定量ポンプ装置
【課題】流出側バルブの両側で圧力差が発生している場合でも、高い精度で定量吐出を行うことができる定量ポンプ装置を提供すること。
【解決手段】定量ポンプ装置１では、２台の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂを用い、一方の往復ポンプ装置の吐出期間の始期および終期に対して他方の往復ポンプ装置の吐出期間の終期および始期を重畳させる。また、吸入動作の後、吐出期間の前に、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoの双方を閉にしてポンプ室内の容積を膨張あるいは収縮させて圧力差を解消する補正動作を行う。
【解決手段】定量ポンプ装置１では、２台の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂを用い、一方の往復ポンプ装置の吐出期間の始期および終期に対して他方の往復ポンプ装置の吐出期間の終期および始期を重畳させる。また、吸入動作の後、吐出期間の前に、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoの双方を閉にしてポンプ室内の容積を膨張あるいは収縮させて圧力差を解消する補正動作を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の往復ポンプ装置を備えた定量ポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
定量ポンプ装置としては、往復ポンプ装置を利用したものがあるが、かかる往復ポンプでは、上死点あるいは下死点において、吐出量が必ず０になる点が存在するため、定量吐出の精度が低いという問題がある。そこで、２台の往復ポンプ装置を並列に接続し、一台の往復ポンプ装置が吐出を終了する際に他の往復ポンプ装置に吐出を開始させ、全体としての吐出流量が常に一定となるように構成したものが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２０７９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示の往復ポンプ装置のように２台の往復ポンプ装置を位相させた場合でも、ポンプ室内と共通吐出口側との間に圧力差があると、流出側バルブを開状態に切り換えた直後、ポンプ室から共通吐出口側への流体の流出、あるいは共通吐出口側からポンプ室への流体の流入が起こり、吐出量が変動するという問題点がある。なお、特許文献１に開示の定量ポンプ装置では、ポンプ室に流体を吸入した後、ポンプ室から気泡を放出するために流入側バルブを開状態にしてポンプ室内を収縮させているが、このような動作では、ポンプ室内と共通吐出口側との間に圧力差がある場合の単位時間当たりの吐出量のばらつきを防止することはできない。
【０００４】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、流出側バルブの両側で圧力差が発生している場合でも、高い精度で定量吐出を行うことができる定量ポンプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明では、流入側および流出側に流入側バルブおよび流出側バルブが各々接続された往復ポンプ装置を複数、備えるとともに、当該複数の往復ポンプ装置に対して前記流出側バルブを介して接続する共通吐出口を備えた定量ポンプ装置において、前記流入側バルブ、前記流出側バルブおよび前記往復ポンプ装置を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記複数の往復ポンプ装置毎にタイミングをずらして吐出期間と待機期間とを設定するとともに、当該吐出期間の始期および終期に対して他の往復ポンプ装置の前記吐出期間の終期および始期を重畳させ、前記待機期間においてポンプ室内への吸入動作を行った後、前記吐出期間の前に、前記流入側バルブおよび前記流出側バルブの双方を閉にしてポンプ室内の容積を膨張あるいは収縮させてポンプ室内の圧力と共通吐出口側との間の圧力差を解消する補正動作を行わせることを特徴とする。
【０００６】
本発明では、複数台の往復ポンプ装置を用い、吐出期間の始期および終期に対して他の往復ポンプ装置の吐出期間の終期および始期を重畳させるため、往復ポンプ装置において上死点あるいは下死点で吐出量が０になる点が存在する場合でも、全体としての吐出流量が常に一定となる。また、吸入動作の後、吐出期間の前に、流入側バルブおよび流出側バルブの双方を閉にしてポンプ室内の容積を膨張あるいは収縮させて圧力差を解消する補正動作を行うため、流出側バルブを挟む両側に圧力差がある場合でも、高い精度で定量吐出を行うことができる。
【０００７】
本発明においては、複数の往復ポンプ装置が各々、個別の流入側バルブを介して個別の吸入口に接続している構成であってもよいが、前記複数の往復ポンプ装置に対して前記流入側バルブを介して接続する共通吸入口を備えている構成を採用してもよい。
【０００８】
本発明において、前記往復ポンプ装置は、駆動源がステッピングモータあるいはＡＣ同期モータであることが好ましい。このようなモータでは、通電を停止したときでも、保持力によってロータの位置保持を行うことができる。従って、弁体の位置保持を行う場合でも、ソレノイドなどと違って常時通電が不要であるので、低消費電力化を図ることができる。また、前記往復ポンプ装置の駆動源がステッピングモータである場合、当該ステッピングモータの１ステップ分に対応するポンプ室の内容積の変化量がポンプ室全体の内容積に対して１／１００以下であることが好ましい。このように構成すると、分解能の高い定量ポンプ装置を実現できる。
【０００９】
本発明において、前記往復ポンプ装置のポンプ室内の圧力と前記共通吐出口側との間の圧力差を直接あるいは間接的に監視する監視装置を備え、前記制御部は、前記監視装置での監視結果に基づいて、ポンプ室内の圧力と前記共通吐出口側との間に圧力差があるときに前記補正動作を行わせる構成を採用することができる。
【００１０】
本発明において、前記監視装置は、前記複数の往復ポンプ装置の各ポンプ室内の圧力を監視する複数の第１の圧力センサと、前記共通吐出口側の圧力を監視する第２の圧力センサとを備え、前記第１の圧力センサと前記第２の圧力センサでの検出結果とを比較して前記圧力差を監視する構成を採用することができる。
【００１１】
本発明において、前記監視装置は、前記複数の往復ポンプ装置の各ポンプ室内の圧力を監視する複数の圧力センサを備え、当該複数の往復ポンプ装置のうち、前記吸入動作を行った往復ポンプ装置のポンプ室に配置された圧力センサでの検出結果と、前記出力側バルブが開状態になっている往復ポンプ装置のポンプ室に配置された圧力センサでの検出結果とを比較して前記圧力差を監視する構成を採用することができる。
【００１２】
かかる制御を実現可能な定量ポンプ装置は、流入側および流出側に流入側バルブおよび流出側バルブが各々接続された往復ポンプ装置を複数、備えるとともに、当該複数の往復ポンプ装置に対して前記流出側バルブを介して接続する共通吐出口を備え、さらに、前記複数の往復ポンプ装置の各ポンプ室内の圧力を監視する圧力センサを備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明において、前記往復ポンプ装置の台数が２台である場合、前記制御装置は、前記吸入動作を行う際のポンプ室の膨張速度を前記吐出期間におけるポンプ室の収縮速度よりも高く設定すればよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る定量ポンプ装置では、複数台の往復ポンプ装置を用い、吐出期間の始期および終期に対して他の往復ポンプ装置の吐出期間の終期および始期を重畳させるため、往復ポンプ装置において上死点あるいは下死点で吐出量が０になる点が存在する場合でも、全体としての吐出流量が常に一定となる。また、吸入動作の後、吐出期間の前に、流入側バルブおよび流出側バルブの双方を閉にしてポンプ室内の容積を膨張あるいは収縮させて圧力差を解消する補正動作を行うため、流入側バルブの流入側と、吐出側バルブの吐出側に圧力差がある場合、結果として流出側バルブを挟む両側に圧力差がある場合でも、高い精度で定量吐出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
［実施の形態１］
（装置構成）
図１は、本発明を適用した定量ポンプ装置の基本構成を示す概念図である。図２は、本発明を適用した定量ポンプ装置の構成例を示す斜視図である。図３は、図２に示す定量ポンプ装置の本体部分の縦断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本形態の定量ポンプ装置１は、液体あるいは気体の定量吐出を行うポンプ装置であり、流入路１２Ａi、１２Ｂiおよび流出路１２Ａo、１２Ｂoに流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoが各々接続された２台の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂを備えている。２台の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂに対しては、流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoを介して接続する共通の流出路１２ｏに共通吐出口１３ｏが構成されている。また、本形態の定量ポンプ装置１では、２台の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂに対して流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiを介して接続する共通の流入路１２ｉに共通吸入口１３ｉが構成されている。ここで、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂは互いに同一の構成を有しているとともに、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoはいずれも同一の構成を有している。また、流入路１２Ａi、１２Ｂiは互いに同一の構成を有し、流出路１２Ａo、１２Ｂoは互いに同一の構成を有している。
【００１８】
本形態の定量ポンプ装置１は、例えば、図２に示すように、複数枚のプレートを積層した直方体形状の本体部分２と、この本体部分２に対してコネクタやケーブルを介して接続された制御装置３（制御部）とを備えている。本体部分２は、底板７５、ベース板７６、流路構成板７７、この流路構成板７７の上面を覆うことにより流路の上面を塞ぐ上板７８がこの順に積層され、上板７８には、共通吐出口１３ｏを構成するパイプ７８１、および共通吸入口１３ｉを構成するパイプ７８２が連結されている。
【００１９】
詳しくは後述するが、図３に示すように、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂはいずれも、ポンプ室２０に配置されたダイヤフラム弁１７０からなる弁体と、この弁体を駆動してポンプ室２０の内容積を収縮、膨張させるステッピングモータ（駆動源）を備えた駆動装置１０５とを備えており、ステッピングモータが一方方向に回転したときにポンプ室２０の内容積が拡大する方向にダイヤフラム弁１７０を駆動し、ステッピングモータが他方方向に回転したときにポンプ室２０の内容積が収縮する方向にダイヤフラム弁１７０を駆動する。ここで、ステッピングモータの１ステップ分に対応するポンプ室２０の内容積の変化量は、ポンプ室２０全体の内容積に対して１／１００以下である。
【００２０】
また、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoは、各々が弁体（ダイヤフラム弁２６０）およびリニアアクチュエータ２０１を備えたアクティブバルブであり、各々が独立して開閉動作を行う。
【００２１】
（動作）
図４は、本形態の定量ポンプ装置の動作を示すタイミングチャート図であり、かかる制御は、図２に示す制御装置３により行われる。
【００２２】
図４（ａ）には、２台の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂのうち、第１の往復ポンプ装置１０Ａにおいてステッピングモータによって弁体が駆動される様子を示してあり、波形が上向きの期間はポンプ室２０が収縮して流体が吐出され、波形が下向きの期間はポンプ室２０が膨張して液体が吸引される様子を示す。図４（ｂ）、（ｃ）には、第１の往復ポンプ装置１０Ａに対する流入側バルブ１１Ａiおよび流出側バルブ１１Ａoが駆動される様子を示してあり、波形が上向きの信号が入力されると、それ以降、波形が下向きの信号が入力されるまでバルブが開状態となり、波形が下向きの信号が入力されると、それ以降、波形が上向きの信号が入力されるまでバルブが閉状態となる。図４（ｄ）には、第２の往復ポンプ装置１０Ｂにおいてステッピングモータによって弁体が駆動される様子を示してあり、波形が上向きの期間はポンプ室２０が収縮して液体が吐出され、波形が下向きの期間はポンプ室２０が膨張して液体が吸引される様子を示す。図４（ｅ）、（ｆ）には、第２の往復ポンプ装置１０Ｂに対する流入側バルブ１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ｂoが駆動される様子を示してあり、波形が上向きの信号が入力されると、それ以降、波形が下向きの信号が入力されるまでバルブが開状態となり、波形が下向きの信号が入力されると、それ以降、波形が上向きの信号が入力されるまでバルブが閉状態となる。図４（ｇ）には、第１の往復ポンプ装置１０Ａおよび第２の往復ポンプ装置１０Ｂから吐出される液体の吐出量（共通吐出口１３ｏからの吐出量）を合成した結果を示し、図４（ｈ）には、第１の往復ポンプ装置１０Ａおよび第２の往復ポンプ装置１０Ｂに吸入される液体の吸入量を合成した結果（共通吸入口１３ｉからの吸入量）を示してある。
【００２３】
本形態においては、各時間毎の動作は後述するが、制御装置３は、まず、図４の上段に示すように、２台の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂ毎にタイミングをずらして吐出期間Ｔ１Ａ、Ｔ１Ｂと待機期間Ｔ２Ａ、Ｔ２Ｂとを設定するとともに、一方の往復ポンプ装置（例えば、第１の往復ポンプ装置１０Ａ）の吐出期間（例えば、吐出期間Ｔ１Ａ）の始期および終期に対して他方の往復ポンプ装置（例えば、第２の往復ポンプ装置１０Ｂ）の吐出期間（例えば、吐出期間Ｔ１Ｂ）の終期および始期を重畳させる。
