JP6396071B2 - 流動体供給システム、及び成型システム - Google Patents

Description

本発明は、容積変動に伴い流動体の導入及び吐出が可能な導入室を備えた吐出装置に対して流動体を導入するための流動体導入システム、及び当該流動体導入システムを備えた成型システムに関する。

従来、下記特許文献１に開示されているような２液混合型吹付装置のようなものが提供されている。この吹付装置は、主剤タンクから供給される主材と、硬化剤タンクから供給される硬化剤とを霧化ヘッドにおいて混合させて吐出させる装置である。この吹付装置においては、吐出量に関係なく混合比率を一定に保ち、混合比率の変動による硬化不良を防止すべく、手動で硬化剤ポンプの回転数を設定可能とするPと共に、主剤流量及び硬化剤流量の比率が所定の配合比率を維持するように主剤ポンプの回転数をプログラマブルコントローラによってフィードバック制御することとしている。

特開平７−１８５４０９号公報

ここで、本発明者らは、上述した特許文献１に開示されている吹付装置が備える霧化ヘッドに代えて、流動体を導入するための導入室の容積変動により流動体の供給及び吐出を実施可能とした吐出装置を有し、ポンプにより圧送された流動体を導入室に供給可能としたものについて検討した。具体的には、導入室の容積を増加させることにより流動体を導入室に導入し、その後導入室の容積を減少させることにより流動体を吐出可能としたものについて検討した。

上述した検討の結果、吐出装置において容積変動に伴う大幅な圧力変動が生じ、これに伴う不具合が発生しうることが判明した。具体的には、流動体の導入のために導入室の容積を急激に増大させ、導入室に接続された流動体の供給路と導入室を連通させると、導入室内の内圧が急激に低下してしまうおそれがある。このような状態においても、ポンプによって流動体を加圧して供給することにより、導入室の内圧を幾ばくか回復させることができる。しかしながら、導入室に流動体が十分導入された状態になっても導入室の内圧が低く、十分な吐出圧が得られないという問題や、吐出圧が不安定になるという問題が生じかねない。また、吐出装置における吐出圧が不十分であったり不安定であったりすると、流動体の吐出不良が生じ、これに伴う二次的な問題も生じうる。具体的には、吐出装置から吐出された流動体を成形機において物品を成型するために用いる場合には、前述したような吐出不良が生じると成型不良が発生する等の問題がある。

そこで、本発明は、吐出装置における内圧変動を最小限に抑制し、流動体の吐出不良を最小限に抑制可能なように流動体を供給可能な流動体供給システム、及びこれを備えた成型システムの提供を目的とした。

上述した課題を解決すべく提供される本発明の流動体供給システムは、圧力差に基づいて流動体の導入及び吐出を実施可能な吐出装置に対して前記流動体を供給する流動体供給システムであって、前記吐出装置に接続された供給路と、前記供給路に接続されたポンプと、前記供給路を介して前記吐出装置に向けて流れる流動体の流れを遮断可能な遮断手段と、前記ポンプ側の圧力状態を判定し、判定結果に基づいて前記遮断手段の開閉制御を行う制御装置とを有し、前記制御装置により、前記ポンプ側の圧力Ｐ１及び前記吐出装置側の圧力Ｐ２のいずれか一方又は双方が所定圧力を超える圧力状態になったものと判定されることを条件として、前記遮断手段を開状態とする前記開閉制御が前記制御装置によって実施されることを特徴とするものである。

本発明の流動体供給システムにおいては、少なくともポンプ側の圧力Ｐ１が所定圧力を超えたと判定されるまで遮断手段が閉状態とされ、圧力Ｐ１が所定圧力を超えたと判定されてから遮断手段が開状態とされる。そのため、流動体を導入させるべく遮断手段を開状態としたとしても、所定圧力を超える高圧状態で流動体が吐出装置に導入されることになり、吐出装置の内圧が大幅に低下してしまうことを抑制できる。従って、本発明によれば、吐出装置の内圧変動を最小限に抑制し、流動体の吐出不良を最小限に抑制可能な流動体供給システムを提供できる。

上述した流動体供給システムは、前記吐出装置が、前記流動体を導入可能な導入室と、前記導入室の容積増減により前記圧力差を生じさせて前記流動体を前記導入室内に引き込む流動体引込機構とを備え、前記導入室の容積を減少させることにより前記導入室に導入された前記流動体を外部に吐出させ、前記流動体の吐出後に前記導入室の容積を増加させることにより前記流動体を前記導入室に導入可能なものにおいて好適である。

かかる構成とした場合についても、吐出装置の導入室における内圧変動を最小限に抑制し、流動体の吐出不良を最小限に抑制できる。

ここで、吐出装置への流動体の導入を完了する際には、遮断手段を閉状態するのと略同時期に流動体の圧送用に設けられたポンプをそのまま停止させてしまうのが一般的であると考えられる。しかしながら、遮断手段を閉止するのと略同時にポンプも停止させてしまうと、ポンプ側と吐出装置側とで大きな圧力差が生じる懸念がある。具体的には、ポンプ側が高圧である一方、吐出装置側が低圧である状態になり、両者の間に大きな圧力差が生じる懸念がある。このような圧力差が生じると、いわゆる圧力平衡現象と呼ばれる現象が発生し、高圧であるポンプ側の圧力Ｐ１の影響によって吐出装置側の圧力Ｐ２が上昇してしまう懸念がある。また、このような現象が生じると、次に吐出装置に流動体を導入する際の圧力状態が想定以上に高くなってしまう懸念がある。従って、吐出装置の吐出装置への流動体の導入を完了する際には、ポンプ側の圧力を低下させて吐出装置側の圧力に近づけておき、圧力平衡現象が生じにくい状態にしておくことが望ましい。

