JP4058947B2 - 液体充填装置の充填ノズル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば飲料用液体を容器に充填する液体充填装置に関し、特に注出部に設けられる充填ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の液体充填装置にあっては、注出口から直接液体が注出されると、圧力が急激に開放されるので、吐出される液体の流れが乱れ、容器内に充填された液体が泡立ってしまうので、従来から液体の流れを整流すると共に充填停止時の液垂れを防止する充填ノズルが装着されている。従来の充填ノズルとしては、たとえば、ノズル本体内に複数枚のメッシュ部材を所定間隔を隔てて挿入し、充填圧を段階的に降下させて圧力勾配を緩やかにし、吐出時の流れがなるべく乱れの無い層流となるように制御していた。また、充填後の残留液体は、液体の表面張力によってメッシュ部材の網目に保持し、液垂れの発生を防止してていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の充填ノズルの場合には、網目を細かくすることにより流れの勢いを止めていたので、メッシュ部材が目詰まりしやすいという問題があった。目詰まりが生じると充填速度が低下するので、定期的に洗浄，交換する必要があるが、その間ラインを止める必要があり、生産性低下を招いてしまう。メッシュ部材の目を粗くすると目詰まりが生じる時間を長くできるが、粗くすると十分に圧力を低下させることができず、整流効果が悪くなるという問題がある。
【０００４】
一方、従来からメッシュ部材を用いずに、所定の流路長さを有する複数の流路を備えた整流板を用いた充填ノズルも知られているが（特開昭６３−１９１７９７号公報参照）、整流板を用いたものでは液垂れを防止することが困難であり、従来は流路長さを長くして対応していた。しかし、あまり長くすると、流路抵抗が高くなりすぎ、十分な流量が確保できず、充填に時間がかかりすぎるという問題がある。また、流路の孔径を小さくすることが考えられるが、孔径を小さくするにも加工上限界がある。
【０００５】
本発明は上記した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、適切な流量を確保しつつ整流することができ、さらに液垂れを効果的に防止し得る液体充填装置の充填ノズルを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、液体充填装置の液体注出部に設けられ所定の充填圧で注出される液体の流れを整流すると共に充填停止時の液垂れを防止する液体充填装置の充填ノズルにおいて、中空のノズル本体内に、液体の流れを整流する所定長さの複数の流路を備えた整流板と、充填停止時に多数の孔に液体を保持して液垂れを防止する液垂れ防止部材と、を直列に配置し、前記整流板の流路を充填停止時における液垂れを許容する大きさであって液体垂れ防止部材の孔径よりも大きく設定すると共に、整流板の開口率を液垂れ防止部材の開口率よりも大きくした構成で、前記整流板を挟んで複数の液垂れ防止部材が配置されていることを特徴とする。
【０００７】
複数の整流板は、所定間隔を隔てて配置されていることが効果的である。また、整流板と液垂れ防止部材とを所定間隔を隔てて配置する構成としてもよい。間隔を設ける場合には、整流板に間隔保持部材を一体的に設けることが好ましい。
【０００８】
整流板の複数の流路はノズル本体の通路断面に均一に配置されていることが好ましい。
また、整流板の厚みは１〜２０ｍｍ、穴径は０．５〜２．０ｍｍ程度とすることが好適である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図４は、本発明の実施の形態に係る充填ノズルが適用される液体充填装置を示している。
まず、液体充填装置について簡単に説明すると、この液体充填装置１００は、充填通路１０１を構成する内筒１１０内に配置された内部移動体１５０を、内筒１１０外部から非接触で駆動して充填通路１０１を開閉する構成となっている。
