JP2018099654A - シリンジポンプを用いた液体供給システム及びシリンジポンプへの液体供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の充填量が正確で、かつ、噴出部から噴出される液体の動作初期の噴出量が多くなることを回避したシリンジポンプを用いた液体供給システムを提供する。【解決手段】本発明の液体供給システム１は、噴出部１０に液体を供給するシリンジポンプ１１と、シリンジポンプ１１に液体を供給する液体供給部２０と、液体供給部２０側からシリンジポンプ１１に液体を供給する第１配管部１２と、第１配管部１２のシリンジポンプ１１の手前の位置に設けられた第１バルブ１３と、を備え、液体供給部２０は、シリンジポンプ１１に供給される液体を貯蔵するタンク２１と、タンク２１の液体をシリンジポンプ１１に向けて送り出す補助ポンプ２２と、補助ポンプ２２から第１配管部１２側に液体を供給する第２配管部２３と、第２配管部２３から分岐され、液体をタンク２１に戻す第２分岐配管部２４と、第２分岐配管部２４に設けられた第２バルブ２５と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明はシリンジポンプを用いた液体供給システム及びシリンジポンプへの液体供給方法に関する。

シリンジポンプに供給される液体に圧力を掛けて液体を供給するようにして、シリンジポンプに液体を充填させると、シリンジポンプ内及びシリンジポンプからスプレーガンに至る間の配管中の液体の圧力も液体の供給圧と同じ圧力（蓄圧ともいう）となる。
この状態で、スプレーガンの動作を開始すると、スプレーガンの動作初期は蓄圧のために液体の圧力が高いことから、液体の噴出量が多くなりすぎるという問題がある。
そこで、特許文献１では、シリンジポンプに液体を充填した後に、液体の圧力が所定の圧力になるようにシリンジポンプの行程内容積を大きくするようにシリンジポンプを動作させ、蓄圧を吸収することが行われている。

特開２００９−１３１７４７号公報

特許文献１の方法では、液体の圧力が所定の圧力になるため、スプレーガンの動作初期に液体の噴出量が多くなることは回避できるものの、液体の供給圧に伴って多めに充填されてしまう液体の充填量を解消するものではない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、シリンジポンプを用いた、液体の充填量がより正確で、かつ、スプレーガン等の液体を噴出する噴出部から噴出される液体の動作初期の噴出量が多くなることを回避できる液体供給システム及びシリンジポンプへの液体供給方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明の液体供給システムは、シリンジポンプを用いた液体供給システムであって、液体を噴出する噴出部に前記液体を供給する前記シリンジポンプと、前記シリンジポンプに液体を供給する液体供給部と、前記液体供給部側から前記シリンジポンプに前記液体を供給する第１配管部と、前記第１配管部の前記シリンジポンプの手前の位置に設けられた第１バルブと、を備え、前記液体供給部は、前記シリンジポンプに供給される前記液体を貯蔵するタンクと、前記タンクの前記液体を前記シリンジポンプに向けて送り出す補助ポンプと、前記補助ポンプから前記第１配管部側に前記液体を供給する第２配管部と、前記第２配管部から分岐され、前記液体を前記タンクに戻す第２分岐配管部と、前記第２分岐配管部に設けられた第２バルブと、備えている。

（２）上記（１）の構成において、前記第２配管部に減圧バルブを備え、前記減圧バルブは、前記第２分岐配管部が分岐される位置よりも前記第１配管部側に設けられている。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記液体供給システムを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記シリンジポンプ及び前記補助ポンプを駆動して前記シリンジポンプに前記液体を充填させるときに、前記第１バルブを開くとともに、前記第２バルブを閉じる制御を行い、前記シリンジポンプが前記液体を充填した後、前記シリンジポンプ及び前記補助ポンプを停止して、前記第２バルブを開く制御を行い、前記タンクから送り出された前記液体の一部を前記タンクに戻して前記タンクから送り出された前記液体の圧力を減圧する。

