JP2006214287A - 液体定量供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で、正確に微量液体を定量かつ連続して供給できる液体定量供給装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 吸入側と吐出側を有するシリンダ内でのピストンの前進動作によりシリンダ内の液体を吐出側から駆出し、シリンダの吐出側に接続された導管を経て該液体を所定部位へ供給し、ピストンの後退動作により次の液体を吸入側からシリンダ内へ吸入する液体供給装置において、同一のシリンダ１１Ａ，１１Ｂ及びピストン１２Ａ，１２Ｂを複数有し、各シリンダ１１Ａ，１１Ｂの吐出側１７が上記導管１８へ集約して接続され、一つのピストンの吐出行程終了時と次のピストンの吐出行程開始時とが一致するように、順次各ピストンの吐出行程時期が位相差をもって一周期を形成している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体定量供給装置に関し、特に、潤滑油、冷却液等を微量で連続して所定部位へ供給するための装置に関する。

液体を回転式のポンプで微量供給することはもともと困難で、まして、負荷の変動に係らず定量供給することは不向きである。このような理由から従来より、液体を間欠吐出するピストンポンプで行われているのが一般的である。ピストンの行程容積で吐出量が、常に一定であるので、安定した供給を可能とするからである。

特許文献１には、血圧計等に圧縮空気を供給するためのピストンポンプが開示されている。この特許文献１のポンプは、シリンダ内に、吸引通路から流体を受けこれをピストンからの圧力により吐出する吐出通路に連通する、ポンプ室を有している。ピストンには、該ピストンの背面側からの流体のポンプ室への吸引を許容し吸引通路への逆流を阻止する第一の逆止弁が設けられ、これに対し、ポンプ室には、流体のポンプ室から吐出通路への流出を許容しポンプ室への逆流を阻止する第二の逆止弁を備えている。ピストンは、モータにより回転される駆動体により回転駆動を受ける。このピストンは、円筒外周面にカム溝が形成されていて、シリンダ内面に設けられたピンがこのカム溝に係合している。又、ピストンと駆動体は、回転方向には互いに係合し、軸線方向には互いの相対移動が自由に行えるようになっている。かくして、駆動体により回転されるピストンは、その回転によって上記ピンで案内されながら軸線方向へ移動し、上昇の際にポンプ室内の流体を加圧し、下降のときにはポンプ室内へ流体を吸引する。上記加圧を受けたポンプ室内の流体は、吐出通路から吐出され、所定部位へ供給される。したがって、この流体は、ピストンの上昇時のみ、間欠的に吐出そして供給される。
特開２００４−１６９５６７

工作機械における切削部位への冷却液あるいは回転系の軸受への潤滑油は、高速になる程、その流体抵抗を増大しないように微量かつ連続供給される必要がある。この目的のために、従来、オイルミスト方式が採用されていたが、やはり、微量を連続的に供給することは困難である。このオイルミスト方式に代えて、上述した特許文献１のものを、上記の冷却液や潤滑油の供給のために採用することも考えられないこともない。しかしながら、この場合、冷却液や潤滑油は添付図面の図４に見られるように、圧力ｐの液体がピストンの圧縮行程時のみ間欠的にパルス状に吐出供給され、供給流路で、破線で示されるごとく、その後の管路内で多少平滑化されても、まだ脈動する供給となる。まして、極微量とするために、パルス間欠が大きくなると、最早平滑化も困難である。

かかる問題は、微量供給に好適なピストン方式ではピストンが間欠的に行われるということに起因している。

本発明は、このような微量供給に好適なピストンを用いた装置を連続して定量供給することが可能な液体定量供給装置を提供することを目的とする。

本発明に係る液体定量供給装置は、吸入側と吐出側を有するシリンダ内でのピストンの前進動作によりシリンダ内の液体を吐出側から駆出し、シリンダの吐出側に接続された導
管を経て該液体を所定部位へ供給し、ピストンの後退動作により次の液体を吸入側からシリンダ内へ吸入する。

かかる液体供給装置において、本発明は、同一のシリンダ及びピストンを複数有し、各シリンダの吐出側が上記導管へ集約して接続され、一つのピストンの吐出行程終了時と次のピストンの吐出行程開始時とが一致するように、順次各ピストンの吐出行程時期が位相差をもって一周期を形成していることを特徴としている。

このような構成の本発明装置では、複数のピストンが順次位相差をもって作動し、各ピストンの吐出行程が次々と、重複も切れ目もなく連続してサイクルをなす。したがって、シリンダの吐出側には、連続して定量の液体が吐出される。ピストンの一行程による吐出量は一定しているので、負荷等の環境条件が変化してもピストンのサイクル数が変わらない限り吐出量は一定している。吐出量を増減させたいときには、上記サイクル数を加減する。

