JP4860171B2 - 定量ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、定量ポンプに関し、さらに詳しくは、アルコールやアセトン等の引火性の高い有機溶媒等を容器内に好適に充填するためにその内部に機械的な摺動部分を有しない定量ポンプに関する。

従来より、一定量の液体を正確に送り出すことができる定量ポンプが提供されている。定量ポンプは、対象となる液体の種類や性質によって、往復動式、ダイヤフラム式等の各種の形式のものが利用される。

ピストン式等に代表される往復動式ポンプは、シリンダの中をピストンが往復する構造となっており、いわゆる摺動部を有すると共に、Ｏリング等のシール部材を備えて構成されている。

ダイヤフラム式は、ポンプ室の一部をダイヤフラムで形成し、このダイヤフラムをモータ、油圧、あるいは空気圧等により膨張・収縮させたりして、ポンプ室の容積を増減させる構造となっている。そして、ポンプ室には、流体を吸い込む吸込口と、吐出させる吐出口を備えている。

また、これらを組み合わせたポンプも開発されている。例えば、特開２００１−１８２６６０号公報及び特開２００１−１９３６５３号公報に示された定量ポンプは、ピストン部の往復動で圧力室に吐出流体を吸引、吐出する定量ポンプであり、ピストン部は、リテーナ部材を介して第１のピストン部材と、第２のピストン部材が結合されており、第１のピストン部材及び第２のピストン部材のリテーナ部材側に吐出ダイヤフラム及び圧力ダイヤフラムが対向配置され、互いのダイヤフラムの折り返し部分が外方に向くように配置されているものである。

しかし、ポンプ内部に、機械的な摺動部が存在すると通常はその部分にはグリース等の潤滑材を塗布して摩擦の低減を図り、スムーズな動きを確保する必要がある。取り扱う液体がアルコールやアセトン等の有機溶媒の場合にあっては、そのような潤滑材は有機溶媒によって溶解してしまい役に立たなくなる。従って、摺動部には多大な摩擦力が働くことになりそのような定量ポンプは全く使用に耐えないということになる。

また、モータや電気等によって可動させる形式のポンプでは、対象となる液体がアルコールやアセトン等の引火性の高い有機溶媒の場合にあっては、火花や加熱による引火の危険がある等の問題点があった。
そこで、本願出願人は、それらの問題点の解決すべく特許出願を行なった（特願２００３−４３３９４１）。

特開２００１−１８２６６０号公報 特開２００１−１９３６５３号公報

出願人が行なった上記特許出願（特願２００３−４３３９４１）に係る発明においては、定量ポンプの摺動部を排除するという観点からダイヤフラムを利用する等種々の改良を施した定量ポンプを開発し提供した。これにより、従来その取扱が困難であったアルコールやアセトン等の引火性の高い有機溶媒も安全・確実に定量できるようになった。
しかしながら、ポンプの構造を簡易すると共に、さらに安価な定量ポンプの開発が望まれていた。

そこで、本発明においては、そのような要望を実現すべく、アルコールやアセトン等の引火性の高い有機溶媒も安全・確実に定量できる定量ポンプであって、内部に機械的な摺動部を有することなく、構造が簡易で、しかも安価な定量ポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、所定量の液体を吸引して吐出する定量ポンプにおいて、加圧エアが導入されるエア供給口と、供給された加圧エアが排出されるエア排出口を備え、エア供給口とエア排出口とはエア供給口及びエア排出口の径よりも小さな径サイズに形成されたエア通過管によって繋がれて形成されたエア導入部と、エア導入部のエア通過管と吸引路を介して連通され、エア導入部に加圧エアを導入することによってベルヌーイの定理により減圧される減圧室と、液体を吸引する吸引口及び吸引された液体を吐出する吐出口が設けられたシリンダ部と、表面に目盛りが設けられた透明な管材によって減圧室と前記シリンダ部とを繋ぐ連通管と、そして、減圧室内に配置されたフロートであって、吸引口から減圧室内に導入された液体によって浮揚してエア導入部と減圧室とを繋ぐ吸引路を塞ぐフロートとを備え、吐出口には吐出される液体を案内する配管と液体の流れを開閉するバルブが設けられた充填手段が取り付けられて構成され、エア導入部に加圧エアを導入することにより減圧室内及び連通管を介してシリンダ部内が減圧され、それによって吸引口からシリンダ部内に液体が吸引され、吸引された液体がさらに連通管を通って減圧室内に導入されることによってフロートが浮揚してエア導入部と減圧室とを繋ぐ吸引路を塞ぎ、それによって一定量の液体が吸引保持され、そして、加圧エアの供給を停止することにより大気圧によってエア排出口側から空気が入り込み、吸引路を介して減圧室内を減圧状態から開放し、シリンダ内部に貯留された液体を吐出口から吐出する一方、連通管に設けられた目盛りに従ってバルブを開閉することによって所望の量の液体を計量可能とされたことを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項２記載の発明は、請求項１に記載の定量ポンプにおいて、フロートは略球形状を有し、減圧室内に設けられた略円形状の開口部をその曲面で密閉することにより吸引路を塞ぐようにされていることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の定量ポンプにおいて、エア導入部への加圧エアの導入を制御するバルブ手段を備えていることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項４記載の発明は、請求項３に記載の定量ポンプにおいて、バルブ手段は、ポンプ内部に加圧エアを導入することにより、吸引した液体を加圧状態で吐出する機構を備えていることを特徴とする。

