JP2021169794A

JP2021169794A - Bellows pump

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Publication number: JP2021169794A
Application number: JP2020073455A
Authority: JP
Inventors: 一清手嶋; Kazukiyo Tejima; 大輔浦田; Daisuke Urata
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2021-10-28

Abstract

To provide a bellows pump capable of highly maintaining seal performance of a bellows even under a high-temperature and high-pressure environment.SOLUTION: A first end of a cylinder is closed, and a second end is opened. A bellows includes a flange extending along an edge of an opening, and is installed in an inside of the cylinder so as to be extensible/contractible in an axial direction. A pump head is arranged at the second end of the cylinder, and closes the opening of the bellows. A fastening part stabilizes the cylinder and the pump head in a state of fastening the flange of the bellows between the second end of the cylinder and the pump head. The flange of the bellows includes an annular groove, and the pump head includes an annular protrusion and a seal. The annular protrusion is arranged in the annular groove. The seal is positioned outside the annular protrusion in a radial direction, and is brought into pressure contact with a surface of the flange of the bellows.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明はベローズポンプに関し、特にそのシール構造に関する。 The present invention relates to a bellows pump, particularly to its seal structure.

「ベローズポンプ」とは、ベローズを利用したポンプをいう（たとえば、特許文献１、２、４参照）。「ベローズ」は、樹脂等の可撓性素材から成る筒であり、周壁部に蛇腹を含む。この蛇腹により、ベローズは軸方向に伸縮が可能である。ベローズポンプは、空気圧またはモーターの力でベローズを強制的に伸縮させることにより輸送対象の流体を吸入し、または吐出する。たとえば、ベローズの内部空間がポンプ室として利用される場合、ベローズが伸びるとポンプ室に流体が吸入され、ベローズが縮むとポンプ室から流体が吐出される。輸送対象の流体には、たとえば、半導体、液晶等の製造プロセスにおいて使用される様々な薬液または超純水が含まれる。 The "bellows pump" refers to a pump using bellows (see, for example, Patent Documents 1, 2 and 4). The "bellows" is a cylinder made of a flexible material such as resin, and includes a bellows on the peripheral wall portion. This bellows allows the bellows to expand and contract in the axial direction. The bellows pump sucks in or discharges the fluid to be transported by forcibly expanding and contracting the bellows by air pressure or the force of a motor. For example, when the internal space of the bellows is used as a pump chamber, the fluid is sucked into the pump chamber when the bellows expands, and the fluid is discharged from the pump chamber when the bellows contracts. The fluid to be transported includes, for example, various chemicals or ultrapure water used in the manufacturing process of semiconductors, liquid crystals and the like.

ベローズポンプによって輸送される流体の量はベローズの容積の変化量で決まるので、その流体の量を正確に制御するには、ベローズの内部空間を確実に密封（シール）する必要がある。シール部は、ベローズと、その開口部を塞ぐポンプヘッドとの間で互いの表面（シール面）が密着した部分であり、ベローズの開口部の縁に沿って環状に形成されている。シール部の構造には、たとえば、刺さり込みシールとリップシールとがある。「刺さり込みシール」とは、ベローズの開口部の縁に設けられた環状溝に、ポンプヘッドから突出した環状突起が圧入されたものをいう（たとえば特許文献１、２参照）。「リップシール」とは、シール面の一方が滑らかな面であり、他方が、その滑らかな面に押し当てられた凸部の先端面から成るものをいう（たとえば特許文献３参照）。 Since the amount of fluid transported by the bellows pump is determined by the amount of change in the volume of the bellows, it is necessary to securely seal the internal space of the bellows in order to accurately control the amount of the fluid. The seal portion is a portion where the surfaces (seal surfaces) of the bellows and the pump head that closes the opening of the bellows are in close contact with each other, and is formed in an annular shape along the edge of the opening of the bellows. The structure of the seal portion includes, for example, a piercing seal and a lip seal. The “piercing seal” refers to a seal in which an annular protrusion protruding from the pump head is press-fitted into an annular groove provided at the edge of the opening of the bellows (see, for example, Patent Documents 1 and 2). The "lip seal" means that one of the sealing surfaces is a smooth surface and the other is a tip surface of a convex portion pressed against the smooth surface (see, for example, Patent Document 3).

特開２００６−２０７４１０号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-207410 特開２００４−２６３６３７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-263637 特開２０００−１９３１５５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-193155 特許第６３６７６４５号公報Japanese Patent No. 6376645

半導体等の製造プロセスで使用される薬液等には、摂氏数百度程度の高温のもの、または数気圧程度の高圧のものがある。これらの輸送にもベローズポンプが利用可能であることが好ましい。しかし、高温高圧の環境の下でベローズポンプを使用することには、特にベローズのシール部に関して次の問題がある。高温高圧の環境の下でもベローズに適度な強度を保たせるには一般に、ベローズの厚みを増やさねばならない。しかし、厚みが大きいほど、ベローズが伸びる際にベローズの開口部の縁にかかる応力が増大するので、シール部が変形しやすい。刺さり込みシールでは、環状溝が内周へ向かって広がりやすい。リップシールでは、滑らかなシール面が凸部の先端面から内周へずれやすい。いずれの変形もシール面間の圧力を低下させるので、いずれのシール部においてもシール性能が劣化する。 Chemical solutions and the like used in the manufacturing process of semiconductors and the like include those having a high temperature of about several hundred degrees Celsius and those having a high pressure of about several atmospheres. It is preferable that a bellows pump can also be used for these transportations. However, using the bellows pump in a high temperature and high pressure environment has the following problems, especially with respect to the bellows seal. In general, the thickness of the bellows must be increased in order for the bellows to maintain an appropriate strength even in a high temperature and high pressure environment. However, as the thickness increases, the stress applied to the edge of the opening of the bellows increases when the bellows extends, so that the seal portion is easily deformed. In the piercing seal, the annular groove tends to expand toward the inner circumference. In the lip seal, the smooth seal surface tends to shift from the tip surface of the convex portion to the inner circumference. Since each deformation lowers the pressure between the sealing surfaces, the sealing performance deteriorates in any of the sealing portions.

本発明の目的は上記の課題を解決することであり、特に、高温高圧の環境の下でもベローズのシール性能を高く維持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。 An object of the present invention is to solve the above problems, and in particular, to provide a bellows pump capable of maintaining high sealing performance of bellows even in a high temperature and high pressure environment.

本発明の１つの観点によるベローズポンプは、シリンダ、ベローズ、ポンプヘッド、および締結部を備えている。シリンダは第１端が閉じており、第２端が開いている。ベローズは、開口部の縁に沿って広がるフランジを含み、シリンダの内部に、軸方向において伸縮可能に設置されている。ポンプヘッドはシリンダの第２端に配置されており、ベローズの開口部を塞いでいる。締結部は、シリンダの第２端とポンプヘッドとの間にベローズのフランジを挟んだ状態で、シリンダにポンプヘッドを安定化させている。ベローズのフランジは環状溝を含み、ポンプヘッドは環状突起とシール部とを含む。環状突起は環状溝の中に配置されている。シール部は、環状突起よりも径方向において外側に位置し、ベローズのフランジの表面に圧接している。 A bellows pump according to one aspect of the invention comprises a cylinder, bellows, pump head, and fastening. The first end of the cylinder is closed and the second end is open. The bellows include a flange that extends along the edge of the opening and is axially telescopicly installed inside the cylinder. The pump head is located at the second end of the cylinder and closes the opening of the bellows. The fastening portion stabilizes the pump head in the cylinder with the flange of the bellows sandwiched between the second end of the cylinder and the pump head. The bellows flange includes an annular groove and the pump head includes an annular protrusion and a seal. The annular protrusion is arranged in the annular groove. The seal portion is located on the outer side in the radial direction from the annular protrusion and is in pressure contact with the surface of the flange of the bellows.

