TWI495790B - Telescopic pump - Google Patents

Description

伸縮泵

本發明係有關適於作為半導體或液晶之製造設備或裝置中所使用的純水、藥液的送液手段之伸縮泵者。

伸縮泵係具有泵本體、伸縮體、作動板所構成；該泵本體係具備被移送流體之吸入路及吐出路；該伸縮體係配備成一端為氣密地固定於泵本體，且在與泵本體之間形成密閉空間之狀態；該作動板係為了使伸縮體對泵本體伸縮移動而安裝在伸縮體的另一端。這種伸縮泵之例已知有專利文獻1所示之單胴型者，和專利文獻2所示之複胴型(往復移動泵)者。

已知在容積型泵亦即伸縮泵中，當切換伸縮體的伸張移動所帶來的吸入和伸縮體的縮小移動所帶來的吐出時，瞬間地會產生巨大的壓力變動(壓力上升)。流體為水等液體時為所謂的「Water hammer(水撃)」衝撃振動。因為此巨大的壓力變動所產生的振動，傳播到機器或配管，而有招致微粒子產生或各部破損(例：透過配管連接在泵之石英製槽之龜裂或破裂)的不良情形之虞。

因此，從前是採用使配管內的流速減慢以抑制產生的振動之對策，或是藉由附設累積器(Accumulator)等以吸收產生的振動之方式來緩和振動之對策。但是，前者之振動抑制手段主要是減少泵吐出量，因此有導致性能降低之不良情形，後者之振動緩和手段則會產生設置場所增加和成本提高等問題。

如此地，用於抑制或解消從伸縮泵的構造上產生的吸入/吐出切換時所產生之衝撃振動，且不會帶來性能劣化、設置場所或成本增加的對策案，係有待進一步改善之餘地者。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2001-123959號公報

[專利文獻2]日本特開2002-174180號公報

本發明之目的在於開發並提供一種更經改善之伸縮泵，其一方面沒有導致性能降低、設置場所或成本增加之情形，一方面能抑制或消除吸入/吐出之切換時產生的衝撃振動。

關於申請專利範圍第1項之發明，係一種伸縮泵，具有泵本體1、伸縮體2、作動板15所構成之伸縮泵；該泵本體1係具備被移送流體之吸入路12及吐出路13；該伸縮體2係配置成一端2a為氣密地固定於前述泵本體1，且在與前述泵本體1之間形成密閉空間11之狀態；該作動板15係為了使前述伸縮體2對前述泵本體1伸縮移動而安裝在前述伸縮體2的另一端2c；其特徵為：氟樹脂製之前述伸縮體2的另一端2c和前述作動板15之間形成有氣密狀的空間部19，並且為了使前述空間部19能夠伸縮而將面對前述另一端2c之前述空間部19的臨空部分20構成可彈性變形。

關於申請專利範圍第2項之發明，係如申請專利範圍第1項之伸縮泵，其中前述另一端2c係以其中心部在前述作動板側被開放的方式而凹入，形成為呈現大致有底筒狀之板狀部，藉由配置在前述另一端2c的前述作動板15或環狀前端面17之密封手段18，將前述另一端2c之凹入部分構成在前述空間部19。

關於申請專利範圍第3項之發明，係如申請專利範圍第1項之伸縮泵，其中，構成往復移動泵，其係以前述伸縮體2分別氣密地固定在前述泵本體1的兩端部，並且該等相對向配備的一對前述伸縮體2、2係互反地伸縮移動之方式，以配置在前述伸縮體2外側的連結棒22，連結安裝在前述各伸縮體2各個的前述作動板15而構成。

