JP2002130136A - 往復動ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した駆動が可能で耐久性に富む安価な
小型ポンプを提供する。 【解決手段】 ポンプを形成するダイヤフラムと、駆
動部を有する駆動板と、モーターにて回転される回転板
と、駆動板と回転板にて挟持されたボールとにて構成
し、回転板の回転によりボールを回動させて駆動板の傾
斜方向を連続的に変化させて駆動部を往復動させポンプ
作用を行なうもので、駆動板の回転板側にスプリングを
設けることによりボールの回動を安定なものにして安定
したポンプ作用を行なうようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤフラムを用
いた小型ポンプ（往復動ポンプ）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の小型ポンプは、例えば、
特開昭６２−２９１４８４号公報に記載されたもので、
その構成の概要は図４に示す通りである。

【０００３】この従来の小型ポンプは、図４に示すよう
に、モーター３１の出力軸３２に固定されているクラン
ク台３３に所定の角度傾斜させて取り付けた駆動軸３４
に円板状の駆動板３５が取り付けられている。この円板
状の駆動板３５の外周部分に、上方に開口を有するカッ
プ状のダイヤフラム部３６が一つ又は複数個取り付けら
れている。尚ダイヤフラム部３６が複数設けられたポン
プの場合、それらダイヤフラム部は円周上に等間隔に並
び配置される。又３７は、例えばダイヤフラム部３６と
一体に構成された円筒状のバルブ、３８は他のバルブ、
３９は吸入口、４０は排出口である。

【０００４】このような小型ポンプは、モーター３１を
駆動してその出力軸３２を回転させることによりクラン
ク台３３を回転させ駆動軸３４を介しての駆動板３５の
皿まわし動によりダイヤフラム部３６の根元の駆動部３
６ａを上下動させる。これにより、例えば、図４におい
て左側に位置するカップ状のダイヤフラム３６は、その
根元部分（駆動部）３６ａが下降した状態より上昇し、
逆右側に位置するダイヤフラム３６は、その根元部（駆
動部）３６ａが上昇した状態から下降するように運動す
る。

【０００５】このダイヤフラム部３６の根元部分の上下
動により、各ダイヤフラムは、それぞれ一定時間隔をお
いて流体の流入や排出を行ないポンプ作用が行なわれ
る。以上述べた従来の小型ポンプは、ダイヤフラム３６
に理想的な往復運動をさせるために、駆動板３５のダイ
ヤフラム部３６の中心Ｇが出力軸の固定中心と一致する
ようにしなければならない。つまり、中心Ｇが出力軸３
２の延長線上に位置するようにしなければならない。そ
のためには、駆動軸３４の軸受部が必要になり、駆動板
３５が長くなりポンプ全体が大型になる。

【０００６】また出力軸３２の一回転によって、ダイヤ
フラム３６の駆動部が一往復するために、モーターの回
転数を上げると、出力軸の回転を速くすると、ダイヤフ
ラム部３６が異常変形を起し、ダイヤフラムの寿命が極
度に低下する。そのために大型で強力なモーターが必要
になる。

【０００７】以上述べたような図４に示す従来例の欠点
を解消するために本出願人が提案した特開平１１−２３
００４６号に記載するポンプがある。

【０００８】この往復動ポンプは図５に示すような構成
である。

【０００９】この図５において、１はモーター、２はモ
ーター１の出力軸、３は出力軸２に固定されている円板
状の回転板で、この回転板３には断面形状が円弧状の溝
３ａが出力軸２を中心とした円周上に沿って形成されて
いる。５は例えばほぼ円板状の駆動板であって、回転板
３と同様に断面形状が円弧状であってこの駆動板５の中
心を中心とした円周上に形成されている溝５ａを有して
いる。このように互いに相対して形成された回転板３の
溝３ａと駆動板５の溝５ａの間にボール４が配置されて
いる。また６はシリンダー、７はその駆動部７ｂが駆動
板５に固定されているダイヤフラム、８はバルブハウジ
ング（蓋体）で、このバルブハウジング８とシリンダー
６とによりダイヤフラム７を挟みシリンダー部６にビス
１３により締め付け固定することにより、密閉してポン
プ室１２を形成している。図５にはダイヤフラム７のダ
イヤフラム部に形成されるポンプ室１２は一つのみ示し
てあるが、このダイヤフラム７（ポンプ室１２）は、二
つ又はそれ以上の複数形成してもよく、これにより多気
筒のポンプを構成し得る。

