JP5417317B2 - 金属製ダイヤフラム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、所定の圧力によって弾性変形可能な金属製のダイヤフラムに関する。

例えば、薄膜状に構成された金属製のダイヤフラムは、ダイヤフラムポンプのように、流体を搬送するための搬送手段、ダイヤフラム弁のように、流体の流れを制御する制御手段、ダイヤフラムセンサのような検知手段、ブレーキダイヤフラムのように制動力を伝達するための制動手段といった広範な技術分野で使用されている（例えば特許文献１等参照）。
日本国特開２００７−２３９７６９号公報 日本国特開２００６−２１９９９６号公報 日本国特開２００５−２６５７８４号公報 日本国特開平１１−３４８７０号公報

金属製のダイヤフラムは、所定の圧力によって弾性変形可能な膜部の弾性変形を利用することによって、種々の用途に用いられるものであるが、この膜部が所望の弾性変形を実現するには、この膜部が弾性変形したときに、膜部の機能を損なうことなく、しかも所定の固定位置に確実かつ強固に固定する必要がある。さらに、膜部は、固定された状態で、損傷することなく長期間にわたってその機能を発揮することが必要とされる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、膜部の機能を損なうことなく所定の固定位置に確実かつ強固に固定できるとともに、膜部の長寿命化を実現できる金属製ダイヤフラムを提供することを課題とする。

本発明に係る金属製ダイヤフラムは、所定の圧力によって弾性変形可能な膜部と、この膜部の周縁部に設けられるとともに、この膜部の膜厚よりも厚く構成された厚肉部とを備え、膜部と厚肉部との間には、膜部に接触するとともに、膜部の弾性変形に伴って弾性変形しながらこの膜部を保護する保護部が設けられることを特徴とする。

かかる構成によれば、膜部の周縁部に厚肉部を形成することによって、ダイヤフラムを所定の固定位置に固定するときに、この厚肉部を介して固定するようにすれば、膜部はその機能を損なうことなく所望の弾性変形を行うことができ、しかも厚肉部を押さえるように固定するようにすれば、この厚肉部の厚さ方向の弾性変形によって摩擦力が生じ、これによって、金属製ダイヤフラムは、所定の固定位置に確実かつ強固に固定できるようになる。

さらに、膜部が弾性変形したときに、膜部と厚肉部との間の保護部がこの膜部に追従するように弾性変形することにより、膜部の損傷を防止して、ダイヤフラムの長寿命化を実現できる。

また、本発明に係る金属製ダイヤフラムは、前記保護部が、膜部と厚肉部との間で所定の曲率半径で湾曲した曲面を有する構成を採用できる。

かかる構成によれば、厚さの異なる膜部と厚肉部との間に設けられる保護部がこの曲面を有することで、膜部と厚肉部の境界部分での応力集中による亀裂の発生を防止でき、これによってダイヤフラムを長寿命化できる。

また、本発明に係る金属製ダイヤフラムは、前記厚肉部が、膜部とは別体の金属板が膜部の周縁部に溶接により固着されてなる構成を採用してもよい。

かかる構成によれば、金属製ダイヤフラムを容易に製造できるようになる。

また、本発明に係る金属製ダイヤフラムは、前記膜部の中央部に、膜部に当接する当接部材の当接部位を補強すべく、膜部の厚さよりも厚い厚肉部が形成されるようにしてもよい。

かかる構成によれば、当接部材が当接する部位を膜部よりも厚い厚肉部とすることで、当接部材が当接する部位の強度を高め、長期の使用に耐え得るダイヤフラムを実現できる。

また、本発明に係る金属製ダイヤフラムは、前記膜部の中央部に形成された厚肉部と膜部との間に、膜部の弾性変形に伴って弾性変形しながらこの膜部を保護する保護部が設けられるようにしてもよい。

かかる構成によれば、膜部が弾性変形するときに、この厚肉部と膜部との間の保護部がこの膜部に追従するように弾性変形することにより、膜部の損傷を防止して、ダイヤフラムの長寿命化を実現できる。

本発明によれば、膜部の機能を損なうことなく所定の固定位置に確実かつ強固に固定できるとともに、膜部の長寿命化を実現できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るダイヤフラムを示す側面図である。 図２は、ダイヤフラムの要部拡大断面図である。 図３は、本発明の第２実施形態に係るダイヤフラムを示す要部拡大断面図である。 図４は、本発明の第３実施形態に係るダイヤフラムを示す要部拡大断面図であり、（ａ）は厚肉部が膜部と一体にされる前の状態を示し、（ｂ）は厚肉部と膜部が一体とされた状態を示す。 図５は、本発明の第４実施形態に係るダイヤフラムを示す要部拡大断面図である。 図６は、本発明の第５実施形態に係るダイヤフラムを示す要部拡大断面図である。 図７は、本発明に係るダイヤフラムを用いた往復動ポンプの概略断面図である。 図８は、本発明の第６実施形態に係るダイヤフラムを示す断面図である。 図９は、図８のＡ領域の拡大断面図である。 図１０は、図８のＢ領域の拡大断面図である。

