JP2016182961A - 充填ノズルおよび整流板 - Google Patents

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【課題】簡素な構成で、繊維質の堆積に起因した整流作用の悪化や目詰りの発生を防止する充填ノズルおよび整流板を提供する。【解決手段】中空のノズル本体20内に、ノズル本体20内を通して吐出される液体の流れを整流する整流板30が設けられた充填ノズル10であって、整流板30は、上流側端面31と、下流側端面32と、上流側端面31から下流側端面32に貫通する複数の細孔33とを有し、整流板30の上流側端面31上において隣接する細孔33の外縁間の最小間隔は、1.5mm以上である。【選択図】図1

Description

本発明は、容器内に飲料等の液体を充填する充填ノズルおよび整流板に関し、特に、繊維質を含む液体を容器内に充填する充填ノズルおよび整流板に関する。
一般に、飲料等の液体を容器に充填する充填装置に用いられる充填ノズルには、生産性向上のため、容器に対して液体を短時間に充填することが求められている。充填ノズル吐出部は容器の開口部より小さくなければならず、吐出部のサイズには制約がある。そのため、短時間で充填するためには、液体の吐出速度を高速にする必要がある。しかしながら、充填ノズルからの液体の吐出流速が高速化するに伴って、吐出される液体の流れの乱れが大きくなり、容器外に飛散したり、容器内の液面上に大量の泡が発生するため、これらを抑制するために、吐出される液体の流れに対して整流機能を有する充填ノズルが用いられている。
このような整流機能を有する充填ノズルとしては、液体を通過させる網目状のメッシュ部材をノズル本体内に設けたもの(例えば特許文献1を参照)や、液体を通過させる複数の細孔が形成された整流板をノズル本体内に設けたもの(例えば特許文献2を参照)が知られている。
特開2004−182245号公報 特開2008−105737号公報
ところが、果汁入り飲料等の繊維質を含む液体を容器に充填する時に、整流部材として網目状のメッシュ部材を用いた場合、隣接する網目間に跨るように網部分に繊維質が引っ掛かって、繊維質が網部分上に徐々に堆積することがあり、このような繊維質の堆積が生じた場合、液体の整流作用が損なわれたり、網目に目詰りを生じたりするため、所定頻度でメッシュ部材の交換を行う必要があるという問題があった。
他方、整流部材として複数の細孔が形成された整流板を用いた場合は、細孔間のブリッジ(材料部分)の幅が大きいことから、メッシュ部材の場合のように、隣接する細孔間に跨るようにブリッジに繊維質が引っ掛かることは少ないものの、ブリッジの上面に繊維質が付着して、繊維質がブリッジ上に徐々に堆積することがあり、このような繊維質の堆積に起因して、液体の整流作用が損なわれたり、細孔に目詰りが生じるという問題が生じていた。
そこで、本発明は、これらの問題点を解決するものであり、簡素な構成で、繊維質の堆積に起因した整流作用の悪化や目詰りの発生を防止する充填ノズルおよび整流板を提供することを目的とするものである。
本発明の充填ノズルは、中空のノズル本体内に、前記ノズル本体内を通して吐出される液体の流れを整流する整流板が設けられた充填ノズルであって、前記整流板は、上流側端面と、下流側端面と、前記上流側端面から前記下流側端面に貫通する複数の細孔とを有し、前記整流板の前記上流側端面上において隣接する前記細孔の外縁間の最小間隔は、1.5mm以上であることにより、前記課題を解決するものである。
本発明の整流板は、充填ノズルの中空のノズル本体内に配置される整流板であって、上流側端面と、下流側端面と、前記上流側端面から前記下流側端面に貫通する複数の細孔とを有し、前記上流側端面上において隣接する前記細孔の外縁間の最小間隔は、1.5mm以上であることにより、前記課題を解決するものである。
本発明の充填ノズルおよび整流板によれば、整流板が、上流側端面から下流側端面に貫通する複数の細孔を有し、整流板の上流側端面上において隣接する細孔の外縁間の最小間隔が、1.5mm以上であることにより、整流板の上流側端面側で生じる液体の流れによって、上流側端面に付着した繊維質を剥離し、上流側端面上に繊維質が堆積することを抑制することが可能であるため、簡素な構成で、繊維質の堆積に起因した整流作用の悪化や目詰りの発生を防止できる。
