JP4181429B2

JP4181429B2 - ピストンポンプ

Info

Publication number: JP4181429B2
Application number: JP2003056800A
Authority: JP
Inventors: 慎一和田
Original assignee: Oken Seiko Co Ltd
Current assignee: Oken Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: JP2004263656A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血圧計等に圧縮空気を供給するために使用されるピストンポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のピストンポンプは、シリンダーと、このシリンダー内を軸線方向に往復動するピストンと、このピストンとシリンダーとによって形成されピストンの往復動によって拡縮するポンプ室と、流体がポンプ室から吸引通路へ流れるのを阻止する第１の逆止め弁と、流体が吐出通路からポンプ室へ流れるのを阻止する第２の逆止め弁とを備えたものがある。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
なお、本出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に密接に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特願２００２−３３３３６９号明細書および図面（段落「００２３」〜段落「００２５」および図１，２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のピストンポンプにおいては、第１および第２の逆止め弁を必要とするため部品点数が増加するばかりではなく、これら第１および第２の逆止め弁を、シリンダーの軸線方向に同軸上に配置した構造とするために軸線方向の寸法が大きくなり、小型化に支障をきたしていた。また、これら第１および第２の逆止め弁によって開閉される吸引通路および排気通路またはこれら第１および第２の逆止め弁を取り付けるための取付孔等を設けなければならないために構造が複雑化するといった問題もあった。
【０００６】
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、第１の目的は部品点数を削減することにある。また、第２の目的は小型化を図ることにある。また、第３の目的は構造を簡素化することにより製造容易にすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、吸入口が外周部に設けられたシリンダーと、このシリンダー内を回転することにより軸線方向に往復動するピストンと、吐出口に連通し前記ピストンと前記シリンダーとの間に形成されたポンプ室とからなり、前記ピストンの外周面に、ピストンの回転位相によって前記吸入口と対向する凹溝と、この凹溝と前記ポンプ室とを連通する連通溝とを設けたものである。
したがって、凹溝が吸入口と対向した状態で、ポンプ室が拡張するようにピストンが軸線方向に移動することにより、流体が吸入口から凹溝を通ってポンプ室へ流入する。一方、凹溝が吸入口と対向していない状態で、ポンプ室が収縮するようにピストンが軸線方向に移動することにより、ポンプ室内の流体が吐出口から吐出される。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記吐出口から前記ポンプ室への流体の流れを規制する逆止め弁を設けたものである。
