特開 2023-42357 ＤＣポンプの制御装置、制御プログラムおよび制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023042357

(43)【公開日】2023-03-27

(54)【発明の名称】ＤＣポンプの制御装置、制御プログラムおよび制御方法

(51)【国際特許分類】

   F04B 49/06 20060101AFI20230317BHJP

   H02K 33/02 20060101ALI20230317BHJP

   H02P 29/024 20160101ALI20230317BHJP

【ＦＩ】

F04B49/06 321Z

H02K33/02 A

H02P29/024

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021149610

(22)【出願日】2021-09-14

(71)【出願人】

【識別番号】000114891

【氏名又は名称】ヤマト科学株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】飯塚 大臣

(72)【発明者】

【氏名】王 化剛

(72)【発明者】

【氏名】松澤 宏哉

(72)【発明者】

【氏名】梶原 哲男

【テーマコード（参考）】

3H145

5H501

5H633

【Ｆターム（参考）】

3H145AA03

3H145AA23

3H145AA42

3H145BA19

3H145CA21

3H145DA08

5H501AA05

5H501CC01

5H501HB16

5H501LL44

5H501LL51

5H501MM09

5H633BB07

5H633BB10

5H633GG02

5H633JA02

(57)【要約】

【課題】通常使用時における流量を保持すると共に、低出力時の脈動を抑制し、必要量の精密な送液を行うことができるＤＣポンプの制御装置、制御プログラムおよび制御方法を提供する。
【解決手段】ＤＣポンプ５００の通常運転状態において所定のＰＷＭ信号から成る第１制御信号Ｐ１を用いてアクチュエータ３００の駆動をＰＷＭ制御するアクチュエータ制御手段２０１と、ＤＣポンプの動作の不安定状態を検出する不安定状態検出手段２０２と、不安定状態検出手段によって不安定状態が検出された場合に、第１制御信号について所定の可変周期によるＰＷＭ制御を行って第２制御信号Ｐ２を生成する制御信号生成手段２０３と、不安定状態が検出された状態において、制御信号生成手段で生成された第２制御信号をアクチュエータ制御手段に入力してＤＣポンプを周期的にオン、オフさせて精密な送液を行う精密送液手段２０４と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

送液を行うＤＣポンプが備えるアクチュエータの駆動を制御するＤＣポンプの制御装置であって、
前記ＤＣポンプの通常運転状態において所定のＰＷＭ信号から成る第１制御信号を用いて前記アクチュエータの駆動をＰＷＭ制御するアクチュエータ制御手段と、
前記ＤＣポンプの動作の不安定状態を検出する不安定状態検出手段と、
前記不安定状態検出手段によって前記不安定状態が検出された場合に、前記第１制御信号について所定の可変周期によるＰＷＭ制御を行って第２制御信号を生成する制御信号生成手段と、
前記不安定状態が検出された状態において、前記制御信号生成手段で生成された第２制御信号を前記アクチュエータ制御手段に入力して前記ＤＣポンプを周期的にオン、オフさせて精密な送液を行う精密送液手段と、
を備えることを特徴とするＤＣポンプの制御装置。

【請求項2】

前記アクチュエータは、送液を行うダイヤフラム機構を駆動するＤＣモータを含むことを特徴とする請求項１に記載のＤＣポンプの制御装置。

【請求項3】

前記制御信号生成手段は、前記第２制御信号の１パルスが、前記ＤＣポンプが安定的に動作する範囲内の最低出力となるように前記第２制御信号を生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＤＣポンプの制御装置。

【請求項4】

前記第２制御信号は、デューティ比が異なる複数種のＰＷＭ制御波形を含むことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載のＤＣポンプの制御装置。

【請求項5】

前記不安定状態検出手段で検出される前記不安定状態は、前記ＤＣポンプによる送液の脈動状態が所定の基準値を超えた状態、或いは前記ＤＣポンプによる送液が停止した状態を含むことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載のＤＣポンプの制御装置。

【請求項6】

送液を行うＤＣポンプが備えるアクチュエータの駆動を制御するＤＣポンプの制御プログラムであって、
前記ＤＣポンプの通常運転状態において所定のＰＷＭ信号から成る第１制御信号を用いて前記アクチュエータの駆動をＰＷＭ制御するアクチュエータ制御ステップと、
前記ＤＣポンプの動作の不安定状態を検出する不安定状態検出ステップと、
前記不安定状態検出ステップで前記不安定状態が検出された場合に、前記第１制御信号について所定の可変周期によるＰＷＭ制御を行って第２制御信号を生成する制御信号生成ステップと、
前記不安定状態が検出された状態において、前記制御信号生成ステップで生成された第２制御信号を入力して前記ＤＣポンプを周期的にオン、オフさせて精密な送液を行う精密送液ステップと、
を有し、前記ＤＣポンプの制御部が備えるコンピュータで実行されることを特徴とするＤＣポンプの制御プログラム。

