KR20040018095A - 2연 왕복동 벨로스 펌프 - Google Patents

Abstract

2연 왕복운동 벨로스 펌프에 있어서, 펌프전체의 소형화설계를 쉽게 함과 동시에 저비용의 펌프제작을 가능하게 하고, 또한, 펌프실내의 데드스페이스를 적게 하고, 자기흡입성능이 높은 벨로스 펌프를 제공한다.

벨로스(7)의 횡단면에 있어서, 그 중심(P)을 중심으로 하여 세로방향을 따라서, 토출측 밸브유니트(18)와 흡입측 밸브유니트(16)의 밸브케이스(18a, 16a)를 대응하는 펌프실내에 돌출한 상태로 상하에 배치함과 동시에, 한 쌍의 연동 샤프트 (30, 31)를, 중심(P)의 가로방향에, 이 중심(P)을 벗어난 좌우위치에 배치한다. 이에 따라서, 펌프실내의 데드 스페이스가 삭감됨과 동시에 펌프의 세로방향 및 가로방향의 치수가 단축되어, 펌프의 소형화설계가 용이하게 된다.

Description

2연 왕복동 벨로스 펌프{DUAL RECIPROCATING BELLOWS PUMP}

본 발명은, 신축이 자유로운 통 형상의 벨로스(bellows)의 안쪽을, 반도체의 처리액 등의 펌프공급이송 유체의 펌프실로 하고, 그 바깥쪽에 작동에어를 공급하고, 벨로스를 왕복 운동시키는 형식의 벨로스 펌프에 관한 것으로, 특히, 펌프헤드의 양쪽에 같은 구성의 벨로스를 배치하고, 그 좌우 한 쌍의 벨로스를 연동 샤프트 수단에 의해 서로 연동(連動)시키는 구성의 2연 왕복동 벨로스 펌프에 관한 것이다.

이 종류의 2연 왕복동 벨로스 펌프는, 예를 들면, 미국특허 제 5,558,506호 및 제 5,893,707호에 개시되어 있다. 이들 미국 특허에 표시된 2연 왕복동 벨로스 펌프에 있어서는, 펌프하우징의 중앙에 배치된 펌프 헤드 내에, 볼 밸브형의 1방향 밸브를 이루는 흡입측 및 토출측의 밸브 유니트가 각각 조립되고, 해당 펌프헤드와 좌우의 벨로스의 가동끝단에 붙여 고정된 피스톤에 의해서, 좌우의 펌프실이 각각 구획되어 있다. 그리고, 그 각 피스톤에 의해서 구분된 다른 쪽의 영역에서, 벨로스 내부에 작동에어를 선택적으로 공급하고, 여기에 좌우의 작동에어실이 각각 구획되어 있다. 양 피스톤은, 단일의 연동 샤프트의 각 끝단부에 부착되어 일체로 연동하고, 이에 따라서 좌우의 벨로스가 신축동작을 반복하여, 펌프동작이 수행되는 구성이다.

상기 구성에 있어서는, 펌프 헤드 내에 흡입측 및 토출측의 펌프 유니트의 양쪽이 조립되어 있기 때문에, 자연히 해당 펌프헤드의 사이즈, 특히 가로방향의 사이즈가 커져, 이것에 의해서 펌프 전체의 소형화설계가 곤란하게 된다고 하는 문제가 있다. 예를 들면, 해당 펌프를 반도체의 처리액을 공급이송하는 순환용 펌프 등에 사용하는 경우에는, 펌프 접액부(接液部)를 내식성 및 내약품성에 뛰어난 불소수지 등으로 형성하는 것이 바람직하지만, 이들 수지재료는, 상당히 고가이기도하기 때문에, 재료비의 절약을 위해 극히 소형으로 설계하는 것이 요청된다. 그러나, 상기의 구조에서는 그 요청에 충분히 대응할 수 없는 문제가 있다.

또한, 이 종류의 종래의 펌프의 다른 구조로서, 연동 샤프트 수단을 펌프실의 외부에서 이동이 자유롭게 배치하여, 좌우의 벨로스를 이 연동 샤프트 수단에 연결하여 서로 연동하도록 한 구성도 볼 수 있다. 그러나, 이 경우에는, 펌프하우징에, 이 연동 샤프트 수단을 지지하는 스페이스 및 구조부분을 설치할 필요가 있기 때문에, 펌프하우징의 대형화, 나아가서는 펌프전체의 대형화를 피할 수 없어, 상술한 바와 같이, 펌프의 소형화설계가 곤란하다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 상기 종래의 벨로스 펌프에 있어서의 여러 문제에 비추어 보아서 이루어진 것으로서, 그 목적은, 펌프전체의 소형화설계가 용이하고, 재료비의 절약에 의한 저비용의 2연 왕복동 벨로스 펌프를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 펌프실의 데드 스페이스(dead space)를 작게 하고, 해당 펌프실 내의 펌프공급이송 유체의 체류를 방지하여, 자기흡입 성능이 높은 2연 왕복동 벨로스 펌프를 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 2연 왕복동 벨로스 펌프 및 이에 부속하는 제어밸브를 포함하는 펌프시스템을 나타내는 종단면도이다.

도 2는 도 1의 A-A선을 따르는 횡단면도이다.

