JP6035470B2

JP6035470B2 - 液剤自動混合装置

Info

Publication number: JP6035470B2
Application number: JP2012072550A
Authority: JP
Inventors: 則幸村上; 淳士伊藤; 田畑　洋一; 洋一田畑
Original assignee: National Agriculture and Food Research Organization; Yamabiko Corp
Current assignee: National Agriculture and Food Research Organization; Yamabiko Corp
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: JP2013202466A

Description

本発明は、水と液剤を自動混合する液剤自動混合装置に関するものである。

従来、液剤散布装置は、予め水で所定の濃度に希釈された液剤をタンクに貯留し、散布用ポンプによってこのタンクから吸入した液剤を散布ノズルに圧送して噴霧するものが知られている。このような液剤散布装置において効率的な散布作業を行うためには、大きなタンク容量が必要になり、タンク容量が大きくなると、余剰液剤の処理やタンク洗浄水の処理が問題になる。この問題を解消するために、水タンクと液剤タンクを分けて配備し、水タンクから散布ノズルに至る流路に液剤タンクからの液剤供給流路を合流させ、散布水のみに必要な量の液剤を混合させて散布する液剤混合散布装置が近年普及している。

このような液剤混合散布装置には、チューブポンプ式やダイヤフラムポンプ式などの液剤供給ポンプを用いる液剤混合装置が用いられている。また、下記特許文献１には、複数本のシリンダ・ピストンポンプを用いた液剤混合装置が用いられている。

特許文献１に記載の従来技術は、液剤容器に充填した液剤を、噴霧用ポンプにより加圧された清水管路中に注入して所定の濃度に混合・希釈する液剤注入・混合装置であり、複数本のシリンダ内のピストンを同方向に移動させ、一つのシリンダの両端に吸・排出口を設け、一つのシリンダ内を移動するピストンの一方側に清水タンクを接続し、同ピストンの他方側に薬液などの液剤タンクを接続したものである。これによると、清水の散布圧を利用してピストンの移動補助を行い、一つのシリンダにおけるピストンの一方側へ清水を吸入する行程でピストンの他方側の液剤を排出し、このピストンの他方側へ液剤を吸入する行程でピストンの一方側の清水を清水タンクに戻している。

特開平９−２９９７８２１号公報

前述した従来技術によると、一つのシリンダ内の行程で清水を吸入する行程と薬液などの液剤を吸入する行程があるので、薬液などの液剤によって汚されたシリンダ内に清水が吸入されることになって、シリンダ内に吸入された清水には若干ではあるが薬液などの液剤が混合されることになる。そして、シリンダ内の清水は、次の行程で清水タンクに戻されることになるので、薬液などの液剤が混合した清水によって清水タングが汚染されることになる。また、シリンダと清水タンクとを繋ぐ配管系にも薬液などの液剤が僅かに混合された清水が流れることになるので、この配管系も液剤によって汚染されることになる。

これによって、従来技術の装置は、メンテナンス時には清水タンクや、清水タンクとシリンダとを繋ぐ配管系を清掃することが必要になり、メンテナンスに多大な労力を要すると共に、薬液などの液剤で汚染されたメンテナンス時の清掃水の処理が問題になる。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、液剤の供給流路を清水の圧送流路と明確に区分することでメンテナンス性の改善を図ること、メンテナンス時に発生する液剤で汚染された清掃水処理問題を解消すること、清水流路の流量検出と合わせて精度の高い液剤の希釈濃度を実現することができること、既存の動力散布装置に簡易に組み込みこんで精度の高い液剤混合を行うことができること、等が本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明による液剤自動混合装置は、以下の構成を少なくとも具備するものである。

