KR102249282B1 - 벨로우즈 펌프 장치 - Google Patents

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Abstract

작동 유체의 흡입으로부터 토출로 전환될 때에 발생하는 충격 압력을, 이미 설치된 벨로우즈 펌프에서도 용이하게 억제할 수 있는 벨로우즈 펌프 장치를 제공한다. 벨로우즈 펌프 장치는, 밀폐된 2개의 공기실(21, 26) 중, 한쪽의 공기실(26)에 가압 공기를 공급함으로써 벨로우즈(13, 14)를 신장 동작시켜 이송 유체를 흡입하고, 다른 쪽의 공기실(21)에 가압 공기를 공급함으로써 벨로우즈(13, 14)를 수축 동작시켜 이송 유체를 토출한다. 이 벨로우즈 펌프 장치는, 한쪽의 공기실(26)에 공급하는 가압 공기의 제1 공기압, 및 다른 쪽의 공기실(21)에 공급하는 가압 공기의 제2 공기압을 조정하는 전공 레귤레이터(51, 52)와, 벨로우즈(13, 14)의 신장 동작 시에서의 적어도 신장 종료 시점에서, 제1 공기압이 제2 공기압보다도 낮아지도록 전공 레귤레이터(51, 52)를 제어하는 제어부(6)를 구비하고 있다.

Description

벨로우즈 펌프 장치{BELLOWS PUMP APPARATUS}
본 발명은 벨로우즈 펌프 장치에 관한 것이다.
반도체 제조나 화학공업 등에서, 약액이나 용제 등의 이송 유체를 송급시키기 위해 사용되는 벨로우즈 펌프로서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 밀폐된 2개의 공기실 중, 한쪽의 공기실에 가압 공기를 공급함으로써 벨로우즈를 신장(伸長) 동작시켜 이송 유체를 흡입하고, 다른 쪽의 공기실에 가압 공기를 공급함으로써 벨로우즈를 수축 동작시켜 이송 유체를 토출하도록 구성된 것이 알려져 있다.
이와 같은 벨로우즈 펌프에서는 이송 유체의 토출 유량을 증가시키기 위해 각 공기실에 공급하는 가압 공기의 공기압을 올리는 것이 일반적으로 실시된다. 그러나 상기 공기압을 올리면, 벨로우즈의 신장 동작에 의한 이송 유체의 흡입으로부터, 벨로우즈의 수축 동작에 의한 이송 유체의 토출로 전환되었을 때에, 순간적으로 큰 압력 변동(압력 상승)이 생겨, "워터 해머(water hammer)"라 불리는 충격 압력이 발생한다. 이 충격 압력이 발생하면, 해당 충격 압력에 의한 진동이 펌프, 배관 또는 기기에 전파되어, 이들 펌프 등이 파손될 우려가 있다. 또한, 흡입 시의 부압이 커짐으로써, 액체의 비등(沸騰)(베이퍼(vapor)나 캐비테이션(cavitation) 등)이 발생하여, 반도체 제조 프로세스 등에 악영향을 끼칠 우려도 있다.
따라서, 종래의 벨로우즈 펌프에서는, 예를 들면 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 상기 충격 압력을 억제하는 대책으로서 이송 유체가 흡입되는 벨로우즈 내의 용적을 증가시키도록 탄성변형 가능한 격벽이 벨로우즈의 단부(端部)에 마련되어 있다. 이 격벽은, 벨로우즈 내에서 압력 상승이 발생했을 때에 탄성변형함으로써, 상기 압력 상승을 흡수하여 펌프 등의 진동을 저감하도록 되어 있다.
일본 공개특허공보 2001-123959호 일본 공개특허공보 2010-196541호(도 3 참조)
그러나 종래의 충격 압력을 억제하는 대책에서는 탄성변형 가능한 격벽을 가지는 전용 벨로우즈를 제작할 필요가 있기 때문에, 이미 설치된 벨로우즈 펌프에 채용하는 것이 곤란했다.
본 발명은 이와 같은 사정에 비추어 보아 이루어진 것이며, 작동 유체의 흡입으로부터 토출로 전환될 때에 발생하는 충격 압력을, 이미 설치된 벨로우즈 펌프에서도 용이하게 억제할 수 있는 벨로우즈 펌프 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 벨로우즈 펌프 장치는, 밀폐된 2개의 공기실 중, 한쪽의 공기실에 가압 공기를 공급함으로써 벨로우즈를 신장 동작시켜 이송 유체를 흡입하고, 다른 쪽의 공기실에 가압 공기를 공급함으로써 상기 벨로우즈를 수축 동작시켜 이송 유체를 토출하는 벨로우즈 펌프 장치로서, 상기 한쪽의 공기실에 공급하는 가압 공기의 공기압인 제1 공기압, 및 상기 다른 쪽의 공기실에 공급하는 가압 공기의 공기압인 제2 공기압을 조정하는 전공(電空) 레귤레이터(regulator)와, 상기 벨로우즈의 신장 동작 시에서의 적어도 신장 종료 시점에서, 상기 제1 공기압이 상기 제2 공기압보다도 낮아지도록 상기 전공 레귤레이터를 제어하는 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 벨로우즈 펌프 장치에 의하면, 적어도 벨로우즈의 신장 종료 시점에서, 그 신장 시에 한쪽의 공기실에 공급되는 가압 공기의 제1 공기압은, 벨로우즈의 수축 시에 다른 쪽의 공기실에 공급되는 가압 공기의 제2 공기압보다도 낮아지도록 전공 레귤레이터에 의해 조정된다. 이로써, 벨로우즈의 신장 동작에 의한 이송 유체의 흡입으로부터, 벨로우즈의 수축 동작에 의한 이송 유체의 토출로 전환되었을 때의 압력 변동을 억제할 수 있기 때문에, 그 전환 시에 충격 압력이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 이미 설치된 벨로우즈 펌프라도, 전공 레귤레이터와 제어부를 추가함으로써, 작동 유체의 흡입으로부터 토출로 전환될 때에 발생하는 충격 압력을 용이하게 억제할 수 있다.
상기 벨로우즈 펌프 장치에서, 상기 제어부는, 상기 벨로우즈의 신장 개시 시점부터 신장 종료 시점까지의 동안에, 상기 제1 공기압이 연속적 또는 불연속적으로 변화하도록 상기 전공 레귤레이터를 제어하는 것이 바람직하다.
이 경우, 벨로우즈의 신장 개시 시점부터 신장 종료 시점까지의 동안에, 제1 공기압의 압력 변화의 자유도를 높일 수 있다.
상기 벨로우즈 펌프 장치에서, 상기 제어부는, 상기 신장 개시 시점부터 그 신장 동작의 소정의 도중 시점까지의 신장 전반기간의 쪽이, 상기 도중 시점부터 상기 신장 종료 시점까지의 신장 후반기간보다도 상기 제1 공기압이 높아지도록 상기 전공 레귤레이터를 제어하는 것이 바람직하다.
이 경우, 벨로우즈의 신장 개시 시점부터 도중 시점까지의 신장 전반기간의 신장 속도를, 그 도중 시점부터 신장 종료 시점까지의 신장 후반기간의 신장 속도보다도 빠르게 할 수 있다. 이로써, 벨로우즈의 신장 시에 제1 공기압이 낮아지는 것에 기인하여 벨로우즈의 신장 시간이 지나치게 길어지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 유체의 토출 유량이 감소하는 것을 억제할 수 있다.
상기 벨로우즈 펌프 장치에서, 상기 도중 시점은, 상기 벨로우즈가 관성력에 의해 신장 종료 위치까지 신장되는 것이 가능한 시점인 것이 바람직하다.