도 3은 도 2의 B-B선을 따르는 부분단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 2연 왕복동 벨로스 펌프 3 : 펌프하우징

4 : 펌프헤드 6, 7 : 벨로스

9, 10 : 끝단판 11, 12 : 펌프실

13, 14 : 작동에어실 15, 16 : 흡입측 밸브유니트

17, 18 : 토출측 밸브유니트 21, 22 : 전환기구

24 : 검출로드 30, 31 : 연동 샤프트

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 있어서는, 통 형상의 벨로스가, 그 기단부(基端部)에서 펌프헤드에 시일상태로 붙여 고정되고, 다른 쪽의 자유단에 시일상태로 끝단판을 연결하여, 벨로스의 내부를 펌프공급이송 유체용의 펌프실로 함과 동시에 벨로스의 바깥쪽을 펌프하우징과의 사이에서 작동에어실로구획하고, 또한, 펌프헤드의 양쪽에 배치한 좌우 한 쌍의 통 형상 벨로스를 연동시키는 연동 샤프트 수단을 펌프헤드 안을 이동가능하게 끼워 통하게 하여 좌우의 펌프실에 돌출시켜, 대응하는 끝단판의 내면에 작동 연결시킴으로써 양 벨로스를 연동시켜 펌프동작을 수행하는 구성의 2연 왕복동 벨로스 펌프를 제안하는 것이다.

특히, 본 발명에 있어서는, 펌프하우징과, 해당 하우징에 맞붙여짐과 동시에 펌프공급이송 유체의 흡입구 및 토출구를 설치한 펌프헤드와, 기단부가 상기 펌프헤드의 측부에 시일상태로 각각 붙여 고정됨과 동시에 상기 펌프하우징 내에서 그 긴 축선을 따라 신축이 자유롭게 소정의 스트로크로 왕복운동 가능한 좌우 한 쌍의 통 형상 벨로스와, 이들 각 벨로스의 자유단에 시일상태로 연결되고, 상기 펌프헤드와 함께 움직여 벨로스 내부를 펌프실로 구획함과 동시에 해당 벨로스와 펌프하우징과의 사이를 작동에어실로서 구획하는 끝단판과, 상기 좌우의 작동에어실에 작동에어를 선택적으로 공급하기 위해서 상기 펌프하우징에 설치된 각 작동에어실에 연이어 통하는 작동에어 공급개구 수단과, 상기 한쪽의 벨로스의 왕복운동에 연동하여 다른 쪽의 벨로스를 왕복운동시키는 연동 샤프트 수단과, 상기 펌프헤드에 붙여 고정됨과 동시에 상기 흡입구와 펌프실과의 사이에 각각 배치되고, 해당 흡입구로부터 해당 각 펌프실로의 펌프공급이송유체의 유입을 허용하는 1방향 밸브를 구성하는 흡입측 밸브 유니트와, 상기 펌프헤드에 붙여 고정됨과 동시에 상기 토출구와 펌프실의 사이에 각각 배치되고, 해당 각 펌프실로부터 토출구로의 펌프공급이송 유체의 유출을 허용하는 1방향 밸브를 구성하는 토출측 밸브 유니트를 구비하고, 상기 밸브 유니트가, 밸브케이스와 해당 케이스 내에 이동 가능하게 지지된 밸브본체로 이루어지는 것에 있어서,

상기 흡입측 밸브유니트 및 토출측 밸브유니트의 각 밸브케이스가, 상기 통 형상 벨로스의 횡단면에 있어서, 그 중심을 사이에 두고 그 상하에 배치됨과 동시에 대응하는 펌프실 내에 돌출하고,

상기 연동 샤프트 수단은, 해당 긴 축선을 따라 상기 펌프헤드에 이동이 자유롭게 끼워 통하게 되어, 그 일끝단이 한 쪽의 펌프실에 돌출하여 대응하는 끝단판의 내면에 작동 연결됨과 동시에, 그 다른 끝단이 다른 쪽의 펌프실에 돌출하여 대응하는 끝단판의 내면에 작동 연결된 한 쌍의 연동샤프트로 이루어지고, 이들 양 연동샤프트는, 상기 중심을 사이에 두고 해당 중심을 벗어난 좌우위치에 각각 배치되는 구성의 2연 왕복동 벨로스 펌프를 제안하는 것이다.

상기 구성과 같이, 본 발명에 있어서는, 연동 샤프트 수단으로서, 한 쌍의 연동 샤프트를 펌프헤드를 통해 좌우의 펌프실로 연장하는 구성으로 하고, 이들 한 쌍의 연동샤프트를 벨로스의 중심위치로부터 벗어난 좌우의 위치에 배치한 구성으로 하고, 또한, 흡입측 밸브유니트 및 토출측 밸브유니트의 각 밸브케이스를, 해당 중심을 사이에 두고 상하에 배치함과 동시에 펌프실내에 돌출하도록 구성하였기 때문에, 이들 양 밸브케이스 및 연동 샤프트가 각 펌프실내의, 소위 데드 스페이스의 해소에 크게 기여하고, 이것에 의해서, 펌프실내에서의 펌프공급이송 유체의 체류현상을 극히 적게 할 수 있어, 높은 자기흡입 성능을 얻을 수 있다.

