JP3631494B2 - 搾乳装置 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は家畜用の改良された搾乳システムに関し、特に、乳首用のカップに対し加圧サイクルと真空サイクルとを交互に切換えるための２つの独立した弁（バルブ）をそなえるとともに、加圧サイクルと真空サイクルとを独立的に作動させるための電子的制御装置をそなえる点に特徴を有する搾乳システムに関する。
発明の背景
典型的な搾乳システムでは、搾乳装置の乳首カップに周期的に切換わる圧力が印加される。これによって、乳首カップが取付けられた乳房から乳が除去されたり溢れたりすることになる。加圧サイクルと真空サイクルとの間で交互に切換えられる圧力は、脈動室につながる二路弁の組合せによって制御される。この弁装置は通常パルセータ（pulsator）と称される。
典型的な搾乳システムは、乳首カップとかきつめ部（claw）を有するパルセータで構成される。この乳首カップは、交互に加圧および減圧がされたとき、乳房から乳を放出させる膨張式のライナー（liner）をそなえる。これにより乳は、複数の（通常４個の）乳首カップに対する収集ユニットとして機能する中空室をそなえたかきつめ部内に流れ込む。該かきつめ部によって集められた乳は、次いで蓄積タンクで終端する一連のホース及びパイプに送られる。
かかる搾乳システムにおけるこれまでの弁制御を用いた場合には、いくつかの問題点が存在する。搾乳動作での加圧段階と真空段階とのオーバーラップによって、該乳首に不所望の圧力による衝撃を生じさせる。いくつかのシステムが、これらの衝撃を発生させないように、真空サイクルと加圧サイクルとの間での遷移期間を増加させることによって、かかる問題点に対処している。しかしながら、かかる対処の仕方によっては、不適当な休止段階が生じてしまうという別の問題点を有し、それによって、過剰な血液の生成により該乳首の組織を膨張させてしまう。このことは当該動物に苦痛を生じさせるだけでなく、乳が出ない所謂プアミルクアウト“poor milk out"として知られる状態に陥り、その結果、乳首の損傷を招き、それによって生物学的な疾病を招くことになる。
現今のシステムでは、米国特許第5,207,177号（パルセータ（pulsator）という名称で、1993年５月４日付でMagnus LIDMANに対して特許された）に示されるように、２つの独立した脈動用出口を有するパルセータが第３の弁によって付加的に制御され、該第３の弁は、真空段階に遷移する所定の脈動室内で、加圧サイクルと真空サイクルとの間での交互の切換えを分離する。かかる分離によって、該遷移する室内での抜かれる空気が、他の室内での真空レベルに衝撃を与えのを防止し、それによって該パルセータにおける上述した圧力のオーバーラップの原因の１つを（該動物に与える苦痛や損傷とともに）取り除く。
本発明は、加圧サイクルと真空サイクルとの間での該遷移時間を最小にし、他方ではまた、該加圧サイクルと真空サイクルとの間に適当な分離が存在することを保証することによって、現今の搾乳システムを改善しようとするものである。
本発明では、真空サイクルと加圧サイクルとが、真空供給側の入口を制御するために１つのソレノイド弁を作動させ、該パルセータ出力側への大気供給側の入口を制御するために他の１つのソレノイド弁を作動させることによって、分離される。電子的制御によって、上記双方のソレノイドに周期的にタイム設定された各信号をそれぞれ供給することによって、該分離がなされ、それにより、一方のソレノイドがターンオフされた直後に他方のソレノイドがターンオンされることを保証する。これによって、該真空供給側と該大気供給側との双方が同時に該パルセータの出力側に接続されるのを防止し、その結果、一方の圧力供給側から他方の側（真空側）への、確実でシャープな遷移を実現させる。
本発明の思想は、従来技術から自明ではない。事実、現今の従来技術のいくつかにおいては、逆の効果を奏するようにしていた。すなわち、GOLDSMITHに付与された特許（米国特許第3,900,005号）、およびTHOMPSON等に付与された特許（米国特許第5,218,924号）などにおいては、該加圧段階から該真空段階への遷移期間を長くするようにされている。
本発明による、一方の圧力供給側から他方の側へのシャープな遷移によって、当該動物乳首に与える刺激と損傷とを最小にし、しかも、上記したTHOMPSON等及びGOLDSMITHの各特許におけるような複雑な構成によることなく、このことが実現される。
発明の概要
