JP7182736B1 - ダイヤフラムとリテーナの取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ装置において安定した吐出量とダイヤフラムの高寿命化を図る。【解決手段】円板状に形成され、外周部に位置する固定部、中央部に位置する可動部、及び固定部と可動部とを連結する連結部を有し、ポンプ室に対向する側を前側、ポンプ室と反対側を裏側とするダイヤフラムと、ダイヤフラムの可動部の裏側を支持し可動部と共にポンプ室への進退方向に往復動する円環状のリテーナと、を備えたダイヤフラムとリテーナの取付構造であって、ダイヤフラムは、可動部と連結部との境界部位の裏側に、ポンプ室側へ凹む第１Ｒ形状部を有し、リテーナは、ダイヤフラムの裏側と当接する当接部と、当接部の外周位置にポンプ室側へ突出し、第１Ｒ形状部と適合する第２Ｒ形状部と、を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、ダイヤフラムとリテーナの取付構造に関する。

往復動部材としてのダイヤフラムを用いたポンプ装置（例えば、特許文献１参照）が知られている。この装置において、ダイヤフラムは、厚肉の中央部に位置する可動部と、その外周部に位置する固定部と、これらを連結する連結部と、を含んで構成される。また、ダイヤフラムには、その裏側に、駆動軸が、ダイヤフラムを支持する押圧部材としてのリテーナを介して取り付けられる。リテーナは、ダイヤフラムの可動部を平坦面で支持する押圧部位と、押圧部位よりも駆動軸側に下がるように連結部に添接し得る形状の膜受部位と、を有する。

特開２０１７－１０６３２５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来技術のダイヤフラムは、駆動軸の往復動の上死点位置から下死点位置にかけて連結部が大きく変形し、ダイヤフラムとリテーナとの接触範囲も変化する。このため、リテーナの膜受部位が連結部を支持したとしても、高圧負荷がかかるほど歪みが外側へ流れるようにダイヤフラムが変形する。

そうなると、例えばポンプ装置において、実際に移送流体を押している部分の面積を決める径である有効径が変化すると共に、可動部と連結部との境界部位、すなわち中央部分から可動部位にかけて歪みが伝わり易く、応力集中が起こり易くなる。

そして、特にこのような構造のダイヤフラムとリテーナをポンプ装置に適用した場合、ダイヤフラムの変形量が大きくなるとポンプ装置の吐出量が不安定になるという問題がある。また、有効径が変化すると吐出量が大きく変動してしまうという問題もある。更に、応力集中が起こると、その部分の劣化が進み破損し易くなるという問題もある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ポンプ装置において安定した吐出量とダイヤフラムの高寿命化を図ることができるダイヤフラムとリテーナの取付構造を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るダイヤフラムとリテーナの取付構造は、円板状に形成され、外周部に位置する固定部、中央部に位置する可動部、及び固定部と可動部とを連結する連結部を有し、ポンプ室に対向する側を前側、ポンプ室と反対側を裏側とするダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの可動部の裏側を支持し前記可動部と共に前記ポンプ室への進退方向に往復動する円環状のリテーナと、を備えたダイヤフラムとリテーナの取付構造であって、前記ダイヤフラムは、前記可動部と前記連結部との境界部位の前記裏側に、前記ポンプ室側へ凹む第１Ｒ形状部を有し、前記リテーナは、前記ダイヤフラムの前記裏側と当接する当接部と、前記当接部の外周位置に前記ポンプ室側へ突出し、前記第１Ｒ形状部と適合する第２Ｒ形状部と、を含む。

本発明の一実施形態において、前記リテーナの前記第２Ｒ形状部の前記頂部は、前記ダイヤフラムの可動部が前記ポンプ室側へ最も移動した上死点位置にある場合、前記ダイヤフラムの前記固定部の裏側の面よりも前記ポンプ室側に位置する。

本発明の他の実施形態において、前記ダイヤフラム及び前記リテーナは、少なくとも前記第１Ｒ形状部及び前記第２Ｒ形状部の頂部よりも径方向内側の部位が、前記ダイヤフラムの往復動の際にそれぞれ互いに接触しているように取り付けられる。

