JP3553529B2

JP3553529B2 - 往復動ポンプ

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Publication number: JP3553529B2
Application number: JP2001227722A
Authority: JP
Inventors: 盛久衣川
Original assignee: Tacmina Corp
Current assignee: Tacmina Corp
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP2003042069A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復動ポンプに関し、詳しくは、往復動する駆動手段としてダイヤフラムを用いて構成された往復動ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤフラムを駆動させて流体を搬送させる往復動ポンプは、従来から知られている。このような往復動ポンプは、モータ等の駆動手段で得られる回転運動をカムを介して直線往復運動に変換して、この直線往復運動にてダイヤフラムを駆動させるべく構成されている。
【０００３】
上記従来技術にかかる往復動ポンプは、一般的には、化学薬品や薬剤等を注入する際の、いわゆる定量注入等に用いられている。つまり、ダイヤフラムを用いて構成された往復動ポンプ（以下、単に「往復動ポンプ」ともいう。）は、従来から、定量搬送を必要とする箇所に設けられている。
【０００４】
しかし、以上のような利点（吐出流量の変動が少ないという利点）を有する往復動ポンプにも、次のような問題がある。
【０００５】
上記往復動ポンプは、ダイヤフラムの往復動に基づいて流体の搬送を行うわけであるが、その際には、ダイヤフラムが往動することによってポンプヘッド部内の流体が加圧されて押し出され（以下、「往動工程」という。）、ダイヤフラムが復動することによってポンプヘッド部内が減圧されて流体が引き込まれる（以下、「復動工程」という。）こととなる。従来技術にかかる往復動ポンプにおいては、このような比較的細かい動作たる往動工程と復動工程とを所定時間に所定回数繰り返すことによって、全体として定量搬送を可能とするが、一の往動工程と一の復動工程とを比較すれば、これらの工程間には、大きな吐出流量の差が存在する（基本的に、復動工程においては吐出は行わない。）。
すなわち、上記従来技術にかかる往復動ポンプにおいては、この吐出流量の差によって、搬送される流体に脈動が発生するという問題が生ずる。
【０００６】
そこで、このような問題を解決するための技術として、最近は、ダイヤフラムを有するポンプヘッドを二つ設けた構造の往復動ポンプが知られている。
【０００７】
図４は、従来技術にかかる往復動ポンプの概略斜視図を示したものである。図４において、往復動ポンプ２００は、第一のポンプヘッド部２１０と、第二のポンプヘッド部２２０と、これらのポンプヘッド部２１０，２２０に内包されているダイヤフラムを駆動させる駆動部２３０と、各ポンプヘッド部２１０，２２０における流体の流入側および流出側に設けられた逆止弁機構（例えば、バルブ部および弁座部等から成る）（図示省略）を有した接続部２１１，２１２，２２１，２２２等とを用いて構成されている。ここで、駆動部２３０は、例えば、電動モータ等を用いて構成されている。
【０００８】
往復動ポンプ２００には、液体の流入側に流入側配管部２４０が接続され、流出側に流出側配管部２５０が接続されている。具体的には、流入側配管部２４０に設けられた流入側フランジ部２４１，２４２と、ポンプ流入側フランジ部２１３，２２３とがボルト等を用いて連結され、流出側配管部２５０に設けられた流出側フランジ部２５１，２５２と、ポンプ流出側フランジ部２１４，２２４とがボルト等を用いて連結されることによって、往復動ポンプ２００と配管部２４０，２５０とが接続されている。
【０００９】
