JP3828786B2 - カップミキシング式自動販売機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末原料と液体原料を混合して飲料を製造し、カップに入れて提供するカップミキシング式自動販売機に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、粉末原料と液体原料を混合して飲料を製造し、カップに入れて提供する自動販売機では、キャニスタといわれる粉末原料の容器から粉末原料を混合容器に供給した後、液体原料をこの混合容器に供給し、さらに、粉末原料と液体原料を混合した後、混合後の飲料をカップに供給するミキシングボール式と、販売するカップに原料を直接供給し、カップ内で製造するカップミキシング式(CMS)とがある。
【0003】
カップミキシング式は、販売するカップ内に原料等を供給するので、ミキシングボール式のように、前の利用者の飲料が混入せず、品質面において非常に優れた方式であるとされている。
【0004】
しかしながら、このようなカップミキシング式自動販売機では、従来、キャニスタ内の粉末原料の残量が測られていないものが殆んどである。
したがって、キャニスタ内の粉末原料が十分に残っていない場合、カップ内に粉末原料が供給されないまま飲料を製造したり、規定の粉末原料が不足したまま飲料を製造し、販売している。
【0005】
また、従来、粉末原料の残量を測定する方法として、キャニスタ内の所定の位置に光センサ等を設け、このセンサの位置に粉末原料がなくなると、粉末原料が不足している状態であると判断する方法があるが、この方法は、粉末原料の粒子は細かいためすぐに固着が起き、粉末原料がなくなっているにもかかわらず、まだあると判断する等の誤動作を頻繁におこしていたため、現在では殆んど利用されなくなってきている。
そのため、キャニスタ内の粉末原料の残量を間違いなく知る手段が望まれている。
【0006】
さらに、粉末原料と液体原料の重量は、品質に大きな影響を及ぼすにもかかわらず、現在の自動販売機では、おおまかにしか測定されていない。例えば、粉末原料の供給量を設定する方法として、キャニスタ内に取り付けられているオーガの回転時間を設定して、設定した時間内にキャニスタからカップに供給される量を供給量とする方法がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術から、本出願の発明者は鋭意研究を行った結果、前者の問題、つまり、キャニスタ内の粉末原料の残量が測られていないという問題に関してキャニスタの重量を測定することで解決しうることを見出した。また、後者の問題、つまり、粉末原料と液体原料の重量がおおまかにしか測定されていないという問題に関しては、本発明者が開発した計量装置(特願2001−170962「計量装置及びこれを備えた自動調理機並びにロボットハンド」参照)を利用することで解決しうる。
【0008】
しかし、キャニスタに計量装置を備えて測定を行う場合のみでは、十分な耐久性及び比較的広い計量範囲を持つ計量装置をキャニスタに備えなくてはならないために、カップに供給する粉末原料のような微量の測定を行なうことが困難なため、正確な測定ができないという問題がある。
【0009】
また、カップに計量装置を備えて測定を行う場合のみでは、カップに供給された粉末原料の重量は正確に測定できるが、キャニスタ内の残量を測定する場合、粉末原料の使用量を積算していかなければならないため、誤差が出る可能性がある。また、キャニスタ内への粉末原料の初期投入量には違いがあることから、使用量を積算した結果どれだけ使用したら販売を停止するかの基準量にはマージンを見る必要があり、キャニスタ内の粉末原料を十分使い切れないという問題がある。
【0010】
さらに、カップに実際に供給した粉末原料の量に基づいて、供給の良否を判定すると、カップに原料を投入した後でないと判定ができないことから、事前に、十分な残量があるかどうかわからないという問題もある。
これらのことより、本出願では誤動作がなく確実なサービスを提供できるとともに、高い品質の飲料を製造できる自動販売機を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項1に記載のカップミキシング式自動販売機は、粉末原料を保管するキャニスタと、前記キャニスタ内の粉末原料をカップに供給する粉末供給装置と、液体原料を前記カップに供給する液体供給装置とを備え、前記粉末原料と前記液体原料とをカップ内で混合して飲料を提供するカップミキシング式自動販売機において、前記キャニスタとは別の支持体により支持されるとともに、前記粉末供給装置から供給され、かつ、前記カップに供給される前の粉末原料を一時的に保留する原料一時保留装置をさらに備えるとともに、前記粉末原料が保管されているキャニスタの重量を測定する第一計量装置を備えて前記粉末原料の残量を測定するよう構成されたことを特徴とする。
【0012】
