JP7847029B2 - ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Description

本発明は、弁座のシート面に接離する吸入弁を備えたダイヤフラムポンプに関する。

従来のダイヤフラムポンプとしては、モーターの回転を往復運動に変換してダイヤフラムを駆動する構造のものがある。この種のダイヤフラムポンプにおいて吐出量を少なくするためには、モーターに印加する電圧を低下させてモーターの回転数を減少させて行うことが多い。

ところで、従来のダイヤフラムポンプには、例えば特許文献１や特許文献２に記載されているようにポンプ室内の圧力を意図的に漏洩させるリーク構造を備えているものがある。特許文献１に開示されているリーク構造は、ダイヤフラムのベース部分とケースとの合わせ面に凹凸により形成された微細な連通路によって構成されている。この微細な連通路は、ポンプ室の内外を連通している。
特許文献２に記載されているリーク構造は、吸入弁の弁体が接離するシート面に設けられた突起を用いて構成されている。このリーク構造によれば、吸入弁が閉じている状態であっても突起の周囲に形成された隙間を通って流体が漏洩する。

実公昭６２－４３５３５号公報 特開２００１－７３９５３号公報

モーターの回転を往復運動に変換してダイヤフラムを駆動する構成のダイヤフラムポンプにおいては、吐出流量を著しく低い流量（例えば定格流量の３％等）まで少なく抑えることは難しいという問題があった。この理由は、モーターの印加電圧を著しく下げる必要があり、モーターがトルク不足で停止してしまうか、回転が不安定となってポンプ運動の脈動が大きくなり、安定した低流量を得ることができないからである。

このような不具合は、例えば特許文献１や特許文献２に開示されているリーク構造を採用することによりある程度は解消することができる。この理由は、モーターの印加電圧をモーターがトルク不足で停止することがない印加電圧としたり、回転が不安定になることがない印加電圧としたとしても、リーク構造から流体がリークするために吐出流量を少なく抑えることができるからである。

しかしながら、特許文献１に示すようにリーク構造を微細な連通路によって実現する場合は、連通路に異物が挟まった場合には、基本的に異物を除去することはできないから、吐出流量を少なくすることはできなくなる。このため、このリーク構造を備えたダイヤフラムポンプでは、性能が不安定になるおそれがある。

特許文献２に示すようにリーク構造をシート面に設けた突起によって構成する場合は、シート面を形成する部材の硬度が吸入弁の硬度より高いため、突起に繰り返し接触する吸入弁の弁体が摩耗して粉塵等が発生する。このため、このリーク構造を備えたダイヤフラムポンプでは、耐久性能が低くなる。

本発明の目的は、吐出流量を著しく低い流量まで少なく抑えることが可能で、しかも、性能の安定性や耐久性能の向上を図ることが可能なダイヤフラムポンプを提供することである。

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、カップ状の変形部を有するダイヤフラムと、前記変形部の開口部分を閉塞し、前記変形部と協働してポンプ室を形成する隔壁と、前記隔壁を貫通する吸入用貫通孔を介して前記ポンプ室に連通された吸入通路と、前記隔壁を貫通する吐出用貫通孔を介して前記ポンプ室に連通された吐出通路と、モーターの回転を往復運動に変換して前記変形部を前記ポンプ室の容積が増大する方向と前記ポンプ室の容積が減少する方向とに交互に変形させる駆動機構と、前記隔壁に形成されたシート面に接離する弁体を有し、前記ポンプ室の容積が増大する行程で前記吸入通路を開き、その他の行程で前記吸入通路を閉じる吸入弁と、前記吐出通路内に配置されて前記隔壁に取付けられ、前記ポンプ室の容積が減少する行程で前記吐出通路を開き、その他の行程で前記吐出通路を閉じる吐出弁とを備え、前記吸入弁の前記弁体は、前記シート面との間に微細な流路が形成されるリーク構造を有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、前記リーク構造は、前記弁体の前記シート面と対向するシール面の全域に設けられた凹凸によって構成されていてもよい。

本発明は、前記ダイヤフラムポンプにおいて、前記凹凸は、前記弁体を成型する金型に設けられたシボ加工用の成型面の形状が転写された凹凸であってもよい。

本発明によれば、リーク構造から流体がリークすることにより吐出流量を少なく抑えることができる。また、吸入弁の弁体が接離するシート面は平滑面に形成できるから、このシート面に繰り返し接触する弁体のリーク構造は摩耗し難い。リーク構造に異物が挟まった場合は、弁体が開閉に伴って移動することにより異物がリーク構造から脱落して除去される。したがって、本発明によれば、吐出流量を著しく低い流量まで抑えることが可能な構成を採っているにもかかわらず、性能の安定性や耐久性能の向上を図ることが可能なダイヤフラムポンプを提供することができる。