【００１０】又、バルブハウジング８にはこれと一体に
弁室９およびこの弁室９に通ずる排出口１０とが形成さ
れ、弁室９内には、ダイヤフラム７と一体に形成されて
いる弁７ａが配置されている。又１４は逆止弁、１５は
吸入口である。

【００１１】以上述べたポンプにおいて、回転板３と駆
動板５を押し上げて上面中心がシリンダー６の中心に設
けたストッパーピン６ａに当たり、駆動板５を傾斜させ
るようにセットされる。この傾斜角の大きさ等により、
ダイヤフラム７に一体に形成されている駆動部７ｂを往
復動させるストロークが決まる。又、２０はボールに対
する負荷が少ない時にボールに負荷を与えて適宜な摩擦
を与えるためのバイヤススプリングである。したがっ
て、負荷との関係によりボール４に適宜な摩擦が与えら
れている場合には、このバイヤススプリング２０は用い
なくともよい。

【００１２】この往復動ポンプは、モーター１の駆動に
より出力軸２が回転すると、これに固定してある回転板
３が回転する。この回転板３の回転によりバイアススプ
リング１６等による駆動板５により押し付けられている
ボール４は自転しながら出力軸２のまわりを回転板２の
回転方向と同じ方向にころがりながら移動する。ここで
断面円弧状をした回転板３の溝３ａと駆動板５の溝５ａ
の半径は、ほぼ等しく（一般的には駆動板５の溝５ａの
半径の方が若干小である）してあるので、ボール４の進
む速度は、回転板３の速度の約半分であって、したがっ
て回転板３が２回転すると、ボール４は出力軸２のまわ
りをほぼ一周することになる。

【００１３】したがって、図示する位置から回転板３が
１回転するとボール４は半周して出力軸２の右側にあっ
たボール４は、出力軸２の左側に移動し、これにより駆
動板は、上方位置にあるダイヤフラム７の駆動部７ｂの
部分が下方位置に移動する。このように、回転板３の回
転により駆動部７ｂは上下動し、したがってポンプ作用
が行なわれる。つまり駆動部７ｂが図示する位置より下
降することによってポンプ室１２の容積は増加し、弁１
４を開いて吸入口より流体が流入する。又、駆動体７ｂ
が再び上昇することによって、ポンプ室１２の容積は減
少し、ポンプ室内の気体は加圧されて弁７ａを開き弁室
９を通って排出口１０より排出される。

【００１４】以上の運動を繰り返すことにより、流体は
吸入口１５より吸引され、排出口１０より排出されてポ
ンプ作用が行なわれる。

【００１５】この従来の往復動ポンプは、バイヤススプ
リングを用いない場合、駆動中に駆動板１５が浮き、そ
のために回転板３の回転がボール４を介しての伝達が十
分ではなく、したがって正確なスピードや時間間隔での
ダイヤフラム部の往復運動ができず、流体の安定した供
給や吸引ができない。また駆動板１５とボール４等の間
が接触したり離れたりを繰り返すために騒音を発するこ
とがある。

【００１６】この欠点を解消するために、前記従来例図
５に示すようにバイヤススプリング２０を設け、これに
よって駆動板５がボール４に接するようにすることが考
えられる。

