JP5607738B2 - リニアポンプを用いた可変流量制御 - Google Patents

Description

本出願は、２００９年７月２９日に出願され内容が参照することによりここで引用されている米国出願番号第６１／２２９，３４７号の利益を要求するものである。

高性能のシステムにおいて２つの成分の材料を配合する際の課題の１つは、配合動作間の非作動の期間の間に一定圧力を維持することが必要であることである。特にＲＩＭ（反応射出成形）ベースのディスペンサにおける従来の技術では、自動再循環システムを使用した。自動再循環システムは、連続的に作動させるための配合ポンプ及び調整システムを要する。

本発明の方法は、自動再循環システムのコスト及び電力要求の必要性を無くす一方、同じような結果を与える。本発明に係る固定システムでは、以下の効果を有する：（１）圧力制御：圧力設定ポイントが静的及び動的状態の双方で維持され、静的から動的圧力不感帯を無くす；（２）流量制御：２成分材料の流量が設定ポイントに維持され、正確な容量配合速度を確実にする；（３）切替制御：リニアピストンポンプに関する方向の変化（切替）の間の容量損失を減らす−切替の間のこの損失は、配合容量の損失を発生させる；（４）材料の粘度の制御：Ａ側及びＢ側の成分双方に関する２つの独立した熱制御が、配合の再現性に関して及びアプリケータでの混合を通した材料の粘度を管理する；（５）アプリケータ制御：材料の配合が開始する前に総てのパラメータに確実に対応する。

同様に、可変比システムでは、以下の効果を有する：（１）圧力制御：圧力設定ポイントが静的及び動的状態の双方で維持され、静的から動的圧力不感帯を無くす；（２）流量制御：２成分材料の流量が設定ポイントに維持され、正確な容量配合速度を確実にする；（３）切替制御：リニアピストンポンプに関する方向の変化（切替）の間の容量損失を減らす−切替の間のこの損失は、配合容量の損失を発生させる；（４）材料の粘度の制御：Ａ側及びＢ側の成分双方に関する２つの独立した熱制御が、配合の再現性に関して及びアプリケータでの混合を通した材料の粘度を管理する；（５）アプリケータ制御：材料の配合が開始する前に総てのパラメータに確実に対応する；（６）同期ポンプ制御：非位相シフトポンプ制御。

以下の開示は、図１のシステムのブロック図に基づくものである。この図は、完全可変比システムを示す。可変比及び固定比配合システムに関する一般的構成を使用し得る。

図面に示すように、各ポンプが、油圧パワーパックに埋設されたギヤポンプを回転させるＤＣモータによって駆動される。パワーパックの出力は油圧リニアモータに供給され、その方向が２つの出力反転バルブによって制御される。油圧リニアモータは、油圧ポンプに機械的に取り付けられた１又はそれ以上の材料ポンプを駆動する。

材料ポンプの圧力及び／又は流量出力が、特注のモータ制御モジュール（ＭＣＭ）を用いて、ＤＣモータのトルクの出力を変えることによって制御される。ＭＣＭは、ポンプを制御するための主なプロセス変数（又はフィードバック）としてリニア位置センサ及び材料ポンプの出力側に設けられた圧力トランスデューサを用いる。このシステムは、ポンプの出力を制御するために高価なフローメータに依存しない。

２つのＭＣＭが、独立して２つのポンプを制御するよう設けられる。このような構成では、２つのＭＣＭが互いにやり取りして、ユーザのために実可変比システムを与える。

高価な自動再循環部品の必要性を無くすために、このシステムは、ユーザによって入力された設定圧力に減少させる。圧力の減少は、配合バルブが閉止した状態で低いトルクレベルにモータ及びポンプを動作させるプロセスである。このようなモードの場合、所要の目標圧力を保持するのに、モータに適用される低いレベルのトルクのみを要する。

