JP6142473B2 - Liquid filling nozzle and method of manufacturing liquid filling nozzle - Google Patents
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Description
本発明は、液体を液体容器に充填するに当たり、流体の流れる流量、流速、方向、圧力等を制御するために使用する液体充填用ノズルに係り、特には充填ノズル待機時にノズル先端からする液ダレを防止する技術に関するものである。 The present invention relates to a liquid filling nozzle used for controlling the flow rate, flow velocity, direction, pressure, etc., of a fluid when filling a liquid container. It is related with the technique which prevents this.
ジュース、乳飲料、酒類等の飲料は、液体充填装置によりビンや紙製容器等の液体容器に所定量だけ充填される。この充填装置には種々の方式・変形があるが、いずれも供給タンクに収容された液体充填物（以下、単に液体と記すこともある。）を充填ノズル先端から容器内に吐出するものである。充填ノズルは、基本的には液体が流れるパイプ部と、液体の流量（吐出と遮断）もしくは流速等を制御するための弁機構等からなり、弁機構はパイプの先端近傍等所定の位置に備え付けられている。 Beverages such as juices, milk drinks, and alcoholic beverages are filled into liquid containers such as bottles and paper containers by a predetermined amount by a liquid filling device. There are various methods and modifications in this filling apparatus, but all of them discharge liquid filling (hereinafter sometimes simply referred to as liquid) contained in the supply tank into the container from the tip of the filling nozzle. . The filling nozzle basically consists of a pipe part through which liquid flows and a valve mechanism for controlling the flow rate (discharge and shutoff) or flow rate of the liquid. The valve mechanism is installed at a predetermined position such as near the tip of the pipe. It has been.
供給タンクから充填ノズルへの充填物の送出については、重力を利用する場合もあるが、一般には何らかのピストン機構により充填物を圧送している。圧送の方が粘性の高い充填物や果肉等を含む非均一系充填物も充填が可能で、ピストン機構のストロークを調整することにより充填量の調整も容易であり、また圧送と弁開閉の同期も取りやすいため、充填物と液体容器双方に対する適応性が高い。 For the delivery of the filling material from the supply tank to the filling nozzle, gravity may be used, but generally the filling material is pumped by some kind of piston mechanism. It is possible to fill non-homogeneous fillings, such as highly viscous fillings and pulps, by pumping, it is easy to adjust the filling amount by adjusting the stroke of the piston mechanism, and the pumping and valve opening / closing are synchronized Since it is easy to remove, it is highly adaptable to both filling and liquid containers.
液体充填装置では、液体容器は、間欠的に充填ノズルの下部に配流され、充填ノズルから所定の時間だけ充填物が吐出・滴下される。所定量の充填が終われば、次の吐出まで充填ノズルは待機状態に入る。ノズル先端は、容器口部に挿入する場合もあれば、挿入されない場合もある。挿入する場合でも、浅い場合、深い場合、あるいは充填物液面に対応して移動する等多様な形態がある。 In the liquid filling apparatus, the liquid container is intermittently distributed below the filling nozzle, and the filling material is discharged and dropped from the filling nozzle for a predetermined time. When the predetermined amount of filling is completed, the filling nozzle enters a standby state until the next discharge. The nozzle tip may or may not be inserted into the container mouth. Even when it is inserted, there are various forms such as a shallow case, a deep case, or a movement corresponding to the filling liquid level.
いずれにしても間欠的な液体充填では、一つの容器の充填終了後から次の容器の充填開始までの待機期間中に、充填ノズル先端部に付着した充填物が乾燥して固化したり、ノズルから垂れ落ちる液ダレが避けられない。半固形物については言うに及ばず、液ダレは、容器の口部周辺や外面あるいは搬送装置上に滴下してをこれらを汚損するという不具合が生じる。 In any case, in intermittent liquid filling, the filling material adhering to the tip of the filling nozzle dries and solidifies during the waiting period from the end of filling of one container to the start of filling of the next container. Liquid dripping from the inevitable. Needless to say about the semi-solid matter, there arises a problem that the liquid dripping drops on the periphery of the mouth of the container, on the outer surface or on the conveying device, thereby fouling them.
