JP2589995B2 - 水中型の容積式ピストンポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、一般に、水中型の容積式ピストンポンプに
関し、より詳しくは、少量の液体を利用装置に吐出する
ことに特別の応用可能性を備えた水中型の容積式ピスト
ンポンプに関する。

少量の液体を搬送ドラムから利用装置に計量するため
に、ポンプを使用することは周知である。例えば、本発
明と承継人が同一の、米国特許出願第06/566,363号（出
願日、1983年12月28日）には、一定の割合で液体パルス
を吐出し、搬送ドラムから利用個所まで１日２〜３リッ
トルの化学物質を移送するようにした、空気駆動される
ダイヤフラムポンプが記載されている。利用個所は、一
例として、ガラス瓶に被覆するための被覆フードであっ
てもよい。

このポンプの利点は、通常のボールチェックバルブを
使用するポンプに通常見られる液漏れを防止する空圧作
動弁を用いていることである。しかし、このポンプが良
好な結果をもたらすとしても、加工公差及び膜の品質の
差によって、例えば20％の行程容積の差異が、別々の空
圧駆動されるダイヤフラムポンプの間に存在しているこ
とがありうる。

これらの欠点を克服するために、本発明と承継人が同
一の、米国特許第3,168,872号、第3,257,953号、第4,00
8,003号及び特に米国特許第4,536,140号によって改良さ
れた容積式ピストンポンプが用いられている。米国特許
第4,536,140号の全体の開示は、引照によってここに本
明細書の一部分となる。この後者の米国特許によるポン
プは、酸化錫又は他の金属酸化物によってガラス瓶を被
覆する際に用いられる液状有機金属化合物を圧送する上
で適合することがわかっている。

これらのポンプにおいて、圧送室は搬送ドラムの外部
におかれ、流体入口からのホースは搬送ドラム中に延長
している。そのため、化学物質は該ドラムからホースを
経て圧送室中へと圧送される。しかし、米国特許第4,53
6,140号にも述べられているように、容積式ピストンポ
ンプの１つの問題は、往復ピストンとシリンダ内側壁と
の間の製造公差を最もきつくした場合でも、ピストンと
シリンダ内側壁との間のスペースに化学物質が圧送室か
ら定期的に移行することである。化学物質が三塩化モノ
ブチル錫含有調合物のような腐食性物質である場合に
は、わずかな液状化学物質が移行しただけでも、往復ピ
ストンとシリンダ内側壁との間に金属ヒドロキシ化合物
が付着することとなる。この化合物は周囲空気中の水蒸
気と化学物質との反応によって生成されるものである。
ピストンはこの生成によってシリンダ中において固着さ
れ、装置を故障させる。

前記米国特許第4,536,140号においては、一定の油圧
の別の油障壁をピストンとシリンダ内側壁との間に配す
ることによって、これらの欠点を克服することが試みら
れている。しかし、このような障壁を用いた場合には装
置が著しく複雑化する。また、用途によってはシール油
がポンプ作動を妨害する。

これらのポンプの別の問題は、ポンプに入る少量の空
気が適切な作動を妨げて圧送速度を低下させることであ
る。より詳細には、流体中に含まれるガス、例えば空
気、水素、二酸化炭素その他が、ポンプ作動中の流体の
撹拌又は圧力及び温度の変化の結果として、シリンダ中
にしばしば放出される。例として、或る流体は液体フラ
クションとガスフラクションとに化学的に分離されるこ
とによって、撹拌と温度及び圧力の変化のどちらか一方
又は両方に応答し、他の流体は単に気化し液体形から気
体形に物理的に変化する。その結果として、気体から気
泡が形成され、これらの気泡がシリンダの圧送ヘッド中
にトラップされることにより、ポンプの計量精度を低下
させ、或る場合には流れを完全に閉止する。気泡は、一
般に、ピストンの凹部とシリンダの内側壁との間にトラ
ップされる。

