(57)【要約】【課題】小型・高精度なポンプにおいて精密に流量測定を行うことは流量が非常に小さく、小型機器として使用されるための測定素子を小型にする必要があり実用上困難であった。【解決手段】送出する液体の貯蔵庫の中に変形可能なガス室を設けこのガス室を加圧することで液体を送出する作動装置ポンプを採用し、ガス室と液体貯蔵庫の差圧より送出液体量を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス室がガスで加圧されることで駆動する作動装置を使用したポンプであって、
前記ポンプは送出する流体を貯蔵する流体貯蔵部を有し、
前記流体貯蔵部内に前記作動装置のガス室が変形可能な状態で設けられており、
前記ガス室内の圧力を計測するガス室内圧力計と、前記流体貯蔵部内の圧力を計測する流体貯蔵部内圧力計と、を具備し、
前記ガス室内圧力計と前記流体貯蔵部内圧力計とが計測した圧力より前記ガス室と前記流体貯蔵部との差圧を求め、
該差圧に基づいて送出した流体量を算出する、
ことを特徴とするポンプ。
【請求項２】
ガス室がガスで加圧されることで駆動する作動装置を使用したポンプであって、
前記ポンプは送出する流体を貯蔵する流体貯蔵部を有し、
前記流体貯蔵部内に前記作動装置のガス室が変形可能な状態で設けられており、
前記ガス室と前記流体貯蔵部が可撓な薄壁部をもって接しており、
前記薄壁部に撓みを測定する歪み計が設けられ、
前記歪み計が測定した薄壁部の撓み量より前記ガス室と前記流体貯蔵部との差圧を求め、
前記差圧に基づいて送出した流体量を算出する、
ことを特徴とするポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な流体制御を行うポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスを発生させてそのガスをガス室に収容し、このガス室のガス圧力を駆動動力源として流体の送出を行うポンプが存在する。送出液（送出対象の流体）の微少制御が可能である為、医療用のインプラントポンプのような流体送出を精密に行う必要のある用途で期待されている。特に、ガスの発生源として水の電気分解を行うものがＵＳ４５２２６９８や特開平０８−０１０６０５などで提案されている。これらは、ベローズなどの変形可能な構造をガス室に適用している。
一方、ポンプの流量を測定する場合、ポンプの吐出部に流量計を取り付けることで測定することは可能である。流量の測定方法としては超音波式や熱式などが用いられているが微小流量計測には適しておらず、かつ大型になりやすい傾向がある。そこで小型かつ簡易的な方法としてＵＳ２０１２０２３４８５９で示されるように薬液室の薬液に交流を印加しインピーダンスより薬液残量を検知し流量を測定する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許Ｎｏ．４５２２６９８公報
【特許文献２】日本国  特開平０８−０１０６０５公開公報
【特許文献３】米国  ２０１２−０２３４８５９公開公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（ポンプ容積問題）
しかしながら、前述のように一般的な流量計を使用した場合、微小流量計測には適しておらず、かつ大型になりやすいため、小型かつ高精度な微小流量制御可能なポンプには適しておらず、実用的な面においては事実上計測が不可能であった。
【０００５】
（インピーダンス測定問題）
また、ＵＳ２０１２０２３４８５９で開示された方法では、ポンプ容積部の液体に交流電圧を印加する。この方法では、使用する液体の種類によってインピーダンスが異なるので、対象となる液体のインピーダンス特性を予め把握しておく必要があるという問題がある。更には経時変化や温度や圧力などでも変化する場合があるために汎用性に乏しく、精密な測定には適していないという問題があった。
加えて、液体の種類によっては電気分解が発生して液体そのものが変質してしまう可能性がある。これに該当する液体についてはそもそもインピーダンス測定そのものを行うことが禁忌となる問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決ために成されたものであり、ポンプ内の圧力を測定することで、高精度・少流量のガス駆動型ポンプ装置の流量測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の問題を解決すべく本発明が成された。
【０００８】
本発明のポンプは、
「ガス室がガスで加圧されることで駆動する作動装置を使用したポンプであって、
ポンプは送出する流体を貯蔵する流体貯蔵部を有し、流体貯蔵部内に作動装置のガス室が変形可能な状態で設けられており、ガス室内の圧力を計測するガス室内圧力計と流体貯蔵部内の圧力を計測する流体貯蔵部内圧力計とを具備し、ガス室内圧力計と流体貯蔵部内圧力計とが計測した圧力よりガス室と流体貯蔵部との差圧を求め、差圧に基づいて送出した流体量を算出する」
ことを特徴としている。
この特徴により、ポンプの流体の送出口に流量計を取り付ける必要が無くなり、２つの圧力計によって、小型・高精度のポンプにおいて少流量でも精度よく流量を測定することが可能となる。
【０００９】
更に本発明の作動装置は、
「ガス室がガスで加圧されることで駆動する作動装置を使用したポンプであって、
ポンプは送出する流体を貯蔵する流体貯蔵部を有し、流体貯蔵部内に作動装置のガス室が変形可能な状態で設けられており、ガス室と流体貯蔵部が可撓な薄壁部をもって接しており、薄壁部に撓みを測定する歪み計が設けられ、歪み計が測定した薄壁部の撓み量よりガス室と流体貯蔵部との差圧を求め、差圧に基づいて送出した流体量を算出する」
ことを特徴としている。
この特徴により、２つの圧力計を設ける以外に１つの歪み計で同様の効果を得ることが可能となる。特に機械構造的な面において歪み計を設置する空間を小さくすることが可能となるので、小型・高精度のポンプにおいてはより好適となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により小型・高精度なポンプでの微小流量測定が実現可能となり、ポンプ容積問題・インピーダンス測定問題が解決できる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１にかかるポンプの概要を示す図である。
