シリンダ装置を含む充填システム
【課題】粘性物を充填する際に、起動直後から規定量を小分けする充填システムを提供する。
【解決手段】粘性物を収容したホッパー１１に接続するための第１の接続口２１１と、粘性物を小分け容器６０に充填した小分け装置３０に接続するための第２の接続口２１２とを有するシリンダブロック２１と、シリンダブロック２１内において回動することで、第１の接続口２１１を介してホッパー１１からの粘性物の落下流入を許容し、小分け装置３０への落下排出を禁止する第１の状態と、第２の接続口２１２を介して粘性物の小分け装置３０への落下排出を許容し、ホッパー１１からの粘性物の落下流入を禁止する第２の状態との間で切り替え可能な切り替えシリンダ２２と、切り替えシリンダ２２に対して進退するピストン２５とを有し、ピストン２５の先端部には、第１の接続口２１１に近づく程、切り替えシリンダ２２の下死点端面から離れる斜面部２５１が形成されている。
【解決手段】粘性物を収容したホッパー１１に接続するための第１の接続口２１１と、粘性物を小分け容器６０に充填した小分け装置３０に接続するための第２の接続口２１２とを有するシリンダブロック２１と、シリンダブロック２１内において回動することで、第１の接続口２１１を介してホッパー１１からの粘性物の落下流入を許容し、小分け装置３０への落下排出を禁止する第１の状態と、第２の接続口２１２を介して粘性物の小分け装置３０への落下排出を許容し、ホッパー１１からの粘性物の落下流入を禁止する第２の状態との間で切り替え可能な切り替えシリンダ２２と、切り替えシリンダ２２に対して進退するピストン２５とを有し、ピストン２５の先端部には、第１の接続口２１１に近づく程、切り替えシリンダ２２の下死点端面から離れる斜面部２５１が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粘性物を所定量ずつ容器に充填するために使用されるシリンダ装置に関しており、特に羊羹を充填する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
食料用の流動物や粘性物を小分けする充填装置として、以下の特許文献が開示されている。
流動状である具入りスープを小分けする充填装置は、流動体収容容器に連通する吸引口と小分けする容器への吐出口からなる定量切換え弁本体と、定量切換え弁本体に回転自在に嵌合された貫通口を有する内筒と、内筒内に摺動自在に嵌合されたピストンから構成されている。
そして、収容部から内筒の貫通口に連通させた状態で、ピストンを後退させることによりシリンダ内に粘性物を充填させる。その後内筒の貫通口を吐出口に連通させて、ピストンを押し出すことにより充填する方法が開示されている。（特許文献１、特許文献２、参照）
また、高粘性物を充填する方法についても、同様に回動自在の切換え弁及び、ピストンを用いた充填装置が開示されている。（特許文献３、特許文献４、参照）
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２２６１００号公報
【特許文献２】特開２００５−２２６６６号公報
【特許文献３】特開昭５４−９４３６０号公報
【特許文献４】特開２０００−２１９２０４号公報
【特許文献５】特開２００１−３２８６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記構成における粘性物の充填装置において、装置起動後、充填量にばらつきが生じてしまい、材料の無駄および廃棄する手間が生じていた。
この点、本願発明者が鋭意研究を重ねた結果、粘性物をシリンダ内に降下する際に、ピストンの先端面が平坦であることにより、降下速度が遅い粘性物は途中でピストンヘッド端面から落下、若しくはピストンとシリンダ内壁との間で粘性物の橋渡が生じていた。そのため、ピストンの先端に粘性物を十分に張り付けられなく、ピストンを後退させてもシリンダ内に規定量の粘性物を充填できないことが原因であることが分かった。
そこで、本発明は、上記知見に基づき、シリンダ装置において、起動直後の充填量のばらつきを解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、粘性物を収容したホッパーに接続するための第１の接続口と、粘性物を容器に充填した小分け装置に接続するための第２の接続口とを有するシリンダブロックと、シリンダブロック内において回動することにより、第１の接続口を介してホッパーからの粘性物の落下流入を許容し、第２の接続口を粘性物の小分け装置への落下排出を禁止させる第１の状態と、第２の接続口を介して粘性物の小分け装置への落下排出を許容し、第１の接続口をホッパーからの粘性物の落下流入を禁止させる第２の状態との間で切り替え可能な切り替えシリンダと、切り替えシリンダに対して進退するピストンとを有し、ピストンの先端部には、第１の接続口に近づく程、切り替えシリンダの下死点端面から離れる斜面部が形成されていることを特徴とするものである。
【０００６】
ノズル部を複数設けた際にも、各ノズル部から規定の充填量を小分けするために、本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載のシリンダ装置と、小分け装置とを含む充填システムであって、小分け装置は、シリンダブロックの第２の接続管から落下排出された粘性物を通す流下管と、流下管の下端に接続されて、水平方向に延びる水平管と、水平管に設けられる一対のノズル部と、一対のノズル部は、流下管の径方向中心を含んで、流下管の管路方向に延びる中心線を挟んで対称に位置し、中心線上に水平管の長手方向と直交する方向に延びる面を備えた仕切り板を含み、流下管を落下する粘性物を仕切り板により等分配し、水平管を介して各ノズル部から排出することを特徴とするものである。
【０００７】
また、時間の経過に伴って、粘性物が冷えて硬化し、ホッパーから切り替えシリンダへ落下流入するのが困難となる。これを防ぐために、本発明の請求項６に記載の発明は、粘性物を収容したホッパーと請求項１から４のいずれかに記載のシリンダ装置とを含む充填システムであって、ホッパーは、ホッパーの内面および外面との間に、ホッパーに収容した粘性物を加熱するための熱交換媒体を収容する加熱体収容部を有することを特徴とした充填システムとするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、初期状態から規定量を充填することができるため、材料の無駄および廃棄する手間を無くすという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の充填システムの１実施例を示す概略図である。
【図２ａ】本発明の方向切換え弁の上面図である。
【図２ｂ】本発明の方向切換え弁の正面図である。
【図３】本発明の小分け装置の概略図である。
【図４ａ】本発明のシリンダ装置の運転開始時の縦断面図である。
【図４ｂ】本発明のシリンダ装置内に粘性物を落下投入する時の縦断面図である。
【図４ｃ】本発明のシリンダ装置の切換え時の縦断面図である。
【図４ｄ】本発明のシリンダ装置内から粘性物を落下排出する時の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００１１】
（本願発明の概要）
図１、図２ａ,図２ｂ及び図３を参照しながら、本発明の実施形態である充填システムの概要を説明する。ここで図１は、充填システム全体の概略図、図２ａは、方向切換え弁（切り替えシリンダ）の上面図、図２ｂは、方向切換え弁の正面図、図３は小分け装置の正面図である。
Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する異なる三軸を示している。
なお、各座標軸の矢印方向を正方向とする。
【００１２】
図１を参照して、本発明の充填装置は、粘性物である羊羹を収容する収容部１０、羊羹を容器に小分けする小分け装置３０、収容部１０から流入した羊羹を小分け装置３０に規定量供給する切換えシリンダ装置２０とを含む。
なお、実施例および変形例においては、粘性物の例として羊羹を用いて説明するが、他の粘性物、例えばバター、みそ、チーズ、ジャム、マヨネーズ、ゼリー、ムース、プリン、ババロア、ブラマンジェなどであっても良い。
【００１３】
