JP6471458B2 - 液体充填ノズル用積層板およびその製造方法、ならびに液体充填装置 - Google Patents

液体充填ノズル用積層板およびその製造方法、ならびに液体充填装置 Download PDF

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Description

本発明は、液体充填ノズル用積層板およびその製造方法、ならびに液体充填装置に関する。
飲料等の液体を容器に充填する液体充填装置においては、液体の吐出口に液体充填ノズルが設けられている。液体充填ノズルには、充填停止時に内部の液体が落下するのを防止するよう吐出口の先端側にメッシュを設ける場合がある。このメッシュとしては、金網や、エッチング加工により作製した多孔板が用いられ、枠体を有する環状スペーサを介して、液体充填ノズル内に複数積層されている(特許文献1)。
特開平9−99914号公報
上述のエッチング加工により作製した多孔板は、金網よりも耐久性に優れ、繰り返し使用しても、変形や損傷が生じにくいという利点がある。しかしながら、従来の多孔板は、環状スペーサの枠体と接合される領域にメッシュ孔が設けられず、この領域の内側の端部のメッシュ孔は、枠体の形状に沿って、他のメッシュ孔よりも小さく形成されている。そのため、多孔板をエッチング加工により作製しようとすると、これらのメッシュ孔が設計よりも小さく形成されたり、あるいは貫通しないことにより、多孔板の流れ抵抗が大きくなってしまう問題があった。
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、耐久性に優れ、流れ抵抗の小さな液体充填ノズル用積層板およびその製造方法、ならびに液体充填装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するための本発明の第一の態様は、金属基板に複数の貫通孔を有する多孔板と、枠体と開口部を有する環状スペーサとを積層した液体充填ノズル用積層板であって、前記貫通孔は前記枠体と重なる領域に形成されていることを特徴とする液体充填ノズル用積層板である。
また、本発明の第二の態様は、前記枠体の幅に、前記貫通孔が少なくとも一つ入ることを特徴とする液体充填ノズル用積層板である。
また、本発明の第三の態様は、前記枠体の外形が、外形と同じ方向に沿って延びる前記金属基板の上を通ることを特徴とする液体充填ノズル用積層板である。
また、本発明の第四の態様は、液体充填ノズルと、定量シリンダと、前記液体充填ノズルと前記定量シリンダとを接続する接続配管とを有する液体充填装置であって、前記液体充填ノズルは、筒状ノズル本体と、筒状ノズル本体の先端に設けられた吐出口を有し、前記吐出口近傍には、液体充填ノズル用積層板が装着されていることを特徴とする液体充填装置である。
また、本発明の第五の態様は、金属基板に複数の貫通孔を有する多孔板と、枠体と開口部を有する環状スペーサとを積層した液体充填ノズル用積層板の製造方法であって、平板状の金属基板シートの全面に貫通孔を形成した多孔板シートを準備する工程と、平板状の金属基材に開口部が複数設けられた環状スペーサシートを準備し、前記多孔板シート上に積層し、接合する工程と、前記多孔板シートと環状スペーサシートの積層体を、前記開口部ごとに個片化する工程を有することを特徴とする液体充填ノズル用積層板の製造方法である。
耐久性に優れ、流れ抵抗の小さな液体充填ノズル用積層板およびその製造方法、ならびに液体充填装置を提供することができる。
本発明に係る液体充填ノズル用積層板を示す全体平面図である。 図1の液体充填ノズル用積層板のA−A線における部分拡大断面図である。 図1の液体充填ノズル用積層板のB部の部分拡大平面図である。 本発明に係る液体充填ノズル用積層板の変形例を示す図である。 本発明に係る液体充填ノズル用積層板の製造方法を示す図である。 本発明に係る液体充填ノズル用積層板を用いた液体充填ノズルおよび液体充填装置を示す図である。
A.液体充填ノズル用積層板
