JP3568866B2 - 往復動型ポンプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプシリンダ内を往復動するポンプピストンで流体を圧送するポンプに関し、特に、高粘性液体の圧送に好適な往復動型のポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、塗料等の高い粘性を有する流体を圧送するためのポンプとしては、例えば特開平１１−０３７０４５号公報に記載されているようなプランジャを往復動させる構造のものや、特開平６−２２１２７０号公報に記載されているような、ダイアフラムを往復動させる構造のものが用いられている。
【０００３】
図７は、従来から塗料の圧送に用いられている往復動型ポンプの一例としてのプランジャポンプの側面図であって、同図に示すプランジャポンプＡ１は、エアシリンダ機構からなる駆動部Ａ２と、前記駆動部Ａ２の駆動ロッドＡ３によって駆動されるポンプ部Ａ４から構成されている。
【０００４】
前記ポンプ部Ａ４は、駆動ロッドＡ３が下降する過程では、図８に示すように、前述した駆動ロッドＡ３に接続ロッド（図示省略）を介して連結されているプランジャＡ５がシリンダＡ６内に押し込まれていくことにより、ピストン弁Ａ７が開放されるとともに、吸入口Ａ８の上方にあるフート弁Ａ９は閉鎖された状態となり、シリンダＡ６内に満たされている塗料は、プランジャＡ５がシリンダＡ６内に侵入した容積分だけ吐出口Ａ１０から押し出される。
【０００５】
一方、駆動ロッドＡ３が上昇する過程においては、図９に示すように、ピストン弁Ａ７は閉鎖されるため、シリンダＡ６内のピストン弁Ａ７の下方部分は負圧になってフート弁Ａ９は開放され、下方の吸入口Ａ８から新たな塗料がシリンダＡ６内に吸入される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような従来の往復動型ポンプは、駆動部を構成するエアシリンダ機構の駆動ロッドと、ポンプ部のプランジャとが一体に動くように連結されているため、エアシリンダ機構に用いられているエアシリンダのエアの排除容積と、ポンプシリンダ内の流体を吸引吐出する部分の排除容積との比（ポンプレシオ）を大きくすることにより、容易に高い吐出圧力を得ることができるので、液状の低粘度の流体からパテのような半固体状の流体まで様々な種類の流体を圧送、小分け、噴霧する場合等多くの用途に活用されている。
【０００７】
しかしながら、この種の往復動型ポンプにおいては、プランジャが往復動して高圧の流体を吐出する動作を繰り返す構造のため、プランジャが摺動するグランドパッキンには流体の高い圧力が作用し、取り扱う流体の粘度が高い場合、摩耗性が強い場合、潤滑性が悪い場合、あるいは、薬品性が強い場合等においては、グランドパッキンのシール性能が低下して、ポンプ外部へ流体の漏れを生じる問題があった。
【０００８】
一方、前述した特開平６−２２１２７０号公報に記載されているものでは、プランジャを用いずに、空気の圧力で駆動されるダイアフラムの変形によってポンプ作用が行われるので、流体をシールするためのグランドパッキンは必要としていない。
【０００９】
しかしながら、長期間に亘ってダイアフラムの変形が反復されるとダイアフラムが疲労して破断する恐れがあるとともに、ダイアフラムの空気室の隣にさらにダイアフラムを駆動するピストンを配置した空気室を形成するか、あるいは、ダイアフラムを２段に配置して吐出圧を高めているため、構造が複雑になる問題があり、また、ダイアフラムの強度上、高い吐出圧を得ることが困難であった。
【００１０】
そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決し、ポンプ外部への流体の漏れを完全に防止できるとともに構造が簡単で耐久性があり、高い吐出圧を容易に得られる往復動型ポンプを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の往復動型ポンプは、ロッドの略中間に保持されたポンプピストンと、前記ポンプピストンが摺動自在に嵌挿されるシリンダ室を有し、前記シリンダ室の両側の端部壁にそれぞれ開けられて前記ロッドが貫通する孔の内周とロッドの外周間の環状の隙間で形成される一対の流体入口並びにポンプピストンの両側でシリンダ室内にそれぞれ開口し流体吐出路へ連通する一対の流体出口とを有するポンプシリンダと、前記一対の流体入口のそれぞれからシリンダ室側への流体の流入を許容し逆流を阻止する一対の逆止弁と、前記一対の流体出口のそれぞれから流体吐出路側への流体の流出を許容し逆流を阻止する一対の逆止弁と、前記一対の流体入口のそれぞれを通してシリンダ室内に連通するとともに流体導入路に連通し、ロッドのシリンダ室から両側に突出する部分を内部に収容するようにポンプシリンダの両端部にそれぞれ連設された一対の導入室と、ロッドの軸方向移動に追従して変形可能で、一方の周縁部がロッド側に固定され、他方の周縁部がそれぞれの導入室側に固定された、導入室内を外部から密封する一対の密封部材と、ロッドの両端部とそれぞれ連結され、且つ、それぞれの密封部材の外側に隣接して設けられ、ロッドをポンプシリンダ側へ駆動するエアピストンをエアシリンダ内に有する一対の単動型のエアシリンダ機構とを備え、それぞれのエアシリンダ機構は、エアピストンの外側への移動に伴って、これに隣接する密封部材がエアシリンダ内へ入り込むように構成されている。
【００１２】
前記密封部材は、両端の周縁部をそれぞれロッド側と導入室側に固定されてロッドの周囲を包囲するベローシールで構成されていることが望ましい。また、前記密封部材は、内周縁部をロッド側に、外周縁部を導入室側にそれぞれ固定されたダイアフラムシールで構成されていることも望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の往復動型ポンプは、一対の単動型のエアシリンダ機構によりロッドを介してポンプシリンダ内のポンプピストンを往復動させて流体の圧送を行うものであり、特に、塗料や蜂蜜等の高い粘度を有する液体に好適に用いることができる。
【００１４】
前記一対のエアシリンダ機構は、その駆動力の発生する方向を互いに反対にして、エア源から供給される加圧エアを切換弁で制御することでロッドの往復運動を容易に実現することができ、特に、流体吐出路途中に開閉弁を設けていれば、その開閉に伴ってロッドに作用する負荷が変化することにより、往復動型ポンプの駆動と停止が自動的に行われる。
【００１５】
また、ポンプシリンダ内のポンプピストンの有効断面積に対して、エアシリンダ機構のエアピストンの有効断面積を大きくすることによって、容易に高い吐出圧を得ることができる。
【００１６】
なお、一対のエアシリンダ機構のそれぞれへ供給される加圧エアの切換えは、エアピストンのストローク限界位置で切り換えられるパイロット切換弁や電磁切換弁で行うことができる。
【００１７】
本発明の往復動型ポンプにおいては、一対のエアシリンダ機構の一方のエアピストンがロッドを介してポンプシリンダ内のポンプピストンを駆動すると、前記ポンプピストンの移動方向後方側では、シリンダ室内の容積が増加して負圧になる。
【００１８】
その結果、ポンプピストンの移動方向後方側では、シリンダ室内に開口する流体出口と流体吐出路との間の逆止弁は閉じ、流体導入路側から導入室、さらに、シリンダ室端部壁に形成された流体入口を通過して流体がシリンダ室に流入する。
【００１９】
本発明の往復動型ポンプでは、それぞれの導入室と、ロッドあるいはロッドと一体となって移動する部材との間に、ロッドの軸方向の動きに追従して変形可能な密封部材が設けられていて、これらの導入室内の空間が外部から密封されており、導入室内の流体が外部に漏れ出すことはない。
【００２０】
密封部材の素材としては、例えば、フッ素樹脂を被覆した布やポリエチレン等の変形容易な樹脂材料で形成した蛇腹状のベローシールやダイアフラムシールを用いることができる。
【００２１】
ポンプシリンダのシリンダ室内におけるポンプピストンの移動方向後方側部分に所定量の流体を吸入した後、片方のエアシリンダ機構から他方のエアシリンダ機構にエア供給が切り換えられて、ロッドが反対方向に駆動されると、ポンプピストンの移動方向前方側では、シリンダ室の容積が減少する方向に変化し、その結果、ここに満たされている流体の圧力は上昇してポンプピストンの移動方向前方側の流体出口と流体吐出路との間の逆止弁は開放され、流体は流体吐出路へ押し出される。
