KR20160068912A - 유체 기기 - Google Patents

Abstract

벨로즈의 신축에 기인하여 이 벨로즈의 산부에 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있는 유체 기기를 제공한다. 유체를 흡입 유로로부터 흡입하고 또한 토출 유로에 토출하기 위해 축심 방향으로 신축 가능하게 구성된 벨로즈를 구비한 유체 기기에 있어서, 상기 벨로즈가 상기 축심 방향에 교대로 형성된 산부(17) 및 골부(18)와, 상기 산부와 상기 골부의 사이에 위치하여 양자를 연결하는 환상의 측면부(19)를 갖고, 상기 축심 방향에 있어서의 상기 측면부의 두께 A와, 상기 축심 방향과 직교하는 방향에 있어서의 상기 산부의 축심 방향 중앙부의 두께 B의 비율 B/A가 1.3∼1.8의 범위에 들어가도록 설정되어 있다.

Description

유체 기기{FLUID MACHINE}

본 발명은 벨로즈를 구비하는 유체 기기에 관한 것이다.

유체를 흘리기 위해 축심 방향으로 신축 가능하게 구성된 벨로즈를 구비하는 유체 기기로서, 벨로즈 펌프, 맥동 감쇠 장치 등이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

이러한 종류의 유체 기기에 있어서, 벨로즈는 도 11의 (a)에 나타내는 바와 같이, 그 축심 방향에 교대로 형성된 산부(157) 및 골부(158)와, 상기 산부(157)와 상기 골부(158)의 사이에 위치하여 양자를 연결하는 환상의 측면부(159)를 갖고 있다. 그리고, 상기 벨로즈는 상기 유체 기기의 작동시에 축심 방향으로 신축하도록 구성되어 있다.

여기서, 상기 벨로즈에 관해서는 축심 방향에 있어서의 상기 측면부(159)의 두께를 A로 하고, 이 축심 방향과 직교하는 방향에 있어서의 상기 산부(157)의 축심 방향 중앙부(정점부)의 두께를 B로 한 경우, 그들 비율 B/A가 1로 되도록 설정되어 있었다. 즉, 상기 측면부의 두께 A와 상기 산부의 두께 B가 동일하게 되어 있었다.

그 때문에, 상기 벨로즈가 신장할 때, 상기 산부(157)가 우선적으로 변형되어 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이 축심 방향으로 신장하게 되어, 상기 산부(157)의 축심 방향 중앙부 내측의 좁은 특정 개소(160)에 큰 응력이 집중해서 생기고, 상기 산부(157)의 축심 방향 중앙부가 피로하기 쉽게 되고 있었다. 그 결과, 응력 집중이 생기는 상기 산부(157)의 축심 방향 중앙부에, 축심 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 균열(161)이 발생할 우려가 있었다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 평성6-50265호

본 발명자들은 균열(161)의 발생을 방지하기 위해, 측면부의 두께 A에 대해 중앙부의 두께 B를 증대하면 할수록 상기 중앙부의 강성이 증가하고 상기 균열(161)의 발생을 방지할 수 있다고 생각하였다. 그러나, 강성을 증대시켜도 상기 중앙부에서의 응력 집중이 소멸하는 것은 아니므로, 장기간 사용하면 피로에 의해 상기 중앙부에 균열이 발생하는 것은 아닌가라고 하는 우려도 있었다.

본 발명자들은 이 피로에 의한 균열의 발생도 방지하고자 시행 착오를 거듭하고 있을 때, 벨로즈에 있어서, 축심 방향에 있어서의 측면부의 두께 A와, 상기 축심 방향과 직교하는 방향에 있어서의 산부의 두께 B의 비율 B/A를 임의의 범위로 한정적으로 설정하면, 상기 중앙부에서의 응력 집중이 현저하게 줄어들고, 전술한 바와 같은 균열의 발생을 억제할 수 있는 것을 발견하고, 이 지견에 의거하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 이러한 사정을 감안해서 이루어진 것이며, 벨로즈의 신축에 기인하여 이 벨로즈의 산부의 축심 방향 중앙부에 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있는 유체 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 관한 발명은 유체를 흡입 유로로부터 흡입하고 또한 토출 유로에 토출하기 위해 축심 방향으로 신축 가능하게 구성된 벨로즈를 구비한 유체 기기에 있어서, 상기 벨로즈가 상기 축심 방향에 교대로 형성된 산부 및 골부와, 상기 산부와 상기 골부의 사이에 위치하여 양자를 연결하는 환상의 측면부를 갖고, 상기 축심 방향에 있어서의 상기 측면부의 두께 A와, 상기 축심 방향과 직교하는 방향에 있어서의 상기 산부의 축심 방향 중앙부의 두께 B의 비율 B/A가 1.3∼1.8의 범위에 들어가도록 설정되어 있는 것이다.

이 구성에 의하면, 상기 벨로즈의 신장시에, 축심 방향으로 신장하는 상기 산부의 내주면측에 있어서 큰 응력이 분산해서 생기게 된다. 즉, 이 때에 상기 산부에 생기는 큰 응력을 좁은 특정 개소에 집중시키는 일이 없다. 따라서, 상기 벨로즈의 신축에 수반해서 변형될 수 있는 상기 산부의 축심 방향 중앙부를 피로하기 어려운 것으로 하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 상기 벨로즈의 신축에 기인하여, 축심 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 균열이 상기 산부의 축심 방향 중앙부에 발생하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 상기 벨로즈를 파손하기 어렵게 하여, 그 장기 수명화를 실현할 수 있다.

청구항 2에 관한 발명은 청구항 1에 기재된 유체 기기에 있어서, 상기 축심 방향에 있어서의 상기 측면부의 두께 A와, 상기 축심 방향과 직교하는 방향에 있어서의 상기 산부의 축심 방향 중앙부의 두께 B의 비율 B/A가 1.3∼1.5의 범위에 들어가도록 설정되어 있는 것이다.

