JPWO2010143469A1 - Double reciprocating pump - Google Patents
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Abstract
常に安定したポンプ動作が可能で、脈動を抑制する。ケース部材2は、内部に軸方向に沿って一対の空間を形成する。可動仕切部材3は、一対の空間内にそれぞれ軸方向に変形自在に配置されて一対の空間をそれぞれ軸方向にポンプ室5及び作動室6に仕切る。連結シャフト11は、可動仕切部材3を、伸縮部材14を介して軸方向に伸縮自在に連結する。弁機構27は、作動室6に作動流体を導入し、作動室6から作動流体を排出する。コントローラ25は、一対の可動仕切部材3の変位をそれぞれ連続的に検出する変位センサ23の出力に基づいて一方のポンプ室5の圧縮工程と他方のポンプ室5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弁機構27を切り替えることにより一対の可動仕切部材3を駆動する。【選択図】 図1Stable pump operation is possible at all times, suppressing pulsation. The case member 2 forms a pair of spaces along the axial direction inside. The movable partition member 3 is disposed in the pair of spaces so as to be deformable in the axial direction, and partitions the pair of spaces into the pump chamber 5 and the working chamber 6 in the axial direction. The connecting shaft 11 connects the movable partition member 3 so as to be extendable and contractable in the axial direction via the extendable member 14. The valve mechanism 27 introduces the working fluid into the working chamber 6 and discharges the working fluid from the working chamber 6. The controller 25 partially overlaps the compression process of one pump chamber 5 and the compression process of the other pump chamber 5 based on the output of the displacement sensor 23 that continuously detects the displacement of the pair of movable partition members 3. The pair of movable partition members 3 is driven by switching the valve mechanism 27 so as to have an overlapping distance. [Selection] Figure 1
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。 The present invention is a two-way reciprocation in which a pair of pump chambers formed by a pair of bellows, diaphragms, plungers and other movable partition members connected by a connecting shaft perform a pump operation by alternately repeating a compression step and an expansion step. More particularly, the present invention relates to a double reciprocating pump in which elastic means is provided on a connecting shaft to reduce pulsation of a transfer fluid.
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。 A pair of closed spaces are partitioned into a pump chamber and a working chamber by a movable partition member such as a bellows connected by a connecting shaft, and the connecting shaft is reciprocated by alternately introducing working fluid into the pair of working chambers. 2. Description of the Related Art A double reciprocating pump in which a pump chamber is alternately compressed and extended is known. In this type of pump, at the end of the reciprocating stroke of the connecting shaft, the pair of suction valves and the pair of discharge valves are switched from one pump chamber side to the other pump chamber side, and as a result, the number of strokes in the discharge flow rate A pulsation corresponding to is generated. Such pulsation causes various obstacles. For semiconductor applications, for example, particles clogged in the filter are pushed out by pulsation and mixed downstream, leak from the joint due to vibration of piping, the liquid level of the washing tank undulates, and the nozzle that injects liquid onto the wafer There is a problem that the tip vibrates and the cleaning efficiency is lowered, or the inertial resistance of the liquid is increased and the flow rate is not stable. In particular, it is a major issue to be improved in the manufacturing process fields of semiconductors, liquid crystals, solar cells, medicines, foods and the like.
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)。 In order to solve this problem, conventionally, a technique for reducing the above-described pulsation by providing a coil spring on a part of the connecting shaft and elastically connecting the movable partition member in the reciprocating direction is also known. (Patent Documents 1 and 2).
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。 However, in the double reciprocating pump disclosed in Patent Document 1 described above, the expansion process of the other pump chamber is started at the stroke end where one pump chamber changes from the expansion process to the compression process. Since the delay is intended to be absorbed by the contraction of the coil spring, there is a problem that the pulsation removing effect is less than in a method in which the end and start periods of the compression process are positively overlapped in a pair of pump chambers.
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。 Further, in the double reciprocating pump disclosed in Patent Document 2, since the switching timing of the expansion process and the compression process of the pump chamber is controlled by time, the heat generation of the elastic member after the start of operation and the change of the surrounding environment When the change over time such as the above or the number of strokes is changed, there is a problem that the phase of the reciprocating motion gradually changes and the pump operation becomes unstable.
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。 The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a double reciprocating pump capable of always performing a stable pump operation and suppressing pulsation.