本発明の更に他の実施形態において、前記ポンプ室はポンプヘッドに設けられ、前記ポンプヘッドは前記ダイヤフラム側に第１挟持面を有し、前記ポンプヘッドの第１挟持面と対向する第２挟持面を有するブラケットが設けられ、前記ダイヤフラムの固定部は、前記ポンプヘッドの第１挟持面と前記ブラケットの第２挟持面との間で挟持され、前記ダイヤフラムは、前記固定部の外周縁に、前記外周縁の内側よりも厚肉の弾性変形可能なシール部をさらに有し、前記ポンプヘッドの第１挟持面の外周側には、前記第１挟持面から凹む第１押圧面が形成され、前記ブラケットの第２挟持面の外周側には、前記第２挟持面から凹む第２押圧面が形成され、前記シール部は、前記第１押圧面と前記第２押圧面との間で押圧保持される。

本発明の更に他の実施形態において、前記ダイヤフラム及び前記リテーナは、前記ダイヤフラムが上死点位置と下死点位置の間の中立位置又は前記中立位置よりも前記上死点位置側にある場合、前記第１Ｒ形状部及び前記第２Ｒ形状部が互いに接触するように取り付けられる。

本発明の更に他の実施形態において、前記ダイヤフラムの可動部は、駆動部材によって前記ポンプ室への進退方向に駆動され、前記リテーナは、前記駆動部材に取り付けられ、前記駆動部材の先端には、前記ダイヤフラムの可動部に先端部がインサートされたインサート部材が取り付けられ、前記ダイヤフラムの可動部の一部は、前記インサート部材の先端部と前記リテーナとで挟持される。

本発明の更に他の実施形態において、前記インサート部材の先端部の直径は、前記リテーナの前記当接部の内径以上で、前記第２Ｒ形状部の頂部の径以下である。

本発明によれば、ポンプ装置において安定した吐出量とダイヤフラムの高寿命化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るダイヤフラムとリテーナの取付構造を適用したポンプ装置の外観構成を示す斜視図である。 図１のＡ－Ａ線断面図である。 図２のＢ－Ｂ線断面図である。 同ダイヤフラムとリテーナの一部拡大断面図である。 ダイヤフラムとリテーナの往復動方向の上死点位置及び下死点位置における状態を説明するための拡大縦断面図である。 比較例のダイヤフラムとリテーナの往復動方向の上死点位置及び下死点位置における状態を説明するための拡大断面図である。 ダイヤフラムとリテーナの往復動範囲毎の有効径の解析結果を比較例と共に示す図である。 ダイヤフラムとリテーナの往復動方向の上死点位置における状態を比較例と共に説明するための拡大断面図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態に係るダイヤフラムとリテーナの取付構造を詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、以下の実施形態において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、実施形態においては、各構成要素の配置、縮尺及び寸法等が誇張或いは矮小化されて、実際のものとは一致しない状態で示されている場合、並びに一部の構成要素につき省略されて示されている場合がある。

［ポンプ装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るダイヤフラムとリテーナの取付構造を適用したポンプ装置の外観構成を示す斜視図である。図２は図１のＡ－Ａ線断面図、図３は図２のＢ－Ｂ線断面図、図４はダイヤフラムとリテーナの一部拡大断面図である。なお、図４（ａ）はダイヤフラムとリテーナのポンプ装置への取り付け直前の様子を示し、図４（ｂ）は取り付け後の様子を示している。

図１に示すように、ポンプ装置１００は、ポンプヘッド１０と、このポンプヘッド１０が着脱可能に取り付けられる装置本体部５０と、を備える。

ポンプヘッド１０は、例えば樹脂成形品からなる。装置本体部５０は、例えば樹脂製の筐体を有し、その一側面（図１における、右側面）側に、上面、側面及び背面の一部を取り除いて形成された凹み形状のヘッド装着部５１を有する。ポンプヘッド１０は、装置本体部５０に対して、それぞれ上面、側面及び背面がはみ出さないように、ヘッド装着部５１に装着されている。このように、ポンプヘッド１０は、ヘッド装着部５１に装着された際に、ポンプ装置１００が全体として矩形状となるように、ヘッド装着部５１の空間を埋めて収まる範囲の寸法で形成されている。

装置本体部５０は、後述するポンプヘッド１０の複数のポンプ室１３（図２参照）にそれぞれ液密に取り付けられる可撓性のダイヤフラム１４（図２参照）と、このダイヤフラム１４を往復動させる複数のアクチュエータ１１０（図２参照）とを内部に有する。なお、ポンプ室１３及びアクチュエータ１１０は、本実施形態では例えばそれぞれ２つずつ設けられている。

