JP2010242685A - 液体吐出用ポンプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ室よりも下流側に遮断弁を設けてその閉じるタイミングを精密に制御することを必要とすることなく、液体の吐出量の精度を向上させることのできる液体吐出用ポンプユニットを提供する。
【解決手段】液体吐出用ポンプユニットは、ポンプ室１１の容積を変化させるように駆動される駆動部材１３によりポンプ室１１内の電解液を加圧して、ポンプ室１１と連通する吐出通路６２から電解液を所定量ずつ吐出する。このポンプユニットは、駆動部材１３による電解液の加圧が終了した状態において、ポンプ室１１と吐出通路６２との連通を駆動部材１３が遮断する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液体を所定量ずつ吐出するポンプユニットに関する。

この種のポンプユニットとして以下のようなものがある。

すなわち、ポンプ室内の薬液をダイアフラムにより加圧して吐出し、ポンプ室よりも下流側の遮断弁を閉じるタイミングをコントローラにより制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、ポンプ室内に配置されたベローズを伸ばすことによってポンプ室内の薬液を加圧して吐出し、薬液を吐出する際におけるポンプ室内の薬液の圧力、及びポンプ室よりも下流側の遮断弁を閉じるタイミングをコントローラにより制御するものがある（例えば、特許文献２参照）。

また、ポンプ室に臨むように設けられたピストンに湾曲自在の弁膜体が連結され、ピストンの移動に伴って弁膜体によりポンプ室内の薬液を加圧して、逆止弁を介して薬液を吐出するものがある（例えば、特許文献３参照）。

特開２００６−７７７１２号公報 特開２００７−５１５６３号公報 特開２００４−１４３９６０号公報

ところで、特許文献１〜３に記載のものは、ダイアフラムやベローズ、ピストンに連結された弁膜体等の駆動部材を駆動することにより、ポンプ室内の薬液を加圧して吐出する。そして、１回の薬液の吐出において駆動部材の駆動が停止した時点、すなわち駆動部材による薬液の加圧が終了した時点では、ポンプ室内の加圧された薬液が吐出通路へ継続して流出する状態となっている。

このため、所定量の薬液を吐出する際の吐出量の精度を向上させるためには、特許文献１〜３に記載のものは以下のような要求を満たす必要がある。すなわち、特許文献１，２に記載のものでは、ポンプ室よりも下流側の遮断弁を閉じるタイミングをコントローラにより精密に制御する必要がある。また、特許文献３に記載のものでは、ポンプ室内の加圧された薬液が吐出通路へ流出する状態の継続度合によって薬液の吐出量が変化するため、逆止弁を介して吐出される薬液の量が不安定となる。このため、特許文献３に記載のものにおいても、ポンプ室よりも下流側に遮断弁を設けてその閉じるタイミングを精密に制御することが必要となる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、ポンプ室よりも下流側に遮断弁を設けてその閉じるタイミングを精密に制御することを必要とすることなく、液体の吐出量の精度を向上させることのできる液体吐出用ポンプユニットを提供することを主たる目的とするものである。

上記課題を解決するために、第１の発明は、ポンプ室の容積を変化させるように駆動される駆動部材により前記ポンプ室内の液体を加圧して、前記ポンプ室と連通する吐出通路から前記液体を所定量ずつ吐出する液体吐出用ポンプユニットであって、前記駆動部材による前記液体の加圧が終了した状態において、前記ポンプ室と前記吐出通路との連通を前記駆動部材が遮断することを特徴とする。

上記構成によれば、ポンプ室の容積を変化させるように駆動部材が駆動され、駆動部材によりポンプ室内の液体が加圧される。そして、加圧された液体は、ポンプ室と連通する吐出通路から所定量ずつ吐出される。

ここで、前記駆動部材による前記液体の加圧が終了した状態において、前記ポンプ室と前記吐出通路との連通を前記駆動部材が遮断するため、駆動部材による液体の加圧の終了とともにポンプ室から吐出通路への液体の流出が停止する。このため、ポンプ室から吐出通路へ吐出される液体の量を一定量で安定させることができる。換言すれば、駆動部材による液体の加圧が終了した後にポンプ室内の液体が吐出通路へ継続して流出することを抑制することができる。その結果、ポンプ室よりも下流側に遮断弁を設けてその閉じるタイミングを精密に制御することを必要とすることなく、液体の吐出量の精度を向上させることができる。

第２の発明は、ポンプ室の容積を変化させるように駆動される駆動部材により前記ポンプ室内の液体を加圧して、前記ポンプ室と連通する吐出通路から前記液体を所定量ずつ吐出する液体吐出用ポンプユニットであって、前記ポンプ室と前記吐出通路との連通を前記駆動部材が遮断することにより、前記駆動部材による前記液体の加圧を終了することを特徴とする。

上記構成によれば、前記ポンプ室と前記吐出通路との連通を前記駆動部材が遮断することにより、前記駆動部材による前記液体の加圧を終了するため、駆動部材によるポンプ室と吐出通路との連通の遮断が、すなわち駆動部材による液体の加圧の終了となる。このため、第２の発明によっても、ポンプ室から吐出通路へ吐出される液体の量を一定量で安定させることができる。

具体的には、第３の発明のように、第１又は第２の発明において、前記ポンプ室および前記吐出通路を含む前記液体の流路に弁座部が設けられ、前記駆動部材に弁体部が設けられ、前記弁座部に前記弁体部が当接することにより、前記ポンプ室と前記吐出通路との連通を前記駆動部材が遮断するといった構成を採用することができる。

上記構成によれば、液体吐出用ポンプの基本的な構成に対して、液体の流路に弁座部を設けるとともに駆動部材に弁体部を設けることにより、ポンプに遮断弁としての機能を持たせて液体の吐出量の精度を向上させることができる。

更に具体的には、第４の発明のように、第３の発明において、前記弁座部は、前記流路において前記駆動部材が前記ポンプ室内の液体を加圧する際に駆動される方向の延長上に設けられ、前記弁体部は、前記駆動部材において前記弁座部に対向する部分に設けられているといった構成を採用することができる。

