JP2017014962A - ベローズポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ポンプの吸入・吐出能力を保ったまま、ウォータハンマの発生を効果的に低減することができるベローズポンプを提供すること。【解決手段】 本発明のベローズポンプは、流体を吸入するための吸入流路と該流体を吐出するための吐出流路とを有する、ポンプケース；と、該ポンプケース内に配置されたベローズであって、該流体が該吸入流路から吸入用逆止弁を介して吸入されかつ該流体が吐出用逆止弁を介して該吐出流路に吐出され、そして該吸入流路からの該流体の吸入と該吐出流路からの該流体の吐出との切換えに応じて伸縮可能である、ベローズ；と、該ベローズを伸縮させるための駆動装置；と、該ポンプケースの内面と該ベローズの底部構造との間の該ポンプケースの内面および／または該ベローズの底部構造に設けられた緩衝体；とを備え、該ベローズの伸縮のための切換えが、該緩衝体を介した該ポンプケース内面と該ベローズの該底部構造との衝合により行われる、ポンプである。【選択図】 図１

Description

本発明は、ベローズポンプに関し、より詳細には吸入工程と吐出工程の切換え時におけるウォータハンマの発生を低減し得る、ベローズポンプに関する。

従来、半導体や液晶表示デバイスの製造における高純度薬液の供給、医薬品の定量注入など、所望の流体の移送にあたり、不純物の混入が特に厳密に制限された分野において、ベローズポンプが汎用されている。ベローズポンプは、一般に、ベローズと、当該ベローズを伸縮させる駆動装置、ならびに当該ベローズに接続された吸入用逆止弁および吐出用逆止弁によって構成されている。当該駆動装置を通じてベローズが伸長する際に流体が吸入流路から吸入用逆止弁を通じてベローズ内に流入し、そしてベローズが収縮する際に流体が吐出用逆止弁を通じて吐出流路から吐出されるように構成されている。

ここで、当該ベローズポンプについては、吸入流路から流入した流体を吐出流路に吐出しようとする際、すなわち、駆動装置によるベローズの吸入工程から吐出工程の切換えの際に、ウォータハンマ（水撃）と呼ばれる衝撃が発生する。これはベローズ内に吸入まれた流体の慣性により生じる現象であり、衝撃とともにベローズ内に高流体圧を発生させてベローズポンプ自体や、当該ポンプに接続された配管等の破損を招くおそれがある。また、ベローズポンプでは、ポンプの効率を高めるために、一般にポンプケース内部において、ポンプケースの内面にベローズの底部構造が接するまたは極めて近接するまでベローズを伸長させ、その後収縮のための切換えを行うため、ウォータハンマが一層大きくなる傾向にある。

これに対し、特許文献１では、ベローズの他端と作動板との間に気密状の空間部を形成するとともに、このベローズの他端のうち前記空間部に面する臨空部分を弾性変形可能にすることにより、空間部が伸縮するベローズポンプを開示している。特許文献１に記載のベローズポンプによれば、ウォータハンマを空間部の伸縮により緩衝吸収することができるので、上記欠点の緩和を期待することができる。

しかし、このような空間部の設置は、ポンプに占めるベローズ部分の大きさを制限することにもなりかねない。すなわち、緩衝吸収を高めるために、大きな当該空間部を設けると、これに反比例してベローズの大きさを縮小せざるを得ない。あるいはベローズポンプ全体を大きくしなければならない。いずれの場合も、より小型かつ高効率の吸入かつ吐出が可能であり、かつウォータハンマの発生を低減するという当該技術分野に固有の課題をともに解決し得るものとは言い難い。

特開２０１０−１９６５４１号公報

本発明は、上記問題の解決を課題とするものであり、その目的とするところは、ポンプの吸入・吐出能力を保ったまま、ウォータハンマの発生を効果的に低減することができるベローズポンプを提供することにある。

本発明は、流体を吸入するための吸入流路と該流体を吐出するための吐出流路とを有する、ポンプケース；と
該ポンプケース内に配置されたベローズであって、該流体が該吸入流路から吸入用逆止弁を介して吸入されかつ該流体が吐出用逆止弁を介して該吐出流路に吐出され、そして該吸入流路からの該流体の吸入と該吐出流路への該流体の吐出との切換えに応じて伸縮可能である、ベローズ；と
該ベローズを伸縮させるための駆動装置；と
該ポンプケースの内面と該ベローズの底部構造との間の該ポンプケースの内面および／または該ベローズの底部構造に設けられた緩衝体；と
を備え、
該ベローズの伸縮のための切換えが、該緩衝体を介した該ポンプケース内面と該ベローズの該底部構造との衝合後に行われる、ベローズポンプである。

