JP2010510422A - ソレノイド駆動装置を有するダイアフラムポンプ内の能動型逆止弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、洗剤投与ポンプとして使用されるダイアフラムポンプ（１）に関する。本発明によるダイアフラムポンプ（１）は、ポンプハウジング（２）と、作動流体チャンバと、少なくとも１つの吸入口（３）と、少なくとも１つの放出口（４）と、作動流体チャンバの壁を定義すると共に往復運動可能である１つのダイアフラム（６）と、前述のダイアフラム（６）を往復運動させるダイアフラム駆動手段と、作動流体チャンバ内への流体の進入を制御するスプリング付勢された弁本体（７ａ）を含む少なくとも１つの逆止弁（７）と、を有する。このダイアフラムポンプは、弁本体（７ａ）をその弁座内に機械的に押圧する手段を特徴とする。

Description

本発明は、一般に、ダイアフラムポンプに関し、更に詳しくは、ポンプハウジングと、作動流体チャンバと、少なくとも１つの吸入口と、少なくとも１つの放出口と、作動流体チャンバの壁を定義すると共に往復運動可能である少なくとも１つのダイアフラムと、前述のダイアフラムを往復運動させるダイアフラム駆動手段と、作動流体チャンバ内への流体の進入を制御するスプリング付勢された弁本体を含む少なくとも１つの逆止弁と、を有する特に洗剤投与ポンプとして使用されるダイアフラムポンプに関する。

ダイアフラム及びピストンポンプは、様々な特性を有する計量された量の液体を供給するべく使用される。適用分野に応じて、ポンプ動作には、計量された媒体の供給量が可能な限り正確であり、且つ、可能な限り長期にわたって一定に保持されることを保証するべく、様々な要件が課せられる。

ダイアフラムポンプは、積極的な変位を使用して液体を移送する一般的な産業用ポンプである。これらの装置は、通常、単一のダイアフラム及びチャンバ、並びに、逆流を防止するための放出逆止弁を含む。圧油を利用してダイアフラムを駆動するべく、ピストンがダイアフラムに結合されるか又は使用される。ダイアフラムポンプは、互いに擦れ合う内部部品を含まないため、通常、非常に信頼性が高い。駆動手段が、通常、ポンプの液圧部分とは完全に分離されているため、ダイアフラムポンプは、研磨材料、酸、化学薬品、又はこれらに類似したものを含む様々な媒体を取り扱うことができる。ダイアフラムポンプは、最大流速において小容積の流体を供給可能であるため、投与ポンプとして特に好適である。

ダイアフラムポンプを投与ポンプとして使用する別の理由は、これらのポンプが、２つの行程、即ち、媒体がリザーバから吸入される吸入行程と、例えば、計量されたライン内への計量された媒体の供給が実行される圧縮行程又は供給行程と、を具備するという点にある。例えば、当技術分野において既知のダイアフラムポンプは、逆流を防止するべく、吸入逆止弁及び放出逆止弁を有する。これらの逆止弁は、通常、スプリング付勢され、且つ、ポンピング対象の媒体の圧力差によって開閉される。

特に高濃度の洗剤をポンピングする際には、逆止弁内における結晶化及び粒子に起因し、しばしば、既知のダイアフラムポンプに障害が発生する。逆止弁の弁本体は、通常、圧縮スプリングにより、弁座に対してシーリングされた関係において保持される。逆止弁は、通常、流体の差圧によってのみ動作する。この圧縮スプリングは、逆止弁の容易な開放を保証するべく、相対的に小さなスプリング力を作用させる。これは、ポンプの吸入側の逆止弁に特に当て嵌まる。

当技術分野において既知のダイアフラムポンプは、しばしば、わずかな少量の汚染物により、逆止弁の機能を保証するための弁座内における弁本体の適切な配置が妨げられるという欠点を有する。この結果、ポンプの機能が完全に停止することになる。従って、計量された媒体中における汚染物の小さな粒子及び結晶化の影響を受けないダイアフラムポンプを提供することが望ましい。

