JP6642902B2 - 流量制御装置 - Google Patents
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Description
チューブポンプにより間欠的に圧送される液体の流量を制御するには、チューブポンプの下流側の流路に流量計を設けて液体の流量を測定し、測定された流量に応じてチューブポンプのロータの回転数を制御すればよい。
しかしながら、特許文献1に開示されたダンパーは、一定量の液体を収容する液室を設けた構造であるため、液室内に流通しない液体が保持される空間(いわゆるデッドボリューム)を有する。そのため、この空間に滞留する液体に雑菌等が発生し、液体の純度が適切に維持されない可能性がある。
また、特許文献1に開示されたダンパーは、気室と液室とを設けた比較的複雑かつ容積を必要とするため、液体の流量を制御する装置全体が複雑化しかつ大型化してしまう。
本発明の一態様に係る流量制御装置は、可撓性材料により形成されるチューブを間欠的に押し潰すチューブポンプにより間欠的に圧送される液体の流量を制御する流量制御装置であって、流入端から流出端へ向けた流通方向に延在するとともに前記チューブポンプが配置される流路と、前記チューブポンプよりも前記流通方向の下流側に配置されるとともに前記流路を流通する液体の流量を計測する流量計と、前記流量計により計測される流量が目標流量となるように前記チューブポンプが吐出する液体の吐出量を制御する制御部とを備え、前記流路が、前記チューブポンプよりも前記流通方向の下流側に配置されるとともに液体の圧力によって弾性変形する可撓性を有する直管状の可撓性流路と、前記可撓性流路よりも前記流通方向の下流側の端部にのみ連結されるとともに前記流通方向に直交する流路断面の断面積が前記流路において最小となる縮径部とを有する。
また、本発明の一態様に係る流量制御装置によれば、直管状の可撓性流路によって液体の脈動を抑制することができるので、液体の脈動を抑制するための液室を有するダンパーなど流通しない液体が保持される空間を有する装置を必要としない。
本構成によれば、ポンプにより間欠的に圧送される液体に大きな脈動が発生する場合であっても、流入端から流出端へ向けた流通方向の逆方向に液体が導かれることが防止される。
このようにすることで、チューブポンプにより間欠的に圧送される液体の脈動を抑制し、適切に流量を制御することが可能な流量制御装置を提供することができる。
このようにすることで、縮径部を比較的簡易な構造の直管状の流路とすることができる。
このようにすることで、縮径部の上流側に配置された可撓性流路で脈動が抑制され、さらに縮径部を通過した後の脈動が確実に抑制された液体を流量計に供給することができる。
このようにすることで、可撓性流路の内部に収容される液体の量を十分に確保し、液体の脈動をより確実に抑制することができる。
このようにすることで、ポンプにより圧送される液体の流量が微少となる場合であっても、流入端から流出端へ向けた流通方向の逆方向に液体が導かれることが適切に防止される。
以下、本発明の第1実施形態の流量制御装置100について図面を参照して説明する。
本実施形態の流量制御装置100は、チューブポンプ20により圧送される液体の流量を制御する装置である。本実施形態の流量制御装置100は、例えば、0.1cc/min〜30cc/minの微少流量を制御するのに適している。
以下、本実施形態の流量制御装置100が備える各構成について説明する。
図1に示すように、流路10は、流通方向の上流側から順に、第1流路11と、第2流路12(可撓性流路)と、第3流路13(縮径部)と、第4流路14とが接続された流路である。第1流路11と第2流路12とは継手60によって連結されており、第2流路12と第3流路13とは継手70によって連結されている。
ここで、第1流路11の内径と、第2流路12の内径と,第3流路13の内径と,および第4流路14の内径をそれぞれID1,ID2,ID3,ID4とすると、これらは以下の式(1)の関係となっている。
ID3<ID1=ID2=ID4 (1)
ID1,ID2,ID3,ID4の具体的数値として、例えば、ID1,ID2,ID4を2mmとし、ID3を0.5mmと設定することができる。
OD1=OD3=OD4<OD2 (2)