上述した知見に基づいて提供される本発明の流動体供給システムは、前記ポンプが、流動体の流れ方向を正逆切り替え可能なものであり、前記吐出装置への前記流動体の導入を終了する供給終期段階において、前記流動体の流れ方向が吐出時とは逆方向となるように前記ポンプを動作させる終期制御が前記制御装置によって実施されるものである。

本発明の流動体供給システムでは、ポンプとして流動体の流れ方向を正逆切り替え可能なものが採用されている。そのため、吐出装置への流動体の導入を完了させる供給終期段階において、流動体の流れ方向が吐出時とは逆方向となるようにポンプを動作させることにより、ポンプ側の圧力を低下させ、吐出装置側の圧力に近づけることができる。これにより、圧力平衡現象が生じにくい状態とし、吐出装置側の圧力Ｐ２が想定以上に高くなる可能性を最小限に抑制することができる。

ここで、上述した終期制御をポンプ側の圧力Ｐ１が吐出装置側の圧力Ｐ２よりも低くなるまで継続すると、吐出装置側からポンプ側への流動体の逆流現象が発生してしまう可能性がある。

そこで、上述した不具合を抑制すべく、上述した本発明の流動体供給システムは、前記終期制御が、前記ポンプ側の圧力Ｐ１が前記吐出装置側の圧力Ｐ２以上である範囲内において終了されるものであることが好ましい。

かかる構成とすることにより、終期制御の実施に伴い、吐出装置側からポンプ側に流動体が逆流することを抑制できる。

上述した本発明の流動体供給システムは、前記供給路が、前記遮断手段よりも前記吐出装置への前記流動体の供給方向の上流側において複数の分岐路に分岐されており、前記分岐路毎に前記ポンプが設けられているものとすることができる。

かかる構成によれば、複数の供給路を介して吐出装置に流動体を供給することが可能となる。

上述した本発明の流動体供給システムは、複数設けられた前記分岐路のうち一又は複数を介して供給される前記流動体、及び他の一又は複数を介して供給される前記流動体を混合することにより、前記流動体の性質とは異なる性質に変化するものであっても良い。

上述した本発明の流動体供給システムは、前記遮断手段が開状態とされて前記吐出装置への前記流動体の導入が開始された後、前記吐出装置側の圧力Ｐ２を所定の上限圧力及び下限圧力によって規定される圧力範囲内に収めることを目標として、前記制御装置によって前記ポンプの出力がフィードバック制御され、前記圧力Ｐ２が上昇傾向にある場合には、前記圧力Ｐ２が前記上限圧力を超えることを契機として前記ポンプの出力制御がなされ、前記圧力Ｐ２が下降傾向にある場合には、前記圧力Ｐ２が前記下限圧力以下になること、あるいは前記圧力Ｐ２が下降傾向から上昇傾向に転じることのいずれかの状態になることを契機として前記ポンプの出力制御がなされるであることが望ましい。

かかる構成によれば、吐出装置に対する流動体の導入過程における吐出装置側の圧力Ｐ２の安定化を図ることが可能となる。

また、本発明の成型システムは、前記吐出装置を備えており、前記吐出装置から吐出された流動体を用いて成形物を成型可能な成形機と、上述した本発明の流動体供給システムとを備えているものである。

本発明の成型システムは、上述した本発明の流動体供給システムを備えたものであるため、流動体の吐出不良が殆ど起こらない。そのため、本発明の成型システムによれば、成形物を精度良く成型することができる。

本発明によれば、吐出装置が備える吐出装置の内圧変動を最小限に抑制し、流動体の吐出不良を最小限に抑制可能なように流動体を供給可能な流動体供給システム、及びこれを備えた成型システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る成型システム及び流動体供給システムの装置構成を示した装置構成図である。 図１に示した成型システム及び流動体供給システムにおいて採用されている供給路の概略構成を示した流路構成図である。 図１に示した流動体供給システムにおいて採用されているポンプの断面図である。 図１に示した成型システムの動作の一例を示したフローチャートである。 図１に示した成型システムにおけるポンプ側の圧力及び導入室側の圧力についての圧力変動の様子を模式的に示したグラフである。 変形例に係る成型システム及び流動体供給システムの装置構成を示した装置構成図である。

以下、本発明の一実施形態に係る成型システム１及びこれに用いられる流動体供給システム５０について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１及び図２に示すように、成型システム１は、成形装置１０と流動体供給システム５０とを備えた構成とされている。成型システム１においては、流動体供給システム５０によって原料となる流動体を圧送して成形装置１０に供給すると共に、成形装置１０において流動体を吐出させ、所望の形状に成型することができる。

