JP2009024510A - ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】アンブレラを用いない薄型の逆止弁構造を提案してポンプ室を小容積化し、ダイヤフラムポンプの自吸能力を高め、小型のダイヤフラムポンプを得る。
【解決手段】ダイヤフラムポンプの吸入側と吐出側の逆止弁を、一端吸入弁部が吸入側流路の開口端上に延びて常時は該吸入側開口端を閉塞し、他端吐出弁部が吐出側流路の開口端上に延びて該吐出側開口端を閉塞しない単一の開閉板ばね；及び吐出側開口端上に位置する吐出流路穴を有し、開閉板ばねの上記他端吐出弁部上に重ねられて、常時は該他端吐出弁部により該吐出流路穴を閉じる固定穴部材；によって構成し、ポンプ室容積が拡大するとき開閉板ばねの一端吸入弁部が開き、同ポンプ容積が縮小するとき他端吐出弁部が閉じるようにしたダイヤフラムポンプ。
【選択図】 図５

Description

本発明は、振動するダイヤフラムによってポンプ作用を得るポンプに関し、特にダイヤフラムポンプに必須の一対の逆止弁構造に関する。

ダイヤフラムポンプは、振動するダイヤフラムとハウジングとで形成されたポンプ室に吸入側流路と吐出側流路を連通させ、吸入側流路には該吸入側流路からポンプ室への流体流を許しその逆方向の流体流を許さない吸入側逆止弁を設け、吐出側流路にはポンプ室から該吐出側流路への流体流を許しその逆方向の流体流を許さない吐出側逆止弁を設けている。ダイヤフラムが振動すると、ポンプ室の容積が変化し、それに伴い一対の逆止弁の一方が閉じ他方が開く動作を繰り返すことから、ポンプ作用が得られる。従来、逆止弁としては周知のアンブレラが用いられていた。
特開2000-265964号公報 特開平5-202856号公報 実開平5-21188号公報

しかしながら、逆止弁としてアンブレラを用いたダイヤフラムポンプは、アンブレラ自体の小型化（薄型化）に限界があり、ポンプ室の薄型化（小容積化）が困難である。ダイヤフラムポンプの自吸能力を高めるには、ポンプ室を小容積化するのが効果的であることが知られている。

本発明は、アンブレラを用いない薄型の逆止弁構造を提案してポンプ室を小容積化し、ダイヤフラムポンプの自吸能力を高め、小型のダイヤフラムポンプを得ることを目的とする。

本発明は、振動するダイヤフラムとハウジングとで形成されたポンプ室；このポンプ室に連通する吸入側流路と吐出側流路；吸入側流路からポンプ室への流体流を許しその逆方向の流体流を許さない吸入側逆止弁；及びポンプ室から吐出側流路への流体流を許しその逆方向の流体流を許さない吐出側逆止弁；を有するダイヤフラムポンプにおいて、吸入側と吐出側の逆止弁を、一端吸入弁部が吸入側流路の開口端上に延びて常時は該吸入側開口端を閉塞し、他端吐出弁部が吐出側流路の開口端上に延びて該吐出側開口端を閉塞しない単一の開閉板ばね；及び吐出側開口端上に位置する吐出流路穴を有し、開閉板ばねの上記他端吐出弁部上に重ねられて、常時は該他端吐出弁部により該吐出流路穴を閉じる固定穴部材；によって構成し、ポンプ室容積が拡大するとき開閉板ばねの一端吸入弁部が開き、同ポンプ容積が縮小するとき他端吐出弁部が閉じるようにしたことを特徴としている。

固定穴部材は、開閉板ばねの一端吸入弁部と他端吐出弁部の弾性変形を自由にし、両端部の中間部を実質的にハウジングに固定している。

ハウジングは合成樹脂製として、固定穴部材を固定するための熱溶着突起を形成し、固定穴部材には、この熱溶着突起が嵌まる溝または穴を形成することで、固定穴部材をハウジングに固定することができる。

あるいは同様にハウジングは合成樹脂製として、固定穴部材を圧入固定するための圧入溝を形成し、固定穴部材には、この圧入溝に嵌まる圧入脚を形成することで、固定穴部材をハウジングに圧入固定することができる。