第５の発明は、第１〜第４のいずれかの発明において、前記駆動部材により前記ポンプ室内の液体が加圧されるように同駆動部材を付勢する付勢手段が設けられ、前記駆動部材は、前記付勢手段により付勢されて前記ポンプ室と前記吐出通路との連通を遮断するため、付勢手段による駆動部材の付勢によって、ポンプ室内の液体の加圧、及びポンプ室と吐出通路との連通の遮断が行われる。ここで、付勢手段により駆動部材を付勢する場合には、操作圧やモータの駆動に基づいて駆動部材を駆動する場合と比較して、毎回同じように、ポンプ室と吐出通路との連通が遮断されるまで駆動部材を動作させることが容易となる。その結果、ポンプ室から吐出通路へ吐出される液体の量を一定量で更に安定させることができる。

第６の発明は、第１〜第５のいずれかの発明において、前記ポンプ室と前記吐出通路との連通を前記駆動部材が遮断した状態から、前記ポンプ室の容積を拡大するように前記駆動部材を駆動することにより、前記ポンプ室と連通する吸入通路から同ポンプ室に前記液体を吸入するため、ポンプ室と吐出通路との間で液体の流入出がない状態から液体の吸入を開始することができる。したがって、ポンプ室と吐出通路との連通が遮断されていない状態から液体の吸入を開始する場合と比較して、液体の吸入を開始する時のポンプ室内の状態を毎回同じようにすることが容易となる。このため、ポンプ室に吸入される液体の量を一定量で安定させることができる。その結果、ポンプ室から吐出通路へ吐出される液体の量も一定量で安定させることができる。

具体的には、第７の発明のように、第１〜第６のいずれかの発明において、前記ポンプ室に前記液体を吸入する際に、前記ポンプ室と連通する吸入通路を開くとともに、前記ポンプ室から前記液体を吐出する際に前記吸入通路を閉じる吸入側開閉弁と、前記ポンプ室に前記液体を吸入する際に前記吐出通路を閉じるとともに、前記ポンプ室から前記液体を吐出する際に前記吐出通路を開く吐出側開閉弁とを備えるといった構成を採用することができる。

ポンプシステムの回路を示す模式図。 ポンプユニットの吐出状態を示す断面図。 ポンプユニットの吸入状態を示す断面図。 ポンプシステムの動作を示すタイムチャート。 ポンプシステムの回路の変形例を示す模式図。 ポンプシステムの回路について他の変形例を示す模式図。

以下、電池に用いられる電解液等の液体を所定量ずつ吐出するポンプシステムに具現化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、このポンプシステムは、吸入通路６１，ポンプ１０，吐出通路６２等を含む液体の流通系（ポンプユニット）と、分岐通路７１（分岐通路７１ａ，７１ｂ，７１ｃ），集合通路７２，給気通路７３等を含む作動気体の流通系と、タイマ５０を含むポンプユニットの制御系とを備えている。

液体の流通系（ポンプユニット）は、液体としての電解液を吸入して吐出するポンプ１０と、ポンプ１０のポンプ室１１に連通する吸入通路６１と、吸入通路６１を開閉する吸入側バルブ２０（吸入側開閉弁）と、ポンプ１０のポンプ室１１に連通する吐出通路６２と、吐出通路６２を開閉する吐出側バルブ３０（吐出側開閉弁）とを含んでいる。なお、ポンプユニットが吐出する液体としては、電解液に限らず、半導体の製造工程等で用いられるレジスト等を採用することもできる。

図１と図２又は図３を併せて参照して、ポンプ１０、吸入側バルブ２０、及び吐出側バルブ３０の概要について説明する。なお、図２はポンプユニットが電解液を吐出した状態を示し、図３はポンプユニットが電解液を吸入した状態を示している。

ポンプ１０は、作動気体としての作動エアの供給に基づいて吸入通路６１からポンプ室１１へ電解液を吸入するとともに、作動エアの排出に基づいてポンプ室１１から吐出通路６２へ電解液を吐出する。具体的には、作動室１２に作動エアが供給されることにより、駆動部材１３がポンプ室１１の容積を拡大させるように駆動され、吸入通路６１からポンプ室１１へ電解液が吸入される。一方、作動室１２から作動エアが排出されることにより、駆動部材１３がポンプ室１１の容積を縮小させるように駆動され、ポンプ室１１から吐出通路６２へ電解液が吐出される。ここで、駆動部材１３は、ポンプ室１１内の電解液を加圧するように、すなわちポンプ室１１から吐出通路６２へ電解液を吐出するように、ばね１４ａ，ピストン１４ｂ等を含む付勢部１４（付勢手段）によって付勢されている。図３に示すように、電解液の吸入時には、操作ポート１５を通じて作動室１２に作動エアが供給され、駆動部材１３と連結されたピストン１４ｂが作動室１２の容積を拡大させるようにばね１４ａの付勢力に抗して駆動されるとともに、排気ポート１７を通じてばね室１８内のエアが排出される。図２に示すように、電解液の吐出時には、操作ポート１５を通じて作動室１２から作動エアが排出され、駆動部材１３と連結されたピストン１４ｂが作動室１２の容積を縮小させるようにばね１４ａの付勢力を受けて駆動されるとともに、排気ポート１７を通じてばね室１８内へエアが吸入される。

吸入側バルブ２０は、作動エアの供給に基づいて吸入通路６１を開くとともに、作動エアの排出に基づいて吸入通路６１を閉じる常閉式のエアオペレイトバルブである。具体的には、作動室２２に作動エアが供給されることにより、弁体２３が吸入通路６１を開くように駆動され、作動室２２から作動エアが排出されることにより、弁体２３が吸入通路６１を閉じるように駆動される。ここで、弁体２３は吸入通路６１を閉じるように、ばね２４ａ，ピストン２４ｂ等を含む付勢部２４によって付勢されている。図３に示すように、吸入側バルブ２０の開弁時には、操作ポート２５を通じて作動室２２に作動エアが供給され、弁体２３と連結されたピストン２４ｂが作動室２２の容積を拡大させるようにばね２４ａの付勢力に抗して駆動されるとともに、排気ポート２７を通じてばね室２８内のエアが排出される。図２に示すように、吸入側バルブ２０の閉弁時には、操作ポート２５を通じて作動室２２から作動エアが排出され、弁体２３と連結されたピストン２４ｂが作動室２２の容積を縮小させるようにばね２４ａの付勢力を受けて駆動されるとともに、排気ポート２７を通じてばね室２８内へエアが吸入される。

