JP6730516B2 - ポンプ - Google Patents

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Description

本発明は、ポンプに関し、より詳細にはバッファ室を備えたポンプに関する。
ピストンやダイアフラムなどの往復動ポンピング部材を往復動させることにより流体を搬送するようにしたポンプにおいては、往復動ポンピング部材によってポンプ室から吐出された流体の脈動を低減するために、その流体を一時的に貯留するバッファ室を備えている。このようなバッファ室は通常は往復動ポンピング部材を収納してポンプ室を形成するケーシングとは別の部材であるバッファタンクを該ケーシングに取り付けることにより構成されている（特許文献１）。また、バッファ室をケーシング内に一体的に形成したものも開発されている（特許文献２）。
特開２０００−４５９４３号公報 特開２００４−３１６４４７号公報
しかしながら、バッファ室をケーシングとは別体のバッファタンクにより構成した場合には、部品点数が増加して組み立てが煩雑になり、またケーシングの吐出口とバッファタンクの入口との間をシールする必要が生じこの部分のシール性が低下することにより流体が漏洩する虞がある。また、上述のバッファ室をケーシング内に一体的に形成したものについては、バッファ室がピストンの往復動方向でポンプ室に隣接した位置にあるため、ケーシングの寸法が往復動方向で大きくなる。通常、ポンプの設置状態でピストンは水平方向に往復動するように配置されているため、ケーシングの寸法が往復動方向で大きくなるとポンプの設置面積が大きくなり、ポンプを狭い場所に配置しにくくなる。
そこで本発明は、バッファ室をケーシング内に一体的に形成しながら、往復動ポンピング部材の往復動方向での寸法の増大を抑制できるようにしたポンプを提供することを目的とする。
すなわち本発明は、
往復動ポンピング部材と、該往復動ポンピング部材を往復動させるようにされた駆動部と、該往復動ポンピング部材及び該駆動部を収納するケーシングとを有し、該往復動ポンピング部材の往復動によって流体を搬送するようにされたポンプであって、
該ケーシングが、
該駆動部を保持する駆動部保持部を有する第１ケーシング部材と、
該往復動ポンピング部材の往復動方向において該第１ケーシング部材に重ねて取り付けられた第２ケーシング部材であって、該往復動ポンピング部材に対して該往復動方向で対向し該往復動方向を横切る横断方向に広がる端壁部を有する第２ケーシング部材と、
該往復動ポンピング部材の周囲で該駆動部保持部と該端壁部との間を該往復動方向に延びる筒状のポンプ室周壁部と、
を有し、
該第１ケーシング部材と該第２ケーシング部材の該端壁部との間に、該ポンプ室周壁部の内側に位置し該往復動ポンピング部材の往復動により容積が増減するポンプ室と、該ポンプ室周壁部の周囲に位置し該ポンプ室周壁部を該横断方向に貫通する第１連通路を介して該ポンプ室に連通する吐出室と、該吐出室に該横断方向で隣接し該横断方向に延びる第２連通路を介して該吐出室に連通したバッファ室とが画定されるようにされた、ポンプを提供する。
当該ポンプにおいては、バッファ室がケーシングによって一体的に構成されており、別部材のバッファタンクを用いる必要がない。また、吐出室及びバッファ室がポンプ室に対して往復動ポンピング部材の往復動方向を横切る横断方向に並んで配置されているため、往復動ポンピング部材の往復動方向でのケーシングの寸法がバッファ室により増大しないようにすることができる。
また、該第２連通路を画定する通路部材であって、該第１ケーシング部材と該第２ケーシング部材との間に挟持された通路部材をさらに備えるようにすることができる。
また、該第２連通路が該バッファ室に向かうにしたがって横断面積が小さくなっていくようにすることができる。
さらには、該バッファ室の中に位置する入口開口から該バッファ室の外に位置する出口開口にまで延びる外部連通路をさらに備え、該外部連通路が該入口開口から該出口開口に向かうにしたがって横断面積が小さくなっていく縮小流路部を有するようにすることができる。
