JPS59209594A - 液体充填装置とそれに用いる流体増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｌス」二０）　＄ＯＪｆＬ隻１一 本発明は液体充填装置と、その装置に用いる流体増幅器
に関づる。本発明においでは、電気式制御素子や機械式
制御素子とは異って、液体の静学的、および、力学的な
エネルギーを圧力源として働く流体制御素子を用いてい
る。本発明は、共通の液体供給装置より複数の容器に液
体を同時に充填する自動液体充填装置に利用す゛るのに
有用なものである。

発明の要旨 本発明の装置は、仕様と構造とが非常に簡単で、容器に
所定のレベルまで液体を充填するのに効果的に利用しう
るちのひある。本発明の装置で最も簡単なしのは、主弁
手段、流体増幅手段、パイロワ１〜弁手段の３つの構成
要件で構成され−Ｃいる。

主弁手段は、装置から容器への液体の流れを制御りるも
のであり、流体増幅手段は、主弁手段よりの液体の少く
とも一部を入力として、それ自体を流れる液体に基い−
（圧力信号を発生り−る作用をなづ。但し、流体増幅手
段より発生する圧力信号は、容器に充填した液体が所定
レベルに達り−るとともに消減りる。バイ［１ツ１〜弁
手段は、流体増幅手段から圧力信号が出でいる間、主弁
手段を開位置に昂１１持づるが、当該圧力信号がなくな
ると閉じるように作用するものである。

また、本発明による装置は、複数の容器に同時に液体を
充填りるのに適用することもできる。この場合の装置と
しては、給液管、給液弁、複数の液充填手段とで構成し
、前記液充填装置としては、前述の装置を複数用い、ま
た、容器の供給［二１側において給液管に前述の給液弁
を設ける。液充填装置は各容器ごとに必要であるが、給
液管とじでは、複数の液充填装置に対して１つあれば良
い。そして、各液充填装置は伯の液充Ｉｆ１．装置とは
独立して開閉づ−るにうになっているから、各容器ごと
液体充填量を異ならせることができる。給液弁としては
自動的に制御されるようにするのが好ましく、また、所
望にＪ一つでは、容器のあるところ、即ら、液体充填作
業場より離れたところに設【）ることもできる。

本発明の一実施例においては、新規、かつ、ユニークな
流体増幅器が用いられでいる。この流体増幅器は仕様と
構造が簡単であるとともに、好ましい作動特性を発揮し
うるちのである。詳述すれば、この流体増幅器は、言わ
ば［層流−乱流度模型（ｌａｍｉｎａｒ　ｔｏ　ｔｕｒ
ｂｕｌｅｎｔ旧ｖｅｒｔｉｎｇ　ｆｌｏｗ　ｔｙｐｅ）
てあって、入力液体をほぼ層流へと醸し出す給液口手段
と、第１および第２排液口を備えた排液口手段と、層流
の線路に臨み、外方へと湾曲りた壁部を右づる案内壁と
、該案内壁に設【ノだアクセス１」とで構成されでいる
。給液口手段により発生させられた層流は、或いは、そ
の層流の一部分は前記第１１Ｊｉ液Ｌ１に衝突して、流
体制御器類を作動さけるのに有用な圧力信号を作りだす
。しかし、この流体増幅器を介して容器に充填している
液体が所定レベルに達すれば、第２４ノ１液［１が閉塞
して、流体増幅器へと空気が吸込まれるのを防ぐ。即ち
、層流は給液ＬＩ］手段近傍を流れる流体を吸込むもの
の、容器に充填した液体が所定レベルにｉｌすればその
充填液体で流体増幅器が閉塞されることにより、吸込み
が行なわれている低圧域に空気が入る」；う４Ｔことは
ないので、層流をなしていた液体はアクレス口を経て流
れの出発点（ｂａｓｅ）へと環流ＣＪるようになる。こ
のように環流覆る液体は、層流から乱流へと変換させ、
かつ、流れを第１排液Ｌ］へと案内壁に沿って偏向させ
る撹乱信号としＣ作用づる。従って、流体増幅器の最下
端における液面の静圧力により、直ちに圧力信号が妨害
されて消滅覆るのである。