以下、図1〜図4を用いて、本発明に係る液体充填ノズル用積層板の一実施の形態について、説明する。以下の各図において、同一の部分には同一の符号を付しており、一部詳細な説明を省略する場合がある。
まず、本実施の形態の液体充填ノズル用積層板の構成について説明する。図1および図2は、本実施の形態の液体充填ノズル用積層板の一例を示す説明図である。図1は、本実施の形態の液体充填ノズル用積層板1の全体平面図であり、図2は、図1に示される液体充填ノズル用積層板1のA−A線における部分拡大断面図である。
図1および図2に示すように、液体充填ノズル用積層板1は、多孔板11と環状スペーサ21との積層体である。多孔板11は、金属基板12に複数の貫通孔13(図示なし)が設けられている。他方、環状スペーサ21は、枠体22と、枠体22に囲まれた開口部23からなる。液体充填ノズル用積層板1において、多孔板11の貫通孔13は、環状スペーサ21の枠体22と重なる領域にも形成されている。
図1に示すように、多孔板11と環状スペーサ21は、それぞれ角部が丸い正方形であり、これらの外形をなす直交する2辺は、それぞれ図1のX方向とY方向に沿って延びている。多孔板11と環状スペーサ21は、ほぼ同一の大きさを有し、それぞれの外形が一致するよう積層されている。
図2の断面図に示すように、多孔板11の貫通孔13は、金属基板12を上下方向(金属基板12の平面に直交する方向)に貫通している。また、貫通孔13は、金属基板12を上面および下面からエッチングすることにより形成されるため、その内壁に貫通孔13の中心に向かって周状に突出する凸部Tを有している。これにより、液体充填ノズル用積層板1は、充填停止時に内部の液体をより効果的に保持することができる。図2は、多孔板11を2枚、貫通孔13が重なるように積層しているため、凸部Tは連結された貫通孔13の内側に2ヶ所設けられている。
図3(a)と図3(b)は、それぞれ図1に示される液体充填ノズル用積層板1のB部の部分拡大平面図と、B部を液体充填ノズル用積層板1の外側(図1(a)のC方向)から見た側面図である。図3(a)において、網掛けで示される領域は、多孔板11と環状スペーサ21の枠体22とが平面視で重なる領域である。また、枠体22(環状スペーサ21)の外形Lの外側には貫通孔13のパターンは存在しないが、説明のために図示している。
図3(a)に示すように、多孔板11の貫通孔13は、それぞれ正六角形状であり、ほぼ同一の大きさを有している。貫通孔13は、1つの貫通孔13aの周囲に、貫通孔13aの各辺に隣接して6個の貫通孔13bが配置されるいわゆるハニカム構造パターンを有している。このパターンは、多孔板11において、環状スペーサ21の枠体22と重なる領域(以下、枠体領域14という)と、環状スペーサ21の開口部23と重なる領域(以下、開口領域15という)とに、一様に形成されている。
このように、本実施形態の液体充填ノズル用積層板1は、貫通孔13が多孔板11の枠体領域14にも形成され、多孔板11と環状スペーサ21を積層した際に、貫通孔13が枠体22と重なるよう構成されている。そのため、従来の貫通孔13が枠体領域14に形成されない場合のように、開口領域15の端部に配置する貫通孔13を枠体22の形状に沿って小さく形成する必要がない。したがって、多孔板11をエッチングにより作製しても、これらの貫通孔13が設計よりも小さく形成されたり、貫通しないことがなく、流れ抵抗の小さな液体充填ノズル用積層板とすることができる。
本実施の形態の多孔板11の金属基板12の材質としては、例えば、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系のステンレス鋼、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金等が挙げられる。
また、環状スペーサ21の材質としては、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系のステンレス鋼、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金等が挙げられる。
