JP2001520350A - 可変容積ポンピング・チャンバを含む流体分配機械用の分配ユニット、およびその分配ユニットを含む機械 - Google Patents
可変容積ポンピング・チャンバを含む流体分配機械用の分配ユニット、およびその分配ユニットを含む機械Info
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- F04B43/09—Pumps having electric drive
Abstract
Description
分配および/または計量するための分配機械の分野に関する。
つのかなり普及したタイプの既知の機械は、分配回路に接続された、着色剤流体
用の多重のリザーバを含む。各流体製品は、容積式ポンプ(positive−
displacement pump)によってそのそれぞれのリザーバから引
き抜かれ、対応する3方2位置分配弁に送出される。弁が不作動位置にあるとき
には、流体は、再循環ダクトを通ってそれぞれのリザーバに戻る。予め設定され
た量の流体を分配する必要があるときには、弁を作動位置に設定し、リザーバか
ら分配ノズルに流体を送出する。このタイプの機械は、時間経過に対する結果の
精度の反復性および信頼性の点では優れた結果をもたらす。しかし、流体製品の
各リザーバごとにポンプおよび電磁弁を使用することにより、製造および保守の
両面で機械の全体的なコストが高くなる。流体製品、特に着色剤流体用のもう1
つの既知のタイプの分配機械は、それぞれのシリンダ内で軸線方向に可動なプラ
ンジャを含む注射器型分配ポンプに接続または一体化された一連のリザーバを含
み、このポンプは、通常は回転ドラムの周囲に配列される。予め設定された量の
流体製品を容器中に分配するためには、適切な注射器がその容器と整合されるま
でドラムを回転させる必要がある。したがって、一般にこの既知のタイプの機械
では、複数の流体製品を同じ容器中に同時に分配することができず、これにより
この既知のタイプの機械の生産性は低くなる。上記の問題を克服するために様々
な解決策が提案されているが、全て製造および保守がかなり複雑であり、コスト
がかかる。さらに、既知の注射器型機械に固有の1つの問題は、時間経過に対し
て分配および計量の高精度および反復性を保証するためにプランジャとシリンダ
の間に十分な滑りシール(sliding seal)を設けることが困難なこ
とにある。また、侵食性(aggressive)または研磨性(abrasi
ve)の流体とともにこれらの機械を使用すると、滑りシールが急速に摩耗し、
したがって機械の性能が低下する。これは、機械のランニング・コストを大幅に
増加させる定期的な保守によっても、ある程度までしか克服することはできない
。
つ経済的であり、また侵食性、腐食性、または研磨性の流体製品を使用するとき
でも時間経過とともに高精度および信頼性を提供する、流体製品を分配および/
または計量するための分配機械を提供することである。本発明の別の目的は、特
に制限された量の流体製品を分配するとき(ただしこれに限定されない)に十分
な生産性性能を有する小型の機械を提供することである。本発明のさらに別の目
的は、製造および機械への据付けが容易であり、未熟練の作業員、例えば機械の
ユーザでも必要なら迅速に交換することができる複数の独立した分配ユニットを
含む機械を提供することである。上記の目的を達成するために、本発明は、特許
請求の範囲に記載の特徴を有する分配ユニットに関する。本発明は、上記タイプ
の複数の分配ユニットを含む、流体製品を分配および/または計量するための分
配機械にも関する。
面(ただしこれに限定されない)を有するポンピング・チャンバを含む。特定の
一実施形態では、ポンピング・チャンバはリニア・アクチュエータによって作動
され、アクチュエータの行程と分配される製品の量との間に直線的な比例関係が
もたらされる。さらに別の特定の特徴によれば、リニア・アクチュエータはステ
ッパ・モータを含み、モータのステップ数と分配される流体の量との間に直線的
な比例関係がもたらされる。
出ダクト中の圧力が、分配が中断された直後に降下し、これによりノズルからの
滴下および液滴が防止されることにある。
トし、分配ユニットを直ちに次の送出に利用できるようにする。
を規定する光学リミットセンサ(optic limit sensor)を含
むことである。この特徴により、分配ユニットによる流体製品の分配プロセスの
高反復性を達成することが可能となる。
行い、ポンピング・チャンバを再充填するのに必要な時間を短縮することによっ
て、分配フェーズ中の精度を犠牲にすることなく、機械の生産性を改善すること
ができることにある。
関連する以下の好ましい一実施形態の説明から明らかになるであろう。
