JP7120899B2 - ベローズポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ベローズポンプ装置に関する。

例えば半導体製造や化学工業等において、薬液や溶剤等の移送流体を送給するために使用されるベローズポンプとして、互いに独立して伸縮することで内部に移送流体を吸い込んで吐出する一対のベローズと、圧縮空気の給排により各ベローズを伸縮させるエアシリンダとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたベローズポンプは、一方のベローズが最収縮状態（吐出終了）となる手前で他方のベローズを最伸長状態から収縮させて移送流体を吐出するように、各エアシリンダの駆動を制御している。

上記のように各エアシリンダの駆動を制御することで、一方のベローズの収縮から伸長（移送流体の吐出から吸い込み）への切り換えタイミングにおいて、他方のベローズは既に収縮して移送流体を吐出している状態となる。これにより、前記切り換えタイミングにおいて移送流体の吐出圧力が大きく落ち込むのを低減することができる。その結果、ベローズポンプの吐出側の脈動を低減することができる。

特開２００４－２９３５０２号公報

上記ベローズポンプは、各ベローズの収縮により移送流体を吐出する吐出工程において、移送流体の逆流を防止するチェックバルブを備えている。一方のベローズが吐出工程から吸込工程に切り換わると、その吐出工程で開弁して移送流体の吐出を許容していたチェックバルブは、他方のベローズから吐出される移送流体に押圧されて閉弁するようになっている。

しかし、一方のベローズが吐出工程から吸込工程に切り換わるときには、上記のように他方のベローズは既に収縮して高圧の移送流体を吐出しているため、チェックバルブは、前記高圧の移送流体に押圧されて急速に閉弁する。このため、チェックバルブが急速に閉弁したときの衝撃が、ベローズポンプに接続された移送流体の吐出配管内に伝わることで、図１０に示すように、当該吐出配管内でサージ圧（図中の破線で囲んだ部分）が発生するという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、移送流体の吐出から吸い込みに切り換わるときに、吐出側において脈動を低減するとともにサージ圧の発生を抑制することができるベローズポンプ装置を提供することを目的とする。

（１）本発明のベローズポンプ装置は、移送流体の吸込通路及び吐出通路を有するポンプヘッドと、前記ポンプヘッドに互いに独立して伸縮自在に取り付けられ、伸長により前記吸込通路から内部に移送流体を吸い込み、収縮により内部から前記吐出通路に移送流体を吐出する第１ベローズ及び第２ベローズと、前記吸込通路及び吐出通路に対する一方向への移送流体の流れを許容するとともに他方向への移送流体の流れを阻止するチェックバルブと、第１吸込側流体室及び第１吐出側流体室を有し、前記第１吸込側流体室に加圧流体を供給することで前記第１ベローズを最伸長状態まで伸長させ、前記第１吐出側流体室に加圧流体を供給することで前記第１ベローズを最収縮状態まで収縮させる第１駆動部と、第２吸込側流体室及び第２吐出側流体室を有し、前記第２吸込側流体室に加圧流体を供給することで前記第２ベローズを最伸長状態まで伸長させ、前記第２吐出側流体室に加圧流体を供給することで前記第２ベローズを最収縮状態まで収縮させる第２駆動部と、を備え、前記第１ベローズが最収縮状態となる手前で前記第２ベローズが最伸長状態から収縮し、前記第２ベローズが最収縮状態となる手前で前記第１ベローズが最伸長状態から収縮するベローズポンプ装置であって、前記第１駆動部の第１吐出側流体室における加圧流体の第１流体圧を調整する第１流体圧調整部と、前記第２駆動部の第２吐出側流体室における加圧流体の第２流体圧を調整する第２流体圧調整部と、前記第２ベローズが収縮を開始してから前記第１ベローズが最収縮状態となるまでの間、前記第１流体圧が段階的または連続的に減少するように前記第１流体圧調整部を制御し、前記第１ベローズが収縮を開始してから前記第２ベローズが最収縮状態となるまでの間、前記第２流体圧が段階的または連続的に減少するように前記第２流体圧調整部を制御する制御部と、を備える。

本発明によれば、第１ベローズ及び第２ベローズのうち、一方のベローズが最収縮状態となる手前で他方のベローズが最伸長状態から収縮する。これにより、一方のベローズの収縮から伸長（移送流体の吐出から吸い込み）への切り換えタイミングにおいて、他方のベローズは既に収縮して流体を吐出しているので、前記切り換えタイミングにおいて吐出圧力が落ち込むのを低減することができる。その結果、ベローズポンプ装置の吐出側の脈動を低減することができる。

また、制御部は、一方のベローズが収縮を開始してから他方のベローズが最収縮状態となるまでの間、前記他方のベローズに対応する吐出側流体室の流体圧が段階的または連続的に減少するように、当該吐出側流体室に対応する流体圧調整部を制御する。この制御により、前記他方のベローズから吐出通路への移送流体の流れを許容しているチェックバルブは、前記他方のベローズが最収縮状態となるまでに、開弁状態から徐々に閉弁方向へ移動する。これにより、前記他方のベローズが最収縮状態から伸長に切り換わったときに、前記チェックバルブの急速な閉弁に起因する衝撃を緩和することができる。その結果、移送流体の吐出から吸い込みに切り換わるときに、ベローズポンプ装置の吐出側でサージ圧が発生するのを抑制することができる。

（２）前記制御部は、前記第１ベローズが最収縮状態となる以前に、前記第１流体圧がゼロとなるように前記第１流体圧調整部を制御し、前記第２ベローズが最収縮状態となる以前に、前記第２流体圧がゼロとなるように前記第２流体圧調整部を制御するのが好ましい。
この場合、一方のベローズが収縮を開始してから他方のベローズが最収縮状態となる以前に、前記他方のベローズに対応する吐出側流体室の流体圧は、段階的または連続的に減少してゼロとなる。このように吐出側流体室の流体圧が減少することで、前記他方のベローズが最収縮状態となる以前に、前記他方のベローズに対応するチェックバルブが閉弁する。これにより、前記他方のベローズが最収縮状態から伸長に切り換わったときに、前記チェックバルブが急速に閉弁するのを回避することができる。その結果、移送流体の吐出から吸い込みに切り換わるときに、ベローズポンプ装置の吐出側でサージ圧が発生するのをさらに抑制することができる。

