JPH10246179A - 空気駆動式往復ポンプを液体移送量の計量素子と見做すバッチ制御の方法と制御器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】既存の単動または複動の各種押しのけ方式の空
気駆動式往復ポンプに簡単に取り付けられ、ポンプの長
所を損なうことなく、共通に使用することができるバッ
チ制御の方法と制御器とすることを目的とした。 【構成】空気駆動式往復ポンプ（１０ｂ）の作動時に発
生する排気を排気圧検出手段（１２ｄ）により検出し、
その回数を空気圧プリセットカウンター（１２ｆ）でカ
ウントし、カウント値がプリセット値と同じになったと
ころでカウンターの空気圧出力が空気圧操作弁（１０
ｈ）に液の移送を禁止するべく作用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は液体移送手段でもある
空気駆動式往復ポンプを液体移送量の計量素子と見做し
て行なうバッチ制御の方法と制御器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気を動力源とする空気駆動式往
復ポンプは、圧縮空気を供給するだけで作動すると云う
手軽な液体移送手段であると云う理由で採用されるばか
りでなくドライ運転をしても故障しない、自吸能力が高
い、許容される大きさなら固形物が含まれても構わな
い、低粘度から高粘度まで粘度範囲の広い流体が移送で
きる（ダイヤフラムポンプが代表的）、増圧が可能（プ
ランジャーポンプが代表的）、防爆条件に叶う、吐出側
が閉塞しても圧力バランスにより動作を停止するだけで
損傷することがなく圧力リリーフ弁も必要としない、水
に濡れても問題とならない、任意に流量を変えることが
できる、電動機を搭載しないので軽量であるなど、電気
を動力源とする回転式ポンプでは叶えられない数々の優
れた特徴が評価されて採用されることが少なくない。し
かしその一方、多彩な制御方法の選択肢を持つ電動機回
転式ポンプと比べると制御方法が限定されてしまう点で
は見劣りし、その一つがバッチ制御である。電動機回転
式ポンプの場合には電動機の回転数を計測して演算した
値を積算流量として表示したり、予め設定された流量に
達したときポンプを停止させる制御が容易である。また
その方法以外にも吐出側配管途中に取り付けられる様々
な方式の流量計が取り揃えられており、如何様にも対応
できると言っても過言ではないしかし、空気駆動式往復
ポンプの場合には吐出脈動を伴うため、直接液の流量を
計測することが可能な検出方式が極端に狭められてしま
うため、取り付けるべき適当な流量計がないのが実情で
ある。さらに、空気駆動式往復ポンプを採用する目的や
動機と整合性のあるバッチ制御方法である必要がある。
例えばポンプが水濡れすることが懸念され電気の使用を
嫌う作業環境であるために空気駆動式往復ポンプを採用
したいというのが購入動機であったとしたら、電気を必
要としないバッチ制御器と組み合わせなければポンプが
空気駆動式である意味が希薄になってしまうこととな
る。しかし、従来そのようなものは存在しなかった、も
しくは存在したとしても先述の優れた特徴の一部を損な
うことを代償とするものでしかなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】空気駆動式往復ポンプ
が有する優れた特徴を損なうことなく、既存の単動また
は複動の空気駆動式往復ポンプに大袈裟な改造を施すこ
となく簡単に取り付けることができ、空気駆動式往復ポ
ンプでさえあればダイヤフラム、ベローズ、プランジャ
ーなど各種の押しのけ方式に共通に採用することができ
るバッチ制御の方法と制御器とすることを課題とした。