かかる構成によれば、まず、粉末供給装置により、粉末原料が第一計量装置3で測定しながら、カップに供給される。次に、液体供給装置により、液体原料がカップに供給される。そうすると、粉末原料と前記液体原料とがカップ内で混合され、この飲料が提供される。この際、キャニスタ内に保管されている粉末原料の残量が第一計量装置で測定される。これにより、キャニスタ内の粉末原料の残量が実測値で測定できる。
【0013】
また、本発明の請求項2に記載の発明は、請求項1記載のカップミキシング式自動販売機において、前記第一計量装置で測定した粉末原料の残量を示すインジケータを備えたことを特徴とする。
【0014】
かかる構成によれば、前記第一計量装置で測定した粉末原料の残量がインジケータでレベル表示される。このため、ひとめで正確な粉末原料の残量がわかる。
【0015】
また、本発明の請求項3に記載の発明は、請求項1記載又は請求項2記載のカップミキシング式自動販売機において、前記第一計量装置で測定した粉末原料の残量が所定値以下の場合に、少なくともその粉末原料を使用する飲料の販売を停止する販売管理手段を備えたことを特徴とする。
【0016】
かかる構成によれば、販売管理手段により、前記第一計量装置で測定した粉末原料の残量が所定値以下の場合に、少なくともその粉末原料を使用する飲料の販売を停止されることを特徴とする。これにより、キャニスタ内の粉末原料切れによる、飲料の品質を損なうことを防止することができる。
【0017】
また、本発明の請求項4記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカップミキシング式自動販売機において、前記カップ及び前記カップ内に供給された原料の総重量を測定する第二計量装置を備え、前記第二計量装置は、前記カップを支持する第一支持部材と、前記第一支持部材を第一弾性部材を介して支持する第二支持部材と、前記第二支持部材を第二弾性部材を介して支持するベースとを有し、前記第一弾性部材と前記第二弾性部材は異なる弾性率を有し、前記第一支持部材に接続された可動電極板と、前記ベースに固定された固定電極板によりキャパシタを形成し、前記キャパシタの静電容量を検出することで、前記カップ及び前記カップ内に供給された原料の総重量を測定するよう構成したことを特徴とする。
【0018】
かかる構成によれば、前記第一支持部材に接続された可動電極板と前記ベースに固定された固定電極板により、キャパシタが形成され、このキャパシタの静電容量が検出されることで、前記カップ及び前記カップ内に供給された原料の総重量が測定される。この際、第一弾性部材と第二弾性部材は異なる弾性率を有することから、キャパシタの静電容量は、第一支持部材にかかる荷重が小さいときは敏感に、大きいときは鈍感に変化する。これにより、重量の小さい粉末原料と重量の大きい液体原料を共に正確にカップに供給できるとともに、キャニスタ内の残量も把握できる。その結果、誤動作のない確実なサービスが提供でき、かつ、高い品質の飲料を製造できる自動販売機が提供できる。
【0019】
【発明の実施の形態】
(第一の実施形態)
本発明の第一の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態の自動販売機1は、第一計量装置3を用いてキャニスタ2内に保存されている粉末原料の残量を測定することを特徴としている。
【0020】
最初に、図1を参照しながら本実施形態のカップミキシング式自動販売機1(以下、単に「自動販売機1」という。)の構成について説明する。
自動販売機1は、キャニスタ2に蓄積された粉末原料をカップ7に供給し、ポンプ9により液体原料をカップ7に供給し、この2つの原料を攪拌機10により撹拌して飲料を製造し、ユーザに提供する装置である。
【0021】
キャニスタ2は、飲料の粉末原料を蓄積・保存する容器であり、容器内の下方に設置されたオーガ5Aの回転により粉末原料を供給口2Aから供給するように構成されている。そして、キャニスタ2は、重量を電気的に測定する第一計量装置3の秤量板42の上に設置され、第一制御回路部13A(図2参照)に制御されることでキャニスタ2内の粉末原料の残量が常時測定されているとともに、この残量が、キャニスタ2の前面に設置されたインジケータ表示部50に表示されるように構成されている。また、オーガ5Aも制御装置13に制御され、前記第一計量装置3によるキャニスタ2の重量変化を見ながら、適量の粉末原料を供給するように構成されている。これらの第一計量装置3、インジケータ表示部50、及び制御装置13の詳細については後述する。
【0022】
なお、自動販売機1では、通常複数種類の飲料を提供することから、飲料の種類に応じて複数のキャニスタ2が並べて備えられている。また、キャニスタ2、オーガ5Aが特許請求の範囲にいう粉末供給装置に相当する。
供給口2Aの下方には原料一時保留装置4が備えられている。図示はしないが、原料一時保留装置4は、キャニスタ2とは別の支持体により支持されていることで、原料一時保留装置4内に入った粉末原料の重量は、第一計量装置3で測定される重量には含まれないようになっている。
【0023】
