JP7833766B2 - 計量装置 - Google Patents

Description

本発明はシリンダと前記シリンダ内を往復動するピストンを有し、計量する充填液等の固着により発生する前記シリンダと前記ピストンとの摺動不良を防止することができる構成を備えた計量装置に関する。

従来より、容器へ高粘度の液体を計量精度高く、高速・高圧で定量充填する際には、液体をピストンシリンダーに収容し、ピストンの移動量によって充填量を計測するピストン式の計量装置を備えた充填装置が用いられている。ピストン式の計量装置は、前記シリンダに供給された充填液等の液体を、シリンダとの隙間をパッキンによって密封された状態にあるピストンを摺動させることにより液体を充填装置へ吐出するように構成されている。

しかしながら、糖分が含まれているような液体を計量し、充填に供する場合、ピストンとシリンダとの摺動部分で糖分などが固着してしまい、ピストンの摺動の妨げになることがあった。

そこで、図４に示すように、シリンダ３の軸方向一端に開放部から挿入されたピストン２を当該シリンダ３の軸方向他端部に向けて往復動させて当該他端部側から液体を吸排する計量装置１においては、このようなピストン２の摺動の妨げとなる固着の対策として、ピストン２の裏側に水を供給するチューブ２１を連接して引き回し、パッキン４よりも外方となるピストン２とシリンダ４との摺動部分に水を供給し、塗布することで、摺動不良を防止する方法がとられていた（図４中の符号は本実施形態の符号と対応）。

ここで、食品や医薬などの液体充填においては、多品種少量生産の場合の製品換え等、充填の前後での工程や定期的に洗浄や殺菌が必須となる。そしてピストン式の計量装置は、ピストンとシリンダー間の洗浄が困難なため、その都度、手作業によって分解洗浄し再組立して用いていた。

しかしながら、手作業による分解洗浄、再組立には長時間を要し、生産性が著しく低下し、コストも高くなり、作業ミスによる破損のリスクも伴うという不都合があった。

そこで、近年は、装置を分解せずに装置内部に洗浄液等を流して自動的に洗浄する「ＣＩＰ（Cleaning In Place）洗浄」と称される洗浄方法が用いられており、出願人もＣＩＰ洗浄に対応したピストン式計量装置を開発している（特許文献１参照）。

特開２０１３－０６０２２６号公報

しかしながら、ＣＩＰ洗浄に対応したピストン式計量装置では、ピストンの裏側も洗浄する構成となっており、ピストンの裏側は閉塞されたシリンダ内に位置し、覆われており、露出していない。従って、図４に示すような従来方式の摺動不良を防止する方法は採択できなかった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、計量する充填液等の固着により発生するシリンダとピストンとの摺動不良を防止することができる構成を備えたＣＩＰ洗浄可能な計量装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る計量装置は、密封部材を介してシリンダの内壁に摺接するヘッド部と前記ヘッド部に連設されたロッド部とを有するピストンの前記ロッド部を前記シリンダの軸方向一端部側へ延出させ、前記ヘッド部を前記シリンダの軸方向他端部に向けて往復動させ、前記シリンダの軸方向他端部側から計量対象の液体または洗浄液を吸排可能とされた計量装置であって、
前記シリンダは、その軸方向中間部分に、前記ピストンの外周縁部に設けた密封部材と摺接して液体を計量する内周面の内径が一定な計量領域が設けられ、前記シリンダの前記計量領域の軸方向の少なくとも一方端には前記ピストンおよび密封部材から離間した大径の内周面を備えたる洗浄領域が連続して形成されており、さらに、前記シリンダの軸方向一端部側には、シリンダ内の残液を排出する排出部が形成されており、
前記ヘッド部には、前記シリンダのヘッド部内に配設された給水上流端と、前記シリンダの内壁に指向する側面における前記密閉部材よりも前記シリンダの軸方向一端部側に開口させた給水下流端とを結ぶヘッド部給水路が形成されており、
前記ロッド部は中空管状とされ、一端部を前記ヘッド部内の給水上流端に連接させてロッド部給水路が形成されており、前記ロッド部の他端部には、前記ピストンの往復動に対して従動可能に固着防止用液の給水装置の水路が連接されており、
前記シリンダ内へ洗浄液を送給しつつ前記計量領域並びに前記洗浄領域において前記ピストンを往復動させるとともに、前記排出部から洗浄に供した洗浄液を排出することでＣＩＰ洗浄可能とされていることを特徴とする。

