KR20140034070A

KR20140034070A - 벨로우즈 펌프

Info

Publication number: KR20140034070A
Application number: KR1020130106575A
Authority: KR
Inventors: 토모히로 아다치; 아츠시 나카노
Original assignee: 니혼삐라아코오교오카부시키가이샤
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2014-03-19
Also published as: TW201410976A; US20140072465A1; JP2014051950A; EP2706235A1; CN103671041A

Abstract

[과제] 펌프실의 압력 변동에 의한 벨로우즈 저벽의 변형을 방지하고, 송액량 내지 순환액량이 안정되는 펌프 기능을 발휘할 수 있는 벨로우즈 펌프를 제공한다.
[해결 수단] 플라스틱제의 벨로우즈(6)를 축선 방향으로 신축시킴으로써, 벨로우즈(6)로 둘러싸여 형성된 펌프실(7)로부터 송액시키는 토출 공정과 펌프실(7)로 급액시키는 흡입 공정을 교대로 행하도록 구성된 벨로우즈 펌프에 있어서, 펌프 케이스(5)에 금속제의 작동판(10)을 축선 방향으로 이동 가능하게 지지시킴과 함께 작동판(10)과 벨로우즈(6)의 저벽(6a)을 이들의 외주부분에서 연결 고정하고, 벨로우즈(6)의 저벽(6a)의 중앙부분으로서 펌프실(7)의 액체에 접촉하는 접액부분(6f)과 작동판(10)과의 대향 단면(6g, 10c) 사이를 밀접시킴과 함께 그 밀접부분(6g, 10c)을 Ｏ링(15)으로 씰링한다.

Description

벨로우즈 펌프{BELLOWS PUMP}

본 발명은 약액(예를 들면, 반도체, 액정, 유기 EL 등의 제조 프로세스에서 사용되는 약액 등)이나 고형(固形) 성분 등의 슬러리 성분을 함유하는 슬러리액(예를 들면, CMP 장치(CMP(Chemical Mechanical Polishing)법에 의한 반도체 웨이퍼의 표면연마처리장치)에서 사용되는 연마액 등) 등의 액체를 송액(送液), 순환시키기 위한 벨로우즈 펌프에 관한 것이다.

이 종류의 벨로우즈 펌프로서, 개구부를 펌프 케이스에 장착한 플라스틱제의 바닥이 있는 원통형의 벨로우즈를 축선 방향으로 신축시킴으로써, 벨로우즈에 의해 둘러싸여 형성된 펌프실로부터 토출측 체크밸브를 통하여 토출 통로로 송액시키는 토출 공정과 흡입 통로로부터 흡입측 체크밸브를 통하여 펌프실로 급액(給液)시키는 흡입 공정을 교대로 행하도록 구성된 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1의 도 1 또는 특허문헌 2의 도 2를 참조).

이러한 벨로우즈 펌프에 있어서는, 토출 공정에서 펌프실이 가압되는 것에 의해 및/또는 흡입 공정에서 펌프실이 감압(부압(負壓))되는 것에 의해, 플라스틱제 벨로우즈의 저벽(底壁)이 휘어지는 등의 변형을 일으킬 우려가 있었다. 예를 들면, 벨로우즈가 축소 동작하는 토출 공정에 있어서는, 벨로우즈의 저벽이 펌프실의 압력에 의해 압압(押壓)되어 볼록한 형상으로 휘어질 우려가 있고, 반대로, 벨로우즈가 신장 동작하는 흡입 공정에 있어서는, 펌프실이 부압으로 되므로, 벨로우즈의 저벽이 흡인되어 오목한 형상으로 휘어질 우려가 있다. 혹은 벨로우즈를 신축 동작시키는 수단이 에어 실린더 기구(단락 번호 [0024]를 참조)인 경우, 급배기(給排氣) 공간으로의 가압 공기에 의해, 플라스틱제 벨로우즈의 저벽이 휘어지는 등의 변형을 일으킬 우려가 있었다. 예를 들면, 벨로우즈가 축소 동작하는 토출 공정에 있어서, 급배기 공간의 압력이 펌프실의 압력보다 작아지는 경우, 벨로우즈의 저벽이 급배기 공간으로의 가압 공기에 의해 압압되어 펌프실로의 오목한 형상으로 휘어질 우려가 있다. 그래서, 이와 같이 벨로우즈의 저벽이 변형되면, 그 벨로우즈 펌프에 의한 송액량(토출액량) 내지 순환액량이 안정되지 않고, 불균형을 일으키는 등, 적정한 펌프 기능을 발휘할 수 없다.

일본특허공개 2002-174180 공보 일본특허공개 2012-122380 공보

이러한 벨로우즈 펌프에 있어서는, 토출 공정에서 펌프실이 가압됨으로써 및/또는 흡입 공정에서 펌프실이 감압(부압)됨으로써, 플라스틱제 벨로우즈의 저벽이 휘어지는 등의 변형을 일으킬 우려가 있었다. 예를 들면, 벨로우즈가 축소 동작하는 토출 공정에 있어서는, 벨로우즈의 저벽이 펌프실의 압력에 의해 압압되어 볼록한 형상으로 휘어질 우려가 있고, 반대로, 벨로우즈가 신장 동작하는 흡입 공정에 있어서는, 펌프실이 부압으로 되므로, 벨로우즈의 저벽이 흡인되어 오목한 형상으로 휘어질 우려가 있다. 그래서, 이와 같이 벨로우즈의 저벽이 변형되면, 펌프실의 용적이 실질적으로 변화하고, 그 벨로우즈 펌프에 의한 송액량(토출액량) 내지 순환액량이 안정되지 않고, 불균형을 일으키는 등, 적정한 펌프 기능을 발휘할 수 없다.