關於申請專利範圍第4項之發明，係如申請專利範圍第1至3項中任一項之伸縮泵，其中，前述伸縮體2為PTFE製。

根據申請專利範圍第1項之發明，詳細情形將於實施形態之項中敘述，但為了使伸縮體的另一端和作動板之間所形成的氣密狀空間部能夠伸縮，而使面對伸縮體另一端的空間部之臨空部分能彈性變形。因而，伴隨著因流體急停止而產生的壓力上升之振動的傳播(水撃現象)，係藉由與產生壓力上升同步的臨空部分之彈性變形，增加伸縮體的內部容積以吸收壓力上升，而能減少振動。藉此，能減少或迴避對其他機器之振動傳播，而消除機器損壞或產生微粒子等不良情形。而且，不須使流體速度減慢，能充分地發揮本來的泵性能，而且也不需要其他緩衝機器。其結果能提供一種更經改善之伸縮泵，其一方面沒有導致性能降低、設置場所或成本增加之情形，一方面能抑制或消除吸入/吐出之切換時產生的衝撃振動。再者，伸縮體為氟樹脂製，可適宜作為對於被要求清潔性之半導體洗淨工程、被要求高抗腐蝕性之藥液供給線等之伸縮泵。

根據申請專利範圍第2項之發明，由於在厚壁板狀之伸縮體另一端設置凹入部分而與作動板之間形成空間部，因此係一僅變更伸縮體即可，不須其他一切變更之合理且經濟的手段，且具有能獲得申請專利範圍第1項發明之前述效果之優點。又，亦具有藉由交換伸縮體即能適用至現行機種之好處。

根據申請專利範圍第3項之發明，能提供一種實用上優點較大之伸縮泵，其係適於大容量泵之構造，亦能有效地抑制或消除振動也容易變大的往復移動泵之衝撃振動。

根據申請專利範圍第4項之發明，係一採用PTFE作為氟樹脂者，具有如以下之效果。亦即，PTFE(四氟化乙烯樹脂)係一方面為泛用之氟樹脂亦為較易取得之材料，一方面具有使用溫度範圍較廣、耐藥品性、電氣絕緣性、低摩擦性、非黏著性、耐氣候性、難燃性等優異之特性，而為對伸縮泵更適宜之材料。

以下，參照圖式說明本發明之伸縮泵之實施形態。第1圖係實施例1之複胴型伸縮泵之剖視圖，第2圖係衝撃緩衝手段之局部圖，第3圖係實施例2之單胴型伸縮泵之剖視圖，第4圖係顯示衝撃緩衝手段另一構造的主要部分之剖視圖，第5圖係本發明之泵藉由水撃之「時間-衝撃壓圖表」，第6圖係習知之泵藉由水撃之「時間-衝撃壓圖表」。

[實施例1]

實施例1之伸縮泵A係如第1圖、第2圖所示為大容量泵，其係使一對伸縮體以背部對合狀態合體的構造，亦即複胴型者，能獲得每單位時間較大的吐出量。伸縮泵A係構成為具有：泵本體1，係由氟樹脂(PTFE等)製且在左右中央；一對伸縮體2、2，係配設在泵本體1的左右(兩端)，由氟樹脂(PTFE等)製且互相具有共通軸心(泵軸心)P；一對氣缸3、3；一對中間殼體4、4，係由連設在泵本體1的左右之不銹鋼材(SUS304)等所成；一對端部殼體5、5，係由連設在各中間殼體4的左右外側之不銹鋼材(SUS304)等所成；各一對吸入用止回閥6、6和吐出用止回閥7、7；及一對接近感測器8、8等。

此處簡單地說明關於泵浦作用，即對設在各端部殼體5、5的軸心P上之空氣給排口a、a，從無圖示之空氣給排裝置互反地吸入吐出空氣，使一對氣缸3、3互反地伸縮作動，而使從配備在泵本體1側方之流體吸入部ri被吸入的藥液等流體，能從配備在其上側之流體吐出部ro大致連續地吐出者。亦即，使一對伸縮體2、2互反地伸縮移動(伸縮驅動)之構造，一方之伸縮體2進行流體吐出移動之期間，另一方之伸縮體2變成進行流體吸入移動，藉此形成一方面為往復移動之構造，一方面能連續地吐出流體。

