量り取った液状またはペースト状物質を供給するための装置

本明細書は、量り取った液体物質または半液体物質を分注するための装置であって、ピストンが物質充填位置と物質吐出位置との間を往復移動するように取り付けられた計量チャンバを有する少なくとも1つの物質計量分注機器を備える装置に関する。

本明細書において、液体物質または半液体物質とは、多少なりとも粘性があり、ノズルを介して液体またはペーストとして分注できる流体のように実質的に振る舞う物質のことである。具体的に、このような物質は、飲料、ヨーグルト、コンポートなどの食品である。ただし、該物質は、流体に包含された「断片」を含んでもよい。このような断片は、例えば、果実の欠片またはシリアルである。このような断片は、シリアルまたは乾燥果実などの固体であってもよく、または、非乾燥果実、マシュマロ、または同様の粘稠性を有する物質などの半固体であってもよい。

このタイプの装置は、仏国特許出願第2945798号によって知られている。その既知の装置では、計量チャンバが、チャンバの同じ側の一端に配置された入口と出口とを有しており、この入口と出口とが回転ゲートによって交互に開閉され、それにより、ピストンが充填位置にあるときにはチャンバに物質が供給され、ピストンが吐出位置に向かって移動するときには物質が吐出される。

その既知の装置は、概ね良好なものであるが、その動的挙動が特殊であるため、ピストンの往復運動とゲートの回転運動とを組み合わせて同期させる必要がある。さらに、この装置は、ある種の物質、特に粘度が高い物質や、比較的サイズが大きい、具体的には最大径寸法が約1センチメートルである固体状または半固体状の断片を含有する物質を量り取る必要がある場合に、使用が困難なことがある。粘性が高い物質については、ゲートの開口の寸法が十分に大きくない場合、チャンバの入口に対応する位置にゲートの開口があるときにおける該開口からの物質の吸入およびチャンバの出口に対応する位置に上記開口があるときにおける該開口からの物質の吐出を高い処理率で行うのが困難になる可能性がある。不都合なことに、回転ゲートを用いる場合には、ゲートの開口を完全に覆うことと完全に開放することとを交互に行えるようにするために、ゲートの開口が比較的小さい必要がある。さらに、物質が固体状または半固体状の断片を含有する場合、チャンバに物質が供給される間、または物質が吐出される間に、このような断片が開口に詰まり、動作に問題が生じる可能性がある。

そこで、上述したタイプの装置を改善し、液体物質または低粘度物質の分注だけではなく、非常に粘性の高い物質、さらには断片を含有する物質の分注をも容易にすることが求められている。

さらに、米国特許出願第2010/0072229号には、分離バネによって互いに分離されている第1のピストンおよび第2のピストンでできた集合体を含み、第2のピストンがシリンダを形成しており、そのシリンダの内部を第1のピストンが移動可能である、液体物質分注機が開示されている。その集合体はリザーバ内に配置されている。第1のピストンとリザーバの出口との間に配置された戻りバネの作用により集合体が上方へ移動し、このときに開放されているシリンダの壁の開口を介して、第1のピストンの下方に位置している計量チャンバが充填される。次いで、リザーバ内の静水圧の作用により集合体が下方へ動かされ、上記開口を閉鎖する。次いで、分離バネが第1のピストンを第2のピストンから遠ざかる方向へ移動させ、その結果、第1のピストンが物質を押し戻して物質が分注される。

上記のシステムは、2つのピストンの剛性比およびストローク比を慎重に選択しなければならないため、実装が困難である。また、2つのピストンを備える集合体が、物質の分注後に上方へ戻ることができ、かつ、計量チャンバの充填の完了後は理論的にはその充填によってリザーバ内の圧力が低下するのであるがそれでも再度下方へ移動できるようにするためには、リザーバ内の静水圧を加圧ガスを用いて調整・変更する必要がある。また、バネのストロークが容易に変更可能ではないため、分注される物質の量を変更できない。さらに、上記装置は、非常に粘性が高い物質または断片を含有する物質の分注に用いることができない。このような物質は、バネの巻きの間に詰まってバネの弾力性に悪影響を及ぼす可能性があるからである。さらに、この装置を適切に洗浄すること、特にバネを適切に洗浄することが困難である。

