KR20190026900A

KR20190026900A - 액체 공급 시스템

Info

Publication number: KR20190026900A
Application number: KR1020197004204A
Authority: KR
Inventors: 고이치 모리
Original assignee: 이글 고오교 가부시키가이샤
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2017-08-18
Publication date: 2019-03-13
Also published as: EP3505760A1; EP3505760A4; WO2018038005A1; JPWO2018038005A1; CN109563826B; US20190211816A1; CN109563826A

Abstract

벨로우즈의 비틀림의 발생의 억제를 도모한 액체 공급 시스템을 제공한다.
축(150)에 고정되어 축(150)의 왕복 이동에 따라 신축하는 제1 벨로우즈(130)와, 축(150)의 왕복 이동에 따라 신축함과 더불어, 제1 벨로우즈(130)와의 사이에 펌프실을 형성하고 또한 외경이 제1 벨로우즈(130)의 외경보다 작은 제2 벨로우즈(200)를 갖춘 액체 공급 시스템으로서, 제2 벨로우즈(200)의 일단 측은, 축(150)과 통 모양 부재(161) 중의 한쪽 측에 대해 고정되어 있고, 제2 벨로우즈(200)의 타단 측은, 축(150)과 통 모양 부재(161) 중의 다른쪽 측에 대해 둘레방향으로의 이동이 허용된 상태로 위치 결정되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

액체 공급 시스템

본 발명은, 벨로우즈를 갖춘 액체 공급 시스템에 관한 것이다.

왕복 이동하는 축과 축이 삽통되는 통 모양 부재와의 사이에 밀폐 공간을 형성시키기 위해, 벨로우즈를 이용한 기술이 알려져 있다. 이러한 기술에 있어서는, 일반적으로, 벨로우즈의 일단이 축에 대해 고정되고, 타단이 통 모양 부재에 대해 고정된다. 이에 따라, 접동하는 부분이 없기 때문에, 접동 마모의 문제나 접동에 의한 발열의 문제가 없다고 하는 이점이 있다. 따라서, 예를 들면, 초저온의 액체를 순환시키기 위한 액체 공급 시스템에 있어서는, 밀봉 구조를 설치하기 위해, 벨로우즈가 넓게 이용되고 있다(특허 문헌 1 참조).

여기서, 축과 통 모양 부재가 상대적으로 회전하지 않는 기구의 경우에는, 특별히 문제는 생기지 않는다. 그렇지만, 시스템의 기구상, 축과 통 모양 부재가 근소하게 상대적으로 회전해 버리는 경우가 있다. 이 경우, 벨로우즈가 비틀려 비틀림 좌굴(座屈)이 생겨 버리는 일이 있다. 특히, 벨로우즈의 지름이 작을수록, 비틀림 좌굴이 생기기 쉽다. 이와 같이, 비틀림 좌굴이 생긴 상태로 벨로우즈가 신축하면, 국소적으로 응력이 집중해, 벨로우즈의 피로 수명이 짧게 되어 버릴 우려가 있다.

특허 문헌 1 : 국제 공개 제2012/124363호

본 발명의 목적은, 벨로우즈의 비틀림의 발생의 억제를 도모한 액체 공급 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서 이하의 수단을 채용했다.

즉, 본 발명의 액체 공급 시스템은,

용기와,

상기 용기의 외부로부터 내부에 이르도록 배치되고 또한 구동원에 의해 왕복 이동하도록 구성되는 축과,

상기 용기의 내부에 설치되어 상기 축이 삽통되는 통 모양 부재와,

상기 축에 고정되어 상기 축의 왕복 이동에 따라 신축하는 제1 벨로우즈와,

상기 축의 왕복 이동에 따라 신축함과 더불어, 상기 제1 벨로우즈와의 사이에 펌프실을 형성하고 또한 외경이 상기 제1 벨로우즈의 외경보다 작은 제2 벨로우즈로를 갖춘 액체 공급 시스템으로서,

상기 제2 벨로우즈의 일단 측은, 상기 축과 상기 통 모양 부재 중의 한쪽 측에 대해 고정되어 있고,

상기 제2 벨로우즈의 타단 측은, 상기 축과 상기 통 모양 부재 중의 다른쪽 측에 대해 둘레방향으로의 이동이 허용된 상태로 위치 결정되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제2 벨로우즈의 일단 측은, 축과 통 모양 부재 중의 한쪽 측에 대해 고정되어 있는데 대해, 타단 측은, 축과 통 모양 부재 중의 다른쪽 측에 대해 둘레방향으로의 이동이 허용된 상태로 위치 결정되어 있다. 따라서, 축과 통 모양 부재가 상대적으로 회전해 버려도, 제2 벨로우즈에 비틀림이 생겨 버리는 일이 억제되어 제2 벨로우즈가 파단하는 것에 의한 펌프실의 유체의 누설을 방지할 수 있다.

상기 제2 벨로우즈의 타단에는 밀봉부가 설치되어 있고, 그 밀봉부는, 상기 축과 상기 통 모양 부재 중의 다른쪽 측에 접촉함으로써 유체를 봉함과 더불어,

상기 밀봉부의 면적이 상기 제2 벨로우즈의 유효 면적보다 크게 형성되어 있으면 좋다.

