JP2017104858A - 高性能なソレノイドコンパウンドガンドライバ及び自動較正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スプレーガンを較正するデバイス及び関連する方法を提供する。【解決手段】スプレーガン１０はノズル２６を有し、ノズル２６は、内部ニードル４２を移動させてノズル２６と密閉係合させる又はそれを解放することによって、開閉される。ニードル４２の仮想位置が、制御システム４４によって追跡且つ記録される。制御システム４４は、ニードル４２の仮想位置と実際の位置とが対応しない場合に、再較正される。そのデバイスは、ソレノイド３８を駆動するのに用いられる電流の特性を検出し、且つアクチュエータ部材のソレノイドに対する着座と関連するソレノイド３８の電流特性の偏差を特定するように構成されたセンサ８２を含んでいるスプレーガン１０。【選択図】図１

Description

［関連出願の参照］
本出願は、２０１２年５月１５日出願の米国特許出願第１３／４７１，７８２号の利益を主張し、当該出願は、引用を以て本明細書の一部となる。

本明細書及び特許請求の範囲に記載の発明は、内部ニードルによって閉じられるノズルを用いて、液体を分注するように構成されたシステムに関しており、より具体的には、ノズル本体に対してニードルリフトを較正するシステムに関している。

ある種の流体分注システムは、高温で粘性が低くなる液体を分注するように構成されている。液体が冷却すると粘性が増大するので、制御して及び／又は安定して液体を付与することがより困難となる。このような液体分注システムは、ノズルアセンブリ、即ち「スプレーガン」を利用してよく、これは、内部ニードルによって閉じられる。液体は、シール剤でも接着剤でもよい。本明細書の残りでは、接着剤を例として採用するが、液体は接着剤に限定されないと理解される。通常、接着剤は、溶媒ベースの接着剤又は水系の接着剤の何れかである。一部の態様では、スプレーガンは、特定の種類の接着剤に適合している。例えば、溶媒ベースのシステムは、温度制御して液体の温度を維持することを含むだろう。スプレーガンは、ノズルを備えるチャンバを規定するハウジングを備える。チャンバは液体入口を備えており、そして液体出口を有してよい。液体は、液体入口を通ってチャンバ内に流入する。液体は、付与前に、しばらくの間チャンバに格納されてよい。水系の接着剤では、液体は、典型的には、もっぱらノズルを介して放出される。溶媒ベースの接着剤では、液体の一部がノズルを介して分注されてよく、また、リサイクルされ得る過剰な液体が、出口を介してチャンバを出る。続いて液体は、システムからドレーンされてよく、再加熱及び再循環されてもよい。この構成において、チャンバの液体は、既知の一定の流量を可能とする温度にて維持されてよい。通常、このようなスプレーガンによって分注される液体は、スプレーガンの液体チャンバにある間、非常に限られた温度範囲内に維持されなければならない。

ノズルは、略截頭円錐形状、即ち円錐台である内部流路を規定する。ノズルはさらに内部シートを備えている。当該シートは、ノズルの内面の一部であってよい。長軸がノズル流路の軸と一致するニードルが、流路を閉じるために用いられる。即ち、ニードルは、ニードルを軸方向、即ち長手方向に移動させるように構成されたアクチュエータに結合している。ニードル近位端部は、アクチュエータに結合されており、反対側のニードル遠位先端部は、概ね又は実質的にノズルシートの形状と対応した形状をしている。ニードルが前方の第１位置にある場合、ニードルの遠位先端部はノズルシートと密閉係合する（sealingly engage）。この配置では、スプレーガンは閉じている。ニードルが引き込まれた第２位置にある場合、ニードル遠位先端部は、ノズルシートから、十分に離れている。この配置では、スプレーガンは開いている。ニードルとシートとの距離は、「ニードルリフト」として特定される。さらに、以下で説明されるように、ニードルはまた、第１位置と第２位置の間の任意の場所に配置されてもよく、これによってノズルは不完全に開く。つまり、ニードルが第２位置にある、即ちノズル内部流路から十分に離れている場合、ノズルは、要するに、塞がってはおらず（unblocked）、ノズルの流量は最大となる。なお、第２位置にある間、ノズルがその意図した最大流量を達成する限りにおいて、ニードルはノズル内部流路内に配置されてよい。ニードルが第１位置と第２位置の間にある場合、ノズルは部分的に開き、液体は最大流量未満の流量で流れる。

一般的に、このようなスプレーガンは、迅速且つ間欠的に開閉されなければならない。即ち、ノズルは、周期的に、短時間開けられてから短時間閉じられる。これにより、例えば、スプレーガンが開いている間、ある量のシール剤を物体に付与することができ、続いて、スプレーガンが閉じている間に、対象物を移動させて置き換えることができるであろう。これは、対象物（限定されないが、缶等）が流体分注システムを通って移動する自動化プロセス又はアセンブリラインに有用である。

この設計の多くのノズルアセンブリは、ソレノイドを利用して、ニードルを第１位置と第２位置との間で移動させている。このようなソレノイドについては、少なくとも２つの問題がある。第１に、ソレノイドは、ノズルの比較的近くに配置される。これは、スプレーガンを迅速に開閉させる電流がソレノイドの熱上昇も起こすので問題である。ソレノイドがスプレーガンの液体チャンバに近いことから、チャンバ内の液体が加熱されてしまう。さらに、周囲温度の変動が大きくなる。前述のように、このようなスプレーガンによって分注される液体は、スプレーガンの液体チャンバ内にある間、非常に限られた温度範囲内に維持されなければならない。従って、ソレノイドによって液体に加わる熱が、所望の温度を超えて液体を熱する虞がある。さらに、このようなソレノイドは典型的には、２つの態様しかない；ソレノイドがチャージされていると、ニードルは第２の完全開放位置に配置される。ソレノイドがチャージされていないと、スプリング又は類似の手段が、ニードルを第１の閉位置に戻す。従って、液体を部分的に流すことを可能とする手段はなかった。

米国特許第５，９４５，１６０号において示されているように、この後者の不利益は、ニードルソレノイドを、２つのステッピングソレノイド、つまり、開放用ステッピングソレノイド及び閉鎖用ステッピングソレノイドで制御することによって対処された。ステッピングソレノイドロッドがニードルソレノイドに結合されて、スプレーガンハウジング内でニードルソレノイドを前後方に移動させる。チャージされたコイル、及び場合によってはスプリングを用いてロッドを前後方に移動させるのではなく、ステッピングソレノイドは、チャージを用いてインクリメンタルに（incrementally）ロッドを一方向に移動させる。即ち、各インクリメンタルな移動は、「ステップ的」であった。インクリメンタルな動作は、ねじ孔に配置されたロッドを、当該ロッドを軸方向に移動させるのではなくて、回転させることによって達成されてよい。即ち、ステッピングソレノイドは、固定ねじ孔を含んでよく、ソレノイドロッドは、固定ねじ孔と係合するねじ部を含んでいてよい。ステッピングソレノイドコイルの駆動によって、ソレノイドロッドは１回転の一部分だけ回転する（即ち、前述のインクリメント）。この回転によって、ソレノイドロッドは、固定ねじ孔に対して軸方向に移動する。従って、ソレノイドロッドは、インクリメンタルに軸方向に移動できる。即ち、ステッピングソレノイドコイルの１回の駆動によって、ソレノイドロッドは、例えば５度の円弧に渡って、回転する。従って、複数回の駆動によって、ソレノイドロッドは、この例では、それぞれ５度の弧である複数個の弧に渡って移動する。ロッドの各部分的回転が、ねじ孔に対して軸方向にロッドを移動させる。従って、ステッピングソレノイドロッドは、前方に「進む（stepped）」。第２のステッピングソレノイドを使用することによって、別の方向への移動が可能となり、即ち、ソレノイドロッドは後方に進む。このように、スプレーガンハウジング内のニードルソレノイドの位置、従ってニードルの位置が調整されていた。

このようなステッピングソレノイドは、スプレーガンの使用中にニードルリフトが変えられることから有用である。例えば、スプレーガンが夜に作動していないと仮定する。スプレーガンが朝に最初に用いられる場合、スプレーガンは冷たく、スプレーガンによって付与される加熱液体は、スプレーガンの温度の影響を受けない。液体がこの温度であると、ニードルリフトは０．０３５インチとなるものとする。日が進むにつれ、周囲温度が上がり、それによって、液体の温度も上がる。正午までには、格納された液体の粘性が下がって、朝と同じ結果を得るためには、ニードルリフトは０．０１５インチに下げられる必要がある。この種の調整は、従来の非ステッピングソレノイドでは達成できない。ステッピングソレノイドを備えるシステムでは、このような調整が可能である。

ステッピングソレノイドは一般的に、パルス形態の入力に応答する。即ち、ステッピングソレノイドは、１パルスのエネルギーを受け取ると作動して、１インクリメント移動させる。このエネルギーは、ソレノイドコイルに直接供給されてよく、或いは、ソレノイドコイルを作動させる回路を開閉するのに用いられてもよい。各パルスを受ける度に、ソレノイドは、１インクリメント又は１ステップ移動させる。従って、ソレノイドロッド及びニードルを、選択された距離（例えば０．０１５インチ）移動させるために、ステッピングソレノイドは、３０パルスを受け取る必要があるかも知れない。アクチュエータ制御システムは、各ステッピングソレノイドに送られたパルスの数を記録することによって、ニードルの位置を追跡する。