多孔板11の厚みは、例えば、0.1〜1.0mm、好ましくは、0.2〜0.6mmである。また、環状スペーサ21の厚みは、例えば、0.1〜1.0mm、好ましくは、0.3〜0.6mmである。
多孔板11および環状スペーサの大きさは、使用する液体充填ノズルの形状に応じて、例えば、一辺の長さが30〜80mmとすることができ、形状は、正方形に限定されず、使用する液体充填ノズルの形状に応じて、他の矩形、多角形、円形、楕円形等であってもよい。
図1および図2においては、多孔板11が2枚積層され、さらにこの上下に環状スペーサ21が1枚ずつ積層されているが、本実施の形態の液体充填ノズル用積層板1はこれに限定されず、環状スペーサ21は、1枚あるいは3枚以上の多孔板11の上下に積層されていてもよく、また、多孔板11の上側あるいは下側の一方にのみ積層されていてもよく、さらに多孔板11の間に積層されていてもよい。
次に、多孔板11と環状スペーサ21の枠体22が重なる部分について詳細に説明する。図3(a)に示すように、液体充填ノズル用積層板1は、環状スペーサ21の枠体22の幅に、多孔板11の貫通孔13が入るよう構成されている。すなわち、枠体22の幅wは、貫通孔13の開口径Dよりも大きく、多孔板11と環状スペーサ21とは、枠体22の幅に貫通孔13が入るよう積層されている。ここで、開口径Dは、貫通孔13の開口部分の長さのうち、枠体22の幅方向に沿った長さである。
このように、本実施の形態の液体充填ノズル用積層板1は、環状スペーサ21の枠体22の幅に、多孔板11の貫通孔13が入るよう構成されているため、多孔板11の貫通孔13の周囲の金属基板12を環状スペーサ21の枠体22に接合させることができる。したがって、多孔板11と環状スペーサ21の接合強度を大きくすることができ、より耐久性に優れた液体充填ノズル用積層板とすることができる。なお、枠体が矩形状の場合には、各辺でそれぞれ貫通孔が少なくとも1つ以上含まれるように形成することが強度の点で好ましい。
本実施の形態の環状スペーサ21の枠体22の幅wは、使用する液体充填ノズル1の形状に応じて、例えば、0.6〜3.0mmとすることができる。また、貫通孔13の開口径Dは、充填対象の液体の粘度、充填速度等を考慮して適宜設定することができ、例えば、0.3〜2.5mm、好ましくは、0.5〜1.5mmである。
ところで、図3(a)においては、貫通孔13が上述のように配置されているため、金属基板12は貫通孔13の形状を画定する線状の領域となっており、貫通孔13の辺と見なすことができる。金属基板12の貫通孔13の辺は、それぞれY方向、Y方向から60°傾斜した方向、Y方向から120°傾斜した方向のいずれかに沿って延びている。
また、図3(a)において、環状スペーサ21の枠体22の外形LはY方向に沿って延びており、少なくともその一部が、Y方向に沿って延びる金属基板12の上を通るよう積層されている。
このように、本実施の形態の液体充填ノズル用積層板1は、環状スペーサ21の枠体22の外形Lが、外形Lと同じ方向に沿って延びる多孔板11の金属基板12の上を通るよう積層されている。そのため、図3(b)に示すように、枠体22の外形Lと金属基板12との接合部分を多くすることができ、また、液体充填ノズル用積層板1の端面に金属を多く露出させることができる。したがって、多孔板11と環状スペーサ21の接合強度を大きくすることができ、外部からの衝撃等に対してより耐久性に優れた液体充填ノズル用積層板とすることができる。
図3(c)および図3(d)の液体充填ノズル用積層板5は、図3(a)および図3(b)に示された実施の形態の他の例である。図3(c)および図3(d)において、枠体22の外形Lは、外形Lと同じ方向に沿って延びる金属基板12の上を通っていない。図3(c)の枠体22の外形Lは、Y方向に対して傾斜した金属基板12の上のみを通過している。そのため、図3(d)に示すように、枠体22の外形Lと金属基板12との接合部分が、図3(a)および図3(b)に示した例よりも少ないため、枠体22に柔軟性を付与することができる。また、このような形態であっても、液体充填ノズル用積層板5は、貫通孔13が枠体22と重なるように形成されているため、枠体22に接合される部分にも貫通孔13を形成することができ、流れ抵抗の小さな液体充填ノズル用積層板とすることができる。
