リニアポンプ装置の制御装置及び方法
リニアポンプ装置の作動装置及び方法であって、リニアモータ装置を作動させ、リニアポンプを往復運動させる。モータ制御モジュールは、リニアモータ装置に指令と制御ロジック入力とを発する。リニアモータ装置が作動して、第１反転位置と第２反転位置との間を出力軸が往復運動する。この出力軸によりリニアポンプが往復運動して材料の流動を生じさせる。ポンプ反転指令は、出力軸の移動方向を反転させる。トルク指令は出力軸の速度を制御する。制御ロジック入力により、材料の流動の一定の出力状態を得る速度で出力軸が往復運動する。モータ制御モジュールは、反転指令が発せられた時点を起点とする一時的な期間にわたり、トルク指令を調整して、一定の出力状態に必要な速度より増大した速度で出力軸を作動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ねポンプ制御装置に係り、より詳しくは、リニアポンプでの圧力降下を低減することに関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアポンプは、ハウジング内で往復運動してハウジング内に流体を通過させるピストンを備えている。従来のリニアポンプは、戻り行程で流体をハウジング内に引き込み、前進行程でハウジングから流体を押し出す。ポンプ内の逆流を防ぐためにバルブが使用される。このバルブは、ポンプからの流体の定常流を得るために、戻り行程及び前進行程のそれぞれにおいて、バルブが流体を引き込み、ピストンの反対側に流体を押し出すようにも構成可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ピストンが作動方向を反転するときに、ポンプ圧に特有の降下が生じ、吐出する流体の量の変動を引き起こす。この変動は、精密に計量調整された流動を必要とする場合に、特に望ましくない。例えば、２成分計量装置の場合、樹脂材料と触媒材料とが供給ガンの混合ヘッド部から同時に吐出される。２種の材料の混合により、十分に硬化すると硬質材料となる凝固プロセスを開始する化学反応が生じる。吐出過程の間中、樹脂材料と触媒材料との均一な流動を得て、混合物が適切に硬化するような樹脂材料と触媒材料との適切な比率を確保することは有益である。従って、１成分計測装置及び２成分計測装置で使用するリニアポンプにつきものの圧力低下を低減する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明はリニアポンプ装置の作動方法及び作動装置に関する。
【０００５】
リニアポンプ装置の作動方法は、リニアモータ装置を作動する工程と、リニアポンプを往復運動させる工程とを有する。リニアモータ装置が作動すると、第１反転位置と第２反転位置との間で出力軸が往復運動する。リニアポンプはリニアモータ装置の出力軸により往復運動して材料の流動が生じる。リニアモータ装置は、一定の材料流動の出力状態をもたらす速度で駆動される。リニアモータ装置は、出力軸が移動方向を反転する際、一定の出力状態に必要な速度より増大した速度で一時的に駆動される。
【０００６】
リニアポンプ装置はリニアモータ装置、材料供給用リニアポンプ、及びモータ制御モジュールを備える。リニアモータ装置は、第１反転位置と第２反転位置との間で出力軸の往復運動を生じる。材料供給用リニアポンプは出力軸に連結され、材料の流動を生成する。モータ制御モジュールは、反転指令、トルク指令、及び制御ロジック入力をリニアモータ装置に発する。反転指令は、出力軸の移動方向を反転するために発せられる。トルク指令は、出力軸の速度を制御するために発せられる。制御ロジック入力は、材料の流動を一定の出力状態にする速度で出力軸を往復運動させるために発せられる。モータ制御モジュールは、反転指令が発せられたときを起点とする一時的な期間にわたり、一定の出力状態を得るのに必要な速度より増大した速度で出力軸を作動させる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ポンピングユニット、成分材料容器、及び供給ガンを有する２成分ポンプ装置を示す図である。
【図２】個別に制御される材料供給用リニアポンプを有した図１の２成分ポンプ装置の概略図である。
【図３】図２の材料供給用リニアポンプを制御する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、ポンピングユニット１２、成分材料容器１４Ａ、１４Ｂ、及び供給ガン１６を有する２成分ポンプ装置１０を示している。ポンピングユニット１２は、液圧ユニット１８、ディスプレイモジュール２０、流体マニホルド２２、第１リニアポンプ２４Ａ、第２リニアポンプ２４Ｂ、作動流体リザーバ２６、及び配電箱２８を備えている。図２に示すように、第１リニアポンプ２４Ａ及び第２リニアポンプ２４Ｂのそれぞれに対して、電動モータ、デュアル出力反転バルブ、液圧モータ、ギアポンプ、及びモータ制御モジュール（ＭＣＭ）が液圧ユニット１８内に配置されている。供給ガン１６は、混合ヘッド部３２を備え、ホース３４Ａを介して第１リニアポンプ２４Ａに接続され、ホース３４Ｂを介して第２リニアポンプ２４Ｂに接続されている。ホース３６Ａはフィードポンプ３８Ａを第１リニアポンプ２４Ａに接続し、ホース３６Ｂはフィードポンプ３８Ｂを第２リニアポンプ２４に接続する。フィードポンプ３８Ａ、３８Ｂ、及び供給ガン１６には、ホース４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを介して圧縮空気が供給される。
【０００９】
成分材料容器１４Ａ、１４Ｂは、混合することによって硬質の構造を形成する第１粘性材料のドラム缶及び第２粘性材料のドラム缶からなる。例えば、ポリエステル樹脂またはビニルエステル等の樹脂材料からなる第１粘性材料が成分材料容器１４Ａに収容され、樹脂材料を硬化させるメチルエチルケトンペルオキシド（ＭＥＫＰ）等の触媒材料からなる第２粘性材料が成分材料容器１４Ｂに収容される。電力が配電箱２８に供給されると、配電箱２８は、液圧ユニット１８内のＭＣＭやディスプレイモジュール２０等、２成分ポンプ装置１０の様々な部品に電力を送給する。別に設けられた供給源から、圧縮空気がホース４０Ａを介してフィードポンプ３８Ａに供給されて、第１成分材料からなる流体がリニアポンプ２４Ａに供給されると共に、当該圧縮空気がホース４０Ｂを介してフィードポンプ３８Ｂに供給されて、第２成分材料からなる流体がリニアポンプ２４Ｂに供給される。リニアポンプ２４Ａ、２４Ｂは、液圧ユニット１８内のギアポンプによる液圧で作動する。当該ギアポンプは液圧ユニット１８内の電動モータによって作動し、作動流体リザーバ２６から作動流体を引き込み、リニアモータを作動させるデュアル出力反転バルブに、加圧された作動流体を供給する。この点について図２を参照してより詳細に後述する。
【００１０】
ユーザが供給ガン１６を操作すると、第１リニアポンプ２４Ａ及び第２リニアポンプ２４Ｂによって流体マニホルド２２に供給された加圧された成分材料が、混合ヘッド部３２に押し出される。混合ヘッド部３２は第１成分材料及び第２成分材料を混合し、混合した成分材料が、例えば型内に噴霧されたときに完了するような凝固プロセスを開始させる。第１成分材料及び第２成分材料は、一般的に供給ガン１６から一定の出力状態で吐出される。例えば、ユーザはディスプレイモジュール２０から入力を行ってＭＣＭを制御し、一定の圧力または一定の流量で成分材料を供給させることができる。ＭＣＭは、様々な部品の中でも電動モータ及びデュアル出力反転バルブと協働し、制御ロジックの入力及び出力を使用して、一定の出力状態を得る。但し、第１リニアポンプ２４Ａ及び第２リニアポンプ２４Ｂは移動方向を反転する必要のあるピストンを備えているので、反転位置でポンプ内の圧力が降下する際に、一定の出力状態にわずかな変動が生じる。本発明は、第１リニアポンプ２４Ａ及び第２リニアポンプ２４Ｂの反転位置で発生した圧力降下から生じる、吐出成分材料の圧力変動を低減するための制御装置及び方法を提供するものである。
【００１１】
