JP2010127266A - 膜張設構造 - Google Patents

Abstract

【課題】膜部材の設置作業が容易な膜張設構造を提供することを課題とする。
【解決手段】膜張設構造１は、第一筒部２０を有する第一ケース２と、第二筒部３０を有する第二ケース３と、第一筒部２０と第二筒部３０との間に介装される膜部材４と、を備える。膜部材４は、張力Ｔを加えられた状態で、第一筒部２０と第二筒部３０との間に取り付けられる。取付後において、膜部材４は、第一筒部２０と第二筒部３０との間に区画される挟持部Ａで挟持される被挟持部Ｂと、被挟持部Ｂの外側に配置される非延伸部Ｃと、被挟持部Ｂの内側に配置され自然状態に対して面方向に延伸された延伸状態の延伸部Ｄと、を備える。非延伸部Ｃが挟持部Ａを外側から内側に通過しにくいことを利用して、膜部材４が第一筒部２０と第二筒部３０との間から脱落するのを抑制する。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、ダイヤフラムアクチュエータやダイヤフラムポンプの膜部材などの固定に用いられる膜張設構造に関する。

例えば、ダイヤフラムアクチュエータには、駆動力および変位を出力するために、膜部材が利用されている。すなわち、膜部材と出力軸とを連結し、当該膜部材を変形させることにより、出力軸から駆動力および変位を出力している。また、ダイヤフラムポンプには、ポンプ室の容積を変化させるために、膜部材が利用されている。すなわち、ポンプ室を区画する壁部の一部を膜部材により形成し、当該膜部材を変形させることにより、ポンプ室の容積を変化させている。つまり、ポンプ室の流体を圧送している。
特開２００１−２６３４８６号公報

このように、ダイヤフラムアクチュエータやダイヤフラムポンプは、膜部材の変形を利用して、駆動力および変位の出力や流体の圧送を行っている。このため、ダイヤフラムアクチュエータやダイヤフラムポンプの筐体に膜部材を取り付ける場合は、膜部材の変形を確保しつつ、膜部材を筐体にしっかりと設置する必要がある。

筐体に対する膜部材の設置には、クランプリングや接着剤（特許文献１の［図１０］参照）などが用いられている。しかしながら、クランプリングや接着剤を用いる場合、膜部材の設置作業が煩雑である。すなわち、クランプリングを用いる場合は、まず筐体の外周面に膜部材の周縁部を配置し、次いで外側から膜部材の周縁部をクランプリングで締め付ける必要がある。また、接着剤を用いる場合は、予め筐体あるいは膜部材に、接着剤を塗布しておく必要がある。特に、近年においては、膜部材を、自然状態（無荷重状態）に対して面方向に延伸された延伸状態で、筐体に設置したいとの要請がある。この場合、膜部材の設置作業の間、延伸状態を保持しておく必要がある。このため、さらに膜部材の設置作業が繁雑になる。

本発明の膜張設構造は、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、膜部材の設置作業が容易な膜張設構造を提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明の膜張設構造は、第一筒部を有する第一ケースと、第二筒部を有する第二ケースと、該第一筒部と該第二筒部との間に介装される弾性を有する膜部材と、を備えてなる膜張設構造であって、前記膜部材は、張力を加えられた状態で、前記第一筒部と前記第二筒部との間に取り付けられ、該張力が解除される取付後において、該膜部材は、該第一筒部と該第二筒部との間に区画される挟持部で該第一筒部と該第二筒部とにより挟持される被挟持部と、取付前の該膜部材において該被挟持部の外側に配置される非延伸部と、取付前の該膜部材において該被挟持部の内側に配置され自然状態に対して面方向に延伸された延伸状態の延伸部と、を備え、該非延伸部の膜厚は、該挟持部の隙間幅よりも大きく、該非延伸部が該挟持部を外側から内側に通過しにくいことを利用して、該膜部材が該第一筒部と該第二筒部との間から脱落するのを抑制することを特徴とする（請求項１に対応）。

