JPH06329103A

JPH06329103A - 充填ノズル

Info

Publication number: JPH06329103A
Application number: JP14144193A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Inai; 義光稲井
Original assignee: Oval Corp
Current assignee: Oval Corp
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1994-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】充填中の充填容器内での泡立ちをなくし高精
度高速な充填を可能にする。【構成】充填容器１６の口金１７に支持金具５の凹隔
部６を嵌挿して支持する充填ノズル１の先端に弁座３と
弁体１４とからなる弁機構の下流側に、弁体１４が開弁
した位置よりも所定長さだけ長いスカート４を取り付け
て充填液の泡立ちをなくし、充填容器１６で充填液と置
換された空気を口金１７と排気孔７を介して排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、充填ノズルに関し、より詳細に
は、充填容器内に充填したとき、泡立ち等の気泡混入の
少ない充填ノズルの構造に関する。

【０００２】

【従来技術】充填は、流体工業の最終工程で、目的とす
る液体を搬送する直前の工程として充填ノズルを介して
液体を容器内に封入する作業である。市場の多様化とと
もに、充填液の種類，充填量も多様化しており、小は各
種ドリンク剤、大は食料油，潤滑油，燃料油等の油類あ
るいは化学薬品および化学液体等があり、充填容器も充
填液の種類や、利用目的に応じて形状や容量等も多様化
している。しかし、充填液を充填するための充填ノズル
は、従来、単純な形状のものが使用されていた。すなわ
ち、従来の充填ノズルは、充填開始又は停止を制御する
弁とノズル部とを一体に構成したものが多用されてき
た。ノズル部は、通常円筒状で、充填する液体の流量を
制御する弁はノズル部の一部、多くはノズル口近傍に配
設されており、その構造から内弁方式と外弁方式とに分
類され弁を駆動するアクチュエータは２個のストローク
の異なるシリンダを直列又は並列に組合せている。

【０００３】図７（ａ）,（ｂ）は、従来のノズルを説
明するための図で、図７（ａ）は内弁方式のノズル、図
７（ｂ）は外弁方式のノズルを示し、図中、２０はノズ
ル、２１はノズル口、２２は弁体、２３は弁ロッド、２
４はノズル、２５は弁筒、２６はノズル口である。図７
（ａ）の内弁方式のノズルは、ノズル２０のノズル口２
１を内側に絞って、絞りの内壁面を弁座２１ａとして弁
体２２を弁ロッド２３を介して下方に移動したとき、前
記弁座２１ａに弁体２２を圧接して閉弁し、弁体２２を
ノズル２０内で上方に移動したとき開弁するものであ
る。図７（ｂ）の外弁方式のノズルは、直管のノズル２
４内壁面に弁筒２５を液密に摺動しながら上下方向に移
動して弁の開閉を行うもので、弁筒２５の下端面は弁筒
２５の内部側が円錐状をした円錐状体２５ａで閉止さ
れ、弁筒２５の前記円錐状体２５ａの外壁にはノズル口
２６が開口している。弁筒２５を上方に移動してノズル
口２６がノズル２４の内壁面に閉鎖されることにより閉
弁され、弁筒２５を下方に移動してノズル口２６がノズ
ル２４の外部に露出させることにより開弁する。

【０００４】しかし、従来の図７（ａ）に示した内弁方
式の充填ノズルは、ノズル口２１が内側に絞ってあるの
で、ノズル口２１から流出する充填液は、流速を速くす
ると絞りに応じた流線をもって流出し、ノズル口２１近
傍では最大流速となるが、ノズル口２１から離間するに
従って、充填液は末広がり状に拡大した流れとなり、流
れ近傍の空気を巻き込み、気液混相流となり、充填容器
内に気相が泡となって液体とともに充填される。

【０００５】また、図７（ｂ）に示した外弁方式の充填
ノズルでは、弁筒２５を下方に移動して開弁したとき、
弁筒２５内を流れる充填液は円錐体２５ａの尖端部で円
錐面に沿った流れとなり、ノズル口２６に放射状に流出
する。この結果、流れ近傍の空気を巻き込み、内弁方式
の充填ノズルと同様に気液混相流となり充填される。

【０００６】従来の内弁方式や外弁方式の充填ノズルで
は、流速を大きくすると、混合する気体のため充填容器
内で泡立ちが生じて液面が上昇し、規定充填量に近づく
と充填口より充填液が吹き出し、充填精度を低下させる
だけでなく、充填物付近を汚染し、充填液の損耗を招く
という問題があるため、高速充填を行うことができなか
った。

【０００７】

【目的】本発明は、上述の実情に鑑みなされたもので、
充填容器内での泡立ちをなくし、高精度高速な充填を可
能とする充填ノズルを提供することを目的とするもので
ある。

