特許 7495740 充填装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-28

(45)【発行日】2024-06-05

(54)【発明の名称】充填装置

(51)【国際特許分類】

   B67C 3/22 20060101AFI20240529BHJP

   B67C 3/02 20060101ALI20240529BHJP

   B65B 39/00 20060101ALI20240529BHJP

【ＦＩ】

B67C3/22

B67C3/02 A

B65B39/00 B

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021155381

(22)【出願日】2021-09-24

(65)【公開番号】P2023046665

(43)【公開日】2023-04-05

【審査請求日】2023-06-12

(73)【特許権者】

【識別番号】591158003

【氏名又は名称】株式会社中部機械製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001759

【氏名又は名称】弁理士法人よつ葉国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100093687

【弁理士】

【氏名又は名称】富崎 元成

(74)【代理人】

【識別番号】100168468

【弁理士】

【氏名又は名称】富崎 曜

(72)【発明者】

【氏名】横山 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】舩木 満浩

【審査官】▲桑▼原 恭雄

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３２７６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７３６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭４７－０１９９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０５－０６８８９９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特公平０５－０１４１５０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】登録実用新案第３１４４４５０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０５－３０５９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４７３３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６７Ｃ ３／２２

Ｂ６７Ｃ ３／０２

Ｂ６５Ｂ ３９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

供給された紙シート材を紙容器に形成し、形成された該紙容器に液体を充填し、液体を充填された該紙容器の頂部をシールする紙容器成形充填機（１）であって、
ピストン（１１）が往復摺動することにより液体を吸い込み又は吐出する充填シリンダ部（１０）と、
前記充填シリンダ部（１０）に連通し前記紙容器に液体を吐出する充填ノズル部（２０）と、
閉じる方向に付勢されながら前記充填シリンダ部（１０）に対する液体貯蔵部（９）からの液体の供給を開放／停止する吸入バルブ部（３０）と、
閉じる方向に付勢されながら前記充填ノズル部（２０）に対する液体の供給を開放／停止するノズルバルブ部（４０）と、
前記充填ノズル部（２０）の先端部に設けられ内部の液体を大気圧によって保持する保持部材（２４）とを備え、
前記ノズルバルブ部（４０）から下流側の離隔した位置に、内周面（５１Ｂ）との間に容積が可変する可容積空間（５３）を形成する可撓性チューブ（５２）を備えた可変チャンバ部（５０）が設けられ、
前記可変チャンバ部（５０）には吸引機構（６０）が接続され、前記吸引機構（６０）は前記ピストン（１１）のタイミングを基準に動作するように構成されている
ことを特徴とする紙容器成形充填機。

【請求項2】

請求項１に記載の紙容器成形充填機（１）において、
前記可変チャンバ部（５０）の前記内周面（５１Ｂ）は径方向外側に凹んでおり、前記可撓性チューブ（５２）は前記吸引機構（６０）が動作するときに径方向外側に変形する
ことを特徴とする紙容器成形充填機。

【請求項3】

請求項１又は２項に記載の紙容器成形充填機（１）において、
前記充填ノズル部（２０）の内部の液体を保持する前記保持部材は、先端にスリット部（２４ａ）を有し、液体が流れるときの液体の圧力によって前記スリット部（２４ａ）が開口し、液体の圧力が大気圧より低い圧力になるときに閉じるような可撓性を有する可撓性ノズル（２４）から成る
ことを特徴とする紙容器成形充填機。

【請求項4】

請求項１又は２項に記載の紙容器成形充填機（１）において、
前記充填ノズル部（２０）の内部の液体を保持する前記保持部材は、多孔部材から成る
ことを特徴とする紙容器成形充填機。

【請求項5】

ピストン（１１）が摺動することにより液体を吸い込み又は吐出する充填シリンダ部（１０）と、
前記充填シリンダ部（１０）に連通し紙容器に液体を吐出する充填ノズル部（２０）と、
閉じる方向に付勢されながら前記充填シリンダ部（１０）に対する液体貯蔵部（９）からの液体の供給を開放／停止する吸入バルブ部（３０）と、
閉じる方向に付勢されながら前記充填ノズル部（２０）に対する液体の供給を開放／停止するノズルバルブ部（４０）と、
前記充填ノズル部（２０）の先端部に設けられ内部の液体を大気圧によって保持する保持部材（２４）とを備えた充填装置（１００）であって、
前記ノズルバルブ部（４０）から下流側の離隔した位置に、内周面（５１Ｂ）との間に容積が可変する可容積空間（５３）を形成する可撓性チューブ（５２）を備えた可変チャンバ部（５０）が設けられ、
前記可変チャンバ部（５０）には吸引機構（６０）が接続され、前記吸引機構（６０）は前記ピストン（１１）のタイミングを基準に動作するように構成されている
ことを特徴とする充填装置。

【請求項6】

請求項５に記載の充填装置（１００）において、
前記可変チャンバ部（５０）の前記内周面（５１Ｂ）は径方向外側に凹んでおり、前記可撓性チューブ（５２）は前記吸引機構（６０）が動作するときに径方向外側に変形する
ことを特徴とする充填装置。

【請求項7】

請求項５又は６に記載の充填装置（１００）において、
前記充填ノズル部（２０）の内部の液体を保持する前記保持部材は、先端にスリット部（２４ａ）を有し、液体が流れるときの液体の圧力によって前記スリット部（２４ａ）が開口し、液体の圧力が大気圧より低い圧力になるときに閉じるような可撓性を有する可撓性ノズル（２４）から成る
ことを特徴とする充填装置。