【０００４】

【課題を解決するための手段】一回当たりの液体吐出量
が固定量である空気駆動式往復ポンプ（１０ｂ）を液体
の移送手段として用いると同時に、当該ポンプに固有の
固定量が最小計量単位である移送量の計量素子と見做
す。ポンプの吐出動作一回当たり一回行われる排気を検
出し、その回数を空気圧プリセットカウンター（１２
ｆ）によりカウントする。バッチ制御開始前に（当該ポ
ンプの一回当たりの吐出量の倍数である）１バッチ量÷
当該ポンプの一回当たりの吐出量から求められた数値を
プリセットしておき、その数値分の回数だけ排気が行わ
れた時点、すなわちプリセット値＝カウント値の時点で
１バッチ量の移送を完了したと考え、それ以上の移送を
禁止すると云う、検出部が移送液に接することなく計量
を行なうことができる間接的な計量手法を採用する。例
えば一回当たりの吐出量が１ｌであるポンプにより１０
００ｌを移送したいとき、排気が１０００回行われた時
点でそれ以上の移送を自動的に禁止すればよいこととな
る。ここでは空気駆動式であるポンプとの最も望ましい
マッチングを追求し、全てを電気を用いずに行なうため
に次のような構成とする。 （イ）移送の許容と禁止を司る手段 ［図 １］に於いて移送を許容したり禁止する手段は、
ポンプ（１０ｂ）の吐出側配管（１０ｇ）上に設けられ
た空気圧操作弁（１０ｈ）である。図中で空気圧操作弁
（１０ｈ）は手動操作による切り換えが可能なダブルの
２方弁とした例で示しており、ポンプによる移送を開始
する前に弁を開いておくことで移送が許容される。空気
圧プリセットカウンター（１２ｆ）のカウント値（１２
ｈ）がプリセット値（１２ｉ）に達したとき、ポートＡ
２からの空気圧出力がポートＸ４に作用して直接弁を閉
じるとポンプは吐出側配管との圧力バランスにより停止
し、移送が禁止される。［図 ２］に於いて移送を許容
したり禁止する手段は、ポンプの往復作動空気供給配管
（１１ｂ）上に設けられた空気圧操作弁（１１ｃ）であ
る。図中で空気圧操作弁（１１ｃ）は通常開型２位置シ
ングルの３ポート弁として示しており、ポンプによる移
送を開始する前に手動切り換えが可能な信号記憶式３ポ
ートマスターバルブ（１２ｋ）をＡ３→Ｒ３接続位置と
しておくことで移送が許容される。空気圧プリセットカ
ウンターがプリセット値に達したときポートＡ２からの
空気圧出力がマスターバルブ（１２ｋ）をＰ３→Ａ３接
続位置に操作し、当該マスターバルブのポートＡ３から
の空気圧出力が空気圧操作弁（１１ｃ）を操作すると、
ポンプへの作動空気圧の供給が断たれてそれが停止する
ことで移送が禁止される。 （ロ）ポンプの排気回数を検出し、空気圧プリセットカ
ウンターのカウント値がプリセット値に達した時点で空
気圧を出力する手段 ［図 １または２］に破線で示す系統は空気圧操作弁
（１０ｈまたは１１ｃ）を制御することに関わる範囲で
あり、太い破線で示す制御空気供給配管（１２ｂ）系統
と細い破線で示す相対的に低圧の排気圧伝達配管（１１
ｅ）系統とで構成される。ここで排気圧検出手段（１２
ｄまたは１２ｅ）の制御圧がメイン圧の１／１００以下
でもメイン圧側の操作が可能であるものである場合に
は、［図 ３］に示すように、制御ポートＸ１と空気駆
動式往復ポンプの排気口（１０ｅ）との間を接続する排
気圧伝達配管（１１ｅ）の途中に制御ポートＸ１に与え
られる制御圧として不足しない程度に小さな空気逃がし
穴（１１ｆ）を設ける、または［図 ４］に示すように
排気圧伝達配管（１１ｅ）のポンプの排気口（１０ｅ）
側かまたは制御ポートＸ１側かのどちらかの一端にすき
間（１１ｇ）を設けるなどの方法を講じると制御ポート
Ｘ１の残圧を早く逃がすことができ、これによって、排
気圧検出手段の通常排気接続への戻り不全を防止するこ
とが出来る。［図 １］に於いて空気圧操作弁（１０
ｈ）は空気圧プリセットカウンターからの空気圧出力に
より直接的に閉じられ、また［図 ２］に於いて空気圧
操作弁（１１ｃ）は空気圧プリセットカウンターの空気
圧出力により操作される信号記憶式マスターバルブ（１
２ｋ）を介してそれが出力する空気圧出力により間接的
に閉じられる。［図 ２］他に於いて排気圧検出手段は
通常閉型２位置シングル３ポート弁の機能を有する増圧
器（１２ｅ）として示しており、これは排気圧が相当低
い場合に適する。ここに示す増圧器の場合は低圧の補助
空気圧が求められるため減圧弁（１２ｃ）を取り付けＰ
Ｎポートに供給している。 （ハ）バッチ制御基準設定のための手段 バッチ制御開始前に少なくともポンプ内部に移送液を満
たし、あらかじめ決めておいたバッチ制御基準となった
状態からバッチ制御を開始しないと、正確な量が移送で
きない。ポンプとしてドライ運転が許容され、自吸力が
高いからといってポンプ内部に移送液が満たされていな
い状態から排気回数をカウントし（バッチ制御を開始
し）始めたのでは、ポンプの排気回数としては正確にカ
ウントしていたとしても、その回数のうちにはポンプに
液が満たされるまでの往復に伴う排気も含まれてしま
い、移送した液量と一致するものではなくなってしま
う。そこでバッチ制御に先立って液体側を基準状態とす
ることが要件となる。［図 ９］から［図１４］に２ポ
ート弁や３ポート弁として示す基準設定バルブ（１１
ａ）は、バッチ制御開始前にポンプをそれ単独で作動さ
せ、移送液吐出口（１０ｉ）から液が吐き出されるのが
確認された時点などを典型とするバッチ制御基準状態と
するために設けたものである。

