JP5026813B2

JP5026813B2 - 定量充填装置

Info

Publication number: JP5026813B2
Application number: JP2007036969A
Authority: JP
Inventors: 敏幸原; 友幸長見
Original assignee: Shikoku Kakoki Co Ltd; Glico Dairy Products Co Ltd
Current assignee: Shikoku Kakoki Co Ltd; Glico Dairy Products Co Ltd
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2027-02-16
Also published as: JP2008201424A

Description

本発明は、定量充填装置、より詳しくは、固形物含有液を液だれすることなく容器に定量充填するのに適したスプールを有する定量充填装置に関する。

従来、ペースト状物等を定量充填する装置として、下向きの吐出口を有し、吐出口が容器搬送コンベアの容器搬送経路真上に位置するように配置されている充填ノズルと、充填ノズル内を摺動するピストンと、下部に充填ノズルが取付けられているアームと、アームの上部を可逆回転自在に支持している水平軸と、水平軸を中心としてアームを揺動させる揺動手段とを備え、充填ノズルとピストンをセラミックで形成したことを特徴とする高粘度流動物の充填装置（例えば、特許文献１参照）や、シングル配量器のマウスピースが、特別に形成された分配部材と交換可能であり、かつこの分配部材に接続されたマルチ配量器が使用可能であり、このマルチ配量器を介して種々の製品が所望の比で１つの共通の容器内へ所望の回転形状で充填することができる、容器に液状からペースト状までの製品を計量充填する装置（例えば、特許文献２参照）や、多数の液状又はペースト状物を同時に定量し充填する装置であって、貯蔵容器及び多数の定量ユニットを有し、該定量ユニットはそれぞれ１つの定量室及びそれぞれ１つの弁を有しており、該弁は所属の定量室を貯蔵容器と出口とに交替に接続し、かつこの場合各弁が所属の定量室の傍らに配置されている形式のものにおいて、弁の軸線と所属の定量室の軸線とが相互間に距離をおいて交叉していることを特徴とする液状又はペースト状物の定量充填装置（例えば、特許文献３参照）や、サーボモータの稼働でピストンを駆動して液溜め室の容積を増減させることにより液溜め室内に粘性流体を入出させ、液溜め室の容積の減少に伴って液溜め室から吐き出される粘性流体を容器に充填する充填方法であって、サーボモータの稼働を粘性流体に応じて制御することにより、液溜め室の容積の増減の時期と速度を調整して、粘性流体の粘度が相対的に低い場合は、少なくとも充填の初期において液溜め室の容積を相対的にゆっくり減少させることにより粘性流体の吐き出し速度を遅くするように制御し、粘性流体の粘度が相対的に高い場合は、液溜め室の容積を相対的に短時間で減少させることにより粘性流体の吐き出しを早く終了するように制御する、各種の粘性流体に適した充填を行うことが可能な充填装置と充填方法（例えば、特許文献４参照）が知られている。

また、液切れを改善した定量充填装置としては、シリンダ内でピストンを作動させることにより液体充填量を計量する液体充填装置において、前記シリンダの内部を液体充填路又は液体供給路に切り換える切換弁と、作動タイミング及びストロークを任意に設定できるピストンと、液体充填終了後に前記ピストンを設定された吸引ストロークで作動させる駆動手段とからなる残液滴下防止充填装置（例えば、特許文献５参照）や、貯留タンク、シリンダ、充填ノズル、及びこれらが連結された切換弁からなる流動性食品充填装置において、前記切換弁に内装された切換バルブの停止位置を複数段階に制御するサックバック手段と、前記切換バルブが押圧した際に変形し、押圧を中止した際に復元する柔軟性弁体とを配設し、多管式の充填ノズルであっても効果的に後だれを防止でき、構造簡易、コンパクトで、安全性及び衛生の面で優れた流動性食品の充填装置（例えば、特許文献６参照）が提案されている。
特許第２６１４７５７号公報特開平１１−１１５９０４号公報特開昭５４−７６３８４号公報特開２０００−１６８７０３号公報特開平２−１５２６０３号公報特開平１０−３３８２０２号公報

