JP2005525238A - 空気の流れで運ばれる粉体の流れの調整方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ベンチュリ効果により容器（４）から粉体（３）を吸引するインゼクター（２）を有し、インゼクター（２）がその入口で送り込み空気の流れ（Ｄａｉ）を受け、またその出口の近くで稀釈空気（Ｄａｄ）を受ける装置における粉体の流れの調整方法に関する。二つの比例電磁弁（１２、１３）はそれぞれ、送り込み空気取入れ部（７）及び稀釈空気取入れ部（８）に設けられる。比例電磁弁（１２、１３）は、式Ｄｐ＝Ａ．ＤａｉＢ．Ｄａｄに基いて粉体流量設定（Ｄｐ）を受け、比例係数（Ａ、Ｂ）及び観察すべき最小総空気の流れを考慮して送り込み空気（Ｄａｉ）及び稀釈空気（Ｄａｄ）の流量を測定する調整モジュール（１１）で制御される。本発明は、塗料を噴霧装置（１０）に供給したり任意の他の粉体塗装製品に有用である。

Description

本発明は、空気の流れで運ばれる粉体の流れを供給する装置における粉体の流量の調整方法に関するものである。該方法は、一層特に、送り込み空気の流れを入口で受けるインゼクターを介してベンチュリ効果により容器から粉体を吸引し、稀釈空気として既知の空気の付加的な流れをインゼクターの出口の近くで送り込んで、送り込み空気の流れに加えるよにした“粉体ポンプ”に適用する。このようなシステムは、特に、例えば、自動車工業において使用される噴霧塗装ロボットに供給するため、実質的な長さの導管を介して塗料噴霧装置又は他の粉体塗装製品の供給部に適用できる。

この種のシステムにおいて、送り込み空気と呼ばれる空気の主要な流れにより粉体は、ベンチュリ効果を利用したインゼクターによって、紛体を充填したボートのような容器から吸引され得る。この吸引により得られる粉体の流量は、送り込み空気の流量、つまり供給圧力と共に増大する。

しかし、粉体を長い距離にわたって変動なしに移送するためには、噴霧装置の供給導管内の空気速度は約１０ｍ／秒以上でなければならず、一方、紛体の質量流量が低い、典型的には６ｋｇ／時以下である場合には、空気速度は上記の値より低い。従って、噴霧装置の供給導管内の空気の速度を再びバックアップするために、“粉体ポンプ”の出口において、稀釈空気と呼ばれる空気の付加的な流れが送り込まれる。

この場合の問題としては、稀釈空気の流れにより粉体の流量が送り込み空気の一定の流量に対して降下することにある。従って、所望の粉体の流量を維持するために、送り込み空気の流量を増大させてこの現象を補償する必要がある。その結果、“粉体ポンプ”の正しい動作を保証するためには、所望の粉体の流量が得られるように送り込み空気及び稀釈空気の流量を自動的に調整できる特殊な調整システムが必要となる。

このような“粉体ポンプ”は種々の文献、例えば特許文献１〜特許文献５にすでに開示されている。一般的に言えば、調整システムに関して、これらの文献では、一方において所与設定値を用い、他方では装置の種々の部位に配置した圧力又は流量センサーによって供給される空気及び（又は）粉体に対する瞬時実値を用いる閉ループサーボ制御システムが提案されている。これは、比較的複雑で高価な解決法となる。
フランス国特許出願第２，６８０，４１６号 欧州特許出願第０６３６４２０号 欧州特許出願第０６３６４３０号 国際特許出願ＷＯ ００／１０７２６ 国際特許出願ＷＯ ００／１０７２７

上記の欠点を避けるために、本発明は、簡単化できかつ安価であり、また送り込み空気及び稀釈空気の流れを自動調整するいかなる圧力及び（又は）流量センサーも必要でなく、しかも許容動作を達成でき、言い換えれば変動なしに所望の粉体流量を得ることができる解決法を用いた調整方法を提供することにある。

