JP2003278658A - エアーポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ダイアフラムが劣化しにくく、気体の吸排気
時に生じる振動や騒音等を抑制する小型化が可能なエア
ーポンプを提供すること。 【解決手段】 カム室４内に配設され且つダイアフラム
２０の中心部に同心に取り付けられた筒状ピストン（筒
体）８と、筒状ピストン８に回転自在且つ軸線方向に相
対的に移動自在に遊嵌されていると共にポンプケース２
に回転自在且つ軸線方向に移動不能に保持された円筒カ
ム（回転軸）１０と、円筒カム１０を軸線回りに回転駆
動させる駆動モータ９とが設けられ、筒状ピストン８の
内周面と円筒カム１０の外周面のどちらか一方には周方
向に延びる波形状のカム溝１２が設けられ、他方には環
状カム１２に嵌合する案内突起１１ａ、１１ｂが設けら
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ダイアフラムを
用いて気体を吸排気するエアーポンプに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のエアーポンプとしては、図６に示
すように、ポンプケース５０に形成された貫通孔５１を
覆うダイアフラム５２と、このダイアフラム５２を変形
させる駆動モータ５３とが、偏心クランク５４を介して
接続されたものが知られている。

【０００３】偏心クランク５４は、中間部がベアリング
５４ａを介して直角に屈曲され、一端部５４ｂが駆動モ
ータ５３の回転駆動軸５３ａに偏心にされて取り付けら
れ、他端部５４ｃがダイアフラム５２の中央部に同心に
されて固定されている。

【０００４】このエアーポンプは、駆動モータ５３で回
転させられる偏心クランク５４によりダイアフラム５２
が変形させられ、ポンプケース５０内の容積を変化させ
ている。そして、容積が拡大したときにポンプケース５
０に気体を吸入し、容積が縮小したときにポンプケース
５０から気体を排出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
エアーポンプでは、駆動モータ５３の軸線方向とダイア
フラム５２の軸線方向とが直交しており、偏心クランク
５４の他端部５４ｃの運動軌跡がダイアフラム５２の軸
線方向に沿っていなかった。そのため、駆動モータ５４
の回転駆動軸５４ａの軸線方向から見ると偏心クランク
５４の他端部５４ｃが８の字状に揺動し、ダイアフラム
５２が軸線方向に変形されていなかった。

【０００６】そして、気体を吸排気する際に大きな振動
や騒音等が発生しやすくなる上に、ダイアフラム５２の
劣化が早期に生じるおそれもあった。

【０００７】さらに、駆動モータ５３の軸線方向とダイ
アフラム５２の軸線方向とが直交することにより、小型
化を図ることが困難であった。

【０００８】したがって、この発明は、気体の吸排気時
に生じる振動や騒音等を抑制し、ダイアフラムが早期に
劣化しにくく、小型化を図ることが可能なエアーポンプ
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、カム室内に配設され且つダイアフラム
の中央部にこのダイアフラムと同心に取り付けられた筒
体と、筒体内に回転自在且つ軸線方向に相対的に移動自
在に遊嵌されていると共にポンプケースに回転自在且つ
軸線方向に移動不能に保持された回転軸と、回転軸を軸
線回りに回転駆動する駆動モータとを設け、筒体の内周
面又は回転軸の外周面のどちらか一方に周方向に延びる
波形状のカム溝を環状に設け、他方にこのカム溝に嵌合
する案内突起を一体に設けたことを特徴としている。

【００１０】この発明によれば、ダイアフラムの変形方
向が軸線方向に沿って、円滑に変形させることが可能に
なり、気体の吸排気時に生じる振動や騒音等を抑制する
ことができると共に、ダイアフラムの劣化が生じにくく
なる。

【００１１】さらに、ダイアフラム、筒体、回転軸、駆
動モータを同心に配設することにより、小型化を図るこ
とが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を示す図面に基
づいてこの発明を説明する。