OD1,OD2,OD3,OD4の具体的数値として、例えば、OD1,OD3,OD4を3mmとし、OD2を4mmと設定することができる。
100mm≦L1≦500mm (3)
50mm≦L2≦250mm (4)
また、L1,L2は、式(5)を満たすように設定するのが望ましい。
L1>L2 (5)
また、L1,L2は、式(6)を満たすように設定するのが更に望ましい。
L1≧2・L2 (6)
第3流路13は、内径ID3を他の流路より小さくして抵抗の効果(オリフィスとしての機能)を得ている。この抵抗の効果は、第3流路13の長さL2がある程度短い場合であっても得られる。そのため、式(4)に示す範囲にL2を設定している。
そのため、式(5)あるいは式(6)に示すようにL1,L2を設定している。
第3流路13の断面積を流路10において最小としているのは、第3流路13の配管抵抗を流路10において最も高くするためである。そのため、第3流路13の上流側の第2流路12内の液体の静圧が高い状態に維持される。
このように、流路10において最も配管抵抗の高い第3流路13の上流側に可撓性の樹脂材料によって形成される第2流路12を配置することにより、チューブポンプ20から間欠的に圧送される液体の脈動を抑制することができる。
チューブポンプ20は、流入端10aから流出端10bへ向けて間欠的に液体を圧送する装置である。
図2の概略構成図に示すように、チューブポンプ20は、シリコン樹脂等の可撓性材料により形成されるチューブ21と、ローラ22およびローラ23と、これらのローラが取り付けられるロータ24とを有する。
そして、ローラ22が軸線Xを中心として時計回りに回転することにより、チューブ21内の液体Lqもチューブ21内を時計回りに移動する。ロータ24が軸線X回りに回転すると、ローラ22によるチューブ21の押し潰しと、ローラ23によるチューブ21の押し潰しとが間欠的に行われる。これにより、チューブ21内の液体Lqが流通方向に沿って間欠的に圧送される。
ダックビル35を形成する材料としては、可撓性を有する各種材料を採用することができる。例えば、エチレンプロピレンゴム(EPDM)やフッ素ゴム等を採用することができる。
第1流路11は、ボディ32に挿入された状態でナット33によってボディ32に固定されるようになっている。また、第1流路11は、ビルハウジング31に挿入された状態でナット34によってビルハウジング31に固定されるようになっている。
図1に示すように、流量コントローラ50には流量計40により計測される流量が入力されるようになっている。流量コントローラ50は、設定部(図示略)を介して設定される目標流量と流量計40により計測される流量とが一致するように、チューブポンプ20に対してロータ24の回転数を制御するための制御指令値を伝達する。
図4および図5は、いずれも流量計40が計測する液体の流量の時間変化を示す図である。
図4は、チューブポンプ20が圧送する液体の流量(単位時間当たりの吐出量)が比較的少なく、その平均値がQ1である例を示す。一方、図5は、チューブポンプ20が圧送する液体の流量(単位時間当たりの吐出量)が比較的多く、その平均値がQ2である例を示す。
ここで、比較例の流量制御装置とは、本実施形態の流量制御装置100における第2流路12および第3流路13とをそれぞれ第1流路10と同じ内径および外径としかつ同じ材料で形成した装置である。すなわち、比較例の流量制御装置は、流入端10aから流出端10bに至るまでの流路10の全領域における流路断面積と流路を形成する材料が同じとなる。
このように、本実施形態によれば、チューブポンプ20の液体の吐出量が少ない場合であっても、液体の流通方向とは逆方向に液体が流れることが抑制される。
本実施形態の流量制御装置100によれば、チューブポンプ20よりも流通方向の下流側に直管状の第2流路12が配置され、さらにその下流側に流路断面の断面積が流路10において最小となる第3流路13が配置される。第3流路13における配管抵抗が流路10において最大となるため、第2流路12の下流側に配管抵抗が最大となる第3流路13を設けない場合に比べ、第2流路12を流通する液体は動圧が低くかつ静圧が高い状態となる。
また、本実施形態の流量制御装置100によれば、直管状の第2流路12によって液体の脈動を抑制することができるので、液体の脈動を抑制するための液室を有するダンパーなど流通しない液体が保持される空間を有する装置を必要としない。