液ダレ防止については、充填ノズルの内部構造を工夫して、充填終了時にノズル内を負圧にして、ノズル内外周に残存している充填物を吸引する技術が開示されている（特許文献１）。あるいは、ノズル先端内面部にメッシュ状のスクリーン（網）を設置し、これらの材質と形状を最適化することで、充填物とスクリーン間の摩擦力を大きくし、充填物をスクリーン中央に集めて液ダレを防止する技術が開示されている（特許文献２）。 With regard to prevention of liquid sag, a technique is disclosed in which the internal structure of the filling nozzle is devised so that the inside of the nozzle is negatively charged at the end of filling and the filling remaining on the inner periphery of the nozzle is sucked (Patent Document 1). ). Alternatively, by installing a mesh screen (net) on the inner surface of the nozzle tip and optimizing these materials and shapes, the frictional force between the filler and the screen is increased, and the filler is collected in the center of the screen. A technique for preventing dripping is disclosed (Patent Document 2).
さらに別の技術として、充填ノズルと充填ノズルが往復するパイプ状のノズルガイドを組み合わせる充填方式にし、待機時には、ノズルガイドと充填ノズルとの間にＯリングが配設されるようにして、ノズルガイド内に滞留した充填物が落下しないようにした技術がある（特許文献３）。 As another technique, the nozzle guide is a filling method in which a filling nozzle and a pipe-shaped nozzle guide in which the filling nozzle reciprocates are combined, and an O-ring is disposed between the nozzle guide and the filling nozzle during standby. There is a technique in which the packing staying inside does not fall (Patent Document 3).
充填ノズルは、図１に示すようにパイプ３とパイプ内を通過する液体の流量等を制御する弁機構４（少なくとも弁体７及びオリフィス８を含む）からなるが、従来の液ダレ防止技術は、上記技術を含め、弁体７もしくはオリフィス８から上方に滞留している液体がパイプ３先端から下方に落下しないようにするための技術であって、弁体７もしくはオリフィス８から下方に延在するパイプ３の内周と端部に付着した液体の落下を防止するものではない。あるいは、パイプ３が液体容器の口部から内部に挿入されて液体中に浸る場合のようにパイプ３外周にも液体が付着する場合の液ダレを防止するものではない。
また、充填液体の物理的性状、周囲環境条件により常時状況が変化することで、パイプ内外周に液体が付着して液ダレが起こりトラブルとなっている。
As shown in FIG. 1, the filling nozzle is composed of a pipe 3 and a valve mechanism 4 (including at least a valve body 7 and an orifice 8) for controlling the flow rate of the liquid passing through the pipe. Including the above technique, the liquid staying upward from the valve body 7 or the orifice 8 does not fall downward from the tip of the pipe 3 and extends downward from the valve body 7 or the orifice 8. It does not prevent the liquid adhering to the inner periphery and end of the pipe 3 from falling. Alternatively, it does not prevent dripping when the liquid adheres to the outer periphery of the pipe 3 as in the case where the pipe 3 is inserted into the liquid container from the mouth and immersed in the liquid.
In addition, since the situation constantly changes depending on the physical properties of the filling liquid and the surrounding environmental conditions, the liquid adheres to the inner and outer circumferences of the pipe, resulting in a problem of liquid dripping.
そこで本発明は、充填ノズルのパイプ先端の内外周に付着した液体の液ダレを防止することが可能な液体充填用ノズルの提供を課題とした。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid filling nozzle capable of preventing liquid dripping from adhering to the inner and outer circumferences of the pipe tip of the filling nozzle.
上記課題を達成するための請求項１に記載の発明は、少なくとも、液体が流れるパイプとその流量を制御するため弁体とオリフィスからなる弁機構とをパイプ内に備え、パイプ上流側にランジュバン型圧電素子を備える充填ノズルであって、パイプ先端部の内外周に
微細溝構造を備え、
前記溝構造は、パイプの軸方向あるいはそれに直交する方向に伸在するか、もしくは格子状であって、
前記パイプ先端部表面が、フッ素系ナノ粒子からなるコーティング層を備えることを特徴とする液体充填用ノズルとしたものである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes at least a pipe through which a liquid flows and a valve mechanism including a valve body and an orifice for controlling the flow rate thereof , and a Langevin type upstream of the pipe. A filling nozzle comprising a piezoelectric element , comprising a fine groove structure on the inner and outer circumferences of the pipe tip,
The groove structure extends in the axial direction of the pipe or in a direction perpendicular thereto, or has a lattice shape,
A surface of the pipe tip is provided with a coating layer made of fluorine-based nanoparticles.