【００１３】図１に示す１はエアーポンプであり、この
エアーポンプ１のポンプケース２は、ダイアフラム２０
によって内部がポンプ室３とカム室４とに区画されてい
る。

【００１４】また、ポンプケース２には、外気に連通し
た吸気開口５ａを有する吸気室（吸気口）３ａと、外気
に連通した排気開口５ｂを有する排気室（排気口）３ｂ
とが形成されている。

【００１５】この吸気室３ａ及び排気室３ｂは、それぞ
れ隔壁１ａによりポンプ室３と区画され、隔壁１ａを貫
通した複数の通気孔６…によりポンプ室３に連通されて
いる。

【００１６】吸気室３ａとポンプ室３とを連通する通気
孔６…は、隔壁１ａを貫通したゴム製の逆止弁７ａによ
ってポンプ室３側が覆われている。また、排気室３ｂと
ポンプ室３とを連通する通気孔６…は、隔壁１ａを貫通
したゴム製の逆止弁７ｂによって排気室３ｂ側が覆われ
ている。

【００１７】カム室４内にはダイアフラム２０の中心部
に、このダイアフラム２０と同心に取り付けられた筒状
ピストン（筒体）８が配設され、この筒状ピストン８に
はポンプケース２に保持された円筒カム（回転軸）１０
が遊嵌され、円筒カム１０は駆動モータ９の出力回転軸
９ａに連結されている。

【００１８】ダイアフラム２０はゴム等の柔軟性を備え
た材質からなる薄膜であり、中心部に貫通孔２１が形成
され、周縁部に軸線方向に沿って突出した環状膨出突部
２２が貫通孔２１と同心に形成されている。

【００１９】筒状ピストン８は、図２に示すように、両
端が開放した円筒形状を呈しており、内周面８ａには２
つの案内突起１１ａ、１１ｂが一体に設けられている。

【００２０】この案内突起１１ａ、１１ｂは、後述する
カム溝１２を形成する２つのカム溝部１３ａ、１３ｂの
同位相に対応する位置にそれぞれ設けられている。

【００２１】円筒カム１０は、図２に示すように、筒状
ピストン８の内径にほぼ等しい外径を有する円柱形状で
あり、外周面１０ａに周方向に延びる波形状のカム溝１
２が環状に設けられている。

【００２２】図３は円筒カム１０の外周面１０ａの周方
向展開図であり、カム溝１２は、同形の波形状を有する
２つのカム溝部１３ａ、１３ｂが連接することにより形
成されている。

【００２３】カム溝部１３ａ、１３ｂは、断面が案内突
起１１ａ、１１ｂが嵌合するコ字状にされている（図１
参照）と共に、展開図を正面視した場合、それぞれ１周
期のサインカーブを呈した波形状にされている。

【００２４】したがって、例えば、円筒カム１０の軸線
方向中央部１０ａに位置する点Ｔ₁を基準として回転さ
せた場合、９０°回転するまでに円筒カム１０の軸線方
向上側に最も膨出した点（以下、上始点ａという）が一
つ形成され、９０°回転すると円筒カム１０の軸線方向
中央部１０ａに位置する点Ｔ₂となる。

【００２５】そして、１８０°回転するまでに円筒カム
の軸線方向下側に最も膨出した点（以下、下始点ｂとい
う）が一つ形成され、１８０°回転すると円筒カム１０
の軸線方向中央部１０ａに位置する点Ｔ₃となる。

【００２６】さらに、２７０°回転するまでに上始点ａ
が一つ形成され、２７０°回転すると円筒カム１０の軸
線方向中央部１０ａに位置する点Ｔ₄となる。

【００２７】そして、３６０°回転するまでに下始点ｂ
が一つ形成され、３６０°回転すると基準とした点Ｔ₁
に重複する点Ｔ₅となる。

【００２８】なお、点Ｔ₁〜点Ｔ₃間がカム溝部１３ａで
あり、点Ｔ₃〜点Ｔ₅間がカム溝部１３ｂである。

【００２９】また、このカム溝１３ａ、１３ｂは、上始
点ａと円筒カム１０の軸線方向中央部１０ａとの距離Ａ
と、下始点ｂと円筒カム１０の軸線方向中央部１０ａと
の距離Ｂとが等しい長さにされている。

