JP2018066309A - ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】駆動体のボールとの接触部分の磨耗や発熱が少なく、寿命が長いダイヤフラムポンプを提供する。【解決手段】駆動機構２５は、モータ２の出力軸４と一体に回る回転体２６と、駆動軸２７と、駆動体２８と、複数のボール３５とを備える。駆動軸２７は、一端部２７ａが回転体２６における出力軸４とは偏心した部位に支持されるとともに他端部２７ｂにおいて出力軸４に対する偏心量が少なくなる方向に傾斜している。駆動体２８は、駆動軸２７の他端部２７ｂが回転自在に嵌合する非貫通孔３２を有するとともにダイヤフラム７の往復運動部分に接続された腕部３６を有する。複数のボール３５は、駆動軸２７における他端部２７ｂの軸端面３４と非貫通孔３２の底面３３との間に介装され、互いに接触する状態で駆動軸２７の軸線方向に並んでいる。【選択図】図１

Description

本発明は、傾斜した駆動軸が回転することによりダイヤフラム側の駆動体が往復運動する駆動機構を備えたダイヤフラムポンプに関する。

従来のこの種のダイヤフラムポンプとしては、例えば特許文献１に記載されているものがある。
特許文献１に開示されたダイヤフラムポンプは、ポンプ室の壁の一部を構成するダイヤフラムと、このダイヤフラムを駆動してポンプ室の容積を増減させる駆動機構とを備えている。

駆動機構は、モータの回転を往復運動に変換してダイヤフラムに伝達するもので、モータの出力軸と一体に回転する回転体と、ダイヤフラムの往復運動部分に接続された腕部を有する駆動体と、回転体と駆動体とを接続する駆動軸とを備えている。
駆動軸の一端部は、回転体におけるモータの出力軸とは偏心した部位に取付けられている。また、駆動軸は、モータの出力軸に対して傾斜している。この駆動軸が傾斜する方向は、この駆動軸の他端部において出力軸に対する偏心量が少なくなる方向である。
駆動軸の他端部は、駆動体に形成された非貫通孔に挿入されている。駆動軸における他端部の軸端面と、非貫通孔の底面との間には、１個のボールが介装されている。このボールは、ダイヤフラムポンプの運転時に駆動体から駆動軸に加えられる軸線方向の押圧力を受ける。

特開２００２−１３０１３４号公報

特許文献１に記載されている駆動機構では、駆動体とボールとの接触部分に問題があった。すなわち、非貫通孔の内側底面がボールとの摩擦により磨耗するとともに、駆動体とボールとの摩擦により駆動体の温度が上昇する。このように駆動体が磨耗したり、駆動体の温度が上昇すると、ダイヤフラムの寿命が短くなってしまう。
駆動体がボールとの摩擦により磨耗する理由は、駆動軸の回転がボールに伝達され、ボールが駆動軸とともに駆動体に対して回転するからであると考えられる。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、駆動体のボールとの接触部分の磨耗や発熱が少なく抑えられて寿命が長くなるダイヤフラムポンプを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係るダイヤフラムポンプは、ポンプ室の壁の一部を構成するダイヤフラムと、モータの回転を往復運動に変換して前記ダイヤフラムに伝達し、前記ポンプ室の容積を増減させる駆動機構とを備え、前記駆動機構は、前記モータの出力軸と一体に回転する回転体と、一端部が前記回転体における前記出力軸とは偏心した部位に支持されるとともに他端部において前記出力軸に対する偏心量が少なくなる方向に傾斜した駆動軸と、前記駆動軸の前記他端部が回転自在に嵌合する非貫通孔を有するとともに前記ダイヤフラムの往復運動部分に接続された腕部を有する駆動体と、前記駆動軸における前記他端部の軸端面と前記非貫通孔の底面との間に介装され、互いに接触する状態で前記駆動軸の軸線方向に並ぶ複数のボールとを備えたものである。

本発明においては、駆動体の非貫通孔の底面と駆動軸の軸端面との間に複数のボールが挟まれている状態で駆動軸が駆動体に対して回転すると、駆動軸に接するボールに回転力が駆動軸から伝達される。このボールは、隣接する他のボールに点接触により接触しているから、ボールどうしの接触部が回転力の伝達を遮断するようになる。このため、非貫通孔の底面に接触しているボールは、回転しないか、回転したとしても従来のダイヤフラムポンプのボールと較べて回転量が少なくなる。
したがって、本発明によれば、駆動体のボールとの接触部分の磨耗や発熱が少なく抑えられ、従来のものより寿命が長いダイヤフラムポンプを提供することができる。

