JP5027102B2

JP5027102B2 - 電子式パルセータ

Info

Publication number: JP5027102B2
Application number: JP2008319100A
Authority: JP
Inventors: 利幸岡谷
Original assignee: Orion Machinery Co Ltd
Current assignee: Orion Machinery Co Ltd
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2028-12-16
Also published as: JP2010142120A

Description

本発明は、搾乳機のティートカップ内拍動室と真空源との間に接続されて、拍動室内への真空圧と大気圧の供給を切替えるための電子式パルセータに関する。

通常、搾乳ユニットは一頭の牛に対応する１個のミルククローと、各分房に対応する４個のティートカップを備えている。ティートカップの乳汁流路からミルククローに流入した乳汁は、送乳チューブによりレシーバージャーへ運搬される。各ティートカップは筒状のゴム製ライナーを内装することにより、内部をライナーの乳汁流路と拍動室とに区分されており、拍動室にはティートカップ側面の接続口に接続した真空チューブより拍動真空圧が供給されて所定の拍動比（例えば６０：４０）で拍動し、子牛の口のような刺激を乳頭に与えて泌乳を促す。真空チューブと牛舎の真空ラインとの間にはパルセータが設置され、真空チューブの接続先を真空配管と大気圧とに交互に切り替えることにより、ティートカップ拍動室に拍動真空圧を供給する。通常４個のティートカップに対して１個のパルセータを設けるか、前分房と後分房への拍動比を個別に制御するために２個のパルセータを設ける。これらのパルセータは搾乳方式の違いにより、真空配管の接続箇所（ディストリビュータ）に取付けられる場合や、真空チューブをいったん制御ユニットに導入しその中に設けられる場合がある。

パルセータは、作動機構の違いにより空気圧で作動する空気圧式パルセータと、電磁アクチュエータにより作動する電子式パルセータに分類される。空気圧式パルセータはメンテナンスが容易であるが、真空ラインの圧力の変動により拍動回数、拍動比率が影響を受けることがあった。これに対して電子式パルセータでは、真空大気切替のアクチュエータを電子制御するので拍動回数、拍動比率が安定する利点がある。

図６は電子式パルセータの一例であり、真空大気切替え用アクチュエータに直動式ソレノイドを使用している。ケース内に収納された一対の直動式ソレノイド（不図示）に連結された各プランジャーが上下に往復し、プランジャーの下端の弁体が大気開口及び真空接続口（不図示）を開閉することにより、各真空ニップルに拍動真空圧を付与していた。このような直動式ソレノイドを用いた電子式パルセータでは、ソレノイドを電子制御するので拍動回数、拍動比率が安定する長所があるが、ティートカップ拍動室の真空大気切替を行わせるために直動式ソレノイドのコイルを用いるので装置が重くなり、また直流１２Ｖ〜２４Ｖ程度の電源を要し、消費電力も大きく（例えば２Ｗ）なる問題があった。

従来の電子式パルセータは、拍動回数及び拍動比率を一定に維持することができ容易に設定変更もできる利点を有するが、消費電力が大きいため外部電源を必要とするので、牛舎内に電源を配設したり搾乳牛の付近に電源取り口を設けなければならない不便があった。また、装置に含まれる直動式コイルが大きく重いため、牛舎内を持ち運ぶ搾乳ユニットが重くなり、作業者の負担となる問題があった。

特表平５−５０７２００公報記載の搾乳パルセータは、電磁ステップモータや電磁アクチュエータにより扇状旋回部材をハウジング内で旋回させ、旋回部材に一端を連結した細長い膜部材を移動させ、ハウジングの各部に設けた通気孔を連通させ若しくは遮断することにより、真空通路を開閉させている。そして扇状旋回部材が旋回中にモータが受ける起電力を電源部に伝えて充電させることにより、さらに消費電力を減らすことができるとしている。しかしながらこの装置は旋回部材と柔軟な膜部材を封入した複数のハウジングを備えるなど、複雑な機構を必要とするものであった。
特表平５−５０７２００公報

