JP2001317978A - 定量吐出システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設定流量の流体を正確に吐出する定量吐出シ
ステムを提供すること。 【解決手段】 二次側への流体の流れを操作する流体操
作手段３と、計測室内に一対の噛合したギアが回転自在
に軸支され、計測室を通る流体の流体圧によって回転し
て流体を２次側へ送り出すものであって、ギヤの回転を
検出する検出センサを備える流量計測手段２と、検出セ
ンサからの検出信号に基づいて流体の流量を算出して流
体操作手段３を制御する制御手段５とを有する定量吐出
システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、設定流量に従って
流体を吐出する定量吐出システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】定量吐出システムは、予め設定された量
の流体を送るようにしたものであるが、例えば半導体製
造設備で試液の搬送を行う場合、従来からシリンダポン
プやピストンポンプが使用され、１回又は１サイクルの
ポンプ動作で予め決められた量の試液の送って容器など
への定量吐出が行われていた。また、その他の分野で
も、例えば飲料供給装置では、羽根車を利用した流量計
が使用され、ジュースの原液となるシロップと希釈水と
を一定の割合で混合するため、流量計の計測に従って電
磁弁の開閉動作を制御して定量吐出することが行われて
いた。

【０００３】こうした定量吐出システムの具体例とし
て、例えば飲料供給装置に利用した特公平１−２３４０
０号公報のものを挙げることができる。当該公報の定量
吐出システムは、シロップと希釈水とを所定の混合比で
分与できるように、シロップを吐出するためのシロップ
バルブと、希釈水を吐出するための希釈水バルブとを有
し、これらの開閉を制御するためのマイクロコンピュー
タを始めとする制御手段が設けられている。飲料供給装
置の場合、味を保証するためには予め決められた量（混
合比）のシロップと希釈水とを正確に吐出する必要があ
るからである。

【０００４】そのため、シロップ及び希釈水の各バルブ
は、同時点に循環的に開放され、シロップバルブは予め
設定された量のシロップが吐出されるまで開き続け、ま
た希釈水バルブはシロップに対して所定の混合比となる
だけの希釈水が吐出するのに必要な時間だけ開き続け
る。こうした定量吐出の制御は、シロップ及び希釈水の
流路上にシロップ流量計と希釈水流量計とがそれぞれ配
管され、そこを通過する流体の流量に比例した周波数を
持つパルス系の速度信号がそれぞれ発信される。そし
て、シロップ流量計及び希釈水流量計からの信号はマイ
クロプロセッサに受信され、そこでの演算処理により発
信された駆動信号によってシロップバルブ及び希釈水バ
ルブの開閉が制御される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、今日では需
要者の嗜好の多様化にともなって飲料の種類が増え、飲
料供給装置で扱われるシロップの種類も増加してきてい
る。そして、そのような数多くの異なったシロップはそ
れぞれ固有の濃度や粘性を有している。そのため、従来
の定量吐出システムでは、こうした各シロップ毎の固有
の情報を記憶した特性モジュールを有し、異なったシロ
ップを使用する場合にシロップの変更の度に手動にて行
う装置の調整を不要なものとしていた。

【０００６】しかしながら、従来のものは制御用コント
ローラが複雑になって装置自体が高価なものとなり、し
かもオペレータが行う調整作業も煩雑で作業性が悪かっ
た。羽根車式流量計の場合、羽根車の加減速を考慮して
推定計算処理を行うので、正確に流量を計測するために
は異なるシロップの粘性に応じたシロップ毎の粘性係数
を予め入力しておかなければならないからである。更に
は、こうした粘性係数データを持っていたとしても、シ
ロップの粘性は温度の影響によって変化してしまうた
め、定量吐出するためには、シロップの温度管理を行う
か、そうでなければ温度変化による粘性変化に応じて粘
性係数データを補正する必要があった。