【請求項8】

請求項５又は６に記載の充填装置（１００）において、
前記充填ノズル部（２０）の内部の液体を保持する前記保持部材は、多孔部材から成る
ことを特徴とする充填装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、充填装置に関し、より詳細には充填シリンダ内部を充填ピストンが往復摺動しながら充填液を所定の充填速度で紙容器に充填する充填装置において充填ノズルからの液垂れを好適に防止することが可能な充填装置に関する。

【背景技術】

【0002】

生クリーム、乳飲料やジュース等を充填する容器として、ゲーブルトップと呼ばれる上部が三角屋根状に成形された紙製角筒容器（以下「紙パック容器」という。）が広く利用されている。この紙パック容器の成形から内容物充填及びシールまでの一連の工程を実施する充填シール装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

【0003】

また、これら充填シール装置において内容物（液体）を紙パック容器に充填するための充填装置として、シリンダ内部をピストンが摺動し、ピストンが下降することにより液体貯蔵タンクからシリンダ内部に液体が吸い込まれると共に、ピストンが上昇することにより吸い込まれた液体が充填ノズルから紙パック容器に吐出されるように構成された充填装置が知られている（例えば、特許文献２を参照。）

【0004】

上記充填装置は、バネによって常時閉方向に付勢された、液体の吸込みに係る吸入バルブと、液体の吐出に係るノズルバルブが別個独立に備わる。吸入バルブは、ピストンが上死点から下死点に移動する過程でシリンダ内部が負圧になることによって開状態になる。これにより液体がシリンダ内部に吸い込まれ始め、液体の吸込みはピストンが下死点に達するまで続くことになる。一方、ピストンが下死点から上死点に移動する過程で、液体が圧縮されることにより吸入バルブは閉状態になる。

【0005】

他方、ノズルバルブは、ピストンが下死点から上死点に移動する過程で液体が圧縮されることによって開状態になる。これにより液体がノズルから紙パック容器に充填される。一方、ピストンが上死点から下死点に移動する過程でシリンダ内部が負圧になることによってノズルバルブは閉状態になる。この場合、シリンダからの液の供給は停止するとともに、ノズルバルブ下流からノズル出口に到る内部流路の液体は、ノズル出口に設けられたバルブによりノズル内に保持される。

【0006】

また、ノズルバルブ下流からノズル出口に至る内部流路の流体をノズル出口に設けられたワイヤースクリーンや、可撓性のノズルによって保持されるものがある（特許文献５を参照。）。このような技術では、ワイヤースクリーンや可撓性ノズルの液体保持力が小さいと、その内部流路内の液体はノズルから垂れて紙パック容器に付着することが起こり得る。

【0007】

特許文献５の可撓性のノズルは、ノズルの下端に複数の折り目を有するラグが形成されており、ラグは、可撓性のため液体がノズルを通過するとき半径方向に開き、液体の圧力が無いときに材料の可撓性により閉じるようになされている。特許文献５の弁装置では、充填終了後の戻り運動時に、弁体が通路を閉じた後、更に閉位置に向けて移動することにより、作動室の容積が増加して、負圧が発生する。この負圧は閉じたラグを吸い付け（押し付け）、液体の事後滴下を防止する。特許文献５の弁装置において、液だれを十分に防止することができるように、ラグの閉じる力を大きくすると、充填する液体の圧力によっては、開放しない場合があり、確実性に欠けるという問題がある（特許文献４段落

【0008】

参照）。

【0009】

このようなノズルバルブが閉状態になった後のノズルからの液垂れを好適に防止する機構として、ノズルバルブが外筺１４とその内側に配置された可撓性の閉鎖膜１８とからなり、外筺１４と閉鎖膜１８との隙間にエアを供給することによって閉鎖膜１８が流路を閉じる一方、エアを逃気することにより閉鎖膜１８が流路を開くように構成されている送出弁を採用した ノズルバルブが知られている（例えば、特許文献３を参照。）。

【0010】

このノズルバルブでは、送出弁を閉じた後閉鎖膜１８が閉状態を維持できる範囲内で、外筺１４と閉鎖膜１８との隙間からエアを逃気する（減圧する）ことにより、閉鎖膜１８の内径を拡径させている。その結果、送出弁とノズル開口部との間の内容積が増大し、これにより送出弁とノズル開口部との間 の内圧が大気圧より負圧になる。この負圧によって、ノズル先端から液を吸い上げてノズルからの液垂れを防止するようにしている。

【0011】

また、液体を吐出するための吐出口と、開状態となったときに吐出口へ向けて液体を流す吐出バルブと、その吐出バルブと吐出口との間に形成される液体室の中に突出する液体吸引部材とを有する充填ノズルが知られている（例えば、特許文献６を参照。）。

【0012】

上記液体吸引部材は、液体室内への突出量が大きい張出位置と、その液体室内への突出量が小さい引込位置との間で移動するようになっている。吐出バルブが閉状態となった後、液体吸引部材が張出位置から引込位置へ移動することにより、液体室内が負圧状態となり、吐出口から垂れようとしている液体が液体室内に戻されることとしている。

