JP2023007123A - ダイアフラムポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】送流体効率を維持しやすくすることができるダイアフラムポンプを提供する。【解決手段】送流体室Ａ１の内側にストッパシール７が設けられ、センターロッド３の外側に筒状シール８が設けられる。ガイド部７２及び外周面８１１によって、第２シール部８１２がセンターロッド３の外周面３２に押し付けられる変形が筒状シール部材８に生じることで、筒状シール部材８とセンターロッド３との間の密封性を維持しやすくすることができる。摩耗に対応して変形を生じさせて第２シール部８１２とセンターロッド３とを接触させることができ、ダイアフラムポンプ１０における送流体効率を維持しやすくすることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、ダイアフラムポンプに関する。

一般に、ダイアフラムによって区画された一対の作動流体室及び一対の送流体室を備え、センターロッドを往復移動させることで流体を吐出するダイアフラムポンプが知られている。このようなダイアフラムポンプでは、作動流体室及び送流体室のうち内側に配置された内側室にセンターロッドの端部が配置され、センターロッドが本体部を貫通するように配置される。このため、一対の内側室同士が連通して高圧側から低圧側に流体が移動してしまわないように、密封性を確保する必要があった。

そこで、センターロッドの外周面に嵌合する環状スリーブと、環状スリーブの両側に位置する環状ガイド部材と、を設けたシール構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたシール構造では、環状スリーブの内周面とセンターロッドの外周面との間に密封面を形成し、環状スリーブの側面と環状ガイド部材の側面との間に密封面を形成することにより、シール性能の維持を図っている。

特開２００４－２７８８３号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたシール構造では、環状スリーブがセンターロッドに対して摺動可能であるため、摩耗により環状スリーブの内径が大きくなったり、センターロッドの外径が小さくなったりすると、これらの間の隙間が大きくなり、密封面が形成されなくなってしまう可能性があった。従って、このような摩耗にも対応し、密封性を維持することでポンプの送流体効率を維持することが望まれていた。

本発明の目的は、送流体効率を維持しやすくすることができるダイアフラムポンプを提供することである。

本発明のダイアフラムポンプは、一対の作動流体室に流体を供給する供給手段と、送流体室と前記作動流体室とを区画するダイアフラム体と、一対の前記ダイアフラム体の変形とともに往復移動するセンターロッドと、を備えたダイアフラムポンプであって、前記センターロッドの軸方向の端部は、前記送流体室と前記作動流体室とのうち、前記軸方向における内側に位置する内側室に位置し、前記内側室に対して前記軸方向の内側に設けられるとともに前記センターロッドが挿通される環状シール部材と、一対の前記環状シール部材の間において前記センターロッドの外側に設けられるとともに前記軸方向に移動可能な筒状シール部材と、を備え、前記筒状シール部材は、前記軸方向の両側それぞれに、前記環状シール部材に対して全周に亘って接触してシール可能な第１シール部と、前記センターロッドの外周面に対して全周に亘って接触してシール可能な第２シール部と、を有し、前記環状シール部材及び前記筒状シール部材のうち少なくとも一方には、前記軸方向に対して傾斜することにより、前記筒状シール部材が前記軸方向の外側に移動した際に、前記第２シール部を前記センターロッドの外周面に押し付けるような変形を当該筒状シール部材に生じさせるガイド部が形成されていることを特徴とする。

以上のような本発明によれば、ガイド部によって、第２シール部がセンターロッドの外周面に押し付けられる変形が筒状シール部材に生じることで、筒状シール部材とセンターロッドとの間の密封性を維持しやすくすることができる。即ち、摩耗により第２シール部の内径が大きくなったりセンターロッドの外径が小さくなったりした場合であっても、このような摩耗に対応して変形を生じさせて第２シール部とセンターロッドとを接触させることができる。これにより、一対の内側室同士の連通を抑制し、ダイアフラムポンプにおける送流体効率を維持しやすくすることができる。

この際、本発明のダイアフラムポンプでは、前記筒状シール部材には、外周面に前記第１シール部を有するとともに先端に前記第２シール部を有するリップ部が形成され、前記リップ部は、基端部において前記センターロッドの外周面から離隔するとともに、先端側に向かうにしたがって前記センターロッドの外周面に近づくとともに肉薄になるように形成されていることが好ましい。このような構成によれば、リップ部を変形させて先端の第２シール部をセンターロッドの外周面に押し付けることができ、密封性を維持しやすくすることができる。

