JP2015036660A - 液体混合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２種以上の液体を同時に計量しながら吸入して一個の容器に注入する処理を、自動的に連続的に行う。
【解決手段】原材料容器１４から指定された量だけ液体を計量しながら吸入し、かつ、計量しながら液体を排出する計量シリンダー２２と、吸入パイプ１８から計量シリンダー２２の方向にだけ液体の流れを許容し、計量シリンダー２２から注入パイプ２７の方向にだけ液体の流れを許容する逆止弁装置２０と、混合される液体を収容する混合液容器の口３１の直上から注入パイプ２７を通じて注入される液体を、混合液容器３０内に流下させる注入ノズル２８を備える。この注入ノズル２８は、計量シリンダー２２が停止している状態で注入パイプ２７の内部の液体が自重により流下しない開口径に設定される。全ての注入ノズル２８の開口は混合液容器の口３１の直上に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、２種以上の液体を自動的に計量してから混合する液体混合装置に関する。

先行技術として、薬液その他の液体材料を精密に計量して混合するための装置が各種開発されている（特許文献１〜３）。

特開平８−２７２４５６号公報 特開２００９−２７５２号公報 特開２０１０−１７９０３９号公報

既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
既知の装置は、２種以上の液体をそれぞれ計量して一個の容器に収容し混合する処理を自動化するように工夫されている。こうした既知の装置では、次のような解決すべき課題が生じていた。
（１）精密にそれぞれの液体を計量してカップ等に入れてから一個の容器に移す処理を、液体の種類分だけ繰り返すと、調合作業に多くの時間を必要とし、作業性が悪い。
（２）予め大量に精密計量した液体を混合しておき、容器に小分けする方法は、そのつど多種多様な混合割合を要求される用途には不向きである。しかも、混合する液体の種類を変更するたびに混合容器や小分けのための配管を洗浄しなければならず、作業性が悪い。
上記の課題を解決するために、本発明は次のような液体混合装置を提供することを目的とする。
（１）２種以上の液体を混合する場合に、精密に液体を計量して吸入し、一個の容器に同時に注入する処理を自動的に連続的に行うことができる装置を提供する。
（２）２種以上の液体を同時に一気に吸入して一個の容器に同時に注入することで、既存の装置に比べて調合時間を大幅に短縮した装置を提供する。

以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。

＜構成１＞
混合すべき２種以上の液体をそれぞれ収容する原材料容器と、
この原材料容器から液体を吸入する吸入パイプと、
この吸入パイプを通じて指定された量だけ液体を計量しながら吸入し、かつ、注入パイプに対して計量しながら液体を排出する計量シリンダーと、
上記吸入パイプから上記計量シリンダーの方向に液体の流れを許容し、その逆方向の液体の流れを阻止する第一弁と、上記計量シリンダーから上記注入パイプの方向に液体の流れを許容し、その逆方向の液体の流れを阻止する第二弁とを有する逆止弁装置と、
混合される液体を収容する混合液容器の口の直上から上記注入パイプを通じて注入される液体を混合液容器内に流下させる注入ノズルとを備え、
この注入ノズルは、計量シリンダーが停止している状態で上記注入パイプの内部の液体が自重により流下しない開口径に設定されており、
上記全ての注入ノズルの開口が混合液容器の口の直上に配置されており、
上記計量シリンダーを一斉にそれぞれ指定された量の液体を吸引するように駆動し、その後、吸引した量だけの液体を一斉に排出するよう駆動する制御装置を備えたことを特徴とする液体混合装置。

＜構成２＞
上記全ての注入ノズルは、混合液容器の口の直上に、同じ高さに配置され、互いに接触しないように間隔を開けて配置されていることを特徴とする構成１に記載の液体混合装置。

