(57)【要約】  流体マスチックをポンプ輸送するための容積式ポンプは、各々シリンダ内で往復運動するように配列されたピストンを有する複数のシリンダを備える。ピストンが第１方向に移動することよって流体をシリンダの中へ引込み、第１方向とは反対の第２方向に移動することによって、流体をシリンダからポンプ輸送する。変速電動モーターは、ピストンへ往復駆動を与えるカム配列に伝動式に結合される。カム配列は、回転周期の半分未満において各ピストンを第１方向に駆動し、回転周期の残りにおいてピストンを第２方向に駆動する形状及び配列を持つ複数のカムを備える。複数のカムは、ピストンを相互に位相をずらして駆動するように配列される。
2018505992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体マスチックをポンプ輸送するのに適する容積式ポンプであって、
シリンダ内で往復運動するように配列されたピストンを有する複数のシリンダであって、前記ピストンが第１方向に移動することによって前記流体が前記シリンダ中へ引き込まれ、前記ピストンが前記第１方向とは反対の第２方向に移動することによって前記流体が前記シリンダからポンプ輸送される、複数のシリンダと、
前記ピストンに対して往復駆動を与えるカム配列に伝動式に結合された変速電動モーターと、を備え、
前記カム配列が、回転周期の半分未満において前記第１方向に各ピストンを駆動し、前記回転周期の残りにおいて前記第２方向に各ピストンを駆動する形状および配列を持つ複数のカムを備え、
前記複数のカムが前記複数のピストンを相互に位相をずらして駆動するように配列される、ことを特徴とする容積式ポンプ。
【請求項２】
３個又はそれ以上のシリンダを備え、前記回転周期の任意の時点において半数超える前記複数のピストンが前記第２方向に駆動されるように、前記複数のカムが前記複数のピストンを駆動するように配列される、ことを特徴とする請求項１に記載の容積式ポンプ。
【請求項３】
前記第２方向から前記第１方向への任意のピストンの移動方向の変化が、別のピストンが前記第１方向から前記第２方向へ方向を変化した後に前記複数のカムの５°未満の回転角度で生じるように、前記複数のカムが配列され、それによって、前記第２方向から前記第１方向へのピストンの方向変化前に、数が増えた複数のピストンが流体をポンプ輸送する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の容積式ポンプ。
【請求項４】
前記複数のカムの前記５°未満の回転角度が２°未満の角度である、ことを特徴とする請求項３に記載の容積式ポンプ。
【請求項５】
前記変速電動モーターがＡＣモーターである、ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の容積式ポンプ。
【請求項６】
前記ＡＣモーターがインバータを有し、該インバータが閉ループベクトル駆動制御を有する、ことを特徴とする請求項５に記載の容積式ポンプ。
【請求項７】
前記ＡＣモーターが前記回転子の位置を指示する信号を前記インバータへ与えるシャフトエンコーダを有する、ことを特徴とする請求項６に記載の容積式ポンプ。
【請求項８】
前記ＡＣモーターが前記モーターの巻き線へ冷却空気を与えるように配列された強制対流ファンを含む、ことを特徴とする請求項６又は７に記載の容積式ポンプ。
【請求項９】
流体マスチックをポンプ輸送するのに適する容積式ポンプであって、
シリンダ内で往復運動するように配列されたピストンを有する複数のシリンダであって、前記ピストンが第１方向に移動することによって前記流体が前記シリンダの中へ引き込まれ、前記ピストンが前記第１方向とは反対の第２方向に移動することによって前記流体が前記シリンダからポンプ輸送される、複数のシリンダと、
前記ピストンへ往復駆動を与えるカム配列に伝動式に結合された変速ＡＣモーターであって、閉ループベクトル駆動制御をするインバータを有する、変速ＡＣモーターと、
を備えることを特徴とする容積式ポンプ。
【請求項１０】
前記ＡＣモーターが前記回転子の位置を指示する信号を前記インバータへ与えるシャフトエンコーダを有する、ことを特徴とする請求項９に記載の容積式ポンプ。
【請求項１１】
前記ＡＣモーターが前記モーターの巻き線へ冷却空気を与えるように配列された強制対流ファンを含む、ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の容積式ポンプ。
【請求項１２】
前記カム配列が、回転周期の半分未満において前記第１方向に各ピストンを駆動し、前記回転周期の残りにおいて前記第２方向に各ピストンを駆動する形状及び配列を持つ複数のカムを備え、かつ
前記複数のカムが複数のピストンを相互に位相をずらして駆動するように配列される、ことを特徴とする請求項９〜１１の何れか一項に記載の容積式ポンプ。
【請求項１３】
３個またはそれ以上のシリンダを備え、前記回転周期の任意の時点において半数を超える前記複数のピストンが前記第２方向に駆動されるように、前記複数のカムが前記ピストンを駆動するように配列される、ことを特徴とする請求項１２に記載の容積式ポンプ。
【請求項１４】
