JP2019002386A - ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】組立時に軸部の一端が偏心した位置に導かれる構成を採りながら、軸部の一端とクランク体との衝突に起因する騒音が低減されるダイヤフラムポンプを提供する。【解決手段】ポンプ室１３の壁の一部となる変形部１１を有するダイヤフラム７と、モータ２の回転軸４に固定され、回転軸４の軸線に対して偏心した位置に凹部３７を有するクランク体３１とを備える。凹部３７に一端が回転自在に係合して傾斜した軸部４６を有しかつ軸部４６から突出して変形部１１に接続された腕部４７を有する駆動体３３を備える。駆動体３３の往復運動に伴って流体が吐出する状態と吸引される状態とを交互に繰り返すポンプ機構２６を備える。凹部３７は、クランク体３１の回転方向に所定の間隔をおいて離間する複数の位置にそれぞれ設けられる。クランク体３１には、複数の凹部３７が外周壁３５ｂとなる円環状の凹溝３５が形成されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、回転を往復運動に変換する駆動体と、この駆動体の軸をモータ側のクランク体に着脱自在に接続する係合構造と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は、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１に開示されたダイヤフラムポンプは、モータの回転軸に固定されたクランク体と、このクランク体に係合構造を介して接続された駆動体と、この駆動体に接続されたダイヤフラムと、吸入弁および吐出弁とを備えている。クランク体は、円柱状に形成され、モータの回転軸と同一軸線上に位置付けられている。このクランク体の軸線方向の一端部には、クランク体の軸端面に開口する環状溝がクランク体と同軸状に形成されている。この環状溝の中には、環状溝の内周壁と外周壁とを接続する形状の係合部が設けられている。環状溝の内周壁は、円錐状に形成されている。上述した係合構造は、環状溝と係合部とによって構成されている。

駆動体は、一端が上述した環状溝に着脱自在に係入された軸部と、この軸部から径方向の外側に延びる腕部とを有している。軸部の他端は、モータの回転軸と同一軸線上の位置において、ダイヤフラムポンプのハウジングに揺動自在に支持されている。このため、軸部は、モータの回転軸の軸線に対して傾斜している。
腕部には、ダイヤフラムの複数の変形部が取付けられている。ダイヤフラムの変形部は、ポンプ室の一部を構成している。吸入弁は、ポンプ室に接続された吸入通路を開閉する。吐出弁は、ポンプ室に接続された吐出通路を開閉する。ポンプ室が収縮することにより、吐出弁が開いてポンプ室内の流体が吐出される。一方、変形部が拡張することにより、吸入弁が開いてポンプ室内に流体が吸入される。

このダイヤフラムポンプにおいては、モータの回転軸とともにクランク体が回転することにより、駆動体の軸部の一端が係合部によって押され、駆動体が軸部の他端を中心にして揺動する。このため、駆動体は、回転を往復運動に変換してダイヤフラムの変形部に伝達する。変形部は、腕部によって押されることにより収縮し、腕部によって引かれることによって拡張する。

このダイヤフラムポンプの上述した係合構造は、クランク体の回転を駆動体の軸部の一端に伝達する第１の機能と、モータの回転軸の軸線に対して偏心した位置にある係合部に駆動体の軸部の一端を導く第２の機能とを有している。このダイヤフラムポンプにおいては、係合構造が第２の機能を有しているために、組立時に、偏心した位置にある環状溝の底に軸部の一端が導かれ、軸部が傾斜するから、駆動体の軸部をクランク体に接続する組立作業を簡単に行うことができる。

特開２０１３−１９２９５号公報

特許文献１に開示されたダイヤフラムポンプにおいては、作動中に駆動体の軸部の一端とクランク体の係合部とが互いに接触する状態と、これらの部材が互いに離れる状態とが交互に繰り返されることがある。このような場合、軸部が係合部に当たったり離れたりして騒音が発生することがあった。
なお、この騒音の問題を解消するにあたっては、軸部をクランク体に接続するときの作業性が低くなることは避けなければならない。

