| 【発明の名称】 |
液体供給方法、その方法に用いて好適な液体供給ポンプ及びその液体供給装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】滝井 潔
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| 【要約】 |
【課題】液体の粘度に関係なく、所定の供給量の液体を所定の時間内に正確に供給でき、泡の発生がない安価な液体供給装置を得ること。
【解決手段】本発明の一実施形態の液体供給装置１００は、ピストンハウジングの内部を１枚のダイアフラム１３０で２分し、一方をピストン室１２１としてピストン１４０を内在させ、これにサーボモータ１６０で制御されるカム１７０を近接させ、他方の室を液体サブタンク室１２２として、液体加圧タンク２１０からの加圧液体Ｌを注入し、ピストン１４０を右方にダイアフラム１３０を介して押しやる。カム１７０を半回転させると、ピストン１４０でダイアフラム１３０が押しやられて、液体サブタンク室１２２内に液体Ｌが出入口１２５から液体排出バルブ３３０を通じて、ノズルなどの排出手段から外部に供給できるように構成されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 液体加圧タンク内の液体を連続的に加圧維持し、該液体が、壁面の一部に弾性面を保有する液体サブタンクを通過する時、前記弾性壁面に対し、連続的に一定の間隔で加圧及び加圧解除の動作を反復させることを特徴とする液体供給方法。
【請求項２】 ピストンハウジングの内部に１枚のダイアフラムを組み込んでピストンハウジング内が２室に分割され、前記両室の一方の室に、ピストンヘッドとこれに連結され、ピストンヘッドをピストン運動させるピストン軸とから構成されているピストンの前記ピストンヘッドがピストン運動できるように配設され、前記ピストン軸が前記一方の室側の前記ピストンハウジングから外部に導出された状態で配設され、前記両室の他方の室に液体出入口が形成されているポンプと、該ポンプの前記ピストン軸をピストン運動させるピストン駆動装置とから構成されていることを特徴とする液体供給用ポンプ。
【請求項３】 前記ピストン駆動装置がサーボモータと、該サーボモータの回転軸に連結されたギヤユニットと、該ギヤユニットに連結されたカムと、前記サーボモータの回転を制御するコントローラ／ドライバとから構成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体供給ポンプ。
【請求項４】 請求項３に記載のカムを、そのカムの周面が請求項２に記載の前記ピストン軸の端部に近接して配設し、そのピストン軸の端部と前記カムの周面との間隔を調整する調整装置を備えていることを特徴とする請求項２に記載の液体供給ポンプ。
【請求項５】 請求項３及び請求項４に記載のカムを前記サーボモータで１回転させることで、液体供給の１サイクルを完結するように構成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項４に記載の液体供給ポンプ。
【請求項６】 ピストンハウジングの内部に１枚のダイアフラムを組み込んでピストンハウジング内が２室に分割され、前記両室の一方の室に、ピストンヘッドとこれに連結され、ピストンヘッドをピストン運動させるピストン軸とから構成されているピストンの前記ピストンヘッドがピストン運動できるように配設され、前記ピストン軸が前記一方の室側の前記ピストンハウジングから外部に導出された状態で配設され、前記両室の他方の室に液体出入口が形成されている液体供給ポンプと、該ポンプの前記ピストン軸をピストン運動させるピストン駆動装置と、前記ポンプの前記液体出入口から前記他方の室側に定量の液体を加圧して供給、注入する液体加圧タンクと、該液体加圧タンクに加圧前の液体を定量づつ補給するための液体補給源と、前記液体加圧タンクに注入されている液体の表面を一定圧力で加圧するための加圧気体を供給するための加圧気体供給源と、前記液体加圧タンクの下方から導出され、前記ポンプの前記他方の室の液体出入口側に配管されているパイプに前記液体加圧タンク側から順次接続された液体供給バルブと液体排出バルブと、該液体排出バルブに接続された排出手段と、前記液体供給バルブと前記液体排出バルブとの中間部分と前記ポンプの前記液体出入口とを接続する給排出パイプと、前記液体供給バルブと前記液体排出バルブとの液体供給機能と液体排出機能とを交互に切り替える切替装置とから構成されていることを特徴とする液体供給装置。
【請求項７】 前記液体供給ポンプが請求項３乃至請求項５に記載の液体供給ポンプであることを特徴とする請求項６に記載の液体供給装置。
