JP5715990B2

JP5715990B2 - ダイヤフラムポンプ

Info

Publication number: JP5715990B2
Application number: JP2012150475A
Authority: JP
Inventors: 伸木森
Original assignee: 多田プラスチック工業株式会社
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2032-07-04
Also published as: JP2014013007A

Description

本発明は、ダイヤフラムポンプに関する。

一般に、ダイヤフラムポンプは、ポンプ室を形成するダイヤフラム体と、モータの駆動軸の回転力を往復運動に変換する揺動部材と、を備え、ダイヤフラム体を揺動部材に接続して、モータを回転させることにより、ポンプ室を拡大・縮小させて流体の吐出を行なっていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９―４１５３８号公報

従来のダイヤフラムポンプは、吐出量（吸込量）や吐出圧（吸込圧）が一定で、流量の大小や、圧力の高低を変化させることはできなかった。つまり、流量や圧力を切換える場合は、配管に流量制御弁や圧力制御弁を設ける場合や、大流量のダイヤフラムポンプと、小流量のダイヤフラムポンプを２種類設けて配管を切換制御する場合があった。また、電源としての電圧を複数設けて吐出量の切換えを行なう場合もあった。しかし、このような従来の構成では、ポンプや配管の設置空間が限定された狭い場所や電化製品等に適用することは困難であった。また、吐出量の大小切換が必要な装置や電化製品の小型・軽量化を妨げてしまうといった問題があった。

そこで、本発明は、簡素な構成でありながら、吐出量を容易かつ迅速に大小変更可能なダイヤフラムポンプの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のダイヤフラムポンプは、ポンプ室を形成する複数のダイヤフラム体と、駆動軸に固着された回転部材と、該回転部材の差込凹部に傾斜状に差し込まれた軸部を有すると共に上記ダイヤフラム体が取着される接続部を有する揺動部材と、を備え、上記回転部材の回転によって上記軸部が円錐面状の軌跡を描いて上記接続部が往復揺動して上記ポンプ室を拡大・縮小させるダイヤフラムポンプに於て、上記回転部材の上記差込凹部は、上記駆動軸の回転軸心からの偏心距離が相違した大偏心端部と小偏心端部を有する弯曲凹溝形状であり、上記駆動軸の回転方向の切換えによって、上記揺動部材の軸部の差込位置が、弯曲凹溝形状の上記差込凹部の大偏心端部と小偏心端部とに入替わり、上記揺動部材の軸部の傾斜角度が大小切換わり、上記ポンプ室の吐出量を大小変更するように構成したものである。
また、上記揺動部材は、上記軸部と反対方向に突出すると共に上記回転軸心に直交面状のケーシング内壁部に当接する凸部を有するものである。

本発明によれば、駆動軸の回転方向を切換えるだけで、ポンプ室の拡大状態と縮小状態の容積差を大少切換でき、吐出量（吸込量）や吐出圧（吸込圧）の大小の切換えを容易かつ迅速に行なうことができる。流量や圧力の異なる２種類のダイヤフラムポンプを設ける必要や、流量切換弁や流量制御弁や、複数の電源電圧等を設ける必要がなく、ポンプや配管の設置範囲の狭い場所や装置等に容易に対応できる。また、吐出量の大小切換が必要な装置や電化製品等の小型化や軽量化に貢献できる。

本発明の実施の一形態を示す分解斜視図である。小量吸込状態を示す断面側面図である。小量吐出状態を示す断面側面図である。大量吸込状態を示す断面側面図である。大量吐出状態を示す断面側面図である。回転部材の一例を示す平面図である。図６のＡ−Ａ断面図である。図６のＢ−Ｂ断面図である。