このような縮小流路部を設けることによって、流体がバッファ室からポンプの外に吐出される際の流体抵抗を小さくすることができる。
以下、本発明に係るポンプの実施形態を添付図面に基づき説明する。
本発明の第１の実施形態に係るポンプの外観図である。 図１のポンプの上部カバーを外した状態の斜視図である。 カバーを外した状態のポンプの側面断面図である。 図３のＩＶ―ＩＶ線における断面図である。 図３のＶ−Ｖ線における断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るポンプのカバーを外した状態の斜視図である。 図６のポンプのバッファ室を横断する位置での上面断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るポンプのカバーを外した状態での側面断面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線における断面図である。
本発明の第１の実施形態に係るポンプ１は、図１に示すように、上部カバー３と下部カバー４とからなるカバー２を有し、上部カバー３に設けられた外部吸引口５から周囲の空気をカバー２内に吸引して、下部カバー４から外部に突出した外部吐出口６から圧縮空気を吐出するようになっている。外部吸引口５からカバー２内に吸引された空気は、図２に示すケーシング１０の後端面１０ａに形成された２つの吸引口１２からケーシング１０内に吸引され、ケーシング１０内で圧縮されて外部吐出口６から吐出される。
図３に示すように、ケーシング１０は、中央の第１ケーシング部材１４と、前方の第２ケーシング部材１６と、後方の第３ケーシング部材１８とを有する。第１ケーシング部材１４の駆動部保持部２０と第３ケーシング部材１８との間にはピストン（往復動ポンピング部材）２２を往復動させるための駆動部２４が収納されて保持されている。駆動部２４は主としてフィールドコア２６とその周りに巻かれた２つのコイル２８とからなり、コイル２８に交流電圧を印加することによりフィールドコア２６から周期的な磁界を発生する。発生した磁界によりピストン２２のアマチャー２９はフィールドコア２６の間に吸引され、これによりピストン２２は図で見て右方に変位される。磁界による吸引力が弱まると、ピストン２２は、第３ケーシング部材１８との間に配置されたスプリング３０の付勢力により図で見て左方に変位される。再び磁界による吸引力が強まると、ピストン２２はスプリング３０の付勢力に抗して右方に変位される。このようにして、磁界が周期的に変化することによりピストン２２は図で見て左右に往復動する。
第１ケーシング部材１４は、上述の駆動部保持部２０と、後述するバッファ室３２を構成するためのバッファ室構成部３４とを有する。第２ケーシング部材１６は、ピストン２２に対してピストン２２の往復動方向（図３で見て左右方向）で対向し往復動方向を略直角に横切る横断方向（図３で見て上下方向）に広がる端壁部３６と、端壁部３６の周縁３８から第１ケーシング部材１４に向かって延びる周壁部４０とを有する。第２ケーシング部材１６は、ピストン２２の往復動方向において第１ケーシング部材１４に重ねて取り付けられる。第１ケーシング部材１４と第２ケーシング部材１６との間にはシート状のシール部材４２が挟まれており、このシール部材４２を介して第１ケーシング部材１４と第２ケーシング部材１６との間が密封係合される。ケーシング１０はさらに、ピストン２２のヘッド４４の周囲で第１ケーシング部材１４の駆動部保持部２０と第２ケーシング部材１６の端壁部３６との間を往復動方向に延びる筒状のポンプ室周壁部材（ポンプ室周壁部）４６を有する。ポンプ室周壁部材４６の内周面４６ａとピストン２２のヘッド４４の外周面４４ａとは、それぞれ、その間に隙間が生じないように高精度に加工された摺動面となっており、実質的に互いに密封されている。またポンプ室周壁部材４６と第２ケーシング部材１６の端壁部３６との間は環状のシール部材４８により密封されている。これにより、第１ケーシング部材１４の駆動部保持部２０と第２ケーシング部材１６の端壁部３６との間において、ポンプ室周壁部材４６の内側にポンプ室５０が画定されている。ポンプ室５０はピストン２２が往復動することによりその容積が増減する。
