JP6894132B2 - 液体噴射機構及び液体噴射機構に用いられるピストン - Google Patents

Description

本発明は、食品加工技術に関し、より具体的には、針を用いることなく液体を食品に注入するための無針型液体注入装置に用いられる液体噴射機構におけるシーリング構成に関する。

食品加工の分野において、肉や魚などの食品に味付けを行うために、塩水や調味料などの液体を食品に注入する多針型液体注入装置が、従来から広く用いられている。多針型液体注入装置は、一般には複数本の針を肉や魚などの食品に直接挿入し、その針を通して食品の内部に液体を注入する装置である。多針型液体注入装置が用いられることによって、食品に対して液体を均一に注入することが可能になった。

しかし、多針型液体注入装置には、食品に針を挿入することにより食品が損傷すること、食品に針を挿入することにより食品が非衛生的になるおそれがあること、挿入された針が破損することにより異物が混入する可能性があること、針の洗浄や交換に伴ってメンテナンスコストが上昇することなどといった、種々の課題があることが知られている。

こうした課題を解決する目的で、本出願の出願人は、針を食品に挿入することなく食品に液体を注入するための装置を提案した（特許文献１）。この装置は、ベルトコンベアよって搬送される食品に、液体噴射機構から噴射された液体を注入するものである。液体噴射機構においては、液体を保持するための液体保持部材（例えばシリンジ又はシリンダ）と、液体を液体保持部材に設けられたノズルから押し出すための液体加速部材（例えばプランジャ又はピストン）とを有し、液体保持部材における液体加速部材の移動速度及び移動距離を自在に設定することによって、ノズルから噴射される液体の速度と食品への液体注入状態とを、任意に変化させることができる。特許文献１の装置においては、液体をノズルから高圧で噴射させるために、液体加速部材が液体保持部材内部の液体を高荷重で押し付けるように構成されている。したがって、高荷重時における液体加速部材と液体保持部材との間の密封状態を十分に確保できなければ、両者の隙間から液体加速部材内部の液体が漏出する可能性がある。

特許文献２（特開２００２−７２６）は、液体を収容するシリンダと、シリンダ内に往復動自在に挿入されるピストンとから構成され、ピストンには複数箇所にシール部材が設けられているシリンジが開示される。複数箇所のシール部材の各々は、ピストンの周面に形成された薄肉の鍔部として形成されている。これらのシール部材は、ピストンの摺動を容易にするためには効果的であるものの、シリンダ内の液体を高圧で噴射させるための用途で用いる場合には、高圧の液体を封止するほどのシーリング効果を得ることはできない。

特許文献３（特開２００９−９７７０５）は、シリンダと、シリンダ内を高速で往復移動するピストンとを有する装置において、シリンダとピストンとの間に配置されるシーリングシステムが開示される。この装置におけるシーリングシステムは、シリンダ側に配置される密封ユニット４０及び密封装置５０から構成され、密封ユニット４０の側に密封される油の漏れと、密封装置５０の側に密封される気体の漏れを防止するものである。密封ユニット４０は、ピストンの外周表面に対して摺動自在に設けられる樹脂製リング４１と、その外周にはめ込まれるゴム製リング４２とから構成され、密封装置５０は、ピストンの外周表面に対して摺動する２つのシールリップ５１、５２を備える。特許文献３のシーリングシステムにおいては、密閉度を高くしようとすると、摺動抵抗が増大し、密封ユニット及び密封装置の摩耗及び損傷も大きくなる。また、低温環境で装置を使用する場合や低温の液体を噴射する場合には、シール効果が低下するおそれがある。

特許第５８１１４９０号公報 特開２００２−７２６号公報 特開２００９−９７７０５号公報

本発明は、液体加速部材が液体保持部材内部の液体を高荷重で押し付ける場合でも、液体加速部材と液体保持部材との間を確実に密封するシーリング構成を有する液体噴射機構を提供することを課題とする。
また本発明は、こうした液体噴射機構に用いることが可能なシーリング構成を有する液体加速部材（ピストン）を提供することを別の課題とする。

一態様において、本発明は、内部に液体を保持する液体保持部材と、該液体保持部材の内部の液体を噴射するノズルと、液体保持部材の前記内部を移動することによって液体に速度を与えてノズルから液体を噴射させる液体加速部材とを含む液体噴射機構を提供する。この機構において、液体加速部材は、軸部と、軸部に配置された第１シール部材と、第１シール部材の外方を覆い、液体保持部材の内面に沿って移動する摺接面を有する円筒部材と、第１シール部材に対してノズル側とは反対の側に配置された第２シール部材とを備える。

一実施形態においては、第１シール部材及び第２シール部材の少なくとも一方は、複数のリング状シール部材を有するものであることが好ましい。液体噴射機構は、軸部に取り付けられたブロックをさらに備え、第２シール部材は、そのブロック上に配置されていることが好ましく、ブロックは樹脂製であることが好ましい。また、円筒部材は、樹脂製であることが好ましい。

別の態様において、本発明は、シリンダの内部を往復移動するピストンを提供する。ピストンは、軸部と、軸部の一方の端部側に配置された第１シール部材と、第１シール部材の外方を覆い、シリンダの内面に沿って移動する摺接面を有する円筒部材と、第１シール部材に対して上記一方の端部側とは反対側に配置された第２シール部材とを備える。

さらに別の態様において、本発明は、上記の液体噴射機構と、液体噴射機構の液体加速部材を移動させる駆動機構と、液体加速部材の移動開始位置から移動終了位置までの移動行程における移動速度を自在に変化させるように駆動機構を制御可能な制御手段とを備える液体噴射装置を提供する。

