JPH0741951B2 - 液だれ防止充填ノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、液状物を容器に充填する液状物充填装置用の
充填ノズルに関し、短時間で泡立ちを少なく充填でき特
に液だれ防止機能に優れ無菌充填機用に好適な液だれ防
止充填ノズルに関するものである。

（従来技術） ジュース等の飲料、調味料、医薬品等の液状物を容器に
充填する充填装置用の充填ノズルには、泡立ちが少な
く、短時間で容器内に充填でき、充填終了後の充填ノズ
ルからの液だれの無いものが要望されている。

液だれは、容器口部やその外表面を液で汚したり、蓋の
ヒートシールの際の接着不良の原因を作ったり、スクリ
ュー蓋の開栓トルクを異常に増加させる原因を作った
り、また床や充填機上を液で汚したり、雑菌の繁殖場所
を作ったり、充填精度を悪くするなどのおそれがある。

液状物を容器に、短時間で泡立ちを少なく充填するため
には、ノズルの開口先端直径を出来るだけ大きくし、し
かも流速を小さくして容器内での液への空気の巻き込み
が少なくなるように充填することが必要である。しか
し、ノズルの開口先端直径を約10mm以上に大きくする
と、充填弁が閉鎖された後にノズル本体内の液はノズル
から落下し液だれを起こすことが知られている。従って
開口先端が10mm以上のノズルでは、この様なノズル本体
内にある液の落下による液だれを防止するために、特公
昭62−41955号公報や特開昭56−113528号公報に開示さ
れているように開口部上方に液止め用の網目体を載置し
ている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながらこれらについても、実用上液だれ防止の点
で問題点を有している。第２図は、これら従来の充填ノ
ズルの液切れ模式図で、図中（ａ）は液切れ直前、
（ｂ）は液切れ直後、そして（ｃ）は安定状態を示すも
のである。１は充填ノズル本体で、ノズル本体１の下部
に開口部２があり、ノズル側壁部４の下端から径内方に
向けて延びる延長部（底壁部）６があり、その先端が開
口先端７を形成している。網目体２はその周辺部を延長
部（底壁部）上に載置している。延長部（底壁部）６は
網目体２の支持部位となっており、延長部（底壁部）６
と網目体２の間に空間を設けていない。

以上のような構造のノズルでは、充填弁の閉鎖と共に液
の流量が減少して開口部２での液の流れは中央部で急激
に細くなる（第２図（ａ））。さらに充填弁が完全に閉
鎖されると、液の表面張力とのバランスのとれた量だけ
の液が網目体の中央に残り、余分な液は流れ落ちて液切
れが完了する（第２図（ｂ））。そして、液切れ後の安
定状態では網目体３より開口部２のほうが下方にある
為、網目体３の中央部に溜っていた液が開口部２の外周
に移動して既に外周に溜っていた液に加わる（第２図
（ｃ））。一方、網目体３の中央部に残る液の量は、充
填弁の閉鎖速度が遅い程多くなり、ある速度以下ではほ
ぼ一定となる傾向にある。その為、充填弁の開閉速度が
遅くなる程、開口部２外周に溜まる液量は飽和あるいは
過飽和に近い状態になると考えられる。したがって、開
口部２外周に溜っている液は、円周方向の液の溜り量の
バランスがわずかに崩れたり、又、物理的な振動、遠心
力等の外力が加わったりすることにより垂れ落ち、液だ
れの原因となる。

このように開口部の中央で液切れを起こすのではなく開
口部の一端で液切れを起こさせる方法として、網目体３
の下方に位置する開口部２を長くとる方法が考えられ
る。しかし、この方法では充填弁の閉鎖後、網目体３の
下部の開口部に溜まった液が流れ落ちるまでに時間的な
遅れが出たり、時間がかかって充填時間を長く必要とす
ること、液切れ後開口部内周面に膜状に付着している液
が徐々に下方に流れて開口部先端に溜まり、それが液だ
れを起したりすることで実用的でない。

この様に開口部上方に液止め用の網目体を載置したノズ
ルは、ノズル本体内にある液の落下による液だれを防止
することはできるが、網目体の下方に溜った液からの液
だれは防ぐことができない。そこで従来はノズル開口部
に溜った液を空気で容器内に吹き飛ばしたりするような
複雑な構造の補助手段を用いたり、液の飛び散りや泡立
ちを犠牲にして充填弁の閉鎖速度を早くして液だれを防
いだり、若干の液だれを起こすことを認めたりしてい
る。

