JP4867577B2 - 充填ノズル - Google Patents

Description

本発明は、たとえば飲料用液体を容器に充填する液体充填装置のフィラーバルブ等に用いられる充填ノズルに関する。

従来の、この種の非接触式液体充填装置のフィラーバルブに用いられる充填ノズルとしては、たとえば、特許文献１，２に記載のようなものがある。これらの文献に記載の充填ノズルは、中空のノズル本体内に、ノズル本体内を通して射出される液体の流れを整流する整流部材として、多数の細孔が貫通形成された整流板と、１枚あるいは複数枚のメッシュが組み込まれており、その緩衝作用によって充填内容物の整流効果を得ると共に、充填停止時にメッシュの網目に表面張力によって液体を保持し、液だれを防止するようになっていた。
しかし、高粘性で繊維質を含有した充填内容物の場合は、その粘性物や繊維質がメッシュに詰まり充填に適さない。メッシュの目を大きくすると目詰まりは防止できるものの、充填停止時の液だれを防止することができなくなってしまう。
そこで、メッシュ部材を用いずに、整流板の細孔の大きさを粘性物や繊維質が通る程度の大きさとし、かつ細孔の長さをある程度長くすることにより液だれに対応することが考えられる。しかし、従来の整流板では細孔の出口から流出する液体が独立した流れとなってシャワー状に流出し、空気を巻き込んで安定した液流れが得られないという問題が生じる。細孔の密度を高めれば細孔からの各液体が収束させることができるが、細孔の密度を高めるにも限界がある。
特開２００３−２０５９１１号公報 特開２００４−１８２２４５号公報

本発明は上記した従来技術の課題を解決するためになされたもので、主たる目的は、流路が詰まりにくく、かつ安定的な液流れを形成し、流れを止めた時に先端から液だれしない充填ノズルを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、中空のノズル本体内に、ノズル本体内を通して射出される液体の流れを整流する整流部材が設けられた充填ノズルにおいて、前記整流部材は液体を通す複数の細孔が貫通形成された整流板によって構成され、前記整流板の出口側の表面に、隣合う各細孔から流出する細流を互いに接触させる方向に案内する案内手段を設けたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、整流板の出口側の表面形状が、中央部が周辺よりも下流側に突出する形状となっていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、案内手段は、各細孔の出口に設けられる末広がりの面取り部によって構成されることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、案内手段は、各細孔の出口を結ぶ円周溝によって構成されることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、案内手段は、各細孔の出口を放射状に結ぶ放射状溝によって構成されることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、整流部材として複数の細孔を有する整流板を用いることにより、細孔の大きさを繊維質等が通る大きさとしても、細孔の長さを長くして液だれを防止することが可能である。
また、整流板の出口側の表面に案内手段を設けたので、隣合う各細孔から独立して射出される液体を出口表面にて確実に接触させることができ、細孔を通じて整流された液体に空気を巻き込むことなく安定して流出させることができる。
請求項２に係る発明によれば、整流板の表面形状を中央部が周辺よりも下流側に突出する形状としたので、整流板の出口側表面にて接触した液体が中央部に収束して安定的な液流れを形成することができる。

請求項３に記載の発明によれば、案内手段として細孔の出口に面取り部を形成する構成としたので、きわめて簡単な構成で整流させることができる。
請求項４，５に記載の発明によれば、案内手段として円周溝あるいは放射状溝とすることにより容易に製作することができる。

以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例１に係る充填ノズルを示している。
この充填ノズル１は、不図示の非接触式液体充填装置のフィラーバルブに用いられるもので、図１（Ｂ）に示すように、フィラーバルブ１００の下流に取り付けられる。
充填ノズル１の構造は、充填する液体の管路を構成する中空のノズル本体２内に、液体の流れを整流する整流部材を構成する整流板３が設けられている。
整流板３は液体を通す多数の細孔５が貫通形成された厚肉の円板状部材で、ノズル本体２の先端開口部を塞ぐように取り付けられている。ノズル本体２の先端開口部には内向きの環状凸部２１が設けられ、整流板３の外周にはこの環状凸部２１に係合する係合フランジ４が設けられている。係合フランジ４は液流れ方向上流側端部に設けられ、整流板３の外周は環状凸部２１の内周に嵌合している。

