JP2003028069A - ダイアフラムポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液圧ダイアフラムポンプの作動液体内の気泡
発生を抑制し、ポンプの容積効率を改善する。 【解決手段】 ピストン２６の背面側に、ほぼ密閉され
たリザーブ室３８を設ける。ピストン２６の運動をダイ
アフラム３４に伝える作動液体で満たされた液圧駆動室
３６内で発生した気泡は、エア抜き弁４６を備えたエア
抜き流路４２を通ってリザーバ室３８に排出される。リ
ザーバ室３８は、ピストン２６の運動と、排出弁５０の
機能により、ほぼ大気圧以下に制御され低圧状態となっ
ている。これにより、作動液体内への気体の再溶解が防
止される。リザーバ室３８より液圧駆動室３６に補給さ
れる作動液体は、溶存する気体が少なく、このため気泡
の発生が抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイアフラムポン
プに関し、特にピストンの往復運動を、液体を介してダ
イアフラムに伝える形式のポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】ピストンの往復運動を、液圧駆動室内の
作動液体を介してダイヤフラムに伝達し、ダイアフラム
の往復運動によって、取扱い流体を吸入、吐出する液圧
ダイアフラムポンプが知られている。この形式のダイア
フラムポンプにおいては、ダイアフラムの駆動力の伝達
を担う作動液体の状態がポンプの性能に大きな影響を与
える。具体的には、液圧駆動室内の作動液体が気泡を含
むようになると、ピストンの往復運動が十分にダイアフ
ラムに伝達されず、ポンプの容積効率が低下する。

【０００３】従来、この種のダイアフラムポンプにおい
ては、液圧駆動室内の気泡を排出するために、ピストン
の往復運動に伴って、気泡の混じった作動流体をわずか
ずつ液圧駆動室から排出していた。この、いわゆるエア
抜きを行うと、作動流体が少しずつ減少し、これを補う
ために、外部より補給を行っていた。

【０００４】なお、本明細書にて、ピストンは、往復運
動をしてダイアフラムを駆動する機械要素を指し、この
意味においてプランジャを含むものとする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来のダイアフ
ラムポンプにおいて、エア抜きのために減少した作動液
体を補うために供給される液体にも空気などの気体が溶
存している。液圧駆動室内は、ピストンの運動に伴って
圧力が大きく変動し、これにより溶存していた気体が分
離し、気泡となる。補給される作動液体内に気体が溶存
しているので、液圧駆動室内の気泡を消し去ることは困
難であった。特に、取扱い流体の流量を微小量に制御し
ようとした場合、ピストンの往復運動のうち、気泡の圧
縮、膨張に消費される割合が相対的に増大し、正確な制
御を行えないという問題があった。

【０００６】本発明は、前述の問題点を解決するために
なされたものであり、ダイアフラムポンプにおいて、液
圧駆動室内の気泡発生を抑え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、本発明にかかるダイアフラムポンプは、ピストン
の背面側に、外部に対してほぼ密閉され、補給用の作動
液体を蓄えたリザーバ室を設けている。リザーバ室は、
液圧駆動室と、少なくとも補給流路とエア抜き流路によ
り連通されている。エア抜き流路には、液圧駆動室内の
圧力変動に伴って微小量の流体の通過を許容するエア抜
き弁が設けられ、液圧駆動室が低圧から高圧となったと
きに排出される作動液体と共に、ここより気泡が排出さ
れる。補給流路には、リザーバ室から液圧駆動室へ向か
う流体の流れのみ許容する補給弁が設けられ、作動液体
のエア抜きにより減少した分がリザーバ室より補給され
る。

【０００８】リザーバ室は、ほぼ外部気圧以下に減圧さ
れている。これにより、リザーバ室内に溜まった空気等
の気体が、作動液体に溶け込むことを抑えることができ
る。前述のように、液圧駆動室の圧力変動により分離し
た気体は、エア抜き弁を通ってリザーバ室に送られる
が、ここで再度作動液体に溶け込むことが防止される。
したがって、ポンプの運転を続けていくと、作動流体中
に溶存する気体は減少し、液圧駆動室内での気泡の発生
を抑えることができる。

