JP2008088827A - Rotary displacement pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばディスペンサー、分析器、燃料電池、インクジェットプリンタなど定流量の流体を送り出す回転容積型ポンプに関する。 The present invention relates to a rotary positive displacement pump that delivers a constant flow rate fluid such as a dispenser, an analyzer, a fuel cell, and an ink jet printer.
流体を定量的に送り出すポンプとしては様々な方式のものとしては、ギヤポンプ、ルーツポンプなどの回転容積型ポンプ、ピストンやプランジャを往復動させて定量送りする直動式ポンプなどがある。直動式ポンプは流体の連続送り動作には向いていないことから、用途は限定的となる。これに対して、回転容積型ポンプはポンプ室に設けられる駆動側回転体の回転数制御を行なうことにより、定流量性を実現し回転数を変化させることで流量を調整することができるため、汎用性が見込める。 There are various types of pumps that quantitatively deliver fluid, such as rotary displacement pumps such as gear pumps and roots pumps, and direct-acting pumps that reciprocally move pistons and plungers. Since the direct acting pump is not suitable for the continuous feeding operation of the fluid, the application is limited. On the other hand, the rotary displacement pump can adjust the flow rate by changing the number of revolutions by realizing the constant flow rate by controlling the number of revolutions of the driving side rotating body provided in the pump chamber. Versatile is expected.
例えば、設定流量に略比例した制御電流を流すことによりギヤポンプの駆動モータの動作を制御し、一定の制御電流が流れるように補正することで定流量性を実現する技術が提案されている(特許文献1参照)。
また、駆動側回転体の回転数と流量の相関関係を予め記憶させておき、回転数センサーの検出信号により駆動信号を補正して定量送り実現する技術が提案されている(特許文献2参照)。
In addition, a technique has been proposed in which the correlation between the rotational speed of the drive-side rotator and the flow rate is stored in advance, and the drive signal is corrected by the detection signal of the rotational speed sensor to achieve a quantitative feed (see Patent Document 2). .
しかしながら、回転容積型ポンプは高圧力で連続駆動した場合と短時間駆動した場合の流量を測定すると流量のばらつきが大きく、定流量性が低下する。
例えば図3のギヤポンプにおいて、駆動側ギヤ51及び従動側ギヤ52がポンプ本体53のポンプ室54に収納されている。
これら駆動側ギヤ51及び従動側ギヤ52、あるいはポンプ本体53の部品精度に起因して駆動側ギヤ51若しくは従動側ギヤ52とポンプ室54の内壁面55に囲まれた空間部56の体積のばらつきに起因して流体の送り量にばらつきが生ずる。
また、駆動側ギヤ51及び従動側ギヤ52の歯先とポンプ室54の内壁面55とのクリアランスPのばらつきに起因して流体の送り量にばらつきが生ずる。
更には、駆動側ギヤ51及び従動側ギヤ52が収容されるポンプ室54が形成されたポンプ本体53との組立誤差(例えば、駆動側ギヤ51、従動側ギヤ52の回転中心とポンプ本体53の組付け位置の位置ずれQなど)に起因して流体の送り量にばらつきが生ずる。
これらは、駆動側ギヤ51及び従動側ギヤ52が同径のギヤであっても生ずるため、異径のギヤどうしでは、組立誤差が累積され易く、流量のばらつきも大きくなる。
また、部品精度や組立精度と相俟って、短時間駆動若しくは連続駆動による回転停止位置のばらつきによっても、流量のばらつきを生ずる。
However, when the flow rate of the rotary positive displacement pump is measured when it is continuously driven at a high pressure and when it is driven for a short time, the variation in the flow rate is large, and the constant flow rate is lowered.
For example, in the gear pump of FIG. 3, the
Variations in the volume of the
Further, the fluid feed amount varies due to the variation in the clearance P between the tooth tips of the
Further, an assembly error between the
These occur even if the
In addition, in combination with component accuracy and assembly accuracy, variations in flow rate also occur due to variations in rotation stop position due to short-time driving or continuous driving.
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、部品精度、組立精度に影響されずに安定した吐出量が得られ、短時間駆動や連続駆動などの駆動方式によらずに高い流量再現性を実現できる回転容積型ポンプを提供することにある。 The present invention has been made to solve these problems, and the object of the present invention is to obtain a stable discharge amount without being affected by component accuracy and assembly accuracy, and drive such as short time drive and continuous drive. An object of the present invention is to provide a rotary positive displacement pump capable of realizing high flow reproducibility regardless of the method.
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
流体の流路が形成されたポンプ本体に、流体を一時的に貯留するよう形成されたポンプ室と、該ポンプ室内に駆動側回転体と従動側回転体が噛み合って収容され、吸込み口からポンプ室へ吸い込まれた流体を定量ずつ吐出口より吐出するロータと、駆動側回転体を回転駆動するステッピングモータを備えた駆動制御部を具備し、駆動制御部は、ステッピングモータをパルス駆動により回転量を制御し、流体の最小吐出量を駆動側回転体及び従動側回転体が1回転する間の単位吐出量又はその整数倍となるようにステッピングモータの駆動を制御することを特徴とする。
また、ロータは、駆動側歯車と従動側歯車が噛み合ってポンプ室から流体を押し出すギヤポンプ若しくはルーツポンプのいずれであっても良い。
また、駆動側回転体と従動側回転体は同径若しくは異径の歯車どうしが噛み合って回転し、駆動側歯車歯数と従動側歯車歯数の最小公倍数を駆動側歯車歯数で割った回転数に相当する流量を最小吐出量とすることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following arrangement.