【請求項８】 前記液体供給バルブを閉め、前記液体排出バルブを開け、前記サーボモータで前記カムを回転させることで前記ピストン軸を押圧し、前記液体サブタンク内に注入されている液体を前記液体出入口及び前記液体排出バルブを通じて排出し、その液体の排出後、前記液体供給バルブを開け、前記液体排出バルブを閉め、そして前記カムを更に半回転させることで前記カムが待機位置に戻り、そのカムの外周部と前記ピストン軸との間に間隔が開くように制御することを特徴とする請求項６に記載の液体供給装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インク、溶剤などの液体を、その粘度に関係なく、予め決められた所定量の液体を、予め決められた時間内で、正確に供給することができる液体供給方式、その方式に用いて好適な液体供給ポンプ及びその液体供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、液体供給方式としては、タンク内の液体を加圧してバルブの開閉で供給する方式、ダイアフラム型ポンプ、ベローズ型ポンプ、シリンダなどを用いる各種方式がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記加圧及びバルブの開閉方式は、タンク内に加圧された液体をバルブの開閉だけで制御する方式であるため、最も安価であるが、制御の精度が劣る。
【０００４】そして、ダイアフラム型ポンプ方式は、ダイアフラムをエアー及びバキュームの組合せ、またはモータ駆動のピストン軸で駆動する方式であるので、安価であるが、制御の精度が劣り、かつ液体内へのエアーの巻き込み及びキャビテーションが発生し易い。
【０００５】また、前記ベローズ型ポンプ方式は、装置の価格は安価であるが、定量供給に劣り、そして液体の粘度の影響を受け易い。
【０００６】更にまた、前記シリンダ方式は、定量供給には優れているものの、液体の粘度の影響を受け易く、かつ液体とシリンダとが直接接しているため、そのシール面でのシール性が劣り、液漏れが発生し易い。
【０００７】以上のように、各方式ともに一長一短がある。
【０００８】従って、本発明は、これらの課題を解決しようとするものであって、液体の粘度変動に関係なく、予め決められた供給量の液体が決められた時間内に正確に供給でき、泡の混入が発生しない安価な液体供給方法、その方法に用いて好適な液体供給ポンプ及びその液体供給装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って、請求項１に記載の発明では、液体加圧タンク内の液体を連続的に加圧維持し、該液体が、壁面の一部に弾性面を保有する液体サブタンクを通過する時、前記弾性壁面に対し、連続的に一定の間隔で加圧及び加圧解除の動作を反復させる液体供給方法を採って、前記課題を解決している。
【００１０】そして、請求項２に記載の発明では、液体供給ポンプを、ピストンハウジングの内部に１枚のダイアフラムを組み込んでピストンハウジング内が２室に分割され、前記両室の一方の室に、ピストンヘッドとこれに連結され、ピストンヘッドをピストン運動させるピストン軸とから構成されているピストンの前記ピストンヘッドがピストン運動できるように配設され、前記ピストン軸が前記一方の室側の前記ピストンハウジングから外部に導出された状態で配設され、前記両室の他方の室に液体出入口が形成されているポンプと、該ポンプの前記ピストン軸をピストン運動させるピストン駆動装置とから構成して、前記課題を解決している。
【００１１】また、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の液体供給ポンプにおいて、前記ピストン駆動装置を、サーボモータと、該サーボモータの回転軸に連結されたギヤユニットと、該ギヤユニットに連結されたカムと、前記サーボモータの回転を制御するコントローラ／ドライバとから構成して、前記課題を解決している。
【００１２】そしてまた、請求項４に記載の発明では、請求項２に記載の液体供給ポンプにおいて、請求項３に記載のカムを、そのカムの周面が請求項２に記載の前記ピストン軸の端部に近接して配設し、そのピストン軸の端部と前記カムの周面との間隔を調整する調整装置を具備せしめて、前記課題を解決している。
【００１３】更に、請求項５に記載の発明では、請求項２乃至請求項４に記載の液体供給ポンプにおいて、請求項３及び請求項４に記載のカムを前記サーボモータで１回転させることで、液体供給の１サイクルを完結するように構成して、前記課題を解決している。
