JP2009041538A - 流体用ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】液体と気体に使用可能な吐出量の多い小型の流体用ダイヤフラムポンプを提供する。
【解決手段】ポンプ室25を形成する椀型ダイヤフラム50を３個乃至４個一体状に形成したダイヤフラム集合体５を、ケーシング10内に備え、クランク軸８により揺動される揺動板７により上記ダイヤフラム50に設けられた駆動部51を往復運動させて、ポンプ室25を膨縮させることによりポンプ動作をおこなうダイヤフラムポンプに於て、ダイヤフラム集合体５は、軸心直交面状の横隔膜54と、横隔膜54から円周等分配に突設されてダイヤフラム50の一部を構成する短円筒状吐出弁膜52とを、備え、さらに、吸入路30と吸入弁本体４とを有すると共に、吐出弁膜52が外周面に密着分離自在に接触する短円筒状弁座部34を、備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、流体用ダイヤフラムポンプに関する。

安価で小型のものが望まれる従来のダイヤフラムポンプは、特許文献１と２又は３記載のように、吸入経路を、アクチュエータとの接合部近傍や、アクチュエータの出力軸の回転部及びダイヤフラムの駆動部近傍の空間を利用して設けているものが知られている。このように、駆動部近傍の空間を利用して吸入することで、ケーシング内に吐出経路側を形成しやすいという利点がある。

しかし、吸入路を駆動近傍に形成したダイヤフラムポンプを液体に使用すると、アクチュエータが濡れたり、駆動部が液体に浸るため、故障の原因となって、液体の輸送ポンプとして使用するには好ましくなかった。そのため、液体に使用するダイヤフラムポンプでは、アクチュエータ近傍の空間は利用できず、蓋体や、バルブホルダー等の樹脂部品の僅かな空間に吸入路（室）や吐出路（室）を形成していた。

また、吸入路（室）や吐出路（室）が複雑に形成されると、流量が少なくなると共に、水等の液体では壁面との摩擦抵抗が大きくなり効率が良いとは言えなかった。
登録実用新案第３０７８４８０号公報 特開２００１ー２４８５６４号公報 特開２００２−５０２９号公報

解決しようとする課題は、液体に使用するダイヤフラムポンプでは、駆動部近傍の空間を利用して吸入路（室）や吐出路（室）を形成することは好ましくないため、小型で液体にも使用可能なダイヤフラムポンプでは、ケーシングに十分な容積をもった吸入路（室）や吐出路（室）を形成し吐出量を多くすることが困難であった点である。

そこで、本発明は、液体と気体に使用可能な吐出量の多い小型の流体用ダイヤフラムポンプの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る流体用ダイヤフラムポンプは、ポンプ室を形成する椀型ダイヤフラムを３個乃至４個一体状に形成したダイヤフラム集合体を、ケーシング内に備え、クランク軸により揺動される揺動板により上記ダイヤフラムに設けられた駆動部を往復運動させて、上記ポンプ室を膨縮させることによりポンプ動作をおこなうダイヤフラムポンプに於て、上記ダイヤフラム集合体は、軸心直交面状の横隔膜と、該横隔膜から円周等分配に突設されて上記ダイヤフラムの一部を構成する短円筒状吐出弁膜とを、備え、さらに、吸入路と吸入弁本体とを有すると共に、上記吐出弁膜が外周面に密着分離自在に接触する短円筒状弁座部を、備えたものである。

また、上記弁座部は、軸心直交方向の先端壁部を有する短円筒状であり、該先端壁部に上記吸入路の先端部が開設されていると共に上記吸入弁本体が取り付けられて、該先端壁部を吸入弁座部としたものである。

また、上記ダイヤフラム集合体の上記ダイヤフラムが突出している軸心一方向から流体を吸入し、かつ、該軸心一方向に、吐出するように構成したものである。

また、全ての上記吐出弁膜の外面側に共通吐出空間を形成して、該共通吐出空間から外方へ流体を吐出する吐出孔を備えたものである。

本発明の流体用ダイヤフラムポンプによれば、吐出弁膜が外周面に密着分離自在に接触短円筒弁座部を備えているので、吐出弁膜を広く弁座に接触でき、ポンプが同一外形・同一体積とすると吐出量を多くでき、又は、（吐出量が同じならば）ポンプのコンパクト化を図り得る。さらに、吸入ポンプとしても加圧ポンプとしても（両方に）使用できる。かつ、クランク軸や揺動板あるいはモータ（アクチュエータ）側に流体が浸入せず、（気体の他に）液体にも適用できる。