【００３０】そして、ダイアフラム２０は、環状膨出突
部２２をポンプ室３側に突出した状態で筒状ピストン８
と同心に位置され、貫通孔２１及び筒状ピストン８に
は、フランジ２４ａを有する取付部材２４が挿入されて
いる。そして、貫通孔２１の周縁部が取付部材２４のフ
ランジ２４ａと筒状ピストン８の一方端との間に挟持さ
れることにより、ダイアフラム２０が筒状ピストン８に
取り付けられている。

【００３１】また、環状膨出突部２２の外周縁であるダ
イアフラム２０の周縁部２０ａは、ポンプ室３とカム室
４との間に挟持固定されている。

【００３２】筒状ピストン８は、円筒カム１０が回転自
在且つ同軸に遊嵌され、２つのカム溝部１３ａ、１３ｂ
の同位相に対応した位置、例えば点Ｔ₁と点Ｔ₃、に案内
突起１１ａ、１１ｂがそれぞれ嵌合されている（図３参
照）。

【００３３】さらに、円筒カム１０はポンプケース２に
回転自在且つ軸線方向に移動不能に保持され、円筒カム
１０の回転軸１０ｂは同軸上に配設された駆動モータ９
の出力回転軸９ａに連結されている。

【００３４】次に、このエアーポンプ１の作用について
説明する。

【００３５】このエアーポンプ１を駆動させるには、ま
ず駆動モータ９を駆動させて出力回転軸９ａを回転させ
る。出力回転軸９ａが回転すると、この出力回転軸９ａ
に連結された円筒カム１０が軸線回りに回転駆動する。

【００３６】そして、円筒カム１０の回転によってカム
溝１２の周方向の位置が変化する。このとき、カム溝１
２に嵌合している案内突起１１ａ、１１ｂは、周方向の
位置が変化せず、カム溝１２のサインカーブ形状に沿っ
て軸線方向の位置が変化する。

【００３７】なお、２つの案内突起１１ａ、１１ｂは、
カム溝１２を形成する２つのカム溝部１３ａ、１３ｂの
同位相に対応した位置に嵌合しているので、互いの動き
を阻害することなく円滑に摺動することができる。

【００３８】案内突起１１ａ、１１ｂが点Ｔ₁、点Ｔ₃か
ら上始点ａに向かって相対的に移動すると、筒状ピスト
ン８はポンプ室３側に向かって直線運動を行う。

【００３９】このとき、図４（ａ）に示すように、ダイ
アフラム２０がポンプ室３側に変形させられてポンプ室
３の容積が縮小し、ポンプ室３内の気圧が高くなる。そ
して、気体が通気孔６…を介して吸排気室３ｃの外壁側
に設けられた逆止弁７ｂを押し開け、排気室３ｂに流入
した後に排気開口５ｂから外気中に排出される。

【００４０】なお、ダイアフラム２０の環状膨出突部２
２は、ポンプ室３側に向かう筒状ピストン８に伴ってポ
ンプ室３に向かって伸長させられ、ダイアフラム２０の
貫通孔２１とダイアフラム２０の周縁部２０ａとの間に
生じる引張力を緩和している。

【００４１】上始点ａに案内突起１１ａ、１１ｂが位置
したとき、ダイアフラム２０はポンプ室３側に最も移動
し、この移動距離は上始点ａと円筒カム１０の軸線方向
中央部１０ａとの距離Ａであり、これがポンプ室３側の
変形ストロークＡとなる。

【００４２】そして、この案内突起１１ａ、１１ｂが点
Ｔ₂、Ｔ₄に向かってそれぞれ相対的に移動すると、筒状
ピストン８はカム室４に向かって直線運動を行ない、点
Ｔ₂、Ｔ₄に案内突起１１ａ、１１ｂが位置したとき、ダ
イアフラム２０の変形は戻り通常形状になる。