成形装置１０は、流動体供給システム５０によって供給された流動体を吐出（射出）させるための吐出装置２０を備えている。成形装置１０は、複数種（本実施形態では２種）の流動体を吐出装置２０に供給して吐出させることにより、任意の形状の成型物を製造することができる。本実施形態では、第一流動体及び第二流動体が成型のための原料として流動体供給システム５０により供給される。第一流動体及び第二流動体は、混合することにより混合前とは異なる性質に変化する特性を有するものである。具体的には、第一流動体及び第二流動体は、混合により硬化する特性を有するものである。

吐出装置２０は、シリンダ２２や流動体引込機構２４、ノズル２６、ミキサー機構２７等を備えており、流動体引込機構２４を作動させることによりシリンダ２２に供給された流動体をノズル２６から吐出（射出）可能とした装置である。具体的には、シリンダ２２には、軸線方向に貫通するように形成されたシリンダ孔２２ａが設けられている。シリンダ２２は、シリンダ孔２２ａによって形成された導入室２８を有する。

導入室２８は、シリンダ２２の一端側（先端側）に接続されたノズル２６の端面２６ａと、シリンダ２２の他端側に設けられた流動体引込機構２４が備えるピストンロッド３０とによって区画された空間である。導入室２８は、シリンダ２２に接続されたノズル２６及びミキサー部２７の内部に設けられた内部通路２６ｂ，２７ａを介して流動体を導入可能とされている。

ミキサー部２７は、後に詳述する流動体供給システム５０により供給されてきた複数種の流動体を混合する機能を有する部分であり、シリンダ２２に対して接続されている。ミキサー部２７内には、図示しないスタティックミキサー等の混合機構が設けられており、流動体供給システム５０側から送られてきた流動体を混合しつつシリンダ２２側に供給することができる。ミキサー部２７の内部には、上述した内部通路２７ａと、内部通路２７ａにおける流動体の流れを遮断可能な遮断手段７０が設けられている。内部通路２７ａは、一端側においてノズル２６に設けられた内部通路２６ｂと連通し、他端側において混合機構（図示せず）に連通している。そのため、流動体供給システム５０側から供給されてきた流動体をミキサー部２７において混合し、導入室２８に導入させることができる。

流動体引込機構２４は、導入室２８の容積を増減させるための機構である。具体的には、流動体引込機構２４は、ピストンロッド３０と駆動装置３２とを備えている。ピストンロッド３０は、導入室２８をなすシリンダ孔２２ａ内においてシリンダ２２の軸線方向に往復動可能なように挿入された軸体である。ピストンロッド３０は、先端側に設けられたヘッド部３０ａが、導入室２８をなすシリンダ孔２２ａと開口形状及び開口断面積と略同一の形状及び断面積とされている。そのため、駆動装置３２を作動させてピストンロッド３０を往復動させることにより、シリンダ２２内に形成されている導入室２８の容積を増減させることができる。従って、導入室２８内に流動体を導入（充填）した状態でピストンロッド３０をノズル２６側に移動させることにより、導入室２８の容積を減少させて流動体をノズル２６から吐出させることができる。また、ピストンロッド３０をノズル２６から離れる方向に移動させることにより、導入室２８の容積を増大させ、流動体供給システム５０側から流動体を導入可能な状態とすることができる。

流動体供給システム５０は、供給路６０と、バルブ７０（遮断手段）と、ポンプ８０と、制御装置１００とを具備している。供給路６０は、流動体を吐出装置２０に向けて供給するために設けられた流路である。供給路６０は、シリンダ２２に設けられた接続口２２ｂに対してバルブ７０を介して接続されている。そのため、バルブ７０を開閉することにより、供給路６０を介して導入室２８に向けて流れる流動体の流れを制御することができる。

供給路６０は、バルブ７０が設けられた位置よりも流動体の供給方向上流側において複数系統に分岐されており、各系統毎にポンプ８０が設けられている。本実施形態では、ポンプ８０に対して接続された配管８３だけでなく、ノズル２６やミキサー部２７内において流動体が通過可能とされた内部通路２６ｂ，２７ａや、混合機構（図示せず）等によって、ポンプ８０から導入室２８を繋ぐ一連の供給路６０が形成されている。供給路６０は、バルブ７０よりも上流側において第一分岐路６２及び第二分岐路６４の二系統に分岐されている。第一分岐路６２は主材となる第一流動体を供給するための分岐路であり、第二分岐路６４は副材となる第二流動体を供給するための分岐路である。また、第一分岐路６２及び第二分岐路６４には、それぞれポンプ８０，８０が設けられている。

ポンプ８０は、いわゆる回転容積型のポンプにより構成されており、流動体の流れ方向を正逆切り替え可能とされている。本実施形態では、ポンプ８０として一軸偏心ねじポンプが採用されている。具体的には、図３に示すように、ポンプ８０は、動力を受けて偏心回転する雄ねじ型のロータ８２と、内周面が雌ねじ型に形成されたステータ８４とを有する。ポンプ８０は、ポンプケーシング８６の内部にロータ８２、及びステータ８４を収容した構成とされている。ポンプケーシング８６は、金属製で筒状の部材であり、長手方向一端側に導入口８６ａとして機能する開口を有する。また、ポンプケーシング８６の長手方向中間部分には、吐出口８６ｂとして機能する開口が設けられている。導入口＠８６ｂは、流動体の供給源（図示せず）に対して配管接続されている。

