JP3845747B2

JP3845747B2 - 往復動ポンプ

Info

Publication number: JP3845747B2
Application number: JP2000326645A
Authority: JP
Inventors: 正深美
Original assignee: Oken Seiko Co Ltd
Current assignee: Oken Seiko Co Ltd
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: JP2002130136A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイヤフラムを用いた小型ポンプ（往復動ポンプ）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の小型ポンプは、例えば、特開昭６２−２９１４８４号公報に記載されたもので、その構成の概要は図４に示す通りである。
【０００３】
この従来の小型ポンプは、図４に示すように、モーター３１の出力軸３２に固定されているクランク台３３に所定の角度傾斜させて取り付けた駆動軸３４に円板状の駆動板３５が取り付けられている。この円板状の駆動板３５の外周部分に、上方に開口を有するカップ状のダイヤフラム部３６が一つ又は複数個取り付けられている。尚ダイヤフラム部３６が複数設けられたポンプの場合、それらダイヤフラム部は円周上に等間隔に並び配置される。又３７は、例えばダイヤフラム部３６と一体に構成された円筒状のバルブ、３８は他のバルブ、３９は吸入口、４０は排出口である。
【０００４】
このような小型ポンプは、モーター３１を駆動してその出力軸３２を回転させることによりクランク台３３を回転させ駆動軸３４を介しての駆動板３５の皿まわし動によりダイヤフラム部３６の根元の駆動部３６ａを上下動させる。これにより、例えば、図４において左側に位置するカップ状のダイヤフラム３６は、その根元部分（駆動部）３６ａが下降した状態より上昇し、逆右側に位置するダイヤフラム３６は、その根元部（駆動部）３６ａが上昇した状態から下降するように運動する。
【０００５】
このダイヤフラム部３６の根元部分の上下動により、各ダイヤフラムは、それぞれ一定時間隔をおいて流体の流入や排出を行ないポンプ作用が行なわれる。以上述べた従来の小型ポンプは、ダイヤフラム３６に理想的な往復運動をさせるために、駆動板３５のダイヤフラム部３６の中心Ｇが出力軸の固定中心と一致するようにしなければならない。つまり、中心Ｇが出力軸３２の延長線上に位置するようにしなければならない。そのためには、駆動軸３４の軸受部が必要になり、駆動板３５が長くなりポンプ全体が大型になる。
【０００６】
また出力軸３２の一回転によって、ダイヤフラム３６の駆動部が一往復するために、モーターの回転数を上げると、出力軸の回転を速くすると、ダイヤフラム部３６が異常変形を起し、ダイヤフラムの寿命が極度に低下する。そのために大型で強力なモーターが必要になる。
【０００７】
以上述べたような図４に示す従来例の欠点を解消するために本出願人が提案した特開平１１−２３００４６号に記載するポンプがある。
【０００８】
この往復動ポンプは図５に示すような構成である。
【０００９】
この図５において、１はモーター、２はモーター１の出力軸、３は出力軸２に固定されている円板状の回転板で、この回転板３には断面形状が円弧状の溝３ａが出力軸２を中心とした円周上に沿って形成されている。５は例えばほぼ円板状の駆動板であって、回転板３と同様に断面形状が円弧状であってこの駆動板５の中心を中心とした円周上に形成されている溝５ａを有している。このように互いに相対して形成された回転板３の溝３ａと駆動板５の溝５ａの間にボール４が配置されている。また６はシリンダー、７はその駆動部７ｂが駆動板５に固定されているダイヤフラム、８はバルブハウジング（蓋体）で、このバルブハウジング８とシリンダー６とによりダイヤフラム７を挟みシリンダー部６にビス１３により締め付け固定することにより、密閉してポンプ室１２を形成している。図５にはダイヤフラム７のダイヤフラム部に形成されるポンプ室１２は一つのみ示してあるが、このダイヤフラム７（ポンプ室１２）は、二つ又はそれ以上の複数形成してもよく、これにより多気筒のポンプを構成し得る。
【００１０】
又、バルブハウジング８にはこれと一体に弁室９およびこの弁室９に通ずる排出口１０とが形成され、弁室９内には、ダイヤフラム７と一体に形成されている弁７ａが配置されている。又１４は逆止弁、１５は吸入口である。
