(57)【要約】【課題】無脈動ポンプにおいて、吐出行程初期に生じる吐出流量の減少を補償する。【解決手段】無脈動ポンプを構成するダイアフラムポンプの吐出行程Ｐｄの初期において、吐出流量ｑＡが減少する（Ｓｓ）。この減少分Ｓｓをもう一つのダイアフラムポンプの吐出流量ｑＢを増加する（Ｓｃ）によって補う。つまり、一つのダイアフラムポンプに生じる吐出流量の減少を、この減少と同じタイミングで、他のダイアラムポンプの吐出流量を増加させることにより補い、無脈動ポンプ全体として、吐出流量の無脈動性を維持する。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復運動子の運動によるポンプ室容積の増減によって流体を吐出する往復動ポンプを複数備え、個々の往復動ポンプの吐出流量を合計した合成吐出流量が一定となるように前記往復運動子を運動させる無脈動ポンプであって、
前記各往復動ポンプにおける吐出行程初期に発生する吐出流量の減少を補償するために、ある前記往復動ポンプの前記吐出行程初期の流量が減少する期間において、他の前記往復動ポンプの吐出流量を増加するように、当該他の往復動ポンプの往復運動子が運動する、
無脈動ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の無脈動ポンプであって、前記往復運動子は、カムによって、その運動を制御される、無脈動ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復動ポンプを複数備え、各ポンプの合成吐出流量が一定となる無脈動ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
往復動ポンプは、プランジャなどの往復運動子の往復動により、取扱い流体の吸込み、吐出を交互に繰り返す。よって、往復動ポンプ単体では、流体は脈動をもって吐出される。この脈動をなくすために、複数の往復動ポンプを用いた無脈動ポンプが知られている。
【０００３】
特開平８−１１４１７７号公報には、２個の往復動ポンプを用いた無脈動ポンプが示されている。このポンプは、いずれか一方の往復動ポンプのみが取扱い流体を吐出する期間と、双方の往復動ポンプが同時に吐出する期間を繰り返して、流体の吐出を行う。一方のみによる吐出期間においては、一定の流量が吐出されるように往復運動子の運動が制御される。また、双方の往復動ポンプによる吐出期間においては、合成された吐出流量が一定になるように、また前記一方のみの時の流量と等しくなるように、双方のポンプの往復運動子の運動が制御される。
【０００４】
往復動ポンプにおいては吸込行程から吐出行程に移行するとき、吐出行程の初期において、流量が減少することがある。これは、往復運動子の機械的な駆動部のがた、作動流体により動力伝達を行う場合の流体中に残留するエア、取扱い流体中の残留エア、エア抜き弁による漏れ、ポンプの吸込側、吐出側に設けられる逆止弁の漏れなどが原因となっている。前記公報の無脈動ポンプにおいては、一つの往復動ポンプの吐出行程初期における流量の減少を、この吐出行程の開始する以前に、取扱い流体を吐出する方向に往復運動子を駆動制御することにより、補償を行っている。つまり、前記機械的な駆動部分のがたや、残留エアなどによるがた分を、吐出行程が始まる前につめておき、吐出行程開始時点から、往復運動子を駆動する機構の動作が直接取扱い流体に伝わるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の公報の無脈動ポンプは、各往復動ポンプにおいて、吐出行程以前に往復運動子を吐出側に移動させる期間が存在する。この期間において、各往復動ポンプは取扱い流体を吸い込むことができないので、吸込期間は短くなり、短時間で多くの取扱い流体を吸い込むことになる。この場合、吸込側での圧力損失の増加やキャビテーションの発生、ポンプ内におけるエアの発生などが生じ、ポンプの効率、寿命などに悪い影響を与えることがある。
【０００６】
本発明は、前記の問題点を考慮してなされたものであり、無脈動ポンプの各往復動ポンプの吐出行程初期における吐出量の減少を、吸込期間を短縮せずに達成することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明にかかる無脈動ポンプは、複数の往復動ポンプを含み、個々の往復動ポンプの吐出行程の初期において、この期間に減少する吐出流量を、吐出行程でない他の少なくとも一つの往復動ポンプの吐出流量を増加させることによって補う。この吐出流量の増加は、当該往復動ポンプの往復運動子の運動を制御することによって達成される。
