JP2013019295A - ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ダイヤフラムポンプにおいて、組立時における作業性の向上と組立の自動化の導入を容易とする。
【解決手段】 モータ２の出力軸２ａが軸着されたクランク４の上面には、出力軸２ａを中心としたリング状の係入溝５が設けられている。駆動体７には駆動軸９ｂが一体形成され、駆動軸９ｂの下端部９ｃが係入溝５に係入されることにより、軸線９ｄが傾斜した状態となる。クランク４の回転によって、係入溝５内に設けられた係合部が下端部９ｃに係合するので、駆動軸９ｂはクランク４の回転に追従して軸線９ｄが傾斜方向を変えながら回転する。したがって、駆動体７の駆動子７ａに取り付けられたダイヤフラム部１２ａが上下に移動することにより、ポンプ室１８が収縮・拡張するのでポンプ作用が行われる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、血圧計や家電製品等に供給する流体を加圧または減圧するためのダイヤフラムポンプに関するものである。

この種のダイヤフラムポンプとしては、駆動源としてのモータと、このモータの駆動によって回転するクランクと、このクランクの回転中心から偏位した部位に、一端部がクランクの回転軸に対して傾斜した状態で固定される駆動軸と、この駆動軸の他端部が嵌挿される非貫通穴が設けられ当該駆動軸に回転自在に枢支される駆動体と、この駆動体の各揺動端部にポンプ室を形成するためのダイヤフラム部が取り付けられたダイヤフラムとを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載されたダイヤフラムポンプでは、モータの駆動によってクランクが回転すると、駆動軸が傾斜方向を変えながらモータの出力軸の周りを回転することにより、駆動体の各揺動端部が順次往復移動する。したがって、各ポンプ室が順次拡縮するので、ポンプ室が拡張することにより大気からエアーがポンプ室内に吸入され、次いで、ポンプ室が収縮することによりポンプ室内のエアーが加圧対象物である血圧計等へ供給されるものである。

特許第２５５１７５７号公報

上述したようなダイヤフラムポンプを組み立てる場合、予め、モータの出力軸に取り付けたクランクに駆動軸の一端部を固定するとともに、駆動体の各揺動端部にダイヤフラムのダイヤフラム部のそれぞれを取り付けておき、次いで、駆動体に設けた非貫通穴に駆動軸の他端部を嵌挿させるようにしている。この非貫通穴に駆動軸を嵌装する作業は、鉛直方向に対して傾斜した駆動軸に、非貫通穴の開口部を下方に指向させた状態、すなわち開口部を目視できない状態で、駆動軸の上方から当該駆動軸に非貫通穴を嵌め合わせなければならないため、作業が面倒で熟練を要するため作業性が悪いというだけではなく、組立の自動化の障害となっているという問題があった。

本発明は上記した従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、組立時における作業性の向上と組立の自動化の導入を容易とすることにある。

この目的を達成するために、本発明は、ポンプ室を形成するダイヤフラム部を有するダイヤフラムと、前記ダイヤフラム部を往復移動させ前記ポンプ室を拡縮するように揺動動作する駆動体と、モータを駆動源として回転するクランクと、このクランクと前記駆動体との間に介在しクランクの回転動作を駆動体の揺動動作に変換する駆動軸とを備えたダイヤフラムポンプにおいて、前記駆動軸を前記駆動体と同一部材または別部材によって一体化し、前記クランクに前記駆動軸を係入するための係入溝を設け、この係入溝は、クランクの回転軸を中心としたリング状に形成され、この係入溝に、前記クランクが回転するときに前記駆動軸に係合し当該駆動軸をクランクの回転に追従させて回転させる係合部を設けたものである。

本発明は、前記発明において、前記クランクの前記係入溝に囲まれた部位に、当該係入溝内へ前記駆動軸を案内するための案内部を設けたものである。

本発明は、前記発明のいずれか一つの発明において、前記ダイヤフラムを保持するダイヤフラムホルダーを備え、前記駆動体の前記駆動軸が設けられた部位と反対側の部位に揺動支点軸を設け、前記ダイヤフラムホルダーに前記揺動支点軸を支持するための支持部を設けたものである。