符号の説明

１ ダイヤフラム
１ａ 膜部
１ｂ 厚肉部
１ｃ 第１厚肉部
１ｄ 第２厚肉部（保護部）
１ｅ 曲面
１ｆ 先端部
１ｇ 屈曲部
１ｈ 曲面
１ｉ 傾斜面
２ ダイヤフラム駆動室
３ 弁体
４ 弁座
５ 作動油制限室
６ 弁体支持部
７ 付勢手段
８ シャフト
９ シャフト支持部
１０ 流体搬送部
１１ 厚肉部材
１２ 第１厚肉部材
１３ 第２厚肉部材
１４ 第３厚肉部材
１５ 厚肉部材
１６ 直線部
１７ 第３厚肉部
１７ａ 平坦面（当接部）
１７ｂ 平坦面
１８ 第４厚肉部（保護部）
１８ａ 曲面
１８ｂ 曲面
１９ａ 凸部
１９ｂ 凹部
２０ ガス排出機構
２１ 第１ガス排出経路
２２ 第２ガス排出経路
２３ａ ボール体
２３ｂ ボール体
２４ 連通部
２５ 流量調整部
２６ 規制部
２７ 調整バルブ
２８ ボール体
２９ 保護カバー
３１ 作動油供給部
３２ ポンプヘッド
３３ 流入側逆止弁
３４ 流出側逆止弁
３５ 作動油配管部
３７ リリーフ機構
４０ 駆動力供給部
４１ 駆動力伝達軸
４２ 偏心カム
４３ 第１ピストン部
４４ 第２ピストン部
４５ 第１回動軸
４６ 第２回動軸
４７ ベアリング
４８ ベアリング
４９ 位置規制付勢手段
５０ ケーシング
６０ 補助プランジャ機構
７０ 作動油供給弁
Ｘ１ 第３厚肉部の中心線
Ｘ２ 第４厚肉部の中心線

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。図１、図２は、本発明に係るダイヤフラムの第１実施形態を示している。

図１、図２に示すように、本実施形態に係る金属製ダイヤフラム（以下、単に「ダイヤフラム」という）１は、平面視円形状に構成されるとともに、所定の圧力によって弾性変形可能な膜部１ａと、この膜部１ａの膜厚よりも厚い厚肉部１ｂと、この厚肉部１ｂの厚さ方向の外面に重ねられる厚肉部材１１とを備える。

本実施形態では、ダイヤフラム１は、膜部１ａの直径が約１００ｍｍとされ、膜部１ａの厚さが約０．１ｍｍとされ、厚肉部１ｂを構成する円環状の板部材の厚さが約１．５ｍｍとされている。

膜部１ａおよび厚肉部１ｂは、所定の金属材料により構成されている。本実施形態では、膜部１ａは、例えば、低ヤング率で高弾性変形能を有する金属（例えばチタン合金）によって構成されている。また、厚肉部１ｂは、例えば、純チタン（Ｔｉ）その他の金属により構成されている。

厚肉部１ｂは、その半径方向外側に、厚さが一定の第１厚肉部１ｃを備え、この第１厚肉部１ｃの内側に、その半径方向内方に向かうにつれて、その厚さが徐々に薄くなるように構成された第２厚肉部１ｄを備える。

本実施形態では、第１厚肉部１ｃの半径方向外方側の部分が膜部１ａと溶接（例えばＥＢ溶接）によって固着されている。第２厚肉部１ｄは、膜部１ａに固着されておらず、この膜部１ａに接触した状態となっている。

また、第２厚肉部１ｄは、その厚さ方向において、膜部１ａと対向する面が、平坦面状に構成されており、その反対側の面１ｅが所定の曲率半径（例えば曲率半径４ｍｍ）の曲面（１ｅ）となっている。これにより、第２厚肉部１ｄは、膜部１ａが所定の圧力によって弾性変形したときに、この膜部１ａの弾性変形に伴って弾性変形可能に構成されている。

厚肉部材１１は、例えば合成樹脂、好ましくはＰＴＦＥその他のフッ素樹脂によって円環状の薄板状に構成されており、その厚さが膜部１ａの膜厚よりも厚くなっている。この厚肉部材１１の半径方向における幅は、前記第１厚肉部１ｃの半径方向における幅とほぼ等しくなっている。この厚肉部材１１は、膜部１ａおよび厚肉部１ｂとは別体に構成されており、その厚さ方向の一方の面が、第１厚肉部１ｃの厚さ方向の外面に接触した状態（重なった状態）で使用されるようになっている。

上記構成のダイヤフラム１によれば、膜部１ａの周縁部に厚肉部１ｂを形成することにより、この厚肉部１ｂを介して所定の固定位置に確実かつ強固に固定できるようになる。すなわち、この厚肉部１ｂの第１厚肉部１ｃを挟み込むようにしてダイヤフラム１を固定すれば、第１厚肉部１ｃの厚さ方向への変形（弾性変形）によって摩擦力が生じ、これによって、ダイヤフラム１の位置がずれにくくなり、確実かつ強固に所定の固定位置に固定できるようになる。また、この第１厚肉部１ｃに、別体の厚肉部材１１を重ねて固定することにより、さらに確実かつ強固にダイヤフラム１を固定できるようになる。