本発明の膜張設構造の膜部材は、張力を加えられた状態で、第一筒部と第二筒部との間に取り付けられる。すなわち、膜部材は、自然状態（無荷重状態）に対して、面方向に延伸された延伸状態で、取り付けられる。取付後に膜部材から張力を解除すると、被挟持部の外側（取付前の膜部材における外側）の部分が、自身の有する弾性復元力により、延伸状態から自然状態に向かう方向に、復帰する（必ずしも、自然状態まで復帰しなくてもよい）。当該復帰により、被挟持部の外側に、非延伸部が配置される。一方、取付後に膜部材から張力を解放しても、被挟持部の内側（取付前の膜部材における内側）の部分の延伸状態は、引き続き保持される。当該保持により、被挟持部の内側に、延伸部が配置される。

非延伸部の膜厚は、挟持部の隙間幅よりも大きい。このため、仮に、被挟持部を介して、延伸部の弾性復元力が、非延伸部に作用しても、つまり非延伸部が内側に引っ張られても、非延伸部は挟持部を通過しにくい。したがって、膜部材が、第一筒部と第二筒部との間から脱落するのを抑制することができる。また、被挟持部は、第一筒部と第二筒部とに、圧接している。このため、被挟持部と、第一筒部および第二筒部と、の間の摩擦抵抗が大きい。この点においても、膜部材が、第一筒部と第二筒部との間から脱落するのを抑制することができる。また、膜部材を設置する際、敢えて、クランプリングや接着剤を使用する必要がない。このため、膜部材の設置作業が容易である。

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記挟持部は、前記第一筒部の第一内周面と、前記第二筒部の第二外周面と、の間に区画されており、該第一内周面は、第一基部と、該第一基部に対して径方向内側に突出する第一突出部と、を有しており、該第二外周面は、該第一突出部に径方向に対向する第二基部と、該第二基部に対して径方向外側に突出し該第一基部に径方向に対向する第二突出部と、を有している構成とする方がよい（請求項２に対応）。

本構成によると、第一突出部と第二基部とが径方向に対向している。並びに、第二突出部と第一基部とが径方向に対向している。被挟持部は、第一突出部と第二基部との隙間と、第二突出部と第一基部との隙間と、に径方向に湾曲しながら延在している。本構成によると、さらに、膜部材が、第一筒部と第二筒部との間から脱落するのを抑制することができる。

（３）好ましくは、上記（２）の構成において、前記第一突出部と、前記被挟持部のうち前記第二突出部の径方向外側に配置される部分と、が軸方向に係合し、該第二突出部と、該被挟持部のうち該第一突出部の径方向内側に配置される部分と、が軸方向に係合している構成とする方がよい（請求項３に対応）。本構成によると、第一筒部と第二筒部とが軸方向に分離するのを抑制することができる。

（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、さらに、前記膜部材に接続される出力部材を有し、該膜部材は、複数の電極膜と、複数の該電極膜間に介在し複数の該電極膜間の印加電圧の変化に応じて面方向に伸縮する誘電体エラストマー製の誘電膜と、を有し、該誘電膜が伸縮することを利用して、該膜部材を該面方向に対して交差する往復動方向に変形させ、該出力部材を移動させ、駆動力を取り出す構成とする方がよい。

つまり、本構成は、本発明の膜張設構造を、ダイヤフラムアクチュエータとして用いるものである。本構成によると、第一筒部と第二筒部との間から膜部材が脱落しにくいダイヤフラムアクチュエータを提供することができる。また、組付作業が容易なダイヤフラムアクチュエータを提供することができる。

（５）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記第一筒部および前記第二筒部のうち少なくとも一方と、前記膜部材と、の間には、流体が出入りするポンプ室が区画されており、該膜部材は、複数の電極膜と、複数の該電極膜間に介在し複数の該電極膜間の印加電圧の変化に応じて面方向に伸縮する誘電体エラストマー製の誘電膜と、を有し、該誘電膜が伸縮することを利用して、該膜部材を該面方向に対して交差する往復動方向に変形させ、該ポンプ室の容積を変化させ、流体を圧送する構成とする方がよい。

つまり、本構成は、本発明の膜張設構造を、ダイヤフラムポンプとして用いるものである。本構成によると、第一筒部と第二筒部との間から膜部材が脱落しにくいダイヤフラムポンプを提供することができる。また、組付作業が容易なダイヤフラムポンプを提供することができる。

