JP2015034481A - ベローズポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ性能を大きく低下させず、また、設置スペースも拡大させることなく、吸入行程から吐出行程への切り替わりの際に発生する振動を低減できるベローズポンプを提供する。
【解決手段】ベローズポンプ１は、挿入体６１と、連通孔６３と、逆止弁６６とを備える。前記挿入体は、可動体５に連結され、挿入部６２を有する。前記挿入部は、ポンプケース３の通気孔２０と対向するように配置され、ベローズ４が伸長して最大伸長状態に至るまでの間に前記可動体と一体的に移動して、前記通気孔を塞ぐように前記通気孔に挿入され得る。前記連通孔は、前記挿入体に設けられ、前記挿入部の前記通気孔への挿入時に駆動装置からの加圧空気を空気室２３に導き得る。前記逆止弁６６は、前記連通孔に設けられ、前記駆動装置から前記空気室に向かう加圧空気の流れのみを許容する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ベローズポンプに関する。

半導体または液晶の製造設備などにおいては、超純水または薬液などの流体を流すためにベローズポンプが用いられている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。この種のベローズポンプは、一般的に、ポンプケースと、ベローズと、可動体と、駆動装置と、吸入側逆止弁と、吐出側逆止弁とを備えている。

前記ポンプケースは、流体を吸入するための吸入流路、流体を吐出するための吐出流路、および空気を供給または排出するための通気孔を有している。前記ベローズは、前記通気孔と連通する空気室が前記ポンプケース内に形成されるように前記ポンプケースに収容されて、流体を前記吸入流路から吸入しかつ前記吐出流路へ吐出するために伸縮可能に構成されている。前記可動体は、前記空気室に臨むように前記ベローズに連結されて、前記ベローズを伸縮させるべく可動し得るように構成されている。

前記駆動装置は、空気供給装置などからなり、前記通気孔を介して前記空気室に加圧空気を供給して、前記ベローズが収縮するように前記可動体を可動させ、かつ、前記通気孔を介して前記空気室から空気を排出させて、前記ベローズが伸長するように前記可動体を可動させ得るように構成されている。前記吸入側逆止弁は、前記吸入流路から前記ベローズ内に向かう流体の流れのみを許容するものである。前記吐出側逆止弁は、前記ベローズ内から前記吐出流路に向かう流体の流れのみを許容するものである。

このようなベローズポンプにおいては、吸入行程から吐出行程に切り替わるとき、すなわち前記ベローズが伸長状態から収縮状態に切り替わるとき、前記ベローズの内部圧力が負圧から正圧に変化し、その過程で前記ベローズの内部圧力が瞬間的に急激に上昇する。これにより、前記吸入側逆止弁が開放状態から閉塞状態になって流体の吸入を急速に遮断するが、前記吸入流路から前記ベローズ内に向かう流体の流れは慣性により即座には止まらない。

したがって、前記吸入流路の流体が、閉塞状態の前記吸入側逆止弁（弁座に当接した弁体）に強く衝突することとなる。この現象が、いわゆる「ウォータハンマ（水撃）現象」である。そして、このウォータハンマ現象によって、前記ベローズポンプが大きく振動する。

その結果、前記ベローズポンプの大きな振動が、当該ベローズポンプからこれに接続された配管および機器などへ伝播され、この伝播された振動によって、前記ベローズポンプを用いて流体を正常に流すことができなくなるような不具合（破損など）が、前記配管および機器などに発生するおそれがあった。

そこで、このような不具合の発生を抑制するために、たとえば、ウォータハンマ現象の発生の原因となる流体と吸入側逆止弁との衝突を緩和すべく、前記ベローズ内への流体の吸入速度を遅く設定しておくこと、および、ウォータハンマ現象に起因する振動を吸収し得るアキュムレータなどを流体の流路に別途設けることが提案されている。

しかしながら、前者の抑制手段を採用した場合、流体の吸入速度が常に遅くなるため、ベローズポンプの吐出速度が減少することとなり、ポンプ性能が大きく低下するという問題があった。また、後者の抑制手段を採用した場合、前記アキュムレータなどの設置スペースを新たに確保しなければならないので、ベローズポンプを設置するために必要な設置スペースが拡大するという問題があった。

特開２００１−１２３９５９号公報 特開２００２−１７４１８０号公報

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ポンプ性能を大きく低下させず、また、設置スペースも拡大させることなく、吸入行程から吐出行程への切り替わりの際に発生する振動を低減できるペローズポンプの提供を目的とする。

請求項１に係る発明は、流体を吸入するための吸入流路、流体を吐出するための吐出流路、および空気を供給または排出するための通気孔を有するポンプケースと、前記通気孔と連通する空気室が前記ポンプケース内に形成されるように前記ポンプケースに収容されて、流体を前記吸入流路から吸入しかつ前記吐出流路へ吐出するために伸縮可能に構成されたベローズと、前記空気室に臨むように前記ベローズに連結されて、前記ベローズを伸縮させるべく可動し得るように構成された可動体と、前記通気孔を介して前記空気室に加圧空気を供給して、前記ベローズが収縮するように前記可動体を可動させ、かつ、前記通気孔を介して前記空気室から空気を排出させて、前記ベローズが伸長するように前記可動体を可動させ得るように構成された駆動装置と、前記吸入流路から前記ベローズ内に向かう流体の流れのみを許容する吸入側逆止弁と、前記ベローズ内から前記吐出流路に向かう流体の流れのみを許容する吐出側逆止弁とを備えるベローズポンプであって、前記可動体に連結された挿入体であって、前記通気孔と対向するように配置され、前記ベローズが伸長して最大伸長状態に至るまでの間に前記可動体と一体的に移動して、前記通気孔を塞ぐように前記通気孔に挿入され得る挿入部を有する挿入体と、前記挿入体および／または前記ポンプケースに設けられ、前記挿入部の前記通気孔への挿入時に前記駆動装置からの加圧空気を前記空気室に導き得る連通孔と、前記連通孔に設けられ、前記駆動装置から前記空気室に向かう加圧空気の流れのみを許容する逆止弁とを備えるものである。

