JP4810400B2 - スクリューポンプ - Google Patents

Description

本発明は、スクリューポンプに関し、特に、飲料抽出装置や電気ポットなど、タンク内の液体を加熱して所定量の液体を吐出する液体容器に適用されるものである。

この種の液体容器の１つであるコーヒメーカーなどの飲料抽出装置は、タンクに貯留した水を加熱手段によって加熱し、供給手段によって飲料抽出原料であるコーヒー粉を収容したフィルタカップにお湯を供給することにより、コーヒー粉からコーヒー液を抽出し、該コーヒー液を飲料容器に流出させるものである。この液体容器は、タンクの底に吸水管が接続され、この吸水管の端部にポンプが配設されている。また、このポンプには吐出管が接続され、この吐出管の先端が注出口に配管されている。

しかし、この液体容器では、タンク内の液体が同水位まで吐出管内に流入している。そして、この吐出管内の液体は、加熱手段では加熱（保温）されないため、供給手段による給水開始時には、降温した液体が供給されるという不都合がある。

この問題を防止できるようにした液体容器に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。

特開平１０−１７９３９６号公報

この特許文献１では、液通路である吐出管の直状立上がり部の上方外部に電動ポンプのモータを設置し、そのモータのシャフトを吐出管の下端部まで垂下して回転可能に軸受けされ、シャフトの下部にスクリューを取付ける構成としている。そして、モータは、正転および逆転を可能としたものを適用することにより、吐出管内の液体をタンク内に逆流させ、給水開始時に降温した液体の供給を防止できる構成としている。

しかしながら、この液体容器のポンプ構造では、モータが製品の上方に位置するため、モータの交換やメンテナンスの作業性が悪いという問題がある。この問題は、モータを吐出管の下部に配置すれば解消できるが、下部に配置する場合には、液体漏出の問題が生じる。

本発明は、従来の問題に鑑みてなされたもので、駆動手段を下部に配設し、確実に液体を供給できるスクリューポンプを提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明のスクリューポンプは、下側の受動部材配設部と、該受動部材配設部の上側に位置するスクリュー配設部とを有し、前記受動部材配設部の側部に上流側に接続する液体吸引用の吸引口を有するとともに、前記スクリュー配設部の上側に下流側に接続する液体供給用の供給口を有するケーシングと、前記受動部材配設部の下部外側に配設した駆動手段と、前記受動部材配設部内に配設され、前記駆動手段による回転力を前記ケーシングを介して磁力でもって受けて回転する受動部材と、前記スクリュー配設部内に配設され、前記受動部材と同軸に連結されたスクリューとを備え、前記受動部材配設部に、前記受動部材の上部に位置するように内向きに突出するリブを設けた構成としている。

このスクリューポンプは、駆動手段を受動部材配設部の下部外側に配設し、その回転力をケーシングを介して磁力でもって受動部材に伝えるため、液体漏出の問題を生じさせることなく、スクリューに回転力を付与することができる。

但し、この構成の場合、受動部材の回転により、スクリューの下部の受動部材配設部では、液体が受動部材の回転に従って回転する下向きの水流が生じ、液体および気泡が滞留し易い状態になる。その結果、スクリューで液体を下流側に供給する作用の妨げになる。

しかし、本発明では、受動部材配設部に内向きに突出するリブを設けているため、該受動部材配設部内の水流の発生を防止できる。その結果、スクリューによって確実に下流側に液体を供給することができる。

このスクリューポンプでは、前記受動部材配設部とスクリュー配設部との境界部分に、内向きに突出して流路を絞る絞り部を設けることが好ましい。このようにすれば、リブによって乱した受動部材配設部内の水流が、直接スクリュー配設部に流入することにより、スクリューに余計な負荷が加わることを防止できる。その結果、スクリューによる液体供給効率を向上できる。

また、前記スクリュー配設部を上向きに広がる円錐筒状とするとともに、前記スクリューを側面視で前記スクリュー配設部の内壁と平行な略円錐状に形成することが好ましい。このようにすれば、スクリュー配設部の内壁とスクリューとのクリアランスを均一にすることができるため、液体供給に係る損失を抑制できる。