以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
図１は、本発明に係る流体用ダイヤフラムポンプの第１の実施の形態の部品構成を示す分解斜視図である。図４は、実施の形態の使用状態を説明する要部側面断面図である。図１と図４において、５は、弾性部材から成るダイヤフラム集合体である。ここで、図２に、ダイヤフラム集合体５の実施の一例の斜視図を示す。ダイヤフラム集合体５は、３つの碗型ダイヤフラム50を、円周方向に１２０度間隔で等分に配設し、軸心に直交面膜状の横隔膜54によって連結するように一体状に形成したものである。また、横隔膜54からダイヤフラム50の一部を構成する短円筒状の吐出弁膜52を軸心一方向Ｌ（図示の矢印方向であり、組立状態で、アクチュエータ11の出力軸11ａの突出方向）に突出して設けている。また、横隔膜54の外周縁部を、軸心一方向Ｌに突出させて段差状のパッキン縁部53を形成している。また、軸心一方向Ｌとは反対方向に、各々のダイヤフラム50を往復運動によって圧縮膨張可能なダイヤフラム駆動部51を各々設けている。また、ダイヤフラム集合体５には、吸入用の弁体は形成していない。

図１と図４に於て、３は、中心部に煙突状の吐出孔37を軸心一方向Ｌに突出させて設けた、樹脂製の円筒形状中蓋体である。ここで、図３に、中蓋体３の実施の一例の背面図を示す。中蓋体３は、吐出孔37が突設されている面を表面３ａとすると、表面３ａの反対側となる背面３ｂに、組立状態で、流体を吐出孔37から外方へ吐出するため共通吐出空間36と成る凹溝部39を形成し、吐出孔37と連通している。また、凹溝部39の底部39ａから、軸心一方向Ｌとは反対側方向に背面３ｂよりも低く突出させた短円筒状の弁座部34を形成している。弁座部34は、吐出孔37を中心として円周方向に１２０度等間隔で合計３つ配設している。また、表面３ａ側には、背面３ｂ側の３つの弁座部34に各々同心状となるように円形状凹溝部の吸入室33を形成している。吸入室33は、組立状態で、吸入された流体が流れる吸入路30の一部となるように形成している。

また、弁座部34は、軸心直交方向の先端壁部35を有する短円筒状であり、その先端壁部35の中心部に傘状の吸入弁本体４が取着可能な取付孔31が吸入室33（吸入路30）に貫通して形成されている。また、各々の弁座部34の先端壁部35には、この取付孔31の近傍に流体を吸入可能な吸入路30（吸入室33）の先端部32を４つ開設している。

また、弁座部34は、組立状態で、各々の弁座部34の外周面にダイヤフラム集合体５の各々の吐出弁膜52が密着分離自在に覆うように接触する大きさに形成されている。さらに、先端壁部35は、組立状態で、吸入弁本体４の弁部４ａが接触離間して先端部32を開閉自在となるように形成されている。つまり、先端壁部35は、吸入弁座部35ａを有している（図３の一点鎖線部参照）。言い換えると、弁座部34の先端壁部35を吸入弁座部35ａとしている。

さらに、本発明に係る流体用ダイヤフラムポンプの実施の形態は、中蓋体３の表面３ａ側に、弾性部材からなるパッキン２を介して取着される蓋体１を備えている。蓋体１は、中心部に中蓋体３の煙突状の吐出孔37が挿通可能な貫通孔１ｃを形成している。また、流体を吸入可能な吸入孔12を軸心一方向Ｌに煙突状に突出して設けた薄い円筒形であり、吸入孔12の突出側とは反対面を蓋背面１ｂとすると、蓋背面１ｂから円形凹溝を形成し、吸入された流体が流れる吸入路30の一部となる蓋吸入室38を設けているものである。また、蓋吸入室38は吸入孔12と連通している。

