JP6892982B2 - ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Description

本発明は、モーターの回転を往復運動に変換してダイヤフラムの変形部を駆動する駆動機構を備えたダイヤフラムポンプに関する。

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。特許文献１に開示されたダイヤフラムポンプは、モーターと一体的に構成されており、ダイヤフラムを含むポンプ機構と、モーターの回転を往復運動に変換してポンプ機構を駆動する駆動機構などを備えている。
ダイヤフラムは、カップ状の変形部を有している。この変形部の開口部分は、ポンプ本体部によって閉塞されている。これらの変形部とポンプ本体部との間にポンプ室が形成されている。

ポンプ機構は、吸入弁と吐出弁とを有し、ポンプ室の容積が増大することによりポンプ室内に流体が吸入されるとともに、ポンプ室の容積が減少することによりポンプ室内の流体が吐出される構成が採られている。
駆動機構は、ダイヤフラムの変形部に取付けられた往復運動部と、モータの回転軸と一体に回転する入力部とを有し、入力部の回転が往復運動に変換されて往復運動部が往復する構成が採られている。

この種のダイヤフラムポンプにおいて、吐出された流体の流量を検出するにあたっては、モーターの回転数を利用して間接的に行われている。すなわち、モーターの回転軸が１回転すると、駆動機構の往復運動部が１往復し、ポンプ室の容積分だけ流体が吐出されるから、モーターの回転数に基づいて吐出流量を検出することができる。
ダイヤフラムポンプ用モーターの回転数を検出する従来の方法としては、主に次の３種類の方法がある。

第１の方法は、モーターとしてブラシレスモーターを使用し、モーター制御基板に設けられているホール素子を用いて回転数を検出する方法である。この方法を採る場合は、既製品のブラシレスモータ−を使用することが可能である。
第２の方法は、モーターとしてブラシ付きモーターを使用し、このモーターに回転数を検出する素子を搭載するか、このモーターの電流波形から回転数を検出する方法である。この方法を採るためには、回転数を検出する機能をモーターにもたせなければならないから、特注品のモーターを使用することになる。
第３の方法は、モーターとしてブラシ付きモーターを使用し、このモーターのポンプとは反対側に羽根車を一体に回転するように設け、この羽根車の回転をセンサで検出する方法である。この方法を採る場合も特注品のモーターを使用することになる。

特開２０１３−３６３５０号公報

従来のダイヤフラムポンプにおいて吐出流量を検出できるようにするためには、ブラシレスモータ−や、回転数を検出する機能を有する特注品のブラシ付きモーターが必要になる。これらのブラシレスモータ−や特注品のブラシ付きモーターは、既製品のブラシ付きモーターより高価である。
このため、既製品の安価なモーターを用いて吐出流量を検出可能なダイヤフラムポンプが要請されている。

本発明はこのような要請に応えるためになされたもので、既製品の安価なモーターを用いながら吐出流量を検出可能なダイヤフラムポンプを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係るダイヤフラムポンプは、カップ状の変形部を有するダイヤフラムと、前記変形部の開口部分を閉塞し、前記変形部と協働してポンプ室を形成するポンプ本体部と、前記変形部に取付けられた往復運動部およびモーターの回転軸が接続される入力部を有し、前記入力部の回転が前記回転軸の軸線方向への往復運動に変換されて前記往復運動部が往復する駆動機構と、前記ポンプ室の容積が増大することにより前記ポンプ室内に流体が吸入されるとともに、前記ポンプ室の容積が減少することにより前記ポンプ室内の流体が吐出されるポンプ機構と、前記往復運動部を検出対象として構成され、前記往復運動部が往復運動をすることにより検出状態と非検出状態とが交互に切り替わるセンサとを備え、前記センサは、光路が遮られた状態と、前記光路の遮蔽が解消された状態とを検出する光学式のものであり、前記駆動機構は、前記入力部に傾斜した状態で回転自在に支持された円柱状の軸部を含み、前記往復運動部は、前記軸部から径方向の外側に突出しているとともに、往復動作に伴って前記光路を遮る遮光板が一体に形成され、前記遮光板は、前記往復運動部から前記軸部とは反対方向に突出し、この突出方向と前記回転軸の軸線方向とに延びる板状に形成されているものである。

本発明は、前記ダイヤフラムポンプにおいて、前記遮光板は、前記光路を遮った状態から前記光路を横切って通過することなく反対方向に移動して前記光路の遮蔽が解消される位置に戻るものであってもよい。

