JP2007510100A - 流体流れを制御する弁装置及び方法 - Google Patents

Abstract

流体流れを制御する弁装置（４）は、中空の本体（２）と、弁閉鎖部材（１０）と、電気で作動可能な少なくともひとつのインダクタ（２２）とを包含し、前記中空の本体（２）が前記弁装置（４）を通る流路を画成し、前記弁閉鎖部材（１０）が前記流路内に配置され、前記流路に沿って前記流体が少量及び大量に流れるのを許容するために大きな閉鎖位置と小さな閉鎖位置との間を移動可能であって、前記流体が前記弁閉鎖部材（１０）を前記大きな閉鎖位置から前記小さい閉鎖位置にまで幾分付勢するように流れ、前記弁閉鎖部材（１０）がまた磁気部分（１１８）を包含し、前記インダクタ（２２）が、前記本体に関して固定され、前記弁閉鎖部材（１０）に作用して、この弁閉鎖部材を前記小さい閉鎖位置から前記大きい閉鎖位置にまで幾分付勢せしめる働きをする。

Description

本発明は、流体流れを制御する弁装置及び方法に関する。

例えば、ＥＰ−Ａ−９０，６６４に開示されているように、ばねを用いて弁装置の弁閉鎖部材を流体の圧力に抗して閉鎖位置に付勢せしめることは普通に行われており、流体の圧力は弁装置により制御される。このような弁装置では、流体、特に液体の特性に合わせて弁閉鎖部材の開きの大きさを調節するために、液体を弁装置に供給するポンプのポンピング率を調節することができる。しかしながら、もし要求されるポンピング率が比較的低い場合には、ばねが弁閉鎖部材をほとんど閉じたようにせしめ、その結果、液体が横方向外向きに追いやられ、したがって、容器の口部の内壁への液体の好ましくないはね飛ばしを生じせしめる。反対に、もし要求されるポンピング率が比較的高い場合には、ばねが弁閉鎖部材をほとんど完全に開くようにせしめ、その結果、液体がほとんど垂直方向下向きに追いやられ、したがって、容器内の液体の好ましくない泡立ちを助長せしめる。

また、例えば、ＥＰ−Ａ−３２９，２８７及びＥＰ−Ａ−１，３１６，７５０により、インダクタを用いて弁閉鎖部材をばねの作用に抗して動かし、弁閉鎖部材を開くようにすることが知られている。

上記ＥＰ−Ａ−３２９，２８７は、ばね偏倚で閉じられている逆止め弁を有するフィラーを包含する液体包装機械を開示する。この弁装置は閉鎖部材を包含し、この閉鎖部材のステムにセンタリングスパイダーが固定され、このセンタリングスパイダーのスポークは鉄部材から成る。弁ハウジングのまわりには複数のインダクタが分配され、これらのインダクタは馬蹄形の永久磁石の形である。充填カートンの製造の間中、磁石装置は閉鎖部材の働きに干渋することがないように位置させられる。しかしながら、空気がフィラーから抜き取られるとき及び／又はフィラーが蒸気殺菌されるときには、磁石装置は鉄部材をひきつけるような位置とされ、これにより、ばねの偏倚に抗して弁装置を開くようにする。

また、上記ＥＰ−Ａ−１，３１６，７５０は二方向の流体流れを制御することができる小型で低コストの比例ソレノイド弁を開示する。この弁は、パイプ内に固定されているコアと、このコア内に軸方向に固定されている中空のシャフトとを包含し、この中空のシャフトは弁座を画成すると共に弁穴を有する。そして、中空の円筒形の弁閉鎖部材が軸方向に移動可能であって、前記シャフトをガイドとして用いる。この弁閉鎖部材は、プランジャ及びばねにより駆動させられ、弁穴を開閉する。パイプの外側には、ソレノイドコイルの形のインダクタがプランジャを駆動するために設けられている。これらの弁構成部品は、パイプ内に配置されている。中空の円筒形の弁閉鎖部材の作動は、流体流れの方向により不利に影響されない。これは、二方向の流体流れの制御を可能にする。

