JP5715357B2

JP5715357B2 - ノズル

Info

Publication number: JP5715357B2
Application number: JP2010185631A
Authority: JP
Inventors: 渉竹本; 邦彦神吉; 久継中野
Original assignee: H Ikeuchi and Co Ltd
Current assignee: H Ikeuchi and Co Ltd
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: JP2012040529A

Description

本発明はノズルに関し、詳しくは、粘性液体とエアとの２流体をノズル内に収容したソレノイド弁を駆動して噴霧するノズルに関し、離型剤、粘性食品等をパルス状に噴霧するものである。

従来、この種の粘性液体を均一厚さで高速に噴霧するノズルとして、特開平６−２２１４６２号公報で、ノズル内に設けた弁座をソレノイド弁で開閉するスプレー電磁弁が提案されている。

特開平６−２２１４６２号公報

特許文献１に開示されたスプレー電磁弁等の弁体を駆動制御するノズルでは、弁体を開位置に移動して弁座を開き、粘性流体を噴口へ押し出す一方、弁体を閉位置に移動して弁座を閉じて噴霧を停止している。該ノズルでは、噴霧停止時に弁体の移動により液体が多く流れるため、粗い粒子が多く吐出される。そのため、短時間で均一粒子で噴霧ができず、塗布厚さにばらつきが生じる問題がある。また、噴霧する粘性流体の温度が昼夜で変化するため、同じ圧力で噴霧しても流量にバラツキが発生する。該問題は、液体の粘度を検出し、該粘度に対応して押出圧力を制御して流量を一定化することは可能であるが、短時間に微量の粘性液体の噴霧を繰り返してパルス状に噴霧する場合には前記制御に限界がある。

本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、短時間に微量の粘性液体の噴霧を繰り返すノズルにおいて、弁体の移動による流量変化を無くして、短時間でパルス状に噴霧する粒子径の均等化、瞬時流量の均等化ができるノズルを提供することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、
ハウジングの中心軸線に沿って、ソレノイドユニットの可動鉄芯と固定または一体に設けた電磁弁の作動ロッドからなる弁体を前後進自在に内嵌する軸穴を設け、該軸穴の内周面と前記弁体の外周面の隙間を液体環状流路とすると共に、前記軸穴の噴射側の内周面に弁座を設け、該弁座から先端側に液体小径流路を設け、該液体小径流路への液体の流入を前記弁体の閉弁位置で遮断する一方、
前記閉弁位置より噴射側に位置する前記液体小径流路の先端に圧力空気が流入する混合室を設け、前記ハウジングの外周面に開口した気体供給穴から気体供給路を介して供給する前記圧力空気を前記混合室に流入させ、
前記混合室に供給している圧力空気に、前記弁体の開弁時に前記混合室に供給される前記液体を混合して、該混合室の先端中央に設けた噴口から前記液体と圧力空気とを混合して噴霧する構成としていることを特徴とするノズルを提供している。

前記構成からなる本発明のノズルは、噴口への液体の供給と停止とをソレノイドを利用した弁体で弁座を開閉して行い、瞬間的な液体の噴霧を繰り返し行えるようにしている。また、液体環状流路は弁体の外周面と軸穴の内周面の間の隙間の狭い流路として供給液量を微量とし、かつ、閉弁時に弁座から噴口の間に残留する液体を極力少なくするとともに、残留した液体は圧力空気と混合して噴霧している。これにより、液体温度に左右されず、大きな粒子径の液体が噴霧されないようにしている。

前記ハウジングに、前記液体環状流路に連通させた液体供給穴を設けると共に該液体供給穴に隣接した位置にヒータを内蔵していることが好ましい。
このようにハウジング内に液体供給穴に近接してヒータを内蔵しておくと、ハウジング内で液体を加熱して粘度を一定とすることができ、粒子径のバラツキを押さえることができる。よって、噴霧される粘性液体の粒子径をより均等とすることができる。

