(57)【要約】【課題】本発明の目的は極めて簡単な構成で隔離膜体の破損を検出することが可能な隔離膜体付きバルブ及び破損検出方法を提供することにある。【解決手段】流体の通路となる流体通路部１２を内部に設け、前記流体通路部１２の流出口又は／及び流入口を開閉するための栓体手段２４と、該栓体手段２４の移動を行う移動手段（２６、２８）と、前記栓体手段２４の動きに伴い変形する隔離膜体１４と、を備え、前記隔離膜体１４により前記流体通路部１２側と前記移動手段（２６、２８）側とを隔離する隔離膜体付きバルブにおいて、前記移動手段（２６，２８）側に前記隔離膜体１４を囲むように設置されたハウジング部２０と、該ハウジング部２０内に設置された温度検知手段２２と、を備え、前記温度検知手段２２により測定された前記ハウジング部２０内の温度情報により前記隔離膜体１４の破損を検出することを特徴とする隔離膜体付きバルブ。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の通路となる流体通路部を内部に設け、前記流体通路部の流出口又は／及び流入口を開閉するための栓体手段と、該栓体手段の移動を行う移動手段と、前記栓体手段の動きに伴い変形する隔離膜体と、を備え、前記隔離膜体により前記流体通路部側と前記移動手段側とを隔離する隔離膜体付きバルブにおいて、
前記移動手段側に前記隔離膜体を囲むように設置されたハウジング部と、該ハウジング部内に設置された温度検知手段と、を備え、
前記温度検知手段により測定された前記ハウジング部内の温度情報により前記隔離膜体の破損を検出することを特徴とする隔離膜体付きバルブ。
【請求項２】
流体の通路となる流体通路部を内部に設け、前記流体通路部の流出口又は／及び流入口を開閉するための栓体手段と、該栓体手段の移動を行う移動手段と、前記栓体手段の動きに伴い変形する隔離膜体と、前記移動手段側に前記隔離膜体を囲むように設置されたハウジング部と、を備え、前記隔離膜体により前記流体通路部側と前記移動手段側とを隔離する隔離膜体付きバルブの隔離膜体の破損検出方法であって、
前記流体通路内を外気温よりも高い温度の流体が通過しているときに、前記ハウジング部内の温度情報を測定し、
測定した温度情報と予め測定しておいた正常時の基準温度情報とを比較することにより、前記隔離膜体の破損を検出することを特徴とする隔離膜体の破損検出方法。
【請求項３】
請求項２記載の隔離膜体の破損検出方法において、
前記測定した温度情報が、前記流体通路内を外気温よりも高い温度の流体が通過し始めてから所定時間経過した後の温度情報であり、
前記基準温度情報が、前記流体通路内を外気温よりも高い温度の流体が通過し始めてから所定時間経過した後の基準温度情報であり、
該測定した温度情報が、該基準温度情報よりも高温であったときに隔離膜体に破損が存在すると判断することを特徴とする隔離膜体の破損検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は隔離膜体付きバルブ、特にその隔離膜体の破損検出機構及び破損検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
容器に内容物を充填するノズルの開口部を開閉する充填バルブや、食品タンクの食品供給口または排液口の開口部を開閉する栓バルブ等では、開口部から雑菌や異物の侵入を防止するため、また逆にバルブの作動部側へ内容物が侵入してしまうことを防止するためにバルブの開口部側とバルブの作動部側とをダイヤフラムやベローズ等の変形可能な材質で形成された隔離膜体で隔離することが行われている（例えば特許文献１〜４を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭６３−４４６０１号公報
【特許文献２】
実公平１−１８４８２号公報
【特許文献３】
特許第３２１４１１３号公報
【特許文献４】
特開２００１−２１９９９６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の充填バルブや栓バルブに使用される隔離膜体は、洗浄や殺菌のため開口部側に所望温度に加熱された洗浄液または過酸化水素水や水蒸気等の殺菌液さらに乾燥用の加熱無菌空気等が流されることで急速に劣化し、度重なる開閉による繰り返し変形で破損し小孔が開くことがある。
