(57)【要約】【課題】条件の違いに拘わらず、希望する量の液体を正確に吐出させる。【解決手段】吐出手段３により、容器１内の液体を、排出経路２を介して下方側から上方の吐出口１０へと導いて吐出させる。制御手段７は、容量検出手段４で検出される容量に基づいて、流量検出手段５で検出される流量を、吐出口１０から液体が吐出されるまでは考慮しないことにより、実際に吐出される液体の容量が吐出量設定手段１５により設定された容量となるように、吐出手段３を駆動制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が収容される容器と、
前記容器内の液体を下方側から上方の吐出口へと導く排出経路と、
前記排出経路を介して容器内の流体を吐出口から吐出させる吐出手段と、
前記吐出口から吐出させる液体の容量を設定するための吐出量設定手段と、
前記排出経路の途中に設けられ、通過する液体の流量を検出する流量検出手段と、
前記流量検出手段で検出される流量に基づいて、前記吐出量設定手段によって設定された吐出量となるように前記吐出手段を駆動制御することにより、前記排出経路を介して前記吐出口から液体を定量吐出させる制御手段と、を備えた定量吐出装置であって、
前記容器又は前記排出経路のいずれかに、前記容器内の液体の容量を検出するための容量検出手段を設け、
前記制御手段は、前記吐出手段により吐出口から流体を吐出させる際、前記容量検出手段で検出される容量に基づいて、前記吐出口から液体が吐出されるまでに要する吐出遅延時間を算出し、該吐出遅延時間の経過後、前記流量検出手段で検出される流量を読み込むようにしたことを特徴とする定量吐出装置。
【請求項２】
前記容量検出手段は、前記容器内に収容される最低量の液体であっても圧力を検出可能な位置に設けた圧力検出手段を備え、
前記制御手段は、前記圧力検出手段で検出される圧力に基づいて前記容器内の液体の容量を算出することを特徴とする請求項１に記載の定量吐出装置。
【請求項３】
前記流量検出手段は、前記排出経路の途中に、着脱可能に設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の定量吐出装置。
【請求項４】
前記排出経路を流動する液体から異物を除去し、前記流量検出手段に至ることを防止するフィルタを設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の定量吐出装置。
【請求項５】
前記排出経路の途中に、前記流量検出手段の下流側の液体を容器内に戻すための液体還流手段を設け、
前記制御手段は、前記吐出手段による吐出動作を開始させる前に、前記液体還流手段により排出経路内の液体を前記容器内に戻すようにしたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の定量吐出装置。
【請求項６】
前記容器内の液体の温度を検出する液体温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記液体温度検出手段での検出温度が変化した場合、前記液体還流手段により液体を容器に還流させた後、前記吐出手段により吐出口から流体を吐出させることを特徴とする請求項５に記載の定量吐出装置。
【請求項７】
前記容器内の液体温度を検出する液体温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記液体温度検出手段で検出される液体温度の違いに応じて、前記流量検出手段で検出される流量を補正することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の定量吐出装置。
【請求項８】
容器に収容した液体の容量を検出する容量検出ステップと、
前記容器内の液体を、排出経路を介して吐出口から吐出させる際、前記排出経路を通過する液体の流量を検出する流量検出ステップと、
前記容量検出ステップで検出される容量に基づいて容量の変化率を算出する変化率算出ステップと、
前記変化率算出ステップで算出した容量の変化率に基づいて、前記流量検出ステップで検出した液体の流量を補正する補正ステップと、
