JP3166081U

JP3166081U - 定量ポンプ

Info

Publication number: JP3166081U
Application number: JP2010007975U
Authority: JP
Inventors: 周一渡邉
Original assignee: 有限会社ティ・アール・ワイ
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2020-12-07

Abstract

【課題】使用者が所望する一定量の液体を吐出することができ、ピストンの往復移動に抵抗がなく、定量ポンプ内で発生する塵埃を所定の場所に排出したり、定量ポンプ内に不活性ガスを供給したりすることができる定量ポンプを提供する。【解決手段】定量ポンプは、出力軸を有するモータ１１と、出力軸に連結される送りねじ機構１４、１５ａと、送りねじ機構１４、１５ａに結合され、出力軸と同方向に配設されるピストン３１と、モータ１１および送りねじ機構１４、１５ａのうち少なくとも何れかを収容するケース１９、２０と、を備え、ケース１９、２０には、ケース１９、２０の内部と外部とを連通させる排気ポート２１を有する。【選択図】図２

Description

本考案は、吸引ポートから吸引した液体を吐出ポートから一定量、吐出する定量ポンプに関するものである。

従来から定量ポンプとしてプランジャーポンプが知られている。特許文献１に開示されている送液用プランジャーポンプは、シリンダ内のプランジャーロッドがモータの回転によって、シャフト及びリンクを介して、往復移動可能に設けられている。プランジャーロッドの先端が流路内から引き抜かれる方向に移動すると、流路内では吸引力が生じることで、吸込口から流路内に液体が流入する。一方、プランジャーロッドの先端が流路内に押し込まれる方向に移動すると、流路内に流入された液体が吐出口から吐出される。プランジャーロッドが一定のストロークで往復移動することで、常に一定量の液体が流路内に流入し、流入した一定量の液体が吐出口から吐出される。

特開２００４−２５１２４３号公報

しかしながら、上述した従来の定量ポンプでは、吐出させる液体の量を変更したい場合であっても、プランジャーロッドはシャフト及びリンクを介して往復移動させるために、プランジャーロッドのストロークを変更するのが困難である。すなわち、プランジャーロッドのストロークを変更しようとすると、シャフト及びリンクの長さを変更しなければならず、段取りや調整に時間と手間がかかるという問題を有している。

また、上述した定量ポンプでは、シリンダの後部が開口している構造であるために、プランジャーロッドが往復移動するときなどに発生する塵埃がシリンダの後部から排出されてしまう。したがって、クリーンルームなどの塵埃を嫌う環境下では使用することが困難である。一方、シリンダの開口を閉塞してしまうと、シリンダ内部が密封されてプランジャーロッドの往復移動に抵抗が生じてしまうという問題を有している。また、定量ポンプ内に不活性ガスを供給したい場合に、シリンダの開口を閉塞してしまうと、不活性ガスを供給することができないという問題を有している。
さらに、上述した定量ポンプでは、プランジャーロッドの軸線とシリンダの軸線との芯合わせを正確に行うのが困難である。プランジャーロッドの軸線とシリンダとの軸線とが偏芯してしまうと、両者の間に隙間が生じたり、逆に両者の間に摩擦が生じたりする問題を有している。

本考案は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、使用者が所望する一定量の液体を吐出することができる定量ポンプにおいて、ピストンの往復移動に抵抗がなく、定量ポンプ内で発生する塵埃を所定の場所に排出したり、定量ポンプ内に不活性ガスを供給したりすることができる定量ポンプを提供する。また、本考案は、シリンダとピストンとの間の芯合わせを容易に行うことができる定量ポンプを提供する。

本考案の定量ポンプは、出力軸を有するモータと、前記出力軸に連結される送りねじ機構と、前記送りねじ機構に結合され、前記出力軸と同方向に配設されるピストンと、前記モータおよび前記送りねじ機構のうち少なくとも何れかを収容するケースと、を備え、前記ケースには、前記ケースの内部と外部とを連通させるポートを有することを特徴とする。
また、本考案の定量ポンプは、前記ピストンと前記送りねじ機構とを結合する、止めねじを有する継手を備え、前記止めねじは、前記ピストンに形成された溝部に係合し、転動自在な球を有することを特徴とする。

