JP2009236256A - ダイヤフラムシリンダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤフラムに不必要な変形が起こることを防止して、ポンプ装置あるいはアクチュエータとしての動作特性を向上することのできるダイヤフラムシリンダ装置を提供すること。
【解決手段】ダイヤフラムポンプ装置１００では、ダイヤフラム７において外周側被保持部７１と変形自在部７３との間に位置する外周側環状部分７２に対しては、外周側環状部分７２の変形を抑制する外周側変形抑制部１２５がチャンバ８０内に配置され、ダイヤフラム７において内周側被保持部７５と変形自在部７３との間に位置する内周側環状部分７４に対しては、内周側環状部分７４の変形を抑制する内周側変形抑制部６２５がチャンバ８０内に配置されている。このため、ピストン６が変位した際にダイヤフラム７の外周側環状部分７２および内周側環状部分７４が不必要に変形することがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、いわゆるローリングダイヤフラムを用いたダイヤフラムシリンダ装置に関するものである。

各種のシリンダ装置のうち、ローリングダイヤフラムを用いたダイヤフラムシリンダ装置は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、固定体１０に形成されたシリンダ室８と、このシリンダ室８内に配置されたピストン６と、シリンダ室８側およびピストン６側に外周側および内周側が各々固定されたダイヤフラム７とを有しており、ダイヤフラム７により、シリンダ室８内に、流体が流出入するチャンバ８０を区画している（特許文献１、２、３、４参照）。

このように構成したシリンダ装置では、ダイヤフラム７の半径方向の中央部分は変形自在部７３になっており、ピストンの変位に連動して、断面Ｕ字状の折り返し部分７９が移動するようにダイヤフラム７が変形し、チャンバ８０の内容積が変化する。その間、ダイヤフラム７において、固定体１０に保持された外周側被保持部７１と変形自在部７３との間に位置する外周側環状部分７２、およびピストン６側に保持された内周側被保持部７５と変形自在部７３との間に位置する内周側環状部分７４は各々、ピストン６の変位にかかわらず変形しない非変形部になっていれば、チャンバ８０の内容積とピストン６の位置との間にリニアリティが確保される(特許文献１〜３参照)。

このようなダイヤフラムシリンダ装置は、ピストン６を駆動して、ピストン６を軸線方向に変位させると、チャンバ８０の容積が変化し、チャンバ８０内での流体の流出入が行なわれるので、ポンプ装置として用いることができる。また、チャンバ８０内で流体の流出入を行なわせると、ピストン６が軸線方向に変位するため、かかる変位を外部に出力されれば、アクチュエータとして用いることができる。
実開昭６３−２２４０３号公報 特開２００１−９９１０９号公報 特開２００５−２３７６３７号公報

このように構成したダイヤフラムシリンダ装置では、チャンバ８０内で流体の流出入を行なった際、あるいはピストン６を駆動した際、外周側環状部分７２および内周側環状部分７４も変形してしまい、チャンバ８０の内容積とピストン６の位置との間のリニアリティが低下し、アクチュエータとしての動作特性、およびポンプ装置としての動作特性が低下するという問題点がある。また、ダイヤフラム７に不自然な変形が起こると、短期間のうちに劣化するという問題点がある。

特に、ダイヤフラムシリンダ装置をポンプ装置として用いた場合、ピストン６が下死点側に向けて変位すると、チャンバ８０内が負圧になるので、図５（ｂ）に一点鎖線で示すように、チャンバ８０内の負圧によって外周側環状部分７２または／および内周側環状部分７４が変形することがあり、このような事態が発生すると、チャンバ８０の内容積とピストン６の位置との間のリニアリティが崩れ、ポンプ装置の吐出精度が低下するなどの問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、ダイヤフラムに不必要な変形が起こることを防止して、ポンプ装置あるいはアクチュエータとしての動作特性を向上することのできるダイヤフラムシリンダ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、固定体において軸線方向に延在するシリンダ室と、該シリンダ室内に配置されたピストンと、前記固定部材側および前記ピストン側に外周側および内周側が各々固定され、前記シリンダ室内に流体が流出入するチャンバを区画するダイヤフラムとを有し、前記チャンバの内容積を縮小させる上死点方向および前記チャンバの内容積を拡張させる下死点方向への前記ピストンの変位と、前記チャンバ内での流体の流出入とが連動するダイヤフラムシリンダ装置において、前記ダイヤフラムは、前記固定体側に保持された外周側被保持部と、前記ピストン側に保持された内周側被保持部と、前記外周側被保持部と前記内周側被保持部との間において前記ピストンの変位により断面Ｕ字状の折り返し部分が移動して前記チャンバの内容積を変化させる変形自在部とを備え、前記固定体は、前記ダイヤフラムにおいて前記外周側被保持部と前記変形自在部との間に位置する外周側環状部分を前記チャンバ内において当該外周側環状部分より内周側で支持して、前記ピストンが変位する際の前記外周側環状部分の変形を抑制する外周側変形抑制部を備え、前記ピストンは、前記ダイヤフラムにおいて前記内周側被保持部と前記変形自在部との間に位置する内周側環状部分を前記チャンバ内において当該内周側環状部分より外周側で支持して、前記ピストンが変位する際の前記内周側環状部分の変形を抑制する内周側変形抑制部を備えていることを特徴とする。

