JP5315550B2 - 二連往復動ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、連結シャフトで連結された一対のベローズ、ダイアフラム、プランジャー等の可動仕切部材によって形成された一対のポンプ室が交互に圧縮工程と膨張工程を繰り返すことによりポンプ動作を行う二連往復動ポンプに関し、特に連結シャフトに弾性手段を設けて移送流体の脈動を低減するようにした二連往復動ポンプに関する。

連結シャフトで連結されたベローズ等の可動仕切部材によって一対の閉空間がポンプ室と作動室とに区画され、一対の作動室に交互に作動流体を導入することにより、連結シャフトを往復動させてポンプ室を交互に圧縮及び伸長させるようにした二連往復動ポンプが知られている。この種のポンプでは、連結シャフトの往復移動ストロークの端部で一対の吸込弁及び一対の吐出弁がそれぞれ一方のポンプ室側から他方のポンプ室側へと切り替わり、その結果として吐出流量にストローク数に対応した脈動が発生する。このような脈動は種々の障害をもたらす。例えば半導体用途では、フィルタに詰まったパーティクルが脈動によって押し出されて下流側に混入したり、配管の揺れによって継手から漏れ出したり、洗浄槽の液面が波打ったり、ウェハへ液を噴射するノズル先端が振動して、洗浄効率が低下したり、液体の慣性抵抗が増えて流量が安定しない等の問題がある。特に半導体、液晶、太陽電池、医薬、食品等の製造プロセス分野において改善すべき大きな課題となっている。

この問題を解決するため、従来、連結シャフトの一部にコイルバネを設けることによって、可動仕切部材を往復動方向に弾力的に連結することにより、上述した脈動の低減を図った技術も知られている（特許文献１，２）。

特表平１１−５０４０９８号公報（７頁２０行〜２５行、図１） ＷＯ００／１５９６２（４頁３７行〜５頁５行、Ｆｉｇ．１）

しかしながら、上述した特許文献１に開示された二連往復動ポンプでは、一方のポンプ室が膨張工程から圧縮工程に移り変わるストロークエンドで、他方のポンプ室の膨張工程が開始され、この膨張工程開始の遅れを、コイルバネの収縮によって吸収しようとするものであるため、一対のポンプ室で積極的に圧縮工程の終わりと開始の期間を重複させる方式に比べて、脈動除去効果が少ないという問題がある。

また、特許文献２に開示された二連往復動ポンプでは、ポンプ室の膨張工程と圧縮工程との切り替わりタイミングが時間でコントロールされているため、運転開始後の弾性部材の発熱や周囲環境の変化等の経時変化や、ストローク数を変化させた場合、往復運動の位相が徐々に変化してポンプ動作が不安定になるという問題がある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、常に安定したポンプ動作が可能で、脈動を抑制した二連往復動ポンプを提供することを目的とする。

本発明に係る二連往復動ポンプは、内部に軸方向に沿って一対の空間を形成するケース部材と、前記一対の空間内にそれぞれ軸方向に変形又は移動自在に配置されて前記一対の空間をそれぞれ軸方向にポンプ室及び作動室に仕切る一対の可動仕切部材と、前記一対の可動仕切部材を伸縮部材を介して軸方向に伸縮自在に連結する連結シャフトと、前記ポンプ室の吸込側に設けられて前記ポンプ室に移送流体を導く吸込バルブと、前記ポンプ室の吐出側に設けられて前記ポンプ室から前記移送流体を吐出する吐出バルブと、前記作動室に作動流体を導入し、前記作動室から前記作動流体を排出するための弁機構と、前記一対の可動仕切部材の変位をそれぞれ連続的に検出する変位センサと、前記変位センサの出力に基づいて一方のポンプ室の圧縮工程と他方のポンプ室の圧縮工程とが部分的に重複する重複距離を有するように前記弁機構を切り替えることにより前記一対の可動仕切部材を駆動するコントローラとを備えたことを特徴とする。

好適な１つの実施形態において、前記コントローラは、前記可動仕切部材の全ストローク長に対する前記重複距離の割合で示す重複率を設定するための設定手段を有し、前記設定手段によって設定された前記重複率の設定値と、前記変位センサの出力とに基づいて前記重複率を制御するものである。

他の実施形態において、前記コントローラは、前記一対の可動仕切部材のストローク数が増加するに従って前記可動仕切部材の全ストローク長に対する前記重複距離の割合で示す重複率を増加させることを特徴とする。