前記弁座は前記軸穴の先端側に設けた収容室に収容したＦＫＭ（フッ素ビニリデン系ゴム）からなるシール材で形成し、該シール材の内周面に前記弁体の先端に設けたテーパ状の弁部を接触させて止液する構成とし、該シール材を収容する収容室に前記液体小径流路を連続させている。

本発明のノズルではソレノイドで弁体を極短時間（例えば０．１秒以下）に往復作動をさせ、かつ、これを連続的に繰り返して行うため、弁体と弁座との接触離反による摩擦が発生しやすい構成となる。よって、弁体と弁座とを金属同士の接触離反で開閉させる構成とすると金属摩耗が発生して耐久性が低下し、かつ、摩耗による空隙が発生して確実な止液が行えなくなる恐れがある。よって、前記ＦＫＭ材からなるシール材の内周面をテーパ状として弁座とし、金属製の弁体のテーパ状とした先端弁部と接触離反させている。

前記弁座と混合室とを連通する前記液体小径流路の容積は０．００６３ｃｃ〜０．００８３ｃｃとし、閉弁時に該液体小径流路に残留する液体量を微小としている。

また、前記弁体の開閉作動を瞬間的に連続して行うと、パルス状の噴霧を行うことができる。具体的には、噴霧量は０．０２〜０．０５ｃｃ／秒、１回の噴霧時間は０．０１〜０．１秒とすることが好ましい。
前記した微小噴霧をパルス状に行うと、ダイキャストへの離型剤の噴霧、食品への調味料の噴霧等に好適に用いることができる。

前記混合室は、前記液体小径流路を囲む円錐状壁部の外周に設けた台円錐形状とし、その底辺側に周方向に間隔をあけて、前記気体供給路との連通口を設け、前記気体供給路を周方向に傾斜させ、前記混合室に旋回流として流入させ、該混合室の中心に開口する前記液体小径流路から噴出する液体を前記旋回流の気体と混合して、該混合室の先端に設けた噴口から噴霧する構成としていることが好ましい。

前記のように、混合室内に圧力空気を旋回流として流入させると、液体小径流路から噴出する液体との衝突混合により、液体の大きな粒子が微細化でき、粒子の均等化を促進できる。

本発明では、前記弁座を開閉する弁体をソレノイドユニットの可動鉄芯と固定または一体とした作動ロッド（即ち、ソレノイドロッド）からなる弁体としている。前記弁体の基端と固定または一体とした前記可動鉄芯を固定鉄芯とストローク寸法をあけて連続配置し、該固定鉄芯の外周にコイルを配置して、コイルへの通電時に可動鉄芯を固定鉄芯側へ吸引し、該可動鉄芯を介して前記弁体を開弁方向へ後退させ、コイルへの通電停止時に、前記可動鉄芯に取り付けたスプリングで閉弁方向へ前進させる構成としている。

前記のように、本発明のノズルは、ノズル内部にソレノイドユニットのソレノイドロッドからなる弁体を前後進自在に収容し、該弁体自体がソレノイドで瞬間的に開閉作動を繰り返して前記混合室内に液体を供給し、該混合室内に常時供給している圧力空気と混合して、瞬時的な噴霧を繰り返し行うことができるとともに瞬時流量の均等化を図ることができる。また、閉弁時における液体の残量が極微量となる構成としているため、残渣の液体の噴霧時に粒子径がバラつくのを防止できる。

本発明のノズルの実施形態の断面図である。ノズルチップを示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。

以下、本発明のノズルの実施形態を図面を参照して説明する。
ノズル１は粘性液体Ｑと圧力空気Ａとを混合して噴霧する２流体ノズルである。該ノズル１の内部に前後方向に移動自在に収容した弁体２はソレノイドで作動されるロッドとし、ソレノイドコイル３への通電・停止を短時間で繰り返して、弁体２を開閉位置に往復移動させ、瞬時的な噴霧を繰り返して行うようにしている。
本実施形態のノズル１は、粘性液体Ｑとして油性離型剤を用い、該油性離型剤を希釈液で希釈せずに、微量の油性離型剤をパルス状にアルミダイキャストに噴霧している。