本発明においては、シリンダの吸入側と吐出側には、ピストンの動作により開閉する一方向弁が設けられ、ピストンの一つの動作で一方が開のときは他方が閉となることが好ましい。こうすることにより、液体の逆流が確実に防止される。

本発明において、導管には、オリフィス又は定口径管が設けられていることが好ましい。各ピストンの吐出行程が順次重複も切れ目もなく一定して連続しているとは言うものの、厳格には、各吐出行程の接続時に若干の不連続性があり得るので、上記オリフィス又は定口径管で流れをさらに確実に平滑化することができる。ここで、オリフィスとは導管に設けられた局部的な絞りであり、定口径管は比較的長い範囲にわたり若干小さな一定内径として導管の一部分を成すものである。

本発明において、複数のピストンは共通の駆動手段により駆動されることができる。

本発明において、駆動手段は、電動モータと、該電動モータにより回転されて回転運動を直動運動に変換する変換機構とから成り、各ピストンがこの変換機構により直動を受けるようにすることができる。

その場合、変換機構は、具体例として、電動モータにより軸線まわりに一方向に連続して回転駆動を受け円筒外周面を有する軸体と、該軸体と係合する直動要素とを有し、軸体は逆向きの二つの螺旋案内溝が軸体の端部近傍で連続するように該軸体の外周面に形成され、直動要素は該螺旋案内溝に係合して案内される係合子と、該係合子とピストンのロッドと直接もしくは間接に連結する連結体とを有し、使用電動モータ容量によって吐出圧が増減可能となっているようにすることができる。

本発明において、導管に流量センサが設けられ、検出流量が所定流量となるように、制御装置を介して電動モータの回転数を制御することが可能となっていることとするならば、液体の供給を受ける側の状況に応じて、供給液体の量を、定量連続供給という状態を保ちつつ、増減することができる。

本発明は、以上のごとく、各ピストンを順次位相差をもって、その吐出行程が連続するように作動せしめることとしたので、供給される冷却水あるいは潤滑油が微量であってもピストンにより正確な量を吐出できると共にその吐出は定量で連続的となる。その結果、工作機械における切削部位、回転部における軸受等で、必要最小限の微量の冷却液あるいは潤滑油が供給され、高速時でも流体抵抗にもとづく切削抵抗や回転抵抗を増すことなく
、良好な切削あるいは円滑な回転が得られる。

以下、添付図面の図１ないし図３にもとづき、本発明の一実施形態としての液体定量供給装置を説明する。

図１は、本実施形態の液体定量供給装置の概要構成図である。この液体定量供給装置１０は、一つの直状筒体をなすように互いに連通した二つのシリンダ１１Ａ，１１Ｂを有し、該シリンダ１１Ａ，１１Ｂ内には対向して位置し移動するピストン１２Ａ，１２Ｂが収められている。すなわち、一方のシリンダ１１Ａ内のピストン１２Ａのロッド１３Ａはシリンダ１１Ａの右端側から、そして他方のシリンダ１１Ｂ内のピストン１２Ｂのロッド１３Ｂはシリンダ１２Ｂの左端側から、それぞれ延出している。さらに、対向せるピストン１２Ａ，１２Ｂは、一方が吐出行程にあるときに他方が吸引行程にある。図１では、右方のピストン１１Ａは吸引行程にあり、左方のピストン１１Ｂは吐出行程にある。

上記二つのシリンダ１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ吸引口１４Ａ，１４Ｂを有し、これらには吸引管１５Ａ，１５Ｂがそれぞれ接続され、この二つの吸引管１５Ａ，１５Ｂは一つの主吸引管１６に至っている。この主吸引管１６は、図示されていない液体供給源に接続されている。又、上記二つのシリンダ１１Ａ，１１Ｂは、上記吸引口１４Ａ，１４Ｂの先方に、共通の吐出口１７が設けられており、ここには液体吐出のための導管１８が接続されている。該導管１８は、液体の被供給部位、例えば、工作機械にあって被加工物の切削部位にまで液体たる冷却液を搬送すべく、そして回転系にあっては軸受等に液体たる潤滑油を搬送すべく延びている。該導管１８には、適宜位置に、一定長さにわたり部分的に細くされた定口径管１８Ａが設けられている。