ポンプ８０は、ロータ８２を正方向に回転させることにより、圧送対象である流動体を導入口８６ａから吸い込み、吐出口８６ｂから吐出させることができる。また、ロータ８２を逆方向に回転させることにより、ロータ８２を正方向に回転させた場合とは流動体の流れ方向を逆転させることができる。ステータ８４は、ゴム等の弾性体、又は樹脂等によって形成された略円筒形の外観形状を有する部材である。ステータ８４の内周壁８９は、ｎ条で単段あるいは多段の雌ネジ形状とされている。本実施形態においては、ステータ８４は、２条で多段の雌ねじ形状とされている。また、ステータ８４の貫通孔９０は、ステータ８４の長手方向のいずれの位置において断面視しても、その断面形状（開口形状）が略長円形となるように形成されている。

ロータ８２は、金属、樹脂、あるいはセラミックス等の材質で形成された、ｎ−１条で単段あるいは多段の雄ねじ形状の軸体である。本実施形態においては、ロータ８２は、１条で偏心した雄ねじ形状とされている。ロータ８２は、長手方向のいずれの位置で断面視しても、その断面形状が略真円形となるように形成されている。ロータ８２は、上述したステータ８４に形成された貫通孔９０に挿通され、貫通孔９０の内部において自由に偏心回転可能とされている。ロータ８２の基端側（吐出口８６ｂ側）の端部は、自在継手等を介して動力源たるモータ８８に接続されている。そのため、ロータ８２は、モータ８８から動力を受けて回転する。

ロータ８２をステータ８４に対して挿通すると、ロータ８２の外周壁９２とステータ８４の内周壁８９とが両者の接線で密接した状態になり、ステータ８４の内周壁８９とロータ８２の外周壁９２との間に流体搬送路９４（キャビティ）が形成される。流体搬送路９４は、ステータ８４やロータ８２の長手方向に向けて螺旋状に延びるように形成される。

流体搬送路９４は、ロータ８２をステータ８４の貫通孔９０内において回転させると、ステータ８４内を回転しながらステータ８４の長手方向に進む。そのため、ロータ８２を回転させると、導入口８６ａ側から圧送対象である流動体を流体搬送路９４内に吸い込むと共に、この流動体を流体搬送路９４内に閉じこめた状態でステータ８４の他端側に向けて移送し、ステータ８４の他端側（吐出口８６ｂ側）において吐出させることが可能である。

図１に示すように、ポンプ８０は、導入口８６ａを下方に向けて立設させた状態とされ、流動体を収容した容器Ｖ内に挿入される。ポンプ８０の導入口８６ａ側の端部には、フォロープレート８７が取り付けられる。フォロープレート８７は、容器Ｖ内にある流動体の液面に沿って配置される。また、図示しない駆動手段によりポンプ８０に対して容器Ｖを昇降させることができる。そのため、流動体の液面低下に連動させてポンプ８０に対して容器Ｖを上昇させることにより、導入口８６ａを容器Ｖの底側に移動させつつ、フォロープレート８７によって流動体を容器Ｖの底側に向けて掻き落とすことができる。これにより、流動体が高粘性のものであっても確実に導入口８６ａにおいて吸い込むことができる。

制御装置１００は、流動体供給システム５０による吐出装置２０への流動体の供給に係る制御を、流動体の供給段階に応じて実施することができる。すなわち、流動体を導入室２８に供給する供給制御を供給初期段階、供給中期段階、及び供給終期段階の３段階に大別して実行する。供給初期段階においては、バルブ７０を開状態にするのに先だってポンプ８０，８０を作動させる制御を行う。これにより、バルブ７０を開状態とすることに伴い、導入室２８側の圧力Ｐ２が大幅変動するのを抑制することができる（図４のステップ１〜ステップ４参照）。また、供給中期段階においては、導入室２８側の圧力Ｐ２を所定の上限圧力Ｐｏ及び下限圧力Ｐｕの範囲内で安定化させるための制御がなされる（図４のステップ５〜ステップ１１参照）。また、供給終期段階においては、導入室２８に対する流動体の導入完了後に、ポンプ８０，８０側の圧力Ｐ１を導入室２８側の圧力Ｐ２に近づけるための制御がなされる（図４のステップ１２〜ステップ１７）。以下、制御装置１００により実施される供給制御について、図５に示した圧力変動を示すグラフを参照しつつ、図４に示したフローチャートに基づいて詳細に説明する。

（ステップ１）
ステップ１においては、制御装置１００により導入室２８に流動体を導入すべきタイミングであるか否かの判定がなされる。ここで、導入室２８に流動体を導入すべきタイミングであるか否かの判定は、種々の方法で実施することができる。ここで、流動体を導入すべきタイミングであることが確認されると制御フローがステップ２に進められる。

（ステップ２）
制御装置１００は、ステップ２において第一分岐路６２及び第二分岐路６４に設けられた各ポンプ８０，８０による流動体の圧送が開始される。すなわち、ステップ２においては、各ポンプ８０，８０が正方向に作動し始める。これにより、図５に示すようにポンプ８０，８０側の圧力Ｐ１が上昇しはじめる。すなわち、圧力Ｐ１と、導入室２８側の圧力Ｐ２との差が拡張していく。その後、制御フローがステップ３に進められる。