請求項１に係る発明によれば、前記ベローズによるポンプ動作を実行できるうえ、吸入行程が行われる際、前記可動体と一体的に前記挿入体の挿入部を移動させ、この移動によって前記挿入部を前記通気孔に挿入し、前記通気孔を前記挿入部にて塞ぎつつ、前記ベローズを最大伸長状態に至るように伸長させることが可能となる。これにより、前記ベローズが最大伸長状態に至るまでの間、前記空気室の空気が前記ポンプケースの外部へ排出されることを妨げて、前記空気室の内部圧力を上昇させることができる。

そのため、前記ベローズが最大伸長状態に至るときには、前記空気室の内部圧力を適度に上昇した状態として、前記ベローズの伸長速度を低下させ、ひいては前記吸入流路から前記ベローズ内への流体の吸入速度を低下させることができる。したがって、吸入行程から吐出行程に切り替わったとき、すなわち前記ベローズが伸長状態から収縮状態に切り替わったとき、閉塞状態になった前記吸入側逆止弁に、前記吸入流路からの流体が比較的穏やかに衝突することとなる。よって、ウォータハンマ現象を従来に比べて緩和することができ、これに起因する前記ベローズポンプの振動を低減できる。

また、吐出行程が行われる際、前記挿入部が前記通気孔に挿入されている間も、前記駆動装置から送り込まれてくる過圧空気を、前記連通孔から前記空気室に供給できる。よって、前記ベローズの収縮を円滑に開始することができる。なお、前記ベローズの伸長により前記挿入部が前記通気孔に挿入された後には、前記逆止弁により前記空気室の空気が前記連通孔から不本意に外部へ流れ出すことを阻止できる。よって、吸入行程から吐出行程に切り替えるときに、前記空気室の内部圧力が直ちに上昇しないといった不具合もない。

しかも、ウォータハンマ現象の発生の原因となる流体と前記吸入側逆止弁との衝突を緩和すべく、従来のように流体の吸入速度を単に遅くしておくわけではないので、ポンプ性能を大きく低下させずに済む。また、ウォータハンマ現象に起因する振動を低減するために、前記ポンプケースの外部へアキュムレータなどの部材を新たに設置する必要がないので、前記ベローズポンプの設置スペースが拡大することがない。

このように、本発明によれば、ポンプ性能を大きく低下させず、また、設置スペースも拡大させることなく、吸入行程から吐出行程への切り替わりの際にウォータハンマ現象に起因して発生する振動を低減できる。その結果、前記ベローズポンプから当該ベローズポンプに接続された配管および機器などへ伝播される振動も低減でき、この振動に起因する不具合の発生を極力回避できる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のベローズポンプにおいて、前記挿入部が前記通気孔に挿入されたとき、前記挿入部と前記通気孔との間に隙間が形成されるものである。

請求項２に係る発明によれば、前記挿入部が前記通気孔に挿入された後も、前記空気室の空気を、不本意に多く排出させるわけではないが、前記隙間から外部へ排出することが可能となる。したがって、前記空気室の残圧に影響されることなく前記ベローズを確実に最大まで伸長させることが可能となり、吸入行程において前記ベローズによる流体の吸入量が低下するというおそれを解消できる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のベローズポンプにおいて、前記挿入部が前記通気孔に挿入される時期は、前記ベローズが最大に伸長する直前であるものである。

請求項３に係る発明によれば、前記ベローズが最大に伸長する直前にのみ、前記吸入流路から前記ベローズ内への流体の吸入速度を低下させることとなる。したがって、ポンプ性能の低下を抑制しつつ、ウォータハンマ現象に起因する振動を低減できる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のベローズポンプにおいて、前記挿入体の少なくとも挿入側は、挿入方向に向かって縮径するテーパー状に形成されているものである。

請求項４に係る発明によれば、前記ベローズの伸長量が増加するに従って前記空気室の内部圧力を徐々に上昇させて、前記空気室の内部圧力の上昇を円滑に行うことが可能となる。したがって、前記ベローズ内への流体の吸入速度を急激ではなく円滑に低下させて、ウォータハンマ現象に起因する振動を低減できる。

本発明によれば、ポンプ性能を大きく低下させず、また、設置スペースも拡大させることなく、吸入行程から吐出行程への切り替わりの際に発生する振動を低減できるペローズポンプを提供できる。

本発明の第１実施形態に係るベローズポンプの断面図である。 本発明の第１実施形態における第１ポンプ部の吸入行程開始後の状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態における第１ポンプ部の吸入行程終了時の状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態における第１ポンプ部の吐出行程開始後の状態を示す断面図である。 （ａ）本発明における挿入体の他の第１例を示す図である。（ｂ）前記挿入体の他の第２例を示す図である。（ｃ）前記挿入体の他の第３例を示す図である。（ｄ）前記挿入体の他の第４例を示す図である。 （ａ）本発明における連通孔および逆止弁の他の第１例を示す図である。（ｂ）前記連通孔および前記逆止弁の他の第２例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るベローズポンプの断面図である。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１に、第１実施形態に係るベローズポンプ１の断面図を示す。図２に、前記ベローズポンプ１における第１ポンプ部２Ａの吸入行程開始後の状態を示す。図３に、前記第１ポンプ部２Ａの吸入行程終了時の状態を示す。図４に、前記第１ポンプ部２Ａの吐出行程開始後の状態を示す。なお、図１において、矢印Ｘ１は前記ベローズポンプ１の左右方向左側を指し、矢印Ｘ２は前記ベローズポンプ１の左右方向右側を指している。

