KR20080070499A

KR20080070499A - 액체 공급 장치

Info

Publication number: KR20080070499A
Application number: KR1020070108155A
Authority: KR
Inventors: 쩡시옹 샤오; 도시오 감베
Original assignee: 쥬가이로 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2008-07-30
Also published as: TW200831780A; JP4322282B2; JP2008180182A; CN101230851B; TWI349745B; CN101230851A; KR100929748B1

Abstract

토출(吐出)되는 액체에 기포(氣泡)를 혼입(混入)시키지 않는 액체 공급 장치를 제공한다. 액체 공급 장치(1)는, 저류(貯留)하는 액체(L)를 가압 가능한 서버 탱크(server tank)(2)와, 시린지(syringe)(9)와 피스톤(11)으로 내부 공간(10)을 형성하고, 액체(L)의 압력에 의해 피스톤(11)을 후퇴시켜서 서버 탱크(2)로부터 내부 공간(10)에 액체를 도입하고, 피스톤(11)의 전진에 의해 내부 공간(10)으로부터 액체(L)를 토출 가능한 시린지 펌프(3)와, 서버 탱크(2)로부터 내부 공간(10)에 액체(L)를 도입하기 위한 흡입 유로(流路)(5) 및 액체(L)를 외부에 송출하기 위한 토출 유로(8)의 어느 하나에, 시린지 펌프(3)의 내부 공간(10)을 연통시키는 전환 밸브(6)와, 피스톤(11)의 전진 방향 및 후퇴 방향에 이동 가능하며, 피스톤(11)의 외부 측에 맞닿아서 피스톤(11)을 전진시키는 것이 가능한 푸셔(pusher)(14)를 갖춘 구동 기구(4)와, 푸셔(14)로부터 일정 거리 이내에 피스톤(11)이 있는 것을 검출하는 센서(15)를 구비한다.

Description

액체 공급 장치{LIQUID FEEDING DEVICE}

본 발명은 액체 공급 장치에 관한 것이다.

특히 도료(塗料)와 같은 고점도(高粘度)의 액체를 공급하기 위해서, 시린지 펌프를 이용한 장치가 이용된다. 종래의 시린지 펌프는, 피스톤을 후퇴시켜 시린지 내의 압력을 저하시킴으로써 액체를 흡인(吸引)한다. 점도가 높은 액체는, 용이하게 시린지 내로 유입되지 않아, 시린지 내에 큰 부압(負壓)이 발생하고, 배관의 이음매 등으로부터 외기(外氣)를 흡입하거나, 액체 속에 용존(溶存)하고 있는 기체를 기포로 되게 해버릴 경우가 있다. 이러한 기포는, 액체의 공급량에 변동을 생기게 하여, 후공정의 제품 수율 저하 등의 문제를 초래한다고 하는 문제가 있다.

특허 문헌 1에는, 시린지 펌프의 흡입 측의 액체를 가압함으로써 액체가 대기압 이하가 안되도록 하는 기술이 개시되어 있지만, 액체에 처음부터 기포가 혼입되어 있을 경우에는, 기포가 혼입된 액체가 토출되는 것을 방지할 수 없다.

(특허 문헌 1)

일본국 특개평8-182951호 공보

(특허 문헌 2)

일본국 특개평2003-56667호 공보

(특허 문헌 3)

