JP6152318B2 - 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、流体を吐出するための吐出流路、および空気を供給または排出するための通気孔を有している。前記ベローズは、前記通気孔と連通する空気室が前記ポンプケース内に形成されるように前記ポンプケースに収容されて、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、前記空気室に臨むように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、空気供給装置などからなり、前記通気孔を介して前記空気室に加圧空気を供給して、前記ベローズが収縮するように前記可動体を可動させ、かつ、前記通気孔を介して前記空気室から空気を排出させて、前記ベローズが伸長するように前記可動体を可動させ得るように構成されている。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して、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。

しかしながら、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ので、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が提案されている。しかしながら、こ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。

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、および空気を供給または排出するための通気孔を有するポンプケースと、前記通気孔と連通する空気室が前記ポンプケース内に形成されるように前記ポンプケースに収容されて、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、前記空気室に臨むように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、前記通気孔を介して前記空気室に加圧空気を供給して、前記ベローズが収縮するように前記可動体を可動させ、かつ、前記通気孔を介して前記空気室から空気を排出させて、前記ベローズが伸長するように前記可動体を可動させ得るように構成された駆動装置と、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、前記駆動装置は、前記空気室から排出された空気を前記ポンプケースの外部へ放出するための放出口と、前記放出口を開閉可能な開閉弁とを有し、前記開閉弁は、弁体の自重および付勢部材の付勢力の少なくとも一方により前記放出口を閉じていて、前記ベローズが最大に伸長することを許容すべく前記ベローズの伸長による前記空気室の内部圧力の変動に応じて前記放出口を開き得るように構成されているものである。

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、吸入行程において前記ベローズが伸長する際、前記開閉弁により前記放出口が主として閉じられて、前記ベローズが伸長しても前記空気室から空気が排出されにくくなるので、前記空気室の内部圧力を次第に上昇させることができる。また、この際には、前記空気室の内部圧力の上昇（変動）に応じて前記放出口を開いて、前記空気室からの空気の放出量を調整し、前記空気室の内部圧力を前記ベローズが最大に伸長することを許容する大きさに抑えることができる。

これにより、前記ベローズが最大伸長状態に至るときには、前記空気室の内部圧力を適度に上昇させた状態として、前記ベローズの伸長速度を低下させ、ひいては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、前記開閉弁を既存のベローズポンプに後付けするだけで、本発明を容易に実現できる。

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。

本発明によれば、ポンプ性能を大きく低下させることなく、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。 本発明の第１実施形態における第１ポンプ部の吸入行程開始直後の状態を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における第１ポンプ部の吸入行程開始時の状態を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における第１ポンプ部の吸入行程途中の状態を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における第１ポンプ部の吸入行程終了時の状態を示す模式図である。 （ａ）本発明の他の実施形態における開閉弁の模式図である。（ｂ）本発明のさらに他の実施形態における開閉弁の模式図である。 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、適宜前記第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、空気を供給または排出するための通気孔２０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。

そして、前記端部カバー１５に、前記通気孔２０が設けられている。前記通気孔２０は、前記収容空間（後述の空気室２３）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。前記通気孔２０は、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、また、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、前記通気孔２０と連通する前記空気室２３が前記ポンプケース３内に形成されるように前記ポンプケース３（前記収容空間）に収容されて、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。

ここでは、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に構成されている。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。前記空気室２３は、前記ポンプケース３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。

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、前記空気室２３に臨むように前記ベローズ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に収容されている。

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、前記通気孔２０を介して前記空気室２３に加圧空気を供給して、前記ベローズ４が収縮するように前記可動体５を可動させ得るように構成されている。さらに、前記駆動装置６は、前記通気孔２０を介して前記空気室２３から空気を排出させて、前記ベローズ４が伸長するように前記可動体５を可動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における前記可動体５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、空気供給装置から構成されており、コンプレッサ４１と、通気路４２と、給気路４３と、排気路４４と、第１切替弁４５と、第２切替弁４６と、コントローラ４７とを有している。

