JP3508378B2 - 液体加圧装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、プランジャポン
プなどの往復動ポンプを利用した液体加圧装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】材料切断や圧力容器内の加圧などに高圧
液体を利用する場合、液体加圧源としてパスカルの原理
による低圧側を油圧、高圧側を水とした液圧ブースター
方式の高圧ポンプを２台並列に配置したものが利用され
ている。このような並列配置のときには、２台の高圧ポ
ンプを交互に作動させて高圧液体を吐出させるため、定
常的な作動条件であっても、液体吐出が一方のブースタ
ーから他方のブースターに変わるときにほぼ周期的な圧
力変動（脈動）を生じてしまい、このため、特にウォー
タージェット切断の場合には、切断面が均一とならず、
製品の質の低下を招くこともあった。

【０００３】従来は、この脈動を低減させるために、圧
力ブースターが前進端に達する直前の位置にリミットス
イッチ等の検出器をそれぞれ設け、一方の圧力ブースタ
ーの検出器により該圧力ブースターの位置検出をしたと
きに、他方の圧力ブースターを作動させて前進させて、
圧力が上回った時点で吐出するブースターを切り換える
方法（事前スタート方式）を採用していた。

【０００４】圧力変化を示した図６（ａ）により具体的
に説明する。圧力ブースターとしてＡとＢとが備わって
おり、圧力の高くなった圧力ブースターを交互に切り換
えながら高圧液体を吐出するので、外部への吐出液体の
圧力は、両者のうちいずれか一方の高圧側の圧力となる
（合成）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この事
前スタート方式では、脈動の大小はプランジャ速度に影
響されてしまい、プランジャ速度は液圧駆動方式である
限り種々の要因で変動してしまう。例えば、設定圧力や
吐出流量の変更、始動時や一定時間経過後の作動液体の
温度変化、その他高圧部のリークなどにより、プランジ
ャ速度が変動し、脈動が生じる。

【０００６】すなわち、従来は作動中のプランジャの位
置のみを検出して他方のプランジャの作動のタイミング
を制御しているため、プランジャ速度の変動は作動のタ
イミングを決める要素になっておらず、検出器を設ける
位置によって脈動が小さくなるプランジャ速度が決まっ
てしまうという不都合がある。

【０００７】例えば、図６（ｂ）のように、圧力ブース
ターＡのプランジャ速度が速くなると、前進端に到達す
るまでの時間が通常時よりも短いので、吐出圧力は通常
時よりも早く低下してしまう一方、圧力ブースターＢを
作動させるタイミングは位置検出器からの情報に基づい
ており、通常時と変わらないので、結果として圧力ブー
スターＢを作動させるタイミングが遅くなってしまい、
脈動が大きくなってしまう。

【０００８】この事態を回避し、脈動を可能な限り抑え
て安定した高圧液体の噴射を得るために、アキュムレー
タの取付けを工夫して対処する種々の提案が行なわれて
きたが、アキュムレータの使用だけではどうしても全体
の１割程度の脈流が残り、満足する結果が得られなかっ
た。

【０００９】そのほか、このような事態を回避するため
には、オーバーラップ部分を余分にとらなければなら
ず、また制御系としても不安定になってしまう。更に、
作動液の圧力を制御することにより脈動をなくすことも
現に実用化されているものの、液圧サーボ弁や電磁比例
弁などを採用するために複雑な液圧回路を構成する必要
があり、加えて、最適条件を維持することは困難であ
り、それに要するコストも無視できない。

【００１０】プランジャの駆動源としては、液圧方式の
他に電動方式もある。例えば実開平１−７６５７０号公
報には、電動方式の複動ブースターによる液体加圧装置
として、材料切断等に使用する高圧ウォータージェット
を発生させる一対の往復動増圧機が示されており、さら
に、高圧化による液体の圧縮性に基づいて往復動の切換
り時に生じる脈動を低減するために、サーボモータに内
蔵されている位置制御系のエンコーダによって、液体が
所定圧力に達するまでの間のサーボモータの回転速度を
速めることにより圧縮時間を短縮することも示されてい
るが、どのような場合にも脈動をほとんどなくすには、
この方法にも限界がある。