또한, 양 밸브케이스가 펌프헤드내부에 맞붙여지는 구성이 아니기 때문에 펌프헤드의 두께 내지 가로방향 치수를 작게 할 수 있다. 또한, 한 쌍의 연동 샤프트를 벨로스의 중심위치를 벗어난 좌우위치에 배치한 것에 의해, 펌프의 세로방향의 사이즈를 단축할 수 있다. 이에 따라, 펌프전체의 소형화 설계가 용이하게 됨과 동시에 펌프를 구성하는 합성수지 등의 재료비도 적어도 되어, 저비용의 펌프제작이 가능하다. 또한, 밸브의 사이즈도 극히 크게 할 수 있기 때문에, 압력손실을 적게 한 효율이 높은 펌프를 제공할 수 있다.

또한, 상기 구성과 같이, 단일의 연동샤프트의 경우에는 대응하는 벨로스의 끝단판을 누르는 힘이 한 점에 집중하게 되는 데 비하여, 연동 샤프트 수단으로서 한 쌍의 연동샤프트를 설치함으로써, 누르는 힘이 분산하기 때문에, 끝단판의 판두께를 비교적 얇게 할 수 있어, 그만큼 재료비의 절약이 되는 동시에 벨로스의 중량경감에 의한 고속동작에도 대응하기 쉽게 되는 효과가 있다.

또한, 상기 본 발명의 구성에 있어서, 상기 상하에 배치한 흡입측 밸브유니트 및 토출측 밸브유니트의 밸브케이스에 관하여, 해당 한 쪽의 토출측의 밸브유니트의 밸브케이스를 위쪽 위치로 하고, 해당 다른 쪽의 흡입측의 밸브유니트의 밸브케이스를, 상기 중심을 지나는 세로 축선을 따라 틈을 두고, 아래쪽위치에 근접하여 위치함과 동시에, 상기 한 쌍의 연동 샤프트를, 상기 중심을 지나는 가로 축선을 따라 좌우대칭 위치에 배치하고, 또한, 상기 틈을, 상기 연동 샤프트의 지름보다도 작게 한 구성의 2연 왕복동 벨로스 펌프도 제안하는 것이다.

상기 구성으로 함으로써, 상하의 밸브유니트의 사이즈를 충분히 크게 잡으면서 펌프의 세로방향의 사이즈를 보다 한층 작게 할 수 있고, 더구나 한 쌍의 연동샤프트를 좌우대칭 위치에 배치한 것에 의해, 대응하는 벨로스의 끝단판과의 걸어맞춤도 밸런스가 좋아지기 때문에, 보다 안정된 펌프동작을 얻을 수 있고, 또한, 토출측의 밸브유니트가 위쪽 위치를 차지하기 때문에 펌프실로부터의 거품의 방출을 원활하게 할 수 있는 등의 이점이 있다.

또한, 본 발명은, 연동샤프트를 구성하는 한 쌍의 연동샤프트와, 대응하는 벨로스의 끝단판과의 작동연결구성에 관하여, 이들 샤프트의 끝단부를 끝단판의 내면에 대하여 접촉하여 걸어맞춤시키는 구성으로 한 2연 왕복동 벨로스 펌프도 제안하는 것이다.

상기 구성으로 하면, 연동샤프트를 벨로스의 끝단판에 장착하는 수단을 필요로 하지 않기 때문에, 해당 연동샤프트의 펌프에의 부착에 있어서는, 펌프헤드로 끼워 통하는 것만으로 간단히 부착작업을 완료하기 때문에, 조립작업의 효율화 및 장치작업비용의 저감을 꾀할 수 있다.

[실시 형태]

이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 관한 2연 왕복동 벨로스 펌프를 설명한다. 도 1에는, 본 발명에 관한 2연 왕복동 벨로스 펌프(1) 및 이에 부속하는 제어밸브(2)를 포함한 펌프시스템의 구성을 나타내고 있다.

2연 왕복동 벨로스 펌프(1)에 있어서, 3은 펌프하우징, 4는 펌프헤드, 5는 해당 펌프헤드(4)를 세로방향을 따라 세워 설치한 상태로 지지하는 기초대, 6과 7은, 이 펌프헤드(4)의 양쪽에서 펌프하우징(3)내에 수평방향의 긴 축선(S-S)을 따라 신축이 자유롭게 배치된 좌우 한 쌍의 통 형상 벨로스이다. 펌프하우징(3)은 펌프헤드(4)를 중앙으로 하고, 그 양쪽에서, 각각 부착링(8)에 의해, 이 펌프헤드(4)에 부착된 2분할의 프레임구성으로, 긴 축선(S-S)을 갖는다. 이 펌프는, 도시한 바와 같이, 펌프헤드(4)가 기초대(5)위에 세워서 설치되고, 좌우의 벨로스(6, 7)가 수평인 긴 쪽 축선(S-S)을 따라 왕복운동하는 상태로 사용된다.

