JP6387265B2 - ベローズポンプ装置 - Google Patents

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のポンプとして、ベローズポンプが使用される場合がある。
このベローズポンプは、例えば、特許文献１に記載されているように、ポンプヘッドの左右方向（水平方向）の両側にポンプケースを連結して２つの空気室を形成し、各空気室の内部にそれぞれ左右方向に伸縮可能な一対のベローズを設け、各空気室に交互に加圧エアを供給することによって各ベローズを収縮又は伸長させるように構成されている。

ポンプヘッドには、各ベローズの内部と連通する移送流体の吸込通路と吐出通路とが形成され、さらに、吸込通路及び吐出通路に対する一方向への移送流体の流れを許容し、他方向への移送流体の流れを阻止するチェックバルブが設けられている。吸込通路用のチェックバルブは、ベローズの伸長により開くことによって吸込通路からベローズ内への移送流体の流れを許容し、ベローズの収縮により閉じることによって、当該ベローズ内から吸込通路への移送流体の流れを阻止するように構成されている。また、吐出通路用のチェックバルブは、ベローズの伸長により閉じることによって、吐出通路からベローズ内への移送流体の流れを阻止し、ベローズの収縮により開くことによって、ベローズ内から吐出通路への移送流体の流れを許容するように構成されている。

一対のベローズは、タイロッドにより一体に連結されており、一方のベローズが収縮して吐出通路へ移送流体を吐出すると、これと同時に他方のベローズが強制的に伸長して吸込通路から移送流体が吸い込まれる。また、前記他方のベローズが収縮して吐出通路へ移送流体を吐出すると、これと同時に前記一方のベローズが強制的に伸長して吸込通路から移送流体が吸い込まれるようになっている。

上記構成のベローズポンプは、移送流体の吐出と吸い込みとの切り換えタイミングにおいて、吐出圧力が一気にゼロ付近まで落ち込む現象（脈動）が問題となっている。従来は、この脈動を抑えるために、ベローズポンプの吐出側にアキュムレータ（蓄圧器）を取り付けたり（例えば、特許文献２参照）、一対のベローズのうちの一方をアキュムレータに替えて内蔵したベローズポンプ（例えば、特許文献３参照）を使用したりすることが行われていた。

特開２００１−２４８７４１号公報 特開平８−１５９０１６号公報 特開２００１−１２３９５９号公報

特許文献２及び３に記載されたアキュムレータは、アキュームベローズの内側に形成された液室と、アキュームベローズの外側に形成された空気室とに分かれており、ポンプから吐出された移送流体の圧力によりアキュームベローズが受動的に伸長して蓄圧する仕組みとなっている。したがって、前記空気室の容量が大きい方がアキュームベローズの伸縮動作が活発に行われるため、脈動を効果的に抑制しようとすると、どうしても前記空気室を大きくする必要があり、結果としてアキュムレータが大型化するという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、装置を大型化することなく吐出側の脈動を効果的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、移送流体の吸込通路及び吐出通路が形成されたポンプヘッドと、前記吸込通路及び吐出通路に対する一方向への移送流体の流れを許容するとともに他方向への移送流体の流れを阻止するチェックバルブと、前記ポンプヘッドに伸縮変形自在に取り付けられ、伸長により前記吸込通路から内部に移送流体を吸い込み、収縮により内部から前記吐出通路に移送流体を吐出する移送用ベローズと、前記ベローズを伸縮変形動作させる移送用駆動部と、を備えたベローズポンプ装置であって、移送流体を一時貯留する流体室が形成される容器内において、前記流体室の容量を変化させるために伸縮変形自在に設けられた隔壁と、前記隔壁を伸縮変形動作させる隔壁駆動部と、前記ポンプヘッドの吐出通路から吐出される移送流体の吐出圧力を検出する圧力検出部と、前記圧力検出部による検出値に基づいて、移送流体の吐出圧力の変動を抑制するように前記隔壁駆動部を駆動制御する制御部と、を備えることを特徴としている。

上記のように構成されたベローズポンプ装置によれば、ポンプヘッドの吐出通路から吐出される移送流体の吐出圧力を圧力検出部により検出し、その検出値に基づいて移送流体の吐出圧力の変動を抑制するように制御部が隔壁駆動部を駆動制御する。これにより、従来のアキュムレータを用いる場合に比べて、装置を大型化することなく吐出側の脈動を効果的に抑制することができる。

前記ベローズポンプ装置において、前記移送用ベローズが、前記ポンプヘッドの一側部に伸縮変形自在に取り付けられ、前記ポンプヘッドの他側部に前記容器として設けられたポンプケースを備えるのが好ましい。
この場合、ポンプヘッドの他側部に設けられたポンプケースの内部に、移送流体を一時貯留する流体室が形成されるため、ポンプケースの外部に流体室を形成する場合に比べて、装置全体をコンパクトに構成することができる。

