JP6751405B2 - サーボ作動式噴霧装置および作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、サーボ作動式缶内部噴霧装置に関する。特に、本発明は、エネルギー効率を向上させるために噴霧装置を作動させる方法、ならびに本方法を実施するための制御装置および噴霧装置に関するものである。

食缶または飲料用缶の製造中に、金属缶と缶内容物との間のバリアとして作用するラッカーを、缶内部の全体または一部に噴霧することが望まれる。これは缶の製造ラインで、噴霧装置によって行われる。典型的には、そのような装置は毎分３００−４００缶の処理速度で稼働するだろう。

図１に示されるような模範的な噴霧装置においては、缶（１）は、トラックワーク（ｔｒａｃｋｗｏｒｋ）（２）によって装置の上部に供給され、真空吸引を用いて「スピナーパッド（ｓｐｉｎｎｅｒ ｐａｄ）」（３）に確実に取り付けられる。スピナーパッド（３）（通常１機につき、６個または１２個）は、インデックスする（ｉｎｄｅｘｅｓ）（すなわち、適切な時点で処理領域へと缶を移動させる）中心のタレット（４）の周りに配置されている。スピナーパッド（３）は、例えばおよそ２２００回転／分の速度で、取り付けられた缶（１）を回転させる。

タレット（４）の各インデックス（ｉｎｄｅｘ）は、一定期間（典型的には１００ミリ秒）ラッカーを分注するのに合わせて、回転している缶（１）をスプレーガン（５）の前に移動させる。したがって、インデックス機構は、ラッカーが塗布される期間に対応する「ドエル（ｄｗｅｌｌ）」（すなわち、缶が予め決められた位置で回転する時間の期間）を提供しなければならない。一般的には、インデックス機構は、加速段階、減速段階、およびドエルを提供し、その加速および減速は、要求される位置へと缶を移動させるには十分である。速度が一定である加速と減速との間の期間もあってもよい。噴霧装置は、典型的には、２または３のスプレーガンを有し、缶体の長さに沿う適用範囲を確かなものにする。

スプレーガンの前を通過した後、缶は、例えば缶体を把持する排出タレットを介して装置から排出されるか、さらなるトラックワーク（６）を介して装置の底部から排出される。

ほとんどの現在の噴霧装置は、タレットを回転させるために機械式のインデックスボックスを使用する。機械式のインデックスボックスは、望まれる加速度プロファイルを有してタレットを回転させるために作動する内部カムを含む。したがって、ドエル時間はタレットの回転速度に反比例し、このことは、一定のドエル時間を達成するためには、装置を同じ速度で稼働しなければならないことを意味する。他の装置がそれらの速度を円滑に調節することができる生産ラインにおいて、他の装置からの缶の流れを一致させるために、噴霧装置を定期的に停止しなければならない。これにより、スプレーガン内で乾燥するラッカーが原因で閉塞がもたらされる可能性がある。

最近の装置は、これらの問題を解決するために、機械式のインデックスボックスの代わりに、サーボモータ（７）を内蔵する。サーボモータの速度を直接的かつ精密に制御することができると、装置の全体的な速度を要求に応じて変更しながら、ドエル時間が維持され得る。これにより、缶のより滑らかな流れがもたらされ、装置を停止する必要性およびノズルが詰まるリスクが減少する。このようなサーボ作動式噴霧装置は、欧州特許第２２９３８８１号Ｂ１に開示されている。

本発明の目的は、サーボ作動式噴霧装置のエネルギー効率を向上させることである。

本発明の第一の態様によれば、複数の装置を作動させる方法が提供される。それぞれの装置は、サーボモータ、およびサーボモータに連結されたモータ速度制御装置を使用し、モータ速度制御装置は、回生ブレーキシステムを内蔵する。この方法は、いくつかの装置の加速段階と他の装置の減速段階との重なりを達成するためにサーボモータを同期する工程、および減速段階における装置の回生ブレーキシステムから加速段階における装置へと電力を供給する工程を含む。

第二の態様によれば、複数の装置を作動するように構成された制御装置が提供される。それぞれの装置は、サーボモータ、およびサーボモータに連結されたモータ速度制御装置を使用し、モータ速度制御装置は回生ブレーキシステムを内蔵し、電力が装置の間で再分配される。制御装置は、いくつかの装置の加速段階と他の装置の減速段階との重なりを達成するために、サーボモータを同期するように構成されている。

第三の態様によれば、第二の態様に従う制御装置、および複数の装置を含むシステムであって、当該装置の各々がサーボモータおよびサーボモータに連結されたモータ速度制御装置を含み、当該モータ速度制御装置が回生ブレーキシステムを内蔵し、当該制御装置が装置を作動させるように構成されている、システムが提供される。