（３）前記制御部は、前記第１ベローズが最収縮状態となった時点で、前記第１流体圧がゼロとなるように前記第１流体圧調整部を制御し、前記第２ベローズが最収縮状態となった時点で、前記第２流体圧がゼロとなるように前記第２流体圧調整部を制御するのが好ましい。
この場合、一方のベローズが収縮を開始してから他方のベローズが最収縮状態となるまでの間、前記他方のベローズに対応する吐出側流体室の流体圧は、段階的または連続的に減少し、前記他方のベローズが最収縮状態となった時点でゼロとなる。これにより、前記他方のベローズが最収縮状態となる前に前記流体圧がゼロとなる場合に比べて、前記他方のベローズに対応するチェックバルブはゆっくりと閉弁する。その結果、移送流体の吐出から吸い込みに切り換わるときに、ベローズポンプ装置の吐出側でサージ圧が発生するのをさらに抑制することができる。

本発明によれば、移送流体の吐出から吸い込みに切り換わるときに、吐出側において脈動を低減するとともにサージ圧の発生を抑制することができる。

本発明の実施形態に係るベローズポンプ装置の概略構成図である。 ベローズポンプの断面図である。 ベローズポンプの動作を示す説明図である。 ベローズポンプの動作を示す説明図である。 制御部による電空レギュレータの制御例を示すタイムチャートである。 ベローズポンプの吐出通路から吐出される移送流体の吐出圧力を示すグラフである。 制御部による電空レギュレータの制御の第１～第３変形例を示すタイムチャートである。 制御部による電空レギュレータの制御の第４変形例及び第５変形例を示すタイムチャートである。 制御部による電空レギュレータの制御の第６変形例を示すタイムチャートである。 従来のベローズポンプにおける吐出配管内の圧力を示すグラフである。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
［ベローズポンプ装置の全体構成］
図１は、本発明の実施形態に係るベローズポンプ装置の概略構成図である。本実施形態のベローズポンプ装置は、例えば半導体製造装置において薬液や溶剤等の移送対象（移送流体）を一定量供給するときに用いられる。このベローズポンプ装置は、ベローズポンプ１と、当該ベローズポンプ１に加圧空気（加圧流体）を供給するエアコンプレッサ等の空気供給装置２と、前記加圧空気の空気圧を調整する機械式レギュレータ３、第１電空レギュレータ（第１流体圧調整部）５１、及び第２電空レギュレータ（第２流体圧調整部）５２と、第１電磁弁４及び第２電磁弁５と、制御部６とを備えている。

図２は、本実施形態に係るベローズポンプ１の断面図である。本実施形態のベローズポンプ１は、中央部に配置されたポンプヘッド１１と、ポンプヘッド１１の左右方向（水平方向）の両側に取り付けられる一対のポンプケース１２と、各ポンプケース１２の内部において、ポンプヘッド１１の左右方向の側面に取り付けられる第１ベローズ１３及び第２ベローズ１４と、第１及び第２ベローズ１３，１４それぞれの内部において、ポンプヘッド１１の左右方向の側面に取り付けられる合計４個のチェックバルブ１５，１６と、を備えている。

［ベローズの構成］
第１ベローズ１３及び第２ベローズ１４は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂により有底筒形状に形成されている。第１及び第２ベローズ１３，１４の開放端部に一体形成されたフランジ部１３ａおよびフランジ部１４ａは、ポンプヘッド１１の側面に気密状に押圧して固定されている。第１及び第２ベローズ１３，１４の各周壁は蛇腹形状に形成され、互いに独立して水平方向に伸縮可能に構成されている。

具体的には、第１及び第２ベローズ１３，１４は、後述する作動板１９の外面がポンプケース１２の底壁部１２１の内方側面に当接する最伸長状態と、後述するピストン体２３の内方側面がポンプケース１２の底壁部１２１の外方側面に当接する最収縮状態との間で伸縮するようになっている。第１及び第２ベローズ１３，１４の底部の外面には、ボルト１７及びナット１８により作動板１９が連結部材２０の一端部とともに固定されている。

［ポンプケースの構成］
第１ベローズ１３のフランジ部１３ａには、有底円筒状に形成されたポンプケース１２（以下、「第１ポンプケース１２Ａ」ともいう）の開口周縁部が、気密状に押圧して固定されている。これにより、第１ポンプケース１２Ａの内部には、気密状態が保持された第１吐出側空気室（第１吐出側流体室）２１Ａが形成されている。

第１ポンプケース１２Ａには第１吸排気ポート２２Ａが設けられており、第１吸排気ポート２２Ａは、第１電磁弁４、第１電空レギュレータ５１及び機械式レギュレータ３を介して空気供給装置２に接続されている（図１参照）。これにより、空気供給装置２から機械式レギュレータ３、第１電空レギュレータ５１及び第１電磁弁４及び第１吸排気ポート２２Ａを介して、第１吐出側空気室２１Ａの内部に加圧空気を供給し続けることで、第１ベローズ１３が最収縮状態まで収縮する。

第２ベローズ１４のフランジ部１４ａには、有底円筒状に形成されたポンプケース１２（以下、「第２ポンプケース１２Ｂ」ともいう）の開口周縁部が、気密状に押圧して固定されている。これにより、第２ポンプケース１２Ｂの内部には、気密状態が保持された第２吐出側空気室（第２吐出側流体室）２１Ｂが形成されている。

第２ポンプケース１２Ｂには第２吸排気ポート２２Ｂが設けられており、第２吸排気ポート２２Ｂは、第２電磁弁５、第２電空レギュレータ５２及び機械式レギュレータ３を介して空気供給装置２に接続されている（図１参照）。これにより、空気供給装置２から機械式レギュレータ３、第２電空レギュレータ５２及び第２電磁弁５及び第２吸排気ポート２２Ｂを介して、第２吐出側空気室２１Ｂの内部に加圧空気を供給し続けることで、第２ベローズ１４が最収縮状態まで収縮する。

