JPH11506185A - 磁気直接駆動往復動ポンプ装置及び圧力検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ポンプ装置のチャンバ内の送出流体の流体圧力を測定する方法において、ポンプ装置が、前記チャンバ内の送出流体と流体連通しかつチャンバのシールと摺動シール接触してチャンバ内に向かいかつ該チャンバから離れる方向の経路に沿って移動できる、往復運動するピストン組立体を有し、前記方法が、Ａ）前記ピストン組立体に第１レベルの駆動力を加えることにより、シールとピストン組立体との間に発生される第１シールスティクション力の存在下で、ピストン組立体を前記経路に沿う第１位置に保持する段階と、Ｂ）前記駆動力を、前記第１レベルから、前記ピストン組立体が第１シールスティクション力に丁度打ち勝ちかつ前記第１位置から前記経路に沿って前記第１方向又は前記第２方向に測定可能な程度に移動する第２レベルまで、増分的に増大又は減少させる段階と、Ｃ）第２レベルの駆動力を測定する段階と、Ｄ）次に、第１方向又は第２方向の駆動力を第３レベルまで増分的に減少又は増大させることにより、シールとピストン組立体との間に発生される第２シールスティクション力の存在下で、ピストン組立体を前記経路に沿う第２位置に保持する段階と、Ｅ）前記駆動力を、前記第３レベルから、前記ピストン組立体が第２シールスティクション力に丁度打ち勝ちかつ前記第２位置から前記経路に沿って、段階Ｂでの移動方向とは反対方向の、前記第２方向又は前記第１方向に測定可能な程度に移動する第４レベルまで、増分的に減少又は増大させる段階と、Ｆ）第４レベルの駆動力を測定する段階と、Ｇ）互いに反対方向に作用する前記第１シールスティクション力及び第２シールスティクション力を打消すことにより、第２レベル及び第４レベルの駆動力から流体圧力を計算する段階とを有することを特徴とするポンプ装置のチャンバ内の送出流体の流体圧力を測定する方法。

Description

【発明の詳細な説明】 磁気直接駆動往復動ポンプ装置及び圧力検出方法技術分野 本発明は、広くは往復動ポンプに関し、より詳しくは、液体クロマトグラフィ ー化学分析用の磁気直接駆動往復動ポンプ装置に関する。背景技術 近年、液体クロマトグラフィー化学分析には大きな進歩がなされている。あら ゆる分離技術にとって、正確かつ再現可能な流量で試料流体を注入することが基 本である。一般的にこれらの用途では、試料溶液をカラム内に注入すなわち送出 するのに回転モータ形ポンプが使用されている。これらの回転モータ設計は充分 な流量精度を与えるが、ピストンチャンバ内への及びピストンチャンバからのピ ストンの押込み（プッシュ）及び引出し（プル）を行なうのに、高価な機械的リ ンク組立体の使用を必要とする。従って、これらのリンク組立体は、コストを増 大させかつ多くの可動部品を必要とし、このため、本来的に摩擦支持面を増大さ せかつ潜在的に大きなメインテナンス問題を有している。 回転モータ形ポンプの他の問題は、磁界を発生するソレノイドコイルを用いる リニアソレノイドモータ組立体を使用することである。これらの磁界は、コイル を通って突出すなわち延びる透磁性(permeable)スラグと協働して、該スラグを コイルの中心軸線の方向に磁気で押圧する。かくして、透磁性スラグに連結され たピストン部材は、実質的に一定流量でピストンチャンバ内に駆動され、試料流 体をピストンチャンバを通して送出する。 充填ストローク中にチャンバからピストン部材を引出すため、通常、ソレノイ ドの磁界方向とは反対方向にピストン部材に作用する少なくとも１つの戻しばね が使用される。米国特許第4,838,771 号、第4,352,645 号、第252,505 号、第4, 080,552 号、第4,021 、152 号、第3,804,558 号、第3,514,228 号及び第2,806, 432 号には、これらの特許されたソレノイド形電磁ポンプの典型例が開示されて いる。 これらの電磁ポンプは或る用途では充分であるが、ばね補助形ソレノイドポン プは、幾つかの作動上の問題を引き起こす。例えば、作動中に、戻しばねのコイ ルがピストン又は他の露出表面を摩擦し、摩耗を大幅に増大させかつこれらの部 品の作動を大きく妨げる。また、プッシュストロークすなわちフラッシュストロ ーク中にピストンを反対方向に駆動する電磁気は、ピストンに作用するばね力に 打ち勝つ必要がある。この力の不釣り合いは不規則な流体の流れを引き起こし、 従ってポンプ流量が実質的に一定でなくかつ円滑でなくなる。ピストン／スラグ 組立体の重量によっては、充填ストロークすなわちプルストロークが高速になり 過ぎ、従って、ばねがピストンをチャンバから完全に引出すときに接触を吸収及 び緩衝する内部クッションすなわちバンパが必要になる。 また、ピストン部材がチャンバの長手方向軸線から僅かに傾斜するピストンの 取付け不整合があると、作動中にピストンが種々の部品を摩擦する。このような 悪い接触として、バックアップワッシャに対する摩擦、及びソレノイド及びシー ルに対する側方荷重がある。 これらのポンプ構造では、最初は円滑な流量が得られても、一般に、これらの 精度は数分間、場合によっては数時間達成されるに過ぎない。結局、摺動部品（ 例えば、メインシール及びバックアップシール、バックアップワッシャ及びばね ）間の種々の摩擦力により、ポンプに不規則な流体の流れを引き起こす。発明の開示 従って本発明の目的は、液体クロマトグラフィー化学分析用のソレノイド電磁 直接駆動ポンプ装置を提供することにある。 本発明の他の目的は、作動摩擦力が小さい電磁ポンプ装置を提供することにあ る。 本発明の他の目的は、実質的に一定の流量が得られる電磁ポンプ装置を提供す ることにある。 本発明の他の目的は、高効率で作動寿命の長い電磁ポンプ装置を提供すること にある。 本発明の他の目的は、流体圧力測定が可能な電磁ポンプ装置を提供することに ある。 本発明の他の目的は、耐久性があり、コンパクトで、メインテナンスが容易で 、部品点数が少なくかつ不慣れな人でも容易に使用できる電磁ポンプ装置を提供 することにある。 上記目的に従って、本発明は、チャンバを形成するポンプヘッドと、細長いガ イド軸とを有し、該ガイド軸は、このガイド軸線に沿って往復運動できるように 前記チャンバ内に配置されるピストン部材を備えている磁気直接駆動ポンプ装置 を提供する。環状磁石は、ガイド軸のガイド軸線とほぼ同軸状の中央開口及び中 心軸線を有している。環状磁石は、中心軸線に沿って整合される第１磁界を内的 に発生するように形成されている。駆動磁石は、環状磁石の中央開口を通る位置 でガイド軸に連結されている。また、該駆動磁石は、第１磁界と協働するように 整合される独立駆動磁界を内的に発生する。環状磁石及び駆動磁石の少なくとも 一方は、それぞれの磁界の極性を選択的に反転して他方の磁石を誘引又は反発さ せ、ピストン部材を駆動する付加的外力を用いることなく、チャンバの内外への ピストン部材の制御された往復運動を行なわせる。 好ましくは、環状磁石はソレノイドコイルにより形成され、該ソレノイドコイ ルは、これを通る電流のそれぞれの方向に応答して二方向第１磁界を発生する。 これに対し、駆動磁石は永久磁石部材により形成するのが好ましい。 また、本発明は、チャンバ内でピストン組立体を移動させるべくピストン組立 体に加えられる力を測定することにより、送出流体の流体圧力を測定する方法を 提供する。次に、特定方法に基づいて、シールとピストン組立体との間のシール スティクション力(seal stiction force)又はこれらの間のシール摩擦力を打消 すことにより、流体圧力又は流体力を計算する。 シールスティクション力の効果を打消すため、本発明の方法は、Ａ）シールと ピストン組立体との間に発生される第１シールスティクション力の存在下で、ピ ストン組立体を、チャンバに向かいかつチャンバから離れる方向の経路に沿う第 １位置に保持する段階を有している。この段階は、第１方向（これとは反対の第 ２方向の、ピストン組立体に作用する送出流体の流体圧力に対向する方向）の、 第１レベルの駆動力をピストン組立体に加えることにより達成される。次の段階 は、Ｂ）駆動力を、前記第１レベルから、前記ピストン組立体が第１シールステ ィクション力に丁度打ち勝ちかつ第２レベルまで、増分的に増大又は減少させる 段階である。