請求項２に記載の発明は、前記溝構造は、幅Ｗが０．０１ｍｍ±０．００５ｍｍ、深さＤが０．０１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の液体充填用ノズルとしたものである。 The invention according to claim 2 is characterized in that the groove structure has a width W of 0.01 mm ± 0.005 mm and a depth D of 0.01 mm or more. It is what.
請求項３に記載の発明は、少なくとも、液体が流れるパイプとその流量を制御するため弁体とオリフィスからなる弁機構とをパイプ内に備え、パイプ上流側にランジュバン型圧電素子を備える充填ノズルの製造方法であって、
パイプ先端部の内外周に、削り出し加工、レーザー加工、サンドブラスト加工のいずれかの方法で微細溝構造を形成する工程と、
前記溝構造の上にフッ素系ナノ粒子からなるコーティング層を形成する工程とを含むことを特徴とする液体充填用ノズルの製造方法としたものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a filling nozzle including at least a pipe through which a liquid flows, a valve mechanism including a valve body and an orifice for controlling the flow rate thereof , and a Langevin type piezoelectric element upstream of the pipe . A manufacturing method comprising:
Forming a micro-groove structure on the inner and outer circumferences of the pipe tip by any one of machining, laser machining, and sandblasting; and
And a step of forming a coating layer made of fluorine-based nanoparticles on the groove structure.
請求項４に記載の発明は、前記溝構造は、幅Ｗが０．０１ｍｍ±０．００５ｍｍ、深さＤが０．０１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の液体充填用ノズルの製造方法としたものである。 The invention according to claim 4 is characterized in that the groove structure has a width W of 0.01 mm ± 0.005 mm and a depth D of 0.01 mm or more. This is a manufacturing method .
請求項１に記載の発明は、液体吐出口近辺のパイプの内外周や端面等の接液部に微細な溝構造層を設けたもので、この構成により接液する部位の水に対する撥水性を付与したものである。その結果、残存液体は、微細溝構造層上で滴状を呈し、パイプ表面からの液切れがよくなり液体付着量が低減するという効果がある。したがって、液ダレが防止される。 According to the first aspect of the present invention, a fine groove structure layer is provided in the liquid contact portion such as the inner and outer circumferences and the end face of the pipe near the liquid discharge port. It has been granted. As a result, the residual liquid is in the form of droplets on the fine groove structure layer, and there is an effect that the liquid breakage from the pipe surface is improved and the liquid adhesion amount is reduced. Therefore, dripping is prevented.
また請求項１に記載の発明は、微細な溝の形状を、ストライプ状と格子状に特定したものである。 In the invention described in claim 1 , the shape of the fine groove is specified as a stripe shape and a lattice shape .
また請求項１に記載の発明は、パイプ先端の微細な溝構造の表面に撥水性のフッ素系ナノ粒子層を備えたもので、液体のパイプ表面に対する接触角を一段と増大する効果を奏する。 The invention described in claim 1, in which with a fluorine-based nanoparticle layer of water-repellent surface of a fine groove structure of the pipe tip, an effect of further increasing the contact angle to the pipe surface of the liquid.
また請求項２に記載の発明は、パイプ先端の微細な溝構造のスケールを特定したもので、溝の幅Ｗが０．０１ｍｍ±０．００５ｍｍ、深さＤが０．０１ｍｍ以上であれば、撥水性が効率的に発現するという効果がある。 The invention according to claim 2 specifies the scale of the fine groove structure of the pipe tip, and if the groove width W is 0.01 mm ± 0.005 mm and the depth D is 0.01 mm or more, There is an effect that water repellency is efficiently expressed .
また請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明を製造できるという効果がある。 The invention described in claim 3 has the effect of producing a first aspect of the invention.
また請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明を製造できるという効果がある。 Further, the invention described in claim 4 has an effect that the invention described in claim 2 can be manufactured .
液体充填用のノズルには、種々の形態があるが、基本的には図１に抽象的に示すように液体がそれを通過して液体容器の中に注ぎ込まれるパイプ３と流量を制御するためにパイプ３の途中に設置される弁機構４からなる。弁機構４は、少なくとも弁体７とオリフィス８から構成される。図１には、充填用の液体が収容されている供給タンク、弁体の駆動機構等は図示していない。 There are various types of liquid filling nozzles. Basically, as shown abstractly in FIG. 1, the liquid 3 passes through it and is poured into the liquid container, and the flow rate is controlled. And a valve mechanism 4 installed in the middle of the pipe 3. The valve mechanism 4 includes at least a valve body 7 and an orifice 8. FIG. 1 does not show a supply tank in which a filling liquid is accommodated, a valve body drive mechanism, and the like.
