JP6712840B2

JP6712840B2 - Filling nozzle device

Info

Publication number: JP6712840B2
Application number: JP2015056177A
Authority: JP
Inventors: 孝義小畑; 渡部　元; 元渡部; 日出人掛橋; 豊山木
Original assignee: DIC Graphics Corp
Current assignee: DIC Graphics Corp
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2020-06-24
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: JP2016175662A

Description

本発明は液体を充填するノズル装置に関する。特にノズル本体内の液体がノズルの構造部品の動作によって摩擦やせん断の作用を受けることが少なく、ノズル内部の洗浄が容易な充填ノズル装置に関する。 The present invention relates to a nozzle device for filling a liquid. In particular, the present invention relates to a filling nozzle device in which the liquid inside the nozzle body is less likely to be affected by friction and shear due to the operation of the structural parts of the nozzle, and the inside of the nozzle is easily cleaned.

液体を容器等に充填する場合に用いられるノズル装置には、液だれや洩れが無いこと、充填量を正確に制御できること、及び充填の処理能力が高いこと（即ち高速に充填作業が行えること）等が一般に求められる。
液体が高粘度であったり、粘着性が高かったり、またノズル装置の機構部品の動作による摩擦やせん断力によって固化変質しやすいもの等の場合は、ノズル装置の設計において配慮が必要である。 Nozzle device used when filling liquid into a container, etc. has no liquid dripping or leakage, the amount of filling can be accurately controlled, and the filling processing capacity is high (that is, filling work can be performed at high speed) Etc. are generally required.
When the liquid has a high viscosity, a high adhesiveness, or is liable to be solidified and deteriorated by friction or shearing force caused by the operation of the mechanical parts of the nozzle device, consideration should be given to the design of the nozzle device.

高粘度の液体の例として紫外線硬化型印刷インキ（ＵＶインキとも呼ばれる）が挙げられる。本印刷インキは、印刷した後に紫外線を照射して瞬時にインキ皮膜を硬化乾燥させる。従ってインキ皮膜が乾燥するまで長時間待つ必要は無く、印刷作業及び印刷の後工程の効率化を図ることができる。また印刷皮膜が強固である等の特徴を有する。
本印刷インキは感光性樹脂であるオリゴマーやモノマーを含み、一般に高粘度であり、また摩擦やせん断力の作用を受けると固まり易い傾向がある。従ってそのインキを充填するために従来のノズル装置を用いると、機構部品の摩擦や摺動によってインキがノズル内に固着しやすい。 An example of the high-viscosity liquid is UV-curable printing ink (also called UV ink). After printing, the printing ink is irradiated with ultraviolet rays to instantly cure and dry the ink film. Therefore, it is not necessary to wait for a long time until the ink film is dried, and the efficiency of the printing work and the post-printing process can be improved. Further, it has a feature that the printed film is strong.
The printing ink contains an oligomer or a monomer which is a photosensitive resin, generally has a high viscosity, and tends to harden when subjected to the action of friction or shearing force. Therefore, when a conventional nozzle device is used to fill the ink, the ink easily sticks in the nozzle due to friction and sliding of the mechanical parts.

以上述べた紫外線硬化型印刷インキのような液体材料を扱うための充填ノズル装置やポンプとして、特許文献１〜６に例示したものが知られている。 As the filling nozzle device and the pump for handling the liquid material such as the ultraviolet curable printing ink described above, those exemplified in Patent Documents 1 to 6 are known.

特許文献１には、紫外線硬化性インキ等のせん断力に敏感で大きい摩擦力を受けたときに固まり易い性質の粘性流体を送るのに適したポンプが記載されている。該文献には、（ａ）ポンプのプランジャのシール（環状で、拭き取り作用がある）を排出側の固定位置に設けて液の流動により熱の蓄積を防ぐこと、（ｂ）環状シールの排出室と反対の側でプランジャが通る側に、溶剤及び又は潤滑流体用の室を設けることによって該室内の流体がプランジャを濡らし、プランジャのシールから漏れるわずかな量のインキ等が硬化するのを防止すること、等が記載されている。 Patent Document 1 describes a pump suitable for sending a viscous fluid which is sensitive to shearing force of an ultraviolet curable ink or the like and is liable to solidify when subjected to a large frictional force. In the reference, (a) a plunger seal (annular, having a wiping action) of a pump is provided at a fixed position on the discharge side to prevent heat accumulation due to liquid flow, and (b) a discharge chamber of the annular seal. By providing a chamber for solvent and/or lubricating fluid on the side opposite to the side where the plunger passes, it is prevented that the fluid in the chamber wets the plunger and cures a small amount of ink leaking from the seal of the plunger. Etc. are described.

特許文献２には、高粘度で、大きな摩擦力を受けたときに固まり易いという性質を有する紫外線硬化性インク等を供給するポンプが記載されている。該ポンプはピストンとシリンダを有し、該ピストン及び該ピストンと接するシリンダ内面の材質の接触角を一定以上とすることにより、摩擦によるインクの固化を防ぐことが記載されている。 Patent Document 2 describes a pump that supplies an ultraviolet curable ink or the like that has a high viscosity and easily hardens when subjected to a large frictional force. It is described that the pump has a piston and a cylinder, and the solidification of ink due to friction is prevented by setting the contact angle of the material of the piston and the inner surface of the cylinder in contact with the piston to a certain value or more.