（ステップ３）
ステップ３においては、制御装置１００により、ポンプ８０，８０側の圧力Ｐ１が所定の開弁圧力Ｐｃ以上の圧力状態になったか否かの確認がなされる。ここで、ステップ３における判定は、ポンプ８０，８０側に実際に設けられたセンサ８１，８１（図２参照）の検知信号を用いて圧力Ｐ１が開弁圧力Ｐｃ以上になったか否かを判定する方法に加え、種々の方法で実施することができる。具体的には、ステップ２においてポンプ８０，８０が作動開始した時点から時間を計測するタイマを設け、このタイマによって計測された時間（開弁後経過時間ｔｏ）が所定時間に到達することを条件として圧力Ｐ１が開弁圧力Ｐｃ以上の圧力状態になったとの判定を推定により実施することも可能である。本実施形態では、開弁後経過時間ｔｏが所定時間に到達したことを契機として制御装置１００が圧力Ｐ１が所定の開弁圧力Ｐｃ以上の圧力状態になったものと判定し、制御フローをステップ４に進める。

（ステップ４）
ステップ４においては、バルブ７０が閉状態から開状態に切り替えられる。このタイミングで、容積増減機構２４が作動してピストンロッド３０が後退し、導入室２８の容積が拡張する。これにより発生する圧力差により、第一分岐路６２及び第二分岐路６４を介して導入室２８への第一流動体及び第二流動体の導入が開始される。ここで、バルブ７０を開状態に切り替える段階においては、既にポンプ８０，８０側の圧力Ｐ１が所定の開弁圧力Ｐｃ以上の圧力状態に到達している。そのため、バルブ７０を開状態に切り替えた直後においても、圧力Ｐ２の下げ幅はさほど大きくない。このようにしてバルブ７０が開状態とされると、供給初期段階における制御フローが完了し、ステップ５以降の供給中期段階における制御フローに移行する。

（ステップ５）
ステップ５においては、制御装置１００により、（条件５−１）導入室２８側の圧力Ｐ２が下降傾向になること、及び（条件５−２）ポンプ８０，８０側の圧力Ｐ１が最低限維持しておくべき目標圧Ｐ１ｇ以上になることのいずれが先に達成されるかが確認される。ここで、（条件５−１）及び（条件５−２）のいずれの変化もない場合には、制御フローがステップ６に進められる。また、（条件５−１）の変化が先んじて生じた場合には、ステップ７に進められる。一方、（条件５−２）の変化が先んじて生じた場合には、ステップ９に進められ、ポンプ８０，８０の回転数を低下させるべくフィードバック制御が開始される。

（ステップ６）
ステップ６においては、ステップ４においてバルブ７０が開状態になってから所定時間Ｔ１が経過したか否かの判定がなされる。所定時間Ｔ１が経過していない場合には、制御フローがステップ５に戻され、所定時間Ｔ１が経過している場合には、制御フローがステップ９に進められる。すなわち、ステップ５において（条件５−１）及び（条件５−２）のいずれの変化も見られない場合には、ステップ６において所定時間Ｔ１が経過するのを待ってからステップ９にてフィードバック制御が開始される。

（ステップ７）
ステップ７においては、（条件７−１）導入室２８側の圧力Ｐ２が上昇傾向になること、及び（条件７−２）圧力Ｐ２が所定の目標圧Ｐ２ｇ以下になることのいずれが先に達成されるかの確認がなされる。ここで、（条件７−１），（条件７−２）のいずれの変化も生じない場合には、制御フローがステップ８に進められる。また、（条件７−１）の変化が先んじて生じた場合には、ステップ９に進められてフィードバック制御が実行される。一方、（条件７−２）の変化が先んじて生じた場合には、ステップ９に進められ、ポンプ８０，８０の回転数を上昇させるべくフィードバック制御が実行される。

（ステップ８）
ステップ８においては、ステップ４においてバルブ７０が開状態になってから所定時間Ｔ２が経過したか否かの判定がなされる。所定時間Ｔ２が経過していない期間は、制御フローがステップ７に戻される。一方、所定時間Ｔ２が経過している場合には、制御フローがステップ９に進められる。すなわち、ステップ７において（条件５−１）及び（条件５−２）のいずれの変化も見られない場合には、ステップ８において所定時間Ｔ２が経過するのを待ってからステップ９にてフィードバック制御が開始される。

（ステップ９）
ステップ９においては、フィードバック制御が開始される。すなわち、圧力Ｐ２を上限圧力Ｐｏ以下であって下限圧力Ｐｕ以上の範囲内に収めるべく、ポンプ８０，８０の出力がフィードバック制御が開始される。

（ステップ１０）
ステップ１０においては、ステップ９において開始されたフィードバック制御が実行される。フィードバック制御の実施方法については、いかなるものであっても良いが、本実施形態ではＰＩＤ制御が採用されている。

（ステップ１１）
ステップ１１においては、導入室２８に対して流動体が所定量以上導入された状態（満状態）になっているか否かの確認が、制御装置１００によって実施される。導入室２８が満状態になっている場合には、制御フローがステップ１２に進められる。これにより、流動体の供給制御が供給終期段階に進められる。一方、導入室２８が満状態になっていない場合には、制御フローがステップ５に戻される。これにより、供給中期段階における流動体の供給制御が継続される。なお、導入室２８が満状態であるか否かの判定は、ピストンロッド３０が所定位置まで後退したことが検知されることや、流動体の導入量が直接的に検知されること、導入室２８内の空隙が検知されること等のように流動体の導入量を直接的あるいは間接的に検出する方法を採用できる。また、流動体の導入開始からの時間等に基づいて導入室２８への導入量を推定して判断する方法等を採用するも可能である。

