KR20080108131A

KR20080108131A - 정량 펌프 장치

Info

Publication number: KR20080108131A
Application number: KR1020087025456A
Authority: KR
Inventors: 미츠오 요코자와; 겐지 무라마츠
Original assignee: 니혼 덴산 산쿄 가부시키가이샤
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2008-12-11
Also published as: WO2007123165A1; US20110206541A1; CN101427024A; JP2007291857A

Abstract

유출측 밸브의 양측에서 압력차가 발생한 경우에도, 높은 정밀도로 정량 토출을 실시할 수 있는 정량 펌프 장치를 제공하는 것. 정량 펌프 장치 (1) 에서는, 2 대의 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 를 사용하여, 일방의 왕복 펌프 장치의 토출 기간의 시작기 및 종료기에 대하여 타방의 왕복 펌프 장치의 토출 기간의 종료기 및 시작기를 중첩시킨다. 또한, 흡입 동작 후, 토출 기간 전에, 유입측 밸브 (11Ai, 11Bi) 및 유출측 밸브 (11Ao, 11Bo) 의 쌍방을 폐쇄하여 펌프실 내의 용적을 팽창 또는 수축시켜 압력차를 해소하는 보정 동작을 실시한다.

정량 펌프 장치, 정량 토출, 토출 기간

Description

정량 펌프 장치{METERING PUMP DEVICE}

본 발명은, 복수의 왕복 펌프 장치를 구비한 정량 펌프 장치에 관한 것이다.

정량 펌프 장치로는 왕복 펌프 장치를 이용한 것이 있는데, 이러한 왕복 펌프에서는, 상사점 또는 하사점에 있어서 토출량이 반드시 0 이 되는 점이 존재하기 때문에, 정량 토출의 정밀도가 낮다는 문제가 있다. 그래서, 2 대의 왕복 펌프 장치를 병렬로 접속시키고, 1 대의 왕복 펌프 장치가 토출을 종료할 때에 다른 왕복 펌프 장치에 토출을 개시시켜, 전체로서의 토출 유량이 항상 일정해지도록 구성한 것이 제안되어 있다 (특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2001-207951호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그러나, 특허 문헌 1 에 개시된 왕복 펌프 장치와 같이 2 대의 왕복 펌프 장치를 위상시킨 경우에도, 펌프실 내와 공통 토출구측 사이에 압력차가 있으면, 유출측 밸브를 개방 상태로 전환한 직후, 펌프실로부터 공통 토출구측에 대한 유체의 유출, 또는 공통 토출구측으로부터 펌프실에 대한 유체의 유입이 일어나, 토출량이 변동된다는 문제점이 있다. 또한, 특허 문헌 1 에 개시된 정량 펌프 장치에서는, 펌프실로 유체를 흡입한 후, 펌프실로부터 기포를 방출하기 위해 유입측 밸브를 개방 상태로 하여 펌프실 내를 수축시키고 있는데, 이와 같은 동작에서는, 펌프실 내와 공통 토출구측 사이에 압력차가 있는 경우의 단위 시간당의 토출량 편차를 방지할 수는 없다.

이상의 문제점을 감안하여, 본 발명의 과제는, 유출측 밸브의 양측에서 압력차가 발생한 경우에도, 높은 정밀도로 정량 토출을 실시할 수 있는 정량 펌프 장치를 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 유입측 및 유출측에 유입측 밸브 및 유출측 밸브가 각각 접속된 왕복 펌프 장치를 복수 구비함과 함께, 당해 복수의 왕복 펌프 장치에 대하여 상기 유출측 밸브를 통하여 접속되는 공통 토출구를 구비한 정량 펌프 장치에 있어서, 상기 유입측 밸브, 상기 유출측 밸브 및 상기 왕복 펌프 장치를 제어하는 제어부를 갖고, 상기 제어부는, 상기 복수의 왕복 펌프 장치마다 타이밍을 어긋나게 하여 토출 기간과 대기 기간을 설정함과 함께, 당해 토출 기간의 시작기 및 종료기에 대하여 다른 왕복 펌프 장치의 상기 토출 기간의 종료기 및 시작기를 중첩시키고, 상기 대기 기간에 있어서 펌프실 내에 대한 흡입 동작을 실시한 후, 상기 토출 기간 전에, 상기 유입측 밸브 및 상기 유출측 밸브의 쌍방을 폐쇄하여 펌프실 내의 용적을 팽창 또는 수축시켜 펌프실 내의 압력과 공통 토출구측 사이의 압력차를 해소하는 보정 동작을 실시하게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 복수 대의 왕복 펌프 장치를 사용하여 토출 기간의 시작기 및 종료기에 대하여 다른 왕복 펌프 장치의 토출 기간의 종료기 및 시작기를 중첩시키기 때문에, 왕복 펌프 장치에 있어서 상사점 또는 하사점에서 토출량이 0 이 되는 점이 존재하는 경우에도, 전체로서의 토출 유량이 항상 일정해진다. 또한, 흡입 동작 후, 토출 기간 전에, 유입측 밸브 및 유출측 밸브의 쌍방을 폐쇄하여 펌프실 내의 용적을 팽창 또는 수축시켜 압력차를 해소하는 보정 동작을 실시하기 때문에, 유출측 밸브를 사이에 두는 양측에 압력차가 있는 경우에도, 높은 정밀도로 정량 토출을 실시할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 복수의 왕복 펌프 장치가 각각 개별의 유입측 밸브를 통하여 개별의 흡입구에 접속되어 있는 구성이어도 되는데, 상기 복수의 왕복 펌프 장치에 대하여 상기 유입측 밸브를 통하여 접속되는 공통 흡입구를 구비하고 있는 구성을 채용해도 된다.

본 발명에 있어서, 상기 왕복 펌프 장치는, 구동원이 스테핑 모터 또는 AC 동기 모터인 것이 바람직하다. 이와 같은 모터에서는, 통전을 정지시켰을 때에도 유지력에 의해 로터의 위치 유지를 실시할 수 있다. 따라서, 밸브체의 위치 유지를 실시하는 경우에도 솔레노이드 등과 달리 상시 통전이 불필요하므로, 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 또한, 상기 왕복 펌프 장치의 구동원이 스테핑 모터인 경우, 당해 스테핑 모터의 1 스텝분에 대응하는 펌프실의 내용적 변화량이 펌프실 전체의 내용적에 대하여 1/100 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하면, 분해능이 높은 정량 펌프 장치를 실현할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 왕복 펌프 장치의 펌프실 내의 압력과 상기 공통 토출구측 사이의 압력차를 직접 또는 간접적으로 감시하는 감시 장치를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 감시 장치에서의 감시 결과에 기초하여, 펌프실 내의 압력과 상기 공통 토출구측 사이에 압력차가 있을 때에 상기 보정 동작을 실시하게 하는 구성을 채용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 감시 장치는, 상기 복수의 왕복 펌프 장치의 각 펌프실 내의 압력을 감시하는 복수의 제 1 압력 센서와, 상기 공통 토출구측의 압력을 감시하는 제 2 압력 센서를 구비하고, 상기 제 1 압력 센서와 상기 제 2 압력 센서에서의 검출 결과를 비교하여 상기 압력차를 감시하는 구성을 채용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 감시 장치는, 상기 복수의 왕복 펌프 장치의 각 펌프실 내의 압력을 감시하는 복수의 압력 센서를 구비하고, 당해 복수의 왕복 펌프 장치 중, 상기 흡입 동작을 실시한 왕복 펌프 장치의 펌프실에 배치된 압력 센서에서의 검출 결과와, 상기 출력측 밸브가 개방 상태로 되어 있는 왕복 펌프 장치의 펌프실에 배치된 압력 센서에서의 검출 결과를 비교하여 상기 압력차를 감시하는 구성을 채용할 수 있다.

이러한 제어를 실현할 수 있는 정량 펌프 장치는, 유입측 및 유출측에 유입측 밸브 및 유출측 밸브가 각각 접속된 왕복 펌프 장치를 복수 구비함과 함께, 당해 복수의 왕복 펌프 장치에 대하여 상기 유출측 밸브를 통하여 접속되는 공통 토출구를 구비하고, 추가로, 상기 복수의 왕복 펌프 장치의 각 펌프실 내의 압력을 감시하는 압력 센서를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 왕복 펌프 장치의 대수가 2 대인 경우, 상기 제어 장치는, 상기 흡입 동작을 실시할 때의 펌프실의 팽창 속도를 상기 토출 기간에 있어서의 펌프실의 수축 속도보다 높게 설정하면 된다.