本発明は、従来の開口部上方に液止め用の網目体を載置
した充填ノズルの欠点を解消するもので、本発明の目的
は、液状物の充填において短時間に泡立ちを少なく充填
でき且つ複雑な構造の補助手段を用いることなく液だれ
を有効に防止できる充填ノズルを提供するにある。更に
本発明の目的は、液状物の充填において充填精度向上の
為及び液の飛散防止の為に充填弁、或いは充填バルブの
閉鎖をゆっくり行った場合にも液だれが防止され、また
表面張力の小さい内容物の場合や機械的振動によっても
液だれを起さない充填ノズルを提供するにある。

また本発明の目的は、無菌充填機に有効に使用できる液
だれ防止充填ノズルを提供するにある。

（課題を解決する為の手段） 本発明によれば、中空のノズル本体と、該ノズル本体の
下部に設けられた開口部と、該開口部の上方に位置する
液止め用網目体とを備えた液体用充填ノズルにおいて、
前記開口部は網目体の支持部位よりも下方且つ径内方に
小間隔で延びている延長部と、延長部先端の径の縮小し
た開口先端と、延長部と網目体との間の液保持用の環状
空間とを有し、且つ網目体の最下端が開口先端の最内周
の最上端よりも上方にあり、該開口部は、開口先端と網
目体の間隔をＷ、開口部の中心線と網目体下面の交点と
開口先端を通る水平面との距離をＨ、開口先端直径をＤ
としたとき、式 0.5≧H/D＞０ Ｗ＝1.5〜5.0mm を満足する寸法を有することを特徴とする液だれ防止充
填ノズルが提供される。

（作 用） 本発明の液だれ防止充填ノズルは、叙上のように構成さ
れており、開口部は網目体を支持する支持部位延長部と
網目体の間に液保持用の環状空間を有し、網目体の最下
端が開口先端の最内周の最上端よりも上方にあり、開口
先端と網目体との間隔をＷ、開口部の中心線と網目体下
面の交点と開口先端を通る水平面との距離をＨ、開口先
端直径をＤとしたとき、式 0.5≧H/D＞０ Ｗ＝1.5〜5.0mm を満足を有することより次のように優れた作用を奏す
る。

第１図は、本発明の充填ノズルの液切れ模式図を示すも
ので、この図を用いて作用を説明する。

図において（ａ）は液切れ直前、（ｂ）は液切れ直後、
そして（ｃ）は安定状態を示すものである。また図にお
いて、１は充填ノズル本体で、ノズル本体１の下部に開
口部２があり、３は網目体であり、ノズル側壁部４の下
端内側に網目体３の支持部位５を設けており、支持部位
５より下方且つ径内方に小間隔で延びる延長部（底壁部
を構成している）６が続き、その延長部６の先端が開口
先端７を形成している。網目体３は、下方に凸な曲面を
有し、その周辺が支持部５上に載置されている。網目体
３と延長部６の間には液保持用の環状空間８が形成され
ている。

本発明のノズルの構造では、液切れ位置をノズルの開口
部２の中央から端部へ移動させる背心力を生じ易い。そ
の為、従来のノズル構造と異なり開口部２の中央で液切
れせず、開口部２の一端で液切れを起こす。充填弁が閉
じられた時に、本発明でのノズルの開口部２での液切れ
は下記のような流れの方をして行くと考えられる。

充填弁の閉鎖と共に液の流量が減少して開口部２での液
の流れは急激に細くなり、それに伴って液の落下方向の
慣性力が小さくなる。その時、本発明の様に環状空間８
がある場合、ノズルのわずかな傾き、遠心力（ロータリ
ー型充填機の場合）、開口部２の円周方向での濡れ性の
不均一、液の流れの乱れ、ノズル形状や開口部２の小さ
な歪み等の極くわずかな物理的不均一がきっかけとなっ
て、流れ落ちる液は表面張力によって環状空間８に溜ま
っている液に引き寄せられる。すなわち、液の流れを開
口部２の中央から一端へ移動させる背心力により、液の
流れは網目体３を伝って開口部２の中央部から一端へと
移る。（第１図（ａ）） さらに充填弁が完全に閉鎖されると、液の表面張力とバ
ランスのとれた量だけ液が環状空間８に残り、余分な液
は最終落下点Ａから流れ落ちて液切れが完了する。（第
１図（ｂ））この時、環状空間８がある為、液の最終落
下点Ａと対向する環状空間８（対向地点Ｂ）にある液
は、容易に環状空間８を通して最終落下点Ａ側に引っ張
られて流れ落ちる。その為、Ｂ点の液溜め量はかなり減
って余裕のある状態になる。一方、最終落下点Ａに残る
液の量は、充填弁の閉鎖度が遅い程多くなるが、ある速
度以下ではほぼ一定となる傾向にある。

