JPWO2015115387A1 - 液体充填機の充填ノズル - Google Patents

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Abstract

本発明は、充填状態が良好となるように適切な流速で液体を充填することが可能であって、充填完了時の液切れが良く、エアの吸込みによる液密性の低下が起こらない液体充填機の充填ノズルを提供する。充填ノズル（１）は、エラストマー製のノズル壁（１１）を有する。ノズル壁の上端部に接続口（１２）が設けられている。ノズル壁の下端部によって放射状のスリット（１４）が形成されるように、ノズル壁に複数の内方折込部（１３）が周方向に並んで形成されている。ノズル壁の下端部における各スリットの両側部分（１１０）の外面に、各スリットの長さ方向に沿ってのびる外方凸部（１５）が形成され、外方凸部によってノズル壁の下端部に厚肉部（１１ａ）が形成されている。

Description

この発明は、流動性食品等の液体を容器に充填するための液体充填機に関し、より詳細には、液体充填機において用いられるエラストマー製の充填ノズルに関する。なお、「液体」には、液体のみである場合の他、果肉、ゼリー等の固形物を含んだ固液混合物が含まれるものとする。
例えば牛乳やヨーグルト等を容器に充填する液体充填機において用いられる充填ノズルとして、例えば、下記の特許文献１に記載のものが知られている。
この充填ノズルは、エラストマーによって略垂直筒状に形成されたノズル壁を有している。ノズル壁の上端部には、液体充填管の先端への接続口が設けられている。また、ノズル壁の下端部によってノズル壁の中心軸線から放射状にのびる複数のスリットが形成されるように、ノズル壁に複数の内方折込部が周方向に並んで形成されている。複数のスリットは、液体充填管に液体が送り込まれない状態ではノズル壁自体の弾性力によって閉じられており、液体充填管に液体が送り込まれるとその液圧によって開くようになっている。
上記の充填ノズルにおいて、液体充填時のスリットの開度が小さいと、スリットを通じて吐出される液体の流速が大きくなるが、これに伴い、液体が容器の底で跳ね上がって充填ノズルに付着したり、泡立ちが多くなり、充填状態が悪くなるという問題が生じる。スリットを大きく開かせるためには、例えばノズル壁全体の厚みを薄くして柔軟性を持たせるようにすればよいが、その一方で、スリットを形成するノズル壁の下端部が薄くなって強度が不足すると、液密性が低下して、充填完了後の液切れが悪くなり、エアの吸込みが起こってしまう。
そこで、上記のような問題点を解決する手段として、下記の特許文献２に記載の充填ノズルが提案されている。
この充填ノズルは、ノズル壁の下端部における各スリットの両側部分の内面に、各スリットの長さ方向に沿ってのびる内方凸部が形成され、これらの内方凸部によってノズル壁の下端部に厚肉部が形成されているものである。
上記の充填ノズルによれば、内方凸部によってノズル壁の下端部に厚肉部が形成されているため、ノズル壁全体の厚みを小さくしても、ノズルの下端部に強度を持たせることができる。
但し、内方凸部の突出高さが大きくなると、スリットが閉じる際に、内方凸部が液体の流れの妨げとなって、液切れに悪影響を及ぼすおそれがある。また、スリットが閉じている状態では、充填ノズル内に溜まった液体を保持するために負圧が生じるようになっているが、この負圧によってノズル壁が変形すると、各スリットの両側部分の内面に形成された内方凸部どうしが接触し、これらの内方凸部を支点として、本来密着しているべきスリットの両側部分が僅かに離れ、そこからエアが侵入して液密性が損なわれるおそれがある。
以上の理由により、特許文献２に記載の充填ノズルでは、ノズル壁の下端部に厚肉部を形成するための内方凸部の突出高さが一定の制限を受けるため、例えば充填時の液体の流速を下げるためにノズル径を大きくすることも困難である。
