JP2001304100A - 飲料送液用ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】カップ式飲料自動販売機などに適用するシロッ
プポンプを、低定格容量のモータで駆動できるようにし
てポンプ装置の小型，低価格化を図る。 【解決手段】シロップなどを収容した飲料容器に通じる
飲料供給管路に接続して飲料容器から飲料を抽出，送液
するポンプ装置において、往復動式ピストンポンプとし
てなるシロップポンプ９のピストン９ｄを、そのピニオ
ンシャフト９ｅに取付けたラック１７，および該ラック
と噛み合うピニオン１８を介して正逆転式のギヤドモー
タ１０に伝動結合し、ポンプの吐出，吸込工程における
駆動トルクを平均化してモータの容量低減化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、清涼シロップ飲料
などを販売するカップ式飲料自動販売機，あるいは飲料
ディスペンサなどに適用する飲料送液用ポンプ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】頭記のカップ式飲料自動販売機では、飲
料の原料である濃縮シロップと、希釈水，炭酸水，およ
び氷をそれぞれ別個にカップに供給し、これらをカップ
内で混ぜ合わせて清涼シロップ飲料を調製するようにし
ている。この場合に、シロップは飲料容器に収容してお
き、該飲料容器から飲料冷却コイルを経由してベンドス
テージとの間に配管した飲料供給管路に飲料送液用ポン
プ（シロップポンプ）を接続して販売ごとに定量のシロ
ップをカップに吐出し供給するようにしており、シロッ
プポンプには容積形ポンプのピストンポンプが一般に採
用されている。

【０００３】図４はカップ式飲料自動販売機のシロップ
供給系統図であり、図において、１はシロップ（飲料）
２を収容した飲料容器、３は飲料容器２から冷却水槽４
に浸漬した飲料冷却コイル５を経由してベンドステージ
６に配した飲料ノズル７との間に配管した飲料供給管
路、８はカップであり、前記飲料供給管路３にシロップ
ポンプ９を接続して飲料容器１から注出したシロップ２
をカップ８に供給するようにしている。

【０００４】ここで、シロップポンプ９はギヤドモータ
（電動モータ）１０に連結して駆動するピストンポンプ
であり、図５に従来におけるシロップポンプの詳細構造
を示す。図５において、９ａはシロップポンプ９のシリ
ンダ、９ｂは吸込弁（逆止弁）、９ｃは吐出弁（逆止
弁）、９ｄはＯリング９ｆが装着されたピストン、９ｅ
はピストン９ｄから背後に引出したピストンシャフトで
あり、シリンダ９ａおよびギヤドモータ１０は取付基台
１１に固定されている。ここで、ピストンシャフト９ｅ
とギヤドモータ１０の出力軸に結合したクランクディス
ク１２との間がクランクアーム１３，リンク１４を介し
て連結されている。なお、１５はピストンガイド、１６
はピストン９ｄの初期位置（ホームポジション）を検出
する検出スイッチである。

【０００５】かかる構成になるピストンポンプ９の送液
動作は周知であり、ポンプの吐出工程（往路）では、ギ
ヤドモータ１０の正転駆動によりクランクディスク１
２，クランクアーム１３，リンク１４を介してピストン
９ｄが前進し、吐出弁９ｃを開いてシリンダ９ａのポン
プ室からシロップ２を吐き出す。また、吸込工程（復
路）ではギヤドモータ１０を逆転に切換え、ピストン９
ｄを後退移動して吸込弁９ｂを開弁させ、図４に示した
飲料供給管路３を通じて飲料容器１からシロップ２をシ
リンダ９ａのポンプ室内に吸入する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記したシ
ロップポンプ９の従来構造では動作面で次記のような問
題点がある。すなわち、従来構造ではギヤドモータ１０
の回転をクランクディスク１２，クランクアーム１３を
介して直線運動に変換し、ピストン９ｄを往復動させる
ようにしている。この駆動方式では、クランクディスク
１２の回転位置によるピストン９ｄの移動速度が異な
り、図６(a) の特性線Ａで表すようにポンプの吐出工程
でのピストン速度が正弦波状に増減変化する。また、こ
のピストン速度の変化に対応してギヤドモータ１０のモ
ータ駆動電流（負荷電流）も図６(b) の特性線Ａのよう
に正弦波状に変化する。

