JPH1077969A - ロータリポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイヤフラムの動作について正確な制御を達
成し、実質的に滑らかな流れと長寿命のダイヤフラムを
備えたロータリ式ダイヤフラムポンプを提供する。 【解決手段】 ロータリ式のダイヤフラム流体ポンプ
は、内側環状溝（２）を有する剛性の筒状本体（１）
と、筒状の可撓性ダイヤフラム（３）とを有し、上記ダ
イヤフラムの中央部分は、偏心駆動されるベアリング
（５）によって旋回される。上記ダイヤフラムは、入口
ポートと出口ポートとの間に、弾性の固定された当接部
分（１１，図２および３）と、ダイヤフラムを移動でき
るようにした内部補強部（４）に特徴を有する。２つの
そのようなポンプは、互いに作用して脈動のない出力を
得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロータリ式ダイヤ
フラム移動型ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般のロータリ式ダイヤフラムポンプ
は、ポンプ室として機能する環状溝を内面周りに有する
剛体の筒状ハウジングと、可撓性の筒状ダイヤフラムで
あって、上記溝の中を偏心して旋回し、上記通路中の流
体を入口ポートから出口ポートに掃き出す可撓性の筒状
ダイヤフラムとからなる。これらのポートは、通常、所
定形状の仕切壁により分離されている。この仕切壁は、
ダイヤフラム鋳造品の一部を形成することができると共
に、多数の異なる手段の一つによって伸縮自在とされ
る。

【０００３】この種のポンプは、ポンプ輸送に広範囲に
適用される。主な利点は、上記ポンプでは、密着して取
り付けられるスライド部品に依存することなく有効圧力
を得ることができ、軸シール又は弁（これらはすべて摩
耗し、ポンプ故障を生じることがある）を必要としな
い、ことである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】既存のロータリ式ダイ
ヤフラムポンプの設計は、より高い圧力及び操作速度、
及びより低い摩擦と摩耗を得ることを目的とするが、こ
れはキャビテーション、ウォータハンマ及び一般騒音の
ような、脈動する入出力に関連した問題の増加を招く。
脈動は、炭酸飲料のような鋭敏な流体をだめにすること
があるし、感圧スイッチの非常に速い動作、ソレノイド
弁におけるプランジャの跳ね上がり及びその他の装置上
の問題を引き起こすことがある。

【０００５】既存の設計はまた、ハウジング壁とは別の
位置で、ダイヤフラムを支持するものがなかった。その
ことがダイヤフラムを傷つき易くしており、早期の故障
となっていた。

【０００６】本発明の目的は、実質的に正弦出力波形を
有するロータリ式ダイヤフラムポンプを提供することで
ある。一方が他方と厳密に異なる位相で動作するように
配置された２つのポンプが、安定した真空、圧力又は流
量特性を与える。これは、２つの異なる位相を有する正
弦波が結果的に重なって一つになることによる。同様
に、２つの同一であるが対向する歪みのない正弦的なポ
ンプ出力が全体として安定した出力を生み出す。

【０００７】しかし、実際には、従来のロータリ式ダイ
ヤフラムポンプの設計は、２つ以上の正弦的な出力を加
えることで解決を図っており、場合によっては不安定な
出力を生み出していた。

【０００８】ロータリポンプが歪みなく正弦的な出力波
を生み出すように、幾つかの条件が設計によって満足さ
れなければならない。

【０００９】内部の漏れ通路の数は最小限に止めなけれ
ばならない。複数のスライド部材間の密着した接触に頼
るロータリポンプは、十分に粘性のある流体をポンプ輸
送する場合を除いて、通常は十分にシールできるもので
ない。しかし、ロータリ式ダイヤフラムポンプは漏れ通
路が少なく、安定した双動ポンプの好適な基盤を提供す
る。

【００１０】ロータリ式ダイヤフラムポンプは、２つの
部分が常に他方に対して同軸的に保持されてそれらの間
に移動が生じないように、偏心駆動されるピストンにし
っかりと固定されなければならない。そこでの移動は、
ストローク損失や摩擦の原因となる。ダイヤフラムの内
側周囲を転がる独立したピストンを有する従来の設計
は、負荷状態でピストンとは独立にダイヤフラムが自由
に移動するので、ポンプ輸送サイクルの間に、なくては
ならない制御された進行性の体積移動を維持できなかっ
た。