特許文献３には、ノズルの弁体あるいは弁座先端部への充填物の付着を防止するか、付着したとしてもその付着量を低減することができるノズル装置が記載されている。
その弁座と弁体との当接面が円錐面を形成するとともに、弁座の先端部および弁体の先端部がともに鋭角をなしており、インキ等高粘度の充填物にあっても、液垂れ、糸ひき等を生じることなく充填することができると記載されている。
本文献のノズル装置においては、弁体を設けた弁棒がノズル外筒の中空部を昇降する。弁棒とその軸ホルダの摺動部に充填物が浸入することを防止するために、その図２では軸ホルダ及び弁棒を覆うベローズを配置する方法が示されている。尚、摺動（しゅうどう又はしょうどう）とは、機械部品等がこすれ合い、すべりながら動くことを言う。
ベローズとは蛇腹形状で伸縮が可能な部材であり、そのバネ性、伸縮性、密閉性等を利用する箇所に用いられる。蛇腹のひだ（凹凸）に高粘度の材料や付着性のある材料が入り込むと、清掃が困難な場合がある。またベローズは繰り返しの伸縮で疲労し、破れ等のトラブルが起きる場合がある。
前記のベローズの洗浄性が悪いことに対する解決手段として、本文献ではその図６において、ベローズを用いず、弁棒と軸ホルダの摺動部にパッキンを用いた方法が示されている。パッキンを用いる場合は、弁棒表面に薄膜状に付着した材料が摺動部に浸入することを完全に防ぐことは困難である。熱や摩擦によって固化等変質し易い材料の場合は、使用するに従い次第に摺動部に材料が付着堆積し、充填物への異物混入や弁棒の動作不良を起こす場合がある。 Patent Document 3 describes a nozzle device capable of preventing the filling material from adhering to the valve body of the nozzle or the tip of the valve seat, or reducing the amount of the adhering filler material.
The contact surface between the valve seat and the valve body forms a conical surface, and the tip portion of the valve seat and the tip portion of the valve body both form an acute angle, and even in a highly viscous filler such as ink, It is described that filling can be performed without causing dripping or stringing.
In the nozzle device of this document, the valve rod provided with the valve element moves up and down in the hollow portion of the nozzle outer cylinder. In order to prevent the filler from penetrating into the sliding portion of the valve stem and its shaft holder, FIG. 2 shows a method of arranging a bellows covering the shaft holder and the valve stem. The term "sliding" means that mechanical parts rub against each other and move while sliding.
The bellows is a bellows-shaped member that can be expanded and contracted, and is used in a place where its springiness, elasticity, and hermeticity are utilized. If a high-viscosity material or an adhesive material enters the folds (concavities and convexities) of the bellows, cleaning may be difficult. Further, the bellows may be fatigued due to repeated expansion and contraction, and troubles such as tearing may occur.
As a means for solving the above-mentioned poor cleanability of the bellows, in this document, FIG. 6 shows a method in which a bellows is not used and a packing is used for a sliding portion between a valve rod and a shaft holder. When packing is used, it is difficult to completely prevent the material adhering to the valve rod surface in a thin film form from entering the sliding portion. In the case of a material that is likely to be solidified or deteriorated by heat or friction, the material may be gradually deposited and deposited on the sliding portion as it is used, which may cause foreign matter to be mixed into the filling material or malfunction of the valve rod.

特許文献４には、高粘度又は具入りの充填液体であっても液垂れが起きることなく、且つ単位時間当たりの充填量の大きな流体充填装置が記載されている。
本文献のノズル装置においては、先端がシャットオフバルブ機構を形成する移動体がノズル内部にある。上下する移動体の上部とノズルとはダイアフラムで結合されて密閉されている。移動体はその内部に中子ロッドを有し、その中子ロッドは移動体内を上下することができる。充填終了時には中子ロッドは上方に移動して移動体内部に引き込まれて、その図４に示されるように移動体先端部に凹部を形成する。ノズル出口にわずかに残る液体を表面張力でこの凹部に保持し、充填終了時の液垂れをなくすことが記載されている。
液垂れをなくすための中子ロッドの機構は、中子ロッドと移動体とが摺動摩擦することにより、使用するに従い次第に摺動部に材料が付着固化し、充填物への異物混入や中子ロッドの動作不良を起こす場合があると考えられる。
また本文献の発明の課題の一つである単位時間あたりの充填量を大きくするためには、充填する液体を多く供給する必要があり、そのために供給圧力を高くすることになる場合が多い。その場合、本文献のようにダイアフラムで密閉する方法においては、移動体が上下するのでダイアフラムは柔軟性のある材料でなければならず、それ故に圧力が高くなるとダイアフラムが圧力に負けて破れが発生する場合がある。強度が高く破れにくいダイアフラムを使うと柔軟性が低下して移動体の上下動が困難になる場合がある。 Patent Document 4 describes a fluid filling device that does not cause dripping even with a highly viscous or filled filling liquid and has a large filling amount per unit time.
In the nozzle device of this document, the movable body whose tip forms the shut-off valve mechanism is inside the nozzle. The upper and lower parts of the moving body and the nozzle are connected by a diaphragm and sealed. The moving body has a core rod therein, and the core rod can move up and down in the moving body. At the end of filling, the core rod moves upward and is drawn into the inside of the moving body to form a recess at the tip of the moving body as shown in FIG. It is described that the liquid slightly left at the nozzle outlet is held in this recess by surface tension so as to eliminate the dripping at the end of filling.
The mechanism of the core rod to prevent liquid dripping is that the core rod and the moving body slide and rub against each other, so that the material gradually adheres to the sliding part and solidifies as it is used, and foreign matter is mixed into the filler or the core. It is considered that the rod may malfunction.
Further, in order to increase the filling amount per unit time, which is one of the problems of the invention of this document, it is necessary to supply a large amount of the liquid to be filled, and therefore the supply pressure is often increased. In that case, in the method of sealing with a diaphragm as in this document, since the moving body moves up and down, the diaphragm must be a flexible material, and therefore when the pressure increases, the diaphragm loses the pressure and breaks. There is a case. If a diaphragm that is strong and does not easily break is used, the flexibility may be reduced and it may be difficult to move the moving body up and down.

特許文献５には、紫外線硬化型インキを圧送するポンプにおいて、プランジャポンプのピストンの摺動や、ギヤポンプのギヤ同士の咬合などによりせん断力が加わってインキが固化し、ポンプで送ることができなくなるという問題を解決する手段が記載されている。該文献によれば、プランジャの環状シールを介して、紫外線硬化型インキを吸引し排出する室の反対側に潤滑液用の室を有し、該潤滑液が紫外線硬化型モノマーを含有することにより、スムーズにポンプで圧送することが可能になり、且つ潤滑液がＵＶインキの硬化性を損なうことが無いとされる。 In Patent Document 5, in a pump that pumps ultraviolet curable ink under pressure, shearing force is applied by sliding of a piston of a plunger pump, engagement of gears of a gear pump, and the like, so that the ink is solidified and cannot be pumped. A means for solving the problem is described. According to this document, a chamber for a lubricating liquid is provided on the opposite side of a chamber for sucking and discharging the ultraviolet curable ink through an annular seal of a plunger, and the lubricating liquid contains an ultraviolet curable monomer. It is said that the pump can be smoothly pumped, and the lubricating liquid does not impair the curability of the UV ink.

