KR20170039099A

KR20170039099A - 벨로즈 펌프 장치

Info

Publication number: KR20170039099A
Application number: KR1020167036696A
Authority: KR
Inventors: 마사테루 야마다; 가즈키요 데시마; 아쓰시 나카노; 다이스케 우라타; 게이지 나가에
Original assignee: 니폰 필라고교 가부시키가이샤
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-04-10
Also published as: TW201623797A; JP6353732B2; US20170218946A1; US10408207B2; CN107002660A; JP2016035241A; KR102310981B1; CN107002660B; TWI658210B; WO2016021351A1; EP3179104A4; EP3179104A1; EP3179104B1

Abstract

본 발명은, 설치 스페이스의 대폭적인 증가나 토출량의 감소를 초래하지 않고 토출 측의 맥동을 저감할 수 있는 벨로즈 펌프 장치를 제공한다. 벨로즈 펌프 장치는, 펌프 헤드(11)에 서로 독립적으로 신축 가능하게 장착되고, 신장에 의해 흡입 통로(34)로부터 내부에 유체를 흡입하고, 수축에 의해 내부로부터 토출 통로(35)에 유체를 토출하는 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)와, 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)를 각각 신축 동작시키는 제1 및 제2 에어 실린더부(27, 28)와, 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)의 신축 상태를 각각 검지하는 제1 검지 수단 및 제2 검지 수단(29, 31)과, 제1 검지 수단 및 제2 검지 수단(29, 31)의 각 검지 신호에 기초하여, 한쪽의 벨로즈(13, 14)가 최대 수축 상태로 되기 직전에 다른 쪽의 벨로즈(14, 13)를 최대 신장 상태로부터 수축하게 하도록, 제1 및 제2 에어 실린더부(27, 28)를 구동 제어하는 제어부(6)를 포함하고 있다.

Description

벨로즈 펌프 장치{BELLOWS PUMP DEVICE}

본 발명은, 벨로즈 펌프 장치에 관한 것이다.

반도체 제조나 화학 공업 등에 있어서, 약액이나 용제 등의 유체를 송급시키기 위한 펌프로서, 벨로즈 펌프가 사용되는 경우가 있다.

상기 벨로즈 펌프는, 예를 들면, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 펌프 헤드의 좌우 방향(수평 방향)의 양측에 펌프 케이스를 연결하여 2개의 공기실을 형성하고, 각 공기실의 내부에 각각 좌우 방향으로 신축 가능한 한 쌍의 벨로즈를 설치하고, 각 공기실에 교호적(交互的)으로 가압 공기를 공급함으로써 각 벨로즈를 수축 또는 신장(伸長)시키도록 구성되어 있다.

펌프 헤드에는, 각 벨로즈의 내부와 연통하는 유체의 흡입 통로와 토출 통로가 형성되고, 또한, 흡입 통로 및 토출 통로에 대한 일방향으로의 유체의 흐름을 허용하고, 타방향으로의 유체의 흐름을 저지하는 체크 밸브가 설치되어 있다. 흡입 통로용 체크 밸브는, 벨로즈의 신장에 의해 개방함으로써 흡입 통로로부터 벨로즈 내로의 유체의 흐름을 허용하고, 벨로즈의 수축에 의해 폐쇄함으로써, 상기 벨로즈 내로부터 흡입 통로로의 유체의 흐름을 저지하도록 구성되어 있다. 또한, 토출 통로용 체크 밸브는, 벨로즈의 신장에 의해 폐쇄함으로써, 토출 통로로부터 벨로즈 내로의 유체의 흐름을 저지하고, 벨로즈의 수축에 의해 개방함으로써, 벨로즈 내로부터 토출 통로로의 유체의 흐름을 허용하도록 구성되어 있다.

한 쌍의 벨로즈는, 타이 로드(tie-rod)) 의해 일체로 연결되어 있고, 한쪽의 벨로즈가 수축하여 토출 통로로 유체를 토출하면, 이와 동시에 다른 쪽의 벨로즈가 강제적으로 신장하여 흡입 통로로부터 유체가 흡입된다. 또한, 상기 다른 쪽의 벨로즈가 수축하여 토출 통로로 유체를 토출하면, 이와 동시에 상기 한쪽의 벨로즈가 강제적으로 신장되어 흡입 통로로부터 유체가 흡입되도록 되어 있다.

상기 구성의 벨로즈 펌프는, 유체의 토출과 흡입의 전환 타이밍에 있어서, 토출 압력이 단번에 제로 부근까지 떨어져 들어가는 현상(맥동)이 문제가 되고 있다. 종래에는, 상기 맥동을 억제하기 위하여, 벨로즈 펌프의 토출 측에 어큐뮬레이터(accumulator)(축압기)를 장착하거나(예를 들면, 특허문헌 2 참조), 한 쌍의 벨로즈 중 한쪽을 어큐뮬레이터 대신에 내장한 벨로즈 펌프(예를 들면, 특허문헌 3 참조)를 사용하는 것이 행해졌다.

특허문헌 1 : 일본공개특허 제2001-248741호 공보 특허문헌 2 : 일본공개특허 평8-159016호 공보 특허문헌 3 : 일본공개특허 제2001-123959호 공보

그러나, 특허문헌 2에 기재되어 있는 어큐뮬레이터를 사용하는 경우, 벨로즈 펌프와는 별개의 어큐뮬레이터를 설치하지 않으면 안되므로, 이들의 설치에 큰 스페이스를 필요로 하였다. 또한, 특허문헌 3에 기재되어 있는 어큐뮬레이터를 내장한 벨로즈 펌프의 경우, 한쪽의 벨로즈만으로 유체를 토출하게 되기 때문에, 한 쌍의 벨로즈를 가지는 벨로즈 펌프와 비교하여, 유체의 토출량이 감소한다는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 설치 스페이스의 대폭적인 증가나 토출량의 감소를 초래하지 않고 토출 측의 맥동을 저감할 수 있는 벨로즈 펌프 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 벨로즈 펌프 장치는, 유체의 흡입 통로 및 토출 통로가 형성된 펌프 헤드와, 상기 흡입 통로 및 토출 통로에 대한 일방향으로의 유체의 흐름을 허용하고, 또한 타방향으로의 유체의 흐름을 저지하는 체크 밸브와, 상기 펌프 헤드에 서로 독립적으로 신축 가능하게 장착되고, 신장에 의해 상기 흡입 통로로부터 내부에 유체를 흡입하고, 수축에 의해 내부로부터 상기 토출 통로에 유체를 토출하는 제1 및 제2 벨로즈와, 상기 제1 벨로즈를 최대 신장 상태와 최대 수축 상태 사이에서 연속하여 신축 동작시키는 제1 구동 장치와, 상기 제2 벨로즈를 최대 신장 상태와 최대 수축 상태 사이에서 연속하여 신축 동작시키는 제2 구동 장치와, 상기 제1 벨로즈의 신축 상태를 검지하는 제1 검지 수단과, 상기 제2 벨로즈의 신축 상태를 검지하는 제2 검지 수단과, 상기 제1 및 제2 검지 수단의 각 검지 신호에 기초하여, 상기 제1 벨로즈가 최대 수축 상태로 되기 직전에 상기 제2 벨로즈를 최대 신장 상태로부터 수축시키고, 또한 상기 제2 벨로즈가 최대 수축 상태로 되기 직전에 상기 제1 벨로즈를 최대 신장 상태로부터 수축시키도록, 상기 제1 및 제2 구동 장치를 구동 제어하는 제어부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기한 바와 같이 구성된 벨로즈 펌프 장치에 의하면, 제1 벨로즈 및 제2 벨로즈를 서로 독립적으로 신축 가능하게 하고, 제어부에 있어서, 제1 벨로즈가 최대 수축 상태로 되기 직전에 제2 벨로즈를 최대 신장 상태로부터 수축시키고, 또한 제2 벨로즈가 최대 수축 상태로 되기 직전에 제1 벨로즈를 최대 신장 상태로부터 수축시키도록 구동 제어하도록 했으므로, 한쪽의 벨로즈의 수축(토출)으로부터 신장(흡입)으로의 전환 타이밍에 있어서, 다른 쪽의 벨로즈는 이미 수축하여 유체를 토출하고 있으므로, 상기 전환 타이밍에 있어서 토출 압력이 떨어지는 것을 저감할 수 있다. 그 결과, 벨로즈 펌프 장치의 토출 측의 맥동을 저감할 수 있다.