固形物含有液を定量充填する場合に、ストレート形状のスプールを使用していたが、固形物が大きくなるとスプールの径を大きくする必要があり、その結果、ノズル吐出口の径も大きくなり、充填終了後の液切れが悪くなり、容器外に垂れる等不具合が発生する場合があった。本発明の課題は、果肉、ゼリー等弾力性のある固形物を含有する液を充填する場合であっても、液切れよく正確な定量充填ができる定量充填装置を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するため研究に取り組み、スプールを使用した定量充填装置における固形物含有液の流動特性について検討したところ、充填物収容タンクから計量シリンダまでの経路では、タンク出口での固形物のブロッキングの防止や固液の混合具合を良好に保つために、また計量ピストンの移動による負圧により固形物含有液を計量シリンダヘ吸い込むため、流路の断面は固形物の最大径よりかなり大きめにする必要があり、そのためスプールの太さもそれに対応した寸法のものが必要となることや、他方、計量シリンダからノズル先端までの経路では、計量ピストンの移動による押圧により固形物含有液を押し出すため、流路の断面は固形物の最大径程度で可能であることや、更に固形物が果肉、ゼリー等のように弾力性のあるものであれば流路は固形物の最大径より小さくすることも可能であることを見い出した。そこで、ストレート形状のスプールに代えて大寸部と小寸部を有するスプールを採用し、吐出口直前のノズルの流路内を液密に摺動するスプールの断面寸法を小さく（細く）することにより、充填終了時の液切れが良くなり、液だれを防止して、正確な定量充填をすることができることを確認し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、（１）充填物収容タンクと、該充填物収容タンク下方に設けられ、流入開口及び送出開口を有する計量シリンダと、該計量シリンダ内を摺動する計量ピストンと、前記充填物収容タンク下方に設けられ、送出弁口及び流入弁口を有するとともに上端が前記充填物収容タンク内と連通し下端が充填物吐出口を形成する筒状孔を有する充填ノズルと、該充填ノズルの送出弁口と前記計量シリンダの流入開口とを連通する流入管路と、前記計量シリンダの送出開口と前記充填ノズルの流入弁口とを連通する送出管路と、前記充填ノズルの筒状孔内を摺動し、前記流入管路を介して前記充填物収容タンク内と前記計量シリンダ内を連通させうる連通路を有するスプールとを備えた定量充填装置であって、前記充填ノズルの筒状孔が、送出弁口が形成された上大寸筒状孔部と、流入弁口が形成された、上大寸筒状孔部より狭い下小寸筒状孔部とを有し、前記スプールが、上大寸筒状孔部内を摺動する上大寸部と、小寸筒状孔部内を摺動する上大寸部より細い下小寸部を有し、前記スプールが上方の充填位置にあるとき、前記充填ノズルの送出弁口が前記スプールの大寸部で閉塞されるとともに前記計量シリンダ内と前記充填ノズルの小寸筒状孔部内が前記送出管路を介して連通され、前記スプールが下方の待機位置にあるとき、前記充填ノズルの流入弁口が前記スプールの小寸部で閉塞されるとともに前記充填物収容タンク内と前記計量シリンダ内が前記連通路と前記流入管路を介して連通され、前記スプールが上方の充填位置にあるとき、前記スプールの下端が前記流入弁口より上位の前記下小寸筒状孔部内に位置し、前記スプールの上大寸部が、前記充填ノズルの筒状孔における前記上大寸部の下方空間と前記充填物収容タンク内とを常時連通する連絡通路を有していることを特徴とする定量充填装置に関する。

また本発明は、（２）小寸筒状孔部の充填物通過断面積が、連通路又は前記流入管路の充填物通過最小断面積より小さいことを特徴とする上記（１）に記載の定量充填装置や、（３）計量シリンダが、充填物収容タンク底部下方に充填物収容タンク内と計量シリンダ内を連通するように設けられ、ピストンには、ピストンから上方に延びたピストンロッドが設けられ、スプールには、スプールから上方に延びたスプールロッドが設けられ、ピストン及びスプールが、充填物収容タンク内を貫通するピストンロッド及びスプールロッドによって駆動されることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の定量充填装置や、（４）スプールの連通路及び連絡通路が、スプールの上大寸部に形成された溝であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の定量充填装置や、（５）スプールが待機位置にあるとき、スプールの下端が充填ノズルの吐出口より突出するように構成されていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の定量充填装置や、（６）小寸筒状孔部が、充填ノズルの筒状孔に固定された硬質樹脂製筒体によって形成されていることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の定量充填装置に関する。