【００２２】
この際、ポンプピストンの移動方向前方側では、流体入口は逆止弁により閉じられ、シリンダ室側から導入室側への高圧の流体の漏出が阻止されるとともに、ロッドはシリンダ室から抜け出す方向へ移動し、密封部材はこれに追従して変形するので導入室の容積は増加する。
【００２３】
前記容積の増加によりポンプピストンの移動方向前方側の導入室内の圧力は流体導入路側より低下するので、新たな流体が流体導入路から当該導入室内へ流入する。そして、ポンプシリンダ内のポンプピストンが流体入口が形成されているシリンダ室の端部壁近傍まで移動すると、一対のエアシリンダ機構の駆動方向は反転し、再びロッドの移動方向を反対方向に変える。
【００２４】
ロッドの移動方向が反転すると当該導入室の容積は減少するが、この導入室と隣接しているシリンダ室内のポンプピストンの移動方向後方側では、その容積が増加して負圧になり、流体入口を塞いでいた逆止弁が開放されるので、当該導入室内の流体はシリンダ室内に吸い込まれて導入室内の圧力が上昇することは無く、密封部材の密封性が損なわれることはない。前述した動作を繰り返すことによって、流体導入路側から流体吐出路へ向けて流体が順次圧送される。
【００２５】
【実施例】
次に、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。図１及び図２は本発明の第１実施例を示す往復動型ポンプの縦断面図、図３はその一部の拡大縦断面図であって、本実施例における往復動型ポンプは、高粘度を有する塗料を圧送するために特に好適に用いることができるものである。
【００２６】
これらの図において、往復動型ポンプ１は、その長手方向中央に配置されたポンプシリンダ２の両側に左右対称に連結部３Ａ、３Ｂが連設され、これらのさらに外側に一対のエアシリンダ機構４Ａ、４Ｂがそれぞれ連設されている。
【００２７】
ポンプシリンダ２には、そのシリンダ室Ｓ内にポンプピストン５が軸方向に摺動自在に嵌挿されていて、前記ポンプピストン５は、ポンプシリンダ２内を貫通するロッド６の中間位置に保持されている。
【００２８】
なお、この実施例においては、分解・組立を容易にするためにロッド６をポンプピストン５の前後に２分割して構成し、ポンプピストン５の中心部両面にそれぞれ形成されている凹部に前後から嵌合してポンプピストン５を挟み込んで保持するようにしている。
【００２９】
ポンプシリンダ２の両側の端部壁２Ａ、２Ｂは、ポンプシリンダ２に隣接して固定されている連結部３Ａ、３Ｂの端面で構成されており、これらの連結部３Ａ、３Ｂの内部には、ロッド６が同軸状に貫通する孔Ｈが設けられている。
前記孔Ｈの内周面とロッド６の外周面との間には流体の通路として利用される環状の隙間が形成されている。
【００３０】
これらの端部壁２Ａ、２Ｂに隣接して、ロッド６に滑動自在に嵌挿されている逆止弁７Ａ、７Ｂを収納する弁室８Ａ、８Ｂが形成されている。逆止弁７Ａ、７Ｂは、孔Ｈの端部壁２Ａ、２Ｂ側への開口部で形成される流体入口Ｐ１、Ｐ２をシリンダ室Ｓ側から開閉するように設けられており、流体入口Ｐ１、Ｐ２からシリンダ室Ｓ内へ流体（本実施例では塗料）が流入する場合には開き、反対にシリンダ室Ｓ側から流体入口Ｐ１、Ｐ２を通して流体が流出しようとするときには、端部壁２Ａ、２Ｂ側へ密着して流出を阻止するようになっている。
【００３１】
また、ポンプシリンダ２のそれぞれの弁室８Ａ、８Ｂの周壁には流体出口Ｐ３、Ｐ４が形成されている。これらの流体出口Ｐ３、Ｐ４はそれぞれ逆止弁としての一対のボールチェック弁９Ａ、９Ｂを介して流体吐出路１０に連通している。
これらのボールチェック弁９Ａ、９Ｂは、流体吐出路１０側から流体出口Ｐ３、Ｐ４を通してシリンダ室Ｓ内に流体が逆流することを阻止している。
【００３２】
前述した２つの連結部３Ａ、３Ｂ内にそれぞれ形成されている孔Ｈには、半径方向から流体導入路１１Ａ、１１Ｂが連通していて、これらの流体導入路１１Ａ、１１Ｂを通じて外部から流体が取り込まれるようになっている。
【００３３】
また、両方の連結部３Ａ、３Ｂのポンプシリンダ２側と反対側の端部にはそれぞれ取付筒１２Ａ、１２Ｂを介してエアシリンダ機構４Ａ、４Ｂのエアシリンダ１３Ａ、１３Ｂが連結され、ポンプシリンダ２を中央にして連結部３Ａ、３Ｂ、取付筒１２Ａ、１２Ｂ、エアシリンダ１３Ａ、１３Ｂが複数の連結ボルト１４によって一体に連結されている。
【００３４】
これらのエアシリンダ機構４Ａ、４Ｂは単動式のものが用いられており、それぞれエアシリンダ１３Ａ、１３Ｂの両外側の端部壁にはエアを給排出するための給排気口１５Ａ、１５Ｂが設けられている。
【００３５】
エアシリンダ１３Ａ、１３Ｂ内にはエアピストン１６Ａ、１６Ｂが摺動自在に嵌挿されていて、これらのエアピストン１６Ａ、１６Ｂに固定された駆動ロッド１７Ａ、１７Ｂが取付筒１２Ａ、１２Ｂ内部を貫通してロッド６の両端部とそれぞれ連結されており、エアピストン１６Ａ、１６Ｂとポンプピストン５とが軸方向に一体に動くようになっている。
【００３６】
連結部３Ａ、３Ｂには取付筒１２Ａ、１２Ｂの内側にロッド６と同心状の円筒状のシール固定部ｄを有しており、これらのシール固定部ｄの外周面と駆動ロッド１７Ａ、１７Ｂが嵌合固定されているエアピストン１６Ａ、１６Ｂのシール固定部Ｄの外周面 との間に軸方向に伸縮変形自在な管状のベローシール１８Ａ、１８Ｂの両端部がそれぞれ液密状態で嵌合固定されている。
【００３７】
これらのベローシール１８Ａ、１８Ｂの内部空間と、これに連通する連結部３Ａ、３Ｂの孔Ｈ内部の空間によって、流体導入路１１Ａ、１１Ｂからシリンダ室Ｓ内に供給される流体が一時的に導入される導入室が形成されている。
【００３８】
２つのエアシリンダ機構４Ａ、４Ｂのエアシリンダ１３Ａ、１３Ｂへの加圧エアの供給と排出とを交互に切り換えてエアピストン１６Ａ、１６Ｂの往復運動を自動的に繰り返させるために、給排気口１５Ａ、１５Ｂが形成されている端部壁の中心部にはエアバルブ１９Ａ、１９Ｂが組み込まれている。
これらのエアバルブ１９Ａ、１９Ｂにはそれぞれスプール２０Ａ、２０Ｂが、シリンダ室の端部壁面から常時一部が突出する方向にバネ付勢されて出没自在に設けられている。
【００３９】
また、エアバルブ１９Ａ、１９Ｂは、給排気口１５Ａ、１５Ｂへ接続されている図示しないエア管路に組み込まれているパイロット切換弁に、パイロット圧を供給するパイロット管路の途中に設けられていて、例えば、右側のエアシリンダ１３Ａ内で、エアピストン１６Ａが図１に示すように右方へストロークの限界位置まで移動してくると、前記エアピストン１６Ａの端面はエアバルブ１９Ａのスプール２０Ａの突出部に当接してこれを右方に押し、エアバルブ１９Ａが開かれるようになっている。
【００４０】
そして、エアバルブ１９Ａが開かれると、前記パイロット管路にパイロット圧が発生し、パイロット切換弁が切り換えられて、右側のエアシリンダ１３Ａの給排気口１５Ａへエア源から加圧エアが供給され、同時に、左側のエアシリンダ１３Ｂの給排気口１５Ｂは大気中に開放される。
【００４１】
一方、左側のエアシリンダ１３Ｂに設けられているエアバルブ１９Ｂは、エアピストン１６Ｂが左方限界位置まで移動したときに、スプール２０Ｂがエアピストン１６Ｂで押されて開かれるので、前述したパイロット切換弁は反対側に切り換えられ、その結果、左側のエアシリンダ１３Ｂの給排気口１５Ｂから加圧空気が供給されるとともに、右側のエアシリンダ１３Ａの給排気口１５Ａは大気中に開放される。
【００４２】
なお、これらのエアバルブ１９Ａ、１９Ｂは、エアピストン１６Ａ、１６Ｂの移動方向が逆転してスプール２０Ａ、２０Ｂの突出部から離れると直ちに閉じて、パイロット切換弁へのパイロット圧の供給を遮断するが、前記パイロット切換弁は反対方向のパイロット圧が供給されるまでは、切換位置を保持する構造になっている。
【００４３】
次に、前述したように構成されている本実施例の往復動型ポンプ１の動作を説明する。図１において、左側のエアシリンダ１３Ｂ内に給排気口１５Ｂから加圧エアが導入されて、その圧力でエアピストン１６Ｂが右側に駆動されるときは、その動きに伴って駆動ロッド１７Ｂ、ロッド６、駆動ロッド１７Ａ、及びエアピストン１６Ａが一斉に右側に移動する。
【００４４】
この際、右側のエアシリンダ１３Ａの給排気口１５Ａは、大気中に開放されているので、エアピストン１６Ａは抵抗を受けることなくエアシリンダ１３Ａ内を摺動することができる。
【００４５】