또한, 종래의 벨로즈 펌프의 토출 측에 어큐뮬레이터를 장착한 경우와 같이, 벨로즈 펌프 이외에 다른 부재(어큐뮬레이터)를 설치할 스페이스를 확보할 필요가 없기 때문에, 설치 스페이스가 대폭 증가하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 종래의 타이 로드에 의해 한 쌍의 벨로즈를 연결한 벨로즈 펌프와 마찬가지로, 한 쌍의 벨로즈를 사용하여 유체를 토출하기 때문에, 유체의 토출량이 감소하는 일도 없다.

상기 제어부는, 상기 제1 검지 수단의 검지 신호에 기초하여, 상기 제1 벨로즈의 최대 수축 상태로부터 최대 신장 상태까지의 제1 신장 시간, 및 최대 신장 상태로부터 최대 수축 상태까지의 제1 수축 시간을 산출하는 제1 산출부와, 상기 제2 검지 수단의 검지 신호에 기초하여, 상기 제2 벨로즈의 최대 수축 상태로부터 최대 신장 상태까지의 제2 신장 시간, 및 최대 신장 상태로부터 최대 수축 상태까지의 제2 수축 시간을 산출하는 제2 산출부와, 산출된 상기 제1 신장 시간 및 제1 수축 시간에 기초하여, 최대 신장 상태의 상기 제1 벨로즈가 수축 동작을 개시하는 시점으로부터, 상기 수축 동작에 의해 상기 제1 벨로즈가 최대 수축 상태로 되기 직전에 최대 신장 상태의 상기 제2 벨로즈가 수축 동작을 개시하는 시점까지의 제1 시간차를 결정하는 제1 결정부와, 산출된 상기 제2 신장 시간 및 제2 수축 시간에 기초하여, 최대 신장 상태의 상기 제2 벨로즈가 수축 동작을 개시하는 시점으로부터, 상기 수축 동작에 의해 상기 제2 벨로즈가 최대 수축 상태로 되기 직전에 최대 신장 상태의 상기 제1 벨로즈가 수축 동작을 개시하는 시점까지의 제2 시간차를 결정하는 제2 결정부와, 최대 신장 상태의 상기 제1 벨로즈가 수축 동작을 개시한 시점으로부터 상기 제1 시간차가 경과한 시점에서 최대 신장 상태의 상기 제2 벨로즈의 수축 동작을 개시하게 하고, 또한 최대 신장 상태의 상기 제2 벨로즈가 수축 동작을 개시한 시점으로부터 상기 제2 시간차가 경과한 시점에서 최대 신장 상태의 상기 제1 벨로즈의 수축 동작을 개시하게 하도록, 상기 제1 및 제2 구동 장치를 구동 제어하는 구동 제어부를 가지고 있는 것이 바람직하다.

이 경우, 구동 제어부는, 전술한 바와 같이 제어하므로, 제1 벨로즈가 최대 수축 상태로 되기 직전에 제2 벨로즈를 확실하게 수축시킬 수 있고, 또한 제2 벨로즈가 최대 수축 상태로 되기 직전에 제1 벨로즈를 확실하게 수축시킬 수 있다.

상기 제1 결정부는 직전에 산출된 상기 제1 신장 시간 및 제1 수축 시간에 기초하여, 상기 제1 시간차를 결정하고, 상기 제2 결정부는 직전에 산출된 상기 제2 신장 시간 및 제2 수축 시간에 기초하여, 상기 제2 시간차를 결정하고, 상기 구동 제어부는 직전에 결정된 상기 제1 및 제2 시간차에 기초하여 상기 제1 및 제2 구동 장치를 구동 제어하는 것이 바람직하다.

이 경우, 구동 제어부는 전술한 바와 같이 제어하므로, 제1 벨로즈의 제1 신장 시간 및 제1 수축 시간(제2 벨로즈의 제2 신장 시간 및 제2 수축 시간)에 변동이 있어도, 그 변동에 추종하여, 제1 벨로즈(제2 벨로즈)가 최대 수축 상태로 되기 직전에 제2 벨로즈(제1 벨로즈)를 확실하게 수축시킬 수 있다.

본 발명의 벨로즈 펌프 장치에 의하면, 설치 스페이스의 대폭적인 증가나 토출량의 감소를 초래하지 않고 토출 측의 맥동을 저감할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 벨로즈 펌프 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는, 벨로즈 펌프의 단면도이다.
도 3은, 벨로즈 펌프의 동작을 나타낸 설명도이다.
도 4는, 벨로즈 펌프의 동작을 나타낸 설명도이다.
도 5는, 제어부의 내부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6은, 벨로즈 펌프의 구동 제어의 일례를 나타낸 타임 차트이다.
도 7은, 제1 벨로즈가 최대 수축 상태로 되기 직전에, 최대 신장 상태의 제2 벨로즈가 수축을 개시한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 8은, 제2 벨로즈가 최대 수축 상태로 되기 직전에, 최대 신장 상태의 제1 벨로즈가 수축을 개시한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 9는, 벨로즈 펌프의 검증 시험의 결과를 나타낸 표이다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.

[벨로즈 펌프의 전체 구성]

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 벨로즈 펌프 장치의 개략적인 구성도이다. 본 실시형태의 벨로즈 펌프 장치는, 예를 들면, 반도체 제조 장치에 있어서 약액이나 용제 등의 이송 유체를 일정량 공급할 때에 사용된다. 상기 벨로즈 펌프 장치는, 벨로즈 펌프(1)와, 상기 벨로즈 펌프(1)에 가압 공기(작동 유체)를 공급하는 에어 압축기 등의 공기 공급 장치(2)와, 상기 가압 공기의 압력을 조정하는 레귤레이터(3)와, 2개의 제1 및 제2 전환 밸브(4, 5)와, 벨로즈 펌프(1)의 구동을 제어하는 제어부(6)를 포함하고 있다.

도 2는, 본 발명의 실시형태에 관한 벨로즈 펌프의 단면도이다.

본 실시형태의 벨로즈 펌프(1)는, 펌프 헤드(11)와, 상기 펌프 헤드(11)의 좌우 방향(수평 방향)의 양측에 장착되는 한 쌍의 펌프 케이스(12)와, 각 펌프 케이스(12)의 내부에 있어서, 펌프 헤드(11)의 좌우 방향의 측면에 장착되는 2개의 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)와, 각 벨로즈(13, 14)의 내부에 있어서, 펌프 헤드(11)의 좌우 방향의 측면에 장착되는 4개의 체크 밸브(15, 16)를 포함하고 있다.

[벨로즈의 구성]

제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)는, PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)나 PFA(테트라플루오로에틸렌ㆍ퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체) 등의 불소 수지에 의해 바닥이 있는 원통 형상으로 형성되고, 그 개방 단부(端部)에 일체로 형성된 플랜지부(13a, 14a)는 펌프 헤드(11)의 측면에 기밀 상태로 압압(押壓) 고정되어 있다. 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)의 각 주위벽은 아코디언의 주름상자 형상으로 형성되고, 서로 독립적으로 수평 방향으로 신축 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는, 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)는, 후술하는 작동판(19)의 외면이 펌프 케이스(12)의 저벽부(12a)의 안쪽 측면과 맞닿는 최대 신장 상태와, 후술하는 피스톤체(23)의 안쪽 측면이 펌프 케이스(12)의 저벽부(12a)의 바깥쪽 측면과 맞닿는 최대 수축 상태 사이에서 신축하도록 되어 있다.

제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)의 바닥부의 외면에는, 볼트(17) 및 너트(18)에 의해 작동판(19)이 연결 부재(20)의 일단부와 함께 고정되어 있다.

[펌프 케이스의 구성]

펌프 케이스(12)는, 바닥이 있는 원통형으로 형성되어 있고, 그 개구 주변부는, 대응하는 벨로즈(13)(14)의 플랜지부(13a)(14a)에 기밀 상태로 압압 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 설치되어 있고, 흡배기 포트(22)는, 전환 밸브(4)(5) 및 레귤레이터(3)를 통하여 공기 공급 장치(2)에 접속되어 있다(도 1 참조). 이로써, 공기 공급 장치(2)로부터 레귤레이터(3) 및 전환 밸브(4)(5) 및 흡배기 포트(22)를 통하여 토출 측 공기실(21)의 내부에 가압 공기를 공급함으로써, 벨로즈(13)(14)가 수축하게 되어 있다.