【0013】

また、ノズル開口部に、 複数箇所において径方向内側に突出したくせを有する弾性チューブと、径方向に沿って往復移動する複数の押圧部材とを有する充填バルブであって、押圧部材が弾性チューブを径方向内側に押すことによって閉状態になる一方、押圧部材が径方向外側に移動することによって開状態になる充填バルブが知られている（例えば、特許文献４を参照。）。なお、充填バルブが開状態になる場合、弾性チューブの径方向内側に突出したくせは、真空手段によって逆方向に引っ張ることにより解消することとしている（特許文献４の［００２３］を参照。）。また、上記充填バルブをノズルの先端に設けることにより、ノズルからの液垂れを防止することが可能になることとしている（特許文献４の［００２２］を参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【文献】特許第４３３４１１５号

【文献】特許第４７７９２２９号

【文献】特開昭４７－１９９８１号公報

【文献】特開２００６－３２７６７６号公報

【文献】特公平５－１４１５０号公報

【文献】実公平３－１２６８９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

上記特許文献３及び特許文献４に記載のノズル装置では、いずれも液体を充填する際に開閉するバルブの駆動装置が必要になる。すなわち、特許文献３に記載のノズルでは、閉鎖膜１８と外筺１４との間に調整された圧力の空気を供給する手段が必要であり、特許文献５に記載されたノズル装置では、弾性チューブを径方向内側に移動させる押圧装置の駆動装置や、弾性チューブを開放させるための真空手段が必要となる。

【0016】

なお、上記特許文献３に記載のノズル装置では、 閉鎖膜１８を閉じた後約０.２～２秒後にその隙間の空気圧を５気圧から２気圧に減圧することとしている。そのため、外筺１４と閉鎖膜１８との隙間の圧力を正確に制御するための圧力調整機構が必要となる。

【0017】

また、上記特許文献５に記載の弁装置について、弁体が閉位置に移動する際に作動室の容積が増加し、これにより作動室の圧力が大気圧より低い負圧になることとしている。負圧の程度は、弁体が開位置から閉位置に移動したときの作動室の増加容積（ΔＶ）と、弁体が開状態であるときの作動室の容積（Ｖ）との比（ΔＶ／Ｖ）に依存する 。

【0018】

作動室の増加容積（ΔＶ）は弁体の移動量によって決まるが、弁体の移動量が小さいと、十分な負圧が得られないという問題がある。

【0019】

上記特許文献６に記載の充填ノズルは、液体吸引部材（液体吸引ロッド）が吐出バルブを貫通しており、液密な摺動部分を必要とするので、精密な加工が必要となり、製造コストがかかるという問題点がある。

【0020】

そこで、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであり、その目的は、充填シリンダ内部を充填ピストンが往復摺動しながら充填液を所定の充填速度で紙容器に充填する充填装置において、簡易な構成で、充填ノズルからの液垂れを好適に防止することが可能な充填装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0021】

上記目的を達成するための本発明に係る紙容器成形充填機は、供給された紙シート材を紙容器に形成し、形成された該紙容器に液体を充填し、液体を充填された該紙容器の頂部をシールする紙容器成形充填機（１）であって、ピストン（１１）が往復摺動することにより液体を吸い込み又は吐出する充填シリンダ部（１０）と、前記充填シリンダ部（１０）に連通し前記紙容器に液体を吐出する充填ノズル部（２０）と、閉じる方向に付勢されながら前記充填シリンダ部（１０）に対する液体貯蔵部（９）からの液体の供給を開放／停止する吸入バルブ部（３０）と、閉じる方向に付勢されながら前記充填ノズル部（２０）に対する液体の供給を開放／停止するノズルバルブ部（４０）と、前記充填ノズル部（２０）の先端部に設けられ内部の液体を大気圧によって保持する保持部材（２４）とを備え、前記ノズルバルブ部（４０）から下流側の離隔した位置に、内周面（５１Ｂ）との間に容積が可変する可容積空間（５３）を形成する可撓性チューブ（５２）を備えた可変チャンバ部（５０）が設けられ、前記可変チャンバ部（５０）には吸引機構（６０）が接続され、前記吸引機構（６０）は前記ピストン（１１）のタイミングを基準に動作するように構成されていることを特徴とする。

【0022】

上記構成では、ノズルバルブ部（３０）の開閉動作とは別に、吸引機構（６０）によりノズル内の容量を別個独立に変化させることが可能となる。そのため、ノズル内に生ずる負圧を十分に大きくすることができ、充填ノズル部（３０）から液体が垂れ落ちることを好適に防止することが可能となる。

【0023】

本発明に係る紙容器成形充填機の他の特徴は、前記可変チャンバ部（５０）の前記内周面（５１Ｂ）は径方向外側に凹んでおり、前記可撓性チューブ（５２）は前記吸引機構（６０）が動作するときに径方向外側に変形することである。

【0024】

上記構成では、吸引機構（６０）の真空圧（負圧）については、例えば可撓性チューブ（５２）が可変チャンバ部（５０）の内周面（５１Ｂ）に押し付けられる程度以下の真空圧であれば良いことになる。そのため、真空圧についての複雑な圧力制御が不要となる。

【0025】

本発明に係る紙容器成形充填機の他の特徴は、前記充填ノズル部（２０）の内部の液体を保持する前記保持部材は、先端にスリット部（２４ａ）を有し、液体が流れるときの液体の圧力によって前記スリット部（２４ａ）が開口し、液体の圧力が大気圧より低い圧力になるときに閉じるような可撓性を有する可撓性ノズル（２４）から成ることである。

