JP2016121636A - ベローズポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作動流体の吸い込みから吐出に切り換わるときに発生する衝撃圧力を、既設のベローズポンプでも容易に抑制することができるベローズポンプ装置を提供する。【解決手段】ベローズポンプ装置は、密閉された２つの空気室２１，２６のうち、一方の空気室２６に加圧空気を供給することでベローズ１３（１４）を伸長動作させて移送流体を吸入し、他方の空気室２１に加圧空気を供給することでベローズ１３（１４）を収縮動作させて移送流体を吐出する。このベローズポンプ装置は、一方の空気室２６に供給する加圧空気の第１空気圧、及び他方の空気室２１に供給する加圧空気の第２空気圧を調整する電空レギュレータ５１（５２）と、ベローズ１３（１４）の伸長動作時における少なくとも伸長終了時点で、第１空気圧が第２空気圧よりも低くなるように電空レギュレータ５１（５２）を制御する制御部６とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ベローズポンプ装置に関する。

半導体製造や化学工業等において、薬液や溶剤等の移送流体を送給させるために使用されるベローズポンプとして、例えば、特許文献１に記載されているように、密閉された２つの空気室のうち、一方の空気室に加圧空気を供給することでベローズを伸長動作させて移送流体を吸入し、他方の空気室に加圧空気を供給することでベローズを収縮動作させて移送流体を吐出するように構成されたものが知られている。

このようなベローズポンプにおいては、移送流体の吐出流量を増加させるために、各空気室に供給する加圧空気の空気圧を上げることが一般的に行われる。しかし、前記空気圧を上げると、ベローズの伸長動作による移送流体の吸い込みから、ベローズの収縮動作による移送流体の吐出に切り換わったときに、瞬間的に大きな圧力変動（圧力上昇）が生じ、「ウォータハンマ」と呼ばれる衝撃圧力が発生する。この衝撃圧力が発生すると、当該衝撃圧力による振動がポンプ、配管又は機器に伝播し、これらのポンプ等が破損する恐れがある。また、吸込時の負圧が大きくなることで、液体の沸騰（ベーパーやキャビテーション等）が発生し、半導体製造プロセス等に悪影響を及ぼす恐れもある。

そこで、従来のベローズポンプでは、例えば、特許文献２に記載されているように、前記衝撃圧力を抑制する対策として、移送流体が吸い込まれるベローズ内の容積を増加させるように弾性変形可能な隔壁がベローズの端部に設けられている。この隔壁は、ベローズ内で圧力上昇が発生したときに弾性変形することで、前記圧力上昇を吸収してポンプ等の振動を低減するようになっている。

特開２００１−１２３９５９号公報 特開２０１０−１９６５４１号公報（図３参照）

しかし、従来の衝撃圧力を抑制する対策では、弾性変形可能な隔壁を有する専用のベローズを製作する必要があるため、既設のベローズポンプに採用することが困難であった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、作動流体の吸い込みから吐出に切り換わるときに発生する衝撃圧力を、既設のベローズポンプでも容易に抑制することができるベローズポンプ装置を提供することを目的とする。

本発明のベローズポンプ装置は、密閉された２つの空気室のうち、一方の空気室に加圧空気を供給することでベローズを伸長動作させて移送流体を吸入し、他方の空気室に加圧空気を供給することで前記ベローズを収縮動作させて移送流体を吐出するベローズポンプ装置であって、前記一方の空気室に供給する加圧空気の空気圧である第１空気圧、及び前記他方の空気室に供給する加圧空気の空気圧である第２空気圧を調整する電空レギュレータと、前記ベローズの伸長動作時における少なくとも伸長終了時点で、前記第１空気圧が前記第２空気圧よりも低くなるように前記電空レギュレータを制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。

上記のように構成されたベローズポンプ装置によれば、少なくともベローズの伸長終了時点で、その伸長時に一方の空気室に供給される加圧空気の第１空気圧は、ベローズの収縮時に他方の空気室に供給される加圧空気の第２空気圧よりも低くなるように電空レギュレータにより調整される。これにより、ベローズの伸長動作による移送流体の吸い込みから、ベローズの収縮動作による移送流体の吐出に切り換わったときの圧力変動を抑えることができるため、その切り換わり時に衝撃圧力が発生するのを抑制することができる。また、既設のベローズポンプであっても、電空レギュレータと制御部とを追加することで、作動流体の吸い込みから吐出に切り換わるときに発生する衝撃圧力を容易に抑制することができる。

上記ベローズポンプ装置において、前記制御部は、前記ベローズの伸長開始時点から伸長終了時点までの間に、前記第１空気圧が連続または不連続に変化するように前記電空レギュレータを制御するのが好ましい。
この場合、ベローズの伸長開始時点から伸長終了時点までの間において、第１空気圧の圧力変化の自由度を高めることができる。

上記ベローズポンプ装置において、前記制御部は、前記伸長開始時点からその伸長動作の所定の途中時点までの伸長前半期間のほうが、前記途中時点から前記伸長終了時点までの伸長後半期間よりも前記第１空気圧が高くなるように前記電空レギュレータを制御するのが好ましい。
この場合、ベローズの伸長開始時点から途中時点までの伸長前半期間の伸長速度を、その途中時点から伸長終了時点までの伸長後半期間の伸長速度よりも速くすることができる。これにより、ベローズの伸長時に第１空気圧が低くなることに起因してベローズの伸長時間が長くなり過ぎるのを抑制することができる。その結果、流体の吐出流量が減少するのを抑制することができる。

上記ベローズポンプ装置において、前記途中時点は、前記ベローズが慣性力によって伸長終了位置まで伸長することが可能な時点であるのが好ましい。
この場合、ベローズを、その伸長動作の途中時点から慣性力によって伸長終了位置まで伸長させることができるため、前記途中時点から伸長終了時点までの伸長後半期間において、第１空気圧をベローズの伸長動作に必要な空気圧よりも低くすることができる。これにより、ベローズの伸長動作から収縮動作に切り換わったときの圧力変動をさらに効果的に抑えることができる。

