JP5458081B2 - ダイヤフラム及びダイヤフラムポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ダイヤフラム及びダイヤフラムポンプに関するものである。

従来において、種々のダイヤフラムポンプが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１−１１７３６４号公報

一般的に、ダイヤフラムポンプは、バルブによって供給される圧縮エアを駆動源として動作されるようになっている。周知であるように、ダブルダイヤフラムポンプの場合、左右対称に配置された２枚のダイヤフラムは、軸方向に往復運動可能なセンターシャフトの各端部に配置され、バルブによって各ダイヤフラムの内側に配置されたエアチャンバー内に圧縮エアが周期的に交互に供給されることにより、一対のダイヤフラムの変形を伴なう押し引き動作が繰り返されてポンピング作用が行われる。

しかしながら、従来におけるダイヤフラムポンプは、ダイヤフラムの押し引き動作のためにエアチャンバー内のダイヤフラムの片面に供給される圧縮エアの消費量は、実質的にエアチャンバーの内部空間容積量に相当しており、従って、エアチャンバーの空間容積量に相当するだけの容量の圧縮エアをダイヤフラムの往復運動毎に供給する必要があり、そのための駆動源に対する駆動電力量が従来のダイヤフラムポンプではかなり必要とされた。

圧縮エアを供給する駆動電力量を低減させるためには、エアチャンバーの内部空間容積を小さくすることが必要である。そこで、エアチャンバーの内部空間を減少させるようにエアチャンバー壁（ブロック）の厚さを大きくしたり変形させることが考えられるが、かかる構成では、以下のような問題が生じる。すなわち、ダイヤフラムのポンピング動作（センターシャフトを中心とした往復運動）は、流体の種類や圧力設定値等の動作環境条件に依存して常に一定ではないため、エアチャンバー壁（ブロック）の厚さを大きくしてエアチャンバーの内部空間を減少させた場合には、ダイヤフラムがエアチャンバーの内壁面に当接し、その結果、ダイヤフラムの摩損や劣化による損傷、補修のためのポンプ稼働停止を不可避としてしまう。

本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、エアチャンバーの内壁面に当接してもその衝撃を緩和できる材料で形成された浮動パッドをダイヤフラムのエアチャンバー側の面に配置することにより、ダイヤフラム及びエアチャンバー壁の摩損や劣化を生じることなく、エアチャンバーの内部空間容積を小さくでき、もって、圧縮エアを供給する駆動電力量を低減させることができるダイヤフラム及びダイヤフラムポンプを提供することを目的とする。

本発明は、センターシャフト、ダイヤフラムチャンバー及び作動流体チャンバーを有するダイヤフラムポンプに用いられ、前記ダイヤフラムポンプの前記センターシャフトに取り付けられるダイヤフラムにおいて、前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムポンプの作動流体チャンバー側の面に、前記作動流体チャンバーの内部空間容積を小さくするための浮動パッドが取り付けられていることを特徴とするダイヤフラムを提供する。

また、前記作動流体は、圧縮エアにすることができる。また、前記浮動パッドは、ゴム材料で形成されており、前記浮動パッドのゴム材料は、例えば、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、又は、フッ素ゴムにすることができる。

また、前記浮動パッドは、前記ダイヤフラムと対向する面が、前記ダイヤフラムの前記浮動パッドと対向する面全体に概ね接面するように形成され、かつ、前記ダイヤフラムと対向しない面には、平坦部が形成されている。前記平坦部は、好ましくは、前記センターシャフトの中心軸線を中心として形成された平坦部である。