上記シリンダ１１Ａ，１１Ｂには、吸引口１４Ａ，１４Ｂと吐出口１７との間に一方向弁１９Ａ，１９Ｂがそれぞれ配されている。これらの一方向弁１９Ａ，１９Ｂは同一形態をなし、互いに対称となるように対向配置されている。この二つの一方向弁１９Ａ，１９Ｂは、図１では簡略化して図示されているが、詳しくは図２（Ａ）のごとくの形態となっている。なお、一方向弁１９Ａと１９Ｂとは同一であるので、図２（Ａ）では一方の弁１９Ａのみが示されている。

図２（Ａ）に見られるように、一方向弁１９Ａは、例えば、ゴム等の弾性材で作られており、全体として円錐状の外観をなしていて、円錐状外面をもつ弁本体部２０Ａと、その頂部から突出する軸部２１Ａと、該軸部２１Ａの先端に鏃状に形成された係止部２２Ａとを有している。上記弁本体部２０Ａの内部には、補強のための突部２３Ａが設けられている。

一方、図２（Ｂ）に見られるように、上記一方向弁１９Ａをシリンダ内に位置づけるために、該シリンダ１１Ａ内には、支持板２４Ａが該シリンダ１１Ａの内壁に固定的に取り付けられている。該支持板２４Ａは、周方向に等間隔で透孔２５Ａが穿設されている。この支持板２４Ａの中央部にはばね２６Ａの一端が取り付けられていて、このばね２６Ａの他端が上記一方向弁１９Ａの係止部２２Ａに係留されている。なお、上記一方向弁１９Ａは、ばね２６Ａを介さずに直接支持板２４Ａにより支持されていてもよい。

上記一方向弁１９Ａは、その両側での圧力に差がないときには、弁本体部２０Ａの最大径周縁部が上記シリンダ１１Ａの内周面にほぼ接した状態にある。図２において、この一方向弁１９Ａに対して左側での圧力が右側での圧力よりも高い場合には、その差圧によって上記最大径周縁部が弾性拡径しようとしてシリンダ１１Ａの内周面に対して圧せられ、左方から右方への流れは阻止される。又、上記一方向弁１９Ａに対して右側での圧力が左
側での圧力よりも高い場合には、その差圧によって上記最大径周縁部が弾性縮径されて、その周縁とシリンダ１１Ａの内周面との間に環状の隙間が生ずる。したがって、液体は上記支持板２４Ａの透孔２５Ａを通った後、上記環状の隙間を経て左方へ流れる。なお、上記一方向弁１９Ａは、液体の流れを阻止する場合にも、又、許容する場合にも、係止部２２Ａにてばね２６Ａを介して上記支持板２４Ａにより支持しており、ばね２６Ａの伸縮の分だけは移動するものの、位置が確保されていて液体により流されてしまうことはない。

上記一方向弁１９Ａ，１９Ｂと同じ形態の一方向弁２７Ａ，２７Ｂが吸引管１５Ａ，１５Ｂにもそれぞれ配置されている。この場合、吸引管１５Ａ，１５Ｂにそれぞれ配置されている一方向弁２７Ａ，２７Ｂは、シリンダ１１Ａ，１１Ｂに配置された一方向弁１９Ａ，１９Ｂとは、互いの対向する向きが逆になっている。すなわち、例えば、シリンダ１１Ａでのピストン１２Ａが図１に示される吸引行程にあるとき、一方向弁１９Ａは閉状態で液体の流れを阻止しているのに対し、一方向弁２７Ａは開状態で液体の流れを許容している。同様に、シリンダ１１Ｂでのピストン１２Ｂが図１に示される吐出行程にあるとき、一方向弁１９Ｂは開状態で液体の流れを許容しているのに対し、一方向弁２７Ｂは閉状態で液体の流れを阻止している。

上記二つのピストン１２Ａ，１２Ｂのロッド１３Ａ，１３Ｂは、図１に見られるように、接続杆２８Ａ，２８Ｂを経て、共通の駆動杆２９に連結されている。該駆動杆２９は、後述する係合子と共に直動要素をなしているが、回転を直動に変換する変換機構３０に接続されていて、該駆動杆２９の軸線方向で直動往復移動する。このように、上記接続杆２８Ａ，２８Ｂと駆動杆２９とは、ロッド１３Ａ，１３Ｂと変換機構３０とを連結する連結体をなしている。したがって、接続杆２８Ａ，２８Ｂを経てこの駆動杆２９に連結されているロッド１３Ａ，１３Ｂ、すなわちピストン１２Ａ，１２Ｂは互いに連動して往復動する。その場合、ピストン１２Ａ，１２Ｂが同方向に移動するため、一方のピストンがシリンダ内で吸引行程にあるとき、他方は吐出行程にある。