このように構成された計量装置によれば、前記給水装置から供給される固着防止用液をロッド部給水路とヘッド部給水路を通し、前記シリンダの内壁に指向する前記ヘッド部の側面に開口する給水下流端へ供給し、その状態において前記ヘッド部を前記シリンダ内で往復動させ、給水下流端へ供給された固着防止用液をシリンダの内壁とピストンとの間に密封部材で塗布することで、計量対象の液体の固着を抑止して、ピストンの摺動不良を未然防止することができる。そして、計量対象の液体の固着を抑止するべく供給される固着防止用液の水路がシャフト内に露呈していないのでＣＩＰ洗浄が可能となる。

また、本発明の第２の態様に係る計量装置は、前記ヘッド部は、前記密封部材が外周縁部に設けられたピストンヘッドと、一面側に前記ピストンヘッドを固定し、他面側に前記ロッド部が連設されたピストンベースとを有しており、前記ピストンベースには前記ヘッド部給水路が形成されていることを特徴とする。

このように構成された計量装置によれば、前記給水装置から供給される固着防止用液を、ロッド部のロッド部給水路から前記ピストンベースに形成された前記ヘッド部給水路を通し、前記シリンダの内壁に指向する前記ヘッド部の側面に開口する給水下流端へ供給することができる。そして、計量対象の液体の固着を抑止するべく供給される固着防止用液の水路がシャフト内に露呈していないので、ピストンの往復動を阻害することもなく、水路のチューブの抜け等のトラブルが発生することもない。

上述の様に、本発明の計量装置によれば、計量する充填液等の固着により発生するシリンダとピストンとの摺動不良を防止することができ、かつ、ＣＩＰ洗浄可能な構成とすることができる。

本発明の計量装置の一実施形態の要部構成断面図 図１の計量装置におけるピストンのヘッド部の要部構成断面図 図２の計量装置におけるピストンのヘッド部給水路を示す平面図であって、水なし（Ａ）の状態と、水あり（Ｂ）の状態を示す説明図 従来の計量装置の一実施形態の要部構成断面図

以下、図１乃至図３を参照して、本発明の計量装置の実施形態を説明する。

本実施形態の計量装置１のピストン２は、図１に示すように、軸方向を鉛直方向にして配設されたシリンダ３の内壁に密着部材４を摺接させるヘッド部５と、シリンダ３からその軸方向一端側（下端）外方へ延出して配設され、不図示のピストン駆動機構によってシリンダ３内を往復動させられるロッド部６とを有している。ヘッド部５はロッド部６の一端側（上端）に固着されており、ロッド部６を公知のピストン駆動機構によってシリンダ３内を往復動させることにより、ヘッド部５に配設された密着部材４としてのパッキン４をシリンダ３の内壁に対して摺動させるように構成されている。

ここで、ヘッド部５には、図２に示すように、ヘッド部５内に形成された給水上流端Ｐ１とシリンダ３の内壁に指向する側面に開口させた給水下流端Ｐ２とを結ぶヘッド部給水路７が形成されている。詳しくは、ヘッド部５は、外周縁部にパッキン４が設けられたピストンヘッド８と、一面側（下面）にロッド部６が連接され、他面側（上面）にピストンヘッド８が固定されたピストンベース９とを有している。

本実施形態において、ピストンベース９は略円板状とされ、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、中央には給水上流端Ｐ１となる孔１０が穿設されており、その給水上流端Ｐ１となる孔１０から四方へ、ピストンベース９の側面へ向けて掘設したヘッド部給水路７が形成されている。つまり、そのヘッド部給水路７のシリンダ３の内壁に指向する側面の開口部が給水下流端Ｐ２となる。

また、ロッド部６は中空管状とされており、一端部（上端部）をピストンベース９の下面中央に連接させ、給水上流端Ｐ１と中空管内とを繋いでロッド部給水路１１が形成されている。