したがって、凹溝が吸入口と対向した状態で、ポンプ室が拡張するようにピストンが軸線方向に移動することにより、流体が吸入口から凹溝を通ってポンプ室へ流入するときには、逆止め弁がポンプ室と吐出口との間を閉じる。一方、凹溝が吸入口と対向していない状態で、ポンプ室が収縮するようにピストンが軸線方向に移動することにより、ポンプ室内の流体が吐出口から吐出されるときには、逆止め弁がポンプ室と吐出口との間を開放する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明に係るピストンポンプの第１の実施の形態においてポンプ室が収縮した状態を示す断面図、図２は同じくポンプ室が拡張した状態を示す断面図、図３は同じく駆動体を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）における III（ｂ）-III（ｂ）線断面図、同図（ｃ）は側面図、図４は同じくピストンを示し、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は底面図、図５は図１におけるV-V 線断面図である。
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、あくまでも図中における方向を説明した便宜上のものであって、本発明に係るピストンポンプが実際に使用される際の上、下の方向とは必ずしも一致するものではない。
【００１１】
図１に全体を符号１で示すピストンポンプは、駆動源であるモータ２を備えており、このモータ２は出力軸３がケース４内に臨むようにケース４の底部に図示を省略したねじによって固定されている。ケース４はプラスチックによって上方が開口した有底円筒状に形成されている。このケース４の下方には、ケース４内を大気に開放するための１ないし３つの通気孔４ａが穿孔されている。
【００１２】
図１に符号５で示す駆動体は、プラスチックよって略円柱状に形成されており、図３に示すように、中心に軸孔６が貫通形成され、上部周面には、互いに円周方向に１８０°位相をずらした位置に一対の駆動子７，７が、水平状態で互いに反対方向に向かって一体に突設されている。この駆動体５の軸孔６には、モータ２の出力軸３が固着されており、この駆動体５は出力軸３の回転と一体的に回転する。
【００１３】
図１に符号８で示すシリンダーは、プラスチックによって下方が開口した略カップ状に形成されており、上部側の外周部には、互いに円周方向に１８０°位相をずらした位置に、第１の筒部９と第２の筒部１０とが互いに反対方向に突設するように一体に設けられている。これら第１および第２の筒部９，１０の中空部９ａ，１０ａの先端の開口は、シリンダー８の内部と連通しており、これら開口はそれぞれ第１の通気口１１と第２の通気口１２とを形成している。
【００１４】
また、シリンダー８の外周部であって、第１の筒部９の下方側の部位には取付孔１３が穿孔されており、この取付孔１３にはピン１４が先端部をシリンダー８内に臨み、後述するカム溝１６に係合するように取り付けられている。このシリンダー８はケース４上に載置され、これらシリンダー８とケース４との互いの接合面を溶着することにより一体化されている。
【００１５】
図１に符号１５で示すピストンは、プラスチックによって略円柱状に形成されており、図４（ａ）に示すように、外周面には、上記したピン１４が係入する無端状に形成され傾斜した環状溝であるカム溝１６が凹設されている。このカム溝１６は、ピストン１５の外周面を展開した状態で正弦曲線に形成されており、ピストン１５が１回転すると、固定されたピン１４とカム溝１６とのカム作用によってピストン１５が上下方向に一往復するように構成されている。
【００１６】
また、このピストン１５の下面の外周部には、同図（ｃ）に示すように、平面視円弧状に形成された一対の係合片１７，１７が下方に向かって互いに対向するように突設されている。これら係合片１７，１７の互いに対向する端面間には、円周方向に互いに１８０°位相をずらすように、上下方向に延在し下端が開口した一対の係合溝１８，１８が形成されている。ピストン１５の外周部の上方側は、同図（ｂ）に示すように、平面視円弧状に形成され上方が開口した凹部１９ａと、凹部１９ａが形成されていない逆止め弁部１９ｂとによって構成されている。凹部１９ａの開き角度Ａは半円周よりもやや小さく設定され、かつピストン１５の軸線方向の寸法が長さＬに設定されている。
【００１７】
ピストン１５は、図１および図５に示すように、係合溝１８，１８に上記した駆動体５の駆動子７，７を係入することにより、モータ２の出力軸３が回転し駆動体５も回転すると、駆動子７，７と係合溝１８，１８との係合によって、ピストン１５も一体的に回転する。