（４）上記（１）又は（２）の構成において、複数の前記液体供給部と、前記液体供給部が接続された切替バルブと、を備え、前記第１配管部が前記切替バルブに接続されるとともに、それぞれの前記第２配管部が前記切替バルブに接続され、前記第１配管部とそれぞれの前記第２配管部が前記切替バルブを介して接続されている。

（５）上記（４）の構成において、前記液体供給システムを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記切替バルブを切り替えることで複数の前記第２配管部のうちの１つを前記第１配管部に接続し、前記第１配管部に接続された前記第２配管部を有する前記液体供給部を使用液体供給部とする制御を行い、前記シリンジポンプ及び前記使用液体供給部の前記補助ポンプを駆動して、前記シリンジポンプに前記液体を充填させるときに、前記第１バルブを開くとともに、前記使用液体供給部の前記第２バルブを閉じる制御を行い、前記シリンジポンプが前記液体を充填した後、前記シリンジポンプ及び前記使用液体供給部の前記補助ポンプを停止して、前記使用液体供給部の前記第２バルブを開く制御を行い、前記使用液体供給部の前記タンクから送り出された前記液体の一部を前記使用液体供給部の前記タンクに戻して、前記使用液体供給部の前記タンクから送り出された前記液体の圧力を減圧する。

（６）上記（３）又は（５）の構成において、前記制御部は、前記噴出部から前記液体を噴出させるときに、前記第１バルブを閉じる制御を行うとともに、前記シリンジポンプを駆動させる。

（７）本発明の液体供給方法は、シリンジポンプへの液体供給方法であって、シリンジポンプの液体充填時に液体を貯蔵するタンクから補助ポンプで送り出し、前記シリンジポンプに液体を充填させた後に、前記タンクから送り出された前記液体の一部を前記タンクに戻し、前記送り出された前記液体の圧力を減圧する。

本発明によれば、シリンジポンプを用いた、液体の充填量がより正確で、かつ、スプレーガン等の液体を噴出する噴出部から噴出される液体の動作初期の噴出量が多くなることを回避できる液体供給システム及びシリンジポンプへの液体供給方法を提供することができる。

本発明に係る実施形態の液体供給システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施形態のシリンジポンプに液体を充填する流れを説明するための図である。 本発明に係る実施形態のシリンジポンプに液体を充填した後の処理を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の液体供給システムの変形例の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。
図１は本発明に係る実施形態の液体供給システム１の構成を示す図である。

図１に示すように、本発明に係る実施形態の液体供給システム１は、塗料等の液体を噴出する噴出部１０に液体を供給するシリンジポンプ１１と、シリンジポンプ１１に液体を供給する複数の液体供給部２０と、を備えている。

シリンジポンプ１１は、一般的な構成のものでよいため、図示を省略しているが、例えば、シリンダと、シリンジ内に配置された液体を供給する貫通孔を有するピストンと、ピストンを動かすためのサーボモータ等の駆動部と、を備えており、ピストンの貫通孔に後述する液体を供給するための第１配管部１２が接続されている。

噴出部１０は、この液体供給システム１によって液体の供給を受けて、被塗物等に液体を噴霧するための、例えば、自動スプレーガン等であり、被塗物の種類や塗装の態様等に合わせて適宜選択される。

なお、噴出部１０に用いる自動スプレーガン等も一般的なものでよく、噴出部１０の液体受入口とシリンジポンプ１１の液体出口とが液体供給配管１５で接続されている。

また、液体供給システム１は、液体供給部２０側からシリンジポンプ１１に液体を供給する第１配管部１２と、第１配管部１２の液体供給部２０側となるシリンジポンプ１１の手前の位置に設けられた第１バルブ１３と、第１配管部１２の最も液体供給部２０側の位置に設けられ、複数の液体供給部２０のうちのいずれの液体をシリンジポンプ１１に供給するのかを選択するための切替バルブ１４と、を備えている。

