JP2006207533A - ダイヤフラム及び往復動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、酸化性物質に対する耐食性或いは耐久性に優れたダイヤフラムを提供するとともに、かかるダイヤフラムを用いて構成される往復動ポンプを提供することを課題とする。
【解決手段】 本発明に係るダイヤフラム２０は、往復動させて流体を搬送するために用いられるダイヤフラムであって、基布２１と、該基布２１を挟み込む一対の膜体２２，２３とを備え、該一対の膜体２２，２３のうち、搬送対象流体側に配設される一方は、塩素化ポリエチレンによって構成されることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ダイヤフラム及び往復動ポンプに関し、詳しくは、次亜塩素酸アルカリ水溶液、次亜塩素酸水溶液、塩素水、酸性イオン水、二酸化塩素水溶液、過酸化水素水等の酸化性物質を含む流体に対して耐食性或いは耐久性に優れたダイヤフラム、及び、かかるダイヤフラムを用いて構成され、酸化性物質を含む流体を搬送するのに適した往復動ポンプに関するものである。

一般に、水道水或いはプール、温泉、スーパー銭湯等の水の殺菌処理を行うべく、次亜塩素酸カルシウム（Ｃａ（ＣｌＯ）₂）や次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）などの次亜塩素酸アルカリが用いられている。かかる殺菌処理は、上記物質に塩素ガス（Ｃｌ₂）と反応することで次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）を生成し、この次亜塩素酸が有する強い酸化力によって、菌の細胞膜を破壊し、殺菌を行うものである。

しかし、これら次亜塩素酸アルカリによる殺菌処理においては、対象となる水がアルカリ性となるために、殺菌力が低下するという問題があり、特に、毒性の高いレジオネラ菌に対しては有効ではない。即ち、レジオネラ菌はいわゆるスライム（バイオフィルム）を住処として存在しており、レジオネラ菌を殺菌するにはこれらをも分解することが必要となるが、上記次亜塩素酸アルカリでは分解力が充分ではない。

このため、従来の次亜塩素酸アルカリによる殺菌処理に代わり、近年、殺菌力に優れた二酸化塩素（ＣｌＯ₂）を用いる方法が広く採用されつつある。具体的には、水道水を殺菌処理する場合には、鉄やマンガンの除去を目的とする添加剤として、二酸化塩素の使用が認められている。即ち、厚生省令第１５号「水道施設の技術的基準を定める省令」（平成１２年４月１日施行）によれば、水道水中の二酸化塩素（ＣｌＯ₂）は２．０ｍｇ／ｌ以下、亜塩素酸イオン（ＣｌＯ₂ ^-）は０．２ｍｇ／ｌ以下とされており、また、生衛発第１３７９号（平成１２年９月１１日）『「水道水質に関する制定について」の一部改正について』によれば、水道水中の二酸化塩素は０．６ｍｇ／ｌ以下、亜塩素酸イオンは０．６ｍｇ／ｌ以下に添加することが奨励されている。さらに、プールの水中の二酸化塩素は０．４ｍｇ／ｌ以下、亜塩素酸イオンは１．２ｍｇ／ｌ以下とされている。

ところで、二酸化塩素は、電子（ｅ）を受け取ることで、活性酸素（Ｏ）を生成する。これを化学式で表すと「ＣｌＯ₂＋ｅ^-→Ｃｌ^-＋２Ｏ」となる。活性酸素とは、酸化力が非常に強い状態にある酸素原子であり、上記の種々の殺菌やスライムの分解などは、この酸化力を利用して行うものである。

また、酸性イオン水（淡塩水を電解して得られた陽極液を使用する）や次亜塩素酸（酸性液）を農業分野において使用することも法的に認可され、野菜の殺菌やハウス栽培におけるうどん粉病若しくは土壌菌の殺菌などに利用されつつある。

