JP4571025B2

JP4571025B2 - 小型ダイヤフラムポンプ

Info

Publication number: JP4571025B2
Application number: JP2005193719A
Authority: JP
Inventors: 和義橋本
Original assignee: 株式会社榎本マイクロポンプ製作所
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2025-07-01
Also published as: JP2007009838A

Description

本発明は、比較的小型の機器類に使用される気体ポンプ、液体ポンプ及び気液混合ポンプの小型ダイヤフラムポンプに関する。

従来のゴム材質による家庭用の水槽、養魚の酸素供給のポンプ、或いは泡風呂などのエアー噴気用小型コンプレッサなどにはダイヤフラムポンプが使用されている。この種のダイヤフラムポンプとして、特開２０００−１３０３３５号公報（特許文献１）に示すような電磁式ダイヤフラムポンプがあった。従来のゴム材質による弁は長期間使用されている間に変形が生じ易く、弁のシール性を高めて保持することが困難であった。特に、液体を供給するポンプの場合には、過大な液圧（水の場合は水圧）を弁が受けるので、弁が大きく動くために弁が変形を起こし易かった。
特開２０００−１３０３３５号公報

この特許文献１に示す電磁式ダイヤフラムポンプは、筐体状の電磁石ケースと、該電磁石ケースの中に対向するように配置された一対の電磁石と、該一対の電磁石の対向面の間に介在され電磁石の極性変化に伴い、電磁石の対向方向に対して直角方向に往復運動する振動子と、該振動子の両端部に対向するように配置された一対の弾性を有するダイヤフラムと、該ダイヤフラムにより隔離され、かつ吸入弁および吐出弁を有する弁ケース本体とを有する電磁式ダイヤフラムポンプであって、前記弁ケース本体に弁機能を有するように固着される吸入弁および吐出弁は、それぞれ、肉薄円形状の弁傘部を備え、当該弁傘部のシール側の平面の表面粗度Ｒａが、０．５〜０．３μｍの範囲に設定されてなることを特徴とするものである。

しかしながら、上述した特許文献１の電磁式ダイヤフラムポンプにあっては、その目的が騒音を低減することにあることから、吸入弁および吐出弁は、弁傘部のシール側の平面の表面粗度Ｒａが、０．５〜０．３μｍの範囲にすることが必要なため、吸入弁および吐出弁の加工については、特別の表面加工を必要とし、コストが高くなるという問題があった。

また、吸入弁および吐出弁は、それぞれ、吸気側外壁と吐出側外壁と取り付けられており、吸気側外壁と吐出側外壁の間でシール性を保持するように構成されているが、そのためには、吸入弁および吐出弁の接触面は長期に亘って平坦度が要求されるが、吸入弁および吐出弁の材質は一般的にゴム材質が使用されるため、長期間使用されている間に変形が生じやすく、シール性を保持することが困難になるという問題もあった。