【請求項7】

送液を行うＤＣポンプが備えるアクチュエータの駆動を制御するＤＣポンプの制御方法であって、
前記ＤＣポンプの通常運転状態において所定のＰＷＭ信号から成る第１制御信号を用いて前記アクチュエータの駆動をＰＷＭ制御するアクチュエータ制御過程と、
前記ＤＣポンプの動作の不安定状態を検出する不安定状態検出過程と、
前記不安定状態が検出された場合に、前記第１制御信号について所定の可変周期によるＰＷＭ制御を行って第２制御信号を生成する制御信号生成過程と、
前記不安定状態が検出された状態において、前記制御信号生成過程で生成された第２制御信号を入力して前記ＤＣポンプを周期的にオン、オフさせて精密な送液を行う精密送液過程と、
を有することを特徴とするＤＣポンプの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば純水製造装置、純水採水装置等に搭載されるＤＣポンプの制御装置、制御プログラムおよび制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

研究機関などにおいて、ダイヤフラム式等のＤＣポンプ（直流式液体ポンプなどとも呼称される）が搭載された純水製造装置などが用いられている。

【0003】

このような純水製造装置および制御方法に関する技術は種々提案されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－７５９１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上述のような純水製造装置などには、精密な実験等を行うために、採水流量を滴下レベルまで低下させ、必要量の精密な採水を行うことができる機能が求められる。

【0006】

ここで、純水製造装置等に搭載されているＤＣポンプ（ダイヤフラム式）を一般的なＰＷＭ（パルス幅変調）制御で駆動した際に、所定の出力を下回るとＤＣポンプの脈動によって、送液が途切れるようになる。そして、さらに出力を下げると、ＤＣポンプに電圧を印加しているにも関わらずＤＣポンプ自体が動作しなくなるという問題を生じることが分かった。

【0007】

なお、脈動自体はＤＣポンプの二次側に減圧弁を設置するなどの措置で抑制可能であるが、通常使用時（ポンプ最大出力時など）における流量まで低下してしまうという不都合を生じる。

【0008】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、通常使用時における流量を保持すると共に、低出力時の脈動を抑制し、必要量の精密な送液を行うことができるＤＣポンプの制御装置、制御プログラムおよび制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明の実施形態に係るＤＣポンプの制御装置は、送液を行うＤＣポンプが備えるアクチュエータの駆動を制御するＤＣポンプの制御装置であって、前記ＤＣポンプの通常運転状態において所定のＰＷＭ信号から成る第１制御信号を用いて前記アクチュエータの駆動をＰＷＭ制御するアクチュエータ制御手段と、前記ＤＣポンプの動作の不安定状態を検出する不安定状態検出手段と、前記不安定状態検出手段によって前記不安定状態が検出された場合に、前記第１制御信号について所定の可変周期によるＰＷＭ制御を行って第２制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記不安定状態が検出された状態において、前記制御信号生成手段で生成された第２制御信号を前記アクチュエータ制御手段に入力して前記ＤＣポンプを周期的にオン、オフさせて精密な送液を行う精密送液手段と、を備えることを要旨とする。

【0010】

これにより、通常使用時における流量を保持すると共に、低出力時の脈動を抑制し、必要量の精密な送液を行うことができる。したがって、実験等において滴下状態の微量の採水が可能となり利便性が向上する。

【0011】

また、前記アクチュエータは、送液を行うダイヤフラム機構を駆動するＤＣモータを含むようにできる。

【0012】

これにより、一般的な構成のＤＣポンプにおいて低出力時の脈動を抑制し、必要量の精密な送液を行うことができる。

【0013】

また、前記制御信号生成手段は、前記第２制御信号の１パルスが、前記ＤＣポンプが安定的に動作する範囲内の最低出力となるように前記第２制御信号を生成するようにできる。

【0014】

これにより、必要量のより精密な送液を行うことが可能となる。

【0015】

また、前記第２制御信号は、デューティ比が異なる複数種のＰＷＭ制御波形を含むようにしてもよい。

【0016】

これにより、比較的容易な手法によって、通常使用時における流量を保持すると共に、低出力時の脈動を抑制し、必要量の精密な送液を実現することができる。

【0017】

また、前記不安定状態検出手段で検出される前記不安定状態は、前記ＤＣポンプによる送液の脈動状態が所定の基準値を超えた状態、或いは前記ＤＣポンプによる送液が停止した状態を含むようにできる。