カップ7は、粉末原料及び液体原料を混合する混合容器を兼ねる、飲料の提供容器である。カップ7は、複数のカップ7を蓄積しているカップサーバ11からカップベース6に投下される。カップベース6は、図示しない搬送レール等を備えた搬送手段により縦横に移動可能に支持されている。そして、製造される飲料の種類に応じてカップ7に供給される粉末原料も異なることから、カップベース6は、粉末原料が供給される原料一時保留装置4の下方や、ポンプ9から液体原料が供給されるノズル9Aの下方へとカップ7を移動できるように制御されている。
【0024】
ポンプ9は、図示しない液体原料のタンクから液体原料を汲み上げてカップ7へ供給するように構成されている。供給される液体原料は、飲料に応じ、水、湯、炭酸水、酒類、アルコール、酢、オイル等、特に制限は無く、液体原料の種類が異なる場合には、味の混入を防ぐため、液体原料ごとに別のポンプ9やノズル9Aを設けることもできる。なお、ポンプ9は特許請求の範囲にいう液体供給装置に相当する。
【0025】
次に、請求項1に記載されている本発明の特徴を示す第一計量装置3について図2を参照しながら詳細に説明する。なお、図2は第一計量装置3の構成図である。
(第一計量装置3の構成)
図2に示すように、第一計量装置3は、外部から受ける荷重の変化により静電容量が変化するキャパシタを形成する第一静電容量センサ部41と、電気回路等から構成される第一制御回路部13A、及び、設定手段としても機能するCPU(Central Processing Unit)13Cとを含んで構成されている。
【0026】
図2に示すように、第一静電容量センサ部41は、キャニスタ2の下部に取り付けられている秤量板42と、複数のスプリング43Bにより秤量板42を上下方向に移動可能に支持するキャニスタベース板44を有している。この第一静電容量センサ部41は、秤量板42の下面に固定された可動電極板42Aとキャニスタベース板44に固定された固定電極板44Aで空気を誘電体とするキャパシタを形成している。
【0027】
キャニスタベース板44には、四隅に支柱43Aが立設され、支柱43Aで秤量板42を上下にスライド移動可能にガイドしている。支柱43Aにはそれぞれコイル状のスプリング43Bが外嵌され、スプリング43Bによりキャニスタ2の重量を受けた秤量板42を支持している。
【0028】
本実施形態において、スプリング43Bのバネ定数(弾性率)は、キャニスタ全体の重量が測定できるように設定されている。
第一計量装置3の特性は、キャニスタ2の重量が変化、つまり、秤量板42にかかる荷重が変化して、秤量板42とキャニスタベース板44との間の距離が変化すると、両電極板42A、44Aより形成されるキャパシタの静電容量は、電極間距離に基づいて非線形的に変化する。これは、両電極板42A、44Aの面積が一定の場合に、キャパシタの静電容量が電極間距離に反比例することによる。
そのため、第一計量装置3ではキャパシタの静電容量を発振周波数として換算することで、重量と発振周波数の関係を、線形性を有する特性に変換している。
【0029】
次に、第一計量装置3の第一制御回路部13Aについて説明する。
図2に示すように、第一制御回路部13Aは、第一静電容量センサ部41で測定された静電容量データを残量データに変換する第一質量演算部45と、大気の温度や、湿度等の変化が測定結果に及ぼす影響を低減するためのキャリブレーション回路45Bを含んで構成されている。
【0030】
また、第一制御回路部13Aは、第一質量演算部45で求めた重量を元に外部装置を制御する部分として、オーガ駆動部5を制御するオーガ駆動制御部46、販売停止表示部49に通知して販売停止ボタンを制御する販売管理部47、及び、インジケータ表示部50にデータを送りキャニスタ内の粉末原料の残量表示を制御するインジケータ制御部48を含んで構成されている。
【0031】
第一質量演算部45は、第一静電容量センサ部41で測定されたキャニスタ2内の粉末原料の残量を示す静電容量データを、線形性を有する重量―周波数特性を用いて残量データに変換する。このデータ変換に関しては、後に第二の実施形態で詳しく説明する。この変換されたキャニスタ2の残量データは第一質量演算部45内に記録される。
オーガ駆動制御部46は、第一質量演算部45で演算されたキャニスタ2の残量データを受け取り、前回の供給時に第一質量演算部45内に記録された残量データとの差分を演算し、カップ7へ供給された粉末原料の供給データを求め、この供給データとあらかじめCPU13Cに設定されている各飲料に応じた粉末原料のカップ7への供給量の設定値との比較を行ない、この供給データが設定値に達すると、オーガ駆動部5に粉末原料の供給の停止を通知し、粉末原料の供給を停止させるように構成されている。
【0032】
販売管理部47は、第一質量演算部45で演算されたキャニスタ2の残量データと、あらかじめCPU13Cに記録されている各粉末原料の最低残量との比較を行ない、重量データが最低残量以下の場合、残量の不足した原料に対する飲料の販売停止を行うように、販売停止表示部49に通知する。販売停止表示部49は、販売管理部47の指令により各原料に応じた飲料又はミルクや砂糖等の原料に対応する販売停止ボタンの点灯によりユーザに販売停止を通知するとともに、ボタンを無効にして、その飲料の製造販売がされないように構成されている。ここにおいての販売管理部47が、特許請求の範囲に記載の販売管理手段に相当する。