【0026】

上記構成では、果物片ナッツなどを含む非均質物体を含む液体の充填が可能になる。

【0027】

本発明に係る紙容器成形充填機の他の特徴は、前記充填ノズル部（２０）の内部の液体を保持する前記保持部材は 多孔部材から成ることである。

【0028】

上記構成では、ノズルから吐出する液体の流れを整流することができ、液体の跳ね飛びを防止することができる。

【0029】

また、上記目的を達成するための本発明に係る充填装置は、ピストン（１１）が摺動することにより液体を吸い込み又は吐出する充填シリンダ部（１０）と、前記充填シリンダ部（１０）に連通し前記紙容器に液体を吐出する充填ノズル部（２０）と、閉じる方向に付勢されながら前記充填シリンダ部（１０）に対する液体貯蔵部（９）からの液体の供給を開放／停止する吸入バルブ部（３０）と、閉じる方向に付勢されながら前記充填ノズル部（２０）に対する液体の供給を開放／停止するノズルバルブ部（４０）と、前記充填ノズル部（２０）の先端部に設けられ内部の液体を大気圧によって保持する保持部材（２４）とを備えた充填装置（１００）であって、前記ノズルバルブ部（４０）から下流側の離隔した位置に、内周面（５１Ｂ）との間に容積が可変する可容積空間（５３）を形成する可撓性チューブ（５２）を備えた可変チャンバ部（５０）が設けられ、前記可変チャンバ部（５０）には吸引機構（６０）が接続され、前記吸引機構（６０）は前記ピストン（１１）のタイミングを基準に動作するように構成されていることを特徴とする。

【0030】

本発明に係る充填装置の他の特徴は、前記可変チャンバ部（５０）の前記内周面（５１Ｂ）は径方向外側に凹んでおり、前記可撓性チューブ（５２）は前記吸引機構（６０）が動作するときに径方向外側に変形することである。

【0031】

本発明に係る充填装置の他の特徴は、前記充填ノズル部（２０）の内部の液体を保持する前記保持部材は、先端にスリット部（２４ａ）を有し、液体が流れるときの液体の圧力によって前記スリット部（２４ａ）が開口し、液体の圧力が大気圧より低い圧力になるときに閉じるような可撓性を有する可撓性ノズル（２４）から成ることである。

【0032】

本発明に係る充填装置の他の特徴は、前記充填ノズル部（２０）の内部の液体を保持する前記保持部材は、多孔部材から成ることである。

【発明の効果】

【0033】

本発明の紙容器成形充填機（１）及び充填装置（１００）によれば、充填シリンダ（１０）内部を充填ピストン（１１）が往復摺動しながら充填液を所定の充填速度で紙容器に充填する充填装置（１００）において充填ノズル（２０）からの液垂れを好適に防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明の一実施形態に係る紙パック容器成形充填装置の外観図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る紙パック容器成形充填装置の動作を示すブロック図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る紙パック容器成形充填装置の液体充填部の要部断面を示す説明図である。

【図4】液体充填部におけるノズルバルブの下流側を示す説明図である。

【図5】液体充填部の動作タイミングを示す説明図である。

【図6】真空発生器が作動したときのフレキシブルノズルの変化を示す説明図である。

【図7】紙パック容器用カートン上部の展開図を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

【0036】

図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る紙パック容器成形充填機１を示す説明図である。図１はこの紙パック容器成形充填機１の外観図である。図２はこの紙パック容器成形充填機１の動作を示すブロック図である。

【0037】

図１に示されるように、この紙パック容器成形充填機１は、カートンを有底カートンに成形するカートン底部成形部２と、内容物（充填液）の注出口となる口栓（スパウト）を装着する口栓装着部３と、カートン上部の折り目をほぐすと共にカートン上部開口を一時的に拡げるカートン上部一次折曲げ部４と、有底カートンに内容物（充填液）を充填する液体充填部１００と、カートン上部開口をカートン上部加熱装置６のノズル部に嵌るように一時的に成形するカートン上部二次折曲げ部５と、カートン上部内周面及び外周面を加熱するカートン上部加熱装置６と、カートン上部をプレスしてシール（封止）するカートン上部プレス部７と、内容物が充填された紙パック容器を外部に取り出す容器搬出部８と、紙パック容器に充填される内容物を貯蔵する内容物貯蔵部９とを具備して構成される。以下、各構成について説明する。

【0038】

図２に示されるように、カートン底部成形部２は、扁平形状の複数のカートンが積層されたカートン束からバキューム装置（図示せず）によって１個ずつカートンを引き出す。カートンが引き出される過程で、点対称に配置された一対のＬ字片にカートンが嵌合することによって、扁平形状から両端開口の四角柱枠形状に成形される。

【0039】

両端開口の四角柱枠形状に成形されたカートンは、昇降装置（図示せず）によって引き上げられマンドレルに挿入される。なお、マンドレルは、長手方向を鉛直方向に配向されて回転円盤の周方向に沿って等間隔に複数個（例えば８個）設けられている。従って、マンドレルは４５°回転→休止→４５°回転→休止→・・・という工程を繰り返し、その休止の間に以降のボトム加熱、カートン下部の折り曲げ、ボトムプレス、及びカートン引降ろしが順に行われることになる。

【0040】

カートンは９０°回転した後に、ボトムヒータ（図示せず）によって下部を加熱される。その後更に４５°回転した後に、ボトムブレーカ（図示せず）によってカートン下部を折り目に沿って折り曲げられる。その後更に４５°回転した後に、ボトムプレス（図示せず）によってカートン下部を鉛直方向（長手方向）上向きに押圧される。これにより、有底カートンが成形される。

