JP4512680B2

JP4512680B2 - 材料供給システム

Info

Publication number: JP4512680B2
Application number: JP2004030229A
Authority: JP
Inventors: 純夫小野; 暁倉橋; 祥弘杉野
Original assignee: Heishin Ltd
Current assignee: Heishin Ltd
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2024-02-06
Also published as: GB2399523B; KR100915519B1; KR20040082323A; US20040182889A1; FR2852532B1; CN100548505C; GB2399523A; FR2852532A1; US7066352B2; DE102004010774A1; CN1530175A; DE102004010774B4; JP2004298862A; GB0405227D0

Description

本発明は、材料供給システムに関するものである。このシステムは、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システム（装置）に利用される。

自動車組立工場においては、シール剤や接着剤などの液状材料を、それを収容している収容タンクからプランジャポンプと呼ばれる高圧ポンプを用いて吸引して、供給ラインに供給し、それから、供給ラインを分岐させた分岐ラインを通じて複数の吐出装置（ディスペンサー）に供給し、その吐出装置によってワークに塗布したり充填したりすることは広く行われている。このようなシステムで、供給装置としてプランジャポンプなどの高圧ポンプが用いられるのは、被供給材料を単一又は複数の箇所（たとえば遠方の複数箇所）に供給する必要があるためである。

そして、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の場合は、従来、たとえば図４に示すように構成されている。すなわち、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（１５０kg/cm²）前後の高圧力に保持されている。そして、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。なお、プランジャポンプ１０１からの供給ライン１０２は、具体的には図示していないが、分岐し、単一又は複数の箇所（たとえば遠方の複数箇所）に供給する構成とされている。

供給ライン１０２には、ポンプ１０１側からディスペンサー１０３側にかけて、減圧弁１０４、開閉弁としてのエアオペレートバルブ１０５が順に設けられ、供給ライン１０２は、減圧弁１０４の上流側で高圧状態の１次側供給ライン１０２'と、減圧弁１０４の下流側で低圧状態の２次側供給ライン１０２''とを有する。ここで、２次側供給ライン１０２''の圧力（ディスペンサー１０３への適正な供給圧力）が小さいのは、ワークに対しディスペンサー１０３は、ロボットなどに搭載されて用いられることから、小型・軽量で定量吐出の装置が好適であり（たとえば、小容量の一軸偏心ねじポンプが使用される）、この装置による塗布液又は充填液の吐出圧力は供給側の高圧ポンプに比べて非常に小さくしなければならないからである。つまり、ディスペンサー１０３への供給圧力には上限がある。

そして、ディスペンサー１０３の吸込口１０３ａ付近にその付近の圧力を検出する圧力センサー１０６が配設されている。この圧力センサー１０６にて検出される圧力信号が電磁弁１０７に入力され、この電磁弁１０７によってエアオペレートバルブ１０５が、吸込口１０３ａ付近の圧力に応じて開閉制御される。なお、エアオペレートバルブ１０５は、ディスペンサー１０３の吸込口１０３ａ付近の圧力（圧力センサー１０６の検出値）が設定上限値（たとえば０．７ＭＰａ）を超えると閉じられ、設定下限値（たとえば０．３ＭＰａ）を下回ると開かれる。

ところで、ディスペンサー（吐出装置）は、吐出動作と吐出停止動作とを繰り返し、吐出停止動作時から吐出動作時に変化したときに材料の供給不足が起こらないようにするために、減圧弁１０４下流側の２次側供給ライン１０２''（ディスペンサーへの供給ライン）の圧力をある程度高圧に維持しなければならない。

そのため、ディスペンサー１０３が吐出動作を停止すると、２次側供給ライン１０２''の圧力がすぐに上昇して設定上限値を超え、エアオペレートバルブ１０５（開閉弁）が閉じる。その後吐出動作を開始すると、前記圧力がすぐに低下して設定下限値を下回り、エアオペレートバルブ１０５が開かれる。その結果、ディスペンサー１０３の吐出動作・吐出停止動作が繰り返されるごとに前記圧力が設定上限値を超えたり設定下限値を下回ったりするので、エアオペレートバルブ１０５の開閉動作が頻繁に行われる。このようにエアオペレートバルブ１０５の開閉動作が頻繁に行われ、開閉頻度が高くなると、エアオペレートバルブ１０５を摩耗させ、バルブ自体の寿命が短くなるおそれがある。

