WO2007094132A1 - ポンプ装置の駆動方法 - Google Patents

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WO2007094132A1
WO2007094132A1 PCT/JP2007/000075 JP2007000075W WO2007094132A1 WO 2007094132 A1 WO2007094132 A1 WO 2007094132A1 JP 2007000075 W JP2007000075 W JP 2007000075W WO 2007094132 A1 WO2007094132 A1 WO 2007094132A1
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WO
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pump chamber
suction
discharge
displacement member
pump
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Application number
PCT/JP2007/000075
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mitsuo Yokozawa
Kenji Muramatsu
Original Assignee
Nidec Sankyo Corporation
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Publication date
Application filed by Nidec Sankyo Corporation, Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. filed Critical Nidec Sankyo Corporation
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Priority to US12/083,990 priority patent/US20090123299A1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B13/00—Pumps specially modified to deliver fixed or variable measured quantities
    • F04B13/02—Pumps specially modified to deliver fixed or variable measured quantities of two or more fluids at the same time
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/45—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads
    • B01F25/451—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by means for moving the materials to be mixed or the mixture
    • B01F25/4512—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by means for moving the materials to be mixed or the mixture with reciprocating pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06—Control using electricity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B2207/04—Settings
    • F04B2207/042—Settings of pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/10—Kind or type
    • F05B2210/11—Kind or type liquid, i.e. incompressible
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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S417/00—Pumps
    • Y10S417/902—Hermetically sealed motor pump unit

Definitions

  • the present invention by displacing a displacement member such as a diaphragm that forms a part of a pump chamber, such as a diaphragm pump, sucks fluid from the suction port, and sucks the sucked fluid from the discharge port.
  • a displacement member such as a diaphragm that forms a part of a pump chamber, such as a diaphragm pump
  • sucks fluid from the suction port and sucks the sucked fluid from the discharge port.
  • the present invention relates to a method for driving a discharging pump device.
  • Patent Document 1 discloses a mixing pump device that, in a high-performance liquid chromatography apparatus, sucks and mixes a plurality of types of solvents with a plunger pump, and discharges the obtained mixed fluid toward a column.
  • the rotation of the stepping motor is transmitted to the plunger via the force mechanism to increase or decrease the internal volume of the pump chamber.
  • the valves arranged in each of the two inflow passages communicating with the pump chamber are opened in order, and the fluid is sucked into the pump chamber via the inflow passages.
  • the pump chamber is mixed. Thereafter, the discharge process is executed, the pump chamber is reduced, and the mixed liquid is discharged from the pump chamber.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3 1 1 7 6 2 3
  • An object of the present invention is to propose a fluid suction operation that occurs when switching between a discharge process and a suction process, and a driving method of a pump device that can eliminate instability of the fluid discharge operation. .
  • a method for driving a pump device of the present invention includes:
  • the displacement member that defines a part of the inner peripheral surface of the pump chamber is displaced in the direction in which the internal volume of the pump chamber increases.
  • a suction step of sucking fluid from the suction port of the pump chamber the discharge member is opened, and the displacement member is displaced in a direction in which the internal volume of the pump chamber decreases, with the suction port closed.
  • the correction step is executed after the discharge step is completed, and then the operation is switched to the suction step.
  • the correction process is executed after the suction process is completed, and then the process is switched to the discharge process.
  • the suction port and the discharge port are closed to displace the displacement member. Therefore, the internal volume of the sealed pump chamber increases and decreases, and the pump chamber pressure is increased accordingly. Also changes. Therefore, by appropriately setting the displacement direction and displacement amount of the displacement member, for example, the difference between the internal pressure of the pump chamber and the pressure on the fluid outflow side from the discharge port can be eliminated.
  • the diaphragm In the case of a diaphragm pump, the diaphragm can be displaced by a change in the internal pressure of the pump chamber. Therefore, in the subsequent suction process or discharge process, if the diaphragm is displaced, the pump chamber can be accurately responded to the displacement. The volume changes. Therefore, it is possible to eliminate or suppress variations in the fluid suction amount or the fluid discharge amount at the time of switching between the suction process and the discharge process.
  • the displacement member is displaced in a direction to reduce the internal volume of the pump chamber, and the discharge step and the suction step On the contrary, in the correction step executed during the period, the displacement member can be displaced in the direction of increasing the internal volume of the pump chamber.
  • open loop control may be performed in which the displacement member is displaced in accordance with a preset condition.
  • the driving method of the present invention is effective when applied to a pump device configured using a diaphragm pump whose displacement member is a diaphragm.
  • a diaphragm pump whose displacement member is a diaphragm.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a basic configuration of a mixing pump apparatus to which the present invention is applied.
  • FIG. 2A is a timing chart showing the operation of the mixing pump apparatus shown in FIG. is there.
  • FIG. 2B is an explanatory diagram showing the relationship between the position of the displacement member and the resolution.
  • FIG. 3A is an explanatory diagram regarding deformation of a diaphragm.
  • FIG. 3B is an explanatory diagram relating to deformation of the diaphragm.
  • FIG. 3C is an explanatory diagram regarding the deformation of the diaphragm.
  • FIG. 3D is an explanatory diagram regarding the deformation of the diaphragm.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a basic configuration of a mixing pump device to which the present invention is applied.
  • FIG. 5A is a perspective view of a mixing pump device to which the present invention is applied.
  • FIG. 5B is an explanatory view showing the flow path and the like of the mixing pump device shown in FIG. 5A in a plan view.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the mixing pump device shown in FIG. 5A as viewed obliquely from above.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of the mixing pump device of FIG. 5A.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the mixing pump device in FIG. 5A divided vertically.
  • FIG. 9A is an explanatory view showing a state in which the internal volume of the pump chamber is expanded in the mixing pump device shown in FIG.
  • FIG. 9B is an explanatory view showing a state in which the internal volume of the pump chamber is contracted in the mixing pump device shown in FIG.
  • FIG. 10A is a perspective view of a rotor used in the rotating body of the pump mechanism shown in FIG.
  • FIG. 10B is a plan view of the rotor shown in FIG. 10A.
  • FIG. 10C is a sectional view of the rotor shown in FIG. 1 OA.
  • FIG. 11A is a perspective view of a moving body used as a rotating body of the pump mechanism shown in FIG.
  • FIG. 11B is a plan view of the moving body shown in FIG. 11A.
  • FIG. 11C is a cross-sectional view of the moving body shown in FIG. 11A.
  • FIG. 12 Description of the main part of a valve used as an active valve of a mixing pump device to which the present invention is applied cut in an axial direction when viewed obliquely from above FIG.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing magnetic lines of force of the valve shown in FIG.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a basic configuration of a mixing pump device to which the present invention is applied.
  • the mixing pump device 1 includes a pump chamber 2.
  • a plurality of, in this example, two suction ports 30a, 30b, a plurality, In this example, two discharge ports 40a and 40b are formed.
  • Inlet passages 3 a and 3 b communicate with suction ports 3 0 a and 30 b, respectively, and outflow passages 4 a and 4 ⁇ communicate with discharge ports 40 a and 4 Ob, respectively. is doing.
  • These pump chamber 2, suction ports 30a, 30b, discharge ports 40a, 40b, inflow passages 3a, 3b, and outflow passages 4a, 4b constitute the pump device body 7.
  • suction ports 30a, 30b, discharge ports 40a, 40b, inflow passages 3a, 3b, and outflow passages 4a, 4b constitute the pump device body 7.
  • the suction ports 30a and 30b are provided with inflow side active valves 5a and 5b for individually opening and closing them.
  • Outlet side active valves 6 a and 6 b for individually opening and closing the discharge ports 40 a and 4 O b are also arranged.
  • the inflow side active valves 5 a and 5 b and the outflow side active valves 6 a and 6 b are opened and closed by the control device 18.
  • a part of the inner peripheral surface of the pump chamber 2 is defined by a displacement member 17 such as a piston or a diaphragm.
  • the displacement member 17 can be displaced in and out of the pump chamber.
  • the displacement member 17 is displaced by a driving device 10 5 having a stepping motor 12.
  • the displacement member 17 and the drive device 105 constitute a pump drive mechanism 13.
  • the internal volume of the pump chamber 2 increases when the stepping motor 1 2 of the driving device 1 0 5 rotates in one direction.
  • the displacement member 17 is displaced in the A direction, and the pump when the stepping motor 1 2 rotates in the reverse direction.
  • the internal volume of the chamber 2 decreases.
  • the displacement member 17 is displaced in the B direction.
  • the control device 1 8 For example, with one inflow side active valve 5b opened and the other inflow side active valve 5a and outflow side active valves 6a, 6b closed, the displacement member 17 is The fluid LB is sucked into the pump chamber 2 from the inflow passage 3 b through the suction port 30 b by being displaced in the direction. Next, by switching the open / close state of the inflow side active valves 5a, 5b and further displacing the displacement member 17 in the A direction, the fluid LA is discharged from the other inflow path 3a through the suction port 30a. Aspirate into pump chamber 2. The sucked fluids LA and LB are mixed in the pump chamber 2.
  • the control device 1 8 opens the first outflow side active valve 6a and the other outflow side active valve 6b and the inflow side active valves 5a, 5b.
  • the displacement member 17 is displaced in the B direction by the driving device 105, whereby the mixed fluid is discharged from the pump chamber 2 to the outflow passage 4a through the discharge port 40a.
  • the mixed fluid can be discharged from the other discharge port 40b to the outflow passage 4b.
  • FIG. 2A and 2B are timing charts showing the operation of the mixing pump device shown in FIG. 1, and explanatory diagrams showing the relationship between the position of the displacement member and the resolution.
  • the operation of the mixing pump device 1 will be specifically described.
  • the ratio (mixing ratio) of the inflow amounts of the first liquid L A and the second liquid LB sucked through the two inflow passages 3 a and 3 b is 1: 5.
  • the uppermost stage shows the suction operation and the discharge operation by the pump drive mechanism 13; the suction operation by the pump drive mechanism 13 is performed by the stepping motor 12 2 in the clockwise direction, for example. This is done by rotating and displacing the displacement member 17 in the A direction (see Fig. 1), which increases the internal volume of the pump chamber 2.
  • the discharge operation by the pump drive mechanism 1 3 is performed when the stepping motor 1 2 is counterclockwise, for example
  • the displacement member 17 is rotated in the direction B to reduce the internal volume of the pump chamber 2 (see FIG. 1).
  • the pump drive mechanism 13 is stopped by stopping the power supply to the stepping motor 12.
  • Both 6a and 6b are opened after a positive pulse is input, and are switched to a closed state when a negative pulse is input. Also, after a negative pulse is input, it is closed, and when a positive pulse is input, it switches to the open state.
  • FIG. 2A first, at time t 1, power supply to the stepping motor 2 is stopped, and the pump drive mechanism 13 is in a stopped state. All active valves 5a, 5b, 6a, 6b are closed until time t1.
  • the inflow side active valve 5 b switches from the open state to the closed state.
  • the inflow of the liquid LB from the inflow path 3 ⁇ to the pump chamber 2 stops.
  • 1 Z 2 of the total inflow amount of the liquid LB flows into the pump chamber 2.
  • the outflow side active valve 6a is opened at the time t11, and the pump chamber 2 and the outflow pipe 4a are connected to the outlet 40a side from the valve 6a of the outflow pipe 4a. If the communication is established, the liquid mixture present on the outlet 40a side of the outflow pipe 4a may flow back into the pump chamber 2 due to the difference in the head.
  • the discharge amount of the mixed liquid becomes smaller than the expected amount.
  • the inflow side active valve 5b is opened, and the pump chamber 2 and the inflow pipe 3b through the valve 5b of the inflow pipe 3b communicate with the inflow port 30b.
  • the mixed liquid in the pump chamber 2 flows backward from the inflow pipe 3b, and the inflow amount of the second liquid LB becomes smaller than the expected amount.
  • the mixed liquid may flow backward through the inflow pipe 3 b.
  • the diaphragm 170 is depressed before the diaphragm 170 is driven, and the amount of inflow of the second liquid LB becomes smaller than a predetermined amount.
  • the power is supplied to the stepping motor 1 2 from the time t 10 to the time t 11, and the stepping motor 1 2 is rotated counterclockwise to displace the displacement member 17 in the direction in which the internal volume of the pump chamber 2 decreases.
  • the stepping motor 1 2 is powered by rotating the stepping motor 1 2 clockwise by supplying power to the pump.
  • the displacement member 17 is displaced in the direction in which the internal volume of the chamber 2 increases.
  • the control device in the correction step, according to a preset condition, the control device
  • valves 5 a, 5 b, 6 a, 6 b and the displacement member 17 can be driven.
  • the active valves 5 a and 5 b arranged in the inflow passages 3 a and 3 b are closed and the active valves arranged in the outflow passages 4 a and 4 b
  • the fluid mixture can be discharged from the pump chamber 2 simply by opening one or both of 6a and 6b. Therefore, unlike the configuration in which the rotation of the stepping motor 12 is transmitted to the displacement member 17 via the cam mechanism, it is not necessary to monitor the position of the cam with a photo interrupter. Therefore, since the configuration of the mixing pump device 1 can be simplified, the size and cost can be reduced.
  • the displacement amount (stroke) of the displacement member 17 can be easily changed simply by changing the signal pattern supplied to the stepping motor 12. Therefore, there is an advantage that the displacement amount (stroke) of the displacement member 17 can be set optimally according to the type of liquid to be used.