図１に示すように収容部１０は、ホッパー１１およびこのホッパー１１をシリンダブロック２１に接続する投入管１２を含む。ホッパー１１は、内径が一定の同径筒状部１１１と、下方に向かって内径が漸減するテーパー筒状部１１２とを含む。そして、このホッパー１１の内面および外面との間に、熱交換媒体を収容した加熱体収容部１１６を有する。また、この加熱体収容部１１６内に熱交換媒体を充填することができるように、導入口１１３を外周の側面上方とし、排出口１１４を外周の下面とする。そして、ホッパー１１の外周の下面には、ＸＹ平面において１２０°の間隔で、ヒータ１１５を３ヶ所設けた構成とする。
ところで、図示例では、ホッパー１１におけるテーパー筒状部１１２を満たす位置まで羊羹が充填されている。ホッパー１１は、図示しない昇降装置により支持されている。ホッパー１１に羊羹を投入する際には、この昇降装置を駆動することにより、ホッパー１１を作業者の作業領域まで下降させる。
【００１４】
切換えシリンダ装置２０は、シリンダブロック２１、これに内接する方向切換え弁２２（切り替えシリンダ）、方向切換え弁２２のＹ軸負方向の一端と密接してシリンダを形成するピストンガイド２４、シリンダ内を摺動運動するピストン２５、そして方向切換え弁２２の他端に密接する軸受けハウジング２３からなる。
【００１５】
シリンダブロック２１は、Ｙ軸方向に延びる貫通孔を有して筒状に形成されており、シリンダブロック２１の周壁部には、ホッパー１１に連結した投入管１２に接続される第１の接続口２１１、吐出管３１に接続される第２の接続口２１２が設けられている。第１の接続口２１１は第２の接続口２１２よりも、径寸法を大きく設定し、かつＹ軸方向においてピストン２５の下死点からより離れた領域に位置している。
【００１６】
方向切換え弁２２は、図２ａ、図２ｂのような支持部２２１と流入流出制御筒体２２２とからなる。
支持部２２１は円柱形状をしており、その外周は図示しないベアリングにより回転可能に支持される。支持部２２１の端部には、回転機構が取り付けられている。この回転機構により方向切換え弁２２をＹ軸方向周りに正逆回転させることができる。
流入流出制御筒体２２２は、支持部２２１に近接する側を閉塞し、支持部２２１から離間した側を開口した有底筒状をした形状としている。
流入流出制御筒体２２２の内径はピストン２５の外径と略等しく、ピストン２５の摺動運動を可能にする。また、流入流出制御筒体２２２の外周面には、シリンダブロック２１の第１の接続口２１１に接続可能な第１の開口部２２３が形成されている。さらに、流入流出制御筒体２２２の外周面には、第１の開口部２２３から周方向に６０°回転させた位置に、第２の開口部２２４を形成している。第２の開口部２２４は、第１の開口部２２３よりも支持部２２１に近接した領域に形成している。第２の開口部２２４は、シリンダブロック２１の第２の接続口２１２に接続可能である。
【００１７】
第１の接続口２１１及び第１の開口部２２３が接続されると、第２の接続口２１２は、シリンダブロック２１の内周面に接することにより閉塞される（以下、流入許容流出禁止状態という）。他方、第２の接続口２１２及び第２の開口部２２４が接続されると、第１の接続口２１１は、シリンダブロック２１の内周面に接することにより閉塞される（以下、流入禁止流出許容状態という）。Ｙ軸方向に延びる支持部２２１の中心を回転軸として、方向切換え弁２２を６０°の正逆範囲で回動させることにより、流入許容流出禁止状態と流入禁止流出許容状態との切り替えを行うことができる。
【００１８】
このように第１の開口部２２３及び第２の開口部２２４を流入流出制御筒体２２２の周方向において異なる位置に形成することにより、切り替える際の方向切替え弁２２の回転角度を小さくすることができる。これにより、迅速な切り替え作業が可能となり、生産効率を向上させることができる。
【００１９】
次に、図３を参照しながら、方向切替え弁２２を駆動する揺動シリンダ装置５０について説明する。図３は、揺動シリンダ装置５０のＹ矢視図である。揺動シリンダ装置５０は、揺動シリンダ部５１及びこの揺動シリンダ部５１に対して進退するピストンロッド部５２を含む。揺動シリンダ部５１は、支持台５３の上端部に設けられた揺動軸５４に軸支されている。ピストンロッド部５２の先端部は、方向切換え弁２２のＹ軸正方向の端面に接続されている。
上述の構成において、ピストンロッド部５２を揺動シリンダ部５１に対して進退させると、揺動シリンダ部５１が揺動軸５４周りに揺動しながら、方向切替え弁２２による切り換え動作を行うことができる。
このような実施例によれば、切り替え時における方向切替え弁２２の回転角度を小さくできるため、揺動シリンダ装置５０をエアーシリンダとした簡易な回転機構を採用することができる。これにより、コストを削減することができる。
【００２０】
図１に示すように軸受けハウジング２３は、筒状に形成されており、そのＹ軸正方向の端部には、ＹＺ平面を含む平面方向に延びる取り付けフランジ２３１が形成されている。軸受けハウジング２３の内面には、ベアリングが固定されている。このベアリングに対して、方向切替え弁２２の支持部２２１が回転可能に支持されている。取り付けフランジ２３１は、シリンダブロック２１のＹ軸正方向の端面に固定されている。固定手段には、ネジなどの締結部材を用いることができる。
【００２１】
図１に示すように、ピストンガイド２４は筒状に形成されており、そのＹ軸正方向の端部には、ＸＺ平面を含む平面方向に延びる第１取り付けフランジ２４１及び第２取り付けフランジ２４２が形成されている。第１取り付けフランジ２４１は、第２取り付けフランジ２４２よりも外径寸法が大きく設定されており、かつ、第２取り付けフランジ２４２よりも方向切換え弁２２に対してより離間した位置に形成されている。
第１取り付けフランジ２４１は、シリンダブロック２１のＹ軸負方向の端面に固定されている。固定手段には、ネジなどの締結部材を用いることができる。第２取り付けフランジ２４２は、方向切換え弁２２のＹ軸負方向の端面に接している。
ピストンガイド２４及び方向切換え弁２２の流入流出制御筒体２２２は、互いに内径寸法が等しく設定されており、ＸＺ平面における位置が同じである。したがって、ピストンガイド２４及び流入流出制御筒体２２２により、内径が一定のＹ軸方向に延びる連続管路が形成され、この連続管路内において、後述のピストン２５が進退する。
【００２２】
次に、ピストン２５について詳細に説明する。ピストン２５は円柱形状であり、ピストンガイド２４及び流入流出制御筒体２２２により形成される連続管路内をＹ軸方向に進退する。ピストン２５の先端部には、第１の開口部２２３に近づく程、方向切換え弁２２の下死点端面から離れる斜面部２５１が形成されている。
なお、下死点端面とは、筒状の流入流出制御筒体２２２のＹ軸正方向の内側端面を意味する。
【００２３】
ここで、ピストン２５の斜面部２５１の傾斜角は、Ｚ軸に対して１５°〜２５°に設定するのが好ましい。傾斜角の範囲を上記のように設定することにより、ホッパー１１から落下してくる羊羹をピストン２５の斜面部２５１に張り付きやすくする。また、斜面部２５１の傾斜角度を大きく設定しないことにより、ピストン２５の押出力を逃げにくくする。
【００２４】
また、ピストン２５の先端部には、斜面部２５１に連続する平面部２５２が形成されている。この平面部２５２はＺ軸方向に延びる。ここで、ピストン２５の先端部を全て斜面部２５１で形成すると、斜面部２５１の下端部がエッジ形状となり、ピストン２５を進退させた際に、ピストンガイド２４と流入流出制御筒体２２２が接触して、粉が生じてしまう。このためエッジ形状が形成されないように、一部に平面部２５２を形成することにより、上記問題を解消することができる。
【００２５】
次に、ピストン２５を駆動する駆動手段について説明する。駆動手段は、モータ４０、ボールネジ４１、アーム４２とを含む。モータ４０が駆動されると、ボールネジ４１を回転させて、このボールネジ４１の回転動作に応じて、アーム４２がＹ軸方向に進退する。
このモータ４０には、サーボモータを用いることができる。このサーボモータを用いることにより、ピストン２５のストローク量を簡単に変更することができる。これより充填量を変更する際に大幅な装置変更する手間を省けるため、カム機構で制御された充填装置の欠点を解消することができる。
【００２６】
次に、ピストン２５により第２の接続口２１２から押し出された羊羹を小分けするための小分け装置３０について説明する。
図３を参照して、小分け装置３０は、シリンダブロック２１の第２の接続口２１２に嵌合する吐出管３１と、この吐出管３１の下部にフランジ３１１を介して連結される分岐管３２と、分岐管３２の先端に取り付けられる一対のノズル部３３を含む。