特許文献６には、紫外線硬化型インキのような粘度の高い流体が摺動摩擦によって硬化されることなく圧送可能なプランジャポンプが記載されている。ピストンボディとシリンダとの間の接触面積の減少を図るためにクリアランスを設け、さらにそのクリアランスによってシール性が低下することを防ぐためにピストンボディの外径にシール用の溝を設けることが記載されている。 Patent Document 6 describes a plunger pump capable of pressure-feeding a highly viscous fluid such as an ultraviolet curable ink without being cured by sliding friction. It is described that a clearance is provided to reduce the contact area between the piston body and the cylinder, and a sealing groove is provided on the outer diameter of the piston body to prevent the sealing performance from being deteriorated by the clearance. There is.

特開平９−８８８１４号公報JP, 9-88814, A 特開２００１−９０６７６号公報JP, 2001-90676, A 特開２００１−２９３３９８号公報JP 2001-293398 A 特開２００５−８２３０号公報JP, 2005-8230, A 特開２００７−２９１２９６号公報JP, 2007-291296, A 特開２０１０−２０３３８２号公報JP, 2010-203382, A

本発明は、充填ノズルの弁の開閉のために弁棒が上下動する場合等におけるノズル内部の機械部品相互の摺動や摩擦によって充填する液体が影響を受けて固化する等の問題が起きにくく、且つノズル本体内の洗浄が容易に行える充填ノズル装置を提供することを課題とする。
さらにダイアフラムを使用する従来の機器や装置にくらべて、充填する液体を高圧で充填ノズル装置に送ることができ、それによって充填速度を高くすることができる充填ノズル装置を提供することを課題とする。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is less likely to cause a problem such that the liquid to be filled is affected and solidified by sliding or friction between mechanical parts inside the nozzle when the valve rod moves up and down for opening and closing the valve of the filling nozzle. Another object of the present invention is to provide a filling nozzle device that can easily clean the inside of the nozzle body.
Further, it is an object of the present invention to provide a filling nozzle device capable of sending a liquid to be filled to a filling nozzle device at high pressure as compared with a conventional device or device using a diaphragm, and thereby increasing a filling speed. ..

前記の課題を解決する本発明の充填ノズル装置は、次の（ａ１）〜（ａ４）の要素を全て備える。
（ａ１）充填する液体源に接続されたノズル本体。
（ａ２）ノズル本体の充填口を開閉する弁体を先端部に有し、ノズル本体内を昇降する弁棒。
（ａ３）前記弁棒とノズル本体とを気体及び液体の洩れが無いように連結する柔軟なダイアフラム。
（ａ４）ノズル本体内部の圧力及びまたはノズル近傍の位置における充填する液体源の圧力を検出し、その圧力と等しい圧力を前記ダイアフラムの液体と接しない側の空間に加える加圧手段。 The filling nozzle device of the present invention for solving the above-mentioned problems includes all of the following elements (a1) to (a4).
(A1) A nozzle body connected to a liquid source to be filled.
(A2) A valve rod having a valve body for opening and closing the filling port of the nozzle main body at the tip portion and moving up and down in the nozzle main body.
(A3) A flexible diaphragm that connects the valve rod and the nozzle body so that gas and liquid do not leak.
(A4) A pressurizing unit that detects the pressure inside the nozzle body and/or the pressure of the liquid source to be filled at a position near the nozzle, and applies a pressure equal to that pressure to the space of the diaphragm that is not in contact with the liquid.

本発明の充填ノズル装置は、より好ましくはさらに次の（ｂ１）の要素を備える。
（ｂ１）前記ダイアフラムの液体と接しない側の空間が、（ｃ１）不活性ガス、（ｃ２）充填する液体、及び（ｃ３）充填する液体の成分の一部、の３つの要素から成る群から選ばれるいずれか一つで満たされている。 The filling nozzle device of the present invention more preferably further includes the following element (b1).
(B1) The space on the side of the diaphragm that does not come into contact with the liquid is composed of three elements: (c1) an inert gas, (c2) a filling liquid, and (c3) a part of the components of the filling liquid. It is filled with one of the choices.

本発明の充填ノズル装置は、その弁の開閉のために弁棒が上下動する場合等におけるノズル内部の機械部品の摺動や摩擦によって、充填する液体が影響を受けて固化したりすることが少ない。
またノズル本体内の洗浄を容易に行うことができる。さらに高圧で充填液体を送ることができるため、充填速度を高くすることができる。 In the filling nozzle device of the present invention, the liquid to be filled may be affected and solidified by the sliding or friction of the mechanical parts inside the nozzle when the valve rod moves up and down for opening and closing the valve. Few.
Further, the inside of the nozzle body can be easily cleaned. Since the filling liquid can be sent at a higher pressure, the filling speed can be increased.

本発明の充填ノズル装置を示す図である。It is a figure which shows the filling nozzle apparatus of this invention. 本発明の充填ノズル装置の先端部分の拡大図である。It is an enlarged view of the tip part of the filling nozzle device of the present invention. 本発明の充填ノズル装置に充填する液体をタンク２１からポンプ２０により供給する場合の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure at the time of supplying the liquid with which the filling nozzle device of this invention is filled up from the tank 21 by the pump 20. 本発明の充填ノズル装置に充填する液体をタンク２２から圧送して供給する場合の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure at the time of pumping and supplying the liquid with which the filling nozzle device of this invention is filled from the tank 22. 本発明の充填ノズル装置及びそれに接続される配管と、それらに設置された圧力センサーを示す図である。It is a figure which shows the filling nozzle apparatus of this invention, the piping connected to it, and the pressure sensor installed in them. 充填ノズル装置の弁座及び弁体の先端部が鋭角に仕上げられていない場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the front-end|tip part of the valve seat and valve body of a filling nozzle device is not finished in an acute angle. 実施例１における充填ノズル装置の概略を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an outline of a filling nozzle device in Example 1. 比較例１における充填ノズル装置の概略を示す図である。6 is a diagram showing an outline of a filling nozzle device in Comparative Example 1. FIG. 比較例２における充填ノズル装置の概略を示す図である。7 is a diagram showing an outline of a filling nozzle device in Comparative Example 2. FIG.