（ステップ９）
ステップ９は、上述したステップ５において導入室２８側の圧力Ｐ２が上昇傾向でないと判断された場合に進められるステップである。すなわち、ステップ９においては、圧力Ｐ２が下降傾向、あるいは略横ばい状態にある。ステップ９においては、制御装置１００により、下降傾向あるいは略横ばい状態にある圧力Ｐ２が下限圧力Ｐｕを下回っているか否かの判定がなされる。ここで、圧力Ｐ２が下限圧力Ｐｕよりも低圧になっている場合には、圧力Ｐ２を上昇傾向に転じさせて下限圧力Ｐｕよりも高圧にさせるべく、制御フローがステップ１１に進められる。一方、圧力Ｐ２が下限圧力Ｐｕ以上である場合には、制御フローがステップ１１に進められる。

（ステップ１０）
ステップ１０においては、圧力Ｐ２が下降傾向から上昇傾向に転じる傾向を示しているか否かの判定が制御装置１００によってなされる。圧力Ｐ２がこのような傾向を示している場合には、制御フローがステップ１１に進められ、圧力Ｐ２の最適化が図られる。一方、ステップ１０において圧力Ｐ２が下降傾向から上昇傾向に転じる傾向が見られない場合には、制御フローが上述したステップ８に進められる。

（ステップ１１）
ステップ１１においては、圧力Ｐ２を下限圧力Ｐｕ以上であって上限圧力Ｐｏ以下の範囲内に収めるべく、ポンプ８０，８０の出力がフィードバック制御される。フィードバック制御の実施方法については、上述したステップ７と同様にいかなるものであっても良いが、本実施形態ではＰＩＤ制御が採用されている。ステップ７においてポンプ８０，８０のＰＩＤ制御がなされると、制御フローがステップ８に進められる。

（ステップ１２）
制御フローがステップ１２に進むと、バルブ７０が開状態から閉状態に切り替えられる。これにより、ポンプ８０，８０側から導入室２８に向けて流れる流動体の流れが遮断された状態になり、導入室２８に対する流動体の導入が終了される。その後、制御フローがステップ１３に進められる。

（ステップ１３）
ステップ１３においては、ポンプ８０，８０の作動方向が逆転される。すなわち、各ポンプ８０，８０のロータ８２，８２の回転方向が逆転される。これにより、図５に示すようにバルブ７０よりもポンプ８０，８０側の領域における供給路６０の内圧が下降傾向となり、導入室２８側の領域における供給路６０の内圧に近づいていく。

（ステップ１４）
ステップ１４においては、ポンプ８０，８０側の圧力Ｐ１と、導入室２８側の圧力Ｐ２との差圧Ｐｄ（Ｐｄ＝Ｐ１−Ｐ２）が所定の第一標準差圧Ｐｓ１以下である状態に達したか否かの判定がなされる。差圧Ｐｄが第一標準差圧Ｐｓ１以下の状態（０＜Ｐｄ≦Ｐｓ１）に達したか否かの判定は、ポンプ８０，８０側に実際に設けられた圧力センサ８１，８１、及び導入室２８側に設けられた圧力センサ２９により実測された圧力値に基づいて判定する方法に加え、種々の方法で実施することができる。具体的には、ステップ１３においてポンプ８０，８０が逆方向への作動を開始した時点から時間を計測するタイマを設け、このタイマによって計測された時間（逆転開始後経過時間ｔｂ）が所定時間に到達することを条件として差圧Ｐｄが第一標準差圧Ｐｓ１以下である状態に達したとの判定を、推定によって実施することも可能である。差圧Ｐｄが第一標準差圧Ｐｓ１以下の状態であるとの判定がなされた場合には、制御フローがステップ１５に進められる。

（ステップ１５）
ステップ１５においては、ステップ１３において開始されたポンプ８０，８０の逆転動作の速度を低速化させる制御が実行される。すなわち、各ポンプ８０，８０におけるロータ８２，８２の逆方向への回転速度が、ステップ１３において開始された後、ステップ１４までの間の回転速度よりも低速化される。本ステップ以降においてロータ８２，８２の逆方向への回転速度を低下させる理由は、以下の通りである。

すなわち、ステップ１３においてポンプ８０，８０のロータ８２，８２を逆方向に作動させはじめると、圧力Ｐ１と、導入室２８側の圧力Ｐ２との差圧Ｐｄが徐々に低下していく。差圧Ｐｄをスムーズに低下させるためには、ロータ８２，８２の逆回転を動作に支障の無い範囲においてなるべく高速で作動させることが望ましい。その反面、本発明者らが鋭意検討した結果、ロータ８２，８２をいきなり停止させると、それまで減少傾向であった差圧Ｐｄが再び増加傾向に転じる可能性があることを見いだした。そこで、本実施形態では、差圧Ｐｄが増加傾向に転じるのを防止すべく、ステップ１５においてロータ８２，８２の逆方向への回転速度の低速化を図ることとしている。

