JP4547138B2

JP4547138B2 - 往復動モータを用いたダイヤフラムポンプ

Info

Publication number: JP4547138B2
Application number: JP2003329932A
Authority: JP
Inventors: 茂佐渡島; 哲則坂谷
Original assignee: 株式会社川本製作所
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: JP2005098135A

Description

本発明は、定量注入ポンプや真空ポンプ等に使用される往復動モータを用いたダイヤフラムポンプに関する。

近年、ダイヤフラムポンプは定量注入等の様々な分野で活用されている。このようなダイヤフラムポンプは定量注入の精度が高く、騒音が低いことが望まれている。

ダイヤフラムポンプを駆動する駆動源として、図９に示すようなソレノイドを使用するものがある。

このようにソレノイドを使用するダイヤフラムポンプは騒音が高い。なぜなら、瞬間的な水平運動によりシャフト１１が締結されているプランジャ１２とコイル１３を収納されているコイルケース１４が非常に速い速度で衝突するからである。

このような騒音問題を解決するためにために、ダイヤフラムポンプの駆動源として往復動モータを使用されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この往復動モータは、シャフトに締結される可動子と、モータフレーム側に接続される固定子は衝突しない構造を有する。従って、ソレノイドを使用するダイヤフラムポンプのような騒音は発生しない。
特開平８−６８３７９号公報

そもそも、ダイヤフラムポンプは薬液などを定量注入することを目的としている。往復動モータを使用しているダイヤフラムポンプは、往復動モータのシャフトが一往復する間に吐出される流量は一定である。シャフトのストローク長は、往復動モータに流れる駆動電流により決定される。

単位時間当りの吐出流量を変化させるためには、往復動モータの駆動周波数を変化させる必要があった。このように、駆動周波数を変化させると、往復動モータを構成するコイルのインピーダンスが変化してしまうため、往復動モータの駆動電流が変化して、シャフトのストローク長も一定とならないため、定量注入ができないという問題があった。

また、往復動モータの構造は、鉄などの磁性体を有する可動子にシャフトが締結され、前記磁性体に相対する位置に電磁鋼板などで構成された固定子がモータフレームに締結されている。さらに、固定子の周囲には、モータコイルが配置されており、可動子及びシャフトはモータフレームに締結された板バネ等により中心位置を保持されているだけあり、シャフトの往復動の位置決めはされていなかった。

このため、薬液などを注入する管路の圧力によりシャフトのストローク長が変動してしまい、定量注入の精度が低下するという問題もあった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、定量注入を精度良く行うことができ、しかも、騒音が少ない往復動モータを用いたダイヤフラムポンプを提供することにある。

請求項１記載の発明は、往復動モータの出力軸の往復動に連動するダイヤフラムのストローク量に応じた吐出量を出力する往復動モータを用いたダイヤフラムポンプにおいて、前記往復動モータに流れる電流を検出する電流検出部と、この電流検出部により検出された前記往復動モータに流れる電流が一定電流値となるように制御する定電流制御部と、前記往復動モータの出力軸に設けられた切欠き部と、前記往復動モータの固定子又はモータフレームに固定され、その一部が前記切欠き部に当接することで、前記出力軸の往復動ストローク長を規制可能に形成されたストッパと、を具備することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載のダイヤフラムポンプであって、前記ストッパは円形状であり、半径方向に複数の切欠き部が設けられていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２に記載のダイヤフラムポンプであって、前記ストッパは薄板を積層したものであることを特徴とする。

本発明によれば、往復動モータに流れる電流を電流検出部により検出し、その電流値が一定値となるように定電流制御部で制御するようにしたので、ダイヤフラムポンプの吐出量を変化させるために往復動モータに供給する駆動信号の周波数を変化させることにより往復動モータのインピーダンスが変化しても往復動モータに流れる電流値を一定値に保つことができる。従って、駆動信号の周波数を変化させても、ダイヤフラムポンプのストローク長を一定に保つことができるので、定量注入を高精度に行うことができる。

本発明によれば、一定電流値により前記ダイヤフラムのストローク長が決定されるので、ダイヤフラムポンプの最高使用圧力にて所定のストローク長を得ることができるようにすることができる。

