KR101925364B1

KR101925364B1 - 벨로우즈 펌프

Info

Publication number: KR101925364B1
Application number: KR1020137028409A
Authority: KR
Inventors: 쿄우헤이 이와부치; 히로유키 타나베; 토시키 오니즈카; 아츠시 요시다
Original assignee: 가부시키가이샤 이와키
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2018-12-05
Also published as: JP5720888B2; US20140010689A1; CN103477074B; EP2693053A4; CN202300954U; EP2693053B1; TW201248013A; CN103477074A; KR20140016960A; JP2012211512A; TWI577888B; US9239047B2; EP2693053A1; WO2012132816A1

Abstract

벨로우즈 펌프는 내부에 축방향을 따른 공간을 형성하는 케이스 부재와, 공간 내에 축방향으로 신축 가능하게 배치되어 공간을 축방향으로 펌프실 및 작동실로 칸막이하는, 바닥이 있는 원통형상의 벨로우즈와, 펌프실의 흡입측에 마련되어 펌프실로 이송 유체를 유도하는 흡입 밸브와, 펌프실의 토출측에 마련되어 펌프실로부터 이송 유체를 토출하는 토출 밸브와, 작동실에 작동 유체를 도입하고 작동실로부터 작동 유체를 배출함으로써 벨로우즈를 신축시키는 벨로우즈 펌프로서, 벨로우즈는 축방향을 따라 산부 및 곡부가 번갈아 형성됨과 아울러, 축방향의 소정 위치에 원환형상의 링부가 일체적으로 형성된 구조로 이루어진다.

Description

벨로우즈 펌프{BELLOWS PUMP}

본 발명은 펌프실과 작동실을 칸막이하는 벨로우즈에 의해 펌프 동작을 실시하는 벨로우즈 펌프에 관한 것이다.

벨로우즈 펌프는 벨로우즈에 의해 폐쇄 공간이 펌프실과 작동실로 구획된 구조를 가진다. 그리고 벨로우즈 펌프는 작동실에 작동 유체를 도입 및 배출함으로써 펌프실을 압축 및 신장시키도록 동작한다. 이러한 벨로우즈 펌프의 예로서 예를 들면 하기 특허문헌 1 및 2에 개시되어 있는 것이 알려져 있다.

이 특허문헌 1 및 2에 개시된 벨로우즈 펌프는 벨로우즈의 형상을 연구함으로써, 예를 들어 도 4에 화살표로 나타낸 것과 같은 작동압에 따른 응력집중에 의해 벨로우즈(100)의 변형에 따른 문제를 억제하는 구성으로 되어 있다. 이러한 벨로우즈의 변형은 벨로우즈의 내압(耐壓) 성능의 한계를 넘거나 벨로우즈 온도가 높아지거나 하면 발생한다. 따라서 상기와 같이 벨로우즈의 형상을 변경하거나 벨로우즈의 두께를 두껍게 하거나 해서 내압을 올림으로써 대응이 이루어지고 있다.

