JPH1151213A - 空気息継ぎ管付きボールバルブとその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】原料容器から受け容器に高精度でしかも狭い範
囲に計量投入する自動計量投入装置を実現させるバルブ
の提供とそのバルブを用いた計量方法の提供にある。 【構成】容器内に挿入される流体流出用の流路部分と流
体の流出を調節するバルブ部分からなり、前記流路側に
は流路に沿って固定された空気息継ぎ管Ａを有し、当該
空気息継ぎ管Ａの一端は容器側に開口し、その他端は前
記バルブ部分の弁室側に開口しており、前記バルブ部分
には空気息継ぎ管Ｂを有し、当該空気息継ぎ管Ｂの一端
はバルブの胴体カバーを貫通して外部に開口し、その他
端は弁子の流通路内に開口し、かつ、弁子の回転に連動
して回転できるようにされ、弁子を回転させバルブが閉
から一部開の状態で２つの空気息継ぎ管が分離した状態
にあり、バルブが全開の状態で２つの空気息継ぎ管が密
着接続して連通する空気息継ぎ管付きボールバルブ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ドラム缶などに充
填された流体を他の容器に投入するバルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の少品種多量生産方式においては、
タンクから各種流体を配管により反応槽、混合槽などの
タンクに供給する方法が一般的であった。しかし、消費
者ニーズの多様化に応じるためには、多品種少量、変種
変量生産方式へ移行せざるを得なくなってきている。こ
の場合、従来の配管による移送手段では配管の本数が原
料の種類分必要となり現実的でない。このため、移動槽
による生産方式が、いわゆるパイプレスプラントとして
提唱されている。

【０００３】パイプレスプラントでの原料仕込みには、
仕込みステーションにタンクが移動して行われる。この
場合、配管を経由して供給される多量の原料に加えて、
多品種の副原料や添加剤などの多くはドラム缶やペール
缶などの原料容器より供給されている。これらの原料容
器からタンクへ流体を投入する場合、転倒機などの補助
具と秤を使って人手によって計量する方法がとられる。
この方法では、作業者の熟練度、体調などの不確定要素
に起因する計量精度のばらつきを起こしやすく、レシピ
通りの一定の製品を作ることを困難にしている。さら
に、重い原料容器の移動や投入の際に、作業者の体にか
かる負担、危険なども危惧される。

【０００４】また、自動で計量しながら投入する装置も
各種提案されているが、コストの面、付随して使用する
ノズルや場合によっては漏斗の洗浄作業による負担増の
点などでそれぞれ問題があった。

【０００５】そこで、原料容器に充填されている流体を
いかに効率よく安全に、また高い計量精度で反応槽、混
合槽などのタンクに投入するかが近年の課題となってい
た。以下は、自動計量投入装置の場合について詳しく考
察するが、人手投入の場合でも問題としては同様のこと
がいえる。

【０００６】従来提案されているドラム缶計量投入装置
（例えば、特開平５−１９４１，特開平６−２４１８７
１、特開平３−２００６２９等）は、ドラム缶を把持し
て持ち上げ、ドラム缶の底を上げて、排出口を下げるよ
うに傾けながら転倒させる方式が多い。しかしながら、
この場合に種々の問題点が挙げられる。

【０００７】第一の大きな課題は、ドラム缶の姿勢の調
節に関わる問題である。まず、投入を続ける間にドラム
缶内の残量も変化するので、転倒角度を変化させなけれ
ばならないが、それによって排出口の位置の変化があ
り、排出口と受け容器との相対位置の調整が都度必要に
なる。具体的には、ドラム缶の位置、もしくは受け容器
の位置を前後に移動させ、またドラム缶を転倒させる際
の回転軸を変更し、流体の落下地点を狭めるように工夫
がなされている。

