JP6761833B2 - 吐出量制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、吐出量を監視しつつ制御する装置に関し、詳しくは、吐出量をエンコーダで算出する技術に関する。
従来、一定圧でのエアシリンダの動作によって吐出を装置において、吐出量の監視は流量計等によって行われていた。近年、吐出する薬剤の効率的塗布のため、希釈せずに少量の薬剤を吐出、塗布することも行われている。
例えば、成形品を製造する際の金型に離型剤を塗布する際、希釈した離型剤を用いず、希釈せず高濃度の離型剤を塗布することが考えられる。希釈剤が不要であり、吐出時間の短縮となる。しかし、吐出量が少なくなる分、吐出量の管理を厳密に行う必要がある。
しかしながら、従来から行われている流用計による吐出量の監視では、少量の計測時の誤差が大きく、十分な監視を行うことができなった。
そこで、一定の圧力でのエアシリンダの動作によって、吐出を行う装置において、少量の吐出量を監視する技術が求められていた。また、複数の計測量による監視の方法が求められていた。
このような問題に対して、従来からも様々な技術が提案されている。例えば、給油箇所に供給される潤滑油の供給量を正確に検出し、漏れ等を迅速かつ正確に判断する技術が開示されている(特許文献1参照)。
しかしながら、本先行技術における油供給装置はエアシリンダのピストンロッドの移動量に応じて、潤滑油の供給、停止を制御するものであり、一定量を吐出する際の量の監視とは動作が異なり、前記問題の解決には至っていない。
特開2008−286276号
本発明は、一定の圧力でのエアシリンダの動作によって、吐出を行う装置において、少量の吐出量を正確に監視できないという問題点に鑑み、エアシリンダに取り付けられたエンコーダ値によって、吐出量を算出し、規定値と比較することによって課題を解決するものである。
本発明に係る吐出量制御装置は、所定の圧力の圧縮空気を生成するレギュレータと、該レギュレータから送られてきた圧縮空気の圧力を所定の圧力に調整する電空レギュレータと、該圧縮空気により動作する複動型のエアシリンダと、該エアシリンダのシャフトの押圧によって、圧力がかけられる定量容器と、該定量容器に充填された吐出剤を吐出するノズルと、該定量容器からノズルへの流出を一定時間に制御するバルブと、 該シャフトの移動量を計測するエンコーダと、該エンコーダの値から吐出量を推定する吐出量算出部と、該定量容器に充填する吐出剤を保管する吐出剤保管部を持ち、該エンコーダにより計測された吐出単位移動量合計とシャフト総移動量を比較して、吐出単位移動量合計がシャフト総移動量と同一または近い値の場合に、定量容器内の吐出剤の残量が少ないとして、吐出剤保管部から定量容器へ吐出剤を充填することを手段とする。
尚、「近い値」とは、1回分の吐出量が残っているか否かを境界として、残っている場合は「近い値」に属さず、残っていない場合に「近い値」に属するものとする。
また、本発明は、前記吐出量算出部が、吐出ごとの前記エンコーダの値の差分から吐出量を推定することを手段とする。
さらに、本発明は、前記定量容器と前記バルブの間に流量計を備え、前記吐出量算出部が推定する吐出量又は該流量計の値から推定される吐出量に応じて、警告を発することを手段とする。
またさらに、本発明は、前記定量容器と前記バルブの間に圧力計を備え、前記吐出量算出部が推定する吐出量又は該圧力計の値に応じて、警告を発することを手段とする。
そしてまた、本発明は、前記定量容器が、透明であることを手段とする。
そしてさらに、本発明は、前記定量容器と吐出剤保管部は、逆流防止弁を介して接続されており、前記エアシリンダの動作により、該吐出剤保管部の前記吐出剤を前記定量容器に流入させることを手段とする。
本発明に係る吐出量制御装置によれば、一定の圧力でのエアシリンダの動作によって、吐出を行う装置において、少量の吐出量を監視することが可能であり、作業の品位向上に寄与するものである。