ダイヤフラムは、具体的には例えば、圧電振動子とすることができる。

本発明のダイヤフラムポンプは、実質的に開閉板ばねと固定穴部材の２枚の板状部材によって吸入側と吐出側の逆止弁を構成することができるので、薄型とし、ポンプ室を小容積として自吸能力を高めることができる。またアンブレラを用いたダイヤフラムポンプに比し、安価に提供できる。

図示実施形態は、本発明を圧電ポンプに適用したものである。本実施形態の圧電ポンプは、図１に示すように、ダイヤフラムとしての圧電振動子１０、メインハウジング２０、サブハウジング３０、給電制御基板４０及び蓋体５０を有している。メインハウジング２０とサブハウジング３０は合成樹脂材料（例えばＰＢＴ(ポリブチレンテレフタレート)樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）樹脂）からなり、蓋体５０は金属材料（例えばＳＵＳ）からなっている。

メインハウジング２０には、平面円形のポンプ室凹部２１と、このポンプ室凹部２１に直交する互いに平行な吸入側流路（吸入ポート）２２と吐出側流路（吐出ポート）２３とが設けられている。ポンプ室凹部２１の周囲には、該ポンプ室凹部２１と同心にＯリング２４を嵌める環状溝（Ｏリング収納溝）２５が形成されている。圧電振動子１０は、このＯリング２４上に載置され、サブハウジング３０によって挟着されることで、ポンプ室凹部２１と圧電振動子１０との間にポンプ室Ｐが形成され、サブハウジング３０と圧電振動子１０との間に大気室Ａが形成される。

圧電振動子１０は、Ｏリング２４に接触するシム１１と大気室Ａ内に位置する圧電体１２とを積層したユニモルフ型である。シム１１は、厚さ３０〜３００μｍ程度のステンレスや４２アロイ等からなる導電性金属薄板であり、圧電体１２は、例えば厚さ５０〜３００μｍ程度のＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ₃）等の圧電材料から構成されるもので、その表裏方向に分極処理が施されている。このような圧電振動子は周知である。圧電体１２の表裏に交番電界が与えられると、圧電体１２の表裏の一方が伸びて他方が縮むサイクルが繰り返され、シム１１（圧電振動子１０）が中央部の振幅が最も大きくなるように振動する。

図２（ａ）は、圧電振動子１０の圧電体１２の形状例を示している。Ｏリング２４の中心径をＤとしたとき、シム１１の径はこのＯリング径Ｄより十分大きい。一方、圧電体１２の径はＯリング径Ｄより小径であり、その一部に径方向突起１２ａが形成されている。この径方向突起１２ａは、Ｏリング径Ｄより外側に延びている。シム１１と圧電体１２は、常法に従い、接着剤で接着され、圧電体１２の表面には電極膜及び保護膜が形成されているが、径方向突起１２ａ部分では保護膜が除去されている。

サブハウジング３０には、図３に示すように、Ｏリング２４と同一径の同心円上に位置させて（Ｏリング２４の反対側に）、シム用と圧電体用の一対の給電穴（貫通穴）３１、３２が穿設されている。この給電穴３１、３２内には、圧縮コイルばねからなるコイルばね電極３３、３４が挿入されている。このコイルばね電極３３の圧電振動子１０側の端部は、シム１１と導通し、コイルばね電極３４の圧電振動子１０側の端部は、圧電体１２の径方向突起１２ａに導通する。

給電制御基板４０は、コイルばね電極３３と３４のサブハウジング３０からの突出端に位置しており、この給電制御基板４０により、コイルばね電極３３と３４は圧縮されている。給電制御基板４０には、コイルばね電極３３と３４にそれぞれ導通する給電用端子（図示せず）が設けられており、コイルばね電極３３と３４の圧縮状態では、給電制御基板４０上に設けた給電電子部品４１（図１）により、圧電振動子１０に対する給電回路が構成される。なお、圧電振動子１０とサブハウジング３０との間には、適当な位置決め手段（回り止め手段）が設けられ、サブハウジング３０には給電制御基板４０の位置を定める位置決めピン３５が設けられていて、圧電体１２の径方向突起１２ａとコイルばね電極３４との導通を保証している。