上記ベローズポンプ装置において、前記制御部は、前記ベローズの伸長開始時点から伸長終了時点まで前記第１空気圧が一定となるように前記電空レギュレータを制御しても良い。
この場合、第１空気圧を連続または不連続に変化させるように制御する場合に比べて、電空レギュレータの制御が容易となる。

本発明のベローズポンプ装置によれば、作動流体の吸い込みから吐出に切り換わるときに発生する衝撃圧力を、既設のベローズポンプでも容易に抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係るベローズポンプ装置の概略構成図である。 ベローズポンプの断面図である。 ベローズポンプの動作を示す説明図である。 ベローズポンプの動作を示す説明図である。 電空レギュレータの制御例を示すグラフである。 従来のベローズポンプから吐出される移送流体の吐出圧力を示すグラフである。 本発明のベローズポンプから吐出される移送流体の吐出圧力を示すグラフである。 電空レギュレータの他の制御例を示すグラフである。 電空レギュレータのさらに他の制御例を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係るベローズポンプ装置の概略構成図である。 第２実施形態に係るベローズポンプの断面図である。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
＜ベローズポンプの全体構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るベローズポンプ装置の概略構成図である。本実施形態のベローズポンプ装置は、例えば半導体製造装置において薬液や溶剤等の移送流体を一定量供給するときに用いられる。このベローズポンプ装置は、ベローズポンプ１と、当該ベローズポンプ１に加圧空気（作動流体）を供給するエアコンプレッサ等の空気供給装置２と、前記加圧空気の空気圧を調整する機械式レギュレータ３及び２個の第１及び第２電空レギュレータ５１，５２と、２個の第１及び第２電磁弁４，５と、制御部６とを備えている。

図２は、本実施形態に係るベローズポンプ１の断面図である。
本実施形態のベローズポンプ１は、ポンプヘッド１１と、このポンプヘッド１１の左右方向（水平方向）の両側に取り付けられる一対のポンプケース１２と、各ポンプケース１２の内部において、ポンプヘッド１１の左右方向の側面に取り付けられる２個の第１及び第２ベローズ１３，１４と、各ベローズ１３，１４の内部において、ポンプヘッド１１の左右方向の側面に取り付けられる４個のチェックバルブ１５，１６と、を備えている。

＜ベローズの構成＞
第１及び第２ベローズ１３，１４は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素樹脂により有底筒形状に形成され、その開放端部に一体形成されたフランジ部１３ａ，１４ａはポンプヘッド１１の側面に気密状に押圧固定されている。第１及び第２ベローズ１３，１４の各周壁は蛇腹形状に形成され、互いに独立して水平方向に伸縮可能に構成されている。具体的には、第１及び第２ベローズ１３，１４は、後述する作動板１９の外面がポンプケース１２の底壁部１２ａの内方側面に当接する最伸長状態と、後述するピストン体２３の内方側面がポンプケース１２の底壁部１２ａの外方側面に当接する最収縮状態との間で伸縮するようになっている。
第１及び第２ベローズ１３，１４の底部の外面には、ボルト１７及びナット１８により作動板１９が連結部材２０の一端部とともに固定されている。

＜ポンプケースの構成＞
ポンプケース１２は、有底円筒状に形成されており、その開口周縁部は、対応するベローズ１３（１４）のフランジ部１３ａ（１４ａ）に気密状に押圧固定されている。これにより、ポンプケース１２の内部には、気密状態が保持された吐出側空気室２１が形成されている。
ポンプケース１２には吸排気ポート２２がそれぞれ設けられており、吸排気ポート２２は、電磁弁４（５）、電空レギュレータ５１（５２）及び機械式レギュレータ３を介して空気供給装置２に接続されている（図１参照）。これにより、空気供給装置２から機械式レギュレータ３、電空レギュレータ５１（５２）及び電磁弁４（５）及び吸排気ポート２２を介して吐出側空気室２１の内部に加圧空気を供給することで、ベローズ１３（１４）が収縮するようになっている。

また、各ポンプケース１２の底壁部１２ａには、前記連結部材２０が水平方向に摺動可能に支持されており、この連結部材２０の他端部にはピストン体２３がナット２４により固定されている。ピストン体２３は、前記底壁部１２ａの外方側面に一体に設けられた円筒状のシリンダ体２５の内周面に対して、気密状態を保持しながら水平方向へ摺動可能に支持されている。これにより、前記底壁部１２ａ、シリンダ体２５、及びピストン体２３とによって囲まれた空間は、気密状態が保持された吸込側空気室２６とされている。

前記シリンダ体２５には吸込側空気室２６に連通する吸排気口２５ａが形成されており、この吸排気口２５ａは、前記電磁弁４（５）、電空レギュレータ５１（５２）及び機械式レギュレータ３を介して空気供給装置２に接続されている（図１参照）。これにより、空気供給装置２から機械式レギュレータ３、電空レギュレータ５１（５２）及び電磁弁４（５）及び吸排気口２５ａを介して吸込側空気室２６の内部に加圧空気を供給することで、ベローズ１３（１４）が伸長するようになっている。
各ポンプケース１２の底壁部１２ａの下方には、移送流体の吐出側空気室２１への漏洩を検知するための漏洩センサ４０が取り付けられている。

以上の構成により、図２左側の吐出側空気室２１が形成されたポンプケース１２と、図２左側の吸込側空気室２６を形成するピストン体２３及びシリンダ体２５とにより、第１ベローズ１３を最伸長状態と最収縮状態との間で連続して伸縮動作させる第１エアシリンダ部（第１駆動装置）２７が構成されている。
また、図２右側の吐出側空気室２１が形成されたポンプケース１２と、図２右側の吸込側空気室２６が形成されたピストン体２３及びシリンダ体２５とにより、第２ベローズ１４を最伸長状態と最収縮状態との間で連続して伸縮動作させる第２エアシリンダ部（第２駆動装置）２８が構成されている。