그런데, 벨로우즈 펌프에 있어서는, 특허문헌의 도 1 및 특허문헌 2의 도 2에 개시(開示)되는 바와 같이, 벨로우즈의 축선 방향 이동(신축 동작)을 안내하는 수단으로서 혹은 복동형(復動型) 벨로우즈 펌프에 있어서는, 양 벨로우즈의 신축 동작을 동기시키기 위한 수단으로서, 벨로우즈의 저벽에 펌프 케이스에 축선 방향 이동 가능하게 지지시킨 작동판이 연결되어 있다. 따라서, 이 작동판을 금속제의 것으로 하여 둠으로써, 플라스틱제이기 때문에 변형하기 쉬운 벨로우즈 저벽을 보강할 수 있다.

그러나, 벨로우즈 저벽과 작동판의 연결은 특허문헌 1의 도 1 또는 특허문헌의 도 2에 나타내는 바와 같이, 이러한 외주부분에서만 행해지고 있기 때문에, 벨로우즈 저벽에서의 중앙부분, 즉 작동판과 연결되어 있지 않은 부분에 대하여는, 상기한 토출 공정 및/또는 흡입 공정에서의 펌프실의 압력 변동에 의한 변형은 이것을 방지할 수 없다. 예를 들면, 흡입 공정에서 펌프실이 부압으로 되면, 작동판에 고정되어 있지 않은 벨로우즈 저벽의 중앙부분이 부압에 의한 흡인력에 의해 펌프실 내로 팽출 변형(오목한 형상으로 변형)될 우려가 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 토출 공정 및/또는 흡입 공정에서의 펌프실의 압력 변동에 의한 벨로우즈 저벽의 휨 등의 변형을 확실히 방지할 수 있고, 송액량(토출액량) 내지 순환액량이 불균형을 일으키는 일 없이 안정되어 적정한 펌프 기능을 발휘할 수 있는 벨로우즈 펌프를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 개구부를 펌프 케이스에 장착한 플라스틱제의 바닥이 있는 원통형상의 벨로우즈를 축선 방향으로 신축시킴으로써, 벨로우즈에 의해 둘러싸여 형성된 펌프실로부터 토출측 체크밸브를 통하여 토출 통로로 송액시키는 토출 공정과 흡입 통로로부터 흡입측 체크밸브를 통하여 펌프실로 급액시키는 흡입 공정을 교대로 행하도록 구성된 벨로우즈 펌프에 있어서, 상기 목적을 달성하기 위하고, 특히 (1) 또는 (2)와 같이 구성하여 두는 것을 제안한다.

(1) 펌프 케이스에 축선 방향으로 이동 가능하게 지지된 금속제의 작동판과 벨로우즈의 저벽을 이들 외주부분에서 연결 고정하고, 벨로우즈의 저벽의 중앙부분으로서 펌프실의 액체에 접액(接液)되는 접액부분과 작동판의 대향 단면(端面) 사이를 밀접시킴과 함께 그 밀접 부분을 환상(環狀) 씰(seal)부재로 씰링시켜 둔다.

(2) 펌프 케이스에 축선 방향으로 이동 가능하게 지지된 금속제의 작동판과 벨로우즈의 저벽을 이들 외주부분에서 연결 고정하고, 벨로우즈의 저벽의 중앙부분으로서 펌프실의 액체에 접액되는 접액부분과 작동판의 대향 단면 사이에 환상 씰부재에 의해 씰링된 씰공간을 형성함과 함께, 그 씰공간에 비(非)압축성 유체를 충전시켜 둔다.

이러한 벨로우즈 펌프의 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 환상 씰부재가 Ｏ링이며, 그 Ｏ링이 벨로우즈의 저벽 또는 작동판에 형성된 Ｏ링 홈에 결합 유지된다.

본 발명의 벨로우즈 펌프에 있어서, (1)과 같이 구성한 경우에는, 벨로우즈 저벽의 중앙부분인 접액부분이 씰링된 상태로 작동판에 밀접되어 있기 때문에, 펌프실의 압력 변동에 관계없이 항상, 해당 접액부분과 작동판은 분리 불가능하게 밀접된 상태로 유지되게 되고, 또한, (2)와 같이 구성한 경우에는, 벨로우즈 저벽의 중앙부분인 접액부분과 작동판의 사이에 형성된 씰공간에 비압축성 유체가 충전되어 있고, 비압축성 유체가 충전된 씰공간이 일종의 강체(剛體)로서 기능하므로, 펌프실의 압력 변동에 관계없이 항상, 해당 접액부분과 강체로서 기능하는 씰공간과 작동판이 서로 분리 불가능하게 밀접된 상태로 유지되게 된다. 따라서, (1) 및 (2) 중 어느 하나의 구성에 있어도, 펌프실의 압력에 대하여 벨로우즈 저벽의 접액부분이 금속제의 작동판으로 보강되게 되어, 펌프실의 압력 변동에 의한 해당 접액부분의 변형은 확실히 방지된다. 혹은 본 발명의 벨로우즈 펌프에 있어서 벨로우즈를 신축 동작시키는 수단이 에어 실린더 기구(단락 번호[0024]를 참조)인 경우, 벨로우즈를 신축 동작시키기 위한 급배기 공간으로의 가압 공기가 플라스틱제 벨로우즈의 저벽과 금속제 작동판의 사이로 들어가는 것을 방지하기 때문에, 급배기 공간으로의 가압 공기에 의한 플라스틱제 벨로우즈 저벽의 변형은 확실히 방지된다. 이 때문에, 흡입 공정 및 토출 공정에서의 펌프실의 용적이 벨로우즈 저벽의 변형에 의해 변화되는 것 같은 일이 없고, 그 벨로우즈 펌프에 의한 송액량(토출액량) 내지 순환액량이 안정되어, 적정한 펌프 기능을 발휘할 수 있다. 또한, 벨로우즈의 저벽은 그것 자신이 펌프실의 압력 변동에 의한 변형을 방지할 수 있는 강도를 가질 필요가 없기 때문에, (2)와 같이 구성하는 경우는 물론, (1)과 같이 구성하는 경우에 있어서도, 가급적으로 박육(薄肉)의 것으로 하여 둘 수 있어, 벨로우즈의 대폭적인 경량화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 벨로우즈 펌프의 일례를 나타내는 종단 측면도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따르는 주요부의 종단 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 벨로우즈 펌프의 변형예를 나타내는 종단 측면도이다.
도 4는 도 3의 주요부의 확대도이다.
도 5는 도 3의 V-V선을 따르는 종단 정면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 벨로우즈 펌프의 다른 변형예를 나타내는 종단 측면도이다.
도 7은 도 6의 주요부의 확대도이다.
도 8은 도 6의 VIII-VIII선을 따르는 종단 정면도이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태를, 도면에 의거하여, 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 벨로우즈 펌프의 일례를 나타내는 종단 측면도이며, 도 2는 도 1의 II-II선을 따르는 주요부의 종단 정면도이다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 좌우란 도 1에서의 좌우를 의미하는 것으로 한다.