しかし、液切れ後の安定状態（第１図（ｃ））では、最
終落下点Ａで飽和状態にあった液の一部が容易に環状空
間８を通して対向地点Ｂに引き戻される。その為、環状
空間８には円周方向に均一にしかも全周が液溜め量に余
裕のある状態で液が溜っていることになる。更に環状空
間８は毛細管現象による液の吸引力も兼ね備えている。

したがって、円周方向の液の溜り量のバランスが多少崩
れても、又、物理的な振動、遠心力等の外力が加わって
も、環状空間８に溜まっている液が開口部２から垂れ落
ちることはない。

開口部の寸法は、開口先端と網目体との間隔（即ち環状
空間８の入口間隔）（Ｗ（mm）が1.5〜5mmであること、
及び開口部の中心線と網目体下面の交点と開口先端を通
る水平面との間隔Ｈ（mm）と開口先端直径Ｄ（mm）との
比H/Dが0.5≧H/D＞０であることが、環状空間８におけ
る液の保持量を適度のものとし、液切れ位置を開口部２
の中央から一端（開口先端の）へ移動させる背信力が十
分に働くので液切れが開口部２の中央で起らず開口先端
７の一端で生じ、環状空間８に溜まっている液が液切れ
した時に液だれが生ずることを防止している。

（本発明の好ましい実施態様） 本発明の液だれ防止充填ノズルを図面に基いて説明す
る。第３図乃至第８図は、本発明の充填ノズルの好適な
実施例を示す断面図である。

第３図の充填ノズルは、ノズル側壁部４の下部内側に支
持部位５を設け、支持部位５から下方且つ径内方へやや
斜め下方に延びる延長部（底壁を形成）６を有しその延
長部６の先端即ち開口先端７は垂直面となっており、網
目体３は下方に凸な曲面でその周辺が支持部位５に載置
されている。

第４図の充填ノズルは、第３図における充填ノズルにお
いて開口先端７を垂直面でなく下部の径をそのままに上
部の径をやや広げた斜面にした構造のものである。

第５図の充填ノズルは、第３図における充填ノズルにお
いて支持部位５から下方且つ径内方にやや斜め下に延び
る延長部６の内面を曲面にし、開口先端７の垂直面の幅
を狭くした構造のものである。

第６図の充填ノズルは、ノズル側壁部４の下部内側の支
持部位５の上部を径内方へ小幅にフランジ状に拡げてお
り、且つ網目体３は、水平のもので、その周辺が支持部
位５上に載置されている構造のものである。

第７図の充填ノズルは、ノズル側壁４の下部から径内方
やや斜め下方に向けて延長部６が延びており、ノズル側
壁部４の内側の延長部６のツケ根部が支持部位５をかね
ており、また延長部６の先端即ち開口先端７は垂直面と
なっている。また網目体３は水平のものが載置されてい
る。

第８図の充填ノズルは、第７図の充填ノズルにおいて網
目体３として下方に凹な曲面の網目体３を載置している
構造のものである。

環状空間８の開口先端７と網目体３の間隔即ち環状空間
の入口間隔Ｗ（mm）は、開口部端部即ち開口先端７の最
内周で最上端から最も近い網目体３までの距離（mm）で
定義され、また径方向の奥行Ｌ（mm）は、入口間隔Ｗで
定義される線分に網目体３の半径方向外方に垂直な方向
に、線分から最も遠い環状空間８の内面端までの距離
（mm）で定義される。

また開口部の中心線と網目体下面の交点と開口先端７を
通る水平面との距離Ｈ（mm）は、開口先端７の最内周で
最上端を通る水平面と開口部の中心線の交点と、該中心
線と網目体下面の交点との垂直方向の距離で定義され、
開口先端直径Ｄ（mm）は、開口先端の最内周の直径で定
義される。第３図乃至第８図には、夫々のW,L,H及びＤ
を上記定義にもとづいて示してある。

本発明の充填ノズルは、図示するように開口部２に環状
空間８を有すると共に環状空間８の入口間隔Ｗ（mm）が
Ｗ＝1.5〜5mmで、また開口部の中心線と網目体下面の交
点と開口先端を通る水平面との距離Ｈ（mm）と開口先端
直径Ｄ（mm）との比H/Dが0.5≧H/D＞０を満足すること
が必要である。