【００１８】
ピストン１５が回転することにより、カム溝１６とピン１４とのカム作用によって、ピストン１５が上下方向に移動するときには、駆動子７，７と係合溝１８，１８とは摺動状態になる。換言すれば、ピストン１５は回転しながら上下方向、すなわち軸線方向に往復動し、シリンダー８の内周面によって回転自在かつ上下方向に摺動自在に支持されている。ピストン１５の上面とシリンダー８の内面との間に気密状態のポンプ室２０が形成される。ピストン１５の凹部１９ａが形成されている部位の軸線方向の長さＬは、ピストン１５が上下方向に往復動するとき、凹部１９ａがシリンダー８の第１の通気口１１または第２の通気口１２に対向するような長さに形成されている。
【００１９】
上述したように、凹部１９ａの上方は開口しており、凹部１９ａはポンプ室２０と連通している。また、この凹部１９ａは、モータ２が正方向に駆動したとき、すなわち図４（ｂ）においてピストン１５が反時計方向に回転し、ピストン１５が下降している間は、第１の筒部９の中空部９ａに対向し、この凹部１９ａを介して第１の通気口１１とポンプ室２０とが連通する。このとき、第２の筒部１０の中空部１０ａは、ピストン１５の逆止め弁部１９ｂに対向し、この逆止め弁部１９ｂによって閉塞されている。
【００２０】
一方、ピストン１５が上昇している間は、凹部１９ａは第２の筒部１０の中空部１０ａに対向し、この凹部１９ａを介して、第２の通気口１２とポンプ室２０とが連通されている。このとき、第１の筒部９の中空部９ａは、ピストン１５の逆止め弁部１９ｂに対向し、この逆止め弁部１９ｂによって閉塞されている。すなわち、この凹部１９ａは、ピストン１５の回転位相によって第１および第２の通気口１１，１２に交互に対向する。換言すれば、ピストン１５の逆止め弁部１９ｂは、ピストン１５の回転位相によって、第１の通気口１１とポンプ室２０との間と、第２の通気口１２とポンプ室２０との間を交互に閉塞する。
【００２１】
次に、図１および図２を用いて、このような構成のピストンポンプ１の動作について説明する。
モータ２が正方向に駆動し出力軸３が半回転すると、駆動体５も一体的に回転し、駆動体５の駆動子７，７が係合溝１８，１８に係入されていることにより、ピストン１５が駆動体５と一体的に回転するから、ピストン１５はカム溝１６とピン１４とのカム作用によりシリンダー８内を回転しながら下降する。
【００２２】
ピストン１５が下降するとポンプ室２０は拡張するから、ポンプ室２０内が負圧状態になる。このとき、ピストン１５の凹部１９ａが第１の筒部９の中空部９ａに対向しているため、第１の通気口１１とポンプ室２０との間が開放されている。一方、第２の筒部１０の中空部１０ａにピストン１５の逆止め弁部１９ｂが対向しているため、第２の通気口１２とポンプ室２０との間が閉塞されている。したがって、第１の通気口１１から中空部９ａ内に流入した流体は、凹部１９ａを通ってポンプ室２０内に流入する。なお、ピストン１５の下降によってケース４内の流体は通気孔４ａから外部に排出される。
【００２３】
モータ２の出力軸３がさらに正方向に半回転すると、ピストン１５は、図２に示すように、カム溝１６とピン１４とのカム作用により上昇し、ポンプ室２０は収縮するからポンプ室２０内の流体の圧力が上昇する。このとき、ピストン１５の凹部１９ａが第２の筒部１０の中空部１０ａに対向しているため、第２の通気口１２とポンプ室２０との間が開放されている。
【００２４】
一方、第１の筒部９の中空部９ａにピストン１５の逆止め弁部１９ｂが対向しているため、第１の通気口１１とポンプ室２０との間が閉塞されている。したがって、ポンプ室２０内の流体は凹部１９ａへ圧送されて、中空部１０ａを通って第２の通気口１２から吐出される。ここで、凹部１９ａの開き角度を半円周よりもやや小さく設定したことにより、ピストン１５が１回転する直前に、凹部１９ａを介して第１の通気口１１と第２の通気口１２とが同時に連通するようなことがないから、第２の通気口１２から第１の通気口１１に流体が逆流することがない。なお、ケース４内は通気孔４ａによって大気に開放されているから、ケース４内が負圧になるようなことはない。
【００２５】
