JP2005283185A - 定量吐出器 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力補正のためのサンプリングが不要で、簡易な演算や機構によって効率的な圧力補正ができる定量吐出器を提供する。
【解決手段】ＣＰＵ５１にＩ／Ｏポート５２を介してキーボード５３と不揮発性メモリ５４、さらにＤ／Ａ変換器５５を介して電空レギュレータ５６、ドライバ回路５７を介してソレノイドバルブ５８を接続する。ソレノイドバルブ５８は、電空レギュレータ５６とチューブ６を接続する空気通路５９の途中に設ける。以上のような構成で、キーボード５３からの吐出信号を検知すると、ＣＰＵ５１は圧力補正テーブルＰＴを参照して残量レベルＬｎに応じて設定吐出圧力Ｐを補正し、Ｄ／Ａ変換器５５を介して電空レギュレータ５６に補正圧力Ｐｎに対応する圧力信号を送って空気圧を変化させる一方、目標の吐出量Ｗｎを吐出するために必要な吐出時間Ｘｔｎを決定し、ドライバ回路５７を介してソレノイドバルブ５８に制御信号を送って吐出時間Ｘｔｎに対応する時間だけ空気通路５９を開放する。
【選択図】図２

Description

本発明は、空圧式ディスペンサの吐出圧力を制御して吐出作業の進行に伴う容器内の材料の減少による吐出量変化を防止する圧力補正機能を有する定量吐出器に関する。

定量吐出器は、吐出圧力Ｐと吐出時間Ｔを設定して液状材料ａを定量吐出するが、吐出作業の進行に伴って容器内の材料ａが減少することや、時間の経過とともに材料ａの粘度が変化することなどにより、吐出精度が低下する。
特に、図９に示すように、容器内の材料ａが減少して残量レベルがＬ1からＬ2に低下すると（Ｌ1＞Ｌ2）、当初設定した吐出圧力Ｐの空気で容器内を満たすまでの時間がｔ1からｔ2に長くなり（ｔ1＜ｔ2）、容器内の圧力上昇速度がＰ／ｔ1からＰ／ｔ2に低下する。
このため、いわゆる水頭差による吐出量変化が起き、当初１００％の残量レベルで設定した吐出圧力Ｐと吐出時間Ｔに対する吐出量Ｗが減少する。（当初設定した吐出時間Ｔが長い場合や材料ａの粘度が低い場合は吐出量Ｗが増加するケースもある）

この吐出量Ｗの減少をなくすには、残量レベルＬｎに反比例する補正圧力Ｐｎを与えて容器内の圧力上昇速度を速くする必要がある。（吐出量Ｗが増加する場合は圧力上昇速度を遅くする）
そのためには、現在の残量レベルＬｎを検知し、そのレベルに対して必要な補正圧力Ｐｎを何らかの方法で求める必要がある。
残量レベルＬｎは、圧力波形の立ち上がり面積が残量レベルＬｎに対してほぼ直線的に変化するので、圧力波形の立ち上がり面積を測定し、それを圧力波形の立ち上がり面積と残量レベルＬｎの近似直線式に当てはめることにより求めることができる。
補正圧力Ｐｎは、同様に残量レベルＬｎに対してほぼ直線的に変化するので、上記の方法で残量レベルＬｎを検知し、それを補正圧力Ｐｎと残量レベルＬｎの近似直線式に当てはめて求めることができる。

従来の定量吐出器は、残量レベルＬｎを検知するため、圧力センサによる圧力データの取得を１ｍｓｅｃ毎に５０回程度行って圧力波形の立ち上がり面積を測定していた。
そのため、圧力補正の演算や圧力検知の機構が複雑になり、吐出動作中に吐出圧力Ｐを変更するなどの付加的な機能を付与することが困難であった。

また、従来の定量吐出器は、吐出作業を開始する前にサンプリングのための予備実験を行い、トップレベル（１００％）とボトムレベル（１０％）の２点において材料ａを吐出し、その吐出量Ｗを計測して目標との差に応じて吐出圧力Ｐを調整する作業を繰り返して２点における補正圧力Ｐｎを求め、この２点を結んで上記近似直線式を設定していた。
そのため、設定に時間が掛かり、装置を立ち上げるまでに長時間を要していた。
また、容器サイズ、ニードル径といった塗布条件を変更したり、吐出量Ｗを変更する度に新たな近似直線式を設定する必要があったので、作業が煩雑で現場での取扱いが面倒であった。