【００２４】
また、制御装置３は、待機期間Ｔ２Ａ、Ｔ２Ｂにおいてポンプ室２０内への吸入動作を行った後、吐出期間Ｔ１Ａ、Ｔ１Ｂの前に、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoの双方を閉にしてポンプ室２０内の容積を収縮させて圧力差を解消する補正動作を行わせる。
【００２５】
図４において、まず、時間ｔ０までは、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂは停止状態にあって、各ポンプ室２０には液体（流体）を吸入し終えた状態にある。また、全てのバルブが閉状態にある。この状態で、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、時間ｔ０において、第１の往復ポンプ装置１０Ａに対する流出側バルブ１１Ａoが開状態になった後、時間ｔ１において、第１の往復ポンプ装置１０Ａで弁体がポンプ室２０を収縮する方向に駆動される結果、液体の吐出が開始される。かかる吐出は、時間ｔ８までの吐出期間Ｔ１Ａにおいて継続され、その間、第１の往復ポンプ装置１０Ａは液体を定量吐出する。
【００２６】
そして、時間ｔ８において、第１の往復ポンプ装置１０Ａに対する流出側バルブ１１Ａoが閉状態になって液体の吐出が停止された後、かかる停止は、時間ｔ１３までの待機期間Ｔ２Ａにおいて継続される。かかる待機期間Ｔ２Ａにおいては、時間ｔ９において第１の往復ポンプ装置１０Ａに対する流入側バルブ１１Ａiが開状態になった後、時間ｔ１０〜ｔ１１まで第１の往復ポンプ装置１０Ａで弁体がポンプ室２０を膨張する方向に駆動されて液体の吸入動作が行われる。
【００２７】
次に、時間ｔ１３において、再び、第１の往復ポンプ装置１０Ａに対する流出側バルブ１１Ａoが開状態になった後、時間ｔ１４において、再び、第１の往復ポンプ装置１０Ａで弁体がポンプ室２０を収縮する方向に駆動されて液体の吐出が開始される。かかる吐出は、時間ｔ２２までの吐出期間Ｔ１Ａにおいて継続され、その間、第１の往復ポンプ装置１０Ａは液体を定量吐出する。
【００２８】
そして、時間ｔ２２において、第１の往復ポンプ装置１０Ａに対する流出側バルブ１１Ａoが閉状態になって液体の吐出が停止された後、かかる停止は、時間ｔ２７までの待機期間Ｔ２Ａにおいて継続される。かかる待機期間Ｔ２Ａにおいては、時間ｔ２３において第１の往復ポンプ装置１０Ａに対する流入側バルブ１１Ａiが開状態になった後、時間ｔ２４〜ｔ２５まで第１の往復ポンプ装置１０Ａで弁体がポンプ室２０を膨張する方向に駆動されて液体の吸入動作が行われる。このような一連の動作は、その後、繰り返される。
【００２９】
一方、図４（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、第２の往復ポンプ装置１０Ｂでも同様な動作が行われるが、そのタイミングがずれている。従って、時間ｔ６において、第２の往復ポンプ装置１０Ｂに対する流出側バルブ１１Ｂoが開状態になった後、時間ｔ７において、第２の往復ポンプ装置１０Ｂで弁体がポンプ室２０を収縮する方向に駆動されて液体の吐出が開始される。かかる吐出は、時間ｔ１５までの吐出期間Ｔ１Ｂにおいて継続され、その間、第２の往復ポンプ装置１０Ｂは液体を定量吐出する。次に、時間ｔ１５において、第２の往復ポンプ装置１０Ｂに対する流出側バルブ１１Ｂoが閉状態になって液体の吐出が停止され、かかる停止は、時間ｔ２０までの待機期間Ｔ２Ｂにおいて継続される。かかる待機期間Ｔ２Ｂにおいては、時間ｔ１６において第２の往復ポンプ装置１０Ｂに対する流入側バルブ１１Ｂiが開状態になった後、時間ｔ１７〜ｔ１８まで第２の往復ポンプ装置１０Ｂで弁体がポンプ室２０を膨張する方向に駆動されて液体の吸入動作が行われる。このような一連の動作は、その後、繰り返される。
【００３０】
ここで、時間ｔ７〜ｔ８や時間ｔ２１〜ｔ２２のように、第１の往復ポンプ装置１０Ａの吐出期間Ｔ１Ａの終期と、第２の往復ポンプ装置１０Ｂの吐出期間Ｔ１Ｂの始期とは重畳し、時間ｔ１４〜ｔ１５のように、第２の往復ポンプ装置１０Ｂの吐出期間Ｔ１Ｂの終期と、第１の往復ポンプ装置１０Ａの吐出期間Ｔ１Ａの始期とは重畳している。このため、図４（ｈ）に示すように、液体の吸入は断続的に行われるが、図４（ｇ）に示すように、第１の往復ポンプ装置１０Ａおよび第２の往復ポンプ装置１０Ｂから吐出される液体の吐出量（共通吐出口からの吐出量）を合成した吐出速度（単位時間当たりの吐出量）は、常に一定である。
【００３１】
（圧力差に対する補正動作）
本形態の定量ポンプ装置１では、ポンプ室２０内と共通吐出口１３ｏ側との間に圧力差があると、流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoを開状態に切り換えた直後、ポンプ室２０から共通吐出口１３ｏ側への液体の流出、あるいは共通吐出口１３ｏ側からポンプ室２０への液体の流入が起こり、吐出量が変動する。
【００３２】
そこで、本形態では、定量ポンプ装置１の使用状況に基づいて、ポンプ室２０内の圧力よりも共通吐出口１３ｏ側の圧力が高いとして、制御装置３は条件設定されている。すなわち、制御装置３は、予め設定された条件に従って、待機期間Ｔ２Ａ、Ｔ２Ｂにおいて、ポンプ室２０内への吸入動作を行った後、吐出期間Ｔ１Ａ、Ｔ１Ｂの前に、期間ｔ５〜ｔ６、ｔ１２〜ｔ１３、ｔ１９〜ｔ２０では、流入側バルブ１１Ａiおよび流出側バルブ１１Ａoの双方（または流入側バルブ１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ｂoの双方）を閉にして第１の往復ポンプ装置１０Ａ（または第２の往復ポンプ装置１０Ｂ）のポンプ室２０内の容積を収縮する方向に弁体を駆動する補正動作を行わせる。例えば、待機期間Ｔ２Ａにおいて、ポンプ室２０内への吸入動作を行った後、吐出期間Ｔ１Ａの前に、期間ｔ５〜ｔ６、ｔ１９〜ｔ２０では、第１の往復ポンプ装置１０Ａに対する流入側バルブ１１Ａiおよび流出側バルブ１１Ａoの双方を閉にして第１の往復ポンプ装置１０Ａのポンプ室２０内の容積を収縮する方向に弁体を駆動し、ポンプ室２０内の圧力を高め、共通吐出口１３ｏ側との圧力差を解消する。また、待機期間Ｔ２Ｂにおいて、ポンプ室２０内への吸入動作を行った後、吐出期間Ｔ１Ｂの前に、期間ｔ１２〜ｔ１３では、第２の往復ポンプ装置１０Ｂに対する流入側バルブ１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ｂoの双方を閉にして第２の往復ポンプ装置１０Ｂのポンプ室２０内の容積を収縮する方向に弁体を駆動し、ポンプ室２０内の圧力を高め、共通吐出口１３ｏ側との圧力差を解消する。
【００３３】
なお、本形態では、ポンプ室２０内の圧力よりも共通吐出口１３ｏ側の圧力が高いとして、吐出前のポンプ室２０内の圧力を高めたが、ポンプ室２０内の圧力よりも共通吐出口１３ｏ側の圧力が低い場合には、図５に示すように、待機期間Ｔ２Ａ、Ｔ２Ｂにおいて、ポンプ室２０内への吸入動作を行った後、吐出期間Ｔ１Ａ、Ｔ１Ｂの前に、期間ｔ５〜ｔ６、ｔ１２〜ｔ１３、ｔ１９〜ｔ２０では、流入側バルブおよび流出側バルブの双方を閉にしてポンプ室２０内の容積を膨張する方向に弁体を駆動する補正動作を行えばよい。
【００３４】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の定量ポンプ装置１では、２台の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂを用い、一方の往復ポンプ装置の吐出期間の始期および終期に対して他方の往復ポンプ装置の吐出期間の終期および始期を重畳させるため、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂにおいて上死点あるいは下死点で吐出量が０になる点が存在する場合でも、全体としての吐出流量が常に一定となる。
【００３５】
また、吸入動作の後、吐出期間Ｔ１Ａ、Ｔ１Ｂの前に、流入側バルブおよび流出側バルブの双方を閉にしてポンプ室２０内の容積を膨張あるいは収縮させて圧力差を解消する補正動作Ｔ３Ａ、Ｔ３Ｂを行うため、流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoを挟む両側に圧力差がある場合でも、高い精度で定量吐出を行うことができる。それ故、弁体としてダイヤフラム弁を用いた場合には、ポンプ室２０の内圧と大気圧との圧力差によってダイヤフラム弁に不要な変形が発生することがあるが、本形態では、かかる変形を補正して吸引および吐出を行うことができ、吸引量および吐出量の精度が高い。
【００３６】
また、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂでは、駆動装置１０５に用いたステッピングモータに供給する信号パターンにより動作を制御するため、カム機構によって往復ポンプ装置の動作を制御する構成と違って、ステッピングモータに供給する信号パターンを変えるだけで弁体（ダイヤフラム弁１７０）の移動速度を容易に変更できるので、単位時間当たりの吐出量が少ない条件から多い条件にまで安定して対応することができる。また、単位時間当たりの吐出量が多い条件の場合でも、ダイヤフラム弁１７０の往復回数が少なくて済むため、定量ポンプ装置１の寿命が長い。
【００３７】
また、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoは、各々が独立して開閉動作を行うアクティブバルブであるため、流入側および流出側の双方が開状態になることを回避できる。従って、バルブ吸入口１３ｉ側が吐出口１３ｏ側よりも高圧であっても、順流が発生せず、定量ポンプ装置１は、常に定量吐出を行うことができる。また、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoの全てを開状態にして往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂを動作させれば、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂ内から液体を抜くことができる。それ故、凍結防止などを容易に行うことができる。
【００３８】
さらに、本形態の定量ポンプ装置１では、吸入側および吐出側が同一の構成であるので、吸入側と吐出側とを入れ換えて動作させることができる。従って、吐出側から吸入側に液体の回収を行うこともできる。
【００３９】
さらにまた、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂの駆動装置１０５には、駆動源としてステッピングモータが用いられ、このステッピングモータの１ステップ分に対応するポンプ室２０の内容積の変化量がポンプ室２０全体の内容積に対して１／１００以下である。このため、本形態の定量ポンプ装置１は分解能が高い。また、ステッピングモータは、通電を停止したときでも、保持力によってロータの位置保持を行うことができる。従って、ダイヤフラム弁１７０の位置保持を行う場合でも、ソレノイドなどと違って常時通電が不要であるので、低消費電力化を図ることができる。このような観点からすれば、ステッピングモータに代えて、ＡＣ同期モータを用いてもよい。
【００４０】
［実施の形態２］
実施の形態１では、予め、図４あるいは図５に示す補正動作を行うように設定したが、本形態では、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂのポンプ室２０内の圧力と共通吐出口１３ｏ側との間の圧力差を直接あるいは間接的に監視する監視装置を設け、制御装置３は、監視装置での監視結果に基づいて、ポンプ室２０内の圧力と共通吐出口側との間に圧力差があるときに、図４あるいは図５を参照して説明した補正動作を行わせる。
【００４１】
このような監視装置として、本形態では、図６に示すように、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂの各ポンプ室２０内の圧力を監視する第１の圧力センサ１４Ａ、１４Ｂと、共通吐出口１３ｏ側の圧力を監視する第２の圧力センサ１４ｏとを用いる。このように構成した監視装置では、例えば、ポンプ室２０内への吸入動作を終えた後、第１の圧力センサ１４Ａ、１４Ｂと第２の圧力センサ１４ｏでの検出結果とを比較して圧力差を監視する。そして、制御装置３は、その監視結果に基づいて、補正動作を図４に示す条件、および図５に示す条件のいずれの条件で行うかを決定する。また、ポンプ室２０内と共通吐出口側との間に圧力差がない場合には、補正動作を行わない。
【００４２】
［実施の形態３］
実施の形態１では、予め、図４あるいは図５に示す補正動作を行うように設定したが、本形態では、実施の形態２と同様、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂのポンプ室２０内の圧力と共通吐出口１３ｏ側との間の圧力差を直接あるいは間接的に監視する監視装置を設け、制御装置３は、監視装置での監視結果に基づいて、ポンプ室２０内の圧力と共通吐出口側との間に圧力差があるときに、図４あるいは図５を参照して説明した補正動作を行わせる。
【００４３】
このような監視装置として、本形態では、図７に示すように、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂの各ポンプ室２０内の圧力を監視する圧力センサ１４Ａ、１４Ｂを用いる。このように構成した監視装置では、例えば、時間ｔ１９において、ポンプ室２０内への吸入動作を終えた往復ポンプ装置１０Ｂのポンプ室２０に配置された圧力センサ１４Ｂでの検出結果と、往復ポンプ装置１０Ａのポンプ室２０に配置された圧力センサ１４Ａでの検出結果とを比較してポンプ室２０内と共通吐出口側との圧力差を監視する。時間ｔ１４において往復ポンプ装置１０Ａの圧力センサ１４Ａでの検出結果は、共通吐出口側の圧力と等しいからである。そして、制御装置３は、その監視結果に基づいて、時間ｔ１９〜ｔ２０で行う補正動作を図４に示す条件、および図５に示す条件のいずれの条件で行うかを決定する。また、ポンプ室２０内と共通吐出口側との間に圧力差がない場合には、補正動作を行わない。
