JP6152317B2 - ベローズポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ベローズポンプに関する。

半導体または液晶の製造設備などにおいては、超純水または薬液などの流体を流すためにベローズポンプが用いられている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。この種のベローズポンプは、一般的に、ポンプケースと、ベローズと、可動体と、駆動装置と、吸入側逆止弁と、吐出側逆止弁とを備えている。

前記ポンプケースは、流体を吸入するための吸入流路、および流体を吐出するための吐出流路を有している。前記ベローズは、前記ポンプケース内に設けられて、流体を前記吸入流路から吸入しかつ前記吐出流路へ吐出するために伸縮可能に構成されている。前記可動体は、前記ベローズに連結されて、前記ベローズを伸縮させるべく可動し得るように構成されている。

前記駆動装置は、前記可動体を可動させるためのものである。前記吸入側逆止弁は、前記吸入流路から前記ベローズ内に向かう流体の流れのみを許容するものである。前記吐出側逆止弁は、前記ベローズ内から前記吐出流路に向かう流体の流れのみを許容するものである。

このようなベローズポンプにおいては、吸入行程から吐出行程に切り替わるとき、すなわち前記ベローズが伸長状態から収縮状態に切り替わるとき、前記ベローズの内部圧力が負圧から正圧に変化し、その過程で前記ベローズの内部圧力が瞬間的に急激に上昇する。これにより、前記吸入側逆止弁が開放状態から閉塞状態になって流体の吸入を急速に遮断するが、前記吸入流路から前記ベローズ内に向かう流体の流れは慣性により即座には止まらない。

したがって、前記吸入流路の流体が、閉塞状態の前記吸入側逆止弁（弁座に当接した弁体）に強く衝突することとなる。この現象が、いわゆる「ウォータハンマ（水撃）現象」である。そして、このウォータハンマ現象によって、前記ベローズポンプが大きく振動する。

その結果、前記ベローズポンプの大きな振動が、当該ベローズポンプからこれに接続された配管および機器などへ伝播され、この伝播された振動によって、前記ベローズポンプを用いて流体を正常に流すことができなくなるような不具合（破損など）が、前記配管および機器などに発生するおそれがあった。

そこで、このような不具合の発生を抑制するために、たとえば、ウォータハンマ現象の発生の原因となる流体と吸入側逆止弁との衝突を緩和すべく、前記ベローズ内への流体の吸入速度を遅く設定しておくこと、および、ウォータハンマ現象に起因する振動を吸収し得るアキュムレータなどを流体の流路に別途設けることが提案されている。

しかしながら、前者の抑制手段を採用した場合、流体の吸入速度が常に遅くなるため、ベローズポンプの吐出速度が減少することとなり、ポンプ性能が大きく低下するという問題があった。また、後者の抑制手段を採用した場合、前記アキュムレータなどの設置スペースを新たに確保しなければならないので、ベローズポンプを設置するために必要な設置スペースが拡大するという問題があった。

特開２００１−１２３９５９号公報 特開２００２−１７４１８０号公報

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ポンプ性能を大きく低下させず、また、設置スペースも拡大させることなく、吸入行程から吐出行程への切り替わりの際に発生する振動を低減できるペローズポンプの提供を目的とする。

請求項１に係る発明は、流体を吸入するための吸入流路、流体を吐出するための吐出流路を有するポンプケースと、前記ポンプケース内に設けられて、流体を前記吸入流路から吸入しかつ前記吐出流路へ吐出するために伸縮可能に構成されたベローズと、前記ベローズに連結されて、前記ベローズを伸縮させるべく可動し得るように構成された可動体と、前記可動体を可動させるための駆動装置と、前記吸入流路から前記ベローズ内に向かう流体の流れのみを許容する吸入側逆止弁と、前記ベローズ内から前記吐出流路に向かう流体の流れのみを許容する吐出側逆止弁とを備えるベローズポンプであって、前記ポンプケースは、前記可動体と対向する対向面と、前記ポンプケース内で前記対向面と前記可動体との間に位置し、前記ベローズの伸縮により容積が可変する可変容積室と、前記対向面に設けられた開口部を含み、前記可変容積室と前記ポンプケースの外部とを連通させる少なくとも一つの通気孔とを有し、前記可動体は、前記少なくとも一つの通気孔の開口部と対向するように設けられ、前記ベローズが最大に伸長する直前に、前記少なくとも一つの通気孔の開口部を閉塞し得るとともに、その閉塞後には前記ベローズの伸長を許容するように変形し得る少なくとも一つのシール材を有しており、前記少なくとも一つの通気孔は、複数の通気孔であり、それぞれの開口部を前記少なくとも一つのシール材によって異なるタイミングで閉塞されるものである。

請求項１に係る発明によれば、前記ベローズによるポンプ動作を実行できるうえ、前記ベローズポンプの吸入行程において、前記ベローズが最大に伸長する直前に、前記ベローズの伸長にともなって前記少なくとも一つのシール材により前記少なくとも一つの通気孔の開口部を閉塞し、この閉塞状態の前記少なくとも一つのシール材を変形させつつ前記ベローズを最大伸長状態に至るように伸長させることが可能となる。これにより、前記可変容積室の空気が前記少なくとも一つの通気孔から排出されることを妨げて、前記可変容積室の内部圧力を上昇させることが可能となる。

そのため、前記ベローズが最大に伸長する直前に前記ベローズの伸長速度を低下させて、前記吸入流路から前記ベローズ内への流体の吸入速度を低下させることができる。したがって、吸入行程から吐出行程に切り替わったとき、すなわち前記ベローズが伸長状態から収縮状態に切り替わったとき、閉塞状態になった前記吸入側逆止弁に、前記吸入流路からの流体が比較的穏やかに衝突することとなる。よって、ウォータハンマ現象を従来に比べて緩和することができ、これに起因する前記ベローズポンプの振動を低減できる。

