JP5720888B2 - ベローズポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ室と作動室とを仕切るベローズによりポンプ動作を行うベローズポンプに関する。

ベローズポンプは、ベローズにより閉空間がポンプ室と作動室とに区画された構造を有する。そして、ベローズポンプは、作動室に作動流体を導入及び排出することにより、ポンプ室を圧縮及び伸長させるように動作する。このようなベローズポンプの例として、例えば下記特許文献１及び２に開示されているものが知られている。

これら特許文献１及び２に開示されたベローズポンプは、ベローズの形状を工夫することで、例えば図４に矢印で示すような作動圧に伴う応力集中によってベローズ１００の変形による不具合を抑える構成としている。このようなベローズの変形は、ベローズの耐圧性能の限界を超えたりベローズ温度が高くなったりすると発生する。従って、上記のようにベローズの形状を変更したり、ベローズの肉厚を厚くしたりして耐圧を上げることで対応が図られている。

特開２００１−１９３８３６号公報 特開２００１−１９３８３７号公報

しかしながら、上述したようにベローズの形状を変更したり肉厚を厚くしたりして耐圧性能を上げると、ベローズ自体の動きに制約が生じたり作動抵抗が上昇したりして、移送流体の吐出量に影響を及ぼすこととなる。このような場合、吐出量への影響をなくすためにはベローズを伸縮させる力がより必要となり、作動効率が低下してしまうこととなる。

この発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、温度特性に優れ作動効率を落とさずに耐圧性能を向上させることができるベローズを有するベローズポンプを提供することを目的とする。

本発明に係る第１のベローズポンプは、内部に軸方向に沿った空間を形成するケース部材と、前記空間内に前記軸方向に伸縮可能に配置されて前記空間内を前記軸方向にポンプ室及び作動室に仕切る有底円筒状のベローズと、前記ポンプ室の吸込側に設けられて前記ポンプ室に移送流体を導く吸込バルブと、前記ポンプ室の吐出側に設けられて前記ポンプ室から前記移送流体を吐出する吐出バルブと、前記作動室に作動流体を導入し、前記作動室から前記作動流体を排出することにより前記ベローズを伸縮させることで前記移送流体を移送するベローズポンプであって、前記ベローズは、前記軸方向に沿って山部及び谷部が交互に形成されると共に、前記軸方向の所定位置に円環状のリング部が一体的に形成された構造からなることを特徴とする。

本発明に係る第２のベローズポンプは、ポンプヘッドと、このポンプヘッドの両側に互いの開口側が向き合うように添設されて内部にポンプ室をそれぞれ形成すると共に軸方向にそれぞれが伸縮可能な有底円筒状の一対のベローズと、前記一対のベローズを内部にそれぞれ収容するように前記ベローズに対して同軸的に配置され、前記一対のベローズとの間に作動室を形成する、開口部が互いに向き合うように前記ポンプヘッドに装着された有底円筒状の一対のシリンダと、これら一対のシリンダの底部をそれぞれ前記シリンダの中心軸に沿って気密且つ摺動自在に貫通し各一端が前記一対のベローズの各底部にそれぞれ連結された一対のポンプシャフトと、これら一対のポンプシャフトの他端同士を前記軸方向に移動自在に連結する連結シャフトと、前記ポンプ室内で前記ポンプヘッドに装着されて、移送流体の吸込口から前記ポンプ室に前記移送流体を導くと共に、前記ポンプ室から移送流体の吐出口へ前記移送流体を導くバルブユニットと、前記作動室に作動流体を導入し、前記作動室から前記作動流体を排出することにより前記一対のベローズを伸縮させることで前記移送流体を移送するベローズポンプであって、前記一対のベローズは、それぞれ前記軸方向に沿って山部及び谷部が交互に形成されると共に、前記軸方向の所定位置に円環状のリング部が一体的に形成された構造からなることを特徴とする。

好適な１つの実施形態において、前記リング部は、例えば所定間隔をおいて前記軸方向に複数形成されているものである。

また、他の実施形態において、前記ベローズは、例えばフッ素樹脂からなるものである。

本発明によれば、温度特性に優れ作動効率を落とさずに耐圧性能を向上させることができるベローズを有するベローズポンプを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るベローズポンプの構成を示す断面図である。 同ベローズポンプのベローズの他の例を示す図である。 同ベローズポンプのベローズの更に他の例を示す図である。 従来のベローズポンプのベローズの問題点を示す図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明に係るベローズポンプの実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るベローズポンプの断面図及びその周辺機構を示す図である。なお、本実施形態に係るベローズポンプとしては、往復動ポンプ構造のいわゆる複胴型を例に挙げて説明するが、いわゆる単胴型のベローズポンプであっても適用可能である。