【００１１】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、吐出液体の圧力を変更した場合
でも脈動を発生させることのない液体加圧装置の提供を
目的とする。また、無脈動を保持するための制御が容易
である液体加圧装置の提供をも目的とする。さらに、無
脈動を保持するための制御が柔軟できめ細かに行うこと
が可能な液体加圧装置の提供をも目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明では、吸入した液体を加圧して交互に吐出する第一と
第二の往復動ポンプ手段と、この第一と第二の往復動ポ
ンプ手段にそれぞれ設けられ、前記加圧された液体の圧
力を計測し信号として出力する第一と第二の圧力計測部
と、加圧している第一の往復動ポンプ手段において、第
一の圧力計測部から予め定められた第一の圧力値の信号
を受けたときに、第一の往復動ポンプ手段の液体を吐出
させ、第一の往復動ポンプ手段の吐出工程と平行して、
第二の往復動ポンプ手段において、吸入した液体を、第
一の圧力値よりもわずかに小さく予め定められた第二の
圧力値の信号を第二の圧力計測部から受けるまで加圧さ
せ、第二の圧力値の信号を受けたときには、この第二の
圧力値を保持させ、第一の往復動ポンプ手段の吐出工程
終了時点において、吐出液体の圧力が下がり始め、第一
の圧力計測部から第二の圧力値の信号を受けたときに、
第二の往復動ポンプ手段を加圧させて第二の圧力値に保
持された液体を第一の圧力値とし、第二の圧力計測部か
ら第一の圧力値の信号を受けたときに、第二の往復動ポ
ンプ手段の液体を外部へ吐出させ、第二の往復動ポンプ
手段が吐出工程のときには、それと平行して、第一の往
復動ポンプ手段において、吸入した液体を、第一の圧力
値よりもわずかに小さく予め定められた第二の圧力値の
信号を第一の圧力計測部から受けるまで加圧させ、第二
の圧力値の信号を受けたときには、この第二の圧力値を
保持させ、第二の往復動ポンプ手段の吐出工程終了時点
において、吐出液体の圧力が下がり始め、第二の圧力計
測部から第二の圧力値の信号を受けたときに、第一の往
復動ポンプ手段を加圧させて第二の圧力値に保持された
液体を第一の圧力値とし、第一の圧力計測部から第一の
圧力値の信号を受けたときに、第一の往復動ポンプ手段
の液体を外部へ吐出させる、ことにより第一と第二の往
復動ポンプ手段から交互に液体を外部に吐出させる制御
手段と、を備える。

【００１３】第一の往復動ポンプ手段には第一の圧力計
測部が設けられ、第二の往復動ポンプ手段には第二の圧
力計測部が設けられている。これら第一と第二の圧力計
測部によって、第一と第二の往復動ポンプ手段の加圧液
体の圧力が計測され、信号として制御手段に出力され
る。したがって、制御手段は、この信号に基づいて第一
と第二の往復動ポンプ手段の吸入、加圧および吐出のタ
イミングを制御することができる。

【００１４】第一の往復動ポンプ手段は、第一の圧力計
測部から第一の圧力値の信号を受けるまで、制御手段に
よる制御に基づいて加圧動作を行う。ここで、第一の圧
力値は、外部へ吐出する高圧液体の圧力値であり、その
信号を受けたときに、制御手段は、第一の往復動ポンプ
手段に高圧液体を吐出させる。したがって、吐出液体の
圧力を高い精度で制御できる。

【００１５】第一の往復動ポンプ手段の吐出工程と平行
して、制御手段は、第二の往復動ポンプ手段に液体を吸
入させた後、第二の圧力計測部から第二の圧力値の信号
を受けるまで加圧させる。そして、この信号を受けたと
きには、第二の往復動ポンプ手段の加圧液体の圧力値が
第二の圧力値を保持するように、第二の往復動ポンプ手
段を制御する。このときの圧力状態は第二の圧力計測部
によって計測され、計測結果は、制御手段へ信号として
出力される。

【００１６】このように第二の圧力値は、第一の圧力値
よりもわずかに小さい圧力値であるので、第一の往復動
ポンプ手段の吐出液体が低下し始めてから第二の往復動
ポンプ手段を第一の圧力値まで加圧しても、きわめて短
時間で第一の圧力値まで加圧できる。

【００１７】第一の往復動ポンプ手段の吐出工程終了時
点においては、吐出している高圧液体の圧力が下がり始
め、第一の圧力計測部から第二の圧力値の信号を受けた
ときには、制御手段は、第二の往復動ポンプ手段を加圧
させて、第二の圧力値に保持された高圧液体を第一の圧
力値にする。そして、第二の圧力計測部から第一の圧力
値の信号を受けたときには、第一の往復動ポンプ手段の
代わりに、第二の往復動ポンプ手段に高圧液体を外部へ
吐出させる。