本発明によると、膜部材の設置作業が容易な膜張設構造を提供することができる。

以下、本発明の膜張設構造の実施の形態について説明する。

［膜張設構造の構成］
まず、本実施形態の膜張設構造の構成について説明する。図１に、本実施形態の膜張設構造の斜視図を示す。図２に、同膜張設構造の分解斜視図を示す。図３に、同膜張設構造の軸方向断面図を示す。図４に、図３の枠ＩＶ内の拡大図を示す。図１〜図４に示すように、本実施形態の膜張設構造１は、第一ケース２と、第二ケース３と、膜部材４と、を備えている。

第一ケース２は、アルミニウム製であって、第一筒部２０を有している。第一筒部２０は、短軸円筒状を呈している。第一筒部２０の第一内周面２００は、第一基部２００ａと、第一突出部２００ｂと、を備えている。第一基部２００ａは、第一内周面２００の周方向に延在している。第一基部２００ａは、円周面状を呈している。第一突出部２００ｂは、第一基部２００ａの下方に配置されている。第一突出部２００ｂは、第一内周面２００の周方向に延在している。第一突出部２００ｂは、円周面状を呈している。第一突出部２００ｂは、第一基部２００ａに対して径方向内側に突出している。

第二ケース３は、アルミニウム製であって、第二筒部３０を有している。第二筒部３０は、短軸円筒状を呈している。第二筒部３０の最大外径（後述する第二突出部３００ｂの外径）は、第一筒部２０の最小内径（第一突出部２００ｂの内径）と、略一致している。第二筒部３０は、第一筒部２０の径方向内側に配置されている。第二筒部３０の第二外周面３００は、第二基部３００ａと、第二突出部３００ｂと、を備えている。第二基部３００ａは、第二外周面３００の周方向に延在している。第二基部３００ａは、円周面状を呈している。第二基部３００ａは、第一突出部２００ｂの径方向内側に配置されている。第二突出部３００ｂは、第二基部３００ａの上方に配置されている。第二突出部３００ｂは、第二外周面３００の周方向に延在している。第二突出部３００ｂは、円周面状を呈している。第二突出部３００ｂは、第二基部３００ａに対して径方向外側に突出している。第二突出部３００ｂは、第一基部２００ａの径方向内側に配置されている。

第一筒部２０と第二筒部３０とは、軸方向に所定量だけずれて配置されている。第一筒部２０と第二筒部３０とが、径方向から見て重複する部分には、挟持部Ａが配置されている。挟持部Ａは、第一基部２００ａと第二突出部３００ｂとの隙間、第一突出部２００ｂと第二基部３００ａとの隙間を含んでいる。挟持部Ａは、上から下に向かって、ジグザグ状に延在している。具体的には、挟持部Ａは、図４に示すように、まず径方向外側に膨出し、次いで径方向内側に没入している。

膜部材４は、弾性を有しており、円形膜状を呈している。膜部材４は、所定の張力が加えられた状態で、第一筒部２０と第二筒部３０との間に介装されている。図５に、図４の枠Ｖ内の拡大図を示す。図５に示すように、膜部材４は、伸縮膜４０と、保護膜４１と、を備えている。伸縮膜４０は、五層の誘電膜４００と、六層の電極膜４０１と、を備えている。誘電膜４００は、ニトリルゴム製である。電極膜４０１は、アクリルゴム製である。電極膜４０１と誘電膜４００とは、最上層および最下層が電極膜４０１になるように、交互に積層されている。保護膜４１は、ニトリルゴム製である。保護膜４１は、最下層の電極膜４０１の下面に接合されている。

図３に戻って、膜部材４は、被挟持部Ｂと、非延伸部Ｃと、延伸部Ｄと、を備えている。被挟持部Ｂは、挟持部Ａに配置されている。具体的には、図４に示すように、被挟持部Ｂは、第一基部２００ａと第二突出部３００ｂとにより、径方向から挟持されている。並びに、被挟持部Ｂは、第一突出部２００ｂと第二基部３００ａとにより、径方向から挟持されている。被挟持部Ｂの膜厚は、自然状態の膜部材４の膜厚よりも、薄い。被挟持部Ｂは、径方向から圧縮された状態で、挟持部Ａに配置されている。被挟持部Ｂは、挟持部Ａの形状に沿って、上から下に向かって、ジグザグ状に延在している。具体的には、被挟持部Ｂは、図４に示すように、まず径方向外側に膨出し、次いで径方向内側に没入している。