また、上記の充填ノズルの場合、内方凸部は、スリットの開閉を損なわないよう、各スリットの両側部分の内面のうちノズル壁の中心軸線側および外周側の端部には形成されないようになっているため、スリットの同端部付近において、エアの吸込みが起こりやすい。
特開昭５７−１７７４７２号公報 特許第２８４０９６９号公報
この発明の目的は、充填状態が良好となるように適切な流速で液体を充填することが可能であり、充填完了時の液切れが良く、エアの吸込みによる液密性の低下が起こらない液体充填機の充填ノズルを提供することにある。
この発明は、エラストマーによって略垂直筒状に形成されたノズル壁を有しており、ノズル壁の上端部に液体充填管の先端への接続口が設けられ、ノズル壁の下端部によってノズル壁の中心軸線から放射状にのびる複数のスリットが形成されるように、ノズル壁に複数の内方折込部が周方向に並んで形成されており、複数のスリットは、液体充填管に液体が送り込まれない状態ではノズル壁自体の弾性力によって閉じられており、液体充填管に液体が送り込まれるとその液圧によって開くようになっている液体充填機の充填ノズルに係るものであって、ノズル壁の下端部における各スリットの両側部分の外面に、各スリットの長さ方向に沿ってのびる外方凸部が形成され、これらの外方凸部によってノズル壁の下端部に厚肉部が形成されていることを特徴としている（請求項１）。
この発明に係る液体充填機の充填ノズルによれば、各スリットの両側部分の外面に外方凸部が形成されることによって、ノズル壁の下端部に厚肉部が形成されているので、各スリットの両側部分の内面をほぼフラットに構成することができる。従って、外方凸部の突出高さを必要な強度が得られる程度に大きくして、液密性を向上させることができると共に、ノズルを大径化して液体の流速を低下させることにより、容器の底での液体の跳ね上がりによる充填ノズルへの付着や泡立ちの増加が起こらない良好な充填状態を確保することができ、また、スリットが閉じる際の液体の流れが良好となって液切れが良くなり、さらに、スリットが閉じた状態において、負圧による変形によりスリットの一部が開いたり、エアの吸込みが起こったりするおそれがない。
この発明による液体充填機の充填ノズルにおいて、外方凸部が、ノズル壁の下端部における各スリットの両側部分の外面に、各スリットの両端部のうち少なくともノズル壁の中心軸線側の端部に対応する部分を避けて形成されているのが好ましい（請求項２）。
上記のように、外方凸部が、各スリットの両端部のうち少なくともノズル壁の中心軸線側の端部に対応する部分を避けて形成されていれば、端部の柔軟性が損なわれない上、外方凸部どうしが干渉してスリットの開閉動作が妨げられることがない。
この発明による液体充填機の充填ノズルにおいて、ノズル壁を形成するエラストマーの硬度が４５〜７５°であるのが好ましい（請求項３）。
充填ノズルのノズル壁を形成するエラストマーとしては、特に流動性食品の充填用途においては、シリコンゴムやフッ素ゴム等が用いられるが、その硬度（ショア硬度）が７５°を越えると、スリットの開閉動作が良好に行われないおそれがある一方、硬度が４５°未満であると、液だれやエアの吸込みが生じるおそれがある。
この発明による液体充填機の充填ノズルにおいて、ノズル壁の厚肉部の厚みが、厚肉部に隣接する部分の厚みの１．１〜２倍であるのが好ましい（請求項４）。
ノズル壁の厚肉部の厚みが厚肉部に隣接する部分の厚みの１．１倍よりも小さい場合、充填ノズルを容器内に収まる限界まで大径化すると、ノズル壁の下端部の強度が不十分となって、液密性が損なわれ、液切れが悪くなるおそれがある。一方、厚肉部の厚みが隣接部分の厚みの２倍を越えると、厚肉部によってスリットの開閉動作が損なわれるおそれがある。