この目的目で、本発明の一つの発明は、上記で定義した形式の空気の流れで移送される粉体の流れを供給する装置における粉体の流量を調整する方法に関するものであり、
粉体の流量（Ｄｐ）が、
式 Ｄｐ＝Ａ．Ｄａｉ−Ｂ．Ｄａｄ
に従って、送り込み空気の流れ（Ｄａｉ）及び稀釈空気の流れ（Ｄａｄ）に比例するようにされ、
供給導管内の空気の流れの最低速度に相当する空気の総流量（Ｄｔ＝Ｄａｉ＋Ｄａｄ）の最小値（Ｄａｍ）が選択され、
粉体の流量（Ｄｐ）の所与設定値に対して、最初には稀釈空気がないと仮定して上記式から送り込み空気の流量（Ｄａｉ）、Ｄａｉ＝Ｄｐ／Ａを導き出し、
こうして決められた送り込み空気の流量（Ｄａｉ）が空気の総流量の最小値（Ｄａｍ）より大きい場合には、決められた送り込み空気の流量（Ｄａｉ）のこの値が保たれかつ稀釈空気の流れ（Ｄａｄ）がゼロとなるように選択され、また
こうして決められた送り込み空気の流量（Ｄａｉ）が空気の総流量の最小値（Ｄａｍ）より小さい場合には、Ｄａｍ＝Ｄａｉ＋Ｄａｄとなるように稀釈空気が加えられ、そしてＤａｉ及びＤａｄが式
Ｄａｉ＝（Ｄｐ＋Ｂ．Ｄａｍ）／（Ａ＋Ｂ）
Ｄａｄ＝（Ａ．Ｄａｍ−Ｄｐ）／（Ａ＋Ｂ）
から導き出され、
送り込み空気の流量（Ｄａｉ）及び稀釈空気の流量（Ｄａｄ）についてこうして決められた値が、それぞれ、インゼクターへの空気の供給線に設けた送り込み空気の流れ及び稀釈空気の流れ調整機構用の調整信号に変換される
ことを特徴としている。

このようにして、本発明は、実験的要素及び認められたある一定の近似に基いているが、圧力及び（又は）流量センサー並びにこれらのセンサーと関連したサーボフィードバックループを全て除去できるという利点をもって、許容できると立証された結果が得られ、開ループ調整である技術的解決を提供する。

特に複雑な形状をもつ、例えば少なくとも一つの深い空洞をもつ部品を粉体塗装する場合には、作業者は、粉体噴霧ガンノズルの出口で粉体粒子を“加速”させるように稀釈空気の流れレベルを高めることが必要であり得る。言い換えれば、前に記載した計算が最小稀釈空気流量Ｄａｄｍに対してゼロ値をもたらしたとしても、作業者はこの稀釈空気流量Ｄａｄｍを押し付ける。

この場合、本発明の方法は、計算で得たＤａｄの値にＤａｄｍを加えることによって前に述べたように実行する。

例えば、この後者の場合に、本方法は次のようになる。
粉体の流量（Ｄｐ）が、
式 Ｄｐ＝Ａ．Ｄａｉ−Ｂ．Ｄａｄ
に従って、送り込み空気の流量（Ｄａｉ）及び稀釈空気の流量（Ｄａｄ）に比例するようにされ、
供給導管内の空気の流れの最低速度に相当する空気の総流量（Ｄｔ＝Ｄａｉ＋Ｄａｄ）の最小値（Ｄａｍ）が選択され、
稀釈空気の流量の最小値（Ｄａｄｍ）も選択され、
粉体の流量（Ｄｐ）の所与設定値に対して、最初にＤａｄ＝Ｄａｄｍ：Ｄａｉ＝（Ｄｐ＋Ｂ．Ｄａｄｍ）／Ａであると仮定して上記式から送り込み空気の流量（Ｄａｉ）が導き出され、
こうして決められた送り込み空気の流量（Ｄａｉ）が空気の総流量の最小値（Ｄａｍ）より大きい場合には、決められた送り込み空気の流量（Ｄａｉ）のこの値が保たれかつ稀釈空気の流れ（Ｄａｄ）がＤａｄｍに等しくなるように選択され、また
こうして決められた送り込み空気の流量（Ｄａｉ）が空気の総流量の最小値（Ｄａｍ）より小さい場合には、Ｄａｍ＝Ｄａｉ＋Ｄａｄとなるように稀釈空気が加えられ、そして最小稀釈空気の流量（Ｄａｄｍ）一定であると仮定して、Ｄａｉ及びＤａｄが式
Ｄａｉ＝（Ｄｐ＋Ｂ．（Ｄａｍ＋Ｄａｄｍ））／（Ａ＋Ｂ）
Ｄａｄ＝（Ａ．Ｄａｍ−Ｄｐ）／（Ａ＋Ｂ）＋Ｄａｄｍ
から導き出され、
送り込み空気の流量（Ｄａｉ）及び稀釈空気の流量（Ｄａｄ）についてこうして決められた値が、それぞれ、インゼクターへの空気の供給線に設けた送り込み空気の流れ及び稀釈空気の流れ調整機構用の調整信号に変換される。