＜構成３＞
全ての上記注入パイプを個別に接続する注入パイプと同数のコネクタと、注入パイプ中の液体を注入ノズルに導入し、全ての注入ノズルの開口を混合液容器の口の直上に配置するように保持する注入口装置を備えたことを特徴とする構成１または２に記載の液体混合装置。

＜構成４＞
同一の液体を吸引する複数の計量シリンダーが含まれることを特徴とする構成１乃至３のいずれかに記載の液体混合装置。

＜構成５＞
複数の計量シリンダーが同一の原材料容器から液体を吸引することを特徴とする構成４に記載の液体混合装置。

＜構成１の効果＞
２種以上の液体を計量シリンダーにより同時に一気に吸入して、吸入した分量だけ、混合液容器に同時注入できる。
＜構成２の効果＞
２種以上の液体を同時に取り扱うにもかかわらず、混合液容器に注入するまで互いに接触させることがないので、配管の洗浄等を必要としないから作業性がよい。
＜構成４の効果＞
複数の計量シリンダーで同時に一種類の液体を吸入するようにすれば、混合比が大きい液体の総計量時間を大幅に短縮できる。

実施例１の液体混合装置１２を示す概略図である。 注入口装置２６の具体的な実施例を示し、（ａ）は部分縦断側面図、（ｂ）は主要部の下面図、（ｃ）は上面図である。 図３（ａ）は逆止弁装置２０の縦断面図で、（ｂ）は計量シリンダー２２の縦断面図である。 上記の装置の変形例を示す主要部側面図である。 注入口装置２６のより詳細な構造の例を示すもので、（ａ）は注入口装置２６の下面図、（ｂ）と（ｃ）はそれぞれ注入ノズル２８の異なる配置例を示す主要部側面図である。

以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。

図１は実施例１の液体混合装置１２を示す概略図である。
図の（ａ）には、混合すべき２種以上の液体（原材料１６）をそれぞれ収容する原材料容器１４と、これらの液体を吸引する部分の正面図を示した。原材料容器１４には任意の原材料１６が連続的な混合作業に十分な量だけ収容されている。

原材料１６は、吸入パイプ１８により原材料容器１４から吸い上げられる。計量シリンダー２２は、吸入パイプ１８を通じて指定された量だけ液体を計量しながら吸入するための装置である。なお、計量シリンダー２２は、吸入動作と反対の動作によって、注入パイプ２７に対して計量しながら液体を排出することができる。

吸入パイプ１８と計量シリンダー２２と注入パイプ２７とは、逆止弁装置２０に接続されている。逆止弁装置２０は、図１（ｂ）に示すように、吸入パイプ１８から計量シリンダー２２の方向（矢印Ａ方向）に液体の流れを許容し、その逆方向の液体の流れを阻止する第一弁５４（図３）と、計量シリンダー２２から注入パイプ２７の方向（矢印Ｂ方向）に液体の流れを許容し、その逆方向の液体の流れを阻止する第二弁５６（図３）とを有する。この構造は後で図３を用いて詳細に説明する。

２種以上の液体は、混合液容器３０の中に混合されて収容される。これらの液体は、注入パイプ２７を通じて混合液容器３０に注入される。図１（ｃ）に示すように、全ての注入ノズル２８の開口は、混合液容器の口３１の直上に配置されている。これらの注入ノズル２８は、いずれも、混合される液体を収容する混合液容器の口３１の直上から注入パイプ２７を通じて注入される液体を混合液容器３０内に流下させる。

各注入ノズル２８は、図１（ｄ）に示すように、計量シリンダー２２が停止している状態で上記注入パイプ２７の内部の液体が自重により流下しない開口径に設定されている。即ち、注入ノズル２８の開口から空気が流れ込んで入り替わりに注入パイプ２７中の液体が自重で自然落下することがないように、十分に小さい口径に設定されている。この口径は、液体の粘度と、液体と注入ノズル２８の開口部との親和性等により変化するので、実験により適正値に選定するとよい。

