JP7701246B2

JP7701246B2 - 液含有物の製造方法及び配管内異常検知方法

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Publication number: JP7701246B2
Application number: JP2021183362A
Authority: JP
Inventors: 正人玉腰
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2021-11-10
Filing date: 2021-11-10
Publication date: 2025-07-01
Anticipated expiration: 2041-11-10
Also published as: JP2023070907A

Description

本発明は、液含有物の製造方法及び配管内異常検知方法に関する。

液体を間欠的に供給することで、給水や該液体を用いた製品を製造する装置及び方法が知られている。例えば特許文献１には、給水配管に設けた流量計からのパルス信号に基づいて流量の検出を行うとともに、給水中のパルス信号が出力されない時間が所定時間よりも長かった場合に、異常発生と判定するようになされている、給水装置が記載されている。当該給水装置は、経過時間のカウント途中で給水の停止を行い、給水停止後に給水を再開した場合に該カウントを停止する一方、給水再開後の場合に前記所定時間を遅延時間分延長させる。

また本出願人は、先に、液体を被添加物に対して添加する液体添加部と、該液体を該液体添加部に一定量ずつ送液するプランジャー型ポンプとを備え、プランジャー型ポンプの吐出側の配管に、該配管内の圧力を連続的に検知可能な圧力センサーを配置して、該圧力センサーから得られる圧力値を監視しつつ液体の間欠添加を行う、液体の間欠添加方法を開示した（特許文献２）。

また、特許文献３には、流体を間欠吐出するポンプと、該流体の供給路の計測流量に基づいて生成した該ポンプの駆動信号によって、該ポンプの駆動を制御する駆動制御装置とを備え、前記駆動信号を出力する際にＩ２Ｃバスの所定コマンドを流量センサーに送信し、該コマンド受信を契機に流量センサーが所定時間に亘り前記供給路における流体の流量を計測してメモリに計測流量を記憶する、流体供給装置が記載されている。

特開２００９－０４７１１９号公報特開２０１３－１２１５６３号公報特開２０１９－１１３４７０号公報

液体を被添加物に間欠的に添加する液体添加装置は、通常、液体の流路を形成する配管と、液体を被添加物に添加するノズルと、該配管を介して液体をノズルに間欠供給するポンプとを備えている。斯かる装置において、ポンプが液体を吐出する吐出時間に、配管内の液体流量の適否を監視することは、該液体の安定供給の点で有効である。しかしながら、配管内に気泡が溜まる等の異常が発生した場合、吐出時間において当該異常を把握することは困難であり、ノズルから被添加物に間欠吐出される液体の吐出量が不安定となることがある。特許文献１～３は、液体が間欠供給される配管内の異常を検知するための技術を開示するものではない。

したがって本発明の課題は、液体が間欠供給される配管内の異常を検知することで、該配管に設けられたノズルから液体を安定して間欠吐出できる、液含有物の製造方法及び配管内異常検知方法を提供することに関する。

本発明は、液体添加装置を用いて、被添加物に液体を間欠的に添加する液含有物の製造方法に関する。
前記液体添加装置が、前記液体を間欠的に供給するポンプと、前記液体を前記被添加物に吐出するノズルと、該ポンプ及び該ノズル間を接続する配管と、該配管内の流量を検出する流量センサーとを備えていることが好ましい。
前記ポンプから前記ノズルに前記液体を間欠的に供給する周期を、吐出区間と非吐出区間とに区分したとき、
前記製造方法は、前記流量センサーの検出値に基づいて、前記吐出区間において前記配管内を流れる前記液体の積算流量を算出する吐出時流量積算工程と、
前記流量センサーの検出値に基づいて、前記非吐出区間において前記配管内を流れる前記液体の積算流量を算出する非吐出時流量積算工程と、
吐出時流量積算工程及び非吐出時流量積算工程それぞれの積算流量に基づいて、前記ノズルからの前記液体の吐出量の適否を判定する判定工程とを具備することが好ましい。

また、本発明は、ポンプとノズルとの間を接続し、且つ前記ノズルに液体が間欠的に供給される配管において、異常を検知する配管内異常検知方法に関する。
前記配管には、該配管内の流量を検出する流量センサーが設けられていることが好ましい。
前記ポンプから前記ノズルに前記液体を間欠的に供給する周期を、吐出区間と非吐出区間とに区分したとき、
前記配管内異常検知方法は、前記流量センサーの検出値に基づいて、前記非吐出区間における前記配管内の積算流量を算出する流量積算工程と、
前記積算流量が所定の範囲内か否かを判定する判定工程とを具備することが好ましい。

本発明の液含有物の製造方法及び配管内異常検知方法によれば、液体が間欠供給される配管内の異常を検知することで、該配管に設けられたノズルから液体を安定して間欠吐出できる。

図１は、本発明に係る液体添加装置の一実施形態を示す概略図である。図２は、本発明の実施に好適に用い得るプランジャー型ポンプの説明図である。図３は、図１に示す液体添加装置が行う制御のタイミングチャートである。図４（ａ）は、正常時の配管内の瞬時流量の変化を示すグラフであり、図４（ｂ）は、異常時の配管内の瞬時流量の変化を示すグラフである。図４（ｃ）は、１回当たりの間欠供給における配管内の瞬時流量を示すグラフであって、正常時及び異常時の双方を重ねて示すグラフである。図５は、図１に示す液体添加装置を用いた液含有物の製造方法の一例を示すフローチャートである。

以下本発明の液含有物の製造方法を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図１には、本発明に係る液体添加装置の一実施形態が示されている。図１に示す液体添加装置１（以下、単に「装置１」という）は、被添加物１１に液体１０を間欠的に添加して、該液体１０を含有した液含有物１２を製造する装置である。