を含むことを特徴とする定量吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定量吐出装置及び定量吐出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、定量吐出装置として、容器内に収容した液体を吐出パイプを介して吐出する際、流量センサにより吐出流量を検出し、この検出結果に基づいて電動ポンプを駆動制御することにより一定量吐出させるようにしたものが公知である（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２３８７６３号公報
【特許文献２】特開平７−２１３４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の定量吐出装置では、流量センサによって吐出流量を検出しているものの、容器内に収容される液体の容量や温度の違い、あるいは、流量センサの取付位置の違いにより、実際の流量との差が生じるという問題がある。
【０００５】
液体の容量が相違すると、吐出パイプ内を空気が占める割合が多くなり、吐出初期にこの空気が吐出されてから液体が吐出されることになる。このため、流量センサで検出される流量に比べて実際に吐出される流量が少なくなる。
【０００６】
液体の温度が相違すると、体積の膨張度合いが異なるので、吐出量にばらつきが生じる。また、沸騰状態である場合とそうでない場合とでは、流量センサを通過する液体中に含まれる空気量が大きく異なる。流量センサは、一般に、通過する流体によって羽根車を回転させ、その回転数によって流量を検出するように構成されている。このため、検出される流量に比べて実際に吐出される流量が少なくなる。
【０００７】
流量センサの取付位置が吐出パイプの下方側と上方側とでは、吐出パイプ内での液体の液面高さの違いにより、検出される流量と実際の吐出量との差がばらつく。上方側に配置すれば、誤差が少なくなるが、構造上、その位置に設けることが困難である。また、流量センサ内の羽根が液面高さよりも高い位置にある場合と低い位置にある場合とでは、検出される流量にばらつきが生じる。
【０００８】
そこで、本発明は、条件の違いに拘わらず、希望する量の液体を正確に吐出させることのできる定量吐出装置及び定量吐出方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、
液体が収容される容器と、
前記容器内の液体を下方側から上方の吐出口へと導く排出経路と、
前記排出経路を介して容器内の流体を吐出口から吐出させる吐出手段と、
前記吐出口から吐出させる液体の容量を設定するための吐出量設定手段と、
前記排出経路の途中に設けられ、通過する液体の流量を検出する流量検出手段と、
前記流量検出手段で検出される流量に基づいて、前記吐出量設定手段によって設定された吐出量となるように前記吐出手段を駆動制御することにより、前記排出経路を介して前記吐出口から液体を定量吐出させる制御手段と、を備えた定量吐出装置であって、
前記容器又は前記排出経路のいずれかに、前記容器内の液体の容量を検出するための容量検出手段を設け、
前記制御手段は、前記吐出手段により吐出口から流体を吐出させる際、前記容量検出手段で検出される容量に基づいて、前記吐出口から液体が吐出されるまでに要する吐出遅延時間を算出し、該吐出遅延時間の経過後、前記流量検出手段で検出される流量を読み込むようにしたものである。
【００１０】
この構成により、単に流量検出手段で流量を検出するだけではなく、検出される容量を容量検出手段によって検出される容器内の液体の容量に基づいて補正しているので、最終的に得られた流量を実際の吐出量に近付けることができる。すなわち、吐出初期であれば、検出される容量の違いにより、排出経路内の液面位置から吐出口までの距離すなわち空気量が相違する。このため、吐出命令を発した後、実際に吐出口から吐出されるまでに時間がかかる。そこで、この時間（吐出遅延時間）が経過してから、流量検出手段によって検出される流量を考慮に入れる。これにより、実際に吐出が始まってから検出される流量に基づいて吐出量を算出することができ、正確に設定した容量を吐出させることが可能となる。
