(57)【要約】【課題】液垂れや糸引きを防止する液体の充填ノズルに関し、しかも外径を大きく設定することなく流動抵抗を小さく設定でき、ろ過装置および／または混合装置などの部材を充填ノズルに装填することも可能にすることができ液体の引き込みの応答性が良好な充填ノズル及びそれを用いた液体の充填方法を提供する。【解決手段】内部を液体Ｌの流通路２となした内筒３と、内筒３に液密状態で上下方向に相対移動自在に外嵌され、下端部に内筒３の下端開口３ａよりも下方へ突出して液体吐出用の開口部５を形成した外筒６と、内筒３又は外筒６の少なくとも一方を上下方向に駆動する駆動手段７とを備えた。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を液体の流通路となした内筒と、
前記内筒に液密状態で上下方向に相対移動自在に外嵌され、下端部に内筒の下端開口よりも下方へ突出して液体吐出用の開口部を形成した外筒と、
前記内筒と外筒の少なくとも一方を上下方向に駆動する駆動手段と、
を備えたことを特徴とする充填ノズル。
【請求項２】
前記駆動手段により外筒を上下方向に駆動する請求項１記載の充填ノズル。
【請求項３】
前記内筒又は外筒の液体の流通路にろ過装置を内装した請求項１又は２記載の充填ノズル。
【請求項４】
前記内筒又は外筒の液体の流通路に混合装置を内装した請求項１〜３のいずれか１項記載の充填ノズル。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の充填ノズルを用い、液体を内筒へ供給して、内筒の流通路を経て、外筒下端の開口部から液体を吐出させ、その後液体の充填を停止するため内筒への液体の供給を停止させるときに、駆動手段により外筒と内筒の少なくとも一方を上下方向に駆動して、外筒を内筒に対して相対的に下方へ移動させ、開口部付近の液体を外筒内に引き込むことを特徴とする液体の充填方法。
【請求項６】
前記内筒への液体の供給にあたり、駆動手段により外筒と内筒の少なくとも一方を上下方向に駆動して、外筒を内筒に対して相対的に上方へ移動させる請求項５記載の液体の充填方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液垂れや糸引きを防止する充填ノズル及びそれを用いた液体の充填方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、接着剤、シーリング材の製造、使用業界や、食品製造業界では、粘稠な液体を貯蔵タンク等から小さい容器等に小分け充填するとき、充填ノズルから液垂れや糸引きが発生し、容器の注入口の周辺に付着し容器を汚すことがあり問題であった。そこで、液体の充填ノズルであって、液垂れをなくし、糸引きをなくする充填ノズルが種々開発されている。
【０００３】
たとえば、液垂れを生じることがなく、また構造が簡単で信頼性の高い充填装置として、充填ノズルの先端にノズル先端弁を有する弁開閉駆動機構を設け、この弁開閉駆動機構に出力する開閉信号と、ピストン型の圧送ポンプ機構に出力する信号との関係に所定の時間差を与える制御回路を設け、この時間差の設定によりノズル先端弁の実際の開弁タイミングと圧送ポンプ機構のピストンの実際の吐出作業のタイミングと合致させ、液垂れを防止する充填装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、果肉入りジュースや調理済スープや調味たれなどの、固形物を含む粘稠な液体充填物用の充填ノズル装置であって、液垂れや容器の汚れなどを防止できる充填ノズルを備えた充填ノズル装置が知られている。この充填ノズル装置では、プランジャー弁が充填ノズル内を上下に摺動するようになっており、プランジャー弁の下端にノズル口の内壁に近接して水平に回転する板状の回転カッターブラシを設けている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
更に、充填すべき液体のタンクから充填ノズルまで、液体を導く流通路を設け、流通路の一定区間に可とう性チューブを設け、可とう性チューブを押圧する部材を複数設け、充填時に前記押圧部材により可とう性チューブの流量を複数段階で制御すると共に、充填停止時に、下流側の押圧部材の少なくと１つを前進位置から後退位置へ移動させる液体充填機が記載されており、複数の押圧部材を設けたことにより、液体充填停止時、サックバックにより液垂れ防止を図った充填ノズル装置も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