械は本体10を含み、その前面には、予め設定された量の流体製品を1つまたは
複数の缶Cに同時に、または順次搬送する働きをする分配ダクト12と連絡した
、広く知られているタイプの少なくとも1つのノズルまたは一群の分配ノズル1
1が位置する。分配機械本体は、主として、缶Cの移送または取扱いの必要、な
らびに人間工学および外観についての考慮事項によって決まる、様々な全体の形
状および配置構成をとることができるが、これらは本発明と特に関係はない。こ
れらの理由から、この機械の全体的な構造については、本明細書の残りの部分で
は詳細に述べない。
のリザーバ14をそれぞれ含む分配ユニット13が位置し、ポンピング・ユニッ
トは、ノズルまたはノズル群11から外部につながるそれぞれの分配ダクト12
に接続される。リザーバ14と、これと対応するポンピング・ユニット15との
間に、フィルタ16が挿入されることが好ましい。リザーバ自体の下端に取り付
けられたモータ・ユニット18によって作動される、広く知られているタイプ、
例えば図1に示す回転羽根タイプの撹拌部材17を、リザーバ14の内側に取り
付けることができる。
を含み、その下には、そのモータ・シャフト21が基部支持体19中に形成され
た空洞22中に延びるステッパ・モータ20がある。モータ・シャフト21はア
クチュエータ部材23に接続され、アクチュエータ部材は、基部支持体中に回転
自在に取り付けられ、その中で一対の軸線方向軸受24によって支持される。ナ
ットねじ25はアクチュエータ部材23中で軸線方向に位置づけられ、駆動ねじ
(drive screw)として働く駆動軸27のねじ切りした端部26がそ
の中にねじ込まれる。ねじ/ナットねじの結合は、不可逆タイプであることが好
ましい。駆動軸27は、基部支持体19に固定された垂直案内棒29に沿って滑
動するキャリッジ28に固定され、基部支持体上には位置センサ40も取り付け
られる。位置センサの機能は、以下で明らかになるものとする。
このチャンバの内部空洞30aは、案内棒19の頂端部に固定された上側横ばり
32の内側に形成されたマニホルド31と連通する。マニホルド31は、それぞ
れの逆止め弁35および36を間に挟んでリザーバ14および分配ダクト12と
それぞれ連通する、入口33および出口34と連通する。詳細には、逆止め弁は
それぞれ、好ましくは予めセットされたコイルばねである弾発性要素39の作用
によって円形弁座38に押しつけられる、球形シャッタ37を含む。
あり、例えばキャリッジ上に直接得られたナットねじとねじで係合するねじ切り
したモータ・シャフトを備えたステッパ・モータを含むこともできる。
45(図4に概略的に示す)によって制御することができ、これは、撹拌部材1
7のモータ・ユニット18も制御することができる。図4に示す実施形態では、
制御システム45は、好ましくは機械上に据え付けられ、予め決められた量の1
つまたは複数の流体製品の分配要求に続いて適当な分配ユニット13の制御シス
テム45を作動させるために情報を送信することができる、中央処理装置46と
通信する。特に、中央処理装置46は機械/ユーザのインタフェースの働きをし
、任意の既知のデータ伝送システムによって、分配機械の諸部材の制御および管
理を担当する回路ブロック47に接続される。回路ブロック47は、既知の方法
で、分配ノズル加湿器装置48や、シェルフが容器の高さを調節するためのアク
チュエータ49、またはこの機械の分配区画内の容器の存在を検出するためのセ
ンサ・システム50などの機械資源に接続される。図4の場合には、回路ブロッ
ク47は、データ・ネットワーク接続51を介して、各分配ユニット13上に配
置された制御システム45に接続している。この場合には、2つ以上の分配ユニ
ット13を同時に作動させることができ、したがって2つ以上の製品を同時に分
配することができる。
5を間に挟まずに分配ユニット13を直接制御し、情報信号、例えば各位置セン
サ40から発信された信号を各ユニットから受信する、入出力カード52に接続
される。この解決策では、各分配ユニット13にそれぞれの独立した制御論理(
即ち、計算用回路接続などの基本原則、回路素子の配列)を備え付ける必要がな
いので、図4に示す機械より明らかに経済的な分配機械を製造することが可能と
なる。図3の制御システムでは、製品を同時に分配することができないが、分配
の精度および反復性が各分配ユニット13の特徴(即ち、構成要件)によって決
定されるので、精度および反復性が低下しない。
ニットは休止位置にあり、ベロー状ポンピング・チャンバ30は最大限に延びた
状態まで開き、流体製品で完全に充填されている。こうした状況では、キャリッ
ジ28は、位置センサ40によって検出されるそれらの行程の下端に位置づけら
