(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互に作動する第一チェンバーポンプと第二チェンバーポンプを備え、２つのチェンバーポンプのそれぞれの吐出側に配置した逆止弁を押し開いて供給ラインにポンプ輸送される材料の出力バランスを改善するために、ポンプ輸送に先立って与圧するポンプ輸送方法において、
第二流入室と第二流出室とを有する前記第二チェンバーポンプが前記材料である被輸送用液体を輸送しており、第一流入室と第一流出室とを有する前記第一チェンバーポンプが前記被輸送用液体を輸送しない時に、前記第一チェンバーポンプの前記第一流出室に前記被輸送用液体を充填する第一充填工程と、
前記第一流入室に調整用液体を流入させることにより、前記被輸送用液体を輸送している前記第二流入室の作動圧力よりも低圧で予め設定した圧力となるように、前記第一流入室に充填した前記調整用液体を与圧する第一与圧工程と、
前記被輸送用液体の輸送動作を前記第二チェンバーポンプから前記第一チェンバーポンプに変化させる変化工程と、
その変化工程の後で、前記第二チェンバーポンプが前記被輸送用液体に輸送をやめ、前記第一チェンバーポンプが前記被輸送用液体を輸送する時に、前記第一流出室に前記調整用液体を流入させることにより、前記第一流入室と前記第一流出室とに圧力を付加する第一加圧工程と、
前記第一チェンバーポンプが前記被輸送用液体を輸送しており、前記第二チェンバーポンプが前記被輸送用液体を輸送しない時に、前記第二チェンバーポンプの前記第二流出室に前記被輸送用液体を充填する第二充填工程と、
前記第二流入室に前記調整用液体を流入させることにより、前記被輸送用液体を輸送している前記第一流入室の作動圧力よりも低圧で予め設定した圧力となるように、前記第二流入室に充填した前記調整用液体を与圧する第二与圧工程と、
前記被輸送用液体の輸送動作を前記第一チェンバーポンプから前記第二チェンバーポンプに変化させた工程の後で、前記第一チェンバーポンプが前記被輸送用液体の輸送をやめ、前記第二チェンバーポンプが前記被輸送用液体を輸送する時に、前記第二流入室に前記調整用液体を流入させることにより、前記第二流入室と前記第二流出室とに圧力を付加する第二加圧工程と、
を含むことを特徴とするポンプ輸送方法。
【請求項２】
前記第一又は第二与圧工程において、前記第一又は第二流入室内に発生させる圧力は、前記第一又は第二チェンバーポンプが前記被輸送用液体を輸送する輸送開始まで維持される請求項１に記載のポンプ輸送方法。
【請求項３】
前記第一又は第二与圧工程において、前記第一又は第二流入室内に発生させる圧力は、前記被輸送用液体を輸送している前記第一又は第二流入室の作動圧力の４０〜９５％である請求項２に記載のポンプ輸送方法。
【請求項４】
前記第一又は第二与圧工程における与圧を１〜１０，０００ｍｓ持続させる請求項３に記載のポンプ輸送方法。
【請求項５】
交互に作動する第一チェンバーポンプと第二チェンバーポンプを備え、２つのチェンバーポンプのそれぞれの吐出側に配置した逆止弁を押し開いて供給ラインにポンプ輸送される材料の出力バランスを改善するために、ポンプ輸送に先立って与圧するポンプ輸送装置であって、
前記第一チェンバーポンプには、
前記材料である被輸送用液体を前記第一チェンバーポンプは輸送せず前記第二チェンバーポンプが輸送する時に前記被輸送用液体が充填される第一流出室と、調整用液体を流入させる第一流入室とを設け、
前記第一チェンバーポンプの前記第一流入室に前記調整用液体を流入させることで、前記被輸用送液体が充填された前記第一流出室を設定圧力に与圧する時に、及び、前記第二チェンバーポンプに代えて前記第一チェンバーポンプが前記被輸送用液体を輸送する時に、前記第一流出室に充填した前記被輸送用液体の逆流を止める第一重力逆止弁を設け、
前記第二チェンバーポンプには、
前記材料である被輸送用液体を前記第二チェンバーポンプは輸送せず前記第一チェンバーポンプが輸送する時に前記被輸送用液体が充填させる第二流出室と、前記調整用液体を流入させる第二流入室とを設け、
前記第二チェンバーポンプの前記第二流入室に前記調整用液体を流入させることで、前記被輸送用液体が充填された前記第二流出室を設定圧力に与圧する時、及び、前記第一チェンバーポンプに代えて前記第二チェンバーポンプが前記被輸送用液体を輸送する時に、前記第二流出室に充填した前記被輸送用液体の逆流を止める第二重力逆止弁を設け、
前記調整用液体及び前記被輸送用液体はそれぞれ加圧して供給されており、前記被輸送用液体が加圧されて、前記第一流出室もしくは前記第二流出室で与圧される時の設定圧力は、前記逆止弁を押し開く輸送中の前記被輸送用液体の圧力よりも低い圧力に設定されていることを特徴とするポンプ輸送装置。
【請求項６】
前記第一又は第二チェンバーポンプを有するチェンバーポンプ装置が、