各ポンプケース１２Ａ，１２Ｂの底壁部１２１には、前記連結部材２０が水平方向に摺動可能に支持されており、この連結部材２０の他端部にはピストン体２３がナット２４により固定されている。ピストン体２３は、前記底壁部１２１の外方側面に一体に設けられた円筒状のシリンダ体２５の内周面に対して、気密状態を保持しながら水平方向へ摺動可能に支持されている。

これにより、第１ポンプケース１２Ａ側において、底壁部１２１、シリンダ体２５、及びピストン体２３によって囲まれた空間は、気密状態が保持された第１吸込側空気室（第１吸込側流体室）２６Ａとされている。また、第２ポンプケース１２Ｂ側において、底壁部１２１、シリンダ体２５、及びピストン体２３によって囲まれた空間は、気密状態が保持された第２吸込側空気室（第２吸込側流体室）２６Ｂとされている。

第１ポンプケース１２Ａ側のシリンダ体２５には、第１吸込側空気室２６Ａに連通する吸排気口２５１が形成されている。この吸排気口２５１は、第１電磁弁４、第１電空レギュレータ５１及び機械式レギュレータ３を介して空気供給装置２に接続されている（図１参照）。これにより、空気供給装置２から機械式レギュレータ３、第１電空レギュレータ５１、第１電磁弁４及び吸排気口２５１を介して、第１吸込側空気室２６Ａの内部に加圧空気を供給し続けることで、第１ベローズ１３が最伸長状態まで伸長する。

第２ポンプケース１２Ｂ側のシリンダ体２５には、第２吸込側空気室２６Ｂに連通する吸排気口２５２が形成されている。この吸排気口２５２は、第２電磁弁５、第２電空レギュレータ５２及び機械式レギュレータ３を介して空気供給装置２に接続されている（図１参照）。これにより、空気供給装置２から機械式レギュレータ３、第２電空レギュレータ５２、第２電磁弁５及び吸排気口２５２を介して、第２吸込側空気室２６Ｂの内部に加圧空気を供給し続けることで、第２ベローズ１４が最伸長状態まで伸長する。

以上の構成により、第１吐出側空気室２１Ａが形成された第１ポンプケース１２Ａと、第１吸込側空気室２６Ａを形成するピストン体２３及びシリンダ体２５とにより、第１ベローズ１３を最伸長状態と最収縮状態との間で連続して伸縮動作させる第１エアシリンダ部（第１駆動部）２７が構成されている。
また、第２吐出側空気室２１Ｂが形成された第２ポンプケース１２Ｂと、第２吸込側空気室２６Ｂを形成するピストン体２３及びシリンダ体２５とにより、第２ベローズ１４を最伸長状態と最収縮状態との間で連続して伸縮動作させる第２エアシリンダ部（第２駆動部）２８が構成されている。

［検知部の構成］
第１エアシリンダ部２７のシリンダ体２５には、一対の近接センサ２９Ａ，２９Ｂが取り付けられている。第１エアシリンダ部２７のピストン体２３には、各近接センサ２９Ａ，２９Ｂにより検知される被検知板３０が取り付けられている。被検知板３０は、ピストン体２３とともに往復動することで、近接センサ２９Ａ，２９Ｂに交互に近接することにより検知される。

近接センサ２９Ａは、第１ベローズ１３が最収縮状態のときに被検知板３０を検知する位置に配置されている。近接センサ２９Ｂは、第１ベローズ１３が最伸長状態のときに被検知板３０を検知する位置に配置されている。各近接センサ２９Ａ，２９Ｂの検知信号は制御部６に送信される。本実施形態では、上記一対の近接センサ２９Ａ，２９Ｂにより、第１ベローズ１３の伸縮状態を検知する第１検知部２９が構成されている。

同様に、第２エアシリンダ部２８のシリンダ体２５には、一対の近接センサ３１Ａ，３１Ｂが取り付けられている。第２エアシリンダ部２８のピストン体２３には、各近接センサ３１Ａ，３１Ｂより検知される被検知板３２が取り付けられている。被検知板３２は、ピストン体２３とともに往復動することで、近接センサ３１Ａ，３１Ｂに交互に近接することにより検知される。

近接センサ３１Ａは、第２ベローズ１４が最収縮状態のときに被検知板３２を検知する位置に配置されている。近接センサ３１Ｂは、第２ベローズ１４が最伸長状態のときに被検知板３２を検知する位置に配置されている。各近接センサ３１Ａ，３１Ｂの検知信号は制御部６に送信される。本実施形態では、一対の近接センサ３１Ａ，３１Ｂにより、第２ベローズ１４の伸縮状態を検知する第２検知部３１が構成されている。

空気供給装置２によって生成された加圧空気は、第１検知部２９の一対の近接センサ２９Ａ，２９Ｂが被検知板３０を交互に検知することで、第１エアシリンダ部２７の第１吸込側空気室２６Ａとの第１吐出側空気室２１Ａとに交互に供給される。これにより、第１ベローズ１３は連続して伸縮動作する。

また、空気供給装置２によって生成された加圧空気は、第２検知部３１の一対の近接センサ３１Ａ，３１Ｂが被検知板３２を交互に検知することで、第２エアシリンダ部２８の第２吸込側空気室２６Ｂと第２吐出側空気室２１Ｂとに交互に供給される。これにより、第２ベローズ１４は連続して伸縮動作する。その際、第２ベローズ１４の伸長動作は第１ベローズ１３の収縮動作時に行われ、第２ベローズ１４の収縮動作は主に第１ベローズ１３の伸長動作時に行われる。このように、第１ベローズ１３及び第２ベローズ１４は、交互に伸縮動作を繰り返すことで、各ベローズ１３，１４の内部への移送流体の吸込と吐出とが交互に行われ、当該移送流体が移送されるようになっている。

