JP5560368B2 - Pump device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば昇圧ブロワあるいは昇圧ポンプとして用いられるポンプ装置に関する。 The present invention relates to a pump device used as, for example, a booster blower or a booster pump.
燃料ガスや酸素等の気体を所望の圧力に上昇させる機器として、昇圧ブロワあるいは昇圧ポンプと称されるポンプ装置が広く知られている。この種のポンプ装置には、ルーツポンプやダイアフラムポンプ等が用いられており、例えば下記特許文献1には、燃料電池システムにおける燃料ガスの昇圧ブロワとして用いられるダイアフラムポンプが記載されている。 A pump device called a booster blower or a booster pump is widely known as a device for raising a gas such as fuel gas or oxygen to a desired pressure. For this type of pump device, a roots pump, a diaphragm pump, or the like is used. For example, Patent Document 1 listed below describes a diaphragm pump used as a booster for fuel gas in a fuel cell system.
ダイアフラムは一般に、材料としてゴム等の弾性材料が用いられる。そのためダイアフラムが弾性変化しやすく、装置としての特性が変化してしまうことがある。そこで特許文献2には、ダイアフラムの特性を安定化させるために、基布を埋設したダイアフラムが記載されている。
Generally, an elastic material such as rubber is used for the diaphragm. Therefore, the diaphragm is easily elastically changed, and the characteristics of the apparatus may change. Therefore,
特許文献2では、ダイアフラムの外周部がプレスによるカシメ時に挟圧されて弾性変化し、過度に食み出すのを抑える目的で、基布が埋設されている。しかしながら、ダイアフラムポンプにおいてはダイアフラムが以下の往復運動を行っている。すなわち、ダイアフラムの周縁はポンプ本体に支持されているが、一部が駆動部材に接続されており、この駆動部材が駆動機構によって運動することで、ダイアフラムは伸張を伴う一定の往復運動を行い、ポンプ室の容積を変化させる。つまり、ダイアフラムポンプが長時間運転するとダイアフラムの伸張しやすい特定の部位で劣化、疲労し、部分的に切断する故障が発生し得る。
In
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ダイアフラムの性能を安定させることができるポンプ装置を提供することにある。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a pump device that can stabilize the performance of a diaphragm.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るポンプ装置は、本体と、ダイアフラムと、駆動部とを有する。
上記本体は、流体を吸入し排出するためのポンプ室を形成する。
上記ダイアフラムは、基材と、基布と、指標部とを含む。上記基材は、上記ポンプ室と第1の軸方向に対向する第1の面と、上記第1の面とは反対側の第2の面と、上記本体に支持される周縁領域とを有する弾性材料で形成される。上記基布は、上記基材に埋設され、少なくとも上記第1の軸方向と直交する第2の軸方向に延在する第1の繊維を有する。上記指標部は、上記基材に設けられ上記第2の軸方向を指標する。
上記駆動部は、駆動機構と、上記第2の面に連結された第1の端部と上記駆動機構と接続される第2の端部とを有する駆動部材とを含み、上記駆動機構は、上記駆動部材を上記第2の軸方向に揺動させつつ上記第1の軸方向に往復移動させる。In order to achieve the above object, a pump device according to an embodiment of the present invention includes a main body, a diaphragm, and a drive unit.
The body forms a pump chamber for sucking and discharging fluid.
The diaphragm includes a base material, a base fabric, and an indicator portion. The base has a first surface facing the pump chamber in the first axial direction, a second surface opposite to the first surface, and a peripheral region supported by the main body. Made of elastic material. The base fabric includes a first fiber embedded in the base material and extending in at least a second axial direction orthogonal to the first axial direction. The indicator portion is provided on the base material and indicates the second axial direction.
The drive unit includes a drive mechanism, a drive member having a first end connected to the second surface and a second end connected to the drive mechanism, and the drive mechanism includes: The drive member is reciprocated in the first axial direction while swinging in the second axial direction.
