JPS5920877B2 - 膜ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は膜ポンプ装置、特に、機械的に往復駆動される
ピストンが作動油を吸引及び圧縮し、この吸引及び圧縮
力が膜を介して、ポンプ室に吸い上げられる流体まで伝
達される膜ポンプ装置に関するものである。

ピストンの往復動による油圧の変化でポンプの仕切膜を
反復動させ、ポンプ室で送液の吸入と吐出を行う従来の
膜ポンプ装置においては、過大な油圧による膜の破損を
防止し、あるいは油圧不足による送液量の低減を避ける
ために、この仕切膜に隣接し、かつピストンが出入する
油圧室の油圧従って油量を過不足のないように絶えず調
整する問題を解決しなげればならなかった。

作動油圧力を調整する必要が生ずるのは、次のような２
つの状態が考えられる。

先ず第一は、吸い上げられた流体が、何らかの原因で圧
力閉塞され、仕切膜の作動油側で過剰圧力に抗してピス
トンを作動させる場合である。

この状態では、往復運動ピストンの圧縮行程の際に、作
動油を逃がすための安全装置を油圧室に備える必要があ
る。

第二の場合は例えば、通常の隙間を通して徐々に油圧室
から油漏れがある場合で、このときにはポンプ作用が生
ずるのに十分な量の作動油を維持するため、油圧室に作
動油が補給されることが必要である。

後者の問題は、往復運動ピストンの吸引行程の際、若し
くは作動油のリザーバと油圧室との間に所定以上の負圧
が存在するときには、いつでも作動油が油圧室に補給さ
れるように、作動油リザーバと油圧室との間にある種の
バルブ機構を備えることにより解消される。

従来の膜ポンプは、各種のＩＪ ＩＪ−フバルプ機構を
油圧室に設けることにより、吸い上げられた流体が圧力
閉塞された状態での過剰油圧を緩和させてきた。

これらに含まれるものは、調整ばねつきのポールチェッ
クバルブ、同ポペットバルブ、リードバルブその他、所
定の超過圧力条件下で作動し、油圧室の負荷を下げるい
わゆる逃がしバルブである。

しかしながら、この種の逃がしバルブを油圧室に付設し
ても、正常なポンプ作用を再開するときには、事前に抜
いた油量を油圧室に戻すことが必要であり、この方式は
必ずしも膜ポンプ装置にとって簡単ではなかった。

また従来技術の膜ポンプ装置では、同様な差圧作動のバ
ルブを逆に使用することにより、油圧室への作動油補給
という問題を解消しようとしたが、これらバルブの作動
はとかく機械的に連続駆動されるピストンの位置に相関
させる必要があり、その機構や調整は困難であった。

本発明の目的は、いわゆる逃がしバルブなどを用いない
で、ピストンの往復動と油圧室内圧に相関してひとりで
に働く新規で簡単な構成により、油圧室内の過剰圧力を
防止し、また不足油量を補給できる膜ポンプ装置を提供
することである。

本発明の装置は、作動油で満たされた油圧室内で進退す
る機械的往復運動ピストンを使用する。

油圧室は仕切膜により、吸い上げられる流体のポンプ室
から分離されており、移送される流体のポンプ室は吸い
上げられる流体を吸引し、吐出するとき交互に開閉する
適当なチェックバルブを備えている。

さらに本発明の膜ポンプ装置は、従来のこの種の膜ポン
プの欠点を解消するため、（ａ） ピストンの外周を
軸方向に摺動可能であり、その一端面の少な（とも一部
が油圧室内部に露出しており、他端面が油圧室の外側に
位置するスリーブと、 （ｂ） スリーブの他端面を押圧しスリーブを油圧室
の方向へ押し下げるためのばねと、 （ｃ） スリーブの油圧室方向への動きを限定するた
め油圧室周壁に設けられた環状肩部と、 （ｄ） 油圧室に対して軸方向に隣接配置され、ピス
トンの外部へ通ずる部分によって貫通されかつ前記ばね
を収容している作動油リザーバと、（ｅ） 油圧室に
向かってピストン先端面に開口した一端と、ピストン側
面に開口した他端とを有してピストンに貫設された作動
油補給通路 とを含んで構成される。

かくてピストンが連続作動中に、ポンプ室が移送すべき
流体で満たされたとき、何らかの原因で圧力閉塞される
と、次のピストンの往動時に油圧室内の圧力が異常に上
昇するが、前記スリーブがその油圧室内部に露出した端
面にこの上昇した超過圧力を受け、前記ばねの押圧力に
打ち勝って直ちにスリーブの一部を油圧室外のりザーバ
内に移し、代って油圧室内にピストン進入分に相当する
空間を形成し、作動油の一部をここに収容することによ
って油圧室の内圧上昇を最小限に抑制する。

