JP7257667B2

JP7257667B2 - ４気筒式ダイヤフラムポンプ

Info

Publication number: JP7257667B2
Application number: JP2019027607A
Authority: JP
Inventors: 勇二池戸
Original assignee: Sibata Scientific Tech Ltd
Current assignee: Sibata Scientific Tech Ltd
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2023-04-14
Anticipated expiration: 2039-02-19
Also published as: JP2020133487A; US20220136495A1; TWI829860B; US11939971B2; TW202032012A; WO2020170605A1

Description

本発明は、４つのポンプ室を有する４気筒式ダイヤフラムポンプに関するものである。

従来、ポンプ室の一部を形成するダイヤフラムの往復動と、ポンプ室の流入側及び流出側にそれぞれ設けられる逆止弁との相互作用によって、一方向のみに流体を流動させるよう構成されたダイヤフラムポンプが広く知られている（特許文献１）。

ダイヤフラムポンプでは、ダイヤフラムの往復動の一方のみを逆止弁によって取り出す構造であるため、流体の流動に脈動が含まれる。このため、特許文献１のダイヤフラムポンプのような、単一のポンプ室によって流体を流動させる単気筒式ダイヤフラムポンプでは、流体の脈動によって流量精度が低下すると共に、動作音が大きいという問題がある。

近年、このような脈動の影響を軽減させることが可能なダイヤフラムポンプとして、複数のポンプ室を有する多気筒式ダイヤフラムポンプが知られている。例えば、特許文献２には、駆動モータの回転軸に偏心して取り付けられた偏心軸と、偏心軸の周方向に沿って９０°の間隔をおいて取り付けられた４つのダイヤフラム部と、各ダイヤフラム部との間においてポンプ室を形成すると共に、各ポンプ室から吐出された流体を合流させて排出させるよう構成されたベース（マニホールドやハウジング等）とを備える４気筒式ダイヤフラムポンプが開示されている。

このような特許文献２の４気筒式ダイヤフラムポンプによれば、４つのダイヤフラム部を９０°の位相差で駆動させ、４つのポンプ室から流出される流体の位相をずらすことが可能となり、このような位相のずれた流体を合流させて互いの脈動を打消し合わせることにより、流体の脈動を抑えることが可能である。

特開平０８－２７０５６９号公報欧州特許第０７４３４５２号公報

しかしながら、従来の４気筒式ダイヤフラムポンプは、単気筒式ダイヤフラムポンプや２気筒式ダイヤフラムポンプと比較して、部品点数が多く、大型であるという問題がある。また、従来の４気筒式ダイヤフラムポンプは、回転軸の周囲４面に向けて４つのダイヤフラム部が配されているため、ベースに対し、回転軸の周囲４面と上下面もあわせて６面からの加工が必要となり、プラスチックやダイカスト等の型を用いた部品生産手段を用いて量産することが困難であるという問題がある。さらに、従来の４気筒式ダイヤフラムポンプは、各構成部品の組立も６面から行う必要があり、組立工数が多く、作業負担が大きいという問題がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化することが可能で、かつ、簡易な構造とすることが可能な４気筒式ダイヤフラムポンプを提供することにある。

本発明に係る４気筒式ダイヤフラムポンプは、４組のポンプ室を有するポンプ本体と、該４組のポンプ室を所定の位相差で拡張及び収縮させる駆動機構とを備える４気筒式ダイヤフラムポンプであって、前記ポンプ本体は、同一平面上に２つのダイヤフラム部が設けられた第１のダイヤフラムと、同一平面上に２つのダイヤフラム部が設けられ、該平面が前記第１のダイヤフラムの前記平面に対して平行又は同一平面上に位置するよう配された第２のダイヤフラムとを備え、前記第１のダイヤフラム及び前記第２のダイヤフラムの各ダイヤフラム部は、それぞれ異なるポンプ室の一部を構成しており、前記駆動機構は、前記第１のダイヤフラム及び前記第２のダイヤフラムの各ダイヤフラム部を、所定の位相差でそれぞれ対応するポンプ室に対して進退させるよう構成されていることを特徴とする。

本発明に係る４気筒式ダイヤフラムポンプにおいて、前記駆動機構は、前記第１のダイヤフラム及び前記第２のダイヤフラムの各平面に対して平行に延びる回転軸を有する駆動源と、前記第１のダイヤフラムに対応して設けられた第１の揺動体と、前記第２のダイヤフラムに対応して設けられた第２の揺動体とを備え、前記第１のダイヤフラム及び前記第２のダイヤフラムにおける前記２つのダイヤフラム部は、それぞれ、前記回転軸を境として、該回転軸と直交する方向に離間して配されており、前記第１の揺動体及び前記第２の揺動体は、それぞれ、前記回転軸に対して偏心して取り付けられた偏心部と、該偏心部にベアリングを介して取り付けられた取付部と、該取付部から一方のダイヤフラム部に亘って延びる第１腕部と、該取付部から他方のダイヤフラム部に亘って延びる第２腕部とを備え、前記回転軸の回転に伴って揺動し、一方のダイヤフラム部と他方のダイヤフラム部とを所定の位相差で進退させるよう構成されており、前記第１の揺動体及び前記第２の揺動体は、互いに所定の位相差で揺動するよう前記回転軸に取り付けられることが好ましい。

本発明に係る４気筒式ダイヤフラムポンプにおいて、前記第１のダイヤフラムの前記平面と直交する方向における、該平面と前記ベアリングの中心との間の距離は、該第１のダイヤフラムの前記２つのダイヤフラム部の図心間距離よりも小さく、前記第２のダイヤフラムの前記平面と直交する方向における、該平面と前記ベアリングの中心との間の距離は、該第２のダイヤフラムの前記２つのダイヤフラム部の図心間距離よりも小さいことが好ましい。