以下、図示の実施形態に基づき本発明を詳説する。
本発明に係るダイヤフラムポンプは、図１乃至図５に於て、電気モータ等の短円柱型の駆動源Ｍと、駆動源Ｍの駆動軸側端面に固着される有底円筒状のケース部材４と、駆動軸Ｍａに固着される回転部材１と、ポンプ室59を形成するダイヤフラム体50を複数有するダイヤフラム集合体５と、回転部材１に形成された（偏心状）差込凹部11に傾斜状に差し込まれる軸部21を有すると共にダイヤフラム体50が取着される接続部22を有する揺動部材２と、ダイヤフラム集合体５を駆動源Ｍ側から支持するリテーナ部材（支持部材）３と、ダイヤフラム体50と共にポンプ室59を形成する中蓋部材７と、中蓋部材７に取着されポンプ室59に対応する傘状の吸入弁体６と、中蓋部材７と共に吸入路91及び吐出路92を形成する外蓋部材９と、中蓋部材７と外蓋部材９の間に介装されるパッキン部材８と、を備えている。接続部22は、図１では３叉状の傘型であり、ダイヤフラム駆動（軸）部53が取着される。

そして、駆動軸Ｍａの回転によって、回転部材１が回転して、揺動部材２の軸部21の軸心Ｌ２が円錐面状の軌跡を描いて、揺動部材２の接続部22が往復揺動して、ポンプ室59を拡大・縮小させる流体用のダイヤフラムポンプである。なお、説明を容易にするために、駆動軸Ｍａの突出方向（矢印Ｅ１の方向）を軸心一方向と呼び、反対方向（矢印Ｅ２の方向）を軸心他方向と呼ぶ場合がある。また、各部材（部品）の軸心一方向側の端面を一端面又は表て面、軸心他方向側の端面を他端面又は裏面と呼ぶ場合がある。

図６乃至図８に於て、回転部材１は、短円柱状に形成され、一端面（表て面）側に、揺動部材２の丸棒状の軸部21の端部（差込端部）が差し込まれる差込凹部11を有し、他端面（裏面）側に、駆動軸Ｍａが嵌合する取着孔12を有している。

差込凹部11は、回転軸心Ｌａからの偏心距離Ｙが相違した大偏心端部11ｂと小偏心端部11ａとを有する偏心型弯曲凹溝形状である。
弯曲凹溝形状とは、図６に示すように、平面視（回転軸心他方向に見て）、回転軸心点（中心点）Ｌａ´から第１偏心距離Ｙａ離れた位置を中心（第１中心点Ｑａ）とした円形の第１差込有底孔部と、第１偏心距離Ｙａよりも長い第２偏心距離Ｙｂ離れた位置を中心（第２中心点Ｑｂ）とした（第１差込孔部と同径の）円形の第２差込有底孔部とを、円弧状内側壁で滑らかに連結した弯曲長円状である。

図１乃至図５に於て、ダイヤフラム体50は、椀型のダイヤフラム部51と、ダイヤフラム部51の開口周縁部から軸心一方向に延伸状に突設された薄膜円筒状の吐出弁部52と、ダイヤフラム部51から軸心他方向へ突出するダイヤフラム駆動部（駆動軸部）53と、を有している。
そして、ダイヤフラム集合体５は、３つのダイヤフラム体50，50，50を、回転軸心Ｌａ廻りの円周方向に１２０度等間隔で配設し、吐出弁部52の基端部近傍を回転軸心Ｌａに直交面状の平板状保持部55によって連結して一体状に形成したゴム製である。

揺動部材２は、軸部21と、軸部21に外嵌されるボス部24と、ボス部24の軸心一方向の端部から傘状にラジアル外方側へ突出した接続部22と、を有している。
接続部22は、軸部21の軸心Ｌ２と平行に貫設されダイヤフラム駆動（軸）部53が嵌合する取着孔22ａを有している。
そして、回転部材１の回転によって、差込凹部11に傾斜状に差し込まれた軸部21の軸心Ｌ２が円錐面状の軌跡を描いて（擂粉木状運動して）、傘状の接続部22が往復揺動し、ダイヤフラム駆動部53をピストン（往復）運動させて、ポンプ室59を拡大・縮小させるものである。つまり、駆動軸Ｍａの回転力を往復運動に変換してダイヤフラム体50に伝達する。

