(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に連通する吸い込み口および吐き出し口を持つベローズを有する高圧ベローズポンプにおいて、
前記ベローズは、一端を押す偏心カムからなる回転接触式伸縮手段により伸縮されるとともに、自己弾性により内部圧力に対する耐圧性を有しており、山側および谷側がそれぞれ所定の半径で曲げられ、内圧１Ｍｐａないし６Ｍｐａで使用され、板厚ｔが０．２ｍｍないし０．４ｍｍ、外径φＤがφ１０ｍｍないしφ３０ｍｍ、内径φｄが、ｄ≧（Ｄ／１．４）、自由長Ｌ０が、Ｌ０＝Ｌｍｉｎ＋δ＝２ＲｉＮβ＋δ（βは係数で１＜β＜１．４の範囲、Ｌｍｉｎは最小長、δはたわみ、Ｒｉは谷側の曲げ半径、Ｎは山数を示す）であることを特徴とする高圧ベローズポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体を完全密閉し、高圧搬送するためのポンプとして使用される高圧ベローズポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のベローズポンプの一例を図４に示す。シリンダー型のケーシング１１中にベローズ１７が配置されている。このベローズ１７は、往復動する円板１６とケーシング１１の後壁１２との間に、両端が密閉式に取りつけられている。またケーシング１１の前壁１４にはそれぞれチェック弁２１，２２を持つ吸い込み管１９と吐き出し管２０が取り付けられている。そして、円板１６が往復動することにより、ケーシング１１内の空間１８の容積が増減して、流体等を、吸い込み管２１より吸入し、吐き出し管２２より吐出する。
【０００３】
また、図５に他の例を示す。シリンダー型のケーシング１１中に、ベローズ１７が配置されている。このベローズ１７は、ピストン１３と前壁１４間に、両端が密閉式に取りつけられている。前壁１４には、ベローズ１７の内側と外側にそれぞれ連通し、かつ、チェック弁２１，２１ａ，２２，２２ａを持つ吸い込み管１９，１９ａと、吐き出し管２０，２０ａが取りつけられている。
そして、ピストン１３が往復動することにより、ベローズ１７の外側の空間１８とベローズ１７の内側の空間１５の容積が同期して増減し、空間１８，１５を通る流体等をそれぞれ吸入、吐出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記図４に示す従来例においては、ベローズの伸縮を重視するため、板厚をできるだけ薄くしている。そのため耐圧性が低い、すなわち、高圧ポンプとしては使用できないという問題点があった。また図５に示す従来例においては、高圧にするため、ベローズの差圧を抑えるよう、複雑なピストンなどを使用した構成になっている。したがって、複雑，高価，大型になるという問題点があった。本発明は、これらの問題点を解決することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明による高圧ベローズポンプは、内部に連通する吸い込み口および吐き出し口を持つベローズを有する高圧ベローズポンプにおいて、前記ベローズは、一端を押す偏心カムからなる回転接触式伸縮手段により伸縮されるとともに、自己弾性により内部圧力に対する耐圧性を有しており、山側および谷側がそれぞれ所定の半径で曲げられ、内圧１Ｍｐａないし６Ｍｐａで使用され、板厚ｔが０．２ｍｍないし０．４ｍｍ、外径φＤがφ１０ｍｍないしφ３０ｍｍ、内径φｄが、ｄ≧（Ｄ／１．４）、自由長Ｌ０が、Ｌ０＝Ｌｍｉｎ＋δ＝２ＲｉＮβ＋δ（βは係数で１＜β＜１．４の範囲、Ｌｍｉｎは最小長、δはたわみ、Ｒｉは谷側の曲げ半径、Ｎは山数を示す）であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１において、左右が円筒型に突出するケーシング１１ａがあり、左右の円筒部に耐圧性を持つベローズ、すなわち耐圧ベローズ１がそれぞれ配置される。各円筒部の外端には、吸い込み口７と吐き出し口８をもつ前端板６が設けられる。耐圧ベローズ１の外側端は、ベース５を介して前端板６に密封式に溶接されている。吸い込み口７と吐き出し口８は、耐圧ベローズ１の内側に連通し、チェック弁２１，２２を持っている。耐圧ベローズ１の内側端は、タペット（端板）３に密封式に溶接されている。
【０００９】
ケーシング１１ａの中央には、円筒部の軸心に直交して回転接触式伸縮手段、すなわち偏心カム（またはローラ）２を持つシャフト４が配置されている。偏心カム２はタペット３に接触している。ケーシング１１ａ内の耐圧ベローズ１の外側には潤滑油２９が充填され、大気圧となっている。
【００１０】
図中、２６はタペット３のベアリング，２５はシャフト４のベアリング，２７はシャフト４のオイルシールである。
以上において、シャフト４が回転すると、偏心カム２によりタペット３が押されて耐圧ベローズ１が伸縮し、内部の流体２８が高圧で搬送される。耐圧ベローズ１は、所定の板厚と、山谷部が所定の半径で曲げられた弾性体製なので、耐圧性を有するとともに、偏心カム２の戻り工程で自己伸長する。したがって、伸長用のリターンスプリングなどは必要とせず、シンプルな構成となる。
【００１１】