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。 The double reciprocating pump according to the present invention includes a case member that forms a pair of spaces along the axial direction therein, and a pair of spaces that are disposed in the pair of spaces so as to be deformable or movable in the axial direction. A pair of movable partition members for partitioning the pump chamber and the working chamber in the axial direction, a connecting shaft for connecting the pair of movable partition members so as to be expandable and contractable in the axial direction via an extendable member, and a suction side of the pump chamber A suction valve provided to guide the transfer fluid to the pump chamber; a discharge valve provided on the discharge side of the pump chamber for discharging the transfer fluid from the pump chamber; and a working fluid introduced into the working chamber; A valve mechanism for discharging the working fluid from the working chamber, a displacement sensor for continuously detecting displacement of the pair of movable partition members, and a pressure in one pump chamber based on the output of the displacement sensor. Process and the other pump chamber of the compression process is characterized by comprising a controller that drives the pair of movable partition member by switching the valve mechanism so as to have overlapping distance partially overlapping.
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。 In a preferred embodiment, the controller has setting means for setting an overlapping rate indicated by a ratio of the overlapping distance to the total stroke length of the movable partition member, and the overlap set by the setting means The overlap rate is controlled based on a set value of the rate and an output of the displacement sensor.
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。 In another embodiment, the controller increases the overlapping rate indicated by the ratio of the overlapping distance to the total stroke length of the movable partition member as the number of strokes of the pair of movable partition members increases.
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。 In another embodiment, the controller has a value that is 1 to 3% less than the limit value of the overlap rate at which the pump operation stops, the overlap rate indicated by the ratio of the overlap distance to the total stroke length of the movable partition member. The movable partition member is driven so as to be maintained.
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。 In another embodiment, the controller changes the optimal overlap rate periodically or dynamically.
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。 In another embodiment, the expansion / contraction member of the connecting shaft has a damper that relaxes a biasing force when the connection shaft extends from a compressed state.
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。 In another embodiment, the elastic member is a coil spring or an air cushion.
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。 In another embodiment, the apparatus further includes a proximity sensor that detects that the pair of movable partition members has reached the end of the moving stroke.
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。 In another embodiment, the valve mechanism adjusts the pressure of the working fluid from a pair of valves provided in the pair of working chambers and a working fluid supply source, and supplies the working fluid to the pair of valves, respectively. And a pair of regulators to be supplied.
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。 Another two-way reciprocating pump of the present invention has a pump head and a pump chamber which is attached to both sides of the pump head so that the opening sides face each other, and each has a pump chamber therein and can be expanded and contracted in the axial direction. A pair of bottomed cylindrical bellows and an opening that is coaxially disposed with respect to the bellows so as to accommodate the pair of bellows therein, and forms an operating chamber between the pair of bellows. A pair of bottomed cylindrical cylinders mounted on the pump head so as to face each other, and bottom portions of the pair of cylinders are airtight and slidable along the central axis of the cylinder, respectively, and one end of each pair of the pair of cylinders. A pair of pump shafts connected to the bottoms of the bellows, and the other ends of the pair of pump shafts are connected to each other so as to be extendable in the axial direction via an extension member. And a valve mounted on the pump head in the pump chamber to guide the transfer fluid from the suction port of the transfer fluid to the pump chamber and to guide the transfer fluid from the pump chamber to the discharge port of the transfer fluid A unit, a valve mechanism for introducing a working fluid into the working chamber and discharging the working fluid from the working chamber, a displacement sensor for continuously detecting displacement of the pair of bellows, and a displacement sensor A controller that drives the pair of bellows by switching the valve mechanism so that the compression process of the one pump chamber and the compression process of the other pump chamber partially overlap based on the output. It is characterized by having.
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。 According to the present invention, since it is possible to control the overlap distance of the optimum compression process based on continuous displacement detection by the displacement sensor, it is possible to always perform stable pump operation and effectively suppress pulsation. it can.
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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[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。[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a double reciprocating bellows pump according to a first embodiment of the present invention and a view showing a peripheral mechanism thereof. On both sides of the pump head 1 arranged at the center, bottomed
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。
One ends of
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。
The pump head 1 is provided with a
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。
On the other hand, a working fluid such as air from a working fluid source such as an air compressor (not shown) is restricted to a predetermined pressure by
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。 Next, the operation of the double reciprocating pump according to this embodiment configured as described above will be described.
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。 FIG. 2 is a waveform diagram of each part for explaining the operation of the pump according to the present embodiment.