本発明によれば、駆動軸を穴ではなくリング状に形成した係入溝に挿入するため、挿入作業が容易となり組立の作業性が向上する。

前記発明のうちの一つの発明によれば、駆動軸が案内部によって係入溝に案内されるから、組み付ける際に係入溝に対する駆動軸の位置合わせが不要になるため、組立の自動化の導入が容易となる。

前記発明のうちの一つの発明によれば、駆動体がクランクとダイヤフラムホルダーとで挟持されるため、駆動体の揺動動作が安定し、ポンプ室の拡縮動作も安定することにより、供給される流体の脈流を規制することができる。

本発明に係るダイヤフラムポンプの断面図で、一つのポンプ室が拡張した状態を示す。 本発明に係るダイヤフラムポンプの断面図で、一つのポンプ室が収縮した状態を示す。 本発明に係るダイヤフラムポンプにおけるクランクを示し、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は正面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）におけるIII（Ｃ）-III（Ｃ） 線断面図、同図（Ｄ）は斜視図である。 本発明に係るダイヤフラムポンプにおける駆動体を示し、同図（Ａ）は下方から視た斜視図、同図（Ｂ）は正面図である。 本発明に係るダイヤフラムポンプにおける駆動体を示し、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は底面図である。 本発明に係るダイヤフラムポンプにおける駆動体の第２の実施の形態を示す断面図である。 本発明に係るダイヤフラムポンプにおける駆動体の第３の実施の形態を示す断面図である。 本発明に係るダイヤフラムポンプにおける駆動体の第４の実施の形態を示す断面図である。 本発明に係るダイヤフラムポンプにおける駆動体の第５の実施の形態を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図９に基づいて説明する。なお、明細書中において方向を説明するために使用した「上、下」は、説明の便宜上図中における方向をいうものであって、本発明に係るダイヤフラムポンプを実際に使用する際の上・下とは必ずしも一致するものではない。

図１に全体を符号１で示すダイヤフラムポンプは、駆動源であるモータ２を備えている。このモータ２は、有底円筒状に形成されたケース３の底部３ａの外側に、出力軸２ａが底部３ａに設けた軸孔からケース３内に臨むように、ボルトによって取り付けられている。

４は略円柱状に形成されたクランクであって、図３（Ｃ）に示すように底面の中央部に鉛直方向に延在しモータ２の出力軸２ａが圧入されて軸着される非貫通穴４ａが設けられている。このクランク４の上面には、非貫通穴４ａ（クランク４の回転軸）を中心とした円周方向に延在する平面視リング状の係入溝５が形成されている。この係入溝５の非貫通穴４ａ側の壁面５ａは、同図（Ｃ）に示すように、鉛直方向に対して上方に向かって非貫通穴４ａ（クランク４の中心）側に角度αだけ傾斜している。この係入溝５内の一部には、クランク４を回転させることにより、係入溝５内に係入される後述する駆動軸９ｂの下端部９ｃが係合し、当該駆動軸９ｂをクランク４の回転に追従して回転させる係合部５ｂが設けられている。

また、クランク４の上面で係入溝５に囲まれた部位、すなわちクランク４の上面の中央部には、円錐形に形成された案内部６が立設されており、この案内部６の側面６ａは、断面が鉛直方向から上記角度αよりも大きい角度βによって傾斜している。この案内部６の側面６ａの下端と、上記した係入溝５の内周面５ａの上端とは連設されている。

７は駆動体であって、厚み方向と直交する方向に突設された三つの駆動子７ａが、図５（Ａ）に示すように平面視において円周方向に互いに等角度（１２０°）をおいて一体に設けられている。これら駆動子７ａは、図４（Ｂ）に示すように基端部から揺動端部側に向かっていずれも同じ角度だけ下方にわずかに傾斜するように形成され、各揺動端部にはダイヤフラム部取付孔７ｂが設けられている。

