JP3343042B2 - 流量検出器及びそれを用いたポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば微少流体を
予め定められた量だけ移送する定量ポンプや容量ポンプ
等の流量カウンタ等に用いられ、液吐出流量を検出する
流量検出器及びそれを用いたポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】薬品移送システム等では、移送流体を予
め定めた量だけ正確に移送する必要がある。ポンプ内に
空気や揮発性ガス等が混入したり、配管系統に故障があ
ると、正しい量の移送が阻害される。このため、従来、
圧力スイッチや、いわゆるフローチェッカ等によって流
体の移送状態を監視するようにしている。

【０００３】また、この種のシステムに使用されるポン
プとして、従来よりダイアフラム式の電磁定量ポンプ等
が知られているが、この種の定量ポンプは、ポンプ作動
一回当たりの吐出量の精度が数％以内と極めて高精度で
あることから、ポンプ動作に対応した流体の脈動を検知
することで流体移送量を正確に計量可能であるという特
徴を有する。このため、フローチェッカは、上述した流
体の脈動を検知するためにも使用される。このフローチ
ェッカは、流体の吐出側通路にフロートを介在させて、
このフロートが流体の脈動によって上下動するのを光セ
ンサ又は磁気センサ等で検出するようにしたものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のフローチェッカは、流体の移動を検知するのに
可動要素（フロート）を流体内に配置する構造であるた
め、粘性流体を取り扱う場合や流体吐出量が多くて流体
圧力が高い場合等にフロートが充分に下がりきらなかっ
たり、流体にスラリー成分や不純物を含む場合にフロー
トの部分にスラリー等が詰まって検出精度が低下する。
また、流量に応じた検出精度の調整も困難であるという
問題がある。

【０００５】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、流体の種類や吐出量等に拘わら
ず、流体の移送量を常に正確且つ確実に検出することが
でき、検出感度の調整も容易な流量検出器及びそれを用
いたポンプを提供することを目的とする。

【０００６】

【０００７】

【課題を解決するための手段】 本発明に係る流量検出器
は、ポンプの吐出側通路に設けられその一端が前記吐出
側通路から分岐するガス抜き通路に装着されるガス抜き
バルブを形成してなるセンサケースと、このセンサケー
スに装着されて前記ガス抜き通路を介して前記吐出側通
路を流れる流体の圧力を検出する圧力センサと、前記セ
ンサケースに装着されて前記圧力センサで検出された圧
力の所定振幅値以上の脈動を検出してパルス信号を出力
する電子回路とを備えたことを特徴とする。

【０００８】また、本発明に係る第１のポンプは、ポン
プ室に臨む往復動部材の往復動によって吸入弁を介して
ポンプ室内に流体を導入し吐出弁を介して前記ポンプ室
から流体を一定量ずつ吐出するポンプ本体と、このポン
プ本体の前記吐出弁の直後の吐出側通路に臨むように着
脱自在に装着されて前記吐出側通路を流れる流体の圧力
を圧力センサで検出し、この検出された圧力の所定振幅
値以上の脈動を検出してパルス信号を出力する流量検出
器とを備えたことを特徴とする。

【０００９】本発明に係る第２のポンプは、前記吐出側
通路の前記圧力の検出部よりも下流位置に吐出時背圧を
生じさせるためのチャッキ弁機構を更に備え、前記流量
検出器が、前記チャッキ弁機構の背圧にほぼ等しい圧力
を前記パルス信号の出力開始のしきい値圧力として設定
されていることを特徴とする。

【００１０】本発明に係る第３のポンプは、前記吐出側
通路にガス抜き通路を形成しこのガス抜き通路に電磁弁
を設けると共に、前記流量検出器から前記パルス信号が
所定期間出力されなかった場合に前記電磁弁を開放して
前記吐出側通路のガス抜きを行う制御手段を更に備えた
ことを特徴とする。

【００１１】即ち、従来のフローチェッカは、可動接液
部が流体内で上下動する構成であるため、流体の粘性や
圧力、更に混入する不純物等によって流量検出に影響を
与えたが、本発明の流量検出器によれば、ポンプの吐出
側通路を流れる流体の圧力を圧力センサで検出すること
により、流体の流量を検出する構成であるため、上述の
ような可動接液部を持たず、流体の粘性や圧力、更には
混入物等によって流体の圧力検出が影響を受けることが
ない。このため、流体の種類や吐出量等に拘わらず、常
に正確・確実に流量を検出することができる。