また、厚肉部１ｂは、円環状に構成されるとともに、膜部１ａの周縁部に設けられていることから、この膜部１ａは、厚肉部１ｂによってその機能が損われるということもなく、所定の弾性変形によって所望の機能を発揮できるようになっている。また、厚肉部材１１も円環状に構成されていることから、膜部１ａが弾性変形したときに、その動きを妨げることがなく、ダイヤフラム１は所望の機能を発揮できるものとなっている。

また、厚肉部１ｂは、その第２厚肉部１ｄが、膜部１ａの弾性変形に伴って弾性変形可能に構成されていることから、第１厚肉部１ｃの半径方向内側の端部は、膜部１ａが弾性変形したときに、この膜部１ａを傷つけることもなく、しかも、膜部１ａを常に覆って保護するようになっている。

すなわち、この第２厚肉部１ｄは、第１厚肉部１ｃと膜部１ａとの間に設けられ、膜部１ａの弾性変形に伴って弾性変形することにより、この膜部１ａを保護する保護部となっている。このように、第１厚肉部１ｃと膜部１ａとの間に保護部（第２厚肉部１ｄ）を設けることにより、第１厚肉部１ｃと膜部１ａとの境界部分で、膜部１ａに応力集中が生じにくくなり、これによって膜部１ａの損傷を防止できるようになる。これにより、ダイヤフラム１は、その寿命を長期化できる構成となっている。

また、この第２厚肉部１ｄの一方の面を曲面１ｅとすることにより、第２厚肉部１ｄが弾性変形を繰り返したとしても、その中途部から亀裂が生じにくくなっており、これによってもダイヤフラム１の寿命を長期化できるようになっている。

また、厚肉部１ｂを溶接によって膜部１ａに固着してダイヤフラム１を構成することにより、このダイヤフラム１を製造し易くなり、これによって製造コストを可及的に低減できるようになる。

また、この第２厚肉部１ｄは、膜部１ａが弾性変形したとときに、この膜部１ａに接触した状態で、この膜部１ａと相対的に摺動することとなり、膜部１ａに付着した異物を除去することができ、この点においても特に有用である。

図３は、ダイヤフラム１の第２実施形態を示している。この第２実施形態では、ダイヤフラム１は、所定の圧力によって弾性変形可能な膜部材１ａと、この膜部材１ａの周縁に設けられる複数の厚肉部材１２，１３，１４を有する。この膜部材１ａは、第１実施形態と同様に、例えば、チタン合金によって平面視円形の薄膜状（または薄板状）に構成されている。

本実施形態では、複数の厚肉部材１２，１３，１４は、膜部材１ａと接する複数（図例では２つ）の第１板部材（保護部材）１２，１２、この第１板部材１２，１２に接する複数（図例では２つ）の第２板部材１３，１３、およびこの第２板部材１３，１３に接する複数（図例では２つ）の第３板部材１４，１４を有する。

第１板部材１２，１２は、その厚さが膜部材１ａよりも厚くなっており、第２板部材１３，１３は、その厚さが第１板部材１２，１２よりも厚くなっている。第３板部材１４，１４は、その厚さが第１板部材１２，１２とほぼ同じになっている。

第１板部材１２，１２は、例えば、合成樹脂、好ましくはＰＴＦＥその他のフッ素樹脂により平面視円環状の薄板形状とされている。第２板部材１３，１３は、例えば、チタン等の金属によって構成されている。この第２板部材１３，１３は、その厚さが第１板部材１２，１２の厚さよりも厚い円環状に構成されている。第３板部材１４，１４は、例えば、合成樹脂、好ましくは、ＰＴＦＥその他のフッ素樹脂により平面視円環状の薄板形状とされている。

各板部材１２，１３，１４は、それぞれ膜部材１ａを挟むようにして、この膜部材１ａの一方の面側と、他方の面側に設けられている。より具体的には、２つの第１板部材１２，１２は、膜部材１ａの周縁部に接触するように重ねられ、第２板部材１３，１３は、この第１板部材１２、１２に重ねられている。そして、各第３板部材１４，１４は、第２板部材１３，１３に重ねられている。

これにより、ダイヤフラム１は、膜部材１ａの一部（中央部）が、弾性変形によって、所定の流体を搬送可能な膜部となり、第２板部材１３、１３等によって厚肉部が構成されたものとなる。

この状態で、ダイヤフラム１は所定の固定位置に固定される。このように、ダイヤフラム１の膜部材１ａの周縁に、複数の板部材１２，１３，１４を厚肉部として設け、この板部材１２，１３，１４を挟み込むように固定することにより、第１実施形態と同様に、ダイヤフラム１を確実かつ強固に固定できるようになる。

また、厚肉部を構成する第２板部材１４と膜部材１ａとの間に設けられている第１板部材１２は、膜部材（膜部）１ａが弾性変形するときに、これに伴って弾性変形し、これによって、膜部材１ａを保護する。すなわち、第１板部材１２は、膜部材１ａと第２板部材１４との境界部分に、応力集中が生じないように、膜部材１ａの変形に伴って弾性変形することで、この膜部材１ａを保護する保護部として機能する。これによってダイヤフラム１は、その寿命を長期化できる構成となっている。