【００１１】本発明は、剛体補強リングの形をしたピス
トンに特徴を有し、このリングはダイヤフラム中にその
一部として成型されている。これにより、ダイヤフラム
はその移動中に完全に半径方向に制御され、中心領域に
おける弾性的な動きが排除されると共に、すべての必要
な変形がダイヤフラムの縁部に限られる。これにより、
広範囲な圧力負荷及び真空負荷にわたって、ダイヤフラ
ムの動作が予想可能で一貫していることを保証すると共
に、実質的に正弦波的で、高い真空特性、移動部分と固
定部分との間のより少ない接触への路を開く。

【００１２】また、圧力負荷や真空負荷によって曲がら
ないように、ダイヤフラムの断面中央部の広い帯部は平
坦に保たれなければならない。このようにしなければ、
ダイヤフラムの大部分が過度に凸状及び凹状に膨らみ、
そのために吸引側において殆ど流体が吸引されず、サイ
クルの終了時期まで圧力側に過剰な流体が滞留する。こ
のような体積移動の遅れにより、正弦波、そして結果と
して出力波形の歪みを招来する。本発明における補強リ
ングの幅は、それによりどれだけダイヤフラムが曲が
り、その結果、圧力負荷と体積負荷によって膨らむこと
をどれだけ制限するかにより決定される。

【００１３】従来の特許で言及されている、ダイヤフラ
ム中での繊維補強の使用は、曲がりの問題は解消できな
い。それは、その補強では曲がりを防止するだけの十分
な張力を与えることができないし、同時にポンプが満足
に動作するための十分な柔軟性を与えるからである。本
発明では、曲げ易さが要求されるダイヤフラムの領域
と、剛性の要求される領域とが明確に分離されており、
これは一体成型された補強リングにより達成されてい
る。

【００１４】優れた真空特性を与えるために、ダイヤフ
ラムをピストンに部分的に接着する従来の考えは、この
問題を解消するものでない。その理由は、いかなる形の
外部サポートも、圧力負荷と真空負荷との間で、エラス
トマ又は対称なサポートの中心に剛性の帯部を提供する
ものでないからである。それはまた、接着結合部の縁部
に高い引張負荷やせん断負荷を集中させ、それは接合部
の幅が広がるにしたがって増加することから、そのよう
な方法は実際的ではなかった。圧力側ではダイヤフラム
はしっかりと支持されているが、真空側では強いストレ
スの加わった接着結合部を除いて支持されないでいる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、間隔を置いた
入口と出口ポートを周りに有する環状室を形成するハウ
ジングと、ハウジング環状壁の片側から間隔を置いて対
向する環状壁を形成し、その縁部でハウジングにシール
されている可撓性の環状ダイヤフラムと、入口ポートと
出口ポートとの間の所定の場所から上記環状室を横切っ
てダイヤフラムまで延びる仕切壁と、ダイヤフラムの周
方向に移動して、このダイヤフラムをハウジングの対向
壁に向けて押し付け、環状室の周りの入口で流体を吸引
し、出口からそれを排出する手段と、上記環状ダイヤフ
ラムの中央部を補強して当該領域を実質的に剛性に保持
し、これにより上記ダイヤフラムが実質的に正弦移動を
するように制御する手段とを備えている。

【００１６】補強リングを成型して含ませることで、高
度にダイヤフラムを制御し、９９％オーダの達成可能な
真空でもって負荷に対応できる。リングをダイヤフラム
中に成型することで、２つの部分の間の摩擦、摩耗、及
びエネルギロスを最小限に減少できるし、ポンプ内の圧
縮と吸引のサイクルのバランスを保つ。

【００１７】実質的に正弦波形を得るため、ぜひとも必
要なことは出口ポートが開く前に、通過するダイヤフラ
ムによって入口ポートが効果的に覆われ、それによって
逆流を防止するように、入口ポートと出口ポートが出来
るだけ接近していなければならないことである。

【００１８】本発明の構成では、ダイヤフラム全体が高
圧の負荷を受ける場合に、特にサイクルの最初に、ダイ
ヤフラムの曲がった縁部に対するサポートを提供してい
る。

【００１９】ロータリ式ダイヤフラムの曲がり易い縁部
はハウジングとピストンに固定されている。そのため
に、この縁部には移動時にしっかりしたサポートを与え
ることができない。それは常に形状を変えるからであ
る。

【００２０】別の目的は、ダイヤフラムを圧力損傷から
保護するための改良されたサポートを提供することであ
る。

【００２１】従来の構成はピストン上にサポートを設け
ている。これは室の片側に与える好ましくない突出ギャ
ップを生じ、そこではハウジングとピストンとの間の大
きなギャップでダイヤフラムは膨らむことができる。本
発明は、頑丈なストッパを提供する定位の背面リングに
よってそのような作用を制限し、ダイヤフラムがギャッ
プによって破裂することがないようにしている。サイク
ルが進行すると、ダイヤフラムサポートは次第に背面リ
ングから補強リング、さらにその逆に送られる。