【００２７】
吐出管３１は、薄肉円筒構造をしており、外径を分岐管３２の流下管３２１の外径と略同じとし、Ｚ軸方向において吐出管３１の下端部と流下管３２１の上端部をフランジ３１１により結合させている。また、内径は、シリンダブロック２１の第２の接続口２１２の内径と略同じにすることで、粘性物の落下排出を円滑に行うことができる。
【００２８】
図３に示すように、分岐管３２は、流下管３２１、水平管３２２、そして仕切り板３２３から構成される。
流下管３２１は、長手方向（図の上下方向）と直交する断面が円形であり、上下方向に延びる管路を形成している。水平管３２２は、長手方向（図の左右方向）と直交する内径断面および外径断面を矩形とし、左右方向に延びる管路を形成している。これらの断面は、上記に限定されるものではなく、他の形状とすることもできる。
【００２９】
流下管３２１は、その一端がフランジ３１１を介して吐出管３１に連結されており、その他端が水平管３２２の長手方向の中心位置に一体的に接続されている。
水平管３２２の両端は開口しており、これらの開口部は、栓で塞がれている。
また、仕切り板３２３は、流下管３２１の中心（断面の中心）を通ってＺ軸方向に延びる延長線上に位置しており、水平管３２２の長手方向と直交する面を有している。
さらに、この仕切り板３２３を中心とした左右対称の位置に、一対のノズル部３３を設ける。
【００３０】
このノズル部３３は、薄肉円筒構造であり、水平管３２２のＺ軸方向下面に接続されている。さらに、ノズル部３３の接続口は、水平管３２２の内底面よりも高い位置に形成されている。
この構造により水平管３２２の内底面に溜まる羊羹が、ノズル部３３の接続口からノズル部３３内に流入するのを抑制できる。
【００３１】
次に上記のように構成された本発明の充填システムの使用方法について説明する。
ここで、初期状態においては、ホッパー１１の導入口から熱交換媒体を導入することで、ホッパー１１の内面と外面との間に形成された加熱体収容部１１６を熱交換媒体で満たした状態とする。
また、方向切換え弁２２は、第２の接続口２１２及び第２の開口部２２４を接続した流入禁止流出許容状態（第２の状態）に設定されているものとする。また、ピストン２５の斜面部２５１は、シリンダブロック２１の第１の接続口２１１の直下に待機させるものとする。
【００３２】
まず、ホッパー１１に粘性状の羊羹を装填する。ホッパー１１に充填された羊羹は、投入管１２を介して重力落下し、方向切換え弁２２の外面に当接することで、シリンダブロック２１の第１の接続口２１１の近傍に停滞する。
次に、方向切換え弁２２を回動することにより、流入禁止流出許容状態（第２の状態）から流入許容流出禁止状態（第１の状態）に切り換える。これにより、第１の開口部２２３と第１の接続口２１１が接続され、流入流出制御筒体２２２の内部に羊羹を落下流入させる。流入流出制御筒体２２２の内部に流入した羊羹は、重力落下してピストン２５の斜面部２５１に付着する（図４ａ）。
その後、流入許容流出禁止状態において、ピストン２５を後退させて粘性物を流入流出制御筒体２２２とピストンガイド２４（以下、これらの部材を結合したものをシリンダという）内に充填させる。規定の充填量をシリンダ内に充填した後、ピストン２５を待機させる。（図４ｂ）
この充填動作後、方向切換え弁２２を回動することにより、方向切換え弁２２の第２の開口部２２４とシリンダブロック２１の第２の接続口２１２を連通させ、流入許容流出禁止状態から流入禁止流出許容状態に切換える。（図４ｃ）
次に、ピストン２５を下死点まで前進させて粘性状の羊羹を押し込むことにより、第２の接続口２１２に嵌合した吐出管３１からシリンダ内の粘性物を落下排出させる。（図４ｄ）
羊羹を落下排出した後は、方向切換え弁２２を回動することにより、再びシリンダブロック２１の第１の接続口２１１と方向切換え弁２２の第１の開口部２２３を連通させ、流入禁止流出許容状態から流入許容流出禁止状態に切換える。これにより、一つの小分け容器６０に対する充填作業が完了する。
【００３３】
ここで、流入禁止流出許容状態において、下死点に位置するピストン２５を後退させることにより、流入流出制御筒体２２２の内部が負圧状態になり、吸引力を発生させることができる。これにより、小分け装置３０の内部に溜まった羊羹をシリンダ内に吸引することができる。したがって、水平管３２２の内底面に溜まった羊羹が回収され、ノズル部３３から小分け容器６０に羊羹が液だれするのを防止できる。これにより、小分け容器６０に充填される羊羹の液量が変動するのを抑制できる。
さらに、流入流出制御筒体２２２内に羊羹を引き込むことで、吐出管３１内の羊羹をなくすことができる。これにより、方向切換え弁２２の回動を円滑に行うことができる。
また、下死点に位置するピストン２５を後退させて、ピストン２５の平面部２５２を下死点端面から離間させることで、ホッパー１１から落下流入した羊羹を斜面部２５１のみならず平面部２５２まで付着することができる。
【００３４】
また、ホッパー１１の内面と外面との間で形成された加熱体収容部１１６に、熱交換媒体を導入することで、ホッパー１１に充填した羊羹を加熱して、ホッパー１１から流入流出制御筒体２２２への落下排出を最後まで行うことができる。
羊羹は、ホッパー１１に充填直後は、高温であるため粘度が低く、ホッパー１１から流入流出制御筒体２２２へ落下流入することができる。しかし、時間が経過するにつれて、羊羹が冷えて硬化していき、粘度が高くなってしまう。そうすると、ホッパー１１の内面、若しくは、投入管１２に羊羹が張り付いてしまうため、流入流出制御筒体２２２への落下流入が困難となり、ホッパー１１に充填した羊羹を全て小分け容器６０に充填することができない。
そこで、このように充填された羊羹を硬化しないようにするために、ホッパー１１の内面と外面との間に形成された加熱体収容部１１６に、熱交換媒体を導入することにより、ホッパー１１内の羊羹を加熱して、羊羹の温度を高温の状態に保つことができる。これにより、ホッパー１１内の羊羹を最後まで小分け容器６０に小分けすることができる。
また、加熱体収容部１１６に導入した熱交換媒体と羊羹との間で熱交換されるにつれて、熱交換媒体が冷却されてしまう。そうすると、長時間に渡り充填装置を稼働させると、加熱体収容部１１６に収容した熱交換媒体が冷えて、ホッパー１１内の羊羹を加熱することができなくなる。そこで、ホッパー１１に設けたヒータ１１５により熱交換媒体を再度温めることにより、この問題を解消して、長時間に渡る充填動作を行うことができる。
なお熱交換媒体としては、例えば水を用いることができる。
【００３５】
図４ｄに示すような流入禁止流出許容状態からピストン２５により排出された羊羹は、吐出管３１を通り分岐管３２の流下管３２１に落下排出される。落下排出された羊羹は、水平管内３２２に設けられた仕切り板３２３に当たり、仕切り板３２３を挟んだ左右両側に均等に分配されて、水平管３２２に流入する。水平管３２２に分配流入した羊羹はそれぞれ、左右のノズル部３３から排出され、ノズル部３３下方に設けられた小分け容器６０に充填される。このように、本実施例によれば、仕切り板３２３を設けることにより、左右両側のノズル部３３に均等に羊羹を分配することができる。つまり、仮に仕切り板３２３を省略した場合には、流れやすい側のノズル部３３に羊羹が偏在されることになるが、本実施例によれば、このような問題を解消することができる。
【００３６】
ところで、ホッパー１１の粘性物である羊羹をシリンダ内に充填する場合、羊羹は粘度が高いため、管路面（例えば筒状の管路１２）に張り付いてしまう。このため降下速度が極めて遅くなり、シリンダ内に落下流入されにくくなる。これは、ピストン２５を引いて発生する負圧を利用しても同じことで、この羊羹の粘度が障害となり、装置の起動直後から規定量をシリンダ内に充填することができない。
【００３７】
この点、本願発明は、この障害となった羊羹の粘度を逆に利用して、シリンダ内に羊羹を充填することで、起動直後から規定の充填量をシリンダ内に充填できるようにしている。
具体的にこの粘度を利用するために本願発明は、(a)ピストン２５の先端部（斜面部２５１と平面部２５２）を第１の開口部２２３に近づく程シリンダの下死点端面から離れる斜面部２５１とすること、(b)ピストン２５の斜面部２５１における上部にホッパー１１からの羊羹を落下させること、としている。