本実施形態の装置１は、液体１０を間欠的に供給（間欠供給）するポンプ６と、液体１０を被添加物１１に吐出するノズル４と、該ポンプ６及び該ノズル４間を接続する配管３と、該配管３内の流量を検出する流量センサー２とを備えている（図１参照）。また、本実施形態の装置１は、装置１全体の制御を行う制御手段５を備えている。図１は、装置１の要部のみを示すものであり、該装置１のすべての構成を示すものではない。

本実施形態の配管３は、ポンプ６及びノズル４間の流路を形成しており、該配管３を介してポンプ６からノズル４に液体１０が間欠供給される。
本実施形態の装置１では、配管３内を流れる液体１０の流量を検出する流量センサー２を備えている。流量センサー２としては、差圧式、電磁式、面積式、超音波式、羽車式、熱式、コリオリ式、容積式、渦式等の各種方式のものを用いることができる。メンテナンス性や耐食性・耐摩耗性の観点から、超音波式や電磁式等の非接液型の流量センサーを用いることが好ましい。
流量センサー２によって測定された配管３内を流れる液体１０の流量値（検出値）は、後述する制御手段５に送信される。

本実施形態の装置１では、ポンプ６と液体１０の貯留槽（図示せず）とが配管３ａによって接続されており、該配管３ａを介して貯留槽からポンプ６へ液体１０が供給される（図１）。本実施形態のポンプ６は、図２に示すように、プランジャー６２と、該プランジャー６２が挿入されたシリンダ６１とを具備するロータリー式プランジャー型ポンプである。当該ポンプ６は、プランジャー６２の回転角度に応じて、該シリンダ６１の周面に設けられた吸入口及び吐出口から液体１０の吸入及び吐出を行うようになされている。プランジャー６２が連続回転することで、ポンプ６が液体１０の吸入と吐出とを周期的に行う。これにより、装置１では、ポンプ６から配管３を介してノズル４に液体１０を間欠的に供給する。

より詳細には、本実施形態のポンプ６は、先端部の片面に断面欠円状の切欠部６２ａを有する円柱状のプランジャー６２と、周面の一部に吸入口６ａと吐出口６ｂとを有するシリンダ６１とを備え、該プランジャー６２がシリンダ６１に内挿されている（図２参照）。また、ポンプ６は、プランジャー６２の後端部に、回転軸Ｃ１，Ｃ２どうしが角度θを有するように連結された駆動継ぎ手６３、及び駆動継ぎ手６３を回転駆動するサーボモータ等の駆動源６４（図１参照）を備えている。本実施形態のプランジャー６２は、その後端部の外周面にピン６２ｂが突設されており、該ピン６２ｂと駆動継ぎ手６３の円筒部の周方向の一部に設けられた特殊軸受け（ボール継ぎ手）６３ｂとにより、プランジャー６２の後端部と駆動継ぎ手６３とが連結されている。
駆動源６４としては、各種のモータを用いることができる。制御の精度をより向上させる観点から、駆動源６４には、サーボモータを用いることが好ましく、ＡＣサーボモータを用いることがより好ましい。
本実施形態の駆動源６４には、エンコーダとドライバーとが設けられている（図示せず）。エンコーダは、モータの回転角度のモニターに用いられる。ドライバーは、後述する制御手段５の動作指令に基づき、モータの回転数や回転角度をフィードバック制御する。

プランジャー型ポンプ６は、軸部６３ａに接続したサーボモータ６４により駆動継ぎ手６３を一方向に回転させることにより、図２（ａ）～（ｄ）に示すように、シリンダ６１内をプランジャー６２が回転しながら進退し、それによって吸入口６ａからの液体１０の吸入と、該吸入した液体１０の吐出口６ｂからの吐出とが行われる。
図２（ａ）はプランジャー６２を後退させながら液体を吸入している状態、図２（ｂ）は吸入が完了した状態、図２（ｃ）はプランジャー６２を前進させながら液体を吐出している状態、図２（ｄ）は吐出が完了した状態が示されている。図２（ｅ）～（ｈ）は、図２（ａ）～（ｄ）のそれぞれに対応する断面図であり、吸入口６ａ及び吐出口６ｂを通り且つプランジャーの回転軸に直交する断面を示す図である。

図２に示すプランジャー型ポンプ６は、プランジャー６２の回転軸Ｃ１と駆動継ぎ手６３の回転軸Ｃ２の間の角度θを変化させることにより、プランジャー６２のストローク長を変化させて、一回のストローク当たりの吐出量を増減調整可能である。より具体的には、前記角度θが０°の場合は吐出量はゼロであるが、該角度θが０°より大きい場合、その角度の大きさに応じて一回のストローク当たりの吐出量も増加する。プランジャー６２の後端部と駆動継ぎ手６３とは、プランジャー６２の後端部の外周面に突設されたピン６２ｂと、駆動継ぎ手６３の円筒部の周方向の一部に設けられた特殊軸受け（ボール継ぎ手）６３ｂとにより連結されている。プランジャー６２は、特殊軸受け（ボール継ぎ手）６３ｂを介して連結された駆動継ぎ手６３を、サーボモータ等の駆動源６４によって回転させることにより回転しながら進退させる。
このようなポンプは公知であり、市販のもの等を用いることができる。例えば、株式会社イワキから「ハイセラポンプ（登録商標）Ｖシリーズ」として提供されている定量ポンプを用いることができ、例えばハイセラポンプＶ－１５型等を好ましく用いることができる。