図２は、個別に制御される第１リニアポンプ２４Ａ、第２リニアポンプ２４Ｂを有する図１の２成分ポンプ装置１０の概略図である。２成分ポンプ装置１０は、ポンピングユニット１２、供給ガン１６、第１リニアポンプ２４Ａ、第２リニアポンプ２４Ｂ、作動流体リザーバ２６Ａ、第２作動流体リザーバ２６Ｂ、モータ制御モジュール４２Ａ、４２Ｂ、電動モータ４４Ａ、４４Ｂ、ギアポンプ４６Ａ、４６Ｂ、デュアル出力反転バルブ４８Ａ、４８Ｂ、液圧リニアモータ５０Ａ、５０Ｂ、出力圧センサ５２Ａ、５２Ｂ、及び速度・直線位置センサ５４Ａ、５４Ｂを備えている。作動流体リザーバ２６Ａは、圧力リリーフバルブ５６Ａ、フィルタ５８Ａ、レベル表示器６０Ａ、及び圧力センサ６２Ａも備え、第２作動流体リザーバ２６Ｂは、圧力リリーフバルブ５６Ｂ、フィルタ５８Ｂ、レベル表示器６０Ｂ、及び圧力センサ６２Ｂも備える。
【００１２】
作動流体リザーバ２６Ａ、ＭＣＭ４２Ａ、電動モータ４４Ａ、ギアポンプ４６Ａ、デュアル出力反転バルブ４８Ａ、及び液圧リニアモータ５０Ａは液圧ユニット１８内に設置され、第１リニアモータ装置６４Ａを構成する。同様に、作動流体リザーバ２６Ｂ、ＭＣＭ４２Ｂ、電動モータ４４Ｂ、ギアポンプ４６Ｂ、２成分反転バルブ４８Ｂ、及び液圧リニアモータ５０Ｂは液圧ユニット１８内に設置され、第２リニアモータ装置６４Ｂを構成する。本発明の別の実施形態では、リニアモータ装置は、電動モータ、ギアポンプ、及び作動流体リザーバ等の部品を共有する。
【００１３】
ポンピングユニットの供給準備がなされ作動が開始されると、加圧された第１成分材料がフィードポンプ３８Ａによって第１リニアポンプ２４Ａに供給され、加圧された第２成分材料がフィードポンプ３８Ｂによって第２リニアポンプ２４Ｂに供給される（図１に示す）。フィードポンプ３８Ａ、３８Ｂは加圧空気で作動する。第１リニアポンプ２４Ａは第１リニアモータ装置６４Ａによって作動され、加圧された第１成分材料を供給ガン１６に供給し、第２リニアポンプ２４Ｂは第２リニアモータ装置６４Ｂによって作動され、加圧された第２成分材料を供給ガン１６に供給する。加圧空気も供給ガン１６に供給され、ポンプまたはバルブ機構を作動させ、加圧された第１成分材料及び第２成分材料を混合ヘッド部３２内に供給し、供給ガン１６から放出する。
【００１４】
第１リニアモータ装置６４Ａはモータ制御モジュール（ＭＣＭ）４２Ａによって、第２リニアモータ装置６４Ｂはモータ制御モジュール（ＭＣＭ）４２Ｂによってそれぞれ制御される。ＭＣＭ４２Ａ、４２Ｂは、一定の配合比率となる量の成分材料が供給ガン１６に供給されるように、同等且つ同様に第１リニアモータ装置６４Ａ及び第２リニアモータ装置６４Ｂを作動させる。第１リニアモータ装置６４Ａ及び第２リニアモータ装置６４Ｂの作動に関する説明は第１リニアモータ装置６４Ａについて行うものとし、第２リニアモータ装置６４Ｂの作動は同じ方法で作動するものであり、同様の部品には同じ番号を付している。
【００１５】
電動モータ４４Ａは、配電箱２８（図１）から電力を与えられる。一実施形態では、電動モータ４４Ａは直流（ＤＣ）モータからなる。ＭＣＭ４２Ａはトルク指令ＣTを発し、電動モータ４４Ａはこのトルク指令ＣTを受けて駆動軸６６Ａの速度を制御する。駆動軸６６Ａは、作動流体リザーバ２６Ａ内の作動流体中に沈められるギアポンプ４６Ａに連結される。ギアポンプ４６Ａは、電動モータ４４Ａからの回転入力を利用して、作動流体リザーバ２６Ａから作動流体を引き込み、流路６８Ａ内に加圧された作動流体を流動させる。作動流体リザーバ２６Ａは、作動流体リザーバ２６Ａ内の作動流体の量を測定するために使用されるレベル表示器６０Ａを備えている。圧力センサ６２Ａは、作動流体リザーバ２６Ａ内の充填不足状態を判定するために使用可能である。別の実施形態では、駆動軸６６Ａは、回転ベーンポンプまたは蠕動ポンプ等、回転入力を加圧作動流体の流動に変換する別のタイプの容積式ポンプの駆動に使用される。
【００１６】
ポンプ４６Ａからの加圧作動流体は、圧力リリーフバルブ５６Ａと、デュアル出力反転バルブ４８Ａとを通って流れる。圧力リリーフバルブ５６Ａは、圧力超過状態となった場合に、過剰に加圧された作動流体を作動流体リザーバ２６Ａに戻すことができるようにする手段を提供する。後述するように、デュアル出力反転バルブ４８Ａは、加圧作動流体を使用して液圧リニアモータ５０Ａを往復運動させるものである。加圧作動流体は、デュアル出力反転バルブ４８Ａから流路７０Ａの中を通ってフィルタ５８Ａを通過した後に、作動流体リザーバ２６Ａに戻る。フィルタ５８Ａは作動流体から不純物を取り除く。従って、作動流体の閉鎖回路の流動が、作動流体リザーバ２６Ａ、ギアポンプ４６Ａ、デュアル出力反転バルブ４８Ａ、及び液圧リニアモータ５０Ａの間で行われる。
【００１７】
デュアル出力反転バルブ４８Ａは、当該技術分野で公知のように、従来の反転バルブ機構に従って構成される。デュアル出力反転バルブ４８Ａは、加圧作動流体の連続的な流動を受け、当該流動を液圧リニアモータ５０Ａに向かわせる。具体的には、デュアル出力反転バルブ４８Ａは、流路６８Ａに接続された流入口、流路７０Ａに接続される流出口、及び流路７２Ａ、７４Ａに接続された２つのポートを備えている。加圧作動流体は、流路７２Ａ、７４Ａに交互に供給され、液圧リニアモータ５０Ａの作動に使用される。
【００１８】
液圧リニアモータ５０Ａは、ハウジング７８Ａ内の２つの流体チャンバの間でスライドするピストン７６Ａを備えている。一方の流体チャンバは流路７２Ａから加圧作動流体の流動を受け、他方の流体チャンバは流路７４Ａから加圧作動流体の流動を受ける。例えば、デュアル出力反転バルブ４８Ａが第１位置にある場合、流路７２Ａが加圧作動流体をハウジング７８Ａ内の第１チャンバに供給し、ピストン７６Ａを下方（図２において）に移動させる。同時に、ハウジング７８Ａ内の他方のチャンバ内の作動流体は液圧リニアモータ５０Ａから押し出され、流路７４Ａを通ってデュアル出力反転バルブ４８Ａ内に戻り、流路７０Ａに流出する。ＭＣＭ４２Ａは反転指令ＣRを発し、デュアル出力反転バルブ４８Ａはこの反転指令ＣRを受け、液圧リニアモータ５０Ａの方向反転時期を制御する。反転指令ＣRを受信すると、デュアル出力反転バルブ４８Ａが第２位置に切り替わり、加圧作動流体が流路７４Ａを介してハウジング７８Ａに供給され、ハウジング７８Ａから作動流体が流路７２Ａを介して排出される。従って、デュアル出力反転バルブ４８Ａの作動により、ハウジング７８Ａ内の２つの反転位置の間でピストン７６Ａが往復運動し、出力軸８０Ａも往復運動する。速度・直線位置センサ５４Ａは、出力軸８０Ａに連結され、ピストン７６Ａの移動速度に基づきピストン７６Ａの位置の指示値と、速度の指示値とをＭＣＭ４２Ａに提供する。具体的には、出力軸８０Ａが反転位置の一方から離間する方向に移動するときに、速度・直線位置センサ５４Ａが位置信号ＳPoをＭＣＭ４２Ａに提供する。
【００１９】
液圧リニアモータ５０Ａの出力軸８０Ａは、直接第１リニアポンプ２４Ａのピストン軸８２Ａに機械的に結合される。ピストン軸８２Ａは、ハウジング８６Ａ内でピストン８４Ａを駆動する。ピストン８４Ａは、フィードポンプ３８Ａ（図１）によって供給されることで、成分材料容器１４Ａから成分材料をハウジング８６Ａ内に引き込む。第１リニアポンプ２４Ａは複動ポンプからなり、上昇行程（図２における）で成分材料が流路８８Ａ内に押し出され、下降工程（図２における）で流路８９Ａ内に押し出される。具体的には、上昇行程で、バルブ９０Ａが開き、流体マニホルド２２（図１に示す）を介しフィードポンプ３８Ａからハウジング８６Ａ内に成分材料を引き込むと共に、バルブ９２Ａが開き、ピストン８４Ａが流路８８Ａを介して成分材料を供給ガン１６内に押し出すことが可能となる一方、バルブ９４Ａ、９６Ａは閉じている。下降工程では、バルブ９０Ａ、９２Ａは閉じているが、バルブ９４Ａが開き、流体マニホルド２２Ａ（図１に示す）を介してフィードポンプ３８Ａからハウジング８６Ａ内に成分材料を引き込むと共に、バルブ９６Ａが開いて、ピストン８４Ａが流路８９Ａを介して供給ガン１６内に成分材料を押し出すことが可能となる。第１リニアポンプ２４Ａの２通りの作動により、作業中、成分材料の連続する略一定の供給が維持される。しかしながら上述した通り、ピストン軸８２Ａの反転位置で僅かな圧力降下が生じる。本発明は反転位置付近でピストン軸８２Ａを加速することによって、生じた圧力降下の一部を解消するものである。
【００２０】
第１リニアポンプ２４Ａからの圧力によって流路８８Ａ、８９Ａから成分材料が供給ガン１６内に押し出され、供給ガン１６から噴霧される前に、混合ヘッド部３２内で第２リニアポンプ２４Ｂからの成分材料と混合される。圧力センサ５２Ａは流路８８Ａ内の成分材料の圧力を検出し、圧力信号ＳPrをＭＣＭ４２Ａに送信する。任意のヒータ９８Ａを流路８８Ａに取り付けて、混合ヘッド部３２から吐出する前に成分材料を加熱することにより、例えば成分材料の粘性を低減したり、または他方の成分材料との反応や硬化を促進したりしてもよい。
