JP2015140186A - 充填物用充填機のカットノズル - Google Patents

Abstract

【課題】ブロアエアを使用しない簡単な構造で、液状ないしゾル状のいかなる充填物であっても完全に切断して糸引き状態を起こすことなく、かつ突出量の増加に対応できる充填物用充填機のカットノズルを提供する。
【解決手段】カットノズル１は、先端部１０ａに円形のノズル孔１１を有する管状のノズル本体１０と、先端部２１ａにノズル孔１１を塞ぐカットヘッド２１を有し、ノズル本体１０内に往復移動自在に挿入されるカットヘッド支持軸２０と、カットヘッド支持軸２０の軸方向の上部と下部の２箇所において、カットヘッド支持軸２０から外方に突出し、ノズル本１０体の内側に３点以上接触して摺接するとともに、ノズル本体１０内の充填液の流れを整流する芯出し部材３０と、を備える。芯出し部材３０は、半径方向外方に向かって放射状に延びる板状のガイド羽根３１を備え、軸方向断面視で、上流側と下流側とが薄い先細り形状の流線型に形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、化粧品、医薬品、食品等の液状ないしゾル状の糸引き現象が起きる切れの悪い高粘性の充填物を容器等に充填する充填物用充填機のカットノズルに関する。

ポリウレタンやラミネート等のチューブあるいはジャー容器に、歯ミガキ，化粧品，医薬品，食品等の液状ないしゾル状の高粘性の充填物を充填する場合、充填ノズルの先端（突出口）から、当該充填物が垂れ下がるいわゆる液垂れや糸引き現象が起きる。
従来、粘性、曳糸性を有する液状、半固形状の化粧品類、医薬品類、食品類、更に接着剤類等の内容物を容器類に充填する充填ノズルは、充填終わりにおいてノズル口よりブロアエア（圧縮空気）を噴射して曳糸を防止していたのが一般的であった。しかし、ノズル口より噴射するブロアエアにより一部の内容物が飛散し、容器類の口部及びその周辺に付着し、汚損する欠点がある。さらには、充填物内に細かな空気を巻き込んでいる製品の場合には、ノズルを塞いだ時やエアブロア時に細かいエアが障害となって充填物が完全に切れずに糸引き状態となる等、生産に支障が生じていた。

特許文献１には、粘性物の供給パイプの先端に、中心から外周に向け放射状に所要数の切線を設けた弾性弁板を備える液垂れ防止機能を有するノズルが記載されている。また、特許文献２には、充填ノズルの先端部に、複数のノズル孔を設けると共に該ノズル孔を覆ってメッシュ体を配設した液体充填装置が記載されている。

特許文献１，２記載のノズルは、弾性弁板又はメッシュ体を、取付金具で取付けるかあるいは粘性物の種類に応じて弾性弁板又はメッシュ体を付け替える必要があり、手間がかかるという欠点がある。しかも、この弾性弁板又はメッシュ体を取り付けたとしても高粘性の充填物の場合、液垂れや糸引き現象が完全に防止できるものではない。

そこで本出願人は、ブロアエアを使用しない簡単な構造で、液状ないしゾル状のいかなる充填物であっても完全に切断して糸引き状態を起こさない充填機のカットノズルを提供した（特許文献３参照）。

一方、特許文献４には、中空のノズルと、該ノズル内に往復移動自在に挿入されるバルブ本体と、該ノズル又はバルブ本体と非接触状態に設けた放射状の整流羽根からなる整流部と、ノズルの弁孔とバルブ本体の弁体との芯出しを行う調芯部と、を備える充填バルブが記載されている。この整流部は、ノズル内に横方向から供給される充填物の流れを整流するものである。特許文献４記載の充填バルブは、着脱自在な調芯部を備えることを特徴としている。

特開平７−１２４５００号公報 特開平９−４００８９号公報 特許第３５９３６６６号公報 特開２０１０−２４７８７９号公報

特許文献３記載のカットノズルによって、液状ないしゾル状のいかなる充填物であっても完全に切断して糸引き状態を起こさない充填機のカットノズルを実現することができた。ところで、生産性の観点からは、特許文献３記載のカットノズルにおいて、充填物の突出量（突出速度）のさらなる向上が望まれる。また、特許文献４記載の整流部を備える充填バルブでは、糸引き状態を起こさない構造及び充填物の突出量については、記載されていない。

本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、ブロアエアを使用しない簡単な構造で、液状ないしゾル状のいかなる充填物であっても完全に切断して糸引き状態を起こすことなく、かつ突出量の増加に対応できる充填物用充填機のカットノズルを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の充填物用充填機のカットノズルは、先端部に円形のノズル孔を有する管状のノズル本体と、先端部に前記ノズル孔を塞ぐカットヘッドを有し、ノズル本体内に往復移動自在に挿入されるカットヘッド支持軸と、前記カットヘッド支持軸の軸方向の１又は複数箇所において、当該カットヘッド支持軸から外方に突出し、前記ノズル本体の内側に３点以上接触して摺接するとともに、ノズル本体内の液状の充填物の流れを整流する芯出し部材と、を備え、前記芯出し部材は、半径方向外方に向かって放射状に延びる少なくとも３以上の板状のガイド羽根を備え、前記ガイド羽根は、軸方向断面視で、流線型、又は上流側と下流側とが薄い先細り形状に形成され、前記ノズル本体の先端部内径にノズル内側テーパ面を設けるとともに、前記カットヘッドの先端部外径に前記ノズル内側テーパ面と面接触するカットヘッド外側テーパ面を設け、カット時には、前記ノズル内側テーパ面と前記カットヘッド外側テーパ面とを面接触で密着させて充填物を切断することを特徴とする。

