JP4533699B2

JP4533699B2 - 液圧制御装置

Info

Publication number: JP4533699B2
Application number: JP2004236661A
Authority: JP
Inventors: 徹丹羽; 一智吉安
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2004-08-16
Filing date: 2004-08-16
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2024-08-16
Also published as: JP2006051474A

Description

この発明は、容器内に貯留した液体を、所定の圧力で被供給装置に供給する液圧制御装置に関するものである。

液圧制御装置は、タンク内に貯留された液体をノズルから所定の圧力、すなわち安定した吐出量で滴下するようにしたものである。
ノズルから吐出される液体の吐出圧力は、タンク内の液面とノズル先端の高低差と、液体の比重と、タンク内の気圧とに基づいて算出可能である。

そこで、吐出圧力を一定に維持するためには、タンク内の液面を一定に維持して、液面とノズル先端との高低差を一定とする手法が採用されている。そして、タンク内の液面を一定に維持するためには、液面の高さを液面センサで正確に検出し、ノズルから液体が吐出されて液面が低下する場合にはその低下分を補うようにタンク内に液体を補充し、液面が所定レベル以上となれば、タンク内の液体を回収するようにしている。

また、液面の変動による吐出圧力の変動を相殺するように、密封されたタンク内の気圧を制御する手法も採用されている。すなわち、液面が低下した場合には、タンク内の気圧を上昇させ、液面が上昇した場合には、タンク内の気圧を低下させることにより、ノズルからの吐出圧力を一定に維持しようとするものである。

特許文献１には、タンク内に常に液体をオーバーフローさせる液体収容手段を備えることにより、液面を常に一定とする構成が開示されている。
特開２００４−９７８８２号公報

上記のような液圧制御装置では、吐出圧力を一定に維持するために、タンク内の液面を正確に検出する必要がある。従って、レーザー光線で液面を検出する高価な液面センサが必要となり、液圧制御装置のコストが上昇するという問題点がある。

また、液体の吐出圧力は、タンク内の液面とノズル先端の高低差と、液体の比重と、タンク内の気圧とに基づいて推定されるものであるため、実際の吐出圧力と推定値とに誤差が生じやすいという問題点がある。

また、液体の比重が変化すると、液面レベルを一定に維持しても吐出圧力が変化してしまう。従って、供給する液体を変更した場合には、液面センサによる液面検出位置を適宜変更する必要があるため、その作業が煩雑である。

特許文献１に記載された構成では、液面を一定に維持することはできるが、タンクの構造が複雑となる。また、上記のように異なる比重の液体を供給する場合には、吐出圧力が変動するため、液体収容手段の高さの調整が必要となるという問題点がある。

この発明の目的は、液面の検出に基づいて供給圧力を制御することなく、液体の供給圧力を所定圧力に正確に維持し得る圧力制御装置を提供することにある。

上記目的は、タンク内に貯留された液体をノズルから所定の圧力で吐出するとともに、前記タンク内の液圧を検出する液圧センサと、前記液圧センサの検出信号に基づいて前記ノズルの吐出圧力を一定に維持するように前記タンク内の気圧を制御する制御部とを備えた液圧制御装置において、前記タンクと前記ノズルとの間には、液体供給源からの液体の供給に基づいて、前記タンクと前記ノズルとの間の気泡を排除するバルブを設け、前記バルブは、前記液体供給源と前記タンクとの間の配管に介在される第一のバルブと、前記タンクと前記ノズルとの間に介在される第三のバルブと、前記第三のバルブとノズルとの間から分岐して前記液体供給源に接続される配管に介在される第二のバルブとを備えた液圧制御装置により達成される。

本発明によれば、液面の検出に基づいて供給圧力を制御することなく、液体の供給圧力を所定圧力に正確に維持し得る圧力制御装置を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。図１に示す圧力制御装置は、液体Ｌを貯留するタンク１の近傍には液面レベル検出器２が配設され、そのタンク１と液面レベル検出器２の底部が配管で接続されている。また、タンク１と液面レベル検出器２の蓋部には通気管３が接続されて、タンク１と液面レベル検出器２の内部の気圧が同一となるように構成されている。従って、タンク１内の液面と液面レベル検出器２内の液面とが常に一致するようになっている。

前記液面レベル検出器２には、第一及び第二の検出スイッチ４ａ，４ｂが設けられる。第一の検出スイッチ４ａは、タンク１内の液面が上限に達したときその検出信号を主制御部５に出力する。また、第二の検出スイッチ４ｂは、タンク１内の液面が下限に達したときその検出信号を主制御部５に出力する。