この場合、ピストン組立体は、第１シールスティクション力を消失 させかつ第１位置から前記経路に沿って第１方向又は第２方向に測定可能な程度 移動する。移動方向は、ピストン組立体に加えられる力の方向及び大きさ、及び 流体圧力の大きさに基づいて定まる。本発明は更に、Ｃ）第２レベルの駆動力を 測定する段階と、Ｄ）シールとピストン組立体との間に発生される第２シールス ティクション力の存在下で、ピストン組立体を前記経路に沿う第２位置に保持す る段階とを有する。この段階Ｄ）は、第１方向又は第２方向の駆動力を第３レベ ルまで増分的に減少又は増大させることにより達成される。第２ストップの後、 本発明の方法は、Ｅ）駆動力を、第３レベルから、ピストン組立体が第２シール スティクション力に丁度打ち勝ちかつ第４レベルまで、増分的に減少又は増大さ せる段階を有している。この場合も、移動方向は、ピストン組立体に加えられる 力の方向及び大きさ、及び流体圧力の大きさに基づいて定まる。しかしながら、 測定可能な程度に移動する方向は、第２位置から前記経路に沿って、段階Ｂでの 移動方向とは反対方向の、第２方向又は第１方向である。最後に、本発明は、Ｆ ）第４レベルの駆動力を測定する段階と、Ｇ）互いに反対方向に作用する第１シ ールスティクション力及び第２シールスティクション力を打消すことにより、第 ２レベル及び第４レベルの駆動力から流体圧力を計算する段階とを有する。 シールスティクション力消失技術において、本発明は、Ａ）シールとピストン 組立体との間の第１シール摩擦力の存在下で、ピストン組立体を、チャンバ内の 前記経路に沿って、第１位置から第２位置に移動させ、第２位置の近くでピスト ン組立体に実質的に一定の第１速度を与える段階を有する。これは、前記経路に 沿う第１方向の連続駆動力をピストン組立体に加えることにより達成される。次 の段階は、Ｂ）段階Ａでピストン組立体が前記実質的に一定の第１速度で移動す る間に、第２位置の近くの第１レベルでの駆動力を測定する段階、及びＣ）ピス トン組立体を、チャンバ内の前記経路に沿って、第２位置の近くから第１位置に 移動させ、第１位置の近くでピストン組立体に実質的に一定の第２速度を与える 段階である。この一定の第２速度は、シールとピストン組立体との間の第２シー ル摩擦力の存在下で生じ、かつ前記経路に沿って、第１方向とは反対の第２方向 の連続駆動力を前記ピストン組立体に加えることにより達成される。本発明は更 に、Ｄ）段階Ｃでピストン組立体が前記実質的に一定の第２速度で移動する間に 、第１位置の近くの第２レベルでの駆動力を測定する段階と、最後の、Ｅ）互い に反対方向に作用する前記第１シール摩擦力及び第２シール摩擦力を打消すこと により、第１レベル及び第２レベルの駆動力から流体圧力を計算する段階とを有 する。 本発明の好ましい形態では、シールスティクション力消失方法及びシール摩擦 力消失方法の各方法は、往復運動するピストン組立体を磁気駆動するソレノイド コイルを備えた電磁気駆動形ポンプ装置により遂行される。また、各ポンプ装置 は独立駆動磁石を備えており、該駆動磁石は、ピストン組立体に連結されかつソ レノイドコイルの二方向磁界と協働するように整合される、内的発生独立駆動磁 界を有する。 駆動力を発生させるため、ソレノイドコイルには、第１方向の経路に沿ってピ ストン組立体を駆動する一方向の駆動電流、及び第２方向の経路に沿ってピスト ン組立体を駆動する反対方向の駆動電流が供給される。ピストン組立体に加えら れる発生駆動力は、コイルに供給される駆動電流に比例する。図面の簡単な説明 本発明の他の目的及び長所は、添付図面に関連して述べる、本発明を実施する ための最良の形態についての以下の説明及び請求の範囲の記載から容易に明らか になるであろう。 第１図及び第２図は、本発明に従って構成された電磁直接駆動ポンプ装置の概 略図であり、ピストン組立体の運動及び磁石の対応する極性を示すものである。 第３図は、二重ピストン構造をもつ第１図の電磁直接駆動ポンプ装置の別の実 施形態を示す概略図である。発明の詳細な説明 本発明は特定の実施形態に関連して説明するが、この説明は本発明の例示であ って、本発明を限定するものではない。当業者ならば、請求の範囲に記載の本発 明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明の好ましい実施形態に種々の変 更をなし得るであろう。より良い理解を可能にするため、全図面を通じて、同類 の部品は同じ参照番号で示されている。 第１図を参照すると、ここには、チャンバ１３を形成するポンプヘッド１１を 有する磁気直接駆動ポンプ装置の全体が参照番号１０で示されている。ポンプ装 置１０はピストン組立体１５を有し、該ピストン組立体１５は、細長いガイド軸 １６と、チャンバ１３内でガイド軸１６のガイド軸線１８の方向に往復運動でき るようにチャンバ１３内に配置されたプランジャすなわちピストン部材１７とを 備えている。環状磁石（その全体を参照番号２０で示す）が設けられており、該 環状磁石２０は、中央開口２１と、ガイド軸１６のガイド軸線１８と全体として 同軸状の中心軸線２２とを有している。環状磁石２０は、中心軸線２２に沿って 整合する第１磁界を内的に発生するように形成されている。駆動磁石（その全体 を参照番号２３で示す）が、環状磁石２０の中央開口２１を通る位置においてガ イド軸１６に連結されている。また、駆動磁石２３は、第１磁界と整合して該第 １磁界と協働する独立駆動磁界を内的に発生する。環状磁石２０及び駆動磁石２ ３の少なくとも一方は、それぞれの磁界の極性を選択的に反転することにより、 ピストン部材１７を駆動する付加外力なくして、ピストン部材１７がチャンバ１ ３内に（及びチャンバ１３から）制御された往復運動をするように、他方の磁石 を引き付け又は反発する。 従って、従来技術の難磁形透磁性スラグ部材ではなく、自身の磁界を発生でき る駆動磁石２３を備えた直接駆動ポンプ装置１０を設けることにより、幾つかの 作動上の長所が得られる。例えば、中心軸線に沿うピストン部材１７の両方向へ の運動は、駆動磁石２３と環状磁石２０との磁気協働により行なわれる。これに 対し、慣用的なソレノイドポンプのソレノイドは、一般に、ピストンを、単一方 向（すなわち、ソレノイド間の中央平衡位置に向かう方向）に駆動できるに過ぎ ず、かつピストンを反対方向（すなわち、ソレノイドの中央から離れる方向）に 押圧する付加ばね部材を必要とする。また、理解されようが、ピストンに作用す る磁気は、環状磁石２０を通るピストンの相対変位に対し実質的に一定である。 このため、ピストン組立体１５の制御が簡単になり、両軸線方向の精度を高める ことができる。最後に、本発明は高価な回転リンク組立体の使用を省略でき、従 って、より効率的で信頼性のある単一ピストンポンプの製造コストを大幅に低減 できる。 好ましい形態では、環状磁石２０は、これを通る電流のそれぞれの方向に応答 して（すなわち、極性を反転させて）二方向電磁界を発生するソレノイドコイル により形成される。また、駆動磁石２３は、ネオジム・鉄・ホウ素磁石のような 、自ら磁界を発生する永久磁石部材により形成するのが好ましい。しかしながら 、環状磁石２０を永久磁石で形成し、一方、駆動磁石２３を電磁石で形成するこ ともできる。また、本発明の真の精神及び本質から逸脱することなく、両磁石を 、協働特性をもつ電磁石で形成することもできる。 第１図に示すように、ピストン組立体１５は、環状コイル２０の中心軸線２２ と実質的に同軸状のガイド軸線１８に沿って往復運動するように形成されている 。従って、駆動磁石２３も、ソレノイド環状体の実質的に中心に位置する配向で 中心軸線２２に沿って往復運動することが好ましい。これにより、駆動磁石２３ がソレノイドコイルの電磁界内に首尾よく位置決めされ、両磁界（すなわち、ソ レノイドコイルの電磁界及び駆動磁石の電磁界）間の連続相互作用が可能になる 。 簡単にいえば、駆動磁石２３は、ガイド軸１６の端部及びピストン部材１７の 端部にそれぞれ駆動磁石２３を取り付ける２つの対向スパイダ部材２５、２５′ の間に配置される。ピストン部材１７の下端部は、ポンプヘッド１１の細長いチ ャンバ１３内で往復運動できるように配置されている。ピストン部材１７がチャ ンバ１３内で往復運動すると、試料流体が、ポンプヘッド１１内の第１通路２６ からチャンバ１３を通って第２通路２７へと送出される。