図１に示すように、複数の液体供給部２０は、それぞれ構成自体は同じ構成である。
具体的には、液体供給部２０は、シリンジポンプ１１に供給される液体を貯蔵するタンク２１と、タンク２１の液体をシリンジポンプ１１に向けて送り出す補助ポンプ２２と、補助ポンプ２２から第１配管部１２側に液体を供給する第２配管部２３と、第２配管部２３から分岐され、液体をタンク２１に戻す第２分岐配管部２４と、第２分岐配管部２４に設けられた第２バルブ２５と、を備えている。

なお、本実施形態では、補助ポンプ２２として、図１に示すように、ダイアフラムポンプを使用しているが、補助ポンプ２２は、ダイアフラムポンプに限定される必要はなく、他のタイプのポンプであってもよい。

そして、第１配管部１２が切替バルブ１４に接続されるとともに、複数の液体供給部２０のそれぞれの第２配管部２３が切替バルブ１４に接続されている。
つまり、第１配管部１２とそれぞれの第２配管部２３が切替バルブ１４を介して接続された状態となっており、切替バルブ１４を切り替えることで、シリンジポンプ１１に液体を供給する液体供給部２０の選択が行えるようになっている。

また、液体供給部２０は、第２配管部２３に設けられた減圧バルブ２６と、第２分岐配管部２４に設けられた手動バルブ２７と、を備えている。
具体的には、減圧バルブ２６は、第２分岐配管部２４が分岐される位置よりも第１配管部１２側に設けられており、例えば、０．５ＭＰａで補助ポンプ２２から送り出される液体を０．３ＭＰａ程度に減圧している。
手動バルブ２７は、液体供給システム１が使用されるときには、常時、開とされており、例えば、メンテナンス等で閉とする必要があるときだけ、手動で閉となるように閉じられるバルブであり、第２バルブ２５よりも第２配管部２３側の位置に設けられている。

以上のような構成からなる液体供給システム１の動作を説明しながらより詳細な構成について説明を行う。
本実施形態では、液体供給システム１は、図示を省略しているが、塗装条件等を入力する入力装置（例えば、ＰＣ等）を備えており、その入力装置の制御部が液体供給システム１を制御する制御部としても機能するものとしている。
ただし、入力装置をＰＣ型のものとして、液体供給システム１の制御部を兼ねるようにする必要はなく、適宜変更してよい。

まず、動作が開始されると、液体供給システム１の制御を行う制御部（図示せず）は、入力されている動作条件に従って、切替バルブ１４を切り替える処理を行い、複数の液体供給部２０の第２配管部２３のうちの１つを切替バルブ１４を介して第１配管部１２に接続し、第１配管部１２に接続された第２配管部２３を有する液体供給部２０を、これから使用する使用液体供給部とする制御を行う。
なお、選択された使用液体供給部は、複数の液体供給部２０のうちの１つの液体供給部２０であることから、以下では、使用液体供給部２０として液体供給部２０と同じ符号を用いる。

図２はシリンジポンプ１１に液体を充填する流れを説明するための図であり、図３はシリンジポンプ１１に液体を充填した後の処理を説明するための図である。
なお、図２及び図３は、図１に示されている液体供給部２０のうち、選択された使用液体供給部２０とする液体供給部２０以外の液体供給部２０の図示を省略した図である。

切替バルブ１４の切替によって、使用液体供給部２０とする液体供給部２０が選択されると、次に、液体を供給するために、制御部は、図２に示すように、太矢印で示すラインのエア抜きの動作を実行する。

ただし、既に、選択された使用液体供給部２０からの液体の供給が前回に行われている場合には、太矢印で示すラインに液体が存在する状態になっており、シリンジポンプ１１に液体が充填されていないだけの状態になっているため、この動作は不要となる。