図４は、ダイヤフラム１の第３実施形態を示している。この第３実施形態に係るダイヤフラム１は、膜部１ａと厚肉部１ｂの第２厚肉部（保護部）１ｄの構成が第１実施形態と異なる。

図４（ａ）は、厚肉部１ｂが膜部１ａに対して一体とされる前の状態を示している。本実施形態では、第２厚肉部１ｄは、その半径方向の内方に向かうにつれて、その厚さが徐々に薄くなるように形成されており、さらに、半径方向の内方側の端部１ｆが膜部１ａに向かうように、その中途部が屈曲して形成されている（以下、この屈曲した部分を「屈曲部」１ｇという）。

このように、第２厚肉部１ｄの中途部に屈曲部１ｇを形成することにより、第２厚肉部１ｄの先端部１ｆは、第１厚肉部１ｃにおいて膜部１ａと接する面よりも、膜部１ａ側に突出して設けられることになる。このようにすることで、厚肉部１ｂを膜部１ａに固着したときに（図４（ｂ）参照）、この第２厚肉部１ｄの先端部１ｆが膜部１ａに当接し、これによって屈曲部１ｇとその近傍部分（第２厚肉部１ｄにおいて屈曲部１ｇよりも第１厚肉部１ｂよりの部分）が常に弾性変形した状態となる。

屈曲部１ｇとその近傍部分が常に弾性変形していることから、その弾性力によって、第２厚肉部１ｄの先端部は膜部１ａの表面に押しつけられた状態となる。これによって、第２厚肉部１ｄは、膜部１ａに対し、より強く密着した状態で、膜部１ａが弾性変形したときに、この弾性変形に応じて迅速に弾性変形するようになる。これにより、膜部１ａを保護する保護部である第２厚肉部１ｄは、膜部１ａが損傷しないように、より確実に保護することができる。また、この先端部１ｆによって、膜部１ａに付着した異物を効果的に除去できるようになる。

図５は、ダイヤフラム１の第４実施形態を示している。上述した第１実施形態に係るダイヤフラム１では、膜部１ａと厚肉部１ｂとが別体とされていて、厚肉部１ｂを溶接によって膜部１ａに固着したものであったが、本実施形態では、膜部１ａと厚肉部１ｂが同じ金属材料によって一体に形成されている。

厚肉部１ｂは、第１実施形態と同様に第１厚肉部１ｃ、第２厚肉部（保護部）１ｄを有する。第２厚肉部１ｄには、膜部１ａと第１厚肉部１ｃを繋ぐ曲面１ｈが形成されている。本実施形態のダイヤフラム１は、所定の厚さの円形の金属製板部材を切削、研削等を行うことにより、膜部１ａと厚肉部１ｂとが形成される。

このように、厚さの異なる膜部１ａと厚肉部１ｂの間に曲面１ｈを形成することによって、膜部１ａが弾性変形したときに、膜部１ａの保護部である第２厚肉部１ｄの中途部に亀裂が生じにくくなり、より長期にわたって膜部１ａを保護することができる。これによって、ダイヤフラム１の寿命を長期化できるようになる。なお、第１厚肉部１ｃの厚さ方向の外面には、第１実施形態と同様な厚肉部材１１が重ねられている。その他、本実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

図６は、ダイヤフラム１の第５実施形態を示している。この第５実施形態では、第２厚肉部１ｄの形状が第１実施形態と異なる。第１実施形態では、第２厚肉部１ｄに所定の曲率半径の曲面１ｅを形成していたが、第２実施形態では、この曲面１ｅに代えて、所定の角度で傾斜する傾斜面１ｉが形成されている。この傾斜面１ｉは、第１厚肉部１ｃから膜部１ａの半径方向内方に向かうにつれて徐々に膜部１ａに近づくように傾斜するように形成されている。

このように、第２厚肉部１ｄに傾斜面１ｉを形成することにより、第２厚肉部１ｄは、ダイヤフラム１の半径方向内方に向かうにつれてその厚さが徐々に薄くなっている。これによって、本実施形態においても、第２厚肉部１ｄは、第１実施形態と同様に、膜部１ａの弾性変形に伴って弾性変形することで、膜部１ａを保護する保護部として機能するようになっている。本実施形態のその他の構成は第１実施形態と同様であり、本実施形態においても第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

上記の構成のダイヤフラム１は、流体を搬送するポンプの流体搬送手段、ダイヤフラムセンサ等の検知手段、ダイヤフラム弁等の流体制御手段、ブレーキダイヤフラム等の制動手段その他の種々の用途に用いることができる。