이 경우, 벨로우즈를, 그 신장 동작의 도중 시점부터 관성력에 의해 신장 종료 위치까지 신장시킬 수 있기 때문에, 상기 도중 시점부터 신장 종료 시점까지의 신장 후반기간에, 제1 공기압을 벨로우즈의 신장 동작에 필요한 공기압보다도 낮게 할 수 있다. 이로써, 벨로우즈의 신장 동작으로부터 수축 동작으로 전환되었을 때의 압력 변동을 더 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 벨로우즈 펌프 장치에서, 상기 제어부는, 상기 벨로우즈의 신장 개시 시점부터 신장 종료 시점까지 상기 제1 공기압이 일정해지도록 상기 전공 레귤레이터를 제어해도 된다.
이 경우, 제1 공기압을 연속적 또는 불연속적으로 변화시키도록 제어하는 경우에 비해, 전공 레귤레이터의 제어가 용이해진다.
본 발명의 벨로우즈 펌프 장치에 의하면, 작동 유체의 흡입으로부터 토출로 전환될 때에 발생하는 충격 압력을, 이미 설치된 벨로우즈 펌프에서도 용이하게 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 벨로우즈 펌프 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 벨로우즈 펌프의 단면도이다.
도 3은 벨로우즈 펌프의 동작을 나타내는 설명도이다.
도 4는 벨로우즈 펌프의 동작을 나타내는 설명도이다.
도 5는 전공 레귤레이터의 제어예를 나타내는 그래프이다.
도 6은 종래의 벨로우즈 펌프로부터 토출되는 이송 유체의 토출 압력을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 벨로우즈 펌프로부터 토출되는 이송 유체의 토출 압력을 나타내는 그래프이다.
도 8은 전공 레귤레이터의 다른 제어예를 나타내는 그래프이다.
도 9는 전공 레귤레이터의 또 다른 제어예를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 벨로우즈 펌프 장치의 개략 구성도이다.
도 11은 제2 실시형태에 따른 벨로우즈 펌프의 단면도이다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.
[제1 실시형태]
<벨로우즈 펌프의 전체 구성>
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 벨로우즈 펌프 장치의 개략 구성도이다. 본 실시형태의 벨로우즈 펌프 장치는, 예를 들면 반도체 제조 장치에서 약액이나 용제 등의 이송 유체를 일정량 공급할 때에 이용된다. 이 벨로우즈 펌프 장치는, 벨로우즈 펌프(1)와, 해당 벨로우즈 펌프(1)에 가압 공기(작동 유체)를 공급하는 에어 컴프레서(air compressor) 등의 공기 공급 장치(2)와, 상기 가압 공기의 공기압을 조정하는 기계식 레귤레이터(3) 및 2개의 제1 및 제2 전공 레귤레이터(51, 52)와, 2개의 제1 및 제2 전자(電磁)밸브(4, 5)와, 제어부(6)를 구비하고 있다.
도 2는 본 실시형태에 따른 벨로우즈 펌프(1)의 단면도이다.
본 실시형태의 벨로우즈 펌프(1)는, 펌프 헤드(11)와, 이 펌프 헤드(11)의 좌우 방향(수평 방향)의 양측에 설치되는 한 쌍의 펌프 케이스(12)와, 각 펌프 케이스(12)의 내부에서, 펌프 헤드(11)의 좌우 방향의 측면에 설치되는 2개의 제1 및 제2 벨로우즈(13, 14)와, 각 벨로우즈(13, 14)의 내부에서, 펌프 헤드(11)의 좌우 방향의 측면에 설치되는 4개의 체크 밸브(15, 16)를 구비하고 있다.
<벨로우즈의 구성>
제1 및 제2 벨로우즈(13, 14)는, PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)나 PFA(테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체) 등의 불소 수지에 의해 바닥이 있는 통(筒) 형상으로 형성되고, 그 개방 단부에 일체 형성된 플랜지부(flange portion)(13a, 14a)는 펌프 헤드(11)의 측면에 기밀(氣密) 형상으로 가압 고정되어 있다. 제1 및 제2 벨로우즈(13, 14)의 각 둘레벽은 주름상자 형상으로 형성되어, 서로 독립적으로 수평 방향으로 신축 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는, 제1 및 제2 벨로우즈(13, 14)는, 후술하는 작동판(19)의 바깥면이 펌프 케이스(12)의 저벽부(底壁部)(12a)의 안쪽 측면에 접촉하는 가장 신장된 상태와, 후술하는 피스톤 보디(piston body)(23)의 안쪽 측면이 펌프 케이스(12)의 저벽부(12a)의 바깥쪽 측면에 접촉하는 가장 수축된 상태 사이에서 신축하도록 되어 있다.
제1 및 제2 벨로우즈(13, 14)의 바닥부의 바깥면에는, 볼트(17) 및 너트(18)에 의해 작동판(19)이 연결 부재(20)의 일단부(一端部)와 함께 고정되어 있다.
<펌프 케이스의 구성>
펌프 케이스(12)는, 바닥이 있는 원통 형상으로 형성되어 있고, 그 개구 둘레가장자리부는, 대응하는 벨로우즈(13(14))의 플랜지부(13a(14a))에 기밀 형상으로 가압 고정되어 있다. 이로써, 펌프 케이스(12)의 내부에는 기밀 상태가 유지된 토출 측 공기실(21)이 형성되어 있다.
펌프 케이스(12)에는 흡배기 포트(22)가 각각 마련되어 있고, 흡배기 포트(22)는, 전자밸브(4(5)), 전공 레귤레이터(51(52)) 및 기계식 레귤레이터(3)를 통해 공기 공급 장치(2)에 접속되어 있다(도 1 참조). 이로써, 공기 공급 장치(2)로부터 기계식 레귤레이터(3), 전공 레귤레이터(51(52)) 및 전자밸브(4(5)) 및 흡배기 포트(22)를 통해 토출 측 공기실(21)의 내부에 가압 공기를 공급함으로써, 벨로우즈(13(14))가 수축되도록 되어 있다.
또한, 각 펌프 케이스(12)의 저벽부(12a)에는, 상기 연결 부재(20)가 수평 방향으로 슬라이딩 가능하게 지지되어 있고, 이 연결 부재(20)의 타단부(他端部)에는 피스톤 보디(23)가 너트(24)에 의해 고정되어 있다. 피스톤 보디(23)는, 상기 저벽부(12a)의 바깥쪽 측면에 일체로 마련된 원통 형상의 실린더 보디(cylinder body)(25)의 내주면(內周面)에 대하여, 기밀 상태를 유지하면서 수평 방향으로 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다. 이로써, 상기 저벽부(12a), 실린더 보디(25), 및 피스톤 보디(23)에 의해 둘러싸인 공간은 기밀 상태가 유지된 흡입 측 공기실(26)로 되어 있다.
상기 실린더 보디(25)에는 흡입 측 공기실(26)로 연통되는 흡배기구(25a)가 형성되어 있고, 이 흡배기구(25a)는, 상기 전자밸브(4(5)), 전공 레귤레이터(51(52)) 및 기계식 레귤레이터(3)를 통해 공기 공급 장치(2)에 접속되어 있다(도 1 참조). 이로써, 공기 공급 장치(2)로부터 기계식 레귤레이터(3), 전공 레귤레이터(51(52)) 및 전자밸브(4(5)) 및 흡배기구(25a)를 통해 흡입 측 공기실(26)의 내부에 가압 공기를 공급함으로써, 벨로우즈(13(14))가 신장되도록 되어 있다.
각 펌프 케이스(12)의 저벽부(12a)의 아래쪽에는, 이송 유체의 토출 측 공기실(21)로의 누설을 검지하기 위한 누설 센서(40)가 설치되어 있다.
