CN102325999B - 波纹管泵 - Google Patents

Abstract

提供不使性能降低、不会增加成本和设置场所面积且抑制对吸入以及排出进行切换时产生的冲击振动的被改进了的波纹管泵。该波纹管泵，具有：泵体(1)，其具有流体的吸入通道(12)和排出通道(13)；波纹管(2)，其基端凸缘(2a)气密地固定在泵体(1)上，且在波纹管(2)与所述泵体(1)之间形成泵室(11)；动作板(15)，其安装在波纹管(2)的头部(2c)上，使波纹管(2)相对于泵体(1)进行伸缩运动，将头部(2c)形成为悬空底的形状而在头部(2c)与动作板(15)之间形成气密状的空间部(19)，通过与空间部(19)相面对的薄壁头部(2c)的弹性膜变形，使空间部(19)缩小，由此吸收缓和压力上升。

Description

波纹管泵

技术领域

本发明涉及适于作为输送在制造半导体、液晶的设备或装置中使用的纯水、药液的送液装置的波纹管泵（bellows pump）。

背景技术

波纹管泵具有：泵体，其具有被输送流体的吸入通道以及排出通道；波纹管，其一端气密地固定在泵体上，与泵体之间形成密闭空间；动作板，安装在波纹管的另一端，使波纹管相对泵体进行伸缩运动。作为这样的波纹管泵的例子，公知有专利文献1所示的单腔式波纹管泵、专利文献2所示的多腔式（往复式泵）波纹管泵。

对于作为容积泵的波纹管泵，在对使波纹管伸展运动而进行吸入和使波纹管缩短运动而进行排出的动作进行切换时，瞬间产生大的压力变动（压力上升）。在流体为水等液体的情况下，产生也称为“水锤（水击）”的冲击振动。该大的压力变动所引起的振动传递至设备、配管，有可能产生如下缺陷，即，产生颗粒和使各部分破损（例如，使经由配管与泵连接的石英制容器出现裂纹或破碎）等。

因此，以往采取如下对策，即，使配管内的流速变慢来抑制将要产生的振动，或附设蓄力器（accumulator）等吸收已经产生的振动来缓和振动。但是，前者的振动抑制方法是减少泵的排出量，因此存在使性能降低的缺陷，在后者的振动缓和方法中，产生增大设置场所、提高成本等问题。

这样，在不使性能降低、不增大成本和设置场所面积的情况下，抑制或消除在对根据波纹管泵的结构进行的吸入以及排出进行切换时所产生的冲击振动的对策，还有进一步改进的余地。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2001-123959号公报；

专利文献2：JP特开2002-174180号公报。

发明内容

发明所要解决的问题

本发明的目的在于提供一种进一步改善了的波纹管泵，其在不使性能降低、不增大设置场所面积和成本的情况下或性能降低得少、设置场所面积和成本增大得少的情况下，能够抑制或消除对吸入以及排出进行切换时所产生的冲击振动。

用于解决问题的手段

技术方案1的发明的波纹管泵，具有：泵体1，其具有被输送流体的吸入通道12以及排出通道13；波纹管2，其一端2a气密地固定在所述泵体1上，在所述波纹管2与所述泵体1之间形成有密闭空间11；动作板15，其安装在所述波纹管2的另一端2c上，用于使所述波纹管2相对于所述泵体1进行伸缩运动，其特征在于，所述波纹管的另一端的中心部以向所述动作板一侧开放的方式凹入，从而所述波纹管的另一端形成为带有底的大致筒状的板状部，所述波纹管的另一端的中心部的壁厚比所述波纹管的另一端的外周部的壁厚薄，所述波纹管的另一端的外周部与所述动作板接触，

在既是所述波纹管的另一端的凹入部分，也是所述波纹管的另一端的外周部、所述波纹管的另一端的中心部和所述动作板之间，形成有气密的空间部，述波纹管由氟树脂制成，所述波纹管2的所述另一端2c能够弹性变形，使得所述空间部19能够进行伸缩。

