JP2017219002A - ベローズポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベローズの収縮中に移送流体の流量が変化しても、移送流体の吐出圧力が変動するの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。【解決手段】ベローズポンプ装置１は、ベローズ１３（１４）の収縮中に、吐出側空気室２１に供給する加圧空気の空気圧を、ベローズ１３（１４）の収縮特性に対応して上昇させるように調整する電空レギュレータ５１（５２）と、ベローズ１３（１４）の収縮中において単位時間ごとに当該ベローズ１３（１４）の収縮経過位置を検出する位置検出部７（８）と、位置検出部７（８）が検出するベローズ１３（１４）の収縮経過位置に応じて空気圧を上昇させるための圧力増加係数ａを決定し、決定した圧力増加係数ａに基づいて前記空気圧を調整するように電空レギュレータ５１（５２）に制御指令を出力する制御部６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ベローズポンプ装置に関する。

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させるためのポンプとして、ベローズポンプが使用される場合がある。
このベローズポンプは、例えば、特許文献１に記載されているように、ポンプヘッドの左右方向（水平方向）の両側にポンプケースを連結して２つの空気室を形成し、各空気室の内部にそれぞれ左右方向に伸縮可能な一対のベローズを設け、各空気室に交互に加圧空気を供給することによって各ベローズを収縮又は伸長させるように構成されている。

一対のベローズのうち一方のベローズが収縮することでその内部の移送流体が吐出され、これと同時に他方のベローズが伸長することでその内部に移送流体が吸い込まれる。また、前記他方のベローズが収縮することでその内部の移送流体が吐出され、これと同時に前記一方のベローズが伸長することでその内部に移送流体が吸い込まれる。
ベローズポンプには、各ポンプケース内の空気室に供給する加圧空気を適正な空気圧に調整するための機械式レギュレータが接続されている。

特開２０１２−２１１５１２号公報

上記構成のベローズポンプでは、ベローズの外側に形成された空気室に加圧空気を供給してベローズを収縮させるとき、その収縮が進むに従ってベローズを収縮させるのに必要な応力が増加するため、空気室に供給する加圧空気の空気圧を上昇させる必要がある。しかし、加圧空気の空気圧を調整する機械式レギュレータは、空気室の空気圧を上昇させるために一時的にバルブを開ける制御を行うことができない。このため、図１０に示すように、各ベローズが収縮している間に、移送流体の吐出圧力が徐々に落ち込む現象（図中の破線で囲んだ部分）が発生し、これが脈動の原因となっていた。

そこで、機械式レギュレータの替わりに電空レギュレータを用いて、ベローズの収縮中に、その収縮時間に応じて空気室に供給される加圧空気の空気圧を上昇させるように調整することが考えられる。この場合、ベローズが収縮するに従って空気室の空気圧を上昇させることができるので、ベローズが収縮している間に移送流体の吐出圧力が落ち込むのを低減することができる。

上記のように電空レギュレータを用いた空気圧調整では、電空レギュレータは加圧空気の空気圧を常に一定の圧力増加係数とした出力サイクルで加圧空気を出力する。このため、移送流体の流量が一定であれば、加圧空気の空気圧は図１１の実線で示すように調整されるため、ベローズが収縮を開始してから最収縮するまでの収縮所要時間は常に一定の時間ΔＴ１となり、ベローズの収縮経過時間に応じて加圧空気の空気圧を適正な空気圧に調整することができる。したがって、移送流体の流量が一定であれば、ベローズが最収縮したときの加圧空気の空気圧は常に一定の空気圧Ｐ１となる。

しかし、ベローズの収縮中に移送流体の流量が急激に変動した場合には、ベローズの収縮速度が急激に変動することでベローズの収縮所要時間が変動する。例えば、移送流体の流量が急激に増加した場合には、ベローズの収縮速度が急激に速くなり、ベローズの収縮所要時間は、図１１に示すように移送流体の流量が一定である場合の時間ΔＴ１よりも短い時間ΔＴ２となる。そうすると、ベローズが最収縮したときの加圧空気の空気圧は、移送流体の流量が一定である場合の空気圧Ｐ１よりも低い空気圧Ｐ２となる。