이에 따라, 밀봉부에 대해, 펌프실과는 반대 측의 유체 압력이 펌프실 내의 유체 압력보다 높은 상태에서는, 밸브체가 밸브 시트에 대해 밀착한 상태가 유지되기 때문에, 안정적으로 밀봉성을 얻을 수 있다. 또, 밀봉부에 대해, 펌프실과는 반대 측의 유체 압력이 펌프실 내의 유체 압력보다 낮은 상태로 되어도, 압력에 의해 밀봉부의 접촉이 해제되어 펌프실의 액체가 밀봉부에 대해 펌프실과는 반대 측의 영역으로 흐르기 때문에, 압력을 놓아주는 것이 가능해, 제2 벨로우즈에 과대한 압력이 가해지는 일이 없다.

상기 축의 왕복 이동에 따라 신축함과 더불어, 상기 통 모양 부재와 상기 제2 벨로우즈와의 사이에 밀폐 공간을 형성하는 제3 벨로우즈를 갖추고, 상기 밀폐 공간 내에, 상기 펌프실로부터 보내지는 액체의 일부가 공급되고 있으면 좋다.

이에 따라, 밀봉부에 대해, 펌프실과는 반대 측의 영역이 밀폐 공간으로서 형성되고, 그 밀폐 공간에 펌프로부터 토출된 유체가 공급된다. 그 때문에, 밀봉부에 있어서 항상 밀폐 공간 측의 압력을 펌프실 측의 압력 이상으로 할 수가 있어, 제2 벨로우즈의 뒤틀림 방지를 도모하면서, 밀봉 상태를 유지할 수가 있다.

상기 제3 벨로우즈의 일단 측은, 상기 축과 상기 통 모양 부재 중의 한쪽 측에 대해 고정되어 있고,

상기 제3 벨로우즈의 타단 측은, 상기 축과 상기 통 모양 부재 중의 다른쪽 측에 대해 둘레방향으로의 이동이 허용된 상태로 위치 결정되어 있으면 좋다.

이에 따라, 제2 벨로우즈와 제3 벨로우즈의 양쪽의 뒤틀림을 방지할 수가 있고, 벨로우즈의 파손을 방지해, 통 모양 부재와 제2 벨로우즈와 제3 벨로우즈로 형성된 밀폐 공간의 밀폐 상태를 확실히 보호 유지할 수가 있다.

덧붙여, 상기 각 구성은, 가능한 한 조합시켜 채용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 벨로우즈의 비틀림의 발생의 억제를 도모할 수가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액체 공급 시스템의 사용 상태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 밀봉 구조를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 밀봉 구조를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 밀봉 구조를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 밀봉 구조를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 6은 본 발명의 변형례에 따른 액체 공급 시스템의 사용 상태를 나타내는 개략 구성도이다.

이하에 도면을 참조해서, 이 발명을 실시하기 위한 형태를, 실시예에 근거해 예시적으로 자세하게 설명한다. 다만, 이 실시예에 기재되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은, 특별히 특정적인 기재가 없는 한은, 이 발명의 범위를 그것들만으로 한정하는 취지의 것은 아니다.

(액체 공급 시스템)

도 1을 참조해서, 본 발명의 실시예에 따른 액체 공급 시스템(100)(써큐레이터)의 전체 구성, 및 사용 방법에 대해 설명한다. 본 실시예에 따른 액체 공급 시스템(100)에 있어서는, 수지제의 용기(510)의 내부에 초전도 코일(520)이 갖추어진 피냉각 장치(500)에 초저온의 액체(L)를 공급하는 경우를 예로 들어 설명한다. 덧붙여, 초저온의 액체(L)의 구체적인 예로서는, 액체 질소, 액체 헬륨, 액체 아르곤을 들 수가 있다.

액체 공급 시스템(100)은, 초저온의 액체(L)가 수용되는 용기(제1 용기(110))와, 제1 용기(110)에 수용된 액체(L) 중에 배치되는 제2 용기(120)와, 제2 용기(120)의 내부에 비집고 들어가도록 배치되는 제1 벨로우즈(130)를 갖추고 있다. 제2 용기(120)의 내부 중 제1 벨로우즈(130)의 외부의 영역에 의해, 제1 펌프실(P1)을 구성하고 있다. 또, 제1 벨로우즈(130)의 내부도 밀폐 공간으로 되어 있고, 이 밀폐 공간이 제2 펌프실(P2)로 되어 있다. 덧붙여, 제1 벨로우즈(130)는 금속제이다. 덧붙여, 제1 용기(110) 내부는, 액체가 수용되지 않고, 진공으로 되어 있어도 좋다. 다만, 그 경우에는, 제1 용기(110) 내로 유체를 되돌리는 리턴 통로(후술의 리턴 통로(K2))와, 제2 용기(120)로 액체를 흡입하는 흡입구(후술의 제1 흡입구(121) 및 제2 흡입구(123))가 접속된다.

그리고, 제2 용기(120)에는, 제1 용기(110) 내의 액체(L)를 제1 펌프실(P1) 내로 흡입하는 제1 흡입구(121)와, 흡입한 액체(L)를 제1 펌프실(P1) 내로부터 시스템의 외부로 통하는 공급 통로(공급관)(K1)로 송출하는 제1 송출구(122)가 설치되어 있다. 또, 제2 용기(120)에는, 제1 용기(110) 내의 액체(L)를 제2 펌프실(P2) 내로 흡입하는 제2 흡입구(123)와, 흡입한 액체(L)를 제2 펌프실(P2) 내로부터 공급 통로(K1)로 송출하는 제2 송출구(124)도 설치되어 있다. 또, 제1 흡입구(121) 및 제2 흡입구(123)에는, 각각 1방향 밸브(121a, 123a)가 설치되어 있고, 제1 송출구(122) 및 제2 송출구(124)에도, 각각 1방향 밸브(122a, 124a)가 설치되어 있다.

