JP2008014278A - 増圧可能なエア駆動による往復動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】空気駆動式による液体供給ポンプで吐出圧力比が等倍の場合に、作動用空気圧力を増圧器により増圧して運転することがあるが、この時にポンプの作動空気量により生ずる脈動を防止し、供給する液体の吐出量を安定化させる。
【解決手段】圧縮空気圧力によって駆動し、同等圧力で吐出するポンプの前記駆動用の空気を供給する作動空気口に増圧器を接続し、この増圧器が入力圧力に対して倍圧もしくはそれ以上の出口圧力を吐出する構成をもつ装置である場合において、前記作動空気口と前記増圧器の出口の間に空気チャンバを設ける。この空気チャンバはポンプの吐出圧力の脈動を防止するに足る内容積として無作動空間容積の数倍の容積としてポンプの接続口に直結する。ポンプは往復駆動式のポンプで、作動用空気の使用量が、往復作動の切替時に大きく変動するポンプに適用され、特に交互に作動して連続した吐出を行う複式ダイアフラムポンプに用いられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は空気駆動式のポンプを用いて塗料若しくは塗布剤を供給する場合に、吐出圧力を高め特に高粘性の塗料・接着剤等を供給するに適する供給装置に関する。

塗装工業分野において塗料等を供給しスプレーガンより噴霧したり、コーキング剤や接着剤等を塗布手段に供給する場合、供給液剤の火災や爆発等の危険性から駆動動力として圧縮エアを使用することは、よく使われる手段として認識されている。また塗料等の供給用ポンプとしては噴霧の特性上、液圧力で噴霧を行うためにきわめて高い吐出圧力を必要とする場合と、液体の供給を目的とするため数百キロパスカル程度の圧力で使用される場合とに大別される。

本発明は通常の供給装置として使用される場合の供給用ポンプに関するもので、工業的に使用されている多くの装置は吐出圧力が数百キロパスカル(kPa)の範囲で使用されている。空気駆動式の場合、供給する空気の圧力が液体の吐出圧力となる、いわゆる１：１の圧力倍率と呼ばれるポンプが使用されている。

動力の供給源となる作業用汎用コンプレッサの多くは７００kPaを最大としていることが多く、これらを使用する工具や本発明が関連するポンプ等も、これらに合わせているのが実態である。これには圧力を上げることに対する危険性の増大やコンプレッサの効率などの要因から最も合理的な範囲として決められ各種エア工具等の供給源として一般化してきている。

このような状況において前記高粘性の接着剤やコーキング剤を供給する場合、これまでの多くは特別に高吐出圧力を得られる専用ポンプを準備することで対応していた。しかし空気駆動式のポンプで吐出圧力として駆動空気の圧力より高くするには特殊な構造を使用しなければならず構造的に複雑且つ高価になり、問題の解決策として好ましいとはいえず、普及するにいたっていない。

特にダイアフラムポンプの場合、倍圧の吐出が得られるポンプ構造とした場合、作動空気側と吐出する液体圧力側の間に圧力の差が生じ、仕切りとして作動するダイアフラムに負担がかかり、主要部のダイアフラム自体の耐久性能に影響して、運転中の破損が起こるなど、大きな問題点になっていた。

このため、もっとも簡単にはコンプレッサからの供給圧力を高くして、これに相当する高吐出圧力を得ることができる。しかしこの場合には前述のとおり、通常使用されている範囲外の高圧コンプレッサを準備することになり、その負担増は受け入れがたいものがある。したがってコンプレッサをそのままに、供給空気圧力を増圧してポンプに供給することでポンプからの吐出圧力を高めることも可能であり、この場合は一般に使用されている増圧弁を使用することによって、容易になしうることができる。