本発明の目的は、組立時に軸部の一端が偏心した位置に導かれる構成を採りながら、軸部の一端とクランク体との衝突に起因する騒音が低減されるダイヤフラムポンプを提供することである。

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変形部を有するダイヤフラムと、モータの回転軸に軸線方向の一端部が固定され、軸線方向の他端部であって前記回転軸の軸線に対して偏心した位置に凹部を有するクランク体と、前記凹部に一端が回転自在に係合して前記回転軸の軸線に対して傾斜した軸部を有しかつ前記軸部から径方向の外側に突出して前記変形部に接続された腕部を有し、前記クランク体の回転を往復運動に変換して前記変形部に伝達する駆動体と、前記駆動体の往復運動に伴って前記ポンプ室から流体が吐出される状態と前記ポンプ室に流体が吸引される状態とを交互に繰り返すポンプ機構とを備え、前記凹部は、前記クランク体の回転方向に所定の間隔をおいて離間する複数の位置にそれぞれ設けられ、前記クランク体の軸線方向の他端部には、前記複数の凹部が外周壁となる円環状の凹溝が形成されているものである。

本発明は、前記ダイヤフラムポンプにおいて、前記凹部は、前記軸部の一端が部分的に嵌合する形状に形成され、前記円環状の凹溝の内周壁は、円錐状に形成されていてもよい。

本発明においては、駆動体の軸部の一端は、クランク体の複数の凹部のうち一つの凹部に保持されるから、作動時にこの軸部の一端とクランク体とが当たったり離れたりすることはない。
また、複数の凹部は円環状の凹溝の外周壁を構成しており、組立時に駆動体の軸部の一端が凹溝内に入ることによって、偏心した位置にある凹部に導かれる。
したがって、本発明によれば、組立性を損なうことなく、軸部の一端とクランク体との衝突に起因する騒音が低減されるダイヤフラムポンプを提供することができる。

本発明に係るダイヤフラムポンプの断面図である。 クランク体の平面図である。 図２におけるIII−III線断面図である。 駆動体をクランク体に接続するときの手順を説明するための断面図である。

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〜図４を参照して詳細に説明する。
図１に示すダイヤフラムポンプ１は、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。この実施の形態によるダイヤフラムポンプ１は、大気（空気）を吸込んで吐出するポンプである。この実施の形態においては、空気が本発明でいう「流体」に相当する。
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の回転軸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体９などである。

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に向けて開口するカップ状の変形部１１と、吸入弁１２とを有している。
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１３が形成されている。すなわち、ダイヤフラム７は、ポンプ室１３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１３とは反対方向に向けて突出する連結片１４が設けられている。

吸入弁１２は、図１の紙面と直交する方向に延びる板状に形成されており、長手方向の一端部においてダイヤフラム７の他の部分に接続されている。この吸入弁１２は、ダイヤフラムホルダー６とバルブホルダー８との間に形成された第１の流体室１５の一端部内に収容されており、ダイヤフラムホルダー６に形成された第１の貫通孔１６と対向する位置に配置されている。

この吸入弁１２は、ダイヤフラム７がダイヤフラムホルダー６とバルブホルダー８とに挟まれた状態でダイヤフラムホルダー６に密着し、第１の貫通孔１６の開口を閉塞する。第１の貫通孔１６は、第１の流体室１５内と底体５内の空間Ｓとを連通している。底体５内の空間Ｓは、底体５に形成された第２の貫通孔１７を介して大気中に連通されている。
第１の流体室１５内の他端部は、ポンプ室１３に連通されている。この第１の流体室１５の他端部には、吐出用通路孔１８が接続されている。この吐出用通路孔１８は、一端が第１の流体室１５に開口し、他端がバルブホルダー８における蓋体９側の端面に開口している。

