JP2012140925A - ベローズポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ベローズポンプにおいて、ポンプボディ内部の流体通路の加工部分の簡略化と組み立ての簡略化を行い、ベローズとポンプボディの接合部からの搬送流体の漏れをなくし、ポンプの信頼性を上げ、高圧で駆動できるポンプにする。かつベローズ天板部外周で摺動シール行い、蛇腹側気室と天板側気室とを構成する形式のベローズポンプにおいて、摺動シールの摩擦を軽減し、動作を安定にすると共に、長寿命のベローズポンプを実現する。
【解決手段】ポンプボディ１ａ内に設置する吸入側逆止弁と吐出側逆止弁を、１つの穴内に設置することにより、流体通路穴を減らす。ベローズの取り付け部は、内部側に延伸する薄肉部を設け、この薄肉部が加圧時にポンプボディ１ａの面と圧接するようにする。ゴム等の弾性体から成る環状のシール部材（例えばＯリング６７、６８）の外側に低摩擦のプラスチック主体の潤滑シート材を配置する。
【選択図】図５

Description

本発明は、流体移送用ベローズポンプに関する。

ベローズポンプは、ベローズを伸長させて搬送流体をベローズの搬送流体搬送部屋に取り込み、次にそのベローズを圧縮して吐出側逆止弁を経由して吐出口から搬送流体を吐出する。

特許文献１で提案したベローズポンプは、吐出側逆止弁の動作軸が水平に配置されていた。逆止弁が水平だと、流れが切り替わる瞬間に逆止弁の位置が不安定になる欠点があった。そこで、吐出側逆止弁の動作軸も垂直にしたベローズポンプに改良した。（図１３、図１４）

逆止弁を全て垂直に配置することにより、ポンプボディに設けられた逆止弁と流体通路を形成するための穴が増えることになった。

薬液用のベローズポンプは、ＰＴＦE（ポリテトラフルオロエチレン）の材料で製作され、流体通路の穴は、圧入と溶接によって形成されるのが普通であるが、溶接が多いことは、搬送流体の漏れを発生させる原因となる部分も多くなることであった。

次に、ベローズの取り付け構造については、ベローズの開口側縁部をポンプヘッドとシリンダケースにより挟み込んで、ボルトで締め付けることにより、ベローズ内部の気密性を得るように構成している。

このベローズの取り付け部にＯリングを使用することができれば、シールは比較的簡単であるが、搬送流体のクリーン性を要求される場合にはＯリングを使用することができないので、ベローズとポンプボディとの圧接によってシールを保っている。

このため、締め付け力は特に安定していることが必要とされ、更に、吐出圧力を高くしようとすればするほど、搬送流体の漏れが発生しやすくなっていた。

また特許文献１で、筆者達が提案したベローズポンプは、ベローズ天板側気室と蛇腹側気室との間のシール部材として、Ｏリングを使用していた。

このシール部材は、耐薬品性、耐熱性に優れ、特に摩擦が小さいことが要求される。つまりベローズポンプとして、数千万回の往復動に耐えなければならないからである。

Ｏリングは摺動するシール部材として優れたものであるが、乾燥圧縮空気を使用する乾式のシールが要求され、しかも材質としてゴムを主体とすることから、摩擦が小さいということと、使用中にゴミを出さないという点においては必ずしも満足という状態にはいかなかった。

つまりゴムを主成分にしたＯリングは、シール部材としての機能とシリンダ部の内部との摩擦駆動によって起こる摩耗の発生を抑えることが必要であり、半導体の製造装置として使用する場合には、乾燥圧縮空気を使用するので、乾式シールが必要なのでＯリングのシールでは、長寿命の数千万回の往復動に耐えることが困難であった。

特許第４５４７４５１号公報（図５）

以上のような背景に鑑み、ポンプ本体内の流路を工夫して搬送流体の漏れを引き起こすおそれを少なくすること、
及び、ベローズとポンプ本体と間の安定したシールを実現することが本発明の課題１である。

次にベローズ天板側気室と蛇腹側気室との間のシール構造として、摩擦が小さく、使用しても摩耗が小さく摩耗粉を出すことが少ないシール構造で、かつ長寿命のシールを乾燥圧縮空気使用する乾式シールで提供することが本発明の課題２である。

課題１を解決するための手段として、吸入側逆止弁と吐出側逆止弁をポンプ本体の同一穴内に装着するように構成することにより、ポンプ本体内の流路を簡潔にすることができ、かつ搬送流体の漏れを引き起こす部分も少なくすることができる。