本発明の一態様によれば、ポンプハウジングと、作動流体チャンバと、少なくとも１つの吸入口と、少なくとも１つの放出口と、作動流体チャンバの壁を定義すると共に往復運動可能である１つのダイアフラムと、前述のダイアフラムを往復運動させるダイアフラム駆動手段と、作動流体チャンバ内への流体の進入を制御するスプリング付勢された弁本体を含む少なくとも１つの逆止弁と、を有する特に洗剤投与ポンプとして使用されるダイアフラムポンプが提供され、このダイアフラムポンプは、弁本体をその弁座内に機械的に押圧する追加手段を特徴とする。

本発明によるダイアフラムポンプは、弁本体と弁座の間に小さな粒子や結晶が集まった場合にも、ダイアフラムポンプの基本的な機能が保証されるように、弁本体が弁座内に強制的に押圧されるという利点を有する。特に非常に高濃度の洗剤を供給する際には、計量対象の媒体中に小さな結晶が成長する事態が発生可能である。このような場合には、弁本体が弁座内に押し込まれた際に、小さな結晶が破壊され、この結果、シーリングされた関係において弁本体が弁座内に配置されることになる。本発明による設計によれば、逆止弁を相対的に大きな力で閉鎖可能であるが、弁を流体の圧力によって容易に作動させることができるように、弁本体に作用するスプリング負荷は依然として相対的に小さなものであってよい。

本発明の好適な実施例によるダイアフラムポンプは、弁本体をその関連する弁座内に押圧する前述の追加手段が前述のダイアフラム駆動手段によって駆動されることを特徴とする。

本発明の別の態様によれば、ダイアフラムポンプは、第１及び第２逆止弁を有し、第２逆止弁は、第１逆止弁とは反対方向において開放する。

例えば、第２弁本体がその開放位置に引き上げられた際に第２弁本体が前述の第１弁本体をその関連する弁座内に押圧するように、第１及び第２逆止弁の第１及び第２弁本体の移動経路がそれぞれ互いに交差するような方式で逆止弁を配列することが有利である。換言すれば、すべての圧縮行程において、第２弁本体は、第１弁本体をその閉鎖位置に押圧する。

本発明の更に別の態様によれば、前述の第２弁本体は、ポンプが動作していない際には、前述の第１弁本体を閉鎖位置に絶えず保持する。この本発明の態様によれば、安全遮断弁が提供される。これは、例えば、洗剤容器をポンプよりも高いところに配置可能であるという点において特に有利である。遮断機能は、ポンプが動作していない場合のポンプを通じた流れを非常に効果的に妨げる。

本発明の更に別の態様によれば、第２弁本体は、ダイアフラム駆動手段に結合され、且つ、ダイアフラムの行程と同期した状態で往復運動する。

好適な一実施例においては、前述の第２逆止弁は、前述のダイアフラムの一部を形成する。

この設計は、特に、本発明によるポンプが始動の際に吸入空気の影響を受けなくなるほどにデッドスペース又はデッド容積（作動流体チャンバの合計容積と圧縮行程における変位の容積の間の差）が極小化されるという利点を具備する。このデッド容積の極小化に起因し、システム内に取り込まれた空気の圧縮性も、ポンプの動作に影響を及ぼさない。

第２弁本体は、ダイアフラムに対してシーリングされた関係において従順に保持可能であり、これにより、少なくともダイアフラムの第１行程（吸入行程）においては、ダイアフラム内のアパーチャを閉鎖し、且つ、ダイアフラムの第２行程（圧縮行程）においては、前述の作動流体チャンバと前述の放出口の間に流体の連通を確立する。

この設計に起因し、ポンプの液圧有効表面が極大値にまで増大する。

本発明によるダイアフラムポンプの好適な実施例においては、前述の第２弁本体及び前述のダイアフラムは、ダイアフラムの圧縮行程において生成される圧力がスプリングの弾性復元力によって決定されるように、互いに対してスプリング付勢されている。

作動流体チャンバ内において圧縮行程において生成される圧力が特定のレベルに到達した際に、第２弁本体は、その弁座からわずかに引き上げられるため、ダイアフラムは、極めて効果的な圧力比を具備する。

