(57)【要約】【課題】  液体の粘度や吐出側の負荷に拘わらず、液体を高い精度で定量供給することができる液体供給装置を提供する。【解決手段】  ２つの開口４ａ，４ｂを有するシリンダ本体１と、シリンダ本体１の内壁面を摺動する摺動部材２とを備え、摺動部材２がシリンダ本体１の軸線に沿って移動することにより、開口４ａ，４ｂの一方から液体が流入され、開口４ａ，４ｂの他方から液体が排出されるように構成された液体供給装置であって、摺動部材２を駆動する電動アクチュエータ６と、電動アクチュエータ６による摺動部材２の駆動を補助する流体圧シリンダ７とを備える。【選択図】  図１
2006063804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの開口を有するシリンダ本体と、
前記シリンダ本体の内壁面を摺動する摺動部材とを備え、
前記摺動部材が前記シリンダ本体の軸線に沿って移動することにより、前記開口の一方から液体が流入され、前記開口の他方から液体が排出されるように構成された液体供給装置であって、
前記摺動部材を駆動する電動アクチュエータと、
前記電動アクチュエータによる前記摺動部材の駆動を補助する流体圧シリンダとを備える液体供給装置。
【請求項２】
前記電動アクチュエータは駆動ロッドを備え、
前記流体圧シリンダはピストンロッドを備えており、
前記駆動ロッド及びピストンロッドは、前記摺動部材を挟んだ両側において、前記シリンダ本体の軸線に沿って進退可能にそれぞれ配置されている請求項１に記載の液体供給装置。
【請求項３】
前記開口から排出される液体の圧力を検出する液圧検出手段と、  
前記液圧検出手段の検出に基づいて、前記流体圧シリンダの作動流体圧を制御する作動制御手段とを更に備える請求項１又は２に記載の液体供給措置。
【請求項４】
前記流体圧シリンダは、複動型のエアシリンダである請求項１から３のいずれかに記載の液体供給装置。
【請求項５】
２つの前記開口にそれぞれ配管を介して接続され、液体供給源から２つの前記開口のいずれかに液体が供給されるように液体流路を切り替え可能な切替弁を更に備え、
前記切替弁による液体流路の切り替えが、前記摺動部材の往復動の切り替えに同期して行われる請求項１から３のいずれかに記載の液体供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗料などの液体を定量供給する液体供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液体供給装置として、パルスモータやサーボモータにより駆動機構を介してピストンポンプのピストンを往復動させる構成が知られている（例えば、特許文献１）。このような電動アクチュエータを用いた液体供給装置は、駆動機構としてボールねじ等を用いることにより、ピストンの位置決めや速度制御を高精度で行うことができ、所望の定量供給を行うことができる。ところが、許容トルク負荷がそれほど大きくないため、液体の粘度が高い場合や吐出側の流路が長い場合においては、液体の供給が困難になるという問題があった。
【０００３】
一方、吐出側にある程度大きな負荷が作用しても、十分な吐出性能を維持可能な液体供給装置として、エアモータに駆動用のエアを供給することによりピストンを往復動させるエアレスポンプが知られている（例えば、特許文献２）。エアモータとしては、複動型のエアシリンダが好ましく用いられ、エアシリンダの断面積とピストンポンプの断面積との比率を適宜設定することにより、高い吐出圧力を得ることができる。ところが、エアモータの吐出圧力の制御が駆動エアの供給圧の調整によって行われるため、吐出側の負荷変動に対して吐出流量を高精度に維持することが困難であるという問題があった。高圧供給が可能なポンプとしては、上述した他にギアポンプも知られているが、特に低粘度塗料などの液体においてはギアとハウジングとの隙間からリークが生じ易く、やはり定量供給が困難であった。