本発明に係る吐出量制御装置の実施例を示す全体の模式図である。 本発明に係る吐出量制御装置の動作態様を示す模式図である。 本発明に係る吐出量制御装置の全体の動きを示すフローチャートである。 本発明に係る吐出量制御装置の変形例の動きを示すフローチャートである。
本発明に係る吐出量制御装置は、一定の圧力でのエアシリンダの動作によって、吐出(スプレイともいう)を行う装置において、少量の吐出量を正確に監視できることを最大の特徴とする。以下、本発明に係る吐出量制御装置の実施例を、図面に基づいて説明する。
なお、本実施例で示される吐出量制御装置の全体形状及び各部の形状は、下記に述べる実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内、即ち、同一の作用効果を発揮できる形状や寸法等の範囲内で適宜変更することができるものである。
図1は、本発明に係る吐出量制御装置の実施例を示す全体の模式図である。図2は、本発明に係る吐出量制御装置の動作態様を示す模式図であり、(a)は吐出剤保管部から吐出剤を定量容器に注入する流れを説明する図、(b)は定量容器から吐出剤を吐出する流れを説明する図である。図3は、本発明に係る吐出量制御装置の全体の動きを示すフローチャートである。
吐出量制御装置1は、吐出剤を定量吐出すると共に、吐出量の監視を行う装置である。金型への離型剤の塗布に有効であるし、他の少量の薬品を吐出する目的であれば、同様に有効に使用することができる。
吐出量制御装置1は、主に、レギュレータ100等のエア加圧部分と、エア制御弁200とエンコーダ付エアシリンダ300と定量容器400と吐出剤保管部700と制御部500等の制御、検知部分と、から構成されている。
エア加圧部分は、レギュレータ100と電空レギュレータ110から構成されている。レギュレータ100は、ポンプ等で加圧エアを生成する部分であり、ある程度以上の加圧値を維持する部分である。ごみ、粉塵を除去するフィルタ機能も持つ。加圧されたエアは、電空レギュレータ110に送られる。電空レギュレータ110は、レギュレータ100から送られた加圧エアの圧力を所定の圧力に調整する部分である。本実施例においては、吐出量を、エンコーダ付エアシリンダ300へのエア圧力と吐出制御弁800の開閉時間で制御するため、所定の圧力に調整する精度が重要である。圧力は、事前のテストで決定される。
エア制御弁200は、電空レギュレータ110からのエアをエンコーダ付エアシリンダ300に送る際、エア入力(前側)350側に送るかエア入力(後側)360側に送るかを切り替える部分である。電空レギュレータ110からのエアはエア入力部210に入る。切り替えは、エア制御弁200内部の弁の移動によって行われる。弁の移動は制御部500からの指示で行われる。エア制御弁200がエア入力(前側)350側に切り替えられた場合、電空レギュレータ110から送られたエアは、エア入力部210を経由し、エア出力A220から出力され、エア入力(前側)350に入る。このとき、エア入力(後側)360からは、余剰のエアが放出される。エア入力(後側)360からのエアは、エア出力B230を介して、エア制御弁200の排気口から排出される。エア制御弁200がエア入力(後側)360側に切り替えられた場合も同様に、エアはエア出力B230から出力され、エア入力(後側)360に入る。エア入力(前側)350からの余剰のエアは、エア出力A220を介して、エア制御弁200の排気口から排出される。
エンコーダ付エアシリンダ300は、シャフトの移動量を計測するエンコーダを備えたエアシリンダである。エンコーダ付エアシリンダ300は、大まかにはエアシリンダ310、シャフト320、エア側ピストン330、エンコーダ部340から構成される。
エアシリンダ310は、エンコーダ付エアシリンダ300の大枠を構成する部分であり、円筒状であり、内側は、エア側ピストン330が摺動可能なように、滑らかな表面となっている。エンコーダ付エアシリンダ300の定量容器400側を前、反対側を後とすると、エンコーダ付エアシリンダ300の前側には、エア入力(前側)350が設けられ、エンコーダ付エアシリンダ300の後側にはエア入力(後側)360が設けられている。エア入力(前側)350からエアを供給することで、エア側ピストン330がエンコーダ付エアシリンダ300の後方向に移動する。エア入力(後側)360からエアを供給することで、エア側ピストン330がエンコーダ付エアシリンダ300の前方向に移動する。