次に、本発明の第2実施形態の流量制御装置について図6を用いて説明する。
第2実施形態は第1実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第1実施形態と同様であるものとする。
第1実施形態の流量制御装置100は、流量計40を、第3流路13よりも流通方向の下流側に配置するものであった。
それに対して本実施形態の流量制御装置100’は、流量計40を、第3流路13よりも流通方向の上流側に配置するものである。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
例えば、第2流路12の流通方向に直交する流路断面の断面積を、流路10において最大としてもよい。
このようにすることで、第2流路12の内部に収容される液体の量を十分に確保し、液体の脈動をより確実に抑制することができる。
例えば、直管状の第3流路13の代わりに、部分的に流路径(および流路断面積)を縮小した図7に示すオリフィス80を設けるようにしてもよい。
オリフィス部81は、流入側ボディ82と流出側ボディ83との間でそれぞれに挟まれた状態で支持されており、流路断面積をオリフィス80内部の他の流路よりも小さくした縮径部となっている。
図1に示す第3流路13の代わりにオリフィス80を用いることにより、第3流路13を用いる場合よりも流路長を短くして流量制御装置100全体の寸法を小さくすることができる。
11 第1流路
12 第2流路(可撓性流路)
13 第3流路(縮径部)
14 第4流路
20 チューブポンプ
21 チューブ
22 第1ローラ
23 第2ローラ
24 ロータ
30 逆止弁
31 ビルハウジング
32 ボディ
33,34 ナット
35 ダックビル
40 流量計
50 流量コントローラ(制御部)
60,70 継手
80 オリフィス
100,100’ 流量制御装置
Claims (8)
- 可撓性材料により形成されるチューブを間欠的に押し潰すチューブポンプにより間欠的に圧送される液体の流量を制御する流量制御装置であって、
流入端から流出端へ向けた流通方向に延在するとともに前記チューブポンプが配置される流路と、
前記チューブポンプよりも前記流通方向の下流側に配置されるとともに前記流路を流通する液体の流量を計測する流量計と、
前記流量計により計測される流量が目標流量となるように前記チューブポンプが吐出する液体の吐出量を制御する制御部とを備え、
前記流路は、
前記チューブポンプよりも前記流通方向の下流側に配置されるとともに液体の圧力によって弾性変形する可撓性を有する直管状の可撓性流路と、
前記可撓性流路の前記流通方向の下流側の端部にのみ連結されるとともに前記流通方向に直交する流路断面の断面積が前記流路において最小となる縮径部とを有する流量制御装置。 - 前記流路は、前記縮径部の下流側に配置される下流側流路を有し、
前記下流側流路は、前記可撓性流路よりも高い剛性を有する材料により形成されている請求項1に記載の流量制御装置。 - 前記チューブポンプよりも前記流通方向の下流側に配置される逆止弁を備える請求項1または請求項2に記載の流量制御装置。
- 前記縮径部は、前記流通方向に直交する流路断面の断面積が一定の直管状の流路である請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の流量制御装置。
- 前記流量計は、前記縮径部よりも前記流通方向の下流側に配置されている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の流量制御装置。
- 前記可撓性流路の前記流通方向に直交する流路断面の断面積は、前記流路において最大である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の流量制御装置。
- 前記逆止弁は、ダックビル型の逆止弁である請求項3に記載の流量制御装置。
- 前記チューブポンプを備える請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の流量制御装置。
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