JP2006122828A - 高粘度液供給システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 高粘度液供給ラインにおいて高圧側ラインでたとえば5MPa〜15MPaの圧力変動があっても低圧側ラインは一定圧たとえば1MPaに調整でき、しかも従来のような減圧弁とシャットオフバルブの2種類の弁やアキュムレータが不要で、装置全体の構造を簡略化でき、経済的な高粘度液供給システムを提供する。
【解決手段】 高粘度液収容タンク6内の高粘度液をプランジャポンプ1により吸引して高圧下で供給ラインSに供給するとともに、同供給ラインSを介してディスペンサー2から高粘度液を定量ずつワークに供給する高粘度液供給システムにおいて、供給ラインSのディスペンサー2の上流側(ディスペンサーの吐出停止時に許容上限圧値を超えない範囲の位置)にまたはディスペンサー2の吸込口2aに直接に、一次側から流入する高圧の高粘度液を減圧し二次圧を一定に制御する高粘度液用圧力調整弁3を介設している。
【選択図】 図1

Description

この発明は、たとえば自動車組立工場において、シール剤、接着剤、グリースなどの高粘度液を自動車構成部品など(以下、ワークという)に一定量ずつ塗布したり、点付けしたり、充填したりする作業などを行う機器へ移送する高粘度液供給システムに関するものである。
自動車組立工場においては、シール剤や接着剤などの高粘度液を、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、高粘度液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6に示すように構成されている。すなわち、高粘度液の収容タンク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の供給側の一次側供給ライン102H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高粘度液を吐出して定量塗布また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、単一または複数の箇所(たとえば遠方の複数箇所)に供給する構成になる場合がある。
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、開閉弁としてのシャットオフバルブ105が設けられ、供給ライン102は、減圧弁104の上流側における一次側供給ライン102Hが高圧側供給ラインになり、減圧弁104の下流側における二次側供給ライン102Lが低圧側供給ラインになる。ここで、通常用いられる減圧弁104は、一般に二次圧は5MPa程度を目指したもので、且つ一次圧の変動があれば二次圧も変化するタイプのものである。さらに、二次側供給ライン102L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、たとえば、小容量の一軸偏心ねじポンプが小型・軽量で定量吐出の点で好適であるが、この種のディスペンサー103への供給圧力には上限許容値があるからである。
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109に入力され、この電磁弁109によってシャットオフバルブ105が、吸込口103a付近の圧力に応じて開閉制御される。なお、シャットオフバルブ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高粘度液の供給不足が起こらないようにするために、アキュムレート効果と流動時の必要な抵抗も考慮した減圧弁104下流側の二次側供給ライン102L(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。一方、ディスペンサー103が吐出動作を停止すると、ホースなどにアキュムレートされたシール剤は均圧化しようとするために二次側供給ライン102Lの圧力がすぐに上昇して設定上限値を超え、シャットオフバルブ105(開閉弁)が閉じる。その後、ディスペンサー103が吐出動作を開始すると、二次側供給ライン102Lの圧力がすぐに低下して設定下限値を下回り、シャットオフバルブ105が開放される。