液体供給源６は、配管を介して前記タンク１に液体を供給するものであり、その配管に第一のバルブ７ａ及び流量調整弁８が介在されている。
前記タンク１内に貯留された液体は、配管を介してノズル９に供給され、その配管に第三のバルブ７ｃが介在されている。また、前記液体供給源６は前記第三のバルブ７ｃとノズル９との間から分岐する配管に液体を供給可能であり、その配管には第二のバルブ７ｂが介在される。

前記タンク１の近傍には液圧センサ１０が配設され、その液圧センサ１０には配管を介してタンク１の底面の液圧が供給される。そして、液圧センサ１０はタンク１の底面の液圧を電気信号に変換した検出信号を前記主制御部５に出力する。

前記主制御部５は、前記第一〜第三のバルブ７ａ〜７ｃを駆動して、液体供給源６からタンク１への液体の供給を制御するとともに、前記液圧センサ１０から出力される検出信号に基づいて、気圧制御部１１に制御信号を出力する。

気圧制御部１１は、主制御部５から出力される制御信号に基づいて、タンク１内の気圧を制御する。そして、主制御部５は液圧センサ１０の検出信号が一定となるように、すなわちタンク１の底面の液圧Ｐｓがあらかじめ設定された圧力と一致するように、タンク１内の気圧Ｐｒを制御する。

タンク１内の液体Ｌの深さをｈ２とし、液体Ｌの比重をｄとすると、前記液圧Ｐｓは次式で算出される。
Ｐｓ＝Ｐｒ＋ｈ２・ｄ
また、タンク１の底面とノズル９との高低差をｈ１とすると、ノズル９の出力圧Ｐｘは次式で算出される。

Ｐｘ＝Ｐｓ＋ｈ１・ｄ
従って、ノズル９の出力圧Ｐｘを一定とするためには、液圧Ｐｓを一定とすればよい。また、液圧Ｐｓを一定とするためには、タンク１内の液体Ｌが減少するにつれて、気圧Ｐｒを上昇させ、タンク１内の液体Ｌが増加するにつれて、気圧Ｐｒを下降させればよい。

なお、上式より、必要とする出力圧Ｐｘが（ｈ２・ｄ）＋（ｈ１・ｄ）以上であれば、タンク１内の気圧Ｐｒは正圧となり、必要とする出力圧Ｐｘが（ｈ２・ｄ）＋（ｈ１・ｄ）以下であれば、タンク１内の気圧Ｐｒは負圧となる。

前記液圧センサ１０には、タンク１内の液面の揺れによる液圧の変動の影響を緩和するための液圧ノイズ緩和装置が備えられている。図２に示す液圧ノイズ緩和装置は、液圧センサ１０の受圧部１２を遮蔽板１３で覆い、その遮蔽板１３に細孔１４を設けたものである。

このような構成では、前記液圧Ｐｓが細孔１４を介して受圧部１２に供給されるので、タンク１内の液面の揺れによる液圧の変動は細孔１４で抑制される。従って、液圧センサ１０の検出信号から液面の揺れによるノイズを除去することができる。

図３に示す液圧ノイズ緩和装置は、液圧センサ１０の受圧部１２を遮蔽板１３で覆い、その遮蔽板１３に多孔質の合成樹脂で構成される緩和部材１５を備えたものである。
このような構成では、前記液圧Ｐｓが緩和部材１５を介して受圧部１２に供給されるので、タンク１内の液面の揺れによる液圧の変動は緩和部材１５で抑制される。従って、液圧センサ１０の検出信号から液面の揺れによるノイズを除去することができる。

図４に示す液圧ノイズ緩和装置は、液圧センサ１０の受圧部１２を遮蔽板１３で覆い、その遮蔽板１３に迷路状の連通孔１６を備えたものである。
このような構成では、前記液圧Ｐｓが連通孔１６を介して受圧部１２に供給されるので、タンク１内の液面の揺れによる液圧の変動は連通孔１６で抑制される。従って、液圧センサ１０の検出信号から液面の揺れによるノイズを除去することができる。

次に、上記のような液圧制御装置の動作を図５〜図８に従って説明する。
図５に示すように、主制御部５に使用条件の設定を行うと（ステップ１）、主制御部５は必要とする出力圧Ｐｘに基づいて、液圧センサ１０から出力される検出信号の目標値を設定する（ステップ２）。すなわち、ノズル９とタンク１の底面あるいは液圧センサ１０の高低差ｈ１と、使用液体の比重を設定すると、主制御部５は液圧センサ１０で検出すべき液圧を算出し、その液圧に基づく検出信号の電圧値を設定する。