本発明の定量充填装置によると、大寸部と小寸部を有するスプールを採用したことにより、特に果肉、ゼリー等弾力性のある固形物を含有する液を充填する場合であっても、後だれのない正確な定量充填ができる。

本発明の定量充填装置としては、充填物収容タンクと、該充填物収容タンク下方に設けられ、流入開口及び送出開口を有する計量シリンダと、該計量シリンダ内を摺動する計量ピストンと、前記充填物収容タンク下方に設けられ、送出弁口及び流入弁口を有するとともに上端が前記充填物収容タンク内と連通し下端が充填物吐出口を形成する筒状孔を有する充填ノズルと、該充填ノズルの送出弁口と前記計量シリンダの流入開口とを連通する流入管路と、前記計量シリンダの送出開口と前記充填ノズルの流入弁口とを連通する送出管路と、前記充填ノズルの筒状孔内を摺動し、前記流入管路を介して前記充填物収容タンク内と前記計量シリンダ内を連通させうる連通路を有するスプールとを備えた定量充填装置であって、前記充填ノズルの筒状孔が、送出弁口が形成された上大寸筒状孔部と、流入弁口が形成された、上大寸筒状孔部より狭い下小寸筒状孔部とを有し、前記スプールが、上大寸筒状孔部内を摺動する上大寸部と、小寸筒状孔部内を摺動する上大寸部より細い下小寸部を有し、前記スプールが上方の充填位置にあるとき、前記充填ノズルの送出弁口が前記スプールの大寸部で閉塞されるとともに前記計量シリンダ内と前記充填ノズルの小寸筒状孔部内が前記送出管路を介して連通され、前記スプールが下方の待機位置にあるとき、前記充填ノズルの流入弁口が前記スプールの小寸部で閉塞されるとともに前記充填物収容タンク内と前記計量シリンダ内が前記連通路と前記流入管路を介して連通されている装置であれば特に制限されず、充填物としては特に制限されないが、ゼリー、果肉、小豆等の固形物含有液や、カレー・ルー、ヨーグルト等の粘性・ペースト状流体を具体的に例示することができるが、中でも、ゼリー、果肉、小豆等の固形物含有液を好適に例示することができる。

充填物収容タンクには、計量シリンダと計量ピストンとを備えた計量ピストン−シリンダ、及び、充填ノズルとスプールとを備えた定量充填装置を１又は複数配設することができるが、４〜８列並設することが生産効率の点で好ましい。上記計量ピストンやスプールの駆動源は特に制限されないが、計量ピストンやスプールの駆動を同調させて設定されたタイミングで駆動しうるものが好ましく、計量ピストンの駆動には、充填物収容タンクから計量シリンダへの充填物の吸引力・吸引速度や、計量シリンダから充填ノズルへの吐出力・吐出速度を十分確保・調整する点でサーボモータが好ましく、スプールの駆動には制御し易さの点でエアシリンダが好ましい。サーボモータとエアシリンダの制御は、別個のプログラム制御装置により個別に行ってもよいが、１つのプログラム制御装置により行うこともできる。

固形物含有液を充填物収容タンク内から計量シリンダ内へ流入させる吸引圧は、充填物収容タンク内を加圧しない場合は最大１気圧であり、充填物収容タンクから計量シリンダまでの経路における固形物のブロッキングの防止や固液の混合具合を良好に保つために、その流路断面積は固形物の最大径の２〜５倍とすることが好ましく、これに対して、計量シリンダ内から充填ノズルの小寸筒状孔部に固形物含有液を吐出する押出し圧は簡単に数気圧とすることができことから、充填ノズルの小寸筒状孔部の充填物が通過する筒状空間の断面寸法は固形物の最大径程度か、固形物が果肉、ゼリー等のように弾力性のあるものであれば固形物の最大径より小さく設計することが好ましい。そこで、充填ノズルの大寸筒状孔部とスプールの大寸部の溝によって形成された連通路、及び流入管路から形成される充填物収容タンク内から計量シリンダ内への流入通路における充填物の通過断面積が最小となる箇所、通常は充填ノズルの送出弁口側の内周面（大寸筒状孔部）とスプールの大寸部の溝とで形成される連通路の充填物の通過断面積が、充填ノズルの小寸筒状孔部の充填物の通過断面積よりも２〜５倍広くなるように構成することが好ましい。