有利には、前述のダイアフラム駆動手段は、ソレノイド駆動装置である。

或いは、この代わりに、ベンドレバー駆動装置又は液圧作動型駆動装置又は空圧作動型駆動装置を提供可能である。

本発明の更に別の態様によれば、第２弁本体は、前述のソレノイド駆動装置のアーマチュアに結合されたステムを有する。

以下、添付の図面を参照し、本発明について更に詳細に説明することとする。

吸入行程における本発明による例示用のダイアフラムポンプの断面図を示す。 圧縮行程における図１のダイアフラムポンプを示す。 圧縮行程の終了時点における本発明によるダイアフラムポンプを示す。

まず、図面を参照すれば、図１は、本発明によるダイアフラムポンプ１の例示用の実施例を示す。ダイアフラムポンプ１は、吸入口３及び放出口４を有するポンプハウジング２を有し、吸入口３は、吸入ポートであり、放出口４は、圧力ポートである。

ポンプハウジング２内には、ポンプチャンバ５ａ、５ｂが定義されている。ポンプチャンバ５ａ、５ｂは、ポンプチャンバを第１及び第２コンパートメント５ａ、５ｂに分割するメインダイアフラム６を収容する。吸入口３は、作動流体チャンバを定義するポンプチャンバの第１コンパートメント５ａと連通し、放出口４は、作動流体チャンバの第２コンパートメント５ｂと連通する。

本発明によるダイアフラムポンプ１は、後程詳述するように、第１及び第２逆止弁７及び８を有し、第１逆止弁７は、吸入口３を制御しており、第２逆止弁８は、第１逆止弁７と直列に配列されている。

第１逆止弁７は、第１圧縮スプリング７ｃによって第１弁座７ｂに対してスプリング付勢された茸様の第１弁本体７ａを有する。第１弁本体７ａは、シーリングリング７ｄによって第１弁座７ｂに対してシーリングされており、これは、好ましくは、Ｏリングシーリングである。

ダイアフラム６は、そのアーマチュア９のみが図示されているソレノイド駆動装置により、ポンプハウジング２内において往復運動駆動される。ソレノイド駆動装置のアーマチュア９は、第２の茸様の弁本体８ａのステム１０に結合されている。第２弁本体８ａのステム１０ａは、メインダイアフラム６の中心においてアパーチャ１１を貫通している。図１に示された状態においては、第２弁本体８ａは、メインダイアフラム６に対してシーリングされた関係においてスプリング付勢された状態で保持され、これにより、アパーチャ１１をシーリングされた状態で閉鎖している。この目的のために、ステム１０のベース１２上に位置する第２圧縮スプリング８ｃは、第２弁本体８ａのシーリング表面１３に対してメインダイアフラム６を押し付けている。第２弁本体８ａの対応するシーリング表面１３に対するシーリングのために、第１コンパートメント５ａの内部壁を形成するメインダイアフラムの表面には、環状のシーリングリブ１４が提供されている。

ポンプチャンバの第２コンパートメント５ｂに対向するこのメインダイアフラム６の面には、第２圧縮スプリング８ｃとの当接のための周辺カラー部１６を有する硬い保持部材１５が提供されている。

図面から容易に理解されるように、その中心アパーチャ１１を有するメインダイアフラム６は、第２逆止弁８の一部を形成している。ソレノイド駆動装置のアーマチュア９は、後述するように、補助ダイアフラム１７がダイアフラムポンプ１の動作の際にメインダイアフラムと共に同期した状態で往復運動するのに伴って、シーリング機能のみを具備する補助ダイアフラム１７により、ポンプチャンバの第２コンパートメント５ｂに対してシーリングされる。

図面からわかるように、第２弁本体８ａのステム１０は、メインダイアフラム６の保持部材１５及びアパーチャ１１を貫通している。ステム１０とアパーチャ１１の間、及びステム１０と、アパーチャ１１とアライメント状態にある、保持部材１５内のアパーチャ１８の間には、第２逆止弁８が開放した際に第１及び第２コンパートメント５ａ及び５ｂの間に流体連通を確立する環状のギャップ１９が形成される。

