(57)【要約】【課題】充填装置に設けられるノズルについて、高温の蒸気により装置内を加熱殺菌する際に、ノズル筒の部分を素早く昇温させられるようにして、短時間で効率的に加熱殺菌できるようにする。【解決手段】貯留タンク２の内部と連通する排出孔が形成されたノズル筒１３と、このノズル筒１３の内周面に摺接するピストン１７とを有し、ノズル筒１３に対してピストン１７を摺動させることでノズルを開閉するようにした充填用ノズル１において、軸線方向で所定の長さを有するノズル筒１３の内周面（又はそれと摺接するピストン１７の外周面の少なくとも何れか一方）に、ノズルを閉じた状態でノズル筒１３の先端部にまで到達しない溝部１３ａを形成すると共に、ノズルを閉じるとノズル筒１３の基端側で該溝部１３ａが閉鎖されるよう構成する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯留タンクの内部と連通する排出孔が形成されたノズル筒と、このノズル筒の内周面に摺接するピストンとを有し、ノズル筒に対してピストンを摺動させることでノズルを開閉するようにした充填用ノズルにおいて、軸線方向で所定の長さを有するノズル筒の内周面、又はそれと摺接するピストンの外周面の少なくとも何れか一方に、ノズルを閉じた状態でノズル筒の先端部にまで到達しない溝部が形成されていると共に、ノズルを閉じるとノズル筒の基端側で該溝部が閉鎖されるように構成されていることを特徴とする充填用ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充填物（充填される内容物）を貯留するタンク（又は該タンクと連通するハウジング部分）の底部から下方に突出して設けられるような充填用のノズルに関し、特に、貯留タンクやノズルを含む充填装置の内部を高温の蒸気により加熱殺菌する場合にノズルの部分を効率良く殺菌できるような充填用ノズルの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固形物が混入された流動体の食品（カレーやシチューやコーンスープ等）を所定量ずつ計量して充填する定量充填装置のような、タンク内に貯留されている内容物を所望の容器内に充填するための充填装置において、貯留された内容物を容器に向けて排出するために貯留タンク（又は該タンクと連通するハウジング部分）の底部から下方に突出して設けられている充填用のノズルについて、貯留タンクの内部と連通する排出孔が形成されたノズル筒と、ノズル筒の内周面（排出孔の内周面）に摺接するピストンとを有し、ノズル筒に対してピストンを摺動させることでノズルを開閉する、というような構造は従来から広く知られている（例えば、特開２００１−３２８６０５号公報等参照）。
【０００３】
また、そのような構造のノズルを備えた充填装置において、充填作業が終了した後で装置の内部を殺菌する場合に、ノズルを開けた状態で、洗浄液（殺菌液）や水道水（又は無菌水）を貯留タンク内に噴射して装置内を洗浄してから、更に、ノズルを閉じた状態で、高温の蒸気（１３０℃程度に加熱された水蒸気）を貯留タンク内に噴霧して装置内を加熱殺菌すると共に、この加熱殺菌中にノズルを時々開くことで、蒸気の冷却により装置内の下端に溜まったドレーン水を蒸気の圧力で外部に除去するということが従来から行なわれている（例えば、特開平８−２１７０２６号公報等参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の充填装置において、高温の蒸気により装置内を加熱殺菌しているときに、充填物の排出部として装置の下端に位置するノズル筒の部分では、冷却した蒸気によるドレーン水が流下して来て昇温し難く、しかも、ドレーン水を除去する瞬間にはノズル筒の排出孔を蒸気が通過するものの、その後のノズルを閉じた状態では、ノズル筒の排出孔はピストンにより完全に密閉されて、タンク内に噴霧されて装置内に充満している蒸気がノズル筒の内部（排出孔）にまでは行き渡らないことから、ノズル筒の部分での昇温が遅くなってしまい、その結果、殺菌に時間がかかってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題の解消を課題とするものであり、具体的には、充填装置に設けられるノズルについて、高温の蒸気により装置内を加熱殺菌する際に、ノズル筒の部分を素早く昇温させられるようにして、短時間で効率的に加熱殺菌