【0018】

これにより、比較的容易な手法によって、不安定状態を検出することができる。

【0019】

本発明の他の実施形態に係る制御プログラムは、送液を行うＤＣポンプが備えるアクチュエータの駆動を制御するＤＣポンプの制御プログラムであって、前記ＤＣポンプの通常運転状態において所定のＰＷＭ信号から成る第１制御信号を用いて前記アクチュエータの駆動をＰＷＭ制御するアクチュエータ制御ステップと、前記ＤＣポンプの動作の不安定状態を検出する不安定状態検出ステップと、前記不安定状態検出ステップで前記不安定状態が検出された場合に、前記第１制御信号について所定の可変周期によるＰＷＭ制御を行って第２制御信号を生成する制御信号生成ステップと、前記不安定状態が検出された状態において、前記制御信号生成ステップで生成された第２制御信号を入力して前記ＤＣポンプを周期的にオン、オフさせて精密な送液を行う精密送液ステップと、を有し、前記ＤＣポンプの制御部が備えるコンピュータで実行されることを要旨とする。

【0020】

これにより、通常使用時における流量を保持すると共に、低出力時の脈動を抑制し、必要量の精密な送液を行うことができる。したがって、実験等において滴下状態の微量の採水が可能となり利便性が向上する。

【0021】

また、本発明の他の実施形態に係る制御方法は、送液を行うＤＣポンプが備えるアクチュエータの駆動を制御するＤＣポンプの制御方法であって、前記ＤＣポンプの通常運転状態において所定のＰＷＭ信号から成る第１制御信号を用いて前記アクチュエータの駆動をＰＷＭ制御するアクチュエータ制御過程と、前記ＤＣポンプの動作の不安定状態を検出する不安定状態検出過程と、前記不安定状態が検出された場合に、前記第１制御信号について所定の可変周期によるＰＷＭ制御を行って第２制御信号を生成する制御信号生成過程と、前記不安定状態が検出された状態において、前記制御信号生成過程で生成された第２制御信号を入力して前記ＤＣポンプを周期的にオン、オフさせて精密な送液を行う精密送液過程と、を有することを要旨とする。

【0022】

これにより、通常使用時における流量を保持すると共に、低出力時の脈動を抑制し、必要量の精密な送液を行うことができる。したがって、実験等において滴下状態の微量の採水が可能となり利便性が向上する。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、通常使用時における流量を保持すると共に、低出力時の脈動を抑制し、必要量の精密な送液を行うことができるＤＣポンプの制御装置、制御プログラムおよび制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】実施の形態に係るＤＣポンプの制御装置を備える純水採水装置の全体構成を示す概略構成図である。

【図2】ダイヤフラム式のＤＣポンプの構成例を示す概略構成図である。

【図3】実施の形態に係るＤＣポンプの制御装置の機能構成を示す機能ブロック図である。

【図4】ＤＣポンプの通常採水運転時の第１制御信号に相当するＰＷＭ波形を示す波形図（ａ）と、ＤＣポンプの精密採水運転時の第２制御信号に相当するＰＷＭ波形を示す波形図（ｂ）である。

【図5】実施の形態に係るＤＣポンプの制御装置で実行されるＤＣポンプの制御処理の処理手順を示すフローチャートである。

【図6】実施の形態に係るＤＣポンプの制御装置で実行可能な第１の精密送液処理の処理手順を示すフローチャートである。

【図7】実施の形態に係るＤＣポンプの制御装置で実行可能な第２の精密送液処理の処理手順を示すフローチャートである。

【図8】ＤＣポンプの流速制御出力を示すグラフである。

【図9】ＤＣポンプの安定動作域および不安定動作域での制御信号の切り替えの例を示す説明図（ａ）～（ｄ）である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図１から図９を参照して、本発明の実施の形態に係るＤＣポンプの制御装置等について説明する。

【0026】

（純水採水装置の構成例）
まず、本実施の形態に係るＤＣポンプの制御装置２００の詳細な説明を行うに先立って、この制御装置２００を適用可能な純水採水装置Ｍ１の構成例について図１を参照して説明する。なお、純水採水装置Ｍ１は、図示しない純水製造装置等に接続することができる。

【0027】

ここで、図１は、本実施の形態に係るＤＣポンプの制御装置２００を備える純水採水装置Ｍ１の全体構成を示す概略構成図である。

【0028】

図１に示す純水採水装置Ｍ１は、図示しない純水製造装置等で製造された純水Ｗを実験等で使用するビーカー、メスシリンダー等の容器に供給して必要量の純水Ｗを採水するための装置である。

【0029】

図１に示すように、純水採水装置Ｍ１は、純水Ｗを貯留する純水タンク１０１を備える。

【0030】

純水タンク１０１にはダイヤフラム式などのＤＣポンプ５００が接続されている。ＤＣポンプ５００は、後述する電磁石用のコイル３０１等を有するアクチュエータ３００を備える。