Ｘ遁ｄ丸 以後、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施
例を訂ｊホηる。

先ず第１図と第２図とを参照しながら、本発明を適用し
た液体充填システム１０を説明覆る。このシステム１０
は、加圧液体源に接続した給液管１２゜給液弁１４．充
填手段２０とからなり、充填手段２０は各容器１８ごと
に１つずつ用いられている。各充填手段２０は、分岐管
１６を介して給液管１２に接続されているとともに、主
弁手段９０と、流体増幅器７０ど、パイロン１〜弁８０
とで構成されている。

給液管１２を流れている液体は、給液弁１４を介して充
填手段２０へと流れ、かくて、充填手段２０を介して容
器１８に充填されるのではあるが、充填手段２０は互い
に独立して作用しうるようになっている。

給液弁１４としては、三方向弁として、給液管１２を開
閉するとともに、必要に応じ−Ｃ外気とも接続しうるよ
うに覆るのが好ましい。また、給液弁１４は手動操作式
でもよく、或いは、自動操作式であってもよく、更には
、第１図に示したように容器１８とは離れｌこ所におい
て給液管１２に配置してもよい。

別の方法としては、分岐管１６に個別的に弁を設けＣ１
対応する分岐管１６を夫々開閉しうるようにしても良い
。

６充」１手段２０の詳細な構成を第３図から第５図にか
（）て示す。図示しＩｃ充填手段２０は、産業用電池の
各ヒルに所定量の電解液を充填σるのに適したものでは
あるが本発明はこの用途に限定されるべぎものではなく
、容器ないし貯液槽に所定ωの液体を充ＩＭ　する分野
であれば、どこでも適用しうるしのであるのは当業者に
は明らかなことである。

充填手段２０は上部および下部箱体２２，２４を備え、
両箱体２２，２４とは互いにはめ合い結合により外部に
可動部をもたない一体化されたハウジングを構成しＣい
る。ハウジング内には、スペーサ−２６゜主弁２８、羽
打弁３０．パイロツ１〜スペーサー３２．タイ１７フラ
ム３４９作動桿３６などが配置され−Ｃいる。

詳述づれば、上部箱体２２には環状溝３８が形成されＣ
いて、この環状溝３８に、Ｔ部箱体２４に形成した１■
状突起３８がはめ合い結合時に係合するようになってい
る。即ち、上部箱体２２を下部箱体２４にかぶせると同
時に、下部箱体２４を上部箱体２２に挿通させると、環
状突起３８が環状溝３７に係入して、両者を一体化する
ようになっている。上部箱体２２の筒壁４２には切込み
４０が形成されているのＣ１下部箱体２４を上部箱体２
２にさし込むと、この切込み４０が形成されている筒壁
４２の下端部は弾性的に外側ｌ＼広がると同時に、差込
んだ下部箱体２４の環状突起３８が環状溝に係入すると
同時に元の状態に復帰覆るようになっている。箱体２４
の下端部には横穴４５が形成されていて、この横穴４５
に、開放端４６．閉側＠ｉ４８．受液口５０を備えた受
液管４４が圧入されて。

いる。

前述の構成部品を組立てると、充填手段２０は第６図に
示した構造を呈することになる。第６図に示した状態に
おいては、充填手段２０は待機状態、即ち、加圧液体が
まだ供給されておらず、従って、それ自体もまだ作用し
ていないが、゛加圧液体の供給にそなえて、いつでも作
用しうる状態になっている。この状態においては、環状
主弁座５２と主弁２８とからなる主弁手段９０は、対応
Ｊる分岐管１６と連通している。つまり、主弁２８は弁
座５２よりわずた（）離れ−Ｃいるとともに、羽打弁３
０は作動棹３６により・バイット弁座３３から上方へ少
しばかり離れた位置へ押勢されている。そこへ加Ｌｊ−
液体が供給されると、この加圧液体は主弁手段９０を介
して流路！＋４に、イして、流路５Ｇへと第７図に示１
ように流入する一方、他方では、主弁２８にお【フる中
央オリフィス８４を介して弁内空洞６０へやがて、弁内
空洞６０を介して排液口３５へと流れるようになる。