도 1에 나타내는 벨로우즈 펌프(이하 「제1 펌프」라고 함)는 액체(예를 들면, 반도체, 액정, 유기 EL 등의 제조 프로세스에서 사용하는 약액 등)를 송액 및 순환시키기 위하여 사용되는 횡형(橫型)의 복동형 벨로우즈 펌프이고, 토출 통로(1) 및 흡입 통로(2)를 형성한 펌프 헤드(3)와 그 양측에 설치된 좌우 한쌍의 실린더 케이스(4, 4)로 구성되는 펌프 케이스(5)와, 각 실린더 케이스(4) 내에 배치하고, 펌프 헤드(3)에 축선 방향(수평 방향)으로 신축 가능하게 장착된 좌우 한쌍의 벨로우즈(6, 6)와, 각 벨로우즈(6)에 의해 둘러싸여 형성된 좌우 한쌍의 펌프실(7, 7)과, 각 펌프실(7)에 돌출하는 상태로 펌프 헤드(3)에 장착된 좌우 한쌍의 토출측 체크밸브(8, 8)와, 각 펌프실(7)에 돌출하는 상태로 펌프 헤드(3)에 장착된 좌우 한쌍의 흡입측 체크밸브(9, 9)를 구비하고, 양 벨로우즈(6, 6)를 교대로 신축 동작시킴으로써, 액체를 한쪽의 펌프실(7)로부터 토출측 체크밸브(8)를 통하여 토출 통로(1)로 송액시키는 토출 공정과 흡입 통로(2)로부터 흡입측 체크밸브(9)를 통하여 다른 한쪽의 펌프실(7)로 급액시키는 흡입 공정을 동시에 행하도록 구성된 것이다. 또한, 벨로우즈 펌프를 구성하는 양 실린더 케이스(4, 4), 양 벨로우즈(6, 6), 양 펌프실(7, 7), 양 토출측 체크밸브(8, 8) 및 양 흡입측 체크밸브(9, 9)는 각각, 좌우 대칭 구조로 되어 있는 점을 제외하고 동일 구조를 이루는 것이다.

펌프 헤드(3)는 송액 라인에 접속된 토출 통로(1) 및 급액 라인에 접속된 흡입 통로(2)를 형성한 원반(圓盤) 형상을 이루는 것으로, 도 1에 나타내는 바와 같이, 그 좌우 양면에는, 토출 통로(1)의 상류단(上流端) 및 흡입 통로(2)의 하류단(下流端)이 각각 분기되어 개구되어 있다.

각 실린더 케이스(4)는 도 1∼도 4에 나타내는 바와 같이, 펌프 헤드(3)에 장착된 바닥이 있는 원통 형상의 것이다. 양 실린더 케이스(4, 4)와 펌프 헤드(3)로 펌프 케이스(5)를 구성하고 있고, 펌프 케이스(5)의 내부는 펌프 헤드(3)로써 좌우로 2분할되어 있다.

각 벨로우즈(6)는 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 둘레벽(6a)을 단면(斷面) 파형의 자바라(蛇腹) 구조로 이루는 플라스틱제의 바닥이 있는 원통체이며, 축선 방향(좌우 수평 방향)으로 신축함으로써 펌프실(7)의 용적을 확장 수축시키는 것이다. 각 벨로우즈(6)는 그 개구 단부(端部)(6b)를 펌프 헤드(3)에 밀접 고정한 것이며, 그 벨로우즈(6) 내를 펌프 헤드(3)로 폐색된 펌프실(7)에 구성한다. 각 벨로우즈(6)의 구성재로서는, 액체의 성상(性狀) 등에 따라 불소 수지(예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시 불소 수지(PFA)) 등이 사용되지만, 이 예에서는, PTFE가 사용되고 있다. 각 벨로우즈(6)에 있어서, 저벽(6c)은 두께(축선 방향의 두께)를 일정하게 하는 원판형상의 것으로, 그 외경은 둘레벽(6a)의 외경(산부(山部)의 외경)에 일치되어 있고, 둘레벽(6a)의 골부(谷部)의 단부(6d)가 저벽(6c)에 연결되어 있다.

각 벨로우즈(6)의 저벽(6c)에는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 금속제(예를 들면 스텐레스강)의 원반형상의 작동판(10)이 연결 고정되어 있다. 각 작동판(10)은 얇은 원반형상의 본체부(10a)와 그 외주부에 형성된 두꺼운 링형상의 연결부(10b)로 이루어지고, 벨로우즈(6)의 저벽(6c)에 이것을 작동판(10)의 본체부(10a)에 충합(衝合), 밀접시킴과 함께 연결부(10b)에 끼워 맞춘 상태로 연결 고정되어 있다. 즉, 벨로우즈(6)의 저벽(6c)의 두께는 작동판(10)의 연결부(10b)의 두께(축선 방향의 두께)와 동일 혹은 약간 두껍게 설정되어 있고, 작동판(10)의 연결부(10b)에 설치된 부착판(11)과 작동판(10)의 본체부(10a)의 사이에 벨로우즈(6)의 저벽(6c)의 외주부분(저벽(6c)에서의, 둘레벽(6a)의 골부의 단부(6d)와의 연결부로부터 외주측의 부분)(6e)을 끼워 압압시킴으로써, 도 1에 나타내는 바와 같이, 벨로우즈(6)의 저벽(6c)과 작동판(10)을, 그 외주부분에 있어서, 벨로우즈 저벽(6c)을 작동판(10)의 본체부(10a)에 밀접시킨 상태로 연결, 일체화되어 있다.