＜検知手段の構成＞
第１エアシリンダ部２７のシリンダ体２５には、一対の近接センサ２９Ａ，２９Ｂが取り付けられ、ピストン体２３には各近接センサ２９Ａ，２９Ｂにより検知される被検知板３０が取り付けられている。被検知板３０は、ピストン体２３とともに往復動することで、近接センサ２９Ａ，２９Ｂに交互に近接することにより検知される。

近接センサ２９Ａは、第１ベローズ１３が最収縮状態のときに被検知板３０を検知する位置に配置されている。近接センサ２９Ｂは、第１ベローズ１３が最伸長状態のときに被検知板３０を検知する位置に配置されている。各近接センサ２９Ａ，２９Ｂの検知信号は制御部６に送信される。本実施形態では、上記一対の近接センサ２９Ａ，２９Ｂにより、第１ベローズ１３の伸縮状態を検知する第１検知手段２９が構成されている。

同様に、第２エアシリンダ部２８のシリンダ体２５には、一対の近接センサ３１Ａ，３１Ｂが取り付けられ、ピストン体２３には各近接センサ３１Ａ，３１Ｂより検知される被検知板３２が取り付けられている。被検知板３２は、ピストン体２３とともに往復動することで、近接センサ３１Ａ，３１Ｂに交互に近接することにより検知される。

近接センサ３１Ａは、第２ベローズ１４が最収縮状態のときに被検知板３２を検知する位置に配置されている。近接センサ３１Ｂは、第２ベローズ１４が最伸長状態のときに被検知板３２を検知する位置に配置されている。各近接センサ３１Ａ，３１Ｂの検知信号は制御部６に送信される。本実施形態では、一対の近接センサ３１Ａ，３１Ｂにより、第２ベローズ１４の伸縮状態を検知する第２検知手段３１が構成されている。

空気供給装置２によって生成された加圧空気は、第１検知手段２９の一対の近接センサ２９Ａ，２９Ｂが被検知板３０を交互に検知することで、第１エアシリンダ部２７の吸込側空気室２６と吐出側空気室２１とに交互に供給される。これにより、第１ベローズ１３は連続して伸縮動作する。

また、前記加圧空気は、第２検知手段３１の一対の近接センサ３１Ａ，３１Ｂが被検知板３２を交互に検知することで、第２エアシリンダ部２８の吸込側空気室２６と吐出側空気室２１とに交互に供給される。これにより、第２ベローズ１４は連続して伸縮動作する。その際、第２ベローズ１４の伸長動作は第１ベローズ１３の収縮動作時に行われ、第２ベローズ１４の収縮動作は主に第１ベローズ１３の伸長動作時に行われる。このように、第１ベローズ１３及び第２ベローズ１４は、交互に伸縮動作を繰り返すことで、各ベローズ１３，１４の内部への移送流体の吸込と吐出とが交互に行われ、当該移送流体が移送されるようになっている。

なお、第１及び第２検知手段２９，３１は、近接センサによって構成されているが、リミットスイッチ等の他の検知手段により構成されていても良い。また、第１及び第２検知手段２９，３１は、第１及び第２ベローズ１３，１４の最伸長状態と最伸縮状態とを検知しているが、伸縮途中の状態を検知するようにしても良い。

＜ポンプヘッドの構成＞
ポンプヘッド１１は、ＰＴＦＥやＰＦＡ等のフッ素樹脂から形成されている。ポンプヘッド１１の内部には、移送流体の吸込通路３４と吐出通路３５とが形成されており、この吸込通路３４及び吐出通路３５は、ポンプヘッド１１の外周面において開口し、当該外周面に設けられた吸込ポート及び吐出ポート（いずれも図示省略）に接続されている。吸込ポートは移送流体の貯留タンク等に接続され、吐出ポートは移送流体の移送先に接続される。また、吸込通路３４及び吐出通路３５は、それぞれポンプヘッド１１の左右両側面に向けて分岐するとともに、ポンプヘッド１１の左右両側面において開口する吸込口３６及び吐出口３７を有している。各吸込口３６及び各吐出口３７は、それぞれチェックバルブ１５，１６を介してベローズ１３，１４の内部と連通している。

＜チェックバルブの構成＞
各吸込口３６及び各吐出口３７には、チェックバルブ１５，１６が設けられている。
吸込口３６に取り付けられたチェックバルブ１５（以下、「吸込用チェックバルブ」ともいう）は、バルブケース１５ａと、このバルブケース１５ａに収容された弁体１５ｂと、この弁体１５ｂを閉弁方向に付勢する圧縮コイルバネ１５ｃとを有している。バルブケース１５ａは有底円筒形状に形成されており、その底壁にはベローズ１３，１４の内部に連通する貫通孔１５ｄが形成されている。弁体１５ｂは、圧縮コイルバネ１５ｃの付勢力により吸込口３６を閉鎖（閉弁）し、ベローズ１３，１４の伸縮に伴う移送流体の流れによる背圧が作用すると吸込口３６を開放（開弁）するようになっている。
これにより、吸込用チェックバルブ１５は、自身が配置されているベローズ１３，１４が伸長したときに開弁して、吸込通路３４からベローズ１３，１４内部に向かう方向への移送流体の吸引を許容し、当該ベローズ１３，１４が収縮したときに閉弁して、ベローズ１３，１４内部から吸込通路３４に向かう方向への移送流体の逆流を阻止する。

吐出口３７に取り付けられたチェックバルブ１６（以下、「吐出用チェックバルブ」ともいう）は、バルブケース１６ａと、このバルブケース１６ａに収容された弁体１６ｂと、この弁体１６ｂを閉弁方向に付勢する圧縮コイルバネ１６ｃとを有している。バルブケース１６ａは有底円筒形状に形成されており、その底壁にはベローズ１３，１４の内部に連通する貫通孔１６ｄが形成されている。弁体１６ｂは、圧縮コイルバネ１６ｃの付勢力によりバルブケース１６ａの貫通孔１６ｄを閉鎖（閉弁）し、ベローズ１３，１４の伸縮に伴う移送流体の流れによる背圧が作用するとバルブケース１６ａの貫通孔１６ｄを開放（開弁）するようになっている。