【０００４】
液体供給装置としては、その他に、特許文献３に開示された構成が知られている。この液体供給装置は、吸引ポンプのハウジングの内部に２つのピストンが対向配置されており、２個の駆動モータによりそれぞれ個別に駆動制御することにより、ポンプ室の容積を増減して液体を供給することができる。ところが、使用される２個の駆動モータはいずれも電動モータであり、特許文献１の構成と同様、液体の粘度が高い場合などには液体の定量供給が困難であるという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−１１３２２０号公報
【特許文献２】特開平６−２９６９０７号公報
【特許文献３】特開平８−７２２６６号公報（図６、段落［００８６］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであって、液体の粘度や吐出側の負荷に拘わらず、液体を高い精度で定量供給することができる液体供給装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の前記目的は、２つの開口を有するシリンダ本体と、前記シリンダ本体の内壁面を摺動する摺動部材とを備え、前記摺動部材が前記シリンダ本体の軸線に沿って移動することにより、前記開口の一方から液体が流入され、前記開口の他方から液体が排出されるように構成された液体供給装置であって、前記摺動部材を駆動する電動アクチュエータと、前記電動アクチュエータによる前記摺動部材の駆動を補助する流体圧シリンダとを備える液体供給装置により達成される。
【０００７】
この液体供給装置において、前記電動アクチュエータは駆動ロッドを備え、前記流体圧シリンダはピストンロッドを備えており、前記駆動ロッド及びピストンロッドは、前記摺動部材を挟んだ両側において、前記シリンダ本体の軸線に沿って進退可能にそれぞれ配置されていることが好ましい。
【０００８】
また、前記開口から排出される液体の圧力を検出する液圧検出手段と、前記液圧検出手段の検出に基づいて、前記流体圧シリンダの作動流体圧を制御する作動制御手段とを更に備えることが好ましい。
【０００９】
また、前記流体圧シリンダは、複動型のエアシリンダであることが好ましい。
【００１０】
また、上記液体供給装置は、２つの前記開口にそれぞれ配管を介して接続され、液体供給源から２つの前記開口のいずれかに液体が供給されるように液体流路を切り替え可能な切替弁を更に備える構成にすることができ、前記切替弁による液体流路の切り替えが、前記摺動部材の往復動の切り替えに同期して行われるように構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の液体供給装置によれば、液体の粘度や吐出側の負荷に拘わらず、液体を高い精度で定量供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る液体供給装置の概略構成図であり、要部を断面で示している。図１に示すように、液体供給装置は、シリンダ本体１、電動アクチュエータ６及びエアシリンダ７を備えている。
【００１３】
シリンダ本体１は、軸方向両端を覆う２つの端板１ａ，１ｂに、それぞれ開口４ａ，４ｂが形成されており、内壁面に沿って摺動する断面円形の摺動ブロック２が収容されている。摺動ブロック２の軸方向両側には、Ｖシールなどのシール部材３が設けられており、摺動ブロック２が摺動する際のシール性が保持される。
【００１４】
電動アクチュエータ６は、パルスモータやサーボモータなどのモータと、ボールねじなどの直線運動機構とを備えた公知の構成であり、一方の端板１ａを介して摺動ブロック２に連結されシリンダ本体１の軸線に沿って進退する駆動ロッド６ａを備えている。
【００１５】