本発明によれば、液体噴射装置において液体が高圧で噴射される場合に、装置からの液体の漏洩を確実に防止することができる。さらに、本発明によれば、装置が低温下で使用された場合や噴射される液体が低温である場合などにおいても、液体が装置から漏洩することを確実に防止することができる。

本発明の一実施形態による液体噴射機構を備える無針型液体注入装置の概略的な正面図である。 本発明の一実施形態による液体噴射機構を備える無針型液体注入装置の概略的な側面図である。 本発明の一実施形態による液体噴射機構の概略的な拡大図である。 本発明の一実施形態による液体加速部材（ピストン）の側面図及び縦断面図である。 図４に示される液体加速部材の分解組立斜視図である。 本発明の一実施形態による液体噴射機構を備える無針型液体注入装置の制御フロー図である。

以下に、本発明の一実施形態による液体噴射機構を備えた無針型液体注入装置１（以下、装置１という）を詳細に説明するが、本発明を実現するための装置は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の実施形態における装置１に設けられる液体噴射機構と同様の機構は、無針型液体注入装置にのみ用いられるものではなく、何らかの液体をノズルから噴射するための装置や、液体を液体保持部材（シリンダ）内で加圧するための装置においても用いることができる。

図１は、装置１の概略的な正面図であり、図２は、装置１の概略的な側面図である。図３は、装置１における液体噴射機構２０の部分を拡大して示した概略図である。本装置１においては、食品は、食品搬送機構１０によって一定の方向に搬送される。食品が液体注入位置に到達したときに、好ましくは食品搬送機構１０の動作は一旦停止し、駆動機構４０の動作によって液体噴射機構２０から噴射された液体が食品に注入される。液体が食品に注入されると、食品搬送機構１０の動作が再開されて、食品を所定の距離だけ搬送した後、再び停止する。その後は同様に、食品搬送機構１０によって食品の搬送、停止が繰り返され、食品が停止するごとに、液体噴射機構２０から噴射された液体が、所定の間隔で複数箇所に注入される。食品への液体注入が終了すると、液体が注入された食品は、食品搬送機構１０によって液体注入位置から離れる方向に搬送される。

本発明においては、食品として、例えば食肉、魚肉、野菜、果物などといった、あらゆる食品を用いることができる。また、本発明においては、液体として、例えば塩水、調味液、保存液、着色液などといった、あらゆる液体を用いることができる。

［食品搬送機構］
図１及び図２を参照すると、液体が注入される食品は、食品搬送機構１０によって搬送される。本実施形態においては、食品搬送機構１０は、ベルトコンベアなどの無端搬送体１２と、無端搬送体１２を矢印Ｄの方向に走行させるモータ１４とを備える。液体が注入される食品は、無端搬送体１２によって図１の右側から左側に向かって搬送されることになる。

食品搬送機構１０は、図１に示されるように、食品に液体が噴射される位置において所定の間隔で隣接する２つの部分に分割してもよい。この場合には、２つの部分の各々において、無端搬送体１２とモータ１４とを備える。食品搬送機構１０をこのような構成とした場合には、液体が食品を貫通したときでも隣接する無端搬送体１２の間を通り抜けるため、液体が無端搬送体１２上に滞留しない。食品搬送機構１０には、食品が液体注入位置に到達したことを検知するセンサを設けることがより好ましい。

［液体噴射機構］
食品搬送機構１０によって搬送される食品に注入される液体は、液体噴射機構２０によって噴射される。液体噴射機構２０は、図３に示されるように、食品に注入される液体を保持する内空間２３を有する、例えばシリンジなどの液体保持部材２２と、液体保持部材２２の内空間２３の液体に速度を与える、例えばプランジャなどの液体加速部材２４と、液体が噴射されるノズル２６とを有する。液体保持部材２２の内空間２３に保持された液体は、液体加速部材２４が液体保持部材２２の内空間２３に挿入されて液体保持部材２２の内壁に沿ってノズル２６の方向に移動することによって、ノズル２６から噴射される。

液体加速部材２４には、液体加速部材２４が液体保持部材２２の内部の液体を高荷重で押し付けた場合でも、液体が液体保持部材２２の内面と液体加速部材２４との間から漏洩するのを確実に防止することができるシール構成が設けられている。液体加速部材２４に設けられたシール構成の詳細は、後述する。

装置１は、複数の液体噴射機構２０、すなわち、液体保持部材２２、液体加速部材２４及びノズル２６の複数の組を備えるものとすることができ、複数の液体噴射機構２０は、食品搬送機構１０の無端搬送体１２の幅に対応する幅の間に、すなわち搬送される食品の移動方向に対して交わる方向に、一列に並べて構成することができる。複数の液体噴射機構２０におけるノズル２６の出口２６ａの各々は、同一の水平面上に位置するように構成されることが好ましい。すなわち、出口２６ａの各々と無端搬送体１２の表面との間の距離は、すべて一定であることが好ましい。しかしながら、出口２６ａと無端搬送体１２の表面との距離が一定である構成に限定されるものではなく、必要に応じて、出口２６ａと無端搬送体１２の表面との距離が、複数の液体噴射機構２０の各々において異なるように構成してもよい。

複数の液体保持部材２２は、一体的に形成されてもよく、この場合には、液体保持部材２２の内部は、複数の液体加速部材２４の数に対応する複数の内空間２３に分割され、液体保持部材２２の下部には、対応する液体加速部材２４の移動によって各々の内空間２３の液体が噴射される複数のノズル２６が設けられる。