【０００７】こうしたことは飲料供給装置に限ったこと
ではなく、様々な分析装置や生産設備装置などでも実際
に起きている問題であり、例えば先に挙げた半導体製造
設備内で試液を搬送する場合にも、各種試液による粘度
の違いや温度の影響によって設定流量分を正確に吐出す
ることが困難であった。

【０００８】そこで、本発明は、かかる問題を解決すべ
く、設定した量の流体を正確に吐出する定量吐出システ
ムを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の定量吐出システ
ムは、二次側への流体の流れを操作する流体操作手段
と、計測室内に一対の噛合したギアが回転自在に軸支さ
れ、当該計測室を通る流体の流体圧によって回転して流
体を２次側へ送り出すものであって、当該ギヤの回転を
検出する検出センサを備える流量計測手段と、前記検出
センサからの検出信号に基づいて流体の流量を算出して
前記流体操作手段を制御する制御手段とを有することを
特徴とする。よって、このような定量吐出システムによ
れば、流量計測手段を構成するギヤの回転数に比例して
流量が流れるため、そのギヤの回転数を計測することに
よって正確な流量を検出することができ、設定した量の
流体を正確に吐出することが可能である。

【００１０】また、本発明の定量吐出システムは、前記
流量計測手段が、長円形に形成された計測室内に、一対
の楕円形をした楕円ギヤが噛合したものであることを特
徴とする。よって、その楕円ギヤによれば計測室で囲ん
だ空間を広くとることができ、その楕円ギヤが回転した
際に２次側へ送る流体の流量を多くすることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る定量吐出シス
テムの一実施形態について図面を参照して説明する。本
実施形態の定量吐出システムは、試液搬送に利用したも
のであり、図１は、本実施形態の定量吐出システムを示
したブロック図である。この定量吐出システム１は、例
えば工場外に設置された試液タンク７から工場内の容器
８に定量の試液（以下、「流体」とする）を搬送するた
めのものであり、試液タンク７から容器８に接続された
搬送管９の途中に配管されている。定量吐出システム１
は、上流の試液タンク７側から順に流量計２と電磁弁３
とが配管され、その流量計２及び電磁弁３にコントロー
ラ５が接続されている。コントローラ５にはマイコンが
使用され、ＣＰＵを中心に流量計２の信号を受信する入
力部、電磁弁３への開閉信号を送信する出力部、そして
ＣＰＵの演算処理に必要なデータを一時記憶するための
記憶部を備えている。

【００１２】そして定量吐出システム１には、流量計２
と電磁弁３とが一体となったバルブユニットが使用され
ている。図２は、このバルブユニットを示した断面図で
ある。バルブユニット１０は、図示するように流路の形
成されたバルブボディ１１に、流量計２と電磁弁３とが
一体に組み付けられたものである。バルブボディ１１
は、直方体形状のブロックであって、底面に開設された
入力ポート１２から側面に開設された出力ポート１３ま
での流路が形成され、その流路の途中に流量計２及び電
磁弁３が設けられている。

【００１３】ここで図３は、図２のＸ方向から見たバル
ブボディ１１内の流量計２を示した図である。バルブボ
ディ１１の当該側面には計測室２１が形成され、そこに
入力ポート１２側に連通する入力側流路１４が、電磁弁
３側（出力ポート１３側）に連通する弁側流路１５が上
側に開設されている。流量計２は、その計測室２１内の
一対の楕円ギヤ２２，２３から構成されたものであり、
長円形の計測室２１内に軸支された楕円ギヤ２２，２３
が、ギヤポンプの如く噛み合って内壁と最小の隙間を保
ちながら回転するように形成されている。そして、バル
ブボディ１１には、計測室２１を囲む環状溝にシール用
のＯリング２４がはめ込まれ、その計測室１２がフタ２
６によって気密に閉じられている。