本発明のスクリューポンプでは、受動部材配設部の下部外側に配設した駆動手段の回転力を、ケーシングを介して磁力でもって受動部材に伝えるため、液体漏出の問題を生じさせることなく、確実にスクリューを回転させることができる。その結果、駆動手段の交換時やメンテナンス時の作業性を向上できる。また、受動部材配設部に内向きに突出するリブを設けているため、該受動部材配設部内の水流の発生を防止でき、スクリューによって確実に下流側に液体を供給することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１は本発明の実施形態に係るスクリューポンプ３５を適用した飲料抽出装置を示す。この飲料抽出装置は、大略、タンク３１、加熱手段および供給手段を有する本体１０の前面に、飲料注出部材と保温機構とを設けたものである。まず、この飲料抽出装置の構成について説明する。

前記本体１０は、筒状をなす金属製の胴体１１と、該胴体１１の上端に配設した肩体１２と、胴体１１の下端に配設した底体１５とを有する外装体を備えている。この本体１０は、上部に位置する肩体１２に、前面から前方に突出するようにノーズ部１３が設けられ、このノーズ部１３の下端がレール部材１４により覆われている。また、下部に位置する底体１５に、前面から前方に突出するように台座部２６が設けられている。肩体１２は、ノーズ部１３の背部が開口され、この開口が回動可能に取り付けられた蓋体１６により閉塞されている。

そのうち、前記ノーズ部１３は、その内部に後述する吐出管７５が配管されるとともに、操作基板８０および制御基板８３が配設されている。そして、このノーズ部１３を遮蔽するレール部材１４には、吐出管７５に連通される注出口１７が設けられている。また、このレール部材１４の両側部には、前後方向に向けて延びる断面Ｌ字形状の第１スライドレール部１８および第２スライドレール部１９が設けられている。

前記ノーズ部１３の下部には、飲料注出部材としてシャワーキャップ２０と、該シャワーキャップ２０を介して高温液体が注入されることにより内部に収容した飲料抽出原料から飲料を抽出するフィルタカップ２３とが着脱可能に配設されている。前記シャワーキャップ２０は、レール部材１４の第１スライドレール部１８に対して前方から着脱可能に装着するもので、略平板状をなし、その所定位置に下向きに窪む散水部２１を設けるとともに、その内部に複数の散水孔２２を設けたものである。前記フィルタカップ２３は、レール部材１４の第２スライドレール部１９に対して前方から着脱可能に装着するもので、略円錐筒状をなす貯留部２４を備え、その底の中心には抽出孔２５が設けられるとともに、その抽出孔２５から放射状に突出するようにリブが設けられている。

前記台座部２６は、ガラス製のジャグ２７を着脱可能に載置するもので、上面には熱伝導性が良好な金属製の感熱部材２８が配設されている。また、この台座部２６の内部には、図３に示すように、保温用加熱手段である保温ヒータ２９が配設されるとともに、感熱部材２８を介してジャグ２７内の飲料温度を検出する保温用温度検出手段である保温温度センサ３０が配設されている。

図１に示すように、前記外装体の内部において、蓋体１６で閉塞される肩体１２の上端開口には、液体である水を貯留する上端開口のタンク３１が配設されている。このタンク３１の底には、タンク３１内に貯留した水を沸騰および保温する容器用加熱手段である加熱ヒータ３２（図３参照）が配設されるとともに、タンク３１内の湯温を検出する容器用温度検出手段である容器温度センサ３３が配設されている。

そして、外装体とタンク３１との間には、該タンク３１内の水をノーズ部１３へ供給する供給手段として本発明の実施形態に係るスクリューポンプ３５が配設されている。このスクリューポンプ３５は、図２に示すように、ケーシング３６の外側に駆動手段であるモータ５２を配設し、ケーシング３６の内側に受動部材５６とスクリュー６２とを配設したものである。