１つの実施形態では、上記緩衝体は、ゴム、発泡樹脂、板バネ、空気ダンパ、油圧ダンパ、およびコイルバネからなる群から選択される少なくとも１種の弾性構造体である。

１つの実施形態では、上記緩衝体は、上記ポンプケースの内面側に設けられている。

さらなる実施形態では、上記緩衝体は、上記ポンプケースの内面に設けられた窪みの中に、その一部が該窪みから突出するように設けられている。

またさらなる実施形態では、上記窪みは上記ポンプケース内面において環状に設けられており、そして上記緩衝体は、該環状の窪みに対応するＯリングである。

１つの実施形態では、上記緩衝体は、上記ベローズの底部構造側に設けられている。

さらなる実施形態では、上記緩衝体は、上記ベローズの底部構造に設けられた窪みの中に、その一部が該窪みから突出するように設けられている。

またさらなる実施形態では、上記窪みは上記ベローズの底部構造において環状に設けられており、そして上記緩衝体は、該環状の窪みに対応するＯリングである。

本発明によれば、ポンプの大きさを従来と比較してほとんど変更することなく、ポンプの吸入・吐出能力を保ったまま、ウォータハンマの発生を効果的に低減することができる。これにより、より高いポンプ性能を有しつつ小型のベローズポンプを提供することができる。また、ウォータハンマの発生低減により破損の可能性も低減されているため、部品交換やメンテナンスの手間も低減することができる。

本発明のベローズポンプの一例を示す概略断面図である。 図１に示すベローズポンプにおける緩衝体の取り付け状態を示す要部拡大図である。 本発明のベローズポンプの他の例を示す概略断面図である。 本発明のベローズポンプのさらに別の例を示す図であて、緩衝体としてゴム弾性を有する樹脂構造体を用いる例を示す当該ポンプの概略断面図である。 本発明のベローズポンプのさらに別の例を示す図であって、緩衝体として板バネを用いる例を示す当該ポンプの概略断面図である。 本発明のベローズポンプのさらに別の例を示す図であって、緩衝体としてスプリングを用いる例を示す当該ポンプの概略断面図である。 本発明のベローズポンプのさらに別の例を示す図であって、緩衝体をベローズの底部構造側に設けた場合の例を示す当該ポンプの概略断面図である。 本発明のベローズポンプのさらに別の例を示す図であって、緩衝体をポンプケースの内面側およびベローズの底部構造側の両方に設けた場合の例を示す当該ポンプの概略断面図である。 本発明のベローズポンプのさらに別の例を示す図であって、緩衝体をポンプケースの内面側およびベローズの底部構造側のそれぞれの中央付近に設けた場合の例を示す当該ポンプの概略断面図である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明のベローズポンプの一例を示す概略断面図である。

本実施形態のベローズポンプ１００は、ポンプケース１２０と、該ポンプケース１２０内に配置された伸縮可能なベローズ１３０と、駆動装置７００とを備える。

ポンプケース１２０は、流体を吸入するための吸入流路１１１と、該流体を吐出するための吐出流路１１２とを有する。図１に示すベローズポンプ１００において、ポンプケース１２０は、例えば、中空の略円柱形状の容器であり、軸心方向が左右対称となるように配置されている。ポンプケース１００はまた、例えば、ポンプボディ１１３、当該ボンプボディ１１３の両端にそれぞれ配置された中間カバー１１４、および当該中間カバー１１４のそれぞれの外側端部にさらに設けられた端部カバー１１５で構成されている。

ポンプケース１２０を構成する材料は、十分な剛性を有する限り特に限定されず、従来のベローズポンプを構成するポンプケースの材料として一般に使用され得るものである。軽量かつ安価であるとの理由から、合成樹脂であることが好ましい。ポンプケース２００を構成し得る材料の例としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＥＣＴＦＥ（クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体）等のフッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体）等の熱可塑性樹脂が挙げられる。耐薬品性に優れている点からフッ素樹脂が好ましく、ＰＴＦＥ、ＰＦＡがより好ましい。