또한, 각 펌프 케이스(12)의 저벽부(12a)에는, 상기 연결 부재(20)가 수평 방향으로 슬라이딩 가능하게 지지되어 있고, 상기 연결 부재(20)의 타단부에는 피스톤체(23)가 너트(24)에 의해 고정되어 있다. 피스톤체(23)는, 상기 저벽부(12a)의 바깥쪽 측면에 일체로 설치된 원통형의 실린더체(25)의 내주면에 대하여, 기밀 상태를 유지하면서 수평 방향으로 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다. 이로써, 상기 저벽부(12a), 실린더체(25), 및 피스톤체(23)에 의해 둘러싸인 공간은, 기밀 상태가 유지된 흡입 측 공기실(26)로 되어 있다.

상기 실린더체(25)에는 흡입 측 공기실(26)에 연통하는 흡배기구(25a)가 형성되어 있고, 상기 흡배기구(25a)는, 상기 전환 밸브(4)(5) 및 레귤레이터(3)를 통하여 공기 공급 장치(2)에 접속되어 있다(도 1 참조). 이로써, 공기 공급 장치(2)로부터 레귤레이터(3) 및 전환 밸브(4)(5) 및 흡배기구(25a)를 통하여 흡입 측 공기실(26)의 내부에 가압 공기를 공급함으로써, 벨로즈(13)(14)가 신장하도록 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 장착되어 있다.

그리고, 본 실시형태의 벨로즈 펌프 장치에서는, 흡입 측 공기실(26)의 내부 전체에 가압 공기가 충전될 때까지의 시간은, 토출 측 공기실(21)의 내부 전체에 가압 공기가 충전될 때까지의 시간보다 짧아지고 있다. 즉, 벨로즈(13)(14)가 최대 수축 상태로부터 최대 신장 상태까지 신장하는 신장 시간(흡입 시간)은, 상기 벨로즈(13)(14)가 최대 신장 상태로부터 최대 수축 상태까지 수축하는 수축 시간(토출 시간)보다 짧아지고 있다.

이상의 구성에 의하여, 도 2 좌측의 토출 측 공기실(21)이 형성된 펌프 케이스(12)와, 도 2 좌측의 흡입 측 공기실(26)을 형성하는 피스톤체(23) 및 실린더체(25)에 의해, 제1 벨로즈(13)를 최대 신장 상태와 최대 수축 상태 사이에서 연속하여 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 피스톤체(23) 및 실린더체(25)에 의해, 제2 벨로즈(14)를 최대 신장 상태와 최대 수축 상태 사이에서 연속하여 신축 동작시키는 제2 에어 실린더부(제2 구동 장치)(28)가 구성되어 있다.

제1 에어 실린더부(27)의 실린더체(25)에는, 한 쌍의 근접 센서(29A, 29B)가 장착되고, 피스톤체(23)에는 각 근접 센서(29A, 29B)에 의해 검지되는 피검지판(30)이 장착되어 있다. 피검지판(30)은 피스톤체(23)와 함께 왕복 이동함으로써, 근접 센서(29A, 29B)에 교호적 근접함으로써 검지된다.

근접 센서(29A)는, 제1 벨로즈(13)의 최대 수축 상태를 검지하는 제1 최대 수축 검지부이며, 제1 벨로즈(13)가 최대 수축 상태일 때 피검지판(30)을 검지하는 위치에 배치되어 있다. 근접 센서(29B)는, 제1 벨로즈(13)의 최대 신장 상태를 검지하는 제1 최대 신장 검지부이며, 제1 벨로즈(13)가 최대 신장 상태일 때 피검지판(30)을 검지하는 위치에 배치되어 있다. 각 근접 센서(29A, 29B)의 검지 신호는 제어부(6)에 송신된다. 본 실시형태에서는, 상기 한 쌍의 근접 센서(29A, 29B)에 의해, 제1 벨로즈(13)의 신축 상태를 검지하는 제1 검지 수단(29)이 구성되어 있다.

마찬가지로, 제2 에어 실린더부(28)의 실린더체(25)에는, 한 쌍의 근접 센서(31A, 31B)가 장착되고, 피스톤체(23)에는 각 근접 센서(31A, 31B)에 의해 검지되는 피검지판(32)이 장착되어 있다. 피검지판(32)은 피스톤체(23)와 함께 왕복 이동함으로써, 근접 센서(31A, 31B)에 교호적 근접함으로써 검지된다.

근접 센서(31A)는, 제2 벨로즈(14)의 최대 수축 상태를 검지하는 제2 최대 수축 검지부이며, 제2 벨로즈(14)가 최대 수축 상태일 때 피검지판(32)을 검지하는 위치에 배치되어 있다. 근접 센서(31B)는, 제2 벨로즈(14)의 최대 신장 상태를 검지하는 제2 최대 신장 검지부이며, 제2 벨로즈(14)가 최대 신장 상태일 때 피검지판(32)을 검지하는 위치에 배치되어 있다. 각 근접 센서(31A, 31B)의 검지 신호는 제어부(6)에 송신된다. 본 실시형태에서는, 한 쌍의 근접 센서(31A, 31B)에 의해, 제2 벨로즈(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 교호적 검지함으로써, 제1 에어 실린더부(27)의 흡입 측 공기실(26)과 토출 측 공기실(21)에 교호적으로 공급된다. 이로써, 제1 벨로즈(13)는 연속하여 신축 동작한다.

또한, 상기 가압 공기는, 제2 검지 수단(31)의 한 쌍의 근접 센서(31A, 31B)가 피검지판(32)을 교호적 검지함으로써, 제2 에어 실린더부(28)의 흡입 측 공기실(26)과 토출 측 공기실(21)에 교호적으로 공급된다. 이로써, 제2 벨로즈(14)는 연속하여 신축 동작한다. 그 때, 제2 벨로즈(14)의 신장 동작은 주로 제1 벨로즈(13)의 수축 동작 시에 행해지고, 제2 벨로즈(14)의 수축 동작은 주로 제1 벨로즈(13)의 신장 동작 시에 행해진다. 이와 같이, 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)는, 교호적으로 신축 동작을 반복함으로써, 각 벨로즈(13, 14)의 내부로의 유체의 흡입과 토출이 교호적으로 행해지고, 상기 유체가 이송되도록 되어 있다.

[펌프 헤드의 구성]

펌프 헤드(11)는, PTFE나 PFA 등의 불소 수지로 형성되어 있다. 펌프 헤드(11)의 내부에는, 유체의 흡입 통로(34)와 토출 통로(35)가 형성되어 있고, 상기 흡입 통로(34) 및 토출 통로(35)는 펌프 헤드(11)의 외주면에서 개구되고, 상기 외주면에 설치된 흡입 포트 및 토출 포트(모두 도시하지 않음)에 접속되어 있다. 흡입 포트는 유체의 저류 탱크 등에 접속되고, 토출 포트는 유체의 이송처에 접속된다. 또한, 흡입 통로(34) 및 토출 통로(35)는, 각각 펌프 헤드(11)의 좌우 양 측면을 향하여 분기되고, 또한 펌프 헤드(11)의 좌우 양 측면에서 개구되는 흡입구(36) 및 토출구(37)를 가지고 있다. 각 흡입구(36) 및 각 토출구(37)는, 각각 체크 밸브(15, 16)를 통하여 벨로즈(13, 14)의 내부와 연통하고 있다.

[체크 밸브의 구성]

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

흡입구(36)에 장착된 체크 밸브(15)(이하, 「흡입용 체크 밸브」라고도 함)는, 밸브 케이스(15a)와, 상기 밸브 케이스(15a)에 수용된 밸브체(15b)와, 상기 밸브체(15b)를 밸브 폐쇄 방향으로 가압하는 압축 코일 스프링(15c)을 가지고 있다. 밸브 케이스(15a)는 바닥이 있는 원통 형상으로 형성되어 있고, 그 저벽에는 벨로즈(13, 14)의 내부에 연통하는 관통공(15d)이 형성되어 있다. 밸브체(15b)는, 압축 코일 스프링(15c)의 가압력에 의해 흡입구(36)를 폐쇄(밸브 폐쇄)하고, 벨로즈(13, 14)의 신축에 따른 유체의 흐름에 의한 배압이 작용하면 흡입구(36)를 개방(밸브 개방)하게 되어 있다.