【００１１】
前記容量検出手段は、前記容器内に収容される最低量の液体であっても圧力を検出可能な位置に設けた圧力検出手段を備え、
前記制御手段は、前記圧力検出手段で検出される圧力に基づいて前記容器内の液体の容量を算出するのが好ましい。
【００１２】
前記流量検出手段は、前記排出経路の途中に、着脱可能に設けるのが好ましい。
【００１３】
前記排出経路を流動する液体から異物を除去し、前記流量検出手段に至ることを防止するフィルタを設けるのが好ましい。
【００１４】
前記排出経路の途中に、前記流量検出手段の下流側の液体を容器内に戻すための液体還流手段を設け、
前記制御手段は、前記吐出手段による吐出動作を開始させる前に、前記液体還流手段により排出経路内の液体を前記容器内に戻すのが好ましい。
【００１５】
この構成により、例えば、沸騰直後に吐出する場合、流量検出手段を通過する流体に気泡が多く含まれることが予測されるので、液体還流手段により排出経路内の液体を容器内に戻すことにより、流量検出手段を通過する流体の状態を安定させることができる。また、吐出初期では、容器内に比べて温度が低下する傾向にあるので、ユーザが希望するよりも低温の液体が吐出されてしまうことを防止することも可能となる。
【００１６】
前記容器内の液体の温度を検出する液体温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記液体温度検出手段での検出温度が変化した場合、前記液体還流手段により液体を容器に還流させた後、前記吐出手段により吐出口から流体を吐出させるのが好ましい。
【００１７】
この構成により、再加熱等により容器内の液体温度が変化した場合等であっても、流量検出手段で検出される流量のバラツキを防止することが可能となる。
【００１８】
前記容器内の液体温度を検出する液体温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記液体温度検出手段で検出される液体温度の違いに応じて、前記流量検出手段で検出される流量を補正するのが好ましい。
【００１９】
この構成により、液体温度の違いによって流量検出手段や容量検出手段で発生する検出誤差を予測することができ、より一層正確な吐出量を得ることが可能となる。
【００２０】
また、本発明は、前記課題を解決するための手段として、
定量吐出方法を、
容器に収容した液体の容量を検出する容量検出ステップと、
前記容器内の液体を、排出経路を介して吐出口から吐出させる際、前記排出経路を通過する液体の流量を検出する流量検出ステップと、
前記容量検出ステップで検出される容量に基づいて容量の変化率を算出する変化率算出ステップと、
前記変化率算出ステップで算出した容量の変化率に基づいて、前記流量検出ステップで検出した液体の流量を補正する補正ステップと、
を含む工程で行うものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、容器内の容量の変化率に基づいて流量検出手段で検出される流量を補正するようにしたので、流量検出手段を通過する流体の状態を加味して希望する吐出量で正確に吐出させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る定量吐出装置を示す。この定量吐出装置は、液体（主に、水であり、以下、水の場合について説明するが、お茶、コーヒー、出汁、スープ等、他の液体であっても同様である。）が収容される容器１と、この容器１の底面から側面に沿って上方に延びる揚水管２（排出経路）と、この揚水管２の途中に設けたポンプ３（吐出手段）と、同じく揚水管２の途中に設けた圧力センサ４（容量検出手段）及び流量センサ５（流量検出手段）と、操作パネル６と、センサや操作パネル６からの検出信号に基づいて前記ポンプ３を駆動制御する制御部７（制御手段）とを備える。
【００２４】
容器１は、有底筒状で、底面には容器１内に収容した水を加熱するためのヒータ８と、収容された水温を検出するための温度センサ９とが設けられている。ヒータ８には、通電により自己発熱するもののほか、誘導加熱コイルで構成し、容器１を誘導加熱するタイプのもの等、種々のタイプの加熱手段を使用することができる。温度センサ９には、サーミスタ、熱電対等、従来周知の種々のタイプの温度検出手段を使用することができる。温度センサ９は、容器１の底面側に設けられ、検出温度に基づいて間接的に水温を検出するが、直接検出できるように構成することも可能である。