【００１７】この方法は、バイヤススプリング２０の力
が弱いと効果が得られずバイヤススプリングを設けない
場合と同じである。またバイヤススプリング２０の力が
強いと駆動板５の傾きが大になる。その理由は、図より
明らかなように駆動板５がボール４を支点としてバイヤ
ススプリング２０の力が働く側（図５において左側）が
押し下げられるために駆動板５の図５における左側が下
がり傾斜角が大になる。その結果、ストッパーピン６ａ
の先端から駆動板５が離れ、そのため駆動板５の傾きの
変化が安定せず、ダイヤフラム７の上下動（往復動）が
安定しない。またバイヤススプリング２０の力が更に強
すぎると傾き角が一層大になり駆動板５と回転板３とが
接触し、回転板３の回転が安定せず、更に騒音が発する
等の問題が生ずる。

【００１８】このように、図５に示す従来例のポンプ
は、スプリングの力が弱くとも逆に強くとも問題があ
り、スプリングの適切な力の設定の幅が狭く、極めて小
さい範囲のスプリングの力においてのみ良好な作動をす
る。そのために、バイヤススプリング２０や回転板３、
ボール４、駆動板５等の部品の精度を極めて高くする必
要がありコスト高になる。

【００１９】スプリングの力を適切な範囲内に設定し、
部品の精度を高くしても、使用中の部品の摩耗やバイヤ
ススプリングの劣化等により力が弱くなること等から前
述のような問題が発生することがあり、製品の耐久性に
も問題がある。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、安定した駆
動が得られ安価でしかも耐久性に富んだ小型ポンプを提
供するものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の往復動ポンプ
は、逆止弁を介して吸入口に、又逆止弁を介して排出口
に夫々接続するポンプ室を有するダイヤフラムと往復動
によりポンプ室内の容積の増減を行なう前記ダイヤフラ
ムに設けられた駆動部とを有し前記駆動部の往復動によ
るポンプ室の容積の増加により吸入口よりの流体の流入
を又ポンプ室の容積の減少によりポンプ室より排出口を
通じ流体の排出を行なってポンプ作用を行なう往復動ポ
ンプにおいて、前記駆動部を固定した駆動板とモーター
の出力軸に固定した回転板とを出力軸より離れた位置に
てボールを挟んだ構成で、ボールを挟むことにより駆動
板のボールが位置する側が保持部よりも高くなるように
傾斜するようにし、前記出力軸の回転に伴う回転板の回
転によるボールの自転によって駆動板の傾斜を連続的に
変化させて駆動板に固定した駆動体が往復動を行なって
ポンプ作用を行なうもので、前記駆動板の中央に形成さ
れた支持軸を支持する支持軸受け部と、前記駆動板の支
持軸受け部と反対側に位置する前記回転板との間に配置
されたスプリングとを更に備え、前記スプリングにより
前記駆動板の前記支持軸を前記支持受け部分に押圧する
と共に、前記駆動板の支持軸に関して前記ボールと反対
側において上方に向かう力つまり駆動板が水平になる方
向への力が加わるようにしたことを特徴とする。

【００２２】このような駆動板が水平方向に向かう力に
より駆動板がボールに常に押圧されるようになり、ボー
ルの移動が確実になる。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に本発明の往復動ポンプの実施
の形態を図面をもとに説明する。

【００２４】図１は本発明の第１の実施の形態を示す図
で、１は駆動モーター、２はモーター１の出力軸、３は
モーターの出力軸２に固定された円板状の回転板、４は
回転板３に形成されているモーターの出力軸２の回りに
円周状に形成されている凹溝３ａ上に配置されているボ
ール、５は駆動板で、その下面の回転板３の凹溝３ａに
対応する位置に円周状に形成された凹溝５ａを有しまた
中央には支持軸５ｂを有する駆動板で、回転板３の凹溝
３ａと駆動板５の凹溝５ａとの間にボール４が配置され
ている。また６はシリンダー、７はダイヤフラム、１６
はリテーナーでダイヤフラム７を駆動板５とこのりテー
ナー１６とにて挟んだ上でねじ１６ａにより駆動板５に
固定され、このリテーナー１６とねじ１６ａ等の部分が
ピストンと同様の作用をする。またシリンダー６の中央
部分には駆動板５に設けられた支持軸５ｂを受ける支持
軸受け６ｂが設けられている。更に８は蓋体、９は弁
室、１０は排出口、１１はケース、１２はポンプ室、１
４は吸入弁、１５は吸入口である。なお図１にはポンプ
室１２は二つ図示されているが、三つ以上でもよくまた
一つでもよい。尚７ａはダイヤフラム７に一体に形成さ
れている排出弁、９は弁室である。