これにより、計量シリンダー２２指定された量の液体を排出する動作をすると、注入ノズル２８から該当する量だけの液体が混合液容器３０内に流下する。その後、計量シリンダー２２が原材料容器１４から次に指定された量の液体を吸入するときには、注入パイプ２７や注入ノズル２８中の液体は流れ出さずにそのまま保持される。即ち、計量シリンダー２２の次の排出動作で液体が押し出されるまで液体は保持される。

なお、この実施例では、全ての注入ノズル２８は、混合液容器の口３１の直上に、同じ高さに配置されている。図１（ｆ）に示す混合液容器の口３１の口径以下の領域に注入ノズル２８の開口を配置しておけば、各液体は注入ノズル２８から混合液容器３０の中に真っ直ぐに流下する。これで、一挙に複数の液体の混合ができる。

さらに、後で図５において説明するすように、これらが互いに接触しないように間隔を開けて混合液容器の口３１の直上に配置されている。これにより、各液体は注入ノズル２８から混合液容器３０の中に何も触れずに直接流下するから、各注入ノズル２８に互いに異種の液体が付着することがなく、配管の洗浄等を必要としない。

なお、図１（ａ）に示した制御装置２５は、計量シリンダー２２を一斉にそれぞれ指定された量の液体を吸引するように駆動する。そして、その後、吸引した量だけの液体を一斉に排出するよう駆動する。２種以上の液体を計量シリンダー２２により同時に一気に吸入して、吸入した分量だけ、混合液容器３０に同時注入するで、１種類ずつ順番に液体を注入する場合に比べて調合速度を十分に高めて作業性を向上させることができる。

図２は注入口装置２６の具体的な実施例を示し、（ａ）は部分縦断側面図、（ｂ）は主要部の下面図、（ｃ）は上面図である。
図２（ａ）に示すように、注入口装置２６は、例えば、１０本の注入パイプ２７を個別に接続するコネクタ３４を備える。コネクタ３４は継ぎ手３２を介して注入ノズル２８に接続されている。これにより、注入パイプ２７中の液体を各注入ノズル２８に導入することができる。この実施例でも、注入パイプ２７の内径に比べて注入ノズル２８の内径は細く絞られている。そして、混合液容器の口３１（図１）の直上に配置される注入用開口部３６の部分に、全ての注入ノズル２８が束ねられるように配置されている。

こうして、口径と配置を最適化された注入ノズル２８に対して、注入パイプ２７を簡単に接続することができる。また、混合液容器の口３１の口径が大きいものと小さいものとがあるため、その口径に合わせた注入用開口部３６を有する注入口装置２６を複数用意して、他の部分はそのままに、交換して最適なものを使用することもできる。これにより、全ての注入ノズル２８の開口を混合液容器の口３１の直上に配置するように保持することができる。

図３（ａ）は逆止弁装置２０の縦断面図で、（ｂ）は計量シリンダー２２の縦断面図である。
図３（ａ）に示すように、逆止弁装置２０は、吸入パイプ１８を接続する吸入口３８と、注入パイプ２７を接続する排出口４０と、計量シリンダー２２を接続する計量口４２とを備えている。吸入口３８から計量口４２に通じる流路には、第一弁５４が配置されている。第一弁５４は、吸入パイプ１８から計量シリンダー２２に向かう液体の流れを許容し、計量シリンダー２２から吸入口３８に向かう液体の流れを阻止する。

これにより、原材料容器１４から吸入パイプ１８を通じて逆止弁装置２０の内部まで吸引された液体は、吸入パイプ１８の先が原材料容器１４の中の原材料１６の水面下に沈んでいる限り、自重で逆流することはない。即ち、吸入口３８の内部には常に液体が満たされた状態が保持される。なお、振動等で第一弁５４の機能が損なわれないように、第一弁５４の弁を構成する球の重量を最適値に選定することが好ましい。