前記第２方向から前記第１方向への任意のピストンの移動方向の変化が、別のピストンが前記第１方向から前記第２方向へ方向を変化した後に前記複数のカムの５°未満の回転角度において生じるように、前記複数のカムが配列され、それによって、前記第２方向から前記第１方向へのピストンの方向の各変化前に、数が増えた複数のピストンが流体をポンプ輸送する、ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の容積式ポンプ。
【請求項１５】
前記複数のカムの前記５°未満の回転角度が２°未満である、ことを特徴とする請求項１４に記載の容積式ポンプ。
【請求項１６】
前記カム配列が、個々のピストンのための第１カム及びカム従動子と、該第１カム及びカム従動子から１８０°位相がずれている第２カム及びカム従動子とを含み、前記第１及び第２カム従動子が、それらの間の距離が常に同じであるように相互に接続され、かつカム面が、前記カム従動子が常にそれぞれのカムとの接触を維持するような形状に作られる、ことを特徴とする請求項１〜１５の何れか一項に記載の容積式ポンプ。
【請求項１７】
複数のばねが、前記カム従動子のそれぞれとカムとの接触を維持するように前記カム従動子を付勢する、ことを特徴とする請求項１６に記載の容積式ポンプ。
【請求項１８】
前記複数のカムが定速カム面プロフィルを有する、ことを特徴とする請求項１〜１７の何れか一項に記載の容積式ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ポンプに関する。特に、本発明は、マスチック（mastic）などの濃厚で高粘度の物質をポンプ輸送するためのポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
マスチック材料は、製品製造施設特に自動車製造業において、シーラントとしてますます使用されるようになっている。典型的には、マスチック材料は、製品が製造工程における様々な段階を通過するとき例えば製造ラインの様々なステーションにおいて、製品（例えば車両部品）に塗布される。マスチックを塗布する必要があるとき、オペレータは、単にマスチック塗布ガンに手を伸ばすだけである。ガンは、高圧でマスチックが供給されるマスチックサーキットの排出口に接続される。高圧は、ポンプによって与えられる。従来、使用されるポンプは、液圧又は空圧容積式ポンプであった。
【０００３】
但し、マスチックは非常に濃厚で粘度が高いので、従来のポンプで得られる容量及び圧力を考慮すると、マスチックポンプ及びポンプ輸送されるマスチック材料の容器を排出口が配置されるステーションの付近に配置しなければならないので、サーキットを短くしなければならなかった。更なる問題は、流体は濃厚化する傾向があり、プラントが使用されない夜間又は週末など長時間静止したまま放置される場合固体化する可能さえあることである。大規模な生産ラインにおいて、このような問題は、多数のマスチックポンプ回路をしたがって多数のポンプ及び貯蔵容器を、マスチックが使用されるポイント付近に設置することを意味した。
【０００４】
このような状況においてマスチックをポンプ輸送する際の別の問題は、少量のマスチックしか使用されないが圧力を与えることが要求される場合に、非常に低速でポンプを作動することの困難であった。
【０００５】
同様の問題が、エポキシ材料又はその他の接着剤などの高粘度流体においても生じる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明は、上記の問題を改善又は軽減するポンプを提供することを想定する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、流体マスチックをポンプ輸送するための容積式ポンプが提供される。ポンプは、各々シリンダ内で往復運動するように配列されたピストンを有する複数のシリンダを備える。ピストンの第１方向の移動は、シリンダの中へ流体を引き込み、第２の反対方向の移動は、シリンダから流体をポンプ輸送する。変速電動モーターは、ピストンへ往復駆動を与えるカム配列に伝動式に接続される。カム配列は、回転周期の半分未満において第１方向に各ピストンを駆動しかつ回転周期の残りにおいて第２方向に各ピストンを駆動するような形状と配列を持つカムを備える。カムは、ピストンを相互に位相をずらして駆動するように配列される。
【０００８】
実施形態において、容積式ポンプは、３本又はそれ以上のシリンダを備え、複数のカムは、回転周期の任意の時点において半数を超える数のピストンが第２方向に駆動されるようにピストンを駆動するように配列される。ピストンの半分超えが第２方向に駆動されることは、流体へ力を与えるためにより大きいピストン面積が使用され、それによってより大きい流体流量を生じるという利点を有する。この配列は、また、同等の流体流量がピストンの半分未満で発生される場合より、カムに加えられる機械的力を小さくする。
【０００９】
実施形態において、カムは、任意のピストンの第２方向から第１方向への移動方向の変化が、別のピストンが第１方向から第２方向へ変化した後にカムの５°（又は２°）未満の回転角度で生じるように、配列される。これによって、増大された数のピストンが、ピストンの第２方向から第１方向への方向の各変化前に流体をポンプ輸送しているようにする。