非延伸部Ｃは、被挟持部Ｂの外側（組付前の膜部材４（図２参照）における径方向外側）に配置されている。非延伸部Ｃは、第一突出部２００ｂの下方に配置されている。このため、非延伸部Ｃは、第一突出部２００ｂにより、径方向外側から規制されていない。したがって、非延伸部Ｃは、自然状態に近い状態である。非延伸部Ｃの膜厚は、被挟持部Ｂの膜厚（つまり挟持部Ａの隙間幅）よりも、厚い。

延伸部Ｄは、被挟持部Ｂの内側（組付前の膜部材４（図２参照）における径方向内側）に配置されている。延伸部Ｄは、第二筒部３０の上端開口を覆っている。後述する膜張設構造１の組付の際、膜部材４には、径方向外側に、所定の張力Ｔ（図２参照）が加えられる。組付後においても、延伸部Ｄには、当該所定の張力Ｔが残留している。このため、延伸部Ｄは、自然状態に対して面方向（水平方向）に延伸された、延伸状態である。

［膜張設構造の組付方法］
次に、本実施形態の膜張設構造１の組付方法について説明する。本実施形態の膜張設構造１の組付方法は、膜部材張設工程と、ケース合体工程と、を有している。図６に、本実施形態の膜張設構造の膜部材張設工程後であってケース合体工程前の軸方向断面図を示す。図７に、同膜張設構造のケース合体工程後の被挟持部および非延伸部付近の拡大軸方向断面図を示す。なお、図７に示す部位は、図４に示す部位に、対応している。

膜部材張設工程においては、膜部材４を、径方向外側から所定の張力Ｔで引っ張りながら、第二筒部３０の上端開口に被せる。この際、膜部材４の周縁部を、第二筒部３０の第二基部３００ａの下方まで、引き延ばす。

ケース合体工程においては、膜部材４が配置された第二ケース３と、第一ケース２と、を合体させる。なお、膜部材４には、膜部材張設工程から引き続き、張力Ｔが加えられている。具体的には、第一筒部２０の径方向内側に、第二筒部３０を、第一筒部２０の下方開口から挿入する。そして、膜部材４を介して、第一基部２００ａと第二突出部３００ｂとを係合させる。並びに、膜部材４を介して、第一突出部２００ｂと第二基部３００ａとを係合させる。第一筒部２０と第二筒部３０との間には、挟持部Ａが形成される。

第二ケース３と第一ケース２との合体後においては、膜部材４から、張力Ｔを解除する。図７に示すように、張力Ｔを解除すると、膜部材４の周縁部は、自身の有する弾性復元力により、自然状態に近い状態まで復帰する。すなわち、膜部材４の周縁部は、径方向内側に収縮する。並びに、膜部材４の周縁部の膜厚は、厚くなる。これら一連の膜部材４の周縁部の変形により、非延伸部Ｃが形成される。

膜部材４のうち、挟持部Ａに配置される部分は、第一基部２００ａと第二突出部３００ｂとにより挟持されている。並びに、膜部材４のうち、挟持部Ａに配置される部分は、第一突出部２００ｂと第二基部３００ａとにより挟持されている。このため、張力Ｔを解除しても、膜部材４のうち、挟持部Ａに配置される部分の膜厚は、挟持部Ａの隙間幅までしか、厚くならない。したがって、張力Ｔを解除すると、膜部材４のうち、挟持部Ａに配置される部分は、自身の有する弾性復元力により、第一基部２００ａ、第二突出部３００ｂ、第一突出部２００ｂ、第二基部３００ａに圧接する。膜部材４のうち、挟持部Ａに配置される部分により、被挟持部Ｂが形成される。