より特定的には、ポンプが全能力で作動していない場
合、即ちピストンがその最大の値よりも少ない程度で回
動した場合、ピストンはその後退位置と伸長位置との間
のより小さな距離にわたって往復運動をする。従って、
凹部の上端はピストンの往復運動の間常に排出ポートの
上方にとどまっている。そのため、前記凹部とシリンダ
の内側壁との間に形成された気泡はポンプ作動の間残留
し、ポンプ作動を妨害する。明らかなように、ピストン
行程が小さいほど、より多くのガスが凹部中にトラップ
されることにより、ポンプの吐出量に対するトラップさ
れたガスの容積の割合を大きくする。換言すれば、ポン
プはガスに対して敏感になる。

この問題により、最大能力よりも低い能力において作
動するポンプはその流量を数回変更しなければならな
い。その場合、トラップされたガスはポンプの外部に流
出し、その設定吐出量を回復する。しかし、この能力の
変更は時間がかかり、面倒である。例えば、瓶の被覆用
に流体を圧送するためにポンプを使用した場合、能力の
変更によって高価な被覆材の使用量が過大となったり瓶
の被覆が不十分となったりする。

このように少量の空気がポンプに流入することによる
問題は、米国特許出願第749,066号（出願日、1985年６
月26日）によって解決されており、この米国特許出願の
全体の開示は、引照によって、本明細書に一体化され
る。

発明の目的及び概略 従って、本発明の１つの目的は、シリンダ中において
のピストンの固着を防止するようにした容積式ピストン
ポンプを提供することにある。

本発明の別の目的は、往復ピストンとシリンダ内側壁
との間に金属ヒドロキシ化合物が付着することを防止す
るようにした容積式ピストンポンプを提供することにあ
る。

本発明の更に別の目的は、障壁流体を使用する必要を
なくした容積式ピストンポンプを提供することにある。

本発明の更に別の目的は、シリンダ室中に所望しない
気泡が形成されることを防止するようにした容積式ピス
トンポンプを提供することにある。

本発明の水中型の容積式ピストンポンプは、液体中に
完全に没することのできるシリンダ手段であって、作用
下端部、入口ポート、及び排出ポートにより画定される
作用室を有する前記シリンダ手段と、前記入口ポートか
ら前記排出ポートへ液体を汲み出すために、前記シリン
ダ手段の中で後退位置と伸張位置との間で同時に回転運
動と往復運動が可能なピストン手段であって、前記作用
室の中に配置された自由端を持ち、該自由端が液体を前
記入口ポートと前記排出ポートとに交互に連絡するため
の凹部を有する前記ピストン手段と、前記ピストン手段
を駆動するための駆動手段と、前記シリンダ手段の中で
前記ピストン手段を回転可能且つ往復運動可能に駆動す
るために前記駆動手段に回動自在に連結された回動組立
体と、前記回動組立体を前記ピストン手段に連結すると
ともに、前記駆動手段及び回動組立体を液体の外に配置
するための延長手段であって、前記回動組立体とピスト
ン手段を繋ぐ延長軸と該延長軸を囲む中空延長管とを備
えた前記延長手段と、前記中空延長管がその下端を前記
シリンダ手段の上端部に封止状に固着され、さらに前記
液体の液面がシリンダ手段の上端部より下がった場合
に、前記シリンダ手段の上端部で液体密封状態を維持す
るため、前記中空延長管が該封止固着部の僅か上部に開
口部を有することを特徴とする。

また、前記ピストン手段が前記伸張位置にある時、前
記凹部が完全に前記作動室内に位置することを保証する
ために、前記駆動手段の回転運動中、該駆動手段を案内
する手段を更に備えたことを特徴とする。

本発明の前記の目的及び他の目的、特徴並びに利点は
添付図面を参照とした以下の詳細な説明によって一層明
らかとなるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の一実施例による水中型の容積式ピス
トンポンプを示す部分的な縦断面図、 第２図は第１図のポンプの、一部は想像線によって示
した平面図、 第３図は第１図のポンプのピストン−シリンダ端の部
分断面図である。

好適な実施例の詳細な説明 図面を参照して、最初に第１図を参照して詳細に説明
すると、酸化錫又は他の金属酸化物によってガラス瓶を
被覆するために用いられる液状の有機金属化合物を圧送
するために例えば適当な、本発明の一実施例による水中
型の容積式ポンプが図示されている。