本発明によれば、ブロアエアを使用しない簡単な構造で、液状ないしゾル状のいかなる充填物であっても完全に切断して糸引き状態を起こすことなく、かつ突出量の増加に対応できる充填物用充填機のカットノズルを提供することができる。

本発明の実施形態に係るカットノズルのノズルを閉じた状態の縦断面図である。 本発明の実施形態に係るカットノズルの上記カットノズルのノズルを開いた状態の縦断面図である。 本発明の実施形態に係るカットノズルのノズルの先端のやや斜め方向から見た分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るカットノズルの後端のやや斜め方向から見た分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るカットノズルの要部縦断面図である。 本発明の実施形態に係るカットノズルのカットヘッド支持軸の平面図である。 本発明の実施形態に係るカットノズルのカットヘッド支持軸に取り付けられた芯出し部材の平面図である。 図６のＡ−Ａ矢視断面図である。 本発明の実施形態に係るカットノズルの充填内容物（充填液）の流れを説明する説明図である。 本発明の実施形態に係るカットノズルによりカットされ、チューブに堆積した充填内容物を示す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施形態）
本発明の一実施形態について、図１乃至図１０を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。

図１〜図６に示すように、カットノズル１は、先端部１０ａに円形のノズル孔１１を有する管状のノズル本体１０と、先端部２１ａにノズル孔１１を塞ぐカットヘッド２１を有し、ノズル本体１０内に往復移動自在に挿入されるカットヘッド支持軸２０と、カットヘッド支持軸２０の軸方向の１又は複数箇所において、カットヘッド支持軸２０から外方に突出し、ノズル本１０体の内側に３点以上接触して摺接するとともに、ノズル本体１０内の液状の充填物（以下、充填液という）の流れを整流する芯出し部材３０と、を備える。

カットノズル１は、ノズル本体１０の先端部１０ａ内径にノズル内側テーパ面１２を設けるとともに、カットヘッド２１の先端部２１ａ外径にノズル内側テーパ面１２に面接触するカットヘッド外側テーパ面２２を設け、カット時には、ノズル内側テーパ面１２とカットヘッド外側テーパ面２２とを面接触で密着させて面により充填液を切断する。

図１、図２に示すように、カットノズル１の後端部には、充填液の導入部である供給管２を備えてノズル本体１０の後端部が連結され、かつカットヘッド支持軸２０が図示しないカットヘッド駆動装置側の連結軸３に連結される連結部本体４が配置される。

[ノズル本体]
ノズル本体１０は、ステンレス等の金属製からなる厚肉円筒状部材であり、先端に向けて徐々に縮径して突出するように形成された先端部１０ａを有する。先端部１０ａの先端には、円形の充填物供給用のノズル孔１１が穿設されている。ノズル本体１０の先端部１０ａ内径には、例えば４５度勾配のノズル内側テーパ面１２が、円形のノズル孔１１の周囲を取り囲んで内周面にわたり形成されている。ノズル内側テーパ面１２の先端部１２ａは、エッジ部となっており、円形のノズル孔１１を形成している。

一方、ノズル本体１０の後端部は、充填物導入用の取込口及び供給管２への連結部となる大口径部１０ｂと、連結部本体４を所定深さで係合させるフランジ部１０ｃと、大口径部１０ｂの開口部内周面に形成され充填液を下方（充填物供給側）に導くように縮径された縮径部１０ｄと、縮径部１０ｄのさらに下方（充填物供給側）の内周面に形成されカットヘッド支持軸２０の外径寸法に対応する径まで縮径された縮径部１０ｅと、を有している。
大口径部１０ｂの内側は、充填物導入用の取込口であり、その大口径部１０ｂの内周面は縮径部１０ｄ，１０ｅで徐々に縮径されて穴径が一定の内周面１０ｆに連通する。

上記したように、ノズル本体１０の先端部１０ａ内周面にはノズル内側テーパ面１２が形成されており、内周面１０ｆは、ノズル内側テーパ面１２に連通している。ノズル本体１０の内周面（縮径部１０ｄ，１０ｅ，内周面１０ｆ）とカットヘッド支持軸２０の外周面との間は、充填液を流通させる充填液通路１５を形成している。

ノズル本体１０の内径形状は、径方向の流通断面が上流側と下流側とでほぼ均一となるようにカットヘッド支持軸２０の外径形状に対応した断面円形形状に形成されている。これにより、ノズル本体１０の大口径部１０ｂに導入された充填液は、カットヘッド支持軸２０のカットヘッド２１に至るまで均一な流速で流れる。