ここで、通常、各接続部２１１，２１２，２２１，２２２の一方の端部は、ポンプヘッド部２１０，２２０に螺合状態で固着されている。また、各接続部２１１，２１２，２２１，２２２の他方の端部には、フランジ部２１３，２１４，２２３，２２４が固着されている。
【００１０】
そして、上記往復動ポンプ２００を構成する各ポンプヘッド部２１０，２２０に内包されているダイヤフラムは、一方のダイヤフラムが往動工程のときは他方のダイヤフラムが復動工程となり、一方のダイヤフラムが復動工程のときは他方のダイヤフラムが往動工程となるように構成されている。
【００１１】
すなわち、図４に示された往復動ポンプによれば、一方のダイヤフラムが他方のダイヤフラムを、他方のダイヤフラムが一方のダイヤフラムを補完すべく駆動するので、従来問題であった脈動を効果的に改善可能な往復動ポンプを得ることができる。
【００１２】
なお、この従来技術にかかる往復動ポンプにおいては、各ダイヤフラムが、それぞれ１８０゜位相の異なるカムを用いて駆動させられており、各ダイヤフラムについては、所定方向（通常は吐出と反対方向）にダイヤフラムを付勢すべく、付勢手段（スプリング等）が設けられている。すなわち、従来技術においては、各ダイヤフラムに対して、それぞれカムおよび付勢手段を設けて、往復動ポンプが構成されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術にかかる往復動ポンプにおいては、次のような問題があった。
【００１４】
まず、従来技術にかかる往復動ポンプは、二つのダイヤフラムを二つのカムを用いて駆動させる構造であるため、装置の小型化が困難であるという問題があった。
【００１５】
また、上述したように、二つのダイヤフラムをそれぞれに対応したカムを用いて駆動させると、駆動軸が二つ存在することとなり、往復動ポンプ製造時においては、これらの二つの駆動軸を的確に調整する必要があった。つまり、従来技術においては、各カムおよびその周囲の構成要素を精度よく形成し、これらを正確に組み合わせて、一の駆動軸および他の駆動軸のそれぞれについて調整を行うと共に、一の駆動軸と他の駆動軸とのバランスも調整する必要があったため、その製造が煩雑で、高い加工精度を得ることが困難であった。
【００１６】
そこで、本発明は、上記従来技術にかかる往復動ポンプの問題を解決するためになされたものであって、脈動を防止することができると共に、装置の小型化・コンパクト化、および装置の加工精度の向上を実現可能な往復動ポンプを提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、往復動することによって流体を搬送させる流体搬送体を二つ用いて構成された往復動ポンプであって、第一流体搬送体の往復動面と第二流体搬送体の往復動面とが、略平行となるべく設けられ、前記第一流体搬送体の往復動面に略垂直な一の軸と、前記第二流体搬送体の往復動面に略垂直な他の軸とが、略同一の駆動軸上に位置すべく、それぞれの流体搬送体が配設され、前記駆動軸と略同一の軸上に一つのカムが設けられており、前記カムの回転駆動に基づいて、前記第一流体搬送体および第二流体搬送体が往復動し、前記駆動軸上における前記カムの両側には、前記第一流体搬送体に駆動力を伝達する第一伝達部と、前記第二流体搬送体に駆動力を伝達する第二伝達部とが設けられており、前記第一伝達部は、前記第一流体搬送体を直接的に駆動させるべく設けられ、前記第二伝達部は、連結伝達部を介して、前記第二流体搬送体を前記第一流体搬送体に近接した位置で駆動させるべく設けられていることを特徴としている。
【００１８】
このように構成された往復動ポンプによれば、従来と同様に二つの流体搬送体（例えば、ダイヤフラム）を有してはいるが、従来と異なり、一のカムにて二つの流体搬送体（第一および第二流体搬送体）が駆動可能に構成されている。したがって、このような構成によれば、従来のように二つの独立したポンプヘッド部を有する場合と比較して、装置の小型化・コンパクト化を実現することができる。