【0041】

その後更に９０°回転した後に、カートンは昇降装置（図示せず）によってマンドレルから引き下ろされて、一対の内部コンベア７０によって搬送される。

【0042】

口栓装着部３は、カートン上部の口栓用開口（図７（ｂ）のＴ９）に、予熱した口栓（スパウト）を押し付けてカートン内面に溶着させる。なお、口栓無しカートンを成形・充填する場合は、口栓装着部３は休止している。

【0043】

カートン上部一次折曲げ部４は、カートン上部の折り目（図７（ｂ）の点線部Ｔ１,Ｔ５,Ｔ３,Ｔ７）の交点（図７（ｂ）の×印近傍）を、互いに内側に向かって押してカートン上部の折り目に（押された部位が内側に凹むような）クセを付ける。その後、カートン上部を搬送方向に沿って外側に押してカートン上部開口を拡げる。なお、カートンは、一対の内部コンベア７０によって挟まれた搬送路（図１）に沿って、内部コンベアのセパレート片によって姿勢を安定に保持された状態で図上右側へ搬送される。

【0044】

液体充填部１００は、所定量の内容物（充填液）を有底カートン（紙パック容器）に充填する。内容物（充填液）は内容物貯蔵部９から自然落下又はポンプによって所定のラインを経由して液体充填部１００に供給される。紙パック容器への充填は、充填ピストン１１（図３）が所定のストローク量（図３）を移動することによって、所定量の充填液が充填ノズル部２０（図３）から紙パック容器に充填される。なお、詳細については図３から図６を参照しながら後述するが、充填後に充填液が充填ノズル部２０から垂れ落ちることがないように構成されている。

【0045】

カートン上部二次折曲げ部５は、再度カートン上部の折り目（図７（ｂ）の点線部Ｔ２,Ｔ６,Ｔ４,Ｔ８）を、搬送方向に対し直交する方向に沿って内側に押してカートン上部の折り目に（押された部位が内側に凹むような）クセを付ける。その後、カートン上部二次折曲げ部５は、カートン上部開口を少しだけ押し拡げる。これは次のカートン上部加熱装置６において熱風を吹き付けるノズル部にカートン上部が好適に嵌るようにするためである。

【0046】

カートン上部加熱装置６は、カートン上部内周面及び外周面を加熱する。

【0047】

カートン上部プレス部７は、カートン上部を搬送方向に直交する方向にプレスしてカートン上部をシールする。なお、本実施形態においてプレスは２段階に分けて行われる。

【0048】

容器搬出部８は、シール済みの紙パック容器を排出コンベアによって外部に搬出する。搬送路（図１）と排出コンベアとの継ぎ目には緩やかなスロープ（図１）が設けられている。そのため、シール済みの紙パック容器は、内部コンベア７０の送り力と自重によってスムーズに搬出コンベアに移送される。以下、本発明の特徴である液体充填部１００について説明する。

【0049】

図３は、本発明の一実施形態に係る紙パック容器成形充填機１の液体充填部１００の要部断面を示す説明図である。図４は、液体充填部１００におけるノズルバルブ４０の下流側の要部断面を示す説明図である。なお、図３においてハッチングは省略されている。図４においても弁体４２及び軸４３についてのハッチングは省略されている。また、説明の都合上、真空発生器６０は吸引していない状態としている。

【0050】

この実施形態においては、 液体充填部１００は、単体では使用されずに紙パック容器成形充填機１（図１）に組み込まれて使用される。所定量の充填液を紙パック容器に吐出した後に充填ノズル部２０から充填液が垂れ落ちることがないように構成されている。そのための構成として、内部を所定のストローク量で充填ピストン１１が往復運動する充填シリンダ部１０と、充填液を紙パック容器に吐出する充填ノズル部２０と、閉じる方向にスプリング３１によって常時付勢され充填シリンダ部１０に対する充填液の供給を開放／停止するサクションバルブ３０と、閉じる方向にスプリング４１によって常時付勢され充填ノズル部２０に対する充填液の供給を開放／停止するノズルバルブ４０と、伸縮可能なフレキシブルチューブ５２を内側壁とし金属性のチャンバ本体５１を外側壁とした二重壁構造を有するバキュームチャンバ５０と、フレキシブルチューブ５２とチャンバ本体５１との間に形成される可容積空間５３を吸引する真空発生器６０と、充填ノズル部２０の先端に設けられ充填ピストン１１の動作と連動して閉動作するフレキシブルノズル２４とを具備して構成される。以下各構成について説明する。

【0051】

充填シリンダ部１０は、内容物貯蔵部９から充填液を吸い込むと共に、吸い込んだ充填液を圧送する充填ピストン１１と、充填ピストン１１が内部を摺動すると共に、充填ピストン１１が吸い込んだ充填液を一時的に蓄える円筒形状のシリンダ本体１２と、サクションバルブ３０が取り付けられる円盤状のシリンダヘッド１３と、充填ピストン１１の軸１１ａを軸受けするシリンダボトム１４とによって構成されている。

【0052】

充填ピストン１１はサーボモータ（図示せず）によって駆動される。サーボモータはモータドライバー（図示せず）によって駆動される。モータドライバーは、カートン成形部２、口栓装着部３、カートン上部二次折り曲げ部５カートン上部プレス部７及び容器搬送装置など紙パック容器成形充填機１を構成する各装置を同期して作動させるコントローラ （図示せず）からの指令によって駆動される。なお、この同期は基準エンコーダ（図示せず）の出力値（信号）から取られている。充填ピストン１１を含む各アクチュエータに対するコントローラからの指令のタイミングについては、図５を参照しながら後述する。

