JP6893021B2 - ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Description

本発明は、傾斜した駆動軸を使用して回転を往復運動に変換する駆動部を備えたダイヤフラムポンプに関する。

従来のこの種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、図３に示すように構成されている。図３に示すダイヤフラムポンプ１は、円柱状のハウジング２の中に後述する機能部品を組み付けることによって構成されている。ハウジング２は、一端部にモータ３が取付けられた有底円筒状の底部４と、円筒状のダイヤフラムホルダー５と、円板状のバルブホルダー６と、蓋部材７とがこの順に重ねられて形成されている。ダイヤフラムホルダー５とバルブホルダー６との間にはダイヤフラム８が挟まれて保持されている。

このダイヤフラムポンプ１は、このハウジング２およびダイヤフラム８と、ハウジング２の中に収容された駆動機構９と、バルブホルダー６に取付けられた吸入弁１０および吐出弁１１などによって構成されている。
駆動機構９は、モータ３の回転軸１２と一体に回転するクランク体１３と、このクランク体１３に駆動軸１４を介して回転自在に支持された駆動体１５とを備えている。駆動軸１４は、クランク体１３の偏心した位置に一端が接続されて傾斜している。駆動体１５は、この駆動軸１４の他端に接続されている。駆動体１５の中心１５ａは、回転軸１２の軸線Ｃ１と交差している。駆動体１５は、複数の腕部１５ｂを有している。
駆動軸１４の一端はクランク体１３に固定され、他端は駆動体１５に摺動自在に支持されている。

ダイヤフラム８には、複数のカップ状の弾性変形部８ａが設けられている。これらの弾性変形部８ａの開口部分は、それぞれバルブホルダー６によって閉塞されている。この弾性変形部８ａとバルブホルダー６との間にポンプ室１６が形成されている。各弾性変形部８ａの底は、それぞれ駆動体１５の腕部１５ｂに接続されている。

バルブホルダー６に設けられた吸入弁１０は、ポンプ室１６とこのダイヤフラムポンプ１の外とを連通する吸入通路１７の途中に設けられ、ポンプ室１６の容積が増大するときに開き、それ以外の場合は閉じた状態に保たれる。吸入通路１７は、吸入弁１０によって開閉される貫通孔１８と、バルブホルダー６に設けられた吸入室１９と、この吸入室１９に図示していない連通路を介して連通されたハウジング２内の空間Ｓと、この空間Ｓに開口するバルブホルダー６の貫通孔２０と、この貫通孔２０に接続された蓋部材７の貫通孔２１などによって構成されている。

吐出弁１１は、ポンプ室１６と蓋部材７の吐出口２２とを連通する吐出通路２３の途中に設けられ、ポンプ室１６の容積が減少するときに開き、それ以外の場合は閉じた状態に保たれる。吐出通路２３は、バルブホルダー６の貫通孔２４と、バルブホルダー６と蓋部材７との間に形成された吐出室２５と、吐出口２２を有する吐出パイプ２６の内部空間などによって構成されている。

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３の回転軸１２の回転に伴ってクランク体１３と駆動軸１４とが一体に回転することにより、駆動体１５が中心１５ａを揺動中心として揺動する。この結果、駆動体１５の腕部１５ｂがモータ３の軸線方向に往復し、この往復運動がダイヤフラム８の弾性変形部８ａの底に伝達される。弾性変形部８ａの底が腕部１５ｂによって押されることにより吐出弁１１が開き、ポンプ室１６内の流体が吐出通路２３に吐出される。弾性変形部８ａの底が腕部１５ｂによって上記とは逆方向に引かれると、吸入弁１０が開いてポンプ室１６内に吸入通路１７から流体（大気）が流入する。