できるようにすることを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような課題を解決するために、貯留タンクの内部と連通する排出孔が形成されたノズル筒と、このノズル筒の内周面に摺接するピストンとを有し、ノズル筒に対してピストンを摺動させることでノズルを開閉するようにした充填用ノズルにおいて、軸線方向で所定の長さを有するノズル筒の内周面、又はそれと摺接するピストンの外周面の少なくとも何れか一方に、ノズルを閉じた状態でノズル筒の先端部にまで到達しない溝部を形成すると共に、ノズルを閉じるとノズル筒の基端側で該溝部が閉鎖されるよう構成することを特徴とするものである。
【０００７】
上記のような構造の充填用ノズルによれば、高温の蒸気により装置内を加熱殺菌中で、ドレーン水を除去してからノズルを閉じたときに、ドレーン水を除去する際にノズル筒の排出孔を通過する高温の蒸気が、ノズル筒の内周面、又はそれと摺接するピストンの外周面の少なくとも何れか一方に形成された溝部に残留して、ノズル筒の内部（排出孔）にまで高温の蒸気が行き渡ることで、ノズル筒の部分を素早く昇温させることができる。しかも、ノズルを閉じた後では、ノズル筒の基端側で該溝部が閉鎖されることから、該溝部の中にドレーン水が侵入するようなことはない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の充填用ノズルの実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の一実施形態に係る定量充填用のノズルについて、図１は、定量充填装置の全体を示し、図２は、計量室の部分を備えたノズルの全体構造を示し、図３は、ノズル筒とそれに摺接するピストンの縦断面構造を示し、図４は、ノズル筒の上面形状を示し、図５は、ピストンを下死点から僅かに上昇させてノズルを閉じた状態でのノズル筒の下端付近を拡大して示すものである。また、図６は、定量充填用ノズルによる本発明の他の実施形態について、ノズル筒とそれに摺接するピストンの縦断面構造を示すものである。さらに、図７および図８は、計量室の部分を備えた定量充填用ノズルの作動状態を示すものである。
【０００９】
本実施形態の充填用ノズルは、固形物が混入された流動体の食品（カレーやシチューやコーンスープ等）を所定量ずつ計量してカップ容器に連続的に充填するための定量充填装置において使用される定量充填用のノズルであり、図１に示すように、ノズル１は、充填物となる流動体の食品が貯留されているタンク２の底部に設置されている。なお、図示していないが、この定量充填装置のタンク２の内部では、攪拌板が上下往復動することにより、固形物が偏らないように食品が常に攪拌されており、タンク２の内部に貯留された食品のカップ容器への充填については、クリーンルーム内（クラス１０，０００の空気清浄度）に設置されている無菌充填ラインの、特に空気清浄度が高レベル領域として画成されたクリーンブース内（クラス１００の空気清浄度）で行われるようになっている。
【００１０】
そのような定量充填装置のノズル１には、その内部に計量室となる部分が形成されている。すなわち、図２に示すように、ノズル１では、大内径のアウターシリンダ１１の下方に、摺鉢状に傾斜した底面を有する底部材１２を介して、小内径のノズル筒１３が一体的に連結されているの対して、ノズル筒１３の内径と同じ内径のインナーシリンダ１４が、その下端がノズル筒１３の上面にまで達し、下端から僅かに間隔を置いて通路２２を空けた状態で、アウターシリンダ１１の内側に同芯的に配設されていて、アウターシリンダ１１とインナーシリンダ１４の間の部分が計量室２３となっている。
【００１１】
なお、アウターシリンダ１１とインナーシリンダ１４の上端部は、食品中に混入されている固形物が詰まらないような連結部分（例えば、少ない本数の細いブリッジ部分等）１５を介して互いに連結された状態で、タンク２の底部に適宜の結合手段で固定的に結合されていて、そのように同芯的に固定されたアウターシリンダ１１とインナーシリンダ１４とに対して、アウターシリンダ１１の内周面とインナーシリンダ１４の外周面とに摺接するように、リング状のアウターピストン１６が上下動自在に配設されており、このアウターピストン１６の下端面は、アウターシリンダ１１の下方に連結された底部材１２の摺鉢状に傾斜した底面の形状と合致するような逆円錐状の傾斜面に形成されている。