本実施形態の装置１は、プランジャー型ポンプ６の吐出量の調節機構を備えている（図示せず）。当該調節機構は、図２に示すプランジャー型ポンプ６における、プランジャー６２の回転軸Ｃ１及び駆動継ぎ手６３の回転軸Ｃ２の何れかを一方を、他方に対して、前記角度θが増減するように回動させる機構を有している。斯かる機構としては、シリンダ６１を固定している支持部（図示せず）を、駆動継ぎ手６３を回転可能に支持している固定台（図示せず）に対して回動させるアクチュエーターを用いることができる。斯かるアクチュエーターにより、プランジャー６２の回転軸Ｃ１と駆動継ぎ手６３の回転軸Ｃ２との角度θを増減させて、プランジャー６２のストローク長及びその一ストローク当たりの吐出量を増減させ得る。アクチュエーターとしては、ボールねじを用いたもの、リニアモータを用いたもの、油圧や空気圧を用いたもの等、各種公知のものを特に制限なく用いることができる。ボールねじを用いたものが、吐出量を高精度に制御する観点から好ましい。
前記のアクチュエーターは、シリンダ６１を固定している支持部を、駆動継ぎ手を支持している固定台に対して回動するのに代えて、駆動継ぎ手６３を支持している支持部を、シリンダ６１を固定している固定台に対して回動させるものであってもよい。

ポンプ６としては、ロータリー式プランジャー型ポンプ以外の間欠供給が可能に構成された任意のポンプを用いることができる。例えば、間欠駆動する駆動源６４と組み合わされて使用される連続吐出型のポンプや、連続駆動する駆動源６４と組み合わされて使用され且つ吐出口にバルブが設けられたバルブ開閉型ポンプ等を用いることができる。
連続吐出型のポンプとしては、モーノポンプ（登録商標）等が挙げられる。

本実施形態においてポンプ６は、図３に示すように、プランジャー６２の連続回転により、吐出口６ｂからの液体１０の吐出と、吸入口６ａからの該液体１０の吸入とを周期的に繰り返す。これにより、ポンプ６からノズル４に液体１０を間欠的に供給する。すなわち動作中のポンプ６は、液体１０の吐出と、液体１０を吐出しない非吐出とを周期的に繰り返す。図３に示すタイミングチャートでは、斯かる間欠供給によって、ポンプ６とノズル４との間の配管３内を流れる液体１０の瞬時流量が０超となる区間Ｐ（以下、「液体通過区間Ｐ」ともいう。）と、該瞬時流量が０となる区間とが交互に出現する。配管３内を流れる液体１０の瞬時流量は、流量センサー２によって検知される。

配管３を介したポンプ６からノズル４への間欠供給の周期（以下、単に「ポンプ６の間欠供給の周期」ともいう。）は、ポンプ６からノズル４に液体１０が供給される吐出区間と、該ポンプ６からノズル４に液体１０が供給されない非吐出区間とに区分される。吐出区間は、ポンプ６の間欠供給の周期のタイミングチャートにおいて液体通過区間Ｐを含むように設定される。斯かるタイミングチャートは、異常のない配管３を介してポンプ６からノズル４に液体１０を供給した場合の計測値に基づき予め作成したものである。前記「異常のない配管３」は、気泡溜まり等の異常が生じていない配管である。非吐出区間は、前記タイミングチャートにおいて液体通過区間Ｐを含まないように予め設定される。
吐出区間及び非吐出区間それぞれは、配管３内を流れる液体１０の瞬時流量を積分して、後述する積算流量を算出する対象区間となる。

ノズル４への液体１０の流量をより高精度に制御する観点から、ポンプ６の制御に関連する設定値に基づき、ポンプ６の間欠供給の周期を、吐出区間及び非吐出区間に区分することが好ましい。斯かる場合、吐出区間の開始及び終了、並びに非吐出区間の開始及び終了を当該設定値によって示される。このように、配管３内を流れる液体１０の流量ではなく、ポンプ６の挙動（吐出・非吐出）のタイミングで吐出区間と非吐出区間とを設定することで、後述する配管３内の異常をより高精度に把握することができる。また、サーボモータ６４の回転速度が変更されても、積算流量の計測ミスが生じ難い。
ポンプ６の制御に関連する設定値としては、ポンプ６の吐出及び非吐出を示すパラメータを採用できる。

ポンプ６の吐出及び非吐出を示すパラメータとしては、プランジャー６２の回転角度等が挙げられる。例えば、プランジャー６２の回転角度を前記パラメータとする場合、プランジャー６２の軸方向における１回転（０～３６０°、図３参照）のうちの所定の角度範囲によって、ポンプ６の吐出及び非吐出を示すことができる。斯かるプランジャー６２の回転角度は、該プランジャーの回転に連動する角度センサー等により把握することができる。

プランジャーの回転に連動する角度センサーの検出角度の他、前記パラメータとしては、駆動源６４（サーボモータ６４）の回転角度等を用いることができる。例えば、サーボモータ６４の回転１回分によって、プランジャー６２が軸方向に１回転される場合、サーボモータ６４の１回転が、ポンプ６の間欠供給の１周期に対応するので、サーボモータ６４の１回転のうちの所定の角度範囲によって、ポンプ６の吐出及び非吐出を示すことができる。

