WO2016185815A1

WO2016185815A1 - 流量計付きポンプ及びポンプの流量制御方法

Info

Publication number: WO2016185815A1
Application number: PCT/JP2016/061119
Authority: WO
Inventors: 眞利柴田; 謙太郎小島
Original assignee: 柴田科学株式会社
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2016-04-05
Publication date: 2016-11-24
Also published as: JPWO2016185815A1

Abstract

流量計付きポンプは、ポンプ本体と、流量計本体と、制御部とを備える。流量計本体の流路は、流体を層流状態で流動させることが可能な層流領域を有している。流量計本体は、層流領域内の流動方向上流側に位置する第１圧力測定位置の流動圧力と、該層流領域内の流動方向下流側に位置する第２圧力測定位置の流動圧力との差圧を測定可能に構成されている。制御部は、第１及び第２圧力測定位置の差圧を少なくとも用いて、層流領域を流動する流体の流量を特定し、設定流量に一致又は近づくように駆動機構を制御するよう構成されている。

Description

流量計付きポンプ及びポンプの流量制御方法

　本発明は、流動させる流体の流量を制御可能な流量計付きポンプ及びポンプの流量制御方法に関するものである。

　従来、気体及び液体の流量を測定する流量計として、流路内に設けられたオリフィス板の前後における圧力差を計測し、この圧力差の平方根が流量に比例することを利用して、流量を測定する差圧式流量計が知られている（特許文献１）。

特開２０００－２８３８１０号公報

　しかしながら、従来の差圧式流量計は、オリフィス板の前後における圧力差の平方根に基づいて流量を求めるものであることから、圧力差の大きさによって、流量の測定精度にばらつきが生じるおそれがあるという問題がある。

　本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、広範囲の流量制御を実行することが可能な流量計付きポンプ及びポンプの流量制御方法を提供することにある。

　本発明に係る流量計付きポンプは、流入口及び流出口と連通するポンプ室と、前記ポンプ室の容積を可変させることで、前記流入口を介して前記ポンプ室内に流体を流入させ、前記流出口を介して前記ポンプ室内の流体を流出させるよう構成された駆動機構とを有するポンプ本体と、前記流入口及び前記流出口の少なくとも一方と連通する流路を有する流量計本体と、前記駆動機構の駆動を制御することで、前記流路を流動する流体の流量を制御する制御部とを備え、前記流路は、流体を層流状態で流動させることが可能な層流領域を有し、前記流量計本体は、前記層流領域内の流動方向上流側に位置する第１圧力測定位置の流動圧力と、該層流領域内の流動方向下流側に位置する第２圧力測定位置の流動圧力との差圧を測定可能に構成され、前記制御部は、前記第１圧力測定位置の流動圧力及び前記第２圧力測定位置の流動圧力の前記差圧を少なくとも用いて、前記層流領域を流動する流体の流量を特定し、該特定された流量が予め設定された設定流量に一致又は近づくように前記駆動機構を制御するよう構成されていることを特徴とする。

　本発明に係る流量計付きポンプにおいて、前記駆動機構は、前記ポンプ室の一部を構成するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを前記ポンプ室に対して進退させる揺動体と、前記揺動体を揺動させる揺動体駆動機構とを備え、前記ポンプ室は、互いに並列となるよう複数形成され、前記ポンプは、前記複数のポンプ室のそれぞれから、互いにタイミングをずらして前記流出口に向けて流体を流出させることにより、流体の脈動が低減されるよう構成された多連型往復動ポンプであることが好ましい。

　また、本発明に係るポンプの流量制御方法は、流入口及び流出口を有するポンプ室と、前記ポンプ室の容積を可変させることで、前記流入口を介して前記ポンプ室内に流体を流入させ、前記流出口を介して前記ポンプ室内の流体を流出させるよう構成された駆動機構とを有するポンプ本体を、前記流入口及び前記流出口の少なくとも一方と連通する流路を流動する流体の流量に基づいて制御する流量制御方法であって、流体が層流状態で流動可能な層流領域内において、流動方向上流側に位置する第１圧力測定位置の流動圧力と、該層流領域内の流動方向下流側に位置する第２圧力測定位置の流動圧力との差圧を測定し、前記第１圧力測定位置において測定された流動圧力及び前記第２圧力測定位置において測定された流動圧力の前記差圧を少なくとも用いて、前記層流領域を流動する流体の流量を特定し、特定された前記流量が予め設定された設定流量に一致又は近づくように、前記駆動機構を制御することを特徴とする。