このポンプ室２０の拡縮動作はモータ２の駆動にともなって連続して行われるから、流体は第２の通気口１２から連続して吐出される。このように、モータ２を正方向に駆動すると、第１の通気口１１は吸入口として機能し、第２の通気口１２は吐出口として機能する。
【００２６】
一方、モータ２を逆方向に駆動し出力軸３が半回転すると、図４（ｂ）においてピストン１５が時計方向に回転し、図１においてピストン１５が下降するためポンプ室２０が拡張する。このとき、ピストン１５が時計方向に回転しているために、ピストン１５の凹部１９ａが第２の筒部１０の中空部１０ａに対向し、この凹部１９ａを介して、第２の通気口１２とポンプ室２０とが連通する。したがって、第２の通気口１２から中空部１０ａに流入した流体は、凹部１９ａを通ってポンプ室２０内に流入する。
【００２７】
さらに、モータ２を逆方向に駆動し出力軸３が半回転すると、図２においてピストン１５が上昇するため、ポンプ室２０が収縮するからポンプ室２０内の流体の圧力が上昇する。このとき、ピストン１５の凹部１９ａが第１の筒部９の中空部９ａに対向し、この凹部１９ａを介して、第１の通気口１１とポンプ室２０とが連通する。したがって、ポンプ室２０内の流体は凹部１９ａへ圧送されて、中空部９ａを通って第１の通気口１１から吐出される。このように、モータ２が逆方向に駆動すると、第２の通気口１２は吸気口として機能し、第１の通気口１１は吐出口として機能する。
【００２８】
すなわち、モータ２の駆動方向を変えるだけで第１および第２の通気口１１，１２を吸入口または吐出口として選択するとができる。また、ピストン１５に凹部１９ａと逆止め弁部１９ｂとを設けたことにより、従来必要としていた第１および第２の逆止め弁が不要になるため、部品点数を削減することができる。また、シリンダー８の軸線方向に同軸上に配置していたこれら第１および第２の逆止め弁が不要になるため、軸線方向の寸法を小さくすることができるから小型化を図ることもできる。さらに、これら第１および第２の逆止め弁を取り付ける構造が不要になるばかりではなく、これら第１および第２の逆止め弁によって開閉される吸気通路および排気通路も不要になるため、構造を簡素化することができるため低廉なポンプを提供できる。
【００２９】
なお、この第１の実施の形態においては、第１および第２の通気口１１，１２を筒部９，１０の開口に形成したが、筒部９，１０を設けることなくシリンダー８の外周部に直接形成してもよい。
【００３０】
図６は本発明に係るピストンポンプの第２の実施の形態を示す断面図、図７は同じくピストンポンプに形成したカム溝と凹溝を展開して示した図である。これらの図において、上述した図１ないし図５に示す第１の実施の形態において説明した同一または同等の部材については同一の符号を付し詳細な説明は適宜省略する。
【００３１】
図６に符号２３で示す底板２３には、ねじ２３ａによってモータ２が固定されている。この第２の実施の形態においては、ダイヤフラムポンプ２１の径を極限まで小さくするために、細径状に形成したシリンダー２４を底板２３と別体に形成している。このシリンダー２４の下端には、シリンダー２４内を大気に開放するための切欠き２４ａが設けられており、シリンダー２４は、この切欠き２４ａをねじ２３ａに対応させるようにして底板２３上に載置され、溶着によって底板２３に固定されている。切欠き２４ａは、このシリンダー２４の外周部であって、取付孔１３の上方の部位には、吸入口２５が穿孔されている。
【００３２】
図６に符号２６で示すピストンの外周面には、カム溝１６と、ピストン２６の円周方向に向かって軸線方向の間隔が同一の正弦曲線に形成された凹溝２７が設けられており、この凹溝２７は図７に示すように、ピストン２６の回転位相が０°＋αから１８０°−αの範囲に形成されている。このαを設けた理由は、上述した第１の実施の形態と同様に、吸入口２５と後述する吐出口３２とがこの凹溝２７を介して連通し、吐出口３２から吸入口２５側に流体が逆流するのを防止するためである。
【００３３】
この凹溝２７とカム溝１６との間隔は、取付孔１３と吸入口２５との間隔と同じに形成されており、カム溝１３にピン１４が係入し、ピストン２６がシリンダー２４内に回転自在かつ軸線方向に移動自在に組み付けられた状態で、凹溝２７が吸入口２５に対向する。