【００１８】このような制御を繰り返すことにより、第
一の圧力値と第二の圧力値との間にある高圧液体を、第
一と第二の往復動ポンプ手段から交互に外部へ吐出させ
るものである。

【００１９】ここで、第一の圧力値と第二の圧力値との
差はわずかであるので、きわめて短時間の加圧で済み、
また、それぞれの圧力値は、圧力計測部からの信号によ
って制御手段に把握されているので、その差（脈動）が
予め予測でき、使用状況による圧力変動に影響のない脈
動制御量にすることができ、外部への吐出液体の脈動を
なくすことも可能となる。

【００２０】なお、第一の圧力計測部は、第一の往復動
ポンプ手段での加圧状態、待機状態および吐出状態にお
ける液体の圧力を計測するものであり、また、第二の圧
力計測部は、第二の往復動ポンプ手段での加圧状態、待
機状態および吐出状態における液体の圧力を計測するも
のであるが、第一と第二の圧力計測部として、圧力計測
器をそれぞれ１個ずつ設ける場合に限られず、複数個設
けてもよい。例えば、第一と第二の圧力計測部のそれぞ
れを、加圧状態および待機状態の圧力を計測する圧力計
測器と、吐出状態の圧力を計測する圧力計測器とで構成
してもよい。さらに、第一の往復動ポンプ手段での吐出
状態の圧力を計測する圧力計測器と、第二の往復動ポン
プ手段での吐出状態の圧力を計測する圧力計測器とを１
つの圧力計測器で構成してもよい。

【００２１】請求項２に記載された発明では、請求項１
に記載の発明において、前記第一と第二の往復動ポンプ
手段がプランジャポンプからなり、その駆動源として前
記制御手段により制御されるサーボモータをそれぞれ有
することを特徴とする。

【００２２】即ち、この場合はプランジャポンプによっ
て液体を所定の圧力値まで加圧するものであり、プラン
ジャポンプをサーボモータで駆動するので、プランジャ
ポンプのプランジャのストロークをサーボモータ側で制
御可能となる。ここで、吐出状態において第二の圧力値
まで圧力が下がるプランジャの位置（前進端付近の位
置）は予測できるので、その位置をあらかじめ設定して
制御手段に入力しておけば、位置サーボによる吐出圧力
のソフトリミットが可能となる。即ち、待機している側
のプランジャポンプを第一の圧力値まで加圧するタイミ
ングの制御を圧力計測部からの吐出圧力の信号に基づい
て行うのではなく、サーボモータの特性を活用したプラ
ンジャストロークの数値制御など、プランジャの位置に
基づいて行うことができる。従って、装置の構造が簡易
になり、制御手段による制御も容易になって、外部への
高圧液体の吐出が安定化する。

【００２３】請求項３に記載された発明では、請求項２
に記載の発明において、前記制御手段は、前記プランジ
ャポンプの吐出工程では速度制御をし、予圧保持工程で
はトルク制御（電流制御）をすることを特徴とする。

【００２４】すなわち、吐出（噴射）する側のプランジ
ャポンプにおいては、プランジャを定速で作動させるこ
とにより、所定の圧力で吐出することができ、また、第
二の圧力値を保持（待機）する側のプランジャポンプに
おいては、必要な圧力に見合ったトルク値を常時発生さ
せることができる。したがって、使用時における状況の
変化に対応できるので、柔軟な制御が可能となり、きめ
細かな要求に対応することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態に係る液体加
圧装置の構成を図１に示す。この実施形態に係る液体加
圧装置では、高圧液体噴射による材料切断等のためのノ
ズル装置を示しているが、高圧液体が供給される一定容
積の食品加圧処理用圧力容器内の食品を加圧処理するた
めの装置としても良い。

【００２６】図１は液圧回路図であり、この液体加圧装
置は、給液部１１０、第一の往復動ポンプ手段としての
プランジャポンプ１２０、第二の往復動ポンプ手段とし
てのプランジャポンプ１３０、制御手段としての制御部
１４０、および噴射部１５０から構成されている。

【００２７】給液部１１０は、プランジャポンプ１２０
・１３０に液体を供給するためのものであり、圧媒タン
ク１１１、給液ポンプ１１２、圧力センサ１１３および
リリーフバルブ１１４からなる。

【００２８】圧媒タンク１１１の液体は、プランジャポ
ンプ１２０・１３０に送られ、加圧された後、噴射部１
５０から外部へ噴射されるものである。従って、液体の
種類は、材料切断に使用される場合や食品の加圧処理に
使用される場合に応じて適宜選択できる。