清水が圧送される清水圧送流路に液剤を混合する液剤自動混合装置であって、液剤を貯留する液剤タンクと、前記液剤タンク内の液剤を前記清水圧送流路に供給する液剤供給流路と、平行配置され、同方向の一端で前記液剤供給流路に接続される第１のシリンジ及び第２のシリンジを備えると共に、前記第１のシリンジの第１ピストンと前記第２のシリンジの第２ピストンを互いに逆方向に移動させるピストン駆動部を備え、前記液剤供給流路を経由して前記液剤タンク内の液剤を吸入して前記清水圧送流路に圧送する液剤圧送手段と、前記液剤供給流路における前記液剤タンクと前記第１のシリンジとを連通する第１吸入流路と、前記液剤タンクと前記第２のシリンジとを連通する第２吸入流路を、一方が開の時に他方を閉にするように切り替える吸入流路切り替え手段と、前記ピストン駆動部と前記吸入流路切り替え手段を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第１のシリンジが吸入行程時には前記第１吸入流路を開にして前記第２吸入流路を閉にし、前記第２のシリンジが吸入行程時には前記第２吸入流路を開にして前記第１吸入流路を閉にし、前記ピストン駆動部は、前記第１ピストンに一端が接続された第１ピストン棒と、前記第２ピストンに一端が接続された第２ピストン棒と、前記第１ピストン棒の周囲に形成されたネジ部に螺合する内ネジ部を備え、前記第１シリンジ上に軸支される第１歯車と、前記第２ピストン棒の周囲に形成されたネジ部に螺合する内ネジ部を備え、前記第２シリンジ上に軸支されて前記第１歯車と噛み合う第２歯車と、前記第１歯車と前記第２歯車の一方に噛み合う駆動歯車と、前記駆動歯車を駆動する駆動モータとを備え、前記制御部は、前記第１ピストン又は前記第２ピストンのストローク端を検知して前記駆動モータを逆転駆動することを特徴とする液剤自動混合装置。

このような特徴を備える本発明の液剤自動混合装置は、前述した特徴を備えることで、以下の効果を得ることができる。
液剤の供給流路を清水の圧送流路と明確に区分することができメンテナンス性の改善を図ることができる。また、清水のタンクに液剤を混入させないことでメンテナンス時の清掃水処理の問題を解消することができる。清水流路の流量検出などと合わせて精度の高い液剤の希釈濃度を実現することができる。既存の動力散布装置に簡易に組み込むことが可能である。

本発明の一実施形態に係る液剤自動混合装置、この液剤自動混合装置が適用された液剤混合散布装置を示した説明図である。本発明の一実施形態に係る液剤自動混合装置において、ピストン駆動部の一部の構成を具体的に示した説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る液剤自動混合装置、この液剤自動混合装置が適用された液剤混合散布装置を示した説明図である。ここでの液剤とは、農薬などの液体薬剤、液体肥料などを含むものである。

液剤自動混合装置１は、液剤混合散布装置２の清水圧送流路２１に液剤を適正量供給するための装置である。液剤自動混合装置１は、液剤タンク１０、液剤供給流路３、液剤圧送手段４、吸入流路切り替え手段５、制御部６を備えている。

液剤タンク１０は、薬液などの液剤を貯留する容器であり、比較的小容量の容器を用いることができる。市販の薬液容器をそのまま液剤タンク１０として用いることもできる。液剤供給流路３は、液剤タンク１０内の液剤を清水圧送流路２１に供給する流路である。

液剤圧送手段４は、ピストン駆動部４０、第１のシリンジ４Ａ、第２のシリンジ４Ｂを備えている。第１のシリンジ４Ａと第２のシリンジ４Ｂは平行配置されており、それぞれが同方向の一端で液剤供給流路３に接続されている。第１のシリンジ４Ａ内には第１ピストン４Ａ１が備えられ、第２のシリンジ４Ｂ内には第２ピストン４Ｂ１が備えられている。