他の実施形態において、前記コントローラは、前記可動仕切部材の全ストローク長に対する前記重複距離の割合で示される重複率を、ポンプ動作が停止する前記重複率の限界値よりも１〜３％少ない値に維持するように前記可動仕切部材を駆動することを特徴とする。

他の実施形態において、前記コントローラは、最適な前記重複率を定期的又は動的に変化させることを特徴とする。

他の実施形態において、前記連結シャフトの伸縮部材は、圧縮状態から伸長する際の付勢力を緩和させるダンパーを有することを特徴とする。

他の実施形態において、前記伸縮部材は、コイルバネか、又はエアークッションであることを特徴とする。

他の実施形態において、前記一対の可動仕切部材が移動ストロークの端部に達したことをそれぞれ検出する近接センサを更に備えることを特徴とする。

他の実施形態において、前記弁機構は、前記一対の作動室にそれぞれ設けられた一対の弁と、作動流体供給源からの作動流体の圧力を調整して前記一対の弁にそれぞれ前記作動流体を供給する一対のレギュレータとを備えたことを特徴とする。

本発明の他の二連往復動ポンプは、ポンプヘッドと、このポンプヘッドの両側に互いの開口側が向き合うように添設されて内部にポンプ室をそれぞれ形成すると共に軸方向にそれぞれが伸縮可能な有底円筒状の一対のベローズと、前記一対のベローズを内部にそれぞれ収容するように前記ベローズに対して同軸的に配置され、前記一対のベローズとの間に作動室を形成する、開口部が互いに向かい合うように前記ポンプヘッドに装着された有底円筒状の一対のシリンダと、これら一対のシリンダの底部をそれぞれ前記シリンダの中心軸に沿って気密且つ摺動自在に貫通し各一端が前記一対のベローズの各底部にそれぞれ連結された一対のポンプシャフトと、これら一対のポンプシャフトの他端同士を伸縮部材を介して軸方向に伸縮自在に連結する連結シャフトと、前記ポンプ室内で前記ポンプヘッドに装着されて、移送流体の吸込口から前記ポンプ室に前記移送流体を導くと共に、前記ポンプ室から移送流体の吐出口へ前記移送流体を導くバルブユニットと、前記作動室に作動流体を導入し、前記作動室から前記作動流体を排出するための弁機構と、前記一対のベローズの変位をそれぞれ連続的に検出する変位センサと、前記変位センサの出力に基づいて前記一方のポンプ室の圧縮工程と他方のポンプ室の圧縮工程とが部分的に重複する重複距離を有するように前記弁機構を切り替えることにより前記一対のベローズを駆動するコントローラとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、変位センサによる連続的な変位検出に基づいて最適な圧縮工程の重複距離の制御が可能であるため、常に安定したポンプ動作が可能で、脈動を効果的に抑制することができる。

本発明の第１〜３の実施形態に係る二連往復動ポンプの構成を示す図である。 同ポンプの動作を示す波形図である。 同ポンプのストローク数に対する重複距離の割合及び吐出側脈動圧力を示すグラフである。 同ポンプのストローク数に対する重複距離の割合の範囲を示すグラフである。 本発明の第４の実施形態に係る二連往復動ポンプにおける連結シャフトの部分断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る二連往復動ポンプにおける連結シャフトの部分断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る二連往復動ポンプにおける連結シャフトの部分断面図である。 本発明の第７の実施形態に係る二連往復動ポンプの構成を示す図である。 本発明の第８の実施形態に係る二連往復動ポンプの構成を示す図である。 本発明の第９の実施形態に係る二連往復動ポンプの構成を示す図である。 本発明の第１０の実施形態に係る二連往復動ポンプの構成を示す図である。 本発明の第１１の実施形態に係る二連往復動ポンプの構成を示す図である。

以下、添付の図面を参照して、この発明の好ましい実施の形態を説明する。

［第１の実施形態］
図１は、この発明の第１の実施形態に係る二連往復動ベローズポンプの断面図及びその周辺機構を示す図である。中央部に配置されたポンプヘッド１の両側には、ケース部材である有底円筒状のシリンダ２ａ，２ｂが同軸配置され、それらの内部に一対の空間が形成されている。これら空間内には、それぞれ有底円筒状のベローズ３ａ，３ｂが同軸配置されている。ベローズ３ａ，３ｂの開口端はポンプヘッド１に固定され、底部にはシャフト固定板４ａ，４ｂが固定されている。ベローズ３ａ，３ｂは、内側をポンプ室５ａ，５ｂ、外側を作動室６ａ，６ｂとしてシリンダ２ａ，２ｂの内部空間を仕切る可動仕切部材を構成する。