本発明の目的は、上述した先行技術の欠点を完全にまたは部分的に免れた、上述した種類の物質を量り分ける(doser)ための装置を提案することである。

そこで、本明細書は、量り取った液体物質または半液体物質を分注するための装置であって、物質が供給開口を介して供給される充填位置と物質が物質出口を介して吐出される吐出位置との間を往復移動するようにピストンが取り付けられた計量チャンバを有する少なくとも1つの物質計量分注機器を備え、前記計量チャンバは、少なくとも一部が、供給開口を有するシリンダであって該シリンダの内部を前記ピストンが移動するシリンダの内側に形成され、前記シリンダは、物質リザーバに配置されるとともに、それ自体が、前記供給開口が開放される開放位置と前記供給開口が閉鎖される閉鎖位置との間を往復移動するように取り付けられ、前記ピストンは、制御ロッドに支持されたヘッド部を有し、前記制御ロッドは、前記シリンダの延長部を貫通するとともにピストン移動機構に接続され、前記ピストン移動機構は、前記ピストンを往復移動させるように制御されるよう構成されている、装置を提供する。

ピストンとシリンダの双方が軸方向に並進・往復移動することにより、シリンダの供給開口ひいては計量チャンバの供給開口の開閉を交互に行えるため、上記装置の動的挙動は極めて単純である。上記開口は、開放位置にあるシリンダがとる位置に応じて、大きな寸法を有し得る。さらに、計量チャンバの容積を、ピストンの移動ストロークを変更することによって調整し得る。

また、シリンダは、シリンダを往復移動させるように制御されるよう構成されたシリンダ移動機構にアームによって接続されていてもよい。

開口の寸法は、シリンダの往復移動のストロークを変更することで容易に調整できる。したがって、断片が開口に詰まるリスクが非常に低い。また、断片が詰まった場合であっても、シリンダが閉鎖位置へと移動する際に断片がせん断されやすいため、断片が開口を持続的に塞ぐことがない。少なくとも、シリンダが閉鎖位置にある場合には、シリンダはピストンとは反対側の端部において物質出口と連通しており、それにより、物質を計量チャンバから放出することが可能になる。

上記ロッドおよびアームは、一部がリザーバの内部に延びていてもよく、これらの要素は、単純な幾何学形状であり、そのため洗浄が容易な部品によってできていてもよい。

また、ロッドは、物質出口とは反対側に延びていてもよい。また、アームは、物質出口とは反対側に延びていてもよい。

また、上記機器は、リザーバに対して相対的に固定された(solidaire)第1の閉鎖面を有してもよく、シリンダは、第2の閉鎖面を有してもよく、第1の閉鎖面および第2の閉鎖面が、閉鎖位置において互いに協働して供給開口を閉鎖し、開放位置において互いに離間してもよい。

開放位置において、供給開口は、閉鎖面同士が離間することによって形成または開放される。

また、第2の閉鎖面は、シリンダの一方の端部に位置していてもよい。

また、シリンダは、シリンダが開放位置と閉鎖位置との間を移動している間、リザーバに対して相対的に固定されたガイド面と協働する少なくとも1つのガイド部材を支持していてもよい。

また、ガイド部材は、第2の閉鎖面の少なくとも1つの延長部によって形成されてもよい。

また、計量チャンバは、シリンダに対して相対的に固定されてシリンダと連続した配置をとるキャビティをさらに含んでもよい。

また、供給開口は、シリンダが開放位置にあるとき、シリンダとキャビティの縁部との間に形成されてもよい。

また、第1の閉鎖面は、キャビティの内面に形成されてもよい。

また、計量チャンバは、出口弁を備えた物質出口を有してもよい。

また、物質出口は、キャビティの一方の端部に配置されていてもよい。

非限定的な例として示される一実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことで、本発明が十分に理解され、その利点がより明確になる。この説明では、添付の図面を参照する。