【０００７】一方、シロップポンプ９を駆動するギヤド
モータ１０は、図６(a) のピストン最大速度に対応する
出力トルクが要求される。また、シロップポンプ９は図
４における飲料供給管路３，冷却コイル５，飲料ノズル
７などの管路抵抗に打ち勝って一定流量のシロップ送液
を確保するために比較的大きな吐出圧が必要であるのに
対して、吸込行程ではシロップ２の吸込みはシリンダ室
内の負圧を利用しているために最大でも１気圧（約１０
ｋＰａ）であり、シロップの吐出に必要なギヤドモータ
１０の駆動トルクに比べて吸込みに必要な駆動トルクは
小さい。これに対してギヤドモータ１０は、シロップポ
ンプ９の吐出工程では正転でピストン９ｄを駆動し、吸
込工程では逆転でピストンを駆動していることから、仕
様面でギヤドモータ１０に要求される定格容量はシロッ
プポンプ９の吐出動作特性で決定される。このために、
図６のように吐出工程でピストン速度，モータ駆動電流
が増減変化するようなポンプ装置では、ギヤドモータ１
０の定格容量を最大速度，最大電流に合わせる必要があ
ることから低容量化が困難であり、このことがポンプ装
置の小型化、低価格化を押し進める上での障害となって
いる。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みなされたものであ
り、その目的はシロップポンプを低定格容量のモータで
駆動でき、併せてポンプの吐出，吸込工程のストローク
エンドで不測にモータがオーバーランしてもピストンが
シリンダに衝突したり，脱落することがないように安全
機能を付与した飲料送液用ポンプ装置を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、シロップなどを収容した飲料容器
に通じる飲料供給管路に接続して飲料容器から飲料を抽
出，送液するポンプ装置で、ピストンポンプのピストン
をモータの駆動により往復動させるようにしたものにお
いて、ピストンをラック／ピニオン機構を介して正逆転
式モータに伝動結合する（請求項１）。

【００１０】上記のようにラック／ピニオン機構を介し
てポンプをモータで往復動させることにより、モータの
定速回転によりピストンも定速でストローク動作するよ
うになり、ポンプの吐出工程におけるモータの駆動トル
クが平均化して最大電流も小さくなる。これにより、ポ
ンプの吸込工程を含めてピストンを往復駆動するモータ
の定格容量を低減してポンプの小型化、低価格化が図れ
る。

【００１１】また、本発明によれば、前記ポンプ装置の
実施態様として次記のような構成がある。 (1) 飲料吐出し方向にピストンを付勢する補助ばねを付
設する（請求項２）。これにより、ポンプの吐出工程と
吸込工程との間でモータの駆動トルクが差が縮小してモ
ータの最大所要トルクをより一層下げることができる。

【００１２】(2) ラックの歯列長さを、ピストンの実動
ストロークよりも大きく、かつポンプの往路行程でピス
トンがシリンダの端面に衝突せず、復路行程でピストン
がシリンダから抜け出ない範囲に設定する（請求項
３）。これにより、ピストンを押込む往路行程の終端で
モータが停止せずにオーバーランした場合でも、ラック
とピストンとの噛み合いが外れてそれ以上にモータ動力
がピストンに伝達されなくなるので、ピストンがシリン
ダに衝突するおそれはない。同様に吸込工程の終端でモ
ータが停止セズにオーバーランした場合でも、ラックと
ピストンとの噛み合いが外れてモータ動力がピストンに
伝達されなくなるので、誤ってピストンがシリンダから
抜け出るおそれはなく、これにより安全性が確保され
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図５
に対応する部材には同じ符号を付してその詳細な説明は
省略する。 〔実施例１〕図１は本発明の請求項１に対応する実施例
の構成図である。この実施例においては、シロップポン
プ９のピストン９ｄに結合したシャフト９ｅに対し、そ
の長手方向にラック１７を取付け、このラック１７の歯
列と噛み合うピニオン１８を正逆転式のギヤドモータ１
０の出力軸に連結してモータの回転力でピストン９ｄを
往復駆動するようにしている。また、シャフト９ｅを挟
んでピニオン１８と反対側にはガイドローラ１９を備
え、さらにシャフト９ｅの後端部に対向してピストンの
原点位置を検出するスイッチ１６を配してギヤドモータ
１０を制御するようにしている。そして、飲料の販売指
令によりギヤドモータ１０を原点位置から始動し、ラッ
ク／ピニオン機構を介してピストン９ｄを往復動作させ
る。