【０００８】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
充填容器の口金内径より小径の筒状体で下端部に弁座を
有し、上端部に給液口を有する充填筒と、前記弁座の下
流側に開口する円筒体で前記充填筒の外周に移動可能に
固着されたスカートと、前記弁座と給液口との間で、前
記充填筒が挿通固着され、下端面に前記口金が嵌挿され
る円形凹陥部を有する円柱体で、前記円形凹陥部に前記
充填容器と外気に連通する排気孔を有する支持金具と、
前記充填筒内軸方向に移動可能に駆動され、前記弁座と
協働する弁体とからなること、更には、（２）前記
（１）において、前記スカートの弁座開口端からの長さ
Ｌを前記弁体の開弁時のストロークＬ₁，弁座開口面に
対する弁座角度θ，スカートと弁体との半径差をΔＲと
したとき、Ｌ≧Ｌ₁＋△Ｒ tanθ としたことを特徴とするものである。以下、本発明の実
施例に基づいて説明する。

【０００９】図１は、本発明による充填ノズルの構造の
一例を説明するための断面図で、図中、１は充填ノズ
ル、２は充填筒、３は弁座、４はスカート、５は支持金
具、６は円形凹陥部、７は排気孔、８は給液金具、９は
給液口、１０はロックナット、１１は支柱、１２はアク
チュエータ、１３は弁ロッド、１４は弁体、１５はハン
ドル、１６は充填容器、１７は口金である。

【００１０】充填ノズル１は、ハンドル１５を把持して
充填容器１６の口金１７に支持金具５の円形凹陥部６を
嵌挿して充填容器１６の天板で支持されて充填するノズ
ルである。まず、充填筒２は充填容器１６の口金１７の
内径よりも小径上端に雄ねじ２ａと下端に雌ねじ２ｂと
を有する。雌ねじ２ｂには、充填筒２より下方に突き出
る弁座３がねじ込まれて固定される。弁座３の充填筒２
から突き出た部分に雄ねじ３ａが刻まれ、この雄ねじ３
ａには、円筒状のスカート４が上下移動可能に固着され
ている。なお、スカート４は充填筒２に上下移動可能に
固着してもよい。

【００１１】充填筒２の上端の雄ねじ２ａには、側面に
給液口９を開口した給液金具８がねじ込まれ、ロックナ
ット１０で充填筒２と固着される。なお、充填筒２と給
液金具８とは、一体に形成してもよい。充填筒２の給液
金具８と弁座３との間には、下端面に円形凹陥部６を有
する円柱状の支持金具５が軸方向に貫通する貫通口５ａ
を充填筒２に挿通して、例えば取付金具５ｂにより固着
される。円形凹陥部６の内径は、口金１７の外径よりも
僅かに大きく、深さは口金１７の高さよりも深い。また
支持金具５ｂには口金１７の上端面との間を通って充填
容器１６内部から外気に連通する排気孔７が穿孔されて
いる。

【００１２】給液金具８の上部端面には、透孔８ａが穿
孔されており、透孔８ａには支柱１１を介して上部台板
１２ａに固着され、弁体１４を駆動するアクチュエータ
１２の弁ロッド１３が液密に挿通している。弁体１４
は、閉弁時、弁座３の下端内周面に形成された弁座シー
ト３ｂと圧接し、アクチュエータ１２の駆動により軸方
向下方に所定距離移動し開弁する。

【００１３】以上の如く構成された充填ノズル１は、充
填容器１６内に挿入され、開弁後給液口９から充填液が
流されると、充填液は充填筒２から弁シート３ｂと弁体
３との環状流路を経てスカート４の内壁面に向けて流出
し、開弁したときの弁体１４の弁座３の端面からの位置
とスカート４の長さとの関係が所定関係のとき泡立ちの
ない充填液が流れる。充填容器１６内に液が充填される
ことによって置換される空気は、円形凹陥部６から排気
孔７を通って外気に排出される。次に、スカート４の作
用を説明する。

【００１４】図２は、スカートの作用を説明するための
図１の弁部拡大図で、図１と同じ作用をする部分には、
図１と同一の参照番号を付している。

【００１５】弁座３の端面と弁座シート３ｂとのシート
角度をθ、開弁したときの弁座３の端面と弁体１４との
弁開時の距離をＬ₁、弁座３の端面からスカート４の端
面までのスカート長さをＬ、スカート４の内半径Ｒ₁と
弁体１４の半径Ｒ₂との差を△Ｒとして充填液の充填ノ
ズル１からの流出液の状態を実験に基づいて説明する。

