JP3594846B2

JP3594846B2 - 間欠的に高速注液するのに適した注液ノズル

Info

Publication number: JP3594846B2
Application number: JP24149999A
Authority: JP
Inventors: 敏克沢井; 好晴野沢; 隆司飯田; 敏彦牧野; 博大林
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2019-08-27
Also published as: JP2001068092A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ほぼ垂直に設置されて上端から間欠的に加圧供給される液体を下端の吐出開口より間欠的に吐出するための注液ノズルに関し、とくに、複数の細い管路を束ねた集合管路を液体流路とした注液ノズルにおける非加圧期間における液垂れ防止構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業的な生産現場において、細長い筒状容器内に液体を充填する工程があるとする。例えば、円筒乾電池缶内に電解液を注入する工程がそれである。以下に液体充填工程の概略を電池缶における電解液注入工程を例に挙げて説明する。
【０００３】
搬送装置上に開口部を上にした電池缶が適宜な間隔で並べられて連続的に搬送・供給されてくる。搬送経路の途中で上方に中空円筒状の注液ノズルがほぼ垂直に配置されたラインがある。注液ノズルの上端は電解液の供給経路に接続されており、電解液供給装置がノズル上端に電解液を間欠的に加圧供給することでノズル下端の吐出開口（電解液吐出口）より電解液が間欠的に吐出されるようになっている。
搬送装置は、電池缶の開口部とノズル下端の電解液吐出口とが一致する充填位置で搬送動作を一時停止させながら断続的に搬送し、電解液の供給装置は電池缶が充填位置にくるとノズルから電解液を所定量吐出させて電池缶内に電解液を注液する。充填が完了すると電解液の加圧供給を停止して、つぎの電池缶を充填位置まで搬送する。このように、間欠的な吐出動作によって順次電池缶内に電解液を注液する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記注液工程を含む製造工程によって生産される工業製品は、その注液工程において、注液対象となる容器に所定量の液体が素早く注入されるほど生産性が向上しコストダウンが達成される。
所定量の液体を高速で注液するためには、ノズルの管径を太くして単位時間当たりに管路を流れる液量を多くすればよいことがわかる。上述したように工業的な生産ラインでは、一つの容器に液体を充填したのちつぎの容器の充填に取りかかるまでは加圧状態を解除して吐出を停止させ、その停止時につぎの容器を充填位置まで搬送している。そのため、吐出を停止したときには、ノズルの液体吐出口から液体が漏れないようにして搬送装置や容器表面に液体が付着しないようにすることが必要である。
【０００５】
しかし、液体の粘度が低い場合、管径が太いとノズル内部に残留する液体の自重を吐出口における表面張力によって保持することができない。そのため、液垂れが生じてしまう。とくに電池の製造では、液体が腐食性の電解液であり、液垂れの防止対策は重要である。
【０００６】
一方、管径を細くして大きな圧力で液体を加圧供給し、より速い流速で吐出すれば単位時間当たりの吐出量を太い管径のノズルと同等とすることができる。しかも、管径が細いので非加圧期間にノズル内に残留する液体の自重が小さい。もちろん、吐出口の開口面積も小さい。そのため、残留液体の滴下を表面張力によって抑止することができる。しかし、細い管から容器内に勢いよく液体が吐出されれば、容器底部や充填途中の液面に激突した液体が跳ね返って容器外に飛び散ってしまう。したがって、この方式でも搬送装置や容器表面を汚染するという問題が相変わらず存在する。
【０００７】
そこで、細い管路を束ねて内蔵する集合管路を液体の流路とした多筒注液ノズルがある。図５はこの多筒注液ノズルの概略構造を示しており、下方からの斜視図（Ａ）と側断面図（Ｂ）を示している。多筒注液ノズル１ｂの上端部はチューブなどの液体供給路との接続部２であり、ここから液体が加圧供給される。供給された液体は分流室３から各個別管路１１に分流される。そして、液体が個別管路１１の下端開口より吐出される。
このノズルにおける液体流路は細い個別管路であり、細いノズルと同様に液垂れが生じにくい。また、流路を複数とすることで太いノズルと同様に低速で吐出しても大きな流液量を確保することもできる。そのため、多筒注液ノズルは、間欠的に高速注液するのに理想的なノズルであると思われる。
【０００８】
