(57)【要約】【課題】小型の液気混合体用ポンプ、制御装置、および冷菓製造装置を提供する。【解決手段】液体と気体とをそれぞれ導入し、該導入した液体および気体を吐出する液気混合体用ポンプ１０において、液体を導入する液体導入路３８、気体を導入する気体導入路３９、並びに、該導入した液体および気体を吐出する吐出路４０がそれぞれ接続された混合室３７を有するシリンダ３１と、シリンダ３１に摺動自在に嵌入され、上端部３４と下端部３５との間で往復運動を行うことにより、混合室３７の容積を増減させるピストン２１と、ピストン２１を駆動するステッピングモータ１１と、ステッピングモータ１１の出力軸の回転運動をピストン２１の往復運動に変換する変換手段とを備え、シリンダ３１、ピストン２１、ステッピングモータ１１、および上記変換手段は、一体化されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体と気体とをそれぞれ導入し、該導入した液体および気体を吐出する液気混合体用ポンプにおいて、
液体を導入する液体導入部、気体を導入する気体導入部、並びに、該導入した液体および気体を吐出する吐出部がそれぞれ接続された混合室を有するシリンダと、
上記シリンダに摺動自在に嵌入され、上死点と下死点との間で往復運動を行うことにより、上記混合室の容積を増減させるピストンと、
上記ピストンを駆動するモータと、
上記モータの出力軸の回転運動を上記ピストンの往復運動に変換する変換手段とを備え、
上記シリンダ、上記ピストン、上記モータ、および上記変換手段は、一体化されていることを特徴とする液気混合体用ポンプ。
【請求項２】
上記変換手段は、
上記モータの出力軸により回転駆動される、螺旋溝が外周面に形成された回転軸と、
上記螺旋溝と係合するように上記ピストンに形成された係合部とからなることを特徴とする請求項１に記載の液気混合体用ポンプ。
【請求項３】
液気混合体用ポンプを駆動する制御装置であって、
上記液気混合体用ポンプは、請求項１に記載の液気混合体用ポンプであり、
上記モータの一方の回転方向につき、上記ピストンが上死点と下死点との間を往復するに必要な回転数を、上記モータに発生させることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
液気混合体用ポンプを駆動する制御装置であって、
上記液気混合体用ポンプは、請求項１に記載の液気混合体用ポンプであり、
上記ピストンが上記上死点または下死点に到達したことを検出する検出手段を備え、
上記検出手段の検出後、上記モータの一方の回転方向につき、上記ピストンが上死点と下死点との間を往復するに必要な回転数を、上記モータに発生させることを特徴とする制御装置。
【請求項５】
液状の冷菓原料を貯蔵する収容部と、
上記冷菓原料と空気とをそれぞれ導入し、該導入した冷菓原料および空気を吐出する導入吐出手段と、
上記吐出された冷菓原料および空気を攪拌冷却することにより冷菓を製造する攪拌冷却手段とを備える冷菓製造装置において、
上記導入吐出手段は、請求項１に記載の液気混合体用ポンプであることを特徴とする冷菓製造装置。
【請求項６】
上記液気混合体用ポンプは、該液気混合体用ポンプに対し上記ピストンの往復運動の方向の移動を規制する第１規制手段、および、該液気混合体用ポンプに対し上記モータの回転方向の移動を規制する第２規制手段を用いて、上記収容部内に固定されていることを特徴とする請求項５に記載の冷菓製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液気混合体用ポンプ、該液気混合体用ポンプを駆動する制御装置、および該液気混合体用ポンプを備える冷菓製造装置に関するものであり、特に、ソフトアイスクリームやシェイクなどの冷菓原料である液体の冷菓ミックスと空気とをそれぞれ導入し、該導入した冷菓ミックスおよび空気を吐出する液気混合体用ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般に、アイスクリーム、ソフトアイスクリーム、またはシェイクなどの冷菓を製造する冷菓製造装置があり、多種の冷菓が製造可能となっている。
【０００３】
この種の冷菓製造装置では、冷却シリンダにて製造されたソフトアイスクリームやシェイクなどの冷菓が、混合室に形成された取出し口から取り出される。冷却シリンダは、ミックスタンクに貯蔵された冷菓原料である冷菓ミックスを攪拌冷却することにより、冷菓を製造している。
【０００４】
ここで、食感を良くするために、ミックスタンクの冷菓ミックスは、空気と一緒に冷却シリンダに供給されている。すなわち、多くの空気を含んだ冷菓ミックスが、冷却シリンダに供給されている。そこで、このような供給の一手段として、規定の比率で空気を混合しながら、冷菓ミックスを冷却シリンダに供給する液気混合体用ポンプが用いられている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００５】
液気混合体用ポンプは、駆動源の駆動によりポンプ動作を行うものであり、ポンプ本体がミックスタンク内に設置され、駆動源がミックスタンク外に設置される。例えば、特許文献１に記載のポンプ２００の構成を図８に示す。図８に示すように、ポンプ２００は、ポンプ本体であるシリンダ２０１がタンク２５０内に設置され、カムを動力源とする駆動源２０２がタンク２５０外に設置される。カムの駆動によってシリンダ２０１内のピストン２０３が作動することで、ポンプ動作が行われる。
