JPH0988832A - 可変ストローク型エアーポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ダイヤフラムの往復運動と弁作用によるエアー
ポンプにおいて、ダイヤフラムの往復運動の行程量の無
段連続可変による流量制御を行う可変ストローク型エア
ーポンプを得る。 【解決手段】ポンプ本体に設けられた直線運動機構と、
直線運動機構に取り付けられたモータの回転軸に取り付
けられた偏心体、および一端部が直線運動機構に回動自
在に支持され他端部が偏心体に連設されて一端部の取付
軸を軸として他端部が偏心体により揺動される従動子と
からなる首振機構と、直線運動機構と直角方向で、ポン
プ本体に移動自在に設けられた往復運動体、および往復
運動体の一側に一端が取り付けられ、他端が前記従動子
に連設された連動片、ならびに往復運動体の他側に取り
付けられたダイヤフラムとからなるダイヤフラム作動機
構とからなり、首振機構を含む直線運動機構と、ダイヤ
フラム作動機構とを相対的に移動させて、偏心体の取付
軸と連動片との間隔を適宜変更することにより、モータ
を停止することなく往復運動体のストローク量を無段連
続可変とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤフラムの往復運
動と弁作用によるエアーポンプに関し、特にダイヤフラ
ムの往復運動の行程量の無段連続可変による流量制御を
行う可変ストローク型エアーポンプに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般にダイヤフラム式のエアーポンプと
しては、図５に示されるように、モータ（４０）の回転
軸（４１）に取り付けられたカム（４２）とダイヤフラ
ム（４３）とを伝動バー（４４）等で連結し、カム（４
２）の偏心量（ａ）でダイヤフラム（４３）のストロー
ク量を固定的に設定したもの、あるいは図６に示される
ように、モータ（４５）の回転軸（４６）に取り付けら
れたカム（４７）とダイヤフラム（４８）とをコ状のレ
バー（４９）の両端部に連結し、レバー（４９）の回転
支持軸（５０）の位置をコ状のレバー（４９）に設けら
れた長孔（５１）に沿って変位させることによりダイヤ
フラム（４８）のストローク量を可変としたもの等があ
る。前者の場合、ストローク量が固定されているため、
使用流量に応じた一機一様の機種が用意されるととも
に、その流量調整に際しては絞り弁が用いられるか、直
流モータの回転数を変える方法が用いられている。後者
の場合は、レバー（４９）の回転支持軸（５０）の位置
を変位させることにより流量調整ができるため、汎用性
があるが、流量調整時にはモータ（４５）を停止させ、
ポンプ作動を中止させて回転支持軸（５０）の位置を変
位させることになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術の前者の場合、ポンプ自体での流量の変更が
できないため、使用流量に応じた大中小の多機種のポン
プを用意せねばならず、汎用性にかけ、経済的に不利で
あるとともに、流量の調整には絞り弁を用いるため、使
用流量によっては無用の負荷がダイヤフラムに掛り、そ
れに伴う騒音と振動が増大され、モータに無用な消費電
力が強いられる場合が多い。特に、屋外や個人を対象と
して製作される、電池を電源とする分析用携帯型エアー
サンプリングポンプの設計では、消費電力が最大の関心
事となり、電池の容量が携帯型ポンプの使用可能時間、
大きさ、重量、等を大きく左右することになるので、消
費電力は可及的に少なくすることが重要である。また、
直流モータの回転数を変えて流量を調整する方法におい
ては、低流量領域でのモータに回転数低下によるトルク
の低下のため、吸引圧、吐出圧の低下と脈動の増大が最
大の問題となっている。上記した従来技術の後者の場
合、ポンプ自体での流量の調整は可能であるが、流量の
変更に際しては、一旦ポンプの作動を停止させ、回転支
持軸（４１）の位置を変更せねばならず、連続サンプリ
ング中に状況に応じた流量の変更が行えない課題を有す
る。

【０００４】このほかにも、小型水槽の送気用によく用
いられている振り子式ダイヤフラムポンプがあるが、こ
のポンプにおいては、動力源に磁石の反発力を用いてい
るため、カム等の偏心体を用いるものに比し、圧力特性
および安定性に欠け、大きさや消費電力の点で８時間以
上の使用可能時間が要求される携帯型エアーサンプリン
グポンプ等には適さない難点がある。

