KR102552382B1 - 벨로즈 펌프 장치 - Google Patents

Abstract

벨로즈 펌프 장치(1)는 그 운전을 개시하기 전에 전자밸브(4, 5)를 전환하여 사전에 흡입 측 공기실(26A, 26B)에 가압 공기를 공급시킴으로써, 운전 중에 흡입 측 공기실(26A, 26B)에 공급되는 가압 공기의 공기압인 운전 공기압(P1, P2)을 결정하는 초기 제어를 수행하는 제어부(6)를 구비한다. 제어부(6)는 초기 제어로서, 사전에 흡입 측 공기실(26A, 26B)에 공급되는 가압 공기의 공기압을 서서히 올리도록 전공 레귤레이터(51, 52)에 제어 지령을 출력하고, 근접 센서(29B, 31B)로부터 벨로즈(13, 14)의 신장 위치를 검지한 검지 신호가 입력되었을 때에, 그 시점에서 흡입 측 공기실(26A, 26B)에 공급된 가압 공기의 공기압을 운전 공기압(P1, P2)으로 결정한다.

Description

벨로즈 펌프 장치

본 발명은 벨로즈 펌프 장치에 관한 것이다.

반도체 제조나 화학 공업 등에서 약액이나 용제 등의 이송 유체를 송급시키기 위해 사용되는 벨로즈 펌프로서, 펌프 헤드의 양쪽에 펌프 케이스를 연결하여 2개의 공기실을 형성하고, 이들 공기실의 내부에 서로 독립적으로 신축(伸縮)이 가능한 한 쌍의 벨로즈를 마련하며, 각 공기실에 교대로 가압 공기를 공급함으로써 각 벨로즈를 수축 또는 신장시키도록 구성된 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1에 기재된 벨로즈 펌프에서는 한 쌍의 벨로즈 중 하나의 벨로즈가 수축됨으로써 그 내부에 이송 유체가 흡입되고, 이와 동시에 다른 하나의 벨로즈가 신장됨으로써 그 내부의 이송 유체가 토출된다. 또한, 상기 다른 하나의 벨로즈가 수축됨으로써 그 내부에 이송 유체가 흡입되고, 이와 동시에 상기 하나의 벨로즈가 신장됨으로써 그 내부의 이송 유체가 토출된다.

일본 공개특허공보 특개2012-211512호

상기 벨로즈 펌프에서는 그 운전 개시 시에 한 쌍의 벨로즈를 각각 신장시키기 위해 각 공기실에 공급하는 가압 공기의 공기압은 일정 압력값으로 설정된다. 그러나 벨로즈를 신장시키기 위해 필요한 가압 공기의 공기압(적정 공기압)은 벨로즈의 내부에 흡입되는 이송 유체의 유량 등에 따라 변동된다. 이 때문에 상기 일정 압력값이 적정 공기압보다도 지나치게 높아지면, 벨로즈의 내부에 큰 부압이 발생된다. 그러면, 이송 유체를 벨로즈 내에 흡입하는 흡입 배관 내에서 "워터 해머"라고 불리는 충격 압력이나 캐비테이션(cavitation)이 발생하고, 반도체 제조 프로세스 등에 악영향을 끼칠 우려가 있다.

본 발명은 이와 같은 사정에 비추어 보아 이루어진 것이며, 운전 개시 시에 벨로즈 내에 이송 유체를 흡입했을 때에 충격 압력 등이 발생되는 것을 억제할 수 있는 벨로즈 펌프 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 본 발명은 가압 유체가 공급 및 배출되는 유체실과, 신축이 자유로운 벨로즈를 구비하고, 상기 유체실에 가압 유체가 공급되면 상기 벨로즈가 소정 신장 위치까지 신장되어 상기 벨로즈 내에 이송 유체가 흡입되며, 상기 유체실로부터 가압 유체가 배출되면 상기 벨로즈가 수축되어 상기 벨로즈 내의 이송 유체가 토출되는 벨로즈 펌프 장치로서, 상기 유체실에 대한 가압 유체의 공급·배출을 전환하는 전자(電磁)밸브와, 상기 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압(流體壓)을 조정하는 유체압 조정부와, 상기 벨로즈가 상기 신장 위치에 있는 것을 검지하여 검지 신호를 출력하는 검지부와, 상기 벨로즈 펌프 장치의 운전을 개시하기 전에 상기 전자밸브를 전환하여 사전에 상기 유체실에 가압 유체를 공급시킴으로써, 상기 운전 중에 상기 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압인 운전 유체압을 결정하는 초기 제어를 수행하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 초기 제어로서, 사전에 상기 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압을 서서히 올리도록 상기 유체압 조정부에 제어 지령을 출력하며, 상기 검지부로부터 상기 검지 신호가 입력되었을 때에 그 시점에서 상기 유체실에 공급된 가압 유체의 유체압을 상기 운전 유체압으로서 결정하는 벨로즈 펌프 장치이다.

상기와 같이 구성된 벨로즈 펌프 장치에 따르면, 제어부는 운전을 개시하기 전에 사전에 유체실에 가압 유체를 공급시킴으로써, 상기 운전 중에 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압인 운전 유체압을 결정하는 초기 제어를 수행한다. 그때, 제어부는 가압 유체의 유체압을 서서히 올리도록 유체압 조정부에 제어 지령을 출력하고, 벨로즈가 신장 위치까지 신장되어 검지부로부터 검지 신호가 입력되었을 때에 그 시점에서 유체실에 공급된 가압 유체의 유체압을 상기 운전 유체압으로 결정한다. 이로써, 운전 유체압은 벨로즈를 신장 위치까지 신장시키는 데에 필요한 적정 유체압 부근의 값이 되므로, 운전 개시 시에 벨로즈 내에 이송 유체를 흡입했을 때에 충격 압력 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

(2) 상기 제어부는 사전에 상기 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압을 단계적으로 올리도록 상기 유체압 조정부에 제어 지령을 출력하는 것이 바람직하다.

이 경우, 제어부는 유체압을 연속적으로 올리는 경우에 비해, 적정 유체압에 가까운 값을 운전 유체압으로 결정할 수 있다.

(3) 상기 벨로즈 펌프 장치는 상기 운전을 개시시키는 조작 지령을 출력하는 조작 스위치를 추가로 구비하고, 상기 제어부는 상기 조작 지령이 입력되면, 상기 초기 제어를 수행한 후에 상기 운전을 개시하는 것이 바람직하다.

이 경우, 제어부는 벨로즈 펌프 장치의 운전을 개시하기 전에 초기 제어를 확실하게 수행할 수 있다.

(4) 상기 벨로즈 펌프 장치는 상기 유체실로서 제1 유체실 및 제2 유체실을 구비하고, 상기 벨로즈로서, 상기 제1 유체실에 가압 유체가 공급·배출됨으로써 이송 유체를 흡입 및 토출하는 제1 벨로즈와, 상기 제1 벨로즈와는 독립적으로 신축이 자유로우면서 상기 제2 유체실에 가압 유체가 배제됨으로써 이송 유체를 흡입 및 토출하는 제2 벨로즈를 구비하고, 상기 전자밸브로서, 상기 제1 유체실에 대한 가압 유체의 공급·배출을 전환하는 제1 전자밸브와, 상기 제2 유체실에 대한 가압 유체의 공급·배출을 전환하는 제2 전자밸브를 구비하며, 상기 유체압 조정부로서, 상기 제1 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압을 조정하는 제1 유체압 조정부와, 상기 제2 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압을 조정하는 제2 유체압 조정부를 구비하고, 상기 검지부로서, 상기 제1 벨로즈가 상기 신장 위치에 있는 것을 검지하여 검지 신호를 출력하는 제1 검지부와, 상기 제2 벨로즈가 상기 신장 위치에 있는 것을 검지하여 검지 신호를 출력하는 제2 검지부를 구비하며, 상기 제어부는 상기 초기 제어로서, 상기 제1 전자밸브를 전환하여 사전에 상기 제1 유체실에 가압 유체를 공급시킴으로써, 상기 운전 중에 상기 제1 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압인 제1 운전 유체압을 결정하는 제1 초기 제어와, 상기 제2 전자밸브를 전환하여 사전에 상기 제2 유체실에 가압 유체를 공급시킴으로써, 상기 운전 중에 상기 제2 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압인 제2 운전 유체압을 결정하는 제2 초기 제어를 수행하고, 상기 제어부는 상기 제1 초기 제어로서, 사전에 상기 제1 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압을 서서히 올리도록 상기 제1 유체압 조정부에 제어 지령을 출력하며, 상기 제1 검지부로부터 검지 신호가 입력되었을 때에 그 시점에서 상기 제1 유체실에 공급된 가압 유체의 유체압을 상기 제1 운전 유체압으로서 결정하며, 상기 제어부는 상기 제2 초기 제어로서, 사전에 상기 제2 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압을 서서히 올리도록 상기 제2 유체압 조정부에 제어 지령을 출력하고, 상기 제2 검지부로부터 검지 신호가 입력되었을 때에 그 시점에서 상기 제2 유체실에 공급된 가압 유체의 유체압을 제2 운전 유체압으로 결정하는 것이 바람직하다.