また、この駆動体７の上面の中央部には、図４（Ｂ）に示すように上端部が半球状に形成された揺動支点軸８が上方に突設されている。さらに、駆動体７の下面の中央部には、円柱状に形成された支持部９と、この支持部９の下端に設けられた円錐台状に形成された非摺接部９ａと、この非摺接部９ａの下端に設けられた駆動軸９ｂとが、樹脂によって駆動体７と一体に形成されており、駆動軸９ｂの下端部９ｃは半球状に形成されている。駆動軸９ｂの軸線９ｄは、駆動子７ａの延在方向と略直交する方向を指向し、駆動軸９ｂと揺動支点軸８とは、駆動体７を挟んで互いに反対方向を指向するように、駆動軸９ｂの軸線９ｄ上に設けられている。また、駆動軸９ｂの全長Ｌ２が係入溝５の深さＬ１よりも長く形成されている。

１０は逆有底円筒状に形成され後述するダイヤフラム１２を保持するダイヤフラムホルダーであって、天井部１１の下面の中央部には、上記した揺動支点軸８を軸線方向の傾斜角度を自在とした状態で、かつ軸線周りに回転自在に支持する凹状に形成された軸受部１１ａが設けられている。また、この天井部１１には、円筒状に形成された三つの保持筒１１ｂ（一つの保持筒１１ｂのみ図示）が平面視において円周方向に互いに等角度（１２０°）をおいて設けられている。

１２はゴム等の柔軟性を有する材料によって略円板状に形成されたダイヤフラムであって、薄肉状に形成された三つのダイヤフラム部１２ａが平面視において円周方向に互いに等角度（１２０°）をおいて設けられている。このダイヤフラム部１２ａの下部にはピストン部１２ｂが一体に設けられ、ピストン部１２ｂの下端には細径部１２ｃが一体に設けられている。

１３は円筒部１３ａを有する略有底円筒状に形成された隔壁体としてのバルブホルダーであって、底部の上面の中央部に係合凸部１３ｂが突設され、この係合凸部１３ｂの周りには円筒状の仕切壁１３ｃが立設されている。また、このバルブホルダー１３の底部には、係合凸部１３ｂの周りに平面視において円周方向に等角度（１２０°）をおいた三つの吐出孔１３ｄ（一つの吐出孔１３ｄのみ図示）が設けられているとともに、仕切壁１３ｃの周りに平面視において円周方向に等角度（１２０°）をおいた三つの吸入孔１３ｅ（一つの吸入孔１３ｅのみ図示）が設けられている。

図１および図２において、１４は係合凸部１３ｂに取り付けられ吐出孔１３ｄを開閉するハット状に形成された吐出用弁体であって、後述する吐出用空間２０からポンプ室１８内への流体の逆流を規制する。１５は吸入孔１３ｅを開閉するアンブレラ状に形成された吸入用弁体であって、ポンプ室１８内から吸入孔１３ｅへの流体の逆流を規制する。

図１および図２において、１６は逆有底円筒状に形成された蓋体であって、外周縁に円筒部１６ａが下方に向かって一体に突設され、中央部に円筒部１６ａと同心円上で円筒状に形成された仕切壁１６ｂが下方に向かって一体に突設されている。この蓋体１６の天井部の中央部には、吐出口１６ｃが形成された吐出用筒部１６ｄが一体に立設されており、天井部の周縁の一部には、吸入口１６ｅが形成された吸入用筒部１６ｆが一体に立設されている。

次に、このように構成されたダイヤフラムポンプの組立方法について説明する。予め、バルブホルダー１３に吸入用弁体１５を取り付けるとともに、係合凸部１３ｂに吐出用弁体１４を取り付け、バルブホルダー１３に蓋体１６を重ねて溶着等により密閉し、バルブホルダー組立体１７を形成する。この状態で、蓋体１６とバルブホルダー１３との間に、吸入孔１３ｅと吸入口１６ｅとを連通させる平面視リング状の吸入用空間１９が形成されるとともに、吐出孔１３ｄと吐出口１６ｃとを連通させる吐出用空間２０が形成される。また、モータ２をケース３にボルト（図示せず）によって取り付け、このモータ２の出力軸２ａにクランク４の非貫通穴４ａを圧入することにより、クランク４を出力軸２ａに固定する。

