JPH04209016A - 流量コントロールシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 垣１分立 本発明は、間歇的に流体を噴射する装置において流体の
質量流量を高速で計測制御する流量コントローラに関し
、より詳細には自動車の本体の塗装において均一な被膜
を塗料の無駄がなく、しかも高速に行う塗装ライン用の
流量コントローラに関する。

ｌ米致■ 自動車の車体の塗装の良否は、車体の耐蝕上に影響する
だけでなく、美観上も重要であり、塗料の被膜が塗装面
に亘って均一で平滑な仕１ユげが行われることが求めら
れる。しかも、これらの作業において無駄なく有効な噴
射がなされることが条件とされる。

第５図は、自動車の車体塗装の概要を説明する図であり
、図中、４０は車体、４１は塗料噴射の軌跡を示す。車
体４０はＸ軸上に間歇的に移動し、塗装用のノズル（図
示せず）は車体４０に対し塗料噴射の軌跡４１に示すよ
うな移動を伴って塗料の噴射が行われる。即ち、ノズル
は、車体４０が停止時には矢印■方向に移動しながら塗
装し、ｙ、に達した時点で塗装を停止し車体を△Ｘ移動
し、移動が完了したら矢印に従った逆方向に再び塗装を
開示し、図示の矢印の如く上記の塗装、車体の移動を繰
返し、所定面の塗装を完了する。しかしながら、ノズル
の移動速度が一定であるから塗装が車体面に均一になさ
れるためには、ノズルから噴射される塗料質量流量を一
定にしなければならない。しかし、ノズルの開口は一定
であるから塗料の体積流量は粘度、密度が影響する。塗
料の粘度、密度は気温の上昇に従って低下し、気温の低
下により増加する。このため塗装に当っては適宜実流量
のチエツクがなされ、これに基づいてノズルが選ばれる
。

第６図は、従来の塗装ノズルの構成を示す図で、図中、
４１，４２，４３．４４は配管、４５゜４６．４７はノ
ズル、４８，４９，４９ａ、４９ｂ、４９ｃは弁、５０
は容器、５１は分岐管である。図示においてノズル４５
，４６．４７の流量割合は例えば各々ｌ、９．］の比に
区分されている。塗装に当っては、準備操作としてまず
弁４９は閉、弁４８は開の状態で配管４１から定圧で供
給された塗料は分岐管５Ｉを通って所定時間容器５０に
注入し、この間容器５０内に収容された塗料の体積量か
ら流量を算出する。算出された流量は、この時点におけ
る粘度、密度により定められる試験流量であり、この流
量に基づいて予め現定された表に従って弁４９　ａ、　
４９　ｂ、　４９　ｃを開閉しノズル４５，４６．４７
を選択し組合せて流量割合９，１０．ＩＩの塗料を噴射
する。すなわち±１０％の流量範囲の選択がなされる。

斜上の如く、従来の塗装ノズルを用いて塗装する方法は
、塗装前に測定された塗料の体積流量に基づいて単にノ
ズルを選択するだけで、実際の塗装においては計量する
ことはなく、噴射量は低精度であり操作も煩雑であるこ
とから質量流量計で直接質量流量を計測して塗装するこ
とが試みられる。

一佳一一一飾一 本発明は、斜上の問題点に鑑みなされたもので、塗料を
質量流量計により計測し、計測した質量流量信号と予め
設定された所定の質量流量に対応する設定信号とを比較
し制御弁を制御し塗料を所定の質量流量で噴射し塗装す
ることにより塗料の温度による体積流量の変化を考慮す
ることなしに一定の膜厚の塗装を行い高品位の塗装を簡
易に行なうことを可能とする流量コントロールシステム
を提供することを目的とする。

■−−炭 本発明は、上記目的を達成するために、（１）流体源に
連通ずる質量流量計、制御弁、弁手段および前記流体源
から給液される流体を噴射するノズルを直列接続した流
路において、前記流体を、所定時間毎の期間に噴射し５
噴射する流体の質量流量を所定の質量流量設定値に制御
する制御弁の制御手段を具備したこと、更には、（２）
前記流量コントロールシステムにおいて、流体噴射期間
の立上りにおいて質量流量設定信号に略々等しい信号を
発信する信号手段により制御弁を開弁じ、質量流量が設
定値近傍に達する時期に、予め設定した前記質量流量設
定信号と質量流量計信号とを比較し質量流量が設定値と
なるように制御弁を制御駆動すること、更には、（３）
前記期間において制御弁を制御駆動し、質量流量が設定
値に達したとき、制御を解き記憶した設定信号により制
御弁を駆動することを特徴とするものである。以下、本
発明の実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明の流量コントロールシステムの構成を
しめずブロック図で、図中、１はタンク、２は塗料、３
は質量流量計（Ｍ−Ｍ）、４は制御弁、５はノズル、６
はポンプ、７，８は電磁弁、９は配管、１０は制御手段
、１１は流量設定部（Ｑ−８ＥＴ）、１２は流量制御部
（Ｆ’ＩＣ）、１３はＡ／Ｄ　（アナログ／デジタル）
変換器である。質量流量計Ｉ３はコリオリの力を利用し
た流量計で、Ｕ字導管を支持点を結んだ軸まわりに定振
幅で加振した場合、前記Ｕ字管対称軸まわりに質量流量
に比例したコリオリの力によるトルクが発生し、該コリ
オリの力をＵ字導管の捩れ変位として検知する質量流量
計であり、加振周波数が高いので極めて応答が速く質量
流量をアナログ信号として出力する。流量制御部１２は
流量設定部１１により質量流量に応じた基準信号を設定
し、該設定信号と前記質量流量信号とを比較し、質量量
流量が設定値になるようにＡ／Ｄ変換器１３によりデジ
タル変換し、制御弁１４をデジタル信号により開閉制御
するとともに塗装プログラムに従って流路を開閉する。