ヘッド１１には、逆止 弁２８、２８′（すなわち、吸込み弁２８及び吐出弁２８′）が取り付けられて いる。これらの弁はそれぞれの通路２６、２７と流体連通しており、かつポンプ 組立体の作動中に協働して、流体がチャンバ１３を通って流れることを可能にす る。これらの弁は、当該技術分野で一般的に用いられている機械弁又は電気／機 械弁で形成できる。しかしながら、好ましい実施形態では、弁２８、２８′は重 力作動形弁である。 第１図及び第２図に示すように、ポンプヘッド１１には環状シール３０が設け られており、該環状シール３０は、ピストン部材１７を摺動可能に支持して、ピ ストン部材１７の往復運動中にチャンバ壁との接触を防止する。環状シール３０ チャンバ１３をシールすべく形成され、更に、流体がチャンバ１３から流出する ことを防止する。シール３０は、該シールがポンプチャンバ１３を形成する内壁 と滑り接触するようにピストン部材１７に固定して取り付けられることは理解さ れよう。 前述のように、駆動磁石２３は、ソレノイドコイル２０の指向性磁界と協働す るように整合された内部磁界を発生する永久磁石により形成するのが好ましい。 第１図は、駆動永久磁石２３の正極（Ｐ_p）及び負極（Ｎ_p）が中心軸線２２に沿 って同軸状に配置されるように駆動磁石２３が配向されていることを示している 。第１図には、正極（Ｐ_p）がその下端部にありかつ負極（Ｎ_p）がその上端部に ある駆動磁石２３が示されているが、極性は、本発明の真の精神及び本質から逸 脱することなく切り換えることができることは理解されよう。 ソレノイドコイル２０は、これを通って流れる電流の方向に基づいて、二方向 電磁界を集合的に発生する。ピストン組立体１５を第１図の矢印３１の方向に駆 動するためには（プッシュストロークすなわちフラッシュストローク中に）、ソ レノイドコイル２０を通る電流は、該コイル２０の底部に正極（Ｐ_p）が発生さ れかつ頂部に負極（Ｎ_p）が発生されるように、適正方向に流れなくてはならな い。従って、駆動磁石２３の正極（Ｐ_p）は、ソレノイドコイル２０の下方の正 極（Ｐ_p）により反発される。同様に、駆動磁石２３の負極（Ｎ_p）は、ソレノイ ドコイル２０の上方の負極（Ｎ_c）により反発されると同時に、ソレノイドコイ ル２０の下方の正極（Ｐ_c）に誘引される。総合的には、この組合せにより、ピ ストン組立体１５が矢印３１の方向に磁気で駆動され、流体をチャンバ１３から 送出（フラッシュ）する。 これに対し、プルストロークすなわち充填ストローク中にピストン組立体１５ を反対方向（第２図に矢印３２で示す方向）に駆動するには、ソレノイドコイル ２０を通る電流の方向を反転させなくてはならない。これにより、コイル２０の 底部には負極（Ｐ_c）が発生され、一方、頂部には正極（Ｐ_c）が発生される。従 って、駆動磁石２３の正極（Ｐ_p）は、ソレノイドコイル２０の下方の負極（Ｎ_c ）に誘引される。同様に、駆動磁石２３の負極（Ｎ_p）は、ソレノイドコ イル２０の上方の正極（Ｐ_c）に誘引されると同時に、ソレノイドコイル２０の 下方の負極（Ｎ_c）により反発される。総合的には、この組合せにより、ピスト ン組立体１５が矢印３２の方向に磁気で駆動され、チャンバ１３に流体を充填す る。 従って、本発明の二重磁石アプローチは、中心軸線２２に沿う両方向へのピス トン組立体１５のより制御された運動を可能にする。これは、２つの磁石の独立 して内的に発生される磁界により発生される磁気が、コイルを通る電流の強さに 比例するという事実による。従って、磁気方程式Ｆ＝定数×電流×永久磁石の強 度を用いると、ピストン組立体１５に誘起される磁気は、中心軸線２２に沿う両 磁石間の相互作用の大部分に亘ってほぼ一定であるといえる。本質的に、ピスト ン組立体１５に誘起される磁気は、中心軸線２２に沿うピストン部材１７の往復 変位中、ほぼ一定である。これにより、ピストン組立体１５の制御された運動が 大幅に簡単化される。 慣用的なソレノイド磁気ポンプと比較すると、従来のポンプでは、透磁性スラ グに誘起される電磁気は、コイルを通る電流の強度の２乗に比例する。また、ス ラグに作用する磁気は、スラグがソレノイドの静止磁気構造体の方向に移動する につれて大幅に増大し、かつスラグがコイルの静止磁気構造体から離れる方向に 移動すると大幅に低下する。従って、この構造でピストン組立体の正確な運動を 制御することは非常に困難でありかつ本発明に比べて精度は低い。このため、こ のポンプ装置の流体の流量はより不規則である。 ピストン組立体１５の往復運動を更に安定化させるため、ピストン組立体１５ の第２ガイド支持体としてのガイド部材３３が設けられている。ガイド部材３３ は、ガイド軸１６を摺動可能に受け入れることができる寸法をもつボア３５を形 成するスリップスリーブ部材により構成される。これにより、ガイド軸１６従っ てピストン部材１７の往復運動中の摺動支持及び整合がなされる。 本発明の好ましい形態では、支持体、シール及びソレノイドに対するピストン 組立体１５の摩擦及び側方荷重を一層低減させるため、ピストン組立体１５は、 実質的に垂直なガイド軸線１８に沿って往復運動するように垂直に配向されてい る。この配向により、摩擦（より重要なことは摩擦の変化）が低減され、より円 滑な往復運動、従って流体の流れが改善される。 ソレノイドコイル２０及びポンプヘッド１１に対するピストン組立体１５の変 位を測定しかつモニタリングするため、ガイド軸１６の往復運動と協働しかつ該 ガイド軸１６に応答する変位センサ３６が設けられている。このような１つのセ ンサは、第１図及び第２図に示すように、ガイド軸１６の遠位端の直ぐ上に配置 された円筒状の可変コンデンサであり、該コンデンサは、ガイド軸１６を摺動可 能に受け入れることができる寸法に形成されている。ガイド軸１６の端部が、好 ましくは黄銅スリーブコンデンサを出入りして往復運動すると、軸１６とスリー ブとの間のキャパシタンスが、挿入深さに対してリニアに変化する。キャパシタ ンスを、実変位を計算できる電圧に変換する簡単な回路が使用される。リニアポ テンショメータ及び光検出器等の他の変位センサを使用できることも理解されよ う。 変位センサとソレノイドコイルとの間には、実時間サーボ制御ループすなわち 実時間サーボ制御機構（図示せず）が接続されている。この機構は、ピストン組 立体１５の変位を検出しかつ位置決めし、これによりソレノイドコイルに供給さ れる電流を調節するのに使用される。かくして、ソレノイドコイルは、ピストン 組立体１５の変位一時間曲線が所望のプロファイルに一致するように、各ストロ ーク中に制御される。従って、本発明の直接駆動ポンプ装置１０は、各ストロー クの開始位置及び終了位置を、実質的に反復して測定できる。また、この構造は 、システムの摩擦及び圧力の変化を自動的に矯正できる。 例えば、摩擦の突然的増大により特定ストロークが短縮されると、サーボ制御 機構がコイル電流を調節して、不足分を補償する量だけ次のストロークを増大さ せる。従って、ポンプ装置１０が１０ml／分程度の実質的に一定の流量でかつ高 効率で作動するように、長時間変化が有効に補償される。 本発明の他の実施形態では、並列分析ポンプ装置としての使用に特に適した二 重ピストン構造が設けられる。第３図に示すように、ガイド軸１６は、ソレノイ ドコイル２０の反対側に配置された反対側の第２ピストン部材１７′を有してい る。ピストン部材１７′は、第２ポンプヘッド１１′のチャンバ１３′内で往復 運動する。一方のピストン部材が対応するチャンバから流体を送出するとき、こ れと同時に、反対側の第２ピストン部材が対応するチャンバ内に流体を吸い込む 。 従って、流量が倍化されるだけでなく、より円滑な流れが達成される。各スト ロークの終時に短い休止時間があるが、磁気の方向の変化により、パルスの周波 数が倍化され、従って流れがより円滑になる。従って、より小さい容量のパルス ダンパを使用できるし、或いはダンパを省略できることもあろう。 この二重構造では、変位センサが第３図に示されていないが、いずれか一方の ピストン部材とソレノイドとの間に変位センサを設けることができる。 また、二重単一ピストンポンプ装置（dual，single piston pump apparatus） を使用すると、現在の回転単一カムモータに特有の多くの制約が解消される。