これにより、吐出用チェックバルブ１６は、自身が配置されているベローズ１３，１４が収縮したときに開弁して、ベローズ１３，１４内部から吐出通路３５に向かう方向への移送流体の流出を許容し、当該ベローズ１３，１４が伸長したときに閉弁して、吐出通路３５からベローズ１３，１４内部に向かう方向への移送流体の逆流を阻止する。

＜ベローズポンプの動作＞
次に、本実施形態のベローズポンプ１の動作を図３及び図４を参照して説明する。なお、図３及び図４においては第１及び第２ベローズ１３，１４の構成を簡略化して示している。
図３に示すように、第１ベローズ１３が収縮し、第２ベローズ１４が伸長した場合、ポンプヘッド１１の図中左側に装着された吸込用チェックバルブ１５及び吐出用チェックバルブ１６の各弁体１５ｂ，１６ｂは、第１ベローズ１３内の移送流体から圧力を受けて各バルブケース１５ａ，１６ａの図中右側にそれぞれ移動する。これにより吸込用チェックバルブ１５が閉じるともに、吐出用チェックバルブ１６が開き、第１ベローズ１３内の移送流体が吐出通路３５からポンプ外へ排出される。

一方、ポンプヘッド１１の図中右側に装着された吸込用チェックバルブ１５及び吐出用チェックバルブ１６の各弁体１５ｂ，１６ｂは、第２ベローズ１４による吸引作用によって各バルブケース１５ａ，１６ａの図中右側にそれぞれ移動する。これにより吸込用チェックバルブ１５が開くとともに、吐出用チェックバルブ１６が閉じ、吸込通路３４から第２ベローズ１４内に移送流体が吸い込まれる。

次に、図４に示すように、第１ベローズ１３が伸長し、第２ベローズ１４が収縮した場合、ポンプヘッド１１の図中右側に装着された吸込用チェックバルブ１５及び吐出用チェックバルブ１６の各弁体１５ｂ，１６ｂは、第２ベローズ１４内の移送流体から圧力を受けて各バルブケース１５ａ，１６ａの図中左側に移動する。これにより吸込用チェックバルブ１５が閉じるともに、吐出用チェックバルブ１６が開き、第２ベローズ１４内の移送流体が吐出通路３５からポンプ外へ排出される。

一方、ポンプヘッド１１の図中左側に装着された吸込用チェックバルブ１５及び吐出用チェックバルブ１６の各弁体１５ｂ，１６ｂは、第１ベローズ１３による吸引作用によって各バルブケース１５ａ，１６ａの図中左側に移動する。これにより吸込用チェックバルブ１５が開くとともに、吐出用チェックバルブ１６が閉じ、吸込通路３４から第１ベローズ１３内に移送流体が吸い込まれる。
以上の動作を繰り返し行うことで、左右のベローズ１３，１４は、交互に移送流体の吸引と排出とを行うことができる。

＜電磁弁の構成＞
図１において、第１電磁弁４は、第１エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１及び吸込側空気室２６のうち、一方の空気室への加圧空気の給排、及び他方の空気室内への加圧空気の給排を切り換えるものである。第１電磁弁４は、例えば、一対のソレノイド４ａ，４ｂを有する三位置の電磁切換弁からなる。各ソレノイド４ａ，４ｂは制御部６から受けた指令信号に基づいて励磁されるようになっている。

第２電磁弁５は、第２エアシリンダ部２８の吐出側空気室２１及び吸込側空気室２６のうち、一方の空気室への加圧空気の給排、及び他方の空気室内への加圧空気の給排を切り換えるものである。第２電磁弁５は、例えば一対のソレノイド５ａ，５ｂを有する三位置の電磁切換弁からなる。各ソレノイド５ａ，５ｂは制御部６から指令信号を受けて励磁されるようになっている。
なお、本実施形態の第１及び第２電磁弁４，５は、三位置の電磁切換弁からなるが、中立位置を有しない二位置の電磁切換弁であっても良い。

図１において、第１エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１（吸排気ポート２２）と第１電磁弁４との間には、第１急速排気弁６１が吐出側空気室２１に隣接して配置されている。第１急速排気弁６１は、加圧空気を排出する排気口６１ａを有しており、第１電磁弁４から吐出側空気室２１への加圧空気の流れを許容するとともに、吐出側空気室２１から流れ出た加圧空気を排気口６１ａから排出するようになっている。これにより、吐出側空気室２１内の加圧空気を、第１電磁弁４を介することなく、第１急速排気弁６１から迅速に排出することができる。

同様に、第２エアシリンダ部２８の吐出側空気室２１（吸排気ポート２２）と第２電磁弁５との間には、第２急速排気弁６２が吐出側空気室２１に隣接して配置されている。第２急速排気弁６２は、加圧空気を排出する排気口６２ａを有しており、第２電磁弁５から吐出側空気室２１への加圧空気の流れを許容するとともに、吐出側空気室２１から流れ出た加圧空気を排気口６２ａから排出するようになっている。これにより、吐出側空気室２１内の加圧空気を、第２電磁弁５を介することなく、第２急速排気弁６２から迅速に排出することができる。

なお、各エアシリンダ部２７，２８の吸込側空気室２６（吸排気口２５ａ）と、対応する電磁弁４，５との間には急速排気弁は配置されていない。吸込側に急速排気弁を取り付けた場合、吐出側に急速排気弁を取り付けた場合と同様の効果が得られるが、その効果は吐出側ほど大きくない。そのため、本実施形態では、吸込側の急速排気弁はコスト面より設置していない。

＜制御部の構成＞
制御部６は、第１検知手段２９及び第２検知手段３１（図２参照）の検知結果に基づいて、各電磁弁４，５を切り換えることで、ベローズポンプ１の第１エアシリンダ部２７及び第２エアシリンダ部２８の各駆動を制御するものである。