エア側ピストン330は、エンコーダ付エアシリンダ300内を前後に仕切るように、摺動可能に、エアの漏れの無いように設置されている。エア側ピストン330には、エンコーダ付エアシリンダ300の前方向にシャフト320が設けられている。シャフト320は、細長い棒状で、エア側ピストン330側を基端した際の先端部分は、定量容器400に達する長さであり、先端部分には、吐出剤側ピストン420が設けられている。エアによって、エア側ピストン330、シャフト320が押され、シャフト320の先端の吐出剤側ピストン420が押され、定量容器400内の吐出剤Mに圧力をかける構造である。シャフト320の長さは、エンコーダ付エアシリンダ300、定量容器400の軸方向の長さ程度である。
エンコーダ部340は、エンコーダ付エアシリンダ300の側面、前部分に設置されている。エンコーダ部340は、シャフト320の移動量を測定ものである。計測は、例えば、シャフトに磁性目盛を設け、MR素子(磁気抵抗素子)によって、シャフト移動を電圧変化として読取、アンプ、カウンタによって、数値化するものである。数値化した移動量は、制御部500に送信される。
シャフトの磁性目盛は、例えば、0.1mm程度であり、非常に高精度で、シャフトの移動量を測定できる。また、基準となる位置で、カウンタをリセットすることで、基準値からの移動量を計測することができる。
定量容器400は、吐出剤Mを内部に保持し、吐出剤Mを一定量ごとに送りだす部分である。定量容器400の端部とエンコーダ付エアシリンダ300の端部は固定され、エンコーダ付エアシリンダ300のシャフト320が定量容器400内に入り込む構造である。定量容器400の外観はシリンダ410で構成され、シリンダ410は、透明であり、内部の吐出剤M、吐出剤側ピストン420の様子が常に確認できるようにしている。材質は樹脂等が適当である。透明であることで、吐出剤Mの充填状態が目視でも分かり、正常な動作状態か確認することができる。異常の原因としては、液漏れ、液不足、エア漏れ等が考えられる。シリンダ410内には、吐出剤側ピストン420が配置されている。吐出剤側ピストン420は、シャフト320が接続されており、エンコーダ付エアシリンダ300からの押圧を吐出剤Mに伝えるものである。定量容器400のエンコーダ付エアシリンダ300と対向する面には、吐出剤出力430と吐出剤入力440があり、吐出剤入力440は、吐出剤保管部700から吐出剤Mを流入する口である。吐出剤出力430は、定量容器400内の吐出剤Mを流出させる部分である。
吐出剤保管部700は、吐出剤Mを保管しておくタンクである。定量容器400内の吐出剤Mが無くなった際に、定量容器400に吐出剤Mを供給するものである。吐出剤保管部700と吐出剤入力440の間には、逆止弁710があり、吐出剤Mが吐出剤保管部700に逆流することを防止している。
制御部500等の制御、検知部分について説明する。制御部500によって、吐出量制御装置1全体が制御されている。制御部500は、所定のシーケンスに沿って、各制御弁を制御、各センサの値の確認を行う。具体的には、エンコーダ付エアシリンダ300のシャフト320を動かす方向に応じてエア制御弁200を切り替える。エンコーダ付エアシリンダ300のエアシリンダ310の値を記憶し、吐出量を算出し、正常か否かを判断する。圧力スイッチ600の値で、正常な圧力がかかっているか確認する。流量計610の値で、吐出量を確認する。吐出制御弁800を開閉し、吐出量を制御する。
また、制御部500内には吐出量算出部510を持ち、シャフト320の移動量とシリンダ410の断面積から吐出量を算出する。警告報知部520は、吐出量が異常と判断された際に警告を報知する部分である。警告は、画面への表示であってもいいし、警告音を発してもよい。ネットワークを介して、端末等に通信で、報知してもよい。