例 えば、適正なストロークオーバーラップは流体圧力に基づいて定まるので、本発 明の二重単一ピストンポンプ装置は、オーバーラップを正確に制御して、クロス オーバ時の圧力パルスをなくすことができる。また、充填ストローク中にピスト ン速度を変えて、プロポーショニング精度が高めることができる。これは、本発 明のサーボ制御機構の圧力フィードバックが回転モータポンプの圧力フィードバ ックより効率が高い（ギアのラッシュヒステリシスがないからである）ため、特 にいえることである。また、駆動磁石の運動加速度は非常に高く、ほぼ瞬間的な 応答が得られる。 本発明の他の態様では、ピストン組立体を通る送出流体の流体圧力を測定する 方法が、圧力変換器を設けることなく提供される。ピストンストロークの選択さ れた部分の間にポンプ組立体に加えられる駆動力を測定することにより、シール スティクション力又はシール摩擦力を実験式で有効に打ち消すことができる。こ の実験式は、ピストンに作用する流体力、従って圧力の計算を可能にする。 これらの打消し技術は、往復運動するピストン組立体１５を垂直に配向して、 支持体及びピストン組立体１５に作用する全ての側方荷重摩擦力を実質的になく すことにより遂行される。従って、ピストン組立体１５の実質的に一定の重力す なわち重量を系統的に除去すれば、流体圧力以外の唯一の可変力は、シール摩擦 力（ピストンがチャンバ内で実質的に一定速度で移動しているとき）又はシール スティクション力（ピストンがチャンバに対して固定されているとき）となる。 ピストン部材がしばしばシール材料でコーティングされており、該コーティング 材料が剥離することがあるため、シール摩擦力又はシールスティクション力は広 範囲に変化し、かつ予測不可能である。 以下に簡単に説明するように、各打消し技術では、チャンバ１３に沿ってピス トン組立体１５を運動させ又は運動を開始すべく加えられる力の方向及び大きさ は、ピストン組立体１５をチャンバ１３から出る方向に押圧する流体圧力の大き さに基づいて定まる。 「シールスティクション力」打消し技術では、チャンバ１３内でピストン組立 体１５の運動を開始させるべくピストン組立体１５に加えられる駆動力を測定す ることにより、ポンプ組立体内の送出流体の流体圧力を打消す方法が提供される 。チャンバに沿うピストン組立体の両方向への運動を開始させるそれぞれの駆動 力を測定し、その後にシールとピストン組立体との間のシールスティクション力 （該力は両方向に作用する）を実質的に打消すことにより、更にこれからピスト ン組立体の重量を減じることにより、流体力が打消される。 本発明の方法によれば、該方法は、シール３０とピストン組立体１５との間に 形成される第１シールスティクション力の存在下で、ピストン組立体１５を、チ ャンバ１３に向かう方向及びチャンバ１３から離れる方向の経路に沿う第１位置 に保持する段階Ａ）を有する。この保持は、ピストン組立体１５に作用する送出 流体の流体圧力に対向する第１方向（第１図の矢印３１。第２図の矢印３２で示 す第２方向とは反対の方向）の第１レベルの駆動力をピストン組立体１５に付与 することにより行なわれる。次の段階Ｂ）は、駆動力を、第１レベルから、ピス トン組立体１５が第１シールスティクション力に丁度打ち勝つ第２レベルまで増 分的に増大又は減少させることからなる。この場合、ピストン組立体１５は、シ ール３０とピストン組立体との間に形成される第１シールスティクション力を消 失させ、かつ第１位置から離れる方向の経路に沿って、第１方向又は第２方向の いずれかの方向に測定可能な程度に移動する。前述のように、移動方向は、ピス トン組立体１５に加えられる力の方向及び大きさと、流体圧力の大きさとに基づ いて定まる。 本発明は更に、第２レベルの駆動力を測定する段階Ｃ）と、その後に、シール とピストン組立体との間に形成される第２シールスティクション力の存在下で、 経路に沿う第２位置にピストン組立体１５を保持する段階Ｄ）とを有する。これ は、駆動力を、第１方向又は第２方向に、第３レベルまで増分的に増減させるこ とにより行なわれる。第２回目の停止後、本発明の方法は、駆動力を、第３レベ ルから、ピストン組立体１５が第２シールスティクション力に丁度打ち勝つ第４ レベルまで増分的に減少又は増大させる段階Ｅ）を有する。ここでも、移動方向 は、ピストン組立体１５に加えられる力の方向及び大きさと、流体圧力の大きさ とに基づいて定まる。しかしながら、測定可能な程度の移動方向は、第２位置か ら離れる方向の経路に沿う、段階Ｂ）での移動方向とは反対の第２方向又は第１ 方向にある。最後に、本発明の方法は、第４レベルの駆動力を測定する段階Ｆ） と、反対方向に作用する第１シールスティクション力及び第２シールスティクシ ョン力を打消すことにより、第２レベルの駆動力及び第４レベルの駆動力から流 体圧力を計算する段階Ｇ）とを有する。 前述のように、チャンバ内の固定位置からのピストン組立体１５の移動を開始 すべくピストン組立体に作用する力は、流体力（Ｈ）、駆動力（Ｄ）、重力（す なわち、重量（Ｗ））、及びシールスティクション力（Ｓ_S）である。簡単化さ れた形態では、流体力は、本質的に、ピストン組立体１５の重量と、第１シール スティクション力（「シールスティクション」法の場合）を消失させるのに必要 な駆動力と、シールスティクション力自体との合計に等しい。 従って、ピストン組立体が、一方向（又は、最初は反対の第２方向）の第１固 定位置から第１シールスティクション力を消失させる瞬間に駆動力を測定するこ とにより、次に、ピストン組立体が、反対の第２方向（又は一方向）の第２固定 位置から第２シールスティクション力を測定可能な程度に消失させる瞬間に駆動 力を測定することにより、シールスティクション力は反対方向になる。このため 、シールスティクション力（Ｓ_S）が実質的に等しくかつ反対方向であると仮定 すると、２つの力方程式を一緒に加算することにより、それぞれのシールスティ クション力（Ｓ_S）が消失される。これにより、式Ｈ₁＋Ｈ₂＝Ｃ（Ｄ₁＋Ｄ₂＋２ Ｗ）を用いて、流体力の合計を計算できる。ここで、Ｃは、慣用的なキャリブレ ーション技術を用いて決定される実験定数である。 本発明の好ましい実施形態では、シールスティクション力打消し方法は、上記 装置のような電磁気駆動形ポンプで遂行される。従って、ピストン組立体に加え られる駆動力は、ピストン組立体を第１方向の経路に沿って駆動すべくソレノイ ドコイルを通って一方向に流れかつピストン組立体を反対の第２方向の経路に沿 って駆動すべくソレノイドコイルを通って反対方向に流れる駆動電流により発生 される。ピストン組立体に加えられる発生駆動力は、コイルを通って流れる駆動 電流に比例することは理解されよう。従って、駆動電流を増分的に増大又は減少 させることにより、ピストン組立体に加えられる駆動力が比例的に増大又は減少 される。 本発明の「シールスティクション力」打消し方法は、ピストン組立体１５を、 固定第１位置から、第１方向（第１図に矢印３１で示す方向）又は第２方向（第 ２図に矢印３２で示す方向）への移動を開始させることによりスタートする。第 １の場合には、最初に、駆動力により、ピストン部材１７が、チャンバ１３内に 向かって、軸線１８に沿う第１方向３１に押圧される。次に、ポンプ装置１０の 駆動力によりピストン組立体１５がチャンバ１３に対して第２位置に停止された 後（すなわち、段階Ｄ）の後）、駆動力によってピストン部材１７がチャンバ１ ３から出る方向に反転される。同様に、第２の場合には、駆動力により、ピスト ン部材１７が、チャンバ１３から出る方向に、軸線１８に沿う第２方向３２に最 初に押圧される。次に、駆動力によりピストン組立体１５が第２位置に停止され た後、駆動力によってピストン部材１７がチャンバ１３内に戻る方向に反転され る。しかしながら、いずれの場合にも、シールスティクション力は実質的に等し くかつシールスティクション力を打消すことができる方向とは反対方向である。 チャンバ１３に対してピストン組立体１５を移動させ又は保持する駆動力の有 効な大きさ及び方向は、重力及びシールスティクション力に対する流体圧力の大 きさの関数である。