吸入流路１１１は、一端部がポンプボディ１１３の外周面に向かって開口しかつ他端部がポンプボディ１１３の両端面に開口するように設けられている。吸入流路１１１の当該一端部は、図示しない流体の貯留タンクなどと連通される。吐出流路１１２は、一端部がポンプボディ１１３の外周面に向かって開口しかつ他端部がポンプボディ１１３の両端面に開口するように設けられている。吐出流路１１２の当該一端部は図示しない流体の移送先（例えば、任意の機器）と連通している。

中間カバー１１４はそれぞれ、例えば、ポンプボディ１１３とほぼ同一の外径を有する円筒状に成形されている。中間カバー１１４は、ポンプボディ１１３の軸心方向における両端に配置されている。さらに中間カバー１１４の外側に、端部カバー１１５がそれぞれ配置されている。

ポンプボディ１１３、中間カバー１１４、および端部カバー１１５が上記のように連結し、ポンプケース１２０の内部には、伸縮可能なベローズ１３０を収容するための収容空間が形成されている。当該収容空間は、ポンプボディ１１３、２つの中間カバー１１４および２つの端部カバー１１５と、必要に応じてそれらの間に配置されたシール部材（図示せず）によって、高度な気密性が保持されている。

また、端部カバー１１５には、各端部の略中央に給排気孔１２１がそれぞれ設けられている。給排気孔１２１は、上記収容空間とポンプケース１２０の外部とを連通（例えば、後述の空気室１１０とポンプケース１２０の外部とを連通）する役割を果たす。給排気孔１２１は、例えば、それぞれ端部カバー１１５の外側面に配置された配管１１９を通じてポンプケース１２０の外部に配置された駆動装置７００と連通している。

端部カバー１１５には、近接センサ１７０が設けられている。近接センサ１７０の感受面は、端部カバー１１５の外部から貫通し、空気室１１０側、すなわちベローズ１３０の底部構造１４０と対向するように配置されている。近接センサ１７０は、後述するようにベローズ１３０の伸縮に応じてベローズ１３０の他端部と一体的に移動する底部構造１４０の接近を感受することにより、ベローズ１３０の伸縮状態を検知することができる。

ベローズ１３０は、ポンプケース１２０内に配置されている。ベローズ１３０は、その一端が、ポンプボディ１１３に接合し、液室としての内部が吸入流路１１１および吐出流路１１２とそれぞれ連通しており、流体を吸入流路１１１から吸入用逆止弁１１６を介して吸入し、かつ吸入した流体を吐出用逆止弁１１８を介して吐出流路１１２に吐出することができる。この際、ベローズ１３０は、吸入流路１１１からの流体の吸入と吐出流路１１２への流体の吐出との切換えに応じて伸縮可能である。

ベローズ１３０とポンプケース１２０との間には、気密性が保たれた空気室１１０が形成されている。ここで、図１において、ポンプボディ１１３に対して右側に配置されたベローズ１３０について例示的に説明すると、当該右側に配置されたベローズ１３０の一端部（左側端部）は、ポンプケース１２０のポンプボディ１１３に固定されており、ベローズ１３０の他端部（右側端部）は、空気室１１０内を左右に移動することができるように伸縮可能である。図１において左側に配置されたベローズ１３０は、当該右側に配置されたベローズ１３０と対称的に構成されている。

各ベローズ１３０を構成する材料は、充分な強度および柔軟性を有する限り、特に限定されず、従来のベローズポンプのベローズを構成するものが使用され得る。ベローズ１３０を構成する材料の例としては、フッ素樹脂（例えば、ＰＴＦＥ）、ならびに天然ゴムおよび合成ゴムのようなエラストマーが挙げられる。耐屈曲疲労特性および耐薬品性に優れるという点でフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）が好ましい。

左右に設けられたベローズ１３０は、それぞれ実質的に有底筒状に形成されており、左右方向を軸として外周部に軸周りに交互に設けられた山部および谷部を備える。ベローズ本体１３０はその内部に所定容量の流体を吸入し得るとともに、吸入側逆止弁１１６の少なくとも一部および吐出側逆止弁１１８の少なくとも一部を収容し得るように構成されている。