更なる実施形態は、添付の特許請求の範囲で定義されている。

例示的なサーボ作動式噴霧装置が示される。 実施形態に係るサーボ作動式噴霧装置のバンクの各々の加速度プロファイルが示される。 サーボ作動式噴霧装置のための典型的な速度およびエネルギープロファイルが示される。 実施形態に係る方法のフローチャートである。 実施形態に係るシステムの概略図である。

缶製造プラント内では、コストを省くため、およびより環境に配慮するために、電力使用量を減少させることが強く望まれている。サーボモータを内蔵した噴霧装置（「サーボ作動式噴霧装置」）は、典型的には、１分間に最大で４２０回の加速および減速のサイクルにさらされるだろう。サーボモータが減速するときに、電流が発生する。既知のサーボ作動式噴霧装置では、この電流は、「制動抵抗器」を通って配向され、熱として放散させられる。減速によって発生する電流を、他のデバイスにより使用され得る、または後で使用するために貯蔵され得る使用可能な動力に変換する「回生ブレーキシステム」が市販されている。しかしながら、動力の貯蔵は一般的に損失を伴い、さらなる部品を設ける必要があり、回生ブレーキからの電位的保存を著しく減少させているため、これらのシステムは噴霧装置用には考慮されてこなかった。

噴霧装置は、典型的には、一般的に７から１０の噴霧装置含むバンクに配置され、噴霧装置の各々は独立して作動する。装置のバンクが回生ブレーキから発生した電力をよりよく利用することを可能にするために、噴霧装置のこのようなバンクを作動させる新規な方法が、本明細書で提案される。噴霧装置は互いに同期して作動する必要がないことが認識されている。したがって、バンク内の１つの装置（Ａ）が減速段階にあるときには、バンク内の他の装置（Ｂ）が加速段階にあり、それゆえ装置（Ａ）によって発生した電気が、装置（Ｂ）を作動させるのに必要な外部主電力を減少させるために使用され得るように、バンクを制御することが提案される。７から１０の装置のバンク内の全ての装置にこれを適用することが、そのような重なりが装置の大部分の加速段階に対して発生することを可能にし、電力消費を著しく減少させるであろう。

図２は、毎分４２０回の停止で稼働する７台の装置のための起こり得る同期計画を例証しており、各装置が１−７に分類されるサイクルを有する。毎分４２０回の停止が、１／７秒（およそ１４３ミリ秒）の合計のサイクル時間を与え、それは各装置が１００ミリ秒のドエル、２１ミリ秒の加速段階、および２１ミリ秒の減速段階を有することを意味する。加速段階は各グラフ上に＋１、減速段階は−１、およびドエルは０として示される。グラフから分かるように、各加速段階が先行する装置の減速段階に対応するように、すなわち装置（２）の加速段階が装置（１）の減速段階と同時に発生するように、加速段階および減速段階は一致させられ得る。同期化は完全ではなく、装置（１）および（７）の両方が加速し、そして、装置（６）のみが減速しているＴ＝０での短い期間が存在するが、減速する装置によって発生したエネルギーを使用するための加速する装置がいつも存在していることが認識され得る。このことが、可能な限り多くのエネルギーが、貯蔵する必要なしにシステム内に戻されることを確実とする。

図２は、各装置が同一の一定速度で作動しているという理想化された状況に関し、加速および減速段階は等しくであり、加速および減速段階の間に等速の期間はない。これはそうではなくてもよく、装置が異なる速度で作動してもよく、そして、各装置の速度は、例えば生産ラインにおける他の装置の速度の変化に起因して、徐々に変化してもよい。提供される最短のドエル時間および要求される毎分の停止が達成される、ならびに缶の動きが要求される位置にそれらを動かすのに十分であるとの条件で、加速段階および減速段階が変動してもよい。典型的には、バンク内の各装置は、同一速度で稼働するだろう（この速度が頻繁に変化してもよい）。

典型的な速度プロフィールが図３に示されており、赤い線が速度を表し、黄色の線がサーボモータの電力入力／出力を表す。図３から理解されるように、加速中の電源入力と減速時の出力は非常に類似している。必要とされる同期は、例えば、互いに位相のずれた状態で装置を始動させることによって達成され、その結果、先行する装置がその減速段階を開始すると、各装置がその加速段階を開始する。