本発明では、ダイヤフラムにおいて外周側被保持部と変形自在部との間に位置する外周側環状部分に対しては、当該外周側環状部分の変形を抑制する外周側変形抑制部が構成され、ダイヤフラムにおいて内周側被保持部と変形自在部との間に位置する内周側環状部分に対しては、当該内周側環状部分の変形を抑制する内周側変形抑制部が構成されているため、ピストンが変位した際にダイヤフラムの外周側環状部分および内周側環状部分が不必要に変形することがない。特に、本発明を適用したダイヤフラムシリンダ装置を、前記ピストンの前記軸線方向の変位に基づいて前記チャンバ内での流体の流出入が行なわれるダイヤフラムポンプ装置として構成した場合、ピストンが下死点側に向けて変位してチャンバ内が負圧になったときでも、チャンバ内の負圧によって外周側環状部分および内周側環状部分が変形することを抑制できる。

本発明において、前記外周側変形抑制部は、前記チャンバ内で前記上死点側から前記下死点側に向けて延在して前記ピストンが前記上死点に到達した際に前記折り返し部分が位置する箇所近傍に当該外周側変形抑制部の下死点側端部が位置し、前記内周側変形抑制部は、前記チャンバ内で前記上死点側から前記下死点側に向けて延在して前記ピストンが前記下死点に到達した際に前記折り返し部分が位置する箇所近傍に当該内周側変形抑制部の下死点側端部が位置していることが好ましい。このように構成すると、ピストンのストロークの全域にわたって、ダイヤフラムの不必要な変形を防止することができる。

本発明において、前記外周側変形抑制部の下死点側端部と前記外周側環状部分との間には、当該下死点側端部の先端側に向かって幅寸法が連続的に拡大する隙間が空いており、前記内周側変形抑制部の下死点側端部と前記内周側環状部分との間には、当該下死点側端部の先端側に向かって幅寸法が連続的に拡大する隙間が空いていることが好ましい。このように構成すると、外周側変形抑制部の端部や内周側変形抑制部の端部に向けてダイヤフラムが変形するようなことがあっても、外周側変形抑制部の端部や内周側変形抑制部の端部にダイヤフラムが接触することがなく、たとえ、外周側変形抑制部の端部や、内周側変形抑制部の端部にダイヤフラムが接触することがあっても、ダイヤフラムに無理な変形が起こらない。それ故、ダイヤフラムが劣化、損傷することを防止することができるので、ダイヤフラムシリンダ装置の信頼性を高めることができる。

本発明において、前記固定体は、前記外周側被保持部に対して前記下死点側に位置する第１固定側部材と、前記外周側被保持部に対して前記上死点側に位置し、前記第１固定側部材との間に前記外周側被保持部を挟持する第２固定側部材とを備え、前記第１固定側部材は、前記外周側被保持部に対する挟持部分より内周側に前記軸線方向に延在するシリンダ周壁を備え、前記外周側変形抑制部は、前記第２固定側部材において前記シリンダ周壁より内周側で当該シリンダ周壁との間に前記外周側環状部分を挟むように前記軸線方向に延在し、前記ピストンは、前記内周側被保持部に対して前記下死点側に位置する第１ピストン側部材と、前記内周側被保持部に対して前記上死点側に位置し、前記第１ピストン側部材との間に前記内周側被保持部を挟持する第２ピストン側部材とを備え、前記第１ピストン側部材は、前記内周側被保持部に対する挟持部分より外周側で前記軸線方向に延在するピストン周壁を備え、前記内周側変形抑制部は、前記第２ピストン側部材において前記ピストン周壁より外周側で当該ピストン周壁との間に前記内周側環状部分を挟むように前記軸線方向に延在していることが好ましい。このように構成すると、固定体側では、ダイヤフラムの外周側被保持部を固定するのに用いた第２固定側部材の一部によって外周側変形抑制部を構成できる。また、ピストン側ではダイヤフラムの内周側被保持部を固定するのに用いた第２ピストン側部材の一部によって内周側変形抑制部を構成できる。従って、ダイヤフラムの不必要な変形を防止するにあたって、部品を追加する必要がないので、コストの増大を防止することができる。また、固定体やピストンの構成を簡素化できる分、チャンバ内での死容積の増大などを防止することができる。

本発明において、前記第１固定側部材では、前記外周側被保持部に対する挟持部分は前記軸線方向に対して直交する面方向に形成されているとともに、当該挟持部分と前記シリンダ周壁とは湾曲面を介して連接しており、前記第２固定側部材において、前記外周側被保持部に対する挟持部分は前記軸線方向に対して直交する面方向に形成されているとともに、当該挟持部分と前記外周側変形抑制部とは湾曲面を介して連接しており、前記第１ピストン側部材において、前記内周側被保持部に対する挟持部分は前記軸線方向に対して直交する面方向に形成されているとともに、当該挟持部分と前記ピストン周壁とは湾曲面を介して連接しており、前記第２ピストン側部材において、前記内周側被保持部に対する挟持部分は前記軸線方向に対して直交する面方向に形成されているとともに、当該挟持部分と前記内周側変形抑制部とは湾曲面を介して連接していることが好ましい。このように構成すると、ダイヤフラムにおいて第１固定側部材および第２固定側部材によって挟まれた部分、およびダイヤフラムにおいて第１ピストン側部材および第２ピストン側部材によって挟まれた部分には、大きな応力がダイヤフラムの局部に集中して加わることがない。それ故、ダイヤフラムが劣化、損傷することを防止することができるので、ダイヤフラムシリンダ装置の信頼性を高めることができる。