また、出願人は、供給装置とディスペンサーとの間の供給ラインに、減圧弁、開閉弁および、一軸偏心ねじポンプからなるバッファポンプをこの順に介設し、該バッファポンプの運転および前記開閉弁の開閉操作を、同バッファポンプと前記ディスペンサーとの間の供給ライン内の圧力に基づいて制御するものを先に提案している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３１６０８１号公報（段落番号００１７〜００２０図１）

上記特許文献１の技術では、バッファポンプを用いることにより、減圧弁により従来（図４参照）よりも大きく減圧してディスペンサーに作用する圧力を小さくしたり、ディスペンサーを停止したりあるいは逆転したりしたときの液だれを防止することができるようにしているが、上記特許文献１の技術でも、従来（図４参照）のものと同様に開閉弁の開閉頻度が高く、高価な開閉弁の寿命が短くなるおそれがある。

この発明は、前述した高価で寿命が短くなるおそれのある開閉弁を用いることなく、簡単かつ安価な材料供給システム（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係る材料供給システムは、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口を通じて１次側供給ラインに供給する供給装置と、２次側供給ラインから前記被供給材料が吸込口を通じて供給されワークに対し定量供給する吐出装置と、１次側供給ラインと２次側供給ラインとの間に設けられ被供給材料の供給圧力を１次側供給ラインよりも２次側供給ラインの方が小さくなるように減圧する減圧弁と、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を備え、前記圧力センサーからの信号に基づき前記２次側供給ラインにおける供給圧力を制御する材料供給システムにおいて、前記減圧弁は、前記圧力センサーからの圧力信号に基づき減圧比が制御され、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全閉とされる一方、設定下限値を下回った場合には、前記吐出装置の運転時に流す全量よりも少し多めの量を流せる開度に制御されると共に、前記２次側供給ラインに、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り設定下限値を下回ったりするのを抑制する、前記被供給材料の充填によって内圧が上昇する形式で、エア配管などの制御配管を必要としない方式のアキュムレータが設けられていることを特徴とする。すなわち、本発明に係る材料供給システムは、減圧比が制御可能である減圧弁と、アキュムレータとを組み合わせ、高価で寿命が短くなるおそれのある開閉弁をなくすことができるものである。

本発明に係る材料供給システムによれば、減圧弁とアキュムレータとの組み合わせによって、吐出装置への供給圧力（２次側供給ラインの圧力）が、設定上限値を超えたり設定下限値を下回ったりすることがなくなるので、従来必要とされていた、高価で寿命が短くなるおそれのある開閉弁を用いる必要がなくなる。

さらに詳述すれば、吐出装置の吐出停止、吐出動作の繰り返しサイクルに合わせて一定時間内の平均流量を減圧弁による調整にて（減圧弁の減圧比を適当に制御（調整）することで）与えることができるので、高価で寿命が短くなるおそれのある開閉弁を設ける必要がなくなる。また、吐出装置の吐出動作時には、この平均流量に近い流量であって安全側に若干流量が多くなるように減圧弁の開度が制御されると、材料の供給不足を生じることが回避される。

なお、アキュムレータによって吐出装置への供給圧力が変化しても、吐出装置は、ワークに対し定量供給する定量性を有することから、吐出装置の吐出動作に影響を与えるおそれはない。

また、前記減圧弁に代えて、自動圧力調整弁を設けた場合にも同様に適用することができる。すなわち、請求項２の発明は、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口を通じて１次側供給ラインに供給する供給装置と、２次側供給ラインから前記被供給材料が吸込口を通じて供給されワークに対し定量供給する吐出装置と、１次側供給ラインと２次側供給ラインとの間に設けられ２次側供給ラインにおける被供給材料の供給圧力を設定値に制御する自動圧力調整弁と、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を備え、前記圧力センサーからの信号に基づき前記２次側供給ラインにおける供給圧力を制御する材料供給システムにおいて、前記自動圧力調整弁は、前記圧力センサーからの圧力信号に基づき制御され、前記吐出装置の吸込口付近の圧力が設定値を超えた場合には２次側供給ラインにおける供給圧力が小さくなるように、前記設定値を下回った場合には２次側供給ラインにおける供給圧力が大きくなるように開度が制御されると共に、前記２次側供給ラインに、前記吐出装置の吸込口付近の圧力が設定値にほぼ等しくなるようにする、前記被供給材料の充填によって内圧が上昇する形式で、エア配管などの制御配管を必要としない方式のアキュムレータが設けられていることを特徴とする。