  • the control device 18 sucks the first liquid LA having a low mixing ratio into the pump chamber 2 out of the first liquid LA and the second liquid LB flowing from the inflow passages 3a and 3b.
  • the active valve 5 a, 5 b, 6 a, 6 b is controlled to open and close so that part of the second liquid LB with a high mixing ratio flows into the pump chamber 2 .
  • the first liquid LA can be prevented from being unevenly distributed in the corner of the pump chamber 2, for example, in the vicinity of the active valve 5a, so that the first liquid LA and the second liquid LB can be mixed reliably. Can do.
  • the second liquid LB with a high mixing ratio is sucked into the pump chamber 2 by an amount corresponding to the total amount of 12, and then the first liquid LA with a low mixing ratio is sucked into the pump chamber 2 and then Since the remaining 12 of the liquid LB 2 is sucked into the pump chamber 2, the first liquid LA and the second liquid LB can be mixed more reliably.
  • the correction process is executed in a period from time t 10 to time t 11 and in a period from time t 17 to time t 18.
  • the displacement member 17 reaches top dead center or bottom dead center, suction and discharge are performed after returning from the top dead center or bottom dead center. For this reason, the accuracy of the suction amount and the discharge amount is high.
  • the displacement member 17 is a diaphragm
  • the internal volume of the pump chamber does not change even when the diaphragm is displaced when the discharge process is switched to the suction process or when the suction process is switched to the discharge process. Displacement in the sensitive state occurs, the amount of suction and discharge tends to vary. Such a variation can be eliminated by sandwiching the correction process.
  • the pump device body 7 of the mixing pump device 1A of the present example 7 Includes a pump chamber 2, two inflow passages 3 a and 3 b communicating with the pump chamber 2, and six outflow passages 4 a to 4 f communicating with the pump chamber 2.
  • the two inflow passages 3 a and 3 b and the six outflow passages 4 a to 4 f communicate with the pump chamber 2 independently of each other.
  • Inflow side active valves 5a and 5b are arranged in the two inflow channels 3a and 3b, respectively.
  • Outflow side active valves 6a to 6f are arranged in the six outflow passages 4a to 4f, respectively.
  • the pump drive mechanism 13 is a drive provided with a diaphragm 1 70 defining a part of the inner peripheral surface of the pump chamber 2, and a stepping motor 12 2 for displacing the diaphragm 1 70 And a control device 18 that controls the opening and closing of the inflow side active valves 5a and 5b and the outflow side active valves 6a to 6f.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are a perspective view and a plan view of the mixing pump device 1 A.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view thereof
  • FIG. 7 is an explanatory view showing a cross-sectional configuration thereof.
  • the mixing pump device 1A is provided with suction ports 30a, 3Ob and a discharge port on one surface 71 of the box-shaped pump device body 7.
  • a pipe specifying 4 0 a ⁇ 4 0 f is connected.
  • the pump body 7 includes a pump drive mechanism 1 3 and active valves 5 a, 5 b, 6 a to 6 f wiring board 7 4, bottom plate 7 5, base plate 7 6, and a flow path described later in the shape of a groove.
  • the formed flow path component plate 7 7, the sealing sheet 7 8 covering the upper surface of the flow channel by covering the upper surface of the flow path component plate, and the upper plate 7 9 to which the pipes are connected are stacked in this order. Has a structured.
  • the base plate 7 6 includes a pump drive mechanism 1 3 and active valves 5 a, 5 b,
  • Holes 1 3 7 and 6 7 a to 6 7 h for forming the arrangement space of 6 a to 6 f are formed.
  • a round through hole 21 for forming the pump chamber 2 is formed at the center of the flow path component plate 7 7.
  • the flow channel component plate 7 On the lower surface side of 7, recesses (not shown) constituting the valve chambers of the active valves 5a, 5b, 6a to 6f are formed.
  • through hole 2 1 or Et al.
  • Eight grooves 4 1 a to 4 1 h extend radially.
  • grooves 42 a, 42 b- ⁇ , etc. are formed in the vicinity of the grooves 4 1 a to 4 1 h of the flow path component plate 77.
  • Inflow passages 3a and 3b and outflow passages 4a to 4f are formed by the eight grooves 4 1a to 4 1h. That is, when the base plate 76, the flow path component plate 77, and the sealing sheet 78 are overlapped, the inflow paths 3a, 3b and the outflow path 4a are formed by the grooves 4 1a to 4 1f, 42a, 42b- ⁇ 4 f is formed, and inflow paths 3 a and 3 b and outflow paths 4 a to 4 f are respectively connected to the inflow side active valves 5 a and 5 b and the outflow side active / tube 6 a to 6 f is placed.
  • each of the inflow passages 3a, 3b and the outflow passages 4a to 4f are arranged in a plane around the pump chamber 2, each of the inflow passages 3a, 3b and the outflow passages 4a to 4f
  • the flow path can be shortened, and the mixing pump device 1 A can be made thinner.
  • variation in the discharge amount from each of the outflow passages 4 a to 4 f can be suppressed, so that an appropriate amount of fluid can be discharged accurately.
  • the lengths of the flow paths from the pump chamber 2 to the outflow side active valves 6 a to 6 f are equal.
  • the pump device body 7 includes a flow path component plate 77 in which the inflow channels 3 a and 3 b and the outflow channels 4 a to 4 f are formed in a groove shape on one surface side, and one surface side of the channel component plate 77. Since the sealing sheet 78 is disposed so as to overlap with each other, a large number of flow paths can be formed for the small pump device main body 7, and the mixing pump device 1A can be produced efficiently.
  • the two inflow passages 3a, 3b and the six outflow passages 4a to 4f have the same configuration, and the inflow side active valves 5a, 5b and the outflow side active valve 6
  • the configurations of a to 6 f are the same as each other.
  • any of the inflow channels 3 a and 3 b and the outflow channels 4 a to 4 f has the inflow channels 3 a and 3 b.
  • it may be used as outflow channels 4 a to 4 f. Therefore, not only two types of liquids but also three or more types of liquids can be mixed and discharged.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the mixing pump device 1 A divided vertically.
  • 9A and 9B are an explanatory diagram showing a state where the pump chamber is expanded and an explanatory diagram showing a state where the pump chamber is contracted.
  • 1 O A to 1 OC are respectively a perspective view, a plan view, and a cross-sectional view of a rotor used for a rotating body of the pump drive mechanism shown in FIG.
  • FIGS. 11A to 11C are a perspective view, a plan view, and a cross-sectional view, respectively, of the moving body used for the rotating body of the pump drive mechanism shown in FIG.
  • the pump drive mechanism 1 3 generally expands and contracts the pump chamber 2 communicating with the inflow passages 3a and 3b and the outflow passages 4a to 4f to A diaphragm 170 as a displacement member for inhaling and discharging the body and a driving device 105 for driving the diaphragm 170 are provided.
  • the drive unit 105 includes an annular stator 120, a rotating body 10 3 arranged coaxially inside the stator 120, and a coaxial shape inside the rotating body 10 03 And a conversion mechanism 1 4 0 that converts the rotation of the rotating body 1 0 3 into a force that moves the moving body 1 60 in the axial direction and transmits it to the moving body 1 60. It has.
  • the drive unit 10 5 is mounted between the bottom plate 75 and the base plate 76 in the space formed in the base plate 76.
  • the stator 1 2 0 is a unit composed of a coil 1 2 1 wound around a bobbin 1 2 3 and two yokes 1 2 5 arranged so as to cover the coil 1 2 1. It has a structure that is laminated in two stages in the axial direction. In each of the upper and lower two-stage units, the pole teeth protruding in the axial direction from the inner peripheral edge of the two yokes 1 25 are arranged in the circumferential direction.
  • the rotating body 1 0 3 includes a force cup-shaped member 1 3 0 opening upward, and a cylinder of the cup-shaped member 1 3 0 Torso 1 3 1 and an annular rotor magnet 1 5 0 fixed to the outer peripheral surface.
  • the center of the bottom wall 1 3 3 of the cup-shaped member 1 3 0 is formed with a recess 1 3 5 that is recessed upward in the axial direction, and the bottom plate 7 5 is provided with a pole 1 1 8 disposed in the recess 1 3 5
  • a receiving bearing 7 5 1 is formed.
  • An annular step portion 76 6 is formed on the inner surface on the upper end side of the base plate 76.
  • the upper end portion of the cup-shaped member 1 3 0 has an annular step portion opposed to the annular step portion 7 6 6 on the base plate 76 6 side by the upper end portion of the body portion 1 3 1 and the annular flange portion 1 3 4. Is formed. In the annular space defined by these annular steps, an annular retainer 1 8 1 and bearing balls 1 8 2 held at positions spaced circumferentially by the retainer 1 8 1 A bearing 1 80 is made up of. In this way, the rotating body 103 is supported by the pump device body 7 so as to be rotatable around the axis.
  • the outer peripheral surface of the rotor magnet 150 is opposed to the pole teeth arranged in the circumferential direction along the inner peripheral surface of the stator 120.
  • S poles and N poles are alternately arranged in the circumferential direction, and the stator 120 and the cup-shaped member 130 constitute a stepping motor.
  • the moving body 1 6 0 has a bottom wall.
  • a male thread 1 6 7 is formed on the outer periphery of the body 1 6 5.
  • FIG. 8, FIG. 9 and FIG. 1 OA to 1 OC are used to construct a conversion mechanism 1 4 0 for reciprocating the moving body 1 60 in the axial direction by the rotation of the rotating body 1 0 3.
  • female threads 1 3 7 are provided at four locations spaced in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the body portion 1 3 1 of the force-up member 1 3 0. Is formed.
  • a male screw 1 6 7 that engages with the female screw 1 3 7 of the cup-shaped member 1 3 0 and constitutes the power transmission mechanism 1 4 1. Is formed.
  • the moving body 1 6 0 is arranged inside the cup-shaped member 1 3 0 so that the male screw 1 6 7 and the female screw 1 3 7 are held together, the moving body 1 6 0 becomes the cup-shaped member 1 3 It is in a state of being supported inside 0.
  • elongated holes 1 6 9 are formed as through holes in the circumferential direction, while six protrusions 7 are formed from the base plate 7 6. 69 9 extends, and the lower end portion of the protrusions 7 69 is fitted into the long holes 16 9, thereby forming a rotation prevention mechanism 14 9. That is, when the cup-shaped member 1 30 is rotated, the moving body 1 60 is prevented from rotating by the rotation prevention mechanism 1 4 9 including the projections 7 6 9 and the elongated holes 1 6 9.
  • the rotation of the screw-shaped member 1 30 is transmitted to the moving body 1 60 through the power transmission mechanism 1 4 1 composed of the female screw 1 3 7 and the external thread 1 6 7 of the moving body 1 60
  • the moving body 16 1 moves linearly to one side and the other side in the axial direction in accordance with the rotation direction of the rotating body 103.
  • Diaphragm 1 70 is directly connected to the moving body 1 60.
  • Diaphragm 1 7 0 consists of bottom wall 1 7 1, cylindrical body 1 7 3 rising in the axial direction from the outer periphery of bottom wall 1 7 1, and flange extending from the upper end of this body 1 7 3 to the outer peripheral side
  • the outer peripheral edge of the flange portion 1 75 of the diaphragm 170 is a thick portion. The thick portion ensures liquid-tightness, and the thick portion functions as a positioning portion.
  • the thick portion is fixed between the base plate 76 and the flow path component plate 77 around the through hole 21 of the flow channel component plate 77.
  • the diaphragm 170 defines the lower surface of the pump chamber 2 and secures liquid tightness between the base plate 76 and the flow path component plate 77 around the pump chamber 2. .
  • the body portion 1 7 3 of the diaphragm 1 70 is folded back in a U-shaped cross section, and the shape of the folded portion 1 7 2 is changed depending on the position of the moving body 1 60.
  • a first wall surface 1 6 8 composed of the outer peripheral surface of the cylindrical portion 1 6 3 of the moving body 1 6 0 and a second wall surface 7 6 8 composed of the inner peripheral surface of the projection 7 6 9 extending from the base plate 7 6
  • a folded portion 1 72 having a U-shaped cross section of the diaphragm 170 is disposed in the annular space formed between the two. Therefore, in any of the states shown in FIGS.
  • the folded portion 1 72 of the diaphragm 170 is held in the annular space. In this state, it is deformed so as to expand or roll up along the first wall surface 1668 and the second wall surface 6868.
  • the bottom wall 1 3 3 of the cup-shaped member 1 3 0 has an angular range of 2700 ° in the circumferential direction.
  • a single groove 13 6 is formed, while a protrusion 16 6 is formed downward from the bottom surface of the moving body 160.
  • the moving body 160 does not rotate around the axis, but moves in the axial direction, whereas the rotating body 103 rotates around the axis but does not move in the axial direction.
  • the projections 16 6 and the grooves 1 36 function as staggers that define the stop positions of the rotating body 10 3 and the moving body 1 60.
  • the depth of the groove 1 3 6 is changed in the circumferential direction, and when the movable body 1 60 moves downward in the axial direction, the protrusion 1 6 6 fits into the groove 1 3 6 and rotates.
  • the end of the groove 1 3 6 comes into contact with the projection 1 6 6 by the rotation of the body 1 0 3.
  • the rotation of the rotating body 103 is blocked, and the stop position of the rotating body 103 and the moving body 160, that is, the maximum expansion position of the inner volume of the diaphragm 170 is defined.
