JP2009108678A - Bellows pump and its driving method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に対のべローズが交互に伸縮されることで液体を吸入したり吐出するベローズポンプ及びその駆動方法に関するものである。 The present invention particularly relates to a bellows pump that sucks and discharges liquid by alternately expanding and contracting a pair of bellows, and a driving method thereof.
図8と図9はベローズポンプを簡略化した2つの模式構造を示している。各図のベローズポンプは、基本構造が特許文献1に開示のものと同じであり、シリンダケース1R,1L及びポンプヘッド2等で区画された対のシリンダ室3R,3Lと、ポンプヘッド2に開口端を装着した状態で対応するシリンダ室3R,3Lにそれぞれ配置された対のベローズ4R,4Lと、ベローズ4R,4L同士を連結している連結部材5と、各シリンダ室3R,3Lへ駆動用圧縮気体を交互に圧送可能にするポート切換式電磁弁6とを備え、ベローズ4R,4L同士が電磁弁6を介して送られる圧縮気体及び連結部材5の往復動を伴って交互に伸縮されることにより液体を吸入したり吐出する。
8 and 9 show two schematic structures in which the bellows pump is simplified. The bellows pump shown in each figure has the same basic structure as that disclosed in
ここで、各シリンダ室3R,3Lには、ベロース4R,4Lの収縮又は伸長状態を検出するセンサG,Fが設けられている。センサF,Gの検出信号は制御部10に送信されて、電磁弁6の制御に利用される。電磁弁(例えば5ポート、2ポジション、シングルソレノイド)6は、Pポートが圧縮気体導入用であり、E1ポート及びE2ポートが排気用であり、Aポートが配管7を介してシリンダ室3Rに接続され、Bポートが配管8を介してシリンダ室3Lに接続されている。また、図9の構造は、図8の構造に対し各配管7,8の途中に急速排気弁9,9を付設している。各急速排気弁9は、対応するシリンダ室3R又は3Lの圧縮気体を急速に排気するための逆止弁である。
Here, the
以上のベローズポンプの駆動方法は、起動開始時はシリンダ室3R,3Lのうち、圧縮気体をどちらから供給するかが決められている。ここではシリンダ室3Rから供給するものとする。電磁弁6は、ポンプ起動によりソレノイドが励磁され、圧縮気体がPポートからAポート及び配管7を経由してシリンダケース1Rに設けられた給排口Cよりシリンダ室3Rに供給されるようにする。このとき、シリンダ室3Lの圧縮気体は、シリンダケース1Lに設けられた給排口Dより配管8及び電磁弁6のBポートからE2ポートを経由して排気される。
The above-described driving method of the bellows pump determines which of the
圧縮気体がシリンダ室3Rに入り、シリンダ室3Lの圧縮気体が排出されると、シリンダ室3Rとシリンダ室3Lに圧力差が生じ、ベローズ4Rが収縮されベローズ4Lが連結部材5の往復動を伴って伸長される。ベローズ4Rが十分に収縮されると、ストロークエンドを検出するセンサFがONとなる。センサFがONすると、電磁弁6は制御部10を介してソレノイドが消磁されて切り換わる。今度は圧縮気体が電磁弁6のPポートからBポート及び配管8を経由してシリンダケース1Lの給排口Dよりシリンダ室3Lに供給される。このとき、シリンダ室3Rの圧縮気体は、シリンダケース1Rの給排口Cより配管7及び電磁弁6のAポートからE1ポートを経由して排気される。圧縮気体がシリンダ室3Lに入り、シリンダ室3Rの圧縮気体が排出されると、シリンダ室3Rとシリンダ室3Lに圧力差が生じ、ベローズ4Lが収縮されベローズ4Rが連結部材5を介して伸長される。ベローズ4Lが十分に収縮されると、センサGがONとなる。センサGがONすると、電磁弁6は制御部10を介してソレノイドが励磁されて切り換わり上記の動作が繰り返し行われる。なお、特許文献1のものは、以上のベローズポンプにおいてべローズの微細な破損を検出可能にしたものである。
上記ベローズポンプ及びその駆動方法において、電磁弁6のE2ポート及びE1ポートから排気される圧縮気体は一般的に回収されることなく大気放出される。また、図9の構造では、給気は図8と同様であるが、排気は大部分が急速排気弁9のポートH1及びポートH2から行われる。この排気される圧縮気体も回収されることなく大気放出される。すなわち、従来、駆動用圧縮気体は空気や窒素等であり、それらは回収されて再利用されることなく大気放出されているため圧縮気体の使用量が多くなり、それに起因して経費増及びエネルギー効率が悪く、二酸化炭素の発生を抑えるという環境面からも問題があった。
In the bellows pump and the driving method thereof, the compressed gas exhausted from the E2 port and the E1 port of the
本発明の目的は、駆動用の圧縮気体を当該ベローズポンプ系内で一部でも再利用することにより稼動経費を低減すると同時に、間接的に二酸化炭素の削減にも寄与できるようにすることにある。 An object of the present invention is to reduce operating costs by reusing part of the compressed gas for driving in the bellows pump system, and at the same time, to indirectly contribute to the reduction of carbon dioxide. .
