特許 7407058 ベローズポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-20

(45)【発行日】2023-12-28

(54)【発明の名称】ベローズポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04B 43/08 20060101AFI20231221BHJP

   F04B 43/06 20060101ALI20231221BHJP

   F04B 53/16 20060101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

F04B43/08 A

F04B43/06 B

F04B53/16 B

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020073454

(22)【出願日】2020-04-16

(65)【公開番号】P2021169793

(43)【公開日】2021-10-28

【審査請求日】2022-12-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000229737

【氏名又は名称】日本ピラー工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087653

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴江 正二

(72)【発明者】

【氏名】手嶋 一清

(72)【発明者】

【氏名】浦田 大輔

【審査官】中村 大輔

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２０７４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０２－０７４６５６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００７－１００５５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ ４３／０８

Ｆ０４Ｂ ４３／０６

Ｆ０４Ｂ ５３／１６

Ｆ１６Ｊ ３／０２－３／０４

Ｆ１６Ｊ １５／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１端が閉じており、第２端が開いているシリンダと、
開口部の縁に沿って広がるフランジを含み、前記シリンダの内部に、軸方向において伸縮可能に設置されているベローズと、
前記シリンダの第２端に配置されており、前記ベローズの開口部を塞いでいるポンプヘッドと、
前記シリンダの第２端と前記ポンプヘッドとの間に前記ベローズのフランジを挟んだ状態で、前記シリンダと前記ポンプヘッドとを安定化させている締結部と
を備えたベローズポンプであって、
前記ベローズのフランジは軸方向における端面に環状溝を含み、前記環状溝は軸方向に交差する底面を含み、
前記ポンプヘッドは、軸方向に沿って前記環状溝に圧入された環状突起を含み、前記環状突起は、軸方向における先端面を前記環状溝の底面に圧接させて、当該底面との間にシール部を形成している
ことを特徴とするベローズポンプ。

【請求項2】

前記環状溝と前記環状突起とは、前記シリンダの第２端の端面と前記ポンプヘッドとの間に挟まれた領域に位置することを特徴とする請求項１に記載のベローズポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はベローズポンプに関し、特にそのシール構造に関する。

【背景技術】

【0002】

「ベローズポンプ」とは、ベローズを利用したポンプをいう（たとえば、特許文献１、２、４参照）。「ベローズ」は、樹脂等の可撓性素材から成る筒であり、周壁部に蛇腹を含む。この蛇腹により、ベローズは軸方向に伸縮が可能である。ベローズポンプは、空気圧またはモーターの力でベローズを強制的に伸縮させることにより輸送対象の流体を吸入し、または吐出する。たとえば、ベローズの内部空間がポンプ室として利用される場合、ベローズが伸びるとポンプ室に流体が吸入され、ベローズが縮むとポンプ室から流体が吐出される。輸送対象の流体には、たとえば、半導体、液晶等の製造プロセスにおいて使用される様々な薬液または超純水が含まれる。

【0003】

ベローズポンプによって輸送される流体の量はベローズの容積の変化量で決まるので、その流体の量を正確に制御するには、ベローズの内部空間を確実に密封（シール）する必要がある。シール部は、ベローズと、その開口部を塞ぐポンプヘッドとの間で互いの表面（シール面）が密着した部分であり、ベローズの開口部の縁に沿って環状に形成されている。シール部の構造には、たとえば、刺さり込みシールとリップシールとがある。「刺さり込みシール」とは、ベローズの開口部の縁に設けられた環状溝に、ポンプヘッドから突出した環状突起が圧入されたものをいう（たとえば特許文献１、２参照）。「リップシール」とは、シール面の一方が滑らかな面であり、他方が、その滑らかな面に押し当てられた凸部の先端面から成るものをいう（たとえば特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－２０７４１０号公報

【文献】特開２００４－２６３６３７号公報

【文献】特開２０００－１９３１５５号公報

【文献】特許第６３６７６４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

半導体等の製造プロセスで使用される薬液等には、摂氏数百度程度の高温のもの、または数気圧程度の高圧のものがある。これらの輸送にもベローズポンプが利用可能であることが好ましい。しかし、高温高圧の環境の下でベローズポンプを使用することには、特にベローズのシール部に関して次の問題がある。高温高圧の環境の下でもベローズに適度な強度を保たせるには一般に、ベローズの厚みを増やさねばならない。しかし、厚みが大きいほど、ベローズが伸びる際にベローズの開口部の縁にかかる応力が増大するので、シール部が変形しやすい。刺さり込みシールでは、環状溝が内周へ向かって広がりやすい。リップシールでは、滑らかなシール面が凸部の先端面から内周へずれやすい。いずれの変形もシール面間の圧力を低下させるので、いずれのシール部においてもシール性能が劣化する。

