JP2006029219A - 脈動弁ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプの小型化を実現し、併せてモータ一回転一往復よりも早い周波数にて作動する脈動弁ポンプ１を提供する。
【解決手段】逆止弁８，９付の入出力口５，６およびポンプ室７を設けたハウジング２、ポンプ室７に面するダイアフラム１０ならびにダイアフラムを変位させる駆動部１１を有する。駆動部は、ダイアフラムと同軸上に配置されたモータ１２、モータに従動回転する回転プレート１４および往復動可能な振動プレート１５を有する。両プレートは、互いの対向面に設けた倣い面部２０により回転プレートの回転運動を振動プレートの往復運動に変換し、振動プレートの往復運動にダイアフラムを従動させる。倣い面部は、両プレートの対向面に設けられた回転プレートの回転方向に連続する山谷部２１，２２よりなり、その山部を回転プレートの一回転当たり複数設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、脈動圧を発生させつつ流体を移送する脈動弁ポンプに関するものである。本発明の脈動弁ポンプは例えば、温水洗浄便座における流体供給設備に用いられ、またはその他の家庭用水回り機器もしくは業務用流体制御機器等に用いられる。

従来から、図５に示す脈動弁ポンプ５１が知られており、この脈動弁ポンプ５１は、モータ５２の回転運動をカム機構５３によりピストン５４の往復運動に変換し、そのピストン５４の往復運動に合わせて、入出力口５５，５６に設けた逆止弁５７，５８により流体（主に水）の吸込・吐出を繰り返すように構成されている。この脈動弁ポンプ５１は、吐出の際にピストン５４で流体を急速に押し出すため、流体は吸込時よりも高い圧力となって流出する（特許文献１参照）。

しかしながら、上記従来の脈動弁ポンプ５１には、以下のような問題がある。

すなわち、上記脈動弁ポンプ５１では、モータ５２の回転運動をピストン５４の往復運動に変換する際に、ギヤ５９やクランクシャフト６０等を有するカム機構５３を利用していることから、モータ５２とピストン５６を同軸上に配置することができない。また、カム機構５３の可動範囲およびピストン５４の可動範囲として比較的大きなスペースを確保する必要がある。したがってこれらのことから、ポンプ５１全体を十分に小型化することができない。

また、上記のピストン式では、モータ５２一回転でピストン５４一往復の作動となり、よってそれよりも早い周波数（周期）にて作動することができない。

特開２００４−２７６７７号（図５）

本発明は以上の点に鑑みて、ポンプの小型化を実現することができる脈動弁ポンプを提供することを目的とし、併せて、上記のモータ一回転一往復よりも早い周波数にて作動することができる脈動弁ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１による脈動弁ポンプは、逆止弁を備える入力口および出力口ならびに前記入力口および出力口に連通するポンプ室を設けたハウジングと、前記ポンプ室に面するように前記ハウジングの内部に架設されたダイアフラムと、前記ポンプ室の容積を増減させるように前記ダイアフラムを繰り返し変位させる駆動部とを有し、前記駆動部は、前記ダイアフラムと同軸上に配置されたモータと、前記モータに従動回転する回転プレートと、前記回転プレートのダイアフラム側に配置され、前記ダイアフラムを押圧する方向に往復動可能とされた振動プレートとを有し、前記回転プレートおよび振動プレートは、互いの対向面に設けた倣い面部により前記回転プレートの回転運動を前記振動プレートの往復運動に変換し、前記振動プレートの往復運動に前記ダイアフラムを従動させることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２による脈動弁ポンプは、上記した請求項１の脈動弁ポンプにおいて、倣い面部は、回転プレートおよび振動プレートの対向面に設けられた回転プレートの回転方向に連続する山谷部よりなり、前記山谷部の山部は、前記回転プレートの一回転当たり複数が設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３による脈動弁ポンプは、上記した請求項１の脈動弁ポンプにおいて、振動プレートは、そのダイアフラム側の端面に設けた突起状の回り止めをハウジングに設けた回り止め穴に摺動可能に挿入することにより、回り止めされるとともに往復動可能とされ、前記突起状の回り止めは、前記回り止め穴を貫通して反対側へ突出した先端がダイアフラムを押圧する押圧部とされていることを特徴とするものである。