流路５８は流体増幅器７０の給液口手段を構成するもの
ｒあって、流路５６とは直接連通している。流路５８か
ら出て来る液体は層流となっており、少くどもその一部
が流体増幅器７０の第１給液口を構成づ−る受１［：１
１５０に流れ込む。このように受液口５０に液体が流入
すると、パイロワ１〜弁手段８０を作動さＵる圧力信号
が発生づ−る。詳述リ−れば、この圧力信号は、先ず受
液管４４内で発生し、かくて、流路７２と圧力室７４と
を介してダイヤフラム３４へ伝達されるが、その時、ダ
イレフラム３４はその圧力信号に応答して上方へと変位
する。ダイヤフラム３４の上方への変位により作動棹３
６も上方へと移動し、それにより羽打弁３０をパイロワ
１〜弁座３３から離れた位置に保持する。これが第７図
に示した充填状態であって、この状態にあれば給液管１
２から分岐管１６を介して主弁手段９０と流体増幅器７
０へと液体が流れ、やがて、容器へと充填される。更に
、主弁２８の中央オリフィス８４を少量の液体が流れ、
その後弁内空洞６０を貫通して羽打弁３０の孔８６を、
その次には、パイロットスペーサー３２における流路８
８を還流した後、横穴３５を介して外部へ排出される。

当業者には明らかな如く、これらの流路の断−面積は、
弁内空洞６０において圧力発生を来すことがないように
、わずかだけ順次大きくなるように選ばれている。

第６図から第９図にかけて図示した流体増幅器７０は、
大部分の点において、米国特許第３．７０３．９０７号
に開示されている層流−乱流度模型流体増幅器と類似し
ている。従って、このような流体増幅器の形状や寸法な
どの諸元は、当該時５７［を見れば当業者には明らかで
あるから、本発明には無関係である。しかし、同じ流体
増幅器にしでも、本発明において用いる流体増幅器７０
には、下記の点において構造上、しかも、作用上、新規
なところがある。

充填状態における充填手段２０は、容器内の液面が所定
レベル以下である限り、前述のように作用４る。この時
、前述のように形成された流路５８にＪ５１＝ｊる液体
の層流は受液管４４に衝突して受液口５０に流入づると
どもに、所定の圧力信号を発生している。同時に、給液
口手段を構成する流路５８と受液管４４との間にある湾
曲した案内壁１０２により形成されているスペースに溜
つＣいる空気が層流に吸込まれている。流体増幅器の最
下端にある第２排液口９４からも周囲の空気が流体増幅
器へと吸込まれている。ところが、容器の液面が液体充
填に伴なって第２排液口９４を覆うようになると、第２
排液ｌ−１９４を介しての周囲の空気吸込みがなくなり
、それにより、層流による空気吸込み作用により流体増
幅器内に発生していた低圧が最早できなくなる。その結
果、液体の流れが受液管４４に衝突するに伴って発生し
ていた噴霧流の一部が、流体増幅器の内部において案内
壁１０２に沿って延在−するスロット１００を介して流
れの出発点（ｂａｓｅ）へと環流づるようになる。この
噴霧流が擾乱信号としてて用することにより、層流と干
渉して乱流へと流れを変換してしまう。この乱流の流れ
の断面積は層流のそれよりも大きく、しかも、案内壁１
０２の壁部１０２ａが近接していることから、乱流は、
］アンダ効果として一般に知られているのと同様の現象
で案内壁に直ちに付着する。か＜７、第８図に示すよう
に、この壁面１１着現象により、乱流は案内壁１０２に
沿って流れ、受液口５０には流入しなくなるから、それ
まで発生していた圧力信号が消滅する。このように圧力
信号が消滅すると、ダイヤフラム３４と作動桿３６とは
羽村弁３０に抗して上方へ変位していた状態から復帰す
ることになり、かくて、羽村弁３０はパイロット弁座３
３に着座して流路８８を閉じるようになる。流路８８の
閉塞に伴って、弁内空洞６０にある液体は逃げ場を失う
ことになるから、弁内空洞６０内の圧力が急に増大し、
それが供給されている加圧液体の圧ノコ値を越えると主
弁２８を弁座５２に着座さぜるようになる。