【特許文献１】特開平５−９９１３３号公報（１９９３年４月２０日公開）
【特許文献２】米国特許３６２８８９３号明細書（１９７１年１２月２１日登録）
【特許文献３】米国特許７０４８５２３号明細書（２００６年３月２３日登録）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の液気混合体用ポンプは大型であるという問題点を有している。つまりは、特許文献１〜３に記載の従来の液気混合体用ポンプでは、該ポンプおよびこれを駆動する駆動源（駆動装置）が、かなり大型で複雑な構造物であるため、ポンプ全体としては大型化しており、広い設置スペースが必要とされる。ひいては、冷菓製造装置の大型化を引き起こしている。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、小型の液気混合体用ポンプ、制御装置、および冷菓製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液気混合体用ポンプは、上記課題を解決するために、液体と気体とをそれぞれ導入し、該導入した液体および気体を吐出する液気混合体用ポンプにおいて、液体を導入する液体導入部、気体を導入する気体導入部、並びに、該導入した液体および気体を吐出する吐出部がそれぞれ接続された混合室を有するシリンダと、上記シリンダに摺動自在に嵌入され、上死点と下死点との間で往復運動を行うことにより、上記混合室の容積を増減させるピストンと、上記ピストンを駆動するモータと、上記モータの出力軸の回転運動を上記ピストンの往復運動に変換する変換手段とを備え、上記シリンダ、上記ピストン、上記モータ、および上記変換手段は、一体化されていることを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、小型化可能なモータが駆動源として用いられているとともに、シリンダ、ピストン、および変換手段と一体化されている。よって、液気混合体用ポンプを小型化することが可能となる。またこれにより、省スペース化も可能となる。
【００１０】
また、本発明の液気混合体用ポンプは、上記変換手段は、上記モータの出力軸により回転駆動される、螺旋溝が外周面に形成された回転軸と、上記螺旋溝と係合するように上記ピストンに形成された係合部とからなることが好ましい。これにより、簡単な構成で、モータの出力軸の回転運動をピストンの往復運動に変換することが可能となる。
【００１１】
本発明の制御装置は、上記課題を解決するために、上記液気混合体用ポンプに対し、上記モータの一方の回転方向につき、上記ピストンが上死点と下死点との間を往復するに必要な回転数を、上記モータに発生させることを特徴としている。
【００１２】
上記の構成によれば、ピストンは、上死点と下死点との間のいかなる位置にあっても、上死点および下死点に必ず到達しながら往復運動を行う。よって、ピストンは、可動範囲を最大限に活用して往復運動を行うことが可能となる。またこれにより、液体および気体の吐出量も一定とすることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の制御装置は、上記液気混合体用ポンプに対し、上記ピストンが上記上死点または下死点に到達したことを検出する検出手段を備え、上記検出手段の検出後、上記モータの一方の回転方向につき、上記ピストンが上死点と下死点との間を往復するに必要な回転数を、上記モータに発生させることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、ピストンは、上死点または下死点から移動を開始するので、上死点および下死点にほぼ到達しながら往復運動を行うことになる。よって、ピストンは、可動範囲を十分に活用して往復運動を行うことが可能となる。またこれにより、液体および気体の吐出量もほぼ一定とすることが可能となる。
【００１５】
さらに、上記の構成によれば、ピストンが上死点および下死点に一致して止まるように、モータを回転させている。よって、モータにおける過電流の断続的な発生を抑制することが可能となる。
【００１６】
本発明の冷菓製造装置は、上記課題を解決するために、液状の冷菓原料を貯蔵する収容部と、上記冷菓原料と空気とをそれぞれ導入し、該導入した冷菓原料および空気を吐出する導入吐出手段と、上記吐出された冷菓原料および空気を攪拌冷却することにより冷菓を製造する攪拌冷却手段とを備える冷菓製造装置において、上記導入吐出手段は、上記液気混合体用ポンプであることを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、小型の液気混合体用ポンプを備えることにより、冷菓製造装置を小型化することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の冷菓製造装置は、上記液気混合体用ポンプは、該液気混合体用ポンプに対し上記ピストンの往復運動の方向の移動を規制する第１規制手段、および、該液気混合体用ポンプに対し上記モータの回転方向の移動を規制する第２規制手段を用いて、上記収容部内に固定されていることが好ましい。
【００１９】
液気混合体用ポンプが収容部内に設置されて用いられる場合、液気混合体用ポンプは、吐出動作時の反力や、モータによる回転振動により、外れる可能性がある。これに対し、上記の構成によれば、液気混合体用ポンプは、第１規制手段および第２規制手段を用いて収容部内に安定かつ確実に固定されているので、動作時において外れることを防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の液気混合体用ポンプによれば、小型の液気混合体用ポンプを提供するという効果を奏する。またこれにより、省スペース化も併せて奏する。
