JP7429804B2 - ベローズポンプ装置 - Google Patents
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Description
また、他方のベローズが柔らかくなると、他方のベローズが伸長しやすくなるので、その伸長時間は短くなる。そうすると、他方のベローズの伸長速度が速くなり、他方のベローズの内部に負圧が発生する。このような負圧が発生すると、移送流体を他方のベローズ内に吸い込む吸込配管内において、「ウォータハンマ」と呼ばれる衝撃圧力やキャビテーションが発生し、半導体製造プロセス等に悪影響を及ぼすおそれがある。
この場合、次回昇圧制御と降圧制御の両方が行われる。これにより、他方のベローズの伸長時間が長くなったときに、他方のベローズを伸長させるための加圧流体の流体圧を自動的に高い値に設定し直すことができ、かつ、他方のベローズの伸長時間が必要以上に短くなったときに、他方のベローズを伸長させるための加圧流体の流体圧を自動的に低い値に設定し直すことができる。
この場合、一対の駆動部の駆動制御に用いられる一対の検知部は、現時昇圧制御、次回昇圧制御、又は降圧制御に用いられる一対の検知部を兼ねるので、ベローズポンプ装置の構成を簡素化することができる。
[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1は、例えば半導体製造装置において薬液や溶剤等の移送流体を一定量供給するときに用いられる。ベローズポンプ装置1は、空気供給装置(流体供給装置)2、機械式レギュレータ3、第1電磁弁4、第2電磁弁5、制御部6、ベローズポンプ10、第1電空レギュレータ(流体圧調整部)51、及び第2電空レギュレータ(流体圧調整部)52を備えている。
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の開放側端部に一体形成されたフランジ部13a及びフランジ部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、互いに独立して左右方向に伸縮自在に構成されている。
第1ベローズ13のフランジ部13aには、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の内部における第1ベローズ13の外側には、気密状態が保持された第1吐出側空気室(吐出側流体室)21Aが形成されている。
また、第2吐出側空気室21Bが内部に形成された第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を伸長状態と収縮状態との間で連続して伸縮動作させる第2駆動部(駆動部)28が構成されている。
第1駆動部27のシリンダ体25には、一対の近接センサ29A,近接センサ29Bが取り付けられている。第1駆動部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。
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。
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。
次に、本実施形態のベローズポンプ10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。
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入と吐出とを行うことができる。
図1において、第1電磁弁4は、例えば、一対のソレノイド4a,ソレノイド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。これにより、第1電磁弁4は、制御部6により切り換え制御される。第1電磁弁4は、第1駆動部27において、第1吐出側空気室21Aに対する加圧空気の給排、及び第1吸込側空気室26Aに対する加圧空気の給排を切り換える。
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。
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駆動部27の第1吸込側空気室26Aに供給される加圧空気の空気圧、及び第1駆動部27の第1吐出側空気室21Aに供給される加圧空気の空気圧をそれぞれ調整する。
図1及び図2において、制御部6は、CPU等を有するコンピュータを備えて構成されている。制御部6の各機能は、前記コンピュータの記憶装置に記憶された制御プログラムがCPUにより実行されることで発揮される。制御部6は、第1検知部29及び第2検知部31の各検知結果に基づいて、第1電磁弁4及び第2電磁弁5を切り換えることにより、第1駆動部27及び第2駆動部28の駆動制御を行う。
図5は、制御部6により駆動制御中に行われる次回昇圧制御の一例を示すタイムチャートである。以下、図1及び図5を参照しながら、制御部6が実行する駆動制御及び次回昇圧制御について説明する。ここでは、第1ベローズ13が収縮動作中(吐出中)であり、かつ第2ベローズ14が伸長動作中(吸い込み中)の状態から説明する。
