(57)【要約】【課題】水素ポンプ等としても使用し得る脈動を実質的に引き起こすことなく、連続して吸引し、一定の流量及び圧力で、連続して吐出し得るベローズポンプを提供する。【解決手段】伸縮により流体を吸引・吐出する複数のベローズを具備してなり、該ベローズの一方が流体を吸引するときは、他方のベローズは流体を吐出するように構成し、複数のベローズの合計流体吸引量と吐出量とを均一化した。【選択図】図７
2004124928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮により流体を吸引・吐出する複数のベローズを具備してなり、該ベローズの一方が流体を吸引するときは、他方のベローズは流体を吐出するように構成し、複数のベローズの流体吸引量と吐出量とを均一化したことを特徴とするベローズポンプ。
【請求項２】
前記ベローズに弾性体を内装し、該弾性体の力によりベローズが伸長するように形成する請求項１記載のベローズポンプ。
【請求項３】
前記ベローズは、流体を吸引することによって開く吸引側逆止弁と流体を吐出することによって開く吐出側逆止弁とを具備する請求項１又は２記載のベローズポンプ。
【請求項４】
前記複数のベローズの押圧を回転するカムによって行い、該カムによる押圧度合いを変化させることによって、流体の吸入・吐出を行う請求項１〜３のいずれかに記載のベローズポンプ。
【請求項５】
前記ベローズは、ベローズ先端のカムホロアを押圧することによって伸縮し得るように形成され、該カムホロアは常時カムに当接するように形成されている請求項４記載のベローズポンプ。
【請求項６】
前記ベローズは、一方が吸引すれば他方が吐出するように対向配設した１組のベローズを、１組以上配設してなる請求項１〜５のいずれかに記載のベローズポンプ。
【請求項７】
前記カムは、モータの回転軸に連設したシャフトに外嵌固定してなる請求項１〜６のいずれかに記載のベローズポンプ。
【請求項８】
流体を連続的に吸引し、連続的に吐出し得るようにして脈動を平準化させた請求項１〜６のいずれかに記載のベローズポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のベローズから単一のポンプを構成したベローズポンプに係り、詳記すれば流体を連続的に吸引し、連続的に吐出し得るようにして脈動を平準化させたベローズポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベローズポンプは従来から公知であるが、従来のベローズポンプは、単一のベローズから形成されているので、流体の供給が断続的となり（バッチ式）連続的に供給することができない構造になっていた。そのため従来は、例えば半導体装置の製造工程において、薬液を一定の吐出量で供給する目的等に使用されていたが、気体の移送に使用すると、激しい脈動が生じるので、気体用のポンプとしては殆ど使用されていない。
【０００３】
一方、最近は水素ポンプも提案されているが、水素は非常に漏れ易いので、未だ実用上満足のいく水素ポンプは、開発されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、水素ポンプ等としても使用し得る脈動を実質的に引き起こすことなく、連続して吸引し、一定の流量及び圧力で、連続して吐出し得るベローズポンプを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者は鋭意研究の結果、ベローズポンプは、水素等の気体が漏れ難い構造であることに着目し、複数のベローズの一方が流体を吸引するときは、他方のベローズは流体を吐出するように構成し、複数のベローズの流体吸引量と吐出量とを均一化することにより、脈動を実質的に引き起こさないようにできることを見出し、本発明に到達した。
【０００６】
即ち、本発明は、伸縮により流体を吸引・吐出する複数のベローズを具備してなり、該ベローズの一方が流体を吸引するときは、他方のベローズは流体を吐出するように構成し、複数のベローズの流体吸引量と吐出量とを均一化したことを特徴とする。
【０００７】
ベローズにコイルスプリングのような弾性体を内装し、該弾性体の力によりベローズを伸縮するように形成するのが好ましい（請求項２）。
【０００８】
ベローズは、流体を吸引することによって開く吸引側逆止弁と流体を吐出することによって開く吐出側逆止弁とを具備するのが良い（請求項３）。
【０００９】
複数のベローズの押圧を回転するカムによって行い、該カムによる押圧の度合いを変化させることによって、流体の吸入・吐出を行うのが良い（請求項４）。
【００１０】
ベローズは、ベローズ先端のカムホロアを押圧することによって伸縮し得るように形成し、該カムホロアは常時カムに当接するように形成すると良い（請求項５）。
【００１１】
ベローズは、一方が吸引すれば他方が吐出するように対向配設した１組のベローズを、１組以上、特に好ましくは２組以上配設するのが良い（請求項６）。