第1,3図に示すように、ポンプ10は中空シリンダ12を
有し、このシリンダは閉ざされた作用下端部14と、内孔
16を備えた反対側の端部15とを備えている。直径上に向
い合った入口ポート及び排出ポート18,20は作用下端部1
4に隣接してシリンダ12中にそれぞれ形成されている。
排出管連結部22は排出ポート20を包囲する関係におい
て、シリンダ12の外部に固着されており、吐出しホース
24の一端を固着するためのカップリング23を備えてい
る。従って、圧送すべき流体は排出ポート20から吐出し
ホース24に向って圧送される。作用室26はシリンダ12中
に同様に形成してあり、作用下端部14とポート18,20と
によって画定され、ポート18,20と連通している。

ピストン28は内孔16を介してシリンダ12中に回転可能
及び往復運動可能に配設してあり、自由端30と被動端32
とを備えている。自由端30は扁平な凹部34を有し、この
凹部はピストン28がシリンダ12中において回転する時に
ポート18,20と順次流体連通される。従って、凹部34は
ポート18,20間のダクトとして作用し、ポート18,20を順
に交互に開放又は閉止する。凹部34はピストン28の頂部
にある作用室26の部分と共働して、シリンダ圧送室を形
成し、この圧送室によって流体をポート18,20の間に圧
送する。

ポンプ10の他側には、出力駆動軸38を備えた駆動モー
タ36があり、この駆動モータは基板40上に取付けられて
いる。電気ケーブル42はケーブル保護ホース44を通って
延長しており、ホース44はモータに動力を供給するため
にモータ36のハウジングに連結されている。小さなボス
48を備えたカラー又はヨーク46はボス48及び駆動軸38を
通って延長するピンのような適宜の手段によって駆動軸
38にキー止めされている。ヨーク46はソケット52を備え
ている。横方向に突出しているアース即ち横アーム54は
軸56の一端に固着してあり、このアーム54の他端にはボ
ールベアリング58が固着されている。ボール58はソケッ
ト52中に受入られて自在式のボールソケット継手を形成
する。そのため、駆動軸38が回転すると、軸56は容積式
ピストンポンプについての前記米国特許に記載されてい
るように周知の方法で回転し往復運動をする。

明らかなように、このボールソケット継手装置は軸56
に対する駆動軸38の回動を可能にする。周知のように往
復運動の量（従って、シリンダ12中のピストン28の位
置）は駆動軸38が軸56に対して回動する角度に依存して
変化する。そのためポンプ行程はこの角度によって変化
する。例えば、駆動軸38が軸56に対して最大限度回動す
ると、即ち、ポンプが最大ポンプ行程で作動している
と、ピストンはシリンダ12中の後退位置と伸長位置との
間において最大距離にわたって往復運動をする。

本発明によれば、ピストン28は延長軸60によって軸56
に連結されているので、モータ36はシリンダ12中のピス
トン28の回転と往復運動の両方を制御する。ピストンコ
ネクタ61はピストン28を延長軸60に連結するために延長
軸60の下端部に連結されている。この構成によれば、シ
リンダ12及びピストン28はドラム64中の液体62の底に沈
められており、モータ36及び組立体の駆動端の関係する
部材はドラム64及び液体62の外部に保持される。

これは、従来の技術によっては達せられなかった明確
な利点を与える。詳細には、シリンダ中の化合物は周囲
の空気にさらされないていないので、金属ヒドロキシ化
合物がピストンとシリンダ壁との間のスペースに形成さ
れる問題は克服される。そのためピストンがシリンダ中
に固着されることはない。また、従来の技術においての
これらの不利が克服されるので、米国特許第4,536,140
号に記載されたような油障壁は不要となる。

第１図に示したように、延長軸60は中空延長管66によ
り囲まれており、中空延長管66はシリンダ12の上端部15
に下端部が封止状に固着されていると共に、ドラム64の
外方に延長し、ブラケット68に上端部が固着されてい
る。基板40もブラケット68に固着されている。中空延長
管66はその下端部に通し孔70を、ドラム64から延長して
いる端部に通し孔72を、それぞれ備えている。このよう
に吐出しホース24は下方の通し孔70と中空延長管66とを
経て上部の通し孔72から外方に延長し、そこでロックリ
ング76により中空延長管66の外面に固着したカップリン
グ74に連結されている。