以下、吐き出し量、１ベローズにつき、１往復当たり１ｃｍ3 以下、圧力、１ＭＰａ〜６ＭＰａ用の耐圧ベローズにつき、詳しく説明する。
耐圧ベローズ１は、図２に示すように、山３０側が半径Ｒo ，谷３１側が半径Ｒi で曲がったじゃばら形状である。以下に使用する各寸法の、外径φＤ，内径φｄ，山高さｈ，板厚ｔ，自由長Ｌo ，最小長Ｌmin ，たわみδ，ピッチｐは図示のとおりである。
【００１２】
伸縮による発生応力σは、式（１）で表される。
σ＝３Ｅｔδ／［８（ｐ／２）0.5 ｈ1.5 Ｎ］    （１）
ただし、Ｅ：縦弾性係数，Ｎ：山数，ｔ，δ，ｐ，ｈは前記参照。
また内圧による発生応力σは、式（２）で表される。
σ＝Ｐｈ2 ／３００ｔ2                         （２）
ただし、Ｐ：内圧，ｈ，ｔは前記参照。
内圧によるベローズの座屈は、式（３）による。
Ｎ＝［６００Ｋ／（ｐＰ）］1/2 α              （３）
ただし、Ｎ：許容山数、Ｋ：１山あたりばね定数、α：係数、ｐ，Ｐは前記参照。
【００１３】
以上の式（１）〜（３）を用いて、耐圧ベローズの形状寸法を、順次以下のとおり設定する。
（ａ）ベローズに耐圧性を持たせるため、板厚ｔを、ｔ＝０．２ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲とする（従来のものは０．１５ｍｍ前後）。
なんとなれば、図３にベローズに圧力とたわみが作用した時の、発生応力σと板厚ｔの曲線を示す。この図より、内圧１〜６ＭＰａの範囲で発生応力を低減できる板厚範囲は０．２ｍｍ〜０．４ｍｍとなるからである。
山と谷部については、内圧により谷部の曲がり部は圧縮されるため、山部の曲がり部より発生応力は高い。したがって、谷部の発生応力を低減するため、谷部の曲げ半径Ｒi を山部の曲げ半径Ｒo より大きくする。さらに、山高さを低くするため、外径と内径の比を１．４：１以下とする。
【００１４】
（ｂ）コンパクト化を図るため、外径φＤを、φＤ＝φ１０ｍｍ〜φ３０ｍｍの範囲とする。なんとなれば、φ１０ｍｍ以下の場合、製造が困難である。φ３０ｍｍ以上の場合、内容積が大きくなり、ポンプ効率が低下するからである。さらに、自由長Ｌ０を式（４）で決定し、できるだけ短くすることで、圧力による座屈防止対策と、内容積を小さくし、容積効率をアップする。
Ｌ０＝Ｌｍｉｎ＋δ＝２ＲｉＮβ＋δ（４）
ただし、βは係数で、１＜β＜１．４の範囲とする（従来のものは２以上）
ここで、Ｌｍｉｎ：最小長、δ、Ｒｉ  、Ｎは上記参照。
【００１５】
また、谷側の曲げ半径Ｒi をＲi ＝０．５ｍｍ〜０．７ｍｍｎの範囲とする。なんとなれば、圧力による発生応力を低減するには、曲げ半径は大きい方がよい。しかし、コンパクト化するには逆に小さい方がよい。また、製造面から曲げ半径は小さ過ぎると、しわやクラックが発生し、耐久性低下の危険性がある。これらを勘案した最良の範囲が上記である。
さらに、山数Ｎを、Ｎ≦３０とする。
これは、式（３）より、内圧による座屈を防止するには、内圧が高くなるにつれ許容山数を少なくする必要がある。またコンパクト化には、山数を少なくすることが有利であるためである。
【００１６】
（ｃ）たわみ（伸縮量）δを、δ≦１．５ｍｍとする。
これは、圧力による発生応力低減のため、板厚を厚くしたためである。
以上のように、耐圧ベローズ１の諸寸法を設定することにより、シンプルで小型の高圧ベローズポンプが得られる。なお、上記では、耐圧ベローズ１を左右に配置したが、１個のみとしてもよいし、３個以上配置してもよい。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は次の効果を奏する。
（１）回転接触式伸縮手段を用い、ベローズを耐圧性としたので、シンプル、小型で安価な高圧用の高圧ベローズポンプが得られる。
（２）ベローは自己伸長性としたので、構成が極めてシプルな高圧ベローズポンプが得られる。
（３）ベローズの板厚を、０．２〜０．４ｍｍ、外形を、φ１０〜φ３０ｍｍなどにしたので、圧力１〜６ＭＰａで、十分な強度と自己伸長性とを有し、構成が極めてシプルな小型の高圧ベローズポンプが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の断面図である。
【図２】上記一形態の耐圧ベローズの断面図である。
【図３】上記一形態の耐圧ベローズの応力特性曲線である。
【図４】従来例の一例の断面図である。
【図５】同従来例の他例の断面図である。
【符号の説明】
１：耐圧ベローズ
２：偏心カム
３：タペット
４：シャフト
５：ベース
６：前端板
７：吸い込み口
８：吐き出し口
１１、１１ａ：ケーシング
１２：後壁
１３：ピストン
１４：前壁
１５、１７：ベローズ
１６：円板
１８：空間
１９、１９ａ：吸い込み管
２０、２０ａ：吐き出し管
２１、２１ａ：チェック弁
２２、２２ａ：チェック弁
２５、２６：ベアリング
２７：オイルシール
２８：流体
２９：潤滑油
３０：山
３１：谷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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