ベローズポンプは、次のように構成されている。中央部に配置されたポンプヘッド１の両側には、ケース部材である有底円筒状のシリンダ２ａ，２ｂが同軸配置され、それらの内部に一対の空間が形成されている。これら空間内には、それぞれ有底円筒状のベローズ３ａ，３ｂが同軸配置されている。

ベローズ３ａ，３ｂの開口端はポンプヘッド１に固定され、底部にはシャフト固定板４ａ，４ｂが固定されている。ベローズ３ａ，３ｂは、例えばフッ素樹脂からなり、内側をポンプ室５ａ，５ｂ、外側を作動室６ａ，６ｂとしてシリンダ２ａ，２ｂの内部空間を仕切っている。

このベローズ３ａ，３ｂは、軸方向に沿って交互に形成された山部１２ａ及び谷部１２ｂと、軸方向の中間位置辺りに一体的に形成された円環状のリング部１２とを備えた構造となっている。ベローズ３ａ，３ｂは、リング部１２がない場合の通常のベローズと同じ形状で同じ肉厚、及び同じ作動抵抗となるような山部１２ａと谷部１２ｂの数で構成されている。

シャフト固定板４ａ，４ｂには、同軸に延びるシャフト７ａ，７ｂの一端が固定されている。シャフト７ａ，７ｂの他端は、それぞれシリンダ２ａ，２ｂの底部中心を、シール部材８を介して気密に貫通してシリンダ２ａ，２ｂの外側まで延びている。このシャフト７ａ，７ｂの他端には、連結板９ａ，９ｂがナット１０によって固定されている。

連結板９ａ，９ｂは、シリンダ２ａ，２ｂの上下の位置において連結シャフト１１ａ，１１ｂによって連結されている。各連結シャフト１１ａ，１１ｂは、ボルト１５によって連結板９ａ，９ｂに固定されている。

ポンプヘッド１には、ポンプの側面に臨む位置に移送流体の吸込口１６と吐出口１７とが設けられる。これと共に、ポンプヘッド１には、吸込口１６からポンプ室５ａ，５ｂに至る位置に吸込弁１８ａ，１８ｂが設けられ、ポンプ室５ａ，５ｂから吐出口１７に至る経路に吐出弁１９ａ，１９ｂが設けられている。

一方、図示しないエアーコンプレッサ等の作動流体源からの作動流体、例えばエアーは、レギュレータ２６でそれぞれ所定圧力に制限されて電磁弁２７に供給されている。

作動室６ａが排気状態で作動室６ｂがエアー導入状態であり、ポンプ室５ａが膨張工程でポンプ室５ｂが収縮工程にあるとする。このとき、吸込弁１８ａ及び吐出弁１９ｂが開状態で吸込弁１８ｂ及び吐出弁１９ａが閉状態となるので、移送すべき液体は、吸込口１６からポンプ室５ａに導入され、ポンプ室５ｂから吐出口１７を介して吐出される。

ベローズ３ａ，３ｂは、上記のようなポンプ室５ａ，５ｂの膨張や収縮による動作を実現するために軸方向に伸縮を繰り返す。このとき、より多くの移送流体を移送するために移送圧や作動圧を高くしたり、動作に伴いポンプ内の温度が上昇したりしても、リング部１２を備えるため肉厚を厚くしなくても耐圧性が高く変形して破損することはない。換言すれば、ベローズ３ａ，３ｂは、リング部１２がないベローズと比較して、同じ作動効率を有するように設定した場合は、耐圧性を向上させることが可能な構造となる。

従って、本実施形態に係るベローズポンプによれば、リング部１２を備えないベローズを採用した従来のものと比較して、温度特性に優れると共に作動効率を落とさずに耐圧性能を向上させることができる。なお、ベローズ３ａ，３ｂは、次のように構成することもできる。

図２は、このベローズポンプのベローズ３ａ，３ｂの他の例を示す図、図３は、ベローズポンプのベローズ３ａ，３ｂの更に他の例を示す図である。図２及び図３に示すように、ベローズ３ａ，３ｂは、山部１２ａ及び谷部１２ｂと共に、例えば所定間隔をおいて軸方向に２つ或いは３つ形成されたリング部１２を備えている。このように、リング部１２を複数備えたベローズ３ａ，３ｂを採用しても、図１に示したものと同様に耐圧性を向上させることができる。なお、リング部１２の間隔は、一定でなくても良い。

本出願人は、上述したベローズ３ａ，３ｂの特性を調べるために、次のような破壊試験及び作動抵抗試験を実施した。これらの試験においては、ベローズの材質をフッ素樹脂とし、肉厚を２ｍｍ及び山部１２ａの数を１２と全て同じに設定した。また、リング部１２の軸方向厚さを１０ｍｍに設定した。リング部１２が１つのものを実施例１、２つのものを実施例２、３つのものを実施例３とすると共に、リング部１２がないものを比較例とした。

