JP2020527668A - 容積式ダイアフラム回転ポンプ - Google Patents

Abstract

環状チャンバを画定するハウジング１であって、入口及び出口ポート１２，１１を有するハウジングと、ハウジング１の環状壁とは反対側に離間して配置されたチャンバの一面を形成する可撓性環状ダイアフラム３と、チャンバを横切って延びる隔壁１３とを備える回転ポンプに関する。ダイアフラムは、ハウジングの環状壁と係合する外面と、第１の面の反対側の内面とを備え、外面は、回転手段によって、対向するハウジングの環状壁に徐々に押し付けられて、流体をチャンバの周囲に圧送する。回転ポンプはまた、回転手段を囲む補強リング４を備え、補強リングは、ダイアフラムの中央領域の内側部分に埋め込まれた埋込み部分３０と、ダイアフラムから半径方向外方に向いている面３５を有する支持部分３４とを備え、この面３５は回転ポンプの駆動中に補強リングに隣接するダイアフラムの内面に面しこれを支持する。【選択図】図４

Description

本発明は、容積式ダイアフラム回転ポンプに関する。かかるポンプは、本願出願人の以前の欧州特許第０８１９８５３号明細書に開示されている。

このような回転ポンプは、環状のチャンバを画定するハウジングであって、入口ポート及び出口ポートがチャンバの周囲で離間して配置されている、ハウジングと、ハウジングの環状壁の反対側に離間されたチャンバの１つの面を形成する、可撓性を有する環状のダイアフラムであって、その縁部がハウジングに封止状態で接合されている、ダイアフラムと、入口ポートと出口ポートとの間のある位置からダイアフラムまでチャンバを横切って延びる隔壁とを備え、ダイアフラムは、ハウジングの対向する壁に徐々に押し付けられて、流体を隔壁の一方の側にて入口ポートでチャンバの周囲に強制的に引き込み、隔壁の他方の側にて出口ポートで流体を吐出するように構成されている。

欧州特許第０８１９８５３号では、より高い負荷に対応するようにダイアフラムの中央部分に剛性を追加するとともに、ポンプの寿命を延ばすために、ダイアフラムに補強リングを追加した。

かかるポンプは、医療関係の分析や水の供給などの用途で商業的に成功している。これらの用途は全て、比較的低い圧力（典型的には２００ｋＰａ未満であるが、より一般的には１００ｋＰａ未満）でのものである。しかし、より高い圧力では、ポンプの現在の設計では寿命は限られている。

本発明は、より長い時間にわたってより高い圧力でより高い信頼性をもって動作を可能にする改良型ポンプに関する。

本発明によれば、請求項１に記載の回転ポンプが提供される。

ダイアフラムの内面に面しこれを支持する半径方向外側に向いている面を有する支持部分の存在によって、特にダイアフラムがその半径方向に最も内側の位置にあるときに、ダイアフラムに対する支持が向上され、この領域内でのダイアフラムの内方への押し出され（押圧され変形して一部が移動すること）がこの支持部分によって防止されるようになっている。

この支持部分は、ポンプに回転型の軸受が設けられているか否かに拘わらず、用いられ得る。しかしながら、回転型の軸受は、回転手段と補強リングとの間に設けられることが好ましい。この場合、補強リングの内面が軸受の外面全体にわたって係合することが好ましい。これは、軸受がダイアフラムと部分的に接している欧州特許第０８１９８５３号と比較して、軸受のより安定した支持を可能とする。軸受に面する補強リングの内面が、回転軸線の方向において軸受の外面よりも長いことが、より好ましい。この場合も、経時的に劣化する傾向の強い軸受に隣接する狭い部分がある欧州特許第０８１９８５３号と比較して、よりしっかりとした補強リングが提供される。

ダイアフラムは、支持部分の半径方向外方に向いている面とは接着されていないことが好ましい。この態様においては、ダイアフラムは、支持部分の半径方向外方に向いている面に対して移動可能である。