上記構成を備えた本発明の請求項１による脈動弁ポンプにおいては、ダイアフラムと同軸上に配置されたモータの回転運動を一対のプレートによりダイアフラムの変位（可撓変形）に変換し、このダイアフラムの変位に合わせて、入出力口に設けた逆止弁により流体（主に水）の吸込・吐出を繰り返す。一対のプレートは、モータに従動回転する回転プレートと、この回転プレートのダイアフラム側に配置され、ダイアフラムを押圧する方向に往復動可能とされた振動プレートとの組み合わせよりなり、両プレートの対向面には予め、回転プレートの回転運動を振動プレートの往復運動に変換すべく、回転プレートの回転方向に連続する山谷部よりなる倣い面部を設けておく。回転プレートはその作動として回転はするが、ダイアフラムを押圧する方向に往復動はしないように構成されており、反対に振動プレートはダイアフラムを押圧する方向に往復動はするが、回転はしないように構成されている。振動プレートは倣い作動すべく、回転プレートに向けて付勢されている。

モータが駆動して回転プレートが従動回転すると、この回転プレートに設けられた山谷部の山部が、対向して振動プレートに設けられた山谷部の山部を乗り越えようとし、このとき回転プレートが振動プレートを押圧して移動させる。これにより振動プレートは回転プレートから離れる方向に移動してダイアフラムを押圧し、ダイアフラムを変位させてポンプ室の容積を縮小させる。次いで、回転プレートに設けられた山谷部の山部が振動プレートに設けられた山谷部の山部を乗り越え終わると、振動プレートは上記したように回転プレートに向けて付勢されているので復帰動し、これによりダイアフラムも復帰動してポンプ室の容積を増大させる。したがって以上の繰り返しにより、ポンプ室の容積の増減が繰り返され、逆止弁の整流作用により入力口からポンプ室、ポンプ室から出力口への流体移送が繰り返される。

以上の構成において、モータとダイアフラムは互いに同軸上に配置され、またこの両者の間に一対のプレートが互いに平行に配置される。したがってポンプ全体として、従来よりも小型化することが可能となる。

また、回転プレートおよび振動プレートの対向面に設けられる倣い面部において、山谷部の山部はこれを回転プレートの一回転当たり一つすなわち円周上一箇所に設けると、モータ一回転でダイアフラムは一回（一往復）変位し、山谷部の山部を回転プレートの一回転当たり二つすなわち円周上二箇所に設けると、モータ一回転でダイアフラムは二回（二往復）変位する。したがってこのように山部の設置数とダイアフラムの変位回数は相関関係にあるので、山部を回転プレートの一回転当たり複数設けることにより、モータ一回転でダイアフラムを複数回変位させることが可能となる（請求項２）。

また、上記したように振動プレートは、ダイアフラムを押圧する方向に往復動はするが回転はしないように構成されるが、この構成を実現するには、振動プレートの端面に突起状の回り止めを設け、この突起状の回り止めを、対応してハウジングに設けた回り止め穴に摺動可能に挿入するのが好適であり、これにより該構成の簡素さと作動の確実さとを確保することが可能となる。また、この突起状の回り止めを回り止め穴に摺動可能に挿入するに際しては、回り止め穴を貫通して反対側へ突出するようにするのが好適であり、これによりその先端部をダイアフラムを押圧する押圧部として利用することが可能となる。この場合、モータとダイアフラムの間には作動部品として両プレートのみが配置される（請求項３）。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明の請求項１による脈動弁ポンプにおいては、モータとダイアフラムが互いに同軸上に配置され、かつこのモータとダイアフラムの間に一対のプレートが互いに平行に配置されることから、ポンプ全体として従来よりも小型化することが可能である。したがって所期の目的どおり、ポンプの小型化を実現することができる脈動弁ポンプを提供することができる。

またこれに加えて、本発明の請求項２による脈動弁ポンプにおいては、倣い面部が回転プレートおよび振動プレートの対向面に設けられた回転プレートの回転方向に連続する山谷部よりなり、この山谷部の山部が回転プレートの一回転当たり複数設けられることから、モータ一回転でダイアフラムを複数回変位させることが可能である。したがって、従来のモータ一回転一往復よりも早い周波数にて作動する脈動弁ポンプを提供することができる。

また、本発明の請求項３による脈動弁ポンプにおいては、振動プレートのダイアフラム側端面に設けた突起状の回り止めがハウジングに設けた回り止め穴に摺動可能に挿入されることにより、振動プレートが回り止めされかつ往復動可能とされることから、振動プレートの組付および作動に関して、構成の簡素さと作動の確実さとを確保することが可能である。また、突起状の回り止めは、回り止め穴を貫通して反対側へ突出した先端がダイアフラムを押圧する押圧部とされることから、モータとダイアフラムの間には作動部品として回転プレートおよび振動プレートのみを配置すれば良い。したがって作動部品の部品点数が少なく、構成が簡素で作動が確実な脈動弁ポンプを提供することができる。