【００２５】
揚水管２は、一端開口部が容器１の底面に接続され、この底面と平行な水平部２ａと、側面に沿って上方に延びる垂直部２ｂとを備える。垂直部２ｂの先端側は水平、続いて下方へと屈曲し、その先端部分（他端開口部）が下方に向かって開口する吐出口１０となっている。
【００２６】
揚水管２の垂直部２ｂの上方部と容器１とは液体還流管１１によって接続されている。揚水管２と液体還流管１１との接続部分には流路切替弁１２が設けられている。液体還流管１１と流路切替弁１２とで本発明に係る液体還流手段を構成している。流路切替弁１２は、図示しないアクチュエータ等によって駆動し、吐出側又は還流側のいずれか一方に切り替えられるようになっている。
【００２７】
ポンプ３は、揚水管２の水平部２ａの途中に設けられ、図示しないモータの駆動により、容器１内の水を、揚水管２を介して吐出口１０から吐出させる。モータにはステッピングモータ、整流子モータ等が使用できる。吐出流量の調整は、ステッピングモータの場合、印加電圧のパルス数を変更することにより行えばよい。また、モータには、正転駆動するだけでなく、逆転駆動できるものを使用すれば、前記液体還流管１１を不要とすることも可能である（この場合、ポンプ３が本発明に係る液体還流手段となる。）。
【００２８】
圧力センサ４には、従来周知の種々のものが使用でき、例えば、感圧素子で構成すれば、作用する水圧の変化を電気信号に変換し、制御部７に出力することができる。また、圧力センサ４は、前記揚水管２の水平部２ａであって、吐出側とは反対側に延長された部分に設けられる。圧力センサ４をこの位置に設けることにより、容器１内の水位が最も低い状態であっても検出することが可能である。後述するように、圧力センサ４で検出された水圧に基づいて、制御部７で水位が算出され、吐出量の正確な算出に利用されるが、従来同様、容器１内の容量を液晶パネルに表示させるためにも利用される。
【００２９】
流量センサ５は、詳細な構造については図示しないが、ケーシング内に、揚水管２を通過する水によって回転する回転羽根と、この回転羽根の回転数を検出する光センサとを収容したもので、揚水管２に対して着脱可能となっている。回転羽根は、回転軸の周囲に螺旋状の羽根を形成したものである。流量センサ５の設置方法としては、回転軸を、流れに沿って設ける縦置きと、流れに直交して設ける横置きとがある（流量センサ５の内部を通過する水に気泡が混ざった、いわゆる泡噛みが発生した場合、その気泡を除去しやすい縦置きが好ましい。）。光センサでは、回転羽根が回転することにより、発光素子から出力された光が羽根によって遮られて受光素子で受光できない状態と、受光可能な状態とが交互に発生するので、その周期をパルス信号として制御部７へと出力する（流量の検出方法等の詳細については、例えば、特開2002-238763号公報参照）。
【００３０】
前記流量センサ５のケーシングには、容器側の接続部分にフィルタ１３が設けられている。このフィルタ１３は、水に含まれるゴミ等の異物を除去し、流量センサ５（特に、光センサ）に付着したり、光センサが誤検出する等、検出精度を悪化させたりすることを防止する。なお、フィルタ１３は、容器１と流量センサ５の間であれば、いずれの位置に設けるようにしてもよい。
【００３１】
操作パネル６は、容器１の上方開口部を閉鎖する蓋（図示せず）に設けられ、湯温設定スイッチ１４、給湯量設定スイッチ１５、給湯スイッチ１６などの各種スイッチのほか、湯温を表示する液晶表示部１７などを備えている。湯温設定スイッチ１４は、押圧する回数により湯温を設定可能である（図１の例では、９８℃、９０℃、８０℃にそれぞれ設定できるようになっている。）。給湯量設定スイッチ１５は、押圧する回数により吐出量を設定でき、設定される吐出量は液晶表示部１７に順次表示されるようになっている。
【００３２】
制御部７は、前記圧力センサ４、流量センサ５、及び、温度センサ９のほか、操作パネル６からの出力信号を受信し、ヒータ８、ポンプ３、アクチュエータ等に制御信号を出力する。
