(57)【要約】【課題】吐出する液体に気泡を混入させない液体供給装置を提供する。【解決手段】液体供給装置１は、貯留する液体Ｌを加圧可能なサーバタンク２と、シリンジ９とピストン１１とで内部空間１０を形成し、液体Ｌの圧力によってピストン１１を後退させてサーバタンク２から内部空間１０に液体を導入し、ピストン１１の前進により内部空間１０から液体Ｌを吐出可能なシリンジポンプ３と、サーバタンク２から内部空間１０に液体Ｌを導入するための吸込流路５および液体Ｌを外部に送出するための吐出流路８のいずれかに、シリンジポンプ３の内部空間１０を連通させる切換弁６と、ピストン１１の前進方向および後退方向に移動可能であり、ピストン１１の外側に当接してピストン１１を前進させることが可能なプッシャ１４を有する駆動機構４と、プッシャ１４から一定距離以内にピストン１１があることを検出するセンサ１５とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯留する液体を加圧可能なサーバタンクと、
シリンジとピストンとで内部空間を形成し、前記液体の圧力によって前記ピストンを後退させて前記サーバタンクから前記内部空間に前記液体を導入し、前記ピストンの前進により前記内部空間から前記液体を吐出可能なシリンジポンプと、
前記サーバタンクから前記内部空間に前記液体を導入するための吸込流路および前記液体を外部に送出するための吐出流路のいずれかに、前記シリンジポンプの内部空間を連通させる切換弁と、
前記ピストンの前進方向および後退方向に移動可能であり、前記ピストンの外側に当接して前記ピストンを前進させることが可能なプッシャを有する駆動機構と、
前記プッシャから一定距離以内に前記ピストンがあることを検出するセンサと、
前記センサが前記プッシャから一定距離以内に前記ピストンがあることを検出できない状態が、所定の猶予時間よりも長く続いたときに、前記プッシャの動作を停止させる制御手段とを有することを特徴とする液体供給装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記プッシャを所定の速度で後退させ、前記センサが前記プッシャから一定距離以内に前記ピストンがあることを検出できなくなったときは、前記プッシャを一旦停止させ、前記センサが前記プッシャから一定距離以内に前記ピストンがあることを所定の猶予時間内に再度検出できたならば前記プッシャを再度前記所定の速度で後退させ、前記センサが前記プッシャから一定距離以内に前記ピストンがあることを前記猶予時間内に再度検出できなかったならば前記プッシャの動作を停止させることを特徴とする請求項１に記載の液体供給装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記センサが前記猶予時間の経過後、さらに所定の判別時間が経過する前に、前記センサが前記プッシャから一定距離以内に前記ピストンがあることを検出したときは、前記液体に気泡が混入していると判断することを特徴とする請求項２に記載の液体供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に塗料のような高粘度の液体を供給するために、シリンジポンプを用いた装置が利用される。従来のシリンジポンプは、ピストン後退させてシリンジ内の圧力を低下させることで液体を吸引する。粘度の高い液体は容易にシリンジ内に流入せず、シリンジ内に大きな負圧が発生して、配管の継目などから外気を吸入したり、液体中に溶存している気体を気泡化させてしまう場合がある。このような気泡は、液体の供給量にバラツキを生じさせ、後工程の歩留まりの低下などの不具合を招くという問題がある。
【０００３】
特許文献１には、シリンジポンプの吸込側の液体を加圧することで液体が大気圧以下にならないようにする技術が開示されているが、液体に最初から気泡が混入している場合には、気泡が混入した液体を吐出することを防止できない。
【特許文献１】特開平８−１８２９５１号公報
【特許文献２】特開平２００３−５６６６７号公報
【特許文献３】特開平５−２８５４３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記問題点に鑑みて、本発明は、吐出する液体に気泡を混入させない液体供給装置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】
【０００５】