なお、図１に示す状態においては、ポンプピストン５はシリンダ室Ｓの右側限界位置直前まで移動してきており、シリンダ室Ｓ内部のポンプピストン５の右側（移動方向前側）にある流体は、ボールチェック弁９Ａを通過して流体吐出路１０側へほとんど排出されている。
【００４６】
また、シリンダ室Ｓのポンプピストン５の左側（移動方向後側）部分には流体導入路１１Ｂ側から開放されている逆止弁７Ｂを通過して流体が流入しており、また、右側のベローシール１８Ａは伸長してその内部には流体導入路１１Ａから流入した流体で満たされている。
【００４７】
ここで、右側のエアピストン１６Ａがエアシリンダ１３Ａのエアバルブ１９Ａのスプール２０Ａの突出部に当たって、これをバネ付勢力に抗して右側に押すと、図示していないパイロット切換弁が切り換わり、給排気口１５Ａに加圧エアが供給され、一方、左側のエアシリンダ１３Ｂの給排気口１５Ｂは大気中に開放される。
【００４８】
その結果、エアピストン１６Ａは、ポンプシリンダ２内のポンプピストン５と他方のエアピストン１６Ｂと一体に図２に示すように左方に移動し、この時、ポンプシリンダ２の右側の逆止弁７Ａが開いて、シリンダ室Ｓのポンプピストン５の右側（移動方向後側）部分に流体導入路１１Ａ側から流体が流入する。
また、このとき、エアピストン１６Ａの移動に伴って、右側のベローシール１８Ａが収縮するので、その内部に満たされていた流体が同時にシリンダ室Ｓ側に流入する。
【００４９】
一方、シリンダ室Ｓのポンプピストン５の左側（移動方向前側）部分に満たされている流体は圧力が上昇するため、逆止弁７Ｂが閉じられボールチェック弁９Ｂが開かれて、前記部分の流体が流体吐出路１０へ送り出される。
【００５０】
また、エアピストン１６Ｂの移動に伴ってベローシール１８Ｂが伸長してその内部の容積が増加するため、流体導入路１１Ｂから新たな流体がベローシール１８Ｂ側の導入室内に吸入される。
【００５１】
こうして、エアピストン１６Ｂがストロークの左方限界位置まで移動して、エアバルブ１９Ｂのスプール２０Ｂを押すと給排気口１５Ｂがエア源に連通してエアシリンダ１３Ｂのシリンダ室内に加圧エアが導入されるので、エアピストン１６Ｂ、ポンプピストン５、及び他方のエアピストン１６Ａは右方向に移動方向が切り換わり、前述した動作が繰り返される。
【００５２】
なお、流体吐出路１０の途中に遮断弁を設けておけば、これを閉じるだけで、ポンプピストン５の移動が拘束されて往復動型ポンプ１の動作が停止し、また、前記遮断弁を開くことで往復道型ポンプ１の動作が再開される。
【００５３】
次に、図４及び図５は本発明の第２実施例を示す往復動型ポンプの縦断面図、図６はその一部の拡大縦断面図であって、本実施例の往復動型ポンプは前述した第１実施例のものと同様に塗料を圧送するために好適に用いられるものである。
【００５４】
これらの図において、本実施例の往復動型ポンプ２１は、ポンプシリンダ２２を軸方向中央に内蔵した筒状の連結部２３を有しており、前記ポンプシリンダ２２は、連結部２３の中に形成されている空洞部Ｃ内の軸方向中央部で内側に向けて突出している環状壁２３Ａに外周が０リングＲを介して液密状態で嵌合保持されている。
【００５５】
また、前記空洞部Ｃの両端は、端板２４Ａ、２４Ｂによって閉塞されていて、これらの端板２４Ａ、２４Ｂの中心近傍部分は、ポンプシリンダ２２のシリンダ室Ｓの両側の端部壁を兼ねている。
【００５６】
シリンダ室Ｓの各端板２４Ａ、２４Ｂにそれぞれ隣接する部分は、筒状の弁室２５Ａ、２５Ｂとなっており、また、これらの弁室２５Ａ、２５Ｂの間のシリンダ室Ｓ内には、ロッド２６が軸方向両側に突出するように貫通固定されているポンプピストン２７が摺動自在に嵌挿されている。
【００５７】
前記ロッド２６のポンプピストン２７の図中右側に突出している部分は、弁室２５Ａを貫通し、さらに端板２４Ａに形成されている孔ｈを貫通しており、弁室２５Ａ内において、前記孔ｈの内周とロッド２６外周との間の環状の隙間で形成される流体入口Ｐ１を開閉する逆止弁２８Ａが摺動自在に嵌挿されている。
【００５８】
同様に、ロッド２６のポンプピストン２７の図中左側に突出している部分は、弁室２５Ｂを貫通し、さらに端板２４Ｂに形成されている孔ｈを貫通しており、弁室２５Ｂ内において、前記孔ｈの内周とロッド２６外周との間の環状の隙間で形成される流体入口Ｐ２を開閉する逆止弁２８Ｂが摺動自在に嵌挿されている。
【００５９】
これらの逆止弁２８Ａ、２８Ｂは、それぞれ対応する流体入口Ｐ１、Ｐ２から弁室２５Ａ、２５Ｂを経由してシリンダ室Ｓ側への流体の流入を許容するとともに、シリンダ室Ｓ内の流体が流体入口Ｐ１、Ｐ２を通して外部に流出することを阻止する役目を果たしている。
【００６０】
また、それぞれの弁室２５Ａ、２５Ｂの周壁には、中央を環状壁２３Ａで区画されている空洞部Ｃの各部分に連通する流体出口Ｐ３、Ｐ４が形成されており、また、これらの環状壁２３Ａで分けられている空洞部Ｃの各部分はボールチェック弁２９Ａ、２９Ｂを介して流体吐出路３０へ連通している。
【００６１】
これらのボールチェック弁２９Ａ、２９Ｂは、それぞれ空洞部Ｃ側から流体吐出路３０側への流体の流れを許容し、逆流を阻止する逆止弁として用いられている。
【００６２】
一方、連結部２３の軸方向両端部には、単動式のエアシリンダ機構３１Ａ、３１Ｂが連結されており、これらのエアシリンダ機構３１Ａ、３１Ｂは、それぞれ内部にエアピストン３２Ａ、３２Ｂが摺動自在に嵌挿されたエアシリンダ３３Ａ、３３Ｂで構成されている。
【００６３】
２つのエアピストン３２Ａ、３２Ｂは、対向する側にシール固定部３４Ａ、３４Ｂをそれぞれ有していて、これらのシール固定部３４Ａ、３４Ｂには、前述したロッド２６の両端部が嵌合固定され、ロッド２６を介して２つのエアピストン３２Ａ、３２Ｂとポンプピストン２７が一体に連結されている。
【００６４】
また、エアシリンダ３３Ａ、３３Ｂがそれぞれ嵌合して固定されている連結部２３両端の端面と、これらの端面にそれぞれボルトで締結される押さえリング３５Ａ、３５Ｂとの間には、ダイアフラムシール３６Ａ、３６Ｂの外周縁部が挟み込まれて液密状態で固定されている。
【００６５】
ダイアフラムシール３６Ａ、３６Ｂは、フッ素樹脂を被覆した布やポリエチレンよって柔軟に変形できるように形成されており、これらの中心部に形成されている透孔の内周縁部がエアシリンダ３３Ａ、３３Ｂのシール固定部３４Ａ、３４Ｂとロッド２６に設けられた鍔部２６Ａ、２６Ｂとの間にそれぞれ挟み込まれて液密状態で固定されている。
【００６６】
これらのダイアフラムシール３６Ａ、３６Ｂによって、連結部２３内にはそれぞれが対向する端板２４Ａ、２４Ｂとの間に導入室３７Ａ、３７Ｂが区画形成されている。
【００６７】
前記２つの導入室３７Ａ、３７Ｂは、それぞれ連結部２３の下方に設けられた流体導入路３８Ａ、３８Ｂに連通しているとともに、各端板２４Ａ、２４Ｂの孔ｈとロッド２６との間で形成された流体入口Ｐ１、Ｐ２を通してポンプシリンダ２２のシリンダ室Ｓ内に連通している。
【００６８】
一方、エアシリンダ３３Ａ、３３Ｂのシリンダ室の端部壁を構成している端板３９Ａ、３９Ｂには加圧エアを前記シリンダ室内に導入するための給排気口４０Ａ、４０Ｂが形成されている。
【００６９】
これらの給排気口４０Ａ、４０Ｂは、パイロット切換弁４１により、図示していないエア供給源に連通する状態と、大気中に開放される状態とに交互に切り換えられるようになっている。
【００７０】
一方、エアピストン３２Ｂには、エアシリンダ３３Ｂの端板３９Ｂを摺動自在に貫通するストライカロッド４２が固定されており、前記ストライカロッド４２の端板３９Ｂから外側に突出している端部にはストライカ４３が固定されている。
【００７１】
また、端板３９Ｂの外側にはストライカロッド４２と平行に取付ロッド４４が固定されていて、前記取付ロッド４４には、エアバルブ４５が固定されている。
前記エアバルブ４５は、実際は取付ロッド４４に２つ取り付けられているがその一方は図示を省略しており、ストライカ４３が右方にストローク限界位置まで移動したときは、図示されているエアバルブ４５のアクチュエータ４６が前記ストライカ４３に押されて揺動される。
【００７２】
そうすると、図示されているエアバルブ４５を経由するパイロット管路からパイロット切換弁４１にパイロット圧が供給され、その結果、パイロット切換弁４１は、給排気口４０Ａを加圧エア源へ連通させ、給排気口４０Ｂを大気中に開放するように切り換わる。
【００７３】
