JP2991323B2 - ポンプ - Google Patents

ポンプ

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JP2991323B2
JP2991323B2 JP6105738A JP10573894A JP2991323B2 JP 2991323 B2 JP2991323 B2 JP 2991323B2 JP 6105738 A JP6105738 A JP 6105738A JP 10573894 A JP10573894 A JP 10573894A JP 2991323 B2 JP2991323 B2 JP 2991323B2
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B15/00—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04B15/04—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts the fluids being hot or corrosive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
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    • F04B43/113—Pumps having fluid drive the actuating fluid being controlled by at least one valve
    • F04B43/1136—Pumps having fluid drive the actuating fluid being controlled by at least one valve with two or more pumping chambers in parallel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はポンプに関し、特に、本
発明は簡単で小型の往復、２室、圧縮空気駆動式のポン
プに関する。ポンプの構成の強度がポンプ全体を耐腐食
性材料から形成することを容易にする。
【０００２】
【従来の技術】複動式のダイヤフラムポンプが周知とな
っている。この種のポンプは米国特許公報第４７０８６
０１号、４８１７５０３号、５１０８２７０号に開示さ
れている。上記の開示されたポンプは、一対の可撓性ダ
イヤフラムを圧縮空気により駆動する。各々のダイヤフ
ラムが吸込口から流体をポンプ室内に吸い込み、そして
吐出口から吐き出す。上記ポンプは水、薬品、食品その
他の材料を含む様々な流体を供給するために広範に利用
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】周知のダイヤフラムポ
ンプは、小さな金属のフィティングや固定具を含み複雑
な構成をしている。この複雑な構成はポンプの分解、組
立を難しくする。これにより、定期的なメンテナンス、
オーバーホールが難しくなる。従って、少ないメンテナ
ンスでよいポンプを提供する必要がある。更に、分解、
組立が容易で、メンテナンスを容易にするポンプが望ま
しい。
【０００４】複動式のダイヤフラムポンプは腐食性流体
への適用がある。これらの流体は、少ない需要に対して
構成されたポンプで一般的に使用される金属部品を攻撃
し腐食させる。この種のポンプでは、通常、吐出される
材料と接触する一部または全ての部品（濡れ部品）は、
科学的に不活性な材料で被覆されている。米国特許公報
第４８１７５０３号は、構成部品の一部が耐腐食性材料
から成るポンプを開示している。
【０００５】然しながら、濡れ部品が耐腐食性材料によ
り形成され或いは被覆されていても、ポンプの他の部位
や外部には金属部品が含まれている。ポンプ本体に管を
保持する固定具やフィッティングに金属材料が使用され
ることが多い。これは、典型的に柔軟なプラスチックに
より形成される耐腐食性部品よりも、金属材料が非常に
強度が高く、かつ、加工が容易であるためと考えられ
る。
【０００６】露出する金属部品を、通常、作動流体と接
触しない外側の部位にのみ有するポンプにも適用範囲が
ある。然しながら、上記ポンプは半導体製造への適用に
は問題がある。この適用では、溶解力と酸化力とを有す
る腐食性の高い薬品中に対して、非常に高い純度を維持