技术方案2的发明的波纹管泵的特征在于，在技术方案1记载的波纹管泵中，通过在所述波纹管的另一端2c的外周部的前端面上配置密封装置18或在所述动作板上配置密封装置，所述另一端2c的凹入部分构成所述空间部19。

技术方案3的发明的波纹管泵的特征在于，在技术方案1记载的波纹管泵中，波纹管泵为以特定方式形成的往复式泵，该特定方式为，在所述泵体1的两端部分别气密地固定有所述波纹管2，并且通过配置在各所述波纹管2的外侧的连接棒22来将分别安装在各所述波纹管2上的所述动作板15相连接，使得相向配置的一对所述波纹管2、2以伸/缩彼此相反的方式进行伸缩运动。

技术方案4的发明的波纹管泵的特征在于，在技术方案1～3中任一项所述的波纹管泵中，所述波纹管2由PTFE制成。

发明效果

根据技术方案1的发明，详细内容在实施方式中描述，波纹管另一端的与空间部相面对的邻空部分能够弹性变形，使得形成在波纹管的另一端与动作板之间的气密状空间部能够伸缩。因此，对于随着流体急停所引起的压力上升而引起的振动的传递（水击现象），通过使邻空部分与压力上升同步地进行弹性变形，来增加波纹管的内部容积以抵消压力上升，从而降低振动。由此，能够降低或避免向其他设备传播振动，抑制或消除设备破损或产生颗粒等缺陷。而且，不需要使流体速度变慢，能够充分地发挥泵本来的性能，并且不需要其他的缓冲设备。结果，能够提供一种进一步改进了的波纹管泵，其不使性能降低、不会增加成本和设置场所面积，或使性能降低得少、设置场所面积和成本增加得少，并且能够抑制或消除对吸入以及排出进行切换时产生的冲击振动。而且，波纹管为氟树脂制，适用于要求高清洁性的半导体清洗工序或要求高耐腐蚀性的药液供给生产线等。

根据技术方案2的发明，由于在厚壁板状的波纹管的另一端设置凹入部分，在波纹管的另一端与动作板之间形成空间部，所以具有以下优点，即，能够以仅改变了波纹管而其他构件不需要变更的合理且经济的方式得到技术方案1的发明的所述效果。另外，还具有通过更换波纹管来适用于现有机种的优点。

根据技术方案3的发明，提供能够有效地抑制或消除大容量的易于产生大的振动的往复式泵中的冲击振动且实用性好的波纹管泵。

根据技术方案4的发明，作为氟树脂采用PTFE，具有如下的效果。即，PTFE（四氟化乙烯树脂）为常用的氟树脂，是比较容易得到的材料，并且具有使用温度范围大、耐药性、电绝缘性、低摩擦性、非粘接性、耐候性、难燃性等好的特性，是更适用于波纹管泵的材料。

附图说明

图1是表示多腔式波纹管泵的结构的剖视图（第一实施例）。

图2是表示冲击干扰装置的结构的主要部分的剖视图。

图3是表示单腔式波纹管泵的结构的剖视图（第二实施例）。

图4是冲击缓冲装置的其他结构的主要部分的原理图。

图5是表示本发明泵在水击情况下的时间与冲击压之间的关系曲线的图。

图6是表示以往的泵出现在水击情况下的时间与冲击压之间的关系曲线的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的波纹管泵的实施方式。图1是第一实施例的多腔式波纹管泵的剖视图，图2是冲击缓冲装置的主要部分图，图3是第二实施例的单腔式波纹管泵的剖视图，图4是表示冲击缓冲装置的其他结构的主要部分的剖视图，图5是本发明泵在水击情况下的“时间-冲击压曲线图”，图6是以往的泵在水击情况下的“时间-冲击压曲线图”。