또, 구동원으로서의 리니어 액츄에이터(140)에 의해 왕복 이동하도록 구성된 금속제의 축(150)이, 제1 용기(110)의 외부로부터 내부에 이르도록 배치되어 있다. 이 축(150)의 선단은 제1 벨로우즈(130)의 선단에 고정되어 있다. 이에 따라, 축(150)이 왕복 이동함으로써, 제1 벨로우즈(130)는 신축한다.

또, 축(150)의 주위에는, 공급 통로(K1)를 통해서 공급되는 액체(L)의 압력의 변동(맥동)을 완충하기 위한 완충 구조(160)가 설치되어 있다. 이 완충 구조(160)는, 제1 용기(110)의 내부에 설치되어 축(150)이 삽통되는 통 모양(바람직하게는 원통형)의 통 모양 부재(161)와, 이 통 모양 부재(161)의 하단부와 상단부에 각각 설치되는 제2 벨로우즈(200) 및 제3 벨로우즈(300)를 갖추고 있다. 이들 제2 벨로우즈(200) 및 제3 벨로우즈(300)는, 모두 금속제이다. 덧붙여, 제1 벨로우즈(130)와 제2 벨로우즈(200)와 제3 벨로우즈(300) 중, 제1 벨로우즈(130)가 구동원 측(리니어 액츄에이터(140) 측)으로부터 가장 멀리 떨어진 위치에서 축(150)에 고정되어 있다.

제2 벨로우즈(200)는, 축(150)의 왕복 이동에 따라 신축함과 더불어, 제1 벨로우즈(130)와의 사이에 밀폐 공간을 형성하도록 구성되어 있다. 이 밀폐 공간이, 상술한 제2 펌프실(P2)에 상당한다. 또, 제2 벨로우즈(200)의 외경은, 제1 벨로우즈(130)의 외경보다 작게 되도록 구성되어 있다.

제3 벨로우즈(300)도, 축(150)의 왕복 이동에 따라 신축하도록 구성되어 있고, 이 제3 벨로우즈(300)의 외경도, 제1 벨로우즈(130)의 외경보다 작게 구성되어 있다. 그리고, 통 모양 부재(161)와 제2 벨로우즈(200)와 제3 벨로우즈(300)에 의해, 밀폐 공간(R)을 형성하고 있다. 이 밀폐 공간(R) 내는, 액체(L)의 층과 액체(L)가 기화한 기체(G)의 층이 형성되어 있다.

그리고, 공급 통로(K1)로부터 분기된 분기통로(K3)가, 이 밀폐 공간(R)에 연결되도록 설치되어 있다. 이에 따라, 공급 통로(K1)를 통해서 공급되는 액체(L)의 압력이, 밀폐 공간(R) 내에도 걸리기 때문에, 밀폐 공간(R)의 내부의 기체가 댐퍼로서 기능하고, 공급 통로(K1)를 통해서 공급되는 액체(L)의 압력의 변동(맥동)을 완충하는 것이 가능하게 된다. 즉, 밀폐 공간(R) 내는 댐퍼실로 되어 있다.

또, 본 실시예에 따른 완충 구조(160)에는, 밀폐 공간(R) 내의 압력이 소정 이상으로 된 경우에, 내부의 압력을 외부로 놓아주는 안전밸브(162)가, 제3 벨로우즈(300)의 근처에 설치되어 있다. 이에 따라, 밀폐 공간(R) 내에 있어서, 기화한 기체(G)의 양이 많아지는 등에 의해, 밀폐 공간(R) 내부의 압력이 비정상으로 높아졌다고 해도, 압력을 놓아줄 수가 있다. 따라서, 내부의 압력이 비정상으로 높아져 버리는 것에 따른 통 모양 부재(161), 제2 벨로우즈(200) 및 제3 벨로우즈(300)의 파손 등을 억제할 수 있다.

또, 본 실시예에 있어서는, 제1 벨로우즈(130)에서의 상단 측에도, 상기한 바와 같이, 제2 벨로우즈(200)가 설치됨으로써, 제1 벨로우즈(130) 내가 밀폐 공간으로 되도록 구성되어 있다. 이 밀폐 공간이, 상기한 바와 같이, 제2 펌프실(P2)로 되어 있다.

이상의 구성에 의해, 제1 벨로우즈(130)가 줄어들면, 제2 송출구(124)를 매개로 해서 제2 펌프실(P2) 내로부터 액체(L)가 공급 통로(K1)로 송출되고 또한 제1 흡입구(121)를 매개로 해서 액체(L)가 제1 펌프실(P1) 내로 흡입된다. 또, 제1 벨로우즈(130)가 신장하면, 제2 흡입구(123)를 매개로 해서 액체(L)가 제2 펌프실(P2) 내로 흡입되고 또한 제1 송출구(122)를 매개로 해서 제1 펌프실(P1) 내로부터 액체(L)가 공급 통로(K1)로 송출된다. 이와 같이, 벨로우즈(130)가 줄어들 때, 및 신장할 때의 어느 하나에 있어서도 액체(L)가 공급 통로(K1)로 송출된다.

