JP2005163565A - ダイヤフラム型ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ポンプ効率を高く維持できるとともにダイヤフラムの耐久性を向上させることが可能なダイヤフラム型ポンプを提供すること。
【解決手段】 装置ケース１０内には、ダイヤフラム１４によってポンプ室１５が区画形成されている。ダイヤフラム１４の中心部にはロッド４５が取り付けられている。ロッド４５の往復動によってダイヤフラム１４が変形することで、ポンプ室１５へのガスの吸入及び該ポンプ室１５からのガスの吐出が行われる。ロッド４５は、ダイヤフラム１４を取り付ける取付部４６と、該取付部４６の外側に設けられたフランジ部４９とを備えている。フランジ部４９は、ダイヤフラム１４のポンプ室１５側への変形によって該ダイヤフラム１４に対して当接可能である。フランジ部４９のダイヤフラム１４との当接面４９ａは、取付部４６のダイヤフラム１４との当接面４６ａに対して連続した凸曲面領域５１を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ダイヤフラム型ポンプに関する。

従来、ダイヤフラム型ポンプとしては、例えば特許文献１に開示されたものが存在する。即ち、図３に示すように、装置ケース９１の固定面（接合面）９１ａには、ダイヤフラム９２の外縁部９２ａが支持されている。装置ケース９１内には、ダイヤフラム９２によってポンプ室９３が区画形成されている。ダイヤフラム９２の中心部には、図示しない駆動源（例えば電動モータ等）によって往復駆動される駆動体（ロッド）９４が取り付けられている。そして、駆動体９４の往復動によってダイヤフラム９２が変形（変位）することで、ポンプ室９３の容積が増減変更されて、該ポンプ室９３への流体の吸入及び該ポンプ室９３からの流体の吐出が行われる。

ここで、一般的に、ダイヤフラム型ポンプにおいては、吐出行程にてポンプ室９３の圧力が高くなると、ダイヤフラム９２において駆動体９４が当接する部分よりも外側の部分が、該駆動体９４による直接的な支持を得られずに、ポンプ室９３と反対側に膨らんでしまうことがある。従って、吐出行程の末期においても、ポンプ室９３の容積を十分に減少させることができなくなり、ポンプ室９３では吐出しきれずに残留する流体が多くなって、ダイヤフラム型ポンプのポンプ効率が悪化する問題を生じる。

このため、特許文献１のダイヤフラム型ポンプでは、前記駆動体９４は、ダイヤフラム９２を取り付ける取付部９５と、該取付部９５の外側に設けられたフランジ部９６とを備えている。フランジ部９６は、ダイヤフラム９２のポンプ室９３側への変形によって、該ダイヤフラム９２に対して当接する。従って、ダイヤフラム９２において取付部９５よりも外側の部分が、吐出行程にてポンプ室９３と反対側へ膨らむことを、フランジ部９６との当接によって抑制することができる。
実開平７−１４１７９号公報のマイクロフィルム（第５頁、第１−３図）

ところが、図３のダイヤフラム型ポンプにおいて駆動体９４は、その取付部９５のダイヤフラム９２との当接面９５ａと、フランジ部９６のダイヤフラム９２との当接面９６ａが滑らかに連続されていないため、該当接面９５ａ，９６ａの境界が角となっている。従って、吐出行程にて変形したダイヤフラム９２が該角に対して当接して撓み角を形成し、該ダイヤフラム９２の耐久性が低下する問題を生じていた。

本発明の目的は、ポンプ効率を高く維持できるとともにダイヤフラムの耐久性を向上させることが可能なダイヤフラム型ポンプを提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１に記載のダイヤフラム型ポンプは、装置ケースにはダイヤフラムの外縁部が支持され、該ダイヤフラムによって装置ケース内にはポンプ室が区画形成されている。ダイヤフラムの中心部には駆動体が取り付けられている。そして、駆動体の往復動によってダイヤフラムが変形することで、ポンプ室への流体の吸入及び該ポンプ室からの流体の吐出が行われる。

