JP4668744B2 - 液充填ノズル - Google Patents

Description

本発明は、所要の容器に各種液体を充填する自動液充填装置等に使用される弁内臓型の液充填ノズル、特に給源から導入液体に加えられた液圧によって吐出を行う該液充填ノズルに関する。

自動液充填装置において、高所に設置された液体タンクや加圧式タンクから略一定圧力が加わった液体を導入し、その液圧を利用して所要の容器に液体を充填する場合、該液体の吐出・停止を内部に設けた弁の開閉によって切り換える弁内臓型の液充填ノズルが一般的に使用される。しかして、この弁内臓型の液充填ノズルは、下端を吐出口とする縦筒型のノズル本体内に弁杆が同心状に配置し、該ノズル本体上に取り付けた弁開閉用シリンダによって該弁杆を昇降させることにより、該弁杆の弁部がノズル本体内周の環状弁座に離接して開閉弁するようになっている。

ところが、このような液充填ノズルにあっては、内部の液体に常時略一定の液圧が加わっているため、閉弁によって吐出を停止する際に、弁部の流通間隙が急速に狭まるのに伴って、該流通間隙を通過する液体の流速が著しく増大し、狭い隙間から勢いよく噴出する液体が互いに干渉し合って吐出口から周辺へ拡がるように飛散し、この飛沫で容器や周辺機器が汚れる上、容器内に充填している液体が泡立って空気の巻き込みを生じるという問題があった。

そこで、上記のような吐出停止時の飛散を防止する手段として、ノズルの吐出・停止を担う本来の開閉弁の上流側に絞り弁を設けた液充填ノズルが種々提案されている（特許文献１〜４）。しかしながら、これら提案に係る液充填ノズルは、いずれも絞り弁機構を設けることによって全体的に構造が複雑化し、製作コストが高く付くと共に、洗浄液の流通による洗浄性、絞り弁機構の作動信頼性、耐久性等の面で難点があった。
特開平４−２０１８０１号公報 実公平７−２４７９号公報 特許第２９１２０２号公報 特許公開２００３−２３７８９５号公報

本発明は、上述の情況に鑑み、弁内臓型の液充填ノズルとして、閉弁による吐出停止時の液体飛散を確実に防止できる上、構造的に簡素であるために低コストで製作できると共に、洗浄液の流通による洗浄性、作動信頼性、耐久性等の面でも優れるものを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る液充填ノズルは、図面の参照符号を付して示せば、下端を吐出口１ａとして側方に液導入口１ｂを有する縦筒型のノズル本体１と、該ノズル本体１内に同心状に配置した弁杆２と、この弁杆２を昇降動作させる昇降駆動手段（二段式エアシリンダー３）とを備え、前記ノズル本体１の吐出口１ａと液導入口１ｂとの間の内周部に、環状弁座５が形成され、前記弁杆２の下部に、前記環状弁座５に対して上方から密嵌し得る弁部６と、この弁部６よりも下方へ同心状に突出し、閉弁時にノズル本体１の前記環状弁座５よりも下位の吐出管部１１ｂに小間隙ｔを保って嵌入する絞り筒部２２とが設けられ、前記絞り筒部２２は、内側を絞り流路２３として下端が前記吐出口１ａに臨んで同心状に開口２３ａし、外周面の複数箇所に該絞り流路２３と連通する通液孔２４…を有すると共に、これら通液孔２４…よりも下位の外周面に、ノズル本体１の吐出管部１１ｂの内周面と摺接するシールリング７が嵌装され、該絞り筒部２２がノズル本体１の吐出管部１１ｂから離脱したノズル開放状態と、前記弁部６が前記環状弁座５に密嵌するノズル閉止状態との間で、絞り筒部２２がノズル本体１の吐出管部１１ｂに嵌入し、前記弁部６と環状弁座５との間から流出する液Ｌが当該絞り筒部２２の通液孔２４及び絞り流路２３を通して吐出されるノズル絞り状態を現出するように構成され、且つ前記絞り筒部２２が弁杆２のロッド２１に螺着する独立部材からなり、該絞り筒部２２と前記ロッド２１との間で前記弁部６を有する弾性リング材２５を挟着するように構成されてなると共に、前記絞り筒部２２の通液孔４４の下側に環状段部２２ｂを介して雄ねじ部２２ｃを形成し、前記シールリング７を前記環状段部２２ｂに嵌合した状態で前記雄ねじ部２２ｃにナット２６を螺合して前記シールリング７を前記絞り筒部２２と前記ナット２６との間で挟着するように構成されてなる。

請求項２の発明は、上記請求項１の液充填ノズルにおいて、前記昇降駆動手段がノズル本体１上に取り付けられた二段式流体圧シリンダー（二段式エアシリンダー３）からなるものとしている。