しかし、加圧を停止しても分流室内の圧力はすぐに定常状態にならず、内圧が振動しながら減衰していく。すなわち、加圧状態と吸引状態とが交互に発生する。そして、各流路の流路抵抗は僅かであっても必ず差があり、これを均一にすることが極めて難しい。そのため、加圧状態のときに流路抵抗が少ない管路へより多くの液体が流入し、その管路から液垂れが発生する。
【０００９】
したがって本発明は、とくに粘性の低い液体を加圧供給して注液するためのノズルであって、短時間でより多くの量が注液でき、非加圧期間に液垂れが生じない注液ノズルを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はほぼ垂直に設置されて上端から間欠的に加圧供給される液体を下端の吐出開口より間欠的に吐出するための注液ノズルであって、その第一の発明は、複数の細い管路を束ねて内蔵する集合管路を液体流路とし、前記集合管路の各個別管路の下端開口を包絡する集合開口面の下方に適宜に小さな空隙を保って液滴支持部が配設され、この液滴支持部により非加圧期間に液体の自重によって各個別管路から滴下する液滴を受け止めて各個別管路内部の液体と連続する一つの液滴塊に合体させるように構成されるとともに、加圧期間には前記液滴支持部に付帯した吐出開口から液体を吐出するように構成されている注液ノズルとしている。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明における注液ノズルであって、前記液滴支持部は前記集合開口面と僅かな間隙を隔てて平面状あるいは凹面状をなして対面し、前記間隙を前記吐出開口としている。また、前記液滴支持部は、前記集合開口面を覆うとともに内部に中空部を有し、当該支持部の外表面と前記中空部とを挿通する多数の孔部をもって前記吐出開口とした注液ノズルを第３の発明とした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
＝＝＝本発明の注液ノズルの構造＝＝＝
図１（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施例における注液ノズルの概略構造を示しており、下方からの透視外観図（Ａ）と、側断面図（Ｂ）と下端からの一部破断平面図（Ｃ）とをそれぞれ示している。注液ノズル１は従来の多筒注液ノズルと同様に、複数の細い管路１１を束ねて内蔵する集合管路１０を主体とし、上端に液体供給通路との接続部２と供給された液体を各管路１１に分流するための分流室３とを備えている。そして、集合管路１０の端面１２で各個別管路１１の下端開口１３を含む開口集合面１４の下方に、その集合面１４と僅かな間隔２０を隔てて対向する平面３１を有するキャップ３０が垂設されている。なお、このキャップ３０は平面３１中央に突設された雄ねじ３２によって集合管路１０の下端１２中央に螺設された雌ねじ１５に螺着されている。
【００１３】
＝＝＝液体の吐出機構と液垂れ防止機構＝＝＝
図２は注液ノズル１における液体吐出状態をノズル下端の縦断面図によって示している。ノズル上方より加圧供給された液体４０は各個別管路１１の開口１３より吐出される。この吐出された液体４０はキャップ３０上面３１で一端受け止められた後、この上面３１と集合管路１１の下端面１２との間隙２０を吐出開口として溢れ出し、下方に設置される容器に注液される。なお、本実施例では、キャップ３０は下端に頂点を有する略円錐状をなしており、間隙２０から溢れた液体はこの円錐側面に沿って流れ、一条の流束になるようになっている。
【００１４】
図４は、本実施例の注液ノズルにおいて、加圧を停止したときの液垂れ防止機構の概略を示しており、本実施例における液垂れ抑止状態（Ａ）と、従来の多筒注液ノズルにおける液垂れ状態（Ｂ）とを比較して示している。
【００１５】
従来の注液ノズル１ｂでは、分流室３へ液体４０を加圧供給するのを停止すると、流路抵抗の少ない管路１３ａから液垂れが発生する。このとき、分流室の圧力を平衡にするために、他の管路１１ｂ中に溜まっている液体４０が吸引され、分流室に逆流する。
【００１６】
一方、本実施例の注液ノズル１では、液垂れによってある個別管路１１ａの開口１３から漏れだした液滴がキャップ上面３１で受け止められながら、ある程度の大きさの液滴まで成長する。そして、その液滴が集合開口面を塞ぎ、吸引状態にある個別管路１１ｂから分流室方向に戻り、各個別管路１１ａ、１１ｂに残存する液体を連続させるように合体してひとつの液滴の塊４１となる。液垂れによる液体の流出が吸入による流入で補われるため、キャップ上面３１の液滴塊４０は一定の大きさ以上には成長しない。そして、間隙２０はこの大きさの液滴４１を液滴自身の表面張力でキャップ上面３１と集合開口面との空隙に保持できるように設定されている。なお、この設定は液体の粘度や非加圧期間に個別管路に残留する液体の量（管路の径や長さ）などに応じて適宜に変更可能である。