【００２１】
本発明の制御装置は、上記液気混合体用ポンプにおいて、可動範囲を最大限に活用してピストンに往復運動を行わせることができるという効果を奏する。
【００２２】
また、本発明の制御装置は、上記液気混合体用ポンプにおいて、可動範囲を十分に活用してピストンに往復運動を行わせることができるという効果を奏するとともに、モータにおける過電流の断続的な発生を抑制することができるという効果を奏する。
【００２３】
本発明の冷菓製造装置は、上記小型の液気混合体用ポンプを備えることで、小型化した冷菓製造装置を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。本発明の液気混合体用ポンプは、液体と気体とをそれぞれ導入し、該導入した液体および気体を吐出するポンプである。この液気混合体用ポンプは、例えば、冷菓製造装置において、ミックスタンクに貯蔵されたソフトアイスクリームやシェイクなどの冷菓原料である液体の冷菓ミックスを、空気と一緒に冷却シリンダに供給するために用いられる。なお、以下では、一例として、液体が冷菓ミックスであり、気体が空気である場合について説明する。
【００２５】
（液気混合体用ポンプの構成）
図１〜３は、本実施の形態の液気混合体用ポンプ１０の一構成例を示す図である。より詳細には、図１は、ピストン２１が上昇しているときの様子を示し、図２は、ピストン２１が下降しているときの様子を示している。図３は、液気混合体用ポンプ１０の外観を示している。
【００２６】
図１〜３に示すように、本実施の形態の液気混合体用ポンプ１０は、駆動源となるステッピングモータ１１、ステッピングモータ１１により駆動されるピストン２１、並びに、ステッピングモータ１１およびピストン２１を内部で保持するシリンダ３１を備えている。ステッピングモータ１１、ピストン２１、およびシリンダ３１は、一体化されている。
【００２７】
ステッピングモータ１１は、外部（後述の制御装置９０）からケーブル１２を介して供給される電源および制御信号によって駆動する。ステッピングモータ１１は、制御装置９０から供給される制御信号に基づいて一定の回転数で回転する。また、その制御信号によって、回転数や回転方向を自由に変更することが可能となっている。
【００２８】
また、ステッピングモータ１１は、その出力軸により回転駆動される回転軸１３を有している。回転軸１３は、円柱の形状を有しており、ステッピングモータ１１本体から突出するように設けられている。回転軸１３は、ステッピングモータ１１の出力軸の回転に連動して、一定の回転数で回転する。回転軸１３には、その突出するように設けられている部分の表面すなわち外周面に、螺旋溝１４が形成されている。
【００２９】
ピストン２１には、ステッピングモータ１１の回転軸１３を差し込む軸差込部２２が形成されている。そして、軸差込部２２の表面には、回転軸１３の螺旋溝１４に係合する凸状の係合部２３が形成されている。ピストン２１は、螺旋溝１４と係合部２３とが係合するようにステッピングモータ１１の回転軸１３が摺動自在に軸差込部２２に差し込まれることによって、ステッピングモータ１１の回転軸１３に取り付けられている。これにより、ステッピングモータ１１が駆動し、回転軸１３が回転運動を行うことによって、ピストン２１は、回転軸１３の軸方向に沿った往復運動を行う。
【００３０】
また、ピストン２１には、シリンダ３１のピン３６を差し込むピン差込部２４が形成されている。これにより、ピストン２１が往復運動を行う際のピストン２１の回転が防止されている。よって、回転軸１３の回転運動を、無駄無くピストン２１の往復運動に変換することが可能となっている。
【００３１】
シリンダ３１は、ステッピングモータ１１を保持する空間であるモータ設置室３２と、ピストン２１を保持する空間であるピストン設置室３３とを内部に有している。モータ設置室３２とピストン設置室３３とは隣接しており、ステッピングモータ１１の回転軸１３が貫通可能な貫通孔で連通されている。ここで、説明の便宜上、モータ設置室３２が配置されている側すなわちステッピングモータ１１が保持される側を、液気混合体用ポンプ１０の上側とし、ピストン設置室３３が配置されている側すなわちピストン２１が保持される側を、液気混合体用ポンプ１０の下側とする。
【００３２】
モータ設置室３２では、ステッピングモータ１１は、ステッピングモータ１１の回転軸１３が貫通孔を貫通して、その回転軸１３の先端がピストン設置室３３内に位置するように固定されている。すなわち、ステッピングモータ１１は、回転軸１３が下側に向くように、シリンダ３１に固定されている。また、シリンダ３１には、モータ設置室３２と外部とを接続する通路が形成されている。この通路によって、ステッピングモータ１１に接続されたケーブル１２が、外部へ引き出されている。
【００３３】
ピストン設置室３３では、ステッピングモータ１１の回転軸１３に取り付けられたピストン２１が、ピストン設置室３３内に摺動自在に嵌め入れられている。ここで、ピストン２１をステッピングモータ１１の回転軸１３に取り付けたとき、ステッピングモータ１１側すなわち上側に向く面を上面とし、ステッピングモータ１１側とは反対側すなわち下側に向く面を下面とする。
【００３４】