また、本願発明者らは、図３、図４に示すように、液垂れや糸引きを防止する充填ノズル１００について検討を行った。その充填ノズル１００は、筒状のノズル本体１０１と、ノズル本体１０１内の流通路１０４内に軸方向に移動自在に装着したロッド１０２と、ロッド１０２を上下方向に駆動する駆動手段１０３とを備え、流通路１０４から液体Ｌを流通させ、吐出させるものである。たとえば、図４（ａ）に示すように充填ノズル１００から液体Ｌの吐出は、ロッド１０２を下方へ移動させた状態で流通路１０４へ液体Ｌを供給して、充填ノズル１００から液体Ｌを吐出させて容器等に充填する。次ぎに、図４（ｂ）に示すように、容器等への液体Ｌの充填が完了し、充填ノズル１００へ液体Ｌの供給を停止する。容器等に液体Ｌの充填が完了したとき、図４（ｃ）に示すように、ロッド１００を上方へ移動させることで、充填ノズル１００の開口部１０５付近の液体Ｌをノズル本体１０１内に引き込むことで、サックバックにより液垂れや糸引きを防止するようになしたものを開発した。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２１８１０３号公報（第２頁、図５、図７）
【特許文献２】
特開平８−３０１２２５号公報（第２頁、図１）
【特許文献３】
特開平７−５２９０２号公報（第２頁、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に提案されている充填装置は、液体の供給と吐出停止のタイミングを異ならせることで、液垂れを抑制する技術であるが、タイミング制御機構と開閉弁駆動機構の整合性が要求されるので、制御機構が複雑になるし、粘稠な液体では液垂れをなくすることができなかった。
【０００９】
特許文献２に記載の充填ノズル装置では、充填ノズル内のプランジャー弁の上下移動により液体の充填を停止すると共に、プランジャー弁の先端のカッターブラシの回転によりノズルからの液垂れを取除くわけであるが、カッターブラシに液体が付着し、それが落下、飛散する等の問題がある。
【００１０】
また、特許文献３に記載の液体充填機では、液体の流通路に可とう性チューブを押圧し、押圧部材を後退させることによって、液体の流動を停止ないし逆流させるものであり、液体が低粘度のものであれば有用であるが、粘稠な液体であって、流動抵抗のある粘度の高いものでは、このような液体充填機では吐出量を大きくできないし、押圧部材を後退させることが困難である。
【００１１】
また、本願発明者らの開発検討した前記充填ノズルでは、ノズル本体内にロッドを配置させる関係上、液体が流通する面積が小さくなってその分流動抵抗が大きくなり、圧力損失が大きくなって吐出量が低下する。吐出量を多くする場合には吐出圧力を増加させる必要があり、様々な問題が発生する。また充填ノズルにろ過装置および／または混合装置などの部材を装填し難いことの他、流動抵抗を少なくするためロッドの断面積を小さく設定しているので、液体の引き込みの応答性があまりよくないこと、などの問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、液垂れや糸引きを防止する液体の充填ノズルに関し、しかも外径を大きく設定することなく流動抵抗を小さく設定でき、ろ過装置および／または混合装置などの部材を充填ノズルに装填することも可能にすることができ液体の引き込みの応答性が良好な充填ノズル及びそれを用いた液体の充填方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段及びその作用】
本発明に係る充填ノズルは、内部を液体の流通路となした内筒と、前記内筒に液密状態で上下方向に相対移動自在に外嵌され、下端部に内筒の下端開口よりも下方へ突出して液体吐出用の開口部を形成した外筒と、前記内筒と外筒の少なくとも一方を上下方向に駆動する駆動手段とを備えたものである。
【００１４】
この充填ノズルにおいては、内筒へ供給した液体は、内筒の流通路を通って、外筒の下端部の開口部から外部へ吐出されることになる。こうして充填ノズルから吐出させた液体を容器等に充填した後に、内筒への液体の供給を停止すると、開口部から液体が垂れたり、糸を引いたりしようとするが、この発明では、このとき駆動手段により外筒と内筒の少なくとも一方を上下方向に駆動して、外筒を内筒に対して相対的に下方へ移動させ、開口部付近の液体を外筒内に引き込むことで、液垂れや糸引きを防止することが可能となる。
【００１５】
このように、本願発明の充填ノズルにおいて、外筒と内筒の少なくとも一方を上下方向へ移動させることで、液垂れや糸引きを防止でき、さらに内筒の内部の空間全体を液体の流通路として活用することが可能となる。このため充填ノズルの外径を大きくすることなく、内筒における液体の流動抵抗を小さく設定でき、圧力損失を少なくして単位時間当たりにおける吐出量の低下や吐出圧力の増加を防止できる。また、高粘度材料においては、外筒に対する液体の引き込み量は、内筒の内径サイズが大きくなると、それに応じて大きくなるので、内筒の内径サイズを極力大きくすることで、液体の流動抵抗を小さくしつつ、液体の引き込み量を大きくして、液体の引き込みの応答性を向上できる。
【００１６】