また、ダイヤフラム集合体５の軸心一方向Ｌとは反対側の横隔膜54に接触して保持すると共に、各々ダイヤフラム50の駆動部51が挿通可能な孔部を有するリテーナ部材６を備えている。また、リテーナ部材６に挿通されたダイヤフラム50の駆動部51を各々保持可能な係止孔71を有する放射状の揺動板７を備えている。また、円柱形の小型直流モータのアクチュエータ11を有し、アクチュエータ11の出力軸11ａに取着される偏心回転体９を備えている。偏心回転体９は、出力軸11ａが挿入される軸取付孔91と、軸取付孔91から偏心して配設された偏心孔92を有している。また、偏心孔92に傾斜状に挿通され揺動板７の中心部に挿通されるクランク軸８を備えている。さらに、アクチュエータ11の出力軸11ａ側に取着可能な有底円筒カップ状の円筒箱体13を備えている。

つまり、本発明に係る流体用ダイヤフラムポンプの実施の形態の組立状態は、中蓋体３の、弁座部34の取付孔31に吸入弁本体４を取着させ、ダイヤフラム集合体５の各々の吐出弁膜52を弁座部34の外周面に覆うように各々接触させて、中蓋体３とリテーナ部材６とで挟むようにダイヤフラム集合体５を介装することで、吐出弁膜52の内面側にポンプ室25を形成すると共に、吐出弁膜52の外面側に凹溝部39と横隔膜54とから成る吐出孔37を備えた共通吐出空間36を形成している。

また、中蓋体３の表面３ａ側にパッキン２を介して蓋体１を取着させることで、蓋体１の蓋吸入室38と中蓋体３の吸入室33とで吸入孔12を備えた吸入路（共通吸入空間）30を形成している。

また、吸入孔12を備えた吸入路（共通吸入空間）30と吐出孔37を備えた共通吐出空間36とを同一方向に設けており、軸心一方向Ｌから流体を吸入し、かつ、軸心一方向Ｌに吐出するように構成している。

また、アクチュエータ11に円筒箱体13をネジ14で螺着し、出力軸11ａを偏心回転体９の軸取付孔91に挿通して固着させている。出力軸11ａに取着された偏心回転体９の偏心孔92にクランク軸８を傾斜状に挿入すると共に、揺動板７に取り付けている。そして、（図４では二点鎖線にて省略するが）リテーナ部材６に挿通されたダイヤフラム50の駆動部51を揺動板７の係止孔71に係止させている。即ち、出力軸11ａの回転によって、揺動板７が揺動し、駆動部51を往復運動させるように構成している。

また、蓋体１と、パッキン２と、中蓋体３と、ダイヤフラム集合体５と、リテーナ部材６と、を順次、円筒箱体13に積層するように長ネジ15で円筒箱体13に螺着しケーシング10を形成している。

なお、本発明は、設計変更可能であって、例えば、ダイヤフラム集合体５のダイヤフラム50を４個として、円周方向に90度等間隔で配設して設けても良い。その際、当然ながら弁座部34は、円周方向に90度等間隔で４つ配設して設ける。

また、パッキン２を省略して蓋体１と中蓋体３を一体状に形成しても良い。また、気体のみに使用する際は、蓋体１とパッキン２を省略しても良い。

上述した本発明に係る流体用ダイヤフラムポンプの実施の形態の作用について説明する（図４参照）。
アクチュエータ11の出力軸11ａを回転させる。すると、出力軸11ａに取着された偏心回転体９が回転し、クランク軸８を介して揺動板７を揺動させ、各々のダイヤフラム50の駆動部51が往復運動（ピストン運動）する。駆動部51の往復運動によって、ダイヤフラム50は膨張と圧縮を繰り返す。つまり、中蓋体３の弁座部34とダイヤフラム50によって形成されるポンプ室25が、圧縮膨張する。

駆動部51の往復運動にてポンプ室25が膨張した際は、負圧により、吸入弁本体４の弁部４ａは吸入弁座部35ａから引っ張られるように離間する。弁座部34の先端壁部35に形成した吸入路30の先端部32がポンプ室25に開通状態となる。吸入孔12から蓋体１の蓋吸入室38と中蓋体の吸入室33とから成る吸入路30を流体が流れて、ポンプ室25に流入する。

