JP2011236891A - Pump device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポンプ室の容積を変化させることで流体を送給するポンプに関する。 The present invention relates to a pump that feeds fluid by changing the volume of a pump chamber.
従来、ポンプ室の容積を変化させることで流体を送給するポンプとして、ダイアフラムポンプが広く知られている。ダイアフラムポンプは、所定の駆動手段によってダイアフラムを往復運動させることで、ポンプ室の容積を変化させ、流体の送給を行う。 Conventionally, a diaphragm pump is widely known as a pump that supplies fluid by changing the volume of a pump chamber. The diaphragm pump reciprocates the diaphragm by a predetermined driving means, thereby changing the volume of the pump chamber and feeding the fluid.
具体的には、ダイアフラムポンプにおいては、ダイアフラムが、駆動手段に連結される連結部材等を介してポンプ室側と反対側に引かれることで、ポンプ室の容積を広くするようにポンプ室側と反対側に伸びて弾性変形することにより、ポンプ室内の圧力が低下してポンプ室内へ流体が吸入される（吸入行程）。また、反対に、ダイアフラムが、連結部材等を介してポンプ室側に押されることで、ポンプ室の容積を狭くするようにポンプ室側に伸びて弾性変形することにより、ポンプ室内の圧力が上昇してポンプ室内から流体が送出される（送出行程）。このようなポンプ室への流体の吸入およびポンプ室からの流体の送出をともなうダイアフラムの弾性変形がダイアフラムの往復運動として繰り返されることで、断続的な流体の送給が行われる。 Specifically, in the diaphragm pump, the diaphragm is pulled to the opposite side to the pump chamber side via a connecting member or the like connected to the driving means, so that the volume of the pump chamber is increased. By extending to the opposite side and elastically deforming, the pressure in the pump chamber is reduced and fluid is sucked into the pump chamber (suction stroke). On the other hand, when the diaphragm is pushed to the pump chamber side via a connecting member or the like, the pressure in the pump chamber rises by elastically deforming by extending to the pump chamber side so as to reduce the volume of the pump chamber. Then, the fluid is delivered from the pump chamber (delivery stroke). The elastic deformation of the diaphragm accompanying the suction of the fluid into the pump chamber and the delivery of the fluid from the pump chamber is repeated as the reciprocating motion of the diaphragm, so that intermittent fluid feeding is performed.
このようなダイアフラムポンプにおいては、ダイアフラムの駆動力を低減することを目的として、ダイアフラムの形状を工夫すること等により、ダイアフラムを弾性変形しやすくすることが行われている。しかし、ダイアフラムを弾性変形しやすくすることは、ポンプでの吸入行程および送出行程の各行程においてダイアフラムが逆方向に膨出する現象を生じさせる原因となる。具体的には、吸入行程では、ポンプ室へ流体を吸入するためにダイアフラムがポンプ室側と反対側に引かれて弾性変形することでポンプ室内に生じる陰圧によって、ダイアフラムがポンプ室側に膨出する。送出行程では、ポンプ室から流体を送出するためにポンプ室側に押されて弾性変形しているダイアフラムがポンプ室の圧力によってポンプ室側と反対側に膨出する。 In such a diaphragm pump, for the purpose of reducing the driving force of the diaphragm, the diaphragm is easily elastically deformed by devising the shape of the diaphragm. However, making the diaphragm easily elastically deformed causes a phenomenon that the diaphragm swells in the opposite direction in each of the suction stroke and the discharge stroke of the pump. Specifically, in the suction stroke, the diaphragm is pulled to the opposite side of the pump chamber to suck the fluid into the pump chamber, and elastically deforms to cause the diaphragm to expand toward the pump chamber due to the negative pressure generated in the pump chamber. Put out. In the delivery stroke, the diaphragm, which is pushed and elastically deformed to deliver fluid from the pump chamber, bulges to the opposite side of the pump chamber due to the pressure of the pump chamber.
こうした流体の吸入時や送出時におけるダイアフラムの逆方向の膨出変形は、流体の吐出圧を高めるためにポンプ室内の圧力を高くすることにより生じやすくなる。また、流体の吸入時や送出時におけるダイアフラムの逆方向の膨出変形が生じることで、流体の吐出量が低下し、ポンプが本来の性能を発揮できなくなる。 The bulging deformation of the diaphragm in the reverse direction at the time of inhaling or delivering the fluid is likely to occur by increasing the pressure in the pump chamber in order to increase the discharge pressure of the fluid. In addition, the diaphragm swells in the opposite direction during fluid inhalation or delivery, so that the amount of fluid discharged is reduced and the pump cannot exhibit its original performance.
このため、ダイアフラムポンプにおいては、ダイアフラムを弾性変形しやすくした場合、流体の送出時におけるダイアフラムの逆方向の変形が生じない条件下での使用が要求される。結果として、ダイアフラムポンプにおいて、ダイアフラムを弾性変形しやすくすることで、高い吐出圧を得ることが困難となる。 For this reason, in the diaphragm pump, when the diaphragm is easily elastically deformed, the diaphragm pump is required to be used under a condition in which the diaphragm is not deformed in the reverse direction when the fluid is delivered. As a result, in the diaphragm pump, it is difficult to obtain a high discharge pressure by making the diaphragm easily elastically deformed.
そこで、特許文献１に記載されている技術がある。特許文献１に記載のポンプは、ダイアフラムの代わりに、往復運動することでポンプ室の容積を変化させる振動板を備え、この振動板を、振動板の外周縁に沿って設けられる環状の中空体（バルーン）を介して、ポンプ室を形成するハウジングに装着する構成を備える。このような構成のポンプにおいては、バルーンは、振動板とハウジングとの間の気密を保ちながら、振動板の往復運動にともないポンプ室の壁面に沿って変形する。特許文献１のポンプによれば、流体の送出時におけるダイアフラムの逆方向の膨出変形を抑制することができ、高い吐出圧を得ることができる。
Therefore, there is a technique described in
しかしながら、特許文献１のような構成のポンプにおいては、振動板の往復運動にともなってバルーンが変形することによるエネルギー消費が問題となる。この点、バルーンを構成する膜自体の伸縮をともなわないバルーンの弾性変形については、バルーン内に圧縮空気等を封入してバルーン内の圧力をポンプ室内の流体の圧力と同程度にすることにより、ポンプ室内の圧縮空気によるバルーンの膨出を防ぐことができ、バルーンの変形によるエネルギーの消費を容易に抑えることができる。
However, in the pump configured as in
これに対し、バルーンを構成する膜自体の伸縮をともなう変形については、バルーンが変形することによって消費されるエネルギーが比較的大きい。特に、バルーンを構成する膜について、バルーン内に封入される圧縮空気等の圧力に耐える強度を得ようとした場合、バルーンを構成する膜の強度を大きくする必要があるため、膜の伸縮にともなう大きな歪みエネルギーの消費が予想される。こうしたバルーンにおけるエネルギーの消費は、ポンプの効率を向上させる際の妨げとなる。また、バルーンを構成する膜が伸縮することは、膜の疲労を生じさせバルーンの寿命を短くする原因ともなる。 On the other hand, regarding the deformation accompanied by expansion and contraction of the film itself constituting the balloon, the energy consumed by the deformation of the balloon is relatively large. In particular, when trying to obtain the strength of the membrane constituting the balloon to withstand the pressure of compressed air or the like enclosed in the balloon, it is necessary to increase the strength of the membrane constituting the balloon. Large distortion energy consumption is expected. Such consumption of energy in the balloon is a hindrance in improving pump efficiency. In addition, the expansion and contraction of the film constituting the balloon causes the film to become fatigued and causes the life of the balloon to be shortened.
以上のように、特許文献１のような構成のポンプにおいては、高効率化および高寿命化の観点から改善の余地がある。
As described above, the pump configured as in
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、往復運動することでポンプ室の容積を変化させる振動板を、中空状のバルーン部を介して支持する構成において、振動板の往復運動にともなってバルーン部が変形することによる膜自体の伸縮を抑制することができ、省エネルギー化を達成することで効率を向上させることができ、寿命を長くすることができるポンプを提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and in a configuration in which a diaphragm that changes the volume of a pump chamber by reciprocating motion is supported via a hollow balloon portion, the diaphragm Provided is a pump that can suppress expansion and contraction of the membrane itself due to deformation of the balloon portion with the reciprocating motion of the balloon, can improve efficiency by achieving energy saving, and can extend the life. .
上記課題を解決するために、請求項１に記載のポンプは、往復運動する振動板と、該振動板が往復運動することにより容積が変化するポンプ室を形成するハウジングと、前記振動板の周囲に設けられ、前記振動板と前記ハウジングとの間の気密を保持しながら、弾性変形することで前記振動板の往復運動を許容する中空状のバルーン部を形成するバルーン形成体とを備え、前記振動板の往復運動により前記ポンプ室への流体の吸入および前記ポンプ室からの流体の送出を行うことで、流体を送給するポンプであって、前記ハウジングの内部空間を形成する壁面は、前記バルーン部が接触するとともに前記振動板の往復運動の方向の各方向を頂点側とする円錐形状の一部形状をなす斜面部を有し、前記斜面部の前記往復運動の方向に対する傾斜角度、前記バルーン部の前記往復運動の方向に沿う中心軸を通る面の断面形状における周長、および径方向の寸法、並びに前記振動板の半径が、前記振動板の往復運動の範囲で、次式により定義されるひずみの値が最小となるように設定されているものである。
ε＝｛（ｖ−ｖn）／ｖn｝×１００
ここで、ε：ひずみ（％）、ｖ：前記振動板の中心位置から前記バルーン部の周方向の所定の位置までの距離、ｖn：前記振動板が往復運動の範囲の中央位置にあるときのｖである。
In order to solve the above-described problem, a pump according to
ε = {(v−v n ) / v n } × 100
Here, ε: strain (%), v: distance from the center position of the diaphragm to a predetermined position in the circumferential direction of the balloon portion, v n : when the diaphragm is at the center position of the range of reciprocating motion V.