液体噴射機構２０の液体保持部材２２とノズル２６とは、一体的に形成されていても別個に形成されていてもよい。一体的に形成される場合には、例えば、液体保持部材２２は、液体加速部材２４の挿入口のみが開口部２２ｂとなるように内空間２３を壁で囲んで構成され、食品に対向する位置の壁（すなわち、液体保持部材２２の底壁に相当する壁）にノズル２６を設けることができる。別個に形成される場合には、例えば、液体保持部材２２は、２つの開口部２２ａ及び２２ｂを有するように構成され、食品に対向する位置の開口部２２ａに、ノズル２６を有する噴射ブロック２７を着脱可能に取り付けることができる。開口部２２ａと噴射ブロック２７との間は、例えばシール材などで密閉されることが好ましい。後者のように液体保持部材２２が噴射ブロックを有する場合には、例えば洗浄時などに噴射ブロック２７を取り外すことによって、装置のメンテナンスがより容易になるという利点がある。

ノズル２６の径は、液体を注入する食品の種類、注入する液体の種類、注入位置などの条件に応じて、任意に設定することができる。例えば、径が大きいノズル２６の場合は、径が小さい場合と比べてノズル２６から噴射された液体がより拡散しやすくなるため、より広い範囲に液体を注入する用途に用いるのに適している。一方、径が小さいノズル２６の場合は、径が大きい場合と比べて液体が拡散しにくいため、より正確な位置に液体を注入する用途に用いるのに適している。

ノズル２６の径は、例えば、種々のサイズの孔が設けられたプレートを準備し、液体保持部材２２の底部に、必要に応じて、その孔とノズル２６の入り口２６ｂとが位置合わせされた状態でプレートを配置することによって、変更することができる。あるいは、種々の径のノズル２６が設けられた噴射ブロック２７を準備し、必要に応じて噴射ブロック２７を変えることによって、変更することができる。

複数の液体噴射機構２０は、図１及び図２に示されるように、食品の搬送方向に対して交わる方向に一列に並べた構成に限定されるものではない。本発明の別の実施形態によれば、例えば、複数の液体噴射機構２０を、各々が一列に並んだ２つのアレイに分けて、これらの２つのアレイが、食品の搬送方向に所定の間隔で並置されるように構成してもよい。この場合も、複数の液体噴射機構２０のノズル２６の出口２６ａは、各々が同一の水平面上に位置するように配置してもよく、出口２６ａと無端搬送体１２の表面との距離が複数の液体噴射機構２０の各々において異なるように構成してもよい。また、２つのアレイの各々において、食品の搬送方向に対して交わる方向に隣接するノズル出口２６ａが、食品の進行方向に対して前後に互い違いに位置するように配置してもよい。

［ノズル位置調整機構］
装置１は、液体噴射機構２０のノズル２６が食品に対向する位置に設けられる。この位置の高さは、ノズル位置調整機構３０によって決めることができる。ノズル位置調整機構３０は、液体噴射機構２０のノズル２６の高さ、すなわちノズル２６の出口２６ａと無端搬送体１２の表面との距離を調整することができる。ノズル位置調整機構３０は、液体保持部材２２を支持する支持部材３２と、支持部材３２と連結された複数の可動支柱３４と、可動支柱３４と連結され、サーボプレスを支持する支持部材３６と、後述するフレーム５４に固定され、可動支柱３４が内部を貫通する固定支柱３８とを備えるものとすることができる。可動支柱３４は、固定支柱３８の内部を上下し、必要な位置で固定支柱３８に固定することができるように構成されている。したがって、装置１においては、ノズル２６の出口２６ａと無端搬送体１２の表面との間が必要な距離となるように可動支柱３４を固定支柱３８内で上下させ、可動支柱３４を固定支柱３８に固定することによって、ノズル位置を調整することができる。

あるいは、ノズル位置調整機構３０に、可動支柱３４を駆動する駆動手段と、ノズル出口２６ａと食品との距離を計測する計測手段とを設け、計測手段によって計測された距離に基づいて、後述する制御手段５０によって駆動手段の動作を制御して、自動的に可動支柱３４を動作させるように構成することもできる。

［駆動機構及び制御手段］
液体噴射機構２０の液体加速部材２４は、駆動機構４０に連結される。駆動機構４０は、サーボモータ４２によってスライド４８を駆動するサーボプレス４４と、サーボプレス４４のスライド４８と液体加速部材２４との連結部材４６とを有するものとすることができるが、この構成に限定されるものではない。例えば、駆動機構４０は、クランクプレス、油圧プレスなどを用いて、液体噴射機構２０の液体加速部材２４の移動速度及び位置を任意に変更できるように構成してもよい。液体噴射機構２０が複数の場合には、図２に示されるように、複数の液体噴射機構２０における複数の液体加速部材２４の各々は、１つの連結部材４６によって互いに連結され、その連結部材４６がサーボプレス４４のスライド４８に連結されることが好ましい。

サーボプレス４４は、制御手段５０からのパルス信号によって動作が制御されるサーボモータ４２の回転運動を直線運動に変換する機構を用いて、スライド４８を直進運動させることができる。スライド４８は、連結部材４６を介して液体加速部材２４と連結されており、したがって、液体加速部材２４は、サーボモータ４２すなわちスライド４８の駆動に伴って、その移動速度及び位置を自由に制御することができる。サーボプレスの機構及びその動作は、当業者に周知であり、本明細書においては詳細には説明しない。本発明で用いることができるサーボプレスは、本発明の目的を達成することができるものであれば特に限定されない。サーボプレス４４は、スライド４８の移動速度をその移動開始から移動終了までの間で自在に変化させることができ、かつ、移動速度を変化させる１つ又は複数の位置を自在に設定することができるものであればよく、市販のサーボプレス（例えば、第一電通株式会社製のサーボプレス）を用いることができる。