更に、ＥＰ−Ａ−１，２７７，６９４に開示されているように、閉じばねに代えてインダクタを用いることが知られている。上記ＥＰ−Ａ−１，２７７，６９４は、流体物質の送込みのための開口と分与出口とを有する管状の本体を包含する流体物質用分与装置を開示する。管状の本体の中には、分与出口を開閉するためのプラグが設けられている。このプラグは、インダクタにより、分与出口を閉じる下降位置から分与出口を自由にして流体物質を分与することを許す上昇位置にまで上昇させられる。すなわち、インダクタは、管状の本体の外面に設けられ、管状の本体の中に磁界を発生せしめ、プラグを磁化して管状の本体に関して動かすことができる。そして、制御及び調節装置がインダクタへの電力の供給を中断したときには、プラグは重力の下でその下降位置に落下する。

更にまた、ＵＳ−Ａ−２００２／０１７７２３７は、３０μｌ程度又はそれ以下の体積の液体小滴のための分与器を開示する。この分与器は、パイプにより圧力流体送出し源に接続されている主穴を有する計量弁本体を包含する。弁本体はベースを包含し、このベースの中にはベースの上方に突出して弁座を形成するノズルが取り付けられている。そして、駆動コイル装置が弁本体の外部に取り付けられて、強磁性材料の浮動弁ボスを動かす。また、複数の感知コイルが弁本体のまわりにかつ弁本体に沿って互いに間隔を置いて離れて取り付けられて、弁ボス検出器の一部分を形成する。この弁ボス検出器は位置移動検出器として働き、その結果、弁の開閉は正確に制御することができ、最終ストップ部に対して又は弁座上における弁ボスのはね返りは、駆動コイル装置の綿密な作動により、完全には防止されないとしても、非常に最少にすることができる。

本発明の一態様によれば、流体流れを制御する弁装置において、中空の本体と、弁閉鎖部材と、電気で作動可能なインダクタと、電源装置と、制御装置とを包含し、前記中空の本体が前記弁装置を通る、前記流体のための流路を画成し、前記弁閉鎖部材が前記流路内に配置され、前記流路に沿って前記流体が少量及び大量に流れるのを許容するために大きな閉鎖位置と小さな閉鎖位置との間を移動可能であって、前記流体が前記弁閉鎖部材を前記大きな閉鎖位置から前記小さい閉鎖位置にまで幾分付勢するように流れ、前記弁閉鎖部材がまた磁気部分を包含し、前記インダクタが、前記本体に関して固定され、電気で作動されている間、前記弁閉鎖部材に作用して、この弁閉鎖部材を前記小さい閉鎖位置から前記大きい閉鎖位置にまで幾分付勢するようにし、前記電源装置が前記インダクタに接続され、前記制御装置が前記電源装置に接続され、この電源装置により前記インダクタに供給される電流を制御する働きをすることを特徴とする弁装置、が提供される。

本発明の他の態様によれば、流体流れを制御する方法において、所定方向への流路に沿っての流体流れを生じせしめ、これにより、前記流体流れが弁閉鎖部材を大きい閉鎖位置から小さい閉鎖位置にまで幾分付勢せしめること、及び、固定されているインダクタを電気で作動せしめ、これにより、前記インダクタが前記弁閉鎖部材に誘電作用して、この弁閉鎖部材を前記小さい閉鎖位置から前記大きい閉鎖位置にまで幾分付勢せしめることを包含することを特徴とする方法、が提供される。

本発明によれば、弁閉鎖部材以外には可動部品がないので、弁装置を非常に簡単な構成とすることができる。更に、もしインダクタが電磁石又は巻線である場合には、弁閉鎖部材をその大きい閉鎖位置に向かって付勢する力を、使用の変更にしたがって、例えば異なる流体の流れを制御するために、又は弁閉鎖部材が動いている間でも、変えることができる。

