JP5918745B2 - 往復動ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、単一の駆動源で可動部材を往復動させて流体を所定箇所へ搬送するための往復動ポンプに関する。

上記往復動ポンプは、コスト面において有利になるように単一の駆動源で可動部材を往復動させる構成になっている。そして、可動部材の復動によって、吸込流路からポンプ室内へ流体を吸い込み、可動部材の往動によって吸込んだ流体を吐出流路へ吐出する。

上記構成では、可動部材を復動させて流体をポンプ室へ吸い込んでいる間は、吐出流路から流体の吐出が行われない。このため、流体を吐出する吐出状態と吐出しない非吐出状態とが交互に行われる間欠吐出となって、脈動が発生する。この脈動を低減することができるものとして、例えばアキュームレータを配管中に設けたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平１０−８９２２号公報（図１参照）

上記特許文献１では、ポンプを設けるスペースの他に、アキュームレータを設けるためのスペースが必要となる不都合がある。因みに、脈動を低減するために、２連の往復動ポンプや３連の往復動ポンプを用いることが考えられる。しかし、これら往復動ポンプは、複数のポンプ室と同数の複数の可動部材を独立して可動させるように多数の部品点数を必要とするため、ポンプ自体のコストが高く、使用し難いものであった。

本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、脈動を低減することができながらも、小型化及びコストの低減化を図ることができる往復動ポンプを提供することにある。

本発明の往復動ポンプは、前述の課題解決のために、第１のポンプ室と、第２のポンプ室と、前記第１のポンプ室に接続される吸込流路と、往復動によって前記吸込流路から前記第１のポンプ室内へ流体を吸い込んで該第１のポンプ室外へ吐出させる第１の可動部材と、前記第１のポンプ室外へ吐出される流体の一部を往復動によって前記第２のポンプ室内へ吸い込んで該第２のポンプ室外へ吐出させる第２の可動部材と、前記第２のポンプ室内へ吸い込まれずに前記第１のポンプ室外へ吐出される流体と前記第２のポンプ室外へ吐出される流体を吐出させる吐出流路と、前記第１の可動部材と前記第２の可動部材とを往復動させる単一の駆動源とを備え、前記第１のポンプ室内へ流体を吸い込むときには、前記第２のポンプ室内の流体を吐出するように、かつ、前記第１のポンプ室内の流体を吐出するときには、吐出される流体の一部を前記第２のポンプ室内へ吸い込むように、前記第１の可動部材と前記第２の可動部材とを前記単一の駆動源で往復動させるよう両者を連動させる連動手段を備え、前記第１のポンプ室から流体を吐出する吐出容量を前記第２のポンプ室内へ流体を吸い込む吸込容量よりも大きく設定していることを特徴としている。

上記構成によれば、例えば第１の可動部材を一方に動かすことによって、吸込流路から第１のポンプ室内へ流体を吸い込む。続いて、第１の可動部材を他方に動かすことによって、第１のポンプ室内の流体が第１のポンプ室外へ吐出される。これと同時に、第２の可動部材も動かされ、第２のポンプ室内へ第１のポンプ室外へ吐出される全量の流体のうちの一部が吸い込まれるとともに、第２のポンプ室内へ吸い込まれずに吐出される残りの流体が吐出流路を通して吐出される。この吐出流路から吐出される流体の吐出量は、第２のポンプ室内で吸い込むことができない流体の量である。そして、次回の第１の可動部材の動作により第１のポンプ室内へ流体が吸い込まれる時、つまり第１のポンプ室から吐出されない非吐出時に、第２の可動部材が動かされるので、第２のポンプ室内の流体が吐出流路へ流れて、脈動を低減することができる。また、第１の可動部材及び第２の可動部材が連動手段にて連動されているから、単一の駆動源で２つの可動部材を往復動させることができる。

また、本発明の往復動ポンプは、前記第１のポンプ室から吐出される流体を前記吐出流路と前記第２のポンプ室へ受け渡す受渡流路とに分岐して流すための分岐部を備えていてもよい。