駆動体１５の腕部１５ｂがダイヤフラム８の弾性変形部８ａを押すときは、反力により駆動軸１４の他端部の軸端面１４ａに駆動体１５が押し付けられる。
なお、駆動軸１４は、図４に示すように、一端がクランク体１３に摺動自在に支持されるとともに、他部が駆動体１５に固定されることがある。この場合は、上述した反力によって駆動軸１４の一端の軸端面１４ｂがクランク体１３に押し付けられる。

特開２０１３−１６３９７５

図３に示すダイヤフラムポンプでは、駆動軸１４の軸端面１４ａが駆動体１５に当接し、ポンプ部（ダイヤフラム８）の負荷を受けながら駆動体１５に対して回転する（負荷を受けながら駆動体１５に対して摺動する）。このため、この駆動軸１４の軸端面１４ａと駆動体１５との摺動部分が磨耗するために、ダイヤフラムポンプ１の耐久性を高くするにも限界があった。図４に示すように駆動軸１４の軸端面１４ａがクランク体１３に当接する場合であっても、この当接部分が摺動により磨耗するために、前記同様に耐久性を高くするにも限界があった。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、駆動軸の軸線方向に作用する負荷を分散して摺動部の磨耗を低減し、耐久性が向上する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、ポンプ室を形成する弾性変形部を有するダイヤフラムと、モータの回転軸と一体に回転するクランク体と、前記クランク体の偏心した位置に一端が接続されて傾斜した駆動軸と、前記駆動軸の他端および前記弾性変形部に接続され、前記駆動軸と協働して前記クランク体の回転を往復運動に変換する駆動体と、前記駆動体の往復運動に伴って前記ポンプ室から流体が吐出される状態と前記ポンプ室に流体が吸引される状態とを交互に繰り返すポンプ機構とを備え、前記クランク体における前記駆動体と対向する端面と、前記駆動体における前記クランク体と対向する端面は、互いに平行に形成されて摺動自在に接しているものである。

本発明は、前記ダイヤフラムポンプにおいて、前記駆動軸は、前記クランク体と前記駆動体とのうち少なくともいずれか一方の部材に回転自在かつ軸線方向へ移動自在に接続され、前記クランク体と前記駆動体とのうち前記駆動軸に対して回転自在かつ軸線方向へ移動自在となる部材と前記駆動軸の軸端面との接触部と、前記クランク体と前記駆動体との摺動部とに吐出時の荷重が伝達されてもよい。

本発明は、前記ダイヤフラムポンプにおいて、前記クランク体と前記駆動体との摺接部にワッシャが介装されていてもよい。

本発明においては、ポンプ駆動時にダイヤフラムから駆動体に加えられた荷重、すなわち駆動軸の軸線方向に作用する負荷は、駆動体の端面とクランク体の端面とからなる摺動部分にも伝達され、駆動体の端面とクランク体の端面の広い範囲に分散される。このため、摺動部分の面圧を低くすることができ、耐磨耗性が高くなる。
したがって、本発明によれば、駆動軸の軸線方向に作用する負荷を分散して摺動部の磨耗を低減し、耐久性が向上するダイヤフラムポンプを提供することができる。

第１の実施の形態によるダイヤフラムポンプの断面図である。 第２の実施の形態によるダイヤフラムポンプの断面図である。 従来のダイヤフラムポンプの断面図でる。 駆動軸が駆動体に固定されている従来のダイヤフラムの一部を示す断面図である。

（第１の実施の形態）
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によって詳細に説明する。
図１に示す形態のダイヤフラムポンプ３１は、図１において最も下に位置するモータ３２に取付けられ、このモータ３２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。このダイヤフラムポンプ３１は、モータ３２に取付けられたハウジング３３と、このハウジング３３に設けられたダイヤフラム３４とを備えている。