【００１０】
ピストンにおいて、反対方向に加速する前に、ピストンは減速しなければならないので、ストローク終了時の方向の変化は瞬時には生じない。したがって、２つのピストンが同時に方向を変更する従来のポンプにおいては、どのピストンも全圧力でポンプ輸送しない短い時間が存在する。その結果、排出流体の圧力に短時間の低下が生じる。前の段落において説明する本発明の実施形態においては、短時間の間両方のピストンが第２方向に走行するので、この圧力低下を減少する。
【００１１】
実施形態において、変速電動モーターは、ＡＣモーターである。ＡＣモーターは、インバータを持つことができ、インバータは、閉ループベクトル駆動制御を有する。ＡＣモーターは、回転子の位置を指示する信号をインバータへ与えるシャフトエンコーダを持つことができる。ＡＣモーターは、モーターの巻き線へ冷却空気を与えるように配列された強制対流ファンを含むことができる。
【００１２】
本発明の第２形態によれば、流体マスチックをポンプ輸送するための容積式ポンプが提供される。ポンプは、各々シリンダ内で往復運動するように配列されたピストンを有する複数のシリンダを備える。ピストンの第１方向の移動は、シリンダの中へ流体を引き込み、第２の反対方向の移動は、シリンダから流体をポンプ輸送する。変速ＡＣモーターは、ピストンへ往復駆動を与えるカム配列に伝動式に結合され、ＡＣモーターはインバータを有し、インバータは閉ループベクトル駆動制御を有する。
【００１３】
前の２つの段落において説明する実施形態は、失速することなく非常に低速でモーターを運転できるという利点を有する。即ち、ポンプは、使用されるマスチックの量が非常に少量（又はゼロ）であっても流体／マスチックへ高圧を与えこれを維持できる。本発明のピストンは、ピストンが動いていなくてもポンプシリンダの中の流体へ力を加えることができる。
【００１４】
実施形態において、ＡＣモーターは、回転子の位置を指示する信号をインバータへ与えるシャフトエンコーダを有する。
【００１５】
実施形態において、ＡＣモーターは、モーターの巻き線へ冷却空気を与えるように配列された強制対流ファンを含む。正常な高回転速度において、空気を通過する巻き線の回転は、通常、巻き線が過熱しないようにするのに充分な冷却を与える。ＡＣモーターが非常に低速で回転するとき又は静止しているが流体／マスチックへ圧力を加えるとき、移動がないと言うことは、モーター巻き線を通過する空気の流れがないことを意味する。但し、巻き線は、要求されるトルクをカムへ与えるために引き続き電流の供給を受けるので、熱を発生し、熱は、強制対流ファンから吹く空気によって取り除かれる。
【００１６】
本発明の第一及び第二の態様において、カム配列は、各ピストンのための第１カム及びカム従動子と、第１カム及びカム従動子から１８０°位相がずれている第２カム及びカム従動子と、を含む。第１及び第２カム従動子は、その間の距離が常に同じであるように相互に接続され、カム面は、カム従動子が常にそれぞれのカムとの接触を維持するようにする形状に作られる。このことは、従動子とカム面との間の接触が短時間であっても失われた場合従動子及びカム面の摩耗を増大する弾み又はノッキング効果を生じる可能性があるので、有利である。更に、ばねは、カム従動子をそのそれぞれのカムとの接触を維持するように付勢できる。
【００１７】
実施形態において、カムは、定速カム面プロフィルを有する。このことの利点は、周期における任意の時点（位置）に関係なく、所与のモーター回転について同じマスチック流量を得ることができることである。
【００１８】
本発明の実施形態は、上記の特徴の任意のものを組み合わせて含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】高圧容量式ポンプの１つの実施形態の図である。
【図２】図１の高圧容積式ポンプの１つの実施形態の断面図である。
【図３ａ】作動周期の第１の時点における３本シリンダ高圧ポンプの作動の原理を示す図である。
【図３ｂ】作動周期の第２の時点における３本シリンダ高圧ポンプの図である。
【図４ａ】５本シリンダ高圧ポンプの作動の１つの原理を示す図である。
【図４ｂ】５本シリンダ高圧ポンプの作動の別の原理を示す図である。
【図５】図２ａ及び２ｂの３本シリンダ高圧容積式ポンプの側面断面図であり、カム配列を示す。
【図６】図５のカム配列のカムプロフィルを示す図である。
【図７】３本シリンダ高圧ポンプのカム配列のカムの配向を示すプロットである。
【図８】３相ＡＣモーターのための閉ループベクトル制御システムの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
自動車生産プラントなどの典型的な既知の設備においては、マスチック又は接着剤などの流体を流体が使用される予定のプラントの場所へポンプ輸送するために多数の容積式ポンプが使用される。この中には、中圧ポンプステーションを含む第１ポンプ段階及び小容量の多数の高圧ポンプを持つブースタステーションを含む第２ポンプ段階が含まれる。
【００２１】