図１は、本発明に係るダイヤフラムポンプの断面図である。 図２は、吸入弁とバルブホルダーの一部の断面図である。 図３は、吸入弁の平面図である。 図４は、吸入弁の一部を拡大して示す断面図である。 図５は、金型の一部を拡大して示す断面図である。

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～図５を参照して詳細に説明する。
図１に示すダイヤフラムポンプ１は、図１において最も下に位置するモーター２に取付けられ、このモーター２によって駆動されて動作する。この実施の形態によるダイヤフラムポンプ１は、空気を吸込んで吐出するポンプである。
このダイヤフラムポンプ１は、モーター２に固定されたハウジング３を備えている。このダイヤフラムポンプ１を構成する機能部品は、このハウジング３に保持されている。

ハウジング３は、複数の部材をモーター２の軸線方向に組み合わせて円柱状に形成されており、モーター２の回転軸４と同一軸線上に位置付けられている。ハウジング３を構成する複数の部材は、モーター２に取付けられた有底円筒状の底体５と、この底体５の開口部分に取付けられたダイヤフラムホルダー６と、このダイヤフラムホルダー６との間に後述するダイヤフラム７が挟まれる状態でダイヤフラムホルダー６に取付けられた円板状のバルブホルダー８と、このバルブホルダー８に重なる状態で取付けられた蓋体９などである。この実施の形態においては、バルブホルダー８が本発明でいう「隔壁」に相当する。

ダイヤフラム７は、ダイヤフラムホルダー６とバルブホルダー８とに挟まれて保持されている。また、ダイヤフラム７は、バルブホルダー８に向けて開口する複数のカップ状の変形部１１を有している。これらの変形部１１は、ハウジング３の周方向において、ダイヤフラム７を複数に分割する位置にそれぞれ設けられている。
変形部１１の開口部分は、バルブホルダー８によって閉塞されている。

この変形部１１とバルブホルダー８との間にポンプ室１２が形成されている。すなわち、バルブホルダー８は、変形部１１と協働してポンプ１２を形成している。
カップ状を呈する変形部１１の底壁１１ａには、ポンプ室１２とは反対方向に向けて突出する連結片１３が設けられている。連結片１３には駆動機構２１が接続されている。

駆動機構２１は、モーター２の回転軸４に取付けられたクランク体２２と、このクランク体２２に駆動軸２３を介して連結された駆動体２４などを備えている。クランク体２２は、回転軸４に固定されており、回転軸４と一体に回転する。
駆動軸２３は、モーター２の回転軸４に対して傾斜した状態でクランク体２２の偏芯した部分に固着されている。駆動軸２３が傾斜する方向は、駆動軸２３の先端部において回転軸４に対する偏心量が少なくなる方向である。

駆動体２４は、駆動軸２３が接続された円柱状の軸部２５と、この軸部２５から径方向の外側に突出する複数の腕部２６とによって構成されている。
駆動体２４の腕部２６は、ダイヤフラム７の変形部１１毎に設けられており、軸部２５から放射状に径方向の外側へ延びている。腕部２６には貫通穴２６ａが穿設されている。この貫通穴２６ａには、ダイヤフラム７の連結片１３が係入されている。連結片１３は、腕部２６を貫通した状態で腕部２６に固定されている。このため、腕部２６は、ダイヤフラム７の複数の変形部１１にそれぞれ接続されている。

この駆動機構２１によれば、モーター２の回転軸４が回転することによりクランク体２２および駆動軸２３が回転軸４を中心として回転する。このとき、駆動体２４は、ダイヤフラム７によって回転が規制されているために、駆動軸２３の傾斜する方向の変化に伴って揺動する。この揺動により、腕部２６が変形部１１を押したり引いたりする。このため、駆動体２４が回転軸４の回転を往復運動に変換して変形部１１に伝達する。

ダイヤフラム７の変形部１１が腕部２６によってモーター２側に引かれて拡張することにより、ポンプ室１２の容積が増大する。一方、ダイヤフラム７の変形部１１が腕部２６によってバルブホルダー８側へ押されることにより、変形部１１が収縮されてポンプ室１２の容積が減少する。このため、クランク体２２が連続して回転することにより、ポンプ室１２の容積が増大する状態と容積が減少する状態とが交互に繰り返される。

