JP5937192B2 - ノズル、及び流動体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種の流動体をドラム缶及びタンク等の大型容器から別の容器に詰め替える場合に使用される流動体吐出装置、及びこれに使用するノズルに関する。

従来、ピストンタイプ及びロータリータイプ等の容量式ポンプを備える充填装置を使用して、ドラム缶、タンク等の大型容器に収容された、調味料，タレ，香料等の食品、洗剤，塗料，シャンプー，リンス，化粧品，医薬品等の化学製品等の流動体をビン、カップ、ケース等の容器に詰め替えることが行われている。
この容量式ポンプを用いて流動体を容器に充填させる場合、取り扱い対象物の内容が変わる都度、ポンプを綿密に洗浄する必要がある。また、タンク等の大型容器に充填された流動体の液面の高さが経時的に変化して圧力が変動した場合、ポンプに通流される流動体の重量が変化し、各容器への充填量に誤差が生じるという問題があった。さらに、ロータリータイプのポンプを用いる場合、該ポンプを通過する際に通流物がこね混ぜられて物性変化を起こすという問題もあった。

また、充填にはチューブポンプも使用されている。チューブポンプは、モータから延びる回転軸に複数のローラを有する回転ヘッドを取付け、回転ヘッドの回転軌跡上に弾性材料からなるチューブを配してなる。チューブポンプは、モータの駆動に従い回転ヘッドを一定速度で回転させることにより、各ローラでチューブを間欠的に絞りながら流動体を通流させ、流動体を容器に充填させるように構成されている。
このチューブポンプを備える充填装置は、チューブ内に洗浄液を通すことにより簡単に洗浄することができ、また、流動体の内容によってはチューブを再使用せず、チューブを交換することで、異なる流動体の充填作業を続行することができる。

これらの充填装置においては、定量の流動体を効率良く（短時間で）、正確に（安定して）各容器に充填することが求められている。
しかし、いずれのポンプを備える充填装置においても、詰め替え側の端部から流動体が液だれするという問題がある。液だれが生じた場合、充填作業を停止して煩雑な拭き取り作業を行い、充填を調整することになり、生産効率が低下するという問題がある。

そこで、本発明者は、チューブの先端側に、柔軟性に富む材料で形成され、筒体と、該筒体の先端部に等配され、筒体の内圧に応じて開閉するように構成された複数の花弁状をなす弁体とを備えるノズルを取り付けてあり、モータを逆回転させ、チューブ内をサックバックさせる手段と、モータの逆転速度若しくは逆転時間又は両方を調整可能とした手段とを備えるチューブ式充填装置を開発した（特許文献１）。

このチューブ式充填装置においては、容器内に流動体を充填させる場合には、ポンプの駆動に従いチューブ内に流動体を圧送することにより、チューブに所定の内圧が付与され、これによりノズルの弁体が開いて、その開放部分から容器内に流動体を良好に充填させることができる。そして、容器内に所定量の流動体が充填されて充填作業を終了する場合、ポンプの駆動を停止し、ポンプのモータを逆回転させることにより、チューブ内がサックバックされ、負圧が発生し、内部の流動体が充填方向とは逆方向に吸引されて、ノズルの弁体が閉じられる。従って、チューブの先端側における流動体の液だれが防止される。そして、モータの逆転速度又は逆転時間を調整することで、粘度等が異なる種々の流動体に対し、液だれを防止することができる。

特許第２８１３５９９号公報

上述の特許文献１のチューブ式充填装置においては、充填時にノズルの各弁体が繋がっている部分（境界部分）が左右に開くように力が作用し、しかも、このノズルはゴム及び合成樹脂等の柔らかい材料により形成されているため、開裂が生じ易く、これにより生じた切片が流動体に混入する虞があるという問題があった。そして、ノズル自体が流動体中に落下する虞もあった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、弁体が開いたときに切り裂きが生じるのが防止されたノズル、及び該ノズルを備える流動体吐出装置を提供することを目的とする。

本発明に係るノズルは、筒体と、該筒体の先端部に等配され、前記筒体の内圧に応じて開閉するように構成された少なくとも４以上の菱形状をなす弁体とを備え、各弁体は隣り合う頂点で繋がり、各弁体は、菱形の、前記筒体の長手方向に平行な対角線で、前記筒体の側面から軸心側へ谷折りしてあり、隣り合う弁体の先端部側の辺に対応する部分同士が当接することで、各弁体が閉じるように構成され、隣り合う２つの弁体が繋がる部分に、コの字状をなし、コの字の内側が前記筒体の中心軸に対向し、かつ前記内側が、前記弁体が当接する部分の先端部から所定間隔を隔てるように設けられたリブを備えることを特徴とする。