第１の実施の形態によるダイヤフラムポンプの断面図である。 要部を拡大して示す断面図である。 第２の実施の形態によるダイヤフラムポンプの断面図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明に係るダイヤフラムポンプの一実施の形態を図１および図２によって詳細に説明する。
図１に示すダイヤフラムポンプ１は、いわゆる負圧ポンプで、図１において最も下に位置するモータ２に取付けられ、このモータ２によって駆動されて動作する。
このダイヤフラムポンプ１は、モータ２に固定されたハウジング３を備えている。このダイヤフラムポンプ１を構成する機能部品は、このハウジング３に保持されている。

ハウジング３は、複数の部材をモータ２の軸線方向に組み合わせて円柱状に形成されており、モータ２の出力軸４と同一軸線上に位置付けられている。ハウジング３を構成する複数の部材は、モータ２に取付けられた有底円筒状の底体５と、この底体５の開口部分に取付けられた円筒状のダイヤフラムホルダー６と、このダイヤフラムホルダー６の開口部分に後述するダイヤフラム７を介して取付けられた円板状のバルブホルダー８と、このバルブホルダー８に重なる状態で取付けられた蓋本体９などである。これらのハウジング３を構成する部材は、プラスチック材料によって形成されている。

ダイヤフラム７は、ダイヤフラムホルダー６とバルブホルダー８とによって挟まれて保持されている。また、ダイヤフラム７は、バルブホルダー８に向けて開口する複数のカップ状の変形部１１を有している。これらの変形部１１は、ハウジング３の周方向において、ダイヤフラム７を複数に分割する位置にそれぞれ設けられている。
変形部１１の開口部分は、バルブホルダー８によって閉塞されている。

この変形部１１とバルブホルダー８との間にポンプ室１２が形成されている。すなわち、ダイヤフラム７は、ポンプ室１２の壁の一部を構成している。
カップ状を呈する変形部１１の底壁１１ａにはポンプ室１２とは反対方向に向けて突出する連結片１３が設けられている。この実施の形態においては、この底壁１１ａと連結片１３が本発明でいう「ダイヤフラムの往復運動部分」に相当する。

バルブホルダー８におけるポンプ室１２の壁を構成する部分には、吸入弁１４が設けられているとともに、吸入通路１５と吐出通路１６とが開口している。吸入弁１４は、ゴム材料によって形成され、バルブホルダー８を貫通してバルブホルダー８に固定された軸部１４ａと、バルブホルダー８におけるポンプ室１２側の壁面に密着する弁体１４ｂとを有している。この弁体１４ｂは、吸入通路１５の開口部分を閉塞している。

吸入通路１５は、バルブホルダー８と蓋本体９との間であってハウジング３の外周側に形成された吸入用流体室１７と、この吸入用流体室１７とポンプ室１２とが連通されるようにバルブホルダー８に穿設された第１の貫通孔１８と、蓋本体９の外周部に突設された吸入パイプ１９などによって構成されている。この吸入パイプ１９の内部空間は吸入用流体室１７に接続されている。

第１の貫通孔１８のポンプ室１２側の開口部分は、吸入弁１４の弁体１４ｂによって閉塞されている。吸入用流体室１７は、ハウジング３と同一軸線上に位置する環状に形成されており、各ポンプ室１２にポンプ室１２毎の第１の貫通孔１８を介して連通されている。

吐出通路１６は、バルブホルダー８と蓋本体９との間であってハウジング３の軸心部に形成された吐出用流体室２１と、この吐出用流体室２１とポンプ室１２とが連通されるようにバルブホルダー８に穿設された第２の貫通孔２２と、蓋本体９の軸心部に突設された吐出パイプ２３とによって構成されている。この吐出パイプ２３の内部空間は吐出用流体室２１に接続されている。吐出用流体室２１内には吐出弁２４が設けられている。この吐出弁２４は、ゴム材料によって形成され、バルブホルダー８における吐出用流体室２１側の壁面に密着する弁体２４ａを有している。この弁体２４ａは、第２の貫通孔２２の開口部分を閉塞している。