【０００８】
往復運動子の運動は、カムによって駆動制御することができる。そして、他の往復動ポンプの吐出行程初期に、吐出流量を増加するカムプロフィールを与えることで、吐出行程初期の吐出流量減少を補うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の無脈動ポンプ１０の概略構成を示す図である。無脈動ポンプ１０は、二つのダイアフラムポンプ１２Ａ，１２Ｂを含む。これらのダイアフラムポンプ１２Ａ，１２Ｂは同一の構造を有しており、以下において、これらを区別する必要がないときには、符号としてＡまたはＢを省略した「１２」を用いて説明する。また、各ダイアフラムポンプ１２Ａ，１２Ｂの共通する構成要素について区別をしたい場合は、符号の後に「１２Ａ、１２Ｂ」と同様に「Ａ」または「Ｂ」を付して説明する。
【００１０】
ダイアフラムポンプ１２は、シリンダ１４と、シリンダ１４内を往復運動するプランジャ１６、さらにシリンダ１４およびプランジャ１６と共に、閉じた空間であるポンプ室１８を形成するシリンダヘッド２０を含む。ポンプ室１８には、これをプランジャ１６側とシリンダヘッド２０側とに二分するダイアフラム２２が配置されている。以降、ダイアフラム２２で分けられたポンプ室１８のプランジャ側を作動流体室２４、シリンダヘッド側を取扱い流体室２６と記す。プランジャ１６は、モータ２８に駆動されるカム３０により往復運動を行う。このプランジャ１６の運動は、作動流体室２４を満たす作動流体を介してダイアフラム２２に伝達される。これによって、ダイアフラム２２がたわんで往復運動し、ポンプ室１８、特に取扱い流体が吸い込まれ、吐出される取扱い流体室２６の容積変化が生じる。
【００１１】
取扱い流体室２６には、吸込管３２と吐出管３４が接続されており、これらの管には、それぞれ吸込側逆止弁３６、吐出側逆止弁３８が設けられている。また、作動流体室２４には、作動流体中に発生したエアを排出するエア抜き弁４０が設けられている。
【００１２】
前述のように、カム３０によって制御されるプランジャ１６の往復運動は、作動流体２４を介してダイアフラム２２に伝達され、取扱い流体室２６の容積変化を生じさせる。取扱い流体室２６の容積が増加するときには、吸込側逆止弁３６は取扱い流体が取扱い流体室２６に吸い込まれることを許容し、吐出側逆止弁３８は、吐出管３４からの逆流を阻止するように機能する。取扱い流体室２６の容積が減少するときは、逆に、吸込側逆止弁３６が取扱い流体の吸込管３２への逆流を阻止し、吐出側逆止弁３８は吐出管３４への取扱い流体の流れを許容するように作用する。エア抜き弁４０は、作動流体から分離したり、混入したエアを、わずかな量の作動流体と共に、作動流体室２４より排出する機能を有する。なお、不図示ではあるが、エア抜き弁４０より排出された作動流体に相当する量を補給する補給機構が設けられている。
【００１３】
図２は、二つのダイアフラムポンプ１２Ａ，１２Ｂのプランジャ１６の設計上の速度ｖの時間変化を示す図である。二つのポンプ１２Ａ，１２Ｂのプランジャ１６Ａ，１６Ｂの速度波形ｖＡ，ｖＢは、実線と破線で示されており、位相が１８０°ずれているのみで、形状は同一である。流体の吐出において損失がないとすれば、プランジャの速度に比例して、ポンプ室容積１８が変化し、さらに吐出流量も変化する。
【００１４】
ダイアフラムポンプ１２Ａ，１２Ｂは、速度ｖＡ，ｖＢが正である吐出行程Ｐｄと、速度ｖＡ，ｖＢが負である吸込行程Ｐｓとを繰り返す。吐出行程Ｐｄは、プランジャ１６がポンプ室１８内に進出し、その容積を縮小するように運動し、ポンプ室１８内の取扱い流体を吐出する期間である。また、吸込行程Ｐｓは、プランジャ１６が後退し、ポンプ室１８の容積を拡大するように運動し、ポンプ室１８内に吸込管３２より取扱い流体を吸い込む期間である。
【００１５】
