JP6592333B2 - 吐出用弁体およびダイヤフラムポンプ - Google Patents

Description

本発明は、吐出用弁体およびダイヤフラムポンプに関し、特にダイヤフラムによって形成されたポンプ室の空気を吐出用弁体の弁部を介して吐出するダイヤフラムポンプに関するものである。

従来のダイヤフラムポンプとしては、例えば特許文献１に記載されているものがある。この特許文献１に開示された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部が取り付けられたダイヤフラムと、このダイヤフラムの各ダイヤフラム部を上下方向へ昇降させることによりポンプ室を拡縮させる駆動体と、各ポンプ室と吸入側および吐出側とを仕切り当該各ポンプ室に対応した吸入孔および吐出孔が設けられた隔壁体と、隔壁体の係合凸部に取り付けられ、ポンプ室の空気を吐出孔から吐出室を介して外部へ吐出するとともに当該ポンプ室へ空気が逆流するのを規制する吐出用弁体とを備えている。

特開２０１３−１６３９７５号公報

ところで、図５および図６に示すように、従来のダイヤフラムポンプに用いられている吐出用弁体１００は、薄い円板状の弁部１０２に対して中央に隆起部１００ａが形成されるとともに、当該隆起部１００ａを中心に４個のリブ１０１が十字状に形成されており、当該４個のリブ１０１により弁部１０２が４つの部分に仕切られている。このような吐出用弁体１００は、その下方の隔壁体３０に形成された吐出孔６２から流れてくる空気により互いに隣接するリブ１０１間の弁部１０２が持ち上げられて開口する。

ここで、吐出用弁体１００における弁部１０２の弁厚ｔ１が非常に厚く、吐出孔６２からの空気に対する抵抗が大きいために当該弁部１０２が変形し難い状態であった。したがって、吐出孔６２からの空気に対して弁部１０２が十分に開くことができず、当該吐出孔６２から弁部１０２を介して外部へ吐出される空気の流量に損失が発生するという問題があった。

このような不具合は、弁部１０２の弁厚ｔ１を薄くして吐出孔６２からの空気に対して弁部１０２を変形し易くすることによって、ある程度は解消できる。しかし、弁部１０２の弁厚ｔ１を薄くし過ぎると、シール性が損なわれたり、騒音が発生してしまう。この騒音は、吐出孔６２から吐出される空気によって弁部１０２が振動することにより生じる。

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、その目的は、シール性の低下や騒音の発生を防ぎながら、流量の損失を低減し、弁部を介して外部へ大量の流体を吐出できる吐出用弁体およびダイヤフラムポンプを提供することにある。

この目的を達成するために、本発明に係る吐出用弁体は、ポンプ室内の流体を外部へ排出する吐出孔が設けられた隔壁体の上面に取り付けられる吐出用弁体であって、前記吐出孔と対向する受圧部分が先端側に位置する状態で前記隔壁体の前記吐出孔と対向配置された弁部と、前記弁部における前記受圧部分から離間した基端側に設けられ、前記隔壁体とは反対側に向けて突出する凸部と、前記凸部から前記受圧部分と隣り合う位置に向けて前記弁部に沿って延びるリブと、前記弁部と前記リブとの付け根部分であって前記隔壁体とは反対側に当該リブに沿って形成された断面半円状の溝部とを備え、前記弁部における前記凸部との境界部分の厚みは、前記先端側の厚みより薄く、前記弁部の厚みは、前記弁部の先端から中央部に向かうにしたがって次第に薄くなっているものである。