解決しようとする問題点は、従来の圧力補正機能を有する定量吐出器は、補正データのサンプリングが必要で立ち上げに長時間を要し、圧力補正の演算や機構も複雑であった点であり、本発明は、圧力補正のためのサンプリングが不要で、簡易な演算や機構によって効率的な圧力補正ができる定量吐出器を提供することを目的になされたものである。

本発明は、容器内の材料の残量と吐出圧力の補正量の関係を示すテーブルをあらかじめメモリに記憶し、このメモリに記憶したテーブルを参照して材料を吐出する毎に計算した残量に対する補正量を求めて吐出圧力を補正することを最も主要な特徴とする。

本発明の定量吐出器は、圧力センサを使わずに容器内の材料の残量を計算により求めているので、従来複雑であった圧力補正の演算や圧力検知の機構が簡素化される。
また、あらかじめメモリに記憶したテーブルを参照して吐出圧力の補正量を求めるので、従来のサンプリングのための予備実験が不要になる。その結果、立ち上げ時間が短くなり、現場での取扱いも容易になる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１に、本発明を実施した定量吐出器の構成図を示す。
定量吐出器は、筒状の容器１の先端に吐出口２を設けてニードル３を取付け、容器１の接続部４とコントローラ５をチューブ６で接続する構成である。

定量吐出器は以上のような構成で、液状の材料ａを容器１に入れ、コントローラ５から接続部４と液面の間の空間ｂに空気圧を与えて材料ａを吐出口２側に押出し、ニードル３の先端から材料ａを定量吐出する。

図２に、コントローラ５のブロック図を示す。
コントローラ５は、ＣＰＵ５１にＩ／Ｏポート５２を介してキーボード５３と不揮発性メモリ５４、さらにＤ／Ａ変換器５５を介して電空レギュレータ５６、ドライバ回路５７を介してソレノイドバルブ５８を接続する構成である。
ソレノイドバルブ５８は、電空レギュレータ５６とチューブ６を接続する空気通路５９の途中に設ける。

以下、本発明の第１実施例について説明する。
第１実施例は、容器内の材料の残量に応じて吐出圧力を補正する加圧式定量吐出器に関し、不揮発性メモリ５４には、容器サイズ、チューブ長さなどの塗布条件によって選択可能な圧力補正テーブルＰＴがあらかじめ記憶されている。
また、吐出処理を実施する前にオペレータがキーボード５３から入力した設定吐出圧力Ｐ（ｋＰａ）、設定吐出時間Ｔ（ｓｅｃ）、設定吐出時間（Ｔ）当たり吐出量Ｓｔ（ｇ）、材料総質量Ｓ（ｇ）、アラーム認識レベルＬａ（％）などのデータが吐出データ設定値として記憶されている。

圧力補正テーブルＰＴは、図３に示すように、横軸に材料ａの残量レベルＬｎ（％）、縦軸に圧力増分率αｎ（％）をとった圧力補正曲線をテーブル化したもので、複数の容器サイズＳｎと複数のチューブ長さＣｎを組合せて設定した塗布条件Ｓｎ×Ｃｎ毎にそれぞれ異なるテーブルが用意され、これを参照して塗布条件Ｓｎ×Ｃｎ毎、残量レベルＬｎ毎の圧力増分率αｎを求めることができるようになっている。
圧力増分率αｎ＝（Ｐｎ／Ｐ）×１００は、塗布条件Ｓｎ×Ｃｎ毎に例えば３〜５回の吐出実験を行って残量レベルＬｎ毎の補正圧力Ｐｎの平均を求め、これと設定吐出圧力Ｐの比に１００を掛けて求める。
残量レベルＬｎ毎の補正圧力Ｐｎは、１００％から０％までの５％きざみで２０回の吐出実験を行って求める。
１回の吐出実験は、最初に設定吐出圧力Ｐで材料ａを吐出し、そのときの吐出量Ｗｎを測定して例えば目標の±５％以内に入るように設定吐出圧力Ｐを調整し、この吐出量Ｗｎの測定と設定吐出圧力Ｐの調整を数十回繰り返して求めた調整後の吐出圧力を補正圧力Ｐｎとする。
このテーブルを使用するに当たり、オペレータは容器サイズとチューブ長さを指定して必要な圧力補正テーブルＰＴを事前に不揮発性メモリ５４より選択する。