【０００５】

【作用】［図１０］は［請求項３］記載のバッチ制御器
に於いて［図 ６］に示すような内部回路で［図 ５］
のような外観である（１２１）と空気駆動式往復ポンプ
（１０ｂ）と空気圧操作弁（１１ｃ）とを組み合わせ
た、プリセットされた回数分だけポンプが往復し終わっ
たときにポンプへの往復作動空気の供給が断たれて自動
的に移送を禁止するバッチ制御の実施例として示すもの
である。［表 １］は［図１０］に於ける１バッチ分の
機器相互の関係を表すものである。ここで空気圧プリセ
ットカウンター（１２ｆ）はカウント値がプリセット値
に達すると自動的に０に戻る機能を有するものとし、プ
リセット値は５０としたものとして説明する。

【０００６】［図１１］は［０００５］で説明したもの
と同様のバッチ制御器（１２１）と空気駆動式往復ポン
プ（１０ｂ）と空気圧操作弁（１０ｈ）とを組み合わせ
た、プリセットされた回数分だけポンプが往復し終わっ
たときにポンプ吐出側が閉塞して自動的に移送を禁止す
るバッチ制御の実施例として示すものである。［表
２］は［図１１］に於ける１バッチ分の機器相互の関係
を表すものである。ここで空気圧プリセットカウンター
（１２ｆ）はカウント値がプリセット値に達すると自動
的に０に戻る機能を有するものとし、プリセット値は５
０としたものとして説明する。

【０００７】［図 ９］は［請求項１］のバッチ制御の
方法に於いて空気圧操作弁（１１ｃ）をポンプへの往復
作動空気の供給を司る複動バルブとし、信号記憶式マス
ターバルブ（１２ｋ）を４ポート弁とした実施例として
示すものである。［表 ３］は［図 ９］に於ける１バ
ッチ分の機器相互の関係を表すものである。ここで空気
圧プリセットカウンター（１２ｆ）はカウント値がプリ
セット値に達すると自動的に０に戻る機能を有するもの
とし、プリセット値は１５０としたものとして説明す
る。ここで二点鎖線で囲む範囲は［図 ８］に示す範囲
と同じである、［図 ７］に示す［請求項３］記載のバ
ッチ制御器（１２ｍ）の内部回路である。

【表 １】

【表 ２】

【表 ３】

【０００８】

【実施例】［図 ５］に示すものは［請求項３］記載の
バッチ制御器に於いて［図 ６］に示す内部回路のよう
なものである（１２１）であり、これは信号記憶式マス
ターバルブ（１２ｋ）が３ポート弁であるために単動の
空気圧操作弁を制御するための空気圧を出力する。

【０００９】［図 ７］に示すものは［請求項３］記載
のバッチ制御器に於いて［図 ８］に示す内部回路のよ
うなものである（１２ｍ）であり、これは信号記憶式マ
スターバルブ（１２ｋ）が４ポート弁であるために複動
の空気圧操作弁を制御することができる。