本発明に係るダイヤフラムポンプは、ダイヤフラムのダイヤフラム部によって形成され、当該ダイヤフラム部の往復動によって拡縮するポンプ室と、当該ポンプ室に流体を吸入するための吸入孔および前記ポンプ室内の流体を吐出する吐出孔が設けられた隔壁体と、前記ダイヤフラム部に設けられ、前記ポンプ室内から流体の前記吸入孔への逆流を規制する吸入用弁体と、前記隔壁体に設けられ、前記吐出孔から前記ポンプ室内への流体の逆流を規制する吐出用弁体とを備えたダイヤフラムポンプにおいて、前記吐出用弁体は、前記吐出孔と対向する受圧部分が先端側に位置する状態で前記隔壁体の前記吐出孔と対向配置された弁部と、前記弁部における前記受圧部分から離間した基端側に設けられ、前記隔壁体とは反対側に向けて突出する凸部と、前記凸部から前記受圧部分と隣り合う位置に向けて前記弁部に沿って延びるリブと、前記弁部と前記リブとの付け根部分であって前記隔壁体とは反対側に当該リブに沿って形成された断面半円状の溝部とを備え、前記弁部における前記凸部との境界部分の厚みは、前記先端側の厚みより薄く、前記弁部の厚みは、前記弁部の先端から中央部に向かうにしたがって次第に薄くなっているものである。

本発明に係る吐出用弁体において、弁部の溝部と、弁部における凸部との境界部分は、厚みが相対的に薄いから変形し易くなる。このため、弁部は、吐出孔から吐出された流体によって容易に持ち上げられる。また、弁部における溝部以外の部位や弁部の先端側は、厚みが相対的に厚いから、高いシール性が得られるとともに、吐出孔から吐出された流体によって振動することを防ぐことができる。
したがって、本発明によれば、シール性の低下や騒音の発生を防ぎながら、流量の損失を低減し、弁部を介して外部へ大量の流体を吐出可能な吐出用弁体を提供することができる。

本発明に係るダイヤフラムポンプに用いられている吐出用弁体において、弁部の溝部と、弁部における凸部との境界部分は、厚みが相対的に薄いから変形し易くなる。このため、弁部は、吐出孔から吐出された流体によって容易に持ち上げられる。また、弁部における溝部以外の部位や弁部の先端側は、厚みが相対的に厚いから、高いシール性が得られるとともに、吐出孔から吐出された流体によって振動することを防ぐことができる。

したがって、本発明に係るダイヤフラムポンプは、シール性の低下や騒音の発生を防ぎながら、流量の損失を低減し、弁部を介して外部へ大量の流体を吐出可能な吐出用弁体を備えているから、騒音が小さくなるとともに、効率よく流体を吐出して吐出流量を増大させることが可能なものである。

本発明に係るダイヤフラムポンプの構成を示す断面図である。 本発明に係る吐出用弁体の構成を示す斜視図である。 本発明に係る吐出用弁体を示す図で、図３（Ａ）は上面図、図３（Ｂ）は正面図、図３（Ｃ）は図３（Ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。 他の実施の形態による吐出用弁体を示す図で、図４（Ａ）は上面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 従来の吐出用弁体の構成を示す斜視図である。 従来の吐出用弁体を示す図で、図６（Ａ）は上面図、図６（Ｂ）は正面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
＜ダイヤフラムポンプの構成＞
図１に示すように、４気筒でなるダイヤフラムポンプ１は、略有底円筒状に形成されたケース２の底部の外側に固定されたモータ３を備えており、このモータ３の出力軸３ａがケース２の孔から当該ケース２内に突出し、その出力軸３ａの突出端部にクランク台４が軸着されている。この実施の形態においては、便宜上、モータ３が位置する一端側（図１においては下側）を下側とし、モータ３とは反対側を上側として説明する。

クランク台４においてモータ３の出力軸３ａから偏心した部位には、当該出力軸３ａの軸線方向に対して傾斜された駆動軸５の一端が軸着されており、当該駆動軸５の他端が駆動体６のボス６ａと一体に固定された軸受部７の非貫通孔７ａ内に嵌挿されている。すなわち駆動体６は、駆動軸５に対して回転自在に枢支されている。

駆動体６のボス６ａには軸受部７の非貫通孔７ａと略直交するように４個の駆動子８（図１中においては２個の駆動子８だけを示す）が先端に向かって共に下方に同じ角度だけ僅かに傾斜した状態で形成されており、各駆動子８の先端部にはダイヤフラム部取付孔８ａが形成されている。