また、装置本体部５０は、正面側に設けられた、ディスプレイ５２を有する操作パネル部５３と、装置本体部５０のヘッド装着部５１と反対側の側面に設けられた外部入出力用ポート５４と、を備える。更に、装置本体部５０の内部には、ポンプ装置１００の動作を制御する制御部（図示せず）が設けられている。ディスプレイ５２には、ポンプ装置１００の設定流量をはじめ、ポンプ装置１００に関する各種の情報が表示される。なお、設定流量は、例えば１００ｍｌ／ｍｉｎ～０．０１ｍｌ／ｍｉｎの流量範囲で設定可能に構成される。

操作パネル部５３は、上記ディスプレイ５２と共に、電源ボタン５３ａ、ポンプ動作の開始・停止ボタン５３ｂ及びカーソル・リターン操作部５３ｃを有する。また、操作パネル部５３は、キャリブレーションボタン５３ｄ、モード設定ボタン５３ｅ、レンジ設定ボタン５３ｆ、ストローク設定ボタン５３ｇ及びＩ／Ｏ設定ボタン５３ｈを有する。

カーソル・リターン操作部５３ｃには、最大量指定ボタン５３ｃａ及びエスケープボタン５３ｃｂが併設されている。ポンプ装置１００のユーザは、操作パネル部５３を介して各種の操作入力を行うことで、ポンプ装置１００の動作・設定等の各種の操作を行うことができる。

図２及び図３に示すように、ポンプヘッド１０は、図示しない接続ナットを介して吸込側ホースが接続された移送流体の吸込口１１と、図示しない接続ナットを介して吐出側ホースが接続された移送流体の吐出口１２と、これら吸込口１１及び吐出口１２と連通する複数のポンプ室１３と、を有する。ポンプヘッド１０は、その内部に、水平方向に並設された複数のバルブモジュール２０を収容する。バルブモジュール２０は、垂直方向に配置された、例えばボールバルブにより構成される吸込バルブ３０及び吐出バルブ４０を有する。

ポンプヘッド１０のポンプ室１３には、吸込側ホース、吸込口１１及びポンプ室連絡流路７４を介してタンク（図示せず）からの移送流体を内部に導入するようになっている。また、ポンプ室１３からは、ポンプ室連絡流路７４、吐出口１２及び吐出側ホースを介して内部の移送流体を外部に吐出するようになっている。

ポンプヘッド１０は、複数のバルブモジュール２０の吸込バルブ３０及び吐出バルブ４０の間で垂直方向に分離可能な複数のポンプヘッドブロックを構成する第１ブロック１５及び第２ブロック１６を有する。第１ブロック１５は、側面に形成された吸込口１１と連通し水平方向に延びる第１吸込側流路７１と、この第１吸込側流路７１と連通し垂直方向の上方に延びる複数の第２吸込側流路７２と、を有する。

第１ブロック１５には、第２吸込側流路７２と連通し上方に向けて開口すると共に、バルブモジュール２０の吸込バルブ３０側の部分が収容される複数の第１収容室７３が形成されている。また、第１ブロック１５には、ダイヤフラム１４と共にポンプ室１３を形成するためのダイヤフラム取付孔１７が、第１及び第２吸込側流路７１，７２と交差する方向で、装置本体部５０のヘッド装着部５１の壁面に向けて開口するように形成されている。

ダイヤフラム取付孔１７は、ポンプ室１３の上部がバルブモジュール２０の周方向に所定間隔で配置された複数の側方流路の位置よりも低くなる第１ブロック１５の位置に設けられている。なお、各ポンプ室連絡流路７４は、複数のポンプ室１３からそれぞれ斜め上方に延びて複数の第１収容室７３と連通する。

第２ブロック１６は、側面に形成された吐出口１２と連通し水平方向に延びる第１吐出側流路８１と、この第１吐出側流路８１と連通し垂直方向の下方に延びる複数の第２吐出側流路８２と、を有する。第２ブロック１６には、第２吐出側流路８２と連通し下方に向けて開口すると共に、バルブモジュール２０の吐出バルブ４０側の部分が収容される複数の第２収容室８３が形成されている。なお、各第２収容室８３の上方には、円錐台状空間８４が形成され、この円錐台状空間８４を介して第２吐出側流路８２と連通するようになっている。