れている。機械上に据え付けられた電子システムは、分配する流体の量の体積ま
たは重量に関する情報を処理し、変換表を用いてそれらの情報をポンピング・チ
ャンバ30が所望量の流体製品を対応する出口ダクト12に移送するために要す
るサイクル数と端数のサイクル数についての情報に翻訳するための準備をする。
ベロー30が圧縮された後で出口に移送される製品の体積間の比率が、実質的に
駆動軸27の軸線方向の移動、したがってステッパ・モータ20のステップ数に
正比例することにより、この変換は簡略化される。
ト15に分配情報を送信したときに、ローカル電子制御システム45または入出
力ボード46がステッパ・モータ20を作動させ、キャリッジ28の移動、した
がってベロー状ポンピング・チャンバ30の圧縮を制御する。ポンピング・チャ
ンバの空洞30aは既に流体製品で満たされているので、分配ユニットは中央処
理装置から作動情報を受信した直後に分配を行う準備ができる。
splacement)未満である場合には、分配する製品の体積と等しい量だ
けポンピング・チャンバの容積を減少させるのに十分なステップ数だけ、ステッ
パ・モータ20を一方の回転方向に制御する。分配する流体製品は基本的に非圧
縮性であるので、キャリッジ28が上昇してベロー30を圧縮すると直ちにチャ
ンバ30aの内側で発生する圧力は、逆止め弁36のばね39の抵抗に打ち勝ち
、それにより逆止め弁を開き、流体製品を分配ダクト12から出すのに十分であ
る。このダクトは通常は製品で満たされており、分配ユニットの精度および線形
性に対する負荷損失(load loss)の影響を軽減するために短いことが
好ましい。分配が完了すると、ステッパ・モータ20は、キャリッジ28がその
行程の下端に到達したことをセンサ40が知らせるまで、反対方向に制御される
。モータ20が方向を逆転させると直ちにチャンバ30aの内側の圧力が降下し
、これにより直ちに逆止め弁36が閉じる。これにより分配ダクト12中でも圧
力が降下し、またシャッタ37のわずかな変位により、ノズル11での流体製品
の液滴の形成または漏れを防止するのに十分な、わずかな真空もダクト12中で
おそらくは発生する。キャリッジ28の行程の下端に向かう戻り行程中に、ベロ
ー30のチャンバ30aの容積が増大し、これにより開いている逆止め弁15を
介して流体製品がリザーバ14から引き込まれる。図1に示すように、リザーバ
14は対応するポンピング・ユニット15の上に位置することが好ましく、かな
り太い断面を有する実質的に垂直なダクトによってそのポンピング・ユニットに
接続される。これら全てのことにより、キャビテーションが起こる危険性なく、
キャリッジ28が降下するときに流体製品をチャンバ30a中に侵入させること
が促進される。リザーバ14から製品を引き込むことが非常に容易であることに
より、分配行程より大きな速度でキャリッジ28の戻り行程を制御することが可
能となる。
る。この場合には、電子制御システムは、ステッパ・モータ20を、それぞれキ
ャリッジ28の上向きの全行程および位置センサ40によって検出される下限位
置までの下向きの戻り行程からなる、1つまたは複数の完全な分配サイクルを完
了するように制御する。所望量の流体製品を送出するために、キャリッジ28の
最後の分配行程は通常は部分行程にし、それに続いてキャリッジ28を休止位置
であるその行程の下端まで戻すものとする。ノズル11がその間に製品の分配を
停止してアコーディオン30のチャンバ30aを再充填できるようにするキャリ
ッジ28の戻り行程が、送出行程より速い速度で行われることにより、再充填時
間が短縮され、したがって分配機械の全体的な生産性が高まる。
な制御機能、したがって何れかの誤動作を補正する手続きを容易に実装すること
が可能になる。実際に、定位置、すなわち位置センサによって示されるその行程
の下端までキャリッジを戻すのに必要なモータ・ステップ数をカウントし、その
数とキャリッジの前進行程を実行するためにモータが要したステップ数とを比較
するだけでよい。これにより、この2つの数が一致しない場合には何れかの動作
エラーがあることが直ちにチェックされる。この場合には、制御システムはエラ
ー信号を生成し、ユーザに対して誤動作を示すことができる。さらに、分配行程
中のステップ数が戻り行程中より少ない場合には、処理システムは、判明した差
に等しいステップ数だけステッパ・モータを自動的に再度作動させ、製品の不足
分を送出し、こうして、さもなければ不完全となるはずの分配動作を完了するこ
とができる。
かの分配ユニットを並列制御することも可能であり、共用のノズル・セット11
を介していくつかの流体製品を同一容器C中に同時に分配することができるよう
になっている。この必要は、所望の色の明度を有する完成品を得るために、予め