（充填ノズル装置の基本構造の説明）
本発明の充填ノズル装置について説明する。尚、本出願の願書に添付した図面は、本発明を明瞭に理解するための概念図である。理解のために不要な部分や本質的で無い部分は略するか図示していない場合がある。
図１は本発明の充填ノズル装置の基本的な構造の一例を示す断面図である。
１はノズル本体であり、その内部を弁棒２が上下方向に移動する。弁棒２の移動により、その先端部の弁体３とノズル本体の充填物が吐出する部分にある弁座４とが開閉し、充填される液体の吐出と停止とを制御する。弁体３及び弁座４で形成される部分をノズルの吐出口と呼ぶことがある。液体の吐出を停止した状態では弁体３と弁座４とは密着して閉じている。 (Description of the basic structure of the filling nozzle device)
The filling nozzle device of the present invention will be described. The drawings attached to the application of the present application are conceptual views for clearly understanding the present invention. For the sake of understanding, unnecessary portions or non-essential portions may be omitted or not shown.
FIG. 1 is a sectional view showing an example of the basic structure of the filling nozzle device of the present invention.
Reference numeral 1 denotes a nozzle body, in which a valve rod 2 moves vertically. The movement of the valve rod 2 opens and closes the valve body 3 at its tip and the valve seat 4 at the portion of the nozzle body where the filling is discharged, and controls the discharge and stop of the filled liquid. The portion formed by the valve body 3 and the valve seat 4 may be referred to as a nozzle discharge port. When the liquid discharge is stopped, the valve body 3 and the valve seat 4 are in close contact with each other and are closed.

弁棒２は、図示しない空気圧、油圧、電動等の駆動手段に接続され、上下方向等に移動する。ノズル本体には、弁棒を正確且つ滑らかに移動させるための軸受け８がある。
ノズル本体内にはダイアフラム５が有り、ノズル本体とは９の部分で緊密に固定され、１０の部分で弁棒と緊密に固定されている。ダイアフラムは弁棒の上下動に支障が無いように、合成樹脂、ゴム等の柔軟な材料で作られている。 The valve rod 2 is connected to a driving means (not shown) such as pneumatic pressure, hydraulic pressure, or electric drive, and moves in the vertical direction or the like. The nozzle body has a bearing 8 for moving the valve rod accurately and smoothly.
There is a diaphragm 5 in the nozzle body, which is tightly fixed to the nozzle body at the portion 9 and tightly fixed to the valve rod at the portion 10. The diaphragm is made of a flexible material such as synthetic resin or rubber so that it does not interfere with the vertical movement of the valve rod.

ノズル本体内部は、充填する液体が存在する１１の部分と、１１の部分とは液体や気体が流通することが無いようにダイアフラム５によって仕切られた１３の部分とに分けられている。
ノズル本体には１３の部分につながる配管７が接続されている。 The inside of the nozzle body is divided into 11 parts where the liquid to be filled is present and 13 parts which are partitioned by the diaphragm 5 so that the liquid or gas does not flow.
A pipe 7 connected to a portion 13 is connected to the nozzle body.

ノズル本体には配管６が接続され、充填する液体は配管６を経由してノズル本体に供給される。液体源から充填ノズルへの液体の供給は、図３に例示するように液体を供給するタンク２１とポンプ２０とを配管２４によって接続し、液体をポンプで圧送する方法や、図４に例示するように円筒型の液体タンク２２とノズル本体とが配管２４で接続されて、タンク内の液体をピストン２３で加圧して送る方法等が用いられる。 A pipe 6 is connected to the nozzle body, and the liquid to be filled is supplied to the nozzle body via the pipe 6. As for the supply of the liquid from the liquid source to the filling nozzle, as shown in FIG. 3, a tank 21 for supplying the liquid and the pump 20 are connected by a pipe 24, and the liquid is pumped by a pump, or as illustrated in FIG. As described above, a method is used in which the cylindrical liquid tank 22 and the nozzle body are connected by the pipe 24, and the liquid in the tank is pressurized by the piston 23 and sent.

弁体３が上昇して弁座４との間隙が広がると、ノズル本体に送られる液体が吐出口から吐出される。吐出口からの吐出速度を調節するには、弁体３の上昇距離を調節して間隙の大きさを変えたり、ノズル本体に送る液体の圧力を変えたりすること等が行われている。 When the valve body 3 rises and the gap between the valve body 4 and the valve seat 4 widens, the liquid sent to the nozzle body is discharged from the discharge port. In order to adjust the discharge speed from the discharge port, the rising distance of the valve body 3 is adjusted to change the size of the gap, the pressure of the liquid sent to the nozzle body is changed, and the like.

本発明のノズル装置においては、弁棒表面に着いた液体が軸受けに滲み込んだり侵入したりすることは無い。また軸受けへの液体の侵入等を防ぐために細かい凹凸部の有るベローズ等を用いていない。ノズル装置内部には液体が滞留する狭い隙間や小さな凹凸等が少ないため、充填ノズル内の洗浄を容易に行うことができる。 In the nozzle device of the present invention, the liquid adhering to the surface of the valve stem does not permeate or enter the bearing. In addition, in order to prevent liquid from entering the bearing, a bellows or the like having fine irregularities is not used. Since there are few narrow gaps or small irregularities in which the liquid stays inside the nozzle device, the inside of the filling nozzle can be easily cleaned.