シャフト固定板４ａ，４ｂには、同軸に延びるシャフト７ａ，７ｂの一端が固定されている。シャフト７ａ，７ｂの他端は、それぞれシリンダ２ａ，２ｂの底部中心を、シール部材８を介して気密に貫通してシリンダ２ａ，２ｂの外側まで延びている。このシャフト７ａ，７ｂの他端には、連結板９ａ，９ｂがナット１０によって固定されている。連結板９ａ，９ｂは、シリンダ２ａ，２ｂの上下の位置において連結シャフト１１ａ，１１ｂによって連結されている。各連結シャフト１１ａ，１１ｂは、シャフト部１２，１３とこれらシャフト部１２，１３の間に装着された伸縮部材であるコイルバネ１４とにより構成され、ボルト１５によって連結板９ａ，９ｂに固定されている。

ポンプヘッド１には、ポンプの側面に臨む位置に移送流体の吸込口１６と吐出口１７とが設けられると共に、吸込口１６からポンプ室５ａ，５ｂに至る位置に吸込弁１８ａ，１８ｂが設けられ、ポンプ室５ａ，５ｂから吐出口１７に至る経路に吐出弁１９ａ，１９ｂが設けられている。

シリンダ２ａ，２ｂの底部外壁面には、近接スイッチ２１ａ，２１ｂが装着されている。近接スイッチ２１ａ，２１ｂは、ベローズ３ａ，３ｂの底部が最も後退したことを検出するもので、例えば連結板９ａ，９ｂの内側面が近接したことを検出する。また、シリンダ２ａ，２ｂから延びる固定板２２ａ，２２ｂには、変位センサ２３ａ，２３ｂが装着されている。変位センサ２３ａ，２３ｂは、連結板９ａ，９ｂの外側面との変位を検出するもので、例えばレーザ変位計、ＭＲ（磁気抵抗素子）センサ、静電容量センサ、リニアエンコーダ、高周波発振型近接変位センサ、光ファイバ式変位センサ等が好適に使用可能である。これら近接スイッチ２１ａ，２１ｂ及び変位センサ２３ａ，２３ｂからの検出信号は、コントローラ２５に入力されている。

一方、図示しないエアーコンプレッサ等の作動流体源からの作動流体、例えばエアーは、レギュレータ２６ａ，２６ｂでそれぞれ所定圧力に制限されて電磁弁２７ａ，２７ｂに供給されている。コントローラ２５は、近接スイッチ２１ａ，２１ｂ及び変位センサ２３ａ，２３ｂの検出出力を入力し、これら検出出力に基づいて電磁弁２７ａ，２７ｂの開閉をコントロールする。

次に、このように構成された本実施形態に係る二連往復動ポンプの動作を説明する。

図２は、本実施形態に係るポンプの動作を説明するための各部の波形図である。

エアー源からのエアーは、レギュレータ２６ａ，２６ｂでそれぞれ所定圧力に制限された上で電磁弁２７ａ，２７ｂに供給されている。このため、一方の作動室６ａ，６ｂの圧力変動が他方の作動室６ｂ，６ａの圧力に影響を及ぼすことがないので、これによる脈動低減効果もある。なお、レギュレータは２個に限定される訳ではなく、１つとしても良い。この場合、精密レギュレータを使用することがより望ましい。いま、電磁弁２７ａがオフ状態（排気状態）、電磁弁２７ｂがオン状態（エアー導入状態）で、ポンプ室５ａが膨張工程、ポンプ室５ｂが収縮工程にあるとする。このとき、吸込弁１８ａ及び吐出弁１９ｂが開、吸込弁１８ｂ及び吐出弁１９ａが閉となるので、移送すべき液体は、吸込口１６からポンプ室５ａに導入され、ポンプ室５ｂから吐出口１７を介して吐出される。

