JP6888406B2 - 充填ノズル - Google Patents

Description

本発明は、充填機において容器に液体を充填するための充填ノズルに関し、特に充填後の液だれを防止する効果の高い充填ノズルに関する。

各種容器に液体の内容物を充填する充填機においては、充填ノズルを容器の開口部に挿入ないしは当接し、液体を注入した後、充填ノズルを抜去ないしは離開せしめる一連の動作を連続的に行うことによって、能率良く充填作業を行っている。

容器に注入された液体は、重力の作用によって容器の下部に溜まる性質があるので、液体の注入は上方から下方に向かって行われ、充填ノズルは垂直方向に上下動作する形式の充填機が一般的である。

液体の注入が完了した段階で、液体の注入を停止し、充填ノズルを上方に引き上げる際に、充填ノズルの先端部に付着した液体が下方に向かって移動し、集まって液だれを生じることがある。特に充填終了時における充填液面が高く、充填ノズルの先端が充填液面に接触するような場合においては、この液だれが発生し易い。

液だれが発生すると、垂れた液が容器の開口部や外面に付着して製品不良の原因となるため、液だれを防止する方策が種々検討されている。

特許文献１に記載された充填用開閉弁は、充填液を充填したときの液だれをなくし、且つ高速、高精度な充填を安定して行うことを目的とした充填ノズルである。この充填用開閉弁は、内径一様な直管で、下端にノズル口を有し、上端が隔壁により閉止され該隔壁近傍に注液口を開口する充填路と、前記隔壁上部に前記充填路と一体に形成され開口を有する受液室とからなるノズル部と、該ノズル部と同軸な棒状体で下端に前記ノズル口と協働して開閉する弁体と、前記棒状体内を通り一端が前記弁体軸上に開口し他端が前記受液室に開口する導通路とを有する弁ロッドと、該弁ロッドの上端に連結され、前記弁体を駆動しノズル口を開閉するアクチュエーターとから構成されたことを特徴とする充填用開閉弁であり、受液室の開口部に真空ポンプを接続して弁ロッドの先端から導通路を経由して液だれを吸引するようにすることにより、液だれを防止しようとしたものである。

特許文献２に記載された液体充填装置は、同様に液だれを防止する手段として、下端部に液体吐出口を有する液体充填ノズルを備え、この液体充填ノズルの周囲には、下端部に開口部を有するとともに、空気を吸引する排気手段と接続されて液体充填ノズルの周りの空気を前記開口部から吸引するための排気フードが設けられている液体充填装置の改良発明であり、排気フードが前記開口部の口径が最大内径を有する胴体部の内径よりも狭く、かつ前記開口部が前記胴体部に対して下方に位置し、前記胴体部と前記開口部との間に、径が開口部に向かって狭くなっていく縮径部を有していることを特徴とする液体充填装置である。

特許文献１に記載された充填用開閉弁も、特許文献２に記載された液体充填装置もどちらも充填時における液だれを防止することを目的としたものであり、充填しようとする液体が果実ジュースなどのように比較的粘度の低い液体の場合には有効である。しかし、充填しようとする液体が例えば食用油のように比較的粘度が高く、しかも充填ノズルの先端に付着しやすい性質を持った液体である場合には、液だれを完全に防止することができなかった。

特開平６−１９１５１３号公報 特開２００２−３４７７１８号公報

本発明の解決しようとする課題は、液体充填機において、充填液が食用油のような比較的粘度の高い液体であっても、充填時における液だれを防止することのできる充填ノズルを提案するものである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、液体用充填機において容器の開口部に挿入または当接して液体を充填するための充填ノズルであって、外筒と、外筒の内壁を上下に移動するプランジャーとを有し、該プランジャーは先端部が外筒と共に充填液の注出と閉止を行う弁体を形成すると共に、中心にバキューム吸引通路を有し、プランジャー先端の前記バキューム吸引通路の開口部であるバキューム口には、円盤状の蓋体が設置されており、該蓋体は前記バキューム口の周囲から複数の支柱によって保持され、さらに蓋体の中央部には貫通孔である中央孔が設けられていることを特徴とする充填ノズルである。

本発明に係る充填ノズルは、充填ノズル先端のバキューム口に、支柱によって保持された蓋体が設置されており、先端部と蓋体の隙間および蓋体中央部の中央孔からノズル先端部に付着した液体を吸引することができるため、液だれを防止する能力が極めて高い。

また、請求項２に記載の発明は、前記蓋体の直径が、プランジャー先端の直径の１／５以上１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の充填ノズルである。