【0006】

本発明の目的は上記の課題を解決することであり、特に、高温高圧の環境の下でもベローズのシール性能を高く維持することができるベローズポンプを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の１つの観点によるベローズポンプは、シリンダ、ベローズ、ポンプヘッド、および締結部を備えている。シリンダは第１端が閉じており、第２端が開いている。ベローズは、開口部の縁に沿って広がるフランジを含み、シリンダの内部に、軸方向において伸縮可能に設置されている。ポンプヘッドはシリンダの第２端に配置されており、ベローズの開口部を塞いでいる。締結部は、シリンダの第２端とポンプヘッドとの間にベローズのフランジを挟んだ状態で、シリンダとポンプヘッドとを安定化させている。ベローズのフランジは環状溝を含み、ポンプヘッドは、環状溝に圧入された環状突起を含む。環状突起は先端面が環状溝の底面に圧接して、その底面との間にシール部を形成している。環状溝と環状突起とは、シリンダの第２端の端面とポンプヘッドとの間に挟まれた領域に位置していてもよい。

【発明の効果】

【0008】

本発明による上記のベローズポンプでは、ベローズのフランジが環状溝を含み、ポンプヘッドが環状突起を含む。環状突起は環状溝に圧入されており、その先端面が環状溝の底面に圧接して、その底面との間にシール部を形成している。これにより、ベローズの伸長に伴ってフランジが変形し、環状溝が内周へ向かって広がっても、環状突起の先端面は環状溝の底面に圧接したままである。したがって、シール面間の圧力が高く維持されるのでシール部がシール性能を損ないにくい。こうして、高温高圧の環境の下でも強度を維持すべくベローズが分厚く形成されても、このベローズポンプは、ベローズのシール性能を高く維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明の実施形態によるベローズポンプの上面図、正面図、および側面図である。

【図2】図１の（ｃ）が示す直線Ａ－Ｃに沿った断面図である。

【図3】図１の（ｃ）が示す折線Ｂ－Ｃに沿った断面図である。

【図4】（ａ）は、図１のベローズポンプを駆動する系統のブロック図である。（ｂ）は、その系統の動作を示すタイミングチャートである。

【図5】図２の破線が示す部分の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
［ベローズポンプの構造］

【0011】

図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明の実施形態によるベローズポンプの上面図、正面図、および側面図である。図２は、図１の（ｃ）が示す直線Ａ－Ｃに沿った断面図であり、図３は、図１の（ｃ）が示す折線Ｂ－Ｃに沿った断面図である。このベローズポンプは、ポンプヘッド１００、第１シリンダ２１０、第２シリンダ２２０、第１ベローズ３１０、第２ベローズ３２０、および４本の締結棒４１０、４２０、４３０、４４０を備えている。

【0012】

ポンプヘッド１００は、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂から成る円盤である。図１の（ｂ）が示すように、ポンプヘッド１００の外周面の前部には吸入口１０１が形成されている。吸入口１０１は、たとえば、外部の貯蔵タンクに接続されている（図示せず）。このタンクには輸送対象の流体（気体でも液体でもよい。）が蓄えられている。図１の（ａ）が示すように、ポンプヘッド１００の外周面の上部には吐出口１０２が形成されている。吐出口１０２は流体の輸送先に接続されている（図示せず）。図２、図３が示すように、ポンプヘッド１００の各円盤面には吸入用逆止弁１１１、１２１と吐出用逆止弁１１２、１２２とが取り付けられ、ポンプヘッド１００の内部には２種類の流路１３１、１３２が形成されている。一方の流路１３１（以下、吸入路という。）は吸入用逆止弁１１１、１２１と吸入口１０１との間を繋いでいる。他方の流路１３２（以下、吐出路という。）は吐出用逆止弁１１２、１２２と吐出口１０２との間を繋いでいる。ポンプヘッド１００の各円盤面の縁には環状突起１４１、１４２が、各円盤面と同軸に形成されている。