接著，說明關於各部之構造。如第1圖所示，泵本體1係形成其左右兩側的中心部分朝外方突出之扁平之大致圓柱狀。在泵本體1的左右各外周側部分所形成之附有段之凹入環溝1A，嵌入伸縮體2的厚壁凸緣(一端之一例)2a，透過泵本體1和中間殼體4之間所挾持之基端側圓環板9而被保持成止脫狀。在泵本體1的左右各中心側所形成之一對圓形孔(省略符號)，嵌入保持著吸入用閥殼體6A及吐出用閥殼體7A，在各閥殼體6A、7A內裝有閥體6B、7B及用於將該等按壓推迫在閥座6a、7a之螺旋彈簧10。

在以突出於伸縮體2的內部空間亦即泵室(密閉空間之一例)11之狀態所設的各閥殼體6A、7A之前端部，形成有流體通過用的圓孔6b、7b。在泵本體1形成有：使一對吸入用止回閥6、6和流體吸入部ri連通之吸入路12，及使一對吐出用止回閥7、7和流體吸入部ri連通之吐出路13。第1圖中，位於其右側之伸縮體2係位於最伸張之上死點，且被描畫為正要進行縮小移動之狀態，而位於左側之伸縮體2係位於最縮小之下死點，且被描畫為正要進行伸張移動之狀態。因而，被描畫為第1圖右側的吐出用止回閥7及左側的吸入用止回閥6為打開狀態，而第1圖左側的吐出用止回閥7及右側的吸入用止回閥6為關閉狀態。

伸縮體2係如第1圖、第2圖所示，具有前述厚壁凸緣2a、蛇腹部2b、及大致厚壁圓板狀之頭部(「另一端」以及「板狀部」之一例)2c所構成，在頭部2c一體地安裝有作動板15。亦即，頭部2c係內嵌在形成於作動板15的中心圓孔15a，並且藉由配置在其泵本體側且面對頭部2c的外周部之前端側圓環板14而被止脫的方式，在作動板15連結成與此一體地移動。此外，前端側圓環板14係藉由複數螺栓16而被連結於作動板15。

頭部2c係以其中心部在作動板15側被開放的方式而凹入，形成為呈現大致有底筒狀之板狀部，藉由在接觸於作動板15之環狀前端面17配設O型環(密封手段之一例)18的方式，將頭部2c的凹入部分構成作為空間部19。此外，頭部2c係由橡膠等具有彈性的材料所構成之構造時，僅使環狀前端面17壓接在作動板15即被密封，於該情形下，環狀前端面17本身成為密封手段。藉由大徑孔亦即空間部19之存在，頭部2c除去其外周部而形成厚度薄的薄壁部(臨空部分之一例)20，由於伸縮體2為氟樹脂製，較佳為PTFE，因此其薄壁部20形成可彈性地膜移動。此外，伸縮體2亦可由可塑性變形之可彈性變形之材料形成。

亦即，在伸縮體2的頭部2c和作動板15之間形成氣密狀的空間部19，並且為了使空間部19能伸縮(伸張及縮小)，而將面對頭部2c的空間部19之薄壁部20構成為可彈性變形。然後，頭部2c係以其中心部在作動板15側被開放的方式凹入，形成為呈現大致有底筒狀之板狀部，藉由在接觸於頭部2c的作動板15之環狀前端面17，配設密封手段之O型環18的方式，構成頭部2c的空間部19。然後，藉由該空間部19之存在而構成有衝撃緩衝手段(振動緩和手段)B，其用於抑制緩和流體之吸入/吐出(或吐出/吸入)切換時產生的衝撃振動(Water hammer：水撃)。

伸縮體2係氟樹脂，較佳為PTFE(聚四氟乙烯)製者，並非噴吹成形，而是利用切割刀(Stick bite)或刮刀(Knife)等，以轉盤將PTFE製圓筒構件切削加工所形成者。該伸縮體2的形狀係如第1圖、第2圖所示，在位於厚壁凸緣2a和頭部2c之間的蛇腹部2b，交替地設有山部32和谷部33之蛇腹狀者，在山部32和谷部33之間連設有圓板狀的側面部34。