【００１２】
カムは、モータの回転軸に連設したシャフトに外嵌固定するのが良い（請求項７）。
【００１３】
本発明のベローズポンプは、流体を連続的に吸引し、連続的に吐出し得るようにして脈動を平準化させたポンプとすることができる（請求項８）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１実施例を示すもので、対向して１組のベローズ２が直交するように２組配設され、全てのベローズ２（Ａ〜Ｄ）は、中央の偏心カム１に常時接触して、伸縮し、ベローズの伸長時流体を吸引し、ベローズの圧縮時流体を吐出するように構成した例を示す。
【００１６】
ベローズ２の一端開口部には、ベローズ２から流体を吐出するときに開く吐出側逆止弁３と、ベローズ２内に流体を吸引するときに開く吸入側逆止弁４が装着されている。この逆止弁３，４の一方が開くときは、他方は閉じるようになっている。
【００１７】
吐出側逆止弁３を通って排出された流体は、配管５を通って吐出口６から排出される。上記実施例では、４個のベローズ２のうちの吐出となる２個のベローズからの流体が一緒になって吐出口６から排出される。
【００１８】
吸入口７から吸引された流体は、配管８を通って、吸入側逆止弁４からベローズ２内に吸入される。上記実施例では、流体を吐出していない２個のベローズ２の吸入側逆止弁４から吸入される。
【００１９】
上記実施例においては、ステンレス製ベローズ２に、コイルスプリング９が内装され、ベローズ２はコイルスプリング９の力に抗して押圧され、押圧を解くとコイルスプリング９の弾発力によって伸長するようになっている。ステンレス製のベローズ２は、このままでも押圧を解くと伸長する性質を有するが、コイルスプリングのような弾性体を内装することによって、ベローズ２の負担を軽減することができることから、ベローズ２が長持ちするので好ましい。
【００２０】
図２に示すように、ベローズ２は、その先端のネジ穴に螺合装着したカムフォロア１０を介してカム１に当接している。カム１外周面１１には、凹状溝（図示省略）がリング状に形成され、該凹状溝にカムフォロア１０先端の半球状体が嵌合している。
【００２１】
カム１は、カムを連設した筒体１９を上端と下端にベアリング１２，１２´を嵌合したシャフト１３に嵌合させ、同筒体１９に螺子１４をネジ込み、螺子先端でシャフト１４の孔に螺合させて固定している。シャフト１３上端には、モータ１５の回転軸が連結され、カム１を所定の速度で回転させるようになっている。
【００２２】
ベローズ２は、伸縮に際し、偏心カム１の軌道からカムフォロア１０が外れるような動きをするので、これを制御するため、図３に示す第２実施例では、ベローズ２先端の上部と下部とにホルダー１６，１６´を設け、更にカムフォロア１０下部にも先端にコロを連結したガイド部材１７を連結し、コロがスライド板１８の溝を回転しながら前後動するようにして、カムフォロア１０の逸脱を防ぐ構造としている。尚ホルダー１６，１６´先端も、コロがレール内を移動する構造としている。カムフォロア１０の逸脱を防ぐものであるなら、ガイドをどのように構成しても良いのは勿論である。
【００２３】
図３中、符号２１は、駆動制御部であり、流量検出器等によって吐出する流体の圧力及び／又は流量を検出し、該検出した信号に基づいて、制御装置によって、モータ１５の回転速度を制御し、カム１の回転速度を制御して、所定の圧力の流体を吸引吐出し得るように構成している。このように構成することによって、負荷変動（圧力・流量の需要変化）にも追従できる。
【００２４】
図１〜図３に示すベローズポンプは、等間隔リング状に４個（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）配設しているので、各々のベローズＡ〜Ｄは、９０°の位相差で伸縮することになるから、図４に示すように、カム１が１回転（０°〜３６０°）する間、一定の出力（平準線）が得られ、吐出量が連続的に平準化され、脈動を抑えることができる。図４の逆止弁カット線より下の点線部分は、逆止線によりカットされるため、実際には出口圧力として検知されない。
【００２５】
本発明のベローズは、一方が吸引時は他方は吐出となるように対向して配設した１組のベローズを１組以上、特に好ましくは２組以上設けるのが良い。１組でも相当平準化されるが、２組以上にすると圧力、流量に実質的に脈動を与えず、連続した供給が可能となる。
【００２６】
図５は、本発明の第２実施例を示すものであり、下面が傾斜したリードカム１´を使用した例を示す。
【００２７】
リードカム１´の傾斜面には、リング状凹状溝２０が形成され、同凹状溝２０にベローズ２上端のカムフォロア１０が遊嵌保持されるようになっている。
【００２８】
ベローズ２内には、ベローズ２の伸縮を補強するためのコイルスプリング９が内装され、同ベローズ２は筒状のベロー振れ止めパイプガイド２２に伸縮自在に嵌合している。尚、コイルスプリング９下端は、スプリング受け皿２３に固定されている。