本発明によれば、パルセータ機構での加圧段階と真空段階との間での、正確かつ明確な遷移を実現する改善された搾乳システムが提供される。該システムは、乳首カップに供給される、交互に切換わる空気圧状態と真空状態との間でのシャープな遷移を実現する、２つの弁制御手段をそなえる。該パルセータ機構の１つの弁は、真空側の入口を制御し、他の弁は、大気（空気）側の入口を制御する。各弁を作動させる電子装置は、該パルセータの出口に供給される空気供給側と真空供給側とを交互に切換え、それによって、該真空供給源と大気（空気）供給源とが決して該パルセータの出口に同時には接続されないようにされる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による脈動（パルセーション）装置の概略図である。
図1Aは、本発明における別の実施例の概略図である。
図２は、図１に示される脈動装置における真空側弁Ａと加圧側弁Ｂとについてのタイミング図である。
図３は、図１又は図1Aに示される脈動装置を作動させ、それによって、図２に示される、各弁ＡおよびＢ間のタイミングに分離を生じさせる制御回路の回路図である。
図４は、本発明の脈動装置を包囲するために用いられるハウジングの斜視図である。
好適な実施例の記載
要約すれば、本発明は個別に設けられた加圧側チャネルと真空側チャネルとを有するパルセータユニットを有する搾乳システムに関する。各該チャネルは、それ自身に属する各弁によって制御される。チャネルＡ側の第１の弁は、真空側の入口を制限し、チャネルＢ側の第２の弁は、大気（空気）側の入口を制御する。各弁をを作動させる電子装置は、大気（空気）側と真空側との間で、該パルセータの出口側にシャープな遷移を生じさせ、それによって、真空供給源と大気（空気）供給源とが決して同時には接続されないようにする。
図１において、パルセータ19は３つのチャネルＡ、Ｂ及びＣをそなえ、チャネルＡは真空側の入口10を制御し、チャネルＢは大気圧（空気圧）側の入口３を制御する。チャネルＡは室14を有し、チャネルＢは室７を有する。偏倚（バイアス）されたソレノイド弁プランジャー12は第１の弁を形成し、該第１の弁は該チャネルＡの室14内に配置される。偏倚（バイアス）されたソレノイド弁プランジャー５は第２の弁を形成し、該第２の弁はチャネルＢの室７内に配置される。
各該ソレノイドプランジャー５及び12にはそれぞれ、図示されるように、その弁機能に適するように形成された、各シール（seal）６及び13が設けられる。室14は真空側出口11と真空側入口10をそなえる。ソレノイドコイル15は、ソレノイド弁プランジャー12をその偏倚に抗して移動させ、入口10を開くように作動させられる。室７は空気圧側出口４と空気圧側入口３とをそなえる。ソレノイドコイル８は、ソレノイド弁プランジャー５をその偏倚に抗して移動させ、出口４を開くように作動させられる。出口４及び11は、出口９を有する第３のチャネル（チャネルＣ）に通じている。
制御回路（後述する図３参照）は、任意の時間において、上記各弁のうちの一方のみが開いている、すなわち、上記各ソレノイドプランジャー５及び12のうちの一方のみが、任意の時間において、上昇させられていることを保証する。これによって、チャネルＣにおける該パルセータの出口９が、チャネルＢ側の空気圧側入口３とチャネルＡ側の真空側入口10との双方に、同時に接続されるのを防止する。
図1Aには、該パルセータユニット19（図１）に対する別の実施例が参照番号19′によって示されている。該パルセータ19′は、真空側入口10′と大気圧（空気圧）側入口３′とをそなえる。２つの偏倚（バイアス）された、ソレノイド弁プランジャー12′及び５′は、共通の室14′の各反対側に配置された、第１及び第２の弁をそれぞれ形成する。
各該ソレノイドプランジャー５′及び12′には、それぞれ、図示されるような弁機能を奏するに適した各シール（seal）６′及び13′が設けられる。室14′は、該パルセータ19′の出口９′と、２つの入口、すなわち空気圧側入口３′及び真空側入口10′を有する。ソレノイドコイル15′は、入口10′を開くために、その偏倚（バイアス）に抗して該ソレノイド弁プランジャー12′を移動させるように作動させられる。またソレノイドコイル８′は、入口３′を開くように、その偏倚（バイアス）に抗して該ソレノイド弁プランジャー５′を移動させるように作動させられる。本実施例では、該ソレノイド弁プランジャー５′は適当なシーリング機構を有していないこともあるので、スプリング又は他の周知の機構などからなる付加的なシーリング手段を設けることが望ましい。
