JP5700822B2

JP5700822B2 - カットノズル及び充填装置

Info

Publication number: JP5700822B2
Application number: JP2011152010A
Authority: JP
Inventors: 剛士上田; 伸弘大橋; 敦雄中川; 山本　憲彦; 憲彦山本
Original assignee: 東洋自動機株式会社
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2031-07-08
Also published as: JP2013018505A

Description

本発明は、被充填物、特に固形物を含む液状物を容器に充填するための充填ノズル（カットノズル）、及びその充填ノズルを備えた充填装置に関する。

固形物を含む液状物（例えばイカの塩辛）を容器に充填する際、前記固形物が充填ノズルの先端（吐出口）から垂れ下がることを防止する技術として、カットノズルが知られている（特許文献１参照）。従来のカットノズルは、下端に吐出開口を有し側面に充填物の取入開口を有する吐出通路が形成されたノズル本体部と、前記吐出通路内を昇降するピストンからなり、前記ピストンが前記取入開口を通過するとき、ピストンの下端周縁と前記取入開口の周縁の間で固形物をカットすることで、固形物の垂れ下がりを防止している。
しかし、従来のカットノズルでは、液状物に含まれる固形物を、前記取入開口の箇所で確実にカットできず、その結果、固形物の一部がピストンの外周壁と前記吐出通路の内周壁の間に挟まり、カットノズルの先端から垂れ下がるのを確実に防止できなかった（特許文献１の段落０００３参照）。

特開２０００−２６４３０８号公報

本発明は、従来のカットノズルを改良し、液状物に含まれる固形物を、前記取入開口の箇所でより確実にカットできるようにして、前記固形物がカットノズルの先端から垂れ下がるのを防止することを目的とする。

本発明に係るカットノズルは、下端に吐出開口を有し、側面に充填物の取入開口を有する吐出通路が形成されたノズル本体部と、前記吐出通路内を昇降するピストンを備え、前記ピストンの下端周縁が前記取入開口を通過して充填物をカットする従来のカットノズルを改良したもので、前記取入開口に連通する充填物の供給路にロータリーバルブを設置し、このロータリーバルブのロータにより、前記取入開口に引っ掛かった固形物を切断するようにしたものである。
具体的な構成として、前記ロータリーバルブは連通位置と遮断位置の間を往復回転して前記供給路を連通・遮断するロータを有し、前記ロータは円柱状で水平な軸線を有し、前記軸線と直交する流路が形成され、外半径（外径の１／２）が前記軸線から吐出通路までの間隔より大きく、かつ外周面の前記流路の両開口の間に凹部が形成されている。ロータが連通位置から遮断位置へ回転するのに伴い、ロータの流路の開口周縁が前記取入開口を通過して充填物をカットする。ロータが遮断位置にきたとき、前記凹部が前記取入開口を閉じ、ロータの外周面は前記ピストンの昇降経路外に退避する。

なお、ロータの外半径が前記軸線から吐出通路までの間隔より大きいということは、ロータの外周面（前記凹部が形成されていない外周面）が前記取入開口から吐出通路内に突出することを意味する。一方、遮断位置においては、前記凹部が前記取入開口に面して閉じるので、ロータの外周面は凹部の深さの分だけ後退する。前記凹部の深さを所定値（ロータの外半径と前記軸線から吐出通路までの間隔の差）以上に設定することで、ロータの外周面（凹部）を前記ピストンの昇降経路外に退避させることができる。
前記ロータは、連通位置から遮断位置に向けて回転するとき、ノズル本体側の外周面が下向きに回転することが望ましい。

本発明に係る充填装置は、上記カットノズルと、充填物を貯留するタンクと、充填物を計量する計量ポンプと、前記タンクの下流側に配置された３ポートロータリーバルブからなる。前記計量ポンプは、筒状のシリンダと、シリンダ内に配置され、シリンダ内を所定距離往復摺動する計量ピストンを有する。前記３ポートロータリーバルブは、３方向に開口する流路が形成されたハウジングと、３方向に開口する流路が形成され前記ハウジング内で第１位置と第２位置の間を往復回転するロータを有し、前記ハウジングの各流路はタンクに接続されるタンク側流路と、計量ポンプに接続される計量ポンプ側流路と、カットノズルに接続されるカットノズル側流路からなる。ロータは前記第１位置において、ハウジングのタンク側流路と計量ポンプ側流路を連通させ、かつカットノズル側流路を遮断し、前記第２位置において、ハウジングの計量ポンプ側流路とカットノズル側流路を連通させ、かつタンク側流路を遮断する。