なお、第１及び第２検知部２９，３１は、近接センサによって構成されているが、リミットスイッチ等の他の検知手段により構成されていてもよい。また、第１及び第２検知部２９，３１は、第１及び第２ベローズ１３，１４の最伸長状態と最伸縮状態とを検知しているが、伸縮途中の状態を検知するようにしてもよい。

［ポンプヘッドの構成］
ポンプヘッド１１は、ＰＴＦＥやＰＦＡ等のフッ素樹脂から形成されている。ポンプヘッド１１の内部には、移送流体の吸込通路３４と吐出通路３５とが形成されている。吸込通路３４及び吐出通路３５は、ポンプヘッド１１の外周面において開口し、当該外周面に設けられた吸込ポート及び吐出ポート（いずれも図示省略）に接続されている。

吸込ポートは移送流体の貯留タンク等に接続され、吐出ポートは移送流体の移送先に接続される。また、吸込通路３４及び吐出通路３５は、それぞれポンプヘッド１１の左右両側面に向けて分岐するとともに、ポンプヘッド１１の左右両側面において開口する吸込口３６及び吐出口３７を有している。各吸込口３６及び各吐出口３７は、それぞれチェックバルブ１５，１６を介してベローズ１３，１４の内部と連通している。

［チェックバルブの構成］
各吸込口３６及び各吐出口３７には、チェックバルブ１５，１６が設けられている。
吸込口３６に取り付けられたチェックバルブ１５（以下、「吸込用チェックバルブ」ともいう）は、バルブケース１５ａと、このバルブケース１５ａに収容された弁体１５ｂと、この弁体１５ｂを閉弁方向に付勢する圧縮コイルバネ１５ｃとを有している。

バルブケース１５ａは有底円筒形状に形成されている。バルブケース１５ａの底壁にはベローズ１３，１４の内部に連通する貫通孔１５ｄが形成されている。弁体１５ｂは、圧縮コイルバネ１５ｃの付勢力により吸込口３６を閉鎖（閉弁）し、ベローズ１３，１４の伸縮に伴う移送流体の流れによる背圧が作用すると吸込口３６を開放（開弁）するようになっている。

これにより、吸込用チェックバルブ１５は、自身が配置されているベローズ１３，１４が伸長したときに開弁して、吸込通路３４からベローズ１３，１４内部に向かう方向（一方向）への移送流体の吸引を許容する。また、吸込用チェックバルブ１５は、自身が配置されているベローズ１３，１４が収縮したときに閉弁して、ベローズ１３，１４内部から吸込通路３４に向かう方向（他方向）への移送流体の逆流を阻止する。

吐出口３７に取り付けられたチェックバルブ１６（以下、「吐出用チェックバルブ」ともいう）は、バルブケース１６ａと、このバルブケース１６ａに収容された弁体１６ｂと、この弁体１６ｂを閉弁方向に付勢する圧縮コイルバネ１６ｃとを有している。

バルブケース１６ａは有底円筒形状に形成されている。バルブケース１６ａの底壁には、ベローズ１３，１４の内部に連通する貫通孔１６ｄが形成されている。弁体１６ｂは、圧縮コイルバネ１６ｃの付勢力によりバルブケース１６ａの貫通孔１６ｄを閉鎖（閉弁）し、ベローズ１３，１４の伸縮に伴う移送流体の流れによる背圧が作用するとバルブケース１６ａの貫通孔１６ｄを開放（開弁）するようになっている。

これにより、吐出用チェックバルブ１６は、自身が配置されているベローズ１３，１４が収縮したときに開弁して、ベローズ１３，１４内部から吐出通路３５に向かう方向（一方向）への移送流体の流出を許容する。また、吐出用チェックバルブ１６は、自身が配置されているベローズ１３，１４が伸長したときに閉弁して、吐出通路３５からベローズ１３，１４内部に向かう方向（他方向）への移送流体の逆流を阻止する。

［ベローズポンプの動作］
次に、本実施形態のベローズポンプ１の動作を図３及び図４を参照して説明する。なお、図３及び図４においては第１及び第２ベローズ１３，１４の構成を簡略化して示している。
図３に示すように、第１ベローズ１３が収縮し、第２ベローズ１４が伸長した場合、ポンプヘッド１１の図中左側に装着された吸込用チェックバルブ１５及び吐出用チェックバルブ１６の各弁体１５ｂ，１６ｂは、第１ベローズ１３内の移送流体から圧力を受けて、各バルブケース１５ａ，１６ａの図中右側にそれぞれ移動する。これにより吸込用チェックバルブ１５が閉弁するとともに、吐出用チェックバルブ１６が開弁し、第１ベローズ１３内の移送流体が吐出通路３５からポンプ外へ吐出される。

一方、ポンプヘッド１１の図中右側に装着された吸込用チェックバルブ１５の弁体１５ｂは、第２ベローズ１４による吸引作用によってバルブケース１５ａの図中右側に移動する。また、ポンプヘッド１１の図中右側に装着された吐出用チェックバルブ１６の弁体１６ｂは、第２ベローズ１４による吸引作用、及び第１ベローズ１３から吐出通路３５に吐出された移送流体による押圧作用によって、バルブケース１６ａの図中右側に移動する。これにより吸込用チェックバルブ１５が開弁するとともに、吐出用チェックバルブ１６が閉弁し、吸込通路３４から第２ベローズ１４内に移送流体が吸い込まれる。

次に、図４に示すように、第１ベローズ１３が伸長し、第２ベローズ１４が収縮した場合、ポンプヘッド１１の図中右側に装着された吸込用チェックバルブ１５及び吐出用チェックバルブ１６の各弁体１５ｂ，１６ｂは、第２ベローズ１４内の移送流体から圧力を受けて、各バルブケース１５ａ，１６ａの図中左側に移動する。これにより吸込用チェックバルブ１５が閉弁するとともに、吐出用チェックバルブ１６が開弁し、第２ベローズ１４内の移送流体が吐出通路３５からポンプ外へ吐出される。