大きな閉鎖位置は、弁閉鎖部材が弁座上で完全に閉じて実質的に流体密の方法で弁座に当接させられている最終位置とすることができる。

本発明を明確にまた完全に開示するために、以下添付図面を参照して本発明の実施例について詳述する。

図１を参照するに、形成−充填−密封包装機械のフィラー管２の下の途中部分には、電磁弁４が設けられている。管２は、垂直に下方に延びることを必要とされず、任意の所望する方向に延びることができる。弁４は、流体、特に、例えばミルク又はオレンジジュースのような液体が管２内を流下するのを制御する。管２の下端には、フレキシブルなフィラーノズル（図示せず）が設けられている。弁装置は、管２の内部に形成した管状の肩部８により形成されて、下向きに面している管状の弁座６を包含する。管２内には、弁４の弁閉鎖部材１０が同軸で垂直に移動可能に設けられている。この部材１０は垂直ステム１２を包含し、このステム１２の下端には弁閉鎖ヘッド１４が形成されている。ヘッド１４は、図１に示した部材１０の閉鎖位置では、実質的に流体密の方法で弁座６に密封当接する。ヘッド１４は切頭円錐状である上面１４ａを有し、この上面１４ａは液体を下向きかつ外向きに向ける。部材１０は、その上端に、ステム１２に固定したラジアルスパイダー１６を包含する。このスパイダー１６は、その外周部に、案内リング１８を包含する。この案内リング１８は、管２に沿う部材１０の移動を案内し、図１に示される閉鎖位置では管２を電磁石２２の環状のエアギャップ２０とおおよそ対面して広がっている。磁石２２はコイルが巻かれている環状コアから成り（これらのコア及びコイルの両方は符号２４で一緒に示されている）、コイルにはリード線２６により電流が供給される。コア及びコイル２４は、一対の環状チャンネル２８及び３０内に収納されている。これらのチャンネル２８及び３０は、それらの外方縁でオーバラップしていると共に、それらの内方縁で間隔を置いて離れてエアギャップ２０を形成している。管２及びチャンネル２８，３０は好適には非磁性材料であり、これに対して部材１０、少なくともリング１８は磁性材料である。

図１に示される弁装置の使用において、電流はリード線２６により連続して供給され、その結果、コア及びコイル２４により発生した電磁界はリング１８を引きつけ、集中した方法でエアギャップ２０をまたぐようにリング１８を付勢せしめる。しかしながら、弁４は、弁座６上へのヘッド１４の当接が、リング１８がエアギャップ２０に関して完全にセンタリングすることを防止し、したがって部材１０に閉じ力を与えるように、設計されている。部材１０は、電磁界が適当な強さで維持されている限りは、すなわち、部材１０が電磁界により生じた上向きの閉じ力よりも大きい下向きの開き力にさらされるまでは、閉じたままである。このような下向きの開き力は、通常、容器内に充填しようとする製品の流れにより生じ、この製品流れはフィラーポンプにより発生させられる。製品流れが終わると、部材１０は電磁界により部材１０に与えられた上向きの力の下でその閉鎖位置に戻る。

図１を参照して述べた弁装置は、多数の利点を有する。そのひとつの利点は、弁閉鎖部材１０以外には可動部品がなく、したがって、閉じ力が機械的ばねにより生じさせられている場合によりも、摩耗及び引き裂きが少ないことである。また、閉じ力は、リード線２６により供給される電流の大きさを調節することによって容易に調節可能である。コイルを通る電流の大きさの、このような容易な調節は、応力感知性製品への応力（特に、せん断）を減少せしめることが望まれている適用において、非常に有益である。より詳細には、電流の大きさの適当な調節により、問題の液体に対して横方向への外向き追放とほとんど垂直の方向への下向き追放との適当な妥協である部材１０の開き位置を達成することができる。更に、閉じ力の大きさは、電磁界及びエアギャップ２０と案内リング１８との間の距離に依存し、すなわち、この距離が大きいと閉じ力を下げる。この特徴は、特に、反漸進力（機械的ばねにより得られる力と反対の力である）が要求される又は有用である適用において、有益である。

次に図２を参照するに、弁装置は電磁コイル３２の形の複数のインダクタを包含し、これらの電磁コイル３２は対応する複数の磁界を作るように互いの頂部上に同軸に積重されている。これにより、それぞれの磁界の強さを互いに独立して増大又は減少することによって、一定の製品圧力と無関係に、弁閉鎖部材１０の位置を制御することができる。換言すれば、コイル３２は、部材１０の位置の制御が可能であるリニアモータを形成するように配設されている。この目的のためには、弁閉鎖部材１０の実際の位置を決定するためのリニアエンコーダが設けられ、その結果、個々のコイル３０に供給される電流を制御することができる。

図２を参照して述べた変形例の他の利点は、弁閉鎖部材１０の行程を、部材１０による減少した閉鎖の一層遠い位置での部材１０の移動の制御の損失なしに、延ばすことができることである。

一般には、本発明は、弁装置を、著しく衛生的にすることができること（管２の壁を通してアクセスすることが必要とされないので）、比較的安価にすることができること、適用に順応性があるようにできること、及び広い分野の適用のために使用することができること（例えば、本発明は上記ＥＰ−Ａ−９０，６６４に開示されている弁装置に容易に適用することができる）の利点を有する。