すなわち、内筒１１０と、内筒１１０の外周に組みつけられる外筒１３０と、内筒１１０外周と外筒１３０内周間に形成される環状空室１４０と、この環状空室１４０内に移動自在に挿入され内部移動体１５０と内筒１１０の壁を隔てて配置される外部移動体１６０と、内部移動体１５０と外部移動体１６０とを磁気的に結合するための磁石１７１，１７２と、を備えており、外部移動体１６０をエア圧で駆動することにより、内部移動体１５０に設けられた弁体部１５１を内筒１１０内壁に形成された弁座１１１に接離させて充填通路１０１を開閉し、容器に所定量ずつ液体を供給するようになっている。
【００１０】
図示例では、外部移動体１６０は、ばね部材１８０によって内部移動体１５０の閉弁方向に付勢され、環状空室１４０内に供給される空気圧によってばね部材１８０のばね力に抗して駆動される。この外部移動体１６０の移動に同期して内部移動体１５０が開弁方向に移動する構成となっている。内筒１１０上端の供給口１０２には所定圧の液体を供給する供給配管１９０が接続され、内筒１１０下端の注出部には、所定の充填圧で注出される液体の流れを整流すると共に充填停止時の液垂れを防止する充填ノズル１が取り付けられている。充填ノズル１は、中空のノズル本体１０内に、液体を流れを整流する所定長さの複数の流路２１を備えた整流板２０と、充填停止時に孔としての網目に液体を保持して液垂れを防止する液垂れ防止部材としてのメッシュ部材３０とを直列に配置した構成となっている。
【００１１】
ノズル本体１０は、保持筒４０内に軸方向に所定量だけ移動自在に保持され、保持筒４０を介して内筒１１０に取り付けられている。ノズル本体１０の先端部１１は保持筒４０の先端から出没自在となっており、内筒１１０の先端とノズル本体１０間には、ノズル本体１０を保持筒４０から突出させる方向に付勢するスプリング５０が挿入されている。保持筒４０の上端部内周には雌ねじが切られており、この雌ねじが内筒１１０の下端部外周に形成された雄ねじにねじ込み固定される。また、外筒１３０の先端には、前記保持筒４０外周を所定間隔を隔てて覆うカバー部１３１が延長されている。このカバー部１３１の先端が保持筒４０よりも下方に突出しており、保持筒４０から突出するノズル本体１０の先端とほぼ同一位置となる。そして、洗浄時には外筒１３０のカバー部１３１先端開口部が栓体１３２によって閉塞される。
【００１２】
次に、本発明の充填ノズル１について、図１及び図２を参照して詳細に説明する。
ノズル本体１０は円筒形状で、外周中途部には環状凸部１２が突出しており、この環状凸部１２の一方の端面が内筒１１０の先端と対向しており、この対向面間にスプリング５０が介装されている。また、環状凸部１２の他方の端面は保持筒４０の先端に設けられた内向きのストッパ４２に当接して保持筒４０からの抜け止めが図られている。
整流板２０とメッシュ部材３０の組み合わせは、整流板２０を挟んで２枚のメッシュ部材３０，３０の組み合わせとなっている。メッシュ部材と整流板の間は密接していてもよいし、間隔を開けてもよい。メッシュ部材３０の数は３枚以上としてもよい。
整流板２０は、扁平な円柱形状で、外周円筒面がガイド面となり、ノズル本体１０の内周壁面に摺動自在に接触している。流路２１は、整流板２０を貫通する円形の貫通穴で、整流板２０の中心軸線と平行に形成されている。
【００１３】
整流板２０とメッシュ部材３０間に間隔を開ける場合には、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、整流板２０に間隔保持部材としてのスペーサ部２２を一体的に設けてもよいし、図３に示すように、リング状に成形したスペーサ４０を用いてもよい。
スペーサ部２２は、整流板２０の外径端部に沿って円弧状に複数設けたもので、スペーサ部２２の外側面は、整流板２０の外周面と連続する円弧面となっており、図示例では４箇所に部分的に設けられている。
整流板２０の複数の流路はノズル本体１０の通路断面に均一に配置されている。この実施の形態では、流路２１は、所定の間隔で描かれた複数の同心円上に環状列状に配置されており、各同心円上に配列された流路２１間の円周方向の間隔は、隣り合う同心円上に配置された流路２１間の半径方向の間隔とほぼ等しく設定されている。なお、図１および図３では、整流板２０の流路２１は省略して記載している。