埋込み部分とダイアフラムとの間の連結部の強度を高めるために、埋込み部分は、ダイアフラムの中央領域の内側部分に接着されることが好ましい。

回転ポンプの構成は、ダイアフラムがハウジングに対して回転しないようにすることが好ましい。

以下、本発明によるポンプの例を、添付の図面を参照して説明する。

回転軸線に垂直であり入口ポート及び出口ポートを通る平面におけるポンプの断面図である。 図１の拡大部分図であり、出口ポートに隣接する領域を示している。 ダイアフラムとハウジングとの間の線接触部分を含む、図１のＩＩＩ−ＩＩＩとして示される軸平面における断面図である。 図３の左下の領域を詳細に示す図である。 ダイアフラムの側面図である。 ダイアフラムの分解斜視図である。

図１及び図３に示すように、剛性を有するハウジング１の管状部分は、その内面の周方向に沿って延びる環状溝２を有し、それはポンプチャンバとして機能する。弛緩状態では、可撓性を有するダイアフラム３がハウジングの壁の内側にあり、圧送された流体を溝に自由に含めることができるようになっている。剛性を有する補強リング４がダイアフラム内に成形され、このリングは常に、偏心カップリング６を介してシャフト７（ハウジングを貫通し、図示しない軸受でハウジング内に取り付けられている）に取り付けられた軸受５の外面と密接している。シャフト７は、環状溝と同心に取り付けられているが、ハウジング１の軸線８に対しては偏心して取り付けられており、モータ（図示せず）によって駆動される。補強リングが存在しない場合、ダイアフラムは伸び、真空下でチューブがつぶれた場合に蠕動ポンプで生ずるのと同様の態様で性能が低下する。

駆動シャフト７が回転すると、軸受５、補強リング４、及びダイアフラム３の中央部分は全てハウジング内で一体的に旋回する。ダイアフラム３の２つの端部は、エンドキャップ９によってハウジング１に固定され、大気に対して効果的且つ静的なシールを提供する。ダイアフラム３の中央部分が溝２の内側を旋回すると、ダイアフラムと溝との間に線接触部１０が存在し、これが流体を出口ポート１１に向かって押し同時に流体を入口ポート１２から引き込む当接部を提供する。したがって、ポンプは吐出時及び吸込み時のそれぞれにおいて、対称的で、正弦波的に変化する圧力及び吸込みサイクルを提供する。ダイアフラムはハウジングに対して回転しないため、ダイアフラム間の摺動は最小限であり、したがって摩耗は殆ど生じない。

図１から、ダイアフラム成形品の別の特徴が、出口ポート１１と入口ポート１２との間の連通を妨げる弾性的な隔壁１３にあることがわかる。これは、ハウジングの一部である下向きに垂下する壁１４、１５の間に配置されている。隔壁は弾性であるため、ダイアフラムの往復運動を許容する一方、両ポートと大気との間の静圧シールを維持する。このようにして、ポンプに必要な全ての順応性のあるシール機能はダイアフラム成形品によってもたらされ、これらはいずれも摺動式のシールではないため、大きな摩耗を受けない。

上記の説明は、欧州特許第０１８９８５３号の従来技術のポンプにも同様に適用される。次に、本ポンプに対する改良について説明する。

エンドキャップ９は、図４に明示されている。これらは、エンドキャップの最外面に第１の端部２０を有し、反対側の最内面に第２の端部２１を有する。第１の端部２０には、半径方向外方に延びるフランジ２２があり、このフランジ２２はハウジング１内の環状フランジ２３と協働してダイアフラム３をハウジング１にクランプする。そして、フランジ２２は、ハウジング１を適所に保持すべくハウジング１に固定される。

エンドキャップ９は、第１の端部２０から内側に向かって先細になる先細外面２４を有する。ダイアフラムが図３の右側に示すようにその半径方向に最も内側の位置にあるとき、この外面２４はダイアフラム３を支持する。