次いで、ダイヤフラム１２のダイヤフラム部１２ａのそれぞれをダイヤフラムホルダー１０の各保持筒１１ｂ内に挿入して、ダイヤフラム１２をダイヤフラムホルダー１０上に載置する。次いで、各ピストン部１２ｂの細径部１２ｃを駆動体７の各駆動子７ａの取付孔７ｂに取り付け、駆動体７の揺動支点軸８をダイヤフラムホルダー１０の軸受部１１ａに当接させることにより、駆動体７とダイヤフラム１２がダイヤフラムホルダー１０に組み付けられ、ダイヤフラムホルダー組立体２２が形成される。

このダイヤフラムホルダー組立体２２にバルブホルダー組立体１７を重ね、ポンプ組立体２３を形成する。この状態で、バルブホルダー１３とダイヤフラム１２の各ダイヤフラム部１２ａとによって、三つのポンプ室１８（一つのポンプ室１８のみ図示）が形成され、各ポンプ室１８にバルブホルダー１３の三組の吐出口１３ｄおよび吸入口１３ｅのそれぞれが対応する。次いで、このポンプ組立体２３をケース３の上方から降下させ、ケース３上にポンプ組立体２３を載置することにより、駆動体７の駆動軸９ｂの下端部９ｃをクランク４の係入溝５に係入させる。このとき、クランク４の係入溝５に囲まれた部位に円錐状の案内部６が設けられ、かつ案内部６の側面６ａの下端と係入溝５の内周面５ａの上端とが連設されている。したがって、駆動軸９ｂの下端部９ｃが案内部６の側面６ａに当接し、この側面６ａに案内されながら降下し、下端部９ｃが係入溝５内に係入される。

この状態で、図２に示すように駆動体７の下端は駆動軸９ｂを介して係入溝５に支持され、上端は揺動支点軸８がダイヤフラムホルダー１０の軸受部１１ａに当接し、係入溝５に係入された駆動軸９ｂは非貫通穴４ａ側の壁面５ａに倒れ込み、駆動軸９ｂの軸線９ｄは鉛直方向から角度αだけ傾斜している。また、駆動軸９ｂの全長Ｌ２が係入溝５の深さＬ１よりも長く形成され、非摺接部９ａの周面が角度βによって傾斜していることにより、非摺接部９ａの周面が案内部６から離間し案内部６と非接触状態になっている。

このように、駆動軸９ｂを穴ではなくリング状に形成した係入溝５に挿入するため、挿入作業が容易となり組立の作業性が向上する。したがって、駆動体７を降下させるだけでクランク４の係入溝５に駆動軸９ｂの下端部９ｃが係入されるため、従来のように鉛直方向に対して傾斜した駆動軸に、非貫通穴の開口部を下方に指向させた状態で、駆動軸の上方から当該駆動軸に非貫通穴を嵌め合わすといった面倒で熟練を要する作業が不要になる。しかも、係入溝５内に駆動軸９ｂの下端部９ｃを案内する案内部６を設けたことにより、より確実に下端部９ｃを係入溝５内に係入させることができるため、組付けの自動化を容易に導入することが可能になる。

ポンプ組立体２３とケース３とをばね（図示せず）によって一体化することにより、ダイヤフラムポンプ１が形成される。

次に、このように構成されたダイヤフラムポンプ１におけるポンプ作用について説明する。モータ２を駆動し、出力軸２ａを介してクランク４を回転させると、係入溝５の係合部５ｂが駆動軸９ｂの下端部９ｃに係合するので、駆動軸９ｂは係合部５ｂに係合した状態でクランク４の回転に追従して軸線９ｄの傾斜方向を変えながら回転する。したがって、三つの駆動子７ａのそれぞれの揺動端部が順次上下方向に揺動する。

一つ目の駆動子７ａの揺動端部が下方に移動すると、図１に示すようにピストン部１２ｂを介して一つ目のポンプ室１８が拡張するので、そのポンプ室１８内のエアーが負圧状態になる。したがって、吸入用弁体１５による吸入孔１３ｅの閉塞が解除され吸入孔１３ｅが開放される。この状態で、外部の大気から蓋体１６の吸入口１６ｅを通って吸入されたエアーは、吸入空間１９を介して吸入孔１３ｅを通って、一つ目のポンプ室１８内に流入する。