【００２１】
ＭＣＭ４２Ａは位置信号ＳPoと圧力信号ＳPrとを受信し、反転指令ＣRとトルク指令ＣTとを発する。位置信号ＳPoと圧力信号ＳPrとを用いて、ＭＣＭ４２Ａは反転指令ＣRとトルク指令ＣTとを調整し、リニアモータ装置を一定の出力状態で制御する。例えば、２成分ポンプ装置１０のオペレータがディスプレイモジュール２０（図１）の入力により、ポンピングユニット１２が一定の圧力の第１成分材料及び第２成分材料を流体マニホルド２２（図２では省略し、図１に示す）に供給する作動を行ったり、または第１成分材料及び第２成分材料を一定流量で流体マニホルド２２に供給する作動を行ったりするように指定することができる。ＭＣＭ４２Ａは、反転指令ＣRとトルク指令ＣTとを連続して調整して、一定の出力状態を維持するような制御ロジックを実行する。トルク指令ＣTは、電動モータ４４Ａが駆動軸６６Ａを回転する速度を決定し、この駆動軸６６Ａの回転速度は、電動モータ５０Ａのハウジング７８Ａ内のチャンバが作動流体で満たされる速さに直接関係する。反転指令ＣRは、デュアル出力反転バルブ４８Ａが位置を切り換えるタイミングを決定する。反転指令ＣRの発信は、ハウジング７８Ａ内のチャンバが一杯になって、デュアル出力反転バルブ４８Ａがハウジング７８Ａ内の作動流体の流動方向を切り換え可能となる速さに整合したものとされる。制御ロジックは、所望の一定の出力状態の維持に合わせて、電動モータ４４Ａの速度とデュアル出力反転バルブ４８Ａの切換間隔とを管理する。図３を参照して後述するように、本発明は、ピストン軸８２Ａが移動方向を反転するときに、第１リニアモータ装置６４Ａを操作して圧力降下を最低限にするものである。
【００２２】
図３は、図２の第１リニアポンプ２４Ａ及び第２リニアポンプ２４Ｂを制御する方法を実行するフローチャートを示している。最初のステップ１００では、第１リニアポンプ２４Ａが一定の出力状態で作動するように、モータ制御モジュール（ＭＣＭ）４２Ａは制御ロジック入力、例えばプログラムされた入力値またはディスプレイモジュール２０で入力された入力値を用いて第１リニアモータ装置６４を作動させる。具体的には、ＭＣＭ４２Ａは電動モータ４４Ａへのトルク指令ＣTを調整して、駆動軸６６Ａの速度を制御する。
【００２３】
ピストン軸８２Ａが反転位置で自身の移動終端に達すると、ＭＣＭ４２Ａは、ステップ１１０における制御ロジックの一部として反転指令ＣRの形式でデュアル出力反転バルブ４８Ａに制御ロジック出力を発する。次に、ステップ１２０では、ＭＣＭ４２Ａが引き続きトルク指令ＣTや反転指令ＣRを更新して一定の出力状態とすることのないように、ＭＣＭ４２Ａは制御ロジックを停止する。ステップ１３０では、ＭＣＭ４２Ａが電動モータ４４Ａにトルク指令ＣTを発して駆動軸６６Ａの速度を増大させることにより、デュアル出力反転バルブ４８Ａへの加圧作動流体の流出量が増加する。それに合わせて、ＭＣＭ４２Ａが反転指令ＣRをデュアル出力反転バルブ４８Ａに発し、作動流体の流動に対応した出力軸８０Ａの移動方向を反転する。具体的には、デュアル出力反転バルブ４８Ａは、ギアポンプ４６Ａによる供給流量と等しい流量で、液圧リニアモータ５０Ａのハウジング７８Ａ内のチャンバの充填及び排出が行われるように作動する必要がある。このため、ステップＳ１３０が実行された後、出力軸８０Ａの速度は、ステップ１００でそれまで発生していた速度より一時的に増速され、一定の出力状態が得られる。従って、ピストン軸８２Ａがハウジング８６Ａ内の反転位置にあるときには、出力軸８０Ａが第１リニアポンプ２４Ａのピストン軸８２Ａを増大した速度で作動させ、第１リニアポンプ２４Ａでの圧力降下を低減する。それによって、出力軸８０Ａとピストン軸８２Ａとは、制御ロジック下で行う反転より迅速に移動方向を反転する。
【００２４】
ステップ１４０では、制御ロジックは速度・直線位置センサ５４Ａから出力軸８０Ａの移動方向の反転を検出する。その後、ステップ１５０では、電動モータ４４Ａへのトルク指令ＣTが、トルク指令ＣTの変更によって、ステップ１３０で指令された値より低い値に低減される。この場合も、速度は制御ロジックのもとで指令された速度よりもある程度速く維持される。しかしながら、必要であれば、一定の出力状態を極力乱さないようにするために、ステップ１００での速度より低速に減速してもよい。ステップ１６０では、ステップ１７０で制御ロジックを開始することができるよう、リセット条件の検出が行われる。例えば、流路８８Ａ内の圧力が上昇しつつあることが検出され、ピストン軸８２Ａと出力軸８０Ａとが反転過程を完了したことを示すと、リセット条件が成立したと判定することができる。一定の出力状態からの逸脱を最小限に抑えるために、一般的には数十ミリ秒という所定の時間の後にステップ１７０をすぐに実行してもよい。従って、ＭＣＭ４２Ａが出力圧センサ５２Ａから圧力信号ＳPrを受け取ると、電動モータ４４Ａとデュアル出力反転バルブ４８Ａとが、ステップ１００で実行されるような一定の出力状態で再度作動するように制御ロジックが再開する。別の実施形態として、ステップ１３０、１５０のポンプ速度に基づき、液圧リニアモータ５０Ａが反転過程を完了するのに要すると予測される時間等の所定の時間に基づいて、リセット条件を設定してもよい。
【００２５】
本発明は、リニアポンプ装置の作動中の圧力の変動を低減する装置及び方法を提供する。上述したように、ピストンが移動方向を反転すると、リニアポンプは本質的に出力圧の低下を生じる。開示した実施形態に関し、ポンプの出力圧は、ピストンの移動速度に直接比例し、リニアポンプを作動させる液圧リニアモータを電動モータが駆動する速度によって決まる。従って、ピストンが方向反転のために停止すると、ポンプ圧が降下する。ポンプ圧の降下は、一定の出力状態が必要とされている場合に、特に不都合となる。さらに、一定の出力状態の下で、一定の圧力を出力する状態であっても、リニアポンプの出力圧が微小な脈動を示すようにして、リニアモータを駆動する電動モータに入力する速度が略一定に維持される。本発明の一実施形態では、液圧リニアモータの反転位置付近で、電動モータの速度が一定の出力状態を得るために必要な速度を上回る速度に一時的に加速される。このようにして、出力圧の微小な脈動が低減される。
【００２６】
電動モータの速度制御またはトルク制御に基づくリニアポンプ装置の制御に関して本発明を説明したが、本発明は別のタイプのリニアポンプ装置に適用可能であり、上述した装置を別の方法で制御するのに使用可能である。電動モータの速度を制御するのではなく、デュアル出力反転バルブ４８Ａの代わりに、液圧リニアモータの速度を制御するプログラム可能な作動流体の圧力調整器を使用して、作動流体の圧力を制御してもよい。具体的には、圧力調整器は電動モータとギアポンプとの結合体から加圧作動流体を供給されるようにしてもよく、液圧リニアモータに作動流体を供給するか、或いは作動流体リザーバに戻したりしてもよい。この場合、圧力調整器は、液圧リニアモータに流入する作動流体と作動流体リザーバに戻る作動流体との比率を変更するようにプログラムを設定または制御してもよい。通常、圧力調整器と共に、一定の出力状態の制御に制御ロジックを使用する。但し、液圧リニアモータが反転位置またはその付近にある場合に、制御ロジックは一時的に停止可能であり、液圧リニアモータへの圧力調整器の出力は増大する。代わりに、上述した実施形態の液圧装置と液圧調整器とは、空気圧システムと空気圧調整器とに置き換え可能である。
【００２７】