圧力スイッチ600は、吐出剤Mにかかる圧力を測定する部分である。液漏れ等で十分な圧力が無い場合や圧力がかかりすぎていることを検知する。圧力値を制御部500に伝えてもいいし、予め設定した圧力値を基準として、異常値となったことを通知するのみでもよい。
流量計610は、通過する液体の流量を測定する部分である。吐出量算出部510の値よりも大まかな値となる場合もある。吐出量算出部510によって、流量を算出するが、流量計610の値と大きく異なる場合は、液漏れ等の可能性がある。また、空気の混合によって、流量が下がることもある。そのため、多重チェックの意味で、流量計610の値を制御部500で確認する。
吐出制御弁800は、吐出剤Mの吐出量を制御する弁である。電気的制御で行う電磁弁でもいいし、エアによる制御でもよい。吐出剤Mが電気的な注意を要する薬剤の場合はエアによる制御が適している。吐出制御弁800は、予め、決められた時間開き、吐出剤Mをノズル900に供給し、時間経過後、弁を閉じる。一定圧力で、吐出剤Mが流れるため、一定の量のシャフト320を吐出できる。
ノズル900は、吐出剤Mを吐出する部分である。吐出剤Mを均等に噴霧等する構造になっている。使用用途によっては、液体のみを吐出するのではなく、空気を混合する場合もある。
次に、図2、図3に沿って、動作を説明する。一例として、シリンダ410の内側の断面式を25cmとし、エア側ピストン330の移動範囲を40cm、1回の吐出量を50cmとする。また、エンコーダのカウントは0.1mm単位で行われるとする。動作開始状態として、定量容器400内に吐出剤Mは無く、吐出剤側ピストン420は、吐出剤出力430側にあるとする。
電空レギュレータ110の空気圧を所定の圧力に設定する。制御部500は吐出制御弁800を閉め、エア制御弁200をエア出力A220側に切り替える指示を行う。制御部500は、制御部500内の変数であるシャフト総移動量LMAX、吐出単位移動量D,吐出単位移動量合計DSUMをゼロにクリアする。また、エンコーダ部340にエンコード値をクリアする指示を行う(S100)。この動作によって、電空レギュレータ110からのエアは、エア入力(前側)350に入り、エア側ピストン330をエンコーダ付エアシリンダ300の後方向に移動させる。エア側ピストン330に接続されたシャフト320、吐出剤側ピストン420も同様に移動する。吐出剤側ピストン420が吐出剤入力440から離れる方向に移動することで、シリンダ410内に負圧が生じ、吐出剤保管部700内の吐出剤Mが逆止弁710を介して、シリンダ410内に充填される(図2(a))。
エア側ピストン330、シャフト320がエンコーダ付エアシリンダ300の後端まで移動したことをリミットスイッチ等で検出する(S102)。この時のエンコード値をシャフト総移動量LMAXとして記憶する。シャフトが移動範囲の端から端まで移動したとすると移動量は40cmである。カウント値は、0.1mmで1カウントであるから4000である。よって、シャフト総移動量LMAXは4000となる(S103)。
エア制御弁200をエア出力B230側に切り替える。電空レギュレータ110で所定の圧力に設定されたエアは、エア出力B230、エア入力(後側)360を介して、エアシリンダ310内に入る。エア側ピストン330に所定の圧力をかけ、シャフト320、定量容器400を介して、吐出剤Mに所定の圧力をかける。吐出剤Mは、吐出剤出力430を通り、流量計610を介して、吐出制御弁800に送られる。吐出制御弁800は弁が閉じられているので、吐出剤Mは、所定の圧力がかかった状態で、吐出制御弁800まで満たされる(S104)。
エンコード値であるカウンタ値をクリアする。この時点のシャフトの位置が吐出量を算出する基準となるからである。金型Kが、ノズル900に対して、適切な位置にセットされた後、吐出制御弁800の弁を開き、吐出剤Mを金型Kに塗布する(図2(b))。一定の圧力をかけた状態で吐出されるので、均等に塗布することができる(S105)。金型Kへ離型剤を均等に塗布することによって、少量の離型剤でも、十分な効果を発揮することができる。