【0013】

第１シリンダ２１０と第２シリンダ２２０とは、たとえばＰＴＦＥまたはＰＦＡ等のフッ素樹脂から成る同サイズの円筒であり、第１端２１１、２２１が閉じており、第２端２１２、２２２が開いている。第１シリンダ２１０と第２シリンダ２２０とは互いの第２端２１２、２２２を向かい合わせており、それらの間にポンプヘッド１００を挟んでいる。第１シリンダ２１０、ポンプヘッド１００、および第２シリンダ２２０は同軸に配置されている。

【0014】

各シリンダ２１０、２２０の第１端２１１、２２１の側面には第１吸排気口が設けられている（図示せず）。第１吸排気口は、ベローズポンプの外部に設置されたエアコンプレッサ（図示せず。）に接続されており、エアコンプレッサから各シリンダ２１０、２２０の内部空間へ圧縮空気を導入し、またはその内部空間から圧縮空気を排出する。

【0015】

図２、図３が示すように、各シリンダ２１０、２２０の第１端２１１、２２１の軸方向における外側には、円筒形状の空気室２１３、２２３が各シリンダ２１０、２２０と同軸に設けられている。各空気室２１３、２２３の内側には円盤形状のピストン２１４、２２４が同軸に、かつ軸方向において摺動可能に収められている。各空気室２１３、２２３の側面には第２吸排気口（図示せず。）と近接センサ２１６、２２６（図３参照。）とが設けられている。第２吸排気口は、ベローズポンプの外部に設置されたエアコンプレッサ（図示せず。）に接続されており、エアコンプレッサからシリンダ２１０、２２０の第１端２１１、２２１とピストン２１４、２２４との隙間へ圧縮空気を導入し、またはその隙間から圧縮空気を排出する（詳細については後述する）。これによりピストン２１４、２２４が空気室２１３、２２３の内部を軸方向に変位する。近接センサ２１６、２２６はピストン２１４、２２４の軸方向における位置を検出する。

【0016】

第１ベローズ３１０と第２ベローズ３２０とは、たとえば、ＰＴＦＥまたはＰＦＡ等のフッ素樹脂から成る同サイズの円筒であり、一端３１１、３２１が閉じており、他端３１２、３２２が開いている。周壁部には蛇腹が設けられているので、ベローズ３１０、３２０は軸方向に伸縮可能である。図２、図３が示すように、ベローズ３１０、３２０は各シリンダ２１０、２２０の中に１つずつ同軸に配置されており、それぞれの開口端３１２、３２２がポンプヘッド１００の円盤面によって塞がれている。

【0017】

各ベローズ３１０、３２０の開口端３１２、３２２の内側には吸入用逆止弁１１１、１２１と吐出用逆止弁１１２、１２２とが配置されている。これにより、ベローズ３１０、３２０の内側はポンプ室として利用される。ベローズ３１０、３２０の開口端３１２、３２２の縁からは径方向へフランジ３１３、３２３が広がっており、シリンダ２１０、２２０の第２端２１２、２２２とポンプヘッド１００の円盤面との間に挟まれて固定されている。したがって、ベローズ３１０、３２０が伸縮すると、それぞれの閉塞端３１１、３２１がシリンダ２１０、２２０の内部を軸方向に往復運動する。

【0018】

第１ベローズ３１０の閉塞端３１１の中央部からは第１シャフト３１５が軸方向へ伸びており、第２ベローズ３２０の閉塞端３２１の中央部からは第２シャフト３２５が軸方向へ伸びている。各シャフト３１５、３２５の先端は各シリンダ２１０、２２０の第１端２１１、２２１を貫通して、その外側のピストン２１４、２２４に連結されている。これにより、第１ベローズ３１０の伸縮に伴って第１シリンダ２１０の外側のピストン２１４が軸方向に変位し、第２ベローズ３２０の伸縮に伴って第２シリンダ２２０の外側のピストン２２４が軸方向に変位する。このとき、各ピストン２１４、２２４の軸方向における位置が近接センサ２１６、２２６によって検出されるので、それぞれの位置からベローズ３１０、３２０の閉塞端３１１、３２１の軸方向における位置がわかる。