代表的な実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更をしたり、各要素の等価物で代用したりすることが可能であることは当業者が容易に理解し得るものである。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱せずに、特定の状況や素材を本発明の教示に適合させるべく、様々な変更を行うことが可能である。従って、本発明は開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲内に属する全ての形態を含むものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ねポンプ制御装置に係り、より詳しくは、リニアポンプでの圧力降下を低減することに関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアポンプは、ハウジング内で往復運動してハウジング内に流体を通過させるピストンを備えている。従来のリニアポンプは、戻り行程で流体をハウジング内に引き込み、前進行程でハウジングから流体を押し出す。ポンプ内の逆流を防ぐためにバルブが使用される。このバルブは、ポンプからの流体の定常流を得るために、戻り行程及び前進行程のそれぞれにおいて、バルブが流体を引き込み、ピストンの反対側に流体を押し出すようにも構成可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ピストンが作動方向を反転するときに、ポンプ圧に特有の降下が生じ、吐出する流体の量の変動を引き起こす。この変動は、精密に計量調整された流動を必要とする場合に、特に望ましくない。例えば、２成分計量装置の場合、樹脂材料と触媒材料とが供給ガンの混合ヘッド部から同時に吐出される。２種の材料の混合により、十分に硬化すると硬質材料となる凝固プロセスを開始する化学反応が生じる。吐出過程の間中、樹脂材料と触媒材料との均一な流動を得て、混合物が適切に硬化するような樹脂材料と触媒材料との適切な比率を確保することは有益である。従って、１成分計測装置及び２成分計測装置で使用するリニアポンプにつきものの圧力低下を低減する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明はリニアポンプ装置の作動方法及び作動装置に関する。
【０００５】
リニアポンプ装置の作動方法は、リニアモータ装置を作動する工程と、リニアポンプを往復運動させる工程とを有する。リニアモータ装置が作動すると、第１反転位置と第２反転位置との間で出力軸が往復運動する。リニアポンプはリニアモータ装置の出力軸により往復運動して材料の流動が生じる。リニアモータ装置は、一定の材料流動の出力状態をもたらす速度で駆動される。リニアモータ装置は、出力軸が移動方向を反転する際、一定の出力状態に必要な速度より増大した速度で一時的に駆動される。
【０００６】
リニアポンプ装置はリニアモータ装置、材料供給用リニアポンプ、及びモータ制御モジュールを備える。リニアモータ装置は、第１反転位置と第２反転位置との間で出力軸の往復運動を生じる。材料供給用リニアポンプは出力軸に連結され、材料の流動を生成する。モータ制御モジュールは、反転指令、トルク指令、及び制御ロジック入力をリニアモータ装置に発する。反転指令は、出力軸の移動方向を反転するために発せられる。トルク指令は、出力軸の速度を制御するために発せられる。制御ロジック入力は、材料の流動を一定の出力状態にする速度で出力軸を往復運動させるために発せられる。モータ制御モジュールは、反転指令が発せられたときを起点とする一時的な期間にわたり、一定の出力状態を得るのに必要な速度より増大した速度で出力軸を作動させる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ポンピングユニット、成分材料容器、及び供給ガンを有する２成分ポンプ装置を示す図である。
【図２】個別に制御される材料供給用リニアポンプを有した図１の２成分ポンプ装置の概略図である。
【図３】図２の材料供給用リニアポンプを制御する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、ポンピングユニット１２、成分材料容器１４Ａ、１４Ｂ、及び供給ガン１６を有する２成分ポンプ装置１０を示している。ポンピングユニット１２は、液圧ユニット１８、ディスプレイモジュール２０、流体マニホルド２２、第１リニアポンプ２４Ａ、第２リニアポンプ２４Ｂ、作動流体リザーバ２６、及び配電箱２８を備えている。図２に示すように、第１リニアポンプ２４Ａ及び第２リニアポンプ２４Ｂのそれぞれに対して、電動モータ、デュアル出力反転バルブ、液圧モータ、ギアポンプ、及びモータ制御モジュール（ＭＣＭ）が液圧ユニット１８内に配置されている。供給ガン１６は、混合ヘッド部３２を備え、ホース３４Ａを介して第１リニアポンプ２４Ａに接続され、ホース３４Ｂを介して第２リニアポンプ２４Ｂに接続されている。ホース３６Ａはフィードポンプ３８Ａを第１リニアポンプ２４Ａに接続し、ホース３６Ｂはフィードポンプ３８Ｂを第２リニアポンプ２４に接続する。フィードポンプ３８Ａ、３８Ｂ、及び供給ガン１６には、ホース４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを介して圧縮空気が供給される。
【０００９】
成分材料容器１４Ａ、１４Ｂは、混合することによって硬質の構造を形成する第１粘性材料のドラム缶及び第２粘性材料のドラム缶からなる。例えば、ポリエステル樹脂またはビニルエステル等の樹脂材料からなる第１粘性材料が成分材料容器１４Ａに収容され、樹脂材料を硬化させるメチルエチルケトンペルオキシド（ＭＥＫＰ）等の触媒材料からなる第２粘性材料が成分材料容器１４Ｂに収容される。電力が配電箱２８に供給されると、配電箱２８は、液圧ユニット１８内のＭＣＭやディスプレイモジュール２０等、２成分ポンプ装置１０の様々な部品に電力を送給する。別に設けられた供給源から、圧縮空気がホース４０Ａを介してフィードポンプ３８Ａに供給されて、第１成分材料からなる流体がリニアポンプ２４Ａに供給されると共に、当該圧縮空気がホース４０Ｂを介してフィードポンプ３８Ｂに供給されて、第２成分材料からなる流体がリニアポンプ２４Ｂに供給される。リニアポンプ２４Ａ、２４Ｂは、液圧ユニット１８内のギアポンプによる液圧で作動する。当該ギアポンプは液圧ユニット１８内の電動モータによって作動し、作動流体リザーバ２６から作動流体を引き込み、リニアモータを作動させるデュアル出力反転バルブに、加圧された作動流体を供給する。この点について図２を参照してより詳細に後述する。
【００１０】
ユーザが供給ガン１６を操作すると、第１リニアポンプ２４Ａ及び第２リニアポンプ２４Ｂによって流体マニホルド２２に供給された加圧された成分材料が、混合ヘッド部３２に押し出される。混合ヘッド部３２は第１成分材料及び第２成分材料を混合し、混合した成分材料が、例えば型内に噴霧されたときに完了するような凝固プロセスを開始させる。第１成分材料及び第２成分材料は、一般的に供給ガン１６から一定の出力状態で吐出される。例えば、ユーザはディスプレイモジュール２０から入力を行ってＭＣＭを制御し、一定の圧力または一定の流量で成分材料を供給させることができる。ＭＣＭは、様々な部品の中でも電動モータ及びデュアル出力反転バルブと協働し、制御ロジックの入力及び出力を使用して、一定の出力状態を得る。但し、第１リニアポンプ２４Ａ及び第２リニアポンプ２４Ｂは移動方向を反転する必要のあるピストンを備えているので、反転位置でポンプ内の圧力が降下する際に、一定の出力状態にわずかな変動が生じる。本発明は、第１リニアポンプ２４Ａ及び第２リニアポンプ２４Ｂの反転位置で発生した圧力降下から生じる、吐出成分材料の圧力変動を低減するための制御装置及び方法を提供するものである。
【００１１】
図２は、個別に制御される第１リニアポンプ２４Ａ、第２リニアポンプ２４Ｂを有する図１の２成分ポンプ装置１０の概略図である。２成分ポンプ装置１０は、ポンピングユニット１２、供給ガン１６、第１リニアポンプ２４Ａ、第２リニアポンプ２４Ｂ、作動流体リザーバ２６Ａ、第２作動流体リザーバ２６Ｂ、モータ制御モジュール４２Ａ、４２Ｂ、電動モータ４４Ａ、４４Ｂ、ギアポンプ４６Ａ、４６Ｂ、デュアル出力反転バルブ４８Ａ、４８Ｂ、液圧リニアモータ５０Ａ、５０Ｂ、出力圧センサ５２Ａ、５２Ｂ、及び速度・直線位置センサ５４Ａ、５４Ｂを備えている。作動流体リザーバ２６Ａは、圧力リリーフバルブ５６Ａ、フィルタ５８Ａ、レベル表示器６０Ａ、及び圧力センサ６２Ａも備え、第２作動流体リザーバ２６Ｂは、圧力リリーフバルブ５６Ｂ、フィルタ５８Ｂ、レベル表示器６０Ｂ、及び圧力センサ６２Ｂも備える。
【００１２】
作動流体リザーバ２６Ａ、ＭＣＭ４２Ａ、電動モータ４４Ａ、ギアポンプ４６Ａ、デュアル出力反転バルブ４８Ａ、及び液圧リニアモータ５０Ａは液圧ユニット１８内に設置され、第１リニアモータ装置６４Ａを構成する。同様に、作動流体リザーバ２６Ｂ、ＭＣＭ４２Ｂ、電動モータ４４Ｂ、ギアポンプ４６Ｂ、２成分反転バルブ４８Ｂ、及び液圧リニアモータ５０Ｂは液圧ユニット１８内に設置され、第２リニアモータ装置６４Ｂを構成する。本発明の別の実施形態では、リニアモータ装置は、電動モータ、ギアポンプ、及び作動流体リザーバ等の部品を共有する。