また、揺動部材２は、接続部22を有する樹脂製の揺動接続部材27に、金属製又は樹脂製の軸部材28を、嵌合させて一体状としたものである。
また、図示の実施形態は、接続部22を、平面視で（軸部21の軸心Ｌ２方向から見て）、Ｙ字状（放射状）に形成しているが、ダイヤフラム体50の数等に応じて、形状は自由である。

また、揺動部材２は、軸部21と反対方向に突出すると共に軸部21の軸心Ｌ２上に中心点を有する半球状の凸部29を有している。
半球状の凸部29は、回転軸心Ｌａに直交面状のケーシング内壁部31に常時当接するように設けられている。ケーシング内壁部31は、具体的には、リテーナ部材３の裏面側壁部（他端面側壁部）が相当する。

また、中蓋部材７とパッキン部材８と外蓋部材９で、外部からの流体をポンプ室59に導くための吸入路91と、ポンプ室59の流体を外部へ吐出させるための吐出路92と、を形成している。
そして、ケース部材４に、リテーナ部材３、ダイヤフラム集合体５、中蓋部材７、パッキン部材８、外蓋部材９、を順次重ねて配設し、長ネジ部材で串刺し状にし、ケース部材４に螺着して駆動源Ｍと略同径の円筒状のケーシング10を形成している。

外蓋部材９は、一端面から煙突状に突出する吸込口部91ａと吐出口部92ａを有している。
中蓋部材７は、裏面（他端面）側に、ダイヤフラム体50と共にポンプ室59を形成する有底円筒状の弁座部71を、ダイヤフラム体50の数に対応させて３つ有している。
弁座部71は、ダイヤフラム体50の吐出弁部52の内周面が密着分離自在に覆うように接触する吐出弁座用の円筒状壁部71ａを有している。また、吸入弁体６が取着されると共に、ポンプ室59と吸入路91を連通するための吸入孔73が貫設された吸入弁座用の底壁部71ｂを有している。底壁部71ｂには、吸入弁体６の弁部６ａが、ポンプ室59の拡大圧縮に応じて吸入孔73を開閉可能（開閉自在）に配設されている。
パッキン部材８によって、外蓋部材９と中蓋部材７の間で、吸入路91と吐出路92とを密封状に仕切ると共に、吸入口部91ａと吐出口部92ａ以外で外部と吸入路91と吐出路92が連通するのを防止している。
リテーナ部材３は、ダイヤフラム集合体５の平板状保持部55を中蓋部材７と挟持することで、ダイヤフラム集合体５を位置決め保持している。

次に、本発明のダイヤフラムポンプの使用方法（作用）について説明する。
先ず、図６に於て、駆動軸Ｍａ及び回転部材１の回転方向について、小偏心端部11ａから大偏心端部11ｂへ向かう回転軸心Ｌａ廻りの方向を、回転一方向Ｎａと呼び、大偏心端部11ｂから小偏心端部11ａへ向かう方向を、回転他方向Ｎｂと呼ぶ。

図２及び図３に於て、駆動軸Ｍａを回転一方向Ｎａに回転させると、軸部21の差込位置（差込端部）が、小偏心端部11ａに対応する位置となる。駆動軸Ｍａが回転一方向Ｎａに回転している間は、小偏心端部11ａの内周面が軸部21の差込端部を押すように回転し、軸部21の差込位置が小偏心端部11ａに維持（保持）される。図２及び図３の小偏心端部対応状態で、回転軸心Ｌａに対する揺動部材２の軸部21（の軸心Ｌ２）の傾斜角度θを、第１傾斜角度θａと呼ぶ。

駆動軸Ｍａが回転一方向Ｎａに回転すると、揺動部材２の軸心Ｌ２は、第１傾斜角度θａをもって円錐面状の軌跡を描く、接続部22は往復揺動して、ダイヤフラム駆動部53を往復運動させて、図２に示すようにポンプ室59（ダイヤフラム部51）を拡大状態にして流体を吸い込む。また、図３に示すようにポンプ室59（ダイヤフラム部51）を縮小状態にさせて吸い込んだ流体を吐出させる。なお、回転一方向Ｎａの回転状態において、ダイヤフラム駆動部53や接続部22の、回転軸心Ｌａに沿った往復運動のストローク寸法（ポンプ室59の拡縮ストローク寸法）を第１ストローク寸法と呼ぶ。