噴霧装置は、典型的には、ＤＣ電圧バスを介して電力を供給され、各噴霧装置につき１つのバスを有する。電力が装置間で容易に移動することを可能にするために、バンク内の全ての噴霧装置が同一のＤＣ電圧バスに接続されること、および回生ブレーキシステムが減速段階中にこのバスへと電力を供給することが提案される。

上記の説明はサーボ作動性缶内部噴霧装置の例に関するが、同様の原理が加速段階および減速段階で作動する他の装置に適用され得ることを、当業者は理解するであろう。一般的な方法についてのフローチャートが図４に示される。装置はサーボモータとサーボモータに連結されたモータ速度制御装置を使用し、モータ速度制御装置は回生ブレーキシステムを内蔵し、そして、サーボモータは装置のいくつかの加速段階と他の装置の減速段階との重なりを達成するために同期されている（Ｓ１０１）。電力は、減速段階における装置の回生ブレーキシステムから、加速段階における装置に提供される（Ｓ１０２）。

サーボモータは、装置の加速および減速段階の間の合計の重なりを最大にするために同期されてもよい。当然のことながら、この方法は、複数の装置が存在する場合にのみ適用される。これにより、減速段階と加速段階の間でのエネルギーを貯蔵する必要性に関する損失は存在しないため、回生ブレーキの節約を最大にすることが可能である。

図５は、システム（１００）の概略図である。システムは制御装置（２００）と、複数の噴霧装置（３００）、（３０１）、（３０Ｘ）を含む。各装置はサーボモータ（３１）およびサーボモータに連結されたモータ速度制御装置（３２）を含み、モータ速度制御装置は回生ブレーキシステム（３３）（装置（３００）に示される）を内蔵し、そして装置は装置間で電力が再分配され得るように接続される。

制御装置は、図５に示されるように、各装置に接続される、単一ユニットであってもよい。代替的に、制御装置は、分散ユニットとして実装され、装置のそれぞれにおけるプロセッサは制御装置として作動するために協働する。

本発明を上述した好ましい実施形態の観点から説明してきたが、これらの実施形態は例示的なものに過ぎず、特許請求項の範囲はこれらの実施形態に限定されるものではないことを理解すべきである。当業者であれば、添付の特許請求の範囲内にあるものとして検討される、開示に照らした、変更および代替案を実施することができるだろう。本明細書に開示または例証される各特徴は、単独で、または本明細書で開示または例証された他の特徴との任意の適切な組み合わせで、本発明に組み込まれてもよい。

Claims (7)

1. 複数の缶内部噴霧装置を作動させる方法であって、当該缶内部噴霧装置の各々がサーボモータ、およびサーボモータに連結されたモータ速度制御装置を使用し、当該モータ速度制御装置が回生ブレーキシステムを内蔵し、当該方法が、いくつかの缶内部噴霧装置の加速段階と他の缶内部噴霧装置の減速段階との重なりを達成するためにサーボモータを同期する工程、および減速段階における缶内部噴霧装置の回生ブレーキシステムから加速段階における缶内部噴霧装置へと電力を供給する工程、を含むことを特徴とする方法。
2. 缶内部噴霧装置の各々がインデックス機構を含み、当該インデックス機構がサーボモータを含む、請求項１に記載の方法。
3. サーボモータを同期する工程が、缶内部噴霧装置の加速段階と減速段階との間の最適な重なりを達成し、それによって、減速する缶内部噴霧装置から加速する缶内部噴霧装置への実質的に最大のエネルギーの移動を達成するためにサーボモータを同期する工程を含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 複数の缶内部噴霧装置を作動させるように構成された制御装置であって、当該缶内部噴霧装置の各々がサーボモータ、およびサーボモータに連結されたモータ速度制御装置を使用し、当該モータ速度制御装置が回生ブレーキシステムを内蔵し、電力が缶内部噴霧装置の間で再分配され、当該制御装置が、いくつかの缶内部噴霧装置の加速段階と他の缶内部噴霧装置の減速段階との重なりを達成するためにサーボモータを同期するように構成されていることを特徴とする、制御装置。
5. 缶内部噴霧装置の各々がインデックス機構を含み、当該インデックス機構がサーボモータを含む、請求項４に記載の制御装置。
6. 制御装置が、中央制御装置または缶内部噴霧装置にわたって分布された制御装置のどちらかである、請求項４または５に記載の制御装置。
7. 請求項４から６のいずれか１つに記載の制御装置、および複数の缶内部噴霧装置を含むシステムであって、当該缶内部噴霧装置の各々がサーボモータ、およびサーボモータに連結されたモータ速度制御装置を含み、当該モータ速度制御装置が回生ブレーキシステムを内蔵し、制御装置が缶内部噴霧装置を作動させるように構成されている、システム。