第１ブロック１５及び第２ブロック１６は、垂直方向に延伸する、結合手段としての複数の固定ボルト１９によって、ねじ止め固定されることにより一体化され、ポンプヘッド１０を構成する。本実施形態の第１ブロック１５及び第２ブロック１６は、一体化されたときの装置本体部５０の操作パネル部５３側の角部が、それぞれ面取りされたような矩形状を有している。このように構成されたポンプヘッド１０は、装置本体部５０に対し、取付孔１５ａを介して図示しない複数の取付ねじでヘッド装着部５１にねじ止め固定されることにより、装置本体部５０の側面側に一体的に装着される。

図２に示すように、アクチュエータ１１０は、例えば電磁アクチュエータで、位相をずらせて複数のダイヤフラム１４をそれぞれ駆動可能に構成されている。アクチュエータ１１０は、外観円筒状のアクチュエータ本体部１１１を有する。なお、このアクチュエータ本体部１１１の基端側には、図示しない電気配線及び信号配線が接続された制御基板（図示せず）が取り付けられている。アクチュエータ本体部１１１の制御基板とは反対側の先端側は、装置本体部５０の図示しない内部取付部への取付パネル６３に、例えばねじ止め等により装着されている。

アクチュエータ１１０のアクチュエータ本体部１１１には、ポンプ室１３に向けて軸方向（往復動方向）に往復動する駆動部材としての可動軸１１２が設けられている。可動軸１１２の先端側には、ダイヤフラム１４が装着されている。

ダイヤフラム１４は、ゴムやエラストマー等の弾性部材からなり、例えばフッ素樹脂等からなる接液部１４ａと、ゴム等からなる屈伸部１４ｂとを備える。ダイヤフラム１４は、円板状に形成され、外周部に位置する固定部２３、中央部に位置する可動部２１、及び固定部２３と可動部２１とを連結する連結部２２を有する。ここでは、ダイヤフラム１４のポンプ室１３に対向する側を前側、ポンプ室１３と反対側を裏側と定義する。

可動軸１１２の先端側には、円環状のリテーナ１８が装着されている。リテーナ１８は、ダイヤフラム１４の可動部２１の裏側を保持する。また、可動軸１１２の先端側には、インサート部材としてのインサートボルト１９ａが締結されている。インサートボルト１９ａは、拡径された頭部を有し、この頭部がダイヤフラム１４の可動部２１にインサートされて、ダイヤフラム１４と一体化されている。ダイヤフラム１４の可動部２１は、インサートボルト１９ａの頭部とリテーナ１８とに挟持されている。従って、ダイヤフラム１４の可動部２１は、可動軸１１２によってポンプ室１３への進退方向（往復動方向）に駆動される。

なお、アクチュエータ１１０が装着された取付パネル６３とポンプヘッド１０の第１ブロック１５との間には、円筒状のブラケット６６が取り付けられている。ブラケット６６の内周側には、内側を可動軸１１２が挿通する円筒状の防水用のブッシュ６５が装着されている。ブラケット６６の先端側の外周部は、ポンプヘッド１０の第１ブロック１５のダイヤフラム取付孔１７に嵌合する。ダイヤフラム１４の外周部に位置する固定部２３は、第１ブロック１５のダイヤフラム取付孔１７の底部の第１挟持面６９と、ブラケット６６の先端部の第２挟持面６７との間で往復動方向（軸方向）に挟持される。こうして、ダイヤフラム１４は、ブラケット６６とポンプヘッド１０の第１ブロック１５との間で液密に固定され、その前側でポンプヘッド１０の第１ブロック１５との間にポンプ室１３を形成する。

ダイヤフラム１４は、可動部２１の前側が固定部２３の前側よりもポンプ室１３側に突出している。ダイヤフラム１４は、図４（ｂ）に詳細に示すように、可動部２１と連結部２２との境界部位（又は境界近傍部位）の裏側に、ポンプ室１３側へ凹む第１Ｒ形状部９１を有する。第１Ｒ形状部９１は、例えば周方向の全周において設けられ、且つ径方向においては可動部２１の外周側の部位から連結部２２の内周側の部位にわたるように形成され、ポンプ室１３側へ湾曲形状で凹んでいる。