図3(a)〜図3(d)においては、貫通孔13が正六角形状である場合を説明したが、円形状、楕円形状、正方形、長方形等としてもよく、貫通孔13同士の配置を格子状、千鳥状等のパターンとしてもよい。
また、図3(a)〜図3(d)においては、枠体22の外形Lが、外形Lと同じ方向に沿って延びる金属基板12の上を通る場合について説明したが、枠体22の内枠Iが内枠Iと同じ方向に沿って延びる金属基板12の上を通っていても、同様の効果が得られる。すなわち、この場合は、枠体22の内枠Iと金属基板12との接合部分を多くすることができ、多孔板11と環状スペーサ21の接合強度を大きくすることができる。
(変形例)
図4に示す液体充填ノズル用積層板9は、本実施の形態の変形例である。図4において、図1〜図3と同一部分には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。図4に示す液体充填ノズル用積層板9は、貫通孔13が円形状であり、X方向とY方向に沿って格子状に配置されている点が、図1〜図3の液体充填ノズル用積層板1と異なっている。図4において、X方向に沿って配列された貫通孔13の間は、金属基板12がY方向に沿って延びている。また、Y方向に沿って配列された貫通孔13の間は、金属基板12がX方向に沿って延びている。図4において、環状スペーサ21の枠体22の外形Lは、Y方向に沿って延びる多孔板11の金属基板12の上を通るよう積層されている。このような形態であっても、液体充填ノズル用積層板9は、環状スペーサ21の枠体22の外形Lが、外形Lと同じ方向に沿って延びる金属基板12の上を通っているため、枠体22の外形Lと金属基板12との接合部分を多くすることができ、液体充填ノズル用積層板9の端面に金属を多く露出させることができる。
また図示しないが、図4の例においても、図3(c)(d)に示すように、枠体22の外形Lが貫通孔13上を通過するよう積層することで、枠体22に柔軟性を付与することができる。
B.液体充填ノズル用積層板の製造方法
次に、本発明に係る液体充填ノズル用積層板の製造方法について説明する。
本発明に係る液体充填ノズル用積層板の製造方法は、従来の多孔板11と環状スペーサ21とを個々に作製し、積層する製造方法とは異なっている。すなわち、平面内に多孔板11が複数設けられた多孔板シート30と、平面内に環状スペーサ21が複数設けられた環状スペーサシート40を積層し、この積層体を、多孔板11および環状スペーサ21ごとに個片化して、液体充填ノズル用積層板を作製するものである。
まず、図5(a)に示すように、平板状の金属基板シート10を準備する。この金属基板シート10は、後述のように、平板状の金属基材に、環状スペーサ21の開口部23が複数設けられた環状スペーサシート40と接合し、その後、開口部23ごとに切断することにより、複数の液体充填ノズル用積層板1を多面付けして作製することが可能な大きさを有している。この金属基板シート10の材質は、上述の金属基板12と同じである。
次に、図5(b)に示すように、金属基板シート10に複数の貫通孔13を形成し、多孔板シート30を作製する。多孔板シート30は多孔板11の多面付け体であり、貫通孔13は、多孔板シート30の外周を除く全面に形成されている。
貫通孔13は、金属基板シート10に対して、表裏からウエットエッチングまたはドライエッチングを施すことにより形成される。この際のエッチング液は、使用する金属基板シート10の材質に応じて適宜選択することができ、例えば、金属基板シート10としてステンレス鋼を用いる場合、通常、塩化第二鉄水溶液を使用し、スプレーエッチングにて行うことができる。
図5(b)において、多孔板シート30の外周には、多孔板シート30および環状スペーサ21を積層する際に用いる位置合わせ用孔部33が形成されていてもよい。ここで、位置合わせ用孔部33は、多孔板シート30の4隅と外周の4辺に複数設けられている。
次に、図5(c)に模式的に示すように、多孔板シート30を2枚積層し、接合する。この接合は、焼結接合、拡散接合、アーク溶接、抵抗溶接、ロウ付け等により行うことができる。