前記ケーシング３６は、筒状をなすケーシング本体３７と、該ケーシング本体３７の下端開口を閉塞する下端閉塞部材３８と、ケーシング本体３７の上端開口を閉塞する上端閉塞部材４０とからなる。そして、下端閉塞部材３８には、受動部材５６およびスクリュー６２を下側で回転可能に受ける第１軸受部３９が設けられ、上端閉塞部材４０には、同様に受動部材５６およびスクリュー６２を上側で回転可能に受ける断面Ｌ字形状に突出した第２軸受部４１が設けられている。また、これらケーシング本体３７、下端閉塞部材３８および上端閉塞部材４０は、パッキン４２によって密閉した状態でネジ止めにより固定されている。

前記ケーシング３６の内部は、下側が受動部材配設部４３とされ、該受動部材配設部４３の上側がスクリュー配設部４６とされている。前記受動部材配設部４３には、その側部に上流側であるタンク３１に接続される液体吸引用の吸引口４４が設けられ、この吸引口４４の縁から外向きに突出する接続管部４５が設けられている。また、前記スクリュー配設部４６は、上向きに広がる円錐筒状をなし、その上側である上端閉塞部材４０には下流側であるノーズ部１３に接続される液体供給用の供給口４７が設けられている。

そして、本実施形態では、受動部材配設部４３には、後述する受動部材５６の上部に位置するように、その内壁から中心に向けて突出するリブ４８が設けられている。このリブ４８は、前記吸引口４４の形成位置を除き、周方向に所定間隔をもって複数設けられている。

また、本実施形態では、各配設部４３，４６の境界部分には、流路を絞るように内向きに突出（窪む）する絞り部４９が設けられている。この絞り部４９は、受動部材配設部４３からスクリュー配設部４６に向けて次第に流路が狭くなるように縮径する円錐筒部５０と、該円錐筒部５０から上側である下流側に向けて次第に流路が広くなるように拡開する逆円錐筒部５１とを有する。

前記モータ５２は、前記受動部材配設部４３の下部外側である下端閉塞部材３８の底面に取付部材５３を介してネジ止めにより固定されている。なお、本実施形態では、モータ５２は、後述するスクリュー６２によってタンク３１内の液体を外部であるノーズ部１３の側へ供給する正転動作と、吐出管７５内の液体をタンク３１内へ逆流させる逆転動作とが可能なものを使用している。

前記取付部材５３は、略凹状をなす上端開口のもので、その内部には、モータ５２の出力軸５２ａが貫通されている。この出力軸５２ａの先端には、円板状をなす第１フランジ部材５４が配設され、この第１フランジ部材５４の上部に、後述する受動部材５６に回転力を伝達するための非接触伝達手段である円環状の第１磁性部材５５が配設されている。なお、第１磁性部材５５は、第１フランジ部材５４の上部に周方向に所定間隔をもって複数配設してもよい。

前記受動部材５６は、受動部材配設部４３内において、前記出力軸５２ａと一致する上下方向に延びる軸心を中心として水平方向に回転可能に配設されている。この受動部材５６は、軸心に位置するコア部材５７と、該コア部材５７の外周部に固着した第２フランジ部材６０とを備えている。前記コア部材５７の軸心には、下端開口の第１軸装着凹部５８と、上端開口の第２軸装着凹部５９とが設けられている。第２フランジ部材６０には、その下部に前記第１磁性部材５５と同径の円周上に位置するように耐食性を有する複数の第２磁性部材６１が配設されている。

前記スクリュー６２は、スクリュー配設部４６内において、前記受動部材５６と一致する上下方向に延びる軸心を中心として水平方向に回転可能に配設されている。具体的には、このスクリュー６２は、その中央に軸心部６３を備え、その上側に上端開口の第１軸装着凹部６４が設けられるとともに、下端に下端開口の第２軸装着凹部６５が設けられている。また、このスクリュー６２は、軸心部６３から径方向外向きに突出する連続した螺旋状をなす羽根部６６を備えている。そして、この羽根部６６は、その側面視の外形が、スクリュー配設部４６の内壁と平行になるように、略円錐状をなすように形成されている。