第２の端部２１の半径方向に最も内側の部分には、環状突起２５がある。この突起２５の存在は、第２の端部２１に隣接する領域におけるエンドキャップ９の外径を段階的に減じる凹部２６を形成する。図４から分かるように、第２の端部２１は非常に小さな量で軸受５から離間され、第１の軸線方向ギャップ２７、この場合は０．４ｍｍ未満、好ましくは０．２５ｍｍの軸線方向ギャップを形成する。また、凹部２６と補強リング４との間には第２の軸線方向ギャップ２８が存在する。この場合も、ギャップ２８は０．４ｍｍ未満で、０．２５ｍｍが好ましい。

図４から明らかなように、エンドキャップ９は、可撓性ダイアフラム３に対してフランジ２２と係合させることにより配置される。上述した非常に小さなギャップに鑑みて、フランジ２２はダイアフラム３を過度に圧縮することはない。過度に圧縮した場合、エンドキャップ９は補強リング４と軸受５に当接することになる。これにより、組立体の両端のエンドキャップ９は、両エンドキャップがダイアフラム３を同じ制限量まで圧縮するため、一致して挿入され得ることが確保される。

僅かな大きさの第２のギャップ２８はまた、圧縮可能なダイアフラム３がエンドキャップ９に押し付けられた（図３の右側に示す）ときに支持されないままとなるダイアフラム３の領域が非常に小さなもののみとなることを確保する。この位置においては、ダイアフラムの反対側の外面がポンプチャンバ内で全圧を受けており、これにより反対側の支持されていない領域でダイアフラム材料が押し出される傾向がある。しかし、この非常に小さなギャップ２８は、ポンプチャンバ内の圧力が増加したときでさえ、ダイアフラム３の押し出されの可能性を大きく制限する。

補強リング４は、図２及び図３に明示されているように、改良された形状を有する。

補強リング４は、その半径方向に最も外側の部分を形成する埋め込まれる部分（埋込み部分）３０と、リング４の半径方向に最も内側の部分を形成する支持部分３１とを備える。この場合、埋込み部分３０は、断面において、鋭い角のない湾曲した形状を有する４つの環状隆起部からなる鋸歯状ないしは凹凸形状を有する。これは、リング４に応力が集中しないようにするためである。これらの凹凸形状部分は、比較的限られた軸線領域内に大きな表面積を提供するために設計されている。ダイアフラム３は、リング４上のオーバーモールドとして形成され、凹凸形状部分の存在は、リングとダイアフラムとの間の結合のための表面積を最大化する。実質的に湾曲した断面と組み合わされた比較的多数のリング３２は、２つの構成要素間の負荷の伝達を効果的に広げ、それにより、比較的大きな負荷の下でも２つの構成要素の層間剥離を回避する。

リング４の支持部分３１は、ダイアフラムの支持部分３４を形成する凹凸形状部分３２を越えて軸線方向に延びている。これらは、ダイアフラム３の内面に直接面する半径方向外方に向いている表面３５を有する。ダイアフラム３は、表面３５には接着されていない。しかしながら、ダイアフラム３がハウジング１から最も離れた位置で、ダイアフラムはこの領域で面３５によって支持される。

この特徴は、ダイアフラムがポンプチャンバ内の圧力からの比較的高い内圧下にあるときに、ダイアフラムの支持を可能とする。前述のギャップ２８と同様に、この支持は、この応力がかかった位置でのダイアフラム材料の押し出されを防止する。

図１、図２及び図６に示されるように、ダイアフラム３の外面には、出口付近のダイアフラムのかなりの部分にわたって軸線方向に延びる樋状部分（ｔｒｏｕｇｈ）４０が設けられている。同様の樋状部分４１が入口に設けられています。各場合の樋状部分４０は、隔壁１３に隣接する第１の縁部４２と、第１の縁部とは反対側の第２の縁部４３とを有する。樋状部分４０、４１はそれぞれ、出口ポート１１及び入口ポート１２に対して通じている対応の出口ダクト４４及び入口ダクト４５と整列されている。