このタイプのスプレーガンは、複数の部分的な開放位置にニードルを配置可能とすることで、液体流量のより良い制御を可能としたが、一方で別の問題が生じた。ニードルは、アクチュエータ制御システムがそれがあると「信じる」場所に常にあるとは限らなかった。即ち、ニードルがどこに配置されているかというアクチュエータ制御システムの記録は、常に正確であるとは限らなかった。アクチュエータ制御システムは、メモリ及びプロセッサ（以後、プログラマブルロジック回路（ＰＬＣ））、又は一連の命令を実行するように構成された類似のデバイスを含んでいる。メモリは、通常「モジュール」に格納されたＰＬＣ用の命令、及びレジスタに格納されたデータを含んでいる。格納データの一部は、「仮想」ニードル位置を表わすデータを含んでいる。即ち、仮想ニードル位置モジュールは、ニードル位置の変化を、各ステッピングソレノイドに送られたパルスの記録数と対応付けている。或いはまた、データは、「仮想」ニードル位置データベースにおいてコンパイルされてよい。このデータベースは、パルス数を仮想ニードル位置と対応付けている。

例えば：

従って、ニードル位置を算出するのではなく、仮想ニードル位置モジュールは、送られたパルスのタイプ（即ち、前方又は後方への動き）及び数を記録し、続いて対応する仮想ニードル位置を照合するだけであろう。

例えば、仮想ニードル位置モジュールが、各パルスを０．０００５インチのニードルリフトと対応付けていると仮定する。さらに、ニードルが第１位置で開始すると仮定する。開放用ステッピングソレノイドに３０パルスが送られ、閉鎖用ステッピングソレノイド１００Ａに１５パルスが送られた場合、ニードル位置モジュールは、ニードルに０．００７５インチのニードルリフトがあったと記録することとなろう。即ち、ニードルシートから離れるように０．０００５×３０＝０．０１５インチ、そしてニードルシートに向けて０．０００５×１５＝０．００７５インチ移動すると、合計で０．００７５インチのニードルリフトとなる。記録したニードル位置は、「仮想」であるとして特定される。これは、アクチュエータ制御システムは、ニードルが実際にノズルシートから０．００７５インチの場所にあることを確認することができないためである。実際、往々にして、ニードルのニードルリフトは、「仮想」ニードル位置に合致しない。

仮想ニードル位置と実際のニードル位置とのこのオフセットは、種々の要因によって生じていた。例えば、種々のスプレーガンの構成要素の製造公差は、約＋／−０．０００１から＋／−０．０００５インチの範囲内にある。従って、ガンのアセンブリ中の許容差の積み重ねによって、ニードルの実際位置についてエラーが生じ得る。さらに、ニードルリフトの初期測定が手動で実行されると、これがエラーにもなり得る。例えば、オペレータは、実際の測定時にエラーをする場合も、手動の測定データの入力時にエラーをする場合もあるし、制御ＰＬＣにデータを入力することすら忘れる場合もあろう。さらに、ガンは、多くの理由で、例えば、ニードルを制御して前進させる、又は引き込むといった動作を失敗する場合がある。従って、最初の使用から、又は時間が経つと共に、仮想ニードル位置と実際のニードル位置とが同じでないことがある。これは、ニードルの動作が仮想ニードル位置を表すデータに基づいているので、不利益となる。

スプレーガンの製造業者は、スプレーガンノズルに規則的なメンテナンスを実行して、ニードルリフトを再較正することを推奨している。この操作は典型的には、実際のニードルリフトが測定できるように、スプレーガンがオフラインにされることを必要とする。続いて、このデータは、仮想ニードル位置データベースに組み込まれる。この手順は、時間を浪費し、高価な外部較正デバイスを必要とし、そしてスプレーガンをクリーニングしてシール剤を取り出すことを必要とする。従って、ユーザが、認められていない方法によって、例えば、ニードルを前方に押しやり、仮想位置をリセットすることでスプレーガンを再較正することが知られている。即ち、ユーザは、閉鎖用ステッピングソレノイドをある期間駆動させることによって、ニードルを前方へ移動させる。短いものの不確定な時間の後、ニードルはシートと係合する。これがいつ起こるのかユーザは正確に分からないので、ユーザは通常、閉鎖用ステッピングソレノイドを作動させ続ける。ニードルのこの連続した前方への動きによって、ニードル、ノズルシート及び閉鎖用ステッピングソレノイドに破損が生じる虞がある。ユーザが閉鎖用ステッピングソレノイドを止めると、仮想ニードル位置データベースが更新されて、現在のニードル位置が第１位置であることが示される。

本明細書及び特許請求の範囲に記載の発明は、スプレーガンアセンブリのニードルリフトを較正するシステム及び方法を提供する。当該システムは、アクチュエータ制御システムを含み、当該アクチュエータ制御システムは、ユーザ入力デバイス、プロセッサ及びメモリに加えて、少なくとも１つのアクチュエータ線路導体の電流の変化を検出し、且つ出力シグナルを生成するように構成されたアクチュエータセンサを有する。即ち、少なくとも１つのアクチュエータ線路導体は、少なくとも１つのアクチュエータに電力を供給する導体である。アクチュエータセンサは、少なくとも１つのアクチュエータ線路導体の電流特性の経時的な変化を検出するように構成されている。好ましい実施形態において、測定される特性は、インダクタンスの変化である。しかしながら、勿論、その他の電流特性が監視されてもよい。より具体的には、少なくとも１つのアクチュエータには、ニードルがノズルシートと係合すると特定の反応があり、電流出力シグナルに識別可能な偏差（anomaly）が生じる。この識別可能な偏差が検出されると、アクチュエータ制御システムは、ニードルの前方への動きを停止する、即ち、少なくとも１つのアクチュエータを解放する。さらに、アクチュエータ制御システムは、仮想ニードル位置を更新して、ニードルの現在位置が第１の閉位置であることを示す。この動作によって、ニードルの実際の位置が、ニードルの仮想位置で再較正される。

添付の図面と併せて読めば、以下の好ましい実施形態の説明から、本発明が完全に理解されるであろう。
図１は、スプレーガン及びアクチュエータ制御システムの概略図である。 図２は、スプレーガンを使用する方法におけるステップを示すフローチャートである。

本明細書中で用いられ、そして通信データ又はシグナルに関連して用いられる場合の「電子通信している（in electronic communication）」とは、ハードライン（hardline）形態及びワイヤレス形態双方の通信を含むものである。さらに「電子通信している」とは、異なるフォーマットに変換されるデータ及びシグナルの間接通信を含むものであるが、識別されたコンポーネント同士が通信する限りにおいてであることは勿論である。例えば、センサがアナログシグナルを生成し、これをモジュレータがデジタルフォーマットに変換し、そしてデジタルデータがプロセッサに通信される場合、センサとプロセッサとは「電子通信している」。

本明細書で用いられているように、「結合される（coupled）」とは、２つ以上の要素間の連結を意味し、連結が生じる限り、直接的であるか間接的であるかを問わない。

本明細書で用いられているように、「直接結合される（directly coupled）」とは、２つの要素が互いに直接接触していることを意味する。

本明細書で用いられているように、「固定して結合される（fixedly coupled）」又は「固定される（fixed）」とは、２つの構成部品が結合して、一体として移動すると同時に、互いに一定の向きを維持することを意味する。固定された構成部品は、直接結合していてもよいし、直接結合していなくともよい。

本明細書で用いられているように、用語「一体の（unitary）」とは、構成部品が単一のピース又はユニットとして作製されることを意味する。即ち、別々に作製されてからユニットとして１つに結合されるピースを含む構成部品は、「一体の」構成部品又はボディではない。

図１に示すように、スプレーガン１０は、密閉空間１３を規定するハウジング１２と、作動機構１４とを含んでいる。好ましくは、スプレーガンハウジング１２は細長く、長軸１６を有している。スプレーガンハウジング１２は、少なくとも流体チャンバ２０を規定し、好ましくは作動機構チャンバ６８も規定する。流体チャンバ２０及び作動機構チャンバ６８は互いからシールされているので、流体は、流体チャンバ２０から作動機構チャンバ６８へとは流れない。流体チャンバ２０は、流体入口２２及びノズル２６を備えている。さらに、流体チャンバ２０は、過剰流体出口２４を有してよい。流体入口２２及び過剰流体出口２４はそれぞれ、液体生成物供給／循環系統１８と結合され、且つ流体連通している。液体生成物供給／循環系統１８は、流体入口２２を介して流体チャンバ２０に液体生成物を供給する。液体を再循環させる必要があれば、過剰な液体生成物は、過剰流体出口２４を通って流体チャンバ２０を出る。

ノズル２６は流路２８を規定しており、流路２８は、流体チャンバ２０、及びスプレーガンハウジング１２の外側の空間と流体連通している。即ち、ノズル流路２８は開口３０が終点である。好ましくは、ノズル２６は、略截頭円錐形状の本体３２を備える。さらに、ノズル開口３０に直ぐ隣接しているノズル流路２８又はノズル流路２８の一部もまた、截頭円錐形状を有してよい。ノズル開口３０の周りのノズル流路２８は、ニードルシート３４を規定する。ニードルシート３４は、以下に説明されるように、ニードル本体の遠位端部６４と密閉係合するように構成されている。

