JP6780959B2 - 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に使用されるベローズポンプとして、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（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１１７３２２号公報

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、ベローズの収縮動作による移送流体の吐出から、ベローズの伸長動作による移送流体の吸い込みに切り換わったときに、ベローズポンプは全力で移送流体を吸い込み始める。

このため、図８に示すように、移送流体が吸い込まれるベローズの内部には、瞬間的に大きな負圧による圧力変動（図中の一点鎖線で囲んだ部分）が生じ、移送流体をベローズ内に吸い込む吸込配管内において「ウォータハンマ」と呼ばれる衝撃圧力が発生する。この衝撃圧力は、図９の一点鎖線の囲み部分で示すように前記負圧が大きくなるほど、ベローズの内部が正圧に戻ったときに、吸込配管内の図９の破線の囲み部分で示すように、図８の破線の囲み部分よりも大きくなっているのが分かる。

このような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おそれもある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、移送流体の吐出から吸い込みに切り換わるときに発生する衝撃圧力を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つの流体室のうち、一方の流体室に加圧流体を供給することでベローズを伸長させて移送流体を吸入し、他方の流体室に加圧流体を供給することで前記ベローズを収縮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、前記一方の流体室に供給する加圧流体の流体圧を調整する流体圧調整部と、前記ベローズの伸長初期に、前記一方の流体室の流体圧が段階的または連続的に増加するように前記流体圧調整部を制御する制御部と、を備える。

上記のように構成されたベローズポンプ装置によれば、制御部は、ベローズの伸長初期に、前記一方の流体室の流体圧が段階的または連続的に増加するように流体圧調整部を制御する。これにより、ベローズの収縮動作による移送流体の吐出から、ベローズの伸長動作による移送流体の吸い込み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。

本発明のベローズポンプ装置によれば、移送流体の吐出から吸い込みに切り換わるときに発生する衝撃圧力を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。 制御部が移送流体の吸い込み時に電空レギュレータを制御したときの吸込側空気室における空気圧の変化を示すグラフである。 制御部による電空レギュレータの制御の変形例を実行した場合の吸込側空気室における空気圧の変化を示すグラフである。 従来のベローズポンプにおけるベローズ内の圧力および吸込配管内の圧力を示すグラフである。 従来のベローズポンプにおいて大きな負圧が発生した場合のベローズ内の圧力および吸込配管内の圧力を示すグラフである。

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。
＜ベローズポンプ装置の全体構成＞
図１は、本発明の一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対象（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（加圧流体）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、第１電空レギュレータ（流体圧調整部）５１、及び第２電空レギュレータ（流体圧調整部）５２と、第１電磁弁４及び第２電磁弁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第１ベローズ１３及び第２ベローズ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合計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、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や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（ＰＦＡ）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およびフランジ部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（流体室）２１が形成されている。

各ポンプケース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（流体室）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駆動部）２８が構成されている。

＜検知部の構成＞
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検知部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、第１検知部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、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検知部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よい。また、第１及び第２検知部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よい。

＜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よい。

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との間にも急速排気弁を配置することが可能であるが、本実施形態においては配置されていない。その理由は、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く、コスト面を優先して考慮したためである。

＜制御部の構成＞
制御部６は、第１検知部２９及び第２検知部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検知部２９及び第２検知部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よい。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よい。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。

また、電空レギュレータ５１，５２は、少なくとも前記第１空気圧を調整するものであればよい。また、本実施形態では、流体圧調整部として、空気圧を直接的に調整する電空レギュレータ５１，５２を用いているが、空気流量を調整する空気流量調整弁を用いて空気圧を間接的に調整してもよいし、空気以外の気体（例えば窒素）や液体等の圧力又は流量を調整する機器を用いてもよい。

＜電空レギュレータの制御例＞
図５は、本実施形態の制御部６による移送流体の吐出時と吸い込み時におけ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空気圧を変化させるように電空レギュレータ５１（５２）を制御する。具体的には、制御部６は、ベローズ１３（１４）の収縮開始時点から第１収縮途中時点までの第１収縮時間Ｔ２１の間、第２空気圧を所定の空気圧Ｐｒ１から、当該空気圧Ｐｒ１よりも高い空気圧Ｐｒ２まで連続的に増加させるように電空レギュレータ５１（５２）を制御する。

次に、制御部６は、前記第１収縮途中時点から第２収縮途中時点までの第２収縮時間Ｔ２２の間、第２空気圧を前記空気圧Ｐｒ２から、当該空気圧Ｐｒ２よりも低い空気圧Ｐｒ３まで連続的に減少させるように電空レギュレータ５１（５２）を制御する。さらに、制御部６は、前記第２収縮途中時点から収縮終了時点までの第３収縮時間Ｔ２３の間、第２空気圧を前記空気圧Ｐｒ３よりも低い一定の空気圧Ｐｒ１となるように電空レギュレータ５１（５２）を制御する。