이 구성에 의하면, 유체의 온도가 상온(실온)에 비해 높은 경우 등의 엄격한 사용 조건에 있어서도, 상기 벨로즈가 축심 방향으로 신장할 때, 상기 산부에 생기는 큰 응력을 좁은 특정 개소에 집중시키는 일이 없다. 따라서, 이러한 경우에도, 상기 벨로즈의 신축에 기인해서 이 벨로즈의 산부의 축심 방향 중앙부에 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 그 장기 수명화를 실현할 수 있다.

청구항 3에 관한 발명은 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 유체 기기에 있어서, 상기 벨로즈의 축심 방향의 최대 수축시에, 상기 벨로즈의 측면부가 상기 벨로즈의 축심 방향과 대략 직교하는 평면상에 위치하는 것이다.

본 발명에 따르면, 벨로즈의 신축에 기인하여 이 벨로즈의 산부의 축심 방향 중앙부에 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있는 유체 기기를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 1실시형태에 관한 유체 기기로서의 펌프 장치의 측면 단면도이다.
도 2는 펌프 장치에 있어서의 벨로즈의 일부 확대 단면도이다.
도 3은 벨로즈의 주름 상자부의 일부 확대 단면도이다.
도 4는 유체의 온도가 20℃인 경우에 있어서의 벨로즈의 신장시에 그 산부에 생기는 응력의 최대값의 비교도이다.
도 5는 유체의 온도가 70℃인 경우에 있어서의 벨로즈의 신장시에 그 산부에 생기는 응력의 최대값의 비교도이다.
도 6은 벨로즈의 주름 상자부의 변형예의 일부 확대 단면도이다.
도 7은 펌프 장치에 있어서의 벨로즈의 다른 일부 확대 단면도이다.
도 8은 다른 예의 벨로즈의 일부 확대 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 유체 기기로서의 맥동 감쇠 장치의 측면 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시형태에 관한 유체 기기로서의 벨로즈 펌프의 측면 단면도이다.
도 11은 종래예의 유체 기기에 있어서의 벨로즈의 일부 확대 단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.

본 발명에 관한 유체 기기는 벨로즈 펌프 또는 맥동 감쇠 장치 등이며, 예를 들면, 반도체 또는 액정의 제조 설비 등에 있어서, 초 순수(純水) 또는 약액 등의 유체를 이송하기 위해 이용되는 것이다.

도 1에, 본 발명의 1실시형태에 관한 유체 기기로서의 펌프 장치(1)의 측면 단면도를 나타낸다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 상기 펌프 장치(1)는 벨로즈 펌프(2)와, 이 벨로즈 펌프(2)에 병설된 맥동 감쇠 장치(3)를 구비하고 있다. 상기 벨로즈 펌프(2) 및 상기 맥동 감쇠 장치(3)는 공용의 칸막이벽(5)을 갖고, 서로 동축상에 배치되어 있다. 상기 칸막이벽(5)에는 유체의 흡입 유로(6), 중간 유로(7) 및 토출 유로(8)가 형성되어 있다.

상기 벨로즈 펌프(2)는 상기 벨로즈(10)를 구비하고 있다. 상기 벨로즈(10)는 유체를 상기 흡입 유로(6)로부터 흡입하고, 또한 토출 유로로서 기능하는 상기 중간 유로(7)에 토출하기 위해 축심 방향(도 1의 좌우 방향)으로 신축 가능하게 구성되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 상기 칸막이벽(5)의 축심 방향 일측(도 1의 우측)의 측벽부에 바닥을 갖는 원통형상의 펌프 케이싱(11)이 부착되고, 이 펌프 케이싱(11)내에 상기 벨로즈(10)가 배치되어 있다.

상기 벨로즈(10)는 불소 수지(본 실시형태에 있어서는 폴리테트라 플루오르 에틸렌(PTFE))로 구성되어 있다. 상기 벨로즈(10)는 폴리테트라 플루오르 에틸렌제의 원통 부재를 스틱 바이트 또는 나이프 등을 이용해서 선반에서 절삭 가공하는 것에 의해 형성되어 있다.

상기 벨로즈(10)는 축심 방향 타측(도 1의 좌측)에 개구 둘레 가장자리부(12)를 갖고 있다. 이 개구 둘레 가장자리부(12)는 제 1 환상 고정판(13)에 의해 상기 칸막이벽(5)의 축심 방향 일측의 측벽부에 기밀 상태에서 고정되어 있다. 이와 같이 해서, 상기 펌프 케이싱(11)의 내부 공간이 상기 벨로즈(10)를 이용하여, 상기 벨로즈(10)내에 위치하는 펌프 작용실(14)과, 상기 벨로즈(10) 외에 위치하는 펌프 작동실(15)에 밀폐형상으로 구획되어 있다.

상기 벨로즈(10)는 또, 축심 방향 일측(도 1의 우측)에 폐색 단부(21)를 갖고 있다. 그리고, 상기 벨로즈(10)는 통형상의 주름 상자부(22)를 상기 폐색 단부(21)와 상기 개구 둘레 가장자리부(12)의 사이에 갖고, 축심 방향을 신축 방향으로 해서 신축 가능으로 되어 있다. 이 주름 상자부(22)에는 후술하는 산부(17), 골부(18) 및 측면부(19)가 구비되어 있다(도 2 참조).

또, 상기 벨로즈 펌프(2)에 있어서는 상기 펌프 작용실(14)내에, 유체의 흡입구(41)와 토출구(42)가 연통되어 있다. 상기 흡입구(41)는 상기 흡입 유로(6)에 연통되고, 상기 토출구(42)는 상기 중간 유로(7)에 연통되어 있다. 상기 흡입 유로(6)와 상기 중간 유로(7)의 도중에는 상기 벨로즈(10)의 신축 동작에 수반해서 교대로 개폐 동작할 수 있는 수지제 스프링식의 제 1 역지 밸브(43) 및 제 2 역지 밸브(44)가 마련되어 있다.