この構成では、液体生成物は、流体入口２２を通って流体チャンバ２０に流入する。液体生成物又はその一部は、ノズル２６を通過して、ワークピース（図示せず）につけられる。繰り返すが、液体の再循環の必要があれば、液体生成物の残りは、過剰流体出口２４を介して流体チャンバ２０を出て、再循環する。

作動機構１４は、少なくとも２台の電気駆動アクチュエータ３６、４０と、ニードル４２と、アクチュエータ制御システム４４とを有している。なお、アクチュエータ制御システム４４と、限定されないが、モジュール、メモリ及びＰＬＣなどの関連構成要素とは、全て模式的に示されている。さらに、アクチュエータ制御システム４４は、外部ユニットとして示されている。即ち、アクチュエータ制御システム４４は、ソレノイドハウジング５２の外側に示されている。勿論、アクチュエータ制御システム４４は、ソレノイドハウジング５２の内側に、外側に、又は、部分的に内側に配置されてよい。さらに、アクチュエータ制御システム４４は、単一のユニットとして示されていることに留意のこと。しかしながら、知られているように、アクチュエータ制御システム４４は、幾つかの要素であってよく、各々が別々の場所に配置されてもよい。例えば、それぞれ、以下で説明され、また、アクチュエータ制御システム４４の一部である、ニードルリフトを較正するシステム８０とアクチュエータセンサ８２とは、アンプ５０（以下で説明される）内に組み込まれているものとして示されている。

少なくとも２台のアクチュエータ３６、４０の各々は、線路導体４６（模式的に示される）を有しており、電源（図示せず）と電気的に接続するように構成されている。少なくとも２台のアクチュエータ３６、４０は、ソレノイド３８と、好ましくはステッピングソレノイドアセンブリ１００とを含んでいる。知られているように、ソレノイド３８は、ハウジング５２と、スプリング５１と、ソレノイドロッド５６周りに配置されたコイルアセンブリ５４とを含んでいる。ソレノイドロッド５６は磁気部材であり、移動自在に、即ち摺動自在に、ソレノイドハウジング５２に結合されており、部分的にソレノイドハウジング５２内に延びている。ソレノイドスプリング５１は、ソレノイドロッド５６を、伸長した第１位置へと付勢し、ソレノイドロッド５６は、ほとんどソレノイドハウジング５２の外側に配置される。ソレノイドロッド５６の軸は、ほぼハウジングの長軸１６上に配置される。ソレノイドコイル５４は、ソレノイドハウジング５２内に配置され、且つソレノイドロッド５６周りに部分的に配置されるが、ソレノイドロッド５６には直接的に結合されない。コイル５４が給電されると磁場が生じ、ソレノイドロッド５６を部分的にハウジング５２内に引き入れる。これが、ソレノイドロッド５６が後退した第２位置である。ソレノイドロッド５６は、第１位置と第２位置との間を移動する。ソレノイドロッド５６が移動する距離が「ストローク」であって、ソレノイド３８の特性となる。即ち、ストロークは通常変化せず、既知の距離となる。コイル５４が給電されない場合、ソレノイドスプリング５１は、ソレノイドロッド５６を第１位置に維持する。さらに、ストロークの長さは既知であるので、スプレーガン１０を「初期配置」に配置できる。ここで、スプレーガン１０の「初期配置」は、ソレノイド３８がスプレーガンハウジング１２内に配置されて、ニードル４２が、ソレノイドストロークの終端にてニードルシート３４をシールする状態である。即ち、ソレノイド３８は、ストロークとして、ニードルシート３４からほぼ正確な距離にあるので、ニードル遠位端部６４（以下に説明される）は、ニードルシート３４と、ソレノイドストロークの終端にて密閉係合する。なお、ソレノイド３８がニードルシート３４にあまりに近いと、スプリング５１は、ストロークが終わる前に、ニードル遠位端部６４をニードルシートに付勢することとなる。

図示されているように、ソレノイド３８は、ソレノイドロッド５６周りに配置されたアクチュエータ部材５８を含んでよい。ソレノイドアクチュエータ部材５８は、磁場に引き寄せられる材料で作られている。ソレノイドアクチュエータ部材５８は、磁場の影響を受ける質量として機能する。従って、コイルアセンブリ５４が給電されると、強い磁場の影響がソレノイドアクチュエータ部材５８及びソレノイドロッド５６に及んで、ソレノイドロッド５６がソレノイドハウジング５２へと引き入れられる。さらに、ソレノイドアクチュエータ部材５８は、ソレノイドハウジング５２へと部分的に延びる。ソレノイドアクチュエータ部材５８は、ソレノイドハウジング５２内にある内端部５７を有している。ソレノイドアクチュエータ部材の内端部５７とソレノイド３８の他の要素との間にはスペーサがあり、これは、通常、ワッシャ（以後、ソレノイドワッシャ５５）である。ソレノイド３８が給電されると、ソレノイドアクチュエータ部材５８がソレノイドハウジング５２に引き入れられて、ソレノイドアクチュエータ部材５８は、ソレノイドワッシャ５５と係合する。即ち、ソレノイドアクチュエータ部材５８は、ソレノイドワッシャ５５に当たって底を打つ（bottom out）。この係合は、ソレノイドロッド５６の移動の長さ、即ちストロークを制限する。即ち、アクチュエータ部材５８がソレノイドワッシャ５５に当たって底を打つと、アクチュエータ部材５８、ひいてはソレノイドロッド５６は、ソレノイドハウジング５２へと最大距離移動している。さらに、ソレノイドアクチュエータ部材５８は、ソレノイドハウジング５２と係合、即ち接触するように構成されたフランジ５９を含んでよい。以下で詳細に説明するように、ソレノイド３８全体は、スプレーガンハウジング１２内に移動自在に配置されている。さらに、ソレノイドハウジング５２は、ステッピングソレノイド１００に隣接して配置されたねじカップリング１２２を含んでよい。

ニードル４２は、近位端部６２及び遠位端部６４を有する細長い本体６０を有している。ニードル近位端部６２は、ソレノイドロッド５６と結合する。ニードル遠位端部６４は、ニードルシート３４の形状と対応するように形作られている。好ましくは、ニードル遠位端部６４は円錐形である。ニードル遠位端部６４は、ニードルシート３４に隣接して配置される。なお、ノズル２６及びニードル４２が截頭円錐形状であるのが好ましいが、必須ではない。知られているように、ニードル４２は、遠位端部にて球状の部材（図示せず）を有していよく、ノズル開口３０は、この周りに配置された環状シート（図示せず）を有してよい。この構成では、ニードル４２は、ソレノイドロッド５６と共に、ほぼハウジング長軸１６に沿って軸方向に移動する。ニードル４２が移動する距離は、ソレノイドロッド５６のストロークに等しい。

従って、この構成では、ニードル４２は、ソレノイドロッド５６がソレノイドスプリング５１によってノズル２６に向けて付勢されている第１の閉位置と、コイルアセンブリ５４が給電されることによって、ソレノイドロッド５６が、ノズル２６から引き離されている第２の開位置との間を移動する。ニードル４２が第１の閉位置にある場合、ニードル本体遠位端部６４は、ノズルシート３４と密閉係合する。さらに、ソレノイド３８のストロークは既知であるので、ニードル本体６０が移動する距離は一定の距離である。従って、製造誤差、熱膨張や他の要因がなければ、「ニードルリフト」、即ちニードル本体６０が第２位置にある場合におけるニードル遠位端部６４とニードルシート３４との距離は、一定である。しかしながら、以下で説明するように、実際のニードル位置は、追跡困難である場合がある。

なお、ソレノイド３８の回転は、これらに限定されないが、キー付き（keyed）形状にすること、又は回転防止ラグを設ける（図示せず）などの種々の既知の方法によって防止されてよい。例えば、ソレノイドハウジング５２、及びスプレーガンハウジング１２の内部は、円形以外の断面形状を有してよい。この構成では、要素同士は、互いに対して回転し得ないという点で、キー付きである。或いはまた、ラグ（図示せず）が、作動機構チャンバ６８の内面から、ソレノイドハウジング５２内に延びてもよい。この構成では、ソレノイド３８は、スプレーガンハウジング１２内で軸方向に移動するが、回転しない。