この吐出弁２４と上述した吸入弁１４は、ポンプ室１２の容積の増減に伴ってそれぞれ開閉する。吐出弁２４は、ポンプ室１２の容積が減少する圧縮行程で開き、それ以外の場合は閉じている。吸入弁１４は、ポンプ室１２の容積が増加する膨張行程で開き、それ以外の場合は閉じている。ポンプ室１２の容積は、ダイヤフラム７の変形部１１が後述する駆動機構２５により押されたり引かれたりすることによって変化する。

駆動機構２５は、モータ２の出力軸４に取付けられた回転体２６と、この回転体２６に駆動軸２７を介して連結された駆動体２８などを備えている。回転体２６は、出力軸４と一体に回転する。回転体２６と駆動体２８は、プラスチック材料によって形成されている。駆動軸２７は、金属材料によって形成されている。

駆動軸２７は、その一端部２７ａが回転体２６における出力軸４とは偏心した部位に固定されることによって回転体２６に支持されており、出力軸４に対して所定の方向に傾斜している。駆動軸２７の固定は、回転体２６に穿設された軸孔２６ａに駆動軸２７の一端部２７ａを圧入して行われている。駆動軸２７が傾斜する方向は、駆動軸２７の他端部２７ｂにおいて出力軸４に対する偏心量が少なくなる方向である。

駆動体２８は、後述する３つの機能部を有している。第１の機能部は、駆動軸２７が接続される主軸部３１である。主軸部３１は、円柱状に形成されている。この主軸部３１の軸心部には、モータ２側に向けて開口する非貫通孔３２が形成されている。駆動軸２７の他端部２７ｂは、この非貫通孔３２に回転自在に嵌合している。非貫通孔３２の底面３３および駆動軸２７の軸端面３４は、それぞれ平坦面である。非貫通孔３２の底面３３と駆動軸２７の軸端面３４との間には複数のボール３５が介装されている。

この実施の形態においては、２個のボール３５が互いに接触する状態で駆動軸２７の軸線方向に並ぶように配置されている。この実施の形態による２個のボール３５は、それぞれ非貫通孔３２の中に回転可能に嵌合している。すなわち、このボール３５の外径Ｄ１（図２参照）と、駆動軸２７の外径Ｄ２は、回転を許容するクリアランス分だけ非貫通孔３２の孔径Ｄ３より小さい。これらのボール３５は、一般的な軸受に用いられるものを使用することができる。以下においては、２個のボール３５のうち、駆動軸２７に接する一方のボール３５を第１のボール３５Ａといい、非貫通孔３２の底面３３に接する他方のボール３５を第２のボール３５Ｂという。

駆動体２８の第２の機能部は、ダイヤフラム７の変形部１１の底壁１１ａおよび連結片１３に接続された腕部３６である。腕部３６は、ダイヤフラム７の変形部１１毎に設けられており、主軸部３１から放射状に径方向の外側へ延びている。底壁１１ａは腕部３６に密着し、連結片１３は、腕部３６を貫通した状態で腕部３６に固定されている。

第３の機能部は、駆動体２８の中央部であってモータ２とは反対側に位置する揺動支点軸部３７である。この揺動支点軸部３７は、駆動体２８の揺動中心になるもので、主軸部３１の軸心部分からモータ２とは反対方向へ突出している。揺動支点軸部３７の先端は、半球状に形成されており、ダイヤフラムホルダー６の円形凹部３８に保持されている。揺動支点軸部３７は、円形凹部３８に、軸心を中心として回転自在かつ軸心が傾斜する方向へ揺動自在に接触している。

このように構成されたダイヤフラムポンプ１においては、モータ２の出力軸４が回転することにより回転体２６および駆動軸２７が出力軸４を中心として回転し、駆動体２８が揺動支点軸部３７を中心として揺動する。この揺動により、腕部３６が変形部１１を押したり引いたりする。このため、駆動体２８が出力軸４の回転を往復運動に変換して変形部１１に伝達する。ダイヤフラム７の変形部１１が腕部３６によってモータ２側に引かれることにより、図１において右側の半部に示すように、ポンプ室１２の容積が増大し、吸入弁１４が開いて流体が吸入パイプ１９から吸入通路１５を通ってポンプ室１２内に吸入される。