この場合において、前記第１のダイヤフラムの前記平面と直交する方向における、該平面と前記ベアリングの中心との間の距離は、該第１のダイヤフラムの前記２つのダイヤフラム部の図心間距離の１／２であり、前記第２のダイヤフラムの前記平面と直交する方向における、該平面と前記ベアリングの中心との間の距離は、該第２のダイヤフラムの前記２つのダイヤフラム部の図心間距離の１／２であることが更に好ましい。

本発明に係る４気筒式ダイヤフラムポンプにおいて、前記第１のダイヤフラム及び前記第２のダイヤフラムは、前記回転軸を介して互いに平行となるよう対向して配置されており、前記第１の揺動体の前記偏心部及び前記第２の揺動体の前記偏心部は、互いに同一の方向に偏心している構成とすることができる。

本発明に係る４気筒式ダイヤフラムポンプにおいて、前記第１のダイヤフラム及び前記第２のダイヤフラムは、各平面が同一平面上に位置するよう配置されており、前記第１の揺動体の前記偏心部及び前記第２の揺動体の前記偏心部は、互いに反対の方向に偏心している構成とすることができる。

本発明によれば、小型化することが可能で、かつ、簡易な構造とすることが可能な４気筒式ダイヤフラムポンプを提供することができる。

第１実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプを示す斜視図である。第１実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプの分解図である。図１のＡ－Ａ´線に沿った概略断面図である。図１のＢ－Ｂ´線に沿った概略断面図である。揺動体の寸法及び動作を説明するための模式図である。揺動体の寸法と脈流（リップル率）の大きさとの関係を示す図である。各ポンプ室の動作を時系列に沿って並べた動作工程図であり、図７（ａ）は、図中右上のポンプ室が収縮された状態を示しており、図７（ｂ）は、図７（ａ）の状態から回転軸が９０°回転し、図中左上のポンプ室が収縮された状態を示しており、図７（ｃ）は、図７（ｂ）の状態から回転軸が９０°回転し、図中左下のポンプ室が収縮された状態を示しており、図７（ｄ）は、図７（ｃ）の状態から回転軸が９０°回転し、図中右下のポンプ室が収縮された状態を示している。同一流量における気筒数と脈流との関係を示す図である。第２実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプの概略構成を示す図であり、図９（ａ）は、駆動源の回転軸と平行な方向に沿った断面を一部省略して示す図であり、図９（ｂ）は、駆動源の回転軸と直交する方向に沿った断面を一部省略して示す図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、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。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプ１について、説明する。第１実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプ１は、概略的には、上下に２組ずつポンプ室１２ａ，１２ｂ、１２ｃ，１２ｄが配置され、これら計４組のポンプ室１２ａ～１２ｄから位相をずらして流体を流出させると共にこれらの流体を合流させることで、排気ポート２２から排出する流体の脈動を抑えるよう構成された４相４気筒式ダイヤフラムポンプである。

具体的には、第１実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプ１は、図１及び図２に示すように、上下に２組ずつ、計４組のポンプ室１２ａ～１２ｄを有するポンプ本体１０と、該４組のポンプ室１２ａ～１２ｄを所定の位相差で拡張及び収縮させる駆動機構６０とを備えている。

ポンプ本体１０は、図１及び図２に示すように、吸気ポート２１及び排気ポート２２を有するベース部材２０と、ベース部材２０の上面側及び下面側にそれぞれ積層された上下一対のパッキン部材２９Ａ，２９Ｂ、上下一対の弁座部材（第１の弁座部材３０Ａ，第２の弁座部材３０Ｂ）、上下一対のダイヤフラム（第１のダイヤフラム４０Ａ，第２のダイヤフラム４０Ｂ）及び上下一対のヘッド部材（第１のヘッド部材５０Ａ，第２のヘッド部材５０Ｂ）とを備えている。

また、駆動機構６０は、図２～図４に示すように、回転軸６２を有する駆動モータ（駆動源）６１と、該回転軸６２に偏心して取り付けられ、該回転軸６２の回転に伴って揺動運動を繰り返し行うよう構成された第１の揺動体６４Ａ及び第２の揺動体６４Ｂとを備えている。

なお、本明細書において、「上下方向」又は「高さ方向」とは、ベース部材２０に対する弁座部材３０Ａ，３０Ｂ、ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂ及びヘッド部材５０Ａ，５０Ｂの積層方向（図１及び図２中の方向Ｚ）をいうものとし、「水平方向」とは、該上下方向に直交する方向をいうものとする。また、本明細書において、「幅方向」とは、水平方向のうち、駆動モータ６１の回転軸６２と直交する方向（図１及び図２中の方向Ｘ）をいい、「奥行き方向」とは、水平方向のうち、駆動モータ６１の回転軸６２が延びる方向（図１及び図２中の方向Ｙ）をいうものとする。

ポンプ本体１０において、パッキン部材２９Ａ，２９Ｂ、弁座部材３０Ａ，３０Ｂ、ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂ及びヘッド部材５０Ａ，５０Ｂは、ベース部材２０を中心として、パッキン部材２９Ａ，２９Ｂ→弁座部材３０Ａ，３０Ｂ→ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂ→ヘッド部材５０Ａ，５０Ｂの順で積層されており、ネジ等の締結手段を用いて互いに締結されることで、互いに一体化されている。ポンプ本体１０は、このように各部材が一体化された状態において、図１に示すように、幅方向の寸法＞奥行き方向の寸法＞高さ方向の寸法となる扁平矩形状の外形形状を有している。また、ポンプ本体１０は、ベース部材２０の高さ方向の中心を境として、上下対称の内部構造を有している。以下、ポンプ本体１０の各構成部材について、詳述する。