本発明においては、弁体の境界部分が補強され、万一弁体が切れかけた場合でもリブで進行が停止し、開裂が生じるのが良好に抑制される。
本発明においては、復元力が良好であり、隣り合う弁体が閉じるときの密着性が良好であり、弁体の繰り返しに耐える長期の使用が可能になる。

本発明に係る流動体吐出装置は、上述のノズルを備え、前記筒体内を通流される流動体を前記弁体の開／閉により吐出／吐出の停止を行うように構成されていることを特徴とする。

本発明においては、流動体の液だれが良好に防止される。

本発明に係る流動体吐出装置は、正逆回転可能なモータを備えたポンプと、一端部が前記ポンプに接続され、他端部が前記ノズルに接続されたチューブとを備え、前記モータを逆回転させ、前記チューブ及び前記ノズル内を通流する流動体をサックバックさせるように構成されていることを特徴とする。

本発明においては、液だれがより良好に防止される。

本発明のノズルによれば、切り裂きが生じるのが防止されている。

実施の形態１に係るノズルを示す斜視図である。 筒体に内圧が付与され、弁体が開いた状態を示す平面図である。 実施の形態１に係るチューブ式充填装置を示す正面図である。 本発明の実施の形態２に係るノズルを示す斜視図である。

以下、本発明をその実施の形態に基づいて具体的に説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るノズル１を示す斜視図である。
ノズル１は、筒体１１と、筒体１１の先端部に等配された４つの弁体１２と、筒体１１の他端部に設けられた取付フランジ１３とを備える。
各弁体１２は、側面視が菱形状をなし、隣り合う頂点で繋がり、それぞれ筒体１１の長手方向の対角線で谷折りしてある。弁体１２の菱形の半体１２１の先端部側の辺に対応する端面１２２が、隣り合う弁体１２の端面１２２と当接することで、４つの弁体１２が閉じるように構成されている。弁体１２は、筒体１１に所定の内圧が付与された場合に開き、筒体１１がサックバックされて筒体１１内を通流する流動体が逆方向に吸引された場合に閉じる。図１に示すように、ノズル１の各弁体１２は、端面１２２が十字形をなすように閉じる。
図２は、筒体１１に内圧が付与され、弁体１２が開いた状態を示す平面図である。
取付フランジ１３は、筒体１１より大径のリング状をなす。そして、チューブ等の、流動体が通流される通流体に、筒体１１の取付フランジ１３側が嵌められるように構成されている。

ノズル１の基材は、シリコーンゴム，ウレタンゴム，クロロプレンゴム，アクリルゴム等の合成ゴム、及び天然ゴムを含むエラストマー、又は合成樹脂等からなる。基材としては、良好な柔軟性及び熱安定性を有するという観点からシリコーンゴムが好ましい。

ノズル１は、全体の質量に対し非磁性金属を５質量％以上７０質量％以下含む。非磁性金属を５〜７０質量％以上含む場合、ノズル１の切片又はノズル１自体が流動体に混入したときに、金属探知機により容易に検出することができるとともに、ノズル１の耐磨耗性及び成形性をバランス良く有することができる。
非磁性金属としては、例えばアルミニウム、銅、真鍮、ステンレス等が挙げられる。例えば食品を充填する場合、安定かつ無毒であり、錆等が発生しないステンレスが好ましい。
非磁性金属は２０μｍ以下の粒子径を有することが好ましい。２０μｍ以下の粒子径を有する場合、ノズル１の基材に混ぜて成形するときに均一に分散され得る。

ノズル１の基材には顔料が混合され得る。顔料としては、例えば二酸化チタン、炭酸マグネシウム、カーボンブラック、マグネタイト、ベンガラ、シエナあるいはコバルト等が挙げられる。

ノズル１の基材としてシリコーンゴムを用いる場合、シリコーンゴムをロール機で練り、同時に加硫剤、シリカ系粉体充填剤等の加工補助剤、顔料、及び非磁性金属粉末を添加し、成形してノズル１を作製する。
ノズル１のＨｓ硬度は４５度未満であるのが好ましく、３０度以下であるのがより好ましい。Ｈｓ硬度が４５度未満である場合、ノズル１の復元力が良好であることが実験により確認されている。硬度は例えばシリカ系粉体充填剤の添加量により調整する。シリカ系粉体充填剤の添加量が少ない場合、Ｈｓ硬度は小さくなる。
ノズル１の配合の主成分の一例として、シリコーンポリマー４３％、ＳＵＳ５７％の場合が挙げられる。