前記ベローズポンプ装置において、前記ポンプケース内において前記ポンプヘッドの前記他側部に伸縮変形自在に取り付けられ、伸長により前記吸込通路から内部に移送流体を吸い込み、収縮により内部から前記吐出通路に移送流体を吐出することで前記隔壁として機能する調整用ベローズと、前記調整用ベローズを前記移送用ベローズとは独立して伸縮変形動作させることで前記隔壁駆動部として機能する調整用駆動部と、を備えるのが好ましい。
この場合、ポンプヘッドの他側部に取り付けられた調整用ベローズが隔壁として使用され、調整用ベローズを移送用ベローズとは独立して伸縮変形駆動させる調整用駆動部が隔壁駆動部として使用される。これにより、調整用ベローズ及び調整用駆動部を、移送用ベローズ及び移送用駆動部と同様の構成とすることができるため、装置を容易に製作することができる。

本発明のベローズポンプ装置によれば、装置を大型化することなく吐出側の脈動を効果的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。 ベローズポンプの移送用ベローズの動作を示す説明図である。 ベローズポンプの移送用ベローズの動作を示す説明図である。 ベローズポンプの調整用ベローズの動作を示す説明図である。 ベローズポンプの調整用ベローズの動作を示す説明図である。 制御部の内部構成を示すブロック図である。 ベローズポンプの駆動制御の一例を示すタイムチャートである。 本発明の第２実施形態に係るベローズポンプ装置における調整用ポンプケースである。 本発明の第３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３実施形態のベローズポンプの断面図である。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、前記加圧空気の圧力を調整するレギュレータ３と、２個の切換バルブ４，５と、ベローズポンプ１の駆動を制御する制御部６と、圧力計（圧力検出部）７と、電空レギュレータ８とを備えている。

図２は、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１０と、このポンプヘッド１０の左右方向（水平方向）の両側に取り付けられる２個のポンプケース１１，１２と、各ポンプケース１１，１２の内部において、ポンプヘッド１０の左右方向の側面に取り付けられる２個のベローズ１３，１４と、各ベローズ１３，１４の内部において、ポンプヘッド１０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）
ポンプケース１２の内部には、ポンプヘッド１０の一側部（図中の右側部）に移送用ベローズ１４が取り付けられている。また、ポンプケース１１の内部には、ポンプヘッド１０の他側部（図中の左側部）に調整用ベローズ１３が取り付けられている。
各ベローズ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１０の側面に気密状に押圧固定されている。これにより、各ベローズ１３，１４の内部には、移送流体が一時貯留される流体室４１，４２が形成されている。

各ベローズ１３，１４の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変形自在に構成されている。具体的には、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１１（１２）の底壁部１１ａ（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の内方側面が対応するポンプケース１１（１２）の底壁部１１ａ（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。
各ベローズ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）
ポンプヘッド１０の一側部には移送用ポンプケース１２が取り付けられ、ポンプヘッド１０の他側部には調整用ポンプケース１１が取り付けられている。
各ポンプケース１１，１２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、各ポンプケース１１，１２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。

各ポンプケース１１，１２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、切換バルブ４（５）及びレギュレータ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からレギュレータ３及び切換バルブ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１１，１２の底壁部１１ａ，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１１ａ（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、前記切換バルブ４（５）及びレギュレータ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からレギュレータ３及び切換バルブ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１１，１２の底壁部１１ａ，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。

なお、本実施形態のベローズポンプ装置では、吸込側空気室２６の内部全体に加圧空気が充填されるまでの時間は、吐出側空気室２１の内部全体に加圧空気が充填されるまでの時間よりも短くなっている。つまり、ベローズ１３（１４）が最収縮状態から最伸長状態まで伸長する伸長時間（吸込時間）は、当該ベローズ１３（１４）が最伸長状態から最収縮状態まで収縮する収縮時間（吐出時間）よりも短くなっている。

以上の構成により、図２左側の吐出側空気室２１が形成された調整用ポンプケース１１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、調整用ベローズ１３を最伸長状態と最収縮状態との間で連続して伸縮変形動作させる調整用エアシリンダ部（調整用駆動部）２７が構成されている。
また、図２右側の吐出側空気室２１が形成された移送用ポンプケース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、移送用ベローズ１４を最伸長状態と最収縮状態との間で連続して伸縮変形動作させる移送用エアシリンダ部（移送用駆動部）２８が構成されている。