이 경우, 제1 운전 유체압은 제1 벨로즈를 신장 위치까지 신장시키는 데에 필요한 적정 유체압 부근의 값이 되면서 제2 운전 유체압은 제2 벨로즈를 신장 위치까지 신장시키는 데에 필요한 적정 유체압 부근의 값이 되므로, 운전 개시 시에 제1 벨로즈 내 및 제2 벨로즈 내에 이송 유체를 흡입했을 때에 충격 압력 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

(5) 상기 제어부는 상기 제1 초기 제어를 수행한 후에 상기 제2 초기 제어를 수행하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 제1 벨로즈 및 제2 벨로즈가 서로 독립적으로 신축되는 경우, 제어부는 제1 초기 제어 및 제2 초기 제어를 동시에 수행할 수 있다. 그러나 실제 운전 중에는 제1 벨로즈 및 제2 벨로즈를 교대로 신장시키기 위해, 제1 초기 제어 및 제2 초기 제어가 동시에 수행되면, 제1 벨로즈 및 제2 벨로즈가 동시에 신장되게 된다. 이 때문에, 제1 초기 제어 및 제2 초기 제어를 동시에 수행한 경우, 실제 운전 중인 경우와 비교하여 각 벨로즈 내의 부압이 커지고, 각 벨로즈를 신장 위치까지 신장시키는 데에 필요한 가압 유체의 유체압이 실제 운전 중에 필요한 적절 유체압보다도 높아진다. 그러면 제어부에서 결정되는 제1 운전 유체압 및 제2 운전 유체압도 적절 유체압보다도 높아진다.

이에 반하여, 상기 (5)에서는 제1 초기 제어가 수행된 후에 제2 초기 제어가 수행되므로, 실제 운전 중과 동일한 환경에서 제1 운전 유체압 및 제2 운전 유체압을 결정할 수 있다. 그 결과, 제어부는 제1 초기 제어 및 제2 초기 제어가 동시에 수행되는 경우에 비해 적정 유체압에 가까운 값을 제1 및 제2 운전 유체압으로 결정할 수 있다.

(6) 상기 제어부는 상기 제2 초기 제어에서, 사전에 상기 제2 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압을 상기 제1 초기 제어로 결정한 상기 제1 운전 유체압으로부터 서서히 올리도록 상기 제어 지령을 출력하는 것이 바람직하다.

이 경우, 제어부는 제2 초기 제어에서 제2 운전 유체압을 신속하게 결정할 수 있다.

본 발명의 벨로즈 펌프 장치에 따르면, 운전 개시 시에 벨로즈 내에 이송 유체를 흡입했을 때에 충격 압력 등이 발생되는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 벨로즈 펌프 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 벨로즈 펌프의 단면도이다.
도 3은 벨로즈 펌프의 동작을 나타내는 설명도이다.
도 4는 벨로즈 펌프의 동작을 나타내는 설명도이다.
도 5는 제어부에 의한 초기 제어와 구동 제어의 제어예를 나타내는 타임 차트이다.
도 6은 초기 제어의 변형예를 나타내는 타임 차트이다.

다음으로, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.

[벨로즈 펌프 장치의 전체 구성]

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 벨로즈 펌프 장치의 개략 구성도이다. 본 실시형태의 벨로즈 펌프 장치(1)는 예를 들면 반도체 제조 장치에서 약액이나 용제 등의 이송 유체를 일정량 공급할 때에 이용된다. 벨로즈 펌프 장치(1)는 공기 공급 장치(유체 공급 장치)(2), 기계식 레귤레이터(3), 제1 전자밸브(4), 제2 전자밸브(5), 제어부(6), 조작 스위치(7), 벨로즈 펌프(10), 제1 전공 레귤레이터(제1 유체압 조정부)(51), 및 제2 전공 레귤레이터(제2 유체압 조정부)(52)를 구비한다.

공기 공급 장치(2)는 예를 들면 에어 컴프레서로 이루어지고, 벨로즈 펌프(10)에 공급하는 가압 공기(가압 유체)를 생성한다. 기계식 레귤레이터(3)는 공기 공급 장치(2)에서 생성된 가압 공기의 공기압(유체압)을 조정한다. 조작 스위치(7)는 벨로즈 펌프 장치(1)의 운전을 개시시키는 조작 지령을 출력하는 스위치이다. 작업자가 조작 스위치(7)을 온(on) 조작하면, 조작 스위치(7)는 상기 조작 지령을 제어부(6)에 출력한다.

도 2는 본 실시형태에 따른 벨로즈 펌프(10)의 단면도이다. 본 실시형태의 벨로즈 펌프(10)는 중앙부에 배치된 펌프 헤드(11)와, 이 펌프 헤드(11)의 좌우 방향 양측에 장착되는 한 쌍의 펌프 케이스(12)와, 각 펌프 케이스(12)의 내부에서 펌프 헤드(11)의 좌우 방향의 측면에 장착되는 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)와, 제1 및 제2 벨로즈(13, 14) 각각의 내부에서 펌프 헤드(11)의 좌우 방향의 측면에 장착되는 합계 4개의 체크 밸브(15, 16)를 포함한다.

[벨로즈의 구성]

제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이나 테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA) 등의 불소수지에 의해 바닥이 있는 통형상으로 형성된다. 제1 및 제2 벨로즈(13, 14)의 개방 측 단부(端部)에 일체 형성된 플랜지부(13a) 및 플랜지부(14a)는 펌프 헤드(11)의 측면에 기밀(氣密) 형상으로 가압되어 고정된다. 제1 및 제2 벨로즈(13, 14)의 각 둘레벽은 주름상자 형상으로 형성되며 서로 독립적으로 좌우 방향으로 신축이 가능하게 구성된다.

제1 및 제2 벨로즈(13, 14)의 폐색 측 단부의 바깥쪽 면에는 볼트(17) 및 너트(18)에 의해 작동판(19)이 고정된다. 제1 및 제2 벨로즈(13, 14)는 작동판(19)의 바깥쪽 면이 바닥이 있는 원통 형상의 펌프 케이스(12)에서의 바닥 벽부(121)의 안쪽 면에 접촉하는 최신장(最伸張) 위치와, 후술할 피스톤 몸체(23)의 안쪽 면이 바닥 벽부(121)의 바깥쪽 면에 접촉하는 최수축(最收縮) 위치 사이에서 신축이 가능하다.

[펌프 케이스의 구성]

제1 벨로즈(13)의 플랜지부(13a)에는 펌프 케이스(12)(이하, "제1 펌프 케이스(12A)"라고도 함)의 개구 둘레 가장자리부가 기밀 형상으로 가압되어 고정된다. 이로써, 제1 펌프 케이스(12A)의 내부에서의 제1 벨로즈(13)의 외측에는 기밀 상태가 유지된 제1 토출 측 공기실(21A)이 형성된다.

제1 펌프 케이스(12A)에는 제1 흡배기 포트(22A)가 마련되고, 제1 흡배기 포트(22A)는 제1 전자밸브(4), 제1 전공 레귤레이터(51) 및 기계식 레귤레이터(3)를 통해 공기 공급 장치(2)에 접속된다(도 1 참조). 이로써, 공기 공급 장치(2)로부터 제1 토출 측 공기실(21A)의 내부에 가압 공기가 공급되면, 제1 벨로즈(13)는 최수축 위치까지 수축된다.

