JP2004340149A - ダイアフラムポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単且つ便利にダイアフラムポンプから塗料塗布システムに塗料を供給することができるダイアフラムポンプが組み込まれたポンプシステムを提供する。
【解決手段】ダイアフラムポンプが組み込まれ且つ供給部から圧縮駆動流体を受入れる増圧機と連動するポンプシステムにおいて、増圧機はその供給圧力を超えて駆動流体の圧力を上昇させると共に上昇した圧力でダイアフラムポンプに駆動流体を供給し、ポンプのポンプストロークを発生させ、駆動流体供給圧力を超えたポンプ出力圧力を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイアフラムポンプを組み込んだポンプシステムに関し、特に塗料噴射システムに液体塗料を供給するためのものに関するがこれに限定されるものではない。

ダイアフラムポンプは公知であり、概して可動ダイアフラムによって部分的に接着されたポンプチャンバを具備する。ダイアフラムは、加圧下の流体を加えることによって移動し、これによりポンプチャンバの体積を減少させ、ポンプチャンバから通常は液体である流体が放出される。ダイアフラムポンプは、概して、二つのポンプチャンバを備える二重作動式ポンプとして構成される。各ポンプチャンバは関連するダイアフラムを有し、二つのダイアフラムは機械的に相互連結され、一方のダイアフラムがポンプチャンバから流体を排出するためにそのポンプチャンバを小さくするように移動したときに、他方のダイアフラムがポンプチャンバの体積を増大させ、流体を流体供給部からポンプチャンバ内に流入させる方向に移動する。しかし、二重作動式ダイアフラムポンプに適用されるのが適切であり、本出願の残りの部分において単一作動ポンプよりも二重作動式ポンプの方が参照されているが、最も簡単な特徴によれば、本発明は単一作動式（単一ダイアフラム式）ポンプに適用されてもよいことは理解されるであろう。

慣習的に、ダイアフラムポンプによってポンプ加圧される流体は液体であり、また、ダイアフラムに加えられてダイアフラムにポンプストロークを行わせる加圧流体は圧縮空気である。通常、ダイアフラムポンプは１：１の圧力比率を示し、すなわち１ｂａｒ（０．１ＭＰａ）の圧力下にある空気がポンプを駆動するためにポンプに加えられ、ポンプの出力ライン内に１ｂａｒの液体圧力を生成する。また、圧力比率の大きいダイアフラムポンプ、例えばポンプを駆動する１ｂａｒの空気圧力がポンプの液体出力ラインに３ｂａｒの出力圧力を生成するダイアフラムポンプを提供することが知られている。しかし、このようなダイアフラムポンプは１：１比率のポンプよりも非常に大型で製造費用が高いが、本発明のシステムにおけるそれらの使用は排除されるものではない。本明細書において分かり易くするため、ポンプは１：１比率を有するものを想定する。

塗料塗布産業において、通常５ｂａｒの空気圧供給で塗料塗布工房を提供することは慣習的である。実際には、空気圧は５ｂａｒよりも小さいことは考えられず、６ｂａｒ程度である。加えて、多くの用途では、通常の最小圧力を１０ｂａｒとして液体、例えば塗料をダイアフラムポンプから塗料塗布システムに供給することが望まれており、簡単且つ便利に上記目的が達成できるダイアフラムポンプが組み込まれたポンプシステムを提供することが本発明の目的である。本発明は、通常５ｂａｒの空気と共に供給された塗料塗布システム内に通常１０ｂａｒ塗料圧力を達成するという用途だけでなく、より広い用途を有することが理解されるであろう。

本発明によれば、ダイアフラムポンプが組み込まれ且つ供給部から圧縮駆動流体を受入れる増圧機（３７）と連動するポンプシステムにおいて、増圧機はその供給圧力を超えて駆動流体の圧力を上昇させると共に上昇した圧力でダイアフラムポンプに駆動流体を供給し、ポンプのポンプストロークを発生させ、駆動流体供給圧力を超えたポンプ出力圧力を生成する。