このようにすれば、アキュムレータによって、吐出装置への供給圧力（２次側供給ラインの圧力）が設定値にほぼ等しくなるようにされるので、自動圧力調整弁によって、吐出装置の吸込口付近の圧力が設定値にほぼ等しくなるように調節しようとする信号の偏差が出やすくなり、その調節が容易となる。

以上説明したことから明らかなように、本発明の材料供給システムは、減圧弁の減圧比や自動圧力調整弁の開度を適当に制御した状態で、定量性を有する吐出装置の吐出動作と吐出停止動作との間の圧力差をアキュムレータの内容積（第２室）の変化で調整するようにしているので、吐出装置への材料供給圧力が、設定上限値を超えたり設定下限値を下回ったりしないようになる。よって、供給ライン（２次供給ライン）の圧力が設定上限値と設定下限値との間に維持されるので、従来必要とされた、高価で寿命が短くなるおそれのある開閉弁を設ける必要がなくなり、省略することができる。

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材料供給システムの全体構成を示す概略構成図、図２は前記システムに用いられるアキュムレータを示す断面図である。

本材料供給システムは、たとえば自動車生産工場においてシール剤（塗布液）の塗布に利用されるもので、図１に示すように、シール剤（被供給材料）の収容タンク６から高圧ポンプであるプランジャポンプ１（供給装置）によりシール剤を吸引して高圧状態（１５ＭＰａ前後）で供給ラインＳ内に供給し、ワーク（自動車構成部品）に対しシール剤を定量塗布するディスペンサー２に供給される。なお、具体的に図示していないが、プランジャポンプ１からの供給ラインＳは複数に分岐し、単一又は複数箇所（たとえば遠方の複数のディスペンサー）に供給する構成とされている点は従来と同様である。

供給ラインＳには、プランジャポンプ１側からディスペンサー２側にかけて、減圧比が制御される減圧弁３、及びスプリング方式の小形のアキュムレータ５が順に設けられている。この供給ラインＳは、プランジャポンプ１の供給口１ａとディスペンサー２の吸込口２ａとの間を接続するもので、減圧弁３を設けた部位を境として、減圧弁３の上流側が高圧状態の１次側供給ラインＳ１となり、減圧弁３の下流側が低圧状態の２次側供給ラインＳ２となる。なお、減圧弁３としては、減圧比が制御されるものであればよく、エア制御によって行うものであってもよいし、電気制御によって行うものであってもよい。

ディスペンサー２の吸込口２ａ付近には、その吸込口２ａ付近の圧力を検出する圧力センサー９が配設されている。この圧力センサー９にて検出される圧力信号（すなわち吸込口２ａ付近の圧力）に応じて減圧弁３の減圧比が制御される。つまり、減圧弁３により、吸込口２ａ付近の圧力があらかじめ設定した値（圧力値）の範囲内に維持されるように制御される。

より具体的には、圧力センサー９からの圧力信号に基づき減圧弁３の減圧比が制御され、吸込口２ａ付近の圧力が一定の範囲（設定上限値と設定下限値との間）に保持されるが、圧力センサー９によって検出された圧力がその圧力値の範囲内の設定上限値（たとえば０．７ＭＰａ）を超えた場合に減圧弁３が全閉とされ、前記範囲の設定下限値（たとえば０．３ＭＰａ）を下回る場合に減圧弁３は、ディスペンサー２の運転時に流す全量よりも少し多めの量を流せる開度に制御される。

アキュムレータ５は、（第２室への）充填によって圧力が上昇する形式で、エア配管などの制御配管を必要としないようにスプリング方式とされ、図２に示すように構成されている。すなわち、略円筒形状のケーシング１１は、下側ケーシング１２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１３とにより構成される。下側ケーシング１２は、上部に雌ねじ部１２ａを有し、上側ケーシング１３の下部が、その雌ねじ部１２ａに螺合される雄ねじ部１３ａとなっている。

ケーシング１１の内部にはピストン１４がスライド可能に設けられ、このピストン１４によって上側の第１室１１Ａと下側の第２室（図２では第２室の容積が０の状態を示す）とに内部が区画されている。第１室１１Ａは、縮装状態でスプリング１５が収納されるスプリング室として機能するもので、スプリング１５のスプリング径とほぼ同一内径に形成されており、上端に外気と連通する連通孔１３ｂを有し、内部圧力が大気圧に等しい圧力となるように構成されている。スプリング１５は、第２室の容積を小さくする方向にピストン１４を付勢する。