ケース２の上端部には、下方が開口されてカップ状に形成されたダイヤフラムホルダ１０が載置され、後述するダイヤフラム１５の各ダイヤフラム部１７を保持するため円周方向に互いに等角度（９０度）間隔に形成された４つダイヤフラム部保持孔１１（２個のダイヤフラム部保持孔１１だけを示す）が設けられている。

ダイヤフラム１５は、ゴム等の柔軟性を有する材料により形成され、円周方向に等角度間隔に設けられ上方が開口した４つのダイヤフラム部１７（図１中においては２つのダイヤフラム部１７だけを示す）と、これら４つのダイヤフラム部１７の上端部を連設する略円板状に形成されたフランジ２７とにより一体に形成されている。各ダイヤフラム部１７の下面には、断面略円錐状のピストン１９が一体に形成されており、このピストン１９の下部には細径の首部１９ａを介して係止用の凸部１９ｂが一体に形成されている。

各ダイヤフラム部１７の上部は開口しており、この開口の一部を臨む吸入用弁体２０がダイヤフラム１５と一体化された状態で水平方向に突設されている。

ダイヤフラム１５は、各ダイヤフラム部１７の凸部１９ｂを弾性変形させながら、駆動体６の各駆動子８のダイヤフラム部取付孔８ａに挿入することにより、首部１９ａが駆動子８のダイヤフラム部取付孔８ａに取り付けられる。

また、ダイヤフラム１５のフランジ２７の上面には隔壁体３０が固定されている。隔壁体３０は、各ポンプ室３５に連通する４個の吸入孔３２（図１中においては２個の吸入孔３２だけを示す）が円周方向に等角度（９０度）間隔に貫通形成されているとともに、各ポンプ室３５に連通する４個の吐出孔６２（図１中においては２個の吐出孔６２だけを示す）が円周方向に等角度（９０度）間隔に貫通形成されている。なお、４個の吐出孔６２は、４個の吸入孔３２よりも内周側に配置されており、４個の吸引孔３２および４個の吐出孔６２は、各ポンプ室３５に対応するように位置付けられている。

隔壁体３０の中央部の上面側には、角柱状の係合凸部３０ｔが形成されており、当該係合凸部３０ｔの周囲には環状に形成された隔壁３０ｂが一体に立設され、当該隔壁３０ｂの周囲に環状に形成された係合凸部３０ｃが一体に形成されている。なお、隔壁体３０の係合凸部３０ｔに対して吐出用弁体６０が係合されている。

隔壁３０ｂの内側には吐出用弁体６０によって閉塞される４個の吐出孔６２が位置付けられ、隔壁３０ｂの外側には環状の吸入空間５２（２つの吸入空間５２だけを示す）と連通された４個の吸入孔３２（２個の吸入孔３２だけを示す）が位置付けられる。

ここで、隔壁体３０とダイヤフラムホルダ１０とによりダイヤフラム１５が挟持されているため、この隔壁体３０とダイヤフラム１５の各ダイヤフラム部１７との間に４つのポンプ室３５が形成されるとともに、吸入孔３２がダイヤフラム１５の吸入用弁体２０によって閉じられる。この場合、ダイヤフラム１５の吸入用弁体２０と隔壁体３０の下面３０ａとが、ポンプ室３５から吸引孔３２へ流体が流れることを規制する逆止弁を構成している。

吐出用弁体６０は、ゴム等の柔軟性を有する材料によって薄い円板状に形成され、表面側の中央部には隆起部１００ａが一体に設けられ、この隆起部１００ａの裏側には角柱状の係合凸部３０ｔに嵌合する係合凹部１００ｂが形成されている。この吐出用弁体６０は、隔壁体３０における４個の吐出孔６２と対向配置されており、当該４個の吐出孔６２を閉塞する。

隔壁体３０の上端部には、下方が開口した扁平な箱状に形成された蓋体４０が固定され、上面側の中央部には吐出空間４１を介して４個の吐出孔６２と連通する吐出口４２が形成された円筒状の吐出筒部４３が立設されている。