請求項３の発明は、上記請求項１又は２の液充填ノズルにおいて、前記液導入口１ｂが高所に設置された液体タンクＴ又は加圧式タンクに接続され、導入液体Ｌに位置エネルギー又は加圧による液圧が加わる構成としている。

請求項１の発明に係る液充填ノズルによれば、ノズル開放状態では絞り筒部がノズル本体の吐出管部から離脱しており、液導入口から流入する液体は、供給液圧により開放した弁部と環状弁座の間から吐出管部へ流れ込み、その下端の吐出口から口径一杯の太い流れで下方へ吐出されるが、吐出管部への流れの一部は絞り筒部の通液孔及び絞り流路を通過している。そして、吐出停止のために閉弁する過程では、まず弁杆の下降に伴って弁座と絞り筒部との間隔が縮小してゆくが、絞り筒部の絞り流路の入口側は変化しないため、吐出管部への流れの内で該絞り流路を通過する流れの割合が増してゆき、吐出口からの吐出は周辺部が弱まって中心部ほど速く強い流れになる。次いで、絞り筒部が吐出管部に嵌入し、更に外周面のシールリングが吐出管部の内周面に摺接すると、該吐出管部の内周面に沿って吐出口へ向かう流れが途絶し、絞り筒部の絞り流路を通る中心の流れのみとなり、その下端開口から出た細い液流がそのまま乱れずに吐出口から吐出され、この吐出液流が弁部の環状弁座への接近から当接閉弁する過程で細って停止する。従って、この液充填ノズルでは、閉弁時に液体が吐出口から周辺へ飛散することはなく、飛散による容器や周辺機器の汚れを回避でき、容器内の液体の泡立ちによる空気の巻き込みも防止できる。更に、この液充填ノズルは、ライン洗浄の際、開弁状態で内部に洗浄液を流すことにより、接液部全てが余すところなく洗浄液に触れて清浄化されるから、分解洗浄のような手間を要さず、また構造的に簡素で低コストで製作できると共に、作動信頼性及び耐久性にも優れるという利点がある。
更に、弁杆が独立部材であるロッドと絞り筒部との間で弁部を有する弾性リング材を挟着する構造とすると共に、絞り筒部と該筒部に螺合されるナットとの間で前記シールリングを挟着する構造であるから、該弁杆および絞り筒部の組立製作が容易であると共に、弁部の弾性リング材およびシールリングの損耗による交換作業も容易となる。

請求項２の発明によれば、二段式流体圧シリンダーによって弁杆の昇降動作を二段階に設定できるから、液体の性状や充填速度等の充填条件に応じてノズル絞り状態からノズル閉止状態に至る速度を調整できると共に、充填量をより高精度に設定できる。

請求項３の発明によれば、導入液体に液圧が加わって本来は閉弁時に飛散を生じ易い構成であるにも拘らず、該飛散を確実に防止できる。

以下、本発明に係る液充填ノズルの一実施形態について、図１〜図４を参照して具体的に説明する。

図１で示すように、この液充填ノズルは、下端を吐出口１ａとして側方に液導入口１ｂを有する縦筒型のノズル本体１と、該ノズル本体１内に同心状に配置した弁杆２と、該ノズル本体１の上に取り付けられた二段式エアシリンダー３とを備えている。そして、該エアシリンダー３の下方へ突出した伸縮ロッド３ａと、弁杆２のノズル本体１から上方へ突出した上端部２ａとが連結されており、該エアシリンダー３の駆動によって弁杆２が昇降動作するようになっている。

ノズル本体１は、直管部１０ａを垂直に配置したチーズ管１０と、その直管部１０ａの下端にクランプバンド４を介して同心に連結された段付き管１１とで構成されている。そのチーズ管１０は、側方へ突出した分岐管部１０ｂを液導入口１ｂとして、該分岐管部１０ｂに高所に設けた液体タンクＴからの液導入管Ｐがクランプバンド４を介して連通接続され、また直管部１０ａの上端には弁杆２のロッド２１を液密に摺動自在に貫通させた端板部材１２が同様にクランプバンド４を介して連結されている。なお、これら３ヵ所のクランプバンド４による連結部分は、ガスケット（図示省略）を挟んだフランジ接合になっている。

段付き管１１は、チーズ管１０の直管部１０ａと同一内径である上部側の弁杆ガイド筒部１１ａと、小内径で下端を吐出口１ａとする下部側の吐出管部１１ｂとを有しており、大内径の弁杆ガイド筒部１１ａから小内径の吐出管部１１ｂへ移行する内周部が環状テーパー面をなし、この環状テーパー面の下部側が環状弁座５を構成している。また、弁杆ガイド筒部１１ａの内周には、図２でも示すように、周方向複数ヶ所（図では４ヵ所）に上下方向に沿うガイド突条１３…が形成されている。