ハウジング３３は、後述する複数の部材をモータ３２の軸線Ｃ２に沿う方向に組み合わせて円柱状に形成されており、モータ３２の回転軸３５と同一軸線上に位置付けられている。ハウジング３３を構成する複数の部材は、モータ３２に取付けられた有底円筒状の底体３６と、この底体３６の開口部分に取付けられた円筒状のダイヤフラムホルダー３７と、このダイヤフラムホルダー３７の開口部分にダイヤフラム３４を介して取付けられた円板状のバルブホルダー３８と、このバルブホルダー３８に重なる状態で取付けられた蓋体３９などである。ダイヤフラム３４は、ダイヤフラムホルダー３７とバルブホルダー３８とによって挟まれて保持されている。

ダイヤフラム３４は、バルブホルダー３８に向けて開口する複数のカップ状の弾性変形部４１を有している。これらの弾性変形部４１は、ハウジング３３の周方向において、ダイヤフラム３４を複数に分割する位置にそれぞれ設けられている。弾性変形部４１の開口部分は、バルブホルダー３８によって閉塞されている。この弾性変形部４１とバルブホルダー３８との間にポンプ室４２が形成されている。

バルブホルダー３８におけるポンプ室４２の壁を構成する部分には、吸入弁４３が設けられているとともに、第１の貫通孔４４と第２の貫通孔４５とが開口している。吸入弁４３は、ゴム材料によって形成され、バルブホルダー３８におけるポンプ室４２側の壁面に密着する弁体４３ａを有している。この弁体４３ａは、第１の貫通孔４４の開口部分を閉塞している。

第１の貫通孔４４は、バルブホルダー３８の吸入用流体室４６と、この吸入用流体室４６にハウジング内空間Ｓとを連通する連通路（図示せず）と、ハウジング内空間Ｓに開口するバルブホルダー３８の第３の貫通孔４７と、この第３の貫通孔４７に接続された蓋体３９の第４の貫通孔４８などを介して大気中に連通されている。

第２の貫通孔４５は、バルブホルダー３８と蓋体３９との間であってハウジング３３の軸心部に形成された吐出用流体室５１とポンプ室４２とを連通している。吐出用流体室５１は、蓋体３９に突設された吐出パイプ５２の内部空間に接続されている。
吐出用流体室５１内には吐出弁５３が設けられている。この吐出弁５３は、ゴム材料によって形成され、バルブホルダー３８における吐出用流体室５１側の壁面に密着する弁体５３ａを有している。この弁体５３ａは、第２の貫通孔４５の開口部分を閉塞している。

この吐出弁５３と上述した吸入弁４３は、ポンプ室４２の容積の増減に伴ってそれぞれ開閉する。吐出弁５３は、ポンプ室４２の容積が減少する圧縮行程で開き、それ以外の場合は閉じている。吸入弁４３は、ポンプ室４２の容積が増加する膨張行程で開き、それ以外の場合は閉じている。ポンプ室４２の容積は、ダイヤフラム３４の弾性変形部４１が後述する駆動機構６１により押されたり引かれたりすることによって変化する。

駆動機構６１は、モータ３２の回転軸３５に取付けられて回転軸３５と一体に回転するクランク体６２と、このクランク体６２に傾斜した駆動軸６３を介して取付けられた駆動体６４とを備えている。
クランク体６２における駆動体６４と対向する端面６５は、クランク体６２の支持座６６に形成されており、駆動軸６３の軸線方向とは直交する方向に延びている。この端面６５を駆動軸６３の軸線方向から見た形状は円環状である。

駆動軸６３は、クランク体６２における回転軸３５とは偏心した部位に接続され、回転軸３５に対して傾斜している。駆動軸６３の傾斜する方向は、駆動軸６３の軸線が回転軸３５の軸線Ｃ２と交差する方向である。この実施の形態による駆動軸６３の一端は、クランク体６２に固定されている。また、駆動軸６３の他端は、駆動体６４に摺動自在（回転自在かつ軸線方向へ移動自在）に接続されている。