【００１２】
また、インナーシリンダ１４の内周面やノズル筒１３の内周面（ノズル筒１３の排出孔の内周面）に摺接するように、インナーピストン１７が上下動自在に配設されており、このインナーピストン１７は、ノズル筒１３の排出孔の長さ（軸線方向の長さ）よりも僅かに長い中実円柱状の密閉栓部に形成され、密閉栓部の上端面と下端面は低い円錐状の傾斜面に形成されていて、インナーピストン（密閉栓部）１７の上方の部分は、中空円筒体の周壁部分の一部だけが支柱として残されたような状態で、大きく外部に開放された空間部を有する連通経路部２１として形成されている。
【００１３】
そして、アウターピストン１６とインナーピストン１７は、貯留タンク２の上方からタンクの天井部を貫通してタンク内を通っているアウターロッド１８とインナーロッド１９の下端にそれぞれ連結されることで、異なるタイミングで交互に上下往復駆動される各ロッド１８，１９の動きに連れてそれぞれ上下往復動するようになっていて、インナーピストン１７は、その上方の部分である連通経路部２１の上端部によってインナーロッド１９と連結されている。
【００１４】
上記のような本実施形態のノズル１と同じタイプの計量室を備えた定量充填用ノズルによりタンク内に貯留されている流動体の食品をカップ容器に充填する時のノズルの作動状態について、図７および図８によって以下に説明する。
【００１５】
定量充填用ノズルでは、アウターピストン１６とインナーピストン１７が共に下死点の位置にある状態で、インナーシリンダ１４の下部の通路２２はアウターピストン１６により閉鎖され、ノズル筒１３の排出孔はインナーピストン１７により閉鎖され、インナーピストン１７の上方の連通経路部２１はタンク２の内部と連通している。そのような状態から、図７（Ａ）に示すように、アウターロッド１８の上昇によりアウターピストン１６が上昇するのに連れて、アウターピストン１６が上死点で停止するまでは、アウターピストン１６の上昇により発生する吸引力によって、タンク２の内部の食品は、連通経路部２１から通路２２を通って計量室２３に強制的に導入される。
【００１６】
次いで、アウターピストン１６が上死点で停止した状態から、インナーロッド１９の上昇によりインナーピストン１７が上昇すると、先ず、インナーシリンダ１４の下部の通路２２がインナーピストン１７により一時的に閉鎖されて、所定量の食品が計量室２３により正確に計量されてから、次いで、図７（Ｂ）に示すように、タンク２の内部からの連通経路部２１を通る食品の流入がインナーピストン１７により遮断された状態で、インナーシリンダ１４の下部の通路２２が開くことにより、計量室２３で計量された所定量の食品だけが、ノズル筒１３の排出孔を通って下方に落下し始めることで充填が開始される。
【００１７】
次いで、インナーピストン１７が上死点で停止した状態（タンク２の内部からの食品の流入を遮断している状態）から、図８（Ｃ）に示すように、アウターロッド１８の下降によりアウターピストン１６が下降するのに連れて、計量室２３にある食品は、固形物が混入された高粘度の流動体であっても、アウターピストン１６により計量室２３から強制的に残らず押し出されて、ノズル筒１３の排出孔を通って下方に落下することで、その下方にあるカップ容器（図示せず）内に充填される。
【００１８】
そして、図８（Ｄ）に示すように、アウターピストン１６が下死点で停止した状態から、インナーロッド１９の下降によりインナーピストン１７が下降するのに連れて、ノズル筒１３の排出孔に残っていた食品は、インナーピストン１７によりノズル筒１３の排出孔から強制的に残らず押し出されて、その下方にあるカップ容器（図示せず）内に残らず充填されることとなり、インナーピストン１７が下死点に停止した状態で、その回の充填が完了して次回の充填に連続的に移行することとなる。
【００１９】
ところで、上記のように作動するノズル部分を備えた定量充填装置では、充填作業が終了した後で装置内を殺菌する場合に、アウターピストン１６やインナーピストン１７をタンク内に引き上げてノズルを開けた状態で、タンクの天井付近に設置した洗浄用の配管からタンク内に洗浄液（殺菌液）と水道水（又は無菌水）を順次に噴射して装置内を洗浄した後、熱風により装置内を乾燥してから、更に、アウターピストン１６はタンク内に引き上げたままで、インナーピストン１７を下死点の位置まで下降させてノズルを閉じた状態にして、タンク２の天井付近に設置した加熱殺菌用の配管から高温の蒸気（１３０℃程度に加熱された水蒸気）をタンク２内に噴霧して装置内を加熱殺菌している。