일본국 특개평5-285436호 공보

상기 문제점을 감안하여, 본 발명은, 토출하는 액체에 기포를 혼입시키지 않는 액체 공급 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에 의한 액체 공급 장치는, 저류하는 액체를 가압 가능한 서버 탱크와, 시린지와 피스톤으로 내부 공간을 형성하여, 상기 액체의 압력에 의해 상기 피스톤을 후퇴시켜서 상기 서버 탱크로부터 상기 내부 공간에 상기 액체를 도입하고, 상기 피스톤의 전진에 의해 상기 내부 공간으로부터 상기 액체를 토출 가능한 시린지 펌프와, 상기 서버 탱크로부터 상기 내부 공간에 상기 액체를 도입하기 위한 흡입 유로 및 상기 액체를 외부에 송출하기 위한 토출 유로의 어느 하나에, 상기 시린지 펌프의 내부 공간을 연통시키는 전환 밸브와, 상기 피스톤의 전진 방향 및 후퇴 방향에 이동 가능하며, 상기 피스톤의 외부 측에 맞닿아서 상기 피스톤을 전진시키는 것이 가능한 푸셔를 갖춘 구동 기구와, 상기 푸셔로부터 일정 거리 이내에 상기 피스톤이 있는 것을 검출하는 센서와, 상기 센서가 상기 푸셔로부터 일정 거리 이내에 상기 피스톤이 있는 것을 검출할 수 없는 상태가 소정의 유예 시간보다도 길게 계속되었을 때에, 상기 푸셔의 동작을 정지시키는 제어 수단을 구비한 것으로 한다.

이 구성에 의하면, 푸셔를 후퇴시켰을 때에, 액체는, 자신의 압력에 의해 피스톤을 후퇴시켜서 시린지 펌프 내로 유입된다. 이 때, 액체에 기포가 혼입되어 있 으면, 기포의 압축성에 의해서 피스톤을 후퇴시키는 속도가 저하되므로, 푸셔의 후퇴에 대한 피스톤 후퇴의 지연을 센서에 의해 감시함으로써, 기포의 혼입을 검출할 수 있으며, 기포의 혼입을 검출했을 때에는 푸셔의 동작을 정지시킴으로써, 시린지 펌프로부터 기포가 혼입된 액체가 토출되지 않도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 액체 공급 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 푸셔를 소정의 속도로 후퇴시켜, 상기 센서가 상기 푸셔로부터 일정 거리 이내에 상기 피스톤이 있는 것을 검출할 수 없게 되었을 때는, 상기 푸셔를 일단 정지시켜, 상기 센서가 상기 푸셔로부터 일정 거리 이내에 상기 피스톤이 있는 것을 소정의 유예 시간 내에 재차 검출할 수 있다면 상기 푸셔를 재차 상기 소정의 속도로 후퇴시키고, 상기 센서가 상기 푸셔로부터 일정 거리 이내에 상기 피스톤이 있는 것을 상기 유예 시간 내에 재차 검출할 수 없다면 상기 푸셔의 동작을 정지시켜도 좋다.

이 구성에 의하면, 피스톤의 후퇴 속도를 순차적으로 감시해서 기포의 혼입을 감시하므로, 피스톤의 스트로크 도중에 기포의 혼입을 검출해서 장치를 정지시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 액체 공급 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 센서가 상기 유예 시간의 경과 후, 또한 소정의 판별 시간이 경과되기 전에, 상기 센서가 상기 푸셔로부터 일정 거리 이내에 상기 피스톤이 있는 것을 검출했을 때는, 상기 액체에 기포가 혼입되어 있다고 판단해도 좋다.

기포의 압축성에 의한 피스톤 후퇴의 지연은, 일정한 범위 내에 수습되므로, 이 구성에 의해, 피스톤의 지연이, 기포의 혼입에 의한 것인가, 다른 문제에 의한 것인가의 여부를 판별할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 액체를 가압(加壓)하여, 액체의 압력에 의해서 피스톤을 후퇴시키고, 기포가 혼입되었을 때에 발생하는 피스톤 후퇴의 지연을 센서로 검출함으로써, 기포가 혼입된 액체를 토출하지 않도록 동작을 정지시킬 수 있다.

여기서부터, 본 발명의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1에, 본 발명의 하나의 실시형태인 액체 공급 장치(1)의 개요를 나타낸다. 액체 공급 장치(1)는, 액체, 예를 들면, 점도 2500∼4500cps의 도료(L)를 저류하는 서버 탱크(2)와, 서버 탱크(2)로부터 액체(L)를 소정의 유량(예를 들면, 500∼1000cc/min)으로, 액체(L)를 소비하는 외부의 공급처, 예를 들면, 도장 장치에 대하여 공급하는 시린지 펌프(3)와, 시린지 펌프(3)를 구동하는 구동 기구(4)로 이루어진다.