典型的には、ブースタステーションは、４つ、５つ又はそれ以上の小容量ブースタポンプを備え、その各々が、比較的少量の流体を高圧力で供給でき、需要に合わせて可変的な数のポンプがポンプ輸送する。高圧ポンプは、通常、流体が使用される予定のプラントの場所付近に配置される。
【００２２】
下に説明する高圧ポンプは、部分的には、既知のブースタポンプステーション配列を改良するために開発された。
【００２３】
図１及び２は、それぞれ本発明の一実施形態に従った容積式ポンプ５０の斜視図及び断面図を示す。容積式ポンプ５０は、特に上述の高圧ブースタポンプとの置き換えに適するタイプのものである。図１及び２に示すように、容積式ポンプ５０は、３本のシリンダ５２ａ、５２ｂ、５２ｃを有し、その各々が、その中で往復移動するように配列されたそれぞれのピストン６４ａ、６４ｂ、６４ｃを有する。シリンダ５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、ポンプ本体５４の中に形成され、ポンプ本体においては、ポンプ輸送される流体の供給源に接続するための入口通路５８と、流体を送り出すための出口通路５６とが形成される。また、ポンプ本体５４の中には、ピストンがシリンダ内で移動するとき流体が１つの方向にポンプを出入りして流れるようにする逆止め弁の配列５５が収容される。
【００２４】
図示する容積式ポンプ５０は、フレーム５９に据え付けられ、フレームは、ギアボックス６３を介してカム配列６２のカムシャフト７４へ回転駆動を与える変速電動モーター駆動装置６０及び制御パネル６５も支持する。制御パネル６５は、モーター速度を制御することを含めてモーター駆動装置６０を制御するように構成されたコントローラを収容する。変速電動モーター駆動装置６０は、強制対流ファン６１も含む。カム配列６２は、以下により詳しく説明するように、シリンダ５２ａ、５２ｂ、５２ｃの中のピストンへ往復駆動を与える。
【００２５】
図３ａ及び３ｂは、３本シリンダ容積式ポンプ５０の作動の原理を示す。図３ａ及び３ｂに示すように、容積式ポンプ５０は、３本のシリンダ５２ａ、５２ｂ、５２ｃを有し、その各々が、シリンダ内で往復運動するように配列されたそれぞれのピストン６４ａ、６４ｂ、６４ｃを有する。シリンダ５２ａ、５２ｂ、５２ｃの各々は、入口逆止め弁６６ａ、６６ｂ、６６ｃを介して入口通路に、及び出口逆止め弁６８ａ、６８ｂ、６８ｃを介して出口通路に接続される。
【００２６】
往復サイクルにおいて、ピストンは、引込みストローク及びポンプ輸送ストロークを通過する。これらのストロークについては、図３ａに関連して下でより詳しく説明する。図において、１つのピストン６４ａは引込みストローク中であり、２つのピストン６４ｂ、６４ｃは、ポンプ輸送ストローク中である。
【００２７】
引込みストロークにおいて、ピストン６４ａは、シリンダ内５２ａで、矢印６３によって示される方向に上向きに移動する。ピストン６４ａの吸引は、入口逆止め弁６６ａを開き、出口逆止め弁６８ａを閉鎖する。流体は、入口通路に沿って入口逆止め弁を通過してシリンダ５２ａの中へ引きこまれる。
【００２８】
ポンプ輸送ストロークにおいて、ピストンは、シリンダ５２ｂ、５２ｃ内で、矢印６５によって示される方向に下向きに移動する。ピストン６４ｂ、６４ｃは、流体の圧力を増大して、入口逆止め弁６６ｂ、６６ｃを閉鎖させ、出口逆止め弁８６ｂ、６８ｃを開放させる。流体は、シリンダ６４ｂ、６４ｃから出口逆止め弁を通過して出口通路に沿ってポンプ輸送する。
【００２９】
ピストンは、カム配列６２に結合された変速電動モーター６０によって駆動される。３本シリンダポンプシステムの場合、カムは、ポンプ輸送ストロークの時間の半分未満の時間において引込みストロークが生じるような形状に作られる。複数のカムは、回転周期の任意の時点においてピストンの少なくとも２つがポンプ輸送しているように、相互に位相をずらしてピストンを駆動するように配列される。即ち、流体に対して力を加えるためにピストン面積の２倍が使用され、それによって、単一シリンダの場合の２倍の流体流量を発生する。この配列は、また、同等の流体流量が単一ピストンによって生成される場合よりカムに対する機械的力が小さくなる。カムの詳細な説明を、図６を参照して下に示す。
【００３０】
図３ｂは、同じ３個のシリンダポンプの周期における異なる時点を示し、この時点において、３つのピストン６４ａ、６４ｂ、６４ｃは全て、ポンプ輸送中である。これは、ピストン（この場合には６４ａ）が引込みを終了しポンプ輸送を開始した直後に生じる。カムは、任意のピストン（この場合には６４ｂ）のポンプ輸送から引込みへの移動方向の変化が、別のピストン（この場合には６４ａ）が引込みからポンプ輸送へ移動方向を変更した後にカムの小さい回転角度で生じるように、配列される。このカムの小さい回転角度は、典型的には５°未満であり、いくつかの実施例においては２°未満とすることができる。更に、本発明のこの特徴の更なる説明を、図６及び７を参照して以下で示す。
【００３１】
ピストンにおいて、ピストンは反対方向への加速前に減速しなければならないので、ストローク終了時の方向の変化は、瞬時には生じない。したがって、２つのピストンが同時に方向を変化する従来のポンプにおいては、どのピストンも全圧力でポンプ輸送しない短い時間が存在する。その結果、出口流体の圧力の短時間の低下が生じる。前の段落において説明する本発明の特徴は、この圧力低下の量を減少する。