【0031】

ＤＣポンプ５００の排出側には、純水Ｗの流量を検出する流量センサＳＮ１が配置されている。また、流量センサＳＮ１の下流には純水Ｗの流量を調節する電磁弁１０２が設けられている。電磁弁１０２の下流には純水Ｗを排出する採水口１０３が設けられている。

【0032】

また、ＤＣポンプ５００には、アクチュエータ３００の駆動を制御してポンプ出力を１～１００％の範囲で制御可能な制御装置２００が接続されている。

【0033】

制御装置２００は、例えばマイクロコンピュータ等で構成され、流量センサＳＮ１からの検出信号がフィードバック入力されるように構成されている。

【0034】

なお、制御装置２００は、ＤＣポンプ５００への出力の監視機能を有しており、設定に応じて出力を調整できるように構成されている。この監視機能により、ＤＣポンプ５００の過負荷、過電流などの異常検知を実現している。

【0035】

また、流量センサＳＮ１は、測定レンジを変更可能なセンサを用いてもよい。また、測定レンジの異なる複数の流量センサを用いるようにしてもよい。

【0036】

制御装置２００には、所定出力のＤＣ電源（直流電源）２５０が接続されている。また、制御装置２００には、タッチパネル等で構成される表示操作パネル２６０が接続され、採水流量を１～１００％の範囲で設定することができるように構成されている。

【0037】

なお、純水採水装置Ｍ１によって実際に送液を行う際は、制御装置２００からＤＣポンプ５００に駆動信号（第１制御信号Ｐ１または第２制御信号Ｐ２）を出力すると共に、電磁弁１０２にも所定の駆動信号を出力して、配管経路を開放する。

【0038】

この際に、配管内部に圧力が加わるのを回避するために、ＤＣポンプ５００と電磁弁１０２のそれぞれの駆動信号の出力に時間差を設けるようにしてもよい。

【0039】

このような構成の純水採水装置Ｍ１は、制御装置２００の制御により、採水口１０３から排出される純水Ｗの流量（流速）を１～１００％の範囲でコントロールすることが可能となっている。

【0040】

なお、制御装置２００の適用範囲は、純水採水装置Ｍ１には限定されず、各種液体の精密な送液を必要とするデバイスであれば適用可能である。

【0041】

また、制御装置２００による具体的な制御内容等は後述の記載により明らかとなる。

【0042】

（ダイヤフラム式のＤＣポンプの構成例）
図２を参照して、本実施形態に係るＤＣポンプの制御装置２００で制御可能なダイヤフラム式のＤＣポンプ５００の構成例について説明する。

【0043】

ここで、図２はＤＣポンプ５００の構成例を示す概略構成図である。

【0044】

ＤＣポンプ５００は、ポンプ本体４００とアクチュエータ３００とから構成されている。

【0045】

アクチュエータ３００は、制御装置２００に接続されて、後述する第１制御信号Ｐ１または第２制御信号Ｐ２を構成するパルス電流が供給される電磁石用のコイル３０１と、コイル３０１を図上左右方向に進退可能なコア部３０２と、コア部３０２から図上右側に延伸されるプランジャ３０５と、コア部３０２を図上右側に付勢するスプリング３０４とを備える。

【0046】

このような構成により、アクチュエータ３００のプランジャ３０５は、コイル３０１に供給される第１制御信号Ｐ１または第２制御信号Ｐ２を構成するパルス電流によって図上左右方向に所定周期の往復運動を行う。

【0047】

ポンプ本体４００は、アクチュエータ３００のプランジャ３０５に接続されて図上の左右方向に往復運動されるダイヤフラム４５０を備える。また、ダイヤフラム４５０の往復運動に伴うポンプ室内の容積変化により、純水Ｗ等の液体は、吸込口４０１、バルブ４０２を介して図上の上方に吸い上げられる。吸い上げられた純水Ｗ等の液体は、図上、上方に位置するバルブ４０５および吐出口４０４を介して排出されるように構成されている。

【0048】

ここで、このような構成のダイヤフラム式のＤＣポンプ５００は、その機構の性質上、送液時に脈動が発生する。尤も高出力時はポンプ回転数が早いために脈動はある程度平滑化されるが、低出力時になるとポンプ回転数が遅くなり脈動は顕著になるという不都合があった。

【0049】

そのため、ＤＣポンプ５００を第１制御信号Ｐ１により、通常のＰＷＭ制御で駆動し続けた場合には、ある一定の出力を下回るとＤＣポンプ５００の脈動によって、送液が途切れるようになり、さらに出力を下げた場合には、電圧を印加しているのにも関わらずＤＣポンプ５００が動作しなくなり、送液できない事態となる。