  • the pump drive mechanism 13 configured in this way, when power is supplied to the coil 1 2 1 of the steering 1 2 0, the cup-shaped member 1 3 0 rotates, and the rotation moves through the conversion mechanism 1 4 0. Transmitted to the body 1 6 0. Therefore, the moving body 160 has a reciprocating linear motion in the axial direction. As a result, the diaphragm 1 7 0 is deformed in accordance with the movement of the moving body 1 60 and expands and contracts the pump chamber 2, so that in the pump chamber 2, the inflow of liquid from the inflow passages 3 a and 3 b The liquid flows out toward the outflow channels 4a to 4f.
  • the folded portion 1 7 2 of the diaphragm 1 7 0 is kept in the annular space, and the first wall surface 1 6 8 and the second wall surface 7 6 8 Deforms so that it unfolds or rolls up along 8 and does not cause excessive sliding.
  • the diaphragm 170 does not deform even if it receives pressure from the fluid in the pump chamber 2 because it is defined both inside and outside in the annular space.
  • the lower position of the moving body 160 is defined by a stagger configured by the groove 13 6 of the cup-shaped member 130 and the protrusion 1666 of the moving body 160. Therefore, as the cup-shaped member 1 30 rotates, the diaphragm 1 70 is displaced with high accuracy.
  • the diaphragm 170 when the stepping motor rotates in one direction, the diaphragm 170 is displaced in a direction in which the internal volume of the pump chamber 2 increases, and when the stepping motor rotates in the other direction. Displacement of diaphragm 1 7 0 in the direction of decreasing the volume of pump chamber 2
  • the rotating body 10 3 is rotated by the stepping motor mechanism, and the dynamic force transmission mechanism 14 1 including the male screw 1 6 7 and the female screw 1 3 7 is used.
  • This is transmitted to the moving body 1 60 through the used conversion mechanism 1 4 0, and the moving body 1 60 having the diaphragm 1 7 0 fixed is reciprocated linearly.
  • the pump drive mechanism 13 can be reduced in size, thickness, and cost.
  • minute feed of moving body 1 60 It can be performed. Therefore, since the volume of the pump chamber 2 can be strictly controlled, it is possible to perform a fixed amount discharge with high accuracy.
  • the folded portion 1 7 2 of the diaphragm 1 70 is expanded or rolled up along the first wall surface 1 68 and the second wall surface 7 6 8 while being held in the annular space. It will be deformed and excessive sliding will not occur. Therefore, useless load does not occur and the lifetime of the diaphragm 170 is long. Further, the diaphragm 1 70 does not deform even if it receives pressure from the fluid in the pump chamber 2. Therefore, according to the pump drive mechanism 13, it is possible to perform quantitative discharge with high accuracy and high reliability.
  • the rotating body 10 3 is supported by the pump device body 7 so as to be rotatable around the axis via the bearing pole 1 8 2, the sliding loss is small, and Since the rotating body 103 is stably held in the axial direction, the thrust in the axial direction is stable. Therefore, it is possible to reduce the size of the drive device 10, improve durability, and improve discharge performance.
  • a force groove may be used.
  • the cup-shaped diaphragm is used as the displacement member, a diaphragm having another shape or a biston provided with an O-ring may be used.
  • the number of suction ports and discharge ports may be other than the above.
  • the sealing sheet 7 8 that closes the upper surface and the upper plate 7 9 to which the above-mentioned pipes are connected are formed of different members, but the pipe of the upper plate 7 9 is eliminated and flows out to the sealing sheet 8. You may comprise so that only a hole may be opened and it may connect via a sealing member.
  • Fig. 1 2 and Fig. 1 3 show the axially cut parts of the valves used as the active valves 5 a, 5 b, 6 a to 6 f of the mixing pump device 1 A when viewed from diagonally above It is explanatory drawing and explanatory drawing which shows the magnetic force line of this valve
  • the active valves 5a and 5b (hereinafter referred to as the active valve 5) and the active valves 6a to 6f (hereinafter referred to as the active valve 6) are the bases.
  • a linear actuator 2 0 1 is provided in the holes 5 7 and 6 7 a to 6 7 h of the plate 7 6, and this linear actuator 2 0 1 is a cylindrical fixed body 2 0 3 And a substantially cylindrical movable body 205 arranged inside the fixed body 203.
  • the fixed body 20 3 includes a coil 2 3 3 wound around the bobbin 2 3 1 in an annular shape, and one end 2 that wraps around both sides in the axial direction of the coil 2 3 3 from the outer peripheral surface of the coil 2 3 3 3 6 a and the other tip 2 3 6 b on the inner peripheral side of the coil 2 3 3 facing the fixed body side in the axial direction through the slit 2 3 7
  • a yoke 235 is provided.
  • the movable body 205 includes a disc-shaped first movable body side yoke 25 1 and a pair of magnets 253 a and 253 b stacked on both sides in the axial direction with respect to the first movable body side yoke 251. have.
  • Nd_Fe-B or Sm_Co system rare earth magnets or resin magnets can be used.
  • the second movable body side yokes 255a and 255b are laminated on the end surface opposite to the first movable body side yoke 251 in each of the pair of magnets 253a and 253b. Yes.
  • the pair of magnets 253 a and 253 b are both magnetized in the axial direction, and have the same polarity toward the first movable body side yoke 251.
  • the pair of magnets 253a and 253b will be described as having the N pole facing the first movable body side yoke 251 and the S pole facing the outside in the axial direction. Vice versa.
  • the outer peripheral surface of the first movable body side yoke 251 protrudes outward from the outer peripheral surface of the pair of magnets 253a, 253b. Further, the outer peripheral surfaces of the second movable body side yokes 255a and 255b also project outward from the outer peripheral surfaces of the pair of magnets 253a and 253b.
  • Concave portions are formed on both end faces in the axial direction of the first movable body side yoke 251, and a pair of magnets 253a and 253b are fitted into these concave portions and fixed with an adhesive or the like. ing.
  • the first movable body side yoke 251, the pair of magnets 253 a and 253 b, and the second movable body side yoke 255 a and 255 b are fixed by bonding, press-fitting, or a combination thereof. The configuration should be adopted.
  • Bearing plates 27 1 a, 27 are provided at openings on both sides of the fixed body 203 in the axial direction.
  • the movable body 205 is supported by the fixed body 203 so as to be reciprocally movable in the axial direction. In this state, the movable body 205 has an outer peripheral surface on the inner peripheral surface of the fixed body 203.
  • the front end portions 2 3 6 a and 2 3 6 b of the fixed body side yoke 2 3 5 face each other with a predetermined gap between the outer peripheral surface of the first movable body side yoke 2 51 and the coil 2 3 3. It exists in the state which opposes an axial direction within the clearance gap with an internal peripheral surface. In addition, a gap is secured between the movable body 2 0 5 and the fixed body side yoke 2 3 5.
  • the second movable body side yokes 2 5 5 a and 2 5 5 b and the support shafts 2 5 7 a and 2 5 7 b are fixed to each other by attachment, press-fitting, or a combination thereof. Should be adopted.
  • a current flows through the coil 2 3 3 from the far side to the near side on the right side toward the drawing, and the near side on the left side toward the drawing.
  • the magnetic field lines are expressed as shown in Fig. 13. Therefore, first, as shown by arrow A, the movable body 5 receives the thrust in the axial direction by the Lorentz force and moves. On the other hand, when the energization direction to the coil 2 3 3 is reversed, the movable body 2 0 5 descends along the axial direction as indicated by an arrow B.
  • the movable body 2 0 5 is propelled by magnetic force, and on one side in the axial direction, the bearing plate 2 7 1 a and the second movable body side yoke 2 5 5 a Between the two, the frustoconical coil spring 2 9 1 as an urging member is arranged. Therefore, when the movable body 2 0 5 is lowered, it moves while deforming the compression panel and is movable. When the body 205 rises, the shape return force of the compression panel assists and moves at high speed.
  • a diaphragm disposed in the valve chamber 2 7 0 (recesses 6 8 to 6 8) is disposed at the end of one of the support shafts 2 5 7 b.
  • the central part of valve 2 60 is connected.
  • An annular thick portion 2 61 that functions as liquid tightness and positioning is formed on the outer peripheral side of the diaphragm 2 60.
  • the outer peripheral side including the annular thick portion 2 61 is the base. Liquid tightness is ensured by being sandwiched between the flow plate 7 6 and the flow path component plate 7 7.
  • the displacement member is not limited to the diaphragm 260, and a bellows valve or other valve body may be used. Even if the support shafts 2 5 7 a and 2 5 7 b and the displacement member are combined separately, the support shafts 2 5 7 a and 2 5 7 b and the displacement member are integrally formed. It may be configured.
  • the pair of magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b are directed to the same pole, and a magnetic repulsive force acts on them. Since the first movable body side yoke 2 5 1 is arranged between 5 3 a and 2 5 3 b, the pair of magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b are fixed with the same poles facing each other. be able to.
  • the first movable body side yoke 2 5 1 since the pair of magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b in the movable body 205 have the same polarity directed to the first movable body side yoke 2 51, the first movable body side yoke 2 5 1 generates a strong magnetic flux in the radial direction. Therefore, if the peripheral surfaces of the first movable body side yoke 2 51 and the coil 2 3 3 are opposed to each other, a large thrust can be applied to the movable body 2 0 5.
  • the magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b may be magnetized in the axial direction, so that the magnet
  • 2 5 3 a and 2 5 3 b are magnetized in the radial direction, they can be easily magnetized even when downsized, making them suitable for mass production.
  • the outer peripheral surface of the first movable body side yoke 2 51 protrudes outward from the outer peripheral surfaces of the pair of magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b, the fixed body side yoke 2 3 5 is Even when it is provided, the magnetic attractive force acting on the movable body 205 in the direction perpendicular to the axial direction can be reduced.
  • the outer peripheral surfaces of the second movable body side yokes 2 5 5 a and 2 5 5 b protrude from the outer peripheral surfaces of the pair of magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b to the outer peripheral side.
  • magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b are arranged on the outer peripheral side of coil 3 3, magnets 2 5 3 a and 2 5 3 b are arranged outside coil 2 3 3.
  • the active valves 5 and 6 can be constructed at low cost.
  • the coils 2 3 3 are arranged outside, the magnetic path can be closed only with the fixed side yoke.
  • the support shaft 2 5 is provided in the opening portion opened in the axial direction. 7 Since bearing plates 27 1 a and 27 1 b that support a and 257 b so as to be movable in the axial direction are held, there is no need to separately arrange bearing members. Further, since the bearing plates 27 1 a and 27 1 b can be fixed on the basis of the fixed body 203, there is an advantage that the support shafts 257 a and 257 b do not tilt.
  • a mixing pump device to which the present invention is applied can be used, for example, in a direct methanol fuel cell (hereinafter referred to as DM FC: Direct Methanol Fuel Cel II) that generates electricity by extracting protons directly from methanol. it can.
  • a DM FC includes an electromotive device having an electromotive portion (cell) and a liquid feed pump that pumps methanol aqueous solution, and the cell includes an anode current collector and an anode catalyst layer.
  • the anode electrode is supplied with an aqueous methanol solution by a liquid feed pump, and the cathode electrode is supplied with air by an air feed pump or a blower.
  • the mixing pump device to which the present invention is applied is used as a liquid feed pump, methanol and water, methanol and aqueous methanol solution, aqueous methanol solution and water, and aqueous methanol solution are mixed as appropriate to obtain a methanol concentration.
  • a methanol aqueous solution adjusted to the above can be supplied to the cell.
  • the anode electrode of the cell which is the electromotive part of the DM FC
  • the methanol oxidation activity is low and voltage loss occurs.
  • There is also a voltage loss at the force sword pole for this reason, the output that can be extracted from one cell is extremely low, and in order to obtain a predetermined output, multiple cells are used in DM FC. Even in such a case, if the mixing pump device 1A to which the present invention is applied is used, an aqueous methanol solution with adjusted methanol concentration can be supplied to each cell.
  • the use of the mixing pump device to which the present invention is applied is not limited to the fuel cell.
  • the mixing pump device can be used as a pump for preparing a compound medicine by preparing a plurality of chemical solutions.
  • it is used as an ice making pump for refrigerators It may be used to discharge from the outflow channel sheave liquids with different tastes, colors, and aromas for each ice making block.
  • the present invention may be applied to a mixing pump apparatus using a plunger as the displacement member.
  • a plurality of outflow paths are configured.
  • the present invention may be applied to a mixing pump apparatus having a single outflow path.
  • the present invention may be applied to a metering pump that discharges one type of liquid by applying the present invention to a mixing pump device.