バルブホルダー８における蓋体９側の端部には吐出弁２１が設けられている。この吐出弁２１は、蓋体９内に形成された第２の流体室２２の中に収容されている。第２の流体室２２は、バルブホルダー８と蓋体９との間に形成されており、蓋体９に設けられた吐出用パイプ２３の内部空間２４に連通されている。吐出用パイプ２３の一端は、蓋体９内に開口し、他端は、蓋体９の外面に開口している。
吐出弁２１は、ゴム材料によって形成され、バルブホルダー８の吐出孔１７が開口する端面に密着する弁体２１ａを有している。この弁体２１ａは、自然状態で吐出孔１７の開口部分を閉塞している。

この吐出弁２１と上述した吸入弁１２は、ポンプ室１３の容積の増減に伴ってそれぞれ開閉する。吐出弁２１は、ポンプ室１３の容積が減少する収縮行程で開き、それ以外の場合は閉じている。吸入弁１２は、ポンプ室１３の容積が増加する拡張行程で開き、それ以外の場合は閉じている。ポンプ室１３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。この実施の形態においては、吸入弁１２および吐出弁２１と、第１の流体室１５と、第１の貫通孔１６と、底体５内の空間Ｓと、第２の貫通孔１７と、吐出用通路孔１８と、第２の流体室２２およびパイプ２３の内部空間２４などによって本発明に係るポンプ機構２６が構成されている。

駆動機構２５は、モータ２の回転軸４と一体に回転するクランク体３１と、このクランク体３１に係合構造３２を介して接続された駆動体３３とを備えている。クランク体３１と駆動体３３は、それぞれプラスチック材料によって形成されている。
クランク体３１は、円柱状に形成されている。このクランク体３１の軸線方向の一端部には、図３に示すように、非貫通孔からなる軸孔３４が設けられている。この軸孔３４は、クランク体３１の軸心部でクランク体３１の軸線方向に延びる形状に形成されている。

クランク体３１の他端部には、係合構造３２を構成する円環状の凹溝３５が形成されている。この凹溝３５は、クランク体３１と同一軸線上に位置し、クランク体３１の他端面３１ａに開口している。この凹溝３５の中心部には、頂部が丸められた円錐状の突起３６が形成されている。このため、円環状の凹溝３５の内周壁３５ａは、この円錐状の突起３６の周壁によって構成されている。

凹溝３５の外周壁３５ｂは、図２に示すように、クランク体３１の軸線方向から見て、クランク体３１の周方向に所定の間隔をおいて並ぶ複数の凹部３７によって形成されている。互いに隣り合う二つの凹部３７のうち、一方の凹部３７の他端側の半部３７ａと、他方の凹部３７の一端側の半部３７ｂとは、山形状の係合部３８を構成している。
凹部３７は、図３に示すように、クランク体３１の他端面３１ａから一端側に向けてクランク体３１の軸線Ｃ１と平行に延びる直線部４１と、この直線部４１の一端に接続されて円環状の凹溝３５の底を構成する湾曲部４２とによって構成されている。

直線部４１は、図２に示すように、クランク体３１の軸線方向から見て、クランク体３１の軸心Ｃ１に向けて開く形状でクランク体３１の軸線方向に延びる凹曲面によって形成されている。この直線部４１は、クランク体３１の軸線に対して（回転軸４の軸線に対して）予め定めた長さＬだけ偏心した位置に設けられている。この実施の形態による直線部４１は、開口形状が円形の穴（図示せず）の穴壁面の一部となる形状に形成されている。

湾曲部４２は、直線部４１の一端からクランク体３１の径方向の内側に延びるとともにクランク体３１の一端側（図３においては下側）に延びるように湾曲する形状に形成されている。湾曲部４２における直線部４１に接続される部分は、直線部４１と同じ曲率の凹曲面によって形成されている。この湾曲部４２の凹曲面の曲率は、凹溝３５の底に向かうにしたがって次第に小さくなる。このため、湾曲部４２と凹溝３５の内周壁３５ａとの接続部分は、凹部３７を構成する凹曲面が存在しないか、存在したとしても僅かに凹む程度の凹曲面になる。
係合部３８は、図２に示すように、クランク体３１の軸線方向から見て、クランク体３１の軸心に向けて凸になる山形状に形成されており、凹部３７と同様に直線部４３（図３参照）と湾曲部４４とを有している。

