JP2007211756A - Method for driving pump device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、弁体の駆動およびバルブの開閉により、流入路からポンプ室に吸引した流体を流出路から吐出するポンプ装置の駆動方法に関するものである。 The present invention relates to a method for driving a pump device that discharges fluid sucked from an inflow path into a pump chamber by driving a valve body and opening and closing the valve.
複数の流体を所定の比率で混合して吐出するミキシングポンプ装置のうち、1台のポンプ機構で複数の流体を吸引、混合、吐出するものとしては、例えば、高速液体クロマトグラフィ装置において、複数種類の溶媒をプランジャポンプで吸引、混合してカラムに向けて吐出するミキシング装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Among mixing pump devices that mix and discharge a plurality of fluids at a predetermined ratio, one pump mechanism that sucks, mixes, and discharges a plurality of fluids is, for example, a high-performance liquid chromatography device, There has been proposed a mixing apparatus that sucks and mixes a solvent by a plunger pump and discharges the solvent toward a column (see, for example, Patent Document 1).
ここに開示のミキシングポンプ装置では、例えば、ステッピングモータの一方方向の回転をカム機構を介してプランジャに伝達してポンプ室の内容積を拡大、縮小させる。そして、ポンプ室を拡大させる間、2つの流入路の各々に配置されたバルブを順次、開閉することにより、2つの流入路の各々から吸引した液体をポンプ室で混合する一方、ポンプ室を縮小させてポンプ室で混合した液体を吐出する。
しかしながら、特許文献1に記載のポンプ装置では、吐出工程から吸引工程に切り換わる際、ポンプ室とバルブの外側で圧力差があると、バルブを閉状態から開状態に切り換えた際、ポンプ室から流入路への逆流が発生し、2つの流体の混合比が変動するという問題点がある。また、ダイヤフラム弁などを用いたポンプ装置において、吐出工程から吸引工程に切り換わる際、あるいは吸引工程から吐出工程に切り換わる際、ダイヤフラム弁にバックラッシュ的な変形が発生し、吸引量や吐出量がばらつくという問題点がある。
However, in the pump device described in
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、吐出工程と吸引工程とが切り換わる際に発生する際の不安定性を解消可能なポンプ装置の駆動方法を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a driving method of a pump device that can eliminate instability that occurs when a discharge process and a suction process are switched.
上記課題を解決するために、本発明では、ポンプ室と、該ポンプ室に配置された弁体と、前記ポンプ室に連通する流入路と、前記ポンプ室に連通する流出路と、前記流入路および前記流出路の各々に配置された複数のバルブとを有し、前記弁体の駆動および前記複数のバルブの開閉により、前記流入路から前記ポンプ室への流体の吸引工程と、前記ポンプ室から前記流出路への流体の吐出工程とを行うポンプ装置の駆動方法において、前記吸引工程から前記吐出工程に切り換わる際、および前記吐出工程から前記吸引工程に切り換わる際の少なくとも一方では、前記複数のバルブの全てを閉じて前記弁体の位置を移動させる補正工程を行うことを特徴とする。 In order to solve the above problems, in the present invention, a pump chamber, a valve element disposed in the pump chamber, an inflow path communicating with the pump chamber, an outflow path communicating with the pump chamber, and the inflow path And a plurality of valves disposed in each of the outflow passages, and a step of sucking fluid from the inflow passage to the pump chamber by driving the valve body and opening and closing the plurality of valves, and the pump chamber In the pump device driving method for performing a fluid discharge process from the discharge process to the outflow passage, at least one of the switching from the suction process to the discharge process and the switching from the discharge process to the suction process, A correction step of closing all of the plurality of valves and moving the position of the valve body is performed.
ポンプ装置では、吐出工程から吸引工程に切り換わる際、あるいは吸引工程から吐出工程に切り換わる際、ポンプ室とバルブの外側で圧力差があると、バルブを閉状態から開状態に切り換えた際、ポンプ室から流入路への逆流、あるいは流出路からポンプ室への逆流が発生するなど、吐出工程と吸引工程とが切り換わる際に不安定状態になりやすい。また、弁体は、吐出工程から吸引工程に切り換わる際、あるいは吸引工程から吐出工程に切り換わる際、バックラッシュ的な不安定が発生し、吸引量や吐出量がばらつきやすい。しかるに本発明では、前記吸引工程から前記吐出工程に切り換わる際、および前記吐出工程から前記吸引工程に切り換わる際の少なくとも一方では、前記複数のバルブの全てを閉じて前記弁体の位置を移動させるため、ポンプ室とバルブの外側で圧力差や、弁体のバックラッシュ的な不安定さを解消できるので、吸引量や吐出量の精度を向上することができる。 In the pump device, when switching from the discharge process to the suction process, or when switching from the suction process to the discharge process, if there is a pressure difference between the pump chamber and the valve, when the valve is switched from the closed state to the open state, A backflow from the pump chamber to the inflow passage or a backflow from the outflow passage to the pump chamber is likely to cause an unstable state when the discharge process and the suction process are switched. Further, when the valve body is switched from the discharge process to the suction process, or when switching from the suction process to the discharge process, backlash instability occurs, and the suction amount and the discharge amount tend to vary. However, in the present invention, when switching from the suction process to the discharge process and at least one of switching from the discharge process to the suction process, all of the plurality of valves are closed to move the position of the valve body. Therefore, the pressure difference between the pump chamber and the outside of the valve and the backlash-like instability of the valve body can be eliminated, so that the accuracy of the suction amount and the discharge amount can be improved.
本発明において、前記吸引工程から前記吐出工程に切り換わる際、および前記吐出工程から前記吸引工程に切り換わる際の双方で前記補正工程を行うことが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the correction step is performed both when the suction step is switched to the discharge step and when the discharge step is switched to the suction step.
本発明は、前記弁体としてダイヤフラム弁を用いたポンプ装置に適用すると効果的である。ダイヤフラム弁を用いたポンプ装置では、吐出工程から吸引工程に切り換わる際、あるいは吸引工程から吐出工程に切り換わる際、ダイヤフラム弁にバックラッシュ的な変形が発生し、吸引量や吐出量がばらつきやすいが、本発明を適用すれば、かかるばらつきを解消することができる。 The present invention is effective when applied to a pump device using a diaphragm valve as the valve body. In a pump device using a diaphragm valve, when switching from the discharge process to the suction process, or when switching from the suction process to the discharge process, the diaphragm valve undergoes backlash-like deformation, and the amount of suction and discharge tends to vary. However, if the present invention is applied, such variations can be eliminated.
本発明において、前記吸引工程から前記吐出工程に切り換わる際の前記補正工程では、例えば、前記ポンプ室の内容積を縮小させる方向に前記弁体を移動させ、前記吐出工程から前記吸引工程に切り換わる際の前記補正工程では、例えば、前記ポンプ室の内容積を拡大させる方向に前記弁体を移動させる。 In the present invention, in the correction step when switching from the suction step to the discharge step, for example, the valve body is moved in a direction to reduce the internal volume of the pump chamber, and the discharge step is switched to the suction step. In the correction process at the time of replacement, for example, the valve body is moved in the direction of expanding the internal volume of the pump chamber.