【００１１】
以上述べたポンプにおいて、回転板３と駆動板５を押し上げて上面中心がシリンダー６の中心に設けたストッパーピン６ａに当たり、駆動板５を傾斜させるようにセットされる。この傾斜角の大きさ等により、ダイヤフラム７に一体に形成されている駆動部７ｂを往復動させるストロークが決まる。又、２０はボールに対する負荷が少ない時にボールに負荷を与えて適宜な摩擦を与えるためのバイヤススプリングである。したがって、負荷との関係によりボール４に適宜な摩擦が与えられている場合には、このバイヤススプリング２０は用いなくともよい。
【００１２】
この往復動ポンプは、モーター１の駆動により出力軸２が回転すると、これに固定してある回転板３が回転する。この回転板３の回転によりバイアススプリング１６等による駆動板５により押し付けられているボール４は自転しながら出力軸２のまわりを回転板２の回転方向と同じ方向にころがりながら移動する。ここで断面円弧状をした回転板３の溝３ａと駆動板５の溝５ａの半径は、ほぼ等しく（一般的には駆動板５の溝５ａの半径の方が若干小である）してあるので、ボール４の進む速度は、回転板３の速度の約半分であって、したがって回転板３が２回転すると、ボール４は出力軸２のまわりをほぼ一周することになる。
【００１３】
したがって、図示する位置から回転板３が１回転するとボール４は半周して出力軸２の右側にあったボール４は、出力軸２の左側に移動し、これにより駆動板は、上方位置にあるダイヤフラム７の駆動部７ｂの部分が下方位置に移動する。このように、回転板３の回転により駆動部７ｂは上下動し、したがってポンプ作用が行なわれる。つまり駆動部７ｂが図示する位置より下降することによってポンプ室１２の容積は増加し、弁１４を開いて吸入口より流体が流入する。又、駆動体７ｂが再び上昇することによって、ポンプ室１２の容積は減少し、ポンプ室内の気体は加圧されて弁７ａを開き弁室９を通って排出口１０より排出される。
【００１４】
以上の運動を繰り返すことにより、流体は吸入口１５より吸引され、排出口１０より排出されてポンプ作用が行なわれる。
【００１５】
この従来の往復動ポンプは、バイヤススプリングを用いない場合、駆動中に駆動板１５が浮き、そのために回転板３の回転がボール４を介しての伝達が十分ではなく、したがって正確なスピードや時間間隔でのダイヤフラム部の往復運動ができず、流体の安定した供給や吸引ができない。また駆動板１５とボール４等の間が接触したり離れたりを繰り返すために騒音を発することがある。
【００１６】
この欠点を解消するために、前記従来例図５に示すようにバイヤススプリング２０を設け、これによって駆動板５がボール４に接するようにすることが考えられる。
【００１７】
この方法は、バイヤススプリング２０の力が弱いと効果が得られずバイヤススプリングを設けない場合と同じである。またバイヤススプリング２０の力が強いと駆動板５の傾きが大になる。その理由は、図より明らかなように駆動板５がボール４を支点としてバイヤススプリング２０の力が働く側（図５において左側）が押し下げられるために駆動板５の図５における左側が下がり傾斜角が大になる。その結果、ストッパーピン６ａの先端から駆動板５が離れ、そのため駆動板５の傾きの変化が安定せず、ダイヤフラム７の上下動（往復動）が安定しない。またバイヤススプリング２０の力が更に強すぎると傾き角が一層大になり駆動板５と回転板３とが接触し、回転板３の回転が安定せず、更に騒音が発する等の問題が生ずる。
【００１８】
このように、図５に示す従来例のポンプは、スプリングの力が弱くとも逆に強くとも問題があり、スプリングの適切な力の設定の幅が狭く、極めて小さい範囲のスプリングの力においてのみ良好な作動をする。そのために、バイヤススプリング２０や回転板３、ボール４、駆動板５等の部品の精度を極めて高くする必要がありコスト高になる。
【００１９】