ノズル１のハウジングは本体１０、ノズルチップ１１、キャップ１２およびカバー１４を組み立てて構成している。即ち、本体１０の軸線方向の噴射側にノズルチップ１１を配置し、キャップ１２をノズルチップ１１に被せて本体１０と螺着している。本体１０の他端にはソレノイドユニット１３のカバー１４を本体１０と螺着している。

本体１０は中心軸線に沿って弁体２を前後方向に移動自在に収容した軸穴１５を設け、該軸穴１５のノズルチップ側の先端から所要寸法離れた位置まで軸穴１５の外径を拡大し、弁体２の外周面と軸穴１５の内周面の隙間に液体環状流路１５ａを設けている。該液体環状流路１５ａの基端に連通して径方向に延在し、本体１０の外周面に開口する液体供給穴１６を設けている。該液体供給穴１６に液体供給管（図示せず）を連結して、油性離型剤からなる粘性液体Ｑを液体供給穴１６から液体環状流路１５ａに導入している。該粘性液体Ｑには所要の液圧を負荷している。

前記液体供給穴１６と中心軸線を挟んで対向する側にＬ字状の気体供給穴１８を設けている。該気体供給穴１８は本体１０の外周面の開口から径方向に延在させた後に屈折してキャップ取付側先端面に開口させている。該気体供給穴１８はキャップ１２の内周面およびノズルチップ１１の外周面に設けた気体供給路１２ａ、１１ａに連通し、ノズルチップ１１の先端突出部の外周面とキャップ１２の内周面の間に設けた円錐形状の流路からなる混合室２０に圧力空気Ａを流入させる構成としている。
前記キャップ１２の内周面には環状に凹設した前記気体供給路１２ａを設け、ノズルチップ１１の外周面に図２（Ｂ）（Ｃ）に示すように周方向に傾斜させた気体供給路１１ａを９０度間隔に設け、前記混合室２０の底面に設けた連通口から旋回流として圧力空気Ａを流入させている。

ノズルチップ１１は本体１０の先端面の中央部に当接して配置し、該ノズルチップ１１にキャップ１２を被せて固定している。
ノズルチップ１１の中心には本体１０の軸穴１５に連通する軸穴２１を設け、該軸穴２１の外径は前記液体環状流路１５ａと同等として連通させている。この軸穴２１の内周面と弁体２の外周面の間の環状の隙間を液体環状流路２１ｆとして粘性液体Ｑを導入している。

前記軸穴２１の先端側にシール材２５を収容する収容部２１ａを拡径して設け、該収容部２１ａの先端側の中央から台円錐穴２１ｂを設け、該台円錐穴２１ｂの先端に液体小径流路２１ｃを連続して設け、該液体小径流路２１ｃの先端側は更に小径としている。この小径とした先端をノズルチップ１１の台円錐状に突出させた先端面に開口し、該開口２１ｄから噴射する粘性液体Ｑを前記混合室２０の中央部に噴射させ、旋回流となって流入している圧力空気Ａと混合している。
キャップ１２の先端面の中心軸線位置には混合室２０と連通した噴口２６を設け、混合室２０内で混合させた２流体を噴口２６より外部へ噴霧させるようにしている。キャップ１２の先端面の中央部に凹部１２ｕを設け、その中心に前記噴口２６を開口している。

前記本体１０の軸穴１５およびノズルチップ１１の軸穴２１に移動可能に嵌合する弁体２は、円柱形状のソレノイドロッドからなり、該弁体２の外径は前記軸穴１５の基端側の内周面に接しながら移動する大きさとする一方、液体環状流路１５ａの内周面およびノズルチップ１１の軸穴２１の内周面との間には空隙を確保して環状の液体流路を設けている。
該弁体２の先端は台円錐形状の弁部２ａとし、弁体２が前進して、弁部２ａがノズルチップ１１の前記収容部２１ａに収容するシール材２５と丁度嵌合すると液体小径流路２１ｃを閉鎖し、弁体２が後退すると、液体小径流路２１ｃを開くようにしている。該液体小径流路２１ｃの容積は０．００６３ｃｃ〜０．００８３ｃｃとし、該液体小径流路２１ｃに液体が残留しても微小としている。