【００３４】
凹溝２７の一端側、すなわちピストン２６の回転位相が１８０°側には、図７に示すように、この凹溝２７に連通する連通溝２８が設けられており、この連通溝２８は、ピストン２６の上端側に開口２８ａを有するように、ピストン２６の軸線方向に延設されている。したがって、ピストン２６の回転位相が０°から１８０°の範囲に設定されているときには、吸入口２５はこれら凹溝２７および連通溝２８を介してポンプ室２０と連通している。一方、ピストン２６の回転位相が１８０°から３６０°の範囲に設定されているときには、ピストン２６の外周面が吸入口２５に対向するため、吸入口２５とポンプ室２０との間が閉塞されるから、ピストン２６は、流体がポンプ室２０から吸入口２５への流入を規制する逆止め弁として機能する。
【００３５】
図６に符号３０で示す蓋体は、プラスチックによって略円柱状に形成されており、上側中央部に筒部３１が立設され、この筒部３１の中空部３１ａの上端開口が吐出口３２を形成している。この蓋体３０はシリンダー２４の上端開口を覆うようにシリンダー２４に溶着によって固定されており、この蓋体３０とピストン２６の上端面との間に、吐出口３２に連通するポンプ室２０が形成されている。
【００３６】
このように構成された第２の実施の形態におけるピストンポンプ２１において、モータ２が駆動し出力軸３が半回転してピストン２６の回転位相が０°から１８０°の範囲に設定されているときには、ピストン２６がカム溝１６とピン１４とのカム作用により下降するため、ポンプ室２０が拡張するからポンプ室２０内が負圧状態になる。このとき、凹溝２７が吸入口２５に対向しているため、吸入口２５は凹溝２７および連通溝２８を介してポンプ室２０と連通しているから、吸入口２５から凹溝２７および連通溝２８を通って流体がポンプ室２０内に流入する。なお、ピストン２６の下降によってシリンダー２４内の流体は切欠き２４ａから外部に排出される。
【００３７】
モータ２が駆動し出力軸３がさらに半回転してピストン２６の回転位相が１８０°から３６０°の範囲に設定されているときには、ピストン２６が上昇してポンプ室２０が収縮するため、ポンプ室２０内に流体の圧力が上昇する。このとき、ピストン２６の外周面が吸入口２５に対向するため、吸入口２５とポンプ室２０との間が閉塞されているから、ポンプ室２０内の流体は筒部３１の中空部３１ａに圧送されて吐出口３２から吐出される。なお、シリンダー２４内は切欠き２４ａによって大気に開放されているから、シリンダー２４内が負圧になるようなことはない。
【００３８】
この第２の実施の形態においては、上述した第１の実施の形態と同様に、部品点数を削減することができるというばかりではなく、小型化を図ることができ、かつ構造を簡素化することができる。また、上述した第１の実施の形態における凹部１９ａが正面視長方形に形成されているのに対して、この第２の実施の形態における凹溝２７は正面視線状に形成されているため、ポンプ室２０に連通した凹溝２７の容積が凹部１９ａの容積よりも小さくなる。したがって、この第２の実施の形態においては、シリンダー８におけるポンプ室２０の圧縮比が向上する。
【００３９】
図８は本発明に係るピストンポンプの第３の実施の形態を示す断面図である。この第３の実施の形態におけるピストンポンプ４１は、上述した第２の実施の形態に、吐出口３２からポンプ室２０への流体の流れを阻止する逆止め弁４６を設けたことに特徴を有する。すなわち、図８に符号４２で示すバルブホルダーは、プラスチックによって略円柱状に形成されており、上側の中央部には凹部４３が設けられ、この凹部４３の中央部には取付孔４４が穿孔され、この取付孔４４の周りには、複数の吐出通路４５が貫通形成されている。
【００４０】
取付孔４４には、ゴム等の柔軟性を有する材料によって傘形に形成された弁体４６が取り付けられており、バルブホルダー４２の凹部４３の上面に密接することにより、吐出通路４５と後述する吐出空間５０との間を閉塞するから、流体がが吐出口３２からポンプ室２０へ流入するのを規制する逆止め弁として機能する。バルブホルダー４２の外周面には環状溝４７が凹設され、この環状溝４７には、シール材としてのＯリング４８が嵌挿されている。
【００４１】