〔第一实施例〕

如图1、图2所示，第一实施例的波纹管泵A为将一对波纹管以背靠背状态结合的结构，即为多腔式的结构，是单位时间内的排出量大的大容量泵。波纹管泵A具有在左右方向上位于中央的氟树脂（PTFE等）制的泵体1、配置在泵体1的左右两端的一对波纹管2、2、一对气缸3、3、连续设置在泵体1的左右两端的一对中间壳4、4、连续设置在各中间壳4的左右外侧的一对端部壳5、5、一对吸入用止回阀6、6、一对排出用止回阀7、7、一对非接触式传感器8、8等，其中，一对波纹管2、2是氟树脂（PTFE等）制，并具有公共的轴心（泵轴心）P，一对中间壳4、4由不锈钢材料（SUS304）等制成，一对端部壳5、5由不锈钢材料（SUS304）等制成。

在此，简单说明抽取作用，通过未图示的空气供排装置使空气以出/入彼此相反的方式相对于设置在各端部壳5、5的轴心P上的空气供排口a、a出入，使一对气缸3、3以伸/缩彼此相反的方式进行伸缩动作，而使从配置在泵体1侧方的流体吸入部ri吸入的药液等流体，大致连续地从配置在流体吸入部ri上侧的流体排出部ro排出。即，波纹管泵形成一对波纹管2、2以伸/缩彼此相反的方式进行伸缩运动（被伸缩驱动）的结构，在一个波纹管2进行排出流体动作的期间，另一个波纹管2进行吸入流体动作，从而虽然是往复运动的结构，但能够连续地排出流体。

接着，说明各部分的结构。如图1所示，泵体1形成为其左右两侧的中心部分向外方突出的扁平的大致圆柱状。在形成于泵体1的左右的外周侧部分的带有阶梯的凹入环槽1A中，嵌入有波纹管2的厚壁凸缘（一端的一个例子）2a，并且该厚壁凸缘2a通过夹持在泵体1与中间壳4之间的基端侧圆环板9，被保持为防止脱离的状态。在分别形成于泵体1的左右的中心侧部分的一对圆形孔（省略附图标记）中，嵌入保持着吸入用阀壳6A以及排出用阀壳7A，在各个阀壳6A、7A中安装有阀芯6B、7B以及用于对阀芯6B、7B施力而将他们向阀座6a、7a按压的螺旋弹簧10。

在向作为波纹管2的内部空间的泵室（密闭空间的一个例子）11突出的各阀壳6A、7A的前端部形成有流体通过用的圆孔6b、7b。在泵体1上形成有吸入通道12以及排出通道13，其中，所述吸入通道12使一对吸入用止回阀6、6与流体吸入部ri连通，所述排出通道13使一对排出用止回阀7、7与流体吸入部ri连通。在图1中描绘出了，位于右侧的波纹管2处于伸展得最长的上止点且正要进行缩短移动的状态，位于左侧的波纹管2处于缩短得最短的下止点且正要进行伸展移动的状态。从而，描绘出图1右侧的排出用止回阀7以及左侧的吸入用止回阀6打开，图1左侧的排出用止回阀7以及右侧的吸入用止回阀6关闭的状态。

如图1、图2所示，波纹管2具有上述的厚壁凸缘2a、波纹部2b以及厚壁的大致圆板状的头部（“另一端”以及“板状部”的一个例子）2c，在头部2c一体安装有动作板15。即，头部2c嵌入在动作板15上形成的中心圆孔15a中，并且，通过配置在动作板15的泵体一侧且与头部2c的外周部相面对的前端侧圆环板14来防止头部2c脱离，由此所述头部2c与动作板15相连接成能够一体移动。此外，前端侧圆环板14通过多个螺栓16与动作板15连接。