前記ノズルチップ１１の収容部２１ａに収容するシール材２５は環状材でＦＫＭ（フッ素ビニリデン系ゴム）から形成している。該シール材２５の内周面に緩やかな山形状のテーパを持たせ、弁体２の傾斜したテーパ状とした弁部２ａの外周面と当接させて止液し、シール材２５の内周面を弁座２５ａとしている。
即ち、ノズルチップ１１と弁体２とは互いに金属であり、ノズルチップの台円錐穴２１ｂを弁体の弁部２ａに接触させて弁座とすると、金属同士の接触となるため摩耗しやすくなる。よって、ＦＫＭ材からなるシール材２５の内周面を弁座とし、弁体の弁部２ａを接触させて止液する構成としている。

前記弁体２の基端２ｄはソレノイドユニット１３の可動鉄芯３０に固定、または可動鉄芯３０と弁体２とを一体に設けている。該弁体２の基端２ｄと本体１０との間にスプリング３１を取り付けるとともに、可動鉄芯３０とカバー１４との間にもスプリング３２を取り付け、可動鉄芯３０と弁体２とを前進方向に付勢して、弁体２の先端の弁部２ａが前記弁座を閉じる設定としている。
前記ソレノイドユニット１３内には可動鉄芯３０とストローク寸法Ｓをあけて固定鉄芯３３を連続配置している。該固定鉄芯３３と可動鉄芯３０の外周に前記ソレノイドコイル３を配置している。該ソレノイドコイル３への通電時に固定鉄芯３３側に可動鉄芯３０を吸引して弁体２を後退させ、前記弁座（台円錐穴２１ｂの内周面）を開いて、液体を混合室２０内に噴射させるようにしている。
本実施形態では、前記ストローク寸法Ｓを０．４５ｍｍ〜０．５５ｍｍとし、１回の開動作時の液体の噴霧量を０．００３２ｃｃ〜０．００３９ｃｃの微量としている。

図中、３５、３６、３７はシールパッキンであり、液漏れを防止している。

さらに、本体１０には液体供給穴１６に隣接した位置にヒータ４０を埋め込み、該ヒータ４０を電線ｗを介して電源（図示せず）と接続している。液体供給穴１６内を流通する粘性液体を一定温度に加熱して、粘度を略一定に保持している。

前記構成からなるノズル１から油性離型剤をパルス状に噴霧する作動について説明する。
前記液体供給穴１６に粘性液体Ｑからなる油性離型剤を供給し、気体供給穴１８に圧力空気Ａを供給する。圧力空気Ａは気体供給穴１８、キャップ１２の気体供給路１２ａ、ノズルチップ１１の気体供給路１１ａを通して混合室２０に旋回流となって流入し、キャップ１２の噴射口２６より所要圧力で常時噴射している。

一方、液体供給穴１６に油性離型剤を所要の液圧で供給し、本体１０内の液体供給穴１６を流通する際、ヒータ４０で加熱することで略一定の粘度とし、粒子径をより均等化している。
該粘性液体Ｑからなる油性離型剤は液体供給穴１６から弁体２の外周の空隙である液体環状流路１５ａに流入し、続いて、ノズルチップ１１の軸穴２１の内周面と弁体２の外周面の隙間の液体環状流路２１ｆに流入し、さらに、シール材２５と弁体２の弁部２ａとの間を通して液量を更に微調整している。

弁体２の先端の弁部２ａが弁座となるシール材の内周面に当接した閉弁状態であると、油性離型剤は液体小径流路２１ｃへ流入できず、粘性液体Ｑの噴射は停止する。
一方、弁体２が後退して前記弁座が開くと、液体環状流路２１ｆから液体小径流路２１ｃを通して混合室２０へと油性離型剤は流入する。該混合室２０内で旋回流の圧力空気Ａと混合され、キャップ１２の噴口２６から圧力空気と混合された油性離型剤が噴射される。

