JP2000120548A - 微小吐出量ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １ストロークにおける吐出量を微量にした微
小吐出量ポンプを提供する。 【解決手段】 本体部基体１に形成されたダイヤフラム
チャンバー４にダイヤフラム３が設けられ、この中央部
を変位させることにより、チャンバーの容積を変化させ
る。吸入口５と吐出口６には、チェックバルブ７，８が
配設されている。チェックバルブは、弁部材とそれを付
勢する弾性部材とが薄板の金属板により一体的に形成さ
れている。駆動部基体２には、歯車１２により回転され
る回転シャト１１が設けられ、その一部に偏心した円柱
部分１３が偏心カムとして設けられ、スリーブ１４が滑
合している。偏心カムの回転によりスリーブを介してダ
イヤフラムを変位させ、液体の吐出が行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微小吐出量ポン
プ、例えば、１０ｃｃ／時程度の微小吐出量の液体ポン
プに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より一般に使われているポンプには
いろいろな形式のものがあるが、微小量を吐出するため
のものは、ピストン型が多数を占めている。微小量を吐
出するには、ピストンを駆動する駆動制御機構によっ
て、１ストロークの時間を長くして、時間当たりの吐出
量を少なくしているが、１ストロークでの吐出量が大き
いため、高精度で微小吐出を行なうことはできない。

【０００３】高精度での微小吐出を行なうためには、１
ストロークにおける吐出量を微小にすることが望ましい
が、１ストロークの吐出量を再現性よく微小にできるポ
ンプ機構は皆無である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、１ストロークにおける吐出
量を微量にした微小吐出量ポンプを提供することを目的
とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ダイヤフラムの変位により容積が可変とされたダイ
ヤフラムチャンバーと、該ダイヤフラムチャンバーに連
通する吸入口と吐出口に配設されたチェックバルブと、
前記ダイヤフラムに変位を与えるための駆動手段を有
し、前記チェックバルブは、弁部材と該弁部材に付勢力
を与える弾性部材とが薄板の金属板により一体的に形成
されていることを特徴とするものである。

【０００６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の微小吐出量ポンプにおいて、前記ダイヤフラムとし
て、薄板の金属ダイヤフラムを用いることを特徴とする
ものである。

【０００７】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の微小吐出量ポンプにおいて、前記ダイヤフラ
ムの変位は前記ダイヤフラムチャンバーの内径の１％以
内であることを特徴とするものである。

【０００８】請求項４に記載の発明は、請求項１ないし
３のいずれか１項に記載の微小吐出量ポンプにおいて、
前記ダイヤフラムの変位に対抗するスプリングが設けら
ていることを特徴とするものである。

【０００９】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の微小吐出量ポンプにおいて、前記スプリングとしてコ
ーンスプリングを用い、該コーンスプリングの前記ダイ
ヤフラムに衝合する部分は、小径部側であり、かつ、研
磨またはプレスにより平坦部が形成されていることを特
徴とするものである。

【００１０】請求項６に記載の発明は、請求項１ないし
５のいずれか１項に記載の微小吐出量ポンプにおいて、
前記駆動手段は、回転シャフトの一部に設けられたカム
部材であり、該カム部材と前記ダイヤフラムとは、前記
回転シャフトの回転によっては実質的に回転しない中間
部材を介して接触していることを特徴とするものであ
る。

【００１１】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
の微小吐出量ポンプにおいて、前記カム部材が前記回転
シャフトの中心軸に対して偏心した円柱形状の部材であ
ることを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の微小吐出量ポン
プの実施の形態の一例を説明するための断面図である。
図中、１は本体部基体、２は駆動部基体、３はダイヤフ
ラム、４はダイヤフラムチャンバー、５は吸入口、６は
吐出口、７，８はチェックバルブ、９はＯリング、１０
はコーンスプリング、１１は回転シャフト、１２は歯
車、１３は偏心部分、１４はスリーブ、１５は抜け止め
ねじである。