[カットヘッド支持軸]
図１〜図６に示すように、カットヘッド支持軸２０は、ＳＵＳ−３１６ステンレス等の金属材料からなる棒状部材であり、先端側にカットヘッド２１が形成され、後端側にジョイント部２４が形成されている。また、カットヘッド支持軸２０の軸２０ａの上部と下部の二箇所には、芯出し部材３０が固定されている。本実施形態では、芯出し部材３０は、カットヘッド支持軸２０の軸２０ａから削り出し加工されている。芯出し部材３０は、軸２０ａとは別部品により構成して軸２０ａに固定する態様でもよい。

<軸>
カットヘッド支持軸２０の長さ（全長）は、ノズル本体１０の長さ（全長）に略等しい。カットヘッド支持軸２０の軸２０ａの円形外径寸法は、ノズル本体１０の内周面１０ｆの円形内径寸法に対応し、ジョイント部２４の外径寸法は、ノズル本体１０の大口径部１０ｂの内径寸法と対応している。ここで、図１に示すように、ノズルを閉じた状態（カットヘッド２１が最大限下降した状態）で、カットヘッド支持軸２０の軸２０ａの外周面とノズル本体１０の内周面と間の径方向の間隙は、カットヘッド支持軸２０の全長にわたって略等しくなるように形成されているので、充填液通路１５を流れる充填液の流速はカットヘッド支持軸２０の軸方向の上部と下部で均一となる。

<カットヘッド及びテーパ面>
カットヘッド２１は、カットヘッド支持軸２０の先端部２０ａに設けられ、カットヘッド支持軸２０の往復移動によってノズル本体１０の先端部１０ａに開孔されたノズル孔１１を開閉する。
カットヘッド２１は、先端外径の角部（エッジ部）に、ノズル本体１０のノズル内側テーパ面１２に面接触するように、例えば４５度勾配のカットヘッド外側テーパ面２２が外周部にわたり形成されている。

本実施形態では、カットヘッド２１（鉄系の母材であるＳＵＳ−３１６）の先端（カットヘッド外側テーパ面２２）に、ステライト（登録商標）を溶着している。ステライト溶着により、耐熱・耐食・耐摩耗性を向上させている。特に、カットヘッド外側テーパ面２２にステライトを溶着することで、錆びることなく耐摩耗性を有し、刃具と同様の切れ味を持たせている。

カットヘッド２１は、カット時、カットヘッド外側テーパ面２２とノズル本体１０のノズル内側テーパ面１２とを面接触させて、充填物（充填液）を切断するとともに、ノズル孔１１を閉鎖する。

ノズル本体１０のノズル内側テーパ面１２とカットヘッド２１のカットヘッド外側テーパ面２２の勾配は、カット時に、両テーパ面１２，２２同士が面接触して密着するものであればどのような勾配でもよい。両テーパ面１２，２２同士の勾配は、充填物の粘度やチューブ，ジャー容器等の口径に応じて、設定する。また、カットされる充填物の種類によって、両テーパ面１２，２２同士の角度を例えば３０度乃至６０度に適宜設定する。

カットヘッド支持軸２０のカットヘッド外側テーパ面２２の先端部２２ａは、円形形状のエッジ部であり、ノズル本体１０のノズル孔１１の円形開口部のエッジ部（すなわち、ノズル内側テーパ面１２の先端部１２ａ）と間隙なく密着される。ノズルを閉じた状態では、カットヘッド支持軸２０のテーパ面２２の先端部とノズル本体１０のノズル孔１１のエッジ部とが端部にて面一で揃う。この面接触の面積は、実用性と耐久性を考えて所定の幅（面積）に設定する。

カットヘッド２１の先端部、すなわちカットヘッド外側テーパ面２２の先端部２２ａには、カットヘッド２１内に大きく窪むようにして球面底部のテーパ形窪み部２３が形成されている。カットヘッド２１の先端部の先端面に平坦面が多いと、充填物（充填液）を切断した状態のカットヘッド下降時に充填物が付着残留することになる。テーパ形窪み部２３は、テーパ形状に刳り抜かれた窪みにより、カットヘッド２１の先端面に付着しがちな充填物の付着を防止する。

このように、カットノズル１は、カットヘッド支持軸２０が下降してカットヘッド２１のカットヘッド外側テーパ面２２がノズル内側テーパ面１２に面接触で密着することにより、充填液を両テーパ面１２，２２で挟み込むように切断する。

<ジョイント部>
カットヘッド支持軸２０は、後端部にカットヘッド支持軸２０を図示しないカットヘッド駆動装置側の連結軸３に連結するためのジョイント部２４を備える。なお、上記カットヘッド駆動装置は、例えばエアシリンダである。

ジョイント部２４は、カットヘッド支持軸２０の後端部に設けられた凹部２４ａと、連結軸３の下部に設けられ、先端が球面状にされて凹部２４ａに遊嵌する球面状の凸部３ａと、からなる。また、カットヘッド支持軸２０の後端面には、連結軸３の凸部３ａを軸方向に直交する方向からスライドさせて凹部２４ａに嵌挿するための溝２４ｂが形成されている。
ジョイント部２４は、カットヘッド支持軸２０の振れ止め機能として、カットヘッド支持軸２０の上部で、カットヘッド支持軸２０の凹部２４ａと連結軸３の凸部３ａとが凹凸嵌合する。ジョイント部２４は、連結軸３の上下動が振れても屈曲対応して、カットヘッド支持軸２０側は芯出し部材２０の作用と相俟ってノズル本体１０の内側に沿う状態で振れることなく上下動が行われる。