本発明に係るカットノズルでは、取入開口に引っ掛かった固形物を、まずロータリーバルブのロータの回転でカットし（第１カット工程）、続いてピストンの摺動（下降）でカットする（第２カット工程）。同じ取入開口において、異なる刃（ピストンの下端周縁とロータの流路の開口周縁）により２段階のカットを行うことにより、前記取入開口に引っ掛かった固形物のカットが、従来のものに比べて確実にかつ安定して行えるようになる。
その結果、本発明に係るカットノズルでは、従来のカットノズルのように、ノズルの先端から固形物が垂れ下がり、その下方に配置された袋の袋口を汚すようなことが防止できる。
本発明に係るカットノズル及び充填装置は、特に固形物を含む液状物の充填に好適に用いられるが、固形物を含まない液状物の充填に用いることもできる。

本発明に係る充填装置断面図（初期状態）である。本発明に係る充填装置断面図（計量工程）である。本発明に係る充填装置断面図（充填準備工程）である。本発明に係る充填装置断面図（充填工程）である。本発明に係る充填装置断面図（第１カット工程）である。本発明に係る充填装置断面図（第２カット工程）である。充填工程におけるカットノズルの平面断面図（ａ）及び側面断面図（ｂ）である。第１カット工程におけるカットノズルの平面断面図（ａ）、側面断面図（ｂ）及びロータによる固形物のカットを説明する拡大側面断面図（ｃ）である。第２カット工程におけるカットノズルの側面断面図（ａ）及びピストンによる固形物のカットを説明する拡大側面断面図（ｂ）である。カットノズルのロータリーバルブのロータの斜視図である。

以下、本発明に係る充填装置及びカットノズルについて、図１〜１０を参照して具体的に説明する。
本発明に係る充填装置は、図１に示すように、主要構成要素としてカットノズル１、タンク２、計量ポンプ３、及び３ポートロータリーバルブ４を含む。
カットノズル１は、図７〜９に拡大して示すように、ノズル本体部５と、図示しない駆動源に連結されて鉛直方向に昇降するピストン６を備える。ノズル本体部５は鉛直方向の吐出通路７を有し、吐出通路７内をピストン６が摺動して昇降する。吐出通路７は下端に吐出開口８を有し、側面に被充填物の取入開口９が形成されている。

カットノズル１を構成する要素の一部として、取入開口９に連通する供給路１１に２ポートロータリーバルブ１２が設置されている。ロータリーバルブ１２は、ハウジング１３と、ハウジング１３のボア内に設置されたロータ１４からなる。ハウジング１３はノズル本体部５と一体化され、取入開口９と供給路１１の一部が流路（ポート）となっている。
ロータ１４は円柱状で水平な軸線（回転の中心となる線）Ｘを有し、図示しない駆動源に連結され、軸線Ｘを中心として連通位置（図７に示す位置）と遮断位置（図９に示す位置）の間を往復回転し、前記供給路１１を連通・遮断する。

図１０に明確に示すように、ロータ１４には軸線Ｘと直交する流路１５が形成されている。この流路１５の２つの開口１６，１７（特に開口１６）の開口周縁１６ａ，１７ａは、取入開口９と略一致する輪郭を有する。ロータ１４が前記連通位置にきたとき、流路１５の開口１６が取入開口９に対面する位置にくる。
また、ロータ１４の外周面には、開口１６，１７の中間位置に凹部１８が形成されている。この位置は、ロータ１４が前記遮断位置（図９に示す位置）にきたとき、取入開口９に対面する位置である。凹部１８は断面が円弧状に湾曲した溝として形成され、軸線Ｘに対し垂直方向（流路１５と同方向）に形成されている。凹部１８を前記方向に見たときの断面形状は、吐出通路７の内周面の断面形状と略一致する。

ロータ１４の外半径Ｒ（外径の１／２）は、軸線Ｘから吐出通路７までの間隔Ｄより大きく設定されている（Ｒ＞Ｄ）。従って、ロータ１４の外周面は、前記連通位置から遮断位置の間を回転する間、取入開口９から吐出通路７内に最大で距離（Ｒ−Ｄ）だけ突出する。
一方、前記連通位置（図７に示す位置）では、開口１６が取入開口９に対面するから、ロータ１４の外周面は取入開口９から吐出通路７内に突出しない。
また、前記遮断位置（図９に示す位置）では、先に述べたとおり、凹部１８が取入開口９に対面する位置にきて該取入開口９を閉じるが、このときロータ１４の外周面は凹部１８の深さの分だけ、通常の外周面から後退する。凹部１８の断面形状を吐出通路７の内周面の断面形状と略一致させ、かつ前記凹部の深さを前記距離（Ｒ−Ｄ）以上に設定することで、前記遮断位置にきたロータ１４の外周面（凹部１８）をピストン６の昇降経路外に退避させ、昇降するピストン６とロータ１４の干渉を防止することができる