【００２９】給液ポンプ１１２は、この液体を所定の圧
力でプランジャポンプ１２０・１３０に送るためのもの
であり、回転式ポンプでも往復動ポンプでも連続して供
給できるものであれば良い。供給される液体の圧力は圧
力センサ１１３によって把握され、所定圧力以上になっ
たときにはリリーフバルブ１１４が開かれて過剰の液体
が圧媒タンク１１１へ放出され、各プランジャポンプ１
２０・１３０にチェック弁を介して供給される液体の供
給圧力がリリーフバルブ１１４の設定圧以下に保たれ
る。これによって給液部１１０と各プランジャポンプ１
２０・１３０との間のチェック弁が不用意に開かないよ
うになる。なお、給液ポンプ１１２を設けないで、プラ
ンジャポンプ１２０・１３０に圧媒タンク１１１内の液
体を自己吸引させることも可能である。

【００３０】プランジャポンプ１２０・１３０は、液圧
回路上では並列配置されている。また、両者の構成は同
一のものであってよく、サーボモータ１２１・１３１、
およびこれらサーボモータによって駆動されるプランジ
ャ１２２・１３２を有する。プランジャ１２２・１３２
は、図示の矢印Ａ方向に移動することによりポンプ室１
２３・１３３に液体を吸入し（吸入工程）、逆に矢印Ｂ
方向に移動することにより前記吸入工程で吸入した液体
を加圧して吐出する（吐出工程）。

【００３１】ここで、この実施形態では、プランジャポ
ンプとサーボモータを採用しているので、制御が容易に
なる。一方、プランジャポンプ１２０・１３０は単動型
を用いているが、代わりに複動型を用いても良く、その
場合には、吐出流量を増大することができる。また、サ
ーボモータ１２１・１３１は、直流モータでも交流モー
タでも良いが、直流モータはトルクが大きく、その上、
回転を滑らかに調整できるという点から、直流モータを
採用するのが好ましい。尚、プランジャポンプの駆動源
としてサーボモータ１２１・１３１を用いているが、代
わりに油圧モータを用いても良い。

【００３２】プランジャポンプ１２０・１３０は噴射部
１５０へ交互に高圧液体を吐出するものであるが、プラ
ンジャ１２２・１３２の吸入工程と吐出工程とのタイミ
ングは、サーボモータ１２１・１３１を制御する制御部
１４０によって決定される。その判断は、プランジャポ
ンプ１２０の吐出圧力を測定する圧力センサ１２４、プ
ランジャポンプ１３０の吐出圧力を測定する圧力センサ
１３４、並びに、後述する噴射部１５０の噴射圧力を測
定する圧力センサ１５１からそれぞれ制御部１４０に入
力される信号に基づいて行われる。

【００３３】圧力センサ１２４は、第一の圧力計測部の
一部を構成するものであり、圧力センサ１３４は、第二
の圧力計測部の一部を構成するものである。そして、圧
力センサ１２４・１３４は、ともに第一の圧力値として
の設定圧力Ｐ₁ と、第二の圧力値としての設定圧力Ｐ₂
を監視計測するものである。

【００３４】プランジャポンプ１２０・１３０につなが
る流路の給液部１１０側（上流部）には、それぞれチェ
ック弁１２５・１３５が設けられており、さらに、噴射
部１５０側（下流部）には、それぞれチェック弁１２６
・１３６が設けられている。チェック弁１２５・１３５
は、給液部１１０からプランジャポンプ１２０・１３０
への液体の流入のみを許容し、チェック弁１２６・１３
６は、プランジャポンプ１２０・１３０から噴射部１５
０への液体の流出のみを許容する。いずれも、下流側か
ら上流側への逆流れを阻止する向きに配置されている。

【００３５】プランジャポンプ１２０・１３０からの高
圧液体は、チェック弁１２６・１３６を通って噴射部１
５０へ送られる。噴射部１５０は、圧力センサ１５１、
フィルタ１５２、止め弁１５３およびノズル１５４から
なる。

【００３６】圧力センサ１５１は、２つのプランジャポ
ンプ１２０・１３０のそれぞれから交互に吐出される高
圧液体の圧力Ｐ₁ ・Ｐ₂ を計測するものであり、計測結
果は電気信号として制御部１４０に入力される。この実
施形態では、圧力センサ１５１は第一の圧力計測部の一
部を構成するとともに、第二の圧力計測部の一部をも構
成している。