既定の時間経過後、吐出制御弁800の弁を閉じる(S106)。制御部500は、弁を閉じた後のエンコード値(カウンタ値)を取得する。エンコード値を吐出単位移動量Dとして記憶する。例えば、シャフトの移動量が2.05cmであれば、エンコード値は205である。次に、吐出単位移動量合計DSUMに吐出単位移動量Dを加算する。吐出の1回目であれば、吐出単位移動量合計DSUMはゼロであるので、Dを加算後のDSUMは205となる(S107)。
吐出単位移動量Dの値とシリンダ断面積から吐出量を算出する(S108)。本実施例では、シリンダ断面積は25cmである。吐出単位移動量Dは205であるから、移動量は2.05cm。よって、吐出量は、25x2.05=51.25cmと算出される(S108)。
規定の範囲をプラスマイナス5%とすると、規定の範囲は47.5から52.5である。算出された吐出量が51.25cmであるので規定内として、S111に移動する(S109)。もし、規定の範囲外であれば、S110に移動し、吐出量異常の警告を表示する(S110)。警告表示は、制御部500から警告報知部520に指示され、行われる。表示は、画面上に「吐出量が異常値です。至急確認ください」等の表示を出してもいいし、赤ランプ等で、遠くからでも異常をすぐに確認できるようにしてもよい。また、音を同時に出してもいいし、音のみでもよい。
吐出単位移動量合計DSUMとシャフト総移動量LMAXを比較する。シャフト総移動量LMAXは4000であるので、吐出単位移動量合計DSUMが4000、または4000に近い値であれば、定量容器400内の吐出剤Mの残量が少ないとして、吐出剤Mを充填する作業であるS101に戻る。そうでなければ、S105に戻り、次の吐出のシーケンスを行う。
このように、本発明によれは、一定の圧力でのエアシリンダの動作によって、吐出を行う装置において、少量の吐出量を監視するが可能であり、作業の品位向上に寄与するものである。
また、本実施例では、金型への離型剤の吐出の例を説明したが、本発明は、これに限ることなく、少量の吐出(スプレイ)を行う工程全般に使用可能な技術である。
また、本実施例では、吐出量に異常が出た場合に、警告を発することとしているが、吐出量の増減に応じて、逐次、フィードバックを行ってもよい。
例えば、吐出量が多い場合に、吐出制御弁800の開放時間を短くしたり、電空レギュレータ110の圧力を低くしたりすることで、吐出量を自動的に調整しても良い。
実施例1で、エアシリンダのシャフト移動量のエンコード値を用いて吐出量を監視する説明を行ったが、シャフト移動量のエンコード値のみで監視を行った場合、以下の様な場合に、監視漏れとなる可能性がある。
・吐出剤保管部700が空、又は定量容器400の容量に比べて、吐出剤Mが少量の場合。
・吐出剤保管部700から吐出剤入力440の間に漏れ、亀裂がある場合。
・シリンダ410内にエアが入ってしまった場合。
・吐出剤側ピストン420のパッキン破損による液送り不能状態
・吐出剤出力430以降で液漏れが発生した場合。
そこで、これらの異常状態を検知する技術が求められていた。
図4に沿って、エンコード値による監視と共に、圧力スイッチ600、流量計610による監視を行うシーケンスを説明する。図4は、本発明に係る吐出量制御装置の変形例の動きを示すフローチャートであり、1回の吐出作業のフローである。
S201からS206までは、図3のS105からS110とほぼ同じ内容である。S205でシャフトの移動量から見た吐出量を確認し、問題なければ、S207に入る。
流量計610によって、吐出量を監視する。流量計610は、吐出量の計測精度がエンコードの場合よりも劣る場合もある。しかし、シリンダ410内に空気が入っていたり、吐出剤出力430以降の管から液漏れが発生していたり、することを監視することができる(S207)。規定の範囲内で無ければ、吐出量異常の警告を発する(S208)。