ステッピングソレノイドアセンブリ１００は、若干異なる方法で動作する。即ち、ステッピングソレノイドアセンブリ１００は、ソレノイドロッド１０６が、又はソレノイドロッド１０６に固定されたアクチュエータが、回転するように構成されている。ステッピングソレノイド１００はまた、ハウジング１０２と、回転自在なソレノイドロッド１０６の周りに配置されたコイルアセンブリ１０４とを備えている。勿論、アクチュエータ（図示せず）が固定されてよいことは理解されよう。あるタイプのステッピングソレノイドアセンブリ１００は、コイルアセンブリ１０４及びソレノイドロッド１０６を含んでおり、これらは、幾つかの半径方向尖頭部（図示せず）又は類似の構造を、内周及び外周にそれぞれ配置している。内向きに延びる半径方向要素は、ソレノイドロッド１０６に固定されるスプロケット（図示せず）の先端部に近い位置まで及ぶが、先端部とは接触しない。コイルアセンブリ１０４は、少なくとも２つ、典型的には３つの別個のワイヤコイル（図示せず）を含んでおり、各コイルは、独立して給電される。個々のコイルはそれぞれ、交互に現れており、又はより典型的には逐次的であって、且つ繰り返している、内向きに延びる半径方向要素の組と結合する。例えば、一組の半径方向要素が各コイルと関連している。この構成では、ステッピングソレノイドコイルアセンブリ１０４内にあるコイルに給電される場合に生じる磁力は、当該コイルに関連する組の延びている半径方向要素に集中する。この磁力によって、ステッピングソレノイドスプロケットの先端部は、その組の内向きに延びる半径方向要素に向けて移動する。その次のコイルが給電されると、その次の組の内向きに延びる半径方向要素が磁気を帯び、ステッピングソレノイドスプロケットの先端部を引き寄せ、その組の内向きに延びる半径方向要素に向けて移動する。コイルに逐次的に給電することによって、ステッピングソレノイドスプロケットに磁気の影響が及んで、ステッピングソレノイドロッド１０６は回転する。

或いは、ステッピングソレノイドロッド１０６は、軸方向に移動するが、１又は複数の弧状の玉溝（race）（図示せず）を有するディスク（図示せず）と結合してよい。玉溝は、一方の端部にて浅く、他方に行くにつれて深くなる。ベアリング（図示せず）（限定されないが、ボールベアリング等）が、玉溝に配置される。ディスクは、ステッピングソレノイドハウジング１０２に隣接して配置される。ステッピングソレノイドアセンブリ１００が駆動されると、ディスクはステッピングソレノイドハウジング１０２に向けて引き寄せられる。これによって、ベアリングは玉溝のより深い部分へと移動して、今度はディスクが回転する。即ち、ベアリングは実際、ステッピングソレノイドハウジング１０２における移動に対してほぼ静止した位置を維持するが、ベアリングが弧状の玉溝のより深い部分に向けて付勢されると、ディスクは回転し、玉溝のより深い部分をベアリング上に配置する。ラチェット又は類似の構成（図示せず）が、ステッピングソレノイドロッド１０６とディスクとの間に配置されており、これは、ステッピングソレノイドアセンブリ１００が給電を断たれた場合に、反回転を防止するために用いられる。

これらの種類のステッピングソレノイドアセンブリ１００は例示的なものであり、本発明は、如何なる特定のステッピングソレノイドアセンブリ１００にも限定されない。しかしながら、如何なるステッピングソレノイドアセンブリ１００も、コイルアセンブリ１０４が給電されると、ステッピングソレノイドロッド１０６が弧にわたって回転するように構成されている。

好ましくは、ステッピングソレノイドアセンブリ１００は、ソレノイドロッド１０６が共通する２つのステッピングソレノイド、即ち、第１ステッピングソレノイド１００Ａ及び第２ステッピングソレノイド１００Ｂを含んでいる。好ましくは、ステッピングソレノイドロッド１０６は、スプレーガンハウジング１２の長軸１６及びノズル開口３０とほぼ一線上に揃えられている。２つのステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂはまた、ハウジング１０２を共有してよい。第１ステッピングソレノイドコイルアセンブリ１０４Ａは、共通のソレノイドロッド１０６を第１方向に回転するように構成されており、第２ステッピングソレノイドコイルアセンブリ１０４Ｂは、共通のソレノイドロッド１０６を第２方向に回転するように構成されている。従って、ステッピングソレノイドアセンブリ１００は、双方向であって、即ち、ステッピングソレノイドロッド１０６を２方向に回転させるように構成されている。代替的な実施形態では、単一のステッピングソレノイドアセンブリ１００は、双方向ステッピングソレノイドアセンブリ１００である。例えば、ステッピングソレノイドアセンブリ１００は、電流がコイルアセンブリ１０４を２方向に流れると、ステッピングソレノイドロッド１０６が、電流の向きと関連した方向に回転するように構成されてよい。

ステッピングソレノイドアセンブリ１００が、ステッピングソレノイドロッド１０６のみが回転するタイプである、即ち、弧状の玉溝が用いられない実施形態である場合、ステッピングソレノイドロッドの遠位端部１２０は、ねじを切られてよい。即ち、ステッピングソレノイドハウジング１０２から延びるステッピングソレノイドロッド１０６の端部がねじを切られてよい。ステッピングソレノイドロッドのねじ付き遠位端部１２０は、ソレノイドハウジングのねじ付きカップリング１２２に螺入するように構成される。前述のように、ソレノイド３８は、スプレーガンハウジング１２内にて移動自在に配置されると共に、回転が防止される。即ち、ソレノイド３８は、スプレーガンハウジング１２において軸方向に摺動するように構成される。この構成では、ステッピングソレノイドロッド１０６は回転するが、軸方向に移動せず、ソレノイド３８は軸方向に摺動するが、回転しないように構成される。従って、ステッピングソレノイドロッドのねじ付き遠位端部１２０がソレノイドハウジングねじカップリング１２２において回転すると、ソレノイド３８は軸方向に移動する。

ステッピングソレノイドアセンブリ１００がディスク状アクチュエータである場合、即ちステッピングソレノイドロッド１０６が軸方向に移動するのに加えて回転するステッピングソレノイドアセンブリ１００である場合、ステッピングソレノイドロッドの遠位端部１２０は、ソレノイド３８にピン留めされてよい。即ち、ソレノイド３８とステッピングソレノイドロッドの遠位端部１２０とは、互いに当接するように、さもなくば、一定間隔を維持するように構成される。しかしながら、ソレノイド３８とステッピングソレノイドロッドの遠位端部１２０との結合は、ステッピングソレノイドロッド１０６が回転することを許容する。ここでも、ソレノイド３８は軸方向に摺動するが、回転しないように構成されることに留意のこと。従って、この構成では、ステッピングソレノイドアセンブリ１００の駆動によって、ステッピングソレノイドロッド１０６が軸方向に移動すると、ソレノイド３８は、軸方向に移動する。

このようにして、ステッピングソレノイド１００が駆動すると、ソレノイド３８全体は、作動機構チャンバ６８において前方又は後方へ移動し、これによってニードル位置の調整及び／又は再較正が可能となる。即ち、第１ステッピングソレノイド１００Ａ又は第２ステッピングソレノイド１００Ｂの駆動によって、ステッピングソレノイドロッド１０６は一方向に回転する。ステッピングソレノイドロッド１０６がソレノイド３８とねじ留めによって、又は一定の関係で結合されており、さらには、ソレノイド３８は、回転しないが摺動自在にスプレーガンハウジング１２内に配置されているので、第１ステッピングソレノイド１００Ａ又は第２ステッピングソレノイド１００Ｂの駆動によって、ソレノイド３８はスプレーガンハウジング１２内を摺動する。さらに、ソレノイド３８は、ハウジング軸１６とほぼ一致する経路を移動する。本願では、第１ステッピングソレノイド１００Ａの駆動によって、ソレノイド３８はノズル２６から離れるように移動し、第２ステッピングソレノイド１００Ｂの駆動によって、ソレノイド３８はノズル２６に向けて移動すると仮定する。ニードル本体６０はソレノイド３８と結合しているので、ソレノイド３８の位置を調整するとニードル本体６０の位置も調整される。

好ましくは、ステッピングソレノイドコイルアセンブリ１０４がパルスでチャージされる。各パルスに対して、ソレノイドロッド５６は、離散的なインクリメント又は「ステップ」で回転する。従って、ステッピングソレノイドロッド１０６は、複数の離散的インクリメント又は「ステップ」で移動する。ソレノイドロッド５６が移動する軸方向距離は、ソレノイドハウジングのねじ結合１２２におけるねじのピッチを調整することによって制御できることに留意のこと。好ましい実施形態では、ソレノイドロッド５６は、ステップ毎に約０．００１から０．０００５インチ、より好ましくは、ステップ毎に約０．０００５インチ軸方向に移動する。さらに、パルスは、少なくとも１つのアクチュエータ線路導体４６を通ってアクチュエータ制御システム４４から直接的にステッピングソレノイドコイルアセンブリ１０４に与えられてよいことに留意のこと。このことは、アクチュエータ制御システム４４が電源であること、又は、少なくとも１つのアクチュエータ線路導体４６が電力系統（図示せず）に結合されてよく、アクチュエータ制御システム４４が、電力系統と少なくとも１つのアクチュエータ線路導体４６との間に配置されるスイッチ（図示せず）を制御してよいことを意味する。好ましくは、アクチュエータ制御システム４４の一部であるアンプ５０があり、これは、ステッピングソレノイドコイルアセンブリ１０４Ａ、１０４Ｂと、ＰＬＣ４８（以下で説明する）などの制御システム４４の他の部品との間に配置される。さらに、以下で説明するように、アンプ５０は、少なくともメモリ４７を有する制御システムを含んでいる。