また、エアシリンダ７は、シリンダ本体の両端部に形成された２つのエア供給孔７ａ，７ｂを介して圧縮空気を交互に供給することにより、内部のピストン（図示せず）が進退するように構成された公知の複動型エアシリンダである。このエアシリンダ７は、他方の端板１ｂを介して摺動ブロック２に連結されシリンダ本体１の軸線に沿って進退するピストンロッド５を備えており、電動アクチュエータ６による摺動ブロック２の駆動を補助する。
【００１６】
エアシリンダ７の各エア供給孔７ａ，７ｂは、ユニバーサルタイプの三方弁１５及び電空変換器１２を介して圧縮空気供給源１３に接続されている。電空変換器１２は、後述する液圧センサ１１からの信号に基づいてエアシリンダ７への空気圧を制御する作動制御手段として機能し、その構成としてはノズルフラッパ方式などを例示することができる。
【００１７】
シリンダ本体１の端板１ａ，１ｂにおける駆動ロッド６ａ及びピストンロッド５との摺動部は、テフロン（登録商標）や高密度ポリエチレン、或いは、その他の高性能エンジニアリングプラスチックからなるＶシール、Ｕシールなどが設けられることにより、液密にシールされている。また、摺動性及び耐久性をより高めるために、シリンダ本体１の内壁面や駆動ロッド６ａ及びピストンロッド５の外周面に硬質クロムメッキなどを施して、鏡面仕上げを行うことが好ましい。
【００１８】
エアシリンダ７のシリンダ径は、液体の粘度や、吐出側の配管の径・長さなど、想定される吐出側の圧力損失を考慮して、必要な推力が得られるように設定することが好ましい。また、駆動ロッド６ａ及びピストンロッド５のストローク長は、コンパクト化を図る観点からほぼ同じであることが好ましく、具体的には、１０〜１００ｃｍが好ましく、２０〜５０ｃｍがより好ましい。
【００１９】
駆動ロッド６ａ及びピストンロッド５の径は、要求される液体の供給流量や、シリンダ本体１の内径などを考慮して適宜設定すればよいが、大きすぎると端板１ａ，１ｂとの間のシール性が悪化する一方、小さすぎると強度上の問題が生じやすくなることから、５〜２０ｍｍの範囲が好ましく、１０〜１５ｍｍの範囲がより好ましい。
【００２０】
シリンダ本体１の２つの開口４ａ，４ｂには、それぞれ分配配管１６ａ，１６ｂを介して切替弁１０が接続されている。切替弁１０は、エア駆動式、電磁式などそのタイプは特に限定されないが、防爆エリアで使用する場合はエア駆動式を用いることが好ましく、より速い切り替え応答を必要とする場合には電磁式を用いることが好ましい。切替弁１０には、供給配管１６ｃ及び排出配管１６ｄが接続されており、供給配管１６ｃは、ダイアフラムポンプ９を介して液体収容タンク８に接続されている。ダイアフラムポンプ９は、液体収容タンク８内の液体を切替弁１０に向けて一定の圧力で供給する。
【００２１】
切替弁１０は、液体収容タンク８から供給された液体が、分配配管１６ａ，１６ｂを介して２つの開口４ａ，４ｂのいずれかに供給されるように、流路を切り替え可能に構成されている。一方の分配配管１６ａに液体が供給される場合には、シリンダ本体１の液体が他方の分配配管１６ｂを経て排出配管１６ｄから排出され、他方の分配配管１６ｂに液体が供給される場合には、シリンダ本体１の液体が一方の分配配管１６ａを経て排出配管１６ｄから排出される。排出配管１６ｄには、通過する液体の圧力を検出してアナログ信号を出力する液圧センサ１１が設けられており、液圧センサ１１の検出信号は電空変換器１２に送信される。排出配管１６ｄは、例えば液体が塗料である場合には、混合器又は塗装ガンに接続される。例えば、２液型塗料の場合の主剤と硬化剤との混合や、インライン調色における複数色塗料の混合などを行う場合は、塗装ガンに至る前に混合器へ供給される。
【００２２】
電動アクチュエータ６、エアシリンダ７及びダイアフラムポンプ９の作動、並びに、三方弁１５及び切替弁１０による流路の切り替えは、図示しないコントローラにより行われる。
【００２３】