要するに、第８図に示したように、充填手段２０に加圧
液体が絶えず供給されているとし、また、容器内にお【
プる液面が第２排液口９４を覆うに充分なところまで達
していると覆ると、前述のように圧力信号が消滅し、そ
れに伴ってパイロット弁と主弁とが閉じるのである。し
かも、パイロワ１〜弁と主弁の閉塞動作はほとんど瞬間
的に起る。

尚、前述のように充１眞手段２０が閉じた後でも加圧液
体の供給が続いている限り、主弁手段９０は容器内の液
面に関係なく常に閉じた状態にしておくことができる。

従って、自動容器充填機でよくあるように、主弁手段９
０が閉じている時に充填した容器を空の容器と取替えて
、次の充填作業を再開させることができる。

一旦閉じた主弁手段９０を開け、それにより、充填手段
２０を第６図に示した待機状態にするには、供給してい
る加圧液体の圧力を所定の最小値へと減圧させる必要が
ある。これをどのよう（こしてｔｒうか、となれば、本
発明の装置の用途にもよる）〕り、大抵の場合では、給
液管１２を一旦外気と接続１ればよく、実施例ではその
ために給液弁１４として三方向弁を用いるのが望ましい
理由となつ一″ＣＯる。

一般に、約１秒間で加圧液体の圧力を約１ｐｓｉｇ以下
へと減圧しうるのであれば、主弁手段９０【よ再び開い
て、充填手段は待機状態になる。

前述の流体増幅器７０は、擾乱信号を醸し出づのに容器
内の液体ではなくて、供給液体を利用しているから、容
器内の液体を利用した時に起り“ちな異物詰りによる流
体増幅器の不作動などのトラ−プルがないなどの利点が
ある。更に、本発明【こよれば、流体増幅器７０のみな
らず、充填手段２０の構成部品を液体に浸漬させる必要
はなく、むしろ、流体増幅器の最下端が所定レベルまで
充填した液面と接触するのみである。

前述の構成の流体増幅器７０には前述の如くの諸利点が
あるものの、充填手段２０が作用を行う上で不可欠なも
のとは限らない。換言１れｔ、ｆ、流体１曽幅器として
は前述の構成に限られるものではなくて、第１０図と第
１１図とに示した夫々の変形も考えられるものである。

第１０図に示した充填手段２０′　には、撹乱信号のア
クレス手段としＣ１案内壁１０２に連通ずる吸入［］１
１０を備えた従来公知の流体増幅器７０′　が用いられ
ている。この変形例においＣは、第１０図から明らかな
如く、吸入口１１０に液面が来るように、容器に対し−
Ｃ充填手段２０′　を位首決めしておく必要がある。

また、第１１図に示した変形例にお（）る充填手段２０
″には、第１０図の変形例にお１ノるのと同様にアクレ
ス手段として案内壁１０２に連通する吸入口１１０を備
え、この吸入口１１０から自由端が液面ど接りるＪ：う
になった導管１１２が延在し−Ｃいる流体増幅器７０″
が用いられている。更に、導管１１２を介し−Ｃ吸入［
］１１０に液が吸込まれるようにするために、第２排液
口が１１８で示づように下方に向つ−Ｃ狭窄されている
。第１１図に示した流体増幅器は、層流−乱流変換型で
あるものの、遠隔応答式（ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎ
ｇ）式になツτいで、本願出願人が１９８２年８月２日
に出願した米国特許出願第４０４，０７０号に開示され
ている。