각 벨로스(6, 7)의 기단부(6a, 7a)는 펌프헤드(4)의 측부에 각각 시일상태로 붙여 고정됨과 동시에 긴 쪽 축선(S-S)을 따라 한 쪽을 받치는 대들보의 형태로 연장하고, 그 자유단에는 원판형상의 끝단판(9, 10)이 각각 벨로스와 시일상태로 연결되어 있다. 이 실시형태에 있어서, 끝단판(9, 10)은, 벨로스(6, 7)와 일체로 형성되어 있다. 끝단판(9, 10)은 긴 축선(S-S)에 대하여 직각의 세로방향을 따르는 상태를 유지하고, 벨로스(6, 7)의 신축을 따라서 평행 이동한다.

벨로스(6, 7)의 내부는, 펌프헤드(4) 및 끝단판(9, 10)에 의해서 펌프실 (11, 12)로 구획되고, 벨로스(6, 7)의 외부는 펌프헤드(4)와의 사이에서 구획된 작동에어실(13, 14)로 형성되어 있다. 펌프실(11, 12)내에는, 흡입측 밸브유니트 (15, 16) 및 토출측 밸브유니트(17, 18)가 배치되고, 펌프헤드(4)에 설치한 흡입구 (19) 및 토출구(20)와 각각 연이어 통하도록 펌프헤드(4)의 측부에 붙여 고정되어 있다. 이 실시형태와 같이, 토출구(20)를 흡입구(19)보다 위쪽에 설치하면, 펌프실(11, 12)내에 발생하는 기포를 토출구로부터 방출하기 쉽다.

좌우의 흡입측 밸브유니트(15, 16)는, 펌프헤드(4)를 중심으로 하여 좌우대칭으로 배치된 동일한 형태의 구성이다. 그 한 쪽인 오른쪽의 밸브유니트(16)에 관해서 설명하면, 밸브케이스(16a)와, 그 케이스 내에 이동 가능하게 지지된 포핏 (poppet)형의 밸브본체(16b)를 갖는 1방향 제어밸브이다. 이 밸브본체(16b)는 코일용수철(16c)에 의해서 통상은 밸브시트(16d)에 걸어맞춤한 도시하는 밸브닫힘 생성위치에 있다. 펌프실(12)이 부압(負壓)으로 되어 흡입구(19)를 통해 펌프실(12)내에 펌프공급이송 유체가 유입할 때는, 코일용수철(16c)의 용수철힘에 저항하여 밸브본체(16b)가 이동하여 밸브를 구성하고, 도면에 있어서, 화살표로 나타내는 바와 같이 펌프공급이송 유체의 유입을 허용하지만, 다른 한편, 펌프실(12)로부터 흡입구(19)의 방향에의 유체의 흐름을 저지한다. 다른 밸브유니트(15)도, 밸브케이스(15a) 및 밸브본체(15b)를 갖는 등, 상기 구성과 같다.

좌우의 토출측 밸브유니트(17, 18)도 펌프헤드(4)를 중심으로 하여 좌우대칭으로 배치된 동일한 형태의 구성이다. 그 한쪽인 오른쪽의 밸브유니트(18)에 관해서 설명하면, 밸브케이스(18a)와, 그 케이스 내에 이동 가능하게 지지된 포핏형의 밸브본체(18b)를 갖는 1방향 제어밸브이다. 이들 밸브 본체(18b)는 코일용수철 (18c)에 의해서 통상은 밸브시트(18d)에 관하여 걸어맞춤한 도시하는 밸브닫힘 생성위치에 있다. 펌프실(12)로부터 토출구(20)로의 펌프공급이송 유체의 유출일 때는, 코일용수철(18c)의 용수철힘에 저항하여 밸브본체(18b)가 이동하여 밸브닫힘을 생성하고, 도면에 있어서 화살표로 나타내는 바와 같이, 펌프공급이송 유체의 유출을 허용하지만, 다른 한편, 토출구(20)로부터 펌프실(12)의 방향으로의 유체의 흐름을 저지한다. 다른 밸브유니트(17)도 밸브케이스(17a) 및 밸브본체(17b)를 갖는 등, 상기 구성과 같다.

펌프하우징(3)의 긴 축선(S-S)을 따르는 양 끝단부에는, 전환기구(21, 22)가 그 펌프하우징(3)의 바깥쪽에서 붙여 고정되고, 각 전환기구(21, 22)는, 펌프하우징(3)의 개구(23)를 통해 작동에어실(13, 14)로 연장한 끝단부(24a)를 갖는 중공형상의 검출로드(24)와, 이 로드(24)를 이동이 자유롭게 지지하는 실린더(25)와, 이 실린더(25)를 유지하는 본체(29)와, 이 본체(29)에 형성되어, 실린더 끝단부에 연이어 통하는 작동에어 유통개구(26)를 갖고, 해당 유통개구(26)로부터 유입한 작동에어를, 로드(24)에 형성한 축구멍(24b)을 통해 끝단부(24a)에 이것과 연이어 통하여 형성된 가로구멍(27)으로부터 대응하는 작동에어실(13, 14)로 공급하게 되어 있고, 여기에 작동에어 공급개구 수단이 구성되어 있다. 전환기구(21, 22)의 본체 (29)는, 펌프하우징(3)에 대하여 장착링(29a)을 통해 펌프하우징(3)에 대하여 착탈이 자유롭게 붙여 고정된다. 장착링(29a)은 펌프하우징(3)에 형성한 장착오목부분 (3a)에 비틀어 넣는 등에 의해 장착된다. 따라서, 전환기구(21, 22)의 조립작업이 용이함과 동시에, 장착링(29a)을 벗겨냄으로써, 이 전환기구(21, 22)를 펌프하우징 (3)으로부터 분리할 수 있기 때문에, 유지관리 작업이 용이하다.