本発明において、前記補正工程では、例えば、該補正工程の直後、閉状態から開状態に切り換えられるバルブを挟む両側での圧力差を解消する方向に前記弁体を移動させる構成を採用する。 In the present invention, for example, a configuration in which the valve body is moved in a direction to eliminate a pressure difference between both sides across a valve that is switched from a closed state to an open state immediately after the correction step is adopted in the correction step.
この場合、前記吸引工程から前記吐出工程に切り換わる際に閉状態から開状態に切り換えられるバルブ、および前記吐出工程から前記吸引工程に切り換わる際に閉状態から開状態に切り換えられるバルブのうちの少なくとも一方のバルブを挟む両側の圧力差を直接、あるいは間接的に監視し、当該圧力差の監視結果に基づいて、前記補正工程を行うことが好ましい。 In this case, a valve that is switched from a closed state to an open state when switching from the suction step to the discharge step, and a valve that is switched from a closed state to an open state when switching from the discharge step to the suction step It is preferable that the pressure difference between both sides sandwiching at least one of the valves is directly or indirectly monitored, and the correction step is performed based on the monitoring result of the pressure difference.
本発明において、前記補正工程は、予め設定された条件で行うように構成してもよい。 In the present invention, the correction step may be configured to be performed under preset conditions.
本発明において、前記流入路は複数、形成されているとともに、当該複数の流入路の各々に前記バルブが配置され、前記吸引工程では、前記複数の流入路の各々から順次流体を前記ポンプ室に吸引し、前記吐出工程では、前記ポンプ室で混合された流体を前記流出路から吐出してもよい。 In the present invention, a plurality of the inflow passages are formed, and the valve is disposed in each of the inflow passages. In the suction step, fluid is sequentially supplied from each of the plurality of inflow passages to the pump chamber. In the discharge step, the fluid mixed in the pump chamber may be discharged from the outflow passage.
この場合、前記複数の流入路から流入する複数の流体のうち、混合比が最も低い流体が前記ポンプ室に流入する前に、当該流体よりも混合比の高い流体の少なくとも一部を前記ポンプ室に流入させることが好ましい。このように構成すると、複数の流体を確実に混合することができる。 In this case, before the fluid having the lowest mixing ratio flows into the pump chamber among the plurality of fluids flowing in from the plurality of inflow passages, at least a part of the fluid having a higher mixing ratio than the fluid is transferred to the pump chamber. It is preferable to flow in. If comprised in this way, a some fluid can be mixed reliably.
本発明において、前記流出路は複数、形成されているとともに、当該複数の流出路の各々に前記バルブが配置され、前記吐出工程では、前記複数の流出路から順次、流体を吐出するように構成してもよい。 In the present invention, a plurality of the outflow passages are formed, and the valve is disposed in each of the plurality of outflow passages, and in the discharge step, fluid is sequentially discharged from the plurality of outflow passages. May be.
本発明において、前記流出路は、例えば、燃料電池の起電部に向けてメタノール水溶液を供給する。 In the present invention, the outflow path supplies an aqueous methanol solution toward the electromotive part of the fuel cell, for example.
本発明では、吸引工程から吐出工程に切り換わる際、および吐出工程から吸引工程に切り換わる際の少なくとも一方では、バルブの全てを閉じて弁体の位置を移動させるため、ポンプ室とバルブの外側で圧力差や、弁体のバックラッシュ的な不安定さを解消できるので、吸引量や吐出量の精度を向上することができる。 In the present invention, when switching from the suction process to the discharge process and at least one of switching from the discharge process to the suction process, the valve body is closed and the position of the valve body is moved to move the outside of the pump chamber and the valve. Since the pressure difference and the backlash-like instability of the valve body can be eliminated, the accuracy of the suction amount and the discharge amount can be improved.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[ミキシングポンプ装置の概略説明]
(装置構成)
図1は、本発明を適用したミキシングポンプ装置の基本構成を示す概念図である。図1に示すように、本形態のミキシングポンプ装置1では、ポンプ装置本体7で複数の流入口30と流出口40とが開口しており、図1には、2つの流入口30a、30b、および2つの流出口40a、40bが開口している例を示してある。ポンプ装置本体7には、ポンプ室2と、ポンプ室2と流入口30a、30bに接続された流入路3(3a、3b)と、ポンプ室2および流出口40a、40bに接続された複数の流出路4(4a、4b)とが構成されている。ここで、流入路3(3a、3b)および流出路4(4a、4b)は、互いに独立してポンプ室2に連通している。
[Outline of mixing pump device]
(Device configuration)
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a basic configuration of a mixing pump device to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, in the
また、流入路3(3a、3b)には流入側アクティブバルブ5(5a、5b)が構成され、流出路4(4a、4b)には流出側アクティブバルブ6(6a、6b)が構成され、ポンプ室2に対してポンプ機構13が構成されている。ここで、ポンプ機構13は、ポンプ室2に配置された弁体17と、この弁体17を駆動するためのステッピングモータ12を備えた駆動装置105とを備えている。また、流入側アクティブバルブ5a、5bおよび流出側アクティブバルブ6a、6bに対しては、これらのバルブの開閉を制御する制御装置(図示せず)が構成されている。
The inflow path 3 (3a, 3b) includes an inflow side active valve 5 (5a, 5b), and the outflow path 4 (4a, 4b) includes an outflow side active valve 6 (6a, 6b). A
(動作)
図2(a)、(b)は、図1に示すミキシングポンプ装置の動作を示すタイミングチャート図、および弁体の位置と分解能との関係を示す説明図である。図3(a)〜(d)は、ダイヤフラム弁の変形に関する説明図である。
(Operation)
FIGS. 2A and 2B are a timing chart showing the operation of the mixing pump device shown in FIG. 1 and an explanatory diagram showing the relationship between the position of the valve element and the resolution. 3A to 3D are explanatory diagrams relating to the deformation of the diaphragm valve.