このとき、変位センサ２３ｂの出力は連結板９ａの離間に伴って下降する。コントローラ２５は、変位センサ２３ｂの出力を監視し、変位センサ２３ｂの出力が所定のしきい値ＴＨＲ以下になったら、電磁弁２７ａをオン状態にしてエアーを作動室６ａに導入する。これにより、ポンプ室５ａは、膨張工程から圧縮工程へと切り替わる。しかし、この時点では、もう一方の作動室６ｂにもエアーが供給され続けているので、ポンプ室５ｂも圧縮工程を維持している。従って、吸込弁１８ａ，１８ｂが閉、吐出弁１９ａ，１９ｂが開となって、両方のポンプ室５ａ，５ｂから液体が吐出される。連結シャフト１１ａ，１１ｂのコイルバネ１４は、この際のベローズ３ａ，３ｂの両端間の寸法変化を吸収するために圧縮される。

近接スイッチ２１ｂがストロークエンドを検出したら、電磁弁２７ｂがエアー排気に切り替わり、ベローズ３ｂは、連結シャフト１１ａ，１１ｂに牽引されて伸長を開始するので、ポンプ室５ｂは膨張工程に切り替わる。以上の動作を左右のポンプ室５ａ，５ｂで繰り返す。

図２には、両ポンプ室５ａ，５ｂが共に圧縮工程となっている重複距離ＰＯが示されている。このように、一方のポンプ室の吐出圧力が低下する吐出工程の最終段階の直前で、他方のポンプ室からも液体が吐出されるようにすることにより、吐出側の脈動が抑制される。この重複距離ＰＯは、切り替わりタイミングを規定する変位センサ２３ａ，２３ｂ出力のしきい値ＴＨＬ，ＴＨＲの設定値によって調整することができる。より具体的には、ポンプの起動時に往復動作の両ストローク端で変位センサ２３ａ，２３ｂの出力値をそれぞれサンプリングし、その出力値に基づいて、全ストローク長に対する重複距離ＰＯの割合（以下、「重複率」と呼ぶ。）で設定する。コントローラ２５には、図示しない上記割合の設定手段が設けられ、この設定手段を用いて任意の割合を設定可能にする。

本発明者等の実験によれば、最適な重複率は、ポンプのストローク数、ベローズ３ａ，３ｂの物理的特性、コイルバネ１４のバネ定数、供給エアー圧力、供給エアーの給／排気条件等、種々の要素によって変化する。

例えば、図３Ａは、このポンプの往復動作の各ストローク数における最適な重複率（％）と吐出側脈動圧力幅（ＭＰａ）を示すグラフである。なお、図３Ａには比較例として重複がない場合の運転による吐出側脈動圧力幅も示している。この図から明らかなように、ストローク数が増加したら、最適な重複率も増加させることが望ましい。ストローク数を２０から１２０（ｓｐｍ）とした場合、グラフによると重複率（％）は、１１〜２９（％）であるが、これは特定の給／排気条件等が特定の条件のときの結果であって、種々の条件を勘案すると、１１〜５０（％）であることが望ましい。

この実施形態によれば、変位センサ２３ａ，２３ｂによって連結板９ａ，９ｂのストローク端部での変位を連続的に検出できるようにしているため、しきい値ＴＨＬ，ＴＨＲの設定で重複率（％）を自由に設定可能である。このため、吐出流体の脈動が最も抑えられる最適な設定をすることができる。また、本実施形態によれば、吐出液、吸込液圧力センサからのフィードバックがなくても、最適な重複率を選択できる。

［第２の実施形態］
先の実施形態では、重複率が限界値を有する点について特に言及しなかったが、重複率をあまり大きくしすぎると、一方の可動仕切部材を前進させる力と他方の可動仕切部材を前進させる力とが拮抗してポンプ動作の停止をもたらす。このようにポンプ動作が停止してしまう重複率を以下「限界重複率」と呼ぶ。

図３Ｂには、ある条件下における各ストローク数における限界重複率が示されている。ポンプ動作を停止させないためには、この限界重複率を超えず、且つ脈動が取れる図示のハッチングで示した範囲で重複率を維持するように、ポンプの動作を制御することが望ましい。より望ましくは、限界重複率から数％（例えば１〜３％）少ない重複率を維持することが望ましい。この最適な重複率は、ストローク数によって変化する。

