(57)【要約】【課題】部品精度、組立精度に影響されずに安定した吐出量が得られ、短時間駆動や連続駆動などの駆動方式によらずに高い流量再現性を実現できる回転容積型ポンプを提供する。【解決手段】駆動制御部２は、ステッピングモータＭをパルス駆動により回転量を制御し、流体の最小吐出量が駆動ギヤ７及び従動ギヤ８が１回転する間の単位吐出量又はその整数倍となるようにステッピングモータＭの駆動を制御する。【選択図】図１
2008088827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流路が形成されたポンプ本体に、流体を一時的に貯留するよう形成されたポンプ室と、
該ポンプ室内に駆動側回転体と従動側回転体が噛み合って収容され、吸込み口からポンプ室へ吸い込まれた流体を定量ずつ吐出口より吐出するロータと、
駆動側回転体を回転駆動するステッピングモータを備えた駆動制御部を具備し、
駆動制御部は、ステッピングモータをパルス駆動により回転量を制御し、流体の最小吐出量を駆動側回転体及び従動側回転体が１回転する間の単位吐出量又はその整数倍となるようにステッピングモータの駆動を制御する回転容積型ポンプ。
【請求項２】
ロータは、駆動側歯車と従動側歯車が噛み合ってポンプ室から流体を押し出すギヤポンプ若しくはルーツポンプである請求項１記載の回転容積型ポンプ。
【請求項３】
駆動側回転体と従動側回転体は同径若しくは異径の歯車どうしが噛み合って回転し、駆動側歯車歯数と従動側歯車歯数の最小公倍数を駆動側歯車歯数で割った回転数に相当する流量を最小吐出量とする請求項１記載の回転容積型ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばディスペンサー、分析器、燃料電池、インクジェットプリンタなど定流量の流体を送り出す回転容積型ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体を定量的に送り出すポンプとしては様々な方式のものとしては、ギヤポンプ、ルーツポンプなどの回転容積型ポンプ、ピストンやプランジャを往復動させて定量送りする直動式ポンプなどがある。直動式ポンプは流体の連続送り動作には向いていないことから、用途は限定的となる。これに対して、回転容積型ポンプはポンプ室に設けられる駆動側回転体の回転数制御を行なうことにより、定流量性を実現し回転数を変化させることで流量を調整することができるため、汎用性が見込める。
【０００３】
例えば、設定流量に略比例した制御電流を流すことによりギヤポンプの駆動モータの動作を制御し、一定の制御電流が流れるように補正することで定流量性を実現する技術が提案されている（特許文献１参照）。
また、駆動側回転体の回転数と流量の相関関係を予め記憶させておき、回転数センサーの検出信号により駆動信号を補正して定量送り実現する技術が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】実開平０７−２１１５９号公報
【特許文献２】特開平９−１５５２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、回転容積型ポンプは高圧力で連続駆動した場合と短時間駆動した場合の流量を測定すると流量のばらつきが大きく、定流量性が低下する。
例えば図３のギヤポンプにおいて、駆動側ギヤ５１及び従動側ギヤ５２がポンプ本体５３のポンプ室５４に収納されている。
これら駆動側ギヤ５１及び従動側ギヤ５２、あるいはポンプ本体５３の部品精度に起因して駆動側ギヤ５１若しくは従動側ギヤ５２とポンプ室５４の内壁面５５に囲まれた空間部５６の体積のばらつきに起因して流体の送り量にばらつきが生ずる。
また、駆動側ギヤ５１及び従動側ギヤ５２の歯先とポンプ室５４の内壁面５５とのクリアランスＰのばらつきに起因して流体の送り量にばらつきが生ずる。
更には、駆動側ギヤ５１及び従動側ギヤ５２が収容されるポンプ室５４が形成されたポンプ本体５３との組立誤差（例えば、駆動側ギヤ５１、従動側ギヤ５２の回転中心とポンプ本体５３の組付け位置の位置ずれＱなど）に起因して流体の送り量にばらつきが生ずる。
これらは、駆動側ギヤ５１及び従動側ギヤ５２が同径のギヤであっても生ずるため、異径のギヤどうしでは、組立誤差が累積され易く、流量のばらつきも大きくなる。
また、部品精度や組立精度と相俟って、短時間駆動若しくは連続駆動による回転停止位置のばらつきによっても、流量のばらつきを生ずる。
【０００５】
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、部品精度、組立精度に影響されずに安定した吐出量が得られ、短時間駆動や連続駆動などの駆動方式によらずに高い流量再現性を実現できる回転容積型ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
流体の流路が形成されたポンプ本体に、流体を一時的に貯留するよう形成されたポンプ室と、該ポンプ室内に駆動側回転体と従動側回転体が噛み合って収容され、吸込み口からポンプ室へ吸い込まれた流体を定量ずつ吐出口より吐出するロータと、駆動側回転体を回転駆動するステッピングモータを備えた駆動制御部を具備し、駆動制御部は、ステッピングモータをパルス駆動により回転量を制御し、流体の最小吐出量を駆動側回転体及び従動側回転体が１回転する間の単位吐出量又はその整数倍となるようにステッピングモータの駆動を制御することを特徴とする。
また、ロータは、駆動側歯車と従動側歯車が噛み合ってポンプ室から流体を押し出すギヤポンプ若しくはルーツポンプのいずれであっても良い。