計量口４２から排出口４０に通じる流路には、第二弁５６が配置されている。第二弁５６は、計量シリンダー２２から注入パイプ２７に向かう液体の流れを許容し、注入パイプ２７から計量シリンダー２２に向かう液体の流れを阻止する。

計量シリンダー２２は計量口４２に直結されており、ピストン４４を駆動することにより、液体を吸引し、次に排出するという動作を繰り返すことができる。ピストン４４はリンク４６を通じて駆動ねじ４８に連結されている。駆動パイプ５０が制御装置２５（図１）により回転駆動されると、ピストン４４を指定されたストロークだけ抜き差しすることができる。

従って、ピストン４４を図の上方に駆動して、吸入パイプ１８から計量シリンダー２２中に液体を指定量だけ吸引した後、ピストン４４を下方に駆動して、注入パイプ２７に対して同量だけその液体を排出することができる。

計量シリンダー２２が液体を排出するように駆動されると、液体は逆止弁装置２０の計量口４２から排出口４０の方向に流れる。注入パイプ２７中に注入ノズル２８（図１）まで液体が満たされた状態が維持されていれば、注入ノズル２８（図１）から指定量だけ液体が押し出され、混合液容器３０に同量の液体が注入される。これに続く計量シリンダー２２の吸引動作では、第二弁５６が注入パイプ２７からの液体の逆流を阻止するので、注入パイプ２７中の液体がそのままの状態で保持される。

従って、計量シリンダー２２が指定量だけ液体を吸入し、指定量だけ液体を排出するという動作を連続的に繰り返すことができる。図３（ｂ）に示した駆動ねじ４８と駆動パイプ５０とは、シリンダー駆動装置２４（図１）を構成する。シリンダー駆動装置２４は、各計量シリンダー２２に個別に設けられており、図１に示した全ての計量シリンダー２２は、それぞれ任意の個別独自の指定された量の液体を吸引し排出できる。全ての計量シリンダー２２を同時に駆動して、それぞれ別々の液体を定量ずつ吸引し、その後全ての計量シリンダー２２を同時に駆動して各液体を一気に混合液容器３０中に注入することができる。

このとき、いずれの液体も、他の液体に触れることがなく、全ての注入パイプ２７は高純度の液体を保持したまま注入動作を繰り返す。各計量シリンダー２２が毎回同じ量の液体を注入し排出をしてもよいし、そのつど自動的に指定された任意の量の液体を注入し排出するように制御してもよい。また、例えば、１０台の計量シリンダー２２を全て駆動してもよいし、任意の数の選択された計量シリンダー２２のみを駆動してもよい。

図４は上記の装置の変形例を示す主要部側面図である。
図の例では、複数の計量シリンダー２２が、同一の原材料容器１４から液体を吸引するように構成されている。例えば、全ての計量シリンダー２２が同一の仕様であるとする。このとき、混合液中に占めるある液体の割合が他の液体の割合と比較してきわめて大きい場合には、該当する計量シリンダー２２の吸引と排出時間が、全体の動作時間に大きく影響する。また、計量シリンダー２２の吸引できる液体の最大量から、一回の吸引と排出で生産できる混合液の総量が決まる。

そこで、複数の計量シリンダー２２が、同一の原材料容器１４から液体を吸引するようにすれば、吸引速度も吸引量も数倍にすることができる。従って、吸引排出速度を上げて作業効率をアップできる。なお、複数の原材料容器１４に同一の液体を収容して、複数の計量シリンダー２２が同時にそれぞれの液体を吸引するようにしてもとを用の効果を得る。

図５は、注入口装置２６のより詳細な構造の例を示すもので、（ａ）は注入口装置２６の下面図、（ｂ）と（ｃ）はそれぞれ注入ノズル２８の異なる配置例を示す主要部側面図である。
図の（ａ）に示すように、先の実施例では、複数の注入ノズル２８を互いに接触させることなく微少な間隔を開けて配置している。こうすると、図５（ｂ）に示すように、各注入ノズル２８の開口部に表面張力で形成される液面５２がそれぞれ完全に独立分離している。