このような構成とすることにより、ホッパー１１からの羊羹を落下させてピストン２５の先端部（斜面部２５１と平面部２５２）にしっかりと張り付けた後に、ピストン２５を引くことで、先端部に張り付いた羊羹の粘度により繋がっている羊羹も引き込んで、起動直後から規定の充填量をシリンダ内に速やかに充填できる。
これにより起動時の試運転により生じていた無駄な材料をなくすことでき、材料費を削減することができる。
【００３８】
この点、特許文献３，４のような構成では、方向切換え弁を回動させる際に、ピストンを方向切換え弁の外側に待機させなければならないため、方向切換え弁の流入口下方にピストンの先端部を位置させることができない。このため羊羹をシリンダ内に落下流入させても、ピストンの先端部には羊羹を張り付けることができない。したがって、羊羹の粘度を利用した充填はできないため本願発明と同じ効果を得られない。
また、特許文献１においても、方向切換え弁の下側にピストンの先端部を位置させることはできるが、ピストンの先端部が平坦であるため、シリンダ内に落下流入した羊羹をピストンの先端部に張り付けることができなく、羊羹の粘度を利用した充填を行えない。
さらに特許文献２においても、ピストンの先端に傾斜部を設けているものの、シリンダの投入口（第１の接続口）に近づく程、シリンダの下死点端面から近づく斜面部であるため、同様に落下流入する羊羹をピストンの先端部に張り付けることができなく、本願発明のような効果を得ることはできない。
【００３９】
このような羊羹（粘性物）特有の性質を加味して、本願発明の実施例では、前述の２つの特徴（a）(b)を有することにより、ピストン２５の先端部２５１に羊羹を十分に張り付けることができる。これにより羊羹の特徴を利用して、起動直後から規定の充填量をシリンダ内に充填することで、ノズル部３３から規定量を小分け容器６０に充填できる。
【００４０】
（変形例１）
本発明の実施例では、ピストン２５の先端部における初期位置を方向切換え弁２２の第１の接続口２１２の下方に位置させたが、本発明はこれに限られるものではなく、第１の接続口２１２の下方から水平方向にシフトした位置に設定することもできる。この場合は、例えばガイド部材により第１の接続口２１２から落下投入する羊羹をピストン２５の先端部に当てるものとする。
この構成により、ピストン２５の待機位置を任意の位置に設定することができる。
【００４１】
（変形例２）
本発明の実施例では、シリンダブロック２１の第１の接続口２１１と第２の接続口２１２を連通するために、方向切換え弁２２のＹ軸周方向において、それぞれ対応した第１の開口部２２３と第２の開口部２２４を設けることとしたが、第１の開口部２２３のみとしても良い。
この際、第１の開口部２２３が、シリンダブロック２１上方の第１の接続口２１１と下方の第２の接続口２１２の両方に連通させることができるように、方向切換え弁２２の移動量を大きくする必要がある。このため実施例の揺動シリンダ装置５０として、エアーシリンダを例示したが、その代わりにＡＣモータやステッピングモータ等を用いても良い。
【００４２】
（変形例３）
本発明の実施例では、方向切換え弁２２とピストンガイド２４によりシリンダを構成したが、１つの部品でシリンダを構成しても良い。これにより、部品点数の削減を図ることができる。
【００４３】
（変形例４）
本発明の実施例では、ノズル部３３を２つ設ける構成にしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば４つ以上の偶数に設定することもできる。
４つのノズル部３３とした場合は、分岐管３２における水平管３２２を次のような形状に変更する必要がある。水平管３２２を左右方向に延びる管路および前後方向に延びる管路を形成し、それぞれの中央点において交わらせる。そして、各左右/前後の管路の長手方向（図の左右方向）と直交する外径断面および内径断面を矩形とする。ただし、断面形状は、矩形に限定されるものではなく、他の形状とすることもできる。
さらに、仕切り板３２３は、流下管３２１の中心（断面の中心）を通ってＺ軸に延びる延長線上に位置させて、それぞれ左右/前後の水平管３２２の長手方向に直行した面を形成して、それらをお互いに略直角に交わった面とする。
このような仕切り板３２３により、複数のノズル部３３を設けた場合でも均等に各ノズル部３３に羊羹を排出することができる。したがって、一回のピストン２５の充填動作により、充填して生成できる小分け容器６０の数を増やすことで、生産性を向上させることができる。
【００４４】
本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 収容部
１１ ホッパー
１１１ 同径筒状部
１１２ テーパー筒状部
１１３ 導入口
１１４ 排出口
１１５ ヒータ
１１６ 加熱体収容部
１２ 投入管
２０ シリンダ装置
２１ シリンダブロック
２１１ 第１の接続口
２１２ 第２の接続口
２２ 方向切換え弁（切り替えシリンダ）
２２１ 支持部
２２２ 流入流出制御筒体
２２３ 第１の開口部
２２４ 第２の開口部
２３ 軸受けハウジング
２３１ 取り付けフランジ
２４ ピストンガイド
２４１ 第１の取り付けフランジ
２４２ 第２の取り付けフランジ
２５ ピストン
２５１ 斜面部
２５２ 平面部
３０ 小分け装置
３１ 吐出管
３１１ フランジ
３２ 分岐管
３２１ 流下管
３２２ 水平管
３２３ 仕切り板
３３ ノズル部
４０ モータ
４１ ボールネジ
４２ アーム
５０ 揺動シリンダ装置
５１ 揺動シリンダ部
５２ ピストンロッド部
５３ 支持台部
５４ 揺動軸
６０ 小分け容器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粘性物を所定量ずつ容器に充填するために使用されるシリンダ装置に関しており、特に羊羹を充填する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
食料用の流動物や粘性物を小分けする充填装置として、以下の特許文献が開示されている。
流動状である具入りスープを小分けする充填装置は、流動体収容容器に連通する吸引口と小分けする容器への吐出口からなる定量切換え弁本体と、定量切換え弁本体に回転自在に嵌合された貫通口を有する内筒と、内筒内に摺動自在に嵌合されたピストンから構成されている。
そして、収容部から内筒の貫通口に連通させた状態で、ピストンを後退させることによりシリンダ内に粘性物を充填させる。その後内筒の貫通口を吐出口に連通させて、ピストンを押し出すことにより充填する方法が開示されている。（特許文献１、特許文献２、参照）
また、高粘性物を充填する方法についても、同様に回動自在の切換え弁及び、ピストンを用いた充填装置が開示されている。（特許文献３、特許文献４、参照）
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２２６１００号公報
【特許文献２】特開２００５−２２６６６号公報
【特許文献３】特開昭５４−９４３６０号公報
【特許文献４】特開２０００−２１９２０４号公報
【特許文献５】特開２００１−３２８６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記構成における粘性物の充填装置において、装置起動後、充填量にばらつきが生じてしまい、材料の無駄および廃棄する手間が生じていた。
この点、本願発明者が鋭意研究を重ねた結果、粘性物をシリンダ内に降下する際に、ピストンの先端面が平坦であることにより、降下速度が遅い粘性物は途中でピストンヘッド端面から落下、若しくはピストンとシリンダ内壁との間で粘性物の橋渡が生じていた。そのため、ピストンの先端に粘性物を十分に張り付けられなく、ピストンを後退させてもシリンダ内に規定量の粘性物を充填できないことが原因であることが分かった。
そこで、本発明は、上記知見に基づき、シリンダ装置において、起動直後の充填量のばらつきを解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、粘性物を収容したホッパーに接続するための第１の接続口と、粘性物を容器に充填した小分け装置に接続するための第２の接続口とを有するシリンダブロックと、シリンダブロック内において回動することにより、第１の接続口を介してホッパーからの粘性物の落下流入を許容し、第２の接続口を粘性物の小分け装置への落下排出を禁止させる第１の状態と、第２の接続口を介して粘性物の小分け装置への落下排出を許容し、第１の接続口をホッパーからの粘性物の落下流入を禁止させる第２の状態との間で切り替え可能な切り替えシリンダと、切り替えシリンダに対して進退するピストンとを有し、ピストンの先端部には、第１の接続口に近づく程、切り替えシリンダの下死点端面から離れる斜面部が形成されていることを特徴とするものである。