本発明は、拍動回数・比率の安定した電子式パルセータであって、消費電力が小さく小型軽量であり、しかも製造が容易で耐久性も高い搾乳機の電子式パルセータを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、真空チューブを真空源と大気圧とに交互に接続して拍動圧を与える電子式パルセータであって、ハウジング内に、真空源に連通する真空圧供給口と大気導入孔を備えた第一の空気室と、空気連絡孔により第一の空気室に連通された第二の空気室と、真空チューブに連通する空気室とを備え、前記第一の空気室にはラッチング式ロータリーソレノイドの回転軸に固定されて真空圧供給口と空気連絡孔の開口部に接しつつ摺動し、回転位置により前記空気連絡孔を真空圧供給口と大気導入孔とに選択的に連通させる回転式スライダが設けられ、さらに前記第二の空気室を変圧部とするダイアフラムに連結した弁体が前記第三の空気室を真空源と大気導入孔に選択的に連通させることを特徴とする電子式パルセータにより、上記の課題を解決する。

まずロータリーソレノイドの回転軸に固定した回転式スライダが、空気の流れに対してせん断方向に移動することにより空気室の変圧を行い、さらにダイヤフラムを用いた増力機構により弁体を動かして真空大気の切替を行うので、実際の供給すべき真空の吸着力に対してずっと小さい力で真空圧・大気圧の切替を行うことができるため、消費電力の小さいラッチングソレノイドによる駆動が可能となる。また、直動式のソレノイドではなくロータリーソレノイドを用いるので、スライダに上下方向のストロークがまったく生じないため、従来製品に比して非常に小型で簡易な構造とすることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電子式パルセータにおいて、前記回転式スライダの表面に、前記空気連絡孔を真空圧供給口と大気導入孔とに選択的に連通させる溝部が形成されており、前記回転式スライダは、前記溝部が前記真空圧供給口と空気連絡孔に面するような第一の位置と、前記真空圧供給口のみをスライダ表面又は前記溝部で塞ぎ空気連絡孔を大気導入孔に連通させるような第二の位置との間で移動するようにしたものである。スライダの表面に溝部を形成したことにより、少ない回転角で真空大気切替を行うことができる。好ましくは通電時間を１０〜４０ｍｓ程度とすればよい。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の電子式パルセータにおいて、前記ラッチングソレノイドを制御する制御部と、ラッチングソレノイドに電力を供給するための充電式バッテリと、外部電源に接続されて該充電式バッテリを充電する充電回路とをさらに備えたものである。ラッチングソレノイドでは開閉中のみに電力を消費し、位置を保持するための吸引保持電力を要しないので、消費電力が小（例えば０．１５Ｗ）ですみ、小型のバッテリーによる駆動が可能となる。そこで内部に充電式バッテリを設けることにより、装置を小型化すると共に、牛舎内配線・電源取り口を不要とし、設置を容易にしたものである。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項記載の電子式パルセータにおいて、前記制御部に、拍動の比率及び回数を設定可能記録部と入力手段とを備えたものである。拍動設定をディップスイッチ等により切替可能とすることにより、外部の制御装置と接続することなく、拍動の比率及び回数を可変とすることができる。例えば、拍動回数を１秒１回とし、拍動比率を６０：４０等とするには、ソレノイドに対して５Ｖの正電圧を供給した後、６００ｍｓ後に５Ｖの負電圧を供給し、これを１秒毎に行えばよい。

請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項記載の電子式パルセータにおいて、制御基板上に圧力スイッチを配設し、該圧力スイッチが真空圧低下を検出したときに前期制御部がラッチングソレノイドへの電力供給を停止させるようにしたものである。制御基板上に直接圧力スイッチを配設して、その検出値により駆動・停止を制御すれば簡易な構成となる。

本発明では、空気の流れに対してせん断方向に移動する回転式スライダとダイヤフラムを用いた増力機構を採用し、開閉保持中に電力を消費しない自己保持型のラッチングソレノイドで駆動可能としたので、消費電力が小さい（例えば従来の１０分の１となる）利点がある。また直動式のソレノイドを用いないので、全体を小型軽量とすることができ、取り扱いも容易である。

以下、図面を参照しながら、本発明の具体的な実施形態について説明する。図１は、本発明の電子式パルセータのうち、前分房又は後分房に対応する１個のユニットの縦断面図である。本実施例のパルセータは、主体をなす円筒形のハウジング１と、ロータリーソレノイド３と、回転式スライダ４と、ダイヤフラム５と、ピストン６とを備えている。なお、図１（ａ）は真空圧供給時を、図１（ｂ）は大気圧供給時をそれぞれ示しており、太線矢印はそれぞれの状態での空気の流れを示している。