以下、ダイヤフラム１の使用例として、ダイヤフラム１を流体搬送手段として用いた往復動ポンプについて説明する。

図７に示すように、往復動ポンプは、２つのダイヤフラム１，１を周期的に弾性変形させることにより、所定の往復動をさせて流体を搬送するように構成されている。この往復動ポンプは、各ダイヤフラム１，１を内部に有する左右２つの流体搬送部１０，１０と、前記ダイヤフラム１，１を駆動させるべく適切なタイミングで作動油を流体搬送部１０，１０に供給する駆動力供給部４０と、回転運動を生ずる電動モータとこの電動モータの回転力を駆動力供給部４０に伝達するためのギヤ等を有する駆動部（図示略）とを備えている。

各流体搬送部１０，１０は、駆動力供給部４０からの作動油をダイヤフラム１，１に供給するための左右の作動油供給部３１，３１と、これら作動油供給部３１，３１の間に設けられたポンプヘッド３２と、作動油供給部３１，３１内の作動油に混入したガスを外部に排出するガス排出機構２０を備える。

各流体搬送部１０，１０は、ポンプヘッド３２と左右の作動油供給部３１，３１とを用いて各ダイヤフラム１，１を挟持することにより構成されている。この場合、各ダイヤフラム１，１は、厚肉部１ｂまたは、厚肉部材１１〜１５の部分がポンプヘッド３２と左右の作動油供給部３１，３１とによって挟持されることによって、その間に確実かつ強固に固定される。

そして、この作動油供給部３１とポンプヘッド３２とを用いて、ダイヤフラム１を内部に備えたダイヤフラム駆動室２が構成されている。また、各作動油供給部３１，３１内には、ダイヤフラム１，１に連接された弁体３，３およびこれに対応した弁座４，４を備えた作動油制限室５が設けられている。

さらに、ポンプヘッド３２には、搬送流体を流入させるために機能する流入側逆止弁３３および搬送流体を流出させるために機能する流出側逆止弁３４が設けられており、搬送流体は、その流入経路３３ａおよび流入側逆止弁３３を通じてダイヤフラム駆動室２の流体搬送室２ａに流入し、流出側逆止弁３４およびその流出経路３４ａを通じて所定の搬送経路に流出するようになっている。

ダイヤフラム駆動室２においては、駆動部からの駆動力を、駆動力供給部４０を介してダイヤフラム１，１が受け、この駆動力に基づいてダイヤフラム１，１が往復動すべく構成されている。具体的には、駆動力供給部４０と作動油供給部３１，３１とが作動油配管部３５，３５を介して連通され、作動油配管部３５，３５および作動油供給部３１，３１内は作動油で満たされており、後述する駆動力供給部４０のピストン部４３，４４の往復動が、作動油配管部３５，３５および作動油供給部３１，３１内の作動油を介して、ダイヤフラム１，１に伝達されることとなる。

各作動油制限室５，５内の弁体３，３は、弁体支持部６，６にコイルスプリング等の付勢手段７，７を介して取り付けられるとともに、作動油制限室５，５とダイヤフラム駆動室２，２との間を連絡するシャフト８，８に固着されている。

各シャフト８，８の一方端部は、ダイヤフラム１，１の作動油制限室５，５側の面に固定されるとともに、付勢手段７，７および弁体３，３を介してダイヤフラム１，１側に付勢されるようになっている。

作動油制限室５，５とダイヤフラム駆動室２，２との間には、シャフト８，８を支持するシャフト支持部９，９が設けられており、各シャフト支持部９，９には、作動油制限室５，５からダイヤフラム駆動室２，２に作動油を流通させるための貫通孔が形成されている。同様に、弁体支持部６についても、作動油を流通させるための貫通孔が形成されている。

上記構成の作動油制限室５，５によって、作動油配管部３５，３５を介して作動油供給部３１，３１に流入した作動油によってダイヤフラム１，１が弾性変形して所定の往復動をしたときに、このダイヤフラム１，１とともに弁体３も往復動することとなる。作動油制限室５，５に必要以上の圧力が作用した場合には、この弁体３が移動して、弁座４に当接するようになっている。

これによって、作動油制限室５，５は、ダイヤフラム１，１に過大な圧力が加わらないようにして、ダイヤフラム１，１の破損を防止できるようになっている。なお、作動油制限室５，５と駆動力供給部４０との間には、リリーフ機構３７，３７が設けられており、作動油制限室５，５に必要以上の圧力が作用した場合には、このリリーフ機構３７，３７によって所定量の作動油を排出して圧力を適正な状態で維持できるようになっている。

この往復動ポンプは、ダイヤフラム駆動室２，２および作動油制限室５，５が形成されているため、作動油中に空気等のガスが混入した場合には、各室２，５の最上部にガスが溜まりやすい。そこで、ダイヤフラム駆動室２，２および作動油制限室５，５内のガスを適切に排出させるために、前記ガス排出機構２０が往復動ポンプに設けられている。ガス排出機構２０は、作動油制限室５に設けられた第１ガス排出経路２１と、ダイヤフラム駆動室２に設けられた第２ガス排出経路２２と、これらのガス排出経路２１、２２を通じて排出されるガスおよび作動油の流量を調整する流量調整部２５を備える。

第１ガス排出経路２１は、その一方端部が作動油制限室５内における弁座４よりも作動油配管部３５側の上方位置に設けられ、第１ガス排出経路２２は、その一方端部が、ダイヤフラム駆動室２内におけるダイヤフラム１と弁座４との間の上方位置に設けられている。