本発明によれば、往復動モータの出力軸に切欠き部を設け、出力軸が往復動した時に、ストッパを切欠き部に当接させるようにしたので、往復動モータのストローク長を一定とすることができる。

本発明によれば、ストッパにより往復動モータの固定子やモータフレームへの振動伝播を低減させることができる。この結果、ダイヤフラムポンプの騒音レベルを低減させることができる。

本発明によれば、複数の薄板を積層することにより、ストッパとしての機械的強度を維持することができる。

以下、図面を参照して本発明の第1の実施の形態について説明する。図１は往復動モータを用いたダイヤフラムポンプの断面図である。図において、２１は円筒形状のポンプケーシングである。このポンプケーシング２１の一端には例えば薬液のような液体を吸い込む吸い込み口２２が設けられ、その他端には液体を吐出させる吐出口２３が設けられ、その側面から中心軸付近までポンプ室２４が形成されている。

前記吸い込み口２２からポンプ室２４との間には吸い込み管路２５が形成され、ポンプ室２４と吐出口２３との間には吐出管路２６が形成されている。

さらに、吸い込み管路２５には、吸い込み口２２からポンプ室２４方向のみの液体の吸い込みを可能とするチェック弁２７が介装される。さらに、吐出管路２６には、ポンプ室２４から吐出口２３方向のみの液体の吐出を可能とするチェック弁２８が介装されている。

３１は往復動モータ３０のモータフレームである。このモータフレーム３１には円筒形状のモータカバー３２が取り付けられている。

さらに、モータフレーム３１には周方向に４箇所支持ピン３３ａ〜３３ｄの一端がリベット止めされている。図１においては、３３ａ，３３ｃのみが図示されている。

支持ピン３３ａにはモータフレーム３１側から図２を参照して詳細な説明を後述するストッパ４１、円板状の板ばね４２、固定子４３、円板状の板ばね４４が固定されている。

さらに、支持ピン３３ｃにも、ストッパ４１、円盤状の板ばね４２、固定子４５、板ばね４４が固定されている。

そして、往復動モータ３０のシャフト（出力軸）５１は板ばね４２と４４により両端が支持されている。

このシャフト５１の一端側には前述したストッパ４１の一部が出没する一定幅の切り欠き部５２が形成された支持部材５３が固定されている。

さらに、シャフト５１の一端側は径が細くなる小径部５１ａを有する。この小径部５１ａにはダイヤフラム６１を介して円筒形状のピストン部材６２が取り付けられている。

固定子４３には第1のコイル７１が巻回され、固定子４５には第２のコイル７２が巻回されている。

また、固定子４３のシャフト５１に面する側面にはシャフト５１の軸方向に向かって永久磁石７３が着磁され、固定子４５のシャフト５１に面する側面にはシャフト５１の軸方向に向かって永久磁石７４が着磁されている。ここで、永久磁石７３及び７４の極性は同じである。

第1のコイル７１及び第2のコイル７２は図４に示すように直列に接続されており、第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる電流Ｉ（例えば、図５に示す）は制御部８１からの駆動信号により制御される。この制御部８１には、電流Ｉを検出する電流検出部８１ａ、この電流検出部８１ｂで検出された電流Ｉの値を一定に保つ定電流制御部８１ｂを有する。

さらに、第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる電流Ｉにより発生する磁界の方向は同じ向きとなるように巻き線方向が定められている。

従って、図５あるいは図６に示すような電流が第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れると、周期的に電流方向が異なるため、第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる電流により発生する磁界により永久磁石７３及び７４の磁界が増加されたり、減少されたりする。

この結果、シャフト５１は軸方向に周期的に往復動をする。このシャフト５１に往復動によりダイヤフラム６１も往復動し、ピストン部材６２も往復動する。

ダイヤフラム６１の往復動の大きさ、つまりストローク長ΔＬは電流Ｉの大きさにより決定される。

図１において、ピストン部材６２のポンプ室２４側の端面が段差を持っているが、上側半分（符号６２ａで示す）はポンプ室２４の液体を吐出させる吐出し工程の終端位置を示し、下側半分（符号６２ｂで示す）はポンプ室２４に液体を吸い込む吸込工程の終端位置を示している。