しかも、ウォータハンマ現象の発生の原因となる流体と前記吸入側逆止弁との衝突を緩和すべく、従来のように流体の吸入速度を単に遅く設定しておくわけではないので、ポンプ性能を大きく低下させずに済む。また、ウォータハンマ現象に起因する振動を低減するために、前記ポンプケースの外部にアキュムレータなどの部材を新たに設置する必要がないので、前記ベローズポンプの設置スペースが拡大することがない。

このように、本発明によれば、ポンプ性能を大きく低下させず、また、設置スペースも拡大させることなく、吸入行程から吐出行程への切り替わりの際にウォータハンマ現象に起因して発生する振動を低減できる。その結果、前記ベローズポンプから当該ベローズポンプに接続された配管および機器などへ伝播される振動も低減でき、この振動に起因する不具合の発生を極力回避できる。

さらに、前記ベローズが伸長する際に、前記可変容積室の内部圧力を段階的に上昇させることが可能となる。したがって、前記ベローズ内への流体の吸入速度を急激ではなく段階的に低下させて、ウォータハンマ現象に起因する振動を低減できる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のベローズポンプにおいて、前記ポンプケースに、前記少なくとも一つの通気孔よりも孔断面積が小さく、前記可変容積室と前記ポンプケースの外部とを連通させた状態に維持される別の通気孔が備えられているものである。

請求項２に係る発明によれば、前記少なくとも一つのシール材によって前記少なくとも一つの通気孔の開口部が閉塞された後も、前記可変容積室の内部圧力の上昇を必要以上に妨げることなく、前記可変容積室の空気を前記別の通気孔から排出することが可能となる。したがって、前記可変容積室の残圧に影響されることなく前記ベローズを確実に最大まで伸長させることが可能となり、吸入行程において前記ベローズによる流体の吸入量が低下するというおそれを解消できる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のベローズポンプにおいて、前記複数の通気孔が、互いに異なる孔断面積を有し、それぞれの開口部を前記少なくとも一つのシール材によって孔断面積が大きい方から順に閉塞されるものである。

請求項３に係る発明によれば、前記ベローズの伸長量が増加するに従って前記可変容積室の内部圧力を徐々に上昇させて、前記可変容積室の内部圧力の上昇を円滑に行うことが可能となる。したがって、前記ベローズ内への流体の吸入速度を急激ではなく円滑に低下させて、ウォータハンマ現象に起因する振動を低減できる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のベローズポンプにおいて、前記複数の通気孔が、前記対向面の中心から外周側に向かって所定間隔ごとに配置されているものである。

請求項４に係る発明によれば、前記複数の通気孔が備えられた場合であっても、前記ポンプケースを大型化させずかつ前記ポンプケースの強度を大きく低下させずに済む。

本発明によれば、ポンプ性能を大きく低下させず、また、設置スペースも拡大させるこ
となく、吸入行程から吐出行程への切り替わりの際に発生する振動を低減できるペローズポンプを提供できる。

本発明の第１実施形態に係るベローズポンプの断面図である。 本発明の第１実施形態における第１ポンプ部の断面図である。 （ａ）本発明の第１実施形態における少なくとも一つのシール材の断面図である。（ｂ）他の例の少なくとも一つのシール材の断面図である。 （ａ）本発明の第１実施形態において第１シール材が第１通気孔の開口部を閉塞した状態を示す図。（ｂ）本発明の第１実施形態において第１シール材および第２シール材がそれぞれ第１通気孔および第２通気孔の開口部を閉塞した状態を示す図。（ｃ）本発明の第１実施形態において第１シール材、第２シール材および第３シール材がそれぞれ第１通気孔、第２通気孔および第３通気孔の開口部を閉塞した状態を示す図。 本発明の第２実施形態に係るベローズポンプの断面図である。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１に、第１実施形態に係るベローズポンプ１の断面図を示す。図２に、前記ベローズポンプ１における第１ポンプ部２Ａの断面図を示す。なお、図１において、矢印Ｘ１は前記ベローズポンプ１の左右方向左側を指し、矢印Ｘ２は前記ベローズポンプ１の左右方向右側を指している。

前記ベローズポンプ１は、その左右方向に並設された前記第１ポンプ部２Ａおよび第２ポンプ部２Ｂを有する複胴型ベローズポンプ（往復動ポンプ）である。前記第１ポンプ部２Ａおよび前記第２ポンプ部２Ｂは、実質的に左右対称構造となっているので、以下では主として前記第１ポンプ部２Ａについて説明し、適宜第２ポンプ部２Ｂについて説明する。

図１、図２に示すように、前記ベローズポンプ１において、前記第１ポンプ部２Ａは、ポンプケース３と、ベローズ４と、可動体５と、駆動装置６と、吸入側逆止弁７と、吐出側逆止弁８とを備えている。

前記ポンプケース３は、流体を吸入するための吸入流路１１と、流体を吐出するための吐出流路１２とを有している。本実施形態において、前記ポンプケース３は、中空の略円柱状の容器であり、軸心方向が左右方向となるように配置されている。詳しくは、前記ポンプケース３は、ポンプボディ１３と、中間カバー１４と、端部カバー１５とを備えている。

前記ポンプボディ１３は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂から構成されており、円柱状に形成されている。前記ポンプボディ１３は、前記第２ポンプ部２Ｂにおけるポンプボディ１３を兼ねるものであり、軸心方向が左右方向となるように配置されている。そして、前記ポンプボディ１３の内部に、前記吸入流路１１および前記吐出流路１２が備えられている。