しなければならない必要がある。
【０００７】注意を払っても、製造行程においてポンプ
からの漏洩を完全に防止することは本質的に不可能であ
る。少量の薬品が漏洩すると、露出された固定具その他
の金属部品に直ちに接触する。これにより、金属部品は
腐食され、腐食して溶解して物質がポンプ内に戻り系を
汚染する。多くの適用において、これは問題とはならな
い。と言うのは、汚染物質は相対的に少量であり、超純
度の薬品は絶対的な要件ではないからである。
【０００８】半導体製造業では、然しながら、少量の汚
染物質が重大事となる。近時では、単一のシリコンチッ
プ上に多数の電子部品が製造され、こうしたチップを大
量に自動製造工程（サイクルまたはラン）で製造され
る。通常、製造工程が終了して個々のチップが試験され
るまで、汚染によるチップの失敗は検知されない。こう
した状況において、腐食された金属が流体系へ戻る汚染
源がたった１つあっても多大な損害が生じる。更に、製
造ラインが停止し、汚染源を特定して系をパージするま
で多大な遅れを生じる。こうした理由から、ポンプを構
成する全ての部品が耐腐食性材料から成るポンプを提供
する必要がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、中心ポンプコ
アと、変形可能な要素を備えた第１と第２の駆動部材で
あって、流体入口位置と、流体出口位置との間で駆動可
能となっており、かつ、前記変形可能な要素がそれに応
答して変形して成る第１と第２の駆動部材と、対応する
前記第１と第２の駆動部材を少なくとも部分的に覆うポ
ンプ室を形成する内部を有する第１と第２の本体部材
と、前記本体部材を前記中心ポンプコアに連結する回転
可能な本体リングと、前記第１と第２のポンプ室に連通
した流体入口と流体出口と、前記第１と第２の駆動部材
を前記各流体入口位置と流体出口位置と間での交互に駆
動して、前記各流体入口位置と流体出口位置を介して前
記第１と第２のポンプ室の一方へ流体を交互に引き込
み、かつ、前記第１と第２のポンプ室の他方から流体を
押し出す駆動手段とを具備し、前記全ての構成要素を成
形可能な化学的耐腐食性非金属材料から形成したポンプ
を要旨としている。本発明の１つの特徴によれば、前記
変形可能な要素は、膨張可能なベローを具備している。
膨張可能なベローを使用することにより、１回の行程で
吐出される流体の流量が増加する。従って、ポンプの周
波数を低減することが可能となる。これにより、ベロー
や、内部シール、ポンプの他の構成部品の損耗が著しく
低減される。従って、運用寿命が従来の複動式ダイヤフ
ラムポンプと比較して著しく長くなる。更に、ベローポ
ンプにより供給される流体内のパルス状の圧力変動の周
波数および振幅が、従来のダイヤフラムポンプと比較し
て低下する。
【００１０】本発明の他の特徴によれば、単純で強度の
高い新規な構成によりポンプが組み立てられる。この構
成では、ポンプコアに取着された一対の回転可能な本体
リングが、一対の駆動部材および本体部材をポンプコア
に固定する。駆動部材と本体部材とにより一対のポンプ
室が形成され、このポンプ室を通して流体が吐出され
る。この新規な構成は、駆動部材としてダイヤフラムを
使用する従来のポンプでも使用できるかもしれないが、
本発明の好ましい実施例では伸縮可能なベローを使用し
ている。本発明の他の特徴では、流体のための吐出管お
よび吸込管は、回転自在に設けられた固定リングにより
固定される。
【００１１】構成が単純であるので、点検、清掃、メン
テナンスのためにポンプの分解、組立が容易であるとの
利点を有している。ポンプの強度が高くなるように構成
されているので、ポンプ全体を耐腐食性の高い材料、典
型的には有機ポリマーを使用して形成することが可能で
ある。この特徴は、高純度に維持され高い腐食性を有す
る材料を使用する半導体製造業などの必要とされる適用
では特に望ましい。
【００１２】
【実施例】図１に本発明のポンプの好ましい実施例を図
示する。図１においてポンプ１０は概ね対称形状をして
おり、中心ポンプコア１５を中心として両側に等価の部
品が配設されている。以下の説明ではポンプの片側の構
成についてのみ説明するが、反対側の構成も同様であ
る。以下、図１のポンプの断面図である図２をも参照し
て本発明の実施例を説明するが、同様の部品は同じ参照
番号が付されている。
【００１３】ポンプ１０は中心ポンプコア１５を中心と