本発明の一実施形態に係るポンプ装置は、本体と、ダイアフラムと、駆動部とを具備する。
上記本体は、流体を吸入し排出するためのポンプ室を形成する。
上記ダイアフラムは、基材と、基布と、指標部とを含む。上記基材は、上記ポンプ室と第1の軸方向に対向する第1の面と、上記第1の面とは反対側の第2の面と、上記本体に支持される周縁領域とを有する弾性材料で形成される。上記基布は、上記基材に埋設され少なくとも上記第1の軸方向と直交する第2の軸方向に延在する第1の繊維を有する。上記指標部は、上記基材に設けられ上記第2の軸方向を指標する。
上記駆動部は、駆動機構と、上記第2の面に連結された第1の端部と上記駆動機構と接続される第2の端部とを有する駆動部材とを含み、上記駆動機構は、上記駆動部材を上記第2の軸方向に揺動させつつ上記第1の軸方向に往復移動させる。A pump device according to an embodiment of the present invention includes a main body, a diaphragm, and a drive unit.
The body forms a pump chamber for sucking and discharging fluid.
The diaphragm includes a base material, a base fabric, and an indicator portion. The base has a first surface facing the pump chamber in the first axial direction, a second surface opposite to the first surface, and a peripheral region supported by the main body. Made of elastic material. The base fabric has first fibers embedded in the base material and extending in at least a second axial direction orthogonal to the first axial direction. The indicator portion is provided on the base material and indicates the second axial direction.
The drive unit includes a drive mechanism, a drive member having a first end connected to the second surface and a second end connected to the drive mechanism, and the drive mechanism includes: The drive member is reciprocated in the first axial direction while swinging in the second axial direction.
上記ポンプ装置において、ダイアフラムは弾性材料で形成された基材を有し、基材には基布(補強布)が埋設される。ダイアフラムは周縁領域を本体に支持された状態で、連結された駆動部材によって往復運動させられる。この運動によって、ダイアフラムがポンプ室の容積を周期的に変化させ、ポンプ室への流体の吸入とポンプ室からの流体の排出とを交互に行う。 In the pump device, the diaphragm has a base material made of an elastic material, and a base cloth (reinforcing cloth) is embedded in the base material. The diaphragm is reciprocated by a connected driving member with the peripheral region supported by the main body. By this movement, the diaphragm periodically changes the volume of the pump chamber, and alternately sucks fluid into the pump chamber and discharges fluid from the pump chamber.
駆動部材の一端は、ダイアフラムに接続され、他の一端は駆動機構に接続される。駆動機構は、例えば駆動源であるモータと、その駆動軸から偏心した軸である。駆動部材の駆動機構側の一端は、駆動機構によって、第1の軸方向の往復運動と第2の軸方向の揺動を繰り返す。これに連動し、ダイアフラム側の一端は第1の軸方向に往復運動を行う。このため、ダイアフラムは伸張しやすい方向、例えば揺動を行う第2の軸方向において劣化し、切断しやすいという問題が生じる。 One end of the drive member is connected to the diaphragm, and the other end is connected to the drive mechanism. The drive mechanism is, for example, a motor that is a drive source and a shaft that is eccentric from the drive shaft. One end of the drive member on the drive mechanism side repeats the reciprocating motion in the first axial direction and the swinging in the second axial direction by the drive mechanism. In conjunction with this, one end on the diaphragm side reciprocates in the first axial direction. For this reason, the diaphragm deteriorates in a direction in which it is easily extended, for example, in the second axial direction in which the diaphragm swings, and there is a problem that it is easy to cut.
上記ポンプ装置においては、第2の軸方向に延在する繊維を有する基布をダイアフラムに埋設することによって、第2の軸方向での強度を高め、耐久性を向上させることができる。また、第2の軸方向での伸張を管理できる基布をダイアフラムに埋設することによって、ダイアフラムの性能が安定し、さらにポンプ室の容積変動も安定するため、ポンプとしての性能を安定させることができる。 In the pump device, by embedding a base fabric having fibers extending in the second axial direction in the diaphragm, the strength in the second axial direction can be increased and the durability can be improved. In addition, by embedding a base fabric capable of managing the extension in the second axial direction in the diaphragm, the performance of the diaphragm is stabilized and the volume fluctuation of the pump chamber is also stabilized, so that the performance as a pump can be stabilized. it can.