また、減速機等を用いて、サーボモータ６４の複数回転分によって、プランジャー６２が軸方向に１回転される場合、サーボモータ６４の該複数回の回転が、ポンプ６の間欠供給の１周期に対応する。その場合、サーボモータ６４の複数回分の角度範囲を、プランジャー６２の１回転分の角度範囲（０～３６０°）に換算することで、該サーボモータ６４の１回転のうちの所定の角度範囲によって、ポンプ６の吐出及び非吐出を示すことができる。例えば、サーボモータ６４の５回転分（０～１８００°）によって、プランジャー６２が軸方向に１回転される場合、５回転分のサーボモータ６４の全角度範囲（０～１８００°）を１回転分の角度範囲（０～３６０°）に換算する。これにより、該サーボモータ６４の１回転のうちの所定の角度範囲によって、ポンプ６の吐出及び非吐出を示すことができる。サーボモータ６４の回転角度は、上述したエンコーダを用いることにより把握できる。

ポンプ６が、間欠駆動する駆動源６４と組み合わされて使用される連続吐出型のポンプである場合、該駆動源６４の稼働又は非稼動の動作指令をする電気信号を、ポンプ６の吐出及び非吐出を示すパラメータとして用いることができる。すなわち、当該電気信号に基づき、ポンプ６の間欠供給の周期を吐出区間と非吐出区間とに区分できる。
ポンプ６が、連続駆動する駆動源６４と組み合わされて使用され且つ吐出口にバルブが設けられたバルブ開閉型ポンプである場合、該バルブ開閉の動作指令を行う電気信号を、ポンプ６の吐出及び非吐出を示すパラメータとして用いることができる。すなわち、当該電気信号に基づき、ポンプ６の間欠供給の周期を吐出区間と非吐出区間とに区分できる。

本実施形態では、サーボモータ６４の回転角度（０～３６０°）の角度範囲を用いて、ポンプ６の間欠供給の周期を吐出区間及び非吐出区間に区分する。例えば、サーボモータ６４の回転角度２１０°～９０°の範囲を吐出区間とし、サーボモータ６４の回転角度９０°～２１０°の範囲を非吐出区間と設定する。この場合、吐出区間を表すサーボモータ６４の角度範囲（２１０°～９０°）は液体通過区間Ｐを含み、非吐出区間を表すサーボモータ６４の角度範囲（９０°～２１０°）は、液体通過区間Ｐを含まない。

ノズル４からの液体１０の吐出量をより高精度に把握する観点から、吐出区間は、液体通過区間Ｐを含み、該区間Ｐよりも広い範囲で設定することが好ましい。例えば、サーボモータ６４の回転角度又はポンプ６の回転角度によって吐出区間及び非吐出区間を表す場合、吐出区間は、液体通過区間Ｐに対応する角度範囲を含むことを前提に、該対応する角度範囲に対して、好ましくは＋０°超＋５０°以下、より好ましくは＋１０°以上＋４０°以下、さらに好ましくは＋２０°以上＋３０°以下の範囲で液体通過区間Ｐよりも広く設定する。
ノイズをより抑制して、ノズル４からの液体１０による液だれをより高精度に把握する観点から、非吐出区間は、液体通過区間Ｐを含まず、該区間Ｐよりも狭い範囲で設定することが好ましい。すなわち、非吐出区間は、液体通過区間Ｐに対応する角度範囲を含まないことが好ましい。

吐出区間と非吐出区間とは、これらの一部が重複して設定されてもよい。また、吐出区間と非吐出区間との間に、特段の制御や監視を行わない空白区間を設定してもよい。

ポンプ６の間欠供給の周期では、吐出区間と非吐出区間とが交互に繰り返されている（図３参照）。本実施形態においては、プランジャー６２の回転の１サイクル内で、吐出区間、非吐出区間、及び吐出区間の順で切り替わっている。図３におけるタイミングチャートでは、液体通過区間Ｐが周期的に出現している。液体通過区間Ｐにおける瞬時流量のピーク面積が、後述する積算流量となる。ポンプ６の吐出開始時点と、液体通過区間Ｐの開始時点とにタイムラグｔがあるが、これは流量センサー２の応答時間によるものである。そのため、ポンプ６の吐出終了時点から遅れて、液体通過区間Ｐが終了する。

本実施形態のノズル４は、ポンプ６に接続された配管３の下流側端部に設けられており、液体１０を吐出する吐出口を備えている。ノズル４は、被添加物１１と接触せずに、被添加物１１に対し液体１０を吐出させるものであってもよく、被添加物１１と接触して、該被添加物１１に液体１０を吐出させるものであってもよい。ノズル４が被添加物１１と接触した状態で液体１０を吐出する場合、該ノズル４は、被添加物１１に対して接触した状態と非接触の状態とを採り得るように昇降機構を備えている。斯かる昇降機構としては、例えば、エアシリンダーやカム機構を備えたもの、リニアスライダーを備えたもの等が挙げられる。
ポンプ６による液体１０の間欠供給に伴い、ノズル４は、被添加物１１に液体１０を間欠的に吐出（間欠吐出）する。

本実施形態の装置１は、搬送経路に沿って間欠的に配置された被添加物１１を、ベルトコンベア等の公知の搬送手段により、搬送方向に連続的に搬送しつつ、個々の被添加物１１に対して、前述のノズル４から液体１０をそれぞれ一回ずつ添加する。

図１には本実施形態の制御手段５の構成が示されている。本実施形態の制御手段５は、流量積算部５１、判定部５２、異常時制御部５３、ポンプ制御部５４及びノズル制御部５５を備えている。制御手段５は、ポンプ６、駆動源６４、流量センサー２、及びノズル４と電気的に接続されており、これらの動作制御を行う。また、本実施形態の制御手段５は、ポンプ６の吐出量の調節機構であるアクチュエーター（図示せず）とも電気的に接続されている。