ベローズ１３０の基端部（すなわち、ベローズ１３０の端部のうちポンプボディ１１３側の端部）には、固定フランジ１２５が設けられており、ポンプボディ１１３に固定されている。ベローズ１３０の他方の端部（すなわち、ベローズ１３０の端部のうち端部カバー１１５側の端部）には可動フランジ１３５が設けられており、動作板１４１と押え板１４２で挟持されている。さらに、動作板１４１と押え板１４２とは固定部材１４３により互いに固定され、これにより底部構造１４０を構成している。

動作板１４１はまた、ベローズ１３０の上記他方の端部と連結しており、ベローズ１３０の伸縮に連動して、動作板１４１、すなわち底部構造１４０も可動し得る。なお、図１において左右に設けられた底部構造１４０のそれぞれは、少なくとも一本の連結棒１５０によって連結されている、これにより、一方（例えば、右側）のベローズ１３０が収縮すると、他方（左側）のベローズ１３０が伸長し得る。

図１に示すベローズポンプ１００はまた、左右の端部カバー１１５の内側であって、ベローズ１３０の伸長によって底部構造１４０と端部カバー１１５が近接する位置に近接センサ１７０がそれぞれ設けられている。左右の近接センサ１７０は、制御装置７４０と電気的に接続されている。さらに当該制御装置７４０は、切換弁７２０とも電気的に接続されており、制御装置７４０からのシグナルに応じて、圧縮供給装置７１０から供給される空気の供給の切換えが切換弁７２０で行われる。

図１において、他方の端部（例えば、左側）のベローズ１３０が完全に伸長した際、図１の左側に設けられた近接センサ１７０が底部構造１４０の動作板１４１の接近を感知する。その後、当該左側の近接センサ１７０からのシグナルが制御装置７４０に送信され、当該シグナルに基づいて切換弁７２０が切り換わる。その結果、一方の端部（右側）への圧縮空気の供給が停止されて排気が開始され、同時に他方の端部（左側）の圧縮空気の供給が開始される。他方の端部（左側）に圧縮空気が供給されるにつれ、一方の端部（右側）のベローズ１３０が連結棒１５０を介して徐々に伸長する。次いで、一方の端部（右側）のベローズ１３０が完全に伸長した際、図１の右側に設けられた近接センサ１７０が底部構造１４０の動作板１４１の接近を感知する。その後、当該右側の近接センサ１７０からのシグナルが制御装置７４０に送信され、当該シグナルに基づいて切換弁７２０が切り換わる。その結果、他方の端部（左側）への圧縮空気の供給が停止されて排気が開始され、同時に一方の端部（右側）の圧縮空気の供給が開始される。このような動作が繰り返されることにより、左右のベローズ１３０が連結棒１５０を介して往復運動し得る。

なお、図１に示す本発明のベローズポンプ１００では、上記ポンプケース１２０の内面とベローズ１３０に設けられた底部構造１４０との間の当該ポンプケース１２０の内面に緩衝体１８０が設けられている。図１に示す実施形態では、緩衝体１８０は例えばＯリングであり、左右の端部カバー１１５の内側であって、端部カバー１１５の内側と、ベローズ１３０に設けられた底部構造１４０とが対向する位置にそれぞれ設けられている。

図１において、緩衝体１８０は、ベローズ１３０の伸長に伴って底部構造１４０が端部カバー１１５に近づく際、近接センサ１７０が感知する前に底部構造１４０と衝合可能である。衝合後も、近接センサ１７０の感知までベローズ１３０は伸長するため、緩衝体１８０は圧縮されつつ、当該緩衝体１８０が有する弾性によって底部構造１４０の動きを徐々に抑制することができる。その後、近接センサ１７０の感知により、上記の通り切換弁７２０の切換えが起こり、伸長したベローズ１３０は収縮を開始し、これに伴って緩衝体１８０の圧縮も開放され、最終的に底部構造１４０は緩衝体１８０から離れる。

このように、本発明においては、上記ポンプケース１２０の内面とベローズ１３０に設けられた底部構造１４０との間に設けられた緩衝体１８０によって、ベローズ１３０の伸長から収縮への切換えの直前におけるベローズ１３０の動きを徐々に抑制することができる。その結果、ベローズ１３０の伸長から収縮への切換えの際のウォータハンマの発生を適切に低減することができる。