本発明は、大寸部と小寸部を有するスプール（段付スプール）を採用する点に特徴を有し、段付スプールの断面形状は矩形でもよいが、加工のし易さ又は洗浄性の点で円形がよく、すなわち大径の円柱からなる大径部の下部に、大径の１／３〜１／４の小径の円柱からなる小径部が同軸に連結されている段付スプールが好ましい。また、段付スプールが下限の待機位置にあるとき、段付スプールの下端が充填ノズルの吐出口と面一、あるいは吐出口より少し突出するように構成することが好ましく、充填ノズルの吐出口における固形物を完全に切除しうる点で、吐出口より少し突出するように構成することがより好ましい。また、充填ノズルの筒状孔における段付きスプールの上大径部の下方空間において、段付スプールの上昇又は下降に伴う負圧又は陽圧を解消する機構を設けることが好ましく、例えば、前記下方空間に外気と連通する小孔を設けることもできるが、充填ノズルの筒状孔の送出弁口と反対側の内周面と段付スプールとの間に、充填物収容タンク内と連通する連絡通路を形成することが閉空間を作り衛生面で好ましく、より具体的には、充填物収容タンク内と計量シリンダ内を連通状態とするために段付スプール大径部一側面に設けられた太溝と反対側の側面に、前記溝より長くて細い細溝を形成して、この細い溝と充填ノズルの筒状孔内周面とで前記連絡通路を形成することが好ましい。

小径筒状孔部は、ステンレス製の充填ノズルの筒状孔の下部を小径に加工してもよいが、段付スプールの下降速度は計量ピストンの下降速度よりも速く、段付スプール小径部と小径筒状孔部とのステンレス同士の摩擦による摩耗や、かみつきが発生することから、小径筒状孔部が、充填ノズルの筒状孔下部に挿入固定された硬質樹脂製筒体によって形成されていることが好ましい。すなわち、中心部に小径筒状孔部と、該小径筒状孔部と送出管路とを連通する流入弁口とが形成された入れ子式の硬質樹脂製筒体とすることが好ましい。この場合、筒体が充填ノズルから脱落しないように、充填ノズルの下端に脱落防止機構を備えることが好ましい。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの例示に限定されるものではない。

図１には、本発明の定量充填装置が二次充填装置６６として備えられている充填包装機械の概略が示されている。この充填包装機械は、図１に示すように、ベッド６１と、これに装備されている容器搬送コンベヤ６２と、これの搬送経路にそって配置されている容器供給装置６３、異物除去装置６４、一次充填装置６５、二次充填装置６６、三次充填装置６７、リワインダ６８、シール装置６９、トリミング装置７０、ワインドリール７１及び排出装置７２とを備えている。

図２に示すように、容器搬送コンベヤ６２は、一対の無端ベルト７３間に多数枚のホルダープレート７４を等間隔に取り付けた構成を有している。各ホルダープレート７４には、６個ずつの開口部７５がそれぞれ形成されており、これら各開口部７５に容器Ｃを一つずつ挿入させることにより、６個の容器Ｃを容器搬送コンベア６２の幅方向に並べて保持するようになっている（図２では容器Ｃを１つだけ図示）。そして、サーボモータ等の駆動で無端ベルト７３が周動することにより、このように各ホルダープレート７４に６個ずつ並べて保持された容器Ｃが、容器供給装置６３から異物除去装置６４、一次充填装置６５、二次充填装置６６、三次充填装置６７、リワインダ６８、シール装置６９、トリミング装置７０、ワインドリール７１及び排出装置７２の順に間欠的に搬送される構成になっている。