調整用液体ポンプの駆動機構と、前記調整用液体ポンプと、調整用液体コンテナと、調整用液体制御バルブと、調整用液体圧力測定装置と、前記第一又は第二流入室と、前記第一又は第二チャンバーポンプのメンブレンとが、前記調整用液体の供給ラインにより互いに連結された調整用液体回路と、
前記第一及び第二チェンバーポンプに共通する被輸送液体の貯留コンテナと、前記貯留コンテナから前記第一及び第二流出室まで伸びるとともに、その経路上に遮断バルブ、供給ポンプ、前記第一及び第二重力逆止弁並びに前記第一及び第二流出室とが設けられた第一供給ラインと、前記メンブレンの位置識別装置と、前記第一及び第二流出室から制御対象物へ続く第二供給ラインと、該第二供給ライン上に設けられたバルブとを有するポンプ回路と、
を備えた請求項５に記載のポンプ輸送装置。
【請求項７】
前記第一及び第二流出室は前記第二供給ラインに接続されることにより、該第二供給ラインにより前記被輸送用液体が均一に出力されるために前記第一及び第二チャンバーポンプの制御を交互に行なうための制御システムを含んでなる請求項６に記載のポンプ輸送装置。
【請求項８】
前記制御システムが、前記調整用液体圧力測定装置から受けるデータを処理し、当該データに基づいて前記第一又は第二チェンバーポンプの与圧後の当該第一又は第二チェンバーポンプの停止期間における圧力データの圧力挙動に変化が生じた場合に警告報知を行なう装置を有する請求項６に記載のポンプ輸送装置。
【請求項９】
前記制御システムは、前記第一又は第二チャンバーポンプの前記メンブレンの動作センサと前記調整用液体圧力測定装置からのデータを用いて、前記第一又は第二流入室の予圧制御を行なうものである請求項６に記載のポンプ輸送装置。
【請求項１０】
前記調整用液体ポンプは、前記制御システム内の周波数変換器にて制御されるモータにより駆動し、該調整用液体ポンプの出力が前記制御システムにより調整される請求項６に記載のポンプ輸送装置。
【請求項１１】
前記第一及び第二重力逆止弁並びに前記バルブが、ボール型逆止弁である請求項６に記載のポンプ輸送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、黒鉛又は一部組成に黒鉛を含有する工業用材料のポンプ式輸送方法及び装置に関するものであり、特に、ポンプ式輸送装置での出力バランスを改善するために、輸送されるべき材料を実際にポンプ式輸送するのに先立って予圧する方法及び装置に関する。
【０００２】
鉄鋼業において、板、鋼ストリップ、鋼管及びその他種々の形状の製品を製造するために、圧延技術が用いられている。その際、圧延ロールと被圧延材との間には、摩擦低減のための油又は他の摩擦低減用潤滑剤が施される。潤滑剤を用いて適切に潤滑を行なうことにより、圧延の均一性が改善され、圧延ロールの摩耗が防止される。
【０００３】
熱間圧延では温度は略１０００℃に達するので、圧延ロールを大量の水で冷却する必要がある。このとき、潤滑剤として使用される油が被圧延材上の水メンブレン上に残留して潤滑効果が低下するとともに、圧延品質にも問題を生じうる。不均一圧延された鋼ストリップは冷間圧延によってより薄くすることによって矯正が可能であるが、熱間圧延にて発生する圧延欠陥は冷間圧延による修正が不可能である。その結果、製品の品質不良を招き、生産者にコストの浪費をもたらす。
【０００４】
米国特許第４２０１０７０号公報にはシームレス鋼管の製造に、黒鉛と水の混合溶液を使用することが開示されている。また、米国特許第５６３８  ８９３号には、システムに互いに独立に制御される複数のノズルを接続し、潤滑液の連続的流れを達成する方法が開示されている。該公報には、いくつかのノズルを組にして互いに結合し、また、一定の間隔でノズルを自動クリーニングすることにより、連続潤滑を可能とするノズル動作システムも提案している。他方、米国特許第５０９０２２５には油と水の混合液を、金属ストリップの両側から圧延ロールギャップに供給する方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
実験室的な試験によると、圧延用潤滑材としては、通常使用されている油ベースの潤滑剤よりも黒鉛−水混合液の方が優れていることが知られている。黒鉛−水混合液は他の潤滑剤よりも摩擦低減効果に優れ、温度安定性も良好である。黒鉛の化学的成分は炭素である。しかし、潤滑剤として黒鉛を使用することは、ポンプ式輸送装置に強い摩耗をもたらすことから、これまで控えられてきた。
【０００６】
例えば、高圧ポンプ式輸送装置により圧延ロール表面に黒鉛を均一に吹き付けることが試験的に行なわれたことがある。この工程の問題はポンプ式輸送装置部品の摩耗であり、その原因は黒鉛粒子がバルブや他の装置の部品を摩耗させることにある。これは黒鉛の吹き付けむらとメンテナンス動作の大幅な増大を招き、能率低下とも相俟ってコストの増大をもたらすことにつながる。また、一部成分の供給量の正確性が求められるいくつかの用途においては、循環液中に含まれる過剰なガスも問題となる。また、類似の問題として、高圧発生を伴ういくつかのポンプ式輸送装置においては、配管をなす可撓性パイプの拡張がしばしば発生し、パッキンやガスケット等の漏れの原因となる。上記のような要因はポンプ流量に悪影響を及ぼすことから、従来のポンプ式輸送装置では、出力を均一レベルにて維持することが困難になっている。