前記駆動体は、ダイヤフラムを取り付ける取付部と、該取付部の外側に設けられたフランジ部とを備えている。該フランジ部は、ダイヤフラムのポンプ室側への変形によって該ダイヤフラムに対して当接可能である。従って、ダイヤフラムにおいて取付部よりも外側の部分が、吐出行程にてポンプ室と反対側へ膨らむことを、フランジ部との当接によって抑制することができる。よって、吐出行程の末期においても、ポンプ室の容積を十分に減少させることができ、ポンプ室では吐出しきれずに残留する流体が少なくなって、ダイヤフラム型ポンプのポンプ効率を良好とすることができる。

さて、本発明において前記フランジ部のダイヤフラムとの当接面は、取付部のダイヤフラムとの当接面に対して連続した凸曲面領域を備えている。従って、吐出行程にて変形したダイヤフラムは、取付部の当接面とフランジ部の当接面との境界に当接しても撓み角を形成することがなく、該ダイヤフラムの耐久性を向上させることができる。

請求項２の発明は請求項１において、前記フランジ部の当接面は、凸曲面領域に加えて凹曲面領域も備えている。凸曲面領域は、取付部寄りでダイヤフラムに当接する。凹曲面領域は、凸曲面領域に対して連続されて該凸曲面領域よりも外縁部寄りでダイヤフラムに当接する。ここで、例えば、フランジ部の当接面を凸曲面領域のみで形成した場合、ポンプ室側に大きく変形するダイヤフラムにおいてその外縁部寄りの部位は、フランジ部の当接面による支持を受けないところで大きく曲げられて、該当接面と固定面との間を延在されることとなる。

しかし、本発明によれば、前記ポンプ室側に大きく変形するダイヤフラムにおいてその外縁部寄りの部位は、フランジ部の当接面（凹曲面領域）に沿って曲げられて、つまり該当接面による支持を受けた状態で曲げられて、該当接面と固定面との間を延在されることとなる。従って、ダイヤフラムが、フランジ部の当接面による支持を受けないところで大きく曲げられることを防止でき、該ダイヤフラムの耐久性を向上させることができる。

請求項３の発明は請求項２において、前記フランジ部において当接面の凸曲面領域と凹曲面領域とは、これらの連続方向に関する曲率が等しく設定されている。従って、ポンプ室側へ大きく変形されたダイヤフラムにおいて、フランジ部の凸曲面領域及び凹曲面領域の一方と当接する部分が、他方と当接する部分よりも大きく曲げられることを防止できる。よって、フランジ部の当接面と当接するダイヤフラムに対して、曲げモーメントに起因する応力が不均一に作用されることを抑制でき、ダイヤフラムの耐久性をさらに向上させることができる。

請求項４の発明は請求項１〜３のいずれか一項において、前記装置ケースには、ポンプ室の内面をなす規制面が形成されている。該規制面は、フランジ部の当接面に対して沿う形状を有してダイヤフラムのポンプ室側への変形限界を定めている。このように、ポンプ室の内面たる規制面をフランジ部の当接面に沿わせることで、吐出行程の末期においてポンプ室の容積を十分に減少させることができ、ダイヤフラム型ポンプのポンプ効率を向上させることができる。

本発明のダイヤフラムポンプによれば、ポンプ効率を高く維持できるとともにダイヤフラムの耐久性を向上させることが可能となる。

以下、本発明を、ガス圧送用のダイヤフラム型ポンプに具体化した一実施形態について、図１に従って説明する。
図１はダイヤフラム型ポンプの縦断面を示す。該図に示すように、ダイヤフラム型ポンプの装置ケース１０は、ブロック１１と、該ブロック１１に接合固定された円環状の押え板１２と、ブロック１１及び押え板１２が収容される本体ケース１３とを備えている。本体ケース１３は、図面上方が蓋となる有蓋筒状をなしており、ブロック１１及び押え板１２はブロック１１が蓋側に位置するように、本体ケース１３内へと挿入されている。