一方、ストライカ４３が左方にストローク限界位置まで移動したときには、図示を省略しているもう一方のエアバルブのアクチュエータが前記ストライカ４３によって揺動され、このエアバルブを経由するパイロット管路からパイロット切換弁４１にパイロット圧が供給される。
【００７４】
その結果、パイロット切換弁４１は、給排気口４０Ｂを加圧エア源へ連通させ、給排気口４０Ａを大気中に開放するように切り換わる。
なお、前記パイロット切換弁４１に代えて電磁切換弁を用い、また、エアバルブ４５の代わりにリミットスイッチを用いて各エアシリンダ３１Ａ、３１Ｂへのエアの供給を切り換えるようにしてもよい。
【００７５】
次に、前述したように構成されている本実施例の往復動型ポンプ２１の動作を説明する。図４は、両側のエアピストン３２Ａ、３２Ｂとポンプピストン２７が移動ストロークの右方限界位置へ到達する寸前の状態を示しており、パイロット切換弁４１は一方のエアシリンダ３３Ａの給排気口４０Ａを大気中に開放した状態で、他方のエアシリンダ３３Ｂの給排気口４０Ｂを加圧エア源に連通させてシリンダ室内に供給している。
【００７６】
この状態では、エアピストン３２Ｂはエアシリンダ３３Ｂのシリンダ室内に導入された加圧エアの圧力によって同図右側に押され、ロッド２６を介してポンプピストン２７とエアピストン３２Ａも右側に押されている。
そして、エアピストン３２Ａが右方限界位置に到達するまで、エアシリンダ３３Ａ内のエアは前記エアピストン３２Ａに押されて給排気口４０Ａから大気中に排気される。
【００７７】
一方、ポンプシリンダ２２内のポンプピストン２７の右方への移動により、シリンダ室Ｓ内部ではポンプピストン２７の右側部分の流体圧力が高く、弁室２５Ａ内の逆止弁２８Ａは、端板２４Ａ側の流体入口Ｐ１を閉鎖するので、前記流体は弁室２５Ａ周壁に形成されている流体出口Ｐ３から空洞部Ｃの右側部分に流入し、さらにボールチェック弁２９Ａを押し開いて流体吐出路３０から吐出される。
【００７８】
また、シリンダ室Ｓのポンプピストン２７左側部分では流体圧力が低下するため、弁室２５Ａ内の逆止弁２８Ｂは、端板２４Ｂ側の流体入口Ｐ２を開放するので、導入室３７Ｂ内の流体は前記流体入口Ｐ２を通ってシリンダ室Ｓ側に流入する。
【００７９】
この際、導入室３７Ｂ内の容積はロッド２６の右方への移動に伴ってダイアフラムシール３６Ｂが変形するため減少し、シリンダ室Ｓ側への流体の移動を促進する。また、導入室３７Ｂからシリンダ室Ｓ側へ流出した流体の不足分は、流体導入路３８Ｂ側から吸入されて補充される。
【００８０】
一方、導入室３７Ａ内の容積はダイアフラムシール３６Ａの変形によって増加し、その結果、導入室３７Ａ内の流体の圧力が減少して流体導入路３８Ａから新たな流体が導入室３７Ａ側に吸入される。
【００８１】
両側のエアピストン３２Ａ、３２Ｂとポンプピストン２７が移動ストロークの右端に達すると、ストライカ４３がエアバルブ４５のアクチュエータ４６を押すことによりパイロット切換弁４１が切り換わり、今度は、図５に示すように右側のエアシリンダ３３Ａのシリンダ室内へ給排気口４０Ａから加圧エアが供給され、その圧力によりエアピストン３２Ａは左側に押されてロッド２６とともにポンプピストン２７とエアピストン３２Ｂの移動方向も左向きに切り換わる。
【００８２】
図５に示す過程においては、ポンプピストン２７の左方向への移動によって逆止弁２８Ａが開放されて、ポンプシリンダ２２のシリンダ室Ｓのポンプピストン２７の右側部分に導入室３７Ａ内の流体が流入し、シリンダ室Ｓ内のポンプピストン２７の左側部分に満たされていた流体は、流体出口Ｐ４から空洞部Ｃ内の環状壁２３Ａ左側部分に流入し、さらにボールチェック弁９Ｂを押し開いてここを通過して流体吐出路３０側へ送り出される。
【００８３】
こうして、両側のエアピストン３２Ａ、３２Ｂとポンプピストン２７がストロークの左方限界位置へ到達すると、再びパイロット切換弁４１が切り換わってこれらの移動方向が反転し、以下、同様な動作が繰り返される。
【００８４】
なお、流体吐出路３０の下流側途中に開閉弁を設けておけば、前記開閉弁の開閉操作だけで、前述した第１実施例の往復動型ポンプ１と同様に往復動型ポンプ２１の動作を制御することができる。
【００８５】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１記載の発明によれば、ロッドの軸方向の動きに追従して変形可能な密封部材を用い、前記密封部材をロッド側と導入室側の両方に固定して導入室を外部から密封する構造としているため、往復動するロッドと摺動接触するために、流体の漏れが生じ易いグランドパッキンが不要となり、しかも、シリンダ室内の流体を吐出する際に、シリンダ室側から導入室側への流体の移動は逆止弁によって阻止されているので、密封部材に高い圧力が作用することがなく、ポンプシリンダ内に導入される流体の外部への漏れを完全に防止することができる。
【００８６】
また、ポンプピストンを駆動するために、エアシリンダ機構を採用しているため、ポンプの吐出路途中に開閉弁を設けてこれを開閉するだけでその動作の開始と停止を行うことができ、構造が簡単で製造コストを安くできるとともに、塗料等引火性の高い流体を取り扱う場合の安全性を高めることができる。
【００８７】
また、請求項２記載の発明によれば、密封部材にベローシールを用いているため、ロッドの伸縮ストロークを長くとることができ、ポンプシリンダ径が小さい場合でも、ロッドのストローク当たりの吐出量を十分に確保することができる。
【００８８】
また、請求項３記載の発明によれば、密封部材に形状が偏平なダイアフラムシールを用いているため、往復動型ポンプの全長を短縮して小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における往復動型ポンプの、ポンプピストンが右方限界位置直前まで移動した状態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施例における往復動型ポンプの、ポンプピストンが左方向へ移動する途中の状態を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第１実施例における往復動型ポンプの一部を示す拡大縦断面図である。
【図４】本発明の第２実施例における往復動型ポンプの、ポンプピストンが右方限界位置直前まで移動した状態を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第２実施例における往復動型ポンプの、ポンプピストンが左方向へ移動する途中の状態を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第２実施例における往復動型ポンプの一部を示す拡大縦断面図である。
【図７】従来の往復動型ポンプの一例を示す側面図である。
【図８】図７における往復動型ポンプのプランジャ下降時の状態を示す要部縦断面図である。
【図９】図７における往復動型ポンプのプランジャ上昇時の状態を示す要部縦断面図である。
【符号の説明】
１、２１ 往復動型ポンプ
２、２２ ポンプシリンダ
４Ａ、４Ｂ、３１Ａ、３１Ｂ エアシリンダ機構
５、２７ ポンプピストン
６、２６ ロッド
７Ａ、７Ｂ、２８Ａ、２８Ｂ 逆止弁
９Ａ、９Ｂ、２９Ａ、２９Ｂ ボールチェック弁（逆止弁）
１０、３０ 流体吐出路
１１Ａ、１１Ｂ、３８Ａ、３８Ｂ 流体導入路
１８Ａ、１８Ｂ ベローシール（密封部材）
３６Ａ、３６Ｂ ダイアフラムシール（密封部材）
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプシリンダ内を往復動するポンプピストンで流体を圧送するポンプに関し、特に、高粘性液体の圧送に好適な往復動型のポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、塗料等の高い粘性を有する流体を圧送するためのポンプとしては、例えば特開平１１−０３７０４５号公報に記載されているようなプランジャを往復動させる構造のものや、特開平６−２２１２７０号公報に記載されているような、ダイアフラムを往復動させる構造のものが用いられている。
【０００３】
図７は、従来から塗料の圧送に用いられている往復動型ポンプの一例としてのプランジャポンプの側面図であって、同図に示すプランジャポンプＡ１は、エアシリンダ機構からなる駆動部Ａ２と、前記駆動部Ａ２の駆動ロッドＡ３によって駆動されるポンプ部Ａ４から構成されている。