して構成されている。回転可能な本体リング１８が、背
板２５により中心ポンプコアに保持されている。背板２
５は、プラスチックのネジ（図示せず）により中心ポン
プコアに取り付けられている。このプラスチックネジは
背板２５を貫通して中心ポンプコアにねじ込まれてい
る。本体リング１８は、中心ポンプコアを貫通する中心
軸線の回りに回転可能に構成されている。
【００１４】シャフト２０が、中心ポンプコア１５を貫
通して摺動自在に設けられている。シャフト２０は、４
つのＯリング２２（図２参照）を貫通して摺動する。Ｏ
リング２２はシャフトと中心ポンプコアとの間をシール
する。シャフト２０は、長手方向に円滑でシャフトとＯ
リング２２との間の積極的なシールが維持される。
【００１５】シャフト２０は、また、背板２５を貫通し
て延設されている。後述するように、背板２５は空気室
の背面を形成している。シャフト２０の両側の端部２７
の直径は、図２に示すように典型的に、シャフトの残り
の部分の直径よりも大きく形成されている。シャフト２
０の左端２７は、また図１においてポンプの左側に図示
されている。シャフト２０の両側の端部２７の外周には
ネジ部２８が形成されており、ネジ部２８は第１と第２
の駆動部材３０と係合する。
【００１６】各駆動部材３０は概ねカップ状の形状をし
ており、エンドキャップ３２と、フランジ状のベース３
４とを具備している。エンドキャップ３２とベース３４
は、伸縮自在のベロー３６により連結されている。各駆
動部材３０のベース３４は、後述するように背板２５に
保持されている。各駆動部材と背板との間はＯリング３
８によりシールされている。背板２５と各駆動部材３０
の内部の組合せにおいて空気室４０（図２参照）が形成
され、空気室４０の内部の空気圧によりベロー３６が伸
長する。
【００１７】第１と第２の駆動部材３０のエンドキャッ
プ３２は、ネジ部２８によりシャフト２０の端部２７に
取着されている（図２参照）。駆動部材３０の各々のベ
ース３４は中心ポンプコア１５に固着されている。駆動
部材３０のベロー３６が伸長すると、他方のベローはシ
ャフト２０により引かれて収縮する。図１、２におい
て、左側のベローが伸長状態で図示されており、右側の
ベローが収縮状態で図示されている。
【００１８】ポンプの第１と第２の本体部材４５が第１
と第２の駆動部材３０を覆うように設けられており、各
本体部材４５と各駆動部材３０との間はＯリング４７に
よりシールされている。図１に示すように、各本体部材
４５はカップ４８とベース４９と具備している。ベース
４９のリムには外ネジ（図示せず）が形成されており、
この外ネジが本体リング１８の内ネジと係合する。本体
リングを回転させることにより各本体部材４５のベース
４９が各駆動部材３０のベース３４に対して固定され
る。こうして、各本体部材４５および各駆動部材３０
が、本体リング１８に固定される。メンテナンスまたは
点検に際して、本体リング１８を単に回転させることに
より、本体部材４５は取り外される。次いで、ネジを外
すようにして駆動部材３０がシャフト２０の端部２７か
ら取り外される。
【００１９】吐出管５０と吸込管５２が、本体部材の外
面に取りつけられている。各々の管は、中心連結部５３
と、端部に設けられた固定リング５４とを有している。
固定リング５４には内ネジが形成されており、本体部材
の連結部５５に螺着される。本体部材４５の連結部５５
にはボール弁５６が収納されている。ボール弁５６はＯ
リング５７と、弁座５８と、ボール５９とを具備してい
る。図示する実施例では、吸込管５２は、更に、ポンプ
を平坦面に取り付けるために一対の取付部６０を備えて
いる。
【００２０】ポンプは、更に、シャトル弁６５を具備し
ている。シャトル弁６５は２本のプラスチックのネジ６
７によりポンプコア１５に取り付けられている。シャト
ル弁６５には、空気入口６８を介して圧縮空気が供給さ
れる。シャトル弁６５は、一方の側のポンプから他方の
側のポンプへ圧縮空気の供給を切り換える。
【００２１】以下、図２を参照してポンプの作用を説明
する。ポンプの一方の側の駆動部材３０の内部により形
成される空気室４０に圧縮空気が接続されている。先
ず、図２において、左側の空気室に圧縮空気が供給され
ると仮定する。駆動部材３０のエンドキャップ３２が外
方に駆動されると左側のベローが伸長し、シャフト２０
により右側の駆動部材が引かれて右側のベローが収縮す
る。
【００２２】右側の第１の駆動部材が右側の本体部材４