圧力スイッチ600によって、吐出剤Mの圧力を監視する。本来、吐出剤Mには、圧力スイッチ600で生成した圧力とほぼ同等の圧力がかかっているはずである。しかし、シリンダ410内に空気が入っていたり、吐出剤出力430以降の管から液漏れが発生していたりすることで、圧力が下がることが考えられる。そこで圧力を確認することで、正常な吐出が行われているか監視することができる(S209)。規定の範囲内で無ければ、吐出量異常の警告を発する(S210)。
警告は、エンコード値の異常、流量の異常、圧力の異常を並行して報知する。報知は、別々の項目として表示してもいいし、3つの異常値から推定される原因を同時に表示しても良い。
例えば、流量のみ異常であれば、吐出剤出力430以降の液漏れが考えられる。エンコード値のみのわずかな異常であれば、圧力のわずかなずれが考えられる。
このように、複数の監視センサを用いることで、より多角的に吐出作業を監視することができる。
本発明に係る吐出量制御装置は、少量の吐出量を扱う装置において、吐出量の監視の技術として産業上の利用可能性は大きいと思料する。
1 吐出量制御装置
100 レギュレータ
110 電空レギュレータ
200 エア制御弁
210 エア入力部
220 エア出力A
230 エア出力B
300 エンコーダ付エアシリンダ
310 エアシリンダ
320 シャフト
330 エア側ピストン
340 エンコーダ部
350 エア入力(前側)
360 エア入力(後側)
400 定量容器
410 シリンダ
420 吐出剤側ピストン
430 吐出剤出力
440 吐出剤入力
500 制御部
510 吐出量算出部
520 警告報知部
600 圧力スイッチ
610 流量計
700 吐出剤保管部
710 逆止弁
800 吐出制御弁
900 ノズル
K 金型
M 吐出剤

Claims (6)

  1. 所定の圧力の圧縮空気を生成するレギュレータと、
    該レギュレータから送られてきた圧縮空気の圧力を所定の圧力に調整する電空レギュレータと、
    該圧縮空気により動作する複動型のエアシリンダと、
    該エアシリンダのシャフトの押圧によって、圧力がかけられる定量容器と、
    該定量容器に充填された吐出剤を吐出するノズルと、
    該定量容器からノズルへの流出を一定時間に制御するバルブと、
    該シャフトの移動量を計測するエンコーダと、
    該エンコーダの値から吐出量を推定する吐出量算出部と、
    該定量容器に充填する吐出剤を保管する吐出剤保管部を持ち、
    該エンコーダにより計測された吐出単位移動量合計とシャフト総移動量を比較して、吐出単位移動量合計がシャフト総移動量と同一または近い値の場合に、定量容器内の吐出剤の残量が少ないとして、吐出剤保管部から定量容器へ吐出剤を充填することを特徴とする吐出量制御装置。
  2. 前記吐出量算出部は、吐出ごとの前記エンコーダの値の差分から前記吐出量を推定することを特徴とする請求項1に記載の吐出量制御装置。
  3. 前記定量容器と前記バルブの間に流量計を備え、前記吐出量算出部が推定する吐出量又は該流量計の値から推定される吐出量に応じて、警告を発することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の吐出量制御装置。
  4. 前記定量容器と前記バルブの間に圧力計を備え、前記吐出量算出部が推定する吐出量又は該圧力計の値に応じて、警告を発することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の吐出量制御装置。
  5. 前記定量容器は、透明であることを特徴とする請求項1から請求項のいずれかに記載の吐出量制御装置。
  6. 前記定量容器と吐出剤保管部は、逆流防止弁を介して接続されており、前記エアシリンダの動作により、該吐出剤保管部の前記吐出剤を前記定量容器に流入させることを特徴とする請求項1から請求項のいずれかに記載の吐出量制御装置。
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