【００１３】本体部基体１と駆動部基体２とは、ダイヤ
フラム３を挟むようにして一体化される。一体化は、ね
じ止めが適当であり、両部材を貫通する孔を設けてビス
とナットにより固定する方法、一方の基体に雌ねじを切
ってビス止めして他方の基体に開けた孔からビスを差し
込んで固定する方法、フランジを設けてビス止めする方
法など、適宜の方法が採用できる。もちろん、ねじ止め
によらない固定方法、例えば、かしめによる方法などを
採用してもよい。いずれにしても、この実施の形態で
は、本体部基体１と駆動部基体２との固定を利用してダ
イヤフラム３を固定するようにした。

【００１４】本体部基体１には、ダイヤフラム３に向か
い合う凹部が形成されており、ダイヤフラム３で蓋をさ
れる形となり、ダイヤフラムチャンバー４が形成されて
いる。凹部は円形形状としたから、ダイヤフラムチャン
バー４は、円柱状の空間となっている。このダイヤフラ
ムチャンバー４に連通する吸入口５と吐出口６が設けら
れており、それぞれ、チェックバルブ７，８が介在され
ている。吸入口５，吐出口６は、適当な弾性を有するパ
イプが連結できるように周囲を取り巻く凸条が設けられ
ている。他の連結構造を採用してもよい。しかし、吐出
量が微小であるから、連結されるパイプは細径のパイプ
が好ましい。

【００１５】吸入と吐出には、その切り替え時に不安定
などちらともつかない状態の出現を極力避けるため、吸
入弁と吐出弁として用いられるチェックバルブには、予
圧がかけられている。ポンプを、例えば、エンジンオイ
ルの供給に用いた場合などで、オイルタンクがポンプよ
り高い位置にあり、エンジンが止まっている場合に、ヘ
ッド圧によって、オイルがチェックバルブを通過して、
吐出口からオイルが流出してしまうことになる。これを
避けるために、チェックバルブには、ある程度の予圧を
かけておくことが必要となる。

【００１６】従来のポンプのチェックバルブは、フラッ
トバルブかボールバルブをスプリングで支える構造を採
用している。この構造は、フラットバルブかボールバル
ブをセンターリングしておくための何らかの方法を採用
しなければならない。そのため、構造が複雑になること
と、流路抵抗も大きくなり、また、ストロークごとに確
実に同一部所にバルブを位置させることが疑わしくなる
という問題がある。したがって、吐出量が大きいポンプ
の場合には、上述した問題の影響は少ないが、１０ｃｃ
／毎時といったように微小吐出量ポンプの場合には、従
来の構造のチェックバルブでは、安定した動作をもたら
すことはできない。

【００１７】本発明の微小吐出量ポンプに用いられるチ
ェックバルブの実施の形態を図２に示す。図２（Ａ）は
平板状の図、図２（Ｂ）は斜視図である。図中、７ａは
バルブ部、７ｂはスプリング部である。ばね材料の金属
板を、図２（Ａ）に示すように、中央部にフラットバル
ブとなるバルブ部７ａが設けられ、それに続いてバルブ
部７ａにばね力を付与するスプリング部７ｂが形成され
るよう、プレス加工で打ち抜き、図２（Ｂ）に示すよう
に、成形して、フラットバルブとスプリングが同一材料
で一体化されたものをチェックバルブ７，８として用い
る。バルブ７ａとスプリング部７ｂが一体化されている
ことにより、センターリングについて考慮を払う必要は
なく、また、板厚と材料の選択により所望のばね定数の
ものを作成できる。

【００１８】図２のばねに代えて、普通のコイルスプリ
ングまたはコーンスプリングを用い、フラットバルブを
溶接とかロー付けにより同様な機能のチェックバルブと
することは可能であるが、実際には、平行度や同心度な
どが出し難く、高価なものとなる。確実な機能と、簡単
な構造と、さらに、廉価性等を勘案すると、平板をプレ
ス加工で抜く方法が、最適であることが分かった。

【００１９】吸入口５と吐出口６は、この実施の形態で
は、本体部基体１にねじ込んで取り付けるようにした。
ねじ込み量により、チェックバルブ７，８のばね圧を調
整することもできる。