【０００６】
ノズル部を複数設けた際にも、各ノズル部から規定の充填量を小分けするために、本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載のシリンダ装置と、小分け装置とを含む充填システムであって、小分け装置は、シリンダブロックの第２の接続管から落下排出された粘性物を通す流下管と、流下管の下端に接続されて、水平方向に延びる水平管と、水平管に設けられる一対のノズル部と、一対のノズル部は、流下管の径方向中心を含んで、流下管の管路方向に延びる中心線を挟んで対称に位置し、中心線上に水平管の長手方向と直交する方向に延びる面を備えた仕切り板を含み、流下管を落下する粘性物を仕切り板により等分配し、水平管を介して各ノズル部から排出することを特徴とするものである。
【０００７】
また、時間の経過に伴って、粘性物が冷えて硬化し、ホッパーから切り替えシリンダへ落下流入するのが困難となる。これを防ぐために、本発明の請求項６に記載の発明は、粘性物を収容したホッパーと請求項１から４のいずれかに記載のシリンダ装置とを含む充填システムであって、ホッパーは、ホッパーの内面および外面との間に、ホッパーに収容した粘性物を加熱するための熱交換媒体を収容する加熱体収容部を有することを特徴とした充填システムとするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、初期状態から規定量を充填することができるため、材料の無駄および廃棄する手間を無くすという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の充填システムの１実施例を示す概略図である。
【図２ａ】本発明の方向切換え弁の上面図である。
【図２ｂ】本発明の方向切換え弁の正面図である。
【図３】本発明の小分け装置の概略図である。
【図４ａ】本発明のシリンダ装置の運転開始時の縦断面図である。
【図４ｂ】本発明のシリンダ装置内に粘性物を落下投入する時の縦断面図である。
【図４ｃ】本発明のシリンダ装置の切換え時の縦断面図である。
【図４ｄ】本発明のシリンダ装置内から粘性物を落下排出する時の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００１１】
（本願発明の概要）
図１、図２ａ,図２ｂ及び図３を参照しながら、本発明の実施形態である充填システムの概要を説明する。ここで図１は、充填システム全体の概略図、図２ａは、方向切換え弁（切り替えシリンダ）の上面図、図２ｂは、方向切換え弁の正面図、図３は小分け装置の正面図である。
Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する異なる三軸を示している。
なお、各座標軸の矢印方向を正方向とする。
【００１２】
図１を参照して、本発明の充填装置は、粘性物である羊羹を収容する収容部１０、羊羹を容器に小分けする小分け装置３０、収容部１０から流入した羊羹を小分け装置３０に規定量供給する切換えシリンダ装置２０とを含む。
なお、実施例および変形例においては、粘性物の例として羊羹を用いて説明するが、他の粘性物、例えばバター、みそ、チーズ、ジャム、マヨネーズ、ゼリー、ムース、プリン、ババロア、ブラマンジェなどであっても良い。
【００１３】
図１に示すように収容部１０は、ホッパー１１およびこのホッパー１１をシリンダブロック２１に接続する投入管１２を含む。ホッパー１１は、内径が一定の同径筒状部１１１と、下方に向かって内径が漸減するテーパー筒状部１１２とを含む。そして、このホッパー１１の内面および外面との間に、熱交換媒体を収容した加熱体収容部１１６を有する。また、この加熱体収容部１１６内に熱交換媒体を充填することができるように、導入口１１３を外周の側面上方とし、排出口１１４を外周の下面とする。そして、ホッパー１１の外周の下面には、ＸＹ平面において１２０°の間隔で、ヒータ１１５を３ヶ所設けた構成とする。
ところで、図示例では、ホッパー１１におけるテーパー筒状部１１２を満たす位置まで羊羹が充填されている。ホッパー１１は、図示しない昇降装置により支持されている。ホッパー１１に羊羹を投入する際には、この昇降装置を駆動することにより、ホッパー１１を作業者の作業領域まで下降させる。
【００１４】
切換えシリンダ装置２０は、シリンダブロック２１、これに内接する方向切換え弁２２（切り替えシリンダ）、方向切換え弁２２のＹ軸負方向の一端と密接してシリンダを形成するピストンガイド２４、シリンダ内を摺動運動するピストン２５、そして方向切換え弁２２の他端に密接する軸受けハウジング２３からなる。
【００１５】
シリンダブロック２１は、Ｙ軸方向に延びる貫通孔を有して筒状に形成されており、シリンダブロック２１の周壁部には、ホッパー１１に連結した投入管１２に接続される第１の接続口２１１、吐出管３１に接続される第２の接続口２１２が設けられている。第１の接続口２１１は第２の接続口２１２よりも、径寸法を大きく設定し、かつＹ軸方向においてピストン２５の下死点からより離れた領域に位置している。
【００１６】
方向切換え弁２２は、図２ａ、図２ｂのような支持部２２１と流入流出制御筒体２２２とからなる。
支持部２２１は円柱形状をしており、その外周は図示しないベアリングにより回転可能に支持される。支持部２２１の端部には、回転機構が取り付けられている。この回転機構により方向切換え弁２２をＹ軸方向周りに正逆回転させることができる。
流入流出制御筒体２２２は、支持部２２１に近接する側を閉塞し、支持部２２１から離間した側を開口した有底筒状をした形状としている。
流入流出制御筒体２２２の内径はピストン２５の外径と略等しく、ピストン２５の摺動運動を可能にする。また、流入流出制御筒体２２２の外周面には、シリンダブロック２１の第１の接続口２１１に接続可能な第１の開口部２２３が形成されている。さらに、流入流出制御筒体２２２の外周面には、第１の開口部２２３から周方向に６０°回転させた位置に、第２の開口部２２４を形成している。第２の開口部２２４は、第１の開口部２２３よりも支持部２２１に近接した領域に形成している。第２の開口部２２４は、シリンダブロック２１の第２の接続口２１２に接続可能である。
【００１７】
第１の接続口２１１及び第１の開口部２２３が接続されると、第２の接続口２１２は、シリンダブロック２１の内周面に接することにより閉塞される（以下、流入許容流出禁止状態という）。他方、第２の接続口２１２及び第２の開口部２２４が接続されると、第１の接続口２１１は、シリンダブロック２１の内周面に接することにより閉塞される（以下、流入禁止流出許容状態という）。Ｙ軸方向に延びる支持部２２１の中心を回転軸として、方向切換え弁２２を６０°の正逆範囲で回動させることにより、流入許容流出禁止状態と流入禁止流出許容状態との切り替えを行うことができる。
【００１８】
このように第１の開口部２２３及び第２の開口部２２４を流入流出制御筒体２２２の周方向において異なる位置に形成することにより、切り替える際の方向切替え弁２２の回転角度を小さくすることができる。これにより、迅速な切り替え作業が可能となり、生産効率を向上させることができる。
【００１９】
次に、図３を参照しながら、方向切替え弁２２を駆動する揺動シリンダ装置５０について説明する。図３は、揺動シリンダ装置５０のＹ矢視図である。揺動シリンダ装置５０は、揺動シリンダ部５１及びこの揺動シリンダ部５１に対して進退するピストンロッド部５２を含む。揺動シリンダ部５１は、支持台５３の上端部に設けられた揺動軸５４に軸支されている。ピストンロッド部５２の先端部は、方向切換え弁２２のＹ軸正方向の端面に接続されている。
上述の構成において、ピストンロッド部５２を揺動シリンダ部５１に対して進退させると、揺動シリンダ部５１が揺動軸５４周りに揺動しながら、方向切替え弁２２による切り換え動作を行うことができる。
このような実施例によれば、切り替え時における方向切替え弁２２の回転角度を小さくできるため、揺動シリンダ装置５０をエアーシリンダとした簡易な回転機構を採用することができる。これにより、コストを削減することができる。
【００２０】