[芯出し部材]
<機能>
図１〜図６に示すように、芯出し部材３０は、ノズル本体１０の内側に３点以上接触することによるカットヘッド支持軸２０の揺れ止め機能と、カットヘッド支持軸２０がノズル本体１０の内側を軸方向に摺動することによる芯出し機能と、芯出し部材３０を構成する羽根部が充填物の液流を整流する整流機能とを併せ持つ。

ここで、上記整流機能とは、本実施形態においては、ノズル内に横方向から供給される充填物の流れを下流側に向かわせるように整流する第１整流機能（従来例の整流作用）と、充填液通路１５を流れる充填液の流れ（カットヘッド支持軸２０に沿って流れる充填液の流速）を整流する第２整流機能と、カット時にノズル孔１１の出口円の周囲で充填液の流れを均等に整流する第３整流機能と、を総称していう。第２整流機能と第３整流機能とは、密接に関連しており、カットヘッド支持軸２０に沿って流れる充填液の流速が、カットヘッド支持軸２０の円形外周面において等速になるように整流（第２整流機能）されていれば、第３整流機能もほぼ満たされる。

芯出し部材３０は、カットヘッド支持軸２０に沿って流れる充填液の流速が、カットヘッド支持軸２０の円形外周面において等速になるように整流（第２整流機能）する。
芯出し部材３０は、カット時に、カットヘッド２１により塞がれるノズル孔２１の円形内周面において充填液の流速が等速になるように整流（第３整流機能）する。

<芯出し部材の構成>
図１〜図８に示すように、芯出し部材３０は、カットヘッド支持軸２０の軸方向の１又は複数箇所（本実施形態では、軸２０ａの上部下部の２箇所）からノズル本体１０内周面に向かって放射状に延びる６枚の板状羽根３１からなる。なお、芯出し部材３０の構成の詳細については後記する。

本実施形態では、カットヘッド支持軸２０の上部（カットヘッド２１と反対側）の板状羽根３１と下部（カットヘッド２１側）の板状羽根３１とは同一形状であり、いずれもカットヘッド支持軸２０の軸２０ａと一体的に削り出して成形されている。削り出し成形のため、高い剛性と計時変化による劣化を防ぐことができる。また、削り出し成形のため、芯出し部材３０を別部品で組付け構成する場合のように接合部分における整流の乱れ、及び芯ずれズレは発生しない。但し、芯出し部材３０を別部品で構成してもよく、このように別部品で構成すれば、芯出し部材３０の破損等があった場合に該当部材の交換のみで済む利点がある。

また、カットヘッド支持軸２０の上部の板状羽根３１と下部の板状羽根３１とは、整流の方向を揃えるために同一形状であることが好ましい。この場合、上部の板状羽根３１と下部の板状羽根３１との羽根の放射方向も一致させる。上部の板状羽根３１と下部の板状羽根３１との羽根の放射方向を一致させることで、後記する板状羽根３１の流線型形状と相俟って、上流から下流に流れる充填液の流れを妨げず（流速を落とさず）、かつ乱流の発生を抑制することができる。

ここで、上部（カットヘッド２１と反対側）の板状羽根３１と下部（カットヘッド２１側）の板状羽根３１の形状を変えることも可能である。例えば、下部のガイド羽根３１の数は、上部のガイド羽根の数以上にすることも可能である。具体的には、上部の板状羽根３１は、３枚羽根、下部の板状羽根３１は、６枚羽根としてもよい。このように構成すれば、上部の３枚の板状羽根３１では流速を比較的落とさずに、下部の６枚の板状羽根３１では十分な整流効果を得ることができる。

芯出し部材３０は、カットヘッド支持軸２０の軸２０ａから半径方向外方に向かって放射状に延びる複数（ここでは６枚）の板状のガイド羽根３１と、カットヘッド支持軸２０の軸２０ａと略同径に形成され、ガイド羽根３１を根元部分から支持する基部３２と、を備える。

<ガイド羽根形状>
図７、図８に示すように、ガイド羽根３１は、半径方向外方に向かって放射状に延びる板状部材であり、軸方向断面視で、流線型（streamline shape）に形成されている。ここでは、ガイド羽根３１は、軸方向断面視で、上流側と下流側とが薄い先細り形状となっている。なお、流線型とは、物体が流れの中に置かれたとき、物体表面が流線と一致しているような形をいう。本実施形態では、流れの方向に対する断面積の変化が小さく、流れを乱す原因となる余計な凹凸が無い形状をいう。ガイド羽根３１は、流線型に形成することで、板厚を確保して強度を保ちつつ、乱流の発生を抑えて、充填物を下流方向へより均一に流すことができる。

芯出し部材３０は、半径方向外方に向かって放射状に延びる少なくとも３以上の板状のガイド羽根３１を備え、ガイド羽根３１は、軸方向断面視で、流線型、又は上流側と下流側とが薄い先細り形状に形成される。
芯出し部材３０は、カットヘッド支持軸２０の軸方向に、２以上備える場合、各芯出し部材同士のガイド羽根３１の放射状に延びる位相を一致させる。
芯出し部材３０は、カットヘッド支持軸２０の軸方向に、２以上備える場合、カットヘッド２１側のガイド羽根３１の数は、カットヘッド２１と反対側のガイド羽根３１の数以上である。