続いて、図5(d)に示すように、環状スペーサ21の多面付け体である環状スペーサシート40を準備し、多孔板シート30の表面および裏面に積層し、接合し、液体充填ノズル用積層板シート50を得る。環状スペーサシート40は、平面内に環状スペーサ21が複数設けられた環状スペーサ21の多面付け体であり、枠体連結部41に環状スペーサ21の開口部23が複数設けられている。また、多孔板シート30に位置合わせ用孔部33が形成されている場合には、環状スペーサシート40にも、多孔板シート30と積層した際に重なる位置に位置合わせ用孔部33が形成される。
多孔板シート30と環状スペーサシート20の接合は、上述の多孔板シート30同士の接合と、同様の方法により行うことができる。ここで焼結接合や拡散接合のように高温雰囲気下で長時間かけて接合する工程では、熱変形(特に伸びる変形)が発生しやすい。そこで位置合わせ用孔33を各辺の中央付近に長円形状で設けるか、もしくは環状スペーサシート40の位置合わせ用孔33よりも多孔板シート33の位置合わせ用孔33の方が大きくなるよう形成することで熱変形の影響を抑えて積層することができる。
次に、図5(e)に示すように、このようにして作製された多孔板シート30と環状スペーサシート20の積層体を、ワイヤー放電カット等により、環状スペーサシート40の開口部23ごとに切断する。開口部23は、それぞれ環状スペーサ21に対応するため、これにより、多孔板シート30と環状スペーサシート40の積層体を、環状スペーサ21ごとに個片化することができる。このようにして、図1〜図4に示される液体充填ノズル用積層板を得ることができる。なお、図5(c)、(d)、(e)においては、積層体の層構成が分かり易いよう多孔板11と環状スペーサ21を分けて図示しているが、実際はこれらは互いに接合されている。
本実施の形態の液体充填ノズル用積層板は、上述のように作製されるため、多孔板11の貫通孔13を、環状スペーサ21の枠体22と重なる領域にも形成することができる。そのため、従来の貫通孔13が枠体22と重なる領域に形成されない場合のように、多孔板11の開口領域15端部の貫通孔13を、枠体22の形状に沿って小さく形成する必要がなく、耐久性に優れ、流れ抵抗の小さな液体充填ノズル用積層板とすることができる。
また、貫通孔13を、多孔板11の開口領域15の端部まで設けることができるため、開口率が高く、流れ抵抗が小さな液体充填ノズル用積層板を得ることができる。
さらに、本実施の形態の製造方法においては、多孔板シート30に対して、積層する環状スペーサ21の形状、大きさ等によらず、全面に貫通孔13を設けるため、異なる環状スペーサ21を積層する場合であっても、同じ多孔板シート30を使用して少量多品種の液体充填ノズル用積層を効率よく作製することができる。
図5(c)、(d)においては、2枚の多孔板シート30を積層し、さらにこの表裏に環状スペーサ21を積層する場合を示したが、本実施の形態の液体充填ノズル用積層板の製造方法はこれに限定されない。環状スペーサ21は、1枚あるいは3枚以上の多孔板シート30の表裏に積層してもよく、また、多孔板シート30の積層体の表側または裏側の一方にのみ積層してもよく、さらに多孔板シート30同士の間に積層してもよい。
C.液体充填ノズル
次に、本発明に係わる液体充填ノズル用積層板を有する液体充填ノズル60の一実施形態について説明する。図6は、液体充填ノズル60および液体充填装置70の一例を示す説明図である。
図6に示すように、液体充填ノズル60は、筒状ノズル本体61と、筒状ノズル本体61の先端に設けられた吐出口62を有している。本発明に係わる液体充填ノズル用積層板は、固定部材により、液体充填ノズル60の吐出口62近傍、特に吐出側先端に装着される。
D.液体充填装置
次に、本発明に係わる液体充填ノズル用積層板を有する液体充填装置70の一実施形態について説明する。本実施の形態の液体充填装置70は、液体充填ノズル60と、定量シリンダ71と、図示しないタンクとを備えている。液体充填ノズル60と定量シリンダ71は接続配管73により接続され、また定量シリンダ71とタンクは、供給管74により接続されている。接続配管73と供給管74には、それぞれ流出逆止弁75と流入逆止弁76とが設けられている。