【0053】

また、サーボモータには回転角度を計測する角度センサ、例えばエンコーダ（図示せず）が接続されている。なお、従って、充填ピストン１１のストローク位置については、その角度センサの計測信号を基に上記コントローラ（図示せず）によって算出されるように構成されている。なお、詳細については図５を参照しながら後述するが、充填液の吸込についての充填ピストン１１のストローク量と、充填液の吐出についての充填ピストン１１のストローク量は異なるように設定されている。

【0054】

充填ピストン１１が下方に移動するときに、シリンダ本体１２の内部の圧力が低下する。これにより、弁体３２の上下方向に圧力差が生じ、この圧力差による荷重が弁体３２を押し下げようとする。その荷重がスプリング３１の弾性力を上回るときに弁体３２が開き始め、充填液がシリンダ本体１２に吸い込まれる。他方、充填ピストン１１が上方に移動するときに、吸い込んだ充填液を圧縮し、シリンダ本体１２の内部の圧力が増加する。これにより、弁体４２の上下方向に圧力差が生じ、この圧力差による荷重が弁体４２を押し下げようとする。その荷重がスプリング４１の弾性力を上回るときに弁体４２は開き始め、充填液が充填ノズル部２０を通って紙パック容器に吐出される。

【0055】

シリンダ本体１２には配管接続ポート１５が形成されている。その配管接続ポート１５にはＴ字管１６が接続されている。Ｔ字管１６の一方の端部にはノズルバルブ４０が接続され、他方の端部にリニアアクチュエータ８０が接続されている。このリニアアクチュエータ８０は、充填ラインに洗浄液を流す際に、ノズルバルブ４０を強制的に開放するためのものである。なお、サクションバルブ３０の上流側に設けられているリニアアクチュエータ９０も同様に充填ラインに洗浄液を流す際に、サクションバルブ３０を強制的に開放するためのものである。

【0056】

サクションバルブ３０は、有底球面形状の弁体３２と、ストレート形状の軸３３と、Ｃ形状のクリップ３４とからなる。弁体３２は、閉状態において弁座３５に当接している。軸３３は軸受部材３６によって支持されている。クリップ３４は軸３３の縮径部に係合している。従って、クリップ３４の内径については軸３３の縮径部の最大外径より小さくなるように設定されている。

【0057】

図４に示されるように、充填ノズル部２０は、直管形状のノズルケーシング２１の内部に、第１流路２２－１から第７流路２２－７の７個の分割流路が直列に接続されている。流路は全体が中央部近傍（第３流路２２－３）を境に、中央部近傍から上流側が先細ノズルを形成し、中央部近傍から下流側が末広ノズルを形成している。このように、内部流路を分割構造とすることにより、充填液の種類（生クリーム、牛乳、ジュース等）に応じて最適な流量を有するように内部流路の形状を最適化することができる。

【0058】

分割流路と分割流路との間には、充填時における充填液の流速を下げて流れを安定（整流）させるための圧力損失部材２３が設けられている。この圧力損失部材２３としては、円形板に複数の貫通孔が形成された多孔板（パンチングプレート）、又は金属線が平面状に縦横に織られたメッシュ材を使用することができる。なお、多孔板の貫通孔の孔径またはメッシュ材の網目の大きさについては、充填液の種類（生クリーム、牛乳、ジュース等）に応じて適宜変更する。

【0059】

また、ノズルケーシング２１の出口部には、径方向内側に伸縮可能なフレキシブルノズル２４が形成されている。このフレキシブルノズル２４は、先端に十字スリット部２４ａ（図６（ａ））が形成されている。外力が加わらないときは、フレキシブルノズル２４の十時スリット部２４ａは閉じている。ノズルバルブ４０が開状態になるとき、充填ピストン１１によって圧縮された充填液が充填ノズル部２０の内部に流入して十字スリット部２４ａを拡口状態（図６（ｂ））にする。なお、詳細については図５を参照しながら後述するが、フレキシブルノズル２４からの液垂れを防止するために、充填ピストン１１が充填液を吐出する所定のタイミングで真空発生器６０が動作し、充填ノズル部２０の内部を負圧にし、十字スリット部２４ａを大気圧によって開かない状態にする。

【0060】

図４に戻ってノズルバルブ４０もサクションバルブ３０と同様に、円盤形状の弁体４２と、ストレート形状の軸４３と、Ｃ形状のクリップ４４とからなる。弁体４２は、閉状態において弁座４５に係止している。クリップ４４は軸４３の縮径部に係合している。従って、クリップ４４の内径については軸４３の縮径部の最大外径より小さくなるように設定されている。また、弁座４５はチャンバ本体５１によって支持されている。固定部材４６はフレキシブルチューブ５２の上端を押圧して固定している。

【0061】

バキュームチャンバ５０は、伸縮可能なフレキシブルチューブ５２と、金属製のチャンバ本体５１とからなる。チャンバ本体５１は、内部が段差によって２つの領域に分かれている。内径が大きい上部内周面５１Ａには弁座４５及び固定部材４６が取り付けられている。内径が小さい下部内周面５１Ｂにはフレキシブルチューブ５２が取り付けられている。フレキシブルチューブ５２は、溝５１Ｃ,５１Ｄに係止し固定部材４６及びノズルケーシング２１によって固定されている。