下側ケーシング１２は、下部に２次側供給ラインＳ２の一部を共有する通路部１２ｂを有し、この通路部１２ｂが、連通部１２ｃを介して第２室に連通可能に構成されている。ピストン１４は、外周部にケーシング１１との間をシールするシール材１６が嵌合され、上部にスプリング１５の下端部が位置する凹部１４ａが形成されている。

また、ディスペンサー２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。このねじポンプは、周知のごとく、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と、このステータのねじ孔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と、フレキシブルでロータの一端面の中心から偏心した位置に接続されたコネクチングロッドと、このコネクチングロッドに駆動軸が接続された正逆転式サーボーモータからなり、モータにはエンコーダが接続されている。

続いて、本例の材料供給システムの使用態様について説明する。

(1) 図１において、プランジャポンプ１により、シール剤が収容タンク６から吸引され、供給ラインＳに高圧（本例では、１５ＭＰａ）のシール剤が供給されることにより、供給ラインＳ（減圧弁３の上流側の１次側供給ラインＳ１）は高圧状態（本例では、１５ＭＰａ）に維持される。この供給ラインＳはディスペンサー２に接続されており、その途中に設けられた減圧弁３によって、それの下流側の２次側供給ラインＳ２ではシール剤の流量が制限され、圧力が大きく低下する（本例では、４ＭＰａ）。

(2) ワークに対してディスペンサー２からシール剤が定量吐出され、ワーク上の塗布予定線に沿って一定幅の塗布が行われる。このようにしてディスペンサー２によりワークに対する一連の塗布作業が終了すると、ディスペンサー２の運転（吐出動作）が停止される。

(3) このディスペンサー２の運転の停止状態においては、従来は、ディスペンサー２の吸込口２ａ付近の圧力（圧力センサー９によって検出された圧力）が設定上限値（たとえば０．７ＭＰａ）を超えるので、エアオペレートバルブ１０５（図４参照）が全閉とされていた。しかしながら、本実施の形態では、２次側供給ラインＳ２の圧力が高くなり、減圧弁３が全閉状態になろうとすると、２次側供給ラインＳ２内のシール剤（余剰分）がアキュームレータ５（第２室）内に蓄積され、２次側供給ラインＳ２の圧力が高くなるのが回避される。

(4) ディスペンサー２の運転が開始されると、従来は、ディスペンサー２の吸込口２ａ付近の圧力（圧力センサー９によって検出された圧力）が設定下限値（たとえば０．３ＭＰａ）を下回るので、エアオペレートバルブ１０５（図４参照）が全開とされていた。しかしながら、本実施の形態では、２次側供給ラインＳ２の圧力が低くなり、減圧弁３が全開状態になろうとすると、２次側供給ラインＳ２内にシール剤がアキュームレータ５（第２室）から供給され（つまり、アキュムレータ５からそこに蓄積されていたシール剤が不足分を補うように供給され）、設定下限値を下回るのが回避される。

(5) つまり、減圧弁３の開度を適当に制御することと、アキュムレータ５を設けることとで、前記ディスペンサー２の吸込口２ａ付近の圧力（２次側供給ラインＳ２の圧力）が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ことができる。

ここで、アキュムレータ５を設けることにより、シール剤（材料）の供給圧力が変わるが、ディスペンサー２（一軸偏心ねじポンプ）はその場合にも定量性を有することから、シール剤の定量吐出が損なわれることはない。

(6) ディスペンサー２は、吐出動作と吐出停止動作とを一定の周期で繰り返し、吐出停止動作の後吐出動作をする際に必要量のシール剤が要求されるが、その必要量のシール剤が不足しようとすると、前述したように、その不足分はアキュムレータ５の第２室に蓄積されているシール剤で補われるので、２次側供給ラインＳ２の圧力を従来ほど高い状態に維持する必要がなくなる。

よって、減圧弁３により従来（図４参照）より大きく減圧し、２次側供給ラインＳ２の圧力を従来よりも低圧とすることができるので、２次側供給ラインＳ２側の各種部品の耐圧性能を従来ほど高める必要もなくなる。

本発明に係る材料供給システムは、上述した実施の形態のほか、次のように実施することもできる。

(i)減圧弁として市販の減圧弁や特殊な減圧弁を用いる場合には、吐出装置が作動しないときに、減圧弁を全閉状態にしても、材料（シール剤）の流れを完全に遮断する全閉状態にならないのが普通である。そのように、減圧弁３が全閉状態とされても、減圧弁３より２次側供給ラインＳ２へのシール剤（材料）の漏れがある場合には、通常は、２次側供給ラインＳ２の圧力が高くなろうとすると、２次側供給ラインＳ２内のシール剤（余剰分）がアキュムレータ５（第２室）内に蓄積され、２次側供給ラインＳ２の圧力が高くなるのが回避される。