図6は、制御部6により駆動制御中に行われる降圧制御の一例を示すタイムチャートである。以下、図1及び図6を参照しながら、制御部6が実行する降圧制御について説明する。ここでは、図5と同様に、第1ベローズ13が収縮動作中(吐出中)であり、かつ第2ベローズ14が伸長動作中(吸い込み中)の状態から説明する。
図7は、制御部6により降圧制御を行った後に、電空レギュレータ51,52による空気圧の調整範囲の下限値を再設定する一例を示すタイムチャートである。以下、図1及び図7を参照しながら、制御部6が実行する前記下限値の再設定について説明する。なお、図7の時点t40から時点t44までの間に行われる制御については、図6の時点t20から時点t24までの間に行われる制御とほぼ同様であるため、説明を省略する。
図8は、制御部6により駆動制御中に行われる現時昇圧制御の具体例1を示すタイムチャートである。具体例1は、図5の変形例であり、次回昇圧制御とセットで現時昇圧制御が行われる。以下、図1及び図8を参照しながら、制御部6が実行する現時昇圧制御の具体例1について説明する。ここでは、図5と同様に、第1ベローズ13が収縮動作中(吐出中)であり、かつ第2ベローズ14が伸長動作中(吸い込み中)の状態から説明する。
また、制御部6は、次回昇圧制御を実行する判断基準となる第1判定を、現時昇圧制御を実行する判断基準として用いているが、現時昇圧制御を実行する判断基準となる判定を第1判定とは独立して行ってもよい。例えば、制御部6は、第1ベローズ13が収縮状態に達した時点t63で前記判定を行ってもよい。その場合、時点t63において伸長中の第2ベローズ14を迅速に伸長状態まで伸長させることができる。
図9は、制御部6により駆動制御中に行われる現時昇圧制御の具体例2を示すタイムチャートである。具体例2は、図7の変形例であり、降圧制御が行われた後に、前記下限値の再設定とセットで現時昇圧制御が行われる。以下、図1及び図9を参照しながら、制御部6が実行する現時昇圧制御の具体例2について説明する。なお、図9の時点t80から時点t86までの間に行われる制御については、図7の時点t40から時点t46までの間に行われる制御と同様であるため、説明を省略する。
以上、本実施形態のベローズポンプ装置1によれば、第1ベローズ13(第2ベローズ14)が収縮途中状態まで収縮したときに、第2ベローズ14(第1ベローズ13)が伸長状態まで伸長していない場合がある。この場合、制御部6は、次回の第2ベローズ14(第1ベローズ13)の伸長時に、第2駆動部28(第1駆動部27)の第2吸込側空気室26B(第1吸込側空気室26A)に供給する加圧空気の空気圧を昇圧させる次回昇圧制御を行う。これにより、第2ベローズ14(第1ベローズ13)の伸長時間が長くなったときに、第2ベローズ14(第1ベローズ13)を伸長させるための加圧空気の空気圧を自動的に高い値に設定し直すことができる。その結果、次回の第2ベローズ14(第1ベローズ13)の伸長時間が短くなるので、その伸長時間が長くなることに起因してベローズポンプ装置1の吐出側の脈動が悪化するのを抑制することができる。
上記実施形態では、第1検知部29は、近接センサ29A,29Bにより構成されているが、レーザ光等を用いた変位センサで構成されていてもよい。同様に、第2検知部31は、近接センサ31A,31Bにより構成されているが、レーザ光等を用いた変位センサで構成されていてもよい。
また、上記実施形態では、第1駆動部27及び第2駆動部28の駆動制御に用いられる第1検知部29及び第2検知部31が、現時昇圧制御、次回昇圧制御、及び降圧制御に用いられる一対の検知部を兼ねているが、これら一対の検知部を第1検知部29及び第2検知部31とは別に設けてもよい。
6 制御部
13 第1ベローズ(ベローズ)
14 第2ベローズ(ベローズ)
21A 第1吐出側空気室(吐出側流体室)
21B 第2吐出側空気室(吐出側流体室)
26A 第1吸込側空気室(吸込側流体室)
26B 第2吸込側空気室(吸込側流体室)
27 第1駆動部(駆動部)
28 第2駆動部(駆動部)
29 第1検知部(検知部)
31 第2検知部(検知部)
51 第1電空レギュレータ(流体圧調整部)
52 第2電空レギュレータ(流体圧調整部)
Claims (8)
- 互いに独立して伸縮自在であり、伸長により内部に移送流体を吸い込み、収縮により内部から移送流体を吐出する一対のベローズと、
吸込側流体室及び吐出側流体室を有し、前記吸込側流体室に加圧流体を供給することで前記各ベローズを所定の伸長状態まで伸長させ、前記吐出側流体室に加圧流体を供給することで前記各ベローズを所定の収縮状態まで収縮させる一対の駆動部と、
一対の前記ベローズのうち、一方のベローズが前記収縮状態となる手前まで収縮し、かつ他方のベローズが前記伸長状態まで伸長したときに、前記他方のベローズを前記伸長状態から収縮させるように、一対の前記駆動部の駆動制御を行う制御部と、を備えるベローズポンプ装置であって、
前記各ベローズの伸縮状態を検知する一対の検知部と、
前記各駆動部の前記吸込側流体室に供給される加圧流体の流体圧を調整する一対の流体圧調整部と、を備え、