また平常運転中に、油圧室から通常の隙間を通って徐々
に漏れる作動油は、軸方向に隣接した作動油リザーバに
回収されているが、ピストンに設けた前記補給通路がそ
の他端をピストンの最大復動位置でリザーバに開口する
ので、このとき油圧室内がリザーバ内より負圧であれば
、リザーバ内の油がひとりでに油圧室へこの連通路を通
って補給される。

しかも本発明における油圧室内の異常高圧時のスリーブ
移動による内圧抑制は、油圧室の作動油を同室外に逃が
す形式でないので、ポンプが正常な作動に戻ったとき、
油圧室に作動油を戻す煩わしさが無く、内圧正常化と同
時にスリーブも自ずと正常位置に復帰する。

また内圧が高く作動油の補給を要しないときには、スリ
ーブが上記のようにリザーバ内に一部移動しているので
、ピストンの最大復動位置においても補給通路他端がリ
ザーバに開口せず、油の補給が行なわれないという作用
効果を併せ有する。

本発明の装置は、新たに設ける部材が小型で簡単な構造
であり、従来の欠点を解消して、ペンキ又は水などの流
体を１分間に約５〜８１吸い上げ、特に高圧を要する場
合には例えば７０ｋｇ／ｃｒＡに及ぶ圧力で連続送液す
ることができる。

次に添付の図面に示される実施例により本発明の構成を
詳しく説明する。

第１図には、容器１０内から底部の吸入口１８を介して
流体を吸い上げ、吐出管１７を通して移送するための典
型的な装置が示されている。

動力源１２が、ポンプハウジング１５に収納された本発
明の装置に機械的に往復駆動運動を与える。

この動力源１２は、スイッチ１４により作動され、電気
コード１３を介してその動力を得る普通の往復運動モー
ターでよい。

動力源の実施例のうち、特に本発明の装置への使用が適
していると思われるものの一つは、普通の家庭用若しく
は工業用ポータブルサーベル鋸と共に使用されるよう設
計されたものである。

この種の動力源は、１分間に約２０００回の回転を適度
の往復運動速度に変換し、本発明の装置に十分な駆動力
を供給する。

吐出管１γの出口及び動力源１２とポンプハウジング１
５はすべて、容器１０上に取り付けられた蓋１１に固定
されている。

ポンプハウジング１５は、後述される本発明の装置を内
蔵しており、入口１８を介して容器１０の流体を受は入
れ、かなりの高圧で出口１９を介して流体を吐出するこ
ともできる。

吐出管１７は従来の形の各種ノズル又はペンキ吸い上げ
装置の場合には、例えば、ペンキ吹付器に連結される。

第２図には本発明の装置の縦断面が示されている。

縦に伸びたピストン２０及びそのロンド部が適当な連結
器２１を介して往復運動動力源に機械的に連結される。

このピストン２０は下方に突き出し、適当な作動油で満
たされた油圧室２２中で往復運動する。

このピストン２０の往復運動により仕切膜２４が往復運
動し、反対側のポンプ室２６中に吸引と吐出作用を生じ
せしめる。

ピストン２０の吸引行程の際に仕切膜２４は上方へ動き
、ボールバルブ２８がそのシート３０から上昇し流体を
入口１８から導入する。

またピストン２０の圧縮行程の際に、仕切膜２４は下方
へ押圧されボールバルブ３２がそのシート３４から押し
放され、流体をポンプ室２６からポンプ出口１９を経由
して吐出させる。

これらの作用は従来技術に見られる膜ポンプと同じであ
って、ここでは基本的なポンプ作用の予備説明として示
されている。

仕切膜２４はできれば約０．５ ｍｍの厚みのナイロン
膜から製造されるのが望ましく、保持器２３゜２５によ
りその間に保持される。

保持器２５は、ねじ付保持ナツト３６によりポンプハウ
ジング１５の末端に取り付けられる。

保持ナツト３６は、仕切膜２４の外周縁を保持器２３，
２５間にしっかりと締め付けており、それにより仕切膜
２４を適所にしつかり保持する。

適度の圧縮率を有するウレタン座金３８が、保持器２３
と内部ノ・ウジング４０との間に配置されており、仕切
膜２４を固定させかつ密閉性を提供する。

仕切膜２４は頭付きねじ４２とナツト４３により締め付
けられた組立部品と共働するが、この組立部品は、仕切
膜２４のポンプ室側に取り付けられたストッパ４４と、
油圧室側に取り付けられたスペーサ４６とから成る。