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Abstract

　ミキシングポンプ（１）は、吸引工程から吐出工程に切り換わる際に、ポンプ室（２）の内容積を減少させる方向に変位部材（１７）を変位させる補正工程を行い、吐出工程から吸引工程に切り換わる際には、ポンプ室（２）の内容積を増加させる方向に変位部材（１７）を変位させる補正工程を行う。補正工程では、ポンプ室（２）の吸引ポート（３０ａ、３０ｂ）および吐出ポート（４０ａ、４０ｂ）を閉じて変位部材（１７）を変位させて密閉状態のポンプ室（２）の内容積を増加あるいは減少させる。変位部材（１７）の駆動系のバックラッシュに起因する不安定性を解消でき、ポンプ室（２）内と、流体吸引側あるいは流体吐出側との間の圧力差を解消できる。よって、吸引工程および吐出工程の切り換わり時における流体吸引量あるいは流体吐出量のバラツキを解消あるいは抑制できる。

Description

明 細 書
ポンプ装置の駆動方法
技術分野
[0001 ] 本発明は、 ダイヤフラムポンプなどのように、 ポンプ室の一部を形成して いるダイヤフラムなどの変位部材を変位させることにより、 吸引口から流体 を吸引し、 吸引した流体を吐出口から吐出するポンプ装置の駆動方法に関す るものである。
背景技術
[0002] 複数の流体を所定の比率で混合して吐出するミキシングポンプ装置として は、 単一のポンプ室に複数種類の流体を吸引して、 当該ポンプ室内で混合し て混合流体を形成し、 当該ポンプ室から混合流体を吐出するものが知られて いる。 特許文献 1には、 高速液体クロマトグラフィ装置において、 複数種類 の溶媒をプランジャポンプで吸引して混合し、 得られた混合流体をカラムに 向けて吐出するミキシングポンプ装置が開示されている。
[0003] ここに開示のミキシングポンプ装置では、 ステッピングモータの回転を力 ム機構を介してプランジャに伝達してポンプ室の内容積を增減させるように なっている。 流体の吸引工程では、 ポンプ室を拡大する間、 ポンプ室に連通 している 2本の流入路の各々に配置されたバルブを順に開き、 ポンプ室内に 各流入路を介して流体を吸引して、 ポンプ室内で混合している。 この後は、 吐出工程を実行して、 ポンプ室を縮小してポンプ室から混合液体を吐出して いる。
特許文献 1 ：特許第 3 1 1 7 6 2 3号公報
[0004] しかしながら、 この構成のミキシングポンプ装置では、 吐出工程から吸引 工程に切り換わる際に、 ポンプ室の内圧と、 バルブで仕切られている流入路 側の圧力との間に圧力差がある場合がある。 圧力差のある状態で閉じている バルブを開くと、 一時的に流体が逆流し、 各流入路を介してポンプ室に吸引 される 2種類の流体の吸引量が変化し、 これらの混合比が変動してしまう。 [0005] また、 ダイヤフラムポンプの場合には、 ダイヤフラムの変形開始時におい て、 変形してもポンプ室容積が変化しない不感応領域が現れる。 このため、 ダイヤフラムポンプを用いたミキシングポンプ装置では、 吐出工程から吸引 工程に切り換わる際、 あるいは吸引工程から吐出工程に切り換わる際に、 ポ ンプ室の内容積変化に遅れが生じ、 ポンプ室への流体吸引量、 あるいはボン プ室からの流体吐出量にバラツキが生じてしまう。
発明の開示
[0006] 本発明の課題は、 吐出工程と吸引工程の間での切り換わりの際に発生する 流体吸引動作、 流体吐出動作の不安定性を解消可能なポンプ装置の駆動方法 を提案することにある。
[0007] 上記課題を解決するために、 本発明のポンプ装置の駆動方法は、
ポンプ室の吐出口を閉じ、 その吸引口を開いた状態で、 ポンプ室の内周面 の一部を規定している変位部材を、 当該ポンプ室の内容積が増加する方向に 変位させることにより、 当該ポンプ室の吸引口から流体を吸引する吸引工程 前記吐出口を開き、 前記吸引口を閉じた状態で、 前記ポンプ室の内容積が 減少する方向に前記変位部材を変位させることにより、 当該ポンプ室の吐出 口から流体を吐出する吐出工程と、
前記ポンプ室の前記吸引口および前記吐出口を共に閉じた状態で、 前記変 位部材を変位させる補正工程とを含み、
前記吸引工程、 前記補正工程および前記吐出工程の順に、 あるいは、 前記 吐出工程、 前記補正工程および前記吸引工程の順に、 これらの各工程を行う ことを特徴としている。
[0008] 本発明の方法では、 吐出工程の終了後に補正工程を実行し、 しかる後に吸 引工程に切り換えるようにしている。 あるいは、 吸引工程の終了後に補正ェ 程を実行し、 しかる後に吐出工程に切り換えるようにしている。 補正工程に おいては、 吸引口および吐出口を閉じて変位部材を変位させるようにしてい るので、 密閉状態のポンプ室の内容積が増減し、 これに伴ってポンプ室内圧 も変化する。 したがって、 変位部材の変位方向および変位量を適切に設定す ることにより、 例えば、 ポンプ室の内圧と、 吐出口からの流体流出側の圧力 との差を解消することができる。 また、 ダイヤフラムポンプの場合にはボン プ室の内圧変化によってダイヤフラムを変位させることができるので、 この 後の吸引工程あるいは吐出工程においては、 ダイヤフラムを変位させると、 変位に応答して精度良くポンプ室内容積が変化する。 よって、 吸引工程およ び吐出工程の切り換わり時における流体吸引量あるいは流体吐出量のバラッ キを解消あるいは抑制できる。
[0009] ここで、 前記吸引工程および前記吐出工程が交互に行われる場合には、 前 記吸引工程から前記吐出工程に切り換わる際、 および前記吐出工程から前記 吸引工程に切り換わる際の双方で前記補正工程を行うことが望ましい。
[0010] また、 前記吸引工程と前記吐出工程の間において実行される前記補正工程 では、 前記ポンプ室の内容積を減少させる方向に前記変位部材を変位移動さ せ、 前記吐出工程と前記吸引工程の間において実行される前記補正工程では 、 逆に、 前記ポンプ室の内容積を増加させる方向に前記変位部材を変位させ ることができる。
[001 1 ] 吐出工程の開始時点におけるポンプ室内外の圧力差を解消するためには、 前記吸引工程と前記吐出工程の間において実行される前記補正工程において 、 前記ポンプ室の内圧と、 前記吐出口に連通している流体吐出側流路の圧力 との差が解消されるように、 前記変位部材を変位させればよい。 また、 吸引 工程の開始時点におけるポンプ室内外の圧力差を解消するためには、 前記吐 出工程と前記吸引工程の間において実行される前記補正工程において、 前記 ポンプ室の内圧と、 前記吸引口に連通している流体吸引側流路の圧力との差 が解消されるように、 前記変位部材を変位させればよい。
[001 2] この場合、 前記吸引工程と前記吐出工程の間において実行される前記補正 工程では、 前記ポンプ室の内圧と、 前記吐出口に連通している流体吐出側流 路の圧力との差を監視し、 当該監視結果に基づき、 前記変位部材を変位させ るようにすることができる。 同様に、 前記吐出工程と前記吸引工程の間にお いて実行される前記補正工程では、 前記ポンプ室の内圧と、 前記吸引口に連 通している流体吸引側流路の圧力との差を監視し、 当該監視結果に基づき、 前記変位部材を変位させるようにすることができる。
[0013] 圧力を監視する閉ループ制御の代わりに、 前記補正工程において、 予め設 定されている条件に従って前記変位部材を変位させる、 オープンループ制御 を行うこともできる。
[0014] 次に、 複数種類の異なる流体を吸引して混合する場合には、 前記ポンプ室 に複数の前記吸引口を形成しておき、 前記吸引工程では、 閉じた状態の複数 の前記吸引口を順次に開いて流体を吸引する吸引動作を繰り返して、 前記ポ ンプ室内に異なる種類の流体が予め定めた比率で混合している混合流体を形 成すればよい。
[0015] また、 この場合には、 混合比の最も低い流体を前記ポンプ室に吸引する前 に、 当該流体よりも混合比の高い流体の少なくとも一部を前記ポンプ室に吸 引することが望ましい。 このように、 吸引量の多い流体を複数回に分けて吸 引することにより、 ボンプ室内での流体の混合を確実に行うことができる。
[001 6] 次に、 ポンプ室に吸引した流体を異なる供給先に配分する場合には、 前記 ポンプ室に複数の前記吐出口を形成しておき、 前記吐出工程では、 閉じた状 態の複数の前記吐出口を順次に開いて流体を吐出すればよい。
[001 7] —方、 本発明の駆動方法は、 変位部材がダイヤフラムであるダイヤフラム ポンプを用いて構成されたポンプ装置に適用すると効果的である。 吸引工程 の開始前、 あるいは吐出工程の開始前に実行される補正工程においてダイヤ フラムを変位させることにより、 吸引工程あるいは吐出工程では、 ダイヤフ ラムの変位に精度良く応答してポンプ室内容積が増減するので、 流体の吸引 動作および流体の吐出動作を正確に行うことができる。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1 ]本発明を適用したミキシングポンプ装置の基本構成を示す概念図である [図 2A]図 1に示すミキシングポンプ装置の動作を示すタイミングチヤ一卜で ある。
[図 2B]変位部材の位置と分解能との関係を示す説明図である。
[図 3A]ダイヤフラムの変形に関する説明図である。
[図 3B]ダイヤフラムの変形に関する説明図である。
[図 3C]ダイヤフラムの変形に関する説明図である。
[図 3D]ダイヤフラムの変形に関する説明図である。
[図 4]本発明を適用したミキシングポンプ装置の基本構成を示す概念図である
[図 5A]本発明を適用したミキシングポンプ装置の斜視図である。
[図 5B]図 5 Aに示すミキシングポンプ装置の流路などを平面的に示す説明図 である。
[図 6]図 5 Aのミキシングポンプ装置を斜め上方からみたときの分解斜視図で ある。
[図 7]図 5 Aのミキシングポンプ装置の断面構成を示す説明図である。
[図 8]図 5 Aのミキシングポンプ装置を縦に分割した状態の分解斜視図である
[図 9A]図 8に示すミキシングポンプ装置においてポンプ室の内容積を膨張さ せた状態を示す説明図である。
[図 9B]図 8に示すミキシングポンプ装置においてポンプ室の内容積を収縮さ せた状態を示す説明図である。
[図 10A]図 8に示すポンプ機構の回転体に用いたロータの斜視図である。
[図 10B]図 1 0 Aに示すロータの平面図である。
[図 10C]図 1 O Aに示すロータの断面図である。
[図 1 1 A]図 8に示すポンプ機構の回転体に用いた移動体の斜視図である。
[図 1 1 B]図 1 1 Aに示す移動体の平面図である。
[図 1 1 C]図 1 1 Aに示す移動体の断面図である。
[図 1 2]本発明を適用したミキシングポンプ装置のアクティブバルブとして用 いたバルブの要部を軸線方向に切断したものを斜め上方からみたときの説明 図である。
[図 13]図 1 2に示すバルブの磁力線を示す説明図である。
発明を実施するための最良の形態
[001 9] 以下に、 図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
[0020] 図 1は、 本発明を適用したミキシングポンプ装置の基本構成を示す概念図 である。 図 1に示すように、 ミキシングポンプ装置 1はポンプ室 2を備えて おり、 このポンプ室 2には、 複数個、 本例では 2個の吸引ポート 3 0 a、 3 0 bと、 複数個、 本例では 2個の吐出ポート 4 0 a、 4 0 bとが形成されて いる。 吸引ポート 3 0 a、 3 0 bには、 それぞれ、 流入路 3 a、 3 bが連通 しており、 吐出ポート 4 0 a、 4 O bには、 それぞれ、 流出路 4 a、 4匕が 連通している。 これらポンプ室 2、 吸引ポート 3 0 a、 3 0 b、 吐出ポート 4 0 a、 4 0 b、 流入路 3 a、 3 b、 および、 流出路 4 a、 4 bによってポ ンプ装置本体 7が構成されている。
[0021 ] 吸引ポート 3 0 a、 3 O bには、 これらを個別に開閉するための流入側ァ クティブバルブ 5 a、 5 bが配置されている。 吐出ポート 4 0 a、 4 O bに も、 これらを個別に開閉するための流出側アクティブバルブ 6 a、 6 bが配 置されている。 これらの流入側アクティブバルブ 5 a、 5 bおよび、 流出側 アクティブバルブ 6 a、 6 bは、 制御装置 1 8によって開閉駆動される。
[0022] また、 ポンプ室 2の内周面の一部は、 ピストン、 ダイヤフラムなどの変位 部材 1 7によって規定されている。 変位部材 1 7はポンプ室の内外方向に変 位可能であり、 本例では、 ステッピングモータ 1 2を備えた駆動装置 1 0 5 によって変位部材 1 7を変位させるようになつている。 これら変位部材 1 7 および駆動装置 1 0 5によってポンプ駆動機構 1 3が構成されている。 駆動 装置 1 0 5のステッピングモータ 1 2が一方に回転したときにポンプ室 2の 内容積が増加する A方向に変位部材 1 7が変位し、 ステッピングモータ 1 2 が逆方向に回転したときにポンプ室 2の内容積が減少する B方向に変位部材 1 7が変位する。