具体的には、制御部６は、第１検知手段２９及び第２検知手段３１の検知結果に基づいて、第１ベローズ１３が最収縮状態となる手前で第２ベローズ１４を最伸長状態から収縮させるとともに、第２ベローズ１４が最収縮状態となる手前で第１ベローズ１３を最伸長状態から収縮させるように、第１及び第２エアシリンダ部２７，２８を駆動制御する。

これにより、一方のベローズの収縮（吐出）から伸長（吸い込み）への切り換えタイミングにおいて、他方のベローズは既に収縮して移送流体を吐出しているので、前記切り換えタイミングにおいて移送流体の吐出圧力が大きく落ち込むのを低減することができる。その結果、ベローズポンプ１の吐出側の脈動を低減することができる。

なお、本実施形態の制御部６は、一方のベローズ１３（１４）が最収縮状態となる手前で他方のベローズ１４（１３）を最伸長状態から収縮させているが、一方のベローズ１３（１４）が最収縮状態となったときに、他方のベローズ１４（１３）を最伸長状態から収縮させるように制御しても良い。但し、ベローズポンプ１の吐出側の脈動を低減するという観点では、本実施形態のように制御するのが好ましい。

＜電空レギュレータの構成＞
図１及び図２において、第１電空レギュレータ５１は、機械式レギュレータ３と第１電磁弁４との間に配置されている。第１電空レギュレータ５１は、第１エアシリンダ部２７の吸込側空気室２６に供給する加圧空気の空気圧である第１空気圧、及び第１エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１に供給する加圧空気の空気圧である第２空気圧を調整する。

第２電空レギュレータ５２は、機械式レギュレータ３と第２電磁弁５との間に配置されている。第２電空レギュレータ５２は、第２エアシリンダ部２８の吸込側空気室２６に供給する加圧空気の空気圧である第１空気圧、及び第２エアシリンダ部２８の吐出側空気室２１に供給する加圧空気の空気圧である第２空気圧を調整する。

なお、電空レギュレータ５１，５２は、電磁弁４，５の上流側に配置されているが、電磁弁４，５の下流側に配置されていても良い。但し、この場合には、電空レギュレータ５１，５２の一次側に、電磁弁４，５を切り換えたときに生じる衝撃圧力が作用するので、電空レギュレータ５１，５２の故障を防止するという観点では、電磁弁４，５の上流側に電空レギュレータ５１，５２を配置するのが好ましい。

＜電空レギュレータの制御例＞
図２において、制御部６は、第１及び第２検知手段２９，３１の検知結果に基づいて、ベローズ１３（１４）の伸長動作時における少なくとも伸長終了時点で、吸込側空気室２６に供給する加圧空気の第１空気圧が吐出側空気室２１に供給する加圧空気の第２空気圧よりも低くなるように各電空レギュレータ５１，５２を制御する。
本実施形態の制御部６は、ベローズ１３（１４）の伸長開始時点から伸長終了時点までの間、第１空気圧が第２空気圧よりも低い圧力値で一定となるように各電空レギュレータ５１，５２を制御している。

図５は、本実施形態の制御部６による電空レギュレータ５１（５２）の制御例を示すグラフである。図５において、制御部６は、ベローズ１３（１４）が移送流体の吐出時に収縮する収縮期間Ｔ２の間、第２空気圧が一定の空気圧Ｐ２（例えば０．５０ＭＰａ）となるように電空レギュレータ５１（５２）を制御する。また、制御部６は、ベローズ１３（１４）が移送流体の吸い込み時に伸長する伸長期間Ｔ１の間、第１空気圧が前記空気圧Ｐ２よりも低い一定の空気圧Ｐ１（例えば０．１５ＭＰａ）となるように電空レギュレータ５１（５２）を制御する。

これにより、ベローズ１３（１４）の収縮開始時点から収縮終了時点（最収縮時点）までの収縮期間Ｔ２において、エアシリンダ部２７（２８）の吐出側空気室２１には高い空気圧Ｐ２の加圧空気が供給される。また、ベローズ１３（１４）の伸長開始時点から伸長終了時点（最伸長時点）までの伸長期間Ｔ１において、エアシリンダ部２７（２８）の吸込側空気室２６には低い空気圧Ｐ１の加圧空気が供給される。

エアシリンダ部２７（２８）の吸込側空気室２６に供給される加圧空気が低い空気圧になると、その分だけベローズ１３（１４）の伸長速度は遅くなる。したがって、前記空気圧Ｐ１は、一方のベローズ１３（１４）の伸長開始時点から、当該伸長開始時点において収縮中の他方のベローズ１４（１３）の収縮終了時点までの収縮期間内に、前記一方のベローズ１３が最伸長状態となるように設定される。

なお、本実施形態では、制御部６が制御する第１電空レギュレータ５１の第１及び第２空気圧と、第２電空レギュレータの第１及び第２空気圧は、それぞれ同じ値Ｐ１，Ｐ２に設定されているが、各電空レギュレータによって異なる値に設定されていても良い。

図６は、従来のベローズポンプから吐出される移送流体の吐出圧力を示すグラフである。このグラフは、ベローズポンプの吸込側空気室および吐出側空気室にそれぞれ供給する加圧空気の第１空気圧及び第２空気圧をいずれも０．５ＭＰａに設定した場合の吐出圧力を示している。
図６に示すように、従来のベローズポンプにおいて発生する衝撃圧力の最大値は０．５９３ＭＰａである。

図７は、本実施形態のベローズポンプ１から吐出される移送流体の吐出圧力を示すグラフである。このグラフは、ベローズポンプの吐出側空気室に供給する加圧空気の第２空気圧を０．５０ＭＰａに設定し、ベローズポンプの吸込側空気室に供給する加圧空気の第１空気圧を０．１５ＭＰａに設定した場合の吐出圧力を示している。
図７に示すように、本実施形態のベローズポンプ１において発生する衝撃圧力の最大値は０．１５９ＭＰａであり、従来のベローズポンプに比べて衝撃圧力が大幅に低減されているのが分かる。