次に、電気モータを制御して（駆動源Ｍの）回転方向を変更して、駆動軸Ｍａを回転一方向Ｎａから回転他方向Ｎｂに切換えると、小偏心端部11ａの内周面が軸部21の差込端部を押すのを止めて、大偏心端部11ｂの内周面が軸部21の差込端部に接近して当接し押圧を開始する。
つまり、図４及び図５に示すように、軸部21の差込位置が小偏心端部11ａに対応する位置から大偏心端部11ｂに対応する位置に入替わり、回転他方向Ｎｂに回転している間は、大偏心端部11ｂの内周面が軸部21の差込端部を押すように回転する。即ち、軸部21の差込位置は、回転軸心Ｌａからの偏心距離Ｙが、第１偏心距離Ｙａよりも長い第２偏心距離Ｙｂに配設される大偏心端部対応状態が保持される。

図４に示すように、回転他方向Ｎｂのポンプ室拡大状態に於て、軸部21の差込位置は、回転一方向Ｎａのポンプ室拡大状態（図２参照）の場合と比較して、拡大状態のダイヤフラム体50から離れて配設される。回転軸心Ｌａに対する揺動部材２の軸心Ｌ２の傾斜角度θは、第１傾斜角度θａよりも大きな第２傾斜角度θｂとなる。
そして、拡大状態のダイヤフラム体50に対応する接続部22のダイヤフラム嵌着部22Ｙ（ダイヤフラム駆動部53）は、図４に二点鎖線で示した図２の接続部22のダイヤフラム嵌着部22Ｙと比較して、ポンプ室59の外方側へ（軸心他方向側へ）ダイヤフラム駆動部53を引っ張るように配設される。このように、図４のポンプ室59は、図２のポンプ室59よりも、拡大する。

次に、図５に示すように、回転他方向Ｎｂのポンプ室縮小状態に於て、軸部21の差込位置は、回転一方向Ｎａのポンプ室縮小状態（図３参照）と比較して、縮小状態のダイヤフラム体50に接近して配設される。回転軸心Ｌａに対する揺動部材２の軸心Ｌ２の傾斜角度θは、第１傾斜角度θａよりも大きな第２傾斜角度θｂとなる。
そして、縮小状態のダイヤフラム体50に対応する接続部22のダイヤフラム嵌着部22Ｙ（ダイヤフラム駆動部53）は、図５に二点鎖線で示した図３の接続部22のダイヤフラム嵌着部22Ｙと比較して、ポンプ室59の内方側へ（軸心一方向へ）ダイヤフラム駆動部53を押し込むように配設される。このように、図５のポンプ室59は、図３のポンプ室59よりも縮小する。

回転他方向Ｎｂの回転状態において、ダイヤフラム駆動部53の回転軸心Ｌａに沿った往復運動のストローク寸法を第２ストローク寸法と呼ぶと、第２ストローク寸法は、第１ストローク寸法と比べて大きくなり、ポンプ室縮小状態とポンプ室拡大状態の容積差（圧縮比）も大きく、吸込量及び吐出量が増加する。つまり、図２は小（少）量吸込状態であり、図３は小（少）量吐出状態であり、図４は大（多）量吸込状態であり、図５は、大（多）量吐出状態である。

また、駆動軸Ｍａの回転方向を、回転他方向Ｎｂから回転一方向Ｎａに切換えると、揺動部材２と軸部21の差込位置が大偏心端部11ｂから小偏心端部11ａに入替わり、揺動部材２の傾斜角度θが、第２傾斜角度θｂからその第２傾斜角度θｂより小さな第１傾斜角度θａに切換わり、ダイヤフラム駆動部53（ポンプ室59の拡縮）のストローク寸法が、第２ストローク寸法からその第２ストローク寸法より小さな第１ストローク寸法に切換わり、吐出量（ポンプ室縮小状態とポンプ室拡大状態の容積差）が少なくなる。