【０００７】
他方、あるいくつかの工業的用途においては、ポンプ輸送される材料の消費が小さく、それに加えて材料の他の輸送成分に対する供給比を正確であることが、製品製造に際して不可欠とされる。例えば薄く成形された手術用の手袋の製造において、噴霧される各成分の比はきわめて正確に決定される。各成分の供給比率は、製品仕様の全てを充足するために、千分率単位の超過すら許されない。このような製品の製造に際しては、特に出力の時間的安定性に優れたポンプが強く求められる。
【０００８】
米国特許第４８４４７０６号公報には、２台のメンブレンポンプを用いてシステムに接続された噴霧ノズルの均一な出力を確保する提案がなされている。メンブレンポンプは外部制御機構により開閉バルブで制御される。この機構の問題点は、メンブレンバルブが構造的に有する動作の低速性であり、バルブは開状態となってから一定の遅れ時間を経過しなければ圧力変化を生じない欠点がある。
【０００９】
米国特許第５２０５７２２号公報にはポンプ輸送される液体の出力均一化のために、３台のメンブレンポンプを用いる構成が示されている。ポンプ式輸送装置は部分的に機械回転するシリンダ装置で制御される。この場合、被輸送液体を送るポンプを装置内の別のポンプに切り替える際に、その切り替え中のポンプ出力を一定に保つことが特に難しい。また、動作中のポンプを他のポンプに切り替えるとポンプ流量が変化し、輸送系の出力減少をもたらすので、場合により製品の品質低下につながる。
【００１０】
本発明の目的は、上記従来技術の悪影響を軽減することにある。
【００１１】
本発明の材料のポンプ式輸送方法は、上記課題を解決するために、
交互に作動する第一チェンバーポンプと第二チェンバーポンプを備え、２つのチェンバーポンプのそれぞれの吐出側に配置した逆止弁を押し開いて供給ラインにポンプ輸送される材料の出力バランスを改善するために、ポンプ輸送に先立って与圧するポンプ輸送方法において、
第二流入室と第二流出室とを有する前記第二チェンバーポンプが前記材料である被輸送用液体を輸送しており、第一流入室と第一流出室とを有する前記第一チェンバーポンプが前記被輸送用液体を輸送しない時に、前記第一チェンバーポンプの前記第一流出室に前記被輸送用液体を充填する第一充填工程と、
前記第一流入室に調整用液体を流入させることにより、前記被輸送用液体を輸送している前記第二流入室の作動圧力よりも低圧で予め設定した圧力となるように、前記第一流入室に充填した前記調整用液体を与圧する第一与圧工程と、
前記被輸送用液体の輸送動作を前記第二チェンバーポンプから前記第一チェンバーポンプに変化させる変化工程と、
その変化工程の後で、前記第二チェンバーポンプが前記被輸送用液体に輸送をやめ、前記第一チェンバーポンプが前記被輸送用液体を輸送する時に、前記第一流出室に前記調整用液体を流入させることにより、前記第一流入室と前記第一流出室とに圧力を付加する第一加圧工程と、
前記第一チェンバーポンプが前記被輸送用液体を輸送しており、前記第二チェンバーポンプが前記被輸送用液体を輸送しない時に、前記第二チェンバーポンプの前記第二流出室に前記被輸送用液体を充填する第二充填工程と、
前記第二流入室に前記調整用液体を流入させることにより、前記被輸送用液体を輸送している前記第一流入室の作動圧力よりも低圧で予め設定した圧力となるように、前記第二流入室に充填した前記調整用液体を与圧する第二与圧工程と、
前記被輸送用液体の輸送動作を前記第一チェンバーポンプから前記第二チェンバーポンプに変化させた工程の後で、前記第一チェンバーポンプが前記被輸送用液体の輸送をやめ、前記第二チェンバーポンプが前記被輸送用液体を輸送する時に、前記第二流入室に前記調整用液体を流入させることにより、前記第二流入室と前記第二流出室とに圧力を付加する第二加圧工程と、
を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の材料のポンプ式輸送装置は、
交互に作動する第一チェンバーポンプと第二チェンバーポンプを備え、２つのチェンバーポンプのそれぞれの吐出側に配置した逆止弁を押し開いて供給ラインにポンプ輸送される材料の出力バランスを改善するために、ポンプ輸送に先立って与圧するポンプ輸送装置であって、
前記第一チェンバーポンプには、
前記材料である被輸送用液体を前記第一チェンバーポンプは輸送せず前記第二チェンバーポンプが輸送する時に前記被輸送用液体が充填される第一流出室と、調整用液体を流入させる第一流入室とを設け、