本形態において、駆動装置105では、ステッピングモータ12が一方方向に回転したときにポンプ室2の内容積が拡大する方向に弁体17を駆動し、ステッピングモータ12が他方方向に回転したときにポンプ室2の内容積が縮小する方向に弁体17を駆動する。このような動作に連動して、制御装置は、複数のアクティブバルブ5、6の開閉を制御することにより、2つの流入路3の各々からポンプ室2に順次、吸引した流体をポンプ室2で混合した後、流出路4から吐出する。
In the present embodiment, the
図2(a)を参照して、本形態のミキシングポンプ装置1の動作をより具体的に説明する。ここで、2つの流入路3a、3bのうち、流入路3aを介して第1の液体LAを吸引し、流入路3bを介して第2の液体LBを吸引するとともに、その際の第1の液体LAと第2の液体LBの流入量の比(混合比)が1:5である場合を説明する。なお、図2(a)において、最上段には、ポンプ機構13の吸引、吐出を示してあり、ポンプ機構13での吸引はステッピングモータ12が例えば、時計回りに回転して弁体17がポンプ室2の内容積を拡大させる方向に移動することにより行われ、ポンプ機構13での吐出はステッピングモータ12が例えば、反時計回りに回転して弁体17がポンプ室2の内容積を縮小させる方向に移動することにより行われる。また、ポンプ機構13の停止は、ステッピングモータ12に対する給電が停止したときに行われる。なお、流入側アクティブバルブ5(5a、5b)および流出側アクティブバルブ6(6a、6b)のいずれにおいても、正のパルスが入力された以降、アクティブバルブ5、6は開状態にあり、負のパルスが入力された時点で閉状態に切り換わる。また、負のパルスが入力された以降、アクティブバルブ5、6は閉状態にあり、正のパルスが入力された時点で開状態に切り換わる。
With reference to Fig.2 (a), operation | movement of the
図2(a)において、まず、時間t1では、ステッピングモータ2への給電が停止されており、ポンプ機構13は停止状態にある。また、時間t1までは全てのアクティブバルブ5、6が閉状態にある。
In FIG. 2A, first, at time t1, power supply to the stepping
この状態で時間t1において、2つの流入側アクティブバルブ5a、5bのうち、液体LBに対応する流入路3bに配置された流入側アクティブバルブ5bのみが開状態に切り換わる。次に、時間t2でステッピングモータ12に給電されてステッピングモータ12が時計回りに回転すると弁体17がポンプ室2の内容積を拡大させる方向に移動するため、流入路3bからポンプ室2に液体LBが流入する。そして、時間t3までステッピングモータ12に125ステップ分のパルスが入力された後、時間t3でステッピングモータ12への給電が停止すると、弁体17が停止する。同時に、流入側アクティブバルブ5bが開状態から閉状態に切り換わる。その結果、流入路3bからポンプ室2への液体LBの流入が停止する。それにより、液体LBについては、全体の1/2の量がポンプ室2に流入する。
In this state, at time t1, only the inflow side
次に、時間t4において、流入側アクティブバルブ5aのみが開状態に切り換わり、時間t5でステッピングモータ12に給電されてステッピングモータ12が時計回りに回転すると弁体17がポンプ室2の内容積を拡大させる方向に移動するため、流入路3aからポンプ室2に液体LAが流入する。そして、時間t6までステッピングモータ12に50ステップ分のパルスが入力された後、時間t6でステッピングモータ12への給電が停止すると、弁体17が停止する。同時に、流入側アクティブバルブ5aが開状態から閉状態に切り換わる。その結果、流入路3aからポンプ室2への液体LAの流入が停止する。それにより、液体LAについては、全量がポンプ室2に流入する。
Next, at time t4, only the inflow side
次に、時間t7において、再び流入側アクティブバルブ5bのみが開状態に切り換わり、時間t8でステッピングモータ12に給電されてステッピングモータ12が時計回りに回転すると弁体17がポンプ室2の内容積を拡大させる方向に移動するため、流入路3bからポンプ室2に液体LBが流入する。そして、時間t9までステッピングモータ12に125ステップ分のパルスが入力された後、時間t9でステッピングモータ12への給電が停止すると、弁体17が停止する。同時に、流入側アクティブバルブ5bが開状態から閉状態に切り換わる。その結果、流入路3bからポンプ室2への液体LBの流入が停止する。それにより、液体LBについては、全体の残り1/2の量がポンプ室2に流入し、液体LBの流入が完了する。
Next, at time t7, only the inflow side
次に、時間t11において、2つの流出側アクティブバルブ6a、6bのうち、流出側アクティブバルブ6aのみが開状態に切り換わり、時間t12でステッピングモータ12に給電されてステッピングモータ12が反時計回りに回転すると弁体17がポンプ室2の内容積を縮小させる方向に移動するため、ポンプ室2の混合流体は流出路4aから吐出される。そして、時間t13までステッピングモータ12に150ステップ分のパルスが入力された後、時間t13でステッピングモータ12への給電が停止すると、弁体17が停止する。同時に、流出側アクティブバルブ6aが開状態から閉状態に切り換わる。その結果、ポンプ室に流入した液体の1/2に相当する量の混合液体が流出路4aから吐出される。
Next, at time t11, of the two outflow side
次に、時間t14において、2つの流出側アクティブバルブ6a、6bのうち、流出側アクティブバルブ6bのみが開状態に切り換わり、時間t15でステッピングモータ12に給電されてステッピングモータ12が反時計回りに回転すると弁体17がポンプ室2の内容積を縮小させる方向に移動するため、ポンプ室2の混合流体は流出路4bから吐出される。そして、時間t16までステッピングモータ12に150ステップ分のパルスが入力された後、時間t16でステッピングモータ12への給電が停止すると、弁体17が停止する。同時に、流出側アクティブバルブ6bが開状態から閉状態に切り換わる。その結果、ポンプ室2に流入した液体の1/2に相当する量の混合液体が流出路4bから吐出される。
Next, at time t14, of the two outflow side
さらに本形態では、時間t10から時間t11までの期間、および時間t17から時間t18までの期間に補正動作を行う。すなわち、吸引工程から吐出工程に切り換わる上死点、および吐出工程から吸引工程に切り換わる下死点では、図2(b)に示すように、分解能が低い傾向にある。このような傾向は、例えば、駆動装置105に歯車機構を用いた場合にそのバックラッシュにより発生しやすい。また、弁体17自身、上死点や下死点ではバックラッシュ的な位置ずれが発生しやすい。特に、弁体17としてダイヤフラム弁を用いた場合には、ダイヤフラム弁の変形が上死点や下死点でバックラッシュ的に発生しやすいので、補正動作を行う効果が大きい。
Further, in this embodiment, the correction operation is performed in the period from time t10 to time t11 and in the period from time t17 to time t18. That is, as shown in FIG. 2B, the resolution tends to be low at the top dead center where the suction process switches to the discharge process and the bottom dead center where the discharge process switches to the suction process. Such a tendency is likely to occur due to backlash when a gear mechanism is used for the
また、弁体17としてダイヤフラム弁を用いた場合、ダイヤフラム弁の形状は、ポンプ室2の内圧と大気圧との圧力差を受けやすい。例えば、図3(a)に示すように、ポンプ室2の内圧=大気圧の場合には、圧力差の影響でダイヤフラム弁170に不要な変形が発生することはないが、図3(b)に示すように、ポンプ室2の内圧>大気圧の場合には、その圧力差分だけ、ダイヤフラム弁170が膨らんだ状態となる。逆に、図3(c)に示すように、ポンプ室2の内圧<大気圧の場合には、その圧力差分だけ、ダイヤフラム弁170が凹んだ状態となる。
Further, when a diaphragm valve is used as the
従って、吸引を終了した時間t9においてポンプ室2が負圧となっているときには、図3(c)に示す状態になり、吐出を終了した時間t16においてポンプ室2が正圧となっているときには、図3(b)に示す状態になりやすい。このため、図3(c)に示す状態で、時間t11で流出側アクティブバルブ6aが開状態になってポンプ室2と流出管4aのバルブ6aより流出口40a側とが連通すると、流出管4aの流出口40a側にあった混合液が、揚程差によってポンプ室2に逆流するおそれがある。このような事態が発生すると、混合液の吐出量が予定の量より少なくなってしまう。また、図3(b)に示す状態で、時間t1で流入側アクティブバルブ5bが開状態になってポンプ室2と流入管3bのバルブ5bより流入口30b側とが連通すると、ポンプ室2の混合液が流入管3bから逆流し、第2の液体LBの流入量が予定の量より少なくなってしまう。
Therefore, when the