この蓋体４０の裏面側には、吐出筒部４３を囲むように平面視円環状に形成された係合部４８が下方に向かって一体に突設されており、当該係合部４８と隔壁体３０の隔壁３０ｂとが係合されて吐出空間４１が形成される。

また、蓋体４０の裏面側には、係合部４８を囲むように平面視環凹状に形成された係合凹部４９が形成されており、当該係合凹部４９と隔壁体３０の係合凸部３０ｃとが係合されて吐出空間４１の周囲に吸入空間５２が形成される。吸入空間５２は、図示していない流体通路によって蓋体４０の流体入口に接続されている。この流体入口が大気中に開放されている場合、このダイヤフラムポンプ１は、流体入口から空気を吸引して吐出口４２から吐出するものとなる。

さらに、蓋体４０の裏面側には、係合部４８の内周側であって、吐出用弁体６０における４個のリブ１０１（図２、図３）とそれぞれ対向するように４個の円柱状でなるリブ押下部５０が下方へ向かって一体に突設されている。なお、蓋体４０の裏面側に４個の円柱状でなるリブ押下部５０が設けられるようにしたが、これに限るものではなく、例えば１個の円環状でなるリブ押下部が設けられるようにしてもよい。

＜吐出用弁体の構成＞
図５および図６との対応部分に同一符号を付した図２および図３に示すように、吐出用弁体６０は、薄い円板状の弁部６１に対して中央に隆起部１００ａが形成されるとともに、当該隆起部１００ａを中心に４個のリブ１０１が十字状に形成されており、当該４個のリブ１０１により弁部６１が４つの部分に仕切られている。

弁部６１は、上述した吐出孔６２と対向する受圧部分６１ａが先端側（外周縁側）に位置する状態で吐出孔６２と対向配置されている。隆起部１００ａは、弁部６１における受圧部分６１ａから離間した基端側（中央側）に設けられ、隔壁体３０とは反対側に向けて突出している。この実施の形態においては、隆起部１００ａによって、本発明でいう「凸部」が構成されている。リブ１０１は、隆起部１００ａから受圧部分６１ａと隣り合う位置に向けて弁部６１に沿って延びている。

このような吐出用弁体６０は、その下方の隔壁体３０に形成された吐出孔６２から流れてくる空気（流体）により互いに隣接するリブ１０１間の弁部６１が持ち上げられて開口する。
リブ１０１と弁部６１との付け根部分には、隆起部１００ａとリブ１０１との接続点から当該リブ１０１に沿って当該リブ１０１の先端（弁部６１の先端）にまでわたって所定深さの断面半円形状の溝部６１ｍが形成されている。すなわち４つのリブ１０１には、その両側に溝部６１ｍが形成されている。

溝部６１ｍの底と弁部６１の下面との間の厚み、すなわち弁部６１におけるリブ１０１の付け根部分の弁厚ｔ２は、図３（Ｂ）に示すように、弁部６１の先端の厚みである弁厚ｔ１より薄い（弁厚ｔ１＞弁厚ｔ２）。弁部６１の厚みは、図３（Ｃ）に示すように、弁部６１の先端（外周縁）から中央部に向かうにしたがって次第に薄くなっている。このため、弁部６１における隆起部１００ａとの境界部分６１ｂの厚みである弁厚ｔ３は、先端の弁厚ｔ１より薄い。

＜吐出用弁体の取り付け＞
吐出用弁体６０の隆起部１００ａは、隔壁体３０の角柱状の係合凸部３０ｔに嵌合されると、当該吐出用弁体６０の回転方向の移動が規制される。この状態で、隔壁体３０の隔壁３０ｂおよび係合凸部３０ｃに対して蓋体４０の係合部４８および係合凹部４９が係合されることにより取り付けられると、当該蓋体４０の裏面側に突設された４個のリブ押下部５０によって当該吐出用弁体６０のリブ１０１の上面が押し付けられる。