【００３７】フィルタ１５２は高圧液体中の微細なごみ
などを除去するためのものであり、これによりノズル１
５４の目詰まりを防ぐことができる。また、止め弁１５
３を開閉することによって、ノズル１５４から高圧液体
が不用意に噴射されるのを防止できる。

【００３８】次に、制御部１４０がプランジャポンプ１
２０・１３０をどのように制御するかを説明する。い
ま、噴射部１５０における噴射圧力の脈動の上限設定値
をＰ₁とし、下限設定値をＰ₁ より僅かに低いＰ₂ とす
る。また、プランジャポンプ１２０が設定圧力Ｐ₁ で吐
出工程の最中にあって設定圧力Ｐ₁ の高圧液体がチェッ
ク弁１２６から噴出部１５０へ供給されており、他方の
プランジャポンプ１３０が吸入工程を終了した状態にあ
るものとする。このとき制御部１４０は、圧力センサ１
２４から入力される信号に基づいてプランジャポンプ１
２０のポンプ室１２３の圧力が設定圧力Ｐ₁ に達してい
ることを判断し、これを条件にプランジャポンプ１２０
のポンプ室１２３内の加圧液体を吐出するためにサーボ
モータ１２１に信号を送っており、そのプランジャ１２
２は矢印Ｂ方向に移動している。ポンプ室１２３から吐
出された高圧液体はチェック弁１２６を押し開いて噴射
部１５０へ流出し、開かれている状態のストップバルブ
１５３を通ってノズル１５４から噴射される（吐出工
程）。この場合の吐出液体の圧力は、制御部１４０によ
るサーボモータ１２１の制御により設定圧力Ｐ₁ に保持
される。

【００３９】プランジャポンプ１２０の吐出工程の間
に、制御部１４０は、プランジャポンプ１３０のポンプ
室１３３に吸入された液体を設定圧力Ｐ₂ の信号が圧力
センサ１３４から得られるまで加圧するように、プラン
ジャポンプ１３０に加圧動作を行わせる。圧力センサ１
３４から制御部１４０に入力される圧力計測信号が設定
圧力Ｐ₂ に達したときには、制御部１４０は、プランジ
ャポンプ１３０のポンプ室１３３内の加圧液体が設定圧
力Ｐ₂ に保持されるように、サーボモータ１３１を作動
制御する（待機工程）。

【００４０】ここで、一方のプランジャポンプが吐出工
程にあるとき（装置が作動しているとき）には、吸入工
程にある他方のプランジャポンプのプランジャ速度は、
吐出工程のプランジャポンプのプランジャ速度よりも速
くなるように制御する必要がある。これは、吸入工程に
必要な時間と待機工程の時間とを足した時間が吐出工程
の時間未満となるようにするためである。

【００４１】この状態を図２により説明する。図２にお
いて、上述の動作時点では、ノズル２５４から噴出して
いるのはプランジャポンプ２２０からの圧力Ｐ₁ の高圧
液体であり、他方のプランジャポンプ２３０は高圧液体
を吐出していない。即ち、プランジャポンプ２３０は、
プランジャポンプ２２０が圧力Ｐ₁ の高圧液体を吐出し
終える直前まで待機している。なお、チェック弁２２６
は上流側Ｐ₁ ＞下流側Ｐ₂ であるからポンプ室２２３か
らの吐出圧力Ｐ₁ で押し開かれて高圧液体を下流のノズ
ル２５４へ供給しているが、他方のチェック弁２３６
は、上流側Ｐ₂ ＜下流側Ｐ₁ であるので閉じており、ポ
ンプ室２３３内で圧力Ｐ₂ に保持されている高圧液体は
下流への流れが阻止されている状態にある。

【００４２】ここで、圧力Ｐ₂ は圧力Ｐ₁ よりもわずか
に低い圧力値となるように設定されており、例えば、圧
力Ｐ₁ が１００ＭＰａとすると、圧力Ｐ₂ は９８ＭＰａ
程度に選ばれるが、これらの設定値Ｐ₁ ・Ｐ₂ は、装置
の用途や使用状況に応じて適宜決定すれば良い。

【００４３】このように、一方のプランジャポンプ２２
０が吐出工程にあるときには、他方のプランジャポンプ
２３０においてはポンプ室２３３の液体をあらかじめ吐
出圧力Ｐ₁ にきわめて近い圧力Ｐ₂ まで加圧して保持す
るための待機工程の動作が行われている。したがって、
その後に圧力Ｐ₂ の液体を吐出圧力Ｐ₁ まで加圧するこ
とは、サーボモータの僅かの動作ストロークできわめて
短時間内に行うことができる。