また、本発明の往復動ポンプは、前記受渡流路からの流体を該第２のポンプ室へ吸い込んで該受渡流路へ吐出した流体が前記吐出流路から排出されるように、該受渡流路と該吐出流路とが連通されていてもよい。

上記のように受渡流路が、第２のポンプ室への吸込流路と、第２のポンプ室から流体を排出する排出流路とを兼用することができ、２つの流路を設ける場合に比べてポンプの小型化を更に図ることができる。

また、本発明の往復動ポンプは、前記連動手段が、前記駆動源に機械的に連動連結された軸体を前記第１の可動部材と前記第２の可動部材との間に連結した構成からなり、該軸体の軸方向への移動によって両可動部材を往復動させる構成であってもよい。

上記のように、連動手段が、第１の可動部材及び第２の可動部材との間に連結した軸体を移動させる構成としておけば、２つの可動部材の外周側で迂回させて連結させる連結部材を設けて連動手段を構成するものに比べて、ポンプの小型化を図ることができる。

また、本発明の往復動ポンプは、前記第１及び第２の可動部材が、ダイヤフラムから構成されていてもよい。

本発明によれば、第１のポンプ室の他に、第２のポンプ室を設けるとともに、２つのポンプ室の吸い込み及び吐出を行うための２つの可動部材を往復動させることによって、ポンプ室内への流体の吸い込み時にも第２のポンプ室から、吐出流路へ流体の吐出ができるので、脈動を低減することができる。しかも単一の駆動源により２つの可動部材を往復動させる構成であるから、小型化及びコストの低減化を図ることができる往復動ポンプを提供することができる。

往復動ポンプを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 往復動ポンプの要部の縦断面図を示し、２つの可動部材が中立状態を示している。 往復動ポンプの要部の縦断面図を示し、（ａ）は第１の可動部材が第１のポンプ室の流体を吐出し、第２の可動部材が第２のポンプ室へ流体を吸引した状態を示し、（ｂ）は第１の可動部材が第１のポンプ室へ流体を吸引し、第２の可動部材が第２のポンプ室の流体を吐出した状態を示している。 往復動ポンプの要部の横断底面図を示し、（ａ）は第１の可動部材が第１のポンプ室の流体を吐出した状態を示し、（ｂ）は第１の可動部材が第１のポンプ室の流体を吐出から吸引に向かう途中の状態を示し、（ｃ）は第１の可動部材が第１のポンプ室へ流体を吸引した状態を示している。 （ａ），（ｂ）は他の往復動ポンプの要部の概略図である。

以下、往復動ポンプを、図面に基づいて説明する。

図１（ａ），（ｂ）に、往復動ポンプの一例であるダイヤフラムポンプを示している。このダイヤフラムポンプは、電源部、制御部、駆動部１等を備える本体部２と、本体部２の正面に設けられるポンプヘッド３とを備えている。

図２に示すように、ポンプヘッド３の下端には、吸込流路４を形成するための吸込パイプ５が上下方向で接続され、ポンプヘッド３の上端には、吐出流路６を形成するための吐出パイプ７が上下方向で接続されている。尚、図２では、後述する２つのダイヤフラム１８，２２が中立状態を示している。

ポンプヘッド３は、第１のポンプ室８と、第１のポンプ室８へ吸込流路４からの流体を吸い込むための吸込側逆止弁９と、第１のポンプ室８へ吸い込んだ流体を排出するための排出側逆止弁１０と、排出側逆止弁１０から排出された流体を２つの流路１１，１２に分岐して流すための分岐部１３と、分岐した一方の第１流路１１に接続される第２のポンプ室１４と、分岐した他方の第２流路１２と前記吐出パイプ７とを接続するための接続部１５とを備えている。