このような実施により、かなりの出力を節約することで、非作動の非配合期間に連続的にポンプを動作させる必要性を無くし、さらには、材料調整システムを動作させる必要性を無くす。設定圧力に減少させることで、材料アプリケータから配合される材料が配合動作の開始時に確実に所望の圧力になることを補助する。

このシステムは、配合動作の後に、直近の配合動作の間に設定された目標圧力に圧力を減少させる。これが、配合の間の非作動状態の間に維持される。

新たな配合動作を引き起こす場合、配合のための新たな目標圧力が（古い目標圧力に代えて）配合開始の前に圧力制御ロジックの中に入力される。上記のような非作動の場合の減少状態が長時間維持される場合、「圧力の減少」の状態が終了となる。「圧力の減少」の状態が存在し得るための有限の極限は、出力をセーブし、油圧パワーパック及び他の機械的部品の熱を減らすことである。

以下の効果が、システムに適用される：
・本発明は、自動再循環バルブ、ロジック及び付随する再循環チューブの必要性を無くす。
・本発明は、配合レベルで調整システムを作動させる必要性を無くすことで、機械を作動させるためのかなりの出力を節約する。
・非作動の期間の間にポンプが大幅に作動しないため、機械的部品の磨耗があまり無いことが期待される。

可変比配合構成では、ユーザは、一定の流量で２つのパーツ材料を配合するよう選択し得る。ＭＣＭは、ユーザによって要求される流量を採用し（混合される２つのパーツ材料に関して時間増分を通して容量単位で）、以下の項目を使用して、システムの各ポンプに関する目標とするピストン速度に情報を数学的に変換する。
１．Ａ及びＢポンプの大きさ
２．ユーザによって入力される材料の比

配合される材料の流量を制御することが、ポンプ圧及びポンプ速度を制御することによって行われる。速度が、一定の時間間隔でのポンプ位置の変化を計算することによって、ＭＣＭロジックによって計算される。

既存のＭＣＭロジックが、１つの速度ＰＩＤロジックループ、又は２つのカスケード構成のＰＩＤループを具えた、ポンプの反転の間のピストン速度を保持することによって、流れを制御し、最大速度制御ループが、圧力設定ポイントを具えた低い圧力制御ループを与えるその制御出力を有する。低い配合圧力で動作する場合、ポンプ速度制御ループのみを使用し得る。

システムのコストを最小限にするために、流量制御ロジックはポンプの流量出力を監視するために、高価なフローメータの入力データを必要としない。このようなシステムに関して、ポンプの流量出力を確認するために、別個の任意の流量監視モジュールを使用できる。別個の任意のシステムは材料の流路に設けられたフローメータを使用し、システムの流量出力を確認する。

ＭＣＭが、ポンプの各速度計算の後に、ポンプの目標速度に達したかどうかを監視及び追跡することに関与する。ロジックが、配合動作の大きなパーセンテージで（目標の特定のパーセンテージ内で）その目標速度を維持できない場合、対応するオフレシオ又はオフフローエラーコードを発生させる。

可変比システムで一定流量で配合する場合、以下の項目を適用する：
ａ．配合動作の全体的な継続時間に関して同じ比で最終的な混合材料の比を有する必要がある２つの成分を配合する場合、双方のポンプが同期モードで動作する。換言すれば、双方のポンプが同じ時間で反転して、双方のポンプでの圧力低下が同時に重なり、「オンレシオ」状態がポンプの反転プロセスの間に存在しないことを確実にする必要がある。このプロセスは、必ずしも任意の２つの成分から成る材料に関する必要はない。
ｂ．２つのポンプの比を制御するために、双方のポンプが、配合動作の間に極めて高い割合の時間で、それらのそれぞれのポンプ速度を維持する必要がある。例えば、同じ大きさの２つのポンプに関して２：１の比で配合するために、一方のポンプのポンプ速度が、２番目のポンプよりも２倍速いことが必要である。このタイプの配合では、より遅い方の同期ポンプが、上記のように、「短ストローク」となる（ポンプ長さ全体を移動しない）。