具体的には、本実施形態では、第２バルブ２５として、ノーマルオープンのエアオペレートバルブを使用しており、第１バルブ１３としてノーマルクローズのエアオペレートバルブを使用しているため、制御部は、第１バルブ１３及び第２バルブ２５に制御エアを送り、第１バルブ１３を開の状態にするとともに第２バルブ２５を閉の状態にする制御を行う。
そして、図示を省略しているが、噴出部１０に設けられている噴出ライン（液体の通路）を開にして、太矢印で示すラインのエアを排出する。
なお、太矢印で示すラインのエアの排出が終了すると、制御部は、噴出部１０に設けられている噴出ラインを閉にしてエア抜きの動作を終了させる。

このエアを排出するエア抜きの制御（エア抜きの動作）が終了すると、次に、制御部は、シリンジポンプ１１及び使用液体供給部２０の補助ポンプ２２を駆動して、シリンジポンプ１１に液体を充填させる制御を行う。
具体的には、液体を充填する方向にシリンジポンプ１１のピストンを駆動させるとともに、タンク２１から液体をシリンジポンプ１１側に向けて送り出すように補助ポンプ２２に約０．５ＭＰａの動作エアを供給する制御を行う。
なお、本実施形態では、補助ポンプ２２がダイアフラムポンプであるため、この動作エアと同様の圧力（約０．５ＭＰａ）で液体が送り出されることになる。

このシリンジポンプ１１に液体を充填させるときの第１バルブ１３及び第２バルブ２５の開閉状態は、先ほどのエア抜きのときの開閉状態と同じでよい。
したがって、制御部は、シリンジポンプ１１及び使用液体供給部２０の補助ポンプ２２を駆動して、シリンジポンプ１１に液体を充填させるときにも、第１バルブ１３を開の状態にするとともに第２バルブ２５を閉の状態にする制御を行っている。

そして、補助ポンプ２２によって０．５ＭＰａで送り出される液体は、減圧バルブ２６で約０．３ＭＰａに減圧されて、シリンジポンプ１１に充填される。
なお、シリンジポンプ１１への液体の充填が終了すると、制御部は、補助ポンプ２２への動作エアの供給を停止させ、補助ポンプ２２の駆動を停止させる。

このように、シリンジポンプ１１の吸引力で充填するだけでなく、補助ポンプ２２で送り出すようにして吸引を補助するようにすると、液体が負圧に曝され難くなり、液体中に気泡等が発生することが抑制できる。

つまり、シリンジポンプ１１の吸引力だけで充填するようにすると、第２配管部２３及び第１配管部１２内は、強い負圧状態になる。
そうすると、液体中に溶け込んでいる気体が気泡として現れ、そのような気泡を含む液体を噴出部１０から噴出させて被塗物等に液体を噴霧すると、気泡のために塗布状態が悪くなる。

しかしながら、本実施形態のように、液体をシリンジポンプ１１の吸引力に合わせて補助ポンプ２２でシリンジポンプ１１側に送り出してやれば、液体が強い負圧状態に曝されることが抑制できるため、気泡の発生が抑えられ、被塗物に良好な液体の噴霧を行うことができる。

なお、このような気泡等の発生を抑制するために、シリンジポンプ１１の吸引力を抑えることも考えられるが、そうすると、液体の粘度が高い場合には、シリンジポンプ１１に液体を充填するのに時間がかかることになる。
しかし、本実施形態のように、補助ポンプ２２を用いるようにすれば、シリンジポンプ１１の吸引力を抑えなくても気泡を発生させないようにして液体の充填が行えるので、液体を充填するのにかかる時間を短くすることが可能である。

一方、このシリンジポンプ１１への液体の充填が終わった状態のときには、液体は約０．３ＭＰａの圧力で充填されているため、この状態で噴出部１０からの液体の噴出を開始すると、液体の圧力が所定の圧力（例えば大気圧の状態）に落ち着くまでの噴霧初期の液体の噴出量が多くなり、塗布ムラ等が発生するおそれがある。

そこで、先行技術では、圧力が大気圧程度になるように、シリンジポンプに液体を充填した後に、シリンジポンプのピストンをシリンジ内の容積を広げる側に動かすことで液体の圧力を下げるようにしていた。