[0023] この構成のミキシングポンプ装置 1の吸引工程では、 制御装置 1 8によつ て、 例えば一方の流入側アクティブバルブ 5 bを開き、 他方の流入側ァクテ ィブバルブ 5 aおよび流出側アクティブバルブ 6 a、 6 bを閉じた状態で、 駆動装置 1 0 5により変位部材 1 7を A方向に変位させることにより、 流入 路 3 bから吸引ポート 3 0 bを介して流体 L Bをポンプ室 2に吸引する。 次 に、 流入側アクティブバルブ 5 a、 5 bの開閉状態を切り換えて変位部材 1 7を A方向に更に変位させることにより、 他方の流入路 3 aから吸引ポート 3 0 aを介して流体 L Aをポンプ室 2に吸引する。 吸引された流体 L A、 L Bはポンプ室 2内において混合される。
[0024] ミキシングポンプ装置 1の吐出工程では、 例えば、 制御装置 1 8によって —方の流出側アクティブバルブ 6 aを開き、 他方の流出側アクティブバルブ 6 bおよび流入側アクティブバルブ 5 a、 5 bを閉じた状態で、 駆動装置 1 0 5により変位部材 1 7を B方向に変位させることにより、 混合流体をボン プ室 2から吐出ポート 4 0 aを介して流出路 4 aに吐出する。 流出側ァクテ イブバルブ 6 a、 6 bの開閉状態を切り換えて変位部材 1 7を B方向に更に 変位させることにより、 他方の吐出ポート 4 0 bから流出路 4 bに混合流体 を吐出することができる。
[0025] ここで、 ミキシングポンプ装置 1では、 このような吸引工程および吐出ェ 程の間において、 以下に説明する補正工程を実行している。
[0026] 図 2 Aおよび 2 Bは、 図 1に示すミキシングポンプ装置の動作を示すタイ ミングチャートおよび変位部材の位置と分解能との関係を示す説明図である 。 図 2 Aを参照して、 ミキシングポンプ装置 1の動作を具体的に説明する。 以下の説明は、 2本の流入路 3 a、 3 bを介して吸引される第 1の液体 L A と第 2の液体 L Bの流入量の比 （混合比） が 1 ： 5の場合である。
[0027] 図 2 Aにおいて、 最上段には、 ポンプ駆動機構 1 3による吸引動作、 吐出 動作を示してあり、 ポンプ駆動機構 1 3による吸引動作は、 ステッピングモ ータ 1 2が例えば、 時計回りに回転して変位部材 1 7がポンプ室 2の内容積 を增加させる A方向 （図 1参照） に変位することにより行われる。 ポンプ駆 動機構 1 3による吐出動作は、 ステッピングモータ 1 2が例えば反時計回り に回転して変位部材 1 7がポンプ室 2の内容積を減少させる B方向 （図 1参 照） に変位することにより行われる。 ポンプ駆動機構 1 3の停止は、 ステツ ビングモータ 1 2に対する給電が停止することにより、 行われる。
[0028] なお、 流入側アクティブバルブ 5 a、 5 bおよび流出側アクティブバルブ
6 a、 6 bのいずれも、 正のパルスが入力された以降は開状態とされ、 負の パルスが入力された時点で閉状態に切り換わる。 また、 負のパルスが入力さ れた以降は閉状態とされ、 正のパルスが入力された時点で開状態に切り換わ る。
[0029] 図 2 Aにおいて、 まず、 時点 t 1では、 ステッピングモータ 2への給電が 停止されており、 ポンプ駆動機構 1 3は停止状態にある。 また、 時点 t 1ま では全てのアクティブバルブ 5 a、 5 b、 6 a、 6 bが閉状態にある。
[0030] この状態で時点 t 1において、 2つの流入側アクティブバルブ 5 a、 5 b のうち、 液体 L Bに対応する流入路 3 bに配置された流入側アクティブバル ブ 5 bのみが開状態に切り換わる。 次に、 時点 t 2でステッピングモータ 1 2に給電されてステッピングモータ 1 2が時計回りに回転して変位部材 1 7 をポンプ室 2の内容積を増加させる A方向に変位させる。 この結果、 流入路 3 bからポンプ室 2に液体 L Bが流入する。 ステッピングモータ 1 2に 1 2 5ステップ分のパルスが入力された後の時点 t 3において、 ステッピングモ 一夕 1 2への給電が停止して、 変位部材 1 7も停止する。 同時に、 流入側ァ クティブバルブ 5 bが開状態から閉状態に切り換わる。 その結果、 流入路 3 匕からポンプ室 2への液体 L Bの流入が停止する。 この吸引動作によって、 液体 L Bの全流入量の 1 Z 2がポンプ室 2に流入する。
[0031 ] 次に、 時点 t 4において、 流入側アクティブバルブ 5 aのみが開状態に切 り換わり、 時点 t 5でステッピングモータ 1 2に給電して、 ステッピングモ ータ 1 2が同一方向 （時計回り） に回転して、 変位部材 1 7が同一方向 （ポ ンプ室 2の内容積を增加させる A方向） にさらに変位する。 この結果、 流入 路 3 aからポンプ室 2に液体 L Aが流入する。 そして、 ステッピングモータ 1 2に 5 0ステップ分のパルスが入力された後の時点 t 6において、 ステツ ビングモータ 1 2への給電が停止して、 変位部材 1 7の変位も停止する。 同 時に、 流入側アクティブバルブ 5 aが開状態から閉状態に切り換わる。 その 結果、 流入路 3 aからポンプ室 2への液体 L Aの流入が停止する。 この吸引 動作によって、 液体 L Aの全流入量がポンプ室 2に流入する。
[0032] 次に、 時点 t 7において、 再び流入側アクティブバルブ 5 bのみが開状態 に切り換わり、 時点 t 8でステッピングモータ 1 2に給電してステッピング モータ 1 2を同一方向 （時計回り） に回転する。 これにより、 変位部材 1 7 が同一方向 （ポンプ室 2の内容積を增加させる A方向） にさらに変位して、 流入路 3 bからポンプ室 2に液体 L Bが流入する。 そして、 ステッピングモ ータ 1 2に 1 2 5ステップ分のパルスが入力された後の時点 t 9において、 ステッピングモータ 1 2への給電が停止して、 ピストン 1 7の変位も停止す る。 同時に、 流入側アクティブバルブ 5 bが開状態から閉状態に切り換わる 。 その結果、 流入路 3 bからポンプ室 2への液体 L Bの流入が停止する。 そ れにより、 液体 L Bの全流入量の残りの 1 2がポンプ室 2に流入する。
[0033] 以上により吸引工程が終了した後は、 時点 t 1 0および時点 t 1 1の間に おいて、 補正工程を実行した後に、 吐出工程に切り換わる。 補正工程につい ては後に説明するものとし、 まず、 時点 t 1 1から開始される吐出工程につ いて説明する。
[0034] 時点 t 1 1において、 2つの流出側アクティブバルブ 6 a、 6 bのうち、 流出側アクティブバルブ 6 aのみが開状態に切り換わり、 時点 t 1 2でステ ッビングモータ 1 2に給電されてステッピングモータ 1 2が逆方向である反 時計回りに回転する。 これにより変位部材 1 7はポンプ室 2の内容積を減少 させる B方向に変位して、 ポンプ室 2の混合液体が流出路 4 aから吐出され る。 そして、 ステッピングモータ 1 2に 1 5 0ステップ分のパルスが入力さ れた後の時点 t 1 3において、 ステッピングモータ 1 2への給電が停止する と、 変位部材 1 7の変位が停止する。 同時に、 流出側アクティブバルブ 6 a が開状態から閉状態に切り換わる。 その結果、 ポンプ室 2に流入した液体の 1 2に相当する量の混合液体が流出路 4 aから吐出される。 [0035] 次に、 時点 t 1 4において、 2つの流出側アクティブバルブ 6 a、 6匕の うち、 流出側アクティブバルブ 6 bのみが開状態に切り換わり、 時点 t 1 5 でステッピングモータ 1 2に給電されてステッピングモータ 1 2が同一方向 (反時計回り） に回転して変位部材 1 7がポンプ室 2の内容積を減少させる B方向にさらに変位して、 ポンプ室 2の混合流体が流出路 4 bから吐出され る。 そして、 ステッピングモータ 1 2に 1 5 0ステップ分のパルスが入力さ れた後の時点 t 1 6において、 ステッピングモータ 1 2への給電が停止して 、 変位部材 1 7の変位が停止する。 同時に、 流出側アクティブバルブ 6 bが 開状態から閉状態に切り換わる。 その結果、 ポンプ室 2に流入した液体の 1 2に相当する量の混合液体が流出路 4 bから吐出される。 この後は、 時点 t 1 7および時点 t 1 8の間において補正工程を実行した後に、 動作を終了 する。
[0036] ここで、 時点 t 1 0から時点 t 1 1までの期間、 および時点 t 1 7から時 点 t 1 8までの期間において行われる補正工程を説明する。 変位部材 1 7の 変位方向が切り換わる時点、 すなわち、 吸引工程から吐出工程に切り換わる 上死点、 および吐出工程から吸引工程に切り換わる下死点では、 図 2 Bに示 すように、 位置決めの分解能が低い傾向にある。 このような傾向は、 例えば 、 駆動装置 1 0 5に歯車機構を用いた場合には、 そのバックラッシュが原因 となって発生する。 また、 変位部材 1 7も、 上死点や下死点では動作に応答 遅れが生じて位置ずれが発生しゃすい。
[0037] 特に、 変位部材 1 7としてダイヤフラムを用いた場合には、 ダイヤフラム の変位方向が切り換わる上死点や下死点において、 変位に応答遅れが発生し やすい。 また、 ダイヤフラムの形状は、 ポンプ室 2の内圧と大気圧との圧力 差を受けやすい。 この点を図 3 A〜 3 Dを参照して説明する。
[0038] 例えば、 図 3 Aに示すように、 ポンプ室 2の内圧が大気圧に等しい場合に は、 圧力差の影響でダイヤフラム 1 7 0に不要な変位が発生することはない 。 図 3 Bに示すように、 ポンプ室 2の内圧が大気圧より大きい場合には、 そ の圧力差分だけ、 ダイヤフラム 1 7 0が膨らんだ状態となる。 逆に、 図 3 C に示すように、 ポンプ室 2の内圧が大気圧より低い場合には、 その圧力差分 だけ、 ダイヤフラム 1 7 0が収縮した状態となる。
[0039] 従って、 吸引動作を終了した時点 t 9においてポンプ室 2が負圧となって いるときには、 図 3 Cに示す状態になりやすい。 また、 吐出動作を終了した 時点 t 1 6においてポンプ室 2が正圧となっているときには、 図 3 Bに示す 状態になりやすい。 このため、 図 3 Cに示す状態で、 時点 t 1 1で流出側ァ クティブバルブ 6 aが開状態になってポンプ室 2と流出管 4 aのバルブ 6 a より流出口 4 0 a側とが連通すると、 流出管 4 aの流出口 4 0 a側にあった 混合液が、 揚程差によってポンプ室 2に逆流するおそれがある。 このような 事態が発生すると、 混合液の吐出量が予定の量より少なくなつてしまう。 ま た、 図 3 Bに示す状態で、 時点 t 1で流入側アクティブバルブ 5 bが開状態 になってポンプ室 2と流入管 3 bのバルブ 5 bより流入口 3 0 b側とが連通 すると、 ポンプ室 2の混合液が流入管 3 bから逆流し、 第 2の液体 L Bの流 入量が予定の量より少なくなつてしまう。
[0040] —方、 吸引を終了した時点 t 9、 あるいは吐出を終了した時点 t 1 6でポ ンプ室 2が大気圧と同等であっても、 図 3 Dに示すように、 流出管 4 a、 4 bが上方にあって流入管 3 a、 3 bが下方に位置するような場合、 次のよう な問題が発生する。 まず、 時点 t 9で吸入を終了した後において、 ポンプ室 2の圧力は、 流入側アクティブバルブ 5 bの外側の圧力と同等であるため、 時点 t 1 1で流出側アクティブバルブ 6 aが開状態になってポンプ室 2と流 出管 4 aの流出口 4 0 a側とが連通すると、 流出管 4 aのバルブ 6 aより流 出口 4 0 b側にあった混合液が、 揚程差によってポンプ室 2に逆流するおそ れがある。 このような事態が発生すると、 ダイヤフラム 1 7 0が駆動される 前にダイヤフラム 1 7 0が膨らんでしまい、 混合液の吐出量が予定の量より 少なくなつてしまう。 また、 吐出を終了した時点 t 1 6でポンプ室 2が大気 圧と同等であっても、 時点 t 1 6で吐出を終了した後において、 ポンプ室 2 の圧力は、 流出側アクティブバルブ 6 bの外側の圧力と同等であるため、 再 度の吸引の際、 時点 t 1において、 流入側アクティブバルブ 5 bが開状態に なってポンプ室 2と流入管 3 bの流入口側 3 0 bとが連通すると、 混合液が 流入管 3 bを逆流するおそれがある。 このような事態が発生すると、 ダイヤ フラム 1 7 0が駆動される前にダイヤフラム 1 7 0が凹んでしまい、 第 2の 液体 L Bの流入量が予定の量より少なくなつてしまう。
[0041 ] このような弊害を回避するために、 吸引工程から吐出工程に切り換わる際 、 および吐出工程から吸引工程に切り換わる際に、 変位部材 1 7の位置を補 正するための補正工程が実行される。 吸引工程から吐出工程に切り換わる際 には、 ポンプ室 2の内容積を減少させる方向に変位部材 1 7をわずかに変位 させ、 吐出工程から吸引工程に切り換わる際には、 ポンプ室 2の内容積を增 加させる方向に変位部材 1 7をわずかに変位させる。
[0042] さらに詳しく説明すると、 図 2 Aに示すように、 吸引を終了した後、 吐出 を開始する前の時点 t 1 0から時点 t 1 1において、 ステッピングモータ 1 2に給電してステッピングモータ 1 2を反時計回りに回転させてポンプ室 2 の内容積が減少する方向に変位部材 1 7を変位させる。 逆に、 吐出を終了し た後、 次の吸引を開始する前の時点 t 1 7から時点 t 1 8において、 ステツ ビングモータ 1 2に給電してステッピングモータ 1 2を時計回りに回転させ てポンプ室 2の内容積が増加する方向に変位部材 1 7を変位させる。