便利には、上記増圧機は少なくとも２倍の増圧機（好ましくは２．５倍の増圧機）であり、便利にはポンプの入力圧力と出力圧力との比率が１：１であり、これによりポンプの出力ライン内の圧力が増圧機への駆動流体の供給圧力の２倍（好ましくは２．５倍）である。

上記増圧機はダイアフラムポンプに組み込まれるのが望ましい。

便利にはダイアフラムポンプは二重作動式ダイアフラムポンプであり、増圧機は二重作動式ダイアフラムポンプのダイアフラムへの駆動流体の供給を制御するスプール弁に組み込まれる。

ダイアフラムポンプは入力圧力と出力圧力との比率が１：１であるのが好ましい。

以下、添付の図面を参照して本発明の一つの実施例について説明する。

図面を参照すると、図１、図２および図３は、ダイアフラムポンプの公知の形態を示している。ほぼ円筒状の金属製中央本体１１が軸線方向に延びる貫通孔１２を有すると共にその両端において第一の端部プレート１３および第二の端部プレート１４に嵌合せしめられる。端部プレート１３に向けられた本体１１の面は凹状であり、且つ本体１１に向けられた端部プレート１３の面も凹状である。端部プレート１３および本体１１の凹部は内部チャンバを画成し、この内部チャンバは可撓性のある金属製ダイアフラム１７によって駆動チャンバ１５とポンプチャンバ１６とに分割される。ダイアフラム１７の縁部は端部プレート１３の周縁領域と本体１１の周縁領域との間に挟持される。本体１１の軸線方向反対側の構成は同様であり、内部チャンバがダイアフラム１７ａによって駆動チャンバ１５ａとポンプチャンバ１６ａとに分割されている。本体１１のボア１２に摺動可能にリンクロッド１８が受容され、リンクロッド１８は軸線方向両端部においてダイアフラム１７、１７ａにそれぞれ連結される。ロッド１８は各端部において各ダイアフラムを貫通し、直径の異なるダイアフラム制御ワッシャ１９、２１が、ロッド１８のネジ山付き端部領域に係合されるナット２２によってダイアフラムの両面に対峙して挟持される。図１に示したダイアフラムポンプは、圧縮空気によって駆動されるように且つ液体塗料をポンプ加圧するように設計される。本出願の他の部分において駆動空気およびポンプ加圧液体として参照し続けるが、液体塗料以外の流体がポンプ加圧され且つポンプを動力化するのに圧縮空気以外の流体が使用される場合でも利用できることは理解されるであろう。

各端部プレート１３、１４は、ボールチェックバルブの形態が便利である逆止弁２４を介して各ポンプチャンバ１６、１６ａと連通する液体入口通路２３を有する。同様に、各端部プレート１３、１４はボールチェック弁の形態が便利である逆止弁２６を介して各チャンバ１６、１６ａと連通する液体出口通路２５を有する。端部プレート１４の液体入口通路は開放結合部２７を有し、これにより使用時にポンプ加圧された液体の供給部に入口通路が連結される。各逆止弁の上流における端部プレート１４内の入口通路は、本体１１内に軸線方向に延びる横断通路２８によって、逆止弁２４の上流における端部プレート１３内の入口通路２３に連結される。

端部プレート１３内の液体出口通路２５は、ポンプ加圧された液体が供給されるべき構造体、例えば塗料塗布システムに連結するための開放結合部２９を有する。結合部２９は端部プレート１３の逆止弁２６の下流に位置する。逆止弁下流における端部プレート１４内の液体出口通路と逆止弁２６の下流における端部プレート１３内の液体出口通路とを相互接続するように通路２８と平行な横断通路３１が本体１１内で軸線方向に延びる。したがって、液体は、チャンバ１６またはチャンバ１６ａからポンプ加圧されて結合部２７を介して二重作動式ダイアフラムポンプに侵入し、上記どちらのチャンバであるかに関わらずポンプストロークを行い、ポンプ加圧された液体はポンプから結合部２９を介して流出せしめられる。