本発明において、前記外周側変形抑制部の下死点側端部において外周側の縁部分は、角がないＲ形状になっており、前記内周側変形抑制部の下死点側端部において内周側の縁部分は、角がないＲ形状になっていることが好ましい。このように構成すると、外周側変形抑制部の端部や、内周側変形抑制部の端部にダイヤフラムが接触することがあっても、ダイヤフラムに無理な変形が起こらない。それ故、ダイヤフラムが劣化、損傷することを防止することができるので、ダイヤフラムシリンダ装置の信頼性を高めることができる。

本発明は、ダイヤフラムシリンダ装置を、前記ピストンの前記軸線方向の変位に基づいて前記チャンバ内での流体の流出入が行なわれるポンプ装置として構成した場合に適用すると、特に効果的である。

本発明は、ダイヤフラムシリンダ装置を、前記チャンバ内での流体の流出入に基づいて前記ピストンの前記軸線方向の変位が外部に出力されるアクチュエータとして構成されている場合に適用してもよい。

本発明では、ダイヤフラムにおいて外周側被保持部と変形自在部との間に位置する外周側環状部分に対しては、当該外周側環状部分の変形を抑制する外周側変形抑制部が構成され、ダイヤフラムにおいて内周側被保持部と変形自在部との間に位置する内周側環状部分に対しては、当該内周側環状部分の変形を抑制する内周側変形抑制部が構成されているため、ピストンが変位した際にダイヤフラムの外周側被保持部および内周側被保持部が不必要に変形することがない。従って、チャンバの内容積とピストンの位置との間にリニアリティが確保されているので、アクチュエータとしての動作特性、およびポンプ装置としての動作特性を向上することができる。特に、本発明を適用したダイヤフラムシリンダ装置を、前記ピストンの前記軸線方向の変位に基づいて前記チャンバ内での流体の流出入が行なわれるダイヤフラムポンプ装置として構成した場合、ピストンが下死点側に向けて変位してチャンバ内が負圧になったときでも、チャンバ内の負圧によって外周側環状部分および内周側環状部分が変形することがないので、チャンバの内容積とピストンの位置との間のリニアリティを確実に確保できる。それ故、本発明を適用したダイヤフラムポンプ装置では、吐出精度が高い。また、本発明を適用したダイヤフラムシリンダ装置を、ミキング用のダイヤフラムポンプ装置として用いた場合、高い精度で混合を行なうことができる。また、ダイヤフラムの不自然な変形が発生しないので、ダイヤフラムの劣化を抑制することができる。

図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下、本発明を適用したダイヤフラムシリンダ装置をダイヤフラムポンプ装置として構成した例を実施の形態１として説明し、本発明を適用したダイヤフラムシリンダ装置をアクチュエータとして構成した例を実施の形態２として説明する。

［実施の形態１］
（全体構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用したダイヤフラムポンプ装置の縦断面図であり、図１（ａ）には、ピストンが上死点にある状態を示し、図１（ｂ）にはピストンが下死点にある状態を示してある。

図１（ａ）において、本形態のダイヤフラムポンプ装置１００（ダイヤフラムシリンダ装置）は、液体を吸入および吐出するポンプ装置であり、固定体１０において軸線方向に延在するシリンダ室８と、このシリンダ室８内に配置されたピストン６と、固定体１０側およびピストン６側に外周側および内周側が各々固定されたダイヤフラム７とを有している。ダイヤフラム７は、シリンダ室８内において流体が流出入するチャンバ８０を区画形成している。また、ダイヤフラムポンプ装置１００には、ピストン６をシリンダ室８の軸線方向に駆動する駆動装置５が構成されており、駆動装置５は、ピストン６を、図１（ａ）に示すように、チャンバ８０の内容積を縮小させる上死点と、図１（ｂ）に示すように、内容積を拡張させる下死点との間で往復駆動する。

本形態において、固定体１０は、下死点側から上死点側に向かって、ベース１３、第１固定側部材１１、第２固定側部材１２、シール用のパッキン１４、中間プレート１５、流路構成板１６、シール用のシート１７、およびカバー１８がこの順に重ねて配置されており、これらも部材はネジ１９などによって固定されている。

第１固定側部材１１、第２固定側部材１２、シール用のパッキン１４、および中間プレート１５の各々には、互いに重なる位置に円形の穴が形成されており、これらの穴によって円柱状空間からなるシリンダ室８が構成されている。かかるシリンダ室８において、ダイヤフラム７で区画された２つの空間のうち、上死点側に位置する空間がチャンバ８０である。本形態において、チャンバ８０は、例えば直径７．６ｍｍ程度に形成され、この場合、ピストン６の外径寸法は約７．０ｍｍに設定される。

流路構成板１６には、流路を構成する開口部が所定パターンに形成されており、かかる開口部のうち、流体の流入口１６１および流出口１６２がチャンバ８０において開口している。また、ベース１３と第１固定側部材１１との間には、駆動装置５が構成されている。

（駆動装置の構成）
駆動装置５は、環状のステータ２０と、このステータ２０の内側に同軸状に配置された回転体３と、この回転体３の内側に同軸状に配置されたピストン６と、回転体３の回転をピストン６を軸線方向に移動させる力に変換してピストン６に伝達する変換機構４０とを備えている。駆動装置５において、ステータ２０は、ボビン２１に巻回されたコイル２２、およびコイル２２を覆うように配置された２枚のヨーク２３からなるユニットが軸線方向に２段に積層された構造になっている。この状態で、上下２段のいずれのユニットにおいても、２枚のヨークの内周縁から軸線方向に突き出た極歯が周方向に交互に並んだ状態となる。