吐出側バルブ３０は、作動エアの供給に基づいて吐出通路６２を閉じるとともに、作動エアの排出に基づいて吐出通路６２を開く常開式のエアオペレイトバルブである。具体的には、作動室３２に作動エアが供給されることにより、弁体３３が吐出通路６２を閉じるように駆動され、作動室３２から作動エアが排出されることにより、弁体３３が吐出通路６２を開くように駆動される。ここで、弁体３３は、吐出通路６２を開くように、ばね３４ａ，ピストン３４ｂ等を含む付勢部３４によって付勢されている。図３に示すように、吐出側バルブ３０の閉弁時には、操作ポート３５を通じて作動室３２に作動エアが供給され、弁体３３と連結されたピストン３４ｂが作動室３２の容積を拡大させるようにばね３４ａの付勢力に抗して駆動されるとともに、排気ポート３７を通じてばね室３８内のエアが排出される。図２に示すように、吐出側バルブ３０の開弁時には、操作ポート３５を通じて作動室３２から作動エアが排出され、弁体３３と連結されたピストン３４ｂが作動室３２の容積を縮小させるようにばね３４ａの付勢力を受けて駆動されるとともに、排気ポート３７を通じてばね室３８内へエアが吸入される。

図１に示すように、上記作動気体の流通系は、ポンプ１０、吸入側バルブ２０及び吐出側バルブ３０にそれぞれ接続された分岐通路７１（分岐通路７１ａ，７１ｂ，７１ｃ）と、これらの分岐通路７１ａ，７１ｂ，７１ｃが集合した集合通路７２と、作動エアが供給される給気通路７３と、集合通路７２における作動エアの給排を切り換える電磁弁４０（切換手段）とを含んでいる。なお、作動気体としては、エアに限らず、窒素等を採用することもできる。

分岐通路７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、集合通路７２から供給される作動エアをポンプ１０、吸入側バルブ２０及び吐出側バルブ３０へそれぞれ供給するとともに、ポンプ１０、吸入側バルブ２０及び吐出側バルブ３０からそれぞれ排出される作動エアを集合通路７２へ排出する。具体的には、分岐通路７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、上記ポンプ１０，吸入側バルブ２０，吐出側バルブ３０の各操作ポート１５，２５，３５（図２，３参照）に接続されている。そして、これらの各操作ポート１５，２５，３５を通じて、各分岐通路７１ａ，７１ｂ，７１ｃと、ポンプ１０，吸入側バルブ２０，吐出側バルブ３０の各作動室１２，２２，３２との間で作動エアの供給および排出が行われる。

分岐通路７１ａには、分岐通路７１ａを流通する作動エアの流量を調節する可変絞り部８１（絞り部）と、可変絞り部８１を迂回する迂回通路８２とが設けられている。迂回通路８２には、ポンプ１０から集合通路７２の方向にのみ作動エアを流通させるチェック弁８３（逆止弁）が設けられている。

このため、集合通路７２からポンプ１０の方向へ作動エアが供給される場合には、作動エアはチェック弁８３を通過することができず、作動エアは可変絞り部８１を通じてポンプ１０に供給される。したがって、分岐通路７１ａを通じてポンプ１０に供給される作動エアの流量は、分岐通路７１ｂ，７１ｃを通じてそれぞれ吸入側バルブ２０，吐出側バルブ３０に供給される作動エアの流量よりも小さくなる。なお、その場合において、分岐通路７１ａを通じて供給される作動エアの流量を可変絞り部８１によって調節することができる。一方、ポンプ１０から集合通路７２の方向へ作動エアが排出される場合には、作動エアはチェック弁８３を通過することができる。このため、分岐通路７１ａを通じてポンプ１０から排出される作動エアの流量は、分岐通路７１ａを通じてポンプ１０に供給される作動エアの流量よりも大きくなる。

集合通路７２には、集合通路７２を大気に開放した状態と、集合通路７２を給気通路７３に接続した状態とに切り換える電磁弁４０が接続されている。給気通路７３には、電空レギュレータ等によって設定圧に調整された作動エアが供給されている。電磁弁４０は、２位置３ポート型の電磁切換弁であり、１つのポートが集合通路７２に接続され、残りの２つのポートのうち一方は大気に開放され、もう一方は給気通路７３に接続されている。そして、電磁弁４０は、駆動信号が入力されている場合に集合通路７２を給気通路７３に接続して、給気通路７３から集合通路７２へ作動エアが供給される供給状態に切り換える。一方、電磁弁４０は、駆動信号が入力されていない場合に集合通路７２を大気に開放して、集合通路７２から大気中へ作動エアが排出される排出状態に切り換える。

上記ポンプユニットの制御系は、電磁弁４０の切換状態を制御する制御手段としてのタイマ５０を含んでいる。タイマ５０は、経過時間に基づいて電磁弁４０に駆動信号を送信して、電磁弁４０により上記供給状態と排出状態とを切り換えさせる。これにより、ポンプ１０、吸入側バルブ２０、及び吐出側バルブ３０のそれぞれの作動状態が変更され、ポンプ１０による電解液の吸入と吐出とが行われる。なお、制御手段としては、タイマ５０に限らず、マイクロコンピュータ等を備えたコントローラを採用することもできる。

次に図２，３を参照して、ポンプ１０の構成を詳細に説明する。なお、図２はポンプユニットが電解液を吐出し且つポンプ室１１と吐出通路６２との連通が遮断された状態を示し、図３はポンプユニットが電解液を吸入した状態を示している。

ポンプ１０は、電解液の流路が設けられたポンプハウジング４１と、ダイアフラムからなる可撓部１３ａを備えた上記駆動部材１３と、ポンプハウジング４１に接続されたシリンダボディ４２と、シリンダボディ４２内部を摺動する上記ピストン１４ｂと、ピストン１４ｂを付勢するバネ上記１４ａと、シリンダボディ４２に接続されたカバー４３と、ピストン１４ｂの摺動範囲を調節する操作部４４と、操作部４４を固定する固定部４５とを備えている。なお、ポンプハウジング４１及び駆動部材１３は、ＰＴＦＥ等の耐薬品性の高い素材で作られている。