蓋体４０のリブ押下部５０によって吐出用弁体６０のリブ１０１の上面が押し付けられることにより、当該吐出用弁体６０の下面が隔壁体３０の上面に密着されて当該４個のポンプ室３５のシール性が個別に確保される。

なお、４個のリブ１０１は、隆起部１００ａよりも低い高さに形成されているため、蓋体４０のリブ押下部５０によって当該リブ１０１が押下されたときに、当該リブ１０１に倒れが生じることを予め防止している。

＜ダイヤフラムポンプのポンプ動作＞
このように構成されたダイヤフラムポンプ１では、モータ３を駆動し出力軸３ａを回転させると、クランク台４も出力軸３ａと一体的に回転し、駆動軸５が傾斜した状態のまま出力軸３ａの周囲を回転するため、駆動体６の４つの駆動子８の端部が図中上下方向へ往復動する。

従って、駆動子８の上下方向への往復動とともに４つのダイヤフラム部１７が順次上下方向へ往復動するため、４つのポンプ室３５も順次拡縮する。ポンプ室３５が拡張することにより、当該ポンプ室３５が負圧状態となり吸入用弁体２０の外周縁２０ａが上方に付勢されている状態から下方に向かって弾性変形され、吸入空間５２から吸入孔３２を介してポンプ室３５内に空気が吸入される。

一方、ポンプ室３５が収縮すると、ポンプ室３５内の空気は圧力が上昇するのでダイヤフラム部１７における吸入用弁体２０が隔壁体３０の下面３０ａに密着され、ポンプ室３５から吸引孔３２へ空気が流れることを規制するとともに、吐出孔６２から吐出用弁体６０の弁部６１を押し拡げながら吐出空間４１および吐出口４２を介して大気に放出される。

ここで吐出用弁体６０は、リブ１０１と弁部６１との付け根部分に溝部６１ｍが形成されており、非常に薄い弁厚ｔ２となっているとともに、弁部６１における隆起部１００ａとの境界部分６１ｂの厚みである弁厚ｔ３が先端側の厚み（先端の弁厚ｔ１）より薄いため、ポンプ室３５から隔壁体３０の吐出孔６２を介して流れてくる空気により当該弁部６１のリブ１０１との付け根部分が変形して当該弁部６１全体が上方へ容易に持ち上げられる。

これにより従来のように弁部１０２が一部だけしか変形せず、弁部１０２が十分に開かないために流量の損失が発生していたところ（図５）、この吐出用弁体６０の弁部６１では互いに隣接するリブ１０１間に仕切られた弁部６１の一部分全体が上方へ移動して十分に開口するため、ポンプ室３５から隔壁体３０の吐出孔６２を介して流れてくる空気の流量に損失が発生することはない。

そのうえ、弁部６１の先端の弁厚ｔ１については、従来同様の厚さを確保しているため、高いシール性を維持できるとともに、ポンプ室３５から隔壁体３０の吐出孔６２を介して流れてくる空気により、互いに隣接するリブ１０１間に仕切られた弁部６１の一部分全体が振動して騒音を発生することもない。

したがって、この実施の形態によるダイヤフラムポンプ１は、シール性の低下や騒音の発生を防ぎながら、流量の損失を低減し、弁部６１を介して外部へ大量の流体を吐出可能な吐出用弁体６０を備えているから、騒音が小さくなるとともに、効率よく流体を吐出して吐出流量を増大させることが可能なものとなる。

＜他の実施の形態＞
なお、上述した実施の形態においては、４個のリブ１０１が形成された吐出用弁体６０を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ダイヤフラムポンプ１の気筒数に合わせて３個のリブ１０１が形成された吐出用弁体等、その他の種々の個数のリブが形成された吐出用弁体を用いるようにしても良い。

また、上述した実施の形態においては、全体的に薄い円板状の吐出用弁体６０を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、全体的に薄い四角形状の吐出用弁体を用いるようにしても良い。