本発明に係る定量ポンプによれば、内部に機械的な摺動部を有しないのでアルコールやアセトンといった有機溶媒によって動作が阻害されることがなく確実に取り扱うことができると共に、簡易な構造であるためそのメンテナンスも容易であり、しかも安価に提供することができるという効果がある。

また、本発明に係る定量ポンプによれば、モータや電気等ではなく加圧エアによって可動させることとしたのでアルコールやアセトン等の引火性の高い有機溶媒に対する引火等の問題を起こすことなく安全に容器に充填することができるという効果がある。

以下、本発明に係る定量ポンプについて図示された好ましい一実施形態に基づいて、詳細に説明する。図１は本発明に係る定量ポンプ１の一実施形態における概略断面図である。

図示された定量ポンプ１は、加圧エアが導入されるエア導入部１０と、エア導入部１０と吸引路１７を介して連通され、エア導入部１０に加圧エアを導入することによって減圧される減圧室２０と、液体を吸引する吸引口３１及び吸引された液体を吐出する吐出口３３が設けられたシリンダ部３０と、減圧室２０とシリンダ部３０とを繋ぐ連通管４０と、減圧室２０内に配置されたフロート２５とを備えて構成されている。

エア導入部１０は、加圧エアが導入されるエア供給口１１と、供給された加圧エアが排出されるエア排出口１３を備えており、エア供給口１１とエア排出口１３とはエア通過管１５によって繋がっている。エア通過管１５は、エア供給口１１及びエア排出口１３の径よりも小さな径サイズに形成されている。また、エア通過管１５には、減圧室２０と繋がる吸引路１７が設けられている。これにより、エア供給口１１から加圧エアを導入すると加圧エアが小口径のエア通過管１５内を通過してエア排出口１３から排出される際に吸引路１７を介して減圧室２０内が減圧状態とされるようになっている。

一方、エア供給口１１には、図示しない加圧ポンプから加圧エアを供給するための配管３ａが接続されるようになっており、配管３ａには加圧エアの供給・停止を行なうためのバルブ３ｂが配設されている。また、エア排出口１３にはエア供給口１１から供給された加圧エアを排出するための配管５ａが接続されるようになっており、配管５ａには同様にバルブ５ｂが配設されている。

減圧室２０は、エア導入部１０と吸引路１７を介して連通されており、その内部にはフロート２５が内装されている。
フロート２５は、略球形状に形成され、取り扱うべき液体によって浮遊するようにその内部は中空状とされている。このように形成するのは、後述するように、減圧室２０内には定量すべき液体が供給されるようになっており、供給された液体によってフロート２５を減圧室２０内で浮遊させるようにするためである。ここで、フロート２５は、定量ポンプ１によって計量すべき対象となる有機溶媒に対する耐性を備えた素材により形成することが好ましい。そのような条件を備えていれば、例えば、プラスチック等の合成樹脂、金属製材料によって形成することができ、フロート２５を形成するための材料はその種類を問うものではない。また、フロート２５は、例えば、木製等のように液体に浮遊可能であれば内部が中実であってもかまわない。

図１に示されているように、減圧室２０の上部側は、フロート２５の表面が密着するようにフロート２５表面の曲率に対応した円形状の開口部２１が形成されている。本実施例においては、フロート２５との密着状態をさらに確実なものとするために開口部２１の周囲にはパッキン部材２３が取り付けられている。
一方、減圧室２０には、連通管４０の一方側の開口端４１が接続されており、これによりシリンダ部３０と連通されている。

シリンダ部３０は、減圧室２０の下部側に配置され、所定量の液体が貯留される空間を有して形成されている。そして、シリンダ部３０の底部には定量すべき液体を吸引するための吸引口３１が設けられている。吸引口３１には逆止弁３１ａが配設されており、液体をシリンダ部３０内に吸引する方向には開口するが、その方向とは逆方向の場合には閉じて液体が排出されないような構造となっている。