調整用エアシリンダ部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、調整用ベローズ１３の最収縮状態を検知するものであり、調整用ベローズ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、調整用ベローズ１３の最伸長状態を検知するものであり、調整用ベローズ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、調整用ベローズ１３の伸縮状態を検知する調整用検知部２９が構成されている。

同様に、移送用エアシリンダ部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、移送用ベローズ１４の最収縮状態を検知するものであり、移送用ベローズ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、移送用ベローズ１４の最伸長状態を検知するものであり、移送用ベローズ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、移送用ベローズ１４の伸縮状態を検知する移送用検知部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、移送用検知部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、移送用エアシリンダ部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、移送用ベローズ１４は連続して伸縮変形動作する。このように、移送用ベローズ１４は、伸縮変形動作を繰り返すことで、移送用ベローズ１４内の流体室４２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。

また、前記加圧空気は、調整用エアシリンダ部２７の吸込側空気室２６及び吐出側空気室２１にもそれぞれ供給される。これにより、調整用ベローズ１３が伸縮変形動作し、前記流体室４１の容量が変化するようになっている。
したがって、本実施形態では、調整用ポンプケース１１は、移送流体を一時貯留する流体室４１が内部に形成される容器とされている。また、調整用ベローズ１３は、前記容器内において流体室４１の容量を変化させるために伸縮変形自在に設けられた隔壁として機能する。さらに、調整用エアシリンダ部２７は、前記隔壁を伸縮変形動作させる隔壁駆動部として機能する。

（ポンプヘッドの構成）
ポンプヘッド１０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１０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１０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）及び吐出ポート３８（図１参照）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３８は吐出配管３９（図１参照）を介して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１０の左右両側面に向けて分岐するとともに、ポンプヘッド１０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内部の流体室４１，４２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の伸縮変形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（一方向）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（他方向）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の伸縮変形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（一方向）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（他方向）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〜図６を参照して説明する。なお、図３〜図６においては各ベローズ１３，１４の構成を簡略化して示している。
図３に示すように、移送用ベローズ１４が伸長した場合、ポンプヘッド１０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、移送用ベローズ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から移送用ベローズ１４内の流体室４２に移送流体が吸い込まれる。

次に、図４に示すように、移送用ベローズ１４が収縮した場合、ポンプヘッド１０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、移送用ベローズ１４内の流体室４２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、移送用ベローズ１４内の流体室４２の移送流体が吐出通路３５からポンプ外へ排出される。
以上の伸縮動作を繰り返し行うことで、移送用ベローズ１４は、移送流体の吸引と排出とを行うことができる。

一方、図５に示すように、調整用ベローズ１３が伸長した場合、ポンプヘッド１０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、調整用ベローズ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から調整用ベローズ１３内の流体室４１に移送流体が吸い込まれる。

次に、図６に示すように、調整用ベローズ１３が収縮した場合、ポンプヘッド１０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、調整用ベローズ１３内の流体室４１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、調整用ベローズ１３内の流体室４１の移送流体が吐出通路３５からポンプ外へ排出される。
以上の伸縮動作を繰り返し行うことで、調整用ベローズ１３は、移送流体を一時貯留する流体室４１の容量を変化させることができる。

（切換バルブの構成）
図１において、調整用切換バルブ４は、空気供給装置２から調整用エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１及び吸込側空気室２６への加圧空気の給排を切り換えるものであり、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から指令信号を受けて励磁されるようになっている。

調整用切換バルブ４は、両ソレノイド４ａ，４ｂが消磁状態のときには中立位置に保持されており、空気供給装置２から調整用エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１（吸排気ポート２２）及び吸込側空気室２６（吸排気口２５ａ）への加圧空気の供給は遮断され、調整用エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１及び吸込側空気室２６は、いずれも大気と連通して開放されている。

また、調整用切換バルブ４は、ソレノイド４ａが励磁されると、図中の下位置に切り換わり、空気供給装置２から調整用エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１に加圧空気が供給される。その際、調整用エアシリンダ部２７の吸込側空気室２６は大気と連通して開放されている。これにより、調整用ベローズ１３を収縮させることができる。

さらに、調整用切換バルブ４は、ソレノイド４ｂが励磁されると、図中の上位置に切り換わり、空気供給装置２から調整用エアシリンダ部２７の吸込側空気室２６に加圧空気が供給される。その際、調整用エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１は大気と連通して開放されている。これにより、調整用ベローズ１３を伸長させることができる。

移送用切換バルブ５は、空気供給装置２から移送用エアシリンダ部２８の吐出側空気室２１及び吸込側空気室２６への加圧空気の給排を切り換えるものであり、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。