本考案によれば、使用者が所望する一定量の液体を吐出することができる。また、ピストンの往復移動に抵抗がなく、定量ポンプ内で発生する塵埃を所定の場所に排出したり、定量ポンプ内に不活性ガスを供給したりすることができる。さらに、シリンダとピストンとの間の芯合わせを容易に行うことができる。

本実施形態に係る定量ポンプの一部分解斜視図である。本実施形態に係る定量ポンプの断面図である。本実施形態に係る定量ポンプのジョント部の拡大断面図である。本実施形態に係る定量ポンプのＩ−Ｉ線断面図である。本実施形態に係るポンプヘッドの取り付け方向を説明するための図である。

以下、本考案に係る実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る定量ポンプの一部分解斜視図である。図２は定量ポンプの断面図である。なお、各図では、必要に応じて定量ポンプの前方をＦｒ、後方をＲｒで示している。
図１および図２に示す定量ポンプ１は、駆動部１０、ジョイント部３０およびポンプヘッド４０から構成され、図示しない制御装置によって制御される。

まず、駆動部１０について説明する。
図２に示すように、駆動部１０は、モータ１１、送りねじ部１４、シリンダロッド１５、モータケース１９、シリンダケース２０、ハウジング１７、外装カバー２２などを備えている。
モータ１１は、出力軸１２が水平方向に延出して設けられている。モータ１１は、数値制御によって位置決めできるモータであって、例えばステッピングモータが用いられる。モータ１１は、アルミニウム製のモータケース１９内に収容され、防塵性および防滴性が向上されている。モータ１１の出力軸１２は、並列に配置された２つのベアリング１３によって支持されている。出力軸１２の前方には、送りねじ部１４が結合されている。

シリンダロッド１５は、シリンダケース２０内を長手方向に移動可能に配設されている。シリンダロッド１５は、シリンダケース２０の前側であって、内周に配置されたガイド部１６に案内されながら、移動する。シリンダロッド１５内には、上述した送りねじ部１４と螺合する雌ネジ部１５ａが形成されている。送りねじ部１４とシリンダロッド１５の雌ネジ部１５ａとにより送りねじ機構が構成される。
モータ１１の駆動によって送りねじ部１４が、一方方向に回転することでシリンダロッド１５がポンプヘッド４０側に前進し、他方方向に回転することでシリンダロッド１５がモータ１１側に後退する。

シリンダケース２０の上部には、ケース側ポート２１が配設されている。ケース側ポート２１は、シリンダケース２０内と連通している。
また、シリンダケース２０には、ガイド部１６を介してハウジング１７が結合されている。ハウジング１７内には挿通孔１７ａが形成され、その挿通孔１７ａをシリンダロッド１５が挿通している。ハウジング１７の内周面には、Ｏリング１８が嵌め込まれている。Ｏリング１８は、ポンプヘッド４０側から漏洩してきた液体がシリンダケース２０内に浸入するのを防止する。

また、シリンダケース２０、モータケース１９およびハウジング１７は、ステンレスで形成された外装カバー２２によって覆われている。図１に示すように、外装カバー２２は、アッパカバー２２ａとロアカバー２２ｂとがビスなどで結合されて構成される。アッパカバー２２ａとロアカバー２２ｂとが重なり合う位置にはパッキン２３が介在し、外装カバー２２の密閉性を向上させている。また、アッパカバー２２ａには、ケース側ポート２１からチューブ２４を介して接続されるカバー側ポート２５が配設されている。カバー側ポート２５には図示しないチューブが接続され、例えばクリーンルームの外部と繋がっている。

次に、ジョイント部３０について説明する。
シリンダロッド１５の先端には、ピストン３１と接続するための継手３２が結合されている。具体的には、シリンダロッド１５の先端に形成された雄ネジ部１５ｂと継手３２に形成された雌ネジ部３２ａとを螺合させることで、シリンダロッド１５と継手３２とが結合される。雌ネジ部３２ａと雄ネジ部１５ｂとの螺合位置を調整することで、シリンダロッド１５と継手３２との間の距離を調整することができる。

