JPH11105994A - 空気孔付きバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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用のバルブを提供
する。 【解決手段】 液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バルブであって、内
筒と外筒は同軸の筒を形成し、内筒は外筒内に密着しな
がら遊動自在に差し込まれ、内筒は、外側が短く内側が
長い二重筒構造を有し、容器内に挿入される側が揃って
閉鎖端とされ、他端が排出開口とされ、外側にのみ空気
孔が設けられ、側面に外側と内側を貫通して液体が流通
する内筒開口を有し、外筒は、両端が開放端とされ、前
記容器の排出口に密着固定する手段を設けられ、バルブ
が閉の状態で前記内筒開口及び空気孔が内筒閉鎖端で閉
じられ、バルブが開の状態で前記空気孔及び内筒開口を
介して容器内部と外部が連通し、容器内の液体を内筒開
口を介して内筒排出開口から流出させ、同時に前記空気
孔から空気が容器内に導入される構造とした空気孔付き
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
填された液体を他の容器に投入するためのバルブに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の少品種多量生産方式においては、
タンクから各種液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。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主原料に加
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液体を投入する場合、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。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。そこで、原料容器に充填されている液体をいかに効
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。

【０００３】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
様のことが言える。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号公報、特開平６
−２４１８７１号公報、特開平３−２００６２９号公報
等）は、ドラム缶を把持して持ち上げ、ドラム缶の底を
上げるようにして、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。第一の大きな課題は、ドラム缶の
姿勢の調節に係わる問題である。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、液体の落下地点を狭めるよう
に工夫がなされている。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、その間、全量投入を除いて他の作業
にかかれない状況であった。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。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液体
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。この空気口栓に関す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。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、ドラム缶の排出口にエルボ
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
容器側に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。第四の課題は、計量に関する。計量投入す
る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個）を必要とする。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。さらに第五の課題としては、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液体の飛散が大きく、
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、ロスインウエイト方式に
よる計量にも影響を及ぼしていた。

【０００４】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号でドラム缶などに充填された液体などを
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す
なわちドラム缶の長手軸方向である真下に流出させるた
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。

【０００５】

【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、液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
法の提供を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、(1) 液体
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
外部に抜き出すバルブであって、内筒と外筒は同軸の筒
を形成し、内筒は外筒内に密着しながら遊動自在に差し
込まれ、内筒は、外側が短く内側が長い二重筒構造を有
し、容器内に挿入される側が揃って閉鎖端とされ、他端
が排出開口とされ、外側にのみ空気孔が設けられ、側面
に外側と内側を貫通して液体が流通する内筒開口を有
し、外筒は、両端が開放端とされ、前記容器の排出口に
密着固定する手段を設けられ、バルブが閉の状態で前記
内筒開口及び空気孔が内筒閉鎖端で閉じられ、バルブが
開の状態で前記空気孔及び内筒開口を介して容器内部と
外部が連通し、容器内の液体を内筒開口を介して内筒排
出開口から流出させ、同時に前記空気孔から空気が容器
内に導入されることを特徴とする空気孔付きバルブ、及
び(2) 上記(1) 記載の空気孔付きバルブにおいて、内筒
には、その排出開口付近に空気孔から漏れた液体を回収
するための回収受け皿と、当該回収受け皿に溜まった液
体を内筒内に戻す回収孔とが設けられたことを特徴とす
る空気孔付きバルブ、及び(3) 上記(1) 又は(2) 記載の
空気孔付きバルブにおいて、内筒開口が全て前記容器内
に挿入されてから前記回収受け皿の上端が外筒の開放端
に当接することで内筒の動きを制限することを特徴とす
る空気孔付きバルブである。

【０００７】

【発明の実施の態様】本発明の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
孔付きバルブの断面図であって、バルブが開の状態を示
す。図２は、本発明の空気孔付きバルブの断面図であっ
て、バルブが閉の状態を示す。本バルブは、内筒10と外
筒20からなる同軸の筒を構成し、内筒10が外筒20内を密
着しながら遊動自在にスライドできるようになってい
る。内筒10は、外側が短く内側が長い二重筒構造を有
し、容器内に差し込まれる側が揃って閉鎖端11とされ、
他端が開放端となり容器内の液体が流出する排出開口14
となっている。内筒10の外側筒側面には空気孔13が設け
られ、また、外側筒と内側筒を貫通して液体が流通する
内筒開口12が設けられている。一般には、息継ぎの便の
ため空気孔13と内筒開口12は相互に反対側に位置するよ
うに設けられる。内筒の二重管構造の内側と外側の長さ
の比に対しては特定の制限はなく、内側内筒の長い部分
に回収受け皿及び内筒駆動装置接続手段が内側内筒部に
設けられる余地があればよい。内筒開口12の周囲の内側
内筒と外側内筒との間の隙間は閉鎖されるのが、容器内
の液体が排出される際に上記隙間に液体の進入を防止す
る観点から望ましい。空気孔13及び内筒開口12の位置は
本バルブを開く際の遊びを大きくしないためにも閉鎖端
11の近傍にあることが好ましい。内筒の径、長さ、空気
孔13の大きさ、内筒開口12の大きさ、数あるいは空気孔
13と内筒開口12の相対位置等は所望の流出時間、流出さ
せる液体の種類などを考慮して設定することができる。
外筒20はその両端が開放端とされ、通常その一端が接続
端とされ、ドラム缶の排出口に密着固定するためドラム
缶台座に合わせてネジ23が切られている。なお、ネジの
切られる場所は必ずしもその端部である必要はないが、
容器内の液体を全量排出させるためには端部が好まし
い。また接続する容器の種類によってはネジ以外にフラ
ンジなどその容器の排出口に合わせた接続方法を選択す
ることができる。