【0062】

チャンバ本体５１とフレキシブルチューブ５２との間には内容積が可変する可容積空間５３が形成されている。可容積空間５３はノズルバルブ４０の下流側の離隔した位置に形成され、充填液とは非接触となり完全に遮断されている。従って、その可容積空間５３を真空発生器６０によって吸引することによって、フレキシブルチューブ５２が径方向外側に伸縮する。その結果、充填ノズル部２０の流路の内容積が増大して、流路内の圧力が負圧になる。この負圧によって出口部から垂れようとしている充填液が充填ノズル部２０の内部に戻され、フレキシブルノズル２４の十字スリット部２４ａが閉じる 。

【0063】

真空発生器６０は共通ライン６１、三方弁６２、及び真空ライン６３を介してチャンバ本体５１に接続されている。三方弁６２の他方の出口には大気ライン６４が接続されている。従って、充填ノズル部２０の内部を負圧にする場合は、三方弁６２を真空ライン６３に切り換える必要がある。他方、充填ノズル部２０内部の負圧を解除する場合は、三方弁６２を大気ライン６４に切り換える必要がある。このラインの切り換えについては、充填ピストン１１が充填液を吐出する所定のタイミングを基に上記コントローラ（図示せず）によって行われる。従って、三方弁６２は電磁的に駆動されることが望ましい。以下、液体充填部１００の動作タイミングについて説明する。

【0064】

図５は、液体充填部１００の動作タイミングを示す説明図である。横軸はタイミング（角度換算）Ｔを表し、縦軸は各アクチュエータ（内部コンベア７０、充填ピストン１１、サクションバルブ３０、ノズルバルブ４０、真空発生器６０）の各ステータスを表している。また、タイミングＴについては、１回の充填工程に要する角度を３６０°とし、有底カートンが一つ前の工程（図２のカートン上部一次折曲げ部４の拡口）から移動開始するときの角度を０°としている。また、角度３６０°は有底カートンが一つ次の工程に移動開始するときの角度に相当する。また、上記３６０°は、紙パック容器成形充填機１を構成する各構成要素２,３,４,１００,５,６,７,８,９のタイミングを規定する前記基準エンコーダ（図示せず）の１回転分の出力値に相当する。従って、コントローラ（図示せず）は前記基準エンコーダの出力値を基に上記アクチュエータに対する駆動指令を出力する。以下、液体充填部１００の動作タイミングについて詳細に説明する。

【0065】

Ｔ＝０°から１２０°において、内部コンベア７０（図２）は有底カートンを一つ前の工程から充填ノズル部２０の真下に移動させる。この場合、充填ピストン１１は有底カートンよりも８０°早く充填液の吸込み動作を開始する。そして、Ｔ＝９０°（充填液の吸込み動作を開始してから１７０°）に達する時に充填ピストン１１は充填液の吸込み動作を完了する。

【0066】

充填ピストン１１は、Ｔ＝１５０°（充填液の吸込み動作を完了した時から６０°経過した時）に充填液の吐出動作を開始する。そして、充填ピストン１１は、Ｔ＝２８０°（充填液の吐出動作を開始した時から１３０°経過した時）に充填液の吐出動作を完了する。充填ピストン１１は吐出動作の完了後（Ｔ＝２８０°）直ちに充填液の吸込み動作を開始する。以後、上記動作を繰り返す。

【0067】

Ｔ＝１５０°からＴ＝２８０°の充填液の吐出動作において、充填ピストン１１が上昇移動するにつれて、ノズルバルブ４０は閉状態から開き始め最終的には全開状態になる。その結果、所定量の充填液がノズルバルブ４０から有底カートンに吐出される。また、充填液の吐出動作に要する時間は１３０°に相当する。

【0068】

一方、Ｔ＝２８０°から９０°の充填液の吸込み動作において、充填ピストン１１が下降移動するにつれて、サクションバルブ３０は閉状態から開き始め最終的には全開状態になる。その結果、充填液がサクションバルブ３０からシリンダ本体１２に充填される。なお、この充填液の吸込み動作ではノズルバルブ４０は閉状態である。また、充填液の吸込み動作に要する時間は１７０°に相当する。このように、充填ピストン１１は、充填液の吐出動作よりも吸込み動作の方がより長くストロークする。

【0069】

真空発生器６０については、Ｔ＝１７０°（充填ピストン１１が充填液の吐出動作を開始した時から２０°経過した時）に、フレキシブルチューブ５２とチャンバ本体５１とに囲まれた可容積空間５３をバキュームブレイク（真空ブレイク）する。これは、図４において三方弁６２を真空ライン６３から大気ライン６４に切り換えることに対応している。これにより、フレキシブルチューブ５２とチャンバ本体５１とに囲まれた可容積空間５３に大気が流入する。これにより、フレキシブルチューブ５２が径方向内側に伸縮して充填ノズル部２０の内部の容積は、小さくなる。

【0070】

可変容積空間５３についてのバキュームブレイクを実行した時（充填ピストン１１が充填液の吐出動作を開始した時から２０°経過した時）から９０°経過したＴ＝２６０°に、上記可容積空間５３を真空状態にする。これは、図４において三方弁６２を大気ライン６４から真空ライン６３に切り換えることに対応している。これにより、フレキシブルチューブ５２とチャンバ本体５１とに囲まれた可容積空間５３から大気が吸引され真空状態になる。これにより、フレキシブルチューブ５２が径方向外側に伸縮して充填ノズル部２０の内部の圧力が負圧になる。