【０００４】
前記ポンプ部Ａ４は、駆動ロッドＡ３が下降する過程では、図８に示すように、前述した駆動ロッドＡ３に接続ロッド（図示省略）を介して連結されているプランジャＡ５がシリンダＡ６内に押し込まれていくことにより、ピストン弁Ａ７が開放されるとともに、吸入口Ａ８の上方にあるフート弁Ａ９は閉鎖された状態となり、シリンダＡ６内に満たされている塗料は、プランジャＡ５がシリンダＡ６内に侵入した容積分だけ吐出口Ａ１０から押し出される。
【０００５】
一方、駆動ロッドＡ３が上昇する過程においては、図９に示すように、ピストン弁Ａ７は閉鎖されるため、シリンダＡ６内のピストン弁Ａ７の下方部分は負圧になってフート弁Ａ９は開放され、下方の吸入口Ａ８から新たな塗料がシリンダＡ６内に吸入される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような従来の往復動型ポンプは、駆動部を構成するエアシリンダ機構の駆動ロッドと、ポンプ部のプランジャとが一体に動くように連結されているため、エアシリンダ機構に用いられているエアシリンダのエアの排除容積と、ポンプシリンダ内の流体を吸引吐出する部分の排除容積との比（ポンプレシオ）を大きくすることにより、容易に高い吐出圧力を得ることができるので、液状の低粘度の流体からパテのような半固体状の流体まで様々な種類の流体を圧送、小分け、噴霧する場合等多くの用途に活用されている。
【０００７】
しかしながら、この種の往復動型ポンプにおいては、プランジャが往復動して高圧の流体を吐出する動作を繰り返す構造のため、プランジャが摺動するグランドパッキンには流体の高い圧力が作用し、取り扱う流体の粘度が高い場合、摩耗性が強い場合、潤滑性が悪い場合、あるいは、薬品性が強い場合等においては、グランドパッキンのシール性能が低下して、ポンプ外部へ流体の漏れを生じる問題があった。
【０００８】
一方、前述した特開平６−２２１２７０号公報に記載されているものでは、プランジャを用いずに、空気の圧力で駆動されるダイアフラムの変形によってポンプ作用が行われるので、流体をシールするためのグランドパッキンは必要としていない。
【０００９】
しかしながら、長期間に亘ってダイアフラムの変形が反復されるとダイアフラムが疲労して破断する恐れがあるとともに、ダイアフラムの空気室の隣にさらにダイアフラムを駆動するピストンを配置した空気室を形成するか、あるいは、ダイアフラムを２段に配置して吐出圧を高めているため、構造が複雑になる問題があり、また、ダイアフラムの強度上、高い吐出圧を得ることが困難であった。
【００１０】
そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決し、ポンプ外部への流体の漏れを完全に防止できるとともに構造が簡単で耐久性があり、高い吐出圧を容易に得られる往復動型ポンプを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の往復動型ポンプは、ロッドの略中間に保持されたポンプピストンと、前記ポンプピストンが摺動自在に嵌挿されるシリンダ室を有し、前記シリンダ室の両側の端部壁にそれぞれ開けられて前記ロッドが貫通する孔の内周とロッドの外周間の環状の隙間で形成される一対の流体入口並びにポンプピストンの両側でシリンダ室内にそれぞれ開口し流体吐出路へ連通する一対の流体出口とを有するポンプシリンダと、前記一対の流体入口のそれぞれからシリンダ室側への流体の流入を許容し逆流を阻止する一対の逆止弁と、前記一対の流体出口のそれぞれから流体吐出路側への流体の流出を許容し逆流を阻止する一対の逆止弁と、前記一対の流体入口のそれぞれを通してシリンダ室内に連通するとともに流体導入路に連通し、ロッドのシリンダ室から両側に突出する部分を内部に収容するようにポンプシリンダの両端部にそれぞれ連設された一対の導入室と、ロッドの軸方向移動に追従して変形可能で、一方の周縁部がロッド側に固定され、他方の周縁部がそれぞれの導入室側に固定された、導入室内を外部から密封する一対の密封部材と、ロッドの両端部とそれぞれ連結され、且つ、それぞれの密封部材の外側に隣接して設けられ、ロッドをポンプシリンダ側へ駆動するエアピストンをエアシリンダ内に有する一対の単動型のエアシリンダ機構とを備え、それぞれのエアシリンダ機構は、エアピストンの外側への移動に伴って、これに隣接する密封部材がエアシリンダ内へ入り込むように構成されている。
【００１２】
前記密封部材は、両端の周縁部をそれぞれロッド側と導入室側に固定されてロッドの周囲を包囲するベローシールで構成されていることが望ましい。また、前記密封部材は、内周縁部をロッド側に、外周縁部を導入室側にそれぞれ固定されたダイアフラムシールで構成されていることも望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の往復動型ポンプは、一対の単動型のエアシリンダ機構によりロッドを介してポンプシリンダ内のポンプピストンを往復動させて流体の圧送を行うものであり、特に、塗料や蜂蜜等の高い粘度を有する液体に好適に用いることができる。
【００１４】
前記一対のエアシリンダ機構は、その駆動力の発生する方向を互いに反対にして、エア源から供給される加圧エアを切換弁で制御することでロッドの往復運動を容易に実現することができ、特に、流体吐出路途中に開閉弁を設けていれば、その開閉に伴ってロッドに作用する負荷が変化することにより、往復動型ポンプの駆動と停止が自動的に行われる。
【００１５】
また、ポンプシリンダ内のポンプピストンの有効断面積に対して、エアシリンダ機構のエアピストンの有効断面積を大きくすることによって、容易に高い吐出圧を得ることができる。
【００１６】
なお、一対のエアシリンダ機構のそれぞれへ供給される加圧エアの切換えは、エアピストンのストローク限界位置で切り換えられるパイロット切換弁や電磁切換弁で行うことができる。
【００１７】
本発明の往復動型ポンプにおいては、一対のエアシリンダ機構の一方のエアピストンがロッドを介してポンプシリンダ内のポンプピストンを駆動すると、前記ポンプピストンの移動方向後方側では、シリンダ室内の容積が増加して負圧になる。
【００１８】
その結果、ポンプピストンの移動方向後方側では、シリンダ室内に開口する流体出口と流体吐出路との間の逆止弁は閉じ、流体導入路側から導入室、さらに、シリンダ室端部壁に形成された流体入口を通過して流体がシリンダ室に流入する。
【００１９】
本発明の往復動型ポンプでは、それぞれの導入室と、ロッドあるいはロッドと一体となって移動する部材との間に、ロッドの軸方向の動きに追従して変形可能な密封部材が設けられていて、これらの導入室内の空間が外部から密封されており、導入室内の流体が外部に漏れ出すことはない。
【００２０】
密封部材の素材としては、例えば、フッ素樹脂を被覆した布やポリエチレン等の変形容易な樹脂材料で形成した蛇腹状のベローシールやダイアフラムシールを用いることができる。
【００２１】
ポンプシリンダのシリンダ室内におけるポンプピストンの移動方向後方側部分に所定量の流体を吸入した後、片方のエアシリンダ機構から他方のエアシリンダ機構にエア供給が切り換えられて、ロッドが反対方向に駆動されると、ポンプピストンの移動方向前方側では、シリンダ室の容積が減少する方向に変化し、その結果、ここに満たされている流体の圧力は上昇してポンプピストンの移動方向前方側の流体出口と流体吐出路との間の逆止弁は開放され、流体は流体吐出路へ押し出される。
【００２２】
この際、ポンプピストンの移動方向前方側では、流体入口は逆止弁により閉じられ、シリンダ室側から導入室側への高圧の流体の漏出が阻止されるとともに、ロッドはシリンダ室から抜け出す方向へ移動し、密封部材はこれに追従して変形するので導入室の容積は増加する。
【００２３】
前記容積の増加によりポンプピストンの移動方向前方側の導入室内の圧力は流体導入路側より低下するので、新たな流体が流体導入路から当該導入室内へ流入する。そして、ポンプシリンダ内のポンプピストンが流体入口が形成されているシリンダ室の端部壁近傍まで移動すると、一対のエアシリンダ機構の駆動方向は反転し、再びロッドの移動方向を反対方向に変える。
【００２４】
ロッドの移動方向が反転すると当該導入室の容積は減少するが、この導入室と隣接しているシリンダ室内のポンプピストンの移動方向後方側では、その容積が増加して負圧になり、流体入口を塞いでいた逆止弁が開放されるので、当該導入室内の流体はシリンダ室内に吸い込まれて導入室内の圧力が上昇することは無く、密封部材の密封性が損なわれることはない。前述した動作を繰り返すことによって、流体導入路側から流体吐出路へ向けて流体が順次圧送される。