【0019】

図２、図３が示すように、各ベローズ３１０、３２０のフランジ３１３、３２３の縁には環状溝３１４、３２４が、フランジ３１３、３２３と同軸に形成されている。環状溝３１４、３２４のそれぞれの中にはポンプヘッド１００の環状突起１４１、１４２が嵌まっている。これにより、各ベローズ３１０、３２０内のポンプ室が外部から密封される（その構造の詳細については後述する）。

【0020】

シリンダ２１０、２２０の第１端２１１、２２１は第２端２１２、２２２とは異なり、径方向へ張り出して全体が矩形状である（図１参照）。第１端２１１、２２１の互いに対向する角の間を締結棒４１０－４４０が接続している。締結棒４１０－４４０は、たとえば同サイズの金属棒であり、両端４１１、４１２、４３１、４３２に雄ねじが設けられている。締結棒４１０－４４０の両端は、シリンダ２１０、２２０の第１端２１１、２２１の４つの角に１つずつ開けられた穴２１５、２２５を貫通しており、各穴２１５、２２５にナット４５０で固定されている。これにより、第１シリンダ２１０の第２端２１２とポンプヘッド１００との間には第１ベローズ３１０のフランジ３１３が挟まれ、第２シリンダ２２０の第２端２２２とポンプヘッド１００との間には第２ベローズ３２０のフランジ３２３が挟まれた状態で、シリンダ２１０、２２０とポンプヘッド１００とが安定化している。
［ベローズポンプの駆動系統］

【0021】

図４の（ａ）は、上記のベローズポンプを駆動する系統のブロック図である。この系統は、エアコンプレッサ、第１レギュレータ、第２レギュレータ、第１切換バルブ、第２切換バルブ、および制御部を含む。エアコンプレッサは高圧の圧縮空気を生成して第１レギュレータと第２レギュレータとへ出力する。第１レギュレータと第２レギュレータとは、それぞれに入力された圧縮空気の圧力を設定値に抑える。第１切換バルブと第２切換バルブとは好ましくは電磁式である。第１切換バルブは、ベローズポンプの第１シリンダ２１０の第１吸排気口２１７と第２吸排気口２１８との一方を第１レギュレータへ接続し、他方を外気に開放する。第２切換バルブは、ベローズポンプの第２シリンダ２２０の第１吸排気口２２７と第２吸排気口２２８との一方を第２レギュレータへ接続し、他方を外気に開放する。制御部は、シリンダ２１０、２２０の近接センサ２１６、２２６を通してベローズ３１０、３２０の閉塞端３１１、３２１の軸方向における位置を監視し、それぞれの位置に応じてレギュレータと切換バルブとを制御する。制御部は特に、各レギュレータには出力圧力の設定値を変更させ、各切換バルブには第１吸排気口２１７、２２７と第２吸排気口２１８、２２８とのいずれをレギュレータに接続すべきかを指定する。
［ベローズポンプの動作］

【0022】

図４の（ａ）が示す駆動系統は、以下に述べるように、第１ベローズ３１０の伸縮と第２ベローズ３２０の伸縮とを互いに独立に制御すると共に、それらの制御間のタイミングを合わせる。これにより、ベローズポンプから輸送対象の流体が連続的に、かつ実質的に脈動を伴うことなく吐出される。

【0023】

図４の（ｂ）は、上記の駆動系統の動作を示すタイミングチャートである。上段のグラフのうち、実線のグラフは第１レギュレータの出力圧力の時間変化を表し、破線のグラフは第２レギュレータの出力圧力の時間変化を表す。中段の棒グラフは、各切換バルブが各レギュレータに各吸排気口を接続する期間を表す。ハッチが入った矩形は、対応する吸排気口２１７、２１８、２２７、２２８が第１レギュレータまたは第２レギュレータに接続される期間を表す。空白の矩形は、対応する吸排気口が外気に開放される期間を表す。下段のグラフのうち、実線のグラフは第１ベローズ３１０の閉塞端３１１の軸方向における位置の時間変化を表し、破線のグラフは第２ベローズ３２０の閉塞端３２１の軸方向における位置の時間変化を表す。グラフの下端ＳＨＲは、閉塞端３１１、３２１がポンプヘッド１００に最接近したときの位置、すなわちベローズ３１０、３２０が最も縮んだときの位置を表す（以下、この位置を「最短縮位置」と呼ぶ）。グラフの上端ＬＮＧは、閉塞端３１１、３２１がポンプヘッド１００から最も離れたときの位置、すなわちベローズ３１０、３２０が最も伸びたときの位置を表す（以下、この位置を「最伸長位置」と呼ぶ）。