また、移送流体の流量が急激に減少した場合には、ベローズの収縮速度が急激に遅くなり、図１１に示すようにベローズの収縮所要時間は、移送流体の流量が一定である場合の時間ΔＴ１よりも長い時間ΔＴ３となる。そうすると、ベローズが最収縮したときの加圧空気の空気圧は、移送流体の流量が一定である場合の空気圧Ｐ１よりも高い空気圧Ｐ３となる。

このように、ベローズの収縮中に移送流体の流量が急激に変動すると、加圧空気の空気圧を適正な空気圧に調整することができなくなる。その結果、移送流体の吐出圧力が大きく変動し、ベローズポンプの低脈動運転ができなくなる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ベローズの収縮中に移送流体の流量が変化しても、移送流体の吐出圧力が変動するの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。

本発明のベローズポンプ装置は、密閉された流体室に加圧流体を供給することで前記流体室内に配置されたベローズを収縮させて移送流体を吐出するとともに、前記流体室から加圧流体を排出することで前記ベローズを伸長させて移送流体を吸入するベローズポンプ装置であって、前記ベローズの収縮中に、前記流体室に供給する加圧流体の流体圧を、前記ベローズの収縮特性に対応して上昇させるように調整する流体圧調整部と、前記ベローズの収縮中において、単位時間ごとに当該ベローズの収縮経過位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部が検出した前記ベローズの収縮経過位置に応じて前記流体圧を上昇させるための圧力増加係数を決定し、決定した圧力増加係数に基づいて前記流体圧を調整するように前記流体圧調整部に制御指令を出力する制御部と、を備える。

上記のように構成されたベローズポンプ装置によれば、制御部は、ベローズの収縮中に、単位時間ごとに位置検出部で検出されたベローズの収縮経過位置に応じて、流体室に供給される加圧流体の流体圧の圧力増加係数を決定し、決定した圧力増加係数に基づいて前記流体圧を調整するように流体圧調整部に制御指令を出力する。これにより、例えば、ベローズの収縮中に移送流体の流量が急激に増加した場合、ベローズの収縮速度が急激に速くなることでベローズの収縮所要時間が短くなるが、このような場合であっても、位置検出部で単位時間ごとに検出されたベローズの収縮経過位置に応じて前記圧力増加係数が適正な値に決定されるので、適正な流体圧でベローズを収縮させることができる。したがって、ベローズの収縮中に移送流体の流量が変化しても、移送流体の吐出圧力が変動するのを抑制することができる。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。

上記ベローズポンプ装置において、前記位置検出部はレーザセンサであるのが好ましい。この場合、レーザセンサによりベローズの収縮経過位置を高精度に検出することができるので、前記圧力増加係数をさらに適正な値に決定することができる。

上記ベローズポンプ装置において、前記ベローズは、互いに独立して伸縮自在な第１ベローズ及び第２ベローズを有し、前記第１ベローズ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駆動部と、前記第２ベローズ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駆動部と、をさらに備え、前記制御部は、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を最伸長状態から収縮させるように、前記第１駆動部及び第２駆動部を駆動制御するのが好ましい。

この場合、第１ベローズ及び第２ベローズを互いに独立して伸縮自在とし、制御部において、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を最伸長状態から収縮させるように第１駆動部及び第２駆動部を駆動制御するので、一方のベローズの収縮（吐出）から伸長（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さらに低減することができる。

