JP2007275730A - 定量吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能で、とくにロボットを用いた塗布・充填作業に好適な、高精度定量吐出装置を提供する。
【解決手段】 ポンプケーシング２の吸込口２ｃにシャットオフバルブ兼圧力調整バルブ８を設けるとともにバルブ用球体８ａをスプリング８ｃにより吸込口２ｃの閉鎖方向に付勢し、カップリングロッド６を挟んで吸込口２ｃと相対向する位置にダイヤフラム９ｂを備えた圧力調整機構９を設け、カップリングロッド６の回転を許容する開口１０ａをもつリング体１０ｂの一部にプッシュロッド１０ｃを突設したリング状ロッド１０の開口１０ａ内にカップリングロッド６を挿通させ、圧力調整機構９のダイヤフラム９ｂを介してリング状ロッド１０のプッシュロッド１０ｃによりシャットオフバルブ兼圧力調整バルブ８のバルブ用球体８ａを開閉操作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一軸偏心ねじポンプを備えた充填・塗布用の定量吐出装置（ディスペンサーと称される）に関するもので、この定量吐出装置は、例えば、自動車組立工場において、自動車構成部品など（以下、ワークという）に定量のシール剤などの液状材料を塗布したり、定量の接着剤やグリースなどの液状材料を充填したりする材料供給システムの端末装置に使用される。

たとえばワークにシール剤（液状材料）を塗布するディスペンサーにシール剤を供給するシステムは、従来、図７に示すように、被供給材料の収容タンク１０８からプランジャポンプ１０１により吸引して高圧状態で供給ライン１０２内に供給し、プランジャポンプ１０１の供給側の１次側供給ライン１０２’では１５ＭＰａ前後の高圧力に保持された状態で、被供給材料が供給ライン１０２を通じてディスペンサー１０３に供給され、ディスペンサー１０３においてワークに対し直接に液を吐出して定量塗布又は定量充填するようになっている。

ところで、主に高粘度液の塗布や充填を行うディスペンサーと呼ばれる縦型の一軸偏心ねじポンプ３１は、従来、図６に示すような構成からなっている。すなわち、ポンプケーシング３２の吸込口３２ａ付近で、液状材料の供給管３６の途中に、シャットオフバルブ３３を介設するとともに、このシャットオフバルブ３３の球体３４をポンプケーシング３２内の圧力に応じて自動的に開閉操作する圧力調整バルブ３５を供給管３６に配備している。圧力調整バルブ３５は、図６に示すように圧力変動により変位するダイヤフラム３５ｂを備えており、一軸偏心ねじポンプ３１が運転され、ポンプケーシング３２内の圧力が下がると、ダイヤフラム３５ｂに組み込まれ一体に上下動するプッシュロッド３５ｃにより球体（バルブ）３４が押し下げられ、シャットオフバルブ３３が開放され、供給管３６から吸込口３２ａを通してポンプケーシング３２内に液状材料が供給される。

しかし、上記のような供給管３６の吸込口３２ａ付近にシャットオフバルブ３３および圧力調整バルブ３５を設けた従来の縦型の一軸偏心ねじポンプ３１では、ワークに対し高精度の塗布や充填を行わせようとすると、供給管抵抗に起因する応答遅れを発生し、精度の低下を招くことになる。そこで、吸込口３２ａと相対向する側のポンプケーシング３２に連通口（ポート）３７を設け、この連通口３７にアキュムレータ３８を装着し、前記応答遅れによるポンプケーシング３２内の圧力低下を、アキュムレータ３８による加圧力で軽減させて使用することが提案される。

このようにアキュムレータを液状材料の供給経路に設ける先行技術として、たとえば「収容タンクなどの貯留部に貯留された被供給材料を吸引し高圧状態で供給する供給装置と、ワークに対し定量供給する吐出装置と、前記供給装置の供給口と吐出装置の吸込口との間を接続し減圧比の設定が可能である減圧弁及び開閉弁が設けられる供給ラインと、前記吐出装置の吸込口付近の圧力を検出する圧力センサーと、その圧力センサーからの圧力信号に基づき前記吐出装置の吸込口付近の圧力が設定上限値を超えた場合に前記開閉弁を閉じ、設定下限値を下回った場合に前記開閉弁を開く制御手段とを備える材料供給システムにおいて、
前記開閉弁と前記吐出装置の吸込口との間の供給ラインに、前記減圧弁の減圧比を前記吐出装置の運転時に全量を流す圧力よりは低い圧力に設定した状態で前記吐出装置の吸込口付近の圧力が短時間で設定上限値を超えたり設定下限値を下回ったりするのを抑制するアキュムレータを設けたことを特徴とする材料供給システム」が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００４−２４９２４３号公報（段落００１２〜００１５および図１・図２）

