JP5324723B1 - ピストンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ピストン２を一方向および逆方向に移動させ、液体または流動体を連続的に送るピストンポンプにおいて、その時間当たりの吐出量を均一に保つ。
【解決手段】ピストン２が一方向に移動し、液体または流動体がロッド端９から吐出され、排出路１３に排出される。その後、ピストン２が逆方向に移動し、液体または流動体がロッド端９から吐出され、排出路１３に排出される。さらに、一方向に移動するとき、ピストン２が第１速度で移動し、逆方向に移動するとき、ピストン２が第２速度で移動し、第１速度は第２速度よりも高く選定される。
【選択図】図１

Description

この発明は、ピストンポンプに関する。

たとえば、特許文献１に記載されているように、ハムなどの食肉加工製品の製造工程において、原料肉に液体を注入するとき、ピストンポンプによって液体が送られることが多い。普通、液体としてピックル液が使用される。そして、ピストンポンプによってピックル液が送られ、原料肉にピックル液が注入される。一般に、この装置はピックル液インジェクタと呼ばれている。

特許文献１のピストンポンプでは、ピストンがシリンダに収容され、ロッドがシリンダに挿入され、ピストンに連結され、駆動機構によってロッドが移動し、ロッドによってピストンが移動する。さらに、ヘッド端およびロッド端がシリンダに形成され、液体供給路がヘッド端およびロッド端に接続され、第１チェックバルブがヘッド端と供給路間に設けられ、第２チェックバルブがロッド端と供給路間に設けられる。さらに、液体排出路がヘッド端およびロッド端に接続され、第３チェックバルブがヘッド端と排出路間に設けられ、第４チェックバルブがロッド端と排出路間に設けられる。したがって、ピストンを一方向に移動させ、液体を供給路から供給し、ヘッド端に吸入し、ロッド端から吐出させ、排出路に排出することができる。その後、ピストンを逆方向に移動させ、液体を供給路から供給し、ロッド端に吸入し、ヘッド端から吐出させ、排出路に排出することができる。したがって、液体を連続的に送ることができる。

この場合、ピストンが一方向に移動するとき、液体がロッド端から吐出され、逆方向に移動するとき、液体がヘッド端から吐出されるが、液体がヘッド端から吐出されるとき、その時間当たりの吐出量はピストンの断面積Ａ１および移動速度Ｖで決定される。断面積Ａ１と移動速度Ｖの積Ａ１×Ｖの値が時間当たりの吐出量である。一方、液体がロッド端から吐出されるとき、ロッドがシリンダに挿入されている関係上、ピストンの断面積Ａ１の他に、ロッドの断面積Ａ２がそれに関係する。断面積Ａ１、Ａ２の差と移動速度Ｖの積（Ａ１−Ａ２）×Ｖの値が時間当たりの吐出量である。したがって、断面積Ａ２と移動速度Ｖの積Ａ２×Ｖの値だけ時間当たりの吐出量が減少し、時間当たりの吐出量を均一に保つことができないという問題がある。

なお、特許文献１のピストンポンプによって液体ではなく、流動体を送ることも考えられる。たとえば、流動体として原料肉を使用し、ピストンポンプによって原料肉を送ることも考えられるが、時間当たりの吐出量を均一に保つことができないという問題があることは同様である。

したがって、この発明は、ピストンを一方向および逆方向に移動させ、液体または流動体を連続的に送るピストンポンプにおいて、その時間当たりの吐出量を均一に保つことを目的とする。