タンク２は被充填物（固形物を含む液状物）１９を貯留するタンクである。
計量ポンプ３は、筒状のシリンダ２１と、シリンダ２１内に配置された計量ピストン２２、及びピストンロッド２３を有し、ピストンロッド２３は図示しない駆動源に連結されて所定距離昇降する。それに伴い計量ピストン２２がシリンダ２１内を摺動しながら、後退端位置と前進端位置の間を移動して、被充填物１９をシリンダ２１内に吸引して１回の充填量を計量し、又は１回の充填量を排出する。
ロータリーバルブ４は、ハウジング２４と、ハウジング２４のボア内に設置されたロータ２５からなる。ハウジング２４には３方向に開口する流路（ポート）が形成されている。ロータ２５は円柱状で、３方向に開口する流路２７が形成され、図示しない駆動源に連結され、ハウジング２４内で第１位置（図１に示す位置）と第２位置（図３に示す位置）の間を往復回転する。

ハウジング２４の流路は、タンク２に接続されるタンク側流路２６ａと、計量ポンプ３に接続される計量ポンプ側流路２６ｂと、配管部材２８を介してカットノズル１に接続されるカットノズル側流路２６ｃからなる。ロータ２５は前記第１位置において、ロータ２５の流路２７を介してハウジング２４のタンク側流路２６ａと計量ポンプ側流路２６ｂを連通させ、かつカットノズル側流路２６ｃを遮断する。また、ロータ２５は前記第２位置において、ハウジング２４の計量ポンプ側流路２６ｂとカットノズル側流路２６ｃを連通させ、かつタンク側流路２６ａを遮断する。

続いて、上記充填装置の各部位の作動の一例を工程順に説明する。
（初期状態／図１）
計量ポンプ３のピストン２２が上昇して前記前進端位置にある。ロータリーバルブ４が前記第１位置にあり、タンク側流路２６ａと計量ポンプ側流路２６ｂが連通している。カットノズル１のピストン６が下降端位置にあり、ロータリーバルブ１２のロータ１４が前記遮断位置にある。

（計量工程／図２）
計量ポンプ３のピストン２２が下降して前記後退端位置まで移動し、タンク２内の被充填物１９を計量シリンダ２１内に吸引する。
（充填準備工程／図３）
ロータリーバルブ４のロータ２５が前記第２位置に回転し、ハウジング２４の計量ポンプ側流路２６ｂとカットノズル側流路２６ｃを連通させる。カットノズル１では、ピストン６が上昇端位置（ピストン６の下端が取入開口９より上方に位置する）に移動し、次いでロータリーバルブ１２のロータ１４が前記遮断位置から前記連通位置に回転し、取入開口９を供給路１１に連通させる。

（充填工程／図４，７）
計量ポンプ３のピストン２２が上昇して前記前進端位置に向けて移動し、被充填物１９をシリンダ２１内から押し出す。押し出された被充填物１９は、カットノズル１のロータリーバルブ１２及び取入開口９を通って吐出通路７に入り、吐出開口８から吐出され、下方に設置された図示しない容器に充填される。

（第１カット工程／図５，８）
計量ポンプ３のピストン２２が前記前進端位置に達したとき、ロータリーバルブ１２のロータ１４が前記遮断位置に向けて回転する。その際に、ロータ１４の開口１６の開口周縁１６ａは、図８（ｃ）に示すように、取入開口９の背面（吐出通路７の外側の面）に沿って摺動し、取入開口９の開口周縁９ａとの間で、取入開口９に引っ掛かった固形物１９ａ（ロータ１４の流路１５内から取入開口９を通って吐出通路７内に延びて存在している固形物）を、取入開口９の背面側からカットする。つまり、この第１カット工程では、ロータリーバルブ１２のロータ１４自体が、取入開口９の開口周縁９ａに対向する切断刃として作用する。なお、ロータ１４が前記連通位置から前記遮断位置に向けて回転する間、図８（ｃ）に示すように、ロータ１４の外周面は取入開口９から吐出通路７内に突出する。ロータリーバルブ１２のロータ１４が前記遮断位置にきたとき、凹部１８が取入開口９に対面する位置にくる。