일본국 공개특허공보 2001-193836호 일본국 공개특허공보 2001-193837호

그러나 상술한 바와 같이 벨로우즈의 형상을 변경하거나 두께를 두껍게 하거나 해서 내압 성능을 올리면, 벨로우즈 자체의 움직임에 제약이 생기거나 작동 저항이 상승하거나 하여 이송 유체의 토출량에 영향을 끼치게 된다. 이러한 경우, 토출량에 대한 영향을 없애기 위해서는 벨로우즈를 신축시키는 힘이 보다 필요하게 되어 작동 효율이 저하되게 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 온도 특성이 뛰어나며 작동 효율을 떨어뜨리지 않고 내압 성능을 향상시킬 수 있는 벨로우즈를 가지는 벨로우즈 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 제1의 벨로우즈 펌프는, 내부에 축방향을 따른 공간을 형성하는 케이스 부재와, 상기 공간 내에 상기 축방향으로 신축 가능하게 배치되어 상기 공간 내부를 상기 축방향으로 펌프실 및 작동실로 칸막이하는, 바닥이 있는 원통형상의 벨로우즈와, 상기 펌프실의 흡입측에 마련되어 상기 펌프실로 이송 유체를 유도하는 흡입 밸브와, 상기 펌프실의 토출측에 마련되어 상기 펌프실로부터 상기 이송 유체를 토출하는 토출 밸브와, 상기 작동실에 작동 유체를 도입하고 상기 작동실로부터 상기 작동 유체를 배출함으로 인해 상기 벨로우즈를 신축시킴으로써 상기 이송 유체를 이송하는 벨로우즈 펌프로서, 상기 벨로우즈는 상기 축방향을 따라 산부(mountain portion) 및 곡부(valley portion)가 번갈아 형성됨과 아울러, 상기 축방향의 소정 위치에 원환(圓環)형상의 링부가 일체적으로 형성된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제2의 벨로우즈 펌프는 펌프 헤드와, 이 펌프 헤드의 양쪽에 서로의 개방측이 마주보도록 더불어 설치되어 내부에 펌프실을 각각 형성함과 아울러 축방향으로 각각이 신축 가능한, 바닥이 있는 원통형상의 한 쌍의 벨로우즈와, 상기 한 쌍의 벨로우즈를 내부에 각각 수용하도록 상기 벨로우즈에 대하여 동축적(同軸的)으로 배치되고, 상기 한 쌍의 벨로우즈와의 사이에 작동실을 형성하는, 개구부가 서로 마주보도록 상기 펌프 헤드에 장착된 바닥이 있는 원통형상의 한 쌍의 실린더와, 이러한 한 쌍의 실린더 바닥을 각각 상기 실린더의 중심축을 따라 기밀하면서도 슬라이딩 자유롭게 관통하여 각 일단(一端)이 상기 한 쌍의 벨로우즈의 각 바닥부에 각각 연결된 한 쌍의 펌프 샤프트와, 이러한 한 쌍의 펌프 샤프트의 타단(他端)끼리를 상기 축방향으로 이동 자유롭게 연결하는 연결 샤프트와, 상기 펌프실 내에서 상기 펌프 헤드에 장착되어 이송 유체의 흡입구에서 상기 펌프실로 상기 이송 유체를 유도함과 아울러 상기 펌프실로부터 이송 유체의 토출구로 상기 이송 유체를 유도하는 밸브 유닛과, 상기 작동실에 작동 유체를 도입하고 상기 작동실에서 상기 작동 유체를 배출함으로 인해 상기 한 쌍의 벨로우즈를 신축시킴으로써 상기 이송 유체를 이송하는 벨로우즈 펌프로서, 상기 한 쌍의 벨로우즈는 각각 상기 축방향을 따라 산부 및 곡부가 번갈아 형성됨과 아울러, 상기 축방향의 소정 위치에 원환형상의 링부가 일체적으로 형성된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직한 1개의 실시형태에서 상기 링부는 예를 들면 소정 간격을 두고 상기 축방향에 복수개 형성되어 있다.

또한 다른 실시형태에서 상기 벨로우즈는 예를 들면 불소 수지로 이루어진다.

본 발명에 의하면, 온도 특성이 뛰어나며 작동 효율을 떨어뜨리지 않고 내압 성능을 향상시킬 수 있는 벨로우즈를 가지는 벨로우즈 펌프를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 벨로우즈 펌프의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 동(同) 벨로우즈 펌프의 벨로우즈의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 동 벨로우즈 펌프의 벨로우즈의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 종래의 벨로우즈 펌프의 벨로우즈의 문제점을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 벨로우즈 펌프의 실시형태를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 벨로우즈 펌프의 단면도 및 그 주변 기구를 나타내는 도면이다. 한편, 본 실시형태에 따른 벨로우즈 펌프로는 왕복동 펌프 구조의 이른바 복동형(複胴型;multi-barrel type)을 예로 들어 설명하지만, 이른바 단동형(單胴型;single barrel type) 벨로우즈 펌프여도 적용 가능하다.

벨로우즈 펌프는 다음과 같이 구성되어 있다. 중앙부에 배치된 펌프 헤드(1)의 양측에는 케이스 부재인 바닥이 있는 원통형상의 실린더(2a, 2b)가 동축 배치되고, 그들의 내부에 한 쌍의 공간이 형성되어 있다. 이 공간들 내에는 각각 바닥이 있는 원통형상의 벨로우즈(3a, 3b)가 동축 배치되어 있다.