設定された量の様々な着色剤製品を容器C中に送出することが普通である、ペイ
ントやエナメルなどの製造業界で特に感じられている。
働くねじ/ナットねじの接続が不可逆であることにより、キャリッジ28は、一
時的な不慮の電力損失が起こった場合でもその位置に留まることができる。換言
すれば、使用したタイプのねじ/ナットねじは、ステッパ・モータが一方の回転
方向または反対方向に作動された後以外は、キャリッジが移動しないようにする
。
の連絡コネクタを接続するだけでよいので、未熟練の作業員でさえ容易に交換す
ることができる。
えばフッ化物ベースの重合体を使用して作成することができる。滑りシールが無
いことで、研磨性流体が存在する場合にも高い信頼性が保証される。言うまでも
なく、ポンピング・チャンバの幾何形状は示した例から変更することもでき、例
えば、可撓性壁面またはダイアフラム、あるいは同様の解決策を備えたものなど
、異なるタイプの可変容積チャンバを含むことができる。さらに、同一キャリッ
ジで、複数のポンピング・チャンバを制御することもできる。
は、本発明の範囲を逸脱することなく、記述し、図示したものから大幅に変更す
ることもできる。
略断面図である。
ブロック線図である。
ック線図である。
クト(36)中にそれぞれ逆向きに取り付けられたことを特徴とする、請求項1
に記載の分配ユニット。
Claims (11)
- 【請求項1】 可変容積ポンピング・チャンバ(30)に接続された流体製
品用の少なくとも1つの入口ダクト(35)および1つの出口ダクト(36)を
含む流体分配機械用の分配ユニットにおいて、 前記ポンピング・チャンバ(30)が少なくとも1つの可撓性壁面(30a)
を含み、前記ポンピング・チャンバ(30)が最大容積を有するゼロ位置から該
チャンバが最小容積を有する限界位置まで該チャンバを選択的に移動させるため
にアクチュエータ手段(20、21、23、26)が設けられ、選択的遮断手段
(37、38)が前記入口ダクトおよび前記出口ダクト(35、36)中に配列
されて、前記可撓性壁面が前記ゼロ位置に向かって移動するときに流体製品が前
記ポンピング・チャンバ(30)に流入し、前記可撓性壁面が前記限界位置に向
かって移動するときに流体製品が前記ポンピング・チャンバ(30)から流出す
るようになっていることを特徴とする分配ユニット。 - 【請求項2】 前記可撓性壁面(30)がベロー状であることを特徴とする
、請求項1に記載の分配ユニット。 - 【請求項3】 前記ポンピング・チャンバ(30)がリニア・アクチュエー
タ(20、21、23、27)によって作動されることを特徴とする、請求項1
に記載の分配ユニット。 - 【請求項4】 前記リニア・アクチュエータ(20、21、23、27)が
ステッパ・モータ(20)を含む、ことを特徴とする、請求項3に記載の分配ユ
ニット。 - 【請求項5】 前記遮断手段(37、38、39)が、前記入口ダクト(3
5)および前記出口ダクト(36)中にそれぞれに逆向きに取り付けられた逆止
め弁を含むことを特徴とする、請求項1に記載の分配ユニット。 - 【請求項6】 前記ポンピング・チャンバ(30)の前記ゼロ位置を規定す
る光学センサ(40)を含むことを特徴とする、請求項1に記載の分配ユニット
。 - 【請求項7】 前記ポンピング・チャンバ(30)の付近かつ上に配置され
、前記入口ダクト(35)に接続された少なくとも1つのリザーバ(14)を含
むことを特徴とする、請求項1に記載の分配ユニット。 - 【請求項8】 少なくとも1つの流体製品分配ノズル(11)を含む流体分
配機械であって、請求項1から請求項7までの何れか1項に記載の分配ユニット
を含み、該分配ユニットの出口ダクト(36)が少なくとも1つのノズル(11
)を介して外側で機械につながることを特徴とする流体分配機械。 - 【請求項9】 各分配で分配すべき製品の量についての重要な情報を制御ユ
ニット(47、52、45)に伝送する中央処理装置(46)を含み、該制御ユ
ニットが、前記アクチュエータ手段(20、21、23、27)を制御して各分
配ユニットの前記ポンピング・チャンバ(30)を選択的に移動させることを特
徴とする、請求項8に記載の分配機械。 - 【請求項10】 前記制御ユニットが、各分配の終了時の前記ポンピング・
チャンバ(30)のゼロ位置に向かう移動を制御することを特徴とする、請求項
9に記載の分配機械。 - 【請求項11】 前記制御ユニットが、前記ゼロ位置に向かう行程と前記限
界位置に向かう行程とで異なる速度で前記ポンピング・チャンバ(30)の移動
を制御することを特徴とする、請求項9に記載の分配機械。
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