ここで、本願発明の充填ノズルでは、前記駆動手段により外筒を上下方向に駆動してもよい。内筒を上下方向に駆動することも可能であるが、内筒には液体の供給管が接続されるので、内筒を上下方向に駆動する場合には、内筒とともに供給管を昇降させる必要があり、駆動手段の構成が複雑になるので、外筒を上下方向に駆動することが好ましい。
【００１７】
前記内筒又は外筒の液体の流通路にろ過装置を内装したり、前記内筒又は外筒の液体の流通路に混合装置を内装してもよい。前述したように、外筒と内筒の少なくとも一方を上下方向へ移動させることで、液垂れや糸引きを防止でき、内筒内にロッド等を配置させる必要がないので、内筒又は外筒における液体の流通路のスペースを利用して、ろ過装置や混合装置などの部材を組み付けることが可能になる。
【００１８】
本発明に係る液体の充填方法は、請求項１〜４のいずれか１項記載の充填ノズルを用い、液体を内筒へ供給して、内筒の流通路を経て、外筒下端の開口部から液体を吐出させ、その後液体の充填を停止するため内筒への液体の供給を停止させるときに、駆動手段により外筒と内筒の少なくとも一方を上下方向に駆動して、外筒を内筒に対して相対的に下方へ移動させ、開口部付近の液体を外筒内に引き込むものである。
【００１９】
この充填方法では、請求項１〜４のいずれか１記載の充填ノズルを用いるので、前記と同様の作用が得られる。但し、本願発明の充填ノズルにおいて、開口部内の液体を外筒内に引き込むための外筒又は内筒の上下方向への移動タイミングは、開口部付近の液体が外筒内に引き込まれるように設定されていれば、どの様なタイミングで行ってもよく、内筒への液体の供給を停止させてから行ってもよいし、停止させると同時に行ってもよいし、停止させる直前から行ってもよい。
【００２０】
上記と逆に本願発明の充填ノズルにおいて、外筒と内筒とを元の位置へ復帰させる方向への移動は、前記内筒への液体の供給にあたって、駆動手段により外筒と内筒の少なくとも一方を上下方向に駆動して、外筒を内筒に対して相対的に下方へ移動させて行うことになる。通常、外筒と内筒とを元の位置へ復帰させと、外筒に引き込まれている液体が開口部から吐出するので、その移動は、内筒への液体の供給時であり、外筒の下端部の開口部から液体を吐出させる直前または吐出している時に行うことが好ましい。すなはち、容器等へ液体を充填開始する直前或いは充填開始と同時に、または充填中に、外筒と内筒とを元の位置へ復帰させることになる。
【００２１】
本願発明の充填ノズルが好適な作用効果を奏する液体としては、接着剤、シーリング材などの粘稠液体が挙げられ、またマヨネーズ、調味たれ、練り製品、水飴のような粘稠な食品類も挙げられる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１、図２に示すように、充填ノズル１は、内部を液体Ｌの流通路２となした内筒３と、内筒３に対して液密状に上下移動自在に外嵌され、下端部に内筒３の下端開口３ａよりも下方へ突出させて液体吐出用の開口部５を形成した外筒６と、外筒６を上下方向に駆動する駆動手段７とを備えている。
【００２３】
内筒３は筒状部材からなり、その上端部は液体供給管８に接続され、液体供給管８から流通路２内へ液体Ｌが供給されるように構成されている。
【００２４】
外筒６は筒状部材からなり、その内径は内筒３の外径と同径或いは多少大径に構成され、外筒６の下端近傍と内筒３間にはシールリング９が装着され、外筒６は内筒３に対して液密状態で上下方向に移動自在に装着されている。外筒６の下端部は内筒３よりも下側へ突出配置され、外筒６の下端部内には開口径を小さく設定するリング状の絞り部材１０が一体的に取付けられ、外筒６のうちの内筒３よりも下側の部分及び絞り部材１０の内側には、外筒６の上方への移動により容積が小さくなり、下方への移動により容積が大きくなる出口空間４が形成されている。そして、流通路２内の液体Ｌは、内筒３の下端開口３ａから出口空間４へ供給され、外筒６の下端部の開口部としての絞り部材１０の開口部５から吐出がされることになる。尚、絞り部材１０は省略することが可能である。また絞り部材１０に代えて、外筒６の下端部にその内面形状が絞り部材１０の内面形状に沿った絞り部を一体的に形成してもよい。
【００２５】
外筒６の上端部にはフランジ部１１が形成され、フランジ部１１は連結ロッド１２及び連結板１３を介してエアシリンダからなる駆動手段７に連結されている。そして、外筒６は、駆動手段７により、図２（ａ）（ｂ）に図示の上昇位置と、図２（ｃ）に図示の下降位置とに昇降可能に構成されている。但し、駆動手段７としてはエアシリンダ以外に電動モータなどの各種アクチュエータを採用することが可能である。
【００２６】
液体Ｌとしては、各種粘度粘性のものを充填できるが、分子量が大きく糸を引きやすいゴム溶液や高分子材料溶液、例えば粘稠な樹脂材料やそれを成分とする接着剤やシーリング材などの充填に好適である。また、工業製品以外に、マヨネーズ、調味たれ、練り製品、水飴のような粘稠な食品等の充填にも適用できる。
【００２７】
次に、前記本願発明の充填ノズル１を用いた液体Ｌの容器等への充填方法について説明する。