前記浮動パッドは、その外端縁部近傍において環状の隆起部を形成されることができ、この場合、隆起部の内部にグラスウール又はウレタンフォームを格納することができる。

また、本発明は、作動流体充填室を有するバルブによって供給される作動流体によって動作されるダイヤフラムポンプであって、第１ダイヤフラムチャンバーが形成された第１ダイヤフラムカバーと、第１作動流体チャンバーが形成された第１チャンバーブロックと、前記第１ダイヤフラムチャンバーを前記第１作動流体チャンバーから隔絶する第１ダイヤフラムと、第２ダイヤフラムチャンバーが形成された第２ダイヤフラムカバーと、第２作動流体チャンバーが形成された第２チャンバーブロックと、前記第２ダイヤフラムチャンバーを前記第２作動流体チャンバーから隔絶する第２ダイヤフラムと、前記作動流体充填室を往復移動可能に貫通したセンターシャフトであって、前記センターシャフトの第１端部に前記第１ダイヤフラムが取り付けられ、前記センターシャフトの第２端部に前記第２ダイヤフラムが取り付けられた、センターシャフトとを備え、前記第１ダイヤフラムには、前記第１作動流体チャンバー側に、前記センターシャフトを貫通した、前記第１作動流体チャンバーの内部空間容積を小さくするための第１浮動パッドが配置され、前記第２ダイヤフラムには、前記第２作動流体チャンバー側に、前記センターシャフトを貫通した、前記第２作動流体チャンバーの内部空間容積を小さくするための第２浮動パッドが配置され、前記第１ダイヤフラム及び前記第１浮動パッドは、それらの内端縁部が前記第１ダイヤフラムカバーと前記第１チャンバーブロックとの間でクランプされて配置され、前記第２ダイヤフラム及び前記第２浮動パッドは、それらの内端縁部が前記第２ダイヤフラムカバーと前記第２チャンバーブロックとの間でクランプされて配置されていることを特徴とするダイヤフラムポンプを提供する。

また、前記作動流体は、例えば、圧縮エアにすることができる。また、前記第１浮動パッド及び前記第２浮動パッドは、ゴム材料で形成されており、前記第１浮動パッド及び前記第２浮動パッドのゴム材料は、例えば、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、又は、フッ素ゴムにすることができる。

また、前記第１浮動パッド及び前記第２浮動パッドは、前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムと対向する面が、前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムの前記第１浮動パッド及び前記第２浮動パッドと対向する面全体に概ね接面するように形成され、かつ、前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムと対向しない面には、平坦部が形成されている。前記平坦部は、好ましくは、前記センターシャフトの中心軸線を中心として形成された平坦部である。

また、前記第１浮動パッド及び前記第２浮動パッドは、それぞれ、その外端縁部近傍において環状の隆起部を形成されることができ、この場合、隆起部の内部に、グラスウール又はウレタンフォームを格納することができる。

本発明によれば、センターシャフト、ダイヤフラムチャンバー及び作動流体チャンバーを有するダイヤフラムポンプに用いられ、前記ダイヤフラムポンプの前記センターシャフトに取り付けられるダイヤフラムにおいて、前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムポンプの作動流体チャンバー側の面に、前記センターシャフトを貫通した、前記作動流体チャンバーの内部空間容積を小さくするための浮動パッドが取り付けられているため、ダイヤフラム及び作動流体チャンバー壁の摩損や劣化を生じることなく、作動流体チャンバーの内部空間容積を小さくでき、もって、作動流体を供給する駆動電力量を低減させることができる。

図１は、本発明にかかるダイヤフラムが適用されたダブルダイヤフラムポンプの実施の形態を示す概略部分断面図である。 図２は、本発明にかかるダイヤフラムの別の実施の形態を示す断面図である。

以下、本発明にかかるダイヤフラム及びダイヤフラムポンプを実施するための最良の形態について図面を参照しながら述べる。図１には、本発明にかかるダイヤフラムが適用されたダイヤフラムポンプの一例として、ダブルダイヤフラムポンプを示している。このダブルダイヤフラムポンプの作動流体は、圧縮エアである。

図１に示すように、このダブルダイヤフラムポンプには、ポンプ用バルブ本体１が設けられている。ポンプ用バルブ本体１には、ポンプ用バルブ本体１を中心として左右対称に、第１ダイヤフラム８のための第１ダイヤフラムカバー２ａ及び第１チャンバーブロック２ｂと、第２ダイヤフラム９のための第２ダイヤフラムカバー３ａ及び第２チャンバーブロック３ｂとが取り付けられている。第１及び第２ダイヤフラムカバー２ａ、３ａには、ボールバルブを有する液体流入用インレットマニホールド４と、ボールバルブを有する液体送り出し用アウトレットマニホールド５が取り付けられている。