細孔５は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、断面円形状で、充填する液体中の粘性物や繊維質等を通すことができる程度の大きさとし、かつ液体の表面張力による液だれを抑制する程度の長さに設定される。細孔５の配列は、中心から同心円状に配列されており、隣り合う細孔５の間隔はなるべく等しくなるように設定されている。
細孔５は、図２（Ｃ），（Ｄ）に示すように、整流板３の中心軸線Ｍに対して平行に形成されおり、整流板３の出口側表面６には、隣合う各細孔５から流出する細流を互いに接触させる方向に案内する案内手段として、各細孔５の出口の開口縁に末広がりの面取り部７が設けられている。

また、整流板３の出口側表面６の形状は、中央部が周辺よりも下流側に突出する球面形状となっており、中心から離れるに従って徐々に傾斜が大きくなっている。一方、各細孔５の面取り部７は、図２（Ｃ）に示すように、細孔５の中心軸線Ｎ方向に面取り工具の先端１１０を移動させて面取りをする構成で、出口側表面６が傾斜している分だけ、整流板３の外周側より中心側の面取り量が大きくなっている。この面取り部７の角度θは、面取り工具の先端部１１０の角度に対応し、９０°〜１２０°程度が好適である。
また、隣合う細孔５の面取り部７は互いにオーバーラップしており、整流板３の出口側球面部６が細孔５の間に残らないように構成されている。もっとも、オーバーラップさせないで、各面取り部７が近接するような構成としてもよい。

なお、この整流板３の出口側表面６の形状については、球面形状に限定されるものではなく、たとえば段付き形状や円錐形状となっていてもよく、要するに中央側が周辺よりも突出するような形状となっていればよい。
一方、整流板３の入口側端面８は、流れ方向に対して直交する平坦面となっている。したがって、細孔５の長さは、中央部に向かって増加する形状となる。その効果として、半径方向の流速を均一化でき、広い流量の範囲で整流効果を得ることができる。

本実施例の充填ノズルによれば、所定長さの細孔５を備えた整流板３によって整流する構造としたので、細孔５の大きさを選択することにより繊維質等の目詰まりを防止でき、しかも充填停止時には液体の表面張力によって細孔５内に液体を保持することが可能である。
液体の種類にもよるが、細孔５の直径ｄが１〜３ｍｍ程度の大きさで、長さＬが、２〜２０ｍｍ程度あれば、液体中の繊維質や粘性物は通過させることができ、液流れ停止時に表面張力による液だれ抑制効果が得られる。また、液だれ防止のためのノズル内負圧を発生させる場合も、細孔５の長さＬが２〜２０ｍｍ程度あれば、細孔５内に液体を保持し、ノズル外の大気がノズル内へ進入することを防止することができ、液体への気体の巻き込みを防止することができる。

そして、隣合う各細孔５から独立して射出される液体は、細孔５の出口側に設けた末広がり形状の面取り部７を伝わり、出口側表面６にて強制的に接触して太い円形断面の流れに収束し、空気を巻き込むことなく安定して流出する。
特に、整流板３の表面形状が中央部が周辺よりも下流側に突出する球面形状となっているので、整流板３の出口側表面６にて接触した液体が中央部に収束し、安定的な円形断面の液流れを形成することができる。この収束した流れの太さは、ノズル本体２の流路断面より細く絞られる。
また、細孔５の長さが中央部に向かって増加する形状となっているので、半径方向の流速を均一化でき、広い流量の範囲で整流効果を得られる。

粘性の異なる水、トマトジュース（３００［ｍ・Ｐａ・ｓ］），コーンポタージュ（７００［ｍ・Ｐａ・ｓ］）の三種類の液体について、流量１００ｍｌ／秒で流したところ、どの液体についても、乱れることなく安定した液流れを実現することができた。流量としては、１０〜３００［ｍｌ／秒］程度の広い範囲で有効である。