膜部材４のうち、挟持部Ａの内側に配置される部分の変形は、張力Ｔが解除された後においても、被挟持部Ｂにより規制されている。このため、挟持部Ａの内側に配置される部分は、張力Ｔによる延伸状態を、引き続き保持している。膜部材４のうち、挟持部Ａの内側に配置される部分により、延伸部Ｄが形成される。このようにして、本実施形態の膜張設構造１は組み付けられる。

［作用効果］
次に、本実施形態の膜張設構造１の作用効果について説明する。本実施形態の膜張設構造１によると、非延伸部Ｃの膜厚は、挟持部Ａの隙間幅よりも大きい。このため、被挟持部Ｂを介して、延伸部Ｄの弾性復元力が、非延伸部Ｃに作用しても、つまり非延伸部Ｃが内側に引っ張られても、非延伸部Ｃは挟持部Ａを通過しにくい。したがって、膜部材４が、第一筒部２０と第二筒部３０との間から脱落するのを抑制することができる。また、被挟持部Ｂは、第一筒部２０と第二筒部３０とに、圧接している。このため、被挟持部Ｂと、第一筒部２０および第二筒部３０と、の間の摩擦抵抗が大きい。この点においても、膜部材４が、第一筒部２０と第二筒部３０との間から脱落するのを抑制することができる。また、膜部材４を設置する際、敢えて、クランプリングや接着剤を使用する必要がない。このため、膜部材４の設置作業が容易である。

また、本実施形態の膜張設構造１によると、被挟持部Ｂは、第一突出部２００ｂと第二基部３００ａとの隙間と、第二突出部３００ｂと第一基部２００ａとの隙間と、に径方向に湾曲しながら延在している。この点においても、膜部材４が、第一筒部２０と第二筒部３０との間から脱落するのを抑制することができる。

また、本実施形態の膜張設構造１によると、第一筒部２０の径方向内側に第二筒部３０が収容されている。このため、第一筒部２０と第二筒部３０とが径方向に分離しにくい。また、本実施形態の膜張設構造１によると、第一突出部２００ｂと、被挟持部Ｂのうち第二突出部３００ｂの径方向外側に配置される部分と、が軸方向に係合している。並びに、第二突出部３００ｂと、被挟持部Ｂのうち第一突出部２００ｂの径方向内側に配置される部分と、が軸方向に係合している。このため、第一筒部２０と第二筒部３０とが軸方向に分離しにくい。

また、本実施形態の膜張設構造１の組付方法によると、まず第二筒部３０に膜部材４を被せ（膜部材張設工程）、次に第二ケース３と第一ケース２とを合体させるだけで（ケース合体工程）、延伸状態の膜部材４を有する膜張設構造１を組み付けることができる。すなわち、膜部材４の設置と第一ケース２と第二ケース３との合体とを、同時に行うことができる。この点においても、膜部材４の設置作業が容易である。

［その他］
以上、本発明の膜張設構造の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

例えば、上記実施形態の膜張設構造１においては、第一内周面２００に、単一の第一基部２００ａと、単一の第一突出部２００ｂと、を配置した。並びに、第二外周面３００に、単一の第二基部３００ａと、単一の第二突出部３００ｂと、を配置した。しかしながら、第一基部２００ａ、第一突出部２００ｂ、第二基部３００ａ、第二突出部３００ｂは、各々、複数配置してもよい。こうすると、被挟持部Ｂが、さらにジグザグ状に延在することになる。したがって、さらに、膜部材４が、第一筒部２０と第二筒部３０との間から脱落するのを抑制することができる。並びに、さらに、第一筒部２０と第二筒部３０とが軸方向に分離しにくくなる。また、上記実施形態の膜張設構造１においては、上下方向（軸方向）に被挟持部Ｂを延在させたが、水平方向（径方向）に被挟持部Ｂを延在させてもよい。

