JP2005076532A - ダイヤフラムポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤフラムポンプ装置の駆動負荷の軽減を図る。
【解決手段】カップ型ダイヤフラムを空気室中の円柱部に被せてダイヤフラム自体に排気弁機能を与えたダイヤフラムポンプ装置において、円柱部7aに縦溝7bを形成して大気圧状態では細い絞り通路が形成されるようにする。ダイヤフラム9が伸張する吸気行程においては、ダイヤフラムの内圧が低下することによりダイヤフラムが円柱部の外周面に全面的に密着して吸気室と排気側通路を遮断する。ダイヤフラム圧縮時にダイヤフラムの内圧が上昇すると、ダイヤフラムが円柱部の縦溝から離れ、さらに圧縮するとダイヤフラムが広く開いて加圧流体が排気側通路へ圧送される。柔軟なダイヤフラムが円柱部に貼付いて駆動負荷が増大することがなく、駆動負荷が軽減される。
【選択図】図1

Description

この発明は、ダイヤフラムポンプ装置に関するものであり、特に、駆動負荷を軽減したダイヤフラムポンプ装置に関するものである。

血圧計やインクジェットプリンタ等の用途を想定した小型のダイヤフラムポンプ装置は、ゴム製のカップ型ダイヤフラムと逆止弁である吸気弁と排気弁とを備え、モータにより斜板を回転駆動してダイヤフラムの圧縮と復元とを反復することにより、気体や液体などの流体をダイヤフラム内に吸入し、加圧して排出する構成をとっている（例えば、特許文献１、特許文献２）。

また、部品点数の削減と小型化とを目的としてダイヤフラム自体に排気弁或いは吸気弁と排気弁の機能をもたせたポンプ装置も知られている。このポンプ装置においては、カップ型ダイヤフラムの上端部が排出側通路の壁面に接触してダイヤフラム内の空気室と排出側通路を遮断する構造となっていて、ダイヤフラム圧縮時におけるダイヤフラムの内圧上昇により、ダイヤフラムの上端部が排出側通路の壁面から離れて加圧流体を排出し、ダイヤフラム伸張時には、ダイヤフラムの内圧が低下することにより、ダイヤフラムの上端部が排出側通路の壁面に密着して加圧流体の逆流を防ぐとともに吸気弁を通じて空気或いは液体がダイヤフラム内に吸入される（例えば、特許文献３）。
特開平3-253785号公報 特開2000-352379号公報 国際公開番号WO00/03141号公報（図45）

ゴム製のカップ型ダイヤフラム自体に排気弁としての機能をもたせたポンプ装置は、円筒形のダイヤフラムの上端部（排気弁部）が円筒形排出側通路の周面に接触してダイヤフラム内の空気室と排出側通路を遮断しているが、ポンプ作動時に排出側の圧力が上昇するにつれて逆止作用によりダイヤフラムの上端の排気弁部が排出側通路の周面に強く密着する。そして、ゴムの密着性が良いことからダイヤフラム圧縮時に空気室の圧力が相当に上昇するまで開かず、ポンプ駆動モータに大きな負荷がかかり、血圧計などにおいては所定の圧力に達するまでの時間がかかる。また、これにより電力消費も多く、特に電池駆動式の装置においては消費電力を可及的に低減することが求められている。そこで、駆動負荷が低く仕事率の良いダイヤフラムポンプ装置を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は上記課題を解決することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するために提案するものであり、流体通路に設けた円柱部にカップ型ダイヤフラムを被装し、ダイヤフラム伸張時に吸気弁を介して流体がダイヤフラム内へ吸入され、ダイヤフラム圧縮時にダイヤフラムの縁部が前記円柱部の外周面から離れてダイヤフラム内の流体が排出側通路へ排出されるように構成したダイヤフラムポンプ装置において、前記ダイヤフラムの内周面または前記円柱部の外周面に縦溝または縦型リブを設けて絞り通路を形成し、吸気行程においてダイヤフラムの内圧低下により前記ダイヤフラムが前記円柱部の外周面に密着して絞り通路が閉鎖されるように構成したことを特徴とするダイヤフラムポンプ装置を提供するものである。このように構成することにより、ダイヤフラムが伸張する吸気行程においてダイヤフラムの内圧が低下したときに、ダイヤフラムが円柱部の外周面に全面的に密着し、吸気室と排気側通路を遮断してポンプとして正常に機能し、ダイヤフラム圧縮時にダイヤフラムの内圧が上昇すると、ダイヤフラムが円柱部の縦溝から離れ、さらに内圧が上昇するとダイヤフラムが広く開いて加圧流体が排気側通路へ圧送される。