また、第2の軸方向を示す指標部を設けることによって、ダイアフラム内に埋設された基布の繊維の延在方向が判別可能となり、ポンプ装置組み立て時においても、上記ダイアフラムをポンプ本体へ所望の方向に設置することが容易になる。 In addition, by providing the indicator portion indicating the second axial direction, the extending direction of the fibers of the base fabric embedded in the diaphragm can be discriminated, and the diaphragm can be connected to the pump main body when the pump device is assembled. It becomes easy to install in the direction.
上記駆動部材は、上記第1の面と対向する支持面と、上記支持面に形成され上記基材を貫通して上記第1の端部に結合される軸部とを含む固定具をさらに有してもよい。また、上記指標部は、上記軸部が貫通する開口部に形成されてもよい。 The drive member further includes a fixture including a support surface facing the first surface, and a shaft portion formed on the support surface and penetrating the base material and coupled to the first end portion. May be. The indicator portion may be formed in an opening through which the shaft portion passes.
上記指標部は、上記開口部の一部を形成し上記第2の軸方向に対して垂直または平行な直線部であってもよい。 The indicator portion may be a linear portion that forms part of the opening and is perpendicular or parallel to the second axial direction.
上記指標部は、上記第2の軸方向に対して垂直または平行な方向に上記開口部に連接された切欠き部であってもよい。 The indicator may be a notch connected to the opening in a direction perpendicular or parallel to the second axial direction.
ダイアフラムにおける指標部が上記開口部に形成されることによって、ダイアフラムをポンプ本体に設置する際に、所望の方向を確認しながら作業することができる。また、指標部の形成も容易に行うことができる。 By forming the indicator portion in the diaphragm at the opening, it is possible to work while confirming a desired direction when the diaphragm is installed in the pump body. In addition, the indicator portion can be easily formed.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施形態に係るポンプ装置3の構造を示す断面図である。本実施形態においてポンプ装置3は、ダイアフラムポンプで構成される。なお、図1においてZ軸(第1の軸)は鉛直方向(重力方向)を示し、X軸(第2の軸)及びY軸は平面方向を示す。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a pump device 3 according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the pump device 3 is constituted by a diaphragm pump. In FIG. 1, the Z-axis (first axis) indicates the vertical direction (gravity direction), and the X-axis (second axis) and Y-axis indicate the plane direction.
本体10は、ケーシング11と、ポンプヘッド12と、ポンプヘッドカバー13とを有する。
The
ポンプヘッド12は、吸入口101と、吐出口102とを有し、環状の台座110の上面に配置されている。台座110は、ケーシング11の上部の開口端部に取り付けられ、ポンプヘッド12と共にダイアフラム20の周縁部を挟持する。ポンプヘッド12は、ダイアフラム20との間にポンプ室100を形成する。
The
ポンプヘッド12は、吸入口101とポンプ室100との間を連絡する吸入通路T1と、ポンプ室100と吐出口102との間を連絡する吐出通路T2とをそれぞれ有する。ポンプ室100は、吸入通路T1及び吐出通路T2を介して、吸入口101及び吐出口102にそれぞれ連通可能である。吸入通路T1及び吐出通路T2には、吸入弁103及び吐出弁104がそれぞれ取り付けられている。
The
ポンプヘッドカバー13は、ポンプヘッド12の上部に取り付けられる。吸入通路T1及び吐出通路T2は、ポンプヘッド12とポンプヘッドカバー13とが組み合わされることでそれぞれ形成される。ケーシング11、ポンプヘッド12及びポンプヘッドカバー13は、複数本のネジ部材Bを用いて一体的に固定される。