上記目的を達成するため請求項1の発明は、対のシリンダ室と、前記各シリンダ室に配置された対のベローズと、前記ベローズ同士を連結している連結部材と、前記各シリンダ室へ駆動用圧縮気体を交互に圧送可能にするポート切換式電磁弁と、前記電磁弁を制御する制御部とを備え、前記ベローズ同士が前記圧縮気体及び前記連結部材の往復動を伴って交互に伸縮されることにより液体を一方に吸入し他方から吐出するベローズポンプにおいて、前記各シリンダ室を接続している通路及び通路開閉用のバルブを有し、前記各シリンダ室のうち、高圧側シリンダ室の圧縮気体を低圧側シリンダ室へ流入可能になっていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the invention of
これに対し、請求項4の発明は、対のシリンダ室と、前記各シリンダ室にそれぞれ配置された対のベローズと、前記ベローズ同士を連結している連結部材と、前記各シリンダ室へ駆動用圧縮気体を交互に供給するポート切換式電磁弁とを備え、前記ベローズ同士が前記圧縮気体及び前記連結部材の往復動を伴って交互に伸縮されることにより液体を一方に吸入し他方から吐出するベローズポンプの駆動方法において、前記各シリンダ室への圧縮気体の供給を停止した状態で、前記各シリンダ室を接続している通路に設けたバルブを閉から開状態に切り換えて、各シリンダ室のうち、前記ベローズが収縮している高圧側シリンダ室の圧縮気体を、前記ベローズが伸長している低圧側シリンダ室へ流入する過程を経ることを特徴としている。
On the other hand, the invention of
以上の各発明において、駆動用圧縮気体は、空気や窒素が一般的に用いられるが、それ以外であってもよい。ポート切換式電磁弁は、従来だと5ポート、2ポジションのものが一般的に用いられているが、5ポートで、3ポジション、クロズドセンタ(図1や図2の例だと、非通電時ポートA,B共に閉じ状態)のものが好ましい。また、5ポート、2ポジションの電磁弁を用いる場合は、図1の構造だと、第1配管7のうち接続管11と第1配管7との接続部より電磁弁6側と、第2配管8のうち接続管11と第2配管8との接続部より電磁弁6側とに電磁弁等の配管開閉用バルブをそれぞれ付設する。図2の構成だと、例えば、第1配管7と第2配管8のうち各急速排気弁9よりシリンダ室側に電磁弁等の配管開閉用バルブをそれぞれ付設する。そして、制御的には、本発明のバルブを閉弁から開弁状態に切り換える前に前記第1配管7及び第2配管に付設された各配管開閉用バルブを同時に開弁から閉弁状態に切り換え、又、本発明のバルブを開弁から閉弁状態に切り換えた後、前記第1配管7及び第2配管に付設された各配管開閉用バルブを同時に閉弁から開弁状態に切り換えることになる。
In each of the above inventions, air or nitrogen is generally used as the driving compressed gas, but it may be other than that. Conventionally, a port-switching solenoid valve is generally used with 5 ports and 2 positions, but 5 ports, 3 positions and a closed center (in the example of FIGS. Those in which A and B are both closed are preferred. In the case of using a 5-port, 2-position solenoid valve, the
これに対し、本発明のバルブは、各シリンダ室を接続している通路に設けられ、例えば、ポート切換式電磁弁が各シリンダ室への圧縮気体の供給を停止した状態で、閉弁から開弁状態に切り換えられて両シリンダ室のうち、ベロースが収縮している高圧側シリンダ室の圧縮気体をベローズが伸長している低圧側シリンダ室へ流入可能にするものである。バルブは、通路を開閉できれば構造や型式を問わないが、作動特性及び制御の確実化と簡素化から常時閉式電磁弁が好ましい。 In contrast, the valve of the present invention is provided in a passage connecting the cylinder chambers. For example, the port-switching solenoid valve is opened from the closed valve in a state where the supply of compressed gas to the cylinder chambers is stopped. By switching to the valve state, the compressed gas in the high-pressure side cylinder chamber in which the bellows is contracted can be allowed to flow into the low-pressure side cylinder chamber in which the bellows is extended. The valve may be of any structure or type as long as it can open and close the passage, but a normally closed solenoid valve is preferable in terms of operational characteristics and reliable and simplified control.
また、以上の各発明では次のように具体化されることがより好ましい。
第1に、前記通路は、前記シリンダ室の一方と前記電磁弁の対応ポートとを接続している第1配管と、前記シリンダ室の他方と前記電磁弁の対応ポートとを接続している第2配管とを連結している接続管である(請求項2)。
第2に、前記通路は、前記シリンダ室の一方と前記電磁弁の対応ポートとを接続している第1配管、及び前記シリンダ室の他方と前記電磁弁の対応ポートとを接続している第2配管とは別途に設けられて前記シリンダ室の一方と他方との間を接続している接続管である(請求項3)。
In each of the above inventions, it is more preferable to be embodied as follows.
First, the passage connects a first pipe connecting one of the cylinder chambers and a corresponding port of the solenoid valve, and a second pipe connecting the other of the cylinder chambers and a corresponding port of the solenoid valve. A connecting pipe connecting two pipes (Claim 2).
Second, the passage connects the first pipe connecting one of the cylinder chambers and the corresponding port of the solenoid valve, and the first pipe connecting the other port of the cylinder chamber and the corresponding port of the solenoid valve. The two pipes are connection pipes that are separately provided and connect between one and the other of the cylinder chambers (Claim 3).