続いて、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空気圧を変化させるように電空レギュレータ５１（５２）を制御する。具体的には、制御部６は、ベローズ１３（１４）の伸長初期である伸長開始時点から第１伸長途中時点までの第１伸長時間Ｔ１１の間、第１空気圧を一定の空気圧Ｐｒ１となるように電空レギュレータ５１（５２）を制御する。

次に、制御部６は、前記第１伸長途中時点から第２伸長途中時点までの第２伸長時間Ｔ１２の間、第１空気圧を空気圧Ｐｒ１よりも高い一定の空気圧Ｐｒ４となるように電空レギュレータ５１（５２）を制御する。なお、空気圧Ｐｒ４は、前記空気圧Ｐｒ３よりも低い値に設定されている。さらに、制御部６は、前記第２伸長途中時点から伸長終了時点までの第３伸長時間Ｔ１３の間、第１空気圧を空気圧Ｐｒ４よりも低い一定の空気圧Ｐｒ１となるように電空レギュレータ５１（５２）を制御する。

図６は、本実施形態の制御部６が移送流体の吸い込み時に電空レギュレータ５１（５２）を制御したときの吸込側空気室２６における空気圧の変化を示すグラフである。図６に示すように、吸込側空気室２６の空気圧は、第１伸長時間Ｔ１１の開始時点においてゼロから空気圧Ｐａ１まで増加した後、第１伸長時間Ｔ１１の終了時点（第２伸長時間Ｔ１２の開始時点）において空気圧Ｐａ１から、極大値である空気圧Ｐａ４まで増加する。

このように、吸込側空気室２６の空気圧は、ベローズ１３（１４）の伸長初期である第１伸長時間Ｔ１１の開始時点から終了時点に至るまで、ゼロから一旦、空気圧Ｐａ１まで増加した後、この空気圧Ｐａ１よりも高い空気圧Ｐａ４まで増加する。したがって、本実施形態の制御部６は、ベローズ１３（１４）の伸長初期に、吸込側空気室２６の空気圧が段階的（ここでは２段階）に増加するように電空レギュレータ５１（５２）を制御している。なお、制御部６は、吸込側空気室２６の空気圧が３段階以上に増加するように電空レギュレータ５１（５２）を制御してもよい。

第２伸長時間Ｔ１２の開始時点以降、吸込側空気室２６の空気圧は、第２伸長時間Ｔ１２の終了時点（第３伸長時間Ｔ１３の開始時点）において空気圧Ｐａ４から再び空気圧Ｐａ１まで一旦減少した後、第３伸長時間Ｔ１３の終了時点（伸長期間Ｔ１の終了時点）においてゼロまで減少する。

このように、吸込側空気室２６の空気圧は、ベローズ１３（１４）の伸長終期である第３伸長時間Ｔ１３の開始時点から終了時点に至るまで、空気圧Ｐａ４から一旦、空気圧Ｐａ１まで低下した後、この空気圧Ｐａ１からゼロまで低下する。したがって、本実施形態の制御部６は、ベローズ１３（１４）の伸長終期に、吸込側空気室２６の空気圧が段階的に減少するように電空レギュレータ５１（５２）を制御している。

ところで、吸込側空気室２６の空気圧が低くなると、その分だけベローズ１３（１４）の伸長速度が遅くなる。このため、吸込側空気室２６の空気圧が低くなる期間である、一方のベローズ１３（１４）の伸長初期（第１伸長時間Ｔ１１）および伸長終期（第３伸長時間Ｔ１３）は、収縮中の他方のベローズ１４（１３）が最収縮状態の手前となる時点（一方のベローズ１３（１４）が最伸長状態から収縮を開始する時点）までに、前記一方のベローズ１３が最伸長状態となる時間長さに設定されている。

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Ｐｒ１〜Ｐｒ４に変化するよう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変化するように設定されていても良い。
また、ベローズ１３（１４）の伸長初期（第１伸長時間Ｔ１１）および伸長終期（第３伸長時間Ｔ１３）の両空気圧は、同じ圧力（Ｐａ１）に設定されているが、互いに異なる圧力に設定されていてもよい。但し、第１伸長時間Ｔ１１の空気圧は、移送流体をスムーズに吸い込み始める慣性力を作用させるために、できるだけ低い値にするのが望ましい。また、第３伸長時間Ｔ１３の空気圧は、移送流体を吸い込む流れを緩やかに止めるために、できるだけ低い圧力にするのが望ましい。このため、第１伸長時間Ｔ１１および第３伸長時間Ｔ１３の両空気圧を互いに異なる圧力に設定する場合には、一方の空気圧を現状の空気圧Ｐａ１よりも低くするのが望ましい。この場合、第１伸長時間Ｔ１１の空気圧を第３伸長時間Ｔ１３の空気圧Ｐａ１よりも小さくする場合と、第３伸長時間Ｔ１３の空気圧を第１伸長時間Ｔ１１の空気圧Ｐａ１よりも小さくする場合とが考えられるが、衝撃圧力の発生を抑制するという観点では後者の方が望ましい。