この他にも、過酸化水素水（Ｈ₂Ｏ₂）は、分解によって活性酸素（Ｏ）を生成するために強い酸化力を有し、殺菌や漂白などに利用されるものである。

このように、酸化性物質は、殺菌や漂白などに幅広く利用されている。

ところで、上記のような酸化性物質を含む流体を定量搬送すべく往復動ポンプを用いると、搬送対象流体が有する強い酸化力により、往復動ポンプを構成する部品が腐食してしまうという不都合が生じ得る。

特に、往復動ポンプの一つであるダイヤフラムポンプにおいては、流体を搬送すべく往復動してポンプ室を容積変化させるダイヤフラムが破損してしまうという問題がある。即ち、これら酸化性物質は、通常のダイヤフラムに使用されるゴム素材に対して強い腐食性を有しており、搬送される流体に接触してゴム素材が腐食し、ダイヤフラムを破損させてしまう。

また、これら酸化性物質は、水溶液中にガスの状態でも存在しているところ、気体は液体よりも透過性が高く、また、水溶液中に溶解している状態よりもさらに強い腐食性を有するものである。従って、かかるガスがダイヤフラムの内部に浸入すると、ゴム素材をより激しく腐食するだけでなく、ダイヤフラムを構成する基布や複数層の膜体を接着する接着剤をも腐食してダイヤフラムの耐食性を低下させ、結果としてダイヤフラムを破損させてしまう。

この場合に、一般的に種々の物質に対する耐食性に優れるとされるフッ素系樹脂素材をダイヤフラムに用いることも考えられるが、フッ素系樹脂は前記ガス状態で存在する酸化性物質の透過を防止することができず、かかる手段は有効ではない。

そこで、本発明は、酸化性物質に対する耐食性或いは耐久性に優れたダイヤフラムを提供するとともに、かかるダイヤフラムを用いて構成される往復動ポンプを提供することを目的とする。

本発明に係るダイヤフラムは、往復動させて流体を搬送するために用いられるダイヤフラムであって、基布と、該基布を挟み込む一対の膜体とを備え、該一対の膜体のうち、搬送対象流体側に配設される一方は、塩素化ポリエチレンによって構成されることを特徴とする。

上記構成からなるダイヤフラムによれば、搬送対象流体側に配設される膜体が、酸化性物質に対する耐食性に優れた塩素化ポリエチレンによって構成されるため、酸化性物質が接触しても腐食することはない。また、酸化性物質で構成されるガスを浸入させないため、ガスの浸透によってダイヤフラムを構成する他の部材が腐食することがない。

この場合、塩素化ポリエチレン中の塩素含有量が所定値以下であると、酸化性物質に対する耐食性が低下する。一方、塩素含有量が所定値以上であると、耐食性は向上するものの、塩素化ポリエチレンの硬度が増して脆くなると同時に、ダイヤフラムの往復動が滑らかでなくなる。

このことから、塩素化ポリエチレン中の塩素含有量は、塩素含有量は、３１重量％から４０重量％である構成を採用することが望ましい。

また、前記一方の膜体の搬送対象流体側には、フッ素系樹脂層が配設される構成を採用することができる。このようにすれば、ダイヤフラムを酸化性物質を含む流体以外の流体に対しても耐食性を有するものとすることができる。

このようなダイヤフラムは、具体的には、次亜塩素酸アルカリ水溶液、次亜塩素酸水溶液、塩素水、酸性イオン水、二酸化塩素水溶液又は過酸化水素水等の酸化性物質を含む流体に対する耐食性を備えるものとなる。

さらに、これらのダイヤフラムを用いた往復動ポンプであれば、ダイヤフラムを破損させることなく、酸化性物質を含む流体を搬送することが可能となる。

上記のダイヤフラムを用いて往復動ポンプを構成すれば、具体的には、次亜塩素酸アルカリ水溶液、次亜塩素酸水溶液、塩素水、酸性イオン水、二酸化塩素水溶液又は過酸化水素水等の酸化性物質を含む流体の搬送における耐食性を備えることとなる。