【0024】

時刻ｔ０では第１ベローズ３１０の閉塞端３１１が最伸長位置ＬＮＧに静止している。このとき制御部は第１レギュレータと第１切換バルブとへ短縮指令を出す。この短縮指令に応じて、第１レギュレータは出力圧力を値ｂまで急上昇させ、第１切換バルブは第１シリンダ２１０の第１吸排気口２１７を第１レギュレータに接続し、第２吸排気口２１８を外気に開放する。これにより、第１シリンダ２１０の内側では第１ベローズ３１０の外側に圧縮空気が導入される一方、第１シリンダ２１０の空気室２１３では第１端２１１とピストン２１４との隙間から圧縮空気が逃げ出す。したがって、第１ベローズ３１０は短縮し始める。この短縮に伴い、第１ベローズ３１０内のポンプ室から輸送対象の流体が、吐出用逆止弁１１２と吐出路１３２とを通って吐出口１０２へと流れ出す。

【0025】

時刻ｔ０以降、制御部は第１レギュレータに出力圧力を、時刻ｔ０からの経過時間ｔ－ｔ０に比例して上昇させる（出力圧力＝ａ（ｔ－ｔ０）＋ｂ。ａ：比例係数）。第１切換バルブは、第１シリンダ２１０の第１吸排気口２１７を第１レギュレータに接続し続け、第２吸排気口２１８を外気に開放し続ける。これにより、第１シリンダ２１０の内側では第１ベローズ３１０が短縮するほど外側の圧力が高まるので、第１ベローズ３１０は短縮に伴う復元力の低下にかかわらず、一定の速度で短縮し続ける。この短縮に伴い、ベローズポンプの吐出口１０２からは流体が一定の速度で吐出され続ける。

【0026】

時刻ｔ４では、第１ベローズ３１０の閉塞端３１１が最短縮位置ＳＨＲへ到達する。このことを制御部は第１シリンダ２１０内の近接センサ２１６によって検出し、第１レギュレータと第１切換バルブとへ伸長指令を出す。この伸長指令に応じて第１レギュレータは出力圧力を値ｃ（＜ｂ）まで急降下させ、第１切換バルブは圧縮空気の送り先を第１シリンダ２１０の第１吸排気口２１７から第２吸排気口２１８へ切り換える。これにより、第１シリンダ２１０の内側では第１ベローズ３１０の外側から圧縮空気が逃げ出す一方、第１シリンダ２１０の空気室２１３では第１端２１１とピストン２１４との隙間へ圧縮空気が導入される。したがって、第１ベローズ３１０はピストン２１４に引っ張られて伸長し始める。この伸長に伴い、第１ベローズ３１０内のポンプ室へ輸送対象の流体が、吸入口１０１から吸入路１３１と吸入用逆止弁１１１とを通って流れ込む。

【0027】

時刻ｔ４以降、制御部は第１レギュレータに出力圧力を値ｃに維持させる。第１切換バルブは、第１シリンダ２１０の第２吸排気口２１８を第１レギュレータに接続し続け、第１吸排気口２１７を外気に開放し続ける。これにより、第１シリンダ２１０の空気室２１３ではピストン２１４が一定速度で移動し続けるので、第１ベローズ３１０も一定の速度で伸長し続ける。この伸長に伴い、ベローズポンプの吸入口１０１へは流体が一定の速度で吸入され続ける。

【0028】

時刻ｔ５では、第１ベローズ３１０の閉塞端３１１が最伸長位置ＬＮＧに到達する。このことを制御部は第１シリンダ２１０内の近接センサ２１６から検出した後も、第１レギュレータには出力圧力を値ｃに維持させ、第１切換バルブには圧縮空気の送り先を第１シリンダ２１０の第２吸排気口２１８に維持させる。これにより、第１ベローズ３１０は最も伸びた状態で静止し続ける。