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たびに二次側供給ライン102L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で、シャットオフバルブ105の開閉動作が頻繁に行われる。このようにシャットオフバルブ105の開閉動作が頻繁に行われ、開閉頻度が高くなると、シャットオフバルブ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、他の高粘度液供給システムとして、従来、たとえば図7に示すように、高粘度液の収容タンク108からプランジャポンプ101により吸引されて、高圧下で供給ライン102に供給される。この供給ライン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、シャットオフバルブ105がこの順に介設されている。また、ディスペンサー103の上流側に上記圧力センサー106とアキュムレータ107が介設されている。そして、上記高粘度供給ラインと同様に減圧弁104の上流側における供給ライン102Hが高圧側ライン、減圧弁104の下流側における供給ライン102Lが低圧側ラインになる。この供給ラインの作動については上記供給ラインと概ね共通するので、説明を省略する。
ところで、出願人は、プランジャポンプ101等の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供給システムを提案している(特許文献1参照)。
特開2002−316081号公報(段落番号0017〜0020 図1)
上記した従来の高粘度液供給システムおよび上記公報に記載の供給システムには、以下のような不都合がある。すなわち、
1) 前者については、
・図6または図7のように供給ライン102に2種類の弁104・105および圧力センサー106ならびにアキュムレータ107を設ける必要があり、装置が複雑でコストがアップする。
・圧力センサー106の上限値、下限値に合わせてシャットオフバルブ105をON−OFF(開閉)する操作が必要になる上に、この開閉頻度が高くなると、シャットオフバルブ105の寿命が短くなる。また、減圧弁104の軸封部材についても同様である。
・減圧弁104とシャットオフバルブ105とを開閉動作させるために一般に信号やエアー動作が必要になる。
・減圧弁104の開閉操作をエアー駆動制御にて行う場合、開閉のタイミングを取ることが難しいので、自動開閉制御が望まれる。
・図7の供給システムでは、シャットオフバルブ105からアキュムレータ107までの距離を長くできない。
・既存の減圧弁やシャットオフバルブは重量が大きいために、ロボットへの装着が困難な場合が多い。
・移送用の供給ライン(配管)を延長する場合には、供給量を確保するために太い配管を使用しなければならない。
2) 後者については、
・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6・図7参照)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6・図7参照)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。
この発明は上述の点に鑑みなされたもので、上記のような供給ラインにおいて高圧側ラインでたとえば5MPa〜20MPaの圧力変動があっても低圧側ラインは一定圧たとえば1MPaに調整できる構造の弁を用いることによって従来のような減圧弁とシャットオフバルブの2種類の弁やアキュムレータが不要で、装置全体の構造を簡略化でき、経済的な高粘度液供給システム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高粘度液供給システムは、高粘度液収容タンク内の高粘度液をプランジャポンプなどの高圧ポンプにより吸引して高圧下で供給ラインに供給するとともに、同供給ラインを介して1〜複数のディスペンサーから高粘度液を定量ずつワークに供給する高粘度液供給システムにおいて、
前記供給ラインの前記ディスペンサー上流側(ディスペンサーの吐出停止時にその許容上限圧値を超えない範囲の位置または同ディスペンサーの吸込口に直接)に、前記供給ラインから流入する一次側の高圧の高粘度液を減圧し且つ一次圧が変動しても二次圧を一定に制御する高粘度液用圧力調整弁を介設したことを特徴とする。
上記の構成を有する本発明にかかる高粘度液供給システムによれば、高圧ポンプにより収容タンクから吸引され供給ラインへ高圧下で供給される高粘度液は、供給ラインを移送されてディスペンサー上流側の圧力調整弁へ送られる。この圧力調整弁では、この弁の入り口より弁内に流入する高圧の高粘度液が出口側へ移動し、たとえば圧力調整機構により設定された圧力の下にディスペンサーへ供給される。したがって、従来と違って、減圧弁やシャットオフバルブ(さらにはアキュムレータ)を省いたうえで上記のような高粘度液用圧力調整弁を設けるだけで、高粘度液による高圧力をディスペンサーで使用するのに適した圧力に減圧し、常にその設定圧力でディスペンサーへ供給することができる。