上記した従来の一軸偏心ねじポンプからなる定量吐出装置では、次のような点で改良すべき余地がある。

1) ポンプケーシングへの供給管の途中にシャットオフバルブを介設しているので、とくに高粘度液の供給時に配管抵抗が生じる。

2) ポンプケーシング内の圧力変化に対する応答性が悪いので、ワークに対する液状材料の塗布・充填が高精度に行えない。

3) 配管抵抗があり圧力調整バルブの応答性が悪いので、アキュムレータが必要になる。

4) 圧力調整バルブおよびシャットオフバルブを一軸偏心ねじポンプとは別体で設ける必要があるうえに、アキュムレータをポンプケーシングの脇に備えているので、自動車工場などでロボットに装備して使用する場合に、ロボット先端の重量が増大し、また充填や塗布作業の際に周辺機器やワークと干渉し易くなり、作業効率が低下する。

この発明は上述の点に鑑みなされたもので、ポンプケーシング内に液状材料を供給管によりスムーズに供給することができ、配管抵抗の少ない供給が可能になって高精度の塗布と充填ができ、ポンプケーシング内の液状材料の圧力変化に対する応答性が良好になり、アキュムレータを省けるかあるいは小型化を図れるうえ、圧力調整バルブおよびシャットオフバルブをポンプケーシングに一体的に組み込むことができ、重量の低減が図れ、小型化が可能になり、とくにロボットを用いた塗布・充填作業に好適な、定量吐出装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明にかかる定量吐出装置は、一軸偏心ねじポンプのポンプケーシングの吸込口にシャットオフバルブ兼圧力調整バルブ用球体をスプリングにより前記吸込口を閉鎖する方向に付勢して設けるとともに、前記一軸偏心ねじポンプのカップリングロッドを挟んで前記吸込口と相対向する位置にダイヤフラムを備えた空気作動式の圧力調整機構を設け、前記カップリングロッドの回転を許容する（カップリングロッドの最大回転領域に干渉しない）大きさの開口をもつリング体の一部にプッシュロッドを突設したリング状ロッドの前記開口内に前記カップリングロッドを挿通させ、前記圧力調整機構のダイヤフラムを空気作動にて変位させることにより前記リング状ロッドのプッシュロッドを介して前記圧力調整バルブ用球体を開閉操作するようにしたことを特徴とする。

上記の構成を有する本発明の定量吐出装置によれば、液状材料が供給されるポンプケーシングの吸込口にシャットオフバルブ兼圧力調整バルブ用球体が配置され、その供給管の途中には液状材料の供給を阻害する部材が設けられていないから、液状材料は配管抵抗なく、スムーズにポンプケーシング内に吸い込まれる。一方、たとえば、シャットオフバルブ兼圧力調整バルブ用球体にて吸込口が閉鎖された状態で、一軸偏心ねじポンプの運転が開始され、ポンプケーシング内に供給されている液状材料が先端の吐出口から吐出されると、ポンプケーシング内の圧力が低下し、圧力調整機構のダイヤフラムの変位により圧力低下が検出される。この結果、ダイヤフラムはポンプケーシング内部へ張り出すように変位し、これに伴ってプッシュロッドがシャットオフバルブ兼圧力調整バルブ用球体を押し出すので、吸込口が開放され液状材料がポンプケーシング内に吸い込まれるように供給される。これにより、ポンプケーシング内の圧力が上昇し、あらかじめ設定された圧力に戻ると、ダイヤフラムが元の中立位置に戻り、シャットオフバルブ兼圧力調整バルブ用球体がスプリングの付勢力により吸込口側へ移動し吸込口が閉鎖される。このようにして、ポンプケーシング内の圧力が供給圧よりやや低い状態で一定に保たれたまま、ポンプの運転が間欠的に行われ、液状材料がワークに対し一定量ずつ吐出される。

