JP5275933B2 - 往復動定量ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、プランジャーポンプやダイヤフラムポンプ等の往復動定量ポンプ、特に気泡が発生し易い液体の定量供給用として好適な往復動定量ポンプに関する。

一般に、往復動定量ポンプは、ポンプ室に接続する吸込流路及び吐出流路に逆止弁が介挿され、プランジャーやダイヤフラムの如きポンプ作動体の往復動作によって該ポンプ室内の液体に正負圧力を交互に加えることにより、液体の吸込・吐出を反復するようになっている。しかして、通常の往復動定量ポンプでは、ポンプ室の下側に吸込流路、上側に吐出流路が接続されているが、例えば次亜塩素酸ナトリウム水溶液等の気泡が発生し易い液体を送給する場合、発生した気泡がポンプ内部に溜まることにより、ポンプ作動体が往復動してもポンプ内部に真空圧を生じなくなり、もって液の吸込・吐出が不能になる所謂エアーロックという現象を生じる。

そこで、従来において、気泡発生液体に対応する往復動定量ポンプとして、ポンプ室の上側に吸込流路、下側に吐出流路を接続すると共に、両流路の逆止弁のボール弁体を処理液体中で浮力を持つ中空体又は中実体としたもの（特許文献１）、ポンプ室の上側に接続する吸込流路の逆止弁の弁体をケーシング内の負圧によって縮むばねによって付勢すると共に、下側に接続する吐出流路の逆止弁の弁体をケーシング内の正圧によって縮むばねによって付勢したもの（特許文献２）、ポンプ室の上側に接続する吐出流路の逆止弁よりも上側を水平なの吐出液通路と垂直なガス抜き通路とに分岐し、ガス抜き通路には不完全シールを構成するガス抜き弁を介挿し、吐出液中の気体をガス抜き通路から僅かに排出するようにしたもの（特許文献３）等が提案されている。

特開昭５８−１４３１８５号公報 特開昭５８−１８０７４２号公報 特開平９−２０３３８０号公報

しかしながら、上記従来提案の往復動定量ポンプでは、ある程度の気泡排出作用は得られる反面、吐出効率が悪くなるという問題があった。これは、これら往復動定量ポンプの吸込及び吐出流路の逆止弁に用いるボール弁体が昇降時に横振れし易く、これによって弁部のシール性が悪くなることが原因であるが、この横振れを抑えるために弁ケース内周とボール弁体の外周との隙間を小さくすれば、流路断面積の縮小によって気泡の排出性が却って悪化する上に、ボール弁体の噛み込みや流路抵抗による吐出不良を生じ易くなる。

本発明は、上述の事情に鑑み、往復動定量ポンプとして、気泡発生液体の送給に用いても気泡の排出性がよいためにエアーロック現象を防止できる上、吸込及び吐出流路に介在する逆止弁の作動安定性と弁部でのシール性に優れ、高い吐出効率を確保でき、また構造的に簡素で安価に製作可能なものを提供することを目的としている。

上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明に係る往復動定量ポンプは、ポンプ室１の上部側に接続された吸込流路２と、下部側に接続された吐出流路３とに夫々逆止弁４Ａ，４Ｂが介挿され、往復動作によって該ポンプ室１内の液体に正負圧力を交互に加えるポンプ作動体（プランジャー５Ａ，ダイヤフラム５Ｂ）を備えた往復動定量ポンプにおいて、吸込流路２及び吐出流路３の夫々の逆止弁４Ａ，４Ｂの弁体は、弁ケーシング４０内に装填された中空状のフロート式弁体４１からなり、各フロート式弁体４１の上部外周に弁部４２が形成されると共に、各フロート式弁体４１の上下両端部に垂直方向に沿うガイド軸４３が夫々突設され、各弁ケーシング４０は、その内部側壁の上端部側にフロート式弁体４１の弁部４２に対応する環状弁座４４を有すると共に、各ケーシング４０の上下両端部に、フロート式弁体４１の上下両端部の前記ガイド軸４３を夫々挿通させるガイド孔４５と、このガイド孔４５の周囲に配置した液流通孔４６とを備え、各弁ケーシング４０内に、各フロート式弁体４１が、その上下両端部の前記ガイド軸４３を前記ガイド孔４５に夫々挿通した状態で昇降自在に保持され、該フロート式弁体４１の外周と弁ケーシング４０の内周との間に環状流路６が構成されてなる。