【０００８】このような姿勢の調整とドラム缶と受け容
器間の位置関係の調整を、ドラム缶の残量を計測しなが
ら予め設定したプログラムによって制御することにな
る。すなわち、計量設定値に近くなったときに、ドラム
缶を転倒させる速度を落とすなどして、流れ出る量を少
なくして調整をやりやすくする必要がある。さらに、液
の粘度が異なる場合など、その都度プログラムの変更が
必要であった。ちなみに、手動の場合には、これらの姿
勢の調整、位置調整に対応するために、作業員の熟練し
た技術が必要で、前述したように作業員の熟練度に応じ
て計量精度のばらつきが出るという問題点があった。こ
れと共に、作業員が監視のために拘束されてしまうこと
になり、そのあいだ全量投入を除いて他の作業にかかれ
ない状況であった。

【０００９】一方、このような相対位置を調整する煩雑
さを避けるために、即ち、排出口の位置変化による流出
向きなどの変動を調節することを少なくするために、受
け容器側に大きな漏斗を差し込む方法を採用する場合が
ある。この場合には、製品切り替え時毎に漏斗内面を洗
浄する必要があり、付随的な作業が生じることに問題が
あった。もしくは、なるべく洗浄の手間を省くため、最
後に洗える共液で洗い流すなど、投入する順番を予め原
料種類に応じて決めるという手続きが必要であった。漏
斗を取り付ける作業をなくすためには、受け容器の口径
を容器胴径と同一の開放型受け容器とするか、もしくは
受け容器のノズル径を大きくする方法が用いられてい
る。この方法では、受け容器の形状を限定することにな
る。

【００１０】第二の課題は、息継ぎの問題である。ドラ
ム缶などの密封容器から内部に封入されている流体を排
出する場合には、排出される液の流れに抗して空気が密
閉容器に入る、いわゆる息継ぎ現象がみられる。この現
象が生じると液の流れが間欠的になり、さらに液柱の振
動、ドラム缶自体の振動が発生する。このため、計量の
精度が悪くなる。この現象をなくし、空気流入を円滑に
行わせるために、ドラム缶の転倒をゆっくり行うか、空
気口栓を弛めるか外すかが実際には行われている。この
空気口栓に関わる作業自体は後述するノズルを取り付け
るために排出口を開栓する際に付随して行われている。

【００１１】第三の大きな課題は、排出口に一般に取り
付けられているバルブやノズルについてである。自動投
入装置においては、多くの場合、ドラム缶排出口にエル
ボー状のノズルを付けることが行われている。このノズ
ルは空気口栓を弛めるか取り外すときに、投入方向をふ
まえてねじこんだりあるいはクランプなどで人手によっ
て取り付けられる。すなわち、エルボーの口がドラム缶
の外側に向くように取り付けられる。その後に、コンベ
アなどに載せられて、投入転倒位置まで搬送される。転
倒位置のあるステーションでは、このノズル位置がどこ
にあるかをセンサーなどを利用して検出し、位置割り出
し機構、位置調節機構を用いて、その位置（向き）を受
け容器側の受け口と合わせることが行われており、前述
したように、いろいろな方式が提案されているが、コス
トが割高になるのは不可避的である。一方、手動による
投入装置の場合、排出口にシャットバルブを付けて転倒
させることがある。この場合でも、バルブを取り付ける
際に排出口の向きを予め考えて取り付ける手間と注意が
必要であった。

【００１２】第四の問題点は、計量に関する。計量投入
のためには一般的にはロードセルが用いられる。このロ
ードセルは、計量精度を良くするために、複数個（自動
計量装置の場合には通常４ケ）必要とする。ドラム缶転
倒により重心位置が移動したとしても、井桁上の計量台
の範囲に押さえ込むためである。これらの複数個のロー
ドセルから得られる読み値を演算してドラム缶の総重量
を知るようになっている。このようにロードセルを複数
個設けることによってコスト高となるのはもちろんであ
るが、それぞれの計量値から演算するための回路も付随
して必要になっている。また、排出口の先端につくノズ
ルは開放型であるために投入装置の調整は、転倒装置全
体の重量を量りながら傾き角度を制御する方式を取って
いたため、投入終了間際で開口調整などで速度を変える
二段調整による流量制御が難しかった。このため、所定
の精度を得るためには高度な制御ソフトを必要としてい
た。

