JP6046856B1

JP6046856B1 - 容積ポンプ

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Publication number: JP6046856B1
Application number: JP2016501469A
Authority: JP
Inventors: 鬼塚　敏樹; 敏樹鬼塚
Original assignee: Iwaki Co Ltd
Current assignee: Iwaki Co Ltd
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2035-03-10
Also published as: JPWO2016143057A1; TW201632732A; CN107429683B; WO2016143057A1; US20180051692A1; KR20170127426A; TWI675148B; US10704547B2; KR102199145B1; CN107429683A

Abstract

容積ポンプは、ベローズを伸縮させることによって移送流体を移送する容積ポンプである。この容積ポンプは、伸縮可能に配置され、内部にポンプ室を形成する有底円筒状のベローズと、ポンプ室の吸込側に設けられてポンプ室に移送流体を導く吸込バルブと、ポンプ室の吐出側に設けられてポンプ室から移送流体を吐出する吐出バルブとを備える。また、吸込バルブ及び吐出バルブは、それぞれ、弁座と弁体とを備える。弁体は、可撓性の材質からなり、弁座との位置関係が固定された固定部と、固定部から弁座に向かう方向及び移送流体が移動する方向の間の所定の方向に延びる弁部を有する。

Description

本発明は、ベローズ、ダイアフラム等の変形可能な部材によってポンプ室内の容積を変化させることにより移送流体を移送する容積ポンプに関する。

ベローズ、ダイアフラム等の変形可能な部材によってポンプ室内の容積を変化させることにより移送流体を移送する容積ポンプが知られている。このような容積ポンプにおいては、ポンプの吸込口とポンプ室との間に吸込バルブが、ポンプの吐出口とポンプ室との間に吐出バルブが設けられる。ここで、例えば、下記特許文献１には、円筒状の弁座と、この円筒状の弁座の内壁に沿って摺動する弁体を備えた吸込バルブ及び吐出バルブを有する容積ポンプが開示されている。また、下記特許文献２には、円筒状の弁座と、この弁座の内壁に沿って摺動する球状の弁体を備えた吸込バルブ及び吐出バルブを有する容積ポンプが開示されている。

特開２０１２−２１１５１２号公報

特開２００６−２００４２９号公報

上述した特許文献１及び２においては、いずれも吸込バルブ及び吐出バルブが摺動部分を有しており、この部分において発生したパーティクルが流体に混合されてしまう場合がある。

本発明は、この様な課題に鑑みなされたもので、摺動部分から発生するパーティクルが流体に混ざることを防止することが可能な容積ポンプの提供を目的とする。

本発明の一態様に係る容積ポンプは、ベローズを伸縮させることによって移送流体を移送する容積ポンプである。この容積ポンプは、伸縮可能に配置され、内部にポンプ室を形成する有底円筒状のベローズと、ポンプ室の吸込側に設けられてポンプ室に移送流体を導く吸込バルブと、ポンプ室の吐出側に設けられてポンプ室から移送流体を吐出する吐出バルブとを備える。また、吸込バルブ及び吐出バルブは、それぞれ、弁座と弁体とを備える。弁体は、可撓性の材質からなり、弁座との位置関係が固定された固定部と、固定部から弁座に向かう方向及び移送流体が移動する方向の間の所定の方向に延びる弁部を有する。

即ち、このような容積ポンプにおいては、吸込バルブ及び吐出バルブの弁部が可撓性の材質から構成されており、弁座と弁部の固定部分との位置関係が固定されており、更に弁部の可動部分が、弁体から弁座に延びる方向及び流体が移動する方向の間の所定の方向に延びている。従って、弁座と弁体を押圧接触させることによって流路を塞ぐことが可能であり、弁座と弁体との摺動を防止することが可能である。従って、ポンプ室内に摺動部分を有しないベローズポンプ等の容積ポンプにこのような吸込弁及び吐出弁を利用することにより、摺動部分から発生するパーティクルが流体に混ざることを防止することが可能である。

また、本発明の一態様に係る容積ポンプにおいて、吸込バルブの弁座は、ポンプ室に向かって突出する円筒状に形成され、弁部は、移送流体が移動する方向に沿って半径が大きくなる略円錐状に形成されている。