제2 벨로즈(14)의 플랜지부(14a)에는 펌프 케이스(12)(이하, "제2 펌프 케이스(12B)"라고도 함)의 개구 둘레 가장자리부가 기밀 형상으로 가압되어 고정된다. 이로써, 제2 펌프 케이스(12B)의 내부에서의 제2 벨로즈(14)의 외측에는 기밀 상태가 유지된 제2 토출 측 공기실(21B)이 형성된다.

제2 펌프 케이스(12B)에는 제2 흡배기 포트(22B)가 마련되고, 제2 흡배기 포트(22B)는 제2 전자밸브(5), 제2 전공 레귤레이터(52) 및 기계식 레귤레이터(3)를 통해 공기 공급 장치(2)에 접속된다(도 1 참조). 이로써, 공기 공급 장치(2)로부터 제2 토출 측 공기실(21B)의 내부에 가압 공기가 공급되면, 제2 벨로즈(14)는 최수축 위치까지 수축된다.

각 펌프 케이스(12A, 12B)의 바닥 벽부(121)에는 봉 형상의 연결 부재(20)가 관통되고, 연결 부재(20)는 바닥 벽부(121)에 대하여 좌우 방향으로 슬라이딩이 가능하게 지지된다. 연결 부재(20)의 바깥 단부에는 피스톤 몸체(23)가 너트(24)에 의해 고정된다. 피스톤 몸체(23)는 바닥 벽부(121)의 외측에 일체로 마련된 원통 형상의 실린더 몸체(25)의 내주면(內周面)에 대하여, 기밀 상태를 유지하면서 좌우 방향으로 슬라이딩이 가능하게 지지된다.

이로써, 제1 펌프 케이스(12A) 측에서 바닥 벽부(121), 실린더 몸체(25), 및 피스톤 몸체(23)에 의해 둘러싸인 공간은 기밀 상태가 유지된 제1 흡입 측 공기실(26A)로 되어 있다. 또한, 제2 펌프 케이스(12B) 측에서, 바닥 벽부(121), 실린더 몸체(25), 및 피스톤 몸체(23)에 의해 둘러싸인 공간은 기밀 상태가 유지된 제2 흡입 측 공기실(26B)로 되어 있다.

제1 펌프 케이스(12A) 측의 실린더 몸체(25)에는 제1 흡입 측 공기실(26A)에 연통되는 흡배기구(251)가 형성된다. 이 흡배기구(251)는 제1 전자밸브(4), 제1 전공 레귤레이터(51) 및 기계식 레귤레이터(3)를 통해 공기 공급 장치(2)에 접속된다(도 1 참조). 이로써, 공기 공급 장치(2)로부터 흡배기구(251)를 통해 제1 흡입 측 공기실(26A)의 내부에 가압 공기가 공급되면, 제1 벨로즈(13)는 소정의 신장 위치까지 신장된다. 본 실시형태의 제1 벨로즈(13)는 예를 들면 최신장 위치까지 신장된다.

제2 펌프 케이스(12B) 측의 실린더 몸체(25)에는 제2 흡입 측 공기실(26B)에 연통되는 흡배기구(252)가 형성된다. 이 흡배기구(252)는 제2 전자밸브(5), 제2 전공 레귤레이터(52) 및 기계식 레귤레이터(3)를 통해 공기 공급 장치(2)에 접속된다(도 1 참조). 이로써, 공기 공급 장치(2)로부터 흡배기구(252)를 통해 제2 흡입 측 공기실(26B)의 내부에 가압 공기가 공급되면, 제2 벨로즈(14)는 소정의 신장 위치까지 신장된다. 본 실시형태의 제2 벨로즈(14)는 예를 들면 최신장 위치까지 신장된다.

이상의 구성에 의해, 제1 토출 측 공기실(21A)이 내부에 형성된 제1 펌프 케이스(12A)와, 제1 흡입 측 공기실(26A)을 형성하는 피스톤 몸체(23) 및 실린더 몸체(25)에 의해, 제1 벨로즈(13)를 최신장 위치와 최수축 위치 사이에서 연속적으로 신축 동작시키는 제1 에어 실린더부(제1 구동부)(27)가 구성된다.

또한, 제2 토출 측 공기실(21B)이 내부에 형성된 제2 펌프 케이스(12B)와, 제2 흡입 측 공기실(26B)을 형성하는 피스톤 몸체(23) 및 실린더 몸체(25)에 의해, 제2 벨로즈(14)를 최신장 위치와 최수축 위치 사이에서 연속적으로 신축 동작시키는 제2 에어 실린더부(제2 구동부)(28)가 구성된다.

[검지부의 구성]

제1 에어 실린더부(27)의 실린더 몸체(25)에는 한 쌍의 근접 센서(29A, 29B)가 장착된다. 제1 에어 실린더부(27)의 피스톤 몸체(23)에는 각 근접 센서(29A, 29B)에 의해 검지되는 피검지판(30)이 장착된다. 피검지판(30)은 피스톤 몸체(23)와 함께 왕복동함으로써 근접 센서(29A, 29B)에 교대로 근접한다.

근접 센서(29A)는 제1 벨로즈(13)가 최수축 위치일 때에 피검지판(30)을 검지하는 위치에 배치된다. 근접 센서(29B)는 제1 벨로즈(13)가 최신장 위치일 때에 피검지판(30)을 검지하는 위치에 배치된다. 각 근접 센서(29A, 29B)는 피검지판(30)을 검지하면, 그 검지 신호를 제어부(6)에 출력한다. 근접 센서(29B)는 제1 벨로즈(13)의 신장 위치를 검지하여 검지 신호를 출력하는 제1 검지부로서 기능한다.

제2 에어 실린더부(28)의 실린더 몸체(25)에는 한 쌍의 근접 센서(31A, 31B)가 장착된다. 제2 에어 실린더부(28)의 피스톤 몸체(23)에는 각 근접 센서(31A, 31B)에서 검지되는 피검지판(32)이 장착된다. 피검지판(32)은 피스톤 몸체(23)와 함께 왕복동함으로써, 근접 센서(31A, 31B)에 교대로 근접한다.

근접 센서(31A)는 제2 벨로즈(14)가 최수축 위치일 때에 피검지판(32)을 검지하는 위치에 배치된다. 근접 센서(31B)는 제2 벨로즈(14)가 최신장 위치일 때에 피검지판(32)을 검지하는 위치에 배치된다. 각 근접 센서(31A, 31B)는 피검지판(30)을 검지하면, 그 검지 신호를 제어부(6)에 출력한다. 근접 센서(31B)는 제2 벨로즈(14)의 신장 위치를 검지하여 검지 신호를 출력하는 제2 검지부로서 기능한다.

제1 및 제2 검지부는 근접 센서(29B, 31B)에 의해 구성되지만, 리미트 스위치 등의 다른 검지 수단에 의해 구성되어도 된다. 한편, 이하에서 근접 센서(29A, 29B)의 공통 사항을 설명하는 경우는 근접 센서(29)로 총칭한다. 마찬가지로, 근접 센서(31A, 31B)의 공통 사항을 설명하는 경우는 근접 센서(31)로 총칭한다.

[펌프 헤드의 구성]

펌프 헤드(11)는 PTFE나 PFA 등의 불소 수지로 형성된다. 펌프 헤드(11)의 내부에는 이송 유체의 흡입 통로(34)와 토출 통로(35)가 형성된다. 흡입 통로(34) 및 토출 통로(35)는 펌프 헤드(11)의 외주면(外周面)에서 개구하고, 상기 외주면에 마련된 흡입 포트 및 토출 포트(모두 도시 생략)에 접속된다.

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 가진다. 각 흡입구(36) 및 각 토출구(37)는 각각 체크 밸브(15, 16)를 통해 벨로즈(13, 14)의 내부와 연통된다.

[체크밸브의 구성]

각 흡입구(36) 및 각 토출구(37)에는 체크 밸브(15, 16)가 마련된다.