이상과 같이, 본 실시예에 따른 액체 공급 시스템(100)에 있어서는, 제1 벨로우즈(130)의 신축 동작의 반복에 의해, 공급 통로(K1)를 통해서, 액체(L)가 피냉각 장치(500)에 공급된다. 또, 액체 공급 시스템(100)와 피냉각 장치(500)를 연결하는 리턴 통로(리턴관)(K2)도 설치되어 있고, 피냉각 장치(500)에 공급된 분량만큼, 액체 공급 시스템(100)으로 액체(L)가 돌아오도록 구성되어 있다. 또, 공급 통로(K1)의 도중에는 액체(L)를 초저온 상태까지 냉각하는 냉각기(400)가 설치되어 있다. 이러한 구성에 의해, 냉각기(400)에 의해 초저온까지 냉각된 액체(L)는, 액체 공급 시스템(100)과 피냉각 장치(500) 사이를 순환한다.

여기서, 본 실시예에 따른 액체 공급 시스템(100)에 있어서는, 시스템의 기구상, 축(150)과 통 모양 부재(161)가 근소하게 상대적으로 회전해 버리는 일이 있다. 그 때문에, 특히, 지름이 작은 제2 벨로우즈(200) 및 제3 벨로우즈(300)에 있어서는, 비틀림 좌굴이 발생해 버릴 우려가 있다. 그래서, 본 실시예에 따른 액체 공급 시스템(100)에 있어서는, 이들 제2 벨로우즈(200) 및 제3 벨로우즈(300)에 비틀림 좌굴이 생기기 어려운 구조를 채용하고 있다.

즉, 본 실시예에 따른 제2 벨로우즈(200)의 일단 측은, 축(150)과 통 모양 부재(161) 중의 한쪽 측에 대해 고정되어 있다. 이에 대해, 제2 벨로우즈(200)의 타단 측은, 축(150)과 통 모양 부재(161) 중의 다른쪽 측에 대해 둘레방향으로의 이동이 허용된 상태로 위치 결정되어 있다. 따라서, 축(150)과 통 모양 부재(161)가 상대적으로 회전해 버려도, 제2 벨로우즈(200)에 비틀림이 생겨 버리는 일이 억제된다.

또, 본 실시예에 따른 제3 벨로우즈(300)의 일단 측은, 축(150)과 통 모양 부재(161) 중의 한쪽 측에 대해 고정되어 있다. 이에 대해, 제3 벨로우즈(300)의 타단 측은, 축(150)과 통 모양 부재(161) 중의 다른쪽 측에 대해 둘레방향으로의 이동이 허용된 상태로 위치 결정되어 있다. 따라서, 축(150)과 통 모양 부재(161)가 상대적으로 회전해 버려도, 제3 벨로우즈(300)에 비틀림이 생겨 버리는 일이 억제된다.

＜본 실시예에 따른 액체 공급 시스템의 뛰어난 점＞

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 액체 공급 시스템(100)에 의하면, 제2 벨로우즈(200) 및 제3 벨로우즈(300)에 비틀림이 생겨 버리는 일이 억제된다. 따라서, 제2 벨로우즈(200) 및 제3 벨로우즈(300)에 비틀림 좌굴이 생겨 버리는 일이 억제되고, 이들 벨로우즈의 피로 수명이 짧아져 버리는 것을 억제할 수가 있다. 또, 벨로우즈가 파단해 버리는 것을 억제함으로써, 벨로우즈 파단에 따른 액체 누락을 억제하고, 펌프실이 고온에 노출되어 버리는 것을 억제할 수가 있다.

이하, 각 벨로우즈를 이용한 밀봉 구조의 것으로부터 구체적인 예를 설명한다.

(실시예 1)

도 2를 참조해서, 본 발명의 실시예 1에 따른 밀봉 구조에 대해 설명한다. 이 실시예에 있어서는, 제2 벨로우즈(200)를 갖춘 밀봉 구조의 구체적인 예를 나타낸다. 도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 밀봉 구조를 나타내는 모식적 단면도이다.

본 실시예에 따른 밀봉 구조에 있어서는, 제2 벨로우즈(200)의 일단은, 축(150)에 설치된 외향 플랜지부(151)에 대해 고정되어 있다. 그리고, 제2 벨로우즈(200)의 타단에는, 금속제의 밸브체(210)가 고정되어 있다. 또, 통 모양 부재(161)에는 내향 플랜지부(161a)가 설치되어 있다. 이 내향 플랜지부(161a)에서의 밀폐 공간(R) 측의 단면이 밸브 시트(161a1)로 되어 있다. 그리고, 밸브체(210)에서의 밸브 시트(161a1) 측에는 밀봉부로서의 환상 돌기(211)가 설치되어 있다. 이 환상 돌기(211)가 밸브 시트(161a1)에 착좌(着座)함으로써, 밸브가 닫혀진 상태로 된다.