第１ケーシング部材１４の駆動部保持部２０と第２ケーシング部材１６の端壁部３６との間にはさらに、ポンプ室周壁部材４６の周囲に位置する吐出室５２が形成されている。ポンプ室周壁部材４６には往復動方向を横切る横断方向に貫通した第１連通路５４が形成されており、この第１連通路５４を介して吐出室５２はポンプ室５０に連通する。第１連通路５４の吐出室５２の側には、ポンプ室５０から吐出室５２に向かう流体のみを通すようにされた逆止弁５６が取り付けられている。なお、第１連通路５４は８つ形成されており、４つの逆止弁５６（図４）の各々が２つの第１連通路５４を塞ぐように配置されている。
第１ケーシング部材１４のバッファ室構成部３４と第２ケーシング部材１６の端壁部３６との間には、第２ケーシング部材１６の隔壁５８によって吐出室５２から区切られて吐出室５２に横断方向で隣接したバッファ室３２が画定されている。バッファ室３２は往復動方向で第２ケーシング部材１６の端壁部３６から駆動部２４の下側に延びている。第１ケーシング部材１４と第２ケーシング部材１６の隔壁５８との間に通路部材６０が挟持されて固定されている。この通路部材６０には、吐出室５２とバッファ室３２とを連通するように横断方向に延びた第２連通路６２が形成されている。第２連通路６２は、図４に示すように、バッファ室３２に向かうにしたがって横断面積が小さくなっていくようにテーパー状になっている。
図５に示すように、第１ケーシング部材１４のバッファ室構成部３４には、吐出管６４が取り付けられている。この吐出管６４は、バッファ室３２の中に位置する入口開口６６からバッファ室３２の外に位置する出口開口６８にまで曲がりながら延びる外部連通路７０を有している。外部連通路７０の入口開口６６の付近には、入口開口６６から出口開口６８に向かうにしたがって横断面積が小さくなっていく縮小流路部７２が形成されている。出口開口６８は、カバー２の外部吐出口６と連通するように、カバー２に固定される。ピストン２２が往復動をすると、第１ケーシング部材１４はピストン２２の振動を受けてピストン２２の往復動方向で振動するが、吐出管６４は図示のように曲がっていてピストン２２の往復動方向での柔軟性を有するようになっているため、第１ケーシング部材１４が受けた振動は吐出管６４で吸収されてカバー２には伝わりにくくなっている。なお、ケーシング１０は図２に示すようにゴム製の弾性支持部材７４を介して下部カバー４に取り付けられている。
ピストン２２が往復動されると、ポンプ室５０の容積が増減する。より詳細には、ピストン２２が図で見て左方に変位するとポンプ室５０の容積が減少し、ピストン２２が図で見て右方に変位するとポンプ室５０の容積が増加する。ピストン２２によりポンプ室５０の容積が減少すると、ポンプ室５０内の空気は圧縮される。その圧力により逆止弁５６が開いてポンプ室５０内の空気は第１連通路５４を通って吐出室５２内へと吐出される。それと同時に、第３ケーシング部材１８の吸引口１２からケーシング１０内に空気が吸引される。なお、２つの吸引口１２は、駆動部２４の各コイル２８の中央位置に配置されており、吸引された空気がコイル２８に当たってその周りを流れるようになっている。これにより、コイル２８を効率的に冷却することが出来るようになっている。
ポンプ室５０から吐出室５２に吐出された空気は、第２連通路６２を通ってバッファ室３２に導かれる。バッファ室３２は、ポンプ室５０及び吐出室５２に比べて大きな容積を持っており、ポンプ室５０から吐出室５２を通って搬送された空気を一時的に貯留する。ポンプ室５０から吐出される空気は周期的な脈動を有しているが、比較的に大きな容積を有するバッファ室３２に一時的に貯留されることにより、空気の脈動は大きく軽減される。バッファ室３２内に一時的に貯留された空気は、外部連通路７０を通って、外部吐出口６から外部に吐出される。