【００２０】ダイヤフラム３は、ステンレススチール等
の金属薄板により作成されている。後述する駆動機構に
よって中央部が変位するが、弾性変形となる範囲内の変
形である。周囲は、本体部基体１と駆動部基体２とによ
って挟まれて固定されているが、固定を確実にするため
と、シールのために、Ｏリング９を設けるようにしても
よい。

【００２１】ダイヤフラム３の中央部を変位させて、ダ
イヤフラムチャンバー４の体積を変化させることによっ
て、吸入・吐出が行なわれる。すなわち、ダイヤフラム
３の中央部が押された場合に、ダイヤフラムチャンバー
４内の液体の一部がチェックバルブ８を押して吐出口６
から液体を吐出させる。ダイヤフラム３の中心部への押
圧力が解除されると、ダイヤフラム３の弾性により、ダ
イヤフラム３は、元の位置に復帰し、それにより、ダイ
ヤフラムチャンバー４内は負圧となって、チェックバル
ブ７を開け、吸入口５から液体を吸入する。

【００２２】ダイヤフラム３の変位は、その全体が平行
移動するのではなく、中央部の変位量が最も大きく、エ
ッジ部分での変位はなく、したがって、吐出量はダイヤ
フラム全体が平行移動した場合より小さなものとなり、
その押し退け量は、平行移動した場合の約３分の１とな
り小さなものとなる。ダイヤフラム３のストロークは、
勿論金属板の弾性限界内でなければならない。

【００２３】ダイヤフラム３の復帰に際して、ダイヤフ
ラム３のばね力によって、チェックバルブ７を開ける力
が必要である。この実施の形態では、コーンスプリング
１０を設けて、ダイヤフラム３の復帰力を大きくするよ
うにした。

【００２４】コーンスプリング１０の一例を図３に示
す。図３（Ａ）は斜視図、図３（Ｂ）は平面図である。
図中、１０ａは平坦部である。コーンスプリング１０
は、ワイヤーをコーン状に形成してばね力を持たせたも
のである。小径部側がダイヤフラムに衝合する。ダイヤ
フラムに接する部分の接触面積を大きくするために、少
なくともダイヤフラムに接する部分に平坦部１０ａを形
成した。平坦部１０ａは、研磨によって形成する。プレ
ス加工で潰すようにして平坦部１０ａを形成してもよ
い。

【００２５】駆動部基体２には、回転シャフト１１が設
けられ、歯車１２に伝達された回転力により回転され
る。回転シャフト１１の一部に偏心部分１３が設けら
れ、偏心部分１３に滑合してスリーブ１４が設けられて
いる。図４は、これらの関係を示す説明図であり、回転
シャフト１１が、その中心１１ａを通る軸を中心軸とし
て回転する。偏心部分１３は円形であり、その中心１３
ａは、回転シャフト１１の中心１１ａから偏心して設け
られている。回転シャフト１１は、抜け止めねじ１５に
より、抜け止めされている。回転シャフト１１の偏心部
分１３の周囲に設けられたスリーブ１４は、回転シャフ
ト１１の回転によっては回転しない。つまり、偏心部分
１１がカム部材として回転しても、スリーブ１４は回転
せず、図４の左右方向に移動するだけである。したがっ
て、図１において、回転シャフト１１の回転により、ス
リーブ１４が左右に移動し、ダイヤフラム３を変位させ
るよう駆動することができる。ダイヤフラム３の変位に
際して、スリーブ１４が回転しないことにより、回転駆
動にもかかわらず、スリーブ１４は、多少のぶれが生じ
るような運動であり、ダイヤフラム３との接触部分にお
いて摺動することがなく、したがって、ダイヤフラム３
の耐久性を向上できる。

【００２６】回転シャフト１１によるダイヤフラム３の
駆動は、スリーブ１４を介在させる方法に限られるもの
ではなく、例えば、図５に示したように、柱状の部材１
４ａを設けてもよい。要は、カム部材によって、ダイヤ
フラム３が摺動されることがないように、中間部材を介
在させればよいのであるから、中間部材の形状は適宜の
形状でよい。それによりダイヤフラム３として用いた金
属板の耐久性を向上させることができる。