図２（ｂ）は、圧電振動子１０の別の実施形態を示している。この実施形態では、圧電体１２の径はＯリング径Ｄより大径であり、そのＯリング径Ｄ上の一部に、シム１１を露出させる露出穴１２ｂが形成されている。この実施形態では、コイルばね電極３３が露出穴１２ｂを通ってシム１１に導通し、コイルばね電極３４が圧電体１２に導通する。露出穴１２ｂ部分では、シム１１上の接着剤は除去され、コイルばね電極３４部分では圧電体１２上の保護膜は除去されている。

メインハウジング２０のポンプ室凹部２１には、ペア逆止弁セット６０が設けられている。このペア逆止弁セット６０は、従来の一対のアンブレラに代わるもので、実質的に２枚の金属板状部材６１と６２からなっている。

メインハウジング２０のポンプ室凹部２１の底部には、吸入側流路２２と吐出側流路２３の開口端に跨らせて、長円状の段凹部２６が形成されている。また、吐出側流路２３のポンプ室凹部２１側の端部には、大径逃げ部２３Ｄが形成されている。

段凹部２６内には、開閉板ばね６１が挿入されている。この開閉板ばね６１は、その一端吸入弁部６１ａが吸入側流路２２の開口端上に延びて常時は該吸入側流路２２を閉塞する。またその他端吐出弁部６１ｂは、一端吸入弁部６１ａより幅狭で、吐出側流路２３上に延びているが、大径逃げ部２３Ｄ内に位置して吐出側流路２３を閉塞することはない（図１）。開閉板ばね６１は、その一端吸入弁部６１ａと他端吐出弁部６１ｂが流路圧力で容易に弾性変形する金属材料、例えば厚さ０．０２〜０．０５ｍｍ程度のステンレス（ＳＵＳ）材料やゴム材料、例えば厚さ０．１〜０．５ｍｍ程度のＥＰＤＭから構成するのがよい。

開閉板ばね６１の他端吐出弁部６１ｂ上には、固定穴部材６２が重ねられている。図２では、この固定穴部材６２にハッチングを付した。この固定穴部材６２は、吐出側流路２３の軸線上に位置する吐出流路穴６２ａと、複数の固定用凹部６２ｂとを有しており、ポンプ室凹部２１上には、固定用凹部６２ｂに対応する複数の熱溶着突起２７が形成されている。開閉板ばね６１の他端吐出弁部６１ｂは、固定穴部材６２の吐出流路穴６２ａを塞ぐ大きさ（幅）を有しており、固定用凹部６２ｂに熱溶着突起２７を嵌めて熱溶着すると、他端吐出弁部６１ｂが固定穴部材６２下面に接触して、常時は吐出側流路２３を閉塞する。固定穴部材６２は、実質的に開閉板ばね６１の中間部をメインハウジング２０に固定し、一端吸入弁部６１ａと他端吐出弁部６１ｂの弾性変形を可能にしている。

図６は、固定穴部材６２をポンプ室凹部２１に固定するための別実施形態である。この実施形態では、固定穴部材６２に圧入脚６２ｃを設け、ポンプ室凹部２１にこの圧入脚６２ｃを圧入する圧入溝２８を設けている。

本実施形態の圧電ポンプは、次のように動作する。給電制御基板４０上の給電部品４１を介してコイルばね電極３３と３４の間に交番電界を与えると、コイルばね電極３３はシム１１に導通し、コイルばね電極３４は圧電体１２の径方向突起１２ａに導通しているので、圧電振動子１０のシム１１と圧電体１２（圧電体１２の表裏）に交番電界が与えられ、圧電振動子１０は平面円形の中央部分の振幅が最も大きくなるように振動する。

すると、ポンプ室Ｐの容積が拡大する行程では、ペア逆止弁セット６０の開閉板ばね６１の一端吸入弁部６１ａがポンプ室凹部２１側に弾性変形し（図１鎖線）、他端吐出弁部６１ｂは固定穴部材６２に密着するため、吸入側流路２２からポンプ室Ｐ内に液体が流入する。一方、ポンプ室Ｐの容積が縮小する行程では、開閉板ばね６１の他端吐出弁部６１ｂが大径逃げ部２３Ｄ内に弾性変形し（図１鎖線）、一端吸入弁部６１ａが吸入側流路２２を閉じるため、ポンプ室Ｐから吐出側流路２３に液体が流出する。したがって、圧電振動子１０を正逆に連続させて弾性変形させる（振動させる）ことで、ポンプ作用が得られる。