以下、添付の図面を参照し、ダイアフラムポンプ１の機能について説明することとする。

既に先程説明したように、図１は、吸入行程における本発明によるダイアフラムポンプを示す。吸入行程においては、ソレノイド駆動装置のアーマチュア９は後退する（即ち、図１の右に移動する）。ステム１０に結合されたアーマチュア９の往復運動により、メインダイアフラム６及び補助ダイアフラム１７も、アーマチュア６と同期した状態で運動する。吸入力が吸入口３に印加さるように、第１コンパートメント５ａの容積が増大する。この結果、第１弁本体７ａが第１圧縮スプリング７ｃの圧力に抗してその関連する第１弁座７ｂから引き上げられることになる。ポンプチャンバの第１コンパートメント５ａは、いまや、吸入口３との流体連通状態にあり、これにより、進入した媒体を第１コンパートメント内にポンピング可能である。流体は、第１弁本体７ａと第１弁座７ｂの間の環状のギャップ２０を通じて第１コンパートメント５ａに進入可能である。

第１圧縮スプリング７ｃによって印加される圧縮力は、第１コンパートメント５ａと吸入口３の間のわずかな圧力差のみによって十分に媒体をポンピングしてコンパートメント５ａ内に流入させることができるように、比較的小さい。

次に図２を参照すれば、圧縮行程における本発明によるダイアフラムポンプ１が示されている。

先程説明したように、ソレノイド駆動装置の動作により、第２弁本体８ｂのステム１０に接続されたアーマチュア９は、ポンプハウジング内において往復運動する。これにより、主にメインダイアフラム６によってポンピング動作が実行される。圧縮行程においては、第１コンパートメント５ａの容積が減少することになり、これによい、コンパートメント５ａ内に圧力が生成される。第１圧縮スプリング７ｃのスプリング力により、第１弁本体７ａが、その関連する弁座７ｂ内に移動する。この運動は、コンパートメント５ａ内の上昇する圧力によって支持される。更には、この第１コンパートメント５ａ内における上昇する圧力は、メインダイアフラムに対して作用し、メインダイアフラム６が、第１圧縮スプリング７ｃと比較して相対的に強力である第２圧縮スプリング８ｃのスプリング力に抗して押圧されるという結果をもたらす。この第１コンパートメント５ａ内に生成された圧力は、第２弁本体８ａとメインダイアフラム６の間の相対的な運動を引き起こし、第２弁本体８ａが、メインダイアフラム６によって形成されたその関連する第２弁座から引き上げられるという結果をもたらす。この結果、第１コンパートメント５ａ内に取り込まれた流体は、環状のギャップ１９を介して第２コンパートメント５ｂに進入可能である。

図３において更に明瞭に観察できるように、第１及び第２弁本体７ａ及び８ａは、それらの移動経路が交差するように配列されている。即ち、圧縮行程の終了時点において、第２弁本体８ａは、第１弁本体７ａをその閉鎖位置に押圧する。例えば、シーリングリング７ｄと弁本体の関連するシーリング表面の間に集まった粒子又は結晶に起因し、第１弁本体が、その開放位置において動けなくなった場合には、第２弁本体８ａは、力によって第１弁本体７ａをその閉鎖位置に押圧することになろう。

図３は、ソレノイド駆動装置が動作していない際のポンプの初期状況を示している。換言すれば、この状況においては、第１弁本体７ａは、第１及び第２逆止弁が安全遮断弁の如くに機能するように、第２弁本体８ａによってその閉鎖位置に絶えず保持されている。

ダイアフラムポンプ１の後続の行程においては、流体が放出口４（圧力ポート）内に移動するように、第２コンパートメント５ｂの容積が減少することになることを理解されたい。

又、前述の説明から、第２弁本体８ａがポンプハウジング２内においてメインダイアフラム６を往復運動させていることから、第２弁本体８ａがダイアフラム駆動メカニズムの一部を形成していることが明らかである。

本明細書に記述された実施例は、限定を目的としたものではなく、例示を目的として記述されたものである。本発明の精神及び範囲を実質的に逸脱することなしに、当業者には容易に明らかな多数のその他の実施例を実施可能であることが明らかである。