이상의 구성에 의해, 도 2 좌측의 토출 측 공기실(21)이 형성된 펌프 케이스(12)와, 도 2 좌측의 흡입 측 공기실(26)을 형성하는 피스톤 보디(23) 및 실린더 보디(25)에 의해, 제1 벨로우즈(13)를 가장 신장된 상태와 가장 수축된 상태 사이에서 연속적으로 신축 동작시키는 제1 에어 실린더부(제1 구동 장치)(27)가 구성되어 있다.
또한, 도 2 우측의 토출 측 공기실(21)이 형성된 펌프 케이스(12)와, 도 2 우측의 흡입 측 공기실(26)이 형성된 피스톤 보디(23) 및 실린더 보디(25)에 의해, 제2 벨로우즈(14)를 가장 신장된 상태와 가장 수축된 상태 사이에서 연속적으로 신축 동작시키는 제2 에어 실린더부(제2 구동 장치)(28)가 구성되어 있다.
<검지 수단의 구성>
제1 에어 실린더부(27)의 실린더 보디(25)에는 한 쌍의 근접 센서(29A, 29B)가 설치되고, 피스톤 보디(23)에는 각 근접 센서(29A, 29B)에 의해 검지되는 피검지판(30)이 설치되어 있다. 피검지판(30)은, 피스톤 보디(23)와 함께 왕복동(往復動)함으로써, 근접 센서(29A, 29B)에 교대로 근접함으로써 검지된다.
근접 센서(29A)는, 제1 벨로우즈(13)가 가장 수축된 상태일 때에 피검지판(30)을 검지하는 위치에 배치되어 있다. 근접 센서(29B)는, 제1 벨로우즈(13)가 가장 신장된 상태일 때에 피검지판(30)을 검지하는 위치에 배치되어 있다. 각 근접 센서(29A, 29B)의 검지 신호는 제어부(6)로 송신된다. 본 실시형태에서는, 상기 한 쌍의 근접 센서(29A, 29B)에 의해, 제1 벨로우즈(13)의 신축 상태를 검지하는 제1 검지 수단(29)이 구성되어 있다.
마찬가지로, 제2 에어 실린더부(28)의 실린더 보디(25)에는 한 쌍의 근접 센서(31A, 31B)가 설치되고, 피스톤 보디(23)에는 각 근접 센서(31A, 31B)로부터 검지되는 피검지판(32)이 설치되어 있다. 피검지판(32)은, 피스톤 보디(23)와 함께 왕복동함으로써, 근접 센서(31A, 31B)에 교대로 근접함으로써 검지된다.
근접 센서(31A)는, 제2 벨로우즈(14)가 가장 수축된 상태일 때에 피검지판(32)을 검지하는 위치에 배치되어 있다. 근접 센서(31B)는, 제2 벨로우즈(14)가 가장 신장된 상태일 때에 피검지판(32)을 검지하는 위치에 배치되어 있다. 각 근접 센서(31A, 31B)의 검지 신호는 제어부(6)로 송신된다. 본 실시형태에서는, 한 쌍의 근접 센서(31A, 31B)에 의해, 제2 벨로우즈(14)의 신축 상태를 검지하는 제2 검지 수단(31)이 구성되어 있다.
공기 공급 장치(2)에 의해 생성된 가압 공기는, 제1 검지 수단(29)의 한 쌍의 근접 센서(29A, 29B)가 피검지판(30)을 교대로 검지함으로써, 제1 에어 실린더부(27)의 흡입 측 공기실(26)과 토출 측 공기실(21)에 교대로 공급된다. 이로써, 제1 벨로우즈(13)는 연속적으로 신축 동작한다.
또한, 상기 가압 공기는, 제2 검지 수단(31)의 한 쌍의 근접 센서(31A, 31B)가 피검지판(32)을 교대로 검지함으로써, 제2 에어 실린더부(28)의 흡입 측 공기실(26)과 토출 측 공기실(21)에 교대로 공급된다. 이로써, 제2 벨로우즈(14)는 연속적으로 신축 동작한다. 그때, 제2 벨로우즈(14)의 신장 동작은 제1 벨로우즈(13)의 수축 동작 시에 실시되고, 제2 벨로우즈(14)의 수축 동작은 주로 제1 벨로우즈(13)의 신장 동작 시에 실시된다. 이와 같이, 제1 벨로우즈(13) 및 제2 벨로우즈(14)는, 교대로 신축 동작을 반복함으로써, 각 벨로우즈(13, 14)의 내부로의 이송 유체의 흡입과 토출이 교대로 실시되어, 해당 이송 유체가 이송되도록 되어 있다.
또한, 제1 및 제2 검지 수단(29, 31)은 근접 센서에 의해 구성되어 있지만, 리미트 스위치(limit switch) 등의 다른 검지 수단에 의해 구성되어 있어도 된다. 또한, 제1 및 제2 검지 수단(29, 31)은 제1 및 제2 벨로우즈(13, 14)의 가장 신장된 상태와 가장 신축된 상태를 검지하고 있지만, 신축 도중의 상태를 검지하도록 해도 된다.
<펌프 헤드의 구성>
펌프 헤드(11)는 PTFE나 PFA 등의 불소 수지로 형성되어 있다. 펌프 헤드(11)의 내부에는 이송 유체의 흡입 통로(34)와 토출 통로(35)가 형성되어 있고, 이 흡입 통로(34) 및 토출 통로(35)는 펌프 헤드(11)의 외주면(外周面)에서 개구하여, 해당 외주면에 마련된 흡입 포트 및 토출 포트(모두 도시 생략)에 접속되어 있다. 흡입 포트는 이송 유체의 저류 탱크 등에 접속되고, 토출 포트는 이송 유체의 이송처에 접속된다. 또한, 흡입 통로(34) 및 토출 통로(35)는, 각각 펌프 헤드(11)의 좌우 양 측면을 향해 분기됨과 함께, 펌프 헤드(11)의 좌우 양 측면에서 개구하는 흡입구(36) 및 토출구(37)를 가지고 있다. 각 흡입구(36) 및 각 토출구(37)는, 각각 체크 밸브(15, 16)를 통해 벨로우즈(13, 14)의 내부와 연통되어 있다.
<체크 밸브의 구성>
각 흡입구(36) 및 각 토출구(37)에는 체크 밸브(15, 16)가 마련되어 있다.
흡입구(36)에 설치된 체크 밸브(15)(이하, "흡입용 체크 밸브"라고도 함)는, 밸브 케이스(15a)와, 이 밸브 케이스(15a)에 수용된 밸브 보디(15b)와, 이 밸브 보디(15b)를 밸브 닫힘 방향으로 부세(付勢)하는 압축 코일 스프링(15c)을 가지고 있다. 밸브 케이스(15a)는 바닥이 있는 원통 형상으로 형성되어 있고, 그 저벽에는 벨로우즈(13, 14)의 내부로 연통되는 관통 구멍(15d)이 형성되어 있다. 밸브 보디(15b)는, 압축 코일 스프링(15c)의 부세력에 의해 흡입구(36)를 폐쇄(밸브 닫힘)하고, 벨로우즈(13, 14)의 신축에 따르는 이송 유체의 흐름에 의한 배압이 작용하면 흡입구(36)를 개방(밸브 열림)하도록 되어 있다.
이로써, 흡입용 체크 밸브(15)는, 자신이 배치되어 있는 벨로우즈(13, 14)가 신장됐을 때에 밸브를 열어, 흡입 통로(34)로부터 벨로우즈(13, 14) 내부를 향하는 방향으로의 이송 유체의 흡인을 허용하고, 해당 벨로우즈(13, 14)가 수축됐을 때에 밸브를 닫아, 벨로우즈(13, 14) 내부로부터 흡입 통로(34)를 향하는 방향으로의 이송 유체의 역류를 저지한다.