すなわち、タンクｌ内の塗料２はポンプ１６により定圧
輸液され、更に圧力制御弁（図示せず）により高精度な
一定圧力のもとて配管１９内に充たされる。流量制御部
１２の指令により電磁弁１７．１８が開路することによ
りノズル１５より前記の如く設定値に制御された質量流
量の塗料が噴射される。この場合、塗装プログラムにお
ける塗装指令は設定された質量流量により塗装を開始し
所定時間後に停止する０Ｎ−ＯＦＦ信号である。

第２図は、ω料の質量流量の流量パターンを表すグラフ
で、横軸に時間、縦軸に質量流量をとっである。グラフ
の質量流量はＱ、に設定してあり、時間軸の０点で塗装
開始指令が発信された場合のもので制御はＰＩＤ（比例
・積分・微分制御）が適用される。図示のグラフは振動
を実際以上に大きくして示しているが、比例・微分ゲイ
ンをあげると応答が速くし振動を抑制し設定質量流量Ｑ
。

に達するのに時間をできるだけ速くなるように調整する
。この間の塗料は被膜厚さに影響を及ぼすので短時間（
例えば３秒）で定質量流量に達することが要求される。

より短時間で定質量流量に達するようにするためには、
塗料期間の立上り時期をオープンループで開弁じ質量流
量が所定値に達した時点で制御を行うことである。

第３図は、本発明の流量コントロールシステムの他の実
施例の構成を示すブロック図で、図中、２１は容器、２
２は塗料、２３は質量流量計、２３ａは変換器、２４は
制御弁、２５はノズル、２６はポンプ、２７．２８は電
磁弁、２９は配管、３０は制御手段、３１は流量設定部
（Ｑ−３ＥＴ）、３２は制御部（ＦＩＧ）、３３はアナ
ログメモリ部（Ａ　−ＭＥＭＯ）、３４はバルブ設定部
（Ｖ−５ＥＴ）、３５は第一切替スイッチ、３６は第二
切替スイッチである。図示の流量コントロールシステム
は、容器２１内に塗料を収容し、ポンプ２６で輸液する
流体源と、質量流量計２３、制御弁２４およびノズル２
５とを配管２９に直列に接続した流路と、流量設定部３
１に塗装時にノズル２５より噴射される塗料質量流量の
目標値を設定して、塗料を設定値となるよう制御する制
御手段３０とからなっている。

以下、図示に基づいて本発明の他の実施例の流量コント
ロールシステムの動作を下記フローパターンとともに説
明する。

第４図は、本発明の質量流量のパターンを示す図で、横
軸は時間、縦軸は質量流量をとっている。

まず、質量流量計２３は、コリオリの力を利用したもの
で、Ｕ字形導管を支持軸まわりに定振幅で加振した場合
、Ｕ字導管には対称軸に関し、質量流量に比例したコリ
オリの力によるモーメントが発生してねじれ変位をとも
ない、このねじれ変位に比例したアナログ信号を変換器
２３ａより出力する。−力制御弁４は電流、電圧等のア
ナログ信号が印加されると弁体が上昇して開弁し流量係
数（Ｃｖ値）を変化させる。従って制御弁２４は上下流
間の差圧が一定であれば信号の印加により、該信号の関
数としての流量が流れる。すなわち、印加信号が定まれ
ば該印加信号に対応する通過流量が規定される。通常、
前記制御弁２４の流量特性は予め仕様規格等により定め
られている。バルブ設定部３４は、塗装時の質量流量Ｑ
１が定まれば設定により該質量流量Ｑ１に対応する電流
又は電圧を発生するもので、第二切替スイッチ３６がＯ
Ｎ接点側に接続することにより制御弁４は開弁時の質量
流量Ｑ、が流通する開度で弁開する。

一方、制御部３２においては、第一切替スイッチ３５は
ＯＦＦ接点側に切替っており自己ループを形成し、流量
設定部３１の設定信号の印加にょり出力ＭＶは前記設定
信号に固定され、アナログメモリ３３に設定信号と等し
い信号値が記憶される。この時点では電磁弁２７は１弁
しているが、電磁弁２８は閉じられて４゛リノズル２５
よりの塗料噴射は行われない。