【００１４】
一方、メッシュ部材３０は、図２（Ｃ），（Ｄ）に示すように、多数本の縦線３１と横線３２を交差させたスクリーン構成となっており、整流板２０の流路２１の穴２１の面積はメッシュ部材３０の網目３３の目開き部の面積よりも大きくなっている。また、整流板２０の開口率はメッシュ部材３０の開口率よりも大きく設定されている。整流板２０の開口率は、整流板２０の面積に対する整流板２０の各流路２１の通過断面積ｓ（＝πａ２／４）の総和（ｎ×ｓ）の比率である。また、メッシュ部材３０の開口率は、メッシュ部材の面積に対する網目３３の開口面積の総和の比率である。整流板２０の厚み（流路の長さ）は１〜２０ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍ程度に設定される。また、穴径ａは、０．５〜２ｍｍ程度、好ましくは０．８〜１．５ｍｍ程度に設定される。
【００１５】
［他の実施の形態］
なお、上記実施の形態では、液垂れ防止部材としてメッシュ部材３０を用いた場合を示したが、薄板に多数の微細孔を設けた多孔板を用いてもよく、要するに表面張力によって多数の孔に液体を保持する構成であればよい。
【００１６】
【実施例】
図５は、本発明の整流板１枚，メッシュ部材２枚を組み合わせたサンプルについての試験結果である。比較例としてメッシュ部材を６枚使った現行製品を用いた。現行製品は充填目標時間を９秒に設定している。充填液としてはお茶を使用した。サンプルの整流板は、直径がφ１８．３、板厚が４ｍｍ、穴径がφ１．２ｍｍ、穴数が９１、開口率が３９．１％のものを用いた。穴の配置は、同心円上に環状に均等配列している。図示例では等間隔で描いた複数の同心円上に、穴が均等に等配されている。
【００１７】
また、サンプルのメッシュ部材としては＃６０のもの、縦線、横線の線径ｄが０．１９ｍｍ、目開きｗが２３３μｍ、開口率は３０．０％のものを用いた。現行のメッシュ部材は＃８０のものが用いられ、縦線、横線の線径ｄが０．１４ｍｍ、目開きｗが１７７μｍ、開口率は３１．４％のものを用いた。試験は泡立ちが無く充填できる充填時間を測定したもので、タンク圧力（充填圧力）を段階的に変化させ、それぞれの圧力について各５回ずつ充填時間を測定し、その平均値をとっている。試験結果としては、最短の充填時間がポイントで、最短の充填時間が目標充填時間に近いと、タンク圧の変動によって充填時間が目標充填時間より長くなる可能性が高くなる。充填ラインでは、充填時間が定まっており、充填時間が長くかかるということは、充填量が少なくなってしまうことになる。タンク圧を低くすれば泡立ちが生じないが、時間がかかりすぎて無意味なので、試験は充填目標時間（９秒）を勘案して充填時間が約９．３秒程度までとした。
【００１８】
その結果、２枚のメッシュ部材と１枚の整流板の組み合わせは、タンク圧が約０．３６［ｋｇｆ／ｃｍ２］で充填した場合の充填時間が最短で、約８．４５秒程度である。充填圧をこれ以上高くすると、充填時間はさらに短くなるが、泡立ちが生じる。現行製品は、タンク圧が約０．５１［ｋｇｆ／ｃｍ２］で充填した場合の充填時間が最短で、約８．６５秒程度である。この結果、本発明品の場合、現行製品に比べて低いタンク圧力で同等の充填時間を達成できた。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本請求項１に係る発明は、中空のノズル本体内に、液体を流れを整流する所定長さの複数の流路を備えた整流板と、充填停止時に多数の孔に液体を保持して液垂れを防止する液垂れ防止部材と、を直列に配置し、整流機能と液垂れ防止機能を分離したので、従来のようにメッシュ部材を多段に配置することなく、整流板の流路抵抗によって効果的に整流することができ、また、整流板の流路をいたずらに長くして流量を犠牲にすることなく、十分な流量を確保しつつ液垂れ防止部材によって液垂れを確実に防止することができる。
【００２０】