また、本発明の一態様に係る容積ポンプにおいて、吐出バルブの弁座は、ポンプ室に向かって突出する円筒状に形成され、弁部は、移送流体が移動する方向に沿って半径が大きくなる略円錐状に形成されている。

吐出バルブがこのように構成されている場合、例えば、吐出バルブは、弁座と弁体との位置関係を固定する弁体固定部材を更に備えていても良い。また、弁体固定部材は、弁座と軸の位置が一致する略円柱状に形成され、ポンプ室に向かって突出し、ポンプ室に突出する端部の外周部分に弁体と固定される部分を備えていても良い。尚、ここで言う「弁体と固定される部分」とは、例えば、雄ねじである。

また、この場合、更に、吐出バルブの弁体が、弁座と軸の位置が一致する環状に形成され、内周部分に弁体固定部材と固定される部分を備える環状部を更に備え、弁部がこの環状部と一体に形成され、環状部から上記所定の方向に延びていても良い。ここで言う「弁体固定部材と固定される部分」とは、例えば、雌ねじである。この場合、例えば弁体固定部材を弁部と比較して剛性の高い材料から構成することにより、流路に発生した渦等に起因して弁体固定部材の軸が曲がることを防止し、弁体と弁座とが摺動する可能性を低減することが可能である。

また、吐出バルブの弁座がポンプ室に向かって突出する円筒状に形成され、弁部が、移送流体が移動する方向に沿って半径が大きくなる略円錐状に形成されている場合、例えば、吐出バルブが、弁座と弁体との位置関係を固定する弁体固定部材を更に備えていても良い。更に、弁体は、弁体固定部材に向かって突出する突出部を有し、突出部の外周部分に弁体固定部材と固定される部分が形成されていても良い。

本発明の一態様に係る容積ポンプは、変形可能な部材によってポンプ室内部の容積を変化させることにより移送流体を移送する容積ポンプである。この容積ポンプは、ポンプ室の吸込側に設けられてポンプ室に移送流体を導く吸込バルブと、ポンプ室の吐出側に設けられて前記ポンプ室から前記移送流体を吐出する吐出バルブとを備える。吸込バルブ及び吐出バルブは、それぞれ、弁座と弁体とを備える。弁体は、可撓性の材質からなり、弁座との位置関係が固定された固定部と、固定部から弁座に向かう方向及び移送流体が移動する方向の間の所定の方向に延びる弁部を有する。

本発明の第一の実施の形態に係る容積ポンプの断面図である。同容積ポンプの吸込バルブの構成例を示す断面図である。同容積ポンプの吐出バルブの構成例を示す断面図である。同容積ポンプの吐出バルブの他の構成例を示す断面図である。他の構成例に係る容積ポンプの吸込バルブの構成例を示す断面図である。同容積ポンプの吐出バルブの構成例を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る容積ポンプについて詳細に説明する。
［第一の実施の形態］
図１は、本発明の一実施形態に係るベローズポンプの断面図及びその周辺機構を示す図である。なお、本実施形態に係るベローズポンプとしては、往復動ポンプ構造のいわゆる複胴型を例に挙げて説明するが、いわゆる単胴型のベローズポンプであっても適用可能である。

ベローズポンプは、次のように構成されている。中央部に配置されたポンプヘッド１の両側には、ケース部材である有底円筒状のシリンダ２ａ，２ｂが同軸配置され、それらの内部に一対の空間が形成されている。これら空間内には、それぞれ有底円筒状のベローズ３ａ，３ｂが同軸配置されている。

ベローズ３ａ，３ｂの開口端はポンプヘッド１に固定され、底部にはシャフト固定板４ａ，４ｂが固定されている。ベローズ３ａ，３ｂは、例えばフッ素樹脂からなり、内側をポンプ室５ａ，５ｂ、外側を作動室６ａ，６ｂとしてシリンダ２ａ，２ｂの内部空間を仕切っている。また、ベローズ３ａ，３ｂは、軸方向に沿って交互に形成された山部１２ａ及び谷部１２ｂを備えている。