上記変換機構３０は、後述の電動モータと共に、ピストンに対しての駆動手段を構成しており、図３（Ａ），（Ｃ）に見られるごとく、円筒外周面をもち、その外周面に螺旋溝３１が形成された軸体３２と、上記螺旋溝３１に係合する係合子３３とを有し、該係合子３３に上記駆動杆２９がその一端にて取り付けられている。

上記軸体３２は、ピストンの行程長よりも若干長い寸法となっていて、その外周面に形成された螺旋溝３１は、互いに逆方向に傾斜する二つの螺旋案内溝３１Ａ，３１Ｂを有し、両螺旋案内溝３１Ａ，３１Ｂは軸方向端部で曲部３１Ｃをもって連続されていて、一つの往復せる螺旋溝３１をなしている。これらの螺旋案内溝３１Ａ，３１Ｂの軸方向範囲長が上記ピストンの行程長となっている。

上記往復螺旋溝３１には、図３（Ｂ），（Ｃ）に見られるごとく、くびれ部３４をもつ係合子３３が直動要素の一部として係合しており、上記軸体３２の一方向への回転に伴い一方の螺旋案内溝３１Ａ内を移動した後、曲部３１Ｃ（図３（Ａ）参照）を経て他方の螺旋案内溝３１Ｂ内へ移行可能となっている。上記軸体３２には、半径方向隙間δをもって案内スリーブ３５が設けられている。この案内スリーブ３５は非回転であり移動もしない。該案内スリーブ３５には、上記螺旋案内溝３１Ａ，３１Ｂの軸方向での形成範囲に、軸方向に延びる案内スリット３６が形成されている。該案内スリット３６で上記係合子３３のくびれ部３４が案内されており、軸体３２の一方向への回転によって、係合子３３は、螺旋案内溝３１Ａ，３１Ｂから外れることなく案内されて移動する結果、回転せずに軸方向にのみ往復動するようになっている。

上記軸体３２は、図１に見られるように、例えば、電動モータ３７により、一方向に定
速で回転駆動を受ける。

このように構成される本実施形態では、次の要領で微量の液体が連続して定量吐出され、所定部位へ供給される。

１）電動モータ３７は、設定された速度で、一方向へ定速連続回転する。したがってこの電動モータ３７により回転駆動を受ける変換機構３０の軸体３２も、その軸線まわりに、一方向で定速連続回転する。

２）上記軸体３２の往復螺旋溝３１に係合している係合子３３は、回転方向では上記案内スリーブ３５の案内スリット３６により回転を阻止されているために、上記軸体３２の一方向回転に伴い、一方の螺旋案内溝３１Ａと上記案内スリット３６により案内されて、軸方向で一方に移動し、曲部３１Ｃで他方の螺旋案内溝３１Ｂへ移行し、軸方向で他方へ移動する。このように軸体３２の一方向回転によって係合子３３は定速で軸方向に往復動を繰り返す。

３）上記係合子３３に連結されている駆動杆２９は、係合子３３に伴って同様に軸方向で往復移動を繰り返す。その結果、この駆動杆２９に接続されているロッド１３Ａ,１３Ｂ、すなわちピストン１２Ａ，１２Ｂも往復動を繰り返す。その場合、両ピストン１２Ａ，１２Ｂは、図１にて同方向に移動するので、対向するシリンダ１１Ａ，１１Ｂ内では、一方が吸引行程にあるときには他方が吐出行程となる。すなわち、常時、途切れなく、液体はいずれか一方のシリンダで吸引され他方のシリンダでは吐出される。例えば、図１の状態では、シリンダ１１Ａの吸引口１４Ａからは吸引管１５Ａを経て液体が該シリンダ１１Ａ内へ吸引され、シリンダ１１Ｂからは吐出口１７を経て導管１８へ液体が吐出される。

４）又、吸引管１５Ａ，１５Ｂにおいては、一方向弁２７Ａ，２７Ｂは一方が開で他方が閉となるように互いに逆の状態にあり、さらには、一方のシリンダ１１Ａ側の一方向弁２７Ａは一方向弁１９Ａと、そして他方のシリンダ１１Ｂ側の一方向弁２７Ｂは一方向弁１９Ｂとそれぞれ開閉状態が逆になっているので、図１において、主吸引管１６から吸引された液体は、開状態の一方向弁２７Ａを経て上記シリンダ１１Ａ内に流入し、シリンダ１１Ｂに対しては閉状態の一方向弁２７Ｂにより流入が阻止される。