前記ベローズポンプ１は、その左右方向に並設された前記第１ポンプ部２Ａおよび第２ポンプ部２Ｂを有する複胴型ベローズポンプ（往復動ポンプ）である。前記第１ポンプ部２Ａおよび前記第２ポンプ部２Ｂは、実質的に左右対称構造となっているので、以下では主として前記第１ポンプ部２Ａについて説明し、適宜前記第２ポンプ部２Ｂについて説明する。

図１、図２、図３、図４に示すように、前記ベローズポンプ１において、前記第１ポンプ部２Ａは、ポンプケース３と、ベローズ４と、可動体５と、駆動装置６と、吸入側逆止弁７と、吐出側逆止弁８とを備えている。

前記ポンプケース３は、流体を吸入するための吸入流路１１と、流体を吐出するための吐出流路１２と、空気を供給または排出するための通気孔２０とを有している。本実施形態において、前記ポンプケース３は、中空の略円柱状の容器であり、軸心方向が左右方向となるように配置されている。詳しくは、前記ポンプケース３は、ポンプボディ１３と、中間カバー１４と、端部カバー１５とを備えている。

前記ポンプボディ１３は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂から構成されており、円柱状に形成されている。前記ポンプボディ１３は、前記第２ポンプ部２Ｂにおけるポンプボディ１３を兼ねるものであり、軸心方向が左右方向となるように配置されている。そして、前記ポンプボディ１３の内部に、前記吸入流路１１および前記吐出流路１２が備えられている。

前記吸入流路１１は、一端部が前記ポンプボディ１３の外周面に開口しかつ他端部が前記ポンプボディ１３の右端面に開口するように設けられ、前記一端部側で流体の貯留タンクなどと接続されている。前記吐出流路１２は、一端部が前記ポンプボディ１３の外周面に開口しかつ他端部が前記ポンプボディ１３の右端面に開口するように設けられ、前記一端部側で流体の移送先である所望の機器に接続されている。

前記中間カバー１４は、前記ポンプボディ１３と略同一の外径を有する円筒状に形成されている。前記中間カバー１４は、軸心方向が左右方向となるように配置されて、前記ポンプボディ１３の右方でこれと同軸心上に並設されている。そして、前記中間カバー１４は、左端部が前記ポンプボディ１３の右端面により左方から閉塞されるように、前記ポンプボディ１３に連結されている。

前記端部カバー１５は、前記中間カバー１４と略同一の外径を有する有底円筒状に形成されている。前記端部カバー１５は、軸心方向が左右方向となるように配置されて、前記中間カバー１４の右方でこれと同軸心上に並設されている。そして、前記端部カバー１５は、開放側の左端面が前記中間カバー１４の右端部を右方から閉塞するように、前記中間カバー１４に連結されている。

このように連結された前記ポンプボディ１３、前記中間カバー１４および前記端部カバー１５により前記ポンプケース３が構成されて、その内部に前記ベローズ４を収容するための収容空間が形成されている。前記収容空間は、前記ポンプボディ１３、前記中間カバー１４および前記端部カバー１５に適宜設けられたシール材によって、高い気密性を確保されている。

そして、前記端部カバー１５に、前記通気孔２０が設けられている。前記通気孔２０は、前記収容空間（後述の空気室２３）と前記ポンプケース３の外部とを連通させるべく前記端部カバー１５を貫通するように設けられている。前記通気孔２０は、本実施形態においては円孔からなり、左右方向に略直線状に延設されている。前記通気孔２０は、前記ポンプケース３の外部へ配置された前記駆動装置６と配管１９などを介して接続されている。

前記端部カバー１５には、また、近接センサ２１を含む検知装置２２が設けられている。本実施形態において、前記検知装置２２は、後述のように前記ベローズ４の伸縮に応じて当該ベローズ４の他端部（右端部）と一体的に移動する前記可動体５の接近を前記近接センサ２１が検出することで、前記ベローズ４の伸縮状態を検知し得るように構成されている。

前記ベローズ４は、前記通気孔２０と連通する前記空気室２３が前記ポンプケース３内に形成されるように前記ポンプケース３（前記収容空間）に収容されて、流体を前記吸入流路１１から吸入しかつ前記吐出流路１２へ吐出するために伸縮可能に構成されている。本実施形態において、前記ベローズ４は、前記吸入流路１１および前記吐出流路１２と連通するように一端部（左端部）が前記ポンプケース３に連結されて、前記ポンプケース３に対して伸縮可能に構成されている。

ここでは、前記ベローズ４は、一端部（左端部）が前記ポンプボディ１３に対して固定された状態で、他端部（右端部）が前記空気室２３を左右方向に移動するように伸縮可能に構成されている。つまり、前記ベローズ４の伸縮方向が左右方向とされている。前記空気室２３は、前記ポンプケース３に適宜設けられたシール材によって、高い気密性を確保されている。

前記ベローズ４は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂から構成されており、伸縮方向の一端部である左端部が開放されかつ他端部である右端部が内部にポンプ室を形成し得るように閉塞された蛇腹状に形成されている。詳しくは、前記ベローズ４は、ベローズ本体２４と、固定フランジ２５と、可動フランジ２６とを備えている。