請求項２の発明は、上記請求項１の往復動定量ポンプにおいて、各弁ケーシング４０及び各フロート式弁体４１が縦円筒状をなすものとしている。

請求項３の発明は、上記請求項１又は２の往復動定量ポンプにおいて、フロート式弁体４１の弁部４２にフッ素系樹脂製のＯリング７が嵌装されてなるものとしている。

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。まず、請求項１の発明に係る往復動定量ポンプによれば、ポンプ室１内の減圧時には、吐出流路３側の逆止弁４Ｂのフロート式弁体４１が浮上して該吐出流路３を閉止し、且つ吸込流路２側の逆止弁４Ａのフロート式弁体４１が下降して該吸込流路２からポンプ室１内へ液体を流入させる一方、ポンプ室１内の加圧時には、吸込流路２側のフロート式弁体４１が浮上して該吸込流路２を閉止し、且つ吐出流路３側のフロート式弁体４１が下降してポンプ室１内から該吐出流路３へ液体を吐出する。そして、送給液が気泡発生液体である場合、ポンプ室１内で発生した気泡は上昇して上部側の吸込流路２を通って自然に排出され、ポンプ室１内でのガス溜まりを生じず、もってエアーロック現象が回避されて安定した液吐出を行える。また、何らかの要因で気泡が大量に発生し、吸込流路２に介在する逆止弁４Ａの閉弁下で弁ケーシング４０内にガス溜まりを生じても、そのガス溜まりに伴う液面低下でフロート式弁体４１が下降して自動的に開弁し、同時にガスが上方へ逃げてガス溜まりを解消すると共に、流入する液体で弁ケーシング４０内が満たされるため、瞬時にフロート式弁体４１が上昇して自動的に閉弁し、以降は正常なポンプ作用が維持される。

しかも、この往復動定量ポンプでは、吸込流路２及び吐出流路３の夫々に設けられた逆止弁４Ａ，４Ｂのフロート式弁体４１が、その上下両端部のガイド軸４３を弁ケーシング４０の上下のガイド孔４５に挿通した状態で昇降自在に保持されてなるため、その昇降時に横振れを生じることなく、その上下方向の垂直移動を確実に保持することができるから、両逆止弁４Ａ，４Ｂのフロート式弁体４１の外周と弁ケーシング４０の内周との間の環状流路６の広さを常に一定に保持してポンプの定量性を正確に保つことができ、且つガイド孔４５の周囲に配置した液流通孔４６から弁ケーシング４０内の気泡を円滑に外部に吐出することができ、両逆止弁４Ａ，４Ｂの安定した弁動作性と更に閉弁時の高いシール性を確保できる上、弁ケーシング４０の内周とフロート式弁体４１の外周との間の環状流路６を広く設定できるため、高い吐出効率が得られると共に、気泡の排出性をより高めることができる。

また、この往復動定量ポンプは、吸込流路２及び吐出流路３に介挿する逆止弁として、フロート式弁体４１を持つ逆止弁４Ａ，４Ｂを用いるだけであり、複雑な流路構成や各別な弁機構を組み込む必要がない上、逆止弁４Ａ，４Ｂ自体も弁ケーシング４０とフロート式弁体４１のみで構成でき、弁体を押圧するばね部材も不要であるから、低コストで製作可能である。

請求項２の発明によれば、上記の往復動定量ポンプにおける各弁ケーシング４０及び各フロート式弁体４１が縦円筒状をなすから、弁ケーシング４０の内周とフロート式弁体４１の外周との間の環状流路６を上下に一定した流路断面積にでき、これによって該環状流路６を通る液流が安定化すると共に、フロート式弁体４１が昇降する際にボール弁体のように液を掻き分けて進む形にならず、その昇降動作が円滑になされ、もってポンプ作動性がより向上する。また、該フロート式弁体４１は、その円筒長さによって中空内部の容積が増減するから、該円筒長さを変えることで流路径の制約を受けずに浮上性の強弱を広範囲に設定できる。