隔離膜体に小孔が開いた場合、その小孔から容器やタンクに雑菌や異物が混入してしまうおそれがある。特に無菌充填法では容器に内容物を充填して容器を密封した後に施す殺菌工程を省略するため、最悪の場合内容液が腐敗してしまうことが考えられる。さらに、バルブに使用される隔離膜体はその構成上、外部からみえない配置になっている場合がほとんどであり、隔離膜体の破損を確認するためには定期的な分解点検が必要であった。そのため隔離膜体の破損を容易に検出することができるバルブ及びその破損検出方法が求められていた。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は極めて簡単な構成で隔離膜体の破損を検出することが可能なバルブ及び破損検出方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の隔離膜体付きバルブは、流体の通路となる流体通路部を内部に設け、前記流体通路部の流出口又は／及び流入口を開閉するための栓体手段と、該栓体手段の移動を行う移動手段と、前記栓体手段の動きに伴い変形する隔離膜体と、を備え、前記隔離膜体により前記流体通路部側と前記移動手段側とを隔離する隔離膜体付きバルブにおいて、前記移動手段側に前記隔離膜体を囲むように設置されたハウジング部と、該ハウジング部内に設置された温度検知手段と、を備えている。そして、前記温度検知手段により測定された前記ハウジング部内の温度情報により前記隔離膜体の破損を検出することを特徴とする。
【０００７】
本発明の隔離膜体の破損検出方法は、流体の通路となる流体通路部を内部に設け、前記流体通路部の流出口又は／及び流入口を開閉するための栓体手段と、該栓体手段の移動を行う移動手段と、前記栓体手段の動きに伴い変形する隔離膜体と、前記移動手段側に前記隔離膜体を囲むように設置されたハウジング部と、を備え、前記隔離膜体により前記流体通路部側と前記移動手段側とを隔離する隔離膜体付きバルブの隔離膜体の破損検出方法であって、前記流体通路内を外気温よりも高い温度の流体が通過しているときに、前記ハウジング部内の温度情報を測定し、測定した温度情報と予め測定しておいた正常時の基準温度情報とを比較することにより、前記隔離膜体の破損を検出することを特徴とする。
【０００８】
また、上記の隔離膜体の破損検出方法において、前記測定した温度情報が、前記流体通路内を外気温よりも高い温度の流体が通過し始めてから所定時間経過した後の温度情報であり、前記基準温度情報が、前記流体通路内を外気温よりも高い温度の流体が通過し始めてから所定時間経過した後の基準温度情報であり、該測定した温度情報が、該基準温度情報よりも高温であったときに隔離膜体に破損が存在すると判断することが好適である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の隔離膜体付きバルブについて図面を参考にして詳述する。図１は本発明の隔離膜体付きバルブの断面図である。本発明の隔離膜体付きバルブ１０は、液体の状態や気体の状態での流体の通路となる流体通路部１２と、流体通路部１２の流入口１６を開閉するための栓体手段（栓体２４）と、該栓体２４の移動を行う移動手段（ロッド２８、エアシリンダー２６）と、前記栓体２４の動きに伴い変形する隔離膜体１４と、を備えている。この隔離膜体１４により前記流体通路部１２側と前記移動手段側とが隔離されている。さらに移動手段側に隔離膜体１４を囲むようにハウジング部２０が設置され、該ハウジング部２０内に温度検知手段（温度センサ２２）が備えられている。
【００１０】
この実施形態ではバルブの開閉を行うための栓体手段として、流入口１６に嵌入して流入口１６を閉じる栓体２４を備えている。また、栓体２４を移動させる移動手段として、栓体２４に連結されたロッド２８と、該ロッド２８に接続されたエアシリンダー２６とを備えている。このエアシリンダー２６により栓体２４の移動をおこない、バルブの開閉を行う。図１は栓体２４が開いた状態であり、流体通路部１２を流体が流れている場合を示している。つまり、タンク等の排出口４６に接続されたバルブの流入口１６から、流体通路部１２を通り、バルブの流出口１８につながった排液管３０から流体が排出される。