確かに、先行技術が行っている操作によって液体の圧力を下げることはできるものの、この操作は、元々、加圧充填の状態として多めに充填されている液体の充填量を大気圧の状態で充填したときの充填量に減らすものではない。
このため、先行技術の操作では、シリンジポンプに充填されている液体の充填量と本来充填しようとしていた充填量との間に差が出てしまうことになる。

そこで、制御部は、シリンジポンプ１１が液体を吸引した後（つまり、シリンジポンプ１１に液体が充填された後）、シリンジポンプ１１及び使用液体供給部２０の補助ポンプ２２を停止して、使用液体供給部２０の第２バルブ２５に供給している制御エアを停止して、第２バルブ２５を開く制御を行う。
そうすると、補助ポンプ２２の逆止構造のために、タンク２１に戻ることができなかった液体が、第２配管部２３を通じてタンク２１に戻ることができるようになる。

そして、第１バルブ１３は開のままであるため、制御部が、第２バルブ２５を開く制御を行うと、第１バルブ１３及び第２バルブ２５の両方が開の状態となり、図３に示すように、太矢印の方向に液体が流れ、シリンジポンプ１１に液体を充填するときに、使用液体供給部２０のタンク２１から送り出された液体の一部が使用液体供給部２０のタンク２１に戻る。

したがって、上述したように、使用液体供給部２０のタンク２１から送り出されて、約０．３ＭＰａで充填されていた液体が、タンク２１内の圧力と同じ大気圧の状態に減圧される。
この場合の減圧は、シリンジポンプ１１の充填容積を変えるものではなく、圧力によって余計に充填されていた液体をタンク２１に戻すことによる減圧であるため、シリンジポンプ１１内の液体の充填量は、本来充填しようとしていた充填量となり、先行技術のように、本来充填しようとしていた充填量との間に差が出ることがなく、正確な充填量とすることができる。

そして、制御部は、減圧する処理が終了すると、次に、噴出部１０から液体を噴出させる制御を実行する。
この噴出部１０から液体を噴出させるときには、制御部は、第１バルブ１３に供給している制御エアの供給を停止し、第１バルブ１３を閉じる制御を行うとともに、シリンジポンプ１１を駆動させて、シリンジポンプ１１から噴出部１０に液体を供給する制御を実行する。

以上のように、シリンジポンプ１１への液体供給方法を、シリンジポンプ１１の液体充填時に液体を貯蔵するタンク２１から補助ポンプ２２で送り出し、シリンジポンプ１１に液体を充填させた後に、タンク２１から送り出された液体の一部をタンク２１に戻し、送り出された液体の圧力を減圧するようにすることで、シリンジポンプ１１に充填される液体の充填量を正確にできるとともに、噴出部１０の動作開始初期において、噴出する液体の噴出量が多くなることを抑制することが可能である。

以上、具体的な実施形態に基づいて本発明の液体供給システム１について説明してきたが、本発明は、具体的な実施形態に限定されるものではない。

図４は、本発明に係る実施形態の液体供給システム１の変形例の構成を示す図である。
上記実施形態では、複数の液体供給部２０を有する液体供給システム１について説明してきたが、図４に示すように、液体供給システム１は液体供給部２０を１つだけ備えるような態様であってもよい。

この場合、図４に示すように、切替バルブ１４（図１参照）を省略して第１配管部１２と第２配管部２３を直接接続するようにすればよい。
なお、液体供給部２０が１つである場合には、制御部の制御としては、切替バルブ１４の切り替えに関する制御が不要となるだけであって、基本的に、上記実施形態で使用液体供給部２０の制御として説明したのと同様の制御を行えばよい。

また、上記実施形態では、第１バルブ１３及び第２バルブ２５に制御エアで駆動させるエアオペレートバルブを使用している場合について説明したが、第１バルブ１３及び第２バルブ２５は、電気制御式のバルブであってもよく、上述したような制御ができれば、特に制限されるものではない。