以下、本実施の形態に係るノズル１をチューブ式充填装置に適用した場合につき、説明する。
図３は、このチューブ式充填装置（以下、充填機という）１００を示す正面図である。
充填機１００は、チューブポンプ４、複数の重量設定ボタン２１を備えた計量機２、及びチューブポンプ４を制御するコントローラ７を内装したコントロールボックス３を備える。
チューブポンプ４は正逆転可能なモータ４１を備え、モータ４１から延びる回転軸４２上に回転ヘッド４３を取付けてある。回転ヘッド４３には、同一円周上に４つのローラ４４が支持されている。回転ヘッド４３の外周側には半円弧状をなすチューブ受板４５が設けられており、チューブ受板４５と回転ヘッド４３との間に弾性材料からなるチューブ４６が着脱可能に介装されている。チューブポンプ４は、モータ４１の駆動に伴い回転ヘッド４３を回転させることにより、各ローラ４４によりチューブ４６を間欠的に絞りながら流動体の圧送を行うように構成されている。
また、チューブポンプ４のケーシング４０には、手動充填時に使用されるモータ４１の回転調整ダイヤル４７、手動充填時に使用される正逆転スイッチ４８、モータ４１を逆転させる場合の逆転調整ダイヤル４９が設けられている。

チューブ４６の長手方向の一端側は、流動体が充填されたドラム缶等の大型容器（不図示）内に挿入されている。チューブ４６の他端側は架台５に支持されている。チューブ４６の中途部には脈動防止器８が介装されている。チューブ４６の他端部は連結管１０の一端部に接続され、連結管１０の他端部には、取付フランジ１３側を嵌めることによってノズル１が取り付けられている。計量機２上に充填先の容器６が載置されており、該容器６の開口部にノズル１の弁体１２が対向させられている。
脈動防止器８は、各ローラ４４がチューブ４６を絞りながら流動体を移送させるときに発生する脈動を防止する。

コントロールボックス３は、チューブポンプ４のモータ４１を回転開始させるスタートスイッチ３１、モータ４１を回転停止させるストップスイッチ３２、充填作業を手動又は自動的に行う場合に選択的に切換えられる自動手動切換スイッチ３３、及び停止タイマー３４を備える。停止タイマー３４は、容器６への充填作業を終了した後で、再度充填作業を行うために、所定時間をカウントする。

容器６へ流動体を自動的に充填する場合、容器６を計量機２上に載置し、容器６内に充填する流動体の質量を計量機２の設定ボタン２１で設定し、手動自動切換スイッチ３３を自動側に切換え、スタートスイッチ３１をオンし、チューブポンプ４のモータ４１を正回転させる。
モータ４１の正回転に従い、チューブ４６内に流動体が圧送され、チューブ４６に所定の内圧が付与されるので、ノズル１の弁体１２が開き、流動体が容器６へ吐出される。

充填開始から容器６内に所望量の流動体が充填されるまで、コントローラ７は、計量機２による計量値に基づき、チューブポンプ４のモータ４１を高速度で正回転させる。チューブ４６の内圧は大きく、ノズル１の弁体１２が大きく開き、容器６内に流動体が高速度で充填される。

計量機２による計量値が第１所定値になったとき、コントローラ７は、モータ４１にブレーキをかけながら、モータ４１を低速度で正回転させる。このとき、流動体は容器６内に低速度で充填される。

計量機２による計量値が第１所定値より大きい第２所定値になったとき、コントローラ７は、モータ４１の回転を停止し、モータ４１を逆回転させる。これにより、チューブ４６内がサックバックされて、内部の流動体が充填方向とは逆方向に吸引されるので、弁体１２は速やかに閉じられ、流動体のノズル１からの液だれが確実に防止される。
本実施の形態においては、流動体の粘度の差、すなわち液切れの差等に対応して、モータ４１を正回転又は逆回転させるときの速度を調整することができるように構成されている。

充填された容器６は、金属探知機（不図示）により金属含有の有無が確認される。
本実施の形態に係るノズル１は非磁性金属を含むので、ノズル１の切片又は自体が流動体に混入した場合に、金属探知機が磁場の変化から流動体中の金属の存在を検知し、前記切片又は自体の混入が把握される。これにより、異物を含む不良品が確実に検出される。そして、金属は非磁性体であるので、錆が生じにくい。
なお、ノズル１の基材がシリコーンゴムであり、顔料を含む場合、この顔料として、流動体の色に対して視認性を有する色相のものを選択することができる。例えば流動体の色が白色である場合、茶色の顔料を使用することができる。これにより、金属探知機による検知に加え、色による視認により、ノズル１の切片又は自体の流動体への混入を把握することができる。