ピストン設置室３３には、上側に上端部３４およびピストン２１の回転止めとなるピン３６が形成され、下側に下端部３５が形成されている。摺動するピストン２１の上面が上端部３４に当たるとき、ピストン２１は最も上側に位置し、摺動するピストン２１の下面が下端部３５に当たるとき、ピストン２１は最も下側に位置する。つまりは、上端部３４および下端部３５は、ピストン２１の可動範囲を規定している。なお、上端部３４および下端部３５は、特許請求の範囲に記載の上死点および下死点にそれぞれ相当させずに、より短い範囲でピストン２１を動作させてもよい。
【００３５】
また、ピストン設置室３３は、冷菓ミックスと空気とを導入する混合室３７を有している。混合室３７は、ピストン２１が上側に移動することにより、ピストン２１の下面の下側に形成される空間である。混合室３７は、ピストン２１が可動範囲で往復運動を行うことによって、容積が増減する。混合室３７、詳細にはピストン設置室３３の下側には、冷菓ミックスを導入する液体導入路３８、空気を導入する気体導入路３９、並びに、導入した冷菓ミックスおよび空気を吐出する吐出路４０がそれぞれ接続されている。なお、液体導入路３８、気体導入路３９、および吐出路４０が、特許請求の範囲に記載の液体導入部、気体導入部、および吐出部にそれぞれ相当する。
【００３６】
さらに、ピストン設置室３３には、液体導入路３８および気体導入路３９との接続を開閉する弁４１・４２がそれぞれ設けられている。これらの弁４１・４２は、混合室３７側に開くように設けられている。また、弁４１・４２を一体のものとして形成してもよい。
【００３７】
液体導入路３８は、外部に接続されている。ここでいう外部とは、液気混合体用ポンプ１０の外部であって、冷菓ミックスが満たされている空間である。なお、液体導入路３８と外部との接続界面である液体導入口４３は、混合室３７よりも下側に位置しているが、これに限るものではなく、液気混合体用ポンプ１０の設置状態に応じて配置すればよい。
【００３８】
気体導入路３９は、外部に接続されている。ここでいう外部とは、液気混合体用ポンプ１０の外部であって、空気が満たされている空間すなわち大気中である。気体導入路３９と外部との接続界面である気体導入口４４には、オリフィス４５が設けられている。なお、気体導入口４４は、液気混合体用ポンプ１０の上方に位置しているが、これに限るものではなく、液気混合体用ポンプ１０の設置状態に応じて配置すればよい。
【００３９】
吐出路４０は、下側に向かって伸びている。吐出路４０の末端付近の外周面には、外部と接続される吐出口４６が形成されている。吐出口４６には、外部に開く平たい輪ゴム状の弁４７が設けられている。吐出路４０を通って押し出されてきた冷菓ミックスおよび空気が弁４７を押し開くことにより、冷菓ミックスおよび空気が吐出口４６から外部に吐出される。
【００４０】
また、シリンダ３１には、外表面に、フック４８およびピン４９が設けられている。フック４８は、混合室３７よりも下側であって、液体導入路３８、気体導入路３９、および吐出路４０と干渉しない位置に設けられている。ピン４９は、ステッピングモータ１１がシリンダ３１に固定されたときの回転軸１３の軸方向と平行な方向に伸びるように設けられている。また、ピン４９は、下端が突出するようにシリンダ３１の外表面で摺動自在に保持されている。
【００４１】
さらに、シリンダ３１には、取っ手５０が取り付けられている。取っ手５０は、上側、すなわち吐出路４０および吐出口４６が配置されている側とは反対側に、設けられている。取っ手５０は、操作者が手で把持可能な形状を有していればよく、その配置も適宜変更可能である。
【００４２】
なお、ステッピングモータ１１、ピストン２１、およびシリンダ３１は、上述した機能・構成を有するものであれば、その外形や内部の形状は特に限定されない。特に、シリンダ３１の外形は、設置し易いコンパクトな形状で、持ち運びの負担が軽い形状とすることができる。また、冷菓ミックスなどの食品を扱う場合、食品衛生を維持するために、液気混合体用ポンプ１０は分解洗浄される。それゆえ、シリンダ３１は、分解および組立が容易な、簡単な構成とすることが望ましい。さらに、シリンダ３１の内部において、組み立てて一体化した空間に密閉性が必要であれば、適宜Ｏリングなどを用いても構わない。
【００４３】
（液気混合体用ポンプの動作）
次に、図１，２を参照しながら、上記構成を有する液気混合体用ポンプ１０の動作について説明する。
【００４４】
液気混合体用ポンプ１０の駆動は、外部の制御装置９０により制御される。制御装置９０は、ステッピングモータ１１の回転数および回転方向を制御する。制御装置９０は、ケーブル１２によりステッピングモータ１１と電気的に接続されており、ステッピングモータ１１に電源を供給するとともに、上記制御情報を含む制御信号を供給する。なお、ユーザによる制御装置９０への入力操作により、上記制御情報は適宜設定・変更することができる。
【００４５】
制御装置９０からステッピングモータ１１に電源が投入されると、ステッピングモータ１１は、制御信号に基づいて一定の回転数で回転し始める。そして、ステッピングモータ１１は、制御信号に基づき、予め定められた時間で回転方向が交互に切り替えられる。一方、このステッピングモータ１１の出力軸により駆動されて、回転軸１３が回転運動を行う。
【００４６】