前記第一チェンバーポンプの前記第一流入室に前記調整用液体を流入させることで、前記被輸用送液体が充填された前記第一流出室を設定圧力に与圧する時に、及び、前記第二チェンバーポンプに代えて前記第一チェンバーポンプが前記被輸送用液体を輸送する時に、前記第一流出室に充填した前記被輸送用液体の逆流を止める第一重力逆止弁を設け、
前記第二チェンバーポンプには、
前記材料である被輸送用液体を前記第二チェンバーポンプは輸送せず前記第一チェンバーポンプが輸送する時に前記被輸送用液体が充填させる第二流出室と、前記調整用液体を流入させる第二流入室とを設け、
前記第二チェンバーポンプの前記第二流入室に前記調整用液体を流入させることで、前記被輸送用液体が充填された前記第二流出室を設定圧力に与圧する時、及び、前記第一チェンバーポンプに代えて前記第二チェンバーポンプが前記被輸送用液体を輸送する時に、前記第二流出室に充填した前記被輸送用液体の逆流を止める第二重力逆止弁を設け、
前記調整用液体及び前記被輸送用液体はそれぞれ加圧して供給されており、前記被輸送用液体が加圧されて、前記第一流出室もしくは前記第二流出室で与圧される時の設定圧力は、前記逆止弁を押し開く輸送中の前記被輸送用液体の圧力よりも低い圧力に設定されていることを特徴とする。
【００１３】
また、特許請求の範囲に含まれる従属請求項は、いくつかの望ましい実施形態を与えるものである。
【００１４】
本発明のポンプ式輸送方法及び装置の基本的な思想は以下の通りである。ポンプ式輸送装置は、互いに分離されかつ協働する調整用液体回路と被輸送液体のポンプ回路とによって構成されている。被輸送材料が有する摩耗、腐食あるいはその他の不利な特性が、装置側の輸送面に影響しない。２つもしくはそれ以上のチャンバーポンプを材料のポンプ式輸送に用いるとともに、該装置系においては、一定のポンプ出力を保証するために、それぞれのチャンバーポンプの流入室には、その充填工程の後で短い予圧がかけられる。
【００１５】
本発明においては、こうした方法を実現するための装置を、複数のポンプ配列を並列接続したものとして構成することができる。この方法は低圧、高圧両方のポンプ式輸送に適している。ポンプ式輸送は各操作ポイントで具体的に監視及び制御でき、液体輸送を常に高レベルにて制御することができる。これにより、本発明の液体ポンプ式輸送装置のメンテナンスフリー化を実現でき、生産工程における停止時間を有効に減らすことができる。
【００１６】
この発明の利点は、被輸送液体の出力変動を、従来技術に比べて低レベルに抑制できることにある。
【００１７】
本発明の別の利点は、特に摩耗性の高い液体でも、メンテナンス必要時期が到来するまでに、従来技術のポンプ式輸送装置と比較して数十倍も長く輸送を継続できることにある。これは、重金属工業におい、顕著なコスト低減をもたらす。
【００１８】
本発明のさらに別の利点は、ポンプ式輸送装置のある実施態様において、装置あるいは部品の一部に、１００ｋＶ以上の高圧が付与される用途への適用が可能となる点にある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、添付の図面に基づき説明する。
図１は、本発明ポンプ式輸送方法に用いるポンプ式輸送装置の原理説明図である。該ポンプ式輸送装置は、互いに類似の２つのチャンバーポンプシステムからなる。図１においてポンプ式輸送装置Ａは符号１０１〜１０６の要素を含み、ポンプ式輸送装置Ｂは符号１２１〜１３６の要素を含む。また、これにはポンプ式輸送された材料の供給システムが随伴する（符号１３７〜１３９の要素を含む）。また、符号１４０は、ポンプ式輸送装置の制御システムである。図１の態様においては、ポンプ式輸送装置Ａ及びＢは、均一で突発的変動のない出力を保証するために、互いに連動して作動する。両ポンプ式輸送装置Ａ及びＢは２つの液体回路として構成されている。第一の回路（符号１０１〜１１０及び１２２〜１３０が液体流路をなす）は、以下、調整用液体回路と呼ぶ。また、他方の回路（符号１１１〜１１５、１３１〜１３５及び１３７〜１３９が被輸送液体（特に、黒鉛−水混合液の場合に利点が大きい）の流路をなす）は、以下、ポンプ回路と称する。
【００２０】
ポンプ式輸送装置Ａの構成と動作を以下に述べる。また、ポンプ式輸送装置Ｂの構成も同様であるが、これは別工程で動作するものであり、図３を用いて別途説明する。ポンプ式輸送装置Ａにおいては、調整用液体がコンテナ１０２から汲み出され、標準流量ポンプ１０３を経て供給ラインを通りチャンバーポンプ１０９へ向かう。標準流量ポンプ１０３はモータ１０１によって作動する。逆止弁１０４は、ライン上にてポンプ１０３に続く形で位置し、ポンプ停止時に調整用液体がポンプに逆流するのを防ぐ役割を果たす。
【００２１】
逆止弁１０４に続いてライン上には流出指令計１０５があり、続いて座型制御バルブ１０６が設けられている。調整用液体は、これを通ってチャンバーポンプ１０９へ向かうか、あるいはレシーバコンテナ１０７を経由して調整用液体回路へ戻る。