서버 탱크(2)는, 밀폐 구조를 이루고, 액체(L)의 상부 공간에 소정 압력(예를 들면, 0.5MPa)의 압축 공기가 도입되어, 저류하고 있는 액체(L)를 가압하도록 되어 있다.

액체(L)는, 서버 탱크(2)의 하단에 설치된 흡입 유로(5)로부터 전환 밸브(6) 및 공용 유로(7)를 통해서 시린지 펌프(3)에 도입된다. 전환 밸브(6)는, 3방향 밸브이며, 공용 유로(7)를 흡입 유로(5) 및 공급처에 통하는 토출 유로(8)의 어느 하 나에 선택적으로 연통시키도록 되어 있다.

시린지 펌프(3)는, 일단(一端)이 공용 유로(7)에 접속된, 예를 들면, 내경 80mm의 시린지(9)와, 시린지(9)의 내부를 구분해서 공용 유로(7)에 연통하는 내부 공간(10)을 형성하는 피스톤(11)으로 이루어지고, 피스톤(11)은, 시린지(9)의 외부로 연장하는 로드(rod)(12)를 가지고 있다.

구동 기구(4)는, 모터(13)에 의해, 푸셔(14)를 피스톤(11)의 가동 방향과 같은 방향으로 이동 가능하게 할 수 있어, 피스톤(11)의 외부 측, 즉, 로드(12)의 후단(後端)에 푸셔(14)를 맞닿게 해서, 피스톤(11)을 시린지(9)의 안쪽 측(전진 방향)으로 밀어 넣을 수 있도록 되어 있다. 또한, 구동 기구(4)는, 푸셔(14)에 배치한 센서(15)에 의해 로드(12)의 후단이 푸셔(14)로부터 소정의 거리 이내에 있는가 아닌가의 여부를 확인할 수 있고, 센서(15)의 출력에 상응하여 모터(13)를 제어하는, 제어 장치(16)를 구비하고 있다.

도 2에 시린지 펌프(3) 및 구동 기구(4)의 상세를 나타낸다. 구동 기구(4)는, 모터(13)에 의해 회전하는 이송(移送) 나사(17)에 의해 푸셔(14)를, 전진 방향 또는 후퇴 방향(피스톤(11)을 시린지(9)로부터 인출하는 방향)에, 각각 소정의 속도(예를 들면, 후퇴 방향에 200∼600mm/min, 전진 방향에 100∼200mm/min)로 이동시킬 수 있도록 되어 있다. 이 푸셔(14)의 후퇴 속도는, 서버 탱크(2)에서 가압된 액체(L)가 그 압력에 의해 피스톤(11)을 후퇴시키면서 시린지(9)의 내부 공간(10)에 유입하는 속도에 대략 일치하도록 설정되어 있다. 푸셔(14)에는, 로드(12)의 후단을 받아들이는 자리(18)가 형성되어 있으며, 센서(15)는, 예를 들면, 로드(12)의 후단이 자리(18) 속에 있을 때에 전위(電位)를 출력하는 광전(光電) 센서이다.

전환 밸브(6)에 의해, 공용 유로(7)를 흡입 유로(5)에 연통시키면, 서버 탱크(2)에 의해 가압된 액체(L)가 피스톤(11)을 압압(押壓)한다. 이 때, 로드(12)의 후단이 푸셔(14)에 맞닿아 있으면, 푸셔(14)가 액체(L)의 압력에 저항해서 피스톤(11)을 그 자리에 머무르게 하지만, 도 3에 나타낸 바와 같이, 구동 기구(4)가 푸셔(14)를 후퇴시키면, 피스톤(11)은, 액체(L)의 압력에 의해 후퇴하게 된다. 액체(L)의 압력이 충분히 크면, 피스톤(11)은, 푸셔(14)의 후퇴에 맞춰서 동일한 속도로 후퇴한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 액체(L) 속에 기포(B)가 혼입되어 있으면, 기포(B)의 수축에 의해 서버 탱크(2)로부터 전파해서 피스톤(11)에 전해지는 압력이 삭감되므로, 피스톤(11)의 후퇴에 지연이 생긴다.