請求項1の発明では、高圧側シリンダ室の圧縮気体を低圧側シリンダ室へバルブ及び通路を介して流入可能なことから、駆動用圧縮気体の使用総量や製造総量を少なくして稼動経費を低減可能にし、それによりエネルギー効率を向上できる。
In the invention of
請求項2の発明では、各シリンダ室を接続する通路構成が簡易であり、既設のベローズポンプに容易に適用できる。
In the invention of
請求項3の発明では、各シリンダ室を接続する通路構成が専用接続管であり、図2の構成以外にもポンプヘッドに一体的に設けることでシンプル化が図られる。
In the invention of
請求項4の発明では、各シリンダ室への圧縮気体の供給を停止した状態で、各シリンダ室のうち、ベローズが収縮している高圧側シリンダ室の圧縮気体をベローズが伸長している低圧側シリンダ室へ流入する過程を経るため、駆動用圧縮気体の使用総量や製造総量を少なくして稼動経費を低減でき、エネルギー効率を向上できる。
In the invention of
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。この説明では、図1の構造、図2の第1変形例、それらベローズポンプのポンプ駆動方法、図4の第2変形例を詳述した後、本発明を実際に適用した実施例に言及する。なお、図1と図2及び図4において、図8や図9に示したものと同じ部材や部位に同じ符号を使用している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this description, the structure of FIG. 1, the first modification of FIG. 2, the pump driving method of the bellows pump, the second modification of FIG. 4 will be described in detail, and then an embodiment in which the present invention is actually applied will be referred to. . 1, 2, and 4, the same reference numerals are used for the same members and parts as those shown in FIGS. 8 and 9.
(構造)図1は形態例であるベローズポンプの全体の構成を模式的に示している。同図のベローズポンプは、横型2連式であり、左右のシリンダケース1L,1Rと、ポンプヘッド2と、対のシリンダ室3L,3Rに配置されたベローズ4L,4Rと、各ベローズ4L,4Rの自由端面側にその対応端部を結合した状態でベローズ同士を連結している連結部材5と、シリンダケース1L,1Rに設けられて対応するベローズ4L,4Rの収縮状態又は伸長状態を検出するセンサG,Fと、各シリンダ室3L,3Rに駆動用圧縮気体を交互に圧送可能にするポート切換式電磁弁6と、各シリンダ室3L,3Rを連通している通路としての接続官11に設けられた常時閉式電磁弁12と、センサG,Fの検出信号を受信して電磁弁6及び電磁弁12を制御する制御部10Aなどを備えている。
(Structure) FIG. 1 schematically shows the entire structure of a bellows pump as an embodiment. The bellows pump shown in the figure is of a horizontal double series, and includes left and right cylinder cases 1L and 1R, a
ここで、以上の構成部材は、常時閉式電磁弁12及びその電磁弁12と関連する構成を除いて従来とほぼ同じである。すなわち、シリンダケース1L,1Rは、後方端面を閉じる略筒状をなし、外周に給排口D,Cを有しており、前側開口がポンプヘッド2の対応端面側にそれぞれ装着された状態で、ポンプヘッド2との間にシリンダ室3L,3Rを区画形成している。ポンプヘッド2は、略円盤状をなし、外周に通じている吸入通路及び吐出通路、これらの一方にそれぞれ連通しかつヘッド両端面に通じている一対の貫通孔、該貫通孔に配置された複数の逆止弁等を有している。
Here, the above-described constituent members are substantially the same as the conventional one except for the normally closed electromagnetic valve 12 and the configuration related to the electromagnetic valve 12. That is, the cylinder cases 1L and 1R have a substantially cylindrical shape that closes the rear end surface, have the supply and discharge ports D and C on the outer periphery, and the front opening is mounted on the corresponding end surface side of the
ベローズ4L,4Rはプラスチック製であり、伸縮自在の円筒状をなし、開口した一端側がポンプヘッド2の対応端面に装着され、他端側が閉じられている。この他端側には、金具や連結板等が付設され、それらを利用して連結部材5の対応端が結合されている。このため、ベローズ4Lとベローズ4Rは、一方のベローズが収縮すると、他方のベローズが連結部材5を介しそれに連動して伸長するようになっている。また、シリンダ室3L,3Rには不図示のリークセンサが設けられて、ベローズ4L,4Rからの液漏れが検出可能となっている。センサFは、ベローズ4Rが設計値まで収縮されたときそのストロークエンドを検出する。センサGは、ベローズ4Lが設計値まで収縮されたときそのストロークエンドを検出する。各検出信号は制御部10Aに送信される。なお、これら各部材の細部は、例えば特許文献1以外にも特開平11−22646号公報や特開平2001−140752号公報を参照されたい。
The
ポート切換式電磁弁6は、スプールが軸方向に移動することで流路を切り換えるタイプであり、5ポート、3ポジション、ダブルソレノイド、クロズドセンタ(非通電時ポートA,B共に閉じた状態)構成が用いられている。この例では、