さらに、駆動されるステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂに応じて、パルスにはそれに関連する「方向」があると考えられる。即ち、パルスによって、ソレノイド３８、従ってニードル本体６０が移動して、ノズル開口３０から離れ、又はノズル開口３０に向かう。本明細書で用いられているように、「開放パルス」は、開放用ステッピングソレノイド１００Ａを駆動するパルスである。反対に、「閉鎖パルス」は、閉鎖用ステッピングソレノイド１００Ｂを駆動して、ソレノイド３８をノズル開口３０に向けて移動させるパルスである。

従って、ソレノイド３８は、アクチュエータ制御システム４４から入力コマンドを受け取り、第１位置と選択位置又は第２位置との間でニードル４２を移動させるように構成されている。一方で、ステッピングソレノイドアセンブリ１００は、アクチュエータ制御システム４４から入力コマンドを受け取り、そのコマンドに応じてインクリメンタルにニードル４２を移動させるように構成されている。

即ち、ステッピングソレノイドアセンブリ１００は、スプレーガンハウジング１２内でソレノイド３８を移動させ、ソレノイド３８は、次にニードル４２を移動させる。従って、ステッピングソレノイドアセンブリ１００は、ニードル４２位置の微調整をもたらすように構成されている。アクチュエータ制御システム４４は、１又は複数のＰＬＣ４８及びメモリ４９を含んでいる。以降、「ＰＬＣ」とは、１又は複数のＰＬＣを意味するものとする。メモリ４９は、ランダムアクセスメモリ（データは記録且つ読取りされる）やリードオンリーメモリ（データは読取専用である）であってよく、任意の既知のメモリデバイス、例えば、限定されないが、集積回路（コンピュータチップ）、フラッシュメモリ、磁気メモリ、光メモリ又はディスクベースのメモリ（ＣＤ、ＤＶＤ、ハードドライブ等）によって物理的に実現されてよい。ＰＬＣ４８及びメモリ４９は、互いに電子通信している。

アクチュエータ制御システム４４の要素は、明確にするために、スプレーガンハウジング１２とは別個に、且つまとめて、模式的に示されていることに留意のこと。しかしながら、知られているように、アクチュエータ制御システム４４の要素は、スプレーガンハウジング１２内に、又はこの上に配置されてもよいし、図示したようにはまとめられなくてもよい。例えば、アクチュエータ制御システム４４の要素は、電子ノイズ及び干渉を軽減するように位置決めされてよい。従って、本願の特許請求の範囲は、図示したようなアクチュエータ制御システム４４の概略的な構成に限定されない。例えば、アンプ５０は、好ましくはスプレーガンハウジング１２内に、より好ましくはノズル２６とは反対側にあるスプレーガンハウジングの終端に配置される。スプレーガンハウジング１２のこの端部は、通信ポート又はカップリング４５を含んでよい。

ＰＬＣ４８の動作は、本明細書の範囲を越えているが、知られているように、ＰＬＣ４８は、一連の命令を実行し、入力を受け取り、出力を与えるように構成されている。本明細書では、一連の指令は、１又は複数の「モジュール」に含まれている。モジュールは、ＰＬＣ４８に組み込まれているか、関連するメモリ４９に格納されている。ＰＬＣ４８は、ほぼ同時に１又は複数のモジュールを読み出して、実行するように構成されている。さらに、アクチュエータ制御システム４４は、コンポーネント（これらに限定されないが、時間を追跡又は測定するように構成される１又は複数のタイマー、デジタルシグナルをアナログシグナルに変換し、その逆も実行し、ビデオシグナル又は他の出力シグナルを生成するモジュレータ／デモジュレータ等）を含んでおり、これらによって、アクチュエータ制御システム４４が実行するように構成されている任意の機能を、アクチュエータ制御システム４４が達成可能となることは理解されるであろう。繰り返すが、ＰＬＣ４８が如何にこれらの機能を実行するかの詳細は、本明細書の範囲を越えているが、当該技術分野においては知られている。さらに、アクチュエータ制御システム４４は、種々のコンポーネントが互いに通信することを可能とするのに必要な任意の導体やコネクタ等を含んでいることが理解されるであろう。例えば、アクチュエータ制御システム４４は、アンプ５０に隣接して配置されており、導体（図示せず）がこれらの間に延びている。同様に、導体（図示せず）が、アンプ５０と、ソレノイド３８及びステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂの双方との間に延びている。

アクチュエータ制御システム４４は、好ましくは、リモートユーザインタフェース７０、ユーザインタフェースモジュール７２、アクチュエータ制御モジュール７４、及びニードル位置モジュール７６をさらに含んでいる。典型的には、ユーザインタフェースモジュール７２、アクチュエータ制御モジュール７４、及びニードル位置モジュール７６（モジュールは模式的に示されている）は、アクチュエータ制御システムメモリ４９に格納されており、必要に応じてＰＬＣ４８にロードされる。或いは、１又は複数のモジュール７２、７４、７６は、ＰＬＣ４８に常時組み込まれてよい。リモートユーザインタフェース７０は、ユーザが使用可能な形態で提供されるインタフェースである。リモートユーザインタフェース７０によって、ユーザが、以下に説明されるように所望のニードルリフト、スプレーガン１０の使用開始、スプレーガン１０の使用終了を入力する。ニードルリフトを再較正することができる限りにおいて、リモートユーザインタフェース７０は、既知の任意のインタフェースで、限定されないが、例えば、タッチスクリーン、モニタ及びキーボード、又はアナログディスプレイ及び手動入力デバイス（例えばノブ、ボタン、スイッチ等）等で提供されてよい。ユーザインタフェースモジュール７２は、ユーザからユーザインタフェース７０を介して入力を受け取り、その入力をアクチュエータ制御モジュール７４に伝えるように構成されている。

アクチュエータ制御モジュール７４は、ユーザインタフェースモジュール７２からの入力を受け取り、ユーザの入力を実行に移すように構成されている。アクチュエータ制御モジュール７４は、ニードル位置モジュール７６と協働し、且つ通信して、ユーザの入力に従ってニードル４２を移動させる。従って、例えば、ユーザは、特定のパターンでソレノイド３８を開閉させることができる。さらに、アクチュエータ制御システム４４は、ステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂと連携して用いられて、ニードル位置を微調整し、又はニードル位置を再較正することができる。これは、先に説明したように、ステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂを駆動させて、ノズル２６に向けて又はノズル２６から離れるようにソレノイド３８を機械的に移動させることによって達成される。ソレノイド３８の機械的移動、即ちソレノイド３８、従ってニードル本体６０の位置は、アクチュエータ制御システム４４によって追跡される。

より具体的には、アクチュエータ制御システムメモリ４９及び／又はアンプメモリ４７は、ニードル位置モジュール７６と連携して、又はニードル位置モジュール７６の一部として、レジスタとして利用されて、ステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂに送られるパルスの数及び方向、並びに／又はソレノイド３８の位置を追跡する。ニードル４２は常に、第１位置において作動し始める、即ち、閉じていると仮定する。つまり、ソレノイド３８が第１位置にあると、ニードル本体遠位端部６４はニードルシート３４と係合している。ニードル本体６０の位置を微調整する必要がある場合、アクチュエータ制御システム４４は、幾つかのパルスを少なくとも１つのアクチュエータ４０に送ることで、又は、コマンド若しくはシグナルをスイッチに送って、これが次に幾つかのパルスを少なくとも１つのアクチュエータ４０に送ることで、ニードル４２は先に説明したように移動する。これらのパルスは、アンプ５０を通過してよい。各パルス及びそれに関連した向きは、以下で説明するように、アクチュエータ制御システムメモリ４９及びアンプメモリ４７内部のニードル位置モジュールレジスタ７７に記録される。

例えば、日中、周囲温度が上がると、流体の粘性は下がる。適切な量の液体が確実に塗布されるように、ニードル位置は調整されなければならない。この例では、ソレノイド３８が前方に、即ちノズルシート３４に向けて移動する必要があり、これによって、ニードル本体６０が第２位置にある場合に、ニードルリフトが引き下げられる。この動作は、自動的に達成できるものの、手動で行われて、必要な調整量が決定されてよい。かくして、ソレノイド３８が給電されて、ニードルリフトが測定される。この例では、ニードルリフトが非常に大きい、つまり、第２位置にある場合、ニードル本体６０がニードルシート３４から非常に離れていると仮定しており、故に、閉鎖用ステッピングソレノイド１００Ｂが駆動する。これによって、ソレノイド３８は、先に説明したように、ノズルシート３４に向けて移動させられる。ソレノイド３８を移動させる必要がある距離は、手動測定によって決定されてよい。このデータが一定期間記録された後、その距離は、ソレノイド３８が典型的に移動する平均距離として選択されてよい。従って、この例では、毎日ある時間に、又は周囲温度が選択された印に達すると、ユーザは、ニードル位置を前方に調整することとなるだろう。さらに、調整量は、ニードル位置モジュールレジスタ７７に記録される。従って、ニードル位置、即ちソレノイド３８の位置が元の位置にリセットされる必要がある場合、ユーザは、ノズルシート３４に向けてソレノイド３８を同じ距離、即ち、同じパルス数だけ反対方向に移動させるだけでよい。