また、本発明のダイアフラムポンプでは、前記環状シール部材に前記ガイド部が形成されるとともに、前記第１シール部が前記筒状シール部材における前記ガイド部として機能することが好ましい。このような構成によれば、筒状シール部材と環状シール部材とを面接触させやすく、これらの間の密封性を維持しやすくすることができる。

また、本発明のダイアフラムポンプでは、前記内側室が前記送流体室であることが好ましい。このような構成によれば、吐出の対象となる流体が、高圧側の送流体室から低圧側の送流体室に流入してしまうことを抑制し、送流体効率の低下を直接的に抑制することができる。

本発明のダイアフラムポンプによれば、送流体効率を維持しやすくすることができる。

本発明の一例である実施形態にかかるダイアフラムポンプを示す断面図である。 図１のＥ－Ｅ線に沿った断面図である。 図２の要部を拡大して示す断面図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のダイアフラムポンプ１０は、図１，２に示すように、ポンプ本体１と切換装置２０と供給手段とを備え、例えば空気等の気体を作動流体として用い、液体等の流体を吐出するものである（吐出される流体を「対象流体」と呼ぶ）。本実施形態では、ポンプ本体１の上下方向をＺ方向とし、後述するセンターロッド３の軸方向（延在方向）をＸ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向の両方に略直交する方向をＹ方向とする。尚、ポンプ本体１は、Ｚ方向が鉛直方向に沿うように設置されてもよいし、多少の傾きを有して設置されてもよい。

ポンプ本体１は、一対のポンプ部２Ａ，２Ｂと、センターロッド３と、検出装置４と、を備える。一対のポンプ部２Ａ，２Ｂは、互いに対称に形成され、ダイアフラム体２１と、入口側逆止弁２２と、出口側逆止弁２３と、を備える。

ダイアフラム体２１は、センターロッド３の両端部に設けられたディスク３１と接触することで、ダイアフラム体２１が変形するとともにセンターロッド３が移動するようになっている。即ち、後述する作動流体室Ａ２が膨張してダイアフラム体２１が後述する内側に向かうように変形する際（送流体時）には、ダイアフラム体２１からセンターロッド３に力が伝達されてセンターロッド３が移動し、作動流体室Ａ２が収縮する際（吸込時）にはセンターロッド３が移動することでディスク３１によってダイアフラム体２１を変形させるようになっている。ポンプ本体１は、筐体５と、筐体５に収容されるとともにセンターロッド３が貫通する本体部６と、を有し、ダイアフラム体２１は、筐体５と本体部６との間の空間を、送流体室（ポンプ室）Ａ１と作動流体室Ａ２とに区画する。即ち、筐体５には、Ｘ方向において互いに向かい合う面に凹部５１が形成されており、凹部５１とダイアフラム体２１とによって作動流体室Ａ２が形成される。本体部６には、ポンプ部２Ａ，２Ｂのそれぞれにおいて、Ｘ方向において互いに反対側を向いた面に凹部６１が形成されており、凹部６１とダイアフラム体２１とによって送流体室Ａ１が形成される。

このように、Ｘ方向の一方側から他方側にかけて（図２の左側から右側にかけて）作動流体室Ａ２、送流体室Ａ１、送流体室Ａ１、作動流体室Ａ２が順に並んでおり、Ｘ方向において送流体室Ａ１が作動流体室Ａ２に対して内側に配置され、送流体室Ａ１が内側室となる。

Ｘ方向を軸方向として延在するセンターロッド３がＸ方向に移動することによりダイアフラム体２１が変形し、一方のポンプ部２Ａにおいて送流体室Ａ１が膨張する（作動流体室Ａ２が収縮する） と、他方のポンプ部２Ｂにおいて送流体室Ａ１が収縮する（作動流体室Ａ２が膨張する）。また、一方のポンプ部２Ａにおいて送流体室Ａ１が収縮すると、他方のポンプ部２Ｂにおいて送流体室Ａ１が膨張する。

送流体室Ａ１が膨張して減圧されると、入口側逆止弁２２が弁開して入口側開口１０Ａから送流体室Ａ１に対象流体が導入される。一方、送流体室Ａ１が収縮して昇圧されると、出口側逆止弁２３が弁開して送流体室Ａ１内の対象流体が出口側開口１０Ｂから外部に排出される。