【０００５】本発明は、このような従来におけるダイヤ
フラム式エアーポンプにおける問題点を解消し、ポンプ
の流量調整をポンプの使用中にモータを停止させること
なく自由に設定でき、１機種での定流量範囲を増大させ
ることにより機種の削減を図るとともに、モータの回転
数を常に定速回転として低流量領域での脈動の減少と消
費電力の削減を図り、経済的で汎用性のある可変ストロ
ーク型エアーポンプを提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明ではポンプ本体と弁座ブロックとからなる可
変ストローク型エアーポンプにおけるポンプ本体に設け
られた直線運動機構と、直線運動機構におけるベースに
取り付けられたモータと、モータの回転軸に取り付けら
れた偏心体と、一端部が前記ベースに回動自在に支持さ
れ、他端部が前記偏心体に連設されて、一端部の取付軸
を軸として他端部が偏心体によりベースの移動方向と直
交する方向に揺動される従動子とからなる首振機構と、
前記直線運動機構と直角方向で、ポンプ本体に移動自在
に設けられた往復運動体と、往復運動体の一側に一端が
取り付けられ、他端が前記従動子に連設された連動片
と、往復運動体の他側に取り付けられたダイヤフラムと
からなるダイヤフラム作動機構とからなり、首振機構を
含む直線運動機構と、ダイヤフラム作動機構とを相対的
に移動させて、偏心体の取付軸と連動片との間隔を適宜
変更することにより、モータを停止することなく往復運
動体のストローク量を無段連続可変としたことを特徴と
している。

【０００７】ここで直線運動機構としては、ポンプ本体
に設けられたガイドレールと、ボールベアリングを介し
てガイドレールに沿ってスライドするベースと、ポンプ
本体に設けられ、べースに連結された送りねじを有する
ステッピングモータとからなるものを用い、首振機構の
従動子が、その一端部に取付孔が穿設され、他端部に嵌
入孔が穿設されるとともに、取付孔と嵌入孔に亘ってカ
ム溝が鑿設された従動子であり、その取付孔には一端部
がベースに固定された取付軸の多側部が、ボールベアリ
ングを介して回動自在に支持されており、嵌入孔内には
偏心体が回動自在に嵌入されてなるものを用いるとよ
い。、また、ダイヤフラム作動機構の往復運動体が、ポ
ンプ本体に設けられたガイドレールにボールベアリング
を介して移動自在に設けられることが好ましい。ダイヤ
フラム作動機構の往復運動体に取り付けられた連動片
が、往復運動体に一端が固定され、他端外周にボールベ
アリングを介して回転リングが設けられた連動片であ
り、かつこの回転リング部分が首振機構の従動子のカム
溝内に嵌合されたものが用いられるとよい。

【０００８】さらに、首振機構を含む直線運動機構と、
ダイヤフラム作動機構とを相対的に移動させる移動範囲
を、少なくとも首振機構の従動子の取付軸の軸心とダイ
ヤフラム作動機構の往復運動体に取り付けられた連動片
の取付軸の軸心とが同一軸線上にある位置から、偏心体
が取り付けられたモータの回転軸と連動片の取付軸とが
同一軸線上に至る位置まで移動させることにより、往復
運動体のストロークを０から偏心体の偏心量と１対１の
関係になる範囲とすることが好ましい。

【０００９】

【作用】モータを回転させるとその軸に取り付けられた
偏心体が回転させられ、この偏心体の回転により首振機
構の従動子が揺動される。この従動子の揺動にともな
い、ダイヤフラム作動機構の往復運動体が連動片を介し
て往復動され、ダイヤフラムを作動する。直線運動機構
により、連動片とモータの回転軸とが一致した位置か
ら、連動片と首振機構の従動子の取り付け軸とが一致す
る位置まで、ベースを直線運動させると、モータの回転
状態のまま往復運動体のストローク量を０から偏心体の
偏心量と１対１の比率になるまで無段階的に連続的に調
整される。

【００１０】

【実施例】以下別紙図面について本発明に係る可変スト
ローク型エアーポンプの実施例を説明する。図１は本発
明に係る可変ストローク型エアーポンプの断面図、図２
は往復運動体としてのダイヤフラム作動杆が０ストロー
クを示すときのダイヤフラム作動杆と首振機構との関係
位置を示す一部を断面とした可変ストローク型エアーポ
ンプの正面図、図３はダイヤフラム作動杆が偏心体の偏
心量と１対１の関係にあるストロークを示すときのダイ
ヤフラム作動杆と首振機構との関係位置を示す一部を断
面とした可変ストローク型エアーポンプの正面図、図４
のイ、ロは従動子の正面図と平面図である。