【００２５】
【実施例】
次に、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。図１及び図２は本発明の第１実施例を示す往復動型ポンプの縦断面図、図３はその一部の拡大縦断面図であって、本実施例における往復動型ポンプは、高粘度を有する塗料を圧送するために特に好適に用いることができるものである。
【００２６】
これらの図において、往復動型ポンプ１は、その長手方向中央に配置されたポンプシリンダ２の両側に左右対称に連結部３Ａ、３Ｂが連設され、これらのさらに外側に一対のエアシリンダ機構４Ａ、４Ｂがそれぞれ連設されている。
【００２７】
ポンプシリンダ２には、そのシリンダ室Ｓ内にポンプピストン５が軸方向に摺動自在に嵌挿されていて、前記ポンプピストン５は、ポンプシリンダ２内を貫通するロッド６の中間位置に保持されている。
【００２８】
なお、この実施例においては、分解・組立を容易にするためにロッド６をポンプピストン５の前後に２分割して構成し、ポンプピストン５の中心部両面にそれぞれ形成されている凹部に前後から嵌合してポンプピストン５を挟み込んで保持するようにしている。
【００２９】
ポンプシリンダ２の両側の端部壁２Ａ、２Ｂは、ポンプシリンダ２に隣接して固定されている連結部３Ａ、３Ｂの端面で構成されており、これらの連結部３Ａ、３Ｂの内部には、ロッド６が同軸状に貫通する孔Ｈが設けられている。
前記孔Ｈの内周面とロッド６の外周面との間には流体の通路として利用される環状の隙間が形成されている。
【００３０】
これらの端部壁２Ａ、２Ｂに隣接して、ロッド６に滑動自在に嵌挿されている逆止弁７Ａ、７Ｂを収納する弁室８Ａ、８Ｂが形成されている。逆止弁７Ａ、７Ｂは、孔Ｈの端部壁２Ａ、２Ｂ側への開口部で形成される流体入口Ｐ１、Ｐ２をシリンダ室Ｓ側から開閉するように設けられており、流体入口Ｐ１、Ｐ２からシリンダ室Ｓ内へ流体（本実施例では塗料）が流入する場合には開き、反対にシリンダ室Ｓ側から流体入口Ｐ１、Ｐ２を通して流体が流出しようとするときには、端部壁２Ａ、２Ｂ側へ密着して流出を阻止するようになっている。
【００３１】
また、ポンプシリンダ２のそれぞれの弁室８Ａ、８Ｂの周壁には流体出口Ｐ３、Ｐ４が形成されている。これらの流体出口Ｐ３、Ｐ４はそれぞれ逆止弁としての一対のボールチェック弁９Ａ、９Ｂを介して流体吐出路１０に連通している。
これらのボールチェック弁９Ａ、９Ｂは、流体吐出路１０側から流体出口Ｐ３、Ｐ４を通してシリンダ室Ｓ内に流体が逆流することを阻止している。
【００３２】
前述した２つの連結部３Ａ、３Ｂ内にそれぞれ形成されている孔Ｈには、半径方向から流体導入路１１Ａ、１１Ｂが連通していて、これらの流体導入路１１Ａ、１１Ｂを通じて外部から流体が取り込まれるようになっている。
【００３３】
また、両方の連結部３Ａ、３Ｂのポンプシリンダ２側と反対側の端部にはそれぞれ取付筒１２Ａ、１２Ｂを介してエアシリンダ機構４Ａ、４Ｂのエアシリンダ１３Ａ、１３Ｂが連結され、ポンプシリンダ２を中央にして連結部３Ａ、３Ｂ、取付筒１２Ａ、１２Ｂ、エアシリンダ１３Ａ、１３Ｂが複数の連結ボルト１４によって一体に連結されている。
【００３４】
これらのエアシリンダ機構４Ａ、４Ｂは単動式のものが用いられており、それぞれエアシリンダ１３Ａ、１３Ｂの両外側の端部壁にはエアを給排出するための給排気口１５Ａ、１５Ｂが設けられている。
【００３５】
エアシリンダ１３Ａ、１３Ｂ内にはエアピストン１６Ａ、１６Ｂが摺動自在に嵌挿されていて、これらのエアピストン１６Ａ、１６Ｂに固定された駆動ロッド１７Ａ、１７Ｂが取付筒１２Ａ、１２Ｂ内部を貫通してロッド６の両端部とそれぞれ連結されており、エアピストン１６Ａ、１６Ｂとポンプピストン５とが軸方向に一体に動くようになっている。
【００３６】
連結部３Ａ、３Ｂには取付筒１２Ａ、１２Ｂの内側にロッド６と同心状の円筒状のシール固定部ｄを有しており、これらのシール固定部ｄの外周面と駆動ロッド１７Ａ、１７Ｂが嵌合固定されているエアピストン１６Ａ、１６Ｂのシール固定部Ｄの外周面 との間に軸方向に伸縮変形自在な管状のベローシール１８Ａ、１８Ｂの両端部がそれぞれ液密状態で嵌合固定されている。
【００３７】
これらのベローシール１８Ａ、１８Ｂの内部空間と、これに連通する連結部３Ａ、３Ｂの孔Ｈ内部の空間によって、流体導入路１１Ａ、１１Ｂからシリンダ室Ｓ内に供給される流体が一時的に導入される導入室が形成されている。
【００３８】
２つのエアシリンダ機構４Ａ、４Ｂのエアシリンダ１３Ａ、１３Ｂへの加圧エアの供給と排出とを交互に切り換えてエアピストン１６Ａ、１６Ｂの往復運動を自動的に繰り返させるために、給排気口１５Ａ、１５Ｂが形成されている端部壁の中心部にはエアバルブ１９Ａ、１９Ｂが組み込まれている。
これらのエアバルブ１９Ａ、１９Ｂにはそれぞれスプール２０Ａ、２０Ｂが、シリンダ室の端部壁面から常時一部が突出する方向にバネ付勢されて出没自在に設けられている。
【００３９】
また、エアバルブ１９Ａ、１９Ｂは、給排気口１５Ａ、１５Ｂへ接続されている図示しないエア管路に組み込まれているパイロット切換弁に、パイロット圧を供給するパイロット管路の途中に設けられていて、例えば、右側のエアシリンダ１３Ａ内で、エアピストン１６Ａが図１に示すように右方へストロークの限界位置まで移動してくると、前記エアピストン１６Ａの端面はエアバルブ１９Ａのスプール２０Ａの突出部に当接してこれを右方に押し、エアバルブ１９Ａが開かれるようになっている。
【００４０】
そして、エアバルブ１９Ａが開かれると、前記パイロット管路にパイロット圧が発生し、パイロット切換弁が切り換えられて、右側のエアシリンダ１３Ａの給排気口１５Ａへエア源から加圧エアが供給され、同時に、左側のエアシリンダ１３Ｂの給排気口１５Ｂは大気中に開放される。
【００４１】
一方、左側のエアシリンダ１３Ｂに設けられているエアバルブ１９Ｂは、エアピストン１６Ｂが左方限界位置まで移動したときに、スプール２０Ｂがエアピストン１６Ｂで押されて開かれるので、前述したパイロット切換弁は反対側に切り換えられ、その結果、左側のエアシリンダ１３Ｂの給排気口１５Ｂから加圧空気が供給されるとともに、右側のエアシリンダ１３Ａの給排気口１５Ａは大気中に開放される。
【００４２】
なお、これらのエアバルブ１９Ａ、１９Ｂは、エアピストン１６Ａ、１６Ｂの移動方向が逆転してスプール２０Ａ、２０Ｂの突出部から離れると直ちに閉じて、パイロット切換弁へのパイロット圧の供給を遮断するが、前記パイロット切換弁は反対方向のパイロット圧が供給されるまでは、切換位置を保持する構造になっている。
【００４３】
次に、前述したように構成されている本実施例の往復動型ポンプ１の動作を説明する。図１において、左側のエアシリンダ１３Ｂ内に給排気口１５Ｂから加圧エアが導入されて、その圧力でエアピストン１６Ｂが右側に駆動されるときは、その動きに伴って駆動ロッド１７Ｂ、ロッド６、駆動ロッド１７Ａ、及びエアピストン１６Ａが一斉に右側に移動する。
【００４４】
この際、右側のエアシリンダ１３Ａの給排気口１５Ａは、大気中に開放されているので、エアピストン１６Ａは抵抗を受けることなくエアシリンダ１３Ａ内を摺動することができる。
【００４５】
なお、図１に示す状態においては、ポンプピストン５はシリンダ室Ｓの右側限界位置直前まで移動してきており、シリンダ室Ｓ内部のポンプピストン５の右側（移動方向前側）にある流体は、ボールチェック弁９Ａを通過して流体吐出路１０側へほとんど排出されている。
【００４６】
また、シリンダ室Ｓのポンプピストン５の左側（移動方向後側）部分には流体導入路１１Ｂ側から開放されている逆止弁７Ｂを通過して流体が流入しており、また、右側のベローシール１８Ａは伸長してその内部には流体導入路１１Ａから流入した流体で満たされている。
【００４７】
ここで、右側のエアピストン１６Ａがエアシリンダ１３Ａのエアバルブ１９Ａのスプール２０Ａの突出部に当たって、これをバネ付勢力に抗して右側に押すと、図示していないパイロット切換弁が切り換わり、給排気口１５Ａに加圧エアが供給され、一方、左側のエアシリンダ１３Ｂの給排気口１５Ｂは大気中に開放される。
【００４８】