【００２２】ダイヤフラムとハウジングの溝との間の接
触を保つための補強リングの能力は、ポンプが発生でき
る限界圧力を決定する。本発明では、過度の出力圧力
が、ハウジングから離れたダイヤフラムの支持されてい
ない領域を押圧し、これにより損傷を招くことがないよ
うに、ポンプからの一時的な漏れを許容する。したがっ
て、補強リングの幅を調節することで、別の構成要素を
用いることなく、ポンプおよびその適用にとって安全な
レベルに最大圧力を設定できる。

【００２３】したがって、本発明は、ダイヤフラムの動
作を厳密に制御し、実質的に安定した流れとダイヤフラ
ムの長寿命性とを備えたロータリ式ダイヤフラムポンプ
の利点を提供するものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施形態を説明する。図１に示すように、剛性
ハウジング１の筒状部分は、内面の周りを走る環状の溝
を有し、これはポンプ室として機能する。休止状態で
は、上記溝にポンプ輸送された流体を収容することがで
きるように、可撓性ダイヤフラム鋳造品３はハウジング
の壁の内側に横たわる。剛性の補強リング４はダイヤフ
ラムの中に成型されており、これによりダイヤフラムの
中央部分が、軸６に偏心して取り付けられたベアリング
５の外面に常時密接して保持される。軸６は貫通してお
り、ベアリング（図示せず）のハウジングに設けてあ
る。軸６は環状溝と同軸に設けられており、モータ（図
示せず）によって駆動される。補強リングが存在しなけ
れば、真空下でダイヤフラムが潰れた場合に、上記ダイ
ヤフラムが伸び、ぜん動ポンプで経験されるように特性
が低下する。

【００２５】駆動軸６が回転すると、ベアリング、補強
リングおよびダイヤフラムの中央部分がすべて、ハウジ
ングの内側で共に旋回する。ダイヤフラムチューブ７の
両端部は、背面リング１２によってハウジングに固定さ
れ、これにより大気に対して有効でかつ安定したシール
が得られる。ダイヤフラムの中央部分は溝２の内側を旋
回するとき、ダイヤフラムと溝との間に線接触状態８が
存在し、出口ポート９に向かって流体を押圧するととも
に、入口ポート１０を介して流体を吸引する当接部分を
提供する。したがって、上記ポンプは加圧と吸引のサイ
クルを出口と入口にそれぞれ与える。なお、このサイク
ルは対称でかつ正弦的に変化する。ダイヤフラムはハウ
ジングに対して回転しないので、それらの間には最小限
の滑り動作しか存在せず、したがって殆ど摩耗しない。

【００２６】図２と図３から、ダイヤフラム成型品の別
の特徴部分は、出口ポート９と入口ポート１０との間が
繋がるのを防止する弾性当接部分１１であることが理解
できるであろう。それは、弾性であるために、ダイヤフ
ラムチューブは往復移動ができ、両ポートと大気との間
に安定した圧力シールが維持される。このように、ポン
プに要求されるすべての適正なシール機能がダイヤフラ
ム成型品によって与えられ、これらはいずれもスライド
式のシールでないので、それらは著しく摩耗することが
ない。

【００２７】ダイヤフラムは弾性材料で形成されている
ので、高い出力圧力がそれを膨張して歪ませる傾向にあ
る。これは、たとえ高圧が存在していてダイヤフラムは
ハウジングの壁に設けた溝に接触してピストンより十分
に支持されているが、反対側ではダイヤフラムは支持さ
れていないロータリ式ダイヤフラムポンプには共通した
問題である。背面リング１２は、ダイヤフラムをその動
作限界位置において支持し、サイクル中の突出量を減少
し、これによりダイヤフラムの寿命を長くしている。こ
のような解決手段は、ダイヤフラムサポートについて通
常の幅広ピストンを設けたものでは不可能である。

【００２８】ポンプによって非常に高い圧力を発生する
場合、上記構成では、ダイヤフラムの可撓性縁部は、ハ
ウジングの壁に設けた溝から離れた位置に見い出される
ことがあり、これにより一時的な内部の迂回リークを生
じ、これが高圧を低下させる。

【００２９】図４は２つの上記ポンプを示す。これらは
並列に設けてあり、それぞれの環状溝が入口ポートと出
口ポートにそれぞれ接続してある。２つのハウジングの
近接した環状壁１２は単一の構成部品として一体化され
て形成されている。また、ベアリング１６は、壁に形成
した着座部１７に設けてあり、モータ駆動軸６が連結さ
れるハウジングを貫通するスタブシャフト１８を支持し
ている。スタブシャフト１８は、複数のポンプの一つの
ベアリング５に対する一体的な偏心着座部１９と、他方
のポンプのベアリング５の偏心着座部２０とを有する。
偏心着座部２０は、各ポンプの正弦移動が実質的に一定
な出力（及び入力）を生み出すように、偏心着座部１９
と正確に位相をずらして配置されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 駆動軸の軸に沿ったポンプ断面を示す。