一方、ポンプヘッド１１の図中左側に装着された吸込用チェックバルブ１５の弁体１５ｂは、第１ベローズ１３による吸引作用によってバルブケース１５ａの図中左側に移動する。また、ポンプヘッド１１の図中左側に装着された吐出用チェックバルブ１６の弁体１６ｂは、第１ベローズ１３による吸引作用、及び第１ベローズ１３から吐出通路３５に吐出された移送流体による押圧作用によって、バルブケース１６ａの図中左側に移動する。これにより吸込用チェックバルブ１５が開弁するとともに、吐出用チェックバルブ１６が閉弁し、吸込通路３４から第１ベローズ１３内に移送流体が吸い込まれる。
以上の動作を繰り返し行うことで、左右のベローズ１３，１４は、交互に移送流体の吸引と吐出とを行うことができる。

［電磁弁の構成］
図１において、第１電磁弁４は、第１エアシリンダ部２７の第１吐出側空気室２１Ａ及び第１吸込側空気室２６Ａのうち、一方の空気室への加圧空気の給排、及び他方の空気室内への加圧空気の給排を切り換えるものである。第１電磁弁４は、例えば、一対のソレノイド４ａ，４ｂを有する三位置の電磁切換弁からなる。各ソレノイド４ａ，４ｂは制御部６から受けた指令信号に基づいて励磁されるようになっている。

第２電磁弁５は、第２エアシリンダ部２８の第２吐出側空気室２１Ｂ及び第２吸込側空気室２６Ｂのうち、一方の空気室への加圧空気の給排、及び他方の空気室内への加圧空気の給排を切り換えるものである。第２電磁弁５は、例えば一対のソレノイド５ａ，５ｂを有する三位置の電磁切換弁からなる。各ソレノイド５ａ，５ｂは制御部６から指令信号を受けて励磁されるようになっている。
なお、本実施形態の第１及び第２電磁弁４，５は、三位置の電磁切換弁からなるが、中立位置を有しない二位置の電磁切換弁であってもよい。

図１において、第１エアシリンダ部２７の第１吐出側空気室２１Ａ（第１吸排気ポート２２Ａ）と第１電磁弁４との間には、第１急速排気弁６１が第１吐出側空気室２１Ａに隣接して配置されている。第１急速排気弁６１は、加圧空気を排出する排気口６１ａを有しており、第１電磁弁４から第１吐出側空気室２１Ａへの加圧空気の流れを許容するとともに、第１吐出側空気室２１Ａから流れ出た加圧空気を排気口６１ａから排出するようになっている。これにより、第１吐出側空気室２１Ａ内の加圧空気を、第１電磁弁４を介することなく、第１急速排気弁６１から迅速に排出することができる。

同様に、第２エアシリンダ部２８の第２吐出側空気室２１Ｂ（第２吸排気ポート２２Ｂ）と第２電磁弁５との間には、第２急速排気弁６２が第２吐出側空気室２１Ｂに隣接して配置されている。第２急速排気弁６２は、加圧空気を排出する排気口６２ａを有しており、第２電磁弁５から第２吐出側空気室２１Ｂへの加圧空気の流れを許容するとともに、第２吐出側空気室２１Ｂから流れ出た加圧空気を排気口６２ａから排出するようになっている。これにより、第２吐出側空気室２１Ｂ内の加圧空気を、第２電磁弁５を介することなく、第２急速排気弁６２から迅速に排出することができる。

［制御部の構成］
制御部６は、第１検知部２９及び第２検知部３１（図２参照）の検知結果に基づいて、各電磁弁４，５を切り換えることで、ベローズポンプ１の第１エアシリンダ部２７及び第２エアシリンダ部２８の各駆動を制御するものである。

具体的には、制御部６は、第１検知部２９及び第２検知部３１の検知結果に基づいて、第１ベローズ１３が最収縮状態となる手前で第２ベローズ１４を最伸長状態から収縮させるとともに、第２ベローズ１４が最収縮状態となる手前で第１ベローズ１３を最伸長状態から収縮させるように、第１及び第２エアシリンダ部２７，２８を駆動制御する。

ここで、第１ベローズ１３が最収縮状態となる「手前」とは、第１ベローズ１３の収縮経過位置が収縮開始位置（最伸長位置）よりも収縮終了位置（最収縮位置）に近い位置にあることを意味し、より詳細には、第１ベローズ１３がその収縮開始時点から最収縮状態となるまでの収縮期間Ｔ１２（図５参照）の６０％～９０％（好ましくは６０％～７０％、より好ましくは６６％）まで収縮した状態を意味する。同様に、第２ベローズ１４が最収縮状態となる「手前」とは、第２ベローズ１４の収縮経過位置が収縮開始位置（最伸長位置）よりも収縮終了位置（最収縮位置）に近い位置にあることを意味し、より詳細には、第２ベローズ１４が、その収縮開始時点から最収縮状態となるまでの収縮期間Ｔ２２（図５参照）の６０％～９０％（好ましくは６０％～７０％、より好ましくは６６％）まで収縮した状態を意味する。

これにより、一方のベローズの収縮から伸長（移送流体の吐出から吸い込み）への切り換えタイミングにおいて、他方のベローズは既に収縮して移送流体を吐出しているので、前記切り換えタイミングにおいて移送流体の吐出圧力が大きく落ち込むのを低減することができる。その結果、ベローズポンプ１の吐出側の脈動を低減することができる。

［電空レギュレータの構成］
図１及び図２において、第１電空レギュレータ５１は、機械式レギュレータ３と第１電磁弁４との間に配置されている。第１電空レギュレータ５１は、第１エアシリンダ部２７の第１吸込側空気室２６Ａにおける加圧空気の空気圧、及び第１エアシリンダ部２７の第１吐出側空気室２１Ａにおける加圧空気の空気圧（第１流体圧）を調整する。