容器供給装置６３は、デザート製品などの原料を充填するための容器Ｃを６列に縦に積み重ねた状態で多数の容器Ｃを貯めておくストッカーを備えている。容器Ｃは上面が開口したカップ形状を有しており、その開口部から充填できる形状を備えている。そして容器供給装置６３は、ストッカーに配置された挿入機構によって、このようにストッカーに６列状態で貯められた容器Ｃを容器搬送コンベヤ６２のホルダープレート７４に形成された６個の開口部７５に一つずつ挿入させるようになっている。

上記充填包装機械における充填包装について説明すると、先ず容器搬送コンベヤ６２の始端部に配置された容器供給装置６３において、ストッカーに６列状態で貯められたカップ形状の容器Ｃが、挿入機構によって下から順にそれぞれ取り出される。そして、これらの容器Ｃを容器搬送コンベヤ６２のホルダープレート７４に形成された６個の開口部７５に一つずつ挿入することにより、ホルダープレート７４によって６個の容器Ｃが横に並んで保持された状態となる。次に、こうして容器搬送コンベヤ６２に供給された６個の容器Ｃは、サーボモータ等の駆動で周動する容器搬送コンベヤ６２によって異物除去装置６４に搬送される。容器搬送コンベヤ６２によって、一次充填装置６５に設けられた６個のノズルの真下位置に６個の容器Ｃが搬入されると、サーボモータ等の駆動が停止して容器Ｃは一旦停止する。これにより一次充填装置６５の各ノズルの真下位置（充填位置）に、ホルダープレート７４によって横に並べて保持された６個の容器Ｃがそれぞれ位置した状態となる。この充填位置において一時停止している各容器Ｃに対して原料ａが同時に定量充填される。続いて二次充填装置６６及び三次充填装置６７の下方に容器搬送コンベヤ６２によって順次搬入され、各６個の容器Ｃに対する二次充填と三次充填が行われる。こうして充填が終了した６個の容器Ｃは、リワインダ６８、シール装置６９、トリミング装置７０、ワインドリール７１及び排出装置７２の順に間欠的に搬送されることになる。

次に、本発明の定量充填装置について、図３〜６に基づいて詳細に説明する。図３には、本発明の定量充填装置の縦断面図が示されている。図４には、本発明の定量充填装置の要部拡大縦断面図（段付スプールが下方の待機位置にあるとき）が示されている。図５には、本発明の定量充填装置の要部拡大縦断面図（（ａ）段付スプールが下方の待機位置にあるとき、（ｂ）段付スプールが上方の充填位置にあるとき）が示されている。図６には、図４のＡ−Ａにおける横断面図が示されている。

本発明の定量充填装置は、充填物収容タンク１と、充填物収容タンク１底部下方に充填物収容タンク１内と計量シリンダ２内を連通するように設けられ、流入開口２１及び送出開口２２を有する計量シリンダ２と、該計量シリンダ２内を摺動する計量ピストン３と、前記充填物収容タンク１下方に設けられ、送出弁口４１及び流入弁口４２を有するとともに上端が前記充填物収容タンク１内と連通し下端が充填物吐出口４３を形成する筒状孔４４を有する充填ノズル４と、該充填ノズル４の送出弁口４１と前記計量シリンダ２の流入開口２１とを連通する流入管路２３と、前記計量シリンダ２の送出開口２２と前記充填ノズル４の流入弁口４２とを連通する送出管路２４と、前記充填ノズル４の筒状孔４４内を摺動し、前記流入管路２３を介して前記充填物収容タンク１内と前記計量シリンダ２内を連通させうる連通路５１を有するスプール５とを備えている。

充填ノズル４の筒状孔４４は、送出弁口４１が形成された上大径筒状孔部４４ａと、流入弁口４２が形成された、上大径筒状孔部４４ａより狭い下小径筒状孔部４４ｂとを有している。スプール５は、上大径筒状孔部４４ａ内を摺動する上大径部５ａと、小径筒状孔部４４ｂ内を摺動する上大径部５ａより細い下小径部５ｂを有している。スプール５が上方の充填位置にあるとき（図５（ｂ））、充填ノズル４の送出弁口４１がスプール５の大径部５ａで閉塞されるとともに計量シリンダ２内と充填ノズル４の小径筒状孔部４４ｂ内が前記送出管路２４を介して連通されている。スプール５が下方の待機位置にあるとき（図５（ａ））、充填ノズル４の流入弁口４２がスプール５の小径部５ｂで閉塞されるとともに充填物収容タンク１内と計量シリンダ２内が連通路５１と流入管路２３を介して連通されている。そして、小径筒状孔部４４ｂの充填物通過断面積は、充填物が通過する連通路５１又は流入管路２３のうち最も狭い部分の充填物通過断面積より小さく形成されている。スプールの上大径部５ａには、充填ノズル４の筒状孔４４における上大径部４４ａの下方空間４６と充填物収容タンク１内とを常時連通する連絡通路５２が形成されている。