전환기구(21, 22)의 검출로드(24)에는 축구멍(24b)에 연이어 통하는 구멍 (24c)이 형성되고, 다른 한편, 실린더(25)에는 검출에어 유통개구(28)에 연이어 통하는 구멍(25a)이 형성되어 있다. 검출로드(24)의 끝단부(24a)는 대응하는 끝단판 (9, 10)의 외면과 접촉하여 걸어맞춤하는 상태에 놓여지고, 끝단판(9, 10)의 이동, 즉 벨로스(6, 7)의 왕복운동을 따라서 검출로드(24)가 실린더(25)내에서 미끄럼 이동한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 좌측의 벨로스(6)가 가장 압축된 스트로크의 일끝단에 도달했을 때에, 대응하는 검출로드(24)의 구멍(24c)이 실린더(25)의 구멍 (25a)과 연이어 통하는 위치에 도달하고, 작동에어의 일부가 양 구멍(24c, 25a)을통해 검출에어 유통개구(28)로 분기하여 흐른다. 오른쪽의 벨로스(7) 및 끝단판 (10)과 대응하는 검출로드(24)도 동일한 구성으로 되어 있다. 검출로드(24)는, 대응하는 측의 벨로스(6, 7)가 신장(伸張)할 때에는, 이 벨로스의 끝단판(9, 10)에 눌러져서 후퇴 이동하고, 다른 한편, 벨로오즈가 줄어드는 때에는, 공급되는 작동에어에 눌러져서 대응하는 벨로스의 끝단판(9, 10)에 접한 상태로 전진 이동하는 구성으로 되어있다.

좌우의 벨로스(6, 7)의 왕복운동은 연동샤프트수단을 구성하는 한 쌍의 연동샤프트(30, 31)에 의해서 연동하여 행하여진다. 즉, 연동샤프트(30, 31)는 펌프헤드(4)에 긴 축선(S-S)을 따라 이동이 자유롭게 끼워 통해지고, 그 일끝단이 한쪽의 펌프실(13)에 돌출하여, 대응하는 끝단판(9)의 내면(9a)에 접촉하여 걸어맞춤에 의해 작동 연결되고, 그 다른 쪽 끝단이 다른 쪽의 펌프실(12)에 돌출하여, 대응하는 끝단판(10)의 내면(10a)에 접촉하여 걸어맞춤에 의해 작동 연결된 상태로 되어 있다. 이 한 쌍의 연동 샤프트(30, 31)는, 특히 도 2, 3에 나타나 있다. 이것에 의해서, 한 쪽의 벨로스(6)가, 도 1에 나타내는 바와 같이, 그 스트로크의 일끝단에 도달하면, 다른 쪽의 벨로스(7)가 그 스트로크의 다른 끝단에 도달하도록 서로 연동한다. 또, 이들 연동샤프트(30, 31)는 펌프헤드(4)내에 왕복운동할 때에 과도한 저항을 발생하지 않은 정도의 간극(clearance)을 갖고 끼워 장착되어 있다.

이 실시형태에서는, 가장 바람직한 구성으로서, 연동샤프트(30, 31)의 끝단부를 대응하는 끝단판(9, 10)의 내면에 접촉하여 걸어맞춤함으로써 작동 연결하는 구성을 나타내었지만, 이 대신에 예를 들면 연동샤프트의 일끝단을 대응하는 한 쪽의 끝단판에 비틀어 넣음 등에 의해 고정하고, 다른 끝단을 대응하는 다른 쪽의 끝단판에 마련한 구멍에 관통시켜, 이 부분에 적절하게 고정하여, 연동샤프트와 끝단판을 직접 연결시키는 구조도 가능하다. 어느 쪽이더라도, 한 쌍의 연동샤프트 (30, 31)가 펌프실(11, 12)내에 배치되는 구성이기 때문에, 펌프실내의, 소위 데드 스페이스를 그 만큼 작게 할 수가 있어, 펌프실내의 유체의 체류를 적게 하여, 높은 자기흡입 성능을 갖는 펌프를 얻을 수 있다.

제어밸브(2)는, 내부에 이동 가능한 스풀(32), 한 쌍의 작동에어 유통포트 (33, 34), 한 쌍의 파일럿에어 포트(35, 36), 한 쌍의 배출에어 포트(37, 38), 및 작동에어수용 포트(39)를 갖는 스풀밸브로 구성되고, 작동에어수용 포트(39)는 작동에어 공급원(40)에 압력 레귤레이터(41)를 통해 배관(42)에 의해 접속되어 있다. 한 쌍의 작동에어유통 포트(33, 34)는 벨로스 펌프(1)의 좌우의 작동에어 유통개구 (26)에 각각 배관(43, 44)에 의해 접속됨과 동시에, 한 쌍의 파일럿에어 포트(35, 36)는 벨로스 펌프(1)의 좌우의 검출에어 유통개구(28)에 각각 배관(45, 46)에 의해 접속되어 있다.