【００４４】
（往復ポンプ装置の具体的構成例）
図３および図８を参照して、本形態の定量ポンプ装置に用いた往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂの具体的構成例を説明する。
【００４５】
図８は、本発明を適用した定量ポンプ装置に用いた往復ポンプ装置を縦に分割した状態の分解斜視図である。図３および図８に示すように、本形態の定量ポンプ装置１の本体部分２は、底板７５、ベース板７６、流路構成板７７、および上板７８がこの順に積層された構造を有しており、ベース板７６に形成された穴内に往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂが構成されている。本形態において、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂは、ポンプ室２０と、ポンプ室２０の内容積を膨張収縮させて液体の吸入および吐出を行うダイヤフラム弁１７０（弁体）と、ダイヤフラム弁１７０を駆動する駆動装置１０５とを備えている。
【００４６】
駆動装置１０５は、環状のステータ１２０と、このステータ１２０の内側に同軸状に配置された回転体１０３と、この回転体１０３の内側に同軸状に配置された移動体１６０と、回転体１０３の回転を移動体１６０を軸線方向に移動させる力に変換して移動体１６０に伝達する変換機構１４０とを備えている。ここで、駆動装置１０５は、ベース板７６に形成された空間内において、地板７９とベース板７６との間に搭載された状態にある。
【００４７】
駆動装置１０５において、ステータ１２０は、ボビン１２３に巻回されたコイル１２１、およびコイル１２１を覆うように配置された２枚のヨーク１２５からなるユニットが軸線方向に２段に積層された構造になっている。この状態で、上下２段のいずれのユニットにおいても、２枚のヨーク１２５の内周縁から軸線方向に突き出た極歯が周方向に交互に並んだ状態となり、ステッピングモータのステータとして機能する。
【００４８】
回転体１０３は、上方に開口するカップ状部材１３０と、このカップ状部材１３０の円筒状の胴部１３１の外周面に固着された環状のロータマグネット１５０とを備えている。カップ状部材１３０の底壁１３３の中央には、軸線方向上側に凹む凹部１３５が形成され、地板７９には、凹部１３５内に配置されたボール１１８を受ける軸受部７５１が形成されている。また、ベース板７６の上端側の内面には環状段部７６６が形成されている一方、カップ状部材１３０の上端部分には、胴部１３１の上端部分と環状のフランジ部１３４とによって、ベース板７６側の環状段部７６６に対向する環状段部が形成されており、これらの環状段部で区画形成された環状空間内には、環状のリテーナ１８１およびこのリテーナ１８１によって周方向に離間した位置に保持されたベアリングボール１８２からなる軸受１８０が配置されている。このようにして、回転体１０３は、軸線周りに回転可能な状態で本体部分２に支持された状態にある。
【００４９】
回転体１０３において、ロータマグネット１５０の外周面は、ステータ１２０の内周面に沿って周方向に並ぶ極歯に対向している。ここで、ロータマグネット１５０の外周面では、Ｓ極とＮ極が周方向に交互に並んでおり、ステータ１２０とカップ状部材１３０とはステッピングモータを構成している。
【００５０】
移動体１６０は、底壁１６１と、底壁１６１の中央から軸線方向に突き出た円筒部１６３と、この円筒部１６３の周りを囲むように円筒状に形成された胴部１６５とを備えており、胴部１６５の外周には雄ネジ１６７が形成されている。
【００５１】
本形態では、回転体１０３の回転によって移動体１６０を軸線方向で往復移動させるための変換機構１４０を構成するにあたって、カップ状部材１３０の胴部１３１の内周面には、周方向に離間する４箇所に雌ネジ１３７を形成する一方、移動体１６０の胴部１６５の外周面には、カップ状部材１３０の雌ネジ１３７に係合して動力伝達機構１４１を構成する雄ネジ１６７が形成されている。従って、雄ネジ１６７と雌ネジ１３７とが噛み合うようにカップ状部材１３０の内側に移動体１６０を配置すれば、移動体１６０はカップ状部材１３０の内側に支持された状態となる。また、移動体１６０の底壁１６１には、周方向に６個の長穴１６９が貫通穴として形成されている一方、ベース板７６からは６本の突起７６９が延びて、突起７６９の下端部が長穴１６９に嵌ることにより、供回り防止機構１４９が構成されている。すなわち、カップ状部材１３０が回転した際、移動体１６０は、突起７６９と長穴１６９からなる供回り防止機構１４９によって回転が阻止されているので、カップ状部材１３０の回転は、その雌ネジ１３７および移動体１６０の雄ネジ１６７からなる動力伝達機構１４１を介して移動体１６０に伝達される結果、移動体１６０は、回転体１０３の回転方向に応じて軸線方向の一方側および他方側に直線移動することになる。
【００５２】
移動体１６０には、ダイヤフラム弁１７０が直接、連結されている。ダイヤフラム弁１７０は、底壁１７１と、底壁１７１の外周縁から軸線方向に立ち上がる円筒状の胴部１７３と、この胴部１７３の上端から外周側に広がるフランジ部１７５とを備えたカップ形状を有しており、底壁１７１の中央部分が、移動体１６０の円筒部１６３に被さった状態で、それらの上下方向から、止めネジ１７８とキャップ１７９とに固定されている。また、ダイヤフラム弁１７０のフランジ部１７５の外周縁は、液密性と位置決めとして機能する肉厚部になっており、この肉厚部は、流路構成板７７の貫通穴２１の周囲において、ベース板７６と流路構成板７７との間に固定されている。このようにして、ダイヤフラム１７０は、ポンプ室２０の下面を規定し、かつ、ポンプ室２０の周りにおいてベース板７６と流路構成板７７との間の液密を確保している。
【００５３】
この状態で、ダイヤフラム弁１７０の胴部１７３は、断面Ｕ字状に折り返された状態にあり、折り返し部分１７２は、移動体１６０の位置によって形状が変化することになる。しかるに本形態では、移動体１６０の円筒部１６３の外周面からなる第１の壁面１６８と、ベース板７６から延びた突起７６９の内周面からなる第２の壁面７６８との間に構成された環状空間内に、ダイヤフラム弁１７０の断面Ｕ字状の折り返し部分１７２を配置してある。従って、ダイヤフラム弁１７０はいずれの状態にあっても、折り返し部分１７２は、環状空間内に保持された状態のまま、第１の壁面１６８および第２の壁面７６８に沿って展開あるいは巻き上げるように変形する。
【００５４】
また、カップ状部材１３０の底壁１３３には、周方向における２７０°の角度範囲にわたって１本の溝１３６が形成されている一方、移動体１６０の底面からは下方に向けて突起（図示せず）が形成されている。ここで、移動体１６０は、軸線回りに回転しないが、軸線方向に移動するのに対して、回転体１０３は、軸線回りに回転するが、軸線方向に移動しない。従って、突起と溝１３６は、回転体１０３および移動体１６０の停止位置を規定するストッパとして機能する。すなわち、溝１３６は、周方向において深さが変化しており、移動体１６０が軸線方向の下方に移動すると、突起が溝１３６内に嵌るとともに、回転体１０３の回転により溝１３６の端部が突起に当接する。その結果、回転体１０３の回転が阻止され、回転体１０３および移動体１６０の停止位置、すなわちダイヤフラム弁１７０の内容積の最大膨張位置が規定されることになる。
【００５５】
このように構成した往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂにおいて、駆動装置１０５では、ステッピングモータが一方方向に回転したときにポンプ室２０の内容積が拡大する方向にダイヤフラム弁１７０を駆動し、ステッピングモータが他方方向に回転したときにポンプ室２０の内容積が縮小する方向にダイヤフラム弁１７０を駆動する。すなわち、ステータ１２０のコイル１２１に給電すると、カップ状部材１３０が回転し、その回転が変換機構１４０を介して移動体１６０に伝達される。従って、移動体１６０は軸線方向で往復直線運動を行う。その結果、ダイヤフラム弁１７０が移動体１６０の移動に合わせて変形し、ポンプ室２０の内容積を膨張、収縮させるので、ポンプ室２０では、流入路１２Ａi、１２Ｂiからの液体の流入と、流出路１２Ａo、１２Ｂoに向けての液体の流出が行われる。
【００５６】
このように本形態の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂでは、ステッピングモータ機構による回転体１０３の回転を、雄ネジ１６７および雌ネジ１３７からなる動力伝達機構１４１を利用した変換機構１４０を介して移動体１６０に伝達して、ダイヤフラム弁１７０が固定された移動体１６０を往復直線運動させる。このため、駆動装置１０５からダイヤフラム弁１７０まで、必要最小限の部材で動力を伝達するので、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂの小型化、薄型化および低コスト化を図ることができる。また、動力伝達機構１４１における雄ネジ１６７および雌ネジ１３７のリード角を小さく、あるいは駆動側のステータの極歯を増加することで、移動体１６０の微小送りを行うことができる。従って、ポンプ室２０の容積を厳密に制御できるので、高い精度で定量吐出を行うことができる。
【００５７】
また、本形態ではダイヤフラム弁１７０を用いているが、このダイヤフラム弁１７０の折り返し部分１７２は、環状空間内に保持された状態のまま、第１の壁面１６８および第２の壁面７６８に沿って展開あるいは巻き上げるように変形し、無理な摺動が発生しない。従って、無駄な負荷が発生せず、かつ、ダイヤフラム弁１７０の寿命が長い。また、ダイヤフラム弁１７０は、ポンプ室２０の液体から圧力を受けても、変形しない。それ故、本形態の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂによれば、高い精度で定量吐出を行うことができ、かつ、信頼性も高い。
【００５８】
さらに、回転体１０３は、本体部分２に対してベアリングボール１８２を介して軸線周りに回転可能に支持されているため、摺動ロスが小さく、かつ、回転体１０３は軸線方向に安定して保持されるので、軸線方向における推力が安定している。それ故、駆動装置１０５の小型化、耐久性の向上、吐出性能の向上を図ることができる。
【００５９】
なお、上記形態では、変換機構１４０の動力伝達機構１４１としてネジを利用したが、カム溝を利用してもよい。さらに、上記形態では弁体として、カップ状のダイヤフラム弁を用いたが、その他の形状のダイヤフラム弁、あるいはＯリングを備えたピストンを用いてもよい。
【００６０】
［アクティブバルブの具体的構成例］
図３および図９を参照して、本形態の定量ポンプ装置において流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoとして用いたアクティブバルブの具体的構成例を説明する。図９は、本発明を適用した定量ポンプ装置１において、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoとして用いたアクティブバルブの縦断面を示す説明図である。
【００６１】
図３および図９において、アクティブバルブは、駆動源となるステッピングモータ３０１と、流入口３０８ａおよび流出口３０８ｂを備えている。ステッピングモータ３０１の回転軸３０１ａには、例えば右ネジからなるリードスクリュー３０２が圧入固定されており、このリードスクリュー３０２は、ステッピングモータ３０１の回転方向と同方向に回転する。リードスクリュー３０２には、バルブ保持部材３０３の雌ネジ３０３ａがネジ勘合されている。従って、ステッピングモータ３０１がリードスクリュー３０２側からみてＣＣＷの方向（反時計回り）に回転すると、バルブ保持部材３０３はステッピングモータ３０１に近寄る一方で、ステッピングモータ３０１がリードスクリュー３０２側からみてＣＷの方向（時計回り）に回転すると、バルブ保持部材３０３はステッピングモータ３０１から遠ざかることになる。すなわち、リードスクリュー３０２の回転は、リードスクリュー３０２とバルブ保持部材３０３とが螺子結合によって係合し、かつ、バルブ保持部材３０３が回止めされているため、直動に変換される。
【００６２】
バルブ保持部材３０３の外周側にはスプリング受部３０３ｂが同心状に設けられており、このスプリング受部３０３ｂとステッピングモータ３０１によって、スプリング３０４が保持されている。スプリング３０４は圧縮コイルバネからなり、バルブ保持部材３０３をステッピングモータ３０１から離反する方向に付勢している。なお、本実施形態では、圧縮コイルバネを採用したが、例えば「引っ張りコイルバネ」を採用することもできる。この場合、バルブ保持部材３０３のスプリング受け部３０３ｂの反対面に、引っ張りコイルバネを保持することができる。
【００６３】
バルブ保持部材３０３の中央部には、凸形状のダイヤフラム保持部３０３ｃが設けられており、このダイヤフラム保持部３０３ｃは、ダイヤフラム弁２６０のアンダーカット部２６０ａと勘合している。ここで、ダイヤフラム弁２６０は、外周部２６０ｂがベース板７６と流路構成板７７とに挟み込まれて固定され、かつ、外周側のビード２６０ｅも挟み込み固定されている。ビード２６０ｅは、流体がベース板７６と流路構成板７７との隙間から漏れ出るのを防ぎ、シール性の向上に貢献している。また、ダイヤフラム弁２６０の膜部２６０ｃは変形し易いため、応力が集中しないように円弧状に形成されている。なお、ダイヤフラム弁２６０は、アンダーカット部２６０ａと反対側で流路構成板７７と当接する部分にも同心状にビード部２６０ｄが形成されている。
【００６４】
このように構成したパッシブバルブでは、スプリング３０４によって、バルブ保持部材３０３がステッピングモータ３０１から離反する方向に付勢されている。従って、バルブ保持部材３０３が直動動作しているときには、リードスクリュー３０２のネジ部におけるステッピングモータ３０１側の斜面とバルブ保持部材３０３の雌ネジ３０３ａにおけるステッピングモータ３０１側と反対側の斜面とが接触した状態、すなわちリードスクリュー３０２とバルブ保持部材３０３とが係合した状態で保たれる。これに対して、穴２７７がダイヤフラム弁２６０によって閉鎖されているときには、スプリング３０４の付勢力と、ダイヤフラム弁２６０が流路構成板７７から受ける反作用の力とが釣り合ってリードスクリュー２０２のネジ部におけるステッピングモータ３０１側と反対側の斜面と、バルブ保持部材３０３の雌ネジ３０３ａにおけるステッピングモータ３０１側の斜面とが接触していない状態、すなわちリードスクリュー３０２とバルブ保持部材３０３とが遊びとの間で非係合となった状態で保たれ、ダイヤフラム弁２６０は、スプリング３０４によって穴２７７を閉鎖する方向に付勢される。従って、穴２７７を確実に閉鎖することができる。