また、この発明による液体充填機の充填ノズルにおいて、外方凸部が横断面略山形または略台形に形成されており、ノズル壁の下端縁から外方凸部の頂点または頂部の上下幅中央までの距離が４〜９ｍｍであるのが好ましい（請求項５）。
上記構成によれば、ノズル壁の下端部の柔軟性が損なわれず、スリットが閉じた状態において優れた液密性が得られる。
この発明の実施形態に係る液体充填機の概略を示す垂直断面図である。 液体充填機の充填ノズルを示す斜視図である。 充填ノズルの垂直断面図である。 図３のIV−IV線に沿う充填ノズルの矢視図である。 図４のV−V線に沿う充填ノズルの部分拡大正面図である。 図３のVI−VI線に沿う充填ノズルの部分拡大断面図である。 充填ノズルに形成される外方凸部の幾つかの変形例を示すものであって、それぞれ図６に相当する断面図である。
この発明の実施形態を、図１〜図７を参照して以下に説明する。
図１は、液体充填機の概略を示すものである。図示の液体充填機(1)は、高さ中間に液体入口(2a)を有する垂直状の液体充填管(2)と、液体充填管(2)の先端に接続された充填ノズル(10)と、液体充填管(2)の液体入口(2a)に接続管(3)を介して接続された定量シリンダ（図示略）とを備えている。液体充填管(2)内には、逆止弁(4)が設けられている。
定量シリンダから流動性食品等の液体が液体充填管(1)内に定量ずつ送り込まれると、その液圧によって逆止弁(4)および充填ノズル(10)の下端（後述するスリット）が開かれ、送り込まれた量に相当する液体が容器（図示略）内に充填される。
また、液体充填管(2)の上端部内には、流体圧シリンダ(5)の垂直下向きピストンロッド(5a)が配置されている。ピストロッド(5a)を作動させて、逆止弁(4)のステム(4a)を圧縮バネ(4b)の弾性力に抗して押し下げると、逆止弁(4)の弁体(4c)がシートリング(4d)から強制的に離間させられる。この状態で、液体充填管(2)内に洗浄・殺菌液を流すことにより、液体充填管(2)および充填ノズル(10)の内部の洗浄・殺菌を行うことができる。
図２ないし図５に詳しく示すように、充填ノズル(10)は、上下両端が開口した略垂直筒状のノズル壁(11)を有している。ノズル壁(11)は、エラストマーにより全体が一体に形成されている。エラストマーとしては、通常、シリコンゴム、フッ素ゴム等の食品加工に適応したものが使用される。また、エラストマーは、ショア硬度４５〜７５°のものが用いられる。
ノズル壁(11)の上端部には、液体充填管(2)の先端への接続口(12)が設けられている。接続口(12)は、平面より見て円形状であって、環状の内向きフランジ部(121)を有している。この接続口(12)が液体充填管(2)の先端に嵌められて、接続口(12)の内向きフランジ部(121)が液体充填管(2)の先端の外向きフランジ部(2b)に係り止められることにより、充填ノズル(10)が液体充填管(2)の先端に垂下状に保持されている。なお、接続口(12)は、図示のものに限らず、液体充填管(2)の先端の形状に合わせて、例えば平面より見て四角形状や三角形状とすることも可能である。
ノズル壁(11)には、４つの内方折込部(13)が周方向に並んで形成されている。各内方折込部(13)は、ノズル壁(11)の上端寄りから下端にかけての部分に形成された同形同大のものであって、上端どうしが逆Ｖ形に交差する２本の斜折目線(131)と、２本の斜折目線(131)の交点から下方にのびる縦折目線(132)と、ノズル壁(11)の下端縁における２本の斜折目線(131)の下端どうしの間の部分とによって境界が画定された、左右対称な２つの三角形板状部(130)を有している。
そして、ノズル壁(11)の下端部、すなわち、各内方折込部(13)の下縁部分によって、ノズル壁(11)の中心軸線から放射状にのびる４本のスリット(14)が形成されている（図４参照）。なお、スリット(14)の本数は４本に限らず、例えば３本あるいは５本以上とすることも可能であり、それに応じて、ノズル壁(11)に形成する内方折込部(13)の数や寸法が適宜設定される。