【００１３】
ポンピングユニットの供給準備がなされ作動が開始されると、加圧された第１成分材料がフィードポンプ３８Ａによって第１リニアポンプ２４Ａに供給され、加圧された第２成分材料がフィードポンプ３８Ｂによって第２リニアポンプ２４Ｂに供給される（図１に示す）。フィードポンプ３８Ａ、３８Ｂは加圧空気で作動する。第１リニアポンプ２４Ａは第１リニアモータ装置６４Ａによって作動され、加圧された第１成分材料を供給ガン１６に供給し、第２リニアポンプ２４Ｂは第２リニアモータ装置６４Ｂによって作動され、加圧された第２成分材料を供給ガン１６に供給する。加圧空気も供給ガン１６に供給され、ポンプまたはバルブ機構を作動させ、加圧された第１成分材料及び第２成分材料を混合ヘッド部３２内に供給し、供給ガン１６から放出する。
【００１４】
第１リニアモータ装置６４Ａはモータ制御モジュール（ＭＣＭ）４２Ａによって、第２リニアモータ装置６４Ｂはモータ制御モジュール（ＭＣＭ）４２Ｂによってそれぞれ制御される。ＭＣＭ４２Ａ、４２Ｂは、一定の配合比率となる量の成分材料が供給ガン１６に供給されるように、同等且つ同様に第１リニアモータ装置６４Ａ及び第２リニアモータ装置６４Ｂを作動させる。第１リニアモータ装置６４Ａ及び第２リニアモータ装置６４Ｂの作動に関する説明は第１リニアモータ装置６４Ａについて行うものとし、第２リニアモータ装置６４Ｂの作動は同じ方法で作動するものであり、同様の部品には同じ番号を付している。
【００１５】
電動モータ４４Ａは、配電箱２８（図１）から電力を与えられる。一実施形態では、電動モータ４４Ａは直流（ＤＣ）モータからなる。ＭＣＭ４２Ａはトルク指令ＣTを発し、電動モータ４４Ａはこのトルク指令ＣTを受けて駆動軸６６Ａの速度を制御する。駆動軸６６Ａは、作動流体リザーバ２６Ａ内の作動流体中に沈められるギアポンプ４６Ａに連結される。ギアポンプ４６Ａは、電動モータ４４Ａからの回転入力を利用して、作動流体リザーバ２６Ａから作動流体を引き込み、流路６８Ａ内に加圧された作動流体を流動させる。作動流体リザーバ２６Ａは、作動流体リザーバ２６Ａ内の作動流体の量を測定するために使用されるレベル表示器６０Ａを備えている。圧力センサ６２Ａは、作動流体リザーバ２６Ａ内の充填不足状態を判定するために使用可能である。別の実施形態では、駆動軸６６Ａは、回転ベーンポンプまたは蠕動ポンプ等、回転入力を加圧作動流体の流動に変換する別のタイプの容積式ポンプの駆動に使用される。
【００１６】
ポンプ４６Ａからの加圧作動流体は、圧力リリーフバルブ５６Ａと、デュアル出力反転バルブ４８Ａとを通って流れる。圧力リリーフバルブ５６Ａは、圧力超過状態となった場合に、過剰に加圧された作動流体を作動流体リザーバ２６Ａに戻すことができるようにする手段を提供する。後述するように、デュアル出力反転バルブ４８Ａは、加圧作動流体を使用して液圧リニアモータ５０Ａを往復運動させるものである。加圧作動流体は、デュアル出力反転バルブ４８Ａから流路７０Ａの中を通ってフィルタ５８Ａを通過した後に、作動流体リザーバ２６Ａに戻る。フィルタ５８Ａは作動流体から不純物を取り除く。従って、作動流体の閉鎖回路の流動が、作動流体リザーバ２６Ａ、ギアポンプ４６Ａ、デュアル出力反転バルブ４８Ａ、及び液圧リニアモータ５０Ａの間で行われる。
【００１７】
デュアル出力反転バルブ４８Ａは、当該技術分野で公知のように、従来の反転バルブ機構に従って構成される。デュアル出力反転バルブ４８Ａは、加圧作動流体の連続的な流動を受け、当該流動を液圧リニアモータ５０Ａに向かわせる。具体的には、デュアル出力反転バルブ４８Ａは、流路６８Ａに接続された流入口、流路７０Ａに接続される流出口、及び流路７２Ａ、７４Ａに接続された２つのポートを備えている。加圧作動流体は、流路７２Ａ、７４Ａに交互に供給され、液圧リニアモータ５０Ａの作動に使用される。
【００１８】
液圧リニアモータ５０Ａは、ハウジング７８Ａ内の２つの流体チャンバの間でスライドするピストン７６Ａを備えている。一方の流体チャンバは流路７２Ａから加圧作動流体の流動を受け、他方の流体チャンバは流路７４Ａから加圧作動流体の流動を受ける。例えば、デュアル出力反転バルブ４８Ａが第１位置にある場合、流路７２Ａが加圧作動流体をハウジング７８Ａ内の第１チャンバに供給し、ピストン７６Ａを下方（図２において）に移動させる。同時に、ハウジング７８Ａ内の他方のチャンバ内の作動流体は液圧リニアモータ５０Ａから押し出され、流路７４Ａを通ってデュアル出力反転バルブ４８Ａ内に戻り、流路７０Ａに流出する。ＭＣＭ４２Ａは反転指令ＣRを発し、デュアル出力反転バルブ４８Ａはこの反転指令ＣRを受け、液圧リニアモータ５０Ａの方向反転時期を制御する。反転指令ＣRを受信すると、デュアル出力反転バルブ４８Ａが第２位置に切り替わり、加圧作動流体が流路７４Ａを介してハウジング７８Ａに供給され、ハウジング７８Ａから作動流体が流路７２Ａを介して排出される。従って、デュアル出力反転バルブ４８Ａの作動により、ハウジング７８Ａ内の２つの反転位置の間でピストン７６Ａが往復運動し、出力軸８０Ａも往復運動する。速度・直線位置センサ５４Ａは、出力軸８０Ａに連結され、ピストン７６Ａの移動速度に基づきピストン７６Ａの位置の指示値と、速度の指示値とをＭＣＭ４２Ａに提供する。具体的には、出力軸８０Ａが反転位置の一方から離間する方向に移動するときに、速度・直線位置センサ５４Ａが位置信号ＳPoをＭＣＭ４２Ａに提供する。
【００１９】
液圧リニアモータ５０Ａの出力軸８０Ａは、直接第１リニアポンプ２４Ａのピストン軸８２Ａに機械的に結合される。ピストン軸８２Ａは、ハウジング８６Ａ内でピストン８４Ａを駆動する。ピストン８４Ａは、フィードポンプ３８Ａ（図１）によって供給されることで、成分材料容器１４Ａから成分材料をハウジング８６Ａ内に引き込む。第１リニアポンプ２４Ａは複動ポンプからなり、上昇行程（図２における）で成分材料が流路８８Ａ内に押し出され、下降工程（図２における）で流路８９Ａ内に押し出される。具体的には、上昇行程で、バルブ９０Ａが開き、流体マニホルド２２（図１に示す）を介しフィードポンプ３８Ａからハウジング８６Ａ内に成分材料を引き込むと共に、バルブ９２Ａが開き、ピストン８４Ａが流路８８Ａを介して成分材料を供給ガン１６内に押し出すことが可能となる一方、バルブ９４Ａ、９６Ａは閉じている。下降工程では、バルブ９０Ａ、９２Ａは閉じているが、バルブ９４Ａが開き、流体マニホルド２２Ａ（図１に示す）を介してフィードポンプ３８Ａからハウジング８６Ａ内に成分材料を引き込むと共に、バルブ９６Ａが開いて、ピストン８４Ａが流路８９Ａを介して供給ガン１６内に成分材料を押し出すことが可能となる。第１リニアポンプ２４Ａの２通りの作動により、作業中、成分材料の連続する略一定の供給が維持される。しかしながら上述した通り、ピストン軸８２Ａの反転位置で僅かな圧力降下が生じる。本発明は反転位置付近でピストン軸８２Ａを加速することによって、生じた圧力降下の一部を解消するものである。
【００２０】
第１リニアポンプ２４Ａからの圧力によって流路８８Ａ、８９Ａから成分材料が供給ガン１６内に押し出され、供給ガン１６から噴霧される前に、混合ヘッド部３２内で第２リニアポンプ２４Ｂからの成分材料と混合される。圧力センサ５２Ａは流路８８Ａ内の成分材料の圧力を検出し、圧力信号ＳPrをＭＣＭ４２Ａに送信する。任意のヒータ９８Ａを流路８８Ａに取り付けて、混合ヘッド部３２から吐出する前に成分材料を加熱することにより、例えば成分材料の粘性を低減したり、または他方の成分材料との反応や硬化を促進したりしてもよい。
【００２１】