이상과 같이, 본 실시예에 있어서는, 제2 벨로우즈(200)의 일단 측은, 축(150)에 대해 고정되어 있다. 그리고, 제2 벨로우즈(200)의 타단에 설치된 밸브체(210)는, 밸브 시트(161a1)에 대해, 회전 방향으로 접동(摺動) 가능하게 구성되어 있다. 즉, 제2 벨로우즈(200)의 타단 측은, 통 모양 부재(161)에 대해 둘레방향으로의 이동이 허용된 상태로 위치 결정되어 있다. 따라서, 축(150)과 통 모양 부재(161)가 상대적으로 회전해 버려도, 제2 벨로우즈(200)에 비틀림이 생겨 버리는 일이 억제된다. 덧붙여, 밸브체(210)와 밸브 시트(161a1)가 접동하기 쉬워지도록, 밸브체(210), 혹은, 밸브 시트(161a1)의 표면에 PTFE 코팅 등의 윤활 처리를 실시하면 매우 알맞다.

여기서, 제2 벨로우즈(200)의 타단과 밸브체(210)와의 고정부에 의해, 제2 벨로우즈(200)의 내부와 외부를 차단하는 부위는 원형이고, 또한 밸브체(210)에 있어서, 밸브 시트(161a1)에 대해 접촉하는 밀봉부로서의 환상 돌기(211)의 선단도 원형이다. 그리고, 이 밀봉부의 원의 지름(D2)의 쪽이, 제2 벨로우즈(200)의 유효지름(D1)보다 커지도록 설계되어 있다. 즉, 밀봉부의 면적이 제2 벨로우즈(200)의 유효 면적보다 커지도록 설계되어 있다. 이에 따라, 밸브체(210)에 의해, 안정적으로 밀봉성을 얻을 수 있다. 이 점에 대해, 보다 자세하게 설명한다.

제2 벨로우즈(200)의 내측은 제2 펌프실(P2)을 구성하고, 제2 벨로우즈(200)의 외측은 댐퍼실(밀폐 공간(R))을 구성하고 있다. 제2 펌프실(P2) 내의 유체 압력(PX)은 펌프실인 것으로부터 내부의 압력은 변동하고 있고, 그 최대압력은 액체 공급 시스템에서의 토출압이다. 이에 대해, 댐퍼실 내의 유체 압력(PY)은, 제1 펌프실(P1)과 제2 펌프실(P2)로부터 공급되는 유체의 압력이 작용하기 때문에, 거의 토출압이 유지된다. 즉, 항상 PY=PX가 유지된다. 그리고, 밸브체(210)에 의한 밸브 시트(161a1)에 대한 압압력은, 제2 벨로우즈(200)에 의한 탄성 반발력과 댐퍼실 내의 유체 압력과 제2 펌프실(P2) 내의 유체 압력과의 차압에 의존한다. 따라서, D2＞D1으로 함으로써, PY＞PX의 환경 하에 있어서도, 보다 확실하게, 밸브체(210)를 밸브 시트(161a1)에 대해 밀착시키는 것이 가능하게 된다. 즉, D1에 대응하는 벨로우즈(200)의 유효 면적을 S1(=πD1²/4), D2에 대응하는 밀봉 면적을 S2(=πD2²/4)로 하면, 도 2에 있어서, 도면 아래쪽으로 향하는 것을 정(正)으로 하면, PY와 PX의 차압이 S1와 S2 사이의 영역에 작용하기 때문에, (PY－PX)×(S2－S1)의 힘과 더욱이 제2 벨로우즈(200)의 탄성 반발력이 밸브체에 작용한다. 덧붙여, 만일 어떠한 영향으로, PY＜PX의 상태이고 또한 압력에 의한 힘이 제2 벨로우즈(200)의 탄성 반발력보다 크게 된 경우에는, 밸브체(210)가 밸브 시트(161a1)로부터 멀리 떨어져 밸브가 열린 상태로 되어, 제2 펌프실(P2) 내로부터 댐퍼실로 액체(L)가 빠져 나간다. 이에 따라, 제1 벨로우즈(130)와 제2 벨로우즈(200)가 파손해 버리는 것을 억제할 수가 있다. 덧붙여, 액체(L)가 댐퍼실로 빠져 나가도, 펌프 기능이 일시적으로 저하할 뿐이고, 액체 공급 시스템(100)의 품질에는 영향이 없다.

(실시예 2)

도 3을 참조해서, 본 발명의 실시예 2에 따른 밀봉 구조에 대해 설명한다. 이 실시예에 있어서도, 제2 벨로우즈(200)를 갖춘 밀봉 구조의 구체적인 예를 나타낸다. 도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 밀봉 구조를 나타내는 모식적 단면도이다.

본 실시예에 따른 밀봉 구조에 있어서는, 제2 벨로우즈(200)의 일단 측은, 통 모양 부재(161)에 설치된 내향 플랜지부(161b)에 대해 고정되어 있다. 보다 구체적으로는, 제2 벨로우즈(200)의 일단에 평판 모양의 금속제의 환상 부재(230)가 고정되어 있고, 이 환상 부재(230)가 내향 플랜지부(161b)에 대해 고정되어 있다. 그리고, 제2 벨로우즈(200)의 타단에는, 금속제의 밸브체(220)가 고정되어 있다. 또, 축(150)에는 외향 플랜지부(152)가 설치되어 있다. 이 외향 플랜지부(152)에서의 제2 펌프실(P2) 측의 단면이 밸브 시트(152a)로 되어 있다. 그리고, 밸브체(220)에서의 밸브 시트(152a) 측에는 밀봉부로서의 환상 돌기(221)가 설치되어 있다. 이 환상 돌기(221)가 밸브 시트(152a)에 착좌함으로써, 밸브가 닫혀진 상태로 된다.