발명의 효과

본 발명에 관련된 정량 펌프 장치에서는, 복수 대의 왕복 펌프 장치를 사용하여 토출 기간의 시작기 및 종료기에 대하여 다른 왕복 펌프 장치의 토출 기간의 종료기 및 시작기를 중첩시키기 때문에, 왕복 펌프 장치에 있어서 상사점 또는 하사점에서 토출량이 0 이 되는 점이 존재하는 경우에도, 전체로서의 토출 유량이 항상 일정해진다. 또한, 흡입 동작 후, 토출 기간 전에, 유입측 밸브 및 유출측 밸브의 쌍방을 폐쇄하여 펌프실 내의 용적을 팽창 또는 수축시켜 압력차를 해소하는 보정 동작을 실시하기 때문에, 유입측 밸브의 유입측과 토출측 밸브의 토출측에 압력차가 있는 경우, 결과적으로 유출측 밸브를 사이에 두는 양측에 압력차가 있는 경우에도, 높은 정밀도로 정량 토출을 실시할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 정량 펌프 장치의 기본 구성을 나타내는 개념도이다.

도 2 는 도 1 에 나타내는 정량 펌프 장치의 구성예를 나타내는 사시도이다.

도 3 은 도 2 에 나타내는 정량 펌프 장치의 본체 부분의 종단면도이다.

도 4 는 본 발명을 적용한 정량 펌프 장치의 동작을 나타내는 타이밍 차트도 이다.

도 5 는 본 발명을 적용한 정량 펌프 장치의 동작을 나타내는 다른 타이밍 차트도이다.

도 6 은 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 정량 펌프 장치의 기본 구성을 나타내는 개념도이다.

도 7 은 본 발명의 실시형태 3 에 관련된 정량 펌프 장치의 기본 구성을 나타내는 개념도이다.

도 8 은 본 발명을 적용한 정량 펌프 장치에 사용한 왕복 펌프 장치를 세로로 분할한 상태의 분해 사시도이다.

도 9 는 본 발명을 적용한 정량 펌프 장치에 있어서, 유입측 밸브 및 유출측 밸브로서 사용한 액티브 밸브의 종단면을 나타내는 설명도이다.

도 10 은 본 발명을 적용한 정량 펌프 장치에 있어서, 유입측 밸브 및 유출측 밸브로서 사용한 다른 액티브 밸브의 종단면을 비스듬히 상방에서 봤을 때의 설명도이다.

부호의 설명

1 … 정량 펌프 장치

10A, 10B … 왕복 펌프 장치

11Ai, 11Bi … 유입측 밸브

11Ao, 11Bo … 유출측 밸브

12Ai, 12Bi, 12i … 유입로

12Ao, 12Bo, 12o … 유출로

13o … 공통 토출구

13i … 공통 흡입구

14A, 14B, 14o … 압력 센서 (감시 장치)

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.

[실시형태 1] (장치 구성) 도 1 은 본 발명을 적용한 정량 펌프 장치의 기본 구성을 나타내는 개념도이다. 도 2 는 본 발명을 적용한 정량 펌프 장치의 구성예를 나타내는 사시도이다. 도 3 은 도 2 에 나타내는 정량 펌프 장치의 본체 부분의 종단면도이다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 형태의 정량 펌프 장치 (1) 는 액체 또는 기체의 정량 토출을 실시하는 펌프 장치로서, 유입로 (12Ai, 12Bi) 및 유출로 (12Ao, 12Bo) 에 유입측 밸브 (11Ai, 11Bi) 및 유출측 밸브 (11Ao, 11Bo) 가 각각 접속된 2 대의 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 를 구비하고 있다. 2 대의 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 에 대해서는, 유출측 밸브 (11Ao, 11Bo) 를 통하여 접속되는 공통의 유출로 (12o) 에 공통 토출구 (13o) 가 구성되어 있다. 또한, 본 형태의 정량 펌프 장치 (1) 에서는, 2 대의 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 에 대하여 유입측 밸브 (11Ai, 11Bi) 를 통하여 접속되는 공통의 유입로 (12i) 에 공통 흡입구 (13i) 가 구성되어 있다. 여기서, 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 는 서로 동일한 구성을 갖고 있음과 함께, 유입측 밸브 (11Ai, 11Bi) 및 유출측 밸브 (11Ao, 11Bo) 는 모두 동일한 구성을 갖고 있다. 또한, 유입로 (12Ai, 12Bi) 는 서로 동일한 구성을 갖고, 유출로 (12Ao, 12Bo) 는 서로 동일한 구성을 갖고 있다.

본 형태의 정량 펌프 장치 (1) 는, 예를 들어, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 복수 장의 플레이트를 적층한 직방체 형상의 본체 부분 (2) 과, 이 본체 부분 (2) 에 대하여 커넥터나 케이블을 통하여 접속된 제어 장치 (3) (제어부) 를 구비하고 있다. 본체 부분 (2) 은, 바닥판 (75), 베이스판 (76), 유로 구성판 (77), 이 유로 구성판 (77) 의 상면을 덮음으로써 유로의 상면을 막는 상판 (78) 이 이 순서로 적층되고, 상판 (78) 에는 공통 토출구 (13o) 를 구성하는 파이프 (781), 및 공통 흡입구 (13i) 를 구성하는 파이프 (782) 가 연결되어 있다.

상세한 것은 후술하겠지만, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 는 모두 펌프실 (20) 에 배치된 다이어프램 밸브 (170) 로 이루어지는 밸브체와, 이 밸브체를 구동시켜 펌프실 (20) 의 내용적을 수축, 팽창시키는 스테핑 모터 (구동원) 를 구비한 구동 장치 (105) 를 구비하고 있고, 스테핑 모터가 일방 방향으로 회전하였을 때에 펌프실 (20) 의 내용적이 확대되는 방향으로 다이어프램 밸브 (170) 를 구동시키고, 스테핑 모터가 타방 방향으로 회전하였을 때에 펌프실 (20) 의 내용적이 수축되는 방향으로 다이어프램 밸브 (170) 를 구동시킨다. 여기서, 스테핑 모터의 1 스텝분에 대응하는 펌프실 (20) 의 내용적 변화량은, 펌프실 (20) 전체의 내용적에 대하여 1/100 이하이다.

또한, 유입측 밸브 (11Ai, 11Bi) 및 유출측 밸브 (11Ao, 11Bo) 는 각각이 밸 브체 (다이어프램 밸브 (260)) 및 리니어 액츄에이터 (201) 를 구비한 액티브 밸브이고, 각각이 독립적으로 개폐 동작을 실시한다.

(동작) 도 4 는 본 형태의 정량 펌프 장치의 동작을 나타내는 타이밍 차트도로, 이러한 제어는 도 2 에 나타내는 제어 장치 (3) 에 의해 실시된다.

도 4(a) 에는, 2 대의 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 중, 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 에 있어서 스테핑 모터에 의해 밸브체가 구동되는 모습을 나타내고 있으며, 파형이 상향인 기간은 펌프실 (20) 이 수축되어 유체가 토출되고, 파형이 하향인 기간은 펌프실 (20) 이 팽창되어 액체가 흡인되는 모습을 나타낸다. 도 4(b), (c) 에는, 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 에 대한 유입측 밸브 (11Ai) 및 유출측 밸브 (11Ao) 가 구동되는 모습을 나타내고 있으며, 파형이 상향인 신호가 입력되면, 그 이후 파형이 하향인 신호가 입력될 때까지 밸브가 개방 상태로 되고, 파형이 하향인 신호가 입력되면, 그 이후 파형이 상향인 신호가 입력될 때까지 밸브가 폐쇄 상태로 된다. 도 4(d) 에는, 제 2 왕복 펌프 장치 (10B) 에 있어서 스테핑 모터에 의해 밸브체가 구동되는 모습을 나타내고 있으며, 파형이 상향인 기간은 펌프실 (20) 이 수축되어 액체가 토출되고, 파형이 하향인 기간은 펌프실 (20) 이 팽창되어 액체가 흡인되는 모습을 나타낸다. 도 4(e), (f) 에는, 제 2 왕복 펌프 장치 (10B) 에 대한 유입측 밸브 (11Bi) 및 유출측 밸브 (11Bo) 가 구동되는 모양을 나타내고 있으며, 파형이 상향인 신호가 입력되면, 그 이후 파형이 하향인 신호가 입력될 때까지 밸브가 개방 상태로 되고, 파형이 하향인 신호가 입력되면, 그 이후 파형이 상향인 신호가 입력될 때까지 밸브가 폐쇄 상태로 된다. 도 4(g) 에는, 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 및 제 2 왕복 펌프 장치 (10B) 로부터 토출되는 액체의 토출량 (공통 토출구 (13o) 로부터의 토출량) 을 합성한 결과를 나타내고, 도 4(h) 에는, 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 및 제 2 왕복 펌프 장치 (10B) 로 흡입되는 액체의 흡입량을 합성한 결과 (공통 흡입구 (13i) 로부터의 흡입량) 를 나타내고 있다.