흡입구(36)에 장착된 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 바이어스(bias)하는 압축 코일 스프링(15c)을 가진다.

밸브 케이스(15a)는 바닥이 있는 원통 형상으로 형성된다. 밸브 케이스(15a)의 바닥 벽에는 벨로즈(13, 14)의 내부에 연통되는 관통 구멍(15d)이 형성된다. 밸브 보디(15b)는 압축 코일 스프링(15c)의 바이어스 힘에 의해 흡입구(36)를 폐쇄(밸브 닫힘)하고, 벨로즈(13, 14)의 신축에 따른 이송 유체의 흐름에 의한 배압(背壓)이 작용하면 흡입구(36)를 개방(밸브 열림)하도록 되어 있다.

이로써, 흡입용 체크 밸브(15)는 자신이 배치된 벨로즈(13, 14)가 신장되었을 때에 밸브 열림하여, 흡입 통로(34)로부터 벨로즈(13, 14) 내부를 향하는 방향(일방향)으로의 이송 유체의 흡입을 허용한다. 또한, 흡입용 체크 밸브(15)는 자신이 배치된 벨로즈(13, 14)가 수축되었을 때에 밸브 닫힘하여, 벨로즈(13, 14) 내부로부터 흡입 통로(34)를 향하는 방향(타방향)으로의 이송 유체의 역류를 저지한다.

토출구(37)에 장착된 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 바이어스하는 압축 코일 스프링(16c)을 가진다.

밸브 케이스(16a)는 바닥이 있는 원통 형상으로 형성된다. 밸브 케이스(16a)의 바닥 벽에는 벨로즈(13, 14)의 내부로 연통되는 관통 구멍(16d)이 형성된다. 밸브 보디(16b)는 압축 코일 스프링(16c)의 바이어스 힘에 의해 밸브 케이스(16a)의 관통 구멍(16d)을 폐쇄(밸브 닫힘)하고, 벨로즈(13, 14)의 신축에 따른 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 배치된 벨로즈(13, 14)가 수축되었을 때에 밸브 열림하여, 벨로즈(13, 14) 내부로부터 토출 통로(35)를 향하는 방향(일방향)으로의 이송 유체의 유출을 허용한다. 또한, 토출용 체크 밸브(16)는 자신이 배치된 벨로즈(13, 14)가 신장되었을 때에 밸브 닫힘하여, 토출 통로(35)로부터 벨로즈(13, 14) 내부를 향하는 방향(타방향)으로의 이송 유체의 역류를 저지한다.

[벨로즈 펌프의 동작]

다음으로, 본 실시형태의 벨로즈 펌프(1)의 동작을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 한편, 도 3 및 도 4에서는 제1 및 제2 벨로즈(13, 14)의 구성을 간략화하여 나타냈다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 벨로즈(13)가 수축되고 제2 벨로즈(14)가 신장된 경우, 펌프 헤드(11)의 도면 중 왼쪽에 장착된 흡입용 체크 밸브(15) 및 토출용 체크 밸브(16)의 각 밸브 보디(15b, 16b)는 제1 벨로즈(13) 내의 이송 유체로부터 압력을 받아, 각 밸브 케이스(15a, 16a)의 도면 중 오른쪽으로 각각 이동한다. 이로써 흡입용 체크 밸브(15)가 밸브 닫힘됨과 함께, 토출용 체크 밸브(16)가 밸브 열림되고, 제1 벨로즈(13) 내의 이송 유체가 토출 통로(35)로부터 펌프 밖으로 토출된다.

한편, 펌프 헤드(11)의 도면 중 오른쪽에 장착된 흡입용 체크 밸브(15)의 밸브 보디(15b)는 제2 벨로즈(14)에 의한 흡입 작용에 의해 밸브 케이스(15a)의 도면 중 오른쪽으로 이동한다. 펌프 헤드(11)의 도면 중 오른쪽에 장착된 토출용 체크 밸브(16)의 밸브 보디(16b)는 제2 벨로즈(14)에 의한 흡입 작용, 및 제1 벨로즈(13)로부터 토출 통로(35)로 토출된 이송 유체에 의한 가압 작용에 의해, 밸브 케이스(16a)의 도면 중 오른쪽으로 이동한다. 이로써 흡입용 체크 밸브(15)가 밸브 열림됨과 함께, 토출용 체크 밸브(16)가 밸브 닫힘되고, 흡입 통로(34)로부터 제2 벨로즈(14) 내에 이송 유체가 흡입된다.

다음으로, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 벨로즈(13)가 신장되고 제2 벨로즈(14)가 수축된 경우, 펌프 헤드(11)의 도면 중 오른쪽에 장착된 흡입용 체크 밸브(15) 및 토출용 체크 밸브(16)의 각 밸브 보디(15b, 16b)는 제2 벨로즈(14) 내의 이송 유체로부터 압력을 받아, 각 밸브 케이스(15a, 16a)의 도면 중 왼쪽으로 이동한다. 이로써 흡입용 체크 밸브(15)가 밸브 닫힘됨과 함께, 토출용 체크 밸브(16)가 밸브 열림되고, 제2 벨로즈(14) 내의 이송 유체가 토출 통로(35)로부터 펌프 밖으로 토출된다.

한편, 펌프 헤드(11)의 도면 중 왼쪽에 장착된 흡입용 체크 밸브(15)의 밸브 보디(15b)는 제1 벨로즈(13)에 의한 흡입 작용에 의해 밸브 케이스(15a)의 도면 중 왼쪽으로 이동한다. 펌프 헤드(11)의 도면 중 왼쪽에 장착된 토출용 체크 밸브(16)의 밸브 보디(16b)는 제1 벨로즈(13)에 의한 흡입 작용, 및 제1 벨로즈(13)로부터 토출 통로(35)로 토출된 이송 유체에 의한 가압 작용에 의해, 밸브 케이스(16a)의 도면 중 왼쪽으로 이동한다. 이로써 흡입용 체크 밸브(15)가 밸브 열림됨과 함께, 토출용 체크 밸브(16)가 밸브 닫힘되고, 흡입 통로(34)로부터 제1 벨로즈(13) 내에 이송 유체가 흡입된다.

이상의 동작을 반복 수행함으로써 좌우의 벨로즈(13, 14)는 교대로 이송 유체의 흡입과 토출을 수행할 수 있다.

[전자밸브의 구성]

도 1에서 제1 전자밸브(4)는 예를 들면, 한 쌍의 솔레노이드(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. 이로써, 제1 전자밸브(4)는 제어부(6)에 의해 전환 제어된다. 제1 전자밸브(4)는 제1 에어 실린더부(27)에서 제1 토출 측 공기실(21A)에 대한 가압 공기의 공급·배출, 및 제1 흡입 측 공기실(26A)에 대한 가압 공기의 공급·배출을 전환한다.

구체적으로는, 제1 전자밸브(4)는 솔레노이드(4a)가 여자되면, 제1 토출 측 공기실(21A)에 가압 공기를 공급함과 함께 제1 흡입 측 공기실(26A) 내의 가압 공기를 배출하는 상태로 전환된다. 또한, 제1 전자밸브(4)는 솔레노이드(4b)가 여자되면, 제1 토출 측 공기실(21A) 내의 가압 공기를 배출함과 함께 제1 흡입 측 공기실(26A)에 가압 공기를 공급하는 상태로 전환된다.

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. 이로써, 제2 전자밸브(5)는 제어부(6)에 의해 전환 제어된다. 제2 전자밸브(5)는 제2 에어 실린더부(28)에서 제2 토출 측 공기실(21B)에 대한 가압 공기의 공급·배출, 및 제2 흡입 측 공기실(26B)에 대한 가압 공기의 공급·배출을 전환한다.

구체적으로는, 제2 전자밸브(5)는 솔레노이드(5a)가 여자되면, 제2 토출 측 공기실(21B)에 가압 공기를 공급함과 함께 제2 흡입 측 공기실(26B) 내의 가압 공기를 배출하는 상태로 전환된다. 또한, 제2 전자밸브(5)는 솔레노이드(5b)가 여자되면, 제2 토출 측 공기실(21B) 내의 가압 공기를 배출함과 함께 제2 흡입 측 공기실(26B)에 가압 공기를 공급하는 상태로 전환된다. 한편, 본 실시형태의 제1 및 제2 전자밸브(4, 5)는 3위치의 전자 전환 밸브로 이루어지는데, 중립 위치를 가지지 않는 2위치의 전자 전환 밸브이어도 된다.