【0050】

このような不都合を解消するため本発明では、後述するように第１制御信号Ｐ１または第２制御信号Ｐ２を所定のタイミングで切り替えることにより、通常使用時における流量を保持すると共に、低出力時の脈動を抑制し、必要量の精密な送液を行うようにＤＣポンプ５００を制御することができる。

【0051】

なお、本実施の形態に係る制御装置２００で制御可能なＤＣポンプは、図２に示すような構成のダイヤフラム式のＤＣポンプ５００に限定されず、ベローズ式ＤＣポンプ、チューブ式ＤＣポンプ、ＤＣモータ等を用いたギアポンプ、ロータリーポンプ、スクリューポンプなどに広く適用可能である。

【0052】

（ＤＣポンプの制御装置の機能構成例）
図３を参照して、本実施の形態に係るＤＣポンプの制御装置の機能構成の例について説明する。

【0053】

ここで、図３は、実施の形態に係るＤＣポンプ５００等の制御装置２００の機能構成を示す機能ブロック図である。

【0054】

ＤＣポンプ５００等の制御装置２００は、純水Ｗ等の送液を行うＤＣポンプ５００等が備えるアクチュエータ３００の駆動を制御するマイクロコンピュータ等で構成される。

【0055】

図３に示すように、制御装置２００は、ＤＣポンプ５００の通常運転状態において所定のＰＷＭ信号から成る第１制御信号Ｐ１を用いてアクチュエータ３００の駆動をＰＷＭ制御するアクチュエータ制御手段２０１を備える。

【0056】

また、制御装置２００は、ＤＣポンプ５００の動作の不安定状態を検出する不安定状態検出手段２０２を備える。

【0057】

また、制御装置２００は、不安定状態検出手段２０２によって不安定状態が検出された場合に、第１制御信号Ｐ１について所定の可変周期によるＰＷＭ制御を行って第２制御信号Ｐ２を生成する制御信号生成手段２０３を備える。

【0058】

さらに、不安定状態が検出された状態において、制御信号生成手段２０３で生成された第２制御信号Ｐ２をアクチュエータ制御手段２０１に入力してＤＣポンプ５００を周期的にオン、オフさせて精密な送液を行う精密送液手段２０４を備える。

【0059】

このような構成の制御装置２００によれば、ＤＣポンプ５００等について、通常使用時における流量を保持すると共に、低出力時の脈動を抑制し、必要量の精密な送液を行うことが可能となる。したがって、実験等において滴下状態（例えば、１０ｍｌ／ｍｉｎ以下）の微量の採水が可能となり利便性が向上する。

【0060】

また、アクチュエータ３００は、例えば図２で示したように、純水Ｗ等の送液を行うダイヤフラム機構などを駆動する電磁石装置やＤＣモータを含むようにできる。これにより、一般的な構成のＤＣポンプ５００等において低出力時の脈動を抑制し、必要量の精密な送液を行うことができる。

【0061】

また、制御信号生成手段２０３は、第２制御信号Ｐ２の１パルスが、ＤＣポンプ５００等が安定的に動作する範囲内の最低出力となるように第２制御信号Ｐ２を生成するようにするとよい。これにより、必要量のより精密な送液を行うことが可能となる。

【0062】

また、第２制御信号Ｐ２は、デューティ比が異なる複数種のＰＷＭ制御波形を含むようにできる。これにより、比較的容易な手法によって、通常使用時における流量を保持すると共に、低出力時の脈動を抑制し、必要量の精密な送液を実現することができる。

【0063】

また、不安定状態検出手段２０２で検出される不安定状態は、ＤＣポンプ５００等による送液の脈動状態が所定の基準値を超えた状態、或いはＤＣポンプ５００等による送液が停止した状態を含むようにできる。

【0064】

即ち、ＤＣポンプ５００等のポンプ出力を変化させていく中で、ポンプ動作が不安定（脈動が顕著な状態、駆動していない状態など）になったことをフィードバッグ信号により検出し、不安定になる出力域においては、通常のＰＷＭ制御している第１制御を可変周期でＰＷＭ制御して、ＤＣポンプ５００等を周期的にオン、オフさせるようにできる。この際に、入力する第２制御信号Ｐ２の１パルスはＤＣポンプ５００等が安定的に動作する範囲での最低出力とする。

【0065】

これにより、比較的容易な手法によって、不安定状態を検出することができる。

【0066】

なお、より具体的な制御方法等については後述する。

【0067】

（第１制御信号と第２制御信号の例）
図４を参照して、ＤＣポンプ５００等の制御に用いられる第１制御信号Ｐ１と第２制御信号Ｐ２の例について説明する。

【0068】

図４（ａ）は、ＤＣポンプ５００等の通常採水運転時の第１制御信号Ｐ１に相当するＰＷＭ波形を示す波形図、図４（ｂ）は、ＤＣポンプ５００等の精密採水運転時の第２制御信号Ｐ２に相当するＰＷＭ波形を示す波形図である。