前記受動部材５６とスクリュー６２とは、第２軸装着凹部５９，６５に連結軸６７を配設することにより、同軸に連結されている。また、受動部材５６は、その第１軸装着凹部５８が第１軸受部３９に第１軸部材６８により軸着され、スクリュー６２は、その第１軸装着凹部６４が第２軸受部４１に第２軸部材６９により軸着される。さらに、受動部材５６の第１軸装着凹部５８の内部には、付勢手段であるスプリング７０が配設され、このスプリング７０により各軸受部３９，４１への装着誤差や各部品の製造誤差などを吸収できるように構成している。

なお、前記ケーシング３６の接続管部４５には、上流側であるタンク３１の底の給水口３１ａに接続した吸水管７１が接続されている。この吸水管７１の内部は仕切板７２により区画されており、その一方がケーシング３６に連通され、他方が圧力センサ７４に分岐接続されている。前記仕切板７２は、その上端が前記給水口３１ａまで延びている。また、この仕切板７２の下部には、圧力センサ７４の側の開口面積より、ケーシング３６の側の開口面積を大きくした略円錐状をなす逆止弁構造の通水孔７３が設けられている。

前記圧力センサ７４は、タンク３１内の水量に応じて変化する水圧によって、タンク３１内に貯留された水の残量を検出する残量検出手段、および、スクリューポンプ３５によって注出した流量を検出する流量検出手段としての役割をなすものである。なお、本実施形態では、タンク３１の底に圧力センサ７４を配設する構成とすることにより、内部構造の簡素化を図り、全体が大型化することを防止できるようにしている。

また、図２に示すように、ケーシング３６の上端に位置する供給口４７には、下流側であるノーズ部１３に配管される吐出管７５が接続されている。この吐出管７５の先端は、接続部材７６を介してノーズ部１３の注出口１７に接続されている。また、吐出管７５は、上向きに延びる中間部分が背面側に向けて湾曲され、タンク３１に略接触されることにより、内部の液体温度の降下を防止している。なお、符号７７は断熱部材である。

前記ノーズ部１３の内部には表示手段であるセグメント表示方式の液晶パネル７８と、設定や動作を指定する指示手段である複数のスイッチ７９とを実装した操作基板８０が配設され、その表面に操作パネル８１が設けられている。

この飲料抽出装置は、本体１０において、底体１５の側面に配設したメインスイッチ８２をオン位置とすることにより、ノーズ部１３の内部に配設した制御基板８３のマイコン８４に電力が供給され、このマイコン８４よって、予め設定されたプログラムに従って制御される。

具体的には、マイコン８４による制御は、タンク３１内に貯留された水を加熱し、飲料抽出に最適な温度に温調する。また、スイッチ操作により指定された抽出湯量に従ってスクリューポンプ３５を動作させ、所定量のお湯を注入して一旦停止し、所定時間むらし工程を実行する。また、このむらし工程が終了すると、再びスクリューポンプ３５を動作させ、所定量のお湯を断続的に注湯するドリップ工程を実行し、目的の飲料抽出を実行するものである。

次に、マイコン８４による制御の一例について具体的に説明する。

まず、メインスイッチ８２の操作により電力が投入されると、マイコン８４は、各スイッチ７９の操作によるユーザの設定変更や、制御の実行を行う。飲料抽出の実行スイッチである抽出切／入スイッチが操作されると、飲料抽出制御を実行する。

具体的には、図４に示すように、マイコン８４は、まず、ステップＳ１では、操作パネル８１の操作により設定された飲料抽出設定を読み込んだ後、ステップＳ２で、容器温度センサ３３によってタンク３１内の液体温度が適温（センサ３３の検出値９４℃以上）であるか否かを検出する。そして、適温である場合にはステップＳ３に進み、適温でない場合にはステップＳ５に進む。

ステップＳ３では、圧力センサ７４の検出値に基づいた液体残量を判断し、その液体残量が設定されている供給指示量、即ち、飲料抽出量より多いか否かを判断する。そして、液体残量が供給指定量を満足している場合にはステップＳ４に進み、液体残量が供給指定量を満たしていない場合にはステップＳ５に進む。