토출구(37)에 설치된 체크 밸브(16)(이하, "토출용 체크 밸브"라고도 함)는, 밸브 케이스(16a)와, 이 밸브 케이스(16a)에 수용된 밸브 보디(16b)와, 이 밸브 보디(16b)를 밸브 닫힘 방향으로 부세하는 압축 코일 스프링(16c)을 가지고 있다. 밸브 케이스(16a)는 바닥이 있는 원통 형상으로 형성되어 있고, 그 저벽에는 벨로우즈(13, 14)의 내부로 연통되는 관통 구멍(16d)이 형성되어 있다. 밸브 보디(16b)는, 압축 코일 스프링(16c)의 부세력에 의해 밸브 케이스(16a)의 관통 구멍(16d)을 폐쇄(밸브 닫힘)하고, 벨로우즈(13, 14)의 신축에 따르는 이송 유체의 흐름에 의한 배압이 작용하면 밸브 케이스(16a)의 관통 구멍(16d)을 개방(밸브 열림)하도록 되어 있다.
이로써, 토출용 체크 밸브(16)는, 자신이 배치되어 있는 벨로우즈(13, 14)가 수축됐을 때에 밸브를 열어, 벨로우즈(13, 14) 내부로부터 토출 통로(35)를 향하는 방향으로의 이송 유체의 유출을 허용하고, 해당 벨로우즈(13, 14)가 신장됐을 때에 밸브를 닫아, 토출 통로(35)로부터 벨로우즈(13, 14) 내부를 향하는 방향으로의 이송 유체의 역류를 저지한다.
<벨로우즈 펌프의 동작>
다음으로, 본 실시형태의 벨로우즈 펌프(1)의 동작을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 또한, 도 3 및 도 4에서는 제1 및 제2 벨로우즈(13, 14)의 구성을 간략화하여 나타내고 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 벨로우즈(13)가 수축되고, 제2 벨로우즈(14)가 신장된 경우, 펌프 헤드(11)의 도면 중 좌측에 장착된 흡입용 체크 밸브(15) 및 토출용 체크 밸브(16)의 각 밸브 보디(15b, 16b)는, 제1 벨로우즈(13) 내의 이송 유체로부터 압력을 받아 각 밸브 케이스(15a, 16a)의 도면 중 우측으로 각각 이동한다. 이로써 흡입용 체크 밸브(15)가 닫힘과 함께, 토출용 체크 밸브(16)가 열려, 제1 벨로우즈(13) 내의 이송 유체가 토출 통로(35)로부터 펌프 밖으로 배출된다.
한편, 펌프 헤드(11)의 도면 중 우측에 장착된 흡입용 체크 밸브(15) 및 토출용 체크 밸브(16)의 각 밸브 보디(15b, 16b)는, 제2 벨로우즈(14)에 의한 흡인 작용에 의해 각 밸브 케이스(15a, 16a)의 도면 중 우측으로 각각 이동한다. 이로써 흡입용 체크 밸브(15)가 열림과 함께, 토출용 체크 밸브(16)가 닫혀, 흡입 통로(34)로부터 제2 벨로우즈(14) 내로 이송 유체가 흡입된다.
다음으로, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 벨로우즈(13)가 신장되고, 제2 벨로우즈(14)가 수축된 경우, 펌프 헤드(11)의 도면 중 우측에 장착된 흡입용 체크 밸브(15) 및 토출용 체크 밸브(16)의 각 밸브 보디(15b, 16b)는, 제2 벨로우즈(14) 내의 이송 유체로부터 압력을 받아 각 밸브 케이스(15a, 16a)의 도면 중 좌측으로 이동한다. 이로써 흡입용 체크 밸브(15)가 닫힘과 함께, 토출용 체크 밸브(16)가 열려, 제2 벨로우즈(14) 내의 이송 유체가 토출 통로(35)로부터 펌프 밖으로 배출된다.
한편, 펌프 헤드(11)의 도면 중 좌측에 장착된 흡입용 체크 밸브(15) 및 토출용 체크 밸브(16)의 각 밸브 보디(15b, 16b)는, 제1 벨로우즈(13)에 의한 흡인 작용에 의해 각 밸브 케이스(15a, 16a)의 도면 중 좌측으로 이동한다. 이로써 흡입용 체크 밸브(15)가 열림과 함께, 토출용 체크 밸브(16)가 닫혀, 흡입 통로(34)로부터 제1 벨로우즈(13) 내로 이송 유체가 흡입된다.
이상의 동작을 반복하여 실시함으로써, 좌우의 벨로우즈(13, 14)는 교대로 이송 유체의 흡인과 배출을 실시할 수 있다.
<전자밸브의 구성>
도 1에서, 제1 전자밸브(4)는, 제1 에어 실린더부(27)의 토출 측 공기실(21) 및 흡입 측 공기실(26) 중, 한쪽의 공기실로의 가압 공기의 급배(給排), 및 다른 쪽의 공기실 내로의 가압 공기의 급배를 전환하는 것이다. 제1 전자밸브(4)는, 예를 들면, 한 쌍의 솔레노이드(solenoid)(4a, 4b)를 가지는 3위치의 전자 전환 밸브로 이루어진다. 각 솔레노이드(4a, 4b)는 제어부(6)로부터 받은 지령 신호에 기초하여 여자(勵磁)되도록 되어 있다.
제2 전자밸브(5)는, 제2 에어 실린더부(28)의 토출 측 공기실(21) 및 흡입 측 공기실(26) 중, 한쪽의 공기실로의 가압 공기의 급배, 및 다른 쪽의 공기실로의 가압 공기의 급배를 전환하는 것이다. 제2 전자밸브(5)는, 예를 들면 한 쌍의 솔레노이드(5a, 5b)를 가지는 3위치의 전자 전환 밸브로 이루어진다. 각 솔레노이드(5a, 5b)는 제어부(6)로부터 지령 신호를 받아 여자되도록 되어 있다.
또한, 본 실시형태의 제1 및 제2 전자밸브(4, 5)는 3위치의 전자 전환 밸브로 이루어지지만, 중립 위치를 가지지 않는 2위치의 전자 전환 밸브여도 된다.
도 1에서, 제1 에어 실린더부(27)의 토출 측 공기실(21)(흡배기 포트(22))과 제1 전자밸브(4) 사이에는, 제1 급속 배기 밸브(61)가 토출 측 공기실(21)에 인접하여 배치되어 있다. 제1 급속 배기 밸브(61)는, 가압 공기를 배출하는 배기구(61a)를 가지고 있고, 제1 전자밸브(4)로부터 토출 측 공기실(21)로의 가압 공기의 흐름을 허용함과 함께, 토출 측 공기실(21)로부터 흘러 나온 가압 공기를 배기구(61a)로부터 배출하도록 되어 있다. 이로써, 토출 측 공기실(21) 내의 가압 공기를, 제1 전자밸브(4)를 통하지 않고, 제1 급속 배기 밸브(61)로부터 신속하게 배출할 수 있다.
마찬가지로, 제2 에어 실린더부(28)의 토출 측 공기실(21)(흡배기 포트(22))과 제2 전자밸브(5) 사이에는, 제2 급속 배기 밸브(62)가 토출 측 공기실(21)에 인접하여 배치되어 있다. 제2 급속 배기 밸브(62)는, 가압 공기를 배출하는 배기구(62a)를 가지고 있고, 제2 전자밸브(5)로부터 토출 측 공기실(21)로의 가압 공기의 흐름을 허용함과 함께, 토출 측 공기실(21)로부터 흘러 나온 가압 공기를 배기구(62a)로부터 배출하도록 되어 있다. 이로써, 토출 측 공기실(21) 내의 가압 공기를, 제2 전자밸브(5)를 통하지 않고, 제2 급속 배기 밸브(62)로부터 신속하게 배출할 수 있다.