本実施形態では、駆動部材１３による電解液の加圧が終了した状態において、ポンプ室１１と吐出通路６２との連通を駆動部材１３が遮断する。このため、駆動部材１３による電解液の加圧の終了とともにポンプ室１１から吐出通路６２への電解液の流出が停止する。換言すれば、ポンプ室１１と吐出通路６２との連通を駆動部材１３が遮断することにより、駆動部材１３による電解液の加圧を終了する。また、ポンプ室１１と吐出通路６２との連通を駆動部材１３が遮断した状態から、ポンプ室１１の容積を拡大するように駆動部材１３を駆動することにより、ポンプ室１１と連通する吸入通路６１からポンプ室１１に電解液を吸入する。このため、ポンプ室１１と吐出通路６２との間で電解液の流入出がない状態から電解液の吸入を開始することができる。要するに、本実施形態では、液体吐出用のポンプ１０に遮断弁としての機能を持たせている。

ポンプハウジング４１には、電解液の流路として、ポンプ室１１と、ポンプ室１１にそれぞれ連通する吸入通路６１及び吐出通路６２とが設けられている。この電解液の流路には、弁座部４１ａが設けられている。そして、この弁座部４１ａに駆動部材１３が当接することにより、ポンプ室１１と吐出通路６２との連通が遮断される、すなわち電解液の流路が閉じられて電解液の流通が遮断される。弁座部４１ａは、流路において駆動部材１３がポンプ室１１内の電解液を加圧する際に駆動される方向の延長上に設けられている、また、駆動部材１３において、弁座部４１ａに対向する部分に弁体部１３ｂが設けられている。

具体的には、ポンプハウジング４１の弁座部４１ａは環状の突起に形成されており、この環状の突起の内周側が電解液の流路となっている。そして、駆動部材１３の弁体部１３ｂがこの環状の突起に全周にわたって当接することにより、弁座部４１ａと弁体部１３ｂとの間における電解液の流通が遮断され、電解液の流路が閉じられる。なお、弁体部１３ｂには、弁座部４１ａに当接する面部が設けられている。

また、弁座部４１ａに駆動部材１３が当接した状態、すなわちポンプ１０が電解液を吐出した状態において、ポンプ室１１の容積を縮小するために、電解液の流路は駆動部材１３の形状に沿った形状とされている。より具体的には、弁体部１３ｂに設けられた凸部１３ｃの形状に沿って流路の壁面４１ｂが近付けられている。このため、駆動部材１３による電解液の加圧力を向上させることができる。

シリンダボディ４２は、駆動部材１３の可撓部１３ａの周縁部を挟んでポンプハウジング４１に固定されている。シリンダボディ４２に設けられた摺動部４２ａ，４２ｂ、及びカバー４３に設けられた摺動部４３ａが、ピストン１４ｂとそれぞれ摺動する。このため、これらの摺動部４２ａ，４２ｂ，４３ａによってピストン１４ｂの往復動が案内される。ピストン１４ｂはフランジ１４ｃを有しており、このフランジ１４ｃと摺動部４２ａとの間がシール部材１４ｄによってシールされている。ピストン１４ｂのフランジ１４ｃは、ばね１４ａによってポンプ室１１の方向へ付勢されており、ピストン１４ｂに連結された駆動部材１３が弁座部４１ａの方向へ付勢される。ここで、駆動部材１３が弁座部４１ａに当接した状態において、ポンプ室１１から吐出通路６２への電解液の流通が遮断されるように、ばね１４ａの付勢力が設定されている。そして、ばね１４ａにより駆動部材１３を付勢する場合には、操作圧やモータの駆動に基づいて駆動部材１３を駆動する場合と比較して、毎回同じように、ポンプ室１１と吐出通路６２との連通が遮断されるまで駆動部材１３を動作させることが容易となる。なお、シリンダボディ４２には、上記操作ポート１５及び排気ポート１７が設けられている。

操作部４４は、駆動部材１３に連結されたピストン１４ｂの摺動範囲、すなわちピストン１４ｂに連結された駆動部材１３の移動範囲を調節するものであり、電解液の吸入時におけるピストン１４ｂの駆動方向の延長上に設けられている。そして、カバー４３に進退可能に設けられた操作部４４の移動により、操作部４４とピストン１４ｂとの距離が変更され、操作部４４に当接するまでピストン１４ｂ及びこれに連結された駆動部材１３が駆動される。このため、操作部４４の調節により、電解液の吸入時におけるポンプ室１１の容積を変更することができ、１回の吸入における電解液の吸入量を調節することができる。また、固定部４５は、操作部４４を固定して、ポンプ１０による電解液の吸入量が変化しないようにする。

このような構成を有するポンプシステムにおいて、電解液の吸入量および吐出量の精度を向上させるためには、ポンプ１０により電解液の吸入および吐出を開始するタイミング、吸入側バルブ２０を開閉するタイミング、吐出側バルブ３０を開閉するタイミングを適切に設定する必要がある。

そこで、本実施形態では、集合通路７２に作動エアを供給する供給状態へ電磁弁４０により切り換えられた場合に、吐出側バルブ３０が閉じられた後に吸入側バルブ２０が開かれ、その後に吸入通路６１からポンプ室１１へ電解液が吸入されるように、ポンプ１０、吸入側バルブ２０及び吐出側バルブ３０にそれぞれ供給される作動エアの流量および各ばね１４ａ，２４ａ，３４ａの付勢力が設定されている。また、集合通路７２から作動エアを排出する排出状態へ電磁弁４０により切り換えられた場合に、吸入側バルブ２０が閉じられた後に吐出側バルブ３０が開かれ、その後にポンプ室１１から吐出通路６２へ電解液が吐出されるように、ポンプ１０、吸入側バルブ２０及び吐出側バルブ３０からそれぞれ排出される作動エアの流量および各ばね１４ａ，２４ａ，３４ａの付勢力が設定されている。具体的には、上述したようにポンプ１０に接続された分岐通路７１ａに可変絞り部８１が設けられ、また吸入側バルブ２０の有するばね２４ａの付勢力が、吐出側バルブ３０の有するばね３４ａの付勢力よりも大きく設定されている。

