JP2007092705A - 往復動モータを用いたダイヤフラムポンプ及びダイヤフラムポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 無注入時間を無くし、均一な注入を行うことができる往復動モータを用いたダイヤフラムポンプ及びダイヤフラムポンプシステムを提供すること。
【解決手段】 往復動モータの出力軸の往復動に連動するダイヤフラムのストローク量に応じた吐出量を出力する往復動モータを用いたダイヤフラムポンプにおいて、前記往復動モータに流れる電流を制御する制御部81と、この制御部に設けられた外部との通信を制御する通信機能手段81bとを具備した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、定量注入ポンプや真空ポンプ等に使用される往復動モータを用いたダイヤフラムポンプに関する。

近年、ダイヤフラムポンプは定量注入等の様々な分野で活用され、ユーザ側からのニーズとして、定量の注入を行うことや大容量の注入、複数のポンプの連携等、様々な用途のダイヤフラムポンプが望まれている。
特開２０００−００９０２８号公報 特開２０００−１４５６２４号公報

しかし、定量の注入を行うには、ソレノイド駆動の場合はＯＮ／ＯＦＦ制御であるため、1ストロークの往復速度を変化させるのは原理的に不可能である。ダイヤフラムポンプの吐出し工程においては、シャフトが瞬時に前進してダイヤフラムを押して薬液を吐出すため、無注入の時間が長く生じるため均一注入が行われない。このため、薬液注入が滅菌目的などの場合は衛生上の問題もあるため、混合タンクを増設することにより対応していたが、コスト高・ユニットの大型化につながるものであった。

また、往復動モータで交流出力可能な制御部により駆動しても、シャフトが後退してダイヤフラムを引く時に薬液を薬液タンクから吸入する吸入工程においては、管路側から見ると薬液が全く供給されていない状態である。このため、特に管路を流れる流量が少なく注入量が少量の場合は、一定時間当たりのストローク数が少なくなるため、上記の無注入時間が長くなり、均一注入を阻害する問題点となっていた。

また、1台のダイヤフラムポンプで注入量が不足している場合は、複数台のダイヤフラムポンプをタイマー運転で稼動し、大容量の注入を補っていたが、複数台のポンプの連携はなかったため、上記無注入時間が発生したり、注入量の不足あるいは過剰が生じる恐れがあった。

また、１台より大容量のダイヤフラムポンプを製作するには、ダイヤフラムの受圧面積の拡大、ポンプのストローク長を延長やストロークの速度を増加する等の改善が必要であるが、ストローク長の延長とストローク速度の増加には限界があるため、ダイヤフラムの受圧面積を拡大すればよいが、より大きなモーカ推力が必要となる問題があった。

そこで、モータ推力を増加させるためには、電流波形が正弦波形や三角波形の場合では、上記吐出し工程と吸込工程での往復動モータの推力の最大値は一定であったために、制御部から往復動モータへ出力する電流を増加させることで対応していた。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、無注入時間を無くし、均一な注入を行うことができる往復動モータを用いたダイヤフラムポンプ及びダイヤフラムポンプシステムを提供することにある。

請求項1記載の発明は、往復動モータの出力軸の往復動に連動するダイヤフラムのストローク量に応じた吐出量を出力する往復動モータを用いたダイヤフラムポンプにおいて、 前記往復動モータに流れる電流を制御する制御部と、この制御部に設けられた外部との通信を制御する通信機能手段とを具備したことを特徴とする。

請求項2記載の発明は、請求項１記載の制御部は、前記往復動モータに流れる電流をバイアス電流となるように制御したことを特徴とする。

請求項3記載の発明は、請求項１あるいは２記載のダイヤフラムポンプを複数台直列に接続すると共に、各通信機能手段をホスト制御部に接続し、このホスト制御部は隣接するダイヤフラムポンプの往復動モータの電流を180度位相差をつけて制御するようにしたことを特徴とする。

請求項１あるいは２記載の発明によれば、無注入時間を無くし、均一な注入を行うことが可能である。

請求項３記載の発明によれば、制御部から往復動モータへ出力するバイアス電流にすることで、吸込工程では必要のないモータ推力を吐出し工程に利用することで、モータ推力を増加することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は往復動モータを用いたダイヤフラムポンプの断面図である。図において、２１は円筒形状のポンプケーシングである。このポンプケーシング２１の一端には例えば薬液のような液体を吸い込む吸い込み口２２が設けられ、その他端には液体を吐出させる吐出口２３が設けられ、その側面から中心軸付近までポンプ室２４が形成されている。