一方、リテーナ１８は、上述したようにダイヤフラム１４の可動部２１の裏側を支持し可動部２１と共にポンプ室１３への進退方向に往復動する円環状の樹脂成形部材又は金属部材からなる。従って、リテーナ１８は、可動軸１１２の往復動に伴ってダイヤフラム１４を保持しながら往復動する。

リテーナ１８は、ダイヤフラム１４の（可動部２１の）裏側と当接する当接部３１と、この当接部３１の外周位置にポンプ室１３側へ突出し、第１Ｒ形状部９１と適合する第２Ｒ形状部９２と、を含んで形成されている。第２Ｒ形状部９２は、例えば周方向の全周において設けられ、且つ当接部３１の前面よりもポンプ室１３側へ湾曲形状で突出している。

なお、図４に示すように、ダイヤフラム１４は、固定部２３の外周縁に、この外周縁の内側よりも厚肉の弾性変形可能なシール部２４をさらに有して形成される。シール部２４は、周方向の全周において湾曲形状でブラケット６６側に突出するように設けられている。また、ポンプヘッド１０の挟持面６９の一部には、ブラケット６６の挟持面６７に向けて突出する凸部６９ａが設けられている。凸部６９ａは、押圧によるシール部２４のひずみを連結部２２側に伝えない役割を担っている。

そして、ブラケット６６の挟持面６７の外周側には、挟持面６７からテーパ部６７ｔを介して凹む押圧面６７ａ（第２押圧面）が形成されている。また、ポンプヘッド１０の挟持面６９の外周側には、挟持面６９から凹む押圧面６９ｂ（第１押圧面）が形成されている。なお、押圧面６７ａと押圧面６９ｂとは、往復動方向に対向する。また、押圧面６９ｂは、縦断面形状が多角形状又は湾曲形状となるように形成されている。これにより、図４（ａ）から図４（ｂ）に至るダイヤフラム１４の組付け工程において、ダイヤフラム１４のシール部２４は、押圧面６７ａと押圧面６９ｂとの間で押圧保持される。シール部２４は、押圧面６７ａ，６９ｂの間で広い接触面積でシールされるので、局所的負荷によるクリープ等が発生せずに、一定の安定したシール力を維持する。なお、この実施形態によれば、押圧面６９ｂの縦断面形状が多角形状又は湾曲形状となるように形成され、押圧面６９ｂの外縁部にテーパ部６９ｔが形成されているので、ポンプ室１３の内圧が上昇した際に、厚肉のシール部２４が圧力によってテーパ部６９ｔに押し付けられるように変形する。これにより、圧力が上昇するほどシール力が増すというセルフシール構造を実現することができる。また、挟持面６７からテーパ部６７ｔを介して凹むように押圧面６７ａが形成されているので、シール部２４が押圧された際に、ブラケット６６の挟持面６７と押圧面６７ａとの間のテーパ部６７ｔによって、シール部２４が、より押圧面６９ｂの外縁部に形成されたテーパ部６９ｔに向かって押し付けられる。これによって、シール力を向上させることが可能な構造を実現している。

［実施例の作用］
図５は、ポンプ装置１００におけるダイヤフラム１４とリテーナ１８の往復動方向の上死点位置及び下死点位置における状態を説明するための拡大縦断面図である。なお、図５（ａ）は上死点位置における状態を示し、図５（ｂ）は下死点位置における状態を示している。

ポンプヘッド１０に取り付けられたダイヤフラム１４及びリテーナ１８は、少なくとも第１Ｒ形状部９１及び第２Ｒ形状部９２の頂部Ｒ１，Ｒ２よりも径方向内側の部位が、ダイヤフラム１４の往復動の際にそれぞれ互いに接触しているように取り付けられる。すなわち、図５（ａ）に示す上死点位置から図５（ｂ）に示す下死点位置までの往復動の間、上記各Ｒ形状部９１，９２の径方向内側の部位は、常時接触しているように取り付けられている。