環状溝と環状突起とは、シリンダの第２端の端面とポンプヘッドとの間に挟まれた領域に位置していてもよい。シール部は、ポンプヘッドの表面上の凸部とベローズのフランジの表面とで構成されるリップシールであってもよい。 The annular groove and the annular protrusion may be located in a region sandwiched between the end surface of the second end of the cylinder and the pump head. The seal portion may be a lip seal composed of a convex portion on the surface of the pump head and the surface of the flange of the bellows.

本発明による上記のベローズポンプでは、ベローズのフランジが環状溝を含み、ポンプヘッドが環状突起とシール部とを含む。環状突起は環状溝の中に配置されている。シール部は環状突起よりも径方向において外側に位置しており、ベローズのフランジの表面に圧接している。これにより、ベローズの伸長に伴ってフランジが変形しても、その変形は環状溝の変形に吸収されるので、シール部には及ばない。したがって、シール面間の圧力が高く維持されるのでシール部がシール性能を損ないにくい。こうして、高温高圧の環境の下でも強度を維持すべくベローズが分厚く形成されても、このベローズポンプは、ベローズのシール性能を高く維持することができる。 In the above bellows pump according to the present invention, the flange of the bellows includes an annular groove, and the pump head includes an annular protrusion and a seal portion. The annular protrusion is arranged in the annular groove. The sealing portion is located on the outer side in the radial direction from the annular protrusion and is in pressure contact with the surface of the flange of the bellows. As a result, even if the flange is deformed due to the extension of the bellows, the deformation is absorbed by the deformation of the annular groove, so that the deformation does not reach the seal portion. Therefore, since the pressure between the sealing surfaces is maintained high, the sealing portion does not easily impair the sealing performance. In this way, even if the bellows is thickly formed to maintain the strength even in a high temperature and high pressure environment, this bellows pump can maintain high sealing performance of the bellows.

（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明の実施形態によるベローズポンプの上面図、正面図、および側面図である。(A), (b), and (c) are a top view, a front view, and a side view of the bellows pump according to the embodiment of the present invention, respectively. 図１の（ｃ）が示す直線Ａ−Ｃに沿った断面図である。It is sectional drawing along the straight line AC shown by (c) of FIG. 図１の（ｃ）が示す折線Ｂ−Ｃに沿った断面図である。It is sectional drawing along the folding line BC shown by (c) of FIG. （ａ）は、図１のベローズポンプを駆動する系統のブロック図である。（ｂ）は、その系統の動作を示すタイミングチャートである。(A) is a block diagram of the system for driving the bellows pump of FIG. (B) is a timing chart showing the operation of the system. 図２の破線が示す部分の拡大図である。It is an enlarged view of the part shown by the broken line of FIG.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
［ベローズポンプの構造］ Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Structure of bellows pump]

図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明の実施形態によるベローズポンプの上面図、正面図、および側面図である。図２は、図１の（ｃ）が示す直線Ａ−Ｃに沿った断面図であり、図３は、図１の（ｃ）が示す折線Ｂ−Ｃに沿った断面図である。このベローズポンプは、ポンプヘッド１００、第１シリンダ２１０、第２シリンダ２２０、第１ベローズ３１０、第２ベローズ３２０、および４本の締結棒４１０、４２０、４３０、４４０を備えている。 1 (a), (b), and (c) of FIG. 1 are a top view, a front view, and a side view of a bellows pump according to an embodiment of the present invention, respectively. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the straight line AC shown in FIG. 1 (c), and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the folding line BC shown in FIG. 1 (c). The bellows pump includes a pump head 100, a first cylinder 210, a second cylinder 220, a first bellows 310, a second bellows 320, and four fastening rods 410, 420, 430, 440.

ポンプヘッド１００は、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）または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（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂から成る円盤である。図１の（ｂ）が示すように、ポンプヘッド１００の外周面の前部には吸入口１０１が形成されている。吸入口１０１は、たとえば、外部の貯蔵タンクに接続されている（図示せず）。このタンクには輸送対象の流体（気体でも液体でもよい。）が蓄えられている。図１の（ａ）が示すように、ポンプヘッド１００の外周面の上部には吐出口１０２が形成されている。吐出口１０２は流体の輸送先に接続されている（図示せず）。図２、図３が示すように、ポンプヘッド１００の各円盤面には吸入用逆止弁１１１、１２１と吐出用逆止弁１１２、１２２とが取り付けられ、ポンプヘッド１００の内部には２種類の流路１３１、１３２が形成されている。一方の流路１３１（以下、吸入路という。）は吸入用逆止弁１１１、１２１と吸入口１０１との間を繋いでいる。他方の流路１３２（以下、吐出路という。）は吐出用逆止弁１１２、１２２と吐出口１０２との間を繋いでいる。ポンプヘッド１００の各円盤面の縁には環状突起１４１、１４２が、各円盤面と同軸に形成されている。 The pump head 100 is a disk made of a fluororesin such as, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) or tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA). As shown in FIG. 1B, a suction port 101 is formed in the front portion of the outer peripheral surface of the pump head 100. The suction port 101 is connected to, for example, an external storage tank (not shown). This tank stores the fluid to be transported (which may be gas or liquid). As shown in FIG. 1A, a discharge port 102 is formed on the upper portion of the outer peripheral surface of the pump head 100. The discharge port 102 is connected to a fluid transport destination (not shown). As shown in FIGS. 2 and 3, suction check valves 111 and 121 and discharge check valves 112 and 122 are attached to each disk surface of the pump head 100, and there are two types inside the pump head 100. The flow paths 131 and 132 of the above are formed. One of the flow paths 131 (hereinafter referred to as a suction path) connects the suction check valves 111 and 121 and the suction port 101. The other flow path 132 (hereinafter referred to as a discharge path) connects the discharge check valves 112 and 122 and the discharge port 102. An annular protrusions 141 and 142 are formed coaxially with each disk surface on the edge of each disk surface of the pump head 100.

第１シリンダ２１０と第２シリンダ２２０とは、たとえばＰＴＦＥまたはＰＦＡ等のフッ素樹脂から成る同サイズの円筒であり、第１端２１１、２２１が閉じており、第２端２１２、２２２が開いている。第１シリンダ２１０と第２シリンダ２２０とは互いの第２端２１２、２２２を向かい合わせており、それらの間にポンプヘッド１００を挟んでいる。第１シリンダ２１０、ポンプヘッド１００、および第２シリンダ２２０は同軸に配置されている。 The first cylinder 210 and the second cylinder 220 are cylinders of the same size made of fluororesin such as PTFE or PFA, the first ends 211 and 221 are closed, and the second ends 212 and 222 are open. .. The first cylinder 210 and the second cylinder 220 face each other at their second ends 212 and 222, and the pump head 100 is sandwiched between them. The first cylinder 210, the pump head 100, and the second cylinder 220 are arranged coaxially.

各シリンダ２１０、２２０の第１端２１１、２２１の側面には第１吸排気口が設けられている（図示せず）。第１吸排気口は、ベローズポンプの外部に設置されたエアコンプレッサ（図示せず。）に接続されており、エアコンプレッサから各シリンダ２１０、２２０の内部空間へ圧縮空気を導入し、またはその内部空間から圧縮空気を排出する。 First intake / exhaust ports are provided on the side surfaces of the first ends 211 and 221 of the cylinders 210 and 220 (not shown). The first intake / exhaust port is connected to an air compressor (not shown) installed outside the bellows pump, and compressed air is introduced from the air compressor into the internal spaces of the cylinders 210 and 220, or inside the air compressor. Exhaust compressed air from the space.