[전공 레귤레이터의 구성]

제1 전공 레귤레이터(51)는 기계식 레귤레이터(3)와 제1 전자밸브(4) 사이에 배치된다. 제1 전공 레귤레이터(51)는 제1 에어 실린더부(27)의 제1 흡입 측 공기실(제1 유체실)(26A)에 공급되는 가압 공기의 공기압, 및 제1 에어 실린더부(27)의 제1 토출 측 공기실(21A)에 공급되는 가압 공기의 공기압을 각각 조정한다.

마찬가지로, 제2 전공 레귤레이터(52)는 기계식 레귤레이터(3)와 제2 전자밸브(5) 사이에 배치된다. 제2 전공 레귤레이터(52)는 제2 에어 실린더부(28)의 제2 흡입 측 공기실(제2 유체실)(26B)에 공급되는 가압 공기의 공기압, 및 제2 에어 실린더부(28)의 제2 토출 측 공기실(21B)에 공급되는 가압 공기의 공기압을 각각 조정한다.

한편, 전공 레귤레이터(51, 52)는 적어도 흡입 측 공기실(26A, 26B)에 공급되는 가압 공기의 공기압을 조정하는 것이면 된다. 또한, 본 실시형태에서는 유체압 조정부로서, 공기압을 직접적으로 조정하는 전공 레귤레이터(51, 52)를 이용했는데, 공기 유량을 조정하는 공기 유량 조정 밸브를 이용하여 공기압을 간접적으로 조정해도 되고, 공기 이외의 기체(예를 들면 질소)나 액체 등의 압력 또는 유량을 조정하는 기기를 이용해도 된다.

[제어부의 구성]

도 1 및 도 2에서, 제어부(6)는 CPU 등을 가지는 컴퓨터를 구비하여 구성된다. 제어부(6)는 조작 스위치(7)로부터 조작 지령이 입력되면, 초기 제어를 수행한 후에 벨로즈 펌프 장치(1)의 운전을 개시하고, 벨로즈 펌프(10)를 구동하는 구동 제어를 수행한다. 제어부(6)의 각 기능은 상기 컴퓨터의 기억 장치에 기억된 제어 프로그램이 CPU에 의해 실행됨으로써 발휘된다.

제어부(6)는 초기 제어로서, 제1 초기 제어 및 제2 초기 제어를 이 순서로 수행한다.

제1 초기 제어에서는 제어부(6)는 제1 전자밸브(4)를 전환하여 사전에 제1 에어 실린더부(27)의 제1 흡입 측 공기실(26A)에 가압 공기를 공급시킴으로써 벨로즈 펌프 장치(1)의 운전 중(구동 제어 중)에 제1 흡입 측 공기실(26A)에 공급되는 가압 공기의 공기압인 제1 운전 공기압(제1 운전 유체압)(P1)을 결정한다.

구체적으로는, 제어부(6)는 제1 전자밸브(4)를 전환하여 사전에 제1 흡입 측 공기실(26A)에 공급되는 가압 공기의 공기압을 서서히 올리도록 제1 전공 레귤레이터(51)에 제어 지령을 출력한다. 그리고 제어부(6)는 제1 벨로즈(13)가 최신장 위치까지 신장되어 근접 센서(29B)로부터 검지 신호가 입력되면, 그 시점에서 제1 흡입 측 공기실(26A)에 공급된 가압 공기의 공기압을 제1 운전 공기압(P1)으로 결정한다.

제2 초기 제어에서는 제어부(6)는 제2 전자밸브(5)를 전환하여 사전에 제2 에어 실린더부(28)의 제2 흡입 측 공기실(26B)에 가압 공기를 공급시킴으로써, 벨로즈 펌프 장치(1)의 운전 중에 제2 흡입 측 공기실(26B)에 공급되는 가압 공기의 공기압인 제2 운전 공기압(제2 운전 유체압)(P2)을 결정한다.

구체적으로는 제어부(6)는 제2 전자밸브(5)를 전환하여 사전에 제2 흡입 측 공기실(26B)에 공급되는 가압 공기의 공기압을 서서히 올리도록 제2 전공 레귤레이터(52)에 제어 지령을 출력한다. 그리고 제어부(6)는 제2 벨로즈(14)가 최신장 위치까지 신장되어 근접 센서(31B)로부터 검지 신호가 입력되면, 그 시점에서 제2 흡입 측 공기실(26B)에 공급된 가압 공기의 공기압을 제2 운전 공기압(P2)으로 결정한다.

한편, 본 실시형태의 제어부(6)는 제1 초기 제어를 수행한 후에 제2 초기 제어를 수행했는데, 제2 초기 제어를 수행한 후에 제1 초기 제어를 수행해도 되고, 제1 초기 제어 및 제2 초기 제어를 동시에 수행해도 된다.

제어부(6)는 구동 제어로서, 근접 센서(29, 31)로부터의 검지 신호에 기초하여 각 전자밸브(4, 5)를 전환함으로써 벨로즈 펌프(10)의 제1 에어 실린더부(27) 및 제2 에어 실린더부(28)의 각 구동을 제어한다.

구체적으로는 제어부(6)는 근접 센서(29, 31)로부터의 검지 신호에 기초하여 제1 벨로즈(13)가 최수축 위치가 되는 앞에서 제2 벨로즈(14)를 최신장 위치로부터 수축시킴과 함께, 제2 벨로즈(14)가 최수축 위치가 되는 앞에서 제1 벨로즈(13)를 최신장 위치로부터 수축시키도록, 제1 및 제2 에어 실린더부(27, 28)의 구동을 제어한다.

여기서, 제1 벨로즈(13)가 최수축 위치가 되는 "앞"이란, 제1 벨로즈(13)의 수축 경과 위치가 수축 개시 위치(최신장 위치)보다도 수축 종료 위치(최수축 위치)에 가까운 위치에 있는 것을 의미하고, 보다 상세하게는 제1 벨로즈(13)가 최신장 위치로부터 최수축 위치가 될 때까지의 수축 길이의 60%~90%(바람직하게는 60%~70%, 보다 바람직하게는 66%)까지 수축된 위치를 의미한다. 마찬가지로, 제2 벨로즈(14)가 최수축 위치가 되는 "앞"이란, 제2 벨로즈(14)의 수축 경과 위치가 수축 개시 위치(최신장 위치)보다도 수축 종료 위치(최수축 위치)에 가까운 위치에 있는 것을 의미하고, 보다 상세하게는 제2 벨로즈(14)가 최신장 위치로부터 최수축 위치가 될 때까지의 수축 길이의 60%~90%(바람직하게는 60%~70%, 보다 바람직하게는 66%)까지 수축된 위치를 의미한다.

이로써, 하나의 벨로즈의 수축으로부터 신장(이송 유체의 토출로부터 흡입)으로의 전환 타이밍에서 다른 하나의 벨로즈는 이미 수축되어 이송 유체를 토출하고 있으므로, 상기 전환 타이밍에서 이송 유체의 토출 압력이 크게 떨어지는 것을 저감할 수 있다. 그 결과, 벨로즈 펌프(10)의 토출 측의 맥동을 저감할 수 있다.

한편, 본 실시형태의 제어부(6)는 하나의 벨로즈(13(14))가 최수축 위치가 되는 앞에서 다른 하나의 벨로즈(14(13))를 최신장 위치로부터 수축시켰는데, 하나의 벨로즈(13(14))가 최수축 위치가 되었을 때에 다른 하나의 벨로즈(14(13))를 최신장 위치로부터 수축시키도록 제어해도 된다. 단, 벨로즈 펌프(10)의 토출 측의 맥동을 저감하는 관점에서는 본 실시형태와 같이 제어하는 것이 바람직하다.