本発明においては、モーターが１回転することにより駆動機構の往復運動部が１往復し、センサがこの動作を検出する。このため、往復運動部の往復した回数をセンサによって検出できるから、吐出流量を演算によって求めることができる。
このダイヤフラムポンプによれば、回転数を検出する機能をモーターにもたせる必要がなく、既製品の安価なモーターを使用することが可能になる。
したがって、本発明によれば、既製品の安価なモーターを用いながら吐出流量を検出可能なダイヤフラムポンプ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の断面図である。図１はセンサが往復運動部を検出していない状態を示す。 本発明に係るダイヤフラムポンプの断面図である。図２はセンサが往復運動部を検出している状態を示す。

以下、本発明に係るダイヤフラムポンプの一実施の形態を図１および図２によって詳細に説明する。
図１に示すダイヤフラムポンプ１は、図１において最も下に位置するモーター２に取付けられ、このモーター２によって駆動されて大気を吸引して吐出するポンプである。モーター２は、ダイヤフラムポンプ１の回転数を検出する機能を有していないものである。このモーター２としては、例えば既製品のブラシ付きモーターを使用することができる。

このダイヤフラムポンプ１は、モーター２に取付けられたハウジング３と、このハウジング３に保持されたダイヤフラム４とを備えている。
ハウジング３は、後述する複数の部材をモーター２の軸線方向に組み合わせて円柱状に形成されており、モーター２の回転軸５と同一軸線上に位置付けられている。ハウジング３を構成する複数の部材は、モーター２に取付けられた有底円筒状の底体６と、この底体６の開口部分に一端部が取付けられたダイヤフラムホルダー７と、このダイヤフラムホルダー７の他端部に重ねられた底壁８を有する有底円筒状のバルブホルダー９と、このバルブホルダー９の開口部を閉塞する蓋体１０などである。これらの部材は、回転軸５の軸線方向に組み合わせられた状態で図示していない締結構造によって締結されている。

ダイヤフラムホルダー７は、３つの機能部を有している。第１の機能部は、底体６の開口部分に一端部が接続される円筒状の筒状部７ａである。第２の機能部は、筒状部７ａから径方向の外側に突出するセンサホルダー部７ｂである。このセンサホルダー部７ｂには、後述する計数用センサ１１が取付けられている。この計数用センサ１１の説明は後述する。

第３の機能部は、筒状部７ａの他端部を閉塞する板状部７ｃである。この板状部７ｃには、後述するダイヤフラム４の変形部１２が挿入される貫通穴１３が形成されている。また、板状部７ｃには、ダイヤフラム４の基部１４を支える支持板１５が設けられている。

バルブホルダー９は、円板状の底壁８と、この底壁８の外周部からダイヤフラムホルダー７とは反対側へ突出する外筒１６と、底壁８の中央部からダイヤフラムホルダー７とは反対側へ突出する内筒１７とを有している。外筒１６の先端部は、蓋体１０の円筒部１０ａに接続されている。内筒１７の先端部は、蓋体１０の内側底面１０ｂに接続されている。

バルブホルダー９の底壁８は、ダイヤフラムホルダー７と協働してダイヤフラム４の基部１４を挟んで保持している。この実施の形態においては、この底壁８が本発明でいう「ポンプ本体部」に相当する。
ダイヤフラム４は、円板状の基部１４と、この基部１４からバルブホルダー９とは反対側に突出するカップ状の変形部１２と、この変形部１２の底に位置するピストン２１を有する連結片２２とによって構成されている。この実施の形態による変形部１２とピストン２１および連結片２２は、図示してはいないが、ダイヤフラム４の基部１４を周方向において３等分する位置にそれぞれ設けられている。これらの変形部１２の開口部分は、バルブホルダー９の底壁８によって閉塞されている。この底壁８と変形部１２との間にポンプ室２３が形成されている。
ダイヤフラム４の連結片２２は、駆動機構２４に接続されている。

駆動機構２４は、モーター２の回転軸５に取付けられたクランク２５と、このクランク２５に取付けられた駆動子２６とを備えている。
駆動子２６は、クランク２５に支軸２７を介して回転自在に支持された円柱状の軸部２６ａと、この軸部２６ａから径方向の外側に突出する複数の腕部２６ｂ（図１においては一つのみが図示されている）とを有している。支軸２７は、クランク２５における回転軸５とは偏心した部位に接続され、回転軸５に対して傾斜している。支軸２７の傾斜する方向は、支軸２７の先端部が回転軸５と同一軸線上に位置する方向である。