<ガイド羽根幅>
ガイド羽根３１は、カットヘッド支持軸２０の軸線方向に沿って充分な長さを有しており、カットヘッド支持軸２０が昇降する際には、ガイド羽根３１の先端がノズル本体１０の内周面に沿って上下動する。
ガイド羽根３１は、カットヘッド支持軸２０の摺動時の芯出し部材３０の強度確保、及び充填物の整流効果の観点から所定の板幅を有している。

ガイド羽根３１は、半径方向外方に向かって放射状に延びる板状部材の上流側と下流側との板幅は、径方向において同一、すなわち基部３２側と先端側とで同一板幅に形成している。径方向（軸２０ａと直交方向）でガイド羽根３１の板幅が異なることによる乱流の発生を抑えるためである。
ここで、ガイド羽根（上部）３１の上記板幅とガイド羽根（下部）３１の板幅とは、異なるものであってもよい。

<ガイド羽根高さ>
ところで、ガイド羽根３１の外径とノズル本体１０の内径に大きな隙間があると、カットヘッド２１の先端とノズル本体１０の先端が接触する時に滑りが起きてしまうことがある。こうなると、液切れは悪く、充填液はノズル本体１０に付着し、またノズル本体１０の消耗も激しい。

本実施形態では、ガイド羽根３１の外径とノズル本体１０の内径公差は、充填液が介在して動く程度の高精度とし、ガタを極力無くした。すなわち、ガイド羽根３１は、芯出し部材３０を取り付けたカットヘッド支持軸２０がノズル本体１０の内周面にガタつかずに摺接可能な高さに設定される。ガイド羽根３１の外径とノズル本体１０の内径公差は、充填液が介在して動く僅かな間隙とし、かつ高精度に調整することでガタを極力無くすようにしている。これにより、整流されない充填液の流れを抑え込み、ノズル出口では整流に近い流れを作り出すことができる。上述したように、カットヘッド支持軸２０の軸２０ａには、半径方向外方に向かって放射状に延びる複数枚（本実施の形態では６枚）のガイド羽根３１が形成されている。ガイド羽根３１の先端とノズル本体１０の内周面との間には僅かなクリアランスが設けられている。
また、図８に示すように、ガイド羽根３１は、ノズル本体１０内周面に摺接する頭部にＲを形成している。

<基部>
図８に示すように、基部３２は、カットヘッド支持軸２０の軸２０ａと略同径に形成され、ガイド羽根３１を根元から支持する。剛性を確保するため、ガイド羽根３１の基部３２側は、徐々に拡がって基部３２と一体化させることが好ましい。また、基部３２は、流速確保及び乱流発生防止の観点からカットヘッド支持軸２０の軸２０ａと略同径に形成されることが好ましい。本実施形態では、削り出しにより、カットヘッド支持軸２０、ガイド羽根３１及び基部３２を一体的に形成している。ガイド羽根３１と基部３２がカットヘッド支持軸２０に一体的に形成しているので、ねじ止め部がなく滅菌性が優れている。

なお、ガイド羽根３１の枚数は、適宜選択することができる。少なすぎると、間隔が開きすぎて充分な整流効果を得られず、また、多すぎる場合には、充填液通路１５の液体の流通を阻害することになるので、３〜６枚程度が好ましい。

以下、上述のように構成されたカットノズルの作用効果について説明する。
まず、カットノズル１のガイド羽根形状とその作用について詳細に述べる。
本実施形態に係るカットノズル１は、カットヘッド支持軸２０の軸２０ａの上部下部に、放射状に延びる６枚のガイド羽根３１からなる芯出し部材３０をそれぞれ設ける。
ノズル本体１０の内周面とカットヘッド支持軸２０の外周面との間に形成された充填液通路１５に、供給管２から充填液を導入し、この充填液を、ノズル本体１０の内壁に沿わせながら、カットヘッド２１まで流通させる。

このとき、カットヘッド２１の先端（テーパ面２２の先端部２２ａ）とノズル本体１０のノズル先端（ノズル内側テーパ面１２の先端部１２ａ）との接触時の振れを無くし、かつ、ノズル孔１１の断面視でノズル出口円において全ての充填液の流れを等速にすることを目指している（第３整流機能）。

充填液通路１５を流れる充填液の流速が等速（第２整流機能）でないと、結局、下流のカットヘッド２１において流速に乱れを生じ、その結果、上記ノズル孔１１の出口円の周囲で流れの速い部分と遅い部分ができることになる（第３整流機能）。すると、カットヘッド２１の先端が速い充填の流れに押されて横にずらされて、カットヘッド２１の先端がノズル本体１０の先端に接触する際のズレが起こる。こうなると、吐出された液が曲ったり、ノズル本体１０の下部に液が付着してしまうことにつながる。

ガイド羽根３１は、充填液の流れを整流する整流機能（第２整流機能）を有する一方で、充填液の流れを妨げるものでもある。

そこで、本実施形態では、ガイド羽根３１は、放射状に延びる板状部材を軸方向断面視で流線型に形成する。この流線型は、充填液の流れに対して抵抗の少ない形状、例えば軸方向断面視で先端と後端を尖らせた形状とする。ガイド羽根３１を流線型に形成することで、ガイド羽根３１部分の流速の乱れをなくして、カットヘッド２１の先端まで充填液の流れを均一にする。これにより、カットヘッド２１の先端とノズル本体１０の先端の接触時の振れをなくすことができる。