第１流路１１は、分岐部１３から第２のポンプ室１４側へ分岐した流体を第２のポンプ室１４へ受け渡す受渡流路を構成している。また、第２流路１２は、分岐部１３から吐出流路６側へ分岐した流体を吐出流路６へ中継するための中継流路を構成している。尚、ここでは、中継流路と吐出流路６とを分けているが、中継流路を含めて吐出流路６としてもよい。また、受渡流路は、流体を第２のポンプ室１４へ受け渡すだけでなく、第２のポンプ室１４から吐出される流体を吐出流路６へ受け渡すことができるように、受渡流路と吐出流路６とが連通されている。

第１のポンプ室８は、２つの金属製又は樹脂製の部材である第１部材１６と第２部材１７とを前後方向で重ね合わせることによって形成された空間を第１のダイヤフラム１８で仕切ることによって形成されている。第１のダイヤフラム１８は、２つの部材１６，１７で挟み込んで固定されている。第１のダイヤフラム１８が、往復動によって吸込流路４から第１のポンプ室８内へ流体を吸い込んで吐出流路６側へ吐出させる可動部材を構成している。

第２のポンプ室１４は、３つの金属製の部材である第３部材１９と第４部材２０と第５部材２１とを重ね合わせることによって形成された空間を第２のダイヤフラム２２で仕切ることによって形成されている。第２のダイヤフラム２２は、２つの部材２０，２１で挟み込んで固定されている。第２のダイヤフラム２２が、往復動によって分岐した一方の第１流路１１から第２のポンプ室１４内へ流体を吸い込んで他方の第２流路１２へ吐出させる第２の可動部材を構成している。

接続部１５は、吐出パイプ７に接続されている継手２３のパイプ部２４を螺合して接続するための螺子部から構成され、前記第５部材２１の上端部に形成されている。尚、この実施形態では、接続部１５が接続された状態であるが、ポンプを設置するときに接続部１５を取り付ける構成であってもよい。

第１のダイヤフラム１８及び第２のダイヤフラム２２は、連動手段により一体的に同一方向へ動くように構成されている。この連動手段は、図３（ａ），（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、第１のダイヤフラム１８及び第２のダイヤフラム２２に連結される軸体２５と、軸体２５の第１のダイヤフラム１８側の端部が連結されるクランクシャフト３１と、クランクシャフト３１の楕円孔３１ｂに一端が係止され、かつ、他端が電動モータ３２の駆動軸（図示せず）に一体化移転自在に連結されるエキセン軸３３とから構成されている。

軸体２５は、２つのダイヤフラム１８，２２の間隔を所定間隔に維持するために２つのダイヤフラム１８，２２間に当接する状態で配置された大径軸部２６と、大径軸部２６の前端から前方へ延びるとともに第２のダイヤフラム２２の中心部に形成の貫通孔２２Ｋに貫通される前側小径軸部２７と、大径軸部２６の後端から後方へ延びるとともに第１のダイヤフラム１８の中心部に形成の貫通孔１８Ｋに貫通される後側小径軸部２８とを備えている。ここでは、前側小径軸部２７及び後側小径軸部２８の両方共、ダイヤフラム１８，２２に貫通させているが、後側小径軸部２８のみがダイヤフラム１８，２２に貫通する構成であってもよいし、また、両軸部２７，２８の両方が、ダイヤフラム１８，２２に貫通しないで連結する構成であってもよい。

前側小径軸部２７の前側端が、第２のダイヤフラム２２から前方へ突出している。その突出端部に座金２９が嵌められるとともに、ゆるみ止め部材３０を設けることによって、前側小径軸部２７から第２のダイヤフラム２２が抜けてしまうことを阻止している。

後側小径軸部２８の後側端が、第１のダイヤフラム１８から後方へ突出している。その突出端部に後側小径軸部２８よりも大きな直径を有するクランクシャフト３１の一端が螺合されている。クランクシャフト３１の一端は、端部側ほど先細りとなるテーパー面を備えており、クランクシャフト３１を後側小径軸部２８の後側端に螺合していくほど、クランクシャフト３１のテーパー面３１Ｔが第１のダイヤフラム１８の貫通孔１８Ｋに食い込むことによって、後側小径軸部２８から第１のダイヤフラム１８が抜けてしまうことを阻止している。