이로써, 흡입용 체크 밸브(15)는, 자신이 배치되어 있는 벨로즈(13, 14)가 신장되었을 때 밸브를 개방하여, 흡입 통로(34)로부터 벨로즈(13, 14) 내부를 향하는 방향(일방향)으로의 유체의 흡인을 허용하고, 상기 벨로즈(13, 14)가 수축했을 때 밸브를 폐쇄하여, 벨로즈(13, 14) 내부로부터 흡입 통로(34)를 향하는 방향(타방향)으로의 유체의 역류를 저지한다.

토출구(37)에 장착된 체크 밸브(16)(이하, 「토출용 체크 밸브」라고도 함)는, 밸브 케이스(16a)와, 상기 밸브 케이스(16a)에 수용된 밸브체(16b)와, 상기 밸브체(16b)를 밸브 폐쇄 방향으로 가압하는 압축 코일 스프링(16c)을 가지고 있다. 밸브 케이스(16a)는 바닥이 있는 원통 형상으로 형성되어 있고, 그 저벽에는 벨로즈(13, 14)의 내부에 연통하는 관통공(16d)이 형성되어 있다. 밸브체(16b)는, 압축 코일 스프링(16c)의 가압력에 의해 밸브 케이스(16a)의 관통공(16d)을 폐쇄(밸브 폐쇄)하고, 벨로즈(13, 14)의 신축에 따른 유체의 흐름에 의한 배압이 작용하면 밸브 케이스(16a)의 관통공(16d)을 개방(밸브 개방)하게 되어 있다.

이로써, 토출용 체크 밸브(16)는, 자신이 배치되어 있는 벨로즈(13, 14)가 수축했을 때 밸브를 개방하여, 벨로즈(13, 14) 내부로부터 토출 통로(35)를 향하는 방향(일방향)으로의 유체의 유출을 허용하고, 상기 벨로즈(13, 14)가 신장했을 때 밸브를 폐쇄하여, 토출 통로(35)로부터 벨로즈(13, 14) 내부를 향하는 방향(타방향)으로의 유체의 역류를 저지한다.

[벨로즈 펌프의 동작]

다음에, 본 실시형태의 벨로즈 펌프(1)의 동작을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 그리고, 도 3 및 도 4에 있어서는 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)의 구성을 간략화하여 나타내고 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 벨로즈(13)가 수축하고, 제2 벨로즈(14)가 신장한 경우, 펌프 헤드(11)의 도면 중 좌측에 장착된 흡입용 체크 밸브(15) 및 토출용 체크 밸브(16)의 각 밸브체(15b, 16b)는, 제1 벨로즈(13) 내의 유체로부터 압력을 받아 각 밸브 케이스(15a, 16a)의 도면 중 우측으로 각각 이동한다. 이로써, 흡입용 체크 밸브(15)가 폐쇄되면서, 또한 토출용 체크 밸브(16)가 개방되고, 제1 벨로즈(13) 내의 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 밸브체(15b, 16b)는, 제2 벨로즈(14)에 의한 흡인 작용에 의해 각 밸브 케이스(15a, 16a)의 도면 중 우측으로 각각 이동한다. 이로써, 흡입용 체크 밸브(15)가 개방되면서, 또한 토출용 체크 밸브(16)가 폐쇄되고, 흡입 통로(34)로부터 제2 벨로즈(14) 내로 유체가 흡입된다.

다음에, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 벨로즈(13)가 신장하고, 제2 벨로즈(14)가 수축한 경우, 펌프 헤드(11)의 도면 중 우측에 장착된 흡입용 체크 밸브(15) 및 토출용 체크 밸브(16)의 각 밸브체(15b, 16b)는, 제2 벨로즈(14) 내의 유체로부터 압력을 받아 각 밸브 케이스(15a, 16a)의 도면 중 좌측으로 이동한다. 이로써, 흡입용 체크 밸브(15)가 폐쇄되면서, 또한 토출용 체크 밸브(16)가 개방되고, 제2 벨로즈(14) 내의 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 밸브체(15b, 16b)는, 제1 벨로즈(13)에 의한 흡인 작용에 의해 각 밸브 케이스(15a, 16a)의 도면 중 좌측으로 이동한다. 이로써, 흡입용 체크 밸브(15)가 개방되면서, 또한 토출용 체크 밸브(16)가 폐쇄되고, 흡입 통로(34)로부터 제1 벨로즈(13) 내에 유체가 흡입된다.

이상의 동작을 반복하여 행함으로써, 좌우의 벨로즈(13, 14)는 교호적으로 유체의 흡인과 배출을 행할 수 있다.

[전환 밸브의 구성]

도 1에 있어서, 제1 전환 밸브(4)는, 공기 공급 장치(2)로부터 제1 에어 실린더부(27)의 토출 측 공기실(21) 및 흡입 측 공기실(26)로의 가압 공기의 급배(給排)를 전환하는 것이며, 한 쌍의 솔레노이드(4a, 4b)를 가지는 3위치의 전자 전환 밸브로 이루어진다. 각 솔레노이드(4a, 4b)는 제어부(6)로부터 지령 신호를 받아 여자(勵磁)되도록 되어 있다.

제1 전환 밸브(4)는, 양쪽 솔레노이드(4a, 4b)가 소자(消磁) 상태일 때는 중립 위치에 유지되어 있고, 공기 공급 장치(2)로부터 제1 에어 실린더부(27)의 토출 측 공기실(21)[흡배기 포트(22)] 및 흡입 측 공기실(26)[흡배기구(25a)]로의 가압 공기의 공급은 차단되고, 제1 에어 실린더부(27)의 토출 측 공기실(21) 및 흡입 측 공기실(26)은, 모두 대기와 연통하여 개방되어 있다.

또한, 제1 전환 밸브(4)는, 솔레노이드(4a)가 여자되면, 도면 중의 아래쪽 위치로 전환되고, 공기 공급 장치(2)로부터 제1 에어 실린더부(27)의 토출 측 공기실(21)에 가압 공기가 공급된다. 그 때, 제1 에어 실린더부(27)의 흡입 측 공기실(26)은 대기와 연통하여 개방되어 있다. 이로써, 제1 벨로즈(13)를 수축시킬 수 있다.

또한, 제1 전환 밸브(4)는, 솔레노이드(4b)가 여자되면, 도면 중의 위쪽 위치로 전환되고, 공기 공급 장치(2)로부터 제1 에어 실린더부(27)의 흡입 측 공기실(26)에 가압 공기가 공급된다. 그 때, 제1 에어 실린더부(27)의 토출 측 공기실(21)은 대기와 연통하여 개방되어 있다. 이로써, 제1 벨로즈(13)를 신장시킬 수 있다.

제2 전환 밸브(5)는, 공기 공급 장치(2)로부터 제2 에어 실린더부(28)의 토출 측 공기실(21) 및 흡입 측 공기실(26)로의 가압 공기의 급배를 전환하는 것이며, 한 쌍의 솔레노이드ㄹ(5a, 5b)를 가지는 3위치의 전자 전환 밸브로 이루어진다. 각 솔레노이드(5a, 5b)는 제어부(6)로부터 지령 신호를 받아 여자되도록 되어 있다.

제2 전환 밸브(5)는, 양쪽 솔레노이드(5a, 5b)가 소자 상태일 때는 중립 위치에 유지되어 있고, 공기 공급 장치(2)로부터 제2 에어 실린더부(28)의 토출 측 공기실(21)[흡배기 포트(22)] 및 흡입 측 공기실(26)[흡배기구(25a)]로의 가압 공기의 공급은 차단되고, 제2 에어 실린더부(28)의 토출 측 공기실(21) 및 흡입 측 공기실(26)은, 모두 대기와 연통하여 개방되어 있다.

또한, 제2 전환 밸브(5)는, 솔레노이드(5a)가 여자되면, 도면 중의 아래쪽 위치로 전환되고, 공기 공급 장치(2)로부터 제2 에어 실린더부(28)의 토출 측 공기실(21)에 가압 공기가 공급된다. 그 때, 제2 에어 실린더부(28)의 흡입 측 공기실(26)은 대기와 연통하여 개방되어 있다. 이로써, 제2 벨로즈(14)를 수축시킬 수 있다.