本発明の一実施形態に係る充填ノズルを示す斜視断面図。 第1整流板を示す斜視図。 充填ノズルの下流端側を示す断面図。 充填ノズルの変形例を示す断面図。 異なる最小ブリッジ幅を有した複数種の第1整流板を用いて行った、繊維の堆積状態を確認する試験の結果を示す説明図。 異なるテーパー角度で設定された細孔を有した複数種の第1整流板を用いて行った、吐出される液体の状態を確認する試験の結果を示す説明図。
以下に、本発明の一実施形態に係る充填ノズル10について、図面に基づいて説明する。
まず、充填ノズル10は、飲料等の液体を容器に充填する充填装置に組み込まれるものであり、図1に示すように、円筒状のノズル本体20と、ノズル本体20内の下流端側に設けられた第1整流板30と、ノズル本体20内において第1整流板30の上流側に設けられた第2整流板40と、第1整流板30と第2整流板40との間に設けられた円筒状のスペーサ50とを備えている。
第1整流板30は、図2に示すように、ステンレス等から円板状に形成され、上流側端面31と、下流側端面32と、上流側端面31から下流側端面32に貫通する複数の細孔33とを有している。
第1整流板30の具体的態様については、以下の通りである。
第1整流板30の上流側端面31上において隣接する細孔33の外縁間の最小間隔(最小ブリッジ幅)は、1.5mm以上で形成される。最小ブリッジ幅1.5mm未満では、後述するが、充填する内容物に含まれる繊維質が堆積してしまう。しかし、最小ブリッジ幅1.5mm以上では、繊維質の堆積、それに起因した整流作用の悪化や目詰りの発生を防止することができる。また、細孔33は、充填される内容物を整流するために複数形成されるが、その数は少なすぎると、充填ノズル10からの吐出量が少なくなり、容器内に所定量充填するための時間が長くなるため、充填ノズル10の径にあわせて適宜形成することが好ましい。
また、複数の細孔33は、図3に示すように、上流側端面31側から下流側端面32側に向けて拡径した形状を有しており、本実施形態では、細孔33の内周面が円錐台形に形成され、特に、そのテーパー角度θが8°以下で形成することが好ましい。
充填される内容物は、細孔33が細いほど、吐出流速が早く、充填ノズル10から吐出された際に空気を巻き込みやすく、泡立ちが起きやすくなるが、細孔33を上流側端面31側から下流側端面32側に向けて拡径した形状とすることで、吐出流速を低下させることが可能となる。その結果、充填される内容物の泡立ちを防止することができる。また、下流側端面32の開口領域も大きくなるため、吐出量も確実に確保することができる。よって、果汁入り飲料などの繊維質等を含む内容物だけでなく、茶飲料などの繊維質を含まない内容物の充填にも、泡立ちが抑制され、吐出量を確保できるため使用することが可能となる。そのため、充填ノズル10の整流板が兼用可能で、交換作業が不要となり、作業負担および設備投資費を低減させることができる。
更に、テーパー角度θを8°以下に設定した場合、細孔33の拡径による吐出流速の低下の効果を良好に得ることができ、内容物が広がって吐出する等の吐出乱れを抑制し、より泡立ちを防止することができる。
また、複数の細孔33の下流側端面32における孔径Φ2が3.0mm以下で形成することが好ましい。下流側端面32の細孔33孔径Φ2を3.0mm以下とすることにより、細孔33内に残留した液体を表面張力によって細孔33内で保持し、吐出停止時の充填ノズル10からの液だれを防止し、充填装置および充填する容器の汚れを防ぐことできる。特に、上流側端面31における孔径Φ1を2.5mm以下、下流側端面32の細孔33の孔径Φ2を3.0mm以下で形成し、細孔33を拡径する形状とすることが好ましい。
なお、本実施形態では全ての細孔33を同じ形状としているが、少なくとも一部が上述した形状であればよい。
また、第1整流板30の厚みLは、5mm以上が好適であり、本実施形態では約10mmで形成している。厚みLが5mm以下であると、整流板30の細孔33の拡径による効果を十分に得ることができない恐れがある。
第2整流板40は、内容物の吐出流量の調整を目的として、第1整流板30より上流側に設けられたものであり、図1に示すように、ステンレス等から円板状に形成され、上流側端面41と、下流側端面42と、上流側端面41から下流側端面42に貫通する複数の細孔43を有している。そして、第2整流板40が抵抗となり、充填ノズル10の内容物の吐出量を任意に調整することができる。
第2整流板40の具体的態様については、以下の通りである。