次に、カットノズル１の吐出流速について説明する。
カットノズル１の吐出流速は、次式（１）で示される。

流速（ｍ／ｓ）=Ａ／（ｎ（Ｃ／２）^２）／Ｂ …（１）
Ａ：充填量（ｍｌ）
Ｂ：充填時間（ｓｅｃ）
Ｃ：吐出口の直径（ｍｍ）

本発明者らの実験等によれば、ノズルサイズ（吐出口の直径）は、流速１〜２（ｍ／ｓ）となるように選定すると充填液の液切れ性が良いことが判明した。但し、同じ流速でも充填する液の粘度や性質によって液切れ性も変化するので、流速によるノズルサイズの選定は一例である。

例えば、充填量１９０ｍｌ、充填時間０．７５ｓｅｃ、吐出口の直径φ１５ｍｍの場合、Ａ：１９０（ｍｌ）、Ｂ：０．７５（ｓｅｃ）、Ｃ：１５（ｍｍ）となる。式（１）より、流速は、
流速（ｍ／ｓ）＝１９０／（ｎ（１５／２）^２）／０．７５
＝１．４３
上記流速１．４３（ｍ／ｓ）は、本発明者らが見出した流速１〜２（ｍ／ｓ）の範囲内なので可であり、実際に試作した結果も良好であった。

次に、カットノズル１の作動について説明する。
図１、図２に示すように、カットヘッド支持軸２０は、ジョイント部２４を介して図示しないカットヘッド駆動装置側の連結軸３に連結されている。このカットヘッド駆動装置は、例えばエア圧により連結軸３を上下に駆動する。

カットノズル１がカット動作前には、ノズル本体１０内をカットヘッド支持軸２０が下降してカットヘッド２１の先端がカットヘッド支持軸２０の先端部のノズル孔１１を閉じている。この状態で、図示しない充填液タンクから、ノズル本体１０の後端部の大口径部１０ｂに連結されている供給管２を通して、容器（図示せず）内に充填液が充填液通路１５に供給されている。

充填開始時には、図示しないカットヘッド駆動装置のエア通路を切り換えて、所定の圧力室内に圧力エアを供給して、連結軸３を上昇させ、連結軸３にジョイント部２４を介して連結されたカットヘッド支持軸２０を上昇させる。これにより、カットヘッド２１の先端がカットヘッド支持軸２０の先端部から離れてノズル孔１１が開放する。
供給管２は、ノズル本体１０の後端部の大口径部１０ｂに横方向から接続されているので、充填液通路１５に流れ込んだ充填液は渦を巻いて充填液通路１５を流下する。

充填液通路１５を流下する充填液は、カットヘッド支持軸２０の軸２０ａの上部形成されたガイド羽根（上部）３１に当たり、ガイド羽根（上部）３１で第１次の整流が行われる。第１次整流後の充填液は、さらに充填液通路１５を流下してカットヘッド支持軸２０の軸２０ａの下部に形成されたガイド羽根（下部）３１に当たり、ガイド羽根（下部）３１で第２次の整流が行われる。このように２回の整流が行われた充填液は、渦が完全になくなりスムーズな流れとなってノズル孔１１から流出し、図示しない容器内に充填されるので、液はねの発生を防止し、容器内で泡立つことを防止することができる。

容器内に予め設定された量の液体が充填されると、図示しないカットヘッド駆動装置のエア通路を切り換えて連結軸３を下降させ、連結軸３に連結されたカットヘッド支持軸２０を下降させる。

カットヘッド支持軸２０の下降によって、ノズル内側テーパ面１２とカットヘッド外側テーパ面２２とは、対向するテーパ面が等間隔で接近する。さらに、カットヘッド２１が下降してノズル内側テーパ面１２にカットヘッド外側テーパ面２２が面接触状態に密着する瞬間に、両テーパ面の間にある充填液（充填物）の瞬間流速が速くなって、それらをノズル孔１１から飛ばして切断する。

ノズル本体１０の先端部１０ａのノズル内側テーパ面１２に、カットヘッド支持軸２０のカットヘッド２１の先端部のカットヘッド外側テーパ面２２が面接触して密着することになるので、充填物を両テーパ面で挟み込むことにより充填物を完全に切断する。これにより、従来のノズルのようなブロアエアを必要としない簡単な構造で、しかもいかなる液状ないしゾル状充填物であっても糸引き状態を惹起することがない。また、従来、糸引き防止用にノズル孔先端に設けていた網掛けも不要である。

ここで、両テーパ面１２，２２の間に充填物が残らない程度に密着トルクを高く設定することによって、充填物の糸引き現象を生じないようにすることができる。本発明者らの実験等によれば、高トルクでカットするより高速度でカットする方がより良い結果が得られることが判明した。なお、カットヘッド駆動装置にエア圧力を用いる場合、エア圧は充填物の粘度、ノズル本体１０のノズル径、要求生産速度等により異なる。例えば、ノズル本体１０のノズル径又はノズル孔１１が細い場合、エア圧は０．２〜０．３ＭＰａ、太い場合は０．３ＭＰａが好ましい。但し充填物の粘度が高い場合は、エア圧をさらに上げても構わない。