前記通気路４２は、前記通気孔２０を介して前記空気室２３に対し供給または排出される空気を流通させ得るものである。前記通気路４２は、配管などから構成され、前記空気室２３と連通するように当該通気路４２の長手方向一端部で前記通気孔２０に連通接続されている。

前記給気路４３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）を前記空気室２３に向けて流通させ得るものである。前記給気路４３は、配管などから構成され、長手方向一端部で前記通気路４２の長手方向他端部に連通接続されるとともに、長手方向他端部で前記コンプレッサ４１に連通接続されている。ここで、前記給気路４３は、長手方向途中で前記第２ポンプ部２Ｂ側の前記給気路４３と合流するものとなっている。

前記排気路４４は、前記空気室２３から排出された空気を前記ポンプケース３の外部へ導き得るものである。前記排気路４４は、配管などから構成され、長手方向一端部で前記通気路４２と前記給気路４３との接続部に接続されている。

前記第１切替弁４５は、前記コンプレッサ４１からの加圧空気を前記第１ポンプ部２Ａにおける前記通気路４２に向かって流通させ得る第１状態と、前記第２ポンプ部２Ｂにおける前記通気路４２に向かって流通させ得る第２状態とを択一的にとり得るように構成されている。前記第１切替弁４５は、電磁弁などから構成され、前記給気路４３の合流部に設けられている。

前記第２切替弁４６は、前記コンプレッサ４１からの加圧空気を前記給気路４３から前記通気路４２に向かって流通させ得る第１状態と、前記空気室２３から排出された空気を前記通気路４２から前記排気路４４に向かって流通させ得る第２状態とを択一的にとり得るように構成されている。前記第２切替弁４６は、電磁弁などから構成され、前記通気路４２と前記給気路４３と前記排気路４４との接続部に設けられている。

前記コントローラ４７は、前記第１切替弁４５および前記第２切替弁４６を制御するためのものである。前記コントローラ４７は、前記コンプレッサ４１からの加圧空気を前記第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とに対し交互に供給し、かつ加圧空気が供給される空気室２３と反対側の空気室２３の空気を前記排気路４４に導くことができるように、前記第１切替弁４５および前記第２切替弁４６を制御する構成とされている。

図３、図４、図５、図６に、前記第１ポンプ部２Ａの模式図を示す。図２、図３、図４、図５、図６に示すように、前記駆動装置６は、放出口４８と、開閉弁６０とをさらに有している。

前記放出口４８は、前記空気室２３から排出された空気を前記ポンプケース３の外部へ放出するためのものである。本実施形態において、前記放出口４８は、前記空気室２３と連通するように前記排気路４４の長手方向他端部に設けられ、前記ポンプケース３の外部に開口するように配置されている。

前記開閉弁６０は、前記放出口４８を開閉可能なものである。前記開閉弁６０は、弁体６４の自重により前記放出口４８を閉じていて、前記ベローズ４が最大に伸長することを許容すべく前記ベローズ４の伸長による前記空気室２３の内部圧力の変動に応じて前記放出口４８を開き得るように構成されている。本実施形態において、前記開閉弁６０は、弁ケース６１と、弁孔６２と、弁座部６３と、前記弁体６４とを有している。

前記弁ケース６１は、有底円筒状に形成され、上方に開口するように設置されている。前記弁ケース６１の底部６６には、前記排気路４４の長手方向他端部が連結されている。前記弁ケース６１の内周面は、前記弁ケース６１の開口部６７の内径が前記底部６６の内径より大きくなるようにテーパ状に形成されている。

前記弁孔６２は、前記弁ケース６１の底部６６に設けられ、前記排気路４４の長手方向他端部に設けられた前記放出口４８と連通されている。これにより、前記弁ケース６１の内部と前記排気路４４とが連通されている。前記弁座部６３は、前記弁ケース６１における前記弁孔６２周囲の内周面に形成されている。