腕部２６ｂは、ダイヤフラム４の連結片２２が貫通しており、この連結片２２を介して変形部１２に接続されている。このため、駆動子２６は、ダイヤフラム４によって回転が規制されることになり、クランク２５が回転軸５とともに回転することにより、この回転を往復運動に変換して変形部１２に伝達する。この実施の形態においては、クランク２５が本発明でいう「入力部」に相当し、駆動子２６の腕部２６ｂが本発明でいう「往復運動部」に相当する。

駆動機構２４は、駆動子２６の腕部２６ｂが往復運動をすることにより、変形部１２内の容積（ポンプ室２３の容積）を増減させる。
腕部２６ｂは、変形部１２と同数だけ設けられている。これらの腕部２６ｂのうち、センサホルダー部７ｂと隣接する腕部２６ｂには、遮光板２８が一体に形成されている。遮光板２８は、腕部２６ｂから軸部２６ａとは反対方向に突出しており、この突出方向と回転軸５の軸線方向とに延びる板状に形成されている。

バルブホルダー９の底壁８におけるポンプ室２３の壁を構成する部分には、吸入弁３１が設けられているとともに、吸入用貫通孔３２と吐出用貫通孔３３とが穿設されている。吸入弁３１は、ゴム材料によって形成され、底壁８におけるポンプ室２３側の壁面に密着する弁体３１ａを有している。この弁体３１ａは、吸入用貫通孔３２の開口部分を開閉する。

吸入用貫通孔３２は、バルブホルダー９と蓋体１０との間に形成された吸気室３４と、蓋体１０の空気入口３５とを介して大気中に連通されている。吸気室３４は、バルブホルダー９の外筒１６と内筒１７との間に形成されている。
吐出用貫通孔３３は、ポンプ室２３と吐出室３６とを連通している。吐出室３６は、バルブホルダー９の内筒１７と蓋体１０とによって囲まれて形成されており、蓋体１０に突設された吐出パイプ３７を介して大気中に連通されている。

吐出室３６内であって、バルブホルダー９の底壁８の中心部分には、吐出弁３８が設けられている。吐出弁３８は、ゴム材料によって形成され、底壁８に固定された板状部３８ａと、吐出用貫通孔３３を開閉する弁体部３８ｂとを備えている。板状部３８ａおよび弁体部３８ｂは、図においては一つずつしか描かれていないが、実際にはダイヤフラム４の変形部１２の数と同数だけ設けられており、底壁８の周方向に所定の間隔をおいて並んでいる。この実施の形態においては、この吐出弁３８および吸入弁３１と、吸入用貫通孔３２および吐出用貫通孔３３と、吸気室３４および吐出室３６と、蓋体１０の空気入口３５および吐出パイプ３７などによって、本発明でいう「ポンプ機構」が構成されている。

計数用センサ１１は、このダイヤフラムポンプ１の動作回数、すなわちダイヤフラム４のピストン２１が往復した回数を検出するためのもので、この回数の情報を含む検出信号を図示してない制御装置に送出する構成が採られている。制御装置は、１個のピストン２１の往復回数に基づいてこのダイヤフラムポンプ１から吐出された空気の流量を演算によって求める。

この実施の形態による計数用センサ１１は、駆動子２６の遮光板２８を検出対象として構成され、駆動子２６の腕部２６ｂが往復運動をすることにより検出状態と非検出状態とが交互に切り替わる光学式のもので、フォトインタラプタ４１を用いて構成されている。
フォトインタラプタ４１は、光を照射する方向が図１および図２の紙面とは直交する方向、すなわち上述した遮光板２８と直交する方向となるように配置されている。このフォトインタラプタ４１から照射された光の光路は、図２に示すように、駆動子２６の腕部２６ｂの往復動作に伴って遮光板２８によって遮られる。このため、フォトインタラプタ４１は、図２に示す状態、すなわち図２に示すポンプ室２３の容積が小さくなって光路が遮光板２８によって遮られた状態と、図１に示す状態、すなわちポンプ室２３の容積が大きくなって光路の遮蔽が解消された状態とを検出する。この実施の形態においては、遮光板２８が請求項２記載の発明でいう「遮光部」に相当する。