このシステムはまた、ニードル位置を較正するために用いられてもよい。較正プロセスを説明する前に、スプレーガン１０の物理的要素は、既知の特性、限定されないが、例えば寸法等を有しており、それらは変化しないことに留意のこと。従って、スプレーガン１０の要素が、選択された配置に置かれると、当該配置では、実際のニードル位置が知られており、アクチュエータ制御システム４４はこの既知の位置に較正される。従って、スプレーガン１０は、以下に特定する要素が特定の配置に置かれる「較正配置」を有する。「較正配置」は、以下のステップを実行することによって達成される。最初に、閉鎖用ステッピングソレノイド１００Ｂを駆動する。これによって、ソレノイド３８は、先に説明したように、ニードルシート３４に向けて移動する。ソレノイド３８がニードルシート３４に向けて移動すると、ソレノイドアクチュエータ部材５８、より好ましくはソレノイドアクチュエータ部材のフランジ５９が、スプレーガンハウジング１２と係合する。係合が起こると、ソレノイドアクチュエータ部材５８はもはや動けない。閉鎖用ステッピングソレノイド１００Ｂが継続して作動することで、ソレノイド３８はニードルシート３４に向けて移動し続ける。ソレノイド３８の動きによって、ソレノイドロッド５６、そして、最終的にはソレノイドアクチュエータ部材５８は、ソレノイドハウジング５２内に移動する。ソレノイド３８の動きは、ソレノイドアクチュエータ部材５８がソレノイドワッシャ５５に当たって底を打つまで続く。即ち、ソレノイド３８は、ソレノイドアクチュエータ部材５８がソレノイドワッシャ５５当たって底を打つまで、前方へ移動する。この時点では、ソレノイド３８はこれ以上前方に移動できない。さらに、ソレノイドロッド５６が第２位置にある一方で、ニードル４２はなおノズルシート３４と係合していることに留意のこと。以降、ソレノイドアクチュエータ部材５８がソレノイドワッシャ５５に当たって底を打つ行為は、「アクチュエータ部材５８がソレノイド３８に当たって着座する（seat）」として特定されるものとする。

これが、全ての要素の位置が既知である「較正配置」である。「初期配置」及び「較正配置」は双方とも、ソレノイド３８及びステッピングソレノイドアセンブリ（即ちステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂ）の配置と、これらのお互いとの関係とに関係していることに留意のこと。アクチュエータ制御システム４４は、この既知の位置に対して較正される。即ち、ニードル本体６０があるべきであるとアクチュエータ制御システム４４が「信じる」「仮想ニードル位置」は、スプレーガン１０が「較正配置」にある場合に、既知である「実際のニードル位置」と対応するように設定されてよい。さらに、較正配置と初期配置との差異は、手動測定によって決定されてよい。即ち、アクチュエータ制御システム４４は、スプレーガン１０が較正配置にある場合に、実際のニードル位置と対応するはずの「仮想較正配置」を用いてプログラムされている。

例えば、較正配置にあるスプレーガン１０の配置を複数回手動測定することに続いて、ソレノイド３８は、通常、閉鎖用ステッピングソレノイド１００Ｂの５０個の前方パルスに対応する距離を前方へ移動していると決定されるかもしれない。故に、初期配置に対する「仮想較正配置」は、５０個の前方パルスとして記録されるだろう。従って、スプレーガン１０が較正配置にあると、ニードル位置モジュールレジスタ７７は、（この例では）５０個の前方パルスにリセットされる。或いは、スプレーガン１０は、較正に続いて初期配置に戻されてもよい。即ち、アクチュエータ制御システム４４によって、開放用ステッピングソレノイド１００Ａが５０回、駆動されることになろう。この時点にて、即ち、開放用ステッピングソレノイド１００Ａが較正に続いて（この例では）５０回駆動した後にて、スプレーガン１０は、先に説明した「初期配置」となる。さらに、スプレーガン１０がこの配置にあると、ニードル位置モジュールレジスタ７７はゼロにリセットされて、仮想ニードル位置は実際のニードル位置と対応し、これが初期配置となる。即ち、ニードル位置モジュールレジスタ７７は、スプレーガン１０の要素の位置が既知である較正配置にスプレーガン１０がある場合にリセットされてよく、又は、ニードル位置モジュールレジスタ７７は、較正に続いて直ちにゼロにリセットされて、スプレーガン１０が初期配置となってよい。ニードル位置モジュールレジスタ７７をリセットする行為は、以下、ニードル位置モジュール７６の「ゼロ調整（zeroing）」として特定される。実際のニードル位置がもはや仮想ニードル位置と対応しない場合に、較正は必要とされる、又は、少なくとも望ましい。

ニードル位置モジュール７６は、アクチュエータ制御システム４４において実行され、「仮想ニードル位置」を追跡するように構成されている。この追跡は、任意の点に対してなされてよいが、この例では、基準点は、ニードル４２の選択された開位置であって、即ち、ソレノイド３８が第２位置にあって、ニードル本体遠位端部６４は、ソレノイド３８のストロークの距離だけニードルシート３４から離れていると仮定する。この配置では、ソレノイド３８が駆動されていないと、ニードル４２はノズルシート３４と密閉係合する。これは、スプレーガン１０の「ゼロ」配置又は初期配置である。スプレーガン１０が初期配置にされると、ニードル４２の「実際のニードル位置」は、ニードル４２が第１位置のニードルに対して移動した距離として測定できる。即ち、「実際のニードル位置」は、ニードル本体６０が第２位置にある場合に測定される。「仮想ニードル位置」は、同じ「仮想」位置を反映するが、ステッピングソレノイドロッド１０６の、従ってニードル４２の移動が正確であるという仮定に基づいている。

この例では、スプレーガンが初期較正されていると仮定する。即ち、スプレーガン１０は初期配置にあり、そして実際のニードル位置は仮想ニードル位置と対応する。従って、ソレノイドロッド５６のストロークが予め定められている、即ち移動量が既知であると、ニードル本体６０の第２位置も知られる。従って、スプレーガン１０の始動時において、ニードルの実際の位置は第１の閉位置である。そして、ニードル本体６０が第２位置にある場合のニードルリフトの量は知られている。さらに、仮想ニードル位置は、第１の閉位置にあると最初に記録される。この例では、スプレーガン１０が初期配置にある場合、ニードル位置モジュールレジスタ７７は空であるか、格納値が合計でゼロとなる。ニードル位置モジュール７６は、パルスの合計値を、即ち、後方パルス数を差し引いた全前方パルス数を、ニードル位置、即ち選択されたニードルリフトと対応させた、以下の表に示されるようなデータベース７８を含んでよい。

或いはまた、ニードル位置モジュール７６は、乗算器がプログラムされてよく、例えば、後方パルス毎に、０．０００５インチのニードルリフトが等しく加わる。従って、ニードル位置モジュール７６は、パルスの数及びその方向（一括して、本明細書中では、「ニードル位置データ」）を記録しさえすれば、仮想ニードル位置を求めるのに十分であろう。或いは、ニードル位置は、エンコーダ又は線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）によって追跡されてもよい。

ニードル位置モジュール７６がデータベースを有するか、各時の位置を算出するかに拘わらず、ニードル位置モジュール７６は、少なくとも１つのアクチュエータ４０に送られるパルスの数と、ニードル４２が移動する方向とを追跡する。例えば、２つのステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂがある場合、ニードル位置モジュール７６は、各ステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂに送られるパルスの数を追跡する。この情報に基づいて、ニードル位置モジュール７６は、仮想ニードル位置を算出し、又は調べることができる。他のモジュールは、このデータを要求してよい。

ニードル位置モジュール７６は、ニードル位置データをニードル位置モジュールレジスタ７７に記録する。この情報は、アンプレジスタ７９に記録されてもよい。ニードル位置モジュールレジスタ７７は、アクチュエータ制御モジュール７４によってステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂに送られるニードル位置データの全て、又は一部を記録してよい。記録されるデータの一部は、単にニードル４２の現在位置であってよい。どのくらいのデータが記録されるか、又は記録されるデータのタイプに拘わらず、ニードル位置データは常に、ニードル４２の現在の仮想位置を示すデータを含んでいる。例えば、ここでもニードル４２が第１位置で開始すると仮定すると、ニードル位置モジュールレジスタ７７は、ステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂに送られた最後の４つの命令（例えば、７つの前方パルス、５つの後方パルス、３つの前方パルス及び５つのさらなる後方パルス）に関するニードル位置データを記録してよい。ニードル位置モジュール７６は、パルス数を合計し、そして合計を前述のように乗算器によって乗算することによって、現在の仮想ニードル位置を決定できる。この例では、合計はゼロであるので、ニードル位置モジュール７６は、ニードルが開始した位置、即ち仮想第１位置にあると判定するであろう。この位置は、ニードル本体６０が第２位置にある場合、ソレノイド３８の選択ストロークと対応するリフトを有するニードル本体遠位端部６４と対応するはずである。しかしながら、先に特定した種々の要因のために、これがはずれている場合がある。