　本発明によれば、広範囲の流量制御を実行することが可能な流量計付きポンプ及びポンプの流量制御方法を提供することができる。

本実施形態に係る流量計付きポンプのポンプ本体及び流量計本体の概略構成を示す図である。本実施形態に係るポンプ本体の概略構成を示す図である。図３（ａ）は、流量計本体の一部の水平断面を概略的に示す拡大断面図であり、図３（ｂ）は、流量計本体の一部の鉛直断面を概略的に示す拡大断面図である。本実施形態に係る流量計付きポンプの制御部の概略構成を示すブロック図である。

　以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

　本実施形態に係る流量計付きポンプは、図１及び図４に示すように、流体を流動させるポンプ本体１０と、ポンプ本体１０に取り付けられる流量計本体５０と、ポンプ本体１０により流動される流体の流量を制御する制御部７０とを備えている。また、本実施形態に係る流量計付きポンプの流入口１４ａには、図１に示すように、流体の供給元を流量計付きポンプに接続させるためのソケット部材２が取り付けられている。

　ポンプ本体１０は、図２に示すように、流入口１４ａ及び流出口１４ｂを有するポンプヘッド１２と、ポンプヘッド１２の下部に取り付けられるポンプケース２０と、ポンプケース２０と共に複数のポンプ室（本実施形態では３つのポンプ室２９）を形成するダイヤフラム３０と、ポンプケース２０の下端縁との間においてダイヤフラム３０を狭持するダイヤフラムベース３８と、ダイヤフラム３０を複数のポンプ室に対して順番に進退させる揺動体４０と、揺動体４０を揺動させる揺動体駆動機構４６とを備えた小型のダイヤフラムポンプである。

　ポンプヘッド１２は、略円盤状に形成された樹脂製部材であり、図２に示すように、上面側（図２中の上側）に向けて流入口１４ａ及び流出口１４ｂが平行に突設されている。ポンプヘッド１２の周縁部には、その周方向の全域に亘って、下面側（図２中の下側）に突出する円筒状の外壁部１６が形成されている。また、ポンプヘッド１２の下面には、ポンプヘッド１２の外壁部１６の内側の空間を中央領域と外縁領域とに区切る仕切り板（図示せず）が立設されている。仕切り板は、ポンプヘッド１２とポンプケース２０とが組み合わされた際に、これらポンプヘッド１２とポンプケース２０との間に形成される空間を、流入口１４ａと連通し、かつ、複数のポンプ室２９の各吸入孔２４にそれぞれ連通する流入側空間１９ａ（中央領域）と、流出口１４ｂと連通し、かつ、複数のポンプ室２９の各排出孔２６にそれぞれ連通する流出側空間１９ｂ（外縁領域）とに区切るよう構成されている。

　ポンプケース２０は、図２に示すように、ポンプヘッド１２と概ね同径の略円盤状に形成された樹脂製部材であり、上面から下面に亘って貫通する複数（本実施形態では３つ）の吸入孔２４（図２では１つの吸入孔のみ図示）及び複数（本実施形態では３つ）の排出孔２６（図２では１つの排出孔のみ図示）が、周方向に等間隔をおいて交互に形成されている。

　また、ポンプケース２０の下面には、１つの吸入孔２４と１つの排出孔２６からなる１組みの吸引排出孔対毎に、ポンプ室２９を形成するための凹部が形成されており、ポンプケース２０とダイヤフラム３０とが組み合わされた際に、ダイヤフラム３０との間において３つのポンプ室２９が形成されるよう構成されている。すなわち、本実施形態に係るポンプケース２０は、ダイヤフラム３０との間において３つのポンプ室２９を互いに並列となるよう形成することが可能に構成されている。なお、図２では、２つのポンプ室２９のみを図示している。

　各吸入孔２４には、それぞれ、流入口１４ａを介して流入側空間１９ａ内に流入した流体が各ポンプ室２９に流入することを許容し、各ポンプ室２９内の流体が流入側空間１９ａ側に逆流することを規制する吸入側逆止弁２５が設けられている。また、各排出孔２６には、それぞれ、各ポンプ室２９内の流体が流出側空間１９ｂを介して流出口１４ｂに向けて流出することを許容し、流出口１４ｂ側から各ポンプ室２９内に向けて流体が逆流することを規制する排出側逆止弁２７が設けられている。