米国特許第６６３２４６３号明細書

この発明によれば、ピストンがシリンダに収容され、ロッドがシリンダに挿入され、ピストンに連結され、駆動機構によってロッドが移動し、ロッドによってピストンが移動する。さらに、ヘッド端およびロッド端がシリンダに形成され、液体または流動体供給路がヘッド端およびロッド端に接続され、第１チェックバルブがヘッド端と供給路間に設けられ、第２チェックバルブがロッド端と供給路間に設けられる。さらに、液体または流動体排出路がヘッド端およびロッド端に接続され、第３チェックバルブがヘッド端と排出路間に設けられ、第４チェックバルブがロッド端と排出路間に設けられる。さらに、この発明によれば、制御装置が駆動機構に接続され、制御装置によって駆動機構が制御される。そして、ピストンが一方向に移動し、液体または流動体が供給路から供給され、ヘッド端に吸入され、ロッド端から吐出され、排出路に排出される。その後、ピストンが逆方向に移動し、液体または流動体が供給路から供給され、ロッド端に吸入され、ヘッド端から吐出され、排出路に排出される。さらに、一方向に移動するとき、ピストンが第１速度で移動し、逆方向に移動するとき、ピストンが第２速度で移動し、第１速度は第２速度よりも高く選定される。

好ましい実施例では、第１速度が第２速度よりも高く選定されるとき、その差がピストンおよびロッドの断面積にもとづいて選定される。この結果、ピストンが一方向および逆方向に移動するとき、時間当たりの吐出量が均一に保たれる。

さらに、一方向に移動するとき、ピストンが第１ストロークをもって移動し、逆方向に移動するとき、ピストンが第２ストロークをもって移動し、第１ストロークは第２ストロークよりも大きく選定される。さらに、ロッド端付近に第１折り返し点が形成され、ピストンが一方向に移動し、第１折り返し点に達したとき、ピストンは第１折り返し点で折り返され、逆方向に移動する。さらに、ヘッド端付近に第２折り返し点が形成され、ピストンが逆方向に移動し、第２折り返し点に達したとき、ピストンは第２折り返し点で折り返され、一方向に移動する。

この発明にかかるピストンポンプを示す断面図である。 Ａは図１のピストンポンプの液体吐出工程を示す説明図、ＢはＡのピストンポンプの次の工程を示す説明図、ＣはＢのピストンポンプの次の工程を示す説明図である。

以下、この発明の実施例を説明する。

図１はこの発明にかかるピストンポンプを示す。このピストンポンプは液体を送るためのもので、シリンダ１、ピストン２およびロッド３を有する。そして、ピストン２がシリンダ１に収容され、ロッド３がシリンダ１に挿入され、ピストン２に連結され、駆動機構によってロッド３が移動し、ロッド３によってピストン２が移動する。このピストンポンプはピックル液インジェクタのポンプである。したがって、液体としてピックル液が使用され、ハムなどの食肉加工製品の製造工程において、ピストンポンプによってピックル液が送られ、原料肉にピックル液が注入される。

駆動機構は駆動モータ４からなり、送りねじ５に連結されている。駆動モータ４はサーボモータからなり、送りねじ５はボールねじからなる。さらに、ナット６が送りねじ５にねじ合わされ、連結部材７によってナット６とロッド３が連結されている。送りねじ５はロッド３に平行にのびる。したがって、駆動モータ４によって送りねじ５を回転させ、ナット６を移動させ、ナット６および連結部材７によってロッド３を移動させることができ、ロッド３によってピストン２を移動させることができる。ナット６は送りねじ５に沿って移動し、ロッド３は軸方向に移動する。ピストン２はシリンダ１に沿って移動する。

さらに、ヘッド端８およびロッド端９がシリンダ１に形成され、液体供給路１０がヘッド端８およびロッド端９に接続され、第１チェックバルブ１１がヘッド端８と供給路１０間に設けられ、第２チェックバルブ１２がロッド端９と供給路１０間に設けられている。さらに、液体排出路１３がヘッド端８およびロッド端９に接続され、第３チェックバルブ１４がヘッド端８と排出路１３間に設けられ、第４チェックバルブ１５がロッド端９と排出路１３間に設けられている。さらに、供給路１０がタンク１６に接続され、排出路１３が注入ヘッド１７に接続され、ニードル１８が注入ヘッド１７に設けられている。タンク１６は液体を貯留するためのものである。ニードル１８は原料肉に突き刺すためのものである。