また、このような往復動ポンプによれば、各流体搬送体を駆動させる際の往復動面に略垂直な軸（一の軸および他の軸）が、一の駆動軸上に位置すべくそれぞれの流体搬送体が配設されているので、往復動ポンプを構成する際に、一の駆動軸のみを調整すればよい。したがって、従来のごとく二つの独立した駆動軸を有する場合のように、各軸毎の調整に加え各軸間の調整を行う必要がないため、製造が容易となり、高い加工精度を得ることが可能となる。
また、前記連結伝達部を設けることによって、前記第一流体搬送体と第二流体搬送体とを近接して配設することが可能となるため、流体搬送部および装置を小型化することができる。
また、このような構成によれば、流体搬送部を一つにまとめることによって、流体の流入経路および流出経路を近接して設けることが可能となるため、余計な配管等が不要となり、配管等を含めた装置全体をより小型化することができる。
【００２１】
また、本発明にかかる往復動ポンプにおいては、前記第一流体搬送体および第二流体搬送体が、一のポンプヘッドを介して対向配置されている構成が好ましい。すなわち、本発明にかかる往復動ポンプにおいては、第一流体搬送体の接液面と第二流体搬送体の接液面とが、搬送経路を有するポンプヘッドを介して略平行に対向し得るべく設けられ、第一流体搬送体の接液面と第二流体搬送体の接液面とポンプヘッド等とを用いて流体搬送領域が形成された構成が好ましい。
ここで「流体搬送領域」とは、各流体搬送体を駆動させることによって、前記ポンプヘッドの搬送経路に接続された配管部外に対しては漏洩させることなく、流体を適切に搬送させることが可能である領域をいう。
【００２２】
この好ましい構成によれば、対向する第一および第二流体搬送体の間に前記ポンプヘッドが設けられているので、一の流体搬送体の動きが他の流体搬送体に影響を与えず、各流体搬送体がそれぞれ所定の動きを適切に実施することができる。したがって、このような構成によれば、各流体搬送体における吐出流量が適切に保持され、効果的に搬送流体の脈動を防止することができる。
【００２３】
また、本発明にかかる往復動ポンプにおいては、前記流体搬送体が、ダイヤフラムおよびプランジャの少なくとも一方を用いて構成されている構成が好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態にかかる往復動ポンプの概略断面図を示したものである。この往復動ポンプは、ダイヤフラム（本発明の「流体搬送体」に相当）（第一ダイヤフラム１（本発明の「第一流体搬送体」に相当）および第二ダイヤフラム２（本発明の「第二流体搬送体」に相当））が往復動することによって流体の搬送を実現する流体搬送部１０と、ダイヤフラム１，２を適切なタイミングで駆動させる駆動力伝達部４０等とを用いて構成されている。
【００２６】
本実施形態にかかる往復動ポンプを成す流体搬送部１０は、第一ダイヤフラム１１と、第二ダイヤフラム１２と、ポンプヘッド１３と、このポンプヘッド１３と共にダイヤフラム１１，１２を挟持して支持するダイヤフラム支持体（第一ダイヤフラム支持体１４および第二ダイヤフラム支持体１５）と、ダイヤフラム１１，１２の接液面１１ａ，１２ａ側であってポンプヘッド１３と各ダイヤフラム１１，１２との間に形成された搬送流体流通部（第一搬送流体流通部１６および第二搬送流体流通部１７）と、ダイヤフラム１１，１２の裏面（接液面１１ａ，１２ａの裏面）に取り付けられたシャフト部（第一シャフト部１８および第二シャフト部１９）と、ダイヤフラム１１，１２の裏面側に設けられた漏洩防止用ダイヤフラム（第一漏洩防止用ダイヤフラム２１および第二漏洩防止用ダイヤフラム）等とを用いて構成されている。なお、上記漏洩防止用ダイヤフラム２１，２２も、ダイヤフラム１１，１２と同様に、シャフト部１８，１９に取り付けられている。ここで、各ダイヤフラム１１，１２は、その断面形状が、例えば、波形形状、曲面形状等に形成されている。
【００２７】
また、本実施形態にかかる往復動ポンプを成す駆動力伝達部４０は、電動モータ等の駆動力供給部（図示省略）からの駆動力を伝える伝達軸４１と、この伝達軸４１に取り付けられた偏心カム４２（本発明の「カム」に相当）と、この偏心カム４２の動きに基づいて往復動する伝達部（第一伝達部４３および第二伝達部４４）と、偏心カム４２の動きを伝達部４３，４４に伝えるローラ部（第一ローラ部４５および第二ローラ部４６）と、第二伝達部４４に連結された連結シャフト部５１等とを用いて構成されている。