また、上記ダイヤフラムは切り込みによる排気弁部と弁座とを備えている吸排気弁機能型ダイヤフラムであるダイヤフラムポンプ装置を提供するものである。

また、上記ダイヤフラムを回転斜板により圧縮駆動するダイヤフラムポンプ装置を提供するものである。

また、複数の上記ダイヤフラムを放射状に配列し、且つ複数の上記ダイヤフラムは一体成形品であるダイヤフラムポンプ装置を提供するものである。

この発明は、カップ型ダイヤフラムを用いる空気室中の円柱部に被せてダイヤフラム自体に排気弁機能を与えたダイヤフラムポンプ装置において、ダイヤフラムが被装される円柱部或いはダイヤフラムに縦溝や縦型リブを形成したことにより、柔軟なダイヤフラムが円柱部に貼付くことがなく、排出行程における駆動負荷の増大を防止できる。

本発明は、カップ型ダイヤフラムの開口部位を空気室の円柱体に被せてダイヤフラム自体を排気弁として作用させる構成において、円柱体の外周面またはダイヤフラムの内周面に縦溝または縦型リブを形成することによって、ダイヤフラムの駆動負荷を軽減するという目的を達成した。

図1はダイヤフラムポンプ装置1の断面図であり、図2の平面図におけるA-A線断面を示している。ダイヤフラムポンプ装置1の筐体は上ケース2と中間フレーム3と下ケース4の三部品で構成されており、下ケース4の下面にモータケース5が取付けられている。上ケース2の上面中央にはホース接続口6が形成されており、ホース接続口6と例えば血圧計の腕帯（カフ）とがホースによって接続される。

上ケース2の下面には三つのリング溝7がホース接続口6の中心から等距離且つ等間隔に配列されており、三つのリング溝7はホース接続口6と部分的に重なって連通しており、リング溝7からホース接続口6へと続く排気通路を形成している。

上ケース2と中間フレーム3とに挟まれているダイヤフラムシート8は、シリコーンゴムなどの柔軟なゴムの一体成形部品であって、上ケース2の三つのリング溝7に対応する三つのカップ型ダイヤフラム9を有しており、三つのカップ型ダイヤフラム9はそれぞれ上ケース2の下面に形成した三つのリング溝7の中心の円柱部7aへ被装されていて、円柱部7aの外周面に接触している。カップ型ダイヤフラム9のそれぞれの下面には吸気弁座であるスリーブ管10が接着されていて、カップ型ダイヤフラム9にはスリーブ管10の中心に相当する部位に切り込みによって吸気弁部11が形成されている。三つのスリーブ管10は、ダイヤフラムシート8の下に配置されている斜板12上のブッシュ部13に嵌合しており、ブッシュ部13の中心穴及び吸気弁部11を通じてカップ型ダイヤフラム9の内部へ空気が吸入される。

中間フレーム3の底面中央には円錐形のピボット軸受け14が形成されており、モータ15の軸に取付けた円盤16には偏心位置にピボット軸受け17が形成されていて、この上下のピボット軸受け14, 17にて斜板12の中心軸を支持している。よって、モータ15を回転駆動すると、斜板12が上部のピボット軸受け14を回転中心として上下に揺動しつつ回転し、三つのカップ型ダイヤフラム9を順次圧縮及び圧縮解除して空気室内の空気を排気通路へ圧送する。

カップ型ダイヤフラム9は、圧縮時に内圧が上昇することにより上端部（排気弁部）が膨張して円柱部7aの外周面から離れ、ダイヤフラム9の空気室内の高圧空気が排気通路へ流れる。また、排気行程後の吸気行程においては、排気通路側の気圧が上昇していてダイヤフラム9内の気圧は低下することから、上端部が円柱部7aの外周面に密着してダイヤフラム9内の空気室と排気通路を遮断し、排気通路側の空気の逆流が阻止される。

ここで、円柱部7aの外周面が真円であると、排気通路側の空気圧が上昇してダイヤフラム9とリング溝7aとの密着力が強くなるにつれて、上部排気弁部を開くための排気負荷が増大することは従来技術の問題として述べたとおりであるが、本発明は円柱部7aまたはダイヤフラム9を異形とすることにより、負荷の増大を軽減している。