【００２２】
制御バルブ１０６に続き、チャンバーポンプ１０９の流入室１１０の圧力を測定するための圧力測定器１０８が設置されている。該チャンバーポンプが充填工程にある時、被輸送液体はコンテナ１３７からバルブ１３８を通って供給ポンプ１３９へ向かい、さらに重力逆止弁１１６を経てチャンバーポンプ１０９の流出室１１２に供給される。ポンプ１０９の流出室１１２からの被輸送液体は、ポンプが動作工程にある間は重力逆止弁１１５を経てライン１１７へ供給される。これにより、被輸送液体は特定の動作地点に向けて流れることとなる。
【００２３】
第二のチャンバーポンプ１２９による被輸送液体の供給ラインもライン１１７に同様に連結されている。保護パイプ１１８内においてメンブレンの位置測定用の計測器が、チャンバーポンプ１０９のメンブレン１１１に取り付けられている。該計測器はピストン状の本体を有するものが望ましく、その末端位置をパイプ保護材に取り付けたセンサ１１３，１１４により検知するようにする。前記保護パイプ１１８は、自身の全体積が調整用液体にて充填可能となるよう、寸法に余裕が持たせてある。かくしてセンサ１１３，１１４は、動作工程におけるメンブレン１１１の位置を観測することができるようになる。これらセンサ１１３，１１４から受けるデータは、ポンプ１０３とバルブ１０６，１３８の制御に使われる。本実施形態のポンプ式輸送装置は、モータ、バルブ及びポンプの圧力測定器を制御ないし観測する制御システム１４０も有する。
【００２４】
ポンプ出力の全体はポンプ式輸送装置Ａ，Ｂによって調整される。被輸送液体はポンプ式輸送装置Ａ，Ｂにおいてライン１１７を通り供給対象物に向かう。ポンプ式輸送装置Ａにおいて、被輸送液体の供給ラインは、コンテナ１３７からチャンバーポンプ１０９の流出室１１２へ向かう。該供給ラインにおいてチャンバーポンプ１０９への流れは逆止弁１１６によって制御される。この逆止弁１１６により、チャンバーポンプ１０９の充填工程中においてのみ、コンテナ１３７からチャンバーポンプ１０９の流出室１１２へ向かう被輸送液体の流れが許容される。ライン１１７はチャンバーポンプ１０９の流出室１１２から逆止弁１１５を通って供給対象物につながっている。ポンプ式輸送装置Ｂからくる被輸送液体の供給ラインもまた前記ラインに連結されている。
【００２５】
チャンバーポンプ１０９内のメンブレン１１１の動作は、現在の調整用液体回路とポンプ回路の圧力差により有効化される。チャンバーポンプ１０９の流入室１１０側の圧力が、流出室１１２の圧力より大きくなると、前記チャンバーポンプ１０９は動作工程におかれる。すなわち、そのメンブレンが被輸送液体を、逆止弁１１５を経てライン１１７へ向けて動かすのである。
【００２６】
前記被輸送液体の流量は、標準流量ポンプ１０３の回転速度調整により一定に維持される。該標準流量ポンプは、調整用液体回路の流量が一定となるように調整用液体回路中に配置される。ポンプ１０９の流出室１１２の圧力が流入室１１０の圧力より大きくなると、すなわちチャンバーポンプ１０９が充填工程に入ると、チャンバーポンプ１０９内のメンブレン１１１は、被輸送液体がコンテナ１３７から流出室１１２へ流れるように動く。このとき、コンテナ１３７から逆止弁１１６を経てチャンバーポンプ１０９の流出室１１２に向かう被輸送液体の流れのみが許容される。
【００２７】
前記メンブレンの両側の圧力差は、前記ポンプ１０３、１２１及び１３８の補助により、チャンバーポンプ１０９及び１２９が、動作工程と充填工程とを互い違いに行なうように制御される。チャンバーポンプ１０９と１２９との一方が動作工程に入るとき、そのチャンバーポンプの流出室から動作工程へと入る被輸送液体の流れは、チャンバーポンプの流出室に続いて配置されている逆止弁を開く。これと同時に、他方のチャンバーポンプはその動作工程を終了し、そのポンプの調整用液体回路に設置された標準流量ポンプが停止する。この結果、該他方のチャンバーポンプに続いて設けられている逆止弁は、重力の作用によって数秒の間に閉じる。該逆止弁が閉じると、他方のチャンバーポンプは充填工程へ入り、そのチャンバーポンプの流出室は被輸送液体によって満たされる。好ましい実施態様として、ばね又は駆動シリンダをチャンバーポンプ１０９，１２９のメンブレンに取り付けるのがよい。これらはメンブレン１１１，１３１が充填工程にある間、動作工程の開始位置に戻ることを補助する。
【００２８】
チャンバーポンプの充填工程が終了すると、本発明の方法に従って予圧付与が行なわれる。予圧は、標準流量ポンプ１０３，１２３の回転により、ポンプ１０９，１２９の流入室１１０，１３０の圧力が所期の値に到達するまで行われる。所期の圧力が得られれば標準流量ポンプは停止し、また、調整用液体の供給ラインに配置された重力駆動の逆止弁が閉じ、チャンバーポンプ１０９，１２９の流入室１１０，１３０の圧力減少を防止される。以下、ポンプＡ，Ｂによる動作工程と充填工程とのサイクルは、図３を用いて後に詳細に説明する。