また、リテーナ１８の第２Ｒ形状部９２の頂部Ｒ２は、例えばダイヤフラム１４の可動部２１がポンプ室１３側へ最も移動した上死点位置にある場合、ダイヤフラム１４の固定部２３の裏側の面（例えば、第２挟持面６７）よりもポンプ室１３側に位置するように取り付けられている。また、ダイヤフラム１４及びリテーナ１８は、例えばダイヤフラム１４が上死点位置及び下死点位置の間の中立位置にある場合、第１Ｒ形状部９１及び第２Ｒ形状部９２が互いに接触するように取り付けられている。

そして、ダイヤフラム１４の第１Ｒ形状部９１及びリテーナ１８の第２Ｒ形状部９２は、例えばそれぞれ半径ｒＲがリテーナ１８の半径ｒＬの１／２以下となるように形成されていても良い。また、第２Ｒ形状部９２の半径ｒＲは、第１Ｒ形状部９１の半径と同じ若しくはやや小さい寸法（－１０％以内）であることが望ましい。さらに、リテーナ１８の当接部３１は、例えばダイヤフラム１４の可動部２１の裏側に位置する平坦面として形成されている。なお、インサートボルト１９ａの頭部の直径ｘ１は、例えばリテーナ１８の当接部３１の内径ｘ２以上で、第２Ｒ形状部９２の頂部Ｒ２の径ｘ３以下であるように形成されている。

ダイヤフラム１４とリテーナ１８は、上記のような関係性を持って取り付けられることにより、ポンプ装置１００において安定した吐出量とダイヤフラム１４の高寿命化を図ることが可能となった。本出願人は、このことを実証するために、第１及び第２Ｒ形状部９１，９２が設けられ、上記のような関係性を持って取り付けられたダイヤフラム１４とリテーナ１８の実施例と、第１及び第２Ｒ形状部９１，９２に相当する部分を持たない比較対象となる比較例とを、同一材料を用いた同一寸法のシミュレーションにて、各種解析を実施して検証を行った。

図６は、比較例のダイヤフラム１４Ｃとリテーナ１８Ｃの往復動方向の上死点位置及び下死点位置における状態を説明するための拡大断面図である。なお、図６（ａ）は上死点位置における状態を示し、図６（ｂ）は下死点位置における状態を示している。また、図６においては、ポンプ室連絡流路７４に相当する構成の図示は省略している。

まず、ダイヤフラム１４，１４Ｃの有効径について検証を行った。有効径とは、上述したように移送流体を押している部分の面積を決める径であり、例えばダイヤフラム１４，１４Ｃがリテーナ１８，１８Ｃと共に実際にポンプ室１３の移送流体を押している部分の面積を決める径のことを意味する。

はじめに、下死点位置でのダイヤフラム１４，１４Ｃの解析形状と、上死点位置に向かう任意の地点でのダイヤフラム１４，１４Ｃの解析形状とに基づいて、ストロークにより変化する体積から有効径を確認した。実施例及び比較例共に、無負荷状態の有効径と、ダイヤフラム１４，１４Ｃに１ＭＰａの圧力負荷をかけた状態の有効径とを比較した。比較例においては、例えば図６（ａ）に示す解析形状の無負荷時の有効径が８．６４ｍｍとなり、例えば図６（ｂ）に示す解析形状の圧力負荷時の有効径が５．３６ｍｍとなった。従って、比較例では、圧力の増加により有効径が約３８％も減少する結果となった。

一方、実施例においては、例えば図５（ａ）に示す解析形状の無負荷時の有効径が１２．０ｍｍとなり、例えば図５（ｂ）に示す解析形状の圧力負荷時の有効径が１０．４８ｍｍとなった。従って、実施例では、圧力の増加により有効径が約１３％減少する結果となった。以上の結果から、有効径の減り方は、実施例のダイヤフラム１４及びリテーナ１８が、比較例のダイヤフラム１４Ｃ及びリテーナ１８Ｃに比べて約１／３程度に抑えられることが判明した。

これは、比較例のダイヤフラム１４Ｃが、高圧負荷になる程ひずみが径方向外側へ流れていくため大きく変形し、歪も大きなっていることを表している。これに対し、実施例のダイヤフラム１４は、高圧負荷になっても第１及び第２Ｒ形状部９１，９２の径方向内側の領域辺りで歪みが滞留し、変形し難くなっていることを表している。従って、実施例のダイヤフラム１４及びリテーナ１８によれば、比較例に対して圧力負荷に対するダイヤフラム１４の変形を極力抑えることが可能となり、結果として無負荷時と圧力負荷時の有効径の差が小さくなるので、ポンプ装置１００の吐出量を安定させることができると言える。