図3は円柱部7aとダイヤフラム9を示す断面図であり、円柱部7aの外周面の一箇所に縦溝7bを形成している。排気通路と吸気側の内圧がともに大気圧である待機状態においては、(a)に示すように縦溝7bの部分が開いており、排気通路と空気室は細い縦溝7bを通じて連通している。圧縮行程において空気室の内圧が高まるとダイヤフラム9は円柱部7aの縦溝7bに対向している部分に膨張応力が集中してここを基点として開き始め、内圧上昇に応じて大きく開き、空気を排気通路へ排出する。

続く吸気行程においては、排気通路側の圧力が上昇していてダイヤフラム9の空気室の内圧が低下することにより、ダイヤフラム9が圧迫されて（b）に示すように円柱部7aの外周面に全面的に密着し、ダイヤフラム9内の空気室と排気通路を遮断する。

次の圧縮工程においては、空気室の内圧がやや上昇した初期段階においてダイヤフラム9の復元力により（a）の縦溝開放状態となり、前述したように縦溝7bに当たる部分を膨張始点としてさらに大きく開いて空気を排気通路へ排出する。このように、空気室の内圧が排気通路の内圧と等しく上昇するよりも前に、ダイヤフラム9の復元力により（a）の縦溝開放状態となるので、ダイヤフラム圧縮時における空気室の内圧のピーク値が従来型よりも低下し、モータの駆動負荷及び駆動電流のピーク値も低下する。

図4乃至図6は他の実施形態を示し、図4（a）（b）は上ケース2の円柱部7aの外周面に縦方向のリブ7cを形成した例を示している。図5（a）（b）はダイヤフラム9の内周面に縦溝9aを形成した例であり、吸気行程においては縦溝9aがつぶれてダイヤフラム9が円柱部7aの外周面に密着する。図6（a）（b）はダイヤフラム9の内周面に縦方向のリブ9bを形成した例を示し、この例も吸気行程においてリブ9bがつぶれてダイヤフラム9が円柱部7aの外周面に密着する
尚、この発明は上記の実施形態に限定するものではなく、この発明の技術的範囲内において種々の改変が可能であり、この発明がそれらの改変されたものに及ぶことは当然である。

ダイヤフラムポンプ装置の縦断面図。 ダイヤフラムポンプ装置の平面図。 円柱部とダイヤフラムの断面を示し、（a）は無負荷時の状態を示し、（b）は吸気時の状態を示す。 円柱部とダイヤフラムの他の実施形態の断面を示し、（a）は無負荷時の状態を示し、（b）は吸気時の状態を示す。 円柱部とダイヤフラムの他の実施形態の断面を示し、（a）は無負荷時の状態を示し、（b）は吸気時の状態を示す。 円柱部とダイヤフラムの他の実施形態の断面を示し、（a）は無負荷時の状態を示し、（b）は吸気時の状態を示す。

符号の説明

1 ダイヤフラムポンプ装置
2 上ケース
3 中間フレーム
4 下ケース
5 モータケース
6 ホース接続口
7 リング溝
7a 円柱部
7b 縦溝
7c 縦型リブ
8 ダイヤフラムシート
9 ダイヤフラム
9a 縦溝
9b 縦型リブ
10 スリーブ管
11 吸気弁部
12 斜板
13 ブッシュ部
14 ピボット軸受け
15 モータ
16 円盤
17 ピボット軸受け

Claims (4)

1. 流体通路に設けた円柱部にカップ型ダイヤフラムを被装し、ダイヤフラム伸張時に吸気弁を介して流体がダイヤフラム内へ吸入され、ダイヤフラム圧縮時にダイヤフラムの縁部が前記円柱部の外周面から離れてダイヤフラム内の流体が排出側通路へ排出されるように構成したダイヤフラムポンプ装置において、
   前記ダイヤフラムの内周面または前記円柱部の外周面に縦溝または縦型リブを設けて絞り通路を形成し、吸気行程においてダイヤフラムの内圧低下により前記ダイヤフラムが前記円柱部の外周面に密着して絞り通路が閉鎖されるように構成したことを特徴とするダイヤフラムポンプ装置。
2. 上記ダイヤフラムは切込みによる排気弁部と弁座とを備えている吸排気弁機能型ダイヤフラムである請求項１記載のダイヤフラムポンプ装置。
3. 上記ダイヤフラムを回転斜板により圧縮駆動する請求項１または２記載のダイヤフラムポンプ装置。
4. 複数の上記ダイヤフラムを放射状に配列し、且つ複数の上記ダイヤフラムは一体成形品である請求項３記載のダイヤフラムポンプ装置。
   
   

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