벨로우즈(3a, 3b)의 개구단은 펌프 헤드(1)에 고정되고, 바닥부에는 샤프트 고정판(4a, 4b)이 고정되어 있다. 벨로우즈(3a, 3b)는 예를 들면 불소 수지로 이루어지며, 내측을 펌프실(5a, 5b), 외측을 작동실(6a, 6b)로 해서 실린더(2a, 2b)의 내부 공간을 칸막이하고 있다.

이 벨로우즈(3a, 3b)는 축방향을 따라 번갈아 형성된 산부(12a) 및 곡부(12b)와, 축방향의 중간위치 근처에 일체적으로 형성된 원환형상의 링부(12)를 구비한 구조로 되어 있다. 벨로우즈(3a, 3b)는 링부(12)가 없는 경우의 통상적인 벨로우즈와 동일한 형상으로 같은 두께, 및 같은 작동 저항이 되는 산부(12a)와 곡부(12b)의 개수로 구성되어 있다.

샤프트 고정판(4a, 4b)에는 동축으로 연장되는 샤프트(7a, 7b)의 일단이 고정되어 있다. 샤프트(7a, 7b)의 타단은 각각 실린더(2a, 2b)의 바닥부 중심을, 실링(sealing) 부재(8)를 통해 기밀하게 관통하여 실린더(2a, 2b)의 외측까지 연장되어 있다. 이 샤프트(7a, 7b)의 타단에는 연결판(9a, 9b)이 너트(10)로 고정되어 있다.

연결판(9a, 9b)은 실린더(2a, 2b)의 상하 위치에서 연결 샤프트(11a, 11b)에 의해 연결되어 있다. 각 연결 샤프트(11a, 11b)는 볼트(15)에 의해 연결판(9a, 9b)에 고정되어 있다.

펌프 헤드(1)에는 펌프의 측면에 임하는 위치에 이송 유체의 흡입구(16)와 토출구(17)가 마련된다. 이와 더불어, 펌프 헤드(1)에는 흡입구(16)에서 펌프실(5a, 5b)에 이르는 위치에 흡입 밸브(18a, 18b)가 마련되고, 펌프실(5a, 5b)에서 토출구(17)에 이르는 경로에 토출 밸브(19a, 19b)가 마련되어 있다.

한편, 도시하지 않은 공기 압축기(air compressor) 등의 작동 유체원으로부터의 작동 유체, 예를 들어 에어는 레귤레이터(26)로 각각 소정 압력으로 제한되어 전자 밸브(27)에 공급되고 있다.

작동실(6a)이 배기 상태이고 작동실(6b)이 에어 도입 상태이며, 펌프실(5a)이 팽창 공정이고 펌프실(5b)이 수축 공정에 있다고 한다. 이 때, 흡입 밸브(18a) 및 토출 밸브(19b)가 열림 상태이고 흡입 밸브(18b) 및 토출 밸브(19a)가 닫힘 상태가 되므로, 이송해야 할 액체는 흡입구(16)에서 펌프실(5a)로 도입되어 펌프실(5b)로부터 토출구(17)를 통해 토출된다.

벨로우즈(3a, 3b)는 상기와 같은 펌프실(5a, 5b)의 팽창이나 수축에 따른 동작을 실현하기 위해 축방향으로 신축을 반복한다. 이 때, 보다 많은 이송 유체를 이송하기 위해 이송압이나 작동압을 높이거나 동작에 따라 펌프 내의 온도가 상승하거나 하더라도 링부(12)를 구비하기 때문에 두께를 두껍게 하지 않아도 내압성이 높게 변형되어 파손되는 일이 없다. 바꿔 말하면, 벨로우즈(3a, 3b)는 링부(12)가 없는 벨로우즈에 비해, 같은 작동 효율을 가지도록 설정했을 경우에는 내압성을 향상시키는 것이 가능한 구조가 된다.

따라서 본 실시형태에 따른 벨로우즈 펌프에 의하면, 링부(12)를 구비하지 않는 벨로우즈를 채용한 종래에 비해, 온도 특성이 뛰어남과 아울러 작동 효율을 떨어뜨리지 않고 내압 성능을 향상시킬 수 있다. 한편, 벨로우즈(3a, 3b)는 다음과 같이 구성할 수도 있다.