【００１２】また、この発明によれば、圧力センサで検
出された流体圧力の所定振幅値以上の脈動を検出してパ
ルス信号を出力するように電子回路が構成されるので、
吐出量が少ないときには小さな圧力脈動、吐出量が多い
ときには大きな圧力脈動を検出するように、電子回路上
で容易に調整することができ、流体の流量に応じた調整
が極めて容易になる。

【００１３】本発明の流量検出器によれば、流量検出器
にガス抜きバルブが一体形成されるので、ポンプの吐出
側通路から分岐するガス抜き通路に従来のガス抜きバル
ブの代わりにこの流量検出器を取り付けることができ
る。このため、流量検出器の取付が極めて容易になり、
ガス抜き作業も支障無く行え、しかも従前のポンプ機構
との互換性にも優れるという利点がある。

【００１４】本発明の第１のポンプによれば、上述した
圧力センサを用いた流量検出器がポンプ本体の吐出側通
路に臨むように着脱自在に装着されるので、正確で安定
した流量の検出が可能であるという前述の効果に加え、
流量検出器がユニット化されることにより、ポンプ本体
への着脱が容易になる。

【００１５】本発明の第２のポンプによれば、吐出側通
路にチャッキ弁機構を備え、流量検出器のパルス信号出
力開始のしきい値圧力が上記チャッキ弁機構の背圧にほ
ぼ等しい圧力に設定されているので、チャッキ弁機構が
開いた状態から流量検出器の出力パルスが出力されるこ
とになり、検出感度も向上して正確な流量検出が可能に
なる。

【００１６】本発明の第３のポンプによれば、吐出側通
路のガス抜き通路に電磁弁を設け、前記流量検出器から
パルス出力が所定期間出力されなかった場合、即ち吐出
側通路の移送流体にガスが混入したときに電磁弁が開放
されて吐出側通路のガス抜きが行われるので、通信回線
などを使用したポンプの遠隔的なコントロールが可能に
なる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本
発明の一実施例に係る定量液体移送システムの構成を示
す図である。電磁定量ポンプ１は、タンク２に収納され
た移送流体である液体３を吸入配管４を介して吸入し、
チャッキ弁機構５及び吐出配管６を介して図示しない供
給部に液体３を一定量移送する。電磁定量ポンプ１は、
電磁駆動部１１、ポンプヘッド１２及びコントロールユ
ニット１３を備え、これらが定量ポンプ本体を構成して
いる。ポンプヘッド１２には、本発明に係る流量検出器
である流量センサユニット１４が装着され、この流量セ
ンサユニット１４から出力される液体流量に応じたパル
ス信号がコントローラ１５に供給されて流体移送状態が
監視されるようになっている。

【００１８】図２は、ポンプヘッド１２、センサユニッ
ト１４及びチャッキ弁５の部分を詳細に示す断面図であ
る。電磁駆動部１１の電磁力によって往復駆動される駆
動軸２１の先端には、インサートボルト２２を介して可
撓性のダイアフラム２３が装着されている。ダイアフラ
ム２３は、その前面中央部でポンプヘッド１２との間に
ポンプ室２５を形成し、その周縁部がブラケット２６と
ポンプヘッド１２とにより保持されている。ポンプヘッ
ド１２には、ポンプ室２５から斜め下方に延びる吸入液
通路２７と、ポンプ室２５から斜め上方に延びる吐出液
通路２８とが形成されている。

【００１９】ポンプヘッド１２の下端には、吸入液通路
２７と連通する２段の吸入弁２９，３０がＯリング３１
を介して吸入弁固定ねじ３２によって接続されている。
吸入弁固定ねじ３２の下端は吸入液の接続口３３となっ
ており、この接続口３３に接続ナット３４によって図１
の吸入配管４が接続され、タンク２からの液体３をポン
プ室２５の内部に導入するようになっている。一方、ポ
ンプヘッド１２の上端には、吐出液通路２８に連通する
２段の吐出弁３５，３６がＯリング３７を介して吐出弁
固定ねじ３８によって接続されている。吐出弁固定ねじ
３８の上端にはロックナット３９が装着され、このロッ
クナット３９によって吐出弁固定ねじ３８の直上にガス
抜き本体４０が着脱自在に装着されている。

【００２０】ガス抜き本体４０は、その下端面が吐出弁
固定ねじ３８の上端にＯリング４２を介して液密に接続
され、ロックナット３９により結合される。ガス抜き本
体４０の内部には、吐出弁３６の直上から延びる通路４
３が形成されている。この通路４３は、ガス抜き本体４
０のほぼ中央部から図中右手方向に水平に延びる吐出液
通路４４と、直上に延びるガス抜き通路４５とに分岐さ
れる。