充填用ノズル１のパイプ３内部には、弁機構４以外にもその下流側に図示しない液体の流れ５の向きを揃える整流部やフィルターを備えることがある。弁機構４のオリフィス８の開口部も一つに限らず複数開口部に分けられる場合もあるし、複数の管状に形成される場合もある。オリフィス８を塞ぐ弁体７はパイプ３内を上下に移動するように描かれているが、パイプ３を横断するように開閉しても構わない。弁体７を駆動する駆動力としては機械的力学的であっても電磁気的であっても構わない。弁体７を使用せずにオリフィス８の開口径を自在に大小して流量を制御しても構わない。 In addition to the valve mechanism 4, a rectification unit and a filter for aligning the direction of the liquid flow 5 (not shown) may be provided in the pipe 3 of the filling nozzle 1 on the downstream side thereof. The opening of the orifice 8 of the valve mechanism 4 is not limited to one and may be divided into a plurality of openings, or may be formed into a plurality of tubes. Although the valve element 7 that closes the orifice 8 is drawn so as to move up and down in the pipe 3, it may be opened and closed so as to cross the pipe 3. The driving force for driving the valve body 7 may be mechanical mechanical or electromagnetic. The flow rate may be controlled by freely increasing or decreasing the opening diameter of the orifice 8 without using the valve body 7.
本発明になる液体充填用ノズル１は、単に弁機構４から下流側のパイプ３やオリフィス８表面の表面状態に関わるものであり、上記の機構的詳細には依存しない。
以下、本発明を詳しく説明する。
The liquid filling nozzle 1 according to the present invention is merely concerned with the surface state of the pipe 3 and the orifice 8 on the downstream side from the valve mechanism 4 and does not depend on the above mechanical details.
The present invention will be described in detail below.
液ダレをなくすためには、液体を所定量だけ容器に充填した後に、閉じた弁体７の下流
側の表面から下側の大気に接する弁機構４とパイプ３の内表面、パイプ３の端部及びパイプ３の外周部の接液する部分に充填用液体が付着していなければよい。液体も付着していなければ落ちようがない。これを達成するには接液する部位の液体付着量を大幅に低減する必要があるが、本発明では接液部に超撥水性（液体の基板に対する濡れ性が低い状態、すなわち接触角が９０°以上の状態である。）を付与して、充填液体を接液する表面から弾き落とすことでその後の液ダレ現象を抑制したものである。
In order to eliminate liquid dripping, after filling the container with a predetermined amount of liquid, the valve mechanism 4 contacting the lower atmosphere from the downstream surface of the closed valve body 7, the inner surface of the pipe 3, the end of the pipe 3 It is sufficient that the filling liquid does not adhere to the part and the part of the outer periphery of the pipe 3 that come into contact with each other. If the liquid does not adhere, it will not fall off. In order to achieve this, it is necessary to significantly reduce the amount of liquid adhering at the part in contact with the liquid. However, in the present invention, the liquid contact part has super water repellency (the liquid has low wettability with respect to the substrate, that is, the contact angle is 90 The liquid drip phenomenon is suppressed by splashing off the filling liquid from the surface in contact with the liquid.
超撥水性を実現する具体的手段として、図２に示すようにパイプ３先端からパイプ３内外周の一定の長さの接液する可能性のある部分に、微細な凹凸からな溝構造９を形成したものである。パイプ内周側の凹凸の配置についてはオリフィス８よりの下流側側面とオリフィス８の下面及びオリフィス８を塞ぐ弁体７の下流側に設けるのが好ましい。外周については、液体が付着する可能性のある高さ（Ｌ）まで設けられる。 As a specific means for realizing super water repellency, as shown in FIG. 2, a groove structure 9 made of fine irregularities is formed in a portion of the pipe 3 where there is a possibility of liquid contact of a certain length from the tip of the pipe 3. Formed. The arrangement of the irregularities on the inner peripheral side of the pipe is preferably provided on the downstream side surface from the orifice 8, the lower surface of the orifice 8, and the downstream side of the valve body 7 that closes the orifice 8. The outer circumference is provided up to a height (L) where the liquid may adhere.