５から引かれることにより、ポンプの右側のポンプ室７
１内部に真空が形成される。ポンプの右側上部のボール
５９が弁座５８に当接、シールして、吐出管５０が右側
のポンプ室７１から遮断される。同時に、吸引管５２か
ら右側下部の弁を介して流体が右側のポンプ室７１に吸
引される。
【００２３】左側の第２の駆動部材が左傘のポンプ室７
２の内部に完全に伸長すると、シャトルがシャトル年内
部を摺動して、圧縮空気の供給が右側の空気室４０へ切
り換わる。これにより、ポンプの右側の第１の駆動部材
３０が右側のポンプ室７１へ伸長し、同時に左側の第２
の駆動部材が収縮される。右側のポンプ室７１の流体
が、ポンプの右側上部のボール弁を会して吐出管５０へ
押し出される。この間、右側下部のボール弁が吸込管５
２を閉鎖する。同時に、吸込管５２から左側のポンプ室
７２に新たな流体が吸い込まれる。左側の空気室内の空
気は、中心ポンプコア１５の後側に排気される。中心ポ
ンプコアの後側に排気される空気の排気音を低減するた
めに、１つあるいは複数のマフラー７５（図１参照）が
設けられている。このようにして、ポンプの左側ポンプ
室と右側ポンプ室とにおいて交互に流体が吸い込まれ、
吐出される。
【００２４】本発明による複動式ベローポンプは、従来
の複動ダイヤフラムポンプよりも多くの点で優れてい
る。第１に、駆動部材のベローが伸長することにより、
従来の同等の大きさのポンプにおいて使用されているダ
イヤフラムの一回の変形による吐出量よりも非常に多量
の流体を吐出することができる。つまり、所定の流量に
対して、シャフト２０はより少ない回数中心ポンプコア
１５を往復すればよい。従って、シャフト２０の周囲の
Ｏリング２２の損耗は、従来の構成よりも非常に緩やか
であり、少ないメンテナンスで済む。同様に、往復回数
が低減されるボール弁５６およびシャトル弁６５におけ
る損耗も低減される。同容量のダイヤフラムポンプと比
較して、吐出される流体の圧力変動の周波数および振幅
が低下する。
【００２５】本発明のポンプの他の利点は、簡単な構造
を有し少ない部品から簡単に組み立てられる点である。
ボール弁５６と第１と第２の本体部材４５と第１と第２
の駆動部材３０とを含めて吐出管５０および吸込管５２
は、全て工具を使用することなく中心ポンプコア１５か
ら取り外すことが可能である。ポンプを完全に分解する
ために必要な工具はドライバーだけである。ポンプの組
み立て、分解は、従来の構成のように多数の理異さ名ク
ランプやフィティングを使用せず簡単である。
【００２６】更に、ポンプの連結部の強度を高くするこ
とにより、ポンプ全体を耐腐食性の材料で製造可能とす
る。既述の通り、これは、半導体工業の分野で実際に高
い需要のある最も重要な点である。従来の構成と比較し
て、本体部材または吐出管、吸込管をポンプに固定する
ために金属のクランプは必要ではなく、回転自在に設け
られた本体リング１８に、大型のネジまたは充分な強度
を有する他の固定手段を設けることができる。同様に、
固定リング５４にも大型のネジを形成することが可能で
ある。
【００２７】一例として示した実施例では、本体部材４
５と、吐出管５０と、吸込管５２はペルフルオロアルコ
キシ（ＰＦＡ）から形成される。弁座５８と、ボール５
９と、第１と第２の駆動部材３０はポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）から形成される。本体リング１８
と、中心ポンプコア１５と、背板２５はポリフッ化ビニ
リデン（ＰＶＤＦ）から形成される。シャフト２０はポ
リエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から成形される。Ｏリン
グ２２、３８、４７、５７はフッ化エチレンプロピレン
共重合体（ＦＥＰ）から形成される。耐腐食性を機械的
強度および成形性と共に合わせ持つ他の材料を上記に列
挙した材料と置換してもよい。
【００２８】本発明の好ましい実施例を説明したが、本
発明の本質を逸脱することなく構成を変更することがで
きる。特に、本体リングを使用して本体部材をポンプコ
アに取り付ける方法は、複動ダイヤフラムポンプでも使
用することができる。更に、ポンプの単純な構成や、容
易に分解できる構成は、金属により構成されている従来
のポンプでも有効である。また、本発明は、以下の特徴
を以て実施することができる。 ａ．駆動部材の各々が伸縮可能なベローを具備する請求