図２のタイミング図は、上記各ソレノイド5,12（図１）又は上記各ソレノイド５′,12′（図1A）に対する各制御信号の相対的タイミングを示す。各コイル８及び15（又は８′及び15′）をそれぞれ作動させる２つの制御信号は、決して双方が同時に、増強側の遷移段階にあることはない。すなわち、上記した双方の信号が同時にハイ（high）となることは決してない。該パルセータ19（又は19′）を最適に動作させるために、一方の信号の立ち下がりエッジと他方の信号の立ち上がりエッジとの間に数ミリ秒の時間遅れが、各該ソレノイドプランジャー５又は12（５′又は12′）のうちの一方を、それらに対応するコイル８又は15（８′又は15′）が消勢されるときに、着座させるために必要である。Ａ信号とＢ信号との間の時間遅れに関して、“d"が立ち上がりエッジ側に示されており、“ｄ′”が立ち下がりエッジ側に示されている。完全な１サイクルを持続させるに要する時間は、１分当り約40乃至70サイクルの信号を生じさせる。該２つの信号の所定のサイクルに対するハイ期間の割合は、典型的には50/50乃至70/30の間である。
図３において、図１のパルセータ19又は図1Aのパルセータ19′に対する制御回路100が示されている。該回路100は、図２に示されるように、互に逆位相の２つの出力信号を提供する。このことは、任意の時点において、該ソレノイドコイル８又は15（８′又は15′）のうちの一方のみが、付勢されることを保証する。各出力は、周期的な方形波であり、そのサイクルの一部においてソレノイドコイルを消勢するに十分な低電圧となり、またそのサイクルの残りの部分においてソレノイドコイルを付勢するに十分な高電圧となる。
回路100の２つの出力Ａ及びＢは、図２に示される各方形波を提供する。これらの出力は、参照番号101で総括的に示されるような、直列接続された６個のタイマのつながりによって生成される。該タイマ101はリンク形成されており、最終段のタイマ107の出力側は、第１段のタイマ105の入力側に接続される。該第１段のタイマ105は、第２段のタイマ102をターンオンさせるに先立って短い時間遅れを提供する。このことは、上記した双方の出力が、短い期間の間、共にロウとなり、それによってソレノイド消勢時に、そのソレノイドプランジャーに設けられた弁の座部を、適正に着座させるようにすることを保証する。
該第２段のタイマ102は、該ソレノイドプランジャーをその作動時に上昇させるに十分な期間の間、出力信号Ａをハイ状態に駆動する。
第３段のタイマ103は、出力Ａに対する残りのハイ信号に対するタイミングを提供するが、最初の電圧レベルの半分とされる。このことは、該ソレノイドを電力消費を低減させた状態に維持させることを保証する。
第４段のタイマ104は、出力Ａのハイレベルと出力Ｂのハイレベルとの間に短い時間遅れを提供する。第５段と第６段の各タイマ106及び107は、それぞれ、第２段と第３段の各タイマ102及び103が出力Ａに対して奏するのと同様の機能を、出力Ｂに対して提供する。
矢印108で示されるようなゲート駆動ロジックは、出力電力段109に必要なタイミング信号を提供して、出力ドライバーをターンオンおよびターンオフさせる。
各出力電力段は、出力側がグランド電位側に短絡されたとき、出力側が電力供給するのを防止するための電流制限機能を有する。矢印110で示される、所謂“ハイカップ”の電流制限（“hiccup"current limit）部は、該短絡状態が除去されたかどうかを判定して、該出力電力段が再び電力供給するのを可能にするための、周期的なチェックを行うような手段を提供する。
該回路100はまた、電力変換部111を有し、供給電圧をACからDCに変換するための整流器ネットワーク113をそなえ、調整された5Vおよび12Vの電力を提供する。
上記において、該回路100の好適な実施例が開示されたけれども、他の電子的回路又は、例えば空気による制御や、スプリングを装架した機械的制御などの制御を提供するための他の手段が、本発明の範囲を逸脱しない範囲で使用されうることが理解されるべきである。
図４には、図示されるように組立てられた時にパルセータ19（図１）を包含し、かつ保護するための上部側ハウジング50及び下部側ハウジング52が示されている。図示されるように、真空側の入口10と同様に、２つのパルセータ出口のポート９が下部側ハウジング52から延びている。出口側ポート９の形態は、各ホース（図示しない）への接続を容易にし、ホースの直径を低減させるために二重とされる。電気的端子54及び56が、真空側の入口10の両側において下部側ハウジング52に適宜取付けられ、それによって該パルセータ19を、その下流側の装置（図示しない）に対し、適正に着座させるのを容易にし、かつ各ソレノイド５及び12に電力を供給する。４つの穴58a乃至58dが、適当な手段によって入口３（図１）に接続するために上部側のハウジング50に設けられる。