また、中空延長管66は別の１組の開口78を下端部に備
えており、これらの開口はシリンダ12への連結部よりも
少し上方の位置に形成されている。従って、中空延長管
66がシリンダ12の上端部に封止されているため、ドラム
64の液体がなくなっても（又は液位がシリンダ12の上方
のレベルよりも下方となっても）、液体はなおもピスト
ン28がシリンダ12の外方に延長する個所に存在してい
る。このようにシリンダ12の上端部に液体シールが形成
され、（ドラム64の交換時以外は）空気又は水蒸気がポ
ンプ中に侵入することはないため、ピストンとシリンダ
内側壁との間の金属ヒドロキシ化合物の生成が避けられ
る。そのため、ポンプの作動を妨害することのあるオイ
ルシールは不要となる。また十分な油圧を保つための装
置も不要となる。

明らかなように、前記のシールを形成するに足る高さ
に開口78が形成され、ドラム交換に際して液体のドレン
も可能にする。

第１図に示すように、ドラム64は中空延長管66がそれ
を通って延長している通し孔80を上端部に備えており、
中空延長管66はこの点でドラム64に固着されている。よ
り詳細には、ドラム64の通し孔80はボンドルねじ82を有
しており、雄ねじを備えたボンドルキャップ84はボンド
ルねじ82と係合して通し孔80のシールを与えるように、
中空延長管66に対する包囲関係に配設されている。ロッ
クリング85はボンドルキャップ84の直上にボルト86によ
って中空延長管66に固着してあり、ロックリング88はボ
ンドルキャップ84の直下においてボルト90により中空延
長管66に固着されている。このように、ボンドルキャッ
プ84は中空延長管66に固着されており、中空延長管66は
ドラム64に固着されている。

管閉止部材92は中空延長管66の上端部中に配設され、
ボルト86によりこれに固着されている。ボルト86は前述
したようにロックリング85を中空延長管66に固定するた
めにも用いられている。管閉止部材92は延長軸60を通過
させるための軸方向に延長する中心孔94と、吐出しホー
ス24を通過させるための別の軸方向に延長する開口96を
備えている。

やはり第１図に示したように、ブラケット板98は中空
延長管66の上端部中にボルト100によって同軸的に固着
されており、ボルト100は中空延長管66の外面にカップ
リング74を固着するためにも用いられている。ブラケッ
ト板98には駆動ベアリング102が固着してあり、駆動ベ
アリング102は軸56がその内部において回転し往復運動
をすることを許容するように軸56を包囲している。

しかし、前述したように、流体中に含有されたガス、
例えば空気、水素、二酸化炭素その他はポンプ作動の間
の流体の撹拌又は圧力及び温度の変化の結果として、シ
リンダ12のポンプ室中にしばしば放出される。そのた
め、放出されたガスは気泡を形成し、この気泡はシリン
ダ12のポンプ室にトラップされることによってポンプ10
の計量精度を低下させ、或る事情の下では、特にポンプ
がその最大能力よりも少ない能力の下に作動している場
合、即ち駆動軸38がその最大の程度よりも小さな角度で
軸56に対して回動した場合には流れを完全に阻止する。
一般に、気泡は引照によってその全体の開示が本明細書
に一体化された前記同一の承継人による米国特許出願に
より詳細に示されているように、ピストン28の凹部34と
シリンダ12の内側壁との間にトラップされる。

前記米国特許出願はこの問題を克服するために、軸56
に対する駆動軸38のどんな角度変位に対してもピストン
行程を変更することなくピストン28のシリンダ12中にお
いての後退位置と伸長位置とをシフトさせる構成を提供
する。そのため、流量を一定としてガスのトラップの問
題が除かれる。

特定的には、第２図に示すように、基板40は２つの細
長いわずかに円弧状のスロット104,106を備えており、
これらのスロットは延長軸60及びピストン28の軸線に沿
って延長する中心線108の全体的な方向に延長してお
り、スロット104,106は中心線108の両側に配置されてい
る。