【００２７】この実施の形態では、カム部材として、回
転シャフトの一部に偏心させた円形形状の部分を設けた
が、偏心させた形状に限られるものではない。図６
（Ａ）に示すような楕円形状のカム部材１３ｂ、図６
（Ｂ）に示すような丸みを帯びた三角形状のカム部材１
３ｃなど、往復動を与えることができる適当な形状のカ
ムを用いることができる。また、回転駆動によらず、往
復駆動など、適当な駆動手段を用いてもよい。

【００２８】この実施の形態では、図３で説明したよう
に、ダイヤフラムに復帰力を与えるためにコーンスプリ
ングを用いた。ダイヤフラムチャンバーは、ダイヤフラ
ムの変位による体積変化の量が非常に小さいため、ダイ
ヤフラムチャンバーの体積も小さくすることが望まし
い。ダイヤフラムチャンバーの体積に対するダイヤフラ
ムの変位による体積変化分の比率を大きくするのがよ
く、そのためには、ダイヤフラムチャンバーの体積をで
きるだけ小さくするのが望ましい。この観点からコーン
スプリングを用いたのである。

【００２９】実験結果では、ダイヤフラムチャンバーの
深さは、ダイヤフラムチャンバーの内径の１０％以下が
望ましい。ダイヤフラムチャンバーの深さが浅いため、
コーンスプリングの代わりに、平板を渦巻き状にプレス
で抜いた図２で説明したような形状のものとか、平板を
ワイヤーカットで成形し、ある量立ち上げてスプリング
にしたものなど、平板を用いたスプリングを使用する
と、板材の板厚だけの薄いものとなり、浅いダイヤフラ
ムチャンバーに挿入するスプリングとして、より効果的
である。なお、丸線材によるコーンスプリングは、密着
状態にまで撓ませても、丸線の直径だけの高さになるよ
うに、すなわち、図３（Ｂ）の平面図に示すように、重
ならないように、巻数を加減して作ることにより、浅い
ダイヤフラムチャンバーに挿入することが可能となる。

【００３０】図７，図８は、本発明の微小吐出量ポンプ
の実施の形態の他の一例を説明するためのもので、図７
（Ａ）は平面図、図７（Ｂ）は底面図、図８は断面図で
ある。図中、図１と同様の部分には同じ符号を付して説
明を省略する。１６は接続部基体、１７は吸入口通路、
１８は吐出口通路、１９はＯリングである。

【００３１】この実施の形態では、本体部基体１に接続
部基体１６を取り付けて、接続部基体１６の吸入口通路
１７と吐出口通路１８に、吸入口５と吐出口６をそれぞ
れ取り付けた。吸入口５と吐出口６を、接続部基体１６
に一体的に形成してもよい。なお、回転シャフト１１
は、四角形の本体部基体１（駆動部基体２と接続部基体
１６も同形である。）に対して、斜めに配置されている
が、これは、回転シャフトを基体に対して斜めに取り付
けてもよいことを示すものであり、基体の１つの辺と平
行に取り付けてもよいことはもちろんである。

【００３２】本発明の微小吐出量ポンプは、例えば、１
時間当たり１０ｃｃというような微量の吐出量のものも
実現できる。このような微量の吐出量が要求される場合
には、調整機構により調整した吐出量が何らかの要因、
たとえば調整ねじのゆるみなどにより微妙に狂ってきて
吐出量が違ってきてしまうことがあってはならない。そ
のため、ダイヤフラムをカムで変位させる方法は、カム
形状の寸法管理を精密に行なうことにより、ポンプ機構
自体で正確な吐出を行なうことができる。吐出量の調整
は、回転シャフトを用いる場合には、回転速度の調整に
より、また、往復動のような駆動を行なう場合には、往
復動の周期の調整により、行なうことができる。

【００３３】また、ポンプの形式としては、洩れの危険
性のあるピストン型とはせず、洩れの心配がないダイヤ
フラム型とし、かつ、ダイヤフラムの材料として、常識
的に伸び縮みのあるゴムとか弾力のあるものは使わず、
それよりずっと硬い薄い金属板を用いたことにより、ス
トロークと吐出量とが一義的に決まるものとした。