前記問題点を解決するために、本発明による液体供給装置は、貯留する液体を加圧可能なサーバタンクと、シリンジとピストンとで内部空間を形成し、前記液体の圧力によって前記ピストンを後退させて前記サーバタンクから前記内部空間に前記液体を導入し、前記ピストンの前進により前記内部空間から前記液体を吐出可能なシリンジポンプと、前記サーバタンクから前記内部空間に前記液体を導入するための吸込流路および前記液体を外部に送出するための吐出流路のいずれかに、前記シリンジポンプの内部空間を連通させる切換弁と、前記ピストンの前進方向および後退方向に移動可能であり、前記ピストンの外側に当接して前記ピストンを前進させることが可能なプッシャを有する駆動機構と、前記プッシャから一定距離以内に前記ピストンがあることを検出するセンサと、前記センサが前記プッシャから一定距離以内に前記ピストンがあることを検出できない状態が、所定の猶予時間よりも長く続いたときに、前記プッシャの動作を停止させる制御手段とを有するものとする。
【０００６】
この構成によれば、プッシャを後退させたときに、液体は、自身の圧力によりピストンを後退させてシリンジポンプ内に流入する。このとき、液体に気泡が混入していると、気泡の圧縮性によってピストンを後退させる速度が低下するので、プッシャの後退に対するピストンの後退の遅れをセンサによって監視することで、気泡の混入を検出することができ、気泡の混入を検出したときにはプッシャの動作を停止させることで、シリンジポンプから気泡の混入した液体を吐出させないようにできる。
【０００７】
また、本発明の液体供給装置において、前記制御手段は、前記プッシャを所定の速度で後退させ、前記センサが前記プッシャから一定距離以内に前記ピストンがあることを検出できなくなったときは、前記プッシャを一旦停止させ、前記センサが前記プッシャから一定距離以内に前記ピストンがあることを所定の猶予時間内に再度検出できたならば前記プッシャを再度前記所定の速度で後退させ、前記センサが前記プッシャから一定距離以内に前記ピストンがあることを前記猶予時間内に再度検出できなかったならば前記プッシャの動作を停止させてもよい。
【０００８】
この構成によれば、ピストンの後退速度を逐次監視して気泡の混入を監視するので、ピストンのストロークの途中で気泡の混入を検出して装置を停止できる。
【０００９】
また、本発明の液体供給装置において、前記制御手段は、前記センサが前記猶予時間の経過後、さらに所定の判別時間が経過する前に、前記センサが前記プッシャから一定距離以内に前記ピストンがあることを検出したときは、前記液体に気泡が混入していると判断してもよい。
【００１０】
気泡の圧縮性によるピストンの後退の遅れは、一定の範囲内に収まるので、この構成によって、ピストンの遅れが、気泡の混入によるものであるか、他のトラブルによるものであるかを判別できる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、液体を加圧し、液体の圧力によってピストンを後退させ、気泡が混入したときに発生するピストンの後退の遅れをセンサで検出することで、気泡が混入した液体を吐出しないように動作を停止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の１つの実施形態である液体供給装置１の概要を示す。液体供給装置１は、液体、例えば粘度２５００〜４５００ｃｐｓの塗料Ｌを貯留するサーバタンク２と、サーバタンク２から液体Ｌを所定の流量（例えば５００〜１０００ｃｃ／ｍｉｎ）で、液体Ｌを消費する外部の供給先、例えば塗装装置に対して供給するシリンジポンプ３と、シリンジポンプ３を駆動する駆動機構４とからなる。
【００１３】
サーバタンク２は、密閉構造をなし、液体Ｌの上部空間に所定圧力（例えば０．５ＭＰａ）の圧縮空気が導入され、貯留している液体Ｌを加圧するようになっている。
【００１４】
液体Ｌは、サーバタンク２の下端に設けられた吸込流路５から切換弁６および共用流路７を介してシリンジポンプ３に導入される。切換弁６は、三方弁であり、共用流路７を吸込流路５および供給先に通じる吐出流路８のいずれかに選択的に連通させるようになっている。
【００１５】
シリンジポンプ３は、一端が共用流路７に接続された、例えば内径８０ｍｍのシリンジ９と、シリンジ９の内部を区分して共用流路７に連通する内部空間１０を形成するピストン１１とからなり、ピストン１１は、シリンジ９の外部に延伸するロッド１２を有している。
【００１６】