The
ケーシング11は、本体10の内部に、コネクティングロッド32と、軸受33と、偏心カム34を収容する動作空間105を形成する。
The
図2(A)は、ダイアフラム20の要部を示す断面図である。なお、図2においても鉛直方向を示すZ軸と、水平方向を示すX軸及びY軸が示されている。ダイアフラム20は、上面201と下面203とを有する弾性材料で形成された基材200と、基材200に埋設された補強布202とを有する。上面201と下面203の周縁部は台座110とポンプヘッド12との間に挟持されている。なお、図2(A)では台座110とポンプヘッド12とを省略している。
FIG. 2A is a cross-sectional view showing the main part of the
上面201と下面203はそれぞれ合成ゴムで形成されており、例えばニトリルゴム(NBR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、フッ素ゴム(FKM)など、メタンやプロパン等の炭化水素ガスに対して耐性を有するゴム材料が用いられる。補強布202は、例えばナイロン(ポリアミド)等の合成繊維からなる。また、補強布202と上面201、下面203とは加硫接着等により一体化されている。
Each of the
図2(B)は、ダイアフラム20の要部を示す平面図である。なお、説明のため図2(B)では基材200の一部を除去し、補強布202を露出させている。補強布202は、X軸と平行な繊維群F1を含んでいる。さらに、図示するように繊維群F1と交差する繊維群F2を含んでもよい。
FIG. 2B is a plan view showing the main part of the
なお、補強布202は、ダイアフラム20の全面に形成されるが、これに限定されない。補強布202の形状は、円形に限られず、例えばダイアフラム20の中心を通るX軸に関して対称な形状であってもよい。繊維群F1の長さも特に限定されず、X軸方向の強度が十分高められる長さであればよい。
The reinforcing
ダイアフラム20は、X軸方向を指標するための指標Mを有する。指標Mは、典型的には視覚的、触覚的など、人の五感で判別できる態様のものを示すが、これ以外にも電気的、光学的等の手法を用いてX軸方向が判別可能な態様であればよい。また、指標Mが設置される部位は、ダイアフラム20を本体10に設置する際に、作業者が指標Mを判別可能な部位であれば限定されない。本実施形態の図2(B)において、指標Mは、X軸方向に垂直な直線部Lを含む「D」型の形状を有する開口部204である。すなわち本実施形態では、直線部Lと垂直な方向がダイアフラム20のX軸方向であると作業者により認識される。なおこの例に限られず、直線部LはX軸方向と平行に形成されても構わない。
The
駆動部30は、固定具31と、コネクティングロッド32と、軸受33と、偏心カム34と、駆動源35とを有する。
The drive unit 30 includes a
コネクティングロッド32は、ダイアフラム20の下面203に接する第1の支持面を含み、下面203の中央部に固定されている。一方、固定具31は上面201に接する第2の支持面と、ダイアフラム20の開口部204に嵌合する凸部310とを有する。凸部310は、開口部204の形状に対応する平面形状を有していてもよい。固定具31とコネクティングロッド32はダイアフラム20を上下から挟むように組み付けられ、例えばネジ320を介して一体化されている。これにより、固定具31、コネクティングロッド32は、ダイアフラム20を上下駆動させる駆動部材300を構成する。なお固定具31は凸部310を有さず、ネジ320が開口部204に嵌合してもよい。
The connecting
駆動源35は、Y軸方向に沿って伸びる回転軸350を有するモータ等からなる。回転軸350の先端部は偏心カム34の回転中心に取り付けられている。コネクティングロッド32の、第1の支持面とは反対側の端部は軸受33を介して、偏心カム34の周面に連結される。偏心カム34は、その回転中心が軸受33のインナレースに対して偏心するように形成されており、この偏心量がダイアフラム20の往復移動量(ストローク量)となる。
The drive source 35 includes a motor having a
図3は、Y軸方向から見たダイアフラムポンプ3の要部断面図であり、駆動部30の典型的な動作を示している。なおこの場合のポンプヘッド12の詳細は実際とは異なるが、理解を容易にするため、ポンプヘッド12の構成は図1と同様に描いている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part of the diaphragm pump 3 as viewed from the Y-axis direction, and shows a typical operation of the drive unit 30. Although details of the
駆動源35により回転軸350が回転すると、偏心カム34に連結された駆動部材300の一端は、X軸方向への揺動を伴ったZ軸方向への往復運動を行う。同時に、ダイアフラム20に連結された駆動部材300の一端は、Z軸方向に往復運動するため、ダイアフラム20もZ軸方向に往復運動する。
When the
図3(A)は、回転軸350と偏心カム34の中心がZ軸方向に一列に並び、ポンプ室100の容積が最も小さくなった例(排気工程)を示す。図3(B)は、回転軸350と偏心カム34の中心がX軸方向に一列に並び、駆動部材300が傾斜しつつZ軸方向に下降した例(吸気工程)を示す。それに連動してダイアフラム20もZ軸方向に下降し、図3(A)よりもポンプ室100の容積が大きくなる。このように、ダイアフラム20がZ軸方向に移動することでポンプ室100の容積が変化する。また、図3(B)に示すようにポンプ室100の容積が大きくなると、吸入弁103が開くとともに吐出弁104が閉じることによってガスの吸引が行われる。一方、図3(A)に示すようにポンプ室100の容積が小さくなると、吸入弁103が閉じるとともに吐出弁104が開くことによってガスの圧縮搬送が行われる。