[초기 제어와 구동 제어의 제어예]

도 5는 본 실시형태의 제어부(6)에 의한 초기 제어와 구동 제어의 제어예를 나타내는 타임 차트이다. 이하, 도 1 및 도 5를 참조하면서 제어부(6)가 실행하는 초기 제어와 구동 제어에 대해 설명한다. 제어부(6)는 대기 상태에서 조작 스위치(7)로부터의 조작 지령의 입력을 기다린다. 한편, 대기 상태에서 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)는 모두 자연 길이의 상태에 있다.

제어부(6)는 조작 스위치(7)로부터 조작 지령이 입력되면, 우선 제1 초기 제어를 실행한다. 제1 초기 제어에서 제어부(6)는 제1 전자밸브(4)를 전환함으로써, 공기 공급 장치(2)로부터 제1 에어 실린더부(27)의 제1 흡입 측 공기실(26A)로의 가압 공기(이하, 제1 가압 공기라고도 함)의 공급을 개시한다. 그 개시 시점에서, 제어부(6)는 제1 가압 공기의 공기압을 소정의 1차 공기압(Pa)으로 조정하도록 제1 전공 레귤레이터(51)에 제어 지령을 출력한다.

다음으로, 제어부(6)는 상기 개시 시점으로부터 일정 시간(T1)이 경과될 때까지 근접 센서(29B)로부터의 검지 신호가 입력되는 것을 기다린다. 일정 시간(T1)은 예를 들면, 통상 운전 시에 제1 벨로즈(13)가 최수축 위치로부터 최신장 위치에 달할 때까지의 신장 시간보다도 조금 긴 시간으로 설정된다.

따라서, 제1 가압 공기의 공기압이 제1 벨로즈(13)를 신장시키는 데에 필요한 공기압 이상인 경우에는 제1 벨로즈(13)는 신장되므로, 일정 시간(T1)이 경과될 때까지 근접 센서(29B)로부터의 검지 신호가 제어부(6)에 입력된다.

한편, 제1 가압 공기의 공기압이 제1 벨로즈(13)를 신장시키는 데에 필요한 공기압 미만인 경우에는 제1 벨로즈(13)는 신장되지 않으므로, 일정 시간(T1)이 경과해도 제어부(6)에는 근접 센서(29B)로부터의 검지 신호는 입력되지 않는다.

제어부(6)는 일정 시간(T1) 내에 근접 센서(29B)로부터 검지 신호가 입력되지 않으면, 제1 가압 공기의 공기압을 1차 공기압(Pa)보다도 소정 압만큼 높은 2차 공기압(Pb)으로 조정하도록, 제1 전공 레귤레이터(51)에 제어 지령을 출력한다. 이와 같이 하여, 제어부(6)는 근접 센서(29B)로부터 검지 신호가 입력될 때까지, 제1 가압 공기를 일정 시간(T1)마다 소정 압씩 단계적으로 올리도록, 제1 전공 레귤레이터(51)에 제어 지령을 출력한다.

도 5의 제어예에서는 제1 가압 공기의 공기압이 ３차 공기압(Pc)일 때에 일정 시간(T1) 내에 근접 센서(29B)로부터 검지 신호가 제어부(6)에 입력되는 경우를 나타냈다. 제어부(6)는 근접 센서(29B)로부터 검지 신호가 입력되면, 그 시점에서의 제1 가압 공기의 공기압(여기서는 ３차 공기압(Pc))을 제1 운전 공기압(P1)으로 결정한다. 그리고 제어부(6)는 제1 가압 공기의 공기압을 제1 운전 공기압(P1)으로 유지하도록, 제1 전공 레귤레이터(51)에 제어 지령을 출력하고, 제1 초기 제어를 종료한다.

한편, 제어부(6)는 조작 스위치(7)로부터 조작 지령이 입력되었을 때에 제1 초기 제어를 실행했는데, 조작 스위치(7)와는 별도로 마련된 전용 스위치로부터 조작 지령이 입력되었을 때에 제1 초기 제어를 실행해도 된다.

제어부(6)는 제1 초기 제어가 종료되면 제2 초기 제어를 실행한다. 제2 초기 제어에서 제어부(6)는 제2 전자밸브(5)를 전환함으로써 공기 공급 장치(2)로부터 제2 에어 실린더부(28)의 제2 흡입 측 공기실(26B)로의 가압 공기(이하, 제2 가압 공기라고도 함)의 공급을 개시한다. 그 개시 시점에서 제어부(6)는 제2 가압 공기의 공기압을 소정의 1차 공기압으로 조정하도록, 제2 전공 레귤레이터(52)에 제어 지령을 출력한다. 본 실시형태의 제어부(6)는 제2 초기 제어의 1차 공기압을 제1 초기 제어로 결정한 제1 운전 공기압(P1(Pc))으로 조정하도록, 제2 전공 레귤레이터(52)에 제어 지령을 출력한다.

다음으로, 제어부(6)는 상기 개시 시점으로부터 일정 시간(T2)이 경과될 때까지 근접 센서(31B)로부터의 검지 신호가 입력되는 것을 기다린다. 일정 시간(T2)은 예를 들면, 통상 운전 시에 제2 벨로즈(14)가 최수축 위치로부터 최신장 위치에 달할 때까지의 신장 시간보다도 조금 긴 시간으로 설정된다.

따라서, 제2 가압 공기의 공기압이 제2 벨로즈(14)를 신장시키는 데에 필요한 공기압 이상인 경우에는 제2 벨로즈(14)는 신장되므로, 일정 시간(T2)이 경과될 때까지 근접 센서(31B)로부터의 검지 신호가 제어부(6)에 입력된다.

한편, 제2 가압 공기의 공기압이 제2 벨로즈(14)를 신장시키는 데에 필요한 공기압 미만인 경우에는 제2 벨로즈(14)는 신장되지 않으므로, 일정 시간(T2)이 경과해도 제어부(6)에는 근접 센서(31B)로부터의 검지 신호는 입력되지 않는다.

제어부(6)는 일정 시간(T2) 내에 근접 센서(31B)로부터 검지 신호가 입력되지 않으면, 제2 가압 공기의 공기압을 1차 공기압(Pc)보다도 소정 압만큼 높은 2차 공기압(Pd)으로 조정하도록, 제2 전공 레귤레이터(52)에 제어 지령을 출력한다. 이와 같이, 제어부(6)는 근접 센서(31B)로부터 검지 신호가 입력될 때까지, 제2 가압 공기를 일정 시간(T2)마다 소정 압씩 단계적으로 올리도록, 제2 전공 레귤레이터(52)에 제어 지령을 출력한다.

도 5의 제어예에서는 제2 가압 공기의 공기압이 2차 공기압(Pd)일 때에 일정 시간(T2) 내에 근접 센서(31B)로부터 검지 신호가 제어부(6)에 입력되는 경우를 나타냈다. 제어부(6)는 근접 센서(31B)로부터 검지 신호가 입력되면, 그 시점에서의 제2 가압 공기의 공기압(여기서는 2차 공기압(Pd))을 제2 운전 공기압(P2)으로 결정하고, 제2 초기 제어를 종료한다.

한편, 제어부(6)는 제1 초기 제어 및 제2 초기 제어에서 흡입 측 공기실(26A, 26B)에 공급되는 가압 공기를 일정 시간마다 소정 압씩 단계적으로 올렸는데, 상기 공기압을 연속적으로 올리도록, 전공 레귤레이터(51, 52)에 제어 지령을 출력해도 된다.

단, 이 경우, 흡입 측 공기실(26A, 26B)에 공급되는 가압 공기가 벨로즈(13, 14)를 신장 위치까지 신장시키는 데에 필요한 공기압(적정 공기압)까지 오른 시점부터, 벨로즈(13, 14)가 신장 위치까지 신장될 때까지의 동안도 상기 가압 공기는 연속적으로 계속 오르게 된다. 이 때문에, 벨로즈(13, 14)가 신장 위치가 되어 근접 센서(29B, 31B)의 검지 신호가 제어부(6)에 입력된 시점에서 흡입 측 공기실(26A, 26B)에 공급되는 가압 공기를 운전 공기압(P1, P2)으로 하면, 운전 공기압(P1, P2)이 적정 공기압보다도 조금 높아진다. 따라서, 본 실시형태와 같이 단계적으로 공기압을 올리는 편이 적정 공기압에 의해 가까운 값을 운전 공기압(P1, P2)으로 결정할 수 있다.