一方、吸引を終了した時間t9、あるいは吐出を終了した時間t16でポンプ室2が大気圧と同等であっても、図3(d)に示すように、流出管4a、4bが上方にあって流入管3a、3bが下方に位置するような場合、以下の問題が発生する。まず、時間t9で吸入を終了した後において、ポンプ室2の圧力は、流入側アクティブバルブ5bの外側の圧力と同等であるため、時間t11で流出側アクティブバルブ6aが開状態になってポンプ室2と流出管4aの流出口40a側とが連通すると、流出管4aのバルブ6aより流出口40b側にあった混合液が、揚程差によってポンプ室2に逆流するおそれがある。このような事態が発生すると、ダイヤフラム弁170が駆動される前にダイヤフラム弁170が膨らんでしまい、混合液の吐出量が予定の量より少なくなってしまう。また、吐出を終了した時間t16でポンプ室2が大気圧と同等であっても、時間t16で吐出を終了した後において、ポンプ室2の圧力は、流出側アクティブバルブ6bの外側の圧力と同等であるため、再度の吸引の際、時間t1において、流入側アクティブバルブ5bが開状態になってポンプ室2と流入管3bの流入口側30bとが連通すると、混合液が流入管3bを逆流するおそれがある。このような事態が発生すると、ダイヤフラム弁170が駆動される前にダイヤフラム弁170が凹んでしまい、第2の液体LBの流入量が予定の量より少なくなってしまう。
On the other hand, even when the
そこで、本形態では、吸引から吐出に切り換わる際、および吐出から吸引に切り換わる際、弁体17の位置を補正する。具体的には、吸引工程から吐出工程に切り換わる際には、ポンプ室2の内容積を縮小させる方向に弁体17をわずかに移動させ、吐出工程から吸引工程に切り換わる際には、ポンプ室2の内容積を拡大させる方向に弁体17をわずかに移動させる。より具体的には、図2(a)に示すように、吸引を終了した後、吐出を開始する前の時間t10から時間t11において、ステッピングモータ12に給電してステッピングモータ12を反時計回りに回転させてポンプ室2の内容積が縮小する方向に弁体17を移動させる。逆に、吐出を終了した後、次の吸引を開始する前の時間t17から時間t18において、ステッピングモータ12に給電してステッピングモータ12を時計回りに回転させてポンプ室2の内容積が拡大する方向に弁体17を移動させる。
Therefore, in the present embodiment, the position of the
ここで、補正工程については、予め設定した条件に沿って制御装置がバルブ5、6および弁体17に補正工程を行わせる構成を採用することができる。
Here, with respect to the correction process, a configuration in which the control device causes the
また、バルブ5,6のうち、吸引から吐出に切り換わる際、および吐出から吸引に切り換わる際に、閉状態から開状態に切り換えられるバルブ5b、6aについて、それを挟む両側位置の圧力差を直接、あるいは間接的に監視し、補正工程では、その監視結果に基づいて、かかる圧力差を解消する方向に弁体17を移動させる方法を採用してもよい。ここで、バルブ5b、6aの両側位置の圧力差を直接、監視する方法としては、ポンプ室2、流入管3bにおけるバルブ5bより外側位置、および流出管4aにおけるバルブ6aより外側位置の各々圧力センサを配置し、これらの圧力センサでの検出結果により圧力差を検出する方法がある。また、バルブ5b、6aの両側位置の圧力差を間接的に監視する方法としては、流出管4aの流出口40aの高さ位置を検出しておく一方、図3(d)に示す第2の液体LBの液面位置を監視する方法がある。
Further, of the
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態のミキシングポンプ装置1では、弁体17の駆動および複数のアクティブバルブ5、6の開閉により、複数の流入路3の各々からポンプ室2に順次、吸引した液体を混合した後、流出路4から混合液を吐出するにあたって、駆動装置105は、ステッピングモータ12が一方方向に回転したときにポンプ室2の内容積が拡大する方向に弁体17を駆動し、ステッピングモータ12が他方方向に回転したときにポンプ室2の内容積が縮小する方向に弁体17を駆動する。このため、弁体17の位置にかかわらず、ステッピングモータ12が一方方向に回転している間、流出路4に配置したアクティブバルブ6を閉状態とし、流入路3に配置したアクティブバルブ5を順次開閉させるだけで、複数の流体を所定の比率でポンプ室2に吸引することができ、ステッピングモータ12が他方方向に回転している間、流入路3に配置したアクティブバルブ5を閉状態とし、流出路4に配置したアクティブバルブ6を開状態にするだけでポンプ室2から混合流体を吐出することができる。従って、ステッピングモータ12の一方向の回転をカム機構を介して弁体17に伝達する構成と違って、カムの位置などをフォトインタラプタで監視する必要がない。それ故、ミキシングポンプ装置1の構成を簡素化できるので、小型化および低コスト化を図ることができる。
(Main effects of this form)
As described above, in the mixing
また、本形態では、ステッピングモータ12に供給する信号パターンを変えるだけで、弁体17のストロークを容易に変更できる。従って、使用する液体の種類に応じて、弁体17のストロークを最適な長さに設定できるなどの利点もある。
Further, in this embodiment, the stroke of the
さらに、制御装置は、流入路3a、3bから流入する第1の液体LAおよび第2の液体LBのうち、混合比が低い第1の液体LAがポンプ室2に吸引する前に、混合比の高い第2の液体LBの一部がポンプ室2に流入するようにアクティブバルブ5、6の開閉を制御する。このため、第1の液体LAがポンプ室2の隅、たとえば、アクティブバルブ5a付近に偏在することを防止できるので、第1の液体LAと第2の液体LBとを確実に混合することができる。特に、本形態では、混合比が高い第2の液体LBを全量の1/2に相当する分だけポンプ室2に吸引した後、混合比の低い第1の液体LAをポンプ室2に吸引し、しかる後に、第2の液体LBの残り1/2をポンプ室2に吸引しているため、第1の液体LAと第2の液体LBとをより確実に混合することができる。
Further, the control device sets the mixing ratio before the first liquid LA having a low mixing ratio out of the first liquid LA and the second liquid LB flowing in from the
さらにまた、本形態では、時間t10から時間t11までの期間、および時間t17から時間t18までの期間に補正動作を行っているため、弁体17が上死点や下死点に到達した場合でも、上死点や下死点から戻してから吸引および吐出を行うことになる。このため、吸引量および吐出量の精度が高い。特に弁体17がダイヤフラム弁の場合、吐出工程から吸引工程に切り換わる際、あるいは吸引工程から吐出工程に切り換わる際、ダイヤフラム弁にバックラッシュ的な変形が発生し、吸引量や吐出量がばらつきやすいが、本発明を適用すれば、かかるばらつきを解消することができる。
Furthermore, in this embodiment, since the correction operation is performed during the period from time t10 to time t11 and during the period from time t17 to time t18, even when the
さらに、弁体17としてダイヤフラム弁170を用いた場合には、ポンプ室2の内圧と大気圧との圧力差によってダイヤフラム弁170に不要な変形が発生することがあるが、本形態では、かかる変形を補正して吸引および吐出を行うため、吸引量および吐出量の精度が高い。
Further, when the
[ミキシングポンプ装置の具体的な構成]
図4は、本発明を適用したミキシングポンプ装置の基本構成を示す概念図である。図5(a)、(b)は、本発明の実施の形態に係るミキシングポンプ装置を斜め上方からみたときの分解斜視図および斜め下方からみたときの分解斜視図である。図6は、本発明を適用したミキシングポンプ装置の断面構成を示す説明図である。図7は、本発明の実施の形態に係るミキシングポンプ装置の断面構成を示す説明図である。
[Specific configuration of mixing pump device]
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a basic configuration of a mixing pump device to which the present invention is applied. 5A and 5B are an exploded perspective view when the mixing pump device according to the embodiment of the present invention is viewed obliquely from above and an exploded perspective view when viewed from obliquely below. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of a mixing pump device to which the present invention is applied. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of the mixing pump device according to the embodiment of the present invention.