以上のように、本発明によれば、ダイヤフラムが酸化性物質に対する耐食性或いは耐久性に優れたものとなる。また、往復動ポンプを用いて酸化性物質を含む流体を搬送することが可能となる。

以下に、本発明に係るダイヤフラム及び該ダイヤフラムを用いた往復動ポンプの実施形態について、図面に基づいて説明する。

本実施形態に係る往復動ポンプは、図１に示すように、ポンプヘッド１０と、ダイヤフラム２０とを備えて構成され、該ダイヤフラム２０には、駆動源（図示しない）によって駆動するピストン部３０が取り付けられている。そして、駆動源によりダイヤフラム２０を往復動させることによって、第一継手１１に設けられた吸入部１１ａから、第二継手１２に設けられた吐出部１２ａに対して、搬送対象となる流体を搬送し得るように構成されている。

搬送対象となる流体は、いかなるものであってもよいが、特に、酸化性物質を含む流体であり、具体的には、酸化性物質を含む水溶液である。このような水溶液としては、例えば、次亜塩素酸アルカリ水溶液、次亜塩素酸水溶液、塩素水、酸性イオン水、二酸化塩素水溶液、過酸化水素水などが挙げられる。

第一継手１１には、流体を供給する流体供給源（図示しない）が接続されており、第二継手１２には、流体の供給を受ける流体受給部（図示しない）が接続されている。

また、吸入部１１ａ上方には、吸入側チャッキボール１３が設けられ、吐出部１２ａ下方には、吐出側チャッキボール１４が設けられている。

ポンプヘッド１０には、流体を搬送するためのポンプ室１０ａが形成されている。そして、ダイヤフラム２０を矢印Ｂ方向に動かすことにより、ポンプ室１０ａ内および各チャッキボール１３，１４に対して負圧を発生させ、吸入側チャッキボール１３を持ち上げ（矢印Ｃ方向に持ち上げ）、吸入部１１ａを介してポンプ室１０ａ内に流体を吸入させる（以下、この工程を「搬送第一工程」という。）。

一方、ダイヤフラム２０を矢印Ｂの反対方向に動かすことにより、ポンプ室１０ａ内および各チャッキボール１３，１４に対して正圧を発生させ、吐出側チャッキボール１４を持ち上げ（矢印Ｄ方向に持ち上げ）、吐出部１２ａを介してポンプ室１０ａ内から流体を吐出させる（以下、この工程を「搬送第二工程」という。）。即ち、本実施形態に係る往復動ポンプにおいては、上述した搬送第一工程及び搬送第二工程を繰り返すことによって（即ち、ダイヤフラム２０を往復動させることによって）、流体を搬送することが可能となる。

ダイヤフラム２０を往復動させる駆動源としては、電磁石（図示しない）が採用され、該電磁石は、磁力を発生させてピストン部３０を吸着してダイヤフラム２０を矢印Ｂ方向に移動させ、また、磁力を消滅させて吸着を解除してダイヤフラム２０を矢印Ｂの反対方向に移動させる。なお、ピストン部３０を駆動させる駆動源は、電磁石に限定されるものではなく、機械式、エアー式、油圧式等のいずれの方式のものであっても適用可能であり、さらに、直接的であっても間接的であってもよく、即ち、ポンプヘッド１０内に形成されたポンプ室１０ａを容積変化させることができるものであれば、いかなる方式のものでもよい。

次に、本実施形態に係るダイヤフラム２０について説明する。

ダイヤフラム２０は、図２に示すように、基布２１と、基布２１を挟む態様で配置される一対の膜体（第一及び第二膜体）２２，２３とを備えて構成される。好ましくは、図３に示すように、第一膜体２２には、さらにフッ素系樹脂２４が備えられる。なお、より好ましくは、ダイヤフラムの強度を高めるべく、金属製の芯材（図示しない）を含んで構成される。