ハウジング１は、ハウジング本体１２、ハウジング頭部１３、蓋部１４、ピストン収容部１５で構成されている。ハウジング本体１２は一端が開口した空洞部１２ａを有し、他端には真空源に結合すべき凹部１２ｂが形成された略円筒形の部材であって、側面には不図示の真空チューブを接続するための真空ニップル１２ｃと、大気導入孔１２ｄが形成されている。空洞部１２ａの一方の側壁を通って真空源からの真空圧を本体１２の他端へ導くための真空圧導入路１２ｅが形成され、また空洞部１２ａと他端の凹部１２ｂを隔てる壁体の中央部に真空圧供給口１２ｆが形成されている。

ハウジング頭部１３は、一方の端部に回転式スライダを収容するための凹部１３ａが形成され、他端には本体１２に内嵌される筒状の嵌合部１３ｅが設けられた略円筒形の部材である。凹部１３ａの底面には、後述するスライダ４の摺動範囲に対応して一段深くなった摺動部１３ｂが設けられ、その底面に、本体１２の真空圧導入路１２ｅに連通する真空圧供給口１３ｃと、該底面を貫通して本体１２の空洞部１２ａに連通する空気連絡孔１３ｄが設けられている。また側面には大気導入孔１３ｆが形成されている。ハウジングの蓋部１４は凹部１３ａを閉じるための円板状の部材であって、中央にロータリーソレノイドの駆動軸が貫通する孔部が設けられており、該蓋部１４が凹部１３ａを覆うことにより、大気導入孔１３ｆで大気開放された第一の空気室Ａが形成される。ピストン収容部１５は本体１２の空洞部１２ａに内嵌される筒状の部材であり、側面の上部に本体１２の大気導入孔１２ｄに連通する開口部１５ａを有し、下部に真空ニップル１２ｃ内に連通する開口部１５ｂを有しており、空洞部１２ａの内部を上下に分かつ弁口部１５ｃが形成されて、ピストン収容部１５の内部にピストン空間１５ｄを形成している。空洞部１２ａのうち、弁口部１５ｃの下方に画成される空間は真空ニップル１２ｃに連通した第三の空気室Ｃを形成する。

上記のハウジング１に結合されるロータリーソレノイド３は、双方向安定型のラッチング式ソレノイドであり、永久磁石と電磁石の吸引反発により直接ロータに回転を生じ、通電を切ると永久磁石の吸引力によりロータが所定位置に保持される。ロータの軸方向の移動がないので、従来の直動型ソレノイドに比べて装置を大幅に小型化することができる。この種のロータリーソレノイドとしては、例えばタカノ株式会社のＲＳＦ２２／０８−Ｓを使用することができる。

ロータリーソレノイド３のロータ（不図示）に結合された回転軸３ｂは蓋部１４を貫通して前記第一の空気室Ａを縦断し、図２に示すように、その先端に凹部１３ａの摺動部１３ｂに当接するように回転式スライダ４が固定されている。回転式スライダ４は、平面視が略長円形の平板状の部品であって、長円形の一方の端部付近に回転軸３ｂと嵌合する孔部４ａを有し、回転軸３ｂの一定角度の回転に伴ってハウジング頭部１３の摺動部１３ｂに対応する範囲を摺動する。回転式スライダ４の下面には、図２及び図３に示すように、摺動部１３ｂ内に設けられた真空圧供給口１３ｃと空気連絡孔１３ｄとを連絡可能な長さを有する溝部４ｂが形成されており、また一方の側部には半円形の切込み４ｃが設けられている。回転軸３ｂの回転により回転式スライダ４の位置が図２（ａ）の状態となったときには、溝部４ｂが真空圧供給口１３ｃと空気連絡孔１３ｄとを連通させる。図２（ｂ）の状態となったときには真空圧供給口１３ｃのみが溝部４ｂで塞がれ、切込み４ｃが空気連絡孔１３ｄに対応する位置に来て大気開放される。