図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、駆動部１は、電動モータ３２から構成されている。この電動モータ３２の駆動軸（図示せず）にカップリング（図示せず）を介して回転自在にエキセン軸３３の一端が連結されている。また、エキセン軸３３の他端は、エキセン軸３３の回転運動を往復運動に変換するクランクシャフト３１の楕円孔３１ｂに挿通されている。クランクシャフト３１は、後側小径軸部２８に一端が螺合される軸部３１Ａと、軸部３１Ａの他端に一体化された楕円孔３１ｂを有する板部材３１Ｂとを備えている。尚、図に示す３４，３４は、板部材３１Ｂを移動案内するための左右一対のガイドである。

従って、電動モータ３２を駆動することによって、エキセン軸３３が回転し、エキセン軸３３の偏心部３３Ａがクランクシャフト３１の板部材３１Ｂの貫通孔３１ｂを押すことによって、クランクシャフト３１が前後方向に往復動する。図４（ａ）は、第１のダイヤフラム１８から流体を吐出した吐出状態を示し、図４（ｂ）は、第１のダイヤフラム１８が吐出状態から流体を吸い込む吸込状態へ移行する途中の状態を示し、図４（ｃ）は、第１のダイヤフラム１８へ流体を吸い込んだ吸込状態を示している。

第２のポンプ室１４の容量が、第１のポンプ室８の容量の半分に設定されている。従って、第１のダイヤフラム１８の往復動により第１のポンプ室８に流体が吸い込まれて排出側逆止弁１０から接続部１５へ吐出される。すると、吐出された流体は、吐出パイプ７と第２のポンプ室１４とに分岐して流れる。このとき、第１のポンプ室８内の流体の全量の半分が吐出パイプ７から吐出され、残る半分が第２のポンプ室１４に吸い込まれる。次回の第１のダイヤフラム１８の復動による第１のポンプ室８内への流体の吸い込み時、つまり第１のポンプ室８から吐出されない非吐出時に、第２のポンプ室１４内の流体が他の第２流路１２を通して吐出流路６へ流れて吐出され、脈動を低減することができる。この実施形態では、第１のダイヤフラム１８の復動時に第２のポンプ室１４から吐出流路６へ吐出される流体の量と第１のダイヤフラム１８の往動時に第１のポンプ室８から吐出流路６へ吐出される流体の量とが同じであるので、常時同じ量の流体を吐出し続けることができ、脈動を最大限低減することができる。

前記のように構成されたダイヤフラムポンプの動作について説明する。尚、第１のポンプ室８及び第２のポンプ室１４に流体が入っていない状態において、電動モータ３２を駆動してクランクシャフト３１が図３（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、右側へ移動すると、第１のダイヤフラム１８が右側に大きく移動し、吸込側逆止弁９が開放されて、第１のポンプ室８内に流体を吸い込む。このとき、排出側逆止弁１０は閉じているため、ポンプ室８内に所定量の流体が供給される。また、第２のポンプ室１４には、未だ流体が入っていないため、第２のダイヤフラム２２が右側に移動しても、流体は吐出されない。

続いて、電動モータ３２を駆動してクランクシャフト３１が図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、左側へ移動すると、第１のダイヤフラム１８が左側に大きく移動し、排出側逆止弁１０が開放されて、分岐部１３へ流体を吐出する。分岐部１３へ移動した流体は、第１流路１１と第２流路１２とに分岐して流れる。第１流路１１へ流れる流体は、左側へ移動した第２のダイヤフラム２２によって第２のポンプ室１４へ流体が吸い込まれる一方、第２流路１２へ流れる流体は、吐出パイプ７を介して吐出流路６へ流れる。第２のポンプ室１４の流量の容量が第１のポンプ室８の流量の容量の半分に設定されていることから、第１のポンプ室８の容量の半分の流体が、第２のポンプ室１４へ供給され、残りの半分の流体が、吐出流路６へ吐出される。