（第２カット工程／図６，９）
ロータ１４が前記遮断位置にきたとき、ロータ１４の外周面（凹部１８）は取入開口９から吐出通路７内に突出していない。この状態で、ピストン６は吐出通路７内の移動（前記上昇端位置から前記下降端位置に向けた移動）が許容される。ピストン６が下方に移動する過程で、ピストン６の下端周縁６ａが取入開口９の内面（吐出通路７内側の面）に沿って摺動し、取入開口９の開口周縁９ａとの間で、取入開口９に引っ掛かった固形物１９ａを、取入開口９の内面側からカットする。つまり、この第２カット工程では、従来のカットノズルと同様に、ピストン６の下端周縁６ａが、取入開口９の開口周縁９ａに対向する切断刃として作用する。ピストン６が前記下降端位置に到達したとき、吐出通路７内に残留していた被充填物１９は全て前記容器内に充填される。
なお、ピストン６が下方に移動を開始すると同時に、ロータリーバルブ４のロータ２５が前記第１位置に復帰回転し、図１に示す初期状態に戻る。

なお、上記カットノズル１において、特許文献１に記載された構成を適宜採用することができる。具体的には、（１）ピストンを中空として下端面又は下端部側面にエア穴を形成し、ピストンに付着した充填物を容器内に吹き飛ばす、（２）ピストンを下降と同時に回転させ、固形物の切断形態を摺り切りとする、（３）ピストンの外周壁と吐出通路７の内周壁のクリアランスを下端部で小さく、下端部の上部近傍で相対的に大きく形成する、（４）上記（１）〜（３）の構成を組み合わせる、等が考えられる。

１カットノズル
２タンク
３計量ポンプ
４３ポートロータリーバルブ
５ノズル本体部
６ピストン
７吐出通路
９取入開口
１１供給路
１２ロータリーバルブ
１４ロータ
１５ロータの流路
１６，１７ロータの流路の開口
１８凹部

Claims

下端に吐出開口を有し、側面に被充填物の取入開口を有する吐出通路が形成されたノズル本体部と、前記吐出通路内を昇降するピストンを備え、前記ピストンの下端周縁が前記取入開口を通過して被充填物をカットするカットノズルにおいて、前記取入開口に連通する被充填物の供給路にロータリーバルブが設置され、前記ロータリーバルブは連通位置と遮断位置の間を往復回転して前記供給路を連通・遮断するロータを有し、前記ロータは円柱状で水平な軸線を有し、前記軸線と直交する流路が形成され、外半径が前記軸線から前記吐出通路までの間隔より大きく、かつ外周面の前記流路の両開口の間に凹部が形成され、前記ロータの前記連通位置から前記遮断位置への回転に伴い、前記ロータの流路の開口周縁が前記取入開口を通過して被充填物をカットし、前記遮断位置において前記凹部が前記取入開口を閉じ、このとき前記ロータの外周面が前記ピストンの昇降経路から退避することを特徴とするカットノズル。
前記ロータは、前記連通位置から前記遮断位置に向けて回転するとき、前記ノズル本体側の外周面が下向きに回転することを特徴とする請求項１に記載されたカットノズル。
請求項１又は２に記載されたカットノズルと、被充填物を貯留するタンクと、被充填物を計量する計量ポンプと、前記タンクの下流側に配置された３ポートロータリーバルブからなり、前記計量ポンプは、筒状のシリンダと、前記シリンダ内に配置され、前記シリンダ内を所定距離往復摺動する計量ピストンを有し、前記３ポートロータリーバルブは、３方向に開口する流路が形成されたハウジングと、３方向に開口する流路が形成され前記ハウジング内で第１位置と第２位置の間を往復回転するロータを有し、前記ハウジングの各流路は前記タンクに接続されるタンク側流路と、前記計量ポンプに接続される計量ポンプ側流路と、前記カットノズルに接続されるカットノズル側流路からなり、前記ロータは前記第１位置において、前記ハウジングのタンク側流路と計量ポンプ側流路を連通させ、かつカットノズル側流路を遮断し、前記第２位置において、前記ハウジングの計量ポンプ側流路とカットノズル側流路を連通させ、かつタンク側流路を遮断することを特徴とする充填装置。