注入ノズル２８から定量の液体が注入された後、注入ノズル２８の開口が十分に小さいので、表面張力で形成された液面が図５（ｂ）の状態で保持されて、それ以上液体が流下しない。従って、隣接する注入ノズル２８からそれぞれ別の種類の液体が流下したとしても、それぞれが直接触れることがない。一方、注入ノズル２８を互いに密着させて配列したとき、図の（ｃ）に示すように、隣接する液面５２同士が接触して、それぞれの開口に不純物が付着するおそれがある。これでは、注入ノズル２８の開口をそのつど洗浄しないと、不純物の混入のおそれがある。

なお、注入ノズル２８の開口部の筒の肉厚が厚くて、筒の素材と液体の親和性が悪い場合には、図５（ｃ）のように注入ノズル２８を互いに隣接させたとしても、５２は、図５（ｂ）の状態に保持されるから、必ずしも注入ノズル２８を相互に十分に離間させなければならないというわけでもない。いずれにしても、各注入ノズル２８からまっすぐに液体が混合液容器３０（図１）に流下するように構成すれば、各液体が吸引と排出工程で混じり合うことがなく、同時に吸引と排出操作をすることにより、効率良く液体の混合ができる。

１２ 液体混合装置
１４ 原材料容器
１６ 原材料
１８ 吸入パイプ
２０ 逆止弁装置
２２ 計量シリンダー
２４ シリンダー駆動装置
２５ 制御装置
２６ 注入口装置
２７ 注入パイプ
２８ 注入ノズル
３０ 混合液容器
３１ 混合液容器の口
３２ 継ぎ手
３４ コネクタ
３６ 注入用開口部
３８ 吸入口
４０ 排出口
４２ 計量口
４４ ピストン
４６ リンク
４８ 駆動ねじ
５０ 駆動パイプ
５２ 液面
５４ 第一弁
５６ 第二弁

Claims (5)

1. 混合すべき２種以上の液体をそれぞれ収容する原材料容器と、
   この原材料容器から液体を吸入する吸入パイプと、
   この吸入パイプを通じて指定された量だけ液体を計量しながら吸入し、かつ、注入パイプに対して計量しながら液体を排出する計量シリンダーと、
   上記吸入パイプから上記計量シリンダーの方向に液体の流れを許容し、その逆方向の液体の流れを阻止する第一弁と、上記計量シリンダーから上記注入パイプの方向に液体の流れを許容し、その逆方向の液体の流れを阻止する第二弁とを有する逆止弁装置と、
   混合される液体を収容する混合液容器の口の直上から上記注入パイプを通じて注入される液体を混合液容器内に流下させる注入ノズルとを備え、
   この注入ノズルは、計量シリンダーが停止している状態で上記注入パイプの内部の液体が自重により流下しない開口径に設定されており、
   上記全ての注入ノズルの開口が混合液容器の口の直上に配置されており、
   上記計量シリンダーを一斉にそれぞれ指定された量の液体を吸引するように駆動し、その後、吸引した量だけの液体を一斉に排出するよう駆動する制御装置を備えたことを特徴とする液体混合装置。
2. 上記全ての注入ノズルは、混合液容器の口の直上に、同じ高さに配置され、互いに接触しないように間隔を開けて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液体混合装置。
3. 全ての上記注入パイプを個別に接続する注入パイプと同数のコネクタと、注入パイプ中の液体を注入ノズルに導入し、全ての注入ノズルの開口を混合液容器の口の直上に配置するように保持する注入口装置を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の液体混合装置。
4. 同一の液体を吸引する複数の計量シリンダーが含まれることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液体混合装置。
5. 複数の計量シリンダーが同一の原材料容器から液体を吸引することを特徴とする請求項４に記載の液体混合装置。

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