図1は、本発明の機器の軸方向断面図であり、シリンダに物質を充填する段階の初期の状態を示す。

図2は、図1と同様の図であり、シリンダに物質が充填されている間の状態を示す。

図3は、図1および図2と同様の図であり、シリンダに物質が充填された後、物質を吐出する段階の初期の状態を示す。

図4は、図1〜図3と同様の図であり、物質を吐出する段階の終了時の状態を示す。

これらの図は、ある量の液体物質または半液体物質を分注するための装置であって、量り分けられるべき物質が入口12を介して供給されるリザーバ10を備える装置を示している。この例では、上記リザーバは、支持プレート14によって支持されており、複数のロッド16によって支持プレート14に(例えば、吊るされた状態で)固定されている。この例では、リザーバは、複数の支持ロッド16に固定された上部プレート18と、物質のための出口末端部22を保持している下部プレート20と、プレート18およびプレート20の間に延びている側壁23とに囲まれて画定されている。プレート20には、開口20Aが設けられており、開口20Aにリザーバ10の出口が形成され、開口20Aは出口末端部22と連通している。シリンダ24は、上記開口と位置合わせされている。

リザーバ内には、シリンダ24が配置されており、シリンダ24内には、ピストン26が往復移動するように取り付けられている。ピストン26は、シリンダの延長部を貫通するロッド26Aを備え、この例では、該ロッドは、シリンダ24の筒状延長部24Bを貫通している。この例では、筒状延長部24Bは、上部プレート18にある孔18Aを貫通しており、それにより、筒状延長部24Bは、該開口18Aに配置された摺動ベアリング28内を摺動できる。また、ピストン26は、ロッド26Aに支持された、シリンダ24の円筒状の内壁24Aに接して摺動可能なヘッド部26Bを有している。この例では、ロッド26Aは、内部孔26’Aを有し、内部孔26’Aのシリンダから遠い側の一端は、1つまたは複数の開口26’Bを介して周囲雰囲気とつながっており、シリンダの内部かつヘッド部26Bの後方にある他端は、1つまたは複数の孔26’Bを介してシリンダ24の内部空間とつながっている。この例では、「後方」とは、ヘッド部26Bが、シリンダ24に入っている物質が吐出される方向Fに沿ってシリンダ24内を前進する方向とは反対の方向と解されるべきである。一変形例では、ロッドの外面とシリンダの筒状延長部24Bの内面との間に隙間が設けられ、ロッドが筒状延長部24Bの内部を摺動してもよい。そこで、図1において参照符号24Bから延びる線によって指示されている空間は、ピストン26のヘッド部26Bとは反対側の端部においてシリンダの内部と外部との間で圧力を均衡させるための1つまたは複数の長手溝によって形成されていてもよい。

ピストンのロッド26Aは、この例では支持プレート14によって支持された、該ロッドを往復移動させることが可能なピストン移動機構Mに接続されている。この機構Mは、制御ユニットによって制御可能な任意の既知のタイプのものであってもよく、例えば、該機構は、ベルトまたはウォームスクリューを有する電気モータであってもよく、またはアクチュエータであってもよい。このように、ピストンは、物質がピストンから吐出される方向F(この例では下方向)およびシリンダに物質を供給できるようにピストンがシリンダ内へ後退する方向G(この例では上方向)に、軸に沿って往復移動するように取り付けられている。

ピストンのロッド26Aは、シリンダ24の筒状延長部24Bを貫通している。この筒状延長部24Bは、アーム30によって支持されており、該アーム30は、この例では、シリンダを往復移動させるための機構33によって、それ自体が支持プレート14に接続されている。この例では、該機構は、アーム30に接続されたロッド32と支持プレート14によって支持された本体34とを有するアクチュエータを備えている。例えば、アクチュエータは、油圧アクチュエータまたは圧縮空気アクチュエータである。当然ながら、例えばベルトまたはウォームスクリューを有する電気モータなど、制御ユニットによって制御可能な他の何らかの往復移動手段も考えられる。この機構を用いることによって、シリンダ24も、上述した方向FおよびGのそれぞれに、軸に沿って往復移動させることができる。この例では、アーム30は、シリンダの筒状延長部24Bに取り付けられている。アーム30は、シリンダの他の任意の部分に強固に固定することもできる。この例では、筒状延長部24B自体がリザーバの外へ延びているために、アーム30はリザーバの外部にある。しかし、アームは、部分的にリザーバの内部に配置することもできる。

図1は、ピストンが物質をシリンダから吐出させる吐出位置にピストンがあり、そのヘッド部26Bがアーム30とは反対側のシリンダの端部に位置している状態を示している。図1では、シリンダ24が、シリンダの供給開口36が開放される開放位置にある。より正確には、該開口が、筒状延長部24Bおよびアーム30とは反対側のシリンダ24の端部24’に設けられている。図1では、該端部24’がプレート20から離間しており、それにより開口36が開放され、物質が通過して出口末端部22へ入れるようになっていることがわかる。