駆動体３３は、図１に示すように、クランク体３１の凹部３７に係合した第１の軸４５４５を有する軸部４６と、この軸部４６から径方向の外側に突出した腕部４７とを有している。第１の軸４５は、円柱状の本体部４５ａと、半球状の先端部４５ｂとを有している。この実施の形態による第１の軸４５は、クランク体３１の凹部３７に回転自在に嵌まる形状に形成されている。言い換えれば、凹部３７は、第１の軸４５の一部が部分的に嵌合する形状に形成されている。また、クランク体３１に設けられている複数の係合部３８のうち、互いに隣り合う二つの係合部３８どうしの間隔は、第１の軸４５の外径と等しいか、第１の軸４５の外径より僅かに大きい。この実施の形態においては、第１の軸４５が本発明でいう軸部の「一端」に相当する。

軸部４６の他端には第２の軸４８が突設されている。この第２の軸４８も円柱状の本体部４８ａと半球状の先端部４８ｂとによって構成されている。この第２の軸４８は、ダイヤフラムホルダー６の円形穴４９に挿入され、この円形穴４９に回転自在に保持されている。この円形穴４８は、自動調心形の球面滑り軸受を構成するもので、モータ２の回転軸４と同一軸線上に位置付けられている。軸部４６は、第１の軸４５がクランク体３１の凹部３７に係合するとともに、第２の軸４８が円形穴４９に挿入されて保持されることによって、モータ２の回転軸４の軸線Ｃ２に対して傾斜する。
駆動体３３の腕部４７には、貫通孔４７ａが穿設されている。腕部４７は、貫通孔４７ａにダイヤフラム７の連結片１４が係入されることによって、この連結片１４に連結されている。

このように構成された駆動機構２５においては、モータ２の回転軸４が回転することにより、クランク体３１が回転軸４と一体に回転する。このとき、第１の軸４５が係合している凹部３７に連なる係合部３８が第１の軸４５を押すことにより、第１の軸４５がクランク体３１の回転に伴って移動する。第１の軸４５が移動することにより、駆動体３３の軸部４６の傾斜する方向が変化する。このように駆動体３３の傾斜する方向が変わることによって、回転軸４の軸線方向において腕部４７の位置が変化する。このため、この駆動体３３と上述したクランク体３１とからなる駆動機構２５は、モータ２の回転を往復運動に変換してダイヤフラム７の変形部１１に伝達する。

変形部１１が腕部４７によって引かれて拡張するときは、底体５の第２の貫通孔１７を通って底体５内に空気が吸い込まれる。そして、この空気は、底体５内の空間Ｓから第１の貫通孔１６と、第１の流体室１５とを通ってポンプ室１３に吸入される。一方、変形部１１が腕部４７によって押されて収縮するときは、ポンプ室１３内の空気が吐出用通路孔１８と第２の流体室２２とパイプ２３の内部空間２４とを通ってダイヤフラムポンプ１から吐出される。クランク体３１が連続して回転することにより、ポンプ機構２６において、ポンプ室１３から空気が吐出される状態と、ポンプ室１３に空気が吸引される状態とが交互に繰り返される。

このダイヤフラムポンプ１を組み立てるときには、例えば、ダイヤフラム７をダイヤフラムホルダー６とバルブホルダー８とによって挟んで保持し、これらの部材を一つの組立体として取扱うことができる。そして、駆動機構２５のクランク体３１と駆動体３３とを接続するにあたっては、ダイヤフラム７の連結片１４を駆動体３３の腕部４７に貫通させ、駆動体３３を上述した組立体に支持させた状態で行う。一方、クランク体３１は、モータ２に底体５を取付けた後、底体５内に突出している回転軸４をクランク体３１の軸孔３４に例えば圧入することによって、回転軸４に固定する。

このクランク体３１と駆動体３３との接続は、駆動体３３を有する上述した組立体のダイヤフラムホルダー６を底体５に重ねることによって行われる。このとき、図４に示すように、ダイヤフラムホルダー６が底体５に接近しているときに駆動体３３の第１の軸４５がクランク体３１の円環状の凹溝３５に挿入される。そして、ダイヤフラムホルダー６が底体５に接触することにより第１の軸４５が複数の凹部３７の中のいずれか一つの凹部３７に係合（嵌合）する。