連通路５１は、スプール５の上大径部５ａの周面に送出弁口４１と対向するように上下方向に形成された太溝５７によって形成されている。連絡通路５２は、スプール５の上大径部５ａの太溝５７と反対側の周面に上下方向に形成された細溝５８によって形成されている。

充填物収容タンク１には、６個の計量ピストン−シリンダが並設されている。各計量ピストン−シリンダは、充填物収容タンク１の底部下方に連通状態で設けられた計量シリンダ２と、該計量シリンダ２内を液密に摺動する計量ピストン３と、充填物収容タンク１の上方に固着されているピストンガイド筒３２から構成されている。各計量シリンダ２には、その側周面に流入開口２１とその底部に送出開口２２が設けられている。各計量ピストン３は、下部のピストンヘッド３３と上部のピストンロッド３１とから構成され、ピストンヘッド３３が前記計量シリンダ２内を液密に摺動するように構成されている。ピストンロッド３１上端には、トグルレバー対の一方のアーム３４が連結され、他方のアーム３５が駆動軸３６に取り付けられている。駆動軸３６は図示されていない伝動装置を介して、プログラム制御装置に結合されたサーボモータに連結されている。このサーボモータの制御された正逆回転駆動により、計量ピストン３が設定されたタイミングで上下動する。

また、充填物収容タンク１には、６個の充填ノズル４が並設されている。充填ノズル４内部には、充填物収容タンク１内と、その底部下方で連通させられた筒状孔４４が形成されている。筒状孔４４は、上部の送出弁口４１が形成された大径筒状孔部４４ａと、下部の流入弁口４２が形成された小径筒状孔部４４ｂから構成されている。筒状孔４４内には、筒状孔４４内を摺動自在にスプール５が設けられている。スプール５には、スプール５から上方に延びたスプールロッド５３が設けられており、スプールロッド５３が、充填物収容タンク１の上方に固着されているスプールガイド筒５４を介して充填物収容タンク１の上方まで延びている。スプール５は、充填ノズル４内の前記大径筒状孔部４４ａ内を摺動する上部の大径部５ａ（φ２７ｍｍ）と、前記小径筒状孔部４４ｂ内を液密に摺動する下部の細い小径部５ｂ（φ８ｍｍ）から構成されており、上記大径部５ａの計量ピストン−シリンダ側の一側面には所定長の太溝５７が、その反対側の一側面には太溝５７より下方に長い細溝５８が形成されている。また、スプールロッド５３の上端は、エアシリンダ５５から下方に伸びたシリンダロッド５６に連結されている。エアシリンダ５５は、図示されていないプログラム制御装置により進退駆動が制御されている。エアシリンダ５５の制御された進退駆動により、スプールロッド５３がスプールガイド筒５４内を摺動して、スムーズに段付スプール５が設定されたタイミングで上下動する。

前記段付スプール５の大径部５ａの細溝５８と大径筒状孔部４４ａ内周面との間には、大径筒状孔部４４ａ内における大径部５ａの下方空間４６と充填物収容タンク１内と連通する連絡通路５２が形成されることになり、段付スプール５上昇に伴う負圧を解消することができる。また小径筒状孔部４４ｂは、小径筒状孔部４４ｂと計量シリンダ２とを連通する流入弁口４２とが形成された、入れ子式の硬質樹脂製筒体４５から構成されている。この硬質樹脂から構成されている入れ子式の筒体４５が脱落しないように、充填ノズル４の下端には脱落防止機構が備えられている。