【００３２】
上の説明は、３本シリンダ／ピストンポンプ配列に関するものであり、（後に明白になるように）ポンプが３本またはそれ以上のシリンダ／ピストンを含むことが通常好ましい。但し、作動の原理は、２本シリンダ／ピストン配列にも応用でき、この場合、各ピストンは、カム回転周期の半分超えがポンプ輸送ストロークのピストンを駆動するために使用されかつカム回転の残り（半分未満）が戻りストロークに使用されるカムプロフィルを持つカムによって駆動される。即ち、２本シリンダ配列の場合、回転周期の一部において、両方のピストンがポンプ輸送している。周期の他の時点において、１つのピストンのみがポンプ輸送し、他のピストンは戻りストローク中である。即ち、圧力又は流量は、カムの周期全体を通じて変動し、流れを周期的又はパルス状にする。多くの用途において、このようなタイプの流れは望ましくなく、上および下に説明するように、３本またはそれ以上のシリンダ／ピストンを持つポンプを使用することによってこれを避けることができる。但し、この種の流れが問題を生じない用途もある。したがって、実施形態は、２本しかシリンダ／ピストンを持たないポンプも含むことができる。このタイプの２本シリンダ配列でも、所与の時点で１つのピストンしかポンプ輸送しないようにピストンが常に１８０°の位相がずれている２本シリンダポンプより高い平均圧力を生じることができる。
【００３３】
図４ａ及び４ｂは、図３、３ａ及び３ｂの３本シリンダ配列の１つの対案としての５本シリンダ容積式ポンプの作動のいくつかの原理を図解する。これらの実施形態の両方とも、個別のシリンダ５２、ピストン６４、入口逆止め弁６６及び出口逆止め弁６８は、図３ａ及び３ｂに関連して上に説明するのと同様に作動する。
【００３４】
図４ａは、５本シリンダ容積式ポンプ７０を示し、このポンプにおいて、カム（図示せず）は、引込みストロークがポンプ輸送ストロークの時間の４分の１未満の時間において生じるような形状に作られる。複数のカムは、回転周期の任意の時点においてピストンの少なくとも４つがポンプ輸送しているように、ピストンを相互に位相をずらして駆動するように配列される。図４ａに示す周期の時点において、ピストン６４ａは、引込みストローク中であり、ピストン６４ｂ、６４ｃ、６４ｅは、ポンプ輸送ストローク中である。
【００３５】
図４ｂは、５本シリンダ容積式ポンプ７２を示し、このポンプにおいて、カム（図示せず）は、引込みストロークがポンプ輸送ストロークの時間の３分の２未満である時間において生じるような形状に作られる。複数のカムは、回転周期の任意の時点（位置）において、ピストンの少なくとも３つがポンプ輸送しているように、ピストンを相互に位相をずらして駆動するように配列される。図５に示す周期（サイクル）の時点において、ピストン６４ａ、６４ｂは、引込みストローク中であり、ピストン６４ｃ、６４ｄ、６４ｅは、ポンプ輸送ストローク中である。
【００３６】
３本シリンダ容積式ポンプ配列と同様、５本シリンダ容積式ポンプ７０、７２のカムは、ポンプ輸送から引込みへの任意のピストンの移動方向の変化が、別のピストンが引込みからポンプ輸送へ移動方向を変えた後にカムの小さい回転角度で生じるように、配列できる。この場合にも、カムのこの小さい回転角度は、典型的には、５°未満であり、いくつかの実施例において２°未満とすることができる。上述のように、この特徴は、２つのポンプが同時に方向を変更するとき生じる出口の流れの短時間の圧力低下を回避する。
【００３７】
図５は、図１及び２の３本シリンダ高圧容積式ポンプの側面断面図であり、図２ａ、２ｂ、３ａ及び３ｂに関連して上で説明するようにピストン６４の作動移動を与えるカム配列６２を示す。カム配列６２は、３本のシリンダ５２ａ〜ｃの各々について、主カム７６ａ〜ｃ、戻しカム（図５には図示せず）及び従動子組立体７５ａ〜ｃを含む。カム配列６２は、更に、カムシャフト７４を含む。図５において、図示する構成要素のほとんどは、３本のシリンダの１つ５２ｂに関連するが、別のシリンダ５２ｃに関連するいくつかの構成要素の部分も示される。
【００３８】
従動子組立体７５ａ〜ｃは、各々、主従動輪７８ａ〜ｃと、戻し従動輪８０ａ〜ｃと、スライダ７９ａ〜ｃと、従動子フレーム８１ａ〜ｃと、１対のばね８３ａ〜ｃ（図１及び２にも図示）と、を含む。ばね８３ａ〜ｃは、それぞれの従動輪７８ａ〜ｃが常に回転カムの表面に押し付けられるようにし、かつ接面の摩耗の結果バックラッシュが生じないようにする。カムシャフト７４の回転は、図６を参照して下に説明するように、主従動輪７８ａ〜ｃ及び戻し従動輪８０ａ〜ｃを並進させる。主従動輪７８ａ〜ｃ及び戻し従動輪８０ａ〜ｃの各々の軸は、それぞれのスライダ７９ａ〜ｃに固定され、スライダはピストン６４に固定される。従動子フレーム８１ａ〜ｃは、スライダ７９ａ〜ｃを直線的に並進させ、その結果、シリンダ５２内でピストン６４ａ〜Ｃを軸方向に並進させる。
【００３９】