また、ディスペンサーの起動時には瞬間的で急激な圧力低下を避けるために設定圧に比べてかなり高い圧力で高粘度液の供給を要求されることがあるが、ディスペンサーでも停止時に配管抵抗となっていたものが均圧化されて自然にこの目的に合致する。つまり、ディスペンサーの停止中の二次圧をキャビテーションの発生など不都合な問題が起こらない範囲内で十分に高くしておくことにより、ディスペンサーの起動時に生じる圧力低下は、前記圧力調整弁とディスペンサー間においてごく小さなアキュムレート作用があれば、許容値内に収められる。また、そのアキュムレート作用(効果)は、ディスペンサーの吐出停止時に許容値を超えない範囲で大きければ大きいほど有利であるから、供給ライン(ホース)によるアキュムレート作用を期待して許容される距離まで圧力調整弁をディスペンサーの吸込口から離すことも可能になる。これによって、ロボットにもたせる機器をディスペンサーのみとし、軽量化を図れる。
請求項2に記載のように、前記ディスペンサーに、ゴム製ステータまたは連結ロッド端部にゴムカバー付き自在継手を備えた一軸偏心ねじポンプを使用することが望ましい。
請求項2記載の高粘度液用圧力調整弁によれば、同圧力調整弁自体が一次圧の変化を吸収して一定圧に低減するほか、一軸偏心ねじポンプのゴム製ステータやゴムカバー(ゴムカバー内に空気が多少入っている)が設定圧を越えて高粘度液がポンプ内に供給されたときに、ゴム製ステータやゴムカバーの変形によって必要なアキュムレータの役目を果たすので、ディスペンサーに圧力調整弁を直結してもアキュムレータを省くことができる。つまり一軸偏心ねじポンプのもつ自吸力と定量性を利用することにより、ディスペンサーの起動時における吸込圧の低下を許容値の範囲内に収めれば、ディスペンサーの吸込口またはその近傍に圧力調整弁を介設するだけで済むので、極めて構造の簡単なシステムになる。
本発明の高粘度液供給システムによれば、高粘度液による高圧力をディスペンサーで使用するのに適した圧力に減圧し、常にその設定圧力でディスペンサーへ供給するので、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。また、ディスペンサーの起動時には設定圧に比べてかなり高い圧力で高粘度液の供給を要求されることがあるが、適当な長さのホースを利用することによって上記のように解決される。とくに、請求項2記載の構成とすることによって、定量性を有するディスペンサーの吐出動作と吐出停止動作との間の圧力差を一軸偏心ねじポンプのゴム製ステータまたは継手部を被覆するゴムカバーの変形によるポンプ内容積の変化で生じるアキュムレート作用で吸収するようにしているので、供給ラインにアキュムレータを備えなくても、ディスペンサー起動時の圧力低下を許容値の範囲内に収めることができる。
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は本発明にかかる実施の形態である高粘度液供給システムの全体構成を示す概略構成図である。
本例の高粘度液供給システムは、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(高粘度液)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(5〜15MPa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とディスペンサー2の間においてディスペンサー2の近傍に、自動式圧力調整弁3が介設されている。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、圧力調整弁3を設けた部位を境として、圧力調整弁3の上流側が高圧状態の一次側供給ラインSHとなり、圧力調整弁3の下流側が低圧状態の二次側供給ラインSLとなる。つまり、自動式圧力調整弁3は、一次側(高圧側)供給ラインSHから流入される高圧の高粘度液を所定圧力に減圧して二次側(低圧側)供給ラインSLへ流出する。
この自動式圧力調整弁3には、たとえば下記の構造を有する圧力調整弁が使用される。図2〜図4に示すように、略正四角筒状ハウジング31を備え、このハウジング31の長手方向のほぼ中間位置の一面に流出口32を、また長手方向の一端寄りで流出口32と相対向する面に流入口33を設けている。ハウジング31内には、流入口33に連通する一次圧室34、流出口32に連通する二次圧室35および二次圧調整室36が設けられている。また一次圧室34と二次圧室35とを接続する流路37を開閉する可動弁体38と、二次圧室35内に一面を臨ませて二次圧調整室36内に摺動可能に配設されたピストン39と、可動弁体38とピストン39とを一体に移動可能に連結する連結ロッド40と、一次圧室34内に可動弁体38と一体に移動可能に連結され一次圧に対する受圧面積を共通にした圧力バランス体41とを備えており、ピストン39を介して二次圧を調整可能な圧力調整機構42を二次圧調整室36内に配備している。