制御手段５は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）を含んで構成されており、該制御手段５における各部の制御が該ＰＬＣにより実行される。これに代えて、制御手段５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んで構成されていてもよい。この場合、例えばＣＰＵがＲＯＭやディスクなどに格納されたプログラムをＲＡＭに展開して実行することにより、制御手段５の各部の制御が実現される。また前記制御は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）により実現されてもよく、あるいはＡＳＩＣとＦＰＧＡとの組み合わせにより実現されてもよい。

流量積算部５１は、流量センサー２により測定された検出値に基づいて、吐出区間において配管３内を流れる液体１０の積算流量（以下、「吐出積算流量」ともいう。）を算出する。吐出積算流量は、吐出区間中の配管３内を流れる液体１０の瞬時流量を積分することにより算出できる。
また、流量積算部５１は、流量センサー２により測定された検出値に基づいて、非吐出区間において配管３内を流れる液体１０の積算流量（以下、「非吐出積算流量」ともいう。）を算出する。非吐出積算流量は、非吐出区間中の配管３内を流れる液体１０の瞬時流量を積分することにより算出できる。

流量積算部５１は、算出した吐出積算流量及び非吐出積算流量のデータを時系列で記憶する。これら積算流量は時系列で記憶されるとともに、装置１の稼働時間における対応する吐出区間又は非吐出区間の時間と関連付けられて記憶される。そして、流量積算部５１は、積算流量及びこれと対応する吐出区間又は非吐出区間の時間（タイムスタンプ）を記憶したデータを、制御手段５が備える保存部（図示せず）に保存する。流量積算部５１は、前記データの保存部への書き込み及び該保存部からの読み出しの制御等、吐出積算流量及び非吐出積算流量の各データに関する制御を行う。

判定部５２は、吐出積算流量に基づいて、ノズル４からの液体１０の吐出量の適否を判定する。吐出積算流量は、吐出区間におけるポンプ６からノズル４への液体１０の供給量を反映する。そのため、吐出積算流量を、ノズル４から被添加物１１に添加される液体１０の吐出量が適正であるか否かを判定するための指標にできる。斯かる液体１０の吐出量は、液含有物１２の製品設計値、すなわち液含有物１２における液体１０の含有量に基づき、設定することができる。判定部５２は、吐出積算流量が設定範囲内であるか否かを判定することで、ノズル４からの液体１０の吐出量をモニターする。

判定部５２は、非吐出積算流量に基づいて、ノズル４からの液体１０の吐出量の適否を判定する。非吐出積算流量は、非吐出区間におけるポンプ６からノズル４への液体１０の供給量を反映する。非吐出区間は、ポンプ６の間欠供給の周期のうち、ノズル４に液体１０が供給されない区間であるため、通常であれば、非吐出積算流量は０か０に近い微量の数値で算出される。例えば装置１稼動時において、図４（ａ）に示すように、配管３内の液体１０の瞬時流量が周期的に変化する。図４（ａ）に示す各瞬時流量のピークは、吐出区間で観察される〔図４（ｃ）参照〕。

一方、非吐出積算流量が所定値超であると、ノズル４に液体１０が意図せず供給されていると判断できる。例えば図４（ｃ）に示す異常時のグラフ（灰色線）では、非吐出区間であるにも拘わらず、該非吐出区間で配管３内の液体１０の瞬時流量の変化が観察される。これは、配管３内に気泡溜まり等の異常が発生して、配管３内を流れる液体１０の流量が不安定になっているためと考えられる。より詳細には、配管３内を通る液体１０の流量が少なくなると、配管３内の一部の箇所が負圧（水柱分離）となる。この負圧となった箇所に慣性力によって周囲の液体１０が集まって、該液体１０どうしが衝突するウォーターハンマー現象が生じる。ウォーターハンマー現象は、配管３を介して液体１０を間欠供給する際に生じ易い。配管３内にこのような異常が生じると、ノズル４から液だれが発生する場合がある。斯かる液だれは、非吐出区間における前記瞬時流量の変化としても現れる。非吐出区間において液だれが発生すると、被添加物１１の搬送経路が液体１０で汚染されたり、被添加物１１に対する液体１０の吐出量が過少となって不良品が発生したりする虞がある。すなわち、非吐出積算量が所定値超であるか否かをモニターすることにより、配管３内の異常を検知することができる。配管３内の異常が継続した場合、図４（ｂ）に示すように、吐出区間における前記瞬時流量のピークの他に、非吐出区間における前記瞬時流量のピーク〔図４（ｂ）に示す矢印のピーク〕も、周期的に観察される。このように、非吐出積算流量は、配管３内の異常を判定するための指標にできる。

判定部５２は、吐出積算流量及び非吐出積算流量それぞれに基づいて、装置１の稼働中における各吐出区間又は各非吐出区間それぞれについて、ノズル４からの液体１０の吐出量の適否を判定する。判定部５２は、その判定結果と、該判定の対象となった吐出区間又は非吐出区間とを関連付けて、これらのデータを制御手段５が備える保存部（図示せず）に保存する。

本実施形態の判定部５２が行う判定は、予め求めた、ノズル４から吐出される液体１０の吐出量と、配管３内の積算流量との関係式（以下、「積算流量－吐出量関係式」ともいう。）に基づき行われる。当該関係式では、配管３内を流れる液体１０の積算流量（ｍＬ）に比例して、ノズル４から吐出される液体１０の吐出量（ｇ）が増加する比例関係となり、液体１０の比重が該関係式の比例係数となる。以下、「配管３内を流れる液体１０の積算流量」を単に「積算流量」ともいい、「ノズル４から吐出される液体１０の吐出量」を、単に「ノズル吐出量」ともいう。
積算流量－吐出量関係式は、積算流量を変化させて装置１を稼働したときのノズル４の吐出量を測定することにより作成される。