４本のスリット(14)は、液体充填管(2)に液体が送り込まれない状態では、ノズル壁(11)自体の弾性力によって閉じられており、液体充填管(2)に液体が送り込まれると、その液圧によって星形に開くようになっている。
ノズル壁(11)の下端部における各スリット(14)の両側部分(110)（スリット(14)を介して隣接する２つの三角形板状部(130)の下縁部分）の外面に、各スリット(14)の長さ方向に沿ってのびる外方凸部(15)が形成されている。そして、これらの外方凸部(15)によって、ノズル壁(11)の下端部に厚肉部(11a)が形成されている。
外方凸部(15)は、スリット(14)の開閉動作を妨げないように、ノズル壁(11)の下端部における各スリット(14)の両側部分(110)の外面のうち、各スリット(14)の両端部に対応する部分を避けて形成されている。なお、干渉の観点から言えば、外方凸部(15)は、各スリット(14)の両端部のうち少なくともノズル壁(11)の中心軸線側の端部に対応する部分を避けて形成されていればよいが、柔軟性の観点から言えば、図２等に示すこの実施形態のように、各スリット(14)におけるノズル壁(11)の中心軸線側および外周側（斜折目線(131)に近い側）双方の端部に対応する部分を避けて形成されることが好ましい。
図５において、スリット(14)を介して隣接する２つの三角形板状部(130)のうち下縁部分を除いた部分の内面によって形成される角度(A1)は、約４１°となっている。この角度(A1)は、通常３０〜５０°の範囲に設定される。また、隣接する２つの三角形板状部(130)の外面によって形成される角度も、上記角度(A1)と同じである。
これに対して、スリット(14)を介して隣接する２つの三角形板状部(130)の下縁部分の内面（各スリット(14)の両側部分(110)の内面）によって形成される角度(A2)は、約２６°である。この角度(A2)は、通常１５〜３５°の範囲に設定される。つまり、三角形板状部(130)の下縁部分は、先端に向かうにつれて次第に厚みが小さくなっており、それによって、同部分の柔軟性が向上し、スリット(14)の液密性が高められている。
図６は、外方凸部(15)を含むノズル壁(11)の下端部を拡大して示すものである。図示の外方凸部(15)は、緩やかな弧状をした山形の横断面を有している。各部の寸法は、例えば以下のように設定される。なお、括弧内は、各寸法の好適な数値範囲を示すものである。・ノズル壁(11)における厚肉部(11a)の上側隣接部分の厚み(T1)：１．２ｍｍ（０．８〜１．５ｍｍ）
・ノズル壁(11)の厚肉部(11a)の厚み(T2)：１．８ｍｍ（上記厚み(T1)の１．１〜２倍）・ノズル壁(11)の下端縁の厚み(T3)：０．３ｍｍ（上記厚み(T1)の０．１〜１倍）
・ノズル壁(11)の下端縁から外方凸部(15)の頂点までの距離(L1)：７ｍｍ（４〜９ｍｍ）・ノズル壁(11)の下端部のうち次第に厚みが小さくなされている減肉部分(111)の長さ(L2)：７ｍｍ（０〜２０ｍｍ）
・ノズル壁(11)の下端縁から外方凸部(15)の下縁までの距離(L3)：３．２５ｍｍ（０〜１０ｍｍ）
・外方凸部(15)の上下幅(W)：７．５ｍｍ（３〜２０ｍｍ）
なお、上記距離(L3)が０ｍｍである場合、外方凸部(15)は、ノズル壁(11)の下端縁までつながることになる。
図７は、外方凸部(15)の横断面形状に関する幾つかの変形例を示したものである。
外方凸部(15)の横断面形状は、先の図面にも示したように、緩やかな弧状をした山形とすることができるが、その場合、図７（ａ−１）のように頂点が上下幅中央に位置する対称形の他、図７（ａ−２）や図７（ａ−３）のように頂点が上方または下方に偏った非対称形であってもよい。