次に、カットノズル１の流線型のガイド羽根３１の作用効果について説明する。
まず、従来のカットノズルの不具合とそれを改良した本実施形態について述べる。
一般に、カットノズル（従来）のガイド羽根は、機械加工の範囲で使用されることが多い。この機械加工では、加工後、角を面取りする程度で使用される。このため、ガイド羽根の面取りで残った部分に、充填液が当たると、そこで乱流を発生させることになる。
ノズル出口付近で発生した乱流は、ノズル出口に到達するまでに解消されないことも分かっている。発生した乱流は、カットノズル（従来）を下方から見たとき、ノズル円周に数箇所の糸引きを引き起こすことも観察された。充填液の流速を変化させても、糸引きの長さや太さが変わるだけで糸引き自体は解消されない。一応の対策として、カットノズルのガイド羽根からノズル出口までの距離を長くする設定することが挙げられる。
また、ノズル出口は、円形であり、ノズル出口を通過して流れる充填液は、３６０°どの位置においても同じ流速と同じ加圧トルクを受けていなければ綺麗な充填液のカットは難しい。

本実施形態のカットノズル１は、図３〜図６に示すように、ガイド羽根３１が、軸方向断面視で、上流側と下流側とが薄い先細り形状の流線型に形成されている。ガイド羽根３１を流線型に形成することで、ガイド羽根３１部分の流速の乱れをなくして、カットヘッド２１の先端まで充填液の流れを均一にすることができる。ガイド羽根３１部分で乱流が発生しないので、ノズル内側テーパ面１２とカットヘッド外側テーパ面２２との面接触によるカット時において、３６０°どの位置においても同じ流速と同じ加圧トルクを受けることになる。したがって、ノズル出口の円形形状の全周に亘って、充填液を綺麗にカットすることができ、糸引きを完全になくすことが確認できた。充填液の乱流を防ぐことが、ノズル先端のカットに大きく関係することが確認された。
本実施形態のカットノズル１は、化粧品、食品、接着剤、ラブコスメ、その他の工業用製品など糸引きの多い充填液をカットするカットノズルとして幅広く使用することができる。

図９は、カットノズル１の充填内容物４０（充填液）の流れを説明する説明図である。
図９の矢印に示すように、充填内容物４０（充填液）は、加圧され、カットノズル１の先端から吐出される。図９の太矢印に示すように、ノズル出口が狭いので、充填内容物４０は、先端部２１ａを回り込んでテーパ形窪み部２３に入り込むように、ノズル本体１０の内周面と先端部２１ａとの間を流れて吐出する。充填内容物４０は、カットノズル１によりカットされるまでノズル出口の円形形状に合わせてそのまま下方に吐出する。充填内容物４０ａは、ノズル出口から吐出した充填内容物（例えばクリーム）である。

図１０は、カットノズル１によりカットされ、チューブ容器５０に堆積した充填内容物を示す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその断面図である。
図１０に示すように、カットノズル１のノズル出口から吐出した充填内容物４０ａは、カットヘッド２１が下降してノズル出口が閉じられると、上記面接触によりカットされ、ノズル出口の円形形状がそのまま充填内容物４０ａのカット形状に反映される。具体的には、カットノズル１によりカットされた充填内容物４０ａは、カット断面が完璧なリング状となってチューブ５０内に落下する。そして、チューブ容器５０に堆積した充填内容物４０ｂの上面には綺麗なリング状の充填内容物４０ｃが形成される。換言すれば、充填内容物４０ｂの上面に綺麗なリング状の充填内容物４０ｃが形成されれば、吐出された充填内容物４０ａのカット時、糸引きや流量の不均一がなかったと確認できる。

図１０に示すように、本実施形態では、チューブ容器５０内に充填される充填内容物４０ｂに糸引きや量の不均一（歪）がないので、糸引き等によるチューブ容器５０の汚れが発生しない。チューブ容器５０が汚れることがないので、チューブ容器５０を密閉する際に、糸引き等の残存物が密閉口の一部を塞ぐことによるシール不良を防止することができる。また、同様の理由で、カットノズル１を搭載する充填物用充填機、及び容器の搬送装置などの汚れを防止することができる。さらに、各チューブ容器５０に充填内容物４０ｂが均等に充填されるので、充填重量のバラツキを抑制することができる。以上のことから、システム全体の生産性を向上させることができ、製品の品質を高めることができる。

以上説明したように、本実施形態のカットノズル１は、先端部１０ａに円形のノズル孔１１を有する管状のノズル本体１０と、先端部２１ａにノズル孔１１を塞ぐカットヘッド２１を有し、ノズル本体１０内に往復移動自在に挿入されるカットヘッド支持軸２０と、カットヘッド支持軸２０の軸方向の上部と下部の２箇所において、カットヘッド支持軸２０から外方に突出し、ノズル本１０体の内側に３点以上接触して摺接するとともに、ノズル本体１０内の充填液の流れを整流する芯出し部材３０と、を備える。芯出し部材３０は、半径方向外方に向かって放射状に延びる板状のガイド羽根３１を備え、軸方向断面視で、上流側と下流側とが薄い先細り形状の流線型に形成される。