回転体３は、上方に開口するカップ状部材３０と、このカップ状部材３０の円筒状の胴部３１の外周面に固着された環状のロータマグネット５０とを備えている。カップ状部材３０の底壁３３の中央には、ベース１３から起立する支軸１３０が嵌る円筒状の軸受部３５が形成されており、カップ状部材３０は、支軸１３０を中心に回転可能な状態で固定体１０に支持されている。なお、支軸１３０の上端部には、カップ状部材３０の抜けを防止する止め輪やスラスト板などが固着されている。回転体３において、ロータマグネット５０の外周面は、ステータ２０の内周面に沿って周方向に並ぶ極歯に対向している。ロータマグネット５０の外周面では、Ｓ極とＮ極が周方向に交互に並んでおり、ステータ２０とカップ状部材３０とはステッピングモータを構成している。

本形態において、ピストン６は、下死点側に位置するハット状の第１ピストン側部材６１と、この第１ピストン側部材６１に対して上死点側に位置する第２ピストン側部材６２とを備えており、第１ピストン側部材６１の内部に止められたネジ６４により、第１ピストン側部材６１と第２ピストン側部材６２とが締結され、第１ピストン側部材６１と第２ピストン側部材６２の間にダイヤフラム７の内周側被保持部７５が挟持されている。第１ピストン側部材６１は、円環状の底壁部分６１１と、底壁部分６１１の中央から軸線方向の上死点側に向けて突出する内周側円筒部６１２と、底壁部分６１１の外周部分から軸線方向の上死点側に向けて突出する外周側円筒部６１３とを備えている。

本形態では、回転体３の回転によってピストン６を軸線方向で往復移動させるための変換機構４０を構成するにあたって、まず、カップ状部材３０の胴部３１の内周面には、周方向に離間する複数箇所に雌ネジ３７を形成する一方、第１ピストン側部材６１の外周側円筒部６１３の外周面には、カップ状部材３０の雌ネジ３７に係合して伝達機構を構成する雄ネジ６７が形成されている。従って、雄ネジ６７と雌ネジ３７とが噛みあうようにカップ状部材３０の内側に第１ピストン側部材６１を配置すれば、ピストン６はカップ状部材３０の内側に支持された状態となる。また、ピストン６の底壁６１１には、周方向に複数の貫通穴６１６が形成されている一方、固定体１０に用いた第１固定側部材１１からは貫通穴６１６に嵌る突起１１６が形成されていることにより、供回り防止機構が構成されている。すなわち、カップ状部材３０が回転した際、ピストン６は、突起１１６と貫通穴６１６からなる供回り防止機構によって回転が阻止されているので、カップ状部材３０の回転は、その雌ネジ３７およびピストン６の雄ネジ６７からなる伝達機構を介してピストン６に伝達される結果、ピストン６は、回転体３の回転方向に応じて軸線方向の一方側および他方側に直線移動することになる。

（ダイヤフラムおよびその周辺の概略構成）
ダイヤフラム７は、円形の薄いゴム製シートからなり、固定体１０において第１固定側部材１１と第２固定側部材１２との間に挟持された環状の外周側被保持部７１と、ピストン６側に保持された内周側被保持部７５と、外周側被保持部７１と内周側被保持部７５との間においてピストン６の変位により断面Ｕ字状の折り返し部分７９が移動してチャンバ８０の内容積を変化させる環状の変形自在部７３とを備えている。かかるダイヤフラム７において、外周側被保持部７１の分厚い部分を除く略全体が約０．２５ｍｍの厚さになっている。

固定体１０において、第１固定側部材１１および第２固定側部材１２は、ダイヤフラム７の外周側被保持部７１を保持するにあたって、ピストン６の軸線方向に対して直交する平面内に挟持面１１８、１２８を備えており、挟持面１１８には、ダイヤフラム７の外周側被保持部７１において肉厚になっている環状部分が嵌る周溝が形成されている。このようにして、ダイヤフラム７の外周側被保持部７１は固定体１０に対して密接した状態に固定されている。

また、第１固定側部材１１は、外周側被保持部７１に対する挟持面１１８より内周側に軸線方向の下死点側に向けて延在するシリンダ周壁１１５を備えており、かかるシリンダ周壁１１５と挟持面１１８とは、大きな曲率半径をもつ湾曲面１１９を介して連接している。本形態において、湾曲面１１９の曲率半径は約１．５ｍｍである。

また、第２固定側部材１２において、外周側被保持部７１に対する挟持面１２８より内周側には軸線方向の下死点側に延在する外周側変形抑制部１２５を備えており、かかる外周側変形抑制部１２５と挟持面１２８とは、大きな曲率半径をもつ湾曲面１２９を介して連接している。かかる湾曲面１２９の曲率半径は、湾曲面１１９の曲率半径と同等であり、約１．５ｍｍである。なお、外周側変形抑制部１２５の機能などについて後述する。

ピストン６において、第１ピストン側部材６１および第２ピストン側部材６２は、ダイヤフラム７の内周側被保持部７５を保持するにあたって、ピストン６の軸線方向に対して直交する平面内に挟持面６１８、６２８を備えており、ダイヤフラム７の内周側被保持部７５はピストン６に対して密接した状態に固定されている。

また、第１ピストン側部材６１は、内周側被保持部７５に対する挟持面６１８より外周側に軸線方向の下死点側に向けて延在するピストン周壁６１５を備えており、かかるピストン周壁６１５と挟持面６１８とは、大きな曲率半径をもつ湾曲面６１９を介して連接している。本形態において、湾曲面６１９の曲率半径は約０．８ｍｍである。