超撥水層９とは、それに触れる液体の接触角が、概ね１２０°を越える角度となる層である。化合物系では、トリフルオロメチル基を有するフッ素系樹脂が接触角が１２０°程度でそれなりの撥水性能を呈するが、それよりも大きな接触角を示すものである。したがって、超撥水性皮膜上では水等の液体はより球状になる傾向が強く、自然に表面を転がるようになり下側に落ちやすくなる。 The super water-repellent layer 9 is a layer in which the contact angle of the liquid touching the super repellent layer is an angle exceeding about 120 °. In the compound system, the fluororesin having a trifluoromethyl group exhibits appropriate water repellency at a contact angle of about 120 °, but exhibits a contact angle larger than that. Therefore, on the super water-repellent film, the liquid such as water has a strong tendency to be spherical, and the surface naturally rolls and easily falls down.
接触角の大きな表面をつくる方法として表面状態を平坦な状態から溝構造のような凹凸構造にして液体と表面の接触する面積を増大させる方法がある。このことを図３を用いて簡単に説明する。清浄で平坦な固体表面と液体が接触する接触角１３は、固体１２と空気間に働く張力をγＳ、固体１２と液体１１間に働く張力をγＳＬ、液体１１と空気間に働く張力をγＬとすると接触角θは、式１のヤングの式で表される（図３（ａ）参照）。 As a method of creating a surface having a large contact angle, there is a method of increasing the surface contact area between the liquid and the surface by changing the surface state from a flat state to an uneven structure such as a groove structure. This will be briefly described with reference to FIG. The contact angle 13 at which the liquid contacts the clean and flat solid surface is such that the tension acting between the solid 12 and air is γ S , the tension acting between the solid 12 and the liquid 11 is γ SL , and the tension acting between the liquid 11 and the air is the contact angle θ with a gamma L, the formula of Young formula 1 (see Figure 3 (a)).
ヤングの式は、固体表面が平坦の場合に成り立つと考えられるが、図３（ｂ）に示すように、表面を凹凸にして液体と固体表面の接触面積をｐ（＞１）倍にすると、式２が成り立つ。 Young's equation is considered to hold when the solid surface is flat, but as shown in FIG. 3 (b), when the surface is uneven and the contact area between the liquid and the solid surface is multiplied by p (> 1), Equation 2 holds.
これより、凹凸構造上の接触角θｐは、式３で与えられる。 Accordingly, the contact angle θp on the concavo-convex structure is given by Equation 3.
上式は、０＜θ＜９０°のｃｏｓθが正の時、ｐが大きくなれば接触角θｐが小さくなる。θ＞９０°のｃｏｓθが負の時、ｐが大きくなれば接触角θｐが大きくなることを示している。すなわち、接触角１３が正の親水性表面であれば凹凸化によりますます親水性が増し、接触角１３が負の撥水性表面であれば、凹凸化によりますます撥水性が増すことを定性的に示している。弾く表面はより弾き、濡れる表面はより濡れることになる。 In the above equation, when cos θ with 0 <θ <90 ° is positive, the contact angle θp decreases as p increases. This shows that when cos θ with θ> 90 ° is negative, the contact angle θp increases as p increases. That is, it is qualitatively shown that if the contact angle 13 is a positive hydrophilic surface, the surface becomes more hydrophilic due to unevenness, and if the contact angle 13 is a negative water-repellent surface, the surface becomes more water repellent due to unevenness. ing. The playing surface will play more and the wet surface will get wetter.
したがって、固体１２と液体１１が非常に多数の接触点でもって接触するようにできれば、接触角１３は最大で１８０°までは可能である。しかしながら、充填ノズルへの適用を考えると実際に製造できるは、溝構造以外では柱状構造や剣山構造である。この場合には、微細な凹凸が液体の進行を阻止する障壁となって凹凸を乗り越えられず通常より大きな接触角を呈すると解釈することができる（ピン止め効果）。 Therefore, if the solid 12 and the liquid 11 can be brought into contact with a very large number of contact points, the contact angle 13 can be up to 180 °. However, considering application to a filling nozzle, what can actually be manufactured is a columnar structure or a sword mountain structure other than the groove structure. In this case, it can be interpreted that the fine unevenness becomes a barrier that prevents the liquid from proceeding and cannot overcome the unevenness and exhibits a larger contact angle than usual (pinning effect).