駆動用の圧縮気体を導入するPポートと、Pポートに交互に連通されて第1配管7及び第2配管8を介して各シリンダ室3R,3Lに圧縮気体を供給可能にするAポート及びBポートと、Aポート及びBポートに交互に連通されて各シリンダ室3R,3Lから圧縮気体を第1配管7及び第2配管8を介して排気可能にするE1ポート及びE2ポートとを少なくとも有している。なお、第1配管7はAポートとシリンダ室3Rの給排口Cとを接続し、第2配管8はBポートとシリンダ室3Lの給排口Dとを接続している。
The port-switching
A P port for introducing a compressed gas for driving, and an A port and a B port which are alternately communicated with the P port and allow the compressed gas to be supplied to the
また、接続管11は、第1配管7と第2配管8とを接続しており、電磁弁6がAポート及びBポートを共に閉じた状態で、シリンダ室3Lとシリンダ室3Rとを連通する専用通路となる。常時閉式電磁弁12は通路開閉用バルブとしての好適例であり、制御部10Aにより制御される。すなわち、制御部10Aは、センサG又はセンサFの検出信号を受信し、電磁弁6(の対応ソレノイド)を制御したり、電磁弁12を制御するものである。なお、電磁弁12は、2ポート弁又は3ポート弁のものが好ましい。3ポート弁の場合は、ポートの一つを塞いで2ポート弁として用いるか、エアオペレート弁と組み合わせて用いることになる。このような電磁弁12は、常時閉式電磁弁であるため扱い易く、かつその制御部としてポート切換式電磁弁用の制御部10Aと兼用することで制御も簡素化できる。
The connecting pipe 11 connects the
(第1変形例)図2は図1の変形例としてベローズポンプの全体の構成を模式的に示している。同図のベローズポンプは、図1の構造に対し接続管11Aの構成を変更した一例であり、図1と同じ部材及び部位に同一符号を付し、変更点だけを詳述する。 (First Modification) FIG. 2 schematically shows the overall structure of a bellows pump as a modification of FIG. The bellows pump in the figure is an example in which the configuration of the connecting pipe 11A is changed from the structure in FIG. 1, and the same members and parts as those in FIG.
すなわち、各シリンダケース1L,1Rは、給排口D,Cと共にもう一箇所に給排口D1,C1を有している。そして、接続管11Aは、一端がシリンダケース1Lの給排口D1に接続され、他端が給排口C1に接続されている。そして、この変形例では、接続管11Aがシリンダ室3Lとシリンダ室3Rとを連通する専用通路であり、電磁弁6がAポート及びBポートを共に閉じた状態で、電磁弁12が閉弁から開弁状態に切り換えられると、高圧側シリンダ室の圧縮気体が低圧側シリンダ室へ流入されるようにする。
That is, each cylinder case 1L, 1R has supply / exhaust ports D1, C1 in another place together with the supply / discharge ports D, C. The connecting pipe 11A has one end connected to the supply / discharge port D1 of the cylinder case 1L and the other end connected to the supply / discharge port C1. In this modified example, the connecting pipe 11A is a dedicated passage that communicates the cylinder chamber 3L and the
なお、以上の変形例を更に展開して、例えば、図9のような急速排気弁9を付設したり、更にはシリンダ室3Lとシリンダ室3Rとを連通する専用通路及び該通路に設けられる電磁弁12をベローズポンプに内蔵するよう構成してもよい。
Further, the above modification is further developed, for example, a
(ポンプ駆動方法)この構造では、起動開始時はシリンダ室3R,3Lのうち、圧縮気体をどちらから供給するかが決められている。ここではシリンダ室3Rから供給するものとする。また、ポンプ停止時は電磁弁6の両方のソレノイドが消磁状態で、圧縮気体はAポート及びBポートのどちらにも供給されていない。そして、この構造では、ポンプ起動により電磁弁6のソレノイド(Aポート側のソレノイド)が励磁され、圧縮気体がPポートからAポート及び配管7を経由してシリンダケース1Rの給排口Cよりシリンダ室3Rに供給される。このとき、シリンダ室3Lの圧縮気体は、シリンダケース1Lの給排口Dより配管8及び電磁弁6のBポートからE2ポートを経由して排気される。
(Pump drive method) In this structure, at the start of activation, it is determined which of the
このようにして、圧縮気体がシリンダ室3Rに入り、シリンダ室3Lの圧縮気体が排出されると、シリンダ室3Rとシリンダ室3Lに圧力差が生じ、ベローズ4Rが収縮されベローズ4Lが連結部材5の往復動を伴って伸長される。ベローズ4Rが十分に収縮されると、ストロークエンドを検出するセンサFがONとなる。センサFは、その検出信号を制御部10Aに送信する。すると、制御部10Aは、電磁弁6に対し両方のソレノイドが消磁されるよう信号を送る。この信号で、圧縮気体がAポート及びBポートのどちらにも供給されない状態となる。これと同期して、制御部10Aは電磁弁12に対しソレノイドが励磁されるよう信号を送る。この信号で、電磁弁12が閉弁から開弁状態に切り換えられる(図3(a)において、J開はこの開弁状態を示している)。これにより、ベローズ4Rが収縮している高圧側シリンダ室3Rの圧縮気体は、給排口C又はC1から接続管11又は11A及び電磁弁12、更に給排口D又はD1を通ってベローズ4Lが伸長している低圧側シリンダ室3Lへ流入する。
Thus, when the compressed gas enters the
制御部10Aは、センサFがONしてからT時間後、電磁弁12のソレノイドが消磁されて開弁から閉弁状態となるよう制御し、かつ、電磁弁6に対しソレノイド(Bポート側のソレノイド)が励磁されるよう信号を送る。電磁弁6のソレノイド(Bポート側のソレノイド)が励磁されると、圧縮気体は電磁弁6のPポートからBポート及び配管8を経由して給排口Dよりシリンダ室3Lに供給される。このとき、シリンダ室3Rに残っている圧縮気体は、給排口Cより配管7及び電磁弁6のAポートからE1ポートを経由して排気される。