本発明は、上述した従来の問題に鑑みなされたもので、気体、流体を問わず高いシール性を維持できる小型ダイヤフラムポンプを提供するものである。

上記課題を解決するために本発明は、吸入弁及び吐出弁をそれぞれ装着するための装着部が設けられた下側ポンプヘッドの各前記装着部に吸入弁及び吐出弁をそれぞれ装着した状態で、前記吸入弁と前記吐出弁を同時に分断してシールするためのパッキンを介して上側ポンプヘッドに取り付けられて内部が気密にされたポンプヘッドを有するポンプ部を備え、駆動部によってダイヤフラムを往復運動させることにより前記ポンプ部を動作させる小型ダイヤフラムポンプにおいて、前記吸入弁及び前記吐出弁は、同一形状に形成され、中心に形成された円筒部と、前記円筒部の外側に形成された肉薄円形状の弁傘部と、前記弁傘部より厚く周囲に形成された外周部とからなり、前記吸入弁は、前記円筒部を前記下側ポンプヘッドに設けられた挿入突起に挿入することにより当該下側ポンプヘッドに装着され、そして、前記上側ポンプヘッドの下端面には前記吸入弁の前記弁傘部の中心部近傍で当該吸入弁側に円錐状に盛り上がる突起部が形成され、当該突起部は前記吸入弁の表面と接すると共に、前記吸入弁の前記外周部が前記上側ポンプヘッドの下端面に接触することによってシール性を高め、さらに、前記吸引弁が必要以上に反り返らないように前記下側ポンプヘッドにストッパーを設け、他方、前記吐出弁は、前記吸入弁とは逆向きにして前記円筒部を前記下側ポンプヘッドに設けられた他の挿入突起に挿入することにより当該下側ポンプヘッドに装着され、そして、前記他の挿入突起の根元には円錐状に盛り上がる突起部が形成され、当該突起部は前記吐出弁の表面と接すると共に、前記吐出弁の前記外周部が前記下側ポンプヘッドの表面に接触することによってシール性を高め、さらに、前記吐出弁が必要以上に反り返らないように前記上側ポンプヘッドにストッパーを設けたことを特徴とする。

本発明は上述のように構成されたことにより、気体、液体を問わず高いシール性を備え、組み立てが簡単な小型のダイヤフラムポンプを提供することができる。

また、本発明は、弁の中心部を円錐状の突起で押すことにより、弁が閉まる方向に作用することで、シール性が向上すると共に弁が逆さに反ることが抑制される。弁が装着されたポンプヘッドの反対側のポンプヘッドで、弁とある隙間を設けてストッパー構造にすることで弁を必要以上に反らないようにして、長期間においてもシール性が保持できる。

さらに、本発明は、弁の取り付けは下側ポンプヘッドに形成した挿入突起に挿入するだけでよく、ダイヤフラムポンプの組み立てが簡単にできる。

本発明に係る小型ダイヤフラムポンプの最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る小型ダイヤフラムポンプの全体を上方から見た分解斜視図、図２は図１のダイヤフラムポンプの下方から見た分解斜視図、図３は図１のダイヤフラムポンプの構成を示す断面図、図４は図３のＰ部の拡大図、図５は図３のＱ部の拡大図、図６は図１のダイヤフラムポンプに使用する吸入弁の斜視図、図７は図１のダイヤフラムポンプ下死点の動作を説明する説明図、図８は図１のダイヤフラムポンプ上死点の動作を説明する説明図である。

本発明に係るダイヤフラムポンプは、図１または図２に示すように、ポンプ部Ａとこのポンプ部Ａを駆動するための駆動部Ｂから構成されている。このポンプ部Ａと駆動部Ｂの間にダイヤフラム５が装着されている。ポンプ部Ａは、上側ポンプヘッド１と下側ポンプヘッド２の間に吸入弁３と吐出弁４が装着されている。

上側ポンプヘッド１は、合成樹脂材料より厚みを有する略矩形に形成され、四隅には取付ねじを取り付けるためのねじ孔が上端面より低い位置に形成されている。これは取付ねじの頭が上側ポンプヘッド１の上面より出ないようにするためである。この上側ポンプヘッド１内部には、後述する吸入孔１ｂや吐出孔１ｄが形成されており、この吸入孔１ｂや吐出孔１ｄに連通するように吸入管１ｅや吐出管１ｆが後述するモータ２１と同一方向に設けられている。これは、吸入管１ｅと吐出管１ｆがダイヤフラムポンプの外側に突出せず、小型化するためであるが、用途によっては任意の方向に向けることは可能である。

また、下側ポンプヘッド２は、合成樹脂材料より厚みを有する略矩形に形成され、上面に吸入弁３と吐出弁４の装着部２ａ，２ｂが形成されており、この装着部２ａ，２ｂに吸入弁３と吐出弁４を装着した状態で、パッキン６と共に上側ポンプヘッド１に取り付けられるようになっている。そのため、装着部２ａ，２ｂには、吸入弁３と吐出弁４を挿入するための挿入突起２ｃ，２ｅ（図４、図５参照）が形成されている。そして、パッキン６は、吸入弁３と吐出弁４を同時に分断してシールするため、メガネ状に形成されている。