ステップＳ４では、判断した液体残量が満量点以上の過剰状態であるか否かを判断する。そして、残水量過剰である場合にはステップＳ５に進み、残水量過剰でない場合にはステップＳ６に進む。

即ち、タンク３１内の液体温度が適温でない場合、液体残量が少ない場合、および、液体残量が満量点を超える過剰な場合にはステップＳ５に進み、圧電ブザーによる報知処理を実行して、何ら制御を実行することなくリターンする。

また、ステップＳ６では、保温ヒータ２９をオンして動作させた後、ステップＳ７で、飲料抽出実行状態を示す表示および飲料保温実行状態を示す表示を点灯させる。そして、ステップＳ８の飲料抽出制御と、ステップＳ９の飲料保温制御とを並行処理する。なお、これらの制御は独立して実行され、それぞれ終了すると個別にリターンする。

そのうち、飲料抽出制御では、マイコン８４は、図５に示すように、まず、ステップＳ８−１で、ポンプ逆転工程を実行する。このポンプ逆転工程では、モータ５２によってスクリュー６２を逆転させることにより、降温した吐出管７５内の液体をタンク３１内に戻すものである。本実施形態では、このポンプ逆転工程は、２秒オン３秒オフの間欠逆転動作を６回実行する構成としている。これにより、液体に含まれる含有物が圧力センサ７４に付着することによる検出誤差を防止するとともに、フィルタカップ２３への供給開始時に温度が低い液体を供給し、抽出する飲料の味に影響が及ぶことを防止している。

ついで、ステップＳ８−２で、後述するむらし工程および吐出工程でのポンプ停止湯量を算出（決定）する湯量演算工程を実行する。本実施形態では、この湯量演算工程では、まず、前記ポンプ逆転工程によるタンク３１内の液面の揺れを無くすために待機工程（約３秒）を実行した後、圧力センサ７４によって現状での液体残量を再検出する。その後、設定された供給指示量と、その供給指示量によって予め設定されたむらし工程での供給量および吐出工程での供給量とに基づいて、各工程の終了状態での液体残量を算出するものである。

ついで、ステップＳ８−３で、スクリューポンプ３５を正転動作させて設定した供給量で液体を供給した後、設定された待機時間停止状態を維持するむらし工程を実行する。この際、マイコン８４は、圧力センサ７４の検出値に基づく液体残量により供給量を判断する。そして、設定した供給量の液体を吐出したと判断すると、操作パネル８１の操作により設定されたむらし時間が経過するまで待機して、むらし工程を終了する。

ついで、ステップＳ８−４で、スクリューポンプ３５を動作させて設定した供給量の液体を供給する吐出工程を実行する。この際、マイコン８４は、前記と同様に、圧力センサ７４によって液体残量を検出しながら、目的の供給量になるまでスクリューポンプ３５を動作させる。

ついで、ステップＳ８−５で、抽出後の実際の液体残量に基づいて設定した供給量の液体供給が行えていない場合の調整工程を実行する。この調整工程は、まず、スクリューポンプ３５の正転動作によるタンク３１内の液面の揺れを無くすために待機工程（約３秒）を実行した後、圧力センサ７４によって現状での液体残量を検出する。その後、ステップＳ８−２で設定した終了状態での液体残量に至っているか否かを判断する。そして、設定判断値に至っている場合にはこの調整工程を終了し、設定判断値に至っていない場合にはスクリューポンプ３５を動作させて不足分の液体供給を実行する。

最後に、ステップＳ８−６で、フィルタカップ２３内に残存している液体がジャグ２７に略抽出されるまで、予め設定した時間待機した後、飲料抽出が完了したことを示す報知処理を実行してリターン（飲料抽出制御を終了）する。

次に、スクリューポンプ３５による液体供給について具体的に説明する。

前記モータ５２が正転駆動されると、第１フランジ部材５４が回転されることにより、磁性部材５５，６１の磁力でもって受動部材５６が非接触状態で回転する。そうすると、連結軸６７で一体的に連結されたスクリュー６２が回転することにより、上流側であるタンク３１内の液体を、下流側であるノーズ部１３へ供給する給水動作が実行される。