또한, 각 에어 실린더부(27, 28)의 흡입 측 공기실(26)(흡배기구(25a))과, 대응하는 전자밸브(4, 5) 사이에는 급속 배기 밸브는 배치되어 있지 않다. 흡입 측에 급속 배기 밸브를 설치한 경우, 토출 측에 급속 배기 밸브를 설치한 경우와 동일한 효과가 얻어지지만, 그 효과는 토출 측만큼 크지 않다. 그 때문에, 본 실시형태에서는, 흡입 측의 급속 배기 밸브는 비용면에서 설치하고 있지 않다.
<제어부의 구성>
제어부(6)는, 제1 검지 수단(29) 및 제2 검지 수단(31)(도 2 참조)의 검지 결과에 기초하여, 각 전자밸브(4, 5)를 전환함으로써, 벨로우즈 펌프(1)의 제1 에어 실린더부(27) 및 제2 에어 실린더부(28)의 각 구동을 제어하는 것이다.
구체적으로는, 제어부(6)는, 제1 검지 수단(29) 및 제2 검지 수단(31)의 검지 결과에 기초하여, 제1 벨로우즈(13)가 가장 수축된 상태가 되기 직전에 제2 벨로우즈(14)를 가장 신장된 상태로부터 수축시킴과 함께, 제2 벨로우즈(14)가 가장 수축된 상태가 되기 직전에 제1 벨로우즈(13)를 가장 신장된 상태로부터 수축시키도록, 제1 및 제2 에어 실린더부(27, 28)를 구동 제어한다.
이로써, 한쪽의 벨로우즈의 수축(토출)으로부터 신장(흡입)으로의 전환 타이밍에서, 다른 쪽의 벨로우즈는 이미 수축되어 이송 유체를 토출하고 있으므로, 상기 전환 타이밍에서 이송 유체의 토출 압력이 크게 떨어지는 것을 저감할 수 있다. 그 결과, 벨로우즈 펌프(1)의 토출 측의 맥동을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 제어부(6)는, 한쪽의 벨로우즈(13(14))가 가장 수축된 상태가 되기 직전에 다른 쪽의 벨로우즈(14(13))를 가장 신장된 상태로부터 수축시키고 있지만, 한쪽의 벨로우즈(13(14))가 가장 수축된 상태가 되었을 때에, 다른 쪽의 벨로우즈(14(13))를 가장 신장된 상태로부터 수축시키도록 제어해도 된다. 단, 벨로우즈 펌프(1)의 토출 측의 맥동을 저감한다는 관점에서는 본 실시형태와 같이 제어하는 것이 바람직하다.
<전공 레귤레이터의 구성>
도 1 및 도 2에서, 제1 전공 레귤레이터(51)는, 기계식 레귤레이터(3)와 제1 전자밸브(4) 사이에 배치되어 있다. 제1 전공 레귤레이터(51)는, 제1 에어 실린더부(27)의 흡입 측 공기실(26)에 공급하는 가압 공기의 공기압인 제1 공기압, 및 제1 에어 실린더부(27)의 토출 측 공기실(21)에 공급하는 가압 공기의 공기압인 제2 공기압을 조정한다.
제2 전공 레귤레이터(52)는, 기계식 레귤레이터(3)와 제2 전자밸브(5) 사이에 배치되어 있다. 제2 전공 레귤레이터(52)는, 제2 에어 실린더부(28)의 흡입 측 공기실(26)에 공급하는 가압 공기의 공기압인 제1 공기압, 및 제2 에어 실린더부(28)의 토출 측 공기실(21)에 공급하는 가압 공기의 공기압인 제2 공기압을 조정한다.
또한, 전공 레귤레이터(51, 52)는 전자밸브(4, 5)의 상류 측에 배치되어 있지만, 전자밸브(4, 5)의 하류 측에 배치되어 있어도 된다. 단, 이 경우에는, 전공 레귤레이터(51, 52)의 1차 측에, 전자밸브(4, 5)를 전환했을 때에 생기는 충격 압력이 작용하므로, 전공 레귤레이터(51, 52)의 고장을 방지한다는 관점에서는 전자밸브(4, 5)의 상류 측에 전공 레귤레이터(51, 52)를 배치하는 것이 바람직하다.
<전공 레귤레이터의 제어예>
도 2에서, 제어부(6)는, 제1 및 제2 검지 수단(29, 31)의 검지 결과에 기초하여, 벨로우즈(13(14))의 신장 동작 시에서의 적어도 신장 종료 시점에서, 흡입 측 공기실(26)에 공급하는 가압 공기의 제1 공기압이 토출 측 공기실(21)에 공급하는 가압 공기의 제2 공기압보다도 낮아지도록 각 전공 레귤레이터(51, 52)를 제어한다.
본 실시형태의 제어부(6)는, 벨로우즈(13(14))의 신장 개시 시점부터 신장 종료 시점까지의 동안, 제1 공기압이 제2 공기압보다도 낮은 압력값으로 일정해지도록 각 전공 레귤레이터(51, 52)를 제어하고 있다.
도 5는 본 실시형태의 제어부(6)에 의한 전공 레귤레이터(51(52))의 제어예를 나타내는 그래프이다. 도 5에서, 제어부(6)는, 벨로우즈(13(14))가 이송 유체의 토출 시에 수축되는 수축 기간(T2) 동안, 제2 공기압이 일정 공기압(P2)(예를 들면 0.50㎫)이 되도록 전공 레귤레이터(51(52))를 제어한다. 또한, 제어부(6)는, 벨로우즈(13(14))가 이송 유체의 흡입 시에 신장되는 신장 기간(T1) 동안, 제1 공기압이 상기 공기압(P2)보다도 낮은 일정 공기압(P1)(예를 들면 0.15㎫)이 되도록 전공 레귤레이터(51(52))를 제어한다.
이로써, 벨로우즈(13(14))의 수축 개시 시점부터 수축 종료 시점(가장 수축된 시점)까지의 수축 기간(T2)에, 에어 실린더부(27(28))의 토출 측 공기실(21)에는 높은 공기압(P2)의 가압 공기가 공급된다. 또한, 벨로우즈(13(14))의 신장 개시 시점부터 신장 종료 시점(가장 신장된 시점)까지의 신장 기간(T1)에, 에어 실린더부(27(28))의 흡입 측 공기실(26)에는 낮은 공기압(P1)의 가압 공기가 공급된다.
에어 실린더부(27(28))의 흡입 측 공기실(26)에 공급되는 가압 공기가 낮은 공기압이 되면, 그만큼 벨로우즈(13(14))의 신장 속도는 늦어진다. 따라서, 상기 공기압(P1)은, 한쪽의 벨로우즈(13(14))의 신장 개시 시점부터, 해당 신장 개시 시점에서 수축 중인 다른 쪽의 벨로우즈(14(13))의 수축 종료 시점까지의 수축 기간 내에, 상기 한쪽의 벨로우즈(13)가 가장 신장된 상태가 되도록 설정된다.
또한, 본 실시형태에서는, 제어부(6)가 제어하는 제1 전공 레귤레이터(51)의 제1 및 제2 공기압과, 제2 전공 레귤레이터(52)의 제1 및 제2 공기압은, 각각 동일한 값(P1, P2)으로 설정되어 있지만, 각 전공 레귤레이터에 의해 다른 값으로 설정되어 있어도 된다.
도 6은 종래의 벨로우즈 펌프로부터 토출되는 이송 유체의 토출 압력을 나타내는 그래프이다. 이 그래프는, 벨로우즈 펌프의 흡입 측 공기실 및 토출 측 공기실에 각각 공급하는 가압 공기의 제1 공기압 및 제2 공기압을 모두 0.5㎫로 설정한 경우의 토출 압력을 나타내고 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 종래의 벨로우즈 펌프에서 발생하는 충격 압력의 최대값은 0.593㎫이다.