一軸偏心ねじポンプの運転時にカップリングロッドを介してモータにより雄ねじ状ロータが回転するが、カップリングロッドはプッシュロッドを備えたリング体の開口内において回転し、リング体との接触(干渉）は起こらない。とくに、リング体の位置、いいかえれば吸込口および圧力調整機構の位置を駆動ケーシングに接近させて設けることで、リング体の開口位置にあるカップリングロッドを駆動軸との接続端部に設定することにより、カップリングロッドの半径方向への変位、つまり偏心量を最小限に抑えることができ、リング体との干渉をなくし、リング体の口径を小さくすることが可能になる。また、圧力調整機構のダイヤフラムの位置をポンプケーシングの壁面近くに設定できるので、ポンプケーシング内の圧力変化をダイヤフラムを介して瞬時(つまり、タイムラグなし）に検知でき、圧力調整バルブ用球体の応答性(吸込口を開閉する動作）が極めて良好になる。このため、シャットオフバルブ兼圧力調整バルブ用球体による吸込口の開閉動作の遅れがないため、ポンプケーシング内が常に一定圧に保たれ高精度の充填や塗布作業が可能になる。

さらに、シャットオフバルブ兼圧力調整バルブ用球体の応答性が良好になるので、アキュムレータが不要あるいは小型化され、またシャットオフバルブ兼用圧力調整バルブとその圧力調整機構とがポンプケーシングに一体に組み込まれるので、重量が軽減され、コンパクトになり、ロボットへの装着が容易になり、作業効率が向上する。

請求項２に記載のように、前記吸込口を含むシャットオフ兼圧力調整バルブと、前記吸込口と相対向する側の前記圧力調整機構とをそれぞれ円筒体状ケーシング連結部材内に一体的に組み込むとともに、前記ケーシング連結部材を、前記駆動装置側ケーシングとポンプケーシングとの間に挟み込み、前記ポンプケーシングと一体化することができる。

このようにケーシング連結部材をポンプケーシングとは別体で形成すれば、部品点数は増えるが製作が容易であり、しかも既存の一軸偏心ねじポンプにおいてもポンプケーシングと駆動側ケーシングの間にケーシング連結部材を挟み込むように一体に組み込むことによって、容易に適用できる。

請求項３に記載のように、前記ポンプケーシングの一部に接続口を設け、この接続口にポンプケーシング内の圧力低下を抑制するアキュムレータを装着することができる。

このようにすれば、重量が増え装置全体が大型化するが、ポンプケーシング内の圧力をより正確に設定圧力に保つことができるので、高精度の定量充填・塗布が可能になる。

本発明にかかる定量吐出装置には、次のような優れた作用効果がある。

・ポンプポート（ポンプケーシングの吸込口）に供給管をダイレクトに接続し、高圧あるいは高粘性の液をポンプ内にスムーズに供給できる。

・供給管に液の流れを阻害する、いいかえれば流路抵抗を上げるような部材を装着する必要がないので、配管抵抗の少ない液供給が可能になり、定量塗布・定量充填の精度が大幅に向上する。

・ポンプケーシング内に圧力調整機構のダイヤフラムを設けることができるので、内圧の変化に対する圧力調整バルブの応答性が極めて良好でタイムラグが解消されるので、従来は必要とされていたアキュムレータが不要あるいは小型化され、製造コストを削減できる。

・ポンプケーシングが小型化され、残液量が減少する。

・シャットオフバルブ兼用圧力調整バルブとその圧力調整機構とをポンプに対し一体に組み込むことが可能になり、装置全体の軽量小型化が図れる。この結果、たとえば自動車生産工場でとくにロボットを使用してワークに対する定量充填・定量塗布作業を行う場合に、周辺機器との干渉がなく、作業効率が格段と向上する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。

図１は本発明に係る実施の形態である定量吐出装置の全体構成を示す概略構成図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は圧力調整バルブおよびシャットオフバルブを一体に組み込んだケーシング連結部材を示す縦断面図、図４は図２のケーシング連結部材のＢ方向矢視図である。

図１〜図４に示すように、定量吐出装置（ディスペンサー）１には、小型で縦向きの一軸偏心ねじポンプが使用されている。このねじポンプ１は、ポンプケーシング２の下端に、長手方向にねじ状に連続する断面長円形孔を備え弾性体で形成された雌ねじ型ステータ３と、このステータ３の雌ねじ孔３ａ内に摺動回転自在に嵌挿され断面円形でねじのピッチがねじ孔の１／２からなる金属製の雄ねじ型ロータ４とを備え、ステータ３の吐出口３ｂにエンドスタッド５を一体に取り付けている。ロータ３の上端はカップリングロッド本体６ａの下端にピンジョイント６ｂを介して接続され、このカップリングロッド本体６ａの上端が駆動装置１１のサーボーモータ１３に一端が接続された駆動軸１２の下端にピンジョイント６ｂを介して接続され、サーボモータ１３にはエンコーダ(図示せず）が接続されている。カップリングロッド本体６ａおよび上下のピンジョイント６ｂの周囲には円筒状のスリーブ６ｃが被装され、カップリングロッド６を構成している。