また、駆動部Ｂは、合成樹脂材料より略箱型に形成された取付ベース２０に、駆動用のモータ２１が取り付けられ、内部にベアリング２２、クランク２３、アームロッド２４が組み込まれ、防音のためカバー２５で蓋着されている。この取付ベース２０は、上部にダイヤフラム５の装着穴２０ａが形成され、下部には安定化のために基台２０ｂが取り付けられている。そして、この取付ベース２０は、他の形状のモータも取り付けができるように、ねじ孔２０ｃを形成している。

この駆動部Ｂの連結状態は、図３に示すように、モータ２１の回転軸２１ａはクランク２３で軸支されており、回転運動を往復運動に変換している。このクランク２３はベアリング２２に取り付けられ、このベアリング２２はアームロッド２４に取付られ手いる。また、このアームロッド２４はダイヤフラム５に埋め込まれているインサート金具５ａに連結され、ダイヤフラム５を往復運動するように構成している。そして、ダイヤフラム５とインサート金具５ａは一体で形成されていて、アームロッド２４と連結部分のインサート金具５ａの形状はねじ形状になっている。同様にアームロッド２４の上部もねじ形状になっているため工具なしで容易にダイヤフラム５が取り付けできるようになっている。さらに、ダイヤフラム５の外周に突起及び取付ベース２０のダイヤフラム外周部５ｂの突起に相当する部分を凹形状２０ｄにすることで装着孔２０ａから脱落することを防止している。インサート金具５ａがあることにより、ダイヤフラム５の取り付け、取り外しを工具なしで行うことができるようにしている。

また、図４および図５は、図３に示す吸入弁３と吐出弁４の装着状態を拡大したもので、この吸入弁３と吐出弁４は、同一形状に形成されているので、吸入弁３についてのみ説明する。この吸入弁３は、図６に示すように、ゴムのような弾性を有する材質から形成されたもので、中心に形成された円筒部３ａと、前記円筒部３ａの外側に形成された肉薄円形状の弁傘部３ｂと、前記弁傘部３ｂより厚く周囲に突起状に形成された外周部３ｃとからなるものである。

このように形成された吸入弁３と吐出弁４は、図１に示すように、下側ポンプヘッド２の上面に形成された装着部２ａ，２ｂに装着され、パッキン６と共に上側ポンプヘッド１に固着されるものである。そのため下側ポンプヘッド２の装着部２ａ，２ｂには、図４、図５に示すように、吸入弁３と吐出弁４の円筒部３ａ，４ａを挿入、固定するための挿入穴の中に挿入突起２ｃ，２ｅが形成されている。そして、吸入弁３と吐出弁４の裏側位置にあたる下側ポンプヘッド２と上側ポンプヘッド１には、吸入弁３と吐出弁４が必要以上に反り返らないようにストッパー１ｇ，２ｇが形成されている。

また、図４は、上側ポンプヘッド１と下側ポンプヘッド２の間に装着された吸入弁３の状態を示すもので、下側ポンプヘッド２に挿入、固定された吸入弁３は、吸入弁３の弁傘部３ｂの裏側と装着部２ａ、上側ポンプヘッド１の間で隔絶された下側流入室８を形成しており、この下側流入室８は下側ポンプヘッド２に形成された複数の連通孔２ｄを経由して、下側ポンプヘッド２とダイヤフラム５の間に形成されたポンプ室７に連通されている。

また、吸入弁３の表面は上側ポンプヘッド１の下端面と接しており、この下端面は吸入弁３の弁傘部３ｂの中心部近傍で吸入弁３側に円錐状に盛り上がる突起部１ａを形成している。そのため、上側ポンプヘッド１の下端面と吸入弁３の間には、前記下側流入室８とは吸入弁３で隔絶された上側流入室９が形成されている。そして、この上側流入室９には、外部と連通し、外部から気体または液体を導入するために上側ポンプヘッド１に形成された吸入孔１ｂが連通している。