【0033】
インジケータ制御部48は、第一質量演算部45で演算されたキャニスタ2の残量データを受け取り、インジケータ表示部50に通知する。インジケータ表示部50は、インジケータ制御部48の指令に応じ粉末原料の残量を示すインジケータを表示させるように構成されている。ここにおいてのインジケータ表示部50が、特許請求の範囲に記載の残量を示すインジケータに相当する。
【0034】
(第一の実施形態の動作の説明)
この第一計量装置3を使用して行われるデータ処理について、カフェオレを製造する場合を例にとり、以下に具体的に説明する。
まず最初に、ユーザの選択に従って、図1に示すカップサーバ11からカップベース6の上にカップ7が投下される。カップベース6にカップ7が載置されると、搬送手段は、カップ7をコーヒーの粉末原料(パウダ)が収容されたキャニスタ2に接続された原料一時保留装置4の下方に移動させる。
【0035】
この状態で、オーガ5Aが駆動して、第一計量装置3でキャニスタの重量を測定しながらコーヒーパウダをカップ7内に供給する。この際、第一計量装置3は、第一静電容量センサ部41で測定されたキャニスタ2内の重量を測定した静電容量データから、第一制御回路部13A内の第一質量演算部45で残量データに換算し、換算された残量データから第一制御回路部13A内のオーガ駆動制御部46でカップ7内に供給した粉末原料の供給データを演算する。
【0036】
オーガ駆動制御部46は、CPU13Cに記録されているコーヒーパウダの供給量を規定した設定値を取り込んで、この設定値と第一計量装置3で測定された供給データとを比較する。設定値よりも供給データが小さい場合は、コーヒーパウダの供給量が必要量に満たないと判定し、オーガ駆動制御部46はオーガ5Aの駆動命令をオーガ駆動部5(図2参照)に出力する。一方、設定値と供給データが一致したら、オーガ駆動制御部46はオーガ5Aの停止命令をオーガ駆動部5に出力する。
【0037】
このようにして、コーヒーパウダを必要量だけカップ7に供給したら、搬送手段が駆動され、次の原料の供給位置にカップ7を搬送する。例えば、砂糖入りのカフェオレの場合、搬送手段はミルクパウダが保管されているキャニスタ2、及び、砂糖パウダが保管されているキャニスタ2に接続された原料一時保留装置4の下方まで順番に搬送する。
【0038】
この際、各原料のキャニスタ2から原料一時保留装置4への供給はカップ7が、次工程である粉末原料のキャニスタ2の原料一時保留装置4の下方に搬送された後に行うのではなく、コーヒーパウダを測定しカップ7に供給するのと同時に、ミルクパウダ及び砂糖パウダ等の原料もコーヒーパウダの場合と同様に、各キャニスタに備えた第一計量装置3で測定を行ない、各キャニスタの供給口2Aに取り付けられている原料一時保留装置4内に供給する。搬送手段がカップ7を各原料のキャニスタ2の原料一時保留装置4の下方にカップ7を搬送した後、原料一時保留装置4の供給口に取り付けてある開閉口が開き、各原料がカップ7へ供給される。
【0039】
例えば、次にミルクパウダを供給する工程では、コーヒーパウダを必要量だけカップ7に供給した後、搬送手段が駆動され、ミルクパウダが保管されているキャニスタ2に取り付けられた原料一時保留装置4の下方まで搬送する。カップ7が搬送されると、既に測定されたミルクパウダが保留されている原料一時保留装置4内の供給口に取り付けてある開閉口が開き、ミルクパウダがカップ7に供給される。砂糖パウダも同様に供給される。
【0040】
さらに、液体原料、例えば温水を注入する工程では、搬送手段はカップ7をポンプ9のノズル9Aの下端位置まで搬送する。ポンプ9からカップ7に注入された水分量が設定値に達すると、ポンプ9からの注水が停止される。そして、コーヒーパウダ、ミルクパウダ、砂糖及び温水が攪拌機10で攪拌された後に、カップ7内で製造された砂糖入りカフェオレがユーザに提供される。
【0041】
また、粉末原料の供給を行う際に、第一計量装置3は、第一静電容量センサ部41で測定されたキャニスタ2内の粉末原料の残量を測定した静電容量データから、第一制御回路部13A内の第一質量演算部45で残量データに換算した値を記録する。そして、インジケータ制御部48は記録された残量データをインジケータ表示部50に出力し、インジケータ表示部50で受け取った残量データが表示される。
【0042】
さらに、第一計量装置3は、販売管理部47であらかじめCPU13Cに記録されているキャニスタ2内の粉末原料の最低残量を規定した設定値を取り込んで、この設定値と第一計量装置3で測定された残量データとを比較する。設定値と残量データが一致したら、販売管理部47は販売停止命令を販売停止表示部49に出力し、販売停止表示部49は販売停止ボタンを点灯し、ユーザの指定した飲料の提供を停止する。
【0043】
なお、ここでは、インジケータ表示部50をキャニスタ2の前側面に取り付けられているとしたが、自動販売機の内部扉の前面に、キャニスタ2ごとにインジケータ表示部50を取り付けることも可能である。