山部32的頂部和谷部33的最深部之壁厚，亦即山部32和谷部33在伸縮體徑方向的最小壁厚，被設定為與側面部34在伸縮體軸方向的壁厚同等，但若是設定為超過較佳。山部32的內周面(伸縮體2的內面)和谷部33的外周面(伸縮體2的外面)，若以不產生銳角部分的方式，以具有預定之角R或半徑R的彎曲面構成較佳。藉此，當伸縮體2朝軸方向伸長時，側面部34積極地撓曲，由於其撓曲而在山部32和谷部33的各最小壁厚部分或其附近(主要是在彎曲內面側)產生的應力被分散，而緩和應力集中。

特別是山部32和谷部33的各最小壁厚與側面部34的壁厚之比例，係設定在1.2~2.5之範圍較佳。藉此，即使不無謂地增加山部32或谷部33的壁厚，仍能有效地緩和該部分之應力集中。例如，若將山部32或谷部33的最小壁厚設定為1.4mm、將側面部34的壁厚設定為3.0mm，則前述比例為約2.1，被設定於適當壁厚之範圍。又，若前述比例為未達1.2，則有應力緩和不充分的情形，若超過2.5則伸縮體大徑化而有違背精簡化的情形。

左右之作動板15、15係鬆內嵌在各中間殼體4、4的插通孔4a、4a，且***通成可朝基端側圓環板9移動，且被螺合固定在連結棒22兩端，該連結棒22係以液密狀態插通在內嵌於泵本體1的密封軸承21，且該連結棒22係環繞軸心P以每一均等角度設置複數(例：4支)。密封軸承21被壓入或內嵌在形成於附有段之凹入環溝1A的貫通孔1a，且裝備有內外之O型環23、24。如此地將左右作動板15、15構成為藉由連結棒22而一體地在軸心P方向移動，成為確實地進行一對伸縮體2、2之互反的伸縮移動者。

接著，說明關於衝撃緩衝手段B之作用和效果。一般而言，在切換內裝於伸縮泵的流體吸入用止回閥和流體吐出用止回閥時，或者切換存在於配管系之開閉閥、擋止閥、檢查閥等各種閥時，由於閥體抵接在閥座(或離開移動)的情形會產生流體急遽加減速造成的急遽壓力上升，因此有在配管系產生衝撃性振動的不良情形。藉由本發明之伸縮泵A係具有利用作動板15，藉由設在頭部2c的衝撃緩衝手段B，緩和或消除該衝撃振動之產生的優點。

以下為更詳細地說明關於水撃(Water hammer)。當一方之伸縮體伸張，流體從設在伸縮泵內的流體吸入用止回閥流入伸縮體內時，即使伸縮體的伸張移動停止，由於慣性，流體仍欲從流體吸入用止回閥流入伸縮體內，因此伸縮體內的壓力一時地急遽上升。於是，流體吸入用止回閥被急閉閥(急遮斷)，此時欲從流體吸入路流入伸縮體內之流體急遽地被遮斷，因此產生水撃。水撃造成的衝撃或振動在配管等傳播，成為石英管製之槽等產生裂縫等損傷的原因。基本上，由於止回閥被急閉閥而產生水撃，因此只要吸收成為急閉閥原因的伸縮體內之急遽的壓力上升，不要引起急閉閥，即能防止水撃產生。因此作為手段例，例如可考慮減慢伸縮體的伸縮移動速度(行程速度)以防止急閉閥，但如此一來則無法確保流量，結果有實行之困難。如本發明，在頭部2c裝設薄壁部20的手段，係能實現藉由薄壁部20的彈性變形來吸收伸縮體內急遽的壓力上升，迴避或減輕水撃，並且不須降低伸縮體的伸縮移動速度，亦能確保所定流量之優異者。