次に、このように設定されたポンプシステムの動作について、図４のタイムチャートを参照して説明する。

図４に示すように、時刻ｔ０において、電磁弁４０は集合通路７２から作動エアを排出する排出状態となっており、分岐通路７１及び集合通路７２を通じて、吸入側バルブ２０，ポンプ１０，吐出側バルブ３０の各作動室２２，１２，３２から作動エアが排出されている。このため、常閉式の吸入側バルブ２０は閉じられており、常開式の吐出側バルブ３０は開かれている。ポンプ１０は、常閉式の遮断弁としての機能も有するため、ポンプ室１１の容積が縮小されて吐出通路６２へ電解液を吐出した状態で流路を閉じている。

時刻ｔ１において、タイマ５０が駆動信号を送信して、電磁弁４０が集合通路７２に作動エアを供給する供給状態に切り換えられると、分岐通路７１（分岐通路７１ａ，７１ｂ，７１ｃ）を通じてそれぞれポンプ１０，吸入側バルブ２０，吐出側バルブ３０に作動エアが供給される。そして、吐出側バルブ３０の有するばね３４ａの付勢力は、吸入側バルブ２０の有するばね２４ａの付勢力よりも小さく設定されているため、時刻ｔ２において吐出側バルブ３０が閉じられた後に、時刻ｔ３において吸入側バルブ２０が開かれる。ポンプ１０には可変絞り部８１を通じて作動エアが供給されるため、その後の時刻ｔ４において、ポンプ１０のポンプ室１１の容積が拡大し始めて電解液の吸入が開始される。

時刻ｔ４から時刻ｔ５まで、可変絞り部８１を通じたポンプ１０への作動エアの供給によりポンプ室１１の容積が徐々に拡大され、時刻ｔ５においてポンプ室１１の容積が最大となり、その後時刻ｔ６までこの状態が維持される。このため、ポンプ１０による電解液の吸入が低速で行われ、吸入量の精度を向上させることができる。なお、可変絞り部８１により分岐通路７１ａの断面積の大きさを調節することにより、ポンプ１０が電解液の吸入を開始する時刻ｔ４、及びポンプ１０が電解液を吸入する動作期間（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）を調節することができる。

時刻ｔ６において、タイマ５０が駆動信号の送信を停止して、電磁弁４０が集合通路７２から作動エアを排出する排出状態に切り換えられると、分岐通路７１（分岐通路７１ａ，７１ｂ，７１ｃ）を通じてそれぞれポンプ１０，吸入側バルブ２０，吐出側バルブ３０から作動エアが排出される。そして、吸入側バルブ２０の有するばね２４ａの付勢力は、吐出側バルブ３０の有するばね３４ａの付勢力よりも大きく設定されているため、時刻ｔ７において吸入側バルブ２０が閉じられた後に、時刻ｔ８において吐出側バルブ３０が開かれる。ポンプ１０から迂回通路８２を通じて作動エアが排出されるが、ポンプ１０、吸入側バルブ２０及び吐出側バルブ３０の有する各ばね１４ａ，２４ａ，３４ａの設定により、その後の時刻ｔ９において、ポンプ１０のポンプ室１１の容積が縮小し始めて電解液の吐出が開始される。なお、分岐通路７１ａ，７１ｂ，７１ｃの断面積の大きさの設定により、ポンプ１０、吸入側バルブ２０及び吐出側バルブ３０から排出される作動エアの流量、すなわち単位時間あたりに供給される作動エアの質量又は体積を調節して、これらの動作順序を設定することもできる。

時刻ｔ９から時刻ｔ１０まで、迂回通路８２を通じたポンプ１０からの作動エアの排出により、ポンプ室１１の容積が吸入時よりも短い動作期間（時刻ｔ９〜時刻ｔ１０）で縮小され、時刻ｔ１０においてポンプ室１１の容積が最小となって電解液の吐出が終了する。このとき、駆動部材１３がポンプ室１１と吐出通路６２との連通を遮断する。なお、ポンプ室１１と吐出通路６２との連通を駆動部材１３が遮断しているため、吐出側バルブ３０は吐出通路６２を閉じる必要がなく開いた状態となっている。こうして、ポンプシステムにおいて、１回の吸入と吐出とが終了する。以後、タイマ５０によって、同様の動作が繰り返される。

以上詳述した本実施形態によれば以下の利点を有する。

ポンプ室１１の容積を変化させるように駆動部材１３が駆動され、駆動部材１３によりポンプ室１１内の電解液が加圧される。そして、加圧された電解液は、ポンプ室１１と連通する吐出通路６２から所定量ずつ吐出される。

ここで、駆動部材１３による電解液の加圧が終了した状態において、ポンプ室１１と吐出通路６２との連通を駆動部材１３が遮断するため、駆動部材１３による電解液の加圧の終了とともにポンプ室１１から吐出通路６２への電解液の流出が停止する。このため、ポンプ室１１から吐出通路６２へ吐出される電解液の量を一定量で安定させることができる。換言すれば、駆動部材１３による電解液の加圧が終了した後にポンプ室１１内の電解液が吐出通路６２へ継続して流出することを抑制することができる。その結果、ポンプ室１１よりも下流側に遮断弁を設けてその閉じるタイミングを精密に制御することを必要とすることなく、電解液の吐出量の精度を向上させることができる。

ポンプ室１１と吐出通路６２との連通を駆動部材１３が遮断することにより、駆動部材１３による電解液の加圧を終了するため、駆動部材１３によるポンプ室１１と吐出通路６２との連通の遮断が、すなわち駆動部材１３による電解液の加圧の終了となる。このため、ポンプ室１１から吐出通路６２へ吐出される電解液の量を一定量で安定させることができる。

液体吐出用ポンプの基本的な構成に対して、電解液の流路に弁座部４１ａを設けるとともに駆動部材１３に弁体部１３ｂを設けることにより、ポンプ１０に遮断弁としての機能を持たせて電解液の吐出量の精度を向上させることができる。