そこで、第２の実施形態では、図１に示した近接スイッチ２１ａ，２１ｂ及び変位センサ２３ａ，２３ｂからの検出信号に基づいて、コントローラ２５がポンプの重複率を監視し、ポンプ運転中にストローク数に応じて重複率を動的に変化させる。
具体的には、事前に、種々の給／排気条件について、図３Ｂのハッチング内の最適重複率を求めて制御テーブルを作成しておく。制御テーブルは、２点のキャリブレーションにより最適な重複率を求め、その他の重複率を補間により求めることにより作成しても良い。そして、ポンプ運転中に、ストローク数と変位センサ２３ａ，２３ｂの出力から制御テーブルを参照し、ストローク数が変化したことを検出したら、重複率を減少又は増加させるように制御する。

これにより、ストローク数に応じた最適な重複率となり、ポンプを低脈動運転させることができる。
なお、最適な重複率は、ポンプや周囲環境の経時変化、給／排気条件を含む運転条件等によって変動することもある。このため、制御テーブルの定期的なキャリブレーションや変位センサ２３ａ，２３ｂ等の出力に基づいた動的なキャリブレーションを行っても良い。
また、変位センサ２３ａ，２３ｂの出力から、制御テーブルを作成しなくても「限界重複率」の−１％〜−３％を常に探しながら運転することができる。その時、液体圧力センサからのフィードバックは不要である。

［第３の実施形態］
図４は、本発明の第３の実施形態に係る二連往復動ポンプに使用される連結シャフト３１ａ（３１ｂ）の部分断面図である。

第１の実施形態では、連結シャフト１１ａ，１１ｂの伸縮部材として、コイルバネ１４を使用したが、この実施形態では、伸縮部材としてエアークッションを使用している。すなわち、連結シャフト３１ａ（３１ｂ）は、シャフト部３２，３３と、両者を結合するエアークッション部３４とから構成されている。エアークッション部３４は、シャフト部３３の先端に取り付けられたエアーシリンダ３５と、シャフト部３２の先端に取り付けられたピストン３６とからなり、エアーシリンダ３５へエアー導入口３７を介して所定圧のエアーが供給されている。

この実施形態によれば、最適な重複率だけでなく、最適なバネ圧の設定も容易である。また、バネ圧は、時間的に変化させることもできる。

［第４の実施形態］
図５は、本発明の第４の実施形態に係る二連往復動ポンプに使用される連結シャフト４１ａ（４１ｂ）の部分断面図である。

先の実施形態では、一方のポンプ室が圧縮工程から膨張工程に切り替わる際に、コイルバネ１４に蓄積されたエネルギーが放出されることにより、吸込側に過大な吸込圧力が発生して、吸込側の脈動が増幅される可能性がある。そこで、この実施形態では、連結シャフトの伸縮部材が圧縮状態から伸長する際の付勢力を緩和させるためのダンパーを設けている。

この実施形態の連結シャフト４１ａ（４１ｂ）は、シャフト部４２，４３と、これらの間に装着された圧縮時に縮長するコイルバネ４４と、伸長時に縮長するダンパー用のコイルバネ４５とを有する。

この実施形態によれば、ポンプ室が圧縮工程から膨張工程に移行する際に、ダンパー用のコイルバネ４５がポンプ室の急激な膨張を抑制するので、吸込側の脈動を抑えることができる。

［第５の実施形態］
図６は、図５の実施形態を更に変形させたもので、ダンパーとしてエアークッションを利用した例である。

この実施形態では、連結シャフト５１ａ（５１ｂ）がシャフト部５２，５３と、これらの間に設けられたクッション部５４とにより構成され、クッション部５４は、コイルバネ５５とエアークッション部５６とのバランスにより伸縮する。エアー導入口５７からエアークッション部５６に導入されるエアー圧を適宜調整することにより、吐出側、吸込側双方の脈動を低減することができる。

［第６の実施形態］
図７は、図５の実施形態を全てエアークッションによって行った実施形態を示している。

なお、以下の実施形態において、先の実施形態と同一部分については同一符号を付して重複する説明は割愛する。

連結シャフト６１ａ，６１ｂは、シャフト部６２，６３と、これらの間に設けられたエアークッション部６４とから構成され、エアークッション部６４は、エアーシリンダ６５とピストン６６とにより構成されている。エアー導入口６７，６８から導入されるエアーシリンダ６５内の圧力とピストン６６の背面の圧力のバランスによって吐出側、吸込側双方の脈動を軽減することができる。

本実施形態では、図１のポンプにおけるレギュレータ２６ａ，２６ｂ及び電磁弁２７ａ，２７ｂに加えて、エアークッション部６４の制御をするため、レギュレータ２８ａ，２８ｂ及び電磁弁２９ａ，２９ｂを設けている。