図２、図３が示すように、各シリンダ２１０、２２０の第１端２１１、２２１の軸方向における外側には、円筒形状の空気室２１３、２２３が各シリンダ２１０、２２０と同軸に設けられている。各空気室２１３、２２３の内側には円盤形状のピストン２１４、２２４が同軸に、かつ軸方向において摺動可能に収められている。各空気室２１３、２２３の側面には第２吸排気口（図示せず。）と近接センサ２１６、２２６（図３参照。）とが設けられている。第２吸排気口は、ベローズポンプの外部に設置されたエアコンプレッサ（図示せず。）に接続されており、エアコンプレッサからシリンダ２１０、２２０の第１端２１１、２２１とピストン２１４、２２４との隙間へ圧縮空気を導入し、またはその隙間から圧縮空気を排出する（詳細については後述する）。これによりピストン２１４、２２４が空気室２１３、２２３の内部を軸方向に変位する。近接センサ２１６、２２６はピストン２１４、２２４の軸方向における位置を検出する。 As shown in FIGS. 2 and 3, cylindrical air chambers 213 and 223 are provided coaxially with the cylinders 210 and 220 on the outer side of the first ends 211 and 221 of the cylinders 210 and 220 in the axial direction. There is. Inside each of the air chambers 213 and 223, disk-shaped pistons 214 and 224 are housed coaxially and slidably in the axial direction. Second intake / exhaust ports (not shown) and proximity sensors 216 and 226 (see FIG. 3) are provided on the side surfaces of the air chambers 213 and 223. The second intake / exhaust port is connected to an air compressor (not shown) installed outside the bellows pump, from the air compressor to the first ends 211 and 221 of the cylinders 210 and 220 and the pistons 214 and 224. Compressed air is introduced into the gap, or compressed air is discharged from the gap (details will be described later). As a result, the pistons 214 and 224 are displaced in the axial direction inside the air chambers 213 and 223. Proximity sensors 216 and 226 detect the axial position of pistons 214 and 224.

第１ベローズ３１０と第２ベローズ３２０とは、たとえば、ＰＴＦＥまたはＰＦＡ等のフッ素樹脂から成る同サイズの円筒であり、一端３１１、３２１が閉じており、他端３１２、３２２が開いている。周壁部には蛇腹が設けられているので、ベローズ３１０、３２０は軸方向に伸縮可能である。図２、図３が示すように、ベローズ３１０、３２０は各シリンダ２１０、２２０の中に１つずつ同軸に配置されており、それぞれの開口端３１２、３２２がポンプヘッド１００の円盤面によって塞がれている。 The first bellows 310 and the second bellows 320 are cylinders of the same size made of, for example, a fluororesin such as PTFE or PFA, with one ends 311 and 321 closed and the other ends 312 and 322 open. Since the peripheral wall portion is provided with a bellows, the bellows 310 and 320 can be expanded and contracted in the axial direction. As shown in FIGS. 2 and 3, the bellows 310 and 320 are coaxially arranged one by one in each of the cylinders 210 and 220, and the respective opening ends 312 and 322 are closed by the disk surface of the pump head 100. It has been.

各ベローズ３１０、３２０の開口端３１２、３２２の内側には吸入用逆止弁１１１、１２１と吐出用逆止弁１１２、１２２とが配置されている。これにより、ベローズ３１０、３２０の内側はポンプ室として利用される。ベローズ３１０、３２０の開口端３１２、３２２の縁からは径方向へフランジ３１３、３２３が広がっており、シリンダ２１０、２２０の第２端２１２、２２２とポンプヘッド１００の円盤面との間に挟まれて固定されている。したがって、ベローズ３１０、３２０が伸縮すると、それぞれの閉塞端３１１、３２１がシリンダ２１０、２２０の内部を軸方向に往復運動する。 Check valves 111 and 121 for suction and check valves 112 and 122 for discharge are arranged inside the open ends 312 and 222 of the bellows 310 and 320. As a result, the inside of the bellows 310 and 320 is used as a pump chamber. Flange 313 and 323 extend radially from the edges of the open ends 312 and 322 of the bellows 310 and 320 and are sandwiched between the second ends 212 and 222 of the cylinders 210 and 220 and the disk surface of the pump head 100. Is fixed. Therefore, when the bellows 310 and 320 expand and contract, the closed ends 311 and 321 reciprocate in the axial direction inside the cylinders 210 and 220, respectively.

第１ベローズ３１０の閉塞端３１１の中央部からは第１シャフト３１５が軸方向へ伸びており、第２ベローズ３２０の閉塞端３２１の中央部からは第２シャフト３２５が軸方向へ伸びている。各シャフト３１５、３２５の先端は各シリンダ２１０、２２０の第１端２１１、２２１を貫通して、その外側のピストン２１４、２２４に連結されている。これにより、第１ベローズ３１０の伸縮に伴って第１シリンダ２１０の外側のピストン２１４が軸方向に変位し、第２ベローズ３２０の伸縮に伴って第２シリンダ２２０の外側のピストン２２４が軸方向に変位する。このとき、各ピストン２１４、２２４の軸方向における位置が近接センサ２１６、２２６によって検出されるので、それぞれの位置からベローズ３１０、３２０の閉塞端３１１、３２１の軸方向における位置がわかる。 The first shaft 315 extends axially from the central portion of the closed end 311 of the first bellows 310, and the second shaft 325 extends axially from the central portion of the closed end 321 of the second bellows 320. The tips of the shafts 315 and 325 penetrate the first ends 211 and 221 of the cylinders 210 and 220 and are connected to the pistons 214 and 224 on the outside thereof. As a result, the piston 214 on the outside of the first cylinder 210 is displaced in the axial direction as the first bellows 310 expands and contracts, and the piston 224 on the outside of the second cylinder 220 moves in the axial direction as the second bellows 320 expands and contracts. Displace. At this time, since the axial positions of the pistons 214 and 224 are detected by the proximity sensors 216 and 226, the axial positions of the closed ends 311, 321 of the bellows 310 and 320 can be known from the respective positions.

図２、図３が示すように、各ベローズ３１０、３２０のフランジ３１３、３２３の縁には環状溝３１４、３２４が、フランジ３１３、３２３と同軸に形成されている。環状溝３１４、３２４のそれぞれの中にはポンプヘッド１００の環状突起１４１、１４２が嵌まっている。これにより、各ベローズ３１０、３２０内のポンプ室が外部から密封される（その構造の詳細については後述する）。 As shown in FIGS. 2 and 3, annular grooves 314 and 324 are formed coaxially with the flanges 313 and 323 on the edges of the flanges 313 and 323 of the bellows 310 and 320. The annular protrusions 141 and 142 of the pump head 100 are fitted in the annular grooves 314 and 324, respectively. As a result, the pump chambers in the bellows 310 and 320 are sealed from the outside (details of the structure will be described later).