　ダイヤフラム３０は、図２に示すように、例えばゴム等の柔らかい素材からなる隔膜であり、円盤状の中央部に円形状の開口が形成された形状、すなわち、環状（ドーナッツ状）に形成されている。このダイヤフラム３０は、ポンプケース２０及びダイヤフラムベース３８によって狭持される外周縁部及び内周縁部と、各ポンプ室２９に対して進退する部位である複数（本実施形態では３つ）の可動部３４と、各可動部３４の周囲を囲むように設けられ、弾性変形することにより可動部３４の進退移動を許容する可撓性を有する複数（本実施形態では３つ）の可撓部３６とが、周方向に沿って設けられている。本実施形態に係るダイヤフラム３０において、３つの可動部３４及び可撓部３６は、それぞれ同一の形状及び構造を有している。なお、図２では、２つの可動部３４及び可撓部３６のみを図示している。

　ダイヤフラムベース３８は、図２に示すように、略円盤状に形成された樹脂製部材であり、その中央部に円形状の開口が形成されると共に、揺動体４０の後述する３つの支持腕部４２ｂと整合する位置に、それぞれ支持腕部４２ｂが貫通可能な貫通孔が形成されている。このダイヤフラムベース３８は、ポンプケース２０との間においてダイヤフラム３０を狭持するよう構成されている。

　揺動体４０は、図２に示すように、揺動体駆動機構４６に取り付けられる１つの揺動体本体４２と、ダイヤフラム３０の可動部３４毎に設けられ、揺動体本体４２との間でダイヤフラム３０の各可動部３４を挟み込んで支持する複数（本実施形態では３つ）の押さえ部材４４とを備えている。

　揺動体本体４２は、後述する揺動体駆動機構４６の傾斜クランク部材４８の外周面の周方向に対して相対的に回転可能に、かつ傾斜クランク部材４８の外周面の軸方向に対して相対的に移動不能となるように、傾斜クランク部材４８の外周面の周囲に取り付けられるよう構成されている。具体的には、揺動体本体４２は、径方向の中心部に形成された取付部４２ａと、この取付部４２ａから径方向外側に延設された複数（本実施形態では３つ）の支持腕部４２ｂとを備えている。取付部４２ａは、揺動体駆動機構４６の傾斜クランク部材４８を収容可能な内径を有する円筒状に形成されている。支持腕部４２ｂは、ダイヤフラム３０の可動部３４と同数設けられており、本実施形態では、３つの支持腕部４２ｂが１２０度の位相をおいて設けられている。この支持腕部４２ｂは、取付部４２ａからダイヤフラム３０の可動部３４と整合する位置に至るまでの径方向の長さを有しており、その先端部がダイヤフラム３０の可動部３４に向けて隆起した形状を有している。各支持腕部４２ｂの先端部は、ダイヤフラム３０の可動部３４と平行な上面を有しており、また、ビス（図示せず）のねじ部を螺着させるためのねじ孔が形成されている。各支持腕部４２ｂの上面は、ダイヤフラム３０の可動部３４と概ね同形同大に形成されており、可動部３４の下面の略全域と接するよう構成されている。

　押さえ部材４４は、揺動体本体４２の各支持腕部４２ｂの上面と概ね同形同大に形成されており、ダイヤフラム３０の可動部３４の上面の略全域と接するよう構成されている。この押さえ部材４４は、揺動体本体４２の支持腕部４２ｂの先端部に対してビスにより取り付けられることにより、各支持腕部４２ｂの上面との間においてダイヤフラム３０の可動部３４を密に狭持するよう構成されている。

　揺動体駆動機構４６は、図２に示すように、駆動モータ４７と、駆動モータ４７の出力軸に対して傾斜した外周面を有し、出力軸とともに回動するよう出力軸の周囲に固定される円柱状の傾斜クランク部材４８と、傾斜クランク部材４８の外周面と、揺動体本体４２の取付部４２ａの内面との間に介装される種々の軸受け部材４９とを備えている。

　傾斜クランク部材４８は、その上面から下面に亘って、その中心軸と斜めに交差する方向に貫通する傾斜穴（図示せず）を有しており、該傾斜穴に駆動モータ４７の出力軸が挿入され、図示しないビス等により出力軸に相対的に回転不能に固着されることにより、出力軸に対して外周面が傾斜した状態で出力軸の周囲に取り付けられるよう構成されている。