本実施形態の判定部５２は、積算流量－吐出量関係式に基づき、吐出区間及び非吐出区間の何れか一方又は双方におけるノズル吐出量の適否を判定する。液含有物１２中の液体１０の含有量をより高精度に制御する観点から、判定部５２は、積算流量－吐出量関係式に基づき、少なくとも吐出区間におけるノズル吐出量の適否を判定することが好ましい。
例えば、積算流量－吐出量関係式によって求められる吐出区間のノズル吐出量が、液含有物１２の製品設計値の範囲外であった場合、判定部５２は、該吐出区間におけるノズル吐出量が適正ではないと判定する。一方、積算流量－吐出量関係式によって求められる吐出区間のノズル吐出量が、液含有物１２の製品設計値の範囲内であった場合、判定部５２は、該吐出区間におけるノズル吐出量が適正であると判定する。

異常時制御部５３は、判定部５２が導出した判定結果に基づいて、警報信号や、不良品を製造ラインから排除する動作指令、装置１の運転を停止する停止指令を発する。
より詳細には、判定部５２が、非吐出積算流量に基づいて非吐出区間の液体１０の吐出量が適正ではないと判定した場合、異常時制御部５３は、当該判定結果に基づき配管３内の異常を知らせる警報信号を発する。これにより、例えば制御手段５に備えられたスピーカーを介して警報を発する。あるいは制御手段５に備えられたディスプレイ等の表示手段に、警報情報を表示し、警報を発する。警報信号により発生される警報は、視覚的な情報であってもよく、聴覚的な情報であってもよい。

また、異常時制御部５３は、非吐出積算流量が過剰である場合に、装置１の運転を停止する停止指令を発する。非吐出区間における液だれを示す非吐出積算流量が過剰であると、不良品が発生する。これを防ぐために異常時制御部５３は、非吐出積算流量が過剰であるか否かを判定し、過剰であった場合に装置１の運転を停止させる。斯かる判定は、予め設定された非吐出積算流量の過剰値に基づき行われる。

また、判定部５２が、吐出積算流量に基づいて吐出区間の液体１０の吐出量が適正ではないと判定した場合、異常時制御部５３は、当該判定結果に対応する液含有物１２を製造ラインから排除する動作指令を発する。斯かる動作指令は、不良品を排除する排除機構（図示せず）に送信される。排除機構は、ノズル４よりも液含有物１２の搬送方向の下流に設置されており、液体１０の吐出量が適正でないと判定された吐出区間で製造された液含有物１２を、不良品として製造ライン外へ排除する機構を有している。
さらに異常時制御部５３は、前記不良品を製造ライン外へ排除した回数（以下、「排除回数」ともいう。）をカウントする。斯かる回数が連続して所定回数以上になった場合、装置１の運転を停止する停止指令を発する。

ポンプ制御部５４は、積算流量－吐出量関係式に基づき、吐出積算流量を調整する動作指令を発する。例えば、判定部５２が、吐出区間のノズル吐出量について適正ではないと判定した場合、ポンプ制御部５４は、ポンプ６に動作指令を発し、吐出区間のノズル吐出量が、液含有物１２の製品設計値の範囲内となるように、ポンプ６からノズル４への液体１０の供給量を調整する。斯かる動作指令を受けたポンプ６は、例えばプランジャー６２の回転軸Ｃ１と駆動継ぎ手６３の回転軸Ｃ２の間の角度θを変化させて、プランジャー６２のストローク長を変化させることにより、一回のストローク当たりの吐出量（ポンプ６における液体１０の吐出量）を調整する。ポンプ制御部５４は、前記ノズル吐出量について判定部５２が適正であると判定するまで、すなわち吐出区間のノズル吐出量が、液含有物１２の製品設計値の範囲内となるまで、ポンプ６における液体１０の吐出量の調整を繰り返す。

ノズル制御部５５は、ノズル４による液体１０の吐出を制御して、被添加物１１に液体１０を添加する。例えば、ノズル制御部５５は、ノズル４が具備する吐出口の開閉を制御して、ノズル２１から吐出される液体１０の吐出を制御する。

次に、本実施形態の装置１を用いた液含有物の製造方法（以下、単に「製造方法」という）について、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。
本実施形態の製造方法は、流量センサー２の検出値に基づいて、吐出積算流量を算出する吐出時流量積算工程と、該流量センサー２の検出値に基づいて、非吐出積算流量を算出する非吐出時流量積算工程と、吐出積算流量に基づいて、吐出区間におけるノズル吐出量の適否を判定する吐出判定工程と、非吐出積算流量に基づいて、非吐出区間におけるノズル吐出量の適否を判定する非吐出判定工程とを具備する。

さらに本実施形態の製造方法は、非吐出判定工程の判定結果に基づき配管３内の異常を知らせる警報信号を発する警報発令工程と、吐出判定工程の判定結果に基づき前記不良品を製造ラインから排除する排除工程と、吐出判定工程の判定結果と積算流量－吐出量関係式とに基づき、吐出積算流量を調整する流量調整工程とを具備する。

本実施形態の製造装置は、装置１の稼働に先立ち、貯留槽（図示せず）から、少なくともポンプ６の内部までの間の配管３ａ内を液体１０で満たした上で、図５に示すフローを実行する。