尚、ここに開示した本発明による充１眞手段は、種々の
材質で構成することができる。即ち、本発明の装置をど
の産業分野で用いるかにもよるが、合成樹脂、金属、セ
ラミック剤などで一部、または、全体を形成してもよい
。ことに、主弁２８と羽打弁３０とタイヤフラム３４と
は、エラストマー成形品で構成し、好ましくは、デュポ
ン社より商品名［フェアブレーン（１ｍａｉｒｐｒｅｎ
ｅ）　ｊとして販売されている繊組強化エラストマーで
構成するのが好ましい。

ここまで詳述した本発明には、イの他の変形が考えられ
るが、それも本発明の概念から逸脱しない限り、本発明
の範囲に含まれるしのと解すベきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施した液体充填システムの一概略
説明図、第２図は第１図のシステムにお（）る充填装置
の概略説明図、第３図は本発明による充填装置の側面図
、第４図は、第３図の充填装置の上面図、第５図は、充
填装置の主要部の分解縦断面図、第６図は、第４図にお
（）る線６−６に沿う主要部の横断面図、第７図と第８
図とは、第６図と類似の横断面図ではあるが、充填装置
が夫々充填状態と閉塞状態にある時を承り図、第９図は
第６図にお【プる線９−９に沿う拡大横断面図、第１０
図と第１１図とは、夫々ｂ’Ｎっだ流体増幅器を用いた
充填装置の変形例を示す、第６図と類似の横断面図を承
り。 １２・・・給液管、１４・・・給液弁、１８・・・容器
、２ｏ・・・充填手段、２２・・・上部箱体、２４・・
・下部箱体、２８・・・主弁、３０・・・羽４Ｊ弁、３
４・・・ダイヤフラム、４４・・・受液管、７゜・・・
流体増幅器、８０・・・パイロット弁手段、９ｏ・・・
主弁手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）容器に所定レベルまで液体を充１ｉ？Ｉるための
   装置であって容器への給液を制御づる主弁手段と、該主
   弁手段を流れる液体の少くとも一部を入力として、容器
   内の液面が所定レベルに達づるまでの間、主弁手段、に
   おける液の流れに応答し−Ｃ圧力（８号を発生ずる流体
   増幅器と、前記圧力信号が生じている間に主弁手段を開
   の状態に維持り−るが、前記圧力信号が消滅すると前記
   主弁手段を閉じるパイロット弁手段とからなるのを特徴
   と覆る液体充填装置。 （２、特許請求の範囲第（１）項に記載のものであって
   、給液の圧力が所定の最小値を越えると、）１シ休が容
   器ｌ＼ど流れるように前記主弁手段、前記流体増幅器そ
   れに、前記パイロット弁手段を全て作動させるＪ：うに
   なっている傍ら、容器への液体の流れを、容器内の液面
   が所定レベルに達するとともに停止するように構成した
   こと。 く３）特許請求の範囲第く２）項に記載のものであって
   、容器内の液面が所定レベルに達した後であって、しか
   も、給液の圧力が前記最小値より小さくならない限り、
   前記主弁手段は閉じていること。 （４）特許請求の範囲第（１）項に記載のものであって
   、前記流体増幅器は、給液口手段と、湾曲した案内壁と
   、撹乱信号アクセス手段と、圧力信号発生手段を備えた
   排液口手段とからなる層流・乱流度模型流体増幅器であ
   ること。 （５）特許請求の範囲第（４）項に記載のものであって
   、前記排液口手段には４１１液口があって、該排液口の
   位置で前記所定レベルが定まるようになっており、また
   、前記撹乱信号アクセス手段が前記案内壁に形成した、
   はぼ軸方向に延在するスロワ１へよりなること。 （６）特許請求の範囲第（４）項に記載のものであって
   、前記撹乱信号アクセス手段が前記所定レベルを定める