第１ダイヤフラムカバー２ａの中には、第１ダイヤフラムチャンバー６ａが形成されており、第１チャンバーブロック２ｂの中には、第１エアチャンバー（第１作動流体チャンバー）６ｂが形成されている。第１ダイヤフラム８は、第１ダイヤフラムカバー２ａと第１エアチャンバーブロック２ｂとの間でクランプされて第１ダイヤフラムカバー２ａ及び第１チャンバーブロック２ｂ内に配置されており、第１ダイヤフラムチャンバー６ａを第１エアチャンバー６ｂから隔絶している。

同様に、第２ダイヤフラムカバー３ａの中には、第２ダイヤフラムチャンバー７ａが形成されており、第２チャンバーブロック３ｂの中には、第２エアチャンバー（第２作動流体チャンバー）７ｂが形成されている。第２ダイヤフラム９は、第２ダイヤフラムカバー３ａと第２エアチャンバーブロック３ｂとの間でクランプされて第２ダイヤフラムカバー３ａ及び第２チャンバーブロック３ｂ内に配置されており、第２ダイヤフラムチャンバー７ａを第２エアチャンバー７ｂから隔絶している。

二つのダイヤフラム８、９は、ポンプ用バルブ本体１の中央部に形成された圧縮エア充填室１０を（図１において左右方向に）往復移動可能に貫通したセンターシャフト１１の各端部にそれぞれ取り付けられている。センターシャフト１１は、バルブ本体１の両側に対称に配置された、第１エアチャンバー６ｂを画定する第１エアチャンバーブロック２ｂと、第２エアチャンバー７ｂを画定する第２エアチャンバーブロック３ｂをそれぞれ貫通しており、圧縮エア充填室２内に配置された切替部材１２がセンターシャフト１１と一体にスライド移動可能に取り付けられている。従って、周知であるように、ポンプ用バルブ本体１の切替部材１２及び切替部材１２に取り付けられたセンターシャフト１１の往復移動によって、圧縮エア供給口（図示せず）から圧縮エア充填室２に供給された圧縮エアが、各ダイヤフラム８、９の内側に配置された第１及び第２エアチャンバー６ｂ、７ｂ内に周期的に交互に供給されることにより、センターシャフト１１に取り付けられた一対のダイヤフラム８、９の変形を伴なう押し引き動作が繰り返されてポンピング作用が行われる。

次に、本発明の特徴部分である浮動パッドについて説明する。第１ダイヤフラム８には、第１エアチャンバー６ｂ側に、センターシャフト１１を貫通した、第１エアチャンバー６ｂの内部空間容積を小さくするための第１浮動パッド１３が配置され、同様に、第２ダイヤフラム９には、第２エアチャンバー７ｂ側に、センターシャフト１１を貫通した、第２エアチャンバー７ｂの内部空間容積を小さくするための第２浮動パッド１４が配置されている。

第１ダイヤフラム８及び第１浮動パッド１３は、それらの内端縁部が第１ダイヤフラムカバー２ａと第１チャンバーブロック２ｂとの間でクランプされて配置され、同様に、第２ダイヤフラム９及び第２浮動パッド１４は、それらの内端縁部が第２ダイヤフラムカバー３ａと第２チャンバーブロック３ｂとの間でクランプされて配置されている。

第１浮動パッド１３及び第２浮動パッド１４は、エアチャンバーの内壁面に当接してもその衝撃を緩和できる材料であるゴム材料で形成されており、このゴム材料は、例えば、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、又は、フッ素ゴム等にすることができる。

第１浮動パッド１３及び第２浮動パッド１４は、第１ダイヤフラム８及び第２ダイヤフラム９と対向する面が、第１ダイヤフラム８及び第２ダイヤフラム９の第１浮動パッド１３及び第２浮動パッド１４と対向する面全体に概ね接面するように形成されており、かつ、第１ダイヤフラム８及び第２ダイヤフラム９と対向しない面には、平坦部１３ａ、１４ａ（図２参照）がそれぞれ形成されている。図示の平坦部１３ａ、１４ａは、センターシャフト１１の中心軸線を中心として形成された平坦部である。さらに、第１浮動パッド１３及び第２浮動パッド１４は、それぞれ、ダイヤフラムカバーとチャンバーブロックとの間でクランプされた外端縁部近傍において環状の隆起部１３ｂ、１４ｂが形成されている。この隆起部１３ｂ、１４ｂの内部には、グラスウール又はウレタンフォームが格納することができる。なお、図２には、図１に示すダイヤフラムの形状と異なる形状を有するダイヤフラムを示しており、図１及び図２に示されたダイヤフラムの形状とは異なるダイヤフラムにも本発明の特徴部分である浮動パッドを設けることが可能である。