請求項２に記載のポンプは、請求項１に記載のポンプにおいて、前記傾斜角度、前記バルーン部の前記周長および径方向の寸法、並びに前記振動板の半径が、前記振動板の往復運動の範囲で、前記振動板の半径と前記バルーン部の前記振動板の往復運動にともなって変形する部分の径方向の寸法との和であるポンプ半径が最小となるように設定されているものである。
The pump according to
また、請求項３に記載のポンプは、往復運動する振動板と、該振動板が往復運動することにより容積が変化するポンプ室を形成するハウジングと、前記振動板の周囲に設けられ、前記振動板と前記ハウジングとの間の気密を保持しながら、弾性変形することで前記振動板の往復運動を許容する中空状のバルーン部を形成するバルーン形成体とを備え、前記振動板の往復運動により前記ポンプ室への流体の吸入および前記ポンプ室からの流体の送出を行うことで、流体を送給するポンプであって、前記ハウジングの内部空間を形成する壁面は、前記バルーン部が接触するとともに前記振動板の往復運動の方向の各方向を頂点側とする円錐形状の一部形状をなす斜面部を有し、前記斜面部の前記往復運動の方向に対する傾斜角度、前記バルーン部の前記往復運動の方向に沿う中心軸を通る面の断面形状における周長、および径方向の寸法、並びに前記振動板の半径が、前記バルーン部のうち前記振動板の往復運動の全範囲で前記斜面部に接触する部分以外の部分上の任意の点の、前記バルーン部の周方向についての軌跡である円の半径の変化量が、前記振動板の往復運動の範囲で最小となるように設定されているものである。
According to a third aspect of the present invention, the pump according to
また、本発明のポンプは、好ましくは、前記バルーン形成体は、前記振動板の往復運動方向に分割される二つの分割要素を有し、各前記分割要素は、もう一方の前記分割要素とともに前記バルーン部を形成するバルーン形成部と、該バルーン形成部の内周側に形成され、前記振動板に固定される内周側固定部と、前記バルーン形成部の外周側に形成され、前記ハウジングに固定される外周側固定部と、を有するものである。 In the pump of the present invention, preferably, the balloon forming body has two dividing elements divided in a reciprocating direction of the diaphragm, and each of the dividing elements together with the other dividing element is A balloon forming portion that forms a balloon portion; an inner peripheral fixing portion that is formed on an inner peripheral side of the balloon forming portion and is fixed to the diaphragm; and an outer peripheral side of the balloon forming portion that is formed on the housing. And an outer peripheral side fixing portion to be fixed.
また、本発明のポンプは、好ましくは、前記バルーン形成体は、少なくとも前記バルーン部を形成する部分の内面側に、織物により形成される補強膜層を有するものである。 In the pump of the present invention, preferably, the balloon forming body has a reinforcing membrane layer formed of a woven fabric at least on the inner surface side of the portion forming the balloon portion.
本発明によれば、往復運動することでポンプ室の容積を変化させる振動板を、中空状のバルーン部を介して支持する構成において、振動板の往復運動にともなってバルーン部が変形することによる膜自体の伸縮を抑制することができ、省エネルギー化を達成することで効率を向上させることができ、寿命を長くすることができる。 According to the present invention, in the configuration in which the diaphragm that changes the volume of the pump chamber by reciprocating motion is supported via the hollow balloon portion, the balloon portion is deformed as the diaphragm reciprocates. Expansion and contraction of the film itself can be suppressed, energy efficiency can be improved, efficiency can be improved, and life can be extended.
本発明は、往復運動することでポンプ室の容積を変化させる振動板を、中空状のバルーン部を介して支持する構成において、ポンプ室を形成するハウジングの内部空間を形成する壁面のうちバルーン部が接触する部分の形状、バルーン部の形状、および振動板の寸法の設定方法を工夫することで、ポンプの効率および耐久性を向上させようとするものである。本発明は、ポンプ動作としてハウジング内のポンプ室の容積を変化させるための振動板の往復運動にともなって弾性変形するバルーン部について、膜の伸縮をともなわない弾性変形を可能とするものである。本発明に係るポンプにおいては、振動板の往復運動にともなって、バルーン部の断面形状がポンプ室の壁面に沿って変化するので、バルーン部が接触する壁面の部分の形状、バルーン部の形状、および振動板の寸法を適正に構成することが重要であることに着目したものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。 The present invention relates to a configuration in which a diaphragm that changes the volume of a pump chamber by reciprocating motion is supported via a hollow balloon portion, and the balloon portion of the wall surface forming the internal space of the housing that forms the pump chamber. It is intended to improve the efficiency and durability of the pump by devising the method of setting the shape of the portion in contact with each other, the shape of the balloon portion, and the size of the diaphragm. The present invention enables elastic deformation without expansion and contraction of a balloon portion that is elastically deformed as the diaphragm reciprocates to change the volume of the pump chamber in the housing as a pump operation. In the pump according to the present invention, with the reciprocating motion of the diaphragm, the cross-sectional shape of the balloon portion changes along the wall surface of the pump chamber, so that the shape of the wall surface portion in contact with the balloon portion, the shape of the balloon portion, It is important to properly configure the dimensions of the diaphragm. Embodiments of the present invention will be described below.
本発明の第一実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態に係るポンプ１は、ポンプ室２の容積を変化させることで例えば空気等の流体を送給する、いわゆるダイアフラム型のポンプである。ポンプ１は、往復運動する振動板３と、ポンプ室２を形成するハウジング４と、バルーン形成体１４とを備える。
A first embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the
振動板３は、円板状の部材であり、その板厚方向（図１において上下方向）を移動方向として往復運動するように設けられる。以下の説明では、ポンプ１において振動板３が往復運動する方向を上下方向とする。本実施形態では、振動板３は、モータ等を駆動源として回転する回転軸の回転動力を受けて往復運動する。
The
具体的には、図１に示すように、振動板３は、モータ等を駆動源として回転する駆動軸５に対して連結部材６を介して連結される。連結部材６は、一端側（下端側）に、駆動軸５に連結される軸連結部６ａを有し、他端側（上端側）に、振動板３に固定される板固定部６ｂを有する。
Specifically, as shown in FIG. 1, the
軸連結部６ａは、円環状に形成される部分であり、その円環形状を貫通する駆動軸５に連結される。軸連結部６ａは、駆動軸５に固定されるボールベアリング７を介して駆動軸５に連結される。図１に示すように、ボールベアリング７は、駆動軸５の軸心位置Ｏ１に対して軸心位置がＯ２となるように、駆動軸５に対して振動板３の往復運動のストローク分、偏心した位置に設けられる。
The
ボールベアリング７の内輪は、駆動軸５との間に介装される支持部材５ａを介して駆動軸５に対して外嵌されることで駆動軸５と一体的に回転する。また、ボールベアリング７の外輪は、軸連結部６ａに内嵌されることで連結部材６に固定される。
The inner ring of the
一方、連結部材６の板固定部６ｂは、振動板３と略同じ大きさの円板状に形成される部分であり、振動板３に対して下側から重なった状態で振動板３に固定される。板固定部６ｂは、振動板３に対して上側から重なった状態で振動板３に固定される固定板８とともに、ボルト９によって振動板３に固定される。固定板８は、振動板３と略同じ大きさの円板状に形成される板状の部材である。
On the other hand, the
すなわち、振動板３が連結部材６の板固定部６ｂと固定板８とによって上下方向から挟まれた状態で、ボルト９によって、板固定部６ｂと固定板８とが振動板３に固定される。ボルト９は、上下方向に重なった状態の振動板３、板固定部６ｂ、および固定板８に対して、固定板８側から、固定板８および振動板３を貫通して、板固定部６ｂにねじ込まれる。このため、固定板８および振動板３のそれぞれの中心部には、板面に対して垂直方向にボルト９を貫通させる貫通孔８ｈ、３ｈが形成され、板固定部６ｂの中心部には、板面に対して垂直方向にボルト９がねじ込まれるネジ穴６ｈが形成されている。
In other words, the
以上のような構成により、モータ等の駆動源によって駆動軸５が回転することで、ボールベアリング７および連結部材６を介して、振動板３、固定板８、および連結部材６の板固定部６ｂの部分が一体的に往復運動する（矢印Ａ参照）。なお、振動板３を往復運動（進退駆動）させるための駆動手段は、本実施形態に限定されるものではない。振動板３を往復運動させるための駆動手段としては、例えば、シリンダ機構を利用する構成や、磁石と電磁石とを利用する電磁式の構成等、適宜周知の駆動方法が用いられる。
With the configuration as described above, the
ハウジング４は、第一ハウジング部材１１と第二ハウジング部材１２とを有し、上下方向に分割される分割構造を有する。第一ハウジング部材１１は、ハウジング４の上側の略半分を形成し、第二ハウジング部材１２は、ハウジング４の下側の略半分を形成する。第一ハウジング部材１１および第二ハウジング部材１２は、いずれも板状の外形を有する部材であり、上下方向に重なるように合わさった状態で、一体的に往復運動する振動板３、固定板８、および連結部材６の板固定部６ｂを含む構成を収容するハウジング４の内部空間を形成する。
The
