JP5391141B2 - リニアポンプ - Google Patents

Description

本発明はリニアポンプに係り、より詳しくはバルブの本体部に形成された貯蔵部に溶液を満たし、ピストンを貯蔵部に進入させることで貯蔵部内の溶液を外部に分配するリニアポンプに関する。

一般に、リニアポンプは、溶液が満たされる貯蔵部が形成された本体部と、その貯蔵部に挿入されるピストンと、該ピストンを昇降させる昇降手段とを備える。

図１及び図２は従来のリニアポンプの一例を示すものである。昇降手段として、モーター１と該モーター１にかけられるベルト２とを備えている。ベルト２は従動プーリー３にかけられており、従動プーリー３はボールスクリュー構造を介して連結されたピストン４を昇降させる。本体部６に形成された貯蔵部１０には流入経路９を通じて外部から溶液が供給され、流出経路１１を通じて溶液が排出されることによって分配がなされる。このような構造の従来のリニアポンプは基本的に二つのバルブ７、８を備える。すなわち、流入経路９を開閉するバルブ７と流出経路１１を開閉するバルブ８を備え、これら二つのバルブ７、８をそれぞれ作動させるアクチュエータを必要とする。このように、二つのバルブ７、８と二つのアクチュエータを備えることによって、リニアポンプの全体の大きさが大きくなる問題点がある。また、二つのバルブを備え、体積が大きいため、溶液が流入して貯蔵部１０を経って流出経路１１に排出される全体経路の長さが長くなり、これによりポンプ作動の応答性が落ち、溶液の分配量を正確に制御しにくい問題点がある。また、定期的にバルブ７、８と本体部６を分離して洗浄する必要があるが、流入経路及び流出経路が長くて複雑であるため、洗浄しにくい問題点がある。

したがって、本発明は前述したような問題点を解決するためになされたもので、リニアポンプの構造を簡素化してポンプの全体大きさを小さくしたリニアポンプを提供することをその目的とする。

前記のような目的を達成するために、本発明は、被分配溶液が貯蔵される貯蔵部と、該貯蔵部に溶液が流入する流入経路と、その貯蔵部から溶液が流出する流出経路と、前記流入経路と流出経路上に形成されたバルブ空間とを備える本体部；前記本体部の貯蔵部に昇降可能に挿入されるピストン；前記本体部のバルブ空間に回転可能に設置され、回転角度によって前記流入経路と流出経路をそれぞれ開閉するように、前記流入経路を連結する第１経路と前記流出経路を連結する第２経路が形成されたバルブ；及び前記ピストンが結合されるポンプシャフトと、該ポンプシャフトを昇降させる昇降手段と、前記バルブを回転させるバルブ作動手段とを備えるポンプ本体；を含み、前記バルブ空間に溶液が流入するようにする流入経路は水平方向に形成され、前記バルブ空間から前記貯蔵部に溶液が流入するようにする流入経路は上下方向に形成され、前記流出経路は上下方向に形成され、前記バルブの第２経路は前記流出経路を連結するように直線状に形成され、前記バルブの第１経路は、前記第２経路と平行に形成された平行経路と該平行経路の中央部から前記平行経路に対して垂直に前記バルブの半径方向に延びる垂直経路とからなり、前記昇降手段と前記バルブ作動手段は独立して作動し得るリニアポンプを提供する。

本発明のリニアポンプは、リニアポンプのバルブ構造を簡素化することでバルブの全体大きさを小さくし、リニアポンプの製造コストを節減することができる効果がある。

従来のリニアポンプの一例を示す斜視図である。 図１に示すリニアポンプの一部に対するII−II線についての断面図である。 本発明の第１実施例によるリニアポンプの斜視図である。 図３に示すリニアポンプの一部に対する分解斜視図である。 図４に示すリニアポンプの作動状態を説明するためのＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線についての断面図である。 図４に示すリニアポンプの作動状態を説明するためのＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線についての断面図である。 図４に示すリニアポンプの作動状態を説明するためのＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線についての断面図である。 図４に示すリニアポンプの作動状態を説明するためのＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線についての断面図である。 本発明の第２実施例によるリニアポンプの一部を示す正面図である。 本発明の第３実施例によるリニアポンプの一部に対する断面図である。