＜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、制御部６は、ベローズ１３（１４）の伸長初期に、吸込側空気室２６の空気圧が段階的に増加す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）の収縮動作による移送流体の吐出から、ベローズ１３（１４）の伸長動作による移送流体の吸い込み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。

＜電空レギュレータの制御の変形例＞
図７は、制御部６による電空レギュレータ５１（５２）の制御の変形例を実行した場合の吸込側空気室２６における空気圧の変化を示すグラフである。
本変形例の制御部６は、ベローズ１３（１４）の伸長初期（第１伸長時間Ｔ１１）に、吸込側空気室２６の空気圧が連続的に増加するように電空レギュレータ５１（５２）を制御している。

具体的には、制御部６は、吸込側空気室２６の空気圧が第１伸長時間Ｔ１１の開始時点においてゼロから空気圧Ｐａ１まで増加した後、図中の実線で示すようにベローズ１３（１４）の伸長時間に対して正比例して増加し、第１伸長時間Ｔ１１の終了時点で極大値である空気圧Ｐａ４となるように、電空レギュレータ５１（５２）を制御する。

なお、本変形例の制御部６は、吸込側空気室２６の空気圧が正比例して増加するように電空レギュレータ５１（５２）を制御しているが、前記空気圧が図中の一点鎖線や二点鎖線で示すように変化しながら増加するように電空レギュレータ５１（５２）を制御してもよい。具体的には、制御部６は、ベローズ１３（１４）の第１伸長時間Ｔ１１において空気圧Ｐａ１から空気圧Ｐａ４まで、図中の一点鎖線で示す凹曲線状に増加するように電空レギュレータ５１（５２）を制御してもよいし、図中の二点鎖線で示す凸曲線状に増加するように電空レギュレータ５１（５２）を制御してもよい。

以上、図７に示す変形例によれば、上述した実施形態と同様に、移送流体の吸い込みに切り換わったときの圧力変動を抑えることができ、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可能となるだけでなく、以下の作用効果を奏する。すなわち、制御部６は、ベローズ１３（１４）の伸長初期に、吸込側空気室２６の空気圧が連続的に増加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）の伸長初期における前記空気圧の圧力変化の自由度を高めることができる。

＜その他＞
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、本実施形態の図６および図７に示した制御例において、制御部６は、ベローズ１３（１４）の伸長終期（第３伸長時間Ｔ１３）に、吸込側空気室２６の空気圧が段階的に減少するように電空レギュレータ５１（５２）を制御しているが、ベローズ１３（１４）の伸長初期と同様に、前記空気圧が連続的に減少するように電空レギュレータ５１（５２）を制御してもよい。

また、ベローズポンプ１０は、上記実施形態に限定されるものではなく、一対のベローズのうちの一方をアキュムレータに入れ替えて構成されたベローズポンプ、または一対のベローズのうちの一方のベローズのみから構成されたシングルタイプのベローズポンプなど、他のベローズポンプにも適用することができる。

６：制御部、 １３：第１ベローズ、 １４：第２ベローズ、 ２１：吐出側空気室（流体室）、 ２６：吸込側空気室（流体室）、 ５１：第１電空レギュレータ（流体圧調整部）、 ５２：第２電空レギュレータ（流体圧調整部）、 Ｐｒ１，Ｐｒ４：空気圧

Claims (1)

1. 密閉された２つの流体室のうち、一方の流体室に加圧流体を供給することでベローズを伸長させて移送流体を吸入し、他方の流体室に加圧流体を供給することで前記ベローズを収縮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、
   前記一方の流体室に供給する加圧流体の流体圧を調整する流体圧調整部と、
   前記ベローズの伸長初期に、前記一方の流体室の流体圧が２段階で増加するように前記流体圧調整部を制御し、前記ベローズの伸長終期に、前記一方の流体室の流体圧が２段階で減少するように前記流体圧調整部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記伸長初期において１段階目で増加したときの前記一方の流体室の流体圧よりも、前記伸長終期において１段階目に減少したときの前記一方の流体室の流体圧のほうが小さくなるように、前記流体圧調整部を制御する、ベローズポンプ装置。