【０００９】また、リザーバ室には、リザーバ室内の流
体を外部に排出することのみ許容し、リザーバ室内外の
圧力差により内部の流体を排出する排出弁を設けること
ができる。リザーバ室の、ピストンの往復運動で生じる
圧力変動により、内部の余剰の流体が排出される。つま
り、ピストンが後退すると、リザーバ室内の圧力が高ま
り、これが排出弁を解放する圧力より高くなったとき、
リザーバ室内の作動液体および分離した気体が外部の放
出される。ピストンが前進するときには、排出弁は閉止
されるので、リザーバ室内は減圧される。このように、
排出弁を設けることによって、ピストンの往復運動を利
用して、リザーバ室内を減圧することができる。また、
排出弁の高さがリザーバ室内の液面の最も高い位置とほ
ぼ同じ位置となる。

【００１０】また、リザーバ室の気相部分の容積を調節
する機構を設けることもできる。これにより、ピストン
の行程長を変化させたとき、リザーバ室内の圧力変動の
振幅を適切な値に調整することができる。

【００１１】

【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、
本実施形態の液圧ダイアフラムポンプ１０の概略構成を
示す図である。また、このポンプは、後述するように取
扱い流体の流量を変更することができる。ダイアフラム
ポンプ１０は、不図示のモータにより、ウォーム１２、
ギア１４を介して駆動されるＮ字形のクランク１６を有
している。クランク１６のクランクピン１８はコネクテ
ィングロッド（以下コンロッドと記す）２０の大端部と
係合し、さらにコネクティングロッド２０の小端部は往
復運動を行うスライダ２２に係合している。スライダ２
２はロッド２４を介してピストン２６と結合している。
ピストン２６はスライダ２２と一体となって、クランク
１６の回転に伴ってシリンダ２８内を往復運動する。ク
ランク１６は、図中上下方向に移動可能となっており、
この移動によりクランク回転半径が変更され、スライダ
２２およびピストン２６の行程長が変化する。

【００１２】シリンダ２８内のピストン２６の前方（図
中、ピストンの右側部分）は、ダイアフラムヘッド３０
内に設けられたダイアフラム室３２と連通している。ダ
イアフラム室３２はダイアフラム３４により仕切られ、
一方の側が前述のシリンダ２８と連通している。連通し
ているこれらの部分を以下液圧駆動室３６と呼ぶ。ま
た、ダイアフラム３４の他方の側は、取扱い流体で満た
されている。ピストン２６の背面側（図中ピストンの左
側）には、リザーバ室３８が設けられている。このリザ
ーバ室３８と前記液圧駆動室３６の間には、補給流路４
０およびエア抜き流路４２が設けられている。補給流路
４０には、リザーバ室３８から液圧駆動室３６に向かう
流れのみ許容する補給弁４４が設けられている。また、
エア抜き流路４２には、流れの方向の変化に伴って微小
量の流体の移動を許容するエア抜き弁４６が設けられて
いる。さらに、エア抜き弁４６に並列に、液圧駆動室３
６内の過剰な高圧を解放するための安全弁４８が配置さ
れている。

【００１３】リザーバ室３８には、ここから外部に向か
う流れのみを許容する排出弁５０が設けられている。液
圧駆動室３６は作動液体により満たされ、リザーバ室３
８内は、液相と気相に２相が存在している。前述の排出
弁５０は、液面の高さを規定している。さらに、リザー
バ室３８内の気相が存在する部分には、気相部分の体積
を調整するための調節ねじ５２が設けられている。

【００１４】図２は、ダイアフラムポンプ１０の機能を
説明するために、その要部構成を模式的に表した図であ
る。図１に示した構成に対応する構成に同一の符号を付
し、個々の構成の説明は省略する。