【００１３】さらに第五の問題点としては、作業環境に
関係する。ドラム缶を転倒させて投入する場合、特に満
液状態の場合には、投入の初期において流体の飛散が大
きく、装置全体、受け容器、またその周辺を汚すという
問題点があった。この飛散の問題は、ロスインウェイト
方式による計量にも悪影響を及ぼしていた。

【００１４】以上を整理すると、 １．ドラム缶を転倒しながら投入するという方法に起因
する問題がある。 ２．息継ぎの現象を緩和するか、なくすことが計量精度
の点からも望まれる。 ３．ノズルを取り付けたとしても、ノズル割り出し機構
など付随する設備がコスト高を招く。 ４．計量精度が許容される範囲でロードセルの数を少な
くすることが望まれる。 ５．作業環境を改善することが望まれる。 これらの問題を解決するために、本出願人は特願平８−
１５２４８９でドラム缶などに充填された流体などを他
の容器に投入するための計量バルブと投入方法を提案し
た。この提案したバルブは、バルブの長手方向取り付け
軸に対して流出開口が側面にあり、ドラム缶を傾斜させ
たときに流出方向を下方に指向させるために流出開口部
に傾斜を設けていた。このため、バルブの取り付け軸に
対して流出方向が斜めとなり、バルブの取り付け軸即ち
ドラム缶の長手軸方向に流出させるためには、バルブを
取り付けたドラム缶全体をこの傾斜角に相当する分を調
整した姿勢で排出しなければならず、倒立の状態と比べ
てドラム缶隅部に残存する量が増えることになり、完全
に排出することができなかった。すなわち、ドラム缶を
倒立させた状態では真下に流出させることができなかっ
た。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術の有
する上記問題点を解決し、流体が充填されているドラム
缶などの原料容器から受け容器に高精度でしかも狭い範
囲に計量投入する自動計量投入装置を実現させ、排出方
向をドラム缶を倒立させた状態でも真下方向にすること
を可能とするバルブの提供とそのバルブを用いた計量方
法の提供にある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１）流体を
充填した容器の排出口に固定してその容器内の液体を外
部に抜き出すボールバルブであって、容器内に挿入され
る流体流出用の流路部分と流体の流出を調節するバルブ
部分からなり、前記流路側には流路に沿って固定された
空気息継ぎ管Ａを有し、当該空気息継ぎ管Ａの一端は容
器側に開口し、その他端は前記バルブ部分の弁室側に開
口しており、前記バルブ部分には空気息継ぎ管Ｂを有
し、当該空気息継ぎ管Ｂの一端はバルブの胴体カバーを
貫通して外部に開口し、その他端は弁子の流通路内に開
口し、かつ、弁子の回転に連動して回転できるようにさ
れ、弁子を回転させバルブが閉から一部開の状態で２つ
の空気息継ぎ管が分離した状態にあり、バルブが全開の
状態で２つの空気息継ぎ管が密着接続して連通する空気
息継ぎ管付きボールバルブ、及び（２）流体を充填した
容器の排出口に、上記（１）記載の空気息継ぎ管付きボ
ールバルブを密着固定し、ついで上記容器を転倒させ、
当該バルブを一部開の状態とし、容器内の減圧が所定の
大きさになるまで液を流出させ、ついでバルブを全開と
し連通した空気息継ぎ管から空気を導入して容器内の液
体の全量又は所定量を流出させる上記（１）記載の空気
息継ぎ管付きボールバルブの使用方法、及び（３）上記
（２）記載のボールバルブの使用方法において、排出量
が所定量に近づいたときに、バルブを一部開とし２つの
空気息継ぎ管を分離し、容器内の減圧により流出量を絞
り込み、流出量が所定の値に達したときに流出開口を全
閉として投入計量精度を上げる上記（２）記載の空気息
継ぎ管付きボールバルブの使用方法である。