【００１１】
隔離膜体１４は、その栓体２４側を押さえ板３２によって栓体２４に固着され、またその外縁側をハウジング部２０に固着している。このように隔離膜体１４によって流体通路部１２と、エアシリンダー２６等が設置されたバルブの移動手段側とが遮断される。つまり、隔離膜体１４によって、流体通路部１２をなす空間の境界の一部が形成される。また、ハウジング部２０は移動手段側で隔離膜体１４とロッド２８を囲むように設置されている。このハウジング部２０には栓体２４の動きをスムーズにするための空気抜き穴３４が設けられ、その空気抜き穴３４のところに温度センサ２２が設置されている。
【００１２】
以上が本発明の概略構成である。次に各構成要素の詳細な説明を行う。図１と図２が本発明の隔離膜体付きバルブであり、図１はバルブが開いた状態、図２はバルブが閉じた状態を示している。図１と図２では対応する部分に同一符号を付けた。
バルブ１０の流体通路部１２の流入口１６は、タンク等の排出口４６に固着され使用される。栓体２４はその先端部がリング状のパッキング４８で囲まれており、バルブを閉じた状態では図２のように、栓体２４の先端部が流入口１６に嵌入しており流体の流れが止められている。栓体２４はロッド２８を介してエアシリンダー２６に接続され、このエアシリンダー２６により、栓体２４の開閉が行われる。隔離膜体１４は栓体２４の移動に伴った変形が可能な構成となっている。この隔離膜体１４には、アラミド繊維で補強されたエチレンプロピレンゴム製のベローズ、ダイヤフラム等の従来公知な構成を用いればよい。
【００１３】
また、隔離膜体１４とロッド２８を囲むようにハウジング部２０が備えられており、隔離膜体１４は栓体２４側を押さえ板３２で押さえられ栓体２４に気密に固着しており、また外縁側をハウジング部２０に気密に固着されている。このように、隔離膜体１４は流体通路部１２を外界と気密に遮断するようになっている。  また、ロッド２８と栓体２４の間には円筒形の案内筒３６があり、この案内筒３６を包むように隔離膜体１４が変形する（図１、２参照）。
また、ハウジング部２０には空気抜き穴３４が設けられており、このため栓体２４の開閉に伴う隔離膜体１４の変形が容易になる。
【００１４】
エアシリンダー２６が収縮すると、図１に示すように栓体２４がバルブの流入口１６との嵌合を解き、バルブの流出口１８につながった排液管３０と、バルブに接続されたタンクの排出口４６が連通しタンク内の残液や洗浄液等が排出される。このとき隔離膜体１４はハウジング部２０の内側及び案内筒３６の外側に沿って変形し、ハウジング部２０内の空気は空気抜き穴３４から排出され、ハウジング部２０内の空気が隔離膜体の変形を阻害しない構成となっている。また、図２に示すように、逆にバルブの流入口１６を閉じるためエアシリンダー２６を伸ばすと、空気抜き穴３４から空気が流入して隔離膜体１４が案内筒３６を包むように変形し栓体２４がバルブの流入口１６に嵌入してタンクの排出口４６を密封する。
【００１５】
さて、本発明の特徴部分は、隔離膜体によって隔てられた流体通路部の外部である移動手段側に温度検知手段を備えたところにある。以下に隔離膜体の破損検出方法の説明を行う。
まず、あらかじめ隔離膜体が正常な状態でハウジング内の温度の時間変化を測定する。つまり、図１に示したように、流体通路部１２を高温の流体（通常の状態に加温された洗浄液や殺菌液等）が流れた状態でのハウジング部２０内の温度の時間変化を測定する。図３は隔離膜体の部分を拡大した図である。図３（ａ）が正常時、図３（ｂ）が破損時の状態を模式的に示している。
【００１６】