また、整流板の流路は、充填停止時における液垂れを許容する大きさに設定したので、流路は整流に必要な程度の長さおよび孔径に設定すればよく、流量を大きくして充填時間の短縮を図ることができる。さらに、整流板の開口率を液垂れ防止部材の開口率よりも大きくしたので、従来のメッシュ部材の多段配置に比べて大きな流量を確保できる。また、整流板の流路の孔径は液体垂れ防止部材の孔径よりも大きくなっているので、やはり流量を大きくできる。
さらにまた、整流板を挟んで複数の液垂れ防止部材が配置されているので、従来のメッ シュ部材のみの多段配置に比べて少ない数の液垂れ防止部材ですみ、長寿命化を図ることができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、複数の整流板が所定間隔を隔てて配置されているので、段階的に圧力が降下し、整流板間の圧力勾配を小さくなって、整流効果を高めることができる。
請求項３に記載の発明は、整流板と液垂れ防止部材とが所定間隔を隔てて配置されているので、段階的に圧力が降下し、圧力勾配が小さくなって整流効果を高めることができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、整流板には間隔保持部材が一体的に設けられているので、整流板の安定性が高まる。
請求項５に記載の発明は、整流板の複数の流路はノズル本体の通路断面に均一に配置されているので、全体的に均一に整流することができる。請求項６に記載の発明は、整流板の厚みは１〜２０ｍｍ、穴径を０．５〜２ｍｍ程度としたことにより、より効果的に整流効果および液垂れ防止効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の液体充填装置の充填ノズルの分解斜視図である。
【図２】 図２（Ａ）はスペーサ部が一体に設けられた充填ノズルの整流板の裏面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の半断面正面図、同図（Ｃ）は図１の充填ノズルのメッシュ部材の平面図、同図（Ｄ）は同図（Ｃ）のメッシュ部材の網目の部分拡大図である。
【図３】図３は整流板とメッシュ部材の間にスペーサを装着する場合の分解斜視図である。
【図４】 図４は本発明の充填ノズルが適用される液体充填装置の断面図である。
【図５】本発明の試験結果を示すもので、充填時間とタンク圧力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 充填ノズル、１０ ノズル本体、
２０ 整流板、
２１、流路、２２ スペーサ部
３０ メッシュ部材（液垂れ防止部材）、
３１，３２ 縦線，横線、３３ 網目

Claims (6)

1. 液体充填装置の液体注出部に設けられ所定の充填圧で注出される液体の流れを整流すると共に充填停止時の液垂れを防止する液体充填装置の充填ノズルにおいて、
   中空のノズル本体内に、液体の流れを整流する所定長さの複数の流路を備えた整流板と、充填停止時に多数の孔に液体を保持して液垂れを防止する液垂れ防止部材と、を直列に配置し、前記整流板の流路を充填停止時における液垂れを許容する大きさであって液体垂れ防止部材の孔径よりも大きく設定すると共に、整流板の開口率を液垂れ防止部材の開口率よりも大きくした構成で、
   前記整流板を挟んで複数の液垂れ防止部材が配置されていることを特徴とする液体充填装置の充填ノズル。
2. 複数の整流板が所定間隔を隔てて配置されている請求項１に記載の液体充填装置の充填ノズル。
3. 整流板と液垂れ防止部材とが所定間隔を隔てて配置されている請求項１又は２に記載の液体充填装置の充填ノズル。
4. 整流板には間隔保持部材が一体的に設けられている請求項２又は３に記載の液体充填装置の充填ノズル。
5. 整流板の複数の流路はノズル本体の通路断面に均一に配置されている請求項１乃至４のいずれかの項に記載の液体充填装置の充填ノズル。
6. 整流板の厚みは１〜２０ｍｍ、流路の孔径は０．５〜２．０ｍｍ程度としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載の液体充填装置の充填ノズル。

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