양 벨로우즈(6, 6)는 작동판(10, 10)을 복수 라인(예를 들면 4개)의 연결로드(connection rod)(12)로 연결함으로써, 동기(同期)하여 역 방향으로 신축 동작되도록 되어 있다. 즉, 도 1에 예시하는 바와 같이, 한쪽의 벨로우즈(6)가 최축소 상태로 있을 때는 다른 쪽의 벨로우즈(6)가 최신장 상태로 되도록, 양 벨로우즈(6, 6)를 연동 연결하는 것이고, 한쪽의 벨로우즈(6)가 축소 동작할 때는 이것에 연동하여 다른 쪽의 벨로우즈(6)가 신장 동작되도록 되어 있다.

복수 라인의 연결로드(12)는 양 작동판(10, 10)의 외주부인 연결부(10b, 10b)를 둘레 방향으로 등간격을 둔 부위에서 연결하고 있지만, 이러한 연결로드(12)에 의해 양 작동판(10, 10)을 연결함으로써, 이 연결과 동시에, 각 벨로우즈(6)의 저벽(6c)과 작동판(10)의 연결이 행해진다. 즉, 각 연결로드(12)는 실린더 케이스(4, 4) 내에 배치하여 펌프 케이스(5)에 Ｏ링(13)을 통하여 축선 방향 이동 가능하게 삽입 통과 유지되어 있고, 부착판(11) 및 작동판(10)의 연결부(10b)를 관통한 단부(端部) 나사(12a)에 너트부재(14)를 나사 결합하여 체결함으로써, 양 작동판(10, 10)을 연결함과 함께 각 벨로우즈(6)의 저벽(6c)과 작동판(10)을 연결 고정한다. 또한, 작동판(10)의 본체부(10a)의 두께는 적어도 흡입 공정 및 토출 공정에서의 펌프실(7)의 압력에 따라서는 변형되지 않을 정도의 강도를 가지도록 설정되어 있고, 이러한 강도를 갖는 범위에서 가급적으로 얇게 설정하여 두는 것이 바람직하다.

벨로우즈(6)를 신축 동작시키는 동작 수단은 일반적으로 피스톤·실린더 기구, 크랭크 기구나 에어 실린더 기구 등으로 구성되지만, 이 예에서는, 에어 실린더 기구로 구성되어 있다. 즉, 동작 수단은 각 실린더 케이스(4)의 저벽에 형성된 급배기구(給排氣口)(4a)로부터 벨로우즈(6) 및 작동판(10)과 실린더 케이스(4)의 사이에 형성되는 급배기 공간(4b)에 가압 공기(4c)를 급배시킴으로써, 벨로우즈(6)를 축선 방향으로 신축 동작시키도록 구성되어 있다. 양 급배기구(4a, 4a)로부터의 급배기는 교대로 동기하여 행해지고, 한쪽의 급배기구(4a)로부터 급배기 공간(4b)에 가압 공기(4c)를 급기시킴과 동시에 다른 쪽의 급배기구(4a)로부터 배기시킴으로써, 양 벨로우즈(6, 6)의 신축 동작, 즉 양 펌프실(7, 7)의 확장 수축 동작을 역 방향으로 동기하여 행해지도록 되어 있다. 즉, 한쪽의 펌프실(7)에서의 흡입 공정(또는 토출 공정)과 다른 쪽의 펌프실(7)에서의 토출 공정(또는 흡입 공정)이 동기하여 행해지고, 양 펌프실(7, 7)에서의 토출 공정(액체가 펌프실(7)로부터 토출측 체크밸브(8)를 통하여 토출 통로(1)로 송액되는 공정)과 흡입 공정(액체가 흡입 통로(2)로부터 흡입측 체크밸브(9)를 통하여 펌프실(7)로 급액되는 공정)의 전환이 동시에 행해지도록 되어 있다. 또한, 도 1은 좌측의 펌프실(7)에서의 흡입 공정 및 우측의 펌프실(7)에서의 토출 공정의 종료 상태를 나타내고 있다.

각 토출측 체크밸브(8)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 벨로우즈(6)가 신장 동작하는(펌프실(7)의 용적이 확대 변화하는) 흡입 공정에 있어서는 스프링(8a)의 밀어붙이는 힘에 의해 밸브체(8b)가 밸브 닫힘 위치로 유지되고, 벨로우즈(6)가 축소 동작하는(펌프실(7)의 용적이 축소 변화하는) 토출 공정에 있어서는 펌프실(7)의 압력 상승에 의해 스프링(8a)의 밀어붙이는 힘에 저항하여 밸브체(8b)가 밸브 열림 위치로 변위되도록 구성되어 있다. 각 흡입측 체크밸브(9)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 벨로우즈(6)가 축소 동작하는 토출 공정에서는 배압(펌프실(7)의 압력) 및 스프링(9a)의 밀어붙이는 힘에 의해 밸브체(9b)가 밸브 닫힘 위치로 유지되고, 벨로우즈(6)가 신장 동작하는 흡입 공정에서는 펌프실(7)의 압력 강하에 의해 스프링(9a)의 밀어붙이는 힘에 저항하여 밸브체(9b)가 밸브 열림 위치로 변위되도록 구성되어 있다.

또한, 펌프 헤드 및 벨로우즈(6) 등의 펌프 구성 부재 중 액체와 접촉하는 것에 대하여는, 액체의 성질과 성상 등에 따라 적당한 재질이 선정되지만, 이 예에서는, 내식성 및 내약품성이 뛰어난 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 수지계 플라스틱으로 구성되어 있다.