【0029】

時刻ｔ５から所定時間が経った後、時刻ｔ６では制御部が再び、第１レギュレータと第１切換バルブとへ短縮指令を出す。この短縮指令に応じて、第１レギュレータは出力圧力を値ｂまで急上昇させ、第１切換バルブは第１シリンダ２１０の第１吸排気口２１７を第１レギュレータに接続し、第２吸排気口２１８を外気に開放する。これにより、時刻ｔ０の場合と同様に、第１ベローズ３１０が短縮し始める。この短縮に伴い、第１ベローズ３１０内のポンプ室から吐出口１０２へ流体が再び流れ出す。

【0030】

このように、第１ベローズ３１０は、輸送対象の流体を内部のポンプ室から吐出する動作と、その流体をポンプ室へ吸入する動作とを繰り返す。これらの動作に並行して第２ベローズ３２０も、以下のように、輸送対象の流体を内部のポンプ室から吐出する動作と、その流体をポンプ室へ吸入する動作とを繰り返す。

【0031】

時刻ｔ０直後の時刻ｔ１では、第２ベローズ３２０の閉塞端３２１が最短縮位置ＳＨＲに到達する。このことを制御部は第２シリンダ２２０内の近接センサ２２６から検出し、第２レギュレータと第２切換バルブとへ伸長指令を出す。この伸長指令に応じて第２レギュレータは出力圧力を値ｃまで急降下させ、第２切換バルブは圧縮空気の送り先を第２シリンダ２２０の第１吸排気口２２７から第２吸排気口２２８へ切り換える。これにより、第２シリンダ２２０の内側では第２ベローズ３２０の外側から圧縮空気が逃げ出す一方、第２シリンダ２２０の空気室２２３では第１端２２１とピストン２２４との隙間へ圧縮空気が導入される。したがって、第２ベローズ３２０はピストン２２４に引っ張られて伸長し始める。この伸長に伴い、第２ベローズ３２０内のポンプ室へ輸送対象の流体が、吸入口１０１から吸入路１３１と吸入用逆止弁１１１とを通って流れ込む。

【0032】

時刻ｔ１以降、制御部は第２レギュレータに出力圧力を値ｃに維持させる。第２切換バルブは、第２シリンダ２２０の第２吸排気口２２８を第２レギュレータに接続し続け、第１吸排気口２２７を外気に開放し続ける。これにより、第２シリンダ２２０の空気室２２３ではピストン２２４が一定速度で移動し続けるので、第２ベローズ３２０も一定の速度で伸長し続ける。この伸長に伴い、ベローズポンプの吸入口１０１へは流体が一定の速度で吸入され続ける。

【0033】

時刻ｔ２では、第２ベローズ３２０の閉塞端３２１が最伸長位置ＬＮＧに到達する。このことを制御部は第２シリンダ２２０内の近接センサ２２６から検出した後も、第２レギュレータには出力圧力を値ｃに維持させ、第２切換バルブには圧縮空気の送り先を第２シリンダ２２０の第２吸排気口２２８に維持させる。これにより、第２ベローズ３２０は最も伸びた状態で静止し続ける。

【0034】

時刻ｔ３では第２ベローズ３２０の閉塞端３２１が最伸長位置ＬＮＧに静止している。このとき制御部は第２レギュレータと第２切換バルブとへ短縮指令を出す。この短縮指令に応じて、第２レギュレータは出力圧力を値ｂまで急上昇させ、第２切換バルブは第２シリンダ２２０の第１吸排気口２２７を第２レギュレータに接続し、第２吸排気口２２８を外気に開放する。これにより、第２シリンダ２２０の内側では第２ベローズ３２０の外側に圧縮空気が導入される一方、第２シリンダ２２０の空気室２２３では第１端２２１とピストン２２４との隙間から圧縮空気が逃げ出す。したがって、第２ベローズ３２０が短縮し始める。この短縮に伴い、第２ベローズ３２０内のポンプ室から輸送対象の流体が、吐出用逆止弁１１２と吐出路１３２とを通って吐出口１０２へと流れ出す。

【0035】

時刻ｔ３以降、制御部は第２レギュレータに出力圧力を、時刻ｔ３からの経過時間ｔ－ｔ３に比例して上昇させる（出力圧力＝ａ（ｔ－ｔ３）＋ｂ。ａ：比例係数）。第２切換バルブは、第２シリンダ２２０の第１吸排気口２２７を第２レギュレータに接続し続け、第２吸排気口２２８を外気に開放し続ける。これにより、第２シリンダ２２０の内側では第２ベローズ３２０が短縮するほど外側の圧力が高まるので、第２ベローズ３２０は短縮に伴う復元力の低下にかかわらず、一定の速度で短縮し続ける。この短縮に伴い、ベローズポンプの吐出口１０２からは流体が一定の速度で吐出され続ける。