（ステップ１６）
ステップ１６においては、ポンプ８０，８０側の圧力Ｐ１と、導入室２８側の圧力Ｐ２との差圧Ｐｄ（Ｐｄ＝Ｐ１−Ｐ２）が所定の第二標準差圧Ｐｓ２以下である状態に達したか否かの判定がなされる。第二標準差圧Ｐｓ２は、第一標準差圧Ｐｓ１よりも低圧（０≦Ｐｓ２＜Ｐｓ１）である。そのため、ステップ１６においては、差圧Ｐｄがステップ１４の段階よりも小さくなっているか否か、すなわち圧力Ｐ１が圧力Ｐ２に対してさらに近似した状態まで低下しているか否かの判定がなされる。

本ステップにおける差圧Ｐｄの判定は、上述したステップ１４における判定方法と同様に、種々の方法によって実施することができる。すなわち、ポンプ８０，８０側に実際に設けられた圧力センサ８１，８１、及び導入室２８側に設けられた圧力センサ２９によって実測された圧力値に基づいて判定する方法を採用することができる。また、ステップ１３においてポンプ８０，８０が逆方向への作動を開始した時点等、適宜のタイミングから計時するタイマを設け、このタイマによって計測された時間が所定時間に到達することを条件として差圧Ｐｄが第二標準差圧Ｐｓ２以下に達したとの推定を行い、この推定結果に基づいて判定を行うことも可能である。差圧Ｐｄが第二標準差圧Ｐｓ２以下の状態であるとの判定がなされたことを契機に、制御フローがステップ１７に進められる。

（ステップ１７）
上述したステップ１６において差圧Ｐｄが第二標準差圧Ｐｓ２以下になると、ポンプ８０，８０が停止状態とされる。ここで、第二標準差圧Ｐｓ２は、ポンプ８０，８０（ロータ８２，８２）をいきなり停止させたとしても、それまで減少傾向であった差圧Ｐｄが再び増加傾向に転じる可能性が低いと想定される圧力値に設定されている。そのため、ステップ１７においてポンプ８０，８０を停止させても、差圧Ｐｄが増加傾向に転じる可能性が低い。ステップ１７においてポンプ８０，８０を停止させると、一連の制御フローが完了する。

上述したように、成型システム１及び流動体供給システム５０においては、少なくともポンプ８０，８０側の圧力Ｐ１が所定圧力を超えるまでバルブ７０が閉状態とされ、圧力Ｐ１が開弁圧力Ｐｃを超えてからバルブ７０が開状態とされる。そのため、ピストンロッド３０を流動体引込機構２４側に退入させて導入室２８の容積を拡張させた状態においてバルブ７０を開状態としたとしても、導入室２８の内圧が大幅に低下してしまうことを抑制できる。従って、上述したような構成及び動作制御を行うことにより、供給初期段階における導入室２８の内圧変動を最小限に抑制することができる。

また、本実施形態においては、供給中期段階において、導入室２８側の圧力Ｐ２を所定の上限圧力Ｐｏ及び下限圧力Ｐｕの範囲内で安定化させるためのフィードバック制御がなされる。そのため、上述した構成及び制御によれば、導入室２８に対する流動体の導入過程における導入室２８側の圧力Ｐ２の安定化を図ることが可能となる。

さらに、本実施形態においては、供給終期段階において、ポンプ８０，８０の運転方向を逆転させる制御（終期制御）を実施することとしている。これにより、供給終期段階においてポンプ８０，８０側の圧力Ｐ１を低下させ、導入室２８側の圧力Ｐ２に近づけることが可能となり、圧力平衡現象による圧力Ｐ２の上昇を抑制できる。また、終期制御をポンプ８０，８０側の圧力Ｐ１が導入室２８側の圧力Ｐ２以上である範囲内において終了させることとしているため、誤って導入室２８側からポンプ８０，８０側に流動体が逆流することを抑制できる。特に、本実施形態において成型に用いられる第一流動体及び第二流動体のように、混合により混合前とは異なる性質に変化する特性を有する流動体を用いる場合には、ポンプ８０，８０側への流動体の逆流を阻止可能な構成とすることが好ましい。

上述したように、流動体供給システム５０は、第一分岐路６２を介して供給される流動体、及び第二分岐路６４を介して供給される流動体が、混合により硬化する特性を有するものにおいて好適に利用可能である。流動体供給システム５０は、混合により品質低下する等、流動体の元来の性質とは異なる性質に変化するものを流動体とした採用した場合においても好適に利用できる。なお、流動体供給システム５０において用いる流動体は、混合により流動体の元来の性質とは異なる性質に変化するものでなくても良い。

本実施形態の流動体供給システム５０では、供給路６０がバルブ７０よりも吐出装置２０への流動体の供給方向の上流側において第一分岐路６２及び第二分岐路６４に分岐されており、それぞれにポンプ８０，８０が設けられた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、供給路６０は、分岐されることなく単一の流路によって構成されていても良い。また、供給路６０は、三系統以上の多数の分岐路に分岐されていても良い。また、供給路６０が多数の分岐路に分岐されている場合についても、各分岐路毎にポンプ８０を設けることが望ましいが、一部の分岐路についてポンプ８０を省略しても動作上支障がない場合等にはポンプ８０を省略した構成としても良い。

本実施形態では、流動体供給システム５０を成型システム１に適用した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、流動体供給システム５０は、単独で使用されても良く、成型システム１以外の他の装置等において流動体を供給するために使用されても良い。