さらに、インジケータ表示部50は、図2に示したような表示方法以外にも、残量を示す数字を使用してディジタル表示することも可能である。また、キャニスタ2ごとに設定された最低残量を表示することも可能である。
【0044】
このように、キャニスタの重量を第一計量装置で測定することで、供給量を測定しながら粉末原料を供給することができるため、原料の固着による不均一な供給を検出でき、原料一時保留装置に複数の粉末原料を同時に測定しながら一時保留して供給するため、迅速で正確な粉末原料の供給が可能となる。
また、原料が残量不足の飲料は販売停止されるため、誤って原料の不足している飲料を販売することを未然に防ぐことができる。
さらに、インジケータの表示により、複数のキャニスタ内の粉末原料の残量が一度に把握でき粉末原料の管理が容易になる。
従って、第一計量装置3を備えるカップミキシング式自動販売機1は、ユーザの選択した飲料を迅速で確実に提供することができる。
【0045】
(第二の実施形態)
次に、本発明の第二の実施形態について図を参照しながら詳細に説明する。
図4は第二計量装置6の構成図であり、図5は第二計量装置6の分解斜視図である。図6は計量時の第二静電容量センサ部12の正面図である。図7、図8、図9は計量装置の特性を示すグラフである。
なお、第一の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
本実施形態におけるカップミキシング式自動販売機1は、第一の実施形態に加えて第二計量装置6を備えることで、カップ7への粉末原料の供給量及びキャニスタ内の粉末原料の質量がより正確に測定できることを特徴とする。
【0046】
(第二計量装置6の構成)
図4に示すように、第二計量装置6は、外部から受ける荷重の変化により静電容量が変化するキャパシタを形成する第二静電容量センサ部12と、電気回路等から構成される第二制御回路部13B、及び、設定手段としても機能するCPU(Central Processing Unit)13Cとを含んで構成されている。
【0047】
図4に示すように、第二静電容量センサ部12は、カップ7を載置する秤量皿14と、スプリング15Aにより秤量皿14を上下方向に移動可能に支持する可動板16と、可動板16をスプリング15Bにより上下方向に移動可能に支持するベース17を有している。この第二静電容量センサ部12は、秤量皿14に固定される可動電極板18とベース17に固定される固定電極板19で空気を誘電体とするキャパシタを形成している。なお、秤量皿14、可動板16が、特許請求の範囲の第一支持部材、第二支持部材にそれぞれ相当する。また、スプリング15A、スプリング15Bが、特許請求の範囲に記載の第一弾性部材、第二弾性部材にそれぞれ相当する。
【0048】
秤量皿14は、四隅に貫通孔20が穿孔された板状の部材である。この秤量皿14の下面には図示しない固定ねじで可動電極板18と、ストッパ14Aが固定されている。可動電極板18は、所定面積を有する平板18Aと、平板18Aを秤量皿14から所定距離だけ離間して固定させるための脚部18Bを有している。ストッパ14Aは、秤量皿14の下降量を制御する際に用いられる。ストッパ14Aの下端と可動板16までの距離が、秤量皿14が下降可能な距離になる。
【0049】
可動板16は、秤量皿14の貫通孔20の位置に穿設位置に対応する位置に支柱21が立設する底部22を有し、底部22の両端は側壁23を介してフランジ24を有し、全体として正面視で凹形状になっている。可動板16は、コイル状のスプリング15Aを外嵌させた支柱21を秤量皿14の貫通孔20に挿入させることで、秤量皿14を上下方向に移動可能にするために二分割されており、フランジ24にはベース17から立設する支柱25を挿入するための貫通孔26が穿孔されている。
【0050】
ベース17は、可動板16の貫通孔26の穿設位置に対応する位置に支柱25が立設され、支柱25の間にはスペーサ27が設けられている。また、支柱25にはコイル状のスプリング15Bが外嵌され、支柱25を貫通孔26に挿入させることで、可動板16を上下移動可能に支持している。ここで、固定電極板19は、所定の面積を有する平板部19Aと、平板部19Aの両端から延びる腕部19Bとから構成されている。この腕部19Bが、図示しない固定ねじで前記したスペーサ27に固定されている。
【0051】
本実施形態において、スプリング15Bのバネ定数(弾性率)は、スプリング15Aのバネ定数に比べて十分に大きく設定されている。従って、カップ7の重量が小さい場合、つまり、秤量皿14がカップ7から受ける荷重が小さい場合は、図6(a)に示すように、スプリング15Bは剛体として振る舞い、スプリング15Aのみが縮んで、白矢印のように秤量皿14のみが下降する。一方、カップ7の重量が充分に大きい場合、つまり、秤量皿14がカップ7から受ける荷重が充分に大きい場合は、図6(b)に示すようにスプリング15Aは縮んだ状態で剛体として振る舞い、スプリング15Bのみ縮んで、黒矢印のように秤量皿14及び可動板16が下降する。
【0052】