The controller 10A controls the solenoid valve 12 so that the solenoid of the solenoid valve 12 is demagnetized from the open state to the closed state after time T from the time when the sensor F is turned on, and the
このようにして、圧縮気体がシリンダ室3Lに入り、シリンダ室3Rの圧縮気体が排出されると、シリンダ室3Rとシリンダ室3Lに圧力差が生じ、ベローズ4Lが収縮(つまり、液体を吐出する態様)され、ベローズ4Rが連結部材5の往復動を伴って伸長(つまり、液体を吸入する態様)される。ベローズ4Lが十分に収縮されると、ストロークエンドを検出するセンサGがONとなる。センサGは、その検出信号を制御部10Aに送信する。すると、制御部10Aは、電磁弁6に対し両方のソレノイドが消磁されるよう信号を送る。この信号で、圧縮気体がAポート及びBポートのどちらにも供給されない状態となる。これと同期して、制御部10Aは電磁弁12に対しソレノイドが励磁されるよう信号を送る。この信号で、電磁弁12が閉弁から開弁状態に切り換えられる(図3(a)において、J開はこの開弁状態を示している)。これにより、今度はベローズ4Lが収縮している高圧側シリンダ室3Lの圧縮気体は、給排口D又はD1から接続管11又は11A及び電磁弁12、更に給排口C又はC1を通ってベローズ4Rが伸長している低圧側シリンダ室3Rへ流入する。
Thus, when compressed gas enters the cylinder chamber 3L and the compressed gas in the
制御部10Aは、センサGがONしてからT時間後、電磁弁12のソレノイドが消磁されて開弁から閉弁状態となるよう制御し、かつ、電磁弁6に対しソレノイド(Aポート側のソレノイド)が励磁されるよう信号を送る。電磁弁6のソレノイド(Aポート側のソレノイド)が励磁されると、圧縮気体は電磁弁6のPポートからAポート及び配管7を経由して給排口Cよりシリンダ室3Rに供給される。このとき、シリンダ室3Lに残っている圧縮気体は、給排口Dより配管8及び電磁弁6のBポートからE2ポートを経由して排気される。
The controller 10A controls the solenoid valve 12 so that the solenoid of the solenoid valve 12 is demagnetized from the open state to the closed state after time T after the sensor G is turned ON, and the
図1と図2の各ベローズポンプでは以上の動作が繰り返し行われることになる。ところで、図3(a)は以上の動作タイミングを示したタイムチャート、図3(b)は図8と図9のタイムチャートである。 In the bellows pumps shown in FIGS. 1 and 2, the above operation is repeated. FIG. 3A is a time chart showing the above operation timing, and FIG. 3B is a time chart of FIGS.
従来の駆動方法では、図3(b)のごとく駆動用圧縮気体を電磁弁6(Aポート又はBポート)から一方又は他方シリンダ室へ供給する供給時間と、他方又は一方シリンダ室の圧縮気体を電磁弁6(E1ポート又はE2ポート)或いは、急排気弁9(H1ポート又はH2ポート)から排気する排気時間とが連続して交互に行われる。 In the conventional driving method, as shown in FIG. 3B, the supply time for supplying the compressed gas for driving from the electromagnetic valve 6 (A port or B port) to one or the other cylinder chamber, and the compressed gas in the other or one cylinder chamber are supplied. The exhaust time for exhausting from the solenoid valve 6 (E1 port or E2 port) or the quick exhaust valve 9 (H1 port or H2 port) is alternately performed continuously.
これに対し、本発明の駆動方法では、図3(a)のごとく駆動用圧縮気体を電磁弁6(Aポート又はBポート)から一方又は他方シリンダ室へ供給する供給時間と、他方又は一方シリンダ室の圧縮気体を電磁弁6(E1ポート又はE2ポート)から排気する排気時間とがT時間だけずれた態様で交互に行われる。そして、本発明では、そのT時間を、各シリンダ室のうち、高圧側シリンダ室の圧縮気体を低圧側シリンダ室へ流入するために使用するようにしたものである。 On the other hand, in the driving method of the present invention, as shown in FIG. 3A, the supply time for supplying the driving compressed gas from the electromagnetic valve 6 (A port or B port) to one or the other cylinder chamber, and the other or one cylinder The exhaust time for exhausting the compressed gas in the chamber from the electromagnetic valve 6 (E1 port or E2 port) is alternately performed in a manner shifted by T time. In the present invention, the T time is used to flow the compressed gas in the high pressure side cylinder chamber into the low pressure side cylinder chamber among the cylinder chambers.