ダイヤフラム５は、周囲をハウジング頭部１３の嵌合部１３ｅの下端とシリンダ収容部１５の上端の間に挟持固定されて空洞部１２ａを上下に仕切り、ハウジング頭部１３との間に空気連絡孔１３ｄで第一の空気室Ａに連通された第二の空気室を形成している。ダイヤフラム５の下側空間であるピストン空間１５ｄは、大気導入孔１２ｄ、開口部１５ａ等により常時外部空間として大気開放されているから、第二の空気室Ｂ内の圧力変動に応じてダイヤフラム５が容易に上下動する。ダイヤフラム５の中央部にはピストン６が結合され、ダイヤフラム５の上下動に連動して下端の弁体６ａを真空圧供給口１２ｆの上側で上下動させる。

回転式スライダ４が図２（ａ）の位置にあるとき、第二の空気室Ｂ内部は真空圧となるのでダイヤフラム５とピストン６とは図１（ａ）のように上側に偏った位置にあり、弁体６ａが真空圧供給口１２ｆから離れてピストン収容部１５の弁口部１５ｄの下側に当接し、大気開放されたピストン空間１５ｄと下方の連絡を遮断する。従って第三の空気室Ｃは真空圧となり、真空ニップル１２ｃから真空圧が供給される。回転式スライダ４が図２（ｂ）の位置に来ると、第二の空気室Ｂ内部は大気圧となるのでダイヤフラム５とピストン６は図１（ｂ）のように下側に偏った位置にあり、弁体６ａが真空圧供給口１２ｆに密着して真空を遮断し、一方ピストン空間１５ｄからは空気が流入するので、第三の空気室Ｃ内部は大気開放され、真空ニップル１２ｃに大気圧が供給される。このようにロータリーソレノイド３の回転軸３ｂが一定角度の回転を繰り返すことにより、真空ニップル１２ｃに所定拍動回数・拍動比率の拍動圧が供給される。

図４は本発明の電子式パルセータに付設される制御回路のブロック構成図である。この制御回路１００は装置に内蔵されたバッテリー電源により２個のロータリーソレノイドを駆動可能なものであり、また拍動回数・拍動比率を設定する機能と、真空圧低下に対応してロータリーソレノイドへの給電を自動停止する機能を備えている。

マイコン１０１には、ドライブ回路１０２，１０２を介して２個のロータリーソレノイド３，３が接続され、電力が供給される。ソレノイド３，３は自己保持機能を有し保持電力は不要なので、図５に示すように、弁の開閉時のみ正負交互に５Ｖが印加され、その間は０Ｖとなっている。本実施例の場合、拍動回数は１秒１回、拍動比率は６０：４０に設定されているので、正パルスから負パルスまでの時間は６００ｍｓ、負パルスから正パルスまでの時間は４００ｍｓとなっている。各パルスの持続時間は回転式スライダ４の旋回角度に対応した４０ｍｓとなっている。

またマイコン１０１には電源・リセット制御回路１０４と充電・バッテリ状態検出回路１０５を介して充電式バッテリ１０６と外部電源１０７が接続される。電源・リセット制御回路１０４は充電式バッテリ１０６からの電力をマイコン１０１に供給し、また必要に応じてマイコン１０１をリセットする。マイコン１０１は充電・バッテリ状態検出回路１０５の出力により充電式バッテリ１０６の電圧を監視し、残量が少なくなったときにはＬＥＤ１０９ａ（赤色）を点灯してその旨を表示する。外部電源１０７が接続されたときには充電・バッテリ状態検出回路１０５より充電式バッテリー１０６に電力を供給して充電し、満充電までの間マイコン１０１がＬＥＤ１０９ｂ（赤色）を点灯してその旨を表示する。充電式バッテリ１０６としては単三型のニッケル水素電池等が使用でき、外部電源１０７としてはＡＣ１２Ｖトランス電源が使用できる。

１０８ａ〜１０８ｃは電子式パルセータの拍動方法を設定するための入力手段となる４ＢＩＴのディップスイッチである。１０８ａは２個のロータリーソレノイド３，３に共通の拍動回数を設定するためのディップスイッチであり、拍動回数を１分当たり５０回〜７０回程度のいくつかの値から選択できるようになっている。１０８ｂ、１０８ｃはそれぞれ前分房用・後分房用のロータリーソレノイド３，３に個別に拍動比率を設定するためのディップスイッチであり、拍動比率を５０：５０〜７５：２５程度のいくつかの値から選択できるようになっている。