前記弁体６４は、前記弁ケース６１に上下方向に摺動（滑動）可能に収容され、前記弁座部６３に着座または離座するように構成されている。前記弁体６４は、自重により前記弁座部６３に着座する方向（下方）へ移動しており、自重よりも大きな力が前記放出口４８側から加わった場合にだけ前記弁座部６３から離座する方向（上方）へ移動するようになっている。

また、前記弁体６４は、前記弁ケース６１の内周面に沿う形状（本実施形態においては、円錐台形状）とされ、前記弁座部６３に着座したとき、前記弁ケース６１の内部における前記弁ケース６１の底部６６との間に気密状の空間６８を形成し得るようになっている。

こうして、前記開閉弁６０は、前記駆動装置６の第２切替弁４６が前記第１状態をとるとき（すなわち、前記ベローズ４を収縮させる吐出行程のとき）には、前記通気路４２と前記排気路４４との間が遮断されることから、前記弁体６４を自重により前記弁座部６３に着座させて前記放出口４８を閉じ、空気を前記放出口４８から前記ポンプケース３の外部へ放出させないようになっている。

一方、前記開閉弁６０は、前記駆動装置６の第２切替弁４６が前記第２状態をとるとき（すなわち、前記ベローズ４を伸長させる吸入行程のとき）には、図５に示すように、前記通気路４２と前記排気路４４とが連通されることから、前記空間６８に前記空気室２３が連通して、前記弁体６４に前記空気室２３の内部圧力が付与されるようになっている。そして、前記開閉弁６０は、基本的に前記放出口４８を閉じているが、前記空気室２３の内部圧力が前記弁体６４の自重よりも大きくなっている間は前記弁体６４を前記弁座部６３から離座させて前記放出口４８を開き、前記空気室２３の空気を放出するようになっている。

ここでは、この空気の放出によって前記空気室２３の内部圧力が漸次低下するが、この際に前記空気室２３の内部圧力がある程度低下した段階（少なくとも前記ベローズ４が最大に伸長する直前の段階）で、前記弁体６４の自重が前記空気室２３の内部圧力よりも大きくなるように構成されている。これにより、前記段階で前記空気室２３の空気の放出が規制されて、前記ベローズ４の伸長にともなって前記空気室２３の内部圧力が再び上昇することとなる。なお、前記ベローズ４が最大に伸長する直前の段階とは、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段階をいう。

また、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５４と、前記弁ケース５４内に収容された弁体５５およびコイルばね５６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５５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５５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５７と、前記弁ケース５７内に収容された弁体５８およびコイルばね５９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５８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５８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。

以上のような構成により、本実施形態に係る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、前記駆動装置６のコントローラ４７により前記第１切替弁４５および前記第２切替弁４６が制御され、前記第２ポンプ部２Ｂにおける前記空気室２３に前記通気路４２および前記給気路４３などを介して前記コンプレッサ４１からの加圧空気が供給される。したがって、前記第２ポンプ部２Ｂでは、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が右方に移動し、前記第１ポンプ部２Ａにおける前記ベローズ４が最大伸長状態となるまで伸長する。また、前記第１ポンプ部２Ａでは、前記空気室２３の空気の一部が前記排気路４４に導かれて、前記放出口４８から前記ポンプケース３の外部へ放出される。

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４７により前記第１切替弁４５および前記第２切替弁４６が制御され、前記第１ポンプ部２Ａにおける前記空気室２３に前記通気路４２および前記給気路４３などを介して前記コンプレッサ４１からの加圧空気が供給される。したがって、前記第１ポンプ部２Ａでは、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における前記ベローズ４が伸長を開始する。また、前記第２ポンプ部２Ｂでは、前記空気室２３の空気の一部が排気路４４に導かれて、前記放出口４８から前記ポンプケース３の外部へ放出される。