前記ベローズ本体２４は、実質的に有底筒状に形成されており、左右方向に交互に設けられた山部および谷部を外周部に備えている。前記ベローズ本体２４はその内部に所定体積の流体を吸入し得るとともに、前記吸入側逆止弁７の少なくとも一部および前記吐出側逆止弁８の少なくとも一部を収容し得るように構成されている。

前記固定フランジ２５は、前記ベローズ本体２４の山部のうち隣り合う山部（左端の山部）との間に固定側係合溝が形成されるように、前記ベローズ本体２４の左端部から径方向外側に突設されている。前記可動フランジ２６は、前記ベローズ本体２４の山部のうち隣り合う山部（右端の山部）との間に可動側係合溝が形成されるように、前記ベローズ本体２４の右端部から径方向外側に突設されている。

そして、前記ベローズ本体２４の左端部および前記固定フランジ２５が、前記流入流路１１の開口および前記吐出流路１２の開口を囲むように前記ポンプボディ１３の右端面に取り付けられている。この状態で、前記ポンプケース３の内周面に固定された環状の係合板２８が前記固定側係合溝に係合されて、前記ベローズ４の伸縮方向の一端部（左端部）が、前記ポンプケース３に対して固定されている。

前記可動体５は、前記空気室２３に臨むように前記ベローズ４に連結されて、前記ベローズ４を伸縮させるべく可動し得るように構成されている。本実施形態において、前記可動体５は、前記ベローズ４の右方に前記空気室２３が区画され得るように、前記ベローズ４に連結された状態で前記ポンプケース３に収容されている。

前記可動体５は、所定の肉厚（左右幅）および前記ベローズ４の可動フランジ２６よりも大きな外径を有する円板状部材から構成されている。前記可動体５は、軸心方向が左右方向となるように配置されて、前記ベローズ４の右方でこれと同軸心上に並設されている。そして、前記可動体５は、前記ベローズ４の右端部を嵌合溝３４に嵌めて右方から覆うように設けられている。

前記可動体５の左方には、前記ベローズ４を囲む環状の連結板３６が設けられている。前記連結板３６は、前記ベローズ４の右端部が前記嵌合溝３４に嵌められた状態で、前記可動側係合溝に係合されるとともに、ボルトなどで前記可動体５に固定されている。これにより、前記可動体５が、前記ベローズ４の右端部と一体的に移動し得るように、前記ベローズ４に連結されている。

前記ベローズ４の周囲には、複数の連結棒３７が備えられている。前記複数の連結棒３７は、軸心方向が左右方向となるように配置されて、前記ベローズ４の周方向に所定間隔ごとに設けられている。前記複数の連結棒３７は、一方の端部で前記可動体５に固定されるとともに、前記ポンプボディ１３を貫通して前記第２ポンプ部２Ｂにおける収容空間まで延設されている。

ここで、前記複数の連結棒３７は、前記第２ポンプ部２Ｂにおける複数の連結棒３７を兼ねるものであり、前記第１ポンプ部２Ａにおける前記可動体５と前記第２ポンプ部２Ｂにおける可動体５との間にわたって延設されている。そして、前記複数の連結棒３７は、左右方向に移動可能なように前記ポンプボディ１３にシール軸受け３９を介して支持されている。

前記駆動装置６は、前記通気孔２０を介して前記空気室２３に加圧空気を供給して、前記ベローズ４が収縮するように前記可動体５を可動させ得るように構成されている。さらに、前記駆動装置６は、前記通気孔２０を介して前記空気室２３から空気を排出させて、前記ベローズ４が伸長するように前記可動体５を可動させ得るように構成されている。

本実施形態においては、前記駆動装置６は、前記第２ポンプ部２Ｂにおける駆動装置６を兼ねるものであり、前記第１ポンプ部２Ａにおける前記可動体５および前記第２ポンプ部２Ｂにおける前記可動体５を用いて、前記第１ポンプ部２Ａにおける前記ベローズ４と、前記第２ポンプ部２Ｂにおけるベローズ４とを背反的に伸縮させ得るようになっている。

詳しくは、前記駆動装置６は、コンプレッサ４１、切替弁４２およびコントローラ４３を含む空気供給装置から構成されている。前記コンプレッサ４１は、前記第１ポンプ部２Ａにおける前記通気孔２０および前記第２ポンプ部２Ｂにおける通気孔２０に、前記切替弁４２を介して接続されている。前記コントローラ４３は、前記切替弁４２を制御するためのものである。

そして、前記駆動装置６は、前記コンプレッサ４１により生成された所定圧力の空気（加圧空気）を、前記コントローラ４３を用いて前記切替弁４２を制御することで、二つの前記通気孔２０を介して前記第１ポンプ部２Ａにおける前記空気室２３と前記第２ポンプ部２Ｂにおける空気室２３とに対し交互に供給し、かつ加圧空気が供給される空気室２３と反対側の空気室２３の空気を外部へ排出し得るように構成されている。

前記吸入側逆止弁７は、前記吸入流路１１から前記ベローズ４内に向かう流体の流れのみを許容するように構成されている。本実施形態において、前記吸入側逆止弁７は、前記吸入流路１１と前記ベローズ４内とを連通させた状態で前記ポンプボディ１３の右端面に固定された弁ケース４４と、前記弁ケース４４内に収容された弁体４５およびコイルばね４６とを備えている。

そして、前記吸入側逆止弁７は、前記ベローズ４が伸張する際に前記弁体４５を弁座から離間させて開放状態となり、前記吸入流路１１から前記ベローズ４内への流体の吸引を許容し、かつ、前記ベローズ４が収縮する際に前記弁体４５を弁座に当接させて閉塞状態となり、前記ベローズ４内から前記吸入流路１１への流体の逆流を阻止し得るように構成されている。