그리고, 제1 펌프에 있어서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 벨로우즈(6)의 저벽(6c)의 중앙부분으로서 펌프실(7)의 액체에 접촉하는 접액부분(저벽(6c)에서의, 둘레벽(6a)의 골부의 단부(6d)와의 연결부로부터 내주측의 부분)(6f)과 작동판(10)과의 대향 단면(6g, 10c) 사이를 밀접시킴과 함께 그 밀접부분(6g, 10c)을 환상 씰부재(15)로 씰링시키고 있다. 이 예에서는, 환상 씰부재(15)로서 비압축성 탄성재(불소 고무 등)로 이루어지는 Ｏ링을 사용하고 있어, 이 Ｏ링(15)을 벨로우즈 저벽(6c)에 형성된 Ｏ링 홈(15a)에 결합 유지시키고 있다.

따라서, 벨로우즈(6)의 신축 동작(펌프실 용적의 확장 수축 변화)에 수반하는 펌프실(7)의 압력이 변화된 경우에도, 벨로우즈 저벽(6c)이 변형되는 일이 없고, 앞에서 설명한 바와 같은 문제는 생기지 않아, 적정한 펌프 기능이 발휘된다.

즉, 흡입 공정에 있는 펌프실(예를 들면, 도 1에 나타내는 좌측의 펌프실)(7)에서는, 벨로우즈(6)의 신장 동작에 의한 흡입 공정에 의해, 펌프실(7)의 압력이 감소되어 부압으로 되므로, 외주부분(6e)만을 작동판(10)에 연결되어 있는 것에 지나지 않은 벨로우즈 저벽(6c)은 그 중앙부분인 접액부분(6f)이 부압의 펌프실(7) 내로 인장되어 오목한 형상으로 휨 변형될 우려가 있다. 그러나, 벨로우즈 저벽(6c)의 접액부분(6f)은 작동판(10)의 본체부(10a)에 밀접되어 있고, 또한 그 밀접부분(6g, 10c)이 Ｏ링(15)에 의해 씰링되어 있으므로, 상기 부압에 의한 흡인력에 따라서는 작동판(10)의 본체부(10a)로부터 이간되는 일이 없다. 즉, 벨로우즈 저벽(6c)의 접액부분(6f)은 작동판(10)의 본체부(10a)와 분리 불가능하게 밀접된 상태로 유지된다. 따라서, 벨로우즈 저벽(6c)의 접액부분(6f)에 작용하는 흡인력은 금속제의 작동판(10)의 본체부(10a)가 받게 되어, 해당 접액부분(6f)이 흡입 공정시에 변형될 우려는 없다.

또한, 토출 공정에 있는 펌프실(예를 들면, 도 1에 나타내는 우측의 펌프실)(7)에서는, 벨로우즈(6)의 축소 동작에 의한 토출 공정에 의해, 펌프실(7)의 압력이 상승되어 고압으로 되므로, 외주부분(6e)만을 작동판(10)에 연결되어 있는 것에 지나지 않은 벨로우즈 저벽(6c)은 그 중앙부분인 접액부분(6f)이 펌프실(7)의 압력에 의한 압압력에 의해 볼록한 형상으로 휨 변형될 우려가 있다. 그러나, 벨로우즈 저벽(6c)의 접액부분(6f)은 작동판(10)의 본체부(10a)에 밀접되어 있기 때문에, 그 접액부분(6f)에 작용하는 상기 압압력은 금속제의 작동판(10)의 본체부(10a)가 받아들이게 되어, 해당 접액부분(6f)이 토출 공정시에 변형될 우려는 없다.

이와 같이 제1 펌프에 의하면, 흡입 공정시 및 토출 공정시 중 어느 쪽에 있어서도 펌프실(7)의 압력에 의해 벨로우즈 저벽(6c)이 변형되는 일이 없고, 펌프실의 용적이 실질적으로 변화되어 송액량(토출액량) 내지 순환액량이 안정되지 않고 불균형을 일으키는 등의 문제가 생기지 않아서, 적정한 펌프 기능을 발휘할 수 있다.

또한, 제1 펌프에 있어서는, 벨로우즈 저벽(6c)의 접액부분(6f)이 상술한 바와 같이 작동판(10)으로 보강되므로, 벨로우즈 저벽(6c)은 이것을 펌프실(7)의 압력에 대항할 수 있는 강도를 갖도록 두꺼운 것으로 하여 둘 필요가 없고, 부착판(11), 연결로드(12)의 단부 나사(12a) 및 너트부재(14)에 의해 작동판(10)에 연결하여 두고 또한 충분한 두께의 것으로 하여 두면 충분하다. 따라서, 벨로우즈 저벽(6c)을, 앞에서 설명한 종래의 벨로우즈 펌프에 비하여, 가급적으로 박육의 것으로 하여 둘 수 있어, 벨로우즈(6)의 경량화를 도모할 수 있다.

그런데, 본 발명에 따른 벨로우즈 펌프의 구성은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않는 범위에서 적당하게 개량, 변경할 수 있다.

예를 들면, 제1 펌프에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 양 작동판(10, 10)을 펌프 케이스(5)에 축선 방향 이동 가능하게 지지시킨 연결로드(12)로 연결하여, 각 작동판(10)을 연결로드(12)를 통하여 펌프 케이스(5)에 축선 방향 이동 가능하게 지지시키도록 함과 함께, 각 작동판(10)과 연결로드(12)를 연결함으로써 그 작동판(10)과 벨로우즈 저벽(6c)이 부착판(11)을 통하여 연결되도록 구성하였지만, 각 작동판(10)의 펌프케이스(5)에의 지지 수단 및 각 작동판(10)과 벨로우즈 저벽(6c)의 연결 수단은 도 3∼도 5에 나타내는 바와 같이, 별개 독립의 것으로 할 수도 있다.