図１に示すように軸受けハウジング２３は、筒状に形成されており、そのＹ軸正方向の端部には、ＹＺ平面を含む平面方向に延びる取り付けフランジ２３１が形成されている。軸受けハウジング２３の内面には、ベアリングが固定されている。このベアリングに対して、方向切替え弁２２の支持部２２１が回転可能に支持されている。取り付けフランジ２３１は、シリンダブロック２１のＹ軸正方向の端面に固定されている。固定手段には、ネジなどの締結部材を用いることができる。
【００２１】
図１に示すように、ピストンガイド２４は筒状に形成されており、そのＹ軸正方向の端部には、ＸＺ平面を含む平面方向に延びる第１取り付けフランジ２４１及び第２取り付けフランジ２４２が形成されている。第１取り付けフランジ２４１は、第２取り付けフランジ２４２よりも外径寸法が大きく設定されており、かつ、第２取り付けフランジ２４２よりも方向切換え弁２２に対してより離間した位置に形成されている。
第１取り付けフランジ２４１は、シリンダブロック２１のＹ軸負方向の端面に固定されている。固定手段には、ネジなどの締結部材を用いることができる。第２取り付けフランジ２４２は、方向切換え弁２２のＹ軸負方向の端面に接している。
ピストンガイド２４及び方向切換え弁２２の流入流出制御筒体２２２は、互いに内径寸法が等しく設定されており、ＸＺ平面における位置が同じである。したがって、ピストンガイド２４及び流入流出制御筒体２２２により、内径が一定のＹ軸方向に延びる連続管路が形成され、この連続管路内において、後述のピストン２５が進退する。
【００２２】
次に、ピストン２５について詳細に説明する。ピストン２５は円柱形状であり、ピストンガイド２４及び流入流出制御筒体２２２により形成される連続管路内をＹ軸方向に進退する。ピストン２５の先端部には、第１の開口部２２３に近づく程、方向切換え弁２２の下死点端面から離れる斜面部２５１が形成されている。
なお、下死点端面とは、筒状の流入流出制御筒体２２２のＹ軸正方向の内側端面を意味する。
【００２３】
ここで、ピストン２５の斜面部２５１の傾斜角は、Ｚ軸に対して１５°〜２５°に設定するのが好ましい。傾斜角の範囲を上記のように設定することにより、ホッパー１１から落下してくる羊羹をピストン２５の斜面部２５１に張り付きやすくする。また、斜面部２５１の傾斜角度を大きく設定しないことにより、ピストン２５の押出力を逃げにくくする。
【００２４】
また、ピストン２５の先端部には、斜面部２５１に連続する平面部２５２が形成されている。この平面部２５２はＺ軸方向に延びる。ここで、ピストン２５の先端部を全て斜面部２５１で形成すると、斜面部２５１の下端部がエッジ形状となり、ピストン２５を進退させた際に、ピストンガイド２４と流入流出制御筒体２２２が接触して、粉が生じてしまう。このためエッジ形状が形成されないように、一部に平面部２５２を形成することにより、上記問題を解消することができる。
【００２５】
次に、ピストン２５を駆動する駆動手段について説明する。駆動手段は、モータ４０、ボールネジ４１、アーム４２とを含む。モータ４０が駆動されると、ボールネジ４１を回転させて、このボールネジ４１の回転動作に応じて、アーム４２がＹ軸方向に進退する。
このモータ４０には、サーボモータを用いることができる。このサーボモータを用いることにより、ピストン２５のストローク量を簡単に変更することができる。これより充填量を変更する際に大幅な装置変更する手間を省けるため、カム機構で制御された充填装置の欠点を解消することができる。
【００２６】
次に、ピストン２５により第２の接続口２１２から押し出された羊羹を小分けするための小分け装置３０について説明する。
図３を参照して、小分け装置３０は、シリンダブロック２１の第２の接続口２１２に嵌合する吐出管３１と、この吐出管３１の下部にフランジ３１１を介して連結される分岐管３２と、分岐管３２の先端に取り付けられる一対のノズル部３３を含む。
【００２７】
吐出管３１は、薄肉円筒構造をしており、外径を分岐管３２の流下管３２１の外径と略同じとし、Ｚ軸方向において吐出管３１の下端部と流下管３２１の上端部をフランジ３１１により結合させている。また、内径は、シリンダブロック２１の第２の接続口２１２の内径と略同じにすることで、粘性物の落下排出を円滑に行うことができる。
【００２８】
図３に示すように、分岐管３２は、流下管３２１、水平管３２２、そして仕切り板３２３から構成される。
流下管３２１は、長手方向（図の上下方向）と直交する断面が円形であり、上下方向に延びる管路を形成している。水平管３２２は、長手方向（図の左右方向）と直交する内径断面および外径断面を矩形とし、左右方向に延びる管路を形成している。これらの断面は、上記に限定されるものではなく、他の形状とすることもできる。
【００２９】
流下管３２１は、その一端がフランジ３１１を介して吐出管３１に連結されており、その他端が水平管３２２の長手方向の中心位置に一体的に接続されている。
水平管３２２の両端は開口しており、これらの開口部は、栓で塞がれている。
また、仕切り板３２３は、流下管３２１の中心（断面の中心）を通ってＺ軸方向に延びる延長線上に位置しており、水平管３２２の長手方向と直交する面を有している。
さらに、この仕切り板３２３を中心とした左右対称の位置に、一対のノズル部３３を設ける。
【００３０】
このノズル部３３は、薄肉円筒構造であり、水平管３２２のＺ軸方向下面に接続されている。さらに、ノズル部３３の接続口は、水平管３２２の内底面よりも高い位置に形成されている。
この構造により水平管３２２の内底面に溜まる羊羹が、ノズル部３３の接続口からノズル部３３内に流入するのを抑制できる。
【００３１】
次に上記のように構成された本発明の充填システムの使用方法について説明する。
ここで、初期状態においては、ホッパー１１の導入口から熱交換媒体を導入することで、ホッパー１１の内面と外面との間に形成された加熱体収容部１１６を熱交換媒体で満たした状態とする。
また、方向切換え弁２２は、第２の接続口２１２及び第２の開口部２２４を接続した流入禁止流出許容状態（第２の状態）に設定されているものとする。また、ピストン２５の斜面部２５１は、シリンダブロック２１の第１の接続口２１１の直下に待機させるものとする。
【００３２】
まず、ホッパー１１に粘性状の羊羹を装填する。ホッパー１１に充填された羊羹は、投入管１２を介して重力落下し、方向切換え弁２２の外面に当接することで、シリンダブロック２１の第１の接続口２１１の近傍に停滞する。
次に、方向切換え弁２２を回動することにより、流入禁止流出許容状態（第２の状態）から流入許容流出禁止状態（第１の状態）に切り換える。これにより、第１の開口部２２３と第１の接続口２１１が接続され、流入流出制御筒体２２２の内部に羊羹を落下流入させる。流入流出制御筒体２２２の内部に流入した羊羹は、重力落下してピストン２５の斜面部２５１に付着する（図４ａ）。
その後、流入許容流出禁止状態において、ピストン２５を後退させて粘性物を流入流出制御筒体２２２とピストンガイド２４（以下、これらの部材を結合したものをシリンダという）内に充填させる。規定の充填量をシリンダ内に充填した後、ピストン２５を待機させる。（図４ｂ）
この充填動作後、方向切換え弁２２を回動することにより、方向切換え弁２２の第２の開口部２２４とシリンダブロック２１の第２の接続口２１２を連通させ、流入許容流出禁止状態から流入禁止流出許容状態に切換える。（図４ｃ）
次に、ピストン２５を下死点まで前進させて粘性状の羊羹を押し込むことにより、第２の接続口２１２に嵌合した吐出管３１からシリンダ内の粘性物を落下排出させる。（図４ｄ）
羊羹を落下排出した後は、方向切換え弁２２を回動することにより、再びシリンダブロック２１の第１の接続口２１１と方向切換え弁２２の第１の開口部２２３を連通させ、流入禁止流出許容状態から流入許容流出禁止状態に切換える。これにより、一つの小分け容器６０に対する充填作業が完了する。
【００３３】
ここで、流入禁止流出許容状態において、下死点に位置するピストン２５を後退させることにより、流入流出制御筒体２２２の内部が負圧状態になり、吸引力を発生させることができる。これにより、小分け装置３０の内部に溜まった羊羹をシリンダ内に吸引することができる。したがって、水平管３２２の内底面に溜まった羊羹が回収され、ノズル部３３から小分け容器６０に羊羹が液だれするのを防止できる。これにより、小分け容器６０に充填される羊羹の液量が変動するのを抑制できる。
さらに、流入流出制御筒体２２２内に羊羹を引き込むことで、吐出管３１内の羊羹をなくすことができる。これにより、方向切換え弁２２の回動を円滑に行うことができる。