【００６５】
［アクティブバルブの別の具体的構成例］
図３および図１０を参照して、本形態の定量ポンプ装置において流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoとして用いたアクティブバルブの別の具体的構成例を説明する。
【００６６】
図９は、本発明を適用した定量ポンプ装置１において、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoとして用いたアクティブバルブの縦断面を斜め上方からみたときの説明図である。図３および図９に示すように、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoとして用いたアクティブバルブは、ベース板７６の穴７６５内にリニアアクチュエータ２０１を備えており、このリニアアクチュエータ２０１は、円筒状の固定体２０３と、この固定体２０３の内側に配置された略円柱状の可動体２０５とを有している。固定体２０３は、ボビン２３１に環状に巻回されたコイル２３３と、コイル２３３の外周面からコイル２３３の軸線方向の両側を回りこんで一方の先端部２３６ａと他方の先端部２３６ｂがコイル２３３の内周側でスリット２３７を介して軸線方向で対向する固定体側ヨーク２３５を備えている。可動体２０５は、円板状の第１の可動体側ヨーク２５１と、この第１の可動体側ヨーク２５１に対して軸線方向の両側に積層された一対の磁石２５３ａ、２５３ｂとを有している。一対の磁石２５３ａ、２５３ｂとしては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系やＳｍ−Ｃｏ系の希土類磁石、あるいは樹脂磁石を用いることがきる。また、可動体２０５において、一対の磁石２５３ａ、２５３ｂの各々には、第１の可動体側ヨーク２５１とは反対側の端面に第２の可動体側ヨーク２５５ａ、２５５ｂが積層されている。
【００６７】
一対の磁石２５３ａ、２５３ｂは、いずれも軸線方向に着磁されており、第１の可動体側ヨーク２５１の方に同極を向けている。以下、本形態では、一対の磁石２５３ａ、２５３ｂは各々、第１の可動体側ヨーク２５１の方にＮ極を向け、軸線方向における外側にＳ極を向けているものとして説明するが、着磁方向についてはその逆であってもよい。
【００６８】
ここで、第１の可動体側ヨーク２５１の外周面は、一対の磁石２５３ａ、２５３ｂの外周面から外周側に張り出している。また、第２の可動体側ヨーク２５５ａ、２５５ｂの外周面も、一対の磁石２５３ａ、２５３ｂの外周面から外周側に張り出している。
【００６９】
なお、第１の可動体側ヨーク２５１の軸線方向における両端面には凹部が形成され、これらの凹部に対して一対の磁石２５３ａ、２５３ｂが各々嵌め込まれ、接着剤などで固定されている。なお、第１の可動体側ヨーク２５１、一対の磁石２５３ａ、２５３ｂ、および第２の可動体側ヨーク２５５ａ、２５５ｂの固定については、接着、圧入、あるいはそれらを併用して一体化した構成を採用すればよい。
【００７０】
また、固定体２０３の軸線方向における両側の開口部には軸受板２７１ａ、２７１ｂ（軸受部材）が固定されており、第２の可動体側ヨーク２５５ａ、２５５ｂから軸線方向の両側に突き出た支軸２５７ａ、２５７ｂは、いずれも軸受板２７１ａ、２７１ｂの穴に摺動自在に挿入されている。このようにして、可動体２０５は、軸線方向に往復移動可能な状態で固定体２０３に支持されている。この状態で、可動体２０５は、外周面が固定体２０３の内周面に所定の隙間を介して対向し、かつ、固定体側ヨーク２３５の先端部２３６ａ、２３６ｂ同士は、第１の可動体側ヨーク２５１の外周面とコイル２３３の内周面との隙間内で軸線方向に対向する状態にある。また、可動体２０５と固定体側ヨーク２３５との間には間隙が確保されている。なお、第２の可動体側ヨーク２５５ａ、２５５ｂと支軸２５７ａ、２５７ｂとの固定には、接着、圧入、あるいはそれらを併用して一体化した構成を採用すればよい。
【００７１】
このように構成したリニアアクチュエータ２０１において、本形態では、一方の支軸２５７ｂの先端部には軸体２５９が連結され、この軸体２５９に対して、弁室２７０に配置されたダイヤフラム弁２６０の中央部分が接続されている。ダイヤフラム弁２６０の外周側には、液密性と位置決めとして機能する環状肉厚部２６１が形成されており、ダイヤフラム弁２６０において、この環状肉厚部２６１を含む外周側がベース板７６と流路構成板７７との間に挟まれて液密が確保されている。
【００７２】
このように構成したリニアアクチュエータ２０１において、図面に向かって右側では向こう側から手前側に向かってコイル２３３に電流が流れ、図面に向かって左側では手前側から向こう側にコイル３３に電流を流れる期間では、可動体２０５が、矢印Ａで示すように、ローレンツ力により軸線方向において推力を受けて移動する。その結果、流路の途中部分を構成する穴２７７を塞ぎ、流路を遮断する。これに対して、コイル２３３への通電方向を反転させると、可動体２０５は、矢印Ｂで示すように、軸線方向に沿って下降し、流路の途中部分を構成する穴２７７を開放する。
【００７３】
なお、本形態のリニアアクチュエータ２０１では、可動体２０５を磁力で推進するとともに、軸線方向の一方側において、軸受板２７１ａと第２の可動体側ヨーク２５５ａとの間に、付勢部材としての円錐台形状のコイルバネ２９１を配置してある。従って、可動体２０５が下降する際には、圧縮バネを変形させながら移動し、可動体２０５が上昇する際には、圧縮バネの形状復帰力が補助して、高速で移動する。
【００７４】
なお、弁体については、ダイヤフラム弁２６０に限らず、ベローズ弁、その他の弁体を用いてもよい。また、支軸２５７ａ、２５７ｂと弁体については別体のものを結合させた構成であっても、支軸２５７ａ、２５７ｂと弁体が一体に形成されている構成であってもよい。
【００７５】
以上説明したように、本形態では、可動体２０５において一対の磁石２５３ａ、２５３ｂは各々、同極を向けており、磁気的反発力が作用しているが、磁石２５３ａ、２５３ｂの間に第１の可動体側ヨーク２５１が配置されているため、一対の磁石２５３ａ、２５３ｂを同極を向けた状態で固定することができる。
【００７６】
また、可動体２０５において一対の磁石２５３ａ、２５３ｂは各々、同極を第１の可動体側ヨーク２５１に向けているため、第１の可動体側ヨーク２５１からは、半径方向に強い磁束が発生する。従って、第１の可動体側ヨーク２５１とコイル２３３の周面同士を対向させておけば、可動体２０５に大きな推力を付与することができる。
【００７７】
さらに、磁石２５３ａ、２５３ｂを軸線方向で着磁すればよいので、磁石２５３ａ、２５３ｂを半径方向に着磁する場合と違って、小型化した場合でも着磁が容易であり、量産に適している。
【００７８】
しかも、本形態では、第１の可動体側ヨーク２５１の外周面が、一対の磁石２５３ａ、２５３ｂの外周面から外周側に張り出しているため、固定体側ヨーク２３５を設けた場合でも、可動体２０５に対して軸線方向と垂直方向に作用する磁気吸引力を小さくできる。同様に、第２の可動体側ヨーク２５５ａ、２５５ｂの外周面が、一対の磁石２５３ａ、２５３ｂの外周面から外周側に張り出しているため、固定体側ヨーク２３５を設けた場合でも、可動体２０５に対して軸線方向と垂直方向に作用する磁気吸引力を小さくできる。従って、組み立て作業を行いやすく、かつ、可動体２０５が傾きにくいという利点がある。
【００７９】
また、本形態において、磁石２５３ａ、２５３ｂをコイル３３の外周側に配置したため、コイル２３３よりも磁石２５３ａ、２５３ｂを外側に配置した場合と比較して、磁石２５３ａ、２５３ｂが小さくてよいので、アクティブバルブを安価に構成できる。また、コイル２３３を外側に配置したので、固定側ヨークのみで磁路を閉じることができる。
【００８０】
さらに、固定体２０３において、軸線方向に開口する開口部には支軸２５７ａ、２５７ｂを軸線方向に移動可能に支持する軸受板２７１ａ、２７１ｂが保持されているため、軸受部材を別途、配置する必要がない。また、固定体２０３を基準に軸受板２７１ａ、２７１ｂを固定できるので、支軸２５７ａ、２５７ｂが傾かないという利点がある。
【００８１】
［定量ポンプ装置の用途］
本発明を適用した定量ポンプ装置１は、例えば、各種の燃料電池の改質器に水を定量供給するのに用いられる。また、本発明を適用した定量ポンプ装置１は、ディーゼル機関の排気ガスから窒素酸化物を分解、除去するための改質器への尿素水溶液の定量供給、点滴液の送液用などに用いることもできる。特に吸入側と吐出側との間に圧力差が大きい技術分野において定量吐出を行うのに適している。
【００８２】
［その他の実施の形態］
上記形態では、２台の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂを用いたが、３台以上の往復ポンプ装置を用いた定量ポンプ装置に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る定量ポンプ装置の基本構成を示す概念図である。
【図２】図１に示す定量ポンプ装置の構成例を示す斜視図である。
【図３】図２に示す定量ポンプ装置の本体部分の縦断面図である。
【図４】本発明を適用した定量ポンプ装置の動作を示すタイミングチャート図である。
【図５】本発明を適用した定量ポンプ装置の動作を示す別のタイミングチャート図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る定量ポンプ装置の基本構成を示す概念図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る定量ポンプ装置の基本構成を示す概念図である。
【図８】本発明を適用した定量ポンプ装置に用いた往復ポンプ装置を縦に分割した状態の分解斜視図である。
【図９】本発明を適用した定量ポンプ装置において、流入側バルブおよび流出側バルブとして用いたアクティブバルブの縦断面を示す説明図である。
【図１０】本発明を適用した定量ポンプ装置において、流入側バルブおよび流出側バルブとして用いた別のアクティブバルブの縦断面を斜め上方からみたときの説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
１・・定量ポンプ装置
１０Ａ、１０Ｂ・・往復ポンプ装置
１１Ａi、１１Ｂi・・流入側バルブ
１１Ａo、１１Ｂo・・流出側バルブ
１２Ａi、１２Ｂi、１２i・・流入路
１２Ａo、１２Ｂo、１２o・・流出路
１３o・・共通吐出口
１３i・・共通吸入口
１４Ａ、１４Ｂ、１４o・・圧力センサ（監視装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の往復ポンプ装置を備えた定量ポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
定量ポンプ装置としては、往復ポンプ装置を利用したものがあるが、かかる往復ポンプでは、上死点あるいは下死点において、吐出量が必ず０になる点が存在するため、定量吐出の精度が低いという問題がある。そこで、２台の往復ポンプ装置を並列に接続し、一台の往復ポンプ装置が吐出を終了する際に他の往復ポンプ装置に吐出を開始させ、全体としての吐出流量が常に一定となるように構成したものが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２０７９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示の往復ポンプ装置のように２台の往復ポンプ装置を位相させた場合でも、ポンプ室内と共通吐出口側との間に圧力差があると、流出側バルブを開状態に切り換えた直後、ポンプ室から共通吐出口側への流体の流出、あるいは共通吐出口側からポンプ室への流体の流入が起こり、吐出量が変動するという問題点がある。なお、特許文献１に開示の定量ポンプ装置では、ポンプ室に流体を吸入した後、ポンプ室から気泡を放出するために流入側バルブを開状態にしてポンプ室内を収縮させているが、このような動作では、ポンプ室内と共通吐出口側との間に圧力差がある場合の単位時間当たりの吐出量のばらつきを防止することはできない。
【０００４】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、流出側バルブの両側で圧力差が発生している場合でも、高い精度で定量吐出を行うことができる定量ポンプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明では、流入側および流出側に流入側バルブおよび流出側バルブが各々接続された往復ポンプ装置を複数、備えるとともに、当該複数の往復ポンプ装置に対して前記流出側バルブを介して接続する共通吐出口を備えた定量ポンプ装置において、前記流入側バルブ、前記流出側バルブおよび前記往復ポンプ装置を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記複数の往復ポンプ装置毎にタイミングをずらして吐出期間と待機期間とを設定するとともに、当該吐出期間の始期および終期に対して他の往復ポンプ装置の前記吐出期間の終期および始期を重畳させ、前記待機期間においてポンプ室内への吸入動作を行った後、前記吐出期間の前に、前記流入側バルブおよび前記流出側バルブの双方を閉にしてポンプ室内の容積を膨張あるいは収縮させてポンプ室内の圧力と共通吐出口側との間の圧力差を解消する補正動作を行わせることを特徴とする。
【０００６】
本発明では、複数台の往復ポンプ装置を用い、吐出期間の始期および終期に対して他の往復ポンプ装置の吐出期間の終期および始期を重畳させるため、往復ポンプ装置において上死点あるいは下死点で吐出量が０になる点が存在する場合でも、全体としての吐出流量が常に一定となる。また、吸入動作の後、吐出期間の前に、流入側バルブおよび流出側バルブの双方を閉にしてポンプ室内の容積を膨張あるいは収縮させて圧力差を解消する補正動作を行うため、流出側バルブを挟む両側に圧力差がある場合でも、高い精度で定量吐出を行うことができる。
【０００７】