先ず、図示外の液体を供給する開閉弁を開いて、図２（ａ）に示すように、液体Ｌを液体供給管８から内筒３の流通路２へ供給し、流通路２から出口空間４を通って充填ノズル１の外筒６の下端部の開口部５から容器等へ液体Ｌを充填する。
【００２８】
次に、本願発明の充填ノズル１を用いて所望量の液体Ｌを容器等に充填した後、充填を完了するため液体を供給する開閉弁を閉じて、液体供給管８への液体Ｌの供給を停止するが、このとき、液体Ｌは、図２（ｂ）に示すように、開口部５付近に存在していたり残留して溜まった状態となり、液垂れや糸引きが発生しようとする。そこで、本願発明では、液体を供給する開閉弁を閉じると同時或いは閉じる直前かまたは直後のタイミングで、図２（ｃ）に示すように、駆動手段７により外筒６を下降位置へ移動させ、出口空間４の容積を大きくすることにより、充填ノズル１の開口部５付近に存在ないし残留する液体Ｌを出口空間４内へ引き込み、液垂れや糸引きを防止することになる。尚、外筒６を下方へ移動させるタイミングは、出口空間４の容積や、開口部５の口径や、液体Ｌの粘度などに応じて、液垂れや糸引きが発生しないタイミングに適宜調整することになる。また、逆に下降させる外筒６は、次回の液体Ｌの充填開始時或いは充填途中など充填が完了する直前までに上昇位置へ移動させることになる。
【００２９】
本願発明の内筒３と外筒６とを有し、内筒または外筒のいずれか一方を上下移動させる駆動手段７を設けた充填ノズル１に関する本願実施例では、外筒６を上下方向に駆動する場合について説明したが、内筒３を液体供給管８とともに上下方向に駆動したり、外筒６及び内筒３を上下方向に駆動することも可能で、内筒３を上下方向に駆動する場合には、内筒３を上方へ移動させることで出口空間４を大きくし、容積を増大させて、開口部５付近の液体Ｌを出口空間４に引き込むことになる。また、内筒３及び出口空間４内にろ過装置や混合装置を設けてもよい。更に、内筒３の下端と絞り部材１０間の隙間を大きく設定して、この隙間にろ過装置や混合装置を設けてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係る充填ノズル及びそれを用いた液体の充填方法によれば、駆動手段により外筒と内筒の少なくとも一方を上下方向に駆動して、外筒を内筒に対して相対的に下方へ移動させて、充填ノズルの開口部付近の液体を外筒内に引き込むことで液垂れや糸引きが防止できる。また、このように外筒と内筒の少なくとも一方を上下方向へ移動させることで、液垂れや糸引きを防止できるので、内筒の内部空間全体を液体の流通路として活用することが可能となる。このため充填ノズルの外径を大きくすることなく、内筒における液体の流動抵抗が大きくならず圧力損失が少ないので、単位時間当たりにおける吐出量の低下もない。また吐出圧力の増加を防止できるので、液垂れ抑制にも効果的となるのである。更に、高粘度材料においては、外筒に対する液体の引き込み量は、内筒の内径サイズが大きくなると、それに応じて大きくなるので、内筒の内径サイズを極力大きくすることで、液体の流動抵抗を小さくしつつ、液体の引き込み量を大きくして、液体の引き込みの応答性を向上できる。また、液体の粘度、粘性などの流動特性に応じて液垂れや糸引きの発生を抑制するため、外筒と内筒の口径、長さ、開口部の口径、形状などを適宜に調整することができる。
【００３１】
ここで、前記充填ノズルにおいて、駆動手段により外筒を上下方向に駆動すると、駆動手段として簡略な構成のものを採用できる。
【００３２】
また、内筒又は外筒の液体の流通路にろ過装置を内装したり、前記内筒又は外筒の液体の流通路に混合装置を内装すると、外筒と内筒の少なくとも一方を上下方向へ移動させることで、液垂れや糸引きを防止でき、内筒内にロッド等を配置させる必要がないので、内筒又は外筒における液体の流通路のスペースを利用して、ろ過装置や混合装置などの部材を装填することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】充填ノズルの一部切欠側面図
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）は充填方法の説明図
【図３】従来の技術に係る充填ノズルの一部切欠側面図
【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は従来の技術に係る充填方法の説明図
【符号の説明】
１　　　充填ノズル　　　２　　　流通路
３　　　内筒　　　　　　３ａ　　下端開口
４　　　出口空間　　　　５　　　開口部
６　　　外筒　　　　　　７　　　駆動手段
８　　　液体供給管　　　９　　　シールリング
１０　　絞り部材　　　　１１　　フランジ部
１２　　連結ロッド　　　１３　　連結板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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