以下、本発明による好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図３は本発明の第１実施例によるリニアポンプの斜視図、図４は図３に示すリニアポンプの一部に対する分解斜視図である。

図３及び図４を参照すれば、第１実施例リニアポンプは、本体部１００と、ピストン２００と、バルブ３００と、ポンプ本体４００とを含んでなる。

本体部１００には溶液Ｌが貯蔵される円筒状の貯蔵部１１０が形成され、該貯蔵部１１０にそれぞれ連結される流入経路１２０及び流出経路１３０が形成される。流入経路１２０は外部から供給される溶液Ｌが貯蔵部１１０に流入するように形成され、流出経路１３０は本体部１００に設置されるノズル（図示せず）と貯蔵部１１０を連結するように形成される。また、本体部１００にはバルブ空間１４０が形成され、該バルブ空間１４０は流入経路１２０と流出経路１３０上に形成される。すなわち、流入経路１２０と流出経路１３０はそれぞれ図４に示すようにバルブ空間１４０を通じて貯蔵部１１０と連結されるように形成される。図４を参照すれば、第１実施例において、バルブ空間１４０に溶液Ｌが流入する流入経路１２１は水平方向に形成され、バルブ空間１４０から貯蔵部１１０に溶液Ｌが流入する流入経路１２２は上下方向に形成される。また、流出経路１３０は上下方向に延びるように形成される。

ピストン２００は本体部１００の貯蔵部１１０に昇降可能に挿入される。図４を参照すれば、ピストン２００が上昇するにつれて貯蔵部１１０内に溶液Ｌが満たされ、ピストン２００が下降するにつれて貯蔵部１１０内の溶液Ｌが流出経路１３０を通じてノズルに排出される。

バルブ３００は本体部１００のバルブ空間１４０に回転可能に設置される。バルブ３００には第１経路３１０と第２経路３２０が形成される。第１経路３１０はバルブ３００の本体部１００に対する回転角度によって流入経路１２０を開閉するように形成され、第２経路３２０はバルブ３００の本体部１００に対する回転角度によって流出経路１３０を開閉するように形成される。第１実施例において、図４に示すように、バルブ３００の第２経路３２０は流出経路１３０を連結するように直線状に形成される。また、バルブ３００の第１経路３１０は、第２経路３２０と平行に形成された平行経路３１１と、該平行経路３１１の中央部からその平行経路３１１に対して垂直に前記バルブ３００の半径方向に延びる垂直経路３１２とからなる。

ポンプ本体４００は、ポンプシャフト４１０と、昇降手段４２０と、バルブ作動手段４３０とを備えている。ポンプシャフト４１０はピストン２００に結合され、昇降手段４２０はポンプシャフト４１０を上昇させるか下降させることによりピストン２００を貯蔵部１１０に対して進入させるか後退させる。第１実施例において、昇降手段４２０は、モーター４２１と、該モーター４２１に連結されたＬＭガイド（登録商標）４２２と、該ＬＭガイド（登録商標）４２２に結合されたガイドブロック４２３とからなり、ポンプシャフト４１０がそのガイドブロック４２３に結合されて昇降可能になる。

バルブ作動手段４３０はバルブ３００に連結されてバルブ３００を回転させることでバルブ３００の角度変位を制御する。第１実施例において、バルブ作動手段４３０は、図３に示すように、モーター４３２と該モーター４３２に連結されたベルト４３１とからなり、前記ベルト４３１がバルブ３００に連結されてバルブ３００の回転角度を制御する。