保持器２３から張り出した肩部とナツト４３との間に圧
縮ばね３９が設けられる。

このばね３９は、ピストン２０の吸引行程の際に仕切膜
２４の吸引作用を補助するため、仕切膜２４を上方へ押
し上げるよう作用する。

このことは、ポンプ室２６に流体が満たされないときに
も、仕切膜２４の吸引作用を維持させる場合に特に重要
である。

ストッパ４４は、保持器２５の上面肩部に対し密着可能
な斜状の環状肩部を有する。

これら２個の肩部が係合して仕切膜２４の最大下方位置
を制限するので、ポンプ室２６が空の場合にも、仕切膜
２４は裂けることを防止される。

筒状の内部ハウジング４０は、ポンプハウジング１５の
内側に嵌挿されるとともに、５その外端まで張り出した
肩部４１によりポンプハウジング１５の末端にしつかり
係合される。

この際、保持ナツト３６は、適所に仕切膜をしつかり締
め付けるのみならず、内部ハウジング４０も適所に締め
付ける。

ねじ式キャンプ５４がポンプハウジング１５の上端に調
整可能に設けられる。

このキャップ５４は、ピストン２０とそのロッドを囲み
ポンプハウジング１５内に備えられたばね５１を下方の
座金５２に向けて適度に圧縮し、座金５２を内部ハウジ
ング４０の上面に静止させる。

キャップ５４は、後述される目的のため、ばね５１の圧
縮力を調整するように外側若しくは内側にねじ山がつけ
られているのがよい。

スリーブ５０がピストン２０の下部を取り巻き、かつ内
部ハウジング４０の上部内に摺動可能に設けられる。

このスリーブ５０は、油圧室２２の内側にさらされ名環
状端面を有するような大きさで作られる。

スリーブ５０の上端は、座金５２に接しているため、油
圧室２２の内圧が所定値を越すと、スリーブ５０はばね
５１の押力に抗して上方へ動く。

ピストン２０の底面には中心の通路５６へ通ずる開口が
あり、この通路５６はピストン２０内にある長さ設けら
れていて、ピストン２０を横切る孔５８と交わる。

横孔５８の相対的な位置は、座金５２が内部ハウジング
４０上に位置され、かつピストン２０がその吸引行程の
最上位置にあるときに、スリーブ５０及び座金５２の上
端を通り越すような位置であって、この状態においては
、作動油リザーバ３５、横孔５８、通路５６、油圧室２
２との間に作動油連絡路が形成される。

ピストン２０の圧縮行程の際に、横孔５８はスリーブ５
０に覆われ、それにより、作動油リザーバ３５と油圧室
２２との間の連絡路を閉じる。

第４図は、第２図の４−４線での本装置の断面を示す。

スリーブ５０は内部ハウジング４０及びピストン２０と
摺動可能に接触していて、０リング４８がスリーブ５０
と内部ハウジング４０との間での作動油漏出を最小にす
るためにシールしている。

通常、スリーブ５０の端面の内方の一部が、油圧室２２
に生ずる圧力にさらされており、この圧力はばね５１の
下向きの押力に対抗して作用する上昇力をスリーブ端に
与える。

油圧室２２の圧力が所定値以下では、上昇力が弱（、ス
リーブ５０は内部ハウジング４０の環状肩部４９に接す
る定常位置を保っており、油圧室２２の圧力が所定値を
越すと、スリーブ５０はそれに応じて上昇する。

いったんスリーブ５０が上昇し始めると、その下端面全
体が油圧室２２の圧力にさらされて、スリーブ５０はば
ね５１の下向き押力と新しいバランスが保たれるまで上
昇する。