ピストン駆動部４０は、第１ピストン４Ａ１と第２ピストン４Ｂ１を互いに逆方向に移動させるものである。具体的には、ピストン駆動部４０は、第１ピストン４Ａ１に一端が接続された第１ピストン棒４１と、第２ピストン４Ｂ１に一端が接続された第２ピストン棒４２と、第１歯車４３と、第２歯車４４と、駆動歯車４５と、駆動モータ４６を備えている。

図２は、ピストン駆動部４０の一部の構成を具体的に示した説明図である。第１のシリンジ４Ａ（又は第２のシリンジ４Ｂ）内の第１ピストン４Ａ１（又は第２ピストン４Ｂ１）に一端が接続された第１ピストン棒４１（又は第２ピストン棒４２）は、その周囲に台形ネジなどのネジ部４１ａが形成されている。第１のシリンジ４Ａ（又は第２のシリンジ４Ｂ）上に軸支された第１歯車４３（又は第２歯車４４）は、第１ピストン棒４１（又は第２ピストン棒４２）のネジ部４１ａに螺合する内ネジ部４３ａを備えており、第１歯車４３（又は第２歯車４４）が回転駆動されると、スラストベアリング４１ｂ，４１ｃで支持部材４１ｅに摺動自在に支持された第１ピストン棒４１（又は第２ピストン棒４２）が矢印に示した軸方向に摺動するようになっている。

また、第１歯車４３（又は第２歯車４４）は、駆動歯車４５と噛み合っており、駆動モータ４６が回転駆動すると、駆動歯車４５が回転駆動し、駆動歯車４５に噛み合った第１歯車４３（又は第２歯車４４）が回転駆動され、前述したように、第１ピストン棒４１（又は第２ピストン棒４２）が軸方向に摺動する。第１ピストン棒４１（又は第２ピストン棒４２）の一端には軸受４１ｄを介して第１ピストン４Ａ１（又は第２ピストン４Ｂ１）が接続されており、第１ピストン棒４１（又は第２ピストン棒４２）の摺動によって第１ピストン４Ａ１（又は第２ピストン４Ｂ１）が第１のシリンジ４Ａ（又は第２のシリンジ４Ｂ）内を移動する。

この際、第１のシリンジ４Ａ上に軸支された第１歯車４３と第２のシリンジ４Ｂ上に軸支された第２歯車４４は互いに噛み合っており、駆動歯車４５の一方向の回転に対して、第１歯車４３と第２歯車４４は互いに逆方向に回転することになる。これによって、第１ピストン４Ａ１と第２ピストン４Ｂ１は互いに逆方向に移動することになる。

液剤供給流路３は、液剤タンク１０と第１のシリンジ４Ａとを連通する第１吸入流路３１と液剤タンク１０と第２のシリンジ４Ｂとを連通する第２吸入流路３２を備えている。また、液剤供給流路３は、第１吸入流路３１から分岐した第１圧送流路３３と、第２吸入流路３２から分岐した第２圧送流路３４と、第１圧送流路３３と第２圧送流路３４を合流させて清水圧送流路２１に接続する合流流路３０を備えている。図示の例では、第１圧送流路３３と第２圧送流路３４には逆止弁３３Ａ，３４Ａをそれぞれ設けている。この逆止弁３３Ａ，３４Ａに換えて合流流路３０に一つの逆止弁を設けてもよい。

吸入流路切り替え手段５は、液剤タンク１０と第１のシリンジ４Ａとを連通する第１吸入流路３１と、液剤タンク１０と第２のシリンジ４Ｂとを連通する第２吸入流路３２を、一方が開の時に他方を閉にするように切り替えるものである。具体的には、吸入流路切り替え手段５は、第１吸入流路３１に設けられる第１開閉弁５１、第２吸入流路３２に設けられる第２開閉弁５２、これらを駆動する駆動モータ５０、駆動モータ５０の動力を第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２に伝達する切り替え機構５３を備えている。