즉, 도 3은 본 발명에 따른 벨로우즈 펌프의 변형예를 나타내는 종단 측면도이며, 도 4는 도 3의 주요부의 확대도이며, 도 5는 도 3의 V-V선을 따르는 종단 정면도이지만, 도 3에 나타내는 벨로우즈 펌프(이하 「제2 펌프」라고 함)는 이하의 점을 제외하고, 제1 펌프와 동일 구성을 이루는 횡형의 복동형 벨로우즈 펌프이다. 또한, 제1 펌프와 동일한 구성부재에 대하여는, 도 3∼도 5에서 도 1 및 도 2로 동일한 부호를 붙임으로써, 그 상세한 사항은 생략하기로 한다.

제2 펌프에 있어서는, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 각 벨로우즈(6)의 저벽(6c) 및 작동판(10)이 두께(축선 방향의 두께)를 일정하게 하는 동일 직경의 원판형상을 이루고 있고, 벨로우즈 저벽(6c)과 작동판(10)을, 이들 외주부분(6e, 10e)에 삽입 통과시킨 복수개의 볼트(16)를 부착판(17)에 나사결합하여 체결함으로써, 밀접시킨 상태로 연결되어 있다. 또한, 이 예에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 벨로우즈 저벽(6c)의 외주부분(6e)과 작동판(10)의 외주부분(10e)을 둘레 방향으로 등간격을 두고 배치한 8개의 볼트(16)에 의해 연결되어 있다. 또한, 작동판(10)의 두께는 적어도 흡입 공정 및 토출 공정에서의 펌프실(7)의 압력에 따라서는 변형되지 않을 정도의 강도를 가지도록 설정되어 있고, 이러한 강도를 갖는 범위에서 가급적으로 얇게 설정하여 두는 것이 바람직하다.

각 작동판(10)의 중심부에는, 실린더 케이스(4)의 저벽에 Ｏ링(18) 및 축받이 링(19)을 통하여 축선 방향으로 이동 가능하게 관통 지지된 작동축(20)이 일체로 형성되어 있다. 각 작동축(20)의 단부(端部)에는, 실린더 케이스(4) 바깥에서 원반형상의 연결판(21)이 고착(固着)되어 있고, 양 연결판(21, 21)은 실린더 케이스(4, 4) 바깥에 배치하여 펌프 케이스(5)에 축선 방향 이동 가능하게 지지시킨 적당한 개수(이 예에서는, 2개)의 연결로드(12, 12)에 의해 연결되어 있다. 따라서, 양 벨로우즈(6, 6)는, 양 작동판(10, 10)이 작동축(20, 20), 연결판(21, 21) 및 연결로드(12, 12)를 통하여 연결되어 있으므로, 동기하여 역 방향으로 신축 동작되도록 되어 있다. 즉, 도 3에 예시하는 바와 같이, 한쪽의 벨로우즈(6)가 최축소 상태로 있을 때는 다른 쪽의 벨로우즈(6)가 최신장 상태로 되도록, 양 벨로우즈(6, 6)를 연동 연결하는 것이며, 한쪽의 벨로우즈(6)가 축소 동작할 때는 이에 연동하여 다른 쪽의 벨로우즈(6)가 신장 동작되도록 되어 있다.

벨로우즈(6)를 신축 동작시키는 동작 수단은 제1 펌프와 마찬가지로, 각 실린더 케이스(4)의 저벽에 형성된 급배기구(도시하지 않음)로부터 벨로우즈(6) 및 작동판(10)과 실린더 케이스(4)와의 사이에 형성되는 급배기 공간(4d)에 가압 공기를 급배시킴으로써, 벨로우즈(6)를 축선 방향으로 신축 동작시키도록 구성되어 있다. 그리고, 양 급배기 공간(4d, 4d)에의 급배기는 교대로 동기하여 행해지고, 이에 의해, 양 벨로우즈(6, 6)의 신축 동작, 즉 양 펌프실(7, 7)의 확장 수축 동작이 역 방향으로 동기하여 행해진다. 즉, 한쪽의 펌프실(7)에서의 흡입 공정(또는 토출 공정)과 다른 쪽의 펌프실(7)에서의 토출 공정(또는 흡입 공정)이 동기하여 행해지고, 양 펌프실(7, 7)에서의 토출 공정(액체가 펌프실(7)로부터 토출측 체크밸브(8)를 통하여 토출 통로(1)로 송액되는 공정)과 흡입 공정(액체가 흡입 통로(2)로부터 흡입측 체크밸브(9)를 통하여 펌프실(7)로 급액되는 공정)의 전환이 동시에 행해지도록 되어 있다. 또한, 도 3은 좌측의 펌프실(7)에서의 흡입 공정 및 우측의 펌프실(7)에서의 토출 공정의 종료 상태를 나타내고 있다.

그리고, 제2 펌프에 있어서는, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 펌프와 마찬가지로, 벨로우즈(6)의 저벽(6c)의 중앙부분으로서 펌프실(7)의 액체에 접촉하는 접액부분(저벽(6c)에서의, 둘레벽(6a)의 골부의 단부(6d)와의 연결부로부터 내주측의 부분)(6f)과 작동판(10)과의 대향 단면(6g, 10c) 사이를 밀접시킴과 함께 해당 밀접부분(6g, 10c)을 환상 씰부재(15)로 씰링시키고 있다. 이 예에서는, 환상 씰부재(15)로서 제1 펌프와 마찬가지)로, 비압축성 탄성재(불소 고무 등)로 이루어지는 Ｏ링을 사용하고 있고, 이 Ｏ링(15)을 작동판(10)에 형성된 Ｏ링 홈(15b)에 결합 유지시키고 있다. 또한, 벨로우즈 저벽(6c)의 접액부분(6f)의 중심부에는, 작동판(10)의 중심부에 형성된 원형 오목부(10d)에 단단히 끼워 맞추는 원형의 위치 결정 볼록부(6h)가 형성되어 있어, 벨로우즈 저벽(6c)과 작동판(10)을 동심상(同心狀)으로 충합(衝合)시킬 수 있도록 이루어져 있다.