図4に示すように、図5〜図13を参照して以下に説明する本形態のミキシングポンプ装置1において、ポンプ装置本体7には、ポンプ室2と、ポンプ室2に連通する2つの流入路4と、ポンプ室2に連通する6つの流出路5とが構成されている。ここで、2つの流入路3および6つの流出路4は、互いに独立してポンプ室2に連通している。また、2つの流入路3の各々には流入側アクティブバルブ5が構成され、6つの流出路4の各々には流出側アクティブバルブ6が構成されている。ポンプ室2に対してはポンプ機構13が構成されており、ポンプ機構13は、ポンプ室2に配置されたダイヤフラム弁170と、このダイヤフラム弁170を駆動するためのステッピングモータを備えた駆動装置105と、流入側アクティブバルブ5および流出側アクティブバルブ6の開閉を制御する制御装置(図示せず)とが構成されている。このように構成したミキシングポンプ装置1においても、駆動装置105では、ステッピングモータが一方方向に回転したときにポンプ室2の内容積が拡大する方向にダイヤフラム170を駆動し、ステッピングモータ12が他方方向に回転したときにポンプ室2の内容積が縮小する方向にダイヤフラム弁170を駆動する。このような動作に連動して、制御装置は、複数のアクティブバルブ5、6の開閉を制御することにより、2つの流入路3の各々からポンプ室2に順次、吸引した流体をポンプ室2で混合した後、流出路4から吐出する。このようなミキシングポンプ装置1において、流入側アクティブバルブ5a、5bおよび流出側アクティブバルブ6a、6bの開閉は制御装置(図示せず)によって行われる。
As shown in FIG. 4, in the mixing
図5(a)、(b)、図6、および図7に示すように、本形態のミキシングポンプ装置1は、ボックス状の装置本体7の一方の面71に、図1を参照して説明した流入口30および流出口40を構成するパイプが接続されている。ここで、ポンプ装置本体7は、後述するポンプ機構13やアクティブバルブ5、6に対する配線基板74、底板75、ベース板76、後述する流路が溝状に形成された流路構成板77、この流路構成板の上面を覆うことにより流路の上面を塞ぐ封止シート78、前記のパイプが連結された上板79がこの順に積層された構造を有している。
As shown in FIGS. 5A, 5 </ b> B, 6, and 7, the mixing
ベース板76には、後述するポンプ機構13やアクティブバルブ5、6の配置空間などを構成するための穴137、67a〜67hが形成されている。また、流路構成板77において、その中心位置にはポンプ室2を構成するための丸い貫通穴21が形成されており、この貫通穴21の周りには、流路構成板77の下面側に、アクティブバルブ5、6の弁室を構成する凹部(図示せず)が形成されている。また、貫通穴21からは8本の溝41a〜41hが放射状に延びている。また、流路構成板77の溝41a〜41hの近傍には溝42a、42b・・などが形成されている。
The
本形態では、8本の溝41a〜41hによって流入路3および流出路4が構成されている。すなわち、ベース板76、流路構成板77および封止シート78を重ねると、溝41a〜41f、42a、42b・・・によって流入路3および流出路4が形成されるとともに、流入路3および流出路4の各々に流入側アクティブバルブ5および流出側アクティブバルブ6が配置された状態となる。
In this embodiment, the
このように本形態では、アクティブバルブ5、6をポンプ室2の周りに平面状に配置されているため、流入路3および流出路4の各々において流路を短くでき、かつ、ミキシングポンプ装置1の薄型化を図ることができる。また、各流出路4からの吐出量のばらつきを抑えることができるので、適量の流体を精度よく吐出することができる。しかも、複数の流出路4では、ポンプ室2から流出側アクティブバルブ6までの流路の長さが等しい。このため、各流出路4を介しての吐出量を高い精度で制御することができる。また、流入口30および流出口40は、ポンプ装置本体7の同一の面71で開口しているため、ミキシングポンプ装置1と外部との接続が容易である。さらに、ポンプ装置本体7は、流入路3および流出路4が一方面側に溝状に形成された流路構成板77と、この路構成板77の一方面側に重ねて配置された封止シート78とを備えているため、小型のポンプ装置本体7に対して多数の流路を形成でき、かつ、ミキシングポンプ装置1を効率よく生産できる。
Thus, in this embodiment, since the
さらにまた、2つ流入路3および6つの流出路4の構成は互いに同一で、かつ、流入側アクティブバルブ5および流出側アクティブバルブ6の構成は互いに同一である。このため、流入路3および流出路4についてはいずれを流入路3あるいは流出路4として利用してもよい。従って、2種類の液体に限らず、3種類以上の液体を混合し、吐出することもできる。
Furthermore, the configurations of the two
(ポンプ機構の詳細構成)
以下、本発明を適用したミキシングポンプ装置1に用いたポンプ機構13の一例を説明する。図8は、本発明を適用したミキシングポンプ装置を縦に分割した状態の分解斜視図である。図9(a)、(b)は、図8に示すミキシングポンプ装置においてポンプ室の内容積を膨張させた状態を示す説明図、およびポンプ室の内容積を収縮させた状態を示す説明図である。図10(a)、(b)、(c)はそれぞれ、図8に示すポンプ機構の回転体に用いたロータの斜視図、平面図、および断面図である。図11(a)、(b)、(c)はそれぞれ、図8に示すポンプ機構の回転体に用いた移動体の斜視図、平面図および断面図である。
(Detailed configuration of pump mechanism)
Hereinafter, an example of the
図8および図9(a)において、本形態のポンプ機構13は、概ね、流入路3および流出路4に連通するポンプ室2の内容積を膨張収縮させて液体の吸入および吐出を行う弁体としてのダイヤフラム弁170と、ダイヤフラム弁170を駆動する駆動装置105とを備えている。
8 and 9A, the
駆動装置105は、以下に説明するように、環状のステータ120と、このステータ120の内側に同軸状に配置された回転体103と、この回転体103の内側に同軸状に配置された移動体160と、回転体103の回転を移動体160を軸線方向に移動させる力に変換して移動体160に伝達する変換機構140とを備えている。ここで、駆動装置105は、ベース板76に形成された空間内において、底板75とベース板76との間に搭載された状態にある。
As will be described below, the driving
駆動装置105において、ステータ120は、ボビン123に巻回されたコイル121、およびコイル121を覆うように配置された2枚のヨーク125からなるユニットが軸線方向に2段に積層された構造になっている。この状態で、上下2段のいずれのユニットにおいても、2枚のヨーク125の内周縁から軸線方向に突き出た極歯が周方向に交互に並んだ状態となり、ステッピングモータのステータとして機能する。
In the
図8、図9および図10(a)、(b)、(c)に示すように、回転体103は、上方に開口するカップ状部材130と、このカップ状部材130の円筒状の胴部131の外周面に固着された環状のロータマグネット150とを備えている。カップ状部材130の底壁133の中央には、軸線方向上側に凹む凹部135が形成され、底板75には、凹部135内に配置されたボール118を受ける軸受部751が形成されている。また、ベース板76の上端側の内面には環状段部766が形成されている一方、カップ状部材130の上端部分には、胴部131の上端部分と環状のフランジ部134とによって、ベース板76側の環状段部766に対向する環状段部が形成されており、これらの環状段部で区画形成された環状空間内には、環状のリテーナ181およびこのリテーナ181によって周方向に離間した位置に保持されたベアリングボール182からなる軸受180が配置されている。このようにして、回転体103は、軸線周りに回転可能な状態でポンプ装置本体7に支持された状態にある。
As shown in FIGS. 8, 9, and 10 (a), 10 (b), and 10 (c), the
回転体103において、ロータマグネット150の外周面は、ステータ120の内周面に沿って周方向に並ぶ極歯に対向している。ここで、ロータマグネット150の外周面では、S極とN極が周方向に交互に並んでおり、ステータ120とカップ状部材130とはステッピングモータを構成している。
In the
図8、図9および図11(a)、(b)、(c)に示すように、移動体160は、底壁161と、底壁161の中央から軸線方向に突き出た円筒部163と、この円筒部163の周りを囲むように円筒状に形成された胴部165とを備えており、胴部165の外周には雄ネジ167が形成されている。