吐出行程Ｐｄは、さらに一方のダイアフラムポンプ１２のみで取扱い流体の吐出を行う単独吐出期間Ｐｄ１と、双方のポンプ１２の吐出を合成する合成吐出期間Ｐｄ２，Ｐｄ３とからなる。合成吐出期間は、一方のダイアフラムポンプ１２Ａについて考えると、吐出行程Ｐｄの前半、速度ｖが増加しているときの合成吐出期間Ｐｄ２と、ダイアフラムポンプ１２Ｂの合成吐出期間と同じ期間となる合成吐出期間Ｐｄ３とを含む。後半の合成吐出期間Ｐｄ３においては、概略的には速度ｖは減少しているが、他方の往復動ポンプの吐出流量の減少を補うために、図示するように速度一定の期間が存在する。この吐出流量の減少と、これの補償については、後に詳述するが、この補償を行うことによって、合成吐出期間Ｐｄ２，Ｐｄ３における、二つのダイアフラムポンプの合成された吐出流量は、単独吐出期間Ｐｄ１の吐出流量に一致する。この結果、二つのダイアフラムポンプ１２Ａ，１２Ｂの合成吐出流量は常に一定となる。
【００１６】
図３は、プランジャ１６Ａ，１６Ｂの設計上の速度ｖＡ，ｖＢと、そのプランジャ１６に対応するダイアフラムポンプ１２の吐出流量ｑＡ，ｑＢの詳細を示す図である。図２と同様、二つのプランジャ１６Ａ，１６Ｂの速度ｖＡ，ｖＢは、実線と破線により区別して示されている。ここで、速度ｖＡ，ｖＢの「設計上の速度」とは、カム３０のプロフィールをプランジャに伝える伝達経路などの駆動系にがたなどの損失が存在せず、カムプロフィール通りにプランジャ１６Ａ，１６Ｂが運動したときの速度を意味する。実際には、カム３０のプロフィールをプランジャに伝える伝達経路にがたが存在すると、このがたが詰まるまでの間、プランジャ１６が動かず、吐出行程Ｐｄの開始初期には、速度ｖの立ち上がりが遅れる場合があるからである。このがたの他に、前述のように作動流体や取扱い流体中に発生するエア、またエア抜き弁からの流体の流出などにより、実際の吐出流量ｑＡは、設計上のプランジャ速度ｖＡに比例せず、図中に示すように、吐出行程Ｐｄの初期において、取扱液が吐出されない、または吐出流量が設計値より減少する期間が存在する。図中斜線で示した部分Ｓｓがその損失分（吐出量の減少量）に相当する。図３には、実線で示すダイアフラムポンプ１２Ａのプランジャ速度ｖＡと吐出流量ｑＡの関係が示されているが、ダイアフラムポンプ１２Ｂについても全く同様である。
【００１７】
この吐出流量の減少を補償するために、吐出行程の後半の合成吐出期間Ｐｄ３において、プランジャ速度ｖを一様に減少させるのではなく、他方のダイアフラムポンプの吐出流量の減少を補うようにする。図３にて説明すれば、ダイアフラムポンプ１２Ａの合成吐出行程Ｐｄ２における流量減少分Ｓｓを、この減少が生じる期間と同じタイミングで、ダイアフラムポンプ１２Ｂの吐出流量ｑＢを増加させることによって補償する。すなわち、ダイアフラムポンプ１２Ｂの、後ろの合成吐出行程Ｐｄ３において、ダイアフラムポンプ１２Ａの、前の合成吐出行程Ｐｄ２にて生じる吐出流量の減少を補うように吐出流量の増量を行う。図３においては、ダイアフラムポンプ１２Ａの吐出流量減少分Ｓｓに相当する分Ｓｃを、ダイアフラムポンプ１２Ｂによって増量して、減少分を補償する。これによって、無脈動ポンプ１０全体の吐出流量は、一定、すなわち無脈動となる。
【００１８】
以上の実施形態においては、ダイアフラムポンプによって構成された無脈動ポンプを示したが、ダイアフラムを用いないプランジャポンプなどの往復動ポンプを用いた場合であっても、本実施形態と同様に一方のプランジャポンプの吐出行程初期の流量減少を他のプランジャポンプの吐出流量の増加によって補うようにすることができる。また、往復動ポンプは２個に限らず、３個またはそれ以上を組み合わせた無脈動ポンプにおいても、個々の往復動ポンプの吐出行程初期における吐出流量の減少を、他の往復動ポンプの吐出流量の増量によって補うようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の無脈動ポンプの概略構成を示す図である。
【図２】プランジャの速度を示す図である。
【図３】損失による吐出量の減少と、この減少量の補償についての説明図である。
【符号の説明】
１０　無脈動ポンプ、１２　ダイアフラムポンプ、１４　シリンダ、１６　プランジャ、１８　ポンプ室、２０　シリンダヘッド、２２　ダイアフラムポンプ、２４　作動流体室、２６　取扱い流体室、３０　カム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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