以上のように、エアチャンバーの内壁面に当接してもその衝撃を緩和できる材料で形成された浮動パッドをダイヤフラムのエアチャンバー側の内面に配置することにより、ダイヤフラム及びエアチャンバー壁の摩損や劣化を生じることなく、エアチャンバーの内部空間容積を小さくでき、もって、圧縮エアを供給する駆動電力量を低減させることができる。すなわち、エアチャンバー内に供給される圧縮エアの消費量をほぼ浮動パッドで画定された容積に相当する容積だけ減少させることができ、ダイヤフラムの押し引きに伴う圧縮エアの消費量を低減させ、その分だけ圧縮エアを供給する駆動電力量を低減させることができる。

例えば、本発明の特徴である浮動パッドを使用しないダイヤフラムポンプで清水を吐出する場合であって、清水の吐出量が４０ｌ／分、供給エア圧力が０．３ＭＰａで設定されているとき、供給エア消費量が２００ｌ／分である。これに対して、本発明の特徴である浮動パッドを配置したダイヤフラムを用いたダイヤフラムポンプで清水を吐出する場合、清水の吐出量が４０ｌ／分、供給エア圧力が０．３ＭＰａで設定されているときには、供給エア消費量を５０乃至８０ｌ／分に大幅に低減することによりダイヤフラムポンプの駆動電力消費量を節減することができる。

なお、本発明の特徴であるダイヤフラム面と対面する隆起部、対面しない平坦部の一方または双方の表面に円環状、螺旋状などの線条を刻設して、浮動パッドの柔軟性を一層高めると共に、インナーチャンバー面とダイヤフラムとの反覆衝突による摩損を予防することもできる。

１ ポンプ用バルブ本体
２ａ 第１ダイヤフラムカバー
２ｂ 第１チャンバーブロック
３ａ 第２ダイヤフラムカバー
３ｂ 第２チャンバーブロック
４ 液体流入用インレットマニホールド
５ 液体送り出し用アウトレットマニホールド
６ａ 第１ダイヤフラムチャンバー
６ｂ 第１エアチャンバー（第１作動流体チャンバー）
７ａ 第２ダイヤフラムチャンバー
７ｂ 第２エアチャンバー（第２作動流体チャンバー）
８ 第１ダイヤフラム
９ 第２ダイヤフラム
１０ 圧縮エア充填室
１１ センターシャフト
１２ 切替部材
１３ 第１浮動パッド
１３ａ 平坦部
１３ｂ 隆起部
１４ 第２浮動パッド
１４ａ 平坦部
１４ｂ 隆起部

Claims (16)