【００４４】プランジャ２２２が前進端に達するに従っ
てポンプ室２２３からの吐出量が減少すると吐出圧力が
Ｐ₁ から次第に低くなっていき、それが圧力Ｐ₂ になる
と同時にチェック弁２２６が上流側Ｐ₂ ＝下流側Ｐ₂ と
なるのでクラッキングバネにより閉じ、ポンプ室２２３
からの高圧液体の供給流れが遮断される。このとき、制
御部１４０は、圧力センサ２５１から与えられる計測信
号に基づいて供給圧力がＰ₂ まで低下したことを検知
し、同時にサーボモータに信号を送ってプランジャ２３
２を前進させ、これによってポンプ室２３３の液体をＰ
₂ 以上にさらに加圧して直ちに吐出させる。

【００４５】この場合、プランジャポンプ２２０の吐出
圧力がＰ₂ まで低下したことを圧力センサ２２４からの
計測信号で検知するようにしても良い。この場合でも、
圧力センサ２５１によって外部への吐出液体の実際の圧
力の様子が把握でき、脈動の有無や程度を確認すること
ができる。

【００４６】また、プランジャ２３２の前進を開始させ
るタイミングとして、上述のように圧力センサからの信
号に基づくのではなく、吐出工程の終期におけるプラン
ジャポンプのプランジャ位置の検出信号に基づいて制御
するようにしても良い。これは所謂ソフトリミットと呼
ばれる方式であり、サーボモータの位置サーボ制御を利
用して、プランジャの作動ストロークを数値的に設定し
て位置制御することにより吐出圧力を制御することがで
きる。ここに示した実施態様でも直線的に移動するプラ
ンジャを有するプランジャポンプを、位置制御可能なサ
ーボモータによって駆動しているので、個々の加圧装置
においてＰ₁ であった吐出圧力がＰ₂ まで下がるプラン
ジャの位置は固有の位置情報として予め知ることがで
き、したがって、予めその位置を制御部１４０に数値入
力してサーボモータを位置サーボで数値制御することに
より、制御部１４０によって待機状態にあるプランジャ
ポンプが吐出工程に入るタイミングを判断し制御するこ
とができる。

【００４７】一方のプランジャポンプが吐出工程の終期
に達したのちに他方のプランジャポンプが待機状態から
吐出工程に入った状態を図３に示す。待機状態から吐出
工程に入ったプランジャポンプ３３０においては、ポン
プ室３３３の高圧液体が圧力Ｐ₂ からＰ₁ に上昇し、こ
の高圧液体は、チェック弁３３６を押し開いてノズル３
５４から噴出される。一方、この間に、先に吐出工程を
終えたプランジャポンプ３２０では、チェック弁３２５
から圧媒タンクの液体をポンプ室３２３に吸入する吸入
工程が行われ、吸入終了後すぐに圧力Ｐ₂ までの加圧工
程が行われ、圧力Ｐ₂ で待機工程に入る。以下、この制
御を繰り返し、２台のプランジャポンプは交互に同じ動
作を行う。

【００４８】この実施形態によれば、系内の計測圧力に
よって高圧液体の吐出を制御するため、脈流が使用状況
に影響のない程度となるように液体加圧装置を設計する
ことができる。また、この方式によると、圧力降下のタ
イミングが事前に予測できるため、吐出工程中の一方の
プランジャポンプのプランジャが前進端に到達する少し
手前で、待機工程にあるもう一方のプランジャポンプの
サーボモータを作動させてプランジャを前進させること
により、脈動の圧力降下量を一層少なくすることができ
る。このように、実質的に連続した噴射が可能であり、
かつ、脈流はないかあってもきわめて小さいものであ
る。したがって、脈動の殆どない高圧噴射が可能とな
り、例えば、乳化・微粒子製造分野においても均質な製
品の完成等が可能となる。

【００４９】次に、上述の実施形態の場合における各部
の圧力変化の様子を図５によって説明する。プランジャ
ポンプＡが吐出工程にあるときには、噴射圧力はＰ₁ で
ある（時点５０１・５０２）。このとき、プランジャポ
ンプＢは、給液部から液体を吸入し（時点５０１）、吸
入し終えたらＰ₂ まで予圧し、待機している（時点５０
２）。そして、プランジャポンプＡの吐出圧力が降下し
始め（時点５０３）、それが圧力Ｐ₂ まで降下したとき
に、プランジャポンプＢはそのポンプ室内の液体を圧力
Ｐ₂ からＰ₁ までほんの僅か加圧し、吐出行程に移る。
以降このような制御を繰り返し、両プランジャポンプが
交互に高圧液体を吐出する。