도 2는 이 벨로우즈 펌프의 벨로우즈(3a, 3b)의 다른 예를 나타내는 도면, 도 3은 벨로우즈 펌프의 벨로우즈(3a, 3b)의 또 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 벨로우즈(3a, 3b)는 산부(12a) 및 곡부(12b)와 더불어, 예를 들면 소정 간격을 두고 축방향으로 2개 혹은 3개 형성된 링부(12)를 구비하고 있다. 이와 같이, 링부(12)를 복수개 구비한 벨로우즈(3a, 3b)를 채용해도 도 1에 나타낸 것과 마찬가지로 내압성을 향상시킬 수 있다. 한편, 링부(12)의 간격은 일정하지 않아도 된다.

실시예

본 출원인은 상술한 벨로우즈(3a, 3b)의 특성을 조사하기 위해 다음과 같은 파괴 시험 및 작동 저항 시험을 실시하였다. 이 시험들에서는 벨로우즈의 재질을 불소 수지로 하고, 두께를 2mm 및 산부(12a)의 개수를 12로 모두 똑같이 설정하였다. 또한 링부(12)의 축방향두께를 10mm로 설정하였다. 링부(12)가 한 개인 것을 실시예 1, 두 개인 것을 실시예 2, 세 개인 것을 실시예 3으로 하는 동시에 링부(12)가 없는 것을 비교예로 하였다.

파괴 시험은 도 4에 나타낸 바와 같이 벨로우즈의 외측에서 압력을 가하여 실시하고, 작동 저항 시험은 벨로우즈를 축방향으로 소정 하중으로 잡아당김으로써 실시하였다. 파괴 시험 결과를 이하의 표 1에, 작동 저항 시험 결과를 이하의 표 2에 각각 나타낸다. 한편, 파괴 시험에서는 벨로우즈의 온도(주위온도)를 180℃로 설정하였다.

벨로우즈 주위온도(℃)	벨로우즈 파괴압력(MPa)
벨로우즈 주위온도(℃)	비교예	실시예 1	실시예 2	실시예 3
180℃	0.286	0.298	0.389	0.376

단위:(mm)

	비교예	실시예 1	실시예 2	실시예 3
자유길이	175.5	187.4	199	212.7
10Kgf의 부하를 가했을 때의 길이	181.3	193.6	205	219
신장량	5.8	6.2	6.0	6.3

표 1에 나타낸 바와 같이 파괴 시험에서는 벨로우즈의 파괴압력(MPa)은 비교예가 0.286이었던 데 비해, 실시예 1이 0.298, 실시예 2가 0.389, 실시예 3이 0.376으로 각각 웃도는 결과가 되었다. 이로 인해 내압성이 향상되었음이 판명되었다.

한편, 표 2에 나타낸 바와 같이 작동 저항 시험에서는 벨로우즈의 축방향의 자유길이는 비교예가 175.5mm이고, 실시예 1이 187.4mm, 실시예 2가 199mm, 실시예 3이 212.7mm였다. 또한 10kgf의 부하를 가했을 때의 길이는 비교예가 181.3mm이고, 실시예 1이 193.6mm, 실시예 2가 205mm, 실시예 3이 219mm였다.

따라서 벨로우즈의 신장량은 비교예가 5.8mm가 된 데 비해, 실시예 1이 6.2mm, 실시예 2가 6mm, 실시예 3이 6.3mm가 되어, 비교예와 실시예 1, 2, 3에서 작동 저항이 거의 변하지 않는 결과가 나왔다. 이로 인해, 링부(12)의 유무로 작동 저항에 변화가 없다는 것이 판명되었다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 벨로우즈 펌프에 의하면, 벨로우즈(3a, 3b)가 링부(12)를 구비하기 때문에 온도 특성이 뛰어남과 아울러 작동 효율을 떨어뜨리지 않고 내압 성능을 향상시킬 수 있다.