ベース部材２０は、合成樹脂等からなる扁平矩形状の部材であり、図２～図４に示すように、奥行き方向前方側の面に設けられた吸気ポート２１及び排気ポート２２と、これら吸気ポート２１及び排気ポート２２の間に設けられ、駆動モータ６１が取り付けられる取付凹部２４と、第１及び第２の揺動体６４Ａ，６４Ｂが収容される収容部２６とを備えている。取付凹部２４は、ベース部材２０の奥行き方向前方側の面に形成された凹部であり、収容部２６は、ベース部材２０の上面から下面に亘って貫通した貫通孔である。取付凹部２４と収容部２６との間には、後述する偏心部６５Ａ，６５Ｂが固定された駆動モータ６１の回転軸６２を挿通させるための貫通孔２５が形成されている。

また、ベース部材２０には、図２に示すように、収容部２６よりも奥行き方向後方側に、吸気ポート２１から流入された流体を各ポンプ室１２ａ～１２ｄに向けて流動させる吸気側合流空間２８ａと、各ポンプ室１２ａ～１２ｄから吐出された流体を合流させて排気ポート２２から排出させる排気側合流空間２８ｂとが上下対称かつ互字状に形成されている。吸気側合流空間２８ａは、吸気ポート２１と各ポンプ室１２ａ～１２ｄの吸気口とを連通させるよう構成され、排気側合流空間２８ｂは、各ポンプ室１２ａ～１２ｄの排気口と排気ポート２２とを連通させるよう構成されている。

第１の弁座部材３０Ａ及び第２の弁座部材３０Ｂは、合成樹脂等からなる矩形板状の部材であり、共通の金型により成形可能な同一の部材に、後述する吸気弁３６及び排気弁３８が互いに面対称となるよう配置されることで形成されている。これら第１の弁座部材３０Ａ及び第２の弁座部材３０Ｂは、駆動モータ６１の回転軸６２を介して（境として）互いに平行となるよう対向して配置されている。各弁座部材３０Ａ，３０Ｂは、図２～図４に示すように、ベース部材２０の収容部２６と整合する位置に、ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂの後述するダイヤフラム部４２ａ，４２ｂの可動空間を提供するための一対の凹部３２ａ，３２ｂと、該一対の凹部３２ａ，３２ｂに亘って形成された横長の挿通孔３４とが形成されている。凹部３２ａ，３２ｂは、ダイヤフラム部４２ａ，４２ｂの外形よりも大きい形状を有する凹部であり、挿通孔３４は、駆動機構６０の第１及び第２の揺動体６４Ａ，６４Ｂの後述する各腕部６８，６９が挿通可能な貫通孔である。

また、第１の弁座部材３０Ａ及び第２の弁座部材３０Ｂには、図２～図４に示すように、ベース部材２０の吸気側合流空間２８ａ及び排気側合流空間２８ｂと整合する位置に、各ポンプ室１２ａ～１２ｄに対応した吸気弁３６及び排気弁３８が交互に設けられている。吸気弁３６は、ベース部材２０の吸気側合流空間２８ａから各ポンプ室１２ａ～１２ｄに向かう方向の流体の流動を許容可能で、かつ、その逆方向の流動を阻止可能な逆止弁であり、排気弁３８は、各ポンプ室１２ａ～１２ｄからベース部材２０の排気側合流空間２８ｂに向かう方向の流体の流動を許容可能で、かつ、その逆方向の流動を阻止可能な逆止弁である。吸気弁３６及び排気弁３８の周囲は、ベース部材２０と各弁座部材３０Ａ，３０Ｂとの間に配されたパッキン部材２９Ａ，２９Ｂによってシールされている。パッキン部材２９Ａ，２９Ｂには、２つの吸気弁３６及び２つの排気弁３８と整合する位置に、流体を通過させるための開口がそれぞれ形成されている。なお、図示の例では、吸気弁３６及び排気弁３８として傘状の逆止弁を例示しているが、これに限定されるものではなく、種々の逆止弁を採用可能である。

第１のダイヤフラム４０Ａ及び第２のダイヤフラム４０Ｂは、ゴム等の柔軟性を有する材料からなる同一の薄板状シール部材であり、互いに面対称となるよう対向して配置されている。各ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂは、図２～図４に示すように、弁座部材３０Ａ，３０Ｂの一対の凹部３２ａ，３２ｂと整合する位置に、一対のダイヤフラム部４２ａ，４２ｂが設けられている。具体的には、第１のダイヤフラム４０Ａは、同一平面上に２つのダイヤフラム部４２ａ，４２ｂが設けられており、また、第２のダイヤフラム４０Ｂは、同一平面上に２つのダイヤフラム部４２ａ，４２ｂが設けられ、該平面が第１のダイヤフラム４０Ａの平面に対して平行となるよう配されている。これら第１のダイヤフラム４０Ａ及び第２のダイヤフラム４０Ｂにおける２つのダイヤフラム部４２ａ，４２ｂは、それぞれ、駆動モータ６１の回転軸６２を境として、該回転軸６２と直交する方向（幅方向Ｘ）に離間して配されている。