【００１７】

【発明の実施の態様】本発明の計量投入バルブとその使
用方法につき図を用いてさらに詳細に説明する。以下、
図面に従って、本発明を詳細に説明する。図１は、本発
明の空気息継ぎ管付きボールバルブの断面図であって、
２つの空気息継ぎ管が接続されバルブが開の状態を示
す。図２は、本発明の空気息継ぎ管付きボールバルブの
断面図であって、２つの空気息継ぎ管が離れバルブが閉
の状態を示す。

【００１８】本バルブは、図１、図２に示すようにバル
ブの開閉に従い接続、分離する２つの空気息継ぎ管を有
するボールバルブであり、ドラム缶などの容器内に挿入
される流路部分と、流体の流出を調整するバルブ部分か
らなる。本ボールバルブはドラム缶などに接続させるた
め、ドラム缶側台座に取り付けるためドラム缶台座に合
わせてネジが切られている。作業を行う場所的制約ある
いは投入操作を自動化するため、バルブをドラム缶に取
り付けた状態でバルブの操作棒の位置・方向を規定する
場合がある。その場合は、アダプターを使用し、アダプ
ターをドラム缶台座にネジ付けし、バルブの操作棒の位
置・方向を調整してヘルールクランプ等でバルブをアダ
プターに取り付ける。ネジ部、取り付け部からの液の漏
れを防ぐためＯリング等のパッキンが適宜設けられる。

【００１９】本バルブの流路部分にはその流路内部に流
路に沿って略平行に固定された空気息継ぎ管Ａが設けら
れており、当該息継ぎ管Ａの一端の開口部Ａ１がドラム
缶側に開口し、他方の開口部Ａ２が弁室側に開口してい
る。

【００２０】本バルブのバルブ部分には、空気息継ぎ管
Ｂが略Ｌ字型の形状を有して設けられ、その一端の開口
部Ｂ１は弁体１を貫通して弁の外部に開口し、他方の開
口部Ｂ２は弁子の流路内に開口している。空気息継ぎ管
Ｂは弁子２の回転に従い回転するように構成され、か
つ、バルブが閉から一部開の状態では息継ぎ管Ａの開口
部Ａ２，息継ぎ管Ｂの開口部Ｂ２が分離しており、バル
ブが全開の状態で息継ぎ管Ｂの開口部Ｂ２と息継ぎ管Ａ
の開口部Ａ２が密着接続し、連通するよう配置されてい
る。

【００２１】前記空気息継ぎ管Ｂは弁子２の回転と連動
して回転させるためには、弁体外部に突出している部分
が弁子２の回転軸と共通化しておけばよい。息継ぎ管Ｂ
の開口部Ｂ２が弁子２の液体流通路内に存在するため、
バルブが閉から一部開の状態では空気息継ぎ管Ｂの開口
部Ｂ２は弁子の壁面によって空気息継ぎ管Ａの開口部Ａ
２とは完全に隔離される。空気息継ぎ管の長さと太さ
は、要求される排出時間との関係で異なってくる。バル
ブがドラム缶用あるいはペール缶用によってもその形状
は変化する。