当該ポンプ１においては、バッファ室３２をポンプ室５０及び吐出室５２とともにケーシング１０に一体的に形成した構成において、吐出室５２及びバッファ室３２がポンプ室５０に対してピストン２２の往復動方向に略直角に横断する横断方向に並んで配置されているため、吐出室５２及びバッファ室３２によりケーシング１０及びポンプ１の全体の寸法が往復動方向で増大しない。これにより、ポンプ１の設置面積を小さくすることができる。また、第２ケーシング部材１６を、ピストン２２の往復動方向において第１ケーシング部材１４に重ねて取り付けることにより、第１ケーシング部材１４と第２ケーシング部材１６との間にポンプ室５０、吐出室５２、及びバッファ室３２が画定されるようになっている。すなわち、ポンプ室５０、吐出室５２、及びバッファ室３２が、実質的に第１ケーシング部材１４と第２ケーシング部材１６とによって画定されるようになっているため、ケーシング１０を構成する部品の数が従来のバッファ室を一体的に形成しているポンプに比べて少なくなる。またシール箇所も少なくなるためシールの信頼性を向上させることができる。
本発明の第２の実施形態に係るポンプ１０１は、図６に示すように、第１の実施形態における図３乃至図５に示す構成を２つ有する。ただし、フィールドコア１２６は２つの駆動部に共通した１つの部材として構成されており、このフィールドコア１２６を介して２つのケーシング１１０が連結されている。また、図７に示すように、２つのバッファ室１３２、１３３は、連結管１７４によって連結され、一方のバッファ室１３３からのみ吐出管１６４が外部に出ている。当該ポンプ１０１は、このような構成により、第１の実施形態に係るポンプ１に比べておよそ２倍の吐出量を有する。
本発明の第３の実施形態に係るポンプ２０１においては、バッファ室２３２が第１ケーシング部材２１４と第２ケーシング部材２１６と第３ケーシング部材２１８とによって形成されている。また、吐出管２６４は、第３ケーシング部材２１８と一体に形成された固定管部２７６と、第３ケーシング部材２１８と下部カバー２０４との間に取り付けられた可撓性のゴムチューブ２７８とによって構成されている。ゴムチューブ２７８は、第３ケーシング部材２１８のチューブ取付部２８０に取り付けられる第１取付部２７８Ａと、下部カバー２０４のチューブ取付部２８２に取り付けられる第２取付部２７８Ｂと、第１取付部２７８Ａと第２取付部２７８Ｂとの間に延びる中間部２７８Ｃとを有する。中間部２７８Ｃは、ピストン２２２の往復動方向に対して略垂直な方向に延びるように配置されている。ゴムチューブ２７８はさらに、中間部２７８Ｃから下方に延びる固定部２７８Ｄを有する。固定部２７８Ｄは、下部カバー２０４に固定されてゴムチューブ２７８を支持するようになっている。ケーシング２１０とカバー２０２とはこのようなゴムチューブ２７８で接続されているため、ピストン２２２の往復動により生じる振動がカバー２０２に伝わりにくくなる。なお、ポンプ２０１は定期的にピストン２２２を交換することが望ましいが、ピストン２２２の交換作業はケーシング２１０を下部カバー２０４から外して行われる。当該実施形態においては、ゴムチューブ２７８の第１取付部２７８Ａが第３ケーシング部材２１８の外側にあるチューブ取付部２８０に取り付けられているため、第１取付部２７８Ａをチューブ取付部２８０から取り外すことでケーシング２１０を下部カバー２０４から容易に取り外すことが可能となる。
以上に本発明の実施形態について説明をしたが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においてはピストン式のポンプとしているが、ダイアフラムを往復動させることにより流体を搬送するようにしたダイアフラム式のポンプなどの他の形式のポンプとしてもよい。搬送対象とする流体は空気に限られず、他の気体でも良いし、水などの流体とすることもできる。また、第２ケーシング部材が有する周壁部及び隔壁を第１ケーシング部材に設けるようにすることもできる。さらには、上記実施形態においては、高精度での加工が要求されるポンプ室周壁部材を１つの部材として構成しているが、第１ケーシング部材または第２ケーシング部材と一体的に構成することもできる。またポンプ周壁部材は円筒に限られず、ピストンのヘッドやダイアフラムの形状に合わせて楕円や四角などの筒形状としてもよい。上記第２の実施形態では第１の実施形態における図３乃至図５に示す構成を２つ有しているが３つ以上を連結した構成としてもよいし、またフィールドコアは一体ではなくケーシング毎に分離したものとしてもよい。さらには、複数のバッファ室をどのように連結するかは適宜設計変更が可能であり、例えばバッファ室を連結せずに各バッファ室から個別に流体を吐出するようにしてもよい。