例えば、スプリング15Bのバネ定数をスプリング15Aの10倍とし、可動電極板18から固定電極板19までの距離の最大変位を5mmに設定した場合のカップ7の重量と、電極間距離の関係を図7に示す。図7によると、第二計量装置6の特性は、カップ7の重量が小さい領域においては、バネ定数の小さいスプリング15Aによる電極間距離とカップ7の重量の関係を示す直線L1に従い、カップ7の重量が0.15Kg以上の領域においてはスプリング15Bのバネ定数による電極間距離とカップ7の重量の関係を示す直線L2に従っていることがわかる。
【0053】
従来のように、一つのバネ定数のみから計量装置を構成した場合は、直線L1又は直線L2のどちらか一方の電極間距離―重量特性に従って測定が行われる。直線L1のみに従う場合は、1Kg近い重量を計量するためには膨大な長さのスプリングが必要になってしまう。一方、直線L2のみに従う場合は、0.1Kg未満の重量を高精度に計量することができない。これに対して、本実施形態の第二計量装置6によれば、広い範囲が、高精度に行えることがわかる。
【0054】
ここで、カップ7の重量が変化、つまり、秤量皿14にかかる荷重が変化して、可動電極板18と固定電極板19との間の距離が変化すると、両電極板18、19により形成されるキャパシタの静電容量は、図8に示すように変化する。これは、両電極板18、19の面積が一定の場合に、キャパシタの静電容量が電極間距離に反比例することによる。
【0055】
さらに、本実施形態では、キャパシタの静電容量の変化を周波数変化として測定している。これは、キャパシタの静電容量の変化を、時間をパラメータとして取得すると、得られるデータは非線形性が高く、非線形領域において測定を行うと、対数変換や、直線近似などを行う必要があるので、複雑な回路や処理が要求されるからである。また、線形性の高い領域では充分な分解能力が得られないという問題も生じる。これに対して、静電容量の変化を、発振周波数変化をパラメータとして測定すると、重量と発振周波数変化の関係は、図9の重量―周波数特性に示すようにスプリング15Aに基づく直線L3と、スプリング15Bに基づく直線L4からなる線形性を有する特性が得られる。図9によると重量の小さい領域においても高い分解能を有していることがわかる。
【0056】
次に、第二計量装置6の第二制御回路部13Bについて説明する。
図4に示すように、第二制御回路部13Bは、第二静電容量センサ部12の静電容量の変化を重量変化に変換する第二質量演算部31と、大気の温度や、湿度等の変化が測定結果に及ぼす影響を低減するためのキャリブレーション回路部32を含んで構成されている。
【0057】
第二質量演算部31は、第二静電容量センサ部12のキャパシタが回路定数として組み込まれている発振周波数回路33を有している。従って、発振周波数回路33は、キャパシタの静電容量に応じて、所定周波数のパルス信号を増幅回路34に出力する。増幅回路34は、タイミング回路35が発生するタイミングに従って、取得したパルス信号のパルス幅を増幅させる。パルス幅が増幅されたパルス信号は、カウント回路36と、ラッチ回路37に入力される。カウント回路36は、クロック回路38で発生させたクロックを単位時間として、増幅されたパルス幅を、周波数をパラメータとして計数する。一方、ラッチ回路37はカウント回路36によって、計数された値をデータとして保持し、パルス幅の終端を検知し、計数データの保持やカウント回路36に初期データをセットするためのパルスを発生させるためにも用いられる。
【0058】
そして、カウント回路36で計数されたパルス幅は、ラッチ回路37に取り込まれて保持される。ラッチ回路37に保持されているパルス幅の計数値は、比較手段である比較回路39において、CPU13Cに記録されている設定値との比較に用いられる。ここで、CPU13Cに記録されている設定値とは、飲料の種類ごと、原料等の供給の各段階ごとに設定された重量をデータ化したものである
【0059】
比較回路39は、ラッチ回路37に保持されている計数値と、CPU13Cから入力される設定値を比較し、比較結果をゲート回路40に送る。ゲート回路40は、比較結果を、オーガ5Aのオーガ駆動部5や、不図示のディスプレイ等に出力する。
また、キャリブレーション回路部32は、CPU13Cからの指示を受けて、第二質量演算部31内のタイミング回路部35が発生させるタイミングに合わせて、キャリブレーションを行い、その結果を計数する初期データとしカウント回路36に出力する。例えば、発振周波数回路33の周波数が、通常時で負荷がかかっていない状態において16kHzであるのに対して、環境の影響等により15kHzになっている場合には、キャリブレーション回路32は、カウント回路36で周波数を計数する際の基準となる周波数にキャリブレーションをかける。なお、キャリブレーション回路部32がキャリブレーションを行うタイミングは、CPU13Cから指示を受ける替わりに、ユーザが飲料の製造開始を指示するプッシュボタンを操作するタイミングにすることも可能である。
【0060】
(第二の実施形態の動作の説明)
この第一計量装置3及び第二計量装置6を使用して行われるデータ処理について、コーヒーを製造する場合を例にとり、以下に具体的に説明する。