一方、ベローズの取り付け部については、ベローズ内部側に薄肉部を延伸せしめ、ポンプ本体に接するように構成する。こうすると、ベローズが収縮してベローズ内部の搬送流体の圧力が上昇するとこの圧力によって、該薄肉部はポンプ本体に押しつけられ、結果としてベローズとポンプ本体は、圧接されて液漏れがなくなるようにしっかりシールされることになる。しかも、ベローズ内の圧力が高くなればなるほど、該薄肉部はポンプ本体に強く押し付けられることになり、シールも強固なものとなる。

この時、該薄肉部端部に突起を設けることにより、ポンプ本体面とより強い力で圧接するので、更にシール効果を上げることができる。

課題２を解決するための手段として、シール部材として、潤滑シート材を利用する。潤滑シート材は、材料の種類が多く、目的に合うものが得やすい。例えば、ポリプロピレン(P.P)、ポリアセタール(POM)の他、フッソ樹脂類、潤滑剤混練樹脂シート類、個体潤滑材混練樹脂シート類などの多くの種類が利用可能である。

この潤滑シート材を略長方形にカットし、円筒形に丸めて使用する。

この潤滑シートパッキンをシリンダと摺動する外側に配置し、その内側に軟質の潤滑パッキンを配置して、潤滑シートパッキンをシリンダ面に押し付けてシールする。

本発明を適用したベローズポンプの全体斜視図である。 図１のベローズポンプの正面図である。 図１のベローズポンプの右側面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 図２のＣ−Ｃ線断面図である。 ポンプ本体部の斜視図である。 図７の左側面図である。 図８のＤ−Ｄ線及びＥ−Ｅ線断面図である。 ポンプ本体のみの断面図である。 ベローズの断面図である。 図４のＦ部詳細図である。 従来ベローズポンプの正面断面図（図４の従来図）である。 従来ベローズポンプの右側面断面図（図６の従来図）である。 詳細図である。 潤滑シートパッキンの部品状態の斜視図である。 潤滑シートパッキンの使用状態を示す斜視図である。 別実施例を示す詳細図 従来ベローズポンプの正面断面図（図４の従来図）である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

課題１の図１は、本発明の実施例のベローズポンプの全体斜視図、図２は図１の正面図、図３は図１の右側面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は図２のＢ−Ｂ線断面図、図６は図２のＣ−Ｃ線断面図、図７はポンプボディ部の斜視図、図８は図７の左側面図、図９は図８のＤ−Ｄ線及びＥ−Ｅ線断面図、図１０はベローズの断面図、図１１は図４のＦ部詳細図である。

ポンプ本体１ａに垂直方向の段付き穴３、３−１、７および４、４−１、８を設ける。水平方向に吸入用流体通路２を設ける。水平方向に前記垂直方向穴７と８を連通する穴９を設ける。垂直方向に吐出用流体通路１０を設ける。ポンプ本体１ａの軸と平行に前記穴３に連通する流体通路５、前記穴４に連通する流体通路６を設ける。

前記穴３−１、４−１部にそれぞれ吐出用逆止弁２７、２８を軸方向に移動自由に収納する。前記穴３、４に弁座１９、２０を圧入する。この時、弁座内の流体通路２５、２６がそれぞれ前記流体通路５、６に連通するようにする。

前記弁座１９、２０内の逆止弁ガイド穴２４、２５に吸入用逆止弁１７、１８を軸方向移動自由に収納する。更に弁座１１、１２を弁座内の流体通路１５、１６がポンプ本体１ａの吸入用流体通路２に連通するように穴３、４に圧入する。

流体通路９の外気開口部は、栓２９を圧入する。

流体通路２に連通して吸入口３０を、流体通路１０に連通して吐出口３１を設ける。

ポンプボディ本体１ａと外気に接する各部材との境界部は溶接３２ａ〜３２ｅにより固着を確実なものにする。

以上のように構成されたポンプ本体１の両側に、ベローズ４１、４２を装着する。

ベローズ取り付け部の内部側に薄肉部を設ける。この薄肉部はポンプボディ本体１ａの面にほぼ接するように形成される。

細穴とＯリング溝部が設けられたベローズ金属をベローズ天井部に取り付け、Ｏリングを装着する。

特許文献１と同様に、シリンダ６９、７０、シリンダ端板７１、７２をボルト８２−１〜８２−４、ナット８３ａ、８３ｂ〜８６ａ、８６ｂで取り付ける。こうしてポンプが完成する。

課題２の図１５は図３のＡ−Ａ線断面図、図１６は図４のＢ部詳細図、図１７はシートパッキンの部品状態（使用前）の斜視図、図１７は潤滑シートパッキンの使用状態を示す斜視図、図１９は別実施例を示す図４のＢ部詳細図である。