シリンダ２１０、２２０の第１端２１１、２２１は第２端２１２、２２２とは異なり、径方向へ張り出して全体が矩形状である（図１参照）。第１端２１１、２２１の互いに対向する角の間を締結棒４１０−４４０が接続している。締結棒４１０−４４０は、たとえば同サイズの金属棒であり、両端４１１、４１２、４３１、４３２に雄ねじが設けられている。締結棒４１０−４４０の両端は、シリンダ２１０、２２０の第１端２１１、２２１の４つの角に１つずつ開けられた穴２１５、２２５を貫通しており、各穴２１５、２２５にナット４５０で固定されている。これにより、第１シリンダ２１０の第２端２１２とポンプヘッド１００との間には第１ベローズ３１０のフランジ３１３が挟まれ、第２シリンダ２２０の第２端２２２とポンプヘッド１００との間には第２ベローズ３２０のフランジ３２３が挟まれた状態で、シリンダ２１０、２２０とポンプヘッド１００とが安定化している。
［ベローズポンプの駆動系統］ Unlike the second ends 212 and 222, the first ends 211 and 221 of the cylinders 210 and 220 project radially and have a rectangular shape as a whole (see FIG. 1). Fastening rods 410-440 are connected between the opposite corners of the first ends 211 and 221. The fastening rod 410-440 is, for example, a metal rod of the same size, and male threads are provided at both ends 411, 421, 431, and 432. Both ends of the fastening rod 410-440 penetrate through holes 215 and 225, one at each of the four corners of the first ends 211 and 221 of the cylinders 210 and 220, and nuts 450 in each of the holes 215 and 225. It is fixed. As a result, the flange 313 of the first bellows 310 is sandwiched between the second end 212 of the first cylinder 210 and the pump head 100, and between the second end 222 of the second cylinder 220 and the pump head 100. The cylinders 210 and 220 and the pump head 100 are stabilized with the flange 323 of the second bellows 320 sandwiched between them.
[Bellows pump drive system]

図４の（ａ）は、上記のベローズポンプを駆動する系統のブロック図である。この系統は、エアコンプレッサ、第１レギュレータ、第２レギュレータ、第１切換バルブ、第２切換バルブ、および制御部を含む。エアコンプレッサは高圧の圧縮空気を生成して第１レギュレータと第２レギュレータとへ出力する。第１レギュレータと第２レギュレータとは、それぞれに入力された圧縮空気の圧力を設定値に抑える。第１切換バルブと第２切換バルブとは好ましくは電磁式である。第１切換バルブは、ベローズポンプの第１シリンダ２１０の第１吸排気口２１７と第２吸排気口２１８との一方を第１レギュレータへ接続し、他方を外気に開放する。第２切換バルブは、ベローズポンプの第２シリンダ２２０の第１吸排気口２２７と第２吸排気口２２８との一方を第２レギュレータへ接続し、他方を外気に開放する。制御部は、シリンダ２１０、２２０の近接センサ２１６、２２６を通してベローズ３１０、３２０の閉塞端３１１、３２１の軸方向における位置を監視し、それぞれの位置に応じてレギュレータと切換バルブとを制御する。制御部は特に、各レギュレータには出力圧力の設定値を変更させ、各切換バルブには第１吸排気口２１７、２２７と第２吸排気口２１８、２２８とのいずれをレギュレータに接続すべきかを指定する。
［ベローズポンプの動作］ FIG. 4A is a block diagram of a system for driving the bellows pump. This system includes an air compressor, a first regulator, a second regulator, a first switching valve, a second switching valve, and a control unit. The air compressor generates high-pressure compressed air and outputs it to the first regulator and the second regulator. The first regulator and the second regulator suppress the pressure of the compressed air input to each to a set value. The first switching valve and the second switching valve are preferably electromagnetic type. The first switching valve connects one of the first intake / exhaust port 217 and the second intake / exhaust port 218 of the first cylinder 210 of the bellows pump to the first regulator, and opens the other to the outside air. The second switching valve connects one of the first intake / exhaust port 227 and the second intake / exhaust port 228 of the second cylinder 220 of the bellows pump to the second regulator, and opens the other to the outside air. The control unit monitors the axial positions of the closed ends 311 and 321 of the bellows 310 and 320 through the proximity sensors 216 and 226 of the cylinders 210 and 220, and controls the regulator and the switching valve according to the respective positions. In particular, the control unit causes each regulator to change the set value of the output pressure, and determines which of the first intake / exhaust ports 217 and 227 and the second intake / exhaust ports 218 and 228 should be connected to the regulator for each switching valve. specify.
[Operation of bellows pump]

図４の（ａ）が示す駆動系統は、以下に述べるように、第１ベローズ３１０の伸縮と第２ベローズ３２０の伸縮とを互いに独立に制御すると共に、それらの制御間のタイミングを合わせる。これにより、ベローズポンプから輸送対象の流体が連続的に、かつ実質的に脈動を伴うことなく吐出される。 As described below, the drive system shown in FIG. 4A controls the expansion and contraction of the first bellows 310 and the expansion and contraction of the second bellows 320 independently of each other, and adjusts the timing between the controls. As a result, the fluid to be transported is continuously discharged from the bellows pump with substantially no pulsation.

図４の（ｂ）は、上記の駆動系統の動作を示すタイミングチャートである。上段のグラフのうち、実線のグラフは第１レギュレータの出力圧力の時間変化を表し、破線のグラフは第２レギュレータの出力圧力の時間変化を表す。中段の棒グラフは、各切換バルブが各レギュレータに各吸排気口を接続する期間を表す。ハッチが入った矩形は、対応する吸排気口２１７、２１８、２２７、２２８が第１レギュレータまたは第２レギュレータに接続される期間を表す。空白の矩形は、対応する吸排気口が外気に開放される期間を表す。下段のグラフのうち、実線のグラフは第１ベローズ３１０の閉塞端３１１の軸方向における位置の時間変化を表し、破線のグラフは第２ベローズ３２０の閉塞端３２１の軸方向における位置の時間変化を表す。グラフの下端ＳＨＲは、閉塞端３１１、３２１がポンプヘッド１００に最接近したときの位置、すなわちベローズ３１０、３２０が最も縮んだときの位置を表す（以下、この位置を「最短縮位置」と呼ぶ）。グラフの上端ＬＮＧは、閉塞端３１１、３２１がポンプヘッド１００から最も離れたときの位置、すなわちベローズ３１０、３２０が最も伸びたときの位置を表す（以下、この位置を「最伸長位置」と呼ぶ）。 FIG. 4B is a timing chart showing the operation of the drive system. In the upper graph, the solid line graph shows the time change of the output pressure of the first regulator, and the broken line graph shows the time change of the output pressure of the second regulator. The bar graph in the middle shows the period during which each switching valve connects each intake / exhaust port to each regulator. The hatched rectangle represents the period during which the corresponding intake / exhaust ports 217, 218, 227, 228 are connected to the first or second regulator. The blank rectangle represents the period during which the corresponding intake and exhaust ports are open to the outside air. In the lower graph, the solid line graph shows the time change of the position of the closed end 311 of the first bellows 310 in the axial direction, and the broken line graph shows the time change of the position of the closed end 321 of the second bellows 320 in the axial direction. show. The lower end SHR of the graph represents the position when the closed ends 311 and 321 are closest to the pump head 100, that is, the position when the bellows 310 and 320 are most contracted (hereinafter, this position is referred to as the "shortest position"). ). The upper end LNG of the graph represents the position when the closed ends 311 and 321 are farthest from the pump head 100, that is, the position when the bellows 310 and 320 are most extended (hereinafter, this position is referred to as the “maximum extension position”). ).