そして、上記のように構成される自動式圧力調整弁3によれば、一次圧室34内において流入する高粘度液により可動弁体38と圧力バランス体41とに高圧力が作用するが、可動弁体38を一体に備えた圧力バランス体41は軸方向において受圧面積を等しくしているので、可動弁体38と圧力バランス体41の軸方向にはシール剤(高粘度液)の圧力がキャンセルされ、可動弁体38および圧力バランス体41には軸方向への移動力が作用しない。一方ピストン39は圧力調整機構42により所定の力で可動弁体38を二次圧室35側へ付勢する、つまり可動弁体38を流路37入り口の弁座37aから離間させ流路37を開放する方向に付勢するもので、連結ロッド40、可動弁体38および圧力バランス体41には圧力調整機構42による付勢力が働くので、圧力調整機構42によって二次圧室35側の圧力を任意に設定できる。
流路37が開放されている状態で、一次圧室34側に流入口33から供給されたシール剤は流路37を通って二次圧室35内に流入し、流出口32から二次側供給ラインSLへ送り出されるが、一次圧室34からのシール剤の圧力は圧力調整機構42によるピストン39の付勢力よりも高いため、二次圧室35内にシール剤が流入すると、その付勢力に抗してピストン39を流路37の弁座37aから離れる方向に押し付けるので、ピストン39とともに可動弁体38が二次圧室35側へ移動し、流路37の弁座37aに当接して流路を閉鎖する。これにより、二次圧室35内の圧力が大幅に低下し、ピストン39は圧力調整機構42による付勢力を受けて流路37側へ移動し、同時に可動弁体38が流路37の弁座37aから離間する。この結果、流路37が開放されるので、再び一次圧室側34からシール剤が流路37を通って二次圧室35側へ流入する。シール剤の圧力は上記したとおり、圧力調整機構42によるピストン39の付勢力よりも高いため、二次圧室35内にシール剤が流入すると、その付勢力に抗してピストン39を流路37の弁座37aから離れる方向に押し付け、ピストン39とともに可動弁体38が二次圧室35側へ移動するので、可動弁体38が流路37入り口の弁座37aに当接して流路37を閉鎖する。
このようにして、二次圧室35内は圧力調整機構42によって任意の圧力(ただし、一次圧室34側から流入するシール剤の圧力より小さい)に調整されるので、一次圧室34側のシール剤の圧力が変化しても、二次圧室35側の流出口32から供給ラインSLに送られるシール剤の圧力は常に一定に保持される。
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20が使用されている。このねじポンプ20は、図8に示すように、長手方向にねじ状に連続する断面長円形孔を備えたゴム製の雌ねじ型ステータ22と、このステータ22の雌ねじ孔23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21と、フレキシブルでロータ21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25と、このコネクチングロッド25に駆動軸27が接続されたモータ26(通常、正逆転式サーボーモータ)からなり、モータ26にはエンコーダ28が接続されている。なお、コネクチングロッド25とロータ21および駆動軸27との間にはそれぞれ自在継手29が介設され、各自在継手29の周囲はゴムカバー24で被覆されている。
次に、本例のシール剤(高粘度液)供給システムの作動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20MPaで送り出され、供給ラインSの流路抵抗で圧力調整弁3の手前では15MPa前後の供給圧へやや低下する。これにより、圧力調整弁3の上流側の一次側供給ラインSHは高圧状態(本例では、15MPa)に維持される。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圧力調整弁3によって、それの下流側の二次側供給ラインSL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、1MPa)。
(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103(図6)の吸込口103a付近の圧力(圧力センサー106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6・図7参照)が全閉とされていた。しかしながら、本実施の形態では、二次側供給ラインSLの圧力が高くなり、圧力調整弁3の流出口32に連通する二次圧室34内の圧力が上がって流路37が可動弁体38により閉鎖されるので、圧力調整弁3からディスペンサー2へのシール剤の供給が一時的に中断される。また、ディスペンサー2内のゴム製ステータ22あるいは継手部のゴムカバー24(図8)の変形によりアキュムレート作用が生じ、二次側供給ラインSLの圧力上昇が回避され、設定値内に収まる。