潤滑シートパッキン５７、５８は、円筒状に曲げた時外周がシリンダ内径より少し小さくなる寸法でシート材から打ち抜いて製作される。

その端部は階段状に切り欠かれ、円筒状に曲げた時反対側の端部の階段状部と幅方向が略スキマなく一致するようになされる。

リングは、従来のＯリングに比べ半径で潤滑シートパッキン５７、５８の板厚だけ小さいものを使用する。

このＯリングの外側に前述のようにして製作された潤滑シートパッキン５７、５８を円筒形に成形しながら入れる。

図８には、Ｏリング６８−ｂ１、６８−ｂ２を２本入れた例をしめしている。この場合、潤滑シートパッキン５８が安定的にシリンダ内面に押し付けられ、動作がより安定するという利点がある。

なお、上述したクッションとシールのＯリング６８−ｂ１、６８−ｂ２を略矩形断面の角ベルト状のものに変えることも可能である。

ベローズポンプのポンプ本体部は、特許文献１に記載されているもののように溶接部が多く複雑な構造であったが、本発明のポンプ本体は、簡単な構造にでき、工業的価値が大であり、信頼性が向上（液漏れのリスクが大幅に少なくなる）する。

このように加工も組み立ても簡単にすることでポンプの性能も安定するのと、シールがベローズ内部の液の圧力が増加によってシールの力が比例して増加するので高圧ポンプとして使用できる。

シールをＯリングと潤滑シールシートで構成することで、乾式でのシールと滑り、性能を兼ね備えたベローズポンプとしてのシールを実現でき、シリンダ駆動を繰り返したとき寿命が大幅に伸び、数千万回の駆動でも変化がないシールができるので、産業上の利用価値は、大である。