ダイアフラム３が最上位置にあるときにこれらの樋状部分４０、４１が存在しないと、高圧下でダイアフラム材料が限られた範囲でポート内に押し出され、それによりダイアフラムに経時的な損傷を引き起こす可能性がある。樋状部分４０、４１の存在は、この効果を低減又は排除する。しかしながら、樋状部分は、ダクト４４の縁部に隣接する縁部４３で終端し、その結果、ダイアフラムの全厚が縁部４３のすぐ下流で利用可能になる。これは、ダイアフラムがその移動の頂点に達したとき、ダイアフラムがハウジング１と完全に係合することができ、それにより、液体を吐出するために出口ダクト４４まで点接触１０が維持されることを確保する。同様の形状が入口ダクト４５に与えられている。

補強部材５０が図２、図５及び図６に明示されている。２つのそのような補強部材５０が図６に示されているが、実際にはこれらのうちの１つのみが存在する必要がある。これは、隔壁１３が使用中に負荷がかけられる方向に依存する。

補強部材５０は、隔壁の材料よりも硬く、したがって圧力下での変形に対する抵抗性が高い材料のフレームを備えている。これは、隔壁の側面の浅い凹部５１に収まるように形作られている。それは圧入であることが好ましいが、用途が必要とするならば、より確実な取付手段が採られてもよい。図６に明示されているように、補強部材５０の形状は、厚さがその長さや幅よりもはるかに小さい補強板と見なすことができるようなものである。

図２を参照すると、ダイアフラムがチャンバの周囲に流体を圧送するように旋回運動するとき、隔壁１３は、この旋回運動を可能とするためにある程度変形する。加えて、入口１２又は出口１１内の流体の圧力も隔壁を変形させるように作用する。より高い圧力負荷の下では、これにより、ダイアフラム３のより柔軟な材料が壁１４、１５に接触し、それにより、特にダイアフラム材料に食い込み得る壁１４、１５の底縁部でダイアフラム材料が摩耗する可能性がある。

図２から分かるように、補強部材５０は、壁１４、１５の底縁部の近傍に配置され、それにより２つのより硬い表面間で接触し、それによってダイアフラム材料が摩耗から保護されるようになっている。

Claims (6)

1. 環状のチャンバを画定するハウジングであって、入口ポート及び出口ポートが前記チャンバの周囲で間隔を置いて配置されている、ハウジングと、前記ハウジングの環状の壁とは反対側に離間して配置された前記チャンバの１つの面を形成する、可撓性を有する環状のダイアフラムであって、該ダイアフラムの縁部が前記ハウジングに封止状態で接合されている、ダイアフラムと、前記入口ポートと前記出口ポートとの間の位置から前記ダイアフラムまで前記チャンバを横切って延びる隔壁とを備える回転ポンプであって、
   前記ダイアフラムが、前記ハウジングの前記環状の壁と係合する外面と、前記外面の反対側の内面とを備え、前記外面が、回転手段によって、対向する前記ハウジングの前記壁に徐々に押し付けられて、流体を前記隔壁の一方の側の前記入口ポートにて前記チャンバの周囲に強制的に引き込み、前記隔壁の他方の側の前記出口ポートにて流体を吐出するように構成されており、
   当該回転ポンプは、前記回転手段を囲み前記ダイアフラムの中央領域に連結された補強リングを備え、前記補強リングが、前記ダイアフラムの前記中央領域の内側部分に埋め込まれた埋込み部分と、前記ダイアフラムから半径方向内方に且つ前記埋込み部分を越えて軸線方向に延びる支持部分とを備え、前記支持部分が半径方向外方に向いている面を有し、この面が、当該回転ポンプの駆動中に前記補強リングに隣接する前記ダイアフラムの前記内面に面し該内面を支持する、回転ポンプ。
2. 前記回転手段と前記補強リングとの間の回転型の軸受をさらに備える、請求項１に記載の回転ポンプ。
3. 前記補強リングの内面が、前記軸受の外面全体にわたって係合している、請求項２に記載の回転ポンプ。
4. 前記軸受に面する前記補強リングの前記内面が、回転軸線の方向において、前記軸受の外面よりも長い、請求項２又は３に記載の回転ポンプ。
5. 前記ダイアフラムが、前記支持部分の前記半径方向外方に向いている面とは接着されていない、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転ポンプ。
6. 前記埋込み部分が、前記ダイアフラムの前記中央領域の前記内側部分に接着されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転ポンプ。
   

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