【００３４】上述したような１０ｃｃ／時という極微量
の吐出量は、約７秒に１滴という程度の微量であり、こ
のような微量の場合には従来の常識的な考え方では処理
しきれない。したがって、このような微量のものでは、
ストロークもごく小さなものとなる。実験の結果から
は、金属板にステンレス板を使った場合には、ダイヤフ
ラムチャンバーの内径の１％以下のストロークとなる。
例えば、ダイヤフラムチャンバーの内径が１５ｍｍの場
合には、ストロークは０．１５ｍｍ以下となる。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、微量の液体の吐出が可能であり、２サイクル
エンジンのオイルの供給ポンプとして、または、点滴等
薬液の微量供給等、安定して微量の液体の供給が必要な
用途に適した微小吐出量ポンプを提供することができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微小吐出量ポンプの実施の形態の一例
を説明するための断面図である。

【図２】本発明の微小吐出量ポンプに用いられるチェッ
クバルブの実施の形態を説明するためのもので、図２
（Ａ）は平板状の図、図２（Ｂ）は斜視図である。

【図３】コーンスプリングの一例を示すもので、図３
（Ａ）は斜視図、図３（Ｂ）は平面図である。

【図４】回転シャフトと偏心カムの関係を示す説明図で
ある。

【図５】中間部材の説明図である。

【図６】カム部材の他の例の説明図である。

【図７】本発明の微小吐出量ポンプの実施の形態の他の
一例を説明するためのもので、図７（Ａ）は平面図、図
７（Ｂ）は底面図である。

【図８】図７の微小吐出量ポンプの断面図である。

【符号の説明】

１…本体部基体、２…駆動部基体、３…ダイヤフラム、
４…ダイヤフラムチャンバー、５…吸入口、６…吐出
口、７，８…チェックバルブ、９…Ｏリング、１０…コ
ーンスプリング、１１…回転シャフト、１１ａ…中心、
１２…歯車、１３…偏心部分、１３ａ…中心、１４…ス
リーブ、１５…抜け止めねじ、１６…接続部基体、１７
…吸入口通路、１８…吐出口通路、１９…Ｏリング。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイヤフラムの変位により容積が可変と
   されたダイヤフラムチャンバーと、該ダイヤフラムチャ
   ンバーに連通する吸入口と吐出口に配設されたチェック
   バルブと、前記ダイヤフラムに変位を与えるための駆動
   手段を有し、前記チェックバルブは、弁部材と該弁部材
   に付勢力を与える弾性部材とが薄板の金属板により一体
   的に形成されていることを特徴とする微小吐出量ポン
   プ。
2. 【請求項２】 前記ダイヤフラムとして、薄板の金属ダ
   イヤフラムを用いることを特徴とする請求項１に記載の
   微小吐出量ポンプ。
3. 【請求項３】 前記ダイヤフラムの変位は前記ダイヤフ
   ラムチャンバーの内径の１％以内であることを特徴とす
   る請求項１または２に記載の微小吐出量ポンプ。
4. 【請求項４】 前記ダイヤフラムの変位に対抗するスプ
   リングが設けらていることを特徴とする請求項１ないし
   ３のいずれか１項に記載の微小吐出量ポンプ。
5. 【請求項５】 前記スプリングとしてコーンスプリング
   を用い、該コーンスプリングの前記ダイヤフラムに衝合
   する部分は、小径部側であり、かつ、研磨またはプレス
   により平坦部が形成されていることを特徴とする請求項
   ４に記載の微小吐出量ポンプ。
6. 【請求項６】 前記駆動手段は、回転シャフトの一部に
   設けられたカム部材であり、該カム部材と前記ダイヤフ
   ラムとは、前記回転シャフトの回転によっては実質的に
   回転しない中間部材を介して接触していることを特徴と
   する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の微小吐出
   量ポンプ。
7. 【請求項７】 前記カム部材が前記回転シャフトの中心
   軸に対して偏心した円柱形状の部材であることを特徴と
   する請求項６に記載の微小吐出量ポンプ。