スプリングの力を適切な範囲内に設定し、部品の精度を高くしても、使用中の部品の摩耗やバイヤススプリングの劣化等により力が弱くなること等から前述のような問題が発生することがあり、製品の耐久性にも問題がある。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、安定した駆動が得られ安価でしかも耐久性に富んだ小型ポンプを提供するものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の往復動ポンプは、逆止弁を介して吸入口に、又逆止弁を介して排出口に夫々接続するポンプ室を有するダイヤフラムと往復動によりポンプ室内の容積の増減を行なう前記ダイヤフラムに設けられた駆動部とを有し前記駆動部の往復動によるポンプ室の容積の増加により吸入口より流体を流入させ又ポンプ室の容積の減少によりポンプ室より排出口を通じ流体を排出させてポンプ作用を行なう往復動ポンプにおいて、前記駆動部を固定した駆動板とモーターの出力軸に固定した回転板とを出力軸より離れた位置にてボールを挟んだ構成で、ボールを挟むことにより駆動板のボールが位置する側が高くなるように傾斜するようにし、前記出力軸の回転に伴う回転板の回転によるボールの自転によって駆動板の傾斜を連続的に変化させて駆動板に固定した駆動部が往復動を行なってポンプ作用を行なうもので、前記駆動板の中央に形成された支持軸を支持する支持軸受け部と、前記駆動板の回転板側の面に押圧力を作用させるスプリングとを備え、前記スプリングにより前記駆動板の前記支持軸を前記支持軸受け部に押圧すると共に、前記駆動板の支持軸に関して前記ボールと反対側において上方に向かう力が加わるようにしたことを特徴とする。
【００２２】
このような駆動板が水平方向に向かう力により駆動板がボールに常に押圧されるようになり、ボールの移動が確実になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の往復動ポンプの実施の形態を図面をもとに説明する。
【００２４】
図１は本発明の第１の実施の形態を示す図で、１は駆動モーター、２はモーター１の出力軸、３はモーターの出力軸２に固定された円板状の回転板、４は回転板３に形成されているモーターの出力軸２の回りに円周状に形成されている凹溝３ａ上に配置されているボール、５は駆動板で、その下面の回転板３の凹溝３ａに対応する位置に円周状に形成された凹溝５ａを有しまた中央には支持軸５ｂを有する駆動板で、回転板３の凹溝３ａと駆動板５の凹溝５ａとの間にボール４が配置されている。また６はシリンダー、７はダイヤフラム、１６はリテーナーでダイヤフラム７を駆動板５とこのりテーナー１６とにて挟んだ上でねじ１６ａにより駆動板５に固定され、このリテーナー１６とねじ１６ａ等の部分がピストンと同様の作用をする。またシリンダー６の中央部分には駆動板５に設けられた支持軸５ｂを受ける支持軸受け６ｂが設けられている。更に８は蓋体、９は弁室、１０は排出口、１１はケース、１２はポンプ室、１４は吸入弁、１５は吸入口である。なお図１にはポンプ室１２は二つ図示されているが、三つ以上でもよくまた一つでもよい。尚７ａはダイヤフラム７に一体に形成されている排出弁、９は弁室である。
【００２５】
また、この実施の形態のポンプは、スプリング１７が駆動板５の支持軸５ｂと反対側の回転板３との間に配置されている。このスプリング１７が、回転板３の回転により影響を受けることがないように、この実施の形態のポンプは、ポンプ１の出力軸２にボールベアリング１８を介して取り付けられているスプリング受１９を設け、このスプリング受１９と駆動板５との間にスプリング１７を設けるようにしてある。
【００２６】
この実施の形態の往復動ポンプは、駆動モーター１の駆動によるその出力軸２の回転により回転板３が回転する。この回転板３の回転によりボール４は出力軸２のまわりを凹溝３ａ、５ａに沿って移動する。このボール４の移動により駆動板５の傾く方向が順次連続して変化する。例えば、図１に示す状態の場合、ボール４は最も右側に位置し、駆動板５は右側が最も高く左側が最も低くなるように傾斜する。この駆動板５の傾斜により右側のポンプ室ではピストンの作用を行なうリテーナー１６が押し込まれポンプ室１２の容積は減少し、一方左側のポンプ室ではピストンの作用を行なうリテーナー１６が押し下げられてポンプ室１２の容積は増大する。
【００２７】
続いて、ボール４が溝３ａ、４ａに沿って回動して左側に位置するようになると駆動板５は逆方向に傾斜し、これにより右側のポンプ室１２ではピストンの作用を行なうリテーナー１６が下降して容積が大になり、逆に左側のポンプ室では、ピストンの作用を行なうリテーナー１６が上昇し容積は減少する。
【００２８】
この駆動板５の傾斜の変化が支点（支持軸）５ａを中心として３６０°連続して行なわれ、それを繰り返すことによりポンプ作用が連続して行なわれる。
【００２９】