次に、制御部６の機能を説明する。制御部６の一つの機能は、ピストン駆動部４０における第１ピストン４Ａ１と第２ピストン４Ｂ１の移動を継続的に行うことにある。これを実行するために、第１ピストン４Ａ１と第２ピストン４Ｂ１の移動端の一方又は両方、或いは、第１ピストン棒４１又は第２ピストン棒４２の移動端の一方又は両方に、第１ピストン４Ａ１又は第２ピストン４Ｂ１のストローク端を検知する検知手段６１Ａ，６１Ｂを設けている。そして、制御部６は、この検知手段６１Ａ，６１Ｂが第１ピストン４Ａ１又は第２ピストン４Ｂ１のストローク端を検知すると、駆動モータ４６を逆転駆動して、第１ピストン４Ａ１と第２ピストン４Ｂ１の移動方向を反転させ、継続的に第１ピストン４Ａ１と第２ピストン４Ｂ１を移動させる。

制御部６の他の機能は、ピストン駆動部４０と吸入流路切り替え手段５の動作を連動制御することにあり、第１のシリンジ４Ａが吸入行程時には第１吸入流路３１を開にして第２吸入流路３２を閉にし、第２のシリンジ４Ｂが吸入行程時には第２吸入流路３２を開にして第１吸入流路３１を閉にする。具体的には、制御部６は、第１のシリンジ４Ａの吸入行程の終了時を検知手段６１Ａの検知出力によって認識し、第２のシリンジ４Ｂの吸入行程の終了時を検知手段６１Ｂの検知出力によって認識する。そして、第２のシリンジ４Ｂの吸入行程の終了時が第１のシリンジ４Ａの吸入行程の開始時になるので、検知手段６１Ｂの検知出力に基づいて、駆動モータ５０を駆動させて第１開閉弁５１を開にして第２開閉弁５２を閉にし、第１のシリンジ４Ａの吸入行程の終了時が第２のシリンジ４Ｂの吸入行程の開始時になるので、検知手段６１Ａの検知出力に基づいて、駆動モータ５０を駆動させて第２開閉弁５２を開にして第１開閉弁５１を閉にする。

また、制御部６の他の機能は、清水圧送流路２１に供給する液剤の供給量を制御することにある。このために、制御部６は清水圧送流路２１に設けた圧送状態検知手段２２の検知出力に基づいて、ピストン駆動部４０のピストン移動速度を制御する。ピストン移動速度は駆動モータ４６の回転速度によって制御される。液剤の供給量を多くするには駆動モータ４６の回転数を上げてピストン移動速度を速くし、液剤の供給量を少なくするには駆動モータ４６の回転数を下げてピストン移動速度を遅くする。圧送状態検知手段２２は、流量センサ又は圧力センサによって構成することができる。制御部６は、圧送状態検知手段２２の出力に基づいて清水圧送流路２１を流れる清水の流量を認識し、設定された希釈濃度を得るための液剤供給量を求める。そして、求めた液剤供給量に対応するようにピストン移動速度を制御する。

液剤混合散布装置２は、液剤自動混合装置１を除いた部分では既知の動力散布装置の構成を備えるものであり、清水タンク２０、散布用ポンプ２３、圧力調整弁２４、散布ノズル２５などを備えている。散布用ポンプ２３の圧力で清水が圧送される清水圧送流路２１には、前述したように圧送状態検知手段２２が設けられ、その上流には逆止弁２６が必要に応じて設けられる。

液剤自動混合装置１の合流流路３０は、清水圧送流路２１における圧送状態検知手段２２の下流側に接続される。合流流路３０の接続点２１Ａと圧送状態検知手段２２の設置位置とは近接していた方が好ましい。接続点２１Ａと圧送状態検知手段２２の設置位置とを近づけることで、圧送状態検知手段２２の検知出力が接続点２１Ａにおける値に近くなり、より高精度に設定された希釈濃度を実現することが可能になる。