検出装置４は、筐体５に設けられるとともに先端部が作動流体室Ａ２内に配置されている。他方のポンプ部２Ｂの作動流体室Ａ２に作動流体が供給されている際、一方のポンプ部２Ａにおいて作動流体室Ａ２が収縮していくことにより、ダイアフラム体２１及びディスク３１が検出装置４に対して接近していき、ダイアフラム体２１を介してディスク３１によって検出装置４が押圧される。これにより、切換装置２０が作動して供給先が切り換えられ、即ち、他方のポンプ部２Ｂの作動流体室Ａ２には作動流体が供給されなくなり、一方のポンプ部２Ａの作動流体室Ａ２に作動流体が供給されるようになり、一方のポンプ部２Ａの作動流体室Ａ２が膨張していく。尚、切換装置２０は従来のダイアフラムポンプと同様の構成を有するものが用いられればよく、ここでは説明を省略する。上記を繰り返すことにより、一対のポンプ部２Ａ，２Ｂにおいて作動流体室Ａ２が互い違いに膨張及び収縮を繰り返す。これにより、入口側開口１０Ａから導入された対象流体が出口側開口１０Ｂから排出され、対象流体が外部に供給される。

ここで、本体部６における一対の送流体室Ａ１同士の密封構造の詳細について、図３も参照して説明する。本体部６には、凹部６１のＸ方向内側（即ち、内側室となる送流体室Ａ１に対してＸ方向の内側）に、環状シール部材としてのストッパシール７が設けられている。ストッパシール７は、円環状に形成され、その外周面が本体部６に対して固定され、これらの間を対象流体が通過不能となっている。ストッパシール７は、円柱状のセンターロッド３を挿通可能な貫通孔（ガイド孔）７１を有し、貫通孔７１の内径はセンターロッド３の外径と同等又は若干大きくなっている。これにより、ストッパシール７に対してセンターロッド３が摺動可能となっている。

本体部６には、ストッパシール７が設けられる部分同士を接続するように、貫通孔６２が形成されている。貫通孔６２にはセンターロッド３が挿通される。ストッパシール７のうちＸ方向内側の面（貫通孔６２側を向いた面）には、Ｘ方向に対して傾斜した傾斜面であるガイド部７２が全周に亘って形成されている。ガイド部７２は、Ｘ方向外側に向かう（送流体室Ａ１に近づく）にしたがってセンターロッド３の外周面３２に近づくように傾斜し、すり鉢状の面となっている。

センターロッド３の外側には、筒状シール部材８が設けられている。筒状シール部材８は、円筒状に形成されてセンターロッド３が挿通されるようになっている。筒状シール部材８の内径はセンターロッド３の外径と同等又は若干大きくなっている。これにより、センターロッド３に対して筒状シール部材８が摺動可能となっている。筒状シール部材８は、一対のストッパシール７の間に配置されるとともに、貫通孔６２内に設けられる。

筒状シール部材８は、Ｘ方向の両端部にリップ部８１を有する。リップ部８１は、基端部８１Ａにおいてセンターロッド３の外周面３２から離隔するとともに、先端側に向かうにしたがって外周面３２に近づくとともに肉薄になるように形成されている。これにより、リップ部８１は、全体として、Ｘ方向外側に向かうにしたがってセンターロッド３に近づくような形状を有している。

リップ部８１の外周面８１１は、ストッパシール７のガイド部７２に対して全周に亘って接触してシール可能な第１シール部となっている。このとき、外周面８１１は、ガイド部７２と同様に、Ｘ方向外側に向かうにしたがってセンターロッド３の外周面３２に近づくように傾斜した傾斜面（円錐状面）となっており、ガイド部としても機能するようになっている。また、外周面８１１の傾斜角度とガイド部７２の傾斜角度とが同等に設定されており、これらは面接触するようになっている。

リップ部８１の先端は、センターロッド３の外周面３２に対して全周に亘って接触してシール可能な第２シール部８１２となっている。尚、上記のようにリップ部８１は先端側において肉薄に形成されていることから、変形することで頂点だけでなくその周辺部分もセンターロッド３の外周面３２に接触してもよい。