【００２８】
この駆動力伝達部４０においては、各ローラ部４５，４６の略中心部に貫通して設けられている支持軸４５ａ，４６ａを用いて、各伝達部４３，４４に対応するローラ部４５，４６がそれぞれ取り付けられている。つまり、ローラ部４５，４６と伝達部４３，４４とは、一体的に往復動すべく構成されている。
【００２９】
また、第一伝達部４３には、第一ダイヤフラム１１の裏面側に設けられた第一シャフト部１８が取り付けられている。
さらに、第二伝達部４４には、連結シャフト部５１の一端部が取り付けられており、この連結シャフト部５１の他端部は、第二ダイヤフラム１２の裏面側に設けられた第二シャフト部１９に、連結板５２を介して取り付けられている。連結シャフト部５１および第二シャフト部１９は、ナット等の締結手段にて連結板５２と締結されている。また、連結シャフト部５１の他端部は、第一伝達部４３を挿通した状態で連結板５２に取り付けられており、連結シャフト５１と第一伝達部４３の挿通部分との間には、すべり軸受け等が設けられている。
【００３０】
つまり、本実施形態によれば、第一伝達部４３の動きに応じて、第一シャフト部１８および第一ダイヤフラム１１が直接的に駆動し、第二伝達部４４の動きに応じて、第二シャフト部１９および第二ダイヤフラム１２が、連結シャフト部５１等（本発明の「連結伝達部」に相当）を介して駆動することとなる。
【００３１】
また、本実施形態にかかる往復動ポンプにおいては、第一伝達部４３と第一シャフト部１８との間に付勢手段支持部６２が設けられており、この付勢手段支持部６２は、連結シャフト部５１に取り付けられている。そして、この付勢手段支持部６２と第一伝達部４３との間には、スプリング等から成る付勢手段６１が設けられており、この付勢手段６１によって、第一伝達部４３が偏心カム４２側に押される方向に付勢され、また第二伝達部４４が偏心カム４２側に、連結シャフト部５１を介して引っ張られる方向に付勢される。つまり、本実施形態によれば、この図１に示すように付勢手段６１および付勢手段支持部６２を設けたことによって、各伝達部４３，４４が偏心カム４２側に付勢され、各伝達部４３，４４に対応する各ローラ部４５，４６は、常に偏心カム４２に接することとなる。
【００３２】
次に、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図を示したものである。また、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図を示したものである。
【００３３】
この図２および図３に示すように、往復動ポンプを構成するポンプヘッド１３には、流体を搬送する際の搬送経路１３１，１３２が形成されている。そして、流入側の搬送経路１３１，１３２は、一の流入経路１３３に連通すべく形成され、流出側の搬送経路１３１，１３２は、一の流出経路１３４に連通すべく形成されている。
【００３４】
そして、流入経路１３３と流入側の搬送経路１３１，１３２との間、および流出側の搬送経路１３１，１３２と流出経路１３４との間には、図２および図３に示すべく、それぞれ逆止弁（流入側逆止弁１３５，１３６、流出側逆止弁１３７，１３８）が設けられている。ここで、各逆止弁１３５〜１３８は、それぞれボールチャッキを二個用いて構成されている。
【００３５】
以上のように、本実施形態にかかる往復動ポンプは、流体搬送部１０、駆動力伝達部４０等を用いて構成されており、次のように機能する。
【００３６】
本実施形態にかかる往復動ポンプにおいては、まずはじめに、電動モータ等（図示省略）を回転させて、この回転力を伝達軸４１に伝える。
【００３７】
次に、この伝達軸４１によって偏心カム４２を回転させ、この偏心カム４２の回転によって、各ローラ部４５，４６を介して、第一伝達部４３および第二伝達部４４を往復動させる。
ここでは、上述した構成に基づき、付勢手段６１の付勢力によって第一伝達部４３および第二伝達部４４が偏心カム４２側に付勢されているため、偏心カム４２の回転にともなって、第一および第二伝達部４３，４４が一体的に往復動する。