なお、図４中に二点鎖線で示すように、第１の軸４５がクランク体３１の軸線Ｃ２と同一軸線上に位置しているような場合は、ダイヤフラムホルダー６が底体５に接近する過程で第１の軸４５がクランク体３１の突起３６に接触する。そして、ダイヤフラムホルダー６が更に底体５に接近することにより、第１の軸４５がクランク体３１の凹溝３５の内周壁３５ａ（突起３６の周壁）に沿って移動し、複数の凹部３７のうちいずれか一つの凹部３７に導かれる。

したがって、この実施の形態によるダイヤフラムポンプ１においては、駆動体３３の軸部４６の一端（第１の軸４５）は、クランク体３１の複数の凹部３７のうち一つの凹部３７に保持されるから、回転時にこの軸部４６の一端とクランク体３１とが当たったり離れたりする現象が交互に繰り返されることはない。
また、複数の凹部３７は、円環状の凹溝３５の外周壁３５ｂを構成しており、組立時に駆動体３３の軸部４６の一端（第１の軸４５）が凹溝３５内に入ることによって、偏心した位置にある凹部３７に導かれる。
したがって、この実施の形態によれば、組立性を損なうことなく、軸部４６の一端とクランク体３１との衝突に起因する騒音が低減されるダイヤフラムポンプを提供することができる。

この実施の形態による凹部３７は、第１の軸４５の一部が部分的に嵌合する形状に形成されている。また、円環状の凹溝３５の内周壁３５ａは、円錐状に形成されている。
このため、駆動体３３の軸部４６の一端が凹部３７に嵌合状態で確実に保持されるから、騒音の発生をより一層確実に防ぐことができる。また、組立時には駆動体３３の第１の軸４５が凹溝３５の円錐状の内周壁３５ａに沿って複数の凹部３７のうちの一つの凹部３７に導かれるから、第１の軸４５が凹部３７に嵌合する構成を採っているにもかかわらず、組立作業を簡単に行うことができる。

上述した実施の形態に示すダイヤフラムポンプ１は、ポンプ室１３が一つだけ設けられている。しかし、本発明は、このような限定にとらわれることはない。本発明は、複数のポンプ室を備えたダイヤフラムポンプにも適用することができる。

１…ダイヤフラムポンプ、２…モータ、４…回転軸、７…ダイヤフラム、１１…変形部、１３…ポンプ室、２６…ポンプ機構、３１…クランク体、３３…駆動体、３５…凹溝、３６…突起、３７…凹部、４６…軸部、４７…腕部。

Claims (2)

1. ポンプ室の壁の一部を構成する変形部を有するダイヤフラムと、
   モータの回転軸に軸線方向の一端部が固定され、軸線方向の他端部であって前記回転軸の軸線に対して偏心した位置に凹部を有するクランク体と、
   前記凹部に一端が回転自在に係合して前記回転軸の軸線に対して傾斜した軸部を有しかつ前記軸部から径方向の外側に突出して前記変形部に接続された腕部を有し、前記クランク体の回転を往復運動に変換して前記変形部に伝達する駆動体と、
   前記駆動体の往復運動に伴って前記ポンプ室から流体が吐出される状態と前記ポンプ室に流体が吸引される状態とを交互に繰り返すポンプ機構とを備え、
   前記凹部は、前記クランク体の回転方向に所定の間隔をおいて離間する複数の位置にそれぞれ設けられ、
   前記クランク体の軸線方向の他端部には、前記複数の凹部が外周壁となる円環状の凹溝が形成されているダイヤフラムポンプ。
2. 請求項１記載のダイヤフラムポンプにおいて、
   前記凹部は、前記軸部の一端が部分的に嵌合する形状に形成され、
   前記円環状の凹溝の中心部には円錐状の突起が形成されていることを特徴とするダイヤフラムポンプ。

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