したがって、撥水性が増強されるには、凹凸がない平坦な状態で接触角が９０°以上の
撥水性が必要である（式３）。充填ノズルのパイプ３がそのような接触角を示さない場合には、パイプ３表面に、表面自由エネルギーの低い物質をコーティングしておく必要がある。そのような物質としてはとしては、飽和フルオロアルキル基（特にトリフルオロメチル基（−ＣＦ３ −）、アルキルシリル基、フルオロシリル基、長鎖アルキル基のような官能基を有する材料を挙げることができる。トリフルオロメチル基が平面状に規則正しく配列した表面と水との接触角は１２０°前後である。そこでトリフルオロメチル基を含む物質を、凹凸のあるパイプの内外周や弁体裏面にコーティングすれば、予め撥水性を付与しておくことができて、溝構造による撥水性の増強が期待できる。
Therefore, in order to enhance water repellency, water repellency with a contact angle of 90 ° or more in a flat state without unevenness is required (Formula 3). When the pipe 3 of the filling nozzle does not show such a contact angle, it is necessary to coat the surface of the pipe 3 with a substance having a low surface free energy. Examples of such substances include materials having a functional group such as a saturated fluoroalkyl group (particularly a trifluoromethyl group (—CF 3 — ), an alkylsilyl group, a fluorosilyl group, and a long-chain alkyl group). The contact angle between the surface where trifluoromethyl groups are regularly arranged in a plane and water is around 120 °, so a substance containing trifluoromethyl groups is coated on the inner and outer circumferences of uneven pipes and on the back of valve bodies. In this case, water repellency can be imparted in advance, and enhancement of water repellency due to the groove structure can be expected.
そこで本発明では、図示しないフッ素系ナノ粒子のコーティング層を電着塗装法により溝構造表面に形成するのが好ましい。電着塗装法は、塗料と被塗物にそれぞれ違う極性の静電気を負わせ、水性塗料中に被塗物を入れて塗装する方法である。水性塗料中に浸漬した非塗物部分だけにしか塗膜が形成されない。一般的にアニオン系電着塗料とカチオン系
電着塗料の２種類があるが、電着塗料のほとんどは、カチオン電着塗料でありアニオン電着塗料はほとんど使用されていないが、カチオン系の方が防食性能が優れるからである。塗料は必ず水性塗料であり、原理としては水を電気分解したときに発生するアルカリ性を利用して中和反応で塗膜を形成するからである。
Therefore, in the present invention, it is preferable to form a coating layer of fluorine-based nanoparticles (not shown) on the surface of the groove structure by an electrodeposition coating method. The electrodeposition coating method is a method in which a paint and an object to be coated are charged with different static electricity, and the object to be coated is placed in an aqueous paint. A coating film is formed only on the non-coating portion immersed in the water-based paint. Generally, there are two types of anionic electrodeposition paint and cationic electrodeposition paint. Most of the electrodeposition paints are cationic electrodeposition paints, and anion electrodeposition paints are rarely used. This is because the anticorrosion performance is excellent. This is because the paint is always an aqueous paint, and in principle, the paint film is formed by a neutralization reaction utilizing the alkalinity generated when water is electrolyzed.
次に凹凸構造の実施態様のいくつかを説明する。
溝は、パイプ３外周についてはパイプ３先端から所定距離Ｌだけ敷設すればよい。Ｌは、概ね充填液体が吐出に際して付着する可能性のある範囲もしくは液体中に浸漬する距離である。内周については、オリフィス８から下流側のパイプ内壁である。オリフィス８と弁体７の下流側裏面に形成しても構わない。
Next, some embodiments of the uneven structure will be described.
The groove may be laid for a predetermined distance L from the tip of the pipe 3 on the outer periphery of the pipe 3. L is a range in which the filled liquid may be attached during discharge or a distance immersed in the liquid. The inner circumference is the pipe inner wall downstream from the orifice 8. You may form in the downstream side downstream of the orifice 8 and the valve body 7. FIG.