第一ハウジング部材１１は、下側に開口する凹部１１ａを有し、第二ハウジング部材１２は、上下方向に貫通する孔部１２ａを有する。第一ハウジング部材１１と第二ハウジング部材１２とが合わさった状態で、凹部１１ａと孔部１２ａとによりハウジング４の内部空間が形成される。したがって、ハウジング４の内部空間は、第二ハウジング部材１２の孔部１２ａによって下側に開口する開口部４ａを有し、この開口部４ａから、駆動軸５の回転動力を振動板３に伝達するための連結部材６が振動板３に固定される。そして、ハウジング４の内部空間における振動板３よりも上側の部分により、ポンプ室２が形成される。
The
また、第一ハウジング部材１１および第二ハウジング部材１２は、それぞれ、バルーン部１３が接触する部分において斜面部１１ｂ、１２ｂを有する。斜面部１１ｂ、１２ｂは、それぞれ、振動板３の往復運動の方向（上下方向、以下「振動板往復方向」という。）の各方向を頂点側とする円錐形状の一部形状をなす。すなわち、ハウジング４の上側の部分を構成する第一ハウジング部材１１の斜面部１１ｂは、振動板往復方向のうちの上方向を頂点側とする円錐形状の一部形状をなし、ハウジング４の下側の部分を構成する第二ハウジング部材１２の斜面部１２ｂは、振動板往復方向のうちの下方向を頂点側とする円錐形状の一部形状をなす。また、第一ハウジング部材１１の斜面部１１ｂと、第二ハウジング部材１２の斜面部１２ｂとは、スペーサ部材１５を介して上下方向について略対称に構成される。
Moreover, the
したがって、本実施形態のポンプ１においては、図１等に示すように、ハウジング４の内部空間を形成する壁面は、第一ハウジング部材１１により形成される斜面部１１ｂと、第二ハウジング部材１２により形成される斜面部１２ｂとにより、バルーン部１３の円周に沿って断面視で略Ｖ字状となる凹部を形成する。このように、本実施形態のポンプ１においては、ハウジング４の内部空間を形成する壁面は、バルーン部１３が接触するとともに振動板往復方向の各方向を頂点側とする円錐形状の一部形状をなす斜面部１１ｂ、１２ｂを有する。
Therefore, in the
バルーン形成体１４は、ポンプ１においてバルーン部１３を形成する部材である。バルーン部１３は、振動板３とハウジング４との間に設けられる。バルーン部１３は、円板状の振動板３の外周縁に沿って円環状に形成される中空状の部分である。本実施形態では、バルーン部１３は、ゴム等の比較的高い弾性を有する材料により弾性変形可能に構成される一体の筒体であるバルーン形成体１４により形成される。
The
バルーン部１３は、内部に空気等の流体が充填されることで、所定の内圧状態とされる。バルーン部１３の内部に充填される流体としては、空気のほか、窒素ガス等の気体や水等の液体が用いられる。
The
バルーン部１３は、振動板３とハウジング４との間の気密を確保する。このため、バルーン部１３の振動板３に対する接触部分は、例えば接着剤等によって振動板３に密着した状態で固定される。つまり、振動板３の周縁端部は、バルーン部１３の内周部分の所定の位置に固定される。
The
また、バルーン部１３は、ハウジング４に対しても、振動板３とハウジング４との間の気密を確保するように所定の位置で固定される。本実施形態では、バルーン部１３は、ハウジング４に対して次のようにして固定される。
The
第一ハウジング部材１１と第二ハウジング部材１２との間には、スペーサ部材１５が介装されている。つまり、第一ハウジング部材１１と第二ハウジング部材１２とは、スペーサ部材１５を上下方向から挟んだ状態でボルト等によって固定される。スペーサ部材１５は、ハウジング４の内部空間の大きさに対応した内径を有する円環状の板状部材であり、第一ハウジング部材１１および第二ハウジング部材１２とともにハウジング４の内部空間を形成し、バルーン部１３の外周に位置する。
A
一方、バルーン部１３の外周部分には、円環状のバルーン部１３の径方向外側に突出するフランジ部１３ａが形成されている。フランジ部１３ａは、バルーン部１３の外周縁形状に沿って全周にわたってあるいは周方向について部分的に形成される薄板状（鍔状）の突出部分である。フランジ部１３ａは、上下方向に所定の間隔を隔てて二箇所に設けられている。そして、バルーン部１３は、上側のフランジ部１３ａが第一ハウジング部材１１とスペーサ部材１５との間に挟まれ、下側のフランジ部１３ａが第二ハウジング部材１２とスペーサ部材１５との間に挟まれることで、ハウジング４に対して所定の位置で固定される。
On the other hand, a
このように、バルーン部１３がフランジ部１３ａによってハウジング４に固定されることで、バルーン部１３をハウジング４に確実に固定することができ、バルーン部１３がハウジング４内を滑ることによる振動板３の位置ずれを防止することができる。また、バルーン部１３を介する振動板３のハウジング４への装着作業を容易に行うことができる。
As described above, the
なお、バルーン部１３をハウジング４に対して固定するためのフランジ部１３ａの形状は、特に限定されるものではない。また、バルーン部１３をハウジング４に対して固定するためには、スペーサ部材１５を介することなく、フランジ部１３ａが直接的に第一ハウジング部材１１と第二ハウジング部材１２とに挟まれる構成が採用されてもよい。
In addition, the shape of the
このように、内周側には振動板３が固定されて外周側はハウジング４に固定されるバルーン部１３は、弾性変形することで、ハウジング４の内部空間内を往復運動する振動板３の移動を許容する。言い換えると、振動板３の往復運動にともなって移動するバルーン部１３の振動板３に対する固定部分の上下方向の移動が、外周側がハウジング４に固定されるバルーン部１３の弾性変形によって許容される。
In this way, the
以上のように、バルーン部１３は、振動板３の周囲に設けられ、振動板３とハウジング４との間の気密を保持しながら、弾性変形することで振動板３の往復運動を許容する中空状の部分である。そして、ハウジング４の内部空間が振動板３およびバルーン部１３を含む構成によって上下方向に仕切られることで、仕切られたうちの上側の空間部分がポンプ室２として形成される。
As described above, the
ポンプ室２は、第一ハウジング部材１１に形成される吸気口１６および排気口１７を介してハウジング４の外部に開口する。吸気口１６は、ハウジング４の外部に形成される吸気通路１８に連通し、排気口１７は、同じくハウジング４の外部に形成される排気通路１９に連通する。吸気通路１８および排気通路１９は、第一ハウジング部材１１の上側に設けられる通路形成部材２０により形成される。第一ハウジング部材１１と通路形成部材２０とは、複数の締結具２１によって固定される。
The
吸気通路１８は、吸気口１６に連通する側と反対側の開口部に配管等の接続を受けることで、ポンプ室２への吸気経路を構成する。また、排気通路１９は、排気口１７に連通する側と反対側の開口部に配管等の接続を受けることで、ポンプ室２からの排気経路を構成する。そして、ポンプ室２への吸気経路には、ポンプ室２へ送り込まれる方向の流体の流れを許容し、逆方向の流体の流れを規制する逆止弁が設けられる。また、ポンプ室２からの排気経路には、ポンプ室２から送り出される方向の流体の流れを許容し、逆方向の流体の流れを規制する逆止弁が設けられる。
The
また、スペーサ部材１５には、バルーン部１３の内圧を保持するために、バルーン部１３内に流体を注入して補充するための注入用通路２２が形成されている。注入用通路２２は、スペーサ部材１５において、バルーン部１３の径方向に沿うように形成され、バルーン部１３の内部空間に連通可能に構成される。注入用通路２２の外側の開口部には、流体注入用の口金２３が取り付けられている。
The
以上のような構成を備える本実施形態のポンプ１の動作について、図２および図３を用いて説明する。図２に示すように、ポンプ１においては、往復運動する振動板３がポンプ室２の容積を広くするように下方に移動することにより（矢印Ｂ１参照）、ポンプ室２内の圧力が低下して、吸気通路１８および吸気口１６を介してポンプ室２内へ流体が吸入される（矢印Ｂ２参照）。この流体の吸入の過程では、ポンプ室２からの排気経路に設けられる逆止弁により、排気通路１９および排気口１７からのポンプ室２への流体の流れが止められる。なお、図２は、上下方向に往復移動する振動板３が下死点にある状態を示している。
The operation of the
また、図３に示すように、ポンプ１においては、往復運動する振動板３がポンプ室２の容積を狭くするように上方に移動することにより（矢印Ｃ１参照）、ポンプ室２内の圧力が上昇して、排気通路１９および排気口１７を介してポンプ室２内から流体が送出される（矢印Ｃ２参照）。この流体の送出の過程では、ポンプ室２への吸気経路に設けられる逆止弁により、ポンプ室２から吸気通路１８および吸気口１６への流体の流れが止められる。なお、図３は、上下方向に往復移動する振動板３が上死点にある状態を示している。
As shown in FIG. 3, in the
このようなポンプ室２への流体の吸入およびポンプ室２からの流体の送出をともなう振動板３の往復運動が繰り返されることで、ポンプ１による断続的な流体の送給が行われる。このように、ポンプ１において、ポンプ室２は、流体の吸気経路および排気経路それぞれに対して逆止弁を介して連通して流体を一時的に貯溜する。
By repeating the reciprocating motion of the
以上のように、本実施形態のポンプ１は、往復運動する振動板３と、振動板３が往復運動することにより容積が変化するポンプ室２を形成するハウジング４とを備え、振動板３の往復運動によりポンプ室２への流体の吸入およびポンプ室２からの流体の送出を行うことで、流体を送給する。
As described above, the
本実施形態のポンプ１は、ポンプ室２の容積を変化させるために往復運動する部材として、一般のダイアフラムポンプに備えられる薄膜状のダイアフラムとの比較において剛性が高い振動板を備える。また、ポンプ１は、振動板３の周囲に設けられる中空状のバルーン部１３を備え、このバルーン部１３を介して振動板３をハウジング４に連結させる。振動板３は、バルーン部１３を弾性変形させながら往復運動する。
The
このように、ポンプ１は、一般的なダイアフラムポンプにおけるダイアフラムの代わりに、バルーン部１３を介してハウジング４に連結される振動板３を備えることにより、ポンプ室２内の圧力によって振動板３を変形させることなく、高吐出圧を実現することができる。
As described above, the
なお、ポンプ室２内の圧力は、バルーン部１３にも作用するが、バルーン部１３内に充填される流体の圧力によってバルーン部１３のポンプ室２側の面に作用した圧力は全体に分散される。このため、バルーン部１３の弾性変形はポンプ室２内の圧力によって阻害されにくく、振動板３の安定的な往復運動が確保される。特に、バルーン部１３をポンプ室２内の圧力に抗して弾性変形させて振動板３の安定的な往復運動を確保する観点からは、バルーン部１３の内圧をポンプ室２内の圧力と同程度あるいはポンプ室２内の圧力よりも高くすることが好ましい。
The pressure in the
なお、本実施形態では、振動板３は円形であるが、これに限定されず、振動板３の形状としては、長円や楕円等、円形以外の形状を採用することができる。したがって、振動板３の形状に対応して振動板３の外周縁に沿うように形成されるバルーン部１３の形状についても、振動板３の形状等に合わせて適宜設定される。
In the present embodiment, the
以上のような構成を備えるポンプ１において消費エネルギーの増大等の問題を生じさせる原因となる、バルーン部１３を構成する膜自体が伸縮することについて、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態に係るポンプ１と基本的な構成を同じくするポンプの構成を模式的に示した横断面図である。なお、図４では、便宜上、本実施形態に係るポンプ１と対応する構成については、本実施形態のポンプ１と同じ符号を用いている。また、図４では、バルーン部１３について、バルーン部１３のハウジング４に対する固定部分、つまりフランジ部１３ａが設けられる部分を省略して示している。
The expansion and contraction of the membrane itself constituting the
図４（ａ）は、振動板３が上死点にある状態を示し、同図（ｂ）は、振動板３が下死点にある状態を示す。振動板３がバルーン部１３を介してハウジング４に連結される構成においては、振動板３の往復運動にともない、バルーン部１３がポンプ室２の壁面に沿って変形し、振動板３の移動が容易に行われる。
4A shows a state where the
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、バルーン部１３の膜上の点Ｐ１に着目する。ここで、バルーン部１３の膜上の点Ｐ１は、バルーン部１３のうち振動板３の往復運動の全範囲で斜面部１１ｂ、１２ｂに接触する部分以外の部分上の任意の点である。
As shown in FIGS. 4A and 4B, attention is paid to a point P1 on the film of the
具体的には、バルーン部１３においては、ハウジング４に固定される部分であるフランジ部１３ａの部分を含み、往復運動する振動板３の位置にかかわらず、ハウジング４に対して常時接触する部分が存在する。つまり、このバルーン部１３のハウジング４に対して常時接触する部分は、振動板３の往復運動にともなって変形するバルーン部１３において、ハウジング４に固定される基端側の部分であり、バルーン部１３の外周端部分である。このようにバルーン部１３のハウジング４に常時接触する部分は、主に、ハウジング４に対する接触部分を、第一ハウジング部材１１および第二ハウジング部材１２それぞれの斜面部１１ｂ、１２ｂとする部分である。