上記の方法を実施するため、本発明の別の発明は、粉体を送り込みかつ輸送する装置、一層特に塗料又は他の粉体塗装製品を噴射する装置に供給する装置にあり、本装置は本質的に、
外部供給源から供給される送り込み空気の供給線、容器からの粉体の供給線及び外部供給源から供給される稀釈空気の供給線に接続されたインゼクターと；
送り込み空気の供給線に設けられた第１の比例電気弁と；
稀釈空気の供給線に設けられた第２の比例電気弁と；
粉体流量設定（Ｄｐ）を受け、出力を、送り込み空気の供給線及び稀釈空気の供給線にそれぞれ設けられた第１、第２の比例電気弁に接続し、比例係数（Ａ及びＢ）及び最小総空気流量（Ｄａｍ）を記憶し、粉体流量設定（Ｄｐ）を考慮して、送り込み空気（Ｄａｉ）及び稀釈空気（Ｄａｄ）を測定し、そしてこれらの値から二つの比例電気弁に対する調整信号を相応した値を導き出す調整モジュールと；
を結合して成っている。

さらに、稀釈空気の流れの最小値は調整モジュールに導入されるように構成され得る。

このように構成した装置は、塗料噴霧の分野において普通に使用される標準部品（先行技術の上記特許文献のそれぞれにおいて提案されたサーボモータと違って）である単純な比例電気弁を使用するという利点がある。調整モジュールによって発生され、これらのモジュールで決められた送り込み空気及び稀釈空気の流量の値の関数である電気信号を受けることにより、二つの電気弁は、あらゆる所与瞬時に所望の粉体流量が得られるように、送り込み空気及び稀釈空気の流れに絶えず適応する。このような電気弁の使用はさらにシステムの単純化及びコストの低減に寄与することが理解される。

粉体送り込み及び移送装置の実施形態を示す添付図面を参照して行なう以下の説明によってさらに良く理解されよう。

添付図面には、塗料噴霧装置の供給部に適用され、本発明の一つの発明である粉体の流れを調整する方法を実施している装置をブロック線図で示している。

ベンチュリ効果インゼクターすなわち“粉体ポンプ”２は図面には非常に簡単化した形式で示されている。このインゼクターは主空気の軸方向入口２ａすなわち送り込み空気入口、粉体の側部供給線２ｂ、及び付加的な側部供給線すなわち軸線方向である出口２ｃの近くの稀釈空気入口２ｄを備えている。

吸い込まれることになる粉体３は粉体容器即ちボート４に収容され、この粉体容器４は、短い吸引導管５を介してインゼクター２の粉体側部供給線２ｂに接続されている。

圧搾空気源６は、インゼクター２の送り込み空気入口２ａに接続する主空気供給導管７に供給する。主空気供給導管７は‘Ｔ’セクション出口８を備え、この出口８は、付加的な空気の側部供給線２ｄに接続し、インゼクター２への稀釈空気２ｄの供給導管を形成している。

インゼクター２の出口２ｃは、詳細には示されていない塗料噴霧装置、特に噴霧塗装ロボットにおける実質的に長い距離に配置した噴霧ガン１０の供給導管９の始点を形成している。

一般的に、インゼクター２によって吸い込まれることになる粉体３はインゼクター２において空気と混合され、空気の流れによって運ばれる粉体の流れがインゼクター２の出口２ｃに供給され、そして導管１０に沿って流れ、噴霧ガン１０に供給される。インゼクター２の出口２ｃに供給される粉体の流れを調整するために、電子調整モジュール１１が設けられ、この電子調整モジュール１１はその入口１１ａにおいて粉体流量設定Ｄｐを受ける。

電子調整モジュール１１は、主空気即ち送り込み空気供給導管７に設けた第１の比例電気弁１２及び稀釈空気供給導管８に設けた第２の比例電気弁１３を備えている。

電子調整モジュール１１の出口１１ｂは、電気リンク１４を介して第１の比例電気弁１２に接続されている。この電子調整モジュール１１の別の出口１１ｃは、電気リンク１５を介して第２の比例電気弁１３に接続されている。

動作中、電子調整モジュール１１は、粉体流量設定Ｄｐを受け、この粉体流量設定Ｄｐから、送り込み空気の流量Ｄａｉ及び稀釈空気流量Ｄａｄの適切な値に相当する二つの比例電気弁１２、１３の調整レベルを導き出す。