サーボプレス４４のスライド４８は、サーボモータ４２からの駆動力によって、鉛直方向すなわち図面の上方から下方に、任意の速度で任意の距離だけ移動することができる。したがって、連結手段４６によってサーボプレス４４と連結された液体加速部材２４は、スライド４８の動作に伴って液体保持部材２２の内空間２３を鉛直方向に移動し、内空間２３に保持された液体をノズル２６から押し出すことができる。

サーボプレス４４は、サーボモータ４２の回転を制御する制御手段５０と、各種のデータを記憶する記憶手段５１とを有するものとすることができる。例えばプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）などを含む制御手段５０は、記憶手段５１に記憶された各種のデータに基づいて、液体加速部材２４の移動開始位置から移動終了位置までの移動行程における移動速度を自在に変化させるように、サーボモータ４２を制御可能である。制御手段５０及び記憶手段５１は、例えば制御盤５２内に格納されることが好ましい。

制御手段５０は、駆動機構４０のみではなく、本装置１全体の制御も行うように構成することができる。すなわち、制御手段５０は、駆動機構４０の動作と連動して、後述の図５のフローに示される食品搬送機構１０の動作も制御できるように構成することができる。さらに、制御手段５０は、必要に応じて自動化されるノズル高さ調整機構の動作と、必要に応じて設けられる後述の流量調整バルブの動作とを制御することができるように構成してもよい。

装置１には、後述されるように装置１を動作させる情報であるパラメータを設定するためのパラメータ設定手段を設けることが好ましい。パラメータ設定手段は、ソフトウェアによって実現された設定画面や、ハードウェアとして実現されたボタン、つまみ又は計器などとすることができる。ソフトウェアによる設定画面においては、パラメータの設定値を入力するための入力スペースやプルダウンメニューなどを用いて、パラメータを設定することができるように構成することができる。

［液体供給機構］
装置１は、液体保持部材２２の内空間２３に液体を供給するための液体供給機構６０を有する。液体供給機構６０は、液体を保持するタンク６２と、タンク６２から液体保持部材２２に向かって供給される液体が通る流路６４と、液体保持部材２２又は噴射ブロック２７に設けられる液体注入部６６とを有する。液体注入部６６は、好ましくは、流路６４と連通する第１の通路６７と、第１の通路６７の出口と連通し、通路６７より大径の第２の通路６８と、液体の逆流を防止する逆流防止部材６９とを有する。第２の通路６８の出口には、逆流防止部材６９の動きを制限する部材（図示せず）が設けられる。

液体加速部材２４が液体保持部材２２の内空間２３を上方に移動すると、内空間２３が負圧となり、逆流防止部材６９が第１の通路６７の出口から上方に移動する。したがって、液体は、タンク６２から流路６４、第１の通路６７及び第２の通路６８を通って、液体保持部材２２の内空間２３に導入される。液体加速部材２４が液体保持部材２２の内空間２３を下方に移動すると、内空間が正圧となり、逆流防止部材６９が第１の通路６７の出口を塞ぐことによって、液体の逆流が防止される。

液体供給機構６０には、タンク６２からの液体を一時的に保持するとともに、液体を各々の液体保持部材２２に向かって分岐させるための分岐ヘッダ（図示せず）をさらに設けてもよい。液体噴射機構２０が複数のアレイで構成される実施形態の場合には、液体供給機構６０の構成要素のうちの幾つかを同様の複数の要素として構成することができる。例えば、液体噴射機構２０が、無端搬送体１２による食品の移動方向に対して前後２列のアレイとして構成される場合には、タンク６２からそれぞれのアレイにおける液体保持部材２２に向かって液体を供給する流路６４を２経路とし、それぞれの経路によって液体保持部材２２の内空間２３に別個に液体が供給されるようにすることができる。タンク６２から流路６７の入口までのいずれかの位置に、制御手段５０によって開閉の状態を制御することが可能な流量制御バルブ（図示せず）を設けて、タンク６２から液体保持部材２２に向かって供給される液体の流量を制御するようにしてもよい。

装置１においては、食品搬送機構１０、液体噴射機構２０、ノズル位置調整機構３０、駆動機構４０、及び、必要に応じて設けられる制御盤５２は、フレーム５４によって支持されることが好ましい。

［液体加速部材のシール構成］
図４は、装置１の液体加速部材２４の拡大図である。液体加速部材２４は、ピストン又はプランジャとも呼ばれる。図４（ａ）は、液体加速部材２４の側面図であり、図４（ｂ）は、液体加速部材の縦断面図である。また、図５は、液体加速部材２４の分解組立斜視図である。液体加速部材２４は、第１シール部材２４３ａ、２４３ｂと、円筒部材２４４と、好ましくはブロック２４５と、第２シール部材２４６ａ、２４６ｂとを含むシール構成を有する。

液体加速部材２４は、軸部を備えており、軸部は、第１軸部２４１及び第２軸部２４２を有する。第１軸部２４１は、円柱形状を有し、一方の底面に開口を有する第２軸部挿入穴２４１ａが内部に設けられている。第２軸部２４２は、略円柱形状の第１シール部材配置部２４２ａと、第１シール部材配置部２４２ａより径が小さい円柱形状の第２シール部材配置２４２ｂと、円柱形状の挿入部２４２ｃとを有する。第２軸部挿入穴２４１ａに挿入部２４２ｃが挿入されることによって、全体として軸部が構成される。図４及び図５における第１軸部２４１及び第２軸部２４２の長さは、図に示される長さに限定されるものではなく、必要に応じて適宜決定することができる。なお、本実施形態においては、軸部が第１軸部２４１と第２軸部２４２とを有するものとして構成されているが、これは製造を容易にするための構成であるので、この構成に限定されるものではなく、軸部が一体のものとして構成されていてもよい。