駆動部材１３によりポンプ室１１内の電解液が加圧されるように駆動部材１３を付勢する付勢部１４（ばね１４ａ等）が設けられ、駆動部材１３は、付勢部１４により付勢されてポンプ室１１と吐出通路６２との連通を遮断するため、付勢部１４による駆動部材１３の付勢によって、ポンプ室１１内の電解液の加圧、及びポンプ室１１と吐出通路６２との連通の遮断が行われる。ここで、付勢部１４により駆動部材１３を付勢する場合には、操作圧やモータの駆動に基づいて駆動部材１３を駆動する場合と比較して、毎回同じように、ポンプ室１１と吐出通路６２との連通が遮断されるまで駆動部材１３を動作させることが容易となる。その結果、ポンプ室１１から吐出通路６２へ吐出される電解液の量を一定量で更に安定させることができる。

ポンプ室１１と吐出通路６２との連通を駆動部材１３が遮断した状態から、ポンプ室１１の容積を拡大するように駆動部材１３を駆動することにより、ポンプ室１１と連通する吸入通路６１からポンプ室１１に電解液を吸入するため、ポンプ室１１と吐出通路６２との間で電解液の流入出がない状態から電解液の吸入を開始することができる。したがって、ポンプ室１１と吐出通路６２との連通が遮断されていない状態から電解液の吸入を開始する場合と比較して、電解液の吸入を開始する時のポンプ室１１内の状態を毎回同じようにすることが容易となる。このため、ポンプ室１１に吸入される電解液の量を一定量で安定させることができる。その結果、ポンプ室１１から吐出通路６２へ吐出される電解液の量も一定量で安定させることができる。

集合通路７２に作動エアを供給する供給状態へと電磁弁４０により切り換えられると、集合通路７２から分岐通路７１（分岐通路７１ａ，７１ｂ，７１ｃ）へ作動エアが供給される。そして、分岐通路７１を通じて、ポンプ１０、吸入側バルブ２０及び吐出側バルブ３０に作動エアがそれぞれ供給される。それぞれの作動エアの供給に基づいて、ポンプ１０は吸入通路６１からポンプ室１１へ電解液を吸入し、吸入側バルブ２０は吸入通路６１を開き、吐出側バルブ３０は吐出通路６２を閉じる。したがって、電磁弁４０により作動エアの供給状態へ切り換えることにより、吐出通路６２を閉じた状態で吸入通路６１からポンプ室１１へ電解液を吸入することができる。

一方、集合通路７２から作動エアを排出する排出状態へと電磁弁４０により切り換えられると、分岐通路７１から集合通路７２へ作動エアが排出される。そして、ポンプ１０、吸入側バルブ２０及び吐出側バルブ３０から分岐通路７１へ作動エアがそれぞれ排出される。それぞれの作動エアの排出に基づいて、ポンプ１０はポンプ室１１から吐出通路６２へ電解液を吐出し、吸入側バルブ２０は吸入通路６１を閉じ、吐出側バルブ３０は吐出通路６２を開く。したがって、電磁弁４０により作動エアの排出状態へ切り換えることにより、吸入通路６１を閉じた状態でポンプ室１１から吐出通路６２へ電解液を吐出することができる。

よって、１系統の集合通路７２に作動エアを供給するとともに、１つの電磁弁４０により作動エアの供給状態と排出状態とを切り換えることにより、ポンプ１０による電解液の吸入と吐出とを行うことができる。その結果、ポンプシステムの構成および制御を簡素化することができる。

ポンプ１０により吸入通路６１からポンプ室１１へ吸入される電解液の吸入量の精度を向上させるためには、ポンプ１０により電解液の吸入を開始するタイミング、吸入側バルブ２０を開くタイミング、及び吐出側バルブ３０を閉じるタイミングを適切に設定する必要がある。

この点、集合通路７２に作動エアを供給する供給状態へ前記電磁弁４０により切り換えられた場合に、吐出側バルブ３０が閉じられた後に吸入側バルブ２０が開かれ、その後に吸入通路６１からポンプ室１１へ電解液が吸入されるように、ポンプ１０、吸入側バルブ２０及び吐出側バルブ３０にそれぞれ供給される作動エアの流量および各ばね１４ａ，２４ａ，３４ａの付勢力が設定されているため、ポンプ１０により吸入通路６１からポンプ室１１へ吸入される電解液の吸入量の精度を向上させることができる。

ポンプ１０によりポンプ室１１から吐出通路６２へ吐出される電解液の吐出量の精度を向上させるためには、ポンプ１０により電解液の吐出を開始するタイミング、吸入側バルブ２０を閉じるタイミング、及び吐出側バルブ３０を開くタイミングを適切に設定する必要がある。

この点、集合通路７２から作動エアを排出する排出状態へ電磁弁４０により切り換えられた場合に、吸入側バルブ２０が閉じられた後に吐出側バルブ３０が開かれ、その後にポンプ室１１から吐出通路６２へ電解液が吐出されるように、ポンプ１０、吸入側バルブ２０及び吐出側バルブ３０からそれぞれ排出される作動エアの流量および各ばね１４ａ，２４ａ，３４ａの付勢力が設定されているため、ポンプ１０によりポンプ室１１から吐出通路６２へ吐出される電解液の吐出量の精度を向上させることができる。

集合通路７２に作動エアを供給する供給状態へ電磁弁４０により切り換えられた場合に、以下のようにポンプ１０、吸入側バルブ２０及び吐出側バルブ３０が動作する。すなわち、可変絞り部８１を通じてポンプ１０に作動エアが供給されるため、ポンプ１０に供給される作動エアの流量が吸入側バルブ２０および吐出側バルブ３０に供給される作動エアの流量よりも小さくなる。このため、吸入側バルブ２０および吐出側バルブ３０よりも遅れてポンプ１０が動作する。また、吸入側バルブ２０の有するばね２４ａの付勢力が、吐出側バルブ３０の有するばね３４ａの付勢力よりも大きく設定されているため、吸入側バルブ２０が吐出側バルブ３０よりも遅れて動作する。したがって、吐出側バルブ３０が閉じられた後に吸入側バルブ２０が開かれ、その後に吸入通路６１からポンプ室１１へ電解液が吸入されるようになる。