項２に記載のポンプ。 ｂ．駆動部材の各々にネジ部が形成されており、前記シ
ャフトの各々の端部に形成されたネジ部に螺着されるこ
とによりシャフトに連結される請求項２に記載のポン
プ。 ｃ．本体部材の各々が前記本体リングに螺着されること
により、ポンプに取着される請求項２に記載のポンプ。 ｄ．前記耐腐食性材料がフッ化ポリマーを含む請求項４
に記載のポンプ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施例によるポンプの分解斜
視図である。
【図２】図１に示したポンプの側断面図である。
【符号の説明】
１０…ポンプ １８…本体リング ２０…シャフト ２７…シャフトの端部 ３０…駆動部材 ３６…ベロー ４５…本体部材 ６５…シャトル弁 ７１…ポンプ室 ７２…ポンプ室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−208680（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−75776（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−57882（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−272978（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−128179（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭58−51481（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭48−22722（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F04B 43/08 - 43/10

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 中心ポンプコアと、 変形可能な要素を備えた第１と第２の駆動部材であっ
    て、流体入口位置と、流体出口位置との間で駆動可能と
    なっており、かつ、前記変形可能な要素がそれに応答し
    て変形して成る第１と第２の駆動部材と、 対応する前記第１と第２の駆動部材を少なくとも部分的
    に覆うポンプ室を形成する内部を有する第１と第２の本
    体部材と、 前記本体部材を前記中心ポンプコアに連結する回転可能
    な本体リングと、 前記第１と第２のポンプ室に連通した流体入口と流体出
    口と、 前記第１と第２の駆動部材を前記各流体入口位置と流体
    出口位置と間での交互に駆動して、前記各流体入口位置
    と流体出口位置を介して前記第１と第２のポンプ室の一
    方へ流体を交互に引き込み、かつ、前記第１と第２のポ
    ンプ室の他方から流体を押し出す駆動手段とを具備し、 前記全ての構成要素を成形可能な化学的耐腐食性非金属
    材料から形成したポンプ。
  2. 【請求項２】 前記ポンプが、更に、吐出管と吸込管と
    を具備しており、 前記吐出管と吸込管の各々は、一対の本体部材に内部に
    連通し、かつ、本体部材に螺着される回転可能な固定リ
    ングにより本体部材の外部に取着されている請求項１に
    記載のポンプ。
  3. 【請求項３】 前記変形可能な要素は膨張可能なベロー
    を具備する請求項１に記載のポンプ。
  4. 【請求項４】 前記変形可能な要素は膨張可能なダイヤ
    フラムを具備する請求項１に記載のポンプ。
  5. 【請求項５】 前記耐腐食性材料が有機ポリマーを含む
    請求項１から４の何れか１項に記載のポンプ。
  6. 【請求項６】 前記耐腐食性材料が、ペルフルオロアル
    コキシ、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニ
    リデン、ポリエーテルケトン、フッ化エチレンプロピレ
    ン共重合体から成る群から選択される請求項５に記載の
    ポンプ。
JP6105738A 1993-05-19 1994-05-19 ポンプ Expired - Fee Related JP2991323B2 (ja)

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