第２軸部２４２の第１シール部材配置部２４２ａは、円柱の一方の底面の角部に設けられた環状溝２４２ａ１と、他方の底面の角部に設けられた環状溝２４２ａ２とを有する。環状溝２４２ａ１及び環状溝２４２ａ２には、それぞれに第１シール部材２４３ａ及び２４３ｂが取り付けられる。第１シール部材２４３ａ、２４３ｂは、液体から液体加速部材２４が受ける圧力によって軸方向に圧縮されると、径方向に膨らんで、外側に配置された円筒部材２４４を拡開させるように機能する。第１シール部材２４３ａ、２４３ｂは、本実施形態においてはニトリロブレンゴム製のＯリングが用いられているが、材質はこれに限定されず、円筒部材２４４を拡開させることができる程度の強度及び弾性を有するとともに、耐腐食性及び耐摩耗性があるものであればよい。第１シール部材２４３ａ、２４３ｂの直径及び太さは、限定されるものではなく、液体に速度を与える際の荷重の大きさ、第１シール部材配置部２４２ａの外径、液体保持部材２２の内径などの条件に応じて、適宜選択すればよい。

第１シール部材２４３ａ及び２４３ｂが取り付けられる位置は、第１シール部材配置部２４２ａの両底面の角部に限定されるものではなく、例えば、円柱形状の第１シール部材配置部２４２ａの側面であってもよい。また、第１シール部材２４３ａと２４３ｂとは、間隔を設けずに、隣接するように配置してもよい。さらに、Ｏリングの第１シール部材は、２本に限定されるものではない。さらにまた、本実施形態においては、２本のＯリングが用いられているが、これらに替えて、第１シール部材として、例えばニトリロブレンゴム製の円筒形状のリングや、複数のＸリングなどを用いてもよい。

第１シール部材２４３ａ、２４３ｂの径方向外方には、第１シール部材２４３ａ、２４３ｂを覆うように、円筒部材２４４が設けられる。円筒部材２４４は、内周面が、第１シール部材２４３ａ、２４３ｂの外周と第１シール部材配置部２４２ａの側面２４２ａｓとに接している。円筒部材２４４は、液体保持部材２２の内面に接して摺動することによってシール機能を有するが、第１シール部材２４３ａ、２４３ｂが圧力によって径方向に膨らんだときに、それらに押されて径方向に拡開することによって、より効果的にシール機能を発揮することができる。円筒部材２４４の高さ（底面間の距離）は、第１シール部材配置部２４２ａの高さより、若干短いことが好ましい。円筒部材２４４の直径及び厚みは、限定されるものではなく、液体保持部材２２の内径、第１シール部材配置部２４２ａの直径、第１シール部材２４３ａ、２４３ｂの直径及び太さ、荷重の大きさ、材料の弾性などの条件を考慮して、適宜選択すればよい。円筒部材２４４の外周面は、液体保持部材２２の内面に接触しながら移動する面（摺接面）２４４ａである。円筒部材２４４の材質として、弾性、耐摩耗性及び耐腐食性の観点から、ポリエチレン樹脂、ＰＥＴ樹脂、ナイロン樹脂、フッ素樹脂、ポリアセタール樹脂などを用いることができ、中でも弾性及び耐摩耗性が高い材質として、超高分子ポリエチレン樹脂を用いることが好ましい。

第２軸部２４２の第２シール部材配置部２４２ｂには、第２軸部２４２の側面に内周面が接する略円筒形状のブロック２４５が配置される。ブロック２４５には、外周に環状溝２４５ａ、２４５ｂが設けられており、環状溝２４５ａ及び２４５ｂには、それぞれに第２シール部材２４６ａ及び２４６ｂが取り付けられる。ブロック２４５及び第２シール部材２４６ａ、２４６ｂを設けることによって、液体の漏洩をより確実に防止することができるだけでなく、装置１が低温下で使用された場合や噴射される液体が低温の場合などに円筒部材２４４が収縮したときでも、液体の漏洩を防止することができる。第２シール部材２４６ａ、２４６ｂの直径及び太さは、限定されるものではなく、液体の速度を与える際の荷重の大きさ、ブロック２４５のサイズ、液体保持部材２２の内径などの条件に応じて、適宜選択すればよい。

ブロック２４５の材質として、弾性、耐摩耗性及び耐腐食性の観点から、ポリエチレン樹脂、ＰＥＴ樹脂、ナイロン樹脂、フッ素樹脂、ポリアセタール樹脂などを用いることができ、中でも弾性及び耐摩耗性が高い材質として、超高分子ポリエチレン樹脂を用いることが好ましい。このように、樹脂製のブロック２４５を用いることによって、液体に速度を与える際にブロック２４５が軸方向に圧縮されるとともに径方向に膨らみ、第２シール部材２４６ａ、２４６ｂを径方向に押し付けるとともに、ブロック２４５の外周面が液体保持部材２２の内面を摺動しながら液体を効果的にシールすることができる。ブロック２４５の直径、内径及び高さは、限定されるものではなく、液体保持部材２２の内径、第２シール部材配置部２４２ｂの直径、第２シール部材２４６ａ、２４６ｂの直径及び太さ、荷重の大きさ、材料の弾性などの条件を考慮して、適宜選択すればよい。第２シール部材２４６ａ、２４６ｂは、本実施形態においてはニトリロブレンゴム製のＯリングが用いられているが、材質はこれに限定されるものではなく、弾性を有するとともに、耐腐食性及び耐摩耗性があるものであればよい。さらに、別の実施形態においては、第２シール部材２４６ａ、２４６ｂを配置する位置は、例えば円柱形状のブロック２４５の底面の角部であってもよい。また、第２シール部材２４６ａと２４６ｂとは、間隔を設けずに、隣接するように配置してもよい。さらにまた、本実施形態においては、２本のＯリングが用いられているが、これらに替えて、第２シール部材として、例えばニトリロブレンゴム製の円筒形状のリングや、複数のＸリングなどを用いてもよい。