次に、本発明の定量充填装置における充填動作について説明する。いま、図４及び図５（ａ）に示されている状態のように、段付スプール５が下方の待機位置にあるとき、充填ノズル４の小径筒状孔部４４ｂが段付スプール５小径部５ｂにより閉塞され、充填ノズル４の筒状孔４４内、段付スプール５大径部５ａの太溝５７、流入管路２３を介して、充填物収容タンク１内と計量シリンダ２内が連通状態になり、サーボモーターの駆動により計量シリンダ２内の計量ピストン３が上昇（後退）して、計量シリンダ２内が負圧となり、計量シリンダ２内に固形物含有液体が吸引されて流れ込む。この充填ノズル４の筒状孔４４内、段付スプール５の大径部５ａの太溝５７、及び流入管路２３から形成される充填物収容タンク１内から計量シリンダ２内への流入通路における最小断面積部分は、固形物の最大径よりかなり大きめ（約３．５倍）に設計されているので、上記流入通路において固形物によるブロッキングがなく、固形物含有液が均質な固液混合状態で計量シリンダ２内に流入する。

固形物含有液を吸引しながら計量ピストン３が上昇（後退）して上限位置に達すると、エアシリンダ５５の駆動により段付スプール５が上昇（後退）して、段付スプール５の大径部５ａの太溝５７が形成されていない外周面が充填ノズル４の送出弁口４１を閉塞し、充填物収容タンク１内と計量シリンダ２内との連通状態が遮断されるとともに、段付スプール５の小径部５ｂも充填ノズル４の小径筒状孔部４４ｂに沿って上昇する。段付スプール５が上昇するに従い、一時的に筒状孔４４内の下方空間４６に負圧が発生するが、筒状孔４４の内周面と、段付スプール５大径部５ａの細溝５８との間に、充填物収容タンク１内と下方空間４６を連通する連絡通路５２が形成されており、充填物収容タンク１内の液体が、連絡通路５２を経由して筒状孔４４内の下方空間４６に流れ込み、段付スプール５の上昇に伴う負圧が解消する。そして、段付スプール５が上昇（後退）して上方の充填位置に達したとき、充填ノズル４の小径筒状孔部４４ｂ内を摺動しながら上昇している段付スプール５の小径部５ｂの下端が、充填ノズル４の流入弁口４２より上位の小径筒状孔部４４ｂ内に位置し、その結果、計量シリンダ２の送出開口２２、送出管路２４、充填ノズル４の流入弁口４２を介して、計量シリンダ２内と充填ノズル４の小径筒状孔部４４ｂ先端が連通状態になっている。

計量シリンダ２内と充填ノズル４の小径筒状孔部４４ｂが連通した状態で、図５（ｂ）に示すように、計量ピストン３が下降（前進）すると、計量シリンダ２内の固形物含有液を充填ノズル４に送出し、充填ノズル４先端の吐出口４３から容器Ｃに充填が開始される。送出管路２４、充填ノズル４の流入弁口４２と小径筒状孔部４４ｂの断面の大きさは、固形物の最大径程度か、固形物が果肉、ゼリー等のように弾力性のあるものであれば固形物の最大径より小さく設計されている。下降（前進）してきた計量ピストン３が下限位置に達すると、段付スプール５が下降して充填ノズル４の小径筒状孔部４４ｂ内の固形物含有液を強制的に押し出し、段付スプール５の小径部の下端が充填ノズル４の吐出口４３から少し突出したところ（下方の待機位置）まで下降し、充填ノズル４の吐出口４３に付着した固形物を切り落とし、液だれを防止しながら定量充填の１サイクルが終了する。

以上の動作が１サイクルで、２．２〜２．４秒／サイクルで６個の容器が定量充填されることになるから、本発明の定量充填装置は１時間あたり約１００００個の充填能力を有する。

本発明の定量充填装置が二次充填装置として備えられている充填包装機械の概略図である。図１におけるコンベアの一部を拡大して示した斜視図である。本発明の定量充填装置の縦断面図である。本発明の定量充填装置の要部拡大縦断面図（段付スプール５が下限位置）である。本発明の定量充填装置の要部拡大縦断面図（（ａ）段付スプールが下方の待機位置にあるとき、（ｂ）段付スプールが上方の充填位置にあるとき）である。図４のＡ−Ａにおける横断面図である。