＜効果について＞
以上、本実施形態のベローズポンプ装置によれば、ベローズ１３（１４）の伸長動作時に吸込側空気室２６に供給される加圧空気の第１空気圧は、ベローズ１３（１４）の収縮動作時に吐出側空気室２１に供給される加圧空気の第２空気圧よりも低くなるように電空レギュレータ５１（５２）が制御される。これにより、ベローズ１３（１４）の伸長動作による移送流体の吸い込みから、ベローズ１３（１４）の収縮動作による移送流体の吐出に切り換わるときの圧力変動を抑えることができるため、その切り換わり時に衝撃圧力が発生するのを抑制することができる。したがって、既設のベローズポンプであっても、電空レギュレータ５１（５２）と制御部６とを追加することで、作動流体の吸い込みから吐出に切り換わるときに発生する衝撃圧力を容易に抑制することができる。

また、制御部６は、ベローズ１３（１４）の伸長開始時点から伸長終了時点まで第１空気圧が一定となるように電空レギュレータ５１（５２）を制御するので、第１空気圧を連続または不連続に変化させるように制御する場合に比べて、電空レギュレータ５１（５２）の制御が容易となる。

また、一方のベローズ１３（１４）の伸長動作時に、吸込側空気室２６に供給される加圧空気の第１空気圧は、当該伸長動作時に収縮している他方のベローズ１４（１３）が最収縮するまでに、当該一方のベローズ１３（１４）が最伸長状態となるように設定されているので、以下の作用効果を奏する。すなわち、一方のベローズ１３（１４）の伸長速度が低空気圧により遅くなっても、その間に収縮している他方のべローズ１４（１３）の収縮終了時点までの収縮期間内に一方のベローズ１３（１４）の伸長動作が終了するため、各ベローズ１３，１４の収縮動作による移送流体の吐出量が減少することなく、衝撃圧力を抑制することができる。

＜電空レギュレータの他の制御例＞
図８は、制御部６による電空レギュレータ５１（５２）の他の制御例を示すグラフである。
図８において、制御部６は、ベローズ１３（１４）の伸長開始時点から伸長終了時点までの間、つまりベローズ１３（１４）が移送流体の吸い込み時に伸長する伸長期間Ｔ１の間において、吸込側空気室２６に供給する加圧空気の第１空気圧が不連続に変化するように各電空レギュレータ５１，５２を制御している。

具体的には、制御部６は、ベローズ１３（１４）の伸長開始時点からその伸長動作の所定の途中時点までの伸長前半期間Ｔ１１のほうが、前記途中時点から伸長終了時点までの伸長後半期間Ｔ１２よりも第１空気圧が高くなるように電空レギュレータ５１（５２）を制御する。
前記途中時点は、ベローズ１３（１４）が慣性力によって伸長終了位置まで伸長することが可能な時点とするのが好ましい。具体的には、前記途中時点は、伸長後半期間Ｔ１２が伸長期間Ｔ１の３０〜５０％となるように設定されるのが好ましい。

ここでは、前記途中時点は、伸長後半期間Ｔ１２が伸長期間Ｔ１の３０％となるように設定されている。そして、制御部６は、伸長前半期間Ｔ１１における第１空気圧が、吐出側空気室２１に供給する加圧空気の第２空気圧と同じ一定の空気圧Ｐ２となるように電空レギュレータ５１（５２）を制御している。また、制御部６は、伸長後半期間Ｔ１２における第１空気圧が、前記空気圧Ｐ２よりも低い一定の空気圧Ｐ１となるように電空レギュレータ５１（５２）を制御している。

これにより、ベローズ１３（１４）の収縮開始時点から収縮終了時点までの収縮期間Ｔ２、及びベローズ１３（１４）の伸長開始時点から途中時点までの伸長前半期間Ｔ１１において、エアシリンダ部２７（２８）の吐出側空気室２１及び吸込側空気室２６には高い空気圧Ｐ２の加圧空気が供給される。また、ベローズ１３（１４）の前記途中時点から伸長終了時点までの伸長後半期間Ｔ１２において、エアシリンダ部２７（２８）の吸込側空気室２６には低い空気圧Ｐ１の加圧空気が供給される。

以上、図８に示す他の制御例によれば、制御部６は、ベローズ１３（１４）の伸長開始時点から伸長終了時点までの間において、吸込側空気室２６に供給する加圧空気の第１空気圧が不連続に変化するように電空レギュレータ５１（５２）を制御するため、その変化するタイミング（ここでは途中時点）を自由に設定することができる。したがって、ベローズ１３（１４）の伸長開始時点から伸長終了時点までの間において第１空気圧の圧力変化の自由度を高めることができる。

また、制御部６は、ベローズ１３（１４）の伸長前半期間のほうが伸長後半期間よりも第１空気圧が高くなるように電空レギュレータ５１（５２）を制御するため、ベローズ１３（１４）の伸長前半期間の伸長速度を伸長後半期間の伸長速度よりも速くすることができる。これにより、ベローズ１３（１４）の伸長時に第１空気圧が低くなることに起因してベローズの伸長時間が長くなり過ぎるのを抑制することができる。その結果、流体の吐出流量が減少するのを抑制することができる。

また、ベローズ１３（１４）を、その伸長動作の途中時点から慣性力によって伸長終了位置まで伸長させることができるため、前記途中時点から伸長終了時点までの伸長後半期間において、第１空気圧をベローズ１３（１４）の伸長動作に必要な空気圧よりも低くすることができる。これにより、ベローズ１３（１４）の伸長動作から収縮動作に切り換わったときの圧力変動をさらに効果的に抑えることができる。

図９は、制御部６による電空レギュレータ５１（５２）のさらに他の制御例を示すグラフである。
図９において、制御部６は、ベローズ１３（１４）の伸長開始時点から伸長終了時点までの間、つまりベローズ１３（１４）が移送流体の吸い込み時に伸長する伸長期間Ｔ１の間において、吸込側空気室２６に供給する加圧空気の第１空気圧が連続して変化するように各電空レギュレータ５１，５２を制御している。