第１シール部材配置部２４２ａの端部には、噴射される液体の圧力を受けるための受圧面２４８ａを有する受圧板２４８が設けられることが好ましい。また、第１シール部材配置部２４２ａの一方の底面とブロック２４５との間、及び、ブロック２４５と第１軸部２４１の第２軸挿入穴２４１ａの開口が設けられた面との間には、それぞれ圧力受リング２４７ａ、２４７ｂが設けられることが好ましい。

上記のとおり構成されたシール機構は、次のように機能する。液体加速部材２４が液体を噴射させるために液体保持部材２２の内部において液体に速度を与えると、液体からの圧力が受圧板２４８にかかる。受圧板２４８に圧力がかかると、第１シール部材２４３ａ、２４３ｂが圧力を受けて軸方向に圧縮されるとともに、径方向に膨らむ。それらの外側に配置された円筒部材２４４は、径方向に膨らんだ第１シール部材２４３ａ、２４３ｂに内面から押されて拡開することによって、摺接面２４４ａが液体保持部材２２の内面との間で摺動しながら液体をより確実にシールする。円筒部材２４４に軸方向にかかった圧力は、圧力受リング２４７ａにかかり、圧力受リング２４７ａから伝達された力によって、ブロック２４５が軸方向に圧縮される。軸方向に圧縮されたブロック２４５は、径方向に膨らみ、第２シール部材２４６ａ、２４６ｂを径方向に押し付けるとともに、外周面が液体保持部材２２の内面を摺動しながら液体をシールする。圧力受リング２４７ｂは、ブロック２４５に対して軸方向かかった力を受ける。装置１が低温下で使用された場合や噴射される液体が低温の場合などに円筒部材２４４が収縮したときでも、ブロック２４５及び第２シール部材２４６ａ、２４６ｂが、バックアップシールとして機能する。

本実施形態においては、液体加速部材２４は、液体噴射機構２０を備える無針型液体注入装置１に用いられるものとして説明されているが、これに限定されるものではない。例えば、図４に示される構成の液体加速部材２４は、液体又は気体を収容する内部空間を有するシリンダ内において、当該内部空間内を往復移動するピストンとして用いることもできる。このように用いられる場合でも、本発明にかかるシール構成、すなわち、第１シール部材と、第１シール部材を覆い、シリンダの内面に沿って移動する摺接面を有する円筒部材と、好ましくはブロックと、第２シール部材とを含むシール構成によって、シリンダ内部の液体又は気体がシリンダとピストンとの間を通って漏洩することを防止することができる。

［装置の動作］
次に、図６に示されるフロー図に基づいて、本発明の一実施形態による液体注入方法を、液体注入方法を実現する装置の動作とともに説明する。本実施形態における液体注入方法は、パラメータ設定工程、食品搬入工程、液体注入工程、及び食品搬出工程を含むものとすることができる。

（パラメータ設定工程）
最初に、パラメータ設定工程において、液体が注入される食品の種類、大きさ又は質、注入される液体の種類又は物性などといった条件に応じて、液体注入仕様が決定される（ｓ１）。液体注入仕様は、例えば、食品に均一に液体を注入するための条件や、食品内における液体の所定の注入位置及び注入量を達成するための条件とすることができる。次いで、決定された液体注入仕様を実現するように装置１を動作させるための情報であるパラメータが決定され、装置１に設定される（ｓ２）。装置１の制御手段５０は、設定されたパラメータに基づいて、装置１の各機構及び手段を動作させる。

本発明の一実施形態による本装置１においては、以下のパラメータが設定される。
・液体注入工程における食品搬送回数（以下、搬送回数という）
・液体注入工程における食品搬送距離（以下、搬送距離という）
・同位置での液体注入回数（以下、同位置注入回数という）
・液体加速部材速度変更区間数（以下、区間数という）
・液体加速部材速度変更区間ごとの液体加速部材移動速度（以下、移動速度という）
・液体加速部材速度変更区間ごとの液体加速部材移動距離（以下、移動距離という）
・ノズルと無端搬送体との間の距離（以下、ノズル位置という）
・ノズルの径（以下、ノズル径という）
これらのパラメータの意味は、以下の記述において必要に応じて説明する。

パラメータ設定工程において必要なパラメータが設定されると、食品は、食品搬送機構１０の無端搬送体１２に載置され、図１の矢印Ｄに示される方向に食品の搬送が開始される（ｓ３）。食品が適切な液体注入位置に到達したときに、無端搬送体１２の走行を一旦停止させる（ｓ５）。この停止は、手動で行うことができるが、食品が適切な液体注入位置に到達したことを検知するセンサが設けられている場合には、そのセンサからの信号によって、制御手段５０が無端搬送体１２の走行を停止させるように構成することもできる（ｓ４及びｓ５）。食品を停止させる位置は、食品の種類及び大きさ、注入される液体の種類、液体の量、液体の注入位置を勘案してあらかじめ操作者が決定し、記憶手段５１に記憶させておくことが好ましい。

ノズル位置（すなわち、無端搬送体１２の上面からノズル２６の出口２６ａまでの高さ）は、液体を注入する食品の厚み及び液体注入位置に応じて調節されることが好ましい。ノズル距離の調節は、本実施形態においては、あらかじめノズル位置調整機構３０を操作して手動で行うことができる。別の実施形態においては、食品の高さを計測するセンサと、センサからの信号に応じて液体噴射機構２０の高さを変化させることが可能な駆動機構とを設けて、センサからの信号によって自動的に出口２６ａの高さを変化させるように構成してもよい。