また、第２ピストン側部材６２において、内周側被保持部７５に対する挟持面６２８より外周側には軸線方向の下死点側に延在する内周側変形抑制部６２５を備えており、かかる内周側変形抑制部６２５と挟持面６２８とは、大きな曲率半径をもつ湾曲面６２９を介して連接している。かかる湾曲面６２９の曲率半径は、湾曲面６１９の曲率半径と同等であり、約０．８ｍｍである。なお、内周側変形抑制部６２５の機能などについて後述する。

（ダイヤフラムの不必要な変形対策）
このように構成したダイヤフラムポンプ装置１００において、ダイヤフラム７の変形自在部７３は、幅が１．５ｍｍ程度の狭い隙間内で断面Ｕ字状の折り返し部分７９が形成されるように配置されている。そして、駆動装置５によってピストン６を、図１（ａ）に示す上死点から図１（ｂ）に示す下死点まで移動させると、ダイヤフラム７における折り返し部分７９が移動するように変形してチャンバ８０の内容積が拡張され、チャンバ８０内が負圧になる。その結果、流入口１６１からチャンバ８０内に流体が流入する。これに対して、駆動装置５によってピストン６を、図１（ｂ）に示す下死点から図１（ａ）に示す上死点まで移動させると、チャンバ８０の内容積が縮小され、チャンバ８０内が正圧になる結果、チャンバ８０内の流体は流出口１６２から吐出される。その間も、ダイヤフラム７における折り返し部分７９が移動する。

このようにピストン６の移動に追従するようにダイヤフラム７が変形する際、ダイヤフラム７において、外周側被保持部７１と変形自在部７３との間に位置する外周側環状部分７２は変形せず、内周側被保持部７５と変形自在部７３との間に位置する内周側環状部分７４は変形せず、かかる非変形部分の存在によって、チャンバ８０の内容積とピストン６の位置との間にリニアリティが確保されている。それ故、ピストン６が移動した際、外周側環状部分７２または／および内周側環状部分７４が変形すると、チャンバ８０の内容積とピストン６の位置との間のリニアリティが損なわれることになる。特に、ダイヤフラムポンプ装置１００の場合、ピストン６が下死点側に向けて変位してチャンバ８０内が負圧になると、チャンバ８０内の負圧によって外周側環状部分７２および内周側環状部分７４がチャンバ８０側に吸引されて変形しやすい。

そこで、本形態では、第２固定側部材１２には、外周側被保持部７１に対する挟持面１２８より内周側に、軸線方向の下死点側に延在する外周側変形抑制部１２５が形成されており、かかる外周側変形抑制部１２５は、ピストン６の移動に伴ってダイヤフラム７が変形する際、チャンバ８０内において、ダイヤフラム７の外周側環状部分７２を支持する。このため、ピストン６が下死点側に向けて変位してチャンバ８０内が負圧になっても、外周側環状部分７２が変形することがない。

また、本形態では、第２ピストン側部材６２には、内周側被保持部７５に対する挟持面６２８より外周側に、軸線方向の下死点側に延在する内周側変形抑制部６２５が形成されており、かかる内周側変形抑制部６２５は、ピストン６の移動に伴ってダイヤフラム７が変形する際、チャンバ８０内において、ダイヤフラム７の内周側環状部分７４を支持する。このため、ピストン６が下死点側に向けて変位してチャンバ８０内が負圧になっても、内周側環状部分７４が変形することがない。

ここで、外周側変形抑制部１２５は、チャンバ８０内で上死点側から下死点側に向けて延在しており、図１（ａ）に示すように、ピストン６が上死点に到達した際に折り返し部分７９が位置する箇所近傍に外周側変形抑制部１２５の下死点側端部１２６が位置している。また、内周側変形抑制部６２５は、チャンバ８０内で上死点側から下死点側に向けて延在しており、図１（ｂ）に示すように、ピストン６が下死点に到達した際に折り返し部分７９が位置する箇所近傍に内周側変形抑制部６２５の下死点側端部６２６が位置している。このため、ピストン６のストロークの全域にわたって、ダイヤフラムの不必要な変形を防止することができる。

また、図２（ａ）に拡大して示すように、外周側変形抑制部１２５の下死点側端部１２６とダイヤフラム７の外周側環状部分７２との間には、下死点側端部１２６の先端側に向かって幅寸法が連続的に拡大する隙間Ｇ１が空いている。また、外周側変形抑制部１２５の下死点側端部１２６において外周側の縁部分１２６ａは、角がないＲ形状になっており、その曲率半径は約０．３ｍｍになっている。このため、外周側変形抑制部１２５の下死点側端部１２６に向けてダイヤフラム７が変形するようなことがあっても、外周側変形抑制部１２５の下死点側端部１２６にダイヤフラム７が接触することがなく、たとえ、外周側変形抑制部１２５の下死点側端部１２６にダイヤフラム７が接触することがあっても、ダイヤフラム７に無理な変形が起こらない。それ故、ダイヤフラム７が劣化、損傷することを防止することができるので、ダイヤフラムシリンダ装置１００の信頼性を高めることができる。