［第７の実施形態］
図８は、第６の実施形態の変形例を示す図である。

この実施形態は、エアークッション部６４のピストン６６の背面の圧力コントロールを逆止弁６９と低速スピコン（スピードコントローラ）とによって実現した例である。

この実施形態では、（連結シャフト６１ａが収縮する際には）エアー導入口６７から常時エアーを供給しておきピストン６６の背面にエアーを導入し、連結シャフト６１ａが伸長する際には、低速スピコン７０がピストン６６の背面のエアーの排気を制限する。これにより、ダンパーとして機能する。

この実施形態によれば、第６の実施形態よりも簡単な構成とすることができる。

［第８の実施形態］
図９は、本発明の第８の実施形態に係る二連往復動ポンプを示す断面図である。

先の実施形態では、可動仕切部材としてベローズを使用したが、この実施形態では、可動仕切部材としてピストンを使用している。

中央部に配置されたポンプヘッド７１の両側には、ケース部材である有底円筒状のシリンダ７２ａ，７２ｂが同軸配置され、それらの内部に一対の空間が形成されている。これら空間内には、それぞれピストン７３ａ，７３ｂが往復動自在に配置されている。ピストン７３ａ，７３ｂの先端側はポンプヘッド７１側に対向し、ポンプヘッド７１との間にポンプ室７５ａ，７５ｂを形成している。ピストン７３ａ，７３ｂの基端側は作動室７６ａ，７６ｂを形成し、シャフト７７ａ，７７ｂが同軸固定されている。シャフト７７ａ，７７ｂの他端は、それぞれシリンダ７２ａ，７２ｂの底部中心を、シール部材７８を介して気密に貫通してシリンダ７２ａ，７２ｂの外側まで延びている。

ポンプヘッド７１には、ポンプの側面に臨む位置に移送流体の吸込口８６と吐出口８７とが設けられると共に、吸込口８６からポンプ室７５ａ，７５ｂに至る位置にボール状の吸込弁８８ａ，８８ｂが設けられ、ポンプ室７５ａ，７５ｂから吐出口８７に至る位置に吐出弁８９ａ，８９ｂが設けられている。

他の構成は図１の構成と同様である。

このポンプにおいても、変位センサ２３ａ，２３ｂによる連続的な変位検出に基づいて最適な重複率を設定することができ、脈動を効果的に抑制することができる。

［第９の実施形態］
図１０は、本発明の第９の実施形態に係る二連往復動ポンプを示す断面図である。

先の実施形態では、可動仕切部材としてベローズ又はピストンを使用したが、この実施形態では、可動仕切部材としてダイアフラムを使用している。

中央部に配置されたポンプヘッドが内部に形成された本体部９１の両側には、本体部９１と共に空間を形成するケース部材であるカバー９２ａ，９２ｂが装着されている。本体部９１とカバー９２ａ，９２ｂとによって形成される空間には、これら空間をそれぞれポンプ室９５ａ，９５ｂと作動室９６ａ，９６ｂとに区画するようにダイアフラム９３ａ，９３ｂが装着されている。ダイアフラム９３ａ，９３ｂは、その中央部が本体部９１を貫通する連結シャフト９４によって連結されている。連結シャフト９４は、伸縮部材としてのコイルバネ９７を備え、全体が伸縮自在に構成されている。

本体部９１には、移送流体の吸込口１０６と吐出口１０７とが設けられると共に、吸込口１０６からポンプ室９５ａ，９５ｂに至る経路にボール状の吸込弁１０８ａ，１０８ｂが設けられ、ポンプ室９５ａ，９５ｂから吐出口１０７に至る経路に吐出弁１０９ａ，１０９ｂが設けられている。

更に、カバー９２ａ，９２ｂには、ダイアフラム９３ａ，９３ｂの背面に臨みダイアフラム９３ａ，９３ｂが最も後退したことを検出する近接スイッチ１１１ａ，１１１ｂが設けられている。また、連結シャフト９４の側面には、連結シャフト９４の往復動方向の変位を検出するためのリニアエンコーダからなる変位センサ１１３ａ，１１３ｂが設けられている。