亦即，若有大的壓力上升，則如第2圖虛線所示，衝撃緩衝手段B係作用成空間部19當作空氣袋，薄壁部20朝其容積縮小方向彈性變形，瞬間消除或大幅度地降低伸縮體內的壓力上升。此外，薄壁部20被設計成具有充分強度，使其對泵的吐出壓力實質上不會撓曲變形(正確地說，是略微產生撓曲，但不會產生永久性翹曲之厚度)。習知之頭部為沒有空間部19之單純厚壁板狀，藉由削減其壁厚而在與作動板15之間設置空間部19，作為衝撃緩衝手段B，因此為一完全不須追加新零件或改造、以及專用的設置空間之成功的經濟上合理的對策方案。又，藉由交換伸縮體2的方式，亦可適用於現行機種，泛用性亦為極優異者。

亦即，伴隨著因為流體(運動能)急停止所產生的壓力而來的振動之傳播，即所謂的水撃現象，係以藉由與產生壓力上升同步的薄壁部20之彈性變形來增加伸縮體內部容積的方式，而能吸收壓力上升、降低振動。藉此，減少(或迴避)對其他機器之振動傳播，而能抑制(或消除)機器損壞或產生微粒子等不良情形。又，由於不須減慢流體速度，因此能充分發揮本來的泵性能，且不需要其他緩衝機器，也可期待設置空間和成本之減少效果。

作為參考，將本發明之伸縮泵和習知之伸縮泵各個的水撃實驗數據顯示於第5圖和第6圖。從第6圖所示之習知泵的「時間-衝撃壓圖表」(時間之經過、和伴隨其之水撃強度亦即衝撃壓的關係圖表)，了解衝撃壓之絕對值(平均)為大約0.25Mpa程度。相對於此，從第5圖所之本發明泵的「時間-衝撃壓圖表」，了解衝撃壓之絕對值(平均)為大約0.075Mpa程度，而能理解只有以往的30%。亦即，藉由本發明之採用，獲得水撃壓比以往減少70%之極大的效果。

[實施例2]

實施例2之伸縮泵A係如第3圖所示，適用於伸縮體2僅裝備在泵本體1單側之單胴型泵之例。該單胴型伸縮泵A係於一端配備有伸縮體2的泵本體1之另一端設有脈動減少機構25，且於作動板15裝備有：為了使伸縮體2伸縮移動而固定在作動板15之泵軸26，及利用該泵軸26和一對接近感測器8、8之位置檢測機構27等。本實施例2之伸縮泵A中的衝撃緩衝手段B本身係與實施例1之伸縮泵A的衝撃緩衝手段相同。

第3圖中，28係安裝在泵本體1的泵殼體，29係透過移動凸緣30而以一體移動狀態安裝在泵軸26之感測片。頭部2c係藉由貫通此之螺栓16而被前端側圓環板14和作動板15所挾持，且被設計成藉由其構成而與作動板15一體地移動之構造。此外，在具有與實施例1之泵相同功能的處附加相同符號，視為其說明已進行者。

[第1其他實施例]

作為衝撃緩衝手段B，如第4圖所示，藉由設置從薄壁部20到達作動板15的帶狀之肋31等，而亦可以是具有面對作動板的空間部19被形成複數處之頭部2c的構造者。例如，若是第1、2圖所示之通過軸心P沿著徑方向橫切圓柱狀空間部之1條者，則在軸心方向看為形成2處半圓形空間部19，若是彼此交差的2條肋，則在軸心方向看為形成4處四分之一圓形的空間部19。藉此，可變更設定空間部19作為空氣袋的彈簧常數。又，圖示雖省略，但亦可以是具有空間部19的衝撃緩衝手段B，該空間部19係由在厚壁之作動板15所形成的凹入部構成。

[第2其他實施例]