一方、シリンダ部３０の図１における左側面にはシリンダ部３０内に吸引された液体を外部に吐出する吐出口３３が設けられている。そして、この吐出口３３にも液体をシリンダ部３０外部に吐出する方向には開口するがその逆方向には開口しない図示しない逆止弁が配設されている。そして、吐出口３３には充填手段、すなわち、吐出される液体を案内する配管３５ａが取り付けられており、配管３５ａには吐出される液体の流れを開閉するためのバルブ３５ｂが設けられている。そして、配管３５ａの先端には例えば定量した液体を充填する容器７０が接続できるようになっている。尚、シリンダ部３０内の空間の大きさは適宜決定すればよい。また、シリンダ部３０には連通管４０の他方側開口端４３が接続されており、これにより減圧室２０と連通されるようになっている。

連通管４０は、減圧室２０とシリンダ部３０とを繋ぐ内部が中空状の配管部材である。連通管４０は、例えば、ガラスやアクリル等の透明な管材を用いることにより定量すべき液体の移動状況を外部から観察することが可能となり、さらに連通管４０の表面に目盛りを設ければその目盛りから所望の量の液体を計り取ることができるように構成することも可能となる。

次に、上述した本発明に係る定量ポンプ１の動作について説明する。図２は、有機溶媒５１の入ったタンク５０内に本発明に係る定量ポンプ１の吸引口３１に連結したパイプ６０の先端を浸した状態を示す概略断面図であり、有機溶媒５１の吸引前の段階を示した図である。図３は、有機溶媒５１の吸引中の段階を示した図である。図４は、有機溶媒５１の吐出前の段階を示した図である。図５は、有機溶媒の吐出を示した図である。

まず、有機溶媒５１の入ったタンク５０内に本発明に係る定量ポンプ１の吸引口３１に連結したパイプ６０の先端を浸す。次に、コンプレッサ等の図示しないポンプと配管３ａを連結して加圧エアの導入を可能状態とする。そして、バルブ３ｂとバルブ５ｂを開けて加圧エアのエア供給口１１への導入を開始する。加圧エアがエア供給口１１からエア導入部１０内に導入されると、加圧エアはエア通過管１５通過しながらエア排出口１３から排出され続ける（図２参照）。エア通過管１５は、エア供給口１１よりも通路の径の断面積が小さいので、エア通過管１５においてはベルヌーイの定理により圧力低下現象が生じる。この結果、吸引路１７を介して減圧室２０内が次第に減圧化される。

減圧室２０内が減圧されてくるに伴って連通管４０を介してシリンダ部３０内も次第に圧力低下が生じる。これに連動するようにして吸引口３１の逆止弁３１ａが開き、有機溶媒５１がパイプ６０を介してシリンダ部３０内に吸引される。すると、シリンダ部３０内に吸引された有機溶媒５１は、連通管４０を介して減圧室２０内に流入する。有機溶媒５１で減圧室２０内が流入してくると、フロート２５は減圧室２０内に満たされた有機溶媒５１によって次第に浮遊し始める。そして、最終的にはパッキン部材２３に押し付けられるようになる。フロート２５が開口部２１のパッキン部材２３に密着すると吸引路１７が塞がれ、その結果、開口部２１は完全に気密状態とされる（図３参照）。

このような状態になったらバルブ３ｂを閉じで加圧エアの供給を停止する。すると、図４に示すように、大気圧によってエア排出口１３側から空気が入り込み吸引路１７を介して減圧室２０の減圧状態が次第に解消され、次第に常圧状態に戻る。そのため、減圧室２０内の液体は相対的に加圧されることになり、連通管４０を通ってシリンダ部３０方向へ押圧される。これによりシリンダ部３０内の有機溶媒５１は吐出口３３から吐出されることになる。そして、配管３５の先端に容器７０を取り付けた後バルブ３５ｂを開けば有機溶媒５１が容器７０内に充填される。所定の量の有機溶媒５１が容器７０内に充填されたらバルブ３５ｂを閉じる。そして、再びバルブ３ｂを開いて加圧エアをエア供給口１１から導入すれば上述した動作が繰り返されタンク５０内の有機溶媒５１がシリンダ部３０内に吸引される。

以上のように、本発明に係る定量ポンプの一実施形態を示したが、有機溶媒５１がシリンダ部３０内及び減圧室２０内に吸引されフロート２５が開口部２１に密着した状態においてバルブ３ｂとバルブ５ｂを閉じれば定量ポンプ１内に有機溶媒５１を充填した状態で保持することができる。