具体的には、制御部６は、まずベローズ１３（１４）の伸長開始時点において、第１空気圧を吐出側空気室２１に供給する加圧空気の第２空気圧と同じ空気圧Ｐ２となるように各電空レギュレータ５１，５２を制御する。そして、制御部６は、例えば図中の実線で示すように、第１空気圧をベローズ１３（１４）の伸長時間に対して正比例して減少させ、ベローズ１３（１４）の伸長終了時点で最も低い空気圧Ｐ１となるように各電空レギュレータ５１，５２を制御する。

なお、ここでは、第１空気圧を連続して変化させる制御例として、第１空気圧をベローズ１３（１４）の伸長時間に対して正比例して減少させているが、図中の一点鎖線で示すように第１空気圧を前記伸長時間に対して反比例して減少させたり、図中の二点鎖線や破線で示すように変化させたりしても良い。
また、図８に示す４種類の制御例では、ベローズ１３（１４）の伸長開始時点における第１空気圧は、いずれも第２空気圧と同じ値（空気圧Ｐ２）に設定されているが、第２空気圧と異なる値に設定されていても良い。この場合、ベローズ１３（１４）の伸長開始時点における第１空気圧を、その伸長終了時点の空気圧Ｐ１以下に設定しても良い。

以上、図９に示す他の制御例によれば、制御部６は、ベローズ１３（１４）の伸長開始時点から伸長終了時点までの間において、吸込側空気室２６に供給する加圧空気の第１空気圧が連続して変化するように電空レギュレータ５１（５２）を制御するため、ベローズ１３（１４）の伸長開始時点から伸長終了時点までの間において第１空気圧の圧力変化の自由度を高めることができる。

なお、本実施形態の図５、図８および図９に示した制御例において、制御部６は、第２空気圧が一定の空気圧Ｐ２となるように電空レギュレータ５１（５２）を制御する例を説明したが、必ずしも一定の空気圧Ｐ２となるように制御しなくても良い。
例えば、制御部６は、ベローズポンプ１から吐出される流体の吐出圧力が落ち込むのを低減することを目的として、ベローズ１３（１４）が収縮するに従って第２空気圧を上昇させるように制御してもよい。この場合、制御部６は、ベローズ１３（１４）の伸長動作時における少なくとも伸長終了時点の第１空気圧が、第２空気圧の最大値よりも低くなるように電空レギュレータ５１（５２）を制御すればよい。

［第２実施形態］
図１０は、本発明の第２実施形態に係るベローズポンプ装置の変形例を示す概略構成図である。本実施形態のベローズポンプ装置は、ベローズポンプ１と、当該ベローズポンプ１に加圧空気（作動流体）を供給するエアコンプレッサ等の空気供給装置２と、前記加圧空気の空気圧を調整する機械式レギュレータ３及び単一の電空レギュレータ５２と、単一の電磁弁５と、制御部６とを備えている。

図１１は、第２実施形態に係るベローズポンプの断面図である。
本実施形態のベローズポンプ１は、アキュムレータ内蔵型であり、ポンプヘッド１１と、このポンプヘッド１１の左右方向の一方側（図１０の右側）に取り付けられたエアシリンダ部２８と、ポンプヘッド１１の左右方向の他方側（図１０の左側）に取り付けられたアキュムレータ部７０とを備えている。

ポンプヘッド１１の内部には、吸込通路３４、吐出通路３５及び連絡通路３８が形成されている。吸込通路３４は、Ｌ字形に形成されており、一端がポンプヘッド１１の外周面において開口し、当該外周面に設けられた吸込ポート（図示省略）に接続されている。吸込通路３４の他端には、ポンプヘッド１１のエアシリンダ部２８側の側面（図１０では右側面）において開口した吸込口３６が形成されている。吸込口３６は、吸込用チェックバルブ１５を介してベローズ１４の内部と連通している。

吐出通路３５は、Ｌ字形に形成されており、一端がポンプヘッド１１の外周面において開口し、当該外周面に設けられた吐出ポート（図示省略）に接続されている。吐出通路３５の他端には、ポンプヘッド１１のアキュムレータ部７０側の側面（図１０では左側面）において開口した吐出口３７が形成されている。

連絡通路３８は、ポンプヘッド１１を水平方向に貫通して形成されており、一端がポンプヘッド１１のアキュムレータ部７０側の側面（図１０では左側面）において開口し、他端がポンプヘッド１１のエアシリンダ部２８側の側面（図１０では右側面）において開口している。この他端側の開口は、吐出用チェックバルブ１６を介してベローズ１４の内部と連通している。

アキュムレータ部７０は、ポンプヘッド１１に取り付けられたアキュムレータケース７１と、このアキュムレータケース７１の内部においてポンプヘッド１１の側面に取り付けられたアキュムレータベローズ７２と、圧力自動調整機構７３とを有している。

アキュムレータベローズ７２は、有底筒形状に形成され、その開放端部がポンプヘッド１１に固定されている。アキュムレータベローズ７２の周壁は蛇腹形状に形成されて水平方向に伸縮可能に構成されている。ポンプヘッド１１の側面とアキュムレータベローズ７２の内壁によって囲まれた空間が、容積変化可能なアキュムレータ室７４とされている。

アキュムレータケース７１は、有底筒形状に形成され、ポンプヘッド１１の側面とアキュムレータベローズ７２の外壁とアキュムレータケース７１の内壁によって囲まれた空間がアキュムレータ空気室７５とされ、このアキュムレータ空気室７５には、脈動低減用の空気が封入されている。

圧力自動調整機構７３は、アキュムレータ空気室７５内の空気圧をエアシリンダ部２８により吐出される移送流体の吐出圧とこの変動に応じてバランスさせるための自動給気弁機構７３ａおよび自動排気弁機構７３ｂとで構成されており、アキュムレータケース７１の底壁に取り付けられている。
アキュムレータケース７１の底壁の下方には、移送流体のアキュムレータ空気室７５への漏洩を検知するための漏洩センサ７６が取り付けられている。