本発明のベローズポンプ装置によれば、ベローズの収縮中に移送流体の流量が変化しても、移送流体の吐出圧力が変動するのを抑制することができる。

本発明の一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。 電空レギュレータの空気圧の調整の一例を示すグラフである。 ベローズの収縮中に移送流体の流量が急激に増加した場合において制御部により制御される電空レギュレータの出力空気圧の変化を示すグラフである。 ベローズの収縮中に移送流体の流量が急激に増加した場合において制御部により制御される電空レギュレータの出力空気圧の変化を示すグラフである。 従来のベローズポンプから吐出される移送流体の吐出流量および吐出圧力を示すグラフである。 本実施形態のベローズポンプから吐出される移送流体の吐出流量および吐出圧力を示すグラフである。 従来のベローズポンプ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。 従来のベローズの収縮中に移送流体の流量が急激に増加した場合の電空レギュレータの出力空気圧の変化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、本発明の一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１は、ベローズポンプ１０と、当該ベローズポンプ１０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部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（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と、第１電磁弁４及び第２電磁弁５と、ベローズポンプ１０の駆動を制御する制御部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１０の断面図である。
本実施形態のベローズポンプ１０は、ポンプヘッド１１と、このポンプヘッド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、各ベローズ１３，１４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及び第２ベローズ１３，１４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、その開放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１２ａ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１２ａ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＞
ポンプケース１２は、有底円筒状に形成されており、その開口周縁部は、対応するベローズ１３（１４）のフランジ部１３ａ（１４ａ）に気密状に押圧固定されている。これにより、ポンプケース１２の内部には、気密状態が保持された吐出側空気室（流体室）２１が形成されている。

各ポンプケース１２には吸排気ポート２２がそれぞれ設けられており、吸排気ポート２２は、電磁弁４（５）、電空レギュレータ５１（５２）及び機械式レギュレータ３を介して空気供給部２に接続されている（図１参照）。これにより、空気供給部２から機械式レギュレータ３、電空レギュレータ５１（５２）及び電磁弁４（５）及び吸排気ポート２２を介して吐出側空気室２１の内部に加圧空気を供給することで、ベローズ１３（１４）が収縮するようになっている。

また、各ポンプケース１２の底壁部１２ａ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１２ａ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、前記底壁部１２ａ、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吸込側空気室２６とされている。

前記シリンダ体２５には吸込側空気室２６に連通する吸排気口２５ａが形成されており、この吸排気口２５ａは、前記電磁弁４（５）、電空レギュレータ５１（５２）及び機械式レギュレータ３を介して空気供給部２に接続されている（図１参照）。これにより、空気供給部２から機械式レギュレータ３、電空レギュレータ５１（５２）及び電磁弁４（５）及び吸排気口２５ａを介して吸込側空気室２６の内部に加圧空気を供給することで、ベローズ１３（１４）が伸長するようになっている。
各ポンプケース１２の底壁部１２ａの下方には、移送流体の吐出側空気室２１への漏洩を検知するための漏洩センサ４０が取り付けられている。

以上の構成により、図２左側の吐出側空気室２１が形成されたポンプケース１２と、図２左側の吸込側空気室２６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、図２右側の吐出側空気室２１が形成されたポンプケース１２と、図２右側の吸込側空気室２６が形成されたピストン体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、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、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。

空気供給部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の吸込側空気室２６と吐出側空気室２１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、前記加圧空気は、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の吸込側空気室２６と吐出側空気室２１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とが形成されており、この吸込通路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おり、そ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内部に向かう方向への移送流体の吸引を許容し、当該ベローズ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おり、そ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に向かう方向への移送流体の流出を許容し、当該ベローズ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が閉じるともに、吐出用チェックバルブ１６が開き、第１ベローズ１３内の移送流体が吐出通路３５からポンプ外へ排出される。

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による吸引作用によって各バルブケース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が開くとともに、吐出用チェックバルブ１６が閉じ、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が閉じるともに、吐出用チェックバルブ１６が開き、第２ベローズ１４内の移送流体が吐出通路３５からポンプ外へ排出される。

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による吸引作用によって各バルブケース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が開くとともに、吐出用チェックバルブ１６が閉じ、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排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の吐出側空気室２１及び吸込側空気室２６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の吐出側空気室２１及び吸込側空気室２６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の吐出側空気室２１（吸排気ポート２２）と第１電磁弁４との間には、第１急速排気弁６１が吐出側空気室２１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から吐出側空気室２１への加圧空気の流れを許容するとともに、吐出側空気室２１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、吐出側空気室２１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の吐出側空気室２１（吸排気ポート２２）と第２電磁弁５との間には、第２急速排気弁６２が吐出側空気室２１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から吐出側空気室２１への加圧空気の流れを許容するとともに、吐出側空気室２１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、吐出側空気室２１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。