次に、拡張した一つ目のポンプ室１８の駆動子７ａの揺動端部が上方に移動すると、図２に示すように一つ目のポンプ室１８は収縮するから、一つ目のポンプ室１８内のエアーの圧力が高くなり、吐出用弁体１４による吐出孔１３ｄの閉塞が解除され吐出孔１３ｄが開放されるから、一つ目のポンプ室１８内のエアーは吐出孔１３ｄから吐出空間２０を介して吐出口１６ｃを通って、エアーチューブ（図示せず）等に接続された加圧対象物に供給される。

さらに、出力軸２ａを介してクランク４が回転し、二つ目の駆動子７ａの揺動端部が下方に移動することにより二つ目のポンプ室１８が拡張するので、そのポンプ室１８内のエアーが負圧状態になる。したがって、吸入用弁体１５による吸入孔１３ｅの閉塞が解除され吸入孔１３ｅが開放される。この状態で、外部の大気から蓋体１６の吸入口１６ｅを通って吸入されたエアーは、吸入空間１９を介して吸入孔１３ｅを通って、二つ目のポンプ室１８内に流入する。

次に、拡張した二つ目のポンプ室１８の駆動子７ａの揺動端部が上方に移動すると、ポンプ室１８は収縮するから、ポンプ室１８内のエアーの圧力が高くなり、吐出用弁体１４による吐出孔１３ｄの閉塞が解除され吐出孔１３ｄが開放されるから、二つ目のポンプ室１８内のエアーは吐出孔１３ｄから吐出空間２０を介して吐出口１６ｃを通って、エアーチューブ（図示せず）等に接続された加圧対象物に供給される。

さらに、出力軸２ａを介してクランク台５が回転し、三つ目の駆動子７ａの揺動端部が下方に移動することにより三つ目のポンプ室１８が拡張するので、そのポンプ室１８内のエアーが負圧状態になる。したがって、吸入用弁体１５による吸入孔１３ｅの閉塞が解除され吸入孔１３ｅが開放される。この状態で、外部の大気から蓋体１６の吸入口１６ｅを通って吸入されたエアーは、吸入空間１９を介して吸入孔１３ｅを通って、三つ目のポンプ室１８内に流入する。

次に、拡張した三つ目のポンプ室１８の駆動子７ａの揺動端部が上方に移動すると、ポンプ室１８は収縮するから、三つ目のポンプ室１８内のエアーの圧力が高くなり、吐出用弁体１４による吐出孔１３ｄの閉塞が解除され吐出孔１３ｄが開放されるから、三つ目のポンプ室１８内のエアーは吐出孔１３ｄから吐出空間２０を介して吐出口１６ｃを通って、エアーチューブ（図示せず）等に接続された加圧対象物に供給される。このように、三つのポンプ室１８が順次拡縮動作をするので、吐出口１６ｃから加圧対象物に脈動流の少ないエアーが連続的に供給される。

しかも、駆動子７ａの揺動動作は、駆動体７の上端が揺動支点軸８を介してダイヤフラムホルダー１０の軸受部１１ａに支持され、揺動支点軸８を揺動中心として揺動動作するため、各駆動子７ａの揺動幅が一定となり安定した揺動動作が得られる。このため、各ポンプ室１８の拡縮動作にばらつきがなく安定することにより、各ポンプ室１８から供給されるエアーの量が一定するから、供給されるエアーによる脈流を規制することができる。

次に、図６を用いて、本発明に係るダイヤフラムポンプにおける駆動体の第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態においては、駆動軸２５が駆動体７と樹脂で一体形成されているのではなく、駆動軸２５が駆動体７とは別部材によって構成されている点に特徴を有する。すなわち、非摺接部９ａの下端の中央部には、非貫通穴９ｅが形成されており、この非貫通穴９ｅに金属または摺動部材によって形成された駆動軸２５の一端部が圧入され固定されている。このように、係入溝５との間で負荷が比較的大きくかかる駆動軸２５を金属または摺動部材によって形成することにより、駆動軸２５の耐久性や耐摩耗性を向上させることが可能になる。