As shown in FIGS. 8, 9, and 11 (a), 11 (b), and 11 (c), the moving
本形態では、回転体103の回転によって移動体160を軸線方向で往復移動させるための変換機構140を構成するにあたって、まず、図8、図9、図10(a)、(b)、(c)、および図11(a)、(b)、(c)に示すように、カップ状部材130の胴部131の内周面には、周方向に離間する4箇所に雌ネジ137を形成する一方、移動体160の胴部165の外周面には、カップ状部材130の雌ネジ137に係合して動力伝達機構141を構成する雄ネジ167が形成されている。従って、雄ネジ167と雌ネジ137とが噛み合うようにカップ状部材130の内側に移動体160を配置すれば、移動体160はカップ状部材130の内側に支持された状態となる。また、移動体160の底壁161には、周方向に6個の長穴169が貫通穴として形成されている一方、ベース板76からは6本の突起769が延びて、突起769の下端部が長穴169に嵌ることにより、供回り防止機構149が構成されている。すなわち、カップ状部材130が回転した際、移動体160は、突起769と長穴169からなる供回り防止機構149によって回転が阻止されているので、カップ状部材130の回転は、その雌ネジ137および移動体160の雄ネジ167からなる動力伝達機構141を介して移動体160に伝達される結果、移動体161は、回転体103の回転方向に応じて軸線方向の一方側および他方側に直線移動することになる。
In this embodiment, in configuring the
(弁体の構成)
再び図8および図9(a)において、本形態では、移動体160には、ダイヤフラム弁170が直接、連結されている。ダイヤフラム弁170は、底壁171と、底壁171の外周縁から軸線方向に立ち上がる円筒状の胴部173と、この胴部173の上端から外周側に広がるフランジ部175とを備えたカップ形状を有しており、底壁171の中央部分が、移動体160の円筒部163に被さった状態で、それらの上下方向から、止めネジ178とキャップ179とに固定されている。また、ダイヤフラム弁170のフランジ部175の外周縁は、液密性と位置決めとして機能する肉厚部になっており、この肉厚部は、流路構成板77の貫通穴21の周囲において、ベース板76と流路構成板77との間に固定されている。このようにして、ダイヤフラム170は、ポンプ室2の下面を規定し、かつ、ポンプ室2の周りにおいてベース板76と流路構成板77との間の液密を確保している。
(Valve structure)
8 and 9A again, in this embodiment, a
この状態で、ダイヤフラム弁170の胴部173は、断面U字状に折り返された状態にあり、折り返し部分172は、移動体160の位置によって形状が変化することになる。しかるに本形態では、移動体160の円筒部163の外周面からなる第1の壁面168と、ベース板76から延びた突起769の内周面からなる第2の壁面768との間に構成された環状空間内に、ダイヤフラム弁170の断面U字状の折り返し部分172を配置してある。従って、図9(a)、(b)に示す状態、および図9(a)、(b)に示す状態に移行する途中の状態のいずれにおいても、ダイヤフラム弁170の折り返し部分172は、環状空間内に保持された状態のまま、第1の壁面168および第2の壁面768に沿って展開あるいは巻き上げるように変形する。
In this state, the
また、本形態では、図8、図9(a)、および図10(a)、(b)、(c)に示すように、カップ状部材130の底壁133には、周方向における270°の角度範囲にわたって1本の溝136が形成されている一方、移動体160の底面からは下方に向けて突起166が形成されている。ここで、移動体160は、軸線回りに回転しないが、軸線方向に移動するのに対して、回転体103は、軸線回りに回転するが、軸線方向に移動しない。従って、突起166と溝136は、回転体103および移動体160の停止位置を規定するストッパとして機能する。すなわち、溝136は、周方向において深さが変化しており、移動体160が軸線方向の下方に移動すると、突起166が溝136内に嵌るとともに、回転体103の回転により溝136の端部が突起166に当接する。その結果、回転体103の回転が阻止され、回転体103および移動体160の停止位置、すなわちダイヤフラム弁170の内容積の最大膨張位置が規定されることになる。
Further, in this embodiment, as shown in FIGS. 8, 9A, 10A, 10B, and 10C, the
(動作)
このように構成したポンプ機構13において、ステータ120のコイル121に給電すると、カップ状部材130が回転し、その回転が変換機構140を介して移動体160に伝達される。従って、移動体160は軸線方向で往復直線運動を行う。その結果、ダイヤフラム弁170が移動体160の移動に合わせて変形し、ポンプ室2の内容積を膨張、収縮させるので、ポンプ室2では、流入路3からの液体の流入と、流出路4に向けての液体の流出が行われる。その間、ダイヤフラム弁170の折り返し部分172は、環状空間内に保持された状態のまま、第1の壁面168および第2の壁面768に沿って展開あるいは巻き上げるように変形し、無理な摺動が発生しない。しかも、ダイヤフラム弁170は、ポンプ室2の流体から圧力を受けても、環状空間内に内外側とも規定されているため、変形しない。さらに、移動体160の下方位置は、カップ状部材130の溝136および移動体160の突起166によって構成されたストッパにより規定されることになる。よって、カップ状部材130の回転に伴い、ダイヤフラム弁170は高精度に容積変化をする。また、駆動装置105では、ステッピングモータが一方方向に回転したときにポンプ室2の内容積が拡大する方向にダイヤフラム弁170を駆動し、ステッピングモータが他方方向に回転したときにポンプ室2の内容積が縮小する方向にダイヤフラム弁170を駆動する。
(Operation)
In the
以上説明したように、本形態のポンプ機構13では、ステッピングモータ機構による回転体103の回転を、雄ネジ167および雌ネジ137からなる動力伝達機構141を利用した変換機構140を介して移動体160に伝達して、ダイヤフラム弁170が固定された移動体160を往復直線運動させる。このため、駆動装置105からダイヤフラム弁170まで、必要最小限の部材で動力を伝達するので、ポンプ機構13の小型化、薄型化および低コスト化を図ることができる。また、動力伝達機構141における雄ネジ167および雌ネジ137のリード角を小さく、あるいは駆動側のステータの極歯を増加することで、移動体160の微小送りを行うことができる。従って、ポンプ室2の容積を厳密に制御できるので、高い精度で定量吐出を行うことができる。
As described above, in the
さらに、本形態ではダイヤフラム弁170を用いているが、このダイヤフラム弁170の折り返し部分172は、環状空間内に保持された状態のまま、第1の壁面168および第2の壁面768に沿って展開あるいは巻き上げるように変形し、無理な摺動が発生しない。従って、無駄な負荷が発生せず、かつ、ダイヤフラム弁170の寿命が長い。また、ダイヤフラム弁170は、ポンプ室2の流体から圧力を受けても、変形しない。それ故、本形態のポンプ機構13によれば、高い精度で定量吐出を行うことができ、かつ、信頼性も高い。
Further, in the present embodiment, the
さらにまた、回転体103は、ポンプ装置本体7に対してベアリングボール182を介して軸線周りに回転可能に支持されているため、摺動ロスが小さく、かつ、回転体103は軸線方向に安定して保持されるので、軸線方向における推力が安定している。それ故、駆動装置105の小型化、耐久性の向上、吐出性能の向上を図ることができる。
Furthermore, since the
なお、上記形態では、変換機構140の動力伝達機構141としてネジを利用したが、カム溝を利用してもよい。さらに、上記形態では弁体として、カップ状のダイヤフラム弁を用いたが、その他の形状のダイヤフラム弁、あるいはOリングを備えたピストンを用いてもよい。
In the above embodiment, a screw is used as the
また、上記形態では、流入口80が1個、流出口40が8個の例を掲げたが、流入口80は複数でもかまわない。また、流入口80、ポンプ機構13、流出口40がそれぞれ1個でも、また、それらを組み合わせてもよい。また、上記形態では、流出路4を均等の長さとしたが、均等でなしに用途により配置してもよい。さらに、上記形態では、還流口90が設けてあるが、不要の場合はなくてもよい。さらにまた、上記形態では、上面を塞ぐ封止シート78、前記のパイプが連結された上板79が別体で図示してあるが、上板79のパイプがなく、封止シート78に流出穴だけを開け、シール部材を介して接続するように構成してもよい。