各ダイヤフラム部４２ａ，４２ｂは、図２～図４に示すように、ヘッド部材５０Ａ，５０Ｂの後述するポンプ室形成凹部５２ａ，５２ｂとの間においてポンプ室１２ａ～１２ｄを形成可能に構成されている。この場合において、第１のダイヤフラム４０Ａの一方のダイヤフラム部４２ａ及び他方のダイヤフラム部４２ｂと、第２のダイヤフラム４０Ｂの一方のダイヤフラム部４２ａ及び他方のダイヤフラム部４２ｂとは、それぞれ異なるポンプ室１２ａ～１２ｄの一部を構成している。

各ダイヤフラム部４２ａ，４２ｂは、ポンプ室１２ａ～１２ｄに対して進退（上下動）する部位である円状の作動面４４と、作動面４４の周囲を囲むように設けられ、弾性変形することにより作動面４４の進退移動を許容する可撓性を有する可撓エッジ４６とを有している。作動面４４は、駆動機構６０の揺動体６４Ａ，６４Ｂと連結されており、揺動体６４Ａ，６４Ｂの揺動に伴ってポンプ室１２ａ～１２ｄに対して進退するよう構成されている。

また、各ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂには、図２～図４に示すように、各弁座部材３０Ａ，３０Ｂに設けられた２つの吸気弁３６及び２つの排気弁３８と整合する位置に、流体を通過させるための開口４９がそれぞれ形成されている。各ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂにおいて、一対のダイヤフラム部４２ａ，４２ｂ及び４つの開口４９以外の領域は、弁座部材３０Ａ，３０Ｂとヘッド部材５０Ａ，５０Ｂとによって挟持される水平な固定部４８を構成している。

第１のダイヤフラム４０Ａの固定部４８と、第２のダイヤフラム４０Ｂの固定部４８とは、図３及び図４に示すように、これらダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂが弁座部材３０Ａ，３０Ｂとヘッド部材５０Ａ，５０Ｂとによってそれぞれ挟持された状態において互いに平行であり、この平行状態は、各ダイヤフラム部４２ａ，４２ｂの作動中においても維持される。また、各固定部４８は、弁座部材３０Ａ，３０Ｂ及びヘッド部材５０Ａ，５０Ｂに密接した際にシール面となるよう構成されている。

以上の構成を有する第１のダイヤフラム４０Ａ及び第２のダイヤフラム４０Ｂは、駆動モータ６１の回転軸６２を介して（境として）互いに平行となるよう対向して配置されている。第１のダイヤフラム４０Ａの固定部４８と第２のダイヤフラム４０Ｂの固定部４８との間隔Ｈは、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、各ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂにおける一方のダイヤフラム部４２ａの図心４５と他方のダイヤフラム部４２ｂの図心４５との間の距離（図心間距離Ｐ）と略等しくなるよう（Ｈ≒Ｐの関係となるよう）設定されることが好ましい。なお、第１実施形態では、各ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂが円形であるため、図心間距離Ｐは、２つのダイヤフラム部４２ａ，４２ｂの中心間距離となる。

第１のヘッド部材５０Ａ及び第２のヘッド部材５０Ｂは、図２～図４に示すように、合成樹脂等からなる同一の矩形板状部材であり、駆動モータ６１の回転軸６２を介して（境として）互いに平行となるよう対向して配置されている。各ヘッド部材５０Ａ，５０Ｂは、ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂの一対のダイヤフラム部４２ａ，４２ｂと整合する位置に、一対のポンプ室形成凹部５２ａ，５２ｂが設けられている。各ポンプ室形成凹部５２ａ，５２ｂは、各ダイヤフラム部４２ａ，４２ｂと略同じ大きさ及び外形形状を有する凹部であり、各ダイヤフラム部４２ａ，４２ｂとの間においてポンプ室１２ａ～１２ｄを形成可能に構成されている。なお、第１実施形態において、各ポンプ室形成凹部５２ａ，５２ｂは、凹部底面が平行面であるが、これに限定されず、各ダイヤフラム部４２ａ，４２ｂの上死点時の傾きに合わせて傾斜面とする構成としても良い。このような構成とすることで、死容積を減少させることが可能となる。

また、各ヘッド部材５０Ａ，５０Ｂには、図２～図４に示すように、ポンプ室形成凹部５２ａ，５２ｂ毎に、パッキン部材２９Ａ，２９Ｂの開口、弁座部材３０Ａ，３０Ｂの吸気弁３６及びダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂの開口４９を介して吸気側合流空間２８ａから各ポンプ室１２ａ～１２ｄ内に流体を流入させ、ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂの開口４９、弁座部材３０Ａ，３０Ｂの排気弁３８及びパッキン部材２９Ａ，２９Ｂの開口を介して各ポンプ室１２ａ～１２ｄから排気側合流空間２８ｂに流体を流出させるための連通溝５４が形成されている。

駆動機構６０の駆動モータ６１は、その回転軸６２がベース部材２０の貫通孔２５を介して第１のダイヤフラム４０Ａ及び第２のダイヤフラム４０Ｂの各平面（固定部４８）に対して平行に延びるよう、ベース部材２０の取付凹部２４に取り付けられている。駆動モータ６１は、種々の公知の駆動モータを採用可能であるため、その詳細な説明を省略する。