第２図は、また、ポンプ室２６と共働するバルブ機構の
縦断面を示している。

ボールバルブ２８はシート３０上に載っており、薄い板
ばね２７によりその位置に保持される。

板ばね２７は、筒状スペーサー２９に形成された一対の
切欠き内に位置する。

ピストン２０と仕切膜２４の吸引行程の際に、流体が入
口１８に導入され、板ばね２７のばね力に対してボール
バルブ２８をそのシート３０力Ｚら上昇せしめる。

吸引行程の末期に板ばね２７はボールバルブ２８をその
シート３０上に戻し、入口１８を閉じる。

またピストン２０及び仕切膜２４の圧縮行程の際に、ボ
ールバルブ３２がそのシート３４から押し放されてポン
プ室２６から出口１９までの流路を開通する。

ボールバルブ３２の動きは出口側のストッパ３３により
制限され、圧縮ばね３７によりシート３４に戻される。

第３図は、第２図の３−３線での一部断面で示されたボ
ールバルブ２８の構造を示す。

長方形の板ばね２７と円筒状スペーサー２９の構造によ
りボールバルブ２８のまわりに流路が形成されることが
わかる。

長方形の板ばね２７は場所をとらず、またボールバルブ
２８が上昇した後、急速にバルブ２８をそのシート３０
まで押し戻すのに適している。

通常の作動条件下では、ピストン２０の吸引行程の度に
一定量の流体が入口１８からポンプ室２６に吸い込まれ
る。

この吸い上げられた流体はピストン２０の圧縮行程中に
ポンプ室２６から吐出される。

各吸引行程の際に、横孔５８が作動油リザーバ３５内に
さらされるため、確実に油圧室２２へ十分な作動油が補
給される。

こうして、ピストン２０内に貫設された油補給路がピス
トン２０の往復動に応じてひとりでに開閉され、圧縮工
程の油圧を保つとともに、吸引工程時にピストン２０の
まわりのオイル漏れを補充する。

もし仮りにポンプ室２６が空になれば、仕切膜２４は、
圧縮行程の際に下方へ過度に押圧されるおそれがあるが
、ストッパ４４の環状肩部が保持器２５の係合肩部に接
触して、仕切膜２４の過度な動きを制限するため、仕切
膜２４は損傷を免れる。

もし仮りに出口１９からの給送系統が閉塞されると、ポ
ンプ室２６は吸い上げられた流体で満たされたままとな
り、これによりピストン２０の圧縮行程の際に、仕切膜
２４の下方への動きを制止する。

しかしながら、ピストン２０は機械的に往復運動をする
ため、このような状態のもとでも圧縮行程の際には、油
圧室２２で作動油圧を増加させつつ下方へ移動し続ける
。

この作動油圧が所定の値に達すると、スリーブ５０をば
ね５１の力に打ち勝って上方へ押し上げるように、スリ
ーブ５０の環状端面に対して作用する。

スリーブ５０が上方へ移動するにつれて、その跡に生じ
た空間により油圧室２２の容積が増加するづで、さらに
圧力を増加させることなく、作動油がその空間を満たす
ことになる。

さらにいったんスリーブ５０の下端面が内部ハウジング
４０の環状肩部４９から離れて上昇すると、スリーブ５
０の下端面全体が油圧室２２の作動油圧にさらされる。

このため油圧室２２内がやや減圧した状態で、スリーブ
５０はある程度の上方位置に保持される。

この結果、油圧室２２内の異常な圧力増加は調整された
ばね力に対応して、正常時の最高値をわずかに越える程
度に抑えられる。

スリーブ５０は、油圧室２２にこのような圧力増加が存
在する限り、ある程度の上昇位置に移動したままである
。

補給用の横孔５８は、スリーブ５０がその上昇位置にあ
る限り、作動油が作動油リザーバ３５から油圧室２２へ
流入しないようにスリーブ５０によって覆われる。

このように、ポンプの出口１９からの液の流出が閉塞さ
れている状態においては、スリーブ５０は、油圧室２２
の容積を増加させるように上方へ移動し、これによりピ
ストン２０によって油圧室２２に押し込められる作動油
のための収容容積を増大させ、同時に補給用横孔５８を
閉鎖状態に保つ。

第５図は、簡単な図で示された本装置の作用状態のいく
つかを示している。

第５図のＡは、出口圧力が閉塞され、ピストン２０が圧
縮行程の際に下方へ移動している場合である。

ピストン２０がその圧縮行程の末期に近づ（と（第５図
のＢ参照）、スリーブ５０が異常内圧により上方に摺動
し、座金５２及び圧縮ばね５１を持ち上げて釣り合う。

この図では閉塞された圧力条件下で仕切膜２４は、不動
水平位置にあるとした。

第５図のＣにおいて、ピストン２０は、吸引行程を終え
、次の圧縮行程に移る。

横孔５８は、スリーブ５０が上昇位置にあるので、圧縮
行程中も吸引行程中も作動油リザーバ３５に連通しない
。

第５図のＤは、出口圧力が閉塞から解除された条件下で
のピストン２０の同一関連位置を示す。

これは、いわゆる通常の作用状態であって、スリーブ５
０は内部ハウジング４００段差部に載った位置にあり、
圧縮ばね５１は正常位置まで伸びている。

この状態のとき、横孔５８は作動油リザーバ３５に開口
し、作動油を油圧室２２に補給するための通路を提供す
る。

第５図は、本発明の各作動状態を図式的に表わしたもの
であって、必ずしも正確な寸法で縮尺された図ではない
。

各部分の動きやピストンの位置は本発明の作用効果を示
すため誇張されている。

本発明の膜ポンプ装置においては、ポンプの正常運転中
においても、ピストンの最大後退時毎に、油圧室と作動
油リザーバがピストン中を通る油通路ニよって、直接的
に連通ずるので、例えばピストンまわりの通常の隙間を
通して徐々に油圧室から油漏れがあっても、その不足量
はひとりでに補給され、常に仕切膜が所定幅反復動し、
ポンプの十分な送液能力が維持される。