【００２９】
図１のポンプ式輸送装置の例は、メンブレン位置センサ１１３，１１４及び１３３，１３４と、チャンバーポンプ１０９，１２９のメンブレン１１１，１３１に取り付けられたメンブレン位置センサの保護パイプ１１８，１４１とを有する。これらメンブレン位置センサによりメンブレン１１１，１３１の種々の動作位置を観測できる。該メンブレン位置センサは種々の異なる仕様にて構成できる。好ましくは、電流式、電磁誘導式、静電気式、あるいは光学式のセンサ素子を用いることができる。
【００３０】
図１においてチャンバーポンプ１０９のメンブレン１１１が動作工程を終了すると、メンブレン位置センサ１１３，１１４はポンプ式輸送装置の制御システム１４０に向けて信号を送る。また、制御システムは、ポンプ式輸送装置Ａの標準流量ポンプ１０３のモータ１０１へ停止指令を送る。これと同時に、ポンプ式輸送装置Ａに接続されたライン上に設けられている座型バルブ１０６は、調整用液体の流れをコンテナライン１０７にも向かわせる指令を受ける。調整用液体はそこからコンテナ１０２へと向かう。また、さらにこれと同時にコントールシステムは、ポンプ式輸送装置Ｂの標準流量ポンプ１２３のモータ１２１に始動指令を与え、座型バルブ１２６には調整用液体がコンテナ１２７にこれ以上流れないようにするバルブ位置への移動指令が送られる。チャンバーポンプ１２９の流入室１３０における圧力が適当なレベルまで増加すると、被輸送液体はすでに説明した方式に従い、コンテナ１３７からチャンバーポンプ１２９へ送られる。
【００３１】
図１のポンプ式輸送装置及び調整用液体回路は、例えば黒鉛−水混合液を輸送する装置のように、大容量であってかつポンプ出力の良好な均一性が要求される分野に適している。調整用液体はコンテナ１０２，１２２から標準流量ポンプ１０３，１２３により汲み出され、チャンバーポンプ１０９，１２９の流入室１１０，１３０へ向かう。標準流量ポンプ１０３，１２３は、図１には記載されていないが周波数変換器によって制御されるモータ１０１，１２１により駆動される。また、座型バルブ１０６，１２６も前記制御システム１４０により制御されている。圧力測定器１０８，１２８によって与えられるデータは、ポンプ式輸送装置Ａ，Ｂの制御と、後述の方式による予圧発生において利用される。
【００３２】
図２は、ポンプ流出量を特に精密に制御することが必要となる場合に有用な実施形態を示すものである。このポンプ回路において被輸送液体（例えば静電塗装用の塗料である）の供給をコンテナ２３７から受ける。該コンテナ２３７からの供給ラインは、図１に開示したのと同様の接続方法により、ポンプ式輸送装置Ｃ，Ｄに係るチャンバーポンプ２０９，２２９の流出室２１２，２３２へ通じている。ただし、ストレージコンテナ２３７からバルブ２３８経由でチャンバーポンプに向かう進路上には、個別のポンプは設けられていない。また、被輸送液体は、重力式の逆止弁２１６，２３６の補助により、低圧力にてチャンバーポンプの流出室へ輸送される。そのチャンバーポンプの動作工程は、図１で説明したものと同様である。被輸送液体は供給ライン２１７によりチャンバーポンプから供給対象物へ流れる。
【００３３】
図２に示す実施態様では、ポンプ式輸送装置の流出量の圧力制御を特に良好に行なうために、次のような変形が加えられている。ポンプ式輸送装置Ｃの調整用液体回路部分と、その動作は以下に説明する通りである。なお、ポンプ式輸送装置Ｄにおいてもその動作は同じであるが、これは別工程で動作するものであり、図３を用いて別途説明する。ここでは調整用液体回路が、ギアボックス２００を有するステッピングモーターとそれに接続されたタコジェネレーター２０１、モータ軸を有するスピンドルモーター２０２、モータ軸位置検出センサ２０３，２０４、モータ軸に連結されたピストン式ポンプ２０５、ライン上においてピストン式ポンプに続き配置された座型バルブ２０６、調整用液体コンテナ２０７、圧力測定器２０８、及びチャンバーポンプ２０９の流入室２１０を有する。
【００３４】
この実施態様においては、調整用液体は循環しないが、動作工程において該調整用液体は、ピストン式ポンプ２０５から座型バルブ２０６を経てチャンバーポンプ２０９の流入室２１０へ移動する。また、チャンバーポンプが充填工程にある場合は、スピンドルモーターの回転方向が変わることによりピストン式ポンプのピストン動作方向が変化し、調整用液体は逆流する。タコジェネレーター２０１からの受信信号は、制御システム２４０において、ポンプ式輸送装置Ｃのステッピングモーター２００の回転速度及び回転方向の制御に利用される。また、バルブ２０６の操作位置も、制御システム２４０の働きによって制御される。
【００３５】