（充填ノズル装置のダイアフラムに圧力を加える機構の説明）
図１において、ノズル本体内部の１１の部分の液体の圧力により、ダイアフラムは１３の部分の方向に押される圧力を受ける。圧力の強さやダイアフラムの強度によっては、１３の部分は大気開放の状態であっても、気体が密閉された空間であっても、ダイアフラムが過度に変形したり破れたりする等の問題無しに充填作業ができる場合がある。 (Explanation of a mechanism for applying pressure to the diaphragm of the filling nozzle device)
In FIG. 1, the pressure of the liquid in the portion 11 inside the nozzle body causes the diaphragm to be pressed in the direction of the portion 13. Depending on the strength of the pressure and the strength of the diaphragm, the portion 13 can be filled without problems such as excessive deformation or breakage of the diaphragm, even if it is open to the atmosphere or in a space where gas is sealed. You may be able to work.

しかし高粘度の液体を充填する場合は、適切な充填速度で作業するためには液体を高圧で送りこむことが必要な場合があり、それによって１１の部分の圧力が１３の部分に比べて高くなり、ダイアフラムが１３の部分の方向に過度に押し込まれて破れる等の問題が起きることがある。
破れないようにダイアフラムの強度を高くすると、その柔軟性が低下し、ダイアフラムに緊密に結合する弁棒の上下の動きを妨げて充填作業に支障を来たす場合がある。 However, when filling with high viscosity liquids, it may be necessary to pump the liquid at high pressure in order to work at an appropriate filling speed, which results in a higher pressure in part 11 compared to part 13 In some cases, the diaphragm may be excessively pushed in the direction of the portion 13 and may be broken.
If the strength of the diaphragm is increased so as not to break, the flexibility of the diaphragm decreases, which may hinder the vertical movement of the valve rod that is tightly coupled to the diaphragm, which may interfere with the filling operation.

本発明のノズル装置においては、図１の１３の部分に、１１の部分の液体と等しい圧力を加えることにより、ダイアフラムの両側に加わる圧力差をできるだけ小さくし、充分な柔軟性を有する材料で作ったダイアフラムを用いる場合であっても、ダイアフラムの破れ等の問題が起きにくいようにしている。
また圧力を加えない場合に比べて、１１の部分の液体の圧力を高くすることができる。即ち高圧で液体を充填ノズルに送ることができ、充填処理速度を高めることができる。 In the nozzle device of the present invention, a pressure equal to that of the liquid in the portion 11 in FIG. 1 is applied to the portion 13 in FIG. 1 so that the pressure difference applied to both sides of the diaphragm is minimized, and the nozzle device is made of a material having sufficient flexibility. Even if a diaphragm is used, problems such as diaphragm rupture are prevented.
Further, the pressure of the liquid in the portion 11 can be increased as compared with the case where no pressure is applied. That is, the liquid can be sent to the filling nozzle at high pressure, and the filling processing speed can be increased.

ここで「等しい圧力」について説明する。１１及び１２の部分の圧力は充填中に変動するので、１１の部分と１３の部分との圧力を常時厳密に等しくすることは困難な場合が有る。例えば充填中でノズルの吐出口が開いている場合は１１の部分の圧力は低くなり、吐出口が閉まると高くなる。
本発明の実施においては、ダイアフラムが過度に変形したり破れたりすることが無いように１３の部分の圧力を調節する。本発明において、「等しい圧力」を加えるとは、例えば１１の部分の圧力を１００として、８０〜１００の範囲で１３の部分に加圧することを含む。９０〜１００、さらには９５〜１００とより狭く近い範囲に加圧することは当然より好ましい。加圧の程度を調節する範囲は、ダイアフラムの強度や、１１の部分の圧力に応じて決定する。１１の部分と１３の部分との圧力はできるだけ近いことが好ましいが、液体の性状やダイアフラムの強度、圧力制御の応答性によって実際に可能な圧力の制御範囲は異なる。
ダイアフラムは充填機の動作に従って動くので、例え圧力を完全に等しくした場合でも長期間使用すれば疲労し破損する。ダイフラムの交換頻度、交換作業による充填作業への支障の程度等を考慮して、どこまで厳密に圧力制御を行うかを決定することが好ましい。 Here, "equal pressure" will be described. Since the pressures of parts 11 and 12 fluctuate during filling, it can be difficult to make the pressures of parts 11 and 13 always exactly equal. For example, the pressure at the portion 11 becomes low when the discharge port of the nozzle is open during filling, and becomes high when the discharge port is closed.
In practicing the present invention, the pressure in section 13 is adjusted so that the diaphragm is not excessively deformed or torn. In the present invention, applying “equal pressure” includes applying pressure to 13 parts within a range of 80 to 100 with the pressure of 11 parts being 100, for example. It is of course more preferable to pressurize to a narrower and closer range of 90 to 100, and further 95 to 100. The range for adjusting the degree of pressurization is determined according to the strength of the diaphragm and the pressure of the portion 11. It is preferable that the pressures of the parts 11 and 13 are as close as possible, but the actually controllable range of the pressure varies depending on the property of the liquid, the strength of the diaphragm, and the response of the pressure control.
Since the diaphragm moves according to the operation of the filling machine, even if the pressure is perfectly equalized, it will be fatigued and broken if it is used for a long time. It is preferable to determine how strict the pressure control should be performed in consideration of the replacement frequency of the diaphragm and the degree of hindrance to the filling work due to the replacement work.