前記吸入流路１１は、一端部が前記ポンプボディ１３の外周面に開口しかつ他端部が前記ポンプボディ１３の右端面に開口するように設けられ、前記一端部側で流体の貯留タンクなどと接続されている。前記吐出流路１２は、一端部が前記ポンプボディ１３の外周面に開口しかつ他端部が前記ポンプボディ１３の右端面に開口するように設けられ、前記一端部側で流体の移送先である所望の機器に接続されている。

前記中間カバー１４は、前記ポンプボディ１３と略同一の外径を有する円筒状に形成されている。前記中間カバー１４は、軸心方向が左右方向となるように配置されて、前記ポンプボディ１３の右方でこれと同軸心上に並設されている。そして、前記中間カバー１４は、左端部が前記ポンプボディ１３の右端面により左方から閉塞されるように、前記ポンプボディ１３に連結されている。

前記端部カバー１５は、前記中間カバー１４と略同一の外径を有する有底円筒状に形成されている。前記端部カバー１５は、軸心方向が左右方向となるように配置されて、前記中間カバー１４の右方でこれと同軸心上に並設されている。そして、前記端部カバー１５は、開放側の左端面が前記中間カバー１４の右端部を右方から閉塞するように、前記中間カバー１４に連結されている。

このように連結された前記ポンプボディ１３、前記中間カバー１４および前記端部カバー１５により前記ポンプケース３が構成されて、その内部に前記ベローズ４を収容するための収容空間が形成されている。前記収容空間は、前記ポンプボディ１３、前記中間カバー１４および前記端部カバー１５に適宜設けられたシール材によって、高い気密性を確保されている。

また、前記端部カバー１５には、給排気孔２０が設けられている。前記給排気孔２０は
、前記収容空間と前記ポンプケース３の外部とを連通させるべく前記端部カバー１５を貫通するように設けられている。前記給排気孔２０は、前記端部カバー１５の外面側で配管１９などに接続されて、前記ポンプケース３の外部に配置された前記駆動装置６と接続されている。

前記端部カバー１５には、近接センサ２１を含む検知装置２２が設けられている。本実施形態において、前記検知装置２２は、後述のように前記ベローズ４の伸縮に応じて当該ベローズ４の他端部（右端部）と一体的に移動する前記可動体５の接近を前記近接センサ２１が検出することで、前記ベローズ４の伸縮状態を検知し得るように構成されている。

前記ベローズ４は、前記ポンプケース３内に設けられて、流体を前記吸入流路１１から吸入しかつ前記吐出流路１２へ吐出するために伸縮可能に構成されている。本実施形態において、前記ベローズ４は、前記吸入流路１１および前記吐出流路１２と連通するように一端部（左端部）が前記ポンプケース３に連結されて、前記ポンプケース３に対して伸縮可能に構成されている。

前記ベローズ４と前記ポンプケース３との間には、気密状の空気室２３が形成されている。そして、前記ベローズ４は、一端部（左端部）が前記ポンプボディ１３に対して固定された状態で、他端部（右端部）が前記空気室２３を左右方向に移動するように伸縮可能となっている。つまり、前記ベローズ４の伸縮方向が左右方向とされている。

前記ベローズ４は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂から構成されており、伸縮方向の一端部である左端部が開放されかつ他端部である右端部が内部にポンプ室を形成し得るように閉塞された蛇腹状に形成されている。詳しくは、前記ベローズ４は、ベローズ本体２４と、固定フランジ２５と、可動フランジ２６とを備えている。

前記ベローズ本体２４は、実質的に有底筒状に形成されており、左右方向に交互に設けられた山部および谷部を外周部に備えている。前記ベローズ本体２４はその内部に所定体積の流体を吸入し得るとともに、前記吸入側逆止弁７の少なくとも一部および前記吐出側逆止弁８の少なくとも一部を収容し得るように構成されている。

前記固定フランジ２５は、前記ベローズ本体２４の山部のうち隣り合う山部（左端の山部）との間に固定側係合溝が形成されるように、前記ベローズ本体２４の左端部から径方向外側に突設されている。前記可動フランジ２６は、前記ベローズ本体２４の山部のうち隣り合う山部（右端の山部）との間に可動側係合溝が形成されるように、前記ベローズ本体２４の右端部から径方向外側に突設されている。

そして、前記ベローズ本体２４の左端部および前記固定フランジ２５が、前記流入流路１１の開口および前記吐出流路１２の開口を囲むように前記ポンプボディ１３の右端面に取り付けられている。この状態で、前記ポンプケース３の内周面に固定された環状の係合板２８が前記固定側係合溝に係合されて、前記ベローズ４の伸縮方向の一端部（左端部）が、前記ポンプケース３に対して固定されている。

前記可動体５は、前記ベローズ４に連結されて、前記ベローズ４を伸縮させるべく可動し得るように構成されている。本実施形態において、前記可動体５は、前記ベローズ４の右方に前記空気室２３が区画され得るように、前記ベローズ４に連結された状態で前記ポンプケース３内に設けられている。

前記可動体５は、所定の肉厚（左右幅）および前記ベローズ４の可動フランジ２６よりも大きな外径を有する円板状部材から構成されている。前記可動体５は、軸心方向が左右方向となるように配置されて、前記ベローズ４の右方でこれと同軸心上に並設されている。そして、前記可動体５は、前記ベローズ４の右端部を嵌合溝３４に嵌めて右方から覆うように設けられている。