第１の揺動体６４Ａ及び第２の揺動体６４Ｂは、所謂ヨークであり、図２～図４に示すように、第１の揺動体６４Ａが第１のダイヤフラム４０Ａに対応して設けられており、第２の揺動体６４Ｂが第２のダイヤフラム４０Ｂに対応して設けられている。各揺動体６４Ａ，６４Ｂは、図２～図４に示すように、回転軸６２に対して偏心して取り付けられた偏心部６５Ａ，６５Ｂと、該偏心部６５Ａ，６５Ｂにベアリング６７を介して取り付けられた取付部６６と、該取付部６６から一方のダイヤフラム部４２ａに亘って延びる第１腕部６８と、該取付部６６から他方のダイヤフラム部４２ｂに亘って延びる第２腕部６９とを備えている。

各偏心部６５Ａ，６５Ｂは、図２～図４に示すように、回転軸６２の中心軸から径方向に所定量偏心した円筒状に形成された偏心軸であり、図示しないビス等により駆動モータ６１の回転軸６２に相対回転不能かつ軸方向に移動不能に固着されている。第１実施形態において、第１の揺動体６４Ａの偏心部６５Ａと、第２の揺動体６４Ｂの偏心部６５Ｂとは、一体的に形成されており、互いに同一の方向に偏心していると共に、その偏心量も同一である。なお、これら偏心部６５Ａ，６５Ｂは、別々の独立した部材としても良い。偏心部６５Ａ，６５Ｂは、このような偏心構造を有することにより、駆動モータ６１による回転運動を揺動体６４Ａ，６４Ｂの揺動運動、更にはダイヤフラム部４２ａ，４２ｂの作動面４４の進退移動に変換するよう構成されている。

取付部６６は、図２～図４に示すように、ベアリング６７を嵌め込み可能な円形状の開口を有しており、ベアリング６７を介して、偏心部６５Ａ，６５Ｂに相対回転可能かつ軸方向に移動不能に固着されている。各取付部６６は、第１腕部６８及び第２腕部６９よりも肉薄に形成されており、第１の揺動体６４Ａの取付部６６と第２の揺動体６４Ｂの取付部６６とを組み合わせた際に、第１の揺動体６４Ａ及び第２の揺動体６４Ｂの各第１腕部６８，６８と、第１の揺動体６４Ａ及び第２の揺動体６４Ｂの各第２腕部６９，６９とが、それぞれ鉛直方向に沿って整列するよう構成されている。

第１腕部６８は、図２～図４に示すように、ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂの一方のダイヤフラム部４２ａの図心（中心）４５にねじ等の締結手段（図示せず）で固定されており、第２腕部６９は、ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂの他方のダイヤフラム部４２ｂの図心（中心）４５にねじ等の締結手段（図示せず）で固定されている。なお、第１腕部６８及び第２腕部６９の固定位置は、ダイヤフラム部４２ａ，４２ｂの作動面４４の範囲内であれば、図心（中心）４５でなくても良い。また、ダイヤフラム部４２ａ，４２ｂの作動面４４と第１腕部６８及び第２腕部６９とが図中のＸ方向及びＺ方向に相対的に動けない構造であれば、例えば回転可能な固定法や、傾きが許容される固定法としも良い。

第１の揺動体６４Ａ及び第２の揺動体６４Ｂは、第１のダイヤフラム４０Ａ及び第２のダイヤフラム４０Ｂの各平面（固定部４８）と直交する方向における、第１のダイヤフラム４０Ａの平面とベアリング６７の中心Ｃとの間の距離が、同方向における第２のダイヤフラム４０Ｂの平面とベアリング６７の中心Ｃとの間の距離と等しくなるよう構成されている。また、各揺動体６４Ａ，６４Ｂは、図５（ａ）に示すように、上記平面とベアリング６７の中心Ｃとの間の距離が、２つのダイヤフラム部４２ａ，４２ｂの図心間距離Ｐよりも小さくなるよう構成されており、好適には、該図心間距離Ｐの半分（Ｐ／２）となるよう構成されている。

第１実施形態に係る第１の揺動体６４Ａ及び第２の揺動体６４Ｂによれば、このように上記平面とベアリング６７の中心Ｃとの間の距離を上記図心間距離Ｐの半分（Ｐ／２）に設定することにより、４組のポンプ室１２ａ～１２ｄを精度良く９０°の位相差で拡張及び収縮させることが可能となるため、図６に示すように、リップル率（脈流）を最小限に抑えることが可能となる。ただし、図６から明らかなとおり、上記平面とベアリング６７の中心Ｃとの間の距離が上記図心間距離Ｐの半分（Ｐ／２）ではない場合（例えば±６０％ずれた場合）であっても、２相ポンプよりは脈流を大きく減少させることが可能である。

ここで、第１の揺動体６４Ａ及び第２の揺動体６４Ｂの動作について、図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて説明する。一般に、ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂの可撓エッジ４６は、作動面４４が上下動可能なように比較的薄肉で作られているため、曲げモーメントによる図中のＺ方向（作動面４４の上下動方向）の剛性は低い。一方、図中のＸ方向（幅方向）の剛性はせん断力によるため、薄くても比較的剛性が高く維持される。そして、これらＺ方向及びＸ方向の剛性の比は、寸法により２０倍から１００倍とすることも容易である。このため、可撓エッジ４６の形状を適切な形状とすることで、少なくとも実用的な範囲内においては、揺動体６４Ａ，６４Ｂの下端部（取付部６６）をＸＺ面内で動かしても、作動面４４のＺ方向の移動と傾きが許容されるのみで、作動面４４がＸ方向に動くことはない。