また、駆動側回転体と従動側回転体は同径若しくは異径の歯車どうしが噛み合って回転し、駆動側歯車歯数と従動側歯車歯数の最小公倍数を駆動側歯車歯数で割った回転数に相当する流量を最小吐出量とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上述した回転容積型ポンプを用いれば、駆動制御部は、ステッピングモータをパルス駆動により回転量を制御し、最小吐出量が駆動側回転体と従動側回転体の１回転する間の単位吐出量又はその整数倍となるようにステッピングモータの駆動を制御する。
これにより、ポンプの最小流量が駆動側回転体と従動側回転体ともに整数倍回転となるように駆動制御されるため、回転開始及び停止位置は一定となり、部品精度、組立精度に影響されずに安定した吐出量が得られ、短時間駆動や連続駆動などの駆動状態によらずに高い流量再現性を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に係る回転容積型ポンプの最良の実施形態について添付図面とともに詳細に説明する。本実施形態は、回転容積型ポンプの一例としてギヤポンプを例示して説明するものとする。
【０００９】
先ず、駆動源として用いられるステッピングモータＭの概略構成について説明する。
図示しない回転子に回転子小歯が形成された回転子鉄心が配設され、非磁性材料からなる回転軸と一体となって回転するようになっている。固定子は、回転子を固定子鉄心が囲繞して設けられる。固定子鉄心は、回転子鉄心に設けられた回転子小歯と対向する固定子小歯を有する極が設けられ、該極には絶縁体を介してマグネットワイヤが巻き付けられている。固定子鉄心の極に巻き付けられたマグネットワイヤへの励磁相を切り換えて通電することで、回転子鉄心の回転子小歯が対向する固定子小歯と磁気的に安定した位置まで所定角度回転するようになっている。ステッピングモータＭは、ドライブ回路１によって、ＰＷＭ駆動方式によってパルス駆動によってオープンループ制御される。ステッピングモータＭとドライブ回路１によって、ポンプの駆動制御部２が構成される。
【００１０】
次に、ギヤポンプの構成について図１を参照して説明する。
ポンプ本体９にはポンプ室３が設けられている。ポンプ室３は流体（気体、液体、半流動体など）Ｆの流路の一部に設けられ当該流体Ｆを一時的に貯留する。ポンプ室３内にはロータ６が回転可能に収容されている。ロータ６の回転に伴って、吸込み口４から当該ポンプ室３へ吸い込まれた流体Ｆを定量ずつ吐出口５より吐出する。ロータ６は、駆動側回転体（駆動ギヤ）７と従動側回転体（従動ギヤ）８が互いに噛み合って設けられている。ロータ６のうち駆動ギヤ７がステッピングモータＭにより回転駆動される。図１の実施形態では、駆動ギヤ７と従動ギヤ８は同径の歯車が用いられ互いに噛み合って回転するようになっている。
【００１１】
駆動制御部２は、ステッピングモータＭをパルス駆動により回転量を制御し、最小吐出量が駆動ギヤ７と従動ギヤ８の１回転する間の単位吐出量又はその整数倍となるようにステッピングモータＭの駆動を制御する。本実施形態では、駆動側及び従動側で同径のギヤを用いているため、最小吐出量を１回転ごと或いはその整数倍回転のいずれに設定しても、駆動ギヤ７及び従動ギヤ８で回転停止位置及び回転開始位置は一定となる。
【００１２】
これにより、ポンプの最小流量が駆動ギヤ７及び従動ギヤの整数倍回転量となるように駆動制御されるため、回転開始及び停止位置は常に一定となり、部品精度、組立精度に影響されずに安定した吐出量が得られ、短時間駆動や連続駆動などの駆動状態によらずに高い流量再現性を実現できる。
したがって、流体を定量送りするための装置、例えばディスペンサー、分析器、燃料電池、インクジェットプリンタなどの幅広い用途に応用が期待できる。
【００１３】
次に、図２においてギヤポンプの他例について説明する。本実施の形態は、図１と概略構成は同一であるが、ロータ６を構成する駆動ギヤ７と従動ギヤ８は異径の歯車どうしが噛み合って回転するようになっている点が異なっている。
この場合、歯数差があるため、駆動ギヤ７と従動ギヤ８とで回転量が異なる。そこで駆動ギヤ７の歯数と従動ギヤ８の歯数の最小公倍数を駆動ギヤ７の歯数で割った回転数に相当する流量を最小吐出量とする。そして、駆動制御部２はその整数倍回転量となるようにステッピングモータＭを駆動制御する。これにより、ギヤポンプの回転開始及び停止位置は常に一定となり、部品精度、組立精度に影響されずに安定した吐出量が得られ、短時間駆動や連続駆動などの駆動状態によらずに高い流量再現性を実現できる。
【００１４】
上述した実施の形態は、回転容積型ポンプとしてギヤポンプを例示したが、これに限らず、ルーツ型ポンプなどで合っても良い。ルーツ型ポンプはポンプ室内に例えば繭型ロータどうしが噛み合ってポンプ室から流体を押し出すものであり、該ロータの回転量についても本実施例と同様の駆動制御を用いると高い流量再現性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ギヤポンプの説明図である。
【図２】他例に係るギヤポンプの説明図である。
【図３】ギヤポンプの課題を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１６】
Ｍ  ステッピングモータ
Ｆ  流体
１  ドライブ回路
２  駆動制御部
３  ポンプ室
４  吸込み口
５  吐出口
６  ロータ
７  駆動ギヤ
８  従動ギヤ
９  ポンプ本体
【図１】
2008088827.tif 000003
【図２】
2008088827.tif 000004
【図３】
2008088827.tif 000005