さらに、制御装置１９が駆動機構に接続され、制御装置１９によって駆動機構が制御される。この実施例では、制御装置１９が駆動モータ４に接続され、制御装置１９によって駆動モータ４が制御される。そして、図２に示すように、駆動モータ４によってロッド３が移動し、ピストン２が一方向に移動し、液体がタンク１６から供給され、供給路１０に導かれる。一方向は図２の右方向である。したがって、液体が供給路１０から供給され、第１チェックバルブ１１を通り、ヘッド端８に吸入され、ロッド端９から吐出され、第４チェックバルブ１５を通り、排出路１３に排出される（図２Ａ）。その後、制御装置１９によって駆動モータ４が制御され、駆動モータ４によってロッド３が移動し、ピストン２が逆方向に移動する。逆方向は図２の左方向である。したがって、液体が供給路１０から供給され、第２チェックバルブ１２を通り、ロッド端９に吸入され、ヘッド端８から吐出され、第３チェックバルブ１４を通り、排出路１３に排出される（図２Ｂ、図２Ｃ）。したがって、液体が連続的に送られ、排出路１３を通り、注入ヘッド１７に供給される。これと同時に、ニードル１８が原料肉に突き刺さり、原料肉に液体が注入される。液体としてピックル液が使用されることは前述したとおりである。したがって、原料肉にピックル液が注入される。

さらに、このピストンポンプでは、制御装置１９によって駆動モータ４が制御され、一方向に移動するとき、ピストン２が第１速度Ｖ１で移動し、逆方向に移動するとき、ピストン２が第２速度Ｖ２で移動し、第１速度Ｖ１は第２速度Ｖ２よりも高く選定される。そして、一方向に移動するとき、液体がロッド端９から吐出され、逆方向に移動するとき、液体がヘッド端８から吐出される。さらに、ヘッド端８から吐出されるとき、その時間当たりの吐出量はピストン２の断面積Ａ１および移動速度で決定されるが、移動速度は第２速度Ｖ２である。したがって、断面積Ａ１と第２速度Ｖ２の積Ａ１×Ｖ２の値が時間当たりの吐出量である。一方、液体がロッド端９から吐出されるとき、ロッド３がシリンダ１に挿入されている関係上、ピストン２の断面積Ａ１の他に、ロッド３の断面積Ａ２がそれに関係する。さらに、ピストン２の移動速度がそれに関係するが、移動速度は第１速度Ｖ１である。したがって、断面積Ａ１，Ａ２の差と第１速度Ｖ１の積（Ａ１−Ａ２）×Ｖ１の値が時間当たりの吐出量である。

したがって、このピストンポンプの場合、ピストン２が一方向に移動するとき、時間当たりの吐出量は断面積Ａ１，Ａ２の差と第１速度Ｖ１の積（Ａ１−Ａ２）×Ｖ１の値である。逆方向に移動するとき、時間当たりの吐出量は断面積Ａ１と第２速度Ｖ２の積Ａ１×Ｖ２の値である。そして、第１速度Ｖ１は第２速度Ｖ２よりも高い。したがって、ピストン２が一方向に移動し、液体がロッド端９から吐出されるとき、ロッド３がシリンダ１に挿入されていても、その時間当たりの吐出量が大幅に減少することはない。時間当たりの吐出量がほとんど減少しないようにすることもでき、まったく減少しないようにすることもできる。

第１速度Ｖ１を第２速度Ｖ２よりも高く選定するとき、その差をピストン２およびロッド３の断面積Ａ１，Ａ２にもとづいて選定し、その選定値によって次の式１が成立するようにすることもできる。
（１） （Ａ１−Ａ２）×Ｖ１＝Ａ１×Ｖ２
この結果、ピストン２を一方向および逆方向に移動させるとき、時間当たりの吐出量を均一に保つことができる。