回転軸１３とピストン２１とは、螺旋溝１４と係合部２３とにより係合している。また、ピストン２１は、シリンダ３１のピン３６により回転が防止されている。これにより、回転軸１３が回転することで、ピストン２１が上側または下側に向かって移動する。回転軸１３は、予め定められた時間、またはステッピングモータ１１を駆動するパルス数で回転方向が交互に切り替わるように回転するので、ピストン２１は、回転軸１３の軸方向に沿った往復運動を行う。
【００４７】
ピストン２１が上側に移動する場合、図１に示すように、ピストン２１の下面の下側に、混合室３７が形成される。このとき、各弁４１・４２が開けられ、液体導入路３８を通って冷菓ミックスが、気体導入路３９を通って空気が、混合室３７にそれぞれ導入される。なお、このとき弁４７は閉じている。
【００４８】
続いて、図２に示すように、ピストン２１が下側に移動することにより、混合室３７に満たされている冷菓ミックスおよび空気が押し出される。このとき、各弁４１・４２は閉じるので、冷菓ミックスおよび空気は吐出路４０に押し出される。そして、吐出路４０を通って押し出されてきた冷菓ミックスおよび空気が弁４７を開くことにより、冷菓ミックスおよび空気が吐出口４６から外部に吐出される。なお、冷菓ミックスおよび空気は同時に吐出されるが、混合室３７への導入状況によってはこれに限らない。
【００４９】
続いて、ピストン２１が上側に移動することにより、混合室３７が形成され、冷菓ミックスと空気とがそれぞれ導入される。このとき、弁４７は閉じるので吐出はされない。そして、同様に、ピストン２１が下側に移動することにより、冷菓ミックスおよび空気が吐出口４６から外部に吐出される。
【００５０】
このように、液気混合体用ポンプ１０では、ステッピングモータ１１の駆動により、回転軸が時計回りと反時計回りとで交互に回転することで、ピストン２１が往復運動を行う。そして、このピストン２１の往復運動によって、混合室３７の容積が増減し、冷菓ミックスおよび空気の導入と、予め定められた体積比で空気が混合された冷菓ミックスの吐出とが、一定の間隔で交互に行われる。
【００５１】
ここで、電源投入時などの停止時からの動作開始時点（初期時点）では、ピストン２１は、前回停止したときの位置にある。このため、ステッピングモータ１１の回転方向の切替が適切に行われなければ、ピストン２１は可動範囲を十分に活用して往復運動を行うことができない。また、吐出量も変動または減少する。よって、ピストン２１が可動範囲を十分に活用して往復運動を行うように、制御装置９０は、ステッピングモータ１１の回転制御を行っている。
【００５２】
例えば、ステッピングモータ１１がある一定の回転数で回転する場合、ピストン２１が可動範囲の端から端まで（すなわち、上端部３４から下端部３５まで、および、下端部３５から上端部３４まで）を１秒で移動するとする。この場合、制御装置９０は、ステッピングモータ１１の回転方向が１．１秒間で交互に切り替わるように、ステッピングモータ１１を駆動する。すなわち、一方の回転方向につき、ピストン２１が一定の回転数で可動範囲の端から端まで到達するのに必要な時間（回転数分）＋α、ステッピングモータ１１を駆動させる。
【００５３】
これにより、ピストン２１が可動範囲の端から端までを１秒で移動することから、１．１秒間ステッピングモータ１１を駆動すれば、ピストン２１がどの位置にいても、上端部３４または下端部３５に必ず到達させることが可能となる。
【００５４】
言い換えると、ステッピングモータ１１の回転方向を一定の時間で交互に切り替える場合、ピストン２１が可動範囲の端から端までを移動するための回転速度がＡ〔ｒｐｍ〕必要とする。この場合、制御装置９０は、一方の回転方向につき、Ａ〔ｒｐｍ〕よりも高い回転速度で、ステッピングモータ１１を駆動させる。これにより、ピストン２１がどの位置にいても、上端部３４または下端部３５に必ず到達させることが可能となる。
【００５５】
なお、この制御方法では、ピストン２１を、シリンダ３１内の上端部３４および下端部３５のいずれにもぶつけて、押し当てた状態で止めている。それゆえ、ピストン２１を動かしている間、ステッピングモータ１１に過電流が発生し、ステッピングモータ１１が加熱しても壊れない程度に、＋αの時間を決めることが好ましい。
【００５６】
このように、制御装置９０によるステッピングモータ１１の回転制御により回転軸１３が回転運動を行うことによって、ピストン２１は、可動範囲のいかなる位置にあっても、上端部３４と下端部３５との間で必ず各端部に到達するように往復運動を行う。よって、ピストン２１は、可動範囲を最大限に活用して往復運動を行うことが可能となる。またこれにより、冷菓ミックスおよび空気の吐出量も一定とすることが可能となる。
【００５７】
また、周知のとおり、一般的に、ステッピングモータ１１は、これに印加される駆動用パルスに同期して出力軸が回転する。すなわち、出力回転軸の回転速度、およびある期間の総回転数は、印加されるパルスの周波数、およびパルス数により決定しうるという特徴がある。この特徴は、出力軸が所定回転速度で回転中に、適切に駆動用パルスが印加されていることを条件としている。
【００５８】
なお、回転停止時からの回転起動時は、所定時間などのパラメータになどにより、駆動用パルスと出力回転軸とが同期するまで、駆動用パルスの周波数を低くしておくことは、すでに一般になされている手法である。
【００５９】
このことは、逆に、ステッピングモータ１１に機械的衝撃などが印加された場合、ステッピングモータ１１本体と出力軸との回転が瞬時的に位相がずれた場合には、以降、出力軸の正常な回転が得られなくなる場合があるという欠点がある。この場合には、回転異常を何らかの方法で検出し、ステッピングモータ１１のある相入力にのみ電圧印加をすることにより、ステッピングモータ１１の出力回転軸を停止し、上記の「回転停止時からの回転起動時」により再度回転を開始させることとなる。