이상과 같이, 본 실시예에 있어서는, 제2 벨로우즈(200)의 일단 측은, 통 모양 부재(161)에 대해 고정되어 있다. 그리고, 제2 벨로우즈(200)의 타단에 설치된 밸브체(220)는, 밸브 시트(152a)에 대해, 회전 방향으로 접동 가능하게 구성되어 있다. 즉, 제2 벨로우즈(200)의 타단 측은, 축(150)에 대해 둘레방향으로의 이동이 허용된 상태로 위치 결정되어 있다. 따라서, 축(150)과 통 모양 부재(161)가 상대적으로 회전해 버려도, 제2 벨로우즈(200)에 비틀림이 생겨 버리는 일이 억제된다. 덧붙여, 밸브체(220)와 밸브 시트(152a)가 접동하기 쉬워지도록, 밸브체(220), 혹은 밸브 시트(161a1)의 표면에 PTFE 코팅 등의 윤활 처리를 실시하면 매우 알맞다.

여기서, 제2 벨로우즈(200)의 타단과 밸브체(220)의 고정부에 의해, 제2 벨로우즈(200)의 내부와 외부를 차단하는 부위는 원형이고, 또한 밸브체(220)에 있어서, 밸브 시트(152a)에 대해 접촉하는 밀봉부로서의 환상 돌기(221)의 선단도 원형이다. 그리고, 이 밀봉부의 원의 지름(D4)이, 제2 벨로우즈(200)의 유효지름(D3)보다 커지도록 설계되어 있다. 이에 따라, 상기 실시예 1에서 설명한 바와 같이, 밸브체(210)에 의해, 안정적으로 밀봉성을 얻을 수 있다.

(실시예 3)

도 4를 참조해서, 본 발명의 실시예 3에 따른 밀봉 구조에 대해 설명한다. 이 실시예에 있어서도, 제2 벨로우즈(200)를 갖춘 밀봉 구조의 구체적인 예를 나타낸다. 도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 밀봉 구조를 나타내는 모식적 단면도이다.

본 실시예에 따른 밀봉 구조에 있어서는, 제2 벨로우즈(200)의 일단은, 축(150)에 설치된 외향 플랜지부(153)에 대해 고정되어 있다. 그리고, 제2 벨로우즈(200)의 타단에는, 금속제의 밀봉 보호 유지 부재(240)가 고정되어 있다. 이 밀봉 보호 유지 부재(240)는, 단면이 직사각형의 환상 부재의 외주면 측에, 환상 홈(241)이 형성된 구성이다. 그리고, 이 환상 홈(241)에 셀프 밀봉 기능을 발휘하는 실 링(250)이 장착되어 있다. 환상 홈(241) 중, 실 링(250)이 밀착하는 부분이 밀봉부에 상당한다. 즉, 당해 부분이, 통 모양 부재(161) 측의 실 링(250)에 접촉함으로써 유체를 봉하고 있다. 덧붙여, 도시의 예에서는, 실 링(250)의 일례로서 단면이 V자 형상의 V링을 나타내고 있다. 다만, 실 링(250)은, V링에 한정되지 않고, 단면이 U자 형상의 U링이나 단면이 D자 형상의 D링 등, 셀프 밀봉 기능을 발휘하는 각종 실 링을 적용 가능하다. 또, 실 링(250)의 재료로서는, PTFE나 PI 등의 수지 외에, 얇은 금속 등도 적용 가능하다.

통 모양 부재(161)에는 내향 플랜지부(161c)가 설치되어 있다. 이 내향 플랜지부(161c)와 밀봉 보호 유지 부재(240)는 고정되어 있지 않다. 즉, 내향 플랜지부(161c)에 대해 밀봉 보호 유지 부재(240)는 접동 자재로 구성되어 있다. 또, 실 링(250)과 통 모양 부재(161)의 내주면과의 사이도 접동 자재로 구성되어 있다.

이상과 같이, 본 실시예에 있어서는, 제2 벨로우즈(200)의 일단 측은, 축(150)에 대해 고정되어 있다. 그리고, 상기한 바와 같이, 제2 벨로우즈(200)의 타단에 설치된 밀봉 보호 유지 부재(240)는, 통 모양 부재(161)에서의 내향 플랜지부(161c)에 대해, 회전 방향으로 접동 가능하게 구성되어 있다. 또, 실 링(250)과 통 모양 부재(161)의 내주면과의 사이도 접동 자재로 구성되어 있다. 즉, 제2 벨로우즈(200)의 타단 측은, 통 모양 부재(161)에 대해 둘레방향으로의 이동이 허용된 상태로 위치 결정되어 있다. 따라서, 축(150)과 통 모양 부재(161)가 상대적으로 회전해 버려도, 제2 벨로우즈(200)에 비틀림이 생겨 버리는 일이 억제된다. 덧붙여, 실 링(250)과 통 모양 부재(161)의 내주면이 접동하기 쉬워지도록, 실 링(250)의 표면, 혹은 통 모양 부재(161)의 내주면에 PTFE 코팅이나 은도금 등의 윤활 처리를 실시하면 매우 알맞다.

여기서, 제2 벨로우즈(200)의 타단과 밀봉 보호 유지 부재(240)의 고정부에 의해, 제2 벨로우즈(200)의 내부와 외부를 차단하는 부위는 원형이다. 그리고, 밀봉 보호 유지 부재(240)에 형성된 환상 홈(241)의 내경(D6)이, 제2 벨로우즈(200)의 유효지름(D5)보다 크게 되도록 설계되어 있다. 이에 따라, 밀봉 보호 유지 부재(240)가 내향 플랜지부(161c)로부터 떨어져 버리는 것을 억제할 수가 있다. 그 이유는, 상기 실시예 1에서 설명한 D2＞D1로 한 이유와 마찬가지이다.