【0069】

まず、ＰＷＭ制御は、入力信号の大きさをある一定の周期Ｔに対してのデューティ比（ＯＮ：ＯＦＦ比）に置き換えて行われる制御である。目的とする入力信号の大きさＸとデューティ比は例えば下記のように等しくなる。

【0070】

入力信号Ｘ＝１００％ デューティ比（１００：０）
入力信号Ｘ＝ ５０％ デューティ比（５０：５０）
入力信号Ｘ＝ ０％ デューティ比（０：１００）
ここで、図４（ａ）に示すように、ＤＣポンプ５００等の通常採水運転時の第１制御信号（ポンプＰＷＭ出力信号）Ｐ１として、例えばパルスＰ１ａ、Ｐ１ｂ間の周期を２０ｋＨｚとする場合を想定する。

【0071】

この場合に、第１制御信号Ｐ１を用いた通常のＰＷＭ制御において出力を低下させるほど、ＤＣポンプ５００等の脈動は顕著になる。そして、さらに出力を低下させると、純水Ｗ等の送液が途切れるようになり、最終的にはＤＣポンプ５００等を駆動するのに必要な時間分の信号が印加されなくなり、ＤＣポンプ５００等が動作しない事態となる。したがって、第１制御信号Ｐ１のみを用いるＰＷＭ制御では、滴下レベルの精密な採水を行うことができなかった。

【0072】

そこで、本発明では、ＤＣポンプ５００等が所定以上に脈動したり、駆動しなかったりする低出力時においては、第１制御信号（ポンプＰＷＭ出力信号）Ｐ１とは異なる第２制御信号（ポンプＰＷＭ出力信号）Ｐ２を用いた制御を行う。

【0073】

即ち、図４（ｂ）に示す例では、例えばパルスＰ２ａ、Ｐ２ｂ間の周期が２０ｋＨｚの場合において、パルスＰ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ２ｃ…のＰＷＭ設定値を第１制御信号Ｐ１の場合の１５％としている。

【0074】

また、図４（ｂ）に示す例において、第２制御信号（ポンプＰＷＭ出力信号）Ｐ２のポンプ出力時間は、ポンプ出力値（％）／１５（％）×ポンプ出力Ｎ％周期（ｍｓ）で算出される。なお、ポンプ出力Ｎ％周期の設定範囲は、５～２０００ｍｓとすることができる。

【0075】

ここで、第２制御信号（ポンプＰＷＭ出力信号）Ｐ２の汎用化の例について説明する。

【0076】

例えば、第２制御信号Ｐ２において、周期がＴである波形をＡとする。そして、波形Ａのデューティ比はＤＣポンプ５００等が安定的に動作する範囲での出力値Ｙとする。

【0077】

次いで、波形Ａについて波形Ａの周期とは異なる周期Ｔ’（Ｔ＜＜Ｔ’）でさらにＰＷＭ制御を行い、それを波形Ｂとする。

【0078】

この制御における入力信号の大きさＸは、波形Ａのデューティ比ではなく、波形Ｂのデューティ比となる。

【0079】

そして、周期Ｔ及び周期Ｔ’を可変のパラメータとし、入力信号の大きさに合わせて周期Ｔや周期Ｔ’を調整することにより、第１制御信号Ｐ１を用いた通常時のＰＷＭ制御では駆動できないような低出力時においても安定的なポンプ動作が可能となる。

【0080】

また大きな周期で断続的にＤＣポンプ５００等を駆動することで、滴下レベルの送液を実現でき、精密な量の送液が可能となる。

【0081】

このように、第１制御信号Ｐ１を用いた通常のＰＷＭ制御ではポンプ出力は１３％程度が下限値となり、流量も１５０ｍＬ／ｍｉｎ程度が性能限界となっていた。これに対して、第２制御信号Ｐ２を適宜用いた制御では、滴下レベル（採水流量１０ｍＬ／ｍｉｎ以下）の送液が可能となった。

【0082】

（ＤＣポンプの制御処理について）
図５のフローチャートを参照して、ＤＣポンプの制御装置２００で実行されるＤＣポンプの制御処理の処理手順について説明する。

【0083】

なお、本処理は、制御装置２００が備えるＯＳ（オペレーティングシステム）と所定のアプリケーションプログラムとの協働により実現することができる。但し、各種機能の一部または全部をハードウェアで実現するようにしてもよい。