食品が、液体注入位置に停止する（ｓ５）と、制御手段５０からの信号に基づいて駆動機構４０が動作して、液体注入工程（ｓ７〜ｓ１８）が行われる。液体注入工程が行われる前に、液体注入準備工程（ｓ６）が行われることが好ましい。液体注入準備工程は、液体加速部材２４を、装置１における液体加速部材２４の位置の基準となる装置原点位置から、液体加速部材が液体の加速を開始する移動開始位置まで移動させる工程である。本実施形態においては、この工程は、食品が液体注入位置に到着後に行われるが、これに限定されるものではなく、食品が無端搬送体１２に載置される前、食品が載置されてから移動が開始されるまでの間、又は食品の移動中のいずれかの際に行われるようにしてもよい。

必要に応じて液体注入準備工程（ｓ６）が行われた後、液体注入工程が開始される。液体注入工程においては、液体噴射機構２０の液体加速部材２４が、移動開始位置から移動終了位置まで液体保持部材２２の内空間２３をノズル２６方向に移動して、液体を加速させ、その結果、液体がノズル２６から食品に噴射されて食品に注入される。液体保持部材２２の内空間２３の所定量の液体が噴射された後、無端搬送体１２が所定量だけ走行して食品を移動させ、食品の別の位置に同様に液体が注入される。この一連の動作が、液体注入工程終了まで繰り返される。移動開始位置は、液体保持部材２２の入り口２２ｂとノズル２６の入り口２６ｂとの間のいずれかの位置に設定することができ、移動終了位置は、移動開始位置とノズル２６の入り口２６ｂとの間のいずれかの位置に設定することができる。

本発明の特徴は、液体注入工程において無端搬送体１２の走行と液体加速部材２４の移動開始位置から移動終了位置までの移動とを制御することによって、食品及び液体の状態及び種類などにかかわらず、食品に均一に液体を注入したり、液体噴出量に対して液体が食品内部に留まる量の割合（液体の歩留まり）を高めたりすることが可能であり、さらに所定量の液体を食品の任意の位置に注入することも可能なことである。この特徴を実現するために、装置１においては、無端搬送体１２を移動させる回数及び距離（すなわち、上述の「搬送回数」及び「搬送距離」）を任意に設定することができるとともに、液体加速部材２４の移動開始位置から移動終了位置までを複数の区間（すなわち、上述の「区間数」）に分割し、各々の区間ごとの液体加速部材２４の移動速度（すなわち、上述の「移動速度」）及び液体加速部材２４の移動距離（すなわち、上述の「移動距離」）を任意に設定できるように構成されている。

液体注入工程においては、制御手段５０からの信号に基づいて駆動機構４０が動作することによって、液体加速部材２４は、液体注入開始位置（すなわち、複数の区間のうちの第１の区間の開始位置）から第１の区間の終了位置までの距離である第１の移動距離だけ、第１の速度で移動する（ｓ７）。液体加速部材２４が第１の区間（すなわち、第１の距離）を第１の速度で移動する間に、液体加速部材２４によって速度を与えられた液体は、ノズル２６から食品に向かって噴射される。次いで、液体加速部材２４が第１の区間の終了位置（すなわち、第２の区間の開始位置）まで到達する（ｓ８）と、液体加速部材２４は、第２の区間の終了位置（すなわち、第３の区間の開始位置）までの距離である第２の距離だけ、第２の速度で移動する（ｓ９）。液体加速部材２４が第２の区間（すなわち、第２の距離）を第２の速度で移動する間に、液体加速部材２４によって速度を与えられた液体は、ノズル２６から食品に向かって噴射される。以上の工程を必要な回数繰り返し（ｓ１０〜ｓ１１）、液体加速部材２４が第Ｎの区間の終了位置（すなわち、液体加速部材の移動終了位置）まで到達する（ｓ１２）と、液体保持部材２２の内空間２３に保持された液体がすべてノズル２６から噴射されたことになる。

例えば、液体加速部材２４の移動開始位置から移動終了位置までの移動行程を２つの区間、すなわち、移動開始位置から所定の位置までの第１の区間と、所定の位置すなわち第１の区間の終了位置から液体加速部材２４の移動終了位置までの第２の区間とに分割することができる。この２つの区間においては、一方の区間における液体加速部材２４の移動速度が他方の区間における移動速度より速くなるように、制御手段５０によって移動速度を制御することができる。液体加速部材２４の移動速度及び移動距離をこのように制御することによって、液体加速部材２４が第１及び第２の区間を移動するときにおける液体のノズル２６からの噴射速度を、それぞれ変化させることができるようになる。

次に、制御手段５０は、液体加速部材２４が第１の区間の開始位置まで戻るように移動機構４０を動作させる（ｓ１３）。液体加速部材２４がノズル２６から離れる方向に移動する際に、液体保持部材２２の内空間２３は負圧となる。この負圧により、液体加速部材２４の次の移動によって噴射されることになる液体が、流路６４、第１の通路６７及び第２の通路６８を通って、液体保持部材２２の内空間２３に導入される。装置１に流量制御バルブを設けて、液体加速部材２４の移動前に流量制御バルブを開放し（ｓ１７）、液体加速部材２４の次の移動によって噴射されることになる量の液体が液体保持部材２２の内空間２３に導入されたときにバルブが閉鎖する（ｓ１８）ように構成してもよい。このように流量調整バルブを設けることによって、液体使用の無駄を防止することができる。