ダイアフラムの両側（１１の部分と１３の部分）の圧力をほぼ等しくするための圧力制御方法の一例を図５に示す。
ノズル本体の内部の液体１１の圧力を検知するために圧力センサー３０が取り付けられている。同様に、配管６の内部の圧力を検知するために圧力センサー３１が取り付けられており、１３の部分の圧力を検知するために圧力センサー３２が取り付けられている。
充填ノズル本体及び配管１２は一般に近接しているため、圧力センサー３０及び３１の両方は必ずしも必要ではない。圧力センサーは配管に取り付ける方が一般に容易であるので、圧力センサー３１だけでも十分な制御が可能であることが多い。取り付け場所の確保や取り付けが容易かどうかにより、圧力センサーの数や位置を選択すれば良い。
同様に、１３の部分の圧力の検知についても、センサー３２は図５の位置の他に、配管７に取り付けても良く、また配管７のみに取り付けても良い。 FIG. 5 shows an example of a pressure control method for making the pressures on both sides of the diaphragm (portions 11 and 13) substantially equal.
A pressure sensor 30 is attached to detect the pressure of the liquid 11 inside the nozzle body. Similarly, a pressure sensor 31 is attached to detect the pressure inside the pipe 6, and a pressure sensor 32 is attached to detect the pressure at the portion 13.
Since the fill nozzle body and tubing 12 are generally in close proximity, both pressure sensors 30 and 31 are not necessary. Since it is generally easier to attach the pressure sensor to the pipe, the pressure sensor 31 alone can often provide sufficient control. The number and position of the pressure sensors may be selected depending on whether the mounting location is secured or whether the mounting is easy.
Similarly, for the detection of the pressure of the portion 13 as well, the sensor 32 may be attached to the pipe 7 or only to the pipe 7 in addition to the position shown in FIG.

１３の部分は、配管７を経由して気体または液体が供給されて圧力が加えられる。
気体としては一般の空気圧を用いて圧力を加えることができる。長期間の運転でダイフラムが疲労して破れたりすることは避けられないが、気体を用いて圧力を加える場合は、仮に破れが発生した場合、１１の液体中に気泡が混入し、吐出される液体に気泡が混じってくるため、破れを直ぐに発見して対処することができる。 Gas or liquid is supplied to the portion 13 through the pipe 7 to apply pressure.
As the gas, general air pressure can be used to apply pressure. It is inevitable that the diaphragm will be fatigued and ruptured during long-term operation, but if pressure is applied using gas, and if rupture occurs, bubbles will be mixed into the liquid 11 and discharged. Since bubbles are mixed in the liquid, it is possible to immediately detect and deal with the breakage.

１３の部分に液体を入れ、ダイアフラムにはその液体を介して圧力を掛けることもできる。液体としては、ダイアフラムの柔軟性や強度に悪影響が無く、且つ仮にダイアフラムが破れて１１の部分の液体側に混入した場合でも、液体の品質等への影響が小さいものが好ましい。例えば、充填する液体（即ち１１の部分の液体）そのもの、液体の成分の一部等が挙げられる。但し液体が図１の軸受け８に接触する場合は、その部分の摺動・摩擦によって１３の部分に入れた液体が固化する等の問題が起きるものであってはならない。 It is also possible to put a liquid in the portion 13 and apply pressure to the diaphragm through the liquid. It is preferable that the liquid has no adverse effect on the flexibility and strength of the diaphragm and has a small influence on the quality of the liquid even if the diaphragm is broken and mixed in the liquid side of the portion 11. For example, the liquid to be filled (that is, the liquid of 11 parts) itself, a part of the components of the liquid, and the like can be mentioned. However, when the liquid comes into contact with the bearing 8 of FIG. 1, there should be no problem that the liquid put in the portion 13 is solidified due to the sliding or friction of the portion.

１３の部分に液体を入れる場合は、その液体をポンプ等で加圧して配管７から送り込んで加圧することができる。また液体は１３の部分に適量を入れ、配管７を経由して気体を供給して圧力を加えることもできる。この方法の場合は、仮にダイアフラムが破れた場合は、前記したように１１の部分の液体に気泡が混入するため、破れを迅速に発見して対処することができる。 When the liquid is put in the portion of 13, the liquid can be pressurized by a pump or the like and sent from the pipe 7 to be pressurized. It is also possible to add an appropriate amount of liquid to the portion 13 and supply gas via the pipe 7 to apply pressure. In the case of this method, if the diaphragm is torn, the bubbles are mixed in the liquid in the portion 11 as described above, so that the tear can be quickly detected and dealt with.

６の配管を経由してノズルに送られる液体１２の圧力の制御方法は、一般的な圧力制御方法で行うことができる。例えば図３のようにポンプで充填する液体をノズルに供給する場合は、ポンプ２０と配管６を接続する配管２４に、図示しない外部制御レリーフ弁等を接続し、液体１２の圧力を圧力センサー３０及び又は３１の計測値に応じて外部から制御することができる。
７の配管を経由して気体又は液体を１３の部分に送り、１３の部分の圧力を制御する場合も、７の配管に外部制御レリーフ弁等を設けて、圧力センサー３２等の計測値に応じて１３の部分の圧力制御を行うことができる。 The pressure of the liquid 12 sent to the nozzle via the pipe 6 can be controlled by a general pressure control method. For example, when supplying the liquid to be filled by the pump to the nozzle as shown in FIG. 3, an external control relief valve or the like (not shown) is connected to the pipe 24 connecting the pump 20 and the pipe 6, and the pressure of the liquid 12 is measured by the pressure sensor 30. And/or it can be controlled from the outside according to the measured value of 31.
Even when the gas or liquid is sent to the portion 13 through the pipe 7 and the pressure in the portion 13 is controlled, the pipe 7 is provided with an external control relief valve or the like, depending on the measured value of the pressure sensor 32 or the like. It is possible to control the pressure of 13 parts.

吐出口が閉まると１１の部分の圧力は、６の配管を経由してノズルに送られる液体１２の圧力と同じまで高くなる。６の配管内の圧力をセンサー３１で検知して、それに合わせて圧力センサー３２で検知する１３の部分の圧力を制御することができる。 When the discharge port is closed, the pressure of the portion 11 becomes as high as the pressure of the liquid 12 sent to the nozzle via the pipe 6. The pressure in the pipe 6 can be detected by the sensor 31, and the pressure of the portion 13 detected by the pressure sensor 32 can be controlled accordingly.