この際、受動部材５６の回転により、受動部材配設部４３内では、その回転に従って液体が回転する下向きの水流が生じる。そして、この水流により、受動部材配設部４３内は、液体および気泡が滞留し易い状態になっており、スクリュー６２による下流側への給水作用を阻害する状態になっている。

しかし、本実施形態では、受動部材配設部４３には、受動部材５６の上部に位置するようにリブ４８を突設しているため、このリブ４８で受動部材配設部４３内の水流の発生を防止（破壊）できる。但し、リブ４８により受動部材配設部４３内の旋回流を破壊すると、スクリュー配設部４６内には乱流が流入することになる。しかし、本実施形態では、受動部材配設部４３とスクリュー配設部４６との間に流路を絞る絞り部４９を設けているため、乱流を整流する作用が得られ、スクリュー６２に余計な負荷が加わることを防止できる。

しかも、本実施形態では、スクリュー配設部４６を上向きに広がる円錐筒状とし、スクリュー６２を逆円錐状としているため、スクリュー配設部４６の内壁とスクリュー６２とのクリアランスを均一とし、液体供給に係る損失を抑制できるようにしている。そのため、スクリュー６２による液体供給効率を向上できる。勿論、モータ５２を逆転させた場合でも、同様に液体逆流効率を向上できる。

また、本実施形態では、受動部材配設部４３の下部外側に配設したモータ５２の回転力を、ケーシング３６を介して磁力でもって受動部材５６に伝えるため、液体流路中には貫通孔は設けていない。そのため、液体漏出の問題を生じさせることなく、確実にスクリュー６２を回転させることができる。そして、モータ５２は、ケーシング３６の下部に配設したものであるため、底体１５を外すだけで露出させることができる。その結果、モータ５２の交換時やメンテナンス時の作業性を向上できる。

なお、本発明のスクリューポンプ３５は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

特に、前記実施形態では、本発明のスクリューポンプ３５を液体容器の１つである飲料抽出装置に搭載した例を示したが、電気ポットに適用しても同様の作用および効果を得ることができ、その使用用途は限定されるものではない。

本発明の実施形態に係るスクリューポンプを搭載した飲料抽出装置を示す断面図である。 図１の要部拡大断面図である。 飲料抽出装置の構成を示すブロック図である。 飲料抽出装置のマイコンによる制御を示すフローチャートである。 図４の飲料抽出制御を示すフローチャートである。

符号の説明

３５…スクリューポンプ
３６…ケーシング
４３…受動部材配設部
４４…吸引口
４６…スクリュー配設部
４７…供給口
４８…リブ
４９…絞り部
５２…モータ（駆動手段）
５２ａ…出力軸
５５…第１磁性部材
５６…受動部材
６１…第２磁性部材
６２…スクリュー
６７…連結軸
６８…第１軸部材
６９…第２軸部材
７１…吸水管
７５…吐出管

Claims (3)

1. 下側の受動部材配設部と、該受動部材配設部の上側に位置するスクリュー配設部とを有し、前記受動部材配設部の側部に上流側に接続する液体吸引用の吸引口を有するとともに、前記スクリュー配設部の上側に下流側に接続する液体供給用の供給口を有するケーシングと、
   前記受動部材配設部の下部外側に配設した駆動手段と、
   前記受動部材配設部内に配設され、前記駆動手段による回転力を前記ケーシングを介して磁力でもって受けて回転する受動部材と、
   前記スクリュー配設部内に配設され、前記受動部材と同軸に連結されたスクリューとを備え、
   前記受動部材配設部に、前記受動部材の上部に位置するように内向きに突出するリブを設けたことを特徴とするスクリューポンプ。
2. 前記受動部材配設部とスクリュー配設部との境界部分に、内向きに突出して流路を絞る絞り部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のスクリューポンプ。
3. 前記スクリュー配設部を上向きに広がる円錐筒状とするとともに、前記スクリューを側面視で前記スクリュー配設部の内壁と平行な略円錐状に形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクリューポンプ。

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