【００２２】以下本バルブの使用方法について説明す
る。ドラム缶の排出口栓を取り外した後に、バルブの接
続部分が台座にねじ込まれて固定される。バルブは取り
付けられた状態では閉とされる。ついでドラム缶は適当
な把持転倒手段により転倒されて、バルブを下方に位置
するようにする。次いで、ドラム缶の空気孔を全閉のま
ま、本バルブを一部開の状態とすると、ドラム缶内の液
が流出し始め、ドラム缶の上部の空気層の部分は、極短
時間に減圧状態となる。この減圧状態が所定の大きさに
なるまで液を流出させる。次いでバルブを全開とすると
息継ぎ管ＡとＢとが密着接続し、空気がドラム缶内に導
入される。空気は、気泡となりドラム缶上部に溜まるが
この状態は大気開放と同じ効果をもたらす。この接続し
た空気息継ぎ管からの空気の導入に伴って、ドラム缶内
の流体は円滑にバルブから流出する。このため、従来の
ドラム缶計量投入装置にあった空気息継ぎ現象による振
動などは生じない。このことは、正確な計量を可能とす
るものである。

【００２３】ロードセルなどからの信号により、ドラム
缶からの排出量が所定の設定値になったら、バルブを閉
とすることで流出を止めることができる。本バルブは基
本的にはボールバルブであるためバルブ流出口にフラン
ジなどで適当な形状の排出ノズルを接続しあるいはホー
スを使用することも可能である。ドラム缶を転倒するこ
とで真下に液を流出させることができる。また適当なノ
ズル、ホースを使用することにより受け容器の受け口が
小さくても液の飛散なく移液できる。

【００２４】排出時間は、容器の種類、液の粘性、息継
ぎ管の太さ、長さ、バルブの流出口の面積、管路の断面
積などによって異なる。適宜要求される排出時間に応じ
て液の粘性、種類を考慮し、必要に応じて実験により確
認して設計することができる。

【００２５】計量はロストインウエイト方式により、計
測される。即ち、別途に設けられるロードセルにて計測
され、この計測値が所定の設定値と常に比較されなが
ら、投入される。流量設定値が近づいたら、計量精度を
高めるために流量を絞るという二段制御を行うことがで
きる。予め決められたタイミングで、バルブの開度を絞
ればよい。

【００２６】バルブを一部開の状態にすれば息継ぎ管Ａ
とＢは分離した状態となり、息継ぎをスムースにできな
くすることによって流量の絞り制御を行う。息継ぎ管を
分離することによって流量が絞られ容易に精度を高める
ことができる。バルブを絞り息継ぎ管を分離した状態で
は残り投入量が小さくなっているため、内部の減圧状態
が息継ぎを必要とするまで大きくなる前に投入が終了す
る。この二段階制御は、所定の精度に応じて必要とされ
るかどうかが判断される。

【００２７】本発明は、ドラム缶自動投入装置に対応す
るバルブであるが、このバルブを取り付けてドラム缶を
把持し、転倒するという作業を実際に行うには、ドラム
缶を手動で把持し転倒する市販のドラム缶転倒機が使用
可能である。

【００２８】図３は、ドラム缶を転倒させた状態の断面
図である。液流の向きは真下のしかもかなりせまい範囲
に限定される。これにより、液流を受けるための受け容
器の口径が小さくても投入が可能となる。また、この倒
立の姿勢はドラム缶内の残液量を最小にするためにも最
良の方法である。払い出し量は、所定の量をセットして
ロードセルコントローラに指定しておけば、コントロー
ラとつながった開閉アクチュエータにより所定の量にな
るとバルブが閉とされる。前述のバルブの二段階制御を
行うことによって、さらに精度を良くすることができ
る。即ち、所定の量になる前にバルブを幾分か閉にして
流量を絞り込みそのうえで最終的な締め切りを行う。

【００２９】ドラム缶を転倒させたままで放置してお
け、そのあいだ作業員は張り付けになる拘束から開放さ
れるので、全体としての生産効率は向上する。更に、従
来のようにドラム缶の残量によって傾き加減を調整する
場合と異なり、注入口の位置変化がないので、受け容器
と投入器との相対位置変化を調整する必要がない。これ
により、作業の熟練を要することもなく、また転倒角度
を変化させる作業による液洩れもなく、周囲を汚すこと
がない。