따라서, 제2 펌프에 있어서도, 제1 펌프와 마찬가지로, 벨로우즈(6)의 신축 동작(펌프실 용적의 확장 수축 변화)에 수반하는 펌프실(7)의 압력이 변화된 경우에도, 벨로우즈 저벽(6c)이 금속제의 작동판(10)으로 보강되어 변형되는 일이 없고, 앞에서 설명한 바와 같은 문제는 생기지 않아, 적정한 펌프 기능이 발휘된다. 또한, 제2 펌프에 있어서는, 연결로드(12, 12)를 실린더 케이스(4, 4) 바깥에 배치하므로, 급배기 공간(4d)의 용적이 제1 펌프의 급배기 공간(4b)보다 작아져, 벨로우즈(6, 6)를 신축 동작시키기 위한 가압 공기량을 감소시킬 수 있다.

또한, 제2 펌프에 있어서는, 벨로우즈 저벽(6c)의 접액부분(6f)이 상술한 바와 같이 작동판(10)으로 보강되므로, 벨로우즈 저벽(6c)은 이것을 펌프실(7)의 압력에 대항할 수 있는 강도를 갖는 두꺼운 것으로 하여 둘 필요가 없고, 볼트(16) 및 부착판(17)에 의해 작동판(10)에 연결하여 두고 또한 충분한 두께의 것으로 하여 두면 충분하다. 따라서, 벨로우즈 저벽(6c)을, 제1 펌프와 마찬가지로, 앞에서 설명한 종래의 벨로우즈 펌프에 비하여, 가급적으로 박육의 것으로 하여 둘 수 있어, 벨로우즈(6)의 경량화를 도모할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 펌프에서는, 벨로우즈 저벽(6c)의 접액부분(6f)과 작동판(10)과의 대향 단면(6g, 10c) 사이를 밀접시킴과 함께 그 밀접부분(6g, 10c)을 환상 씰부재(Ｏ링)(15)로 씰링시키도록 하였지만, 도 6∼도 8에 나타내는 바와 같이, 그 대향 단면(6g, 10c) 사이에 환상 씰부재(15)에 의해 씰링된 씰공간(22)을 형성하고, 이 씰공간(22)에 비압축성 유체(23)를 충전시키도록 해도 좋다.

즉, 도 6은 본 발명에 따른 벨로우즈 펌프의 다른 변형예를 나타내는 종단 측면도이고, 도 7은 도 6의 주요부의 확대도이며, 도 8은 도 6의 VIII-VIII선을 따르는 종단 정면도이지만, 도 6에 나타내는 벨로우즈 펌프(이하 「제3 펌프」라고 함)는 이하의 점을 제외하고, 제2 펌프와 동일 구성을 이루는 횡형의 복동형 벨로우즈 펌프이다. 또한, 제2 펌프와 동일한 구성부재에 대하여는 도 6∼도 8에서 도 3∼도 5와 동일한 부호를 붙임으로써, 그 상세한 사항은 생략하기로 한다.

제3 펌프에 있어서는, 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 각 벨로우즈(6)의 저벽(6c)의 접액부분(6f)의 외면에 원형 오목부를 형성하고, 즉 벨로우즈 저벽(6c)의 중앙부분인 접액부분(6f)의 두께(축선 방향의 두께)를 외주부분(6e)의 두께보다 얇게 하고, 접액부분(6f)과 작동판(10)과의 대향 단면(6g, 10c) 사이에 상기 원형 오목부에 의한 공간(22)을 형성하고 있다. 그리고, 이 공간(22)을 벨로우즈 저벽(6c)의 외주부분(6e)과 작동판(10)과의 사이에 배치한 환상 씰부재(15)에 의해 씰공간으로 이루고 있다. 또한, 환상 씰부재(15)로서는, 제2 펌프와 마찬가지로, Ｏ링이 사용되고 있고, 이 Ｏ링(15)을 작동판(10)에 형성된 Ｏ링 홈(15b)에 결합 유지시키고 있다.

그리고, 씰공간(22)에는, 비압축성 유체(예를 들면, 오일 등의 액체)(23)가 조밀하게 충전되어 있다.

또한, 제3 펌프에 있어서는, 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 작동축(20)이 작동판(10)과 별체로 구성되어 있고, 작동축(20)의 선단(先端)에 형성된 나사부(20a)를 작동판(10)에 형성된 암나사 오목부(10f)에 나사 고정시킴과 함께 그 나사고정 부분을 Ｏ링(24)에 의해 씰링시킴으로써, 양쪽(10, 20)을 일체로 연결시키고 있다.

그리고, 제3 펌프에 있어서, 흡입 공정에 있는 펌프실(예를 들면, 도 6에 나타내는 좌측의 펌프실)(7)에서는, 벨로우즈(6)의 신장 동작에 의한 흡입 공정에 의해, 펌프실(7)의 압력이 감소되어 부압으로 되므로, 복수의 볼트(16)에 의해 외주부분(6e)만이 작동판(10)에 연결되어 있는 것에 지나지 않은 벨로우즈(6)의 저벽(6c)은 그 중앙부분인 접액부분(6f)이 부압의 펌프실(7) 내로 인장되어 오목한 형상으로 휨 변형될 우려가 있다. 그러나, 벨로우즈 저벽(6c)의 접액부분(6f)과 작동판(10)과의 대향 단면(6g, 10c) 사이에 형성된 씰공간(22)에는, 오일 등의 비압축성 유체(23)가 조밀하게 충전되어 있어, 이 비압축성 유체(23)가 충전된 씰공간(22)이 일종의 강체로서 기능하게 된다. 따라서, 펌프실(7)이 부압으로 된 경우에도, 벨로우즈 저벽(6c)의 접액부분(6f), 강체로서 기능하는 비압축성 유체(23)를 충전한 씰공간(22) 및 작동판(10)이 서로 분리 불가능하게 밀접한 상태로 유지되게 되어, 해당 접액부분(6f)이 펌프실(7)의 안쪽으로 인장되어 오목한 형상으로 변형되는 일이 없고, 흡입 공정에서 펌프실(7)의 용적이 변화되는 일이 없다.