駆動体６４は、駆動軸６３の他端部に摺動自在に支持された円柱状の軸部６４ａと、この軸部６４ａから径方向の外側に突出する複数の腕部６４ｂとによって構成されている。この実施の形態においては、駆動軸６３の他端側が駆動体６４の非貫通孔からなる軸孔６７に摺動自在に嵌合している。この駆動軸６３の他端の軸端面６３ａは、軸孔６７の底面６７ａに摺動自在に接している。この実施の形態による駆動体６４は、このように駆動軸６３に接続されることにより、軸部６４ａの先端中心６４ｃが回転軸３５の軸線Ｃ２と交差する構成が採られている。

軸部６４ａにおけるクランク体６２と対向する端面６８は、駆動軸６３の軸線方向とは直交する方向に延びており、クランク体６２の端面６５に摺動自在に接触している。すなわち、クランク体６２における駆動体６４と対向する端面６５と、駆動体６４におけるクランク体６２と対向する端面６８は、互いに平行に形成されて摺動自在に接している。

腕部６４ｂは、ダイヤフラム３４の弾性変形部４１に突設された連結片７１が貫通しており、この連結片７１を介して弾性変形部４１に接続されている。このため、駆動体６４は、ダイヤフラム３４によって回転が規制されることになり、クランク体６２が回転軸３５とともに回転することにより、先端中心６４ｃを中心にして揺動する。この結果、駆動体６４の腕部６４ｂがモータ３２の軸線方向に往復し、この往復運動がダイヤフラム３４の弾性変形部４１の底に伝達される。すなわち、駆動体６４は、駆動軸６３と協働して回転を往復運動に変換し、弾性変形部４１に伝達する。
ダイヤフラム３４の弾性変形部４１が腕部６４ｂによってモータ３２側に引かれることにより、ポンプ室４２の容積が増大し、吸入弁４３が開いて大気が第４の貫通孔４８→第３の貫通孔４７→ハウジング内空間Ｓ→連通路（図示せず）→吸入用流体室４６→第１の貫通孔４４という経路を通ってポンプ室４２内に吸入される。

一方、ダイヤフラム３４の弾性変形部４１が腕部６４ｂによってバルブホルダー３８側へ押されることにより、弾性変形部４１が圧縮されてポンプ室４２の容積が減少し、吐出弁５３が開いてポンプ室４２内の空気が第２の貫通孔４５と吐出用流体室５１とを通って吐出パイプ５２から吐出される。
クランク体６２が連続して回転することにより、駆動体６４の往復運動に伴ってポンプ室４２から空気が吐出される状態と、ポンプ室４２に空気が吸引される状態とが交互に繰り返えされる。
この実施の形態においては、吸入弁４３および吐出弁５３と、吸入弁４３によって開閉される吸入系の通路と、吐出弁５３によって開閉される吐出系の通路とが本発明でいう「ポンプ機構」に相当する。

このダイヤフラムポンプ３１においては、作動時にダイヤフラムの弾性変形部から駆動体６４に荷重が加えられる。この荷重、すなわち駆動軸６３の軸線方向に作用する負荷は、駆動体６４の端面６８とクランク体６２の端面６５とからなる摺動部分にも伝達され、駆動体６４の端面６８とクランク体６２の端面６５の広い範囲に分散される。このため、摺動部分の面圧を低くすることができ、耐磨耗性が高くなる。
したがって、この実施の形態によれば、駆動軸６３の軸線方向に作用する負荷を分散して摺動部の磨耗を低減し、耐久性が向上するダイヤフラムポンプを提供することができる。

この実施の形態においては、駆動軸６３の一端がクランク体６２に固定され、駆動軸６３の他端の軸端面６３ａと駆動体６４との接触部（駆動軸６３に対して回転自在となる部材と駆動軸６３の軸端面６３ａとの接触部）と、クランク体６２と駆動体６４との摺動部とに吐出時の荷重が伝達される。
このため、駆動軸６３の軸線方向に作用する負荷を、駆動軸６３の軸端面６３ａを含む摺接部と、駆動体６４とクランク体６２との摺接部との２箇所に分散させることができるから、耐久性がより一層高いダイヤフラムポンプを提供することができる。