シャフト固定板４ａ，４ｂには、同軸に延びるシャフト７ａ，７ｂの一端が固定されている。シャフト７ａ，７ｂの他端は、それぞれシリンダ２ａ，２ｂの底部中心を、シール部材８を介して気密に貫通してシリンダ２ａ，２ｂの外側まで延びている。このシャフト７ａ，７ｂの他端には、連結板９ａ，９ｂがナット１０によって固定されている。

連結板９ａ，９ｂは、シリンダ２ａ，２ｂの上下の位置において連結シャフト１１ａ，１１ｂによって連結されている。各連結シャフト１１ａ，１１ｂは、ボルト１５によって連結板９ａ，９ｂに固定されている。

ポンプヘッド１には、ポンプの側面に臨む位置に移送流体の吸込口１６と吐出口１７とが設けられる。これと共に、ポンプヘッド１には、吸込口１６からポンプ室５ａ，５ｂに至る位置に吸込弁１８ａ，１８ｂが設けられ、ポンプ室５ａ，５ｂから吐出口１７に至る経路に吐出弁１９ａ，１９ｂが設けられている。

一方、図示しないエアーコンプレッサ等の作動流体源からの作動流体、例えばエアーは、レギュレータ２６でそれぞれ所定圧力に制限されて電磁弁２７に供給されている。

作動室６ａが排気状態で作動室６ｂがエアー導入状態であり、ポンプ室５ａが膨張工程でポンプ室５ｂが収縮工程にあるとする。このとき、吸込弁１８ａ及び吐出弁１９ｂが開状態で吸込弁１８ｂ及び吐出弁１９ａが閉状態となるので、移送すべき液体は、吸込口１６からポンプ室５ａに導入され、ポンプ室５ｂから吐出口１７を介して吐出される。

次に、図２を参照して、吸込弁１８ｂについて、より詳細に説明する。図２は、吸込弁１８ｂの断面図である。尚、図２においては、吸込弁１８ｂを例示しているが、吸込弁１８ａも吸込弁１８ｂと同様に構成されている。

図２に示す通り、吸込弁１８ｂは、ポンプヘッド１に螺合され、ポンプヘッド１からポンプ室５ｂに突出する弁座２１及び弁体２２を備える。弁座２１は、一例として、円筒状に形成されている。また、弁座２１の一端の外周部分には螺合部（雄ねじ）２１１が形成され、この螺合部２１１によってポンプヘッド１の雌ねじに螺合されている。

弁体２２は、フッ素樹脂等の可撓性の材質から構成され、一例として、弁座２１と軸の位置が一致する略円柱状に形成されている。弁体２２の一端の外周部分には螺合部（雄ねじ）２２１が形成され、弁体２２の一端は、この螺合部２２１によってポンプヘッド１の雌ねじに螺合されている。また、弁体２２の他端は、ポンプヘッド１から遠い部分程半径が大きい略円錐状（ホーン形状）に形成された弁部２２２を有している。換言すれば、弁部２２２は、移送流体が移動する方向に沿って半径が大きくなる略円錐状の形状を有する。即ち、図２に示す通り、弁部２２２は、円柱状に形成された弁体２２の本体２２Ａ（固定部）と結合しており、その円錐形状部は、本体２２Ａから徐々に弁座２１の内壁に向かって広がる様に延び、その先端が内壁と押圧接触する様に形成されている。更に、弁体２２には、ポンプヘッド１の吸込口１６と、弁座２１及び弁体２２の間の空間２３とに連通する吸込流路２２３が形成されている。

ポンプ室５ｂが膨張工程にある場合、吸込口１６から導入された流体１６は、吸込流路２２３を介して、空間２３に導入され、弁部２２２が流体によって押圧される。ここで、弁体２２は可撓性の材質から構成されている。また、弁部２２２は、円柱状に形成された弁体２２の本体と結合しており、本体２２Ａから徐々に弁座２１の内壁に向かって広がる様に延び、その先端が内壁と押圧接触する様に形成されている。従って、弁部２２２が空間２３内の流体によって押圧されると、弁部２２２が流体と共に押し流されて変形し、弁部２２２の先端部分２２４と弁座２１の内壁部分とが離間する。これにより、空間２３がポンプ室５ｂに連通し、流体がポンプ室５ｂに導入される。