また、揺動体６４Ａ，６４Ｂの下端部（取付部６６）を偏心量ｅの偏心部６５Ａ，６５Ｂで回転駆動したとき、その変位は、Ｚ方向成分とＸ方向成分に分けられる。Ｚ方向成分は、そのままＺ方向変位となる。一方、Ｘ方向成分は、上述のとおり、ダイヤフラム４０Ａ，４０ＢのＸ方向の剛性により平行移動ができず、ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂの可撓エッジ４６の面内で、一方の作動面４４の図心（中心）４５と他方の作動面４４の図心（中心）４５との間の中間点を支点とする傾きに変換され、さらにこの傾きによって上記寸法関係の場合そのままＺ方向の変位に変換される。これにより、図５（ｂ）に示すダイヤフラム中心の高さＺ1とＺ２は、Ｚ方向成分とＸ方向成分の和となるため、以下の式（１）及び式（２）が成り立ち、一方のダイヤフラム部４２ａと他方のダイヤフラム部４２ｂとの進退動作に９０°の位相差が生ずる。
Z１≒esinθ+ecosθ＝√２esin（θ+４５°）・・・（１）
Z２≒esinθ-ecosθ＝√２esin（θ-４５°）・・・（２）

さらに、第１実施形態では、一方のダイヤフラム部４２ａと他方のダイヤフラム部４２ｂとの進退動作に９０°の位相差が生ずる第１の揺動体６４Ａに加え、これを１８０°反転させた第２の揺動体６４Ｂを更に設けることにより、４つのダイヤフラム部４２ａ，４２ｂの作動面４４の高さは相互に９０°の位相差で上下動することになる。すなわち、４組のポンプ室１２ａ～１２ｄを精度良く９０°の位相差で拡張及び収縮させることが可能となる。

次に、第１実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプ１の動作について、図７を用いて説明する。なお、以下の説明では、第１のヘッド部材５０Ａの紙面右側のポンプ室形成凹部５２ａと第１のダイヤフラム４０Ａの紙面右側のダイヤフラム部４２ａとの間に形成されたポンプ室を「第１ポンプ室１２ａ」といい、第１のヘッド部材５０Ａの紙面左側のポンプ室形成凹部５２ｂと第１のダイヤフラム４０Ａの紙面左側のダイヤフラム部４２ｂとの間に形成されたポンプ室を「第２ポンプ室１２ｂ」といい、第２のヘッド部材５０Ｂの紙面左側のポンプ室形成凹部５２ｂと第２のダイヤフラム４０Ｂの紙面左側のダイヤフラム部４２ｂとの間に形成されたポンプ室を「第３ポンプ室１２ｃ」といい、第２のヘッド部材５０Ｂの紙面右側のポンプ室形成凹部５２ａと第２のダイヤフラム４０Ｂの紙面右側のダイヤフラム部４２ａとの間に形成されたポンプ室を「第４ポンプ室１２ｄ」というものとする。

第１実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプ１は、駆動モータ６１の回転軸６２を回転させることにより偏心部６５Ａ，６５Ｂを回転させ、これにより各揺動体６４Ａ，６４Ｂにおける第１腕部６８と第２腕部６９とを所定の位相差（第１実施形態では９０°）で揺動させつつ、第１の揺動体６４Ａ及び第２の揺動体６４Ｂを互いに所定の位相差（第１実施形態では１８０°）で揺動させる。これにより、第１のダイヤフラム４０Ａの一対のダイヤフラム部４２ａ，４２ｂ及び第２のダイヤフラム４０Ｂの一対のダイヤフラム部４２ａ，４２ｂという４つのダイヤフラム部が所定の位相差（第１実施形態では９０°）でそれぞれ対応するポンプ室１２ａ～１２ｄに対して進退することとなり、図７（ａ）～図７（ｄ）に示すように、４組のポンプ室１２ａ～１２ｄが９０°の位相差で繰り返し拡張及び収縮される。そして、このような４組のポンプ室１２ａ～１２ｄの拡張及び収縮と吸気弁３６及び排気弁３８との相互作用（整流作用）によって、流体を押し出す動作及び吸い込む動作を交互に連続して行う。

ここで、図７（ａ）は、偏心部６５Ａ，６５Ｂにおける偏心量が最も大きい部位が紙面右側に向けて水平となった状態を基準（０°）として、偏心部６５Ａ，６５Ｂを反時計回りに４５°回転させた状態を示している。この状態においては、第１ポンプ室１２ａが最も収縮され、第３ポンプ室１２ｃが最も拡張されている。図７（ｂ）は、図７（ａ）の状態から回転軸６２を９０°回転させた状態を示しており、この状態では、第２ポンプ室１２ｂが最も収縮され、第４ポンプ室１２ｄが最も拡張されている。図７（ｃ）は、図７（ｂ）の状態から回転軸６２を９０°回転させた状態を示しており、この状態では、第３ポンプ室１２ｃが最も収縮され、第１ポンプ室１２ａが最も拡張されている。図７（ｄ）は、図７（ｃ）の状態から回転軸６２を９０°回転させた状態を示しており、この状態では、第４ポンプ室１２ｄが最も収縮され、第２ポンプ室１２ｂが最も拡張されている。その後、図７（ｄ）の状態から回転軸６２を９０°回転させると図７（ａ）の状態に戻り、以降、図７（ａ）～図７（ｄ）の状態を繰り返すこととなる。

以上のとおり、第１実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプ１では、４組のポンプ室１２ａ～１２ｄが９０°の位相差で拡張及び収縮されるため、吸気側合流空間２８ａにて合流された吸気と、排気側合流空間２８ｂで合流された排気とのいずれにおいても、単相（図８（ａ）参照）又は２相（図８（ｂ）参照）の場合と比較して、４相が合成された脈動の少ない流れを得ることができる（図８（ｃ）参照）。これにより、第１実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプ１によれば、単相又は２相の場合と比較して、脈流を低減させて流量を安定させることが可能となり、また、動作音が低減されるという利点を有する。