端部の間においてロッド１８はスプール弁３２の一部を形成し、ポンプの駆動チャンバ１５、１５ａへの圧縮空気の流入を制御する。

スプール弁３２はポンプの切替弁構成の一部を形成し、切替弁３３と連動して作動する。切替弁３３のハウジングは本体１１の一部を形成するかまたは本体１１に繋止される。切替弁３３は、切替弁が一方の端部に圧縮空気を加えることによって付勢されている第一作動位置（図２参照）と、切替弁がバルブの戻りバネ３４によって付勢されている第二作動位置（図３参照）とを有する。スプール弁３２の圧縮空気入口ポート３５には液体ポンプシステムと協動する標準的な主幹供給部（図２および図３において「Ｂ」で表示）から圧縮空気が供給される。本実施例のために、標準的な供給ラインＢにおける圧力は５ｂａｒと想定する。切替弁３３の空気圧入口ポート３６には、増圧機３７（図４）を介して標準的な主幹供給部から圧縮空気が供給される。増圧機３７は、２．５倍型増圧機であり、増圧機３７から入口ポート３６への供給ライン「Ａ」内の圧力は１２．５ｂａｒである。

図２は移動範囲の右端にある二重作動式ダイアフラムポンプを示しており、ダイアフラム１７ａはチャンバ１６ａがポンプストロークを受けるように端部プレート１４に向かって移動している。本体１１に対するロッド１８の移動についてこの地点に到達しているとき、スプール弁３２は、切替弁３３の圧力検知ポートに連結された出口ポート３８と連通するように配置される。本体１１のポート３８から切替弁３３に加えられた主幹供給部からの空気圧は、バネ３４に対抗して、増圧供給路「Ａ」がポンプのチャンバ１５に連結されると同時にチャンバ１５ａがライン４１およびバルブ３３を介して大気圧に接続されてチャンバ１５ａ内の圧力が放出される位置へバルブ３３を駆動する。したがって、１２．５ｂａｒの圧縮空気は切替弁３３を介してチャンバ１５に供給され、ロッド１８およびピストン１７ａを保持するピストン１７を左方へ駆動する。チャンバ１６内の液体はダイアフラム１７の移動によって放出され、チャンバ１６から逆止弁２６およびポンプの開放結合部（圧力供給ポート）２９を通って流れる。チャンバ１６の入口側の逆止弁２４は堅固に閉じられたままであり、よってポンプの左端（図１参照）はポンプストロークを行う。同時に、ポンプの右端にあるチャンバ１６ａは、チャンバ１６ａの体積が増大するにつれて減圧され、チャンバ１６ａの出口側の逆止弁がしっかり閉じられたままであるが、チャンバ１６ａの入口側の逆止弁は開いており、新しい液体が開放結合部（液体供給ポート）２７からチャンバ１６ａ内へ流れ込むことができるようになる。

ダイアフラム１７が最も左側に移動したとき、すなわちチャンバ１６のポンプストロークの終端にあるとき、ロッド１８と共に移動するスプール弁３２は、切替弁３３の圧力検出ポートが本体１１の排出ポート４２に接続される。そして、切替弁３３を介して大気と連通するようにライン３９を位置決めし且つ「Ａ」において増圧された空気圧と連通するようにライン４１を位置決めするように、バネ３４の影響により切替弁３３の位置が切り替わる。したがって、チャンバ１５ａには圧力が供給され、ダイアフラム１７ａがポンプストロークを行う。一方、ダイアフラム１７は収縮せしめられてチャンバ１６の体積を増大させ、且つ通路２８およびバルブ２４を介してチャンバ１６内に液体を入口結合部２７から流入させることができる。ダイアフラム１７ａの移動によりチャンバ１６ａからポンプ加圧される液体は、チャンバ１６ａの出口における逆止弁および通路３１を介してポンプの出口結合部２９へと流れる。

ポンプは、「Ａ」および「Ｂ」に圧縮空気が存在する限り、スプール弁３２および切替弁３３の制御下で上述した形態で往復動する。ポンプが１：１ポンプであり且つダイアフラム１７、１７ａに加えられた空気圧が１２．５ｂａｒであるので、液体は（通常の作動損失を無視すると）通常、１２．５ｂａｒで結合部２９からポンプ加圧される。