移送用切換バルブ５は、両ソレノイド５ａ，５ｂが消磁状態のときには中立位置に保持されており、空気供給装置２から移送用エアシリンダ部２８の吐出側空気室２１（吸排気ポート２２）及び吸込側空気室２６（吸排気口２５ａ）への加圧空気の供給は遮断され、移送用エアシリンダ部２８の吐出側空気室２１及び吸込側空気室２６は、いずれも大気と連通して開放されている。

また、移送用切換バルブ５は、ソレノイド５ａが励磁されると、図中の下位置に切り換わり、空気供給装置２から移送用エアシリンダ部２８の吐出側空気室２１に加圧空気が供給される。その際、移送用エアシリンダ部２８の吸込側空気室２６は大気と連通して開放されている。これにより、移送用ベローズ１４を収縮させることができる。

さらに、移送用切換バルブ５は、ソレノイド５ｂが励磁されると、図中の上位置に切り換わり、空気供給装置２から移送用エアシリンダ部２８の吸込側空気室２６に加圧空気が供給される。その際、移送用エアシリンダ部２８の吐出側空気室２１は大気と連通して開放されている。これにより、移送用ベローズ１４を伸長させることができる。

なお、各切換バルブ４，５の上流側には、各エアシリンダ部２７、２８の吐出側空気室２１内、または吸込側空気室２６内の加圧空気が大気に開放される際に発生する排気音を消音するためのサイレンサ９が設けられている。

（圧力計及び電空レギュレータの構成）
図１に示すように、圧力計７は、吐出配管３９の吐出ポート３８側の端部に配置され、ポンプヘッド１０の吐出通路３５（図２参照）から吐出される移送流体の吐出圧力を検出する。圧力計７の検出値は、制御部６に送信される。
電空レギュレータ８は、調整用切換バルブ４と、調整用エアシリンダ部２７の吸排気ポート２２とを接続する配管途中に設けられている。電空レギュレータ８は、制御部６からの電気信号に基づいて、調整用エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１に供給される加圧空気の圧力を調整するようになっている。

（制御部の構成）
図７は、制御部６の内部構成を示すブロック図である。制御部６は、調整用制御部６ａと、移送用制御部６ｂとを有している。
移送用制御部６ｂは、移送用検知部３１（図２参照）の検知信号に基づいて、移送用切換バルブ５を切り換えて移送用エアシリンダ部２８を駆動制御するものである。
調整用制御部６ａは、圧力計７（図１参照）の検出値に基づいて、吐出ポート３８から吐出される移送流体の圧力変動を抑制するために、調整用切換バルブ４を適宜切り換えるとともに、電空レギュレータ８を介して吐出側空気室２１に供給される加圧空気の圧力を調整して調整用エアシリンダ部２７を駆動制御するものである。

（ベローズポンプの駆動制御）
図８は、制御部６が行うベローズポンプ１の駆動制御の一例を示すタイムチャートである。
まず、移送用制御部６ｂによる移送用エアシリンダ部２８の駆動制御について説明する。図８に示すように、移送用制御部６ｂは、移送用ベローズ１４が最収縮状態にあるとき（ｔ０）、移送用切換バルブ５のソレノイド５ｂを励磁させる。これにより、移送用ベローズ１４は最収縮状態から伸長動作を開始し、ポンプヘッド１０の吸込通路３４から移送用ベローズ１４内の流体室４２に移送流体が吸い込まれる。

その後、移送用ベローズ１４が最伸長状態まで伸長した時点（ｔ１）で、近接センサ３１Ｂが検知信号を移送用制御部６ｂに送信する。移送用制御部６ｂは、その検知信号を受信すると、移送用切換バルブ５のソレノイド５ｂを消磁させるとともにソレノイド５ａを励磁させる。これにより、移送用ベローズ１４は最伸長状態から収縮動作を開始し、移送用ベローズ１４内の流体室４２の移送流体がポンプヘッド１０の吐出通路３５からポンプ外へ排出される。

その後、移送用ベローズ１４が最収縮状態まで収縮した時点（ｔ５）で、近接センサ３１Ａが検知信号を移送用制御部６ｂに送信する。移送用制御部６ｂは、その検知信号を受信すると、移送用切換バルブ５のソレノイド５ａを消磁させるとともにソレノイド５ｂを励磁させる。これにより、移送用ベローズ１４は再び最収縮状態から伸長動作を開始し、ポンプヘッド１０の吸込通路３４から移送用ベローズ１４内の流体室４２に移送流体が吸い込まれる。
移送用制御部６ｂは、以上の制御を連続して繰り返し行う。