特に、第１実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプ１は、上述したとおり、第１のダイヤフラム４０Ａが、同一平面上に２つのダイヤフラム部４２ａ，４２ｂが設けられており、また、第２のダイヤフラム４０Ｂが、同一平面上に２つのダイヤフラム部４２ａ，４２ｂが設けられ、該平面が第１のダイヤフラム４０Ａの平面に対して平行となるよう配されている。このような構成によれば、上下２面の構成でそれぞれが９０°の位相差をもった４相４気筒を２相２気筒ポンプとほぼ同様な少ない部品点数で容易に実現することが可能となる。また、上下２面の構成であることから、ベース部材２０等の構成部品は基本的に上下割可能な形状とすることができ、これにより、プラスチックやダイカスト等の量産手段に適合できるため、生産性が非常に高く、さらに組立性も良いという利点を有する。さらに、一対の揺動体（ヨーク）以外にロッカーアームや直線運動機構等の可動部品を一切必要としないことから、部品点数面及び信頼性の面で非常に優れ、さらに両ダイヤフラム部間の距離を極限まで接近させる配置が可能となるため、小型化が可能となる。

また、気筒数を増やすことでダイヤフラム部４２ａ，４２ｂの個々の面積を反比例的に小さくすることが可能となるため、第１実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプ１によれば、単相又は２相のポンプよりも小型化を図ることが可能となる。

さらに、慣性衝突型の粉塵サンプリング等においては流速が一定であることが求められるため、単相又は２相のポンプでは正確なサンプリングを行うことが困難となるおそれがあるが、第１実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプ１によれば、脈動の少ない流れを得ることが可能であるため、このような流速が一定であることが求められる目的にも使用することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に記載の範囲には限定されない。上記各実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

［第２実施形態］
例えば、上述した第１実施形態では、第１のダイヤフラム４０Ａ及び第２のダイヤフラム４０Ｂが回転軸６２を介して互いに平行となるよう対向して配置され、第１の揺動体６４Ａの偏心部６５Ａ及び第２の揺動体６４Ｂの偏心部６５Ｂが互いに同一の方向に偏心するものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば図９に示す第２実施形態のように、第１のダイヤフラム４０Ａ´及び第２のダイヤフラム４０Ｂ´が同一平面上に位置するよう配置され、第１の揺動体６４Ａの偏心部６５Ａ´及び第２の揺動体６４Ｂの偏心部６５Ｂ´が互いに反対の方向に偏心する構成とすることも可能である。なお、図９では、説明に必要な構成のみを図示しており、例えばベース部材等の構成は図示を省略している。

第２実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプにおいて、駆動モータ６１´は、図９（ａ）に示すように、両端に回転軸６２ａ´，６２ｂ´を有する両軸タイプのモータであり、紙面左側の回転軸６２ａ´には第１の揺動体６４Ａの偏心部６５Ａ´が固定され、紙面右側の回転軸６２ｂ´には第２の揺動体６４Ｂの偏心部６５Ｂ´が固定されている。これら第１の揺動体６４Ａの偏心部６５Ａ´と第２の揺動体６４Ｂの偏心部６５Ｂ´とは、既述のとおり、相互に１８０度の位相差を持つよう反対の方向に固定されている。

また、第１のダイヤフラム４０Ａ´及び第２のダイヤフラム４０Ｂ´は、図９（ｂ）に示すように、紙面奥行き方向に並べて配置されており、これにより、合計４つのダイヤフラム部４２ａ，４２ｂが駆動モータ６１´の上方に同一平面内に配置されている。第１の揺動体６４Ａ及び第２の揺動体６４Ｂは、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、それぞれ第１腕部６８及び第２腕部６９が一対のダイヤフラム部４２ａ，４２ｂに固定され、取付部６６がそれぞれ偏心部６５Ａ´，６５Ｂ´にベアリング６７を介して係合している。

各ダイヤフラム部４２ａ，４２ｂは、弁座部材３０´と共にポンプ室１２´を形成するよう構成されている。弁座部材３０´には、吸気弁３６及び排気弁３８が装着されており、４組のポンプ要素が構成されている。

以上のとおり、第２実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプは、第１実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプ１と同様に、一対のダイヤフラム部４２ａ，４２ｂが相互に９０°の位相差を有し、かつ、第１のダイヤフラム４０Ａ´及び第２のダイヤフラム４０Ｂ´が全体的に１８０°の位相差を有するため、４組のポンプ要素がそれぞれ９０°の位相差で作動する。そして、４組のポンプ要素における吸排気は、ヘッド部材５０´内に設けられた図示しない吸気側合流空間及び排気側合流空間によりそれぞれ合成され、図示しない吸排気ポートに至り脈流の少ないポンプ出力が得られる。

なお、第２実施形態に係る４気筒式ダイヤフラムポンプにおいて、図９では、駆動モータ６１´として両軸タイプのモータを使用し、第１のダイヤフラム４０Ａ´及び第２のダイヤフラム４０Ｂ´を駆動モータ６１´の両端に配置した例を図示したが、これに限定されず、例えば、駆動モータの回転軸を延長し、第１のダイヤフラム４０Ａ´及び第２のダイヤフラム４０Ｂ´を駆動モータから見て一方向に並べて配置する構成とすることも可能である。

