(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填タンクと一対の充填シリンダーが各々の入口管を介して接続され、前記各々の入口管と充填ノズルが各々の配管を介して接続され、紙容器に液体を充填する装置であって、前記各々の入口管を開閉するための上チャッキ弁が設けられるとともに、
前記充填ノズルに各々の配管を開閉するための下チャッキ弁が設けられ、前記上チャッキ弁および前記下チャッキ弁が前記一対の充填シリンダーの作動に連動する手段を備え、前記充填シリンダーが充填ピストンを内蔵しかつピストンの往復運動によって充填する液体を定量ずつ前記充填ノズルに送り込み、前記充填ノズルより前記紙容器に液体を充填する
ことを特徴とする液体充填装置。
【請求項２】
請求項１記載の液体充填装置を用いて、紙容器に液体を充填する方法
であって、前記一対の充填シリンダーに内臓した夫々の充填ピストンの往復運動の位相をずらして、前記紙容器に液体を充填することを特徴とする液体充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、酒、ジュース、牛乳等の液体を高速で紙容器に充填する液体充填装置及び液体充填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゲーベルトップ型紙容器、あるいはフラットトップ型紙容器に酒、ジュース、牛乳、その他清涼飲料等の液体を充填した後、充填口をヒートシールする紙容器充填密封装置が知られている。この紙容器充填密封装置の充填部は、機械フレームと、紙容器を順次間欠停止させるように搬送するコンベヤと、充填装置と、充填装置に充填液を供給する供給手段とを具備していることが知られている。
【０００３】
このような紙容器充填密封装置には、大量消費される商品が生産されることが多く、充填能力の向上が望まれ、高速液体充填装置の開発が行なわれている。充填速度の高速化を行なうと、液体充填装置の運転サイクルが短くなり、紙容器が停止中に紙容器に液体を充填を行なう時間も短くなって、短時間のうちに紙容器に所定の内容量を充填する必要がある。そのためには例えば、充填ピストンの往復運動による定量充填式の場合には、吸い込み時間、吐出時間ともに短くする必要があった。その結果、定量充填時に液体の流速が速くなり、吸い込み時間を短くすると充填タンクからチャッキ（逆止）弁を液が通過する際に配管内が急激に負圧となり、液体が高温で充填される場合には液体の温度が上昇して沸騰するという現象が発生し、内容物の品質にダメージを与え、また、吐出時間を短くすると紙容器内で液体の泡立ちや液はね等が発生し、紙容器の充填口を良好にヒートシールできないという問題が発生する。
【０００４】
一つの充填ピストン・充填シリンダーと一つの充填ノズル（１シリンダー１ノズル方式）で液体を充填する従来の方式では、上記の問題を解決するには限度があった。そのために、充填ステーションを二つ設け、それぞれの充填ステーションに充填ピストン・充填シリンダーと充填ノズルを備え、二回の充填（２シリンダー２ノズル方式）の方法を採用し、液体の吸い込み、吐出による液体の流速が著しく速くならないようにした方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、２シリンダー２ノズル方式では、２倍の充填部の装置が必要となり、コストアップになるという問題がある。また、二回目の充填時に液はねし、紙容器の充填口に液が付着し良好なヒートシールができないという問題がある。
【特許文献１】特開平１０−１９４３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、紙容器の中で液体の泡立ちや液はねの発生がなく、高速液体充填できる液体充填装置及び液体充填方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究の結果、２シリンダー１ノズル方式にすることにより、高速充填できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を達成するために、請求項１記載の本発明は、充填タンクと一対の充填シリンダーが各々の入口管を介して接続され、前記各々の入口管と充填ノズルが各々の配管を介して接続され、紙容器に液体を充填する装置であって、前記各々の入口管を開閉するための上チャッキ弁が設けられるとともに、前記充填ノズルに各々の配管を開閉するための下チャッキ弁が設けられ、前記上チャッキ弁および前記下チャッキ弁が前記一対の充填シリンダーの作動に連動する手段を備え、前記充填シリンダーが充填ピストンを内蔵しかつピストンの往復運動によって充填する液体を定量ずつ前記充填ノズルに送り込み、前記充填ノズルより前記紙容器に液体を充填することを特徴とするものである。