継手３２の先端には、スリーブ３３内を摺動するピストン３１が結合されている。ここで、継手３２とピストン３１との結合方法について図３を参照して詳細に説明する。図３は、図２の一部を拡大した拡大断面図である。
ピストン３１は、スリーブ３３内を摺動する平板状のピストン本体部３１ａと、ピストン本体部３１ａからモータ１１側に延出する細長状のロッド部３１ｂとを有している。ピストン本体部３１ａの外周には、Ｏリング３４が嵌め込まれている。また、ロッド部３１ｂには、周方向に沿って溝３１ｃが形成されている。溝３１ｃ内の両側面は、ピストン３１の軸線に向かうにしたがって、互いに近接する方向に傾斜して形成されている。

一方、継手３２には、ピストン３１のロッド部３１ｂが挿入される挿入孔３２ｂと、この挿入孔３２ｂに対して直交する方向で、挿入孔３２ｂと連通する止めねじ孔３２ｃとが形成されている。止めねじ孔３２ｃには、先端に例えば鋼球などの球３５ａが転動自在に配設される止めねじ３５が螺合される。

継手３２とピストン３１とを結合する場合、ピストン３１のロッド部３１ｂを継手３２の挿入孔３２ｂに挿入した状態で、止めねじ３５を継手３２の止めねじ孔３２ｃに螺合する。すると、止めねじ３５の球３５ａがロッド部３１ｂの溝３１ｃに係止することから、継手３２とピストン３１とを抜けないように結合することができる。このとき、溝３１ｃの両側面は傾斜して形成されていることから、球３５ａは溝３１ｃの両側面に案内されながら押し込まれる。また、球３５ａは溝３１ｃの両側面の２点で接する点接触した状態で結合される。したがって、ピストン３１は、ロッド部３１ｂの基端（後端）を中心にしてピストン本体部３１ａが可動できる。すなわち、スリーブ３３の軸線とピストン本体部３１ａの軸線とがずれていても、ピストン３１はロッド部３１ｂの基端を中心にして可動し、スリーブ３３の軸線とピストン本体部３１ａの軸線とが一致するように芯合わせを自ら行う。

また、ジョイント部３０には、複数（４つ）の連結ロッド３６がピストン３１のロッド部３１ｂと平行に配設されている。連結ロッド３６は、ハウジング１７に結合された中間ケース３７に螺合されている。これらの連結ロッド３６は、ポンプヘッド４０を中間ケース３７から所定の距離を隔てて取り付ける役割を有している。
図４は、図３に示すＩ−Ｉ線の断面図である。図４に示すように、４つの連結ロッド３６それぞれは、ピストン３１の軸線から等間隔Ｌであって、隣り合う連結ロッド３６同士の間隔が同じ角度（９０度）に配設されている。

また、ジョイント部３０には、スリーブ３３、連結ロッド３６および継手３２を含めて、その周囲を覆うカバー３８が取り付けられている。したがって、ジョイント部３０内に塵埃が侵入するのを防止することができる。

次に、ポンプヘッド４０について説明する。
ポンプヘッド４０は、連結ロッド３６を介してジョイント部３０に結合されている。ポンプヘッド４０の上側面および下側面には、吸引ポート４１と吐出ポート４２とが配設されている。吸引ポート４１および吐出ポート４２は、スリーブ３３を介して連通している。
吸引ポート４１には図示しない吸引チューブが接続される。吸引チューブは、定量ポンプ１によって吸引される液体が貯留されたタンクなどと繋がっている。吸引ポート４１では、吸引した液体を吸引ポート４１から吐出できないような逆止弁が設けられている。
吐出ポート４２には図示しない吐出チューブが接続される。吐出チューブは、容器などに繋がっている。吐出ポート４２では、吐出ポート４２から吐出した液体を内部に吸引できないような逆止弁が設けられている。

次に、上述したように構成される定量ポンプの動作について説明する。
使用者はモータ１１を制御する制御装置に定量ポンプ１から吐出させる液体の量を入力する。制御装置は、入力された液体の量に基づいて、ピストン３１を往復移動するときのストローク量を算出し、算出したストローク量に応じたモータ１１の回転量を算出する。