なお、各エアシリンダ部２７，２８の吸込側空気室２６（吸排気口２５ａ）と、対応する電磁弁４，５との間にも急速排気弁を配置することが可能であるが、本実施形態においては配置されていない。その理由は、吸込側に急速排気弁を取り付けた場合、吐出側に急速排気弁を取り付けた場合と同様の効果が得られるが、その効果は吐出側ほど大きくなく、コスト面を優先して考慮したためである。

＜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１０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、本明細書において、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時間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時間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（吐出）から伸長（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１０の吐出側の脈動を低減することができる。

なお、本実施形態の制御部６は、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）を最伸長状態から収縮させているが、一方のベローズ１３（１４）が最収縮状態となったときに、他方のベローズ１４（１３）を最伸長状態から収縮させるように制御してもよい。但し、ベローズポンプ１０の吐出側の脈動を低減するという観点では、本実施形態のように制御するのが好ましい。

＜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。電空レギュレータ５１，５２は、制御部６で予め設定される設定圧力に基づいて出力ポート（図示省略）から出力する空気圧を無段階に調整する機能を有している。

本実施形態の第１電空レギュレータ５１は、第１エアシリンダ部２７の吸込側空気室２６に供給する加圧空気の空気圧（第１空気圧）、及び第１エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１に供給する加圧空気の空気圧（第２空気圧）を調整する。
第２電空レギュレータ５２は、第２エアシリンダ部２８の吸込側空気室２６に供給する第１空気圧、及び第２エアシリンダ部２８の吐出側空気室２１に供給する第２空気圧を調整する。

図５は、第１及び第２電空レギュレータ５１，５２の空気圧の調整の一例を示すグラフである。図５において、第１電空レギュレータ５１は、第１ベローズ１３が伸長している伸長時間Ｔ１１の間、第１エアシリンダ部２７の吸込側空気室２６に供給する第１空気圧が一定の空気圧ｄとなるように調整する。この空気圧ｄは制御部６から指示される。

そして、第１ベローズ１３が収縮している収縮時間Ｔ１２のうち、第１ベローズ１３の収縮開始時点ｔ１１から、最収縮状態となる手前の時点である最収縮手前時点ｔ１３までの間（収縮中）、第１電空レギュレータ５１は、第１エアシリンダ部２７の吐出側空気室２１に供給する第２空気圧を第１ベローズ１３の収縮特性に対応して上昇させるように調整する。具体的には、第１電空レギュレータ５１は、単位時間（例えば１０ｍｓ）ごとに下記の式を用いて、第２空気圧を、初期空気圧ｂから上記空気圧ｃまで上昇させるように調整する。
Ｐ＝ａＸ＋ｂ
ここで、Ｐは出力ポートから出力される加圧空気の空気圧（第２空気圧）、ａは圧力増加係数、Ｘは第１ベローズ１３の収縮経過位置、ｂは初期空気圧である。
そして、第１電空レギュレータ５１は、第１ベローズ１３の前記収縮時間Ｔ１２のうち、前記最収縮手前時点ｔ１３から最収縮状態となる収縮終了時点ｔ１４までの間、第２空気圧が一定の空気圧ｃとなるように調整する。この空気圧ｃは制御部６から指示される。

本実施形態では、圧力増加係数ａは第１ベローズ１３の収縮特性を示しており、上記初期空気圧ｂは、上記空気圧ｄよりも大きい値であり、かつ上記空気圧ｃよりも小さい値に設定されている。また、上記収縮経過位置Ｘは、例えば、図３に示すように第１ベローズ１３の最伸長位置をＸ_０（＝０ｍｍ）、図４に示すように第１ベローズ１３の最収縮位置をＸ_ｍａｘとし、最伸長位置Ｘ_０からの変位として設定される。

同様に、第２電空レギュレータ５２は、第２ベローズ１４が伸長している伸長時間Ｔ２１の間、第２エアシリンダ部２８の吸込側空気室２６に供給する第１空気圧が一定の空気圧ｄとなるように調整する。この空気圧ｄは制御部６から指示される。