본 형태에 있어서는, 각 시간마다의 동작은 후술하겠지만, 제어 장치 (3) 는, 먼저 도 4 의 상단에 나타내는 바와 같이, 2 대의 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 마다 타이밍을 어긋나게 하여 토출 기간 (T1A, T1B) 과 대기 기간 (T2A, T2B) 을 설정함과 함께, 일방의 왕복 펌프 장치 (예를 들어, 제 1 왕복 펌프 장치 (10A)) 의 토출 기간 (예를 들어, 토출 기간 T1A) 의 시작기 및 종료기에 대하여 타방의 왕복 펌프 장치 (예를 들어, 제 2 왕복 펌프 장치 (10B)) 의 토출 기간 (예를 들어, 토출 기간 T1B) 의 종료기 및 시작기를 중첩시킨다.

또한, 제어 장치 (3) 는, 대기 기간 (T2A, T2B) 에 있어서 펌프실 (20) 내에 대한 흡입 동작을 실시한 후, 토출 기간 (T1A, T1B) 전에 유입측 밸브 (11Ai, 11Bi) 및 유출측 밸브 (11Ao, 11Bo) 의 쌍방을 폐쇄하여 펌프실 (20) 내의 용적을 수축시켜 압력차를 해소하는 보정 동작을 실시하게 한다.

도 4 에 있어서, 먼저 시간 t0 까지는 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 는 정지 상태에 있고, 각 펌프실 (20) 에는 액체 (유체) 를 흡입 종료한 상태에 있다. 또한, 모든 밸브가 폐쇄 상태에 있다. 이 상태에서, 도 4(a), (b), (c) 에 나타내는 바와 같이, 시간 t0 에 있어서 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 에 대한 유출측 밸브 (11Ao) 가 개방 상태로 된 후, 시간 t1 에 있어서 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 에서 밸브체가 펌프실 (20) 을 수축시키는 방향으로 구동되는 결과, 액체의 토출이 개시된다. 이러한 토출은 시간 t8 까지의 토출 기간 (T1A) 에 있어서 계속되고, 그 동안 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 는 액체를 정량 토출한다.

그리고, 시간 t8 에 있어서 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 에 대한 유출측 밸브 (11Ao) 가 폐쇄 상태로 되어 액체의 토출이 정지된 후, 이러한 정지는 시간 t13 까지의 대기 기간 (T2A) 에 있어서 계속된다. 이러한 대기 기간 (T2A) 에 있어서는, 시간 t9 에 있어서 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 에 대한 유입측 밸브 (11Ai) 가 개방 상태로 된 후, 시간 t10 ∼ t11 까지 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 에서 밸브체가 펌프실 (20) 을 팽창시키는 방향으로 구동되어 액체의 흡입 동작이 실시된다.

다음으로, 시간 t13 에 있어서 다시 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 에 대한 유출측 밸브 (11Ao) 가 개방 상태로 된 후, 시간 t14 에 있어서 다시 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 에서 밸브체가 펌프실 (20) 을 수축시키는 방향으로 구동되어 액체의 토출이 개시된다. 이러한 토출은 시간 t22 까지의 토출 기간 (T1A) 에 있어서 계속되고, 그 동안 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 는 액체를 정량 토출한다.

그리고, 시간 t22 에 있어서 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 에 대한 유출측 밸브 (11Ao) 가 폐쇄 상태로 되어 액체의 토출이 정지된 후, 이러한 정지는 시간 t27 까지의 대기 기간 (T2A) 에 있어서 계속된다. 이러한 대기 기간 (T2A) 에 있어서는, 시간 t23 에 있어서 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 에 대한 유입측 밸브 (11Ai) 가 개방 상태로 된 후, 시간 t24 ∼ t25 까지 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 에서 밸브체가 펌프실 (20) 을 팽창시키는 방향으로 구동되어 액체의 흡입 동작이 실시된 다. 이와 같은 일련의 동작은, 그 후 반복된다.

한편, 도 4(d), (e), (f) 에 나타내는 바와 같이, 제 2 왕복 펌프 장치 (10B) 에서도 동일한 동작이 실시되지만, 그 타이밍이 어긋나 있다. 따라서, 시간 t6 에 있어서 제 2 왕복 펌프 장치 (10B) 에 대한 유출측 밸브 (11Bo) 가 개방 상태로 된 후, 시간 t7 에 있어서 제 2 왕복 펌프 장치 (10B) 에서 밸브체가 펌프실 (20) 을 수축시키는 방향으로 구동되어 액체의 토출이 개시된다. 이러한 토출은 시간 t15 까지의 토출 기간 (T1B) 에 있어서 계속되고, 그 동안 제 2 왕복 펌프 장치 (10B) 는 액체를 정량 토출한다. 다음으로, 시간 t15 에 있어서 제 2 왕복 펌프 장치 (10B) 에 대한 유출측 밸브 (11Bo) 가 폐쇄 상태로 되어 액체의 토출이 정지되고, 이러한 정지는 시간 t20 까지의 대기 기간 (T2B) 에 있어서 계속된다. 이러한 대기 기간 (T2B) 에 있어서는, 시간 t16 에 있어서 제 2 왕복 펌프 장치 (10B) 에 대한 유입측 밸브 (11Bi) 가 개방 상태로 된 후, 시간 t17 ∼ t18 까지 제 2 왕복 펌프 장치 (10B) 에서 밸브체가 펌프실 (20) 을 팽창시키는 방향으로 구동되어 액체의 흡입 동작이 실시된다. 이와 같은 일련의 동작은, 그 후 반복된다.

여기서, 시간 t7 ∼ t8 이나 시간 t21 ∼ t22 와 같이, 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 의 토출 기간 (T1A) 의 종료기와 제 2 왕복 펌프 장치 (10B) 의 토출 기간 (T1B) 의 시작기는 중첩되고, 시간 t14 ∼ t15 와 같이, 제 2 왕복 펌프 장치 (10B) 의 토출 기간 (T1B) 의 종료기와 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 의 토출 기간 (T1A) 의 시작기는 중첩되어 있다. 이 때문에, 도 4(h) 에 나타내는 바와 같이 액체의 흡입은 단속적으로 실시되지만, 도 4(g) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 및 제 2 왕복 펌프 장치 (10B) 로부터 토출되는 액체의 토출량 (공통 토출구로부터의 토출량) 을 합성한 토출 속도 (단위 시간당의 토출량) 는 항상 일정하다.

(압력차에 대한 보정 동작) 본 형태의 정량 펌프 장치 (1) 에서는, 펌프실 (20) 내와 공통 토출구 (13o) 측 사이에 압력차가 있으면, 유출측 밸브 (11Ao, 11Bo) 를 개방 상태로 전환한 직후, 펌프실 (20) 로부터 공통 토출구 (13o) 측에 대한 액체의 유출, 또는 공통 토출구 (13o) 측으로부터 펌프실 (20) 에 대한 액체의 유입이 일어나 토출량이 변동된다.

그래서, 본 형태에서는, 정량 펌프 장치 (1) 의 사용 상황에 기초하여, 펌프실 (20) 내의 압력보다 공통 토출구 (13o) 측의 압력이 높은 것으로 하여, 제어 장치 (3) 는 조건 설정되어 있다. 즉, 제어 장치 (3) 는 미리 설정된 조건에 따라, 대기 기간 (T2A, T2B) 에 있어서 펌프실 (20) 내에 대한 흡입 동작을 실시한 후, 토출 기간 (T1A, T1B) 전에, 기간 t5 ∼ t6, t12 ∼ t13, t19 ∼ t20 에서는 유입측 밸브 (11Ai) 및 유출측 밸브 (11Ao) 의 쌍방 (또는 유입측 밸브 (11Bi) 및 유출측 밸브 (11Bo) 의 쌍방) 을 폐쇄하여 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) (또는 제 2 왕복 펌프 장치 (10B)) 의 펌프실 (20) 내의 용적을 수축시키는 방향으로 밸브체를 구동하는 보정 동작을 실시하게 한다. 예를 들어, 대기 기간 (T2A) 에 있어서 펌프실 (20) 내에 대한 흡입 동작을 실시한 후, 토출 기간 (T1A) 전에, 기간 t5 ∼ t6, t19 ∼ t20 에서는 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 에 대한 유입측 밸브 (11Ai) 및 유출측 밸브 (11Ao) 의 쌍방을 폐쇄하여 제 1 왕복 펌프 장치 (10A) 의 펌프실 (20) 내의 용적을 수축시키는 방향으로 밸브체를 구동시켜, 펌프실 (20) 내의 압력을 높이고, 공통 토출구 (13o) 측과의 압력차를 해소한다. 또한, 대기 기간 (T2B) 에 있어서 펌프실 (20) 내에 대한 흡입 동작을 실시한 후, 토출 기간 (T1B) 전에, 기간 t12 ∼ t13 에서는 제 2 왕복 펌프 장치 (10B) 에 대한 유입측 밸브 (11Bi) 및 유출측 밸브 (11Bo) 의 쌍방을 폐쇄하여 제 2 왕복 펌프 장치 (10B) 의 펌프실 (20) 내의 용적을 수축시키는 방향으로 밸브체를 구동시켜, 펌프실 (20) 내의 압력을 높이고, 공통 토출구 (13o) 측과의 압력차를 해소한다.