【００６０】
以上のように、液気混合体用ポンプ１０は、冷菓ミックスを導入する液体導入路３８、空気を導入する気体導入路３９、並びに、該導入した冷菓ミックスおよび空気を吐出する吐出路４０がそれぞれ接続された混合室３７を有するシリンダ３１と、シリンダ３１に摺動自在に嵌入され、上端部３４と下端部３５との間で往復運動を行うことにより、混合室３７の容積を増減させるピストン２１と、ピストン２１を駆動するステッピングモータ１１と、ステッピングモータ１１の出力軸の回転運動をピストン２１の往復運動に変換する変換手段とを備え、シリンダ３１、ピストン２１、ステッピングモータ１１、および上記変換手段は、一体化されている構成を有する。
【００６１】
これによれば、小型化可能なステッピングモータ１１が駆動源として用いられているとともに、シリンダ３１、ピストン２１、および変換手段と一体化されている。よって、液気混合体用ポンプ１０を小型化することが可能となる。またこれにより、省スペース化も可能となる。
【００６２】
また、ステッピングモータ１１の出力軸により回転駆動される、螺旋溝１４が外周面に形成された回転軸１３と、螺旋溝１４と係合するようにピストン２１に形成された係合部２３とが、上記変換手段を構成している。よって、簡単な構成で、ステッピングモータ１１の出力軸の回転運動をピストン２１の往復運動に変換することが可能となる。
【００６３】
なお、液気混合体用ポンプ１０では、制御装置９０によるステッピングモータ１１の回転制御は、上述した制御方法に限るわけではない。例えば、制御装置９０は、ピストン２１が上端部３４または下端部３５に到達したことを検出する検出手段を備えていてもよい。また、検出手段を備えず、ピストン２１が上端部３４または下端部３５に当接した状態を、予め定められた時間範囲で放置してもよい。この検出手段の検出を利用して、ステッピングモータ１１の回転制御を行うことができる。
【００６４】
ステッピングモータ１１がある一定の回転数で回転する場合、ピストン２１が可動範囲の端から端までを１秒で移動するとする。この場合、制御装置９０は、まず、１秒間ステッピングモータ１１を駆動する。これにより、ピストン２１は上端部３４または下端部３５に必ず到達する。このとき、ステッピングモータ１１の駆動が継続していても、ピストン２１はこれ以上移動することはできないため、ステッピングモータ１１は減速または停止する。つまり、ステッピングモータ１１はロックし、過電流が発生する。
【００６５】
検出手段は、この過電流を検出することにより、ステッピングモータ１１の減速または停止を検出するとともに、ピストン２１が上端部３４または下端部３５に到達したことを検出することができる。そして、この検出手段の検出後、制御装置９０は、ステッピングモータ１１を、回転方向が１秒間で交互に切り替わるように回転させる。すなわち、一方の回転方向につき、ピストン２１が一定の回転数で可動範囲の端から端まで到達するのに必要な時間（回転数分）、ステッピングモータ１１を駆動させる。
【００６６】
これにより、ピストン２１が可動範囲の端から端までを１秒で移動することから、１秒間ステッピングモータ１１を駆動すれば、ピストン２１がどの位置にいても、上端部３４または下端部３５にほぼ到達させることが可能となる。よって、ピストン２１は、可動範囲を十分に活用して往復運動を行うことが可能となる。またこれにより、冷菓ミックスおよび空気の吐出量もほぼ一定とすることが可能となる。
【００６７】
また、この制御方法では、ピストン２１を、一旦上端部３４または下端部３５に到達させてから、ピストン２１が上端部３４および下端部３５に一致して止まるように、ステッピングモータ１１を回転させている。よって、ステッピングモータ１１における過電流の断続的な発生を抑制することが可能となる。
【００６８】
なお、上述したように、ステッピングモータ１１は、負荷の急激な変動に弱い。このため、何らかの衝撃やピストン２１の意図しない激突などにより、ステッピングモータ１１は停止する可能性がある。これに対し、液気混合体用ポンプ１０は、そのような停止が発生した場合であっても、再起動することが可能となっている。つまりは、制御装置９０の検出手段が、上記停止を検出することにより、液気混合体用ポンプ１０は、初期起動から動作を開始することができる。また、制御装置９０の検出手段は、ピストン２１の位置を検出する機能を有していてもよい。
【００６９】
また、本実施例においては、ステッピングモータ１１を一定の回転速度で回転させ、回転している時間により、ピストン２１を作動させていた。これに代えて、ステッピングモータ１１に印加するパルス数でステッピングモータ１１の回転数を制御し、ステッピングモータ１１が一定ではない回転数でピストン２１を作動させてもよい。
【００７０】
上記液気混合体用ポンプ１０の詳細実施例においては、ピストン２１の駆動源として、ステッピングモータ１１を用いたが、他の種類のモータを用いてもよい。例えば、回転数検出手段を備えたＤＣモータを用いてもよい。
【００７１】
また、出力回転軸の回転速度が不安定なモータの場合は、上述した時間制御に代えて、ピストン２１が上死点または下死点に到達した時の回転停止時の電流値の変化の検出、あるいは、ピストン２１の位置を検出する位置検出手段からの情報をもとに、モータを駆動してもよい。