また、ダイヤフラム50の吐出弁膜52は、負圧により弁座部34に圧接（密着）する。吐出弁膜52の外側面と横隔膜54と中蓋体３の凹溝部39とで形成した共通吐出空間36への流体の流出又は共通吐出空間36からの逆流を防止する。

次に、上述の往復運動にてポンプ室25が圧縮した際は、吸入弁本体４の弁部４ａが吸入弁座部35ａに圧接される。弁座部34の先端壁部35に形成された吸入路30の先端部32は、弁部４ａによって遮断状態となる。つまり、吸入弁本体４は先端部32からの流体の流入出を防止する。また、ポンプ室25の圧縮によって、吐出弁膜52は拡径状となって弁座部34から離間（分離）し、ポンプ室25内の流体を共通吐出空間36へ流出可能となる。つまり、ポンプ室25の圧縮によって共通吐出空間36へ流体が圧送される。

また、圧縮の際に、吐出弁膜52は共通吐出空間36方向へ拡径状となり、共通吐出空間36内にある流体を圧迫し、吐出孔37へ流体を押し出す。つまり、吐出弁膜52の外側膜面は、流体を圧送するような働きをする。言い換えると、共通吐出空間36は、圧送用ポンプ室（吐出用補助ポンプ室）のような役割をも有している。

また、共通吐出空間36は、複雑な流路壁や細い流路壁を形成せずに、吐出孔37と連通しているので（流体は、細い迷路のような流路を通らずに吐出孔37に排出されるので）、流体は部材壁部の抵抗に大きく影響されることなく吐出される。また、吸入孔12が流体を吸入する方向へ吐出孔37から流体を吐出する。

以上のように本発明に係る流体用ダイヤフラムポンプは、ポンプ室25を形成する椀型ダイヤフラム50を３個乃至４個一体状に形成したダイヤフラム集合体５を、ケーシング10内に備え、クランク軸８により揺動される揺動板７によりダイヤフラム50に設けられた駆動部51を往復運動させて、ポンプ室25を膨縮させることによりポンプ動作をおこなうダイヤフラムポンプに於て、ダイヤフラム集合体５は、軸心直交面状の横隔膜54と、横隔膜54から円周等分配に突設されてダイヤフラム50の一部を構成する短円筒状吐出弁膜52とを、備え、さらに、吸入路30と吸入弁本体４とを有すると共に、吐出弁膜52が外周面に密着分離自在に接触する短円筒状弁座部34を、備えているので、吸入路30や共通吐出空間36を迷路のような流路として配設する必要がなく、全体がコンパクトでありながら多量の流体を圧送できる。また、ダイヤフラム集合体５に吸入用の弁体を形成する必要がなく、成形が容易な形状にすることができる。また、吐出弁膜52を複雑（切欠部や段差部を有するＣ字状や三角状等）に成形する必要がなく、生産性を向上させることができる。また、吐出弁膜52は短円筒状なので、コシが強く破れ等が発生しにくく（破損しにくく）耐久性を向上させることができる。また、出力軸11ａやクランク軸８等の液体に圧送する流体が触れることがないので、液体に使用できる。また、ダイヤフラム集合体５の横隔膜54に吸入用の弁体を設けていないので、吐出弁膜52やポンプ室25や共通吐出空間36を広く（大きく）形成でき、吐出量（輸送量）を多くできる。また、流量を多くする必要のない際は、横隔膜54の中心部に吸入用の弁体を設けていないので、各々のダイヤフラム50を中心部寄りに配設してダイヤフラム集合体５を形成でき、ケーシング10を小型化できる。

また、弁座部34は、軸心直交方向の先端壁部35を有する短円筒状であり、先端壁部35に吸入路30の先端部32が開設されていると共に吸入弁本体４が取り付けられて、先端壁部35を吸入弁座部35ａとしたので、ダイヤフラム集合体５に吸入用の弁体を形成する必要がなく、成形が容易な形状にすることができる。また、ダイヤフラム集合体５の横隔膜54の中心部近傍に吸入用の弁体を設けていないので、中心部寄りに配設すれば、小型化できる。また、ダイヤフラム集合体５に吸入用の弁体を設ける必要がないので、吐出弁膜52を大きく形成できる。また、ケーシング10に複雑な流路を形成する必要がなく、蓋体１や中蓋体３等の樹脂成型加工が容易である。