前記制御部は、一対の前記検知部の各検知信号に基づいて、前記一方のベローズが前記収縮状態となる手前の収縮途中状態まで収縮したときに、前記他方のベローズが前記伸長状態であるか否かを判定し、その判定結果が否定的である場合、次回の前記他方のベローズの伸長時における前記流体圧を昇圧させるように、前記他方のベローズを伸長させる前記駆動部に対応する前記流体圧調整部を制御する次回昇圧制御を行う、ベローズポンプ装置。 - 互いに独立して伸縮自在であり、伸長により内部に移送流体を吸い込み、収縮により内部から移送流体を吐出する一対のベローズと、
吸込側流体室及び吐出側流体室を有し、前記吸込側流体室に加圧流体を供給することで前記各ベローズを所定の伸長状態まで伸長させ、前記吐出側流体室に加圧流体を供給することで前記各ベローズを所定の収縮状態まで収縮させる一対の駆動部と、
一対の前記ベローズのうち、一方のベローズが前記収縮状態となる手前まで収縮し、かつ他方のベローズが前記伸長状態まで伸長したときに、前記他方のベローズを前記伸長状態から収縮させるように、一対の前記駆動部の駆動制御を行う制御部と、を備えるベローズポンプ装置であって、
前記各ベローズの伸縮状態を検知する一対の検知部と、
前記各駆動部の前記吸込側流体室に供給される加圧流体の流体圧を調整する一対の流体圧調整部と、を備え、
前記制御部は、一対の前記検知部の各検知信号に基づいて、前記一方のベローズが前記収縮状態となる手前の収縮途中状態まで収縮したときに、又は前記一方のベローズが前記収縮状態まで収縮したときに、前記他方のベローズが前記伸長状態であるか否かを判定し、その判定結果が否定的である場合、現時点で伸長している前記他方のベローズに関する前記流体圧を徐々に昇圧させるように、前記他方のベローズを伸長させる前記駆動部に対応する前記流体圧調整部を制御する現時昇圧制御を行う、ベローズポンプ装置。 - 互いに独立して伸縮自在であり、伸長により内部に移送流体を吸い込み、収縮により内部から移送流体を吐出する一対のベローズと、
吸込側流体室及び吐出側流体室を有し、前記吸込側流体室に加圧流体を供給することで前記各ベローズを所定の伸長状態まで伸長させ、前記吐出側流体室に加圧流体を供給することで前記各ベローズを所定の収縮状態まで収縮させる一対の駆動部と、
一対の前記ベローズのうち、一方のベローズが前記収縮状態となる手前まで収縮し、かつ他方のベローズが前記伸長状態まで伸長したときに、前記他方のベローズを前記伸長状態から収縮させるように、一対の前記駆動部の駆動制御を行う制御部と、を備えるベローズポンプ装置であって、
前記各ベローズの伸縮状態を検知する一対の検知部と、
前記各駆動部の前記吸込側流体室に供給される加圧流体の流体圧を調整する一対の流体圧調整部と、を備え、
前記制御部は、一対の前記検知部の各検知信号に基づいて、前記一方のベローズが前記収縮状態となる手前の収縮途中状態まで収縮したときに、前記他方のベローズが前記伸長状態を所定時間以上継続しているか否かを判定し、その判定結果が肯定的である場合、次回の前記他方のベローズの伸長時における前記流体圧を降圧させるように、前記他方のベローズを伸長させる前記駆動部に対応する前記流体圧調整部を制御する降圧制御を行う、ベローズポンプ装置。 - 前記制御部は、一対の前記検知部の各検知信号に基づいて、前記一方のベローズが前記収縮途中状態まで収縮したときに、前記他方のベローズが前記伸長状態を所定時間以上継続しているか否かを判定し、その判定結果が肯定的である場合、次回の前記他方のベローズの伸長時における前記流体圧を降圧させるように、前記他方のベローズを伸長させる前記駆動部に対応する前記流体圧調整部を制御する降圧制御を行う、請求項1に記載のベローズポンプ装置。
- 前記制御部は、一対の前記検知部の各検知信号に基づいて、前記一方のベローズが前記収縮状態まで収縮したときに、前記他方のベローズが前記伸長状態であるか否かを判定し、その判定結果が否定的である場合、次回の前記他方のベローズの伸長時における前記流体圧調整部による前記流体圧の調整範囲の下限値を、前回の前記他方のベローズの伸長時における前記流体圧よりも高く設定する、請求項3又は請求項4に記載のベローズポンプ装置。
- 前記制御部は、一対の前記検知部の各検知信号に基づいて、前記一方のベローズが前記収縮状態まで収縮したときに、前記他方のベローズが前記伸長状態であるか否かを判定し、その判定結果が否定的である場合、次々回以降の前記他方のベローズの伸長時における前記流体圧調整部による前記流体圧の調整範囲の下限値を、前回の前記他方のベローズの伸長時における前記流体圧よりも高く設定する、請求項4に記載のベローズポンプ装置。
- 前記制御部は、一対の前記検知部の各検知信号に基づいて、前記一方のベローズが前記収縮状態となる手前の収縮途中状態まで収縮したときに、又は前記一方のベローズが前記収縮状態まで収縮したときに、前記他方のベローズが前記伸長状態であるか否かを判定し、その判定結果が否定的である場合、現時点で伸長している前記他方のベローズに関する前記流体圧を徐々に昇圧させるように、前記他方のベローズを伸長させる前記駆動部に対応する前記流体圧調整部を制御する現時昇圧制御を行う、請求項3から請求項6のいずれか1項に記載のベローズポンプ装置。
- 前記制御部は、一対の前記検知部の各検知信号に基づいて前記駆動制御を行う、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のベローズポンプ装置。
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