時刻ｔ０では第１ベローズ３１０の閉塞端３１１が最伸長位置ＬＮＧに静止している。このとき制御部は第１レギュレータと第１切換バルブとへ短縮指令を出す。この短縮指令に応じて、第１レギュレータは出力圧力を値ｂまで急上昇させ、第１切換バルブは第１シリンダ２１０の第１吸排気口２１７を第１レギュレータに接続し、第２吸排気口２１８を外気に開放する。これにより、第１シリンダ２１０の内側では第１ベローズ３１０の外側に圧縮空気が導入される一方、第１シリンダ２１０の空気室２１３では第１端２１１とピストン２１４との隙間から圧縮空気が逃げ出す。したがって、第１ベローズ３１０は短縮し始める。この短縮に伴い、第１ベローズ３１０内のポンプ室から輸送対象の流体が、吐出用逆止弁１１２と吐出路１３２とを通って吐出口１０２へと流れ出す。 At time t0, the closed end 311 of the first bellows 310 is stationary at the most extended position LNG. At this time, the control unit issues a shortening command to the first regulator and the first switching valve. In response to this shortening command, the first regulator rapidly raises the output pressure to the value b, the first switching valve connects the first intake / exhaust port 217 of the first cylinder 210 to the first regulator, and the second intake / exhaust port 218. To the outside air. As a result, the compressed air is introduced to the outside of the first bellows 310 inside the first cylinder 210, while the compressed air escapes from the gap between the first end 211 and the piston 214 in the air chamber 213 of the first cylinder 210. Therefore, the first bellows 310 begins to shorten. Along with this shortening, the fluid to be transported flows out from the pump chamber in the first bellows 310 to the discharge port 102 through the discharge check valve 112 and the discharge path 132.

時刻ｔ０以降、制御部は第１レギュレータに出力圧力を、時刻ｔ０からの経過時間ｔ−ｔ０に比例して上昇させる（出力圧力＝ａ（ｔ−ｔ０）＋ｂ。ａ：比例係数）。第１切換バルブは、第１シリンダ２１０の第１吸排気口２１７を第１レギュレータに接続し続け、第２吸排気口２１８を外気に開放し続ける。これにより、第１シリンダ２１０の内側では第１ベローズ３１０が短縮するほど外側の圧力が高まるので、第１ベローズ３１０は短縮に伴う復元力の低下にかかわらず、一定の速度で短縮し続ける。この短縮に伴い、ベローズポンプの吐出口１０２からは流体が一定の速度で吐出され続ける。 After the time t0, the control unit raises the output pressure to the first regulator in proportion to the elapsed time t−t0 from the time t0 (output pressure = a (t−t0) + b.a: proportional coefficient). The first switching valve keeps connecting the first intake / exhaust port 217 of the first cylinder 210 to the first regulator and keeps the second intake / exhaust port 218 open to the outside air. As a result, inside the first cylinder 210, the pressure on the outside increases as the first bellows 310 shortens, so that the first bellows 310 continues to shorten at a constant speed regardless of the decrease in the restoring force accompanying the shortening. With this shortening, the fluid continues to be discharged from the discharge port 102 of the bellows pump at a constant speed.

時刻ｔ４では、第１ベローズ３１０の閉塞端３１１が最短縮位置ＳＨＲへ到達する。このことを制御部は第１シリンダ２１０内の近接センサ２１６によって検出し、第１レギュレータと第１切換バルブとへ伸長指令を出す。この伸長指令に応じて第１レギュレータは出力圧力を値ｃ（＜ｂ）まで急降下させ、第１切換バルブは圧縮空気の送り先を第１シリンダ２１０の第１吸排気口２１７から第２吸排気口２１８へ切り換える。これにより、第１シリンダ２１０の内側では第１ベローズ３１０の外側から圧縮空気が逃げ出す一方、第１シリンダ２１０の空気室２１３では第１端２１１とピストン２１４との隙間へ圧縮空気が導入される。したがって、第１ベローズ３１０はピストン２１４に引っ張られて伸長し始める。この伸長に伴い、第１ベローズ３１０内のポンプ室へ輸送対象の流体が、吸入口１０１から吸入路１３１と吸入用逆止弁１１１とを通って流れ込む。 At time t4, the closed end 311 of the first bellows 310 reaches the shortest position SHR. The control unit detects this by the proximity sensor 216 in the first cylinder 210, and issues an extension command to the first regulator and the first switching valve. In response to this extension command, the first regulator rapidly drops the output pressure to the value c (<b), and the first switching valve sends the compressed air to the first intake / exhaust port 217 to the second intake / exhaust port of the first cylinder 210. Switch to 218. As a result, compressed air escapes from the outside of the first bellows 310 inside the first cylinder 210, while compressed air is introduced into the gap between the first end 211 and the piston 214 in the air chamber 213 of the first cylinder 210. Therefore, the first bellows 310 is pulled by the piston 214 and begins to extend. Along with this extension, the fluid to be transported flows into the pump chamber in the first bellows 310 from the suction port 101 through the suction passage 131 and the check valve 111 for suction.

時刻ｔ４以降、制御部は第１レギュレータに出力圧力を値ｃに維持させる。第１切換バルブは、第１シリンダ２１０の第２吸排気口２１８を第１レギュレータに接続し続け、第１吸排気口２１７を外気に開放し続ける。これにより、第１シリンダ２１０の空気室２１３ではピストン２１４が一定速度で移動し続けるので、第１ベローズ３１０も一定の速度で伸長し続ける。この伸長に伴い、ベローズポンプの吸入口１０１へは流体が一定の速度で吸入され続ける。 After time t4, the control unit causes the first regulator to maintain the output pressure at the value c. The first switching valve keeps connecting the second intake / exhaust port 218 of the first cylinder 210 to the first regulator and keeps the first intake / exhaust port 217 open to the outside air. As a result, the piston 214 continues to move at a constant speed in the air chamber 213 of the first cylinder 210, so that the first bellows 310 also continues to expand at a constant speed. Along with this extension, the fluid continues to be sucked into the suction port 101 of the bellows pump at a constant speed.

時刻ｔ５では、第１ベローズ３１０の閉塞端３１１が最伸長位置ＬＮＧに到達する。このことを制御部は第１シリンダ２１０内の近接センサ２１６から検出した後も、第１レギュレータには出力圧力を値ｃに維持させ、第１切換バルブには圧縮空気の送り先を第１シリンダ２１０の第２吸排気口２１８に維持させる。これにより、第１ベローズ３１０は最も伸びた状態で静止し続ける。 At time t5, the closed end 311 of the first bellows 310 reaches the maximum extension position LNG. Even after the control unit detects this from the proximity sensor 216 in the first cylinder 210, the first regulator keeps the output pressure at the value c, and the first switching valve sends the compressed air to the first cylinder 210. The second intake / exhaust port 218 of the above is maintained. As a result, the first bellows 310 continues to stand still in the most extended state.

時刻ｔ５から所定時間が経った後、時刻ｔ６では制御部が再び、第１レギュレータと第１切換バルブとへ短縮指令を出す。この短縮指令に応じて、第１レギュレータは出力圧力を値ｂまで急上昇させ、第１切換バルブは第１シリンダ２１０の第１吸排気口２１７を第１レギュレータに接続し、第２吸排気口２１８を外気に開放する。これにより、時刻ｔ０の場合と同様に、第１ベローズ３１０が短縮し始める。この短縮に伴い、第１ベローズ３１０内のポンプ室から吐出口１０２へ流体が再び流れ出す。 After a predetermined time has passed from the time t5, at the time t6, the control unit again issues a shortening command to the first regulator and the first switching valve. In response to this shortening command, the first regulator rapidly raises the output pressure to the value b, the first switching valve connects the first intake / exhaust port 217 of the first cylinder 210 to the first regulator, and the second intake / exhaust port 218. To the outside air. As a result, the first bellows 310 begins to shorten as in the case of time t0. Along with this shortening, the fluid flows out again from the pump chamber in the first bellows 310 to the discharge port 102.