駆動装置１１のケーシング１１ａとポンプケーシング２との間に、圧力調整機構９およびシャットオフバルブ兼用圧力調整バルブ８を相対向して一体に配備したケーシング連結部材７が一体に挟み込んで組み込まれている。

ケーシング連結部材７は、図２〜図４に示すように、吸込口部７ｂの吸込口７ｃ（２ｃ）内にシャットオフバルブ兼用圧力調整バルブ８を角筒状本体７ａに一体に組み込み、吸込口部７ｂと相対向する位置に圧力調整機構９を角筒状本体７ａに一体に組み込んで構成されている。吸込口部７ｂは図４に示すように、４本の固定用ボルト７ｄで角筒状本体７ａの吸込口７ｃに固定されている。圧力調整機構９は空気作動方式で設定圧力を調整する部材９ａおよびダイヤフラム９ｂを備え、ダイヤフラム９ｂにはカップリングロッド６の回転を許容する開口１０ａを有するリング体１０ｂの一端部にプッシュロッド１０Ｃを一体に設けたリング状プッシュロッド１０の基端部がダイヤフラム９ｂと一体に変位するように固定されている。リング体１０ｂの相対向する他端部にはプッシュロッド１０ｃが外向きに（吸込口７ｃに向けて）突設され、シャットオフバルブ兼用圧力調整バルブ８の球体８ａを押し出して開閉操作するように構成されている。球体８ａはスプリング８ｃにより、バルブ８の開口８ｂ、いいかえれば吸込口７ｃを閉鎖する方向に付勢されており、プッシュロッド１０ｃにより押し出されたときにだけ開口８ｂ（つまり、吸込口７ｃ）が開放される。リング体１０ｂのプッシュロッド１０ｃ側は、図３に示すように断面半円形に形成され、左右に跨って配設された上下一対のガイド部材１０ｄ・１０ｄによりほぼ水平に支持されている。

上記のようにして本発明の実施例にかかる定量吐出装置１が構成される。続いて、この定量吐出装置１の使用態様について説明する。

図１において、定量吐出装置１の吸込口７ｃには液状材料の供給管(図示せず）が接続される。また、定量吐出装置１はロボットに装着され、たとえば自動車生産工場でワークへの液状材料の充填や塗布に使用される。供給管の他端は液状材料の収容タンクに接続され、プランジャポンプなどの高圧ポンプにより収容タンク内の液状材料を吸引し、高圧下（たとえば１５ＭＰａ前後）で供給管を通して定量吐出装置１へ供給される。供給管の途中には減圧弁が介設され、この減圧弁の下流側は低圧状態に維持される。

一方、定量吐出装置１には供給管から液状材料が供給される。吸込口７ｃのシャットオフバルブ兼用圧力調整バルブ８はポンプケーシング２内の圧力が設定圧以下であると、球体８ａが開口８ｂ（吸込口７ｃ）を開放するので、液状材料がポンプケーシング２内に供給される。そして、ポンプケーシング２内が液状材料によって満たされると、内圧が上昇し、設定圧を超えると、ダイヤフラム９ｂが元の位置あるいは外方へ変位するので、プッシュロッド１０ｃによりスプリング８ｃに抗して押し出されていた球体８ａがスプリング８ｃの付勢力により元の位置に戻り、吸込口７ｃ内の開口８ｂは閉塞される。この状態で、定量吐出装置（一軸偏心ねじポンプ）１の運転が開始され、サーボモータ１３により駆動軸１２・カップリングロッド６を介してロータ４が正転すると、ポンプケーシング２内の液状材料が吐出口３ｂから吐出される。このとき、ポンプケーシング２内の圧力が低下し、設定圧より下がると、ダイヤフラム９ｂを介してリング体１０と一体のプッシュロッド１０ｃが吸込口７ｃ側へ突出し、球体８ａを押し出すので、吸込口７ｃ（開口８ｂ）が開放され、供給管から液状材料が供給される。こうして、定量吐出装置１からワークに対し液状材料が設定圧下で吐出されるが、液状材料の吐出量はロータ４の回転数に基づいてサーボモータ１３のエンコーダにて決定されるので、常に一定量ずつが吐出されることになる。なお、定量吐出後、ロータ４は逆転して停止し、液だれを阻止する。