【0071】

以上の通り、上記紙パック容器成形充填機１によれば、充填シリンダ１０内部を充填ピストン１１が往復摺動し、充填ピストン１１の吸込み動作により内容物貯蔵部９から液体を吸い込み、充填ピストン１１の吐出動作により吸い込んだ液体を所定の充填速度で紙パック容器に充填する液体充填部１００において、充填ノズル部２０からの液垂れを好適に防止することが可能となる。

【0072】

特に、ノズルバルブ４０から下流側の離隔した位置に、内容積が可変するバキュームチャンバ５０が設けられている。バキュームチャンバ５０には真空発生器６０が接続され、真空発生器６０は充填ピストン１１と同期して 動作するように構成されている。これにより、ノズルバルブ４０の開閉動作とは別に吸引機構６０によりノズル内の容量を別個独立に変化させることが可能となる。そのため、ノズル内に生ずる負圧を十分に大きくすることができ、充填ノズル部２０から液体が垂れ落ちることを好適に防止することが可能となる。

【0073】

また、バキュームチャンバ５０は、伸縮可能なフレキシブルチューブ５２と変形しないチャンバ本体５１とからなる二重壁構造を有する。これにより、フレキシブルチューブ５２とチャンバ本体５１との間に内容積が可変する可容積空間５３が形成される。そのため、その可容積空間５３を真空発生器６０によって潰すことで、簡易な構成で充填ノズル部２０の内部に負圧を生じさせることが可能となる。

【0074】

また、チャンバ本体５１の下部内周面５１Ｂは径方向外側に凹んでおり、フレキシブルチューブ５２は真空発生器６０が動作するときに径方向外側に変形する。これにより、真空発生器６０の真空圧（負圧）については、例えばフレキシブルチューブ５２がチャンバ本体５１の下部内周面５１Ｂに押し付けられる程度以下の真空圧であれば良いことになる。そのため、真空圧についての複雑な圧力制御が不要となる。

【0075】

以上、図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る紙パック容器成形充填機１について説明してきたが、本発明の実施形態は上記だけに限定されることはない。すなわち、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲内において種々の修正・変形を追加することができる。例えば、三方弁６２を使用して真空ライン６３と大気ライン６４を切り換えることに代えて、真空ライン６３と大気ライン６４に対し別個の電磁弁をそれぞれ与えて、真空ライン６３と大気ライン６４を切り換えるようにしても良い。

【0076】

特許文献６に記載されたメッシュ部材１９，２０，２１（明細書第７頁１９行目－第８頁５行目参照）並びに特許文献５に記載されたワイヤースクリーン（第２頁左欄６－１０行目参照）及び可撓性のノズル５は、大気圧によってノズル内の液体を保持するものである。ここでは、このような部材を「ノズル内の液体を大気圧によって保持する部材」と称することにする。
上記実施形態においては、ノズル内の液体を大気圧によって保持する部材としてフレキシブルノズル２４を用いたが、これに代えて、メッシュ部材を用いても良い。メッシュ部材としては、金属線が平面状に縦横に織られたメッシュ材を１又は複数枚積層して用いると良い。

【0077】

また、上記実施形態では充填ピストン１１を含む各アクチュエータを駆動するタイミングについては、基準エンコーダ（図示せず）の１回転分の出力値から取られている。しかし、他のタイミング信号発生器、例えば充填ピストン１１を駆動する上記サーボモータに接続されているエンコーダ（図示せず）の出力値を基準タイミングとし、そのエンコーダの出力値から各アクチュエータを駆動するタイミングを取るようにしても良い。

【符号の説明】

【0078】

１ 紙パック容器成形充填機（紙容器成形充填機）
２ カートン底部成形部（紙容器組立装置）
３ 口栓装着部
４ カートン上部一次折曲げ部（くせ折り機）
１００ 液体充填部（充填装置）
５ カートン上部二次折曲げ部（くせ折り機）
６ カートン上部加熱装置
７ カートン上部プレス部（加圧装置）
８ 容器搬出部
９ 内容物貯蔵部（液体貯蔵部）
１０ 充填シリンダ部
１１ 充填ピストン
１２ シリンダ本体
１３ シリンダヘッド
１４ シリンダボトム
１５ 配管接続ポート
１６ Ｔ字管
２０ 充填ノズル部
２１ ノズルケーシング
２２－１ 第１流路（分割流路）
２２－２ 第２流路（分割流路）
２２－３ 第３流路（分割流路）
２２－４ 第４流路（分割流路）
２２－５ 第５流路（分割流路）
２２－６ 第６流路（分割流路）
２２－７ 第７流路（分割流路）
２３ 圧力損失部材（抵抗部材）
２４ フレキシブルノズル（可撓性ノズル、保持部材）
２４ａ 十字スリット部（スリット部）
２４ｂ 谷部
３０ サクションバルブ（吸入バルブ部）
３１、４１ スプリング
３２、４２ 弁体
３３、４３ 軸
３４、４４ クリップ
３５、４５ 弁座
３６ 軸受部材
４０ ノズルバルブ（ノズルバルブ部）
４６ 固定部材
５０ バキュームチャンバ（可変チャンバ部）
５１ チャンバ本体
５１Ｂ 下部内周面（内周面）
５２ フレキシブルチューブ（可撓性チューブ）
５３ 可容積空間
６０ 真空発生器（吸引機構）
６１ 共通ライン
６２ 三方弁
６３ 真空ライン
６４ 大気ライン
７０ 内部コンベア
８０、９０ リニアアクチュエータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】