Further, in the above embodiment, an example in which there is one inflow port 80 and eight
[アクティブバルブの構成]
図12および図13はそれぞれ、本発明を適用したミキシングポンプ装置1のアクティブバルブ5、6として用いたバルブの要部を軸線方向に切断したものを斜め上方からみたときの説明図、およびこのバルブの磁力線を示す説明図である。
[Configuration of active valve]
FIG. 12 and FIG. 13 are explanatory views when the main parts of the valves used as the
図12および図13に示すように、アクティブバルブ5、6は、ベース板76の穴57、67a〜67h内にリニアアクチュエータ201を備えており、このリニアアクチュエータ201は、円筒状の固定体203と、この固定体203の内側に配置された略円柱状の可動体205とを有している。固定体203は、ボビン231に環状に巻回されたコイル233と、コイル233の外周面からコイル233の軸線方向の両側を回りこんで一方の先端部236aと他方の先端部236bがコイル233の内周側でスリット237を介して軸線方向で対向する固定体側ヨーク235を備えている。可動体205は、円板状の第1の可動体側ヨーク251と、この第1の可動体側ヨーク251に対して軸線方向の両側に積層された一対の磁石253a、253bとを有している。一対の磁石253a、253bとしては、Nd−Fe−B系やSm−Co系の希土類磁石、あるいは樹脂磁石を用いることがきる。また、可動体205において、一対の磁石253a、253bの各々には、第1の可動体側ヨーク251とは反対側の端面に第2の可動体側ヨーク255a、255bが積層されている。
As shown in FIGS. 12 and 13, the
本形態では、一対の磁石253a、253bは、いずれも軸線方向に着磁されており、第1の可動体側ヨーク251の方に同極を向けている。以下、本形態では、一対の磁石253a、253bは各々、第1の可動体側ヨーク251の方にN極を向け、軸線方向における外側にS極を向けているものとして説明するが、着磁方向についてはその逆であってもよい。
In this embodiment, each of the pair of
ここで、第1の可動体側ヨーク251の外周面は、一対の磁石253a、253bの外周面から外周側に張り出している。また、第2の可動体側ヨーク255a、255bの外周面も、一対の磁石253a、253bの外周面から外周側に張り出している。
Here, the outer peripheral surface of the first movable
なお、第1の可動体側ヨーク251の軸線方向における両端面には凹部が形成され、これらの凹部に対して一対の磁石253a、253bが各々嵌め込まれ、接着剤などで固定されている。なお、第1の可動体側ヨーク251、一対の磁石253a、253b、および第2の可動体側ヨーク255a、255bの固定については、接着、圧入、あるいはそれらを併用して一体化した構成を採用すればよい。
The first movable
また、固定体203の軸線方向における両側の開口部には軸受板271a、271b(軸受部材)が固定されており、第2の可動体側ヨーク255a、255bから軸線方向の両側に突き出た支軸257a、257bは、いずれも軸受板271a、271bの穴に摺動自在に挿入されている。このようにして、可動体205は、軸線方向に往復移動可能な状態で固定体203に支持されている。この状態で、可動体205は、外周面が固定体203の内周面に所定の隙間を介して対向し、かつ、固定体側ヨーク235の先端部236a、236b同士は、第1の可動体側ヨーク251の外周面とコイル233の内周面との隙間内で軸線方向に対向する状態にある。また、可動体205と固定体側ヨーク235との間には間隙が確保されている。なお、第2の可動体側ヨーク255a、255bと支軸257a、257bとの固定には、接着、圧入、あるいはそれらを併用して一体化した構成を採用すればよい。
このように構成したリニアアクチュエータ201において、図面に向かって右側では向こう側から手前側に向かってコイル233に電流が流れ、図面に向かって左側では手前側から向こう側にコイル33に電流を流れる期間では、磁力線は、図13に示すように表される。従って、可動体5は、まず、矢印Aで示すように、ローレンツ力により軸線方向において推力を受け、移動する。これに対して、コイル233への通電方向を反転させると、可動体205は、矢印Bで示すように、軸線方向に沿って下降する。
In the
なお、本形態のリニアアクチュエータ201では、可動体205を磁力で推進するとともに、軸線方向の一方側において、軸受板271aと第2の可動体側ヨーク255aとの間に、付勢部材としての円錐台形状のコイルバネ291を配置してある、従って、可動体205が下降する際には、圧縮バネを変形させながら移動し、可動体205が上昇する際には、圧縮バネの形状復帰力が補助して、高速で移動する。
In the
このように構成したリニアアクチュエータ201において、本形態では、一方の支軸257bの端部には、弁室270(凹部68a〜68h)に配置されたダイヤフラム弁260の中央部分が接続されている。ダイヤフラム弁260の外周側には、液密性と位置決めとして機能する環状肉厚部261が形成されており、ダイヤフラム弁260において、この環状肉厚部261を含む外周側がベース板76と流路構成板77との間に挟まれて液密が確保されている。
In the
なお、弁体については、ダイヤフラム弁260に限らず、ベローズ弁、その他の弁体を用いてもよい。また、支軸257a、257bと弁体については別体のものを結合させた構成であっても、支軸257a、257bと弁体が一体に形成されている構成であってもよい。
In addition, about a valve body, you may use not only the
以上説明したように、本形態では、可動体205において一対の磁石253a、253bは各々、同極を向けており、磁気的反発力が作用しているが、磁石253a、253bの間に第1の可動体側ヨーク251が配置されているため、一対の磁石253a、253bを同極を向けた状態で固定することができる。
As described above, in this embodiment, in the
また、可動体205において一対の磁石253a、253bは各々、同極を第1の可動体側ヨーク251に向けているため、第1の可動体側ヨーク251からは、半径方向に強い磁束が発生する。従って、第1の可動体側ヨーク251とコイル233の周面同士を対向させておけば、可動体205に大きな推力を付与することができる。
Further, in the
さらに、磁石253a、253bを軸線方向で着磁すればよいので、磁石253a、253bを半径方向に着磁する場合と違って、小型化した場合でも着磁が容易であり、量産に適している。
Furthermore, since the
しかも、本形態では、第1の可動体側ヨーク251の外周面が、一対の磁石253a、253bの外周面から外周側に張り出しているため、固定体側ヨーク235を設けた場合でも、可動体205に対して軸線方向と垂直方向に作用する磁気吸引力を小さくできる。同様に、第2の可動体側ヨーク255a、255bの外周面が、一対の磁石253a、253bの外周面から外周側に張り出しているため、固定体側ヨーク235を設けた場合でも、可動体205に対して軸線方向と垂直方向に作用する磁気吸引力を小さくできる。従って、組み立て作業を行いやすく、かつ、可動体205が傾きにくいという利点がある。
In addition, in this embodiment, since the outer peripheral surface of the first movable
また、本形態において、磁石253a、253bをコイル33の外周側に配置したため、コイル233よりも磁石253a、253bを外側に配置した場合と比較して、磁石253a、253bが小さくてよいので、アクティブバルブ5、6を安価に構成できる。また、コイル233を外側に配置したので、固定側ヨークのみで磁路を閉じることができる。
Further, in this embodiment, since the
さらに、固定体203において、軸線方向に開口する開口部には支軸257a、257bを軸線方向に移動可能に支持する軸受板271a、271bが保持されているため、軸受部材を別途、配置する必要がない。また、固定体203を基準に軸受板271a、271bを固定できるので、支軸257a、257bが傾かないという利点がある。