同様に、第２電空レギュレータ５２は、機械式レギュレータ３と第２電磁弁５との間に配置されている。第２電空レギュレータ５２は、第２エアシリンダ部２８の第２吸込側空気室２６Ｂにおける加圧空気の空気圧、及び第２エアシリンダ部２８の第２吐出側空気室２１Ｂにおける加圧空気の空気圧（第２流体圧）を調整する。

なお、電空レギュレータ５１，５２は、電磁弁４，５の上流側に配置されているが、電磁弁４，５の下流側に配置されていてもよい。但し、この場合には、電空レギュレータ５１，５２の一次側に、電磁弁４，５を切り換えたときに生じる衝撃圧が作用するので、電空レギュレータ５１，５２の故障を防止するという観点では、電磁弁４，５の上流側に電空レギュレータ５１，５２を配置するのが好ましい。

また、電空レギュレータ５１，５２は、少なくとも吐出側空気室２１Ａ，２１Ｂにおける加圧空気の空気圧を調整するものであればよい。また、本実施形態では、流体圧調整部として、空気圧を直接的に調整する電空レギュレータ５１，５２を用いているが、空気流量を調整する空気流量調整弁を用いて空気圧を間接的に調整してもよいし、空気以外の気体（例えば窒素）や液体等の圧力又は流量を調整する機器を用いてもよい。

［電空レギュレータの制御例］
図５は、本実施形態の制御部６による電空レギュレータ５１（５２）の制御例を示すタイムチャートである。図５において、制御部６は、第１ベローズ１３が伸長している伸長期間Ｔ１１の間、第１エアシリンダ部２７の第１吸込側空気室２６Ａの空気圧が一定値Ｐとなるように、第１電空レギュレータ５１を制御する。

また、制御部６は、第１ベローズ１３が収縮している収縮期間Ｔ１２のうち、第１ベローズ１３の収縮開始時点ｔ１から第２ベローズ１４の収縮開始時点ｔ２までの第１収縮時間Ｔ１２１の間において、第１エアシリンダ部２７の第１吐出側空気室２１Ａの空気圧が一定値Ｐとなるように、第１電空レギュレータ５１を制御する。

続いて、制御部６は、前記収縮期間Ｔ１２のうち、第２ベローズ１４の収縮開始時点ｔ２から、第１ベローズ１３が最収縮状態となる収縮終了時点ｔ３までの第２収縮時間Ｔ１２２の間において、第１吐出側空気室２１Ａの空気圧をＰから連続的に減少させ、第１ベローズ１３が最収縮状態となる以前に当該空気圧がゼロとなるように、第１電空レギュレータ５１を制御する。例えば、本実施形態の制御部６は、第１吐出側空気室２１Ａの空気圧をＰから直線状に連続的に減少させ、第１ベローズ１３が最収縮状態となった収縮終了時点ｔ３で当該空気圧がゼロとなるように、第１電空レギュレータ５１を制御する。

一方、制御部６は、第２ベローズ１４が伸長している伸長期間Ｔ２１の間、第２エアシリンダ部２８の第２吸込側空気室２６Ｂの空気圧が一定値Ｐとなるように、第２電空レギュレータ５２を制御する。
また、制御部６は、第２ベローズ１４が収縮している収縮期間Ｔ２２のうち、第２ベローズ１４の収縮開始時点ｔ２から第１ベローズ１３の収縮開始時点ｔ１までの第１収縮時間Ｔ２２１の間において、第２エアシリンダ部２８の第２吐出側空気室２１Ｂの空気圧が一定値Ｐとなるように、第２電空レギュレータ５２を制御する。

続いて、制御部６は、前記収縮期間Ｔ２２のうち、第１ベローズ１３の収縮開始時点ｔ１から、第２ベローズ１４が最収縮状態となる収縮終了時点ｔ４までの第２収縮時間Ｔ２２２の間において、第２吐出側空気室２１Ｂの空気圧をＰから連続的に減少させ、第２ベローズ１４が最収縮状態となる以前に当該空気圧がゼロとなるように、第２電空レギュレータ５２を制御する。例えば、本実施形態の制御部６は、第２吐出側空気室２１Ｂの空気圧をＰから直線状に連続的に減少させ、第２ベローズ１４が最収縮状態となった収縮終了時点ｔ４で当該空気圧がゼロとなるように、第２電空レギュレータ５２を制御する。

図６は、本実施形態のベローズポンプ１の吐出通路３５から吐出される移送流体の吐出圧力を示すグラフである。図６に示すように、制御部６が第１及び第２電空レギュレータ５１，５２を上記のように制御することで、一方のベローズの収縮から伸長（移送流体の吐出から吸い込み）への切り換えタイミング（図中の破線で囲む部分）において、吐出圧力が大きく落ち込むのを低減できていることが分かる。また、本実施形態の図６に示すグラフと、従来の図１０に示すグラフとを比較すると、前記切り換えタイミングにおいて、サージ圧の発生も抑制できていることが分かる。

［本実施形態の作用効果］
以上、本実施形態のベローズポンプ装置によれば、一方のベローズ１３（１４）が最収縮状態となる手前で他方のベローズ１４（１３）が最伸長状態から収縮する。これにより、一方のベローズ１３（１４）の収縮から伸長（移送流体の吐出から吸い込み）への切り換えタイミングにおいて、他方のベローズ１４（１３）は既に収縮して流体を吐出しているので、前記切り換えタイミングにおいて吐出圧力が落ち込むのを低減することができる。その結果、ベローズポンプ装置の吐出側の脈動を低減することができる。

また、制御部６は、一方のベローズ１３（１４）が収縮を開始してから他方のベローズ１４（１３）が最収縮状態となるまでの間、他方のベローズ１４（１３）に対応する吐出側空気室２１Ｂ（２１Ａ）の空気圧が連続的に減少するように、当該吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）に対応する電空レギュレータ５２（５１）を制御する。この制御により、他方のベローズ１４（１３）が最収縮状態となるまでに、他方のベローズ１４（１３）に対応する吐出用チェックバルブ１６は、開弁状態から徐々に閉弁方向へ移動する。これにより、他方のベローズ１４（１３）が最収縮状態から伸長に切り換わったときに、前記吐出用チェックバルブ１６の急速な閉弁に起因する衝撃を緩和することができる。その結果、移送流体の吐出から吸い込みに切り換わるときに、ベローズポンプ装置の吐出側でサージ圧が発生するのを抑制することができる。