そして、それぞれの排出経路２１，２２の他方端部は、流量調整部２５と作動油供給部３１との間に形成された連通部２４に連通すべく近接して設けられている。さらに、第１ガス排出経路２１と、第２ガス排出経路２２上には、それぞれ逆流防止のためのボール体２３ａ，２３ｂ（逆流防止体）が設けられている。

流量調整部２５は、逆流防止のためのボール体２８と、このボール体２８のリフト量（可動可能領域）を調整する調節バルブ２７を有する。調整バルブ２７は、その内部にバルブ内排出経路を有している。そして、この調整バルブ２７の外周部には流量調整部２５に対して螺合すべく雄ねじ部が形成されており、ボール体２８のリフト量は、この調整バルブ２７のねじ込み量にて調整されている。流量調整部２５は、調整バルブ２７によってボール体２８のリフト量を調整することにより、この流量調整部２５を流通するガスおよび作動油の流量を調整できるようになっている。

また、流量調整部２５，２５は、流体排出配管部３６を介して駆動力供給部４０の作動油貯留部（ケーシング５０内）に接続されている。また、流量調整部２５における調整バルブ２７の上部には、この調整バルブ２７を覆うと共に、調整バルブ２７の調整の際に着脱可能（あるいは開閉可能）な保護カバー２９が設けられている。

上記構成のガス排出機構２０では、調整バルブ２７を操作して、ボール体２８を所定のリフト量にて移動可能な状態にすることにより、ダイヤフラム駆動室２および作動油制限室５に混入したガスが、第１ガス排出経路２１、第２ガス排出経路２２を通じて、各ボール体２３ａ、２３ｂ、２８を押し上げ、調整バルブ２７のバルブ内排出経路を通じて外部に排出されるようになっている。また、このガスの排出とともに溢流した作動油は、流体排出配管部３６を通じて駆動力供給部４０に回収されるようになっている。

駆動力供給部４０は、駆動部のギヤから駆動力を受ける駆動力伝達軸４１と、この駆動力伝達軸４１に取り付けられた偏心カム４２と、この偏心カム４２の動きに応じて往復動するピストン部（第１ピストン部４３および第２ピストン部４４）と、第１ピストン部４３内のベアリング４７の内輪で支持された第１回動軸４５と、第２ピストン部４４内のベアリング４８の内輪で支持された第２回動軸４６と、第２ピストン部４４内にて第１ピストン部４３と第２ピストン部４４とを適切に付勢して、各ピストン部４３，４４内に設けられている各回動軸４５，４６を偏心カム４２に接触させるべく機能する調整手段たる位置規制付勢手段４９と、これらの各要素を内包しているケーシング部５０等とを用いて構成されている。そして、以上のような要素を有する駆動力供給部４０においては、ケーシング部５０内壁とピストン部４３，４４との間の密閉空間に、作動油が充填されている。

駆動力供給部４０は、第２ピストン部４４が中空状に形成されている。すなわち、第２ピストン部４４は、その内部に、駆動力伝達軸４１、偏心カム４２、第１ピストン部４３、ベアリング４８、および位置規制付勢手段４９等が包含可能であるべく形成されている。

そして、第２ピストン部４４の内壁部（内面部）と第１ピストン部４３の外壁部（外面部）との間には、位置規制付勢手段４９が挟持されている。すなわち、この位置規制付勢手段４９によって、第１ピストン部４３および第２ピストン部４４が偏心カム４２の位置する方向に付勢されることとなる。換言すれば、この位置規制付勢手段４９によって、第１ピストン部４３内の第１回動軸４５と、第２ピストン部４４内の第２回動軸４５とが、常に偏心カム４２の外周面に接すべく、適切に付勢されることとなる。

なお、この駆動力供給部４０は、第１ピストン部４３、第２ピストン部４４に対応して、ガス排出機構２０から流体排出配管部３６を通じて、この駆動力供給部４０に作動油が回収されることによる駆動力の低下を防止するための補助プランジャ機構６０、作動油供給弁７０，７０を備えている。

本実施形態にかかる往復動ポンプは、通常運転時においては、次のように機能する。この往復動ポンプは、まず、電動モータを回転させて、この回転力を、ギヤ部を介して駆動力伝達軸４１に伝える。

次に、この駆動力伝達軸４１によって偏心カム４２を回転させ、この偏心カム４２の回転によって、第１および第２ピストン部４３，４４を往復動させる。ここでは、上述した構成に基づいて、第１ピストン部４３と第２ピストン部４４とが一体的に、一つの偏心カム４２によって往復動する。そして、このピストン部４３，４４の往復動によって作動油に対して所定の力および方向の圧力が作用し、その作動油が、配管部３５，３５に送排出されることとなる。

次に、配管部３５，３５を介して流通する作動油に基づいて、ダイヤフラム１，１が適切なタイミングで往復動し、このダイヤフラム１，１の動きによって、流入側逆止弁３３および流出側逆止弁３４が作動して、所望の液体が搬送されることとなる。