再び、ピストンヘッド８の説明に戻り、ピストンベース９の上面外周辺には堤状に立ち上がる円環状の縁部１２が形成されている。縁部１２は、その外周壁をピストンベース９の前記他面側の外周辺よりもシリンダ３の内壁方向へ膨らませて形成されている。

そして、そのピストンベース９の上面にはピストンヘッド８が前記一面側表面と縁部１２とに着座させた状態で、ピストンベース９の下面側から挿入されるピン状の固定具１３により固定されている。

詳しくは、ピストンヘッド８は、図１に示すように、ピストンベース９側から同心で徐々に大径となるように３段に形成されており、ピストンベース９側となる第一段８ａは、ピストンベース９の上面に載置され、第一段８ａと第二段８ｂとの段差部８ｄがピストンベース９の縁部１２に嵌着し、第二段８ｂと第三段８ｃとの段差部８ｅとピストンベース９の縁部１２との間にパッキン４を挟着するようにして、固定具１３によって固定されている。

よって、給水上流端Ｐ１を構成するピストンベース９の中央に穿設された孔１０の上部をピストンヘッド８の第一段８ａによって塞ぐことで、ヘッド部給水路７内を流れる水の流れを規制するように構成されている。なお、ピストンヘッド８の上面は上向きに若干のテーパ面とされている。

また、後述するようにシリンダ３の下端から突出させるロッド部６の他端部には、公知の構成のピストン駆動機構（不図示）が接続されており、さらには、このピストン駆動機構によってシリンダ３内を往復動するピストン２に追従可能に、固着防止用液の給水装置（不図示）の水路を形成するチューブ２１が継ぎ手２２を介して連接されている。

また、本実施形態において、シリンダ３は、計量領域３ａの軸方向上端部に、ピストンヘッド８とパッキン４から離間した大径の内周面を備えた洗浄領域３ｂが連続して形成されて構成されている。

つまり、シリンダ３は有底に形成されており、シリンダ３の内部においては、ピストン２の外周部に設けたパッキン４と摺接して充填用の液体を計量する内周面の内径が一定な計量領域３ａが設けられ、このシリンダ３の計量領域３ａの軸方向上端部に、ピストン２およびパッキン４から離間した大径の内周面を備えた洗浄領域３ｂ、３ｃが連続して形成されている。

この洗浄領域３ｂ、３ｃにおいては、ピストンヘッド８の全体が収容される軸方向長さの範囲に亘って大径な内周面が形成されている。この大径な内周面は、洗浄領域３ｂを構成し、内径が一定な計量領域３ａの内周面の上端部から上方に向けて徐々に内径が大きくなるテーパ部３ｄと、洗浄領域３ｅを構成し、テーパ部３ｂの最大内径の大きさとされた大径部３ｅとによって形成されている。

そして、シリンダ３の上端部は上部蓋１４によって閉塞されており、両者間にパッキン（不図示）を介在させて密封が図られており、上部蓋１４の中心軸部には不図示の給液路並びに排液路と接続するための接続筒１５が上向きに突出形成されている。

一方、シリンダ３の下端部となる底部には、ピストン２のロッド部６が不図示の密着部材によってシールされつつ、この底部を貫通させて配設されている。更に、底部のピストン２のロッド部６の貫通部を外れた位置には、シリンダ３内の残液を排出する排出部（不図示）が形成されている。

次に、本実施形態の計量装置の作用を説明する。
不図示のタンク内に貯留されている充填用の液体は送給ポンプ（不図示）やタンク（不図示）の加圧により各種バルブ（不図示）等を開放し、接続筒１５に接続されている前記給液路を通して本実施形態の計量装置１に送液され、定量を計量可能な状態に設定されている。

すなわち、前記タンクと計量装置１との間に敷設された前記給液路に配設された吸引側の吸引側バルブ（不図示）を開放するとともに、計量装置１から充填部までの間に敷設された前記排液路に配設された吐出側バルブ（不図示）を閉じた状態で、前記ピストン駆動機構を駆動させ、ピストン２をシリンダ３の計量領域３ａ部分における下方へ移動させ、前記給液路から接続筒２５ａを通してシリンダ３の上部内に必要量の液体を吸引する。この時、ピストン２はシリンダ３の計量領域３ａの部分にあり、パッキン４が自己の弾性によって常時、シリンダ３の内周面に密着しているため、液体の吸引が良好に行われる。