また、上述した第１及び第２実施形態において、一対のダイヤフラム部４２ａ，４２ｂが一体に成形されているものとして説明したが、これに限定されず、個々に別々のダイヤフラムとしても良い。また、第２の実施形態においては、４つのダイヤフラム部４２ａ，４２ｂを一体とすることも可能である。

上記のような変形例が本発明の範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１４気筒式ダイヤフラムポンプ、１０ポンプ本体、１２ａ～１２ｄ，１２´ ポンプ室、４０Ａ，４０Ａ´ 第１のダイヤフラム、４０Ｂ，４０Ｂ´ 第２のダイヤフラム、
４２ａ，４２ｂダイヤフラム部、４５ダイヤフラム部の図心、６０駆動機構、６１，６１´ 駆動モータ（駆動源）、６２，６２ａ´，６２ｂ´ 回転軸、６４Ａ第１の揺動体、６４Ｂ第２の揺動体、６５Ａ，６５Ａ´，６５Ｂ，６５Ｂ´ 偏心部、６６取付部、６７ベアリング、６８第１腕部、６９第２腕部、Ｃベアリングの中心、Ｐ図心間距離

Claims

４組のポンプ室を有するポンプ本体と、該４組のポンプ室を所定の位相差で拡張及び収縮させる駆動機構とを備える４気筒式ダイヤフラムポンプであって、
前記ポンプ本体は、
同一平面上に２つのダイヤフラム部が設けられた第１のダイヤフラムと、
同一平面上に２つのダイヤフラム部が設けられ、該平面が前記第１のダイヤフラムの前記平面に対して平行に位置するよう配された第２のダイヤフラムと
を備え、
前記第１のダイヤフラム及び前記第２のダイヤフラムの各ダイヤフラム部は、それぞれ異なるポンプ室の一部を構成しており、
前記駆動機構は、
前記第１のダイヤフラム及び前記第２のダイヤフラムの各平面に対して平行に延びる回転軸を有する駆動源と、
前記第１のダイヤフラムに対応して設けられた第１の揺動体と、
前記第２のダイヤフラムに対応して設けられた第２の揺動体と
を備え、
前記第１のダイヤフラム及び前記第２のダイヤフラムにおける前記２つのダイヤフラム部は、それぞれ、前記回転軸を境として、該回転軸と直交する方向に離間して配されており、
前記第１の揺動体及び前記第２の揺動体は、それぞれ、前記回転軸に対して偏心して取り付けられた偏心部と、該偏心部にベアリングを介して取り付けられた取付部と、該取付部から一方のダイヤフラム部に亘って延びる第１腕部と、該取付部から他方のダイヤフラム部に亘って延びる第２腕部とを備え、
前記第１のダイヤフラム及び前記第２のダイヤフラムは、前記回転軸を介して互いに平行となるよう対向して配置されており、
前記第１の揺動体の前記偏心部及び前記第２の揺動体の前記偏心部は、互いに同一の方向に偏心している
ことを特徴とする４気筒式ダイヤフラムポンプ。
４組のポンプ室を有するポンプ本体と、該４組のポンプ室を所定の位相差で拡張及び収縮させる駆動機構とを備える４気筒式ダイヤフラムポンプであって、
前記ポンプ本体は、
同一平面上に２つのダイヤフラム部が設けられた第１のダイヤフラムと、
同一平面上に２つのダイヤフラム部が設けられ、該平面が前記第１のダイヤフラムの前記平面に対して同一平面上に位置するよう配された第２のダイヤフラムと
を備え、
前記第１のダイヤフラム及び前記第２のダイヤフラムの各ダイヤフラム部は、それぞれ異なるポンプ室の一部を構成しており、
前記駆動機構は、
前記第１のダイヤフラム及び前記第２のダイヤフラムの各平面に対して平行に延びる回転軸を有する駆動源と、
前記第１のダイヤフラムに対応して設けられた第１の揺動体と、
前記第２のダイヤフラムに対応して設けられた第２の揺動体と
を備え、
前記第１のダイヤフラム及び前記第２のダイヤフラムにおける前記２つのダイヤフラム部は、それぞれ、前記回転軸を境として、該回転軸と直交する方向に離間して配されており、
前記第１の揺動体及び前記第２の揺動体は、それぞれ、前記回転軸に対して偏心して取り付けられた偏心部と、該偏心部にベアリングを介して取り付けられた取付部と、該取付部から一方のダイヤフラム部に亘って延びる第１腕部と、該取付部から他方のダイヤフラム部に亘って延びる第２腕部とを備え、
前記第１の揺動体の前記偏心部及び前記第２の揺動体の前記偏心部は、互いに反対の方向に偏心している
ことを特徴とする４気筒式ダイヤフラムポンプ。
前記第１のダイヤフラムの前記平面と直交する方向における、該平面と前記ベアリングの中心との間の距離は、該第１のダイヤフラムの前記２つのダイヤフラム部の図心間距離よりも小さく、
前記第２のダイヤフラムの前記平面と直交する方向における、該平面と前記ベアリングの中心との間の距離は、該第２のダイヤフラムの前記２つのダイヤフラム部の図心間距離よりも小さい
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の４気筒式ダイヤフラムポンプ。
前記第１のダイヤフラムの前記平面と直交する方向における、該平面と前記ベアリングの中心との間の距離は、該第１のダイヤフラムの前記２つのダイヤフラム部の図心間距離の１／２であり、
前記第２のダイヤフラムの前記平面と直交する方向における、該平面と前記ベアリングの中心との間の距離は、該第２のダイヤフラムの前記２つのダイヤフラム部の図心間距離の１／２である
ことを特徴とする請求項３に記載の４気筒式ダイヤフラムポンプ。