前述した制御部６の機能に基づく液剤自動混合装置１の動作を説明する。制御部６は一つの行程では、第１のシリンジ４Ａにおける第１ピストン４Ａ１を上昇させ、第２のシリンジ４Ｂにおける第２ピストン４Ｂ１を下降させて、第１のシリンジ４Ａにおいては吸入行程を実行し、第２のシリンジ４Ｂにおいては圧送行程を実行する。その際には、吸入流路切り替え手段５によって第１開閉弁５１が開になり、第２開閉弁５２が閉になるので、液剤供給流路３においては、第１吸入流路３１を介して液剤タンク１０から液剤が第１シリンジ４Ａ内に吸入され、第２シリンジ４Ｂ内に前工程で吸入されていた液剤が第２圧送流路３４を介して合流流路３０に送られ、清水圧送流路２１に液剤が混入される。

その後、第１ピストン４Ａ１がストローク端に達すると、駆動モータ４６の回転が逆転され、第２のシリンジ４Ｂにおける第２ピストン４Ｂ１を上昇させ、第１のシリンジ４Ａにおける第１ピストン４Ａ１を下降させて、第２のシリンジ４Ｂにおいては吸入行程を実行し、第１のシリンジ４Ａにおいては圧送行程を実行する。その際には、吸入流路切り替え手段５によって第２開閉弁５２が開になり、第１開閉弁５１が閉になるので、液剤供給流路３においては、第２吸入流路３２を介して液剤タンク１０から液剤が第２シリンジ４Ｂ内に吸入され、第１シリンジ４Ａ内に前工程で吸入されていた液剤が第１圧送流路３３を介して合流流路３０に送られ、清水圧送流路２１に液剤が混入される。このような行程を繰り返すことで、連続的に液剤を清水圧送流路２１に供給することができる。

また、制御部６は、清水圧送流路２１における圧送状態検知手段２２の検知出力に基づいて、第１ピストン４Ａ１及び第２ピストン４Ｂ１の移動速度を制御し、清水圧送流路２１内の流量に対して設定された希釈濃度が得られるように液剤の供給量を制御する。これによって、散布流量を変化させた場合であっても常に設定された液剤の希釈濃度を得ることができる。

以上説明した、液剤自動混合装置１の特徴を列挙すると以下のとおりになる。

液剤自動混合装置１は、合流流路３０を清水圧送流路２１に接続するだけで精度の高い液剤混合散布を行うことができる。これにより、既存の動力散布機に後付けすることで、高精度の液剤混合散布を行うことが可能になる。

液剤自動混合装置１は、液剤の供給量を第１ピストン４Ａ１，第２ピストン４Ｂ１の移動速度で容易に規定できるので、液剤供給流路３に流量センサを設けることなく、精度の高い液剤供給量の制御が可能になる。

液剤自動混合装置１は、清水圧送流路２１における任意の位置に合流流路３０を接続することができるので、清水圧送流路２１における圧送状態検知手段（流量センサ又は圧力センサ）２２の下流近傍に合流流路３０を接続することで、接続点２１Ａでの清水の圧送流量の計測値に近い値で液剤の供給量を制御することができ、精度の高い希釈濃度を得ることができる。

液剤自動混合装置１を用いると、液剤の流路が液剤供給流路３に限定されるので、液剤混合散布装置２における接続点２１Ａより上流側が液剤によって汚染されることがない。これによって、清水タンク２０や清水圧送流路２１のメンテナンスが容易になる。また、メンテナンス時においては液剤で汚染された清掃水を極力少なくすることができる。

液剤自動混合装置１のピストン駆動部４０は、第１ピストン棒４１，第２ピストン棒４２のネジ部４１ａによって第１歯車４３，第２歯車４４の回転運動を直線運動に変換するので、高い減速比を得ることができる。これによって、高精度な速度制御によって液剤供給量の精度が向上する。また、２本以上のシリンジを連結する場合に、第１歯車４３，第２歯車４４への歯車の連結のみによって簡易にシリンジ数を増やすことが可能になるので、多種の液剤を簡易に混合することが可能になる。