　以上の構成を備える揺動体駆動機構４６は、駆動モータ４７の出力軸の回転に伴って傾斜クランク部材４８が駆動モータ４７の出力軸に対して傾いた状態で回転し、この傾斜クランク部材４８のすりこぎ運動によって、軸受け部材を介して取り付けられた揺動体４０が皿回しの原理による揺動運動を繰り返し行うよう構成されている。

　また、本実施形態に係る揺動体４０は、揺動体駆動機構４６によって揺動することにより、ダイヤフラム３０の３つの可動部３４を各ポンプ室２９に対して順番に進退させ、これにより、３つのポンプ室２９の拡張及び収縮を順番に連続して行い、これを繰り返すよう構成されている。すなわち、本実施形態に係るポンプ本体１０は、駆動モータ４７の回転力が揺動体４０の揺動方向の動きに変換され、この揺動方向の動きによってダイヤフラム３０の３つの可動部３４が進退方向に順番に往復運動するよう構成されており、このダイヤフラム３０の進退方向の往復運動と、ポンプケース２０に設けられた吸入側逆止弁２５及び排出側逆止弁２７のそれぞれとが協働することにより、流体を圧送させるダイヤフラムポンプとして機能するよう構成されている。

　以上の構成を備えるポンプ本体１０は、ダイヤフラム３０の３つの可動部３４が順番に進退することによって、ポンプヘッド１２の流入口１４ａを介して流入側空間１９ａに流入した流体が３つのポンプ室２９に順番に流入され、これら３つのポンプ室２９に流入した流体が、互いにタイミングをずらして順番にポンプヘッド１２の流出側空間１９ｂを介して流出口１４ｂから流出されるよう構成されている。このように、本実施形態に係るポンプ本体１０は、複数のポンプ室２９から流出される流体の位相（タイミング）をずらすことにより流出口１４ｂから流出される流体の脈動を低減させる多連型往復動ポンプ（所謂、脈動レスポンプ）である。

　流量計本体５０は、図１に示すように、ポンプ本体１０の流出口１４ｂに連通接続可能に構成された取付部５２と、流体の配送先と連通接続可能に構成された接続部５４と、取付部５２から接続部５４に亘る流路５６が形成された本体部５１とを有している。なお、流量計本体５０は、流路が流入口１４ａと連通するよう取り付けられても良い。

　本体部５１は、薄板状に形成された樹脂製部材であり、ポンプ本体１０の長手方向の長さと概ね同じ長手方向の長さを有している。本体部５１の内部には、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、長手方向に沿って延びる断面矩形状の流路５６が形成されている。なお、図３（ａ）は、本体部５１の一部の水平断面を概略的に示す断面図であり、図３（ｂ）は、本体部５１の一部の鉛直断面（長手方向に直交する方向の断面）を概略的に示す断面図である。

　流路５６は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、流体の流動方向と平行となるよう配された仕切り板５８によって、その一部が第１流路５６ａと第２流路５６ｂとに区分けされている。第１流路５６ａ及び第２流路５６ｂは、流体を層流状態で流動させることが可能に構成された層流領域６０を有している。

　流量計本体５０は、第１流路５６ａの層流領域６０内の流動方向上流側に位置する第１圧力測定位置６２における流動圧力と、該層流領域６０内の流動方向下流側に位置する第２圧力測定位置６４における流動圧力との差圧を測定可能な差圧センサ６６を有している。なお、本実施形態に係る流量計本体５０は、第１流路５６ａの層流領域６０に差圧センサ６６が設けられるものであるが、これに限定されず、第２流路５６ｂの層流領域６０に差圧センサ６６が設けられる構成としても良いし、第１流路５６ａ及び第２流路５６ｂの各層流領域６０にそれぞれ差圧センサ６６が設けられる構成としても良い。また、第１圧力測定位置６２と第２圧力測定位置６４とにそれぞれ圧力センサが設けられ、これら圧力センサの測定値に基づいて差圧を算出する構成としても良い。

　また、流量計本体５０は、接続部５４の近傍に温度センサ６９が埋設されており、この温度センサ６９によって、流路５６を流動する流体の温度を測定可能に構成されている。

　取付部５２は、本体部５１の長手方向の一端部において、本体部５１の長手方向と直交する方向に向けて突出するよう本体部５１に連結されており、接続部５４は、本体部５１の長手方向の他端部において、本体部５１の長手方向に沿って延在するよう本体部５１に連結されている。このように、流量計本体５０は、略Ｌ字状の全体形状を有し、取付部５２がポンプ本体１０の流出口１４ｂに取り付けられた際に、本体部５１及び接続部５４がポンプ本体１０の側部において、ポンプ本体１０と平行に配置されるよう構成されている。