Specifically, the
このように、バルーン部１３のハウジング４に常時接触する部分のうち斜面部１１ｂ、１２ｂに接触する部分が、バルーン部１３のうち振動板３の往復運動により変化する位置にかかわらず、つまり振動板３の往復運動の全範囲で、斜面部１１ｂ、１２ｂに接触する部分である。そこで、このバルーン部１３のうち振動板３の往復運動の全範囲で斜面部１１ｂ、１２ｂに接触する部分以外の部分における膜上の任意の点が、上記のバルーン部１３の膜上の点Ｐ１となる。なお、点Ｐ１は、図４（ａ）、（ｂ）に示す断面図における点であるため、実際にはバルーン部１３の周方向に沿う線を表す。
As described above, the portion of the
点Ｐ１の位置は、図４（ａ）、（ｂ）に示すような横断面視のバルーン部１３において、図４（ａ）に示すように振動板３が上死点にある状態から、同図（ｂ）に示すように振動板３が下死点にある状態まで移動することで、バルーン部１３の変形にともなって変化する。
The position of the point P1 is the same as that shown in FIG. 4 (a) when the
そして、このような振動板３の位置の変化にともなって点Ｐの位置が変化すると、振動板３の中心軸Ｏの方向視で点Ｐ１の位置をバルーン部１３の周方向について連続させることで得られる縦断面視における円（図中楕円で表わす、バルーン部１３の周方向についての点Ｐ１の軌跡、以下「軌跡円」という。）Ｓの半径も変化する。バルーン部１３の円周長の変化は、この軌跡円Ｓの半径の値の変化で表すことができる。
And if the position of the point P changes with such a change of the position of the
具体的には、図４（ａ）に示すように、振動板３が上死点にある状態での軌跡円Ｓの半径Ｒ１は、同図（ｂ）に示すように、振動板３が下死点にある状態での軌跡円Ｓの半径Ｒ２に対して長い。つまり、振動板３が上死点から下死点に移動することで、バルーン部１３の円周長いが変化し、軌跡円Ｓの半径が、半径Ｒ１から半径Ｒ２に短くなる。
Specifically, as shown in FIG. 4A, the radius R1 of the locus circle S in the state where the
このような振動板３の位置の変化にともなう軌跡円Ｓの半径の変化は、バルーン部１３を構成する膜の素材自体が伸縮することにより生じる。バルーン部１３を構成する膜自体が伸縮することは、ポンプ１におけるエネルギーの消費量を大きくし、バルーン部１３の寿命を短くさせる要因となる。
Such a change in the radius of the locus circle S accompanying the change in the position of the
また、上述したような振動板３の位置の変化にともなうバルーン部１３上における所定の点（図４、点Ｐ１参照）の位置の変化、つまり振動板３の位置の変化にともなうバルーン部１３の変形の態様には、弾性変形するバルーン部１３が接触するハウジング４の内部空間を形成する壁面のバルーン部１３が接触する部分の形状（以下「ハウジング内壁面形状」という。）、およびバルーン部１３の形状（以下「バルーン部形状」という。）、並びに振動板３の寸法が影響する。
Further, the change in the position of a predetermined point (see point P1 in FIG. 4) on the
そこで、本実施形態のポンプ１においては、振動板３の往復運動にともなって弾性変形するバルーン部１３について、バルーン部１３を構成する膜自体の伸縮（以下「バルーン膜の伸縮」という。）が生じないように、ハウジング内壁面形状およびバルーン部形状並びに振動板３の寸法が決定される。
Therefore, in the
振動板３の往復運動にともなってバルーン膜の伸縮が生じないためには、理想的には、振動板３の往復運動のストロークの範囲で、次の（１）〜（３）の条件を満たす必要がある。
（１）バルーン部１３の内容積が一定であること
（２）バルーン部１３の横断面形状の周長が一定であること。
（３）バルーン部１３の縦断面形状の周長が一定であること。
Ideally, the following conditions (1) to (3) are satisfied in the range of the stroke of the reciprocating motion of the
(1) The internal volume of the
(3) The peripheral length of the longitudinal cross-sectional shape of the
ここで、バルーン部１３の横断面形状とは、振動板往復方向に沿うバルーン部１３の中心軸を通る平面を断面とする断面形状である。また、バルーン部１３の縦断面形状とは、バルーン部１３の中心軸方に対して垂直な平面を断面とする断面形状である。
Here, the cross-sectional shape of the
上記（１）の条件は、振動板３の往復運動によりバルーン部１３の内容積が変化すると、バルーン部１３に充填されるガスの圧縮膨張が繰り返されることによるエネルギーロスや、バルーン部１３の膜に対する過剰な加圧作用等を抑制する観点に基づく。図４等に示すように、バルーン部１３においては、ハウジング４の壁面に制約されることなく解放された部分が存在するので、その解放された部分により、バルーン部１３の内容積が自動的に一定となるような調節が可能となる。
The above condition (1) is that when the internal volume of the
上記（２）の条件については、バルーン部１３における、ハウジング４の壁面に制約される部分と、ハウジング４の壁面から解放された部分とが存在し、上記（１）の条件との関連で、（２）の条件が自動的に満たされる。上記（３）の条件は、バルーン部１３の外周端部は、その全てがハウジング４の壁面に接触して制約されるので、ハウジング内壁面形状をバルーン部１３の縦断面形状に合わせて適正に設計する必要があるという観点に基づく。
Regarding the condition (2), there are a portion of the
本実施形態のポンプ１においては、上記（１）〜（３）の条件を満たすため、次のような指標に基づいて、ハウジング内壁面形状およびバルーン部形状並びに振動板３の寸法が設定される。ここで設定される形状のうちのハウジング内壁面形状は、ハウジング４が有する斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度である。
In the
具体的には、図５に示すように、斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度は、振動板往復方向に対する傾斜角度αである。言い換えると、斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度αは、振動板往復方向と平行な振動板３の中心線Ｘの方向に対する斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度である。なお、振動板３の中心線Ｘは、ポンプ１の中心線に対応する。
Specifically, as shown in FIG. 5, the inclination angles of the
このように、本実施形態では、ハウジング内壁面形状を規定するパラメータとして、斜面部１１ｂ、１２ｂの振動板往復方向に対する傾斜角度αを採用する。また、上述したように上下方向について略対称に構成される第一ハウジング部材１１の斜面部１１ｂと第二ハウジング部材１２の斜面部１２ｂとは、振動板往復方向に対して同じ傾斜角度αとなるように形成される。したがって、ハウジング内壁面形状のうち斜面部１１ｂ、１２ｂについては、上下方向に対称な形状が設定される。
Thus, in the present embodiment, the inclination angle α with respect to the diaphragm reciprocating direction of the
また、ここで設定される形状のうちのバルーン部形状は、バルーン部１３の振動板往復方向に沿う中心軸を通る面の断面形状における周長、および径方向の寸法である。
Of the shapes set here, the balloon portion shape is a circumferential length in a cross-sectional shape of a plane passing through the central axis along the diaphragm reciprocating direction of the
具体的には、図５に示すように、バルーン部１３の振動板往復方向に沿う中心軸を通る面の断面形状は、バルーン部１３の横断面形状である。そして、このバルーン部１３の横断面形状における周長Ｌ、および径方向の寸法（以下「高さ」という。）σが、バルーン部形状として設定される。つまり、ここでいう「径方向」とは、円板状の振動板３およびこの振動板３の周囲に設けられる円環状のバルーン部１３における径方向（図５における上下方向）である。
Specifically, as shown in FIG. 5, the cross-sectional shape of the plane passing through the central axis along the diaphragm reciprocating direction of the
このように、本実施形態では、バルーン部形状を規定するパラメータとして、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσを採用する。ここで、バルーン部１３の高さσは、図５に示すように、ポンプ１の半径Ｔの値から、振動板３の半径ｔの値を引いたものである。
Thus, in the present embodiment, the peripheral length L of the
バルーン部１３の高さσについては、計算の簡略化のため、ハウジング４の外周側に位置する斜面部１１ｂと斜面部１２ｂとの交点の位置（直線Ｙ参照）までバルーン部１３が存在すると仮定し、ポンプ１の半径Ｔを、振動板３の中心位置（直線Ｘ参照）から斜面部１１ｂと斜面部１２ｂとの交点の位置までの寸法とする。そして、振動板３の往復運動の範囲でハウジング４からバルーン部１３が離脱しない領域（符号ｍ参照）、つまり上述したようにバルーン部１３のハウジング４に常時接触する部分は、計算上不要であることから、計算の過程で削除し、バルーン部１３が有する本来の形状に対応した高さ寸法を導く。本実施形態では、このような手法を計算上採用する。ただし、バルーン部１３の高さとしては、振動板３の往復運動の範囲でハウジング４からバルーン部１３が離脱しない領域を除外した寸法（σ−ｍ）を計算上最初から用いてもよい。また、バルーン部１３の高さとしては、バルーン部１３のハウジング４に常時接触する部分を削除することなく、バルーン部１３の高さσそのものの値を用いてもよい。
As for the height σ of the
また、ここで設定される振動板３の寸法は、振動板３の半径ｔである。具体的には、図５および図６に示すように、振動板３の半径ｔは、振動板３の（ポンプ１の）中心線Ｘから振動板３の外周端までの寸法である。この振動板３の半径ｔが、振動板３の寸法として設定される。このように、本実施形態では、振動板３の寸法を規定するパラメータとして、振動板３の半径を採用する。
The dimension of the
以上のような各寸法、つまり斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσ、並びに振動板３の半径ｔをパラメータとして、ハウジング内壁面形状およびバルーン部形状並びに振動板３の寸法が設定される。そして、本実施形態では、ハウジング内壁面形状およびバルーン部形状並びに振動板３の寸法の設定に際して、上述したような振動板３の往復運動にともなって変化する軌跡円（図４、軌跡円Ｓ参照）の半径の値の変化に基づいて定義されるひずみε（％）という値が用いられる。
Using the dimensions as described above, that is, the inclination angle α of the
図６は、本実施形態に係るポンプ１の横断面視における片側のバルーン部１３の部分を模式的に示した図である。図６（ａ）は振動板３が往復運動の範囲において中央位置にある状態を示し、同図（ｂ）は振動板３が上死点にある状態を示し、同図（ｃ）は振動板３が下死点にある状態を示す。
FIG. 6 is a view schematically showing a portion of the
図６（ａ）に示すように、振動板３のバルーン部１３に対する接続位置（付け根の位置）を基準点Ｑ０とし、バルーン部１３の横断面形状におけるバルーン部１３の膜上の所定の点Ｑ１についてのバルーン部１３の周に沿う位置を座標ｓとする。この場合、基準点Ｑ０から点Ｑ１までのバルーン部１３の周に沿う長さが座標ｓに対応する。また、バルーン部１３の膜上における所定の点Ｑ１についての軌跡円の半径をｖとする。つまり、点Ｑ１についての軌跡円の半径ｖは、振動板３の中心位置（中心線Ｘ参照）からバルーン部１３の周方向の所定の位置である点Ｑ１までの距離に相当する。