[0043] ここで、 補正工程においては、 予め設定した条件にしたがって、 制御装置
1 8の制御の下に、 バルブ 5 a、 5 b、 6 a、 6 bおよび変位部材 1 7を駆 動することができる。
[0044] また、 吸引から吐出に切り換わる際、 および吐出から吸引に切り換わる際 に、 閉状態から開状態に切り換えられるバルブ 5 b、 6 aの両側位置の圧力 差を直接、 あるいは間接的に監視し、 補正工程では、 その監視結果に基づい て、 かかる圧力差を解消する方向に変位部材 1 7を変位させる方法を採用し てもよい。
[0045] バルブ 5 b、 6 aの両側位置の圧力差を直接、 監視するためには、 ポンプ 室 2、 流入管 3 bにおけるバルブ 5 bの外側位置、 および流出管 4 aにおけ るバルブ 6 aの外側位置に圧力センサを配置しておき、 これらの圧力センサ による検出結果に基づき圧力差を検出すればよい。 また、 バルブ 5 b、 6 a の両側位置の圧力差を間接的に監視するためには、 流出管 4 aの流出口 4 0 aの高さ位置を測定しておき、 図 3 Dに示す第 2の液体 L Bの液面位置を監 視すればよい。
[0046] 以上説明したように、 ミキシングポンプ装置 1では、 ステッピングモータ
1 2が一方方向に回転したときにポンプ室 2の内容積が増加する A方向に変 位部材 1 7が変位し、 ステッピングモータ 1 2が逆方向に回転したときにポ ンプ室 2の内容積が減少する B方向に変位部材 1 7が変位する。 このため、 変位部材 1 7の位置にかかわらず、 ステッピングモータ 1 2が一方方向に回 転している間、 流出路 4 a、 4 bに配置したアクティブバルブ 6 a、 6 bを 閉状態とし、 流入路 3 a、 3 bに配置したアクティブバルブ 5 a、 5 bを順 次に開閉させるだけで、 複数種類の流体を所定の比率でポンプ室 2に吸引す ることができる。 また、 ステッピングモータ 1 2が逆方向に回転している間 、 流入路 3 a、 3 bに配置したアクティブバルブ 5 a、 5 bを閉状態とし、 流出路 4 a、 4 bに配置したアクティブバルブ 6 a、 6 bの一方あるいは双 方を開状態にするだけで、 ポンプ室 2から混合流体を吐出することができる 。 従って、 ステッピングモータ 1 2の回転をカム機構を介して変位部材 1 7 に伝達する構成と違って、 カムの位置などをフォトインタラプタで監視する 必要がない。 それ故、 ミキシングポンプ装置 1の構成を簡素化できるので、 小型化および低コスト化を図ることができる。
[0047] また、 ステッピングモータ 1 2に供給する信号パターンを変えるだけで、 変位部材 1 7の変位量 （ストローク） を容易に変更できる。 従って、 使用す る液体の種類に応じて、 変位部材 1 7の変位量 （ストローク） を最適に設定 できるなどの利点もある。
[0048] さらに、 制御装置 1 8は、 流入路 3 a、 3 bから流入する第 1の液体 L A および第 2の液体 L Bのうち、 混合比が低い第 1の液体 L Aがポンプ室 2に 吸引される前に、 混合比の高い第 2の液体 L Bの一部がポンプ室 2に流入す るように、 アクティブバルブ 5 a、 5 b、 6 a、 6 bの開閉を制御している 。 このため、 第 1の液体 L Aがポンプ室 2の隅、 たとえば、 アクティブバル ブ 5 a付近に偏在することを防止できるので、 第 1の液体 L Aと第 2の液体 L Bとを確実に混合することができる。 特に、 混合比の高い第 2の液体 L B を全量の 1 2に相当する分だけポンプ室 2に吸引した後、 混合比の低い第 1の液体 L Aをポンプ室 2に吸引し、 しかる後に、 第 2の液体 L Bの残り 1 2をポンプ室 2に吸引しているので、 第 1の液体 L Aと第 2の液体 L Bと をより確実に混合することができる。
[0049] さらにまた、 時点 t 1 0から時点 t 1 1までの期間、 および時点 t 1 7か ら時点 t 1 8までの期間に、 補正工程を実行している。 変位部材 1 7が上死 点や下死点に到達した場合でも、 上死点や下死点から戻してから吸引および 吐出を行うことになる。 このため、 吸引量および吐出量の精度が高い。 特に 、 変位部材 1 7がダイヤフラムの場合、 吐出工程から吸引工程に切り換わる 際、 あるいは吸引工程から吐出工程に切り換わる際に、 ダイヤフラムが変位 してもポンプ室の内容積が変化しないという、 不感応状態での変位が発生し 、 吸引量や吐出量がばらつきやすい。 補正工程を挟むことにより、 このよう なバラツキを解消することができる。
[0050] さらに、 変位部材 1 7としてダイヤフラムを用いた場合には、 ポンプ室 2 の内圧と大気圧との圧力差によってダイヤフラムに不要な変形が発生するこ とがある。 補正工程を実行してかかる変形を補正した後に、 吸引および吐出 を行うので、 吸引量および吐出量の精度が高い。
[0051 ] [ミキシングポンプ装置の具体的な構成例]
次に、 本発明を適用したミキシングポンプ装置の具体的な構成例を説明す る。
[0052] まず、 理解を容易にするために、 図 4を参照して以下に述べるミキシング ポンプ装置の基本構成を説明する。 本例のミキシングポンプ装置の基本構成 は図 1に示すミキシングポンプ 1 と同一であるので、 図においては対応する 部位に同一の符号を付してある。
[0053] 図 4に示すように、 本例のミキシングポンプ装置 1 Aのポンプ装置本体 7 は、 ポンプ室 2と、 ポンプ室 2に連通する 2つの流入路 3 a、 3 bと、 ボン プ室 2に連通する 6つの流出路 4 a ~ 4 f とを備えている。 2つの流入路 3 a、 3 bおよび 6つの流出路 4 a ~ 4 f は、 互いに独立してポンプ室 2に連 通している。 2本の流入路 3 a、 3 bには、 それぞれ、 流入側アクティブバ ルブ 5 a、 5 bが配置されている。 6本の流出路 4 a〜4 f には、 それぞれ 、 流出側アクティブバルブ 6 a〜6 f が配置されている。
[0054] ポンプ駆動機構 1 3は、 ポンプ室 2の内周面の一部を規定しているダイヤ フラム 1 7 0と、 このダイヤフラム 1 7 0を変位させるためのステッピング モータ 1 2を備えた駆動装置 1 0 5と、 流入側アクティブバルブ 5 a、 5 b および流出側アクティブバルブ 6 a〜 6 f の開閉を制御する制御装置 1 8と を備えている。
[0055] 次に、 図 5 Aおよび図 5 Bは、 ミキシングポンプ装置 1 Aの斜視図および 平面構成図である。 図 6はその分解斜視図であり、 図 7はその断面構成を示 す説明図である。
[0056] これらの図を参照して説明すると、 ミキシングポンプ装置 1 Aは、 ボック ス状のポンプ装置本体 7の一方の面 7 1に、 吸引ポート 3 0 a、 3 O bおよ び吐出ポート 4 0 a ~ 4 0 f を規定しているパイプが接続されている。 ボン プ装置本体 7は、 ポンプ駆動機構 1 3やアクティブバルブ 5 a、 5 b、 6 a ~ 6 f の配線基板 7 4、 底板 7 5、 ベース板 7 6、 後述する流路が溝状に形 成された流路構成板 7 7、 この流路構成板の上面を覆うことにより流路の上 面を塞ぐ封止シート 7 8、 前記のパイプが連結された上板 7 9がこの順に積 層された構造を有している。
[0057] ベース板 7 6には、 ポンプ駆動機構 1 3やアクティブバルブ 5 a、 5 b、
6 a〜 6 f の配置空間などを構成するための穴 1 3 7、 6 7 a〜6 7 hが形 成されている。 また、 流路構成板 7 7には、 その中心位置に、 ポンプ室 2を 構成するための丸い貫通穴 2 1が形成されており、 この貫通穴 2 1の周りに は、 流路構成板 7 7の下面側に、 アクティブバルブ 5 a、 5 b、 6 a〜6 f の弁室を構成する凹部 （図示せず） が形成されている。 また、 貫通穴 2 1か らは 8本の溝 4 1 a~4 1 hが放射状に延びている。 また、 流路構成板 77 の溝 4 1 a~4 1 hの近傍には溝 42 a、 42 b - ■などが形成されている
[0058] 8本の溝 4 1 a〜4 1 hによって流入路 3 a、 3 bおよび流出路 4 a〜4 f が形成されている。 すなわち、 ベース板 76、 流路構成板 77および封止 シート 78を重ねると、 溝 4 1 a〜 4 1 f 、 42 a、 42 b - ■ ■によって 流入路 3 a、 3 bおよび流出路 4 a〜 4 f が形成されるとともに、 流入路 3 a、 3 bおよび流出路 4 a〜4 f の各々に流入側アクティブバルブ 5 a、 5 bおよび流出側ァク亍ィブ /くルブ 6 a〜 6 f が配置された状態となる。
[0059] アクティブバルブ 5 a、 5 b、 6 a〜 6 f がポンプ室 2の周りに平面状に 配置されているので、 流入路 3 a、 3 bおよび流出路 4 a〜4 f の各々にお いて流路を短くでき、 かつ、 ミキシングポンプ装置 1 Aの薄型化を図ること ができる。 また、 各流出路 4 a ~4 f からの吐出量のばらつきを抑えること ができるので、 適量の流体を精度よく吐出することができる。 しかも、 複数 の流出路 4 a~4 f では、 ポンプ室 2から流出側アクティブバルブ 6 a~6 f までの流路の長さが等しい。 このため、 各流出路 4 a~4 f を介しての吐 出量を高い精度で制御することができる。 また、 流入口 30 a、 3 O bおよ び流出口 40 a~40 f は、 ポンプ装置本体 7の同一の面 7 1で開口してい るので、 ミキシングポンプ装置 1 Aと外部との接続が容易である。 さらに、 ポンプ装置本体 7は、 流入路 3 a、 3 bおよび流出路 4 a ~ 4 f が一方面側 に溝状に形成された流路構成板 77と、 この路構成板 77の一方面側に重ね て配置された封止シート 78とを備えているため、 小型のポンプ装置本体 7 に対して多数の流路を形成でき、 かつ、 ミキシングポンプ装置 1 Aを効率よ く生産できる。
[0060] さらにまた、 2つ流入路 3 a、 3 bおよび 6つの流出路 4 a〜 4 f の構成 は互いに同一で、 かつ、 流入側アクティブバルブ 5 a、 5 bおよび流出側ァ クティブバルブ 6 a〜6 f の構成は互いに同一である。 このため、 流入路 3 a, 3 bおよび流出路 4 a〜4 f についてはいずれを流入路 3 a、 3 bある いは流出路 4 a ~ 4 f として利用してもよい。 従って、 2種類の液体に限ら ず、 3種類以上の液体を混合し、 吐出することもできる。
[0061 ] (ポンプ駆動機構の詳細構成）
図 8〜図 1 1を参照して、 ミキシングポンプ装置 1 Aに組み込まれている ポンプ駆動機構 1 3を説明する。 図 8は、 ミキシングポンプ装置 1 Aを縦に 分割した状態の分解斜視図である。 図 9 Aおよび 9 Bは、 ポンプ室を膨張さ せた状態を示す説明図、 およびポンプ室を収縮させた状態を示す説明図であ る。 図 1 O A〜 1 O Cはそれぞれ、 図 8に示すポンプ駆動機構の回転体に用 いたロータの斜視図、 平面図、 および断面図である。 図 1 1 A〜 1 1 Cはそ れぞれ、 図 8に示すポンプ駆動機構の回転体に用いた移動体の斜視図、 平面 図および断面図である。
[0062] 図 8および図 9 Aに示すように、 ポンプ駆動機構 1 3は、 概ね、 流入路 3 a、 3 bおよび流出路 4 a ~ 4 f に連通するポンプ室 2を膨張収縮させて液 体の吸入および吐出を行う変位部材としてのダイヤフラム 1 7 0と、 ダイヤ フラム 1 7 0を駆動する駆動装置 1 0 5とを備えている。
[0063] 駆動装置 1 0 5は、 環状のステータ 1 2 0と、 このステータ 1 2 0の内側 に同軸状に配置された回転体 1 0 3と、 この回転体 1 0 3の内側に同軸状に 配置された移動体 1 6 0と、 回転体 1 0 3の回転を移動体 1 6 0を軸線方向 に移動させる力に変換して移動体 1 6 0に伝達する変換機構 1 4 0とを備え ている。 駆動装置 1 0 5は、 ベース板 7 6に形成された空間内において、 底 板 7 5とベース板 7 6との間に搭載された状態にある。
[0064] ス亍ータ 1 2 0は、 ボビン 1 2 3に巻回されたコイル 1 2 1、 およびコィ ル 1 2 1を覆うように配置された 2枚のヨーク 1 2 5からなるユニットが軸 線方向に 2段に積層された構造になっている。 上下 2段の各ュニットにおい て、 2枚のヨーク 1 2 5の内周縁から軸線方向に突き出た極歯が周方向に交 互に並んでいる。