カットノズル１は、ノズル本体１０の先端部１０ａ内径にノズル内側テーパ面１２を設けるとともに、カットヘッド２１の先端部２１ａ外径にノズル内側テーパ面１２に面接触するカットヘッド外側テーパ面２２を設け、カット時には、ノズル内側テーパ面１２とカットヘッド外側テーパ面２２とを面接触で密着させて面により充填液を切断する。

この構成により、ノズル本体１０の先端部１０ａのノズル内側テーパ面１２に、カットヘッド支持軸２０のカットヘッド２１の先端部のカットヘッド外側テーパ面２２が面接触して密着することになるので、充填物を両テーパ面で挟み込むことにより充填物を完全に切断する。これにより、従来のノズルのようなブロアエアを必要としない簡単な構造で、しかもいかなる液状ないしゾル状充填物であっても糸引き状態を惹起することがない。

ガイド羽根３１は、軸方向断面視で流線型に形成されているので、カットヘッド支持軸２０に沿って流れる充填液の流速（式（１）参照）をそれほど低下させることなく、充填液をカットヘッド支持軸２０の円形外周面において等速になるように整流（第２整流機能）することができる。充填液の流速を上げることができるので、時間当たりの充填物の突出量（突出速度）を増やすことができ、生産性の向上を図ることができる。

また、ガイド羽根３１（特に、下部のガイド羽根３１）は、軸方向断面視で流線型に形成されているので、カット時に、カットヘッド２１により塞がれるノズル孔１１の円形内周面において全周に亘って充填液の流速が等速になるように整流（第３整流機能）することができる。その結果、ノズル本体１０の先端部１０ａのノズル内側テーパ面１２とカットヘッド２１の先端部のカットヘッド外側テーパ面２２との面接触時、充填液をノズル孔１１の全周に亘って均等量で挟み込むことができ、より一層確実に切断することができる。すなわち、充填物の突出量（突出速度）を増やして生産性を向上させつつ、液状ないしゾル状のいかなる充填物であっても完全に切断して糸引き状態を起こさない充填機のカットノズルを実現することができる。

特に、本実施形態のカットノズル１は、ガイド羽根３１を流線型に形成することで、カットヘッド２１の先端までの充填物の流れを均一にする。これにより、ノズル出口の流速及び加圧トルクを周方向で全周（３６０°）に亘って均一にし、上記面接触によるカット時、充填物を完璧なリング状のカット断面で、カットすることができる。

以上、上記実施形態に係るカットノズルについて、図面を参照して詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ カットノズル
１０ ノズル本体
１０ａ，１２ａ，２１ａ，２２ａ 先端部
１１ ノズル孔
１２ ノズル内側テーパ面
１５ 充填液通路
２０ カットヘッド支持軸
２０ａ 軸
２１ カットヘッド
２２ カットヘッド外側テーパ面
２４ ジョイント部
３０ 芯出し部材
３１ ガイド羽根
３２ 基部

Claims (5)

1. 先端部に円形のノズル孔を有する管状のノズル本体と、
   先端部に前記ノズル孔を塞ぐカットヘッドを有し、ノズル本体内に往復移動自在に挿入されるカットヘッド支持軸と、
   前記カットヘッド支持軸の軸方向の１又は複数箇所において、当該カットヘッド支持軸から外方に突出し、前記ノズル本体の内側に３点以上接触して摺接するとともに、ノズル本体内の液状の充填物の流れを整流する芯出し部材と、を備え、
   前記芯出し部材は、半径方向外方に向かって放射状に延びる少なくとも３以上の板状のガイド羽根を備え、
   前記ガイド羽根は、軸方向断面視で、流線型、又は上流側と下流側とが薄い先細り形状に形成され、
   前記ノズル本体の先端部内径にノズル内側テーパ面を設けるとともに、前記カットヘッドの先端部外径に前記ノズル内側テーパ面と面接触するカットヘッド外側テーパ面を設け、カット時には、前記ノズル内側テーパ面と前記カットヘッド外側テーパ面とを面接触で密着させて充填物を切断することを特徴とする充填物用充填機のカットノズル。
2. 前記芯出し部材は、前記カットヘッド支持軸に沿って流れる充填物の流速が、当該カットヘッド支持軸の円形外周面において周方向の全周に亘って等速になるように整流する
   ことを特徴とする請求項１に記載の充填物用充填機のカットノズル。
3. 前記芯出し部材は、カット時に、前記カットヘッドにより塞がれる前記ノズル孔の円形内周面において充填物の流速が周方向の全周に亘って等速になるように整流する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の充填物用充填機のカットノズル。
4. 前記芯出し部材は、前記カットヘッド支持軸の軸方向に、２以上備える場合、
   各芯出し部材同士の前記ガイド羽根の放射状に延びる位相を一致させる
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の充填物用充填機のカットノズル。
5. 前記芯出し部材は、前記カットヘッド支持軸の軸方向に、２以上備える場合、
   前記カットヘッド側の前記ガイド羽根の数は、前記カットヘッドと反対側の前記ガイド羽根の数以上である
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の充填物用充填機のカットノズル。

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