1. センターシャフト、ダイヤフラムチャンバー及び作動流体チャンバーを有するダイヤフラムポンプに用いられ、前記ダイヤフラムポンプの前記センターシャフトに取り付けられるダイヤフラムにおいて、
   前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムポンプの作動流体チャンバー側の面に、前記作動流体チャンバーの内部空間容積を小さくするための浮動パッドを配置したことを特徴とするダイヤフラム。
2. 請求項１記載のダイヤフラムにおいて、
   前記作動流体は、圧縮エアであることを特徴とするダイヤフラム。
3. 請求項１又は２記載のダイヤフラムにおいて、
   前記浮動パッドは、ゴム材料で形成されることを特徴とするダイヤフラム。
4. 請求項３記載のダイヤフラムにおいて、
   前記浮動パッドのゴム材料は、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、又は、フッ素ゴムであることを特徴とするダイヤフラム。
5. 請求項１乃至４記載のいずれか一つに記載のダイヤフラムにおいて、
   前記浮動パッドは、
   前記ダイヤフラムと対向する面が、前記ダイヤフラムの前記浮動パッドと対向する面全体に概ね接面するように形成され、かつ、
   前記ダイヤフラムと対向しない面には、平坦部が形成されていることを特徴とするダイヤフラム。
6. 請求項５記載のダイヤフラムにおいて、
   前記平坦部は、前記センターシャフトの中心軸線を中心として形成された平坦部であることを特徴とするダイヤフラム。
7. 請求項５又は６記載のダイヤフラムにおいて、
   前記浮動パッドは、その外端縁部近傍に隆起部が形成されていることを特徴とするダイヤフラム。
8. 請求項７記載のダイヤフラムにおいて、
   前記隆起部の内部には、グラスウール又はウレタンフォームが格納されていることを特徴とするダイヤフラム。
9. 作動流体充填室を有するバルブによって供給される作動流体によって動作されるダイヤフラムポンプであって、
   第１ダイヤフラムチャンバーが形成された第１ダイヤフラムカバーと、
   第１作動流体チャンバーが形成された第１チャンバーブロックと、
   前記第１ダイヤフラムチャンバーを前記第１作動流体チャンバーから隔絶する第１ダイヤフラムと、
   第２ダイヤフラムチャンバーが形成された第２ダイヤフラムカバーと、
   第２作動流体チャンバーが形成された第２チャンバーブロックと、
   前記第２ダイヤフラムチャンバーを前記第２作動流体チャンバーから隔絶する第２ダイヤフラムと、
   前記作動流体充填室を往復移動可能に貫通したセンターシャフトであって、前記センターシャフトの第１端部に前記第１ダイヤフラムが取り付けられ、前記センターシャフトの第２端部に前記第２ダイヤフラムが取り付けられた、センターシャフトとを備え、
   前記第１ダイヤフラムには、前記第１作動流体チャンバー側に、前記センターシャフトを貫通した、前記第１作動流体チャンバーの内部空間容積を小さくするための第１浮動パッドが取り付けられ、
   前記第２ダイヤフラムには、前記第２作動流体チャンバー側に、前記センターシャフトを貫通した、前記第２作動流体チャンバーの内部空間容積を小さくするための第２浮動パッドが取り付けられ、
   前記第１ダイヤフラム及び前記第１浮動パッドは、それらの内端縁部が前記第１ダイヤフラムカバーと前記第１チャンバーブロックとの間でクランプされて配置され、
   前記第２ダイヤフラム及び前記第２浮動パッドは、それらの内端縁部が前記第２ダイヤフラムカバーと前記第２チャンバーブロックとの間でクランプされて配置されていることを特徴とするダイヤフラムポンプ。
10. 請求項９記載のダイヤフラムポンプにおいて、
    前記作動流体は、圧縮エアであることを特徴とするダイヤフラムポンプ。
11. 請求項９又は１０記載のダイヤフラムポンプにおいて、
    前記第１浮動パッド及び前記第２浮動パッドは、ゴム材料で形成されることを特徴とするダイヤフラムポンプ。
12. 請求項１１記載のダイヤフラムポンプにおいて、
    前記第１浮動パッド及び前記第２浮動パッドのゴム材料は、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、又は、フッ素ゴムであることを特徴とするダイヤフラムポンプ。
13. 請求項９乃至１２記載のいずれか一つに記載のダイヤフラムポンプにおいて、
    前記第１浮動パッド及び前記第２浮動パッドは、
    前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムと対向する面が、前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムの前記第１浮動パッド及び前記第２浮動パッドと対向する面全体に概ね接面するように形成づけられ、かつ、
    前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムと対向しない面には、平坦部が形成されていることを特徴とするダイヤフラムポンプ。
14. 請求項１３記載のダイヤフラムポンプにおいて、
    前記平坦部は、前記センターシャフトの中心軸線を中心として形成された平坦部であることを特徴とするダイヤフラムポンプ。
15. 請求項１３又は１４記載のダイヤフラムポンプにおいて、
    前記第１浮動パッド及び前記第２浮動パッドは、それぞれ、その外端縁部近傍において環状の隆起部が形成されていることを特徴とするダイヤフラムポンプ。
16. 請求項１５記載のダイヤフラムポンプにおいて、
    前記隆起部の内部には、グラスウール又はウレタンフォームが格納されていることを特徴とするダイヤフラムポンプ。

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