さらに、電動モータ３２を駆動してクランクシャフト３１が図３（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、右側へ移動すると、第１のダイヤフラム１８が右側に大きく移動し、吸込側逆止弁９が開放されて、第１のポンプ室８内に流体を吸い込む。これと同時に、第２のダイヤフラム２２が右側に移動することによって、第２のポンプ室１４に吸い込んだ第１のポンプ室８の容量の半分の流体が、第２流路１２へ流れ、吐出パイプ７を介して吐出流路６へ流れる。これを繰り返し行うことによって、所定量の流体、つまり第１のポンプ室８の容量の半分の量の流体を連続して吐出することができる。

尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

前記実施形態では、可動部材としてダイヤフラムを用いたが、プランジャー（ピストン）を用いてもよい。この場合、２つの可動部材のうちの一方をプランジャー（ピストン）で他方をダイヤフラムで構成することもできるし、２つともプランジャー（ピストン）で構成してもよい。

また、前記実施形態では、第２のポンプ室１４の容量を第１のポンプ室８の容量の半分（５割）に設定したが、第１のポンプ室８の容量の５割未満から２割までの任意の容量に第２のポンプ室１４の容量を設定してもよい。尚、第２のポンプ室１４の容量を第１のポンプ室８の容量の半分（５割）に設定した場合が、脈動を最大限低減することができ、割合が少なくなればなるほど、脈動を低減する効果が小さくなり、第１のポンプ室８の２割の容量が限界である。従って、第１のポンプ室８の容量の５割〜２割の範囲内の任意の容量に設定することが好ましい。

また、前記実施形態では、第１の可動部材１８及び第２の可動部材２２の間に設けた軸体２５で両可動部材１８，２２を連結したが、２つの可動部材をそれらの外周側で迂回して連結する構成であってもよい。

また、前記実施形態では、第１の可動部材１８及び第２の可動部材２２を軸体２５で連結したが、当接する偏心カム又は等速度カムで２つの可動部材を往動側へ操作し、復動側へはスプリングの付勢力で偏心カム又は等速度カム側へ２つの可動部材を戻すように構成してもよい。

また、前記実施形態では、電動モータ３２の回転運動を往復運動に変換するクランクシャフト３１を第１の可動部材１８に連結したが、流体圧シリンダーのピストンを第１の可動部材１８に直接又は間接的に連結してもよいし、機械的連結がないエア発生装置を用いて構成してもよい。このエア発生装置を用いる場合には、２つの可動部材１８，２２をそれぞれ往復動制御するためのバルブを設けて実施することになる。

また、前記実施形態では、１個の第２のポンプ室１４を設けた構成であったが、１個増やして２個の第２のポンプ室を設けて実施してもよい。

また、前記実施形態では、第２のポンプ室１４内へ流体を受け渡す流路と第２のポンプ室１４外へ排出する流路とを、共通の受渡流路１１としたが、図５（ａ）の概略図に示すように、第１のポンプ室８から流体を吐出する上下一対の流路３５，３６を設けるとともに、第２のポンプ室１４から吐出される流体を受け取って吐出流路６へ受け渡す専用の流路３７とを設けて実施してもよい。図５（ａ）に示す９，１０，３８，３９は、矢印の一方向のみに流体を流す逆止弁である。従って、第１のポンプ室８から吐出される流体の一部が、流路３５を介して吐出流路６へ吐出され、残りの流体が、流路３６を介して第２のポンプ室１４へ吸い込まれる。第１のポンプ室８への流体の吸い込み時、つまり第２のポンプ室１４からの流体の吐出時は、専用の流路３７を介して吐出流路６へ吐出される。