これらダイヤフラム２０の構成要素である基布２１、第一膜体２２、第二膜体２３、フッ素系樹脂２４は、各々接着剤を用いて接合され、加硫成形によって一体化される。

前記第一膜体２２は、ポリエチレンに塩素を含有させて得られる塩素化ポリエチレンによって形成される。具体的には、塩素化ポリエチレン中の塩素含有量は、３１重量％から４０重量％の範囲とされる。

前記第二膜体２３は、ネオプレンゴムによって形成される。なお、第二膜体２３は、ネオプレンゴム以外にも、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴムを使用することも可能である。

前記接着剤は、各部材を接着するのに適したものが用いられるが、塩素化ポリエチレンで構成される第一膜体２２と基布２１と第二膜体２３との接着には、塩素化ポリエチレンからなる接着剤が用いられる。

上記構成からなるダイヤフラム２０は、第一膜体２２が搬送対象流体側、即ちポンプ室１０ａ側に位置し、第二膜体２３が駆動源側、即ちピストン部３０側に位置するように配置される。

以上のように、本実施形態に係るダイヤフラム２０によれば、搬送対象流体側に配設される第一膜体２２が、酸化性物質に対する耐食性に優れた塩素化ポリエチレンによって構成されるため、酸化性物質が接触しても腐食することはない。また、第一膜体２２は、酸化性物質で構成されるガスを浸入させないため、酸化性物質で構成されるガスが浸透してダイヤフラムを構成する他の部材が腐食することがなく、ダイヤフラム２０を酸化性物質に対する耐食性或いは耐久性に優れたものとすることができる。

さらに、塩素化ポリエチレン中の塩素含有量を上記のような値とすれば、酸化性物質に対する耐食性を確保しつつ、硬度が不必要に高くなることを防止して、往復動に必要な柔軟性を備えたダイヤフラム２０とすることができる。

そして、かかるダイヤフラム２０を用いた往復動ポンプであれば、酸化性物質を含む流体を好適に搬送することができる。加えて、ダイヤフラム２０にはフッ素系樹脂も配設されるため、酸化性物質を含む流体以外の流体であっても、ダイヤフラム２０を破損することなく搬送を行うことができる。

なお、本発明に係るダイヤフラム及び往復動ポンプは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、第一膜体２２だけでなく、第二膜体をも塩素化ポリエチレンによって構成するものであってもよい。このようにすれば、酸化性物質に対する耐食性をさらに向上させることができる。

以下、実施例および比較例を用いて本発明についてさらに具体的に説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

まず、本実施例にかかるダイヤフラムを作成するのに先立ち、第一膜体に使用される塩素化ポリエチレンとして、塩素含有量が異なる三種類の塩素化ポリエチレン（第一、第二及び第三塩素化ポリエチレン）を作成した。第一ポリエチレンの塩素含有量は４０重量％であり、第二ポリエチレンの塩素含有量は３５重量％であり、第三ポリエチレンの塩素含有量は３１重量％である。これら塩素化ポリエチレンの作成に際しては、約８５℃において熱入れを行った。

なお、これら各塩素化ポリエチレンの特性を調べたところ、塩素含有量が高くなるほど硬度が増すものであることが判明した。

次に、上記特性を有する三種類の塩素化ポリエチレンをそれぞれ第一膜体として有する三種類のダイヤフラム（第一、第二及び第三ダイヤフラム）を作成し、さらに、第三ダイヤフラムの塩素化ポリエチレンにフッ素系樹脂を配設した第四ダイヤフラムを作成した。なお、これらダイヤフラムの作成に際しては、各材料を１７０℃の温度下で１０分間加圧する加硫成形を行った。