此亦省略圖示，但作為衝撃緩衝手段B，亦可以是在伸縮體2的內部配備只能彈性縮小變形之球狀體的構成。例如，外側被金網覆蓋的注入空氣之橡膠球等，在水撃等大的壓力上升時，橡膠球縮小、吸收緩和壓力。即使負壓作用，亦不會膨脹至金網所規定之大小以上，因此情況良好。

1．．．泵本體

2．．．伸縮體

2a．．．一端

2c．．．另一端

12．．．吸入路

13．．．吐出路

15．．．作動板

17．．．環狀前端面

18．．．密封手段

19．．．空間部

20．．．臨空部分

22．．．連結棒

第1圖係顯示複胴型伸縮泵的構造之剖視圖(實施例1)。

第2圖係顯示衝撃干涉手段的主要部分之剖視圖。

第3圖係顯示單胴型伸縮泵的構造之剖視圖(實施例2)。

第4圖係顯示衝撃緩衝手段的另一構造的主要部分之原理圖。

第5圖係顯示本發明泵的水撃之時間和衝撃壓之關係圖表。

第6圖係習知泵的水撃之時間和衝撃壓之關係圖表。

1．．．泵本體

1A．．．附有段之凹入環溝

1a．．．貫通孔

2．．．伸縮體

2a．．．一端(厚壁凸緣)

2b．．．蛇腹部

2c．．．另一端(頭部)

3．．．氣缸

4．．．中間殼體

4a．．．插通孔

20．．．臨空部分(薄壁部)

6．．．吸入用止回閥

6A．．．吸入用閥殼體

6a、7a．．．閥座

6B、7B．．．閥體

6b、7b．．．圓孔

7．．．吐出用止回閥

7A．．．吐出用閥殼體

8．．．接近感測器

9．．．基端側圓環板

10．．．線圈彈簧

11．．．密閉空間

12．．．吸入路

13．．．吐出路

14．．．前端側圓環板

15．．．作動板

15a．．．中心圓孔

16．．．螺栓

17．．．環狀前端面

18．．．密封手段(O型環)

19(B)．．．空間部

5．．．端部殼體

21．．．密封軸承

22．．．連結棒

23、24．．．O型環

32．．．山部

33．．．谷部

34．．．側面部

A．．．伸縮體泵

a．．．空氣給排口

P．．．軸心

ri．．．流體吸入部

ro．．．流體吐出部

Claims (4)

1. 一種伸縮泵，係具有泵本體、伸縮體、作動板所構成之伸縮泵；該泵本體係具備被移送流體之吸入路及吐出路；該伸縮體係配置成一端為氣密地固定於前述泵本體，且在與前述泵本體之間形成密閉空間之狀態；該作動板係為了使前述伸縮體對前述泵本體伸縮移動而安裝在前述伸縮體的另一端；前述伸縮體與前述另一端係一體形成，前述伸縮體的前述另一端的外周部的厚度大於前述伸縮體的前述另一端的中心部的厚度，前述伸縮體的前述另一端的前述外周部與前述作動板接觸，在前述前述伸縮體的前述另一端的前述中心部形成凹入部分，在前述凹入部分形成氣密狀的空間部，前述氣密狀的空間部係形成於前述伸縮體的前述另一端的前述外周部和前述伸縮體的前述另一端的前述中心部和前述作動板之間，前述伸縮體係氟樹脂製，為了使前述氣密狀的空間部能夠伸縮而將前述伸縮體的前述另一端的前述中心部構成可彈性變形。
2. 如申請專利範圍第1項之伸縮泵，其中更具有密封手段，其係藉由配置在前述另一端的前述外周部及前述作動板之間，以構成前述氣密狀的空間部。
3. 如申請專利範圍第1項之伸縮泵，其中，構成往復移動泵，其係以前述伸縮體分別氣密地固定在前述泵本體 的兩端部，並且該等相對向配備的一對前述伸縮體係互反地伸縮移動之方式，以配置在前述各伸縮體外側的連結棒，連結安裝在前述各伸縮體各個的前述作動板而構成。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之伸縮泵，其中，前述伸縮體為PTFE製。