しかし、移送用制御部６ｂによる上述の制御だけでは、移送用ベローズによる移送流体の吐出圧力は、図８に示すように、移送用ベローズ１４が最収縮状態から伸長するとき（移送流体をポンプ内に吸い込むとき）に急激に落ち込むため、ポンプの吐出側において脈動が発生するおそれがある。そこで、この脈動を抑制するために、移送流体の吐出圧力が一定値となるように、調整用制御部６ａにより調整用エアシリンダ部２７の駆動制御が行われている。本実施形態の調整用制御部６ａは、圧力計７の検知値に基づいて、移送用ベローズ１４の収縮時に前記吐出圧力が最大となる圧力値Ｐに保持するように制御している。

以下、調整用制御部６ａによる調整用エアシリンダ部２７の駆動制御について説明する。なお、ここでは、説明の便宜上、移送用ベローズ１４が最伸長状態となっている時点（ｔ１）から説明する。
移送用ベローズ１４が最伸長状態の時点（ｔ１）から収縮し始めると、図８に示すように、移送用ベローズ１４による移送流体の吐出圧力は、ゼロ付近から徐々に上昇し、所定時点（ｔ２）で最大圧力値Ｐとなる。この最大圧力値Ｐは、一定時間（ｔ４−ｔ２）維持されるため、調整用制御部６ａは、圧力計７が最大圧力値Ｐとなった時点（ｔ２）で、調整用切換バルブ４のソレノイド４ｂを励磁させ、前記一定時間内に調整用ベローズ１３を最収縮状態から最伸長状態まで伸長させる。これにより、ポンプヘッド１０の吸込通路３４から調整用ベローズ１３内の流体室４１に移送流体が吸い込まれる。

調整用ベローズ１３が最伸長状態まで伸長した時点（ｔ３）で、近接センサ２９Ｂは検知信号を調整用制御部６ａに送信する。調整用制御部６ａは、その検知信号を受信すると、調整用切換バルブ４のソレノイド４ｂを消磁させるとともにソレノイド４ａを励磁させる。これにより、調整用エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１（図２参照）に加圧空気が供給されるため、ポンプヘッド１０の図２左側に装着された吐出用チェックバルブ１６の弁体１６ｂは、調整用ベローズ１３内の移送流体により圧力を受ける。しかし、その圧力よりも、ポンプヘッド１０の吐出通路３５内における移送用ベローズ１４から排出される移送流体の圧力が大きいため、前記弁体１６ｂは、図２に示す状態、すなわち吐出用チェックバルブ１６を閉じた状態で保持される。したがって、調整用制御部６ａにより調整用切換バルブ４のソレノイド４ａが励磁されても、調整用ベローズ１３は最伸長状態に保持される。

しかし、調整用エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１には加圧空気が供給され続けるため、調整用ベローズ１３内の移送流体の圧力は徐々に上昇する。これにより、調整用ベローズ１３による移送流体の吐出圧力は、図８に示すように、ソレノイド４ａが励磁された時点（ｔ３）から徐々に増加し、所定時点（ｔ４）で最大圧力値Ｐとなる。すなわち、調整用ベローズ１３による移送流体の吐出圧力は、移送用ベローズ１４による移送流体の吐出圧力が最大圧力値Ｐに維持される一定時間の終了時点（ｔ４）で、最大圧力値Ｐとなる。

前記吐出圧力が最大圧力値Ｐに維持される一定時間の終了時点（ｔ４）が経過すると、移送用ベローズ１４による移送流体の吐出圧力は、最大圧力値Ｐから徐々に低下し始める。そうすると、調整用ベローズ１３内の移送流体の圧力が、ポンプヘッド１０の吐出通路３５内の移送流体の圧力を上回ることで、前記弁体１６ｂは、図６に示すように図中右側に移動する。これにより、調整用ベローズ１３は最伸長状態から収縮動作を開始し、調整用ベローズ１３内の流体室４１の移送流体がポンプヘッド１０の吐出通路３５からポンプ外へ排出される。

その際、調整用ベローズ１３による移送流体の吐出圧力は、移送用ベローズ１４と同様に、調整用ベローズ１３が所定の速度以上で収縮していれば、しばらくの間、最大圧力値Ｐに維持される。そこで、調整用制御部６ａは、調整用ベローズ１３による移送流体の吐出圧力が最大圧力値Ｐを維持するのに最低限必要な第１速度Ｖ１で調整用ベローズ１３が収縮するように、電空レギュレータ８に電気信号を出力して調整用エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１に供給される加圧空気の圧力を調整する。本実施形態では、前記第１速度Ｖ１は、移送用ベローズ１４の収縮速度Ｖ０よりも若干遅い速度に設定されている。
これにより、調整用ベローズ１３が最伸長状態から収縮動作を開始した時点（ｔ４）から、移送用ベローズ１４が最収縮状態となる時点（ｔ５）まで、調整用ベローズ１３による移送流体の吐出圧力は最大圧力値Ｐに保持される。