상기 펌프 작동실(15)내에는 연결 부재(46)가 마련되어 있다. 이 연결 부재(46)는 상기 벨로즈(10)의 폐색 단부(21)에 제 2 환상 고정판(206) 및 볼트(207)를 이용해서 고정되어 있다. 상기 연결 부재(46)에는 축 부재(47)가 연결되어 있다. 이 축 부재(47)는 상기 펌프 작동실(15)내로부터 상기 펌프 케이싱(11)의 저벽부의 대략 중앙을 관통해서 외측으로 돌출하도록 마련되어 있다. 상기 축 부재(47)의 돌출 부분에는 피스톤(48)이 고정되어 있다.

상기 피스톤(48)은 상기 펌프 케이싱(11)의 저벽부에 고정된 실린더(49)내에 축심 방향으로 슬라이드 가능하게 끼워 맞춰져 있다. 그리고, 상기 벨로즈(10)를 신축 구동시키기 위한 구동 수단으로서의 에어 실린더(53)가 상기 펌프 케이싱(11)의 저벽부 및 상기 실린더(49)에 각각 형성된 공기 구멍(51·52)을 통해, 도시하지 않은 에어 컴프레셔 등으로부터 가압 공기를 상기 펌프 작동실(15)내와, 상기 실린더(49) 및 상기 피스톤(48)으로 둘러싸인 내부 공간에 교대로 공급할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 에어 실린더(53)에는 근접 센서(55·56)가 부착되어 있다. 상기 피스톤(48)에는 센서 감지판(57)이 부착되어 있다. 그리고, 상기 피스톤(48)의 축심 방향의 왕복동에 수반해서 상기 센서 감지판(57)이 상기 근접 센서(55·56)에 교대로 근접함으로써, 상기 에어 컴프레셔 등으로부터 송급되는 가압 공기의 공급처가 상기 실린더(49)내의 내부 공간과 상기 펌프 작동실(15)내의 사이에서 자동적으로 전환되도록 되어 있다.

또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 상기 맥동 감쇠 장치(3)는 벨로즈(60)를 구비하고 있다. 상기 벨로즈(60)는 유체를 흡입 유로로서 기능하는 상기 중간 유로(7)로부터 흡입하고, 또한 상기 토출 유로(8)에 토출하기 위해 축심 방향(도 1의 좌우 방향)으로 신축 가능하게 구성되어 있다. 본 실시형태에 있어서는 상기 칸막이벽(5)의 축심 방향 타측(도 1의 좌측)의 측벽부에 바닥을 갖는 원통형상의 케이싱(61)이 부착되고, 이 케이싱(61)내에 상기 벨로즈(60)가 배치되어 있다.

상기 벨로즈(60)는 축심 방향 일측(도 1의 우측)에 개구 둘레 가장자리부(62)를 갖고 있다. 이 개구 둘레 가장자리부(62)는 환상 고정판(63)에 의해 상기 칸막이벽(5)의 축심 방향 타측의 측벽부에 기밀 상태에서 고정되어 있다. 이와 같이 해서, 상기 케이싱(61)의 내부 공간이 상기 벨로즈(60)를 이용해서, 상기 벨로즈(60)내에 위치하는 액실(64)과, 상기 벨로즈(60) 외에 위치하는 기실(65)로 밀폐형상으로 구획되어 있다.

상기 벨로즈(10)는 또, 축심 방향 타측에 폐색 단부(71)를 갖고 있다. 그리고, 상기 벨로즈(60)는 통형상의 주름 상자부(72)를 상기 폐색 단부(71)와 상기 개구 둘레 가장자리부(62)의 사이에 갖고, 축심 방향으로 신축 가능하게 되어 있다. 이 주름 상자부(72)에는 산부(67), 골부(68) 및 측면부(69)가 마련되어 있다(도 2 참조).

또, 상기 맥동 감쇠 장치(3)에 있어서는 상기 액실(64)내에, 상기 중간 유로(7)와 상기 토출 유로(8)가 연통되어 있다. 상기 벨로즈(60)의 폐색 단부(71)에 대향하는 위치에는 상기 벨로즈(60)의 예측 불허의 사태에 의해 생길 수 있는 과도한 신장을 규제하기 위한 스토퍼 벽(74)이 상기 폐색 단부(71)에 대해 소정 간격을 두고 마련되어 있다.

상기 케이싱(61)의 스토퍼 벽(74)보다 축심 방향 타측에는 저벽부(75)가 마련되어 있다. 이 저벽부(75)에는 개구(76)가 형성된 후, 상기 기실(65)의 내부의 봉입압을 조정하는 자동 급배기 조정 수단(77)이 상기 개구(76)에 삽입된 상태에서 볼트 등에 의해 착탈 가능하게 부착되어 있다.

상기 자동 급배기 조정 수단(77)은 상기 벨로즈(60)에 과도한 신축 변형이 일어나지 않도록 하기 위해, 상기 액실(64)내의 액압과 상기 기실(65)내의 기압을 밸런스시키도록 구성되어 있다. 구체적으로는 상기 자동 급배기 조정 수단(77)은 상기 액실(64)의 용량이 소정 범위를 넘어 증대하면, 상기 기실(65)내에 흡기해서 봉입압을 상승시키고, 상기 액실(64)의 용량이 소정 범위를 넘어 감소하면, 상기 기실(65)내로부터 배기를 실행하여 봉입압을 하강시키도록 되어 있다.

상기 자동 급배기 조정 수단(77)이 구비하는 흡기 밸브(도시하지 않음)를 개폐하기 위한 밸브 누름봉(78), 및 배기 밸브(도시하지 않음)를 개폐하기 위한 밸브 당김봉(79)의 선단에 부착된 슬라이더(81)가 각각 상기 스토퍼 벽(74)에 형성된 관통구멍(82)을 통과하여 상기 기실(65)내를 향하도록 마련되어 있다. 상기 슬라이더(81)는 스프링(83)에 의해서 상기 벨로즈(60)측을 향해 상시 힘이 가해져 있다.