上記のように密封構造を構成し互いに摺動するセンターロッド３、ストッパシール７及び筒状シール部材８は、例えばＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂（摺動部材）によって形成されればよい。尚、これらの部材のうち他の部材と摺動する部分や表面のみが摺動部材によって形成されていてもよい。

上記のような密封構造では、以下に説明するように対象流体の通過が抑制される。図３に示すようにセンターロッド３が左側に向かって移動した場合、筒状シール部材８もセンターロッド３に追従して左側に移動する。また、このとき右側の送流体室Ａ１の方が左側の送流体室Ａ１よりも高圧となり、この圧力差によっても筒状シール部材８が左側に向かって移動する。尚、これらのうちいずれか一方の作用のみによって筒状シール部材８が左側に移動してもよい。

筒状シール部材８の左側のリップ部８１は、外周面８１１においてストッパシール７のガイド部７２に接触し、これらの間がシールされる。さらに、外周面８１１及びガイド部７２が上記のような傾斜を有することにより、筒状シール部材８がＸ方向外側に移動することで、リップ部８１をセンターロッド３の外周面３２に近づけるような力が発生する。この力によって、リップ部８１には、第２シール部８１２をセンターロッド３の外周面３２に押し付ける変形が生じる。これにより、筒状シール部材８とセンターロッド３との間がシールされる。

上記のように、筒状シール部材８が左側に移動することにより、筒状シール部材８とストッパシール７との間がシールされ、且つ、筒状シール部材８とセンターロッド３との間がシールされる。これにより、一対の送流体室Ａ１同士が区画され、連通しないようになる。即ち、左側の送流体室Ａ１の対象流体がセンターロッド３と左側のストッパシール７の貫通孔７１との間を通過したとしても、筒状シール部材８によってそれ以上右側に向かうことが抑制される。また、右側の送流体室Ａ１の対象流体がセンターロッド３と左側のストッパシール７の貫通孔７１との間を通過し、貫通孔６２内に流入したとしても、左側のリップ部８１によって、それ以上左側に向かうことが抑制される。尚、センターロッド３及び筒状シール部材８が右側に移動した場合にも、上記と同様に一対の送流体室Ａ１同士が区画される。

上記のような密封構造では、摺動する部分に摩耗が生じ得る。具体的には、摩耗によって、センターロッド３の外径が小さくなったり、ストッパシール７の内径が大きくなったり、筒状シール部材８の内径（特にリップ部８１の内径）が大きくなったりすることがある。ストッパシール７の内径が大きくなった場合であっても、ストッパシール７と筒状シール部材８との間の密封性には影響を与えにくい。

一方、センターロッド３の外径が小さくなったり、筒状シール部材８の内径が大きくなったりすると、これらの間の隙間が大きくなる。この場合、筒状シール部材８が摩耗前よりもＸ方向外側にさらに移動することが可能となる。即ち、リップ部８１が変形して第２シール部８１２が外周面３２に接触するまで筒状シール部材８がＸ方向外側に移動することにより、センターロッド３と筒状シール部材８との間の密封性が確保されるようになっている。また、摩耗によって筒状シール部材８がセンターロッド３に対してＹＺ平面内で移動可能となってガタツキが生じやすくなった場合であっても、全周に亘って傾斜したガイド部７２及び外周面８１１が設けられており、これらが接触してガイドされることにより、筒状シール部材８がセンターロッド３に対して求心される（即ち中心同士を一致させるように移動する力が生じる）。

以上の本実施形態によれば、ガイド部７２及び外周面８１１によって、第２シール部８１２がセンターロッド３の外周面３２に押し付けられる変形が筒状シール部材８に生じることで、筒状シール部材８とセンターロッド３との間の密封性を維持しやすくすることができる。即ち、摩耗に対応して変形を生じさせて第２シール部８１２とセンターロッド３とを接触させることができる。これにより、ダイアフラムポンプ１０における送流体効率を維持しやすくすることができる。

また、リップ部８１が、基端部８１Ａにおいてセンターロッド３の外周面３２から離隔するとともに、先端側に向かうにしたがって外周面３２に近づくように形成されていることで、リップ部８１を変形させて先端の第２シール部８１２をセンターロッド３に押し付けることができ、密封性を維持しやすくすることができる。また、リップ部８１が先端側に向かうにしたがって肉薄になっていることで、先端の第２シール部８１２を変形させやすくすることができる。