１：液剤自動混合装置，１０：液剤タンク，
２：液剤混合散布装置，２０：清水タンク，
２１：清水圧送流路，２１Ａ：接続点
２２：圧送状態検知手段，２３：散布用ポンプ，
２４：圧力調整弁，２５：散布ノズル，２６：逆止弁，
３：液剤供給流路，３０：合流流路，
３１：第１吸入流路，３２：第２吸入流路，
３３：第１圧送流路，３４：第２圧送流路，
３３Ａ，３４Ａ：逆止弁，
４：液剤圧送手段，
４Ａ：第１のシリンジ，４Ａ１：第１ピストン，
４Ｂ：第２のシリンジ，４Ｂ１：第２ピストン，
４０：ピストン駆動部，４１：第１ピストン棒，４１ａ：ネジ部，
４１ｂ，４１ｃ：スラストベアリング，４１ｄ：軸受，
４２：第２ピストン棒，４３：第１歯車，４３ａ：内ネジ部，
４４：第２歯車，４５：駆動歯車，４６：駆動モータ，
５：吸入流路切り替え手段，５０：駆動モータ，
５１：第１開閉弁，５２：第２開閉弁，５３：切り替え機構，
６：制御部，６１Ａ，６１Ｂ：検知手段

Claims

清水が圧送される清水圧送流路に液剤を混合する液剤自動混合装置であって、
液剤を貯留する液剤タンクと、
前記液剤タンク内の液剤を前記清水圧送流路に供給する液剤供給流路と、
平行配置され、同方向の一端で前記液剤供給流路に接続される第１のシリンジ及び第２のシリンジを備えると共に、前記第１のシリンジの第１ピストンと前記第２のシリンジの第２ピストンを互いに逆方向に移動させるピストン駆動部を備え、前記液剤供給流路を経由して前記液剤タンク内の液剤を吸入して前記清水圧送流路に圧送する液剤圧送手段と、
前記液剤供給流路における前記液剤タンクと前記第１のシリンジとを連通する第１吸入流路と、前記液剤タンクと前記第２のシリンジとを連通する第２吸入流路を、一方が開の時に他方を閉にするように切り替える吸入流路切り替え手段と、
前記ピストン駆動部と前記吸入流路切り替え手段を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記第１のシリンジが吸入行程時には前記第１吸入流路を開にして前記第２吸入流路を閉にし、前記第２のシリンジが吸入行程時には前記第２吸入流路を開にして前記第１吸入流路を閉にし、
前記ピストン駆動部は、
前記第１ピストンに一端が接続された第１ピストン棒と、
前記第２ピストンに一端が接続された第２ピストン棒と、
前記第１ピストン棒の周囲に形成されたネジ部に螺合する内ネジ部を備え、前記第１シリンジ上に軸支される第１歯車と、
前記第２ピストン棒の周囲に形成されたネジ部に螺合する内ネジ部を備え、前記第２シリンジ上に軸支されて前記第１歯車と噛み合う第２歯車と、
前記第１歯車と前記第２歯車の一方に噛み合う駆動歯車と、
前記駆動歯車を駆動する駆動モータとを備え、
前記制御部は、前記第１ピストン又は前記第２ピストンのストローク端を検知して前記駆動モータを逆転駆動することを特徴とする液剤自動混合装置。
前記液剤供給流路は、
前記第１吸入流路から分岐した第１圧送流路と、前記第２吸入流路から分岐した第２圧送流路と、前記第１圧送流路と前記第２圧送流路を合流させて前記清水圧送流路に接続する合流流路を備え、
前記第１圧送流路及び前記第２圧送流路、又は前記合流流路に逆止弁を設けていることを特徴とする請求項１記載の液剤自動混合装置。
前記制御部は、前記清水圧送流路に設けた圧送状態検知手段の検知出力に基づいて、前記ピストン駆動部のピストン移動速度を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の液剤自動混合装置。