1 펌프 헤드
2a, 2b 실린더
3a, 3b 벨로우즈
4a, 4b 샤프트 고정판
5a, 5b 펌프실
6a, 6b 작동실
7a, 7b 샤프트
9a, 9b 연결판
11a, 11b 연결 샤프트
12 링부
12a 산부
12b 곡부
16 흡입구
17 토출구
18a, 18b 흡입 밸브
19a, 19b 토출 밸브
26 레귤레이터
27 전자 밸브

Claims

내부에 축방향을 따른 공간을 형성하는 케이스 부재와,
상기 공간 내에 상기 축방향으로 신축 가능하게 배치되어 상기 공간을 상기 축방향으로 펌프실 및 작동실로 칸막이하는, 바닥이 있는 원통형상의 벨로우즈와,
상기 펌프실의 흡입측에 마련되어 상기 펌프실로 이송 유체를 유도하는 흡입 밸브와,
상기 펌프실의 토출측에 마련되어 상기 펌프실로부터 상기 이송 유체를 토출하는 토출 밸브와,
상기 작동실에 작동 유체를 도입하고 상기 작동실로부터 상기 작동 유체를 배출함으로 인해 상기 벨로우즈를 신축시킴으로써 상기 이송 유체를 이송하는 벨로우즈 펌프로서,
상기 벨로우즈는 상기 축방향을 따라 산부(mountain portion) 및 곡부(valley portion)가 번갈아 형성됨과 아울러, 상기 축방향의 소정의 상기 곡부 형성위치에 상기 곡부에서 상기 산부로 연장되는 원환형상의 링부가 일체적으로 형성된 구조로 이루어지며,
상기 벨로우즈의 두께보다도 상기 링부의 두께가 더 두껍고,
상기 링부의 양측에는 복수개의 벨로우즈의 산부가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 펌프.
제1항에 있어서,
상기 링부는 소정 간격을 두고 상기 축방향에 복수개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 펌프.
제1항에 있어서,
상기 벨로우즈는 불소 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 펌프.
제2항에 있어서,
상기 벨로우즈는 불소 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 펌프.
펌프 헤드와,
이 펌프 헤드의 양측에 서로의 개구측이 마주보도록 더불어 설치되어 내부에 펌프실을 각각 형성함과 아울러 축방향으로 각각이 신축 가능한, 바닥이 있는 원통형상의 한 쌍의 벨로우즈와,
상기 한 쌍의 벨로우즈를 내부에 각각 수용하도록 상기 벨로우즈에 대하여 동축적으로 배치되어, 상기 한 쌍의 벨로우즈와의 사이에 작동실을 형성하는, 개구부가 서로 마주보도록 상기 펌프 헤드에 장착된, 바닥이 있는 원통형상의 한 쌍의 실린더와,
이 한 쌍의 실린더의 바닥부를 각각 상기 실린더의 중심축을 따라 기밀하면서도 슬라이딩 자유롭게 관통하여 각 일단(一端)이 상기 한 쌍의 벨로우즈의 각 바닥부에 각각 연결된 한 쌍의 펌프 샤프트와,
이 한 쌍의 펌프 샤프트의 타단(他端)끼리를 상기 축방향에 이동 자유롭게 연결하는 연결 샤프트와,
상기 펌프실 내에서 상기 펌프 헤드에 장착되어 이송 유체의 흡입구로부터 상기 펌프실로 상기 이송 유체를 유도함과 아울러, 상기 펌프실로부터 이송 유체의 토출구로 상기 이송 유체를 유도하는 밸브 유닛과,
상기 작동실에 작동 유체를 도입하고 상기 작동실로부터 상기 작동 유체를 배출함으로 인해 상기 한 쌍의 벨로우즈를 신축시킴으로써 상기 이송 유체를 이송하는 벨로우즈 펌프로서,
상기 한 쌍의 벨로우즈는 각각 상기 축방향을 따라 산부 및 곡부가 번갈아 배치됨과 아울러, 상기 축방향의 소정의 상기 곡부 형성위치에 상기 곡부에서 상기 산부로 연장되는 원환형상의 링부가 일체적으로 형성된 구조로 이루어지며,
상기 벨로우즈의 두께보다도 상기 링부의 두께가 더 두껍고,
상기 링부의 양측에는 복수개의 벨로우즈의 산부가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 펌프.
제5항에 있어서,
상기 링부는 소정 간격을 두고 상기 축방향에 복수개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 펌프.
제5항에 있어서,
상기 벨로우즈는 불소 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 펌프.
제6항에 있어서,
상기 벨로우즈는 불소 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 펌프.