図2では、シリンダ24は、図1の場合と同じ位置にあるが、ピストン26が、その充填位置に向かって方向Gに移動を開始している。この移動の間、開口36を通る物質がシリンダの開放されている端部24’を介してシリンダ内へと入ることが理解できる。

図3では、シリンダに物質が充填される位置であってピストンがシリンダの端部24’から最も遠く離れる充填位置にピストンが達している。ただし、シリンダ自体は、方向Fに移動し終え、シリンダの供給開口36が閉鎖される閉鎖位置に達している。この段階では、計量チャンバ38は閉じられている。このチャンバは、シリンダの端部24’Aとピストンのヘッド部26Bとの間にあるシリンダの内部空間によって形成された第1の部分38Aと、リザーバに対して相対的に固定されたキャビティ40に形成された第2の部分38Bとを備える。この例では、該キャビティ40は、出口末端部22の一部に形成されている。上述したように、シリンダ24がプレート20の開口20Aと位置合わせされており、そのため、キャビティ40がシリンダと連続して位置することになる。

出口末端部22には、例えば、膜または他の何らかの好適な手段でできた出口弁42が設けられている。シリンダに物質が供給される図1および図2に示した供給段階の間、該弁42は閉じられている。シリンダに物質が供給される際に物質が通るシリンダの供給開口36が閉じられた時点、すなわち、図3に示すように、ピストンがその充填位置にある状態で、シリンダがその閉鎖位置に達した時点から、弁42が開く。そこで、図4では、弁42が開いており、ピストンが、物質をシリンダから吐出させる吐出位置に向かって方向Fに移動している。これにより、計量チャンバ38内の量り取った物質が出口末端部22を介して該チャンバから吐出され、例えば、ヨーグルトポットなどの容器が充填される。量り取った物質の量は、シリンダの内部におけるピストンのストロークによって定められる計量チャンバの第1の部分38Aの内部容積に対応する。

上記部分38Aにある量り取った物質が、弁42が開いている状態の出口末端部22を介して完全に吐出された後、すなわち、シリンダが図4に示した閉鎖位置にある状態でピストンのヘッド部26Aが図1に示した終点位置に達した後、弁42が閉じられ、新たなサイクルを開始できるようになる。

したがって、各計量サイクルは、以下の動作を順に含む。 ・弁42を閉じる。 ・シリンダが開放位置に達し、ピストンが充填位置に達するまで、シリンダおよびピストンを方向Gに移動させる。 ・ピストンは充填位置のままで、シリンダを閉鎖位置まで移動させる。 ・弁42を開く。 ・ピストンが物質をシリンダから吐出させる吐出位置にピストンが達するまで、ピストンを方向Fに移動させる。

当然ながら、このサイクルの実行に必要な各機構、特に、弁42を開くための調整器(commande)、ピストンを移動させるための機構M、およびシリンダを移動させるための機構33の駆動を、上述した一連の動作を制御するようにプログラムされた電子制御ユニット(ECU)などの制御ユニットによって制御して同期させてもよい。ECUは、ピストンを移動させるための機構Mおよびシリンダを移動させるための機構33に直接作用してもよい。すなわち、ECUは、機構Mおよび機構33にオン/オフ指令を与えてもよい。制御ユニットを用いることで、これら一連の動作のサイクルを高速で行うことができるようになる。

図3および図4では、開口36(図1および図2では図示されている)が、リザーバ10に対して相対的に固定された第1の閉鎖面40Aとシリンダ24に対して相対的に固定された第2の閉鎖面24Cとの協働によって閉鎖されていることがわかる。この例では、第1の閉鎖面40Aが、キャビティ40の円筒状の内面の一部によって形成されており、第2の閉鎖面24Cが、シリンダ24の端部24’の近傍にあるシリンダ24の外周の円筒状の部分によって形成されている。図3および図4では、これら2つの面が軸方向について重なり合い、摺動接触またはほぼ摺動接触するため、互いにせん断的に協働して開口36を閉鎖する。一方、図1および図2では、これら閉鎖面同士が互いに離間しており、それにより開口36が形成されている。示した例の場合のように軸方向に延びて軸方向において協働する閉鎖面には、正確な位置で当接する必要なく、シリンダの移動の速度が非常に高い状態で開口36を効果的に閉鎖するという利点があるが、当然ながら、ピストンおよびシリンダの移動軸Aに垂直な構成部分を有するように閉鎖面を設けることもできる。