第2整流板40の上流側端面41上において、隣接する細孔43の外縁間の最小間隔(最小ブリッジ幅)は、1.5mm以上で形成される。このため、第1整流板30と同様に、繊維質の堆積、それに起因した整流作用の悪化や目詰りの発生を防止することができる。
そして、複数の細孔43の形状は、円筒状に形成される。細孔43の形状は、充填ノズル10の内容物の吐出量を調整することが可能であれば、円筒状に限定されず、例えば、第1整流板30の細孔33と同様に、上流側端面41側から下流側端面42側に向けて拡径した形状を有していてもよい。また、細孔43の数および孔径も、必要な吐出量に合わせて適宜形成することが好ましい。
次に、本実施形態の充填ノズル10において、第1整流板30の最小ブリッジ幅の設定と繊維質の堆積との関係を確認するために行った第1実験例について、図5に基づいて説明する。
まず、第1実験例においては、異なる最小ブリッジ幅(上流側端面31上において隣接する細孔33の外縁間の最小間隔)を有した7種類の第1整流板30を用意して、各第1整流板30を充填ノズル10にセットし、下記条件で、繊維質を含むモデル液を充填ノズル10に流した後、第1整流板30の上流側端面31の様子を観察した。なお、モデル液に含まれる繊維質の長さは約500ミクロン程度であり、また、繊維質の太さは約10ミクロン程度である。
[試験条件]
モデル液:果汁20%含有のオレンジジュース
装置構成:ポンプにてモデル液を送液し、充填ノズル10から吐出したモデル液をタンクに回収する構成とした
運転方法:80ml/秒と160ml/秒の2流量をタイマーで切替え運転した
流量切替え条件:80ml/秒にて3秒吐出、160ml/秒にて7秒吐出を1サイクルとした2流量切替連続吐出を行い、およそ2時間運転後の状態を確認した
[第1整流板30の構造条件]
第1整流板(1):孔径2.0mm、孔数37、最小ブリッジ幅0.20mm
第1整流板(2):孔径2.5mm、孔数15、最小ブリッジ幅0.41mm
第1整流板(3):孔径2.5mm、孔数15、最小ブリッジ幅0.75mm
第1整流板(4):孔径1.1mm、孔数37、最小ブリッジ幅1.10mm
第1整流板(5):孔径2.0mm、孔数19、最小ブリッジ幅1.25mm
第1整流板(6):孔径1.1mm、孔数37、最小ブリッジ幅1.50mm
第1整流板(7):孔径1.5mm、孔数19、最小ブリッジ幅1.70mm
なお、上記孔径は、細孔33の上流側端面31における孔径Φ1である。
この第1実験例では、図5に示すように、最小ブリッジ幅が0.20mm、0.41mm、0.75mm、1.10mm、1.25mmで設定された第1整流板30においては、上流側端面31に繊維質の堆積物Sが確認されたのに対して、最小ブリッジ幅が1.50mm、1.70mmで設定された第1整流板30においては、上流側端面31に繊維質の堆積物Sが確認されなかった。
また、繊維質の堆積物Sが確認された第1整流板30(最小ブリッジ幅:0.20mm〜1.25mm)においては、最小ブリッジ幅が大きくなるにつれて、繊維質の堆積物Sの量が少なくなっていくことが確認された。さらに、同一の第1整流板30の中でも、ブリッジ幅が1.5mm以上の箇所では堆積物はないが、ブリッジ幅が1.5mm未満の箇所では堆積物があり、ブリッジ幅が繊維質の堆積を左右し、最小ブリッジ幅が1.5mm以上であることが重要であることが分かる。
次に、本実施形態の充填ノズル10において、第1整流板30の細孔33のテーパー角度の設定と充填ノズル10から吐出される液体の状態との関係を確認するために行った第2実験例について、図6に基づいて説明する。
まず、第2実験例においては、異なるテーパー角度で設定された細孔33を有した5種類の第1整流板30を用意し、各第1整流板30を充填ノズル10にセットした後、下記条件で、モデル液を充填ノズル10に流し、充填ノズル10から吐出されるモデル液の様子を観察した。
[試験条件]
モデル液:常温市水
装置構成:モデル液をタンクから圧送し、充填バルブ10から吐出した状態をデジタルカメラにて撮影した
吐出流量:60ml/秒から250ml/秒まで段階的に調整した
[第1整流板30の構造条件]
第1整流板(1):孔径1.5mm、テーパー角度4°、厚み21.8mm
第1整流板(2):孔径1.5mm、テーパー角度5°、厚み17.5mm
第1整流板(3):孔径1.5mm、テーパー角度6°、厚み14.7mm