また、下死点に位置するピストン２５を後退させて、ピストン２５の平面部２５２を下死点端面から離間させることで、ホッパー１１から落下流入した羊羹を斜面部２５１のみならず平面部２５２まで付着することができる。
【００３４】
また、ホッパー１１の内面と外面との間で形成された加熱体収容部１１６に、熱交換媒体を導入することで、ホッパー１１に充填した羊羹を加熱して、ホッパー１１から流入流出制御筒体２２２への落下排出を最後まで行うことができる。
羊羹は、ホッパー１１に充填直後は、高温であるため粘度が低く、ホッパー１１から流入流出制御筒体２２２へ落下流入することができる。しかし、時間が経過するにつれて、羊羹が冷えて硬化していき、粘度が高くなってしまう。そうすると、ホッパー１１の内面、若しくは、投入管１２に羊羹が張り付いてしまうため、流入流出制御筒体２２２への落下流入が困難となり、ホッパー１１に充填した羊羹を全て小分け容器６０に充填することができない。
そこで、このように充填された羊羹を硬化しないようにするために、ホッパー１１の内面と外面との間に形成された加熱体収容部１１６に、熱交換媒体を導入することにより、ホッパー１１内の羊羹を加熱して、羊羹の温度を高温の状態に保つことができる。これにより、ホッパー１１内の羊羹を最後まで小分け容器６０に小分けすることができる。
また、加熱体収容部１１６に導入した熱交換媒体と羊羹との間で熱交換されるにつれて、熱交換媒体が冷却されてしまう。そうすると、長時間に渡り充填装置を稼働させると、加熱体収容部１１６に収容した熱交換媒体が冷えて、ホッパー１１内の羊羹を加熱することができなくなる。そこで、ホッパー１１に設けたヒータ１１５により熱交換媒体を再度温めることにより、この問題を解消して、長時間に渡る充填動作を行うことができる。
なお熱交換媒体としては、例えば水を用いることができる。
【００３５】
図４ｄに示すような流入禁止流出許容状態からピストン２５により排出された羊羹は、吐出管３１を通り分岐管３２の流下管３２１に落下排出される。落下排出された羊羹は、水平管内３２２に設けられた仕切り板３２３に当たり、仕切り板３２３を挟んだ左右両側に均等に分配されて、水平管３２２に流入する。水平管３２２に分配流入した羊羹はそれぞれ、左右のノズル部３３から排出され、ノズル部３３下方に設けられた小分け容器６０に充填される。このように、本実施例によれば、仕切り板３２３を設けることにより、左右両側のノズル部３３に均等に羊羹を分配することができる。つまり、仮に仕切り板３２３を省略した場合には、流れやすい側のノズル部３３に羊羹が偏在されることになるが、本実施例によれば、このような問題を解消することができる。
【００３６】
ところで、ホッパー１１の粘性物である羊羹をシリンダ内に充填する場合、羊羹は粘度が高いため、管路面（例えば筒状の管路１２）に張り付いてしまう。このため降下速度が極めて遅くなり、シリンダ内に落下流入されにくくなる。これは、ピストン２５を引いて発生する負圧を利用しても同じことで、この羊羹の粘度が障害となり、装置の起動直後から規定量をシリンダ内に充填することができない。
【００３７】
この点、本願発明は、この障害となった羊羹の粘度を逆に利用して、シリンダ内に羊羹を充填することで、起動直後から規定の充填量をシリンダ内に充填できるようにしている。
具体的にこの粘度を利用するために本願発明は、(a)ピストン２５の先端部（斜面部２５１と平面部２５２）を第１の開口部２２３に近づく程シリンダの下死点端面から離れる斜面部２５１とすること、(b)ピストン２５の斜面部２５１における上部にホッパー１１からの羊羹を落下させること、としている。
このような構成とすることにより、ホッパー１１からの羊羹を落下させてピストン２５の先端部（斜面部２５１と平面部２５２）にしっかりと張り付けた後に、ピストン２５を引くことで、先端部に張り付いた羊羹の粘度により繋がっている羊羹も引き込んで、起動直後から規定の充填量をシリンダ内に速やかに充填できる。
これにより起動時の試運転により生じていた無駄な材料をなくすことでき、材料費を削減することができる。
【００３８】
この点、特許文献３，４のような構成では、方向切換え弁を回動させる際に、ピストンを方向切換え弁の外側に待機させなければならないため、方向切換え弁の流入口下方にピストンの先端部を位置させることができない。このため羊羹をシリンダ内に落下流入させても、ピストンの先端部には羊羹を張り付けることができない。したがって、羊羹の粘度を利用した充填はできないため本願発明と同じ効果を得られない。
また、特許文献１においても、方向切換え弁の下側にピストンの先端部を位置させることはできるが、ピストンの先端部が平坦であるため、シリンダ内に落下流入した羊羹をピストンの先端部に張り付けることができなく、羊羹の粘度を利用した充填を行えない。
さらに特許文献２においても、ピストンの先端に傾斜部を設けているものの、シリンダの投入口（第１の接続口）に近づく程、シリンダの下死点端面から近づく斜面部であるため、同様に落下流入する羊羹をピストンの先端部に張り付けることができなく、本願発明のような効果を得ることはできない。
【００３９】
このような羊羹（粘性物）特有の性質を加味して、本願発明の実施例では、前述の２つの特徴（a）(b)を有することにより、ピストン２５の先端部２５１に羊羹を十分に張り付けることができる。これにより羊羹の特徴を利用して、起動直後から規定の充填量をシリンダ内に充填することで、ノズル部３３から規定量を小分け容器６０に充填できる。
【００４０】
（変形例１）
本発明の実施例では、ピストン２５の先端部における初期位置を方向切換え弁２２の第１の接続口２１２の下方に位置させたが、本発明はこれに限られるものではなく、第１の接続口２１２の下方から水平方向にシフトした位置に設定することもできる。この場合は、例えばガイド部材により第１の接続口２１２から落下投入する羊羹をピストン２５の先端部に当てるものとする。
この構成により、ピストン２５の待機位置を任意の位置に設定することができる。
【００４１】
（変形例２）
本発明の実施例では、シリンダブロック２１の第１の接続口２１１と第２の接続口２１２を連通するために、方向切換え弁２２のＹ軸周方向において、それぞれ対応した第１の開口部２２３と第２の開口部２２４を設けることとしたが、第１の開口部２２３のみとしても良い。
この際、第１の開口部２２３が、シリンダブロック２１上方の第１の接続口２１１と下方の第２の接続口２１２の両方に連通させることができるように、方向切換え弁２２の移動量を大きくする必要がある。このため実施例の揺動シリンダ装置５０として、エアーシリンダを例示したが、その代わりにＡＣモータやステッピングモータ等を用いても良い。
【００４２】
（変形例３）
本発明の実施例では、方向切換え弁２２とピストンガイド２４によりシリンダを構成したが、１つの部品でシリンダを構成しても良い。これにより、部品点数の削減を図ることができる。
【００４３】
（変形例４）
本発明の実施例では、ノズル部３３を２つ設ける構成にしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば４つ以上の偶数に設定することもできる。
４つのノズル部３３とした場合は、分岐管３２における水平管３２２を次のような形状に変更する必要がある。水平管３２２を左右方向に延びる管路および前後方向に延びる管路を形成し、それぞれの中央点において交わらせる。そして、各左右/前後の管路の長手方向（図の左右方向）と直交する外径断面および内径断面を矩形とする。ただし、断面形状は、矩形に限定されるものではなく、他の形状とすることもできる。
さらに、仕切り板３２３は、流下管３２１の中心（断面の中心）を通ってＺ軸に延びる延長線上に位置させて、それぞれ左右/前後の水平管３２２の長手方向に直行した面を形成して、それらをお互いに略直角に交わった面とする。
このような仕切り板３２３により、複数のノズル部３３を設けた場合でも均等に各ノズル部３３に羊羹を排出することができる。したがって、一回のピストン２５の充填動作により、充填して生成できる小分け容器６０の数を増やすことで、生産性を向上させることができる。
【００４４】
本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 収容部
１１ ホッパー
１１１ 同径筒状部
１１２ テーパー筒状部
１１３ 導入口
１１４ 排出口
１１５ ヒータ
１１６ 加熱体収容部