本発明においては、複数の往復ポンプ装置が各々、個別の流入側バルブを介して個別の吸入口に接続している構成であってもよいが、前記複数の往復ポンプ装置に対して前記流入側バルブを介して接続する共通吸入口を備えている構成を採用してもよい。
【０００８】
本発明において、前記往復ポンプ装置は、駆動源がステッピングモータあるいはＡＣ同期モータであることが好ましい。このようなモータでは、通電を停止したときでも、保持力によってロータの位置保持を行うことができる。従って、弁体の位置保持を行う場合でも、ソレノイドなどと違って常時通電が不要であるので、低消費電力化を図ることができる。また、前記往復ポンプ装置の駆動源がステッピングモータである場合、当該ステッピングモータの１ステップ分に対応するポンプ室の内容積の変化量がポンプ室全体の内容積に対して１／１００以下であることが好ましい。このように構成すると、分解能の高い定量ポンプ装置を実現できる。
【０００９】
本発明において、前記往復ポンプ装置のポンプ室内の圧力と前記共通吐出口側との間の圧力差を直接あるいは間接的に監視する監視装置を備え、前記制御部は、前記監視装置での監視結果に基づいて、ポンプ室内の圧力と前記共通吐出口側との間に圧力差があるときに前記補正動作を行わせる構成を採用することができる。
【００１０】
本発明において、前記監視装置は、前記複数の往復ポンプ装置の各ポンプ室内の圧力を監視する複数の第１の圧力センサと、前記共通吐出口側の圧力を監視する第２の圧力センサとを備え、前記第１の圧力センサと前記第２の圧力センサでの検出結果とを比較して前記圧力差を監視する構成を採用することができる。
【００１１】
本発明において、前記監視装置は、前記複数の往復ポンプ装置の各ポンプ室内の圧力を監視する複数の圧力センサを備え、当該複数の往復ポンプ装置のうち、前記吸入動作を行った往復ポンプ装置のポンプ室に配置された圧力センサでの検出結果と、前記出力側バルブが開状態になっている往復ポンプ装置のポンプ室に配置された圧力センサでの検出結果とを比較して前記圧力差を監視する構成を採用することができる。
【００１２】
かかる制御を実現可能な定量ポンプ装置は、流入側および流出側に流入側バルブおよび流出側バルブが各々接続された往復ポンプ装置を複数、備えるとともに、当該複数の往復ポンプ装置に対して前記流出側バルブを介して接続する共通吐出口を備え、さらに、前記複数の往復ポンプ装置の各ポンプ室内の圧力を監視する圧力センサを備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明において、前記往復ポンプ装置の台数が２台である場合、前記制御装置は、前記吸入動作を行う際のポンプ室の膨張速度を前記吐出期間におけるポンプ室の収縮速度よりも高く設定すればよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る定量ポンプ装置では、複数台の往復ポンプ装置を用い、吐出期間の始期および終期に対して他の往復ポンプ装置の吐出期間の終期および始期を重畳させるため、往復ポンプ装置において上死点あるいは下死点で吐出量が０になる点が存在する場合でも、全体としての吐出流量が常に一定となる。また、吸入動作の後、吐出期間の前に、流入側バルブおよび流出側バルブの双方を閉にしてポンプ室内の容積を膨張あるいは収縮させて圧力差を解消する補正動作を行うため、流入側バルブの流入側と、吐出側バルブの吐出側に圧力差がある場合、結果として流出側バルブを挟む両側に圧力差がある場合でも、高い精度で定量吐出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
［実施の形態１］
（装置構成）
図１は、本発明を適用した定量ポンプ装置の基本構成を示す概念図である。図２は、本発明を適用した定量ポンプ装置の構成例を示す斜視図である。図３は、図２に示す定量ポンプ装置の本体部分の縦断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本形態の定量ポンプ装置１は、液体あるいは気体の定量吐出を行うポンプ装置であり、流入路１２Ａi、１２Ｂiおよび流出路１２Ａo、１２Ｂoに流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoが各々接続された２台の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂを備えている。２台の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂに対しては、流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoを介して接続する共通の流出路１２ｏに共通吐出口１３ｏが構成されている。また、本形態の定量ポンプ装置１では、２台の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂに対して流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiを介して接続する共通の流入路１２ｉに共通吸入口１３ｉが構成されている。ここで、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂは互いに同一の構成を有しているとともに、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoはいずれも同一の構成を有している。また、流入路１２Ａi、１２Ｂiは互いに同一の構成を有し、流出路１２Ａo、１２Ｂoは互いに同一の構成を有している。
【００１８】
本形態の定量ポンプ装置１は、例えば、図２に示すように、複数枚のプレートを積層した直方体形状の本体部分２と、この本体部分２に対してコネクタやケーブルを介して接続された制御装置３（制御部）とを備えている。本体部分２は、底板７５、ベース板７６、流路構成板７７、この流路構成板７７の上面を覆うことにより流路の上面を塞ぐ上板７８がこの順に積層され、上板７８には、共通吐出口１３ｏを構成するパイプ７８１、および共通吸入口１３ｉを構成するパイプ７８２が連結されている。
【００１９】
詳しくは後述するが、図３に示すように、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂはいずれも、ポンプ室２０に配置されたダイヤフラム弁１７０からなる弁体と、この弁体を駆動してポンプ室２０の内容積を収縮、膨張させるステッピングモータ（駆動源）を備えた駆動装置１０５とを備えており、ステッピングモータが一方方向に回転したときにポンプ室２０の内容積が拡大する方向にダイヤフラム弁１７０を駆動し、ステッピングモータが他方方向に回転したときにポンプ室２０の内容積が収縮する方向にダイヤフラム弁１７０を駆動する。ここで、ステッピングモータの１ステップ分に対応するポンプ室２０の内容積の変化量は、ポンプ室２０全体の内容積に対して１／１００以下である。
【００２０】
また、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoは、各々が弁体（ダイヤフラム弁２６０）およびリニアアクチュエータ２０１を備えたアクティブバルブであり、各々が独立して開閉動作を行う。
【００２１】
（動作）
図４は、本形態の定量ポンプ装置の動作を示すタイミングチャート図であり、かかる制御は、図２に示す制御装置３により行われる。
【００２２】
図４（ａ）には、２台の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂのうち、第１の往復ポンプ装置１０Ａにおいてステッピングモータによって弁体が駆動される様子を示してあり、波形が上向きの期間はポンプ室２０が収縮して流体が吐出され、波形が下向きの期間はポンプ室２０が膨張して液体が吸引される様子を示す。図４（ｂ）、（ｃ）には、第１の往復ポンプ装置１０Ａに対する流入側バルブ１１Ａiおよび流出側バルブ１１Ａoが駆動される様子を示してあり、波形が上向きの信号が入力されると、それ以降、波形が下向きの信号が入力されるまでバルブが開状態となり、波形が下向きの信号が入力されると、それ以降、波形が上向きの信号が入力されるまでバルブが閉状態となる。図４（ｄ）には、第２の往復ポンプ装置１０Ｂにおいてステッピングモータによって弁体が駆動される様子を示してあり、波形が上向きの期間はポンプ室２０が収縮して液体が吐出され、波形が下向きの期間はポンプ室２０が膨張して液体が吸引される様子を示す。図４（ｅ）、（ｆ）には、第２の往復ポンプ装置１０Ｂに対する流入側バルブ１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ｂoが駆動される様子を示してあり、波形が上向きの信号が入力されると、それ以降、波形が下向きの信号が入力されるまでバルブが開状態となり、波形が下向きの信号が入力されると、それ以降、波形が上向きの信号が入力されるまでバルブが閉状態となる。図４（ｇ）には、第１の往復ポンプ装置１０Ａおよび第２の往復ポンプ装置１０Ｂから吐出される液体の吐出量（共通吐出口１３ｏからの吐出量）を合成した結果を示し、図４（ｈ）には、第１の往復ポンプ装置１０Ａおよび第２の往復ポンプ装置１０Ｂに吸入される液体の吸入量を合成した結果（共通吸入口１３ｉからの吸入量）を示してある。
【００２３】
本形態においては、各時間毎の動作は後述するが、制御装置３は、まず、図４の上段に示すように、２台の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂ毎にタイミングをずらして吐出期間Ｔ１Ａ、Ｔ１Ｂと待機期間Ｔ２Ａ、Ｔ２Ｂとを設定するとともに、一方の往復ポンプ装置（例えば、第１の往復ポンプ装置１０Ａ）の吐出期間（例えば、吐出期間Ｔ１Ａ）の始期および終期に対して他方の往復ポンプ装置（例えば、第２の往復ポンプ装置１０Ｂ）の吐出期間（例えば、吐出期間Ｔ１Ｂ）の終期および始期を重畳させる。
【００２４】
また、制御装置３は、待機期間Ｔ２Ａ、Ｔ２Ｂにおいてポンプ室２０内への吸入動作を行った後、吐出期間Ｔ１Ａ、Ｔ１Ｂの前に、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoの双方を閉にしてポンプ室２０内の容積を収縮させて圧力差を解消する補正動作を行わせる。
【００２５】
図４において、まず、時間ｔ０までは、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂは停止状態にあって、各ポンプ室２０には液体（流体）を吸入し終えた状態にある。また、全てのバルブが閉状態にある。この状態で、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、時間ｔ０において、第１の往復ポンプ装置１０Ａに対する流出側バルブ１１Ａoが開状態になった後、時間ｔ１において、第１の往復ポンプ装置１０Ａで弁体がポンプ室２０を収縮する方向に駆動される結果、液体の吐出が開始される。かかる吐出は、時間ｔ８までの吐出期間Ｔ１Ａにおいて継続され、その間、第１の往復ポンプ装置１０Ａは液体を定量吐出する。
【００２６】
そして、時間ｔ８において、第１の往復ポンプ装置１０Ａに対する流出側バルブ１１Ａoが閉状態になって液体の吐出が停止された後、かかる停止は、時間ｔ１３までの待機期間Ｔ２Ａにおいて継続される。かかる待機期間Ｔ２Ａにおいては、時間ｔ９において第１の往復ポンプ装置１０Ａに対する流入側バルブ１１Ａiが開状態になった後、時間ｔ１０〜ｔ１１まで第１の往復ポンプ装置１０Ａで弁体がポンプ室２０を膨張する方向に駆動されて液体の吸入動作が行われる。
【００２７】
次に、時間ｔ１３において、再び、第１の往復ポンプ装置１０Ａに対する流出側バルブ１１Ａoが開状態になった後、時間ｔ１４において、再び、第１の往復ポンプ装置１０Ａで弁体がポンプ室２０を収縮する方向に駆動されて液体の吐出が開始される。かかる吐出は、時間ｔ２２までの吐出期間Ｔ１Ａにおいて継続され、その間、第１の往復ポンプ装置１０Ａは液体を定量吐出する。
【００２８】
そして、時間ｔ２２において、第１の往復ポンプ装置１０Ａに対する流出側バルブ１１Ａoが閉状態になって液体の吐出が停止された後、かかる停止は、時間ｔ２７までの待機期間Ｔ２Ａにおいて継続される。かかる待機期間Ｔ２Ａにおいては、時間ｔ２３において第１の往復ポンプ装置１０Ａに対する流入側バルブ１１Ａiが開状態になった後、時間ｔ２４〜ｔ２５まで第１の往復ポンプ装置１０Ａで弁体がポンプ室２０を膨張する方向に駆動されて液体の吸入動作が行われる。このような一連の動作は、その後、繰り返される。
【００２９】
一方、図４（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、第２の往復ポンプ装置１０Ｂでも同様な動作が行われるが、そのタイミングがずれている。従って、時間ｔ６において、第２の往復ポンプ装置１０Ｂに対する流出側バルブ１１Ｂoが開状態になった後、時間ｔ７において、第２の往復ポンプ装置１０Ｂで弁体がポンプ室２０を収縮する方向に駆動されて液体の吐出が開始される。かかる吐出は、時間ｔ１５までの吐出期間Ｔ１Ｂにおいて継続され、その間、第２の往復ポンプ装置１０Ｂは液体を定量吐出する。次に、時間ｔ１５において、第２の往復ポンプ装置１０Ｂに対する流出側バルブ１１Ｂoが閉状態になって液体の吐出が停止され、かかる停止は、時間ｔ２０までの待機期間Ｔ２Ｂにおいて継続される。かかる待機期間Ｔ２Ｂにおいては、時間ｔ１６において第２の往復ポンプ装置１０Ｂに対する流入側バルブ１１Ｂiが開状態になった後、時間ｔ１７〜ｔ１８まで第２の往復ポンプ装置１０Ｂで弁体がポンプ室２０を膨張する方向に駆動されて液体の吸入動作が行われる。このような一連の動作は、その後、繰り返される。
【００３０】
ここで、時間ｔ７〜ｔ８や時間ｔ２１〜ｔ２２のように、第１の往復ポンプ装置１０Ａの吐出期間Ｔ１Ａの終期と、第２の往復ポンプ装置１０Ｂの吐出期間Ｔ１Ｂの始期とは重畳し、時間ｔ１４〜ｔ１５のように、第２の往復ポンプ装置１０Ｂの吐出期間Ｔ１Ｂの終期と、第１の往復ポンプ装置１０Ａの吐出期間Ｔ１Ａの始期とは重畳している。このため、図４（ｈ）に示すように、液体の吸入は断続的に行われるが、図４（ｇ）に示すように、第１の往復ポンプ装置１０Ａおよび第２の往復ポンプ装置１０Ｂから吐出される液体の吐出量（共通吐出口からの吐出量）を合成した吐出速度（単位時間当たりの吐出量）は、常に一定である。
【００３１】
（圧力差に対する補正動作）