また、図２（ｂ）に拡大して示すように、内周側変形抑制部６２５の下死点側端部６２６とダイヤフラム７の内周側環状部分７４との間には、下死点側端部６２６の先端側に向かって幅寸法が連続的に拡大する隙間Ｇ２が空いている。また、内周側変形抑制部６２５の下死点側端部６２６において内周側の縁部分６２６ａは、角がないＲ形状になっており、その曲率半径は約０．２ｍｍになっている。このため、内周側変形抑制部６２５の下死点側端部６２６に向けてダイヤフラム７が変形するようなことがあっても、内周側変形抑制部６２５の下死点側端部６２６にダイヤフラム７が接触することがなく、たとえ、内周側変形抑制部６２５の下死点側端部６２６にダイヤフラム７が接触することがあっても、ダイヤフラム７に無理な変形が起こらない。それ故、ダイヤフラム７が劣化、損傷することを防止することができるので、ダイヤフラムシリンダ装置１００の信頼性を高めることができる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のダイヤフラムポンプ装置１００では、ダイヤフラム７において外周側被保持部７１と変形自在部７３との間に位置する外周側環状部分７２に対しては、外周側環状部分７２の変形を抑制する外周側変形抑制部１２５が構成され、ダイヤフラム７において内周側被保持部７５と変形自在部７３との間に位置する内周側環状部分７４に対しては、内周側環状部分７４の変形を抑制する内周側変形抑制部６２５が構成されているため、ピストン６が変位した際にダイヤフラム７の外周側環状部分７２および内周側環状部分７４が不必要に変形することがない。従って、チャンバ８０の内容積とピストン６の位置との間にリニアリティが確保されている。特に、ダイヤフラムポンプ装置１００では、ピストン６が下死点側に向けて変位してチャンバ８０内が負圧になったときでも、チャンバ８０内の負圧によって外周側環状部分７２および内周側環状部分７４が変形することがないので、チャンバ８０の内容積とピストン６の位置との間のリニアリティを確実に確保できる。それ故、本形態のダイヤフラムポンプ装置１００では、吐出精度が高い。また、本形態のダイヤフラムポンプ装置１００を、ピストン６の移動に対応させて複数の流体をチャンバ８０に吸引してチャンバ８０内で混合した後、吐出するミキングポンプ装置として用いた場合、高い精度で混合を行なうことができる。また、ダイヤフラム７の不自然な変形が発生しないので、ダイヤフラム７の劣化を抑制することができる。

また、本形態では、ダイヤフラム７の外周側被保持部７１を固定するのに用いた第２固定側部材１２の一部によって外周側変形抑制部１２５を構成し、ダイヤフラム７の内周側被保持部７５を固定するのに用いた第２ピストン側部材６２の一部によって内周側変形抑制部６２５を構成したため、ダイヤフラム７の不必要な変形を防止するにあたって、部品を追加する必要がないので、コストの増大を防止することができる。また、固定体１０やピストン６の構成を簡素化できる分、チャンバ８０内での死容積の増大などを防止することができる。

さらに、ダイヤフラム７は、固定体１０において第１固定側部材１１および第２固定側部材１２の湾曲面１１９、１２９によって挟まれ、ピストン６の側において第１ピストン側部材６１および第２ピストン側部材６２の湾曲面６１９、６２９によって挟まれているため、大きな応力がダイヤフラム７の局部に集中して加わることがない。それ故、ダイヤフラムポンプ装置１００を小型化しても、ダイヤフラム７が急峻に曲がる箇所がないので、ダイヤフラム７が劣化、損傷することを防止することができる。それ故、ダイヤフラムポンプ装置１００の信頼性を高めることができる。

［実施の形態１の変形例］
上記実施の形態１では、液体を吸入および吐出するダイヤフラムポンプ装置１００に本発明を適用したが、気体を吸入および吐出するダイヤフラムポンプ装置１００に本発明を適用してもよい。また、上記実施の形態１では、ステッピングモータ構造の駆動装置５を内蔵したダイヤフラムポンプ装置１００に本発明を適用したが、外付けのステッピングモータから歯車機構を介して駆動力がピストンに伝達されるダイヤフラムポンプ装置や、他のアクチュエータによってピストンが駆動されるダイヤフラムポンプ装置に本発明を適用してもよい。

［実施の形態２］
上記実施の形態１では、本発明を適用したダイヤフラムシリンダ装置をダイヤフラムポンプ装置に適用したが、本形態では、チャンバ内での流体の流出入に基づいてピストンを軸線方向に変位させ、かかる変位を外部に出力するアクチュエータに本発明を適用した例を説明する。

図３（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用したアクチュエータの縦断面図であり、図３（ａ）には、ピストンが上死点にある状態を示し、図３（ｂ）にはピストンが下死点にある状態を示してある。図４は、本発明を適用したアクチュエータの動作を模式的に示す説明図である。なお、本形態のアクチュエータは、ダイヤフラムシリンダ装置としての構成は、実施の形態１と同様であるため、対応関係が分りやすいように、可能な限り、共通する機能を有する部分には同一の符号を付して説明する。

図３（ａ）、（ｂ）において、本形態のアクチュエータ２００（ダイヤフラムシリンダ装置）は、固定体１０において軸線方向に延在するシリンダ室８と、このシリンダ室８内に配置されたピストン６と、固定体１０側およびピストン６側に外周側および内周側が各々固定されたダイヤフラム７とを有している。ダイヤフラム７は、シリンダ室８内において流体が流出入するチャンバ８０を区画形成している。ピストン６と固定体１０の底部との間にはコイルバネ５０が配置されており、ピストン６はコイルバネ５０によって上死点側に向けて付勢されている。また、アクチュエータ２００には、ピストン６に連結された出力軸６９が連結されており、ピストン６の変位は出力軸６９を介して外部に伝達される。

このように構成したアクチュエータ２００では、例えば、図４（ａ１）に示すように、バルブＶ11を開とし、バルブＶ12を閉にして、ポンプ２１０によって、チャンバ８０内に流体を流入させる動作と、図４（ａ２）に示すように、バルブＶ11を閉とし、バルブＶ12を開にして、チャンバ８０内から流体を流出させる動作とを繰り返せば、ピストン６を軸線方向に往復移動させることができ、かかる動作を出力軸６９から往復直線運動として出力することができる。