스풀(32)의 이동위치에 따라서, 한 쌍의 작동에어유통 포트(33, 34)가 작동에어수용 포트(39)와 선택적으로 연이어 통하여, 이것에 의해서, 벨로스 펌프(1)의 좌우의 펌프실(13, 14)의 한쪽에 작동에어가 공급된다. 이 스풀(32)의 이동은, 좌우의 전환기구(21, 22)의 검출에어 유통개구(28)로부터 각각의 파일럿에어 포트 (35, 36)로 부여되는 에어 분기류에 의한 파일럿 압력에 의해서 발생된다. 즉, 도 1에 나타내는 바와 같이, 좌측의 벨로스(6)가, 가장 압축된 스트로크 끝단에 도달했을 때, 대응하는 전환기구(21)보다 분기류가 파일럿에어 포트(36)에 부여되어, 이것에 의해서 스풀(32)이 좌측으로 이동하여, 한 쪽의 작동에어유통 포트(33)와 연이어 통하는 것을 차단함과 동시에 다른 쪽의 작동에어 유통포트(34)와 연어어 통하는 상태에서 열어, 다른 쪽의 벨로스(7)측의 작동에어실(14)로 작동에어를 공급한다. 배출에어 포트(37, 38)는, 상술한 바와 같이, 작동에어유통 포트(33, 34)를 통해 한 쪽의 작동에어실(13, 14)로 작동에어가 공급된 경우에, 다른 쪽의 작동에어실에서 배출되는 에어를 배출시키는 역할을 완수하여, 이것은 벨로스(6, 7)의 신축동작을 수행하는 데에 있어서 필요하다.

이와 같이, 제어밸브(2)는, 전환기구(21, 22)로부터의 선택적인 파일럿압력을 받아, 좌우의 벨로스(6, 7)의 작동에어실(13, 14)로의 작동에어의 공급을 전환한다. 이에 의해, 좌우의 벨로스(6, 7)가 연동샤프트(30, 31)를 개재시켜 교대로 왕복운동함으로써, 펌프실(11, 12)의 한쪽에 펌프공급이송 유체가 공급이송되고, 다른 쪽의 펌프실로부터 송출하고, 이 동작을 반복하여, 펌프동작이 수행된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 흡입구(19) 및 토출구(20)는, 펌프헤드(4)에 붙여 고정한 취입관(取入管)(47) 및 취출관(取出管)(48)에 각각 연이어 통하는 구성이다.

펌프공급이송유체는, 예를 들면, 반도체 웨이퍼용의 처리액이고, 해당 펌프를 반도체 웨이퍼의 제조공정 등에 사용하는 순환용 펌프로서 사용한다. 또한, 작동에어는, 통상의 에어 혹은 그 밖의 가스 등, 용도에 따라서 사용할 수 있다. 또한, 반도체 웨이퍼용의 처리액 등의 약액을 펌프공급이송 유체로 하는 경우, 벨로스 등의 접액(接液)부분은, 불소수지 등의 내약품성, 내식성이 풍부한 재질의 것을사용하는 것이 바람직하다.

상술의 실시형태에 있어서, 좌우의 전환기구(21, 22)는, 작동에어 공급개구 수단을 겸한 구성의 것을 개시하였지만, 이 대신에 펌프하우징(3)에 작동에어실 (13, 14)에 연이어 통하는 작동에어 공급개구를 별도로 설치하여, 이것을 작동에어 공급개구 수단으로 하는 구성도 가능하다. 이 경우, 검출로드(23, 24)에 의한 벨로스의 스트로크 끝단검출을 위한 작동에어 분기류는 대응하는 작동에어실(13, 14)로부터 유입시키는 구성으로 하면 좋다.

다음에, 이 실시형태의 2연 왕복동 벨로스 펌프는, 도 1에서 나타내는 바와 같이, 펌프헤드(4)를 중심으로 하여 좌우대칭상태로, 동일한 구성의 한 쌍의 벨로스(6, 7) 및 그 관련부분이 구성되어 있기 때문에, 이하에 있어서는 주로, 오른쪽의 벨로스(7) 및 그 관련부분에 관하여, 본 발명의 실시형태의 구성을 더욱 설명한다.

펌프실(12)내에서, 흡입측 밸브유니트(16)와 토출측 밸브유니트(18)는, 후자가 위쪽이고 전자가 아래쪽의 위치에 있다. 그리고, 이들의 밸브케이스(16a, 18a)는 원통형을 이루고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 통 형상 벨로스(7)의 횡단면에 있어서, 그 중심(P)을 사이에 두고, 그 상하에 배치되어 있다. 특히, 이 실시형태에 있어서, 한쪽의 토출측 밸브유니트(18)의 밸브케이스(18a)가 위쪽에 있고, 다른 쪽의 흡입측 밸브유니트(16)의 밸브케이스(16a)가 중심(P)을 지나는 세로축선(Y-Y)을 따라 틈(K)을 두고, 아래쪽 위치에 근접하여 위치하고, 함께 펌프실(12)내에 돌출하고 있다. 즉, 상하의 밸브케이스(18a, 16a)는 대응하는 펌프실(12)내에서 벨로스(7)의 안지름치수 가까이까지 상하방향으로 연장한 치수로 되어 있기 때문에, 밸브의 유통개구를 크게 할 수 있기 때문에, 밸브부분에서의 압력손실을 극히 작게 할 수 있다. 또한, 도 1에서 나타내는 바와 같이, 상하의 밸브케이스(18a, 16a)는 긴 축선(S-S)을 따라 펌프실(12)내에 길게 연장한 구성으로 되어 있다.