【００１１】ポンプ本体（１）と弁座ブロック（２）と
からなる可変ストローク型エアーポンプ（Ａ）における
両者（１、２）の下部境界には、ダイヤフラム（３）が
取り付けられるとともに、このダイヤフラム（３）が取
り付けられた弁座ブロック（２）の弁室（４）には吸気
口（５）と排気口（６）とがそれぞれ一方向弁（７、
８）を介して設けられている。これら一方向弁（７、
８）の背面の弁座ブロック（２）には、それぞれ吸気室
（９）および排気室（１０）が形成されており、各室
（９、１０）にはそれぞれインレット（１１）およびア
ウトレット（１２）が連設されている。

【００１２】ポンプ本体（１）の中央部には直線運動機
構（１３〜１６）のガイドレール（１３）が取り付けら
れており、このガイドレール（１３）にはボールベアリ
ング（１４）を介してスライダー（１５）が移動自在に
支持されている。スライダー（１５）にはベース（１
６）の下側が固定されおり、このベース（１６）には回
転軸（１７）を下方にしてモータ（１８）が取り付けら
れている。ベース（１６）の上側にはポンプ本体（１）
に固定されたステッピングモータ（１９）に取り付けら
れた送りねじ（２０）が連結されており、このステッピ
ングモータ（１９）の回動によりベース（１６）をスラ
イダー（１５）を介してガイドレール（１３）に沿って
移動させる。

【００１３】直線運動機構（１３〜１６）におけるベー
ス（１６）の下面には、首振機構（１７〜２７）が取り
付けられる。この首振機構（１７〜２７）は、直線運動
機構（１３〜１６）におけるモータ（１８）の回転軸
（１７）に取り付けられた偏心体としてのカム（２１）
と、このカム（２１）により揺動される従動子（２２）
とからなる。この従動子（２２）はその一端部に取付孔
（２３）を有し、他端部に上記カム（２１）を嵌合する
嵌入孔（２４）が穿設されるとともに、これら取付孔
（２３）と嵌入孔（２４）とに亘った下面に、カム溝
（２５）が鑿設されている。従動子（２２）は、その取
付孔（２３）の上側部分でボールベアリング（２６）を
介して取付軸（２７）によりベース（１６）に対して回
動自在に取り付けられるとともに、嵌入孔（２４）の上
側には上記カム（２１）が嵌入される。ここでカム溝
（２５）の長さとしては、後述のダイアフラム作動機構
における連動片の軸心が、直線運動機構のモータ（１
８）の軸心と一致する位置から、従動子（２２）の取付
軸（２７）の軸心と一致する位置まで移動可能な範囲に
亘って形成されたものが用いられている。

【００１４】首振機構（１７〜２７）下側のポンプ本体
（１）には、直線運動機構（１３〜１６）におけるガイ
ドレール（１３）と直交する方向にダイアフラム作動機
構（２８〜３３）が取り付けられる。このダイアフラム
作動機構（２８〜３３）は、上記ガイドレール（１３）
と直交して往復運動体としてのダイヤフラム作動杆（２
８）を案内するガイドレール（２９）が取り付けられ
る。ダイヤフラム作動杆（２８）はこのガイドレール
（２９）にボールベアリング（３０）を介して移動自在
に取り付けられるとともに、その先端はダイヤフラム取
付具（３１）を介してダイヤフラム（３）に取り付けら
れている。ダイヤフラム作動杆（２８）の後方上側には
連動片（３２）が固定されており、その上端部は上記首
振機構（１７〜２７）における従動子（２２）のカム溝
（２５）内に嵌入されている。連動片（３２）の上端部
としては、ボウルベアリング（図示せず）を介して回転
リング（３３）が取り付けられ、その回転リング部分が
従動子（２２）のカム溝（２５）内に嵌入されているも
のが用いられる。

【００１５】このように構成された可変ストローク型エ
アーポンプの使用に際しては、ダイヤフラム（３）の作
動が所望の吸・排気量となるように、ダイヤフラム作動
杆（２８）のストローク量を定め、このストローク量に
応じて連動片（３２）のカム溝（２５）内の位置を定め
る。すなわち、首振機構（１７〜２７）の従動子（２
２）の取付軸（２７）と、ダイヤフラム作動機構（２８
〜３３）のダイヤフラム作動杆（２８）に取り付けられ
た連動片（３２）の取付軸とが同一軸線上にある位置か
ら、カム（２１）が取り付けられたモータ（１８）の回
転軸（１７）と連動片（３２）の取付軸とが同一軸線上
に至る位置までの範囲内において、ベース（１６）をガ
イドレール（１３）に沿ってステッピングモータ（１
９）により移動させる。この実施例の場合は、ダイヤフ
ラム作動杆（２８）のストロークは０からカム（２１）
の偏心量と１対１の関係になる範囲内に定められる。