本形態の定量ポンプ装置１では、ポンプ室２０内と共通吐出口１３ｏ側との間に圧力差があると、流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoを開状態に切り換えた直後、ポンプ室２０から共通吐出口１３ｏ側への液体の流出、あるいは共通吐出口１３ｏ側からポンプ室２０への液体の流入が起こり、吐出量が変動する。
【００３２】
そこで、本形態では、定量ポンプ装置１の使用状況に基づいて、ポンプ室２０内の圧力よりも共通吐出口１３ｏ側の圧力が高いとして、制御装置３は条件設定されている。すなわち、制御装置３は、予め設定された条件に従って、待機期間Ｔ２Ａ、Ｔ２Ｂにおいて、ポンプ室２０内への吸入動作を行った後、吐出期間Ｔ１Ａ、Ｔ１Ｂの前に、期間ｔ５〜ｔ６、ｔ１２〜ｔ１３、ｔ１９〜ｔ２０では、流入側バルブ１１Ａiおよび流出側バルブ１１Ａoの双方（または流入側バルブ１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ｂoの双方）を閉にして第１の往復ポンプ装置１０Ａ（または第２の往復ポンプ装置１０Ｂ）のポンプ室２０内の容積を収縮する方向に弁体を駆動する補正動作を行わせる。例えば、待機期間Ｔ２Ａにおいて、ポンプ室２０内への吸入動作を行った後、吐出期間Ｔ１Ａの前に、期間ｔ５〜ｔ６、ｔ１９〜ｔ２０では、第１の往復ポンプ装置１０Ａに対する流入側バルブ１１Ａiおよび流出側バルブ１１Ａoの双方を閉にして第１の往復ポンプ装置１０Ａのポンプ室２０内の容積を収縮する方向に弁体を駆動し、ポンプ室２０内の圧力を高め、共通吐出口１３ｏ側との圧力差を解消する。また、待機期間Ｔ２Ｂにおいて、ポンプ室２０内への吸入動作を行った後、吐出期間Ｔ１Ｂの前に、期間ｔ１２〜ｔ１３では、第２の往復ポンプ装置１０Ｂに対する流入側バルブ１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ｂoの双方を閉にして第２の往復ポンプ装置１０Ｂのポンプ室２０内の容積を収縮する方向に弁体を駆動し、ポンプ室２０内の圧力を高め、共通吐出口１３ｏ側との圧力差を解消する。
【００３３】
なお、本形態では、ポンプ室２０内の圧力よりも共通吐出口１３ｏ側の圧力が高いとして、吐出前のポンプ室２０内の圧力を高めたが、ポンプ室２０内の圧力よりも共通吐出口１３ｏ側の圧力が低い場合には、図５に示すように、待機期間Ｔ２Ａ、Ｔ２Ｂにおいて、ポンプ室２０内への吸入動作を行った後、吐出期間Ｔ１Ａ、Ｔ１Ｂの前に、期間ｔ５〜ｔ６、ｔ１２〜ｔ１３、ｔ１９〜ｔ２０では、流入側バルブおよび流出側バルブの双方を閉にしてポンプ室２０内の容積を膨張する方向に弁体を駆動する補正動作を行えばよい。
【００３４】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の定量ポンプ装置１では、２台の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂを用い、一方の往復ポンプ装置の吐出期間の始期および終期に対して他方の往復ポンプ装置の吐出期間の終期および始期を重畳させるため、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂにおいて上死点あるいは下死点で吐出量が０になる点が存在する場合でも、全体としての吐出流量が常に一定となる。
【００３５】
また、吸入動作の後、吐出期間Ｔ１Ａ、Ｔ１Ｂの前に、流入側バルブおよび流出側バルブの双方を閉にしてポンプ室２０内の容積を膨張あるいは収縮させて圧力差を解消する補正動作Ｔ３Ａ、Ｔ３Ｂを行うため、流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoを挟む両側に圧力差がある場合でも、高い精度で定量吐出を行うことができる。それ故、弁体としてダイヤフラム弁を用いた場合には、ポンプ室２０の内圧と大気圧との圧力差によってダイヤフラム弁に不要な変形が発生することがあるが、本形態では、かかる変形を補正して吸引および吐出を行うことができ、吸引量および吐出量の精度が高い。
【００３６】
また、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂでは、駆動装置１０５に用いたステッピングモータに供給する信号パターンにより動作を制御するため、カム機構によって往復ポンプ装置の動作を制御する構成と違って、ステッピングモータに供給する信号パターンを変えるだけで弁体（ダイヤフラム弁１７０）の移動速度を容易に変更できるので、単位時間当たりの吐出量が少ない条件から多い条件にまで安定して対応することができる。また、単位時間当たりの吐出量が多い条件の場合でも、ダイヤフラム弁１７０の往復回数が少なくて済むため、定量ポンプ装置１の寿命が長い。
【００３７】
また、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoは、各々が独立して開閉動作を行うアクティブバルブであるため、流入側および流出側の双方が開状態になることを回避できる。従って、バルブ吸入口１３ｉ側が吐出口１３ｏ側よりも高圧であっても、順流が発生せず、定量ポンプ装置１は、常に定量吐出を行うことができる。また、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoの全てを開状態にして往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂを動作させれば、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂ内から液体を抜くことができる。それ故、凍結防止などを容易に行うことができる。
【００３８】
さらに、本形態の定量ポンプ装置１では、吸入側および吐出側が同一の構成であるので、吸入側と吐出側とを入れ換えて動作させることができる。従って、吐出側から吸入側に液体の回収を行うこともできる。
【００３９】
さらにまた、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂの駆動装置１０５には、駆動源としてステッピングモータが用いられ、このステッピングモータの１ステップ分に対応するポンプ室２０の内容積の変化量がポンプ室２０全体の内容積に対して１／１００以下である。このため、本形態の定量ポンプ装置１は分解能が高い。また、ステッピングモータは、通電を停止したときでも、保持力によってロータの位置保持を行うことができる。従って、ダイヤフラム弁１７０の位置保持を行う場合でも、ソレノイドなどと違って常時通電が不要であるので、低消費電力化を図ることができる。このような観点からすれば、ステッピングモータに代えて、ＡＣ同期モータを用いてもよい。
【００４０】
［実施の形態２］
実施の形態１では、予め、図４あるいは図５に示す補正動作を行うように設定したが、本形態では、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂのポンプ室２０内の圧力と共通吐出口１３ｏ側との間の圧力差を直接あるいは間接的に監視する監視装置を設け、制御装置３は、監視装置での監視結果に基づいて、ポンプ室２０内の圧力と共通吐出口側との間に圧力差があるときに、図４あるいは図５を参照して説明した補正動作を行わせる。
【００４１】
このような監視装置として、本形態では、図６に示すように、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂの各ポンプ室２０内の圧力を監視する第１の圧力センサ１４Ａ、１４Ｂと、共通吐出口１３ｏ側の圧力を監視する第２の圧力センサ１４ｏとを用いる。このように構成した監視装置では、例えば、ポンプ室２０内への吸入動作を終えた後、第１の圧力センサ１４Ａ、１４Ｂと第２の圧力センサ１４ｏでの検出結果とを比較して圧力差を監視する。そして、制御装置３は、その監視結果に基づいて、補正動作を図４に示す条件、および図５に示す条件のいずれの条件で行うかを決定する。また、ポンプ室２０内と共通吐出口側との間に圧力差がない場合には、補正動作を行わない。
【００４２】
［実施の形態３］
実施の形態１では、予め、図４あるいは図５に示す補正動作を行うように設定したが、本形態では、実施の形態２と同様、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂのポンプ室２０内の圧力と共通吐出口１３ｏ側との間の圧力差を直接あるいは間接的に監視する監視装置を設け、制御装置３は、監視装置での監視結果に基づいて、ポンプ室２０内の圧力と共通吐出口側との間に圧力差があるときに、図４あるいは図５を参照して説明した補正動作を行わせる。
【００４３】
このような監視装置として、本形態では、図７に示すように、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂの各ポンプ室２０内の圧力を監視する圧力センサ１４Ａ、１４Ｂを用いる。このように構成した監視装置では、例えば、時間ｔ１９において、ポンプ室２０内への吸入動作を終えた往復ポンプ装置１０Ｂのポンプ室２０に配置された圧力センサ１４Ｂでの検出結果と、往復ポンプ装置１０Ａのポンプ室２０に配置された圧力センサ１４Ａでの検出結果とを比較してポンプ室２０内と共通吐出口側との圧力差を監視する。時間ｔ１４において往復ポンプ装置１０Ａの圧力センサ１４Ａでの検出結果は、共通吐出口側の圧力と等しいからである。そして、制御装置３は、その監視結果に基づいて、時間ｔ１９〜ｔ２０で行う補正動作を図４に示す条件、および図５に示す条件のいずれの条件で行うかを決定する。また、ポンプ室２０内と共通吐出口側との間に圧力差がない場合には、補正動作を行わない。
【００４４】
（往復ポンプ装置の具体的構成例）
図３および図８を参照して、本形態の定量ポンプ装置に用いた往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂの具体的構成例を説明する。
【００４５】
図８は、本発明を適用した定量ポンプ装置に用いた往復ポンプ装置を縦に分割した状態の分解斜視図である。図３および図８に示すように、本形態の定量ポンプ装置１の本体部分２は、底板７５、ベース板７６、流路構成板７７、および上板７８がこの順に積層された構造を有しており、ベース板７６に形成された穴内に往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂが構成されている。本形態において、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂは、ポンプ室２０と、ポンプ室２０の内容積を膨張収縮させて液体の吸入および吐出を行うダイヤフラム弁１７０（弁体）と、ダイヤフラム弁１７０を駆動する駆動装置１０５とを備えている。
【００４６】
駆動装置１０５は、環状のステータ１２０と、このステータ１２０の内側に同軸状に配置された回転体１０３と、この回転体１０３の内側に同軸状に配置された移動体１６０と、回転体１０３の回転を移動体１６０を軸線方向に移動させる力に変換して移動体１６０に伝達する変換機構１４０とを備えている。ここで、駆動装置１０５は、ベース板７６に形成された空間内において、地板７９とベース板７６との間に搭載された状態にある。
【００４７】
駆動装置１０５において、ステータ１２０は、ボビン１２３に巻回されたコイル１２１、およびコイル１２１を覆うように配置された２枚のヨーク１２５からなるユニットが軸線方向に２段に積層された構造になっている。この状態で、上下２段のいずれのユニットにおいても、２枚のヨーク１２５の内周縁から軸線方向に突き出た極歯が周方向に交互に並んだ状態となり、ステッピングモータのステータとして機能する。
【００４８】
回転体１０３は、上方に開口するカップ状部材１３０と、このカップ状部材１３０の円筒状の胴部１３１の外周面に固着された環状のロータマグネット１５０とを備えている。カップ状部材１３０の底壁１３３の中央には、軸線方向上側に凹む凹部１３５が形成され、地板７９には、凹部１３５内に配置されたボール１１８を受ける軸受部７５１が形成されている。また、ベース板７６の上端側の内面には環状段部７６６が形成されている一方、カップ状部材１３０の上端部分には、胴部１３１の上端部分と環状のフランジ部１３４とによって、ベース板７６側の環状段部７６６に対向する環状段部が形成されており、これらの環状段部で区画形成された環状空間内には、環状のリテーナ１８１およびこのリテーナ１８１によって周方向に離間した位置に保持されたベアリングボール１８２からなる軸受１８０が配置されている。このようにして、回転体１０３は、軸線周りに回転可能な状態で本体部分２に支持された状態にある。
【００４９】
回転体１０３において、ロータマグネット１５０の外周面は、ステータ１２０の内周面に沿って周方向に並ぶ極歯に対向している。ここで、ロータマグネット１５０の外周面では、Ｓ極とＮ極が周方向に交互に並んでおり、ステータ１２０とカップ状部材１３０とはステッピングモータを構成している。
【００５０】
移動体１６０は、底壁１６１と、底壁１６１の中央から軸線方向に突き出た円筒部１６３と、この円筒部１６３の周りを囲むように円筒状に形成された胴部１６５とを備えており、胴部１６５の外周には雄ネジ１６７が形成されている。
【００５１】
本形態では、回転体１０３の回転によって移動体１６０を軸線方向で往復移動させるための変換機構１４０を構成するにあたって、カップ状部材１３０の胴部１３１の内周面には、周方向に離間する４箇所に雌ネジ１３７を形成する一方、移動体１６０の胴部１６５の外周面には、カップ状部材１３０の雌ネジ１３７に係合して動力伝達機構１４１を構成する雄ネジ１６７が形成されている。従って、雄ネジ１６７と雌ネジ１３７とが噛み合うようにカップ状部材１３０の内側に移動体１６０を配置すれば、移動体１６０はカップ状部材１３０の内側に支持された状態となる。また、移動体１６０の底壁１６１には、周方向に６個の長穴１６９が貫通穴として形成されている一方、ベース板７６からは６本の突起７６９が延びて、突起７６９の下端部が長穴１６９に嵌ることにより、供回り防止機構１４９が構成されている。すなわち、カップ状部材１３０が回転した際、移動体１６０は、突起７６９と長穴１６９からなる供回り防止機構１４９によって回転が阻止されているので、カップ状部材１３０の回転は、その雌ネジ１３７および移動体１６０の雄ネジ１６７からなる動力伝達機構１４１を介して移動体１６０に伝達される結果、移動体１６０は、回転体１０３の回転方向に応じて軸線方向の一方側および他方側に直線移動することになる。