このように、第１ベローズ３１０は、輸送対象の流体を内部のポンプ室から吐出する動作と、その流体をポンプ室へ吸入する動作とを繰り返す。これらの動作に並行して第２ベローズ３２０も、以下のように、輸送対象の流体を内部のポンプ室から吐出する動作と、その流体をポンプ室へ吸入する動作とを繰り返す。 In this way, the first bellows 310 repeats the operation of discharging the fluid to be transported from the internal pump chamber and the operation of sucking the fluid into the pump chamber. In parallel with these operations, the second bellows 320 also repeats the operation of discharging the fluid to be transported from the internal pump chamber and the operation of sucking the fluid into the pump chamber as follows.

時刻ｔ０直後の時刻ｔ１では、第２ベローズ３２０の閉塞端３２１が最短縮位置ＳＨＲに到達する。このことを制御部は第２シリンダ２２０内の近接センサ２２６から検出し、第２レギュレータと第２切換バルブとへ伸長指令を出す。この伸長指令に応じて第２レギュレータは出力圧力を値ｃまで急降下させ、第２切換バルブは圧縮空気の送り先を第２シリンダ２２０の第１吸排気口２２７から第２吸排気口２２８へ切り換える。これにより、第２シリンダ２２０の内側では第２ベローズ３２０の外側から圧縮空気が逃げ出す一方、第２シリンダ２２０の空気室２２３では第１端２２１とピストン２２４との隙間へ圧縮空気が導入される。したがって、第２ベローズ３２０はピストン２２４に引っ張られて伸長し始める。この伸長に伴い、第２ベローズ３２０内のポンプ室へ輸送対象の流体が、吸入口１０１から吸入路１３１と吸入用逆止弁１１１とを通って流れ込む。 At time t1 immediately after time t0, the closed end 321 of the second bellows 320 reaches the shortest position SHR. The control unit detects this from the proximity sensor 226 in the second cylinder 220 and issues an extension command to the second regulator and the second switching valve. In response to this extension command, the second regulator rapidly drops the output pressure to the value c, and the second switching valve switches the destination of the compressed air from the first intake / exhaust port 227 of the second cylinder 220 to the second intake / exhaust port 228. As a result, compressed air escapes from the outside of the second bellows 320 inside the second cylinder 220, while compressed air is introduced into the gap between the first end 221 and the piston 224 in the air chamber 223 of the second cylinder 220. Therefore, the second bellows 320 is pulled by the piston 224 and begins to extend. Along with this extension, the fluid to be transported flows into the pump chamber in the second bellows 320 from the suction port 101 through the suction passage 131 and the check valve 111 for suction.

時刻ｔ１以降、制御部は第２レギュレータに出力圧力を値ｃに維持させる。第２切換バルブは、第２シリンダ２２０の第２吸排気口２２８を第２レギュレータに接続し続け、第１吸排気口２２７を外気に開放し続ける。これにより、第２シリンダ２２０の空気室２２３ではピストン２２４が一定速度で移動し続けるので、第２ベローズ３２０も一定の速度で伸長し続ける。この伸長に伴い、ベローズポンプの吸入口１０１へは流体が一定の速度で吸入され続ける。 After time t1, the control unit causes the second regulator to maintain the output pressure at the value c. The second switching valve keeps connecting the second intake / exhaust port 228 of the second cylinder 220 to the second regulator and keeps the first intake / exhaust port 227 open to the outside air. As a result, the piston 224 continues to move at a constant speed in the air chamber 223 of the second cylinder 220, so that the second bellows 320 also continues to expand at a constant speed. Along with this extension, the fluid continues to be sucked into the suction port 101 of the bellows pump at a constant speed.

時刻ｔ２では、第２ベローズ３２０の閉塞端３２１が最伸長位置ＬＮＧに到達する。このことを制御部は第２シリンダ２２０内の近接センサ２２６から検出した後も、第２レギュレータには出力圧力を値ｃに維持させ、第２切換バルブには圧縮空気の送り先を第２シリンダ２２０の第２吸排気口２２８に維持させる。これにより、第２ベローズ３２０は最も伸びた状態で静止し続ける。 At time t2, the closed end 321 of the second bellows 320 reaches the maximum extension position LNG. Even after the control unit detects this from the proximity sensor 226 in the second cylinder 220, the second regulator keeps the output pressure at the value c, and the second switching valve sends the compressed air to the second cylinder 220. The second intake / exhaust port 228 of the above is maintained. As a result, the second bellows 320 continues to stand still in the most extended state.

時刻ｔ３では第２ベローズ３２０の閉塞端３２１が最伸長位置ＬＮＧに静止している。このとき制御部は第２レギュレータと第２切換バルブとへ短縮指令を出す。この短縮指令に応じて、第２レギュレータは出力圧力を値ｂまで急上昇させ、第２切換バルブは第２シリンダ２２０の第１吸排気口２２７を第２レギュレータに接続し、第２吸排気口２２８を外気に開放する。これにより、第２シリンダ２２０の内側では第２ベローズ３２０の外側に圧縮空気が導入される一方、第２シリンダ２２０の空気室２２３では第１端２２１とピストン２２４との隙間から圧縮空気が逃げ出す。したがって、第２ベローズ３２０が短縮し始める。この短縮に伴い、第２ベローズ３２０内のポンプ室から輸送対象の流体が、吐出用逆止弁１１２と吐出路１３２とを通って吐出口１０２へと流れ出す。 At time t3, the closed end 321 of the second bellows 320 is stationary at the most extended position LNG. At this time, the control unit issues a shortening command to the second regulator and the second switching valve. In response to this shortening command, the second regulator rapidly raises the output pressure to the value b, the second switching valve connects the first intake / exhaust port 227 of the second cylinder 220 to the second regulator, and the second intake / exhaust port 228. To the outside air. As a result, the compressed air is introduced to the outside of the second bellows 320 inside the second cylinder 220, while the compressed air escapes from the gap between the first end 221 and the piston 224 in the air chamber 223 of the second cylinder 220. Therefore, the second bellows 320 begins to shorten. Along with this shortening, the fluid to be transported flows out from the pump chamber in the second bellows 320 to the discharge port 102 through the discharge check valve 112 and the discharge path 132.

時刻ｔ３以降、制御部は第２レギュレータに出力圧力を、時刻ｔ３からの経過時間ｔ−ｔ３に比例して上昇させる（出力圧力＝ａ（ｔ−ｔ３）＋ｂ。ａ：比例係数）。第２切換バルブは、第２シリンダ２２０の第１吸排気口２２７を第２レギュレータに接続し続け、第２吸排気口２２８を外気に開放し続ける。これにより、第２シリンダ２２０の内側では第２ベローズ３２０が短縮するほど外側の圧力が高まるので、第２ベローズ３２０は短縮に伴う復元力の低下にかかわらず、一定の速度で短縮し続ける。この短縮に伴い、ベローズポンプの吐出口１０２からは流体が一定の速度で吐出され続ける。 After the time t3, the control unit raises the output pressure to the second regulator in proportion to the elapsed time t−t3 from the time t3 (output pressure = a (t−t3) + b.a: proportional coefficient). The second switching valve keeps connecting the first intake / exhaust port 227 of the second cylinder 220 to the second regulator and keeps the second intake / exhaust port 228 open to the outside air. As a result, the pressure on the inside of the second cylinder 220 increases as the second bellows 320 shortens, so that the second bellows 320 continues to shorten at a constant speed regardless of the decrease in the restoring force accompanying the shortening. With this shortening, the fluid continues to be discharged from the discharge port 102 of the bellows pump at a constant speed.