続いて、前記給液路に配設された前記吸引側バルブを閉じるとともに、前記排液路に配設された前記吐出側バルブを開いた状態で、前記ピストン駆動機構を駆動させ、ピストン２をシリンダ３の計量領域３ａａ部分における上方に移動させて、接続筒２５ａから前記排液路を通してシリンダ３内の所定量の液体を排出する。この時、ピストン２はシリンダ３の計量領域３ａ部分にあり、パッキン４が自己の弾性によって常時、シリンダ３の内周面に密着しているので、ピストン２が所定長さを上方に移動することによって、正確に計量された所定量の液体を良好に排出することができる。

そして、本実施形態の計量装置１においては、この計量装置１の作動中に、ロッド部６の下端に継ぎ手２２を介して連設されたチューブ２１から、ロッド６内に形成されたロッド部給水路１１へ前記給水装置（不図示）から供給される固着防止用液を供給する。

このときの固着防止用液は、計量対象の液体との関係で適宜選択すればよい。例えば、一般的な食品や飲料であれば、多くは水を用いることができる。また、その供給量は給水装置側で、適宜調整する。

前記給水装置から供給される固着防止用液は、図３（Ｂ）に黒塗りで示すように、ロッド部給水路１１からヘッド部給水路７を通り、ヘッド部５の側面の４カ所においてパッキン４よりも下方に開口する給水下流端Ｐ２に供給される。

この状態においてヘッド部５をシリンダ３内で往復動させると、給水下流端Ｐ２へ供給された固着防止用液はシリンダ３の内壁とピストン２との間にパッキン４によって塗布される。このように計量対象の液体の固着の未然予防的にシリンダ３の内壁に固着防止用液を塗布し、さらには、シリンダ３の内壁に残留して固化しやすくなっている計量対象の液体を僅かな固着防止用液を用い、パッキン４で刮げ落とすことで、計量対象の液体の固着を抑止することができる。

なお、固着防止用液はパッキン４よりも下方に開口する給水下流端Ｐ２に供給されるので、パッキン４が、シリンダ３内のピストンヘッド８よりも上方に貯まる計量対象の液体中に固着防止用液が混じることを抑止することができる。

過分に給水された固着防止用液や、パッキン４によって固着防止用液とともに刮げ落とされた残滓や残液はシリンダ３内の下方に集められ、シリンダ３内の残液を排出する前記排出部（不図示）から廃液される。

そして、本実施形態の計量装置においては、CIP洗浄も可能となる。以下、簡単に説明する。
洗浄を開始する前に、ピストン２を上部の洗浄領域３ｂ、３ｃに上げて、排液口（不図示）から、タンク５、供給路６、前記排液路、シリンダ３等の計量対象の流路内にある全部の液体を外部に排出する。

本実施形態の計量装置１においてピストン２の洗浄を行う場合、ピストン２を洗浄領域３ｂ、３ｃに押し上げるとともに、供給路２４を開放させておく。 続いて、タンク（不図示）内に充填した洗浄液を供給路６、接続筒２５ａを通してシリンダ３内に相当の流速をもって送給する。この洗浄液による洗浄能力は、洗浄液の流速、洗浄液のｐＨ、洗浄液の温度等を適宜に選択することによって適正に調整するとよい。

ピストン２の上面と上部蓋１４の内端面との間に送給された洗浄液は、中心部から径方向外方に向けて流れる。この時、ピストン２を洗浄領域３ｂ内において軸方向に上下動させると、洗浄液が振動させられてピストン２の両面の洗浄が効率的に行われる。このように、洗浄領域３ｂ、３ｃにおいてシリンダ３とピストン２とに間に形成される洗浄液の流通可能となる流路の断面積を膨大・縮小の変化をすることにより、洗浄液の流速が大小に変化して、ピストン２の効率的な洗浄と、さらには、その洗浄液を用いたシリンダ３内の洗浄を実行することができる。