パイプ３表面に凹凸を付与するための溝の伸在する方向は、パイプ３が延在する方向と同じにするのが簡明である（図５（ａ））。もちろん若干傾いても構わない。別の方向は、それに直交する円周方向に平行な方向である（図５（ｂ））。溝の幅Ｗが０．０１ｍｍ±０．００５ｍｍの範囲、深さＤが０．０１ｍｍ以上であればよい。ピッチは、０．０２ｍｍ±０．０１０ｍｍ程度である。溝を形成する代わりに、金属等の細線を上記程度の周期でパイプ表面に巻きつけても構わない。 It is easy to make the direction in which the groove for providing irregularities on the surface of the pipe 3 extends the same as the direction in which the pipe 3 extends (FIG. 5A). Of course, it may be slightly inclined. The other direction is a direction parallel to the circumferential direction perpendicular to the direction (FIG. 5B). The groove width W may be in the range of 0.01 mm ± 0.005 mm and the depth D may be 0.01 mm or more. The pitch is about 0.02 mm ± 0.010 mm. Instead of forming the groove, a fine wire such as a metal may be wound around the pipe surface with the above-mentioned period.
さらに好ましい溝形状は、上記の２方向を組み合わせた格子状の溝構造である（図５（ｃ））。この方が、実効的な表面積が上記のストライプ構造より広く、撥水性がより効果的に発現する。パイプ表面が撥水性であれば、溝構造にすることで撥水性が強化されるが、パイプ表面が特に撥水性がないというような材料の場合には、パイプ表面にフッ素系樹脂をコーティングするとか本発明に係るフッ素系ナノ粒子のコーティング層を設けるのが好ましい。例えば、トリフルオロメチル基を含む平均粒子径が５〜１０ｎｍ程度のフッ素系ナノ粒子が好ましい。 A more preferable groove shape is a lattice-like groove structure in which the above two directions are combined (FIG. 5C). In this case, the effective surface area is wider than that of the stripe structure, and the water repellency is more effectively exhibited. If the pipe surface is water-repellent, the groove structure will enhance water repellency. However, if the pipe surface is not particularly water-repellent, the pipe surface may be coated with a fluororesin. It is preferable to provide a coating layer of fluorine-based nanoparticles according to the present invention. For example, fluorine-based nanoparticles having an average particle diameter of about 5 to 10 nm containing a trifluoromethyl group are preferable.
弁体７やオリフィス８も金属製であればも同じようにして溝構造の形成ができる。フッ素系ナノ粒子の電着塗装については、パイプ等が非金属であれば、無電界めっき皮膜を形成するなどして形成ができる。パイプ先端に溝を形成する具体的な手段としては、周知の技術である削り出し加工、レーザー加工、サンドブラスト加工、エッチング加工等のいずれかの方法が適用できる。あるいはエンボス工法で表面に微細な突起を形成したフッ素系樹脂基板をパイプ側面に貼り付ける等の工法も可能である。 If the valve body 7 and the orifice 8 are also made of metal, the groove structure can be formed in the same manner. Electrodeposition coating of fluorine-based nanoparticles can be formed by forming an electroless plating film if the pipe or the like is non-metallic. As a specific means for forming the groove at the tip of the pipe, any of the well-known techniques such as machining, laser machining, sand blasting, and etching can be applied. Alternatively, an embossing method such as attaching a fluororesin substrate having fine protrusions on the surface to the side of the pipe is also possible.
微細な凹凸構造を設けたパイプ３は、パイプ内外周に付着した液体は直ぐに流れ落ちて
しまうが、本発明は、更に水切りを良くするために超音波振動をパイプ３に加えて付着した液体を振り切る構造とした。ランジュバン型圧電素子２をパイプ３の上流側の適切な位置に装着した。超音波振動を加えるタイミングは、一つの容器に対する充填終了時（待機直前）、あるいは、もし容器と充填ノズルを引き離すのであれば、引き離すと同時か直前が好ましい。
In the pipe 3 provided with the fine uneven structure, the liquid adhering to the inner and outer peripheries of the pipe immediately flows down, but the present invention applies ultrasonic vibration to the pipe 3 to improve the drainage and shakes off the adhering liquid. The structure. The Langevin type piezoelectric element 2 was mounted at an appropriate position upstream of the pipe 3. The timing for applying the ultrasonic vibration is preferably at the end of filling of one container (immediately before waiting), or at the same time or just before the separation if the container and the filling nozzle are separated.