９１はコネクタである。このコネクタ９１には制御部８１からの制御線９２に接続されるコネクタ９２が接続される。これにより、図４に示すような電気回路が形成される。

制御部８１内には、第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる電流Ｉを検出する電流検出部８１ａとこの電流Ｉを一定値に保つ定電流制御部８１ｂを有する。これは、電流値Ｉを一定値に保つように制御することによりストローク長ΔＬを一定にしている。

このように、ストローク長ΔＬを一定にすることにより、ポンプ室２４の液体を吐出させる吐出し工程の終端位置及びポンプ室２４に液体を吸い込む吸込工程の終端位置を一定とすることができ、ポンプ室２４から吐出される液体の量を一定に保つことができる。

次に、図２及び図３を参照してストッパ４１の構成について説明する。ストッパ４１は図２に示すように円形状の複数の薄板が積層されて構成される。そして、ストッパ41の中心位置から半径方向の略半分位置までに複数の切り欠き１００ａ〜１００ｆが設けられている。隣接する切り欠き１００ａ〜１００ｆにより舌部１０１ａ〜１０１ｆが形成されている。

そして、図３に示すように各舌部１０１ａ〜１０１ｆが切り欠き部５２に出没する。

このように、往復動モータ３０のシャフトに一定幅の切欠き部５２を設け、出力軸が往復動した時に、ストッパ４１を切欠き部５２に突出させて、切欠き部５２の両端に当接させるようにしたので、管路、例えば吐出管路２６の圧力が変動しても、往復動モータ３０のストローク長ΔＬを常に一定とすることができる。

次に、動作について説明する。制御部８１からの駆動信号の制御により図５に示すような正弦波電流Ｉが第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる。

この結果、ダイヤフラム６１は、正弦波電流Ｉの大きさに応じたストローク長ΔＬで往復動する。

この結果、ピストン部材６２はポンプ室２４内をストローク長ΔＬで往復動する。つまり、ピストン部材６２は、ポンプ室２４に液体を吸い込む吸込工程の終端位置６２ｂとポンプ室２４の液体を吐出させる吐出し工程の終端位置６２ａとの間で往復動する。

従って、吸込工程でポンプ室２４内に吸い込まれた液体は吐出し工程で吐出口２３を介して吐出される。この際、吐出口２３から吐出される液体の吐出量はストローク長ΔＬにより決定される。

このストローク長ΔＬは第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる正弦波電流Ｉの大きさにより決定される。

ところで、第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる正弦波電流Ｉの大きさは電流検出部８１ａで検出される。そして、定電流制御部８１ｂは、第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる正弦波電流Ｉを一定に保つように制御する。

従って、第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる正弦波電流Ｉであれば、ポンプ部材６２が一往復動する間に吐出される液体量は一定である。

ところで、正弦波電流Ｉの周波数を可変すると単位時間当りにピストン部材６２がストローク長ΔＬで往復動する回数が変化する。

これにより、単位時間当りに吐出される液体量は可変される。

この際に、制御部８１から出力される駆動信号の周波数に応じて第1のコイル７１及び第2のコイル７２のインピーダンスは変化する。この結果、正弦波電流Ｉも変化する。

しかしながら、本願発明は、正弦波電流Ｉの電流値は電流検出部８１ａで検出され、この電流値を一定に保つように定電流制御部８１ｂを設けているので、例え駆動周波数が変化することにより第1のコイル７１及び第2のコイル７２のインピーダンスは変化しても、
第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる電流を一定に保つことができる。

このように、第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる電流、つまり往復動モータ３０に流れる電流を電流検出部８１ａにより検出し、その電流値が一定値となるように定電流制御部８１ｂで制御するようにしたので、ダイヤフラムポンプの吐出量を変化させるために往復動モータに供給する駆動信号の周波数を変化させることにより往復動モータのインピーダンスが変化しても往復動モータに流れる電流値を一定値に保つことができる。従って、駆動信号の周波数を変化させても、ダイヤフラムポンプのストローク長を一定に保つことができるので、定量注入を高精度に行うことができる。

次に、本発明の第２実施の形態について図７を参照して説明する。図７において、図１と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明については省略する。

この第2の実施の形態において、モータカバー３２の内壁に往復動モータ３０のシャフト５１の軸方向の位置を検出する位置検出部１００が設けられている。この位置検出部１００で検出された往復動モータ３０のシャフト５１の軸方向の位置を示す位置信号は制御部８１に入力される。