同図に符号４９で示すリング状部材は、シリンダー２４上に載置されシリンダー２４との互いの接合面を溶着によって接合されている。前記バルブホルダー４２に弁体４６を取り付けた後、蓋体３０を溶着することにより、この蓋体３０の下面とバルブホルダー４２の凹部４３との間に、吐出口３２に連通する吐出空間５０が形成される。次いで、蓋体３０を溶着したバルブホルダー４２をシリンダー２４内に挿入し、接着またはかしめによって固定することにより、このバルブホルダー４２の下面とピストン２６の上面との間にポンプ室２０が形成される。
【００４２】
この第３の実施の形態のように、逆止め弁としての弁体４６を設けたことにより、ピストンポンプ４１のポンプ動作が停止したときに、吐出口３２からポンプ室２０に流体が逆流するのを規制することができる。また、ポンプ室２０と吐出口３２との間に吐出空間５０を設けたことにより、弁体４６が開きポンプ室２０から吐出通路４５を通って圧送された流体がこの吐出空間５０において膨張することにより、流体の流れによって生じる音が消音されるとともに、弁体４６の開閉によって生じる振動音をも消音される。
【００４３】
なお、本実施の形態においては、カム溝１６を正弦曲線に形成したが、これに限定されず、種々の設計変更が可能であり、要はピストンが１回転したときに軸線方向に１往復するような無端状のカム溝であればよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、部品点数を削減することができるというばかりではなく、小型化を図ることができるとともに、構造を簡素化することができるため低廉なポンプを提供できる。
【００４６】
また、請求項１に係る発明によれば、圧縮比を上げることができる。
【００４７】
また、請求項２に係る発明によれば、ポンプの動作が停止したときに、吐出口からポンプ室に流体が逆流するのを規制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るピストンポンプの第１の実施の形態においてポンプ室が収縮した状態を示す断面図である。
【図２】本発明に係るピストンポンプの第１の実施の形態においてポンプ室が拡張した状態を示す断面図である。
【図３】本発明に係るピストンポンプの第１の実施の形態における駆動体を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）における III（ｂ）-III（ｂ）線断面図、同図（ｃ）は側面図である。
【図４】本発明に係るピストンポンプの第１の実施の形態におけるピストンを示し、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は底面図である。
【図５】図１におけるV-V 線断面図である。
【図６】本発明に係るピストンポンプの第２の実施の形態を示す断面図である。
【図７】本発明に係るピストンポンプの第２の実施の形態において、ピストンに形成したカム溝と凹溝とを展開して示した図である。
【図８】本発明に係るピストンポンプの第３の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２１，４１…ピストンポンプ、２…モータ、５…駆動体、７…駆動子、８，２７…シリンダー、１１…第１の通気口、１２…第２の通気口、１４…ピン、１５，２４…ピストン、１６…カム溝、１７…係合片、１８…係合溝、１９ａ…凹部、１９ｂ…逆止め弁部１９、２０…ポンプ室、２５…凹溝、２６…連通溝、２８…吸入孔、３０…蓋体、３２…吐出口、４２…バルブホルダー、４５…吐出通路、４６…弁体、５０…吐出空間。

Claims

吸入口が外周部に設けられたシリンダーと、このシリンダー内を回転することにより軸線方向に往復動するピストンと、吐出口に連通し前記ピストンと前記シリンダーとの間に形成されたポンプ室とからなり、前記ピストンの外周面に、このピストンの回転位相によって前記吸入口と対向する凹溝と、この凹溝と前記ポンプ室とを連通する連通溝とを設けたことを特徴とするピストンポンプ。
請求項１記載のピストンポンプにおいて、前記吐出口から前記ポンプ室への流体の流れを規制する逆止め弁を設けたことを特徴とするピストンポンプ。