次に、以上の構成を備えた液体供給装置の作動について説明する。まず、電動アクチュエータ６及びダイアフラムポンプ９を作動させ、駆動ロッド６ａにより摺動ブロック２を一方の端板１ａ側から他方の端板１ｂに向けて移動させる。これにより、塗料などの液体が、液体収容タンク８から供給配管１６ｃ、切替弁１０及び分配配管１６ａを経て一方の開口４ａからシリンダ本体１に流入すると共に、シリンダ本体１の他方の開口４ｂからは、シリンダ本体１内の液体が押し出される。シリンダ本体１から排出された液体は、分配配管１６ｂ、切替弁１０及び排出配管１６ｄを経て、搬送先に供給される。
【００２４】
駆動ロッド６ａの移動量などにより摺動ブロック２が他方の端板１ｂの近傍の所定位置に到達したことをコントローラ（図示せず）が検知すると、当該コントローラは、電動アクチュエータ６による駆動ロッド６ａの移動方向を逆方向に切り替えると共に、シリンダ本体１の他方の開口４ｂに液体が供給されるように切替弁１０の流路切り替えを行う。摺動ブロック２は、他方の端板１ｂ側から一方の端板１ａに向けて移動し、シリンダ本体１内には他方の開口４ｂから液体が流入すると共に、一方の開口４ａから液体が押し出されて、分配配管１６ａ、切替弁１０及び排出配管１６ｄを経て、搬送先に供給される。摺動ブロック２が一方の端板１ａに近づくと、コントローラ（図示せず）は、再び駆動ロッド６ａの移動方向を切り替えると共に、切替弁１０の流路切り替えを行う。
【００２５】
このように、切替弁による液体流路の切り替えが、摺動ブロック２の往復動の切り替えに同期して行われるようにすることで、摺動ブロック２の往復動と共に液体が排出管１６ｄを通過し、排出管１６ｄに接続された混合器又は塗装ガンなどに液状の塗料を連続的に供給することができる。
【００２６】
排出管１６ｄを通過する液体の圧力は、液圧センサ１１により検知され、液圧に応じたアナログ信号が電空変換器１２に向けて出力される。電空変換器１２は、入力された信号に基づいて、液圧が高くなるほどエアシリンダ７に供給される圧縮空気の圧力も高くなるように、作動空気圧の制御を行う。三方弁１５によるエアシリンダ７への供給流路の切り替えは、ピストンロッド５の往復動が電動アクチュエータ６の駆動ロッド６ａの往復動と同期するように、コントローラ（図示せず）により制御される。すなわち、駆動ロッド６ａが一方の端板１ａ側から他方の端板１ｂに向けて移動するときは、ピストンロッド５は他方の端板１ｂ側から一方の端板１ａに向けて移動し、駆動ロッド６ａが他方の端板１ｂ側から一方の端板１ａに向けて移動するときは、ピストンロッド５は一方の端板１ａ側から他方の端板１ｂに向けて移動する。エアシリンダ７によって摺動ブロック２に作用する力は、上述したように液圧センサ１１により検知された吐出側の負荷に応じて変動し、負荷が大きいほどエアシリンダ７による摺動ブロック２の推進力も大きくなる。したがって、電動アクチュエータ６による摺動ブロック２の移動は、負荷がほとんど０の状態（すなわち、シリンダ本体１の内部に液体が存在しない場合に近い状態）で行うことができる。
【００２７】
このように、電動アクチュエータ６の許容負荷が小さい場合でも、電動アクチュエータ６による摺動ブロック２の駆動をエアシリンダ７により補助することができるので、液体の粘度や吐出側の負荷に拘わらず、液体を高い精度で一定流量供給することができる。例えば、２液以上の多液混合装置の場合は、各液の供給状態によって混合器の内圧が変動するが、本実施形態の液体供給装置によれば、混合器の内圧に拘わらず塗料を常に一定の流量で送り込むことができ、特に有用である。
【００２８】
電動アクチュエータ６の動力源としてパルスモータを使用する場合、低速になりすぎると速度安定性が低下するため、液体供給流量を高精度で制御可能とするために、駆動ロッド６ａの移動速度は通常０．１ｍｍ／ｓｅｃ以上であることが好ましい。但し、パルスモータに変速ギアやボールネジを組み合わせることにより、０．０１ｍｍ／ｓｅｃでも安定した速度制御を得ることも可能であるため、最低移動速度は必ずしも０．１ｍｍ／ｓｅｃに限定されない。
【００２９】