駆動機構４は、モータ１３により、プッシャ１４をピストン１１の可動方向と同じ方向に移動可能させることができ、ピストン１１の外側、つまり、ロッド１２の後端にプッシャ１４を当接させて、ピストン１１をシリンジ９の奥側（前進方向）に押し込むことができるようになっている。また、駆動機構４は、プッシャ１４に配設したセンサ１５によりロッド１２の後端がプッシャ１４から所定の距離以内にあるか否かを確認でき、センサ１５の出力に応じて、モータ１３を制御する制御装置１６を備えている。
【００１７】
図２にシリンジポンプ３および駆動機構４の詳細を示す。駆動機構４は、モータ１３により回転する送りねじ１７によってプッシャ１４を、前進方向または後退方向（ピストン１１をシリンジ９から引き出す向き）に、それぞれ所定の速度（例えば、後退方向に２００〜６００ｍｍ／ｍｉｎ、前進方向に１００〜２００ｍｍ／ｍｉｎ）で移動させられるようになっている。このプッシャ１４の後退速度は、サーバタンク２において加圧された液体Ｌがその圧力によってピストン１１を後退させながらシリンジ９の内部空間１０に流入する速度に略一致するように設定されている。プッシャ１４には、ロッド１２の後端を受け入れる座１８が形成されており、センサ１５は、例えば、ロッド１２の後端が座１８の中にあるときに電位を出力する光電センサである。
【００１８】
切換弁６により、共用流路７を吸込流路５に連通させると、サーバタンク２によって加圧された液体Ｌがピストン１１を押圧する。このとき、ロッド１２の後端がプッシャ１４に当接していれば、プッシャ１４が液体Ｌの圧力に抗してピストン１１をその場に留まらせるが、図３に示すように、駆動機構４がプッシャ１４を後退させると、ピストン１１は、液体Ｌの圧力によって後退させられる。液体Ｌの圧力が十分に大きければ、ピストン１１は、プッシャ１４の後退に合わせて同じ速度で後退する。
【００１９】
図４に示すように、液体Ｌ中に気泡Ｂが混入していると、気泡Ｂの収縮によってサーバタンク２から伝播してピストン１１に伝わる圧力が減殺されるので、ピストン１１の後退に遅れが生じる。
【００２０】
図５に、粘性流体の圧力の伝播のモデル示す。図示するように、粘性流体が充填された管路の離れた２点の圧力をＰ１，Ｐ２とする。図６に示すように、流体に管路の一方から圧力を加え、上流側の圧力Ｐ１が上昇した場合、下流側の圧力Ｐ２は僅かに遅れて上昇する。圧力Ｐ１，Ｐ２が安定しても、管路における圧損により、下流側の圧力Ｐ２は、上流側の圧力Ｐ１よりも若干低い圧力に留まる。
【００２１】
図６には、この液体Ｌに気泡Ｂが混入している場合の下流側の圧力をＰ２’として示す。図示するように、気泡は、圧力の上昇によって収縮し、液体Ｌの見かけ上の体積を減少させるので、下流側の圧力Ｐ２’の上昇は、気泡がないときの圧力Ｐ２に比べても、さらに遅れて上昇する。
【００２２】
これをシリンジポンプ３に当てはめると、上流側の圧力Ｐ１がサーバタンク２内の液体Ｌの圧力、下流側の圧力Ｐ２，Ｐ２’がシリンジ９の内部空間１０内のピストン１１を後退させる液体Ｌの圧力になる。図６に、ピストン１１をシリンジ９との摩擦に打ち勝って後退させるのに必要な圧力Ｐｐを示す。図示するように、上流側の圧力がＰｐまで上昇してから下流側の圧力がＰｐまで上昇するまでの、気泡Ｂが混入している場合の遅れＴ２は、気泡Ｂが混入していない場合の遅れＴ１よりも大きくなる。この遅れＴ１，Ｔ２は、液体Ｌの粘度、流路５，７や切換弁６の流路抵抗およびシリンジ９の内径などによって大きく異なる。
【００２３】
図７に、本実施形態において、シリンジポンプ３の内部空間１０に液体Ｌを吸引（サーバタンク２から加圧して導入）する際の、制御装置１６によって制御される駆動機構４の動作の流れを示す。図示するように、制御装置１６は、センサ１５がピストン１１のロッド１２を検出していれば、モータ１３を逆転させてプッシャ１４を後退させ、液体Ｌの圧力によりピストン１１が後退して、液体Ｌを内部空間１０に導入することを可能にする。
【００２４】
しかしながら、制御装置１６は、センサ１５がピストン１１のロッド１２を検出できなければ、モータ１３の回転を停止してプッシャ１４を停止させる。制御装置１６は、モータ１３を停止させてからセンサ１５がピストン１１のロッド１２を検出するまでの時間を計測する。センサ１５がロッド１２を検出するまでの時間が図６の気泡が混入していない場合の遅れ時間に相当する所定の猶予時間Ｔ１（例えば３秒）以内である場合には、モータ１３を再度逆回転させてプッシャ１４を後退させ、液体Ｌの圧力によるピストン１１のさらなる後退を可能にする。