前記ブロック１１において、押え板１２側の端面には凹部１１ａが形成されている。該凹部１１ａは、ブロック１１と押え板１２との間に介在されたダイヤフラム１４によって閉塞されることで、ポンプ室１５として区画されている。ダイヤフラム１４は金属製でかつ円形状をなしている。ブロック１１及び押え板１２は、その接合部分、詳しくはブロック１１の固定面３１と該固定面３１に対向する押え板１２の固定面３６との間において、ダイヤフラム１４の外縁部１４ａを円環状領域で挟持固定することで、該ダイヤフラム１４を変形（変位）可能に支持している。

前記本体ケース１３には、外部の図示しない低圧配管が接続される吸入通路１７、及び外部の図示しない高圧配管が接続される吐出通路１８が、それぞれ形成されている。ブロック１１の中央部には、ポンプ室１５と吸入通路１７とを接続する吸入ポート２５、及びポンプ室１５と吐出通路１８とを接続する吐出ポート２６が、それぞれ形成されている。ブロック１１と本体ケース１３との間において、吸入ポート２５と吸入通路１７との境界には、リード弁よりなる吸入弁２１が配設されている。ブロック１１と本体ケース１３との間において、吐出ポート２６と吐出通路１８との境界には、リード弁よりなる吐出弁２２が配設されている。

前記ダイヤフラム１４には、該ダイヤフラム１４を駆動するための駆動装置２４が連結されている。駆動装置２４は、図示しない駆動源（例えば電動モータ）によって往復駆動される、駆動体としてのロッド４５を備えている。該ロッド４５は、ポンプ室１５の外に配置された取付部４６と、ポンプ室１５の中に配置されるとともに取付部４６に対して固定された固定部材４７との間で、ダイヤフラム１４の中央部を狭持保持している。従って、ロッド４５が往復駆動されると、ダイヤフラム１４が変形（変位）してポンプ室１５の容積が増減変更される。

即ち、例えば、前記ロッド４５がポンプ室１５から離間する方向（図面下方）へと移動されると、ダイヤフラム１４がポンプ室１５と反対側へ向かって変形してポンプ室１５の容積が増大される。このダイヤフラム１４がポンプ室１５と反対側へ向かって変形してゆく過程たる吸入行程にあっては、吸入弁２１を押し退けて吸入通路１７からポンプ室１５へとガスが吸入される。逆に、ロッド４５がポンプ室１５側（図面上方）へと移動されると、ダイヤフラム１４がポンプ室１５側に向かって変形して該ポンプ室１５の容積が減少される。このダイヤフラム１４がポンプ室１５側へ向かって変形してゆく過程たる吐出行程にあっては、ポンプ室１５のガスが吐出弁２２を押し退けて吐出通路１８へと吐出される。

さて、前記ロッド４５において取付部４６の外側には、円環状のフランジ部４９が設けられている。フランジ部４９は、ダイヤフラム１４のポンプ室１５側への変形によって、該ダイヤフラム１４に対して当接する。従って、ダイヤフラム１４において取付部４６よりも外側の部分が、吐出行程にてポンプ室１５と反対側へ膨らむことを、フランジ部４９との当接によって抑制することができる。よって、吐出行程の末期においても、ポンプ室１５の容積を十分に減少させることができ、ポンプ室１５では吐出しきれずに残留するガスが少なくなって、ダイヤフラム型ポンプのポンプ効率を良好とすることができる。