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。
Air from the air source is supplied to the
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。
At this time, the output of the
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。
When the
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。
FIG. 2 shows the overlap distance PO in which both pump
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。
According to the experiments by the present inventors, the optimum overlap rate is various, such as the number of strokes of the pump, the physical characteristics of the
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。 For example, FIG. 3A is a graph showing the optimum overlap rate (%) and discharge-side pulsation pressure width (MPa) at each stroke number of the reciprocating operation of the pump. FIG. 3A also shows the discharge-side pulsation pressure width due to operation when there is no overlap as a comparative example. As is apparent from this figure, it is desirable to increase the optimum overlap rate as the number of strokes increases. When the number of strokes is 20 to 120 (spm), according to the graph, the overlap rate (%) is 11 to 29 (%). This is the result when the specific supply / exhaust conditions are specific conditions. And when considering various conditions, it is desirable that it is 11-50 (%).
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。
According to this embodiment, since the
[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。[Second Embodiment]
In the previous embodiment, no particular mention was made of the point at which the overlap rate has a limit value. However, if the overlap rate is too large, the force that advances one movable partition member and the force that moves the other movable partition member forward. Antagonizes and causes pump operation to stop. The overlap rate at which the pump operation stops in this way is hereinafter referred to as “limit overlap rate”.
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。 FIG. 3B shows the limit overlap rate at each stroke number under certain conditions. In order not to stop the pump operation, it is desirable to control the operation of the pump so that the overlap rate is maintained within the range indicated by the hatching in the figure where the limit overlap rate is not exceeded and the pulsation can be taken. More desirably, it is desirable to maintain an overlap rate that is several percent (eg, 1 to 3%) less than the limit overlap rate. This optimal overlap rate varies depending on the number of strokes.
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。Therefore, in the second embodiment, based on the detection signals from the proximity switches 21a and 21b and the
Specifically, a control table is created in advance by obtaining the optimum overlap ratio in the hatching of FIG. 3B for various supply / exhaust conditions. The control table may be created by obtaining an optimum duplication rate by two-point calibration and obtaining other duplication rates by interpolation. Then, during the pump operation, the control table is referred to from the number of strokes and the outputs of the
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。Thereby, it becomes an optimal duplication rate according to the number of strokes, and the pump can be operated with low pulsation.
It should be noted that the optimum overlap rate may vary depending on changes in the pump and surrounding environment over time, operating conditions including supply / exhaust conditions, and the like. Therefore, periodic calibration of the control table and dynamic calibration based on the output of the
Further, it is possible to operate while always searching for -1% to -3% of the "limit overlap rate" without creating a control table from the outputs of the
[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。[Third Embodiment]
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a connecting
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。
In the first embodiment, the
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。 According to this embodiment, not only the optimal overlap rate but also the optimal spring pressure can be easily set. Further, the spring pressure can be changed with time.
[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。[Fourth Embodiment]
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of a connecting
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。
In the previous embodiment, when one of the pump chambers is switched from the compression process to the expansion process, the energy accumulated in the
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。
The connecting
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。
According to this embodiment, when the pump chamber shifts from the compression process to the expansion process, the
[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。[Fifth Embodiment]
FIG. 6 is a further modification of the embodiment of FIG. 5 and shows an example in which an air cushion is used as a damper.
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。
In this embodiment, the connecting
[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。[Sixth Embodiment]
FIG. 7 shows an embodiment in which the embodiment of FIG.
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。 In the following embodiments, the same parts as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
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。
The connecting
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。
In this embodiment, in addition to the
[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。[Seventh Embodiment]
FIG. 8 is a diagram illustrating a modification of the sixth embodiment.
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。
This embodiment is an example in which the pressure control on the back surface of the
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。
In this embodiment (when the connecting
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。 According to this embodiment, it can be set as a simpler structure than 6th Embodiment.
[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。[Eighth Embodiment]
FIG. 9 is a sectional view showing a double reciprocating pump according to the eighth embodiment of the present invention.
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。 In the previous embodiment, a bellows is used as the movable partition member. However, in this embodiment, a piston is used as the movable partition member.
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。
On both sides of the
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。
The
他の構成は図1の構成と同様である。 Other configurations are the same as those in FIG.
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。
Also in this pump, the optimum overlap rate can be set based on continuous displacement detection by the
[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。[Ninth Embodiment]
FIG. 10 is a sectional view showing a double reciprocating pump according to the ninth embodiment of the present invention.
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。 In the previous embodiment, a bellows or a piston is used as the movable partition member, but in this embodiment, a diaphragm is used as the movable partition member.
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。
The
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。
Further, the
他の構成は図1の構成と同様である。 Other configurations are the same as those in FIG.