基準温度情報の設定は、図３（ａ）で示したような正常時のハウジング部内の温度を測定することで行われる。ハウジング部内の温度は、隔離膜体やバルブの壁を通した熱伝導によって決まるものであり、そのバルブに固有の温度、温度変化を示す。このように測定された所定時間範囲の温度上昇グラフやある時点での温度等を基準温度情報として設定手段４０により設定され、コンピュータ３８に含まれるメモリなどの記憶手段４２に記憶される。この基準温度情報の設定は、温度測定データを温度センサ２２からコンピュータ３８の設定手段４０へと送り自動的に行うようにしてもよい。
【００１７】
隔離膜体の破損検出は、上記のようにして求められた基準温度情報との比較によって行われる。図１のように流体通路部１２内を高温の流体が流れた状態でハウジング部２０内の温度センサ２２により、ハウジング部２０内部の温度の時間変化を測定する。この測定温度情報は、コンピュータ３８内の記憶手段４２へと送られ記憶される。そこで、予め記憶されている基準温度情報と測定温度情報とをコンピュータ３８内の比較手段４４により比較し、破損の有無を検出する。
【００１８】
破損の有無は所定の時点での温度等の温度情報の特性を比較することで確認される。図３（ｂ）では隔離膜体が破損した状態を模式的に示している。隔離膜体に破損部があれば所定時間範囲に測定された温度変化は正常状態での温度変化よりも急激な変化を示し、ハウジング部内の温度が正常状態よりも常に高い温度を生ずることになる。なぜなら、前記のようなバルブに固有な温度変化に加え、図３（ｂ）に示すように破損部からの流体の漏れによる熱の移動が加わるためである。このように、破損部から漏れた流体が直接温度センサ２２に接触することによる温度変化、もしくは流体の漏れによるハウジング部内の間接的な温度変化を温度センサ２２が検知することで破損検出が可能となる。
【００１９】
正常状態での温度変化と破損のある場合の温度変化は、ある時間経過した範囲内で顕著で安定した差異が生じるため、温度変化の測定をその時間範囲内で行うようにするのが好ましい。
このように本発明の隔離膜体付きバルブでは、隔離膜体の外部側に温度検知手段を備えたため、簡単な構成で隔離膜体の破損を検出できる。また、本発明の隔離膜体の破損検出方法では、定期的なバルブの分解点検によってしか発見できなかった隔離膜体の破損を、バルブを分解することなく検出することが可能となる。
また、エアシリンダーをコンピュータに接続し、破損が検知されたときにバルブを自動的に閉じるような構成、または警告信号を発するような構成にすることも可能である。
【００２０】
【実施例】
本発明の隔離膜体付きバルブは、栓バルブ、充填バルブ等に使用することができる。図４は、本発明の隔離膜体付きバルブを栓バルブとして無菌充填装置のタンクの排液口に装着した例である。無菌充填装置は、例えばプラスチックカップや罐等の容器内に食品内容液を充填するために使用される。本発明のバルブ１０はタンク５０の排出口４６に装着されている。
タンク５０の上方の側壁には、タンク５０内へ窒素ガスなどの不活性ガスを充填して内容液を酸化から守るためのガス導入口５２があり、タンク５０の下方側壁にはタンク５０内へ内容液を供給する内容液供給口５４が設けられている。
【００２１】
タンク５０の底には充填バルブ５６を設置しており、該充填バルブ５６は、リング状のアウターピストン５８と中央の円柱状のインナーピストン６０によって定量充填を可能にしている。
また、タンク５０内には穴の開いた断面円弧形の攪拌板６２が吊り下げられており、該攪拌板６２は、エアシリンダー（図示せず）によって上下に動かされ、容器に内容液を充填しているときに、タンク５０内の内容液に沈殿が起きないようにしている。また、攪拌板６２を支えるロッド６４のすべり軸受け６６にはノズル６８からの過熱水蒸気が通され、該すべり軸受け６６からタンク５０内へ雑菌や異物が侵入しないようになっている。
【００２２】
概略以上のような構成で、本発明の破損検出方法の試験を行った。ただし、タンクの容量は１００リットルで、充填バルブを７本備え、直径約５０ｍｍの栓バルブを５本備えた構成とした。この栓バルブのうちの一本を本発明のバルブとして、ハウジング部内の温度変化を測定した。図５は正常時の状態と、隔離膜体が破損した状態での温度変化を示したグラフである。横軸を時間（秒）、縦軸を温度（℃）とした。