다음에, 상기 펌프 장치(1)(상기 벨로즈 펌프(2) 및 상기 맥동 감쇠 장치(3))의 동작에 대해 설명한다.

상기 펌프 장치(1)의 작동시에, 상기 벨로즈 펌프(2)에 대해서는 상기 에어 컴프레셔 등으로부터의 가압 공기가 상기 에어 실린더(53)의 실린더(49) 및 피스톤(48)으로 둘러싸인 내부 공간에 상기 공기 구멍(52)을 통해 공급되면, 상기 벨로즈(10)가 도 1의 우측방향으로 신장해서 상기 펌프 작용실(14)이 부압으로 된다. 이 벨로즈(10)의 신장에 수반해서 상기 흡입구(41)측의 제 1 역지 밸브(43)가 열려, 상기 흡입 유로(6)로부터의 유체가 이 제 1 역지 밸브(43)를 경유해서 상기 펌프 작용실(14)내에 흡입된다.

한편, 상기 에어 컴프레셔 등으로부터 공급되는 가압 공기가 상기 펌프 작동실(15)내에 상기 공기 구멍(51)을 통해 공급되면, 상기 벨로즈(10)가 도 1의 좌측 방향으로 수축한다. 이 벨로즈(10)의 수축에 수반해서 상기 토출구(42)측의 제 2 역지 밸브(44)가 열려, 상기 펌프 작용실(14)내에 흡입되어 있던 유체가 이 제 2 역지 밸브(44)로부터 상기 중간 유로(7)를 향해 토출된다.

이와 같이, 상기 에어 실린더(53)의 작동에 의해서 상기 벨로즈(10)가 신축하면, 상기 펌프 작용실(14)내의 제 1 역지 밸브(43) 및 제 2 역지 밸브(44)가 교대로 개폐 동작하여, 유체를 상기 흡입 유로(6)로부터 상기 펌프 작용실(14)내에 흡입하는 동작과, 상기 펌프 작용실(14)내로부터 상기 중간 유로(7)에 토출하는 동작이 반복된다. 이렇게 해서, 상기 벨로즈 펌프(2)의 소정의 펌프 동작이 실행된다.

이 펌프 동작의 실행시에 있어서는 상기 벨로즈(10)의 주름 상자부(22)에 작용하는 상기 펌프 작동실(15)의 가압 공기의 압력(외압)이 상기 주름 상자부(22)에 작용하는 상기 펌프 작용실(14)의 유체의 압력(내압)보다 항상 큰 상태로 유지되도록, 가압 공기의 제어가 적절히 실행된다.

또, 상기 벨로즈 펌프(2)의 토출구(42)로부터 토출된 유체는 상기 벨로즈 펌프(2)의 신축 동작을 위해 맥동류로 되어, 상기 중간 유로(7)를 통해 상기 맥동 감쇠 장치(3)의 벨로즈(60) 내부에 형성된 상기 액실(64)내에 보내진다. 그리고, 그 유체가 상기 액실(64)내에서 일시적으로 저장된 후, 상기 토출 유로(8)로부터 외부에 토출된다.

그 때, 유체의 토출압이 증가 경향에 있을 때에는 상기 맥동 감쇠 장치(3)의 벨로즈(60)가 신장하고, 상기 액실(64)의 용량을 증대시켜 해당 토출압을 흡수한다. 이 때, 상기 액실(64)로부터 유출되는 유체의 액량은 상기 벨로즈 펌프(2)로부터 토출되는 액량보다 적어진다.

이 상태에서 유체의 토출압이 감소 경향으로 바뀌면, 상기 벨로즈(60)의 신장에 의해 압축된 상기 기실(65)내의 봉입압보다 유체의 압력이 낮아지므로, 상기 벨로즈(60)가 수축하고, 상기 액실(64)의 용량을 감소시킨다. 이 때, 상기 액실(64)로부터 유출되는 유체의 액량은 상기 벨로즈 펌프(2)로부터 토출되는 액량보다 많아진다.

이러한 상기 벨로즈(60)의 신축 동작에 수반하는 상기 액실(64)의 용량 변화의 반복 동작에 의해서, 유체는 맥동이 감쇠되어 연속해서 원활하게 상기 맥동 감쇠 장치(3)로부터 유출되게 된다.

상기 벨로즈(60)의 신축 동작에 관해, 상세하게는 상기 벨로즈 펌프(2)에 있어서의 토출압의 변동에 의해, 상기 맥동 감쇠 장치(3)의 액실(64)의 용량이 소정 범위를 넘어 증대하면, 상기 벨로즈(60)의 폐색 단부(71)가 상기 자동 급배기 조정 수단(77)의 밸브 누름봉(78)에 맞닿고 또한 이 밸브 누름봉(78)을 도 1의 좌측 방향으로 누른다. 이것에 의해, 상기 흡기 밸브가 열려 상기 기실(65)내에의 흡기가 실행되어 봉입압이 상승되고, 상기 벨로즈(60)의 과도한 신장 변형이 억제된다. 따라서, 상기 액실(64)내의 용량이 과잉으로 증대하는 것이 방지된다.

한편, 상기 액실(20a)의 용량이 소정 범위를 넘어 감소하면, 상기 밸브 당김봉(79)의 선단에 상기 슬라이더(81)가 걸어 맞춰져 상기 스프링(83)에 의해서 상기 밸브 당김봉(79)을 우측으로 누른다. 이것에 의해, 상기 배기 밸브가 열려 상기 기실(65)내로부터 배기가 실행되어 봉입압이 하강되고, 상기 벨로즈(60)의 과도한 수축 변형이 억제된다. 따라서, 상기 액실(64)내의 용량이 과잉으로 감소되는 것이 방지된다.