また、各図では、シリンダ24が、リザーバに対して相対的に固定されたガイド面と協働するガイド部材44を支持していることがわかる。この例では、該ガイド面が、キャビティ40の円筒状の内面40Bに形成されている。したがって、この例では、上述した第1の閉鎖面40Aとガイド面40Bとが同一の面を形成している。この例では、シリンダが、上述した第2の閉鎖面24Cの複数の延長部によって形成された複数のガイド部材44を支持している。これら延長部は、シリンダをその端部24’を超えて延長させる複数の脚状部材を形成している。開口36が形成された際に断面の大きい通路37が脚部44同士の間に形成され、それにより、物質の粘性が非常に高い場合または物質が固体の断片を多少なりとも含有している場合であっても迅速に計量チャンバに物質を供給できるように、脚部は互いに非常に大きく離間していてもよいことがわかる。

この例では、これら脚部または延長部44は、シリンダが開放位置にある場合も(図1および図2参照)シリンダが閉鎖位置にある場合も(図3および図4参照)ガイド面40A,40Bと軸方向について重なることから、脚部または延長部44はガイド面40A,40Bと持続的に協働する。

当然ながら、シリンダ内に入り込むキャビティ40の壁の複数の延長部によって脚部を実現することで図示した構成を反転させてもよい。このような構成では、本明細書におけるガイド部材が、シリンダの端部24’近傍のシリンダの軸面、例えばシリンダの外側の軸面、によって形成されることになり、ガイド面が、延長部それぞれの軸面、例えば延長部それぞれの内側の軸面、によって形成されることになる。

上述したように、リザーバは、貫通孔が設けられたプレート20に接続された出口末端部22を有する。これにより、該末端部の出口22’が計量チャンバの物質出口を形成する。該出口22’は、シリンダ24とは反対側のキャビティ40の端部に配置されており、弁42を備え、弁42の下流に出口ノズル(図示せず)が配置されている。

本発明の装置は、1つまたは複数の物質計量分注機器を備えてもよい。装置が1つより多くの機器を備える場合、機器それぞれのシリンダは、当然ながら、同一のリザーバに配置されていてもよいし、別々のリザーバに配置されていてもよい。さらに、機器が1つより多い場合、それら機器は、同一の支持プレート14によって支持されていてもよいし、異なるプレートによって支持されていてもよい。共通のアーム30および共通の機構33が機器それぞれのシリンダを支持し移動させるために設けられてもよいし、または、機器それぞれが固有のシリンダ支持アームおよび固有のシリンダ移動機構を有してもよく、共通の機構Mが機器それぞれのピストンを移動させるように機能してもよいし、または、機器それぞれが固有のピストン移動機構を有してもよい。例えば、各シリンダに共通の1つの支持アームを有し、該アームを共通のリザーバに配置して、該共通のリザーバの外へ延びてシリンダ移動機構に接続される制御ロッドに該アームを強固に固定させてもよい。複数のシリンダの並進移動をガイドする軸ベアリングが該制御ロッドと協働してもよい。また、1つより多いピストンに対して共通の移動機構を用いる場合、これら複数のピストンのロッドが同一のピストン支持アームに固定され、該アームが移動機構によって往復移動されてもよい。

また、シリンダ支持アーム30が往復移動する際に該アームの移動をガイドするために、該アームと協働する面などの上流側ガイド手段を設けることもできる。例えば、該上流側ガイド面は、移動しない構成要素によって支持されたガイドロッドであって、例えば支持プレート14によって支持され、アーム30の孔を通るガイドロッドに形成されている。該ガイド面は、特に、後述するようにアームが複数のシリンダに共通である場合に用いてもよい。該ガイド面により、ピストンのガイドも容易になり得る。特に、ピストン支持アームがある場合には、このガイドロッドを用いて該アームの移動をガイドしてもよい。

本明細書において、シリンダは、全体がリザーバ内に配置されていてもよく、一部のみがリザーバ内に配置されていてもよい。シリンダが開放位置にあるときに形成される開口36は、リザーバ内にある物質が供給されさえすればよい。