図４に示したような２．５倍増圧機３７は公知であり商業的に入手可能な形態であり、システムの標準的な主幹空気圧供給部と切替弁３３のポート３６との間に接続される。しかし、増圧機３７と同一の機能を果たす増圧機は、スプール弁３２および切替弁３３から成る切替システムに機械的に組み込まれ且つこれによりシステムの構成要素数が最小限になり、ポンプが増圧機を取り込み且つ現存の圧縮空気・液体供給構成に簡単に連結されることができるようになる。

図４に示した増圧機は、２．５：１での増圧効果を得るのに適した寸法とされた直径の異なるピストンを使用する。上述した塗料塗布システムでは約２：１での増圧が望まれているが、他の用途においては他の増圧比率が必要とされることがあることも理解されるであろう。当業者は、要求比率に応じて相対的な寸法を調整することで、図４の設計に基づいた増圧機を用いて他の比率も達成され得ることを認識するであろう。

図５は、２：１の増圧比率を達成するために直径の等しいピストンを用いて配設された別の増圧機を示しており、適切な用途において図４の設計に代わるものとなる。図４および図５の増圧機の構成および動作は、当業者には理解されるであろう。

上述したポンプは入力空気と出力液体との間の圧力比が１：１であったが、本発明は所望であれば他の出力対入力比率を有するポンプを用いてもよいことが理解されるであろう。

二重作動式ダイアフラムポンプの断面図である。 図１のポンプの一部を示す図であって、ポンプの作動方法を示す図である。 図１のポンプの一部を示す図であって、ポンプの作動方法を示す図である。 図１、２および３のダイアフラムポンプと組み合わせて使用するための増圧機の構成を示す断面図である。 図１、２および３のダイアフラムポンプと組み合わせて使用するための増圧機の構成を示す断面図である。

符号の説明

１１ 本体
１２ ボア
１３ （第一の）端部プレート
１４ （第二の）端部プレート
１５、１５ａ 駆動チャンバ
１６、１６ａ ポンプチャンバ
１７ ダイアフラム
２３ 入口通路
２４ 逆止弁
２５ 出口通路
２６ 逆止弁

Claims (7)

1. ダイアフラムポンプ（１１、１３、１４、１７）を特徴とし且つ供給部から圧縮駆動流体を受入れる増圧機（３７）と連動するポンプシステムにおいて、
   上記増圧機はその供給圧力を超えて駆動流体の圧力を上昇させると共に前記上昇した圧力でダイアフラムポンプに駆動流体を供給し、ポンプのポンプストロークを発生させ、駆動流体供給圧力を超えたポンプ出力圧力を生成するポンプシステム。
2. 上記増圧機は少なくとも２倍の増圧機であり、便利にはポンプの入力圧力と出力圧力との比率が１：１であり、これによりポンプの出力ライン内の圧力が増圧機への駆動流体の供給圧力の２倍であることを特徴とする請求項１に記載のポンプシステム。
3. 上記増圧機は少なくとも２．５倍の増圧機であり、ポンプは入力圧力と出力圧力の比率が１：１であり、これによりポンプの出力ライン内の圧力が増圧機への駆動流体の供給圧力の２．５倍であることを特徴とする請求項１に記載のポンプシステム。
4. 上記増圧機はダイアフラムポンプに組み込まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のポンプシステム。
5. 上記増圧機（３７）はポンプ組立体の一部を形成する制御バルブに組み込まれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のポンプシステム。
6. 上記ダイアフラムポンプは二重作動式ダイアフラムポンプであり、上記増圧機は該二重作動式ダイアフラムポンプのダイアフラム（１７、１７ａ）への駆動流体の供給を制御するスプール弁（３２）に組み込まれることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のポンプシステム。
7. 上記ダイアフラムポンプは入力圧力と出力圧力との比率が１：１であることを特徴とする請求項１に記載のポンプシステム。

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