図２は、図１に示すベローズポンプにおける緩衝体の取り付け状態を示す要部拡大図である。

図２に示すように、緩衝体１８０は、好ましくはポンプケース１２０の端部カバー１１５内に設けられた窪み１８１の中に設けられており、緩衝体１８０の一部が当該窪み１８１から突出するように配置されている。窪み１８１はまた、開口部から底部に向かって拡径するような形状を有していることが好ましい。窪み１８１がこのような形状を有することにより、ベローズ１３０の底部構造１４０と衝合した緩衝体１８０は、窪み１８１の拡径部分における間隙を利用して弾性変形することができる。このため、底部構造１４０は、緩衝体１８０と衝合した後も、さらに端部カバー１１５に接近または接触した位置まで移動することができ、その結果ベローズ１３０の可動距離が増加することによりベローズポンプの吸入・吐出容量が増加する。

図３は、本発明のベローズポンプの他の例を示す概略断面図である。

図３において、上記図１に示すベローズポンプ１００における部材と同一の符号を付した部材は、同一または実質的に同一の部材であるため、適宜その説明を省略する。

本実施形態のベローズポンプ２００は、図１に示すベローズポンプ１００と対比して、いずれも複胴型のベローズポンプである点で共通するが、本発明のベローズポンプ２００を構成するベローズのうちの一方が、アキュームレータ構造を有する点で、図１に示すベローズポンプ１００と異なる。

図３に示すベローズポンプ２００は、ポンプケース２２０と、該ポンプケース２２０内に配置された伸縮可能なベローズ１３０と、駆動装置７００とを備える。

ポンプケース２２０は、流体を吸入するための吸入流路２１１と、破線で示される該流体を吐出するための吐出流路２１２とを有する。図３に示すベローズポンプ２００において、ポンプケース２２０は、例えば、上記図１に示すポンプケース１２０と同様に中空の略円柱形状の容器である。ポンプケース２２０はまた、例えば、ポンプボディ２１３、当該ボンプボディ２１３の両端にそれぞれ配置された中間カバー２１４、および当該中間カバー２１４のそれぞれの外側端部にさらに設けられた端部カバー２１５で構成されている。

ポンプケース２２０を構成する材料は、上記図１に示すポンプケース１２０と同様である。

吸入流路２１１は、一端部がポンプボディ２１３の外周面に向かって開口しかつ他端部がポンプボディ２１３の図３における右側端面に開口するように設けられている。吸入流路２１１の当該一端部もまた、図示しない流体の貯留タンクなどと連通される。吐出流路２１２は、一端部がポンプボディ２１３の外周面に向かって開口しかつ他端部がポンプボディ２１３の図３における左側端面に開口するように設けられている。吐出流路２１２の当該一端部は図示しない流体の移送先（例えば、任意の機器）と連通している。

中間カバー２１４はそれぞれ、上記図１に示す中間カバー１１４と同様である。

図３において、ポンプボディ２１３、中間カバー２１４、および端部カバー２１５が連結し、ポンプケース２２０の内部には、伸縮可能なベローズ１３０を収容するための収容空間が形成されている。当該収容空間は、ポンプボディ２１３、２つの中間カバー２１４および２つの端部カバー２１５と、必要に応じてそれらの間に配置されたシール部材（図示せず）によって、高度な気密性が保持されている。

図３において、左右に設けられたベローズ１３０は、上記収容空間内において、ベローズ１３０の一方の端部がそれぞれポンプボディ２１３側に指向し、かつ他端がそれぞれ端部カバー２１５側に指向するように配置されている。

ベローズ１３０の各他端は、上記図１と同様の、動作板１４１、押え板１４２および固定部材１４３により構成される底部構造１４０と一体的になって移動可能である。ここで、図３において右側に示すベローズ１３０（１３０ａ）の底部構造１４０はまた、ベローズ１３０ａの他端が接する面とは反対の面に連結棒２５０が設けられている。連結棒２５０は、固定部材１４３から端部カバー２１５を貫通し、ピストン収容区画２３０でスライド可能に設けられたピストン２３１と連結している。ピストン２３１の端部には、ピストン収容区画２３０の外部に向けて延びるセンサピース２３２が設けられている。センサピース２３２はまた、ピストン収容区間２３０の外部に所定間隔をあけて設けられた２つの近接センサ２７０の感受面の間を移動可能となるように設けられている。近接センサ２７０は、後述するようにベローズ１３０ａの伸縮に応じてベローズ１３０ａの他端部と一体的に移動するセンサピース２３２の接近を感受することにより、ベローズ１３０ａの伸縮状態を検知することができる。