【００３３】
次に、前記構成からなる定量吐出装置の動作について、図２のフローチャートに従って説明する。
【００３４】
まず、操作パネル６で、給湯量設定スイッチ１５が操作されることにより給湯量が設定されると（ステップＳ１）、圧力センサ４からの検出信号を読み込んで（ステップＳ２）、初期水位を算出する（ステップＳ３）。初期水位の算出では、例えば、予め、圧力センサ４で検出される圧力と、水位との関係をデータテーブルや演算式として記憶しておき、この記憶内容に基づいて検出された圧力から水位を求めるようにすればよい。
【００３５】
そして、算出した初期水位に基づいて揚水管２内の空気量、すなわち、揚水管２内の水面から吐出口１０に至るまでの空気量を算出する（ステップＳ４）。また、温度センサ９で検出される湯温を読み込む（ステップＳ５）。なお、空気量の算出は、揚水管２の内部空間の体積が分かっているので、水位の違いによって残された内部空間の体積を求めることにより行えばよい。
【００３６】
ここで、給湯スイッ１６チが操作されると（ステップＳ６）、所定時間の間、流路切替弁１２を切り替え（ステップＳ７）、ポンプ３を駆動することにより（ステップＳ８）、液体還流管１１を介して揚水管２内の水を容器１内へと還流させて循環させる。これにより、容器１内と揚水管２内とで湯温が均一となり、流量センサ５が湯温変化による悪影響を受けて検出値が変動することを防止可能となる。例えば、容器１内の温度が高温に維持されている場合であっても、長時間吐出操作されなければ、揚水管２内の湯温が低下し、温度差が無視できない程度に大きくなる。この場合、その状態のまま吐出されてしまうと、流量センサ５の周囲が、揚水管２内の低温水から容器１から供給される高温水へと変化し、検出値が変動してしまう。前記ステップＳ７を実行することにより、この問題を解消することができる。
【００３７】
続いて、前記ステップＳ４で算出した空気量に基づいて、吐出口１０から吐出が開始される時期（すなわち、吐出が開示されるまでに要する吐出遅延時間）を算出し（ステップＳ９）、その吐出開始時から、流量センサ５により揚水管２を流動する水量（流量）の検出（詳しくは、流量センサから出力されるパルス信号の読み込み）を開始する（ステップＳ１０）。これにより、従来のように、流量センサ５を水が通過してはいるものの、吐出口１０から吐出されない状態であるにも拘わらず流量が検出されてしまうといったことがない。したがって、揚水管２内の空気を除いた正確な吐出量を得ることが可能となる（この場合、誤差すなわちは設定された給湯量と実際の給湯量の差は、設定された給湯量に対して±４．２％の範囲となった。）。
【００３８】
また、前記ステップＳ５で読み込んだ湯温に基づいて検出される流量を補正する（ステップＳ１１）。湯温が相違することにより検出水量の補正が必要になるのは、次の理由による。すなわち、湯温が相違すると、流量センサ５で検出される値が変動する（湯温の違いにより、密度、粘度が変化し、流量センサ５での回転羽根の追従の仕方が相違する。密度、粘度が高いと追従して回転しやすくなり、逆に低いと回転しにくくなる。また、流量センサの内壁と回転羽根との隙間が相違する。）。また、湯温が相違すると、水自体の膨張度合い（容積）が相違する。さらに、水が沸騰していれば、流量センサ５を通過する水に空気が含まれた状態となり、実際の水量よりも大きな値が検出される。そこで、予め、湯温を相違させた種々の条件下で、実際に吐出された給湯量がどうなるのかを実験等によって求めておく。表１は、１４０ｍｌ吐出させる場合での、湯温と吐出量との関係（一部を抜粋したもの）を示し、これをグラフ化したものが図３である。他の吐出量については、別途、湯温との関係を記憶させておいてもよいし、前記データから推測するようにしてもよい。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
なお、流量の補正は、流量センサ５から出力されるパルス信号のパルス数を補正することにより行う。すなわち、このパルス数と、実際の吐出量との関係を求めておき、前記実験で得られた吐出量に対して希望する吐出量との差分を考慮してパルス数を補正する。また、この補正により、個々の流量センサ５間での性能誤差をも吸収（補正）することが可能となる。