以上の構成により、エアシリンダ部２８のベローズ１４が収縮した場合、吸入用チェックバルブ１５及び吐出用チェックバルブ１６の各弁体１５ｂ，１６ｂは、ベローズ１４内の移送流体から圧力を受けて各バルブケース１５ａ，１６ａの図中左側にそれぞれ移動する。これにより吸込用チェックバルブ１５が閉じるともに、吐出用チェックバルブ１６が開き、ベローズ１４内の移送流体が連絡通路３８よりアキュムレータ室７４に流出し、このアキュムレータ室７４に一時的に貯留された移送流体は、吐出通路３５からポンプ外へ排出される。

逆に、エアシリンダ部２８のベローズ１４が伸長した場合、吸込用チェックバルブ１５及び吐出用チェックバルブ１６の各弁体１５ｂ，１６ｂは、ベローズ１４による吸引作用によって各バルブケース１５ａ，１６ａの図中右側にそれぞれ移動する。これにより吸込用チェックバルブ１５が開くとともに、吐出用チェックバルブ１６が閉じ、吸込通路３４からベローズ１４内に移送流体が吸い込まれる。

以上の動作を繰り返し行うことで、ベローズ１４は、移送流体の吸引と排出とを交互に行うことができる。その際、エアシリンダ部２８により吐出される移送流体の吐出圧が、その脈動により吐出圧曲線の山部にある場合、アキュムレータベローズ７２は、アキュムレータ室７４の容積を拡大するように伸長する。これにより、アキュムレータ室７４より流出する移送流体の流量は、当該アキュムレータ室７４に流入する流量よりも少なくなる。

また、前記吐出圧は、その脈動により吐出圧曲線の谷部にさしかかると、アキュムレータベローズ７２の伸長に伴って圧縮されたアキュムレータ空気室７５の封入空気圧よりも低くなるので、アキュムレータベローズ７２は、アキュムレータ室７４の容積を縮小するように収縮する。これにより、アキュムレータ室７４より流出する移送流体の流量は、当該アキュムレータ室７４に流入する流量よりも多くなる。すなわち脈動が吸収減衰されて略平滑化された吐出圧で液体を移送する。

図１０及び図１１において、制御部６は、第１実施形態と同様に、ベローズ１３（１４）の伸長開始時点から伸長終了時点までの間、第１空気圧が第２空気圧よりも低い圧力値で一定となるように各電空レギュレータ５１，５２を制御している。
これにより、ベローズ１４の収縮開始時点から収縮終了時点（最収縮時点）までの収縮期間において、エアシリンダ部２８の吐出側空気室２１には高い空気圧の加圧空気が供給される。また、ベローズ１４の伸長開始時点から伸長終了時点（最伸長時点）までの伸長期間において、エアシリンダ部２８の吸込側空気室２６には低い空気圧の加圧空気が供給される。
なお、第２実施形態において説明を省略した点は、第１実施形態と同様である。

以上、本実施形態のベローズポンプ装置においても、ベローズ１４の伸長動作時に吸込側空気室２６に供給される加圧空気の第１空気圧は、ベローズ１４の収縮動作時に吐出側空気室２１に供給される加圧空気の第２空気圧よりも低くなるように電空レギュレータ５２が制御される。これにより、ベローズ１４の伸長動作による移送流体の吸い込みから、ベローズ１４の収縮動作による移送流体の吐出に切り換わるときの圧力変動を抑えることができるため、その切り換わり時に衝撃圧力が発生するのを効果的に抑制することができる。したがって、既設のベローズポンプであっても、電空レギュレータ５２と制御部６とを追加することで、作動流体の吸い込みから吐出に切り換わるときに発生する衝撃圧力を容易に抑制することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において適宜変更できるものである。
例えば、制御部６による電空レギュレータ５１（５２）の制御は、上記実施形態に示す制御例に限定されるものではなく、少なくともベローズ１４（１５）の伸長終了時点で第１空気圧が第２空気圧よりも低くなるように制御されていれば良い。

６ 制御部
１３ 第１ベローズ（ベローズ）
１４ 第２ベローズ（ベローズ）
２１ 吐出側空気室（他方の空気室）
２６ 吸込側空気室（一方の空気室）
５１ 第１電空レギュレータ（電空レギュレータ）
５２ 第２電空レギュレータ（電空レギュレータ）

Claims (5)

1. 密閉された２つの空気室のうち、一方の空気室に加圧空気を供給することでベローズを伸長動作させて移送流体を吸入し、他方の空気室に加圧空気を供給することで前記ベローズを収縮動作させて移送流体を吐出するベローズポンプ装置であって、
   前記一方の空気室に供給する加圧空気の空気圧である第１空気圧、及び前記他方の空気室に供給する加圧空気の空気圧である第２空気圧を調整する電空レギュレータと、
   前記ベローズの伸長動作時における少なくとも伸長終了時点で、前記第１空気圧が前記第２空気圧よりも低くなるように前記電空レギュレータを制御する制御部と、を備えていることを特徴とするベローズポンプ装置。
2. 前記制御部は、前記ベローズの伸長開始時点から伸長終了時点までの間に、前記第１空気圧が連続または不連続に変化するように前記電空レギュレータを制御する請求項１に記載のベローズポンプ装置。
3. 前記制御部は、前記伸長開始時点からその伸長動作の所定の途中時点までの伸長前半期間のほうが、前記途中時点から前記伸長終了時点までの伸長後半期間よりも前記第１空気圧が高くなるように前記電空レギュレータを制御する請求項２に記載のベローズポンプ装置。
4. 前記途中時点は、前記ベローズが慣性力によって伸長終了位置まで伸長することが可能な時点である請求項３に記載のベローズポンプ装置。
5. 前記制御部は、前記ベローズの伸長開始時点から伸長終了時点まで前記第１空気圧が一定となるように前記電空レギュレータを制御する請求項１に記載のベローズポンプ装置。