【００３０】本発明のバルブが特開平８−１１４２７２
に開示されたボールバルブであって弁子が流通路に平行
及び直角な平面できられた多面体状の球欠体であり、流
路の遮断時に弁子と弁座が当接する弁子の当接面及び流
路を遮断する弁子の遮断面を除いた面に、流通路に直角
な操作棒の軸方向に設けた流通路と弁室とを連通する連
通孔を有するボールバルブを使用すれば、バルブ本体洗
浄も容易となる。

【００３１】

【発明の効果】

１．本発明のボールバルブは、息継ぎ管を有しているた
め、空気流入を円滑に行わせ、液の投入時の振動をなく
すことができる。 ２．本発明のバルブは、ドラム缶に装着され転倒して使
用されるとき流出口が真下を向くため以下の効果があ
る。 １）ドラム缶と受け容器の相対位置補正や姿勢の補正を
要しない。 ２）受け容器に漏斗などを必要とせず、周囲の洗浄の負
担を軽減する。 ３）口径、ノズル形状などの面で、受け容器の大きさを
限定しない。 ４）倒立の姿勢となるため、ドラム缶液の残量を最小と
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気息継ぎ管付きボールバルブの断面
図であって、２つの空気息継ぎ管が接続されバルブが開
の状態を示す。

【図２】本発明の空気息継ぎ管付きボールバルブの断面
図であって、２つの空気息継ぎ管が離れバルブが閉の状
態を示す。

【図３】本発明の空気息継ぎ管付きボールバルブを使用
している状態の断面図であって、２つの空気息継ぎ管が
接続されバルブが開の状態を示す。

【符号の簡単な説明】

Ａ、Ｂ 空気息継ぎ管 Ａ１，Ａ２ 空気息継ぎ管Ａの開方端 Ｂ１、Ｂ２ 空気息継ぎ管Ｂの開方端 １ 弁体 ２ 弁子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体を充填した容器の排出口に固定してそ
   の容器内の液体を外部に抜き出すボールバルブであっ
   て、容器内に挿入される流体流出用の流路部分と流体の
   流出を調節するバルブ部分からなり、前記流路側には流
   路に沿って固定された空気息継ぎ管Ａを有し、当該空気
   息継ぎ管Ａの一端は容器側に開口し、その他端は前記バ
   ルブ部分の弁室側に開口しており、前記バルブ部分には
   空気息継ぎ管Ｂを有し、当該空気息継ぎ管Ｂの一端はバ
   ルブの胴体カバーを貫通して外部に開口し、その他端は
   弁子の流通路内に開口し、かつ、弁子の回転に連動して
   回転できるようにされ、弁子を回転させバルブが閉から
   一部開の状態で２つの空気息継ぎ管が分離した状態にあ
   り、バルブが全開の状態で２つの空気息継ぎ管が密着接
   続して連通することを特徴とする空気息継ぎ管付きボー
   ルバルブ。
2. 【請求項２】流体を充填した容器の排出口に、請求項１
   記載の空気息継ぎ管付きボールバルブを密着固定し、つ
   いで上記容器を転倒させ、当該バルブを一部開の状態と
   し、容器内の減圧が所定の大きさになるまで液を流出さ
   せ、ついでバルブを全開とし連通した空気息継ぎ管から
   空気を導入して容器内の液体の全量又は所定量を流出さ
   せることを特徴とする請求項１記載の空気息継ぎ管付き
   ボールバルブの使用方法。
3. 【請求項３】請求項２記載のボールバルブの使用方法に
   おいて、排出量が所定量に近づいたときに、バルブを一
   部開とし２つの空気息継ぎ管を分離し、容器内の減圧に
   より流出量を絞り込み、流出量が所定の値に達したとき
   に流出開口を全閉として投入計量精度を上げることを特
   徴とする請求項２記載の空気息継ぎ管付きボールバルブ
   の使用方法。