【００１４】なお、ピストン９ｄの往路行程ではモータ
１０を正転，復路行程では逆転するようにし、あらかじ
め設定したモータ回転数とエンコーダなどで検出した回
転数とから、ピストン９ｄがシリンダ９ａに対して所定
のストローク量を往復移動するように運転制御する。次
に、シロップポンプ９の動作を説明する。まず、吐出工
程ではギヤドモータ１０の正転駆動によりラック／ピニ
オン機構を介してピストン９ｄが図示位置から前進移動
してシリンダ９ａのポンプ室を加圧し、これによりシリ
ンダ９ａの吐出弁９ｃが開弁してポンプ室内に溜まって
いるシロップ２を吐出す。この吐出工程ではギヤドモー
タ１０の回転により、ピストン９ｄは図６(a) の特性線
Ｂで示すように吐出工程の始端，終端を除いて定速移動
するようになる。これにより、ギヤドモータ１０に掛か
る負荷も一定、したがってモータ駆動電流も図３(b) の
特性線Ｂに示すように一定となる。一方、吸込工程で
は、ギヤドモータ１０の逆転駆動によりピストン９ｄが
後退移動してポンプ室を負圧にし、これにより吸込弁９
ｂが開弁してシロップ２をシリンダ内に吸い込む。

【００１５】〔実施例２〕図２は本発明の請求項２に対
応する実施例の構成図であり、この実施例において、は
シロップポンプ９のピストンシャフト９ｅに取付けたピ
ン９ｇとピストンガイド１５との間に引っ張りばねとし
ての補助ばね１０が架け渡してある。この補助ばね１９
はピストン９ｄをシリンダ９ａに押し込む方向に付勢
し、吐出工程でギヤドモータ１０に加わる負荷を軽減す
る役目を果すものであり、そのばね力は、補助ばね無し
の条件で吐出，および吸込動作に必要なモータ駆動力の
差のほぼ半分程度に設定するものとする。

【００１６】かかる構成により、図７の特性図で表すよ
うに、ポンプ吐出工程では補助ばね１９のばね力がピス
トン９ｄを押出す方向に働くので、その分だけギヤドモ
ータ１０の駆動トルクは低減され、その最大トルクＴ₁
はポンプ吐出力に対してΔＴだけ低くて済む。一方、吸
込工程では、ギヤドモータ１０の駆動力（逆転）に対し
て補助ばね１９が抵抗として作用するので、その分だけ
ギヤドモータ１０の駆動トルクＴ₂ は増加するが、その
大きさは吐出工程での最大トルク以下（Ｔ₁ ≧Ｔ₂ ）で
あり、これにより先記実施例１に比べて、ポンプの吐
出，吸込工程を含めてギヤドモータ１０に要求される最
大トルクが一層低減する。

【００１７】〔実施例３〕次に本発明の請求項３に対応
する実施例の構成を図３に示す。この実施例において
は、ラック１７の歯列長Ｌを次のように設定する。すな
わち、シロップポンプ９の吐出，吸込工程でピストン９
ｄが往復移動する実動ストロークをＬ₀ 、ピストンの往
路行程でそのストロークエンドをオーバーランしてピス
トン９ｄがシリンダ９ａの端面に衝突するまでの距離を
Ｌ₁ 、ピストンの往路行程でそのストロークエンドをオ
ーバーランしてピストン９ｄがシリンダ９ａの開口端面
から抜け出るまでの距離をＬ₂ として、ラック１７の歯
列長ＬはＬ₀ ＜Ｌ＜Ｌ₀ ＋Ｌ₁＋Ｌ₂ に設定する。