まず最初に、ユーザの選択に従って、図3に示すカップサーバ11から第二計量装置6の秤量皿14の上にカップ7が投下される。このとき第二計量装置6は、カップ7の重量により、図4に示す可動電極板18と固定電極板19の電極間距離が広がり、静電容量が変化する。静電容量の変化により、第二制御回路部13Bの発振周波数回路33が、例えば、カウント回路36においてパルス幅を計数した値が11900であったとすると、ラッチ回路37は、10kHzのパルス信号と、計数値11900を保持する。
【0061】
第二計量装置6にカップ7が載置されたら、搬送手段は、カップ7を第二計量装置6と共にコーヒーの粉末原料(パウダ)が収容されたキャニスタ2に接続された原料一時保留装置4の下方に移動させる。
この状態で、図3に示すキャニスタ2に挿入されたオーガ5Aが駆動して、コーヒーのパウダがカップ7内に供給され、カップ7及びコーヒーパウダの合計量が、例えば35gになると、図4及び図9から第二計量装置6の第二制御回路部13Bの発振周波数回路33で発生するパルス信号の周波数が20KHzになる。このときのパルス信号のパルス幅をカウント回路36で計数して得られる値が5950であった場合に、この計数値5950もラッチ回路37に保持される。
【0062】
比較回路39は、CPU13Cに記録されているコーヒーパウダの重量の設定値(周波数の計数値に換算した値)を取り込んで、設定値と計数値を比較する。設定値よりも計数値が小さい場合は、コーヒーパウダの供給量が、必要量に満たないと判定し、オーガ5Aの駆動命令をゲート回路40を介してオーガ駆動部5(図3参照)に出力する。一方、設定値と計数値が一致したら、オーガ5Aの停止命令をオーガ駆動部5に出力する。
この時、第一の実施形態と同様に、第一計量装置3はキャニスタ2内のコーヒーパウダの残量を測定しながら供給を行なう。この時、第一計量装置3は、販売管理部47であらかじめCPU13Cに記録されているキャニスタ2内の粉末原料の最低残量を規定した設定値を取り込んで、この設定値と第一計量装置3で測定された残量データとを比較する。設定値と残量データが一致したら、販売管理部47は販売停止命令を販売停止表示部49に出力し、販売停止表示部49は販売停止ボタンを点灯し、ユーザの指定した飲料の提供を停止する。
【0063】
このようにして、コーヒーパウダを必要量だけカップ7に供給したら、図3の搬送手段が駆動して、次の原料等の供給位置にカップ7を搬送する。例えば、次工程が水分(温水)の注入である場合は、搬送手段はカップ7をポンプ9のノズル9Aの下端位置まで搬送する。この位置においてカップ7に水分が注がれて、カップ7の重量が例えば110gになったとする。この重量に相当するパルス信号の周波数は図9から60kHzであり、カウント回路36で計数したパルス幅をカウント回路36で計数して得られる値が1983であったとすると、この計数値1983がラッチ回路37に保持される。
【0064】
そして、比較回路39は、この計数値である1983と、CPU13Cから取得した水分量の設定値(周波数の計数値に換算した値)を比較する。設定値よりも計数値が小さい場合は、ポンプ9からカップ7に注入された水分量が設定値に満たないことを意味しているので、ポンプ9は、水分の注入を継続する。そして、計数値と設定値が一致したら、ポンプ9からカップ7に注入された水分量が設定値に達したとみなされ、ポンプ9からの注水が停止される。そして、カップ7は、コーヒーのパウダと温水が攪拌機10で攪拌された後にユーザに提供される。
【0065】
この自動販売機1においてオレンジジュース等の飲料を製造する場合は、コーヒーパウダの替わりにシロップが供給される。シロップの供給量は第二計量装置6の測定結果がシロップのキャニスタ2に接続されたノズルの開閉時間にフィードバックされる。炭酸水からなる飲料の場合は、水の替わりに炭酸水が注入される。
また、自動販売機1がミルを有する場合は、第二計量装置6の測定結果が、ミルで挽いたコーヒー豆からコーヒーを抽出する際にサイフォンに注入される水分量にフィードバックされる。
【0066】
なお、第一計量装置3及び第二計量装置6の制御回路部のキャリブレーション回路は、飲料の製造ごとにキャリブレーションを行うことが望ましい。
このように、第二計量装置にバネ定数の異なるスプリング15Aとスプリング15Bを用いることで、1gから100gを越える広い領域において精度良く、測定を行うことが可能になる。特に、飲料の自動販売機1のように、高品質の飲料を製造するために少量の原料の供給量を精度良く制御する必要がある場合に好適である。
また、第二計量装置6における測定結果を、オーガ5Aの回転量や、ポンプ9の駆動時間等にフィードバックすることで、精度よく原料等を供給することが可能になる。
【0067】
従って、第一計量装置3及び第二計量装置6を備える自動販売機1は、ユーザの嗜好にあった飲料を確実に提供することができる。なお、このような第一計量装置3及び第二計量装置6の測定結果に基づいて原料の供給量を制御するために用いられる手段としては、オーガ以外にもシャッタの開閉等、公知の技術を利用することができる。