上記のとおり、第１ベローズ３１０の伸縮と第２ベローズ３２０の伸縮とは互いに独立に制御される。制御部は更に、これらの制御間のタイミングを次のように合わせる。第１レギュレータと第１切換バルブとに短縮指令を出した時刻ｔ０から、次に第２レギュレータと第２切換バルブとに短縮指令を出す時刻ｔ３までの時間Δｔ１＝ｔ３−ｔ０は、時刻ｔ０の直前に第１ベローズ３１０が伸縮に要した時間から算出される。たとえば、第１ベローズ３１０の閉塞端３１１が最短縮位置ＳＨＲから最伸長位置ＬＮＧまで移動するのに要した時間と、最伸長位置ＬＮＧから最短縮位置ＳＨＲまで移動するのに要した時間との平均値が時間Δｔ１として決定される。これにより、第２ベローズ３２０が短縮し始める時刻ｔ３は、第１ベローズ３１０が短縮しきる時刻ｔ４の直前に設定される。同様に、第２レギュレータと第２切換バルブとに短縮指令を出した時刻ｔ３から、次に第１レギュレータと第１切換バルブとに短縮指令を出す時刻ｔ６までの時間Δｔ２＝ｔ６−ｔ３は、時刻ｔ３の直前に第２ベローズ３２０が伸縮に要した時間から算出される。たとえば、第２ベローズ３２０の閉塞端３２１が最短縮位置ＳＨＲから最伸長位置ＬＮＧまで移動するのに要した時間と、最伸長位置ＬＮＧから最短縮位置ＳＨＲまで移動するのに要した時間との平均値が時間Δｔ２として決定される。これにより、第１ベローズ３１０が再び短縮し始める時刻ｔ６は、第２ベローズ３２０が短縮しきる時刻ｔ７の直前に設定される。こうして、いずれのベローズ３１０、３２０も、伸長しきった状態に達した後、他のベローズが短縮しきる直前に短縮し始める。これにより、流体が第１ベローズ３１０と第２ベローズ３２０とから交互に連続して吐出されるだけでなく、吐出される流体の流れに脈動が生じるのが防止される。
［ベローズのシール構造］ As described above, the expansion and contraction of the first bellows 310 and the expansion and contraction of the second bellows 320 are controlled independently of each other. The control unit further adjusts the timing between these controls as follows. The time Δt1 = t3-t0 from the time t0 when the shortening command is issued to the first regulator and the first switching valve to the time t3 when the shortening command is issued to the second regulator and the second switching valve is the time t0. It is calculated from the time required for the first bellows 310 to expand and contract immediately before. For example, the average of the time required for the closed end 311 of the first bellows 310 to move from the shortest position SHR to the most extended position LNG and the time required to move from the most extended position LNG to the shortest position SHR. The value is determined as time Δt1. As a result, the time t3 at which the second bellows 320 starts to shorten is set immediately before the time t4 at which the first bellows 310 starts shortening. Similarly, the time Δt2 = t6-t3 from the time t3 when the shortening command is issued to the second regulator and the second switching valve to the time t6 when the shortening command is issued to the first regulator and the first switching valve is set. It is calculated from the time required for the second bellows 320 to expand and contract immediately before time t3. For example, the average of the time required for the closed end 321 of the second bellows 320 to move from the shortest position SHR to the most extended position LNG and the time required to move from the most extended position LNG to the shortest position SHR. The value is determined as time Δt2. As a result, the time t6 at which the first bellows 310 starts shortening again is set immediately before the time t7 at which the second bellows 320 is fully shortened. In this way, both bellows 310 and 320 start shortening after reaching the fully extended state and just before the other bellows are fully shortened. As a result, not only the fluid is continuously and alternately discharged from the first bellows 310 and the second bellows 320, but also the flow of the discharged fluid is prevented from pulsating.
[Bellows seal structure]

図５は、図２の破線が示す部分の拡大図である。この部分では、第１シリンダ２１０の第２端２１２が第１ベローズ３１０のフランジ３１３の縁を間に挟んでポンプヘッド１００に近接している。図５が示すように、この部分には環状突起１４１と環状溝３１４とが含まれる。環状突起１４１は環状溝３１４の中に配置されている。さらに、ポンプヘッド１００の円盤面は凸部１４３を含む。凸部１４３は、環状突起１４１と同様、ポンプヘッド１００の円盤面と同軸の環状であり、環状突起１４１よりも径方向において外側に位置している。凸部１４３は第１ベローズ３１０のフランジ３１３の表面とリップシールを形成している。第１ベローズ３１０が第１シリンダ２１０とポンプヘッド１００との間に挟まれる前では、フランジ３１３の表面のうち、凸部１４３に対向する部分は平坦である。４本の締結棒４１０−４４０にナット４５０がねじ込まれる際の応力で凸部１４３がフランジ３１３の表面に押し付けられて、その表面にめり込む。その結果、ポンプヘッド１００の円盤面とフランジ３１３の表面との間にはわずかな隙間しか残らない。このように、凸部１４３がフランジ３１３の表面に圧接することにより、その表面との間にリップシールが形成されている。 FIG. 5 is an enlarged view of the portion indicated by the broken line in FIG. In this portion, the second end 212 of the first cylinder 210 is close to the pump head 100 with the edge of the flange 313 of the first bellows 310 in between. As shown in FIG. 5, this portion includes an annular protrusion 141 and an annular groove 314. The annular protrusion 141 is arranged in the annular groove 314. Further, the disk surface of the pump head 100 includes a convex portion 143. Like the annular protrusion 141, the convex portion 143 is an annular shape coaxial with the disk surface of the pump head 100, and is located outside the annular protrusion 141 in the radial direction. The convex portion 143 forms a lip seal with the surface of the flange 313 of the first bellows 310. Before the first bellows 310 is sandwiched between the first cylinder 210 and the pump head 100, the portion of the surface of the flange 313 that faces the convex portion 143 is flat. The convex portion 143 is pressed against the surface of the flange 313 by the stress when the nut 450 is screwed into the four fastening rods 410-440, and is sunk into the surface. As a result, only a small gap remains between the disk surface of the pump head 100 and the surface of the flange 313. In this way, the convex portion 143 is pressed against the surface of the flange 313, so that a lip seal is formed between the convex portion 143 and the surface of the flange 313.

凸部１４３とフランジ３１３との間のリップシールは、第１ベローズ３１０の伸長に伴うフランジ３１３の変形にかかわらず、シール性能が高く維持される。その理由は以下のとおりである。 The lip seal between the convex portion 143 and the flange 313 maintains high sealing performance regardless of the deformation of the flange 313 due to the extension of the first bellows 310. The reason is as follows.