도 7은 본 실시형태의 벨로우즈 펌프(1)로부터 토출되는 이송 유체의 토출 압력을 나타내는 그래프이다. 이 그래프는, 벨로우즈 펌프의 토출 측 공기실에 공급하는 가압 공기의 제2 공기압을 0.50㎫로 설정하고, 벨로우즈 펌프의 흡입 측 공기실에 공급하는 가압 공기의 제1 공기압을 0.15㎫로 설정한 경우의 토출 압력을 나타내고 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 벨로우즈 펌프(1)에서 발생하는 충격 압력의 최대값은 0.159㎫이고, 종래의 벨로우즈 펌프에 비해 충격 압력이 대폭적으로 저감되어 있는 것을 알 수 있다.
<효과에 대해>
이상, 본 실시형태의 벨로우즈 펌프 장치에 의하면, 벨로우즈(13(14))의 신장 동작 시에 흡입 측 공기실(26)에 공급되는 가압 공기의 제1 공기압은, 벨로우즈(13(14))의 수축 동작 시에 토출 측 공기실(21)에 공급되는 가압 공기의 제2 공기압보다도 낮아지도록 전공 레귤레이터(51(52))가 제어된다. 이로써, 벨로우즈(13(14))의 신장 동작에 의한 이송 유체의 흡입으로부터, 벨로우즈(13(14))의 수축 동작에 의한 이송 유체의 토출로 전환될 때의 압력 변동을 억제할 수 있기 때문에, 그 전환 시에 충격 압력이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 이미 설치된 벨로우즈 펌프여도, 전공 레귤레이터(51(52))와 제어부(6)를 추가함으로써, 작동 유체의 흡입으로부터 토출로 전환될 때에 발생하는 충격 압력을 용이하게 억제할 수 있다.
또한, 제어부(6)는, 벨로우즈(13(14))의 신장 개시 시점부터 신장 종료 시점까지 제1 공기압이 일정해지도록 전공 레귤레이터(51(52))를 제어하므로, 제1 공기압을 연속적 또는 불연속적으로 변화시키도록 제어하는 경우에 비해, 전공 레귤레이터(51(52))의 제어가 용이해진다.
또한, 한쪽의 벨로우즈(13(14))의 신장 동작 시에, 흡입 측 공기실(26)에 공급되는 가압 공기의 제1 공기압은, 해당 신장 동작 시에 수축되고 있는 다른 쪽의 벨로우즈(14(13))가 가장 수축될 때까지, 해당 한쪽의 벨로우즈(13(14))가 가장 신장된 상태가 되도록 설정되어 있으므로, 이하의 작용 효과를 발휘한다. 즉, 한쪽의 벨로우즈(13(14))의 신장 속도가 저(低)공기압에 의해 늦어져도, 그 동안에 수축되고 있는 다른 쪽의 벨로우즈(14(13))의 수축 종료 시점까지의 수축 기간 내에 한쪽의 벨로우즈(13(14))의 신장 동작이 종료되기 때문에, 각 벨로우즈(13, 14)의 수축 동작에 의한 이송 유체의 토출량이 감소되지 않고, 충격 압력을 억제할 수 있다.
<전공 레귤레이터의 다른 제어예>
도 8은 제어부(6)에 의한 전공 레귤레이터(51(52))의 다른 제어예를 나타내는 그래프이다.
도 8에서, 제어부(6)는, 벨로우즈(13(14))의 신장 개시 시점부터 신장 종료 시점까지의 동안, 즉 벨로우즈(13(14))가 이송 유체의 흡입 시에 신장되는 신장 기간(T1) 동안에, 흡입 측 공기실(26)에 공급하는 가압 공기의 제1 공기압이 불연속적으로 변화하도록 각 전공 레귤레이터(51, 52)를 제어하고 있다.
구체적으로는, 제어부(6)는, 벨로우즈(13(14))의 신장 개시 시점부터 그 신장 동작의 소정의 도중 시점까지의 신장 전반기간(T11)의 쪽이, 상기 도중 시점부터 신장 종료 시점까지의 신장 후반기간(T12)보다도 제1 공기압이 높아지도록 전공 레귤레이터(51(52))를 제어한다.
상기 도중 시점은, 벨로우즈(13(14))가 관성력에 의해 신장 종료 위치까지 신장되는 것이 가능한 시점으로 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 도중 시점은, 신장 후반기간(T12)이 신장 기간(T1)의 30~50%가 되도록 설정되는 것이 바람직하다.
여기서는, 상기 도중 시점은, 신장 후반기간(T12)이 신장 기간(T1)의 30%가 되도록 설정되어 있다. 그리고 제어부(6)는, 신장 전반기간(T11)에서의 제1 공기압이, 토출 측 공기실(21)에 공급하는 가압 공기의 제2 공기압과 동일한 일정 공기압(P2)이 되도록 전공 레귤레이터(51(52))를 제어하고 있다. 또한, 제어부(6)는, 신장 후반기간(T12)에서의 제1 공기압이, 상기 공기압(P2)보다도 낮은 일정 공기압(P1)이 되도록 전공 레귤레이터(51(52))를 제어하고 있다.
이로써, 벨로우즈(13(14))의 수축 개시 시점부터 수축 종료 시점까지의 수축 기간(T2), 및 벨로우즈(13(14))의 신장 개시 시점부터 도중 시점까지의 신장 전반기간(T11)에, 에어 실린더부(27(28))의 토출 측 공기실(21) 및 흡입 측 공기실(26)에는 높은 공기압(P2)의 가압 공기가 공급된다. 또한, 벨로우즈(13(14))의 상기 도중 시점부터 신장 종료 시점까지의 신장 후반기간(T12)에, 에어 실린더부(27(28))의 흡입 측 공기실(26)에는 낮은 공기압(P1)의 가압 공기가 공급된다.
이상, 도 8에 나타내는 다른 제어예에 의하면, 제어부(6)는, 벨로우즈(13(14))의 신장 개시 시점부터 신장 종료 시점까지의 동안에, 흡입 측 공기실(26)에 공급하는 가압 공기의 제1 공기압이 불연속적으로 변화하도록 전공 레귤레이터(51(52))를 제어하기 때문에, 그 변화하는 타이밍(여기서는 도중 시점)을 자유롭게 설정할 수 있다. 따라서, 벨로우즈(13(14))의 신장 개시 시점부터 신장 종료 시점까지의 동안에 제1 공기압의 압력 변화의 자유도를 높일 수 있다.
또한, 제어부(6)는, 벨로우즈(13(14))의 신장 전반기간의 쪽이 신장 후반기간보다도 제1 공기압이 높아지도록 전공 레귤레이터(51(52))를 제어하기 때문에, 벨로우즈(13(14))의 신장 전반기간의 신장 속도를 신장 후반기간의 신장 속도보다도 빠르게 할 수 있다. 이로써, 벨로우즈(13(14))의 신장 시에 제1 공기압이 낮아지는 것에 기인하여 벨로우즈의 신장 시간이 지나치게 길어지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 유체의 토출 유량이 감소하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 벨로우즈(13(14))를, 그 신장 동작의 도중 시점부터 관성력에 의해 신장 종료 위치까지 신장시킬 수 있기 때문에, 상기 도중 시점부터 신장 종료 시점까지의 신장 후반기간에, 제1 공기압을 벨로우즈(13(14))의 신장 동작에 필요한 공기압보다도 낮게 할 수 있다. 이로써, 벨로우즈(13(14))의 신장 동작으로부터 수축 동작으로 전환했을 때의 압력 변동을 더 효과적으로 억제할 수 있다.
도 9는 제어부(6)에 의한 전공 레귤레이터(51(52))의 또 다른 제어예를 나타내는 그래프이다.