【００１０】［図１１］は［請求項３］記載のバッチ制
御器に於いて（１２１）であるものと外部の液体移送の
許容と禁止を司る手段として２位置シングルの空気圧操
作弁（１０ｈ）とポンプ（１０ｂ）を組み合わせたレイ
アウトを示したものである。

【００１１】［図１３］は［図１１］に示し［００１
０］に記載したレイアウトをベースとしているが、それ
と異なる点はバッチ制御器（１２１）の出力ポートＡ３
の空気圧出力を［図１１］のように液体を移送禁止する
べく空気圧操作弁（１０ｈ）に作用するだけでなく、そ
れと同時に他の空気圧作動機器を作動させることにも利
用している点である。バッチ制御完了時に通常排気接続
型２位置シングル３ポート弁（１３ａ）の制御ポートＸ
５に作用する結果これをＰ５→Ａ５に開き、ここではエ
アモーター駆動の撹拌機（１３ｂ）を作動開始させる用
例である。

【００１２】［図１４］も［００１１］と同様に、［図
１１］に示し［００１０］に記載したレイアウトをベー
スとし、バッチ制御器（１２１）の出力ポートＡ３の空
気圧出力を液体を移送禁止するべく空気圧操作弁（１０
ｈ）に作用するだけでなく、それと同時に他の空気圧作
動機器を作動させることにも利用している。ここではバ
ッチ制御中は通常排気接続型２位置シングル３ポート弁
（１３ｃ）を大気に開き通常閉型２位置弁（１０１）を
閉じておくことでポンプから移送される液を圧送タンク
（１０ｋ）に溜め、バッチ制御完了時に制御ポートＸ６
に作用し（１０１）を開くと同時に制御ポートＸ５に作
用し（１３ｃ）を圧縮空気側に開くと、溜められた液量
が無脈動で圧送される。

【００１３】

【発明の効果】［図１２］は［図１１］に示し［００１
０］に記載したレイアウトと同様であるが、空気圧プリ
セットカウンター（１２ｆ）が、カウント値がプリセッ
ト値に達したとき自動的に０に戻る機能を有するもので
あることを前提とするとき、繰り返し同一量を移送する
のにとくに有効であることを示している。［図１１］に
於ける１バッチ分の機器相互の関係は［００１０］の説
明のなかで［表 ２］に示した通りであるが、繰り返し
同一量を移送したいとき、空気圧プリセットカウンター
（１２ｆ）のプリセット値を変更する必要がなく、また
カウント値も前のバッチ制御完了時に自動的に０に戻る
ので、信号記憶式マスターバルブ（１２ｋ）の接続をＡ
３→Ｒ３（リセットＯＮ）に切り換えるだけで即座に次
のバッチ制御に移行することが出来る。

【００１４】信号記憶式マスターバルブ（１２ｋ）を含
む各図に於いて、バッチ制御完了時に制御口Ｘ３に空気
圧信号が与えられることで一旦Ｐ３→Ａ３接続となった
（リセットＯＦＦ）当該バルブを再度Ａ３→Ｒ３接続
（リセットＯＮ）に戻すには手動操作で切り換える方法
以外に制御ポートＹ３に空気圧パルスを与える方法によ
っても可能である。

【００１５】［０００３］に述べた課題を解決すること
が出来た。間欠的な排気を行なう空気圧作動機器であれ
ば空気駆動式往復ポンプの制御に限定されず、エアディ
スペンサー、エアシリンダー、空気アクチュエーター作
動バルブ、揺動アクチュエーターなどの制御にも使用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図 １】は［請求項１］のバッチ制御の方法の実施例
図である。