移送用ベローズ１４が最収縮状態まで収縮し、その時点（ｔ５）から移送用ベローズ１４が最伸長状態まで伸長する時点（ｔ６）までの間、移送用ベローズ１４による移送流体の吐出圧力は急激に低下する。このため、調整用ベローズ１３を第１速度Ｖ１で収縮させるだけでは、調整用ベローズ１３による移送流体の吐出圧力を最大圧力値Ｐに保持することができなくなる。

そこで、調整用制御部６ａは、圧力計７の検出値が最大圧力値Ｐから少し低下した時点で、調整用ベローズ１３による移送流体の吐出圧力を上昇させるべく、調整用ベローズ１３を第１速度Ｖ１よりも速い第２速度Ｖ２で収縮するように、電空レギュレータ８に電気信号を出力して調整用エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１に供給される加圧空気の圧力を調整する。本実施形態では、前記第２速度Ｖ２は、移送用ベローズ１４の収縮速度Ｖ０よりも速い速度に設定されている。
これにより、移送用ベローズ１４が最収縮状態から伸長動作を開始した時点（ｔ５）から、移送用ベローズ１４が最伸長状態となる時点（ｔ６）まで、調整用ベローズ１３による移送流体の吐出圧力は最大圧力値Ｐに保持される。

移送用ベローズ１４が最伸長状態まで伸長し、その時点（ｔ６）から移送用ベローズ１４が収縮し始めると、上述のように、移送用ベローズ１４による移送流体の吐出圧力は再び上昇し、所定時点（ｔ７）で最大圧力値Ｐとなる。このため、調整用ベローズ１３を第２速度Ｖ２で収縮し続けると、調整用ベローズ１３による移送流体の吐出圧力が最大圧力値Ｐよりも上昇することになる。

そこで、調整用制御部６ａは、圧力計７の検出値が最大圧力値Ｐから少し上昇した時点で、調整用ベローズ１３による移送流体の吐出圧力を低下させるべく、調整用ベローズ１３を第２速度Ｖ２よりも遅い第３速度Ｖ３で収縮するように、電空レギュレータ８に電気信号を出力して調整用エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１に供給される加圧空気の圧力を調整する。本実施形態では、前記第３速度Ｖ３は、第１速度Ｖ１よりも速い速度であって、且つ移送用ベローズ１４の収縮速度Ｖ０よりも若干速い速度に設定されている。
これにより、移送用ベローズ１４が最伸長状態から収縮動作を開始した時点（ｔ６）から、移送用ベローズ１４による移送流体の吐出圧力が最大圧力値Ｐとなる時点（ｔ７）まで、調整用ベローズ１３による移送流体の吐出圧力は最大圧力値Ｐに保持される。
調整用制御部６ａは、以上の制御を連続して繰り返し行う。

以上のように、調整用制御部６ａは、移送用ベローズ１４による移送流体の吐出圧力が最大圧力値Ｐから低下しているときに、圧力計７の検出値に基づいて調整用ベローズ１３による移送流体の吐出圧力が最大圧力値Ｐとなるように調整用エアシリンダ部２７を駆動制御しているため、図８に示すように、ポンプ全体の移送流体の吐出圧力を一定値（最大圧力値Ｐ）に保持することができる。したがって、本実施形態のベローズポンプ装置によれば、従来のアキュムレータを用いる場合に比べて、装置を大型化することなく吐出側の脈動を効果的に抑制することができる。

また、ポンプヘッド１０の他側部に設けられたポンプケース１１の内部に、移送流体を一時貯留する流体室４１が形成されるため、ポンプケースの外部に流体室を形成する場合に比べて、装置全体をコンパクトに構成することができる。
また、隔壁として使用される調整用ベローズ１３、及び隔壁駆動部として使用される調整用駆動部（調整用エアシリンダ部）２７を、それぞれ移送用ベローズ１４及び移送用駆動部（移送用エアシリンダ部）２８と同様の構成とすることができるため、装置を容易に製作することができる。

なお、本実施形態では、調整用エアシリンダ部２７及び移送用エアシリンダ部２８を、それぞれ調整用制御部６ａ及び移送用制御部６ｂにより個別に駆動制御しているが、単一の制御部により駆動制御するようにしても良い。
また、調整用制御部６ａが制御する吐出圧力の一定値は、最大圧力値Ｐに限定されるものではなく、任意の圧力値に設定することができる。

また、調整用制御部６ａは、移送流体の吐出圧力が一定値となるように、調整用ベローズ１３の動作速度を調整しているが、調整用ベローズ１３の動作及び停止のいずれかを選択して制御するようにしても良い。
また、調整用制御部６ａは、移送流体の吐出圧力が一定値となるように、調整用エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１に供給される加圧空気の圧力を調整しているが、吐出側空気室２１に供給される加圧空気の供給量を調整するようにしても良い。