도 9에서, 제어부(6)는 벨로우즈(13(14))의 신장 개시 시점부터 신장 종료 시점까지의 동안, 즉 벨로우즈(13(14))가 이송 유체의 흡입 시에 신장되는 신장 기간(T1) 동안에, 흡입 측 공기실(26)에 공급하는 가압 공기의 제1 공기압이 연속적으로 변화하도록 각 전공 레귤레이터(51, 52)를 제어하고 있다.
구체적으로는, 제어부(6)는, 우선 벨로우즈(13(14))의 신장 개시 시점에서, 제1 공기압을 토출 측 공기실(21)에 공급하는 가압 공기의 제2 공기압과 동일한 공기압(P2)이 되도록 각 전공 레귤레이터(51, 52)를 제어한다. 그리고 제어부(6)는, 예를 들면 도면 중의 실선으로 나타내는 바와 같이, 제1 공기압을 벨로우즈(13(14))의 신장 시간에 대하여 정비례하여 감소시켜, 벨로우즈(13(14))의 신장 종료 시점에서 가장 낮은 공기압(P1)이 되도록 각 전공 레귤레이터(51, 52)를 제어한다.
또한, 여기서는, 제1 공기압을 연속적으로 변화시키는 제어예로서, 제1 공기압을 벨로우즈(13(14))의 신장 시간에 대하여 정비례하여 감소시키고 있지만, 도면 중의 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이 제1 공기압을 상기 신장 시간에 대하여 반비례하여 감소시키거나, 도면 중의 이점쇄선이나 파선으로 나타내는 바와 같이 변화시켜도 된다.
또한, 도 8에 나타내는 4종류의 제어예에서는, 벨로우즈(13(14))의 신장 개시 시점에서의 제1 공기압은 모두 제2 공기압과 동일한 값(공기압(P2))으로 설정되어 있지만, 제2 공기압과 다른 값으로 설정되어 있어도 된다. 이 경우, 벨로우즈(13(14))의 신장 개시 시점에서의 제1 공기압을 그 신장 종료 시점의 공기압(P1) 이하로 설정해도 된다.
이상, 도 9에 나타내는 다른 제어예에 의하면, 제어부(6)는, 벨로우즈(13(14))의 신장 개시 시점부터 신장 종료 시점까지의 동안에, 흡입 측 공기실(26)에 공급하는 가압 공기의 제1 공기압이 연속적으로 변화하도록 전공 레귤레이터(51(52))를 제어하기 때문에, 벨로우즈(13(14))의 신장 개시 시점부터 신장 종료 시점까지의 동안에 제1 공기압의 압력 변화의 자유도를 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태의 도 5, 도 8 및 도 9에 나타낸 제어예에서, 제어부(6)는, 제2 공기압이 일정 공기압(P2)이 되도록 전공 레귤레이터(51(52))를 제어하는 예를 설명했지만, 반드시 일정 공기압(P2)이 되도록 제어하지 않아도 된다.
예를 들면, 제어부(6)는, 벨로우즈 펌프(1)로부터 토출되는 유체의 토출 압력이 떨어지는 것을 저감하는 것을 목적으로 하여, 벨로우즈(13(14))가 수축됨에 따라 제2 공기압을 상승시키도록 제어해도 된다. 이 경우, 제어부(6)는, 벨로우즈(13(14))의 신장 동작 시에서의 적어도 신장 종료 시점의 제1 공기압이, 제2 공기압의 최대값보다도 낮아지도록 전공 레귤레이터(51(52))를 제어하면 된다.
[제2 실시형태]
도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 벨로우즈 펌프 장치의 개략 구성도이다. 본 실시형태의 벨로우즈 펌프 장치는, 벨로우즈 펌프(1)와, 해당 벨로우즈 펌프(1)에 가압 공기(작동 유체)를 공급하는 에어 컴프레서 등의 공기 공급 장치(2)와, 상기 가압 공기의 공기압을 조정하는 기계식 레귤레이터(3) 및 단일 전공 레귤레이터(52)와, 단일 전자밸브(5)와, 제어부(6)를 구비하고 있다.
도 11은 제2 실시형태에 따른 벨로우즈 펌프의 단면도이다.
본 실시형태의 벨로우즈 펌프(1)는, 어큐뮬레이터(accumulator) 내장형이며, 펌프 헤드(11)와, 이 펌프 헤드(11)의 좌우 방향의 한쪽 측(도 10의 우측)에 설치된 에어 실린더부(28)와, 펌프 헤드(11)의 좌우 방향의 다른 쪽 측(도 10의 좌측)에 설치된 어큐뮬레이터부(70)를 구비하고 있다.
펌프 헤드(11)의 내부에는 흡입 통로(34), 토출 통로(35) 및 연락 통로(38)가 형성되어 있다. 흡입 통로(34)는, L자형으로 형성되어 있고, 일단(一端)이 펌프 헤드(11)의 외주면에서 개구하여, 해당 외주면에 마련된 흡입 포트(도시 생략)에 접속되어 있다. 흡입 통로(34)의 타단(他端)에는, 펌프 헤드(11)의 에어 실린더부(28) 측의 측면(도 10에서는 우측면)에서 개구한 흡입구(36)가 형성되어 있다. 흡입구(36)는, 흡입용 체크 밸브(15)를 통해 벨로우즈(14)의 내부와 연통되어 있다.
토출 통로(35)는, L자형으로 형성되어 있고, 일단이 펌프 헤드(11)의 외주면에서 개구하여, 해당 외주면에 마련된 토출 포트(도시 생략)에 접속되어 있다. 토출 통로(35)의 타단에는, 펌프 헤드(11)의 어큐뮬레이터부(70) 측의 측면(도 10에서는 좌측면)에서 개구한 토출구(37)가 형성되어 있다.
연락 통로(38)는, 펌프 헤드(11)를 수평 방향으로 관통하여 형성되어 있고, 일단이 펌프 헤드(11)의 어큐뮬레이터부(70) 측의 측면(도 10에서는 좌측면)에서 개구하고, 타단이 펌프 헤드(11)의 에어 실린더부(28) 측의 측면(도 10에서는 우측면)에서 개구하고 있다. 이 타단 측의 개구는, 토출용 체크 밸브(16)를 통해 벨로우즈(14)의 내부와 연통되어 있다.
어큐뮬레이터부(70)는, 펌프 헤드(11)에 설치된 어큐뮬레이터 케이스(71)와, 이 어큐뮬레이터 케이스(71)의 내부에서 펌프 헤드(11)의 측면에 설치된 어큐뮬레이터 벨로우즈(72)와, 압력 자동 조정 기구(73)를 가지고 있다.
어큐뮬레이터 벨로우즈(72)는, 바닥이 있는 통 형상으로 형성되고, 그 개방 단부가 펌프 헤드(11)에 고정되어 있다. 어큐뮬레이터 벨로우즈(72)의 둘레벽은 주름상자 형상으로 형성되어 수평 방향으로 신축 가능하게 구성되어 있다. 펌프 헤드(11)의 측면과 어큐뮬레이터 벨로우즈(72)의 내벽에 의해 둘러싸인 공간이, 용적 변화 가능한 어큐뮬레이터실(74)로 되어 있다.
어큐뮬레이터 케이스(71)는, 바닥이 있는 통 형상으로 형성되고, 펌프 헤드(11)의 측면과 어큐뮬레이터 벨로우즈(72)의 외벽과 어큐뮬레이터 케이스(71)의 내벽에 의해 둘러싸인 공간이 어큐뮬레이터 공기실(75)로 되어 있으며, 이 어큐뮬레이터 공기실(75)에는 맥동 저감용 공기가 봉입되어 있다.