一方、ポンプ室５ｂが収縮工程にある場合、ポンプ室５ｂ内の流体によって、弁部２２２が押圧される。ここで、弁体２２は可撓性の材質から構成されている。また、弁部２２２は、円柱状に形成された弁体２２の本体と結合しており、本体２２Ａから徐々に弁座２１の内壁に向かって広がる様に延び、その先端が内壁と押圧接触する様に形成されている。従って、弁部２２２がポンプ室５ｂ内の流体によって押圧されると、弁部２２２が弁座２１の内壁部分に向かって押し広げられ、弁部２２２の先端部分と弁座２１の内壁部分とが接触する。これにより、空間２３とポンプ室５ｂとが仕切られ、流体がポンプ室５ｂから空間２３に導入されることを防止する。

次に、図３を参照して、吐出弁１９ｂについて、より詳細に説明する。図３は、吐出弁１９ｂの断面図である。尚、図３においては、吐出弁１９ｂを例示しているが、吐出弁１９ａも吐出弁１９ｂと同様に構成されている。

図３に示す通り、吐出弁１９ｂは、ポンプヘッド１に螺合され、ポンプヘッド１からポンプ室５ｂに突出する弁座３１及び弁体固定部材３２、並びに、この弁体固定部材３２に結合する弁体３３を備える。弁座３１は、一例として、円筒状に形成されている。また、弁座３１の一端の外周部分には螺合部（雄ねじ）３１１が形成され、この螺合部３１１によってポンプヘッド１の雌ねじに螺合されている。

弁体固定部材３２は、一例として、弁座３１と軸の位置が一致する略円柱状に形成されている。弁体固定部材３２の一端の外周部分には螺合部（雄ねじ）３２１が形成され、弁体固定部材３２はこの螺合部３２１によってポンプヘッド１の雌ねじに螺合されている。また、弁体固定部材３２の他端の外周部分には螺合部（雄ねじ）３２２が形成され、弁体固定部材３２はこの螺合部３２２によって弁体３３に螺合されている。更に、弁体固定部材３２には、ポンプヘッド１の吐出口１７と、弁座３１及び弁体固定部材３２の間の空間３４とに連通する吐出流路３２３が形成されている。

弁体３３は、フッ素樹脂等の可撓性の材質から構成されている。また、弁体３３は、一例として、弁座３１と軸の位置が一致する環状に形成され、内周部分に、弁体固定部材３２の螺合部３２２と螺合する螺合部（雌ねじ）３３２（固定部）が形成された環状部３３５を備えている。即ち、弁体３３は、この螺合部３３２によって弁体固定部材３２に螺合されている。また、弁体３３は、この環状部３３５と一体に形成され、ポンプヘッド１に近づく程半径が大きい略円錐状（ホーン形状）に形成された弁部３３１を構成している。換言すれば、弁部３３１は、移送流体が移動する方向に沿って半径が大きくなる略円錐状の形状を有する。即ち、図３に示す通り、弁部３３１は、弁体固定部材３２２から徐々に弁座３１の内壁に向かって広がる様に延び、その先端が内壁と押圧接触する様に形成されている。

ポンプ室５ｂが膨張工程にある場合、ポンプ室５ｂ内は減圧状態となり、弁体３３がポンプ室５ｂ内に引っ張られる。ここで、弁体３３は可撓性の材質から構成されている。また、弁部３３１は、円柱状に形成された弁体固定部材３２と結合しており、弁体固定部材３２２から徐々に弁座３１の内壁に向かって広がる様に延び、その先端が内壁と押圧接触する様に形成されている。従って、弁体３３がポンプ室５ｂ内に引っ張られると、弁部３３１が弁座３１の内壁部分に向かって押し広げられ、弁部３３１の先端部分３３３と弁座３１の内壁部分とが接触する。これにより、空間３４とポンプ室５ｂとが仕切られ、流体が空間３４からポンプ室５ｂに導入されることを防止する。

一方、ポンプ室５ｂが収縮工程にある場合、弁部３３１は、ポンプ室５ｂ内の流体によって押圧される。ここで、弁体３３は可撓性の材質から構成されている。また、弁部３３１は、弁体固定部材３２と結合しており、弁体固定部材３２２から徐々に弁座３１の内壁に向かって広がる様に延び、その先端が内壁と押圧接触する様に形成されている。従って、弁部３３１がポンプ室５ｂ内の流体によって押圧されると、弁部３３１の先端部分３３３が流体と共に押し流され、弁部３３１の先端部分３３３と弁座３１の内壁部分とが離間する。これにより、空間３４がポンプ室５ｂに連通し、流体がポンプ室５ｂから吐出口１７に排出される。