増圧弁は一例として図３に示すように、入口から導入されたエアがチェック弁３１から増圧室４A、４Bに送られる。一方ガバナ３２、切換バルブ３３を経て駆動室３Bにエアが供給され、駆動室３Bと増圧室４Aのエア圧がピストン３４に作用し、増圧室B側のエアを増圧する。ピストン３４が移動して増圧したエアをチェック弁３５から出口に送り出すことができる構成になっている。これらはエア源に対し高い圧力を必要とする場合に汎用的に使用される装置として一般に提供されているものである。

構造的な違いは有るが、通常２又は４倍の出口圧力が一般的で、２倍の装置を用いれば７００ｋＰａの空気圧力が１４００ｋＰａとなって出口から送り出されるため、これを接続して使用すれば、液体の吐出圧力も１４００ｋＰａとなって高粘性材料でも供給できることになる。

塗装用に使用される前述の空気駆動式ポンプは、その多くが往復駆動式であり、塗料を常時吐出するための構造としてポンプ体を併設して交互に吸引吐出を行う複式のポンプが使用されている。往復式のポンプの場合、たとえば本発明の実施例に示すダイアフラムポンプの場合、一方にエアを送り込んで移動後エアを排気して作動を切り替えるに当たって、使用するエア量が切り替え点近傍で大きく変化することが避けられない。

このため駆動においては余裕のあるエア供給がなされることが必要で、切り替え時点での供給量が不足すると安定した吐出圧力が得られず、脈動現象が現れる結果となる。前述の増圧弁を使用してエア駆動式ポンプに駆動エアを供給した場合、増圧されたエアが十分供給されずに脈動を生ずる問題が新たに発生することになる。

供給エア量は予め十分な量を送り込むことのできる増圧弁を使用すればこのような問題は解消されるが、必要以上に大きな装置を装備して設備費をかけたり、効率の低い使い方をするすることは、全体として不経済であり好ましい使用法ではない。十分なエア量とは往復動ポンプの性質から切替時点において十分な量であればよく、適切な設置構成が望まれる。
特開２００４−３４０１４９号公報

塗装用として使用するポンプの場合、塗料の吐出に圧力の変動があると当然の結果として吐出量に変化が生じ、塗装面の仕上がりが不均一となってしまう。したがって供給用ポンプとしては脈動を防止し、安定した供給が可能な装置が望まれる。上記のようにエア駆動式ポンプの駆動に増圧弁を使用して高圧エアを供給し、より高い吐出圧力を供給する装置として使用する場合にも、ポンプに十分な駆動エアを供給し、吐出圧力を安定化させることが要求される。

本発明は、エア駆動式による液体供給ポンプで吐出圧力比が等倍の場合に、作動用空気圧力を増圧弁によって増圧して運転する供給装置において、ポンプの作動空気量不足により生ずる吐出液体の脈動を防止し、供給する液体の吐出量を安定化させることができる装置を得ようとするものである。

圧縮空気圧力によって駆動し、同等圧力で吐出する往復駆動ポンプの前記駆動用の空気を供給する作動空気口に増圧弁を接続し、この増圧弁が入力圧力に対して倍圧もしくはそれ以上の出口圧力を吐出する構成をもつ装置である場合において、塗料供給用装置として前記作動空気口と前記増圧弁の出口の間に空気チャンバを設けて構成した。前記チャンバは往復駆動ポンプの無作動空間容積の数倍の容積を有し、増圧弁出口に直接接続し、必要な容量と不必要な容積を削減する。

作動空気口が、ポンプに設けられた接続継手であり、該接続継手から導入した作動エアを前記両側に配置した往復駆動ポンプを交互に駆動するための切替弁を一体的に設けてあり、前記チャンバの出口と直接接続させることで応答性を良くする。

上記構成により、供給用装置に駆動エアを導入すると、エアはまず増圧弁において所定の圧力、たとえば２倍の圧力に増圧され、チャンバに送り込まれて蓄圧される。チャンバと駆動ポンプは直接接続されており、駆動エアとして導入されポンプが駆動して塗料が吐出される。ポンプの駆動は前述のごとく往復の切り替え時点で切り替え弁を作動させ、作動室に導入されたエアを一気に排気すると同時に、反対側の作動室に作動エアを送り込む。このときにチャンバに蓄圧されていたエアが十分な供給量で作動室に送り込まれるため、急激な圧力低下がなく、切り替え直後の塗料吐出に十分な力を与え、脈動を防止することができる。