【００３８】
そして、この往復動は、第一伝達部４３においては、第一シャフト部１８を介して第一ダイヤフラム１１に伝達され、第二伝達部４４においては、連結シャフト部５１、連結板５２、および第二シャフト部１９を介して第二ダイヤフラム１２に伝達される。つまり、偏心カム４２の回転に応じて、各ダイヤフラム１１，１２は、位相が１８０°異なる状態で往復動する。
【００３９】
次に、以上のように各ダイヤフラム１１，１２が往復動することによって、各逆止弁１３５〜１３８には正圧および負圧が交互に作用することとなる。
つまり、偏心カム４２の回転によって第一ダイヤフラム１１が往復動すれば、この往復動による正圧・負圧が、第一搬送流体流通部１６および搬送経路１３１，１３１を介して流入側逆止弁１３５および流出側逆止弁１３７に伝えられ、この正圧・負圧の繰り返しによって逆止弁１３５，１３７が開閉して、流体の搬送が行われる。また、第二ダイヤフラム１２が往復動する場合も、上記第一ダイヤフラム１１の場合と同様に、第二ダイヤフラム１２の往復動による正圧・負圧が、第二搬送流体流通部１７および搬送経路１３２，１３２を介して逆止弁１３６，１３８に伝えられ、この正圧・負圧の繰り返しによって逆止弁１３６，１３８が開閉して、流体の搬送が行われる。
【００４０】
本実施形態においては、流入経路１３３に流入側の搬送経路１３１，１３２が連通され、流出経路１３４に流出側の搬送経路１３１，１３２が連通されており、上記ダイヤフラム１１，１２が１８０°異なる位相で往復動しているため、流入経路１３３からは一定流量の流体が流入され、流出経路１３４からは一定流量の流体が流出されることとなる。また、偏心カム４２の回転数を変化させることによって、各ダイヤフラム１１，１２の単位時間あたりの往復動回数を増減させることが可能となるため、容易に所望流量の搬送を行うことができる。
【００４１】
以上のように構成され、そして機能する本実施形態にかかる往復動ポンプは、かかる構成および機能の少なくとも一方に基づいて、以下のような特徴を有することとなる。
【００４２】
本実施形態にかかる往復動ポンプは、二つのダイヤフラム１１，１２を有し、これらの各接液面１１ａ，１２ａは、搬送流体流通部１６，１７およびポンプヘッド１３を介して略平行となるべく設けられている。さらに、各ダイヤフラム１１，１２の裏面側には、一の偏心カム４２にて往復駆動するシャフト部１８，１９が設けられている。
【００４３】
つまり、本実施形態にかかる往復動ポンプも、従来と同様に二つのダイヤフラムを有しているが、本実施形態によれば、二つのダイヤフラム１１，１２が一の偏心カム４２にて駆動可能に構成され、これらのダイヤフラム１１，１２等は、一のポンプヘッド１３にて流体を搬送させるべく設けられている。したがって、本実施形態によれば、従来のように二つの独立したポンプヘッド部を有する場合と比較して、装置の小型化・コンパクト化を実現することができる。
【００４４】
また、本実施形態にかかる往復動ポンプにおいては、第一ダイヤフラム１１の往復動面（接液面１１ａ）に略垂直な軸（本発明の「一の軸」に相当）と、第二ダイヤフラム１２の往復動面（接液面１２ａ）に略垂直な軸（本発明の「他の軸」に相当）とが、図１のＸ−Ｘ軸（本発明の「駆動軸」に相当）上に位置すべく、それぞれのダイヤフラム１１，１２が配設されている。また、偏心カム４２も、Ｘ−Ｘ軸上に設けられている。
つまり、本実施形態にかかる往復動ポンプは、一つの駆動軸（Ｘ−Ｘ軸）上に設けられた偏心カム４２で、この駆動軸上のダイヤフラム１１，１２を往復動させるべく構成されている。
【００４５】
したがって、本実施形態によれば、往復動ポンプを構成する際に、一の駆動軸のみを調整すればよいため、従来のごとく二つの独立した駆動軸を有する場合と比較して（すなわち、各軸毎の調整に加え各軸間の調整を行う必要がないため）、製造が容易となり、また高い加工精度を得ることが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態においては、連結シャフト５１を設けることによって、第一ダイヤフラム１１と第二ダイヤフラム１２とを対向配置可能としている。つまり、連結シャフト５１によって、一のポンプヘッド１３で、二つのダイヤフラム１１，１２を有する往復動ポンプを実現している。