また、シリンダ３内の洗浄はシリンダ３の内壁とパッキン４を摺接させつつピストン２を計量領域３ａ内で大きく往復動させることで実行することができ、前記排液路の洗浄も、排液時と同じくピストン２を往復動させ、洗浄液を前記排液路を通して廃液することで実行することができる。

このように、CIP洗浄時において、本実施形態の計量装置１は、計量対象の液体の固着を抑止するべく供給される固着防止用液の水路がシャフト内に露呈していないので、ピストン２の往復動を阻害することもなく、水路のチューブの抜け等のトラブルが発生することもない。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限度において種々変更することができる。

例えば、本実施形態においては、給水上流端Ｐ１となる孔から四方へ向けてヘッド部給水路７を形成しているが、ヘッド部給水路７の配設数はこの数に限るものではない。CIP洗浄が可能なシリンダ３の構成も、上述の構成に限るものではなく、例えば、ピストン２の洗浄領域３ｂをシリンダ３の計量領域３ａの上部のみでなく、下部にも設けてもよい。

本発明の計量装置１は、充填対象の液体をタンクから流路を通して計量装置のシリンダ３内に吸引し、その後前記シリンダ３から所定量の充填対象の液体を流路を通して充填部から充填容器に充填するように形成された充填装置の前記計量装置として用いることができる。

このように構成された充填装置であれば、計量する充填液等の固着により発生するシリンダ３とピストン２との摺動不良を防止することができ、ひいては充填不良をも防止することができる。

１ 計量装置
２ ピストン
３ シリンダ
３ａ 計量領域
３ｂ，３ｃ 洗浄領域
３ｄ テーパ部
３ｅ 大径部
４ 密着部材（パッキン）
５ ヘッド部
６ ロッド部
７ ヘッド部給水路
Ｐ１ 給水上流端
Ｐ２ 給水下流端
８ ピストンヘッド
８ａ 第一段
８ｂ 第二段
８ｃ 第三段
８ｂ （第一段と第二段との）段差部
８ｅ （第二段と第三段との）段差部
９ ピストンベース
１０ 孔
１１ ロッド部給水路
１２ 縁部
１３ 固定具
１４ 上部蓋
１５ 接続筒
２１ チューブ
２２ 継ぎ手

Claims (2)

1. 密封部材を介してシリンダの内壁に摺接するヘッド部と前記ヘッド部に連設されたロッド部とを有するピストンの前記ロッド部を前記シリンダの軸方向一端部側へ延出させ、前記ヘッド部を前記シリンダの軸方向他端部に向けて往復動させ、前記シリンダの軸方向他端部側から計量対象の液体または洗浄液を吸排可能とされた計量装置であって、
   前記シリンダは、その軸方向中間部分に、前記ピストンの外周縁部に設けた密封部材と摺接して液体を計量する内周面の内径が一定な計量領域が設けられ、前記シリンダの前記計量領域の軸方向の少なくとも一方端には前記ピストンおよび密封部材から離間した大径の内周面を備えたる洗浄領域が連続して形成されており、さらに、前記シリンダの軸方向一端部側には、シリンダ内の残液を排出する排出部が形成されており、
   前記ヘッド部には、前記シリンダのヘッド部内に配設された給水上流端と、前記シリンダの内壁に指向する側面における前記密閉部材よりも前記シリンダの軸方向一端部側に開口させた給水下流端とを結ぶヘッド部給水路が形成されており、
   前記ロッド部は中空管状とされ、一端部を前記ヘッド部内の給水上流端に連接させてロッド部給水路が形成されており、前記ロッド部の他端部には、前記ピストンの往復動に対して従動可能に固着防止用液の給水装置の水路が連接されており、
   前記シリンダ内へ洗浄液を送給しつつ前記計量領域並びに前記洗浄領域において前記ピストンを往復動させるとともに、前記排出部から洗浄に供した洗浄液を排出することでＣＩＰ洗浄可能とされていることを特徴とする計量装置。
2. 前記ヘッド部は、前記密封部材が外周縁部に設けられたピストンヘッドと、一面側に前記ピストンヘッドを固定し、他面側に前記ロッド部が連設されたピストンベースとを有しており、前記ピストンベースには前記ヘッド部給水路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の計量装置。