또한, 본 형태에서는, 펌프실 (20) 내의 압력보다 공통 토출구 (13o) 측의 압력이 높은 것으로 하여 토출 전의 펌프실 (20) 내의 압력을 높였지만, 펌프실 (20) 내의 압력보다 공통 토출구 (13o) 측의 압력이 낮은 경우에는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 대기 기간 (T2A, T2B) 에 있어서 펌프실 (20) 내에 대한 흡입 동작을 실시한 후, 토출 기간 (T1A, T1B) 전에, 기간 t5 ∼ t6, t12 ∼ t13, t19 ∼ t20 에서는 유입측 밸브 및 유출측 밸브의 쌍방을 폐쇄하여 펌프실 (20) 내의 용적을 팽창시키는 방향으로 밸브체를 구동시키는 보정 동작을 실시하면 된다.

(본 형태의 주요한 효과) 이상 설명한 바와 같이, 본 형태의 정량 펌프 장치 (1) 에서는, 2 대의 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 를 사용하여, 일방의 왕복 펌프 장치의 토출 기간의 시작기 및 종료기에 대하여 타방의 왕복 펌프 장치의 토출 기간의 종료기 및 시작기를 중첩시키기 때문에, 왕복 펌프 장치 (10A 10B) 에 있어서 상사점 또는 하사점에서 토출량이 0 이 되는 점이 존재하는 경우에도, 전체로서의 토출 유량이 항상 일정해진다.

또한, 흡입 동작 후, 토출 기간 (T1A, T1B) 전에, 유입측 밸브 및 유출측 밸브의 쌍방을 폐쇄하여 펌프실 (20) 내의 용적을 팽창 또는 수축시켜 압력차를 해소하는 보정 동작 (T3A, T3B) 을 실시하기 때문에, 유출측 밸브 (11Ao, 11Bo) 를 사이에 두는 양측에 압력차가 있는 경우에도, 높은 정밀도로 정량 토출을 실시할 수 있다. 그러므로, 밸브체로서 다이어프램 밸브를 사용한 경우에는, 펌프실 (20) 의 내압과 대기압의 압력차에 의해 다이어프램 밸브에 불필요한 변형이 발생하는 경우가 있으나, 본 형태에서는, 이러한 변형을 보정하여 흡인 및 토출을 실시할 수 있어 흡인량 및 토출량의 정밀도가 높다.

또한, 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 에서는, 구동 장치 (105) 에 사용한 스테핑 모터에 공급하는 신호 패턴에 의해 동작을 제어하기 때문에, 캠 기구에 의해 왕복 펌프 장치의 동작을 제어하는 구성과 달리, 스테핑 모터에 공급하는 신호 패턴을 변화시키는 것만으로 밸브체 (다이어프램 밸브 (170)) 의 이동 속도를 용이하게 변경할 수 있으므로, 단위 시간당의 토출량이 적은 조건에서 많은 조건에까지 안정적으로 대응할 수 있다. 또한, 단위 시간당의 토출량이 많은 조건의 경우에도, 다이어프램 밸브 (170) 의 왕복 횟수가 적어도 되기 때문에, 정량 펌프 장치 (1) 의 수명이 길다.

또한, 유입측 밸브 (11Ai, 11Bi) 및 유출측 밸브 (11Ao, 11Bo) 는, 각각이 독립적으로 개폐 동작을 실시하는 액티브 밸브이기 때문에, 유입측 및 유출측의 쌍방이 개방 상태가 되는 것을 회피할 수 있다. 따라서, 밸브 흡입구 (13i) 측이 토출구 (13o) 측보다 고압이어도 순류 (順流) 가 발생하지 않아, 정량 펌프 장치 (1) 는 항상 정량 토출을 실시할 수 있다. 또한, 유입측 밸브 (11Ai, 11Bi) 및 유출측 밸브 (11Ao, 11Bo) 전부를 개방 상태로 하고 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 를 동작시키면, 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 내로부터 액체를 빼낼 수 있다. 그러므로, 동결 방지 등을 용이하게 실시할 수 있다.

또한, 본 형태의 정량 펌프 장치 (1) 에서는 흡입측 및 토출측이 동일한 구성이므로, 흡입측과 토출측을 바꾸어 동작시킬 수 있다. 따라서, 토출측으로부터 흡입측으로 액체의 회수를 실시할 수도 있다.

나아가 또한, 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 의 구동 장치 (105) 에는 구동원으로서 스테핑 모터가 사용되고, 이 스테핑 모터의 1 스텝분에 대응하는 펌프실 (20) 의 내용적 변화량이 펌프실 (20) 전체의 내용적에 대하여 1/100 이하이다. 이 때문에, 본 형태의 정량 펌프 장치 (1) 는 분해능이 높다. 또한, 스테핑 모터는, 통전을 정지시켰을 때에도 유지력에 의해 로터의 위치 유지를 실시할 수 있다. 따라서, 다이어프램 밸브 (170) 의 위치 유지를 실시하는 경우에도, 솔레노이드 등과 달리 상시 통전이 불필요하므로, 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 이와 같은 관점에서 보면, 스테핑 모터 대신에 AC 동기 모터를 사용해도 된다.

[실시형태 2] 실시형태 1 에서는, 미리 도 4 또는 도 5 에 나타내는 보정 동작을 실시하도록 설정하였지만, 본 형태에서는, 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 의 펌프실 (20) 내의 압력과 공통 토출구 (13o) 측 사이의 압력차를 직접 또는 간접적으로 감시하는 감시 장치를 설치하고, 제어 장치 (3) 는, 감시 장치에서의 감시 결과 에 기초하여, 펌프실 (20) 내의 압력과 공통 토출구측 사이에 압력차가 있을 때, 도 4 또는 도 5 를 참조하여 설명한 보정 동작을 실시하게 한다.

이와 같은 감시 장치로서, 본 형태에서는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 의 각 펌프실 (20) 내의 압력을 감시하는 제 1 압력 센서 (14A, 14B) 와, 공통 토출구 (13o) 측의 압력을 감시하는 제 2 압력 센서 (14o) 를 사용한다. 이와 같이 구성된 감시 장치에서는, 예를 들어, 펌프실 (20) 내에 대한 흡입 동작을 종료한 후, 제 1 압력 센서 (14A, 14B) 와 제 2 압력 센서 (14o) 에서의 검출 결과를 비교하여 압력차를 감시한다. 그리고, 제어 장치 (3) 는, 그 감시 결과에 기초하여, 보정 동작을 도 4 에 나타내는 조건 및 도 5 에 나타내는 조건 중 어느 조건에서 실시할지를 결정한다. 또한, 펌프실 (20) 내와 공통 토출구측 사이에 압력차가 없는 경우에는 보정 동작을 실시하지 않는다.

[실시형태 3] 실시형태 1 에서는, 미리 도 4 또는 도 5 에 나타내는 보정 동작을 실시하도록 설정하였지만, 본 형태에서는, 실시형태 2 와 같이 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 의 펌프실 (20) 내의 압력과 공통 토출구 (13o) 측 사이의 압력차를 직접 또는 간접적으로 감시하는 감시 장치를 설치하고, 제어 장치 (3) 는, 감시 장치에서의 감시 결과에 기초하여, 펌프실 (20) 내의 압력과 공통 토출구측 사이에 압력차가 있을 때, 도 4 또는 도 5 를 참조하여 설명한 보정 동작을 실시하게 한다.

이와 같은 감시 장치로서, 본 형태에서는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 의 각 펌프실 (20) 내의 압력을 감시하는 압력 센서 (14A, 14B) 를 사용한다. 이와 같이 구성된 감시 장치에서는, 예를 들어, 시간 t19 에 있어서 펌프실 (20) 내에 대한 흡입 동작을 종료한 왕복 펌프 장치 (10B) 의 펌프실 (20) 에 배치된 압력 센서 (14B) 에서의 검출 결과와, 왕복 펌프 장치 (10A) 의 펌프실 (20) 에 배치된 압력 센서 (14A) 에서의 검출 결과를 비교하여 펌프실 (20) 내와 공통 토출구측의 압력차를 감시한다. 시간 t14 에 있어서 왕복 펌프 장치 (10A) 의 압력 센서 (14A) 에서의 검출 결과는, 공통 토출구측의 압력과 동등하기 때문이다. 그리고, 제어 장치 (3) 는, 그 감시 결과에 기초하여, 시간 t19 ∼ t20 에서 실시하는 보정 동작을 도 4 에 나타내는 조건 및 도 5 에 나타내는 조건 중 어느 조건에서 실시할지를 결정한다. 또한, 펌프실 (20) 내와 공통 토출구측 사이에 압력차가 없는 경우에는 보정 동작을 실시하지 않는다.

(왕복 펌프 장치의 구체적 구성예) 도 3 및 도 8 을 참조하여, 본 형태의 정량 펌프 장치에 사용한 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 의 구체적 구성예를 설명한다.