さらに詳しくいうと、自動販売機1は、第二計量装置を備えているため各原料の供給量(使用量)等を、供給ごとに実際のカップ7の重量変化として測定することで確認することができ、原料一時保留装置4の開口部のつまりや、原料等の不足を確実に、かつ、迅速に検知することが可能になる。そのため、常に製造する飲料の品質向上をもたらすことができる。なお、カップ7の重量が設定値に到達するまでに要する時間を測定することで異常の発生を検知したり、未然に防止することも可能である。
【0068】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば次のような顕著な効果を奏する。
本発明の請求項1に係る発明によれば、粉末原料と前記液体原料とがカップ内で製造され、この飲料が製造される際に、キャニスタ内に保管されている粉末原料の残量が第一計量装置で測定される。これにより、キャニスタ内の粉末原料の残量が実測値で測定できる。
【0069】
また、本発明の請求項2に係る発明によれば、第一計量装置で測定した粉末原料の残量がインジケータでレベル表示される。このため、ひとめで正確な粉末原料の残量がわかる。
【0070】
さらに、本発明の請求項3に係る発明によれば、販売管理手段により、第一計量装置で測定した粉末原料の残量が所定値以下の場合に、少なくともその粉末原料を使用する飲料の販売が停止される。これにより、キャニスタ内の粉末原料切れによる、飲料の品質を損なうことを防止することができる。
【0071】
そして、本発明の請求項4に係る発明によれば、弾性率の異なる第一弾性部材と第二弾性部材の収縮による静電容量の変化で荷重を測定する計量装置に有し、かつ、原料を保管するキャニスタの荷重を測定する計量装置を有することで、広い範囲において精度の高い測定が可能となる。また、キャニスタ内の残量も把握できる。そのため、誤動作の少ない確実なサービスが提供でき、かつ、高品質な飲料を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施形態におけるカップミキシング式自動販売機の概略構成図である。
【図2】本発明の実施形態における第一計量装置の構成図である。
【図3】本発明の第二の実施形態におけるカップミキシング式自動販売機の概略構成図である。
【図4】本発明の実施形態における第二計量装置の構成図である。
【図5】第二計量装置の分解斜視図である。
【図6】(a)は第二計量装置の静電容量センサ部の正面図であり、(b)は第二計量装置の測定時の静電容量センサ部の正面図である。
【図7】第二計量装置における電極間距離―重量の特性を示すグラフである。
【図8】第二計量装置における重量―静電容量特性を示すグラフである。
【図9】第二計量装置で測定した重量―周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 カップミキシング式自動販売機
2 キャニスタ
3 第一計量装置
4 原料一時保留装置
5 オーガ駆動部
6 第二計量装置(カップベース)
7 カップ
8 搬送手段
9 ポンプ
10 攪拌機
11 カップサーバ
13 制御装置
14 秤量皿
Claims (4)
- 粉末原料を保管するキャニスタと、前記キャニスタ内の粉末原料をカップに供給する粉末供給装置と、液体原料を前記カップに供給する液体供給装置とを備え、前記粉末原料と前記液体原料とをカップ内で混合して飲料を提供するカップミキシング式自動販売機において、
前記キャニスタとは別の支持体により支持されるとともに、前記粉末供給装置から供給され、かつ、前記カップに供給される前の粉末原料を一時的に保留する原料一時保留装置をさらに備えるとともに、前記粉末原料が保管されているキャニスタの重量を測定する第一計量装置を備えて前記粉末原料の残量を測定するよう構成したことを特徴とするカップミキシング式自動販売機。 - 請求項1記載のカップミキシング式自動販売機において、
前記第一計量装置で測定した粉末原料の残量を示すインジケータを備えたことを特徴とするカップミキシング式自動販売機。 - 請求項1又は請求項2記載のカップミキシング式自動販売機において、
前記第一計量装置で測定した粉末原料の残量が所定値以下の場合に、少なくともその粉末原料を使用する飲料の販売を停止する販売管理手段を備えたことを特徴とするカップミキシング式自動販売機。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカップミキシング式自動販売機において、
前記カップ及び前記カップ内に供給された原料の総重量を測定する第二計量装置を備え、
前記第二計量装置は、前記カップを支持する第一支持部材と、前記第一支持部材を第一弾性部材を介して支持する第二支持部材と、前記第二支持部材を第二弾性部材を介して支持するベースとを有し、前記第一弾性部材と前記第二弾性部材は異なる弾性率を有し、前記第一支持部材に接続された可動電極板と、前記ベースに固定された固定電極板によりキャパシタを形成し、前記キャパシタの静電容量を検出することで、前記カップ及び前記カップ内に供給された原料の総重量を測定するよう構成したことを特徴とするカップミキシング式自動販売機。
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