덧붙여, 본 실시예에 있어서는, 제2 벨로우즈(200)의 일단 측이 축(150)에 대해 고정되고, 제2 벨로우즈(200)의 타단 측이 통 모양 부재(161)에 대해 둘레방향으로의 이동이 허용된 상태로 위치 결정되는 경우를 나타냈다. 그렇지만, 제2 벨로우즈(200)의 일단 측을 통 모양 부재(161)에 대해 고정하고, 제2 벨로우즈(200)의 타단에, 셀프 기능을 가진 실 링을 보호 유지하는 밀봉 보호 유지 부재를 설치하여, 밀봉 보호 유지 부재를 축(150)에 대해 접동 자재로 구성할 수도 있다.

(실시예 4)

도 5를 참조해서, 본 발명의 실시예 4에 따른 밀봉 구조에 대해 설명한다. 이 실시예에 있어서는, 제3 벨로우즈(300)를 갖춘 밀봉 구조의 구체적인 예를 나타낸다. 도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 밀봉 구조를 나타내는 모식적 단면도이다.

본 실시예에 따른 밀봉 구조에 있어서는, 제3 벨로우즈(300)의 일단 측은, 통 모양 부재(161)에 대해 고정되어 있다. 보다 구체적으로는, 제1 용기(110)에 대해, 통 모양 부재(161)와 제3 벨로우즈(300)의 일단이, 각각 직접 고정됨으로써, 제3 벨로우즈(300)의 일단 측은 통 모양 부재(161)에 대해 고정되어 있다. 그리고, 제3 벨로우즈(300)의 타단에는, 금속제의 밀봉 보호 유지 부재(310)가 고정되어 있다. 이 밀봉 보호 유지 부재(310)는, 원통 모양 보재의 일단 측에 외향 플랜지부(311)가 설치되고, 원통 모양 보재의 타단 측의 내주면에 환상 홈(312)이 설치된 구성이다. 제3 벨로우즈(300)의 타단은, 이 밀봉 보호 유지 부재(310)에서의 외향 플랜지부(311)에 고정되어 있다. 그리고, 밀봉 보호 유지 부재(310)에서의 환상 홈(312)에 고무 형태 탄성체제의 실 링(320)이 장착되어 있다. 덧붙여, 도시의 예에서는, 실 링(320)의 일례로서 단면이 원형의 O링을 나타내고 있다. 다만, 실 링(320)은, O링에 한정되지 않고, 단면이 직사각형의 사각 링 등, 각종 실 링을 적용 가능하다. 또, 실 링(320)은 대기에 노출된 환경 하에 있기 때문에, 고무 재료를 이용해도 특별히 문제는 없다.

본 실시예에 따른 밀봉 구조에 있어서는, 축(150)은 제1 용기(110)의 내부 측의 지름이 큰 대경부(154)와 제1 용기(110)의 외부 측(대기 측)의 지름이 작은 소경부(155)를 가지고 있다. 그리고, 원통형의 밀봉 보호 유지 부재(310)에 소경부(155)가 삽통되어 있다. 또, 대경부(154)와 소경부(155)의 단차면과 외향 플랜지부(311)의 단면이 대향하도록 밀봉 보호 유지 부재(310)가 배치되어 있다. 이 단차면과 외향 플랜지부(311)의 단면과의 사이에는 간극(틈새)이 설치되어 있다. 덧붙여, 이 단차면과 외향 플랜지부(311)가 접했다고 해도, 이들 사이에서는 접동 가능하다.

또, 밀봉 보호 유지 부재(310)는, 실 링(320)에 의한 축(150)(소경부(155))에 대한 구속력에 의해, 축(150)에 대해 위치 결정되어 있다. 그리고, 이 구속력에 의해, 축(150)이 왕복 이동하면, 밀봉 보호 유지 부재(310)도 축(150)과 일체로 되어 왕복 이동하고, 제3 벨로우즈(300)가 신축한다. 다만, 통 모양 부재(161)에 대해 축(150)이 상대적으로 회전한 경우에, 축(150)과 실 링(320)이 접동하는 것은 허용되어 있다.

이상과 같이, 본 실시예에 있어서는, 제3 벨로우즈(300)의 일단 측은, 통 모양 부재(161)에 대해 고정되어 있다. 그리고, 상기한 바와 같이, 실 링(320)과 축(150)은 회전 방향으로 접동 가능하기 때문에, 제3 벨로우즈(300)의 타단에 설치된 밀봉 보호 유지 부재(310)는, 축(150)에 대해 회전 가능하다. 즉, 제3 벨로우즈(300)의 타단 측은, 축(150)에 대해 둘레방향으로의 이동이 허용된 상태로 위치 결정되어 있다. 따라서, 축(150)과 통 모양 부재(161)가 상대적으로 회전해 버려도, 제3 벨로우즈(300)에 비틀림이 생겨 버리는 일이 억제된다. 덧붙여, 실 링(320)과 축(150)이 접동하기 쉬워지도록, 실 링(320)의 표면, 혹은 축(150)에 PTFE 코팅 등의 윤활 처리를 실시하면 매우 알맞다.