前記可動体５の左方には、前記ベローズ４を囲む環状の連結板３６が設けられている。前記連結板３６は、前記ベローズ４の右端部が前記嵌合溝３４に嵌められた状態で、前記可動側係合溝に係合されるとともに、ボルトなどで前記可動体５に固定されている。これにより、前記可動体５が、前記ベローズ４の右端部と一体的に移動し得るように、前記ベローズ４に連結されている。

前記ベローズ４の周囲には、複数の連結棒３７が備えられている。前記複数の連結棒３７は、軸心方向が左右方向となるように配置されて、前記ベローズ４の周方向に所定間隔ごとに設けられている。前記複数の連結棒３７は、一方の端部で前記可動体５に固定されるとともに、前記ポンプボディ１３を貫通して前記第２ポンプ部２Ｂにおける収容空間まで延設されている。

ここで、前記複数の連結棒３７は、前記第２ポンプ部２Ｂにおける複数の連結棒３７を兼ねるものであり、前記第１ポンプ部２Ａにおける前記可動体５と前記第２ポンプ部２Ｂにおける可動体５との間にわたって延設されている。そして、前記複数の連結棒３７は、左右方向に移動可能なように前記ポンプボディ１３にシール軸受け３９を介して支持されている。

前記駆動装置６は、前記可動体５を可動させるためのものであり、前記可動体５を用いて前記ベローズ４を伸縮させ得るように構成されている。本実施形態において、前記駆動装置６は、前記第２ポンプ部２Ｂにおける駆動装置６を兼ねるものであり、前記第１ポンプ部２Ａおよび前記第２ポンプ部２Ｂにおける前記可動体５を用いて、前記第１ポンプ部２Ａにおける前記ベローズ４と前記第２ポンプ部２Ｂにおけるベローズ４とを背反的に伸縮させ得るようになっている。

詳しくは、前記駆動装置６は、コンプレッサ４１、切替弁４２およびコントローラ４３を含む空気供給装置から構成されている。前記コンプレッサ４１は、前記第１ポンプ部２Ａにおける前記給排気孔２０および前記第２ポンプ部２Ｂにおける給排気孔２０に、前記切替弁４２を介して接続されている。前記コントローラ４３は、前記切替弁４２を制御するためのものである。

そして、前記駆動装置６は、前記コンプレッサ４１により生成された所定圧力の空気（加圧空気）を、前記コントローラ４３を用いて前記切替弁４２を制御することで、二つの前記給排気孔２０を介して前記第１ポンプ部２Ａにおける前記空気室２３と、前記第２ポンプ部２Ｂにおける空気室２３とに対して交互に供給し得るように構成されている。

前記吸入側逆止弁７は、前記吸入流路１１から前記ベローズ４内に向かう流体の流れのみを許容するように構成されている。本実施形態において、前記吸入側逆止弁７は、前記吸入流路１１と前記ベローズ４内とを連通させた状態で前記ポンプボディ１３の右端面に固定された弁ケース４４と、前記弁ケース４４内に収容された弁体４５およびコイルばね４６とを備えている。

そして、前記吸入側逆止弁７は、前記ベローズ４が伸張する際に前記弁体４５を弁座から離間させて開放状態となり、前記吸入流路１１から前記ベローズ４内への流体の吸引を許容し、かつ、前記ベローズ４が収縮する際に前記弁体４５を弁座に当接させて閉塞状態となり、前記ベローズ４内から前記吸入流路１１への流体の逆流を阻止し得るように構成されている。

前記吐出側逆止弁８は、前記ベローズ４内から前記吐出流路１２に向かう流体の流れのみを許容するように構成されている。本実施形態において、前記吐出側逆止弁８は、前記ベローズ４内と前記吐出流路１２とを連通させた状態で前記ポンプボディ１３の右端面に固定された弁ケース４７と、前記弁ケース４７内に収容された弁体４８およびコイルばね４９とを備えている。

そして、前記吐出側逆止弁８は、前記ベローズ４が収縮する際に前記弁体４８を弁座から離間させて開放状態となり、前記ベローズ４内から前記吐出流路１２への流体の吐出を許容し、かつ、前記ベローズ４が伸長する際に前記弁体４８を弁座に当接させて閉塞状態となり、前記ベローズ４内から前記吐出流路１２への流体の逆流を阻止し得るように構成されている。

ここで、前記ポンプケース３および前記可動体５についてより詳細に説明する。

図３（ａ）に、前記第１ポンプ部２Ａにおける少なくとも一つのシール材７１・７２・７３の断面図を示す。図３（ｂ）に、他の例の少なくとも一つのシール材８１・８２・８３の断面図を示す。

図２、図３（ａ）に示すように、前記ポンプケース３は、対向面５１と、可変容積室５２と、少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３とを有している。本実施形態においては、前記ポンプケース３は、別の通気孔６４をさらに有している。

前記対向面５１は、前記ポンプケース３の内面のうち、前記可動体５と対向する面である。本実施形態において、前記対向面５１は、前記端部カバー１５の閉塞側の右端部をなす端壁部５３の平面状の内側面とされている。

前記可変容積室５２は、前記ポンプケース３内で前記対向面５１と前記可動体５との間に位置し、前記ベローズ４の伸縮により容積が可変するようになっている。本実施形態において、前記可変容積室５２は、前記空気室２３から構成されている。

前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３は、それぞれ、前記対向面５１に設けられた開口部６６・６７・６８を含み、前記可変容積室５２と前記ポンプケース３の外部とを連通させるものである。

前記別の通気孔６４は、前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３よりも孔断面積（空気を流通させ得る量）が小さく、前記可変容積室５２と前記ポンプケース３の外部とを連通させた状態に維持されるものである。

本実施形態において、前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３および前記別の通気孔６４は、前記給排気孔２０を構成するものである。前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３としては、第１通気孔６１、第２通気孔６２および第３通気孔６３が設けられ、前記別の通気孔６４としては、第４通気孔６４が設けられている。