【００５２】
移動体１６０には、ダイヤフラム弁１７０が直接、連結されている。ダイヤフラム弁１７０は、底壁１７１と、底壁１７１の外周縁から軸線方向に立ち上がる円筒状の胴部１７３と、この胴部１７３の上端から外周側に広がるフランジ部１７５とを備えたカップ形状を有しており、底壁１７１の中央部分が、移動体１６０の円筒部１６３に被さった状態で、それらの上下方向から、止めネジ１７８とキャップ１７９とに固定されている。また、ダイヤフラム弁１７０のフランジ部１７５の外周縁は、液密性と位置決めとして機能する肉厚部になっており、この肉厚部は、流路構成板７７の貫通穴２１の周囲において、ベース板７６と流路構成板７７との間に固定されている。このようにして、ダイヤフラム１７０は、ポンプ室２０の下面を規定し、かつ、ポンプ室２０の周りにおいてベース板７６と流路構成板７７との間の液密を確保している。
【００５３】
この状態で、ダイヤフラム弁１７０の胴部１７３は、断面Ｕ字状に折り返された状態にあり、折り返し部分１７２は、移動体１６０の位置によって形状が変化することになる。しかるに本形態では、移動体１６０の円筒部１６３の外周面からなる第１の壁面１６８と、ベース板７６から延びた突起７６９の内周面からなる第２の壁面７６８との間に構成された環状空間内に、ダイヤフラム弁１７０の断面Ｕ字状の折り返し部分１７２を配置してある。従って、ダイヤフラム弁１７０はいずれの状態にあっても、折り返し部分１７２は、環状空間内に保持された状態のまま、第１の壁面１６８および第２の壁面７６８に沿って展開あるいは巻き上げるように変形する。
【００５４】
また、カップ状部材１３０の底壁１３３には、周方向における２７０°の角度範囲にわたって１本の溝１３６が形成されている一方、移動体１６０の底面からは下方に向けて突起（図示せず）が形成されている。ここで、移動体１６０は、軸線回りに回転しないが、軸線方向に移動するのに対して、回転体１０３は、軸線回りに回転するが、軸線方向に移動しない。従って、突起と溝１３６は、回転体１０３および移動体１６０の停止位置を規定するストッパとして機能する。すなわち、溝１３６は、周方向において深さが変化しており、移動体１６０が軸線方向の下方に移動すると、突起が溝１３６内に嵌るとともに、回転体１０３の回転により溝１３６の端部が突起に当接する。その結果、回転体１０３の回転が阻止され、回転体１０３および移動体１６０の停止位置、すなわちダイヤフラム弁１７０の内容積の最大膨張位置が規定されることになる。
【００５５】
このように構成した往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂにおいて、駆動装置１０５では、ステッピングモータが一方方向に回転したときにポンプ室２０の内容積が拡大する方向にダイヤフラム弁１７０を駆動し、ステッピングモータが他方方向に回転したときにポンプ室２０の内容積が縮小する方向にダイヤフラム弁１７０を駆動する。すなわち、ステータ１２０のコイル１２１に給電すると、カップ状部材１３０が回転し、その回転が変換機構１４０を介して移動体１６０に伝達される。従って、移動体１６０は軸線方向で往復直線運動を行う。その結果、ダイヤフラム弁１７０が移動体１６０の移動に合わせて変形し、ポンプ室２０の内容積を膨張、収縮させるので、ポンプ室２０では、流入路１２Ａi、１２Ｂiからの液体の流入と、流出路１２Ａo、１２Ｂoに向けての液体の流出が行われる。
【００５６】
このように本形態の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂでは、ステッピングモータ機構による回転体１０３の回転を、雄ネジ１６７および雌ネジ１３７からなる動力伝達機構１４１を利用した変換機構１４０を介して移動体１６０に伝達して、ダイヤフラム弁１７０が固定された移動体１６０を往復直線運動させる。このため、駆動装置１０５からダイヤフラム弁１７０まで、必要最小限の部材で動力を伝達するので、往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂの小型化、薄型化および低コスト化を図ることができる。また、動力伝達機構１４１における雄ネジ１６７および雌ネジ１３７のリード角を小さく、あるいは駆動側のステータの極歯を増加することで、移動体１６０の微小送りを行うことができる。従って、ポンプ室２０の容積を厳密に制御できるので、高い精度で定量吐出を行うことができる。
【００５７】
また、本形態ではダイヤフラム弁１７０を用いているが、このダイヤフラム弁１７０の折り返し部分１７２は、環状空間内に保持された状態のまま、第１の壁面１６８および第２の壁面７６８に沿って展開あるいは巻き上げるように変形し、無理な摺動が発生しない。従って、無駄な負荷が発生せず、かつ、ダイヤフラム弁１７０の寿命が長い。また、ダイヤフラム弁１７０は、ポンプ室２０の液体から圧力を受けても、変形しない。それ故、本形態の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂによれば、高い精度で定量吐出を行うことができ、かつ、信頼性も高い。
【００５８】
さらに、回転体１０３は、本体部分２に対してベアリングボール１８２を介して軸線周りに回転可能に支持されているため、摺動ロスが小さく、かつ、回転体１０３は軸線方向に安定して保持されるので、軸線方向における推力が安定している。それ故、駆動装置１０５の小型化、耐久性の向上、吐出性能の向上を図ることができる。
【００５９】
なお、上記形態では、変換機構１４０の動力伝達機構１４１としてネジを利用したが、カム溝を利用してもよい。さらに、上記形態では弁体として、カップ状のダイヤフラム弁を用いたが、その他の形状のダイヤフラム弁、あるいはＯリングを備えたピストンを用いてもよい。
【００６０】
［アクティブバルブの具体的構成例］
図３および図９を参照して、本形態の定量ポンプ装置において流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoとして用いたアクティブバルブの具体的構成例を説明する。図９は、本発明を適用した定量ポンプ装置１において、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoとして用いたアクティブバルブの縦断面を示す説明図である。
【００６１】
図３および図９において、アクティブバルブは、駆動源となるステッピングモータ３０１と、流入口３０８ａおよび流出口３０８ｂを備えている。ステッピングモータ３０１の回転軸３０１ａには、例えば右ネジからなるリードスクリュー３０２が圧入固定されており、このリードスクリュー３０２は、ステッピングモータ３０１の回転方向と同方向に回転する。リードスクリュー３０２には、バルブ保持部材３０３の雌ネジ３０３ａがネジ勘合されている。従って、ステッピングモータ３０１がリードスクリュー３０２側からみてＣＣＷの方向（反時計回り）に回転すると、バルブ保持部材３０３はステッピングモータ３０１に近寄る一方で、ステッピングモータ３０１がリードスクリュー３０２側からみてＣＷの方向（時計回り）に回転すると、バルブ保持部材３０３はステッピングモータ３０１から遠ざかることになる。すなわち、リードスクリュー３０２の回転は、リードスクリュー３０２とバルブ保持部材３０３とが螺子結合によって係合し、かつ、バルブ保持部材３０３が回止めされているため、直動に変換される。
【００６２】
バルブ保持部材３０３の外周側にはスプリング受部３０３ｂが同心状に設けられており、このスプリング受部３０３ｂとステッピングモータ３０１によって、スプリング３０４が保持されている。スプリング３０４は圧縮コイルバネからなり、バルブ保持部材３０３をステッピングモータ３０１から離反する方向に付勢している。なお、本実施形態では、圧縮コイルバネを採用したが、例えば「引っ張りコイルバネ」を採用することもできる。この場合、バルブ保持部材３０３のスプリング受け部３０３ｂの反対面に、引っ張りコイルバネを保持することができる。
【００６３】
バルブ保持部材３０３の中央部には、凸形状のダイヤフラム保持部３０３ｃが設けられており、このダイヤフラム保持部３０３ｃは、ダイヤフラム弁２６０のアンダーカット部２６０ａと勘合している。ここで、ダイヤフラム弁２６０は、外周部２６０ｂがベース板７６と流路構成板７７とに挟み込まれて固定され、かつ、外周側のビード２６０ｅも挟み込み固定されている。ビード２６０ｅは、流体がベース板７６と流路構成板７７との隙間から漏れ出るのを防ぎ、シール性の向上に貢献している。また、ダイヤフラム弁２６０の膜部２６０ｃは変形し易いため、応力が集中しないように円弧状に形成されている。なお、ダイヤフラム弁２６０は、アンダーカット部２６０ａと反対側で流路構成板７７と当接する部分にも同心状にビード部２６０ｄが形成されている。
【００６４】
このように構成したパッシブバルブでは、スプリング３０４によって、バルブ保持部材３０３がステッピングモータ３０１から離反する方向に付勢されている。従って、バルブ保持部材３０３が直動動作しているときには、リードスクリュー３０２のネジ部におけるステッピングモータ３０１側の斜面とバルブ保持部材３０３の雌ネジ３０３ａにおけるステッピングモータ３０１側と反対側の斜面とが接触した状態、すなわちリードスクリュー３０２とバルブ保持部材３０３とが係合した状態で保たれる。これに対して、穴２７７がダイヤフラム弁２６０によって閉鎖されているときには、スプリング３０４の付勢力と、ダイヤフラム弁２６０が流路構成板７７から受ける反作用の力とが釣り合ってリードスクリュー２０２のネジ部におけるステッピングモータ３０１側と反対側の斜面と、バルブ保持部材３０３の雌ネジ３０３ａにおけるステッピングモータ３０１側の斜面とが接触していない状態、すなわちリードスクリュー３０２とバルブ保持部材３０３とが遊びとの間で非係合となった状態で保たれ、ダイヤフラム弁２６０は、スプリング３０４によって穴２７７を閉鎖する方向に付勢される。従って、穴２７７を確実に閉鎖することができる。
【００６５】
［アクティブバルブの別の具体的構成例］
図３および図１０を参照して、本形態の定量ポンプ装置において流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoとして用いたアクティブバルブの別の具体的構成例を説明する。
【００６６】
図９は、本発明を適用した定量ポンプ装置１において、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoとして用いたアクティブバルブの縦断面を斜め上方からみたときの説明図である。図３および図９に示すように、流入側バルブ１１Ａi、１１Ｂiおよび流出側バルブ１１Ａo、１１Ｂoとして用いたアクティブバルブは、ベース板７６の穴７６５内にリニアアクチュエータ２０１を備えており、このリニアアクチュエータ２０１は、円筒状の固定体２０３と、この固定体２０３の内側に配置された略円柱状の可動体２０５とを有している。固定体２０３は、ボビン２３１に環状に巻回されたコイル２３３と、コイル２３３の外周面からコイル２３３の軸線方向の両側を回りこんで一方の先端部２３６ａと他方の先端部２３６ｂがコイル２３３の内周側でスリット２３７を介して軸線方向で対向する固定体側ヨーク２３５を備えている。可動体２０５は、円板状の第１の可動体側ヨーク２５１と、この第１の可動体側ヨーク２５１に対して軸線方向の両側に積層された一対の磁石２５３ａ、２５３ｂとを有している。一対の磁石２５３ａ、２５３ｂとしては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系やＳｍ−Ｃｏ系の希土類磁石、あるいは樹脂磁石を用いることがきる。また、可動体２０５において、一対の磁石２５３ａ、２５３ｂの各々には、第１の可動体側ヨーク２５１とは反対側の端面に第２の可動体側ヨーク２５５ａ、２５５ｂが積層されている。
【００６７】
一対の磁石２５３ａ、２５３ｂは、いずれも軸線方向に着磁されており、第１の可動体側ヨーク２５１の方に同極を向けている。以下、本形態では、一対の磁石２５３ａ、２５３ｂは各々、第１の可動体側ヨーク２５１の方にＮ極を向け、軸線方向における外側にＳ極を向けているものとして説明するが、着磁方向についてはその逆であってもよい。
【００６８】
ここで、第１の可動体側ヨーク２５１の外周面は、一対の磁石２５３ａ、２５３ｂの外周面から外周側に張り出している。また、第２の可動体側ヨーク２５５ａ、２５５ｂの外周面も、一対の磁石２５３ａ、２５３ｂの外周面から外周側に張り出している。
【００６９】
なお、第１の可動体側ヨーク２５１の軸線方向における両端面には凹部が形成され、これらの凹部に対して一対の磁石２５３ａ、２５３ｂが各々嵌め込まれ、接着剤などで固定されている。なお、第１の可動体側ヨーク２５１、一対の磁石２５３ａ、２５３ｂ、および第２の可動体側ヨーク２５５ａ、２５５ｂの固定については、接着、圧入、あるいはそれらを併用して一体化した構成を採用すればよい。
【００７０】
また、固定体２０３の軸線方向における両側の開口部には軸受板２７１ａ、２７１ｂ（軸受部材）が固定されており、第２の可動体側ヨーク２５５ａ、２５５ｂから軸線方向の両側に突き出た支軸２５７ａ、２５７ｂは、いずれも軸受板２７１ａ、２７１ｂの穴に摺動自在に挿入されている。このようにして、可動体２０５は、軸線方向に往復移動可能な状態で固定体２０３に支持されている。この状態で、可動体２０５は、外周面が固定体２０３の内周面に所定の隙間を介して対向し、かつ、固定体側ヨーク２３５の先端部２３６ａ、２３６ｂ同士は、第１の可動体側ヨーク２５１の外周面とコイル２３３の内周面との隙間内で軸線方向に対向する状態にある。また、可動体２０５と固定体側ヨーク２３５との間には間隙が確保されている。なお、第２の可動体側ヨーク２５５ａ、２５５ｂと支軸２５７ａ、２５７ｂとの固定には、接着、圧入、あるいはそれらを併用して一体化した構成を採用すればよい。
【００７１】
このように構成したリニアアクチュエータ２０１において、本形態では、一方の支軸２５７ｂの先端部には軸体２５９が連結され、この軸体２５９に対して、弁室２７０に配置されたダイヤフラム弁２６０の中央部分が接続されている。ダイヤフラム弁２６０の外周側には、液密性と位置決めとして機能する環状肉厚部２６１が形成されており、ダイヤフラム弁２６０において、この環状肉厚部２６１を含む外周側がベース板７６と流路構成板７７との間に挟まれて液密が確保されている。
【００７２】