弁杆２は、丸棒状のロッド２１の下端部に、下方へ縮径する環状テーパー面からなる弁部６と、この弁部６よりも下方へ同心状に突出した絞り筒部２２とが設けてあり、弁部６が環状弁座５に対して上方から密嵌して閉弁すると共に、この閉弁時に絞り筒部２２がノズル本体１の吐出管部１１ｂに小間隙ｔを保って嵌入するように構成されている。しかして、絞り筒部２２は、内側を絞り流路２３として下端がノズル本体１の吐出口１ａに臨んで同心状に開口２３ａし、図３でも示すように外周面の複数箇所（図では４ヵ所）に等配して該絞り流路２３と連通する半径方向の通液孔２４…を有し、且つこれら通液孔２４…よりも下位の外周面に、ノズル本体１の吐出管部１１ｂの内周面と摺接するフッ素ゴム製のシールリング７が嵌装されている。

図４に示すように、弁杆２の絞り筒部２２は、ロッド２１とは別体の独立部材にて構成されており、上面中央に突設したボルト部２２ａを、ロッド２１の下端面中央に設けたねじ孔２１ａに螺挿することにより、当該ロッド２１に同心状に連結するようになっている。また、弁部６はフッ素ゴムからなる弾性リング材２５の下縁外周部に設けられており、この弾性リング材２５をロッド２１の径小下部２１ｂに外嵌して、当該ロッド２１の環状段部２１ｃと絞り筒部２２の上端面外周部との間で挟着するようになっている。更に、シールリング７は、絞り筒部２２の通液孔２４…の形成部分の下側の環状段部２２ｂに下方から嵌合した状態で、当該絞り筒部２２の下部外周の雄ねじ部２２ｃに螺合したナット２６で締め付け、もって当該絞り筒部２２に離脱不能に巻装される。しかして、ノズル本体１内に配置した弁杆２は、その昇降動作において常時、弾性リング材２５の外周面でノズル本体１のガイド突条１３…と摺接するように寸法設定されている。

なお、この液充填ノズルでは、フッ素ゴムからなるシールリング７及び弾性リング材２５を除いて、他の接液部分を構成する各部材はステンレス鋼製である。

上記構成の液充填ノズルには、高所に設置された液体タンクＴの液体Ｌが、位置エネルギーによる常時一定の液圧で液導入口１ｂより導入される。しかして、弁杆２が上昇位置にあるノズル開放状態では、図５（Ａ）に示すように、絞り筒部２２はノズル本体１の吐出管部１１ｂから上方へ離脱しており、液導入口１ｂから供給される液体Ｌは、開放した弁部６と環状弁座５の間から吐出管部１１ｂへ流れ込み、その下端の吐出口１ａから口径一杯の太い液流Ｆ１として吐出され、下方に配置した所要の容器（図示省略）内に充填される。この間、吐出管部１１ｂへの流れの一部は、絞り筒部２２の通液孔２４…及び絞り流路２３を通過し、下端の開口２３ａより該吐出管部１１ｂ内へ流出して周辺側の流れと合流している。

そして、容器が満杯に近付いて吐出停止のために閉弁する過程では、まず弁杆２の下降に伴って環状弁座５と絞り筒部２２との間隔が縮小してゆくが、絞り筒部２２の絞り流路２３の入口側つまり通液孔２４…の開口度合は変化しないため、吐出管部１１ｂへの流れの内で該絞り流路２２を通過する流れの割合が増してゆき、吐出口１ａからの吐出は周辺部が弱まって中心部ほど速く強い流れになる。次いで、絞り筒部２２が吐出管部１１ｂに嵌入し、更に外周面のシールリング７が吐出管部１１ｂの内周面に摺接すると、図５（Ｂ）にノズル絞り状態として示すように、該吐出管部１１ｂの内周面に沿う周辺部の流れは途絶し、絞り筒部２２の絞り流路２３を通る中心の流れのみとなり、その下端開口２３ａから出た細い液流Ｆ２がそのまま吐出口１ａから吐出され、この吐出液流が弁部６の環状弁座５への接近から当接して閉弁する過程で細って停止し、図５（Ｃ）で示すノズル閉止状態となる。

このように、ノズル開放状態からノズル絞り状態への移行は、吐出管部１１ｂを通る液流が次第に中心側に絞られてゆく形でなされ、しかもノズル絞り状態における細い液流Ｆ２は図５（Ｂ）の如く吐出管部１１ｂの内周面に接触せずに乱れなく流下放出されるから、閉弁による吐出停止の間に液体Ｌが吐出口１ａから周辺へ飛散することはない。従って、従来の弁内臓型の液充填ノズルのような閉弁時の液体飛散による容器や周辺機器の汚れが確実に回避され、また容器内の液体の泡立ちによる空気の巻き込みも防止されるから、酸化変質の防止等で容器内への空気の入り込みを嫌う場合に好適である。