つまり、駆動軸Ｍａの回転方向の切換え（正逆反転）によって、大吐出量（吸込量）と、小吐出量（吸込量）とに大小変更（切換え）可能であり、高吐出圧（吸込圧）と低吐出圧（吸込圧）とに高低切換可能である。

また、駆動軸Ｍａの回転方向の切換えの際に、差込凹部11の端部に軸部21が当接した衝撃や、差込凹部11の内周面と軸部21との摩擦によって、こじれや引っ掛かり、飛び出し等が発生し、軸部21が差込凹部11から離脱するのを、揺動部材２の凸部29がケーシング内壁部31（リテーナ部材３の裏面側壁部）に当接することで、防止している。つまり、凸部29によって、軸部21の差込位置の入替わり（軸部21と差込凹部11の摺接）をスムーズにしている。

また、揺動部材２の凸部29を半球状に形成することで、傾斜角度θが切換わっても、ケーシング内壁部31に常に当接し、軸部21の軸心Ｌ２の円錐面状軌跡の頂点が、回転軸心Ｌａとケーシング内壁部31の交点に常に配設されるようして、揺動部材２の擂粉木状の動作を安定させている。

また、図６に於て、差込凹部11は、回転軸心点Ｌａ´を中心として、平面視半円形状の小偏心端部11ａの第１中心点Ｑａと、平面視半円形状の大偏心端部11ｂの第２中心点Ｑｂと、の間の中心角度αを、３０度以上７５度以下としている。より好ましくは、４０度以上６５度以下とする。駆動軸Ｍａの回転を切換えた際に、直ぐに差込位置が入替わる。また、差込凹部11の内周面や底面と、軸部21と、の摺接範囲（時間）を短くでき、差込位置がスムーズに入替わる。
また、第２偏心距離Ｙｂを、第１偏心距離Ｙａの１．１５倍以上１．７５倍以下に設定する。下限値未満であると、第１傾斜角度θａと第２傾斜角度θｂの差や、第１ストローク寸法と第２ストローク寸法の差が小さく、吐出量の大小変化の差が小さくなって、電化製品等へ適用する際に使用する電化製品が限られてしまう。また、上限値を越えると、回転方向を切換えた際に、差込位置がスムーズにかつ迅速に入替わらない虞や、拡大と圧縮の差が大きすぎてダイヤフラム部51の耐久性が低下する虞がある。

ここで、本発明に係るダイヤフラムポンプの具体的な使用例を説明する。
例えば、スチームアイロンに於て、霧吹きモードと（通常の）アイロン掛けモードとを設ける場合、霧吹きモードはアイロン掛けモードと比べて高圧力にするのが望ましい。そこで、本発明に係るダイヤフラムポンプを適用して、回転方向を制御し、アイロン掛けモードの際に吐出量を少量にし、霧吹きモードの際に吐出量を多量となるようにすれば、霧吹きモードをアイロン掛けモードに比べて高圧力にでき、使い勝手の良いスチームアイロンが得られる。

また、手洗い洗剤吐出装置に於て、通常使用の手洗い時に、洗剤タンクから洗剤を吸い込んで吐出させるには、小さな吸い込み圧（負圧）で可能であり、吐出量も少量で十分である。しかし、新規の洗剤タンクに交換した場合や、洗剤の補充を行なった場合は、泡立ちによる摩擦抵抗の増加や、洗剤配管に空気が混入し、小さな吸込圧では、洗剤用蛇口まで吐出させることが困難であると共に、洗剤タンクから洗剤用蛇口までの配管内に洗剤を満たす必要があるため、時間がかかる場合がある。そこで、本発明に係るダイヤフラムポンプを適用して、回転方向を制御し、手洗いの際は少量・低圧とし、メンテナンス（洗剤交換や補充）の際は、多量・高圧とすることで、洗剤の交換又は補充後の最初の洗剤吐出作業時間を短縮可能な洗剤吐出装置が得られる。

なお、本発明は、設計変更可能であって、ダイヤフラム集合体５のダイヤフラム体50の数は増減自由である。なお、図２乃至図５に於て、ダイヤフラム体50は１個のみを図示し、他は図示省略している。