【００１４】更にまた、請求項６に記載の発明では、液体供給装置を、ピストンハウジングの内部に１枚のダイアフラムを組み込んでピストンハウジング内が２室に分割され、前記両室の一方の室に、ピストンヘッドとこれに連結され、ピストンヘッドをピストン運動させるピストン軸とから構成されているピストンの前記ピストンヘッドがピストン運動できるように配設され、前記ピストン軸が前記一方の室側の前記ピストンハウジングから外部に導出された状態で配設され、前記両室の他方の室に液体出入口が形成されている液体供給ポンプと、該ポンプの前記ピストン軸をピストン運動させるピストン駆動装置と、前記ポンプの前記液体出入口から前記他方の室側に所定量の液体を加圧して供給、注入する液体加圧タンクと、該液体加圧タンクに加圧前の液体を所定量づつ補給するための液体補給源と、前記液体加圧タンクに注入されている液体の表面を一定圧力で加圧するための加圧気体を供給するための加圧気体供給源と、前記液体加圧タンクの下方から導出され、前記ポンプの前記他方の室の液体出入口側に配管されているパイプに前記液体加圧タンク側から順次接続された液体供給バルブと液体排出バルブと、該液体排出バルブに接続された排出手段と、前記液体供給バルブと前記液体排出バルブとの中間部分と前記ポンプの前記液体出入口とを接続する給排出パイプと、前記液体供給バルブと前記液体排出バルブとの液体供給機能と液体排出機能とを交互に切り替える切替装置とから構成して、前記課題を解決している。
【００１５】そして更にまた、請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の液体供給装置の前記液体供給ポンプを請求項３乃至請求項５に記載の液体供給ポンプで構成して、前記課題を解決している。そして最後の請求項８に記載の発明では、請求項６に記載の液体供給装置において、前記液体供給バルブを閉め、前記液体排出バルブを開け、前記サーボモータで前記カムを回転させることで前記ピストン軸を押圧し、前記液体サブタンク内に注入されている液体を前記液体出入口及び前記液体排出バルブを通じて排出し、その液体の排出後、前記液体供給バルブを開け、前記液体排出バルブを閉め、そして前記カムを更に半回転させることで前記カムが待機位置に戻り、そのカムの外周部と前記ピストン軸との間に間隔が開くように制御して、前記課題を解決している。
【００１６】従って、請求項１に記載の液体供給方法によれば、液体の粘度に関係なく、液体加圧タンクから液体サブタンクへの所定量の液体を正確に供給でき、そして液体サブタンクから外部へ所定量の液体を正確に供給でき、そしてまた、その液体の供給速度を精密に制御することができる。
【００１７】そして、請求項２に記載の液体供給ポンプによれば、エアーの巻き込み、液体漏れが無く、しかも所定量の液体を供給することができる。
【００１８】また、請求項３に記載の液体供給ポンプによれば、請求項２の発明の液体供給ポンプの作用効果に加えて、所定量の液体を正確に供給することができる。
【００１９】そしてまた、請求項４に記載の液体供給ポンプによれば、請求項２の液体供給ポンプの作用効果に加えて、ピストン軸とカムとの間隔を調整することにより供給すべき液体量を容易に調整することができ、そしてカムの回転を制御することにより、その液体の供給速度を制御することができる。
【００２０】更に、請求項５に記載の液体供給ポンプによれば、請求項２乃至請求項４の液体供給ポンプの作用効果に加えて、カムの半回転で所定量の液体を正確に供給でき、他の半回転で所定量の液体を正確に液体サブタンク内に注入することができる。
【００２１】更にまた、請求項６に記載の液体供給装置によれば、非常に安価に構成でき、液体の粘度に関係なく、そしてエアーの巻き込み、キャビテーションの発生、液体漏れを起こすことなく、予め決められた量の液体を、予め決められた時間内で正確に供給することができる。
【００２２】そして更にまた、請求項７に記載の液体供給装置によれば、請求項６の液体供給装置の作用効果に加えて、安価なポンプで所定量の液体を正確に供給でき、そしてその供給速度を精密に制御することができる。
【００２３】そして最後の請求項８の液体供給装置によれば、請求項６に記載の液体供給装置の作用効果に加えて、カムの半回転で所定量の液体を正確に供給でき、他の半回転で所定量の液体を正確に液体サブタンク内に注入する反復運動を行わせることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な一実施形態の液体定量供給装置を、図１乃至図３を用いて説明する。
【００２５】図１は本発明の一実施形態の液体供給装置の構成図であり、図２は図１に示した液体計量時の状態液体供給装置を、液体供給時の状態で示した構成図であり、そして図３は図１に示した液体供給装置の液体供給ポンプの制御に用いて好適な制御装置の構成図である。先ず、図１乃至図３を用いて本発明の一実施形態の液体供給装置の構成を説明する。