そして、第一、第二、第三及び第四ダイヤフラムをそれぞれ内蔵した四種類の往復動ポンプ（それぞれ第一〜第四実施例に対応する）を用意して、吐出圧力０．３（ＭＰａ）、吐出回数３００（回／分）の吐出条件において、酸化性物質を含む流体を搬送する実験を行い、ダイヤフラムが破損に至るまでの時間を測定した。酸化性物質を含む流体としては、二酸化塩素が水に溶解した濃度１０００（ｍｇ／ｌ）の二酸化塩素水溶液を用いた。なお、実験に際しては、第一、第二及び第三実施例ではそれぞれ三台ずつ、第四実施例では一台のみの、計１０台の往復動ポンプ（Ｎｏ．１〜１０）を用意した。なお、比較例としては、第一及び第二膜体のいずれにも通常のネオプレンゴムを使用して構成されたダイヤフラムを内蔵した往復動ポンプを用いた。この結果を表１に示す。

上記表１によれば、各実施例に係る往復動ポンプは、比較例に係る往復動ポンプよりも長期間に亘ってダイヤフラムの破損が生じておらず、即ち、ダイヤフラムの二酸化塩素に対する耐食性が向上している。通常の往復動ポンプにおいては、４０００時間がダイヤフラムの大よその寿命とされることから、ダイヤフラムの第一膜体に塩素化ポリエチレンを使用することにより、二酸化塩素水溶液を搬送する場合における寿命が通常の場合と同等となっている。このことから、塩素化ポリエチレンの塩素含有量は、少なくとも、３１重量％以上であり、４０重量％以下であることが好ましいことが明らかとなった。

また、上記表１によれば、４００８時間経過時点において、第一実施例に係る往復動ポンプの三台全てが破損している一方、第二及び第三実施例に係る往復動ポンプは破損していないため、塩素含有量は、３１重量％以上であり、３５重量％以下であることがより好ましいことが明らかとなった。

また、上記表１によれば、４００８時間経過時点において、第四実施例に係る往復動ポンプは破損していないため、フッ素系樹脂を第一膜体に配設したものも、二酸化塩素に対する耐食性に優れたものであることが明らかとなった。

本発明の実施形態に係る往復動ポンプのポンプヘッドの断面図を示す。 本発明の実施形態に係るダイヤフラムであって、基布及び一対の膜体を備えて構成されるダイヤフラムを含む断面図を示す。 本発明の実施形態に係るダイヤフラムであって、基布及び一対の膜体を備え、さらにフッ素系樹脂を備えて構成されるダイヤフラムを含む断面図を示す。

符号の説明

１０…ポンプヘッド、１０ａ…ポンプ室、１１…第一継手、１１ａ…吸入部、１２…第二継手、１２ａ…吐出部、１３…吸入側チャッキボール、１４…吐出側チャッキボール、２０…ダイヤフラム、２１…基布、２２…第一膜体、２３…第二膜体、２４…フッ素系樹脂、３０…ピストン部

Claims (6)

1. 往復動させて流体を搬送するために用いられるダイヤフラムであって、
   基布と、該基布を挟み込む一対の膜体とを備え、
   該一対の膜体のうち、搬送対象流体側に配設される一方は、塩素化ポリエチレンによって構成されることを特徴とするダイヤフラム。
2. 前記塩素化ポリエチレンの塩素含有量は、３１重量％から４０重量％であることを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラム。
3. 前記一方の膜体の搬送対象流体側には、フッ素系樹脂が配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイヤフラム。
4. 次亜塩素酸アルカリ水溶液、次亜塩素酸水溶液、塩素水、酸性イオン水、二酸化塩素水溶液又は過酸化水素水等の酸化性物質を含む流体に対する耐食性を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のダイヤフラム。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のダイヤフラムを用いて構成されることを特徴とする往復動ポンプ。
6. 請求項１から４のいずれかに記載のダイヤフラムを用いて構成され、次亜塩素酸アルカリ水溶液、次亜塩素酸水溶液、塩素水、酸性イオン水、二酸化塩素水溶液又は過酸化水素水等の酸化性物質を含む流体の搬送における耐食性を備えることを特徴とする往復動ポンプ。

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