【００１４】更に図４は、図２に示したバルブユニット
１０のＡ−Ａ断面を示した図である。この図に示すよう
に、一方の楕円ギヤ２２にはマグネット２５が埋設さ
れ、またフタ２６には磁気センサ２７が埋設されてい
る。即ち、本実施形態の流量計２は、楕円ギヤ２２，２
３を回転させながら流れる流体流量を、楕円ギヤ２２の
回転数をカウントすることで計測するようにした容積式
流量計である。

【００１５】次に、計測室２１に接続された弁側流路１
５の入口には、フローワッシャ１７が挿入され、フタ２
６を固定した際に押エ部材１８に押さえ込まれて位置決
めされている。このフローワッシャ１７は、流量計２を
通って流れる流体の圧力変動が大きい場合に流体流量を
一定にするためのものであり、ノズルが中心に形成され
たリング状の部材である。弁側流路１５は、電磁弁３が
装着された弁室４１へと連通し、弁室４１内に突設され
た弁座４２の弁孔４３を通って出力ポート１３へとつな
がっている。電磁弁３は、下方に付勢されたプランジャ
４４が弁体４５を保持し、そのプランジャ４４が、コイ
ル４６の通電によって磁化したコア４７に吸着保持され
るよう構成されている。

【００１６】続いて、このような定量吐出システム１で
は、設定流量の流体がバルブユニット１０を通って搬送
され、搬送先である容器８内に吐出される。即ち、試液
タンク７内の流体は加圧装置によって加圧され、搬送管
９を通って容器８へと圧送されるが、その際、バルブユ
ニット１０を通って流れる流体の流量が流量計２で検出
され、それに基づいて電磁弁３の開閉制御が行われる。
そこで先ず、図２乃至図４を参照しながら、バルブユニ
ット１０内の流体の流れについて説明する。

【００１７】バルブユニット１０では、入力ポート１２
から入った流体が入力側流路１４を通って計測室２１へ
流入し、その計測室２１へと流れ込んだ流体の流体圧に
よって一対の楕円ギヤ２２，２３が回転する。計測室２
１内に流入した流体の流体圧は、例えば楕円ギヤ２２，
２３が図３に示す回転位置にある場合、縦長状態の楕円
ギヤ２２には反時計方向へ作用し、横長状態の楕円ギヤ
２３には左右に同じように作用する。従って、噛み合っ
た楕円ギヤ２２，２３には、力のバランスによって図３
の矢印で示す方向に回転が与えられ、流体が計測室２１
の壁面に沿って外回りに流れることとなる。

【００１８】こうして計測室２１を通った流体は、圧力
変動が大きい場合にでもフローワッシャ１７によって一
定流量の流れとなって弁側流路１５から弁室４１へと流
れ込み、弁室４１内の流体は、電磁弁３の開閉によって
出力ポート１３から排出される。電磁弁３は、コイル４
６への通電によりコア４７が励磁されると、プランジャ
４４が下方への付勢力に抗してコア４７へ吸引されて上
昇し、それによって弁体４５が弁座４２から離間して弁
が開けられる。そして、コイル４６への通電が止められ
れば、プランジャ４４が下方へ押し下げられ弁体４５が
弁座４２へ当接して弁が閉じられる。

【００１９】そして、こうした流体の流れを調整する電
磁弁３の開閉が、流量計２から送信される検出信号に基
づいて制御される。先ず、定量吐出システム１は不図示
の流量設定キーを備え、オペレータの入力によって容器
８に吐出する流量設定が行われる。そして、スタートス
イッチが入れられると、流量設定信号がコントローラ４
に送信され記憶され、この設定流量データに基づいた流
体の搬送、即ち容器８への定量吐出が実行される。そこ
で、オペレータによってスタートスイッチが入れられる
と、コントローラ１０から電磁弁３に開信号が送られて
弁が開き、流路内に充填されている流体が流れて楕円ギ
ヤ２２，２３が回りだす。そのため、流量計２を通って
流れる量の流体が容器８へと吐出され、その流量（吐出
量）が確認される。