【００５０】即ち、噴射圧力には時点５０３から５０４
までの間で圧力降下（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）を伴う微小な脈動が
生じるが、待機圧力Ｐ₂ の設定や、待機圧力Ｐ₂ から吐
出圧力Ｐ₁ までの加圧の開始タイミングを早めにするこ
とにより、脈動を極めて小さくすることができる。

【００５１】次に、この実施形態におけるサーボモータ
の制御系に関する概略構成を図４に示すブロック図によ
り説明する。なお、ここに示す制御部４０１・４１１
は、図１における制御部１４０の一部を構成するもので
ある。また、サーボアンプ４０３・４１３とサーボモー
タ４０４・４１４は、図１におけるサーボモータ１２１
・１３１を構成するものである。

【００５２】（ａ）は、サーボモータの速度制御を行う
もので、定速でプランジャを前進させる必要のある噴射
側のプランジャポンプに対してなされるものである。プ
ランジャを一定の速度で前進させれば、圧力Ｐ₁ の高圧
液体を吐出させることができるからである。

【００５３】（ｂ）は、サーボモータのトルク制御を行
うもので、圧力Ｐ₂ に見合ったトルク値を常時発生させ
る必要のある待機側のプランジャポンプに対してなされ
るものである。待機している間は、漏れを零とした場合
に同じ位置にプランジャを保持しておけば、液体の圧力
をＰ₂ に保持させることができるからである。

【００５４】まず、（ａ）について説明する。液体加圧
装置の使用に際して設定器４０１から噴射圧力の設定が
行われると、これが制御部４０２に信号として与えられ
る。制御部４０２には、ポンプ４０５の吐出圧力を計測
する圧力センサ４０６の計測信号も入力されている。制
御部４０２では、設定圧力と計測圧力との両者が比較さ
れ、それに基づいてプランジャの必要な速度が算出さ
れ、サーボアンプ４０３に速度指令が出力される。サー
ボアンプ４０３は、速度指令に応じてサーボモータ４０
４を速度制御し、サーボモータの動作速度はサーボアン
プ４０３にフィードバックされる。

【００５５】サーボモータ４０４は、速度指令に基づい
てプランジャポンプ４０５を作動させ、プランジャを前
進させている。このときの吐出圧力は圧力センサ４０６
で常に計測され、制御部４０２に送られて圧力フィード
バックが果たされている。このように、制御部が設定圧
力とフィードバックされた実際の圧力とを常に比較して
サーボアンプに速度指令を行っており、さらに、サーボ
アンプにおいても速度フィードバックがかかっているの
で、速度のマイナーフィードバックを含む圧力制御が高
い精度で実現され、ポンプ４０５が吐出圧力を設定圧力
に一定に保った吐出動作を行う。

【００５６】次に、（ｂ）について説明する。この場合
の設定器４１１は待機圧力を設定するものであり、この
待機圧力の設定値は制御部４１２に信号として与えられ
る。制御部４１２には、ポンプ４１５の吐出圧力を計測
する圧力センサ４１６の計測信号も与えられている。制
御部４１２では、これらの信号が比較され、それに基づ
いてサーボモータ４１４の必要なトルク値が算出され、
サーボアンプ４１３にトルク指令が出力される。サーボ
アンプ４１３は、トルク指令に応じてサーボモータ４１
４をトルク制御し、サーボモータ４１４の負荷電流はサ
ーボアンプ４１３にフィードバックされる。

【００５７】サーボモータ４１４は、トルク指令に基づ
いてプランジャポンプ４０５を作動させ、プランジャを
前後進させている。このときのポンプ室内の待機圧力は
圧力センサ４１６で常に計測され、制御部４１２に送ら
れて圧力フィードバックが果たされている。このよう
に、制御部が設定待機圧力とフィードバックされた実際
の待機圧力とを常に比較してサーボアンプにトルク指令
を行っており、さらに、サーボアンプにおいてもトルク
フィードバックがかかっているので、トルクのマイナー
フィードバックを含む圧力制御が高い精度で実現され、
ポンプ４１５が待機圧力を設定待機圧力に一定に保った
予圧（待機圧力）制御動作を行う。

【００５８】

【発明の効果】請求項１に記載された発明によれば、並
列配置された往復動ポンプ手段の切換え時においても、
装置外部へ噴射する高圧液体の圧力変動を抑えることが
できるので、脈動の殆どない安定した高圧液体の噴射を
確保できる。