第１実施例のコントローラ５は以上のような構成で、キーボード５３からの吐出信号を検知すると、ＣＰＵ５１は圧力補正テーブルＰＴを参照して残量レベルＬｎに応じて設定吐出圧力Ｐを補正し、Ｄ／Ａ変換器５５を介して電空レギュレータ５６に補正圧力Ｐｎに対応する圧力信号を送って空気圧を変化させる一方、目標の吐出量Ｗｎを吐出するために必要な吐出時間Ｘｔｎを決定し、ドライバ回路５７を介してソレノイドバルブ５８に制御信号を送って吐出時間Ｘｔｎに対応する時間だけ空気通路５９を開放する。

以上の操作により吐出処理が実施され、吐出時の実績データがログとして取得される。
これにより、従来できなかった吐出不良などの事故が発生した場合の経過確認ができるようになり、事故原因の究明が容易になる。また、ログを利用してよりユーザの使用条件に適合した圧力補正テーブルＰＴを作成することができるようになる。
また、吐出作業の進行に伴って残量レベルＬｎが当初設定したアラーム認識レベルＬａを超えたときは、その旨のアラームがコントローラ５の表示部に表示される。
コントローラ５がパソコンやシーケンサなどの外部装置に接続されている場合は、同時に外部装置に対してアラーム信号が出力される。これにより、アラームが外部装置の警報ランプなどを介して報知される。
また、アラーム時に吐出動作を停止するか継続するかの選択が可能で、吐出動作を継続する場合は、ワークの切りのいいところでオペレータが手動で吐出動作を停止させることができる。

図４に、第１実施例のコントローラ５の処理フローを示す。
まず、ステップ１０１において吐出圧力＝Ｐｎ（初回は吐出圧力＝設定吐出圧力Ｐ）、吐出時間＝Ｘｔｎ（目標の吐出量Ｗｎを吐出するために必要な吐出時間）を設定して材料ａを吐出する。
次のステップ１０２において吐出圧力＝Ｐｎ、吐出時間＝Ｘｔｎを吐出実績データとしてログに出力する。
次に、ステップ１０３において吐出速度＝Ｓｔ／Ｔを求め、これに吐出時間＝Ｘｔｎを掛けて今回の吐出量Ｗｎ＝（Ｓｔ／Ｔ）×Ｘｔｎを算出する。
次に、ステップ１０４において前回の残量Ｓn-1から今回の吐出量Ｗｎを減じて今回の残量Ｓn＝Ｓn-1−Ｗｎを算出する。
次に、ステップ１０５において今回の残量Ｓnを材料総質量Ｓで割り、それに１００を掛けて今回の残量レベルＬｎ＝（Ｓn／Ｓ）×１００を算出する。
次のステップ１０６において今回の残量レベルＬｎとアラーム認識レベルＬａを比較し、Ｌｎ≦Ｌａであれば次のステップ１０７においてその旨をアラームとして出力し、そうでなければステップ１０９に進む。
次に、ステップ１０８においてアラーム時の吐出動作が停止かどうかを判定し、停止であれば処理を終了し、そうでなければ次のステップ１０９において圧力補正テーブルＰＴを参照して今回の残量レベルＬｎに対する圧力増分率αｎを求め、補正後の吐出圧力Ｐｎ＝αｎ×Ｐを算出する。
次のステップ１１０において算出した吐出圧力＝Ｐｎ（補正後の吐出圧力）、吐出時間＝Ｘｔｎを指定して材料ａを吐出し、ステップ１０２に戻る。

以下、本発明の第２実施例について説明する。
第２実施例は、容器内の材料の残量に応じてバキューム圧力を補正する低粘度材料用の負圧式定量吐出器に関し、不揮発性メモリ５４にはあらかじめユーザが設定した材料ａの残量レベルがトップレベル（１００％）のバキューム圧力ＶＰtopとボトムレベル（１０％）のバキューム圧力ＶＰbotが記憶されている。これより、図５に示すように、任意の残量レベルＬｎ（％）でのバキューム圧力ＶＰｎ（ｋＰａ）はバキューム圧力ＶＰtopとバキューム圧力ＶＰbotの２点を結んだ近似直線式より求める。
また、吐出処理を実施する前にオペレータがキーボード５３から入力した設定吐出時間Ｔ（ｓｅｃ）、設定吐出時間（Ｔ）当たり吐出量Ｓｔ（ｇ）、材料総質量Ｓ（ｇ）、アラーム認識レベルＬａ（％）などのデータが吐出データ設定値として記憶されている。