또한, 제2 전환 밸브(5)는, 솔레노이드(5b)가 여자되면, 도면 중의 위쪽 위치로 전환되고, 공기 공급 장치(2)로부터 제2 에어 실린더부(28)의 흡입 측 공기실(26)에 가압 공기가 공급된다. 그 때, 제2 에어 실린더부(28)의 토출 측 공기실(21)은 대기와 연통하여 개방되어 있다. 이로써, 제2 벨로즈(14)를 신장시킬 수 있다.

그리고, 각 전환 밸브(4, 5)의 상류 측에는, 각 에어 실린더부(27, 28)의 토출 측 공기실(21) 내, 또는 흡입 측 공기실(26) 내의 가압 공기가 대기에 개방될 때 발생하는 배기음을 소음하기 위한 소음기(7)가 설치되어 있다.

[제어부의 구성]

제어부(6)는, 제1 검지 수단(29) 및 제2 검지 수단(31)(도 2 참조)의 검지 신호에 기초하여, 각 전환 밸브(4, 5)를 전환함으로써, 벨로즈 펌프(1)의 제1 에어 실린더부(27) 및 제2 에어 실린더부(28)의 각 구동을 제어하는 것이다.

도 5는, 제어부(6)의 내부 구성을 나타낸 블록도이다. 제어부(6)는, 제1 및 제2 산출부(6a, 6b)와, 제1 및 제2 결정부(6c, 6d)와, 구동 제어부(6e)를 가지고 있다.

제1 산출부(6a)는, 한 쌍의 근접 센서(29A, 29B)의 각 검지 신호에 기초하여, 제1 벨로즈(13)에서의 최대 수축 상태로부터 최대 신장 상태까지의 제1 신장 시간, 및 최대 신장 상태로부터 최대 수축 상태까지의 제1 수축 시간을 산출하는 것이다. 구체적으로는, 제1 산출부(6a)는, 근접 센서(29A)의 검지 종료 시점으로부터 근접 센서(29B)의 검지 시점까지의 경과 시간을 제1 신장 시간으로서 산출한다. 또한, 제1 산출부(6a)는, 근접 센서(29B)의 검지 종료 시점으로부터 근접 센서(29A)의 검지 시점까지의 경과 시간을 제1 수축 시간으로서 산출한다.

제2 산출부(6b)는, 한 쌍의 근접 센서(31A, 31B)의 각 검지 신호에 기초하여, 제2 벨로즈(14)에서의 최대 수축 상태로부터 최대 신장 상태까지의 제2 신장 시간, 및 최대 신장 상태로부터 최대 수축 상태까지의 제2 수축 시간을 산출하는 것이다. 구체적으로는, 제2 산출부(6b)는, 근접 센서(31A)의 검지 종료 시점으로부터 근접 센서(31B)의 검지 시점까지의 경과 시간을 제2 신장 시간으로서 산출한다. 또한, 제2 산출부(6b)는, 근접 센서(31B)의 검지 종료 시점으로부터 근접 센서(31A)의 검지 시점까지의 경과 시간을 제2 수축 시간으로서 산출한다.

제1 결정부(6c)는, 산출된 상기 제1 신장 시간 및 제1 수축 시간에 기초하여, 최대 신장 상태의 제1 벨로즈(13)가 수축 동작을 개시하는 시점으로부터, 상기 수축 동작에 의해 제1 벨로즈(13)가 최대 수축 상태로 되기 직전에 최대 신장 상태의 제2 벨로즈(14)가 수축 동작을 개시하는 시점까지의 제1 시간차를 결정한다.

본 실시형태의 제1 결정부(6c)는, 예를 들면, 이하의 식을 이용하여 제1 시간차를 결정한다.

제1 시간차=(제1 신장 시간＋제1 수축 시간)/2

제2 결정부(6d)는, 산출된 상기 제2 신장 시간 및 제2 수축 시간에 기초하여, 최대 신장 상태의 제2 벨로즈(14)가 수축 동작을 개시하는 시점으로부터, 상기 수축 동작에 의해 제2 벨로즈(14)가 최대 수축 상태로 되기 직전에 최대 신장 상태의 제1 벨로즈(13)가 수축 동작을 개시하는 시점까지의 제2 시간차를 결정한다.

본 실시형태의 제2 결정부(6d)는, 예를 들면, 이하의 식을 이용하여 제2 시간차를 결정한다.

제2 시간차=(제2 신장 시간＋제2 수축 시간)/2

구동 제어부(6e)는, 결정된 상기 제1 및 제2 시간차에 기초하여, 상기 제1 및 제2 구동 장치를 구동 제어한다. 구체적으로는, 구동 제어부(6e)는, 최대 신장 상태의 제1 벨로즈(13)가 수축 동작을 개시한 시점으로부터 상기 제1 시간차가 경과한 시점에서, 최대 신장 상태의 제2 벨로즈(14)의 수축 동작을 개시하게 하면서, 또한 최대 신장 상태의 제2 벨로즈(14)가 수축 동작을 개시한 시점으로부터 상기 제2 시간차가 경과한 시점에서, 최대 신장 상태의 제1 벨로즈(13)의 수축 동작을 개시하게 하도록, 제1 및 제2 에어 실린더부(27, 28)를 구동 제어한다.

도 1에 나타낸 벨로즈 펌프 장치는 전원 스위치(8)와, 스타트 스위치(9)와, 정지 스위치(10)를 더 포함하고 있다.

전원 스위치(8)는, 벨로즈 펌프(1)로의 통전을 온-오프 조작하는 조작 지령을 출력하는 것이며, 그 조작 지령은 제어부(6)에 입력된다. 스타트 스위치(9)는, 벨로즈 펌프(1)를 구동시키는 조작 지령을 출력하는 것이며, 그 조작 지령은 제어부(6)에 입력된다. 정지 스위치(10)는, 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)를 모두 최대 수축 상태로 한 스탠바이 상태로 하는 조작 지령을 출력하는 것이다.

[벨로즈 펌프의 구동 제어]

도 6은, 제어부(6)가 행하는 벨로즈 펌프(1)의 구동 제어의 일례를 나타낸 타임 차트이다. 전원 스위치(8)가 오프일 때, 제1 및 제2 전환 밸브(4, 5)(도 1 참조)는, 중립 위치에 유지되어 있다. 따라서, 전원 스위치(8)가 오프일 때, 벨로즈 펌프(1)의 제1 및 제2 에어 실린더부(27, 28)의 공기실(21, 26)은 대기와 연통하고 있기 때문에, 양쪽 공기실(21, 26) 내가 대기압으로 균형잡힌 상태로 되도록, 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)는, 상기 스탠바이 상태로부터 조금 신장시킨 위치에서 유지되어 있다.

벨로즈 펌프(1)의 구동을 개시하게 할 때는, 작업자에 의해 전원 스위치(8)를 온 조작한 후, 정지 스위치(10)를 온 조작하고, 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)를 스탠바이 상태까지 이동시킨다. 구체적으로는, 구동 제어부(6e)는, 제1 전환 밸브(4)의 솔레노이드(4a) 및 제2 전환 밸브(5)의 솔레노이드(5a)를 여자시키고, 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)를 동시에 최대 수축 상태까지 수축시킨다. 이로써, 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)는 스탠바이 상태로 유지된다. 그리고, 이 스탠바이 상태에 있어서, 근접 센서(29A, 31A)는, 각각 피검지판(30, 32)을 검지한 온 상태로 된다.

다음에, 작업자에 의해 스타트 스위치(9)가 온 조작되면, 구동 제어부(6e)는, 처음에 제1 벨로즈(13)의 제1 신장 시간 및 제1 수축 시간과, 제2 벨로즈(14)의 제1 신장 시간 및 제1 수축 시간을 산출하기 위한 제어를 실행한다.

구체적으로는, 구동 제어부(6e)는, 제1 전환 밸브(4)의 솔레노이드(4a)를 소자시키면서 또한 솔레노이드(4b)를 여자시키고, 제1 벨로즈(13)를 최대 수축 상태(스탠바이 상태)로부터 최대 신장 상태까지 신장시킨다. 이와 동시에, 구동 제어부(6e)는, 제2 전환 밸브(5)의 솔레노이드(5a)를 소자시키면서 또한 솔레노이드(5b)를 여자시키고, 제2 벨로즈(14)도 최대 수축 상태(스탠바이 상태)로부터 최대 신장 상태까지 신장시킨다.