【００５９】請求項２に記載された発明によれば、構造
が簡易になり、その制御も容易になるので、更なる圧力
の安定化を確保できる。

【００６０】請求項３に記載された発明によれば、高精
度の制御が可能となるので、本装置の使用時における状
況の変化に対応でき、柔軟な制御が可能となり、きめ細
かな制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る液体加圧装置の構成
を示す模式回路図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る液体加圧装置の構成
を部分的に示す模式回路図である。

【図３】本発明の一実施形態に係る液体加圧装置の構成
を部分的に示す模式回路図である。

【図４】本発明の一実施形態におけるサーボモータの制
御系に関する概略構成を示すブロック図である。

【図５】本発明の一実施形態に係る液体加圧装置の圧力
状況を示す説明図である。

【図６】本発明の一実施形態に係る液体加圧装置の圧力
状況を示す説明図である。

【符号の説明】

１１０・・・・・・給液部 １１１・・・・・・液媒タンク １１２・・・・・・給液ポンプ １１３・・・・・・圧力センサ １１４・・・・・・リリーフバルブ １２０、１３０・・プランジャポンプ １２１、１３１・・サーボモータ １２２、１３２・・プランジャ １２３、１３３・・ポンプ室 １２４、１３４・・圧力センサ １２５、１３５・・チェック弁 １２６、１３６・・チェック弁 １４０・・・・・・制御部 １５０・・・・・・噴射部 １５１・・・・・・圧力センサ １５２・・・・・・フィルタ １５３・・・・・・止め弁 １５４・・・・・・ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉森 正 富山県魚津市本江2410 株式会社スギノ マシン内 (56)参考文献 特開 昭61−81584（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−56976（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−253182（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−140871（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−76570（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−54828（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−114883（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 49/08 321 F04B 23/06

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸入した液体を加圧して交互に吐出する
   第一と第二の往復動ポンプ手段と、 この第一と第二の往復動ポンプ手段にそれぞれ設けら
   れ、前記加圧された液体の圧力を計測し信号として出力
   する第一と第二の圧力計測部と、 加圧している第一の往復動ポンプ手段において、第一の
   圧力計測部から予め定められた第一の圧力値の信号を受
   けたときに、第一の往復動ポンプ手段の液体を吐出さ
   せ、第一の往復動ポンプ手段の吐出工程と平行して、 第二の
   往復動ポンプ手段において、吸入した液体を、第一の圧
   力値よりもわずかに小さく予め定められた第二の圧力値
   の信号を第二の圧力計測部から受けるまで加圧させ、第
   二の圧力値の信号を受けたときには、この第二の圧力値
   を保持させ、 第一の往復動ポンプ手段の吐出工程終了時点において、
   吐出液体の圧力が下がり始め、第一の圧力計測部から第
   二の圧力値の信号を受けたときに、第二の往復動ポンプ
   手段を加圧させて第二の圧力値に保持された液体を第一
   の圧力値とし、 第二の圧力計測部から第一の圧力値の信号を受けたとき
   に、第二の往復動ポンプ手段の液体を外部へ吐出させ、第二の往復動ポンプ手段が吐出工程のときには、それと
   平行して、第一の往復動ポンプ手段において、吸入した
   液体を、第一の圧力値よりもわずかに小さく予め定めら
   れた第二の圧力値の信号を第一の圧力計測部から受ける
   まで加圧させ、第二の圧力値の信号を受けたときには、
   この第二の圧力値を保持させ、 第二の往復動ポンプ手段の吐出工程終了時点において、
   吐出液体の圧力が下がり始め、第二の圧力計測部から第
   二の圧力値の信号を受けたときに、第一の往復動ポンプ
   手段を加圧させて第二の圧力値に保持された液体を第一
   の圧力値とし、 第一の圧力計測部から第一の圧力値の信号を受けたとき
   に、第一の往復動ポンプ手段の液体を外部へ吐出させ
   る、ことにより第一と第二の往復動ポンプ手段から交互
   に液体を外部に吐出させる 制御手段と、 を備えたことを特徴とする液体加圧装置。
2. 【請求項２】 前記第一と第二の往復動ポンプ手段がプ
   ランジャポンプからなり、その駆動源として前記制御手
   段により制御されるサーボモータをそれぞれ有すること
   を特徴とする請求項１に記載の液体加圧装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記プランジャポンプ
   の吐出工程では速度制御をし、予圧保持工程ではトルク
   制御（電流制御）をすることを特徴とする請求項２に記
   載の液体加圧装置。