特殊な例によれば、動作モードの詳細は次のとおりである。

粉体の流量Ｄｐは、第１の近似では、式 Ｄｐ＝Ａ．Ｄａｉ−Ｂ．Ｄａｄ（Ａ及びＢは上記型のベンチュリ効果インゼクター２で実施される測定で決められる係数である）に従って、送り込み空気の流量Ｄａｉ及び稀釈空気の流量Ｄａｄに比例するようにされる。

さらに、粉体の流れＤｐの変動を避けるために、噴霧ガン１０の供給導管９における空気の速度は１０ｍ／秒以上でなければならない。導管９の長さが約１０ｍであり、内径が１０ｍｍ（例として）である場合、これは式Ｄａｉ＋Ｄａｄ≧３．４m^３/時で表すことができる。

従って、これらの式から始めて、調整モジュール１１において行われるプロセスは次のとおりである。
最小値Ｄａｍは、総空気流量Ｄｔ＝Ｄａｉ＋Ｄａｍに対して３．４m^３/時に選択され、この値は可変システムパラメータとして変更され得；
所与粉体流量Ｄｐに対して、相当した送り込み空気の流量Ｄａｉは、
最初には稀釈空気がないと仮定して上記式からＤａｉ＝Ｄｐ／Ａとなるように導き出され；
こうして決められた送り込み空気の流量Ｄａｉが空気の総流量の最小値３．４m^３/時より大きいか又は等しい場合には、計算された送り込み空気の流量Ｄａｉのちが適用され、そして稀釈空気の流量Ｄａｄはゼロ（Ｄａｄ＝０）となるように選択され；
他方、上記のように決められた送り込み空気の流量Ｄａｉが３．４m^３/時より小さい場合には、Ｄａｍ＝Ｄａｉ＋Ｄａｄとなるように稀釈空気が加えられ、そしてＤａｉ及びＤａｄは式
Ｄａｉ＝（Ｄｐ＋Ｂ．Ｄａｍ）／（Ａ＋Ｂ）
Ｄａｄ＝（Ａ．Ｄａｍ−Ｄｐ）／（Ａ＋Ｂ）
から導き出される。

必要な計算を行うために、調整モジュール１１は記憶装置１６を備え、この記憶装置１６には、比例係数Ａ、Ｂの値が、ここで選択した例では３．４m^３/時である空気の最小流量値と共に記憶される。送り込み空気及び稀釈空気の流量について見出したＤａｉ及びＤａｄの値は、空気の流量Ｄａｉ及びＤａｄの関数として表す粉体の流量Ｄｐの曲線が線形であると仮定しているので、なお単に近似であるが、しかしこれらの値は、本発明の目的のためには十分である。

これらの空気流量の値Ｄａｉ及びＤａｄから、調整モジュール１１は二つの比例弁１２、１３に対する相応した調整値を導き出す。こうして調整モジュール１１はその出力１１ｂに第１の調整信号Ｓｉを発生し、第１の調整信号Ｓｉはリンク１４を介して第１の比例電気弁１２に供給され、主空気供給導管７によってイゼクター２に許容された送り込み空気の流れＤａｉを設定させる。同様にして、調整モジュール１１はその出力１１ｃに第２の調整信号Ｓｄを発生し、第２の調整信号Ｓｄはリンク１５を介して第２の比例電気弁１３に供給され、側部導管８によってイゼクター２に許容された稀釈空気の流れＤａｄを設定させる。

各比例電気弁１２又は１３は例えば電磁コイルを備え、電磁コイルは、限流器として機能する膜に対して多少の力で押圧する点縁部をもつ可動コアを変位させる。従って各比例電気弁１２又は１３の開放度は、ゼロ値と最大値との間で連続して変更でき、本発明の方法の詳細を考慮すると、ゼロ空気流量を設定する可能性は、稀釈空気の流量を制御する電気弁１３にとって重要である。

特許請求の範囲に定義した本発明の範囲から逸脱せずに、本発明の応用において次のように変更できる。
特に３．４m^３/時から総空気流量の最小値を調整することにより、塗装噴霧装置に供給する導管部分の長さに従って粉体の流れの調整方法を適用すること；
任意の他の形式の比例電気弁を用いること；
空気の流れで運ばれる流体を用いた装置の供給部に本発明の方法及び装置を適用すること。