尚、本発明には、以下の実施形態が含まれる。

（１）流体を吸い込み、吐き出す駆動部分をダイアフラム式とし、レスポンスを良くするために、流体を吸い込む際のダイアフラム室容積を極力小さくする。
（２）ダイアフラムを脈動させる機構としてカム機構を採用し、突起を持つ二つのプレートを組み合わせることによりコンパクトなカム機構とする。具体的には一つのプレートは回転方向を拘束し往復動のみ可動できるようにし、もう一つのプレートはモータに固定することにより回転方向のみ可動させる。二つのプレートの突起を設けた面を組み合わせることにより、モータに固定したプレートを回転させた際に突起部の山谷の組み合わせが連続することで、回転方向を拘束したプレートが振動（往復動）をする。
（３）以上の構成によれば、モータ、カム機構、ダイアフラムまで同軸上に配置することが可能となり、全体的に従来よりもコンパクト化することができる。また、プレートに設ける突起の数により変化するが、モータ１回転で４〜６往復程度ダイアフラムを動かすことが可能となり、従来よりも早い周波数にて駆動することができる。
（４）また、本発明は、回転から凹凸でダイアフラムを往復駆動する機構を有する。回転駆動であれば、往復動よりも摺動が少なく、静粛で、高い周波数に対応することができる。モータ回転数で脈動を容易に可変とすることもできる。ポンプをコンパクトにすることもできる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る脈動弁ポンプ１の断面を示している。尚、作図の都合上、構成要素のうち、モータ１２、回転プレート１４、振動プレート１５および突起状の回り止め１６は断面ではなく外観にてこれらを描いている。

当該実施例に係る脈動弁ポンプ１は先ず、ボディ３およびカバー４の組み合わせよりなるハウジング２を有しており、このハウジング２の外部および内部に、入力口５および出力口６ならびにこれらの入力口５および出力口６に連通するポンプ室７が設けられている。入力口５の奥端部には、この入力口５からポンプ室７への流体の流れを許容し、反対方向への流れを遮断する逆止弁８が設けられており、出力口６の奥端部には、ポンプ室７からこの出力口６への流体の流れを許容し、反対方向への流れを遮断する逆止弁９が設けられている。図上これらの逆止弁８，９はリード弁として描いているが、その種類は特に限定されず、例えば上記従来例に係る図５のようなポペット弁等であっても良い。

ハウジング２の内部に、ポンプ室７に面してポンプ室７の図上上面を画するようにダイアフラム１０が架設されており、またこのダイアフラム１０を繰り返し変位させるための駆動部１１がハウジング２の内部および外部に組み付けられている。

ダイアフラム１０は、ハウジング２におけるボディ３およびカバー４間に挟持された環状の外周取付部１０ａの内周側に環状のベロー部（可撓部）１０ｂを一体成形し、更にこのベロー部１０ｂの内周側に円盤状の平面部１０ｃを一体成形したものであって、基布を埋設したゴム状弾性体等よりなり、ベロー部１０ｂが可撓変形することにより平面部１０ｃが図上上下方向に変位し、これによりポンプ室７の容積を増減させるように構成されている。

駆動部１１は先ず、ハウジング２の図上上部に取付フランジ１２ａをもって固定された回転モータ１２を有しており、このモータ１２とハウジング２内部のダイアフラム１０との間に一対のプレート１４，１５が互いに平行に配置されている。ハウジング２におけるカバー４には、プレート１４，１５を収容するための空間１３が設けられている。

モータ１２は、ダイアフラム１０と同軸上に配置され、その回転軸１２ｂを空間１３内に突出させている。

一対のプレート１４，１５は、モータ１２の回転軸１２ｂの端部に取り付けられてモータ１２に従動回転する回転プレート１４と、この回転プレート１４のダイアフラム１０側（図上下側）に配置され、その回転を規制されるとともにダイアフラム１０を押圧する方向に往復動可能とされた振動プレート１５との組み合わせにより構成されている。両プレート１４，１５は共に円盤状に形成され、ダイアフラム１０およびモータ１２に対して同軸上に配置されている。

回転プレート１４は、モータ１２の回転軸１２ｂに取り付けられているので回転はするが、ダイアフラム１０を押圧する方向に往復動はしないように構成されている（図上上下方向に往復動しないように構成されている）。これに対して振動プレート１５は、そのダイアフラム１０側の端面に設けた突起状の回り止め１６が、対応してハウジング２のカバー４に設けた回り止め穴１７に摺動可能に挿入されており、これによりハウシング２に対して回り止めされ、よって回転はしないが、ダイアフラム１０を押圧する方向に往復動することは可能とされている（図上上下方向に往復動することが可能とされている）。突起状の回り止め１６および回り止め穴１７は複数が等配状に設けられている。