   位置において前記案内壁と連通ずる吸入］−１よりなる
   こと。 （７）　’ｌ＃ｉ許請求の範囲第（４）項に記載のもの
   であって前記撹乱信号アクレス手段が、案内壁に連通づ
   る吸入［１と、該吸入口か弓、前記所定レベルを定める
   位置まで延在りる導管とからなること。 （Ｆ３）特許請求の範囲第（１）項に記載のものであっ
   て、前記主弁手段は、主弁座と、該主弁座の供給側と主
   弁の裏側の弁内空洞とを連通りる流路を構成づる中央Ａ
   リフイスを有する弾性主弁とからなり、また、前記パイ
   ロブ１〜弁手段が、パイロブ１〜弁座と、弾性羽打弁と
   、弾性ダイヤフラムに担持された作動棹とで構成されて
   いて、前記パイ１」ツ１へ弁座が前記弁内空洞と排液口
   とを連通ずる流路を構成しており、前記ダイレフラムと
   前記作動杆とは、前記圧力信号が発生している時に、給
   液の圧力により主弁を閉位置に維持ずべく前記パイロブ
   １〜弁手段を聞くように作用していること。 （９）特八′１品求の範囲第（１）項に記載のものであ
   って、主弁手段、流体増幅器、パイロン１へ弁手段とが
   、前記所定レベルより低くならないように配置されてい
   ること。 （１０）特許請求の範囲第（１）項に記載のものであっ
   て、前記容器内の圧力は大気圧より高０こと。 （１１）特許請求の範囲第〈１）項に記載のものでって
   、前記主弁手段、前記流体増幅器、前記ノくイロツ１〜
   弁手段は全て、外部可動部品を有しな（Ｘハウジングに
   組立てられていること。 （１２、特許請求の範囲第（１）項に記載のものでって
   、第１および第２箱体をはめ合い結合（こより一体化し
   、その内部に前記主弁手段、流体増幅器、パイロット弁
   手段とが互いに協働しうる状態。 で収納されていること。 （１３）特許請求の範囲第（１）項に記載のものであっ
   て、前記主弁手段に給液管を接続し、閉位置、閉位置、
   それに、排気位置とを有する三方向給液弁を設りたこと
   。 （１４）複数の容器に、各容器ごと所定レベルまで液体
   を充填するための装置ぐあって、給液管、 該給液管に設けた給液弁、 容器への給液を制御りる主弁手段と、該主弁手段を流れ
   る液体の少くとも一部を入力として、容器内の液面が所
   定レベルに達するまての間、主弁手段における液の流れ
   に応答して圧力信号を発生ずる流体増幅器と、前記圧力
   信号が生じＣいる間に主弁手段を開の状態に維持するが
   、前記圧力信号が消滅す−ると前記主弁手段を閉じるパ
   イロブ１〜弁手段とからなるのを特徴とする液体供給装
   置。 （１５）容器内の液面を検出し、かつ、所定レベルに達
   した液面の静圧に応答して差圧１８号を発生ずる流体増
   幅器であって、・ 液体の流れを醸し出ず入力手段と、 該入力手段とはへたてていて、前記流れの少くとも一部
   が供給される第１排液口と、前記所定レベルを定める位
   置において最下端に形成した第２１４１液口とを備え、
   前記流れの少くとも一部が供給されると、前記第１排液
   ［１より圧力信号が発生ずるようにした出力手′段と、 前記入力手段から前記出力手段にかりて前記流れの縦軸
   芯に近接して延在し、かつ、前記出力手段の近傍にＪ５
   いて外方へ湾曲した壁部を有する案内壁と、 容器内の液面が前記第２排液口を覆うまで液体が充填さ
   れると、前記流れが前記案内壁に沿って流れるようにな
   り、やがて、前記第１排液口から流出することにより前
   記圧力信号を消滅させるように、前記入力手段に近接し
   て前記案内壁に形成したスロットとからなることを特徴
   とする流体増幅器。