【００１６】図３〜図６は、一定の開弁Ｌ₁のもとでス
カートの位置と流量を変えたときの流れを示す図で、試
験液は水で、流量をＱ〜４Ｑまで整数倍の流量変化を与
え、各々の流量において、一定割合でスカート４を移動
したときの充填液の流れ状態をを図示している。尚、各
流量毎のスカート４の位置をあらわす数値０〜５は、数
値０がスカート４の端面が弁座３の端面と等しい内弁方
式と等価な状態のもので、数値３がスカート４の端面と
開弁している弁体１４の弁体シート部１４ａとが略々等
しい位置で、４,５は順次スカート４が弁体を包囲して
いる状態である。

【００１７】図３における流量Ｑの状態では、スカート
位置０〜２の状態では、流出流体の拡がりが大きく、且
つ拡がり状態が一定しない。これらは弁体１４の下流に
生ずる空洞内圧力と流体圧力との間の相互圧力の変動に
よるものとみられる。しかし、スカート４が弁体１３を
囲むような位置に達したスカート位置４,５のときは、
スカート４からの流出直後の状態と、所定間を流出した
ときの状態とでは、流れ状態は殆ど変化せず、気泡も含
まれていない。

【００１８】流量が２Ｑ〜４Ｑと大きくなっても、この
傾向は変りがない。これに対して、スカート４の端部と
弁体１４の弁シート部との間が離間しているスカート位
置０−３の状態では、弁体１４の下流側に空洞が生じて
流れが不安定になる。流量が大きくなる程、流体の慣性
が大きくなるので、不安定な流れは小さくなるが、逆
に、弁体１４の外周に従った大きい拡がりとなり、弁体
１４の下流の気泡を巻き込む傾向が大きくなる。しか
し、スカート位置４,５の状態では、何れの流量におい
ても安定で流出する流体は、流体断面が略一定した連続
流れとなっている。

【００１９】これらの流れは、流体が弁座３の弁座シー
ト３ｂおよび弁体シート１４ａとの間の環状流路をスカ
ート４に向けて流れ、反射してスカート面から中心軸に
向けての流れが弁体１４の下流側に廻り込む結果、弁体
１４下流には気泡が含まない一様流れになることによ
る。すなわち、スカート４の最適な位置４,５は、弁開
時の距離Ｌ₁に流れがスカート４に達する長さを加えた
スカートの長さＬが、Ｌ≧Ｌ₁＋ΔＲ tanθ が満足される位置である。

【００２０】この流れの状態は、より高粘度の流体に関
しても成立つことが確かめられている。

【００２１】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、ノズル口の弁座下流に所定長さの円筒状のスカート
を配設して連続流れとしたので、充填液には充填中に気
泡の混入がなく、しかも充填液と置換された充填容器内
の空気が排気孔を介して安定して大気に排出するので安
定した高速充填が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による充填ノズルの構造の一例を説明
するための断面図である。

【図２】スカートの作用を説明するための図１の弁部
拡大図である。

【図３】一定の開弁のもとでスカートの位置と流量を
変えたときの流れを示す図である。

【図４】一定の開弁のもとでスカートの位置と流量を
変えたときの流れを示す図である。

【図５】一定の開弁のもとでスカートの位置と流量を
変えたときの流れを示す図である。

【図６】一定の開弁のもとでスカートの位置と流量を
変えたときの流れを示す図である。

【図７】従来のノズルを説明するための図である。

【符号の説明】

１…充填ノズル、２…充填筒、３…弁座、４…スカー
ト、５…支持金具、６…凹陥部、７…排気孔、８…給液
金具、９…給液口、１０…ロックナット、１１…支柱、
１２…アクチュエータ、１３…弁ロッド、１４…弁体、
１５…ハンドル、１６…充填容器、１７…口金。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】充填容器の口金内径より小径の筒状体で
下端部に弁座を有し、上端部に給液口を有する充填筒
と、前記弁座の下流側に開口する円筒体で前記充填筒の
外周に移動可能に固着されたスカートと、前記弁座と給
液口との間で、前記充填筒が挿通固着され、下端面に前
記口金が嵌挿される円形凹陥部を有する円柱体で、前記
円形凹陥部に前記充填容器と外気に連通する排気孔を有
する支持金具と、前記充填筒内軸方向に移動可能に駆動
され、前記弁座と協働する弁体とからなることを特徴と
した充填ノズル。
【請求項２】前記スカートの弁座開口端からの長さＬ
を前記弁体の開弁時のストロークＬ₁，弁座開口面に対
する弁座角度θ，スカートと弁体との半径差をΔＲとし
たとき、Ｌ≧Ｌ₁＋△Ｒ tanθ としたことを特徴とした請求項１記載の充填ノズル。