前記吸い込み口２２からポンプ室２４との間には吸い込み管路２５が形成され、ポンプ室２４と吐出口２３との間には吐出管路２６が形成されている。

さらに、吸い込み管路２５には、吸い込み口２２からポンプ室２４方向のみの液体の吸い込みを可能とするチェック弁２７が介装される。さらに、吐出管路２６には、ポンプ室２４から吐出口２３方向のみの液体の吐出を可能とするチェック弁２８が介装されている。

３１は往復動モータ３０のモータフレームである。このモータフレーム３１には円筒形状のモータカバー３２が取り付けられている。

さらに、モータフレーム３１には周方向に４箇所支持ピン３３ａ〜３３ｄの一端がリベット止めされている。図１においては、３３ａ，３３ｃのみが図示されている。

支持ピン３３ａにはモータフレーム３１側から図２を参照して詳細な説明を後述するストッパ４１、円板状の板ばね４２、固定子４３、円板状の板ばね４４が固定されている。

さらに、支持ピン３３ｃにも、ストッパ４１、円盤状の板ばね４２、固定子４５、板ばね４４が固定されている。

そして、往復動モータ３０のシャフト（出力軸）５１は板ばね４２と４４により両端が支持されている。

このシャフト５１の一端側には前述したストッパ４１の一部が出没する一定幅の切り欠き部５２が形成された支持部材５３が固定されている。

さらに、シャフト５１の一端側は径が細くなる小径部５１ａを有する。この小径部５１ａにはダイヤフラム６１を介して円筒形状のピストン部材６２が取り付けられている。

固定子４３には第1のコイル７１が巻回され、固定子４５には第２のコイル７２が巻回されている。

また、固定子４３のシャフト５１に面する側面にはシャフト５１の軸方向に向かって永久磁石７３が着磁され、固定子４５のシャフト５１に面する側面にはシャフト５１の軸方向に向かって永久磁石７４が着磁されている。ここで、永久磁石７３及び７４の極性は同じである。

第1のコイル７１及び第2のコイル７２は直列に接続されており、第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる電流Ｉは制御部８１からの駆動信号により制御される。この制御部８１には、図4に示すように上記電流Ｉとして正弦波波形を出力したり、この電流Iの電流値を一定に制御したり、この電流Ｉの位相を制御したり、上記電流Iの波形を図4に示すようにバイアス電流値Io分だけのせる制御をする電流制御部８１a、図２を参照して後述するホスト制御部１００との通信を制御する通信機能手段８１bを備えている。

さらに、第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる電流Ｉにより発生する磁界の方向は同じ向きとなるように巻き線方向が定められている。

従って、電流Ｉが第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れると、周期的に電流方向が異なるため、第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる電流により発生する磁界により永久磁石７３及び７４の磁界が増加されたり、減少されたりする。

この結果、シャフト５１は軸方向に周期的に往復動をする。このシャフト５１に往復動によりダイヤフラム６１も往復動し、ピストン部材６２も往復動する。

ダイヤフラム６１の往復動の大きさ、つまりストローク長ΔＬは電流Ｉの大きさにより決定される。

図１において、ピストン部材６２のポンプ室２４側の端面が段差を持っているが、上側半分（符号６２ａで示す）はポンプ室２４の液体を吐出させる吐出し工程の終端位置を示し、下側半分（符号６２ｂで示す）はポンプ室２４に液体を吸い込む吸込工程の終端位置を示している。

９１はコネクタである。このコネクタ９１には制御部８１からの制御線９２に接続されるコネクタ９２が接続される。

制御部８１内により、第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる電流Ｉを一定値に保つことにより、ストローク長ΔＬを一定にしている。

このように、ストローク長ΔＬを一定にすることにより、ポンプ室２４の液体を吐出させる吐出し工程の終端位置及びポンプ室２４に液体を吸い込む吸込工程の終端位置を一定とすることができ、ポンプ室２４から吐出される液体の量を一定に保つことができる。

次に、図２を参照して図１に示したダイヤフラムポンプを複数台直列接続したダイヤフラムポンプシステムについて説明する。

図2において、101は図1に示す構成を有するダイヤフラムポンプである。このダイヤフラムポンプ101の吸入口及び吐出口には隣接するダイヤフラムポンプ101の吐出口及び吸入口がされざれ接続されることにより、直列に接続される。