As shown in FIG. 6A, the connection position (base position) of the
そして、図６（ａ）に示すように振動板３が中央位置にある状態での半径ｖをｖnとし、同図（ｂ）に示すように振動板３が上死点にある状態での半径ｖをｖtとし、同図（ｃ）に示すように振動板３が下死点にある状態での半径ｖをｖbとする。この場合、バルーン部１３のひずみε（％）は、振動板３が中央位置にある状態を基準とすると、振動板３が上死点にあるときのひずみεtは、εt＝｛（ｖt−ｖn）／ｖn｝×１００と表わされ、振動板３が下死点にあるときのひずみεbは、εb＝｛（ｖb−ｖn）／ｖn｝×１００と表わされる。
Then, the
図７は、バルーン部１３の周に沿う長さ（座標）ｓ（ｍｍ）と、バルーン部１３のひずみε（％）との関係の一例を示す。図７において、実線で示すグラフＧ１は、振動板３が上死点にあるときのひずみεtの、バルーン部１３の周に沿う長さｓによる変化を示す。また、図７において破線で示すグラフＧ２は、振動板３が下死点にあるときのひずみεbの、バルーン部１３の周に沿う長さｓによる変化を示す。
FIG. 7 shows an example of the relationship between the length (coordinates) s (mm) along the circumference of the
図７に示すグラフからわかるように、上死点でのひずみεtおよび下死点でのひずみεbのいずれについても、バルーン部１３の周に沿う長さｓによって変化しており、バルーン部１３の周に沿う長さｓによって、ひずみが生じている部分と生じていない部分（ε＝０％）とがある。そして、上死点でのひずみεtおよび下死点でのひずみεbのいずれについても、ひずみが生じている部分では、あるｓの値でピークが存在する。また、上死点でのひずみεtと下死点でのひずみεbとでは、ひずみの方向が反対方向となっている。ひずみの方向は、ひずみε（％）の正負により表わされる。
As can be seen from the graph shown in FIG. 7, both the strain ε t at the top dead center and the strain ε b at the bottom dead center change depending on the length s along the circumference of the
このように振動板３の往復運動によってバルーン部１３で生じるひずみの値を用い、本実施形態では、振動板３の往復運動の範囲で、次式（Ａ）により定義されるひずみの値が最小となるように、上述した各パラメータ、つまり斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσ、並びに振動板３の半径ｔが決定される。
ε＝｛（ｖ−ｖn）／ｖn｝×１００ …（Ａ）
ここで、ε：ひずみ（％）、ｖ：振動板３の中心位置からバルーン部の周方向の任意の位置までの距離、ｖn：振動板３が往復運動の範囲の中央位置にあるときのｖである。
In this embodiment, the strain value defined by the following equation (A) is minimized within the range of the reciprocating motion of the
ε = {(v−v n ) / v n } × 100 (A)
Where ε: strain (%), v: distance from the center position of the
具体的には、次のような手法により、各パラメータの値が決定される。本手法の説明では、ポンプ１における各部の寸法を示す図８を参照する。本手法では、決定すべきパラメータである斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσ、並びに振動板３の半径ｔを、独立変数とする。これらの傾斜角度α、周長Ｌ、および高さσ並びに半径ｔから、軌跡円Ｓの半径ｖが計算により求まる。なお、各パラメータα，Ｌ，σ，ｔの計算に際しては、ポンプ１の性能によって定まる値として、振動板３のストローク（振動板３の往復運動の範囲）Ｓtおよびポンプ１の行程容積Ｖを予め与える。
Specifically, the value of each parameter is determined by the following method. In description of this method, FIG. 8 which shows the dimension of each part in the
ポンプ１の行程容積Ｖは、幾何学的な関係より、ポンプ１のストロークＳt、傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、バルーン部１３の高さσ、および振動板３の半径ｔを用いて、次式（Ｂ）で表される。なお、次式（Ｂ）の導出に際しては、計算の簡略化のため、図１等に示すような断面視において、バルーン部１３は伸縮しないこと、および、バルーン部１３の支持されていない部分（以下「非支持部分」という。）、つまりバルーン部１３においてハウジング４と振動板３のいずれにも接触していない部分の横断面形状は半径ｒの円弧状をなすこと（図８参照）を仮定する。
Stroke volume V of the
上記式（Ｂ）において、ｒ1およびｒ2は、それぞれ振動板３の上死点および下死点におけるバルーン部１３の非支持部分の半径であり（図８参照）、次式（Ｃ）、（Ｄ）で表される。
ｒ1＝｛（Ｌ＋Ｓt／２）ｓｉｎα−σ（１＋ｃｏｓα）｝／ξ …（Ｃ）
ｒ2＝｛（Ｌ−Ｓt／２）ｓｉｎα−σ（１＋ｃｏｓα）｝／ξ …（Ｄ）
In the above formula (B), r 1 and r 2 are the radii of the unsupported portion of the
r 1 = {(L + S t / 2) sin α−σ (1 + cos α)} / ξ (C)
r 2 = {(L−S t / 2) sin α−σ (1 + cos α)} / ξ (D)
また、上記式（Ｃ）、（Ｄ）において、ξは、次式（Ｅ）で表される。
ξ＝（π−α）ｓｉｎα−２（１＋ｃｏｓα） …（Ｅ）
In the above formulas (C) and (D), ξ is expressed by the following formula (E).
ξ = (π−α) sin α−2 (1 + cos α) (E)
また、上記式（Ｂ）において、ｌ1、ｌ2は、それぞれ振動板３の上死点および下死点においてバルーン部１３がハウジング４の斜面部１１ｂ、１２ｂと接する長さであり（図８参照）、次式（Ｆ）、（Ｇ）で表される。
ｌ1＝［｛σ・ｃｏｓα−ｒ1（１＋ｃｏｓα）｝／ｓｉｎα］−Ｓt／２ …（Ｆ）
ｌ2＝［｛σ・ｃｏｓα−ｒ2（１＋ｃｏｓα）｝／ｓｉｎα］＋Ｓt／２ …（Ｇ）
In the above formula (B), l 1 and l 2 are the lengths at which the
l 1 = [{σ · cos α−r 1 (1 + cos α)} / sin α] −S t / 2 (F)
l 2 = [{σ · cos α−r 2 (1 + cos α)} / sin α] + S t / 2 (G)
なお、バルーン部１３について、バルーン部１３のハウジング４に常時接触する部分の寸法ｌ2は計算上不要なことから削除する。
Note that the dimension l 2 of the portion of the
上記式（Ｂ）の導出に際しては、上述のとおりバルーン部１３は伸縮しないことを仮定したが、バルーン部１３上の所定の点は、振動板３の往復運動にともなって径方向について移動する。具体的には、図８（ｂ）に示すように、バルーン部１３上の所定の点は、振動板３が中央位置（中立位置）にある状態での位置Ａ0から、振動板３が上死点にある状態では、位置Ａ0よりも径方向外側の位置Ａ1に移動し、振動板３が下死点にある状態では、位置Ａ0よりも径方向内側の位置Ａ2に移動する。
In deriving the above formula (B), it is assumed that the
このように振動板３の往復運動にともなってバルーン部１３上の所定の点が移動することは、バルーン部１３が径方向（図８（ｂ）における上下方向）に伸縮することであり、上述したように軌跡円の半径ｖの大きさが変化することに対応する。そして、この軌跡円の半径ｖの大きさの変化が、上述したひずみεとして表れる。そこで、上記式（Ａ）により定義されるひずみεの値が最小となるように、斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσ、並びに振動板３の半径ｔが設定される。
Thus, the movement of the predetermined point on the
そして、本手法では、振動板３の下死点から上死点に至るまでの全ての振動板３の位置に対して、バルーン部１３の周囲上の全ての点について、ひずみεが、数値計算により算出される。そこで、ひずみεの値が最も小さくなるように、上記のような形状等に関する値の組（α，Ｌ，σ，ｔ）が、計算機により探索されて決定される。
In this method, the strain ε is numerically calculated for all points on the periphery of the
より具体的には、ストロークＳtと上記式（Ｂ）で表される行程容積Ｖとを与え、各パラメータである斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσ、並びに振動板３の半径ｔの値を、適当な範囲において、適当な間隔で変化させながら、ひずみεが最小になる解、つまり各パラメータα，Ｌ，σ，ｔの値についての最適解を、最急降下法により数値的に探索する。その際、局所解に陥らないように、予めα，Ｌ，σ，ｔを適当な刻みで変化させ、ひずみεの値が最小となる変数の組を初期条件とする。
More specifically, the stroke St and the stroke volume V represented by the above formula (B) are given, and the slope angle α of the
すなわち、各パラメータα，Ｌ，σ，ｔの値をわずかに変化させた場合のひずみεの変化を評価し、ひずみεの値が小さくなる方向に、各パラメータα，Ｌ，σ，ｔの値を修正していく。そして、ひずみεが変化しなくなるまで、計算を繰り返す。つまり、ひずみεが変化しなくなったときの各パラメータα，Ｌ，σ，ｔの値が、ハウジング内壁面形状およびバルーン部形状の各形状を規定する寸法並びに振動板３の寸法の値として決定される。なお、複数の組（α，Ｌ，σ，ｔ）でひずみεの値が同じとなる場合は、例えば、ポンプ１の半径Ｔが小さくなる方の組を優先的に採用する。このようにして、ひずみεを指標として、ハウジング内壁面形状およびバルーン部形状の各形状並びに振動板３の寸法が設定される。
That is, the change in the strain ε when the values of the parameters α, L, σ, and t are slightly changed is evaluated, and the values of the parameters α, L, σ, and t are decreased in the direction in which the value of the strain ε decreases. Will be corrected. The calculation is repeated until the strain ε does not change. That is, the values of the parameters α, L, σ, t when the strain ε no longer changes are determined as the values defining the shapes of the inner wall surface of the housing and the balloon portion and the dimensions of the
このように、本実施形態では、ハウジング内壁面形状およびバルーン部形状を規定する斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσ、並びに振動板３の寸法が、振動板３の往復運動の範囲で、上記式（Ａ）により定義されるひずみの値が最小となるように設定されている。
As described above, in this embodiment, the inclination angle α of the
以上のようにしてハウジング内壁面形状およびバルーン部形状並びに振動板３の寸法が設定されている本実施形態のポンプ１によれば、バルーン膜の伸縮が抑制されるので、往復運動することでポンプ室２の容積を変化させる振動板３を、中空状のバルーン部１３を介して支持する構成において、振動板３の往復運動にともなってバルーン部１３が変形することによる膜自体の伸縮を抑制することができ、省エネルギー化を達成することで効率を向上させることができ、寿命を長くすることができる。
According to the