また、突起状の回り止め１６は、回り止め穴１７をダイアフラム１０側へ貫通して反対側へ突出しており、この反対側へ突出した回り止め１６の先端部が、ダイアフラム１０を押圧するための押圧部１６ａとされている。尚、当該実施例ではダイアフラム１０の平面部１０ｃ上にスペーサーとして伝達プレート１８が取り付けられているので、回り止め１６先端の押圧部１６ａはこの伝達プレート１８を押圧し、この伝達プレート１８を介してダイアフラム１０を押圧する。

また反対側の、ダイアフラム平面部１０ｃの図上下側には、振動プレート１５を回転プレート１４に向けて弾性付勢して倣い作動させ、かつダイアフラム１０を振動プレート１５とともに復帰動させるための、コイルスプリングよりなる戻しバネ１９が組み付けられている。

上記一対のプレート１４，１５の対向面には、回転プレート１４の回転方向に連続する山谷部２１，２２よりなる倣い面部２０が設けられている。

すなわち図２に示すように、回転プレート１４の下面には、円周方向に連続する山谷部２１が設けられており、対応して振動プレート１５の上面にも、円周方向に連続する山谷部２２が設けられている。山谷部２１，２２はそれぞれ山部２１ａ，２２ａと谷部２１ｂ，２２ｂを円周上交互に並べたものであって、更に山部２１ａ，２２ａおよび谷部２１ｂ，２２ｂはそれぞれ、プレート１４，１５の円周上に複数が並べられており、当該実施例では円周上に四つが等配状に並べられている。尚、山部２１ａ，２２ａ同士はその作動上、円周方向に互いに乗り越えるものであるので、円周方向両側に斜面を有する蒲鉾状の突起として設けられており、すなわちプレート１４，１５の平面状端面に蒲鉾状の突起が複数等配状に設けられてこれが山部２１ａ，２２ａとされ、突起同士の間が相対凹の谷部２１ｂ，２２ｂとされている。

つぎに、上記構成を有する脈動弁ポンプ１の作動を説明する。入力口５および出力口６には例えば、温水洗浄便座における洗浄水供給配管が接続される。

図１は、図示したように回転プレート１４の下面に設けられた山谷部２１の山部２１ａが、振動プレート１５の上面に設けられた山谷部２２の山部２２ａと円周方向に変位して位置した状態を示している。したがって、両プレート１４，１５は互いに近付いた状態にある。

この図１の状態から、モータ１２が駆動して回転プレート１４が回転すると、図３に示すように、回転プレート１４の下面に設けられた山部２１ａの回転位置が振動プレート１５の上面に設けられた山部２２ａの位置と円周上合致し、このとき回転プレート１４が振動プレート１５を押圧して移動させる。これにより振動プレート１５は回転プレート１４から離れる方向に移動し、回り止め１６および伝達プレート１８を介してダイアフラム１０を押圧し、これによりダイアフラム１０が変位してポンプ室７の容積を縮小させる。ダイアフラム１０は戻しバネ１９を押し縮めながら変位することになる。

次いで、図４に示すように、回転プレート１４の下面に設けられた山部２１ａの回転位置が振動プレート１５の上面に設けられた山部２２ａの位置から円周上外れると、ダイアフラム１０が戻しバネ１９に押されて伝達プレート１８、回り止め１６および振動プレート１５とともに復帰動し、これによりポンプ室７の容積を増大させる。

したがって以上の繰り返しにより、ポンプ室７の容積の増減が繰り返され、逆止弁８，９による整流作用によって入力口５からポンプ室７、ポンプ室７から出力口６への流体移送が繰り返される。

以上の構成および作動において、モータ１２とダイアフラム１０は互いに同軸上に配置され、またこのモータ１２とダイアフラム１０の間に回転プレート１４および振動プレート１５の組み合わせよりなる一対のプレート１４，１５が互いに平行に配置されている。一対のプレート１４，１５は、当該ポンプ１において回転運動を往復運動に変換する変換機構を構成するが、互いに平行に配置されていることから、その可動範囲は余り大きくなくても良い。したがって、全体として従来よりもポンプ１の小型化を実現することができる。

また、山谷部２１，２２の山部２１ａ，２２ａが回転プレート１４の一回転当たり四つ設けられることから、モータ１２一回転でダイアフラム１０が四回変位する。したがって、従来のモータ一回転一往復よりも早い周波数にて作動することができる。尚、当該実施例におけるこの四回は単なる一例であって、三回以下または五回以上であっても良いことは勿論である。