第１ベローズ３１０はそのフランジ３１３の縁以外が固定されていないので、図２、図３が示すように、フランジ３１３の径方向における断面が、縁を固定端とし、蛇腹との接続端３１５を自由端とする片持ち梁の構造をしている。したがって、第１ベローズ３１０が伸長するとき、フランジ３１３の自由端３１５は蛇腹からの応力によって軸方向にたわむ（図５が示す２点鎖線参照）。このたわみがリップシールに直に伝わると、凸部１４３によるフランジ３１３の表面の凹みが緩和されるので、シール面間の圧力が下がり、シール性能が劣化する。しかし、本発明の実施形態では、凸部１４３よりも内周において環状突起１４１と環状溝３１４とが結合している。この場合、フランジ３１３のたわみは、環状溝３１４を内周へ向かって広げはしても、環状突起１４１に阻まれて、それよりも外周の領域を変形させることができない。その結果、凸部１４３とフランジ３１３との間のリップシールではシール面間の圧力が下がらない。この効果は、環状突起１４１と環状溝３１４とが第１シリンダ２１０の内周面２１９よりも径方向において外側に位置する場合、すなわち第１シリンダ２１０の第２端２１２の端面２１Ａとポンプヘッド１００との間に挟まれた領域に位置する場合、特に高い。
［実施形態の利点］ Since the first bellows 310 is not fixed except for the edge of the flange 313, as shown in FIGS. 2 and 3, the cross section of the flange 313 in the radial direction has the edge as the fixed end and the connecting end 315 with the bellows. It has a cantilever structure with a free end. Therefore, when the first bellows 310 is extended, the free end 315 of the flange 313 flexes axially due to the stress from the bellows (see the alternate long and short dash line shown in FIG. 5). When this deflection is directly transmitted to the lip seal, the dent on the surface of the flange 313 due to the convex portion 143 is alleviated, so that the pressure between the seal surfaces decreases and the seal performance deteriorates. However, in the embodiment of the present invention, the annular protrusion 141 and the annular groove 314 are coupled to each other on the inner circumference of the convex portion 143. In this case, the deflection of the flange 313 is blocked by the annular protrusion 141 even if the annular groove 314 is widened toward the inner circumference, and the outer peripheral region cannot be deformed more than that. As a result, the pressure between the sealing surfaces does not decrease in the lip seal between the convex portion 143 and the flange 313. This effect is obtained when the annular protrusion 141 and the annular groove 314 are located outside the inner peripheral surface 219 of the first cylinder 210 in the radial direction, that is, the end surface 21A of the second end 212 of the first cylinder 210 and the pump head 100. Especially when it is located in the area sandwiched between and.
[Advantages of Embodiment]

本発明の実施形態による上記のベローズポンプでは、各ベローズ３１０、３２０のフランジ３１３、３２３が環状溝３１４、３２４を含み、ポンプヘッド１００が環状突起１４１、１４２と凸部１４３とを含む。環状突起１４１、１４２は環状溝３１４、３２４の中に配置されている。凸部１４３は、環状突起１４１よりも径方向において外側でフランジ３１３の表面に圧接して、その表面との間にシール部を形成している。これにより、ベローズ３１０の伸長に伴ってフランジ３１３が変形しても、環状溝３１４が内周へ向かって広がるだけで、凸部１４３はフランジ３１３の表面に圧接したままである。したがって、シール面間の圧力が高く維持されるのでシール部がシール性能を損ないにくい。こうして、高温高圧の環境の下でも強度を維持すべくベローズ３１０、３２０が分厚く形成されても、このベローズポンプは、ベローズ３１０、３２０のシール性能を高く維持することができる。
［変形例］ In the above bellows pump according to the embodiment of the present invention, the flanges 313 and 323 of the bellows 310 and 320 include the annular grooves 314 and 324, and the pump head 100 includes the annular protrusions 141 and 142 and the protrusion 143. The annular protrusions 141 and 142 are arranged in the annular grooves 314 and 324. The convex portion 143 is pressed against the surface of the flange 313 on the outer side in the radial direction with respect to the annular projection 141, and forms a sealing portion between the convex portion 143 and the surface thereof. As a result, even if the flange 313 is deformed due to the extension of the bellows 310, the annular groove 314 only expands toward the inner circumference, and the convex portion 143 remains in pressure contact with the surface of the flange 313. Therefore, since the pressure between the sealing surfaces is maintained high, the sealing portion does not easily impair the sealing performance. In this way, even if the bellows 310 and 320 are thickly formed to maintain the strength even in a high temperature and high pressure environment, the bellows pump can maintain high sealing performance of the bellows 310 and 320.
[Modification example]

（１）図５が示すように、ポンプヘッド１００の環状突起１４１の角が面取りされている。これは、丸められていてもよい。いずれの場合においても、環状突起１４１が環状溝３１４の中に入りやすい。更に好ましくは、図５が示すように、環状溝３１４の縁にテーパが設けられている。これにより、仮に環状突起１４１の角が面取りも丸めもされていなくても、環状突起１４１が環状溝３１４の中に入りやすい。 (1) As shown in FIG. 5, the corners of the annular protrusion 141 of the pump head 100 are chamfered. It may be rounded. In either case, the annular protrusion 141 is likely to enter the annular groove 314. More preferably, as shown in FIG. 5, the edge of the annular groove 314 is tapered. As a result, even if the corners of the annular projection 141 are not chamfered or rounded, the annular projection 141 can easily enter the annular groove 314.

（２）図５が示すように、環状突起１４１の外周面と内周面とはポンプヘッド１００の円盤面に対して垂直である。しかし、これは限定条件ではなく、たとえば、環状突起１４１の外周面がポンプヘッド１００の円盤面に対して斜めに傾いていてもよい。環状突起１４１と環状溝３１４とは、ベローズ３１０のフランジ３１３のたわみを外周へ伝えさえしなればよいからである。 (2) As shown in FIG. 5, the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the annular protrusion 141 are perpendicular to the disk surface of the pump head 100. However, this is not a limiting condition, and for example, the outer peripheral surface of the annular protrusion 141 may be inclined obliquely with respect to the disk surface of the pump head 100. This is because the annular protrusion 141 and the annular groove 314 need only transmit the deflection of the flange 313 of the bellows 310 to the outer periphery.

１００ポンプヘッド
１０１吸入口
１０２吐出口
１１１、１２１吸入用逆止弁
１１２、１２２吐出用逆止弁
１３１吸入路
１３２吐出路
１４１、１４２環状突起
１４３凸部
２１０第１シリンダ
２１１第１シリンダの第１端
２１２第１シリンダの第２端
２１９第１シリンダの内周面
２１Ａ第１シリンダの第２端の端面
２２０第２シリンダ
２２１第２シリンダの第１端
２２２第２シリンダの第２端
３１０第１ベローズ
３１１第１ベローズの閉塞端
３１２第１ベローズの開口端
３１３第１ベローズのフランジ
３１４第１ベローズの環状溝
３２０第２ベローズ
３２１第２ベローズの閉塞端
３２２第２ベローズの開口端
３２３第２ベローズのフランジ
３２４第２ベローズの環状溝
４１０−４４０締結棒 100 Pump head 101 Suction port 102 Discharge port 111, 121 Check valve for suction 112, 122 Check valve for discharge 131 Suction path 132 Discharge path 141, 142 Annular protrusion 143 Convex part 210 First cylinder 211 First cylinder End 212 Second end of first cylinder 219 Inner peripheral surface of first cylinder 21A End surface of second end of first cylinder 220 Second cylinder 221 First end of second cylinder 222 Second end of second cylinder 310 First Bellows 311 Closed end of the first bellows 312 Opened end of the first bellows 313 Flange of the first bellows 314 Circular groove of the first bellows 320 Second bellows 321 Closed end of the second bellows 322 Opened end of the second bellows 323 Second bellows Flange 324 2nd bellows annular groove 410-440 Fastening rod

Claims

A cylinder with the first end closed and the second end open,
A bellows that includes a flange that extends along the edge of the opening and is axially telescopicly installed inside the cylinder.
A pump head located at the second end of the cylinder and closing the opening of the bellows,
A bellows pump including a fastening portion that stabilizes the cylinder and the pump head with a flange of the bellows sandwiched between the second end of the cylinder and the pump head.
The bellows flange includes an annular groove and
The pump head
An annular protrusion arranged in the annular groove and
A bellows pump characterized in that it is located on the outer side in the radial direction with respect to the annular protrusion and includes a sealing portion that is in pressure contact with the surface of the flange of the bellows.

The bellows pump according to claim 1, wherein the annular groove and the annular protrusion are located in a region sandwiched between the end surface of the second end of the cylinder and the pump head.

The bellows pump according to claim 1 or 2, wherein the seal portion is a lip seal composed of a convex portion on the surface of the pump head and a surface of a flange of the bellows.