次いで、タンク１への液体の充填操作（ステップ３）、ノズル９までの配管への液体の充填操作（ステップ４）に続いて、ノズル９からの液体の吐出動作（ステップ５）が行われる。

ステップ３における主制御部５の動作を図６に示す。液体供給源６から液体の供給が開始されると、主制御部５は第二の検出スイッチ４ｂから検出信号が出力されているか否か、すなわちタンク１内で液面が下限レベルに達しているか否かを判定する（ステップ６）。

液面が下限に達していないと、主制御部５は第一〜第三のバルブ７ａ〜７ｃを開く（ステップ７）。すると、液体供給源６から第一〜第三のバルブ７ａ〜７ｃを経てタンク１に液体が充填される。

このとき、液体供給源６から第一〜第三のバルブ７ａ〜７ｃを経てタンク１に至る配管内の気泡は、タンク１内の液面上に放出される。
次いで、主制御部５は第一の検出スイッチ４ａから検出信号が出力されているか否か、すなわちタンク１内で液面が上限レベルに達しているか否かを判定する（ステップ８）。液面が上限に達していないと、主制御部５は第二及び第三のバルブ７ｂ，７ｃを開いた状態に維持する。

ステップ８において、タンク１内で液面が上限レベルに達していると、主制御部５は第一〜第三のバルブ７ａ〜７ｃを閉じて、タンク１への液体の供給を終了する（ステップ９）。

また、ステップ６において、液面が下限レベルに達している場合には、ステップ７〜９の動作を省略して、ステップ４に移行する。
ステップ４のノズル充填動作を図７に示す。ステップ９に続いて、主制御部５は第二のバルブ７ｂのみを開く（ステップ１０）。そして、主制御部５に内蔵するタイマーを作動させ、所定時間経過後に第二のバルブ７ｂを閉じる（ステップ１１）。

すると、液体が液体供給源６から第二のバルブ７ｂを経てノズル９に所定時間供給され、ノズル９から液体が吐出される。この動作により、液体供給源６から第二のバルブ７ｂを経てノズル９に至る配管内の気泡は、ノズル９から放出される。

ステップ５の液体吐出動作を図８に示す。主制御部５は、ステップ１１に続いて、第三のバルブ７ｃを開く（ステップ１２）。すると、タンク１内の液体が第三のバルブ７ｃを経て、ノズル９から吐出される。

このとき、主制御部５は設定されている液圧に基づいて、タンク１内の気圧Ｐｒを調整するための制御信号を気圧制御部１１に出力する（ステップ１３）。次いで、主制御部５は液圧センサ１０の検出信号を取り込み、その液圧Ｐｓとあらかじめ設定されている液圧とを比較する（ステップ１４）。

そして、検出された液圧Ｐｓが設定値より低い場合は、タンク１内の気圧Ｐｒを上昇させるように制御信号を補正し、検出された液圧Ｐｓが設定値より高い場合は、タンク１内の気圧Ｐｒを低下させるように制御信号を補正する（ステップ１５）。

次いで、第二の検出スイッチ４ｂの検出信号に基づいて、タンク１内の液面が下限レベル以上であるか否かを検出する（ステップ１６）。そして、下限レベル以上である場合には、ノズル９からの吐出動作を継続するか否かを判定し（ステップ１７）、継続する場合には、ステップ１４に復帰して、ステップ１４〜１７を繰り返す。

ステップ１８において、吐出動作の終了が指示されている場合には、第三のバルブ７ｃを閉じて、液体の吐出動作を終了する（ステップ１８）。
また、ステップ１６において、タンク１内の液面が下限レベルより低い場合には、主制御部５は第一のバルブ７ａを開く（ステップ１９）。そして、液面が上限レベルを超えるまで第一のバルブ７ａを開き続け、第一の検出スイッチ４ａの検出信号に基づいて、上限レベルを超えている判別した場合には、第一のバルブ７ａを閉じてステップ１４に復帰する（ステップ２０，２１）。