また、請求項３に記載の発明は、前記蓋体の中央孔の直径が、前記バキューム口の直径の１／１０以上１／２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の充填ノズルである。

また、請求項４に記載の発明は、前記蓋体とプランジャー先端部との隙間が、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の充填ノズルである。

本発明に係る充填ノズルは、充填ノズル先端部であるプランジャーに設けられたバキューム口に蓋体を設置し、充填ノズル先端部に付着した液体をプランジャーと蓋体の隙間、及び、蓋体中央部に設けた中央孔の両方から吸引するようにしたので、液体吸引効率が高まり、食用油のような比較的粘度の高い液体を充填する場合であっても、液だれが生じ難くなった。

請求項２に記載の発明のように、蓋体の直径が、プランジャー先端の直径の１／５以上１／２以下である場合や、請求項３に記載の発明のように、蓋体の中央孔の直径が、バキューム口の直径の１／１０以上１／２以下である場合、さらに請求項４に記載の発明のように、蓋体とプランジャー先端部との隙間が、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である場合には、本発明に係る充填ノズルにおける液体吸引効率が最も安定的に発揮され、液だれ防止効果が高まる。

図１は、本発明に係る充填ノズルの先端部の断面説明図である。 図２（ａ）は、本発明に係る充填ノズルのプランジャーの先端部の側面模式図であり、図２（ｂ）は、プランジャーの先端部の平面模式図である。 図３は、本発明に係る充填ノズルの一連の充填動作を示した断面説明図であり、容器のスパウトに対して、充填ノズルが下降する段階を示したものである。 図４は、本発明に係る充填ノズルの一連の充填動作を示した断面説明図であり、容器のスパウトに対して、充填ノズルが当接して、充填を開始した状態を示したものである。 図５は、本発明に係る充填ノズルの一連の充填動作を示した断面説明図であり、充填が完了した段階を示したものである。 図６は、本発明に係る充填ノズルの一連の充填動作を示した断面説明図であり、充填が完了して充填ノズルが上昇した状態を示したものである。 図７は、従来の充填ノズルにおける充填動作を示した断面説明図であり、充填が完了して充填ノズルが上昇した時点における液だれの状態を示したものである。

以下図面を参照しながら、本発明に係る充填ノズルについて詳細に説明する。図１は、本発明に係る充填ノズルの先端部の断面説明図であり、図２は、充填ノズルを構成するプランジャーの先端部の模式図である。図２（ａ）は、プランジャーの先端部の側面模式図であり、図２（ｂ）は、平面模式図である。

本発明に係る充填ノズル１は、液体用充填機において容器の開口部に挿入または当接して液体を充填するための充填ノズルであって、外筒２と、外筒２の内壁を上下に移動するプランジャー３とを有する。プランジャー３は先端部が外筒２と共に充填液の注出と閉止を行う弁体７を形成している。プランジャー３の先端部には、Ｏリング８が取り付けられており、弁体としての密閉性を確保している。充填される液体は、外筒２とプランジャー３の隙間である液体通路６を経由して充填ノズルの先端から容器に充填される。
プランジャー３の中心にはバキューム吸引通路４が設けられており、プランジャー先端のバキューム吸引通路４の開口部であるバキューム口５には、円盤状の蓋体１０が設置されている。蓋体１０はバキューム口５の周囲から複数の支柱１１（この例では４本）によって保持されている。蓋体１０の中央部には貫通孔である中央孔１２が設けられている。

充填動作が完了した段階では、充填ノズルの先端部に充填液が付着しており、何もしないとこの充填液が下方向に移動して充填ノズルの先端から滴下して液だれとなる。そこで、プランジャー３の先端に開口したバキューム口５から空気と共に充填液を吸引し、液だれを防止するのである。

本発明においては、プランジャー３の先端と円盤状の蓋体１０との間に、支柱１１の高さに相当する隙間１３が形成されているため、バキューム吸引通路４から吸引される空気は、この例では４つの隙間１３と蓋体の中央孔１２から分散して吸引されることになる。

図３〜図６は、本発明に係る充填ノズル１の一連の充填動作を示した断面説明図である
。図３は、容器の開口部であるスパウト２０に対して、充填ノズル１が下降する段階を示したものである。なおスパウト２０の下部にある容器は省略されている。

この段階においては、充填ノズル１の外筒２に対してプランジャー３が最下点まで降下して、外筒２との間に形成される弁体７は閉じられており、充填液２１は流出しない。なお、プランジャー３の先端部にはＯリング８が取り付けられており、弁体７の密閉性を高めている。