前記吐出側逆止弁８は、前記ベローズ４内から前記吐出流路１２に向かう流体の流れのみを許容するように構成されている。本実施形態において、前記吐出側逆止弁８は、前記ベローズ４内と前記吐出流路１２とを連通させた状態で前記ポンプボディ１３の右端面に固定された弁ケース４７と、前記弁ケース４７内に収容された弁体４８およびコイルばね４９とを備えている。

そして、前記吐出側逆止弁８は、前記ベローズ４が収縮する際に前記弁体４８を弁座から離間させて開放状態となり、前記ベローズ４内から前記吐出流路１２への流体の吐出を許容し、かつ、前記ベローズ４が伸長する際に前記弁体４８を弁座に当接させて閉塞状態となり、前記ベローズ４内から前記吐出流路１２への流体の逆流を阻止し得るように構成されている。

また、図１、図２、図３、図４に示すように、前記ベローズポンプ１において、前記第１ポンプ部２Ａは、挿入体６１と、連通孔６３と、逆止弁６６とをさらに備えている。

前記挿入体６１は、前記可動体５に連結されている。また、前記挿入体６１は、挿入部６２を有している。前記挿入部６２は、前記通気孔２０と対向するように配置され、前記ベローズ４が伸長して最大伸長状態に至るまでの間に前記可動体５と一体的に移動して、前記通気孔２０を塞ぐように前記通気孔２０に挿入され得るように構成されている。

前記挿入部６２は、前記挿入体６１の先端部（右端部）側に配置され、前記通気孔２０を閉塞し得るように前記通気孔２０に整合した形状とされている。本実施形態においては、前記通気孔２０が、前述のとおり左右方向に略直線状に延びる円孔から構成されるものであることから、前記挿入部６２は、前記通気孔２０の内周形状に沿った同一径の円柱形状とされている。

前記挿入部６２は、軸心方向が左右方向となるように配置されて、前記可動体５の右方でこれと同軸心上に並設されている。前記挿入体６１は、前記可動体５の端面５５の一部から右方に突出するように、接着剤またはボルトなどを用いて基端部（左端部）で前記可動体５の端面５５に固定され、前記挿入部６２の配置された先端部（右端部）側から前記通気孔２０に挿入され得るようになっている。

本実施形態においては、前記挿入部６２が前記通気孔２０に挿入されたとき、前記挿入部６２と前記通気孔２０との間に隙間６９が形成されるようになっている。その手段として、前記挿入部６２の外径が前記通気孔２０の内径に対し若干小さく設定されている。なお、前記挿入部６２は、前記隙間６９が形成されるように前記通気孔２０を塞ぐものであることが好ましいが、前記通気孔２０を完全に塞ぐものであってもよい。

また、本実施形態においては、前記挿入部６２が前記通気孔２０に挿入される時期は、前記ベローズ４が最大に伸長する直前とされている。ここでいう前記ベローズ４が最大に伸長する直前とは、前記ベローズ４が最大伸長幅に対して好ましくは８５〜９０パーセントまで伸長した後から最大に伸長するまでの時期をいう。

なお、本発明における挿入体は、本実施形態においては前記可動体５と別体とされた前記挿入体６１とされているが、これに限定されるものではなく、可動体と一体に構成された挿入体であってもよい。また、本発明における挿入体は、通気孔に応じて設けられるものであり、通気孔が複数であれば、複数設けられ得るものである。

前記連通孔６３は、前記挿入体６１に設けられている。前記連通孔６３は、前記挿入部６２の前記通気孔２０への挿入時に、前記駆動装置６からの加圧空気を前記空気室２３に導き得るものである。本実施形態において、前記連通孔６３は、図２に示すような断面視略Ｌ字状を呈し、前記挿入体６１を貫通するように設けられている。

そして、前記連通孔６３は、一端部６４が前記挿入体６１の先端面（前記挿入部６２の端面）に開口しており、前記挿入部６２が前記通気孔２０に挿入されたとき、前記通気孔２０（前記空気室２３の外部）に連通するとともに、他端部６５が前記挿入体６１の基端部側の外周面に開口しており、前記挿入部６２が前記通気孔２０に挿入されたとき、前記空気室２３に連通するように配置されている（図３参照）。

前記逆止弁６６は、前記連通孔６３に設けられている。前記逆止弁６６は、前記駆動装置６から前記空気室２３に向かう加圧空気の流れのみを許容するように構成されている。本実施形態において、前記逆止弁６６は、前記挿入体６１と一体的に構成されている。

そして、前記逆止弁６６は、前記駆動装置６により前記連通孔６３に加圧通気が送り込まれるときに開放状態となって、前記連通孔６３で前記空気室２３へ向かう空気の流れを許容し、かつ、前記駆動装置６により前記空気室２３から空気が排出されようとするときに閉塞状態となって、前記連通孔６３で前記空気室２３から外部へ向かう空気の流れを阻止し得るように構成されている。

以上のような構成により、本実施形態に係る前記ベローズポンプ１の駆動時には、前記ベローズポンプ１が図１に示される状態である場合、前記第２ポンプ部２Ｂにおいて、前記空気室２３に前記通気孔２０を介して前記駆動装置６から加圧空気が供給される。これにより、前記可動体５が右方に移動し、前記ベローズ４が収縮する。この収縮に連動して前記複数の連結棒３７が右方に移動し、前記第１ポンプ部２Ａにおける前記ベローズ４が最大伸長状態となるまで伸長する。また、前記第１ポンプ部２Ａでは、後述のように前記空気室２３の空気が外部へ排出される。