例えば、ピストン組立体１５が垂直に配置されているという 本質により、流体圧力が比較的小さい場合には、ピストン組立体を押圧する重力 及びシールスティクション力が、経路に沿ってピストン組立体を移動させるのに 要する駆動力の方向及び大きさに、流体力よりも大きな影響を与える。従って、 ピストン組立体をチャンバ内に向かって第１方向（第１図に矢印３１で示す方向 ）に移動させるには、ピストン組立体をチャンバ内に向かって押圧するピストン 組 立体の重量のみで充分であり、ピストン組立体を第２方向（第２図に矢印３２で 示す方向）に押圧する流体力に打ち勝つことができる。従って、チャンバ１３に 対してピストン組立体を固定位置に保持するため、又はピストン部材１７をチャ ンバ１３から出る方向に移動させるためには、一般に、駆動力は、該駆動力と流 体力とを結合して、ピストン組立体の重量に対向させるべく第２方向に向けられ なくてはならない。また、流体力に対しピストン組立体の重量が作用するため、 ピストン部材１７をチャンバ１３内に戻すには、駆動力は、ピストン組立体をチ ャンバ１３に対して保持するのに要する駆動力レベルから減少させ、依然として 第２方向に向くようにするだけでよい。他の場合に、ピストン組立体１５をチャ ンバ１３内に移動させるためには、駆動力は、方向を反転させなければならない （すなわち、第１方向を向くようにする）。 これに対し、ピストン部材１７をチャンバ１３から出る方向に押圧する流体力 が前述の例における流体力よりかなり大きくなる場合には、ピストン組立体を同 様に移動させるべく、ピストン組立体を押圧する駆動力の方向を反転させる必要 がある。例えば、ピストン組立体をチャンバ１３に対する固定位置に保持するか 、又はピストン組立体をチャンバ１３内に移動させるには、一般に、駆動力は、 該駆動力とピストン組立体の重量とを結合して、ピストン部材１７をチャンバ１ ３から出る方向に押圧するより大きな流体力に対向させるべく第１方向に向けら れなくてはならない。また、この場合にも、流体力に対しピストン組立体の重量 が作用するため、ピストン部材１７をチャンバ１３から出る方向に戻すには、駆 動力は、ピストン組立体をチャンバ１３に対して保持するのに要する駆動力レベ ルから減少させ、依然として第１方向に向くようにするだけでよい。他の場合に 、ピストン組立体１５をチャンバ１３内に移動させるためには、駆動力は、方向 を反転させなければならない（すなわち、第２方向を向くようにする）。 流体力の大きさ及びピストン組立体の移動方向の如何に係わらず、本発明は、 第１方向及び第２方向に移動中に測定された流体力の合計を決定する場合に、シ ールスティクション力を打消すのにも使用できる。流体圧力を決定すべく流体力 を測定するとき、吐出弁２８′が開かれている間は吸込み弁２８が閉じられるこ とは理解されよう。また、チャンバ１３の経路に沿ってピストン組立体が大きく 移動する間に流体圧力が変化するけれども、シールスティクション力測定技術を 遂行する間のピストン組立体の変位が比較的小さいことから生じる圧力変化は無 視できるほど小さい。 本発明によれば、計算段階は更に、第２電流と第１電流との合計に実験定数（ Ｃ）を掛けて、電流の合計を流体圧力に変換する段階を有している。他の段階と して、流体力の値からピストン組立体の重量を減じる段階がある。 本発明の方法は更に、シールに付着した微細片を除去するときに、ピストン組 立体のピストン部材を、通常ストロークの一般的停止位置を越えて伸長させる段 階を有している。これにより、最初の後方へのスティクション力測定がなされる 位置から微細片が削ぎ落とされ、一ストロークでの微細片の干渉を防止できる。 「シール摩擦力」消失技術では、ピストン組立体を実質的に一定の速度でチャ ンバに沿って移動させるべくピストン組立体に加えられる駆動力を測定すること により、ポンプ組立体内の送出流体の圧力を計算する他の方法が提供される。ピ ストン組立体をチャンバに沿って両方向（すなわち、第１方向及び第２方向）に 移動させるべくそれぞれの駆動力を測定し、その後にシールとピストン組立体と の間のシール摩擦力（該シール摩擦力は両方向に存在する）を消失させ、かつこ れからピストン組立体の重量を減じることにより流体力が計算される。 従って、この方法は、シール３０とピストン組立体１５との間の第１シール摩 擦力の存在下で、第２位置の近くでピストン組立体１５の実質的に一定の第１速 度を得るために、ピストン組立体１５を、チャンバ１３内の経路に沿って第１位 置から第２位置へと移動させる段階Ａ）を有している。これは、経路に沿う第１ 方向の連続駆動力をピストン組立体に加えることにより達成される。次の段階は 、段階Ａ）で実質的に一定の第１速度でピストン組立体１５が移動する間に第２ 位置に近い第１レベルで駆動力を測定する段階Ｂ）、及びピストン組立体１５を 、チャンバ１３内の経路に沿って第２位置の近くから第１位置へと移動させる段 階Ｃ）である。本発明によれば、第１位置の近くで、ピストン組立体１５の速度 は実質的に一定の第２速度であるべきである。この一定の第２速度は、シール３ ０とピストン組立体１５との間に第２シール摩擦力が存在する場合に生じ、かつ 第１方向とは反対方向の経路に沿う第２方向の連続駆動力をピストン組立体１５ に 加えることにより生じる。本発明の方法は更に、段階Ｃ）で実質的に一定の第２ 速度でピストン組立体１５が移動する間に第１位置に近い第２レベルで駆動力を 測定する段階Ｄ）を有する。最後に、本発明の方法は、互いに反対方向に作用す る第１シール摩擦力及び第２シール摩擦力を消失させることにより、駆動力の第 １レベル及び第２レベルから流体圧力を計算する段階Ｅ）を有している。 「シールスティクション」力打消し技術と同様に、ピストン組立体１５をチャ ンバ１３に沿って移動させるべくピストン組立体１５に加えられる力の方向及び 大きさは、重力及びシール摩擦力に対する流体圧力の大きさの関数である。実質 的に一定速度でチャンバ内でピストン組立体が往復運動する間にピストン組立体 に作用する力は、流体力（Ｈ）、駆動力（Ｄ）、重力（すなわち重量（Ｗ））、 及びシール摩擦力（Ｓ_F）である。簡単化された形態では、流体力は、本質的に 、ピストン組立体の重量と、経路に沿って実質的に一定速度でピストン組立体を 移動させるのに必要な駆動力と、シール摩擦力自体との合計に等しい。 従って、ピストン組立体が、実質的に一定速度で一方向（又は、最初は反対の 第２方向）に移動する瞬間に駆動力を測定することにより、次に、ピストン組立 体が、反対の第２方向（又は一方向）に実質的に一定速度で移動する瞬間に駆動 力を測定することにより、シール摩擦力（Ｓ_F）は反対方向になる。このため、 シール摩擦力（Ｓ_F）が実質的に等しくかつ反対方向であると仮定すると、２つ の力方程式を一緒に加算することにより、それぞれのシール摩擦力が消失される 。これにより、式Ｈ₁＋Ｈ₂＝Ｃ（Ｄ₁＋Ｄ₂＋２Ｗ）を用いて、流体力の合計を計 算できる。ここで、Ｃは、慣用的なキャリブレーション技術を用いて決定される 実験定数である。 ここでも、「シールスティクション」力消失技術と同様に、本発明の好ましい 実施形態では、シール摩擦力消失方法は、上記装置のような電磁気駆動形ポンプ 装置で遂行される。従って、ピストン組立体に加えられる駆動力は、ピストン組 立体を経路に沿って第１方向に駆動すべく、ソレノイドコイルを通って一方向流 れる駆動電流により発生される。ピストン組立体に加えられる、発生された駆動 力は、コイルを通って流れる駆動電流に比例する。従って、駆動電流を増分的に 増大又は減少させることにより、ピストン組立体に比例的に加えられる駆動力が 増分的に増大又は減少される。 本発明の「シール摩擦力」消失技術は、第１位置から第２位置へと、又は第２ 位置から第１位置へと、ピストン組立体１５を実質的に一定速度で移動させるこ とにより最初に遂行される。しかしながら、いずれの場合でも、シール摩擦力は 実質的に等しくかつシール摩擦力の消失を可能にする方向とは反対方向である。 流体力を決定すべく流体力を測定する間、吸込み弁２８が閉じられる一方、吐出 弁２８′はその間開かれることは、この場合にも理解されよう。また、チャンバ １３の経路に沿ってピストン組立体が大きく移動する間に流体圧力が変化するけ れども、シールスティクション力測定技術を遂行する間のピストン組立体の比較 的小さい変位（約0.01インチ）から生じる圧力変化は無視できるほど小さい。 