Furthermore, in the fixed
[ミキシングポンプ装置の用途]
本発明を適用したミキシングポンプ装置1は、例えば、メタノールから直接、プロトンを取り出すことにより発電を行うダイレクトメタノール型燃料電池(以下、DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)に用いることができる。このようなDMFCは、起電部(セル)を有する起電装置と、メタノール水溶液を圧送する送液ポンプとを備えており、セルは、アノード集電体とアノード触媒層とを有するアノード極(燃料極)と、カソード集電体とカソード触媒層とを有するカソード極(空気極)と、アノード極とカソード極の間に配置される電解質膜とを備えている。アノード極へは、送液ポンプによってメタノール水溶液が供給され、カソード極へは、送気ポンプあるいは、ブロワーによって空気が供給される。従って、送液ポンプとして、本発明を適用したミキシングポンプ装置1を用いれば、メタノールと水、メタノールとメタノール水溶液、メタノール水溶液と水、メタノール水溶液同士を適宜、混合して、メタノール濃度を調整したメタノール水溶液をセルに供給することができる。また、DMFCの起電部であるセルのアノード極では、メタノール酸化の活性が低く電圧ロスを伴ってしまう。また、カソード極でも電圧ロスがある。そのため、1つのセルから取り出せる出力は極めて低いので、所定の出力を得るために、DMFCでは、複数のセルが用いられている。このような場合でも、本発明を適用したミキシングポンプ装置1を用いれば、メタノール濃度を調整したメタノール水溶液を各セルに供給することができる。
[Use of mixing pump device]
The mixing
また、本発明を適用したミキシングポンプ装置1の用途は、燃料電池に限ったものではなく、例えば、複数の薬液を調合して複合薬を調合するためのポンプして用いることができる。さらには、冷蔵庫の製氷ポンプとして用い、製氷ブロック毎に味や色、香りが異なるシャベット液を流出路から吐出するのに用いてもよい。
Moreover, the use of the mixing
[その他の実施の形態]
上記形態では、弁体17としてダイヤフラム弁170を用いた例を中心に説明したが、弁体としてプランジャを用いたタイプのミキシングポンプ装置に本発明を適用してもよい。また、上記形態では、流出路4が複数、構成されている例であったが、流出路4が1つのミキシングポンプ装置に本発明を適用してもよい。
[Other embodiments]
In the above embodiment, the example in which the
また、上記形態では、ミキシングポンプ装置に本発明を適用したが、1種類の液体を吐出する定量ポンプに本発明を適用してもよい。 Moreover, in the said form, although this invention was applied to the mixing pump apparatus, you may apply this invention to the metering pump which discharges one type of liquid.
1 ミキシングポンプ装置
2 ポンプ室
3 流入路
4 流出路
5 流入側アクティブバルブ
6 流出側アクティブバルブ
7 ポンプ装置本体
12 ステッピングモータ
13 ポンプ機構
17 弁体
105 駆動装置
170 ダイヤフラム弁(弁体)
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記吸引工程から前記吐出工程に切り換わる際、および前記吐出工程から前記吸引工程に切り換わる際の少なくとも一方では、前記複数のバルブを閉じて前記弁体の位置を移動させる補正工程を行うことを特徴とするポンプ装置の駆動方法。 A pump chamber, a valve element disposed in the pump chamber, an inflow path communicating with the pump chamber, an outflow path communicating with the pump chamber, and a plurality of disposed in each of the inflow path and the outflow path A fluid suction step from the inflow passage to the pump chamber and a fluid discharge step from the pump chamber to the outflow passage by driving the valve body and opening and closing the plurality of valves. In the driving method of the pump device to be performed,
When at least one of switching from the suction process to the discharge process and switching from the discharge process to the suction process, a correction process for closing the plurality of valves and moving the position of the valve body is performed. A driving method of a pump device.
前記吐出工程から前記吸引工程に切り換わる際の前記補正工程では、前記ポンプ室の内容積を拡大させる方向に前記弁体を移動させることを特徴とするポンプ装置の駆動方法。 In any one of Claims 1 thru | or 3, in the said correction process at the time of switching from the said suction process to the said discharge process, the said valve body is moved to the direction which reduces the internal volume of the said pump chamber,
In the correction step when switching from the discharge step to the suction step, the valve body is moved in a direction to increase the internal volume of the pump chamber.
前記吸引工程では、前記複数の流入路の各々から順次流体を前記ポンプ室に吸引し、前記吐出工程では、前記ポンプ室で混合された流体を前記流出路から吐出することを特徴とするポンプ装置の駆動方法。 In any one of Claims 1 thru | or 7, While the said inflow path is formed in multiple numbers, the said valve | bulb is arrange | positioned at each of the said some inflow path,
In the suction step, fluid is sequentially sucked into the pump chamber from each of the plurality of inflow passages, and in the discharge step, the fluid mixed in the pump chamber is discharged from the outflow passage. Driving method.
前記吐出工程では、前記複数の流出路から順次、流体を吐出することを特徴とするポンプ装置の駆動方法。 In any one of Claims 1 thru | or 9, While the said outflow path is formed in multiple numbers, the said valve | bulb is arrange | positioned at each of the said several outflow paths,
In the discharging step, a fluid is sequentially discharged from the plurality of outflow passages.
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