【図２】図１のポンプのベローズが縮んだ状態を示す図である。
【図３】本発明の実施例２にかかるポンプの概要を示す図である。
【実施例１】
【００１３】
本発明のポンプは、流体（主に液体）の格納室内に、変形可能なガス室としてベローズ（提灯）状のガス室を配置する。
図１は、本発明の実施例１を示す図である。
【００１４】
ポンプの送出する液体である送出液１７は送出液格納室１４に蓄えられている。請求項における流体貯蔵部がこれに該当する。ガス室１２にはガス吸排気口１２ｂを通じて外部よりガスが吸入および排出される。この際にガス室１２を構成するベローズ１２ａは伸縮する。図２におけるベローズ２１は縮小した状態のベローズを示している。
【００１５】
ベローズ１２ａが伸長する際には、送出液１７の送出先である送出口１６から外部へ送出液１７が送出される。送出口１６には送出口逆止弁１６ａが設けられており、送出液格納室１４から送出口１６へは流出する方向にのみ送出液が流れる。
【００１６】
圧力計１８はガス室１２内部の圧力を測定する目的で設けられている。請求項におけるガス室内圧力計がこれに該当する。圧力計１８は、図１に示す通りガス室１２の外部の気圧を基準として圧力を測定する。
【００１７】
圧力計１９は送出液格納室１４内部の圧力を測定する目的で設けられている。請求項における流体貯蔵部内圧力計がこれに該当する。圧力計１９は、図１に示す通り送出液格納室１４の外部の気圧を基準として圧力を測定する。
【００１８】
圧力計１８と圧力計１９のそれぞれの測定結果の差が送出液格納室１４とガス室１２との差圧となる。この差圧がベローズ１２ａにかかっている圧力となる。
ベローズ１２ａは図２で示すような最も縮小した形状（ガス室１２の容積が最小）の状態を基準として考えると、ガス室１２の容積を膨張（＝ベローズ１２ａを伸長）させるためには、ベローズ１２ａを変形させる力を発生させなくてはならないのでガス室１２内部の圧力をガスによって高める必要がある。
【００１９】
ベローズ１２ａの変位量とベローズ１２ａ内部と外部の圧力差には下記で示される関係が成り立つことが知られている。
（非特許文献：Phillips Res. Rep., vol. 7, pp. 189-196, 1952.）
【００２０】
【数１】
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つまり、ベローズ１２ａの寸法および形状がわかれば、ベローズ１２ａ内部と外部の圧力差よりベローズ１２ａの変異量を求められることから押し出された液体の体積量を求めることが可能である。また、ベローズ１２ａ内部と外部の圧力差の時間変化を求めることで、流量を求めることも可能となる。
密閉されたベローズ１２ａ内部の流体の体積を変動させることで駆動するベローズ式ポンプの場合、上述の圧力は本実施例においてはガス室１２と送出液格納室１４との差圧に相当し、ガス室１２内部と送出液格納室１４との差圧を測定することで結果的に送出口１６より送出した送出液１７の量が算出可能であるため、圧力計１８および圧力計１９を設けることにより本発明のポンプにおいて流量の測定を実現している。
【実施例２】
【００２１】
図３に基づいて実施例２を説明する。
実施例１を示す図１と大半は同じであるので、差異の無い部分については説明を省略する。
【００２２】
図３では、実施例１の図１と異なり、２つの圧力計は設けていない。代わりに、ガス吸排気口３２ｂを一部延長して送出液格納室３４の壁面に沿うようにしてあり、その一部を薄壁部３８としている。この薄壁部３８は送出液格納室３４内部の圧力とガス室３２の内部の圧力が正対してかかるようにしてあり、送出液格納室３４を構成する壁面より厚みが少なく可撓性が附与されている。
【００２３】
結果、薄壁部３８はガス室１２内の圧力と送出液格納室３４内の圧力との差である差圧に基づいて撓むことになる。正圧（ガス室１２内の圧力が高い）か負圧（送出液格納室３４内の圧力が高い）かによって撓みも正方向と負方向とに変化する。
薄壁部３８の表面（図３ではガス吸排気口３２ｂ側）には歪み計３９が設けられている。この歪み計３９によって前述の撓みの量と方向を測定し、結果として差圧を算出することができる。
【００２４】
実施例２のような構成とすることで、実施例１とは異なり圧力計を取り付ける部位を省略でき更なる小型化を図ることが可能となる。圧力計を取り付ける部位にはガス室１２内のガスや送出液格納室１４内送出液１７が漏れることを避けるために高い密閉性が求められる。また、圧力センサーには高い測定精度が求められるため部品や製作にコストがかかるところ、実施例２ではこれらを改善することができる。
なお、歪み計３９は薄壁部３８のどちら側に設けても良い。
【００２５】
以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない限り多くの改変を施すことが可能であるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
量産可能なポンプによって流体の制御を高精度・微小流量領域で実現でき、高い経済性と広い応用可能性を得られるなどの効果を有している。
【符号の説明】
【００２７】
１０    実施例１に基づくポンプの概要
１２    ガス室
１２ａ  ベローズ
１２ｂ  ガス吸排気口
１４    送出液格納室
１６    送出口
１６ａ  送出口逆止弁
１７    送出液
１８    圧力計
１９    圧力計
２０    実施例１に基づくポンプのベローズ縮退
２１    ベローズ
３０    実施例２に基づくポンプの概要
３２    ガス室
３２ａ  ベローズ
３２ｂ  ガス吸排気口
３４    送出液格納室
３６    送出口
３６ａ  送出口逆止弁
３７    送出液
３８    薄壁部
３９    歪み計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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