FIG. 3A shows an example (exhaust process) in which the centers of the
ダイアフラム20は、以上の往復運動に伴って伸張しやすい部位で、疲労あるいは劣化が生じる。図4(A)、(B)は、図3(A)、(B)にそれぞれ対応するダイアフラム20の形状を模式的に示している。図4では、ダイアフラム20をX1〜X5の5つの領域にわけて説明する。なお、X1、X5はそれぞれ本体10に支持されている領域、X2、X4は弾性変形を伴う領域、X3は駆動部材300の一端によって支持される領域である。領域X1,X5はダイアフラム20上の共通の環状領域に属し、領域X2,X4もまた、ダイアフラム20上の共通の環状領域に属する。
図4(A)では、X1、X5に対してX3がZ軸方向に上昇しており、X2、X4間が伸張している。図4(B)では、X1、X5に対してX3がZ軸方向に下降するとともに、X2、X4間が伸張し、さらにX2とX3の間には歪みが生じている。これは、図3(B)に示されるように、駆動部材300が傾斜することによって、応力がかかるためである。以上のように、ダイアフラム20のX軸方向は、図3に示した運動によって伸張しやすい。そこで、X軸方向に延在する繊維群F1を含む補強布202をダイアフラム20に埋設することによって、ダイアフラム20の強度が上がり、耐久性を向上させることができる。また、ダイアフラム20の伸張を管理することにより、ダイアフラムとしての性能が安定し、さらにポンプ室100の容積変動も安定するため、ポンプとしての性能も安定させることができる。
In FIG. 4A, X3 rises in the Z-axis direction with respect to X1 and X5, and the distance between X2 and X4 extends. In FIG. 4 (B), X3 descends in the Z-axis direction with respect to X1 and X5, stretches between X2 and X4, and distortion occurs between X2 and X3. This is because stress is applied when the
X軸と平行な繊維群F1が延在する布の織り方の例として、図5に示す平織りが挙げられる。平織りは、平行に配列された一群の繊維群f1に対して直角方向の繊維群f2を交互に組み合わせたものである。このような平織りの補強布202を用いることによって、X軸方向の強度が上がり、耐久性を向上させることができる。また各繊維間の距離、すなわち織り目の粗密については特に限定されず、十分な強度であればよい。
As an example of the weaving method of the fabric in which the fiber group F1 parallel to the X axis extends, a plain weave shown in FIG. The plain weave is a combination of fiber groups f2 perpendicular to a group of fiber groups f1 arranged in parallel. By using such a plain
一方、典型的には、ダイアフラムは円盤形状を有するため、ダイアフラム20を本体10に設置する際、埋設された補強布202における繊維の延在方向が判別できなくなる可能性がある。そこで、X軸方向を示すための指標Mを有するダイアフラム20を用いることによって、ダイアフラム20に埋設された補強布202の繊維の延在方向が判別可能となり、所望の方向でダイアフラム20を本体10に設置することが容易になる。例えば、本実施形態で説明した直線部Lを有する指標Mを持つダイアフラム20を本体10に設置する際には、直線部Lを回転軸350の延在方向(図1におけるY軸方向)と平行になるように設置すればよい。さらに、補強布202が繊維群F1と直交する繊維群F2を有する場合には、直線部Lを回転軸350の延在方向と平行に設置してもよいし、垂直に設置してもよい。
On the other hand, typically, since the diaphragm has a disk shape, when the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以上の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば以上の実施形態で指標Mは、X軸方向に垂直な直線部Lを有する「D」型の形状を有する開口部204としたが、例えば図6に示すように、X軸方向と平行に連接される切り欠き部Rが形成された開口部204を指標Mとしてもよい。切り欠き部RはX軸方向を示すことができれば形状は特に制限されず、例えばX軸方向と垂直に連接されていてもよい。また形成される部位は開口部204内であれば特定されない。
For example, in the above embodiment, the index M is the
また、本発明の実施形態のポンプ装置で用いられる流体は気体に限られず、液体でもよい。 In addition, the fluid used in the pump device according to the embodiment of the present invention is not limited to gas but may be liquid.