제1 벨로즈(13)가 최대 수축 상태로부터 최대 신장 상태까지 신장할 때, 제1 산출부(6a)는, 근접 센서(29A)가 오프로 된 시점(t1)으로부터, 근접 센서(29B)가 온으로 되는 시점(t2)까지의 시간을 카운트하고, 제1 벨로즈(13)의 제1 신장 시간(t2-t1)을 산출한다.

마찬가지로, 제2 벨로즈(14)가 최대 수축 상태로부터 최대 신장 상태까지 신장될 때, 제2 산출부(6b)는, 근접 센서(31A)가 오프로 된 시점(t1)으로부터, 근접 센서(31B)가 온으로 되는 시점(t2)까지의 시간을 카운트하고, 제2 벨로즈(14)의 제2 신장 시간(t2-t1)을 산출한다.

다음에, 구동 제어부(6e)는 소정 시간(t3-t2) 경과 후, 제1 전환 밸브(4)의 솔레노이드(4b)를 소자시키면서 또한 솔레노이드(4a)를 여자시키고, 제1 벨로즈(13)만을 최대 신장 상태로부터 최대 수축 상태까지 수축시킨다.

그 때, 제1 산출부(6a)는 근접 센서(29B)가 오프로 된 시점(t3)으로부터, 근접 센서(29A)가 온으로 되는 시점(t4)까지의 시간을 카운트하고, 제1 벨로즈(13)의 제1 수축 시간(t4-t3)을 산출한다.

그리고, 제1 결정부(6c)에 있어서, 산출된 제1 신장 시간 및 제1 수축 시간에 기초하여 제1 시간차가 결정된다. 본 실시형태에서는, 제1 결정부(6c)는, 이하의 식을 이용하여 제1 시간차를 산출한다.

제1 시간차=(제1 신장 시간＋제1 수축 시간)/2=[(t2-t1)＋(t4-t3)]/2

다음에, 구동 제어부(6e)는, 제1 벨로즈(13)가 최대 수축 상태까지 수축한 시점(t4)과 동시에, 제2 전환 밸브(5)의 솔레노이드(5b)를 소자시키면서 또한 솔레노이드(5a)를 여자시키고, 제2 벨로즈(14)를 최대 신장 상태로부터 최대 수축 상태까지 수축시킨다.

그 때, 제2 산출부(6b)는, 근접 센서(31B)가 오프로 된 시점(t4)으로부터, 근접 센서(31A)가 온으로 되는 시점(t6)까지의 시간을 카운트하고, 제2 벨로즈(14)의 제2 수축 시간(t6-t4)을 산출한다.

그리고, 제2 결정부(6d)에 있어서, 산출된 제2 신장 시간 및 제2 수축 시간에 기초하여 제2 시간차가 결정된다. 본 실시형태에서는, 제2 결정부(6d)는, 이하의 식을 이용하여 제2 시간차를 산출한다.

제2 시간차=(제2 신장 시간＋제2 수축 시간)/2=[(t2-t1)＋(t6-t4)]/2

그리고, 이후에 있어서, 제1 산출부(6a) 및 제1 결정부(6c)에 의하여, 제1 벨로즈(13)가 1왕복할 때마다, 전술한 바와 같이 제1 신장 시간 및 제1 수축 시간이 산출되고, 그 산출된 제1 신장 시간 및 제1 수축 시간에 기초하여 제1 시간차가 결정된다.

마찬가지로, 제2 산출부(6b) 및 제2 결정부(6d)에 의하여, 제2 벨로즈(14)가 1왕복할 때마다, 전술한 바와 같이 제2 신장 시간 및 제2 수축 시간이 산출되고, 그 산출된 제2 신장 시간 및 제2 수축 시간에 기초하여 제2 시간차가 결정된다.

한편, 구동 제어부(6e)는, 제2 벨로즈(14)가 최대 수축 상태로 되기 전에, 제1 벨로즈(13)의 구동을 개시한다. 구체적으로는, 구동 제어부(6e)는, 제2 벨로즈(14)가 최대 수축 상태로 되기 직전의 시점(t5)에서, 제1 전환 밸브(4)의 솔레노이드(4a)를 소자시키면서 또한 솔레노이드(4b)를 여자시킨다. 이로써, 제1 벨로즈(13)는, 최대 수축 상태로부터 신장 동작을 개시한다.

그리고, 제1 벨로즈(13)가 신장 동작을 개시하고 나서 소정 시간(t6-t5) 후에, 제2 벨로즈(14)는 최대 수축 상태로 되어, 근접 센서(31B)가 오프로부터 온으로 전환되지만, 구동 제어부(6e)는, 제2 벨로즈(14)를 당분간 최대 수축 상태인 채로 유지해 놓는다.

그 후, 제1 벨로즈(13)가 최대 신장 상태로 된 시점(t7)에서, 근접 센서(29B)가 오프로부터 온으로 전환되면, 구동 제어부(6e)는 소정 시간(t8-t7) 경과 후, 제1 전환 밸브(4)의 솔레노이드(4b)를 소자시키면서 또한 솔레노이드(4a)를 여자시킨다. 이로써, 제1 벨로즈(13)는, 최대 신장 상태로부터 수축 동작을 개시한다.

또한, 구동 제어부(6e)는, 솔레노이드(4a)를 여자시킨 시점(t8)으로부터, 상기에서 결정된 제1 시간차의 카운트를 개시한다.

그리고, 제1 벨로즈(13)가 수축 동작을 개시하고 나서 소정 시간(t9-t8)이 경과하면, 구동 제어부(6e)는, 제2 전환 밸브(5)의 솔레노이드(5a)를 소자시키면서 또한 솔레노이드(5b)를 여자시킨다. 이로써, 제1 벨로즈(13)가 수축 동작을 하고 있는 동안에, 제2 벨로즈(14)는 최대 수축 상태로부터 최대 신장 상태까지 신장한다.

그 때, 제2 벨로즈(14)가 최대 신장 상태로 된 시점(t10)에서, 근접 센서(31B)는 오프로부터 온으로 전환되지만, 구동 제어부(6e)는, 제2 벨로즈(14)를 최대 신장 상태인 채로 유지해 놓는다.

다음에, 구동 제어부(6e)는, 제1 시간차(t11-t8)가 경과하면, 제2 전환 밸브(5)의 솔레노이드(5b)를 소자시키면서 또한 솔레노이드(5a)를 여자시킨다. 이로써, 제1 벨로즈(13)가 최대 수축 상태로 되기 직전에, 제2 벨로즈(14)는 최대 신장 상태로부터 수축 동작을 개시한다(도 7 참조).

또한, 구동 제어부(6e)는, 솔레노이드(5a)를 여자시킨 시점(t11)으로부터, 상기에서 결정된 제2 시간차의 카운트를 개시한다.

제2 벨로즈(14)가 수축 동작을 개시한 후에는, 제1 벨로즈(13)가 최대 수축 상태로 된 시점(t12)에서, 근접 센서(29A)가 오프로부터 온으로 전환되면, 구동 제어부(6e)는, 제1 전환 밸브(4)의 솔레노이드(4a)를 소자시키는 동시에 솔레노이드(4b)를 여자시킨다. 이로써, 제2 벨로즈(14)가 수축 동작을 하고 있는 동안에, 제1 벨로즈(13)는 최대 수축 상태로부터 최대 신장 상태까지 신장된다.

그 때, 제1 벨로즈(13)가 최대 신장 상태로 된 시점(t13)에서, 근접 센서(29B)는 오프로부터 온으로 전환되지만, 구동 제어부(6e)는, 제1 벨로즈(13)를 최대 신장 상태인 채로 유지해 놓는다.

다음에, 구동 제어부(6e)는, 제2 시간차(t14-t11)가 경과하면, 제1 전환 밸브(4)의 솔레노이드(4b)를 소자시키면서 솔레노이드(4a)를 여자시킨다. 이로써, 제2 벨로즈(14)가 최대 수축 상태로 되기 직전에, 제1 벨로즈(13)는 최대 신장 상태로부터 수축 동작을 개시한다(도 8 참조).

또한, 구동 제어부(6e)는, 솔레노이드(4a)를 여자시킨 시점(t14)으로부터, 직전에 결정된 제1 시간차의 카운트를 개시한다. 이 직전에 결정된 제1 시간차는, 제1 벨로즈(13)의 직전의 1왕복 동작에 의해 산출된 제1 신장 시간(t7-t5) 및 제1 수축 시간(t12-t8)에 기초하여 결정된 것이다.