また、図４（ｂ）に示すように、バルブＶ21を開とし、バルブＶ22を閉にして、ポンプ２２０によって、チャンバ８０内に流体を流入させる動作と、バルブＶ21を閉とし、バルブＶ22を開にして、ポンプ２２０によって、チャンバ８０内から流体を流出させる動作とを繰り返せば、ピストン６を軸線方向に往復移動させることができ、かかる動作を出力軸６９から往復直線運動として出力することができる。

再び図３（ａ）において、本形態のアクチュエータ２００において、固定体１０は、下死点側から上死点側に向かって、第１固定側部材１１、第２固定側部材１２、シール用のパッキン１４、およびカバー１８がこの順に重ねて配置されており、これらの部材はネジ１９などによって固定されている。また、第２固定側部材１２、パッキン１４、およびカバー１８には、チャンバ８０に連通する流出入口１８０が形成されている。

このように構成したアクチュエータ２００においても、実施の形態１と同様、ダイヤフラム７は、固定体１０において第１固定側部材１１と第２固定側部材１２との間に挟持された環状の外周側被保持部７１と、ピストン６側に保持された内周側被保持部７５と、外周側被保持部７１と内周側被保持部７５との間においてピストン６の変位により断面Ｕ字状の折り返し部分７９が移動してチャンバ８０の内容積を変化させる環状の変形自在部７３とを備えている。

第１固定側部材１１は、外周側被保持部７１に対する挟持面１１８より内周側に軸線方向の下死点側に向けて延在するシリンダ周壁１１５を備えており、かかるシリンダ周壁１１５と挟持面１１８とは、大きな曲率半径をもつ湾曲面１１９を介して連接している。また、第２固定側部材１２において、外周側被保持部７１に対する挟持面１２８より内周側には軸線方向の下死点側に延在する外周側変形抑制部１２５を備えており、かかる外周側変形抑制部１２５と挟持面１２８とは、大きな曲率半径をもつ湾曲面１２９を介して連接している。

ピストン６は、ネジ部材６３により締結された第１ピストン側部材６１および第２ピストン側部材６２を備えている。第１ピストン側部材６１は、内周側被保持部７５に対する挟持面６１８より外周側に軸線方向の下死点側に向けて延在するピストン周壁６１５を備えており、かかるピストン周壁６１５と挟持面６１８とは、大きな曲率半径をもつ湾曲面６１９を介して連接している。また、第２ピストン側部材６２において、内周側被保持部７５に対する挟持面６２８より外周側には軸線方向の下死点側に延在する内周側変形抑制部６２５が形成されており、かかる内周側変形抑制部６２５と挟持面６２８とは、大きな曲率半径をもつ湾曲面６２９を介して連接している。

その他の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。このように構成したアクチュエータ２００において、チャンバ８０に流体が流入すると、ピストン６は、図３（ａ）に示す上死点から図３（ｂ）に示す下死点まで移動する。これに対して、チャンバ８０から流体を流入させる際、ピストン６はコイルバネ５０に押圧されて、図３（ｂ）に示す下死点から図３（ａ）に示す上死点まで移動する。このような動作を行なう間、ダイヤフラム７の変形自在部７３では、折り返し部分７９が移動し、ピストン６の移動を許容するとともに、チャンバ８０の内容積を変化させる。

その際、ダイヤフラム７において外周側被保持部７１と変形自在部７３との間に位置する外周側環状部分７２に対しては、外周側環状部分７２の変形を抑制する外周側変形抑制部１２５が構成され、ダイヤフラム７において内周側被保持部７５と変形自在部７３との間に位置する内周側環状部分７４に対しては、内周側環状部分７４の変形を抑制する内周側変形抑制部６２５が構成されているため、ピストン６が変位した際にダイヤフラム７の外周側環状部分７２および内周側環状部分７４が不必要に変形することがない。従って、チャンバ８０の内容積とピストン６の位置との間にリニアリティが確保されている。それ故、チャンバ８０への流体の流出入に対応して動作をピストン６に行なわせることができる。

本発明を適用したダイヤフラムポンプ装置（ダイヤフラムシリンダ装置）の縦断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明を適用したダイヤフラムポンプ装置に設けた外周側変形抑制部周辺の拡大断面図、および内周側変形抑制部周辺の拡大断面図である。 本発明を適用したアクチュエータ（ダイヤフラムシリンダ装置）の縦断面図である。 図３に示すアクチュエータの動作を模式的に示す説明図である。 一般的なダイヤフラムシリンダ装置の縦断面図である。

符号の説明

１０ 固定体
５ 駆動装置
６ ピストン
７ ダイヤフラム
８ シリンダ室
１１ 第１固定側部材
１２ 第２固定側部材
６１ 第１ピストン側部材
６２ 第２ピストン側部材
７１ ダイヤフラムの外周側被保持部
７２ ダイヤフラムの外周側環状部分
７３ ダイヤフラムの変形自在部
７４ ダイヤフラムの内周側環状部分
７５ ダイヤフラムの内周側被保持部
７９ ダイヤフラムの断面Ｕ字状の折り返し部分
８０ チャンバ
１００ ダイヤフラムポンプ装置（ダイヤフラムシリンダ装置）
１１５ シリンダ周壁
１１８、１２８、６１８、６２８ ダイヤフラムに対す挟持面（挟持分）
１１９、１２９、６１９、６２９ 湾曲面
１２５ 外周側変形抑制部
１２６ 外周側変形抑制部の下死点側端部
２００ アクチュエータ（ダイヤフラムシリンダ装置）
６１５ ピストン周壁
６２５ 内周側変形抑制部
６２６ 内周側変形抑制部の下死点側端部
Ｇ１、Ｇ２ 隙間