【００１６】このようにして吸・排気量が設定された
ら、モータ（１８）を作動させる。モータ（１８）が回
転すると、その回転軸（１７）に取り付けられたカム
（２１）の回転により、従動子（２２）がその取付軸
（２７）を軸として先端部分が揺動され、従動子（２
２）のカム溝（２５）内に嵌合されている連動片（３
２）が定められたストローク量だけダイヤフラム作動杆
（２８）をガイドレール（２９）に沿って往復動させ
る。ダイヤフラム作動杆（２８）の往復動に伴い、その
先端に取り付けられたダイヤフラム（３）が作動させら
れるから、インレット（１１）から吸気室（９）、吸気
口（５）、一方の一方向弁（７）を通って弁室（４）内
にエアーが吸入され、この弁室（４）内に吸入されたエ
アーは、他方の一方向弁、排気口（６）、排気室（１
０）を通ってアウトレット（１２）から排気される。こ
の実施例では、ダイヤフラム作動杆（２８）のストロー
クの最大量を、カム（２１）の偏心量と１対１になるよ
うに定めたが、これはベース（１６）の移動可能範囲
と、従動子（２２）のカム溝（２５）の長さにより適宜
定められることは自明である。

【００１７】また首振り機構を含む直線運動機構の移動
距離は、カム（２１）の偏心量の１０倍以上を選ぶこと
により、流量の微調整が著しく向上する。さらに、首振
り機構を含む直線運動機構の移動手段も自動に限らず使
用目的に応じて手動とすることも勿論自由である。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、上記構成よりなり、使用され
るものであるため、つぎのような諸効果を有する。使用
流量および圧力に応じたダイヤフラム作動杆の最適なス
トロークが、ポンプの使用中でもモータを停止させるこ
となく無段かつ連続的に、しかもゼロから所望値まで、
または所望値から所望値まで変更させることができる。
流量センサーを併用すればダイヤフラム作動杆のストロ
ークの自動コントロールが可能となるから、一機種での
定流量範囲を増大させることになって汎用性に富み、多
機種のポンプを備える必要がなく、それだけ使用機種の
削減を図ることができるので、経済的である。ダイヤフ
ラム作動杆のストロークの自動コントロールをプログラ
ム化することにより、人工心肺で代表される種々の呼気
パターンを一台のポンプで作ることができて、実験研究
上有益である。モータの回転数を低流量領域でも高流量
領域と同じ定速回転を維持するものであるため、低流量
領域での脈動が減少するとともに、首振機構内での従動
子に梃子の原理が働くため、消費電力の削減を図ること
ができて、携帯型のエアーサンプリングポンプ等の設計
上きわめて有利である。首振機構の従動子の取付軸の中
心とダイヤフラム作動機構の連動片の中心、すなわち従
動子の取付軸の取付孔の穿孔時にカム溝の基点を同時に
加工できるので、ダイヤフラム作動機構のゼロ位置が自
動的に決定され、２部材の基準点を整合させるときのよ
うな精密加工によらなくても通常の加工精度で十分対応
でき、加工が容易でコストダウンに役立つ利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る可変ストローク型エアーポンプの
実施例を示す要部を断面とした正面図である。

【図２】図１における往復運動体としてのダイヤフラム
作動杆が０ストロークを示すときのダイヤフラム作動杆
と首振機構との関係位置を示す一部を断面とした正面図
である。

【図３】図１におけるダイヤフラム作動杆が偏心体の偏
心量と１対１の関係にあるストロークを示すときのダイ
ヤフラム作動杆と首振機構との関係位置を示す一部を断
面とした正面図である。

【図４】イ、ロは図１における従動子の正面図と底面図
である。

【図５】従来のダイヤフラムを用いたエアーポンプの一
例を示す説明図である。

【図６】従来のダイヤフラムを用いたエアーポンプの他
の例を示す説明図である。

【符号の説明】

１：ポンプ本体 ２：弁座ブロック ３：ダイヤフラム １３：ガイドレール １４：ボールベアリング １５：スライダー １６：ベース １７：回転軸 １８：モータ １９：ステッピングモータ ２０：送りねじ ２１：カム（偏心体） ２２：従動子 ２３：取付孔 ２４：嵌入孔 ２５：カム溝 ２６：ボールベアリング ２７：取付軸 ２８：ダイヤフラム作動杆（往復運動体） ２９：ガイドレール ３０：ボールベアリング ３１：ダイヤフラム取付具 ３２：連動片 ３３：回転リング