본 실시형태에서는 전공 레귤레이터(51, 52)를 이용하여 자동적으로 제1 및 제2 운전 공기압(P1, P2)을 결정했는데, 기계식 레귤레이터를 이용하여 수동으로 제1 및 제2 가압 공기의 공기압을 조정함으로써 제1 및 제2 운전 공기압을 결정해도 된다.

도 6은 초기 제어의 변형예를 나타내는 타임 차트이다. 본 변형예에서는 제어부(6)는 제2 초기 제어에서의 제2 가압 공기의 1차 공기압을 제1 초기 제어에서 이용한 1차 공기압(Pa)으로 조정하도록, 제2 전공 레귤레이터(52)에 제어 지령을 출력한다. 이 이후의 제어는 도 5의 제어예와 동일한 순서로 수행된다.

한편, 도 6의 제어예에서는 제2 가압 공기의 공기압이 ３차 공기압(Pc)일 때에 일정 시간(T2) 내에 근접 센서(31B)로부터 검지 신호가 제어부(6)에 입력되는 경우를 나타냈다. 따라서, 본 변형예의 제어부(6)는 근접 센서(31B)로부터 검지 신호가 입력되면, 그 시점에서의 제2 가압 공기의 공기압인 ３차 공기압(Pc)을 제2 운전 공기압(P2)으로 결정하고, 제2 초기 제어를 종료한다.

도 5로 되돌아가서, 제어부(6)는 제2 초기 제어가 종료되면, 구동 제어를 실행한다. 구동 제어에서, 제어부(6)는 제2 초기 제어의 마지막에 근접 센서(31B)로부터 검지 신호가 입력되었을 때에 제1 전자밸브(4)를 전환하여 공기 공급 장치(2)로부터 제1 토출 측 공기실(21A)로의 가압 공기의 공급을 개시한다. 그때, 제어부(6)는 가압 공기의 공기압을 미리 정해진 공기압(Pe)으로 조정하도록, 제1 전공 레귤레이터(51)에 제어 지령을 출력한다. 공기압(Pe)은 제1 벨로즈(13)를 수축시키는 데에 필요한 공기압으로 설정된다. 이로써, 제1 벨로즈(13)는 최신장 위치로부터 수축을 개시한다.

다음으로, 제어부(6)는 근접 센서(31B)의 검지 신호가 입력되고 나서 소정 시간(Ta)이 경과하고, 제1 벨로즈(13)가 최수축 위치가 되는 앞까지 수축되면, 제2 전자밸브(5)를 전환하여 공기 공급 장치(2)로부터 제2 토출 측 공기실(21B)로의 가압 공기의 공급을 개시한다. 그때, 제어부(6)는 가압 공기의 공기압을 미리 정해진 공기압(Pf)으로 조정하도록, 제2 전공 레귤레이터(52)에 제어 지령을 출력한다. 공기압(Pf)은 제2 벨로즈(14)를 수축시키는 데에 필요한 공기압으로 설정된다. 이로써, 제1 벨로즈(13)가 최수축 위치가 되는 앞에서, 제2 벨로즈(14)는 최신장 위치로부터 수축을 개시한다.

다음으로 제어부(6)는 제1 벨로즈(13)가 최수축 위치까지 수축되어 근접 센서(29A)로부터 검지 신호가 입력되면, 제1 전자밸브(4)를 전환하여 공기 공급 장치(2)로부터 제1 흡입 측 공기실(26A)로의 가압 공기의 공급을 개시한다. 그때, 제어부(6)는 가압 공기의 공기압을 제1 운전 공기압(P1)으로 조정하도록, 제1 전공 레귤레이터(51)에 제어 지령을 출력한다. 이로써, 제1 벨로즈(13)는 최수축 위치로부터 신장을 개시한다.

다음으로, 제어부(6)는 제2 벨로즈(14)가 최수축 위치가 되는 앞까지 수축되면서 제1 벨로즈(13)가 최신장 위치까지 신장되어 근접 센서(29B)로부터 검지 신호가 입력되면, 제1 전자밸브(4)를 전환하여 공기 공급 장치(2)로부터 제1 토출 측 공기실(21A)로의 가압 공기의 공급을 개시한다. 그때, 제어부(6)는 가압 공기의 공기압을 다시 공기압(Pe)으로 조정하도록, 제1 전공 레귤레이터(51)에 제어 지령을 출력한다. 이로써, 제2 벨로즈(14)가 최수축 위치가 되는 앞에서 제1 벨로즈(13)는 최신장 위치로부터 수축을 개시한다.

다음으로, 제어부(6)는 제2 벨로즈(14)가 최수축 위치까지 수축되어 근접 센서(31A)로부터 검지 신호가 입력되면, 제2 전자밸브(5)를 전환하여 공기 공급 장치(2)로부터 제2 흡입 측 공기실(26B)로의 가압 공기의 공급을 개시한다. 그때, 제어부(6)는 가압 공기의 공기압을 제2 운전 공기압(P2)으로 조정하도록, 제2 전공 레귤레이터(52)에 제어 지령을 출력한다. 이로써 제2 벨로즈(14)는 최수축 위치로부터 신장을 개시한다.

다음으로, 제어부(6)는 제2 벨로즈(14)가 최신장 위치까지 신장되어 근접 센서(31B)로부터 검지 신호가 입력되면, 제2 전자밸브(5)를 전환하여 공기 공급 장치(2)로부터 제2 토출 측 공기실(21B)로의 가압 공기의 공급을 개시한다. 그때, 제어부(6)는 가압 공기의 공기압을 다시 공기압(Pf)으로 조정하도록, 제1 전공 레귤레이터(51)에 제어 지령을 출력한다. 이로써, 제2 벨로즈(14)는 최신장 위치로부터 수축을 개시한다.

이 이후, 제어부(6)는 상술한 바와 같이, 근접 센서(29, 31)로부터의 검지 신호에 기초하여, 전자밸브(4, 5)를 전환하여 전공 레귤레이터(51, 52)에 제어 지령을 출력하는 제어를 반복 수행한다.

이상, 본 실시형태의 벨로즈 펌프 장치(1)에 따르면, 제어부(6)는 운전을 개시하기 전에 사전에 흡입 측 공기실(26A, 26B)에 가압 공기를 공급시킴으로써 상기 운전 중에 흡입 측 공기실(26A, 26B)에 공급되는 가압 공기의 공기압인 운전 공기압을 결정하는 초기 제어를 수행한다. 그때, 제어부(6)는 가압 공기의 공기압을 서서히 올리도록 전공 레귤레이터(51, 52)에 제어 지령을 출력하고, 벨로즈(13, 14)가 최신장 위치까지 신장되어 근접 센서(29B, 31B)로부터 검지 신호가 입력되었을 때에 그 시점에서 흡입 측 공기실(26A, 26B)에 공급된 가압 공기의 공기압을 상기 운전 공기압으로 결정한다. 이로써, 운전 공기압은 벨로즈(13, 14)를 신장 위치까지 신장시키는 데에 필요한 적정 공기압 부근의 값이 되므로, 운전 개시 시에 벨로즈(13, 14) 내에 이송 유체를 흡입했을 때에 충격 압력 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 제어부(6)는 사전에 흡입 측 공기실(26A, 26B)에 공급되는 가압 공기의 공기압을 단계적으로 올리도록 전공 레귤레이터(51, 52)에 제어 지령을 출력하므로, 상기 공기압을 연속적으로 올리는 경우에 비해, 적정 공기압에 가까운 값을 운전 공기압으로 결정할 수 있다.

또한, 제어부(6)는 조작 스위치로부터 운전을 개시시키는 조작 지령이 입력되면 초기 제어를 수행하고 나서 운전을 개시하므로, 벨로즈 펌프 장치(1)의 운전을 개시하기 전에 초기 제어를 확실하게 수행할 수 있다.