一方、本体部１００はその貯蔵部１１０にピストン２００が挿入された状態でポンプ本体４００に結合される。本体部１００がポンプ本体４００に結合されるとき、ピストン２００はポンプシャフト４１０に結合される。この際、ピストン２００の昇降方向（つまり、上下方向）に垂直な方向（つまり、水平方向）に挿脱可能になるようにピストン２００がポンプシャフト４１０に結合される。第１実施例において、図４に示すように、ポンプシャフト４１０の下端には、ピストン２００の昇降方向に垂直な方向（水平方向）に延びる係止突起４１１が形成され、ピストン２００には、ピストン２００の昇降方向に垂直な方向（水平方向）に係止突起４１１に挿入されてピストン２００の昇降方向（上下方向）にかかる係止溝２０１が形成されている。これにより、ピストン２００が本体部１００の貯蔵部１１０に挿入された状態でポンプシャフト４１０に水平方向に近づくと、ポンプシャフト４１０の係止突起４１１がピストン２００の係止溝２０１に係合され、よってピストン２００とポンプシャフト４１０間の水平方向への相対移動は可能であるが上下方向への相対移動は防止されるように、ピストン２００とポンプシャフト４１０が結合される。

以下、前述したように構成された第１実施例によるリニアポンプの作用について説明する。貯蔵部１１０に溶液Ｌを満たして分配する過程を図５〜図８を参照して順次説明する。

まず、図５に示すような角度変位になるようにバルブ３００を回転させれば、第１経路３１０によって流入経路１２０が開放され、第２経路３２０によって流出経路１３０も開放される。このような状態で、シリンジなどを通じて外部から溶液Ｌを注入すれば、溶液Ｌは流入経路１２０を通じて貯蔵部１１０に満たされるとともに流出経路１３０を通じてノズルに排出される。これをパージ（ｐｕｒｇｅ）工程という。このようなパージ工程を実行すれば、流入経路１２０、貯蔵部１１０及び流出経路１３０内の空気がすっかり排出され、流入経路１２０から流出経路１３０までの空間がすべて溶液Ｌで満たされ、溶液Ｌに含まれている空気もすっかりポンプの外部に排出される。

このような状態で、バルブ作動手段４３０によってバルブ３００を反時計方向に９０°回転させれば図６に示すような状態になる。第１経路３１０の平行経路３１１と垂直経路３１２によって流入経路１２０は開放されるが、流出経路１３０は閉鎖される。このような状態で、昇降手段４２０を作動させてピストン２００を上昇させれば、流入経路１２０を通じて溶液Ｌが貯蔵部１１０に満たされる。これをリフィル（ｒｅｆｉｌｌ）工程という。

次に、バルブ作動手段４３０によってバルブ３００を反時計方向に９０°さらに回転させれば、図７に示すような状態になる。今度は、流入経路１２０は閉鎖され流出経路１３０が開放される。このような状態で、昇降手段４２０を作動させてピストン２００を下降させれば、貯蔵部１１０内の溶液Ｌが流出経路１３０を通じて排出される。これを分配工程と言う。

このような状態で、バルブ作動手段４３０によってバルブ３００を反時計方向に１３５°さらに回転させれば、図８に示すような状態になる。この際、バルブ３００によって流入経路１２０と流出経路１３０が共に閉鎖される。流出経路１３０が閉鎖されることによって分配が中断され、流入経路１２０が閉鎖されることによって貯蔵部１１０に溶液Ｌが流入できない。

このような状態で、バルブ３００をさらに時計方向に１３５°回転させれば、分配が始まる。図７及び図８に示すバルブ３００の角度を繰り返すことで、分配を開始するか中断するようにリニアポンプを制御することになる。このような過程によって貯蔵部１１０に満たされた溶液Ｌをすべて分配した後には、またリフィル工程を行って貯蔵部１１０に溶液Ｌを満たした後、分配を実行することができる。