以下の効果が、可変比制御のシステムに適用される：
１．本発明により、安価且つ様々な種類の材料を配合するリニアポンプの使用が可能となる。可変比配合の適用に関して回転ギヤポンプを使用することはより高価であり、高粘度又は研磨材料を配合する場合にあまり良く作動しない。
２．本発明は、ユーザのために流量を制御するための高価なフローメータを要しない。
３．本発明により、ユーザが機械的な設定を変えること無しに流量及び配合比を変えることができる。
４．本発明により、ユーザが動作中の配合作動の間に流量及び配合比を変えることができる。

本発明のこれら及び他の目的及び効果が、いくつかの図にわたって類似する番号が同一又は類似するパーツに付された添付図面とともに、以下の説明からより完全に明らかとなろう。

図１は、本発明に係る可変比システムを示す。 図２は、本発明に係る一定比システムを示す。

以下の開示は、図１のシステムのブロック図に基づくものである。この図は、完全可変比システム１０を示す。可変比１０及び固定比１００配合システムに関する一般的構成を使用し得る。

図面に示すように、各ポンプが、油圧パワーパック１８に埋設されたギヤポンプ１６を回転させるＤＣモータ１４によって駆動される。パワーパック１８の出力は油圧リニアモータ２０に供給され、その方向が２つの出力反転バルブ２２によって制御される。油圧リニアモータ２０は、油圧ポンプ１２に機械的に取り付けられた１又はそれ以上の材料ポンプ２４を駆動する。

材料ポンプ２４の圧力及び／又は流量出力が、特注のモータ制御モジュール（ＭＣＭ）２６を用いて、ＤＣモータ１４のトルクの出力を変えることによって制御される。ＭＣＭ２６は、ポンプ２４を制御するための主なプロセス変数（又はフィードバック）としてリニア位置センサ２８及び材料ポンプ２４の出力側に設けられた圧力トランスデューサ３０を用いる。このシステムは、ポンプの出力を制御するために高価なフローメータに依存しない。

２つのＭＣＭ２６が、独立して２つのポンプ２４を制御するよう設けられる。このような構成では、２つのＭＣＭ２６が互いにやり取りして、ユーザのために実可変比システムを与える。

高価な自動再循環部品の必要性を無くすために、このシステムは、ユーザによって入力された設定圧力に減少させる。圧力の減少は、配合バルブ３２が閉止した状態で低いトルクレベルにモータ１４及びポンプ２４を動作させるプロセスである。このようなモードの場合、所要の目標圧力を保持するのに、モータ１４に適用される低いレベルのトルクのみを要する。

このような実施により、かなりの出力を節約することで、非作動の非配合期間に連続的にポンプ２４を動作させる必要性を無くし、さらには、材料調整システムを動作させる必要性を無くす。設定圧力に減少させることで、材料アプリケータ３２から配合される材料が配合動作の開始時に確実に所望の圧力になることを補助する。

このシステムは、配合動作の後に、直近の配合動作の間に設定された目標圧力に圧力を減少させる。これが、配合の間の非作動状態の間に維持される。

新たな配合動作を引き起こす場合、配合のための新たな目標圧力が（古い目標圧力に代えて）配合開始の前に圧力制御ロジックの中に入力される。上記のような非作動の場合の減少状態が長時間維持される場合、「圧力の減少」の状態が終了となる。「圧力の減少」の状態が存在し得るための有限の極限は、出力をセーブし、油圧パワーパック及び他の機械的部品の熱を減らすことである。

可変比配合構成では、ユーザは、一定の流量で２つのパーツ材料を配合するよう選択し得る。ＭＣＭは、ユーザによって要求される流量を採用し（混合される２つのパーツ材料に関して時間増分を通して容量単位で）、以下の項目を使用して、システムの各ポンプに関する目標とするピストン速度に情報を数学的に変換する。
１．Ａ及びＢポンプの大きさ
２．ユーザによって入力される材料の比