　制御部７０は、図４に示すように、差圧センサ６６の測定値（差圧ΔＰ）をリアルタイムで取得する差圧取得部７６と、温度センサ６９の測定値（流体の温度）を取得する温度取得部８４と、差圧取得部７６により取得された差圧ΔＰ及び温度取得部８４により取得された流体の温度を利用して、層流領域６０を流動する流体の流量Ｑをリアルタイムに算出する流量演算部７８と、流量演算部７８により算出された流量Ｑに基づいて、ポンプ本体１０の揺動体駆動機構４６に適宜の制御信号を出力する駆動機構制御部８０と、各種設定情報等が記憶された記憶部８２とを備えている。

　記憶部８２には、少なくとも、第１圧力測定位置６２及び第２圧力測定位置６４間の距離（差圧取得間距離）Ｌと、測定対象となる流体の粘度－温度特性に関する情報と、測定対象となる流路（本実施形態では第１流路５６ａ）の層流領域６０の相当径ｄと、測定対象となる流路（本実施形態では第１流路５６ａ）の層流領域６０の断面積Ａと、予めユーザによって定められた設定流量（流量の目標値）とが記憶されている。なお、管相当径ｄは、周知の計算式（管相当径＝４×面積／周長）や実験等により予め求めることが可能である。

　流量演算部７８は、温度取得部８４によって取得した測定値と、記憶部８２に記憶された測定対象となる流体の粘度－温度特性に関する情報とに基づいて、測定時における流体の粘度μを特定するよう構成されている。また、流量演算部７８は、差圧取得部７６によりリアルタイムに取得された差圧ΔＰ［Ｐａ］と、記憶部８２に記憶された第１圧力測定位置６２及び第２圧力測定位置６４間の距離Ｌ［ｍ］と、記憶部８２に記憶された第１流路５６ａの層流領域６０の管相当径ｄ［ｍ］と、特定した流体の粘度μ［Ｐａ・ｓ］とに基づいて、ハーゲン・ポアズイユ式（以下の式１）を変形させた以下の式２から、層流領域６０を流動する流体の流速ｖ［ｍ／ｓ］をリアルタイムに算出するよう構成されている。

　さらに、流量演算部７８は、上記式２によって算出された流速ｖに、記憶部８２に記憶された第１流路５６ａの層流領域６０の断面積Ａを乗じることにより、第１流路５６ａの層流領域６０を流動する流体の流量Ｑ（流量Ｑ＝流速ｖ×断面積Ａ）を算出するよう構成されている。

　駆動機構制御部８０は、流量演算部７８により算出された流量Ｑと、記憶部８２に記憶された設定流量とを比較し、これら両流量値に差が生じ、かつ、当該差が予め定められた許容値を超える場合には、流量演算部７８により算出された流量Ｑが予め設定された設定流量に一致又は近づくように、ポンプ本体１０の揺動体駆動機構４６に適宜の制御信号を出力し、揺動体駆動機構４６の駆動モータ４７の回転制御を実行するよう構成されている。また、駆動機構制御部８０は、流量演算部７８により算出された流量Ｑと、記憶部８２に記憶された設定流量とが一致している場合又はこれら両流量値の差が予め定められた許容値の範囲内である場合には、揺動体駆動機構４６に対して制御信号を出力しないか、又は、揺動体駆動機構４６に対して現状維持の制御信号を出力するよう構成されている。

　次に、本実施形態に係る流量計付きポンプの動作及び流量の制御方法について説明する。まず、駆動モータ４７を駆動させ、出力軸を回転させることにより、傾斜クランク４８を回転させる。また、この回転に伴い、傾斜クランク４８の周囲に配設されている揺動体４０を揺動させる。なお、傾斜クランク４８を回転させた際には、傾斜クランク４８の外周面が駆動モータ４７の出力軸に対して傾いているため、揺動体４０は、周方向に沿った回転と、上下方向の振れ（揺動）とのいずれかの動作をすることになる。しかしながら、揺動体４０は、ダイヤフラム３０の周方向の剛性により周方向に沿った回転が規制されるため、結果的に上下方向の振れの動き（揺動）のみが取り出される。また、この揺動体４０の上下方向の振れ（揺動）に伴い、ダイヤフラム３０の各可動部３４を順番に各ポンプ室２９に対して進退方向に往復運動させる。そして、このダイヤフラム３０の各可動部３４の往復運動によって各ポンプ室２９内の容積を増減させることにより、各ポンプ室２９内の流体（液体又は気体）をタイミングをずらして順番に圧縮又は膨張させ、吸入側逆止弁２５及び排出側逆止弁２７の相互作用によって、流体の供給元から流体の配送先に向けて流体を流動させる。