도 5에, 점성 유체의 압력의 전파 모델을 나타낸다. 도시하는 바와 같이, 점성 유체가 충전(充塡)된 관로(管路)의 떨어져 있는 2점의 압력을 P1, P2라고 한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 유체에 관로의 한쪽으로부터 압력을 가해, 상류 측의 압력 P1이 상승했을 경우, 하류 측의 압력 P2는 약간 늦게 상승한다. 압력 P1, P2가 안정되어도, 관로에 있어서의 압력 손실에 의해, 하류 측의 압력 P2는, 상류 측의 압력 P1보다도 약간 낮은 압력에 머무르게 된다.

도 6에는, 이 액체(L)에 기포(B)가 혼입되어 있을 경우의 하류 측의 압력을 P2'로서 나타낸다. 도시하는 바와 같이, 기포는, 압력의 상승에 의해 수축하고, 액체(L)의 외관상의 체적을 감소시키므로, 하류 측의 압력 P2'의 상승은, 기포가 없 을 때의 압력 P2에 비해서도, 더욱 지연되어서 상승한다.

이것을 시린지 펌프(3)에 적용시키면, 상류 측의 압력 P1이 서버 탱크(2) 내의 액체(L)의 압력, 하류 측의 압력 P2, P2'가 시린지(9)의 내부 공간(10) 내의 피스톤(11)을 후퇴시키는 액체(L)의 압력이 된다. 도 6에, 피스톤(11)을, 시린지(9)와의 마찰을 이겨내고, 후퇴시키는 데에 필요한 압력 Pp를 나타낸다. 도시하는 바와 같이, 상류 측의 압력이 Pp까지 상승하고 나서 하류 측의 압력이 Pp까지 상승할 때까지의, 기포(B)가 혼입되어 있을 경우의 지연 T2는, 기포(B)가 혼입되어 있지 않을 경우의 지연 T1보다도 크게 된다. 이 지연 T1, T2는, 액체(L)의 점도, 유로(5, 7)나 전환 밸브(6)의 유로 저항 및 시린지(9)의 내경 등에 의해 크게 상이하다.

도 7에, 본 실시형태에 있어서, 시린지 펌프(3)의 내부 공간(10)에 액체(L)를 흡인(서버 탱크(2)로부터 가압해서 도입)할 때의, 제어 장치(16)에 의해 제어되는 구동 기구(4)의 동작의 흐름을 나타낸다. 도시하는 바와 같이, 제어 장치(16)는, 센서(15)가 피스톤(11)의 로드(12)를 검출하고 있다면, 모터(13)를 역회전시켜서 푸셔(14)를 후퇴시켜, 액체(L)의 압력에 의해 피스톤(11)이 후퇴하여, 액체(L)를 내부 공간(10)에 도입하는 것을 가능하게 한다.

그러나, 제어 장치(16)는, 센서(15)가 피스톤(11)의 로드(12)를 검출할 수 없다면, 모터(13)의 회전을 정지해서 푸셔(14)를 정지시킨다. 제어 장치(16)는, 모터(13)를 정지시키고 나서 센서(15)가 피스톤(11)의 로드(12)를 검출할 때까지의 시간을 계측한다. 센서(15)가 로드(12)를 검출할 때까지의 시간이 도 6의 기포가 혼입되지 않고 있을 경우의 지연 시간에 상당하는 소정의 유예 시간 T1(예를 들면, 3초) 이내일 경우에는, 모터(13)를 재차 역회전시켜서 푸셔(14)를 후퇴시켜, 액체(L)의 압력에 의한 피스톤(11)의 새로운 후퇴를 가능하게 한다.