バルブホルダー８におけるポンプ室１２の壁を構成する部分には、吸入弁３１が設けられているとともに、吸入用貫通孔３２と吐出用貫通孔３３とが形成されている。吸入弁３１は、ゴム材料によって形成され、ポンプ室１２毎に設けられている。この実施の形態による吸入弁３１は、図２に示すように、バルブホルダー８に穿設された軸孔３４に通されてバルブホルダー８に固定された軸部３１ａと、バルブホルダー８におけるポンプ室１２側の壁面であるシート面３５に接離する弁体３１ｂとを有している。シート面３５は、平滑面となるように形成されている。

吸入弁３１の弁体３１ｂは、図３に示すように円環板状に形成されている。この実施の形態による弁体３１ｂは、図２に示すように外周縁に向かうにしたがって次第にシート面３５に接近するように湾曲した形状に形成されている。
また、弁体３１ｂは、図４に示すように、シート面３５との間に微細な流路３６が形成されるリーク構造３７を有している。リーク構造３７は、シート面３５と対向する弁体３１ｂのシール面３８の全域に設けられた凹部３９と凸部４０とからなる凹凸４１によって構成されている。シール面３８が形成される範囲は、図３中にハッチングを施して示す範囲である。図４は、リーク構造３７の構成を理解し易くするために、凹凸４１を波形の曲線によって描いてあるが、凹凸４１には、急峻な傾斜面を有する角部や谷部などが存在してもよい。

凹凸４１は、弁体３１ｂを成型する金型４２（図５参照）に設けられたシボ加工用の成型面４２ａの形状が転写された凹凸である。すなわち、凹凸４１は、弁体３１ｂを所定の形状に成型する金型４２を使用して弁体３１ｂの成型時にシール面３８にシボ加工を施すことによって形成されている。シボ加工により形成される凹凸４１の表面形状は、例えば皮革模様、木目、岩目、砂目、なし地、幾何学模様等の形状に形成することができる。

吸入用貫通孔３２は、バルブホルダー８を貫通してポンプ室１２と後述する吸入通路５１とを連通する孔である。吸入用貫通孔３２のポンプ室１２側の開口は吸入弁３１の弁体３１ｂによって開閉される。この開口から弁体３１ｂが離れることにより吸入通路５１が開き、この開口を弁体３１ｂが閉塞することにより吸入通路５１が閉じる。すなわち、吸入弁３１は、ポンプ室１２の容積が増大する行程で吸入通路５１を開き、その他の行程で吸入通路５１を閉じる。
吸入通路５１は、吸入用貫通孔３２が開口する吸入用流体室５２と、この吸入用流体室５２に図示していない連通路を介して接続されたハウジング３内の駆動機構収容室５３と、駆動機構収容室５３からバルブホルダー８と蓋体９とを貫通するように延びる入口通路５４などによって構成されている。吸入用流体室５２はバルブホルダー８と蓋体９との間に形成されている。駆動機構収容室５３は、駆動機構２１が収容されている空間である。入口通路５４は、バルブホルダー８に形成された貫通孔５６と、蓋体９に設けられた吸入パイプ５７の中空部を含む貫通孔５８とによって形成されている。

吐出用貫通孔３３は、バルブホルダー８を貫通してポンプ室１２と吐出通路６１とを連通する孔である。
吐出通路６１は、バルブホルダー８と蓋体９との間の中央部に形成された吐出用流体室６２と、蓋体９の軸心部に突設された吐出パイプ６３とによって構成されている。吐出用流体室６２内には吐出弁６４が配置されている。この吐出弁６４は、いわゆるハット形のもので、ゴム材料によって形成されている。
吐出弁６４は、吐出用貫通孔３３の開口を開閉する円環板状の弁体６５を有し、バルブホルダー８の突起６６に嵌合してバルブホルダー８に固定されている。

吐出用貫通孔３３の吐出用流体室６２側の開口は、吐出弁６４の弁体６５によって開閉される。この開口から弁体６５が離れることにより吐出通路６１が開き、この開口を弁体６５が閉塞することにより吐出通路６１が閉じる。すなわち、吐出弁６４は、ポンプ室１２の容積が増大する行程で吐出通路６１を閉じ、その他の行程で吐出通路６１を開く。