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の液体充填装置を用いて、紙容器に液体を充填する方法であって、前記一対の充填シリンダーに内臓した夫々の充填ピストンの往復運動の位相をずらして、前記紙容器に液体を充填することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、一対の充填シリンダーを有しており、一方の充填シリンダーで１個の紙容器の所定内容量を充填ノズルに送り込み、紙容器に充填を行なっている間に、他方の充填シリンダーで次に充填する紙容器の所定内容量の液体を吸い込むことができ、液体の吐出時間及び吸い込み時間が十分に確保でき、液体の吸込み、吐出による流速を著しく速くすることなく、充填できるために、泡立ちや液はねがなく、所定量の液体を高速充填することが可能になるという効果を奏する。
【０００９】
充填ノズルが、１本であり、２シリンダー２ノズル方式に比べ、装置コストが安いという効果がある。
【００１０】
また、充填ノズルが１本であり、充填ステーションが１つあればよく、２シリンダー２ノズル方式は２つのステーションが必要であることに比べ、充填装置の長さが短くでき、省スペース化が図れるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明にかかる液体充填装置の一実施形態を説明する正面図、図２は本発明にかかる液体充填装置の一実施形態を示す縦断面図である。
【００１２】
図１に示すように本発明の液体充填装置は、清酒、ジュース、牛乳、清涼飲料等の液体を紙容器に充填する紙容器液体充填ラインとインラインで用いられるものであり、充填部Ａは、液体充填装置１と、キャリアホルダー２を有し間欠駆動する搬送装置３を備えている。
【００１３】
搬送装置３の１サイクルの動作で、前ライン（図示しない）で底部が組立てられて上部に開口部を有する紙容器４がキャリアホルダー２に保持されて、１ピッチずつ間欠で搬送され、充填部Ａに搬入されて停止する仕組みとなっている。
【００１４】
図２に示すように、液体充填装置１は、紙容器４の上方に配置されている充填ノズル１０と、充填ピストン２０ａ、２０ｂを内蔵し、この充填ピストン２０ａ、２０ｂの往復運動によって、液体を定量ずつ、充填ノズル１０に送り込む一対の充填シリンダー２１ａ、２１ｂとを備えている。
【００１５】
充填ノズル１０は、垂直筒状でノズル上部１１が上方に向かって上戸状になったノズル本体１２と、充填される液体が自重で流下することを防止するためにノズル本体１２の下端開口に設けられたメッシュ１３と、ノズル本体１２のノズル上部１１に下チャッキ弁１４ａ、１４ｂとを備えている。下チャッキ弁１４ａは充填シリンダー２１ａの作動に連動し、下チャッキ弁１４ｂは充填シリンダー２１ｂの作動に連動するように構成されている。充填シリンダー２１ａ、２１ｂは、内蔵した充填ピストン２０ａ、２０ｂを有し、上方で配管２２ａ、２２ｂによりノズル本体１２に接続されている。さらに、充填シリンダー２１ａ、２１ｂの上部には垂直状の入口管３０ａ、３０ｂが接続され、入口管３０ａ、３０ｂ内には上チャッキ弁３１ａ、３１ｂが備えられている。入口管３０ａ、３０ｂの高さの中程には供給管３２ａ、３２ｂの出口端が接続され、供給管３２ａ、３２ｂの入口端は充填タンク４０に接続されている。また、上チャッキ弁３１ａ、３１ｂは充填シリンダー２１ａ、２１ｂと連動して作動するように構成されており、充填ピストン２０ａ、２０ｂが下降して充填シリンダー２１ａ、２１ｂ内に充填される液体を充填タンク４０より吸込む場合には、充填ピストン２０ａ、２０ｂが下降することにより充填シリンダー２１ａ、２１ｂ内が負圧になり、上チャッキ弁３１ａ、３１ｂが開いて充填シリンダー２１ａ、２１ｂ内に液体が流入される。充填タンク４０の下部には出口が２ケ所設けられ、それぞれ、供給管３２ａ、３２ｂに接続されている。
【００１６】
つぎに、本発明の液体充填装置１を用いた液体充填方法について説明する。サーボモーター（図示しない）を正逆回転させることにより、充填ピストン２０ａが往復運動し、充填ピストン２０ａが下降すると充填シリンダー２１ａ内が負圧となり下チャッキ弁１４ａが閉じられ、上チャッキ弁３１ａが開かれて充填タンク４０より充填される液体が充填シリンダー２１ａに流入する（以下吸込と称する）。充填ピストン２０ａが上昇すると、充填シリンダー２１ａ内は加圧され、上チャッキ弁３１ａが閉じられ、下チャッキ弁１４ａが開かれて、充填シリンダー２１ａから充填ノズル１０に充填される液体が送り込まれ、送り込まれた量に相当する量が充填ノズル１０からキャリアホルダー２に保持された紙容器４内に吐出される（以下吐出と称する）。尚、キャリアホルダー２に保持されて充填部Ａに搬送された紙容器４は、紙容器昇降装置（図示しない）により充填ノズル１０に向かい押し上げられてから充填ノズル１０より液体が充填され、液はね、泡立ちを防止すると共に、紙容器４に液体の充填をしながら紙容器４を下降させ、１サイクル当たりの時間を短縮するようになっている。