本発明のよる予圧付与は、ステッピングモーター２００の回転により、チャンバーポンプ２０９の流入室２１０において必要な圧力が得られるまで行なわれる。ステッピングモーター２００が停止すると、ピストン式ポンプ２０５のピストンもまた動きを止め、チャンバーポンプ２０９の流入室２１０において動作工程が開始するまで、必要レベルに圧力を保持することが可能となる。なお、必要であれば、コンテナ２０７からより多くの調整用液体を汲み出すことが可能であり、逆に調整用液体の量を減らすこともできる。座型バルブ２０６は、調整用液体中のガス除去手段として機能する。その詳細は図３を用いて後に説明する。
【００３６】
ピストン式ポンプからバルブへの調整用液体の通路は、チャンバーポンプ装置が充填工程にある間、ストレージコンテナ２０７への送液途上にある座型バルブ等に調整用液体に含まれるガスが溜まるように配置される。調整用液体に数パーセント含まれるガスが調整用液体から首尾よく除去されるよう制御することで、調整用液体の圧縮がもはや生じなくなり、チャンバーポンプの流入室の圧力制御が良好になされる。この方法により、ポンプ式輸送装置におけるチャンバーポンプの流入室の圧力誤差を、従来技術による設備よりも良好に制御できる。
【００３７】
チャンバーポンプ２０９内のメンブレン２１１に取り付けられているメンブレン位置センサ２１３，２１４は、種々の異なる仕様にて構成できる。好ましくは、電流式、電磁誘導式、静電気式、あるいは光学式のセンサ素子を用いることができ、メンブレン位置センサの保護パイプ２１８、２３９に取り付けられる。より望ましくは光学式のセンサ素子を用いるのがよく、これによりメンブレンポンプ自身と被輸送液体とを、ポンプ式輸送装置の残余の部分から電気的に絶縁できる。特に有効な利用分野としては、塗料の帯電に基づき塗装を行なう静電塗装が例示できる。この場合、塗料の帯電電圧が１００ｋＶを超えることもあり、装置の電気的絶縁は操作上の安全確保の点で重要となる。
【００３８】
図１及び図２に示すポンプ式輸送装置は、並行処理のために、いくつかの部品を結合することができる。例えばいくつかの成分を一つの供給対象物に配合し、かつ、より大面積に被輸送液体を吹き付けなければならない場合に、こうした方法を有効に活用できる。
【００３９】
この場合、本発明による予圧はポンプ式輸送装置に適用するときの、ポンプ式輸送装置Ａ，Ｂ又はＣ，Ｄにおけるそのタイミングと流出量への影響を、図１のポンプ式輸送装置Ａ，Ｂの符号を用いて図３に示す。なお、その時間軸は各事象の順序のみを示すものであり、事象毎の厳密な継続時間の相違を示すものではない。例えばポンプ式輸送装置で使われる予圧の持続時間は、最短で数千分の１秒程度となりえる一方、動作工程の持続時間は数秒にも及ぶ。図３には、その時系列順に、ポンプ式輸送装置Ａの調整用液体回路における標準流量ポンプ１０３のモータＮＲＭ１の回転数、流入室１１０又はチャンバーポンプ１０９の圧力Ｐ１、ポンプ式輸送装置Ｂの調整用液体回路における標準流量ポンプ１２３のモータＮＲＭ２の回転数、流入室１３０又はチャンバーポンプ１２９の圧力Ｐ２、及びポンプ式輸送装置からライン１１７を経て出力される流出量Ｆ１＋２が示されている。
【００４０】
タイムチャートは、ポンプ式輸送装置にて被輸送液体を輸送するためにチャンバーポンプ１２９が駆動開始される時刻ｔ１から始まっている。この場合、標準流量ポンプ１２３のモータは、タイムチャートに示すように、予め設定された基準スピードＮＲＭ２で回転し、調整用液体回路の基準流量を発生させる。チャンバーポンプ１２９あるいは流入室１３０の圧力Ｐ２は、チャンバーポンプ１２９の流出室からライン１１７への被輸送液体の流通に必要なメンブレン１３１の動作を確保できるよう、必要レベルを保持する。
【００４１】
時刻ｔ１では、チャンバーポンプ１０９の充填工程はすでに完了しており、チャンバーポンプ１０９の流出室１１２は被輸送液体によって満たされている。また時刻ｔ１においては、標準流量ポンプ１０３のモータが動作を開始する。そのモータＮＲＭ１の回転数は、実際の動作工程で使われるモータの回転数よりも低い、あるレベルに制御される。このとき、チャンバーポンプ１０９の流入室１１０の圧力を測定すると、ダイヤグラムＰ１のごとく増加する。
【００４２】
時刻ｔ２では、標準流量ポンプ１０３が停止し、チャンバーポンプ１０９の流入室１１０の圧力は、ダイヤグラムに示すように、動作工程で使われる圧力より低い値に留められる。また、予圧圧力Ｐ１（動作圧力が４０％〜９０％）は、実際の動作工程で使われる圧力（チャンバーポンプ１２９の動作工程によりライン１１７上に形成される圧力である）より明らかに低く留まるので、チャンバーポンプ１０９に続く逆止弁１１５は、予圧中は開かない。次に、逆止弁１０４は、標準流量ポンプ１０３が時刻ｔ２にて停止したとき、調整用液体が後方へ流れて行くのを防ぐものである。このようにして、チャンバーポンプ１０９の流入室１１０の圧力は、時刻ｔ３まで不変に維持できる。なお、時刻ｔ２と時刻ｔ３の間で圧力変化する場合は、ポンプ式輸送装置のどこかで圧力リークが生じていることを意味するから、発見された場合は補修を行なわなければならない。