ＭＣＭ４２Ａは位置信号ＳPoと圧力信号ＳPrとを受信し、反転指令ＣRとトルク指令ＣTとを発する。位置信号ＳPoと圧力信号ＳPrとを用いて、ＭＣＭ４２Ａは反転指令ＣRとトルク指令ＣTとを調整し、リニアモータ装置を一定の出力状態で制御する。例えば、２成分ポンプ装置１０のオペレータがディスプレイモジュール２０（図１）の入力により、ポンピングユニット１２が一定の圧力の第１成分材料及び第２成分材料を流体マニホルド２２（図２では省略し、図１に示す）に供給する作動を行ったり、または第１成分材料及び第２成分材料を一定流量で流体マニホルド２２に供給する作動を行ったりするように指定することができる。ＭＣＭ４２Ａは、反転指令ＣRとトルク指令ＣTとを連続して調整して、一定の出力状態を維持するような制御ロジックを実行する。トルク指令ＣTは、電動モータ４４Ａが駆動軸６６Ａを回転する速度を決定し、この駆動軸６６Ａの回転速度は、電動モータ５０Ａのハウジング７８Ａ内のチャンバが作動流体で満たされる速さに直接関係する。反転指令ＣRは、デュアル出力反転バルブ４８Ａが位置を切り換えるタイミングを決定する。反転指令ＣRの発信は、ハウジング７８Ａ内のチャンバが一杯になって、デュアル出力反転バルブ４８Ａがハウジング７８Ａ内の作動流体の流動方向を切り換え可能となる速さに整合したものとされる。制御ロジックは、所望の一定の出力状態の維持に合わせて、電動モータ４４Ａの速度とデュアル出力反転バルブ４８Ａの切換間隔とを管理する。図３を参照して後述するように、本発明は、ピストン軸８２Ａが移動方向を反転するときに、第１リニアモータ装置６４Ａを操作して圧力降下を最低限にするものである。
【００２２】
図３は、図２の第１リニアポンプ２４Ａ及び第２リニアポンプ２４Ｂを制御する方法を実行するフローチャートを示している。最初のステップ１００では、第１リニアポンプ２４Ａが一定の出力状態で作動するように、モータ制御モジュール（ＭＣＭ）４２Ａは制御ロジック入力、例えばプログラムされた入力値またはディスプレイモジュール２０で入力された入力値を用いて第１リニアモータ装置６４を作動させる。具体的には、ＭＣＭ４２Ａは電動モータ４４Ａへのトルク指令ＣTを調整して、駆動軸６６Ａの速度を制御する。
【００２３】
ピストン軸８２Ａが反転位置で自身の移動終端に達すると、ＭＣＭ４２Ａは、ステップ１１０における制御ロジックの一部として反転指令ＣRの形式でデュアル出力反転バルブ４８Ａに制御ロジック出力を発する。次に、ステップ１２０では、ＭＣＭ４２Ａが引き続きトルク指令ＣTや反転指令ＣRを更新して一定の出力状態とすることのないように、ＭＣＭ４２Ａは制御ロジックを停止する。ステップ１３０では、ＭＣＭ４２Ａが電動モータ４４Ａにトルク指令ＣTを発して駆動軸６６Ａの速度を増大させることにより、デュアル出力反転バルブ４８Ａへの加圧作動流体の流出量が増加する。それに合わせて、ＭＣＭ４２Ａが反転指令ＣRをデュアル出力反転バルブ４８Ａに発し、作動流体の流動に対応した出力軸８０Ａの移動方向を反転する。具体的には、デュアル出力反転バルブ４８Ａは、ギアポンプ４６Ａによる供給流量と等しい流量で、液圧リニアモータ５０Ａのハウジング７８Ａ内のチャンバの充填及び排出が行われるように作動する必要がある。このため、ステップＳ１３０が実行された後、出力軸８０Ａの速度は、ステップ１００でそれまで発生していた速度より一時的に増速され、一定の出力状態が得られる。従って、ピストン軸８２Ａがハウジング８６Ａ内の反転位置にあるときには、出力軸８０Ａが第１リニアポンプ２４Ａのピストン軸８２Ａを増大した速度で作動させ、第１リニアポンプ２４Ａでの圧力降下を低減する。それによって、出力軸８０Ａとピストン軸８２Ａとは、制御ロジック下で行う反転より迅速に移動方向を反転する。
【００２４】
ステップ１４０では、制御ロジックは速度・直線位置センサ５４Ａから出力軸８０Ａの移動方向の反転を検出する。その後、ステップ１５０では、電動モータ４４Ａへのトルク指令ＣTが、トルク指令ＣTの変更によって、ステップ１３０で指令された値より低い値に低減される。この場合も、速度は制御ロジックのもとで指令された速度よりもある程度速く維持される。しかしながら、必要であれば、一定の出力状態を極力乱さないようにするために、ステップ１００での速度より低速に減速してもよい。ステップ１６０では、ステップ１７０で制御ロジックを開始することができるよう、リセット条件の検出が行われる。例えば、流路８８Ａ内の圧力が上昇しつつあることが検出され、ピストン軸８２Ａと出力軸８０Ａとが反転過程を完了したことを示すと、リセット条件が成立したと判定することができる。一定の出力状態からの逸脱を最小限に抑えるために、一般的には数十ミリ秒という所定の時間の後にステップ１７０をすぐに実行してもよい。従って、ＭＣＭ４２Ａが出力圧センサ５２Ａから圧力信号ＳPrを受け取ると、電動モータ４４Ａとデュアル出力反転バルブ４８Ａとが、ステップ１００で実行されるような一定の出力状態で再度作動するように制御ロジックが再開する。別の実施形態として、ステップ１３０、１５０のポンプ速度に基づき、液圧リニアモータ５０Ａが反転過程を完了するのに要すると予測される時間等の所定の時間に基づいて、リセット条件を設定してもよい。
【００２５】
本発明は、リニアポンプ装置の作動中の圧力の変動を低減する装置及び方法を提供する。上述したように、ピストンが移動方向を反転すると、リニアポンプは本質的に出力圧の低下を生じる。開示した実施形態に関し、ポンプの出力圧は、ピストンの移動速度に直接比例し、リニアポンプを作動させる液圧リニアモータを電動モータが駆動する速度によって決まる。従って、ピストンが方向反転のために停止すると、ポンプ圧が降下する。ポンプ圧の降下は、一定の出力状態が必要とされている場合に、特に不都合となる。さらに、一定の出力状態の下で、一定の圧力を出力する状態であっても、リニアポンプの出力圧が微小な脈動を示すようにして、リニアモータを駆動する電動モータに入力する速度が略一定に維持される。本発明の一実施形態では、液圧リニアモータの反転位置付近で、電動モータの速度が一定の出力状態を得るために必要な速度を上回る速度に一時的に加速される。このようにして、出力圧の微小な脈動が低減される。
【００２６】
電動モータの速度制御またはトルク制御に基づくリニアポンプ装置の制御に関して本発明を説明したが、本発明は別のタイプのリニアポンプ装置に適用可能であり、上述した装置を別の方法で制御するのに使用可能である。電動モータの速度を制御するのではなく、デュアル出力反転バルブ４８Ａの代わりに、液圧リニアモータの速度を制御するプログラム可能な作動流体の圧力調整器を使用して、作動流体の圧力を制御してもよい。具体的には、圧力調整器は電動モータとギアポンプとの結合体から加圧作動流体を供給されるようにしてもよく、液圧リニアモータに作動流体を供給するか、或いは作動流体リザーバに戻したりしてもよい。この場合、圧力調整器は、液圧リニアモータに流入する作動流体と作動流体リザーバに戻る作動流体との比率を変更するようにプログラムを設定または制御してもよい。通常、圧力調整器と共に、一定の出力状態の制御に制御ロジックを使用する。但し、液圧リニアモータが反転位置またはその付近にある場合に、制御ロジックは一時的に停止可能であり、液圧リニアモータへの圧力調整器の出力は増大する。代わりに、上述した実施形態の液圧装置と液圧調整器とは、空気圧システムと空気圧調整器とに置き換え可能である。
【００２７】
代表的な実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更をしたり、各要素の等価物で代用したりすることが可能であることは当業者が容易に理解し得るものである。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱せずに、特定の状況や素材を本発明の教示に適合させるべく、様々な変更を行うことが可能である。従って、本発明は開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲内に属する全ての形態を含むものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１反転位置と第２反転位置との間で出力軸の往復運動を生じるリニアモータ装置と、
前記出力軸に連結されて材料の流動を生じる材料供給用リニアポンプと、
モータ制御モジュールとを備え、
前記モータ制御モジュールは、
前記リニアモータ装置に、前記出力軸の移動方向を反転させる反転指令を発し、
前記リニアモータ装置に、前記出力軸の速度を制御するトルク指令を発し、
前記リニアモータ装置に、前記材料の流動の一定の出力状態を生じる速度で前記出力軸を往復運動させる制御ロジック入力を発し、
前記モータ制御モジュールは、前記反転指令が発せられた時点を起点とする一時的期間にわたり前記トルク指令を調整し、一定の出力状態に必要な速度より増大した速度で前記出力軸を作動させることを特徴とするリニアポンプ装置。
【請求項２】
前記リニアモータ装置は、
前記出力軸を備えるリニア液圧モータと、
前記モータ制御モジュールから前記トルク指令を受信する電動モータと、
前記電動モータによって駆動され、前記電動モータの速度に応じた加圧作動流体の流動を発生させて前記出力軸の速度を制御する回転式液圧ポンプと、