【0036】

上記のとおり、第１ベローズ３１０の伸縮と第２ベローズ３２０の伸縮とは互いに独立に制御される。制御部は更に、これらの制御間のタイミングを次のように合わせる。第１レギュレータと第１切換バルブとに短縮指令を出した時刻ｔ０から、次に第２レギュレータと第２切換バルブとに短縮指令を出す時刻ｔ３までの時間Δｔ１＝ｔ３－ｔ０は、時刻ｔ０の直前に第１ベローズ３１０が伸縮に要した時間から算出される。たとえば、第１ベローズ３１０の閉塞端３１１が最短縮位置ＳＨＲから最伸長位置ＬＮＧまで移動するのに要した時間と、最伸長位置ＬＮＧから最短縮位置ＳＨＲまで移動するのに要した時間との平均値が時間Δｔ１として決定される。これにより、第２ベローズ３２０が短縮し始める時刻ｔ３は、第１ベローズ３１０が短縮しきる時刻ｔ４の直前に設定される。同様に、第２レギュレータと第２切換バルブとに短縮指令を出した時刻ｔ３から、次に第１レギュレータと第１切換バルブとに短縮指令を出す時刻ｔ６までの時間Δｔ２＝ｔ６－ｔ３は、時刻ｔ３の直前に第２ベローズ３２０が伸縮に要した時間から算出される。たとえば、第２ベローズ３２０の閉塞端３２１が最短縮位置ＳＨＲから最伸長位置ＬＮＧまで移動するのに要した時間と、最伸長位置ＬＮＧから最短縮位置ＳＨＲまで移動するのに要した時間との平均値が時間Δｔ２として決定される。これにより、第１ベローズ３１０が再び短縮し始める時刻ｔ６は、第２ベローズ３２０が短縮しきる時刻ｔ７の直前に設定される。こうして、いずれのベローズ３１０、３２０も、伸長しきった状態に達した後、他のベローズが短縮しきる直前に短縮し始める。これにより、流体が第１ベローズ３１０と第２ベローズ３２０とから交互に連続して吐出されるだけでなく、吐出される流体の流れに脈動が生じるのが防止される。
［ベローズのシール構造］

【0037】

図５は、図２の破線が示す部分の拡大図である。この部分では、第１シリンダ２１０の第２端２１２が第１ベローズ３１０のフランジ３１３の縁を間に挟んでポンプヘッド１００に近接している。図５が示すように、この部分には環状突起１４１と環状溝３１４とが含まれる。第１ベローズ３１０が第１シリンダ２１０とポンプヘッド１００との間に挟まれる前では、軸方向（図５では左右方向）において環状突起１４１の長さは、厳密には環状溝３１４の深さよりも大きい。４本の締結棒４１０－４４０にナット４５０がねじ込まれる際の応力で、環状突起１４１の先端面１４３が環状溝３１４の底面３１６に押し付けられて、環状突起１４１の先端が潰れる。その結果、第１ベローズ３１０のフランジ３１３の縁とポンプヘッド１００との間には、軸方向における環状突起１４１の長さと環状溝３１４の深さとの間の差よりも小さな距離の隙間しか残らない。このように、環状突起１４１の先端面１４３が環状溝３１４の底面３１６に圧接することにより、その底面３１６との間にシール部が形成されている。

【0038】

環状突起１４１の先端面１４３と環状溝３１４の底面３１６との間のシール部は、第１ベローズ３１０の伸長に伴うそのフランジ３１３の変形にかかわらず、シール性能が高く維持される。その理由は以下のとおりである。