도 8 은 본 발명을 적용한 정량 펌프 장치에 사용한 왕복 펌프 장치를 세로로 분할한 상태의 분해 사시도이다. 도 3 및 도 8 에 나타내는 바와 같이, 본 형태의 정량 펌프 장치 (1) 의 본체 부분 (2) 은, 바닥판 (75), 베이스판 (76), 유로 구성판 (77) 및 상판 (78) 이 이 순서로 적층된 구조를 갖고 있고, 베이스판 (76) 에 형성된 구멍 내에 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 가 구성되어 있다. 본 형태에 있어서, 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 는, 펌프실 (20) 과 펌프실 (20) 의 내용적을 팽창 수축시켜 액체의 흡입 및 토출을 실시하는 다이어프램 밸브 (170) (밸브체) 와, 다이어프램 밸브 (170) 를 구동시키는 구동 장치 (105) 를 구비하고 있 다.

구동 장치 (105) 는, 고리형의 스테이터 (120) 와, 이 스테이터 (120) 의 내측에 동축상으로 배치된 회전체 (103) 와, 이 회전체 (103) 의 내측에 동축상으로 배치된 이동체 (160) 와, 회전체 (103) 의 회전을 이동체 (160) 를 축선 방향으로 이동시키는 힘으로 변환시켜 이동체 (160) 에 전달하는 변환 기구 (140) 를 구비하고 있다. 여기서, 구동 장치 (105) 는, 베이스판 (76) 에 형성된 공간 내에 있어서 지판 (79) 과 베이스판 (76) 사이에 탑재된 상태에 있다.

구동 장치 (105) 에 있어서, 스테이터 (120) 는, 보빈 (123) 에 권회된 코일 (121), 및 코일 (121) 을 덮도록 배치된 2 장의 요크 (125) 로 이루어지는 유닛이 축선 방향으로 2 단으로 적층된 구조로 되어 있다. 이 상태에서, 상하 2 단 중 어느 유닛에 있어서도 2 장의 요크 (125) 의 내부 둘레 가장자리에서 축선 방향으로 돌출된 극치 (極齒) 가 둘레 방향으로 교대로 늘어선 상태가 되어, 스테핑 모터의 스테이터로서 기능한다.

회전체 (103) 는, 상방으로 개구되는 컵상 부재 (130) 와, 이 컵상 부재 (130) 의 원통상 동체부 (131) 의 외부 둘레면에 고착된 고리형의 로터 마그넷 (150) 을 구비하고 있다. 컵상 부재 (130) 의 바닥벽 (133) 중앙에는 축선 방향 상측으로 움푹 패인 오목부 (135) 가 형성되고, 지판 (79) 에는 오목부 (135) 내에 배치된 볼 (118) 을 받는 베어링부 (751) 가 형성되어 있다. 또한, 베이스판 (76) 의 상단측 내면에는 고리형 단부 (766) 가 형성되어 있는 한편, 컵상 부재 (130) 의 상단 부분에는, 동체부 (131) 의 상단 부분과 고리형 플랜지부 (134) 에 의해, 베이스판 (76) 측의 고리형 단부 (766) 에 대향하는 고리형 단부가 형성되어 있고, 이들 고리형 단부로 구획 형성된 고리형 공간 내에는, 고리형의 리테이너 (181) 및 이 리테이너 (181) 에 의해 둘레 방향으로 이간된 위치에 유지된 베어링 볼 (182) 로 이루어지는 베어링 (180) 이 배치되어 있다. 이와 같이 하여, 회전체 (103) 는 축선 둘레에 회전 가능한 상태로 본체 부분 (2) 에 지지된 상태에 있다.

회전체 (103) 에 있어서, 로터 마그넷 (150) 의 외부 둘레면은 스테이터 (120) 의 내부 둘레면을 따라 둘레 방향으로 늘어선 극치에 대향하고 있다. 여기서, 로터 마그넷 (150) 의 외부 둘레면에서는, S 극과 N 극이 둘레 방향으로 교대로 늘어서 있고, 스테이터 (120) 와 컵상 부재 (130) 는 스테핑 모터를 구성하고 있다.

이동체 (160) 는 바닥벽 (161) 과, 바닥벽 (161) 의 중앙에서 축선 방향으로 돌출된 원통부 (163) 와, 이 원통부 (163) 의 둘레를 둘러싸도록 원통상으로 형성된 동체부 (165) 를 구비하고 있고, 동체부 (165) 의 외부 둘레에는 수나사 (167) 가 형성되어 있다.

본 형태에서는, 회전체 (103) 의 회전에 의해 이동체 (160) 를 축선 방향에서 왕복 이동시키기 위한 변환 기구 (140) 를 구성할 때, 컵상 부재 (130) 의 동체부 (131) 의 내부 둘레면에는 둘레 방향으로 이간되는 4 지점에 암나사 (137) 를 형성하는 한편, 이동체 (160) 의 동체부 (165) 의 외부 둘레면에는, 컵상 부재 (130) 의 암나사 (137) 에 걸어 맞춰지고 동력 전달 기구 (141) 를 구성하는 수나 사 (167) 가 형성되어 있다. 따라서, 수나사 (167) 와 암나사 (137) 가 맞물리도록 컵상 부재 (130) 의 내측에 이동체 (160) 를 배치하면, 이동체 (160) 는 컵상 부재 (130) 의 내측에 지지된 상태가 된다. 또한, 이동체 (160) 의 바닥벽 (161) 에는 둘레 방향으로 6 개의 긴 구멍 (169) 이 관통 구멍으로서 형성되어 있는 한편, 베이스판 (76) 으로부터는 6 개의 돌기 (769) 가 연장되어 돌기 (769) 의 하단부가 긴 구멍 (169) 에 끼워짐으로써, 공 (供) 회전 방지 기구 (149) 가 구성되어 있다. 즉, 컵상 부재 (130) 가 회전하였을 때, 이동체 (160) 는 돌기 (769) 와 긴 구멍 (169) 으로 이루어지는 공회전 방지 기구 (149) 에 의해 회전이 저지되고 있으므로, 컵상 부재 (130) 의 회전은 그 암나사 (137) 및 이동체 (160) 의 수나사 (167) 로 이루어지는 동력 전달 기구 (141) 를 통하여 이동체 (160) 에 전달되는 결과, 이동체 (160) 는 회전체 (103) 의 회전 방향에 따라 축선 방향의 일방측 및 타방측으로 직선 이동하게 된다.

이동체 (160) 에는 다이어프램 밸브 (170) 가 직접 연결되어 있다. 다이어프램 밸브 (170) 는, 바닥벽 (171) 과, 바닥벽 (171) 의 외부 둘레 가장자리로부터 축선 방향으로 기립되는 원통상의 동체부 (173) 와, 이 동체부 (173) 의 상단으로부터 외부 둘레측으로 넓어지는 플랜지부 (175) 를 구비한 컵 형상을 갖고 있고, 바닥벽 (171) 의 중앙 부분이 이동체 (160) 의 원통부 (163) 에 겹쳐진 상태에서, 그들의 상하 방향으로부터 고정 나사 (178) 와 캡 (179) 에 고정되어 있다. 또한, 다이어프램 밸브 (170) 의 플랜지부 (175) 의 외부 둘레 가장자리는, 액밀성과 위치 결정으로서 기능하는 두께부로 되어 있고, 이 두께부는 유로 구성판 (77) 의 관통 구멍 (21) 주위에 있어서 베이스판 (76) 과 유로 구성판 (77) 사이에 고정되어 있다. 이와 같이 하여, 다이어프램 (170) 은 펌프실 (20) 의 하면을 규정하고, 또한 펌프실 (20) 둘레에 있어서 베이스판 (76) 과 유로 구성판 (77) 사이의 액밀을 확보하고 있다.

이 상태에서 다이어프램 밸브 (170) 의 동체부 (173) 는 단면 U 자상으로 되접힌 상태에 있으며, 되접힘 부분 (172) 은 이동체 (160) 의 위치에 따라 형상이 변화하게 된다. 그런데 본 형태에서는, 이동체 (160) 의 원통부 (163) 의 외부 둘레면으로 이루어지는 제 1 벽면 (168) 과, 베이스판 (76) 으로부터 연장된 돌기 (769) 의 내부 둘레면으로 이루어지는 제 2 벽면 (768) 사이에 구성된 고리형 공간 내에, 다이어프램 밸브 (170) 의 단면 U 자상의 되접힘 부분 (172) 을 배치하고 있다. 따라서, 다이어프램 밸브 (170) 는 어느 상태에 있더라도 되접힘 부분 (172) 은 고리형 공간 내에 유지된 상태 그대로, 제 1 벽면 (168) 및 제 2 벽면 (768) 을 따라 전개 또는 감아올리도록 변형된다.