ベローズ１３０ａとポンプケース２２０との間には、空気室２１０が形成されている。この空気室２１０、およびピストン収容区画２３０とピストン２５０との間で構成される空間に対し、第１給排気孔２７１および第２給排気孔２７２を通じて圧縮供給装置７１０から供給される空気の供給の切換えが切換弁７２０で行われる。

図３において左側に示すベローズ１３０（１３０ｂ）の内部（液室）は、右側のベローズ１３０ａの内部（液室）と流路２２１を介して連通しており、当該流路２２１からの流入により左側のベローズ１３０ｂの他端および底部構造１４０が左側に移動し得る。また、空気室２１０’内において、端部カバー２１５’と左側の底部構造１４０との間にはダンパ２９０（図３においては、例えばスプリング）が設けられており、当該端部カバー２１５’、左側の底部構造１４０およびダンパ２９０によってアキュームレータ構造を構成する。ベローズポンプ２００は、このようなアキュームレータ構造を有することにより、吸入流路２１１から入った流体が、吸入用逆止弁１１６、右側のベローズ１３０ａ、吐出用逆止弁１１８、流路２２１、左側のベローズ１３０ｂおよび吐出流路２１２を通じて外部に吐出かつ供給される際に脈流を発生させないか、あるいは当該脈流を低減することができる。

ベローズポンプ２００は、圧縮供給装置７１０から供給される空気の供給を切換弁７２０、ならびに第１給排気孔２７１および第２給排気孔２７２を通じて交互に行うことにより、右側のベローズ１３０ａの伸縮およびこれに連動した左側のベローズ１３０ｂの伸縮を行うことができる。

ここで、図３に示すベローズポンプ２００では、上記ポンプケース２２０の内面とベローズ１３０ａに設けられた底部構造１４０との間に緩衝体２８０が設けられている。図３に示す実施形態では、緩衝体２８０は例えばＯリングであり、右側の端部カバー２１５の内側であって、端部カバー２１５の内側と、ベローズ１３０ａに設けられた底部構造１４０とが対向する位置に設けられている。

図３において、緩衝体２８０は、右側のベローズ１３０ａの伸長に伴って底部構造１４０が端部カバー２１５に近づく際、センサピース２３２の接近を近接センサ２７０が感知する前に底部構造１４０と衝合可能である。衝合後も、近接センサ２７０の感知まで右側のベローズ１３０ａは伸長するため、緩衝体２８０は圧縮されつつ、当該緩衝体２８０が有する弾性によって底部構造１４０の動きを徐々に抑制することができる。その後、近接センサ２７０の感知により、上記の通り切換弁７２０の切換えが起こり、伸長した右側のベローズ１３０ａは収縮を開始し、これに伴って緩衝体２８０の圧縮も開放され、最終的に底部構造１４０は緩衝体２８０から離れる。

このように、図３に示す実施形態においては、上記ポンプケース２２０の内面と右側のベローズ１３０ａに設けられた底部構造１４０との間に設けられた緩衝体２８０によって、ベローズ１３０ａの伸長から収縮への切換えの直前におけるベローズ１３０ａの動きを徐々に抑制することができる。その結果、ベローズ１３０ａの伸長から収縮への切換えの際のウォータハンマの発生を適切に低減することができる。

上記図１および図３に示す各実施形態において、緩衝体１８０，２８０はそれぞれＯリングである場合、その材質は特に限定されないが、初期弾性率の高い材質から構成されることが好ましい。本発明におけるＯリングを構成し得る材質の例としては、ニトリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム等のエラストマーが挙げられる。耐薬品性に優れる点で、フッ素ゴムが好ましい。Ｏリングの大きさや軸断面の直径等は特に限定されず、ベローズポンプの大きさ等に応じて当業者によって任意のものが選択され得る。