前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３および前記別の通気孔６４は、それぞれ同一径の円孔からなり、前記端壁部５３に左右方向に直線状に延びるように設けられている。前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３の開口部６６・６７・６８および前記別の通気孔６４の開口部６９は、それぞれ隣り合う開口部に対して所定間隔を隔てて位置するように前記対向面５１に配置されている。

前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３（開口部６６・６７・６８）および前記別の通気孔６４（開口部６９）は、本実施形態においては、前記端部カバー１５の周方向に関してほぼ同一位置に位置するように配置されるとともに、前記端部カバー１５の径方向に関して前記対向面５１の中心（前記端部カバー１５の軸心）から外周側に向かって所定間隔ごとに配置されている。

前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３および前記別の通気孔６４は、互いに異なる量の空気を流通させ得るように、互いに異なる孔断面積を有するように形成されている。ここでは、前記第１通気孔６１、前記第２通気孔６２、前記第３通気孔６３、前記第４通気孔６４の順に、孔断面積が小さくなるように設定されている。そして、孔断面積（開口面積）が大きな通気孔ほど、前記対向面５１の中心の近くに配置されている。

また、本実施形態においては、最大の孔断面積を有する前記第１通気孔６１の左右方向中途部に、次に大きな孔断面積を有する前記第２通気孔６２よりも大きな孔断面積を有する直線形状の連通孔６５を介して、前記第２通気孔６２、前記第３通気孔６３および前記第４通気孔６４が連通されている。これにより、前記第２通気孔６２、前記第３通気孔６３および前記第４通気孔６４が、前記第１通気孔６１を介して前記ポンプケース３の外部と連通され得るようになっている。

図２、図３（ａ）に示すように、前記可動体５は、前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３を有している。

前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３は、前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３の開口部６６・６７・６８と対向するように設けられ、前記ベローズ４が最大に伸長する直前に、前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３の開口部６６・６７・６８を閉塞し得るとともに、その閉塞後には前記ベローズ４の伸長を許容するように変形し得るようになっている。

なお、ここでいう前記ベローズ４が最大に伸長する直前とは、前記ベローズ４が最大伸長幅に対して好ましくは８５〜９０パーセントまで伸長した後から最大に伸長するまでの時期をいう。

本実施形態において、前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３としては、第１シール材７１、第２シール材７２および第３シール材７３が設けられている。そして、前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３は、それぞれ対向する前記少なくとも一つ
の通気孔６１・６２・６３の開口部６６・６７・６８を異なるタイミングで閉塞し得るよ
うに構成されている。

すなわち、前記第１シール材７１、前記第２シール材７２および前記第３シール材７３が、それぞれ、前記第１通気孔６１の開口部６６、前記第２通気孔６２の開口部６７および前記第３通気孔６３の開口部６８と左右方向に対向するように配置されて、前記ベローズ４の伸長に応じて順に所定の時間間隔で前記開口部６６・６７・６８を閉塞し得るようになっている。

ここでは、前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３は、それぞれ対向する前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３の開口部６６・６７・６８を閉塞しつつ前記対向面５１に当接し得る平面状の当接面を有し、左右方向に関して前記当接面の位置が互いに異なるように、接着剤またはボルトなどを用いて前記対向面５１に臨む前記可動体５の平面状の固定面７４に固定されている。

前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３は、本実施形態においては、ゴムなどの弾性体から構成され、互いに異なる厚み（左右幅）を有する略直方体形状に形成されている。前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３は、前記ベローズ４の伸長により前記当接面が前記対向面５１に当接した場合に、この当接状態で前記ベローズ４がさらに伸長しようとした場合にその伸長を妨げないように弾性変形により厚みが変化し得るようになっている。

そして、前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３は、前記第３シール材７３、前記第２シール材７２、前記第１シール材７１の順に厚く形成されて、孔断面積が大きい通気孔から順に対応する開口部を閉塞できるようになっている。なお、前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３の硬度は、同一であってもよいし、前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３による閉塞タイミングを考慮して、厚みが厚いものほど柔らかくしてもよい。

なお、本発明におけるシール材は、本実施形態においては図３（ａ）に示すような前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３とされているが、これに限定されるものではなく、例えば、図３（ｂ）に示すような前記少なくとも一つのシール材８１・８２・８３であってもよい。前記少なくとも一つのシール材８１・８２・８３は、少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３の開口部６６・６７・６８を閉塞するように対向面５１に当接し、この当接状態でベローズ４が伸長することによって開放端を拡開するように変形し得る有底無蓋の筒形状の弾性体である。

以上のような構成により、前記ベローズポンプ１の作動時には、前記ベローズポンプ１が図１に示される状態である場合、前記第２ポンプ部２Ｂにおいて、前記空気室２３に前記給排気孔２０を介して前記駆動装置６から加圧空気が供給される。これにより、前記可動体５が右方に移動して、前記ベローズ４が収縮する。この収縮に連動して前記複数の連結棒３７も右方に移動し、前記第１ポンプ部２Ａにおいて、前記ベローズ４が最大伸長状態となるまで伸長する。

この際、前記第２ポンプ部２Ｂにおいては、前記吸入側逆止弁７が閉塞状態となりかつ前記吐出側逆止弁８が開放状態となっており、前記ベローズ４内から前記吐出流路１２に向かって流体が吐出される（吐出行程）。前記第１ポンプ部２Ａにおいては、前記吸入側逆止弁７が開放状態となりかつ前記吐出側逆止弁８が閉弁しており、前記ベローズ４内に前記吸入流路１１から流体が吸入される（吸入行程）。