図６は、カム配列６２のカムプロフィル図である。カム配列６２は、カムシャフト７４を含み、これに３つの主カム７６ａ〜ｃ及び３つの戻しカム８２ａ〜ｃが固定される。主カム７６ａ〜ｃの各々は、主カム面８８ａ〜ｃを含み、カム面は、主従動輪７８ａ〜ｃと回転しながら接触する。主従動輪７８ａ〜ｃは、主カム７６ａ〜ｃとシリンダ５２ａ〜ｃとの間に位置付けられる。戻しカム８２ａ〜ｃの各々は、戻しカム面９０ａ〜ｃを含み、戻しカム面は、戻し従動輪８０ａ〜ｃの１つと回転しながら接触する。戻しカム８２ａ〜ｃは、戻し従動輪８０ａ〜ｃとシリンダ５２ａ〜ｃとの間に位置付けられる。いくつかの実施形態において、主カム７６ａ〜ｃの各々は、その対応する戻しカム８２ａ〜ｃと一体的に形成される。その結果、３つの一体的カム要素（各ピストン／シリンダに１つのカム要素）が得られる。その各々が、主カム面８８ａ〜ｃ及び戻しカム面９０ａ〜ｃを有し、カム面はカムシャフト７４の軸方向に沿って相互にオフセットする。
【００４０】
主カム面８８ａ〜ｃは、主カム上部変位点８６ａ〜ｃ及び主カム下部変位点９８ａ〜ｃを含む。戻しカム面９０ａ〜ｃの各々は、戻しカム上部変位点９４ａ〜ｃ及び戻しカム底部変位点１００ａ〜ｃを含む。
【００４１】
図６に示す（周期の）時点において、主カム７６ａ及び戻しカム８２ａに結合されるピストン６４ａは、シリンダ５２ａにおいてその最上部位置に在る。即ち、ピストン６４ａは、まさにポンプ輸送段階を開始しようとしている。この時点で、主カム上部変位点８６ａは、主従動輪７８ａと接しており、この点で主カム半径はその最小値である。戻しカム上部変位点９４ａは、戻し従動輪８０ａと接しており、この点で、戻しカム半径はその最大値である。
【００４２】
ピストン６４ａのポンプ輸送段階において、主カム面８８ａは、主従動輪７８ａと接したままである。カムシャフト７４、及び主カム７６ａ〜ｃと戻しカム８２ａ〜ｃは、矢印Ａで示される方向に回転する。
【００４３】
ピストン６４ａのポンプ輸送段階の開始時に、ピストンはシリンダ５２ａ内においてその最上部位置に在るとき、ピストン６４ａ及び主従動輪７８ａの並進速度は、瞬間的にゼロである。ポンプ輸送段階のほとんどにおいて、主従動輪７８ａとの接点における主カム半径は、カムシャフト７４の回転に伴い線形に増大し、その結果、主従動輪７８ａの一定の下向きの並進速度及びこれに対応するシリンダ５２ａ内におけるピストン６４ａ運動が得られる。但し、主カム半径の線形の増大は、主カム面８８ａが主カム上部変位点８６ａにおいて主従動輪７８ａ（限定半径を有する）を収容する形状に作られるので、主カム上部変位点付近においては得られない。したがって、ポンプ輸送段階の開始時に、ピストン６４ａは、短時間にゼロから上述の定速まで加速する。
【００４４】
前の段落において説明する加速後、ピストン６４ａは、ポンプ輸送段階の終了近くまで引き続き定速で走行する。このとき、カムシャフト７４は約２４０°回転して、主カム下部変位点９８ａはほぼ主従動輪７８ａに到達している。ピストン６４ａは、ピストン６４ａのポンプ輸送段階の終了時に、主カム下部変位点９８ａが主従動輪７８ａに達するまで短時間の間、その定速からゼロまで減速する。主カム半径は、従動輪が主カム下部変位点９８ａと接しているときその最高値である。
【００４５】
ピストン６４ａのポンプ輸送段階の終了時に、ピストン６４ａは、シリンダ５２ａ内でその最下部位置にあり、瞬間的にゼロ速度である。戻しカム下部変位点１００ａは、戻し従動輪８０ａと接しており、戻しカム半径はその最小値である。
【００４６】
ピストン６４ａのポンプ輸送段階後、引込み段階が開始する。引込み段階において、戻しカム面９０ａは、戻し従動輪８０ａと接したままである。カムシャフト７４及び主カム７６ａ〜ｃと戻しカム８２ａ〜ｃは、引き続き、矢印Ａによって示される方向に回転する。
【００４７】
ピストン６４ａの引込み段階の開始時に、ピストンがシリンダ５２ａ内においてその最下部位置に在るとき、ピストン６４ａ及び戻し従動輪８２ａの並進速度は、瞬間的にゼロである。引込み段階のほとんどにおいて、戻し従動輪８０ａとの接点における戻しカム半径９６ａは、カムシャフト７４の回転に伴い線形に増大し、その結果、戻し従動輪８０ａの定速の上向き並進及びこれに対応するシリンダ５２ａ内におけるピストン６４ａの上向き運動が得られる。但し、定速は、戻しカム面８８ａが戻しカム下部変位点１００ａにおいて戻し従動輪８０ａ（限定半径を有する）を収容する形状に作られるので、戻しカム下部変位点付近においては維持できない。したがって、瞬間的減速及び加速は得ることができない。したがって、引込み段階の開始時に、ピストン６４ａは、短時間にゼロから上述の定速まで加速する。
【００４８】
前の段落において説明する加速後、ピストン６４ａは、引込み段階終了近くまで引き続きこの定速で走行する。このとき、カムシャフト７４は更に約１２０°回転し、戻りカム上部変位点９４ａはほとんど戻し従動輪８０ａに到達している。ピストン６４ａは、図６に示す位置において、ピストン６４ａの引込み段階の終了時に戻しカム変位点９４ａが戻し従動輪８０ａと接するまで、短い時間において定速からゼロへ減速する。この場合にも、瞬間的減速は、戻しカム上部変位点９４ａにおいて得られない。
【００４９】