実際の設計においては、駆動ロッド６ａ及びピストンロッド５の径をまず決定し、電動アクチュエータ６の設定速度範囲と必要な吐出量の設定範囲から、シリンダ本体１の内径（＝摺動ブロック２の直径）を決定することが好適である。例えば、電動アクチュエータ６の最低移動速度が０．１ｍｍ／ｓｅｃである場合、この速度で摺動ブロック２が１分間で進む距離は６ｍｍである。要求される最低吐出量が１ｃｃ／ｍｉｎの場合、必要な摺動ブロック２の断面積を求め、これから摺動ブロック２の直径を算出すると、約１７．８ｍｍとなる。
【００３０】
一方、電動アクチュエータ６の最高移動速度は、最低移動速度の通常２００〜１０００倍程度に設定可能である。例えば、最低移動速度が０．１ｍｍ／ｓｅｃの場合、最高移動速度を１００ｍｍ／ｓｅｃに設定することができ、駆動ロッド６ａ及びピストンロッド５の径が１０ｍｍで、シリンダ本体１の内径が１７．８ｍｍの場合、シリンダ本体１からの最大吐出量は、約１０００ｃｃ／ｍｉｎとなる。
【００３１】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、シリンダ本体１の内部構成は、摺動ブロック２の移動によりシリンダ本体１の内部の液体が押圧されて外部へ供給される構成であれば必ずしも本実施形態のものに限定されず、電動アクチュエータ６及びエアシリンダ７を適宜配置することにより、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
また、エアシリンダ７の代わりに、複動型の油圧シリンダなど他の流体圧シリンダを使用することも可能である。
【００３３】
［実施例］  
図１に示す構成の液体供給装置の実施例を説明する。シリンダ本体１は、内径が７２．３ｍｍφのステンレスサニタリー配管を使用し、全長５００ｍｍで両端に連結用のフランジを溶接したものを使用した。電動アクチュエータ６は、ＴＨＫ社製のボールネジユニット（ＫＲ４５）に、オリエンタルモーター社製の５相パルスモータ（ＰＫ５４３ＡＷ）を駆動源としたものを使用し、駆動ロッド６ａの最低制御速度を０．１ｍｍ／ｓｅｃとした。エアシリンダ７は、コガネイ社製でシリンダ径が１００ｍｍφのエアシリンダ（ＤＤＡ１００）を使用した。液圧センサ１１は、キーエンス社製の液圧センサ（ＡＰ−５２Ａ）を使用し、電空変換器１２はＣＫＤ社製の電空変換器（ＥＶＳ５００）を使用した。また、駆動ロッド６ａ及びピストンロッド５の径は１０ｍｍとした。
【００３４】
このように構成された液体供給装置を用いて高粘度の塗料を供給したところ、エアシリンダ７の作動空気圧が０．５ＭＰａに設定され、エアシリンダ７による駆動補助によって、電動アクチュエータ６による高精度の定量供給を行うことができた。
【００３５】
エアシリンダ７のシリンダ径が１００ｍｍであるのに対し、シリンダ本体１の内径が７２．３ｍｍであるため、両者の面積比は約２：１である。したがって、エアシリンダ７の作動空気圧が０．５ＭＰａの場合、シリンダ本体１内の液体には１ＭＰａの圧力が作用することになる。これは、電動アクチュエータ６の推力に換算すると、約４０００Ｎとなる。このように吐出側に大きな負荷が作用する状態で、エアシリンダ７による駆動補助なしに電動アクチュエータ６のみによって摺動ブロック２を駆動しようとすると、パルスモータの許容推力（数百ニュートン程度）を超えてしまい、過負荷状態となってパルスモータが停止した。  
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る液体供給装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  シリンダ本体
２  摺動ブロック
４ａ，４ｂ  開口
５  ピストンロッド
６  電動アクチュエータ
６ａ  駆動ロッド
７  エアシリンダ
１０  切替弁
１１  液圧センサ
１２  電空変換器（作動制御手段）
【図１】
2006063804.tif 000003