【００４３】
このように圧力調整手段はポンプ式輸送装置における障害インジケータとしても働く。時刻ｔ３のとき、チャンバーポンプ１２９の動作工程は終わりに近づいている。そして時刻ｔ３において、制御システムは標準流量ポンプ１０３のモータを作動させ、動作工程が必要とする速度で回転するように制御する。チャンバーポンプ１０９の流入室１１０に存在する圧力は、動作工程ににて必要とされる圧力に略到達しているから、ダイヤグラムＰ１に示すように、実際の動作工程の圧力は、微小時間Δ時刻ｔ（Δ時刻ｔ＝時刻ｔ４−時刻ｔ３）において急速に立ち上がる形で制御がなされる。前記時間Δ時刻ｔは装置の適用形態に応じて１ｍｓから数秒の間で適宜設定される。その圧力制御の速度は、目標圧力になるべく速く到達し、かつ変動の触れ幅がなるべく小さくなるように決定される。
【００４４】
時刻ｔ４においては、チャンバーポンプ１０９の流入室１１０の圧力は動作工程にて要求される圧力レベルとなる。同じく時刻ｔ４において、制御システムは標準流量ポンプ１２３の回転を減速し始める。時刻ｔ５においては、標準流量ポンプ１０３は設定速度での回転となり、調整用液体回路内のポンプ１０３からチャンバーポンプ１０９の流入室１１０へ標準流量を出力する。時刻ｔ６において、標準流量ポンプ１２３は停止し、時刻ｔ７において、チャンバーポンプ１２９の流出室１３２の圧力が減少し、重力式逆止弁１３５が閉まる。このとき、逆止弁１１５が開いているので、ポンプ動作はチャンバーポンプ１０９へと移る。
【００４５】
時刻ｔ５から時刻ｔ１１の期間では、チャンバーポンプ１０９は動作工程を継続する。また、同時に、チャンバーポンプ１２９は充填工程となり、チャンバーポンプ１２９の流出室１３２は被輸送液体で満たされる。時刻ｔ８と時刻ｔ９の間では、チャンバーポンプ１２９の流入室１３０は、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間にてチャンバーポンプ１０９に行われたのと同じ方法により予圧付与される。時刻ｔ９において予圧は完了し、標準流量ポンプ１２３は停止する。時刻ｔ１０では、標準流量ポンプ１２３はチャンバーポンプ１２９へ液体を戻す事ができるように始動する。この時刻からあとにおいては、時刻ｔ３から時刻ｔ１１においてポンプ式輸送装置Ａにて行なわれたのと同じ制御が、ポンプ式輸送装置Ｂにおいて繰り返される。
【００４６】
図２に示す実施形態においては、以下の部分を除いて図１の実施形態と同じタイムチャートとなる。すなわち、図３において、ポンプの回転数はピストン式ポンプを駆動している２つのスピンドルモーター２００，２２０の動作工程における回転数を示すものとなる。さらに、前記したシリンダ、供給ライン及びピストン式ポンプ２０５，２２５のバルブ２０６，２２６は、ピストン式ポンプの作動シリンダからバルブへと向かう供給ラインの流量が一定に増量されるように配置されている。調整用液体と混合されたガスはバルブ２０６，２２６に集められ、充填工程と予圧工程の各開始時刻ｔ１〜ｔ２にて、コンテナ２０７、２２７に除去される。
【００４７】
ガスがコンテナ２０７，２２７へ不具合なく移動すれば、そのコンテナに繋がる経路は閉じられる。そして、充填工程、流入室の予圧工程及び動作工程が、図１の説明におけるもう一方のポンプ式輸送装置へと引き継がれる。
【００４８】
制御システム１４０，２４０はポンプのモータとバルブの制御だけでなく、圧力計測器からのデータの蓄積及び処理も司る。該制御システムは、ポンプ式輸送装置の圧力挙動に何らかの変化が生じた場合、警報を発する。このようにポンプ式輸送装置の故障を事前に予想し、ポンプ式輸送装置の動作を中止することが可能となる。また、該方法により、製品の品質低下を防ぎ、製造工程にて生ずる余分なコストを削減することも可能となる。
【００４９】
以上、本発明の好ましい実施態様を説明した。また、通常の知識を有する当業者であれば、本発明の概念と特許請求項の記載に基づいて種々の別態様を実現可能であることは明白である。例えばこのポンプ式輸送装置は、いくつかの材料製分からなるキャスティング部品のキャスティング装置にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  黒鉛−水混合液のポンプ式輸送に用いる装置の一例を示す図。
【図２】  静電塗装システムに用いる装置の一例を示す図。
【図３】  液体輸送回路中での実測により求めた回転速度−圧力−時間の関係を示すチャートにより、ポンプ式輸送装置の圧力挙動を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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