【００２５】また、この実施の形態のポンプは、スプリ
ング１７が駆動板５の支持軸５ｂと反対側の回転板３と
の間に配置されている。このスプリング１７が、回転板
３の回転により影響を受けることがないように、この実
施の形態のポンプは、ポンプ１の出力軸２にボールベア
リング１８を介して取り付けられているスプリング受１
９を設け、このスプリング受１９と駆動板５との間にス
プリング１７を設けるようにしてある。

【００２６】この実施の形態の往復動ポンプは、駆動モ
ーター１の駆動によるその出力軸２の回転により回転板
３が回転する。この回転板３の回転によりボール４は出
力軸２のまわりを凹溝３ａ、５ａに沿って移動する。こ
のボール４の移動により駆動板５の傾く方向が順次連続
して変化する。例えば、図１に示す状態の場合、ボール
４は最も右側に位置し、駆動板５は右側が最も高く左側
が最も低くなるように傾斜する。この駆動板５の傾斜に
より右側のポンプ室ではピストンの作用を行なうリテー
ナー１６が押し込まれポンプ室１２の容積は減少し、一
方左側のポンプ室ではピストンの作用を行なうリテーナ
ー１６が押し下げられてポンプ室１２の容積は増大す
る。

【００２７】続いて、ボール４が溝３ａ、４ａに沿って
回動して左側に位置するようになると駆動板５は逆方向
に傾斜し、これにより右側のポンプ室１２ではピストン
の作用を行なうリテーナー１６が下降して容積が大にな
り、逆に左側のポンプ室では、ピストンの作用を行なう
リテーナー１６が上昇し容積は減少する。

【００２８】この駆動板５の傾斜の変化が支点（支持
軸）５ａを中心として３６０°連続して行なわれ、それ
を繰り返すことによりポンプ作用が連続して行なわれ
る。

【００２９】ここでこの実施の形態の往復動ポンプは、
駆動板５とスプリング受け１９との間にスプリング１７
が設けられ、このスプリング１７により駆動板５をその
中央に形成された支持軸５ｂの近傍にて押しあげるよう
に構成されている。このスプリング１７による駆動板５
の付近での押しあげる力により支持軸５ｂは支持軸受け
６ｂに押されまたボール４と溝５ａとの接触部分では駆
動板５にはボール側を押し下げるような力が働く。つま
り、支持軸５ｂ付近でのスプリング１７による上向きの
力により支持軸５ｂと支持軸受け６ｂとを密着させると
同時に、ボール４による駆動板５の傾斜（ボール４の側
が高くなる）により、図示するようにスプリングがボー
ル側Ｂが伸びた状態になり、スプリングのボール４と反
対側Ａにおける上向きの力がボール４の側Ｂにおける上
向きの力より大になり、その結果、常に駆動板５がボー
ル４を押圧する力が働くことになる。これによりスプリ
ング１７により傾斜した駆動板５が水平になる方向に働
く。

【００３０】このように、本発明の第１の実施の形態の
往復動ポンプは、スプリング１７による力により駆動板
５がボール４による傾斜を戻す方向に作用し、それによ
り駆動板５はボール４に常に接触するようになる。その
結果、駆動板５は、一定の速度でその傾斜方向が連続し
て変化し、回転板３の回転によるボール４の移動は滑る
ことなしに確実に行なわれ、したがって、各ポンプ室が
互いに一定の位相差（時間差）による連続したポンプ作
用を行なうことができる。

【００３１】また、スプリング１７による駆動板５に加
わる力は、駆動板５の傾斜角が小になるように作用する
ためボール４と反対側の部分（回転板３に最も近くなる
部分）でさえ、駆動板５が回転板３に接触するおそれは
なく、良好な駆動が可能であり、良好なポンプ作用が行
なわれる。また、スプリング１７の力は一定の力以上で
あれば良いので、使用によりスプリングの力が多少弱く
なっても問題がなく、長い期間使用しても問題が生ずる
ことはない。