前記フランジ部４９のダイヤフラム１４との当接面４９ａは、取付部４６のダイヤフラム１４との当接面４６ａ（平面）に対して、角を形成しないよう滑らかに連続する凸曲面領域５１を備えている。従って、ダイヤフラム１４は、そのポンプ室１５側への変形時において、取付部４６の当接面４６ａとフランジ部４９の当接面４９ａとの境界付近に当接しても撓み角を形成することがなく、該ダイヤフラム１４の耐久性を向上させることができる。

前記フランジ部４９の当接面４９ａは、前述した凸曲面領域５１に加えて凹曲面領域５２を備えている。凸曲面領域５１は、取付部４６寄りの円環状領域でダイヤフラム１４に対して当接する。凹曲面領域５２は、凸曲面領域５１に対して連続されて、該凸曲面領域５１よりも外縁部１４ａ寄りの円環状領域でダイヤフラム１４に対して当接する。

ここで、例えば、前記フランジ部４９の当接面４９ａを凸曲面領域のみで形成した場合（図２の別例参照）、ポンプ室１５側に大きく変形するダイヤフラム１４において、その外縁部１４ａ寄りの部位は、フランジ部４９の当接面４９ａによる支持を受けないところで大きく曲げられて、該当接面４９ａと固定面３１との間を延在されることとなる（図２において二点鎖線で示す状態にあるダイヤフラム１４の矢印Ｍで示す部分）。

しかし、本実施形態によれば、前記ポンプ室１５側に大きく変形するダイヤフラム１４において、その外縁部１４ａ寄りの部位は、フランジ部４９の当接面４９ａ（凹曲面領域５２）に沿って曲げられて、つまり該当接面４９ａによる支持を受けた状態で曲げられて、該当接面４９ａと固定面３１との間を延在されることとなる。従って、ダイヤフラム１４が、フランジ部４９の当接面４９ａによる支持を受けないところで大きく曲げられることを防止でき、該ダイヤフラム１４の耐久性を向上させることができる。

前記フランジ部４９の当接面４９ａにおいて、凸曲面領域５１と凹曲面領域５２とは、これらの連続方向に関する曲率が等しく設定されている。即ち、自然状態（平板状）にあるダイヤフラム１４に対して垂直でかつ該ダイヤフラム１４の円形中心点Ｐを含む平面（図１の紙面）に関し、該平面上における凸曲面領域５１を示す曲線Ｘ１の曲率半径Ｒ１と、凹曲面領域５２を示す曲線Ｘ２の曲率半径Ｒ２とが等しくなっている（Ｒ１＝Ｒ２）。

従って、前記ポンプ室１５側へ大きく変形されたダイヤフラム１４において、フランジ部４９の凸曲面領域５１及び凹曲面領域５２の一方と当接する部分が、他方と当接する部分よりも大きく曲げられることを防止できる。よって、フランジ部４９の当接面４９ａと当接するダイヤフラム１４に対して、曲げモーメントに起因する応力が不均一に作用されることを抑制でき、ダイヤフラム１４の耐久性をさらに向上させることができる。

前記ブロック１１においてポンプ室１５の内面の中央部には、退避凹部４８が形成されている。退避凹部４８は、ポンプ室１５側へと変形したダイヤフラム１４が、ポンプ室１５の容積を最小とする上死点に位置した場合に（図１において二点鎖線で示す状態）、ロッド４５の固定部材４７を収容するためのものである。ブロック１１において、ポンプ室１５の内面を構成する退避凹部４８以外の領域は、規制面３２をなしている。規制面３２は、ダイヤフラム１４の上死点側への変形限界を定めるためのものである。つまり、ポンプ室１５側へと変形したダイヤフラム１４が上死点に位置した場合に、該ダイヤフラム１４においてポンプ室１５に臨む面が、規制面３２に対して当接されてそれ以上の弾性変形が阻止される。

前記規制面３２は、フランジ部４９の当接面４９ａに対して沿う形状を有している。従って、ダイヤフラム１４が上死点に位置した状態では、ロッド４５（フランジ部４９）の当接面４９ａのほぼ全体と、ブロック１１の規制面３２のほぼ全体との間でダイヤフラム１４が狭持された状態となり、ポンプ室１５の容積はほぼゼロとなる。従って、ダイヤフラム型ポンプのポンプ効率をさらに向上させることができる。