このように、本発明は、具体的な実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良を施したものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 液体供給システム
１０ 噴出部
１１ シリンジポンプ
１２ 第１配管部
１３ 第１バルブ
１４ 切替バルブ
１５ 液体供給配管
２０ 液体供給部
２１ タンク
２２ 補助ポンプ
２３ 第２配管部
２４ 第２分岐配管部
２５ 第２バルブ
２６ 減圧バルブ
２７ 手動バルブ

Claims (7)

1. シリンジポンプを用いた液体供給システムであって、
   液体を噴出する噴出部に前記液体を供給する前記シリンジポンプと、
   前記シリンジポンプに液体を供給する液体供給部と、
   前記液体供給部側から前記シリンジポンプに前記液体を供給する第１配管部と、
   前記第１配管部の前記シリンジポンプの手前の位置に設けられた第１バルブと、を備え、
   前記液体供給部は、
   前記シリンジポンプに供給される前記液体を貯蔵するタンクと、
   前記タンクの前記液体を前記シリンジポンプに向けて送り出す補助ポンプと、
   前記補助ポンプから前記第１配管部側に前記液体を供給する第２配管部と、
   前記第２配管部から分岐され、前記液体を前記タンクに戻す第２分岐配管部と、
   前記第２分岐配管部に設けられた第２バルブと、を備えていることを特徴とする液体供給システム。
2. 前記第２配管部に減圧バルブを備え、
   前記減圧バルブは、前記第２分岐配管部が分岐される位置よりも前記第１配管部側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体供給システム。
3. 前記液体供給システムを制御する制御部を備え、
   前記制御部は、
   前記シリンジポンプ及び前記補助ポンプを駆動して前記シリンジポンプに前記液体を充填させるときに、前記第１バルブを開くとともに、前記第２バルブを閉じる制御を行い、
   前記シリンジポンプが前記液体を充填した後、前記シリンジポンプ及び前記補助ポンプを停止して、前記第２バルブを開く制御を行い、前記タンクから送り出された前記液体の一部を前記タンクに戻して前記タンクから送り出された前記液体の圧力を減圧することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の液体供給システム。
4. 複数の前記液体供給部と、
   前記液体供給部が接続された切替バルブと、を備え、
   前記第１配管部が前記切替バルブに接続されるとともに、それぞれの前記第２配管部が前記切替バルブに接続され、前記第１配管部とそれぞれの前記第２配管部が前記切替バルブを介して接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体供給システム。
5. 前記液体供給システムを制御する制御部を備え、
   前記制御部は、
   前記切替バルブを切り替えることで複数の前記第２配管部のうちの１つを前記第１配管部に接続し、前記第１配管部に接続された前記第２配管部を有する前記液体供給部を使用液体供給部とする制御を行い、
   前記シリンジポンプ及び前記使用液体供給部の前記補助ポンプを駆動して、前記シリンジポンプに前記液体を充填させるときに、前記第１バルブを開くとともに、前記使用液体供給部の前記第２バルブを閉じる制御を行い、
   前記シリンジポンプが前記液体を充填した後、前記シリンジポンプ及び前記使用液体供給部の前記補助ポンプを停止して、前記使用液体供給部の前記第２バルブを開く制御を行い、前記使用液体供給部の前記タンクから送り出された前記液体の一部を前記使用液体供給部の前記タンクに戻して、前記使用液体供給部の前記タンクから送り出された前記液体の圧力を減圧することを特徴とする請求項４に記載の液体供給システム。
6. 前記制御部は、前記噴出部から前記液体を噴出させるときに、前記第１バルブを閉じる制御を行うとともに、前記シリンジポンプを駆動させることを特徴とする請求項３又は請求項５に記載の液体供給システム。
7. シリンジポンプへの液体供給方法であって、
   シリンジポンプの液体充填時に液体を貯蔵するタンクから補助ポンプで送り出し、前記シリンジポンプに液体を充填させた後に、前記タンクから送り出された前記液体の一部を前記タンクに戻し、前記送り出された前記液体の圧力を減圧することを特徴とする液体供給方法。

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