【図 ２】は［請求項１］のバッチ制御の方法の実施例
図である。

【図 ３】は［請求項２］の実施例図である。

【図 ４】は［請求項２］の実施例図である。

【図 ５】は［請求項３］のバッチ制御器の左側面と正
面の外観図である。

【図 ６】は［請求項３］の［図 ５］の内部回路図で
ある。

【図 ７】は［請求項３］のバッチ制御器の左側面と正
面の外観図である。

【図 ８】は［請求項３］の［図 ７］の内部回路図で
ある。

【図 ９】は［請求項１］のバッチ制御の方法の実施例
図である。

【図１０】は［請求項３］のバッチ制御器（左側面）の
実施例図である。

【図１１】は［請求項３］のバッチ制御器の実施例図で
ある。

【図１２】は［請求項３］のバッチ制御器を繰り返し同
一量の移送に用いた実施例図である。

【図１３】は［請求項３］のバッチ制御器の空気圧出力
を液体の移送禁止とその他の空気圧作動機器の制御に利
用した実施例図である。

【図１４】は［請求項３］のバッチ制御器の空気圧出力
を液体の移送禁止とその他の空気圧作動機器の制御に利
用した実施例図である。

【符号の説明】

（１０ａ）は液体吸引側配管 （１０ｂ）は空気駆動式往復ポンプ （１０ｃ）は空気駆動式往復ポンプ付属の空気弁 （１０ｄ）は空気駆動式往復ポンプの空気分配ブロック （１０ｅ）は排気口 （１０ｆ）は排気マフラー （１０ｇ）は液体吐出側配管 （１０ｈ）は液体輸送配管側で移送の許容と禁止を司る
手段である空気圧操作弁 （１０ｉ）は液体吐出口 （１０ｊ）は移送相手の開放容器 （１０ｋ）は移送相手の圧送容器 （１０１）は圧送の許容と禁止を司る液体側のバルブ （１１ａ）はバッチ制御基準設定用バルブ （１１ｂ）はポンプの往復作動空気供給配管 （１１ｃ）はポンプの往復作動空気供給配管側で液体移
送の許容と禁止を司る手段である空気圧操作弁 （１１ｄ）は３岐管 （１１ｅ）は排気圧伝達配管 （１１ｆ）は空気逃がし穴 （１１ｇ）はすき間 （１２ａ）は（１２ｂ）への空気供給を司るセレクタバ
ルブ （１２ｂ）は制御空気供給配管 （１２ｃ）は減圧弁 （１２ｄ）は排気圧検出手段 （１２ｅ）は増圧器である排気圧検出手段 （１２ｆ）は空気圧プリセットカウンター （１２ｇ）はカウント値リセットポタン （１２ｈ）はカウント値 （１２ｉ）はプリセット値 （１２ｊ）はプリセット値設定用ポタン （１２ｋ）は信号記憶式マスターバルブ （１２ｌ）は３ポート弁出力のバッチ制御器 （１２ｍ）は４ポート弁出力のバッチ制御器 （１３ａ）はエアベントと密閉を司るバルブ （１３ｂ）はエアモーター駆動の撹拌機 （１３ｃ）は通常排気接続型２位置シングル３ポート弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（イ）一回当たりの吐出量が固定量である
   空気駆動式往復ポンプ（１０ｂ）。 （ロ）液体移送の許容と禁止を司る手段として、図には
   太い実線で示すポンプの液体輸送配管上に空気圧操作弁
   （１０ｈ）を、または細い実線で示すポンプの往復作動
   空気供給配管（１１ｂ）上に空気圧操作弁（１１ｃ）を
   設ける。 （ハ）図には細い破線で示す排気圧伝達配管（１１ｅ）
   を通って制御ポートＸ１に間欠的に伝達されるポンプの
   排気圧を制御圧として、太い破線で示す制御空気供給配
   管（１２ｂ）側のメイン圧を制御することが可能な通常
   排気接続型２位置シングル３ポート弁またはそれと同等
   の機能を有する排気圧検出手段（１２ｄまたは１２
   ｅ）。 （ニ）カウント値（１２ｈ）＜プリセット値（１２ｉ）
   のうちは２次側の圧力が排気され、カウント値＝プリセ
   ット値となったとき入力ポートＰ２に供給されるメイン
   圧が出力ポートＡ２側に出力される２位置３ポート弁の
   機能を具える空気圧プリセットカウンター（１２ｆ）。
   少なくともこれらを用いて装置したものに於いて、