이와 같이 해서, 상기 벨로즈 펌프(2)의 토출압의 변동에 관계없이 상기 벨로즈(60)의 신축 변형량이 일정 범위내에 규제되어 맥동을 작게 할 수 있다.

다음에, 상기 벨로즈 펌프(2)의 벨로즈(10)에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 또한, 상기 맥동 감쇠 장치(3)의 벨로즈(60)는 상기 벨로즈(10)와 실질적으로 동일한 구성을 갖기 때문에, 그 설명은 생략한다.

도 2에, 상기 펌프 장치(1)에 있어서의 상기 벨로즈(10)((60))의 일부 확대 단면도를 나타낸다. 도 3의 (a)에, 상기 벨로즈(10)의 수축시에 있어서의 상기 주름 상자부(22)의 일부 확대 단면도를 나타낸다. 도 3의 (b)에, 상기 벨로즈(10)의 최대 신장시에 있어서의 상기 주름 상자부(22)의 일부 확대 단면도를 나타낸다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 상기 벨로즈(10)는 축심(16) 방향(도 1의 좌우 방향)으로 교대로 형성된 산부(17) 및 골부(18)와, 상기 산부(17)와 상기 골부(18)의 사이에 위치하여 양자를 연결하는 환상의 측면부(19)를 갖고 있다. 상기 산부(17)는 상기 벨로즈(10)(상기 주름 상자부(22))의 외주부에 구비되고, 상기 골부(18)는 상기 산부(17)보다 축심(16)에 근접한 위치에 배치되어 있다. 축심(16) 방향으로 서로 인접하는 상기 측면부(19)는 서로 대향 배치되어 있다.

도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 상기 벨로즈(10)는 축심(16) 방향(도 1의 좌우 방향)에 있어서의 상기 측면부(19)의 두께를 A로 하고, 이 축심(16) 방향과 직교하는 방향(직경 방향)에 있어서의 상기 산부(17)의 축심 방향 중앙부(정점부, 후술하는 패스 0의 위치)의 두께를 B로 한 경우, 이들 비율 B/A가 1.3∼1.8의 범위에 들어가도록 설정되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 상기 측면부(19)의 두께 A는 축심(16) 방향과 직교하는 방향에 관해 균일하게 설정되어 있다.

이러한 구성에 의해, 상기 펌프 장치(1)의 작동에 수반하는 상기 벨로즈(10)의 신장시에, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이 축심(16) 방향으로 신장되는 상기 산부(17)의 내주면측(17a)에 있어서, 큰 응력(최대값)이 축심(16) 방향 중앙부를 사이에 두고 내주면을 따라 확대되는 영역(30)에 분산해서 생기게 된다. 즉, 상기 산부(17)에 생기는 큰 응력이 좁은 특정 개소에 집중하는 일이 없다. 이러한 작용 효과를 얻는 것에 대해서는 이하에서 설명한다. 또한, 두께 비율 B/A가 1인 경우에는 축심 방향으로 신장되는 산부의 축심 방향 중앙부의 내주면측에 일점 집중적으로 응력 집중이 생기게 된다(도 11의 부호 '160' 참조).

따라서, 상기 벨로즈(10)의 신축에 수반해서 변형될 수 있는 상기 산부(17)의 축심(16) 방향 중앙부를 피로하기 어려운 것으로 하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 상기 벨로즈(10)의 신축에 기인해서, 상기 축심(16) 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 균열이 상기 산부(17)의 축심(16) 방향 중앙부에 발생하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 상기 벨로즈(10)를 파손하기 어렵게 하여, 그 장수명화를 실현할 수 있다.

또한, 더욱 바람직하게는 상기 축심(16) 방향에 있어서의 상기 측면부(19)의 두께 A와, 상기 축심(16) 방향과 직교하는 방향에 있어서의 상기 산부(17)의 축심(16) 방향 중앙부의 두께 B의 비율 B/A는 1.3∼1.5의 범위에 들어가도록, 더욱 바람직하게는 1.5로 설정된다.

이것에 의하면, 유체의 온도가 상온(실온)에 비해 높은(예를 들면, 70℃정도) 경우 등의 엄격한 사용 조건에 있어서도, 상기 벨로즈(10)가 축심(16) 방향으로 신장할 때, 상기 산부(17)에 생기는 큰 응력을 좁은 특정 개소에 집중시키는 일이 없다. 따라서, 이러한 경우에도, 상기 벨로즈(10)의 신축에 기인해서 이 벨로즈(10)의 산부(17)의 축심(16) 방향 중앙부에 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

다음에, 본 실시형태에 의하면, 상기 산부(17)에 생기는 큰 응력이 좁은 특정 개소에 집중하지 않는다고 하는 작용 효과가 얻어지는 것에 대해 설명한다. 상기 벨로즈(10)의 산부(17)에 생기는 응력에 대해서는 미제스 응력을 계산하여 응력 해석을 실행하였다. 도 4에, 유체의 온도가 20℃인 경우, 상기 벨로즈(10)의 신장시에 상기 산부(17)에 생기는 응력의 최대값(최대 미제스 응력)의 비교도를 나타낸다. 도 5에, 유체의 온도가 70℃인 경우, 상기 벨로즈(10)의 신장시에 상기 산부(17)에 생기는 응력의 최대값(최대 미제스 응력)의 비교도를 나타낸다.

상기 산부(17)의 내주면측(17a)에서 축심(16) 방향 일단에서 타단에 걸쳐 연장하는 패스에 있어서, 상기 산부(17)의 축심(16) 방향 중앙부(정점부)를 패스 0으로 한 경우, 상기 벨로즈(10)의 신장시에 축심(16) 방향으로 신장되는 상기 산부(17)에 생기는 응력의 최대값(최대 미제스 응력)은 상기 산부(17)의 내주면측에 있어서 패스 0의 위치를 포함하는 원호의 상기 영역(30)에 분포한다.