头部2c的中心部以向动作板15一侧开放的方式凹入，从而所述头部2c形成为带有底的大致筒状的板状部，在与动作板15接触的环状前端面17上配置O型环（密封装置的一个例子）18，由此头部2c的凹入部分成为空间部19。此外，头部2c为由橡胶等具有弹性的材料构成的结构，仅使环状前端面17与动作板15压接就能够进行密封，此时环状前端面17本身成为密封装置。由于具有作为大径孔的空间部19，头部2c形成为除了其外周部之外厚度都薄的薄壁部（邻空部分的一个例子）20，因为波纹管2由氟树脂制成，优选由PTFE制成，所以薄壁部20能够进行弹性移动（弹性振动）。此外，波纹管2可以由既能够塑性变形也能够弹性变形的材料形成。

即，在波纹管2的头部2c与动作板15之间形成气密状的空间部19，并且，头部2c的与空间部19相面对的薄壁部20能够弹性变形，而使空间部19能够伸缩（伸展以及缩小）。而且，头部2c的中心部以向动作板15一侧开放的方式凹入而所述头部2c形成带有底的大致筒状的板状部，在头部2c的与动作板15接触的环状前端面17上配置有作为密封装置的O型环18，由此构成头部2c中的空间部19。另外，由于存在该空间部19，构成抑制缓和对吸入以及排出（或排出以及吸入）流体进行切换时所产生的冲击振动（水锤：水击）的冲击缓冲装置（振动缓和装置）B。

波纹管2由氟树脂制成，优选由PTFE（聚四氟乙烯）制成，不是通过吹塑成形而形成的，而是利用切断刀（stick bite）或切削刀（knife）等在车床上对PTFE制的圆筒构件进行切削加工而形成的。如图1、图2所示，该波纹管2的形状为波纹状，在位于厚壁凸缘2a与头部2c之间的波纹部2b交替设置有凸部32和凹部33，在凸部32和凹部33之间连续设置有圆板状的侧面部34。

凸部32的顶部处和凹部33的最深部处的壁厚，即凸部32和凹部33的波纹管径向上的最小壁厚设定为与侧面部34的波纹管轴向上的壁厚相等，但是优选设定为大于等于侧面部34的波纹管轴向上的壁厚。对于凸部32的内周面（波纹管2的内表面）和凹部33的外周面（波纹管2的外表面），为了不产生锐角部分，优选由规定的圆角或具有半径R的弯曲面构成。由此，在波纹管2沿着轴向延伸时，侧面部34积极地弯曲，由于该弯曲，在凸部32和凹部33的最小壁厚部分或其附近，主要使弯曲内表面侧产生的应力分散，从而缓和应力集中。

尤其，优选将凸部32和凹部33各自的最小壁厚与侧面部34的壁厚比设定在1.2～2.5的范围内。由此，即使不徒然地增大凸部32、凹部33的壁厚，也能够有效地缓和该部分的应力集中。例如，如果凸部3、凹部33的最小壁厚为1.4mm，侧面部34的壁厚为3.0mm，则所述壁厚比为大约2.1，在适当的壁厚的范围内。另外，所述壁厚比小于1.2时，不能够充分地缓和应力，在超过2.5时，使波纹管直径变大，不能够使其小型化。

左右的动作板15、15螺接固定在连接棒22的两端，所述连接棒22松配合地嵌入各中间壳4、4的插通孔4a、4a，且能够移动地插通基端侧圆环板9，并且以液密状态插通泵体1中内嵌的密封轴承21中，该连接棒22在轴心P的周围相隔等角度设置有多个（例如4个）。密封轴承21压入或内嵌在带有阶梯的凹入环槽1A上形成的贯通孔1a中，并安装有内外的O型环23、24。这样，左右的动作板15、15通过连接棒22一体地沿着轴心P方向运动，从而能够使一对波纹管2、2可靠地以伸/缩彼此相反方式进行伸缩运动。