この際、前記第２ポンプ部２Ｂにおいては、前記吸入側逆止弁７が閉塞状態となりかつ前記吐出側逆止弁８が開放状態となっており、前記ベローズ４内から前記吐出流路１２に向かって流体が吐出される（吐出行程）。前記第１ポンプ部２Ａにおいては、前記吸入側逆止弁７が開放状態となりかつ前記吐出側逆止弁８が閉弁しており、前記ベローズ４内に前記吸入流路１１から流体が吸入される（吸入行程）。

その後、前記第１ポンプ部２Ａにおいて、前記検知装置２２によって前記ベローズ４が最大伸長状態になったことが検知されると、この検知情報に基づいて前記コントローラ４３により前記切替弁４２が制御され、前記第１ポンプ部２Ａにおいて、前記空気室２３に前記通気孔２０を介して前記駆動装置６から加圧空気が供給される。これにより、前記可動体５が左方に移動し、前記ベローズ４が収縮を開始する。この収縮に連動して前記複数の連結棒３７が左方に移動し、前記第２ポンプ部２Ｂにおける前記ベローズ４が伸長を開始する。また、前記第２ポンプ部２Ｂでは、後述のように前記空気室２３の空気が外部へ排出される。

この際、前記第１ポンプ部２Ａにおいては、前記内部圧力が負圧から正圧に変化することによって前記吸入側逆止弁７が閉塞状態となりかつ前記吐出側逆止弁８が開放状態となって、前記ベローズ４内から前記吐出流路１２に向かって流体が吐出される（吐出行程）。前記第２ポンプ部２Ｂにおいては、前記内部圧力が正圧から負圧に変化することによって前記吸入側逆止弁７が開放状態となりかつ前記吐出側逆止弁８が閉弁して、前記ベローズ４内に前記吸入流路１１から流体が吸入される（吸入行程）。

このように、前記ベローズポンプ１においては、前記第１ポンプ部２Ａにおける前記ベローズ４および前記第２ポンプ部２Ｂにおける前記ベローズ４が背反的に伸縮するのにともなって、双方の前記ベローズ４に関する流体の吸入行程と吐出行程とが交互に行われ、流体が移送され得るようになっている。つまり、前記ベローズポンプ１は、前記第１ポンプ部２Ａおよび前記第２ポンプ部２Ｂを用いて、実質的に連続して流体を吐出できるようになっている。

そのうえで、吸入行程が行われる際、図２に示す黒塗り矢印に示すように前記空気室２３の空気の一部が前記通気孔２０を介して排出された後、前記可動体５と一体的に前記挿入体６１の挿入部６２が右方へ移動して前記通気孔２０に挿入されることとなる。そして、前記挿入部６２が前記通気孔２０を塞ぎつつ、前記ベローズ４が最大伸長状態に至るように伸長することとなる。これにより、前記ベローズ４が図３に示すような最大伸長状態に至るまでの間、前記空気室２３の空気が前記ポンプケース３の外部へ排出されることを妨げて、前記空気室２３の内部圧力を上昇させることができる。

そのため、前記ベローズ４が最大伸長状態に至るときには、前記空気室２３の内部圧力を適度に上昇した状態として、前記ベローズ４の伸長速度を空気の排気抵抗により低下させ、ひいては前記吸入流路１１から前記ベローズ４内への流体の吸入速度を低下させることができる。したがって、吸入行程から吐出行程に切り替わったとき、すなわち前記ベローズ４が伸長状態から収縮状態に切り替わったとき、閉塞状態になった前記吸入側逆止弁７に、前記吸入流路１１からの流体が比較的穏やかに衝突することとなる。よって、ウォータハンマ現象を従来に比べて緩和することができ、これに起因する前記ベローズポンプ１の振動を低減できる。

また、吐出行程が行われる際、前記挿入部６２が前記通気孔２０に挿入されている間も、前記駆動装置６から送り込まれてくる過圧空気を、図４に示す黒塗り矢印に示すように前記連通孔６３から前記空気室２３に供給できる。よって、前記ベローズ４の収縮を円滑に開始することができる。なお、前記ベローズ４の伸長により前記挿入部６２が前記通気孔２０に挿入された後には、前記逆止弁６６により前記空気室２３の空気が前記連通孔６３から不本意に外部へ流れ出すことを阻止できる。よって、吸入行程から吐出行程に切り替えるときに、前記空気室２３の内部圧力が直ちに上昇しないといった不具合もない。

しかも、ウォータハンマ現象の発生の原因となる流体と前記吸入側逆止弁７との衝突を緩和すべく、従来のように流体の吸入速度を単に遅く設定しておくわけではないので、ポンプ性能を大きく低下させずに済む。また、ウォータハンマ現象に起因する振動を低減するために、前記ポンプケース３の外部へアキュムレータなどの部材を新たに設置する必要がないので、前記ベローズポンプ１の設置スペースが拡大することがない。

このように、本実施形態に係る前記ベローズポンプ１によれば、ポンプ性能を大きく低下させず、また、設置スペースも拡大させることなく、吸入行程から吐出行程への切り替わりの際にウォータハンマ現象に起因して発生する振動を低減できる。その結果、前記ベローズポンプ１から当該ベローズポンプ１に接続された配管および機器などへ伝播される振動も低減でき、この振動に起因する不具合の発生を極力回避できる。