도 4로부터, 두께 비율 B/A=1의 가장 큰 최대 미제스 응력을 1로 했을 때, 최대 미제스 응력이 급(急) 구배로 변화하면서 패스 0의 위치라고 하는 특정 개소에서 가장 큰 값(즉, 1)으로 되는데 반해, 본 실시형태에 있어서는 패스 0의 위치를 사이에 두는 축심(16) 방향의 소정 범위에서, 최대 미제스 응력이 0.9정도로 저감된 후, 이 0.9정도의 값이 대략 유지되는 것을 확인할 수 있다.

이것으로부터, 본 실시형태의 경우, 두께 비율 B/A=1.3, 1.5, 1.8의 각각에서, 최대 미제스 응력이 패스에 관해 패스 0의 위치를 사이에 두고 비교적 넓은 소정 범위(도 4의 플랫형상 부분)에서 동일 정도의 값을 취하는 것을 알 수 있다.즉, 상기 벨로즈(10)의 신장시에 상기 산부(17)에 생기는 큰 응력(최대값)이 비교적 낮은 값으로, 패스 0의 위치에 집중하지 않고 그 주위에 분산되는 것을 알 수 있다.

또, 도 5로부터, 두께 비율 B/A=1의 가장 큰 최대 미제스 응력을 1로 했을 때, 본 실시형태에 있어서는 패스 0의 위치를 사이에 두는 축심(16) 방향의 소정 범위에서, 최대 미제스 응력이 0.85 정도로 저감된 후, 이 0.85 정도의 값이 대략 유지되는 것을 확인할 수 있다.

이것으로부터, 유체의 온도가 높은(구체적으로는 70℃) 경우에도, 두께 비율 B/A=1.3, 1.5의 각각에서, 최대 미제스 응력이 패스 0의 위치를 사이에 두고 비교적 넓은 소정 범위(도 5의 플랫형상 부분)에서 동일 정도의 값을 취하는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 벨로즈(10)의 신장시에 상기 산부(17)에 생기는 큰 응력(최대값)이 비교적 낮은 값으로, 패스 0의 위치에 집중하지 않고 그 주위에 분산되는 것을 알 수 있다.

또, 본 실시형태에 있어서는 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 상기 산부(17)의 내주면측(17a)의 축심(16) 방향 단면형상이 제 1 곡률 반경의 원호형상으로 형성되어 있다. 상기 산부(17)의 외주면측(17b)의 축심(16) 방향 단면형상이 상기 제 1 곡률 반경보다 큰 제 2 곡률 반경의 원호형상으로 형성되어 있다. 여기서, 상기 제 1 곡률 반경의 원호의 중심(23)에 대해, 동일 축선상에 배치된 상기 제 2 곡률 반경의 원호의 중심(24)은 직경 방향 외측으로 어긋나 있다.

본 실시형태에 있어서는 도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, 상기 골부(18)의 외주면측(18b)의 축심(16) 방향 단면형상이 상기 산부(17)의 내주면측(17a)의 축심(16) 방향 단면형상에 상당하는 형상(원호형상)으로 되어 있다. 상기 골부(18)의 내주면측(18a)의 축심(16) 방향 단면형상이 상기 산부(17)의 외주면측(17b)의 축심(16) 방향 단면형상에 상당하는 형상(원호형상)으로 되어 있다.

또한, 본 발명에 있어서의 벨로즈의 산부는 본 실시형태에 있어서는 외주면측(17b)의 능선 부분을 단면에서 보아 원호형상으로 한 상기 산부(17)로 하고 있지만, 이것에 한정하는 것은 아니고, 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같은 외주면측(33b)의 능선 부분을 단면에서 보아 축심(16) 방향 양 단측에 각부(33c)를 갖는 각형으로 한 산부(33)로 해도 좋고, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같은 상기 산부(33)에 있어서 그 각부(33c)를 모따기한 바와 같은 산부(35)로 해도 좋다. 단, 본 발명에 있어서의 벨로즈의 산부는 응력 집중의 완화라고 하는 관점에서는 도 6의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같은 산부(33·35)에 비해, 도 3에 나타내는 바와 같은 산부(17)로 하는 것이 바람직하다.

또, 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서는 축심(16) 방향으로 서로 인접하는 측면부(19)의 사이에 공간 부분(201)이 형성되어 있다. 이 공간 부분(201)은 상기 벨로즈(10)의 수축시에 있어서도 유지된다. 그리고, 이 축심(16) 방향으로 서로 인접하는 측면부(19)의 사이의 폭(상기 공간 부분의 축심(16) 방향의 폭) C가 상기 벨로즈(10)의 수축시(최대 수축시)에 상기 측면부(19)의 두께 A와 대략 동일하게 되도록 설정되어 있다.

본 실시형태에 있어서는 또, 상기 벨로즈(10)의 축심 방향의 최대 수축시, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 상기 측면부(19)가 상기 벨로즈(10)의 축심 방향과 대략 직교하는 평면상에 위치하도록 구성되어 있다. 상기 벨로즈(10)의 상태는 소정 치수의 상기 폭 C를 갖는 상기 공간 부분(201)이 상기 펌프 작용실(14)측에서 서로 대향하는 상기 측면부(19)의 사이에 형성되도록, 상기 에어 실린더(53)에 의해 적절히 제어된다.

상세하게는 상기 벨로즈(10)의 측면부(19)는 상기 펌프 작용실(14)측을 향하는 내주면(202)과, 상기 펌프 작동실(15)측을 향하는 외주면(203)을 갖고 있다. 상기 내주면(202) 및 상기 외주면(203)은 각각 평면형상으로 형성되어 있다. 상기 내주면(202) 및 상기 외주면(203)은 상기 측면부(19)의 두께 A가 상기 벨로즈(10)의 직경 방향에 있어서 대략 일정하게 되도록, 서로 대략 평행하게 배치되어 있다.