第２実施例のコントローラ５は以上のような構成で、キーボード５３からの吐出信号を検知すると、ＣＰＵ５１はバキューム圧力ＶＰtop、ＶＰbotの２点を結んだ近似直線式より残量レベルＬｎに対応するバキューム圧力ＶＰｎを求め、Ｄ／Ａ変換器５５を介して電空レギュレータ５６にバキューム圧力ＶＰｎに対応する圧力信号を送って空気圧を変化させる一方、目標の吐出量Ｗｎを吐出するために必要な吐出時間Ｘｔｎを決定し、ドライバ回路５７を介してソレノイドバルブ５８に制御信号を送って吐出時間Ｘｔｎに対応する時間だけ空気通路５９を開放する。
バキューム圧力ＶＰｎは、電空レギュレータ５６を使わずに空気通路５９の入口に設けたニードルバルブにて調整した一定の負圧をソレノイドバルブ５８の開閉により制御してもよい。

第２実施例の定量吐出器は、バキューム圧力ＶＰtop、ＶＰbotの２点を結んだ近似直線式より残量レベルＬｎに対応するバキューム圧力ＶＰｎを求めてバキューム圧力を制御するので、低粘度用の負圧式定量吐出器においても圧力補正のためのサンプリングが不要になり、圧力センサなどの複雑な機構を必要としないで簡単な演算で効率的な圧力補正ができるようになる。

図６に、第２実施例のコントローラ５の処理フローを示す。
まず、ステップ２０１においてバキューム圧力ＶＰtop、吐出時間＝Ｘｔｎにて材料ａを吐出する。
次に、ステップ２０２において吐出速度＝Ｓｔ／Ｔを求め、これに吐出時間＝Ｘｔｎを掛けて今回の吐出量Ｗｎ＝（Ｓｔ／Ｔ）×Ｘｔｎを算出する。
次に、ステップ２０３において前回の残量Ｓn-1から今回の吐出量Ｗｎを減じて今回の残量Ｓn＝Ｓn-1−Ｗｎを算出する。
次に、ステップ２０４において今回の残量Ｓnを材料総質量Ｓで割り、それに１００を掛けて今回の残量レベルＬｎ＝（Ｓn／Ｓ）×１００を算出する。
次のステップ２０５において今回の残量レベルＬｎとアラーム認識レベルＬａを比較し、Ｌｎ≦Ｌａであれば次のステップ２０６においてその旨をアラームとして出力し、そうでなければステップ２０８に進む。
次に、ステップ２０７においてアラーム時の吐出動作が停止かどうかを判定し、停止であれば処理を終了し、そうでなければ次のステップ２０８において今回の残量レベルＬｎに対するバキューム圧力ＶＰｎ＝（ＶＰtop−ＶＰbot）×Ｌｎ／（吐出スタート時の残量＝１００）を算出する。
次のステップ２０９において算出したバキューム圧力ＶＰｎ、吐出時間＝Ｘｔｎを指定して材料ａを吐出し、ステップ２０２に戻る。

以下、本発明の第３実施例について説明する。
第３実施例は、一定時間経過毎に吐出圧力を変更する加圧式定量吐出器に関し、不揮発性メモリ５４には、図７に示すように、各チャネルメモリにあらかじめユーザが測定しておいた段階的に変化する吐出圧力Ｐｎ（ｋＰａ）が記憶されている。
各チャネルメモリにはこの他、設定吐出時間Ｔ（ｓｅｃ）、設定吐出時間（Ｔ）当たり吐出量Ｓｔ（ｇ）、材料総質量Ｓ（ｇ）などのデータが吐出データ設定値として記憶されている。また、不揮発性メモリ５４には吐出処理を実施する前にオペレータがキーボード５３から入力したチャネル移行時間（分）、開始チャネル指定、終了チャネル指定などのデータが記憶されている。

第３実施例のコントローラ５は以上のような構成で、キーボード５３からの吐出信号を検知すると、ＣＰＵ５１はユーザが指定した時間が経過する毎にチャネルアップして吐出圧力Ｐを変更し、Ｄ／Ａ変換器５５を介して電空レギュレータ５６に変更後の吐出圧力Ｐｎに対応する圧力信号を送って空気圧を変化させる一方、目標の吐出量Ｗｎを吐出するために必要な吐出時間Ｘｔｎを決定し、ドライバ回路５７を介してソレノイドバルブ５８に制御信号を送って吐出時間Ｘｔｎに対応する時間だけ空気通路５９を開放する。

第３実施例の定量吐出器は、各チャネルメモリにあらかじめ段階的に変化する吐出圧力Ｐの適正値を記憶し、ユーザが指定した時間が経過する毎にチャネルアップして吐出圧力Ｐを変更するので、同様に圧力補正のためのサンプリングが不要になり、圧力センサなどの複雑な機構を必要としないで簡単な演算で効率的な圧力補正ができるようになる。