【００２０】流体は、楕円ギヤ２２，２３の回転数に比
例した流量が流量計２を通って電磁弁３側へと流れる。
そして、この楕円ギヤ２２，２３の１回転当たりの流量
は、予め計算によって算出し、又は実測によって確認が
行われている。そのため、磁気センサ２７が楕円ギヤ２
２に埋設されたマグネット２５の回転を検出し、その検
出信号がコントローラ４（図１）へ送信される。コント
ローラ４では、その検出信号をカウントして楕円ギヤ２
２の回転数から流れた流体の流量を算出する。こうし
て、流量計２から送られる検出信号のカウント積算値に
よって吐出流量が導き出され、流体の吐出が設定流量に
達したか否かが確認できる。そして、流体の吐出が設定
流量に達したところでコントローラ１０から電磁弁３へ
閉信号が送信されて弁が閉じられる。

【００２１】よって、こうした本実施形態の定量吐出シ
ステムでは、設定した正確な流量で流体を吐出すること
ができるようになった。これは、流量計２の場合、楕円
ギヤ２２，２３の回転に伴う容積分だけしか流体が流れ
ないため、搬送及び吐出流量が楕円ギヤ２２，２３の回
転数に常に比例するからであり、流体の粘性が如何に変
化しようとも、流量計２から発信される検出信号は常に
流量と一対一に対応するからである。そのため、流量計
２から発信される検出信号に基づいてコントローラ４が
電磁弁３の開閉を制御することにより、設定した量の流
体を正確に吐出することができるようになった。

【００２２】更に、この流量計２を使用した定量吐出シ
ステムでは、単純な演算処理にって正確な流量の吐出を
保証することができるようになった。そこで、流量計に
羽根車を使用した従来の定量吐出システムとの比較を行
った。図５は、流体の流れと流量計出力とのグラフを比
較した図である。特に、図５（Ａ）は、単位時間当たり
流量一定で流れる流体の流れの有無を示し、図５（Ｂ）
は、容積式をした流量計２から発信される信号の単位時
間当たりのパルス数、そして図５（Ｃ）は、羽根車式流
量計からの同様のパルス数をそれぞれ示したものであ
る。これらは、全てゼロ時を合わせて同じ時間単位で横
軸を示している。

【００２３】そこで、先ずＴ１時にバルブを開くと、図
５（Ａ）で示すように配管内の流体が流れ始め、一定の
割合で流体の吐出が行われる。このとき、流量計２の場
合には、Ｔ１直後から流体の流れに従って楕円ギヤ２
２，２３が一定の回転数で回り出し、図５（Ｂ）で示す
ように単位時間当たり一定数のパルスが出力される。こ
れに対して羽根車式流量計の場合には、流体が流れ始め
たＴ１直後は、慣性によって羽根車の動き出しが遅れ
る。そのため、図５（Ｃ）のように立ち上がりに遅れが
生じてしまう。一方、Ｔ２時にバルブを閉じると、図５
（Ａ）で示すように配管内の流体はその時点で止められ
る。このとき、流量計２の場合には、流体の流れと同時
に楕円ギヤ２２，２３の回転も止められるため、図５
（Ｂ）で示すように出力停止がＴ２時に一致する。これ
に対して羽根車式流量計の場合には、流体の流れが止め
られたＴ２後も慣性によって羽根車が回転し続け、図５
（Ｃ）のように余分に信号が出力されてしまう。

【００２４】従って、羽根車式流量計の場合には、流体
の流れ始めと停止時に遅れが生じることから、それを補
正した演算処理が必要であり、しかもそれは流体の粘性
によっても異なるため、非常に複雑な演算処理になって
しまう。これに対し、容積式の流量計２による定量吐出
システムでは、流量計２から送信される信号のパルス数
をカウントするだけで正確な流体の吐出流量を計算で
き、その結果、単純な演算処理による電磁弁３の開閉制
御が可能となった。更に、羽根車式流量計では、粘性と
羽根車の構造とによって羽根車が回転しないこともある
が、容積式の流量計２においてそうした問題は全く起こ
り得ないため、定量吐出システムの用途範囲が広い。