即ち、前記規制面３２には、フランジ部４９の当接面４９ａの凹曲面領域５２に沿う凸曲面領域３３と、該当接面４９ａの凸曲面領域５１に沿う凹曲面領域３４とが備えられている。凸曲面領域３３は、固定面３１との境界に角を形成しないよう該固定面３１に対して滑らかに連続されている。凸曲面領域３３は、上死点側への変形限界にあるダイヤフラム１４を、その外縁部１４ａの近傍の円環状領域で支持するためのものである。凹曲面領域３４は、凸曲面領域３３との境界に角を形成しないよう、該凸曲面領域３３に対して滑らかに連続されている。凹曲面領域３４は、上死点側への変形限界にあるダイヤフラム１４を、凸曲面領域３３よりも円形中心点Ｐ寄りの円環状領域で支持するためのものである。

従って、上死点側への変形限界にある前記ダイヤフラム１４が、規制面３２に沿う形状をなした場合においても、固定面３１と規制面３２との境界付近や、凸曲面領域３３と凹曲面領域３４との境界付近等に撓み角が形成されることはなく、該撓み角に起因したダイヤフラム１４の塑性変形つまり該ダイヤフラム１４の耐久性低下を防止することができる。

前記凸曲面領域３３と凹曲面領域３４とは、これらの連続方向に関する曲率が等しく設定されている。また、凸曲面領域３３及び凹曲面領域３４の曲率は、フランジ部４９の凸曲面領域５１及び凹曲面領域５２の曲率と等しく設定されている。即ち、自然状態（平板状）にあるダイヤフラム１４に対して垂直でかつ該ダイヤフラム１４の円形中心点Ｐを含む平面（図１の紙面）に関し、該平面上における凸曲面領域３３を示す曲線Ｘ３の曲率半径を「Ｒ３」とし、凹曲面領域３４を示す曲線Ｘ４の曲率半径を「Ｒ４」とすると、「Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４」の関係が成立する。

従って、上死点側への変形限界にある前記ダイヤフラム１４において、規制面３２の凸曲面領域３３とフランジ部４９の凹曲面領域５２との間に介在される部分と、規制面３２の凹曲面領域３４とフランジ部４９の凸曲面領域５１との間に介在される部分とで曲がり具合が異なることを防止できる。よって、上死点側への変形限界にあるダイヤフラム１４に対して、曲げモーメントに起因する応力が不均一に作用されることを抑制でき、ダイヤフラム１４の耐久性をさらに向上させることができる。

なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で以下の態様でも実施できる。
○図２に示すように、前記ロッド４５のフランジ部４９において当接面４９ａを、凸曲面領域のみで形成すること。また、装置ケース１０（ブロック１１）の規制面３２を、凸曲面領域のみよりなるフランジ部４９の当接面４９ａに対して沿うように、凹曲面領域のみで形成すること。

○上記実施形態を変更し、前記フランジ部４９の当接面４９ａにおいて、凸曲面領域５１の曲率と凹曲面領域５２の曲率とを異ならせること。また、上記実施形態を変更し、前記規制面３２において、凸曲面領域３３の曲率と凹曲面領域３４の曲率とを異ならせること。前者と後者とを組み合わせた場合、規制面３２の凹曲面領域３４の曲率をフランジ部４９の凸曲面領域５１の曲率と同じとし、規制面３２の凸曲面領域３３の曲率をフランジ部４９の凹曲面領域５２の曲率と同じとすれば、規制面３２をフランジ部４９の当接面４９ａに対して沿う形状とすることができる。