【０００８】バルブが開の状態では、図１に示すよう
に、内筒は容器内に押し込まれ、容器内と外部は内筒開
口12及び空気孔13を介してそれぞれ外部と連通する。内
筒開口12の面積と空気孔25との面積を比較すると内筒開
口の面積が圧倒的に大きいため、液体は内筒開口12から
内筒に入り、排出開口14から排出される。同時に内筒二
重管の間を通って空気孔13から空気が容器内に導入され
容器上部に溜まり大気開放と同じ効果を与える。そのた
め息継ぎ現象を起こさずに液体は容器から排出される。
バルブが閉の状態では、図２に示すように、内筒開口12
及び空気孔13は閉鎖端と外筒端部で外部と遮断されてい
る。また外筒が十分長い場合は内筒開口12及び空気孔13
は閉鎖端によって遮断されると同時に外筒壁面によって
も遮られる。内筒閉鎖端11の外径は内筒外径と外筒外径
との間に設定すれば操作中脱落する心配がない。バルブ
からの液漏れを防止するため、外筒20と容器の接続部及
び内筒閉鎖端11と外筒20との密着部には適宜Ｏリング3
1、32が設けられる。

【０００９】バルブの開閉は内筒10を外筒20内で上下に
運動させることによって実施する。内筒10の上下運動に
よって内筒開口12が容器内に挿入される面積によって開
閉度が調節される。開閉度の調節が極めて簡単なため、
開閉度を段階的に設定し、後述の二段調節に供すること
が可能となる。この上下運動を自動化するため、図示は
しないが、内筒開口近傍に内筒駆動装置を接続するため
の接続手段を設けることも可能である。これによって後
述するドラム缶ハンドリング装置を用いてドラム缶内の
液体を所定量投入する場合の制御に有効である。本バル
ブを開とするとき排出開口12から排出される以外に少量
であるが空気孔13から少量の液体が流出する。この空気
孔13からの液体を回収するため内側内筒の排出開口14周
辺に回収受け皿15を設けるとともに、回収受け皿15に溜
まった液体を排出開口14から一緒に排出させるため回収
受け皿15と同一位置に回収受け皿から排出開口に連通す
る回収孔16を内側内筒側面に設けることが好ましい。回
収受け皿15の上端は、図１に示すように、内筒開口12が
全て容器内に挿入されたときに、回収受け皿15の上端が
外筒開放端24に当接するように設定することで、本バル
ブの全開状態を知ることができる。

【００１０】以下本発明のバルブの使用方法につき説明
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、ドラム缶の空気栓を全閉の
まま、本バルブを開状態とすると、ドラム缶内の液が流
出すると同時に、空気孔13から空気が導入され気泡とな
ってドラム缶に流入し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。この外気と連通した空気孔25
からの空気の導入に伴って、ドラム缶内の液体は円滑に
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。
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。本バルブは内筒開口12がバ
ルブ流出口とな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接続し
て使用することも可能となる。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
ルあるいはホースを使用すれば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。計量はロストインウエ
イト方式により、計測される。すなわち、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、バルブ弁の開度を絞ればよい。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。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。図１、２は、同時に本バルブを装着したドラム缶を
転倒させた状態を示している。本バルブの流出口は真下
を向くので、液流の向きも真下のしかもかなり狭い範囲
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内筒10に設け
た駆動装置接続手段を介して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。ドラム缶を
転倒させたままで放置しておけ、その間、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。さらに、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
漏れもなく、周囲を汚すことがない。

【００１１】

【発明の効果】

1. 本発明のバルブは、空気孔を有しているため、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。 3. 本発明のバルブは、空気孔13が内筒の外筒内での回
転と無関係に存在するため、容器に装着するとき内筒の
向きを考慮する必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の空気孔付きバルブが開の状態を示す
断面図である。

【図２】 本発明の空気孔付きバルブが閉の状態を示す
断面図である。

【符号の説明】

10 内筒 11 内筒閉鎖端 12 内筒開口 13 空気孔 14 排出開口 15 回収受け皿 16 回収孔 20 外筒 23 ネジ 24 外筒開放端

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液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バルブであって、内
   筒と外筒は同軸の筒を形成し、内筒は外筒内に密着しな
   がら遊動自在に差し込まれ、 内筒は、外側が短く内側が長い二重筒構造を有し、容器
   内に挿入される側が揃って閉鎖端とされ、他端が排出開
   口とされ、外側にのみ空気孔が設けられ、側面に外側と
   内側を貫通して液体が流通する内筒開口を有し、 外筒は、両端が開放端とされ、前記容器の排出口に密着
   固定する手段を設けられ、 バルブが閉の状態で前記内筒開口及び空気孔が内筒閉鎖
   端で閉じられ、 バルブが開の状態で前記空気孔及び内筒開口を介して容
   器内部と外部が連通し、容器内の液体を内筒開口を介し
   て内筒排出開口から流出させ、同時に前記空気孔から空
   気が容器内に導入されることを特徴とする空気孔付きバ
   ルブ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の空気孔付きバルブにおい
   て、内筒には、その排出開口付近に空気孔から漏れた液
   体を回収するための回収受け皿と、当該回収受け皿に溜
   まった液体を内筒内に戻す回収孔とが設けられたことを
   特徴とする空気孔付きバルブ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の空気孔付きバルブ
   において、内筒開口が全て前記容器内に挿入されてから
   前記回収受け皿の上端が外筒の開放端に当接することで
   内筒の動きを制限することを特徴とする空気孔付きバル
   ブ。