[0065] 図 8、 図 9および図 1 O A〜 1 O Cに示すように、 回転体 1 0 3は、 上方 に開口する力ップ状部材 1 3 0と、 このカツプ状部材 1 3 0の円筒状の胴部 1 3 1の外周面に固着された環状のロータマグネット 1 5 0とを備えている 。 カップ状部材 1 3 0の底壁1 3 3の中央には、 軸線方向上側に凹む凹部 1 3 5が形成され、 底板 7 5には、 凹部 1 3 5内に配置されたポール 1 1 8を 受ける軸受部 7 5 1が形成されている。 また、 ベース板 7 6の上端側の内面 には環状段部 7 6 6が形成されている。 カップ状部材 1 3 0の上端部分には 、 胴部 1 3 1の上端部分と環状のフランジ部 1 3 4とによって、 ベース板 7 6側の環状段部 7 6 6に対向する環状段部が形成されている。 これらの環状 段部で区画形成された環状空間内には、 環状のリ亍ーナ 1 8 1およびこのリ 亍ーナ 1 8 1によって周方向に離間した位置に保持されたベアリングボール 1 8 2からなる軸受 1 8 0が配置されている。 このようにして、 回転体 1 0 3は、 軸線周りに回転可能な状態でポンプ装置本体 7に支持された状態にあ る。
[0066] ロータマグネット 1 5 0の外周面は、 ステータ 1 2 0の内周面に沿って周 方向に並ぶ極歯に対向している。 ロータマグネット 1 5 0の外周面では、 S 極と N極が周方向に交互に並んでおり、 ステータ 1 2 0とカップ状部材 1 3 0がステツビングモータを構成している。
[0067] 図 8、 図 9および図 1 1 A ~ 1 1 Cに示すように、 移動体 1 6 0は、 底壁
1 6 1 と、 底壁 1 6 1の中央から軸線方向に突き出た円筒部 1 6 3と、 この 円筒部 1 6 3の周りを囲むように円筒状に形成された胴部 1 6 5とを備えて おり、 胴部 1 6 5の外周には雄ネジ 1 6 7が形成されている。
[0068] 回転体 1 0 3の回転によって移動体 1 6 0を軸線方向で往復移動させるた めの変換機構 1 4 0を構成するために、 図 8、 図 9、 図 1 O A〜 1 O Cおよ び図 1 1 A〜 1 1 Cに示すように、 力ップ状部材 1 3 0の胴部 1 3 1の内周 面には、 周方向に離間する 4箇所に雌ネジ 1 3 7が形成されている。 また、 移動体 1 6 0の胴部1 6 5の外周面には、 カップ状部材 1 3 0の雌ネジ 1 3 7に係合して動力伝達機構 1 4 1を構成する雄ネジ 1 6 7が形成されている 。 従って、 雄ネジ 1 6 7と雌ネジ 1 3 7とが嚙み合うようにカップ状部材 1 3 0の内側に移動体 1 6 0を配置すれば、 移動体 1 6 0はカツプ状部材 1 3 0の内側に支持された状態となる。
[0069] 移動体 1 6 0の底壁1 6 1には、 周方向に 6個の長穴 1 6 9が貫通穴とし て形成されている一方、 ベース板 7 6からは 6本の突起 7 6 9が延びて、 突 起 7 6 9の下端部が長穴 1 6 9に嵌ることにより、 供回り防止機構 1 4 9が 構成されている。 すなわち、 カップ状部材 1 3 0が回転した際、 移動体 1 6 0は、 突起 7 6 9と長穴 1 6 9からなる供回り防止機構 1 4 9によって回転 が阻止されているので、 力ップ状部材 1 3 0の回転は、 その雌ネジ 1 3 7お よび移動体 1 6 0の雄ネジ 1 6 7からなる動力伝達機構 1 4 1を介して移動 体 1 6 0に伝達される結果、 移動体 1 6 1は、 回転体 1 0 3の回転方向に応 じて軸線方向の一方側および他方側に直線移動することになる。
[0070] (変位部材の構成）
再び図 8および図 9 Aを参照して説明すると、 移動体 1 6 0には、 ダイヤ フラム 1 7 0が直接、 連結されている。 ダイヤフラム 1 7 0は、 底壁 1 7 1 と、 底壁 1 7 1の外周縁から軸線方向に立ち上がる円筒状の胴部 1 7 3と、 この胴部 1 7 3の上端から外周側に広がるフランジ部 1 7 5とを備えたカツ プ形状を有しており、 底壁 1 7 1の中央部分が、 移動体 1 6 0の円筒部 1 6 3に被さった状態で、 それらの上下方向から、 止めネジ 1 7 8とキャップ 1 7 9とに固定されている。 また、 ダイヤフラム 1 7 0のフランジ部 1 7 5の 外周縁は肉厚部となっており、 この肉厚部によって液密性が確保され、 また 、 この肉厚部は位置決め部として機能する。 肉厚部は、 流路構成板 7 7の貫 通穴 2 1の周囲において、 ベース板 7 6と流路構成板 7 7との間に固定され ている。 このようにして、 ダイヤフラム 1 7 0は、 ポンプ室 2の下面を規定 し、 かつ、 ポンプ室 2の周りにおいてベース板 7 6と流路構成板 7 7との間 の液密を確保している。
[0071 ] ダイヤフラム 1 7 0の胴部1 7 3は、 断面 U字状に折り返された状態にあ り、 折り返し部分 1 7 2は、 移動体 1 6 0の位置によって形状が変化するこ とになる。 移動体 1 6 0の円筒部 1 6 3の外周面からなる第 1の壁面 1 6 8 と、 ベース板 7 6から延びた突起 7 6 9の内周面からなる第 2の壁面 7 6 8 との間に構成された環状空間内に、 ダイヤフラム 1 7 0の断面 U字状の折り 返し部分 1 7 2を配置してある。 従って、 図 9 A、 9 Bに示す状態、 および 、 これらの図に示す状態に移行する途中の状態のいずれにおいても、 ダイヤ フラム 1 7 0の折り返し部分 1 7 2は、 環状空間内に保持された状態のまま 、 第 1の壁面 1 6 8および第 2の壁面 7 6 8に沿って展開あるいは巻き上げ るように変形する。
[0072] また、 図 8、 図 9 A、 および図 1 O A〜1 O Cに示すように、 カップ状部 材 1 3 0の底壁1 3 3には、 周方向における 2 7 0 ° の角度範囲にわたって 1本の溝 1 3 6が形成されている一方、 移動体 1 6 0の底面からは下方に向 けて突起 1 6 6が形成されている。 ここで、 移動体 1 6 0は、 軸線回りに回 転しないが、 軸線方向に移動するのに対して、 回転体 1 0 3は、 軸線回りに 回転するが、 軸線方向に移動しない。 従って、 突起 1 6 6と溝1 3 6は、 回 転体 1 0 3および移動体 1 6 0の停止位置を規定するストツバとして機能す る。 すなわち、 溝 1 3 6は、 周方向において深さが変化しており、 移動体 1 6 0が軸線方向の下方に移動すると、 突起 1 6 6が溝1 3 6内に嵌るととも に、 回転体 1 0 3の回転により溝 1 3 6の端部が突起 1 6 6に当接する。 そ の結果、 回転体 1 0 3の回転が阻止され、 回転体 1 0 3および移動体 1 6 0 の停止位置、 すなわちダイヤフラム 1 7 0の内容積の最大膨張位置が規定さ れることになる。
[0073] (ポンプ駆動機構の動作）
このように構成したポンプ駆動機構 1 3において、 ステ一夕 1 2 0のコィ ル 1 2 1に給電すると、 カップ状部材 1 3 0が回転し、 その回転が変換機構 1 4 0を介して移動体 1 6 0に伝達される。 従って、 移動体 1 6 0は軸線方 向で往復直線運動を行う。 その結果、 ダイヤフラム 1 7 0が移動体 1 6 0の 移動に合わせて変形し、 ポンプ室 2を膨張、 収縮させるので、 ポンプ室 2で は、 流入路 3 a、 3 bからの液体の流入と、 流出路 4 a〜4 f に向けての液 体の流出が行われる。 その間、 ダイヤフラム 1 7 0の折り返し部分 1 7 2は 、 環状空間内に保持された状態のまま、 第 1の壁面 1 6 8および第 2の壁面 7 6 8に沿って展開あるいは巻き上げるように変形し、 無理な摺動が発生し ない。 しかも、 ダイヤフラム 1 7 0は、 ポンプ室 2の流体から圧力を受けて も、 環状空間内に内外側とも規定されているため、 変形しない。 さらに、 移 動体 1 6 0の下方位置は、 カップ状部材 1 3 0の溝1 3 6および移動体 1 6 0の突起 1 6 6によって構成されたストツバにより規定されることになる。 よって、 カップ状部材 1 3 0の回転に伴い、 ダイヤフラム 1 7 0は高精度に 変位する。 また、 駆動装置 1 0 5では、 ステッピングモータが一方方向に回 転したときにポンプ室 2の内容積が増加する方向にダイヤフラム 1 7 0を変 位させ、 ステッピングモータが他方方向に回転したときにポンプ室 2の内容 積が減少する方向にダイヤフラム 1 7 0を変位させる。
[0074] 以上説明したように、 ポンプ駆動機構 1 3では、 ステッピングモータ機構 による回転体 1 0 3の回転を、 雄ネジ 1 6 7および雌ネジ 1 3 7からなる動 力伝達機構 1 4 1を利用した変換機構 1 4 0を介して移動体 1 6 0に伝達し て、 ダイヤフラム 1 7 0が固定された移動体 1 6 0を往復直線運動させる。 このため、 駆動装置 1 0 5からダイヤフラム 1 7 0まで、 必要最小限の部材 で動力を伝達するので、 ポンプ駆動機構 1 3の小型化、 薄型化および低コス ト化を図ることができる。 また、 動力伝達機構 1 4 1における雄ネジ 1 6 7 および雌ネジ 1 3 7のリード角を小さく、 あるいは駆動側のステ一夕の極歯 を増加することで、 移動体 1 6 0の微小送りを行うことができる。 従って、 ポンプ室 2の容積を厳密に制御できるので、 高い精度で定量吐出を行うこと ができる。
[0075] さらに、 ダイヤフラム 1 7 0の折り返し部分 1 7 2は、 環状空間内に保持 された状態のまま、 第 1の壁面 1 6 8および第 2の壁面 7 6 8に沿って展開 あるいは巻き上げるように変形し、 無理な摺動が発生しない。 従って、 無駄 な負荷が発生せず、 かつ、 ダイヤフラム 1 7 0の寿命が長い。 また、 ダイヤ フラム 1 7 0は、 ポンプ室 2の流体から圧力を受けても、 変形しない。 それ 故、 ポンプ駆動機構 1 3によれば、 高い精度で定量吐出を行うことができ、 かつ、 信頼性も高い。 [0076] さらにまた、 回転体 1 0 3は、 ポンプ装置本体 7に対してベアリングポー ル 1 8 2を介して軸線周りに回転可能に支持されているため、 摺動ロスが小 さく、 かつ、 回転体 1 0 3は軸線方向に安定して保持されるので、 軸線方向 における推力が安定している。 それ故、 駆動装置 1 0 5の小型化、 耐久性の 向上、 吐出性能の向上を図ることができる。
[0077] なお、 変換機構 1 4 0の動力伝達機構 1 4 1 としてネジを利用したが、 力 ム溝を利用してもよい。 さらに、 変位部材として、 カップ状のダイヤフラム を用いたが、 その他の形状のダイヤフラム、 あるいは Oリングを備えたビス トンを用いてもよい。
[0078] また、 吸引ポートおよび吐出ポー卜の個数は上記以外の個数であってもよ し、。 さらにまた、 上面を塞ぐ封止シート 7 8、 前記のパイプが連結された上 板 7 9が別部材から形成されているが、 上板 7 9のパイプを無くして封止シ 一トフ 8に流出穴のみを開け、 シール部材を介して接続するように構成して もよい。
[0079] (アクティブバルブの構成）
図 1 2および図 1 3はそれぞれ、 ミキシングポンプ装置 1 Aのアクティブ バルブ 5 a、 5 b、 6 a ~ 6 f として用いたバルブの要部を軸線方向に切断 したものを斜め上方からみたときの説明図、 およびこのバルブの磁力線を示 す説明図である。
[0080] これらの図に示すように、 アクティブバルブ 5 a、 5 b (以下、 ァクティ ブバルブ 5と呼ぶ。 ） 、 およびアクティブバルブ 6 a ~ 6 f (以下、 ァクテ イブバルブ 6と呼ぶ。 ） は、 ベース板 7 6の穴 5 7、 6 7 a〜6 7 h内にリ ニァァクチユエータ 2 0 1を備えており、 このリニアァクチユエータ 2 0 1 は、 円筒状の固定体 2 0 3と、 この固定体 2 0 3の内側に配置された略円柱 状の可動体 2 0 5とを有している。 固定体 2 0 3は、 ボビン 2 3 1に環状に 巻回されたコイル 2 3 3と、 コイル 2 3 3の外周面からコイル 2 3 3の軸線 方向の両側を回りこんで一方の先端部 2 3 6 aと他方の先端部 2 3 6 bがコ ィル 2 3 3の内周側でスリット 2 3 7を介して軸線方向で対向する固定体側 ヨーク 235を備えている。 可動体 205は、 円板状の第 1の可動体側ョー ク 25 1 と、 この第 1の可動体側ヨーク 25 1に対して軸線方向の両側に積 層された一対の磁石 253 a、 253 bとを有している。 一対の磁石 253 a、 253 bとしては、 N d _ F e— B系や Sm_C o系の希土類磁石、 あ るいは樹脂磁石を用いることがきる。 また、 可動体 205において、 一対の 磁石 253 a, 253 bの各々には、 第 1の可動体側ヨーク 25 1 とは反対 側の端面に第 2の可動体側ヨーク 255 a、 255 bが積層されている。
[0081] —対の磁石 253 a、 253 bは、 いずれも軸線方向に着磁されており、 第 1の可動体側ヨーク 25 1の方に同極を向けている。 一対の磁石 253 a 、 253 bは各々、 第 1の可動体側ヨーク 25 1の方に N極を向け、 軸線方 向における外側に S極を向けているものとして説明するが、 着磁方向につい てはその逆であってもよい。
[0082] 第 1の可動体側ヨーク 25 1の外周面は、 一対の磁石 253 a、 253 b の外周面から外周側に張り出している。 また、 第 2の可動体側ヨーク 255 a、 255 bの外周面も、 一対の磁石 253 a、 253 bの外周面から外周 側に張り出している。