そして、第２ベローズ１４が収縮している収縮時間Ｔ２２のうち、第２ベローズ１４の収縮開始時点ｔ２１から、最収縮状態となる手前の時点である最収縮手前時点ｔ２３までの間（収縮中）、第２電空レギュレータ５２は、第２エアシリンダ部２８の吐出側空気室２１に供給する第２空気圧を、第２ベローズ１４の収縮特性に対応して上昇させるように調整する。具体的には、第２電空レギュレータ５２は、単位時間（例えば１０ｍｓ）ごとに上記式を用いて算出した第２空気圧を、初期空気圧ｂから空気圧ｃまで上昇させるように調整する。ただし、この場合、上記式におけるＸは第２ベローズ１４の収縮経過位置であり、圧力増加係数ａは第２ベローズ１４の収縮特性を示す。
そして、第２電空レギュレータ５２は、第２ベローズ１４の前記収縮時間Ｔ２２のうち、前記最収縮手前時点ｔ２３から最収縮状態となる収縮終了時点ｔ２４までの間、第２空気圧が一定の空気圧ｃとなるように調整する。この空気圧ｃは制御部６から指示される。

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力が作用するので、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、本実施形態では、第１及び第２電空レギュレータ５１，５２がそれぞれ調整する際に用いる圧力増加係数ａおよび空気圧ｂ〜ｄは、いずれも同じ値に設定されているが、各電空レギュレータによって異なる値に設定されていてもよい。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１において、制御部６は、第１ベローズ１３の収縮中において単位時間ごとに第１ベローズ１３の収縮経過位置を検出する第１位置検出部７の検出値に基づいて第１電空レギュレータ５１を制御する。また、制御部６は、第２ベローズ１４の収縮中において単位時間ごとに第２ベローズ１４の収縮経過位置を検出する第２位置検出部８の検出値に基づいて第２電空レギュレータ５２を制御する。第１及び第２位置検出部７，８としては、レーザセンサ、光ファイバーセンサ、赤外線センサ、およびリニアエンコーダー等が挙げられる。本実施形態の第１及び第２位置検出部７，８は、高精度に位置検出することができるレーザセンサからなる。

図２において、第１位置検出部７は、その検出面７ａが図中左側のピストン体２３の外壁面２３ａに対向して配置されており、第１ベローズ１３の収縮中に当該第１ベローズ１３と共に水平方向に移動するピストン体２３の移動経過位置を単位時間（例えば１０ｍｓ）ごとに検出する。
同様に、第２位置検出部８は、その検出面８ａが図中右側のピストン体２３の外壁面２３ａに対向して配置されており、第２ベローズ１４の収縮中に当該第２ベローズ１４と共に水平方向に移動するピストン体２３の移動経過位置を単位時間（例えば１０ｍｓ）ごとに検出する。

各位置検出部７，８は、例えば当該位置検出部７，８からピストン体２３の外壁面２３ａに向けて出射したレーザ光の反射光を検出面７ａ，８ａで受光することにより、各位置検出部７，８から対向する前記外壁面２３ａまでの距離を算出する。これにより、各位置検出部７，８は、ピストン体２３と共に移動するベローズ１３，１４の収縮経過位置Ｘを随時検出することができる。なお、各位置検出部７，８は、ピストン体２３以外に、連結部材２０やナット２４等、ベローズ１３，１４とともに移動する部材の移動位置を検出してもよい。

制御部６は、各位置検出部７，８が単位時間ごとに検出したベローズ１３，１４の収縮経過位置Ｘに応じて第２空気圧を上昇させるための圧力増加係数ａを決定する。その際、制御部６は、収縮経過位置Ｘに対応する圧力増加係数ａが設定されたルックアップテーブルを参照して圧力増加係数ａを決定してもよいし、収縮経過位置Ｘから演算式を用いて圧力増加係数ａを算出してもよい。制御部６は、このように決定した圧力増加係数ａに基づいて第２空気圧を調整するように各電空レギュレータ５１，５２に当該圧力増加係数ａを含む制御指令を出力する。各電空レギュレータ５１，５２は、制御部６から取得した制御指令に含まれる圧力増加係数ａを用いて上記式により第２空気圧を算出し、算出した第２空気圧となるように各電空レギュレータ５１，５２を調整する。