その結果、エアピストン１６Ａは、ポンプシリンダ２内のポンプピストン５と他方のエアピストン１６Ｂと一体に図２に示すように左方に移動し、この時、ポンプシリンダ２の右側の逆止弁７Ａが開いて、シリンダ室Ｓのポンプピストン５の右側（移動方向後側）部分に流体導入路１１Ａ側から流体が流入する。
また、このとき、エアピストン１６Ａの移動に伴って、右側のベローシール１８Ａが収縮するので、その内部に満たされていた流体が同時にシリンダ室Ｓ側に流入する。
【００４９】
一方、シリンダ室Ｓのポンプピストン５の左側（移動方向前側）部分に満たされている流体は圧力が上昇するため、逆止弁７Ｂが閉じられボールチェック弁９Ｂが開かれて、前記部分の流体が流体吐出路１０へ送り出される。
【００５０】
また、エアピストン１６Ｂの移動に伴ってベローシール１８Ｂが伸長してその内部の容積が増加するため、流体導入路１１Ｂから新たな流体がベローシール１８Ｂ側の導入室内に吸入される。
【００５１】
こうして、エアピストン１６Ｂがストロークの左方限界位置まで移動して、エアバルブ１９Ｂのスプール２０Ｂを押すと給排気口１５Ｂがエア源に連通してエアシリンダ１３Ｂのシリンダ室内に加圧エアが導入されるので、エアピストン１６Ｂ、ポンプピストン５、及び他方のエアピストン１６Ａは右方向に移動方向が切り換わり、前述した動作が繰り返される。
【００５２】
なお、流体吐出路１０の途中に遮断弁を設けておけば、これを閉じるだけで、ポンプピストン５の移動が拘束されて往復動型ポンプ１の動作が停止し、また、前記遮断弁を開くことで往復道型ポンプ１の動作が再開される。
【００５３】
次に、図４及び図５は本発明の第２実施例を示す往復動型ポンプの縦断面図、図６はその一部の拡大縦断面図であって、本実施例の往復動型ポンプは前述した第１実施例のものと同様に塗料を圧送するために好適に用いられるものである。
【００５４】
これらの図において、本実施例の往復動型ポンプ２１は、ポンプシリンダ２２を軸方向中央に内蔵した筒状の連結部２３を有しており、前記ポンプシリンダ２２は、連結部２３の中に形成されている空洞部Ｃ内の軸方向中央部で内側に向けて突出している環状壁２３Ａに外周が０リングＲを介して液密状態で嵌合保持されている。
【００５５】
また、前記空洞部Ｃの両端は、端板２４Ａ、２４Ｂによって閉塞されていて、これらの端板２４Ａ、２４Ｂの中心近傍部分は、ポンプシリンダ２２のシリンダ室Ｓの両側の端部壁を兼ねている。
【００５６】
シリンダ室Ｓの各端板２４Ａ、２４Ｂにそれぞれ隣接する部分は、筒状の弁室２５Ａ、２５Ｂとなっており、また、これらの弁室２５Ａ、２５Ｂの間のシリンダ室Ｓ内には、ロッド２６が軸方向両側に突出するように貫通固定されているポンプピストン２７が摺動自在に嵌挿されている。
【００５７】
前記ロッド２６のポンプピストン２７の図中右側に突出している部分は、弁室２５Ａを貫通し、さらに端板２４Ａに形成されている孔ｈを貫通しており、弁室２５Ａ内において、前記孔ｈの内周とロッド２６外周との間の環状の隙間で形成される流体入口Ｐ１を開閉する逆止弁２８Ａが摺動自在に嵌挿されている。
【００５８】
同様に、ロッド２６のポンプピストン２７の図中左側に突出している部分は、弁室２５Ｂを貫通し、さらに端板２４Ｂに形成されている孔ｈを貫通しており、弁室２５Ｂ内において、前記孔ｈの内周とロッド２６外周との間の環状の隙間で形成される流体入口Ｐ２を開閉する逆止弁２８Ｂが摺動自在に嵌挿されている。
【００５９】
これらの逆止弁２８Ａ、２８Ｂは、それぞれ対応する流体入口Ｐ１、Ｐ２から弁室２５Ａ、２５Ｂを経由してシリンダ室Ｓ側への流体の流入を許容するとともに、シリンダ室Ｓ内の流体が流体入口Ｐ１、Ｐ２を通して外部に流出することを阻止する役目を果たしている。
【００６０】
また、それぞれの弁室２５Ａ、２５Ｂの周壁には、中央を環状壁２３Ａで区画されている空洞部Ｃの各部分に連通する流体出口Ｐ３、Ｐ４が形成されており、また、これらの環状壁２３Ａで分けられている空洞部Ｃの各部分はボールチェック弁２９Ａ、２９Ｂを介して流体吐出路３０へ連通している。
【００６１】
これらのボールチェック弁２９Ａ、２９Ｂは、それぞれ空洞部Ｃ側から流体吐出路３０側への流体の流れを許容し、逆流を阻止する逆止弁として用いられている。
【００６２】
一方、連結部２３の軸方向両端部には、単動式のエアシリンダ機構３１Ａ、３１Ｂが連結されており、これらのエアシリンダ機構３１Ａ、３１Ｂは、それぞれ内部にエアピストン３２Ａ、３２Ｂが摺動自在に嵌挿されたエアシリンダ３３Ａ、３３Ｂで構成されている。
【００６３】
２つのエアピストン３２Ａ、３２Ｂは、対向する側にシール固定部３４Ａ、３４Ｂをそれぞれ有していて、これらのシール固定部３４Ａ、３４Ｂには、前述したロッド２６の両端部が嵌合固定され、ロッド２６を介して２つのエアピストン３２Ａ、３２Ｂとポンプピストン２７が一体に連結されている。
【００６４】
また、エアシリンダ３３Ａ、３３Ｂがそれぞれ嵌合して固定されている連結部２３両端の端面と、これらの端面にそれぞれボルトで締結される押さえリング３５Ａ、３５Ｂとの間には、ダイアフラムシール３６Ａ、３６Ｂの外周縁部が挟み込まれて液密状態で固定されている。
【００６５】
ダイアフラムシール３６Ａ、３６Ｂは、フッ素樹脂を被覆した布やポリエチレンよって柔軟に変形できるように形成されており、これらの中心部に形成されている透孔の内周縁部がエアシリンダ３３Ａ、３３Ｂのシール固定部３４Ａ、３４Ｂとロッド２６に設けられた鍔部２６Ａ、２６Ｂとの間にそれぞれ挟み込まれて液密状態で固定されている。
【００６６】
これらのダイアフラムシール３６Ａ、３６Ｂによって、連結部２３内にはそれぞれが対向する端板２４Ａ、２４Ｂとの間に導入室３７Ａ、３７Ｂが区画形成されている。
【００６７】
前記２つの導入室３７Ａ、３７Ｂは、それぞれ連結部２３の下方に設けられた流体導入路３８Ａ、３８Ｂに連通しているとともに、各端板２４Ａ、２４Ｂの孔ｈとロッド２６との間で形成された流体入口Ｐ１、Ｐ２を通してポンプシリンダ２２のシリンダ室Ｓ内に連通している。
【００６８】
一方、エアシリンダ３３Ａ、３３Ｂのシリンダ室の端部壁を構成している端板３９Ａ、３９Ｂには加圧エアを前記シリンダ室内に導入するための給排気口４０Ａ、４０Ｂが形成されている。
【００６９】
これらの給排気口４０Ａ、４０Ｂは、パイロット切換弁４１により、図示していないエア供給源に連通する状態と、大気中に開放される状態とに交互に切り換えられるようになっている。
【００７０】
一方、エアピストン３２Ｂには、エアシリンダ３３Ｂの端板３９Ｂを摺動自在に貫通するストライカロッド４２が固定されており、前記ストライカロッド４２の端板３９Ｂから外側に突出している端部にはストライカ４３が固定されている。
【００７１】
また、端板３９Ｂの外側にはストライカロッド４２と平行に取付ロッド４４が固定されていて、前記取付ロッド４４には、エアバルブ４５が固定されている。
前記エアバルブ４５は、実際は取付ロッド４４に２つ取り付けられているがその一方は図示を省略しており、ストライカ４３が右方にストローク限界位置まで移動したときは、図示されているエアバルブ４５のアクチュエータ４６が前記ストライカ４３に押されて揺動される。
【００７２】
そうすると、図示されているエアバルブ４５を経由するパイロット管路からパイロット切換弁４１にパイロット圧が供給され、その結果、パイロット切換弁４１は、給排気口４０Ａを加圧エア源へ連通させ、給排気口４０Ｂを大気中に開放するように切り換わる。
【００７３】
一方、ストライカ４３が左方にストローク限界位置まで移動したときには、図示を省略しているもう一方のエアバルブのアクチュエータが前記ストライカ４３によって揺動され、このエアバルブを経由するパイロット管路からパイロット切換弁４１にパイロット圧が供給される。
【００７４】
その結果、パイロット切換弁４１は、給排気口４０Ｂを加圧エア源へ連通させ、給排気口４０Ａを大気中に開放するように切り換わる。
なお、前記パイロット切換弁４１に代えて電磁切換弁を用い、また、エアバルブ４５の代わりにリミットスイッチを用いて各エアシリンダ３１Ａ、３１Ｂへのエアの供給を切り換えるようにしてもよい。
【００７５】
次に、前述したように構成されている本実施例の往復動型ポンプ２１の動作を説明する。図４は、両側のエアピストン３２Ａ、３２Ｂとポンプピストン２７が移動ストロークの右方限界位置へ到達する寸前の状態を示しており、パイロット切換弁４１は一方のエアシリンダ３３Ａの給排気口４０Ａを大気中に開放した状態で、他方のエアシリンダ３３Ｂの給排気口４０Ｂを加圧エア源に連通させてシリンダ室内に供給している。