まず、ピストン３１を後退させて、吸引ポート４１から液体を吸引する場合の動作について説明する。制御装置は算出した回転量にしたがってモータ１１を回転させる。
すると、モータ１１の出力軸１２の回転に応じて、送りねじ部１４が同期して回転する。送りねじ部１４の回転に伴い、送りねじ部１４に螺合されているシリンダロッド１５が長手方向に沿って後退する。
シリンダロッド１５の後退によって、シリンダロッド１５に継手３２を介して結合されたピストン３１も後退する。ピストン３１が後退することで、スリーブ３３内が負圧になるために、吸引ポート４１から液体が吸い上げられ、スリーブ３３内に充填される。ここで、ピストン３１は、制御装置によって算出されたストローク量だけ後退することから、吸引ポート４１から一定量の液体が吸い上げられる。

次に、ピストン３１を前進させて、吐出ポート４２から液体を吐出する場合の動作について説明する。制御装置は算出した回転量にしたがってモータ１１を逆回転させる。
すると、モータ１１の出力軸１２の回転に応じて、送りねじ部１４が同期して回転する。送りねじ部１４の回転に伴い、送りねじ部１４に螺合されているシリンダロッド１５が長手方向に沿って前進する。
シリンダロッド１５の前進によって、シリンダロッド１５に継手３２を介して結合されたピストン３１も前進する。ピストン３１が前進することで、スリーブ３３内に充填された液体が、吐出ポート４２から吐出される。ここで、ピストン３１は、制御装置によって算出されたストローク量だけ前進することから、吐出ポート４２から一定量の液体が吐出される。

このように、本実施形態の定量ポンプ１によれば、上述したようなピストン３１の後退と前進とを繰り返すことによって、定量ポンプ１では常に一定量の液体を吸引し、吐出することができる。
また、吐出させる液体の量を所望する量に変更したい場合、使用者は制御装置に吐出させる液体の量を入力すれば、再び制御装置が入力された液体の量に応じたモータの回転量を算出し、モータ１１を回転させるので、吐出させたい液体の量を簡単に変更することができる。

また、ピストン３１と継手３２とは、ピストン３１のロッド部３１ｂに形成された溝３１ｃに対して止めねじ３５の先端の球３５ａを係合することによって結合している。球３５ａと溝３１ｃとは点接触のため、ピストン３１はロッド部３１ｂの基端を中心にしてスリーブ３３の軸線とピストン本体部３１ａの軸線とが一致するように芯合わせを自ら行うことができる。

さらに、球３５ａがロッド部３１ｂの溝３１ｃに係合されている状態であっても、球３５ａは止めねじ３５に対して自由に転動でき、それに伴いロッド部３１ｂもロッド部３１ｂの軸線に対して回転できる。したがって、ピストン３１の後退と前進とを繰り返しているときに、スリーブ３３とピストン３１との一部に摩擦の抵抗が大きく生じる部位があったとしても、ピストン３１はその抵抗が小さくなるように軸線に対して自ら回転するために、Ｏリング３４の片減りなどを減少させることができる。

また、ピストン３１の後退と前進とを繰り返すと、シリンダケース２０内ではシリンダロッド１５とシリンダケース２０との間の摺動や送りねじ部１４とシリンダロッド１５内の雌ネジ部１５ａとの螺合などによって、塵埃が発生する。上述した定量ポンプ１では、シリンダケース２０内に連通するケース側ポート２１が設けられているので、シリンダケース内で発生した塵埃をケース側ポート２１、チューブ２４およびカバー側ポート２５を通して外部に排出することができる。したがって、定量ポンプ１をクリームルームに使用する場合であっても、シリンダケース２０内で発生した塵埃をケース側ポート２１、チューブ２４およびカバー側ポート２５を通してクリームルームの外部まで排出することができる。また、密閉されたシリンダケース２０内では空気が移動しにくいためにシリンダロッド１５の後退と前進とに抵抗が生じてしまうが、ケース側ポート２１などを介してシリンダケース２０内と外部とが連通されているので、シリンダロッド１５はシリンダケース２０内を抵抗なく移動することができる。