3…ポンプ装置
10…本体
20…ダイアフラム
30…駆動部
100…ポンプ室
101…吸入口
102…吐出口DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ...
Claims (5)
前記ポンプ室と第1の軸方向に対向する第1の面と、前記第1の面とは反対側の第2の面と、前記本体に支持される周縁領域とを有する弾性材料で形成された基材と、前記基材に埋設され少なくとも前記第1の軸方向と直交する第2の軸方向に延在する第1の繊維を有する基布と、前記基材に設けられ前記第2の軸方向を指標する指標部とを含むダイアフラムと、
駆動機構と、前記第2の面に連結された第1の端部と前記駆動機構と接続される第2の端部とを有する駆動部材とを含み、前記駆動機構は、前記駆動部材を前記第2の軸方向に揺動させつつ前記第1の軸方向に往復移動させる駆動部と
を具備するポンプ装置。A body forming a pump chamber for inhaling and discharging fluid;
It is formed of an elastic material having a first surface facing the pump chamber in the first axial direction, a second surface opposite to the first surface, and a peripheral region supported by the body. A base fabric having a first fabric embedded in the base material and extending in a second axial direction at least perpendicular to the first axial direction; and the second fabric provided in the base material A diaphragm including an index portion for indexing the axial direction;
A drive member having a drive mechanism, a first end coupled to the second surface, and a second end connected to the drive mechanism, wherein the drive mechanism moves the drive member to the And a drive unit that reciprocates in the first axial direction while swinging in the second axial direction.
前記駆動部材は、前記第1の面と対向する支持面と、前記支持面に形成され前記基材を貫通して前記第1の端部に結合される軸部とを含む固定具をさらに有し、
前記指標部は、前記軸部が貫通する開口部に形成されるポンプ装置。The pump device according to claim 1,
The drive member further includes a fixture including a support surface facing the first surface, and a shaft portion formed on the support surface and penetrating the base material and coupled to the first end portion. And
The indicator portion is a pump device formed in an opening through which the shaft portion passes.
前記指標部は、前記開口部の一部を形成し前記第2の軸方向に対して垂直または平行な直線部であるポンプ装置。The pump device according to claim 2,
The pump device, wherein the indicator portion is a linear portion that forms a part of the opening and is perpendicular or parallel to the second axial direction.
前記指標部は、前記第2の軸方向に対して垂直または平行な方向に前記開口部に連接された切欠き部であるポンプ装置。The pump device according to claim 2,
The pump device is a notch connected to the opening in a direction perpendicular or parallel to the second axial direction.
前記基布は、前記第1の面内において前記第2の軸方向と交差する第3の軸方向に延在する第2の繊維をさらに有する
ポンプ装置。The pump device according to claim 1,
The base fabric further includes a second fiber extending in a third axial direction intersecting the second axial direction in the first plane.
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