符号の説明

１充填物収容タンク
２計量シリンダ
３計量ピストン
４充填ノズル
５スプール
５ａ大径（大寸）部
５ｂ小径（小寸）部
２１流入開口
２２送出開口
２３流入管路
２４送出管路
３１ピストンロッド
３２ピストンガイド筒
３３ピストンヘッド
３４アーム
３５アーム
３６駆動軸
４１送出弁口
４２流入弁口
４３吐出口
４４筒状孔
４４ａ大径（大寸）筒状孔部
４４ｂ小径（小寸）筒状孔部
４５筒体
４６下方空間
５１連通路
５２連絡通路
５３スプールロッド
５４スプールガイド筒
５５エアシリンダ
５６シリンダロッド
５７太溝
５８細溝
６１ベッド
６２容器搬送コンベヤ
６３容器供給装置
６４異物除去装置
６５一次充填装置
６６二次充填装置
６７三次充填装置
６８リワインダ
６９シール装置
７０トリミング装置
７１ワインドリール
７２排出装置
７３無端ベルト
７４ホルダープレート
７５開口部
Ｃ容器

Claims

充填物収容タンクと、該充填物収容タンク下方に設けられ、流入開口及び送出開口を有する計量シリンダと、該計量シリンダ内を摺動する計量ピストンと、前記充填物収容タンク下方に設けられ、送出弁口及び流入弁口を有するとともに上端が前記充填物収容タンク内と連通し下端が充填物吐出口を形成する筒状孔を有する充填ノズルと、該充填ノズルの送出弁口と前記計量シリンダの流入開口とを連通する流入管路と、前記計量シリンダの送出開口と前記充填ノズルの流入弁口とを連通する送出管路と、前記充填ノズルの筒状孔内を摺動し、前記流入管路を介して前記充填物収容タンク内と前記計量シリンダ内を連通させうる連通路を有するスプールとを備えた定量充填装置であって、
前記充填ノズルの筒状孔が、送出弁口が形成された上大寸筒状孔部と、流入弁口が形成された、上大寸筒状孔部より狭い下小寸筒状孔部とを有し、
前記スプールが、上大寸筒状孔部内を摺動する上大寸部と、小寸筒状孔部内を摺動する上大寸部より細い下小寸部を有し、
前記スプールが上方の充填位置にあるとき、前記充填ノズルの送出弁口が前記スプールの大寸部で閉塞されるとともに前記計量シリンダ内と前記充填ノズルの小寸筒状孔部内が前記送出管路を介して連通され、
前記スプールが下方の待機位置にあるとき、前記充填ノズルの流入弁口が前記スプールの小寸部で閉塞されるとともに前記充填物収容タンク内と前記計量シリンダ内が前記連通路と前記流入管路を介して連通され、
前記スプールが上方の充填位置にあるとき、前記スプールの下端が前記流入弁口より上位の前記下小寸筒状孔部内に位置し、
前記スプールの上大寸部が、前記充填ノズルの筒状孔における前記上大寸部の下方空間と前記充填物収容タンク内とを常時連通する連絡通路を有していることを特徴とする定量充填装置。
小寸筒状孔部の充填物通過断面積が、連通路又は前記流入管路の充填物通過最小断面積より小さいことを特徴とする請求項１に記載の定量充填装置。
計量シリンダが、充填物収容タンク底部下方に充填物収容タンク内と計量シリンダ内を連通するように設けられ、ピストンには、ピストンから上方に延びたピストンロッドが設けられ、スプールには、スプールから上方に延びたスプールロッドが設けられ、ピストン及びスプールが、充填物収容タンク内を貫通するピストンロッド及びスプールロッドによって駆動されることを特徴とする請求項１又は２に記載の定量充填装置。
スプールの連通路及び連絡通路が、スプールの上大寸部に形成された溝であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定量充填装置。
スプールが待機位置にあるとき、スプールの下端が充填ノズルの吐出口より突出するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定量充填装置。
小寸筒状孔部が、充填ノズルの筒状孔に固定された硬質樹脂製筒体によって形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の定量充填装置。