【００４３】さらに、案内突起１１ａ、１１ｂが下始点
ｂに向かって相対的に移動すると、筒状ピストン８はカ
ム室４側に向かって直線運動を行う。

【００４４】このとき、図４（ａ）に示すように、ダイ
アフラム２０がカム室４側に変形させられてポンプ室３
の容積が拡大し、ポンプ室３内の気圧が低くなる。そし
て、気体が吸気口５ａから吸い込まれ、吸気室３ａに流
入した後に通気孔６…を介して吸排気室３ｃの内壁側に
設けられた逆止弁７ａを押し開けて、吸排気室３ｃ内に
吸引される。

【００４５】なお、ダイアフラム２０の環状膨出突部２
２は、カム室４側に向かう筒状ピストン８に伴ってカム
室４に向かって伸長させられ、ダイアフラム２０の貫通
孔２１とダイアフラム２０の周縁部２０ａとの間に生じ
る引張力を緩和している。

【００４６】下始点ｂに案内突起１１ａ、１１ｂが位置
したとき、ダイアフラム２０はカム室４側にもっとも移
動し、この移動距離は下始点ｂと円筒カム１０の軸線方
向中央部１０ａとの距離Ｂであり、これがカム室４側の
変形ストロークＢとなる。

【００４７】そして、この案内突起１１ａ、１１ｂが点
Ｔ₃、Ｔ₅にそれぞれ相対的に移動すると、筒状ピストン
８はポンプ室３に向かって直線運動を行ない、案内突起
１１ａ、１１ｂがそれぞれ点Ｔ₃、Ｔ₅に位置したとき、
ダイアフラム２０の変形は戻り通常形状になる。

【００４８】このように、円筒カム１０が回転すること
により、カム溝１２と案内突起１１ａ、１１ｂとが互い
に摺動して、相対的に軸線方向に移動することができ
る。

【００４９】そして、カム溝１２がサインカーブ形状の
波形状であるので、筒状ピストン８は、ポンプ室３側に
変形ストロークＡで変形し、カム室４側に変形ストロー
クＢで移動する往復直線運動を行うこととなり、ダイア
フラム２０を軸線方向に沿って変形することが可能とな
る。

【００５０】したがって、気体の吸排気に伴って生じる
騒音や振動等を抑制することができると共に、このダイ
アフラム部材２０の早期劣化を防止しながらポンプ室３
から気体を吸排気することができる。

【００５１】そして、ダイアフラム２０、筒状ピストン
８、円筒カム１０、駆動モータ９を同軸上に配設するこ
とが可能となり、小型化を図ることができる。

【００５２】また、２つの案内突起１１ａ、１１ｂによ
ってダイアフラム２０を支持することにより、このダイ
アフラム２０が軸線方向に対して傾くことを防止でき
る。

【００５３】以上の通り、この発明の実施の形態を図面
により詳述してきたが、具体的な構成は上述の実施の形
態に限らず、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の
変更等があってもこの発明に含まれる。

【００５４】例えば、図５に示す円筒カム１０の外周面
１０ａの展開図のように、ダイアフラム８が変形しない
中立点Ｔ…を基準として、ダイアフラム２０がポンプ室
３側に向かって変形する際の変形ストロークＡ´と、カ
ム室４側に向かって変形する際の変形ストロークＢ´と
を異ならせたカム溝１２の形状にしてもよい。

【００５５】ここでは、環状膨出突部２２の突出方向で
あるポンプ室３側に向かってダイアフラム２０が変形す
る際の変形ストロークＡ´が、反対側に変形する際の変
形ストロークＢ´よりも大きくされている。

【００５６】これにより、ダイアフラム２０がポンプ室
３側に向かう場合と、カム室４側に向かう場合とのポン
プ室３内の容積変化を均一にすることができる。そし
て、吸気量と排気量とが等しくなってポンプ効率の向上
を図ることができる。

【００５７】また、筒状ピストン８の内周面８ａにカム
溝１２となる波形状の環状凹溝を設け、円筒カム１０の
外周面１０ａに案内突起１１ａ、１１ｂとなる前記環状
凹溝に嵌合する案内突起を一体に設けてもよい。

