇させて液バルブ２８を開放する。液バルブ２８が開放すると、図示しない充填液タンクから、給液管２６、バルブボディ２２内の充填液通路２４を通って、その吐出口２４ａから容器４内に液体が充填される。容器口パッキンユニット５０は上昇した状態で、充填液通路２４の吐出口２４ａに接近した位置にあり、容器４の口部４ａが開放した状態で充填が行われる（図６（ａ）参照）。

給液管２６に設けられたフローメーター４８によって所定量の液体の通過が計測されると、液バルブ開閉用のエアシリンダ３６が切り替えられてピストン３８、ロッド３０および弁体３２が下降して液バルブ２８が閉じ充填が終了する。

充填終了位置Ｄで容器４内への充填が終了した後、充填バルブ１と容器４が回転移動して、下降用カム８２が配置されている位置に到達すると、カムフォロア７８がこの下降用カム８２に係合して強制的に押し下げられる。図６（ａ）と（ｂ）に示すように、容器口パッキンユニット５０が充填時の上昇位置から高さＨだけ下降される。容器口パッキンユニット５０は、充填中は上昇位置で充填液通路２４の吐出口２４ａに接近しているので、充填液通路２４から流出する充填液が付着するおそれがあるが、充填終了後容器口パッキンユニット５０を下降させてバルブボディ２２の下方へ離すので、バルブボディ２２と容器口パッキンユニット５０との間に充填液が残ることがなく、次の充填時に充填液通路２４の吐出口２４ａから吐出される充填液が付着した水滴により流れの方向を変えられることがなく、口上充填でも確実に容器４内に充填液を投入することができる。その後、充填が終了した容器４は、出口スターホイール１２を介して排出コンベヤ１４上に排出されて次の工程に送られる。なお、前記実施例では、下降用カム８２を、充填終了位置Ｄと容器排出位置Ａとの間に配置したが、必ずしもこの位置に限るものではなく、容器排出位置Ａと容器供給位置Ｂとの間、あるいは、容器供給位置Ｂと充填開始位置Ｃとの間等であっても良い。いずれにしても、容器口パッキンユニット５０を次の充填を開始するまでの間に下降させれば良い。

本発明の一実施例にかかる充填バルブを備えた回転式充填装置の全体の構成を簡略化して示す平面図である。（実施例１）前記回転式充填装置の要部（上下に対応する充填バルブと容器台）を示す側面図である。本発明の一実施例にかかる充填バルブの縦断面図である。容器口パッキンユニットを昇降させるカムを示す図である。図（ａ）、（ｂ）はガス詰め充填の工程を順次示す図である。図（ａ）、（ｂ）は無ガス充填の工程を順次示す図である。

符号の説明

１充填バルブ
４容器
２２バルブボディ
２４ａ吐出口
２８液バルブ
３６液バルブ開閉手段（エアシリンダ）
４８液量検出手段（フローメーター）
５０容器口パッキンユニット
５４パッキン
５６パッキン
６４昇降手段（エアシリンダ）
７４昇降手段（上昇用カム）
７６昇降手段（下降用カム）

Claims

バルブボディの下端に設けられた吐出口と、この吐出口を開閉する液バルブと、この液バルブの開閉手段と、前記バルブボディに昇降可能に嵌合された容器口パッキンユニットと、この容器口パッキンユニットを昇降させる昇降手段と、前記容器口パッキンユニットに設けられ容器の口部に当接するパッキンと、充填量を検出する液量検出手段とを備えた充填バルブにおいて、
前記容器口パッキンユニットを下降させ、パッキンを容器の口部に当接させることにより容器を密封した状態で充填を行う第１運転モードと、容器口パッキンユニットを下降させず、容器を開放した状態で充填を行う第２運転モードとを選択可能にするとともに、第２運転モードでの充填終了後、次の充填を開始するまでの間に容器口パッキンユニットを下降させることを特徴とする充填バルブ。