ここでこの実施の形態の往復動ポンプは、駆動板５とスプリング受け１９との間にスプリング１７が設けられ、このスプリング１７により駆動板５をその中央に形成された支持軸５ｂの近傍にて押しあげるように構成されている。このスプリング１７による駆動板５の付近での押しあげる力により支持軸５ｂは支持軸受け６ｂに押されまたボール４と溝５ａとの接触部分では駆動板５にはボール側を押し下げるような力が働く。つまり、支持軸５ｂ付近でのスプリング１７による上向きの力により支持軸５ｂと支持軸受け６ｂとを密着させると同時に、ボール４による駆動板５の傾斜（ボール４の側が高くなる）により、図示するようにスプリングがボール側Ｂが伸びた状態になり、スプリングのボール４と反対側Ａにおける上向きの力がボール４の側Ｂにおける上向きの力より大になり、その結果、常に駆動板５がボール４を押圧する力が働くことになる。これによりスプリング１７により傾斜した駆動板５が水平になる方向に働く。
【００３０】
このように、本発明の第１の実施の形態の往復動ポンプは、スプリング１７による力により駆動板５がボール４による傾斜を戻す方向に作用し、それにより駆動板５はボール４に常に接触するようになる。その結果、駆動板５は、一定の速度でその傾斜方向が連続して変化し、回転板３の回転によるボール４の移動は滑ることなしに確実に行なわれ、したがって、各ポンプ室が互いに一定の位相差（時間差）による連続したポンプ作用を行なうことができる。
【００３１】
また、スプリング１７による駆動板５に加わる力は、駆動板５の傾斜角が小になるように作用するためボール４と反対側の部分（回転板３に最も近くなる部分）でさえ、駆動板５が回転板３に接触するおそれはなく、良好な駆動が可能であり、良好なポンプ作用が行なわれる。また、スプリング１７の力は一定の力以上であれば良いので、使用によりスプリングの力が多少弱くなっても問題がなく、長い期間使用しても問題が生ずることはない。
【００３２】
図２は本発明の第２の実施の形態の往復動ポンプを示す図である。
【００３３】
図２において、１は駆動モーター、２はモーター１の出力軸、３は凹溝３ａを有する回転板、４はボール、５は凹溝５ａを有する駆動板、６はシリンダー、７はダイヤフラム、１０は排出口、１１はケース、１２はポンプ室、１４は吸入弁、１５は吸入口、１６はリテーナーで、これらの構成は図１の第１の実施の形態と実質上同じである。
【００３４】
１７はケースと駆動板５との間に配置されたスプリングで、回転板３の外側に位置するようにケースの下端部の空隙を利用して配置されている。
【００３５】
このように、この第２の実施の形態のポンプは、スプリング１７の配置位置において第１の実施の形態のポンプと相違する。
【００３６】
この第２の実施の形態の往復動ポンプは駆動モーター１の駆動による出力軸２が回転しそれに伴い回転板３が回転する。それにより回転板３と駆動板５の間に配置されたボール４が凹溝３ａ、５ａに沿って回転しながら移動し、このボール４の移動により駆動板５の傾く方向が順次連続して変化する。これによって、駆動板５に取り付けられているピストンと同じ作用をするリテーナー１６が上下動（往復動）してポンプ作用を行なう。
【００３７】
このように、この本発明の第２の実施の形態のポンプは、第１の実施の形態のポンプ作用と同様のポンプ作用を行なう。
【００３８】
しかし、第２の実施の形態は、スプリング１７をケース内で駆動板５の周辺の部分の下側で回転板３の外側の空隙に配置した点で第１の実施の形態と相違する。
【００３９】
このようにスプリングをケースの周辺部の空隙中に配置するためスプリングの配置が容易であり、第１の実施の形態のようにスプリングは一部分を特殊な構成にする必要がなく、つまり出力軸２に対しボールベアリング１８を介して取り付けたスプリング受け１９を設けることがなく、構造が簡単になり、コスト面でも有利である。
【００４０】
また、スプリングを駆動板の周辺部に配置することにより比較的弱いスプリングの力でもボール４が駆動板５に確実に接した状態を保ち得る。
【００４１】
この第２の実施の形態においては、図２における左側のスプリングの駆動板５の周辺部を上方へ押しあげる力により駆動板５の中心部分の支持軸５ｂが支持軸受け６ｂに密着するように押しあげると共にこの支持軸５ｂを支点としてボール４に圧着する力が働く。そして図面左側のスプリングから支点である支持軸までの距離が長いために弱いスプリングの力で十分大きな力により駆動板がボール４を押すことになる。具体的には、圧縮されたスプリング（図２における左側のスプリング）が駆動板５を押しあげることによってボール４に作用する押し下げる力と、比較的伸びたスプリング（図２における右側のスプリング）が駆動板５を押し上げようとする力との差によって働く駆動板５によるボール４を押す力によりボール４の移動が確実に行なわれる。