本発明において使用可能な緩衝体１８０，２８０は、ベローズの底部構造とポンプケースの間に介在して、ベローズの底部構造とポンプケースが衝突する直前に、ベローズの伸長速度を減速できる部材である限り特に限定されず、例えば、図１〜３に示すようなＯリングの他、ゴム弾性を有する樹脂構造体２８２（図４参照）、板バネ２８４（図５参照）、スプリング２８６（図６参照）あるいはこれらの組合せであってもよい。入手が容易であり、取付けが容易であること等を考慮すれば、Ｏリングが好ましい。当該緩衝体はまた、例えば、底部構造１４０と対向して端部カバー２１５内において、緩衝体の一部が突出する深さに設けられた窪み２８１の中に配置されている。

ここで、本発明の各実施形態における緩衝体１８０，２８０のうち、図４に示すゴム弾性を有する樹脂構造体２８２は、好ましくは初期弾性率の高い樹脂でなる。ゴム弾性を有する樹脂の例としては、必ずしも限定されないが、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、弾性エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの樹脂を任意の発泡倍率で発泡した発泡樹脂を用いてもよい。

本発明において、緩衝体１８０，２８０にＯリングまたはゴム弾性を有する樹脂構造体２８２を用いる場合、長期間使用しても復元性を維持するためには、当該緩衝体は、好ましくは８％〜５０％、より好ましくは８％〜３０％の圧縮率の範囲内で使用されるように、配置される窪み２８１の溝の深さや形状が設定され得る。

本願発明者らは、図１に示すベローズポンプ１００について、緩衝体１８０としてＯリングを用い、ベローズ１３０の底部構造１４０をＯリングに１００００回衝突させる実験を複数回行った。その際、実験毎に窪み２８１の溝の深さを変えることにより、衝突時のＯリングの圧縮率を変化させて、１００００回衝突後のＯリングの復元率を測定した。ここで、Ｏリングの復元率は、圧縮率を３０％に抑えた場合には９７％であったのに対し、圧縮率を５０％にした場合には９０％に低下し、圧縮率を８０％にした場合には、５０％にまで低下したことを確認することができた。なお、圧縮率を８％未満にした場合は、Ｏリングの緩衝機能（ベローズ１３０を減速させる機能）が、上記のような圧縮率を選択した場合には及ぶものではなかった。

また、図５または６に示す緩衝体を構成する板バネまたはスプリングは、適切な弾性を有する材質から構成される限り特に限定されない。例えば、金属や合成樹脂製の板バネおよびスプリングが使用され得る。板バネやスプリングを構成する材料としては、例えば、弾性が強く、耐食性に優れる点でステンレスが挙げられる。

本発明において使用可能な緩衝体は、上記に例示したものに必ずしも限定されず、例えば、エアダンパ、油圧ダンパ等であってもよく、上記Ｏリング、ゴム弾性を有する樹脂構造体、板バネ、スプリングと任意の組合せが使用されてもよい。

さらに、本発明のベローズポンプにおいて、緩衝体が取り付けられる場所は、ポンプケース内面とベローズの底部構造が衝合する面であれば、いずれに設けてもよい。図１〜図６に示した例ではいずれもポンプケースの内面側に緩衝体１８０，２８０，２８２，２８４，２８６が設けられているが、例えば、図７に記載のように緩衝体２８７がベローズの底部構造１４０側に設けられてもよく、図８に記載のように、緩衝体２８８が、ポンプケース内面側とベローズの底部構造１４０側の両方に設けられてもよい。さらに図９に記載のように、ポンプケース内面とベローズの底部構造が衝合する面の中央において、緩衝体２８９は連結棒２５０の軸周りに設けられていてもよい。

また、図６に記載のように緩衝体２８６としてスプリングを用いる場合、スプリングはポンプケースの内面およびベローズの底部構造の両方にわたって接続されていてもよい。

さらに、上記実施形態においては、ベローズの底部構造が緩衝体に衝合した後に近接センサが底部構造の近接を感知する例を説明したが、ベローズの底部構造が緩衝体に衝合した後にベローズが伸長から収縮に切り替わる構成である限り、近接センサが底部構造の近接を感知するのは、ベローズの底部構造が緩衝体に衝合する前であってもよい。具体的には、ベローズに働く慣性力の影響により、近接センサが底部構造の近接を感知してから、ベローズが伸長から収縮に切り替わるまでのタイムラグが大きい場合は、ベローズの底部構造が緩衝体に衝合する前に、近接センサが底部構造の近接を感知するように設計したものであってもよい。