또한, 토출 공정에 있는 펌프실(예를 들면, 도 6에 나타내는 우측의 펌프실)(7)에서는, 벨로우즈(6)의 축소 동작에 의한 토출 공정에 의해, 펌프실(7)의 압력이 상승되어 고압으로 되므로, 외주부분(6e)만을 작동판(10)에 연결되어 있는 것에 지나지 않은 벨로우즈(6)의 저벽(6c)은, 그 중앙부분인 접액부분(6f)이 펌프실(7)의 압력에 의한 압압력에 의해 씰공간(22)으로 볼록한 형상으로 변형될 우려가 있다. 그러나, 씰공간(22)이 상기한 바와 같이 비압축성 유체(23)가 충전된 일종의 강체로서 기능하므로, 벨로우즈 저벽(6c)의 접액부분(6f)에 작용하는 펌프실(7)의 압력에 의한 압압력은 강체로서 기능하는 씰공간(22)을 통하여 금속제의 작동판(10)에 받아 내지게 된다. 따라서, 해당 접액부분(6f)이 토출 공정시에 변형될 우려는 없고, 토출 공정에서도 펌프실(7)의 용적이 변화되는 일이 없다.

이와 같이 제3 펌프에 의하면, 제1 및 제2 펌프와 마찬가지로, 흡입 공정시 및 토출 공정시의 어느 쪽에서도 펌프실(7)의 압력 변동에 의해 벨로우즈 저벽(6c)이 변형되는 일이 없고, 펌프실의 용적이 실질적으로 변화되어 송액량(토출액량) 내지 순환액량이 안정되지 않아, 불균형을 일으키는 등의 문제가 생기지 않아서, 적정한 펌프 기능을 발휘할 수 있다.

또한, 제3 펌프에 있어서는, 벨로우즈 저벽(6c)의 접액부분(6f)이 상술한 바와 같이 씰공간(22)을 통하여 작동판(10)으로 보강되므로, 벨로우즈 저벽(6c)은 그 외주부분(6e)을 볼트(16) 및 부착판(17)에 의해 작동판(10)에 연결하여 두고 또한 충분한 두께의 것으로 하여 두면 충분하고, 중앙부분인 접액부분(6f)에 대하여는 제1 및 제2 펌프에 비하여 더욱 대폭으로 박육화할 수 있어, 벨로우즈(6)의 대폭적인 경량화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 제1∼제3 펌프와 같은 복동형의 벨로우즈 펌프에 적용하는 것 이외에. 단동형(單動型) 벨로우즈 펌프에도 적합하게 적용할 수 있다.

1 : 토출 통로
2 : 흡입 통로
3 : 펌프 헤드
4 : 실린더 케이스
4a : 급배기구
4b : 급배기 공간
4c : 가압 공기
4d : 급배기 공간
5 : 펌프 케이스
6 : 벨로우즈
6a : 둘레벽
6b : 통로 단부
6c : 저벽
6d : 골부의 단부
6e : 외주부분
6f : 접액부분
6g : 대향 단면
6e : 위치 결정 볼록부
7 : 펌프실
8 : 토출측 체크밸브
8a : 스프링
8b : 밸브체
9 : 흡입측 체크밸브
9a : 스프링
9b : 밸브체
10 : 작동판
10a : 본체부
10b : 연결부
10c : 대향 단면
10d : 원형 오목부
10e : 외주부분
10f : 암나사 오목부
11 : 부착판
12 : 연결로드
12a : 단부 나사
13 : Ｏ링
14 : 너트 부재
15 : 환상 씰부재(Ｏ링)
15a : Ｏ링 홈
15b : Ｏ링 홈
16 : 볼트
17 : 부착판
18 : Ｏ링
19 : 축받이 링
20 : 작동축
20a : 나사부
21 : 연결판
22 : 씰공간
23 : 비압축성 유체
24 : Ｏ링

Claims

개구부를 펌프 케이스에 장착한 플라스틱제의 바닥이 있는 원통형의 벨로우즈를 축선 방향으로 신축시킴으로써, 벨로우즈에 의해 둘러싸여 형성된 펌프실로부터 토출측 체크밸브를 통하여 토출 통로로 송액시키는 토출 공정과 흡입 통로로부터 흡입측 체크밸브를 통하여 펌프실로 급액시키는 흡입 공정을 교대로 행하도록 구성된 벨로우즈 펌프에 있어서,
펌프 케이스에 금속제의 작동판을 축선 방향으로 이동 가능하게 지지시킴과 함께 작동판과 벨로우즈의 저벽을 이들의 외주부분에서 연결 고정하고, 벨로우즈의 저벽의 중앙부분으로서 펌프실의 액체에 접촉하는 접액부분과 작동판의 대향 단면 사이를 밀접시킴과 함께 그 밀접부분을 환상(環狀) 씰(seal)부재로 씰링시키고 있는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 펌프.
개구부를 펌프 케이스에 장착한 플라스틱제의 바닥이 있는 원통형의 벨로우즈를 축선 방향으로 신축시킴으로써, 벨로우즈에 의해 둘러싸여 형성된 펌프실로부터 토출측 체크밸브를 통하여 토출 통로로 송액시키는 토출 공정과 흡입 통로로부터 흡입측 체크밸브를 통하여 펌프실로 급액시키는 흡입 공정을 교대로 행하도록 구성된 벨로우즈 펌프에 있어서,
펌프 케이스에 금속제의 작동판을 축선 방향으로 이동 가능하게 지지시킴과 함께 그 작동판과 벨로우즈의 저벽을 이들의 외주부분에서 연결 고정하고, 벨로우즈의 저벽의 중앙부분으로서 펌프실에 접하는 벨로우즈 저벽부분과 작동판의 대향 단면 사이에 환상 씰부재에 의해 씰링된 씰공간을 형성함과 함께, 그 씰공간에 비압축성 유체를 충전시켜 있는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 환상 씰부재가 Ｏ링이며, 그 Ｏ링이 벨로우즈의 저벽 또는 작동판에 형성된 Ｏ링 홈에 결합 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 펌프.