各ダイヤフラムポンプ101の制御部８１は通信ライン１０２を介してホスト制御部１００に接続されている。

このホスト制御部１００は、例えばマイクロコンピュータ及びその周辺回路で構成されている。

このホスト制御部１００は、各制御部８１に制御信号を送信し、各制御部８１により上記電流Iを図３（Ｂ）に示すように隣接するダイヤフラムポンプ101に流れる電流Iが180度位相差を持つように制御される。

次に、動作について説明する。まず、図1に示すように、ダイヤフラムポンプ101を単独で運転する場合について説明する。この場合には、制御部８１からの駆動信号の制御により図３（Ａ）に示すような正弦波電流Ｉが第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる。

この結果、ダイヤフラム６１は、正弦波電流Ｉの大きさに応じたストローク長ΔＬで往復動する。

この結果、ピストン部材６２はポンプ室２４内をストローク長ΔＬで往復動する。つまり、ピストン部材６２は、ポンプ室２４に液体を吸い込む吸込工程の終端位置６２ｂとポンプ室２４の液体を吐出させる吐出し工程の終端位置６２ａとの間で往復動する。

従って、吸込工程でポンプ室２４内に吸い込まれた液体は吐出し工程で吐出口２３を介して吐出される。この際、吐出口２３から吐出される液体の吐出量はストローク長ΔＬにより決定される。

このストローク長ΔＬは第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる正弦波電流Ｉの大きさにより決定される。

ところで、第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる正弦波電流Ｉの大きさは電流検出部８１ａで検出される。そして、定電流制御部８１ｂは、第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる正弦波電流Ｉを一定に保つように制御する。

従って、第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる正弦波電流Ｉであれば、ポンプ部材６２が一往復動する間に吐出される液体量は一定である。

ところで、制御部８１の電流制御部８１aは図4に示すように前記電流Iにバイアス電流Ｉoを載せている。

このように、バイアス電流Ｉoを載せることにより、吸込工程では必要のないモータ推力を吐出し工程に利用することで、モータ推力を増加することが可能となる。

次に、複数のダイヤフラムポンプ101を図2に示すようにｎ台直列に接続し、ホスト制御部100の制御により各ダイヤフラムポンプ101に流れる電流Iの位相差を180度ずらすように制御する。

このようにすることにより、複数の往復動モータを使用する場合、ある一台のダイヤフラムポンプの状態が、シャフトが後退してダイヤフラムを引く時に薬液を薬液タンクから吸引する吸引工程における場合、つまり無注入状態にある場合、上記以外のダイヤフラムポンプが、シャフトが前進しダイヤフラムダイヤフラムを押して薬液を吐出す吐き出し工程の状態にあれば、無注入時間を無くすことが可能である。そこで、通信機能を用い、各往復動モータに流れる電流波形に位相差をつけることで、無注入時間を無くし、均一な注入を行うことが可能である。また、複数台をロータリー運転で使用することにより、ダイヤフラムポンプの台数が多ければ多いほど、単独で使用する場合よりも各ダイヤフラムポンプの寿命の延長が可能である。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定するものではなく種々変形可能である。

本発明の第1の実施の形態に係る往復動モータを用いたダイヤフラムポンプの断面図。 同ダイヤフラムポンプを複数直列に接続したシステムを示す図。 同ダイヤフラムポンプに流れる電流Iを示す図。 同ダイヤフラムポンプに流れる電流Iにバイアス電流Ioを載せた波形を示す図。

符号の説明

２１…ポンプケーシング、３１…往復動モータ、６１…ダイヤフラム、７１…第１のコイル、７２…第２のコイル、８１…制御部、８１a…電流制御部、８１ｂ…通信機能手段８１ｂ、１００…ホスト制御部。

Claims (3)

1. 往復動モータの出力軸の往復動に連動するダイヤフラムのストローク量に応じた吐出量を出力する往復動モータを用いたダイヤフラムポンプにおいて、
   前記往復動モータに流れる電流を制御する制御部と、
   この制御部に設けられた外部との通信を制御する通信機能手段とを具備したことを特徴とする往復動モータを用いたダイヤフラムポンプ。
2. 前記制御部は、前記往復動モータに流れる電流をバイアス電流となるように制御したことを特徴とする請求項１記載の往復動モータを用いたダイヤフラムポンプ。
3. 請求項１あるいは２記載のダイヤフラムポンプを複数台直列に接続すると共に、各通信機能手段をホスト制御部に接続し、このホスト制御部は隣接するダイヤフラムポンプの往復動モータの電流を180度位相差をつけて制御するようにしたことを特徴とするダイヤフラムポンプシステム。

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