상술한 바와 같이, 상하의 밸브케이스(18a, 16a)가 펌프실(12)내에 크게 뻗어나간 구성으로 되어 있기 때문에, 상술한 한 쌍의 연동샤프트(30, 31)와 더불어 펌프실의, 소위 데드 스페이스를 한 층 작게 할 수가 있어, 펌프실내에서의 펌프공급이송 유체의 체류를 적게 할 수 있어, 보다 높은 펌프의 자기흡입 성능을 얻을 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 밸브케이스(18a, 16a)의 사이즈가 크기 때문에, 밸브유니트(16, 18)의 유통개구면적을 크게 잡을 수 있으므로, 이 밸브유니트 영역에서의 압력손실을 극히 작게 할 수 있다.

또한, 연동샤프트수단으로서의 한 쌍의 연동샤프트(30, 31)는, 도 2에서 나타내는 바와 같이, 벨로스(7)의 횡단면에 있어서, 그 중심(P)을 사이에 두고, 그 중심(P)을 벗어난 좌우위치에 각각 1개씩 배치되어 있다. 특히, 이 실시형태에 있어서, 이 2개의 연동샤프트(30, 31)는 중심(P)을 지나는 가로축선(X-X)을 따라, 그 중심(P)을 벗어난 좌우 위치에 배치된다. 이 구성에 의해, 2개의 연동샤프트(30, 31)의 끝단부가 대응하는 끝단판(10)의 내면(10a)에 2점의 위치로 접촉하여 걸어맞춤한다. 따라서, 대응하는 끝단판에 대하여, 한 점의 위치에서 걸어맞춤하는 단일의 샤프트구성에 비하여, 끝단판에 미치게 하는 누르는 압력이 분산하기 때문에, 보다 얇은 판두께의 것으로 되어, 그 결과, 보다 경쾌하고 또한 고속의 벨로스 동작을 얻을 수 있다. 또한, 이들 한 쌍의 연동샤프트(30, 31)가 좌우대칭 위치에 있기 때문에, 대응하는 끝단판과의 걸어맞춤관계가 밸런스가 좋은 것으로 되어, 보다 안정한 펌프동작을 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이, 연동샤프트수단으로서의 한 쌍의 연동샤프트(30, 31)는, 중심(P)으로부터 벗어난 좌우위치에 배치되고, 양 밸브케이스(16a, 18a)의 사이에 위치하지 않기 때문에, 밸브케이스의 치수확대(size-up)를 가능하게 함과 동시에, 밸브케이스의 사이즈를 일정하게 한 경우에는, 펌프전체의 세로방향치수를 작게 할 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 밸브케이스를 펌프헤드(4)에 넣지 않고서 펌프실로 돌출시킨 구성에 의해, 펌프헤드의 두께 내지 가로방향치수를 작게 할 수 있는 것과 더불어, 펌프전체의 소형화설계가 용이하게 되어, 사용재료의 절약에 의한 제작비의 비용절감이 가능하게 된다. 특히, 이 실시형태에 있어서는, 양 밸브케이스를, 그 틈(K)이 연동샤프트의 지름(D)보다도 작아지도록, 근접하여 배치하는 구성으로 하였기 때문에, 펌프의 세로방향의 사이즈를 한 층 단축한 설계가 가능하게 된다.

또, 본 발명에 있어서, 상하의 밸브케이스의 틈(K)은, 0인 경우도 포함한다. 즉, 양 케이스가 서로 접촉한 상태, 혹은 상하의 밸브케이스가 일체화된 구성의 경우도 적용된다.

밸브케이스(18a, 16a)는, 이 실시형태와 같이 원통형상인 것이 바람직하지만, 다른 형상의 것이라도 좋다. 또한, 연동샤프트(30, 31)도 둥근 막대형상 이외의, 예를 들면 단면이 장방형 형상인 것이라도 좋다. 이 경우, 치수(D)는 세로방향의 치수가 된다.

좌우의 전환기구(21, 22)의 검출로드(24)의 연장 끝단부(24a)는, 대응하는 끝단판(9, 10)에 대하여, 중심(P)의 위치에서 그 외면(9b, 10b)과 접촉하여 걸어맞춤하는 위치에 배치되어 있지만, 이 검출로드(24)는, 대응하는 끝단판(9, 10)에 연동하는 구성이면, 그 대응위치는 한정되지 않는다.

이상, 본 발명에 관하는 2연 왕복동 벨로스 펌프의 실시형태를 설명하였지만, 본 발명은 이 실시형태의 구성에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 이 실시형태에 있어서는, 상하의 밸브케이스를 벨로스의 중심(P)을 지나는 세로축선(Y-Y)을 따라, 또한, 좌우의 한 쌍의 연동샤프트를 해당 중심(P)을 지나는 가로축선(X-X)을 따라, 각각 위치한 구성을 나타내었지만, 이들 세로, 가로의 축선이 해당 중심보다 약간 치우친 구성, 혹은 이들의 축선이 수직 내지 수평의 축선으로부터 경사 내지는 회전한 구성인 것도, 본 발명에 포함된다.