主カム７６ａ〜ｃ及び戻しカム８２ａ〜ｃは、ポンプ輸送段階においてピストン６４ａ〜ｃが走行する定速が引込み段階においてピストンが走行する定速の約半分であるような形状に作られる。主カム７６ｂ、７６ｃ及び戻しカム８２ｂ、８２ｃは、上述の主カム７６ａ及び戻しカム８２ａと同様に作動する。周期中の全ての時点において、主カム７６ａ及び戻しカム８２ａは、それぞれ主カム７６ｂ及び戻しカム８２ｂから１２０°の位相ずれである。主カム７６ｂ及び戻しカム８２ｂは、それぞれ主カム７６ｃ及び戻しカム８２ｃから１２０°の位相ずれである。これによって、図３ａおよび３ｂを参照して上に説明したピストン６４ａ、６４ｂ、６４ｃの作動移動が得られる。
【００５０】
主カム及び戻しカムの両方のストローク方向の両方について定速プロフィルがある。定速プロフィルは、主カムがポンプ輸送ストロークにおいてピストンを駆動しているとき戻しカムについては不要であるかも知れない（又は、同様に、戻しストロークにおいて主カムについて定速プロフィルは不要かも知れない）。但し、ばね８３ａ〜ｃが従動子の各々をそれぞれのカムに押し付けるので、定速プロフィルは、従動子が３６０°の回転全体においてカム面との接触を維持できるようにする。このことは、従動子とカム面との間の接触が失われた場合、短時間であっても、従動子及びカム面の摩耗を増大する弾み又はノッキング効果を生じるので、有利である。
【００５１】
図７は、３本シリンダ高圧ポンプ５０のためのカム配列６２に関するカム向き図１０２を示す。カムの配向１０２は、カムの回転角度１０６に対するカム変位１０４をグラフ化したものである。図７において、カムの回転方向は、グラフのカム回転軸１０６に沿って左から右への方向である。正のカム移動は、シリンダ５２内におけるピストン６４の下向き運動に対応する。単一曲線１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃは、各ピストン６４ａ、６４ｂ、６４ｃに関連付けられる主カム７６ａ、７６ｂ、７６ｃ及び戻しカム８２ａ、８２ｂ、８２ｃの各組合せについて示される。
【００５２】
第１カム回転角度１０９において、曲線１０８ａは、負の勾配を有し、ピストン６４ａがその引込み段階においてシリンダ５２ａ内で上向きに走行していることを示す。曲線１０８ｂ及び１０８ｃは、正の勾配を有し、ピストン６４ｂ及び６４ｃが両方とも、そのポンプ輸送段階においてシリンダ５２ｂ、５２ｃ内で下向きに走行していることを示す。これについては図３ａに関連して説明するとおりである。
【００５３】
曲線１０８ａ〜ｃは全て、第１カム回転角度１０９において一定勾配を有し、ピストン６４の全ては、定速で走行している。曲線１０８ａの勾配規模は、曲線１０８ｂ、１０８ｃの勾配の２倍であり、ピストン６４ａがピストン６４ｂ、６４ｃの速度の２倍で走行していることを示す。
【００５４】
カム回転角度が第１カム回転角度１０９から増大するとき、ピストン６４ａ、６４ｂ、６４ｃは、第２カム回転角度１１０に到達するまで、同じ定速で引き続き走行する。第２角度において、曲線１０８ａの負の勾配は増大し始め、ピストン６４ａの速度が低下していることを示す。その理由は、図６に関連して上で説明した。
【００５５】
カム回転角度が第２カム回転角度１１０から増大するとき、ピストン６４ａの速度は引き続き低下するが、ピストン６４ｂ、６４ｃは、第３カム回転角度１１１に到達するまで、同じ定速で走行し続ける。この角度において、曲線１０８ｃの正の勾配は減少し始めて、ピストン６４ｃの速度が低下していることを示す。この場合にも、その理由は、図６に関連して上で説明する。
【００５６】
カム回転角度が第３回転角度１１１から増大するとき、ピストン６４ｂは同じ定速で走行し続けるが、ピストン６４ａ、６４ｃの速度は、第４カム回転角度１１２に到達するまで引き続き低下する。第４角度において、曲線１０８ａは、その最小カム変位に在り、ピストン６４ａがシリンダ５２ａの最上部で瞬間的に静止して、その引き込み段階を完了したばかりであることを示す。この場合にも、曲線１０８ｂ及び１０８ｃは、正の勾配を有し、ピストン６４ｂ、６４ｃがそのポンプ輸送段階にあることを示す。
【００５７】
カム回転角度が第４カム回転角度１１２から増大するとき、曲線１０８ａの勾配は増大し始めて、ピストン６４ａがそのポンプ輸送段階の開始時に下向き方向に加速していることを示し、ピストン６４ｂは、同じ定速で走行し続けている。曲線１０８ｃの勾配は、第５カム回転角度１１４に到達するまで正のままである。第５回転角度１１４において、曲線１０８ｃは、その最大カム変位に在り、ピストン６４ｃがシリンダ５２ｃの底部において瞬間的に停止して、そのポンプ輸送段階を完了したばかりであることを示す。即ち、第４カム回転角度１１２と第５カム回転角度１１４との間において、３つの曲線１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃすべてが、正の勾配を有し、図３ｂに関連して上に説明するように、３つのピストン６４ａ、６４ｂ、６４ｃの全てがポンプ輸送していることを示す。これは、この事例において、ポンプ輸送段階がカム回転角度２４４に亘って生じるのに対して、引込み段階がカム回転角度１１６に亘って生じるからである。
【００５８】