【００２６】図１において、符号１は本発明の液体供給装置を指す。この液体供給装置１は、大別して、本発明の液体供給ポンプ部１００と液体加圧部２００と液体供給／排出配管３００とから構成されている。
【００２７】前記液体供給ポンプ部１００は、また、液体供給ポンプ１１０とそのピストン駆動装置１５０とから構成されている。
【００２８】液体供給ポンプ１１０は、フレーム１１１内に固定されていて、所定の容量のピストンハウジング１２０の内部に、弾性壁面を形成する１枚のダイアフラム１３０を中間部に組み込んで、そのピストンハウジング１２０内を２室に分割し、前記両室の一方の室をピストン室１２１とし、他方の室を液体サブタンク室１２２として、前記ピストン室１２１には、ピストンヘッド１４１とこれに連結され、ピストンヘッド１４１をピストン運動させるピストン軸１４２とから構成されているピストン１４０の前記ピストンヘッド１４１がピストン運動できるように配置し、前記ピストン軸１４２が前記ピストン室１２１側の前記ピストンハウジング１２０の側壁１２３から外部に導出された状態で配置されていて、前記側壁１２３と対向する前記液体サブタンク室１２２側のピストンハウジング１２０の側壁１２４には液体Ｌの出入口１２５が形成された構造で構成されている。
【００２９】そして、前記ピストン軸１４２をピストン運動させるピストン駆動装置１５０は、図３にも示したように、サーボモータ１６０と、このサーボモータ１６０の回転軸１６１に連結されたギヤユニット１６２と、このギヤユニット１６２に連結された、例えば、楕円形のカム１７０と、前記サーボモータ１６０の回転を制御するコントローラ／ドライバ１８０とから構成されている。なお、カム１７０はそのカムシャフト１７１がサーボモータ１６０の回転軸１６１にジョイント１７２で接続されて連結されている。
【００３０】また、前記カム１７０は、その周面１７０Ａが前記ピストン軸１４２の端部に近接して配設されており、そして、そのピストン軸１４２の端部と前記カム１７０の周面１７０Ａとの間隔Ｇを調整する調整装置であるマイクロメータ１９０がサーボモータ１６０に近接して配設されている。前記カム１７０は、図示の例では、前記サーボモータ１６０で１回転することで、液体供給の１サイクルを完結するように構成されている。
【００３１】前記液体加圧部２００は、液体加圧タンク２１０と、液体補給源を構成する液体補給ポンプ２２０と、加圧気体供給源を構成するレギュレータ２３０及びエアーゲージ２４０とから構成されている。
【００３２】前記液体加圧タンク２１０は、後記する液体供給／排出配管３００を介し、前記出入口１２５から液体サブタンク室１２２へ所定量の液体Ｌを供給、注入する装置である。この液体加圧タンク２１０には、前記液体補給源から液体補給ポンプ２２０にて加圧前の液体Ｌが定量づつ補給される。その液体加圧タンク２１０内に収容されている液体の表面は、前記加圧気体供給源の加圧気体源、この例の場合は加圧エアー源(不図示)からの加圧エアーが前記レギュレータ２３０を介して前記液体加圧タンク２１０の上方から供給され、一定圧力で加圧される。その圧力は、常時、エアーゲージ２４０で監視される。
【００３３】前記液体供給／排出配管３００は、前記液体加圧タンク２１０の下方から導出され、前記液体サブタンク室１２２の前記出入口１２５に配管されているパイプ３１０に前記液体加圧タンク２１０側から順次接続された液体供給バルブ３２０と、液体排出バルブ３３０と、この液体排出バルブ３３０に接続されたノズルのような排出手段３４０と、一端が前記液体供給バルブ３２０と前記液体排出バルブ３３０との中間部分に接続され、他端が前記液体サブタンク室１２２の出入口１２５に接続された給排出パイプ３５０とから構成されている。
【００３４】本発明の液体供給装置１は、以上、説明したように構成されているが、次に、この動作を説明する。先ず、図１に示したように、液体供給ポンプ１１０のピストンヘッド１４１がピストンハウジング１２０の側壁１２３に当接するように後退させておき、そしてピストン駆動装置１５０のカム１７０の短軸側を液体供給ポンプ１１０のピストン軸１４２の端部との間で微少間隔Ｇが開くようにマイクロメータ１９０を用いて設定しておく。このカム１７０（カム軸）の位置（間隔Ｇの幅）で液体Ｌの供給量（或いは排出量）が、カム１７０の回転速度で排出速度が決まる。
【００３５】次に、液体加圧タンク２１０に前記液体補給源から液体補給ポンプ２２０で液体Ｌを供給、補給し、そして前記加圧気体供給源からレギュレータ２３０を介して液体加圧タンク２１０内に収容されている液体Ｌの表面を連続的に加圧、維持する。
【００３６】そして、先ず、液体供給バルブ３２０を開き、液体排出バルブ３３０を閉じておき、パイプ３１０、液体供給バルブ３２０、給排出パイプ３５０を通じて前記出入口１２５から液体サブタンク室１２２に加圧された所定量の液体Ｌを供給する。この加圧液体Ｌの供給量は液体サブタンク室１２２の容量で決まり、その容量はピストンハウジング１２０の容量とダイアフラム１３０の仕切位置によって決まる。