【００３２】図２は本発明の第２の実施の形態の往復動
ポンプを示す図である。

【００３３】図２において、１は駆動モーター、２はモ
ーター１の出力軸、３は凹溝３ａを有する回転板、４は
ボール、５は凹溝５ａを有する駆動板、６はシリンダ
ー、７はダイヤフラム、１０は排出口、１１はケース、
１２はポンプ室、１４は吸入弁、１５は吸入口、１６は
リテーナーで、これらの構成は図１の第１の実施の形態
と実質上同じである。

【００３４】１７はケースと駆動板５との間に配置され
たスプリングで、回転板３の外側に位置するようにケー
スの下端部の空隙を利用して配置されている。

【００３５】このように、この第２の実施の形態のポン
プは、スプリング１７の配置位置において第１の実施の
形態のポンプと相違する。

【００３６】この第２の実施の形態の往復動ポンプは駆
動モーター１の駆動による出力軸２が回転しそれに伴い
回転板３が回転する。それにより回転板３と駆動板５の
間に配置されたボール４が凹溝３ａ、５ａに沿って回転
しながら移動し、このボール４の移動により駆動板５の
傾く方向が順次連続して変化する。これによって、駆動
板５に取り付けられているピストンと同じ作用をするリ
テーナー１６が上下動（往復動）してポンプ作用を行な
う。

【００３７】このように、この本発明の第２の実施の形
態のポンプは、第１の実施の形態のポンプ作用と同様の
ポンプ作用を行なう。

【００３８】しかし、第２の実施の形態は、スプリング
１７をケース内で駆動板５の周辺の部分の下側で回転板
３の外側の空隙に配置した点で第１の実施の形態と相違
する。

【００３９】このようにスプリングをケースの周辺部の
空隙中に配置するためスプリングの配置が容易であり、
第１の実施の形態のようにスプリングは一部分を特殊な
構成にする必要がなく、つまり出力軸２に対しボールベ
アリング１８を介して取り付けたスプリング受け１９を
設けることがなく、構造が簡単になり、コスト面でも有
利である。

【００４０】また、スプリングを駆動板の周辺部に配置
することにより比較的弱いスプリングの力でもボール４
が駆動板５に確実に接した状態を保ち得る。

【００４１】この第２の実施の形態においては、図２に
おける左側のスプリングの駆動板５の周辺部を上方へ押
しあげる力により駆動板５の中心部分の支持軸５ｂが支
持軸受け６ｂに密着するように押しあげると共にこの支
持軸５ｂを支点としてボール４に圧着する力が働く。そ
して図面左側のスプリングから支点である支持軸までの
距離が長いために弱いスプリングの力で十分大きな力に
より駆動板がボール４を押すことになる。具体的には、
圧縮されたスプリング（図２における左側のスプリン
グ）が駆動板５を押しあげることによってボール４に作
用する押し下げる力と、比較的伸びたスプリング（図２
における右側のスプリング）が駆動板５を押し上げよう
とする力との差によって働く駆動板５によるボール４を
押す力によりボール４の移動が確実に行なわれる。

【００４２】また、本発明の第１、第２の実施の形態
は、図５に示す従来の往復動ポンプとポンプ室を形成す
るダイヤフラム等の構成が異なる点も特徴である。

【００４３】即ちこれら実施の形態のポンプのポンプ室
は、ほぼ円錐台状で（断面形状がほぼ台形）で駆動板５
の周辺部分にリテーナー１６により挟持し、このリテー
ナー１６をねじ１６ａにより駆動板５に固定することに
よってダイヤフラム部 ７を駆動板５に取り付けたもの
である。

【００４４】このダイヤフラムは、図３に示すような構
成で、このダイヤフラムを図１又は図２に示すようにシ
リンダーと蓋体８とによって挟んで固定する。又、前記
のように駆動板５にリテーナー１６をねじ止めすること
により固定する。尚図３は図１又は図２におけるダイヤ
フラムの向きを９０°回転させて示してある。