【００２５】
猶予時間Ｔ１以内にセンサ１５がロッド１２を再検出できない場合、気泡混入による遅れである疑いがあるので、制御装置１６は、吸引異常であるとして駆動機構４の動作を停止し、例えば制御装置１６に設けた表示装置などに異常を表示する。
【００２６】
センサ１５がロッド１２を猶予時間Ｔ１より長い間再検出できない吸引異常が発生しなかった場合、制御装置１６は、プッシャ１４が送りねじの端部まで後退したことを不図示の後退限界センサによって検出したときに、吸引動作を停止する。
【００２７】
このようにして、本実施形態の液体供給装置１は、気泡が混入した液体Ｌを供給して、後工程で不良を発生させる危険を防止できる。
【００２８】
また、本実施形態の液体供給装置１において、制御装置１６は、図８に示すような制御を行ってもよい。この制御では、制御装置１６は、センサ１５がロッド１２を検出できなければ、モータ１３の回転を停止してプッシャ１４を停止させ、センサ１５がロッド１２を再度検出するまでの時間が猶予時間Ｔ１以内である場合には、モータ１３を再度逆回転させる点は、図７の制御と同様である。
【００２９】
しかしながら、この制御では、猶予時間Ｔ１以内にセンサ１５がロッド１２を再検出できない場合にも、さらにセンサ１５の出力を監視し、図６の気泡が混入している場合の圧力上昇の遅れ時間に相当する判別時間Ｔ２（例えば１０秒）以内に、センサ１５がロッド１２を再検出できたときは、処理を停止して気泡混入である旨の警告表示をする。センサ１５がロッド１２を再検出できないまま判別時間Ｔ２が経過したときは、直ちに処理を停止して吸引異常の警告表示を行う。
【００３０】
これによって、オペレータは、動作停止の原因が気泡混入の可能性が高いのか、或いは、それ以外のメカニカルトラブルなどの可能性が高いのかを知ることができ、トラブル処置を効率的に行うことができる。
【００３１】
また、本実施形態では、液体Ｌをシリンジ９に吸引する際、ピストン１１がプッシャ１４を押圧しながら後退する。このため、液体Ｌにはプッシャ１４の反力が作用しており、気泡Ｂが混入している場合は、プッシャ１４の反力が予め気泡Ｂを圧縮している。つまり、気泡Ｂが予め圧縮されている分だけ気泡Ｂの収縮によるピストン１１の後退の遅延時間が短くなり、気泡Ｂの検出感度を低下させることになる。
【００３２】
この問題を解決するためには、液体Ｌをシリンジ９に吸引する際、先ず、切換弁６がシリンジ９の内部空間１０を吐出流路８に連通させている状態で、モータ１３を起動してプッシャ１４を後退させ、プッシャ１４がロッド１２から例えば１から３ｍｍ程度離れるのを待ってから切換弁６を操作して内部空間１０を吸込流路５に連通させることが有効である。
【００３３】
このようにすれば、液体Ｌに気泡Ｂの混入がなく、ピストン１１の後退速度がプッシャ１４の後退速度と一致しているときには、ピストン１１は、プッシャ１４と一定の距離を保ちながら、プッシャ１４の反力を受けずに後退することができる。
【００３４】
ピストン１１が後退時にプッシャ１４の反力を受けないようにすることで、気泡Ｂが混入したときのピストン１１の後退の遅れを容易に検出することができる。尚、このためには、センサ１５は、プッシャ１４がロッド１２から数ｍｍ離れていてもロッド１２を検出できるようにしておく必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の１つの実施形態の液体供給装置の概略図。
【図２】図１のシリンジポンプの詳細図。
【図３】図２のシリンジポンプのピストン移動時を示す詳細図。
【図４】図２のシリンジポンプの気泡混入時を示す詳細図。
【図５】粘性流体の圧力伝達のモデルを示す図。
【図６】図５のモデルにおける圧力の変化を示す図。
【図７】図１の液体供給装置における液体吸引動作の流れ図。
【図８】図７の代案の液体吸引動作の流れ図。
【符号の説明】
【００３６】
１  液体供給装置
２  サーバタンク
３  シリンジポンプ
４  駆動機構
５  吸込流路
６  切換弁
７  共用流路
８  吐出流路
９  シリンジ
１０  内部空間
１１  ピストン
１２  ロッド
１３  モータ
１４  プッシャ
１５  センサ
１６  制御装置
１７  送りねじ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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