ランジュバン型圧電素子２は、図４で示すように電圧を加えると伸びたり縮んだりするセラミックの一種であるピエゾ素子２３，２４二つと電極板２６，２７を、金属ブロックＡ２５と金属ブロックＢ２１で挟み込み、これらをボルト２２を用いて貫通するように強く締めこんだものである。このピエゾ素子２３、２４と及び金属ブロック２１，１５の間に駆動端子２７とアース端子２６を設け、この端子に交流電圧を加えると金属ブロックＡは高速振動する。従って金属ブロックＡの先端部分にたとえばナイフを装着しておけば非常に切れ味の良い超音波ナイフとして使えるし、パイプを接続すればパイプを振動させることができる。ピエゾ素子は、図４に示す形態のものに限らず様々な形態があり、組み合わせを工夫することで色々な振動を得ることが可能である。
金属ブロックの振動数は、２０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの範囲、振幅は、振動数にもよるが、ピークツーピークで概ね７０μｍ程度まで可能である。
In the Langevin type piezoelectric element 2, as shown in FIG. 4, two piezoelectric elements 23 and 24 and electrode plates 26 and 27, which are a kind of ceramic that expands and contracts when a voltage is applied, are sandwiched between a metal block A25 and a metal block B21. These are firmly tightened so as to penetrate with bolts 22. A drive terminal 27 and a ground terminal 26 are provided between the piezo elements 23 and 24 and the metal blocks 21 and 15. When an AC voltage is applied to these terminals, the metal block A vibrates at high speed. Therefore, for example, if a knife is attached to the tip of the metal block A, it can be used as a very sharp ultrasonic knife, and if a pipe is connected, the pipe can be vibrated. Piezo elements are not limited to the form shown in FIG. 4 and have various forms, and various vibrations can be obtained by devising combinations.
The frequency of the metal block ranges from 20 kHz to 80 kHz, and the amplitude can be up to about 70 μm peak-to-peak, although it depends on the frequency.
１、充填ノズル
２、振動機構
３、パイプ
４、弁機構
５、液体の流れ
６、パイプ吐出口
７、弁体
８、オリフィス（開口部）
９、溝構造（凹凸構造）
１０、弁の下流側に設けたフッ素系ナノ粒子層
１１、水滴（液滴）
１２、基板
１３、接触角（図では、＞９０°）
２１、金属ブロックＢ
２２、ボルト
２３、第二のピエゾ素子
２４、第一のピエゾ素子
２５、金属ブロックＡ
２６、アース端子
２７、駆動端子
1, filling nozzle 2, vibration mechanism 3, pipe 4, valve mechanism 5, liquid flow 6, pipe discharge port 7, valve body 8, orifice (opening)
9. Groove structure (uneven structure)
10. Fluorine-based nanoparticle layer 11 provided on the downstream side of the valve, water droplet (droplet)
12, substrate 13, contact angle (> 90 ° in the figure)
21, metal block B
22, bolt 23, second piezo element 24, first piezo element 25, metal block A
26, ground terminal 27, drive terminal
Claims (4)
前記溝構造は、パイプの軸方向あるいはそれに直交する方向に伸在するか、もしくは格子状であって、
前記パイプ先端部表面が、フッ素系ナノ粒子からなるコーティング層を備えることを特徴とする液体充填用ノズル。 A filling nozzle including at least a pipe through which a liquid flows and a valve mechanism including a valve body and an orifice for controlling the flow rate thereof, and a Langevin type piezoelectric element upstream of the pipe, the inner and outer circumferences of the pipe tip With a fine groove structure,
The groove structure extends in the axial direction of the pipe or in a direction perpendicular thereto, or has a lattice shape,
A liquid filling nozzle, wherein the pipe tip surface includes a coating layer made of fluorine-based nanoparticles.
パイプ先端部の内外周に、削り出し加工、レーザー加工、サンドブラスト加工のいずれかの方法で微細溝構造を形成する工程と、
前記溝構造の上にフッ素系ナノ粒子からなるコーティング層を形成する工程とを含むことを特徴とする液体充填用ノズルの製造方法。 A method for producing a filling nozzle comprising at least a pipe through which a liquid flows and a valve mechanism including a valve body and an orifice in order to control the flow rate thereof, and a Langevin type piezoelectric element upstream of the pipe ,
Forming a micro-groove structure on the inner and outer circumferences of the pipe tip by any one of machining, laser machining, and sandblasting; and
And a step of forming a coating layer made of fluorine-based nanoparticles on the groove structure.
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