○上記実施形態においては、ガス（気体）を取り扱うダイヤフラム型ポンプに具体化されていたが、これに限定されるものではなく、液体を取り扱うダイヤフラム型ポンプに本発明を具体化してもよい。

上記実施形態又は別例から把握できる技術的思想について記載する。
（１）前記規制面は、前記ダイヤフラムの前記外縁部を支持する前記装置ケースの固定面に対して連続されて、前記ダイヤフラムの前記外縁部寄りを支持する凸曲面領域と、該凸曲面領域に対して連続されて該凸曲面領域よりも中心部寄りで前記ダイヤフラムを支持する凹曲面領域とを備えている請求項４に記載のダイヤフラム型ポンプ。

（２）前記装置ケースにおいて前記規制面の前記凸曲面領域と前記凹曲面領域とは、これらの連続方向に関する曲率が等しく設定されている技術的思想（１）に記載のダイヤフラム型ポンプ。

（３）前記フランジ部の前記当接面は、前記凸曲面領域に加えて凹曲面領域を備えており、前記当接面の前記凸曲面領域は前記取付部寄りで前記ダイヤフラムに当接し、前記当接面の前記凹曲面領域は、前記当接面の前記凸曲面領域に対して連続されて該凸曲面領域よりも前記外縁部寄りで前記ダイヤフラムに当接し、前記フランジ部において前記当接面の前記凸曲面領域と前記凹曲面領域とは、これらの連続方向に関する曲率が等しく設定されており、該曲率と、前記規制面の前記凸曲面領域及び前記凹曲面領域の曲率とは等しく設定されている技術的思想（２）に記載のダイヤフラム型ポンプ。

本発明の一実施形態におけるダイヤフラム型ポンプの断面図。 別例のダイヤフラム型ポンプの断面図。 従来のダイヤフラム型ポンプの断面図。

符号の説明

１０…装置ケース、１４…ダイヤフラム（ａ…外縁部）、１５…ポンプ室、３２…規制面、４５…駆動体としてのロッド、４６…取付部（ａ…当接面）、４９…フランジ部（ａ…当接面）、５１…凸曲面領域、５２…凹曲面領域。

Claims (4)

1. 装置ケースにはダイヤフラムの外縁部が支持され、該ダイヤフラムによって前記装置ケース内にはポンプ室が区画形成され、前記ダイヤフラムの中心部には駆動体が取り付けられており、前記駆動体の往復動によって前記ダイヤフラムが変形することで、前記ポンプ室への流体の吸入及び該ポンプ室からの流体の吐出が行われ、前記駆動体は、前記ダイヤフラムを取り付ける取付部と、該取付部の外側に設けられており前記ダイヤフラムの前記ポンプ室側への変形によって該ダイヤフラムに対して当接可能なフランジ部とを備えているダイヤフラム型ポンプにおいて、
   前記フランジ部の前記ダイヤフラムとの当接面は、前記取付部の前記ダイヤフラムとの当接面に対して連続した凸曲面領域を備えていることを特徴とするダイヤフラム型ポンプ。
2. 前記フランジ部の前記当接面は、前記凸曲面領域に加えて凹曲面領域も備えており、前記凸曲面領域は前記取付部寄りで前記ダイヤフラムに当接し、前記凹曲面領域は、前記凸曲面領域に対して連続されて該凸曲面領域よりも前記外縁部寄りで前記ダイヤフラムに当接する請求項１に記載のダイヤフラム型ポンプ。
3. 前記フランジ部において前記当接面の前記凸曲面領域と前記凹曲面領域とは、これらの連続方向に関する曲率が等しく設定されている請求項２に記載のダイヤフラム型ポンプ。
4. 前記装置ケースには前記ポンプ室の内面をなす規制面が形成され、該規制面は、前記フランジ部の前記当接面に対して沿う形状を有して前記ダイヤフラムの前記ポンプ室側への変形限界を定めている請求項１〜３のいずれか一項に記載のダイヤフラム型ポンプ。

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