上述した成形システム１は、シリンダ２２の動作により流動体を押出可能な成形装置１０を採用したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、図６に示す成型システム１０１のように、成形装置１０に代えて一軸偏心ねじポンプからなる吐出装置１２０を備えた成形装置１１０を採用したものとしても良い。以下、成形装置１０１について説明する。なお、上述した成型システム１と同様の構成を有するものについては詳細の説明は省略し、同一の符号を付して説明する。

成形装置１１０が備える吐出装置１２０は、上述したポンプ８０と同様の構造を有するものである。成形装置１１０の詳細の説明は省略するが、ロータ（不図示）とステータ（不図示）とを備えた一軸偏心ねじポンプ機構を有する。成形装置１１０は、成形装置１０の導入室２８に相当するものとして、ロータとステータとの間に形成された流動体搬送用の空隙（キャビティ）を備えており、圧力差に基づいて流動体の導入及び吐出を実施できる。

上述したように、一軸偏心ねじポンプ機構を備えた吐出装置１２０を成形装置１１０に用いることにより、流動体の吐出性能が向上し、成型精度をより一層向上させることができる。また、成形装置１１０は、ロータ及びステータの相対回転を停止させることにより、供給路６０を介して成形装置１１０に向けて流れる流動体の流れを遮断する遮断手段としての機能も発揮できる。そのため、バルブ７０等を設ける必要がなく、装置構成をより一層簡素化できる。

本発明の流動体供給システムは、流動体の吐出及び供給の各段階において容積が増減する導入室を備えた吐出装置に対して流動体を供給する用途全般において好適に利用可能である。また、本発明の成型システムは、流動体を吐出させて成型する射出成形装置等として好適に利用可能である。

１ 成型システム
１０ 成形装置
２０ 吐出装置
２４ 流動体引込機構
２８ 導入室
５０ 流動体供給システム
６０ 供給路
６２ 第一分岐路
６４ 第二分岐路
７０ バルブ
８０ ポンプ
１００ 制御装置
Ｐ１ 圧力
Ｐ２ 圧力

Claims (7)

1. 圧力差に基づいて流動体の導入及び吐出を実施可能な吐出装置に対して前記流動体を供給する流動体供給システムであって、
   前記吐出装置に接続された供給路と、
   前記供給路に接続されたポンプと、
   前記供給路を介して前記吐出装置に向けて流れる流動体の流れを遮断可能な遮断手段と、
   前記ポンプ側の圧力状態を判定し、判定結果に基づいて前記遮断手段の開閉制御を行う制御装置とを有し、
   前記制御装置により、前記ポンプ側の圧力Ｐ１及び前記吐出装置側の圧力Ｐ２のいずれか一方又は双方が所定圧力を超える圧力状態になったものと判定されることを条件として、前記遮断手段を開状態とする前記開閉制御が前記制御装置によって実施されるものであり、
   前記吐出装置が、
   前記流動体を導入可能な導入室と、
   前記導入室の容積増減により前記圧力差を生じさせて前記流動体を前記導入室内に引き込む流動体引込機構とを備え、
   前記導入室の容積を減少させることにより前記導入室に導入された前記流動体を外部に吐出させ、
   前記流動体の吐出後に前記導入室の容積を増加させることにより前記流動体を前記導入室に導入させることが可能なものであることを特徴とする流動体供給システム。
2. 前記ポンプが、流動体の流れ方向を正逆切り替え可能なものであり、
   前記吐出装置への前記流動体の導入を終了する供給終期段階において、前記流動体の流れ方向が吐出時とは逆方向となるように前記ポンプを動作させる終期制御が前記制御装置によって実施されることを特徴とする請求項１に記載の流動体供給システム。
3. 前記終期制御が、前記ポンプ側の圧力Ｐ１が前記吐出装置側の圧力Ｐ２以上である範囲内において終了されることを特徴とする請求項２に記載の流動体供給システム。
4. 前記供給路が、前記遮断手段よりも前記吐出装置への前記流動体の供給方向の上流側において複数の分岐路に分岐されており、
   前記分岐路毎に前記ポンプが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流動体供給システム。
5. 複数設けられた前記分岐路のうち一又は複数を介して供給される前記流動体、及び他の一又は複数を介して供給される前記流動体を混合することにより、前記流動体の性質とは異なる性質に変化するものであることを特徴とする請求項４に記載の流動体供給システム。
6. 前記遮断手段が開状態とされて前記吐出装置への前記流動体の導入が開始された後、前記吐出装置側の圧力Ｐ２を所定の上限圧力及び下限圧力によって規定される圧力範囲内に収めることを目標として、前記制御装置によって前記ポンプの出力がフィードバック制御され、
   前記圧力Ｐ２が上昇傾向にある場合には、前記圧力Ｐ２が前記上限圧力を超えることを契機として前記ポンプの出力制御がなされ、
   前記圧力Ｐ２が下降傾向にある場合には、前記圧力Ｐ２が前記下限圧力以下になること、あるいは前記圧力Ｐ２が下降傾向から上昇傾向に転じることのいずれかの状態になることを契機として前記ポンプの出力制御がなされることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の流動体供給システム。
7. 前記吐出装置を備えており、前記吐出装置から吐出された流動体を用いて成形物を成型可能な成形機と、
   請求項１〜６のいずれかに記載の流動体供給システムとを備えていることを特徴とする成型システム。

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