　また、本実施形態に係る流量計付きポンプでは、流量計本体５０の第１流路５６ａを流動する流体の流量をリアルタイムで計測し、ポンプ本体１０によって圧送される流体の流量が予め定められた設定流量と一致又は近づくように、ポンプ本体１０をフィードバック制御している。具体的には、まず、差圧センサ６６によって、流体が層流状態で流動可能な層流領域６０内における流動方向上流側に位置する第１圧力測定位置６２の流動圧力と、層流領域６０内の流動方向下流側に位置する第２圧力測定位置６４の流動圧力との差圧ΔＰを測定する。また、これと並行して又はその前後に、流量演算部７８によって、測定時における流体の粘度μを特定する。さらに、流量演算部７８によって、差圧取得部７６によって取得された差圧ΔＰと、記憶部８２に記憶された第１圧力測定位置６２及び第２圧力測定位置６４間の距離Ｌと、記憶部８２に記憶された第１流路５６ａの層流領域６０の管相当径ｄと、特定した流体の粘度μとを用いて、層流領域６０を流動する流体の流量Ｑを特定する。そして、駆動機構制御部８０によって、流量演算部７８によって特定された流量Ｑが予め設定された設定流量に一致又は近づくように、ポンプ本体１０の揺動体駆動機構４６の駆動が制御される。

　以上のように、本実施形態に係る流量計付きポンプは、流入口１４ａ及び流出口１４ｂと連通するポンプ室２９と、ポンプ室２９の容積を可変させることで、流入口１４ａを介してポンプ室２９内に流体を流入させ、流出口１４ｂを介してポンプ室２９内の流体を流出させるよう構成された駆動機構４６とを有するポンプ本体１０と、流入口１４ａ及び流出口１４ｂの少なくとも一方と連通する流路５６を有する流量計本体５０と、駆動機構４６の駆動を制御することで、流路５６を流動する流体の流量を制御する制御部７０とを備え、流路５６は、流体を層流状態で流動させることが可能な層流領域６０を有し、流量計本体５０は、層流領域６０内の流動方向上流側に位置する第１圧力測定位置６２の流動圧力と、該層流領域６０内の流動方向下流側に位置する第２圧力測定位置６４の流動圧力との差圧を測定可能に構成され、制御部７０は、第１圧力測定位置６２の流動圧力及び第２圧力測定位置６４の流動圧力の差圧を少なくとも用いて、層流領域６０を流動する流体の流量を特定し、該特定された流量が予め設定された設定流量に一致又は近づくように駆動機構４６を制御するよう構成されている。

　このような流量計付きポンプによれば、流体の流れが層流とされることにより、第１圧力測定位置６２と第２圧力測定位置６４との流動圧力の差（差圧）と流量の関係が比例関係となるため、差圧の大きさにかかわらず流量の測定精度をほぼ一定とすることができる。また、オリフィス板の前後における圧力差の平方根に基づいて流量を求める従来の差圧式流量計と比較して、差圧の変化量に対する流量の変化量が大きくなるため、測定精度を向上することが可能となると共に、広範囲に亘って流量を測定することが可能となる。そして、このような高精度かつ広範囲な流量測定に基づいて、ポンプ本体１０の駆動をフィードバック制御することにより、高精度かつ広範囲な流量制御を実行することが可能となる。