【0084】

本処理が開始されると、まずステップＳ１０で、第１制御信号（ポンプＰＷＭ出力信号）Ｐ１を用いてアクチュエータ３００を駆動して、ＤＣポンプ５００等について通常時の運転を行う。

【0085】

次いで、ステップＳ１１では、ＤＣポンプ５００等の不安定状態（所定以上の脈動の発生状態や、アクチュエータ３００の停止状態など）を検出したか否かが判定される。

【0086】

なお、検出したか否かの判定は、例えば後述のポンプ出力α％を閾値として行うことができる。

【0087】

判定結果が「Ｎｏ」の場合にはステップＳ１０に戻って通常運転を継続し、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ１２に移行する。

【0088】

ステップＳ１２では、上述のような手法によって第２制御信号（ポンプＰＷＭ出力信号）Ｐ２を生成してステップＳ１３に移行する。

【0089】

ステップＳ１３では、第２制御信号（ポンプＰＷＭ出力信号）Ｐ２を用いて滴下レベル等の精密な送液を行って処理を終了する。

【0090】

なお、ＤＣポンプ５００等は、ポンプの安定動作域（１００％～α％）の連続出力（１０ｋＨｚ～３０ｋＨｚのＰＷＭ出力）が可能である。

【0091】

このような処理により、ＤＣポンプ５００等の脈動現象が発生する不安定動作域（１％～α％）の制御、出力設定値に応じて、ポンプ出力周期を自動的に制御することが可能である。

【0092】

なお、ステップＳ１１におけるＤＣポンプ５００等の不安定状態の判定閾値については、使用ポンプの特性により調整が必要である。

【0093】

また、判定方法には主に次の２種類が考えられる。

【0094】

ａ）微小流量を計測できる高精度の流量センサを用いて自動判別し、チューニングする方法
ｂ）安価で精度の低い流量センサを用いる場合は、微小流量制御領域の出力テーブルを手動設定する方法
各判定方法に基づく送液処理について、後述の第１の精密送液処理および第２の精密送液処理として後述する。

【0095】

（第１の精密送液処理について）
上記判定方法ａ）に基づく第１の精密送液処理の処理手順について、図６のフローチャートを参照して説明する。

【0096】

なお、第１の精密送液処理は、制御装置（マイクロコンピュータ等）２００が備えるＣＰＵ等への１ｍｓごと割り込み処理として実行することができる。

【0097】

ステップＳ２０では、流量測定結果≦不安定動作流量か否かが判定され、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ２１に移行する。

【0098】

ステップＳ２１では、ポンプ出力時間を計算してステップＳ２２に移行する。ステップＳ２２では、１ｍｓカウンタを「１」インクリメントしてステップＳ２３に移行する。

【0099】

ステップＳ２３では、１ｍｓカウンタ≧ポンプ出力周期か判定される。

【0100】

判定結果が「Ｎｏ」の場合にはステップＳ２５に移行し、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ２４に移行する。

【0101】

ステップＳ２４では、１ｍｓカウンタを「０」にリセットしてステップＳ２５に移行する。

【0102】

ステップＳ２５では、１ｍｓカウンタ≧ポンプ出力時間か判定される。判定結果が「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ２６でＰＷＭ設定値を「０」に設定してステップＳ２７に移行する。

【0103】

また、判定結果が「Ｎｏ」の場合にはステップＳ２８に移行して、ＰＷＭ設定値を「α％」に設定してステップＳ２７に移行する。

【0104】

ステップＳ２７では、ＰＷＭ設定値、ＰＷＭ出力設定を行って処理を終了する。

【0105】

一方、ステップＳ２０で「Ｎｏ」と判定された場合にはステップＳ２９に移行する。ステップＳ２９では、ＰＷＭ設定値＝ポンプ出力値としてステップＳ３０に移行する。

【0106】

ステップＳ３０では、ポンプ出力α％について、α＞ＰＷＭ設定値であるかが判定される。

【0107】

判定決定が「Ｎｏ」の場合にはステップＳ２７に移行し、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ３１に移行する。

【0108】

ステップＳ３１では、α＝ＰＷＭ設定値としてステップＳ２７に移行する。

【0109】

この処理により、微小流量を計測できる高精度の流量センサを用いた構成において、より精密な送液を行うことが可能となる。

【0110】

なお、例えば以下の場合も上記判定方法ａ）に当てはまるものとなる。

【0111】

イ）一定時間当たりの流量の変動幅が一定の範囲を超えたとき。例えば、１ｓｅｃあたりに流量が±１０％の変動がみられる場合などが該当する。

【0112】

ロ）出力０％以外において流量０ｍｌ／ｍｉｎを一定時間以上検出したとき。例えば、出力１５％において流量０ｍｌ／ｍｉｎを０．５秒確認した場合などが該当する。

【0113】

また、図６に示す処理では、上記判定方法ａ）により、不安定出力域を自動判断できるため「α」の値は自動、手動の何れでも設定可能である。

【0114】

（第２の精密送液処理について）
上記判定方法ｂ）に基づく第２の精密送液処理の処理手順について、図７のフローチャートを参照して説明する。

【0115】

なお、第２の精密送液処理は、制御装置（マイクロコンピュータ等）２００が備えるＣＰＵ等への１ｍｓごと割り込み処理として実行することができる。

【0116】

まず、ステップＳ４０では、１％＜ポンプ出力値＜α％であるかが判定される。そして、判定結果が「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ４１に移行する。