ノズルに送られる液体１２の流量はノズルの吐出口の開閉やその開度に合わせて制御することができる。図３を例にすると、吐出口が開くと同時にポンプ２０が動作して液体をノズルに送り、吐出口が閉じる直前にポンプ２０を停止するように制御する方法が挙げられる。これによって吐出口が開閉する際に吐出口に加わる圧力を低くして、吐出口の開閉に要する力を減らし、開閉動作をスムーズ且つ高速に行うことができる。 The flow rate of the liquid 12 sent to the nozzle can be controlled according to the opening and closing of the discharge port of the nozzle and the opening thereof. Taking FIG. 3 as an example, there is a method in which the pump 20 is operated at the same time when the discharge port is opened to send the liquid to the nozzle, and the pump 20 is stopped immediately before the discharge port is closed. As a result, the pressure applied to the ejection port when the ejection port is opened and closed is reduced, the force required to open and close the ejection port is reduced, and the opening and closing operation can be performed smoothly and at high speed.

吐出口の開度に合わせてノズルに送る液体１２の圧力を制御することができる。一回の充填の終段においてノズルの開度を小さくして小流量で充填する場合は、液体１２の圧力もそれに合わせて小さくして、充填量を精密に制御することができる。 The pressure of the liquid 12 sent to the nozzle can be controlled according to the opening of the ejection port. When the opening degree of the nozzle is reduced to fill a small flow rate at the final stage of one filling, the pressure of the liquid 12 is also reduced accordingly, and the filling amount can be precisely controlled.

（充填ノズル装置の補助的構造の説明。弁体、弁座、エア吹き出し等）
図２は充填ノズルの吐出口付近の構造の一例を示す図である。弁体３の先端部および弁座４の先端部はいずれも鋭角に仕上げられていることが好ましく、弁を閉じたときはそれぞれの先端部ができるだけ一致することが好ましい。
例えば図６に示すように、弁座４及び弁体３の先端部が鋭角に仕上げられていない場合は、特に粘度や付着性が高い液体の場合は吐出口が閉じた場合に、吐出口付近に４０のように液体が付着しやすくなる。これは液体が付着しやすい部分の面積が大きくなるためである。付着した液体は次第に堆積して液だれし、充填する容器や周辺部をよごすなどの問題を引き起こす場合がある。
図１の弁体３及び弁棒２と比べると、図２の例では弁体３及び弁棒２の内部を貫通する気体通路１４が設けられている。これは吐出口が閉じた状態で吐出口付近に付着した液体を気体で吹き飛ばして、付着した液体が堆積することを防ぐためである。充填する液体の種類や充填条件によっては、通路１４に気体ではなく液体を通すこともできる。
気体通路１４に気体を通すのは、例えば吐出口が閉じた瞬間が好ましい。 (Description of the auxiliary structure of the filling nozzle device. Valve body, valve seat, air blowing, etc.)
FIG. 2 is a diagram showing an example of the structure near the discharge port of the filling nozzle. It is preferable that both the tip portion of the valve body 3 and the tip portion of the valve seat 4 are finished at an acute angle, and when the valve is closed, it is preferable that the respective tip portions match each other as much as possible.
For example, as shown in FIG. 6, when the tip end portions of the valve seat 4 and the valve body 3 are not finished at an acute angle, especially in the case of a liquid having high viscosity or adhesiveness, when the discharge port is closed, As shown in 40, the liquid easily adheres. This is because the area of the portion where the liquid is likely to adhere becomes large. The adhered liquid may gradually accumulate and drip, which may cause problems such as cleaning the container to be filled and the peripheral portion.
Compared with the valve body 3 and the valve rod 2 of FIG. 1, a gas passage 14 penetrating the inside of the valve body 3 and the valve rod 2 is provided in the example of FIG. This is to prevent the liquid adhering to the vicinity of the ejection port from being blown off by gas with the ejection port closed, and to prevent the adhered liquid from accumulating. Depending on the type of the liquid to be filled and the filling conditions, the liquid may be passed through the passage 14 instead of the gas.
The gas is preferably passed through the gas passage 14 at the moment when the discharge port is closed, for example.

実際の液体を用いて、本発明のノズル及び比較例のノズルを用いて充填を行った。結果を下記の実施例１、比較例１、及び比較例２それぞれの項に示す。
図７〜９は実施例及び比較例で用いたノズル（ａ）〜（ｃ）の３種類の概略図である。
図７は本発明のノズルの一例であり、詳細な構造は図１に示す通りである。
図８では弁棒２の軸受け５０を、ベローズ５１を用いてシールしている。
図９では弁棒２の軸受け５２の部分をフッ素系エラストマーを用いたパッキンでシールしている。フッ素系エラストマーは、テトラフルオロエチレンやフッ素系ゴム等に比べて、耐薬品性、耐熱性及び柔軟性を兼ね備える材料である。
実施例及び比較例とも、充填する液体としてＤＩＣグラフィックス株式会社製の紫外線硬化型印刷インキ（商品名ダイキュアアビリオプロセス透明黄Ｎ）を用いた。
このインキは、紫外線照射以外にも摺動摩擦などで硬化（ゲル化）してしまうことが知られている。 Filling was performed using the actual liquid using the nozzle of the present invention and the nozzle of the comparative example. The results are shown in the following items of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
7 to 9 are schematic views of three types of nozzles (a) to (c) used in Examples and Comparative Examples.
FIG. 7 shows an example of the nozzle of the present invention, and the detailed structure is as shown in FIG.
In FIG. 8, the bearing 50 of the valve rod 2 is sealed using a bellows 51.
In FIG. 9, the bearing 52 of the valve rod 2 is sealed with a packing made of a fluoroelastomer. The fluoroelastomer is a material having chemical resistance, heat resistance and flexibility as compared with tetrafluoroethylene, fluororubber and the like.
In both the examples and the comparative examples, an ultraviolet curable printing ink (trade name: Dicure Avilio Process Transparent Yellow N) manufactured by DIC Graphics Co., Ltd. was used as a filling liquid.
It is known that this ink hardens (gels) due to sliding friction and the like in addition to ultraviolet irradiation.