【００５８】さらに、ここで図示しないが、カム溝は同
波形状を有する３つ以上のカム溝部を連接して形成され
てもよい。その際、案内突起はカム溝部と同数であるこ
とが好ましく、各カム溝部の同位相に対応する位置にそ
れぞれ嵌合されてダイアフラム２０を支持し、ダイアフ
ラムが傾くことを防止できる。

【００５９】

【発明の効果】この発明によれば、ダイアフラムが劣化
しにくく、気体の吸排気時に生じる振動や騒音等を抑制
すると共に、小型化を図ることが可能なエアーポンプを
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のエアーポンプの一部破断断面図であ
る。

【図２】この発明の筒状ピストン部材及び円筒カムの説
明図である。

【図３】この発明の円筒カムの外周面の展開図である。

【図４】（ａ）この発明のエアーポンプで吸気した際の
説明図である。 （ｂ）この発明のエアーポンプで排気した際の説明図で
ある。

【図５】この発明の円筒カムの外周面の他の例の展開図
である。

【図６】従来のエアーポンプの説明図である。

【符号の説明】

１ エアーポンプ ２ ポンプケース ３ ポンプ室 ３ａ 吸気口 ３ｂ 排気口 ４ カム室 ７ａ、７ｂ 逆止弁 ８ 筒状ピストン（筒体） ８ａ 内周面 ９ 駆動モータ １０ 円筒カム（回転軸） １０ａ 外周面 １１ａ、１１ｂ 案内突起 １２ 環状カム ２０ ダイアフラム

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプケースと、該ポンプケース内をポン
   プ室及びカム室に区画するダイアフラムとを備え、前記
   ポンプケースには前記ポンプ室に開口する吸気口と排気
   口とが形成され、前記吸気口には前記ポンプ室内へのエ
   ア流を許容する逆止弁が設けられ、前記排気口には前記
   ポンプ室外へのエア流を許容する逆止弁が設けられたエ
   アーポンプであって、 前記カム室内に配設され且つ前記ダイアフラムの中央部
   に該ダイアフラムと同心に取り付けられた筒体と、前記
   筒体内に回転自在且つ軸線方向に相対的に移動自在に遊
   嵌されていると共に前記ポンプケースに回転自在且つ軸
   線方向に移動不能に保持された回転軸と、前記回転軸を
   軸線回りに回転駆動させる駆動モータとが設けられ、 前記筒体の内周面と前記回転軸の外周面とのどちらか一
   方には周方向に延びる波形状のカム溝が環状に設けら
   れ、他方には該カム溝に嵌合する案内突起が一体に設け
   られていることを特徴とするエアーポンプ。
2. 【請求項２】請求項１に記載のエアーポンプにおいて、
   前記カム溝は、前記筒体と前記回転軸とを相対的に軸線
   方向に少なくとも一往復させる波形状のカム溝部を周方
   向に複数連接することにより環状に形成されると共に、
   前記案内突起は、複数設けられ且つ前記複数の波形状の
   カム溝部の同位相に対応する位置にそれぞれ嵌合されて
   いることを特徴とするエアーポンプ。
3. 【請求項３】請求項１又は２に記載のエアーポンプにお
   いて、前記カム溝は、前記ダイアフラムが前記ポンプ室
   に向かって変形する際の変形ストロークと、前記カム室
   に向かって変形する際の変形ストロークとを異ならせる
   形状であることを特徴とするエアーポンプ。
4. 【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１項に記載の
   エアーポンプにおいて、前記ダイアフラムの周縁部には
   前記ポンプ室又はカム室に突出する環状膨出突部が同心
   に形成され、前記カム溝は、前記ダイアフラムが前記環
   状膨出突部の突出方向に向かって変形する際の変形スト
   ロークを、前記ダイアフラムが前記環状膨出突部の突出
   方向と反対方向に向かって変形する際の変形ストローク
   よりも大きくする形状であることを特徴とするエアーポ
   ンプ。