吐出弁６４が開いてポンプ室１２内の空気が吐出通路６１に吐出される吐出行程においては、吸入弁３１の弁体３１ｂがポンプ室１２内の圧力によってシート面３５に押し付けられる。このとき、弁体３１ｂのシート面３５と対向するシール面３８がシート面３５に接触する。シール面３８には微細な流路３６が形成されている。
ポンプ室１２の容積が減少する吐出行程でポンプ室１２の圧力が上昇する際の速度が相対的に速い場合、すなわちモーター２の回転数が相対的に高い場合は、流路３６が実質的に絞りとして機能し、このときにポンプ室１２内から流路３６を通って吸入通路５１に漏洩する空気の量は相対的に少なくなる。このため、この場合のダイヤフラムポンプ１の吐出量は、モーター２の回転数に略見合った量となる。

しかし、モーター２の回転数が相対的に低い場合、すなわちモーター２がトルク不足で停止したり、回転が不安定となることがない程度に低い回転数である場合は、吐出行程でポンプ室１２内の空気が流路３６を通って吸入通路５１に漏れる量が増える。このため、モーター２が停止したり回転が不安定になるようなことがない最低限の回転数でモーター２を回転させながら、ダイヤフラムポンプ１の吐出量をリーク構造３７が設けられていない場合と較べて減少させることができる。

吸入弁３１の弁体３１ｂが接離するシート面３５は、平滑面となるように形成されている。このため、このシート面３５に繰り返し接触する弁体３１ｂのリーク構造３７は摩耗し難い。摩耗し難いことは粉塵の発生が少ないとともに耐久性が高くなることを意味する。また、リーク構造３７に異物が挟まった場合は、弁体３１ｂが開閉に伴って移動することにより異物がリーク構造３７から脱落して除去される。このため、リーク構造３７は、高い安定性を有するものとなる。
したがって、この実施の形態によれば、吐出流量を著しく低い流量まで抑えることが可能で、しかも、性能の安定性や耐久性能の向上を図ることが可能なダイヤフラムポンプを提供することができる。

この実施の形態によるリーク構造３７は、弁体３１ｂのシート面３５と対向するシール面３８の全域に設けられた凹凸４１によって構成されている。このため、シール面３８の全域から空気を漏洩させることが可能になるから、吐出流量を低回転時により一層減少させることができる。

この実施の形態による凹凸４１は、弁体３１ｂを成型する金型４２に設けられたシボ加工用の成型面４２ａ形状が転写された凹凸である。このため、複雑な形状の凹凸４１を簡単に形成することができ、ダイヤフラムポンプ１の性能に応じた凹凸４１を容易に形成することができる。

１…ダイヤフラムポンプ、２…モーター、７…ダイヤフラム、８…バルブホルダー（隔壁）、１１…変形部、１２…ポンプ室、３２…吸入用貫通孔、３３…吐出用貫通孔、２１…駆動機構、３１…吸入弁、３１ｂ…弁体、３５…シート面、３６…流路、３７…リーク構造、４１…凹凸、４２…金型、４２ａ…成型面、５１…吸入通路、６１…吐出通路、６４…吐出弁。

Claims (3)

1. カップ状の変形部を有するダイヤフラムと、
   前記変形部の開口部分を閉塞し、前記変形部と協働してポンプ室を形成する隔壁と、
   前記隔壁を貫通する吸入用貫通孔を介して前記ポンプ室に連通された吸入通路と、
   前記隔壁を貫通する吐出用貫通孔を介して前記ポンプ室に連通された吐出通路と、
   モーターの回転を往復運動に変換して前記変形部を前記ポンプ室の容積が増大する方向と前記ポンプ室の容積が減少する方向とに交互に変形させる駆動機構と、
   前記隔壁に形成されたシート面に接離する弁体を有し、前記ポンプ室の容積が増大する行程で前記吸入通路を開き、その他の行程で前記吸入通路を閉じる吸入弁と、
   前記吐出通路内に配置されて前記隔壁に取付けられ、前記ポンプ室の容積が減少する行程で前記吐出通路を開き、その他の行程で前記吐出通路を閉じる吐出弁とを備え、
   前記吸入弁の前記弁体は、前記シート面との間に前記ポンプ室の容積が減少する行程において前記吸入通路と連通する微細な流路が形成されるリーク構造を有してい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、
   前記リーク構造は、前記弁体の前記シート面と対向するシール面の全域に設けられた凹凸によって構成されていることを特徴とするダイヤフラムポンプ。
3. 請求項２記載のダイヤフラムポンプにおいて、
   前記凹凸は、前記弁体を成型する金型に設けられたシボ加工用の成型面の形状が転写された凹凸であることを特徴とするダイヤフラムポンプ。