또한, 컵상 부재 (130) 의 바닥벽 (133) 에는, 둘레 방향에 있어서의 270° 의 각도 범위에 걸쳐 1 개의 홈 (136) 이 형성되어 있는 한편, 이동체 (160) 의 바닥면으로부터는 하방을 향하여 돌기 (도시 생략) 가 형성되어 있다. 여기서, 이동체 (160) 는 축선 둘레에 회전하지 않지만 축선 방향으로 이동하는 데 대하여, 회전체 (103) 는 축선 둘레에 회전하지만 축선 방향으로 이동하지 않는다. 따라서, 돌기와 홈 (136) 은 회전체 (103) 및 이동체 (160) 의 정지 위치를 규정하는 스토퍼로서 기능한다. 즉, 홈 (136) 은 둘레 방향에 있어서 깊이가 변화하고 있고, 이동체 (160) 가 축선 방향의 하방으로 이동하면 돌기가 홈 (136) 내에 끼워짐과 함께, 회전체 (103) 의 회전에 의해 홈 (136) 의 단부가 돌기에 맞닿는다. 그 결과, 회전체 (103) 의 회전이 저지되어 회전체 (103) 및 이동체 (160) 의 정지 위치, 즉 다이어프램 밸브 (170) 의 내용적의 최대 팽창 위치가 규정되게 된다.

이와 같이 구성된 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 에 있어서, 구동 장치 (105) 에서는, 스테핑 모터가 일방 방향으로 회전하였을 때에 펌프실 (20) 의 내용적이 확대되는 방향으로 다이어프램 밸브 (170) 를 구동시키고, 스테핑 모터가 타방 방향으로 회전하였을 때에 펌프실 (20) 의 내용적이 축소되는 방향으로 다이어프램 밸브 (170) 를 구동시킨다. 즉, 스테이터 (120) 의 코일 (121) 에 급전하면, 컵상 부재 (130) 가 회전하고, 그 회전이 변환 기구 (140) 를 통하여 이동체 (160) 에 전달된다. 따라서, 이동체 (160) 는 축선 방향에서 왕복 직선 운동을 실시한다. 그 결과, 다이어프램 밸브 (170) 가 이동체 (160) 의 이동에 맞추어 변형되고, 펌프실 (20) 의 내용적을 팽창, 수축시키므로, 펌프실 (20) 에서는 유입로 (12Ai, 12Bi) 로부터의 액체의 유입과 유출로 (12Ao, 12Bo) 를 향한 액체의 유출이 실시된다.

이와 같이 본 형태의 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 에서는, 스테핑 모터 기구에 의한 회전체 (103) 의 회전을, 수나사 (167) 및 암나사 (137) 로 이루어지는 동력 전달 기구 (141) 을 이용한 변환 기구 (140) 를 통하여 이동체 (160) 에 전달하여, 다이어프램 밸브 (170) 가 고정된 이동체 (160) 를 왕복 직선 운동시킨다. 이 때문에, 구동 장치 (105) 에서 다이어프램 밸브 (170) 까지 필요 최소한의 부재 로 동력을 전달하므로, 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 의 소형화, 박형화 및 저비용화를 도모할 수 있다. 또한, 동력 전달 기구 (141) 에 있어서의 수나사 (167) 및 암나사 (137) 의 리드각을 작게, 또는 구동측 스테이터의 극치를 증가시킴으로써, 이동체 (160) 의 미소 이송을 실시할 수 있다. 따라서, 펌프실 (20) 의 용적을 엄밀하게 제어할 수 있으므로, 높은 정밀도로 정량 토출을 실시할 수 있다.

또한, 본 형태에서는 다이어프램 밸브 (170) 를 사용하고 있는데, 이 다이어프램 밸브 (170) 의 되접힘 부분 (172) 은, 고리형 공간 내에 유지된 상태 그대로, 제 1 벽면 (168) 및 제 2 벽면 (768) 을 따라 전개 또는 감아올리도록 변형되어, 무리한 슬라이딩이 발생하지 않는다. 따라서, 불필요한 부하가 발생하지 않고, 또한 다이어프램 밸브 (170) 의 수명이 길다. 또한, 다이어프램 밸브 (170) 는 펌프실 (20) 의 액체로부터 압력을 받아도 변형되지 않는다. 그러므로, 본 형태의 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 에 의하면 높은 정밀도로 정량 토출을 실시할 수 있고, 또한 신뢰성도 높다.

또한, 회전체 (103) 는 본체 부분 (2) 에 대하여 베어링 볼 (182) 을 통하여 축선 둘레에 회전 가능하게 지지되어 있기 때문에, 슬라이딩 손실이 작고, 또한 회전체 (103) 는 축선 방향으로 안정적으로 유지되므로, 축선 방향에 있어서의 추력 (推力) 이 안정되어 있다. 그러므로, 구동 장치 (105) 의 소형화, 내구성의 향상, 토출 성능의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 상기 형태에서는 변환 기구 (140) 의 동력 전달 기구 (141) 로서 나사를 이용하였지만, 캠 홈을 이용해도 된다. 또한, 상기 형태에서는 밸브체로서 컵상의 다이어프램 밸브를 사용하였지만, 그 밖의 형상의 다이어프램 밸브, 또는 O 링을 구비한 피스톤을 사용해도 된다.

[액티브 밸브의 구체적 구성예] 도 3 및 도 9 를 참조하여, 본 형태의 정량 펌프 장치에 있어서 유입측 밸브 (11Ai, 11Bi) 및 유출측 밸브 (11Ao, 11Bo) 로서 사용한 액티브 밸브의 구체적 구성예를 설명한다. 도 9 는 본 발명을 적용한 정량 펌프 장치 (1) 에 있어서, 유입측 밸브 (11Ai, 11Bi) 및 유출측 밸브 (11Ao, 11Bo) 로서 사용한 액티브 밸브의 종단면을 나타내는 설명도이다.

도 3 및 도 9 에 있어서, 액티브 밸브는 구동원이 되는 스테핑 모터 (301) 와 유입구 (308a) 및 유출구 (308b) 를 구비하고 있다. 스테핑 모터 (301) 의 회전축 (301a) 에는, 예를 들어 우나사로 이루어지는 리드 스크루 (302) 가 압입 고정되어 있고, 이 리드 스쿠루 (302) 는 스테핑 모터 (301) 의 회전 방향과 동일 방향으로 회전한다. 리드 스크루 (302) 에는 밸브 유지 부재 (303) 의 암나사 (303a) 가 나사 감합되어 있다. 따라서, 스테핑 모터 (301) 가 리드 스크루 (302) 측에서 봤을 때 CCW 의 방향 (반시계 방향) 으로 회전하면, 밸브 유지 부재 (303) 는 스테핑 모터 (301) 에 접근하는 한편, 스테핑 모터 (301) 가 리드 스크루 (302) 측에서 봤을 때 CW 의 방향 (시계 방향) 으로 회전하면, 밸브 유지 부재 (303) 는 스테핑 모터 (301) 로부터 멀어지게 된다. 즉, 리드 스크루 (302) 의 회전은, 리드 스크루 (302) 와 밸브 유지 부재 (303) 가 나사 결합에 의해 걸어 맞춰지고, 또한 밸브 유지 부재 (303) 가 회전 방지되어 있기 때문에, 직동 (直動) 으로 변환된다.

밸브 유지 부재 (303) 의 외부 둘레측에는 스프링 받이부 (303b) 가 동심상으로 형성되어 있고, 이 스프링 받이부 (303b) 와 스테핑 모터 (301) 에 의해 스프링 (304) 이 유지되어 있다. 스프링 (304) 은 압축 코일 스프링으로 이루어지고, 밸브 유지 부재 (303) 를 스테핑 모터 (301) 로부터 이반시키는 방향으로 탄성 지지하고 있다. 또한, 본 실시형태에서는 압축 코일 스프링을 채용하였지만, 예를 들어 「인장 코일 스프링」을 채용할 수도 있다. 이 경우, 밸브 유지 부재 (303) 의 스프링 받이부 (303b) 의 반대면에 인장 코일 스프링을 유지할 수 있다.