【００４５】このダイヤフラムは、図３におけるＣの部
分とＤの部分が断面形状が直線状であり、Ｃの部分は傾
斜がきつくまたＤの部分は傾斜が緩くなっている。

【００４６】ダイヤフラムの断面形状が、前記のように
直線であり、図１、または図２のように形状の変化が少
なく、したがって、ダイヤフラムの耐久性が大である。
また、図５に示すダイヤフラムの場合、駆動部が一体に
形成されており、駆動板に形成されている取り付け孔に
駆動部に形成された取り付け部を圧入してダイヤフラム
を駆動板に取り付ける。このような構造の場合、ポンプ
を駆動した時に駆動部の取り付け部と駆動板とが接触す
る部分（駆動板の取り付け孔の部分）が擦れて摩耗する
等の問題がある。

【００４７】しかし、本発明の往復動ポンプは、図１、
図２に示すような構成であるため前記従来例のような問
題は全く生じない。

【００４８】このように本発明の前記実施の形態の往復
動ポンプは、ダイヤフラムの耐久性が優れている。

【００４９】

【発明の効果】本発明の往復動ポンプは、ポンプ室の容
積を変化させてポンプ作用を行なう駆動体の下にスプリ
ングを設けることにより駆動体が常にボールを押圧する
ようにして、ボールの移動がほぼ一定の速度になり良好
なポンプ作用を行ない得るようにした。また、ダイヤフ
ラムを断面がほぼ直線状になるようにして耐久性が増大
するようにした。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す図

【図２】 本発明の第２の実施の形態の構成を示す図

【図３】 本発明の第１、第２の実施の形態の往復動ポ
ンプで用いられるダイヤフラム

【図４】 従来の往復動ポンプの構成を示す図

【図５】 他の従来の往復動ポンプの構成を示す図

【符号の説明】

３ 回転板 ４ ボール ５ 駆動板 ３ａ、５ａ 溝 ５ｂ 支持軸 ６ シリンダー ６ａ 支持軸受け ７ ダイヤフラム １２ ポンプ室 １６ リテーナー １６ａ ねじ １７ スプリング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 逆止弁を介して吸入口に、又逆止弁を
   介して排出口に夫々接続するポンプ室を有するダイヤフ
   ラムと往復動によりポンプ室内の容積の増減を行なう前
   記ダイヤフラムに設けられた駆動部とを有し前記駆動部
   の往復動によるポンプ室の容積の増加により吸入口より
   流体を流入させ又ポンプ室の容積の減少によりポンプ室
   より排出口を通じ流体を排出させてポンプ作用を行なう
   往復動ポンプにおいて、前記駆動部を固定した駆動板と
   モーターの出力軸に固定した回転板とを出力軸より離れ
   た位置にてボールを挟んだ構成で、ボールを挟むことに
   より駆動板のボールが位置する側が高くなるように傾斜
   するようにし、前記出力軸の回転に伴う回転板の回転に
   よるボールの自転によって駆動板の傾斜を連続的に変化
   させて駆動板に固定した駆動体が往復動を行なってポン
   プ作用を行なうもので、前記駆動板の中央に形成された
   支持軸を支持する支持軸受けと、前記駆動板の支持軸受
   けと反対側に位置する前記回転板との間に配置されたス
   プリングとを更に備え、前記スプリングにより前記駆動
   板の前記支持軸を前記支持受け部分に押圧すると共に、
   前記駆動板の支持軸に関して前記ボールと反対側におい
   て上方に向かう力が加わるようにした往復動ポンプ。
2. 【請求項２】 前記スプリングが前記駆動板の前記回転
   板側の面の中心部付近に配置されていることを特徴とす
   る請求項１の往復動ポンプ。
3. 【請求項３】 前記スプリングが前記駆動板の周辺部の
   モーター側の面で前記回転板の外側に位置するように複
   数配置されたことを特徴とする請求項１の往復動ポン
   プ。