また、ダイヤフラム集合体５のダイヤフラム50が突出している軸心一方向Ｌから流体を吸入し、かつ、軸心一方向Ｌに、吐出するように構成したので、アクチュエータ11の近傍に液体が接触する虞れがなく（モータ等の電気部品に液体が接触する虞れがなく）安全に使用できる。また、円筒箱体13の内部に流体を吸入しないので、アクチュエータ11の出力軸11ａやクランク軸８等が液体の抵抗を直接受けずに駆動することができ、効率良く液体を吸入・吐出できると共に、出力軸11ａやクランク軸８や偏心回転体９や揺動板７等を流体による汚れや腐蝕から防止でき、故障の原因を削減できる。

また、全ての吐出弁膜52の外面側に共通吐出空間36を形成して、共通吐出空間36から外方へ流体を吐出する吐出孔37を備えたので、吐出の際に流体が通る共通吐出空間36が十分に広く（大きく）できて大量の流体を吐出できる。また、大量の流量を必要としない場合であれば、共通吐出空間36を狭くすると共に、ダイヤフラム50を中心部寄りに成形することができ、ポンプ（ケーシング10）を小型化できる。また、吐出の際に流体が通る共通吐出空間36が十分に広い（大きい）ので、流れ抵抗の大きい流体（水等の液体）であってもスムーズに効率良く吐出させることができる。また、部品点数を増加させることなく流量を増加できる。また、騒音を増大させることなく流量を増加できる。

本発明に係る流体用ダイヤフラムポンプの実施の一形態を示す分解斜視図である。 ダイヤフラム集合体の一例を示す斜視図である。 中蓋体の一例を示す背面図である。 本発明に係る流体用ダイヤフラムポンプの実施の一形態を示す要部断面側面図である。

符号の説明

４ 吸入弁本体
５ ダイヤフラム集合体
７ 揺動板
８ クランク軸
10 ケーシング
25 ポンプ室
30 吸入路
32 先端部
34 弁座部
35 先端壁部
35ａ 吸入弁座部
36 共通吐出空間
37 吐出孔
50 ダイヤフラム
51 駆動部
52 吐出弁膜
54 横隔膜
Ｌ 軸心一方向

Claims (4)

1. ポンプ室（25）を形成する椀型ダイヤフラム（50）を３個乃至４個一体状に形成したダイヤフラム集合体（５）を、ケーシング（10）内に備え、クランク軸（８）により揺動される揺動板（７）により上記ダイヤフラム（50）に設けられた駆動部（51）を往復運動させて、上記ポンプ室（25）を膨縮させることによりポンプ動作をおこなうダイヤフラムポンプに於て、
   上記ダイヤフラム集合体（５）は、軸心直交面状の横隔膜（54）と、該横隔膜（54）から円周等分配に突設されて上記ダイヤフラム（50）の一部を構成する短円筒状吐出弁膜（52）とを、備え、
   さらに、吸入路（30）と吸入弁本体（４）とを有すると共に、上記吐出弁膜（52）が外周面に密着分離自在に接触する短円筒状弁座部（34）を、備えたことを特徴とする流体用ダイヤフラムポンプ。
2. 上記弁座部（34）は、軸心直交方向の先端壁部（35）を有する短円筒状であり、該先端壁部（35）に上記吸入路（30）の先端部（32）が開設されていると共に上記吸入弁本体（４）が取り付けられて、該先端壁部（35）を吸入弁座部（35ａ）とした請求項１記載の流体用ダイヤフラムポンプ。
3. 上記ダイヤフラム集合体（５）の上記ダイヤフラム（50）が突出している軸心一方向（Ｌ）から流体を吸入し、かつ、該軸心一方向（Ｌ）に、吐出するように構成した請求項１又は２記載の流体用ダイヤフラムポンプ。
4. 全ての上記吐出弁膜（52）の外面側に共通吐出空間（36）を形成して、該共通吐出空間（36）から外方へ流体を吐出する吐出孔（37）を備えた請求項１と２又は３記載の流体用ダイヤフラムポンプ。

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