図７は、ダイヤフラム１４とリテーナ１８の往復動範囲毎の有効径の解析結果を比較例と共に示す図である。図７においては、実線で示す実施例及び破線で示す比較例共に１ＭＰａの圧力負荷をかけている。図７の縦軸は平均有効径（ｍｍ）を表し、横軸は上死点位置及び下死点位置を最大とした場合のストローク範囲を表している。なお、ストローク範囲１は１００％～７５％の範囲を、ストローク範囲２は７５％～２５％の範囲を、ストローク範囲３は２５％～０％の範囲をそれぞれ示している。

図７に示すように、ストローク範囲１においては、実施例の平均有効径がΦ１２．２ｍｍであったのに対し、比較例の平均有効径はΦ１０．９ｍｍであった。また、ストローク範囲２においては、実施例の平均有効径がΦ１１．９ｍｍであったのに対し、比較例の平均有効径はΦ１０．６ｍｍであった。

さらに、ストローク範囲３においては、実施例の平均有効径がΦ９．６ｍｍであったのに対し、比較例の平均有効径はΦ４．７ｍｍであった。このように、ストローク範囲１～３のそれぞれにおいて、実施例及び比較例の有効径を比較した結果、明らかに実施例の構造の方が比較例と比べて平均有効径の変化が少ないことが判明した。これは、リテーナ１８の第２Ｒ形状部９２の頂部Ｒ２よりも径方向内側の部分が、ダイヤフラム１４の第１Ｒ形状部９１の頂部Ｒ１よりも径方向内側の部分と常に接触しており、これらの頂部Ｒ１，Ｒ２の径方向外側の部分においてのみ接触範囲が変化する構造のため、上死点位置及び下死点位置における接触面積の差が小さく、且つひずみも小さいことを表している。

図８は、ダイヤフラム１４とリテーナ１８の往復動方向の上死点位置における状態を比較例と共に説明するための拡大断面図である。図８（ａ）は実施例を示し、図８（ｂ）は比較例を示している。なお、図８（ｂ）においては、ポンプ室連絡流路７４に相当する構成の図示は省略している。

図８（ａ）に示すように、上死点位置における実施例のダイヤフラム１４及びリテーナ１８のひずみ点Ｆ１において解析された相当ひずみは、約３１．０％であった。一方、上死点位置における比較例のダイヤフラム１４Ｃ及びリテーナ１８Ｃのひずみ点Ｆ２において解析された相当ひずみは、約６９．４％であった。このことから、実施例の構造は、比較例の構造に比べて相当ひずみを約５５％減少させていることが把握できた。

このように、実施例のダイヤフラム１４及びリテーナ１８によれば、第１及び第２Ｒ形状部９１，９２によって、ひずみが連結部２２から固定部２３に伝わり難いため、応力集中が起きにくく、反対に比較例のダイヤフラム１４Ｃ及びリテーナ１８Ｃによれば、ダイヤフラム１４Ｃの連結部２２Ｃから固定部２３Ｃにひずみが伝搬してしまうため、応力集中が起こってしまうことが判明した。従って、実施例のダイヤフラム１４及びリテーナ１８では応力集中が緩和される構造を実現するため、その部分の劣化が進み難く破損し難くなるので、ダイヤフラム１４の高寿命化を図ることが可能となる。

以上述べたように、本実施形態のダイヤフラム１４とリテーナ１８の取付構造によれば、ダイヤフラム１４及びリテーナ１８に第１Ｒ形状部９１及び第２Ｒ形状部９２を、上述したような構成で設けたため、ダイヤフラム１４に圧力負荷がかかってもダイヤフラム１４が変形し難い構造を実現し、有効径の変化を抑えつつ、応力集中を緩和することができる。これにより、ポンプ装置１００の吐出量を安定化させ、ダイヤフラム１４の高寿命化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、上記の実施形態では、ポンプヘッド１０を装置本体部５０の側面に設けた例について説明したが、ポンプヘッドを装置本体部の上部に設けた、いわゆる縦型のポンプ装置に用いられるダイヤフラムとリテーナの取付構造にも適用可能である。この場合には、アクチュエータが縦型になるので、ダイヤフラムは水平に配置される。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ ポンプヘッド
１３ ポンプ室
１４ ダイヤフラム
１７ ダイヤフラム取付孔
１８ リテーナ
１９ａ インサートボルト
２１ 可動部
２２ 連結部
２３ 固定部
２４ シール部
３１ 当接部
５０ 装置本体部
６６ ブラケット
６７ 挟持面（第２挟持面）
６７ａ 押圧面（第２押圧面）
６９ 挟持面（第１挟持面）
６９ｂ 押圧面（第１押圧面）
９１ 第１Ｒ形状部
９２ 第２Ｒ形状部
１００ ポンプ装置