このように装着された吸入弁３は、外周部３ｃにより上側ポンプヘッド１の下端面に強く接触するのでシール性が高まるものである。また、上側ポンプヘッド１の突起部１ａが円錐状であることから吸入弁３には弁傘３ｂ外周部３ｃは上側ポンプヘッドの方向３Ｆに傾き、よりシール性を高めている。そして、この突起部１ａがあることにより、上側ポンプヘッド１側より圧力で押されても逆にそり難いようになっている。

また、図５に示すように、下側ポンプヘッド２の装着部２ｂには、吐出弁４が装着されている。この吐出弁４は前記吸入弁３とは逆向きに装着部２ｂに装着されるもので、そのため、装着部２ｂには吐出弁４の円筒部４ａに挿入するための挿入突起２ｅが形成されている。

この吐出弁４の表面側で下側ポンプヘッド２と接しており、この下側ポンプヘッド２との接触面は、外周部４ｃと、円筒部４ａの入口近傍となつている。そのため、吐出弁４と下側ポンプヘッド２の接触面との間に下側吐出室１０が形成され、この下側吐出室１０と前記ポンプ室７は下側ポンプヘッド２に形成された連通孔２ｆで連通されている。

また、この上側ポンプヘッド１の接触面と、下側ポンプヘッド２の接触面と、吐出弁４の弁傘部４ｂと、で形成される上側吐出室１１は、上側ポンプヘッド１に形成された吐出孔１ｄで外部に連通されている。

このように構成された吐出弁４は、前記吸入弁３と同様に、外周部４ｃが下側ポンプヘッド２の接触面と強く接触するのでシール性が高まり、円筒部４ａの入口が強く下側ポンプヘッド２の挿入突起２ｅの根元に強く当たるので、シール性が高まるものである。また、吸入弁３同様に吐出弁４は、下側ポンプヘッド２の突起部２ｈが円錐状であることから、吐出弁４には弁傘部４ｂ、外周部４ｃは下側ポンプヘッド２の方向４ｆに傾き、よりシール性を高めている。そして、この突起部２ｈがあることにより、下側ポンプヘッド２側より圧力で押されても逆に反り難いようになっている。

上述のように構成された小型ダイヤフラムポンプの動作を図７および図８を参照して説明する。
先ず、図７は、ダイヤフラム５が一番下がった状態で、ポンプ下死点を示す。図８は、ダイヤフラム５が一番上がった状態で、ポンプ上死点を示し、ダイヤフラム５が矢印の方向に引っ張られた場合は、ポンプ室７の容積が大きくなるので、このポンプ室７の圧力が下がる。すると、ポンプ室７に連通孔２ｄを通じて連通している下側流入室８の圧力が下がるので、吸入弁３の外周部３ｃが開き、上側ポンプヘッド１の吸入孔１ｂを通じて外部の液体若しくは気体が吸入される。

一方、吐出弁４においては、ポンプ室７に連通孔２ｆを通じて連通している下側吐出室１０の圧力が下がるので、連通孔１ｄで外部に連通している下側吐出室１０より上側吐出室１１の圧力が大きくなり、吸入弁４の外周部４ｃは下側ポンプヘッド２の接触面に強く押しつけられ、シール性が高まるものである。

また、図８に示すように、ダイヤフラム５が矢印の方向に押されたた場合は、ポンプ室７が狭くなるので、このポンプ室７の圧力が上がる。すると、ポンプ室７に連通孔２ｄを通じて連通している下側流入室８の圧力が上がるので、吸入弁３の外周部３ｃが上側ポンプヘッド１の下端面に押しつけられ、強くシールされるものである。