１：ポンプ全体（１ａから３２ｅまでを含む全体）
１ａ：ポンプ本体
２：流体通路（ポンプ本体内、吸入側）
３：逆止弁収納穴（ポンプ本体内、ベローズ４１側）
３−１：逆止弁ガイド穴（ポンプ本体内、吐出側、ベローズ４１側）
４：逆止弁収納穴（ポンプ本体内、ベローズ４２側）
４−２：逆止弁ガイド穴（ポンプ本体内、吐出側、ベローズ４２側）
５：流体通路（ポンプ本体内、ベローズ４１側）
６：流体通路（ポンプ本体内、ベローズ４２側）
７：流体通路（ポンプ本体内、吐出側）
８：流体通路（ポンプ本体内、吐出側）
９：流体通路（ポンプ本体内、吐出側）
１０：流体通路（ポンプ本体内、吐出側）
１１：弁座全体（吸入側、ベローズ４１側）
１２：弁座全体（吸入側、ベローズ４２側）
１３：弁座（吸入側、ベローズ４１側）
１４：弁座（吸入側、ベローズ４２側）
１５：流体通路（吸入側逆止弁座内、ベローズ４１側）
１６：流体通路（吸入側逆止弁座内、ベローズ４２側）
１７：逆止弁（吸入側、ベローズ４１側）
１８：逆止弁（吸入側、ベローズ４２側）
１９：弁座全体（吐出側、ベローズ４１側）
２０：弁座全体（吐出側、ベローズ４２側）
２１：弁座（吐出側、ベローズ４１側）
２２：弁座（吐出側、ベローズ４２側）
２３：逆止弁ガイド穴（吸入弁側、ベローズ４１側）
２４：逆止弁ガイド穴（吸入弁側、ベローズ４２側）
２５：流体通路（弁座内、ベローズ４１側）
２６：流体通路（弁座内、ベローズ４２側）
２７：逆止弁（吐出側、ベローズ４１側）
２８：逆止弁（吐出側、ベローズ４２側）
２９：栓
３０：吸込口
３１：吐出口
３２ａ：溶接１
３２ｂ：溶接２
３２ｃ：溶接３
３２ｄ：溶接４
３２ｅ：溶接５
４１：ベローズ全体
４２：ベローズ全体
４３：ベローズ天板部（ベローズ４１）
４４：ベローズ天板部（ベローズ４２）
４５：蛇腹部（ベローズ４１）
４６：蛇腹部（ベローズ４２）
４７：ベローズ取り付け部（ベローズ４１）
４８：ベローズ取り付け部（ベローズ４２）
４９：凸部（ベローズ４１）
５０：凸部（ベローズ４２）
５１：薄肉部（ベローズ４１）
５２：薄肉部（ベローズ４２）
５３：突起（ベローズ４１）
５４：突起（ベローズ４２）
５７：潤滑シートパッキン
５８：潤滑シートパッキン
５９−１：切り欠き
５９−２：切り欠き
６０−１：切り欠き
６０−２：切り欠き
６１：ベローズ金具
６２：ベローズ金具
６３：Ｏリング溝
６４：Ｏリング溝
６５：細穴
６６：細穴
６７：Ｏリング
６８：Ｏリング
５７ｂ：潤滑シートパッキン
５８ｂ：潤滑シートパッキン
５９ｂ−１：切り欠き
５９ｂ−２：切り欠き
６０ｂ−１：切り欠き
６０ｂ−２：切り欠き
６１ｂ：ベローズ金具
６１ｂ−１：潤滑シートパッキン用溝
６２ｂ：ベローズ金具
６２ｂ−１：潤滑シートパッキン用溝
６３ｂ−１：Ｏリング溝
６３ｂ−２：Ｏリング溝
６４ｂ−１：Ｏリング溝
６４ｂ−２：Ｏリング溝
６５ｂ：細穴
６６ｂ：細穴
６７ｂ−１：Ｏリング
６７ｂ−２：Ｏリング
６８ｂ−１：Ｏリング
６８ｂ−２：Ｏリング
６９：シリンダ
７０：シリンダ
７１：シリンダ端板
７２：シリンダ端板
７３：気室出入り口継手
７４：気室出入り口継手
７５：気室出入り口継手
７６：気室出入り口継手
７７：チューブ
７８：オリフィス
７９：駆動エア供給口継手（ベローズ側気室）
８０：パッキンワッシャ
８１：パッキンワッシャ
８２−１：ボルト
８２−２：ボルト
８２−３：ボルト
８２−４：ボルト
８３ａ、８３ｂ：ナット
８４ａ、８４ｂ：ナット
８５ａ、８５ｂ：ナット
８６ａ、８６ｂ：ナット
９１：搬送流体搬送室（ベローズ４１側）
９２：搬送流体搬送室（ベローズ４２側）
９３：ベローズ天板側気室
９４：ベローズ天板側気室
９５：蛇腹側気室（ベローズ４１側）
９６：蛇腹側気室（ベローズ４２側）
１０１：ポンプボディ全体（１０１ａから１３８−１までを含む全体）
１０１ａ：ポンプボディ本体
１０２：流体通路（ポンプ本体内、吸入側）
１０３：逆止弁収納穴（ポンプ本体内、ベローズ１４１側）
１０４：逆止弁収納穴（ポンプ本体内、ベローズ１４２側）
１０５：逆止弁ガイド穴（ポンプ本体内、吐出側、ベローズ１４１側）
１０６：逆止弁ガイド穴（ポンプ本体内、吐出側、ベローズ１４２側）
１０７：流体通路（ポンプ本体内、ベローズ１４１側）
１０８：流体通路（ポンプ本体内、ベローズ１４２側）
１０９：流体通路（ポンプ本体内、ベローズ１４１側）
１１０：流体通路（ポンプ本体内、ベローズ１４１側）
１１１：弁座全体（吸入側、ベローズ１４１側）
１１２：弁座全体（吸入側、ベローズ１４２側）
１１３：弁座（吸入側、ベローズ１４１側）
１１４：弁座（吸入側、ベローズ１４２側）
１１５：流体通路（吸入側弁座内、ベローズ１４１側）
１１６：流体通路（吸入側弁座内、ベローズ１４２側）
１１７：逆止弁（吸入側、ベローズ１４１側）
１１８：逆止弁（吸入側、ベローズ１４２側）
１２１：弁座（吐出側、ベローズ１４１側）
１２２：弁座（吐出側、ベローズ１４２側）
１２３：逆止弁ガイド穴（吐出側、ベローズ１４１側）
１２４：逆止弁ガイド穴（吐出側、ベローズ１４２側）
１２５：流体通路（吐出側弁座内、ベローズ１４１側）
１２６：流体通路（吐出側弁座内、ベローズ１４２側）
１２７：逆止弁（吐出側、ベローズ１４１側）
１２８：逆止弁（吐出側、ベローズ１４２側）
１２９：栓
１３０：吸込口
１３１：吐出口
１３２ａ：溶接１
１３２ｂ：溶接２
１３２ｃ：溶接３
１３２ｄ：溶接４
１３２ｅ：溶接５
１３２ｆ：溶接６
１３２ｇ：溶接７
１３３−１：流体通路
１３３−２：流体通路
１３４−１：流体通路
１３４−２：流体通路
１３５−１：弁座
１３５−２：弁座
１３６−１：逆止弁ガイド穴
１３６−２：逆止弁ガイド穴
１３７：逆止弁押え
１３７−１：流体通路（逆止弁押え１３７内）
１３８：逆止弁押え
１３８−１：流体通路（逆止弁押え１３８内）
１４１：ベローズ全体
１４２：ベローズ全体
１４３：ベローズ天板部（ベローズ１４１）
１４４：ベローズ天板部（ベローズ１４２）
１４５：蛇腹部（ベローズ１４１）
１４６：蛇腹部（ベローズ１４２）
１４７：ベローズ取り付け部（ベローズ１４１）
１４８：ベローズ取り付け部（ベローズ１４２）
１４９：凸部（ベローズ１４１）
１５０：凸部（ベローズ１４２）
１６１：ベローズ金具
１６２：ベローズ金具
１６３：Ｏリング溝
１６４：Ｏリング溝
１６５：細穴
１６６：細穴
１６７：Ｏリング
１６８：Ｏリング
１６９：シリンダ
１７０：シリンダ
１７１：シリンダ端板
１７２：シリンダ端板
１７３：気室出入り口継手
１７４：気室出入り口継手
１７５：気室出入り口継手
１７６：気室出入り口継手
１７７：チューブ
１７８：オリフィス
１７９：駆動エア供給口継手（ベローズ側気室）
１８０：パッキンワッシャ
１８１：パッキンワッシャ
１８２−１：ボルト
１８２−２：ボルト
１８２−３：ボルト
１８２−４：ボルト
１８３ａ、１８３ｂ：ナット
１８４ａ、１８４ｂ：ナット
１８５ａ、１８５ｂ：ナット
１８６ａ、１８６ｂ：ナット
１９１：搬送流体搬送室（ベローズ１４１側）
１９２：搬送流体搬送室（ベローズ１４２側）
１９３：ベローズ天板側気室
１９４：ベローズ天板側気室
１９５：蛇腹側気室（ベローズ１４１側）
１９６：蛇腹側気室（ベローズ１４２側）