또한, 본 실시형태와 같이 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)가 서로 독립적으로 신축되는 경우, 제어부(6)는 제1 초기 제어 및 제2 초기 제어를 동시에 수행할 수 있다. 그러나 실제 운전 중에는 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)를 교대로 신장시키기 때문에, 제1 초기 제어 및 제2 초기 제어가 동시에 수행되면 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)가 동시에 신장되게 된다. 이 때문에, 제1 초기 제어 및 제2 초기 제어를 동시에 수행한 경우, 실제 운전 중인 경우와 비교하여 각 벨로즈(13, 14) 내의 부압이 커지고, 각 벨로즈(13, 14)를 최신장 위치까지 신장시키는 데에 필요한 가압 공기의 공기압이 실제 운전 중에 필요한 적절 공기압보다도 높아진다. 그렇다면, 제어부(6)로 결정되는 제1 운전 공기압 및 제2 운전 공기압도 적절 공기압보다도 높아진다.

이에 반하여, 본 실시형태에서는 제1 초기 제어가 수행된 후에 제2 초기 제어가 수행되므로, 실제 운전 중과 동일한 환경에서 제1 운전 공기압 및 제2 운전 공기압을 결정할 수 있다. 그 결과, 제어부(6)는 제1 초기 제어 및 제2 초기 제어가 동시에 수행되는 경우에 비해 적정 공기압에 가까운 값을 제1 및 제2 운전 공기압으로 결정할 수 있다.

또한, 제어부(6)는 제2 초기 제어에서, 사전에 제2 흡입 측 공기실(26B)에 공급되는 가압 공기의 공기압을 제1 초기 제어로 결정한 제1 운전 공기압으로부터 서서히 올리도록 제어 지령을 출력하므로, 제어부(6)는 제2 초기 제어에서 제2 운전 공기압을 신속히 결정할 수 있다.

[기타]

본 발명은 상기 실시형태의 벨로즈 펌프(10) 이외에 한 쌍의 벨로즈 중 하나를 어큐물레이터로 바꿔 넣어서 구성된 벨로즈 펌프 등, 다른 벨로즈 펌프에도 적용할 수 있다.

이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 의미가 아닌, 청구범위에 의해 나타내지고, 청구범위와 균등한 의미, 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1: 벨로즈 펌프 장치
4: 제1 전자밸브(전자밸브)
5: 제2 전자밸브(전자밸브)
6: 제어부
7: 조작 스위치
13: 제1 벨로즈(벨로즈)
14: 제2 벨로즈(벨로즈)
26A: 제1 흡입 측 공기실(유체실, 제1 유체실)
26B: 제2 흡입 측 공기실(유체실, 제2 유체실)
29B: 근접 센서(검지부, 제1 검지부)
31B: 근접 센서(검지부, 제2 검지부)
51: 제1 전공 레귤레이터(유체압 조정부, 제1 유체압 조정부)
52: 제2 전공 레귤레이터(유체압 조정부, 제2 유체압 조정부)
P1: 제1 운전 공기압(운전 유체압, 제1 운전 유체압)
P2: 제2 운전 공기압(운전 유체압, 제2 운전 유체압)

Claims (7)

1. 가압 유체가 공급 및 배출되는 유체실과, 신축(伸縮)이 자유로운 벨로즈를 구비하고, 상기 유체실에 가압 유체가 공급되면 상기 벨로즈가 소정의 신장 위치까지 신장되어 상기 벨로즈 내에 이송 유체가 흡입되며, 상기 유체실로부터 가압 유체가 배출되면 상기 벨로즈가 수축되어 상기 벨로즈 내의 이송 유체가 토출되는, 벨로즈 펌프 장치로서,
   상기 유체실에 대한 가압 유체의 공급·배출을 전환하는 전자(電磁)밸브와,
   상기 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압(流體壓)을 조정하는 유체압 조정부와,
   상기 벨로즈가 상기 신장 위치에 있는 것을 검지하여 검지 신호를 출력하는 검지부와,
   상기 벨로즈 펌프 장치의 운전을 개시하기 전에 상기 전자밸브를 전환하여 사전에 상기 유체실에 가압 유체를 공급시킴으로써, 상기 운전 중에 상기 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압인 운전 유체압을 결정하는 초기 제어를 수행하는 제어부를 구비하고,
   상기 제어부는 상기 초기 제어로서, 사전에 상기 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압을 서서히 올리도록 상기 유체압 조정부에 제어 지령을 출력하며, 상기 검지부로부터 상기 검지 신호가 입력되었을 때에, 그 시점에서 상기 유체실에 공급된 가압 유체의 유체압을 상기 운전 유체압으로 결정하는, 벨로즈 펌프 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 사전에 상기 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압을 단계적으로 올리도록 상기 유체압 조정부에 제어 지령을 출력하는, 벨로즈 펌프 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 운전을 개시시키는 조작 지령을 출력하는 조작 스위치를 추가로 구비하고,
   상기 제어부는 상기 조작 지령이 입력되면, 상기 초기 제어를 수행한 후에 상기 운전을 개시하는, 벨로즈 펌프 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 운전을 개시시키는 조작 지령을 출력하는 조작 스위치를 추가로 구비하고,
   상기 제어부는 상기 조작 지령이 입력되면, 상기 초기 제어를 수행한 후에 상기 운전을 개시하는, 벨로즈 펌프 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유체실로서 제1 유체실 및 제2 유체실을 구비하고,
   상기 벨로즈로서, 상기 제1 유체실에 가압 유체가 공급·배출됨으로써 이송 유체를 흡입 및 토출하는 제1 벨로즈와, 상기 제1 벨로즈와는 독립적으로 신축이 자유로우면서 상기 제2 유체실에 가압 유체가 공급·배출됨으로써 이송 유체를 흡입 및 토출하는 제2 벨로즈를 구비하고,
   상기 전자밸브로서, 상기 제1 유체실에 대한 가압 유체의 공급·배출을 전환하는 제1 전자밸브와, 상기 제2 유체실에 대한 가압 유체의 공급·배출을 전환하는 제2 전자밸브를 구비하며,
   상기 유체압 조정부로서, 상기 제1 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압을 조정하는 제1 유체압 조정부와, 상기 제2 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압을 조정하는 제2 유체압 조정부를 구비하며,
   상기 검지부로서, 상기 제1 벨로즈가 상기 신장 위치에 있는 것을 검지하여 검지 신호를 출력하는 제1 검지부와, 상기 제2 벨로즈가 상기 신장 위치에 있는 것을 검지하여 검지 신호를 출력하는 제2 검지부를 구비하고,
   상기 제어부는 상기 초기 제어로서,
   상기 제1 전자밸브를 전환하여 사전에 상기 제1 유체실에 가압 유체를 공급시킴으로써, 상기 운전 중에 상기 제1 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압인 제1 운전 유체압을 결정하는 제1 초기 제어와,
   상기 제2 전자밸브를 전환하여 사전에 상기 제2 유체실에 가압 유체를 공급시킴으로써, 상기 운전 중에 상기 제2 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압인 제2 운전 유체압을 결정하는 제2 초기 제어를 수행하며,
   상기 제어부는 상기 제1 초기 제어로서, 사전에 상기 제1 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압을 서서히 올리도록 상기 제1 유체압 조정부에 제어 지령을 출력하고, 상기 제1 검지부로부터 검지 신호가 입력되었을 때에, 그 시점에서 상기 제1 유체실에 공급된 가압 유체의 유체압을 상기 제1 운전 유체압으로 결정하며,
   상기 제어부는 상기 제2 초기 제어로서, 사전에 상기 제2 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압을 서서히 올리도록 상기 제2 유체압 조정부에 제어 지령을 출력하고, 상기 제2 검지부로부터 검지 신호가 입력되었을 때에, 그 시점에서 상기 제2 유체실에 공급된 가압 유체의 유체압을 제2 운전 유체압으로 결정하는, 벨로즈 펌프 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 제1 초기 제어를 수행한 후에 상기 제2 초기 제어를 수행하는, 벨로즈 펌프 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 제2 초기 제어에서, 사전에 상기 제2 유체실에 공급되는 가압 유체의 유체압을, 상기 제1 초기 제어로 결정한 상기 제1 운전 유체압으로부터 서서히 올리도록 상기 제어 지령을 출력하는, 벨로즈 펌프 장치.

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