【００２５】更に、定量吐出システムには、例えば電磁
弁３ではなくシリンダポンプなどを使用し、図１に示す
試液タンク７から容器８への試液の搬送を行うようにし
たものがある。しかし、こうしたものはポンプの実流量
と想定流量とに誤差が生じたとしても、寿命やポンプ効
率の変化などを含めて誤差を検証することができなかっ
た。更に、ポンプの場合、１回又は１サイクルのポンプ
動作での分解能が流体吐出の最小単位となるため、細か
い流量設定ができなかった。しかし、流量計２によれば
正確な流量を計測できるため、設定した流量と実流量と
の差を比較してポンプ吐出流量を増減させて設定量に合
わせることができ、設定積算流量に達した時点で正確に
ポンプ動作を停止させることができる。更には、ポンプ
動作中の流量異常やポンプ停止時の液漏れや弁詰まりな
どの異常を、流体の流れを正確に検出するを流量計２か
らの信号異常によって検出することができる。

【００２６】また、前述した定量吐出システム１では、
試液タンク７側から圧送された流体を送るため、試液タ
ンク内の流体の量によって圧力変動が生じることがあ
る。そうした場合、流量計２で正確な流量計測を行って
も吐出流量が不均一になることが起こり得る。そのた
め、バルブユニット１０にはフローワッシャ１７を設け
たことで、定量吐出の安定性を向上させることができ
た。

【００２７】なお、本発明は前記実施形態のものに限定
されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々
な変更が可能でる。例えば、前記実施形態では定量吐出
システムを試液の搬送に利用した場合を説明したが、こ
れ以外の装置に利用するものであってもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、二次側への流体の流れを操作
する流体操作手段と、計測室内に一対の噛合したギアが
回転自在に軸支され、その計測室を通る流体の流体圧に
よって回転して流体を２次側へ送り出すものであって、
ギヤの回転を検出する検出センサを備える流量計測手段
と、検出センサからの検出信号に基づいて流体の流量を
算出して流体操作手段を制御する制御手段とを有する構
成としたので、設定した量の流体を正確に吐出する定量
吐出システムを提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る定量吐出システムの一実施形態を
示したシステムブロック図である。

【図２】定量吐出システムを構成するバルブユニットを
示した断面図である。

【図３】定量吐出システムを構成するバルブユニットを
流量計２の設けられた方向から示した側面図である。

【図４】図２に示したバルブユニット１０のＡ−Ａ断面
を示した図である。

【図５】流体の流れと流量計出力とのグラフを比較した
図である。

【符号の説明】

１ 定量吐出システム ２ 流量計 ３ 電磁弁 ５ コントローラ １０ バルブユニット ２１ 計測室 ２２，２３ 楕円ギヤ ２５ マグネット ２７ 磁気センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 要 愛知県春日井市堀ノ内町850番地 シーケ ーディ株式会社春日井事業所内 Ｆターム(参考） 2F030 CA01 CC01 CE04 CF05 CF07 CF08 CG02 CG09 3E082 BB01 CC04 CC10 DD02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次側への流体の流れを操作する流体操
   作手段と、 計測室内に一対の噛合したギアが回転自在に軸支され、
   当該計測室を通る流体の流体圧によって回転して流体を
   ２次側へ送り出すものであって、当該ギヤの回転を検出
   する検出センサを備える流量計測手段と、 前記検出センサからの検出信号に基づいて流体の流量を
   算出して前記流体操作手段を制御する制御手段とを有す
   ることを特徴とする定量吐出システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の定量吐出システムにお
   いて、 前記流量計測手段は、長円形に形成された計測室内に、
   一対の楕円形をした楕円ギヤが噛合したものであること
   を特徴とする定量吐出システム。