前述したように、本発明によるリニアポンプは、一つのバルブ３００を用いてリニアポンプのリフィル工程と分配工程を制御することができる利点がある。したがって、リニアポンプの構造を簡素化してポンプの製作コストを低めることができる利点がある。また、図１を参照して説明した従来のリニアポンプとは異なり、一つのバルブ３００のみを備えるので、リニアポンプの体積を小さくし、バルブ３００を駆動するバルブ作動手段４３０を簡素化することができる利点がある。また、一つのバルブ３００のみで流入経路１２０と流出経路１３０を開閉するので、流入経路１２０から流出経路１３０に至る全経路の長さを減らすことができる利点がある。これにより、溶液Ｌを節減することができ、分配される溶液Ｌの量をより正確に制御することができる利点がある。

一方、前述したように、第１実施例によるリニアポンプは、係止突起４１１と係止溝２０１によって、ピストン２００を水平方向にポンプシャープに結合することができるので、ピストン２００を本体部１００に挿入したままで本体部１００をポンプ本体４００に水平方向に結合させることができる利点がある。リニアポンプは、掃除のために、本体部１００を分離する場合がたびたびある。また、使用者の必要によって、貯蔵部１１０の内径及びピストン２００の外径などの寸法が異なる本体部１００及びピストン２００に取り替えてポンプ本体４００に結合して使用する場合が頻繁に発生する。ところで、図１を参照して説明した従来のリニアポンプの場合には、本体部１００を下側から上方に押し上げながらピストン２００を本体部１００の貯蔵部１１０と嵌合するように操作しなければならないため、使用者が本体部１００を入れ替ることが非常に不便であった。しかし、第１実施例によるリニアポンプの場合、まずピストン２００と本体部１００を結合した状態で本体部１００を水平方向に移動させてポンプ本体４００に結合するので、本体部１００及びピストン２００の入れ替えが非常に便利になる利点がある。

図９に示す第２実施例によるリニアポンプの場合、ピストン２１０とポンプシャフト４１２の結合構造を除いた残りの構成は第１実施例の構成と同様である。第２実施例の場合、ピストン２１０にかかるように設けられたナット２１１がポンプシャフト４１０に螺合されることによりポンプシャフト４１２とピストン２１０の結合がなされる点に特徴がある。このような第２実施例の場合においても、図１を参照して説明した従来のリニアポンプに比べ、本体部１００をポンプ本体４００に結合することが非常に容易な利点がある。

一方、第２実施例によるポンプシャフト４１２は、昇降手段４２０のガイドブロック４２３に螺合される。ポンプシャフト４１２の上端は無頭ボルトになっているので、ガイドブロック４２３の上側でポンプシャフト４１２を回転させることでガイドブロック４２３とポンプシャフト４１２間の相対的位置を調節するようになっている。このような方法でポンプシャフト４１２の位置を調節することで、貯蔵部１１０内に満たされる溶液Ｌの最大値を調節することができ、貯蔵部１１０内で動くピストン２００の可動範囲を調節することができる利点がある。このような構成は、第１実施例によるリニアポンプにも同様な方法で適用することができる。

図１０は第３実施例の断面図を示すものである。第３実施例は、バルブ３５０の構造を除いた残りの構成が第１実施例と同様である。第３実施例によるバルブ３５０は、第１経路３５１が直角に折曲されるように形成され、第２経路３５２は直線状に形成される。第１経路３５１は流入経路１２０に連結することになり、第２経路３５２は流出経路１３０に連結することになる。また、図１０に示すように、第１経路３５１と第２経路３５２は互いに平行に形成されない。このように構成された第３実施例によるバルブ３５０を適切な角度で回転させれば、リフィル工程と分配工程を実行することができ、必要によって流入経路１２０と流出経路１３０を同時に閉鎖することができる。ただ、第１実施例の場合と異なり、流入経路１２０と流出経路１３０を同時に開放してパージ工程を実行することはできない。しかし、第３実施例も一つのバルブ３５０のみを用いて流入経路１２０と流出経路１３０を開閉することができるので、第１実施例の場合と同様に、全体的に大きさを最小化し溶液Ｌの全経路を短縮することができる利点がある。