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においては、吸入行程が開始すると、その直後には、前記空気室２３の内部圧力が前回の吐出行程で高められていることから、前記開閉弁６０がこの内部圧力を付与されて、図３に示すように、前記放出口４８を開くこととなる。これにより、前記空気室２３の空気が、図３に示す黒塗り矢印のように流れて前記放出口４８から前記ポンプケース３の外部へ放出され、前記空気室２３の内部圧力が低下する。前記空気室２３の内部圧力がある程度低下した段階で、図４に示すように、前記開閉弁６０が前記放出口４８を閉じることとなる。

そして、この状態（前記空気室２３の空気の放出が規制された状態）で前記ベローズ４が最大まで伸長しようとするので、前記空気室２３の内部圧力が前記ベローズ４の伸長にともなって次第に上昇することとなる。なお、この際、前記空気室２３の内部圧力が前記開閉弁６０の弁体６４の自重よりも大きい値（前記ベローズ４が最大に伸長することを許容しない値近く）まで上昇した場合には、前記開閉弁６０が前記放出口４８を開いて、図５の二点鎖線で示すように前記空気室２３の空気の一部が前記ポンプケース３の外部へ排出される。そのため、前記空気室２３の内部圧力が過剰に上昇はせず、前記ベローズ４の伸長が過度に妨げられることがない。

これにより、前記ベローズ４が図６に示すように最大伸長状態に至るときには、前記空気室２３の内部圧力が適度に上昇した状態になって、前記ベローズ４の伸長速度が空気の排気抵抗により低下し、ひいては前記吸入流路１１から前記ベローズ４内への流体の吸入速度が低下する。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に、前記吸入流路１１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。

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。

なお、本実施形態において、前記開閉弁６０（前記弁体６４）の自重は、前記空気室２３の内部圧力が前記ポンプケース３の外部圧力（たとえば、大気圧）よりも大きい状態で前記放出口４８が閉じられ、かつ、前記ベローズ４が最大に伸長することが許容される大きさに設定することが好ましく、前記空気室２３に設定される内部圧力の状況によって前記開閉弁６０（前記弁体６４）の自重も適宜に設定されるものである。

また、本発明における開閉弁は、本実施形態においては前記弁体６４の自重のみにより前記放出口４８を閉じ得る前記開閉弁６０とされているが、これに限定されるものではない。本発明における開閉弁は、たとえば、図７（ａ）に示すように、横方向に伸縮可能な付勢部材７１の付勢力により弁体７２を用いて前記放出口４８を閉じ得る開閉弁７３としてもよいし、図７（ｂ）に示すように、弁体７６の自重と、上下方向に伸縮可能な付勢部材７５の付勢力とにより、弁体７６を用いて前記放出口４８を閉じ得る開閉弁７７としてもよい。

［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８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８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８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１０６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１１５と、移動体１１６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１１６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１１６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通気孔１１１が設けられている。前記第１通気孔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べく前記ポンプケース１０３を貫通するように設けられている。そして、前記第１通気孔１１１は、前記駆動装置１０６の第１通気路１２５と接続されている。

前記ポンプケース１０３には、第２通気孔１１２が設けられている。前記第２通気孔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べく前記ポンプケース１０３を貫通するように設けられている。そして、前記第２通気孔１１２は、前記駆動装置１０６の第２通気路１２６と接続されている。

前記駆動装置１０６は、前記第１通気孔１１１を介して前記第１空気室１０７に加圧空気を供給して、前記ベローズ４が収縮するように前記可動体５を可動させ得るように構成されている。また、前記駆動装置１０６は、前記第１通気孔１１１を介して前記第１空気室１０７から空気を排出させて、前記ベローズ４が伸長するように前記可動体５を可動させ得るように構成されている。

本実施形態においては、前記駆動装置１０６は、コントローラ１３０により第１切替弁１３１、第２切替弁１３２および第３切替弁１３３を制御することで、給気路１２７および前記第１通気路１２５・前記第２通気路１２６を用いて、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）を前記第１空気室１０７と前記第２空気室１０８とに対して交互に供給し得るように構成されている。