(第2変形例)図4は変形例としてベローズポンプの全体の構成を模式的に示している。同図のベローズポンプは、横型2連式であり、左右のシリンダケース21L,21R及びポンプヘッド22L,22Rと、対のシリンダ室23L,23Rに配置されたベローズ24L,24Rと、各ベローズ24L,24Rの自由端面側にその対応端部を結合した状態でベローズ同士を連結している連結部材25と、上記センサG,Fに対応するセンサG1,F1と、各シリンダ室23L,23Rに駆動用圧縮気体を交互に圧送可能にするポート切換式電磁弁6と、各シリンダ室23L,23Rを連通している通路としての接続官11に設けられた常時閉式電磁弁12と、センサG1,F1の検出信号を受信して電磁弁6及び電磁弁12を制御する制御部10Aなどを備えている。
(Second Modification) FIG. 4 schematically shows the entire structure of the bellows pump as a modification. The bellows pump shown in the figure is a horizontal double series, and includes left and
また、図4において、図1と同じ部材及び部位に同一符号を付している。具体的には、構成部材のうち、ポート切換式電磁弁6、接続官11、常時閉式電磁弁12、電磁弁6及び電磁弁12を制御する制御部10Aは図1のものと同じ。これに対し、シリンダケース21L,21Rは、対応するポンプヘッド22L,22Rにそれぞれ連結された状態で、装置本体20に対し組み付けられている。ベローズ24L,24Rの固定側開口端は対応するポンプヘッド22L,22Rの出入口24a,24aに通じ、2個の逆止弁26付きの液送管27に連通している。センサG1,F1は、例えば近接センサであり、シリンダケース21L,21Rの後端面側に設けられて対応するベローズ24L,24Rの収縮状態又は伸長状態を検出する。
In FIG. 4, the same members and parts as those in FIG. Specifically, among the constituent members, the port switching type
(ポンプ駆動方法)この構造でも上記したポンプ駆動方法がほぼそのまま当てはまる。すなわち、この構造では、ポンプ起動により電磁弁6のソレノイド(Aポート側のソレノイド)が励磁され、圧縮気体がPポートからAポート及び配管7を経由してシリンダケース21Rの給排口Cよりシリンダ室23Rに供給される。このとき、シリンダ室23Lの圧縮気体は、シリンダケース21Lの給排口Dより配管8及び電磁弁6のBポートからE2ポートを経由して排気される。
(Pump drive method) In this structure, the above-described pump drive method applies almost as it is. That is, in this structure, when the pump is started, the solenoid of the solenoid valve 6 (A port side solenoid) is excited, and the compressed gas passes through the A port and the
このようにして、圧縮気体がシリンダ室23Rに入り、シリンダ室23Lの圧縮気体が排出されると、シリンダ室23Rとシリンダ室23Lに圧力差が生じ、ベローズ24Rが収縮されベローズ24Lが連結部材25の往復動を伴って伸長される。ベローズ24Lが十分に伸長されると、センサG1がONとなる。センサG1は、その検出信号を制御部10Aに送信する。すると、制御部10Aは、電磁弁6に対し両方のソレノイドが消磁されるよう信号を送る。この信号で、圧縮気体がAポート及びBポートのどちらにも供給されない状態となる。これと同期して、制御部10Aは電磁弁12に対しソレノイドが励磁されるよう信号を送る。この信号で、電磁弁12が閉弁から開弁状態に切り換えられる。これにより、ベローズ24Rが収縮している高圧側シリンダ室23Rの圧縮気体は、給排口Cから接続管11及び電磁弁12、更に給排口Dを通ってベローズ24Lが伸長している低圧側シリンダ室23Lへ流入する。
In this way, when the compressed gas enters the
制御部10Aは、センサG1がONしてからT時間後、電磁弁12のソレノイドが消磁されて開弁から閉弁状態となるよう制御し、かつ、電磁弁6に対しソレノイド(Bポート側のソレノイド)が励磁されるよう信号を送る。電磁弁6のソレノイド(Bポート側のソレノイド)が励磁されると、圧縮気体は電磁弁6のPポートからBポート及び配管8を経由して給排口Dよりシリンダ室23Lに供給される。このとき、シリンダ室23Rに残っている圧縮気体は、給排口Cより配管7及び電磁弁6のAポートからE1ポートを経由して排気される。
10 hours after the sensor G1 is turned ON, the control unit 10A controls the solenoid of the solenoid valve 12 so that the solenoid is demagnetized so that the
このようにして、圧縮気体がシリンダ室23Lに入り、シリンダ室23Rの圧縮気体が排出されると、シリンダ室23Rとシリンダ室23Lに圧力差が生じ、ベローズ24Lが収縮(つまり、液体を吐出する態様)され、ベローズ24Rが連結部材5の往復動を伴って伸長(つまり、液体を吸入する態様)される。ベローズ24Rが十分に伸長されると、センサF1がONとなる。センサF1は、その検出信号を制御部10Aに送信する。すると、制御部10Aは、電磁弁6に対し両方のソレノイドが消磁されるよう信号を送る。この信号で、圧縮気体がAポート及びBポートのどちらにも供給されない状態となる。これと同期して、制御部10Aは電磁弁12に対しソレノイドが励磁されるよう信号を送る。この信号で、電磁弁12が閉弁から開弁状態に切り換えられる。これにより、今度はベローズ4Lが収縮している高圧側シリンダ室3Lの圧縮気体は、給排口Dから接続管11及び電磁弁12、更に給排口Cを通ってベローズ24Rが伸長している低圧側シリンダ室23Rへ流入する。
Thus, when the compressed gas enters the cylinder chamber 23L and the compressed gas in the
制御部10Aは、センサF1がONしてからT時間後、電磁弁12のソレノイドが消磁されて開弁から閉弁状態となるよう制御し、かつ、電磁弁6に対しソレノイド(Aポート側のソレノイド)が励磁されるよう信号を送る。電磁弁6のソレノイド(Aポート側のソレノイド)が励磁されると、圧縮気体は電磁弁6のPポートからAポート及び配管7を経由して給排口Cよりシリンダ室23Rに供給される。このとき、シリンダ室23Lに残っている圧縮気体は、給排口Dより配管8及び電磁弁6のBポートからE2ポートを経由して排気される。この構造では以上の動作が繰り返し行われることになる。
The control unit 10A controls the solenoid of the solenoid valve 12 so that the solenoid of the solenoid valve 12 is demagnetized from the open state to the closed state after T time from the time when the sensor F1 is turned on. Send a signal to energize the solenoid. When the solenoid of the solenoid valve 6 (A port side solenoid) is excited, the compressed gas is supplied from the P port of the