【００４１】
その後、前記ステップＳ１０で得られた結果に基づいてポンプ３を駆動制御する。すなわち、ポンプ３に採用するモータがステッピングモータであれば、モータに印加する電圧が前記流量補正の計算で得られた流量に相当するパルス数に到達すれば（ステップＳ１２）、ポンプ３を停止する（ステップＳ１３）。これにより、さらに湯温の違いにより発生する誤差をも抑制でき、より一層正確な吐出量を得ることが可能となる（この場合、誤差は、設定された給湯量に対して±３％の範囲となった。）。また、ポンプ３に採用するモータが整流子モータであれば、前記流量補正の計算で得られた流量が、前記ステップＳ１で設定した給湯量に到達すれば、ポンプ３を停止する。
【００４２】
なお、前記実施形態は一例に過ぎず、本発明の概念を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００４３】
例えば、前記実施形態では、容器１内の容量の検出に圧力センサ４を使用したが、超音波センサやフロート式センサ等、他の方式による種々のものが使用可能である。また、設ける位置は揚水管２の水平部２ａに限らず、容器１内であっても構わない。
【００４４】
また、前記実施形態では、流量センサ５には、光学センサを使用したが、磁力センサ等、他のセンサを使用することも可能である。さらに、流量センサ５の配設位置は、ポンプ３の下流側としたが、上流側とすることも可能であるが、常に水没している位置（最低水位よりも下方側）に設けるのが好ましい。
【００４５】
また、前記実施形態では、容量の検出は、吐出初期に行うようにしたが、吐出中に行うようにしてもよい。すなわち、吐出中に、流量センサ５によって検出される流量に比べて、圧力センサ４によって検出される容量の変化量が小さくなれば、流量センサ５を通過する水に気泡が含まれ、ポンプ３でキャビテーションを発生させている恐れがあると判断し、一旦ポンプ３を停止させ、その後再駆動させるようにすればよい。
【００４６】
また、前記実施形態では、吐出初期に揚水管２内の水を容器１内へと還流させるようにしたが、温度センサ９で検出される水温が変化した場合に（好ましくは、その直後に）還流させるようにしてもよい。例えば、６０℃等の低温保温状態から再沸騰される場合、容器１内の水温と揚水管２内に水温との差が大きくなり、前記同様の問題が発生する。そこで、揚水管２内の水を容器１内に還流させることにより、水温を均一にするのが好ましい。
【００４７】
また、前記実施形態では、揚水管２内の水を容器１内に還流させる時期は、水温が変化した場合だけでなく、還流させてから所定時間経過する毎に自動的に行うようにするのが好ましい。これによれば、吐出操作の直前に還流が行われることによる吐出開始の遅れを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の定量吐出装置は、電気湯沸かし器、ポット、給茶機、コーヒーメーカー等、ユーザが一定量の液体を吐出させることを希望する機器全般に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本実施形態に係る定量吐出装置の概略図である。
【図２】図１の制御部での処理内容を示すフローチャートである。
【図３】湯温と吐出量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１…容器
２…揚水管（排出経路）
２ａ…水平部
２ｂ…垂直部
３…ポンプ（吐出手段）
４…圧力センサ（容量検出手段）
５…流量センサ（流量検出手段）
６…操作パネル
７…制御部（制御手段）
８…ヒータ
９…温度センサ
１０…吐出口
１１…液体還流管（流体還流手段）
１２…流路切替弁
１３…フィルタ
１４…湯温設定スイッチ
１５…給湯量設定スイッチ（吐出量設定手段）
１６…給湯スイッチ
１７…液晶表示部
【図１】
2009153943.tif 000004
【図２】
2009153943.tif 000005
【図３】
2009153943.tif 000006