通常運転時において、本実施形態にかかる往復動ポンプは、各構成要素が以上のように機能して、ダイヤフラム１，１の往復動を繰り返し行わせることによって、所望流体を定量的に搬送させることが可能となる。なお、この往復動ポンプは、２つのダイヤフラム１，１の往復動を異ならせることにより、流体を無脈動で搬送できるようになっている。

図８〜図１０は、本発明に係るダイヤフラムの第６実施形態を示している。ダイヤフラム１は、円形とされるとともに、厚肉部１ｂ（第１厚肉部１ｃ、保護部としての第２厚肉部１ｄ）、及び膜部１ａを有する。このダイヤフラム１は、第４実施形態と同様に、厚肉部１ｂと膜部１ａが同じ金属材料（例えばチタン合金）によって一体に形成されている。このダイヤフラム１は、板部材に切削加工、及び研削加工を施すことによって形成される。

本実施形態に係るダイヤフラム１は、膜部１ａの構成が第４実施形態と異なる。すなわち、膜部１ａは、その中途部が断面視において、波形状に構成されている。ダイヤフラム１の半径方向における膜部１ａの最も外側の部分には、波状とならない、直線状の部分（以下「直線部」という）１６が形成されている。この直線部１６は、その半径方向の外端部が、第２厚肉部１ｄに繋げられている。

また、膜部１ａの中央部には、一定厚さの厚肉部（以下「第３厚肉部」という）１７と、円周方向に沿って第３厚肉部１７の周囲を囲むように形成された厚肉部（以下「第４厚肉部」という）１８を有する。第３厚肉部１７及び第４厚肉部１８の厚さは、膜部１ａよりも厚くなっている。

膜部１ａは、図８、図９に示すように、凸部１９ａと凹部１９ｂが所定のピッチで交互に形成された波形状とされている。

第３厚肉部１７は、厚さが一定の円板状に構成されている。また、第３厚肉部１７は、ダイヤフラム１の半径方向に平行な２つの平坦面１７ａ，１７ｂを有する。この２つ平坦面１７ａ，１７ｂのうち、一方の面１７ａには、例えば、上述したポンプのシャフト８のような当接部材が当接する。すなわち、この第３厚肉部１７の一方の平坦面１７ａは、当接部材が当接する当接部となっている。ダイヤフラム１ａが適用される往復動ポンプには、上述したような油圧によって膜部１ａを弾性変形させるものの他、ピストン、プランジャ等のような部材によって、機械的に膜部１ａを変形させるものも含まれる。このような往復動ポンプの場合、前記当接部は、ピストン、プランジャのような当接部材が当接して押圧されることとなる。

第４厚肉部１８は、図１０に示すように、ダイヤフラム１の半径方向外方に向かうにつれてその厚さが徐々に薄くなるように構成される。より具体的には、第４厚肉部１８は、ダイヤフラム１の半径方向外方に向かうにつれて、その厚さが徐々に薄くなるように、所定の曲率半径で湾曲した曲面１８ａ，１８ｂを有する。第４厚肉部１８の厚さ方向の一方側の面及び他方側の面の両方に形成されている。

図１０に示すように、第４厚肉部１８は、第３厚肉部１７の厚さ方向の中心を通る中心線に対して、第３厚肉部１７の厚さ方向の一方側に片寄って形成される。具体的には、この第４厚肉部１８は、ダイヤフラム１の半径方向の外方に向かうにつれて、前記中心線よりも第３厚肉部１７の当接部（１７ａ）側に片寄るように形成される。より具体的には、第４厚肉部１８の厚さ方向における中心線Ｘ２を引いたとき、この中心線は、第３厚肉部１７の中心線と所定の角度で交差する。第４厚肉部１８の中心線Ｘ２は、ダイヤフラム１の半径方向外方（第３厚肉部１７から第１厚肉部１ｃに向かう方向）に向かうにつれて、第３厚肉部１７から離れるように、第３厚肉部１７の中心線Ｘ１に対して斜めに交差している。

本実施形態では、例えば、ダイヤフラム１の直径が約１２０ｍｍ、膜部１ａの厚さが０．２０ｍｍ、第１厚肉部１ｃの厚さが２ｍｍ、第３厚肉部１７の直径が約４．５ｍｍ、第３厚肉部１７の厚さが約１．７ｍｍ、第２厚肉部１ｄの曲面１ｅ、及び第４厚肉部１８の曲面１８ａ，１８ｂの曲率半径が４ｍｍ、となっている。

この第６実施形態によれば、保護部としての第２厚肉部１ｄが、第１厚肉部１ｃと膜部１ａとの間に設けられ、膜部１ａの弾性変形に伴って弾性変形することにより、第１厚肉部１ｃと膜部１ａとの境界部分で、膜部１ａに応力集中が生じにくくなり、これによって膜部１ａの損傷を防止できるようになる。これにより、ダイヤフラム１は、その寿命を長期化できる構成となっている。