カム回転角度は、更に第６カム回転角度１１６まで増大する。この角度において、曲線１０８ａ、１０８ｂは、正の一定勾配を有し、ピストン６４ａ、６４ｂがそのポンプ輸送段階の一部としてシリンダ５２ａ、５２ｂ内において定速で下向きに走行していることを示す。曲線１０８ｃは、負の一定勾配を有し、ピストン６４ｃがその引込み段階においてシリンダ５２ｃ内で上向きに定速で走行していることを示す。
【００５９】
上述のようにピストンへ往復駆動を与えるようにカム配列を駆動する変速電動モーター６０は、その速度を変動するように制御できる任意の形式の電動モーターとすることができる。但し、実施形態は、変速ＡＣモーターを利用できる。特に有利な配列は、変速ＡＣモーターを利用する。図８に示すように、変速ＡＣモーター駆動は、閉ループベクトル駆動制御１２０を持つインバータ１１８を有するコントローラによって制御できる。ＡＣモーターが比較的高い速度で運転されるとき、ＡＣ駆動電流の位相角度に対する固定子と回転子の位置の間にはいくらかのずれ（slippage）があるが、このずれは、駆動トルクが過剰でない限り通常は小さい角度でしかないので許容できる。したがって、ＡＣモーター駆動のほとんどにおいて、このずれについて調整を行う必要はなく、モーター巻き線に供給される電流を制御するために使用されるインバータは、開ループベクトル制御を用いて作動する。但し、このようなモーターは、ずれがモーターを失速させる可能性があるので、非常に低速度で作動するのには適さない。ほとんどの用途において、これは問題にならないが、マスチックをポンプ輸送するためのポンプなど上述のポンプの場合、たとえ使用されるマスチックの量が非常に少量（又はゼロ）でも流体／マスチックに対して高圧を与えこれを維持する必要がある。即ち、ポンプ２４、２６は、高圧を維持できなければならない。言い換えると、容積式ポンプのピストンは、ピストンが動いていないときでも、ポンプシリンダの中の流体へ力を加え続ける。したがって、ＡＣモーター６０は、カムシャフトが回転していないときでもカムシャフトのトルクを維持しなければならず、ＡＣモーターが失速しない場合のみ、これが可能である。したがって、ＡＣモーター６０インバータは、閉ループベクトル制御を使用する。
【００６０】
図８は、ポンプ５０、７０を駆動するために使用できる３相ＡＣモーター６０のための閉ループベクトル制御システム１２０の概略図である。閉ループベクトル制御システム１２０は、モーター６０の３つの位相に接続されたインバータ１１６を含む。モーター６０は、フィードバックループ１２６によってインバータ１１８に接続されるフィードバック装置１２４を含む。
【００６１】
閉ループベクトル制御システム１２０において、基準信号１２２は、所望のモーター速度を明示するためにインバータへ送られる。フィードバック装置１２４は、モーター６０の位置及び速度を計測する。計測された速度及び位置は、フィードバックループ１２６を介してインバータ１１８へ送られる。インバータ１１８は、位置計測値を使用して、特定の時点においてモーター６０のどの相が電流を要求するかを測定する。インバータ１１８は、また、計測されたモーター速度を所望の速度と比較して、モーター６０へ供給されるべき電流を測定する。フィードバック装置１２４がモーター位置及び速度を測定できる様式は多様にある。１つの実施例として、ＡＣモーター６０は、インバータへ信号を与えるシャフトエンコーダを持つことができる。
【００６２】
ＡＣモーター６０の別の有利な特徴は、モーターの巻き線へ冷却空気を供給するように配列された強制対流ファンである。正常な高速の回転速度において、空気を通過する巻き線の回転は、通常、巻き線が過熱しないようにするのに充分な冷却を与える。ＡＣモーター６０が非常に低速で回転しているとき又は静止しているが流体／マスチックへ圧力を加えているとき、動きの無さは、モーター巻き線を通過する空気の流れがないことを意味する。但し、巻き線はカムへ必要なトルクを与えるために引き続き電流の供給を受けており、熱を発生し、熱は、強制対流ファン６１から吹いてくる空気によって取り除かれる。
【００６３】
本発明の実施形態は、典型的に既知のシステムにおいて使用される４つ又はそれ以上の低容量高圧ポンプではなく単一の高圧ポンプを使用できる特に有利な配列を提供できる。なぜなら、高圧ポンプは、既存のポンプよりずっと大きい範囲の流量で作動でき、単一の高圧ポンプが要求される流量の全てを与えられるようにする。
【００６４】
ポンプ５０及びそのコントローラは、真の圧力閉ループ制御システムにおいてと同様、ポンプの流量に関係なく、ポンプ５０の出口における圧力を設定値に維持する。例えば、圧力センサ（図示せず）を用いて、このためにコントローラへ圧力信号を与えることができる。上述の既知のシステムにおいては、ポンプの出口におけるラインの圧力が低下したときのみ、より小さい容量のポンプがポンプ輸送をし始めて、圧力が低下し続けるとき、流量が増大する。これによってシステムにおける動的圧力は静止圧力よりずっと小さくなり、これはシステム及び工程に有害な影響を与える。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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