【００１７】
一方、充填ピストン２０ｂは、充填ピストン２０ａと１８０度位相ズレして、同様にサーボモーターにより往復運動し、充填ピストン２０ａが「吸込」行程時に充填ピストン２０ｂは「吐出」行程となり、充填ピストン２０ａが「吐出」行程時に充填ピストン２０ｂは「吸込」行程となる。つまり、充填ノズル１０に充填する液体が、充填シリンダー２１ａと充填シリンダー２１ｂから交互に送り込まれる。このような構成にすることにより、吐出速度及び吸込速度を著しく速くすることなく、１サイクル当たりの時間を短くすることが可能となり、理論上では従来の吐出速度、吸込速度で１サイクル当たりの時間が１／２、充填速度が２倍となり、液体充填の高速化が達成できるものである。また、吸込速度を速くすることがないために、充填時に液体の流速の増加がなく、充填タンク４０から上チャッキ弁３１ａ、３１ｂを液が通過する際に配管内が急激に負圧となることもなく、液体の温度上昇を抑制でき、内容物の品質確保ができるとともに、上チャック弁３１ａ、３１ｂでのエア噛み、泡立ちを防止できる。また、吐出速度を速くすることがないために、紙容器内で液体の泡立ちや液はね等の発生を防ぐことができ、紙容器の充填口の良好なヒートシールが可能となり、高品質が確保できるものである。図２は、充填ピストン２０ａが「吐出」行程、充填ピストン２０ｂが「吸込」行程の状態を示し、図中の網目線は「吐出」行程の液体を示し、斜目点線は「吸込」行程の液体を示している。尚、液体充填方法として充填シリンダー２１ａ及び２１ｂの吸込み量を紙容器４への所定の充填量の１／２として同じ位相で作動させることにより吸込み時間を短くし、高速化を図る方法もあるが、充填ピストン２０ａと充填ピストン２０ｂの位相を１８０度ずらせて交互に充填ノズル１０に液体を送り込む方法の方が、高速化が可能であり、より好ましい。
【実施例１】
【００１８】
次に、本発明について、以下に実施例を挙げてさらに詳しく説明する。機械は、紙容器４の搬送装置３を１ラインとして液体充填装置１を搭載した。紙容器４には、一辺が８５ｍｍ角の四角筒状の内容量１８００ｍｌのものを用いた。充填する液体には清酒を用いて、充填シリンダー２１ａ、２１ｂから充填ノズル１０に交互に清酒を送り込む方法で紙容器４に充填を行なった。その結果、４５００本／ノズル・時の紙容器に充填ができた。従来の液体充填装置では、３０００本／ノズル・時が限界であり、充填能力は１．５倍に向上した。
【００１９】
以上のように本発明の液体充填装置及び充填方法によると液体の吸込み速度及び吐出速度を増速することなく１サイクル当たりの時間を短くすることができ、高速液体充填が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明にかかる液体充填装置の一実施形態を説明する正面図である。
【図２】本発明にかかる液体充填装置の一実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１                                      液体充填装置
２                                      キャリアホルダー
３                                      搬送装置
４                                      紙容器
１０                                    充填ノズル
１１                                    ノズル上部
１２                                    ノズル本体
１３                                    メッシュ
１４ａ、１４ｂ                          下チャッキ弁
２０ａ、２０ｂ                          充填ピストン
２１ａ、２１ｂ                          充填シリンダー
２２ａ、２２ｂ                          配管
３０ａ、３０ｂ                          入口管
３１ａ、３１ｂ                          上チャッキ弁
３２ａ、３２ｂ                          供給管
４０                                    充填タンク
Ａ                                      充填部
【図１】
0004780389.tif 000002
【図２】
0004780389.tif 000003