압력 자동 조정 기구(73)는, 어큐뮬레이터 공기실(75) 내의 공기압을 에어 실린더부(28)에 의해 토출되는 이송 유체의 토출압과 이 변동에 따라 균형을 이루기 위한 자동 급기 밸브 기구(73a) 및 자동 배기 밸브 기구(73b)로 구성되어 있고, 어큐뮬레이터 케이스(71)의 저벽에 설치되어 있다.
어큐뮬레이터 케이스(71)의 저벽의 아래쪽에는, 이송 유체의 어큐뮬레이터 공기실(75)로의 누설을 검지하기 위한 누설 센서(76)가 설치되어 있다.
이상의 구성에 의해, 에어 실린더부(28)의 벨로우즈(14)가 수축된 경우, 흡입용 체크 밸브(15) 및 토출용 체크 밸브(16)의 각 밸브 보디(15b, 16b)는, 벨로우즈(14) 내의 이송 유체로부터 압력을 받아 각 밸브 케이스(15a, 16a)의 도면 중 좌측으로 각각 이동한다. 이로써 흡입용 체크 밸브(15)가 닫힘과 함께, 토출용 체크 밸브(16)가 열려, 벨로우즈(14) 내의 이송 유체가 연락 통로(38)로부터 어큐뮬레이터실(74)로 흘러 나가고, 이 어큐뮬레이터실(74)에 일시적으로 저류된 이송 유체는 토출 통로(35)로부터 펌프 밖으로 배출된다.
반대로, 에어 실린더부(28)의 벨로우즈(14)가 신장된 경우, 흡입용 체크 밸브(15) 및 토출용 체크 밸브(16)의 각 밸브 보디(15b, 16b)는, 벨로우즈(14)에 의한 흡인 작용에 의해 각 밸브 케이스(15a, 16a)의 도면 중 우측으로 각각 이동한다. 이로써 흡입용 체크 밸브(15)가 열림과 함께, 토출용 체크 밸브(16)가 닫혀, 흡입 통로(34)로부터 벨로우즈(14) 내에 이송 유체가 흡입된다.
이상의 동작을 반복하여 실시함으로써, 벨로우즈(14)는, 이송 유체의 흡인과 배출을 교대로 실시할 수 있다. 그때, 에어 실린더부(28)에 의해 토출되는 이송 유체의 토출압이, 그 맥동에 의해 토출압 곡선의 산부(山部; crest)에 있는 경우, 어큐뮬레이터 벨로우즈(72)는, 어큐뮬레이터실(74)의 용적을 확대하도록 신장된다. 이로써, 어큐뮬레이터실(74)로부터 유출되는 이송 유체의 유량은, 해당 어큐뮬레이터실(74)로 유입되는 유량보다도 적어진다.
또한, 상기 토출압은, 그 맥동에 의해 토출압 곡선의 곡부(谷部; trough)에 다다르면, 어큐뮬레이터 벨로우즈(72)의 신장에 따라 압축된 어큐뮬레이터 공기실(75)의 봉입 공기압보다도 낮아지므로, 어큐뮬레이터 벨로우즈(72)는, 어큐뮬레이터실(74)의 용적을 축소하도록 수축된다. 이로써, 어큐뮬레이터실(74)로부터 유출되는 이송 유체의 유량은, 해당 어큐뮬레이터실(74)로 유입되는 유량보다도 많아진다. 즉, 맥동이 흡수 감쇠되어 대략 평활화된 토출압으로 액체를 이송한다.
도 10 및 도 11에서, 제어부(6)는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 벨로우즈(14)의 신장 개시 시점부터 신장 종료 시점까지의 동안, 제1 공기압이 제2 공기압보다도 낮은 압력값으로 일정해지도록 전공 레귤레이터(52)를 제어하고 있다.
이로써, 벨로우즈(14)의 수축 개시 시점부터 수축 종료 시점(가장 수축된 시점)까지의 수축 기간에, 에어 실린더부(28)의 토출 측 공기실(21)에는 높은 공기압의 가압 공기가 공급된다. 또한, 벨로우즈(14)의 신장 개시 시점부터 신장 종료 시점(가장 신장된 시점)까지의 신장 기간에, 에어 실린더부(28)의 흡입 측 공기실(26)에는 낮은 공기압의 가압 공기가 공급된다.
또한, 제2 실시형태에서 설명을 생략한 점은 제1 실시형태와 동일하다.
이상, 본 실시형태의 벨로우즈 펌프 장치에서도, 벨로우즈(14)의 신장 동작 시에 흡입 측 공기실(26)에 공급되는 가압 공기의 제1 공기압은, 벨로우즈(14)의 수축 동작 시에 토출 측 공기실(21)에 공급되는 가압 공기의 제2 공기압보다도 낮아지도록 전공 레귤레이터(52)가 제어된다. 이로써, 벨로우즈(14)의 신장 동작에 의한 이송 유체의 흡입으로부터, 벨로우즈(14)의 수축 동작에 의한 이송 유체의 토출로 전환될 때의 압력 변동을 억제할 수 있기 때문에, 그 전환 시에 충격 압력이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 이미 설치된 벨로우즈 펌프여도, 전공 레귤레이터(52)와 제어부(6)를 추가함으로써, 작동 유체의 흡입으로부터 토출로 전환될 때에 발생하는 충격 압력을 용이하게 억제할 수 있다.
본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위에 기재된 발명의 범위 내에서 적절히 변경할 수 있는 것이다.
예를 들면, 제어부(6)에 의한 전공 레귤레이터(51(52))의 제어는, 상기 실시형태에 나타내는 제어예에 한정되는 것이 아니고, 적어도 벨로우즈(13(14))의 신장 종료 시점에서 제1 공기압이 제2 공기압보다도 낮아지도록 제어되어 있으면 된다.
6: 제어부
13: 제1 벨로우즈(벨로우즈)
14: 제2 벨로우즈(벨로우즈)
21: 토출 측 공기실(다른 쪽의 공기실)
26: 흡입 측 공기실(한쪽의 공기실)
51: 제1 전공 레귤레이터(전공 레귤레이터)
52: 제2 전공 레귤레이터(전공 레귤레이터)

Claims (5)

  1. 밀폐된 2개의 공기실 중, 한쪽의 공기실에 가압 공기를 공급함으로써 벨로우즈를 신장(伸長) 동작시켜 이송 유체를 흡입하고, 다른 쪽의 공기실에 가압 공기를 공급함으로써 상기 벨로우즈를 수축 동작시켜 이송 유체를 토출하는 벨로우즈 펌프 장치로서,
    상기 한쪽의 공기실에 공급하는 가압 공기의 공기압인 제1 공기압, 및 상기 다른 쪽의 공기실에 공급하는 가압 공기의 공기압인 제2 공기압을 조정하는 전공(電空) 레귤레이터(regulator)와,
    상기 벨로우즈의 신장 동작 시에서의 적어도 신장 종료 시점에서, 상기 제1 공기압이 상기 제2 공기압보다도 낮아지도록 상기 전공 레귤레이터를 제어하는 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 펌프 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 벨로우즈의 신장 개시 시점부터 신장 종료 시점까지의 동안에, 상기 제1 공기압이 연속적 또는 불연속적으로 변화하도록 상기 전공 레귤레이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 펌프 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 신장 개시 시점부터 그 신장 동작의 소정의 도중 시점까지의 신장 전반기간의 쪽이, 상기 도중 시점부터 상기 신장 종료 시점까지의 신장 후반기간보다도 상기 제1 공기압이 높아지도록 상기 전공 레귤레이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 펌프 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 도중 시점은, 상기 벨로우즈가 관성력에 의해 신장 종료 위치까지 신장되는 것이 가능한 시점인 것을 특징으로 하는 벨로우즈 펌프 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 벨로우즈의 신장 개시 시점부터 신장 종료 시점까지 상기 제1 공기압이 일정해지도록 상기 전공 레귤레이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 펌프 장치.
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