包装機械の充填ステーションに設けられた本発明によるフィラー弁装置の一部分の軸方向垂直断面図である。 上記フィラー弁装置の変形例の概略斜視図である。

Claims (12)

1. 流体流れを制御する弁装置において、中空の本体と、弁閉鎖部材と、電気で作動可能なインダクタと、電源装置と、制御装置とを包含し、
   前記中空の本体が前記弁装置を通る、前記流体のための流路を画成し、
   前記弁閉鎖部材が前記流路内に配置され、前記流路に沿って前記流体が少量及び大量に流れるのを許容するために大きな閉鎖位置と小さな閉鎖位置との間を移動可能であって、前記流体が前記弁閉鎖部材を前記大きな閉鎖位置から前記小さい閉鎖位置にまで幾分付勢するように流れ、前記弁閉鎖部材がまた磁気部分を包含し、
   前記インダクタが、前記本体に関して固定され、電気で作動されている間、前記弁閉鎖部材に作用して、この弁閉鎖部材を前記小さい閉鎖位置から前記大きい閉鎖位置にまで幾分付勢するようにし、
   前記電源装置が前記インダクタに接続され、
   前記制御装置が前記電源装置に接続され、この電源装置により前記インダクタに供給される電流を制御する働きをする、
   ことを特徴とする弁装置。
2. 請求項１記載の弁装置において、前記弁閉鎖部材以外に可動部品を有していないことを特徴とする弁装置。
3. 請求項１又は２記載の弁装置において、更に、前記流路に設けた弁座を包含し、前記大きな閉鎖位置は、前記弁閉鎖部材が前記弁座上で完全に閉じて実質的に流体密の方法で前記弁座に当接させられる最終位置であり、前記弁座が前記流路の下流に面しており、これにより前記小さい閉鎖位置が前記大きな閉鎖位置よりも前記流路の更に下流であることを特徴とする弁装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の弁装置において、前記電気で作動可能なインダクタを複数包含し、これらのインダクタが、前記本体に関して固定され、電気で作動されている間、前記弁閉鎖部材を幾分付勢するように作用し、これらのインダクタが前記電源装置に接続され、前記制御装置が前記電源装置により前記インダクタの各々に供給される電流を制御する働きをし、前記複数のインダクタがリニアモータを構成していることを特徴とする弁装置。
5. 請求項４記載の弁装置において、更に、前記制御装置に接続されているリニアエンコーダを包含し、これにより、前記流路に沿う前記弁閉鎖部材の位置を決定可能であることを特徴とする弁装置。
6. 出力が充填容器である機械のフィラーにおいて、請求項１〜５のいずれか一項に記載の弁装置を包含することを特徴とするフィラー。
7. 流体流れを制御する方法において、所定方向への流路に沿っての流体流れを生じせしめ、これにより、前記流体流れが弁閉鎖部材を大きい閉鎖位置から小さい閉鎖位置にまで幾分付勢せしめること、及び、固定されているインダクタを電気で作動せしめ、これにより、前記インダクタが前記弁閉鎖部材に誘電作用して、この弁閉鎖部材を前記小さい閉鎖位置から前記大きい閉鎖位置にまで幾分付勢せしめることを包含することを特徴とする方法。
8. 請求項７記載の方法において、更に、前記インダクタに供給される電流を変化させることを特徴とする方法。
9. 請求項７又は８記載の方法において、前記大きい閉鎖位置は、前記流体流れが前記弁閉鎖部材を通り過ぎるのを前記閉鎖部材が防止する最終位置であり、前記小さい閉鎖位置が前記大きい閉鎖位置よりも前記流路の更に下流であることを特徴とする方法。
10. 請求項７〜９のいずれか一項に記載の方法において、前記電気で作動可能なインダクタを複数包含し、これらのインダクタが固定されて、前記弁閉鎖部材に作用し、この弁閉鎖部材を前記小さい閉鎖位置から前記大きい閉鎖位置にまで幾分付勢せしめることを特徴とする方法。
11. 請求項１０記載の方法において、更に、前記流路に沿う前記弁閉鎖部材に位置を決定すること、及び前記インダクタの各々に供給する電流を制御することを包含することを特徴とする方法。
12. 請求項７〜１１のいずれか一項に記載の方法において、更に、前記弁閉鎖部材の下流で容器を前記流体で充填することを包含することを特徴とする方法。
    

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