特定の動作要求や動作環境に適合させるために変更された、他の変形例や変更例が存在しうることは当業者にとって自明であるので、本発明は上記の開示された実施例に限定されるものではなく、本発明の真の思想及び範囲から逸脱しない範囲で、すべての変形例や変更例を含むものである。
上述のように本発明を記述したので、特許による保護を請求する範囲については、別紙の請求の範囲に示されている。

Claims (8)

1. パルセータ機構における加圧段階と真空段階との間での正確かつ明確な遷移を提供する搾乳装置であって、
   第１の弁と第２の弁とを有するパルセータを規定する手段であって、各該第１の弁及び第２の弁が、それぞれ、空気圧と真空とが、乳首カップを有する搾乳装置に個別に供給されるような各入口と各出口とを有するものと、
   該乳首カップを有する搾乳装置への空気圧の供給を制御するための第１の弁制御部を規定する手段と、
   該乳首カップを有する搾乳装置への真空の供給を制御するための第２の弁制御部を規定する手段と、
   該第１の弁及び第２の弁から該乳首カップを有する搾乳装置に、空気圧と真空とが交互に供給される各該弁の双方にそれぞれ接続された共通の出口と、
   該第１及び第２の弁制御部に接続された制御手段であって、該制御手段は該第１及び第２の弁制御部を個別に作動及び不作動とし、それによって該共通の出口に空気圧と真空との交互の供給を提供するものであり、更に該乳首カップを有する搾乳装置に供給される空気圧と真空との間での交互の切換えの際にシャープで明確な遷移を提供する該制御手段とをそなえ、
   該制御手段は、該第１の弁制御部に第１の方形波信号を提供し、かつ該第２の弁制御部に第２の方形波信号を提供する、
   搾乳装置。
2. 各該第１及び第２の方形波のうちの一方の波の立ち上がりエッジと、他方の波の立ち下がりエッジとの間に、過渡的な時間遅れが存在している、請求項１に記載の搾乳装置。
3. 真空側の入口を制御する第１の弁と大気側の入口を制御する第２の弁とを有するパルセータと、該真空側の入口と該大気側の入口とをパルセータの出口に接続して乳首カップを有する搾乳装置に該大気と該真空とを交互に供給する手段と、各該第１の弁及び第２の弁を個別的に作動及び不作動にするために各該第１の弁及び第２の弁にそれぞれ接続された制御手段であって、各該第１及び第２の弁にそれぞれ制御信号を供給するものであり、各該制御信号は相互に位相がずれており、それによって各該真空側と大気側の入口が決して同時には該パルセータの出口に接続されないようにされている該で制御手段とをそなえる、
   搾乳装置。
4. 該制御手段が該第１及び第２の弁にそれぞれ第１及び第２の方形波信号を供給する電子回路をそなえ、それによって該第１及び第２の弁をそれぞれ作動及び不作動にする、請求項３に記載の搾乳装置。
5. 各該方形波信号がそれぞれ立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとを有し、各該方形波信号は一方の信号の立ち上がりエッジと他方の信号の立ち下がりエッジとの間に過渡的な時間遅れを有し、それによって該第１及び第２の弁が決して同時には作動されないことが保証される、請求項４に記載の搾乳装置。
6. 真空側の入口を制御する第１の弁と大気側の入口を制御する第２の弁とを有するパルセータと、該真空側の入口と該大気側の入口とをパルセータの出口に接続して乳首カップを有する搾乳装置に該大気と該真空とを交互に供給する手段と、各該第１の弁及び第２の弁を個別的に作動及び不作動にするために各該第１の弁及び第２の弁にそれぞれ接続された制御手段であって、該パルセータの出口に該真空と該大気とを交互にかつ個別的に供給するようにした該制御手段とをそなえる、
   搾乳装置。
7. 該制御手段は各該第１の弁及び第２の弁にそれぞれ第１の信号及び第２の信号を供給するものであり、それによって該第１の弁及び第２の弁を個別的に作動及び不作動にする、請求項６に記載の搾乳装置。
8. 各該第１の信号及び第２の信号はそれぞれ立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとを有し、各該信号は、一方の信号の立ち上がりエッジと他方の信号の立ち下がりエッジとの間に過渡的な時間遅れを有し、それによって該第１の弁及び第２の弁が決して同時には作動されないことが保証される、請求項７に記載の搾乳装置。

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