제1 벨로즈(13)가 수축 동작을 개시한 후에는, 제2 벨로즈(14)가 최대 수축 상태로 된 시점(t15)에서, 근접 센서(31A)가 오프로부터 온으로 전환되면, 구동 제어부(6e)는, 제2 전환 밸브(5)의 솔레노이드(5a)를 소자시키면서 또한 솔레노이드(5b)를 여자시킨다. 이로써, 제1 벨로즈(13)가 수축 동작을 하고 있는 동안에, 제2 벨로즈(14)는 최대 수축 상태로부터 최대 신장 상태까지 신장한다.

그 때, 제2 벨로즈(14)가 최대 신장 상태로 된 시점(t16)에서, 근접 센서(31B)는 오프로부터 온으로 전환되지만, 구동 제어부(6e)는, 제2 벨로즈(14)를 최대 신장 상태인 채로 유지해 놓는다.

다음에, 구동 제어부(6e)는, 상기 직전에 결정된 제1 시간차(t17-t14)가 경과하면, 제2 전환 밸브(5)의 솔레노이드(5b)를 소자시키면서 또한 솔레노이드(5a)를 여자시킨다. 이로써, 제1 벨로즈(13)가 최대 수축 상태로 되기 직전에, 제2 벨로즈(14)는 최대 신장 상태로부터 수축 동작을 개시한다.

또한, 구동 제어부(6e)는, 솔레노이드(5a)를 여자시킨 시점(t17)으로부터, 직전에 결정된 제2 시간차의 카운트를 개시한다. 이 직전에 결정된 제2 시간차는, 제2 벨로즈(14)의 직전의 1왕복 동작에 의해 산출된 제2 신장 시간(t10-t9) 및 제2 수축 시간(t15-t11)에 기초하여 결정된 것이다.

제2 벨로즈(14)가 수축 동작을 개시한 후에는, 제1 벨로즈(13)가 최대 수축 상태로 된 시점(t18)에서, 근접 센서(29A)가 오프로부터 온으로 전환되면, 구동 제어부(6e)는, 제1 전환 밸브(4)의 솔레노이드(4a)를 소자시키면서 또한 솔레노이드(4b)를 여자시킨다. 이로써, 제2 벨로즈(14)가 수축 동작을 하고 있는 동안에, 제1 벨로즈(13)는 최대 수축 상태로부터 최대 신장 상태까지 신장한다.

그 때, 제1 벨로즈(13)가 최대 신장 상태로 된 시점(t19)에서, 근접 센서(29B)는 오프로부터 온으로 전환되지만, 구동 제어부(6e)는, 제1 벨로즈(13)를 최대 신장 상태인 채로 유지해 놓는다.

다음에, 구동 제어부(6e)는, 상기 직전에 결정된 제2 시간차(t20-t17)가 경과하면, 제1 전환 밸브(4)의 솔레노이드(4b)를 소자시키면서 또한 솔레노이드(4a)를 여자시킨다. 이로써, 제2 벨로즈(14)가 최대 수축 상태로 되기 직전에, 제1 벨로즈(13)는 최대 신장 상태로부터 수축 동작을 개시한다.

이 이후, 구동 제어부(6e)는, 전술한 바와 같이, 직전에 결정된 제1 및 제2 시간차에 기초하여, 제2 벨로즈(14)가 최대 수축 상태로 되기 직전에 제1 벨로즈(13)를 최대 신장 상태로부터 수축시키고, 또한 제1 벨로즈(13)가 최대 수축 상태로 되기 직전에 제2 벨로즈(14)를 최대 신장 상태로부터 수축시키도록 벨로즈 펌프(1)를 구동 제어한다.

따라서, 유체의 토출 부하 등에 의해 제1 및 제2 수축 시간(토출 시간)이나 제1 및 제2 신장 시간(흡입 시간)에 변동이 있어도, 그 변동에 추종하여 최적의 타이밍으로 벨로즈 펌프(1)를 구동 제어할 수 있다. 그 결과, 도 6의 최하부에 나타낸 바와 같이, 벨로즈 펌프(1)의 토출압은, 구동 제어부(6e)가 제1 및 제2 시간차에 기초하여 벨로즈 펌프(1)를 구동 제어하고 있는 동안은, 급격하게 저하되지 않고 일정한 압력 범위에서 추이하기 때문에, 펌프(1)의 맥동을 억제할 수 있다.

그리고, 본 실시형태에서는, 직전에 결정된 제1 및 제2 시간차를 사용하고 있지만, 상기 토출 시간이나 흡입 시간의 변동이 없는 경우에는, 운전 개시 직후에 있어서 최초에 결정된 제1 및 제2 시간차를 이용하여 벨로즈 펌프(1)를 구동 제어해도 된다. 이 경우, 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)의 신장 동작과 수축 동작의 전환은, 근접 센서(29A, 29B, 31A, 31B)를 사용하지 않고, 타이머 등을 사용하여 소정 시간마다 전환하도록 해도 된다.

벨로즈 펌프(1)의 구동을 정지시킬 때는, 먼저, 작업자에 의해 정지 스위치(10)를 온 조작한다. 이 조작 신호를 받은 구동 제어부(6e)는, 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)를 스탠바이 상태로 이동시킨다. 그 때, 구동 제어부(6e)는, 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14) 중 어느 한쪽이 신장 동작을 행하고 있는 경우에는, 그 신장 동작을 정지시켜, 바로 수축 동작을 개시하게 한다. 그리고, 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)가 스탠바이 상태로 되면, 작업자에 의해 전원 스위치(8)를 오프 조작한다.

도 9는, 벨로즈 펌프의 검증 시험의 결과를 나타낸 표이다. 이 검증 시험은, 본 발명품과, 최대 토출량이 40리터인 종래의 3종류의 벨로즈 펌프에 대하여 행하였다. 종래의 3종류의 벨로즈 펌프로서는, 한 쌍의 벨로즈를 타이 로드에 의해 일체로 연결한 타이 로드 연결 타입과, 벨로즈 펌프의 토출 측에 어큐뮬레이터가 장착된 어큐뮬레이터 외부 장착 타입과, 어큐뮬레이터가 내장된 어큐뮬레이터 내장(內藏) 타입인 것을 사용하였다. 또한, 시험 조건으로서는, 가압 공기의 압력을 0.4MPa, 토출 압력을 0.33MPa로 하여 비교하였다. 그리고, 표의 괄호 안의 수치는, 본 발명품의 수치에 대한 비율을 나타내고 있다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명품의 유량은, 종래의 3종류의 타입의 유량보다 증가하고 있고, 종래의 벨로즈 펌프에 대하여 유체의 토출량이 감소하고 있지 않은 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명품의 맥압 폭(최대 토출압과 최소 토출압의 차)은, 종래의 어큐뮬레이터 내장 타입의 맥압 폭보다 크지만, 종래의 타이 로드 연결 타입이나 어큐뮬레이터 내장 타입의 각 맥압 폭에 비하면 감소하고 있고, 펌프의 맥동을 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명품의 풋프린트(평면에서 볼 때의 점유 면적)는, 종래의 타이 로드 연결 타입이나 어큐뮬레이터 내장 타입의 풋프린트에 비해 약간 증대되어 있지만, 종래의 어큐뮬레이터 외부 장착 타입의 풋프린트에 비해 축소되어 있고, 본 발명품의 설치 스페이스가 대폭 증가하는 것을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.

이상, 본 실시형태의 벨로즈 펌프 장치에 의하면, 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)를 서로 독립적으로 신축 가능하게 하고, 제어부(6)에 있어서, 제1 벨로즈(13)가 최대 수축 상태로 되기 직전에 제2 벨로즈(14)를 최대 신장 상태로부터 수축시키고, 또한 제2 벨로즈(14)가 최대 수축 상태로 되기 직전에 제1 벨로즈(13)를 최대 신장 상태로부터 수축시키도록 구동 제어하도록 했으므로, 이하의 작용 효과를 얻을 수 있다. 즉, 한쪽의 벨로즈의 수축(토출)으로부터 신장(흡입)으로의 전환 타이밍에서, 다른 쪽의 벨로즈는 이미 수축하여 유체를 토출하고 있으므로, 상기 전환 타이밍에서 토출 압력이 떨어지는 것을 저감할 수 있다. 그 결과, 벨로즈 펌프(1)의 토출 측의 맥동을 저감할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 벨로즈 펌프 장치는, 종래의 벨로즈 펌프의 토출 측에 어큐뮬레이터를 장착한 경우와 같이, 벨로즈 펌프 이외에 다른 부재(어큐뮬레이터)를 설치할 스페이스를 확보할 필요가 없기 때문에, 설치 스페이스가 대폭 증가하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 벨로즈 펌프 장치는, 종래의 타이 로드에 의해 한 쌍의 벨로즈가 연결된 벨로즈 펌프와 마찬가지로, 한 쌍의 벨로즈(13, 14)를 사용하여 유체를 토출하기 때문에, 유체의 토출량이 감소하는 일도 없다.