先ず、ステップＳ１では、制御手段５が駆動源６４によって、ポンプ６を稼働させる。ステップＳ１は、最初の被添加物１１が製造ラインにおいて所定の位置に配置されると、光電センサーが該被添加物１１を検知し、その信号を制御手段５が受信することで実行される。次のステップＳ２では、流量積算部５１が、サーボモータ６４の回転角度に基づき、現時点の装置１の状態が吐出区間であるか否かを判定する。ステップＳ２において、吐出区間ではないと判定された場合、ステップＳ６に進む。ステップＳ２において吐出区間であると判定された場合、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、配管３内を流れる液体１０の積算流量を算出する。斯かる算出には、配管３内を流れる液体１０の瞬時流量が用いられる。続くステップＳ４では、流量積算部５１が、サーボモータ６４の回転角度に基づき、吐出区間が終了となったか否かを判定する。吐出区間が終了となっていないと判定された場合、ステップＳ３に戻り、吐出区間が終了するまで、ステップＳ３及びステップＳ４を繰り返す。これにより、吐出区間が終了するまで、配管３内を流れる液体１０の積算流量の算出を継続し、吐出積算流量を算出する。ステップＳ３及びステップＳ４は、１秒間に１０００～１０００００回実行される。
ステップＳ４において、サーボモータ６４の回転角度に基づき、吐出区間が終了したと判定された場合、流量積算部５１は、算出対象となった吐出区間の吐出積算流量を制御手段５の保存部に記憶し、ステップＳ５に進む。このようにステップＳ２～Ｓ５において、流量積算部５１が吐出時流量積算工程を行う。

ステップＳ５では、吐出積算流量に基づいて、吐出区間におけるノズル吐出量の適否を判定する。すなわち、判定部５２が吐出判定工程を実行する。本実施形態の判定部５２は、積算流量－吐出量関係式によって、算出した吐出積算流量から算出対象となった吐出区間におけるノズル吐出量を求め、該ノズル吐出量の適否を判定する。具体的には、吐出区間におけるノズル吐出量が、液含有物１２の製品設計値の範囲内であるか否かを判定する。
ステップＳ５において、吐出区間のノズル吐出量が適正であると判定された場合は、ステップＳ６に進み、該ノズル吐出量が適正ではないと判定された場合は、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、ポンプ制御部５４が、積算流量－吐出量関係式に基づいて、吐出積算流量を調整する。本実施形態のポンプ制御部５４は、吐出区間におけるノズル吐出量が、液含有物１２の製品設計値の範囲内となるように、プランジャー６２のストローク長を調整して、ポンプ６における液体１０の吐出量（ポンプ６の液体１０の吐出量）を調整する。すなわち、ステップＳ１０においてポンプ制御部５４が流量調整工程を行う。

続くステップＳ１１では、ステップＳ５の判定結果に基づき、異常時制御部５３が、不良品を製造ラインから排除する動作指令を発する。これにより、不良品が製造ラインから排除される。斯かる不良品は、ステップＳ５においてノズル吐出量が製品設計値の範囲内ではないと判定された液含有物１２を指す。すなわちステップＳ１１では、異常時制御部５３が排除工程を行う。ステップＳ１１の実行後、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、異常時制御部５３が、装置１の稼働開始からの不良品の排除回数をカウントし、該排除回数が所定回数以上であるか否かを判定する。当該排除回数が所定回数以上であると判定された場合、異常時制御部５３は、装置１の運転を停止させる停止指令を発する。この不良品の継続発生による装置１の運転停止を、配管３のメンテナンスを行う契機とすることができる。
ステップＳ１２において、排除回数が所定回数以上ではないと判定された場合、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、ステップＳ３と同様に、配管３内を流れる液体１０の積算流量を算出する。斯かる積算流量は、非吐出区間中の積算流量である。続くステップＳ７では、流量積算部５１が、サーボモータ６４の回転角度に基づき、非吐出区間が終了となったか否かを判定する。吐出区間が終了となっていないと判定された場合、ステップＳ６に戻り、非吐出区間が終了するまで、ステップＳ６及びステップＳ７を繰り返す。これにより、非吐出区間が終了するまで、配管３内を流れる液体１０の積算流量の算出を継続し、非吐出積算流量を算出する。ステップＳ６及びステップＳ７は、１秒間に１０００～１０００００回実行される。
ステップＳ７において、サーボモータ６４の回転角度に基づき、非吐出区間が終了したと判定された場合、流量積算部５１は、算出対象となった非吐出区間の非吐出積算流量を制御手段５の保存部に記憶し、ステップＳ８に進む。このように、流量積算部５１がステップＳ６及びＳ７を実行して、非吐出時流量積算工程を行う。

ステップＳ８では、非吐出積算流量に基づいて、非吐出区間におけるノズル吐出量の適否を判定する。すなわち、判定部５２が非吐出判定工程を実行する。本実施形態の判定部５２は、積算流量－吐出量関係式によって、算出した非吐出積算流量から算出対象となった非吐出区間におけるノズル吐出量を求め、該ノズル吐出量の適否を判定する。具体的には、非吐出区間におけるノズル吐出量が所定値以下であるか否かを判定する。このノズル吐出量が所定値超である場合、非吐出区間でノズル４からの液だれが生じていると判断できる。ステップＳ８において、非吐出区間のノズル吐出量が適正であると判定された場合は、ステップＳ９に進み、該ノズル吐出量が適正ではないと判定された場合は、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、異常時制御部５３が配管３内の異常を知らせる警報信号を発する。これにより警報が発令される。このステップＳ１３後、ステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４では、異常時制御部５３が、ステップＳ８で算出した非吐出積算流量が過剰であるか否かを判定する。非吐出積算流量が、予め設定された過剰値以上であると判定された場合、異常時制御部５３は、装置１の運転を停止させる停止指令を発する。これによる装置１の運転停止を、配管３のメンテナンスを行う契機とすることができる。
ステップＳ１４において、非吐出積算流量が前記過剰値未満であると判定された場合、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、次の被添加物１１が製造ラインにおいて所定の位置に配置されているかいないかを判定する。斯かる判定は、ステップＳ１と同様に、光電センサーが被添加物１１を検知し、その信号を制御手段５が受信することで実行される。次の被添加物１１を検知した場合、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２以降の動作を繰り返す。
ステップＳ９において、次の被添加物１１がないと判定された場合、装置１の運転を停止する。すなわち、装置１による液含有物１２の製造が停止される。