ヨーク46及びモータ36を固定した摩擦板110は２個の
ピボットピン113,115（第２図に破線によって示す）を
有し、これらのピボットピンはそれぞれのスロット104,
106中に嵌合している。そのため、モータ36を回動（こ
れは、基板40に固着したグリップ112を保持してモータ3
6を駆動させることにより達せられる）させると、前述
のボールソケット継手によってヨーク46が軸56に対して
相対的に回動する。そのためポンプ行程が変化する。こ
のポンプ行程はグリッパ112に隣接したスケール114及び
指針116によって測定することができる。

一般に、ピボットピン113,115の間の距離はヨーク46
の１回転の間にボール58の中心が経過する円の直径にほ
ぼ等しい。

従来のポンプのシリンダ中の作用室に空気が侵入する
ことに関連した前記の問題は、以上に説明した構成によ
って避けられる。

本発明をその特定の実施例について以上に説明した
が、本発明はこの実施例以外にもいろいろと変化して実
施できるので、前述した特定の構成は単なる例示に過ぎ
ず、本発明を限定するものではない。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体中に完全に没することのできるシリン
   ダ手段であって、作用下端部、入口ポート、及び排出ポ
   ートにより画定される作用室を有する前記シリンダ手段
   と、 前記入口ポートから前記排出ポートへ液体を汲み出すた
   めに、前記シリンダ手段の中で後退位置と伸張位置との
   間で同時に回転運動と往復運動が可能なピストン手段で
   あって、前記作用室の中に配置された自由端を持ち、該
   自由端が液体を前記入口ポートと前記排出ポートとに交
   互に連絡するための凹部を有する前記ピストン手段と、 前記ピストン手段を駆動するための駆動手段と、 前記シリンダ手段の中で前記ピストン手段を回転可能且
   つ往復運動可能に駆動するために前記駆動手段に回動自
   在に連結された回動組立体と、 前記回動組立体を前記ピストン手段に連結するととも
   に、前記駆動手段及び回動組立体を前記液体の外に配置
   するための延長手段であって、前記回動組立体とピスト
   ン手段を繋ぐ延長軸と該延長軸を囲む中空延長管とを備
   えた前記延長手段と、 前記中空延長管がその下端を前記シリンダ手段の上端部
   に封止状に固着され、さらに前記液体の液面がシリンダ
   手段の上端部より下がった場合に、前記シリンダ手段の
   上端部で液体密封状態を維持するため、前記中空延長管
   が該封止固着部の僅か上部に開口部を有することを特徴
   とする水中型の容積式ピストンポンプ。
2. 【請求項２】前記シリンダ手段の前記排出ポートに接続
   されたホース手段を含み、該中空延長管内を通して前記
   ホース手段を通過させるために、前記中空延長管がその
   下端部及び上端部に開口を有する特許請求の範囲第１項
   記載の水中型の容積式ピストンポンプ。
3. 【請求項３】前記駆動手段に結合されたソケットをもっ
   たヨークと、前記延長軸に連結し横方向に延びたアーム
   手段と、該アーム手段に取り付けられ前記ソケットとは
   め合わされたボールを有する前記回動組立体から成る特
   許請求の範囲第１項記載の水中型の容積式ピストンポン
   プ。
4. 【請求項４】前記液体が上端部に開口を持つ容器に収納
   され、更に前記延長管が前記開口を通して延長するとと
   もに、該延長管を前記容器に結合するための手段を有す
   る特許請求の範囲第１項記載の水中型の容積式ピストン
   ポンプ。
5. 【請求項５】前記ピストン手段が前記伸張位置にある
   時、前記凹部が完全に前記作動室内に位置することを保
   証するように、前記駆動手段の回転運動中、該駆動手段
   を案内する手段を更に備えた特許請求の範囲第１項記載
   の水中型の容積式ピストンポンプ。
6. 【請求項６】前記案内手段は、前記駆動手段あるいは該
   駆動手段が取り付けられる基板のいずれか一方に前記ポ
   ンプの中心線の両側であってその中心線方向にわずかに
   カーブした２個の円弧状のスロットを設け、更に 前記駆動手段あるいは該駆動手段が取り付けられる基板
   のうち前記スロットが設けられていない他方に前記各ス
   ロットと嵌合する２個のピン手段を有して成る特許請求
   の範囲第５項記載の水中型の容積式ピストンポンプ。