充填機１００の使用後は、チューブ４６内に洗浄液を通すことにより簡単に洗浄することができる。また、香料及び雑菌を含む流動体等を通流させ、チューブ４６を洗浄しても臭い及び雑菌が残存する虞があり、チューブ４６の再使用が困難である場合、チューブ４６を新しいものと交換するのみで、異なる流動体の充填作業を続行することができる。そして、チューブポンプ４を使用する場合、ロータリータイプのポンプ等のように、流動体がこね混ぜられて、物性変化が生じるのが防止されている。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るノズル９は、後述する係止リブ９２３を備えること以外は、実施の形態１に係るノズル１と同様の構成を有し、実施の形態１の充填機１００と同様の充填機１００に備えられる。

図４は、ノズル９を示す斜視図である。
ノズル９は、筒体９１と、筒体９１の先端部に等配された４つの弁体９２と、筒体９１の他端部に設けられた取付フランジ９３とを備える。
各弁体９２は、側面視が菱形状をなし、隣り合う頂点で繋がり、それぞれ筒体９１の長手方向の対角線で谷折りしてある。弁体９２の菱形の半体９２１の先端部側の辺に対応する端面９２２が、隣り合う弁体９２の端面９２１と当接することで、４つの弁体９２が閉じるように構成されている。弁体９２は、筒体９１に所定の内圧が付与された場合に開き、筒体９１がサックバックされて筒体９１内を通流する流動体が逆方向に吸引された場合に閉じる。図４に示すように、ノズル９の各弁体９２が閉じた場合、平面視は十字状をなす。
取付フランジ９３は矩形状をなし、チューブ等の通流体に嵌められるように構成されている。

本実施の形態においては、隣り合う２つの弁体９２の端面９２２，９２２の基端側部分（境界部分）に、筒体９１の周方向に延びるリブ９２３が設けられている。リブ９２３は平面視がコの字状をなし、コの字の内側が筒体９１の中心を向くように端面９２２，９２２上に配されている。

ノズル９の基材は、シリコーンゴム，ウレタンゴム，クロロプレンゴム，アクリルゴム等の合成ゴム、及び天然ゴムを含むエラストマー、又は合成樹脂等からなる。基材としてはシリコーンゴムが好ましい。

本実施の形態に係るノズル９は、上述したようにリブ９２３を備えるので、充填時に弁体９２が開き、端面９２２の基端部に負荷がかかる場合においても、切り裂きが生じるのが良好に抑制されている。

本実施の形態のノズル９は、非磁性金属を含有することにしてもよく、非磁性金属を含有しないことにしてもよい。
非磁性金属を含有しない場合、ノズル９の基材としてシリコーンゴムを使用するとき、復元力が良好であるので、Ｈｓ硬度を７０度まで高めることができる。

今回開示した実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えるべきである。本発明の範囲は、特許請求の範囲内での全ての変更及び特許請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。
例えば、前記実施の形態１及び２においては、ノズル１、９をチューブ式充填装置である充填機１００に適用した場合につき説明しているがこれに限定されるものではない。本発明に係るノズル１は、上述のピストンタイプ及びロータリータイプ等の容量式ポンプ、他のチューブポンプ等を備える種々の充填装置に用いられ得る。

１、９ ノズル
１１、９１ 筒体
１２、９２ 弁体
１２１、９２１ 半体
１２２、９２２ 端面
９２３ リブ
２ 計量機
３ コントロールボックス
４ チューブポンプ
４６ チューブ
７ コントローラ
１００ 充填機（流動体吐出装置）

Claims (3)

1. 筒体と、
   該筒体の先端部に等配され、前記筒体の内圧に応じて開閉するように構成された少なくとも４以上の菱形状をなす弁体と
   を備え、
   各弁体は隣り合う頂点で繋がり、
   各弁体は、菱形の、前記筒体の長手方向に平行な対角線で、前記筒体の側面から軸心側へ谷折りしてあり、
   隣り合う弁体の先端部側の辺に対応する部分同士が当接することで、各弁体が閉じるように構成され、
   隣り合う２つの弁体が繋がる部分に、コの字状をなし、コの字の内側が前記筒体の中心軸に対向し、かつ前記内側が、前記弁体が当接する部分の先端部から所定間隔を隔てるように設けられたリブを備えることを特徴とするノズル。
2. 請求項１に記載のノズルを備え、
   前記筒体内を通流される流動体を前記弁体の開／閉により吐出／吐出の停止を行うように構成されていることを特徴とする流動体吐出装置。
3. 正逆回転可能なモータを備えたポンプと、
   一端部が前記ポンプに接続され、他端部が前記ノズルに接続されたチューブと
   を備え、
   前記モータを逆回転させ、前記チューブ及び前記ノズル内を通流する流動体をサックバックさせるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の流動体吐出装置。

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