　また、従来は、従来の差圧式流量計で生じていた流量の測定精度のばらつきに対応するために、対象となる流量測定領域が異なる複数の差圧式流量計を用意し、測定状況に応じて適切な差圧式流量計に取り替えたり、対象となる流量測定領域が異なる複数の流路構造を差圧式流量計内に切り替え可能に設け、測定状況に応じて適切な流路構造に切り替えたりしていたため、設備コストが掛かると共に、取り換えや切り替えのための作業が煩雑になるという問題がある。さらに、複数の流路構造を有する差圧式流量計は、比較的大型であるため、特に、脈動を低減させるためのバッファタンク等が設けられたダイヤフラムポンプと共に用いられた際には、装置全体として大型になるという問題がある。これに対し、本実施形態に係る流量計付きポンプは、上述のとおり、一台の流量計付きポンプで高精度かつ広範囲な流量制御を実行することが可能であるため、取り換えや切り替えを行う必要がなく、また、設備コストを大幅に低減させることができる。

　特に、本実施形態に係るポンプ本体１０は、互いに並列となるよう複数形成されたポンプ室２９のそれぞれから、互いにタイミングをずらして流出口１４ｂに向けて流体を流出させることにより、流体の脈動が低減されるよう構成された多連型往復動ポンプである。本実施形態に係る流量計付きポンプでは、ポンプ本体１０が多連型往復動ポンプであることにより、脈動を低減させるためのバッファタンク等を設ける必要がないため、ポンプ本体１０を小型化することが可能となる。また、本実施形態に係る流量計本体５０は、流体を層流状態で流動させることが可能な層流領域６０を有し、この層流領域６０内の上流側と下流側との流動圧力の差（差圧）を測定可能な構成であれば良いため、流量計本体５０自体の構造を簡素化かつ小型化することが可能となる。そして、本実施形態に係る流量計付きポンプは、ポンプ本体１０及び流量計本体５０の双方を小型化することが可能となるため、流量計付きポンプ全体の大きさを飛躍的に小型化することができる。

　本実施形態に係る流量計付きポンプは、種々の製品に採用することができ、その用途が限定されるものではないが、特に、環境計測機器、血圧計及び電気ポット等の小型なダイヤフラムポンプが要求される製品に対して、好適に用いることができる。

　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に記載の範囲には限定されない。上記各実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

　例えば、上述した実施形態では、ポンプ本体１０がダイヤフラムポンプであるものとして説明したが、これに限定されず、流入口及び流出口と連通するポンプ室と、ポンプ室の容積を可変させることで、流入口を介してポンプ室内に流体を流入させ、流出口を介してポンプ室内の流体を流出させるよう構成された駆動機構とを有し、制御部によって駆動機構が制御されるよう構成されたものであれば、種々のポンプを用いることが可能である。

　また、上述した実施形態では、ポンプ本体１０が、３つのポンプ室２９が互いに並列となるよう形成され、これらポンプ室２９のそれぞれから、互いにタイミングをずらして流出口１４ｂに向けて流体を流出させることにより、流体の脈動が低減されるよう構成された多連型往復動ポンプであるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、２つ又は４つ以上のポンプ室が互いに並列となるよう形成された多連型往復動ポンプであるとしても良いし、ポンプ室が１つの往復動ポンプであるとしても良い。

　さらに、上述した実施形態では、流量計本体５０が、本体部５１、取付部５２及び接続部５４を有し、全体として略Ｌ字状に形成されるものとして説明したが、これに限定されず、流量計本体５０の形状は、任意の形状とすることができる。また、流量計本体５０は、ポンプ本体の流入口及び流出口の少なくとも一方と連通し、流体を層流状態で流動させることが可能な層流領域を有する流路を有し、この層流領域内の流動方向上流側に位置する第１圧力測定位置の流動圧力と、層流領域内の流動方向下流側に位置する第２圧力測定位置の流動圧力との差圧を測定可能に構成されたものであれば、いかなる構成を備えるものであっても良い。

　また、上述した実施形態では、流量計本体５０の接続部５４の近傍に温度センサ６９が埋設され、この温度センサ６９の測定値に基づいて流体の粘度を特定するものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、温度センサ６９の位置は、任意の位置とすることができる。また、温度を測定することなく流体の粘度を特定可能である場合には、温度センサ６９及び温度取得部８４等を設けない構成としても良い。この場合、流体の粘度は、予め記憶部８２に記憶されることが好ましい。

　さらに、上述した実施形態では、流量計本体５０の流路５６が、仕切り板５８によって２つの流路（第１流路５６ａ及び第２流路５６ｂ）に区分けされるものとして説明したが、これに限定されず、流路は、層流領域を有するものであれば良く、例えば、区分けされない１つの流路であるとしても良いし、３つ以上の流路に区分けされる構成としても良い。