本発明によれば、計算段階は更に、第２電流と第１電流との合計に実験定数（ Ｃ）を掛けて、電流の合計を流体圧力に変換する段階を有している。他の段階と して、流体力の値からピストン組立体の重量を減じる段階がある。 段階Ａは、第１レベルで駆動力を発生させる電流に等しい実質的に一定の第１ 量で駆動電流を供給することにより行なわれる。また、本発明のこの実施形態は 、第１移動方向から第２方向への、又は第２移動方向から第１方向へのピストン 組立体の方向変化を可能にすべく、段階Ｂの後又は段階Ｃの前に、第２位置に近 いチャンバ１３内にピストン組立体１５を保持する段階を有している。この保持 段階は、第１方向又は第２方向の駆動力を、第１レベルから第３レベルへと増分 的に減少又は増大させることにより達成される。これは、駆動電流を、第１量か ら第３量へと増分的に増大又は減少させることにより行なわれる。ソレノイドコ イルを通る電流の第３量は、駆動力の第３レベルの発生に相当する。 段階Ｃは、第２方向又は第３方向の駆動力を、第３レベルから第２レベルへと 増分的に増大又は減少させることにより達成され、これは、もちろん、駆動電流 を第３量から第２量へと増分的に増大又は減少させることにより達成される。 最後に、段階Ｅは、駆動電流の第１量及び第２量から、ピストン組立体に作用 する流体力を計算することにより達成される。

【手続補正書】 【提出日】１９９８年８月１３日 【補正内容】 請求の範囲 １．ポンプ装置のチャンバ内の送出流体の流体圧力を測定する方法において、ポ ンプ装置が、前記チャンバ内の送出流体と流体連通しかつチャンバのシールと摺 動シール接触してチャンバ内に向かいかつ該チャンバから離れる方向の経路に沿 って移動できる、往復運動するピストン組立体を有し、前記方法が、 Ａ）前記ピストン組立体に第１レベルの駆動力を加えることにより、シール とピストン組立体との間に発生される第１シールスティクション力の存在下で、 ピストン組立体を前記経路に沿う第１位置に保持する段階と、 Ｂ）前記駆動力を、前記第１レベルから、前記ピストン組立体が第１シール スティクション力に丁度打ち勝ちかつ前記第１位置から前記経路に沿って前記第 １方向又は前記第２方向に測定可能な程度に移動する第２レベルまで、増分的に 増大又は減少させる段階と、 Ｃ）第２レベルの駆動力を測定する段階と、 Ｄ）次に、第１方向又は第２方向の駆動力を第３レベルまで増分的に減少又 は増大させることにより、シールとピストン組立体との間に発生される第２シー ルスティクション力の存在下で、ピストン組立体を前記経路に沿う第２位置に保 持する段階と、 Ｅ）前記駆動力を、前記第３レベルから、前記ピストン組立体が第２シール スティクション力に丁度打ち勝ちかつ前記第２位置から前記経路に沿って、段階 Ｂでの移動方向とは反対方向の、前記第２方向又は前記第１方向に測定可能な程 度に移動する第４レベルまで、増分的に減少又は増大させる段階と、 Ｆ）第４レベルの駆動力を測定する段階と、 Ｇ）互いに反対方向に作用する前記第１シールスティクション力及び第２シ ールスティクション力を打消すことにより、第２レベル及び第４レベルの駆動力 から流体圧力を計算する段階とを有することを特徴とするポンプ装置のチャンバ 内の送出流体の流体圧力を測定する方法。 ２．前記ポンプ装置は、前記往復運動するピストン組立体を磁気駆動するソレノ イドコイルと、ピストン組立体に連結されかつソレノイドコイルの二方向磁界 と協働すべく整合される、独立した内的発生駆動磁界を有する独立した駆動磁石 とを備えた電磁気駆動形ポンプ装置により形成され、 前記駆動力は、前記ピストン組立体を前記経路に沿って第１方向に駆動する 一方向の駆動電流、及び前記ピストン組立体を前記経路に沿って反対の第２方向 に駆動する反対方向の駆動電流を前記ソレノイドコイルに供給することにより発 生され、前記駆動電流は前記ピストン組立体に加えられる駆動力に比例的に対応 し、 前記段階Ａは、前記駆動電流を実質的に一定の第１量で供給し、ピストン組 立体を前記第１位置に保持することにより達成され、 前記段階Ｂは、前記駆動電流を前記第１量から第２量まで増分的に増大又は 減少させ、ピストン組立体が第１位置から第２位置に向かって測定可能な程度に 移動できるようにすることにより達成されることを特徴とする請求の範囲第１項 に記載の方法。 ３．前記段階Ｃは、第２量の前記駆動電流を測定することにより達成され、 前記段階Ｄは、前記駆動電流を、実質的に一定の第３量まで増分的に減少又 は増大させることにより達成されることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の 方法。 ４．前記段階Ｅは、前記駆動電流を前記第３量から第４量まで増分的に減少又は 増大させ、ピストン組立体が第２位置から第３位置に向かって測定可能な程度に 移動できるようにすることにより達成されることを特徴とする請求の範囲第３項 に記載の方法。 ５．前記段階Ｆは、第４量の前記駆動電流を測定することにより達成され、 前記段階Ｇは、前記第２量及び第４量の駆動電流から、前記ピストン組立体 に作用する流体力を計算することにより達成されることを特徴とする請求の範囲 第４項に記載の方法。 ６．前記段階Ｇはまた、第２量の駆動電流と第４量の駆動電流との合計に、実験 定数を掛けて流体圧力を計算することによっても達成され、 前記段階Ｇは、前記流体力の値からピストン組立体の重量を減じる段階を更 に有し、 前記ピストン組立体は垂直に配向されていることを特徴とする請求の範囲第 ５項に記載の方法。 ７．ポンプ装置のチャンバ内の送出流体の流体圧力を測定する方法において、ポ ンプ装置が、前記チャンバ内の送出流体と流体連通しかつチャンバのシールと摺 動シール接触してチャンバ内に向かいかつ該チャンバから離れる方向の経路に沿 って移動できる、往復運動するピストン組立体を有し、前記方法が、 Ａ）前記シールとピストン組立体との間の第１シール摩擦力の存在下で前記 経路に沿う第１方向の連続駆動力を前記ピストン組立体に加えることにより、ピ ストン組立体を、前記チャンバ内の前記経路に沿って、第１位置から第２位置に 移動させ、前記第２位置の近くでピストン組立体に実質的に一定の第１速度を与 える段階と、 Ｂ）段階Ａでピストン組立体が前記実質的に一定の第１速度で移動する間に 、前記第２位置の近くの第１レベルでの前記駆動力を測定する段階と、 Ｃ）前記シールとピストン組立体との間の第２シール摩擦力の存在下で前記 経路に沿って、前記第１方向とは反対の第２方向の連続駆動力を前記ピストン組 立体に加えることにより、ピストン組立体を、前記チャンバ内の前記経路に沿っ て、第２位置の近くから第１位置に移動させ、前記第１位置の近くでピストン組 立体に実質的に一定の第２速度を与える段階と、 Ｄ）段階Ｃでピストン組立体が前記実質的に一定の第２速度で移動する間に 、前記第１位置の近くの第２レベルでの前記駆動力を測定する段階と、 Ｅ）互いに反対方向に作用する前記第１シール摩擦力及び第２シール摩擦力 を打消すことにより、前記第１レベル及び第２レベルの駆動力から流体圧力を計 算する段階とを有することを特徴とするポンプ装置のチャンバ内の送出流体の流 体圧力を測定する方法。 ８．前記段階Ｂの後でかつ前記段階Ｃの前に、ピストン組立体を、前記第２位置 の近くで前記チャンバ内に保持し、 前記保持段階は、前記第１方向又は第２方向の前記駆動力を、前記第１レベ ルから第３レベルへと増分的に減少又は増大させることにより達成され、 前記段階Ｃは、前記第２方向又は第１方向の前記駆動力を、前記第３レベル から第２レベルへと増分的に増大又は減少させることにより達成されることを特 徴とする請求の範囲第７項に記載の方法。 ９．前記ポンプ装置は、往復運動する前記ピストン組立体を磁気駆動するソレノ イドコイルを備えた電磁気駆動形ポンプにより形成され、 前記駆動力は、前記ソレノイドコイルに駆動電流を供給して、前記ピストン 組立体を前記チャンバ内で前記第１方向又は第２方向に駆動することにより与え られ、 前記段階Ｂの後でかつ前記段階Ｃの前に、ピストン組立体を、前記第２位置 の近くで前記チャンバ内に保持し、 前記保持段階は、前記第１方向又は第２方向の前記駆動力を、前記第１レベ ルから第３レベルへと増分的に減少又は増大させることにより達成され、 前記保持段階は、前記駆動電流を、前記第１量から、前記第３レベルの駆動 力に対応する第３量まで増分的に増大少又は減少させることにより達成され、 前記段階Ｃは、前記第２方向又は第１方向の前記駆動力を、前記第３レベル から第２レベルへと増分的に増大又は減少させることにより達成されることを特 徴とする請求の範囲第７項に記載の方法。 