図４は、充填ノズル１の一連の充填動作において、容器のスパウト２０に対して、充填ノズル１が当接して、充填を開始した状態を示したものである。外筒２に対してプランジャー３が上昇し、弁体７が開いて充填液２１が注入される。

なおこの例では、充填ノズル１の先端部が容器のスパウト２０に当接しているが、充填ノズルをスパウト内に挿入して充填液を注入してもよい。

図５は、充填ノズル１の一連の充填動作において、充填が完了した段階を示したものである。充填ノズル１がスパウト２０に当接した状態のまま、充填ノズル内部のプランジャー３が下降し弁体７が閉止される。次いで図６に示したように、充填ノズル１が上昇し、充填ノズルがスパウト２０から離れると同時にバキューム吸引が開始される。

充填ノズル１の先端部に付着した充填液は、バキューム吸引によって空気と共にバキューム吸引通路を経由して除去される。

図７は、従来の充填ノズルにおける充填動作を示した断面説明図であり、充填が完了して充填ノズルが上昇した時点における液だれの状態を示したものである。従来も充填ノズルの上昇と同時にバキューム吸引を行っていたが、図７に模式的に示したように、スパウト口内の液を吸い上げてしまうという問題があった。
また食用油のような粘度の高い液体の場合、充填ノズル先端部に付着した液体が先端に集まるのに、ある程度の時間がかかるため、バキューム口からすべての液体を吸引することが出来ず、液だれを生じていた。

しかし発明者は、充填ノズルのバキューム口５に蓋体１０を取り付けることにより、スパウト口内の液体を吸引し難くなると同時に、充填ノズル先端部に付着した液体が、隙間１３と中央孔１２とから効率良く吸引され、液だれが生じ難くなることを発見したのである。

バキューム口５に蓋体１０を取り付けたことにより、プランジャー先端における真空圧が瞬間的に上がり易くなるというメリットもある。

蓋体１０の大きさ、支柱１１の高さ、中央孔１２の大きさについて種々検討した結果、蓋体１０の直径については、プランジャー先端の直径の１／５以上１／２以下であることによって、より好ましい結果を得られることが確認された。

また、蓋体１０の中央孔１２の直径については、バキューム口５の直径の１／１０以上１／２以下であることによって、より好ましい結果を得られることが確認された。

また、蓋体１０とプランジャー先端部との隙間すなわち支柱１１の高さについては、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることによって、より好ましい結果を得られることが確認された。なお支柱１１の数や形状については特に制約はないが、板状の支柱を２〜８本程度バキューム口を中心に放射状に配置するとよい。

これらの数値の最適値については、充填ノズルのサイズや、充填する液体の性状によって最適値を選択する必要があるが、食用油を充填する充填ノズルの例を挙げれば、プランジャー先端の直径が３０ｍｍ、バキューム口の直径が４ｍｍの充填ノズルにおいて、蓋体１０の直径を１０ｍｍとし、板状の柱の数を４本（４枚）、隙間１３を０．５ｍｍ〜５ｍｍ、中央孔の直径を０．４ｍｍ〜２ｍｍ程度とすることにより良好な結果が得られることが分かった。

１・・・充填ノズル
２・・・外筒
３・・・プランジャー
４・・・バキューム吸引通路
５・・・バキューム口
６・・・液体通路
７・・・弁体
８・・・Ｏリング
１０・・・蓋体
１１・・・支柱
１２・・・中央孔
１３・・・隙間
２０・・・スパウト
２１・・・充填液
２２・・・液だれ

Claims (4)

1. 液体用充填機において容器の開口部に挿入または当接して液体を充填するための充填ノズルであって、外筒と、外筒の内壁を上下に移動するプランジャーとを有し、該プランジャーは先端部が外筒と共に充填液の注出と閉止を行う弁体を形成すると共に、中心にバキューム吸引通路を有し、プランジャー先端の前記バキューム吸引通路の開口部であるバキューム口には、円盤状の蓋体が設置されており、該蓋体は前記バキューム口の周囲から複数の支柱によって保持され、さらに蓋体の中央部には貫通孔である中央孔が設けられていることを特徴とする充填ノズル。
2. 前記蓋体の直径は、プランジャー先端の直径の１／５以上１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の充填ノズル。
3. 前記蓋体の中央孔の直径は、前記バキューム口の直径の１／１０以上１／２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の充填ノズル。
4. 前記蓋体とプランジャー先端部との隙間は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の充填ノズル。

Images