【００２１】ガス抜き本体４０の吐出液通路４４側に延
びる接続口４６には、筒状の継手４７を介してチャッキ
弁機構５（図１では、説明の便宜上、チャッキ弁機構５
はポンプヘッド１２と別体として示されている）を内蔵
した接続部材４９が接続されている。チャッキ弁機構５
は、この例では、バルブボール５ａと、このバルブボー
ル５ａが着座するバルブシート５ｂと、バルブボール５
ａをガイドするバルブガイド５ｃと、バルブボール５ａ
をバルブシート５ｂ側に押し付けて所定の背圧を確保す
るためのバネ５ｄとにより構成されている。接続部材４
９の先端の接続口５０には、接続ナット５１が螺合さ
れ、この接続ナット５１を介して図１の吐出配管６を接
続できるようになっている。

【００２２】一方、ガス抜き本体４０のガス抜き通路４
５の上方には、ねじ５２が形成され、このねじ５２に後
述する流量センサユニット１４が、その下端部に形成さ
れたガス抜きバルブ６１及びＯリング５３を介して着脱
自在に装着されている。ガス抜き通路４５は、ガス抜き
バルブ６１が閉じた状態では、Ｏリング５４によって上
方に連続する液圧検出通路６２にのみ液を供給し、ガス
抜きバルブ６１が開放状態となったときに、ガス抜き本
体４０の吐出液通路４４と異なる方向に水平に延びるガ
ス抜き通路５５に連通する。ガス抜き通路５５の吐出側
の接続口５６には、接続ナット５７が螺合されており、
ここにガス抜き時の漏液をタンクに回収するための図示
しない回収用配管が接続されるようになっている。

【００２３】流量センサユニット１４は、次のように構
成されている。下端に前記ガス抜きユニット６１が形成
されたセンサ収納体６３の上端には、センサ収納部が形
成され、このセンサ収納部に、圧力センサ６４が、その
検出面を液圧検出通路６２に向けて収納されている。圧
力センサ６４が収納されたセンサ収納体６３の上端は、
センサキャップ６５によって覆われている。センサキャ
ップ６５の上面には、電子回路基板６６が搭載されてい
る。電子回路基板６６と圧力センサ６４とは、センサキ
ャップ６５の中央に形成された孔６７を介してリード端
子６８によって導通されている。センサキャップ６４に
搭載された電子回路基板６６は、基板キャップ６９によ
って覆われている。これらセンサ収納体６３、センサキ
ャップ６５及び基板キャップ６９は、本発明におけるケ
ースを構成し、ねじによって着脱自在に結合されてい
る。圧力センサ６４とセンサ収納体６３及びセンサキャ
ップ６５との間は、それぞれＯリング７０，７１によっ
て液密状態を保っている。基板キャップ６９の上端に
は、コネクト部７２がねじ７３によって結合され、この
コネクト部７２と電子回路基板６６とがリード線７４に
よって電気的に接続されている。コネクト部７２の他端
に延びるリード７５は、図１のコントローラ１５に接続
されている。

【００２４】図３は、圧力センサ６４を一部切り欠いて
示す側面図である。圧力センサ６４は、全体が円筒形
で、下端外周面にＯリング７０を装着するための溝８１
が形成されると共に、下端面から所定距離だけ内側に入
り込んだ部分に圧力に応動するダイアフラム８２が形成
され、更にこのダイアフラム８２の上面にダイアフラム
８２の歪みを検出する複数のピエゾ抵抗体８３や図示し
ない電子回路が形成されたものである。この圧力センサ
６４は、ダイアフラム８２の部分が、前述した液圧検出
通路６２に臨むように配置される。また、接液による腐
食を防止するため、全体が例えばテフロン等で形成又は
表面処理される。

【００２５】図４は、電子回路基板６６として構成され
た電子回路の回路図である。ピエゾ抵抗体８３をブリッ
ジ接続してなる圧力センサ６４には、定電流回路９１か
ら定電流が供給されている。圧力センサ６４に圧力が加
わってピエゾ抵抗体８３の抵抗バランスが崩れることに
より生じる出力は、抵抗９２，９３を介して、反転増幅
器９４に入力される。反転増幅器９４の出力は、微分回
路９５で微分され、コンパレータ９６で所定のスレショ
ルドレベルと比較され、ワンショットトリガ回路９７で
一定幅のパルス信号に変換される。このパルス信号がフ
ォトインタラプタ９８を介して外部に出力される。