（第２の実施の形態）
クランク体と駆動体との摺動部は図２に示すように構成することができる。図２において、図１によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図２に示すクランク体６２と駆動体６４との摺動部にはワッシャ８１が介装されている。このワッシャ８１は、駆動軸６３が貫通する円環板状に形成されている。ワッシャ８１を形成する材料は、鋼材や、耐磨耗樹脂材などである。
この実施の形態によるワッシャ８１の外径は、軸部６４ａの円環状の端面６８の直径より大きく、クランク体６２の円環状の端面６５の直径より小さい。

この実施の形態においては、ワッシャ８１がクランク体６２の実質的な端面になったり、ワッシャ８１が駆動体６４の実質的な端面になるから、クランク体６２と駆動体６４の摺接部分の面積をワッシャ８１によって変えることができる。このことは、例えば駆動体６４の実質的な端面をワッシャ８１によって大きくすることが可能になることを意味する。このように端面が広くなることにより、荷重がより一層広く分散するから、更なる耐磨耗性の向上を図ることができる。

上述した第１および第２の実施の形態においては、駆動軸６３の一端がクランク体６２に固定され、他端が駆動体６４に回転自在かつ軸線方向へ移動自在に接続されている例を示した。しかし、本発明はこのような限定にとらわれることはない。駆動軸６３の一端がクランク体６２に摺動自在（回転自在かつ軸線方向へ移動自在）に支持されて他端が駆動体６４に固定されたり、駆動軸６３の両端がクランク体６２および駆動体６４にそれぞれ摺動自在に支持されていてもよい。すなわち、駆動軸６３は、クランク体６２と駆動体６４とのうち少なくともいずれか一方の部材に回転自在かつ軸線方向へ移動自在に支持されることになる。駆動軸６３の両端がクランク体６２および駆動体６４にそれぞれ摺動自在に支持される場合は、吐出時の荷重が駆動軸６３に作用してもよいし、作用しなくてもよい。

３１…ダイヤフラムポンプ、３２…モータ、３４…ダイヤフラム、３５…回転軸、６１…駆動機構（駆動部）、６２…クランク体、６３…駆動軸、６４…駆動体、４１…弾性変形部、４２…ポンプ室、４３…吸入弁（ポンプ機構）、５３…吐出弁（ポンプ機構）、６３ａ…軸端面、６５，６８…端面、８１…ワッシャ。

Claims (2)

1. ポンプ室を形成する弾性変形部を有するダイヤフラムと、
   モータの回転軸と一体に回転するクランク体と、
   前記クランク体の偏心した位置に一端が接続されて傾斜した駆動軸と、
   前記駆動軸の他端および前記弾性変形部に接続され、前記駆動軸と協働して前記クランク体の回転を往復運動に変換する駆動体と、
   前記駆動体の往復運動に伴って前記ポンプ室から流体が吐出される状態と前記ポンプ室に流体が吸引される状態とを交互に繰り返すポンプ機構とを備え、
   前記クランク体における前記駆動体と対向する端面と、前記駆動体における前記クランク体と対向する端面は、互いに平行に形成されて摺動自在に接し、
   前記駆動軸は、前記クランク体と前記駆動体とのうち少なくともいずれか一方の部材に回転自在かつ軸線方向へ移動自在に接続され、
   前記クランク体と前記駆動体とのうち前記駆動軸に対して回転自在かつ軸線方向へ移動自在となる部材と前記駆動軸の軸端面との接触部と、
   前記クランク体と前記駆動体との摺動部とに吐出時の荷重が伝達され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、
   前記クランク体と前記駆動体との摺接部にワッシャが介装されていることを特徴とするダイヤフラムポンプ。

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