したがって、本実施形態によれば、ポンプヘッド１３およびダイヤフラム１１，１２等にて構成される流体搬送部１０をコンパクトに一つにまとめることが可能となり、より装置を小型化することができる。
さらに、流体搬送部１０を一つにまとめることによって、流体の流入経路１３３および流出経路１３４を近接して設けることが可能となるため、余計な配管等が不要となり、より効果的に脈動を防止することができる。
【００４７】
さらに、本実施形態にかかる往復動ポンプによれば、対向するダイヤフラム１１，１２の間にポンプヘッド１３が設けられているので、一のダイヤフラムの動きが他のダイヤフラムに対して悪影響等を及ぼすことなく、各ダイヤフラムがそれぞれ所定の動きを適切に実施することができる。したがって、本実施形態によれば、各ダイヤフラムにおける吐出流量が適切に保持され、効果的に搬送流体の脈動を防止することが可能な往復動ポンプを得ることができる。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
本実施形態においては、流体搬送体としてダイヤフラムを用いた場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。したがって、流体搬送体は、往復動することによって流体を搬送可能であれば、何らかの要素に限定されず、例えば、プランジャ等を用いることもできる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、脈動を防止しつつ、装置の小型化・コンパクト化、および装置の加工精度の向上を実現可能な往復動ポンプを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる往復動ポンプの概略断面図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図
【図４】従来技術にかかる往復動ポンプの概略斜視図
【符号の説明】
１０…流体搬送部、１１…第一ダイヤフラム、１２…第二ダイヤフラム、１３…ポンプヘッド、１４…第一ダイヤフラム支持体、１５…第二ダイヤフラム支持体、１６…第一搬送流体流通部、１７…第二搬送流体流通部、１８…第一シャフト部、１９…第二シャフト部、２１…第一漏洩防止用ダイヤフラム、２２…第二漏洩防止用ダイヤフラム、４０…駆動力伝達部、４１…伝達軸、４２…偏心カム、４３…第一伝達部、４４…第二伝達部、４５…第一ローラ部、４５ａ…支持軸、４６…第二ローラ部、４６ａ…支持軸、５１…連結シャフト部、５２…連結板、１３１，１３２…搬送経路、１３３…流入経路、１３４…流出経路、１３５，１３６…流入側逆止弁、１３７，１３８…流出側逆止弁

Claims

往復動することによって流体を搬送させる流体搬送体を二つ用いて構成された往復動ポンプであって、
第一流体搬送体の往復動面と第二流体搬送体の往復動面とが、略平行となるべく設けられ、
前記第一流体搬送体の往復動面に略垂直な一の軸と、前記第二流体搬送体の往復動面に略垂直な他の軸とが、略同一の駆動軸上に位置すべく、それぞれの流体搬送体が配設され、
前記駆動軸と略同一の軸上に一つのカムが設けられており、
前記カムの回転駆動に基づいて、前記第一流体搬送体および第二流体搬送体が往復動し、
前記駆動軸上における前記カムの両側には、前記第一流体搬送体に駆動力を伝達する第一伝達部と、前記第二流体搬送体に駆動力を伝達する第二伝達部とが設けられており、
前記第一伝達部は、前記第一流体搬送体を直接的に駆動させるべく設けられ、
前記第二伝達部は、連結伝達部を介して、前記第二流体搬送体を前記第一流体搬送体に近接した位置で駆動させるべく設けられていることを特徴とする往復動ポンプ。
前記第一流体搬送体および第二流体搬送体が、一のポンプヘッドを介して対向配置されている請求項１に記載の往復動ポンプ。
前記流体搬送体が、ダイヤフラムおよびプランジャの少なくとも一方を用いて構成されている請求項１または２に記載の往復動ポンプ。