図５のグラフＡが正常な状態の温度変化を示したものであり、グラフＢが隔離膜体に１０ｍｍのスリットを入れ、破損した隔離膜体を想定した場合の温度変化を示したものである。
【００２３】
まずバルブを閉じた状態で、タンク内を殺菌するために１３０℃の過熱水蒸気を０．２ＭＰａの圧力で５００ｋｇ／ｈｏｕｒの量をタンクの天井付近に設置した配管６９からタンク内に供給した（図４参照）。タンク内に過熱水蒸気を供給してから１８０秒後にバルブを開き、その後２５４０秒後に過熱水蒸気の供給を中止した。
【００２４】
タンクに過熱水蒸気を供給し始めた０秒では、グラフＡ及びグラフＢ共に、約２０℃程度の室温を呈している。そして、約１８０秒後にバルブの栓体を開くと、グラフＡ（正常な状態）ではその約６０秒後から昇温を開始した。また、正常な隔離膜体をもつバルブでは、ハウジング内の温度変化は隔離膜体やバルブの壁面を通しての熱伝導によるため、バルブ表面からの放熱の効果と合わさって、緩やかな温度変化を示す。つまりグラフＡから分かるように、熱伝導で伝わって来る熱と表面からの放熱のために５℃程度の範囲の昇降を示しながら、緩やかに１００℃程度まで上昇している。過熱水蒸気の供給を停止した後は、放熱により温度は下降していく。また過熱水蒸気は水となってバルブの排液管から排出される。
【００２５】
一方グラフＢ（隔離膜体にスリットを入れ、破損を想定した場合）には、スリットから過熱水蒸気が直接漏れる等の原因で、バルブの開放後グラフＡよりも短時間に急速に温度上昇し、ハウジング内の温度は１２０℃程度に跳ね上がった。さらに、グラフＢの場合は最終的に過熱水蒸気の温度である約１３０℃まで上昇しそこで平衡に達した。過熱水蒸気の供給停止後は、グラフＡの場合と同様に温度が下降していく。
【００２６】
本実施例の装置の場合、隔離膜体の破損が小さなものであっても、過熱水蒸気の供給開始後５００秒〜１０００秒（バルブの開放後３２０秒〜８２０秒）の間で、正常な隔離膜体を持ったもの（グラフＡ）と破損した隔離膜体を持ったもの（グラフＢ）とのハウジング内の温度差が安定して顕著になる。そこで、この間の温度情報を基準温度情報（グラフＡ）として設定し、この基準温度情報とこの間に測定した測定温度情報（グラフＢ）とを比較し破損の有無を検出するのが好ましい。つまり、過熱水蒸気の供給後５００秒〜１０００秒の間の所定時間範囲での温度情報を比較し、測定温度情報が基準温度情報よりも高温に成った状態を検出して破損の有無を検出する。本実施例の装置の場合、過熱水蒸気の供給後５００秒〜１０００秒の間の基準温度情報（グラフＡ）は、５０℃〜８５℃であり、測定温度情報（グラフＢ）は１２０℃〜１３０℃であるので、４５℃以上の差が有るため、確実に破損が検出される。
なお、本実施例では、本発明の隔離膜体付きバルブを栓バルブとして用いたが、充填バルブに適用してもよいことは明らかである。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の隔離膜体付きバルブによれば、移動手段側に温度検知手段を備えたことで、簡単な構成かつ容易に隔離膜体の破損を検出することができる。また、本発明の隔離膜体の破損検出方法によれば、ハウジング部内の温度情報を検知することで、バルブを分解点検の必要なく、隔離膜体の破損を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の隔離膜体付きバルブの概略構成図。
【図２】本発明の隔離膜体付きバルブの断面図。
【図３】バルブの隔離膜体部分の拡大模式図。
【図４】本発明の隔離膜体付きバルブを取りつけたタンクの概略構成図。
【図５】ハウジング内部の温度変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…隔離膜体付きバルブ
１２…流体通路部
１４…隔離膜体
１６…流入口
１８…流出口
２０…ハウジング部
２２…温度センサ
２４…栓体
２６…エアシリンダー
２８…ロッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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