このように、本発明のベローズポンプは、上記のような緩衝体を、ポンプケースの内面とベローズの底部構造との間のポンプケースの内面および／またはベローズの底部構造に設けることにより、ポンプの吸入・吐出能力を保ったまま、駆動装置によるベローズの吸入工程から吐出工程に切換える際のウォータハンマの発生を効果的に低減することができる。

本発明においては、ベローズが伸長し、緩衝体を介してポンプケース内面とベローズの底部構造とが衝合すると、ベローズの伸長が、緩衝体が有する弾性によって実質的に減速する。その後、ベローズの伸縮のための切換えが行われることにより、当該緩衝体を備えないベローズポンプと比較して、急激な切換えが緩和され得る。そのため、ウォータハンマの発生が効果的に低減され得る。

本発明のベローズポンプは、例えば、半導体や液晶表示デバイスの製造における高純度薬液の供給、医薬品の定量注入など、所望の流体の移送において有用である。

１００，２００ ベローズポンプ
１１０ 空気室
１１１，２１１ 吸入流路
１１２，２１２ 吐出流路
１１３，２１３ ポンプボディ
１１４，２１４ 中間カバー
１１５，２１５，２１５’ 端部カバー
１１６ 吸入用逆止弁
１１８ 吐出用逆止弁
１１９ 配管
１２０，２２０ ポンプケース
１２１ 給排気孔
１３０（１３０ａ，１３０ｂ） ベローズ
１３５ 可動フランジ
１４０ 底部構造
１４１ 動作板
１４２ 押え板
１４３ 固定部材
１５０，２５０ 連結棒
１７０，２７０ 近接センサ
１８０，２８０ 緩衝体
１８１ 窪み
２２１ 流路
２３０ ピストン収容区画
２３２ センサピース
２７１ 第１給排気孔
２７２ 第２給排気孔
７００ 駆動装置
７１０ 圧縮供給装置
７２０ 切換弁
７４０ 制御装置

Claims (8)

1. 流体を吸入するための吸入流路と該流体を吐出するための吐出流路とを有する、ポンプケース；と
   該ポンプケース内に配置されたベローズであって、該流体が該吸入流路から吸入用逆止弁を介して吸入されかつ該流体が吐出用逆止弁を介して該吐出流路に吐出され、そして該吸入流路からの該流体の吸入と該吐出流路への該流体の吐出との切換えに応じて伸縮可能である、ベローズ；と
   該ベローズを伸縮させるための駆動装置；と
   該ポンプケースの内面と該ベローズの底部構造との間の該ポンプケースの内面および／または該ベローズの底部構造に設けられた緩衝体；と
   を備え、
   該ベローズの伸縮のための切換えが、該緩衝体を介した該ポンプケース内面と該ベローズの該底部構造との衝合後に行われる、ベローズポンプ。
2. 前記緩衝体が、ゴム、発泡樹脂、板バネ、空気ダンパ、油圧ダンパ、およびコイルバネからなる群から選択される少なくとも１種の弾性構造体である、請求項１に記載のベローズポンプ。
3. 前記緩衝体が、前記ポンプケースの内面側に設けられている、請求項１または２に記載のベローズポンプ。
4. 前記緩衝体が、前記ポンプケースの内面に設けられた窪みの中に、その一部が該窪みから突出するように設けられている、請求項３に記載のベローズポンプ。
5. 前記窪みが前記ポンプケース内面において環状に設けられており、そして前記緩衝体が、該環状の窪みに対応するＯリングである、請求項４に記載のベローズポンプ。
6. 前記緩衝体が、前記ベローズの底部構造側に設けられている、請求項１または２に記載のベローズポンプ。
7. 前記緩衝体が、前記ベローズの底部構造に設けられた窪みの中に、その一部が該窪みから突出するように設けられている、請求項６に記載のベローズポンプ。
8. 前記窪みが前記ベローズの底部構造において環状に設けられており、そして前記緩衝体が、該環状の窪みに対応するＯリングである、請求項７に記載のベローズポンプ。

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