そして、本実施形態のダイヤフラムポンプによると、実質的に開閉板ばね６１と固定穴部材６２の２枚の板状部材によって吸入側と吐出側の逆止弁を構成することができる。このため、逆止弁を薄型とし、ポンプ室Ｐを小容積として自吸能力を高めることができる。またアンブレラを用いたダイヤフラムポンプに比し、安価に提供できる。

以上の実施形態は、圧電振動子１０を振動するダイヤフラムとして用いたダイヤフラムポンプに本発明を適用したものであるが、本発明は、圧電振動子以外のダイヤフラムを用いたポンプにも適用できる。

本発明によるダイヤフラムポンプの一実施形態を示す縦断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、図１のダイヤフラムポンプの圧電振動子の別の実施形態を示す平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、図２のIIIａ-IIIａ線、IIIｂ-IIIｂ線に沿う断面図である。 図１のダイヤフラムポンプの逆止弁部分の平面図である。 同斜視図である。 逆止弁部分の別の実施形態を示す、図５に対応する斜視図である。

符号の説明

１０ 圧電振動子（ダイヤフラム）
１１ シム
１２ 圧電体
２０ メインハウジング
２１ ポンプ室凹部
２２ 吸入側流路
２３ 吐出側流路
２４ Ｏリング
２５ 環状溝
２６ 段凹部
２７ 熱溶着突起
２８ 圧入溝
３０ サブハウジング
３１ ３２ 給電穴
３３ ３４ コイルばね電極（ばね電極）
４０ 給電制御基板
５０ 蓋体
６０ ペア逆止弁セット
６１ 開閉板ばね
６１ａ 一端吸入弁部
６１ｂ 他端吐出弁部
６２ 固定穴部材
６２ａ 吐出流路穴
６２ｂ 固定用凹部
６２ｃ 圧入脚

Claims (5)

1. 振動するダイヤフラムとハウジングとで形成されたポンプ室；
   このポンプ室に連通する吸入側流路と吐出側流路；
   上記吸入側流路からポンプ室への流体流を許しその逆方向の流体流を許さない吸入側逆止弁；及び
   上記ポンプ室から吐出側流路への流体流を許しその逆方向の流体流を許さない吐出側逆止弁；
   を有するダイヤフラムポンプにおいて、
   上記吸入側と吐出側の逆止弁が、
   一端吸入弁部が吸入側流路の開口端上に延びて常時は該吸入側開口端を閉塞し、他端吐出弁部が吐出側流路の開口端上に延びて該吐出側開口端を閉塞しない単一の開閉板ばね；及び
   上記吐出側開口端上に位置する吐出流路穴を有し、開閉板ばねの上記他端吐出弁部上に重ねられて、常時は該他端吐出弁部により該吐出流路穴を閉じる固定穴部材；
   を有し、
   開閉板ばねの上記一端吸入弁部はポンプ室容積が拡大するとき開き、他端吐出弁部は同ポンプ容積が縮小するとき閉じることを特徴とするダイヤフラムポンプ。
2. 請求項１記載のダイヤフラムポンプにおいて、上記固定穴部材は、開閉板ばねの一端吸入弁部と他端吐出弁部の弾性変形を自由にし、両端部の中間部をハウジングに固定しているダイヤフラムポンプ。
3. 請求項１または２記載のダイヤフラムポンプにおいて、上記ハウジングは合成樹脂製であって上記固定穴部材を固定するための熱溶着突起を有し、固定穴部材には、この熱溶着突起が嵌まる溝または穴が形成されているダイヤフラムポンプ。
4. 請求項１または２記載のダイヤフラムポンプにおいて、上記ハウジングは合成樹脂製であって上記固定穴部材を固定するための圧入溝を有し、固定穴部材には、この圧入溝に嵌まる圧入脚が形成されているダイヤフラムポンプ。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項記載のダイヤフラムポンプにおいて、上記ダイヤフラムは圧電振動子であるダイヤフラムポンプ。

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