請求項３の発明によれば、上記のフロート式弁体４１の弁部４２にフッ素系樹脂製のＯリング７が嵌装されているから、化学薬液を含む広範な液体を送給対象として、吸込流路２及び吐出流路３の逆止弁４Ａ，４Ｂにおける閉弁時の高いシール性を確保できる。

本発明の往復動定量ポンプの第一実施形態であるプランジャーポンプの要部の縦断側面図である。 同プランジャーポンプの吸込流路側の逆止弁における開弁状態の縦断側面図である。 図２のＸ−Ｘ線の断面図である。 同吸込流路側の逆止弁の閉弁状態における要部の縦断側面図である。 本発明の往復動定量ポンプの第二実施形態であるダイヤフラムポンプの要部の縦断側面図である。

本発明に係る往復動定量ポンプの第一実施形態としてのプランジャーポンプを図１〜図４に、同第二実施形態としてのダイヤフラムポンプを図５に、それぞれ示す。

第一実施形態のプランジャーポンプＰ１は、図１で示すように、ポンプ本体１０内のポンプ室１に、ポンプ作動体としての水平往復動するプランジャー５Ａが側方から突入配置すると共に、該ポンプ室１の上部側に接続された吸込流路２と、下部側に接続された吐出流路３とに逆止弁４Ａ，４Ｂがそれぞれ介挿されており、プランジャー５Ａの往復動に伴うポンプ室１の容積増減により、液体を吸込流路２から吸い込んで吐出流路３から吐出するようになっている。なお、プランジャー５Ａは、クロスヘッド１１を介してポンプ駆動部のクランク機構（図示省略）に連動連結され、一定ストロークで往復動する。図中の１２はプランジャー５Ａの摺動部に介挿されたグランドパッキンである。

両逆止弁４Ａ，４Ｂは、略同様の構成であり、吸込流路２又は吐出流路３を構成する縦円筒状の弁ケーシング４０内に、同じく縦円筒状のフロート式弁体４１が装填されてなる。そして、図２〜図４において逆止弁４Ａ側で代表して詳細に示すように、フロート式弁体４１は、上部外周に弁部４２が形成されると共に、上下両端の中心位置に垂直方向に沿うガイド軸４３が突設されている。その弁部４２は、上端周縁部の上方へ縮径するテーパー面に設けた環状溝４２ａに、フッ素系樹脂製のＯリング７を嵌装した構造になっている。また、弁ケーシング４０は、上部側内周に設けた上方へ縮径するテーパー面により、フロート式弁体４１の弁部４２に対応する環状弁座４４を構成すると共に、上下両側で流路を横断する形に設けた支持部４７に、該フロート式弁体４１のガイド軸４３を挿通させるガイド孔４５と、このガイド孔４５の周囲に等配した４つの略扇形の液流通孔４６とを備えている。

しかして、両逆止弁４Ａ，４Ｂは、弁ケーシング４０内にフロート式弁体４１が上下両端のガイド軸４３をガイド孔４５に挿通した状態で昇降自在に保持され、該フロート式弁体４１の外周と弁ケーシング４０の内周との間に環状流路６を構成しており、弁ケーシング４０の一端側（逆止弁４Ａでは下端側、逆止弁４Ｂでは上端側）の外周ねじ部４８を、ポンプ本体１０の吸込流路２及び吐出流路３のねじ孔１３に螺入することにより、該ポンプ本体１０の上下に垂直方向の同軸上に取り付けられている。なお、弁ケーシング４０の螺入した一端側の端面とねじ孔１３の環状内底部との間には、リング状パッキン１４が介挿されている。また、弁ケーシング４０の他端側（逆止弁４Ａでは上端側、逆止弁４Ｂでは下端側）にも、流路配管を接続するための外周ねじ部４８が形成されている。

弁ケーシング４０及びフロート式弁体４１は、共にＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の合成樹脂にて構成されている。弁ケーシング４０では、胴部をなす円筒体４０ａの両端に、各々支持部６を備える上下の筒枠４０ｂ，４０ｃを嵌合し、その嵌合縁部をプラスチック溶接８ａで一体化している。また、フロート式弁体４１では、上側のガイド軸４３を一体形成した筒部材４１ａの下端開放部に、下側のガイド軸方向４３を一体形成した底板部材４１ｂを嵌合し、その嵌合縁部をプラスチック溶接８ｂで一体化すると共に、該プラスチック溶接８ｂの外側突出部分を後加工で除去して外周面と面一にしている。