また、一方のベローズ１３（１４）が収縮を開始してから他方のベローズ１４（１３）が最収縮状態となる以前に、他方のベローズ１４（１３）に対応する吐出側空気室２１Ｂ（２１Ａ）の空気圧は、連続的に減少してゼロとなる。このように吐出側空気室２１Ｂ（２１Ａ）の空気圧が減少することで、他方のベローズ１４（１３）が最収縮状態となる以前に、他方のベローズ１４（１３）に対応する吐出用チェックバルブ１６が閉弁する。これにより、他方のベローズ１４（１３）が最収縮状態から伸長に切り換わったときに、前記吐出用チェックバルブ１６が急速に閉弁するのを回避することができる。その結果、移送流体の吐出から吸い込みに切り換わるときに、ベローズポンプ装置の吐出側でサージ圧が発生するのをさらに抑制することができる。

また、一方のベローズ１３（１４）が収縮を開始してから他方のベローズ１４（１３）が最収縮状態となるまでの間、他方のベローズ１４（１３）に対応する吐出側空気室２１Ｂ（２１Ａ）の空気圧は、連続的に減少し、他方のベローズ１４（１３）が最収縮状態となった時点でゼロとなる。これにより、他方のベローズ１４（１３）が最収縮状態となる前に前記空気圧がゼロとなる場合（図８参照）に比べて、他方のベローズ１４（１３）に対応する吐出用チェックバルブ１６はゆっくりと閉弁する。その結果、移送流体の吐出から吸い込みに切り換わるときに、ベローズポンプ装置の吐出側でサージ圧が発生するのをさらに抑制することができる。

［電空レギュレータの制御の変形例］
図７は、制御部６による電空レギュレータ５１（５２）の制御についての、第１変形例、第２変形例及び第３変形例を示すタイムチャートである。
図７の実線で示す第１変形例において、制御部６は、一方のベローズ１４（１３）の収縮開始時点ｔ２（ｔ１）から、他方のベローズ１３（１４）の収縮終了時点ｔ３（ｔ４）までの第２収縮時間Ｔ１２２（Ｔ２２２）の間において、吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）の空気圧をＰから段階的に減少させ、収縮終了時点ｔ３（ｔ４）で当該空気圧がゼロとなるように、電空レギュレータ５１（５２）を制御する。なお、第１変形例では、前記空気圧を２段階に分けて減少させているが、前記空気圧を３段階以上に分けて減少させてもよい。

図７の１点鎖線で示す第２変形例において、制御部６は、一方のベローズ１４（１３）の収縮開始時点ｔ２（ｔ１）から他方のベローズ１３（１４）の収縮終了時点ｔ３（ｔ４）までの第２収縮時間Ｔ１２２（Ｔ２２２）の間において、他方のベローズ１３（１４）に対応する吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）の空気圧をＰから凹曲線状に連続的に減少させ、収縮終了時点ｔ３（ｔ４）で当該空気圧がゼロとなるように、電空レギュレータ５１（５２）を制御する。

図７の２点鎖線で示す第３変形例において、制御部６は、一方のベローズ１４（１３）の収縮開始時点ｔ２（ｔ１）から他方のベローズ１３（１４）の収縮終了時点ｔ３（ｔ４）までの第２収縮時間Ｔ１２２（Ｔ２２２）の間において、他方のベローズ１３（１４）に対応する吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）の空気圧をＰから凸曲線状に連続的に減少させ、収縮終了時点ｔ３（ｔ４）で当該空気圧がゼロとなるように、電空レギュレータ５１（５２）を制御する。

以上より、図７の第１～第３変形例においても、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。なお、第１変形例において、制御部６は、吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）の空気圧を、各段階で直線状に減少させるように電空レギュレータ５１（５２）を制御しているが、第２変形例又は第３変形例のように、前記空気圧を各段階で曲線状に減少させるように電空レギュレータ５１（５２）を制御してもよい。

図８は、制御部６による電空レギュレータ５１（５２）の制御についての、第４変形例及び第５変形例を示すタイムチャートである。
図８の実線で示す第４変形例において、制御部６は、一方のベローズ１４（１３）の収縮開始時点ｔ２（ｔ１）から、他方のベローズ１３（１４）が最収縮状態となる前の収縮途中時点ｔ５（ｔ６）までの間において、吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）の空気圧をＰから連続的に減少させ、収縮途中時点ｔ５（ｔ６）で当該空気圧がゼロとなるように、電空レギュレータ５１（５２）を制御する。そして、制御部６は、他方のベローズ１３（１４）の収縮途中時点ｔ５（ｔ６）から収縮終了時点ｔ３（ｔ４）までの間において、吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）の空気圧がゼロを維持するように、電空レギュレータ５１（５２）を制御する。

図８の１点鎖線で示す第５変形例において、制御部６は、一方のベローズ１４（１３）の収縮開始時点ｔ２（ｔ１）から、他方のベローズ１３（１４）が最収縮状態となる前の収縮途中時点ｔ５（ｔ６）までの間において、吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）の空気圧をＰから連続的に減少させ、収縮途中時点ｔ５（ｔ６）で当該空気圧がＰ’（０＜Ｐ’＜Ｐ）となるように、電空レギュレータ５１（５２）を制御する。そして、制御部６は、他方のベローズ１３（１４）の収縮途中時点ｔ５（ｔ６）から収縮終了時点ｔ３（ｔ４）までの間において、吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）の空気圧がゼロとなるように、電空レギュレータ５１（５２）を制御する。

以上より、第４及び第５変形例においても、上記実施形態と同様に、一方のベローズ１４（１３）が収縮を開始してから他方のベローズ１３（１４）が最収縮状態となるまでの間、他方のベローズ１３（１４）に対応する吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）の空気圧が連続的に減少する。これにより、移送流体の吐出から吸い込みに切り換わるときに、吐出側において脈動を低減するとともにサージ圧の発生を抑制することができる。