５）このようにして、ピストン１１Ａ，１１Ｂが位相差１８０°をもって交互に往復動するので、互いの吐出行程が、途切れなく又重複することなく、連続して行われることとなり、常にピストンの行程容積に相当する流量の流体が導管１８へ流れ出す。連続して行われる二つのピストンによる吐出行程は、ほぼ一定かつ連続して液体を吐出するが、厳格にいうと、その接続時期に若干の不連続性を伴う。したがって、導管１８では、好ましい状態として、若干細くくびれた定口径管１８Ａを経ることにより、流量の平滑化がなされ、完全に近い一定かつ連続した流量を得られる。かくして、得られた微量の液体は、この導管１８によって所定部位へもたらされ供給される。

本発明は、図１ないし図３に図示した例に限定されず、本発明の範囲内で、種々変更が可能である。

本実施形態では、液体の吐出流量は、ピストンの行程容積とその単位時間当りの行程回数、すなわちモータの回数により自動的に定まり、吐出圧力はモータ容量で決められる。しかしながら、実際はそれらの製作精度・設定精度によっては、結果としての単位時間当りの流量は設定値から外れてしまうこともある。そこで、好ましくは導管に流量センサを設置し、そのセンサ出力にもとづいて、駆動手段としての電動モータの回転を微調整する
ことで、所定の流量を正確に得るようにすることができる。

上記駆動手段は電動モータに限らず、液圧や空圧モータも使用可能である。電動モータの場合には、比例的に制御しやすい直流モータが好適である。

さらに、図示の実施形態では、二つのシリンダそしてピストンの場合を示したが、本発明では、三つ以上の複数としてもよい。その場合、複数のピストンの順次作動により一つのサイクルを形成する。

本発明の一実施形態装置の概要構成図である。 図１装置に用いられる一方向弁と支持板を示し、（Ａ）は軸線を含む面での断面図、（Ｂ）は軸線方向から見た支持板の側面図である。 図１装置に用いられる変換機構を示し、（Ａ）は軸体のみの正面図、（Ｂ）は軸線を含む面での装置の一部についての断面図、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。 従来装置に得られる液体についての吐出圧波形を示す図である。

符号の説明

１１Ａ，１１Ｂ シリンダ
１２Ａ，１２Ｂ ピストン
１７ 吐出側（吐出口）
１８ 導管
１８Ａ 定口径管
１９Ａ，１９Ｂ 一方向弁
２７Ａ，２７Ｂ 一方向弁
２８Ａ，２８Ｂ 連結体（接続杆）
２９ 連結体（駆動杆）
３０ 変換機構
３１Ａ，３１Ｂ 螺旋案内溝
３３ 係合子
３６ 駆動手段（電動モータ）

Claims (7)

1. 吸入側と吐出側を有するシリンダ内でのピストンの前進動作によりシリンダ内の液体を吐出側から駆出し、シリンダの吐出側に接続された導管を経て該液体を所定部位へ供給し、ピストンの後退動作により次の液体を吸入側からシリンダ内へ吸入する液体供給装置において、同一のシリンダ及びピストンを複数有し、各シリンダの吐出側が上記導管へ集約して接続され、一つのピストンの吐出行程終了時と次のピストンの吐出行程開始時とが一致するように、順次各ピストンの吐出行程時期が位相差をもって一周期を形成していることを特徴とする液体定量供給装置。
2. シリンダの吸入側と吐出側には、ピストンの動作により開閉する一方向弁が設けられ、ピストンの一つの動作で一方が開のときは他方が閉となることとする請求項１に記載の液体定量供給装置。
3. 導管には、オリフィス又は定口径管が設けられていることとする請求項１に記載の液体定量供給装置。
4. 複数のピストンは共通の駆動手段により駆動されることとする請求項１に記載の液体定量供給装置。
5. 駆動手段は、電動モータと、該電動モータにより回転されて回転運動を直動運動に変換する変換機構とから成り、各ピストンがこの変換機構により直動を受けることとする請求項４に記載の液体定量供給装置。
6. 変換機構は、電動モータにより軸線まわりに一方向に連続して回転駆動を受け円筒外周面を有する軸体と、該軸体と係合する直動要素とを有し、軸体は逆向きの二つの螺旋案内溝が軸体の端部近傍で連続するように該軸体の外周面に形成され、直動要素は該螺旋案内溝に係合して案内される係合子と、該係合子とピストンのロッドと直接もしくは間接に連結する連結体とを有し、使用電動モータ容量によって吐出圧が増減可能となっていることとする請求項５に記載の液体定量供給装置。
7. 導管には流量センサが設けられ、検出流量が所定流量となるように、制御装置を介して電動モータの回転数を制御することが可能となっていることとする請求項１に記載の液体定量供給装置。

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