(4) ディスペンサー2の運転が開始されると、従来は、図6のようにディスペンサー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6・図7参照)が全開とされていた。しかしながら、本実施の形態では、二次側供給ラインSLの圧力が低くなり、圧力調整弁3内の流路37が開放され、シール剤が二次側供給ラインSLに供給される。また、ディスペンサー2内のゴム製ステータあるいは継手部のゴムカバーの復元あるいは逆方向への変形によるアキュムレート作用が生じ、設定値を下回るのが回避される。
(5) シール剤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しても、圧力調整弁3によるシール剤の供給とディスペンサー2自体によるアキュムレート作用によってシール剤の不足分が補われる。
(7) よって、圧力調整弁3により従来(図6・図7参照)より大きく減圧し、二次側供給ラインSLの圧力を従来よりも低圧とすることができる。
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。
上記圧力調整弁3に代えて、図5に示すように、圧力バランス体41の一端面中心部から軸心部に沿わせ連結ロッド40の長手方向のほぼ中間位置にかけて直線状の液戻し孔43を穿設し、さらにその液戻し孔43の端部から半径方向に複数の液戻し孔44を二次圧室35内に臨ませて穿設している。この構成により、圧力バランス体41の周囲から漏れ出した高粘度液は液戻し孔43・44を通って二次圧室35に送られ、流出口32から送り出される。したがって、仮に一次圧室34で液漏れが生じても圧力調整弁3’から外部に液が漏れ出すことはない。また、圧力調整室36位置のハウジング31側面に、圧力調整室36に連通する加圧空気孔45を穿設し、加圧空気源(図示せず)から加圧空気を供給し、コイルスプリング42aの付勢力とともに加圧力をピストン39に付与することで二次圧室35内の圧力を瞬時に増大し、高粘度液の圧力を必要に応じて高められるようにすることができる。なお、万一、上記圧力調整弁3ではディスペンサー2が吐出停止動作から吐出動作に切り換わるときにシール剤の供給不足が起こる場合には、本例の圧力調整弁3’を使用し、ディスペンサー2が吐出動作に切り換わるときに、加圧空気孔45から圧力調整室36内に加圧空気を供給してさらに加圧することができる。
本発明に係る実施の形態である高粘度液供給システムの全体構成を示す概略構成図である。 本発明に係るシール剤(高粘度液)供給システムに用いられる高粘度液用圧力調整弁の実施例を示す中央縦断面図である。 図2のB−B線断面図である。 左側上方より見た圧力調整弁の全体斜視図である。 高粘度液用圧力調整弁の別の実施例を示す中央縦断面図である。 従来の一般的なシール剤(高粘度液)供給システムの一例を示す全体構成図である。 従来の一般的なシール剤(高粘度液)供給システムの他の例を示す全体構成図である。 本発明に係るシール剤(高粘度液)供給システムに用いられるディスペンサー2の一軸偏心ねじポンプの構造の一例を示す一部を省略した断面図である。
符号の説明
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・3’高粘度液用圧力調整弁
6 収容タンク
31 ハウジング
32 流出口
33 流入口
34 一次圧室
35 二次圧室
36 圧力調整室
37 流路
37a弁座
38 可動弁体
39 連結ロッド
40 ピストン
41 圧力バランス体
42 圧力調整機構
43・44 液戻し孔
S 供給ライン

Claims (2)

  1. 高粘度液収容タンク内の高粘度液をプランジャポンプなどの高圧ポンプにより吸引して高圧下で供給ラインに供給するとともに、同供給ラインを介して1〜複数のディスペンサーから高粘度液を定量ずつワークに供給する高粘度液供給システムにおいて、
    前記供給ラインの前記ディスペンサー上流側に、供給ラインから流入する一次側の高圧の高粘度液を減圧し且つ一次圧が変動しても二次圧を一定に制御する高粘度液用圧力調整弁を介設したことを特徴とする高粘度液供給システム。
  2. 前記ディスペンサーに、ゴム製ステータまたは連結ロッド端部にゴムカバー付き自在継手を備えた一軸偏心ねじポンプを使用した請求項1記載の高粘度液供給システム。

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