また、回転プレート１４および振動プレート１５がそれぞれダイアフラム１０およびモータ１２と同軸上に配置された円盤状のプレートよりなり、その円周方向に連続するよう山谷部２１，２２が設けられていることから、両プレート１４，１５は回転しやすくかつスペース効率の良いものである。

また、振動プレート１５の端面に設けた突起状の回り止め１６がハウジング２に設けた回り止め穴１７に摺動可能に挿入されることにより、振動プレート１５が回り止めされかつダイアフラム１０を押圧する方向に往復動可能とされることから、振動プレート１５の組付および作動に関して、構成の簡素さと作動の確実さとを実現することができる。

更にまた、回り止め穴１７を貫通して反対側へ突出する突起状の回り止め１６の先端部がダイアフラム１０を押圧する押圧部１６ａとされていることから、モータ１２とダイアフラム１０の間には作動部品として一対のプレート１４，１５のみを配置すれば良く、他に作動部品を必要としない。したがって、作動部品の部品点数が少なく、この点からも構成の簡素さと作動の確実さとを実現することができる。

本発明の脈動弁ポンプは、上記したように温水洗浄便座における流体供給設備等に用いられるが、そのほか例えばシャワー等の住宅設備にも利用することが可能である。

本発明の実施例に係る脈動弁ポンプの断面図 回転プレートおよび振動プレートの対向面に設けられる倣い面部の説明図 同脈動弁ポンプの作動状態（ポンプ室容積縮小状態）を示す断面図 同脈動弁ポンプの作動状態（ポンプ室容積拡大状態）を示す断面図 従来例に係る脈動弁ポンプの断面図

符号の説明

１ 脈動弁ポンプ
２ ハウジング
３ ボディ
４ カバー
５ 入力口
６ 出力口
７ ポンプ室
８，９ 逆止弁
１０ ダイアフラム
１０ａ 外周取付部
１０ｂ ベロー部
１０ｃ 平面部
１１ 駆動部
１２ モータ
１２ａ 取付フランジ
１２ｂ 回転軸
１３ 空間
１４ 回転プレート
１５ 振動プレート
１６ 回り止め
１６ａ 押圧部
１７ 回り止め穴
１８ 伝達プレート
１９ 戻しバネ
２０ 倣い面部
２１，２２ 山谷部
２１ａ，２２ａ 山部
２１ｂ，２２ｂ 谷部

Claims (3)

1. 逆止弁（８）（９）を備える入力口（５）および出力口（６）ならびに前記入力口（５）および出力口（６）に連通するポンプ室（７）を設けたハウジング（２）と、前記ポンプ室（７）に面するように前記ハウジング（２）の内部に架設されたダイアフラム（１０）と、前記ポンプ室（７）の容積を増減させるように前記ダイアフラム（１０）を繰り返し変位させる駆動部（１１）とを有し、
   前記駆動部（１１）は、前記ダイアフラム（１０）と同軸上に配置されたモータ（１２）と、前記モータ（１２）に従動回転する回転プレート（１４）と、前記回転プレート（１４）のダイアフラム（１０）側に配置され、前記ダイアフラム（１０）を押圧する方向に往復動可能とされた振動プレート（１５）とを有し、
   前記回転プレート（１４）および振動プレート（１５）は、互いの対向面に設けた倣い面部（２０）により前記回転プレート（１４）の回転運動を前記振動プレート（１５）の往復運動に変換し、前記振動プレート（１５）の往復運動に前記ダイアフラム（１０）を従動させることを特徴とする脈動弁ポンプ。
2. 請求項１の脈動弁ポンプにおいて、
   倣い面部（２０）は、回転プレート（１４）および振動プレート（１５）の対向面に設けられた回転プレート（１４）の回転方向に連続する山谷部（２１）（２２）よりなり、
   前記山谷部（２１）（２２）の山部（２１ａ）（２２ａ）は、前記回転プレート（１４）の一回転当たり複数が設けられていることを特徴とする脈動弁ポンプ。
3. 請求項１の脈動弁ポンプにおいて、
   振動プレート（１５）は、そのダイアフラム（１０）側の端面に設けた突起状の回り止め（１６）をハウジング（２）に設けた回り止め穴（１７）に摺動可能に挿入することにより、回り止めされるとともに往復動可能とされ、
   前記突起状の回り止め（１６）は、前記回り止め穴（１７）を貫通して反対側へ突出した先端がダイアフラム（１０）を押圧する押圧部（１６ａ）とされていることを特徴とする脈動弁ポンプ。

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