次に、この状態で、第二切替スイッチ３６はＯＮ側に切
替えて前記の値で開弁じ塗装開始の指令信号により電磁
弁８が開弁されると、質量流量Ｑ、に設定された制御弁
４を流通する塗料は第４図の１２時間の間で、流量は質
量流量Ｑ、に向けて上昇し、同時に質量流量計２３によ
り質量流量が計測され、変換器２３’ａより信号出力さ
れる。

′ｒ１時間後には制御弁２４を流通する塗料流量は設定
された質量流量Ｑ１よりもわずかに小さいか大きい量（
図においては僅かに小さい）に達する。

次のＴ１時間の間では、第一切替スイッチ３５はＯＮ接
点側に切替わり、第二切替スイッチ３６はＯＦＦ接点側
に切替わり通常のＰＩＤ　（比例・微分・積分）制御を
開始する。この場合、塗料の質量流量は前記の如く質量
流量Ｑ１近傍であり、制御弁２４も質量流量Ｑ、を流通
する弁開度近傍に開弁じているので、偏差量は極めて小
さく、微小な遅れをもって定値制御動作に入り、流量の
立上り期間Ｔ、での定量制御動作は短時間に終了する。

次の期間では、第一切替スイッチ３５をＯＦＦ接点側に
切替えて自己ループを形成し、期間Ｔ。

で定められた安定した流量値に対応する電圧値を保持す
るとともに、アナログメモリ３３に該電圧値を記憶し、
制御弁２４を開弁じ続は安定した流量値を保持しノズル
２５より塗料を噴射する。塗料の噴射はＴ−Ｔ、の期間
続けられ、この期間に達すると電磁弁２４は閉止され一
回目の塗装は完了する。

次回の塗装においては、前記同様の動作が繰返される。

以上の操作により、塗装開始の初期段階でオープンルー
プで開弁じて流量の急速な立上りを実現し、設定値近傍
に達した時点で制御に切替るので制御偏差は小さく極め
て短時間に制御動作が完了するので短時間で高精度な設
定質量流量が得られる。

なお上記の説明においては、流量制御部３２と制御弁２
４との間に、アナログメモリ３３を配設したが、第一切
替スイッチ３５の切替え時間を第二切替スイッチ３６の
切替時間よりも僅かに遅らせることによりアナログメモ
リ３３を不要とすることができる。

また１、３Ｆ、記説明においては塗料の噴射について説
明したが、塗料に限られたものではなく一般の流体に適
用できる。

羞−一末 以一りの説明から明らかなように、本発明の流量コント
ロールシステムによれば、塗料等の流体を質量流量とし
て検知して制御し噴射することにより温度変化による体
積流量が変化する等の不具合をなくすることができる。

更には設定された設定信号との比較制御を初期段階では
オープンループで行ない質量流量が設定値に達する直前
で帰還ループを形成して制御することにより応答性が優
れ、しかも、高精度に塗料等流体の質量流量を計測して
ノズル噴射することができ、無駄なく流体を利用できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の流量コントロールシステムの一実施
例の構成を示すブロック図、第２図は、本発明の質量流
量のパターンを示す図、第３図は、本発明の他の実施例
の流量コントロールシステムの構成図、第４図は、他の
実施例による質量流量のパターンを示す図、第５図は、
自動車の車体塗装の概要を説明する図、第６図は、従来
の塗装ノズルの構成を示す図である。 ｌ・・・容器、２・・・塗料、３・・・質量流量計、４
・・・制御弁、５・・・ノズル、６・・・ポンプ、７，
８・・・電磁弁、９・・・配管、１０・・・制御手段、
１１・・・流量設定部、１２・・・制御部、１３・・・
Ａ／Ｄ変換器。 第２図 第４図 第５区 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体源に連通する質量流量計、制御弁、弁手段およ
   び前記流体源から給液される流体を噴射するノズルを直
   列接続した流路において、前記流体を、所定時間毎の期
   間に噴射し、噴射する流体の質量流量を所定の質量流量
   設定値に制御する制御弁の制御手段を具備したことを特
   徴とする流量コントロールシステム。 ２、前記流量コントロールシステムにおいて、流体噴射
   期間の立上りにおいて質量流量設定信号に略々等しい信
   号を発信する信号手段により制御弁を開弁し、質量流量
   が設定値近傍に達する時期に、予め設定した前記質量流
   量設定信号と質量流量計信号とを比較し質量流量が設定
   値となるように制御弁を制御駆動することを特徴とした
   流量コントロールシステム。 ３、前記期間において制御弁を制御駆動し、質量流量が
   設定値に達したとき、制御を解き記憶した設定信号によ
   り制御弁を駆動することを特徴とした請求項１記載の流
   量コントロールシステム。