【0117】

ステップＳ４１では、ポンプ出力時間を計算してステップＳ４２に移行する。

【0118】

ステップＳ４２では、１ｍｓカウンタを「１」インクリメントしてステップＳ４３に移行する。

【0119】

ステップＳ４３では、１ｍｓカウンタ≧ポンプ出力周期か判定される。判定結果が「Ｎｏ」の場合にはステップＳ４５に移行し、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ４４に移行する。

【0120】

ステップＳ４４では、１ｍｓカウンタを「０」にリセットしてステップＳ４５に移行する。

【0121】

ステップＳ４５では、１ｍｓカウンタ≧ポンプ出力時間か判定される。判定結果が「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ４６でＰＷＭ設定値を「０」に設定してステップＳ４７に移行する。

【0122】

また、判定結果が「Ｎｏ」の場合にはステップＳ４８に移行して、ＰＷＭ設定値を「α％」に設定してステップＳ４７に移行する。

【0123】

ステップＳ４７では、ＰＷＭ設定値、ＰＷＭ出力設定を行って処理を終了する。

【0124】

一方、ステップＳ４０で「Ｎｏ」と判定された場合にはステップＳ４９に移行する。ステップＳ４９では、ＰＷＭ設定値＝ポンプ出力値としてステップＳ４７に移行する。

【0125】

この処理により、安価で精度の低い流量センサを用いる構成において、より精密な送液を行うことが可能となる。

【0126】

なお、図７に示す処理では、上記判定方法ｂ）により、出力テーブルを手動調整する必要があるため、「α」の値は手動でのみ設定可能である。

【0127】

なお、図８は、上述のような精密送液処理を行った場合のＤＣポンプ５００等の流速制御出力を示すグラフである。このグラフは、設定入力（０～１００％）とポンプ出力電圧（Ｖ）の関係を示している。

【0128】

図８のグラフを見ると分かるように、設定入力（０～１００％）において流速制御結果は略フラットな線形を示し、設定の全域において滑らかな採水が可能である。

【0129】

（安定動作域から不安定動作域でのポンプ信号の切り替えについて）
図９（ａ）～（ｄ）は、ＤＣポンプの安定動作域および不安定動作域での制御信号の切り替えの例を示す説明図である。

【0130】

図９（ａ）～（ｄ）は、安定動作域～不安定動作域に移行する部分の段階的な波形を示す。

【0131】

図９（ａ）は、安定動作域においての最小出力値αが１５％であるとした場合において、ポンプ出力１６％時（＝安定域）のポンプ制御信号Ｐ１０（Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂ…）を例示し、第１制御信号Ｐ１の出力１６％時の波形に相当する。

【0132】

図９（ｂ）は、安定動作域においての最小出力値αが１５％であるとした場合において、ポンプ出力１５％時（＝安定域）のポンプ制御信号Ｐ１１（Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂ…）を例示し、第１制御信号Ｐ１の出力１５％時の波形に相当する。

【0133】

図９（ｃ）は、安定動作域においての最小出力値αが１５％であるとした場合において、ポンプ出力１４％時（＝安定域）のポンプ制御信号Ｐ１２（Ｐ１２ａ、Ｐ１２ｂ…）を例示し、第２制御信号Ｐ２の出力１４％時の波形に相当する。

【0134】

図９（ｄ）は、安定動作域においての最小出力値αが１５％であるとした場合において、ポンプ出力１３％時（＝安定域）のポンプ制御信号Ｐ１３（Ｐ１３ａ、Ｐ１３ｂ…）を例示し、第２制御信号Ｐ２の出力１３％時の波形に相当する。

【0135】

以上、本発明のＤＣポンプの制御装置等を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

【符号の説明】

【0136】

Ｍ１ 純水採水装置
２００ 制御装置
２０１ アクチュエータ制御手段
２０２ 不安定状態検出手段
２０３ 制御信号生成手段
２０４ 精密送液手段
３００ アクチュエータ
５００ ＤＣポンプ
Ｐ１ 第１制御信号
Ｐ２ 第２制御信号
ＳＮ１ 流量センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】