一方、集合通路７２から作動エアを排出する排出状態へ電磁弁４０により切り換えられた場合に、以下のようにポンプ１０、吸入側バルブ２０及び吐出側バルブ３０が動作する。すなわち、ポンプ１０、吸入側バルブ２０及び吐出側バルブ３０の有する各ばね１４ａ，２４ａ，３４ａの設定により、吸入側バルブ２０および吐出側バルブ３０よりも遅れてポンプ１０が動作する。また、吸入側バルブ２０の有するばね２４ａの付勢力が、吐出側バルブ３０の有するばね３４ａの付勢力よりも大きく設定されているため、吸入側バルブ２０から吐出側バルブ３０よりも速く作動エアが排出され、吸入側バルブ２０が吐出側バルブ３０よりも先に動作する。したがって、吸入側バルブ２０が閉じられた後に吐出側バルブ３０が開かれ、その後にポンプ室１１から吐出通路６２へ電解液が吐出されるようになる。

ポンプ１０に接続された分岐通路７１ａに可変絞り部８１を迂回する迂回通路８２が設けられ、ポンプ１０から集合通路７２の方向にのみ作動エアを流通させるチェック弁８３が迂回通路８２に設けられているため、ポンプ１０から作動エアを排出する際にはポンプ１０に作動エアを供給する際よりも流量を大きくすることができる。このため、高速で行うと吸入量の精度が低下しやすいポンプ１０による電解液の吸入を低速で行いつつ、高速で行っても吐出量の精度が低下しにくいポンプ１０による電解液の吐出を高速で行うことができる。その結果、電解液の吸入量および吐出量の精度を維持しつつ、ポンプ１０による吸入と吐出との行程時間を短縮することができる。

上述したように、１つの電磁弁４０により作動エアの供給状態と排出状態とを切り換えることにより、ポンプ１０による電解液の吸入と吐出とを行うことができる。

そこで、経過時間に基づいて駆動信号を送信するタイマ５０が設けられ、電磁弁４０は、タイマ５０からの駆動信号に基づいて、集合通路７２に作動エアを供給する供給状態と集合通路７２から作動エアを排出する排出状態とを切り換えるため、ポンプシステムの構成および制御を更に簡素化することができる。

上記実施形態に限定されず、例えば次のように実施することもできる。

上記実施形態では、分岐通路７１ａに設けられた可変絞り部８１を迂回する迂回通路８２を設けたが、迂回通路８２を省略することもできる。この場合には、ポンプ１０による電解液の吐出も低速で行われることとなる。

上記実施形態では、駆動部材１３に連結されたピストン１４ｂの摺動範囲、すなわちピストン１４ｂに連結された駆動部材１３の移動範囲を調節する操作部４４を設けたが、こうした操作部４４を省略して駆動部材１３の移動範囲を一定にすることもできる。

上記実施形態では、分岐通路７１ａに可変絞り部８１を設けたが、可変絞り部８１を固定絞り部に変更してもよい。また、こうした絞り部を省略することもできる。その場合であっても、ポンプ１０、吸入側バルブ２０及び吐出側バルブ３０の有する各ばね１４ａ，２４ａ，３４ａの設定や、分岐通路７１ａ，７１ｂ，７１ｃの流路断面積の設定により、これらの動作順序を適切に設定することができる。また、ポンプ１０、吸入側バルブ２０及び吐出側バルブ３０が同時に動作する構成や、上記実施形態と比較してこれらの動作順序が逆になった構成であっても、１系統の集合通路７２に作動エアを供給するとともに、１つの電磁弁４０により作動エアの供給状態と排出状態とを切り換えることにより、ポンプ１０による電解液の吸入と吐出とを行うことができるといった利点は有する。

上記実施形態では、付勢部１４，２４，３４として、ばね１４ａ，２４ａ，３４ａの弾性力により駆動部材１３，弁体２３，３３を付勢する構成を採用したが、磁石による磁力や作動エアによる作動圧、真空による負圧等によって、駆動部材１３，弁体２３，３３を付勢する構成を採用することもできる。

上記実施形態では、常閉式の吸入側バルブ２０と、常閉式の遮断弁の機能を有するポンプ１０と、常開式の吐出側バルブ３０とを、ポンプユニットが備えるようにしたが、これらの常閉式と常開式との組み合わせを反対にしてもよい。すなわち、図５に示すように、常開式の吸入側バルブ１２０と、常開式の遮断弁の機能を有するポンプ１１０と、常閉式の吐出側バルブ１３０とを、ポンプユニットが備えるようにしてもよい。具体的には、ポンプ１１０は、ポンプ室１１１の容積を変化させるように駆動される駆動部材１１３と、吸入通路１６１からポンプ室１１１へ電解液を吸入するように駆動部材１１３を付勢する付勢部１１４とを有し、吸入側バルブ１２０は、弁体１２３と吸入通路１６１を開くように弁体１２３を付勢する付勢部１２４とを有し、吐出側バルブ１３０は、弁体１３３と吐出通路１６２を閉じるように弁体１３３を付勢する付勢部１３４とを有するといった構成を採用することができる。

上記構成によれば、作動気体としての作動エアの供給状態と排出状態とにおいて、ポンプ１１０による電解液の吸入と吐出とが上記実施形態のポンプ１０とは反対に行われる。すなわち、電磁弁４０により作動エアの供給状態へ切り換えることにより、吸入通路１６１を閉じた状態でポンプ室１１１から吐出通路１６２へ電解液を吐出することができる。一方、電磁弁４０により作動気体の排出状態へ切り換えることにより、吐出通路１６２を閉じた状態で吸入通路１６１からポンプ室１１１へ電解液を吸入することができる。したがって、こうした構成によっても、１系統の集合通路１７２に作動エアを供給するとともに、１つの電磁弁４０により作動エアの供給状態と排出状態とを切り換えることにより、ポンプ１１０による電解液の吸入と吐出とを行うことができる。その結果、ポンプシステムの構成および制御を簡素化することができる。