[0083] 第 1の可動体側ヨーク 25 1の軸線方向における両端面には凹部が形成さ れ、 これらの凹部に対して一対の磁石 253 a、 253 bが各々嵌め込まれ 、 接着剤などで固定されている。 なお、 第 1の可動体側ヨーク 25 1、 一対 の磁石 253 a、 253 b、 および第 2の可動体側ヨーク 255 a、 255 bの固定については、 接着、 圧入、 あるいはそれらを併用して一体化した構 成を採用すればよい。
[0084] 固定体 203の軸線方向における両側の開口部には軸受板 27 1 a、 27
1 b (軸受部材） が固定されており、 第 2の可動体側ヨーク 255 a、 25 5 bから軸線方向の両側に突き出た支軸 257 a、 257 bは、 いずれも軸 受板 27 1 a、 27 1 bの穴に摺動自在に挿入されている。 このようにして 、 可動体 205は、 軸線方向に往復移動可能な状態で固定体 203に支持さ れている。 この状態で、 可動体 205は、 外周面が固定体 203の内周面に 所定の隙間を介して対向し、 かつ、 固定体側ヨーク 2 3 5の先端部 2 3 6 a 、 2 3 6 b同士は、 第 1の可動体側ヨーク 2 5 1の外周面とコイル 2 3 3の 内周面との隙間内で軸線方向に対向する状態にある。 また、 可動体 2 0 5と 固定体側ヨーク 2 3 5との間には間隙が確保されている。 なお、 第 2の可動 体側ヨーク 2 5 5 a、 2 5 5 bと支軸 2 5 7 a、 2 5 7 bとの固定には、 接 着、 圧入、 あるいはそれらを併用して一体化した構成を採用すればよい。
[0085] このように構成したリニアァクチユエータ 2 0 1において、 図面に向かつ て右側では向こう側から手前側に向かってコイル 2 3 3に電流が流れ、 図面 に向かって左側では手前側から向こう側にコイル 3 3に電流を流れる期間で は、 磁力線は、 図 1 3に示すように表される。 従って、 可動体 5は、 まず、 矢印 Aで示すように、 ローレンツ力により軸線方向において推力を受け、 移 動する。 これに対して、 コイル 2 3 3への通電方向を反転させると、 可動体 2 0 5は、 矢印 Bで示すように、 軸線方向に沿って下降する。
[0086] リニアァクチユエータ 2 0 1では、 可動体 2 0 5を磁力で推進するととも に、 軸線方向の一方側において、 軸受板 2 7 1 aと第 2の可動体側ヨーク 2 5 5 aとの間に、 付勢部材としての円錐台形状のコイルバネ 2 9 1を配置し てある、 従って、 可動体 2 0 5が下降する際には、 圧縮パネを変形させなが ら移動し、 可動体 2 0 5が上昇する際には、 圧縮パネの形状復帰力が補助し て、 高速で移動する。
[0087] このように構成したリニアァクチユエ一夕 2 0 1において、 一方の支軸 2 5 7 bの端部には、 弁室 2 7 0 (凹部6 8ョ~ 6 8 ） に配置されたダイヤ フラム弁 2 6 0の中央部分が接続されている。 ダイヤフラム 2 6 0の外周側 には、 液密性と位置決めとして機能する環状肉厚部 2 6 1が形成されており 、 ダイヤフラム 2 6 0において、 この環状肉厚部 2 6 1を含む外周側がベー ス板 7 6と流路構成板 7 7との間に挟まれて液密が確保されている。
[0088] 変位部材は、 ダイヤフラム 2 6 0に限らず、 ベローズ弁、 その他の弁体を 用いてもよい。 また、 支軸 2 5 7 a、 2 5 7 bと変位部材は別体のものを結 合させた構成であっても、 支軸 2 5 7 a、 2 5 7 bと変位部材が一体に形成 されている構成であってもよい。
[0089] 以上説明したように、 可動体 2 0 5において一対の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bは各々、 同極を向けており、 磁気的反発力が作用しているが、 磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bの間に第 1の可動体側ヨーク 2 5 1が配置されているため、 一 対の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bを同極を向けた状態で固定することができる。
[0090] また、 可動体 2 0 5において一対の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bは各々、 同極 を第 1の可動体側ヨーク 2 5 1に向けているため、 第 1の可動体側ヨーク 2 5 1からは、 半径方向に強い磁束が発生する。 従って、 第 1の可動体側ョー ク 2 5 1 とコイル 2 3 3の周面同士を対向させておけば、 可動体 2 0 5に大 きな推力を付与することができる。
[0091 ] さらに、 磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bを軸線方向で着磁すればよいので、 磁石
2 5 3 a , 2 5 3 bを半径方向に着磁する場合と違って、 小型化した場合で も着磁が容易であり、 量産に適している。
[0092] しかも、 第 1の可動体側ヨーク 2 5 1の外周面が、 一対の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bの外周面から外周側に張り出しているため、 固定体側ヨーク 2 3 5 を設けた場合でも、 可動体 2 0 5に対して軸線方向と垂直方向に作用する磁 気吸引力を小さくできる。 同様に、 第 2の可動体側ヨーク 2 5 5 a、 2 5 5 bの外周面が、 一対の磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bの外周面から外周側に張り出 しているため、 固定体側ヨーク 2 3 5を設けた場合でも、 可動体 2 0 5に対 して軸線方向と垂直方向に作用する磁気吸引力を小さくできる。 従って、 組 み立て作業を行いやすく、 かつ、 可動体 2 0 5が傾きにくいという利点があ る。
[0093] また、 磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bをコイル 3 3の外周側に配置したため、 コ ィル 2 3 3よりも磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bを外側に配置した場合と比較して 、 磁石 2 5 3 a、 2 5 3 bが小さくてよいので、 アクティブバルブ 5、 6を 安価に構成できる。 また、 コイル 2 3 3を外側に配置したので、 固定側ョー クのみで磁路を閉じることができる。
[0094] さらに、 固定体 2 0 3において、 軸線方向に開口する開口部には支軸 2 5 7 a、 257 bを軸線方向に移動可能に支持する軸受板 27 1 a、 27 1 b が保持されているため、 軸受部材を別途、 配置する必要がない。 また、 固定 体 203を基準に軸受板 27 1 a, 27 1 bを固定できるので、 支軸 257 a、 257 bが傾かないという利点がある。
[0095] [ミキシングポンプ装置の用途]
本発明を適用したミキシングポンプ装置は、 例えば、 メタノールから直接 、 プロトンを取り出すことにより発電を行うダイレクトメタノール型燃料電 池 (以下、 DM FC : D i r e c t M e t h a n o l F u e l C e I I ) に用いることができる。 このような DM FCは、 起電部 （セル） を有す る起電装置と、 メタノール水溶液を圧送する送液ポンプとを備えており、 セ ルは、 アノード集電体とアノード触媒層とを有するアノード極 （燃料極） と 、 力ソード集電体と力ソード触媒層とを有する力ソード極 （空気極） と、 ァ ノード極とカソード極の間に配置される電解質膜とを備えている。 アノード 極へは、 送液ポンプによってメタノール水溶液が供給され、 カソード極へは 、 送気ポンプあるいは、 ブロワ一によつて空気が供給される。
[0096] 従って、 送液ポンプとして、 本発明を適用したミキシングポンプ装置を用 いれば、 メタノールと水、 メタノールとメタノール水溶液、 メタノール水溶 液と水、 メタノール水溶液同士を適宜、 混合して、 メタノール濃度を調整し たメタノール水溶液をセルに供給することができる。 また、 DM FCの起電 部であるセルのアノード極では、 メタノール酸化の活性が低く電圧ロスを伴 つてしまう。 また、 力ソード極でも電圧ロスがある。 そのため、 1つのセル から取り出せる出力は極めて低いので、 所定の出力を得るために、 DM FC では、 複数のセルが用いられている。 このような場合でも、 本発明を適用し たミキシングポンプ装置 1 Aを用いれば、 メタノール濃度を調整したメタノ ール水溶液を各セルに供給することができる。
[0097] また、 本発明を適用したミキシングポンプ装置の用途は、 燃料電池に限つ たものではなく、 例えば、 複数の薬液を調合して複合薬を調合するためのポ ンプとして用いることができる。 さらには、 冷蔵庫の製氷ポンプとして用い 、 製氷ブロック毎に味や色、 香りが異なるシャベット液を流出路から吐出す るのに用いてもよい。
[0098] [その他の実施の形態]
上記の実施の形態では、 変位部材 1 7としてダイヤフラム 1 7 0を用いた 例を中心に説明したが、 変位部材としてプランジャを用いたタイプのミキシ ングポンプ装置に本発明を適用してもよい。 また、 上記の実施の形態では、 流出路が複数、 構成されている例であつたが、 流出路が 1つのミキシングポ ンプ装置に本発明を適用してもよい。
[0099] また、 上記の実施の形態では、 ミキシングポンプ装置に本発明を適用した 力 1種類の液体を吐出する定量ポンプに本発明を適用してもよい。

Claims

請求の範囲
[1 ] ポンプ室の吐出口を閉じ、 その吸引口を開いた状態で、 ポンプ室の内周面 の一部を規定している変位部材を、 当該ポンプ室の内容積が増加する方向に 変位させることにより、 当該ポンプ室の吸引口から流体を吸引する吸引工程 と、
前記吐出口を開き、 前記吸引口を閉じた状態で、 前記ポンプ室の内容積が 減少する方向に前記変位部材を変位させることにより、 当該ポンプ室の吐出 口から流体を吐出する吐出工程と、
前記ポンプ室の前記吸引口および前記吐出口を共に閉じた状態で、 前記変 位部材を変位させる補正工程とを含み、
前記吸引工程、 前記補正工程および前記吐出工程の順に、 あるいは、 前記 吐出工程、 前記補正工程および前記吸引工程の順に、 これらの各工程を行う ことを特徴とするポンプ装置の駆動方法。
[2] 前記吸引工程および前記吐出工程を、 前記補正工程を挟み、 交互に行うこ とを特徴とする請求項 1に記載のポンプ装置の駆動方法。
[3] 前記吸引工程と前記吐出工程の間において行われる前記補正工程では、 前 記ポンプ室の内容積を減少させる方向に前記変位部材を変位移動させ、 前記吐出工程と前記吸引工程の間において行われる前記補正工程では、 前 記ポンプ室の内容積を增加させる方向に前記変位部材を変位させることを特 徵とする請求項 1に記載のポンプ装置の駆動方法。
[4] 前記吸引工程と前記吐出工程の間において行われる前記補正工程では、 前 記ポンプ室の内圧と、 前記吐出口に連通している流体吐出側流路の圧力との 差が解消されるように、 前記変位部材を変位させ、
前記吐出工程と前記吸引工程の間において行われる前記補正工程では、 前 記ポンプ室の内圧と、 前記吸引口に連通している流体吸引側流路の圧力との 差が解消されるように、 前記変位部材を変位させることを特徴とする請求項
1に記載のポンプ装置の駆動方法。
[5] 前記吸引工程と前記吐出工程の間において行われる前記補正工程では、 前 記ポンプ室の内圧と、 前記吐出口に連通している流体吐出側流路の圧力との 差を監視し、 当該監視結果に基づき、 前記変位部材を変位させ、
前記吐出工程と前記吸引工程の間において行われる前記補正工程では、 前 記ポンプ室の内圧と、 前記吸引口に連通している流体吸引側流路の圧力との 差を監視し、 当該監視結果に基づき、 前記変位部材を変位させることを特徴 とする請求項 4に記載のポンプ装置の駆動方法。
[6] 前記補正工程では、 予め設定されている条件に従って前記変位部材を変位 させることを特徴とする請求項 4に記載のポンプ装置の駆動方法。
[7] 前記ポンプ室に複数の前記吸引口を形成しておき、
前記吸引工程では、 閉じた状態の複数の前記吸引口を順次に開いて流体を 吸引する吸引動作を繰り返して、 前記ポンプ室内に異なる種類の流体が予め 定めた比率で混合している混合流体を形成することを特徴とする請求項 1に 記載のポンプ装置の駆動方法。
[8] 混合比の最も低い流体を前記ポンプ室に吸引する前に、 当該流体よりも混 合比の高い流体の少なくとも一部を前記ポンプ室に吸引することを特徴とす る請求項 7に記載のポンプ装置の駆動方法。
[9] 前記ポンプ室に複数の前記吐出口を形成しておき、
前記吐出工程では、 閉じた状態の複数の前記吐出口を順次に開いて流体を 吐出することを特徴とする請求項 1に記載のポンプ装置の駆動方法。
[10] 前記変位部材はダイヤフラムであることを特徴とする請求項 1ないし 9の うちのいずれかの項に記載のポンプ装置の駆動方法。
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