また、本実施形態に係る前記ベローズポンプ１においては、前記挿入部６２が前記通気孔２０に挿入されたとき、前記挿入部６２と前記通気孔２０との間に前記隙間６９が形成される。したがって、前記挿入部６２が前記通気孔２０に挿入された後も、前記空気室２３の空気を、不本意に多く排出させるわけではないが、前記隙間６９から外部へ排出することが可能となる。よって、前記空気室２３の残圧に影響されることなく前記ベローズ４を確実に最大まで伸長させることが可能となり、吸入行程において前記ベローズ４による流体の吸入量が低下するというおそれを解消できる。

また、本実施形態に係る前記ベローズポンプ１においては、前記挿入部６２が前記通気孔２０に挿入される時期は、前記ベローズ４が最大に伸長する直前である。したがって、前記ベローズ４が最大に伸長する直前にのみ、前記吸入流路１１から前記ベローズ４内への流体の吸入速度を低下させることとなる。よって、ポンプ性能の低下を抑制しつつ、ウォータハンマ現象に起因する振動を低減できる。

また、本発明における挿入体は、本実施形態においては、同一径の円柱形状の前記挿入体６１とされているが、これに限定されるものではなく、少なくとも挿入側（先端部側）が挿入方向に向かって縮径するテーパー状に形成されたものであってもよい。たとえば、本発明における挿入体は、図５（ａ）に示すような円錐（または角錐）形状の挿入体７１であってもよい。

さらに、たとえば、本発明における挿入体は、図５（ｂ）に示すような円錐台（または角錐台）形状の挿入体７２であってもよいし、図５（ｃ）に示すような挿入方向の途中でテーパ角度が変化する挿入体７３であってもよいし、挿入側のみを円錐、円錐台形状、角錐または角錐台形状とした挿入体（図５（ｄ）に示すものは円錐台形状とした挿入体７４）であってもよい。

このような構成によれば、前記ベローズ４の伸長量が増加するに従って前記空気室２３の内部圧力を徐々に上昇させて、前記空気室２３の内部圧力の上昇を円滑に行うことが可能となる。したがって、前記ベローズ４内への流体の吸入速度を急激ではなく円滑に低下させて、ウォータハンマ現象に起因する振動を低減できる。

また、本発明における連通孔は、本実施形態においては前記挿入体６１に設けられた前記連通孔６３とされているが、これに代えて、図６（ａ）に示すように、ポンプケース３に設けられた連通孔７７としてもよい。この場合、前記ポンプケース３において、前記駆動装置６から前記空気室２３に向かう加圧空気の流れのみを許容する逆止弁７８が前記連通孔７７に設けられる。また、本発明における連通孔は、図６（ｂ）に示すように、連通孔６３および連通孔７７としてもよい。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図７に、第２実施形態に係るベローズポンプ１０１の断面図を示す。なお、図７において第１実施形態と同一の符号を付した部材は、同一または実質的に同一の部材であることを示し、適宜、その説明を省略する。

第２実施形態に係る前記ベローズポンプ１０１は、第１実施形態に係る前記ベローズポンプ１が複胴型のベローズポンプであるのに対し、単胴型のベローズポンプである点で、第１実施形態に係る前記ベローズポンプ１と相違している。

図７に示すように、前記ベローズポンプ１０１は、ポンプケース１０３と、ベローズ４と、可動体５と、駆動装置６と、吸入側逆止弁７と、吐出側逆止弁８とを備えるとともに、ポンプ軸１０５と、移動体１０６とを備えている。

前記ポンプケース１０３は、前記ベローズ４を収容するための第１収容空間と、前記移動体１０６を収容するための第２収容空間とを隔壁１０４を挟んで隣り合うように備えている。そして、前記ポンプケース１０３と前記ベローズ４との間に気密状の第１空気室１０７が形成されるとともに、前記ポンプケース１０３と前記移動体１０６との間に気密状の第２空気室１０８が形成されている。

前記ポンプケース１０３には、第１通気孔１１１が設けられている。前記第１通気孔１１１は、前記第１空気室１０７と前記ポンプケース１０３の外部とを連通させるべく前記ポンプケース１０３を貫通するように設けられている。前記第１通気孔１１１は、本実施形態においては円孔からなり、左右方向に略直線状に延設されている。そして、前記第１通気孔１１１は、前記駆動装置６と接続されている。

前記ポンプケース１０３には、また、第２通気孔１１２が設けられている。前記第２通気孔１１２は、前記第２空気室１０８と前記ポンプケース１０３の外部とを連通させるべく前記ポンプケース１０３を貫通するように設けられている。そして、前記第２通気孔１１２は、前記駆動装置６と接続されている。

前記駆動装置６は、前記第１通気孔１１１および前記第２通気孔１１２と接続されている。前記駆動装置６は、コンプレッサ４１により生成された所定圧力の空気（加圧空気）を、前記コントローラ４３により前記切替弁４２を制御することで、前記第１通気孔１１１および前記第２通気孔１１２を介して前記第１空気室１０７と前記第２空気室１０８に対し交互に供給し、かつ加圧空気が供給される空気室と反対側の空気室の空気を外部へ排出し得るように構成されている。

前記ポンプ軸１０５は、軸心方向が左右方向となるように配置され、前記隔壁１０４を貫通するように設けられている。前記ポンプ軸１０５は、左右方向に移動可能なように前記隔壁１０４に支持されている。そして、前記ポンプ軸１０５は、左端部で前記可動体５と固定され、右端部で前記移動体１０６と固定されて、前記移動体１０６とともに前記可動体５と連動して移動し得るようになっている。