１２ 投入管
２０ シリンダ装置
２１ シリンダブロック
２１１ 第１の接続口
２１２ 第２の接続口
２２ 方向切換え弁（切り替えシリンダ）
２２１ 支持部
２２２ 流入流出制御筒体
２２３ 第１の開口部
２２４ 第２の開口部
２３ 軸受けハウジング
２３１ 取り付けフランジ
２４ ピストンガイド
２４１ 第１の取り付けフランジ
２４２ 第２の取り付けフランジ
２５ ピストン
２５１ 斜面部
２５２ 平面部
３０ 小分け装置
３１ 吐出管
３１１ フランジ
３２ 分岐管
３２１ 流下管
３２２ 水平管
３２３ 仕切り板
３３ ノズル部
４０ モータ
４１ ボールネジ
４２ アーム
５０ 揺動シリンダ装置
５１ 揺動シリンダ部
５２ ピストンロッド部
５３ 支持台部
５４ 揺動軸
６０ 小分け容器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘性物を収容したホッパーに接続するための第１の接続口と、前記粘性物を容器に充填する小分け装置に接続するための第２の接続口とを有するシリンダブロックと、
前記シリンダブロック内において回動することにより、前記第１の接続口を介して前記ホッパーからの前記粘性物の落下流入を許容し、前記第２の接続口から前記小分け装置への前記粘性物の落下排出を禁止する第１の状態と、前記第２の接続口を介して前記粘性物の前記小分け装置への落下排出を許容し、前記ホッパーから前記第１の接続口への前記粘性物の落下流入を禁止する第２の状態との間で切り替え可能な切り替えシリンダと、
前記切り替えシリンダに対して進退するピストンとを有し、
前記ピストンの先端部には、前記第１の接続口に近づく程、前記切り替えシリンダの下死点端面から離れる斜面部が形成されていることを特徴とするシリンダ装置。
【請求項２】
前記第１の状態において、前記第１の接続口を介して、前記切り替えシリンダの内部に落下流入する前記粘性物の落下位置に前記斜面部が位置することを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
【請求項３】
前記第１の状態において、前記ピストンの先端部が、前記切り替えシリンダの下死点端面から離間していることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダ装置。
【請求項４】
前記第１の状態において前記第１の接続口に連通し、前記切り替えシリンダの外周上に形成された前記第１の開口部と、前記第２の状態において前記第２の接続口に連通し、前記切り替えシリンダの外周上に形成された前記第２の開口部とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のシリンダ装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のシリンダ装置と、前記小分け装置とを含む充填システムであって、
前記小分け装置は、前記シリンダブロックの前記第２の接続管から落下排出された前記粘性物を通す流下管と、
前記流下管の下端に接続されて、水平方向に延びる水平管と、
前記水平管に設けられる一対のノズル部と、
前記一対のノズル部は、前記流下管の径方向中心を含んで、前記流下管の管路方向に延びる中心線を挟んで対称に位置し、前記中心線上に前記水平管の長手方向と直交する方向に延びる面を備えた仕切り板を含み、
前記流下管において、落下する前記粘性物を前記仕切り板により等分配し、前記水平管を介して各前記ノズル部から排出することを特徴とする充填システム。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載のシリンダ装置と、前記粘性物を収容した前記ホッパーとを含む充填システムであって、
前記ホッパーは、前記ホッパーの内面および外面との間に、前記ホッパーに収容した前記粘性物を加熱するための熱交換媒体を収容する加熱体収容部を有することを特徴とした充填システム。
【請求項７】
前記ホッパーは、前記加熱体収容部内の前記熱交換媒体を加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項６に記載の充填システム。
【請求項１】
粘性物を収容したホッパーに接続するための第１の接続口と、前記粘性物を容器に充填する小分け装置に接続するための第２の接続口とを有するシリンダブロックと、
前記シリンダブロック内において回動することにより、前記第１の接続口を介して前記ホッパーからの前記粘性物の落下流入を許容し、前記第２の接続口から前記小分け装置への前記粘性物の落下排出を禁止する第１の状態と、前記第２の接続口を介して前記粘性物の前記小分け装置への落下排出を許容し、前記ホッパーから前記第１の接続口への前記粘性物の落下流入を禁止する第２の状態との間で切り替え可能な切り替えシリンダと、
前記切り替えシリンダに対して進退するピストンとを有し、
前記ピストンの先端部には、前記第１の接続口に近づく程、前記切り替えシリンダの下死点端面から離れる斜面部が形成されていることを特徴とするシリンダ装置。
【請求項２】
前記第１の状態において、前記第１の接続口を介して、前記切り替えシリンダの内部に落下流入する前記粘性物の落下位置に前記斜面部が位置することを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
【請求項３】
前記第１の状態において、前記ピストンの先端部が、前記切り替えシリンダの下死点端面から離間していることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダ装置。
【請求項４】
前記第１の状態において前記第１の接続口に連通し、前記切り替えシリンダの外周上に形成された前記第１の開口部と、前記第２の状態において前記第２の接続口に連通し、前記切り替えシリンダの外周上に形成された前記第２の開口部とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のシリンダ装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のシリンダ装置と、前記小分け装置とを含む充填システムであって、
前記小分け装置は、前記シリンダブロックの前記第２の接続管から落下排出された前記粘性物を通す流下管と、
前記流下管の下端に接続されて、水平方向に延びる水平管と、
前記水平管に設けられる一対のノズル部と、
前記一対のノズル部は、前記流下管の径方向中心を含んで、前記流下管の管路方向に延びる中心線を挟んで対称に位置し、前記中心線上に前記水平管の長手方向と直交する方向に延びる面を備えた仕切り板を含み、
前記流下管において、落下する前記粘性物を前記仕切り板により等分配し、前記水平管を介して各前記ノズル部から排出することを特徴とする充填システム。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載のシリンダ装置と、前記粘性物を収容した前記ホッパーとを含む充填システムであって、
前記ホッパーは、前記ホッパーの内面および外面との間に、前記ホッパーに収容した前記粘性物を加熱するための熱交換媒体を収容する加熱体収容部を有することを特徴とした充填システム。
【請求項７】
前記ホッパーは、前記加熱体収容部内の前記熱交換媒体を加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項６に記載の充填システム。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図４ｄ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図４ｄ】
【公開番号】特開２０１１−４６４３２（Ｐ２０１１−４６４３２Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９８３９６（Ｐ２００９−１９８３９６）
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（５０５２０１８５８）株式会社アンゼン・パックス (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（５０５２０１８５８）株式会社アンゼン・パックス (1)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]