   （ホ）空気圧操作弁（１０ｈまたは１１ｃ）が液体の移
   送を許容する状態で、尚且つ圧縮空気が往復作動空気供
   給配管（１１ｂ）を通ってポンプに供給されるとき作動
   を始める当該ポンプが吐出を一回終わる都度、当該吐出
   に用いられた空気は排気口（１０ｅ）から一回排気さ
   れ、その排気圧は排気圧伝達配管（１１ｅ）を通って排
   気圧検出手段（１２ｄまたは１２ｅ）の制御ポートＸ１
   で受圧され、（ヘ）制御空気供給配管（１２ｂ）に圧縮
   空気が供給されることでバッチ制御が開始され、ポンプ
   が押しのけ→排気→押しのけ→排気…と交互に繰り返し
   ながら動作するなかで、排気工程のとき当該排気圧検出
   手段の２次側にメイン圧が出力され、押しのけ工程のと
   き２次側から排気され、（ト）排気圧検出手段の出力ポ
   ートＡ１と制御ポートＸ２が接続関係を持つ空気圧プリ
   セットカウンター（１２ｆ）は、カウント値＜プリセッ
   ト値のうちは排気回数とも吐出回数とも言えるこの排気
   圧検出手段の出力回数をカウントしてゆき、（チ）カウ
   ント値＝プリセット値となったとき、空気圧プリセット
   カウンターの２次側に１次圧が出力され、この出力は
   ［図 １］のように直接的に、または［図 ２または
   ９］のように信号記憶式マスターバルブ（１２ｋ）を介
   して間接的に当該空気圧操作弁の制御ポートＸ４に、そ
   れ以上の液体移送を禁止するべく作用してバッチ制御が
   終わる関係である、空気駆動式往復ポンプを液体移送量
   の計量素子と見做すバッチ制御の方法。
   ［図 １または２または９］
2. 【請求項２】［請求項１］記載の空気駆動式往復ポンプ
   を液体移送量の計量素子と見做すバッチ制御の方法に於
   いて排気圧検出手段（１２ｄまたは１２ｅ）が排気圧の
   最大値が数十〜数百ｍｍＨ_２Ｏ程度の微弱な制御圧であ
   ってさえ切り替わるようなものであるとき、当該排気圧
   検出手段の制御ポートＸ１とポンプの排気口（１０ｅ）
   との間を接続する排気圧伝達配管（１１ｅ）の途中に、
   ［図 ３］に示すように小さな空気逃がし穴（１１ｆ）
   を設ける、または［図 ４］に示すように排気圧伝達配
   管（１１ｅ）の排気口（１０ｅ）側かまたは制御ポート
   Ｘ１側かのどちらかの一端にすき間（１１ｇ）を設ける
   などで、排気口（１０ｅ）に於ける圧力が排気圧検出手
   段（１２ｄまたは１２ｅ）の制御ポートＸ１に於いて１
   ００％までは伝達されないように排気空気が大気に逃げ
   ることができる部分を設ける。以上述べた、排気圧検出
   手段の制御ポートＸ１に於いて迅速に残圧を消滅させる
   と同時に過大な圧力が伝達されることによる損傷から保
   護する方法。［図 ３または４］
3. 【請求項３】［請求項１または２］記載の空気駆動式往
   復ポンプを液体移送量の計量素子と見做すバッチ制御の
   方法に於いて、空気駆動式往復ポンプ（１０ｂ）と移送
   の許容と禁止を司る手段である空気圧操作弁（１０ｈま
   たは１１ｃ）は外部に用意されるものとするとき少なく
   とも、（イ）制御空気供給配管（１２ｂ）への圧縮空気
   供給を司るセレクタバルブ（１２ａ）、（ロ）排気圧検
   出手段（１２ｄまたは１２ｅ）、（ハ）空気圧プリセッ
   トカウンター（１２ｆ）、（ニ）手動切り換えが可能な
   信号記憶式マスターバルブ（１２ｋ） 以上を用いて、外部に用意される空気駆動式往復ポンプ
   （１０ｂ）と空気圧操作弁（１０ｈまたは１１ｃ）と組
   み合わせたとき、［請求項１］に記載したようなバッチ
   制御の方法を叶えるように装置した、空気駆動式往復ポ
   ンプを液体移送量の計量素子と見做すバッチ制御器（１
   ２１または１２ｍ）。［図 ５または７］