一方、ダイヤフラム７の変形部１１が腕部３６によってバルブホルダー８側へ押されることにより、図１において左側の半部に示すように、変形部１１が圧縮されてポンプ室１２の容積が減少し、吐出弁２４が開いてポンプ室１２内の流体が吐出通路１６を通って吐出パイプ２３から吐出される。

ダイヤフラムポンプ１の動作時には、駆動体２８が変形部１１を押すときの反力によってモータ２側へ押される。このときは、駆動体２８の非貫通孔３２の底面３３と駆動軸２７の軸端面３４との間に第１および第２のボール３５Ａ，３５Ｂが挟まれている状態になる。すなわち、上述した反力は、第１および第２のボール３５Ａ，３５Ｂによって受けられる。このような状態で駆動軸２７が駆動体２８に対して回転すると、駆動軸２７に接する第１のボール３５Ａに回転力が駆動軸２７から伝達される。

この第１のボール３５Ａは、隣接する第２のボール３５Ｂに点接触により接触しているから、第１のボール３５Ａと第２のボール３５Ｂとの接触部が回転力の伝達を遮断するようになる。このため、非貫通孔３２の底面３３に接触している第２のボール３５Ｂは、回転しないか、回転したとしても従来のダイヤフラムポンプ１のボール３５と較べて回転量が少なくなる。
したがって、この実施の形態によれば、駆動体２８の第２のボール３５Ｂとの接触部分の磨耗や発熱が少なく抑えられ、従来のものより寿命が長いダイヤフラムポンプ１を提供することができる。

（第２の実施の形態）
本発明に係るダイヤフラムポンプは、図３に示すように構成することができる。図３において、図１および図２によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図３に示すダイヤフラムポンプ４１は、いわゆる正圧ポンプで、図１に示したダイヤフラムポンプ１とは、主に以下の４箇所において異なり、その他は同一となるように形成されている。

４箇所の相違箇所のうち、第１の相違箇所は、吸入通路１５である。この実施の形態による吸入通路１５は、吸入パイプ１９の代わりとなる第３の貫通孔４２を有している。
第２の相違箇所は、ダイヤフラム７の変形部１１である。この実施の形態による変形部１１の底壁１１ａは、図１に示す底壁１１ａより厚く形成されている。

第３の相違箇所は、駆動体２８の中央部とダイヤフラムホルダー６の中央部である。この実施の形態による駆動体２８には揺動支点軸部３７が設けられていない。また、ダイヤフラムホルダー６の中央部には円形凹部３８が設けられていない。
第４の相違箇所は、駆動体２８の腕部３６である。この実施の形態による腕部３６は、変形部１１が圧縮されたときに変形部１１の底壁１１ａがバルブホルダー８の端面と略平行になるように形成されている。
ダイヤフラムポンプ１をこのように形成したとしても、駆動体２８の非貫通孔３２内に複数のボール３５が設けられているために第１の実施の形態を採るときと同等の効果が得られる。

上述した実施の形態においては２個のボール３５を使用する例を示した。しかし、ボール３５の個数は、このような限定にとらわれることはなく、３個以上とすることができる。

１，４１…ダイヤフラムポンプ、２…モータ、４…出力軸、７…ダイヤフラム、１１ａ…底壁（往復運動部分）、１２…ポンプ室、１３…連結片（往復運動部分）、２５…駆動機構、２６…回転体、２７…駆動軸、２８…駆動体、３２…非貫通孔、３３…底面、３４…軸端面、３５…ボール、３６…腕部。

Claims (1)

1. ポンプ室の壁の一部を構成するダイヤフラムと、
   モータの回転を往復運動に変換して前記ダイヤフラムに伝達し、前記ポンプ室の容積を増減させる駆動機構とを備え、
   前記駆動機構は、
   前記モータの出力軸と一体に回転する回転体と、
   一端部が前記回転体における前記出力軸とは偏心した部位に支持されるとともに他端部において前記出力軸に対する偏心量が少なくなる方向に傾斜した駆動軸と、
   前記駆動軸の前記他端部が回転自在に嵌合する非貫通孔を有するとともに前記ダイヤフラムの往復運動部分に接続された腕部を有する駆動体と、
   前記駆動軸における前記他端部の軸端面と前記非貫通孔の底面との間に介装され、互いに接触する状態で前記駆動軸の軸線方向に並ぶ複数のボールとを備えたことを特徴とするダイヤフラムポンプ。

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