【００４２】
また、本発明の第１、第２の実施の形態は、図５に示す従来の往復動ポンプとポンプ室を形成するダイヤフラム等の構成が異なる点も特徴である。
【００４３】
即ちこれら実施の形態のポンプのポンプ室は、ほぼ円錐台状で（断面形状がほぼ台形）で駆動板５の周辺部分にリテーナー１６により挟持し、このリテーナー１６をねじ１６ａにより駆動板５に固定することによってダイヤフラム部７を駆動板５に取り付けたものである。
【００４４】
このダイヤフラムは、図３に示すような構成で、このダイヤフラムを図１又は図２に示すようにシリンダーと蓋体８とによって挟んで固定する。又、前記のように駆動板５にリテーナー１６をねじ止めすることにより固定する。尚図３は図１又は図２におけるダイヤフラムの向きを９０°回転させて示してある。
【００４５】
このダイヤフラムは、図３におけるＣの部分とＤの部分が断面形状が直線状であり、Ｃの部分は傾斜がきつくまたＤの部分は傾斜が緩くなっている。
【００４６】
ダイヤフラムの断面形状が、前記のように直線であり、図１、または図２のように形状の変化が少なく、したがって、ダイヤフラムの耐久性が大である。また、図５に示すダイヤフラムの場合、駆動部が一体に形成されており、駆動板に形成されている取り付け孔に駆動部に形成された取り付け部を圧入してダイヤフラムを駆動板に取り付ける。このような構造の場合、ポンプを駆動した時に駆動部の取り付け部と駆動板とが接触する部分（駆動板の取り付け孔の部分）が擦れて摩耗する等の問題がある。
【００４７】
しかし、本発明の往復動ポンプは、図１、図２に示すような構成であるため前記従来例のような問題は全く生じない。
【００４８】
このように本発明の前記実施の形態の往復動ポンプは、ダイヤフラムの耐久性が優れている。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の往復動ポンプは、ポンプ室の容積を変化させてポンプ作用を行なう駆動体の下にスプリングを設けることにより駆動体が常にボールを押圧するようにして、ボールの移動がほぼ一定の速度になり良好なポンプ作用を行ない得るようにした。また、ダイヤフラムを断面がほぼ直線状になるようにして耐久性が増大するようにした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図
【図２】本発明の第２の実施の形態の構成を示す図
【図３】本発明の第１、第２の実施の形態の往復動ポンプで用いられるダイヤフラム
【図４】従来の往復動ポンプの構成を示す図
【図５】他の従来の往復動ポンプの構成を示す図
【符号の説明】
３回転板
４ボール
５駆動板
３ａ、５ａ溝
５ｂ支持軸
６シリンダー
６ａ支持軸受け
７ダイヤフラム
１２ポンプ室
１６リテーナー
１６ａねじ
１７スプリング

Claims

逆止弁を介して吸入口に、又逆止弁を介して排出口に夫々接続するポンプ室を有するダイヤフラムと往復動によりポンプ室内の容積の増減を行なう前記ダイヤフラムに設けられた駆動部とを有し前記駆動部の往復動によるポンプ室の容積の増加により吸入口より流体を流入させ又ポンプ室の容積の減少によりポンプ室より排出口を通じ流体を排出させてポンプ作用を行なう往復動ポンプにおいて、前記駆動部を固定した駆動板とモーターの出力軸に固定した回転板とを出力軸より離れた位置にてボールを挟んだ構成で、ボールを挟むことにより駆動板のボールが位置する側が高くなるように傾斜するようにし、前記出力軸の回転に伴う回転板の回転によるボールの自転によって駆動板の傾斜を連続的に変化させて駆動板に固定した駆動部が往復動を行なってポンプ作用を行なうもので、前記駆動板の中央に形成された支持軸を支持する支持軸受け部と、前記駆動板の回転板側の面に押圧力を作用させるスプリングとを備え、前記スプリングにより前記駆動板の前記支持軸を前記支持軸受け部に押圧すると共に、前記駆動板の支持軸に関して前記ボールと反対側において上方に向かう力が加わるようにした往復動ポンプ。
前記スプリングが前記駆動板の支持軸受け部と反対側に位置する前記回転板との間に配置されていることを特徴とする請求項１の往復動ポンプ。
前記スプリングが前記駆動板の前記回転板側の面の中心部付近に配置されていることを特徴とする請求項２の往復動ポンプ。
前記スプリングが前記駆動板の周辺部のモーター側の面で前記回転板の外側に位置するように複数配置されたことを特徴とする請求項１の往復動ポンプ。