具体的には、バルーン部１３においては、バルーン膜の伸縮をともなわない弾性変形、つまりバルーン部１３を形成する膜が曲がることによる形状の変化については、バルーン部１３内に圧縮空気等を封入してバルーン部１３内の圧力をポンプ室２内の流体の圧力と同程度にすること等により、バルーン部１３の変形によるエネルギーの消費を容易に抑えることができる。これに対し、バルーン膜の伸縮をともなう変形については、バルーン部１３が変形することによって消費されるエネルギーが比較的大きい。特に、バルーン部１３を構成する膜について、バルーン部１３内に封入される圧縮空気等の圧力に耐える強度を得ようとした場合、バルーン膜の伸縮にともなう大きな歪みエネルギーの消費が予想される。
Specifically, in the
そこで、上記（Ａ）式から導かれるひずみεが最小となるように斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσ並びに振動板３の半径ｔが設定されることで、上記（１）〜（３）の条件をほぼ満たすことが可能となる。これにより、バルーン部１３を形成する膜そのものの変形（バルーン膜の伸縮）が抑制され、エネルギーの消費を抑えることができ、効率を向上させることができる。また、バルーン膜の伸縮が抑制されることで、バルーン部１３を構成する膜の寿命を向上させることができる。
Therefore, the inclination angle α of the
また、本実施形態では、ハウジング内壁面形状およびバルーン部形状並びに振動板３の寸法の設定に際しては、上述したひずみεに加え、ポンプ半径Ｒpという値が用いられることが好ましい。つまり、斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσ並びに振動板３の半径ｔが、振動板３の往復運動の範囲で、ひずみεおよびポンプ半径Ｒpが最小となるように設定されていることが好ましい。
In the present embodiment, it is preferable to use a value of the pump radius R p in addition to the strain ε described above when setting the housing inner wall surface shape, balloon portion shape, and
図５および図８に示すように、ポンプ半径Ｒpは、振動板３の半径ｔとバルーン部１３の振動板３の往復運動にともなって変形する部分の径方向の寸法との和である。つまり、ポンプ半径Ｒpは、振動板３の半径ｔと、バルーン部１３の非支持部分の径方向（図５、図８における上下方向）の寸法（図５におけるσ−ｍに対応する寸法）との和である。
As shown in FIGS. 5 and 8, the pump radius R p is the sum of the radius t of the
したがって、ポンプ半径Ｒpは、次式（Ｈ）により表される。
Ｒp＝ｔ＋σ−ｌ2ｓｉｎα …（Ｈ）
Therefore, the pump radius R p is expressed by the following equation (H).
R p = t + σ−l 2 sin α (H)
そして、ひずみεの場合と同様に、ストロークＳtと上記式（Ｂ）で表される行程容積Ｖとを与え、各パラメータである斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσ、並びに振動板３の半径ｔの値を、適当な範囲において、適当な間隔で変化させながら、ひずみεおよびポンプ半径Ｒpが最小になる解、つまり各パラメータα，Ｌ，σ，ｔの値についての最適解を、最急降下法により数値的に探索する。その際、局所解に陥らないように、予めα，Ｌ，σ，ｔを適当な刻みで変化させ、ひずみεおよびポンプ半径Ｒpの値が最小となる変数の組を初期条件とする。
Then, as in the case of the strain ε, the stroke St and the stroke volume V expressed by the above formula (B) are given, the inclination angle α of the
このように、各パラメータの値の設定に際して、ひずみεに加えてポンプ半径Ｒpを用いることにより、ポンプ１の効率や寿命を向上させながら、ポンプ１の小型化を図ることができる。
Thus, when setting the values of the parameters, the pump radius R p is used in addition to the strain ε, so that the
図９に、バルーン部１３のひずみεと、ポンプ半径Ｒpおよび傾斜角度αと、ストロークＳtとの関係の一例を示す。図９からわかるように、ストロークＳtの増大にともない、ポンプ半径Ｒpは減少している。このことから、ポンプ１の小型化を目的とする場合には、ストロークＳtは大きい方が好ましい。
Figure 9 shows the strain ε of the
一方、同じく図９からわかるように、ひずみεは、ストロークＳtとともに増大している。このことから、ひずみεを小さくしてバルーン部１３への負荷を軽減する観点からは、ストロークＳtは小さい方が好ましい。
On the other hand, as also seen from FIG. 9, the strain epsilon, which increases with the stroke S t. From this point of view, it is preferable that the stroke St is small from the viewpoint of reducing the strain ε and reducing the load on the
ハウジング内壁面形状およびバルーン部形状並びに振動板３の寸法の別の設定方法について説明する。本実施形態のポンプ１においては、上記（１）〜（３）の条件を満たすため、次のような指標に基づいて、ハウジング内壁面形状およびバルーン部形状並びに振動板３の寸法が設定される。本実施形態では、ハウジング内壁面形状およびバルーン部形状並びに振動板３の寸法の設定に際して、上述したような振動板３の往復運動にともなって変化する軌跡円（図４、軌跡円Ｓ参照）の半径の値が用いられる。
Another setting method of the housing inner wall surface shape, the balloon portion shape, and the dimensions of the
図１０は、本実施形態に係るポンプ１の横断面視における片側のバルーン部１３の部分を模式的に示した図である。図１０において、実線で示す振動板３（３Ａ）およびバルーン部１３（１３Ａ）は、振動板３が上死点にある状態を示し、破線で示す振動板３（３Ｂ）およびバルーン部１３（１３Ｂ）は、振動板３が下死点にある状態を示す。
FIG. 10 is a diagram schematically showing a portion of the
本実施形態では、図１０に示すように、バルーン部１３の膜上における所定の点Ｐａについての軌跡円の半径の変化量が、振動板３の往復運動の範囲で最小となるように、斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσ、並びに振動板３の半径ｔが決定される。ここで、バルーン部１３の膜上における所定の点Ｐａは、バルーン部１３のうち振動板３の往復運動の全範囲で斜面部１１ｂ、１２ｂに接触する部分以外の部分上の任意の点である。つまり、点Ｐａは、バルーン部１３の非支持部分上の任意の点である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the slope is changed so that the change amount of the radius of the locus circle about the predetermined point Pa on the film of the
図１０に示すように、振動板３が上死点にある状態でのバルーン部１３上の点Ｐａ（Ｐａ１）についての軌跡円の半径ｖ１は、振動板３の中心位置（中心線Ｘ参照）から点Ｐａ（Ｐａ１）までの距離である。また、振動板３が下死点にある状態でのバルーン部１３上の点Ｐａ（Ｐａ２）についての軌跡円の半径ｖ２は、振動板３の中心位置（中心線Ｘ参照）から点Ｐａ（Ｐａ２）までの距離である。図１０に示す例では、振動板３の往復運動の範囲において、振動板３が上死点にある状態での軌跡円の半径ｖ１が、軌跡円の半径の最大値であり、振動板３が下死点にある状態での軌跡円の半径ｖ２が、軌跡円の半径の最小値である。
As shown in FIG. 10, the radius v1 of the locus circle about the point Pa (Pa1) on the
そこで、本実施形態では、振動板３が上死点にある状態での軌跡円の半径ｖ１と振動板３が下死点にある状態での軌跡円の半径ｖ２との差Ｄ（＝ｖ１−ｖ２）の大きさ、つまり軌跡円の半径の変化量が最小となるように、斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσ、並びに振動板３の半径ｔが決定される。
Therefore, in this embodiment, the difference D (= v1−) between the radius v1 of the locus circle when the
このようにバルーン部１３のうち振動板３の往復運動の全範囲で斜面部１１ｂ、１２ｂに接触する部分以外の部分（非支持部分）上の任意の点の、軌跡円Ｓの半径ｖの変化量を指標とする場合は、上述したようにひずみεを指標とする場合と同様の手法により、斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσ、並びに振動板３の半径ｔが決定される。
As described above, the change in the radius v of the locus circle S at any point on the portion (non-supporting portion) other than the portion in contact with the
具体的には、決定すべきパラメータである斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσ、並びに振動板３の半径ｔを独立変数とする。これらの傾斜角度α、周長Ｌ、および高さσ並びに半径ｔから、軌跡円Ｓの半径ｖが計算により求まる。なお、各パラメータα，Ｌ，σ，ｔの計算に際しては、ポンプ１の性能によって定まる値として、振動板３のストロークＳtおよびポンプ１の行程容積Ｖ（上記式（Ｂ）〜（Ｇ）参照。）を予め与える。
Specifically, the inclination angles α of the
そして、本手法では、振動板３の下死点から上死点に至るまでの全ての振動板３の位置に対して、バルーン部１３の周囲上の全ての点について、軌跡円Ｓの半径ｖの変化量が、数値計算により算出される。そこで、軌跡円Ｓの半径ｖの変化量の値が最も小さくなるように、上記のような形状等に関する値の組（α，Ｌ，σ，ｔ）が、計算機により探索されて決定される。
In this method, the radius v of the locus circle S is obtained for all points on the periphery of the
より具体的には、ストロークＳtと上記式（Ｂ）で表される行程容積Ｖとを与え、各パラメータである斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσ、並びに振動板３の半径ｔの値を、適当な範囲において、適当な間隔で変化させながら、軌跡円Ｓの半径ｖの変化量が最小になる解、つまり各パラメータα，Ｌ，σ，ｔの値についての最適解を、最急降下法により数値的に探索する。その際、局所解に陥らないように、予めα，Ｌ，σ，ｔを適当な刻みで変化させ、ひずみεの値が最小となる変数の組を初期条件とする。
More specifically, the stroke St and the stroke volume V represented by the above formula (B) are given, and the slope angle α of the
すなわち、各パラメータα，Ｌ，σ，ｔの値をわずかに変化させた場合の軌跡円Ｓの半径ｖの変化を評価し、軌跡円Ｓの半径ｖの値が小さくなる方向に、各パラメータα，Ｌ，σ，ｔの値を修正していく。そして、軌跡円Ｓの半径ｖが変化しなくなるまで、計算を繰り返す。つまり、軌跡円Ｓの半径ｖが変化しなくなったときの各パラメータα，Ｌ，σ，ｔの値が、ハウジング内壁面形状およびバルーン部形状の各形状を規定する寸法並びに振動板３の寸法の値として決定される。なお、複数の組（α，Ｌ，σ，ｔ）でひずみεの値が同じとなる場合は、例えば、ポンプ１の半径Ｔが小さくなる方の組を優先的に採用する。このようにして、軌跡円Ｓの半径ｖを指標として、ハウジング内壁面形状およびバルーン部形状の各形状並びに振動板３の寸法が設定される。