또한, 제어부(6)는, 제1 벨로즈(13)의 제1 신장 시간과 제1 수축 시간에 기초하여 결정된 제1 시간차를 사용하여, 제1 벨로즈(13)가 최대 수축 상태로 되기 직전에 최대 신장 상태의 제2 벨로즈(14)를 수축시키고, 또한 제2 벨로즈(14)의 제2 신장 시간과 제2 수축 시간에 기초하여 결정된 제2 시간차를 사용하여, 제2 벨로즈(14)가 최대 수축 상태로 되기 직전에 최대 신장 상태의 제1 벨로즈(13)를 수축시키도록 구동 제어할 수 있다. 이로써, 제1 벨로즈가 최대 수축 상태로 되기 직전에 제2 벨로즈를 확실하게 수축시킬 수 있고, 또한 제2 벨로즈가 최대 수축 상태로 되기 직전에 제1 벨로즈를 확실하게 수축시킬 수 있다.

또한, 제어부(6)는, 벨로즈 펌프(1)의 운전 개시 직후에, 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)의 신장 시간 및 수축 시간을 미리 산출하고 나서 구동 제어하므로, 운전 개시 전에 이들의 신장 시간 및 수축 시간이 불분명한 경우라도, 제1 벨로즈(13)[제2 벨로즈(14)]가 최대 수축 상태로 되기 직전에 제2 벨로즈(14)[제1 벨로즈(13)]를 확실하게 수축시킬 수 있다.

또한, 제어부(6)는, 직전에 결정된 제1 및 제2 시간차에 기초하여 구동 제어하므로, 제1 벨로즈(13)의 제1 신장 시간 및 제1 수축 시간[제2 벨로즈(14)의 제2 신장 시간 및 제2 수축 시간]에 변동이 있어도, 그 변동에 추종하여, 제1 벨로즈(13)[제2 벨로즈(14)]가 최대 수축 상태로 되기 직전에 제2 벨로즈(14)[제1 벨로즈(13)]를 확실하게 수축시킬 수 있다.

본 발명은, 상기 실시형태에 한정되지 않고, 특허청구의 범위에 기재된 발명의 범위 내에서 적절히 변경할 수 있는 것이다. 예를 들면, 상기 실시형태에서의 제1 검지 수단(29) 및 제2 검지 수단(31)은, 근접 센서에 의해 구성되어 있지만, 리미트 스위치 등의 다른 검지 수단에 의해 구성되어 있어도 된다. 또한, 제1 검지 수단(29) 및 제2 검지 수단(31)은, 제1 벨로즈(13) 및 제2 벨로즈(14)의 최대 신장 상태와 최대 신축 상태를 검지하고 있지만, 다른 신축 상태를 검지하도록 해도 된다. 또한, 본 실시형태에서의 제1 구동 장치(27) 및 제2 구동 장치(28)는, 가압 공기에 의해 구동시키고 있지만, 다른 유체나 모터 등에 의해 구동하도록 해도 된다.

6 : 제어부
6a : 제1 산출부
6b : 제2 산출부
6c : 제1 결정부
6d : 제2 결정부
6e : 구동 제어부
11 : 펌프 헤드
13 : 제1 벨로즈
14 : 제2 벨로즈
15, 16 : 체크 밸브
27 : 제1 에어 실린더부(제1 구동 장치)
28 : 제2 에어 실린더부(제2 구동 장치)
29 : 제1 검지 수단
31 : 제2 검지 수단
34 : 흡입 통로
35 : 토출 통로

Claims

유체의 흡입 통로 및 토출 통로가 형성된 펌프 헤드;
상기 흡입 통로 및 토출 통로에 대한 일방향으로의 유체의 흐름을 허용하고 또한 다른 방향으로의 유체의 흐름을 저지하는 체크 밸브;
상기 펌프 헤드에 서로 독립적으로 신축 가능하게 장착되고, 신장(伸長)에 의해 상기 흡입 통로로부터 내부에 유체를 흡입하고, 수축에 의해 내부로부터 상기 토출 통로에 유체를 토출하는 제1 벨로즈 및 제2 벨로즈;
상기 제1 벨로즈를 최대 신장 상태와 최대 수축 상태 사이에서 연속하여 신축 동작시키는 제1 구동 장치;
상기 제2 벨로즈를 최대 신장 상태와 최대 수축 상태 사이에서 연속하여 신축 동작시키는 제2 구동 장치;
상기 제1 벨로즈의 신축 상태를 검지하는 제1 검지 수단;
상기 제2 벨로즈의 신축 상태를 검지하는 제2 검지 수단; 및
상기 제1 검지 수단 및 제2 검지 수단의 각 검지 신호에 기초하여, 상기 제1 벨로즈가 최대 수축 상태로 되기 직전에 상기 제2 벨로즈를 최대 신장 상태로부터 수축시키고, 또한 상기 제2 벨로즈가 최대 수축 상태로 되기 직전에 상기 제1 벨로즈를 최대 신장 상태로부터 수축시키도록, 상기 제1 구동 장치 및 제2 구동 장치를 구동 제어하는 제어부
를 포함하는 벨로즈 펌프 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 검지 수단의 검지 신호에 기초하여, 상기 제1 벨로즈의 최대 수축 상태로부터 최대 신장 상태까지의 제1 신장 시간, 및 최대 신장 상태로부터 최대 수축 상태까지의 제1 수축 시간을 산출하는 제1 산출부;
상기 제2 검지 수단의 검지 신호에 기초하여, 상기 제2 벨로즈의 최대 수축 상태로부터 최대 신장 상태까지의 제2 신장 시간, 및 최대 신장 상태로부터 최대 수축 상태까지의 제2 수축 시간을 산출하는 제2 산출부;
산출된 상기 제1 신장 시간 및 제1 수축 시간에 기초하여, 최대 신장 상태의 상기 제1 벨로즈가 수축 동작을 개시하는 시점으로부터, 상기 수축 동작에 의해 상기 제1 벨로즈가 최대 수축 상태로 되기 직전에 최대 신장 상태의 상기 제2 벨로즈가 수축 동작을 개시하는 시점까지의 제1 시간차를 결정하는 제1 결정부;
산출된 상기 제2 신장 시간 및 제2 수축 시간에 기초하여, 최대 신장 상태의 상기 제2 벨로즈가 수축 동작을 개시하는 시점으로부터, 상기 수축 동작에 의해 상기 제2 벨로즈가 최대 수축 상태로 되기 직전에 최대 신장 상태의 상기 제1 벨로즈가 수축 동작을 개시하는 시점까지의 제2 시간차를 결정하는 제2 결정부; 및
최대 신장 상태의 상기 제1 벨로즈가 수축 동작을 개시한 시점으로부터 상기 제1 시간차가 경과한 시점에서 최대 신장 상태의 상기 제2 벨로즈의 수축 동작을 개시하게 하고, 또한 최대 신장 상태의 상기 제2 벨로즈가 수축 동작을 개시한 시점으로부터 상기 제2 시간차가 경과한 시점에서 최대 신장 상태의 상기 제1 벨로즈의 수축 동작을 개시하게 하도록, 상기 제1 구동 장치 및 제2 구동 장치를 구동 제어하는 구동 제어부
를 가지고 있는, 벨로즈 펌프 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 결정부는, 직전에 산출된 상기 제1 신장 시간 및 제1 수축 시간에 기초하여, 상기 제1 시간차를 결정하고,
상기 제2 결정부는, 직전에 산출된 상기 제2 신장 시간 및 제2 수축 시간에 기초하여, 상기 제2 시간차를 결정하고,
상기 구동 제어부는, 직전에 결정된 상기 제1 시간차 및 제2 시간차에 기초하여 상기 제1 구동 장치 및 제2 구동 장치를 구동 제어하는, 벨로즈 펌프 장치.