(実施例)次に、本発明者らが半導体仕様である市販のベローズポンプ(図1のタイプ)を使用するとともに、図1のような接続管11及び常時閉式電磁弁(2ポート弁)を付設して本発明の有効性を調べたときの一例について述べる。なお、ベローズポンプのポンプ本体(図1の符号1から5で構成される本体)は、接液部材質(ベローズ、ポンプヘッドと逆止弁のバルブケース等)がPTFT、PFA、シリンダケース及びポンプフレームがアルミ鋳造品である。
(Embodiment) Next, the present inventors use a commercially available bellows pump (type of FIG. 1) which is a semiconductor specification, and a connecting pipe 11 and a normally closed solenoid valve (two-port valve) as shown in FIG. An example when the effectiveness of the present invention is examined will be described. In addition, the pump body of the bellows pump (the body constituted by
試験では、移送用液体として室温の清水を使用し、駆動用圧縮気体として圧縮空気を使用して、ポンプ駆動圧力やポンプ吐出負荷等を変化させてデータを採取した。その場合、試験では、ポート切換式電磁弁6が5ポート、3ポジション、ダブルソレノイド、クローズドセンタ構造を使用し、常時閉式電磁弁12が2ポート構造を使用し、ポンプ駆動中において、電磁弁6のAポート側ソレノイド、Bポート側ソレノイド、電磁弁12のソレノイドのいずれか一つのソレノイドが励磁しているようにした。これは、電磁弁6及び電磁弁12の制御を簡略にするためである。但し、実動作においては、それぞれのソレノイドの励磁状態が短時間重なる、又は、短時間離れていても同様の効果が得られることは勿論である。
In the test, room temperature fresh water was used as the transfer liquid, compressed air was used as the driving compressed gas, and data was collected by changing the pump driving pressure, pump discharge load, and the like. In that case, in the test, the port-switching
図5〜図7に試験結果の代表例を示している。図5と図6の各グラフは同一条件で図3(a)のT時間を変化させたときのデータである。時間Tは、各シリンダ室のうち、高圧側シリンダ室の圧縮気体を電磁弁12の開弁状態で低圧側シリンダ室へ流入した時間(1/1000秒)を示す。 5 to 7 show representative examples of test results. Each graph in FIG. 5 and FIG. 6 is data when the T time in FIG. 3A is changed under the same conditions. The time T indicates the time (1/1000 second) in which the compressed gas in the high-pressure side cylinder chamber flows into the low-pressure side cylinder chamber in the open state of each cylinder chamber.
図5のグラフは、時間Tが0秒、30/1000秒、45/1000秒、60/1000秒、75/1000秒、90/1000秒に設定したとき、圧縮空気の流量、つまりポート切換式電磁弁6側から各シリンダ室に供給された圧縮空気の流量(Nリットル/分)の変化を調べたときの試験例1である。この試験結果において、時間T=0秒つまり従来ポンプ構造だと圧縮空気の流量が215リットル/分である。これに対し、本発明ポンプ構造(高圧側シリンダ室の圧縮気体を低圧側シリンダ室へ流入する構造)だと、圧縮空気の流量としては、T=30/1000秒のときは185リットル/分、45/1000秒のときは181リットル/分、60/1000秒のときは178リットル/分、75/1000秒のときは174リットル/分、90/1000秒のときは170リットル/分であった。すなわち、本発明ポンプ構造は、高圧側シリンダ室の圧縮空気を低圧側シリンダ室へ流入しない従来ポンプ構造に比べて、圧縮空気の流量が少なくとも1割以上低くなることが分かる。
The graph in Fig. 5 shows the flow rate of compressed air when the time T is set to 0 seconds, 30/1000 seconds, 45/1000 seconds, 60/1000 seconds, 75/1000 seconds, and 90/1000 seconds, that is, port switching type. This is Test Example 1 when a change in the flow rate (N liter / min) of compressed air supplied from the
図6のグラフは、時間Tが0秒、30/1000秒、45/1000秒、60/1000秒、75/1000秒、90/1000秒に設定したとき、ポンプ速度(ストローク/分)を調べたときの試験例2である。この試験結果において、時間Tが0秒つまり従来ポンプ構造だとポンプ速度が51.6ストローク/分である。これに対し、本発明ポンプ構造だと、ポンプ速度としては、T=30/1000秒のときは54.0ストローク/分、45/1000秒のときは50.8ストローク/分、60/1000秒のときは51.0ストローク/分、75/1000秒のときは49.6ストローク/分、90/1000秒のときは48.6ストローク/分であった。 The graph in Figure 6 shows the pump speed (stroke / min) when the time T is set to 0 seconds, 30/1000 seconds, 45/1000 seconds, 60/1000 seconds, 75/1000 seconds, and 90/1000 seconds. Test example 2 In this test result, when the time T is 0 second, that is, the conventional pump structure, the pump speed is 51.6 stroke / min. On the other hand, with the pump structure of the present invention, the pump speed is 54.0 strokes / minute when T = 30/1000 seconds, 50.8 strokes / minute when 45/1000 seconds, and 51.0 when 60/1000 seconds. It was 49.6 strokes / minute at 75/1000 seconds, and 48.6 strokes / minute at 90/1000 seconds.