さらに、上述した実施の形態においては、ポンプ室３５が４つ備えられた４気筒のダイヤフラムポンプ１に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、１気筒でも２気筒でも、また３気筒、あるいは５気筒以上のダイヤフラムポンプに適用するようにしても良い。
２気筒の場合、吐出用弁体６０のリブ１０１は、図４（Ａ）に示すように、上方から見てＸ字状に形成することができる。図４（Ａ）に示す吐出用弁体６０においては、吐出孔６２と対向する２つの弁部６１，６１におけるリブ１０１との境界部分６１ｂに溝部６１ｍが形成されている。この吐出用弁体６０の弁部６１の厚みは、図４（Ｂ）に示すように、弁部６１の先端（外周縁）から中央部に向かうにしたがって次第に薄くなっている。すなわち、この実施の形態を採る場合であっても、弁部６１における隆起部１００ａとの境界部分６１ｂの厚みは、先端側の厚みより薄い。

１…ダイヤフラムポンプ、２…ケース、３…モータ、４…クランク台、５…駆動軸、６…駆動体、７…軸受部、８…駆動子、１０…ダイヤフラムホルダ、１１…ダイヤフラム部保持孔、１５…ダイヤフラム、１７…ダイヤフラム部、１９…ピストン、２０…吸入用弁体、２７…フランジ、３０…隔壁体、３２…吸入孔、３５…ポンプ室、４０…蓋体、４１…吐出空間、４２…吐出口、４３…吐出筒部、４８…係合部、４９…係合凹部、５０…リブ押下部、５２…吸入空間、６０、１００…吐出用弁体、６１、１０２…弁部、６１ａ…受圧部分、６１ｂ…境界部分、６１ｍ…溝部、６２…吐出孔、１０１…リブ。

Claims (2)

1. ポンプ室内の流体を外部へ排出する吐出孔が設けられた隔壁体の上面に取り付けられる吐出用弁体であって、
   前記吐出孔と対向する受圧部分が先端側に位置する状態で前記隔壁体の前記吐出孔と対向配置された弁部と、
   前記弁部における前記受圧部分から離間した基端側に設けられ、前記隔壁体とは反対側に向けて突出する凸部と、
   前記凸部から前記受圧部分と隣り合う位置に向けて前記弁部に沿って延びるリブと、
   前記弁部と前記リブとの付け根部分であって前記隔壁体とは反対側に当該リブに沿って形成された断面半円状の溝部とを備え、
   前記弁部における前記凸部との境界部分の厚みは、前記先端側の厚みより薄く、前記弁部の厚みは、前記弁部の先端から中央部に向かうにしたがって次第に薄くなっていることを特徴とする吐出用弁体。
2. ダイヤフラムのダイヤフラム部によって形成され、当該ダイヤフラム部の往復動によって拡縮するポンプ室と、
   当該ポンプ室に流体を吸入するための吸入孔および前記ポンプ室内の流体を吐出する吐出孔が設けられた隔壁体と、
   前記ダイヤフラム部に設けられ、前記ポンプ室内から流体の前記吸入孔への逆流を規制する吸入用弁体と、
   前記隔壁体に設けられ、前記吐出孔から前記ポンプ室内への流体の逆流を規制する吐出用弁体とを備えたダイヤフラムポンプにおいて、
   前記吐出用弁体は、
   前記吐出孔と対向する受圧部分が先端側に位置する状態で前記隔壁体の前記吐出孔と対向配置された弁部と、
   前記弁部における前記受圧部分から離間した基端側に設けられ、前記隔壁体とは反対側に向けて突出する凸部と、
   前記凸部から前記受圧部分と隣り合う位置に向けて前記弁部に沿って延びるリブと、
   前記弁部と前記リブとの付け根部分であって前記隔壁体とは反対側に当該リブに沿って形成された断面半円状の溝部とを備え、
   前記弁部における前記凸部との境界部分の厚みは、前記先端側の厚みより薄く、前記弁部の厚みは、前記弁部の先端から中央部に向かうにしたがって次第に薄くなっていることを特徴とするダイヤフラムポンプ。