第1整流板(4):孔径1.5mm、テーパー角度8°、厚み11.0mm
第1整流板(5):孔径1.5mm、テーパー角度10°、厚み8.9mm
なお、上記孔径は、細孔33の上流側端面31における孔径Φ1である。
この第2実験例では、吐出流量160ml/秒の場合を示した図6から分かるように、細孔33のテーパー角度が4°、5°、6°、8°で設定された充填ノズル10においては、充填ノズル10から吐出される水に流れの乱れが小さかったのに対して、細孔33のテーパー角度が10°で設定された充填ノズル10においては、特に充填ノズル10からの吐出直後の位置で、充填ノズル10から吐出される水に流れの乱れ(白濁および揺らぎ)が確認された。
以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行なうことが可能である。
例えば、上述した実施形態では、細孔33の内周面が円錐台形に形成されているものとして説明したが、細孔33の具体的形状はこれに限定されず、上流側端面31側から下流側端面32に向けて拡径した形状であれば如何なるものでもよく、例えば、細孔33の内周面を凸状または凹状に湾曲させてもよい。
また、上述した実施形態では、細孔33が、上流側端面31から下流側端面32の間の全領域に亘って、下流側端面32に向けて拡径しているものとして説明したが、細孔33の上流端または下流端または中間領域に多少の非拡径部分を形成してもよい。
また、図3では、吐出される液体が中央部に収束して安定的な液流れを形成することを目的として、ノズル本体20の下流端に形成された長さ3mm以下の直管部21の上流端縁に、上流側から下流側に向けて縮径するテーパ部22を形成した例を示した。しかしながら、充填ノズル10の下流端側の構造は、上記には限定されず、例えば、図4に示すように、第1整流板30の下流側端面32を、中央部が周辺部よりも下流側に突出する形状で形成し、下流側端面32の中央部をノズル本体20の下流端よりも下流側に突出させてもよい。
10 ・・・ 充填ノズル
20 ・・・ ノズル本体
21 ・・・ 直管部
22 ・・・ テーパ部
30 ・・・ 第1整流板
31 ・・・ 上流側端面
32 ・・・ 下流側端面
33 ・・・ 細孔
40 ・・・ 第2整流板
41 ・・・ 細孔
50 ・・・ スペーサ
Φ1 ・・・ 上流側端面における細孔の孔径
Φ2 ・・・ 下流側端面における細孔の孔径
θ ・・・ 細孔のテーパー角度
L ・・・ 第1整流板の厚み
S ・・・ 繊維質の堆積物

Claims (6)

  1. 中空のノズル本体内に、前記ノズル本体内を通して吐出される液体の流れを整流する整流板が設けられた充填ノズルであって、
    前記整流板は、上流側端面と、下流側端面と、前記上流側端面から前記下流側端面に貫通する複数の細孔とを有し、
    前記整流板の前記上流側端面上において隣接する前記細孔の外縁間の最小間隔は、1.5mm以上であることを特徴とする充填ノズル。
  2. 前記複数の細孔の少なくとも一部は、前記上流側端面側から前記下流側端面側に向けて拡径した形状を有することを特徴とする請求項1に記載の充填ノズル。
  3. 前記複数の細孔の少なくとも一部は、テーパー角度が8°以下であることを特徴とする請求項2に記載の充填ノズル。
  4. 前記複数の細孔の少なくとも一部は、前記下流側端面における孔径が3.0mm以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の充填ノズル。
  5. 前記整流板よりも上流側に第2整流板を備え、
    前記第2整流板は、上流側端面と、下流側端面と、前記上流側端面から前記下流側端面に貫通する複数の細孔とを有し、
    前記第2整流板の前記上流側端面上において隣接する前記細孔の外縁間の最小間隔は、1.5mm以上であること特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の充填ノズル。
  6. 充填ノズルの中空のノズル本体内に配置される整流板であって、
    上流側端面と、下流側端面と、前記上流側端面から前記下流側端面に貫通する複数の細孔とを有し、
    前記上流側端面上において隣接する前記細孔の外縁間の最小間隔は、1.5mm以上であることを特徴とする整流板。
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