第二実施形態のダイヤフラムポンプＰ２は、図５で示すように、ポンプ本体１０内のポンプ室１の側方にポンプ作動体としてのダイヤフラム５Ｂが配置しているが、前記第一実施形態のプランジャーポンプＰ１と同様に、該ポンプ室１の上部側に接続された吸込流路２と、下部側に接続された吐出流路３とに、第一実施形態と同じ逆止弁４Ａ，４Ｂがそれぞれ介挿されており、ダイヤフラム５Ｂの往復動つまり図示実線の退縮状態と図示仮想線の膨出状態との転換動作に伴うポンプ室１の容積増減により、液体を吸込流路２から吸い込んで吐出流路３から吐出するようになっている。なお、この第二実施形態においては、前記第一実施形態との共通部分に同一符号を付してその説明を省略する。しかして、ダイヤフラム５Ｂの作動軸１５は、第一実施形態のプランジャーポンプＰ１と同様にポンプ駆動部（図示省略）によって一定ストロークで水平に往復動する。

上記第一実施形態のプランジャーポンプＰ１及び第二実施形態のダイヤフラムポンプＰ２では、ポンプ室１内に液体が充満した状態で、プランジャー５Ａ，ダイヤフラム５Ｂが後退作動する際、ポンプ室１内の減圧により、吐出流路３側の逆止弁４Ｂのフロート式弁体４１が浮上して閉弁し、該吐出流路３が閉止すると共に、吸込流路２側の逆止弁４Ａのフロート式弁体４１が下降して開弁し、開放した該吸込流路２からポンプ室１内へ液体が流入する。一方、プランジャー５Ａ，ダイヤフラム５Ｂが前進作動する際、ポンプ室１内の加圧により、吸込流路２側の逆止弁４Ａのフロート式弁体４１が浮上して閉弁し、該吸込流路２が閉止すると共に、吐出流路３側の逆止弁４Ｂのフロート式弁体４１が下降して開弁し、ポンプ室１内から該吐出流路３へ液体が吐出される。従って、プランジャー５Ａ，ダイヤフラム５Ｂの往復動の繰り返しにより、その１往復に伴うポンプ室１の容積変化分に対応した一定量ずつの液体が断続的に所定部位へ送給される。

そして、送給液が気泡発生液体である場合、ポンプ室１内で発生した気泡は上昇して上部側の吸込流路２を通って自然に排出され、ポンプ室１内でのガス溜まりを生じないため、エアーロック現象が回避されて安定した液吐出を行える。また、何らかの要因で気泡が大量に発生し、吸込流路２に介在する逆止弁４Ａの閉弁下で弁ケーシング４０内にガス溜まりを生じても、そのガス溜まりに伴う液面低下でフロート式弁体４１が下降して自動的に開弁し、同時にガスが上方へ逃げてガス溜まりを解消すると共に、そのガスと置換して流入する液体によって弁ケーシング４０内が満たされるため、瞬時にフロート式弁体４１が上昇して自動的に閉弁し、以降は正常なポンプ作用が維持される。

しかも、これらプランジャーポンプＰ１及びダイヤフラムポンプＰ２では、吸込流路２及び吐出流路３の両逆止弁４Ａ，４Ｂのフロート式弁体４１は、上下両端のガイド軸４３を弁ケーシング４０の上下のガイド孔４５に挿通した状態で昇降自在に保持されているから、その昇降時に横振れを生じることなく垂直方向に運動する。従って、安定した弁動作性と閉弁時の高いシール性を確保できる上、弁ケーシング４０の内周とフロート式弁体４１の外周との間の環状流路６を広く設定でき、これらによって高い吐出効率が得られると共に、気泡の排出性をより高めることができる。