（実施例１）
ノズルの概略図を図７に示す。弁棒のシールはポリテトラフルオロエチレン製のダイアフラムを用いた。実施例のノズル（ａ）において、図１の１３に相当する部分（以下甲部と呼ぶ）へは空気を用いて加圧した。充填作業時において、図１の１１に相当する部分（以下乙部と呼ぶ）の圧力は０．１ＭＰａ〜０．５ＭＰａの範囲で変動した。甲部に加圧する圧力と、乙部の圧力を基準として８０〜１００％となるように制御した。
一日当たり約６時間、６カ月間充填作業を行った後、ノズルを分解して確認した結果、ダイアフラムには傷みは観察されなかった。またダイアフラムへのインキの固着等も見られなかった。 (Example 1)
A schematic diagram of the nozzle is shown in FIG. A diaphragm made of polytetrafluoroethylene was used to seal the valve rod. In the nozzle (a) of the example, the portion corresponding to 13 in FIG. 1 (hereinafter referred to as the instep) was pressurized with air. During the filling operation, the pressure of the part corresponding to 11 in FIG. 1 (hereinafter referred to as the second part) varied in the range of 0.1 MPa to 0.5 MPa. The pressure applied to the upper part and the pressure of the second part were controlled so as to be 80 to 100%.
After performing the filling work for about 6 hours per day for 6 months, the nozzle was disassembled and confirmed, and as a result, no damage was observed on the diaphragm. In addition, no ink sticking to the diaphragm was observed.

（比較例１）
ノズルの概略図を図８に示す。弁棒のシールはステンレス（ＳＵＳ３０４）製のベローズを用いた。一日当たり約６時間、３カ月間充填作業を行った後、ノズルを分解して確認した結果、ベローズにインキが固着しており、剥がれて製品への混入の恐れがあるため使用を停止してベローズの清掃を行った。ベローズには摺動部は無いため、硬化物（ゲル化物）は発生していなかった。またベローズには相当程度の疲労、傷みが見られ、これ以上の継続使用は破れの発生等により生産に支障を来たす恐れがあると判断された。 (Comparative Example 1)
A schematic diagram of the nozzle is shown in FIG. A bellows made of stainless steel (SUS304) was used for the seal of the valve rod. After performing filling work for about 6 hours per day for 3 months, disassembling the nozzle and confirming that the ink adhered to the bellows and could peel off and mix into the product, stop using it. The bellows were cleaned. Since the bellows has no sliding portion, no cured product (gelled product) was generated. Further, the bellows were found to be considerably fatigued and damaged, and it was determined that continued use beyond this could impair production due to the occurrence of tears and the like.

（比較例２）
ノズルの概略図を図９に示す。弁棒のシールはポリテトラフルオロエチレンのパッキン（Ｖパッキン）を用いた。一日当たり約６時間充填作業を行ったが、約１０時間使用したところで、弁の開閉ができなくなる不具合が発生した。ノズルを分解して確認した結果、パッキンとその周辺にインキが固着しており、弁棒が動かなくなっていることが判明した。 (Comparative example 2)
A schematic diagram of the nozzle is shown in FIG. For the seal of the valve rod, polytetrafluoroethylene packing (V packing) was used. The filling work was performed for about 6 hours per day, but after about 10 hours of use, there was a problem that the valve could not be opened and closed. As a result of disassembling and confirming the nozzle, it was found that the ink sticked to the packing and its surroundings, and the valve rod did not move.

本発明の充填ノズル装置は、その弁の開閉のために弁棒が上下動する場合等におけるノズル内部の機械部品の摺動や摩擦によって、充填する液体が影響を受けることが少ない。
またノズル本体内の洗浄を容易に行うことができる。 In the filling nozzle device of the present invention, the liquid to be filled is less likely to be affected by sliding and friction of mechanical parts inside the nozzle when the valve rod moves up and down due to opening and closing of the valve.
Further, the inside of the nozzle body can be easily cleaned.

１充填ノズル本体
２弁棒
３弁体
４弁座
５ダイアフラム
６充填する液体を供給する配管
７１３の部分に接続される配管
８弁棒の軸受け
９ダイアフラムとノズル本体とを固定する部分
１０ダイアフラムと弁棒とを固定する部分
１１充填する液体が存在する部分
１２充填する液体
１３ダイアフラムによって１１の部分と仕切られた部分
１４通路の出口
２０ポンプ
２１充填する液体のタンク
２２充填する液体のタンク
２３タンク２２から液体を圧送するためのピストン
２４配管
３０圧力センサー
３１圧力センサー
３２圧力センサー
４０ノズルの吐出口付近に付着した液体
５０弁棒の軸受け
５１ベローズ
５２Ｖパッキンを組み込んだ弁棒の軸受け 1 Filling Nozzle Main Body 2 Valve Rod 3 Valve Body 4 Valve Seat 5 Diaphragm 6 Piping 7 for Supplying Liquid to Be Filled 7 Piping Connected to 13 Part of Valve Bar Bearing 9 Part for Fixing Diaphragm and Nozzle Body 10 Diaphragm Portion for fixing valve stem 11 Portion where liquid to be filled is present 12 Liquid to be filled 13 Portion separated from 11 by diaphragm 14 Port outlet 20 Pump 21 Liquid tank to be filled 22 Liquid tank to be filled 23 Tank 22 Piston for pumping liquid from 24 Piping 30 Pressure sensor 31 Pressure sensor 32 Pressure sensor 40 Liquid adhering to the vicinity of nozzle discharge port 50 Bearing of valve rod 51 Bellows 52 Bearing of valve rod incorporating V packing

Claims

A filling nozzle device including all of the following elements (a1) to (a4) and (b1).
(A1) A nozzle body connected to a liquid source to be filled.
(A2) A valve rod having a valve body for opening and closing the filling port of the nozzle main body at the tip portion and moving up and down in the nozzle main body.
(A3) A flexible diaphragm that connects the valve rod and the nozzle body so that gas and liquid do not leak.
(A4) The pressure of a portion of the nozzle body where the liquid to be filled is present and/or the pressure of the liquid source to be filled in the pipe for supplying the liquid to be filled is detected, and a pressure equal to the pressure is detected on the side of the diaphragm that is not in contact with the liquid. Pressurizing means applied to the space.
(B1) The space on the side of the diaphragm that does not come into contact with the liquid is composed of three elements: (c1) an inert gas, (c2) a filling liquid, and (c3) a part of the components of the filling liquid. It is filled with one of the choices.