That is, changes in the radius v of the locus circle S when the values of the parameters α, L, σ, and t are slightly changed are evaluated, and each parameter α is reduced in the direction in which the value of the radius v of the locus circle S decreases. , L, σ, and t are corrected. The calculation is repeated until the radius v of the locus circle S does not change. That is, the values of the parameters α, L, σ, t when the radius v of the locus circle S no longer changes are the dimensions that define the shape of the inner wall surface of the housing and the shape of the balloon portion and the dimensions of the
このように、本実施形態では、ハウジング内壁面形状およびバルーン部形状を規定する斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσ、並びに振動板３の寸法が、振動板３の中心位置（中心線Ｘ参照）からバルーン部１３の周方向の所定の位置（点Ｐａ）までの距離（軌跡円の半径）について、振動板３の往復運動の範囲における上死点での軌跡円の半径ｖ１と下死点での軌跡円の半径ｖ２との差Ｄ（＝ｖ１−ｖ２）の大きさ、つまり軌跡円Ｓの半径ｖの変化量が最小となるように設定されている。ここで、上死点での軌跡円の半径ｖ１と下死点での軌跡円の半径ｖ２との差Ｄが最小となること、つまり軌跡円Ｓの半径ｖの変化量が最小となることには、上死点での軌跡円の半径ｖ１と下死点での軌跡円の半径ｖ２とが同一になること、つまり、差Ｄ＝ｖ１−ｖ２＝０となることが含まれる。そして、バルーン部形状としては、上死点での軌跡円の半径ｖ１と下死点での軌跡円の半径ｖ２とが同一になること（差Ｄ＝ｖ１−ｖ２＝０となること）が望ましい。言い換えると、振動板３の往復運動の範囲において軌跡円Ｓの半径ｖの変化がわずかであることは、実質上許容される。
As described above, in this embodiment, the inclination angle α of the
以上のように、振動板３の上死点と下死点での軌跡円の半径の差（軌跡円Ｓの半径ｖの変化量）が指標として用いられてハウジング内壁面形状およびバルーン部形状を規定する斜面部１１ｂ、１２ｂの傾斜角度α、バルーン部１３の周長Ｌ、およびバルーン部１３の高さσ、並びに振動板３の半径ｔが設定されることによっても、バルーン膜の伸縮を極力抑えることができ、上記（１）〜（３）の条件をほぼ満足することができる。これにより、上述したように、バルーン膜の伸縮が抑制されるので、往復運動することでポンプ室２の容積を変化させる振動板３を、中空状のバルーン部１３を介して支持する構成において、振動板３の往復運動にともなってバルーン部１３が変形することによる膜自体の伸縮を抑制することができ、省エネルギー化を達成することで効率を向上させることができ、寿命を長くすることができる。
As described above, the difference between the radius of the locus circle at the top dead center and the bottom dead center of the diaphragm 3 (the amount of change in the radius v of the locus circle S) is used as an index to determine the inner wall surface shape and the balloon portion shape of the housing. The expansion and contraction of the balloon membrane can be reduced as much as possible by setting the inclination angle α of the
なお、ハウジング４の内部空間を形成する壁面は、例えば横断面形状が円弧状となるように曲面により形成されてもよい。この場合、ハウジング内壁面形状の設計に際しては、例えば、ハウジング内壁面形状を形成する曲面の横断面視形状における曲率半径等が、上述したように振動板３の上死点と下死点での軌跡円の半径の差の大きさ（軌跡円の半径の変化量）が最小となるように設定される。
Note that the wall surface forming the internal space of the
このようなハウジング内壁面形状およびバルーン部形状並びに振動板３の寸法の設計方法が採用されることによっても、ポンプ１において、バルーン膜の伸縮が抑制され、省エネルギー化を達成することで効率を向上させることができ、寿命を長くすることができる。
By adopting such a design method of the inner wall surface shape of the housing, the shape of the balloon portion, and the dimensions of the
本発明の第二実施形態について説明する。なお、第一実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態のポンプ３１においては、振動板３とハウジング４との間に設けられるバルーン部４３が、振動板３の往復方向に分割された構造を有する。すなわち、図１１〜図１４に示すように、本実施形態のポンプ３１においては、バルーン部４３を形成するバルーン形成体４４が、振動板３の往復運動方向に分割される二つの分割要素４５を有する。なお、図１４は、バルーン形成体４４を構成する分割要素４５の周方向の略１／４を切り欠いた状態の斜視図を示す。
A second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the structure similar to 1st embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted. In the
図１１〜図１４に示すように、バルーン形成体４４を構成する分割要素４５は、一面側が平面に沿うように形成され、他面側に突出する形状を有する円板状の一体の部材である。分割要素４５は、ゴム等の比較的高い弾性を有する材料により弾性変形可能に構成される。一対の分割要素４５は、平面に沿うように形成される側（以下「内側」といい、その反対側を「外側」という。）を互いに対向させた状態で、ハウジング４の内部空間内においてバルーン部４３を形成する。
As shown in FIGS. 11-14, the division |
分割要素４５は、バルーン部４３を形成するバルーン形成部４６と、バルーン形成部４６の内周側に形成される内周側固定部４７と、バルーン形成部４６の外周側に形成される外周側固定部４８とを有する。
The dividing
バルーン形成部４６は、もう一方の分割要素４５とともにバルーン部４３を形成する。つまり、一対の分割要素４５は、互いのバルーン形成部４６を内側から対向させた状態で、バルーン部４３を形成する。図１４に示すように、バルーン形成部４６は、分割要素４５の外側に膨出する円環状の突出部分である。したがって、バルーン形成部４６は、分割要素４５の内側から見ると、円環状の凹部を形成する。バルーン形成部４６は、円板状の分割要素４５の外形に沿って分割要素４５の外周側の部分に形成される。
The
バルーン形成部４６は、もう一方の分割要素４５のバルーン形成部４６とともにバルーン部４３を形成する状態で、ハウジング４の内部空間を形成する壁面に沿う形状を有する。本実施形態では、バルーン形成部４６は、分割要素４５の外周端側に、ハウジング４を構成する第一ハウジング部材１１および第二ハウジング部材１２のそれぞれの斜面部１１ｂ、１２ｂに沿うように斜面部４６ａを有する（図１４参照）。
The
内周側固定部４７は、バルーン形成部４６の内周側に形成され、振動板３に固定される部分である。内周側固定部４７は、分割要素４５において、円環状のバルーン形成部４６の内周側の部分を形成する平面状の部分である。内周側固定部４７は、分割要素４５において外側に突出するバルーン形成部４６に対する基部を形成する。つまり、内周側固定部４７の内側の面は、分割要素４５において内側の端面を形成する。
The inner peripheral
外周側固定部４８は、バルーン形成部４６の外周側に形成され、ハウジング４に固定される部分である。外周側固定部４８は、分割要素４５において、円環状のバルーン形成部４６の外周側の部分を形成する平面状の部分である。つまり、外周側固定部４８は、分割要素４５において円環状のバルーン形成部４６の外周側に形成される鍔状の部分である。外周側固定部４８は、分割要素４５において外側に突出するバルーン形成部４６に対する基部を形成する。つまり、外周側固定部４８の内側の面は、分割要素４５において内側の端面を形成する。また、外周側固定部４８は、外周側の縁端部に、突縁部４８ａを有する。突縁部４８ａは、分割要素４５の縁端部に沿って外側に突出するように形成される。
The outer peripheral
図１１〜図１３に示すように、一対の分割要素４５は、ハウジング４の内部空間内において、互いに内側を対向させた状態で上下に配置されることで、振動板３の周囲にてバルーン部４３を形成する。分割要素４５は、内周側固定部４７の部分が振動板３に固定されるとともに、外周側固定部４８の部分がハウジング４に固定されることで、ハウジング４の内部空間内にて支持される。
As shown in FIGS. 11 to 13, the pair of
具体的には、上側に配置される分割要素４５の内周側固定部４７は、固定板８と振動板３と連結部材６の板固定部６ｂとがボルト９によって固定される構成において、振動板３と固定板８との間に挟まれることで、振動板３に固定される。このため、内周側固定部４７には、ボルト９を貫通させる孔部４７ａが形成されている（図１４参照）。また、同じく上側に配置される分割要素４５の外周側固定部４８は、ハウジング４を構成する第一ハウジング部材１１とスペーサ部材１５との間に挟まれることで、ハウジング４に固定される。なお、第一ハウジング部材１１の下側の端面には、外周側固定部４８が有する突縁部４８ａが嵌る円環状の溝部１１ｃが形成されている。
Specifically, the inner peripheral
一方、下側に配置される分割要素４５の内周側固定部４７は、固定板８と振動板３と連結部材６の板固定部６ｂとがボルト９によって固定される構成において、振動板３と連結部材６の板固定部６ｂとの間に挟まれることで、振動板３に固定される。また、同じく下側に配置される分割要素４５の外周側固定部４８は、ハウジング４を構成する第二ハウジング部材１２とスペーサ部材１５との間に挟まれることで、ハウジング４に固定される。なお、第二ハウジング部材１２の上側の端面には、外周側固定部４８が有する突縁部４８ａが嵌る円環状の溝部１２ｃが形成されている。
On the other hand, the inner peripheral
また、分割要素４５においては、ポンプ３１を構成する部材間に挟まれた状態で固定される内周側固定部４７および外周側固定部４８のそれぞれの部分における内側および外側の両面に、滑り止め部４５ａが形成されている。滑り止め部４５ａは、分割要素４５の平面部においてわずかに突出する同心円状の突部である。
Further, in the
以上のように、本実施形態のポンプ３１においては、一対の分割要素４５によって上下に分割されるバルーン形成体４４により、振動板３をハウジング４に連結させるバルーン部４３が形成される。詳細には、上述のとおりハウジング４の内部空間内にて固定される一対の分割要素４５が有するバルーン形成部４６により、バルーン部４３が形成される。
As described above, in the
このように、バルーン部４３を形成するバルーン形成体４４が上下二枚の分割構造であることにより、上述したように上記（１）〜（３）の条件を満足することを目標として形成されるバルーン形成体４４の作成を容易に行うことができる。すなわち、バルーン形成体４４を構成する各分割要素４５は、円板状の部材であるため、例えば射出成形等によって容易に作成することができるので、バルーン形成体４４を上記（１）〜（３）の条件を満足するような所望の形状にすることを容易に実現できる。
As described above, the
続いて、本実施形態のポンプ３１においてバルーン部４３を構成する膜構造の好ましい構成について、図１５を用いて説明する。図１５に示すように、本構成のバルーン部４３は、内周側に、織物により形成される補強膜層５１を有する。補強膜層５１は、平織（２軸織）、３軸織、４軸織等の織物や不織布等により構成される。
Next, a preferred configuration of the membrane structure constituting the
本実施形態では、バルーン部４３を形成するバルーン形成体４４は、一対の分割要素４５からなる分割構造であるため、各分割要素４５の内側に、補強膜層５１が設けられる。補強膜層５１は、分割要素４５を構成するゴム膜に対して接着剤などにより貼り付けられることで固定される。なお、補強膜層５１は、ゴム膜により挟まれること等により、バルーン部４３を構成する膜の内部に設けられてもよい。
In the present embodiment, the