【図２】 駆動軸の軸を横切るポンプ断面を示す。

【図３】 ダイヤフラム成型品の側面図を示す。

【図４】 タンデム機関に設けた２つの上記ポンプを示
す。

【符号の説明】 １…ハウジング、３…可撓性ダイヤフラム、４…補強リ
ング、５…ベアリング、６…軸、７…ダイヤフラムチュ
ーブ、９…出口ポート、１０…入口ポート、１２…背面
リング。

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【手続補正書】

【提出日】平成９年９月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 間隔をあけて設けられた入口ポートと出
   口ポートとを有する環状室を形成するハウジングと、 上記ハウジングの環状壁に間隔をおいて対向して上記環
   状室の一側部を形成し、端部が上記ハウジングにシール
   された可撓性の環状ダイヤフラムと、 上記入口ポートと出口ポートとの間の所定の場所からダ
   イヤフラムへと上記チェンバーを横切って伸びる仕切り
   壁と、 上記環状室周りの入口ポートで流体を吸引するととも
   に、上記出口ポートで上記流体を排出するために、上記
   ダイヤフラムを移動し、上記ハウジングの対向壁に対し
   てダイヤフラムを押圧する手段と、 上記環状ダイヤフラムの中央領域を補強して該領域を実
   質的に剛性に保ち、これにより実質的に正弦的な動作を
   得るようにダイヤフラムを制御する手段と、を備えたロ
   ータリポンプ。
2. 【請求項２】 請求項１のロータリポンプにおいて、上
   記ダイヤフラムの補強手段は、加圧と吸引のサイクルを
   通じてダイヤフラムを対称に駆動するために上記ダイヤ
   フラムの中央領域に埋め込まれた剛性のリングを備えて
   おり、これにより真空特性と安定性が向上されている。
3. 【請求項３】 請求項１又は２のロータリポンプにおい
   て、上記環状ダイヤフラムは筒形状をしており、上記ハ
   ウジングはダイヤフラムが対向する環状壁を有し、上記
   ダイヤフラムと環状壁との間に上記環状室が形成され、
   上記環状壁に対してダイヤフラムを押圧する手段は上記
   ダイヤフラムに体して半径方向に作用する。
4. 【請求項４】 請求項３のロータリポンプにおいて、上
   記ハウジングの環状壁は上記環状ダイヤフラムを囲い、
   上記ダイヤフラムを上記壁に対して押圧する手段は、上
   記ダイヤフラムの内部に設けられて、上記ダイヤフラム
   を上記ハウジング壁に対して半径方向に押圧する。
5. 【請求項５】 請求項４のロータリポンプにおいて、上
   記ダイヤフラムを上記ハウジングの上記環状壁に対して
   半径方向外側に押圧する手段は、上記ダイヤフラムの中
   央部に係合する偏心要素を有するロータを備えている。
6. 【請求項６】 上述の請求項のいずれかのロータリポン
   プにおいて、上記ダイヤフラムと、上記入口ポートと出
   口ポートとの間の環状室壁との間の上記仕切り壁は、上
   記ダイヤフラムと一体的に形成され、その端部が上記入
   口ポートと出口ポートとの間で上記ハウジングにシール
   された可撓性のウェブを有する。
7. 【請求項７】 上述の請求項のいずれかのポンプにおい
   て、 上記ダイヤフラムの弾性部は、別の構成部品を用いるこ
   となく、ポンプの最大圧力を安全なレベルまでに制限す
   るため、制御された内部リークを提供するように用いる
   ことができ、極限圧力は補強リングの幅により決定され
   る。
8. 【請求項８】 上述の請求項のいずれかのポンプにおい
   て、上記ハウジングは、ダイヤフラムの弾性部の内側を
   取り囲み、ハウジング内で溝からダイヤフラムが外れる
   のを防止し、これによりダイヤフラムが圧力下で破裂す
   るのを防止する環状の当接部を有する。
9. 【請求項９】 上記の請求項のいずれかのポンプにおい
   て、上記圧力サイクルは、正確に位相をずらして動作す
   るように配置された類似のポンプと組み合わされること
   により実質的に正弦的であり、これにより上記複数のポ
   ンプの組み合わされた出力は実質的に脈動が無く一定で
   ある。