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。
Also in this pump, the optimum overlap rate can be set based on continuous displacement detection by the
[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。[Tenth embodiment]
FIG. 11 is a sectional view showing a double reciprocating pump according to the tenth embodiment of the present invention.
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。
In the first embodiment, each of the connecting
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。
According to this embodiment, since the coil springs 14 of the respective connecting
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。
Further, the
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。That is, the
Further, when the pressure of the supply air changes, the optimum overlap rate (%) also changes. In this embodiment, the
Furthermore, even when the
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。
In addition, the pump may be operated by correcting the zero point of the
[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。[Other Embodiments]
In the eighth and ninth embodiments described above, it goes without saying that a damper as shown in FIGS. 5 to 7 may be provided on the connecting shaft in order to prevent pulsation on the discharge side.
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。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
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二連往復動ポンプ。A case member that forms a pair of spaces along the axial direction inside;
A pair of movable partition members arranged in the pair of spaces so as to be deformable or movable in the axial direction and partitioning the pair of spaces into the pump chamber and the working chamber in the axial direction;
A connecting shaft for connecting the pair of movable partition members in an axial direction via an elastic member;
A suction valve that is provided on the suction side of the pump chamber and guides a transfer fluid to the pump chamber;
A discharge valve provided on the discharge side of the pump chamber for discharging the transfer fluid from the pump chamber;
A valve mechanism for introducing a working fluid into the working chamber and discharging the working fluid from the working chamber;
A displacement sensor for continuously detecting the displacement of each of the pair of movable partition members;
Based on the output of the displacement sensor, the pair of movable partition members is formed by switching the valve mechanism so that the compression process of one pump chamber and the compression process of the other pump chamber partially overlap each other. A double reciprocating pump characterized by comprising a controller for driving.
ことを特徴とする請求項1記載の二連往復動ポンプ。The controller has setting means for setting an overlapping rate indicated by a ratio of the overlapping distance to the total stroke length of the movable partition member, and the setting value of the overlapping rate set by the setting unit and the displacement The double reciprocating pump according to claim 1, wherein the overlap rate is controlled based on an output of a sensor.
ことを特徴とする請求項1記載の二連往復動ポンプ。2. The duplex according to claim 1, wherein the controller increases the overlapping rate indicated by the ratio of the overlapping distance to the total stroke length of the movable partition member as the number of strokes of the pair of movable partition members increases. Reciprocating pump.
ことを特徴とする請求項1記載の二連往復動ポンプ。The controller is configured to maintain the overlap rate indicated by the ratio of the overlap distance with respect to the total stroke length of the movable partition member at a value 1 to 3% less than a limit value of the overlap rate at which the pump operation stops. The double reciprocating pump according to claim 1, wherein the movable partition member is driven.
ことを特徴とする請求項4記載の二連往復動ポンプ。The double reciprocating pump according to claim 4, wherein the controller changes the optimum overlap rate periodically or dynamically.
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1〜9のいずれか1項記載の二連往復動ポンプ。The valve mechanism is
A pair of valves respectively provided in the pair of working chambers;
A pair of regulators for adjusting the pressure of the working fluid from a working fluid supply source and supplying the working fluid to the pair of valves, respectively. Double reciprocating pump.
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。A pump head,
A pair of bottomed cylindrical bellows which are attached to both sides of the pump head so that the opening sides face each other to form a pump chamber inside and expand and contract in the axial direction.
The pair of bellows are coaxially arranged with respect to the bellows so as to accommodate the pair of bellows, respectively, and an operating chamber is formed between the pair of bellows. A pair of bottomed cylindrical cylinders;
A pair of pump shafts that are airtight and slidable through the bottoms of the pair of cylinders, respectively, and whose one ends are respectively connected to the bottoms of the pair of bellows;
A connecting shaft that connects the other ends of the pair of pump shafts in an axial direction via an elastic member;
A valve unit that is mounted on the pump head in the pump chamber, guides the transfer fluid from the suction port of the transfer fluid to the pump chamber, and guides the transfer fluid from the pump chamber to the discharge port of the transfer fluid;
A valve mechanism for introducing a working fluid into the working chamber and discharging the working fluid from the working chamber;
A displacement sensor for continuously detecting the displacement of the pair of bellows,
Based on the output of the displacement sensor, the pair of bellows is driven by switching the valve mechanism so that the compression process of the one pump chamber and the compression process of the other pump chamber partially overlap each other. A double reciprocating pump characterized by comprising:
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