また、本実施形態のポンプヘッド１０には、調整用ベローズ１３内の流体室４１に移送流体を吸入及び排出するためのチェックバルブ１５，１６を設けているが、これらのチェックバルブ１５，１６を設けなくても良い。この場合、調整用ベローズ１３内の流体室４１には、移送用ベローズ１４内の流体室４２から排出された移送流体が、吐出通路３５を介して吸い込まれることで一時貯留される。
これに対して、本実施形態のように、ポンプヘッド１０に上記チェックバルブ１５，１６を設けている場合は、調整用ベローズ１３内の流体室４１に一時貯留される移送流体は、ポンプ外の貯留タンク等から吸込通路３４を介して吸い込まれるため、調整用ベローズ１３が移送流体を吸引するときに、ポンプヘッド１０の吐出通路３５から吐出される移送流体の流量が減少するのを防止することができる。

［第２実施形態］
図９は、本発明の第２実施形態に係るベローズポンプ装置における調整用ポンプケース１１の断面図である。
本実施形態のベローズポンプ装置では、第１実施形態の調整用ポンプケース１１をベローズポンプ１とは別体に構成したものである。本実施形態の調整用ポンプケース（容器）５１は、吐出配管３９（図１参照）における、ポンプヘッド１０の吐出ポート３８と、圧力計７の接続位置との間に設けられる。

調整用ポンプケース５１の一側壁５１ａには、移送流体の吸込通路５２と吐出通路５３とが形成されている。この吸込通路５２及び吐出通路５３は、容器５１の外周面において開口し、当該外周面に設けられた調整用吸込ポート及び調整用吐出ポート（いずれも図示省略）に接続されている。調整用吸込ポートは、ベローズポンプ１の吐出ポート３８に接続され、調整用吐出ポートは移送流体の移送先に接続される。吸込通路５２及び吐出通路５３は、一側壁５１ａの内面において開口する吸込口５４及び吐出口５５を有している。各吸込口５４及び各吐出口５５は、調整用ベローズ１３の内部と連通している。なお、調整用ポンプケース５１の他側壁５１ｂは、第１実施形態の調整用ポンプケース１１の底壁部１１ａと同様の機能を有している。

以上の構成により、調整用ポンプケース５１内の調整用ベローズ１３が伸長したときは、吸込通路５２から調整用ベローズ１３内の流体室４１に移送流体が吸い込まれる。そして、調整用ベローズ１３が収縮したときは、調整用ベローズ１３内の流体室４１の移送流体が吐出通路５３へ排出される。

本実施形態の調整用制御部６ａは、圧力計７の検出値に基づいて、調整用ポンプケース５１の吐出通路５３から吐出される移送流体の圧力変動を抑制するために、当該移送流体の吐出圧力が一定値となるように調整用エアシリンダ部２７を駆動制御する。
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。

［第３実施形態］
図１０は、本発明の第３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。また、図１１は、そのベローズポンプ装置におけるベローズポンプ１の断面図である。
本実施形態のベローズポンプ装置は、第１実施形態の変形例であり、ベローズポンプ１の構成が異なる点、及び電空レギュレータ８を備えていない点で第１実施形態と相違する。

図１１に示すように、本実施形態のベローズポンプ１は、ポンプヘッド１０の他側部（図中の左側部）に固定された筒形状の支持部材６１と、調整用ポンプケース１１内において流体室４１の容量を変化させるために伸縮変形自在に設けられた隔壁である円形状のダイヤフラム６２とを備えている。
ダイヤフラム６２の外周部は、支持部材６１の一端部と、調整用ポンプケース１１の内周に形成された段差部１１ｂとより挟持された状態で気密状に固定されている。本実施形態では、支持部材６１の内周面と、ダイヤフラム６２の内面と、ポンプヘッド１０の図中の左側面とによって、流体室４１が形成されている。

ダイヤフラム６２の外面の中央部には連結部材６３が突設されている。この連結部材６３は、調整用ポンプケース１１の底壁１１ａに対して水平方向に摺動可能に支持されている。調整用ポンプケース１１の底壁１１ａの外面には、正逆回転可能な電動モータ（調整用駆動部）６４が固定されている。電動モータ６４の出力軸（図示省略）は、伝達部材６５を介して連結部材６３の外端部に接続されている。伝達部材６５は、電動モータ６４の回転運動を連結部材６３の水平方向の直線運動に変換して動力を伝達するものである。