次に、図５は本発明の別の実施例にかかる定量吐出装置１’の全体構成を示す概略構成図で、図１とは方向を周方向に９０°回転し変更している。

本例の定量吐出装置１’が上記実施例の装置１と相違するところは、アキュムレータ１５をポンプケーシング２の下部に連通管１４を介して接続することにより備えたことであり、それ以外の構成については共通している。したがって、その他の説明は省略し、共通する構成部材については同一の符号を用いて図５に示
す。なお、アキュムレータ１５はスプリング方式とされ、図５に示すように、略円筒形状のケーシングは、下側ケーシングとこの下側ケーシング１２の上部に螺合される上側ケーシングとから構成され、ケーシングの内部にはピストンがスライド可能に設けられ、このピストンによって上側の第１室と下側の第２室とに内部が区画されており、第１室は縮装状態でスプリングが収納されるスプリング室として機能する。

以上に本発明の定量吐出装置について２つの実施例を挙げて説明したが、本発明は下記のように実施することもできる。

・上記実施例ではシャットオフバルブ兼用圧力調整バルブ８とその圧力調整機構９とを一体に組み込んだケーシング連結部材７を駆動装置１１とポンプケーシング２の間に挟み込むように組み込んだが、ケーシング連結部材７を別個に形成する代わりに、ポンプケーシング２と一体にしてその吸込口２ｃにシャットオフバルブ兼用圧力調整バルブ８を、相対向する側のポンプケーシング２に圧力調整機構９をそれぞれ一体に組み込んでもよい。

本発明の実施例としての定量吐出装置の全体構成を示す概略構成図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 シャットオフバルブ兼用圧力調整バルブとその圧力調整機構とを一体に組み込んだケーシング連結部材７を示す縦断面図である。 図２のケーシング連結部材のＢ方向矢視図である。 本発明の別の実施例にかかる定量吐出装置１’の全体構成を示す概略構成図で、図１とは方向を周方向に９０°回転した状態を表している。 定量吐出装置の最新の従来例を示す装置全体の概略構成図である。 従来の一般的な液状材料の供給システムを示す概略図である。

符号の説明

１・１’定量吐出装置（ディスペンサー、一軸偏心ねじポンプ）
２ ポンプケーシング
２ｃ・７ｃ吸込口
３ 雌ねじ型ステータ
３ａ雌ねじ孔
３ｂ吐出口
４ 雄ねじ型ロータ
５ エンドスタッド
６ カップリングロッド
６ａカップリングロッド本体
６ｂピンジョイント
６ｃ円筒状スリーブ
７ ケーシング連結部材
７ａ角筒状本体
７ｂ吸込口部
７ｄ固定用ボルト
８ シャットオフバルブ兼圧力調整バルブ
８ａ球体
８ｂ開口
８ｃスプリング
９ 圧力調整機構
９ａ設定圧調整部材
９ｂダイヤフラム
１０ リング状ロッド
１０ａ開口
１０ｂリング体
１０ｃプッシュロッド
１０ｄガイド部材
１１ 駆動装置
１１ａ駆動装置１１のケーシング
１２ 駆動軸
１３ サーボーモータ
１４ 連通管
１５ アキュムレータ

Claims (3)

1. 一軸偏心ねじポンプのポンプケーシングの吸込口にシャットオフバルブ兼圧力調整バルブ用球体をスプリングにより前記吸込口を閉鎖する方向に付勢して設けるとともに、
   前記一軸偏心ねじポンプのカップリングロッドを挟んで前記吸込口と相対向する位置にダイヤフラムを備えた空気作動式の圧力調整機構を設け、
   前記カップリングロッドの回転を許容する大きさの開口をもつリング体の一部にプッシュロッドを突設したリング状ロッドの前記開口内に前記カップリングロッドを挿通させ、前記圧力調整機構のダイヤフラムを空気作動にて変位させることにより前記リング状ロッドのプッシュロッドを介して前記圧力調整バルブ用球体を開閉操作するようにしたことを特徴とする定量吐出装置。
2. 前記吸込口を含むシャットオフ兼圧力調整バルブと、前記吸込口と相対向する側の前記圧力調整機構とをそれぞれ円筒体状ケーシング連結部材内に一体的に組み込むとともに、
   前記ケーシング連結部材を、前記駆動装置側ケーシングとポンプケーシングとの間に挟み込み、前記ポンプケーシングと一体化したことを特徴とする請求項１に記載の定量吐出装置。
3. 前記ポンプケーシングの一部に接続口を設け、この接続口にポンプケーシング内の圧力低下を抑制するアキュムレータを装着したことを特徴とする請求項１または２記載の定量吐出装置。
   
   
   

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