また、図５（ｂ）の概略図のように構成してもよい。第１のポンプ室８から流体を吐出する上下一対の流路４０，４１を設け、これら流路４０，４１のうちの下側の流路４１が、第１のポンプ室８から流体を分岐させて第２のポンプ室１４内へ流体を受け渡す流路と上方の吐出流路６へ受け渡す流路とから構成されている。また、第２のポンプ室１４から吐出される流体は、流路４２により上方の吐出流路６へ受け渡される。図５（ｂ）に示す９，１０，４３，４４は、矢印の一方向のみに流体を流す逆止弁である。従って、第１のポンプ室８から吐出される流体の一部が、流路４０を介して吐出流路６へ吐出され、残りの流体が、流路４１を介して第２のポンプ室１４へ吸い込まれるとともに、上方の吐出流路６へ分岐して吐出される。第１のポンプ室８への流体の吸い込み時、つまり第２のポンプ室１４からの流体の吐出時は、流路４２を介して上方へ流れて吐出流路６へ吐出される。

１…駆動部、２…本体部、３…ポンプヘッド、４…吸込流路、５…吸込パイプ、６…吐出流路、７…吐出パイプ、８…ポンプ室、９…吸込側逆止弁、１０…排出側逆止弁、１１…第１流路（受渡流路）、１２…第２流路（中継流路）、１３…分岐部、１４…第１のポンプ室、１５…接続部、１６…第１部材、１７…第２部材、１８…第１のダイヤフラム（可動部材）、１８Ｋ…貫通孔、１９…第３部材、２０…第４部材、２１…第５部材、２２…第２のダイヤフラム（可動部材）、２２Ｋ…貫通孔、２３…継手、２４…パイプ部、２５…軸体、２６…大径軸部、２７…前側小径軸部、２８…後側小径軸部、２９…座金、３０…ロックピン、３１…クランクシャフト、３１Ａ…軸部、３１Ｂ…板部材、３１Ｔ…テーパー面、３２…電動モータ、３３…エキセン軸、３３Ａ…偏心部、３４…ガイド、３５，３６，３７，４０，４１，４２…流路、３８，３９，４３，４４…逆止弁

Claims (5)

1. 第１のポンプ室と、第２のポンプ室と、前記第１のポンプ室に接続される吸込流路と、往復動によって前記吸込流路から前記第１のポンプ室内へ流体を吸い込んで該第１のポンプ室外へ吐出させる第１の可動部材と、前記第１のポンプ室外へ吐出される流体の一部を往復動によって前記第２のポンプ室内へ吸い込んで該第２のポンプ室外へ吐出させる第２の可動部材と、前記第２のポンプ室内へ吸い込まれずに前記第１のポンプ室外へ吐出される流体と前記第２のポンプ室外へ吐出される流体を吐出させる吐出流路と、前記第１の可動部材と前記第２の可動部材とを往復動させる単一の駆動源とを備え、
   前記第１のポンプ室内へ流体を吸い込むときには、前記第２のポンプ室内の流体を吐出するように、かつ、前記第１のポンプ室内の流体を吐出するときには、吐出される流体の一部を前記第２のポンプ室内へ吸い込むように、前記第１の可動部材と前記第２の可動部材とを前記単一の駆動源で往復動させるよう両者を連動させる連動手段を備え、前記第１のポンプ室から流体を吐出する吐出容量を前記第２のポンプ室内へ流体を吸い込む吸込容量よりも大きく設定していることを特徴とする往復動ポンプ。
2. 前記第１のポンプ室から吐出される流体を前記吐出流路と前記第２のポンプ室へ受け渡す受渡流路とに分岐して流すための分岐部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の往復動ポンプ。
3. 前記受渡流路からの流体を該第２のポンプ室へ吸い込んで該受渡流路へ吐出した流体が前記吐出流路から排出されるように、該受渡流路と該吐出流路とが連通されていることを特徴とする請求項２に記載の往復動ポンプ。
4. 前記連動手段が、前記駆動源に機械的に連動連結された軸体を前記第１の可動部材と前記第２の可動部材との間に連結した構成からなり、該軸体の軸方向への移動によって両可動部材を往復動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の往復動ポンプ。
5. 前記第１及び第２の可動部材が、ダイヤフラムから構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の往復動ポンプ。

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