図６は、ベローズ１３（１４）の収縮中に移送流体の流量が急激に増加した場合において制御部６により制御される電空レギュレータ５１（５２）の出力空気圧（第２空気圧）の変化を示すグラフである。図６では、ベローズ１３（１４）の収縮開始時点ｔ１１（ｔ２１）から収縮途中時点ｔ１２（ｔ２２）までは移送流体の流量が一定であり、ベローズ１３（１４）の収縮途中時点ｔ１２（ｔ２２）から最収縮手前時点ｔ１３（ｔ２３）までは移送流体の流量が急激に増加した場合を示している。

この場合、ベローズ１３（１４）の収縮開始時点ｔ１１（ｔ２１）から収縮途中時点ｔ１２（ｔ２２）までの間、第２空気圧は、初期空気圧ｂから一定の傾きである圧力増加係数ａ１で空気圧ｅまで増加する。そして、ベローズ１３（１４）の収縮途中時点ｔ１２（ｔ２２）から最収縮手前時点ｔ１３（ｔ２３）までの間、第２空気圧は、上記空気圧ｅから圧力増加係数ａ１よりも大きい値となる圧力増加係数ａ２で増加する。これにより、第２空気圧は、ベローズ１３（１４）の最収縮手前時点ｔ１３（ｔ２３）で、移送流体の流量が一定である場合（図５参照）の空気圧ｃと同一の値になる。

図７は、ベローズ１３（１４）の収縮中に移送流体の流量が急激に減少した場合において制御部６により制御される電空レギュレータ５１（５２）の出力空気圧（第２空気圧）の変化を示すグラフである。図７では、ベローズ１３（１４）の収縮開始時点ｔ１１（ｔ２１）から収縮途中時点ｔ１２’ （ｔ２２’）までは移送流体の流量が一定であり、ベローズ１３（１４）の収縮途中時点ｔ１２’ （ｔ２２’）から最収縮手前時点ｔ１３’（ｔ２３’）までは移送流体の流量が急激に減少した場合を示している。

この場合、ベローズ１３（１４）の収縮開始時点ｔ１１（ｔ２１）から収縮途中時点ｔ１２’（ｔ２２’）までの間、第２空気圧は、初期空気圧ｂから一定の傾きである圧力増加係数ａ１で空気圧ｆまで増加する。そして、ベローズ１３（１４）の収縮途中時点ｔ１２’（ｔ２２’）から最収縮手前時点ｔ１３’（ｔ２３’）までの間、第２空気圧は、上記空気圧ｅから圧力増加係数ａ１よりも小さい値となる圧力増加係数ａ３で増加する。これにより、第２空気圧は、ベローズ１３（１４）の最収縮手前時点ｔ１３’（ｔ２３’）で、移送流体の流量が一定である場合（図５参照）の空気圧ｃと同一の値になる。

図８は、従来のベローズポンプから吐出される移送流体の吐出流量および吐出圧力を示すグラフである。このグラフは、ベローズの収縮中に移送流体の吐出流量が５０Ｌ／ｍｉｎから２０Ｌ／ｍｉｎまで減少した場合の吐出圧力の変化を示している。図８に示すように、移送流体の吐出流量が減少し始めたときの吐出圧力の変動幅ΔＰ２’は、吐出流量が減少する前の吐出圧力の変動幅ΔＰ１’よりも大きくなっており、ベローズポンプの吐出側が大きく脈動しているのが分かる。

図９は、本実施形態のベローズポンプ１０から吐出される移送流体の吐出流量および吐出圧力を示すグラフである。このグラフは、ベローズ１３（１４）の収縮中に移送流体の吐出流量が約４０Ｌ／ｍｉｎから約２０Ｌ／ｍｉｎまで減少した場合の吐出圧力の変化を示しており、図８の従来のグラフと比較して吐出流量の減少量は少ないが、従来のグラフよりも短い時間で急激に吐出流量が減少している。

図９に示すように、移送流体の吐出流量が急激に減少した後の吐出圧力の変動幅ΔＰ２は、吐出流量が減少する前の吐出圧力の変動幅ΔＰ１に対してほとんど変化していないのが分かる。したがって、制御部６が電空レギュレータ５１（５２）を上述のように制御することで、ベローズポンプ１０の吐出側の脈動を効果的に低減できるのが分かる。