前記リニア液圧モータに連結され、前記回転式液圧ポンプから加圧作動流体の流動を受け、前記モータ制御モジュールから受信する前記反転指令に応じて、前記出力軸の移動方向を液圧により反転させる液圧式のデュアル出力反転バルブと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のリニアポンプ装置。
【請求項３】
前記モータ制御モジュールは、前記トルク指令の調整に対応して前記制御ロジック入力の発信を停止すると共に、前記一定の出力状態に必要な速度より増大した速度で前記出力軸を作動させることを特徴とする請求項１に記載のリニアポンプ装置。
【請求項４】
前記リニアモータ装置は、前記第１反転位置及び前記第２反転位置のいずれか一方から離間する方向に移動する前記出力軸に応じて位置信号を発する、前記液圧リニアモータに接続された位置センサをさらに備え、
前記モータ制御モジュールは、受信した位置信号に応じ、前記調整されたトルク指令を変更して、前記出力軸の増大した速度を減小させることを特徴とする請求項３に記載のリニアポンプ装置。
【請求項５】
前記モータ制御モジュールは、前記一時的期間の経過後に前記制御ロジック入力の発信を開始することを特徴とする請求項３に記載のリニアポンプ装置。
【請求項６】
前記一時的期間は、リセット条件が検出されたときに終了することを特徴とする請求項５に記載のリニアポンプ装置。
【請求項７】
前記リニアモータ装置は、前記材料の流動における圧力を検出する圧力センサをさらに備え、
前記リセット条件は、検出された圧力の上昇を含むことを特徴とする請求項５に記載のリニアポンプ装置。
【請求項８】
前記一定の出力状態は、一定の圧力の出力または一定の流量の出力のいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１に記載のリニアポンプ装置。
【請求項９】
リニアモータ装置を作動させ、第１反転位置と第２反転位置との間で出力軸を往復運動させる工程と、
前記リニアモータ装置の出力軸によりリニアポンプを往復運動させて材料の流動を生成する工程と、
前記材料の流動の一定の出力状態を得る速度で前記リニアモータ装置を駆動する工程と、
前記出力軸の移動方向の反転を開始する工程と、
前記出力軸の移動方向の反転が開始される時点を起点とする一時的期間にわたり、前記一定の出力状態に必要な速度より増大した速度で前記リニアモータ装置を駆動する工程と、
を有することを特徴とするリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１０】
前記出力軸を有するリニア液圧モータを作動させる工程と、
電動モータを作動させる工程と、
前記電動モータにより回転式液圧ポンプを作動させ、前記リニア液圧モータに加圧作動流体の流動を供給して前記出力軸の速度を制御する工程と、
前記リニア液圧モータに接続され、加圧作動流体の流動を受ける液圧デュアル出力反転バルブを作動させて、前記出力軸の移動方向を反転させる工程と、
をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１１】
前記電動モータと前記液圧デュアル出力反転バルブとの作動を協働させるモータ制御モジュールをさらに備え、
前記リニアモータ装置は、前記モータ制御モジュールから制御ロジック入力を受信すると、前記一定の出力状態を得る速度で駆動され、
前記出力軸の移動方向の反転は、前記液圧デュアル出力反転バルブによる前記モータ制御モジュールからの反転指令の受信に応じて開始され、
前記リニアモータ装置は、前記電動モータによる前記モータ制御モジュールからのトルク指令の受信に応じ、前記増大した速度で駆動されることを特徴とする請求項１０に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１２】
前記トルク指令が発せられると、前記制御ロジックの発信を停止すると共に、前記増大した速度での作動を行う工程をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１３】
前記出力軸が前記反転位置にあることを検出する工程と、
前記反転位置の検出に応じ、前記トルク指令を変更して前記増大した速度を減小させる工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項１２に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１４】
前記一時的期間が終了した後に、前記制御ロジック入力の発信を開始する工程をさらに有することを特徴とする請求項１２に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１５】
前記材料の出力流動における圧力を検出する工程と、
圧力の上昇が検出される場合に、前記一時的期間を終了する工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１６】
前記一定の出力状態は、一定の圧力の出力、または一定の流量の出力のいずれか一方を含むことを特徴とする請求項９に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１７】
リニアモータ装置を作動させ、第１反転位置と第２反転位置との間で出力軸を往復運動させる工程と、
前記リニアモータ装置の出力軸によりリニアポンプを往復運動させて材料の流動を生成する工程と、
材料の流動の一定の出力状態を得る速度で前記リニアモータ装置を駆動する工程と、
前記出力軸が移動方向を反転すると、一定の出力状態に必要な速度より増大した速度で前記リニアモータ装置を一時的に駆動する工程と、
を有することを特徴とするリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１８】
前記リニアモータ装置を駆動する工程は、
前記出力軸の移動方向を反転する工程と、
前記出力軸の速度を制御する工程と、をさらに有し、
前記出力軸の移動方向及び速度は、一定の出力状態を得る制御ロジックで制御され、前記リニアポンプ装置が前記増大した速度で一時的に駆動されるときに、前記制御ロジックを停止することを特徴とする請求項１７に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１９】
前記出力軸の位置を検出する工程と、
前記出力軸が反転位置から離間する方向への移動が検出されたときに、前記増大した速度を減小させる工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項１８に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項２０】
前記材料の流動における圧力を検出する工程と、
圧力の上昇が検出されると、前記制御ロジックを開始する工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項１９に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１】
第１反転位置と第２反転位置との間で出力軸の往復運動を生じるリニアモータ装置と、
前記出力軸に連結されて材料の流動を生じる材料供給用リニアポンプと、
モータ制御モジュールとを備え、
前記モータ制御モジュールは、
前記リニアモータ装置に、前記出力軸の移動方向を反転させる反転指令を発し、
前記リニアモータ装置に、前記出力軸の速度を制御するトルク指令を発し、
前記リニアモータ装置に、前記材料の流動の一定の出力状態を生じる速度で前記出力軸を往復運動させる制御ロジック入力を発し、
前記モータ制御モジュールは、前記反転指令が発せられた時点を起点とする一時的期間にわたり前記トルク指令を調整し、一定の出力状態に必要な速度より増大した速度で前記出力軸を作動させることを特徴とするリニアポンプ装置。
【請求項２】
前記リニアモータ装置は、
前記出力軸を備えるリニア液圧モータと、
前記モータ制御モジュールから前記トルク指令を受信する電動モータと、
前記電動モータによって駆動され、前記電動モータの速度に応じた加圧作動流体の流動を発生させて前記出力軸の速度を制御する回転式液圧ポンプと、