【００７２】
（冷菓製造装置の構成）
上述した液気混合体用ポンプ１０は、例えば、図４に示すような冷菓製造装置１００に備えられる。
【００７３】
図４は、液気混合体用ポンプ１０を備える冷菓製造装置１００の一構成例を示す図である。また、図５に、冷菓製造装置１００における、ミックスタンク１０１および液気混合体用ポンプ１０の構成を示す。なお、冷菓製造装置１００では本発明に関連する構成を主に挙げ、冷菓製造装置１００にて特に説明しない構成は従来の一般的な構成で実現可能であり、その説明は適宜省略する。
【００７４】
冷菓製造装置１００は、冷菓ミックスを貯蔵するミックスタンク１０１と、空気とミックスタンク１０１内の冷菓ミックスとをそれぞれ導入し、該導入した冷菓ミックスおよび空気を吐出する液気混合体用ポンプ１０と、液気混合体用ポンプ１０から吐出された空気を含む冷菓ミックスを攪拌冷却することにより冷菓を製造する冷却シリンダ１０３とを備えている。ミックスタンク１０１と冷却シリンダ１０３とは連結パイプ１０２で接続されている。なお、ミックスタンク１０１、液気混合体用ポンプ１０、および冷却シリンダ１０３が、特許請求の範囲に記載の収容部、導入吐出手段、および攪拌冷却手段にそれぞれ相当する。
【００７５】
液気混合体用ポンプ１０は、操作者が取っ手５０を手で持って、連結パイプ１０２に挿抜される。この取っ手５０により、操作者は、液気混合体用ポンプ１０を連結パイプ１０２に容易に挿入することができる。また、取っ手５０によって、操作者は、液気混合体用ポンプ１０を、連結パイプ１０２から容易に抜くことができる。
【００７６】
ミックスタンク１０１は、その底面に連結パイプ１０２が接続されている。ミックスタンク１０１の底面には、連結パイプ１０２に液気混合体用ポンプ１０が差し込まれたときに、液気混合体用ポンプ１０のフック４８に引っ掛かるとともに、液気混合体用ポンプ１０のピン４９によって液気混合体用ポンプ１０を固定する突起部１０４が設けられている。突起部１０４は、断面Ｈ型の形状を有している。
【００７７】
液気混合体用ポンプ１０は、吐出口４６の部分が下側に向くように、ミックスタンク１０１内に取り付けられる。詳細には、液気混合体用ポンプ１０の吐出口４６の部分が、ミックスタンク１０１の内側から連結パイプ１０２に差し込まれ、液気混合体用ポンプ１０のフック４８とミックスタンク１０１の突起部１０４とが引っ掛かるとともに、液気混合体用ポンプ１０のピン４９が突起部１０４の側方に当接されることにより、液気混合体用ポンプ１０は、ミックスタンク１０１内に固定されている。
【００７８】
図６および図７に、液気混合体用ポンプ１０の設置前後の状態を示す。図６は、液気混合体用ポンプ１０をミックスタンク１０１内に固定する前の状態を示す、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図である。液気混合体用ポンプ１０を連結パイプ１０２に差し込む際は、突起部１０４の上にピン４９が位置する方向でしか液気混合体用ポンプ１０を連結パイプ１０２に挿入できない形状とし、挿入方向の制限を設けてある。図７は、液気混合体用ポンプ１０をミックスタンク１０１内に固定した後の状態を示す、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図である。図７に示すように、液気混合体用ポンプ１０を連結パイプ１０２に挿入後、回転させることによって、図８に示すように、突起部１０４はフック４８に引っ掛けられている。また、突起部１０４をフック４８に引っ掛けた後、ピン４９はさらに下方（突起部１０４の側方）に差し込まれる。
【００７９】
通常、液気混合体用ポンプ１０は、空気を含んだ冷菓ミックスを吐出する際、その反力でもって連結パイプ１０２から抜けようとする。また、液気混合体用ポンプ１０は、ステッピングモータ１１を備えていることから回転方向に力が働く。このため、液気混合体用ポンプ１０は、連結パイプ１０２から抜けたり、外れたりする可能性がある。
【００８０】
これに対し、液気混合体用ポンプ１０は、連結パイプ１０２に差し込まれるとともに、フック４８と突起部１０４とによって固定されているので、抜け方向、すなわちピストン２１の往復運動の方向への移動が規制されている。また、液気混合体用ポンプ１０は、ピン４９と突起部１０４とによって固定されているので、回転方向、すなわちステッピングモータ１１の回転方向への移動が規制されている。よって、液気混合体用ポンプ１０は、ミックスタンク１０１内に安定かつ確実に固定されているので、動作時における連結パイプ１０２から抜けたり、外れたりすることを防止することが可能となる。
【００８１】
また、液気混合体用ポンプ１０の固定手段は、突起部１０４に限るわけではない。つまりは、液気混合体用ポンプ１０がミックスタンク１０１内に設置されたとき、液気混合体用ポンプ１０に対しピストン２１の往復運動の方向の移動を規制する直線規制機能と、液気混合体用ポンプ１０に対しステッピングモータ１１の回転方向の移動を規制する回転規制機能とを有する部材であればよい。また、各機能を有する部材をそれぞれ設けてもよい。例えば、ピン４９を固定するために、突起部１０４を用いずに、ミックスタンク１０１の底面に形成された穴を用いることができる。なお、突起部１０４のうち上記直線規制機能を有する部分および上記回転規制機能を有する部分が、特許請求の範囲に記載の第１規制手段および第２規制手段にそれぞれ相当する。
【００８２】