接着，说明冲击缓冲装置B的作用、效果。通常存在如下的缺陷，即，在内置在波纹管泵中的流体吸入用止回阀、流体排出用止回阀进行切换时，或者在配管***中存在的开闭阀、断流阀、单向阀（check valve）等各种阀进行切换时，阀芯与阀座抵接（或离开）而使流体急剧地加速或减速，从使压力急剧上升，由此在配管***中产生冲击振动。在本发明的波纹管泵A中具有如下优点，即，通过利用动作板15而设置在头部2c上的冲击缓冲装置B，来缓和或消除该冲击振动。

接着，更详细地说明水击（水锤）。在一个波纹管伸展，流体从设置在波纹管泵内的流体吸入用止回阀流入波纹管内时，即使波纹管的伸展运动停止，由于惯性，流体仍然要从流体吸入用止回阀流入波纹管内，因此波纹管内的压力暂时急剧上升。于是，流体吸入用止回阀急速关闭（急速切断），那时，要从流体吸入通道流入波纹管内的流体被急速地切断，由此产生水击。因水击所产生的冲击、振动传递至配管等，从而使石英管制的容器等出现裂痕等损伤。基本上，由于止回阀急速关闭而产生水击，所以只要消除将成为使阀急速关闭的原因的波纹管内压力的急剧上升的现象，以使阀急速关闭现象不会发生，就能够防止发生水击。作为用于防止水击的方法的例子，例如，考虑使波纹管的伸缩移动速度（行进速度）变慢，来防止阀急速关闭，但是这样不能够确保流量，结果难以实现防止水击。如本发明那样在头部2c设置薄壁部20的方法具有以下优点，即，借助薄壁部20的弹性变形吸收波纹管内压力的急剧上升，来避免或减轻水击，另外不需要降低波纹管的伸缩移动速度，从而能够确保规定的流量。

即，在有大的压力上升时，冲击缓冲装置B发挥作用，如图2的假想线所示，空间部19成为气袋（air bag），薄壁部20向气袋的容积缩小的方向弹性变形，瞬间消除或大幅度降低波纹管内的压力上升。此外，薄壁部20设计为具有足够的强度而在泵的排出压力下实质上不弯曲变形（准确地说，发生极小的弯曲但不会产生永久形变的厚度）。以往的头部为不具有空间部19的厚壁板状，通过减小其壁厚在头部与动作板15之间设置空间部19，来作为冲击缓冲装置B，从而形成不需要追加或改造新的部件并且不需要专用的设置空间的经济且合理的对策。另外，通过更换波纹管2，能够适用于当前的机种，富有通用性。

即，对于随着流体（动能）急停所产生的压力上升而引起的振动的传播即水击现象，通过使薄壁部20与压力上升同步地发生弹性变形而使波纹管内部容积增加，来抵消压力上升而降低振动。由此，降低（或避免）向其他设备传播振动，能够抑制（或消除）设备破损或产生颗粒等缺陷。另外，由于不需要使流体速度变慢，所以能够充分地发挥泵本来的性能，另外，由于不需要其他的缓冲设备，还能够减小占用空间（footprint）、降低成本。

作为参考，图5和图6示出了本发明的波纹管泵和以往的波纹管泵中的水击的实验数据。根据图6所示的以往的泵的“时间-冲击压曲线图”（时间与随时间变化的水击的强度即冲击压之间的关系曲线）可知，冲击压的绝对值（平均）大约为0.25Mpa左右。相对于此，根据图5所示的本发明的泵的“时间-冲击压曲线图”可知，冲击压的绝对值（平均）大约为0.075Mpa左右，仅为以往的30%。即，与以往相比，采用本发明能够得到水击压减少70%这样的很好的效果。