なお、上記実施例では、細孔５は整流板３の中心軸線Ｍに対して平行となるように形成しているが、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、細孔５の中心軸Ｎが入口から出口に向かって整流板３の中心軸線Ｍに対して中心方向に傾斜するような構成としてもよい。このようにすれば、出口側表面６が球面形状となっていることと相俟って、各細孔５から流出する液体がより中央に収束しやすくなる。
また、図３（Ｃ）に示すように、入口側端面８１の形状について、中央部が周辺よりも上流側に突出するような形状としてもよい。図示例では中央部を頂点とする円錐形状となっている。このようにすれば、 出口側の球面形状と相俟って、中央部の細孔５の長さと周辺部の細孔５の長さの差を大きくすることができ、中央部を通る液体の流速をより押さえることができる。したがって、より広い範囲の流量に対して有効である。この入口側端面８１の形状については、円錐形状に限らず、段付き形状としてもよいし、出口側と同様に球面形状としてもよい。
このような入口側の端面形状については、図１，図２に示したような細孔５が平行の場合の整流板３についても適用可能であることはもちろんである。

次に本発明の他の実施例について説明する。
以下の説明では主として実施例１と異なる点についてのみ説明するものとし、同一の構成部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図４（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例２に係る充填ノズルを示している。
この実施の形態２では、整流板３の球面状の出口側表面６に、案内手段として、各細孔４の出口を結ぶ円周溝２０７を設けたものである。各細孔４は同心円状に配列され、各円周溝２０７の間は所定の隙間が設けられている。

図４（Ｃ），（Ｄ）は本発明の実施例３に係る充填ノズルを示している。
この実施例３では、整流板３の球面状の出口側表面６に、案内手段として、各細孔５の出口を放射状に結ぶ放射状溝３０７を設けたものである。
放射状溝３０７は、整流板３の中心を通る半径方向溝３７１と、半径方向溝３７１の間に設けられ半径方向溝３７１と平行のＶ字状溝３７２とを備えている。

なお、案内手段としては、上記した各実施例に限定されるものではなく、たとえば、上記した実施例１の面取り部７、実施例２の円周溝２０７、実施の形態３の放射状溝３０７を適宜組み合わせた構成としてもよいし、各細孔の出口を螺旋状または渦巻き状に結んだ溝でもよく、要するに、隣合う各細孔から流出する細流を互いに接触させる方向に案内するような構成であればよい。

図１（Ａ）は本発明の実施例１に係る充填ノズルの概略断面図、同図（Ｂ）は充填ノズルが適用される充填装置の管路構成を示す概略図である。 図２は図１の充填ノズルの整流板を示すもので、同図（Ａ）は斜視図、同図（Ｂ）は下面図、同図（Ｃ）は出口側表面の細孔出口の面取り前の状態を示す拡大半縦断面図、同図（Ｄ）は同図（Ｃ）の面取り後の半縦断面図である。 図３は本発明の実施例１の整流板の変形例を示すもので、同図（Ａ）は面取り前の一部を断面にして示す正面図、同図（Ｂ）は面取り後の半縦断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）の入口側端面形状の変形例を示す一部破断正面図である。 図４（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例２に係る充填ノズルを示すもので、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は下面図、図４（Ｃ），（Ｄ）は本発明の実施例３に係る充填ノズルを示すもので、（Ｃ）は斜視図、（Ｄ）は下面図である。

符号の説明

１ 充填ノズル
２ ノズル本体
３ 整流板
２１ 環状凸部
４ 係合フランジ
５ 細孔
６ 出口側表面
７ 面取り部（案内手段）
８，８１ 入口側端面
１００ フィラーバルブ
２０７ 円周溝（案内手段）
３０７ 放射状溝（案内手段）
３７１ 半径方向溝、３７２ Ｖ字状溝

Claims (5)

1. 中空のノズル本体内に、ノズル本体内を通して射出される液体の流れを整流する整流部材が設けられた充填ノズルにおいて、
   前記整流部材は液体を通す複数の細孔が貫通形成された整流板によって構成され、前記整流板の出口側の表面に、隣合う各細孔から流出する細流を互いに接触させる方向に案内する案内手段を設けたことを特徴とする充填ノズル。
2. 前記整流板の出口側の表面形状が、中央部が周辺よりも下流側に突出する形状となっていることを特徴とする請求項１に記載の充填ノズル。
3. 案内手段は、各細孔の出口に設けられる末広がりの面取り部によって構成される請求項１に記載の充填ノズル。
4. 案内手段は、各細孔の出口を結ぶ円周溝によって構成される請求項１に記載の充填ノズル。
5. 案内手段は、各細孔の出口を放射状に結ぶ放射状溝によって構成される請求項１に記載の充填ノズル。

Images