【００２６】次に、このように構成された定量液体移送
システムの動作について説明する。駆動軸２１と共にダ
イアフラム２３が後退する吸入ストロークでは、吸入弁
２９，３０が開き、吐出弁３５，３６が閉じるので、タ
ンク２から吸入配管４、接続口３３、吸入弁３０，２９
及び吸入液通路２７を介してポンプ室２５内に液体３が
吸入される。次に、駆動軸２１と共にダイアフラム２３
が前進する吐出ストロークでは、吸入弁２９，３０が閉
じ、吐出弁３５，３６が開くので、ポンプ室２５内の液
が吐出弁３５，３６を介して通路４３側に吐出される。
このとき、通路４３，４４，４５内の液圧がチャッキ弁
機構５によって付与されている背圧に打ち勝つと、チャ
ッキ弁機構５が開いて吐出液が吐出側の接続口５０から
吐出配管６に吐出される。

【００２７】液圧検出通路６２の圧力は通路４３，４
４，４５の圧力と等しいため、上記の過程で圧力センサ
６４は液圧の変動を検出する。図５は、この様子を示す
図である。圧力センサ６４が検出する圧力は、吐出スト
ロークの開始時に急激に最大値まで上昇し、以後、徐々
に低下する。従って、この圧力センサ６４の出力を微分
して、所定のしきい値ＴHと比較することにより、吐出
サイクルの開始タイミングを検出することができ、ワン
ショットトリガ回路９７で一定のパルス幅とすることに
より、ポンプの脈動に応じた所定のパルス出力を得るこ
とができる。

【００２８】図６は、ポンプ作動開始からのパルス信号
の出力状態を示す図である。ポンプの作動が開始した直
後は、液圧検出通路６２の圧力は十分に高まっていない
ため、圧力センサ出力の微分値がしきい値ＴHに達せ
ず、パルス信号は出力されない。通路６２の圧力がチャ
ッキ圧に達する程度の値になると、パルス信号の出力が
開始され、以後、ポンプのストロークに対応したパルス
信号が出力される。電磁定量ポンプ１の１ストロークの
吐出量が極めて正確であれば、このパルス信号をカウン
トすることにより、液の流量を正確に計量することがで
きる。

【００２９】途中でポンプ内にエアーが混入すると、通
路６２の圧力が急激に低下するので、パルス信号の出力
が停止する。コントローラ１５は、これを検出して警報
を出力すると同時に、コントロールユニット１３を停止
する。この場合、作業員が流量センサユニット１４全体
をポンプヘッド１２から緩めることで、ガス抜きバルブ
６１を開放してエアーを外部に排出することにより、容
易に運転を再開させることができる。

【００３０】図７は、コントローラ１５における移送状
態の監視処理のフローチャートである。ポンプの運転が
開始されたら、ポンプの脈動の周期Ｔを監視するための
カウンタを流量センサユニット１４からの最初のパルス
信号が入力されるまでカウントアップする（Ｓ１，Ｓ
２）。もし、最初のパルス信号が入力されるまでにカウ
ント値がＴａを超えたら（Ｓ３）、異常であるとして、
警報出力、運転停止等の異常処理を実行する（Ｓ８）。
ここで、Ｔａは、図６に示すように、Ｔａ＞運転開始か
らチャッキ圧に達するまでの時間＋ポンプ周期Ｔとなる
ように設定する。カウント値がＴａに達する前に最初の
パルス信号が入力されたら（Ｓ２）、カウンタ値をクリ
アして（Ｓ４）、再度、同一のカウンタを次のパルス入
力があるまでカウントアップする（Ｓ５，Ｓ６）。この
過程でカウンタ値がＴｂを超えたら（Ｓ７）、上記と同
様の異常処理を実行する（Ｓ８）。なおＴｂは、図６に
示すように、Ｔよりも僅かに大きい値に設定する。

【００３１】このように、この実施例によれば、ダイア
フラムを用いた圧力センサ６４によってポンプ吐出通路
側の圧力を検出して、ポンプの脈動を検出する方式であ
るため、液圧の定量的な監視によって異常状態及び正常
状態の検出が確実に行え、可動接液部を持たないため、
粘性流体やスラリーを含む流体の流量検出も支障無く行
うことができる。また、コンパレータ９６のしきい値Ｔ
Hを調整することで、流量検出の感度調整も極めて容易
になる。