【００２０】
また、そのような高温の蒸気による加熱殺菌中には、蒸気の供給を開始してから所定時間が経過すると、定期的にインナーピストン１７を下死点の位置から少なくとも通路２２よりも上方に上昇させてノズルを時々開くことで、装置内の下端部でノズル筒１３の付近に溜まったドレーン水（蒸気の冷却により生じた水）を、タンク内から計量室２３と通路２２を通って供給される蒸気の圧力により、ノズル筒１３の排出孔から強制的に外部に排除するようにしている。
【００２１】
そのように高温の蒸気により装置内を加熱殺菌する場合に、従来のノズルでは、ドレーンを排除してからノズルを閉じたときに、ノズル筒１３の排出孔がインナーピストン１７により完全に密閉される（ノズル筒１３の孔部の内周面にインナーピストン１７の外周面が全面的に密着する）ことから、ノズル筒１３の部分では、インナーピストン１７を上昇させてドレーン水を除去する瞬間だけノズル筒１３の排出孔を蒸気が通過するものの、ドレーン水が除去されてノズルが閉じられた状態では、ノズル筒１３の内部（排出孔）から蒸気が完全に排除されてしまうこととなり、その結果、ノズル筒１３の部分での昇温が遅くなってしまうという問題があった。
【００２２】
これに対して、本実施形態の定量充填用ノズル１では、ノズル筒１３の排出孔の円筒状の内周面に、図３に示すように、ノズル筒１３の先端部にまで到達しない溝部１３ａ、即ち、具体的には、ノズル筒１３の上面から下部の中途部にまで軸線方向（排出方向）に延びる縦長の溝部１３ａが、図４に示すように、円周方向で同じ間隔を置いて複数本（６本）形成されていて、図３に示すように、インナーピストン１７を下死点の位置させた状態（ノズルを閉じた状態）において、ノズル筒１３の上面側に開口している溝部１３ａの上端開放部は、インナーシリンダ１４の下端部（通路２２よりも下方の部分）によって閉鎖されるようになっている。
【００２３】
上記のようにノズル筒１３の内周面に溝部１３ａが形成されている本実施形態の充填用ノズル１によれば、アウターピストン１６をタンク内に引き上げたままで、インナーピストン１７を下死点の位置まで下降させて、ノズルを閉じた状態で高温の蒸気により装置内を加熱殺菌する際に、インナーピストン１７を少なくとも通路２２よりも上方に上昇させてノズルを時々開くことで、ノズル筒１３の付近に溜まったドレーン水を除去してから、直ちにインナーピストン１７を下降させてノズルを閉じた状態としても、ノズル筒１３の溝部１３ａに高温の蒸気が残留することから、溝部１３ａに残留した高温の蒸気によりノズル筒１３やインナーピストン１７を短時間で効果的に昇温させることができる。
しかも、ノズル筒１３の溝部１３ａは、ノズル筒１３の上面から下方に延びるように形成されている（そのように上面側が開放された軸線方向の溝部に形成することで、上面側を開放しないような構造と比べて、溝部の加工が容易なものとなる）にもかかわらず、ノズルを閉じた状態では、ノズル筒１３の溝部１３ａの上端開放部は、インナーシリンダ１４の下端部によって閉鎖されることから、ノズル筒１３の溝部１３ａにドレーン水が侵入することはない。
【００２４】
なお、ノズル筒１３の溝部１３ａの形状について、本実施形態では、図４に示すように、横断面の形状が円の一部である三日月型の円弧形をしており、ノズル筒１３の内径が２５．９ｍｍであるのに対して、溝部１３ａの深さは、０．２〜１．０ｍｍとなっている。すなわち、ノズル筒１３の内径が２５．９ｍｍである場合に、溝部１３ａの深さが０．２ｍｍより浅いと、上記のような溝部１３ａによる昇温効果があまり得られず、一方、溝部１３ａの深さが１．０ｍよりも深くなると、ノズル筒１３の排出孔から充填物を排出する充填時に、溝部１３ａが充填物の流出を阻害する抵抗部となって好ましくない。
【００２５】
また、本実施形態では、図５に示すように、ノズル筒１３の下端付近を内方に窄んだ小径円筒部１３ｂに形成すると共に、このノズル筒１３の小径円筒部１３ｂに対応するように（インナーピストン１７が下死点の位置では小径円筒部１３ｂと略全面的に接触するように）、インナーピストン１７の下端付近に小径円筒部１７ｂを形成しており、それによって、インナーピストン１７を下死点の位置よりも僅かに上方で停止させた状態でも、ノズル筒１３の小径円筒部１３ｂとインナーピストン１７の小径円筒部１７ｂとが部分的にオーバーラップすることで、ノズルが閉じた状態となるようにしている。