他の構成は図１の構成と同様である。

このポンプにおいても、変位センサ１１３ａ，１１３ｂによる連続的な変位検出に基づいて最適な重複率を設定することができ、脈動を効果的に抑制することができる。

［第１０の実施形態］
図１１は、本発明の第１０の実施形態に係る二連往復動ポンプを示す断面図である。

第１の実施形態では、各連結シャフト１１ａ，１１ｂは、シャフト部１２，１３のほぼ中間位置に装着されたコイルバネ１４を備えていたが、この実施形態では、コイルバネ１４がシャフト部１２側に偏った位置に装着されている。また、吸込口１６の図示しない配管及び吐出口１７の図示しない配管には、液体圧力センサ１１６，１１７が備えられると共に、作動室６ａ，６ｂに臨むようにエアー圧力センサ１２７ａ，１２７ｂ及びリークセンサ１５０ａ，１５０ｂが備えられている。更に、変位センサ１２３ａ，１２３ｂは、レーザ変位計からなり、各連結シャフト１１ａ，１１ｂの変位量を検出する。そして、各圧力センサ１１６，１１７，１２７ａ，１２７ｂの検出出力は、コントローラ２５に入力される。

この実施形態によれば、各連結シャフト１１ａ，１１ｂのコイルバネ１４が偏った位置に装着されているため、ポンプの吸込口１６及び吐出口１７の配管に接触しない構造とすることができ、全体の小型化を図ることができると共に配管の自由度を向上させることができる。

また、コントローラ２５が、近接センサ２１ａ，２１ｂ及び変位センサ１２３ａ，１２３ｂからの検出出力のみならず、各圧力センサ１１６，１１７，１２７ａ，１２７ｂからの検出出力を取得して制御を行うことができるので、例えば次のような制御が可能となる。

すなわち、コントローラ２５は、液体圧力センサ１１６，１１７の出力により、吸入側及び排出側の移送流体の脈動を検出し、この脈動が最小となるように重複率を制御することができる。
また、供給エアーの圧力が変化すると、最適な重複率（％）も変化するが、この実施形態では、コントローラ２５が、エアー圧力センサ１２７ａ，１２７ｂで供給エアー圧力を監視し、検出されたエアー圧力に基づいて重複率（％）を制御することが可能である。
更に、レギュレータ２６ａ，２６ｂに電空レギュレータを使用して、コントローラ２５が、供給エアーの圧力を制御することにより、吐出圧力の変化に拘わらずストローク数を一定とする流量一定制御を行う場合においても、供給エアー圧力に応じて重複率（％）を変化させることが可能である。

その他、ポンプの各部の温度変化や経時変化による影響を考慮して、変位センサ１２３ａ，１２３ｂの０点補正を行ってポンプを運転するようにしても良い。０点補正は、例えばポンプの起動時における連結シャフト１１ａ，１１ｂの最大移動時の値をコントローラ２５にて取得しておいて、これを制御に組み込むようにしたり、これに基づき定期的にチェックするようにしたりして運転すれば良い。

［その他の実施形態］
なお、以上の第８及び第９の実施形態においても、吐出側の脈動を防止するため、連結シャフトに図５〜７に示したようなダンパーを設けるようにしても良いことは言うまでもない。

１，７１…ポンプヘッド、２ａ，２ｂ，７２ａ，７２ｂ…シリンダ、３ａ，３ｂ…ベローズ、５ａ，５ｂ…ポンプ室、６ａ，６ｂ…作動室、１１ａ，１１ｂ，３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂ，５１ａ，５１ｂ，９４…連結シャフト、１４，４４，４５，５５，９７…コイルバネ、１６，８６，１０６…吸込口、１７，８７，１０７…吐出口、１８ａ，１８ｂ，８８ａ，８８ｂ，１０８ａ，１０８ｂ…吸込弁、１９ａ，１９ｂ，８９ａ，８９ｂ，１０９ａ，１０９ｂ…吐出弁、２１ａ，２１ｂ，１１１ａ，１１１ｂ…近接スイッチ、２３ａ，２３ｂ，１１３ａ，１１３ｂ…変位センサ、２５…コントローラ、２６ａ，２６ｂ，２８ａ，２８ｂ…レギュレータ、２７ａ，２７ｂ，２９ａ，２９ｂ…電磁弁。

Claims (10)