〔第二实施例〕

如图3所示，第二实施例的波纹管泵A为仅在泵体1的一侧安装有波纹管2的单腔式的泵的例子。该单腔式波纹管泵A，在一端配置有波纹管2的泵体1的另一端设置降低脉动机构25，另外，在动作板15上安装有泵轴26、位置检测机构27等，其中，所述泵轴26为了使波纹管2伸缩运动而固定在动作板15上，所述位置检测机构27利用该泵轴26和一对非接触式传感器8、8进行检测。该第二实施例的波纹管泵A中的冲击缓冲装置B本身与第一实施例的波纹管泵A相同。

在图3中，28为安装在泵体1上的泵壳，29为经由移动凸缘30安装在泵轴26上且与其一体移动的传感片。头部2c通过贯通头部2c的螺栓16而夹持在前端侧圆环板14与动作板15之间，通过该结构，使头部2c形成为与动作板15一体移动的结构。此外，在与第一实施例的泵具有相同功能之处标注相同的附图标记，省略其说明。

〔第一其他实施例〕

如图4所示，作为冲击缓冲装置B，可以具有如下的头部2c，即设置从薄壁部20到动作板15的带状的凸缘31等，形成多个与动作板相面对的空间部19。例如，如果形成1个通过轴心P沿着径向横切图1、2所示的圆柱状空间部的凸缘，则在沿着轴心方向观察，形成2个半圆形的空间部19，如果形成相互交叉的2个凸缘，则在沿着轴心方向观察，形成4个四分之一圆形的空间部19。由此，能够改变空间部19的气袋的弹簧常数。另外，虽然省略了图示，但是还能够形成如下的冲击缓冲装置B，其具有由形成在厚壁的动作板15上的凹入部形成的空间部19。

〔第二其他实施例〕

省略了图示，作为冲击缓冲装置B可以是在波纹管2的内部配置仅能够进行弹性缩小变形的球状体。例如，可以配置外侧覆盖有金属网的空气能够进入的橡胶球等，在水击等有大的上升压力时，橡胶球缩小，吸收缓和压力。即使作用有负压，也不能够膨胀为大于金属网所限定的大小。

附图标记说明

1  泵体

2  波纹管

2a 一端

2c 另一端

12 吸入通道

13 排出通道

15 动作板

17 环状前端面

18 密封装置

19 空间部

20 邻空部分

22 连接棒

Claims (4)

1.一种波纹管泵，

具有：

泵体，其具有被输送流体的吸入通道以及排出通道，

波纹管，其一端气密地固定在所述泵体上，在所述波纹管与所述泵体之间形成有密闭空间，

动作板，其安装在所述波纹管的另一端上，用于使所述波纹管相对于所述泵体进行伸缩运动；

其特征在于，

所述波纹管的另一端的中心部以向所述动作板一侧开放的方式凹入，从而所述波纹管的另一端形成为带有底的大致筒状的板状部，

所述波纹管的另一端的中心部的壁厚比所述波纹管的另一端的外周部的壁厚薄，

所述波纹管的另一端的外周部与所述动作板接触，

在既是所述波纹管的另一端的凹入部分，也是所述波纹管的另一端的外周部、所述波纹管的另一端的中心部和所述动作板之间，形成有气密的空间部，

所述波纹管由氟树脂制成，所述波纹管的另一端的中心部能够弹性变形，使得所述空间部能够进行伸缩。

2.如权利要求1所述的波纹管泵，其特征在于，通过在所述波纹管的另一端的外周部的前端面上配置密封装置或在所述动作板上配置密封装置，所述另一端的凹入部分构成所述空间部。

3.如权利要求1所述的波纹管泵，其特征在于，所述波纹管泵为以特定方式形成的往复式泵，该特定方式为，在所述泵体的两端部，分别气密地固定有所述波纹管，并且通过配置在各所述波纹管的外侧的连接棒来将分别安装在各所述波纹管上的所述动作板相连接，使得相向配置的一对所述波纹管以伸/缩彼此相反的方式进行伸缩运动。

4.如权利要求1～3中任一项所述的波纹管泵，其特征在于，所述波纹管由四氟化乙烯树脂制成。

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