Claims (5)

1. ベローズ天板部にベローズ部が取り付けられて形成されたベローズを少なくとも２つ備え、各ベローズをそれぞれ気密に摺動可能に配置する２つのシリンダを備え、該２つのシリンダケース及び２つのベローズを固着させるポンプ本体を備え、前期シリンダ内であって該シリンダケースと前期ベローズ部との間に、および前期ベローズ天板部と前期シリンダケースとの間にそれぞれ圧縮流体作動室が形成され、それぞれの圧縮流体作動室に圧縮流体が導入されることによって前期ベローズ部を圧縮、伸張させて、各ベローズに搬送液体を交互に流入させ、各ベローズから搬送流体を交互に吐出させるようにさせたベローズポンプにおいて、
   吸入通路及び吐出通路を形成し、各通路にそれぞれ逆止弁を備えたポンプ本体と、軸方向に伸縮可能な有底ベローズの開口側円周外方向に取り付け部分を有するベローズと、該ベローズを覆うシリンダケースと、該ベローズの取り付け部分を挟んで該ポンプ本体とシリンダケースとを締め付ける固定手段とを備えて、吸入用逆止弁と吐出用逆止弁とをポンプ本体の同一方向から開けた穴内に構成したことを特徴とするベローズポンプ
2. 請求項１のベローズポンプにおいて、ベローズの取り付け部分の内周方向に、ポンプボディの面と接するように延伸した薄肉部を有し、ベローズ内部に液を吸引し圧力をかけて液を吐出させるときに該薄肉部が該ポンプボディの面に液圧を受けて圧接しベローズ内の液漏れを防ぐことを特徴とするベローズポンプ
3. 請求項２において、薄肉部の厚さが、該ベローズのベローズ部分の厚さより薄くし、薄肉部の先端付近のポンプ本体と接する側に突起を設けたことを特徴とするベローズポンプ
4. 請求項１の軸方向に伸縮可能な有底ベローズと、該ベローズを覆うシリンダケースとから成り、ベローズ天板部外周にシール部材を設けて、ベローズ天板側気室と蛇腹側気室とを設けるようにしたベローズポンプにおいて、該シール部材に平板状の潤滑プラスチックを使用したことを特徴とするベローズポンプのシール方法。
5. 請求項５のシールにおいて、該シール部材に平板状の物を使用し、該シール部材をＯリングでシリンダに押しつけてシールを行うことを特徴とするベローズポンプのシール方法。