特に吐出圧力が高く、吐出量が多いほど脈動が生じる可能性が高いが、チャンバの蓄圧量によってカバーできるため吐出圧力に影響しない範囲で対応できる。更に次の切替時までの間に減少した圧力を再び回復させることができるために、連続して適正な圧力の供給を維持することができる。

本発明によれば、増圧弁と往復動ポンプの駆動エアを供給制御する切替弁の間に、極めて簡単な構成のチャンバを付加するだけで高い吐出圧力を得られ、特別に高圧仕様のポンプを作成、準備することなく、より高粘性の液剤に対しても対応でき、用途を大幅に拡大する事ができる。

本発明の実施態様は図２に概略示すポンプ室１と吸込弁２、吐出弁３を主構成とするポンプを単一体とし、実用的にはこれが両側に設けられ共通の駆動軸４により往復動する。この時一方のポンプが吐出する時には他方のポンプが吸い込みを行うように構成され、駆動時は常時いずれかのポンプから吐出され、連続供給ができる構成となっている。

具体的に、この種のダイアフラムポンプ１０はポンプ室１を両側に対象に配置し、それぞれのポンプ室１と対応し、内側にダイアフラム５を介して作動空気室６を構成している。それぞれのダイアフラム５は共通の駆動軸４の両端に接続され、交互に作動される。作動は作動エアの切替弁７により一方の作動空気室６にエアを送り込むときは、他方の作動空気室を大気開放し、端部まで移動すると切替弁７が切り替わり、一方の作動空気室６が大気開放され、他方の作動空気室にエアが送り込まれて、駆動軸４が反転し、それぞれのポンプ室１の吸い込みと吐出が切り替わる。

吸込弁２と吐出弁３は図で理解できるように、それぞれ逆止弁の構造をしており、図２ではボールと弁座による構成を採用している。またそれぞれの吸込路１２と吐出路１３は互いに連結されており、吸込口１４と吐出口１５に連通されている。この吸込口１４と吐出口１５は前記ポンプの作動にともなって、いずれか一方ポンプからの吸い込み若しくは吐出を受けて、連続して吸い込み及び吐き出しを継続する。

このような構造のダイアフラムポンプは複式の往復動ポンプとして知られており、液体の吐出圧力はダイアフラムに仕切られた作動空気室に導入される圧力と同じ圧力で加圧され、圧力倍率が１：１のポンプとして使用されている。通常ポンプの吐出圧力は前記のように作動空気圧によるが、作動空気圧の変動を避け、一定の圧力で吐出するために、しばしば吐出側に減圧弁ないしは圧力調整装置が接続される。

前記の切替え弁７は限定されるものではないが、スプール弁、例えば駆動軸４の移動に伴って送り込まれる作動エアの一部をパイロットエアとして使用し、スプール軸を移動し各ポートの連通を切替える５ポートのスプール弁等が使用される。

この切替弁７には作動空気を供給するため、ポートの１つに連通する接続口が設けられ、前述の作動エアが導入される。実施例では図示されていないがポンプ本体に設けられた接続継手が連通するように構成されている。前述のように高圧力を必要とする場合は、これまでこの接続継手に増圧弁を介して作動エアを供給することによって、増圧されたエアを供給するようにされていた。本発明では図１に示すように前記接続継手と増圧弁２１の間にチャンバ２２を設ける事によって、増圧弁２１を通して高められたエアがチャンバ２２に一時的に蓄えられる。