その後、前記第１ポンプ部２Ａにおいて、前記検知装置２２によって前記ベローズ４が最大伸長状態になったことが検知されると、この検知情報に基づいて前記コントローラ４３により前記切替弁４２が制御され、前記第１ポンプ部２Ａにおいて、前記空気室２３に前記給排気孔２０を介して前記駆動装置６から加圧空気が供給される。これにより、前記可動体５が左方に移動して、前記ベローズ４が収縮を開始する。この収縮に連動して前記複数の連結棒３７が左方に移動し、前記第２ポンプ部２Ｂにおいて、前記ベローズ４が伸長を開始する。

この際、前記第１ポンプ部２Ａにおいては、前記内部圧力が負圧から正圧に変化することによって前記吸入側逆止弁７が閉塞状態となりかつ前記吐出側逆止弁８が開放状態となって、前記ベローズ４内から前記吐出流路１２に向かって流体が吐出される（吐出行程）。前記第２ポンプ部２Ｂにおいては、前記内部圧力が正圧から負圧に変化することによって前記吸入側逆止弁７が開放状態となりかつ前記吐出側逆止弁８が閉弁して、前記ベローズ４内に前記吸入流路１１から流体が吸入される（吸入行程）。

このように、前記ベローズポンプ１においては、前記第１ポンプ部２Ａにおける前記ベローズ４および前記第２ポンプ部２Ｂにおける前記ベローズ４が背反的に伸縮するのにともなって、双方の前記ベローズ４に関する流体の吸入行程と吐出行程とが交互に行われ、流体が移送され得るようになっている。つまり、前記ベローズポンプ１は、前記第１ポンプ部２Ａおよび前記第２ポンプ部２Ｂを用いて、実質的に連続して流体を吐出できるようになっている。

そのうえで、前記ベローズポンプ１の吸入行程においては、前記ベローズ４が最大に伸長する直前に、前記ベローズ４の伸長に応じて、まず、図４（ａ）に示すように、前記第１通気孔６１の開口部６６が前記第１シール材７１によって閉塞される。次に、図４（ｂ）に示すように、前記第２通気孔６２の開口部６７が前記第２シール材７２によって閉塞される。この際、前記第１シール材７１は、前記ベローズ４の伸長を妨げないように弾性変形により厚み方向（左右方向）に圧縮されつつ、前記第１通気孔６１の開口部６６を閉塞した状態を維持する。

つづいて、図４（ｃ）に示すように、前記第３通気孔６３の開口部６８が前記第３シール材７３によって閉塞されこととなる。この際、前記第１シール材７１および前記第２シール材７２は、それぞれ、前記ベローズ４の伸長を妨げないように弾性変形により厚み方向（左右方向）に圧縮されつつ、前記第１通気孔６１の開口部６６および前記第２通気孔６２の開口部６７を閉塞した状態を維持する。そして、前記第３シール材７３も弾性変形により厚み方向（左右方向）に圧縮されながら、前記ベローズ４が最大伸長状態に至ると、前記ベローズ４の伸長が停止する。

このように、前記ベローズポンプ１の吸入行程において、前記ベローズ４が最大に伸長する直前に、前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３により前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３の開口部６６・６７・６８を閉塞し、この閉塞状態の前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３を変形させつつ前記ベローズ４を最大伸長状態に至るように伸長させることが可能となる。これにより、前記可変容積室５２の空気が前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３から排出されることを妨げて、前記可変容積室５２の内部圧力を上昇させることが可能となる。

そのため、前記ベローズ４が最大に伸長する直前に前記ベローズの伸長速度を空気の排気抵抗により低下させて、前記吸入流路１１から前記ベローズ４内への流体の吸入速度を低下させることができる。したがって、吸入行程から吐出行程に切り替わったとき、すなわち前記ベローズ４が伸長状態から収縮状態に切り替わったとき、閉塞状態になった前記吸入側逆止弁７（前記弁体４５）に、前記吸入流路１１の流体が比較的穏やかに衝突することとなる。よって、ウォータハンマ現象を従来に比べて緩和することができ、これに起因する前記ベローズポンプ１の振動を低減できる。

しかも、ウォータハンマ現象の発生の原因となる流体と前記吸入側逆止弁７との衝突を緩和すべく、従来のように流体の吸入速度を単に遅く設定しておくわけではないので、ポンプ性能を大きく低下させずに済む。また、ウォータハンマ現象に起因する振動を低減するために、前記ポンプケース３の外部にアキュムレータなどの部材を新たに設置する必要がないので、前記ベローズポンプ１の設置スペースが拡大することがない。

このように、本実施形態に係る前記ベローズポンプ１によれば、ポンプ性能を大きく低下させず、また、設置スペースも拡大させることなく、吸入行程から吐出行程への切り替わりの際にウォータハンマ現象に起因して発生する振動を低減できる。その結果、前記ベローズポンプ１から当該ベローズポンプ１に接続された配管および機器などへ伝播される振動も低減でき、この振動に起因する不具合の発生を極力回避できる。

また、本実施形態に係る前記ベローズポンプ１においては、前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３に加えて、前記別の通気孔６４が備えられている。したがって、前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３によって前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３の開口部６６・６７・６８が閉塞された後も、前記可変容積室５２の内部圧力の上昇を必要以上に妨げることなく、前記可変容積室５２の空気を前記別の通気孔６４から排出することが可能となる。したがって、前記可変容積室５２の残圧に影響されることなく前記ベローズ４を確実に最大まで伸長させることが可能となり、吸入行程において前記ベローズ４による流体の吸入量が低下するというおそれを解消できる。