１ ダイアフラムポンプ
２ ポンプハウジング
３ 吸入口
４ 放出口
５ａ、５ｂ ポンプチャンバの第１及び第２コンパートメント
６ メインダイアフラム
７ 第１逆止弁
７ａ 第１弁本体
７ｂ 第１弁座
７ｃ 第１圧縮スプリング
７ｄ シーリングリング
８ 第２逆止弁
８ａ 第２弁本体
８ｃ 第２圧縮スプリング
９ アーマチュア
１０ ステム
１１ アパーチャ
１２ ステムのベース
１３ シーリング表面
１４ シーリングリブ
１５ 保持部材
１６ カラー
１７ 補助ダイアフラム
１８ アパーチャ
１９ 環状のギャップ
２０ 環状のギャップ

Claims (11)

1. 特に洗剤投与ポンプとして使用されるダイアフラムポンプであって、
   ポンプハウジング（２）と、
   作動流体チャンバと、
   少なくとも１つの吸入口（３）と、
   少なくとも１つの放出口（４）と、
   前記作動流体チャンバの壁を定義すると共に往復運動可能である１つのダイアフラム（６）と、
   前記ダイアフラム（６）を往復運動させるダイアフラム駆動手段と、
   前記作動流体チャンバ内への前記流体の進入を制御するスプリング付勢された弁本体（７ａ）を含む少なくとも１つの逆止弁（７）と、
   を有し、
   前記弁本体（７ａ）をその弁座（７ｂ）内に機械的に押圧する追加手段を特徴とするダイアフラムポンプ。
2. 前記弁本体（７ａ）をその関連する弁座（７ｂ）内に押圧する前記追加手段は、前記ダイアフラム駆動手段によって駆動されることを特徴とする請求項１に記載のダイアフラムポンプ。
3. 第１及び第２逆止弁（７、８）を有し、前記第２逆止弁は、前記第１逆止弁（７）とは反対方向において開放することを特徴とする請求項１または２に記載のダイアフラムポンプ。
4. 前記第１及び第２逆止弁（７、８）の前記第１及び第２弁本体（７ａ、８ａ）の移動経路は、前記第２弁本体（８ａ）がその開放位置に引き上げられた際に第２弁本体（８ａ）が前記第１弁本体（７ａ）をその関連する第１弁座（７ｂ）内に押圧するように、それぞれ互いに交差することを特徴とする請求項３に記載のダイアフラムポンプ。
5. 前記第２弁本体（８ａ）は、前記ポンプが動作していない際に前記第１弁本体（７ａ）を前記閉鎖位置に絶えず保持することを特徴とする請求項３又は４に記載のダイアフラムポンプ。
6. 前記第２弁本体（８ａ）は、前記ダイアフラム駆動手段に結合され、且つ、前記ダイアフラムの行程と同期した状態で往復運動されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のダイアフラムポンプ。
7. 前記ダイアフラム（６）は、前記第２逆止弁（８）の一部を形成することを特徴とする請求項６に記載のダイアフラムポンプ。
8. 前記第２弁本体（８ａ）は、前記ダイアフラム（６）に対してシーリングされた関係において従順に保持され、これにより、少なくとも前記ダイアフラム（６）の第１行程においては、前記ダイアフラム（６）内のアパーチャ（１１）を閉鎖し、且つ、前記ダイアフラム（６）の第２行程においては、前記作動流体チャンバと前記放出口（４）の間に流体連通を確立することを特徴とする請求項７に記載のダイアフラムポンプ。
9. 前記第２弁本体（８ａ）及び前記ダイアフラム（６）は、互いに対してスプリング付勢されおり、この結果、前記ダイアフラム（６）の前記圧縮行程において生成される圧力は、前記スプリングの弾性回復力によって決定されることを特徴する請求項８に記載のダイアフラムポンプ。
10. 前記ダイアフラム駆動手段は、ソレノイド駆動装置であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のダイアフラムポンプ。
11. 前記第２弁本体（８ａ）は、前記ソレノイド駆動装置のアーマチュア（９）に結合されたステム（１０）を有することを特徴とする請求項１０に記載のダイアフラムポンプ。

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