【００７６】
この状態では、エアピストン３２Ｂはエアシリンダ３３Ｂのシリンダ室内に導入された加圧エアの圧力によって同図右側に押され、ロッド２６を介してポンプピストン２７とエアピストン３２Ａも右側に押されている。
そして、エアピストン３２Ａが右方限界位置に到達するまで、エアシリンダ３３Ａ内のエアは前記エアピストン３２Ａに押されて給排気口４０Ａから大気中に排気される。
【００７７】
一方、ポンプシリンダ２２内のポンプピストン２７の右方への移動により、シリンダ室Ｓ内部ではポンプピストン２７の右側部分の流体圧力が高く、弁室２５Ａ内の逆止弁２８Ａは、端板２４Ａ側の流体入口Ｐ１を閉鎖するので、前記流体は弁室２５Ａ周壁に形成されている流体出口Ｐ３から空洞部Ｃの右側部分に流入し、さらにボールチェック弁２９Ａを押し開いて流体吐出路３０から吐出される。
【００７８】
また、シリンダ室Ｓのポンプピストン２７左側部分では流体圧力が低下するため、弁室２５Ａ内の逆止弁２８Ｂは、端板２４Ｂ側の流体入口Ｐ２を開放するので、導入室３７Ｂ内の流体は前記流体入口Ｐ２を通ってシリンダ室Ｓ側に流入する。
【００７９】
この際、導入室３７Ｂ内の容積はロッド２６の右方への移動に伴ってダイアフラムシール３６Ｂが変形するため減少し、シリンダ室Ｓ側への流体の移動を促進する。また、導入室３７Ｂからシリンダ室Ｓ側へ流出した流体の不足分は、流体導入路３８Ｂ側から吸入されて補充される。
【００８０】
一方、導入室３７Ａ内の容積はダイアフラムシール３６Ａの変形によって増加し、その結果、導入室３７Ａ内の流体の圧力が減少して流体導入路３８Ａから新たな流体が導入室３７Ａ側に吸入される。
【００８１】
両側のエアピストン３２Ａ、３２Ｂとポンプピストン２７が移動ストロークの右端に達すると、ストライカ４３がエアバルブ４５のアクチュエータ４６を押すことによりパイロット切換弁４１が切り換わり、今度は、図５に示すように右側のエアシリンダ３３Ａのシリンダ室内へ給排気口４０Ａから加圧エアが供給され、その圧力によりエアピストン３２Ａは左側に押されてロッド２６とともにポンプピストン２７とエアピストン３２Ｂの移動方向も左向きに切り換わる。
【００８２】
図５に示す過程においては、ポンプピストン２７の左方向への移動によって逆止弁２８Ａが開放されて、ポンプシリンダ２２のシリンダ室Ｓのポンプピストン２７の右側部分に導入室３７Ａ内の流体が流入し、シリンダ室Ｓ内のポンプピストン２７の左側部分に満たされていた流体は、流体出口Ｐ４から空洞部Ｃ内の環状壁２３Ａ左側部分に流入し、さらにボールチェック弁９Ｂを押し開いてここを通過して流体吐出路３０側へ送り出される。
【００８３】
こうして、両側のエアピストン３２Ａ、３２Ｂとポンプピストン２７がストロークの左方限界位置へ到達すると、再びパイロット切換弁４１が切り換わってこれらの移動方向が反転し、以下、同様な動作が繰り返される。
【００８４】
なお、流体吐出路３０の下流側途中に開閉弁を設けておけば、前記開閉弁の開閉操作だけで、前述した第１実施例の往復動型ポンプ１と同様に往復動型ポンプ２１の動作を制御することができる。
【００８５】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１記載の発明によれば、ロッドの軸方向の動きに追従して変形可能な密封部材を用い、前記密封部材をロッド側と導入室側の両方に固定して導入室を外部から密封する構造としているため、往復動するロッドと摺動接触するために、流体の漏れが生じ易いグランドパッキンが不要となり、しかも、シリンダ室内の流体を吐出する際に、シリンダ室側から導入室側への流体の移動は逆止弁によって阻止されているので、密封部材に高い圧力が作用することがなく、ポンプシリンダ内に導入される流体の外部への漏れを完全に防止することができる。
【００８６】
また、ポンプピストンを駆動するために、エアシリンダ機構を採用しているため、ポンプの吐出路途中に開閉弁を設けてこれを開閉するだけでその動作の開始と停止を行うことができ、構造が簡単で製造コストを安くできるとともに、塗料等引火性の高い流体を取り扱う場合の安全性を高めることができる。
【００８７】
また、請求項２記載の発明によれば、密封部材にベローシールを用いているため、ロッドの伸縮ストロークを長くとることができ、ポンプシリンダ径が小さい場合でも、ロッドのストローク当たりの吐出量を十分に確保することができる。
【００８８】
また、請求項３記載の発明によれば、密封部材に形状が偏平なダイアフラムシールを用いているため、往復動型ポンプの全長を短縮して小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における往復動型ポンプの、ポンプピストンが右方限界位置直前まで移動した状態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施例における往復動型ポンプの、ポンプピストンが左方向へ移動する途中の状態を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第１実施例における往復動型ポンプの一部を示す拡大縦断面図である。
【図４】本発明の第２実施例における往復動型ポンプの、ポンプピストンが右方限界位置直前まで移動した状態を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第２実施例における往復動型ポンプの、ポンプピストンが左方向へ移動する途中の状態を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第２実施例における往復動型ポンプの一部を示す拡大縦断面図である。
【図７】従来の往復動型ポンプの一例を示す側面図である。
【図８】図７における往復動型ポンプのプランジャ下降時の状態を示す要部縦断面図である。
【図９】図７における往復動型ポンプのプランジャ上昇時の状態を示す要部縦断面図である。
【符号の説明】
１、２１ 往復動型ポンプ
２、２２ ポンプシリンダ
４Ａ、４Ｂ、３１Ａ、３１Ｂ エアシリンダ機構
５、２７ ポンプピストン
６、２６ ロッド
７Ａ、７Ｂ、２８Ａ、２８Ｂ 逆止弁
９Ａ、９Ｂ、２９Ａ、２９Ｂ ボールチェック弁（逆止弁）
１０、３０ 流体吐出路
１１Ａ、１１Ｂ、３８Ａ、３８Ｂ 流体導入路
１８Ａ、１８Ｂ ベローシール（密封部材）
３６Ａ、３６Ｂ ダイアフラムシール（密封部材）
Claims (3)
- ロッドの略中間に保持されたポンプピストンと、
前記ポンプピストンが摺動自在に嵌挿されるシリンダ室を有し、前記シリンダ室の両側の端部壁にそれぞれ開けられて前記ロッドが貫通する孔の内周とロッドの外周間の環状の隙間で形成される一対の流体入口並びにポンプピストンの両側でシリンダ室内にそれぞれ開口し流体吐出路へ連通する一対の流体出口とを有するポンプシリンダと、
前記一対の流体入口のそれぞれからシリンダ室側への流体の流入を許容し逆流を阻止する一対の逆止弁と、
前記一対の流体出口のそれぞれから流体吐出路側への流体の流出を許容し逆流を阻止する一対の逆止弁と、
前記一対の流体入口のそれぞれを通してシリンダ室内に連通するとともに流体導入路に連通し、ロッドのシリンダ室から両側に突出する部分を内部に収容するようにポンプシリンダの両端部にそれぞれ連設された一対の導入室と、
ロッドの軸方向移動に追従して変形可能で、一方の周縁部がロッド側に固定され、他方の周縁部がそれぞれの導入室側に固定された、導入室内を外部から密封する一対の密封部材と、
ロッドの両端部とそれぞれ連結され、且つ、それぞれの密封部材の外側に隣接して設けられ、ロッドをポンプシリンダ側へ駆動するエアピストンをエアシリンダ内に有する一対の単動型のエアシリンダ機構とを備え、
それぞれのエアシリンダ機構は、エアピストンの外側への移動に伴って、これに隣接する密封部材がエアシリンダ内へ入り込むように構成されていることを特徴とする往復動型ポンプ。 - 密封部材が両端の周縁部をそれぞれロッド側と導入室側に固定されてロッドの周囲を包囲するベローシールで構成されていることを特徴とする請求項１記載の往復動型ポンプ。
- 密閉部材が内周縁部をロッド側に、外周縁部を導入室側にそれぞれ固定されたダイアフラムシールで構成されていることを特徴とする請求項１記載の往復動型ポンプ。
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