従って、ステップ１４〜１７の動作により、タンク１の底面の液圧Ｐｓがあらかじめ設定された液圧と一致するように、タンク１内の気圧Ｐｒが制御される。
上記のように構成された液圧制御装置では、次に示す作用効果を得ることができる。
（１）タンク１の底面の液圧Ｐｓが一定となるように、タンク１内の気圧Ｐｒを制御することにより、ノズル９からの吐出圧力を一定に維持することができる。
（２）タンク１内の液面レベルを検出する第一及び第二の検出スイッチは、液体の補充あるいはその停止を行うために、液面の上限レベル及び下限レベルを大まかに検出できればよい。従って、精度の高いセンサを使用する必要がないので、部品コストを低減することができる。
（３）ノズル９の吐出圧力は、液圧Ｐｓと、タンク１とノズル９との高低差ｈ１とに基づいて決定される。従って、液圧Ｐｓをあらかじめ設定された液圧、すなわち所望の吐出圧力と高低差ｈ１に基づいて算出された液圧に維持することにより、吐出圧力を所望の値に確実に維持することができる。
（４）ノズル９からの液体の吐出により、タンク１内の液面が低下しても、タンク１内の気圧Ｐｒを調整することにより、吐出圧力を一定に維持することができる。従って、タンク１内の液面が下限レベルに達するまで液体の補充を行う必要がないので、タンク１への液体の補充動作の回数を少なくすることができる。
（５）液圧ノイズ緩和装置により、タンク１内の液面の揺れによる液圧センサ１０からのノイズの出力を削減することができる。
（６）タンク１への液体の充填動作時に、配管内の気泡をタンク１内あるいはノズル９から排出することができる。従って、ノズル９から一定の圧力で液体を吐出するとき、気泡の吐出を未然に防止することができる。

上記実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・液圧センサ１０を設置する高さは、タンク１の底面に一致させる必要はなく、任意の高さで液圧Ｐｓを検出可能である。

一実施の形態の液面制御装置の接続を示すブロック図である。液圧ノイズ緩和装置を示す断面図である。液圧ノイズ緩和装置を示す断面図である。液圧ノイズ緩和装置を示す断面図である。液面制御装置の動作を示すフローチャートである。液面制御装置の動作を示すフローチャートである。液面制御装置の動作を示すフローチャートである。液面制御装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１タンク
２圧力供給源（正圧供給源）
５制御部（主制御部）
７ａ〜７ｃバルブ
９ノズル
１０液圧センサ
１１制御部（気圧制御部）
１３液圧ノイズ緩和装置（遮蔽板）
１４液圧ノイズ緩和装置（細孔）
１５液圧ノイズ緩和装置（緩和部材）
１６液圧ノイズ緩和装置（連通孔）
Ｌ液体
Ｐｓ液圧
Ｐｒ気圧
Ｐｘ出力圧

Claims

タンク内に貯留された液体をノズルから所定の圧力で吐出するとともに、前記タンク内の液圧を検出する液圧センサと、前記液圧センサの検出信号に基づいて前記ノズルの吐出圧力を一定に維持するように前記タンク内の気圧を制御する制御部とを備えた液圧制御装置において、
前記タンクと前記ノズルとの間には、液体供給源からの液体の供給に基づいて、前記タンクと前記ノズルとの間の気泡を排除するバルブを設け、
前記バルブは、前記液体供給源と前記タンクとの間の配管に介在される第一のバルブと、前記タンクと前記ノズルとの間に介在される第三のバルブと、前記第三のバルブとノズルとの間から分岐して前記液体供給源に接続される配管に介在される第二のバルブとを備えたことを特徴とする液圧制御装置。
前記制御部は、
前記検出信号と、あらかじめ設定された液圧とに基づいて、前記気圧を制御するための制御信号を出力する主制御部と、
前記制御信号に基づいて、前記気圧を制御する気圧制御部と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の液圧制御装置。
前記タンクには、
前記液体の液面の上限を検出する第一の検出スイッチと、前記液体の液面の下限を検出する第二の検出スイッチとを設け、
前記主制御部は、
前記第一及び第二の検出スイッチの検出信号に基づいて、前記第三のバルブを開閉して前記液体の液面を下限から上限の間に維持することを特徴とする請求項２記載の液圧制御装置。
前記主制御部は、前記ノズルからの液体の吐出に先立って、第一〜第三のバルブを開いて、前記タンクと前記ノズルとの間の気泡を排除することを特徴とする請求項２記載の液圧制御装置。
前記液圧センサは、前記タンク内の液面の揺れによる液圧の変動を抑制する液圧ノイズ緩和装置を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の液圧制御装置。
前記液圧ノイズ緩和装置は、
前記液圧センサの受圧部に細孔を介して前記液圧を供給する遮蔽板で構成したことを特徴とする請求項５記載の液圧制御装置。
前記液圧ノイズ緩和装置は、
前記液圧センサの受圧部に多孔質の緩和部材を介して前記液圧を供給する遮蔽板で構成したことを特徴とする請求項５記載の液圧制御装置。
前記液圧ノイズ緩和装置は、
前記液圧センサの受圧部に迷路状の連通孔を介して前記液圧を供給する遮蔽板で構成したことを特徴とする請求項５記載の液圧制御装置。