【００１５】ポンプ１０の運転中、ピストン２６は往復
運動を行い液圧駆動室３６内を満たす作動液体を介して
ダイアフラム３４を駆動する。ダイアフラム３４は、図
中一点鎖線で示すように往復運動を行い、この往復運動
と弁機構によって取扱い流体が送られる。ピストン２６
が、進出位置から後退位置へ、すなわち図中左方向に移
動する際には、液圧駆動室３６内の圧力が下がる。この
とき、作動液体中に空気等の気体が溶存していると、圧
力の低下によって空気等が分離し、気泡を形成する。こ
の気泡は、液圧駆動室３６内の圧力が上昇しても、液体
に再度溶存するには時間がかかり、現実的には再溶存す
ることはほとんどないと考えられる。この分離した気体
は、液圧駆動室３６の上部に溜まる。

【００１６】液圧駆動室３６の上部であり、分離した空
気等の気泡が溜まる部分には、エア抜き流路４２が開口
している。エア抜き流路４２には、エア抜き弁４６が設
けられ、液圧駆動室３６とリザーバ室３８の差圧の変動
に応じて、微量の作動液体を流す。例えば、ピストン２
６が右方向への運動から左へ向きを転じたとき、液圧駆
動室３６内の圧力は低圧状態から高圧状態に変化し、こ
の圧力変化によってエア抜き流路４２をリザーバ室３８
へ向かう方向に作動液体が流れる。エア抜き弁４６の、
図中の可動範囲の右端にあったチェックボールが、この
流れによって左端に移動するまでのわずかな期間、作動
液体が流れ、この流れに乗って液圧駆動室３６内の気泡
も流れる。チェックボールが左端に当接し流路を塞ぐ
と、前記の流れは停止する。

【００１７】エア抜き弁４６の作用により、液圧駆動室
３６内の作動液体は徐々に減少するが、この減少分は、
リザーバ室３８より補給流路４０を通して補給される。
補給弁４４は、液圧駆動室３６内の圧力がリザーバ室３
８内の圧力より、所定の値以上低下すると、開放状態と
なる弁であり、これによって、液圧駆動室３６内の作動
液体の量が一定量に制御される。

【００１８】エア抜き流路４２には、エア抜き弁４６と
並列に安全弁４８が設けられている。安全弁４８は、液
圧駆動室３６内が異常な高圧になった場合に、この圧力
をリザーバ室３８へと解放するものである。

【００１９】リザーバ室３８は、ほぼ密閉状態とされて
おり、作動液体と、空気等の気体が２相をなして混在し
ている。また、リザーバ室３８もピストン２６の往復運
動によって圧力の変動が生じる。ピストン２６が後退位
置、すなわち図中左方向に移動したときに、リザーバ室
３８内の圧力が最も高くなる。このときの圧力が、外部
の気圧、本実施形態の場合は大気圧と、排出弁５０が開
放する圧力との和より大きくなると排出弁５０を通過し
て内部の流体が排出される。液面が排出弁５０の取り付
け位置より高ければ作動液体が排出され、低ければ気体
が排出される。これにより、リザーバ室３８の液面高さ
が決定される。ピストン２６が右方向に移動すると、リ
ザーバ室３８の容積が増加し、圧力が減少する。したが
って、ピストン２６が最左端にあるときが、リザーバ室
３８の圧力が最も高いときであり、排出弁５０の開放圧
力を小さい値とすれば、このときの圧力をほぼ大気圧と
することができる。この結果、リザーバ室３８を、ほぼ
大気圧以下の圧力に維持することができる。圧力が低い
ことにより、リザーバ室３８内で、作動液体への気体の
再溶解を抑えることができる。

【００２０】リザーバ室３８内の気相部分は、ピストン
２６の運動を保証するために必要である。すなわち、ピ
ストン２６の往復運動による容積変化を、この気相部分
が膨張、収縮することによって、吸収している。したが
って、気相部分は、ある程度以上の容積を必要とする。
一方、気相部分の容積が大きいと、ピストン２６の運動
によって形成される減圧状態が、低い値とならず、前述
した気体の再溶解の抑制効果が十分機能しない場合が考
えられる。このため、気相部分の容積をピストン２６の
行程容積の変更に対応して、または他の条件に基づき調
整できるようにすることが好ましい。このために、本実
施形態においては、調節ねじ５２を設け、気相部分の容
積を調節することができるようにしている。ときに本実
施形態においては、行程容積を超え、その５倍以下の範
囲に気相部分の容積を調整することができるようになっ
ている。なお、調節ねじ５２を設けるのではなく、排出
弁５０の取り付け位置を変更することで気相部分の容積
を調整するようにすることも可能である。