유예 시간 T1 이내에 센서(15)가 로드(12)를 재검출할 수 없을 경우, 기포 혼입에 의한 지연 의심이 있으므로, 제어 장치(16)는, 흡인 이상(異常)이라고 해서 구동 기구(4)의 동작을 정지하고, 예를 들면, 제어 장치(16)에 설치한 표시 장치 등에 이상을 표시한다.

센서(15)가 로드(12)를 유예 시간 T1보다 오랫동안 재검출할 수 없는 흡인 이상이 발생하지 않았을 경우, 제어 장치(16)는, 푸셔(14)가 이송 나사의 단부까지 후퇴한 것을, 도시하지 않은 후퇴 한계 센서에 의해 검출했을 때에, 흡인 동작을 정지한다.

이렇게 하여, 본 실시형태의 액체 공급 장치(1)는, 기포가 혼입된 액체(L)를 공급해서, 후공정에서 불량을 발생시킬 위험을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 액체 공급 장치(1)에 있어서, 제어 장치(16)는, 도 8에 나타내는 바와 같은 제어를 실행해도 좋다. 이 제어에서는, 제어 장치(16)는, 센서(15)가 로드(12)를 검출할 수 없다면, 모터(13)의 회전을 정지해서 푸셔(14)를 정지시키고, 센서(15)가 로드(12)를 재차 검출할 때까지의 시간이 유예 시간 T1 이내일 경우에는, 모터(13)를 재차 역회전시키는 점은, 도 7의 제어와 마찬가지이다.

그러나, 이 제어에서는, 유예 시간 T1 이내에 센서(15)가 로드(12)를 재검출할 수 없을 경우에도, 더욱 센서(15)의 출력을 감시하여, 도 6의 기포가 혼입되어 있을 경우의 압력 상승의 지연 시간에 상당하는 판별 시간 T2(예를 들면, 10초) 이내에, 센서(15)가 로드(12)를 재검출할 수 있었을 때는, 처리를 정지해서 기포 혼입인 취지의 경고 표시를 한다. 센서(15)가 로드(12)를 재검출할 수 없었던 그대로 판별 시간 T2가 경과했을 때는, 즉시 처리를 정지해서 흡인 이상의 경고 표시를 실행한다.

이것에 의해, 오퍼레이터는, 동작 정지의 원인이 기포 혼입의 가능성이 높은 것인지, 혹은, 그 이외의 기계적 문제 등의 가능성이 높은 것인지를 알 수 있어, 문제 처치를 효율적으로 실행할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 액체(L)를 시린지(9)에 흡인할 때, 피스톤(11)이 푸셔(14)를 압압하면서 후퇴한다. 이것 때문에, 액체(L)에는 푸셔(14)의 반력(反力)이 작용하고 있어, 기포(B)가 혼입되어 있을 경우는, 푸셔(14)의 반력이 미리 기포(B)를 압축하고 있다. 즉, 기포(B)가 미리 압축되어 있는 분만큼 기포(B)의 수축에 의한 피스톤(11)의 후퇴 지연 시간이 짧아지게 되어, 기포(B)의 검출 감도를 저하시키게 된다.

이 문제를 해결하기 위해서는, 액체(L)를 시린지(9)에 흡인할 때, 우선, 전환 밸브(6)가 시린지(9)의 내부 공간(10)을 토출 유로(8)에 연통시키고 있는 상태에서, 모터(13)를 기동(起動)해서 푸셔(14)를 후퇴시켜, 푸셔(14)가 로드(12)로부터, 예를 들면, 1mm로부터 3mm 정도 떨어지는 것을 기다리고 나서 전환 밸브(6)를 조작해서 내부 공간(10)을 흡입 유로(5)에 연통시키는 것이 유효하다.

이렇게 하면, 액체(L)에 기포(B)의 혼입이 없어, 피스톤(11)의 후퇴 속도가 푸셔(14)의 후퇴 속도와 일치하고 있을 때에는, 피스톤(11)은, 푸셔(14)와 일정한 거리를 유지하면서, 푸셔(14)의 반력을 받지 않고 후퇴할 수 있다.