また、ストッパシール７にガイド部７２が形成されるとともに、筒状シール部材８における第１シール部としての外周面８１１が前記ガイド部として機能することで、筒状シール部材８とストッパシール７とを面接触させ、これらの間の密封性を維持しやすくすることができる。

また、送流体室Ａ１が作動流体室Ａ２に対してＸ方向内側に配置されて内側室となっていることで、高圧側の送流体室Ａ１から低圧側の送流体室Ａ１に対象流体が流入してしまうことを抑制し、送流体効率の低下を直接的に抑制することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。例えば、前記実施形態では、リップ部８１の基端部８１Ａがセンターロッド３の外周面３２から離隔しているものとしたが、筒状シール部材は、センターロッド３の外周面３２から離隔していない（略一定の内径を有する）ものであってもよい。また、前記実施形態では、リップ部８１が先端側に向かうにしたがって肉薄になっているものとしたが、例えば肉厚が略一定のリップ部が形成されていてもよい。

また、前記実施形態では、環状シール部材としてのストッパシール７と筒状シール部材８との両方にガイド部が形成されているものとしたが、環状シール部材と筒状シール部材とのうち少なくとも一方に傾斜したガイド部が形成されていればよい。例えば、環状シール部材に傾斜したガイド部が形成され、これに対して筒状シール部材の角部が線状接触して変形が生じるようになっていてもよいし、筒状シール部材に傾斜したガイド部が形成され、これに対して環状シール部材の角部が線状接触して変形が生じるようになっていてもよい。

また、前記実施形態では、送流体室Ａ１が作動流体室Ａ２に対してＸ方向内側に配置されて内側室となっているものとしたが、作動流体室が内側室となっているダイアフラムポンプにおいて、前記実施形態のようにストッパシール７及び筒状シール部材８を有する密封構造が採用されてもよい。作動流体室が内側室となる場合、送流体室同士の間で対象流体の流出入は生じないものの、高圧側の作動流体室から低圧側の作動流体室に作動流体が流入し得る構造となる。上記の密封構造を採用することで、作動流体の意図しない流入を抑制し、送流体室を正常に膨張及び収縮させることができ、送流体効率の低下を間接的に抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１０…ダイアフラムポンプ、２１…ダイアフラム体、３…センターロッド、３２…外周面、７…ストッパシール（環状シール部材）、７２…ガイド部、８…筒状シール部材、８１１…外周面（ガイド部、第１シール部）、８１２…第２シール部、Ａ１…送流体室、Ａ２…作動流体室

Claims (4)

1. 一対の作動流体室に流体を供給する供給手段と、送流体室と前記作動流体室とを区画するダイアフラム体と、一対の前記ダイアフラム体の変形とともに往復移動するセンターロッドと、を備えたダイアフラムポンプであって、
   前記センターロッドの軸方向の端部は、前記送流体室と前記作動流体室とのうち、前記軸方向における内側に位置する内側室に位置し、
   前記内側室に対して前記軸方向の内側に設けられるとともに前記センターロッドが挿通される環状シール部材と、
   一対の前記環状シール部材の間において前記センターロッドの外側に設けられるとともに前記軸方向に移動可能な筒状シール部材と、を備え、
   前記筒状シール部材は、前記軸方向の両側それぞれに、前記環状シール部材に対して全周に亘って接触してシール可能な第１シール部と、前記センターロッドの外周面に対して全周に亘って接触してシール可能な第２シール部と、を有し、
   前記環状シール部材及び前記筒状シール部材のうち少なくとも一方には、前記軸方向に対して傾斜することにより、前記筒状シール部材が前記軸方向の外側に移動した際に、前記第２シール部を前記センターロッドの外周面に押し付けるような変形を当該筒状シール部材に生じさせるガイド部が形成されていることを特徴とするダイアフラムポンプ。
2. 前記筒状シール部材には、外周面に前記第１シール部を有するとともに先端に前記第２シール部を有するリップ部が形成され、
   前記リップ部は、基端部において前記センターロッドの外周面から離隔するとともに、先端側に向かうにしたがって前記センターロッドの外周面に近づくとともに肉薄になるように形成されてい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. 前記環状シール部材に前記ガイド部が形成されるとともに、前記第１シール部が前記筒状シール部材における前記ガイド部として機能することを特徴とする請求項２に記載のダイアフラムポンプ。
4. 前記内側室が前記送流体室であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のダイアフラムポンプ。

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