10．前記段階Ｃは、前記駆動電流を、前記第３量から、前記第２レベルの駆動力 に対応する第２量まで増分的に増大少又は減少させることにより達成されること を特徴とする請求の範囲第９項に記載の方法。 11．前記段階Ｅは、前記第１量及び第２量の駆動電流から、前記ピストン組立体 に作用する流体力を計算することにより達成されることを特徴とする請求の範囲 第１０項に記載の方法。 12．前記段階Ｅはまた、第２量の駆動電流と第４量の駆動電流との合計に、実験 定数を掛けて流体圧力を計算することによっても達成されることを特徴とする請 求の範囲第１１項に記載の方法。 13．前記段階Ｅは、前記流体力の値からピストン組立体の重量を減じる段階を更 に有することを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の方法。 14．前記ピストン組立体は垂直に配向されていることを特徴とする請求の範囲第 １３項に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．チャンバを形成するポンプヘッドと、 細長いガイド軸とを有し、該ガイド軸は、このガイド軸線に沿って往復運動 できるように前記チャンバ内に配置されるピストン部材を備え、 前記ガイド軸線とほぼ同軸状の中央開口及び中心軸線を備えた環状磁石を有 し、該環状磁石は前記中心軸線に沿って整合される第１磁界を内的に発生するよ うに形成され、 環状磁石の中央開口を通る位置でガイド軸に連結された駆動磁石を有し、該 駆動磁石は、前記第１磁界と協働するように整合される、内的に発生される独立 駆動磁界を有し、 前記環状磁石及び駆動磁石の少なくとも一方は、それぞれの磁界の極性を選 択的に反転して他方の磁石を誘引又は反発させ、ピストン部材を駆動する付加的 外力を用いることなく、前記チャンバの内外へのピストン部材の制御された往復 運動を行なわせることを特徴とする磁気直接駆動ポンプ装置。 ２．極性を反転できる前記少なくとも一方の磁石が、該磁石を通る電流のそれぞ れの方向に応答して二方向磁界を発生する電磁石により形成されることを特徴と する請求の範囲第１項に記載の磁気直接駆動ポンプ装置。 ３．前記環状磁石は、該磁石を通る電流のそれぞれの方向に応答して二方向第１ 磁界を発生するソレノイドコイルにより形成されることを特徴とする請求の範囲 第１項に記載の磁気直接駆動ポンプ装置。 ４．前記駆動磁石は永久磁石部材により形成されることを特徴とする請求の範囲 第３項に記載の磁気直接駆動ポンプ装置。 ５．前記駆動磁石は前記ソレノイドコイルの中央に配置されることを特徴とする 請求の範囲第３項に記載の磁気直接駆動ポンプ装置。 ６．前記駆動磁石は電磁石部材により形成されることを特徴とする請求の範囲第 １項に記載の磁気直接駆動ポンプ装置。 ７．前記ガイド軸と協働して、ガイド軸の往復運動中に前記チャンバ内でのピス トン部材の運動を案内するガイド部材を更に有することを特徴とする請求の範 囲第１項に記載の磁気直接駆動ポンプ装置。 ８．前記ガイド部材は、前記ガイド軸を摺動可能に受け入れることができるサイ ズに形成されたボアを備えたスリップスリーブ部材により形成されることを特徴 とする請求の範囲第７項に記載の磁気直接駆動ポンプ装置。 ９．前記ガイド部材はガイド軸の一端の近くに配置され、前記ピストン部材はガ イド軸の反対側の端部に配置されていることを特徴とする請求の範囲第７項に記 載の磁気直接駆動ポンプ装置。 10．前記ガイド軸のガイド軸線が垂直に配向されていて、ガイド軸が実質的に垂 直に往復運動できることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の磁気直接駆動ポ ンプ装置。 11．前記ガイド軸と協働しかつガイド軸の往復運動に応答してガイド軸の変位を 決定する変位センサを更に有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の磁 気直接駆動ポンプ装置。 12．前記変位センサは可変コンデンサにより形成されることを特徴とする請求の 範囲第１１項に記載の磁気直接駆動ポンプ装置。 13．前記可変コンデンサは前記ガイド軸の遠位端の近くに配置されたスリーブ部 材を有し、前記ガイド軸とスリーブ部材とのキャパシタンスが、スリーブ部材内 へのガイド軸の挿入深さに従ってリニアに変化することを特徴とする請求の範囲 第１１項に記載の磁気直接駆動ポンプ装置。 14．ポンプ装置のチャンバ内の送出流体の流体圧力を測定する方法において、ポ ンプ装置が、前記チャンバ内の送出流体と流体連通しかつチャンバのシールと摺 動シール接触してチャンバ内に向かいかつ該チャンバから離れる方向の経路に沿 って移動できる、往復運動するピストン組立体を有し、前記方法が、 Ａ）前記ピストン組立体に第１レベルの駆動力を加えることにより、シール とピストン組立体との間に発生される第１シールスティクション力の存在下で、 ピストン組立体を前記経路に沿う第１位置に保持する段階と、 Ｂ）前記駆動力を、前記第１レベルから、前記ピストン組立体が第１シール スティクション力に丁度打ち勝ちかつ前記第１位置から前記経路に沿って前記第 １方向又は前記第２方向に測定可能な程度に移動する第２レベルまで、増分 的に増大又は減少させる段階と、 Ｃ）第２レベルの駆動力を測定する段階と、 Ｄ）次に、第１方向又は第２方向の駆動力を第３レベルまで増分的に減少又 は増大させることにより、シールとピストン組立体との間に発生される第２シー ルスティクション力の存在下で、ピストン組立体を前記経路に沿う第２位置に保 持する段階と、 Ｅ）前記駆動力を、前記第３レベルから、前記ピストン組立体が第２シール スティクション力に丁度打ち勝ちかつ前記第２位置から前記経路に沿って、段階 Ｂでの移動方向とは反対方向の、前記第２方向又は前記第１方向に測定可能な程 度に移動する第４レベルまで、増分的に減少又は増大させる段階と、 Ｆ）第４レベルの駆動力を測定する段階と、 Ｇ）互いに反対方向に作用する前記第１シールスティクション力及び第２シ ールスティクション力を打消すことにより、第２レベル及び第４レベルの駆動力 から流体圧力を計算する段階とを有することを特徴とするポンプ装置のチャンバ 内の送出流体の流体圧力を測定する方法。 15．前記ポンプ装置は、前記往復運動するピストン組立体を磁気駆動するソレノ イドコイルと、ピストン組立体に連結されかつソレノイドコイルの二方向磁界と 協働すべく整合される、独立した内的発生駆動磁界を有する独立した駆動磁石と を備えた電磁気駆動形ポンプ装置により形成されることを特徴とする請求の範囲 第１４項に記載の方法。 16．前記駆動力は、前記ピストン組立体を前記経路に沿って第１方向に駆動する 一方向の駆動電流、及び前記ピストン組立体を前記経路に沿って反対の第２方向 に駆動する反対方向の駆動電流を前記ソレノイドコイルに供給することにより発 生され、前記駆動電流は前記ピストン組立体に加えられる駆動力に比例的に対応 することを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の方法。 17．前記段階Ａは、前記駆動電流を実質的に一定の第１量で供給し、ピストン組 立体を前記第１位置に保持することにより達成されることを特徴とする請求の範 囲第１６項に記載の方法。 18．前記段階Ｂは、前記駆動電流を前記第１量から第２量まで増分的に増大又は 減少させ、ピストン組立体が第１位置から第２位置に向かって測定可能な程度に 移動できるようにすることにより達成されることを特徴とする請求の範囲第１７ 項に記載の方法。 19．前記段階Ｃは、第２量の前記駆動電流を測定することにより達成されること を特徴とする請求の範囲第１８項に記載の方法。 20．前記段階Ｄは、前記駆動電流を、実質的に一定の第３量まで増分的に減少又 は増大させることにより達成されることを特徴とする請求の範囲第１９項に記載 の方法。 21．