また、前記駆動装置１０６は、加圧空気が供給される前記第２空気室１０８（前記第１空気室１０７）と反対側の前記第１空気室１０７（前記第２空気室１０８）の空気を第１排気路１２８（第２排気路１２９）に導き、第１放出口４８（第２放出口４９）から前記ポンプケース１０３の外部へ放出し得るように構成されている。前記第１放出口４８には、当該第１放出口４８を開閉可能な開閉弁６０が設けられている。

前記ポンプ軸１１５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１１５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１１５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１１６と固定されて、前記移動体１１６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１１６には、センシング片１３４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１３４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１３６が設けられている。前記検知装置１３６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１３４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。

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８に示される状態である場合、前記駆動装置１０６のコントローラ１３０により前記第１切替弁１３１、前記第２切替弁１３２および前記第３切替弁１３３が制御され、前記第２空気室１０８に前記給気路１２７および前記第２通気路１２６を介して前記コンプレッサ４１からの加圧空気が供給される。これにより、前記移動体１１６ひいては前記ポンプ軸１１５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が右方に移動して、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。また、前記第１空気室１０７の空気の一部が前記第１排気路１２８に導かれて、前記第１放出口４８から前記ポンプケース１０３の外部へ放出される。

その後、前記検知装置１３６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１３０により前記第１切替弁１３１、前記第２切替弁１３２および前記第３切替弁１３３が制御され、前記第１空気室１０７に前記給気路１２７および前記第１通気路１２５を介して前記コンプレッサ４１からの加圧空気が供給される。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１１５ひいては前記移動体１１６が左方に移動する。また、前記第２空気室１０８の空気が前記第２排気路１２９に導かれて、前記第２放出口４９から前記ポンプケース１０３の外部へ放出される。

そして、前記検知装置１３６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１３０により前記第１切替弁１３１、前記第２切替弁１３２および前記第３切替弁１３３が制御され、再び前記第２空気室１０８に前記給気路１２７および前記第２通気路１２６を介して前記駆動装置１０６から空気が供給される。このように、前記ベローズポンプ１０１においては、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が伸長する際、前記開閉弁６０により前記第１放出口４８が主として閉じられて、前記ベローズ４が伸長しても前記第１空気室１０７から空気が排出されにくくなっているので、前記第１空気室１０７の内部圧力が次第に上昇することとなる。これにより、前記ベローズ４が最大伸長状態に至るときには、前記第１空気室１０７の内部圧力が適度に上昇した状態になって、前記ベローズ４の伸長速度が低下し、ひいては前記吸入流路１１から前記ベローズ４内への流体の吸入速度が低下する。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。

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
２０ 通気孔
２３ 空気室
４８ 放出口（第１放出口）
６０ 開閉弁
６４ 弁体
７２ 弁体
７６ 弁体
１０３ ポンプケース
１０６ 駆動装置
１０７ 第１空気室
１１１ 第１通気孔

Claims (1)

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、および空気を供給または排出するための通気孔を有するポンプケースと、前記通気孔と連通する空気室が前記ポンプケース内に形成されるように前記ポンプケースに収容されて、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、前記空気室に臨むように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、前記通気孔を介して前記空気室に加圧空気を供給して、前記ベローズが収縮するように前記可動体を可動させ、かつ、前記通気孔を介して前記空気室から空気を排出させて、前記ベローズが伸長するように前記可動体を可動させ得るように構成された駆動装置と、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、
   前記駆動装置は、前記空気室から排出された空気を前記ポンプケースの外部へ放出するための放出口と、前記放出口を開閉可能な開閉弁とを有し、
   前記開閉弁は、弁体の自重により前記放出口を閉じていて、前記ベローズが最大に伸長することを許容すべく前記ベローズの伸長による前記空気室の内部圧力の変動に応じて前記放出口を開き得るように構成されているベローズポンプ。

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