具体例として、ステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂが、それぞれ何度も駆動されて、第２位置にあるニードル本体６０の位置がもはや初期位置に対応していないと仮定する。ニードル位置モジュールレジスタ７７は、ニードル位置データを記録している。さらに、スプレーガン１０の動作が停電によって中断し、ニードル位置モジュールレジスタ７７がリセットされると仮定する。よって、中断後、実際のニードル位置はもはや、仮想ニードル位置と対応しない。即ち、説明したように、ステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂが、それぞれ何度も駆動されて、第２位置にあるニードル本体６０の位置は、もはや初期位置と対応しないが、ニードル位置モジュールレジスタ７７は空であって、これは、アクチュエータ制御システム４４に利用可能なデータが、ニードル本体６０が初期位置にあることを示すことを意味している。即ち、アクチュエータ制御システム４４は、ニードル本体６０が初期位置にあると「考えている」。これが起こると、スプレーガン１０は、再較正される必要がある。

再較正を行うために、スプレーガン１０は、先に記載される較正配置に配置される。即ち、閉鎖用ステッピングソレノイド１００Ｂが、アクチュエータ部材５８がソレノイド３８に対して着座するまで駆動される。仮想ニードル位置が続いて、仮想較正配置としてリセットされて、実際の配置が反映される、又はスプレーガン１０が初期配置に配置されてよく、そして、ニードル位置モジュール７６が、先に説明したように、ゼロ調整される。

先の例では、スプレーガン１０が初期配置に配置され、ニードル位置モジュールレジスタ７７がゼロ調整され、これによって実際のニードル位置と仮想ニードル位置とが一致していた。このプロセスは、以下に説明されるように、自動的にスプレーガン１０によって達成されてよい。アクチュエータ制御システム４４はさらに、ニードルリフトを較正するシステム８０を含んでよい。ニードルリフト較正システム８０は、アクチュエータセンサ８２と、較正モジュール８４と、先に説明したニードル位置モジュール７６とを含んでいる。アクチュエータセンサ８２は、少なくとも１つのアクチュエータ線路導体４６の電流の特性の変化を検出し、出力シグナルを生成するように構成されている。好ましい実施形態において、監視される電流特性は、電流及び電圧の変化のような電流の変化によって測定されるコイルの誘導リアクタンスであるが、適切な任意の特性が監視されてよい。検出される変化は、測定されている特性の「特定可能な偏差」である。

即ち、少なくとも１つのアクチュエータ４０への電流には、インダクタンスなどの幾つかの特性がある。電流特性には、予想可能な変化がある。例えば、少なくとも１つのアクチュエータ４０がニードル４２を進めるために用いられている場合、電流のインダクタンスを測定でき、表示されるならば、特定可能な既知の波として見える。さらに、電流特性はまた、ランダムな変化を反映し、これは通常「ノイズ」として識別される。ノイズが検出され、そして表示されるならば、パターンが規則的な偏差として示されるだろう。しかしながら、特定の行為の結果として生成される「特定可能な偏差」がある。

例えば、先に説明したように、閉鎖用ステッピングソレノイド１００Ｂがソレノイド３８を前方へ進めて、即ち移動させており、そしてアクチュエータ部材５８がソレノイド３８に当たって着座する場合、閉鎖用ステッピングソレノイド１００Ｂからの機械的フィードバックがある。閉鎖用ステッピングソレノイド１００Ｂへのこのフィードバックは、少なくとも１つのアクチュエータ線路導体４６の電流及び電圧の特性の偏差を生成する。さらに、この偏差又はほぼ類似の偏差は、閉鎖用ステッピングソレノイド１００Ｂが進める間に、アクチュエータ部材５８がソレノイド３８に対して着座する度に起こる。この特定の偏差は、スプレーガン１０が較正配置にある場合にのみ起こる。従って、この偏差は「特定可能な偏差」であって、これは、少なくとも１つのアクチュエータ線路導体４６の電流の標準的な特性と異なっており、ランダムノイズの特性とも異なる。従って、本明細書中では、「特定可能な偏差」は、少なくとも１つのアクチュエータ線路導体４６の電流及び電圧の偏差であり、これは、ステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂの既知の物理的条件、構成又は状態と関連している。より具体的には、「ソレノイド着座偏差」は、少なくとも１つのアクチュエータ線路導体４６の偏差電流であり、これは、アクチュエータ部材５８のソレノイド３８に着座すると起こると分かっている。通常、偏差は、実験に基づく条件と関連し、特異的な、はっきりした偏差が、ステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂが特定の物理的条件、構成又は状態に置かれる度に起こることが確認されている。好ましくは、アクチュエータ部材５８のソレノイド３８への着座と関連する特定可能な偏差は、電流及び電圧の変化によって特定されるインダクタンスの変化である。

なお、電流特性は、測定可能であって、波形で表示されると分かっている。モニタ（図示せず）が与えられて、波が表示されてよいが、これは必須ではない。即ち、知られているように、アクチュエータ制御システム４４は、波及び任意の偏差を検出するように構成できるが、波及び／又は偏差の視覚画像を実際に生じなくともよい。

較正モジュール８４は、アクチュエータ制御システム４４によって、より具体的にはアクチュエータ制御システムＰＬＣ４８によって実行されるように構成された１セットの命令である。ＰＬＣ４８の説明と同様に、如何にモジュールがＰＬＣ４８と関係するかを詳細に記載することは本明細書の範囲を越えている。しかしながら、知られているように、モジュール８４は、ＰＬＣ４８によって実行され、そして、選択された操作及び機能を実行する、又は実行するように構成されているとして説明できるだろう。かくして、先に説明したように、ニードル位置モジュール７６は、ニードル４２の「仮想」位置を追跡するように構成されている。較正モジュール８４は、好ましくは、めったに実行されない。例えば、較正モジュール８４は、ある周期で、例えば、２週毎に、或いは、ある操作数の後、例えば、ステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂの２００万駆動毎に、実行されてよい。較正モジュール８４は、仮想ニードル位置をリセット、即ちニードル位置モジュール７６をゼロ調整することで、実際のニードル位置を反映するように構成されている。好ましくは、較正モジュール８４は、ニードル位置モジュールレジスタ７７の全てのデータをクリアする。或いは、較正モジュール８４は、スプレーガンが初期配置にあると示すように、ニードル位置モジュールレジスタ７７の最後のエントリを更新してよい。即ち、スプレーガン１０の動作が開始する時点では、スプレーガンは初期配置にある。ステッピングソレノイド１００Ａ、１００Ｂが用いられて、先に説明したように、ニードル位置モジュール７６は仮想ニードル位置データを記録する。時間が経つと共に、仮想ニードル位置はもはや実際のニードル位置と対応せず、ニードル位置は較正されなければならない。これは、較正モジュール８４を実行して、最初にソレノイド３８が較正配置に置かれることによって、達成される。

この動作中、較正モジュール８４は、アクチュエータ部材５８がソレノイド３８に対して着座したことを示す識別可能な偏差について、少なくとも１つのアクチュエータ線路導体４６を監視する。識別可能な偏差が検出されると、閉鎖用ステッピングソレノイド１００Ｂの前方への動きが停止され、較正モジュール８４は、先に説明したように、スプレーガン１０を初期配置に戻し、そしてニードル位置モジュール７６をゼロ調整して、ニードル位置モジュール７６は、現在のスプレーガン配置を初期配置として特定する。この時点にて、ニードル４２の位置は較正され、スプレーガン１０は通常動作に戻されてよい。これは、従前の手動較正手法とは異なり、流体チャンバ２０が液体生成物で満たされていながらも、達成できることに留意のこと。即ち、較正モジュール８４は、流体チャンバ２０が流体で満たされている場合でも動作可能である。

少なくとも２台のアクチュエータ３６、４０及びアクチュエータ制御システム４４は、作動機構チャンバ６８にほとんど配置されるのが好ましい。即ち、少なくとも１つのアクチュエータ４０及びアクチュエータ制御システム４４の一部は、作動機構チャンバ６８を越えて延びてよい。例えば、ソレノイドロッド５６及び／又はニードル４２は、作動機構チャンバ６８から流体チャンバ２０へと延びている。しかしながら、少なくとも１つのアクチュエータ４０及びアクチュエータ制御システム４４の大部分は、作動機構チャンバ６８内に配置されている。さらに、アクチュエータセンサ８２は、作動機構チャンバ６８内に完全に配置され、好ましくはアンプ５０の一部である。この構成の場合、スプレーガン１０は、外部の制御システムに結合されない。アクチュエータ制御システム４４及びアクチュエータセンサ８２は、ステッピングソレノイドアセンブリ１００の近くに配置されるが、識別可能な偏差の検出に干渉する虞のある、導体中の「ノイズ」を軽減するようにされることに留意のこと。

このように、先に説明されたコンポーネントを用いて、スプレーガン１０内のニードルリフトを較正する方法は、スプレーガン１０を較正配置に置くステップ２００と、線路導体４６を有するステッピングソレノイドアセンブリ１００内の電流を監視するステップ２０２と、電流の特性の識別可能な偏差を検出するステップ２０４と、スプレーガン１０を初期配置に置くステップ２０５と、ニードル位置モジュール７６をゼロ調整するステップ２０６とを含んでいる。