밸브 유지 부재 (303) 의 중앙부에는 볼록 형상의 다이어프램 유지부 (303c) 가 형성되어 있고, 이 다이어프램 유지부 (303c) 는 다이어프램 밸브 (260) 의 언더커트부 (260a) 와 감합되어 있다. 여기서, 다이어프램 밸브 (260) 는 외부 둘레부 (260b) 가 베이스판 (76) 과 유로 구성판 (77) 사이에 끼워져 고정되고, 또한 외부 둘레측의 비드 (260e) 도 끼워져 고정되어 있다. 비드 (260e) 는 유체가 베이스판 (76) 과 유로 구성판 (77) 의 간극으로부터 누출되는 것을 방지하여, 시일성의 향상에 공헌하고 있다. 또한, 다이어프램 밸브 (260) 의 막부 (260c) 는 변형되기 쉽기 때문에, 응력이 집중되지 않도록 원호상으로 형성되어 있다. 또한, 다이어프램 밸브 (260) 는, 언더커트부 (260a) 와 반대측에서 유로 구성판 (77) 과 맞닿는 부분에도 동심상으로 비드부 (260d) 가 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 패시브 밸브에서는, 스프링 (304) 에 의해 밸브 유지 부재 (303) 가 스테핑 모터 (301) 로부터 이반되는 방향으로 탄성 지지되어 있다. 따라서, 밸브 유지 부재 (303) 가 직동 동작하고 있을 때에는, 리드 스크루 (302) 의 나사부에 있어서의 스테핑 모터 (301) 측의 사면과 밸브 유지 부재 (303) 의 암나사 (303a) 에 있어서의 스테핑 모터 (301) 측과 반대측인 사면이 접촉된 상태, 즉 리드 스크루 (302) 와 밸브 유지 부재 (303) 가 걸어 맞춰진 상태로 유지된다. 이에 대하여, 구멍 (277) 이 다이어프램 밸브 (260) 에 의해 폐쇄되어 있을 때에는, 스프링 (304) 의 탄성 지지력과 다이어프램 밸브 (260) 가 유로 구성판 (77) 으로부터 받는 반작용의 힘이 균형을 이루어 리드 스크루 (202) 의 나사부에 있어서의 스테핑 모터 (301) 측과 반대측인 사면과, 밸브 유지 부재 (303) 의 암나사 (303a) 에 있어서의 스테핑 모터 (301) 측의 사면이 접촉되어 있지 않은 상태, 즉 리드 스크루 (302) 와 밸브 유지 부재 (303) 가 유격이라는 사이에서 걸어 맞춰지지 않은 상태로 유지되고, 다이어프램 밸브 (260) 는 스프링 (304) 에 의해 구멍 (277) 을 폐쇄하는 방향으로 탄성 지지된다. 따라서, 구멍 (277) 을 확실하게 폐쇄할 수 있다.

[액티브 밸브의 다른 구체적 구성예] 도 3 및 도 10 을 참조하여, 본 형태의 정량 펌프 장치에 있어서 유입측 밸브 (11Ai, 11Bi) 및 유출측 밸브 (11Ao, 11Bo) 로서 사용한 액티브 밸브의 다른 구체적 구성예를 설명한다.

도 9 는 본 발명을 적용한 정량 펌프 장치 (1) 에 있어서, 유입측 밸브 (11Ai, 11Bi) 및 유출측 밸브 (11Ao, 11Bo) 로서 사용한 액티브 밸브의 종단면을 비스듬히 상방에서 봤을 때의 설명도이다. 도 3 및 도 9 에 나타내는 바와 같이, 유입측 밸브 (11Ai, 11Bi) 및 유출측 밸브 (11Ao, 11Bo) 로서 사용한 액티브 밸브는, 베이스판 (76) 의 구멍 (765) 내에 리니어 액츄에이터 (201) 를 구비하고 있고, 이 리니어 액츄에이터 (201), 원통상의 고정체 (203) 와, 이 고정체 (203) 의 내측에 배치된 대략 원기둥상의 가동체 (205) 를 갖고 있다. 고정체 (203) 는, 보빈 (231) 에 고리형으로 권회된 코일 (233) 과, 코일 (233) 의 외부 둘레면으로부터 코일 (233) 의 축선 방향 양측을 돌아 일방의 선단부 (236a) 와 타방의 선단부 (236b) 가 코일 (233) 의 내부 둘레측에서 슬릿 (237) 을 통하여 축선 방향에서 대향하는 고정체측 요크 (235) 를 구비하고 있다. 가동체 (205) 는 원판상의 제 1 가동체측 요크 (251) 와, 이 제 1 가동체측 요크 (251) 에 대하여 축선 방향의 양측에 적층된 1 쌍의 자석 (253a, 253b) 을 갖고 있다. 1 쌍의 자석 (253a, 253b) 으로는, Nd-Fe-B 계나 Sm-Co 계의 희토류 자석 또는 수지 자석을 사용할 수 있다. 또한, 가동체 (205) 에 있어서, 1 쌍의 자석 (253a, 253b) 각각에는, 제 1 가동체측 요크 (251) 와는 반대측인 단면에 제 2 가동체측 요크 (255a, 255b) 가 적층되어 있다.

1 쌍의 자석 (253a, 253b) 은 모두 축선 방향으로 착자 (着磁) 되어 있고, 제 1 가동체측 요크 (251) 쪽으로 동일 극을 향하게 하고 있다. 이하, 본 형태에서는, 1 쌍의 자석 (253a, 253b) 은 각각 제 1 가동체측 요크 (251) 쪽으로 N 극을 향하게 하고, 축선 방향에 있어서의 외측으로 S 극을 향하게 하고 있는 것으로서 설명하는데, 착자 방향에 대해서는 그 반대이어도 된다.

여기서, 제 1 가동체측 요크 (251) 의 외부 둘레면은, 1 쌍의 자석 (253a, 253b) 의 외부 둘레면으로부터 외부 둘레측으로 연장되어 있다. 또한, 제 2 가 동체측 요크 (255a, 255b) 의 외부 둘레면도, 1 쌍의 자석 (253a, 253b) 의 외부 둘레면으로부터 외부 둘레측으로 연장되어 있다.

또한, 제 1 가동체측 요크 (251) 의 축선 방향에 있어서의 양 단면에는 오목부가 형성되고, 이들 오목부에 대하여 1 쌍의 자석 (253a, 253b) 이 각각 끼워 넣어져 접착제 등으로 고정되어 있다. 또한, 제 1 가동체측 요크 (251), 1 쌍의 자석 (253a, 253b) 및 제 2 가동체측 요크 (255a, 255b) 의 고정에 대해서는, 접착, 압입 또는 그것들을 병용하여 일체화한 구성을 채용하면 된다.

또한, 고정체 (203) 의 축선 방향에 있어서의 양측 개구부에는 베어링판 (271a, 271b) (베어링 부재) 이 고정되어 있고, 제 2 가동체측 요크 (255a, 255b) 로부터 축선 방향의 양측으로 돌출된 지축 (支軸) (257a, 257b) 은 모두 베어링판 (271a, 271b) 의 구멍에 자유롭게 슬라이딩할 수 있도록 삽입되어 있다. 이와 같이 하여, 가동체 (205) 는 축선 방향으로 왕복 이동 가능한 상태에서 고정체 (203) 에 지지되어 있다. 이 상태에서, 가동체 (205) 는 외부 둘레면이 고정체 (203) 의 내부 둘레면에 소정의 간극을 통하여 대향하고, 또한, 고정체측 요크 (235) 의 선단부 (236a, 236b) 끼리는 제 1 가동체측 요크 (251) 의 외부 둘레면과 코일 (233) 의 내부 둘레면의 간극 내에서 축선 방향으로 대향하는 상태에 있다. 또한, 가동체 (205) 와 고정체측 요크 (235) 사이에는 간극이 확보되어 있다. 또한, 제 2 가동체측 요크 (255a, 255b) 와 지축 (257a, 257b) 의 고정에는 접착, 압입 또는 그것들을 병용하여 일체화한 구성을 채용하면 된다.

이와 같이 구성된 리니어 액츄에이터 (201) 에 있어서, 본 형태에서는, 일방 의 지축 (257b) 선단부에는 축체 (259) 가 연결되고, 이 축체 (259) 에 대하여 밸브실 (270) 에 배치된 다이어프램 밸브 (260) 의 중앙 부분이 접속되어 있다. 다이어프램 밸브 (260) 의 외부 둘레측에는, 액밀성과 위치 결정으로서 기능하는 고리형 두께부 (261) 가 형성되어 있고, 다이어프램 밸브 (260) 에 있어서, 이 고리형 두께부 (261) 를 포함하는 외부 둘레측이 베이스판 (76) 과 유로 구성판 (77) 사이에 끼워져 액밀이 확보되고 있다.

이와 같이 구성된 리니어 액츄에이터 (201) 에 있어서, 도면을 마주보고 우측에서는 맞은편측에서 바로 앞측을 향하여 코일 (233) 에 전류가 흐르고, 도면을 마주보고 좌측에서는 바로 앞측에서 맞은편측으로 코일 (33) 에 전류를 흐르는 기간에서는, 가동체 (205) 가 화살표 A 로 나타내는 바와 같이 로렌츠 힘에 의해 축선 방향에 있어서 추력을 받아 이동한다. 그 결과, 유로의 도중 부분을 구성하는 구멍 (277) 을 막아, 유로를 차단한다. 이에 대하여, 코일 (233) 에 대한 통전 방향을 반전시키면, 가동체 (205) 는 화살표 B 로 나타내는 바와 같이 축선 방향을 따라 하강하고, 유로의 도중 부분을 구성하는 구멍 (277) 을 개방한다.