【００２９】
リードカム１´を連設した筒体１９は、シャフト１３に嵌合保持され、シャフト１３下端にはベアリング１２が外嵌し、上端はモータの回転軸に連結するようになっている。
【００３０】
リードカム１´の上端とベアリングガイド２５上端には、一緒になってリング状凹状溝が形成され、同リング状凹状溝に軸振れ防止ベアリング２４が嵌合保持されている。尚ベアリングガイド２５は、ボルト２６で装置本体に固定されている。
【００３１】
上記実施例では、ベローズ２は対向して１組配設したが、より脈動を少なくさせるには、対向して２組以上配設するのが良い。
【００３２】
図６〜図８は、本発明の第３実施例を示すものであり、ベローズ２上端には細長い板体２７が直径方向に固定され、同板体２７のベローズより外側の両側部分の貫通孔には、対向して筒形の摺動式ガイド孔（ブッシュ型）２８が固定され、同ガイド孔２８に底板２９と上板３０とを連結する柱状体３１，３１´が嵌挿されている。従って、ベローズ２は、同柱状体３１，３１´に案内されて上下動するようになっている。尚、上板３０には、電動機１５´が固定されている。
【００３３】
電動機１５´の回転軸に連設されたシャフト１３´の上下には、板体３０と底板２９にそれぞれ固定されたベアリング１２，１２´が外嵌され、シャフト１３´がスムーズに回転し得るようになっている。同シャフト１３´には、円板状カム（平カム）１ａが斜設嵌合され、同円板状カム１ａの上下両側部が、対向するベローズ２，２の上端中央の回転し得るカムローラー（カムフォロア）１０´を押圧するようになっている。
【００３４】
図７に示す状態から９０°回転すると、対向するベローズ２，２を円板状カム１ａが水平状態となったような高さで押圧しているようになり、１８０°回転すると、図７と逆方向に同じ角度で傾斜して押圧しているようになる。
【００３５】
図８に示すように、流体の流路が底板２９内に形成され、流体の入口７´と流体の出口８´に外部配管が連結されるようになっている。このように構成すると、容易に流体の漏れを実質的にゼロとすることができる。
【００３６】
ベローズ２へ流体を吸引するときに開く吸引側逆止弁と流体を吐出するときに開く吐出側逆止弁とは、底板２９上に立設固定された円筒体３２，３２に内装固定されている。ベローズ２は、この円筒体３２，３２を内装するように底板２９に固定される。
【００３７】
本発明のポンプは、ピストンを使用せずにベローズを使用しているので、気体や液体の漏れを実質的に皆無とすることが可能であるから、水素ポンプや燃料電池用ポンプとして実用上充分使用し得る。
【００３８】
また本発明によれば、複数のベローズを所定間隔毎にづらして伸縮させることによって、所定量の流体を連続的に吸引し、所定量の流体を連続的に吐出させることができるから、伸縮時に発生する脈動を平準化させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、複数のベローズの伸縮を連続的・同期的に行うことによって、一定の流量及び圧力で連続して吸引し、連続して吐出することができるので、脈動を引き起こすことを回避することができると共に、ベローズポンプは流体の漏れを無くすことができるので、極めて簡単な構成により、水素ポンプや燃料電池用ポンプとして支障なく使用できるという絶大な効果を発揮する。
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す平面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す側面図である。
【図４】図１のポンプを使用した流体の吸・排気の波形を示す線図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す断面図である。
【図６】本発明の第３実施例を示す平面図である。
【図７】図６の側面図である。
【図８】図６の底板の平面図である。
図６の底板の一部断面図である。
【符号の説明】
１，１′，１ａ　　　　　カム
２，Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄ　　　ベローズ
３　　　　　　　　　　　　吐出側逆止弁
４　　　　　　　　　　　　吸入側逆止弁
９　　　　　　　　　　　　コイルスプリング（弾性体）
１０，１０´　　　　　　　カムフォロア
１３，１３´　　　　　　　シャフト
１５，１５´　　　　　　　モータ（電動機）
【図１】
2004124928.tif 000003
【図２】
2004124928.tif 000004
【図３】
2004124928.tif 000005
【図４】
2004124928.tif 000006
【図５】
2004124928.tif 000007
【図６】
2004124928.tif 000008
【図７】
2004124928.tif 000009
【図８】
2004124928.tif 000010