1. 内部に軸方向に沿って一対の空間を形成するケース部材と、
   前記一対の空間内にそれぞれ軸方向に変形又は移動自在に配置されて前記一対の空間をそれぞれ軸方向にポンプ室及び作動室に仕切る一対の可動仕切部材と、
   前記一対の可動仕切部材を伸縮部材を介して軸方向に伸縮自在に連結する連結シャフトと、
   前記ポンプ室の吸込側に設けられて前記ポンプ室に移送流体を導く吸込バルブと、
   前記ポンプ室の吐出側に設けられて前記ポンプ室から前記移送流体を吐出する吐出バルブと、
   前記作動室に作動流体を導入し、前記作動室から前記作動流体を排出するための弁機構と、
   前記一対の可動仕切部材の変位をそれぞれ連続的に検出する変位センサと、
   前記変位センサの出力に基づいて一方のポンプ室の圧縮工程と他方のポンプ室の圧縮工程とが部分的に重複する重複距離を有するように前記弁機構を切り替えることにより前記一対の可動仕切部材を駆動するコントローラとを有し、
   前記コントローラは、前記可動仕切部材の全ストローク長に対する前記重複距離の割合で示す重複率を設定するための設定手段を有し、前記設定手段によって設定された前記重複率の設定値と、前記変位センサの出力とに基づいて前記重複率を制御する
   ことを特徴とする二連往復動ポンプ。
2. 前記コントローラは、前記一対の可動仕切部材のストローク数が増加するに従って前記可動仕切部材の全ストローク長に対する前記重複距離の割合で示す重複率を増加させる
   ことを特徴とする請求項１記載の二連往復動ポンプ。
3. 前記コントローラは、前記可動仕切部材の全ストローク長に対する前記重複距離の割合で示される重複率を、ポンプ動作が停止する前記重複率の限界値よりも１〜３％少ない値に維持するように前記可動仕切部材を駆動する
   ことを特徴とする請求項１記載の二連往復動ポンプ。
4. 前記コントローラは、最適な前記重複率を定期的又は動的に変化させる
   ことを特徴とする請求項３記載の二連往復動ポンプ。
5. 前記連結シャフトの伸縮部材は、圧縮状態から伸長する際の付勢力を緩和させるダンパーを有することを特徴とする請求項１記載の二連往復動ポンプ。
6. 前記伸縮部材は、コイルバネであることを特徴とする請求項１記載の二連往復動ポンプ。
7. 前記伸縮部材は、エアークッションであることを特徴とする請求項１記載の二連往復動ポンプ。
8. 前記一対の可動仕切部材が移動ストロークの端部に達したことをそれぞれ検出する近接センサを更に備えることを特徴とする請求項１記載の二連往復動ポンプ。
9. 前記弁機構は、
   前記一対の作動室にそれぞれ設けられた一対の弁と、
   作動流体供給源からの作動流体の圧力を調整して前記一対の弁にそれぞれ前記作動流体を供給する一対のレギュレータと
   を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の二連往復動ポンプ。
10. ポンプヘッドと、
    このポンプヘッドの両側に互いの開口側が向き合うように添設されて内部にポンプ室をそれぞれ形成すると共に軸方向にそれぞれが伸縮可能な有底円筒状の一対のベローズと、
    前記一対のベローズを内部にそれぞれ収容するように前記ベローズに対して同軸的に配置され、前記一対のベローズとの間に作動室を形成する、開口部が互いに向かい合うように前記ポンプヘッドに装着された有底円筒状の一対のシリンダと、
    これら一対のシリンダの底部をそれぞれ前記シリンダの中心軸に沿って気密且つ摺動自在に貫通し各一端が前記一対のベローズの各底部にそれぞれ連結された一対のポンプシャフトと、
    これら一対のポンプシャフトの他端同士を伸縮部材を介して軸方向に伸縮自在に連結する連結シャフトと、
    前記ポンプ室内で前記ポンプヘッドに装着されて、移送流体の吸込口から前記ポンプ室に前記移送流体を導くと共に、前記ポンプ室から移送流体の吐出口へ前記移送流体を導くバルブユニットと、
    前記作動室に作動流体を導入し、前記作動室から前記作動流体を排出するための弁機構と、
    前記一対のベローズの変位をそれぞれ連続的に検出する変位センサと、
    前記変位センサの出力に基づいて前記一方のポンプ室の圧縮工程と他方のポンプ室の圧縮工程とが部分的に重複する重複距離を有するように前記弁機構を切り替えることにより前記一対のベローズを駆動するコントローラと
    を備えたことを特徴とする二連往復動ポンプ。
    

Images