　また、上述した実施形態では、制御部７０の流量演算部７８が、差圧取得部７６により取得された差圧ΔＰと、記憶部８２に記憶された第１圧力測定位置６２及び第２圧力測定位置６４間の距離Ｌと、記憶部８２に記憶された第１流路５６ａの層流領域６０の管相当径ｄと、温度に基づいて特定した流体の粘度μと、記憶部８２に記憶された第１流路５６ａの層流領域６０の断面積Ａとに基づいて、第１流路５６ａの層流領域６０を流動する流体の流量Ｑを算出するよう構成されるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、少なくとも差圧取得部７６によって取得された差圧を用いて、層流領域６０を流動する流体の流量Ｑを特定するものであれば良い。すなわち、上述した実施形態では、流量Ｑの算出にあたり、記憶部８２に記憶された距離Ｌ、管相当径ｄ及び断面積Ａを用いるものとして説明したが、これら距離Ｌ、管相当径ｄ及び断面積Ａは、測定する流量と、予め設定される設定流量との間で共通の値であるため、流量演算部７８による流量の算出においては、これらをまとめて係数として取り扱うとしても良い。また、温度を測定することなく流体の粘度を特定可能である場合には、流体の粘度についても、係数として取り扱うとしても良い。

　上記のような変形例が本発明の範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。

　１０　ポンプ本体、１４ａ　流入口、１４ｂ　流出口、２９　ポンプ室、４６　駆動機構（揺動体駆動機構）、５０　流量計本体、５６，５６ａ，５６ｂ　流路、６０　層流領域、６２　第１圧力測定位置、６４　第２圧力測定位置、７０　制御部

Claims

　流入口及び流出口と連通するポンプ室と、前記ポンプ室の容積を可変させることで、前記流入口を介して前記ポンプ室内に流体を流入させ、前記流出口を介して前記ポンプ室内の流体を流出させるよう構成された駆動機構とを有するポンプ本体と、
　前記流入口及び前記流出口の少なくとも一方と連通する流路を有する流量計本体と、
　前記駆動機構の駆動を制御することで、前記流路を流動する流体の流量を制御する制御部と
　を備え、
　前記流路は、流体を層流状態で流動させることが可能な層流領域を有し、
　前記流量計本体は、前記層流領域内の流動方向上流側に位置する第１圧力測定位置の流動圧力と、該層流領域内の流動方向下流側に位置する第２圧力測定位置の流動圧力との差圧を測定可能に構成され、
　前記制御部は、前記第１圧力測定位置の流動圧力及び前記第２圧力測定位置の流動圧力の前記差圧を少なくとも用いて、前記層流領域を流動する流体の流量を特定し、該特定された流量が予め設定された設定流量に一致又は近づくように前記駆動機構を制御するよう構成されている
　ことを特徴とする流量計付きポンプ。
　前記駆動機構は、
　前記ポンプ室の一部を構成するダイヤフラムと、
　前記ダイヤフラムを前記ポンプ室に対して進退させる揺動体と、
　前記揺動体を揺動させる揺動体駆動機構と
　を備え、
　前記ポンプ室は、互いに並列となるよう複数形成され、
　前記ポンプは、前記複数のポンプ室のそれぞれから、互いにタイミングをずらして前記流出口に向けて流体を流出させることにより、流体の脈動が低減されるよう構成された多連型往復動ポンプである
　ことを特徴とする請求項１に記載の流量計付きポンプ。
　流入口及び流出口を有するポンプ室と、前記ポンプ室の容積を可変させることで、前記流入口を介して前記ポンプ室内に流体を流入させ、前記流出口を介して前記ポンプ室内の流体を流出させるよう構成された駆動機構とを有するポンプ本体を、前記流入口及び前記流出口の少なくとも一方と連通する流路を流動する流体の流量に基づいて制御する流量制御方法であって、
　流体が層流状態で流動可能な層流領域内において、流動方向上流側に位置する第１圧力測定位置の流動圧力と、該層流領域内の流動方向下流側に位置する第２圧力測定位置の流動圧力との差圧を測定し、
　前記第１圧力測定位置において測定された流動圧力及び前記第２圧力測定位置において測定された流動圧力の前記差圧を少なくとも用いて、前記層流領域を流動する流体の流量を特定し、
　特定された前記流量が予め設定された設定流量に一致又は近づくように、前記駆動機構を制御する
　ことを特徴とするポンプの流量制御方法。