前記リニア液圧モータに連結され、前記回転式液圧ポンプから加圧作動流体の流動を受け、前記モータ制御モジュールから受信する前記反転指令に応じて、前記出力軸の移動方向を液圧により反転させる液圧式のデュアル出力反転バルブと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のリニアポンプ装置。
【請求項３】
前記モータ制御モジュールは、前記トルク指令の調整に対応して前記制御ロジック入力の発信を停止すると共に、前記一定の出力状態に必要な速度より増大した速度で前記出力軸を作動させることを特徴とする請求項１に記載のリニアポンプ装置。
【請求項４】
前記リニアモータ装置は、前記第１反転位置及び前記第２反転位置のいずれか一方から離間する方向に移動する前記出力軸に応じて位置信号を発する、前記液圧リニアモータに接続された位置センサをさらに備え、
前記モータ制御モジュールは、受信した位置信号に応じ、前記調整されたトルク指令を変更して、前記出力軸の増大した速度を減小させることを特徴とする請求項３に記載のリニアポンプ装置。
【請求項５】
前記モータ制御モジュールは、前記一時的期間の経過後に前記制御ロジック入力の発信を開始することを特徴とする請求項３に記載のリニアポンプ装置。
【請求項６】
前記一時的期間は、リセット条件が検出されたときに終了することを特徴とする請求項５に記載のリニアポンプ装置。
【請求項７】
前記リニアモータ装置は、前記材料の流動における圧力を検出する圧力センサをさらに備え、
前記リセット条件は、検出された圧力の上昇を含むことを特徴とする請求項５に記載のリニアポンプ装置。
【請求項８】
前記一定の出力状態は、一定の圧力の出力または一定の流量の出力のいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１に記載のリニアポンプ装置。
【請求項９】
リニアモータ装置を作動させ、第１反転位置と第２反転位置との間で出力軸を往復運動させる工程と、
前記リニアモータ装置の出力軸によりリニアポンプを往復運動させて材料の流動を生成する工程と、
前記材料の流動の一定の出力状態を得る速度で前記リニアモータ装置を駆動する工程と、
前記出力軸の移動方向の反転を開始する工程と、
前記出力軸の移動方向の反転が開始される時点を起点とする一時的期間にわたり、前記一定の出力状態に必要な速度より増大した速度で前記リニアモータ装置を駆動する工程と、
を有することを特徴とするリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１０】
前記出力軸を有するリニア液圧モータを作動させる工程と、
電動モータを作動させる工程と、
前記電動モータにより回転式液圧ポンプを作動させ、前記リニア液圧モータに加圧作動流体の流動を供給して前記出力軸の速度を制御する工程と、
前記リニア液圧モータに接続され、加圧作動流体の流動を受ける液圧デュアル出力反転バルブを作動させて、前記出力軸の移動方向を反転させる工程と、
をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１１】
前記電動モータと前記液圧デュアル出力反転バルブとの作動を協働させるモータ制御モジュールをさらに備え、
前記リニアモータ装置は、前記モータ制御モジュールから制御ロジック入力を受信すると、前記一定の出力状態を得る速度で駆動され、
前記出力軸の移動方向の反転は、前記液圧デュアル出力反転バルブによる前記モータ制御モジュールからの反転指令の受信に応じて開始され、
前記リニアモータ装置は、前記電動モータによる前記モータ制御モジュールからのトルク指令の受信に応じ、前記増大した速度で駆動されることを特徴とする請求項１０に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１２】
前記トルク指令が発せられると、前記制御ロジックの発信を停止すると共に、前記増大した速度での作動を行う工程をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１３】
前記出力軸が前記反転位置にあることを検出する工程と、
前記反転位置の検出に応じ、前記トルク指令を変更して前記増大した速度を減小させる工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項１２に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１４】
前記一時的期間が終了した後に、前記制御ロジック入力の発信を開始する工程をさらに有することを特徴とする請求項１２に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１５】
前記材料の出力流動における圧力を検出する工程と、
圧力の上昇が検出される場合に、前記一時的期間を終了する工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１６】
前記一定の出力状態は、一定の圧力の出力、または一定の流量の出力のいずれか一方を含むことを特徴とする請求項９に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１７】
リニアモータ装置を作動させ、第１反転位置と第２反転位置との間で出力軸を往復運動させる工程と、
前記リニアモータ装置の出力軸によりリニアポンプを往復運動させて材料の流動を生成する工程と、
材料の流動の一定の出力状態を得る速度で前記リニアモータ装置を駆動する工程と、
前記出力軸が移動方向を反転すると、一定の出力状態に必要な速度より増大した速度で前記リニアモータ装置を一時的に駆動する工程と、
を有することを特徴とするリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１８】
前記リニアモータ装置を駆動する工程は、
前記出力軸の移動方向を反転する工程と、
前記出力軸の速度を制御する工程と、をさらに有し、
前記出力軸の移動方向及び速度は、一定の出力状態を得る制御ロジックで制御され、前記リニアポンプ装置が前記増大した速度で一時的に駆動されるときに、前記制御ロジックを停止することを特徴とする請求項１７に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項１９】
前記出力軸の位置を検出する工程と、
前記出力軸が反転位置から離間する方向への移動が検出されたときに、前記増大した速度を減小させる工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項１８に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【請求項２０】
前記材料の流動における圧力を検出する工程と、
圧力の上昇が検出されると、前記制御ロジックを開始する工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項１９に記載のリニアポンプ装置の作動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２０１３−５１３０６９（Ｐ２０１３−５１３０６９Ａ）
【公表日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４３０８３（Ｐ２０１２−５４３０８３）
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／００３１２０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７１５２８
【国際公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（３０８０２５４５１）グラコ ミネソタ インコーポレーテッド (32)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／００３１２０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７１５２８
【国際公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（３０８０２５４５１）グラコ ミネソタ インコーポレーテッド (32)
【Ｆターム（参考）】
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