【００２６】
それにより、加熱殺菌時でドレーン水を除去してからノズルを閉じる時に、図５に示すように、インナーピストン１７を下死点の位置よりも僅かに上方で停止させてノズルを閉じた状態にすれば、各溝部１３ａの下方に更に環状の空間部１３ｃが形成されることとなり、各溝部１３ａだけでなく環状の空間部１３ｃにまで高温の蒸気を残留させることができて、殺菌面積を増加させることができると共に、ノズル筒１３やインナーピストン１７の昇温を一層短時間で効果的に行なうことができる。
【００２７】
以上、本発明の充填用ノズルの一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に示した具体的な構造にのみ限定されるものではなく、例えば、上記の実施形態ではノズル筒１３の側に溝部１３ａを設けているが、インナーピストン１７の側に溝部を設けても良く、また、ノズル筒１３とインナーピストン１７の両方に溝部を設けるようにしても良い。なお、ノズル筒１３とインナーピストン１７の両方に溝部を設ける場合には、図６に示すように、ノズル筒１３とインナーピストン１７の上部にだけそれぞれの溝部１３ａ，溝部１７ａを形成するのが好ましく、そうすることで、充填作業中にインナーピストン１７によりインナーシリンダ１４の下方の通路２２を一時的に閉鎖する際に、両方の溝部１３ａ，溝部１７ａを通って充填物の液体が漏れ出さないように、ノズル筒１３とインナーピストン１７の下部によって充填作業時の液密を確実に保持することができる。
【００２８】
また、本発明の充填用ノズルは、固形物が混入された食品を充填するためのノズルに限らず、液体や粘性体や粉粒体だけの均質な流動体を充填するためのノズルであっても良く、また、上記の実施形態に示したようなアウターシリンダ，インナーシリンダ，アウターピストン，インナーピストン等の部品からなる計量室を備えた定量充填用ノズルに限らず、一つのシリンダと一つのピストンにより単にノズルの開閉時間を制御するだけで充填量を制御するようなタイプの充填用ノズルとしても実施可能なものである等、適宜に設計変更可能なものであることは言うまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したような本発明の充填用ノズルによれば、高温の蒸気により装置内を加熱殺菌しているときに、ノズルを開いてドレーン水を除去してからノズルを閉じた状態で、ノズル筒の内部にまで高温の蒸気を行き渡らせることができて、ノズル筒の部分を素早く昇温させることができ、その結果、装置内の加熱殺菌を短時間で効率的に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る定量充填用ノズルについて、ノズルを備えた定量充填装置の全体を示す正面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る定量充填用ノズルの全体構造を示す縦断面図。
【図３】図２に示した定量充填用ノズルのノズル筒とそれに摺接するピストン（インナーピストン）の構造を示す縦断面図。
【図４】図３に示したノズル筒の上方から見た形状を示す上面図。
【図５】図３に示したノズル筒とピストン（インナーピストン）について、ピストンを下死点から僅かに上昇させてノズルを閉じた状態でのノズル筒の下端付近を拡大して示す部分断面側面図。
【図６】定量充填用ノズルによる本発明の他の実施形態を示す、図３に対応した縦断面図。
【図７】計量室の部分を備えた定量充填用ノズルの作動状態について、（Ａ）計量時と（Ｂ）充填開始時の状態をそれぞれ示す縦断面説明図。
【図８】計量室の部分を備えた定量充填用ノズルの作動状態について、（Ｃ）充填時と（Ｄ）充填終了時の状態をそれぞれ示す縦断面説明図。
【符号の説明】
１        充填用ノズル
２        貯留タンク
１３      ノズル筒
１３ａ    （ノズル筒の）溝部
１７      インナーピストン（ノズル筒に摺接するピストン）
１７ａ    （インナーピストンの）溝部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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