JP2009133317A - 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

Abstract

【課題】製造および保守が容易且つ経済的であり、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。
【解決手段】流体分配機械用の分配ユニットは、少なくとも１つの可撓性壁面３０ａを含む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。逆向きに取り付けられた２つの逆止め弁が、入口ダクト３５および出口ダクト３６中のそれぞれに位置する。ポンピング・チャンバは、ステッパ・モータ２０、ねじ／ナットねじユニット、およびキャリッジ２８を含むアクチュエータ手段に結合される。キャリッジ２８は、チャンバが最大容積を有するゼロ位置からチャンバが最小容積を有する上限までポンピング・チャンバを移動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばペイントや着色剤、インクなど、幾分粘性のあ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の分野に関する。

上記分野の従来技術は、様々な動作原理に従って稼働する分配機械を含む。１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（ａｂｒａｓｉｖｅ）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。

本発明の目的は、従来技術の上記の問題を克服して、製造および保守が容易かつ経済的であり、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。

本発明の特定の特徴によれば、分配ユニットは、可撓性壁面、特にベロー状壁面（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。

もう１つの独特の特徴は、本発明の分配ユニットでは、分配ノズルにかかる送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。

本発明の別の特徴によれば、各分配の終了時に分配ユニットを充填位置にセットし、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。

本発明のさらに別の特徴は、分配ユニットが、ポンピング・ユニットのゼロ点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。

分配ユニットのもう１つの特徴は、取入れ行程および分配行程を異なる速度で行い、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。

さらなる特徴および利点は、単なる非限定的な例として与えた、同封の図面に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。

次に図面を参照すると、流体製品を分配および／または計量するための分配機械は本体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１１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。

分配器本体１０の内側には、ポンピング・ユニット１５に接続する流体製品用のリザーバ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。

図２にさらに詳細に示す全体的なポンピング・ユニット１５は基部支持体１９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。

ベロー状ポンピング・チャンバ３０の下側基部はキャリッジ２８に固定され、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。

ポンピング・ユニット１５の配置構成では、明らかに様々な変形形態が可能であり、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。

ステッパ・モータは、分配ユニット１３上に取り付けられた電子制御システム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１７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。

図３に概略的に示す別の実施形態では、回路ブロック４７は、制御システム４５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。

製品の分配が行われていない非活動状態の期間中には、機械上の全ての分配ユ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。

中央処理システム４６が回路ブロック４７を介して特定のポンピング・ユニット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。

分配する流体製品の体積がベロー状ポンピング・チャンバ３０の排出量（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）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。

この特徴は、分配する製品の量がベローの排出量を超えるときに特に有利である。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。

位置センサ４０が存在することにより、分配ユニットを適切に動作させる重要な制御機能、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。

この機械の生産性を高めるために、図４のブロック図の例に示すようにいくつ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。

ステッパ・モータ２０とキャリッジ２８の間のリニア・アクチュエータとして働くねじ／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。

各分配ユニット１３は独立しており、故障した場合に、電源と分配ダクト１２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。

ベロー状ポンピング・チャンバ３０は、流体製品による侵食に耐える材料、例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。

言うまでもなく、本発明の原理が変わらなければ、実施形態および開発の詳細は、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。

分配機械本体の内側に取り付けた、本発明の一対の分配ユニットの長手方向概略断面図である。 本発明のポンピング・ユニットの長手方向拡大断面図である。 製品を順次分配するのに特に適した本発明の分配機械用の制御システムを示すブロック線図である。 製品を同時に分配するのに特に適した制御システムを示す、図３と同様のブロック線図である。

Claims (11)

1. 少なくとも１つの可撓性壁面（３０ａ）を含む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（３３）および１つの出口ダクト（３４）を含む流体分配機械用の分配ユニットであって、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（３３，３４）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分配ユニットにおいて、
   前記アクチュエータ手段が前記ポンピング・チャンバ（３０）を第一速度で前記ゼロ位置に向かって移動させ、かつ前記第一速度とは異なる第二速度で前記限界位置に向かって移動させること、および
   前記遮断手段（３７、３８、３９）が、前記入口ダクト（３３）および前記出口ダクト（３４）中にそれぞれ取り付けられた逆止め弁を含むことを特徴とする分配ユニット。
2. 前記可撓性壁面（３０ａ）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。
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。
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。
5. 前記逆止め弁が、前記入口ダクト（３３）および前記出口ダクト（３４）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。
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。
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（３３）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。
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（３４）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。
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。
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。
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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