以上、本発明のリニアポンプについて、好適な実施例に基づいて説明したが、本発明の範囲が前述した図示のものに限定されるものではない。

例えば、第１実施例において、バルブ空間１４０に溶液Ｌが流入する流入経路１２１は水平方向に形成され、バルブ空間１４０から貯蔵部１１０に溶液Ｌが流入する流入経路１２２は上下方向に形成され、流出経路１３０は上下方向に形成されたものを説明したが、流入経路と流出経路の形状は必要によって多様に変更可能である。

また、先に例として説明したバルブの構造も、一つのバルブに第１経路と第２経路が形成される範囲内で第１経路と第２経路の形状及び構造は多様に変形可能である。

また、ポンプシャフトとピストンが結合される構造も図４または図９に示す実施例の外に多様な構成が可能である。

また、先に昇降手段４２０としてＬＭガイド（登録商標）４２２を使用する場合を例として説明したが、ＬＭガイド（登録商標）４２２の外にボールスクリュー構造などの多様な構造を使用することができる。

また、先にバルブを回転させるバルブ作動手段としてモーター４３２とベルト４３１による構成を例として説明したが、バルブを回転させる構成であるなら、カム、空圧アクチュエータなどの他の多様な機械要素を使用することができる。

本発明はリニアポンプの構造を簡素化してポンプの全体大きさを小さくしたリニアポンプに適用可能である。

１００ 本体部
１１０ 貯蔵部
１２０ 流入経路
１３０ 流出経路
１４０ バルブ空間
２００ ピストン
３００ バルブ
３１０ 第１経路
３１１ 平行経路
３１２ 垂直経路
３２０ 第２経路
４００ ポンプ本体
４１０ ポンプシャフト
４２０ 昇降手段
４３０ バルブ作動手段
Ｌ 溶液

Claims (5)

1. 被分配溶液が貯蔵される貯蔵部と、該貯蔵部に溶液が流入する流入経路と、その貯蔵部から溶液が流出する流出経路と、前記流入経路と流出経路上に形成されたバルブ空間とを備える本体部；
   前記本体部の貯蔵部に昇降可能に挿入されるピストン；
   前記本体部のバルブ空間に回転可能に設置され、回転角度によって前記流入経路と流出経路をそれぞれ開閉するように、前記流入経路を連結する第１経路と前記流出経路を連結する第２経路が形成されたバルブ；及び
   前記ピストンが結合されるポンプシャフトと、該ポンプシャフトを昇降させる昇降手段と、前記バルブを回転させるバルブ作動手段とを備えるポンプ本体；を含み、
   前記バルブ空間に溶液が流入するようにする流入経路は水平方向に形成され、
   前記バルブ空間から前記貯蔵部に溶液が流入するようにする流入経路は上下方向に形成され、
   前記流出経路は上下方向に形成され、
   前記バルブの第２経路は前記流出経路を連結するように直線状に形成され、
   前記バルブの第１経路は、前記第２経路と平行に形成された平行経路と該平行経路の中央部から前記平行経路に対して垂直に前記バルブの半径方向に延びる垂直経路とからなり、
   前記昇降手段と前記バルブ作動手段は独立して作動し得ることを特徴とする、リニアポンプ。
2. 前記ピストンと前記ポンプシャフトは、前記ピストンの昇降方向に対して垂直方向に挿脱可能に結合されることを特徴とする、請求項１に記載のリニアポンプ。
3. 前記ピストンとポンプシャフトのいずれか一方には、前記ピストンの昇降方向に対して垂直方向に延びる係止突起が形成され、他方には、前記係止突起にピストンの昇降方向に対して垂直方向に挿入され、前記ピストンの昇降方向にかかる係止溝が形成されることを特徴とする、請求項２に記載のリニアポンプ。
4. 前記ポンプシャフトとピストンのいずれか一方にかかるナットが他方に螺合されることにより、前記ポンプシャフトとピストンの結合がなされることを特徴とする、請求項１に記載のリニアポンプ。
5. 前記昇降手段に対する前記ポンプシャフトの相対的位置を調節するように、前記ポンプシャフトは前記昇降手段に螺合されることを特徴とする、請求項１に記載のリニアポンプ。

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