그리고, 상기 벨로즈(10)가 그 축심 방향에 관해 가장 수축했을 때, 상기 내주면(202) 및 상기 외주면(203)이 상기 벨로즈(10)의 축심 방향과 대략 직교하는 평면을 이루는 구성으로 되어 있다. 그 때문에, 상기 벨로즈(10)의 최대 수축시에는 상기 공간 부분(201)이 상기 골부(18)측에서 상기 산부(17)측과 동일 정도의 상기 폭 C를 갖는다, 즉, 상기 벨로즈(10)의 직경 방향에 있어서 대략 일정한 상기 폭 C를 갖도록 되어 있다.

이러한 상기 벨로즈(10)의 최대 수축 상태는 상기 에어 실린더(53)에 있어서, 상기 벨로즈(10)를 수축시키기 위해 이동하는 상기 피스톤(48)을 상기 실린더(49)(상기 펌프 케이싱(11)의 저벽부)에 접촉시켜 해당 피스톤(48)의 위치를 규제하는 것, 또는 상기 근접 센서(55·56) 및 상기 센서 감지판(57)을 이용해서 가압 공기의 제어를 실행하는 것에 의해 실현될 수 있다.

따라서, 최대 수축 상태에 있는 상기 벨로즈(10)에 있어서, 상기 펌프 작용실(14)내에서 상기 공간 부분(201)에의 유체의 침입이 저해되지 않는 바와 같은 상기 폭 C를 확보하는 것이 가능하게 되고, 상기 펌프 작용실(14)을 유체로 채우기 쉬워진다. 따라서, 상기 펌프 작용실(14)에의 유체의 유입에 수반하는 상기 벨로즈(10)의 수축 상태에서 신장 상태에의 전환 동작을 원활한 것으로 할 수 있다.

도 7의 (a)에, 상기 벨로즈(10)의 최대 수축시에 있어서의 상기 개구 둘레 가장자리부(12) 부근의 확대 단면도를 나타낸다. 도 7의 (b)에, 상기 벨로즈(10)의 최대 수축시에 있어서의 상기 폐색 단부(21) 부근의 확대 단면도를 나타낸다.

도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, 상기 벨로즈(10)는 무엇보다도 상기 개구 둘레 가장자리부(12)측에 위치하는 상기 측면부(19)((19A))가 해당 벨로즈(10)의 최대 수축시에 상기 제 1 환상 고정판(13)과 접촉하지 않도록 마련되어 있다. 이 측면부(19)((19A))는 상기 벨로즈(10)가 가장 수축할 때, 상기 제 1 환상 고정판(13)과의 사이에 제 1 간극(205)이 생기도록 배치된다.

또, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, 상기 벨로즈(10)는 무엇보다도 상기 폐색 단부(21)측에 위치하는 상기 측면부(19)((19B))가 해당 벨로즈(10)의 최대 수축시에 상기 제 2 환상 고정판(206)과 접촉하지 않도록 마련되어 있다. 이 측면부(19)((19B))는 상기 벨로즈(10)가 가장 수축할 때, 상기 제 2 환상 고정판(206)과의 사이에 제 2 간극(208)이 생기도록 배치된다.

이러한 구성에 의해, 상기 벨로즈(10)의 신축 구동시, 상기 측면부(19)((19A))가 상기 제 1 환상 고정판(13)과 반복 접촉하는 것을 저지할 수 있다. 또, 이 때, 상기 측면부(19)((19B))가 상기 제 2 환상 고정판(206)과 반복 접촉하는 것을 저지할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 환상 고정판(13) 및 상기 제 2 환상 고정판(206)과의 접촉에 기인하는 상기 벨로즈(10)(상기 측면부(19)((19A)·(19B)))의 열화를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 유체 기기에 있어서는 상기 벨로즈(10) 대신에, 도 8에 나타내는 바와 같이 칸막이벽(211) 및 펌프 케이싱(212)에 개구 둘레 가장자리부(213)에서 직접 고정될 수 있는 벨로즈(210)를 이용할 수 있다. 이 경우에는 상기 벨로즈(210)의 최대 수축시에, 예를 들면 상기 벨로즈(210)의 측면부(215) 중의 무엇보다도 상기 개구 둘레 가장자리부(213)측에 위치하는 측면부(215)((215A))와 상기 개구 둘레 가장자리부(213)의 사이에 간극(217)이 생기도록 하여, 양자를 접촉시키지 않도록 하는 것이 바람직하다.

도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 유체 기기로서의 맥동 감쇠 장치(93)의 전체를 나타내는 측면 단면도이고, 도 1에 나타낸 개소에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 상기 맥동 감쇠 장치(93)는 상술한 실시형태에 있어서의 상기 맥동 감쇠 장치(3)와 실질적으로 동일한 것이다. 상기 맥동 감쇠 장치(93)는 원통형상의 둘레벽 부재(102)와, 이 둘레벽 부재의 상하단에 각각 고정된 상부벽 부재(103) 및 하부벽 부재(104)를 갖는 케이싱(101)을 구비하고 있다. 이 케이싱(101)내에, 그 축심 방향(상하 방향)과 신축 가능하게 구성된 벨로즈(60)가 배치되어 있다.

그리고, 이 벨로즈(60)의 개구 둘레 가장자리부(62)가 환상 고정판(63)에 의해 상기 하부벽 부재(104)의 측면부에 기밀 상태에서 고정되어 있다. 이것에 의해, 상기 케이싱(101)의 내부 공간이 상기 벨로즈(60)내에 위치하는 액실(64)과, 상기 벨로즈(60) 외에 위치하는 기실(65)에 밀폐 상태에서 구획되어 있다. 또, 상기 하부벽 부재(104)에는 유체의 흡입 유로(6)와 토출 유로(8)가 형성되어, 양자(7, 8)가 상기 액실(64)과 연통되어 있다. 상기 상부벽 부재(103)에는 자동 급배기 조정 수단(77)이 마련되어 있다.