Claims (6)

1. 円板状に形成され、外周部に位置する固定部、中央部に位置する可動部、及び固定部と可動部とを連結する連結部を有し、ポンプ室に対向する側を前側、ポンプ室と反対側を裏側とするダイヤフラムと、
   インサート部材が先端に取り付けられ、前記ダイヤフラムの可動部に前記インサート部材の先端部がインサートされて前記可動部を軸方向に往復駆動する可動軸と、
   前記可動軸の先端に前記可動軸と同軸で取り付けられて前記ダイヤフラムの可動部の裏側を支持し前記可動部と共に前記軸方向に往復動する円環状のリテーナと、
   を備えたダイヤフラムとリテーナの取付構造であって、
   前記ダイヤフラムは、前記可動部と前記連結部との境界部位の前記裏側に、前記ポンプ室側へ凹む第１Ｒ形状部を有し、
   前記リテーナは、前記ダイヤフラムの前記裏側と当接する当接部と、前記当接部の外周位置に前記当接部よりも前記ポンプ室側へ突出し、前記第１Ｒ形状部と適合する第２Ｒ形状部と、を含み、
   前記ダイヤフラムの前記可動部の一部は、前記リテーナの前記第２Ｒ形状部の内周部及び前記当接部と前記インサート部材の前記先端部とで挟持されている
   ダイヤフラムとリテーナの取付構造。
2. 前記リテーナの前記第２Ｒ形状部の頂部は、前記ダイヤフラムの可動部が前記ポンプ室側へ最も移動した上死点位置にある場合、前記ダイヤフラムの前記固定部の裏側の面よりも前記ポンプ室側に位置する
   請求項１記載のダイヤフラムとリテーナの取付構造。
3. 前記ダイヤフラム及び前記リテーナは、少なくとも前記第１Ｒ形状部及び前記第２Ｒ形状部の頂部よりも径方向内側の部位が、前記ダイヤフラムの往復動の際にそれぞれ互いに接触しているように取り付けられる
   請求項１又は２記載のダイヤフラムとリテーナの取付構造。
4. 前記ポンプ室はポンプヘッドに設けられ、
   前記ポンプヘッドは前記ダイヤフラム側に第１挟持面を有し、
   前記ポンプヘッドの第１挟持面と対向する第２挟持面を有するブラケットが設けられ、
   前記ダイヤフラムの固定部は、前記ポンプヘッドの第１挟持面と前記ブラケットの第２挟持面との間で挟持され、
   前記ダイヤフラムは、前記固定部の外周縁に、前記外周縁の内側よりも厚肉の弾性変形可能なシール部をさらに有し、
   前記ポンプヘッドの第１挟持面の外周側には、前記第１挟持面から凹む第１押圧面が形成され、
   前記ブラケットの第２挟持面の外周側には、前記第２挟持面から凹む第２押圧面が形成され、
   前記シール部は、前記第１押圧面と前記第２押圧面との間で押圧保持される
   請求項１～３のいずれか１項記載のダイヤフラムとリテーナの取付構造。
5. 前記ダイヤフラム及び前記リテーナは、前記ダイヤフラムが上死点位置と下死点位置の間の中立位置又は前記中立位置よりも前記上死点位置側にある場合、前記第１Ｒ形状部及び前記第２Ｒ形状部が互いに接触するように取り付けられる
   請求項１～４のいずれか１項記載のダイヤフラムとリテーナの取付構造。
6. 前記インサート部材の先端部の直径は、前記リテーナの前記当接部の内径以上で、前記第２Ｒ形状部の頂部の径以下である
   請求項１～５のいずれか１項記載のダイヤフラムとリテーナの取付構造。

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