一方、図５に示すように、加圧ポンプ８０からの加圧エアの供給を配管３ａと配管５ａに繋がる配管７ａに行なうように配設すると共に、配管７ａは配管５ａに連通するように配設する。そして、配管３ａにはバルブ３ｂを設け、配管５ａにはバルブ５ｂを設け、配管７ａにはバルブ７ｂを設けておく。これにより、容器７０内に有機溶媒５１と共に加圧エアを充填することが可能となる。すなわち、バルブ７ｂを閉じ、バルブ３ｂとバルブ５ｂを開いた状態で加圧ポンプ８０から加圧エアの供給を開始すると加圧エアは配管３ａを介してエア供給口１１内に導入されエア通過管１５を経由して配管５ａから開かれたバルブ５ｂを通って排出される。これにより有機溶媒５１はシリンダ部３０及び減圧室２０内に吸引される。有機溶媒５１が所定量充填されたらバルブ３ｂとバルブ５ｂを閉じ、バルブ７ｂを開く。すると、加圧エアがエア排出口１３を通って減圧室２０内に供給されることになる。これにより容器７０内が加圧エアの圧力と同圧になるまで加圧エアが充填されることになる。

以上のように、本発明に係る定量ポンプは、摺動部を有することなく、しかもこれまでの定量ポンプよりも機構が簡単なのでメンテナンス性もよく、安価に提供することができるものである。しかし、上記した実施形態はその一例でありそれに限定されるものではない。また、本発明に係る定量ポンプは、有機溶媒に対して極めて好適に使用できるものであるがそれに限定されるものではなく、各種の液体に用いることももちろん可能である。

本発明に係る定量ポンプの一実施形態における概略断面図である。 図１に示す定量ポンプで有機溶媒を吸引する状態の前段階を示す概略断面図である。 図１に示す定量ポンプで有機溶媒を吸引した状態を示す概略断面図である。 図１に示す定量ポンプで吸引した有機溶媒を吐出した状態を示す概略断面図である。 加圧エアをエア導入部へ導入する際の配管及びバルブの一実施例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 定量ポンプ
３ａ，５ａ，７ａ 配管
３ｂ，５ｂ，７ｂ バルブ
１０ エア導入部
１１ エア供給口
１３ エア排出口
１５ エア通過管
１７ 吸引路
２０ 減圧室
２１ 開口部
２３ パッキン部材
２５ フロート
３０ シリンダ部
３１ 吸引口
３１ａ 逆止弁
３３ 吐出口
３５ａ 配管
３５ｂ バルブ
４０ 連通管
４１，４３ 開口端
５０ タンク
５１ 有機溶媒
６０ パイプ
８０ 加圧ポンプ

Claims (4)

1. 所定量の液体を吸引して吐出する定量ポンプにおいて、
   加圧エアが導入されるエア供給口と、供給された加圧エアが排出されるエア排出口を備え、前記エア供給口と前記エア排出口とは当該エア供給口及び当該エア排出口の径よりも小さな径サイズに形成されたエア通過管によって繋がれて形成されたエア導入部と、
   前記エア導入部の前記エア通過管と吸引路を介して連通され、前記エア導入部に加圧エアを導入することによってベルヌーイの定理により減圧される減圧室と、
   液体を吸引する吸引口及び吸引された液体を吐出する吐出口が設けられたシリンダ部と、
   表面に目盛りが設けられた透明な管材によって前記減圧室と前記シリンダ部とを繋ぐ連通管と、そして、
   前記減圧室内に配置されたフロートであって、前記吸引口から前記減圧室内に導入された液体によって浮揚して前記エア導入部と前記減圧室とを繋ぐ前記吸引路を塞ぐフロートと、
   を備え、
   前記吐出口には吐出される液体を案内する配管と前記液体の流れを開閉するバルブが設けられた充填手段が取り付けられて構成され、
   前記エア導入部に加圧エアを導入することにより前記減圧室内及び前記連通管を介して前記シリンダ部内が減圧され、それによって前記吸引口から前記シリンダ部内に液体が吸引され、吸引された液体がさらに前記連通管を通って前記減圧室内に導入されることによってフロートが浮揚して前記エア導入部と前記減圧室とを繋ぐ前記吸引路を塞ぎ、それによって一定量の液体が吸引保持され、そして、加圧エアの供給を停止することにより大気圧によって前記エア排出口側から空気が入り込み、前記吸引路を介して前記減圧室内を減圧状態から開放し、前記シリンダ内部に貯留された液体を前記吐出口から吐出する一方、前記連通管に設けられた目盛りに従って前記バルブを開閉することによって所望の量の液体を計量可能とされたことを特徴とする定量ポンプ。
2. 請求項１に記載の定量ポンプにおいて、
   前記フロートは略球形状を有し、前記減圧室内に設けられた略円形状の開口部をその曲面で密閉することにより前記吸引路を塞ぐようにされていることを特徴とする定量ポンプ。
3. 請求項１又は２に記載の定量ポンプにおいて、
   前記エア導入部への加圧エアの導入を制御するバルブ手段を備えていることを特徴とする定量ポンプ。
4. 請求項３に記載の定量ポンプにおいて、
   前記バルブ手段は、ポンプ内部に加圧エアを導入することにより、吸引した液体を加圧状態で吐出する機構を備えていることを特徴とする定量ポンプ。

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