또한, 본 형태의 리니어 액츄에이터 (201) 에서는, 가동체 (205) 를 자력으로 추진시킴과 함께, 축선 방향의 일방측에 있어서, 베어링판 (271a) 과 제 2 가동체측 요크 (255a) 사이에 탄성 지지 부재로서의 원뿔대 형상의 코일 스프링 (291) 을 배치하고 있다. 따라서, 가동체 (205) 가 하강할 때에는 압축 스프링을 변형시키면서 이동하고, 가동체 (205) 가 상승할 때에는 압축 스프링의 형상 복귀력이 보조되어 고속으로 이동한다.

또한, 밸브체에 대해서는 다이어프램 밸브 (260) 에 한정되지 않고, 벨로스 밸브, 그 밖의 밸브체를 사용해도 된다. 또한, 지축 (257a, 257b) 과 밸브체에 대해서는 별체인 것을 결합시킨 구성이어도 되고, 지축 (257a, 257b) 과 밸브체가 일체로 형성되어 있는 구성이어도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 형태에서는, 가동체 (205) 에 있어서 1 쌍의 자석 (253a, 253b) 은 각각 동일 극을 향하게 하고 있어 자기적 반발력이 작용하고 있는데, 자석 (253a, 253b) 의 사이에 제 1 가동체측 요크 (251) 가 배치되어 있기 때문에, 1 쌍의 자석 (253a, 253b) 을 동일 극을 향하게 한 상태로 고정시킬 수 있다.

또한, 가동체 (205) 에 있어서 1 쌍의 자석 (253a, 253b) 은 각각 동일 극을 제 1 가동체측 요크 (251) 를 향하게 하고 있기 때문에, 제 1 가동체측 요크 (251) 로부터는 반경 방향으로 강한 자속이 발생한다. 따라서, 제 1 가동체측 요크 (251) 와 코일 (233) 의 둘레면끼리를 대향시켜 두면, 가동체 (205) 에 큰 추력을 부여할 수 있다.

또한, 자석 (253a, 253b) 을 축선 방향에서 착자하면 되므로, 자석 (253a, 253b) 을 반경 방향으로 착자하는 경우와 달리, 소형화한 경우에도 착자가 용이하고, 양산에 적합하다.

게다가, 본 형태에서는, 제 1 가동체측 요크 (251) 의 외부 둘레면이 1 쌍의 자석 (253a, 253b) 의 외부 둘레면으로부터 외부 둘레측으로 연장되어 있기 때문에, 고정체측 요크 (235) 를 형성한 경우에도 가동체 (205) 에 대하여 축선 방향과 수직 방향으로 작용하는 자기 흡인력을 작게 할 수 있다. 동일하게, 제 2 가동체측 요크 (255a, 255b) 의 외부 둘레면이 1 쌍의 자석 (253a, 253b) 의 외부 둘레면으로부터 외부 둘레측으로 연장되어 있기 때문에, 고정체측 요크 (235) 를 형성한 경우에도 가동체 (205) 에 대하여 축선 방향과 수직 방향으로 작용하는 자기 흡인력을 작게 할 수 있다. 따라서, 조립 작업을 실시하기 쉽고, 또한 가동체 (205) 가 잘 기울어지지 않는다는 이점이 있다.

또한, 본 형태에 있어서, 자석 (253a, 253b) 을 코일 (33) 의 외부 둘레측에 배치하였기 때문에, 코일 (233) 보다 자석 (253a, 253b) 을 외측에 배치한 경우와 비교하여 자석 (253a, 253b) 이 작아도 되므로, 액티브 밸브를 저렴하게 구성할 수 있다. 또한, 코일 (233) 을 외측에 배치하였으므로, 고정측 요크만으로 자로를 닫을 수 있다.

또한, 고정체 (203) 에 있어서, 축선 방향으로 개구되는 개구부에는 지축 (257a, 257b) 을 축선 방향으로 이동 가능하게 지지하는 베어링판 (271a, 271b) 이 유지되어 있기 때문에, 베어링 부재를 별도 배치할 필요가 없다. 또한, 고정체 (203) 를 기준으로 베어링판 (271a, 271b) 을 고정시킬 수 있으므로, 지축 (257a, 257b) 이 기울지 않는다는 이점이 있다.

[정량 펌프 장치의 용도] 본 발명을 적용한 정량 펌프 장치 (1) 는, 예를 들어, 각종 연료 전지의 개질기에 물을 정량 공급하는 데 사용된다. 또한, 본 발명을 적용한 정량 펌프 장치 (1) 는, 디젤 기관의 배기 가스로부터 질소 산화물을 분해, 제거하기 위한 개질기에 대한 우레아 수용액의 정량 공급, 점적액의 송액용 등에 사용할 수도 있다. 특히 흡입측과 토출측 사이에 압력차가 큰 기술 분야에 있어서 정량 토출을 실시하는 데 적합하다.

[그 밖의 실시형태] 상기 형태에서는 2 대의 왕복 펌프 장치 (10A, 10B) 를 사용하지만, 3 대 이상의 왕복 펌프 장치를 사용한 정량 펌프 장치에 본 발명을 적용해도 된다.

Claims

유입측 및 유출측에 유입측 밸브 및 유출측 밸브가 각각 접속된 왕복 펌프 장치를 복수 구비함과 함께, 당해 복수의 왕복 펌프 장치에 대하여 상기 유출측 밸브를 통하여 접속되는 공통 토출구를 구비한 정량 펌프 장치에 있어서, 상기 유입측 밸브, 상기 유출측 밸브 및 상기 왕복 펌프 장치를 제어하는 제어부를 갖고, 상기 제어부는, 상기 복수의 왕복 펌프 장치마다 타이밍을 어긋나게 하여 토출 기간과 대기 기간을 설정함과 함께, 당해 토출 기간의 시작기 및 종료기에 대하여 다른 왕복 펌프 장치의 상기 토출 기간의 종료기 및 시작기를 중첩시키고, 상기 대기 기간에 있어서 펌프실 내에 대한 흡입 동작을 실시한 후, 상기 토출 기간 전에, 상기 유입측 밸브 및 상기 유출측 밸브의 쌍방을 폐쇄하여 펌프실 내의 용적을 팽창 또는 수축시켜 펌프실 내의 압력과 공통 토출구측 사이의 압력차를 해소하는 보정 동작을 실시하게 하는 것을 특징으로 하는 정량 펌프 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 왕복 펌프 장치에 대하여 상기 유입측 밸브를 통하여 접속되는 공통 흡입구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 정량 펌프 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 왕복 펌프 장치는, 구동원이 스테핑 모터 또는 AC 동기 모터인 것을 특 징으로 하는 정량 펌프 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 왕복 펌프 장치는, 구동원이 스테핑 모터이고, 당해 스테핑 모터의 1 스텝분에 대응하는 펌프실의 내용적 변화량이 펌프실 전체의 내용적에 대하여 1/100 이하인 것을 특징으로 하는 정량 펌프 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 왕복 펌프 장치의 펌프실 내의 압력과 상기 공통 토출구측 사이의 압력차를 직접 또는 간접적으로 감시하는 감시 장치를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 감시 장치에서의 감시 결과에 기초하여, 펌프실 내의 압력과 상기 공통 토출구측 사이에 압력차가 있을 때에 상기 보정 동작을 실시하게 하는 것을 특징으로 하는 정량 펌프 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 감시 장치는, 상기 복수의 왕복 펌프 장치의 각 펌프실 내의 압력을 감시하는 복수의 제 1 압력 센서와, 상기 공통 토출구측의 압력을 감시하는 제 2 압력 센서를 구비하고, 상기 제 1 압력 센서와 상기 제 2 압력 센서에서의 검출 결과를 비교하여 상기 압력차를 감시하는 것을 특징으로 하는 정량 펌프 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 감시 장치는, 상기 복수의 왕복 펌프 장치의 각 펌프실 내의 압력을 감시하는 복수의 압력 센서를 구비하고, 당해 복수의 왕복 펌프 장치 중, 상기 흡입 동작을 실시한 왕복 펌프 장치의 펌프실에 배치된 압력 센서에서의 검출 결과와, 상기 출력측 밸브가 개방 상태로 되어 있는 왕복 펌프 장치의 펌프실에 배치된 압력 센서에서의 검출 결과를 비교하여 상기 압력차를 감시하는 것을 특징으로 하는 정량 펌프 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 왕복 펌프 장치의 대수는 2 대이고, 상기 제어 장치는, 상기 흡입 동작을 실시할 때의 펌프실의 팽창 속도를 상기 토출 기간에 있어서의 펌프실의 수축 속도보다 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 정량 펌프 장치.
유입측 및 유출측에 유입측 밸브 및 유출측 밸브가 각각 접속된 왕복 펌프 장치를 복수 구비함과 함께, 당해 복수의 왕복 펌프 장치에 대하여 상기 유출측 밸브를 통하여 접속되는 공통 토출구를 구비한 정량 펌프 장치에 있어서, 추가로, 상기 복수의 왕복 펌프 장치의 각 펌프실 내의 압력을 감시하는 압력 센서를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 정량 펌프 장치.