なお、上述した実施形態では、シリンダケース２０内に連通するケース側ポート２１を設ける場合について説明したが、この場合に限られず、モータケース１９内に連通する図示しないケース側ポートを設けてもよい。モータケース１９内に連通するケース側ポートを設ける場合、アッパカバー２２ａには、ケース側ポートからチューブを介して接続される図示しないカバー側ポートを配設する。さらに、このカバー側ポートには、図示しないチューブを介して、例えば不活性ガス供給装置に接続する。このような構成にすることで、不活性ガス供給装置からカバー側ポート、チューブおよびケース側ポートを通して、モータケース１９内に不活性ガスを供給することができ、モータ１１の防爆効果を得ることができる。

また、上述した実施形態では、モータケース１９とシリンダケース２０とを別々で構成しているが、この場合に限られず、モータケース１９とシリンダケース２０とを一体的に構成し両者の内部空間を連通させたケースにしてもよい。この場合、ケース内に連通するケース側ポート２１は、ケース内に発生した塵埃をチューブ２４およびカバー側ポート２５を通して外部に排出することに用いることができると共に、不活性ガス供給装置からカバー側ポート２５およびチューブ２４を通して、モータケース１９内に不活性ガスを供給することにも用いることができる。

また、上述した実施形態では、ポンプヘッド４０の上側面および下側面に、吸引ポート４１と吐出ポート４２とが配設する場合について説明したが、この場合に限られず、ポンプヘッド４０の左右の側面に吸引ポート４１と吐出ポート４２とが配設することができる。
上述したように、４つの連結ロッド３６それぞれは、ピストン３１の軸線から等間隔Ｌであって、隣り合う連結ロッド３６同士の間隔が同じ角度（９０度）に配設されている。したがって、４つの連結ロッド３６を中間ケース３７から取り外し、ポンプヘッド４０を左右に９０度、回転して取り付けることができる。

図５は、ポンプヘッド４０を正面から見た図である。ポンプヘッド４０を左右の何れかに９０度、回転して取り付けることで、図５の二点鎖線で示すように、ポンプヘッド４０の左右の側面に吸引ポート４１と吐出ポート４２とを配設することができる。したがって、液体を吸引したい場所や液体を吐出したい場所に応じて、ポンプヘッド４０の向きを変更して取り付けることができる。

また、上述した定量ポンプ１では、モータ１１の出力軸１２に送りねじ部１４を結合し、送りねじ部１４とシリンダロッド１５の雌ネジ部１５ａとを螺合する場合について説明したが、この場合に限られない。例えば、出力軸１２に雌ネジ部が形成された送りねじ部を結合し、シリンダロッド１５に送りねじ部の雌ネジ部に螺合する雄ネジ部を形成してもよい。
このように、本考案は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本考案の範囲内で変更等が可能である。

１：定量ポンプ１０：駆動部１１：モータ１２：出力軸１３：ベアリング１４：送りねじ部１５：シリンダロッド１５ａ：雌ネジ部１６：ガイド部１７：ハウジング１８：Ｏリング１９：モータケース２０：シリンダケース２１：ケース側排気ポート２２：外装カバー２３：パッキン２４：チューブ２５：カバー側排気ポート３０：ジョイント部３１：ピストン３２：継手３３：スリーブ３４：Ｏリング３５：止めねじ３５ａ：球３６：連結ロッド３７：中間ケース３８：カバー４０：ポンプヘッド４１：吸引ポート４２：吐出ポート

Claims

出力軸を有するモータと、
前記出力軸に連結される送りねじ機構と、
前記送りねじ機構に結合され、前記出力軸と同方向に配設されるピストンと、
前記モータおよび前記送りねじ機構のうち少なくとも何れかを収容するケースと、を備え、
前記ケースには、前記ケースの内部と外部とを連通させるポートを有することを特徴とする定量ポンプ。
前記ピストンと前記送りねじ機構とを結合する、止めねじを有する継手を備え、
前記止めねじは、前記ピストンに形成された溝部に係合し、転動自在な球を有することを特徴とする請求項１に記載の定量ポンプ。