本実施形態では、ソレノイドコイル３への通電時間を制御して、０．０１〜０．１秒間隔で通電して開弁し、１回の噴射時間は０．０１〜０．１秒とし、この１回の噴霧で油性離型剤を０．０２ｃｃ／秒の微量で噴霧し、これを繰り返して、パルス状に油性離型剤からなる粘性液体Ｑを噴霧している。

このように、本発明のノズル１では弁体２をソレノイドユニットの可動鉄芯と固定または一体としたロッドで形成し、弁体２の開閉作動をソレノイドを利用して行っているため、瞬間的な開閉作動を正確に行うことができ、瞬間的な微量噴霧を均一の流量で正確に繰り返して行うことができる。かつ、液体小径流路の容積は０．００６３ｃｃ〜０．００８３ｃｃとし、閉弁時に該液体小径流路に液体量が残留しても微量であり、この残留した微量の液体を混合室２０に常時供給している圧力空気と混合して噴霧するため、噴霧される粒子径のバラツキを抑制できる。さらに、ノズル内部にヒータ４０を収容して噴霧する油性離型剤からなる粘性液体Ｑを略一定温度に加熱して粘度を略均等に保つことができることと組み合わせて、短時間での粒子径、瞬間流量の均等化を図ることができる。

１ノズル
２弁体
３ソレノイドコイル
１０本体
１１ノズルチップ
１２キャップ
１３ソレノイドユニット
１４カバー
１５軸穴
１５ａ液体環状流路
１６液体供給穴
１８気体供給穴
２０混合室
２１軸穴
２１ａシール材の収容部
２１ｂ台円錐穴
２１ｃ液体小径流路
２１ｆ液体環状流路
２５シール材
２５ａシール材の内周面からなる弁座
２６噴口
３０可動鉄芯
３１、３２スプリング
３３固定鉄芯
Ａ圧力空気
Ｑ粘性液体

Claims

ハウジングの中心軸線に沿って、ソレノイドユニットの可動鉄芯と固定または一体に設けた電磁弁の作動ロッドからなる弁体を前後進自在に内嵌する軸穴を設け、該軸穴の内周面と前記弁体の外周面の隙間を液体環状流路とすると共に、前記軸穴の噴射側の内周面に弁座を設け、該弁座から先端側に液体小径流路を設け、該液体小径流路への液体の流入を前記弁体の閉弁位置で遮断する一方、
前記閉弁位置より噴射側に位置する前記液体小径流路の先端に圧力空気が流入する混合室を設け、前記ハウジングの外周面に開口した気体供給穴から気体供給路を介して供給する前記圧力空気を前記混合室に流入させ、
前記混合室に供給している圧力空気に、前記弁体の開弁時に前記混合室に供給される前記液体を混合して、該混合室の先端中央に設けた噴口から前記液体と圧力空気とを混合して噴霧する構成としていることを特徴とするノズル。
前記ハウジングに、前記液体環状流路に連通させた液体供給穴を設けると共に該液体供給穴に隣接した位置にヒータを内蔵している請求項１に記載のノズル。
前記弁座は前記軸穴の先端側に設けた収容室に収容したＦＫＭからなるシール材で形成し、該シール材の内周面に前記弁体の先端に設けたテーパ状の弁部を接触させて止液する構成とし、該シール材を収容する収容室に前記液体小径流路を連続させている請求項１または請求項２に記載のノズル。
前記弁座と混合室とを連通する前記液体小径流路の容積は０．００６３ｃｃ〜０．００８３ｃｃとし、
かつ、前記弁体の開閉作動を１回の噴霧時間は０．１〜０．０１秒、噴霧量は０．０２〜０．０５ｃｃ／秒とし、瞬間的な噴霧を繰り返しパルス状の噴霧を行う構成としている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のノズル。
前記混合室は、前記液体小径流路を囲む円錐状壁部の外周に設けた台円錐形状とし、その底辺側に周方向に間隔をあけて、前記気体供給路との連通口を設け、前記気体供給路を周方向に傾斜させ、前記混合室に旋回流として流入させ、該混合室の中心に開口する前記液体小径流路から噴出する液体を前記旋回流の気体と混合している請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のノズル。