【0039】

第１ベローズ３１０はそのフランジ３１３の縁以外が固定されていないので、図２、図３が示すように、フランジ３１３の径方向における断面が、縁を固定端とし、蛇腹との接続端３１５を自由端とする片持ち梁の構造をしている。したがって、第１ベローズ３１０が伸長するとき、フランジ３１３の自由端３１５は蛇腹からの応力によって軸方向にたわむ（図５が示す２点鎖線参照）。このたわみに伴い、環状溝３１４は内周へ向かって広がる。従来の刺さり込みシールは、環状突起１４１の外周面または内周面が環状溝３１４の内面に圧接することで形成されているので、環状溝３１４が内周へ向かって広がると、シール面間の圧力が下がり、シール性能が劣化する。これに対し、本発明の実施形態によるシール部は環状突起１４１の先端面１４３と環状溝３１４の底面３１６との間に形成されているので、環状溝３１４が内周へ向かって広がってもシール面間の圧力が下がらない。この効果は、環状突起１４１の先端面１４３と環状溝３１４の底面３１６とが第１シリンダ２１０の内周面２１９よりも径方向において外側に位置する場合、すなわち第１シリンダ２１０の第２端２１２の端面２１Ａとポンプヘッド１００との間に挟まれた領域に位置する場合、特に高い。
［実施形態の利点］

【0040】

本発明の実施形態による上記のベローズポンプでは、各ベローズ３１０、３２０のフランジ３１３、３２３が環状溝３１４、３２４を含み、ポンプヘッド１００が環状突起１４１、１４２を含む。環状突起１４１、１４２は環状溝３１４、３２４に圧入されており、それぞれの先端面１４３が環状溝３１４の底面３１６に圧接して、その底面３１６との間にシール部を形成している。これにより、ベローズ３１０の伸長に伴ってフランジ３１３が変形し、環状溝３１４が内周へ向かって広がっても、環状突起１４１の先端面１４３は環状溝３１４の底面３１６に圧接したままである。したがって、シール面間の圧力が高く維持されるのでシール部がシール性能を損ないにくい。こうして、高温高圧の環境の下でも強度を維持すべくベローズ３１０、３２０が分厚く形成されても、このベローズポンプは、ベローズ３１０、３２０のシール性能を高く維持することができる。
［変形例］

【0041】

（１）図５が示すように、ポンプヘッド１００の環状突起１４１の角が面取りされている。これは、丸められていてもよい。いずれの場合においても、環状突起１４１が環状溝３１４の中に入りやすい。更に好ましくは、図５が示すように、環状溝３１４の縁にテーパが設けられている。これにより、仮に環状突起１４１の角が面取りも丸めもされていなくても、環状突起１４１が環状溝３１４の中に入りやすい。

【0042】

（２）図５が示すように、環状突起１４１の外周面と内周面とはポンプヘッド１００の円盤面に対して垂直である。しかし、これは限定条件ではなく、たとえば、環状突起１４１の外周面がポンプヘッド１００の円盤面に対して斜めに傾いていてもよい。従来の刺さり込みシールとは異なり、シール部が環状突起１４１の先端面１４３と環状溝３１４の底面３１６との間に形成されるからである。

【0043】

（３）第１ベローズ３１０のフランジ３１３が第１シリンダ２１０とポンプヘッド１００との間に挟まれる前において、環状突起１４１の先端面１４３は（径方向における角を除き）径方向の外側ほど突起が長いように傾いていてもよい。これにより、環状突起１４１の先端面１４３と環状溝３１４の底面３１６との間では、外周へ向かうほどシール面間の圧力が高い。したがって、第１ベローズ３１０の伸長に伴って環状溝３１４が内周へ向かって広がっても、シール面間の圧力が更に下がりにくい。

【符号の説明】

【0044】

１００ ポンプヘッド
１０１ 吸入口
１０２ 吐出口
１１１、１２１ 吸入用逆止弁
１１２、１２２ 吐出用逆止弁
１３１ 吸入路
１３２ 吐出路
１４１、１４２ 環状突起
１４３ 環状突起の先端面
２１０ 第１シリンダ
２１１ 第１シリンダの第１端
２１２ 第１シリンダの第２端
２１９ 第１シリンダの内周面
２１Ａ 第１シリンダの第２端の端面
２２０ 第２シリンダ
２２１ 第２シリンダの第１端
２２２ 第２シリンダの第２端
３１０ 第１ベローズ
３１１ 第１ベローズの閉塞端
３１２ 第１ベローズの開口端
３１３ 第１ベローズのフランジ
３１４ 第１ベローズの環状溝
３１６ 環状溝の底面
３２０ 第２ベローズ
３２１ 第２ベローズの閉塞端
３２２ 第２ベローズの開口端
３２３ 第２ベローズのフランジ
３２４ 第２ベローズの環状溝
４１０－４４０ 締結棒

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】