しかしながら、さらに漏れが多い場合には、減圧弁３の下流に、絞り（たとえばオリフィス）を設けて、流量を制限する構成を採用することも可能である。

(ii)また、減圧弁に、圧力センサーからの信号に基づき調整される機能だけでなく、手動でも調整できる機能を併せて持たせるようにすることも可能である。このようにすれば、減圧弁が全閉状態で漏れがある場合などにおいて、前記絞りの有無にかかわらず、手動で全閉状態とすることができる。

(iii)アキュムレータは、（第２室への）充填によって圧力が上昇する形式のものであれば、前述したようなスプリング方式のほか、空気圧制御方式などの他の形式のものを採用することも可能である。

(iv)ディスペンサーにより材料を定量ずつ塗布する定量塗布システムほか、定量ずつを充填する定量充填システムにも適用することもできる。

(v)減圧弁３に代えて、図３に示すように、自動圧力調整弁３’を設けることも可能である。この場合も、前記圧力センサー９からの圧力信号に基づきダイヤフラム装置３ａのダイヤフラムが偏位し、自動圧力調整弁３’の開度を制御すると共に、定量性を有する吐出装置の吐出動作と吐出停止動作との間の圧力差をアキュムレータの内容積（第２室）の変化で調整するようにしているので、自動圧力調整弁によって、吐出装置の吸込口付近の圧力が設定値にほぼ等しくなるように調節しようとする信号の偏差が出やすくなり、その調節が容易となる。そして、供給ライン（２次供給ライン）の圧力が設定値に維持されるので、従来必要とされた、高価で寿命が短くなるおそれのある開閉弁を設ける必要がなくなる。

本発明に係る実施の形態である材料供給システムの全体構成を示す概略構成図である。前記システムに用いられるアキュムレータを示す断面図である。本発明に係る他の実施の形態である材料供給システムの全体構成を示す概略構成図である。従来の材料供給システムの全体構成を示す図である。

符号の説明

Ｓ供給ライン
１プランジャポンプ（供給装置）
１ａ供給口
２ディスペンサー（吐出装置）
２ａ吸込口
３減圧弁
３’ 自動圧力調整弁
５アキュムレータ
６収容タンク
９圧力センサー

Claims

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口を通じて１次側供給ラインに供給する供給装置と、２次側供給ラインから前記被供給材料が吸込口を通じて供給されワークに対し定量供給する吐出装置と、１次側供給ラインと２次側供給ラインとの間に設けられ被供給材料の供給圧力を１次側供給ラインよりも２次側供給ラインの方が小さくなるように減圧する減圧弁と、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を備え、前記圧力センサーからの信号に基づき前記２次側供給ラインにおける供給圧力を制御する材料供給システムにおいて、
前記減圧弁は、前記圧力センサーからの圧力信号に基づき減圧比が制御され、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全閉とされる一方、設定下限値を下回った場合には、前記吐出装置の運転時に流す全量よりも少し多めの量を流せる開度に制御されると共に、
前記２次側供給ラインに、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り設定下限値を下回ったりするのを抑制する、前記被供給材料の充填によって内圧が上昇する形式で、エア配管などの制御配管を必要としない方式のアキュムレータが設けられていることを特徴とする材料供給システム。
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口を通じて１次側供給ラインに供給する供給装置と、２次側供給ラインから前記被供給材料が吸込口を通じて供給されワークに対し定量供給する吐出装置と、１次側供給ラインと２次側供給ラインとの間に設けられ２次側供給ラインにおける被供給材料の供給圧力を設定値に制御する自動圧力調整弁と、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を備え、前記圧力センサーからの信号に基づき前記２次側供給ラインにおける供給圧力を制御する材料供給システムにおいて、
前記自動圧力調整弁は、前記圧力センサーからの圧力信号に基づき制御され、前記吐出装置の吸込口付近の圧力が設定値を超えた場合には２次側供給ラインにおける供給圧力が小さくなるように、前記設定値を下回った場合には２次側供給ラインにおける供給圧力が大きくなるように開度が制御されると共に、
前記２次側供給ラインに、前記吐出装置の吸込口付近の圧力が設定値にほぼ等しくなるようにする、前記被供給材料の充填によって内圧が上昇する形式で、エア配管などの制御配管を必要としない方式のアキュムレータが設けられていることを特徴とする材料供給システム。