A pump body formed to temporarily store fluid in a pump body in which a fluid flow path is formed, and a driving side rotating body and a driven side rotating body are engaged with each other and accommodated in the pump chamber. A rotor that discharges the fluid sucked into the chamber at a fixed amount from the discharge port, and a drive control unit that includes a stepping motor that rotationally drives the drive side rotating body. The drive control unit rotates the stepping motor by pulse driving. And the stepping motor drive is controlled so that the minimum discharge amount of the fluid becomes a unit discharge amount or an integral multiple thereof during one rotation of the driving side rotating body and the driven side rotating body.
Further, the rotor may be either a gear pump or a roots pump that pushes fluid from the pump chamber by meshing the drive side gear and the driven side gear.
In addition, the driving side rotating body and the driven side rotating body are rotated by meshing gears of the same or different diameter, and the rotation is obtained by dividing the least common multiple of the number of driving side gear teeth and the number of driven side gear teeth by the number of driving side gear teeth. The flow rate corresponding to the number is set as the minimum discharge amount.
上述した回転容積型ポンプを用いれば、駆動制御部は、ステッピングモータをパルス駆動により回転量を制御し、最小吐出量が駆動側回転体と従動側回転体の1回転する間の単位吐出量又はその整数倍となるようにステッピングモータの駆動を制御する。
これにより、ポンプの最小流量が駆動側回転体と従動側回転体ともに整数倍回転となるように駆動制御されるため、回転開始及び停止位置は一定となり、部品精度、組立精度に影響されずに安定した吐出量が得られ、短時間駆動や連続駆動などの駆動状態によらずに高い流量再現性を実現できる。
If the rotary positive displacement pump described above is used, the drive control unit controls the rotation amount of the stepping motor by pulse driving, and the minimum discharge amount is a unit discharge amount during one rotation of the driving side rotating body and the driven side rotating body or The driving of the stepping motor is controlled so as to be an integral multiple thereof.
As a result, the drive control is performed so that the minimum flow rate of the pump is an integral multiple of both the driving side rotating body and the driven side rotating body, so that the rotation start and stop positions are constant, without being affected by the component accuracy and assembly accuracy. A stable discharge amount can be obtained, and high flow reproducibility can be realized regardless of the driving state such as short time driving or continuous driving.
以下、本発明に係る回転容積型ポンプの最良の実施形態について添付図面とともに詳細に説明する。本実施形態は、回転容積型ポンプの一例としてギヤポンプを例示して説明するものとする。 Hereinafter, the best embodiment of the rotary positive displacement pump according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, a gear pump will be described as an example of a rotary positive displacement pump.
先ず、駆動源として用いられるステッピングモータMの概略構成について説明する。
図示しない回転子に回転子小歯が形成された回転子鉄心が配設され、非磁性材料からなる回転軸と一体となって回転するようになっている。固定子は、回転子を固定子鉄心が囲繞して設けられる。固定子鉄心は、回転子鉄心に設けられた回転子小歯と対向する固定子小歯を有する極が設けられ、該極には絶縁体を介してマグネットワイヤが巻き付けられている。固定子鉄心の極に巻き付けられたマグネットワイヤへの励磁相を切り換えて通電することで、回転子鉄心の回転子小歯が対向する固定子小歯と磁気的に安定した位置まで所定角度回転するようになっている。ステッピングモータMは、ドライブ回路1によって、PWM駆動方式によってパルス駆動によってオープンループ制御される。ステッピングモータMとドライブ回路1によって、ポンプの駆動制御部2が構成される。
First, a schematic configuration of the stepping motor M used as a drive source will be described.
A rotor core having rotor teeth formed on a rotor (not shown) is disposed, and rotates integrally with a rotating shaft made of a nonmagnetic material. The stator is provided such that the rotor is surrounded by a stator core. The stator core is provided with a pole having stator small teeth opposed to the rotor small teeth provided on the rotor core, and a magnet wire is wound around the pole via an insulator. By switching the excitation phase to the magnet wire wound around the poles of the stator core and energizing, the rotor small teeth of the rotor core rotate to a position that is magnetically stable with the stator small teeth facing it. It is like that. The stepping motor M is open-loop controlled by the
次に、ギヤポンプの構成について図1を参照して説明する。
ポンプ本体9にはポンプ室3が設けられている。ポンプ室3は流体(気体、液体、半流動体など)Fの流路の一部に設けられ当該流体Fを一時的に貯留する。ポンプ室3内にはロータ6が回転可能に収容されている。ロータ6の回転に伴って、吸込み口4から当該ポンプ室3へ吸い込まれた流体Fを定量ずつ吐出口5より吐出する。ロータ6は、駆動側回転体(駆動ギヤ)7と従動側回転体(従動ギヤ)8が互いに噛み合って設けられている。ロータ6のうち駆動ギヤ7がステッピングモータMにより回転駆動される。図1の実施形態では、駆動ギヤ7と従動ギヤ8は同径の歯車が用いられ互いに噛み合って回転するようになっている。
Next, the configuration of the gear pump will be described with reference to FIG.