상기 벨로즈(60)는 도 1에 나타낸 상기 맥동 감쇠 장치(3)에서 사용된 것과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 있고, 또, 상기 자동 급배기 조정 수단(77)의 구성도 도 1에 나타낸 맥동 감쇠 장치(3)의 것과 동일한 구성이므로, 여기서는 그들 작용 동작에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시형태에 관한 유체 기기로서의 벨로즈 펌프(112)의 전체를 나타내는 종단면도이다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 상기 벨로즈 펌프(112)는 좌우 한 쌍의 펌프 부분을 대칭으로 배치한 것으로서, 각 펌프 부분이 상보적으로 동작함으로써 큰 이송량이 얻어지도록 되어 있다.

즉, 상기 벨로즈 펌프(112)는 원통형상의 둘레벽 부재(121)와, 이 둘레벽 부재(121)의 좌우단에 각각 고정설치된 측벽 부재(122, 123)를 갖는 펌프 케이싱(120)을 구비하고 있다. 이 펌프 케이싱(120)내에는 칸막이벽(124)을 사이에 두고 좌우 대칭형으로 한 쌍의 벨로즈(125, 126)가 배치되어 있다.

상기 각 벨로즈(125, 126)는 도 1에 나타낸 상기 벨로즈 펌프(2)에서 사용되고 있는 상기 벨로즈(10)와 실질적으로 동일한 구성을 갖고 있다. 그리고, 상기 벨로즈(125, 126)에서는 각각의 개구 둘레 가장자리부가 환상 고정판(128, 129)에 의해 상기 칸막이벽(124)의 측벽부에 기밀형상으로 고정되는 한편, 각각의 폐색 단부가 압력받이판(131, 132)과 연결되어 있다. 상기 압력받이판(131, 132)은 상기 칸막이벽(124)을 관통하는 복수의 연결봉(133)을 통해 연결되어 있다.

또, 상기 칸막이벽(124)에는 유체의 흡입 유로(134)와 토출 유로(135)가 형성되어 있다. 이들 흡입 유로(134)와 토출 유로(135)의 사이에는 상기 벨로즈(125)의 신축 동작에 수반해서 교대로 개폐 동작할 수 있는 역지 밸브(136, 137)가 마련되는 동시에, 상기 벨로즈(126)의 신축 동작에 수반해서 교대로 개폐 동작할 수 있는 역지 밸브(138, 139)가 마련되어 있다.

또한, 상기 펌프 케이싱(120)의 상기 측벽 부재(122, 123)에는 각각, 도면 외의 컴프레셔 등으로부터의 가압 공기를 상기 펌프 케이싱(120)내에 공급하기 위한 공기 구멍(141, 142)과, 상기 펌프 케이싱(120)내의 공기를 배출하기 위한 공기 구멍(143, 144)이 형성되어 있다.

따라서, 상기 벨로즈 펌프(112)에 있어서는 상기 컴프레셔 등으로부터의 가압 공기를 상기 공기 구멍(141, 142)으로부터 교대로 공급해서 좌우의 상기 벨로즈(125, 126)를 교대로 신장·수축 동작시키면, 예를 들면, 우측의 상기 벨로즈(126)에 의해서 상기 흡입 유로(134)로부터 역지 밸브(139)를 경유해서 유체가 흡입될 때에는 좌측의 상기 벨로즈(125)에 의해서 그 내부에 저장되어 있는 유체가 상기 역지 밸브(136)를 경유해서 상기 토출 유로(135)로부터 토출된다. 또, 좌측의 상기 벨로즈(125)에 의해서 상기 흡입 유로(134)로부터 상기 역지 밸브(137)를 경유해서 유체가 흡입될 때에는 우측의 상기 벨로즈(126)에 의해서 그 내부에 저장되어 있는 유체가 상기 역지 밸브(138)를 경유해서 상기 토출 유로(135)로부터 유출된다.

이와 같이 해서, 좌우의 상기 벨로즈(125, 126)가 교대로 신축 동작되는 것에 의해서 상기 흡입 유로(134)로부터의 유체의 흡입과 상기 토출 유로(135)에의 토출이 반복되어, 소정의 펌프 동작이 실행된다.

1; 펌프 장치(유체 기기) 6; 흡입 유로
7; 중간 유로(토출 유로 또는 흡입 유로) 8; 토출 유로
10; 벨로즈 16; 축심
17; 산부 18; 골부
19; 측면부 33; 산부
35; 산부 60; 벨로즈
67; 산부 68; 골부
69; 측면부 93; 맥동 감쇠 장치(유체 기기)
112; 벨로즈 펌프(유체 기기) 125; 벨로즈
126; 벨로즈

Claims (3)

1. 유체를 흡입 유로로부터 흡입하고 또한 토출 유로에 토출하기 위해 축심 방향으로 신축 가능하게 구성된 벨로즈를 구비한 유체 기기에 있어서,
   상기 벨로즈가 상기 축심 방향에 교대로 형성된 산부 및 골부와, 상기 산부와 상기 골부의 사이에 위치하여 양자를 연결하는 환상의 측면부를 갖고,
   상기 축심 방향에 있어서의 상기 측면부의 두께 A와, 상기 축심 방향과 직교하는 방향에 있어서의 상기 산부의 축심 방향 중앙부의 두께 B의 비율 B/A가 1.3∼1.8의 범위에 들어가도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 기기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 축심 방향에 있어서의 상기 측면부의 두께 A와, 상기 축심 방향과 직교하는 방향에 있어서의 상기 산부의 축심 방향 중앙부의 두께 B의 비율 B/A가 1.3∼1.5의 범위에 들어가도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 기기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 벨로즈의 축심 방향의 최대 수축시에, 상기 벨로즈의 측면부가 상기 벨로즈의 축심 방향과 대략 직교하는 평면상에 위치하는 것을 특징으로 하는 유체 기기.

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