【００２１】ダイアフラムポンプ１０を運転すると、液
圧駆動室３６内で溶存していた空気等が分離され、リザ
ーバ室３８へ、さらには大気中へ排出され、気泡が液体
駆動室３６内に残留することがない。また、リザーバ室
３８内での気体の再溶解が抑えられるために、補給され
る作動液体の溶存気体が少なくなっており、液圧駆動室
３６内での気泡の発生も抑制される。よって、ポンプを
連続運転することにより、ポンプ自体が作動液体の脱気
作用を有することとなる。

【００２２】さらに、運転初期または慣らし運転時にリ
ザーバ室３８を真空ポンプ等で引き、より高度な減圧状
態とすることにより、リザーバ室３８内でも溶存気体の
分離を行うこともできる。

【００２３】以上、本実施形態の液圧ダイアフラムポン
プにおいては、液圧駆動室３６内の気泡の発生が抑制さ
れるので、ポンプの容積効率を向上させることができ
る。また、ダイアフラムの作動液体を液圧駆動室３６と
リザーバ室３８内にほぼ密閉しているので、作動液体
を、クランクやウォームギアなどの潤滑油と共用する場
合に比して、不純物の混入が減少し、ピストンなどのパ
ッキンの寿命を延ばすこともできる。

【００２４】特に、本実施形態のような流量可変型のダ
イアフラムポンプにおいて、実際の使用状態において
は、流量は、ピストンの行程長さに比例するとして、行
程長を変更することによって調整される。しかしなが
ら、気泡が発生するために、極小の行程長さ、また１０
０％に近い行程長さにおいて、流量が、十分に精度よく
比例していない場合があった。本実施形態によれば、気
泡の発生が抑制されることによって、従来では、十分な
流量制御を行うことができなかった極低流量、最大流量
の領域でも精度よく流量制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態の流量可変型の液圧ダイアフラム
ポンプの概略構成図である。

【図２】 図１のダイアフラムポンプの要部を示す模式
図である。

【符号の説明】

１０ 液圧ダイアフラムポンプ、２６ ピストン、３４
ダイアフラム、３６液圧駆動室、３８ リザーバ室、
４０ 補給流路、４２ エア抜き流路、４４補給弁、４
６ エア抜き弁、５０ 排出弁、５２ 調節ねじ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンの往復運動を作動液体を介して
   伝達し、ダイアフラムを駆動して、取扱い流体を送り出
   すダイアフラムポンプであって、 ピストンの往復動をダイアフラムに伝達する前記作動液
   体で満たされた液圧駆動室と、 一部が前記ピストンの背面に接し、前記液圧駆動室に補
   給するための作動液体を蓄え、ほぼ外部気圧以下に減圧
   されているリザーバ室と、 前記液圧駆動室と前記リザーバ室を連通する補給流路で
   あって、リザーバ室から液圧駆動室へのみの流体の流れ
   を許容する補給弁を備え、前記液圧駆動室で不足した作
   動液体を供給する補給する補給流路と、 前記液圧駆動室と前記リザーバ室を連通するエア抜き流
   路であって、前記液圧駆動室内の圧力変動に伴って微量
   の流体の通過を許容するエア抜き弁を備え、前記液圧駆
   動室内の気体を前記リザーバ室へと抜くエア抜き流路
   と、を有する、ダイアフラムポンプ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のダイアフラムポンプで
   あって、前記リザーバ室には、リザーバ室内の流体を外
   部に排出することのみ許容し、リザーバ室内外の圧力差
   により内部の余剰の流体を排出する排出弁が設けられて
   いる、ダイアフラムポンプ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のダイアフラムポンプで
   あって、前記排出弁の設けられた高さは、前記ピストン
   が最も後退したときの、ほぼリザーバ室内の液面の位置
   である、ダイアフラムポンプ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のダイア
   フラムポンプであって、前記リザーバ室内の気相部分の
   体積の調節機構を備えた、ダイアフラムポンプ。