以上の構成により、電動モータ６４を一方向に回転させると、伝達部材６５を介して連結部材６３が図中の左方向へ摺動する。これにより、ダイヤフラム６２が伸長変形し、流体室４１内に移送流体が吸い込まれる。
また、電動モータ６４を他方向に回転させると、伝達部材６５を介して連結部材６３が図中の右方向へ摺動する。これにより、ダイヤフラム６２が収縮変形し、流体室４１内の移送流体がポンプヘッド１０の吐出通路３５に排出される。

本実施形態の調整用制御部６ａは、圧力計７（図１０参照）の検出値に基づいて、吐出ポート３８から吐出される移送流体の圧力変動を抑制するために、当該移送流体の吐出圧力が一定値となるように電動モータ６４を駆動制御する。その具体的な制御方法は、第１実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

なお、本実施形態のポンプヘッド１０には、調整用ポンプケース１１内の流体室４１に移送流体を吸入及び排出するためのチェックバルブ１５，１６を設けているが、これらのチェックバルブ１５，１６を設けなくても良い。この場合、前記流体室４１には、移送用ベローズ１４内の流体室４２から排出された移送流体が吐出通路３５を介して吸い込まれることによって一時貯留される。

以上、本実施形態のベローズポンプ装置においても、ポンプ全体の移送流体の吐出圧力を一定値に保持することができるため、従来のアキュムレータを用いる場合に比べて、装置を大型化することなく吐出側の脈動を効果的に抑制することができる。
また、本実施形態の調整用駆動部は、電動モータ６４を使用しているため、第１実施形態のように加圧空気により駆動される調整用エアシリンダ部２７を使用する場合に比べて、調整用制御部６ａによる調整用駆動部を応答性よく駆動させることができる。その結果、ベローズポンプ装置の吐出側の脈動をさらに効果的に抑制することができる。
なお、第３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。

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、上記各実施形態における駆動部２７，２８は、加圧空気によって駆動させているが、他の流体やモータ等により駆動するようにしても良い。また、上記第１及び第３実施形態における両ポンプケース１１，１２は、ポンプヘッド１０に対して左右反対に配置されていても良い。

６ 制御部
７ 圧力計（圧力検出部）
１０ ポンプヘッド
１１ 調整用ポンプケース（容器，ポンプケース）
１３ 調整用ベローズ（隔壁）
１４ 移送用ベローズ
１５，１６ チェックバルブ
２７ 調整用エアシリンダ部（隔壁駆動部，調整用駆動部）
２８ 移送用エアシリンダ部（移送用駆動部）
３４ 吸込通路
３５ 吐出通路
４１ 流体室
５１ 調整用ポンプケース（容器，ポンプケース）
５２ 吸込通路
５３ 吐出通路
６４ 電動モータ（調整用駆動部）

Claims (1)

1. 移送流体の吸込通路及び吐出通路が形成されたポンプヘッドと、
   前記吸込通路及び吐出通路に対する一方向への移送流体の流れを許容するとともに他方向への移送流体の流れを阻止するチェックバルブと、
   前記ポンプヘッドに伸縮変形自在に取り付けられ、伸長により前記吸込通路から内部に移送流体を吸い込み、収縮により内部から前記吐出通路に移送流体を吐出する移送用ベローズと、
   前記ベローズを伸縮変形動作させる移送用駆動部と、を備えたベローズポンプ装置であって、
   移送流体を一時貯留する流体室が形成される容器内において、前記流体室の容量を変化させるために伸縮変形自在に設けられた隔壁と、
   前記隔壁を伸縮変形動作させる隔壁駆動部と、
   前記ポンプヘッドの吐出通路から吐出される移送流体の吐出圧力を検出する圧力検出部と、
   前記圧力検出部による検出値に基づいて、移送流体の吐出圧力の変動を抑制するように前記隔壁駆動部を駆動制御する制御部と、を備え、
   前記移送用ベローズが、前記ポンプヘッドの一側部に伸縮変形自在に取り付けられ、
   前記ポンプヘッドの他側部に前記容器として設けられたポンプケースと、
   前記ポンプケース内において前記ポンプヘッドの前記他側部に伸縮変形自在に取り付けられ、伸長により前記吸込通路から内部に移送流体を吸い込み、収縮により内部から前記吐出通路に移送流体を吐出することで前記隔壁として機能する調整用ベローズと、
   前記調整用ベローズを前記移送用ベローズとは独立して伸縮変形動作させることで前記隔壁駆動部として機能する調整用駆動部と、をさらに備え、
   前記調整用駆動部は、吐出側空気室に加圧空気を供給することで前記調整用ベローズを収縮させるように構成されており、
   前記制御部は、前記圧力検出部による検出値に基づいて、移送流体の吐出圧力の変動を抑制するように、前記吐出側空気室に供給する加圧空気の空気圧を調整することを特徴とするベローズポンプ装置。

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