Ｗ＜1.5mmの場合、環状空間８の入口間隔Ｗが狭すぎる
為、液切れ位置を開口部２の中央から一端へ移動させる
背心力が小さくなって液切れが開口部端部で起きなくな
って液だれを引き起こしたり、開口部端部で液切れして
も環状空間８で十分に液を保持できなく液だれを引き起
こすので好ましくない。

またＷ＞5mmの場合、環状空間８の入口間隔Ｗが広すぎ
る為、開口部端部で液切れした時に環状空間８に溜まっ
ていた液が一緒に流れ出てしまう。その時液は細長く長
時間かかって、しばしば断続的に環状空間８から流れ出
て液切れする。その為、充填時間を長く必要とし、更
に、液だれの原因になってしまうことから好ましくな
い。

また距離Ｈを間隔Ｗの最大値Ｗ＝5mmより大きくすると
上記現象を助長することになり好ましくない。一方、本
発明のノズルのように、短時間で泡を立てないように充
填するために開口先端直径Ｄを大きくして、網目体を載
置するノズルでは直径Ｄは10mm以上となる。従って本発
明のノズルではH/D≦5/10＝0.5となる。また網目体の最
下端が開口先端と同一レベルにあるとＨ＝０即ちH/D＝
０となり、網目体の最下端が開口先端のレベルより下方
にあるとＨ＜０即ちH/D＜０となる。このH/D≦０では環
状空間があっても、液切れの位置を開口部中央から開口
先端へ移動させる背心力が小さくなり或いは発生しなく
なる。そのため液切れが開口部の一端で起らず開口部の
中央部で起こり液だれの原因となる。

次に本発明の液だれ防止充填ノズルに関して行った実験
例について説明する。

実験例 第３図に示される形状のノズルで、開口先端直径Ｄが20
mm或いは24mmであり、距離Ｈの寸法が0.5≧H/D＞０を満
足する範囲内にあり、開口先端と網目体との間隔Ｗ及び
径方向の奥行きＬが第９図中各点に示される寸法となる
環状空間を設けたノズルを製作した。これらのノズルに
ついて市販のミルク入りコーヒーを流して液だれ状態を
調べた。ノズルの上方の配管部を通してノズルにミルク
入りコーヒーを流した後、ノズル上方の配管部に設置さ
れた充填弁を閉じ、その時の液切れの状態及びノズル開
口部からの液だれの状態を観察した。

その結果、距離Ｈの寸法が0.5≧H/D＞０を満足する範囲
内にあり第９図中のＷ＝1.5〜5mmの範囲内にある各黒点
で示される寸法の環状空間を有するノズルでは、充填弁
の閉鎖と同時に液の流れが急激に細くなりながらノズル
の開口部中央部から開口先端に移動して第１図のような
形で充填弁の閉鎖直後に液切れした。そして液切れ後10
秒以内に液だれが発生しなかった。液だれ防止効果は極
めて良好であった。

距離Ｈの寸法が0.5≧H/D＞０を満足する範囲内にあり、
第９図中のＷ＞5mmの範囲内にある各白抜き点に示され
る寸法の環状空間を有するノズルでは、充填弁の閉鎖と
同時に液の流れが急激に細くなりながらノズルの開口部
中央から開口先端に移動したが、充填弁が閉じられた直
後に液切れは起きなかった。そして網目体の上部からの
液の流れが止まった後も、引続き環状空間に溜っていた
液が空気の侵入により環状空間から徐々に糸引き状に流
れ出るため、弁が閉じられてから数秒後に液切れを起し
た。更に液切れ後10秒以内に液だれが発生した。

距離Ｈの寸法が0.5≧H/D＞０を満足する範囲内にあり、
第９図中のＷ＜1.5mmの範囲内にある各白抜き点に示さ
れる寸法の環状空間を有するノズルでは、充填弁の閉鎖
と同時に液の流れが急激に細くなりながら、ノズルの開
口部中央で第２図のような形で充填弁の閉鎖直後の液切
れしたり、ノズルの開口部中央から開口先端に移動して
第１図のような形で充填弁の閉鎖直後に液切れした。し
かし、液切れ後10秒以内に液だれが発生した。