次に、制御手段５０は、食品の同位置における液体注入回数（上述の「同位置注入回数」）が設定された回数に達したかどうかを判定する（ｓ１４）。この同位置注入回数は、食品を移動させることなく、液体加速部材２４を加速開始位置から移動終了位置まで移動させる行程を繰り返す回数である。すなわち、同位置注入回数が複数回設定されている場合には、食品の同じ位置に複数回にわたって液体が注入されることになる。このように構成されることによって、より確実に、食品の所定の位置に所定量の液体を注入することができるようになる。同位置注入回数は、食品の厚みを勘案して決定される。食品が厚い場合には、同位置注入回数を多くすることによって、食品のより深い位置まで液体を注入することができる。ｓ１４において、同位置注入回数が、設定された回数に達していないと判定された場合には、ｓ７〜ｓ１３が（必要に応じてｓ１７及びｓ１８も含む）繰り返される。

ｓ１４において、同位置注入回数が設定された回数に達したと判定された場合には、次に、食品の搬送方向にわたって液体を注入する回数（上述の「搬送回数」）が設定された回数に達したかどうかを判定する（ｓ１５）。搬送回数は、液体注入工程において無端搬送体１２を走行させる回数である。すなわち、無端搬送体１２によって搬送される食品には、搬送方向に対して一定の又は異なる間隔で、複数箇所に液体が注入され、この回数が搬送回数である。このように、食品の搬送方向に対して食品の全体に複数回にわたって液体が注入されることによって、所定量の液体を食品の所定の位置に注入することができる。搬送回数は、食品への液体注入の量及び均一性を考慮して決定される。搬送回数を多くすると、食品の長さ方向に対してより均一に液体を注入することができる（結果として、液体注入の量は多くなる）。上述の同位置注入回数と、ここで説明した搬送回数との積が、食品全体への液体の全注入回数となる。例えば、同位置注入回数が２回、搬送回数が１０回として設定された場合には、食品全体にわたって２０回の液体注入が行われることになる。

ｓ１５において、搬送回数が、設定された回数に達していないと判定された場合には、制御手段５０は、無端搬送体１２を所定の距離（上述の「搬送距離」）だけ走行させる。搬送距離は、液体が注入される食品の搬送方向の長さと、搬送回数（すなわち、長さ方向の注入回数）とから決定することができる。例えば、２００ｍｍの長さの食品に対して、搬送回数１０回で液体を注入する場合には、搬送距離は２０ｍｍとなる。複数の搬送距離の各々は、同一の距離とすることも異なる距離とすることもできる。

ｓ１５において、搬送回数が設定された回数に達したと判定された場合には、液体注入工程は終了し、搬出工程において、食品は、無端搬送体１２によって液体注入位置から図１に示される矢印Ｄの方向へ搬出される（ｓ１９）。

１ 無針型液体注入装置
１０ 食品搬送機構
２０ 液体噴射機構
２２ 液体保持部材
２２ａ、２２ｂ 開口部
２３ 内空間
２４ 液体加速部材
２４１ 第１軸部
２４１ａ 第２軸部挿入穴
２４２ 第２軸部
２４２ａ 第１シール部材配置部
２４２ａ１、２４２ａ２ 環状溝
２４２ｂ 第２シール部材配置部
２４２ｃ 挿入部
２４３ａ、２４３ｂ 第１シール部材（Ｏリング）
２４４ 円筒部材（樹脂リング）
２４４ａ 摺接面
２４５ ブロック
２４５ａ、２４５ｂ 環状溝
２４５ｃ 外周面
２４６ａ、２４６ｂ 第２シール部材（Ｏリング）
２４７ａ、２４７ｂ 圧力受リング
２４８ 受圧板
２４８ａ 受圧面
２６ ノズル
２６ａ ノズル出口
２６ｂ ノズル入口
２７ 噴射ブロック
３０ ノズル位置調整機構
４０ 駆動機構
５０ 制御手段
６０ 液体供給機構

Claims (7)

1. 内部に液体を保持する液体保持部材と、該液体保持部材の前記内部の液体を噴射するノズルと、前記液体保持部材の前記内部を移動することによって液体に速度を与えて前記ノズルから液体を噴射させる液体加速部材とを含む液体噴射機構であって、
   前記液体加速部材が、
   軸部と、
   前記軸部に配置された第１シール部材と、
   前記第１シール部材の外方を覆い、前記液体保持部材の内面に沿って移動する摺接面を有する円筒部材と、
   前記第１シール部材の前記ノズル側とは反対の側に、前記第１シール部材に隣接して配置された第２シール部材と
   を備えることを特徴とする、液体噴射機構。
2. 前記第１シール部材及び前記第２シール部材の少なくとも一方は、複数のリング状シール部材を有する、請求項１に記載の液体噴射機構。
3. 前記軸部に取り付けられたブロックをさらに備え、前記第２シール部材は前記ブロック上に配置されている、請求項１に記載の液体噴射機構。
4. 前記円筒部材は樹脂製である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体噴射機構。
5. 前記ブロックは樹脂製である、請求項３に記載の液体噴射機構。
6. シリンダの内部を往復移動するピストンであって、
   軸部と、
   前記軸部の一方の端部側に配置された第１シール部材と、
   前記第１シール部材の外方を覆い、シリンダの内面に沿って移動する摺接面を有する円筒部材と、
   前記第１シール部材の前記一方の端部側とは反対側に、前記第１シール部材に隣接して配置された第２シール部材と
   を備えることを特徴とするピストン。
7. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の液体噴射機構と、
   前記液体噴射機構の液体加速部材を移動させる駆動機構と、
   前記液体加速部材の移動開始位置から移動終了位置までの移動行程における移動速度を自在に変化させるように前記駆動機構を制御可能な制御手段と、
   を備えることを特徴とする液体噴射装置。

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