一方、吐出弁４においては、ポンプ室７に連通孔２fを通じて連通している下側吐出室１０の圧力が上がるので、吐出弁４の外周部４ｃが開き、内部の液体若しくは気体が、矢印のように、上側ポンプヘッド１の吐出孔１ｄを通じて外部に吐出される。

尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で様々の態様が可能なことは勿論である。例えば、形状、材料などは適宜選択できることは勿論である。

本発明に係るダイヤフラムポンプの全体を上方から見た分解斜視図である。図１のダイヤフラムポンプの下方から見た分解斜視図である。図１のダイヤフラムポンプの構成を示す断面図である。図３のＰ部の拡大図である。図３のＱ部の拡大図である。図１のダイヤフラムポンプに使用する吸入弁の斜視図である。図１のダイヤフラムポンプの動作を説明する説明図である。図１のダイヤフラムポンプの動作を説明する説明図である。

符号の説明

Ａポンプ部
Ｂ駆動部
１上側ポンプヘッド
１ａ突起部弁の中央部分と接触する部分
１ｂ吸入孔
１ｄ吐出孔
１ｅ吐出管
１ｆ吸入管
１ｇストッパー
２下側ポンプヘッド
２ａ装着部
２ｂ装着部
２ｃ挿入突起
２ｄ連通孔
２ｅ挿入突起
２ｆ連通孔
２ｇストッパー
３吸入弁
３ａ円筒部
３ｂ弁傘部
３ｃ外周部
４吐出弁
４ａ円筒部
４ｂ弁傘部
４ｃ外周部
５ダイヤフラム
５ａインサート金具
５ｂ外周部
６パッキン
７ポンプ室
８下側流入室
９上側流入室
１０下側吐出室
１１上側吐出室
２０取付ベース
２０ａ装着孔
２０ｂ基台
２０ｃねじ孔
２０ｄ凹形状
２１モータ
２１ａ回転軸
２２ベアリング
２３クランク
２４アームロッド
２５カバー

Claims

吸入弁及び吐出弁をそれぞれ装着するための装着部が設けられた下側ポンプヘッドの各前記装着部に吸入弁及び吐出弁をそれぞれ装着した状態で、前記吸入弁と前記吐出弁を同時に分断してシールするためのパッキンを介して上側ポンプヘッドに取り付けられて内部が気密にされたポンプヘッドを有するポンプ部を備え、駆動部によってダイヤフラムを往復運動させることにより前記ポンプ部を動作させる小型ダイヤフラムポンプにおいて、
前記吸入弁及び前記吐出弁は、同一形状に形成され、中心に形成された円筒部と、前記円筒部の外側に形成された肉薄円形状の弁傘部と、前記弁傘部より厚く周囲に形成された外周部とからなり、
前記吸入弁は、前記円筒部を前記下側ポンプヘッドに設けられた挿入突起に挿入することにより当該下側ポンプヘッドに装着され、そして、前記上側ポンプヘッドの下端面には前記吸入弁の前記弁傘部の中心部近傍で当該吸入弁側に円錐状に盛り上がる突起部が形成され、当該突起部は前記吸入弁の表面と接すると共に、前記吸入弁の前記外周部が前記上側ポンプヘッドの下端面に接触することによってシール性を高め、さらに、前記吸引弁が必要以上に反り返らないように前記下側ポンプヘッドにストッパーを設け、
他方、
前記吐出弁は、前記吸入弁とは逆向きにして前記円筒部を前記下側ポンプヘッドに設けられた他の挿入突起に挿入することにより当該下側ポンプヘッドに装着され、そして、前記他の挿入突起の根元には円錐状に盛り上がる突起部が形成され、当該突起部は前記吐出弁の表面と接すると共に、前記吐出弁の前記外周部が前記下側ポンプヘッドの表面に接触することによってシール性を高め、さらに、前記吐出弁が必要以上に反り返らないように前記上側ポンプヘッドにストッパーを設けた、
ことを特徴とする小型ダイヤフラムポンプ。