次に、図７を用いて、本発明に係るダイヤフラムポンプにおける駆動体の第３の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態においては、駆動軸９ｂは駆動体７に樹脂によって一体形成されているが、揺動支点軸２６は駆動体７とは別部材によって構成されている点に特徴を有する。すなわち、駆動体７の上面の中央部には、非貫通穴７ｃが形成されており、この非貫通穴７ｃに金属または摺動部材によって形成された揺動支点軸２６の一端部が圧入され固定されている。この第３の実施の形態では、揺動支点軸２６に比較的多くの負荷がかかる負圧型のダイヤフラムポンプに有効である。

次に、図８を用いて、本発明に係るダイヤフラムポンプにおける駆動体の第４の実施の形態について説明する。この第４の実施の形態においては、上述した第２の実施の形態と第３の実施の形態とを同時に採用したものであり、駆動軸２５および揺動支点軸２６が駆動体７と別部材によって構成されている。この第４の実施の形態においては、第２および第３の実施の形態の機能を兼ね備えることにより、加圧型および負圧型のいずれにも適用できるため汎用性が高い。

次に、図９を用いて、本発明に係るダイヤフラムポンプにおける駆動体の第５の実施の形態について説明する。この第５の実施の形態においては、駆動体７と支持部９とを貫通する貫通孔９ｆに一本の駆動軸２７が圧入され固定されている。この駆動軸２７の下部２７ａは支持部９から下方へ突出し、上述したクランク４の係入溝５に係入され、駆動体７から上方へ突出した上部２７ｂはダイヤフラムホルダー１０の軸受部１１ａに支持される。この第５の実施の形態では、ダイ４の実施の形態に比べて、一本の駆動軸２７が揺動支点軸も兼ねるので、部品点数と組立工数を削減できる。

なお、本実施の形態においては、案内部６を円錐状に形成したが、これに限定されず、円柱状に形成してもよく、要は駆動体７を降下させたときに駆動軸９ｂが当接し駆動軸９ｂが係入溝５内に案内される形状であればよい。また、本実施の形態においては、ポンプ室１８を三つ備えた、いわゆる三気筒のダイヤフラムポンプについて説明したが、二気筒以下、または四気筒以上のダイヤフラムポンプにも適用できることは勿論である。

１…ダイヤフラムポンプ、２…モータ、４…クランク、５…係入溝、５ｂ…係合部、６…案内部、７…駆動体、７ａ…駆動子、８，２６…揺動支点軸、９ｂ，２５，２７…駆動軸、１０…ダイヤフラムホルダー、１１ａ…軸受部、１２…ダイヤフラム、１２ａ…ダイヤフラム部、１３…バルブホルダー（隔壁体）、１３ｄ…吐出孔、１３ｅ…吸入孔、１４…吐出用弁体、１５…吸入用弁体、１６…蓋体、１６ｃ…吐出口、１６ｅ…吸入口、１７…ダイヤフラム組立体、１８…ポンプ室。

Claims (3)

1. ポンプ室を形成するダイヤフラム部を有するダイヤフラムと、前記ダイヤフラム部を往復移動させ前記ポンプ室を拡縮するように揺動動作する駆動体と、モータを駆動源として回転するクランクと、このクランクと前記駆動体との間に介在しクランクの回転動作を駆動体の揺動動作に変換する駆動軸とを備えたダイヤフラムポンプにおいて、
   前記駆動軸を前記駆動体と同一部材または別部材によって一体化し、
   前記クランクに前記駆動軸を係入するための係入溝を設け、
   この係入溝は、クランクの回転軸を中心としたリング状に形成され、
   この係入溝に、前記クランクが回転するときに前記駆動軸に係合し当該駆動軸をクランクの回転に追従させて回転させる係合部を設けたことを特徴とするダイヤフラムポンプ。
2. 前記クランクの前記係入溝に囲まれた部位に、当該係入溝内へ前記駆動軸を案内するための案内部を設けたことを特徴とする請求項１記載のダイヤフラムポンプ。
3. 前記ダイヤフラムを保持するダイヤフラムホルダーを備え、
   前記駆動体の前記駆動軸が設けられた部位と反対側の部位に揺動支点軸を設け、
   前記ダイヤフラムホルダーに前記揺動支点軸を受ける軸受部を設けたことを特徴とする請求項１または２記載のダイヤフラムポンプ。

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