定量シリンダ71の内部には、ピストン77が上下動可能に設けられている。ピストン77を下方へ移動させると、流入逆止弁76が開き、タンクの液体が、供給管74を通って定量シリンダ71へと供給される。また、ピストン77を上方へ移動させると、流出逆止弁75が開き、定量シリンダ71へ供給された液体が、接続配管73を通って液体充填ノズル60に送り込まれ、図示しない容器へと充填される。
このような、本発明に係わる液体充填ノズル用積層板を有する液体充填ノズルおよび液体充填装置は、液体充填ノズル用積層板において、多孔板の貫通孔が、環状スペーサの枠体と重なる領域にも形成されている。そのため、多孔板をエッチングにより作製しても、環状スペーサの枠体と接合される領域の内側の端部に形成される貫通孔が設計よりも小さくなったり、貫通しなくなったりするおそれがなく、耐久性に優れ、流れ抵抗の小さな液体充填ノズルおよび液体充填装置とすることができる。
また、本発明の液体充填装置により液体を充填する対象の容器の形状、材質には特に制限はなく、例えば、種々の形状の紙製容器、樹脂製容器、ガラス製容器、金属製容器等が挙げられる。
上述の実施形態は例示であり、本発明の液体充填装置はこの実施形態に限定されるものではない。
1、5、7、9・・・液体充填ノズル用積層板
11・・・多孔板
12・・・金属基板
13、13a、13b・・・貫通孔
14・・・枠体領域
15・・・開口領域
21・・・環状スペーサ
22・・・枠体
23・・・開口部
L・・・外形
I・・・内枠
10・・・金属基板シート
30・・・多孔板シート
33・・・位置合わせ用孔部
40・・・環状スペーサシート
41・・・枠体連結部
60・・・液体充填ノズル
61・・・筒状ノズル本体
62・・・吐出口
70・・・液体充填装置
71・・・定量シリンダ
72・・・タンク
73・・・接続配管
74・・・供給管
75・・・流出逆止弁
76・・・流入逆止弁
77・・・ピストン

Claims (5)

  1. 金属基板に複数の貫通孔を有する多孔板と、枠体と開口部を有する環状スペーサとを積層した液体充填ノズル用積層板であって、
    前記貫通孔は前記枠体と重なる領域に形成されており、
    前記枠体の幅に、少なくとも一つの前記貫通孔がり、
    前記枠体の幅が、前記少なくとも一つの前記通孔の開口径よりも大きいことを特徴とする液体充填ノズル用積層板。
  2. 前記環状スペーサ間には前記多孔板が2枚以上積層されていることを特徴とする請求項1に記載の液体充填ノズル用積層板。
  3. 前記枠体の外形が、外形と同じ方向に沿って延びる前記金属基板の上を通ることを特徴とする請求項1または2に記載の液体充填ノズル用積層板。
  4. 液体充填ノズルと、定量シリンダと、前記液体充填ノズルと前記定量シリンダとを接続する接続配管とを有する液体充填装置であって、
    前記液体充填ノズルは、筒状ノズル本体と、筒状ノズル本体の先端に設けられた吐出口を有し、前記吐出口近傍には、請求項1から3のいずれかに記載の液体充填ノズル用積層板が装着されていることを特徴とする液体充填装置。
  5. 金属基板に複数の貫通孔を有する多孔板と、枠体と開口部を有する環状スペーサとを積層した液体充填ノズル用積層板の製造方法であって、
    平板状の金属基板シートの全面に貫通孔を形成した多孔板シートを準備する工程と、
    平板状の金属基材に開口部が複数設けられた環状スペーサシートを準備し、前記多孔板シート上に積層し、接合する工程と、
    前記多孔板シートと環状スペーサシートの積層体を、前記開口部ごとに個片化する工程を有し、
    前記貫通孔は前記枠体と重なる領域に形成されており、
    前記枠体の幅に、少なくとも一つの前記貫通孔がり、
    前記枠体の幅が、前記少なくとも一つの前記通孔の開口径よりも大きいことを特徴とする液体充填ノズル用積層板の製造方法。
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