피스톤(11)이 후퇴 시에 푸셔(14)의 반력을 받지 않도록 함으로써, 기포(B)가 혼입했을 때의 피스톤(11)의 후퇴 지연을 용이하게 검출할 수 있다. 또한, 이것 때문에는, 센서(15)는, 푸셔(14)가 로드(12)로부터 몇 mm 떨어져 있어도 로드(12)를 검출할 수 있도록 해 둘 필요가 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시형태의 액체 공급 장치의 개략도.

도 2는 도 1의 시린지 펌프의 상세도.

도 3은 도 2의 시린지 펌프의 피스톤 이동 시를 나타내는 상세도.

도 4는 도 2의 시린지 펌프의 기포 혼입 시를 나타내는 상세도.

도 5는 점성 유체의 압력 전달의 모델을 나타내는 도면.

도 6은 도 5의 모델에 있어서의 압력의 변화를 나타내는 도면.

도 7은 도 1의 액체 공급 장치에 있어서의 액체 흡인 동작의 흐름도.

도 8은 도 7의 대안인 액체 흡인 동작의 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 액체 공급 장치

2: 서버 탱크

3: 시린지 펌프

4: 구동 기구

5: 흡입 유로

6: 전환 밸브

7: 공용 유로

8: 토출 유로

9: 시린지

10: 내부 공간

11: 피스톤

12: 로드

13: 모터

14: 푸셔

15: 센서

16: 제어 장치

17: 이송 나사

Claims

저류(貯留)하는 액체를 가압 가능한 서버 탱크와,

시린지(syringe)와 피스톤으로 내부 공간을 형성하고, 상기 액체의 압력에 의해 상기 피스톤을 후퇴시켜서 상기 서버 탱크로부터 상기 내부 공간에 상기 액체를 도입하고, 상기 피스톤의 전진에 의해 상기 내부 공간으로부터 상기 액체를 토출(吐出) 가능한 시린지 펌프와,

상기 서버 탱크로부터 상기 내부 공간에 상기 액체를 도입하기 위한 흡입 유로(流路) 및 상기 액체를 외부에 송출하기 위한 토출 유로의 어느 하나에, 상기 시린지 펌프의 내부 공간을 연통시키는 전환 밸브와,

상기 피스톤의 전진 방향 및 후퇴 방향에 이동 가능하며, 상기 피스톤의 외부 측에 맞닿아서 상기 피스톤을 전진시키는 것이 가능한 푸셔(pusher)를 갖춘 구동 기구와,

상기 푸셔로부터 일정 거리 이내에 상기 피스톤이 있는 것을 검출하는 센서와,

상기 센서가 상기 푸셔로부터 일정 거리 이내에 상기 피스톤이 있는 것을 검출할 수 없는 상태가, 소정의 유예 시간보다도 길게 계속되었을 때에, 상기 푸셔의 동작을 정지시키는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 액체 공급 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 푸셔를 소정의 속도로 후퇴시켜, 상기 센서가 상기 푸셔로부터 일정 거리 이내에 상기 피스톤이 있는 것을 검출할 수 없게 되었을 때는, 상기 푸셔를 일단 정지시키고, 상기 센서가 상기 푸셔로부터 일정 거리 이내에 상기 피스톤이 있는 것을 소정의 유예 시간 내에 재차 검출할 수 있다면, 상기 푸셔를 재차 상기 소정의 속도로 후퇴시키고, 상기 센서가 상기 푸셔로부터 일정 거리 이내에 상기 피스톤이 있는 것을 상기 유예 시간 내에 재차 검출할 수 없다면, 상기 푸셔의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 액체 공급 장치.
제2항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 센서가 상기 유예 시간의 경과 후, 또한 소정의 판별 시간이 경과하기 전에, 상기 센서가 상기 푸셔로부터 일정 거리 이내에 상기 피스톤이 있는 것을 검출했을 때는, 상기 액체에 기포가 혼입되어 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는 액체 공급 장치.