이상과 같이, 본 발명에 있어서는, 펌프실내에 돌출시켜서 상하에 배치한 흡입측 및 토출측의 밸브유니트의 밸브케이스의 구성 및 가로방향에 배치한 2개의 연동샤프트의 구성에 의해서, 펌프실내의 데드 스페이스가 대폭 삭감되어, 펌프실내에서의 펌프공급이송 유체의 체류방지가 효과적으로 행하여져, 자기흡입 성능이 높은 벨로스 펌프를 얻을 수 있다. 또한, 상기 구성에 의해서, 펌프사이즈는 세로방향 내지 상하방향뿐만 아니라 가로방향에 대해서도 단축되고, 펌프의 소형화설계가 극히 용이하여, 따라서, 펌프구성 재료의 재료비도 절약되기 때문에, 보다 저비용의 펌프제작을 가능하게 하는 것인 여러 가지의 효과를 나타내는 것이다.

Claims (3)

1. 펌프 하우징과 해당 하우징에 맞붙여짐과 동시에 펌프공급이송 유체의 흡입구 및 토출구를 설치한 펌프헤드와,

   기단부가 상기 펌프헤드의 측부에 시일상태로 각각 붙여 고정됨과 동시에 상기 펌프하우징 내에서, 해당 펌프하우징의 긴 축선(S-S)을 따라서 신축이 자유롭게 소정의 스트로크를 갖고 왕복운동 가능한 좌우 한 쌍의 통 형상 벨로스와,

   이들 각 벨로스의 자유단에 시일상태로 연결되고, 상기 펌프헤드와 함께 작동하여 벨로스 내부를 펌프실로 구획함과 동시에 해당 벨로스와 펌프하우징 사이를 작동에어실로 구획하는 끝단판과,

   상기 좌우의 작동에어실에 작동에어를 선택적으로 공급하기 위해서 상기 펌프하우징에 설치된 각 작동에어실에 연이어 통하는 작동에어 공급개구 수단과,

   상기 한쪽의 벨로스의 왕복운동에 연동하여 다른 쪽의 벨로스를 왕복 운동시키는 연동샤프트수단과,

   상기 펌프헤드에 붙여 고정됨과 동시에 상기 흡입구와 펌프실의 사이에 각각 배치되고, 해당 흡입구로부터 해당 각 펌프실로의 펌프공급이송 유체의 유입을 허용하는 1방향 밸브를 구성하는 흡입측 밸브유니트와,

   상기 펌프헤드에 붙여 고정됨과 동시에 상기 토출구와 펌프실의 사이에 각각 배치되고, 해당 각 펌프실로부터 토출구로의 펌프공급이송 유체의 유출을 허용하는 1방향 밸브를 구성하는 토출측 밸브유니트를 구비하고, 상기 밸브유니트가, 밸브케이스와 해당 케이스 내에 이동 가능하게 지지된 밸브 본체로 이루어지는 것에 있어서,

   상기 흡입측 밸브유니트 및 토출측 밸브유니트의 각 밸브케이스가, 상기 통 형상 벨로스의 횡단면에 있어서, 그 중심(P)을 사이에 두고 그 상하에 배치됨과 동시에 대응하는 펌프실내에 돌출하고,

   상기 연동 샤프트수단은, 해당 긴 축선(S-S)을 따라서 상기 펌프헤드에 이동이 자유롭게 끼워 통해지고, 그 일끝단이 한쪽의 펌프실에 돌출하여, 대응하는 끝단판의 내면에 작동 연결됨과 동시에, 그 다른 끝단이 다른 쪽의 펌프실에 돌출하여, 대응하는 끝단판의 내면에 작동 연결된 한 쌍의 연동샤프트로 이루어지고, 이들 양 연동샤프트는, 상기 중심(P)을 사이에 두고, 해당 중심(P)을 벗어난 좌우위치에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 2연 왕복동 벨로스 펌프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상하에 배치된 흡입측 밸브유니트 및 토출측 밸브유니트의 밸브케이스는, 해당 한 쪽의 토출측의 밸브유니트의 밸브케이스가 위쪽 위치에 있고, 해당 다른 쪽의 흡입측의 밸브유니트의 밸브케이스가, 상기중심(P)을 지나는 세로축선(Y-Y)을 따라 틈(K)을 두고, 아래쪽위치에 근접하여 위치하고,

   상기 한 쌍의 연동샤프트는, 상기 중심(P)을 지나는 가로축선(X-X)을 따라 좌우대칭 위치에 배치되고,

   상기 틈(K)은, 상기 연동샤프트의 지름(D)보다도 작은 것을 특징으로 하는 2연 왕복동 벨로스 펌프.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 한 쌍의 연동샤프트는, 그 각 끝단부가 대응하는 끝단판의 내면에 대하여, 접촉하여 걸어맞춤에 의해서 작동 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 2연 왕복동 벨로스 펌프.