Claims (8)

1. 固定体において軸線方向に延在するシリンダ室と、該シリンダ室内に配置されたピストンと、前記固定部材側および前記ピストン側に外周側および内周側が各々固定され、前記シリンダ室内に流体が流出入するチャンバを区画するダイヤフラムとを有し、前記チャンバの内容積を縮小させる上死点方向および前記チャンバの内容積を拡張させる下死点方向への前記ピストンの変位と、前記チャンバ内での流体の流出入とが連動するダイヤフラムシリンダ装置において、
   前記ダイヤフラムは、前記固定体側に保持された外周側被保持部と、前記ピストン側に保持された内周側被保持部と、前記外周側被保持部と前記内周側被保持部との間において前記ピストンの変位により断面Ｕ字状の折り返し部分が移動して前記チャンバの内容積を変化させる変形自在部とを備え、
   前記固定体は、前記ダイヤフラムにおいて前記外周側被保持部と前記変形自在部との間に位置する外周側環状部分を前記チャンバ内において当該外周側環状部分より内周側で支持して、前記ピストンが変位する際の前記外周側環状部分の変形を抑制する外周側変形抑制部を備え、
   前記ピストンは、前記ダイヤフラムにおいて前記内周側被保持部と前記変形自在部との間に位置する内周側環状部分を前記チャンバ内において当該内周側環状部分より外周側で支持して、前記ピストンが変位する際の前記内周側環状部分の変形を抑制する内周側変形抑制部を備えていることを特徴とするダイヤフラムシリンダ装置。
2. 前記外周側変形抑制部は、前記チャンバ内で前記上死点側から前記下死点側に向けて延在して前記ピストンが前記上死点に到達した際に前記折り返し部分が位置する箇所近傍に当該外周側変形抑制部の下死点側端部が位置し、
   前記内周側変形抑制部は、前記チャンバ内で前記上死点側から前記下死点側に向けて延在して前記ピストンが前記下死点に到達した際に前記折り返し部分が位置する箇所近傍に当該内周側変形抑制部の下死点側端部が位置していることを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラムシリンダ装置。
3. 前記外周側変形抑制部の下死点側端部と前記外周側環状部分との間には、当該下死点側端部の先端側に向かって幅寸法が連続的に拡大する隙間が空いており、
   前記内周側変形抑制部の下死点側端部と前記内周側環状部分との間には、当該下死点側端部の先端側に向かって幅寸法が連続的に拡大する隙間が空いていることを特徴とする請求項１または２に記載のダイヤフラムシリンダ装置。
4. 前記固定体は、前記外周側被保持部に対して前記下死点側に位置する第１固定側部材と、前記外周側被保持部に対して前記上死点側に位置し、前記第１固定側部材との間に前記外周側被保持部を挟持する第２固定側部材とを備え、
   前記第１固定側部材は、前記外周側被保持部に対する挟持部分より内周側に前記軸線方向に延在するシリンダ周壁を備え、
   前記外周側変形抑制部は、前記第２固定側部材において前記シリンダ周壁より内周側で当該シリンダ周壁との間に前記外周側環状部分を挟むように前記軸線方向に延在し、
   前記ピストンは、前記内周側被保持部に対して前記下死点側に位置する第１ピストン側部材と、前記内周側被保持部に対して前記上死点側に位置し、前記第１ピストン側部材との間に前記内周側被保持部を挟持する第２ピストン側部材とを備え、
   前記第１ピストン側部材は、前記内周側被保持部に対する挟持部分より外周側で前記軸線方向に延在するピストン周壁を備え、
   前記内周側変形抑制部は、前記第２ピストン側部材において前記ピストン周壁より外周側で当該ピストン周壁との間に前記内周側環状部分を挟むように前記軸線方向に延在していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のダイヤフラムシリンダ装置。
5. 前記第１固定側部材において、前記外周側被保持部に対する挟持部分は前記軸線方向に対して直交する面方向に形成されているとともに、当該挟持部分と前記シリンダ周壁とは湾曲面を介して連接しており、
   前記第２固定側部材において、前記外周側被保持部に対する挟持部分は前記軸線方向に対して直交する面方向に形成されているとともに、当該挟持部分と前記外周側変形抑制部とは湾曲面を介して連接しており、
   前記第１ピストン側部材において、前記内周側被保持部に対する挟持部分は前記軸線方向に対して直交する面方向に形成されているとともに、当該挟持部分と前記ピストン周壁とは湾曲面を介して連接しており、
   前記第２ピストン側部材において、前記内周側被保持部に対する挟持部分は前記軸線方向に対して直交する面方向に形成されているとともに、当該挟持部分と前記内周側変形抑制部とは湾曲面を介して連接していることを特徴とする請求項４に記載のダイヤフラムシリンダ装置。
6. 前記外周側変形抑制部の下死点側端部において外周側の縁部分は、角がないＲ形状になっており、
   前記内周側変形抑制部の下死点側端部において内周側の縁部分は、角がないＲ形状になっていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のダイヤフラムシリンダ装置。
7. 前記ピストンの前記軸線方向の変位に基づいて前記チャンバ内での流体の流出入が行なわれるポンプ装置として構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のダイヤフラムシリンダ装置。
8. 前記チャンバ内での流体の流出入に基づいて前記ピストンの前記軸線方向の変位が外部に出力されるアクチュエータとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のダイヤフラムシリンダ装置。

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