また、不測の原因で吐出管が圧力閉塞され、送液がポン
プ室に密封状態となり、そのままではピストンの圧縮行
程の際に油圧室の内圧が異常に上昇するおそれのある場
合、本発明ではピストン外周に沿って軸方向摺動可能に
設けられたスリーブがその過剰な内圧を端面に受けて外
方へ移動し、その移動分だけ油圧室の容積を増加して、
ピストン前進による押のけ油量を一時的に収容し、油圧
の異状な上昇と部材の破損を防止する。

このような出口閉塞のもとでピストンの往復動は、油圧
の異常な上昇を伴うことなく、仕切膜をほぼ一定の位置
に保ったまま継続可能であるが、出口閉塞状態が解消さ
れると、油圧室内の状態は直ちに旧に復し、ポンプを正
常に作動することができる。

これらは何れも従来の膜ポンプには具備されなかった上
記スリーブによる成果であり、装置の構造を簡単にし、
仕切膜の破損を防止し、ポンプの信頼性を確実にする。

本発明の望ましい実施例がここに説明されているが、本
発明の範囲内で構造の細部を変更することは可能である
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は容器内の流体
を吸引し吐出するため容器に設置された膜ポンプ装置の
斜視図、第２図は同装置の拡大縦断面図、第３図は第２
図の３−３線での断面図、第４図は第２図の４−４線で
の断面図、第５図は作動状態の４つの場合を示す説明図
である。 １５・・・・・・ポンプハウジング、２０・・・・・・
ピストン、２２・・・・・・油圧室、２４・・・・・・
仕切膜、２６・・・・・・ポンプ室、３５・・・・・・
作動油リザーバ、４９・・・・・・環状肩部、５０・・
・・・・スリーブ、５１・・・・・・ばね、５２・・・
・・・座金、５４・・・・・・ねじ式キャップ、５６・
・・・・・縦通路、５８・・・・・・横１し

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 膜の一方側に膜を作動させる油圧室、膜の他方側に
   液を移送するポンプ室を有し、油圧室に外部より機械的
   に往復駆動されるピストンを挿入している膜ポンプ装置
   であって、 （ａ） ピストンの外周を軸方向に摺動可能であり、
   その一端面の少なくとも一部が油圧室内部に露出してお
   り、他端面が油圧室の外側に位置するスリーブと、 （ｂ） スリーブの他端面を押圧しスリーブを油圧室
   の方向へ押し下げるためのばねと、 （ｃ） スリーブの油圧室方向への動きを限定するた
   め油圧室周壁に設けられた環状肩部と、 （ｄ） 油圧室に対して軸方向に隣接配置され、ピス
   トンの外部へ通ずる部分によって貫通されかつ前記ばね
   を収容している作動油リザーバと、（ｅ） 油圧室に
   向かってピストン先端面に開口した一端と、ピストン側
   面に開口した他端とを有してピストンに貫設された作動
   油補給通路と、を含んで構成され、該補給通路の他端が
   ピストンの最大復動位置で作動油リザーバに開口して該
   リザーバと油圧室とを連通し、また油圧室の内圧が所定
   値を越えると該スリーブが移動されて油圧室容積を増加
   し該内圧の上昇が制限されることを特徴とする膜ポンプ
   装置。 ２ 前記ばねがねじ機構によってそのばね力を調整され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の膜ポ
   ンプ装置。 ３ 前記環状肩部の内径がスリーブの内径よりも太き（
   スリーブの外径よりも小さい寸法を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第２項に記載の膜ポンプ装置。 ４ 前記ばねがピストンを同軸に取り巻（圧縮ばねであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の膜ポ
   ンプ装置。 ５ 圧縮ばねとスリーブの他端面との間が座金で連係さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載
   の膜ポンプ装置。 ６ 作動油補給通路がピストンの軸と同軸である縦通路
   とピストンの軸を横切って該縦通路と連通ずる横孔とか
   ら成ることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の
   膜ポンプ装置。