また、当接部材が当接する第３厚肉部１７が膜部１ａよりも厚く形成されることで、この第３厚肉部１７の強度が高められ、長期の使用に耐え得るダイヤフラム１を実現できる。

また、膜部１ａが弾性変形するときに、膜部１ａと第３厚肉部１７との間の第４厚肉部１８が、この膜部１ａに追従するように弾性変形して膜部１ａの損傷を防止する保護部となる。これによって、ダイヤフラム１の長寿命化を実現できる。しかも、第４厚肉部１８の表面１８ａ，１８ｂが曲面状に形成されることにより、第４厚肉部１８に亀裂等が生じにくくなり、これによってダイヤフラム１の更なる長寿命化を実現できる。

また、第４厚肉部１８は、第３厚肉部１７の当接部側に片寄って形成されていることから、この当接部の近傍部位を補強することができる。つまり、上述したポンプの作動油制限室５に過大な負圧が生じた場合には、ダイヤフラム１の作動制限室側の面（当接部１７ａが形成されている側の面）にその圧力が作用する。これにより、ダイヤフラム１の膜部１ａは、この圧力によって、大きく弾性変形する。このとき、第３厚肉部１７の当接部寄りの部分が第４厚肉部１８によって補強されているので、この第４厚肉部１８の弾性変形によって、過大な負圧を吸収できる。これによって、膜部１ａが損傷し難くなり、ダイヤフラム１の更なる長寿命化を実現できる。

なお、本発明は上記の実施形態に限らず、種々の変形・変更が可能である。

例えば、上記の実施形態では、平面視円形のダイヤフラム１を例示したが、ダイヤフラム１の形状はこれに限らず、平面視四角形その他の多角形、楕円形、異形形状に構成してもよい。

上記の第１実施形態では、２枚の円環状の板部材によって膜部１ａを挟んで固着することによって厚肉部１ｂを構成していたが、１枚の円環状の板部材を膜部１ａの一方の面に固着することにより厚肉部１ｂを構成するようにしてもよい。

上記の第１実施形態では、直径１００ｍｍ、膜部１ａの膜厚０．１ｍｍ、各厚肉部１ｂの厚さ１．５ｍｍのダイヤフラム１を例示したが、これに限らず、ダイヤフラム１はその用途に応じて種々の大きさ、厚さのものを使用できる。本発明に係るダイヤフラムは、第６実施形態で例示した寸法に限定されない。

上記の実施形態では、膜部１ａが平面視円形の平板状とされたダイヤフラム１を例示したが、これに限らず、例えば、膜部１ａを断面視で波状に形成したものを用いてもよい。これによって、膜部１ａは、より大きく弾性変形できるようになる。

上記の実施形態では、膜部１ａ、膜部材１ａをチタン合金によって形成したダイヤフラム１を例示したが、これに限らず、他の種々の金属によってダイヤフラム１を構成してもよい。

上記の第１実施形態では、厚肉部１ｂにさらに厚肉部材１１を重ねるようにしてダイヤフラム１を構成した例を示したが、厚肉部材１１を介さずに、厚肉部１ｂを直接所定の固定位置に固定するようにしてもよい。

上記の第１実施形態で示した厚肉部材１１、第２実施形態で示した第１厚肉部材１２、第２厚肉部材１３、第３厚肉部材１４は、および第３実施形態で示した厚肉部材１５は、それぞれ２つずつ膜部１ａまたは膜部材１ａに設けられていたが、これに限らず、各厚肉部材１１〜１５を３つ以上の複数としてもよい。

上記の実施形態では、１枚の膜部（膜部材）１ａの周縁部に厚肉部１ｂを形成した例を例示したが、これに限らず、例えば、２以上の複数の膜部（膜部材）１ａ，１ａを重ね合わせ、この周縁部を溶接等によって一体に固着するとともに、この周縁部に厚肉部１ｂを形成するようにしてもよい。これによって、複数の膜部１ａの一部が破損した場合であっても、他の膜部１ａが機能して流体を搬送でき、ダイヤフラム１の寿命を長期化できるようになる。

膜部の機能を損なうことなく所定の固定位置に確実かつ強固に固定できるとともに、膜部の長寿命化を実現できる用途にも適用できる。

Claims (4)

1. 所定の圧力によって弾性変形可能な膜部と、この膜部の周縁部に設けられるとともに、この膜部の膜厚よりも厚く構成された厚肉部とを備え、膜部と厚肉部との間に、膜部に接触するとともに、膜部の弾性変形に伴って弾性変形しながらこの膜部を保護する保護部が設けられ、
   前記保護部は、膜部と厚肉部との間で所定の曲率半径で湾曲した曲面を有することを特徴とする金属製ダイヤフラム。
2. 前記厚肉部は、膜部とは別体の金属板が膜部の周縁部に溶接により固着されてなる請求項１に記載の金属製ダイヤフラム。
3. 前記膜部の中央部には、膜部に当接する当接部材の当接部位を補強すべく、膜部の厚さよりも厚い厚肉部が形成される請求項１に記載の金属製ダイヤフラム。
4. 前記膜部の中央部に形成された厚肉部と膜部との間には、膜部の弾性変形に伴って弾性変形しながらこの膜部を保護する保護部が設けられる請求項３に記載の金属製ダイヤフラム。

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