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプ本体（１）と弁座ブロック（２）と
   からなる可変ストローク型エアーポンプにおけるポンプ
   本体（１）に設けられた直線運動機構（１３〜１６）
   と、直線運動機構（１３〜１６）におけるベース（１
   ６）に取り付けられたモータ（１８）と、モータ（１
   ８）の回転軸（１７）に取り付けられた偏心体（２１）
   と、一端部が前記ベース（１６）に回動自在に支持さ
   れ、他端部が前記偏心体（２１）に連設されて、一端部
   の取付軸（２７）を軸として他端部が偏心体（２１）に
   よりベース（１６）の移動方向と直交する方向に揺動さ
   れる従動子（２２）とからなる首振機構（１７〜２７）
   と、前記直線運動機構（１３〜１６）と直角方向で、ポ
   ンプ本体（１）に移動自在に設けられた往復運動体（２
   ８）と、往復運動体（２８）の一側に一端が取り付けら
   れ、他端が前記従動子（２２）に連設された連動片（３
   ２）と、往復運動体（２８）の他側に取り付けられたダ
   イヤフラム（３）とからなるダイヤフラム作動機構（２
   ８〜３３）とからなり、首振機構（１７〜２７）を含む
   直線運動機構（１３〜１６）と、ダイヤフラム作動機構
   （２８〜３３）とを相対的に移動させて、偏心体（２
   １）の取付軸（２７）と連動片（３２）との間隔を適宜
   変更することにより、モータ（１８）を停止することな
   く往復運動体（２８）のストローク量を無段連続可変と
   したことを特徴とする可変ストローク型エアーポンプ。
2. 【請求項２】直線運動機構（１３〜１６）が、ポンプ本
   体（１）に設けられたガイドレール（１３）と、ボール
   ベアリング（１４）を介してガイドレール（１３）に沿
   ってスライドするベース（１６）と、ポンプ本体（１）
   に設けられ、べース（１６）に連結された送りねじ（２
   ０）を有するステッピングモータ（１９）とからなる請
   求項１記載の可変ストローク型エアーポンプ。
3. 【請求項３】首振機構（１７〜２７）の従動子（２２）
   が、その一端部に取付孔（２３）が穿設され、他端部に
   嵌入孔（２４）が穿設されるとともに、取付孔（２３）
   と嵌入孔（２４）に亘ってカム溝（２５）が鑿設された
   従動子（２２）であり、その取付孔（２３）には一端部
   がベース（１６）に固定された取付軸（２７）の多側部
   が、ボールベアリング（２６）を介して回動自在に支持
   されており、嵌入孔（２４）内には偏心体（２１）が回
   動自在に嵌入されてなる請求項１および請求項２いずれ
   かに記載の可変ストローク型エアーポンプ。
4. 【請求項４】ダイヤフラム作動機構（２８〜３３）の往
   復運動体（２８）が、ポンプ本体（１）に設けられたガ
   イドレール（２９）にボールベアリング（３０）を介し
   て移動自在に設けられた請求項１乃至請求項３いずれか
   に記載の可変ストローク型エアーポンプ。
5. 【請求項５】ダイヤフラム作動機構（２８〜３３）の往
   復運動体（２８）に取り付けられた連動片（３２）が、
   往復運動体（２８）に一端が固定され、他端外周にボー
   ルベアリングを介して回転リング（３３）が設けられた
   連動片（３２）であり、かつこの回転リング（３３）部
   分が首振機構（１７〜２７）の従動子（２２）のカム溝
   （２５）内に嵌合された請求項３および請求項４いずれ
   かに記載の可変ストローク型エアーポンプ。
6. 【請求項６】首振機構（１７〜２７）を含む直線運動機
   構（１３〜１６）と、ダイヤフラム作動機構（２８〜３
   ３）とを相対的に移動させる移動範囲を、少なくとも首
   振機構（１７〜２７）の従動子（２２）の取付軸（２
   ７）の軸心とダイヤフラム作動機構（２８〜３３）の往
   復運動体（２８）に取り付けられた連動片（３２）の取
   付軸の軸心とが同一軸線上にある位置から、偏心体（２
   １）が取り付けられたモータ（１８）の回転軸（１７）
   と連動片（３２）の取付軸とが同一軸線上に至る位置ま
   で移動させることにより、往復運動体（２８）のストロ
   ークを０から偏心体（２１）の偏心量と１対１の関係に
   なる範囲とした請求項１乃至請求項５いずれかに記載の
   可変ストローク型エアーポンプ。