１１０は圧力検出回路であり、基板上に配設された圧力スイッチ１１１の出力を監視する。圧力スイッチ１１１は、圧力が−１０ｋＰａ以下となったことを検知できるものであればよい。パルセータ装置が真空源に接続されると、圧力検出回路１１０が真空圧を検出し、マイコン１０１がロータリーソレノイド３，３への給電を開始する。逆に真空源から切り離されると圧力検出回路１１０がそれを検出し、マイコン１０１がロータリーソレノイド３，３への給電を停止する。専用のスイッチを設けなくても、搾乳時のみロータリーソレノイド３，３を作動するように制御されるので、電力を節約できる。

本発明の電子式パルセータでは、ラッチング式ロータリーソレノイドで駆動可能であるため、小型軽量でバッテリー駆動も可能となり、必要な箇所に容易に設置することができ、有用性は高い。

（ａ）真空圧供給時（ｂ）大気圧供給時にそれぞれ対応する本発明の電子式パルセータの縦断面図（ａ）真空圧供給時（ｂ）大気圧供給時にそれぞれ対応する回転式スライダの位置を示す説明図図１の各々に対応する回転式スライダの斜視図本発明の電子式パルセータに付設される制御回路のブロック構成図ソレノイドに供給される電圧の変化を示す図従来の電子式パルセータの一例を示す分解図

符号の説明

１ハウジング
１２ハウジング本体
１２ａ空洞部
１２ｂ凹部
１２ｃ真空ニップル
１２ｄ大気導入孔
１２ｅ真空圧供給路
１２ｆ真空圧供給口
１３ハウジング頭部
１３ａ凹部
１３ｂ摺動部
１３ｃ真空圧供給口
１３ｄ空気連絡孔
１３ｅ嵌合部
１３ｆ大気導入孔
１４蓋部
１５ピストン収容部
３ロータリーソレノイド
４回転式スライダ
４ａ孔部
４ｂ溝部
４ｃ切欠部
５ダイヤフラム
６ピストン
６ｂ弁体
８外部電源

１００制御装置
１０１マイコン
１０２ドライブ回路
１０４電源・リセット制御回路
１０５充電・バッテリ状態検出回路
１０６充電式バッテリー
１０７外部電源
１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃディップスイッチ
１０９ａ、１０９ｂＬＥＤ
１１０圧力検出回路
１１１圧力スイッチ
Ａ第一の空気室
Ｂ第二の空気室
Ｃ第三の空気室

Claims

真空チューブを真空源と大気圧とに交互に接続して拍動圧を与える電子式パルセータであって、ハウジング内に、真空源に連通する真空圧供給口と大気導入孔とを備えた第一の空気室と、空気連絡孔により第一の空気室に連通された第二の空気室と、真空チューブに連通する第三の空気室とを備え、前記第一の空気室にはラッチング式ロータリーソレノイドの回転軸に固定されて真空圧供給口と空気連絡孔の開口部に接しつつ摺動し、回転位置により前記空気連絡孔を真空圧供給口と大気導入孔とに選択的に連通させる回転式スライダが設けられ、さらに前記第二の空気室を変圧部とするダイアフラムに連結した弁体が前記第三の空気室を真空源と大気導入孔に選択的に連通させることを特徴とする電子式パルセータ。
前記回転式スライダの表面に、前記空気連絡孔を真空圧供給口と大気導入孔とに選択的に連通させる溝部が形成されており、前記回転式スライダは、前記溝部が前記真空圧供給口と空気連絡孔に面するような第一の位置と、前記真空圧供給口のみをスライダ表面又は前記溝部で塞ぎ空気連絡孔を大気導入孔に連通させるような第二の位置との間で移動することを特徴とする請求項１記載の電子式パルセータ。
前記ラッチングソレノイドを制御する制御部と、ラッチングソレノイドに電力を供給するための充電式バッテリと、外部電源に接続されて該充電式バッテリを充電する充電回路とをさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の電子式パルセータ。
前記制御部が、拍動比率及び拍動回数を設定可能な記録部と入力手段とを備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の電子式パルセータ。
制御基板上に圧力スイッチを配設し、該圧力スイッチが真空圧低下を検出したときに前期制御部がラッチングソレノイドへの電力供給を停止させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の電子式パルセータ。