このように構成されたダイヤフラムポンプ１においては、モーター２が回転し、駆動子２６の支軸２７がモーター２の回転軸５を中心にして回転することにより、駆動子２６の腕部２６ｂが回転軸５の軸線方向に往復してダイヤフラム４の変形部１２が押されたり引かれたりする。変形部１２が腕部２６ｂによってモーター２側に引かれることにより、図１に示すように、ポンプ室２３の容積が増大し、吸入弁３１が開いて吸気室３４内の空気が吸入用貫通孔３２を通ってポンプ室２３内に吸入される。このときは、大気が蓋体１０の空気入口３５を通って吸気室３４内に吸入される。

一方、ダイヤフラム４の変形部１２が腕部２６ｂによってバルブホルダー９の底壁８側へ押されることにより、図２に示すように、変形部１２が圧縮されてポンプ室２３の容積が減少し、吐出弁３８が開いてポンプ室２３内の空気が吐出用貫通孔３３を通って吐出室３６内に吐出される。吐出室３６内に吐出された空気は、吐出パイプ３７を通ってポンプ外に吐出される。

このダイヤフラムポンプ１においては、モーター２が１回転することにより駆動機構２４の腕部２６ｂが１往復し、計数用センサ１１の光路が遮光板２８によって遮られる状態と、光路の遮蔽が解消される状態とが１回ずつ実現される。このため、腕部２６ｂの往復した回数を計数用センサ１１によって検出できるから、このダイヤフラムポンプ１の吐出流量を演算によって求めることができる。

このダイヤフラムポンプ１によれば、回転数を検出する機能をモーター２にもたせる必要がなく、既製品の安価なモーター２を使用することが可能になる。
したがって、この実施の形態によれば、既製品の安価なモーター２を用いながら吐出流量を検出可能なダイヤフラムポンプを提供することができる。

この実施の形態による計数用センサ１１は、光路が遮られた状態と、光路の遮蔽が解消された状態とを検出する光学式のものである。駆動機構２４の腕部２６ｂは、往復動作に伴って光路を遮る遮光板２８を有している。このため、腕部２６ｂの往復回数を正確に数えることが可能になるから、吐出流量の検出精度が高いダイヤフラムポンプを提供することができる。

１…ダイヤフラムポンプ、２…モーター、４…ダイヤフラム、５…回転軸、８…底壁（ポンプ本体部）、１１…計数用センサ、１２…変形部、２３…ポンプ室、２４…駆動機構、２６…駆動子、２６ｂ…腕部（往復運動部）、２５…クランク（入力部）、２８…遮光板（遮光部）、３１…吸入弁、３２…吸入用貫通孔、３３…吐出用貫通孔、３４…吸気室、３５…空気入口、３６…吐出室、３７…吐出パイプ、３８…吐出弁。

Claims (2)

1. カップ状の変形部を有するダイヤフラムと、
   前記変形部の開口部分を閉塞し、前記変形部と協働してポンプ室を形成するポンプ本体部と、
   前記変形部に取付けられた往復運動部およびモーターの回転軸と一体に回転する入力部を有し、前記入力部の回転が前記回転軸の軸線方向への往復運動に変換されて前記往復運動部が往復する駆動機構と、
   前記ポンプ室の容積が増大することにより前記ポンプ室内に流体が吸入されるとともに、前記ポンプ室の容積が減少することにより前記ポンプ室内の流体が吐出されるポンプ機構と、
   前記往復運動部を検出対象として構成され、前記往復運動部が往復運動をすることにより検出状態と非検出状態とが交互に切り替わるセンサとを備え、
   前記センサは、光路が遮られた状態と、前記光路の遮蔽が解消された状態とを検出する光学式のものであり、
   前記駆動機構は、前記入力部に傾斜した状態で回転自在に支持された円柱状の軸部を含み、
   前記往復運動部は、前記軸部から径方向の外側に突出しているとともに、往復動作に伴って前記光路を遮る遮光板が一体に形成され、
   前記遮光板は、前記往復運動部から前記軸部とは反対方向に突出し、この突出方向と前記回転軸の軸線方向とに延びる板状に形成されていることを特徴とするダイヤフラムポンプ。
2. 請求項１記載のダイヤフラムポンプにおいて、
   前記遮光板は、
   前記光路を遮った状態から前記光路を横切って通過することなく反対方向に移動して前記光路の遮蔽が解消される位置に戻ることを特徴とするダイヤフラムポンプ。

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