１ ポンプ
２ カバー
３ 上部カバー
４ 下部カバー
５ 外部吸引口
６ 外部吐出口
１０ ケーシング
１０ａ 後端面
１２ 吸引口
１４ 第１ケーシング部材
１６ 第２ケーシング部材
１８ 第３ケーシング部材
２０ 駆動部保持部
２２ ピストン（往復動ポンピング部材）
２４ 駆動部
２６ フィールドコア
２８ コイル
２９ アマチャー
３０ スプリング
３２ バッファ室
３４ バッファ室構成部
３６ 端壁部
３８ 周縁
４０ 周壁部
４２ シール部材
４４ ヘッド
４４ａ 外周面
４６ ポンプ室周壁部材（ポンプ室周壁部）
４６ａ 内周面
４８ シール部材
５０ ポンプ室
５２ 吐出室
５４ 第１連通路
５６ 逆止弁
５８ 隔壁
６０ 通路部材
６２ 第２連通路
６４ 吐出管
６６ 入口開口
６８ 出口開口
７０ 外部連通路
７２ 縮小流路部
７４ 弾性支持部材
１０１ ポンプ
１１０ ケーシング
１２６ フィールドコア
１３２ バッファ室
１３３ バッファ室
１６４ 吐出管
１７４ 連結管
２０１ ポンプ
２０２ カバー
２０４ 下部カバー
２１０ ケーシング
２１４ 第１ケーシング部材
２１６ 第２ケーシング部材
２１８ 第３ケーシング部材
２２２ ピストン
２３２ バッファ室
２６４ 吐出管
２７６ 固定管部
２７８ ゴムチューブ
２７８Ａ 第１取付部
２７８Ｂ 第２取付部
２７８Ｃ 中間部
２７８Ｄ 固定部
２８０ チューブ取付部
２８２ チューブ取付部

Claims (4)

  1. 往復動ポンピング部材と、該往復動ポンピング部材を往復動させるようにされた駆動部と、該往復動ポンピング部材及び該駆動部を収納するケーシングとを有し、該往復動ポンピング部材の往復動によって流体を搬送するようにされたポンプであって、
    該ケーシングが、
    該駆動部を保持する駆動部保持部、及び該往復動ポンピング部材の往復動方向を横切る横断方向で該駆動部保持部に隣接して設けられたバッファ室構成部、を有する第１ケーシング部材と、
    該往復動ポンピング部材の往復動方向において該第１ケーシング部材に重ねて取り付けられた第２ケーシング部材であって、該往復動ポンピング部材に対して該往復動方向で対向し該横断方向に広がる端壁部を有する第２ケーシング部材と、
    該往復動ポンピング部材の周囲で該駆動部保持部と該端壁部との間を該往復動方向に延びる筒状のポンプ室周壁部と、
    を有し、
    該第１ケーシング部材と該第２ケーシング部材の該端壁部との間に、該ポンプ室周壁部の内側に位置し該往復動ポンピング部材の往復動により容積が増減するポンプ室と、該ポンプ室周壁部の周囲に位置し該ポンプ室周壁部を該横断方向に貫通する第１連通路を介して該ポンプ室に連通する吐出室と、該吐出室に該横断方向で隣接し該横断方向に延びる第２連通路を介して該吐出室に連通したバッファ室とが該横断方向に並んで画定されるようにされ、該バッファ室構成部が該第２ケーシング部材の該端壁部に向かって開口した内部空間を有し、該内部空間が該バッファ室の少なくとも一部を構成するようにされた、ポンプ。
  2. 該第２連通路を画定する通路部材であって、該第１ケーシング部材と該第２ケーシング部材との間に挟持された通路部材をさらに備える、請求項１に記載のポンプ。
  3. 該第２連通路が該バッファ室に向かうにしたがって横断面積が小さくなっていくようにされた、請求項１又は２に記載のポンプ。
  4. 該バッファ室の中に位置する入口開口から該バッファ室の外に位置する出口開口にまで延びる外部連通路をさらに備え、該外部連通路が該入口開口から該出口開口に向かうにしたがって横断面積が小さくなっていく縮小流路部を有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載のポンプ。
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