【００３７】液体サブタンク室１２２内に加圧、供給された液体Ｌは弾性壁面を形成しているダイアフラム１３０を押し、ピストン室１２１のピストンヘッド１４１は加圧液体Ｌの圧力で側壁１２３面に押圧され、その側壁１２３に当接して停止する。この動作で液体サブタンク室１２２内に前記所定量の液体Ｌが注入されたことになる（図１の状態）。
【００３８】次に、図１に示した液体計量状態から液体サブタンク室１２２内に注入されている所定量の液体Ｌの排出動作を説明する。前記コントローラ／ドライバ１８０の制御の下に、サーボモータ１６０を作動させて、図２に示したように、カム１７０を回転駆動し、カム１７０を半回転させて長軸側のカム面がピストン軸１４２の端部を押圧させる。同時に、前記液体供給バルブ３２０は閉じられ、液体排出バルブ３３０が開かれる。ピストン１４０は、図２に示したように、左方に押圧、移動し、弾性面を保有するダイアフラム１３０を押し、液体サブタンク室１２２内に注入されていた所定量の液体Ｌを押し出す。押し出された液体Ｌは液体サブタンク室１２２の出入口１２５から給排出パイプ３５０、液体排出バルブ３３０を通じて排出手段３４０から外部に排出（供給）される。
【００３９】所定量の液体Ｌが排出されると、前記コントローラ／ドライバ１８０の制御の下にサーボモータ１６０を作動して、カム１７０を半回転させ、カム１７０を、図１に示したような待機位置に戻し、ピストン軸１４２の端部とカム１７０の端部との間に間隔Ｇを開ける。
【００４０】そして次に、液体排出バルブ３３０を閉じ、液体供給バルブ３２０を開けて、前記と同様に液体加圧タンク２１０から加圧された液体Ｌを液体サブタンク室１２２内に吸入（注入）する。
【００４１】前記の実施形態では、カム１７０の１回転で液体Ｌの供給（排出、或いは吐出）及び液体Ｌの吸入（注入）準備が完了する１サイクルの構成で液体供給装置を示したが、カムの１回転で２サイクル、或いはそれ以上の液体、吸入の動作を行わせるように構成してもよい。
【００４２】なお、前記ピストン駆動装置１５０をサーボモータ１６０とギヤユニット１６２とから構成した理由は、前記カム１７０の回転制御精度とカムの位置調整精度で液体の正確な供給量（排出量、或いは吐出量）と供給時間（排出時間、或いは吐出時間）が決まることから、前記サイクルのカム１７０の回転速度及び位置精度を向上させるために用いられている。
【００４３】以上、説明したように、本発明の液体供給装置１は、液体加圧タンク２１０内の液体Ｌを連続的に加圧維持し、その液体Ｌを、ダイアフラム１３０で壁面の一部を弾性面に形成した液体サブタンク室１２２を通過させる時に、前記ダイアフラム１３０（弾性壁面）に対して、連続的に一定の間隔で加圧及び加圧解除の動作を反復させることで、液体Ｌを正確に計量でき、その定量の液体を外部に供給（排出、或いは吐出）することができる。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の液体供給装置によれば、１．液体の粘度に関係なく、予め決められた液体量を、予め決められた時間内に正確に供給することができる２．カムの位置とピストンの端部との間隔を変えることで、容易に液体供給量の制御を行うことができる３．供給（排出、或いは吐出）する液体内にエアーの巻き込み、キャビテーションが発生しない。
４．ピストン室と液体サブタンク室とがダイアフラムで隔離されているため、容量の計量時に液漏れが生じない５．高額な投資を必要とせず、安価に構成することができるなど、数々の優れた効果がえられる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９４０６４５２９
【氏名又は名称】株式会社ソニー・ディスクテクノロジー
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月２７日（１９９９．１２．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７８１４５
【弁理士】
【氏名又は名称】松村 修
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１８２６５９（Ｐ２００１−１８２６５９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月６日（２００１．７．６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３７０４１６ |
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