さらに、一方向および逆方向に移動するとき、ピストン２を同一のストロークをもって移動させると、時間当たりの吐出量を均一に保つことはできても、ピストン２が一方向に移動し、液体がロッド端９から吐出されるとき、ロッド３の断面積Ａ２によってストローク当たりの吐出量が減少する。この問題を解決するには、制御装置１９によって駆動モータ４を制御し、一方向に移動させるとき、ピストン２を第１ストロークＳ１をもって移動させ、逆方向に移動させるとき、ピストン３を第２ストロークＳ２をもって移動させ、第１ストロークＳ１を第２ストロークＳ２よりも大きく選定すればよい。

この場合、ピストン２が一方向に移動するとき、ストローク当たりの吐出量はピストン２およびロッド３の断面積Ａ１，Ａ２および第１ストロークＳ１で決定される。断面積Ａ１，Ａ２の差と第１ストロークＳ１の積（Ａ１−Ａ２）×Ｓ１の値がストローク当たりの吐出量である。ピストン２を逆方向に移動させるとき、ストローク当たりの吐出量はピストン２の断面積Ａ１および第２ストロークＳ２で決定される。断面積Ａ１と第２ストロークＳ２の積Ａ１×Ｓ２の値がストローク当たりの吐出量である。そして、第１ストロークＳ１は第２ストロークＳ２よりも大きい。したがって、ピストン２が一方向に移動し、液体がロッド端９から吐出されるとき、ストローク当たりの吐出量が大幅に減少することはない。ストローク当たりの吐出量がほとんど減少しないようにすることもでき、まったく減少しないようにすることもできる。

第１ストロークＳ１を第２ストロークＳ２よりも大きく選定するとき、その差をピストン２およびロッド３の断面積Ａ１，Ａ２にもとづいて選定し、その選定値によって次の式２が成立するようにすることもできる。
（２） （Ａ１−Ａ２）×Ｓ１＝Ａ１×Ｓ２
この結果、ピストン２を一方向および逆方向に移動させるとき、ストローク当たりの吐出量を均一に保つこともできる。

さらに、ピストン２を一方向に移動させるとき、そのストローク当たりの所要時間はピストン２の第１ストロークＳ１および第１速度Ｖ１で決定される。第１ストロークＳ１と第１速度Ｖ１の商Ｓ１／Ｖ１の値がストローク当たりの所要時間である。逆方向に移動させるとき、そのストローク当たりの所要時間はピストン２の第２ストロークＳ２および第２速度Ｖ２で決定される。第２ストロークＳ２と第２速度Ｖ２の商Ｓ２／Ｖ２の値がストローク当たりの所要時間である。そして、式１，２によって次の式３が成立する。
（３） Ｖ１＝Ａ１×Ｖ２／（Ａ１−Ａ２）
Ｓ１＝Ａ１×Ｓ２／（Ａ１−Ａ２）
Ｓ１／Ｖ１＝Ｓ２／Ｖ２
したがって、ストローク当たりの所要時間を一定に保つこともできる。

さらに、この実施例では、ロッド端９付近に第１折り返し点が形成され、制御装置１９によって駆動モータ４が制御され、ピストン２が一方向に移動し、第１折り返し点に達したとき、ピストン２は第１折り返し点で折り返され、逆方向に移動する（図２Ｂ）。一方向に移動するとき、ピストン２は第１速度Ｖ１で移動し、逆方向に移動するとき、ピストン２は第２速度Ｖ２で移動する。さらに、一方向に移動するとき、ピストン２は第３ストロークＳ３をもって移動し、逆方向に移動するとき、ピストン２は第４ストロークＳ４をもって移動する。したがって、ピストン２が合計ストローク（Ｓ３＋Ｓ４）をもって移動し、液体がロッド端９から吐出され、ヘッド端８から吐出される。この場合、第３および第４ストロークＳ３，Ｓ４は次の式４で求められる。
（４） （Ａ１−Ａ２）×Ｓ３＋Ａ１×Ｓ４＝（Ａ１−Ａ２）×Ｓ１＝
Ａ１×Ｓ２
したがって、ストローク当たりの吐出量を均一に保つことができる。ストローク当たりの所要時間を一定に保つこともできる。