また、この液充填ノズルにあっては、ライン洗浄の際、開弁状態で内部に洗浄液を流すことにより、構造的に洗浄液が接液部全てに行き渡ることになるから、分解洗浄のような手間を要さずに接液部全体が余さず清浄化される。また、この液充填ノズルは構造的に簡素であるから、作動信頼性及び耐久性にも優れると共に、低コストで製作できる。

なお、本発明の液充填ノズルは、弁杆２を昇降動作させる昇降駆動手段として、例示した二段式エアーシリンダー３以外のエアシリンダーや油圧シリンダを使用できると共に、他の種々の昇降駆動機構も採用可能である。ただし、この実施形態の二段式エアーシリンダー３のような二段式流体圧シリンダーによれば、弁杆２の昇降動作を二段階に設定できるから、液体Ｌの性状や充填速度等の充填条件に応じてノズル絞り状態からノズル閉止状態に至る速度の調整が可能になると共に、絞り状態での充填量調整によって最終充填量をより高精度に設定できるという利点がある。

また、本発明の液充填ノズルでは、ノズル本体１及び弁杆２の部材構成や組立構造等、細部構成については実施形態以外に種々設計変更可能であるが、前記実施形態の弁杆２のように独立部材であるロッド２１と絞り筒部２２との間で弁部６を有する弾性リング材２５を挟着する構造とすれば、その組立製作が容易であると共に、弁部６の弾性リング材２５の損耗による交換作業も容易となる。

更に、前記実施形態では液体タンクＴを高所に設置して供給液体に位置エネルギーによる液圧を加えているが、加圧タンクを用いて液圧を付与するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る液充填ノズルの縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線の断面矢視図である。 図１のＢ−Ｂ線の断面矢視図である。 同液充填ノズルの弁杆の要部を分解状態で示す半縦断側面図である。 同液充填ノズルの動作を示し、（Ａ）はノズル開放状態、（Ｂ）はノズル絞り状態、（Ｃ）はノズル閉止状態、のそれぞれ縦断側面図である。

符号の説明

１ ノズル本体
１ａ 吐出口
１ｂ 液導入口
１２ｂ 吐出管部
２ 弁杆
２１ ロッド
２２ 絞り筒部
２３ 絞り流路
２３ａ 開口
２４ 通液孔
２５ 弾性リング材
３ 二段式エアシリンダー（昇降駆動手段）
５ 環状弁座
６ 弁部
Ｔ 液体タンク

Claims (3)

1. 下端を吐出口として側方に液導入口を有する縦筒型のノズル本体と、該ノズル本体内に同心状に配置した弁杆と、この弁杆を昇降動作させる昇降駆動手段とを備え、
   前記ノズル本体の吐出口と液導入口との間の内周部に、環状弁座が形成され、
   前記弁杆の下部に、前記環状弁座に対して上方から密嵌し得る弁部と、この弁部よりも下方へ同心状に突出し、閉弁時にノズル本体の前記環状弁座よりも下位の吐出管部に小間隙を保って嵌入する絞り筒部とが設けられ、
   前記絞り筒部は、内側を絞り流路として下端が前記吐出口に臨んで同心状に開口し、外周面の複数箇所に該絞り流路と連通する通液孔を有すると共に、これら通液孔よりも下位の外周面に、ノズル本体の吐出管部の内周面と摺接するシールリングが嵌装され、
   該絞り筒部がノズル本体の吐出管部から離脱したノズル開放状態と、前記弁部が前記環状弁座に密嵌するノズル閉止状態との間で、絞り筒部がノズル本体の吐出管部に嵌入し、前記弁部と環状弁座との間から流出する液が当該絞り筒部の通液孔及び絞り筒部を通して吐出されるノズル絞り状態を現出するように構成され、
   且つ前記絞り筒部が弁杆のロッドに螺着する独立部材からなり、該絞り筒部と前記ロッドとの間で前記弁部を有する弾性リング材を挟着するように構成されると共に、前記絞り筒部の通液孔の下側に環状段部を介して雄ねじ部を形成し、前記シールリングを前記環状段部に嵌合した状態で前記雄ねじ部にナットを螺合して前記シールリングを前記絞り筒部と前記ナットとの間で挟着するように構成されてなる液充填ノズル。
2. 前記昇降駆動手段がノズル本体上に取り付けられた二段式流体圧シリンダーからなる請求項１記載の液充填ノズル。
3. 前記液導入口が高所に設置された液体タンク又は加圧式タンクに接続され、導入液体に位置エネルギー又は加圧による液圧が加わる請求項１又は２に記載の液充填ノズル。

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