このように構成したリニアアクチュエータ２０１において、図面に向かって右側では向こう側から手前側に向かってコイル２３３に電流が流れ、図面に向かって左側では手前側から向こう側にコイル３３に電流を流れる期間では、可動体２０５が、矢印Ａで示すように、ローレンツ力により軸線方向において推力を受けて移動する。その結果、流路の途中部分を構成する穴２７７を塞ぎ、流路を遮断する。これに対して、コイル２３３への通電方向を反転させると、可動体２０５は、矢印Ｂで示すように、軸線方向に沿って下降し、流路の途中部分を構成する穴２７７を開放する。
【００７３】
なお、本形態のリニアアクチュエータ２０１では、可動体２０５を磁力で推進するとともに、軸線方向の一方側において、軸受板２７１ａと第２の可動体側ヨーク２５５ａとの間に、付勢部材としての円錐台形状のコイルバネ２９１を配置してある。従って、可動体２０５が下降する際には、圧縮バネを変形させながら移動し、可動体２０５が上昇する際には、圧縮バネの形状復帰力が補助して、高速で移動する。
【００７４】
なお、弁体については、ダイヤフラム弁２６０に限らず、ベローズ弁、その他の弁体を用いてもよい。また、支軸２５７ａ、２５７ｂと弁体については別体のものを結合させた構成であっても、支軸２５７ａ、２５７ｂと弁体が一体に形成されている構成であってもよい。
【００７５】
以上説明したように、本形態では、可動体２０５において一対の磁石２５３ａ、２５３ｂは各々、同極を向けており、磁気的反発力が作用しているが、磁石２５３ａ、２５３ｂの間に第１の可動体側ヨーク２５１が配置されているため、一対の磁石２５３ａ、２５３ｂを同極を向けた状態で固定することができる。
【００７６】
また、可動体２０５において一対の磁石２５３ａ、２５３ｂは各々、同極を第１の可動体側ヨーク２５１に向けているため、第１の可動体側ヨーク２５１からは、半径方向に強い磁束が発生する。従って、第１の可動体側ヨーク２５１とコイル２３３の周面同士を対向させておけば、可動体２０５に大きな推力を付与することができる。
【００７７】
さらに、磁石２５３ａ、２５３ｂを軸線方向で着磁すればよいので、磁石２５３ａ、２５３ｂを半径方向に着磁する場合と違って、小型化した場合でも着磁が容易であり、量産に適している。
【００７８】
しかも、本形態では、第１の可動体側ヨーク２５１の外周面が、一対の磁石２５３ａ、２５３ｂの外周面から外周側に張り出しているため、固定体側ヨーク２３５を設けた場合でも、可動体２０５に対して軸線方向と垂直方向に作用する磁気吸引力を小さくできる。同様に、第２の可動体側ヨーク２５５ａ、２５５ｂの外周面が、一対の磁石２５３ａ、２５３ｂの外周面から外周側に張り出しているため、固定体側ヨーク２３５を設けた場合でも、可動体２０５に対して軸線方向と垂直方向に作用する磁気吸引力を小さくできる。従って、組み立て作業を行いやすく、かつ、可動体２０５が傾きにくいという利点がある。
【００７９】
また、本形態において、磁石２５３ａ、２５３ｂをコイル３３の外周側に配置したため、コイル２３３よりも磁石２５３ａ、２５３ｂを外側に配置した場合と比較して、磁石２５３ａ、２５３ｂが小さくてよいので、アクティブバルブを安価に構成できる。また、コイル２３３を外側に配置したので、固定側ヨークのみで磁路を閉じることができる。
【００８０】
さらに、固定体２０３において、軸線方向に開口する開口部には支軸２５７ａ、２５７ｂを軸線方向に移動可能に支持する軸受板２７１ａ、２７１ｂが保持されているため、軸受部材を別途、配置する必要がない。また、固定体２０３を基準に軸受板２７１ａ、２７１ｂを固定できるので、支軸２５７ａ、２５７ｂが傾かないという利点がある。
【００８１】
［定量ポンプ装置の用途］
本発明を適用した定量ポンプ装置１は、例えば、各種の燃料電池の改質器に水を定量供給するのに用いられる。また、本発明を適用した定量ポンプ装置１は、ディーゼル機関の排気ガスから窒素酸化物を分解、除去するための改質器への尿素水溶液の定量供給、点滴液の送液用などに用いることもできる。特に吸入側と吐出側との間に圧力差が大きい技術分野において定量吐出を行うのに適している。
【００８２】
［その他の実施の形態］
上記形態では、２台の往復ポンプ装置１０Ａ、１０Ｂを用いたが、３台以上の往復ポンプ装置を用いた定量ポンプ装置に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る定量ポンプ装置の基本構成を示す概念図である。
【図２】図１に示す定量ポンプ装置の構成例を示す斜視図である。
【図３】図２に示す定量ポンプ装置の本体部分の縦断面図である。
【図４】本発明を適用した定量ポンプ装置の動作を示すタイミングチャート図である。
【図５】本発明を適用した定量ポンプ装置の動作を示す別のタイミングチャート図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る定量ポンプ装置の基本構成を示す概念図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る定量ポンプ装置の基本構成を示す概念図である。
【図８】本発明を適用した定量ポンプ装置に用いた往復ポンプ装置を縦に分割した状態の分解斜視図である。
【図９】本発明を適用した定量ポンプ装置において、流入側バルブおよび流出側バルブとして用いたアクティブバルブの縦断面を示す説明図である。
【図１０】本発明を適用した定量ポンプ装置において、流入側バルブおよび流出側バルブとして用いた別のアクティブバルブの縦断面を斜め上方からみたときの説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
１・・定量ポンプ装置
１０Ａ、１０Ｂ・・往復ポンプ装置
１１Ａi、１１Ｂi・・流入側バルブ
１１Ａo、１１Ｂo・・流出側バルブ
１２Ａi、１２Ｂi、１２i・・流入路
１２Ａo、１２Ｂo、１２o・・流出路
１３o・・共通吐出口
１３i・・共通吸入口
１４Ａ、１４Ｂ、１４o・・圧力センサ（監視装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入側および流出側に流入側バルブおよび流出側バルブが各々接続された往復ポンプ装置を複数、備えるとともに、当該複数の往復ポンプ装置に対して前記流出側バルブを介して接続する共通吐出口を備えた定量ポンプ装置において、
前記流入側バルブ、前記流出側バルブおよび前記往復ポンプ装置を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記複数の往復ポンプ装置毎にタイミングをずらして吐出期間と待機期間とを設定するとともに、当該吐出期間の始期および終期に対して他の往復ポンプ装置の前記吐出期間の終期および始期を重畳させ、前記待機期間においてポンプ室内への吸入動作を行った後、前記吐出期間の前に、前記流入側バルブおよび前記流出側バルブの双方を閉にしてポンプ室内の容積を膨張あるいは収縮させてポンプ室内の圧力と共通吐出口側との間の圧力差を解消する補正動作を行わせることを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項２】
請求項１において、前記複数の往復ポンプ装置に対して前記流入側バルブを介して接続する共通吸入口を備えていることを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記往復ポンプ装置は、駆動源がステッピングモータあるいはＡＣ同期モータであることを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項４】
請求項１または２において、前記往復ポンプ装置は、駆動源がステッピングモータであり、
当該ステッピングモータの１ステップ分に対応するポンプ室の内容積の変化量がポンプ室全体の内容積に対して１／１００以下であることを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記往復ポンプ装置のポンプ室内の圧力と前記共通吐出口側との間の圧力差を直接あるいは間接的に監視する監視装置を備え、
前記制御部は、前記監視装置での監視結果に基づいて、ポンプ室内の圧力と前記共通吐出口側との間に圧力差があるときに前記補正動作を行わせることを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項６】
請求項５において、前記監視装置は、前記複数の往復ポンプ装置の各ポンプ室内の圧力を監視する複数の第１の圧力センサと、前記共通吐出口側の圧力を監視する第２の圧力センサとを備え、前記第１の圧力センサと前記第２の圧力センサでの検出結果とを比較して前記圧力差を監視することを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項７】
請求項５において、前記監視装置は、前記複数の往復ポンプ装置の各ポンプ室内の圧力を監視する複数の圧力センサを備え、当該複数の往復ポンプ装置のうち、前記吸入動作を行った往復ポンプ装置のポンプ室に配置された圧力センサでの検出結果と、前記出力側バルブが開状態になっている往復ポンプ装置のポンプ室に配置された圧力センサでの検出結果とを比較して前記圧力差を監視することを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、前記往復ポンプ装置の台数は２台であり、
前記制御装置は、前記吸入動作を行う際のポンプ室の膨張速度を前記吐出期間におけるポンプ室の収縮速度よりも高く設定することを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項９】
流入側および流出側に流入側バルブおよび流出側バルブが各々接続された往復ポンプ装置を複数、備えるとともに、当該複数の往復ポンプ装置に対して前記流出側バルブを介して接続する共通吐出口を備えた定量ポンプ装置において、
さらに、前記複数の往復ポンプ装置の各ポンプ室内の圧力を監視する圧力センサを備えていることを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項１】
流入側および流出側に流入側バルブおよび流出側バルブが各々接続された往復ポンプ装置を複数、備えるとともに、当該複数の往復ポンプ装置に対して前記流出側バルブを介して接続する共通吐出口を備えた定量ポンプ装置において、
前記流入側バルブ、前記流出側バルブおよび前記往復ポンプ装置を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記複数の往復ポンプ装置毎にタイミングをずらして吐出期間と待機期間とを設定するとともに、当該吐出期間の始期および終期に対して他の往復ポンプ装置の前記吐出期間の終期および始期を重畳させ、前記待機期間においてポンプ室内への吸入動作を行った後、前記吐出期間の前に、前記流入側バルブおよび前記流出側バルブの双方を閉にしてポンプ室内の容積を膨張あるいは収縮させてポンプ室内の圧力と共通吐出口側との間の圧力差を解消する補正動作を行わせることを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項２】
請求項１において、前記複数の往復ポンプ装置に対して前記流入側バルブを介して接続する共通吸入口を備えていることを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記往復ポンプ装置は、駆動源がステッピングモータあるいはＡＣ同期モータであることを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項４】
請求項１または２において、前記往復ポンプ装置は、駆動源がステッピングモータであり、
当該ステッピングモータの１ステップ分に対応するポンプ室の内容積の変化量がポンプ室全体の内容積に対して１／１００以下であることを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記往復ポンプ装置のポンプ室内の圧力と前記共通吐出口側との間の圧力差を直接あるいは間接的に監視する監視装置を備え、
前記制御部は、前記監視装置での監視結果に基づいて、ポンプ室内の圧力と前記共通吐出口側との間に圧力差があるときに前記補正動作を行わせることを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項６】
請求項５において、前記監視装置は、前記複数の往復ポンプ装置の各ポンプ室内の圧力を監視する複数の第１の圧力センサと、前記共通吐出口側の圧力を監視する第２の圧力センサとを備え、前記第１の圧力センサと前記第２の圧力センサでの検出結果とを比較して前記圧力差を監視することを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項７】
請求項５において、前記監視装置は、前記複数の往復ポンプ装置の各ポンプ室内の圧力を監視する複数の圧力センサを備え、当該複数の往復ポンプ装置のうち、前記吸入動作を行った往復ポンプ装置のポンプ室に配置された圧力センサでの検出結果と、前記出力側バルブが開状態になっている往復ポンプ装置のポンプ室に配置された圧力センサでの検出結果とを比較して前記圧力差を監視することを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、前記往復ポンプ装置の台数は２台であり、
前記制御装置は、前記吸入動作を行う際のポンプ室の膨張速度を前記吐出期間におけるポンプ室の収縮速度よりも高く設定することを特徴とする定量ポンプ装置。
【請求項９】
流入側および流出側に流入側バルブおよび流出側バルブが各々接続された往復ポンプ装置を複数、備えるとともに、当該複数の往復ポンプ装置に対して前記流出側バルブを介して接続する共通吐出口を備えた定量ポンプ装置において、
さらに、前記複数の往復ポンプ装置の各ポンプ室内の圧力を監視する圧力センサを備えていることを特徴とする定量ポンプ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−２９１８５７（Ｐ２００７−２９１８５７Ａ）
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１７１９４（Ｐ２００６−１１７１９４）
【出願日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【Ｆターム（参考）】
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