【００１８】かかる構成により、シロップポンプ９の吐
出，吸込工程でギヤドモータ１０を正転／逆転制御する
過程、制御系統などの異常で正規の位置に停止せずにオ
ーバーランした場合でも、ピストン９ｄの往路行程（吐
出）ではピストンがシリンダ９ａの端面に衝突する以前
にラック１７とピニオン１８との噛み合いが外れてモー
タ動力がピストン９ｄに伝達されなくなる。また、復路
行程（吸込）ではピストン９ｄシリンダ９ａの開口端面
から抜け出る前にラック１７とピニオン１８との噛み合
いが外れてモータ動力がピストン９ｄに伝達されなくな
る。これにより、シリンダ９ａとピストン９ｄの不要な
衝突、およびピストン９ｄの脱落事故を未然に回避して
安全が確保される。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成により
次記の効果を奏する。 (1) 本発明の請求項１の構成によれば、ラック／ピニオ
ン機構を介してポンプのピストンを正逆転式モータに伝
動結合したことにより、モータの定速回転でピストンが
定速で往復移動するようにるので、吐出，吸込工程での
モータの駆動トルク，したがってモータの駆動電流も一
定となる。これにより、モータとピストンとの間をクラ
ンク機構を介して伝動結合した従来のポンプ装置と比べ
て、モータに要求される最大駆動トルクが低減し、これ
に合わせてモータの定格容量を低めてポンプ装置の小
型，低価格化が図れる。

【００２０】(2) 本発明の請求項２の構成によれば、ポ
ンプのピストンを飲料吐出し方向に付勢する補助ばねを
付設したことにより、ポンプの吐出工程と吸込み工程に
おけるモータの駆動トルクを平均化してモータに要求さ
れる駆動トルクをさらに低めることができ、これにより
モータ容量をより一層低減することができる。 (3) さらに、本発明の請求項３の構成によれば、ラック
の歯列長さを、ピストンの実動ストロークよりも大き
く、かつポンプの往路行程でピストンがシリンダの端面
に衝突せず、復路行程でピストンがシリンダから抜け出
ない範囲に設定したことにより、ポンプの吐出，吸込工
程のストロークエンドでモータがオーバーランしてもピ
ストンがシリンダに衝突したり，脱落することがなく、
これによりポンプ装置の安全性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係るポンプ装置の構成図

【図２】本発明の実施例２に係るポンプ装置の構成図

【図３】本発明の実施例３に係るポンプ装置の構成図

【図４】カップ式飲料自動販売機のシロップ飲料系統図

【図５】図４に飲料系統に採用したシロップポンプの従
来構成図

【図６】シロップポンプの吐出工程における動作特性図
であり、(a),(b) はそれぞれ従来例と本発明実施例を対
比して表したピストン速度，モータ駆動電流の特性図

【図７】本発明の実施例２によるポンプ装置の吐出，吸
込工程の動作特性図

【符号の説明】

１ 飲料容器 ２ シロップ ３ 飲料供給管路 ９ シロップポンプ ９ａ シリンダ ９ｂ 吸込弁 ９ｃ 吐出弁 ９ｄ ピストン １０ ギヤドモータ １７ ラック １８ ピニオン １９ 補助ばね Ｌ ラックの歯列長

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水谷 克己 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3E047 AA01 BA02 DC04 3H075 AA01 BB03 CC11 CC34 DB03 DB32

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シロップなどを収容した飲料容器に通じる
   飲料供給管路に接続して飲料容器から飲料を抽出，送液
   するポンプ装置であり、ピストンポンプのピストンをモ
   ータ駆動により往復動させるようにしたものにおいて、
   ピストンをラック／ピニオン機構を介して正逆転式モー
   タに伝動結合したことを特徴とする飲料送液用ポンプ装
   置。
2. 【請求項２】請求項１記載のポンプ装置において、ピス
   トンを飲料吐出方向に付勢する補助ばねを付設したこと
   を特徴とする飲料送液用ポンプ装置。
3. 【請求項３】請求項１，または２記載のポンプ装置にお
   いて、ラックの歯列長さを、ピストンの実動ストローク
   よりも大きく、かつポンプの往路行程でピストンがシリ
   ンダの端面に衝突せず、復路行程でピストンがシリンダ
   から抜け出ない範囲に設定したことを特徴とする飲料送
   液用ポンプ装置。