次に、本発明の製造方法により製造される液含有物１２について詳述する。液含有物１２としては、液体１０を含有する製品を特に制限なく採用できる。例えば、発熱層を含むシート状の発熱具を、液含有物１２とすることができる。斯かる発熱具は、繊維材料からなる繊維シートと、被酸化性金属粉末等を含んで構成された発熱層とを積層した複合シートを具備しており、該複合シートの発熱層に電解質を含有した電解質液を添加することで製造される。すなわち、本実施形態において被添加物１１は複合シートであり、該被添加物１１に添加される液体１０は電解質液である。前記発熱具は、空気中の酸素と被酸化性金属粉末との酸化反応に伴う発熱により発熱するものである。この発熱具（製品）を製造する場合、従来使用されている各種公知の材料を特に制限なく用いることができる。

液含有物１２は、液体１０を保持し得る保持部材を備えていることが好ましい。保持部材としては、吸水性ポリマーや、セルロース系繊維等の吸水性繊維を備えた部材が挙げられる。例えば、２枚の透湿性シート間に、吸水性ポリマーからなる層を配して一体化したポリマーシート等を保持部材とすることができる。この場合、被添加物１１が保持部材を具備しており、該被添加物１１に添加される液体１０を保持可能に構成されていることが好ましい。

液含有物１２の製造に用いられる液体１０の粘度は、特に制限されず、一般的なポンプで吐出可能な粘度を有するものとすることができる。

次に、本発明に係る配管内異常検知方法を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本実施形態の配管内異常検知方法は、前述した液含有物の製造方法における非吐出時流量積算工程と、非吐出判定工程とを少なくとも具備する。斯かる構成により、非吐出区間におけるノズル吐出量をモニターできる。例えば非吐出区間においてノズル吐出量が所定値超であった場合に、非吐出区間でノズル４からの液だれが生じていると判断でき、配管３内のウォーターハンマー現象等の異常発生の有無を検知できる。
本実施形態の配管内異常検知方法は、前述した非吐出時流量積算工程及び非吐出判定工程における説明を適宜適用できる。

本発明は、上述した実施形態に制限されず適宜変更可能である。
例えば、上述した実施形態の制御手段５は、ポンプ制御部５４を備えていたが、これを備えていなくともよい。すなわち、本発明の液含有物の製造方法は、流量調整工程を具備していなくともよい。
また、上述した実施形態の制御手段５は、ノズル制御部５５を備えていたが、これを備えていなくともよい。

１液体添加装置
２流量センサー
３配管
４ノズル
５制御手段
６ポンプ
１０液体
１１被添加物
１２液含有物
５１流量積算部
５２判定部
５３異常時制御部
５４ポンプ制御部
５５ノズル制御部
６１シリンダ
６２プランジャー
６３駆動継ぎ手
６４駆動源

Claims

液体添加装置を用いて、被添加物に液体を間欠的に添加する液含有物の製造方法であって、
前記液体添加装置が、前記液体を間欠的に供給するポンプと、前記液体を前記被添加物に吐出するノズルと、該ポンプ及び該ノズル間を接続する配管と、該配管内の流量を検出する流量センサーとを備えており、
前記ポンプから前記ノズルに前記液体を間欠的に供給する周期を、吐出区間と非吐出区間とに区分したとき、
前記流量センサーの検出値に基づいて、前記吐出区間において前記配管内を流れる前記液体の積算流量を算出する吐出時流量積算工程と、
前記流量センサーの検出値に基づいて、前記非吐出区間において前記配管内を流れる前記液体の積算流量を算出する非吐出時流量積算工程と、
吐出時流量積算工程及び非吐出時流量積算工程それぞれの積算流量に基づいて、前記ノズルからの前記液体の吐出量の適否を判定する判定工程とを具備する、液含有物の製造方法。
前記判定工程において、予め求めた、前記ノズルから吐出される前記液体の吐出量と、前記配管内を流れる前記液体の積算流量との関係式に基づき、前記吐出区間及び前記非吐出区間の何れか一方又は双方における前記積算流量について、前記判定を行う、請求項１に記載の液含有物の製造方法。
前記関係式に基づき、前記吐出区間における前記ポンプからの前記液体の供給量を調整する、請求項２に記載の液含有物の製造方法。
前記ポンプの制御に関連する設定値に基づき、前記周期を前記吐出区間と前記非吐出区間とに区分する、請求項１～３の何れか１項に記載の液含有物の製造方法。
前記判定工程において、吐出時流量積算工程の積算流量に基づく前記液体の吐出量が適正ではないと判定された場合に、該判定に対応する前記液含有物を製造ラインから排除する、請求項１～４の何れか１項に記載の液含有物の製造方法。
前記判定工程において、非吐出時流量積算工程の積算流量に基づく前記液体の吐出量が適正ではないと判定された場合に、前記配管内の異常として警報を発する、請求項１～５の何れか１項に記載の液含有物の製造方法。