チャンバ２２の容積はダイアフラムポンプ１０の無作動容積の５倍程度の容量を有しており、適正な容量はダイアフラムポンプ装置の仕様及び増圧弁２１の流量仕様値等によって選択される。すなわちチャンバ２２から供給されたエアがダイアフラム５を実際に駆動させる圧力に至るまでの通路等に送り込まれるエアは無作動容積として使用され、実質的にこの容積を作動圧力までに上昇するだけの空気量が切替え時に必要となり、一般的な使用範囲において無作動容積の数倍の容量が選択される。チャンバ容量は大きいほど十分な蓄圧により供給の安定が可能であるが増圧弁の能力が低ければ十分な蓄圧が得られず、また装置的にも過大な設備は無駄になり、適正な大きさが選択されることになる。

ダイアフラムの作動にともなって作動が切り替わる時点では加圧側となる作動空気室及びその作動空気室に至る通路への補充に相当するエア量が余分に必要となり、一時的にエア使用量が増大するが、本構成によりチャンバ内のエアが直ちに導入されることによって、実質的に圧力の低下をきたすことなく作動を継続することができる。

図４はダイアフラムポンプの作動エアとして増圧弁２１を使用し、運転をさせたとき、切替え作動時における作動空気圧の変動と吐出圧力の変動を測定した結果のグラフの一例である。上段は増圧弁２１をダイアフラムポンプ１０の作動空気を導入する接続継手２０に直接増圧弁２１を取り付けた場合のグラフで、下段は接続継手２０と増圧弁２１の間にチャンバ２２を取り付けた場合のグラフを示している。

いずれの場合も1．０MPaの圧力で吐出させ、おのおの毎分300ｍｌ、600ｍｌ、900ｍｌの清水を吐出させて運転した場合の例を挙げたもので、上段の場合は作動空気の圧力変動がそのまま吐出圧力の変動として切替え時に吐出圧力が設定圧力より大きく低下しているのに対し、下段の場合は作動空気圧力の低下が低く押えられ、切替え時における吐出圧力の低下もほとんど影響がない程度にとどまっている。

これらの条件は高い吐出圧力ほど、また吐出量が多いほど条件が悪くなるが、上記事例の条件はポンプ性能からみて悪条件に相当する範囲での結果であり、例えば一般的な調圧範囲である０．５ＭＰａ以下においては、チャンバを使用しない場合であっても切替え時における吐出圧力の低下がほとんど影響のない程度にとどまっている。

本発明の主要構成を示すブロック図である。 本発明の1実施例に用いたダイアフラムポンプの構造例を示す断面図である。 本発明の1実施例に用いた増圧弁の構造例を示す断面図である。 本発明の実施により脈動の発生度合いを従来例と比較したグラフ図である。

符号の説明

１ ポンプ室
２ 吸込弁
３ 吐出弁
4 駆動軸
５ ダイアフラム
６ 作動空気室
７ 切替弁
１０ ダイアフラムポンプ
２０ 接続継手
２１ 増圧弁
２２ チャンバ

Claims (3)

1. 圧縮空気圧力によって駆動するダイアフラムポンプを共通する駆動軸の両側に配置し、同等圧力で吐出する往復駆動ポンプの、前記駆動用の空気を供給する作動空気口に増圧弁を接続し、この増圧弁が入力圧力に対して倍圧もしくはそれ以上の出口圧力を吐出する構成をもつ装置である場合において、前記作動空気口と前記増圧弁の出口の間にチャンバを設けて一体的に構成した増圧可能なエア駆動による往復動ポンプ。
2. 前記チャンバは往復駆動ポンプの無作動空間容積の数倍の容積を有し、増圧弁出口に直接接続してなる請求項１の往復動ポンプ。
3. 作動空気口が、ポンプに設けられた接続継手であり、該接続継手から導入した作動エアを前記両側に配置した往復駆動ポンプを交互に駆動するための切替弁を一体的に設けてあり、前記チャンバの出口と直接接続されている請求項１又は請求項２の往復動ポンプ。
   
   
   
   

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