即ち、本実施の形態に係る容積ポンプにおいては、弁部が可撓性の材質から構成されており、弁座と弁部の固定部分との位置関係が固定されており、更に弁部の可動部分が、弁体から弁座に延びる方向及び流体が移動する方向の間の所定の方向に延びている。従って、弁座と弁体を押圧接触させることによって流路を塞ぐことが可能であり、弁座と弁体との摺動を防止することが可能である。従って、ポンプ室内に摺動部分を有しないベローズポンプやダイアフラムポンプ等の容積ポンプに本実施の形態に係る吸込弁及び吐出弁を利用することにより、摺動部分から発生するパーティクルが流体に混ざることを防止することが可能である。

また、本実施の形態に係る吐出弁１９ｂにおいては、図３に示す通り、弁体固定部材３２が円柱状に形成され、その端部の外周部分に螺合部３２２が形成されている。また、本実施の形態において、弁体３３は、弁座３１と軸の位置が一致する環状に形成され、内周部分に、弁体固定部材３２の螺合部３２２と螺合する螺合部（雌ねじ）３３２が形成された環状部３３５を備えている。また、弁部３３１は、この環状部３３５と一体に形成され、この環状部３３５から上記所定の方向に延びている。従って、例えば弁体固定部３２をある程度以上剛性の高い材料から構成することにより、流路に発生した渦等に起因して弁体固定部３２の軸が曲がることを防止し、弁体３３と弁座３１とが摺動する可能性を低減することが可能である。この場合、弁体固定部３２に使用される材料の剛性は、少なくとも弁体３３に使用される材料の剛性より大きい。

［その他の構成例］
図３に示した例においては、弁体固定部材３２の螺合部３２２を雄ねじとし、弁体３３の螺合部３３２を雌ねじとした。しかしながら、例えば、図４に示す通り、弁体固定部材３２´の螺合部３２２´を雄ねじとし、弁体３３´の螺合部３３２´（固定部）を雌ねじとしても良い。尚、図４に示した吐出弁１９ｂ´は、その他の点においては、図３に示した吐出弁１９ｂと同様に構成されている。

また、弁座と弁体との摺動を防止すると言う意味では、吸込弁及び吐出弁を、それぞれ図５及び図６に示す通りに構成することも考えられる。図５は、他の構成例に係る吸込弁１８ｂ´´の断面図である。図６は、他の構成例に係る吐出弁１９ｂ´´の断面図である。尚、図５及び図６に示す例においても、吸込弁及び吐出弁以外の構成は、図１を参照して説明した構成と同様に構成されている。

図５に示す通り、他の構成例に係る吸込弁１８ｂ´´は、ポンプヘッド１を弁座として機能する弁体４２と、可撓性の材料からなり、弁体４２の一部をポンプヘッド１に対して移動可能に保持する弁体保持部材４１とを備える。弁体保持部材４１は、略円筒状に形成されており、一端の外周部分にポンプヘッド１との連結部（雄ねじ）４１１を、他端の内周部分に弁体４２との連結部（雌ねじ）４１３を、これら連結部の間の部分に蛇腹部４１２を備えている。

また、図５に示す通り、弁体４２は、弁体保持部材４１の連結部４１３からポンプヘッド１に向かって延びる略円柱状に構成されている。また、弁体４２は、一端の外周部分に弁体保持部材４１との連結部（雄ねじ）４２１を、他端にポンプヘッド１との当接部分４２３を有している。図５に示す通り、弁体４２の半径は、ポンプヘッド１との当接部分４２３において、流路に逆行する方向に向かって徐々に減少する。また、弁体４２には、弁体保持部材４１と弁体４２との間の空間４３とポンプ室５ｂとに連通する流路４２２が形成されている。