制御部８１は、位置検出部１００で検出された往復動モータ３０のシャフト５１の軸方向の位置を示す位置信号に応じて第1のコイル７１及び第2のコイル７２に流れる電流を制御して、往復動モータ３０のストローク長ΔＬを一定に保つ制御を行う。

このように、往復動モータ３０のシャフト５１の位置を位置検出部１００で検出し、この位置検出部１００により検出された往復動モータ３０のシャフト５１の位置に応じて往復動モータ３０に流れる電流を制御して往復動モータのシャフト５１の往復動に連動するダイヤフラムのストローク量ΔＬを一定に保つように制御するようにしたので、往復動モータ３０に供給される駆動信号の周波数や管路圧力が変化しても、往復動モータを常に一定のストローク長ΔＬで駆動することができる。

次に、本発明の第3の実施の形態について図８を参照して説明する。この第3の実施の形態では往復動モータ３０のシャフト５１の両側にポンプケーシング２１ａ及び２１ｂを設けている。そして、このポンプケーシング２１ａ及び２１ｂ内にそれぞれポンプ室２４ａ及び２４ｂを設けている。ストッパ４１ａ，４１ｂ及びダイヤフラム６１ａ，６１ｂについても往復動モータ３０の両側に設けられているが、片側のみのストッパ（４１ａ、４１ｂ）としても良い。それ以外の構成については、図１の構成と同じである。

このように往復動モータ３０のシャフト５１の両側にポンプケーシング２１ａ及び２１ｂを設けることにより、一方のポンプケーシング２１ａのポンプ室２４ａにおいて液体を吸入する吸入工程が行われている間に、他方のポンプケーシング２１ｂのポンプ室２４ｂにおいて液体を吐出する吐出し工程が行われる。

このように一方のポンプの吸引工程時に他方のポンプが液体を吐出する吐出工程とするようにすることにより、均一注入化を計ることができる。

さらに、上記実施の形態では、往復動モータ３０に流れる電流を一定となるように制御部８１で制御するようにしたが、往復動モータ３０に流れる電流を可変制御することにより往復動モータ３０のストローク長ΔＬを可変して、吐出流量を可変するようにしても良い。

本発明の第1の実施の形態に係る往復動モータを用いたダイヤフラムポンプの断面図。同第1の実施の形態に係るストッパの平面図。同第1の実施の形態に係るストッパを切り欠き部に装着した状態を示す要部断面図。同第1の実施の形態に係る往復動モータを用いたダイヤフラムポンプを駆動する電気回路図。同第1の実施の形態に係る往復動モータを用いたダイヤフラムポンプを駆動する駆動信号の波形図。同第1の実施の形態に係る往復動モータを用いたダイヤフラムポンプを駆動する駆動信号の波形図。本発明の第2の実施の形態に係る往復動モータを用いたダイヤフラムポンプの断面図。本発明の第3の実施の形態に係る往復動モータを用いたダイヤフラムポンプの断面図。従来のソレノイドを用いたダイヤフラムポンプの要部断面図。

符号の説明

２１…ポンプケーシング、４１…ストッパ、４３…固定子、５１…シャフト
８１…制御部、８１ａ…電流検出部、８１ｂ…定電流制御部。

Claims

往復動モータの出力軸の往復動に連動するダイヤフラムのストローク量に応じた吐出量を出力する往復動モータを用いたダイヤフラムポンプにおいて、
前記往復動モータに流れることで、前記ダイヤフラムのストローク長を決定する電流を検出する電流検出部と、
この電流検出部により検出された前記往復動モータに流れる前記電流が一定電流値となるように制御する定電流制御部と、
前記往復動モータの出力軸に設けられた切欠き部と、
前記往復動モータの固定子又はモータフレームに固定され、その一部が前記切欠き部に当接することで、前記出力軸の往復動ストローク長を規制可能に形成されたストッパと、を具備することを特徴とする往復動モータを用いたダイヤフラムポンプ。
前記ストッパは円形状であり、半径方向に複数の切欠き部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の往復動モータを用いたダイヤフラムポンプ。
前記ストッパは薄板を積層したものであることを特徴とする請求項２記載の往復動モータを用いたダイヤフラムポンプ。