配合される材料の流量を制御することが、ポンプ圧及びポンプ速度を制御することによって行われる。速度が、一定の時間間隔でのポンプ位置の変化を計算することによって、ＭＣＭロジックによって計算される。

既存のＭＣＭロジックが、１つの速度ＰＩＤロジックループ、又は２つのカスケード構成のＰＩＤループを具えた、ポンプの反転の間のピストン速度を保持することによって、流れを制御し、最大速度制御ループが、圧力設定ポイントを具えた低い圧力制御ループを与えるその制御出力を有する。低い配合圧力で動作する場合、ポンプ速度制御ループのみを使用し得る。

システムのコストを最小限にするために、流量制御ロジックはポンプの流量出力を監視するために、高価なフローメータの入力データを必要としない。このようなシステムに関して、ポンプの流量出力を確認するために、別個の任意の流量監視モジュールを使用できる。別個の任意のシステムは材料の流路に設けられたフローメータを使用し、システムの流量出力を確認する。

ＭＣＭが、ポンプの各速度計算の後に、ポンプの目標速度に達したかどうかを監視及び追跡することに関与する。ロジックが、配合動作の大きなパーセンテージで（目標の特定のパーセンテージ内で）その目標速度を維持できない場合、対応するオフレシオ又はオフフローエラーコードを発生させる。

可変比システムで一定流量で配合する場合、以下の項目を適用する：
ａ．配合動作の全体的な継続時間に関して同じ比で最終的な混合材料の比を有する必要がある２つの成分を配合する場合、双方のポンプが同期モードで動作する。換言すれば、双方のポンプが同じ時間で反転して、双方のポンプでの圧力低下が同時に重なり、「オンレシオ」状態がポンプの反転プロセスの間に存在しないことを確実にする必要がある。このプロセスは、必ずしも任意の２つの成分から成る材料に関する必要はない。
ｂ．２つのポンプの比を制御するために、双方のポンプが、配合動作の間に極めて高い割合の時間で、それらのそれぞれのポンプ速度を維持する必要がある。例えば、同じ大きさの２つのポンプに関して２：１の比で配合するために、一方のポンプのポンプ速度が、２番目のポンプよりも２倍速いことが必要である。このタイプの配合では、より遅い方の同期ポンプが、上記のように、「短ストローク」となる（ポンプ長さ全体を移動しない）。

以下の効果が、可変比制御のシステムに適用される：

以下の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに、流量制御システムに、様々な変更及び改良を行うことができる。

Claims (5)

1. 可変流量複数成分配合システムであって、前記配合システムが、
   少なくとも１の油圧ポンプと；
   それぞれの前記油圧ポンプに動力を供給するＤＣモータと；
   ２つの出力逆転弁と；
   方向が前記逆転弁によって制御される少なくとも１の油圧リニアモータと；
   第１のモータ制御モジュールと；
   第１及び第２の材料ポンプと；
   前記材料ポンプの出力側に組み込まれるリニア位置センサ及び圧力トランスデューサと；
   を具えており、
   前記材料ポンプが圧力及び流れ出力を有し、前記油圧リニアモータに機械的に取り付けられており、前記出力の一方が、前記モータ制御モジュールと一体となった前記ＤＣモータのトルク出力を変えることによって制御されることを特徴とする可変流量複数成配合システム。
2. さらに、第２のモータ制御モジュールを具えており、
   前記第１及び第２のモータ制御モジュールが、前記第１及び第２の材料ポンプを独立して制御することを特徴とする請求項１に記載の可変流量複数成分配合システム。
3. 前記第１及び第２のモータ制御モジュールが互いにやり取りして、真の可変比システムを与えることを特徴とする請求項２に記載の可変流量複数成分配合システム。
4. 前記モータ制御モジュールが、ユーザによって入力される設定圧力に減少させることを特徴とする請求項１に記載の可変流量複数成分配合システム。
5. 低レベルのトルクが前記モータに適用され、所要の目標圧力を維持することを特徴とする請求項４に記載の可変流量複数成分配合システム。

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