また、外方凸部(15)の横断面は、頂部が尖った三角形の山形とすることもできる。この場合も、図７（ｂ−１）のように頂点が上下幅中央に位置する対称形とするか、または、図７（b−２）や図７（b−３）のように頂点が上方または下方に偏った非対称形とすることができる。
さらに、外方凸部(15)は、平坦な頂部を有する台形状の横断面を有していても良い。この場合、外方凸部(15)における頂部の上下両側部分を、図７（ｃ−１）のように凸弧面とする他、図７（ｃ−２）のように平坦な傾斜面とすることができる。
上記の充填ノズル(10)にあっては、各スリット(14)の両側部分(110)の外面に外方凸部(15)が形成されることによって、ノズル壁(11)の下端部に厚肉部(11a)が形成されており、各スリット(14)の両側部分(110)の内面はほぼフラットになっている。そして、ノズル壁(11)の材料構成や下端部の寸法を上記のように設定することにより、以下のような優れた作用効果が奏される。
すなわち、閉じた状態におけるスリット(14)の液密性が向上すると同時に、充填ノズル(1)を大径化して液体の流速を低下させることにより、容器の底での液体の跳ね上がりによる充填ノズルへの付着や泡立ちの増加が起こらない良好な充填状態が確保される。スリット(14)の開閉動作も、端部の柔軟性が保たれているとともに、外方凸部(15)どうしの干渉等によって妨げられることがないので、スムーズに行われ、十分な開度が得られる。また、スリット(14)が閉じる際の液体の流れが良好となって液切れが良くなる。さらに、スリット(14)が閉じた状態において、負圧による変形によりスリット(14)の一部が開いたり、エアの吸込みが起こったりするおそれがない。
(1)：液体充填機
(10)：充填ノズル
(11)：ノズル壁
(11a)：厚肉部
(110)：ノズル壁の下端部におけるスリットの両側部分
(12)：接続口
(13)：内方折込部
(14)：スリット
(15)：外方凸部

Claims (5)

  1. エラストマーによって略垂直筒状に形成されたノズル壁を有しており、ノズル壁の上端部に液体充填管の先端への接続口が設けられ、ノズル壁の下端部によってノズル壁の中心軸線から放射状にのびる複数のスリットが形成されるように、ノズル壁に複数の内方折込部が周方向に並んで形成されており、複数のスリットは、液体充填管に液体が送り込まれない状態ではノズル壁自体の弾性力によって閉じられており、液体充填管に液体が送り込まれるとその液圧によって開くようになっている液体充填機の充填ノズルにおいて、
    ノズル壁の下端部における各スリットの両側部分の外面に、各スリットの長さ方向に沿ってのびる外方凸部が形成され、これらの外方凸部によってノズル壁の下端部に厚肉部が形成されていることを特徴とする、液体充填機の充填ノズル。
  2. 外方凸部が、ノズル壁の下端部における各スリットの両側部分の外面に、各スリットの両端部のうち少なくともノズル壁の中心軸線側の端部に対応する部分を避けて形成されていることを特徴とする、請求項１記載の液体充填機の充填ノズル。
  3. ノズル壁を形成するエラストマーの硬度が４５〜７５°であることを特徴とする、請求項１または２記載の液体充填機の充填ノズル。
  4. ノズル壁の厚肉部の厚みが、厚肉部に隣接する部分の厚みの１．１〜２倍であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の液体充填機の充填ノズル。
  5. 外方凸部が、横断面略山形または略台形に形成されており、ノズル壁の下端縁から外方凸部の頂点または頂部の上下幅中央までの距離が４〜９ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の液体充填機の充填ノズル。
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