図7のグラフは、上記図5と図6の各試験結果から算出された圧縮空気消費量(Nリットル/ストローク)、つまり(圧縮空気の流量/ポンプ速度)を示している。なお、()内には時間T=0を100%とした場合の各時間における圧縮空気消費量率示している。図7からは、例えば、時間T=30/1000秒のとき、圧縮空気消費量率が82.3%でピークを示している。これは、時間T=0は従来ポンプ構造に相当するので、例えば、本発明ポンプ構造のうち、時間T=30/1000秒とすることで圧縮空気消費量率を(100-82.3=)17.7%だけ削減されたことであり、本発明の有用性が確認できた。 The graph of FIG. 7 shows the compressed air consumption (N liter / stroke) calculated from the test results of FIGS. 5 and 6, that is, (compressed air flow rate / pump speed). In (), the compressed air consumption rate at each time when time T = 0 is set to 100% is shown. From FIG. 7, for example, when the time T = 30/1000 seconds, the compressed air consumption rate shows a peak at 82.3%. This is because the time T = 0 corresponds to the conventional pump structure. For example, in the pump structure of the present invention, by setting the time T = 30/1000 seconds, the compressed air consumption rate is (100-82.3 =) 17.7% The usefulness of the present invention was confirmed.
なお、本発明は、以上の形態及び変形例に制約されるものではなく、請求項で特定した要件を充足すればよく、細部は以上の具体例を参照して種々変形したり展開可能なものである。 It should be noted that the present invention is not limited to the above forms and modifications, and only needs to satisfy the requirements specified in the claims, and the details can be variously modified and expanded with reference to the above specific examples. It is.
1L,1R…シリンダケース
2…ポンプヘッド
3L,3R…シリンダ室
4L,4R…ベローズ
C,D…給排口
F,G…センサ
5…連結部材
6…ポート切換式電磁弁
7…第1配管
8…第2配管
10…制御部
11,11A…接続管(通路)
21L,21R…シリンダケース
22L,22R…ポンプヘッド
23L,23R…シリンダ室
24L,24R…ベローズ
25…連結部材
F1,G1…センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1L, 1R ...
21L, 21R ...
Claims (4)
前記各シリンダ室を接続している通路及び通路開閉用のバルブを有し、前記各シリンダ室のうち、高圧側シリンダ室の圧縮気体を低圧側シリンダ室へ流入可能になっていることを特徴とするベローズポンプ。 A pair of cylinder chambers, a pair of bellows disposed in each of the cylinder chambers, a connecting member that connects the bellows, and a port switching type capable of alternately pumping driving compressed gas to the cylinder chambers An electromagnetic valve; and a control unit that controls the electromagnetic valve, wherein the bellows are alternately expanded and contracted with the reciprocating motion of the compressed gas and the connecting member, so that liquid is sucked into one side and discharged from the other. In bellows pump,
It has a passage connecting each cylinder chamber and a valve for opening and closing the passage, and among the cylinder chambers, the compressed gas of the high pressure side cylinder chamber can flow into the low pressure side cylinder chamber. Bellows pump to do.
前記各シリンダ室への前記圧縮気体の供給を停止した状態で、前記各シリンダ室を接続している通路に設けたバルブを閉弁から開弁状態に切り換えて、各シリンダ室のうち、前記ベローズが収縮している高圧側シリンダ室の圧縮気体を、前記ベローズが伸長している低圧側シリンダ室へ流入する過程を経ることを特徴とするベローズポンプの駆動方法。 A pair of cylinder chambers, a pair of bellows disposed in each cylinder chamber, a connecting member that connects the bellows, and a port-switching electromagnetic that alternately supplies compressed gas for driving to each cylinder chamber In a driving method of a bellows pump comprising a valve, wherein the bellows are alternately expanded and contracted with the reciprocating motion of the compressed gas and the connecting member to suck liquid into one side and discharge from the other.
In a state where the supply of the compressed gas to each cylinder chamber is stopped, a valve provided in a passage connecting the cylinder chambers is switched from a closed state to an open state, and the bellows among the cylinder chambers A method for driving a bellows pump, wherein the compressed gas in the high pressure side cylinder chamber in which the bellows is contracted passes through the process of flowing into the low pressure side cylinder chamber in which the bellows is extended.
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