前記段階Ｅは、前記駆動電流を前記第３量から第４量まで増分的に減少又は 増大させ、ピストン組立体が第２位置から第３位置に向かって測定可能な程度に 移動できるようにすることにより達成されることを特徴とする請求の範囲第２０ 項に記載の方法。 22．前記段階Ｆは、第４量の前記駆動電流を測定することにより達成されること を特徴とする請求の範囲第２１項に記載の方法。 23．前記段階Ｇは、前記第２量及び第４量の駆動電流から、前記ピストン組立体 に作用する流体力を計算することにより達成されることを特徴とする請求の範囲 第２２項に記載の方法。 24．前記段階Ｇはまた、第２量の駆動電流と第４量の駆動電流との合計に、実験 定数を掛けて流体圧力を計算することによっても達成されることを特徴とする請 求の範囲第２３項に記載の方法。 25．前記段階Ｇは、前記流体力の値からピストン組立体の重量を減じる段階を更 に有することを特徴とする請求の範囲第２４項に記載の方法。 26．前記ピストン組立体は垂直に配向されていることを特徴とする請求の範囲第 ２５項に記載の方法。 27．前記ピストン組立体の測定可能な程度の移動の検出は、ピストン組立体の軸 の往復運動と協働しかつ該往復運動に応答してピストン組立体の変位を決定する 変位センサにより達成されることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の方法 。 28．前記変位センサは可変コンデンサにより形成されることを特徴とする請求の 範囲第２７項に記載の方法。 29．前記段階Ｇはまた、第２レベルの駆動力と第４レベルの駆動力との合計に、 実験定数を掛けて流体圧力を計算することによっても達成されることを特徴とす る請求の範囲第２８項に記載の方法。 30．前記段階Ｇは、前記流体圧力の値からピストン組立体の重量を減じる段階を 更に有することを特徴とする請求の範囲第２９項に記載の方法。 31．前記ピストン組立体は垂直に配向されていることを特徴とする請求の範囲第 ３０項に記載の方法。 32．前記ソレノイドコイルは、これを通って流れる駆動電流のそれぞれの方向に 応答する二方向コイル磁界を発生できることを特徴とする請求の範囲第１５項に 記載の方法。 33．前記ピストン組立体は、前記チャンバ内で往復運動するピストン部材を備え たガイド軸に連結された駆動磁石を有し、前記駆動磁石はソレノイドコイルのコ イル磁界の近くに配置され、かつそれぞれの方向の前記二方向磁界と協働するよ うに整合される、内的に発生される独立駆動磁界を有し、前記駆動磁石を誘引又 は反発させて前記チャンバ内でのピストン部材の制御された往復運動を行なわせ ることを特徴とする請求の範囲第３２項に記載の方法。 34．ポンプ装置のチャンバ内の送出流体の流体圧力を測定する方法において、ポ ンプ装置が、前記チャンバ内の送出流体と流体連通しかつチャンバのシールと摺 動シール接触してチャンバ内に向かいかつ該チャンバから離れる方向の経路に沿 って移動できる、往復運動するピストン組立体を有し、前記方法が、 Ａ）前記シールとピストン組立体との間の第１シール摩擦力の存在下で前記 経路に沿う第１方向の連続駆動力を前記ピストン組立体に加えることにより、ピ ストン組立体を、前記チャンバ内の前記経路に沿って、第１位置から第２位置に 移動させ、前記第２位置の近くでピストン組立体に実質的に一定の第１速度を与 える段階と、 Ｂ）段階Ａでピストン組立体が前記実質的に一定の第１速度で移動する間に 、前記第２位置の近くの第１レベルでの前記駆動力を測定する段階と、 Ｃ）前記シールとピストン組立体との間の第２シール摩擦力の存在下で前記 経路に沿って、前記第１方向とは反対の第２方向の連続駆動力を前記ピストン組 立体に加えることにより、ピストン組立体を、前記チャンバ内の前記経路に沿っ て、第２位置の近くから第１位置に移動させ、前記第１位置の近くでピストン組 立体に実質的に一定の第２速度を与える段階と、 Ｄ）段階Ｃでピストン組立体が前記実質的に一定の第２速度で移動する間に 、前記第１位置の近くの第２レベルでの前記駆動力を測定する段階と、 Ｅ）互いに反対方向に作用する前記第１シール摩擦力及び第２シール摩擦力 を打消すことにより、前記第１レベル及び第２レベルの駆動力から流体圧力を計 算する段階とを有することを特徴とするポンプ装置のチャンバ内の送出流体の流 体圧力を測定する方法。 35．前記段階Ｂの後でかつ前記段階Ｃの前に、ピストン組立体を、前記第２位置 の近くで前記チャンバ内に保持することを特徴とする請求の範囲第３４項に記載 の方法。 36．前記保持段階は、前記第１方向又は第２方向の前記駆動力を、前記第１レベ ルから第３レベルへと増分的に減少又は増大させることにより達成されることを 特徴とする請求の範囲第３５項に記載の方法。 37．前記段階Ｃは、前記第２方向又は第１方向の前記駆動力を、前記第３レベル から第２レベルへと増分的に増大又は減少させることにより達成されることを特 徴とする請求の範囲第３６項に記載の方法。 38．前記ポンプ装置は、往復運動する前記ピストン組立体を磁気駆動するソレノ イドコイルを備えた電磁気駆動形ポンプにより形成されることを特徴とする請求 の範囲第３４項に記載の方法。 39．前記駆動力は、前記ソレノイドコイルに駆動電流を供給して、前記ピストン 組立体を前記チャンバ内で前記第１方向又は第２方向に駆動することにより与え られることを特徴とする請求の範囲第３８項に記載の方法。 40．前記段階Ａは、前記第１レベルでの前記駆動力に対応する実質的に一定の第 １量で駆動電流を供給することにより達成されることを特徴とする請求の範囲第 ３９項に記載の方法。 41．前記段階Ｂの後でかつ前記段階Ｃの前に、ピストン組立体を、前記第２位置 の近くで前記チャンバ内に保持することを特徴とする請求の範囲第３９項に記載 の方法。 42．前記保持段階は、前記第１方向又は第２方向の前記駆動力を、前記第１レベ ルから第３レベルへと増分的に減少又は増大させることにより達成されることを 特徴とする請求の範囲第４１項に記載の方法。 43．前記保持段階は、前記駆動電流を、前記第１量から、前記第３レベルの駆動 力に対応する第３量まで増分的に増大少又は減少させることにより達成されるこ とを特徴とする請求の範囲第４２項に記載の方法。 44．前記段階Ｃは、前記第２方向又は第１方向の前記駆動力を、前記第３レベル から第２レベルへと増分的に増大又は減少させることにより達成されることを特 徴とする請求の範囲第４３項に記載の方法。 45．前記段階Ｃは、前記駆動電流を、前記第３量から、前記第２レベルの駆動力 に対応する第２量まで増分的に増大少又は減少させることにより達成されること を特徴とする請求の範囲第４４項に記載の方法。 46．前記段階Ｅは、前記第１量及び第２量の駆動電流から、前記ピストン組立体 に作用する流体力を計算することにより達成されることを特徴とする請求の範囲 第４５項に記載の方法。 47．前記段階Ｅはまた、第２量の駆動電流と第４量の駆動電流との合計に、実験 定数を掛けて流体圧力を計算することによっても達成されることを特徴とする請 求の範囲第４６項に記載の方法。 48．前記段階Ｅは、前記流体力の値からピストン組立体の重量を減じる段階を更 に有することを特徴とする請求の範囲第４７項に記載の方法。 49．前記ピストン組立体は垂直に配向されていることを特徴とする請求の範囲第 ４８項に記載の方法。 50．前記チャンバに沿うピストン組立体の位置の検出は、ピストン組立体の軸の 往復運動と協働しかつ該往復運動に応答する変位センサにより達成されることを 特徴とする請求の範囲第３４項に記載の方法。 51．前記変位センサは可変コンデンサにより形成されることを特徴とする請求の 範囲第５０項に記載の方法。 52．前記ソレノイドコイルは、これを通って流れる駆動電流のそれぞれの方向に 応答する二方向コイル磁界を発生できることを特徴とする請求の範囲第３８項に 記載の方法。 53．前記ピストン組立体は、前記チャンバ内で往復運動するピストン部材を備え たガイド軸に連結された駆動磁石を有し、前記駆動磁石はソレノイドコイルのコ イル磁界の近くに配置され、かつそれぞれの方向の前記二方向磁界と協働するよ うに整合される、内的に発生される独立駆動磁界を有し、前記駆動磁石を誘引又 は反発させて前記チャンバ内でのピストン部材の制御された往復運動を行なわせ ることを特徴とする請求の範囲第５２項に記載の方法。