本実施形態の膜張設構造１の膜部材４は、電圧を印加することにより、面方向に伸張可能である。すなわち、任意の誘電膜４００を介して上下方向に隣り合う一対の電極膜４０１間に電位差を設定するように、六層の電極膜４０１に電圧を印加する。電圧を印加すると、任意の誘電膜４００を介して上下方向に隣り合う一対の電極膜４０１間の、静電引力が大きくなる。このため、誘電膜４００は膜厚方向（上下方向）から圧縮される。したがって、誘電膜４００の膜厚は小さくなる。並びに、膜厚が小さくなる分、誘電膜４００は、面方向に伸張する。ここで、膜部材４の被挟持部Ｂは、挟持部Ａにおいて、固定されている。このため、誘電膜４００は、面方向に伸張した分だけ、弛む。反対に、電圧の印加を解除すると、誘電膜４００の有する弾性復元力により、誘電膜４００の弛みが取れる。当該弛みを膜部材４の軸方向の変位に変換することにより、本実施形態の膜張設構造１は、ダイヤフラムアクチュエータやダイヤフラムポンプとして具現化することも可能である。

ダイヤフラムアクチュエータとして具現化する場合は、膜部材４に出力部材を連結する。そして、膜部材４の印加電圧を変化させることにより、膜部材４を変形させ、出力部材を変位させる。ダイヤフラムポンプとして具現化する場合は、第一筒部２０および第二筒部３０のうち少なくとも一方と、膜部材４と、の間に、流体が出入りするポンプ室を区画する。そして、膜部材４の印加電圧を変化させることにより、膜部材４を変形させ、ポンプ室の容量を増減させ、流体を圧送する。なお、膜部材４の変形を補助するために、コイルスプリングなどの付勢部材を、ダイヤフラムアクチュエータやダイヤフラムポンプに配置してもよい。また、本実施形態の膜張設構造１は、スピーカーの振動膜を取り付けるための構造として具現化することも可能である。

本発明の一実施形態である膜張設構造の斜視図である。 同膜張設構造の分解斜視図である。 同膜張設構造の軸方向断面図である。 図３の枠ＩＶ内の拡大図である。 図４の枠Ｖ内の拡大図である。 同膜張設構造の膜部材張設工程後であってケース合体工程前の軸方向断面図である。 同膜張設構造のケース合体工程後の被挟持部および非延伸部付近の拡大軸方向断面図である。

符号の説明

１：膜張設構造、２：第一ケース、３：第二ケース、４：膜部材、２０：第一筒部、３０：第二筒部、４０：伸縮膜、４１：保護膜、２００：第一内周面、２００ａ：第一基部、２００ｂ：第一突出部、３００：第二外周面、３００ａ：第二基部、３００ｂ：第二突出部、４００：誘電膜、４０１：電極膜、Ａ：挟持部、Ｂ：被挟持部、Ｃ：非延伸部、Ｄ：延伸部。

Claims (3)

1. 第一筒部を有する第一ケースと、第二筒部を有する第二ケースと、該第一筒部と該第二筒部との間に介装される弾性を有する膜部材と、を備えてなる膜張設構造であって、
   前記膜部材は、張力を加えられた状態で、前記第一筒部と前記第二筒部との間に取り付けられ、
   該張力が解除される取付後において、該膜部材は、該第一筒部と該第二筒部との間に区画される挟持部で該第一筒部と該第二筒部とにより挟持される被挟持部と、取付前の該膜部材において該被挟持部の外側に配置される非延伸部と、取付前の該膜部材において該被挟持部の内側に配置され自然状態に対して面方向に延伸された延伸状態の延伸部と、を備え、
   該非延伸部の膜厚は、該挟持部の隙間幅よりも大きく、
   該非延伸部が該挟持部を外側から内側に通過しにくいことを利用して、該膜部材が該第一筒部と該第二筒部との間から脱落するのを抑制することを特徴とする膜張設構造。
2. 前記挟持部は、前記第一筒部の第一内周面と、前記第二筒部の第二外周面と、の間に区画されており、
   該第一内周面は、第一基部と、該第一基部に対して径方向内側に突出する第一突出部と、を有しており、
   該第二外周面は、該第一突出部に径方向に対向する第二基部と、該第二基部に対して径方向外側に突出し該第一基部に径方向に対向する第二突出部と、を有している請求項１に記載の膜張設構造。
3. 前記第一突出部と、前記被挟持部のうち前記第二突出部の径方向外側に配置される部分と、が軸方向に係合し、
   該第二突出部と、該被挟持部のうち該第一突出部の径方向内側に配置される部分と、が軸方向に係合している請求項２に記載の膜張設構造。

Images