(기타)

상기 실시예에 있어서는, 제1 용기(110)에 수용된 액체(L) 중에 배치되는 제2 용기(120)를 설치함으로써, 제1 벨로우즈(130)의 내부의 영역과 외부의 영역이, 모두 펌프실로 되는 경우의 구성을 나타냈다. 그렇지만, 제2 용기를 설치하지 않고, 제1 벨로우즈의 내부의 영역만이 펌프실로 되는 액체 공급 시스템에 대해서도, 본 발명은 적용 가능하다. 또, 도 6에 나타낸 액체 공급 시스템(100)에도 본 발명의 적용이 가능하다. 도 6은 본 발명의 변형례에 따른 액체 공급 시스템의 사용 상태를 나타내는 개략 구성도이다. 덧붙여, 기본적인 구성에 대해서는, 도 1에 나타낸 액체 공급 시스템과 동일하므로, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다. 도 6에 나타낸 액체 공급 시스템(100)은, 제2 용기(120)의 내부에, 제1 벨로우즈(130)와 마찬가지로, 축(150)에 고정되고 또한 축(150)의 왕복 이동에 따라 신축하는 제4 벨로우즈(135)가 설치되어 있다. 그리고, 제4 벨로우즈(135)의 외부와 제2 용기(120) 사이에 제1 펌프실(P1)이 형성되고, 제1 벨로우즈(130)의 외부와 제2 용기(120)와 제2 벨로우즈(200) 사이에 제2 펌프실(P2)이 형성된다. 이상과 같이 구성되는 액체 공급 시스템(100)에 있어서도, 상기의 실시예 1∼4에 나타낸 밀봉 구조를 적용할 수가 있다. 덧붙여, 이 액체 공급 시스템(100)에 있어서도, 제1 용기(110) 내부에 액체가 수용되지 않고, 진공으로 되어 있어도 좋다. 다만, 그 경우에는, 제1 용기(110) 내에 유체를 되돌리는 리턴 통로(K2)와 제2 용기(120)에 액체를 흡입하는 흡입구(제1 흡입구(121) 및 제2 흡입구(123))가 접속된다.

100 액체 공급 시스템
110 제1 용기
120 제2 용기
121 제1 흡입구
121a, 123a 1방향 밸브
122 제1 송출구
122a, 124a 1방향 밸브
123 제2 흡입구
124 제2 송출구
130 제1 벨로우즈
135 제4 벨로우즈
140 리니어 액츄에이터
150 축
151, 152, 153 외향 플랜지부
152a 밸브 시트
154 대경부
155 소경부
160 완충 구조
161 통 모양 부재
161a, 161b, 161c 내향 플랜지부
161a1 밸브 시트
162 안전밸브
200 제2 벨로우즈
210 밸브체
211 환상 돌기
220 밸브체
221 환상 돌기
230 환상 부재
240 밀봉 보호 유지 부재
241 환상 홈
250 실 링
300 제3 벨로우즈
310 밀봉 보호 유지 부재
311 외향 플랜지부
312 환상 홈
320 실 링
400 냉각기
500 피냉각 장치
510 용기
520 초전도 코일
K1 공급 통로
K2 리턴 통로
K3 분기 통로
L 액체
P1 제1 펌프실
P2 제2 펌프실
R 밀폐 공간

Claims

용기와,
상기 용기의 외부로부터 내부에 이르도록 배치되고 또한 구동원에 의해 왕복 이동하도록 구성되는 축과,
상기 용기의 내부에 설치되어 상기 축이 삽통되는 통 모양 부재와,
상기 축에 고정되어 상기 축의 왕복 이동에 따라 신축하는 제1 벨로우즈와,
상기 축의 왕복 이동에 따라 신축함과 더불어, 상기 제1 벨로우즈와의 사이에 펌프실을 형성하고 또한 외경이 상기 제1 벨로우즈의 외경보다 작은 제2 벨로우즈를 갖춘 액체 공급 시스템으로서,
상기 제2 벨로우즈의 일단 측은, 상기 축과 상기 통 모양 부재 중의 한쪽 측에 대해 고정되어 있고,
상기 제2 벨로우즈의 타단 측은, 상기 축과 상기 통 모양 부재 중의 다른쪽 측에 대해 둘레방향으로의 이동이 허용된 상태로 위치 결정되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 벨로우즈의 타단에는 밀봉부가 설치되어 있고, 그 밀봉부는, 상기 축과 상기 통 모양 부재 중의 다른쪽 측에 접촉함으로써 유체를 봉함과 더불어, 상기 밀봉부의 면적이, 상기 제2 벨로우즈의 유효 면적보다 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 축의 왕복 이동에 따라 신축함과 더불어, 상기 통 모양 부재와 상기 제2 벨로우즈와의 사이에 밀폐 공간을 형성하는 제3 벨로우즈를 갖추고, 상기 밀폐 공간 내에, 상기 펌프실로부터 보내지는 액체의 일부가 공급되고 있는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.
청구항 3에 있어서, 상기 제3 벨로우즈의 일단 측은, 상기 축과 상기 통 모양 부재 중의 한쪽 측에 대해 고정되어 있고,
상기 제3 벨로우즈의 타단 측은, 상기 축과 상기 통 모양 부재 중의 다른쪽 측에 대해 둘레방향으로의 이동이 허용된 상태로 위치 결정되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 공급 시스템.