さらに、上記構成において、ポンプ１１０に接続された分岐通路１７１ａには、分岐通路１７１ａを流通する作動エアの流量を調節する可変絞り部１８１と、可変絞り部１８１を迂回する迂回通路１８２とが設けられている。迂回通路１８２には、集合通路１７２からポンプ１１０の方向にのみ作動エアを流通させるチェック弁１８３が設けられている。こうした構成によれば、上記実施形態と同様の順序で、ポンプ１１０、吸入側バルブ１２０及び吐出側バルブ１３０を動作させることができる。なお、分岐通路１７１（分岐通路１７１ａ，１７１ｂ，１７１ｃ）は、集合通路１７２から任意の部分で分岐することができる。要するに、分岐通路１７１（分岐通路１７１ａ，１７１ｂ，１７１ｃ）が集合して集合通路１７２となり、この集合通路１７２を通じて分岐通路１７１と作動エアの給排が行われればよい。また、制御手段としてのコントローラ１５０は、複数のポンプユニットにそれぞれ接続された電磁弁４０を切り換えることにより複数のポンプユニットを一括して制御してもよく、複数のポンプユニットを１つの電磁弁４０に接続して、１つの電磁弁４０を切り換えることにより複数のポンプユニットを一括して制御してもよい。

上記実施形態では、作動エアの給排に基づいて開閉するエアオペレイトバルブからなる吐出側バルブ３０を採用したが、図６に示すように、この吐出側バルブ３０に代えて、吸入通路６１から吐出通路６２の方向にのみ電解液を流通させるチェック弁２３０（逆止弁）を採用することもできる。すなわち、ポンプ１０が電解液を吐出した状態において、ポンプ室１１と吐出通路６２との連通を駆動部材１３が遮断しているため、その時に吐出通路６２を閉じる必要がない。そして、駆動部材１３による電解液の加圧の終了とともにポンプ室１１から吐出通路６２への電解液の流出が停止するため、ポンプ室１１から吐出通路６２へ吐出される電解液の量を一定量で安定させることができる。なお、ポンプ１０が電解液を吸入する時にはチェック弁２３０が閉じるため、ポンプによる電解液の吸入を支障なく行うことができる。さらに、吸入側バルブ２０に代えて、吸入通路６１から吐出通路６２の方向にのみ電解液を流通させるチェック弁（逆止弁）を採用することもできる。

上記実施形態では、ポンプハウジング４１の弁座部４１ａは環状の突起に形成されており、この環状の突起の内周側が電解液の流路となるとともに、駆動部材１３の弁体部１３ｂがこの環状の突起に全周にわたって当接することにより、弁座部４１ａと弁体部１３ｂとの間における電解液の流通が遮断され、電解液の流路が閉じられるようにした。しかしながら、電解液の流路に設けられる弁座部４１ａの形状は任意であり、この弁座部４１ａに対応して設けられる駆動部材１３の弁体部１３ｂも任意の形状を採用することができる。要するに、弁座部４１ａに弁体部１３ｂが当接することにより、ポンプ室１１と吐出通路６２との連通を駆動部材１３が遮断する構成であれば、電解液の吐出量の精度を向上させることができる。

上記実施形態では、集合通路７２から作動エアを排出する排出状態として、集合通路７２が大気に開放された状態となるようにしたが、電磁弁４０の大気開放されたポートを負圧発生源に接続して、作動エアの排出状態として集合通路７２に負圧が導入された状態となるようにしてもよい。また、切換手段として電磁弁４０に代えて電空レギュレータを設けて、集合通路７２に正圧が導入される状態と負圧が導入される状態とを切り換えるようにしてもよい。

上記実施形態では、液体としての電解液を加圧する駆動部材として、ダイアフラムにより電解液を加圧するもの採用したが、ベローズにより電解液を加圧する構成や、ピストンにより電解液を加圧する構成等を採用することもできる。要するに、ポンプ室１１の容積を変化させるように駆動される駆動部材が、ポンプ室１１と吐出通路６２との連通を遮断する構成であればよい。

１１…ポンプ室、１３…駆動部材、６２…吐出通路。

Claims (7)

1. ポンプ室の容積を変化させるように駆動される駆動部材により前記ポンプ室内の液体を加圧して、前記ポンプ室と連通する吐出通路から前記液体を所定量ずつ吐出する液体吐出用ポンプユニットであって、
   前記駆動部材による前記液体の加圧が終了した状態において、前記ポンプ室と前記吐出通路との連通を前記駆動部材が遮断することを特徴とする液体吐出用ポンプユニット。
2. ポンプ室の容積を変化させるように駆動される駆動部材により前記ポンプ室内の液体を加圧して、前記ポンプ室と連通する吐出通路から前記液体を所定量ずつ吐出する液体吐出用ポンプユニットであって、
   前記ポンプ室と前記吐出通路との連通を前記駆動部材が遮断することにより、前記駆動部材による前記液体の加圧を終了することを特徴とする液体吐出用ポンプユニット。
3. 前記ポンプ室および前記吐出通路を含む前記液体の流路に弁座部が設けられ、
   前記駆動部材に弁体部が設けられ、
   前記弁座部に前記弁体部が当接することにより、前記ポンプ室と前記吐出通路との連通を前記駆動部材が遮断することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出用ポンプユニット。
4. 前記弁座部は、前記流路において前記駆動部材が前記ポンプ室内の液体を加圧する際に駆動される方向の延長上に設けられ、
   前記弁体部は、前記駆動部材において前記弁座部に対向する部分に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出用ポンプユニット。
5. 前記駆動部材により前記ポンプ室内の液体が加圧されるように同駆動部材を付勢する付勢手段が設けられ、
   前記駆動部材は、前記付勢手段により付勢されて前記ポンプ室と前記吐出通路との連通を遮断することを特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載の液体吐出用ポンプユニット。
6. 前記ポンプ室と前記吐出通路との連通を前記駆動部材が遮断した状態から、前記ポンプ室の容積を拡大するように前記駆動部材を駆動することにより、前記ポンプ室と連通する吸入通路から同ポンプ室に前記液体を吸入することを特徴とする請求項１〜５のいずれか1項に記載の液体吐出用ポンプユニット。
7. 前記ポンプ室に前記液体を吸入する際に、前記ポンプ室と連通する吸入通路を開くとともに、前記ポンプ室から前記液体を吐出する際に前記吸入通路を閉じる吸入側開閉弁と、
   前記ポンプ室に前記液体を吸入する際に前記吐出通路を閉じるとともに、前記ポンプ室から前記液体を吐出する際に前記吐出通路を開く吐出側開閉弁と
   を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか1項に記載の液体吐出用ポンプユニット。

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