なお、ミックスタンク１０１に貯蔵された冷菓ミックスが、直接冷却シリンダ１０３に漏れてしまうことを防止するために、液気混合体用ポンプ１０における連結パイプ１０２に差し込む差込部分は、連結パイプ１０２と密着するような径であることが望ましい。差込部分の径よりも連結パイプ１０２の径が大きい場合は、隙間を埋めるような補助部材などを適宜用いてもよい。
【００８３】
液気混合体用ポンプ１０が、ミックスタンク１０１内に取り付けられたとき、液体導入口４３は、冷菓ミックスが貯蔵されているミックスタンク１０１の底部側に位置し、気体導入口４４は、大気中に位置する。これにより、ピストン２１が上昇し、混合室３７が形成されるにつれて、圧力差によって、冷菓ミックスが、液体導入口４３から液体導入路３８を通り、弁４１を押し開けて、混合室３７に導入される。また同時に、空気が、オリフィス４５および気体導入口４４から気体導入路３９を通り、弁４２を押し開けて、混合室３７に導入される。よって、液気混合体用ポンプ１０を備える冷菓製造装置１００では、空気や冷菓ミックスを供給する機械構造物などを、特別に備える必要はない。
【００８４】
なお、ミックスタンク１０１の大きさは、少なくとも、冷菓ミックスを所望量貯蔵し、かつ液気混合体用ポンプ１０を設置可能な大きさであればよい。ミックスタンク１０１の横方向の自由度は高いので、貯蔵したい冷菓ミックスの量に応じて、ミックスタンク１０１の容量は増やすことが可能である。
【００８５】
また、上述した冷菓製造装置１００では、液気混合体用ポンプ１０を縦向きにミックスタンク１０１内に設置し使用する例について説明したが、液気混合体用ポンプ１０の設置は、上述した設置に限るものではない。例えば、液気混合体用ポンプ１０は、ミックスタンク１０１内に横向きに設置してもよし、ミックスタンク１０１外に設置してもよい。ミックスタンク１０１外に設置する場合は、ミックスタンク１０１内の冷菓ミックスを、液気混合体用ポンプ１０に供給するパイプや、冷菓ミックスと空気との混合体を供給するパイプなどを用いることで、液気混合体用ポンプ１０を用いることができる。また、液気混合体用ポンプ１０の設置の向きや設置場所、およびミックスタンク１０１の形状に応じて、液体導入路３８や気体導入路３９の形状および配置は好適に決定することができる。
【００８６】
冷菓製造装置１００では、液気混合体用ポンプ１０をどのように設置しても、液気混合体用ポンプ１０は、従来と比べて小型化されているので、小型化を実現することが可能となる。
【００８７】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、液体と気体とをそれぞれ導入し、該液体および気体を吐出する液気混合体用ポンプに関する分野に好適に用いることができるだけでなく、液気混合体用ポンプの製造に関する分野、例えば、部品の製造に関する分野に好適に用いることができ、さらには、液気混合体用ポンプを制御する制御装置およびその制御方法や、液気混合体用ポンプを備える冷菓製造装置およびその製造方法の分野にも広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明における液気混合体用ポンプの実施の一形態を示すものであり、ピストンが上昇しているときの様子を示す断面図である。
【図２】上記液気混合体用ポンプにおいて、ピストンが下降しているときの様子を示す断面図である。
【図３】上記液気混合体用ポンプの外観を示す斜視図である。
【図４】本発明における冷菓製造装置の実施の一形態を示す側面図である。
【図５】上記冷菓製造装置における、ミックスタンクおよび液気混合体用ポンプの一構成例を示す側面図である。
【図６】上記液気混合体用ポンプをミックスタンク内に固定する前の状態を示す、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図７】上記液気混合体用ポンプをミックスタンク内に固定した後の状態を示す、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図８】従来の液気混合体用ポンプの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０  液気混合体用ポンプ
１１  ステッピングモータ
１２  ケーブル
１３  回転軸
１４  螺旋溝
２１  ピストン
２２  軸差込部
２３  係合部
２４  ピン差込部
３１  シリンダ
３２  モータ設置室
３３  ピストン設置室
３４  上端部
３５  下端部
３６  ピン
３７  混合室
３８  液体導入路
３９  気体導入路
４０  吐出路
４１，４２  弁
４３  液体導入口
４４  気体導入口
４５  オリフィス
４６  吐出口
４７  弁
４８  フック
４９  ピン
５０  取っ手
９０  制御装置
１００  冷菓製造装置
１０１  ミックスタンク
１０２  連結パイプ
１０３  冷却シリンダ
１０４  突起部
【図１】
2010148405.tif 000003
【図２】
2010148405.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010148405.tif 000006
【図５】
2010148405.tif 000007
【図６】
2010148405.tif 000008
【図７】
2010148405.tif 000009
【図８】
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