図８に、第３実施例のコントローラ５の処理フローを示す。
まず、ステップ３０１においてユーザの指定した開始チャネルにアドレスを設定する。
次のステップ３０２においてアドレス設定したチャネルの吐出圧力Ｐｎを読み出す。
次のステップ３０３において読み出した吐出圧力＝Ｐｎ、吐出時間＝Ｘｔｎを指定して材料ａを吐出する。
次のステップ３０４においてユーザの指定したチャネル移行時間が既に経過したかどうか判定し、経過していなければステップ３０３に戻って同一の吐出圧力＝Ｐｎで吐出処理を繰り返す。
既に経過していれば次のステップ３０５において次のチャネルにアドレスを移行する。
次のステップ３０６において次のアドレスが終了チャネルをオーバしたかどうか判定し、オーバしていれば処理を終了し、オーバしていなければステップ３０２に戻って吐出処理を繰り返す。

本発明を実施した定量吐出器の構成図である。 コントローラ５のブロック図である。 圧力補正曲線の例を示すグラフである。 第１実施例のコントローラ５の処理フローである。 バキューム圧力補正直線の例を示すグラフである。 第２実施例のコントローラ５の処理フローである。 チャネルメモリの例を示す図である。 第３実施例のコントローラ５の処理フローである。 水頭差による吐出量変化の説明図である。

符号の説明

１ 容器
２ 吐出口
３ ニードル
４ 接続部
５ コントローラ
５１ ＣＰＵ
５２ Ｉ／Ｏポート
５３ キーボード
５４ 不揮発性メモリ
５５ Ｄ／Ａ変換器
５６ 電空レギュレータ
５７ ドライバ回路
５８ ソレノイドバルブ
５９ 空気通路
６ チューブ

Claims (7)

1. 空圧式ディスペンサの吐出圧力を制御して吐出作業の進行に伴う容器内の材料の減少による吐出量変化を防止するに当たり、
   前記容器内の材料の残量と吐出圧力の補正量の関係を示すテーブルをあらかじめメモリに記憶し、
   前記材料を吐出する毎に容器内の残量を計算する計算手段と、
   前記メモリに記憶したテーブルを参照して前記計算手段が計算した残量に対する補正量を求めて吐出圧力を補正する補正手段と、
   補正後の吐出圧力と所定の吐出時間を設定して前記容器内の材料を吐出する吐出手段と、を備えることを特徴とする定量吐出器。
2. 前記吐出手段が容器内の材料を吐出するときは、そのときの吐出圧力および吐出時間をログに記録することを特徴とする請求項１記載の定量吐出器。
3. 前記計算手段が計算した容器内の残量が所定量より少ないときは、その旨のアラームを報知することを特徴とする請求項１記載の定量吐出器。
4. 前記テーブルは容器のサイズ毎に異なるものがメモリに記憶され、それを参照するときは容器のサイズを指定して選択するものであることを特徴とする請求項１記載の定量吐出器。
5. 前記テーブルはディスペンサと容器を連結するチューブの長さ毎に異なるものがメモリに記憶され、それを参照するときはチューブの長さを指定して選択するものであることを特徴とする請求項１記載の定量吐出器。
6. 空圧式ディスペンサのバキューム圧力を制御して吐出作業の進行に伴う容器内の材料の減少による吐出量変化を防止するに当たり、
   前記容器内の材料の残量とバキューム圧力の関係を示す近似直線式をあらかじめメモリに記憶し、
   前記材料を吐出する毎に容器内の残量を計算する計算手段と、
   前記メモリに記憶した近似直線式より前記計算手段が計算した残量に対するバキューム圧力を算出する算出手段と、
   算出したバキューム圧力と所定の吐出時間を設定して前記容器内の材料を吐出する吐出手段と、
   を備えることを特徴とする定量吐出器。
7. 空圧式ディスペンサの吐出圧力を制御して吐出作業の進行に伴う容器内の材料の減少による吐出量変化を防止するに当たり、
   段階的に変化する吐出圧力をあらかじめメモリに記憶し、
   ユーザが指定した時間が経過する毎に前記メモリに記憶した吐出圧力を順番に読み出す読出手段と、
   読み出した吐出圧力と所定の吐出時間を設定して前記容器内の材料を吐出する吐出手段と、
   を備えることを特徴とする定量吐出器。

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