また、本発明に係る往復動定量ポンプは、吸込流路２及び吐出流路３に介挿する逆止弁として、フロート式弁体４１を持つ逆止弁４Ａ，４Ｂを用いるだけであり、複雑な流路構成や各別な弁機構を組み込む必要がない上、逆止弁４Ａ，４Ｂ自体も弁ケーシング４０とフロート式弁体４１のみで構成でき、弁体を押圧するばね部材も不要であるから、低コストで製作可能である。更に、第一及び第二実施形態として例示するように、吸込流路２側と吐出流路３側の逆止弁４Ａ，４Ｂを同様の構成とすれば、部材の共通化によって製作コストをより低減できる。

なお、両実施形態のように、両逆止弁４Ａ，４Ｂの各弁ケーシング４０及び各フロート式弁体４１が縦円筒状をなす構成とすれば、弁ケーシング４０の内周とフロート式弁体４１の外周との間の環状流路６が上下に一定した流路断面積になるから、該環状流路６７を通る液流が安定化すると共に、フロート式弁体４１が昇降する際にボール弁体のように液を掻き分けて進む形にならず、その昇降動作が円滑になされ、もってポンプ作動性がより向上する。また、該フロート式弁体４１は、円筒長さによって中空内部の容積が増減し、その円筒長さを変えることで流路径の制約を受けずに浮上性の強弱を広範囲に変更できるから、吐出速度等のポンプ稼働条件、送給液の比重や粘度等の性状に応じて適正な弁作動が得られるように容易に設定できる。

更に、両実施形態のように、フロート式弁体４１の弁部４２にフッ素系樹脂製のＯリング７を嵌装する構成とすれば、化学薬液を含む広範な液体を送給対象として、吸込流路２及び吐出流路３の逆止弁４Ａ，４Ｂにおける閉弁時の高いシール性を確保できるという利点がある。

本発明は、上記第一実施形態のプランジャーポンプＰ１や第二実施形態のダイヤフラムポンプＰ２に限らず、ポンプ室の上部側に接続された吸込流路と、下部側に接続された吐出流路とに逆止弁が介挿され、往復動作によって該ポンプ室内の液体に正負圧力を交互に加えるポンプ作動体を備えた往復動定量ポンプ全般に適用できる。そして、該往復動定量ポンプのポンプ本体や逆止弁等の細部構成についても、実施形態以外に種々設計変更可能である。

１ ポンプ室
１０ ポンプ本体
２ 吸込流路
３ 吐出流路
４Ａ，４Ｂ 逆止弁
４０ 弁ケーシング
４１ フロート式弁体
４２ 弁部
４３ ガイド軸
４４ 環状弁座
４５ ガイド孔
４６ 液流通孔
５Ａ プランジャー（ポンプ作動体）
５ｂ ダイヤフラム（ポンプ作動体）
６ 環状流路
７ Ｏリング
Ｐ１ プランジャーポンプ（往復動定量ポンプ）
Ｐ２ ダイヤフラムポンプ（往復動定量ポンプ）

Claims (3)

1. ポンプ室の上部側に接続された吸込流路と、下部側に接続された吐出流路とに夫々逆止弁が介挿され、往復動作によって該ポンプ室内の液体に正負圧力を交互に加えるポンプ作動体を備えた往復動定量ポンプにおいて、
   前記吸込流路及び吐出流路の逆止弁の弁体は、弁ケーシング内に装填された中空状のフロート式弁体からなり、各フロート式弁体の上部外周に弁部が形成されると共に、各フロート式弁体４１の上下両端部に垂直方向に沿うガイド軸が夫々突設され、
   各弁ケーシングは、該ケーシングの内部側壁の上端部側に前記フロート式弁体の弁部に対応する環状弁座を有すると共に、各弁ケーシングの上下両端部に、該フロート式弁体の上下両端部の前記ガイド軸を夫々挿通させるガイド孔と、このガイド孔の周囲に配置した液流通孔とを備え、
   各弁ケーシング内に、各フロート式弁体が、その上下両端部の前記ガイド軸を前記ガイド孔に夫々挿通した状態で昇降自在に保持され、該フロート式弁体の外周と弁ケーシングの内周との間に環状流路が構成されてなる往復動定量ポンプ。
2. 前記各弁ケーシング及び各フロート式弁体が縦円筒状をなす請求項１に記載の往復動定量ポンプ。
3. 前記フロート式弁体の弁部にフッ素系樹脂製のＯリングが嵌装されてなる請求項１又は２に記載の往復動定量ポンプ。

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