JP2016182961A

JP2016182961A - 充填ノズルおよび整流板

Info

Publication number: JP2016182961A
Application number: JP2015063032A
Authority: JP
Inventors: 森田　佳之; Yoshiyuki Morita; 佳之森田
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2016-10-20

Abstract

【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

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。
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。
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。
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。
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。
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。