また、一方のベローズ１４（１３）が収縮を開始してから他方のベローズ１３（１４）が最収縮状態となる前に、他方のベローズ１３（１４）に対応する吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）の空気圧は、連続的に減少してゼロとなる。このように吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）の空気圧が減少することで、他方のベローズ１３（１４）が最収縮状態となる前に、他方のベローズ１３（１４）に対応する吐出用チェックバルブ１６が閉弁する。これにより、他方のベローズ１３（１４）が最収縮状態から伸長に切り換わったときに、前記吐出用チェックバルブ１６が急速に閉弁するのを回避することができる。その結果、移送流体の吐出から吸い込みに切り換わるときに、ベローズポンプ装置の吐出側でサージ圧が発生するのをさらに抑制することができる。

図９は、制御部６による電空レギュレータ５１（５２）の制御の第６変形例を示すタイムチャートである。本変形例において、制御部６は、一方のベローズ１４（１３）の収縮開始時点ｔ２（ｔ１）から他方のベローズ１３（１４）の収縮終了時点ｔ３（ｔ４）までの第２収縮時間Ｔ１２２（Ｔ２２２）の間において、吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）の空気圧をＰから連続的に減少させ、他方のベローズ１３（１４）が最収縮状態となった収縮終了時点ｔ３で当該空気圧がＰ”（０＜Ｐ”＜Ｐ）となるように、電空レギュレータ５１（５２）を制御する。なお、前記収縮終了時点ｔ３（ｔ４）において、対応する電磁弁４（５）が切り換わると、吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）内の加圧空気が大気に開放され、吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）の空気圧はＰ”からゼロとなる。

以上より、第６変形例においても、上記実施形態と同様に、一方のベローズ１４（１３）が収縮を開始してから他方のベローズ１３（１４）が最収縮状態となるまでの間、他方のベローズ１３（１４）に対応する吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）の空気圧が連続的に減少する。これにより、移送流体の吐出から吸い込みに切り換わるときに、吐出側において脈動を低減するとともにサージ圧の発生を抑制することができる。

なお、図８及び図９の各変形例において、制御部６は、電空レギュレータ５１（５２）を制御する際に、吐出側空気室２１Ａ（２１Ｂ）の空気圧を直線状に連続的に減少させているが、図７の第１変形例のように前記空気圧を段階的に減少させてもよいし、図７の第２又は第３変形例のように前記空気圧を曲線状に連続的に減少させてもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

６ 制御部
１１ ポンプヘッド
１３ 第１ベローズ
１４ 第２ベローズ
１５ 吸込用チェックバルブ（チェックバルブ）
１６ 吐出用チェックバルブ（チェックバルブ）
２１Ａ 第１吐出側空気室（第１吐出側流体室）
２１Ｂ 第２吐出側空気室（第２吐出側流体室）
２６Ａ 第１吸込側空気室（第１吸込側流体室）
２６Ｂ 第２吸込側空気室（第２吸込側流体室）
２７ 第１エアシリンダ部（第１駆動部）
２８ 第２エアシリンダ部（第２駆動部）
３４ 吸込通路
３５ 吐出通路
５１ 第１電空レギュレータ（第１流体圧調整部）
５２ 第２電空レギュレータ（第２流体圧調整部）

Claims (2)

1. 移送流体の吸込通路及び吐出通路を有するポンプヘッドと、
   前記ポンプヘッドに互いに独立して伸縮自在に取り付けられ、伸長により前記吸込通路から内部に移送流体を吸い込み、収縮により内部から前記吐出通路に移送流体を吐出する第１ベローズ及び第２ベローズと、
   前記吸込通路及び吐出通路に対する一方向への移送流体の流れを許容するとともに他方向への移送流体の流れを阻止するチェックバルブと、
   第１吸込側流体室及び第１吐出側流体室を有し、前記第１吸込側流体室に加圧流体を供給することで前記第１ベローズを最伸長状態まで伸長させ、前記第１吐出側流体室に加圧流体を供給することで前記第１ベローズを最収縮状態まで収縮させる第１駆動部と、
   第２吸込側流体室及び第２吐出側流体室を有し、前記第２吸込側流体室に加圧流体を供給することで前記第２ベローズを最伸長状態まで伸長させ、前記第２吐出側流体室に加圧流体を供給することで前記第２ベローズを最収縮状態まで収縮させる第２駆動部と、を備え、
   前記第１ベローズが最収縮状態となる手前で前記第２ベローズが最伸長状態から収縮し、前記第２ベローズが最収縮状態となる手前で前記第１ベローズが最伸長状態から収縮するベローズポンプ装置であって、
   前記第１駆動部の第１吐出側流体室における加圧流体の第１流体圧を調整する第１流体圧調整部と、
   前記第２駆動部の第２吐出側流体室における加圧流体の第２流体圧を調整する第２流体圧調整部と、
   前記第２ベローズが収縮を開始してから前記第１ベローズが最収縮状態となるまでの間、前記第１流体圧が段階的または連続的に減少するように前記第１流体圧調整部を制御し、前記第１ベローズが収縮を開始してから前記第２ベローズが最収縮状態となるまでの間、前記第２流体圧が段階的または連続的に減少するように前記第２流体圧調整部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第１ベローズが最収縮状態となる以前に、前記第１流体圧がゼロとなるように前記第１流体圧調整部を制御し、前記第２ベローズが最収縮状態となる以前に、前記第２流体圧がゼロとなるように前記第２流体圧調整部を制御する、ベローズポンプ装置。
2. 前記制御部は、前記第１ベローズが最収縮状態となった時点で、前記第１流体圧がゼロとなるように前記第１流体圧調整部を制御し、前記第２ベローズが最収縮状態となった時点で、前記第２流体圧がゼロとなるように前記第２流体圧調整部を制御する、請求項１に記載のベローズポンプ装置。

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