破壊試験は、図４に示したように、ベローズの外側から圧力を加えて行い、作動抵抗試験は、ベローズを軸方向に所定の荷重で引っ張ることにより行った。破壊試験の結果を以下の表１に、作動抵抗試験の結果を以下の表２に、それぞれ示す。なお、破壊試験においては、ベローズの温度（周囲温度）を１８０℃に設定した。

表１に示すように、破壊試験においては、ベローズの破壊圧力（ＭＰａ）は、比較例が０．２８６であったのに対し、実施例１が０．２９８、実施例２が０．３８９、実施例３が０．３７６とそれぞれ上回る結果となった。これにより、耐圧性が向上したことが判明した。

一方、表２に示すように、作動抵抗試験においては、ベローズの軸方向の自由長は、比較例が１７５．５ｍｍであり、実施例１が１８７．４ｍｍ、実施例２が１９９ｍｍ、実施例３が２１２．７ｍｍであった。また、１０ｋｇｆの負荷を加えた時の長さは、比較例が１８１．３ｍｍであり、実施例１が１９３．６ｍｍ、実施例２が２０５ｍｍ、実施例３が２１９ｍｍであった。

従って、ベローズの伸び量は、比較例が５．８ｍｍとなったのに対し、実施例１が６．２ｍｍ、実施例２が６ｍｍ、実施例３が６．３ｍｍとなり、比較例と実施例１，２，３とで作動抵抗がほぼ変わらない結果となった。これにより、リング部１２の有無で作動抵抗に変化がないことが判明した。

以上のように、本発明に係るベローズポンプによれば、ベローズ３ａ，３ｂがリング部１２を備えるため、温度特性に優れると共に作動効率を落とさずに耐圧性能を向上させることが可能である。

１ ポンプヘッド
２ａ，２ｂ シリンダ
３ａ，３ｂ ベローズ
４ａ，４ｂ シャフト固定板
５ａ，５ｂ ポンプ室
６ａ，６ｂ 作動室
７ａ，７ｂ シャフト
９ａ，９ｂ 連結板
１１ａ，１１ｂ 連結シャフト
１２ リング部
１２ａ 山部
１２ｂ 谷部
１６ 吸込口
１７ 吐出口
１８ａ，１８ｂ 吸込弁
１９ａ，１９ｂ 吐出弁
２６ レギュレータ
２７ 電磁弁

Claims (4)

1. 内部に軸方向に沿った空間を形成するケース部材と、
   前記空間内に前記軸方向に伸縮可能に配置されて前記空間を前記軸方向にポンプ室及び作動室に仕切る有底円筒状のベローズと、
   前記ポンプ室の吸込側に設けられて前記ポンプ室に移送流体を導く吸込バルブと、
   前記ポンプ室の吐出側に設けられて前記ポンプ室から前記移送流体を吐出する吐出バルブと、
   前記作動室に作動流体を導入し、前記作動室から前記作動流体を排出することにより前記ベローズを伸縮させることで前記移送流体を移送するベローズポンプであって、
   前記ベローズは、前記軸方向に沿って山部及び谷部が交互に形成されると共に、前記軸方向の所定の前記谷部形成位置に前記谷部から前記山部に延びる円環状のリング部が一体的に形成された構造からなる
   ことを特徴とするベローズポンプ。
2. ポンプヘッドと、
   このポンプヘッドの両側に互いの開口側が向き合うように添設されて内部にポンプ室をそれぞれ形成すると共に軸方向にそれぞれが伸縮可能な有底円筒状の一対のベローズと、
   前記一対のベローズを内部にそれぞれ収容するように前記ベローズに対して同軸的に配置され、前記一対のベローズとの間に作動室を形成する、開口部が互いに向き合うように前記ポンプヘッドに装着された有底円筒状の一対のシリンダと、
   これら一対のシリンダの底部をそれぞれ前記シリンダの中心軸に沿って気密且つ摺動自在に貫通し各一端が前記一対のベローズの各底部にそれぞれ連結された一対のポンプシャフトと、
   これら一対のポンプシャフトの他端同士を前記軸方向に移動自在に連結する連結シャフトと、
   前記ポンプ室内で前記ポンプヘッドに装着されて、移送流体の吸込口から前記ポンプ室に前記移送流体を導くと共に、前記ポンプ室から移送流体の吐出口へ前記移送流体を導くバルブユニットと、
   前記作動室に作動流体を導入し、前記作動室から前記作動流体を排出することにより前記一対のベローズを伸縮させることで前記移送流体を移送するベローズポンプであって、
   前記一対のベローズは、それぞれ前記軸方向に沿って山部及び谷部が交互に形成されると共に、前記軸方向の所定の前記谷部形成位置に前記谷部から前記山部に延びる円環状のリング部が一体的に形成された構造からなる
   ことを特徴とするベローズポンプ。
3. 前記リング部は、所定間隔をおいて前記軸方向に複数形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のベローズポンプ。
4. 前記ベローズは、フッ素樹脂からなる
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のベローズポンプ。

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