また、本実施形態に係る前記ベローズポンプ１においては、前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３は、複数の通気孔（第１通気孔６１、第２通気孔６２および第３通気孔６３）であり、これらの開口部６６・６７・６８は、前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３によって異なるタイミングで閉塞されるようになっている。したがって、前記ベローズ４が伸長する際に、前記可変容積室５２の内部圧力を段階的に上昇させることが可能となる。したがって、前記ベローズ４内への流体の吸入速度を急激ではなく段階的に低下させて、ウォータハンマ現象に起因する振動を低減できる。

また、本実施形態に係る前記ベローズポンプ１においては、前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３は、互いに異なる孔断面積を有し、それぞれの開口部６６・６７・６８を前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３により孔断面積が大きい方から順に閉塞されるように構成されている。したがって、前記ベローズ４の伸長量が増加するに従って前記可変容積室５２の内部圧力を徐々に上昇させて、前記可変容積室５２の内部圧力の上昇を円滑に行うことが可能となる。したがって、前記ベローズ４内への流体の吸入速度を急激ではなく円滑に低下させて、ウォータハンマ現象に起因する振動を低減できる。

また、本実施形態に係る前記ベローズポンプ１においては、前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３は、複数の通気孔（前記第１通気孔６１、前記第２通気孔６２および前記第３通気孔６３）であり、これらが前記対向面の中心から外周側に向かって所定間隔ごとに配置されている。したがって、前記複数の通気孔６１・６２・６３が備えられた場合であっても、前記ポンプケース３を大型化させずかつ前記ポンプケース３の強度を大きく低下させずに済む。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図５に、第２実施形態に係るベローズポンプ１０１の断面図を示す。なお、図５において第１実施形態と同一の符号を付した部材は、同一または実質的に同一の部材であることを示し、適宜、その説明を省略する。

第２実施形態に係る前記ベローズポンプ１０１は、第１実施形態に係る前記ベローズポンプ１が複胴型のベローズポンプであるのに対し、単胴型のベローズポンプである点で、第１実施形態に係る前記ベローズポンプ１と相違している。

図５に示すように、前記ベローズポンプ１０１は、ポンプケース１０３と、ベローズ４と、可動体５と、駆動装置６と、吸入側逆止弁７と、吐出側逆止弁８とを備えるとともに、ポンプ軸１０５と、移動体１０６とを備えている。

前記ポンプケース１０３は、前記ベローズ４を収容するための第１収容空間と、前記移動体１０６を収容するための第２収容空間とを隔壁１０４を挟んで隣り合うように備えている。そして、前記ポンプケース１０３と前記ベローズ４との間に気密状の第１空気室１０７が形成されるとともに、前記ポンプケース１０３と前記移動体１０６との間に気密状の第２空気室１０８が形成されている。

前記ポンプケース１０３には、第１給排気孔１１１および第２給排気孔１１２が設けられている。前記第１給排気孔１１１は、前記第１空気室１０７と前記ポンプケース１０３の外部とを連通させる連通孔を用いて構成されている。前記第２給排気孔１１２は、前記第２空気室１０８と前記ポンプケース１０３の外部とを連通させる連通孔を用いて構成されている。

前記駆動装置６は、前記第１給排気孔１１１および前記第２給排気孔１１２と接続されている。前記駆動装置６は、コンプレッサ４１により生成された所定圧力の空気（加圧空気）を、前記コントローラ４３により前記切替弁４２を制御することで、前記第１給排気孔１１１および前記第２給排気孔１１２を介して前記第１空気室１０７と、前記第２空気室１０８に対して交互に供給し得るように構成されている。

前記ポンプ軸１０５は、軸心方向が左右方向となるように配置され、前記隔壁１０４を貫通するように設けられている。前記ポンプ軸１０５は、左右方向に移動可能なように前記隔壁１０４に支持されている。そして、前記ポンプ軸１０５は、左端部で前記可動体５と固定され、右端部で前記移動体１０６と固定されて、前記移動体１０６とともに前記可動体５と連動して移動し得るようになっている。

前記移動体１０６には、センシング片１１４が固定されている。前記ポンプケース１０３には、前記センシング片１１４を挟むように配置された左右の近接センサ２１からなる検知装置１１６が設けられている。前記検知装置１１６は、前記ベローズ４の伸縮に応じて左右方向に移動する前記センシング片１１４の接近を検出することで、前記ベローズ４の伸縮状態を検知し得るように構成されている。

そして、本実施形態においては、可変容積室５２が前記第１空気室１０７から構成されている。また、前記第１給排気孔１１１を構成するために、少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３および別の通気孔６４が前記隔壁１０４に設けられている。前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３と左右方向対向するように、少なくとも一つのシール材７１・７２・７３が前記可動体５の固定面７４に固定されている。

以上のような構成により、前記ベローズポンプ１０１の作動時には、前記ベローズポンプ１０１が図５に示される状態である場合、前記第２空気室１０８に前記第２給排気孔１１２を介して前記駆動装置６から空気が供給される。これにより、前記移動体１０６ひいては前記ポンプ軸１０５が右方に移動するとともに、この移動に連動して前記可動体５も右方に移動して、前記可動体５に連結された前記ベローズ４が伸長を開始する。

その後、前記検知装置１１６によって前記ベローズ４が最大伸長状態になったことが検知されると、この検知情報に基づいて前記コントローラ４３により前記切替弁４２が制御され、前記第１空気室１０７に前記第１給排気孔１１１を介して前記駆動装置６から空気が供給される。これにより、前記ベローズ４が収縮を開始する。この収縮により前記可動体５が左方に移動し、この移動に連動して前記ポンプ軸１０５ひいては前記移動体１０６も左方に移動する。