以上、本実施形態のベローズポンプ装置１によれば、制御部６は、ベローズ１３（１４）の収縮中において単位時間ごとに位置検出部７（８）で検出されたベローズ１３（１４）の収縮経過位置に応じて、吐出側空気室２１に供給する第２空気圧の圧力増加係数ａを決定し、決定した圧力増加係数ａに基づいて電空レギュレータ５１（５２）を制御する。これにより、例えば、ベローズ１３（１４）の収縮中に移送流体の流量が急激に増加した場合、ベローズ１３（１４）の収縮速度が急激に速くなることでベローズ１３（１４）の収縮所要時間が短くなるが、このような場合であっても、位置検出部７（８）で単位時間ごとに検出されたベローズ１３（１４）の収縮経過位置に応じて圧力増加係数ａが適正な値に決定されるので、適正な空気圧でベローズ１３（１４）を収縮させることができる。したがって、ベローズ１３（１４）の収縮中に移送流体の流量が変化しても、移送流体の吐出圧力が変動するのを抑制することができる。その結果、ベローズポンプ装置１の吐出側の脈動を低減することができる。

また、位置検出部７（８）としてレーザセンサを用いているため、ベローズ１３（１４）の収縮経過位置を高精度に検出することができ、その結果、圧力増加係数ａをさらに適正な値に決定することができる。

また、第１ベローズ１３及び第２ベローズ１４を互いに独立して伸縮自在とし、制御部６において、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駆動制御するようにしたので、以下の作用効果を奏する。すなわち、一方のベローズの収縮（吐出）から伸長（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１０の吐出側の脈動をさらに低減することができる。

＜その他＞
なお、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。

例えば、ベローズポンプ１０は、上記実施形態以外に、左右一対のベローズがタイロッドにより一体に連結されたベローズポンプや、一対のベローズのうちの一方をアキュムレータに入れ替えて構成されたベローズポンプなど、他のベローズポンプにも適用することができる。また、上記実施形態の制御部６は、近接センサ２９，３１の検知結果に基づいてエアシリンダ部２７（２８）の各駆動を制御しているが、近接センサ２９，３１に替わりに位置検出部７，８の検出結果に基づいてエアシリンダ部２７（２８）の各駆動を制御してもよい。

１：ベローズポンプ装置、 １０：ベローズポンプ、 ６：制御部、 ７：第１位置検出部（位置検出部）、 ８：第２位置検出部（位置検出部）、 １３：第１ベローズ（ベローズ）、 １４：第２ベローズ（ベローズ）、 吐出側空気室（流体室）２１、 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）、 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）、 ａ１〜ａ３：圧力増加係数、 Ｘ：収縮経過位置

Claims (3)

1. 密閉された流体室に加圧流体を供給することで前記流体室内に配置されたベローズを収縮させて移送流体を吐出するとともに、前記流体室から加圧流体を排出することで前記ベローズを伸長させて移送流体を吸入するベローズポンプ装置であって、
   前記ベローズの収縮中に、前記流体室に供給する加圧流体の流体圧を、前記ベローズの収縮特性に対応して上昇させるように調整する流体圧調整部と、
   前記ベローズの収縮中において、単位時間ごとに当該ベローズの収縮経過位置を検出する位置検出部と、
   前記位置検出部が検出した前記ベローズの収縮経過位置に応じて前記流体圧を上昇させるための圧力増加係数を決定し、決定した圧力増加係数に基づいて前記流体圧を調整するように前記流体圧調整部に制御指令を出力する制御部と、
   を備えるベローズポンプ装置。
2. 前記位置検出部はレーザセンサである、請求項１に記載のベローズポンプ装置。
3. 前記ベローズは、互いに独立して伸縮自在な第１ベローズ及び第２ベローズを有し、
   前記第１ベローズ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駆動部と、
   前記第２ベローズ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駆動部と、をさらに備え、
   前記制御部は、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を最伸長状態から収縮させるように、前記第１駆動部及び第２駆動部を駆動制御する、請求項１又は２に記載のベローズポンプ装置。