塗料噴霧装置の供給部に適用され、本発明の一つの発明である粉体の流れを調整する方法を実施している装置を示すブロック線図。

Claims (4)

1. 送り込み空気の流れ（Ｄａｉ）を入口（２ａ）で受けるインゼクター（２）を介してベンチュリ効果により容器（４）から粉体（３）を吸引し、稀釈空気（Ｄａｄ）として既知の空気の付加的な流れをインゼクター（２）の出口（２ｃ）の近くで送り込んで、送り込み空気の流れ（Ｄａｉ）に加えるようにした、空気の流れで運ばれる粉体の流れを供給する装置、一層特に導管（９）を介して塗料又は他の粉体塗装製品を噴射する装置（１０）に供給する装置における粉体の流量（Ｄｐ）の調整方法において、
   粉体の流量（Ｄｐ）が、
   式 Ｄｐ＝Ａ．Ｄａｉ−Ｂ．Ｄａｄ
   に従って、送り込み空気の流れ（Ｄａｉ）及び稀釈空気の流れ（Ｄａｄ）に比例するようにされ、
   供給導管内の空気の流れの最低速度に相当する空気の総流量（Ｄｔ＝Ｄａｉ＋Ｄａｄ）の最小値（Ｄａｍ）が選択され、
   粉体の流量（Ｄｐ）の所与設定値に対して、最初には稀釈空気がないと仮定して上記式から送り込み空気の流量（Ｄａｉ）、Ｄａｉ＝Ｄｐ／Ａを導き出し、
   こうして決められた送り込み空気の流量（Ｄａｉ）が空気の総流量の最小値（Ｄａｍ）より大きい場合には、決められた送り込み空気の流量（Ｄａｉ）のこの値が保たれかつ稀釈空気の流れ（Ｄａｄ）がゼロとなるように選択され、また
   こうして決められた送り込み空気の流量（Ｄａｉ）が空気の総流量の最小値（Ｄａｍ）より小さい場合には、Ｄａｍ＝Ｄａｉ＋Ｄａｄとなるように稀釈空気が加えられ、そしてＤａｉ及びＤａｄが式
   Ｄａｉ＝（Ｄｐ＋Ｂ．Ｄａｍ）／（Ａ＋Ｂ）
   Ｄａｄ＝（Ａ．Ｄａｍ−Ｄｐ）／（Ａ＋Ｂ）
   から導き出され、
   送り込み空気の流量（Ｄａｉ）及び稀釈空気の流量（Ｄａｄ）についてこうして決められた値が、それぞれ、インゼクター（２）への空気の供給線（７、８）に設けた送り込み空気の流れ及び稀釈空気の流れ調整機構（１２、１３）用の調整信号（Ｓｉ、Ｓｄ）に変換される
   ことを特徴とする粉体の流量調整方法。
2. 稀釈空気（Ｄａｄ）の最小値が本方法に導入されることを特徴とする請求項１に記載の粉体の流量調整方法。
3. 粉体を送り込みかつ輸送する塗料又は他の粉体塗装製品を噴射する装置（１０）に供給する、請求項１又は２に記載の方法を実施する装置において、
   外部供給源（６）から供給される送り込み空気の供給線（７）、容器（４）からの粉体（３）の供給線（５）及び外部供給源（６）から供給される稀釈空気の供給線（８）に接続されたインゼクター（２）と；
   送り込み空気の供給線（７）に設けられた第１の比例電気弁（１２）と；
   稀釈空気の供給線（８）に設けられた第２の比例電気弁（１３）と；
   粉体流量設定（Ｄｐ）を受け、出力（１１ｂ、１１ｃ）を、送り込み空気の供給線（７）及び稀釈空気の供給線（８）にそれぞれ設けられた第１、第２の比例電気弁（１２、１３）に接続し、比例係数（Ａ及びＢ）及び最小総空気流量（Ｄａｍ）を（１６に）記憶し、粉体流量設定（Ｄｐ）を考慮して、送り込み空気（Ｄａｉ）及び稀釈空気（Ｄａｄ）を測定し、そしてこれらの値から二つの比例電気弁（１２、１３）に対する調整信号（Ｓｉ、Ｓｄ）を相応した値を導き出す調整モジュール（１１）と
   を結合して成ることを特徴とする装置。
4. 稀釈空気の流れの最小値（Ｄａｄｍ）が調整モジュール（１１）に導入できることを特徴とする請求項３に記載の装置。
   
   

Images