そして、前記検知装置１１６によって前記ベローズ４が最収縮状態になったことが検知されると、この検知情報に基づいて前記コントローラ４３により前記切替弁４２が制御され、再び前記第２空気室１０８に前記第２給排気孔１１２を介して前記駆動装置６から空気が供給される。こうして、前記ベローズポンプ１０１において、前記ベローズ４の伸縮に応じて流体の吸入行程と吐出行程とが交互に行われ、当該流体が移送され得るようになっている。

そのうえで、前記ベローズポンプ１０１の吸入行程において、前記ベローズ４が最大に伸長する直前に、前記ベローズ４の伸長にともなって前記少なくとも一つのシール材７１・７２・７３により前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３の開口部６６・６７・６８を閉塞し、これにより可変容積室５２の内部圧力を上昇させることが可能となる。したがって、本実施形態に係る前記ベローズポンプ１０１によっても、第１実施形態と同様に、ポンプ性能を大きく低下させず、また、設置スペースも拡大させることなく、吸入行程から吐出行程への切り替わりの際に発生する振動を低減できる。

なお、本発明における少なくとも一つの通気孔は、第１実施形態および第２実施形態においては３つとされているが、これに限定されるものではなく、たとえば、１つでもよいし、６つでもよい。また、本発明における別の通気孔は、本実施形態においては１つとされているが、これに限定されるものではなく、たとえば、２つ以上であってもよいし、なくてもよい。ただし、別の通気孔が設けられていない場合は、少なくとも一つの通気孔の開口部の全てが閉塞された後は、可変容積室の内部圧力が急上昇するため、ベローズの最大伸長位置が、別の通気孔が設けられている場合よりも手前になる可能性がある。その際は、ベローズの他端部の接近を検出する近接センサの反応位置を、別の通気孔が設けられている場合よりも手前に調節する。

なお、本発明における少なくとも一つの通気孔は、第１実施形態および第２実施形態においては互いに異なる孔断面積を有する前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３とされているが、これに限定されるものではなく、たとえば、同一の孔断面積を有するものであってもよいし、一部のみが異なる孔断面積を有するものであってもよい。また、前記少なくとも一つの通気孔は、本実施形態においては円孔から構成されるが、これに代えて長孔などからも構成され得る。

なお、本発明における少なくとも一つの通気孔は、第１実施形態および第２実施形態においては前記対向面５１の中心から径方向外側に向かって略一列に配置（片側配置）された前記少なくとも一つの通気孔６１・６２・６３とされているが、これに限定されるものではなく、前記対向面５１の任意の位置に配置され得るものである。前記少なくとも一の通気孔は、たとえば、対向面の中心を挟んで径方向に略一列に配置（両側配置）されたものであってもよいし、前記対向面の周方向に均等配置されたものであってもよい。

１ ベローズポンプ
３ ポンプケース
４ ベローズ
５ 可動体
６ 駆動装置
７ 吸入側逆止弁
８ 吐出側逆止弁
１１ 吸入流路
１２ 吐出流路
５１ 対向面
５２ 可変容積室
６１ 第１通気孔（少なくとも一つの通気孔）
６２ 第２通気孔（少なくとも一つの通気孔）
６３ 第３通気孔（少なくとも一つの通気孔）
６４ 第４通気孔（別の通気孔）
６６ 第１通気孔の開口部
６７ 第２通気孔の開口部
６８ 第３通気孔の開口部
７１ 第１シール材（少なくとも一つのシール材）
７２ 第２シール材（少なくとも一つのシール材）
７３ 第３シール材（少なくとも一つのシール材）

Claims (4)

1. 流体を吸入するための吸入流路、流体を吐出するための吐出流路を有するポンプケースと、前記ポンプケース内に設けられて、流体を前記吸入流路から吸入しかつ前記吐出流路へ吐出するために伸縮可能に構成されたベローズと、前記ベローズに連結されて、前記ベローズを伸縮させるべく可動し得るように構成された可動体と、前記可動体を可動させるための駆動装置と、前記吸入流路から前記ベローズ内に向かう流体の流れのみを許容する吸入側逆止弁と、前記ベローズ内から前記吐出流路に向かう流体の流れのみを許容する吐出側逆止弁とを備えるベローズポンプであって、
   前記ポンプケースは、
   前記可動体と対向する対向面と、
   前記ポンプケース内で前記対向面と前記可動体との間に位置し、前記ベローズの伸縮により容積が可変する可変容積室と、
   前記対向面に設けられた開口部を含み、前記可変容積室と前記ポンプケースの外部とを連通させる少なくとも一つの通気孔とを有し、
   前記可動体は、
   前記少なくとも一つの通気孔の開口部と対向するように設けられ、前記ベローズが最大に伸長する直前に、前記少なくとも一つの通気孔の開口部を閉塞し得るとともに、その閉塞後には前記ベローズの伸長を許容するように変形し得る少なくとも一つのシール材を有しており、
   前記少なくとも一つの通気孔は、複数の通気孔であり、それぞれの開口部を前記少なくとも一つのシール材によって異なるタイミングで閉塞されるベローズポンプ。
2. 前記ポンプケースは、
   前記少なくとも一つの通気孔よりも孔断面積が小さく、前記可変容積室と前記ポンプケースの外部とを連通させた状態に維持される別の通気孔を有している請求項１に記載のベローズポンプ。
3. 前記少なくとも一つの通気孔は、互いに異なる孔断面積を有し、それぞれの開口部を前記少なくとも一つのシール材によって孔断面積が大きい方から順に閉塞される請求項１または請求項２に記載のベローズポンプ。
4. 前記複数の通気孔は、前記対向面の中心から外周側に向かって所定間隔ごとに配置されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のベローズポンプ。

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