A
駆動制御部2は、ステッピングモータMをパルス駆動により回転量を制御し、最小吐出量が駆動ギヤ7と従動ギヤ8の1回転する間の単位吐出量又はその整数倍となるようにステッピングモータMの駆動を制御する。本実施形態では、駆動側及び従動側で同径のギヤを用いているため、最小吐出量を1回転ごと或いはその整数倍回転のいずれに設定しても、駆動ギヤ7及び従動ギヤ8で回転停止位置及び回転開始位置は一定となる。
The
これにより、ポンプの最小流量が駆動ギヤ7及び従動ギヤの整数倍回転量となるように駆動制御されるため、回転開始及び停止位置は常に一定となり、部品精度、組立精度に影響されずに安定した吐出量が得られ、短時間駆動や連続駆動などの駆動状態によらずに高い流量再現性を実現できる。
したがって、流体を定量送りするための装置、例えばディスペンサー、分析器、燃料電池、インクジェットプリンタなどの幅広い用途に応用が期待できる。
As a result, the drive is controlled so that the minimum flow rate of the pump is an integral multiple of the
Therefore, it can be expected to be applied to a wide range of applications such as a device for quantitatively feeding a fluid, such as a dispenser, an analyzer, a fuel cell, and an ink jet printer.
次に、図2においてギヤポンプの他例について説明する。本実施の形態は、図1と概略構成は同一であるが、ロータ6を構成する駆動ギヤ7と従動ギヤ8は異径の歯車どうしが噛み合って回転するようになっている点が異なっている。
この場合、歯数差があるため、駆動ギヤ7と従動ギヤ8とで回転量が異なる。そこで駆動ギヤ7の歯数と従動ギヤ8の歯数の最小公倍数を駆動ギヤ7の歯数で割った回転数に相当する流量を最小吐出量とする。そして、駆動制御部2はその整数倍回転量となるようにステッピングモータMを駆動制御する。これにより、ギヤポンプの回転開始及び停止位置は常に一定となり、部品精度、組立精度に影響されずに安定した吐出量が得られ、短時間駆動や連続駆動などの駆動状態によらずに高い流量再現性を実現できる。
Next, another example of the gear pump will be described with reference to FIG. The present embodiment has the same schematic configuration as that of FIG. 1, except that the
In this case, since there is a difference in the number of teeth, the amount of rotation differs between the
上述した実施の形態は、回転容積型ポンプとしてギヤポンプを例示したが、これに限らず、ルーツ型ポンプなどで合っても良い。ルーツ型ポンプはポンプ室内に例えば繭型ロータどうしが噛み合ってポンプ室から流体を押し出すものであり、該ロータの回転量についても本実施例と同様の駆動制御を用いると高い流量再現性を実現できる。 In the embodiment described above, the gear pump is exemplified as the rotary positive displacement pump. However, the present invention is not limited to this, and a roots pump or the like may be used. The roots type pump is one in which, for example, vertical rotors mesh with each other in the pump chamber to push out the fluid from the pump chamber, and for the rotation amount of the rotor, high flow reproducibility can be realized by using the same drive control as in this embodiment. .
M ステッピングモータ
F 流体
1 ドライブ回路
2 駆動制御部
3 ポンプ室
4 吸込み口
5 吐出口
6 ロータ
7 駆動ギヤ
8 従動ギヤ
9 ポンプ本体
M Stepping
Claims (3)
該ポンプ室内に駆動側回転体と従動側回転体が噛み合って収容され、吸込み口からポンプ室へ吸い込まれた流体を定量ずつ吐出口より吐出するロータと、
駆動側回転体を回転駆動するステッピングモータを備えた駆動制御部を具備し、
駆動制御部は、ステッピングモータをパルス駆動により回転量を制御し、流体の最小吐出量を駆動側回転体及び従動側回転体が1回転する間の単位吐出量又はその整数倍となるようにステッピングモータの駆動を制御する回転容積型ポンプ。 A pump chamber formed to temporarily store fluid in a pump body in which a fluid flow path is formed;
A rotor for driving and rotating the driven side rotor and the driven side rotor in the pump chamber, and discharging the fluid sucked from the suction port into the pump chamber in a fixed amount from the discharge port;
A drive control unit including a stepping motor that rotationally drives the drive side rotating body;
The drive control unit controls the rotation amount of the stepping motor by pulse driving, and the stepping motor is configured so that the minimum discharge amount is a unit discharge amount or an integral multiple thereof during one rotation of the driving side rotating body and the driven side rotating body. A rotary positive displacement pump that controls the drive of the motor.
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