図６に示す通り、他の構成例に係る吐出弁１９ｂ´´は、ポンプヘッド１に螺合され、ポンプヘッド１からポンプ室５ｂに突出する弁座５１と、ポンプヘッド１及び弁座５１とによって係止され、弁座５１及びポンプヘッド１によって仕切られる空間５３に突出する弁体５２とを備える。弁座５１は、略有底円筒状に形成されている。また、弁座５１の一端の外周部分には螺合部（雄ねじ）５１１が形成され、この螺合部５１１によってポンプヘッド１の雌ねじに螺合されている。更に、弁座５１の底部には、弁座５１及びポンプヘッド１によって仕切られる空間５３と、ポンプ室５ｂとに連通する流路５１２が形成されている。更に、弁座５１には、弁体５２との当接部分５１３が設けられている。この当接部分５１３は、流路５１２と弁座５１の底部との境界部分に位置する。

図６に示す通り、弁体５２は、可撓性の材質から構成され、弁座５１と軸の位置が一致する略有底円筒状に形成されている。また、弁体５２は、一端にポンプヘッド１及び弁座５１によって係止される被係止部５２１を、他端に位置する底部５２３に弁座５１と当接する当接部５２５を有している。また、弁体５２は、被係止部５２１及び当接部５２５の間の部分に、蛇腹部５２２を有している。弁体５２の底部５２３には、弁体５２内の空間５４と、弁座５１及びポンプヘッド１によって仕切られる空間５３とに連通する流路５２４が形成されている。また、底部５２３の半径は、弁座５１との当接部５２５において、流路に逆行する方向に向かって徐々に減少する。

また、本発明は、ポンプ室内に摺動部分を有しない容積ポンプであれば、ベローズポンプ以外のポンプに適用することも可能である。このような容積ポンプとしては、例えば、ダイアフラムポンプが挙げられる。

１…ポンプヘッド、２ａ，２ｂ…シリンダ、３ａ，３ｂ…ベローズ、５ａ，５ｂ…ポンプ室、６ａ，６ｂ…作動室、１１ａ，１１ｂ…連結シャフト、１６…吸込口、１７…吐出口、１８ａ，１８ｂ…吸込弁、１９ａ，１９ｂ…吐出弁、２１，３１…弁座、２２，３３…弁体、２２２，３３１…弁部。

Claims

ベローズを伸縮させることによって移送流体を移送する容積ポンプであって、
前記移送流体の吸込口及び吐出口が設けられたポンプヘッドと、
前記ポンプヘッドに伸縮可能に固定され、内部にポンプ室を形成する有底円筒状の前記ベローズと、
前記ポンプヘッドに設けられて前記吸込口から前記ポンプ室に前記移送流体を導く吸込バルブと、
前記ポンプヘッドに設けられて前記ポンプ室から前記吐出口に前記移送流体を吐出する吐出バルブと
を備え、
前記吸込バルブは、
前記ポンプヘッドから前記ポンプ室に向かって突出する円筒状の弁座と、
可撓性の材質からなり、前記ポンプヘッドから前記ポンプ室に向かって突出し、前記ポンプヘッドから遠い部分程半径が大きい略円錐状の弁部、及び、前記弁部と結合し、前記弁座との位置関係が固定された固定部を有する弁体と
を有し、
前記吐出バルブは、
前記ポンプヘッドから前記ポンプ室に向かって突出する円筒状の弁座と、
前記ポンプヘッドから前記ポンプ室に向かって突出する略円柱状の弁体固定部材と、
可撓性の材質からなり、前記弁体固定部材に結合し、前記ポンプヘッドに近付く程半径が大きい略円錐状の弁部を有する弁体と
を有する
ことを特徴とする容積ポンプ。
前記吐出バルブの弁体固定部材は、
前記弁座と軸の位置が一致する略円柱状に形成され、
前記ポンプ室に突出する端部の外周部分に前記弁体と固定される部分を備える
ことを特徴とする請求項１記載の容積ポンプ。
前記吐出バルブの弁体は、前記弁座と軸の位置が一致する環状に形成され、内周部分に前記弁体固定部材と固定される部分を備える環状部を更に備え、
前記弁部は、前記環状部と一体に形成される
ことを特徴とする請求項２記載の容積ポンプ。
前記吐出バルブの弁体は、前記弁体固定部材に向かって突出する突出部を有し、
前記突出部の外周部分に前記弁体固定部材と固定される部分が形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の容積ポンプ。