前記移動体１０６には、センシング片１１４が固定されている。前記ポンプケース１０３には、前記センシング片１１４を挟むように配置された左右の近接センサ２１からなる検知装置１１６が設けられている。前記検知装置１１６は、前記ベローズ４の伸縮に応じて左右方向に移動する前記センシング片１１４の接近を検出することで、前記ベローズ４の伸縮状態を検知し得るように構成されている。

また、本実施形態においては、挿入部６２を有する挿入体６１が前記可動体５に連結されている。前記挿入部６２は、前記第１通気孔１１１と対向するように配置されて、前記ベローズ４が伸長して最大伸長状態に至るまでの間に前記第１通気孔１１１を塞ぐように前記第１通気孔１１１に挿入され得るように構成されている。そして、前記挿入体６１に連通孔６３が設けられ、前記連通孔６３に逆止弁６６が設けられている。

以上のような構成により、前記ベローズポンプ１０１の駆動時には、前記ベローズポンプ１０１が図７に示される状態である場合、前記第２空気室１０８に前記第２通気孔１１２を介して前記駆動装置６から空気が供給される。これにより、前記移動体１０６ひいては前記ポンプ軸１０５が右方に移動するとともに、この移動に連動して前記可動体５が右方に移動して、前記可動体５に連結された前記ベローズ４が伸長を開始する。

その後、前記検知装置１１６によって前記ベローズ４が最大伸長状態になったことが検知されると、この検知情報に基づいて前記コントローラ４３により前記切替弁４２が制御され、前記第１空気室１０７に前記第１通気孔１１１を介して前記駆動装置６から空気が供給される。これにより、前記ベローズ４が収縮を開始する。この収縮により前記可動体５が左方に移動し、この移動に連動して前記ポンプ軸１０５ひいては前記移動体１０６も左方に移動する。

そして、前記検知装置１１６によって前記ベローズ４が最収縮状態になったことが検知されると、この検知情報に基づいて前記コントローラ４３により前記切替弁４２が制御され、再び前記第２空気室１０８に前記第２通気孔１１２を介して前記駆動装置６から空気が供給される。こうして、前記ベローズポンプ１０１において、前記ベローズ４の伸縮に応じて流体の吸入行程と吐出行程とが交互に行われ、当該流体が移送され得るようになっている。

そのうえで、前記ベローズポンプ１０１の吸入行程が行われる際に、前記ベローズ４の伸長にともなって前記第１通気孔１１１を前記挿入部６２により塞ぎつつ、前記ベローズ４を最大伸長状態に至るように伸長させることが可能となる。これにより、前記ベローズ４が最大伸長状態に至るまでの間、前記第１空気室１０７の空気が前記ポンプケース１０３の外部へ排出されることを妨げて、前記第１空気室１０７の内部圧力を上昇させることができる。

したがって、前記ベローズ４が最大伸長状態に至るときには、前記第１空気室１０７の内部圧力が適度に上昇した状態として、前記ベローズ４の伸長速度を低下させ、ひいては前記吸入流路１１から前記ベローズ４内への流体の吸入速度を低下させることができる。よって、本実施形態に係る前記ベローズポンプ１０１によっても、第１実施形態と同様に、ポンプ性能を大きく低下させず、また、設置スペースも拡大させることなく、吸入行程から吐出行程への切り替わりの際に発生する振動を低減できる。

１ ベローズポンプ
３ ポンプケース
４ ベローズ
５ 可動体
６ 駆動装置
７ 吸入側逆止弁
８ 吐出側逆止弁
１１ 吸入流路
１２ 吐出流路
２０ 通気孔
２３ 空気室
６１ 挿入体
６２ 挿入部
６３ 連通孔
６６ 逆止弁

Claims (4)

1. 流体を吸入するための吸入流路、流体を吐出するための吐出流路、および空気を供給または排出するための通気孔を有するポンプケースと、前記通気孔と連通する空気室が前記ポンプケース内に形成されるように前記ポンプケースに収容されて、流体を前記吸入流路から吸入しかつ前記吐出流路へ吐出するために伸縮可能に構成されたベローズと、前記空気室に臨むように前記ベローズに連結されて、前記ベローズを伸縮させるべく可動し得るように構成された可動体と、前記通気孔を介して前記空気室に加圧空気を供給して、前記ベローズが収縮するように前記可動体を可動させ、かつ、前記通気孔を介して前記空気室から空気を排出させて、前記ベローズが伸長するように前記可動体を可動させ得るように構成された駆動装置と、前記吸入流路から前記ベローズ内に向かう流体の流れのみを許容する吸入側逆止弁と、前記ベローズ内から前記吐出流路に向かう流体の流れのみを許容する吐出側逆止弁とを備えるベローズポンプであって、
   前記可動体に連結された挿入体であって、前記通気孔と対向するように配置され、前記ベローズが伸長して最大伸長状態に至るまでの間に前記可動体と一体的に移動して、前記通気孔を塞ぐように前記通気孔に挿入され得る挿入部を有する挿入体と、
   前記挿入体および／または前記ポンプケースに設けられ、前記挿入部の前記通気孔への挿入時に前記駆動装置からの加圧空気を前記空気室に導き得る連通孔と、
   前記連通孔に設けられ、前記駆動装置から前記空気室に向かう加圧空気の流れのみを許容する逆止弁とを備えるベローズポンプ。
2. 前記挿入部が前記通気孔に挿入されたとき、前記挿入部と前記通気孔との間に隙間が形成される請求項１に記載のベローズポンプ。
3. 前記挿入部が前記通気孔に挿入される時期は、前記ベローズが最大に伸長する直前である請求項１または請求項２に記載のベローズポンプ。
4. 前記挿入体の少なくとも挿入側は、挿入方向に向かって縮径するテーパー状に形成されている請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のベローズポンプ。

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