このように、バルーン部４３の内周側に補強膜層５１が設けられることで、バルーン部４３を構成するゴム膜が補強され、バルーン膜の伸縮を抑制することができる。すなわち、織物により形成される補強膜層５１は、バルーン部４３を構成するゴム膜よりも素材自体の伸縮性に乏しいため、バルーン膜の伸縮が、ゴム膜の内側に貼り付いた補強膜層５１によって抑えられる。したがって、補強膜層５１は、バルーン形成体４４において少なくともバルーン部４３を形成する部分、つまり本実施形態では分割要素４５のバルーン形成部４６の内面側に設けられればよい。
Thus, by providing the reinforcing
補強膜層５１は、同種のあるいは異なる種類の織物が複数積層されることで構成されてもよい。ただし、分割要素４５においてバルーン部４３を形成する部分であるバルーン形成部４６は、振動板３の往復運動にともなう曲げに対して柔軟であり、バルーン膜の伸縮に対して高い強度を有する必要がある。このため、補強膜層５１の積層構造については、積層数が増えることにより増加する曲げに対する抵抗力との兼ね合いで、曲げに対する十分な柔軟性が確保されるように、積層する層の数や織物の種類等が定められる。
The reinforcing
なお、補強膜層５１を備える構成は、第一実施形態のポンプ１のように、バルーン部１３が一体の筒状のバルーン形成体１４により形成される構成においても適用可能である。この場合、補強膜層５１は、例えばバルーン形成体１４と同様に筒状に形成され、バルーン部１３の内側の面に貼り付けられた状態で設けられる。
In addition, the structure provided with the reinforcement film |
また、バルーン部４３を構成する膜構造としては、ゴム等の弾性材料による単層構造のほか、弾性材料、織物、金属線、金網、樹脂フィルム等の材料から選択された単層構造や、これらの材料による同種あるいは種類の異なる材料による積層構造等であってもよい。また、バルーン部４３を構成する膜構造としては、弾性材料に金属ワイヤーを編み込んだ構造等、異なる種類の材料が共通の層に混在する構成であってもよい。さらに、バルーン部４３の表面には、流体との反応を抑制するためのコーティングを施すことで保護膜を形成してもよい。
In addition to the single-layer structure made of an elastic material such as rubber, the film structure constituting the
本発明の活用例として、空気等のガスを送給の対象とするガスポンプ、水やオイル等を送給の対象とする液体ポンプ、薬品の注入や透析等に用いられる医療用ポンプ等が挙げられる。 Examples of utilization of the present invention include gas pumps that are supplied with gas such as air, liquid pumps that are supplied with water or oil, medical pumps used for injection of chemicals, dialysis, and the like. .
１ ポンプ
２ ポンプ室
３ 振動板
４ ハウジング
１１ｂ 斜面部
１２ｂ 斜面部
１３ バルーン部
１４ バルーン形成体
３１ ポンプ
４３ バルーン部
４４ バルーン形成体
４５ 分割要素
４６ バルーン形成部
４７ 内周側固定部
４８ 外周側固定部
５１ 補強膜層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ハウジングの内部空間を形成する壁面は、前記バルーン部が接触するとともに前記振動板の往復運動の方向の各方向を頂点側とする円錐形状の一部形状をなす斜面部を有し、
前記斜面部の前記往復運動の方向に対する傾斜角度、前記バルーン部の前記往復運動の方向に沿う中心軸を通る面の断面形状における周長、および径方向の寸法、並びに前記振動板の半径が、前記振動板の往復運動の範囲で、次式により定義されるひずみの値が最小となるように設定されていることを特徴とするポンプ。
ε＝｛（ｖ−ｖn）／ｖn｝×１００
ここで、ε：ひずみ（％）、ｖ：前記振動板の中心位置から前記バルーン部の周方向の所定の位置までの距離、ｖn：前記振動板が往復運動の範囲の中央位置にあるときのｖである。 A diaphragm that reciprocates, a housing that forms a pump chamber whose volume changes as the diaphragm reciprocates, and is provided around the diaphragm to maintain airtightness between the diaphragm and the housing And a balloon forming body that forms a hollow balloon portion that allows the diaphragm to reciprocate by elastic deformation, and sucks fluid into the pump chamber and pumps by the reciprocating movement of the diaphragm. A pump for delivering fluid by delivering fluid from the chamber,
The wall surface forming the internal space of the housing has a slope portion that forms a part of a conical shape with each direction of the reciprocating motion direction of the diaphragm as the apex side while the balloon portion is in contact with the wall portion,
An inclination angle of the slope portion with respect to the reciprocating direction, a circumferential length in a cross-sectional shape of a surface passing through a central axis along the reciprocating direction of the balloon portion, a radial dimension, and a radius of the diaphragm, The pump is characterized in that it is set so that the strain value defined by the following equation is minimized within the range of the reciprocating motion of the diaphragm.
ε = {(v−v n ) / v n } × 100
Here, ε: strain (%), v: distance from the center position of the diaphragm to a predetermined position in the circumferential direction of the balloon portion, v n : when the diaphragm is at the center position of the range of reciprocating motion V.
前記ハウジングの内部空間を形成する壁面は、前記バルーン部が接触するとともに前記振動板の往復運動の方向の各方向を頂点側とする円錐形状の一部形状をなす斜面部を有し、
前記斜面部の前記往復運動の方向に対する傾斜角度、前記バルーン部の前記往復運動の方向に沿う中心軸を通る面の断面形状における周長、および径方向の寸法、並びに前記振動板の半径が、前記バルーン部のうち前記振動板の往復運動の全範囲で前記斜面部に接触する部分以外の部分上の任意の点の、前記バルーン部の周方向についての軌跡である円の半径の変化量が、前記振動板の往復運動の範囲で最小となるように設定されていることを特徴とするポンプ。 A diaphragm that reciprocates, a housing that forms a pump chamber whose volume changes as the diaphragm reciprocates, and is provided around the diaphragm to maintain airtightness between the diaphragm and the housing And a balloon forming body that forms a hollow balloon portion that allows the diaphragm to reciprocate by elastic deformation, and sucks fluid into the pump chamber and pumps by the reciprocating movement of the diaphragm. A pump for delivering fluid by delivering fluid from the chamber,
The wall surface forming the internal space of the housing has a slope portion that forms a part of a conical shape with each direction of the reciprocating motion direction of the diaphragm as the apex side while the balloon portion is in contact with the wall portion,
An inclination angle of the slope portion with respect to the reciprocating direction, a circumferential length in a cross-sectional shape of a surface passing through a central axis along the reciprocating direction of the balloon portion, a radial dimension, and a radius of the diaphragm, The amount of change in the radius of a circle, which is a trajectory in the circumferential direction of the balloon portion, at any point on the balloon portion other than the portion that contacts the slope portion in the entire range of the reciprocating motion of the diaphragm is The pump is characterized in that it is set to be minimum within the range of reciprocating motion of the diaphragm.
各前記分割要素は、もう一方の前記分割要素とともに前記バルーン部を形成するバルーン形成部と、該バルーン形成部の内周側に形成され、前記振動板に固定される内周側固定部と、前記バルーン形成部の外周側に形成され、前記ハウジングに固定される外周側固定部と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のポンプ。 The balloon forming body has two dividing elements divided in the reciprocating direction of the diaphragm,
Each of the split elements includes a balloon forming part that forms the balloon part together with the other split element, an inner peripheral side fixing part that is formed on the inner peripheral side of the balloon forming part and is fixed to the diaphragm, The pump according to claim 1, further comprising: an outer peripheral side fixing portion that is formed on an outer peripheral side of the balloon forming portion and is fixed to the housing.
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