前述のように、ニードル位置モジュール７６は、ステッピングソレノイドアセンブリ１００に送られたパルスの数を記録するように構成されている。従って、スプレーガン１０の配置を初期配置として記録するようにニードル位置モジュール７６をゼロ調整するステップ２０６は、記録したパルスの合計値をゼロに変更するステップ２１２を含んでよい。この変更は、パルス数をその方向と共に、記録したニードル位置データに加えて、ニードル位置データの合計をゼロに等しくすることによって達成されてよい。或いは、ニードル位置モジュール７６をゼロ調整して、スプレーガン１０の配置を初期配置として記録するステップ２０６は、ニードル位置モジュールレジスタ７７をクリアするステップ２１４を含んでよい。ここで「クリアする」とは、ニードル位置モジュールレジスタ７７の全エントリを消去することを意味する。さらに、前述のように、較正の４つのステップ２００、２０２、２０４及び２０６は、流体チャンバ２０が液体で満たされている場合に起こってよい。

本発明の具体的な実施形態が詳細に記載されたが、当業者であれば、これらの詳細に対する種々の変更及び代替が、本開示の全体の教示を踏まえてなされてよいことが理解されるであろう。従って、開示される特定の配置は、単に説明のためのものであり、添付の特許請求の範囲の完全な広さ、並びにその任意の、及び全ての均等物で与えられる発明の範囲に関する限定ではないことが意味される。

Claims (20)

1. スプレーガンアセンブリのニードルリフトを較正するシステムにおいて、
   前記スプレーガンアセンブリは、作動機構及びノズルを有し、
   前記ノズルは、開口と、前記ノズルの開口の内面周りに配置されたニードルシートとを有し、
   前記作動機構は、ソレノイドと、ステッピングソレノイドアセンブリと、ニードルと、アクチュエータ制御システムとを有し、
   前記ソレノイドは、線路導体とアクチュエータ部材とを含み、
   前記ステッピングソレノイドアセンブリは、線路導体を有し、
   前記アクチュエータ制御システムは、前記ステッピングソレノイドアセンブリを制御して、前記ニードルの位置を微調整するように構成されており、
   前記ソレノイドと前記ステッピングソレノイドアセンブリには、初期配置及び較正配置があり、
   少なくとも１つのアクチュエータの線路導体の電流の変化を検出し、出力シグナルを生成するように構成されたアクチュエータセンサと、
   前記アクチュエータ制御システムで実行される較正モジュールであって、前記アクチュエータセンサの出力シグナルを受け取るように構成された較正モジュールと、
   を備えており、
   前記較正モジュールは更に、前記アクチュエータセンサの出力シグナルの識別可能な偏差を検出するように構成されており、前記識別可能な偏差は、前記アクチュエータ部材は既知の位置にあることを示す、スプレーガンアセンブリのニードルリフトを較正するシステム。
2. 前記既知の位置は、前記アクチュエータ部材が前記ソレノイドに対して着座する位置であり、
   前記識別可能な偏差を検出すると、前記ニードルの現在位置が前記スプレーガンの較正配置に対応することを示すニードル仮想位置データを記録する、請求項１に記載のスプレーガンアセンブリのニードルリフトを較正するシステム。
3. 前記識別可能な偏差は、電流の特性の変化である、請求項１に記載のスプレーガンアセンブリのニードルリフトを較正するシステム。
4. 前記識別可能な偏差は、ソレノイド着座偏差である、請求項１に記載のスプレーガンアセンブリのニードルリフトを較正するシステム。
5. 前記アクチュエータ制御システムで実行されるニードル位置モジュールであって、前記ニードルの仮想位置を追跡するように構成されたニードル位置モジュールを更に含んでおり、
   識別可能な偏差が検出されると、前記ニードル位置モジュールはゼロ調整される、請求項１に記載のスプレーガンアセンブリのニードルリフトを較正するシステム。
6. 前記較正モジュールは、識別可能な偏差が検出されると、前記ソレノイド及び前記ステッピングソレノイドを前記初期配置に戻すように構成されている、請求項５に記載のスプレーガンアセンブリのニードルリフトを較正するシステム。
7. 前記較正モジュールは、識別可能な偏差が検出されると、前記ソレノイド及び前記ステッピングソレノイドを前記初期配置に戻すように構成されている、請求項１に記載のスプレーガンアセンブリのニードルリフトを較正するシステム。
8. 前記スプレーガンアセンブリはハウジングを含んでおり、前記ハウジングは、流体チャンバを規定しており、前記較正モジュールは、前記流体チャンバが流体で満たされると動作可能になる、請求項１に記載のスプレーガンアセンブリのニードルリフトを較正するシステム。
9. 前記アクチュエータセンサは、アンプに組み込まれている、請求項１に記載のスプレーガンアセンブリのニードルリフトを較正するシステム。
10. ニードルリフトを較正するシステムを有するスプレーガンアセンブリにおいて、
    開口と、前記開口の内面周りに配置されたニードルシートとを有しているノズルと、
    ソレノイドと、ステッピングソレノイドアセンブリと、ニードルと、アクチュエータ制御システムとを有する作動機構と、
    を備えており、
    前記ソレノイドは、前記ニードルと結合した可動アクチュエータ部材を有しており、前記ニードルを移動させるように構成されており、
    前記アクチュエータ制御システムは、前記ソレノイド及び前記ステッピングソレノイドアセンブリを制御して、前記第１位置と選択位置との間で前記ニードルを移動させるように構成されており、
    前記ソレノイドは、線路導体を有しており、前記アクチュエータ制御システムからの入力コマンドを受け取り、前記コマンドに応じて前記ニードルをインクリメンタルに移動させるように構成されており、
    前記ステッピングソレノイドアセンブリは、線路導体を有しており、前記アクチュエータ制御システムからの入力コマンドを受け取り、前記コマンドに応じて前記ニードルをインクリメンタルに移動させるように構成されており、
    前記ニードルは、前記ソレノイドと結合しており、前記ニードルシートと密閉係合するように形作られており、
    前記ステッピングソレノイドアセンブリは、ソレノイドスプリングを介して前記ソレノイドと結合し、前記スプレーガンハウジング内で前記ソレノイドを移動させるように構成されており、
    前記ソレノイド及び前記ステッピングソレノイドアセンブリには、初期配置及び較正配置があり、
    アクチュエータセンサ及び較正モジュールを含むニードルリフトを較正するシステムを更に備えており、
    前記アクチュエータセンサは、少なくとも１つのアクチュエータの線路導体の電流の変化を検出して、出力シグナルを生成するように構成されており、
    前記較正モジュールは、前記アクチュエータ制御システムで実行され、前記較正モジュールは、前記アクチュエータセンサの出力シグナルを受け取るように構成されており、
    前記較正モジュールは更に、前記アクチュエータセンサの出力シグナルの識別可能な偏差を検出するように構成されており、前記識別可能な偏差は、前記アクチュエータ部材は既知の位置にあることを示す、スプレーガンアセンブリ。
11. 前記既知の位置は、前記アクチュエータ部材が前記ソレノイドに対して着座する位置であり、
    前記識別可能な偏差を検出すると、前記ニードルの現在位置が前記スプレーガンの較正配置に対応することを示すニードル仮想位置データを記録する、請求項１０に記載のスプレーガンアセンブリ。
12. 前記識別可能な偏差は、電流の特性の変化である、請求項１０に記載のスプレーガンアセンブリ。
13. 前記識別可能な偏差は、ソレノイド着座偏差である、請求項１０に記載のスプレーガンアセンブリ。
14. 前記アクチュエータ制御システムで実行されるニードル位置モジュールであって、前記ニードルの仮想位置を追跡するように構成されたニードル位置モジュールを更に含んでおり、
    識別可能な偏差が検出されると、前記ニードル位置モジュールはゼロ調整される、請求項１０に記載のスプレーガンアセンブリ。
15. 前記較正モジュールは、識別可能な偏差が検出されると、前記ソレノイド及び前記ステッピングソレノイドを前記初期配置に戻すように構成されている、請求項１４に記載のスプレーガンアセンブリ。
16. 前記較正モジュールは、識別可能な偏差が検出されると、前記ソレノイド及び前記ステッピングソレノイドを前記初期配置に戻すように構成されている、請求項１０に記載のスプレーガンアセンブリ。
17. 前記スプレーガンアセンブリはハウジングを含んでおり、前記ハウジングは、流体チャンバを規定しており、前記較正モジュールは、前記流体チャンバが流体で満たされると動作可能になる、請求項１０に記載のスプレーガンアセンブリ。
18. 前記アクチュエータセンサは、アンプに組み込まれている、請求項１０に記載のスプレーガンアセンブリ。
19. スプレーガンアセンブリのニードルリフトを較正するシステムにおいて、
    ソレノイドの線路導体又はステッピングソレノイドアセンブリの線路導体の一方の電流の変化を検出し、出力シグナルをもたらすように較正されているアクチュエータセンサと、
    前記アクチュエータセンサの出力信号を受け取るように較正された較正モジュールと、
    を備えており、
    前記較正モジュールは更に、前記センサの出力シグナルの識別可能な偏差を検出するように較正されている、スプレーガンアセンブリのニードルリフトを較正するシステム。
20. 前記識別可能な偏差は、電流の特性の変化である、請求項１９に記載のスプレーガンアセンブリのニードルリフトを較正するシステム。

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