その後、ピストン２が逆方向に移動し、第２ストロークＳ２をもって移動するものである（図２Ｃ）。

さらに、ヘッド端８付近に第２折り返し点が形成され、制御装置１９によって駆動モータ４が制御され、ピストン２が逆方向に移動し、第２折り返し点に達したとき、ピストン２は第２折り返し点で折り返され、一方向に移動する。第１折り返し点と同様、ストローク当たりの吐出量を一定に保つこともできる。ストローク当たりの所要時間を一定に保つこともできる。

その後、ピストン２が一方向に移動し、第１ストロークＳ１をもって移動するものである。

したがって、第１ストロークＳ１を第２ストロークＳ２よりも大きく選定し、ピストン２を第１および第２ストロークＳ１，Ｓ２をもって移動させても、問題はない。ピストン２を繰り返し移動させ、液体を繰り返し吸入し、吐出させることができる。

このピストンポンプによって液体ではなく、流動体を送ることもできる。たとえば、流動体として原料肉を使用し、これをヘッド端８およびロッド端９から吐出させ、連続的に送ることもできる。

駆動機構に駆動モータ４ではなく、油圧式のものを使用し、油圧式のものによってロッド３を移動させ、ピストン２を移動させるようにしてもよい。

１ シリンダ
２ ピストン
３ ロッド
４ 駆動モータ
８ ヘッド端
９ ロッド端
１０ 供給路
１１ 第１チェックバルブ
１２ 第２チェックバルブ
１３ 排出路
１４ 第３チェックバルブ
１５ 第４チェックバルブ
１９ 制御装置

Claims (3)

1. シリンダに収容されたピストンと、
   前記シリンダに挿入され、前記ピストンに連結されたロッドと、
   前記ロッドを移動させ、前記ロッドによって前記ピストンを移動させる駆動機構と、
   前記シリンダに形成されたヘッド端およびロッド端と、
   前記ヘッド端およびロッド端に接続された液体または流動体供給路と、
   前記ヘッド端と前記供給路間に設けられた第１チェックバルブと、
   前記ロッド端と前記供給路間に設けられた第２チェックバルブと、
   前記ヘッド端およびロッド端に接続された液体または流動体排出路と、
   前記ヘッド端と前記排出路間に設けられた第３チェックバルブと、
   前記ロッド端と前記排出路間に設けられた第４チェックバルブと、
   前記駆動機構に接続され、前記駆動機構を制御し、前記ピストンを一方向に移動させ、液体または流動体を前記供給路から供給し、前記ヘッド端に吸入し、前記ロッド端から吐出させ、前記排出路に排出し、その後、前記ピストンを逆方向に移動させ、前記液体または流動体を前記供給路から供給し、前記ロッド端に吸入し、前記ヘッド端から吐出させ、前記排出路に排出し、さらに、前記一方向に移動させるとき、前記ピストンを第１速度で移動させ、前記逆方向に移動させるとき、前記ピストンを第２速度で移動させる制御装置とからなり、
   前記第１速度を前記第２速度よりも高く選定したことを特徴とするピストンポンプ。
2. 前記第１速度を前記第２速度よりも高く選定するとき、その差を前記ピストンおよびロッドの断面積にもとづいて選定し、前記ピストンを一方向および逆方向に移動させるとき、時間当たりの吐出量を均一に保つようにした請求項１に記載のピストンポンプ。
3. 前記一方向に移動させるとき、前記ピストンを第１ストロークをもって移動させ、前記逆方向に移動させるとき、前記ピストンを第２ストロークをもって移動させ、前記第１ストロークを前記第２ストロークよりも大きく選定し、前記ロッド端付近に第１折り返し点を形成し、前記ピストンが前記一方向に移動し、前記第１折り返し点に達したとき、前記ピストンを前記第１折り返し点で折り返し、逆方向に移動させ、前記ヘッド端付近に第２折り返し点を形成し、前記ピストンが逆方向に移動し、前記第２折り返し点に達したとき、前記ピストンを前記第２折り返し点で折り返し、前記一方向に移動させるようにした請求項１に記載のピストンポンプ。

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