（本発明の効果） 本発明の効果を従来技術と比較して説明する。

従来技術即ち本発明以前の現状では、充填弁の閉鎖時間
は、ノズルの開口部に溜まる液の量、充填精度および液
の飛び散りに関係する。閉鎖時間が短いとノズルの開口
部から液が勢い良く飛び出す為、ノズル開口部に溜まる
液の量は少なくなり、液だれは若干起こり難くなる。し
かし、ノズルの開口部から液が勢い良く飛び出す為、容
器の口部まで充填されていた液面を落下してきた液が強
く叩き液を跳ね散らかし容器から液が飛び出す。又、ノ
ズルの口部からも液が飛散することがある。その結果、
容器口部やその外表面を液で汚し、蓋のヒートシールの
際の接着不良の原因になったり、スクリューキャップの
開栓トルクを異常に増加させたりする原因にもなる。
又、床や充填機上に落ちた液は汚れだけでなく、雑菌の
繁殖場所を作ることにもなる。一方、液がノズルの開口
部から勢い良く飛び出すため、最後に開口部から流出す
る液の量がばらつくだけでなく、例えば、天秤式あるい
は電気式秤によって充填量の計量を行う場合にも、液の
落下による振動を大きくして計量精度にも悪影響を及ぼ
す。

したがって、これまでは何かしらの犠牲を払って充填が
行なわれている。装置が複雑になるが、ノズル開口部に
溜まった液を空気で容器内に吹き飛ばしたりするような
他の手段を用いて液だれを防いだり、充填精度および液
の飛び散り防止を優先して充填弁の開閉速度を遅くし、
若干の液だれを起すことを認めたりしている。又は、充
填弁の閉鎖速度は早くして液だれを防ぎ、充填液の泡立
ちは多くなるがノズルの開口部径を小さくして容器の口
部内にノズルを挿入し、周囲への液の飛び散りを防いだ
りしている。

これに対し本発明では上記のように構成されており、次
に示す通りの優れた効果を発揮する。

（１）充填弁の閉鎖をゆっくりしても、液だれを起さな
い。その為、床や充填機上を液で汚したり、雑菌の繁殖
場所を作ることがないので、特に、無菌充填機に用いる
と効果的である。

（２）表面張力の小さい内容品であっても液だれを起さ
ない。

（３）機械的な振動やロータリー型充填機での遠心力に
よっても液だれを起さない。

（４）充填弁の閉鎖をゆっくりできるので充填精度が良
くなる。

（５）充填弁の閉鎖をゆっくりできるので液の飛び散り
がなくなり、容器口部やその外表面を液で汚したり、蓋
のヒートシールの際の接着不良の原因を作ったり、スク
リューキャップの開栓トルクを異常に増加させる原因を
作ったり、又、床や充填機上を液で汚したり、雑菌の繁
殖場所を作ることがない。

（６）ノズルの開口部径を細くする必要がないので、ノ
ズルから流出する液の流速が遅くなり、充填液の泡立ち
が抑えられる。

（７）液だれ防止用の複雑な構造の補助手段を用いる必
要が無く、ノズルの構造が簡単である。

本発明の充填ノズルは、上記のように優れた効果を有し
ているので食品、医薬品等の液状内容物の充填装置用の
充填ノズルとして非常に適しているだけでなく、液だれ
防止を目的として他の分野の液状物、水、油、油脂類そ
の他の充填の際の充填ノズルとしても広く応用できるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の充填ノズルの液切れ模式図であり、第
２図は従来の充填ノズルの液切れ模式図であり、図の
（ａ）は液切れ直前、（ｂ）液切れ直後、そして（ｃ）
は安定状態を示す。 第３図乃至第８図は、本発明の充填ノズルの好適な実施
例を示す断面図である。 図において、 １……充填ノズル本体、２……開口部、３……網目体、
４……ノズル側壁部、５……支持部位、６……延長部、
７……開口先端、８……環状空間、そして10……液。 第９図は、本発明の充填ノズルの実験例の液滴保持図
で、ノズルの環状空間の寸法L,Wと液滴保持性の関係を
示すものである。

フロントページの続き (72)発明者 高森 滋 東京都世田谷区等々力５―17―15 (56)参考文献 実開 昭51−129130（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−164499（ＪＰ，Ｕ) 特許121532（ＪＰ，Ｃ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空のノズル本体と、該ノズル本体の下部
   に設けられた開口部と、該開口部の上方に位置する液止
   め用網目体とを備えた液体用充填ノズルにおいて、前記
   開口部は網目体の支持部位よりも下方且つ径内方に小間
   隔で延びている延長部と、延長部先端の径の縮小した開
   口先端と、延長部と網目体との間の液保持用の環状空間
   を有し、且つ網目体の最下端が開口先端の最内周の最上
   端よりも上方にあり、該開口部は、開口先端と網目体の
   間隔をＷ、開口部の中心線と網目体下面の交点と開口先
   端を通る水平面との距離をＨ、開口先端直径をＤとした
   とき、式 0.5≧H/D＞０ Ｗ＝1.5〜5.0mm を満足する寸法を有することを特徴とする液だれ防止充
   填ノズル。