【００３２】なお、この発明は上述した実施例に限定さ
れるものではない。上記実施例では、エアー混入時に手
動でガス抜きバルブ６１を開放してエアーをポンプの外
部に排出するようにしたが、例えば図８に示すように、
チャッキ弁機構５の前段にガス抜き配管７を分岐させ、
このガス抜き配管７に電磁バルブ８を介挿すると共に、
電磁バルブ８の吐出側を回収用配管９を介してタンク２
に導き、更に電磁バルブ８の開閉をコントローラ１５に
よって制御するように構成すれば、エアー混入時の自動
ガス抜き動作が実現され、電磁定量ポンプ１の自動運転
が可能になる。また、コントローラ１５を電磁定量ポン
プ１とは遠隔の場所に配置し、流量センサユニット１４
からのパルス信号を通信回線等を介してコントローラに
転送することにより、電磁定量ポンプ１の遠隔制御も可
能になる。この場合、電磁バルブ８及びチャッキ弁機構
５をポンプヘッド１２に一体で構成することも可能であ
る。

【００３３】また、上記実施例では、電磁定量ポンプに
本発明を適用した例について説明したが、容量ポンプ
等、他のポンプ全般に本発明を適用可能であることはい
うまでもない。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ポ
ンプの吐出側通路を流れる流体の圧力を圧力センサで検
出することにより、可動接液部を持たずに流体の流量を
検出することができ、流体の粘性や圧力、更には混入物
等によって流体の圧力検出が影響を受けることがない。
このため、流体の種類や吐出量等に拘わらず、常に正確
・確実に流量を検出することができる。また、この発明
によれば、圧力センサで検出された流体圧力の所定振幅
値以上の脈動を検出してパルス信号を出力するように電
子回路が構成されるので、吐出量が少ないときには小さ
な圧力脈動、吐出量が多いときには大きな圧力脈動を検
出するように、電子回路上で容易に調整することがで
き、流体の流量に応じた調整が極めて容易になるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る定量液体移送システ
ムの構成を示す図である。

【図２】 同システムにおける流量センサユニット付き
電磁定量ポンプの要部の断面図である。

【図３】 同センサユニットにおける圧力センサの一部
切り欠いた側面図である。

【図４】 同センサユニットの電子回路の回路図であ
る。

【図５】 同センサユニットの動作を説明するための波
形図である。

【図６】 同定量ポンプの液圧とセンサユニットからの
パルス出力との関係を示す図である。

【図７】 同システムにおけるコントローラの移送状態
監視処理のフローチャートである。

【図８】 本発明の他の実施例に係る定量液体移送シス
テムの構成を示す図である。

【符号の説明】

１…電磁定量ポンプ、２…タンク、３…液体、５…チャ
ッキ弁機構、８…電磁バルブ、１１…電磁駆動部、１２
…ポンプヘッド、１３…コントロールユニット、１４…
流量センサユニット、１５…コントローラ、６４…圧力
センサ、６６…電子回路基板、７２…コネクト部。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−52593（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/00 - 25/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプの吐出側通路に設けられその一端
   が前記吐出側通路から分岐するガス抜き通路に装着され
   るガス抜きバルブを形成してなるセンサケースと、 このセンサケースに装着されて前記ガス抜き通路を介し
   て前記吐出側通路を流れる流体の圧力を検出する圧力セ
   ンサと、 前記センサケースに装着されて前記圧力センサで検出さ
   れた圧力の所定振幅値以上の脈動を検出してパルス信号
   を出力する電子回路とを備えたことを特徴とする流量検
   出器。
2. 【請求項２】 ポンプ室に臨む往復動部材の往復動によ
   って吸入弁を介してポンプ室内に流体を導入し吐出弁を
   介して前記ポンプ室から流体を一定量ずつ吐出するポン
   プ本体と、 このポンプ本体の前記吐出弁の直後の吐出側通路に臨む
   ように着脱自在に装着されて前記吐出側通路を流れる流
   体の圧力を圧力センサで検出し、この検出された圧力の
   所定振幅値以上の脈動を検出してパルス信号を出力する
   流量検出器とを備えたことを特徴とするポンプ。
3. 【請求項３】 前記吐出側通路の前記圧力の検出部より
   も下流位置に吐出時背圧を生じさせるためのチャッキ弁
   機構を更に備え、 前記流量検出器は、前記チャッキ弁機構の背圧にほぼ等
   しい圧力を前記パルス信号の出力開始のしきい値圧力と
   して設定されていることを特徴とする請求項２記載のポ
   ンプ。
4. 【請求項４】 前記吐出側通路にガス抜き通路を形成し
   このガス抜き通路に電磁弁を設けると共に、前記流量検
   出器から前記パルス信号が所定期間出力されなかった場
   合に前記電磁弁を開放して前記吐出側通路のガス抜きを
   行う制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項２又
   は３記載のポンプ。