【００１７】
＝＝＝変更例・応用例＝＝＝
上記実施例では各個別管路の開口は同一平面上にあるが、これに限るものではない。各個別管路の長さが異なっていてもよく、その集合開口面が凹面や凸面、あるいは不連続であってもよい。
また、集合管路内の各個別管路は中空円筒にかぎらず、中空角筒状でもよい。もちろん、集合管路も円筒形である必要はない。
【００１８】
図４（Ａ）（Ｂ）はノズル下端の構造を変更した例を示している。
（Ａ）は集合管路１０の下端１２に下方が端面となる鍔（フランジ）１５を設けた例であり、間隙２０から流出する液体を下方へ強制的に導くようにして横方向に広がるのを防いでいる。
（Ｂ）は集合管路１０の下端をカバー３０ｂで覆った例である。このカバー３０ｂ内部は非加圧期間に液体を保持するために中空構造となっている。そして、この中空部３３とカバー３０ｂの外表面とを挿通する多数の孔２０ｂが穿設されており、これを吐出開口としている。なお、孔２０ｂの総合開口面積は集合管路１０の全開口面積より大きく、注液時には十分な容量の液体を低速で吐出できるようになっている。また、各孔２０ｂの開口面積は各個別管路１１の開口面積より極めて小さく、中空部３３に貯留された合体液滴が表面張力によって十分に保持されるようになっている。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は、細い管路を束ねて内蔵した集合管路を液体流路とし、この集合管路の各個別管路の下端開口を包絡する集合開口面の下方に適宜に小さな空隙を保って液滴支持部が配設されている。そのため、非加圧期間に液体の自重によって各個別管路から滴下する液滴がこの液滴支持部に受け止められて各個別管路内部の液体と連続する一つの液滴塊に合体し、非加圧期間に液垂れが発生しない。また、圧力を大きくすることなく短時間でより多くの量が注液できる。したがって、本発明は粘性の低い液体を加圧供給する場合に有効な注液ノズルを提供することになる。
【００２０】
そして、搬送されてくる多数の容器に液体を注入するとき、注液時間を短くできるとともに、容器や搬送装置を液垂れによって汚染することがないため、注液工程を含んで生産される工業製品の生産性を向上させるととともに、容器への液垂れによる製品の品質劣化も防止できる。搬送装置のメンテナンスに係るコストも削減できる。したがって、総合的なコストダウンを達成することが可能となる。例えば、電池缶に電解液を注入する工程に適用すれば、電池のコストダウンと信頼性を向上させることができる。
【００２１】
また、液滴支持部の構造は適宜に変更可能である。したがって、液体の粘度や注入する容器の開口面積、注液容量などに応じた注液ノズルを選択することが可能となり、汎用性にも富んでいる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における注液ノズルの概略構造図であり、（Ａ）〜（Ｃ）に、下方からの透視外観図、側断面図、下端からの一部破断平面図をそれぞれ示した。
【図２】上記実施例において注液状態を示す概略図である。
【図３】上記実施例における液垂れ防止機構を示す概略図であり、（Ａ）は上記実施例における液垂れ防止状態を示している。（Ｂ）は従来の注液ノズルにおける液垂れ状態を示している。
【図４】本発明のその他の実施例における概略構造図を示している。（Ａ）は上記実施例の変形例であり、（Ｂ）はその他の実施例である。
【図５】従来の注液ノズルの概略構造図を示している。（Ａ）は下方からの透視外観図であり、（Ｂ）は側断面図である。
【符号の説明】
１注液ノズル
１ｂ多筒注液ノズル
３分流室
１０集合管路
１１、１１ａ、１１ｂ個別管路
２０、２０ｂ吐出開口
３０、３０ｂ液滴支持部

Claims

ほぼ垂直に設置されて上端から間欠的に加圧供給される液体を下端の吐出開口より間欠的に吐出するための注液ノズルであって、複数の細い管路を束ねて内蔵する集合管路を液体流路とし、前記集合管路の各個別管路の下端開口を包絡する集合開口面の下方に適宜に小さな空隙を保って液滴支持部が配設され、この液滴支持部により非加圧期間に液体の自重によって各個別管路から滴下する液滴を受け止めて各個別管路内部の液体と連続する一つの液滴塊に合体させるように構成されるとともに、加圧期間には前記液滴支持部に付帯した吐出開口から液体を吐出するように構成されていることを特徴とする間欠的に高速注液するのに適した注液ノズル。
請求項１に記載の注液ノズルであって、前記液滴支持部は前記集合開口面と僅かな間隙を隔てて平面状あるいは凹面状をなして対面し、前記間隙を前記吐出開口とすることを特徴とする。
請求項１に記載の注液ノズルであって、前記液滴支持部は、前記集合開口面を覆うとともに内部に中空部を有し、当該支持部の外表面と前記中空部とを挿通する多数の孔部をもって前記吐出開口とすることを特徴とする。