以上のように、本発明のダイヤフラムポンプは、ポンプ室59を形成する複数のダイヤフラム体50と、駆動軸Ｍａに固着された回転部材１と、回転部材１の差込凹部11に傾斜状に差し込まれた軸部21を有すると共にダイヤフラム体50が取着される接続部22を有する揺動部材２と、を備え、回転部材１の回転によって軸部21が円錐面状の軌跡を描いて接続部22が往復揺動してポンプ室59を拡大・縮小させるダイヤフラムポンプに於て、回転部材１の差込凹部11は、駆動軸Ｍａの回転軸心Ｌａからの偏心距離Ｙが相違した大偏心端部11ｂと小偏心端部11ａを有する弯曲凹溝形状であり、駆動軸Ｍａの回転方向の切換えによって、揺動部材２の軸部21の差込位置が、弯曲凹溝形状の差込凹部11の大偏心端部11ｂと小偏心端部11ａとに入替わり、揺動部材２の軸部21の傾斜角度θが大小切換わり、ポンプ室59の吐出量を大小変更するように構成したので、駆動軸Ｍａの回転方向を変更（切換え）するだけで、吐出量を大小切換できる。つまり、ポンプ室の拡大状態と縮小状態の容積差を大小切換でき、吐出量（吸込量）や吐出圧（吸込圧）の大小の切換え（制御）が容易かつ迅速に行なえる。流量や圧力の異なる２種類のダイヤフラムポンプを設ける必要や、流量切換弁や流量制御弁等を設ける必要なく、ポンプや配管の設置範囲の狭い場所や装置等に容易に対応できる。また、吐出量の大小切換が必要な装置や電化製品等の小型化や軽量化に貢献できる。簡素な構成でありながら、大（多）流量用及び小（少）流量用として１台二役のダイヤフラムポンプを得ることができる。

また、揺動部材２は、軸部21と反対方向に突出すると共に回転軸心Ｌａに直交面状のケーシング内壁部31に当接する凸部29を有するので、差込凹部11からの軸部21の離脱が防止され、差込位置の入替わりがスムーズに行なわれ、正確で故障の少ないダイヤフラムポンプが得られる。

１回転部材
２揺動部材
11 差込凹部
11ａ小偏心端部
11ｂ大偏心端部
21 軸部
22 接続部
29 凸部
31 ケーシング内壁部
50 ダイヤフラム体
59 ポンプ室
Ｌａ回転軸心
Ｍａ駆動軸
Ｙ偏心距離
θ 傾斜角度

Claims

ポンプ室（59）を形成する複数のダイヤフラム体（50）と、駆動軸（Ｍａ）に固着された回転部材（１）と、該回転部材（１）の差込凹部（11）に傾斜状に差し込まれた軸部（21）を有すると共に上記ダイヤフラム体（50）が取着される接続部（22）を有する揺動部材（２）と、を備え、上記回転部材（１）の回転によって上記軸部（21）が円錐面状の軌跡を描いて上記接続部（22）が往復揺動して上記ポンプ室（59）を拡大・縮小させるダイヤフラムポンプに於て、
上記回転部材（１）の上記差込凹部（11）は、上記駆動軸（Ｍａ）の回転軸心（Ｌａ）からの偏心距離（Ｙ）が相違した大偏心端部（11ｂ）と小偏心端部（11ａ）を有する弯曲凹溝形状であり、
上記駆動軸（Ｍａ）の回転方向の切換えによって、上記揺動部材（２）の軸部（21）の差込位置が、弯曲凹溝形状の上記差込凹部（11）の大偏心端部（11ｂ）と小偏心端部（11ａ）とに入替わり、上記揺動部材（２）の軸部（21）の傾斜角度（θ）が大小切換わり、上記ポンプ室（59）の吐出量を大小変更するように構成したことを特徴とするダイヤフラムポンプ。
上記揺動部材（２）は、上記軸部（21）と反対方向に突出すると共に上記回転軸心（Ｌａ）に直交面状のケーシング内壁部（31）に当接する凸部（29）を有する請求項１記載のダイヤフラムポンプ。