JP3834745B2 - 小型ポンプ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプ室を形成するダイヤフラム部と弁室内に配置された弁体部とを一体に構成したダイヤフラム本体を備えた小型ポンプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のダイヤフラム部を有する小型ポンプは、例えば三つのポンプ室を有するポンプの場合図8乃至図11に示す通りの構成である。
【0003】
この図8において、1は小型直流モータ、2はモータ1の出力軸、3はカップ形に形成され底面がねじ4によりモータ1の出力軸側の面に取付けられたケース、5は出力軸2に固定されたカラー、6は出力軸2に対して所定角度傾斜し、かつその先端が出力軸2の中心軸上に存在するようにカラー5に固定された駆動軸、7は穴8を有する駆動体、9は駆動体7の中心に下方に伸びて一体に形成された筒形の支持部、10は駆動軸6と駆動体7の間の摩擦を小さくするためのスチールボールである。支持部9は駆動部6にゆるくはめ込まれており、出力軸2が回転すると駆動軸6が傾斜した状態で回転するため、駆動体7はその中心に対して穴8のある周辺部が交互に上下動する。11は図9に示すように例えば板状部材に三つの孔12を形成しこれに三つのシリンダーを固定させた構成のシリンダー部で、板状部材には三つの孔13が形成されている。
【0004】
14は柔らかいゴムからなるダイヤフラム本体、15は図10に示すように120度間隔で本体から下方に伸びて一体に形成されたつり鐘形の3個のダイヤフラム部、16はその中心の駆動部、17は駆動部16の先端に細い頚部を介して形成された頭部、18はダイヤフラム本体の中心部から上方に伸びて一体に形成された例えば円筒形をした弁体部である。頭部17は駆動体7の穴8を貫通して駆動体7の下面側に突出ており、これによって駆動部16は駆動体7に保持されている。尚ダイヤフラム本体14のシリンダー部11の孔13(図9参照)に対応する位置には、同様に孔19(図10参照)が形成されている。
【0005】
上記のようなダイヤフラム本体14は、三つのダイヤフラム部15、弁体部18等を一体に構成したものでゴム等の弾性材料にて形成されている。
【0006】
20は図11に示すようなバルブハウジングを兼ねた蓋体、22はバルブを固定するために形成された孔、23は孔22の周囲に各6個形成された吸気孔、24は蓋体20の中心部に上方に向かって形成された弁室部、25は弁室部24の先端が細くなって形成された排気孔である。
【0007】
この蓋体20はダイヤフラム本体14を挟んでシリンダー部11と組み合わせた上で蓋体20に形成された孔26とシリンダー11の孔13、ダイヤフラム本体14の孔19とを利用しケース3にねじ27にて固定され、蓋体20とダイヤフラム部15とによって3個のポンプ室28が形成される。蓋体20は弁室部24内に共通室29が形成され、吸気孔23の周辺部(ポンプ室28の位置する部分の周辺)のうちの内方(蓋体の中心の方向)に切欠き状の溝部30が形成されてそれぞれ共通室29につながっている。従って、各ポンプ室28は共通室29に中心部で共通に連通されていることになる。なお、弁体部18は弁室部24の内周面に接触しており、この連通路を塞ぐようになっている。
【0008】
31は柔らかいゴムからなる傘形の弁体、32は弁体31の中心に上方に伸びて一体に形成された支持柱、33は支持柱32の先端に形成されたこれより太い頭部である。弁体31は吸気孔23を十分に覆うような大きさに形成されており、支持柱32が孔22を貫通して頭部33が外側に出て蓋体20に抜けないように取り付けられている。
【0009】
次に、このように構成された小型ポンプの動作について説明する。モータ1が通電されて出力軸2が回転すると駆動軸6も回転し、これにより駆動体7の外周面の端の各点が順次上下動して各ダイヤフラム部15の駆動部16は120度の位相差で上下方向に振動する。つまり各ダイヤフラム部15はシリンダー内でピストン運動をする。このダイヤフラム部のピストン運動で、ポンプ室28は容積が周期的に変化する。駆動部16が下方に移動して容積が増えるときは、ポンプ室28は減圧されて弁体部18は弁室部24に密着して閉じ、反対に弁体31は開いて吸気孔23から空気が流入する。次に、駆動部16が上方に移動して容積が減るときは、ポンプ室28は増圧されて弁体31は蓋体20に密着して閉じ、反対に弁体部18はこのポンプ室28の溝部30を塞いでいる部分が開いてポンプ室28の空気は溝部30、共通室29を通って排気孔25から排出される。
【0010】
この小型ポンプは、三つのダイヤフラム部が一定の位相差をもって夫々上記の運動を繰り返すことにより夫々別々の吸気孔23より空気を吸入し、共通の弁室29を通り排出口25より排出され、これによりポンプ作用をする。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような構成のダイヤフラムポンプは、モータの出力軸2に取り付けられたカラー5、駆動軸6、駆動体7等によりなる駆動部を収納するケース3と、シリンダー部4と、ダイヤフラム本体14と蓋体(バルブハウジング)20とを組み合わせ、ねじ27にて全体を固定している。又、これらケース3、シリンダー部4、蓋体20等は、合成樹脂材料にて形成され、これら合成樹脂材料よりなる各部を金属のねじにて固定してある。そのため、ポンプの運転及び使用環境により温度が上昇すると、合成樹脂製の上記各部は、膨張し、しかもその膨張係数は、金属製ねじよりも大であるため、特にねじにて固定した部分とその周辺部において変形する。比較的低い温度の場所におかれたり逆に運転の停止等により温度が低下すると膨張したケース等は、収縮して元の状態に戻る。
【0012】
このように温度上昇と温度の低下を繰り返すことによるねじによる固定にゆるみを生じ、時にはエアーが洩れることがある。
【0013】
又、図12はダイヤフラム部(ポンプ室)を二つ有するポンプのダイヤフラム部15の配置位置等を示す概略図で、符号37にて示す位置にねじ止め用の孔が形成されて、これを利用してのねじ止めのためのスペースが必要となり、無駄なスペースが必要になる。つまり図13に示すようにねじ27にて固定するスペースが必要になる。同様に図14はダイヤフラム部15を一つ有するポンプの概要を示す。このポンプもねじ止めのためのスペースを必要とする。
【0014】
そのため、ポンプの小型化には限度があり、特にポンプの容量(排気量)の性能を低下させることなしにポンプの外径寸法を大幅に小さくすることは困難であった。
【0015】
以上の欠点を解消するために本出願人が開発した、特願平9−362269号として出願したポンプがある。それは、例えば図15、図16に示す構成のポンプである。
【0016】
この図15、16に示す小型ポンプにおいて、1はモータ、2は回転軸、3は駆動部を収納するケース、5はカラー、6は駆動軸、7は駆動体、11はシリンダー部、14はダイヤフラム本体、15はダイヤフラム部、18は弁体部、20は蓋体(バルブハウジング)、25は吐出口、29は共通室であり、これらは図8に示す従来の小型ポンプと実質上同じである。
【0017】
これら図15、図16に示す小型ポンプは、ケース3、シリンダー部11、ダイヤフラム本体14、蓋体20を組み合わせた上で、図15の外観図のように板ばね40により締め付けて固定したものである。尚20aは板ばね40の先端が蓋体から外れるのを防ぐために蓋体20の上側端面に設けた凸部で、ケース3の下端面周辺も同様の形状にすることが望ましい。
【0018】
このようにケース、シリンダー、ダイヤフラム本体、蓋体の固定が板ばねによる締め付けによるため極めて簡単である。しかも、ポンプの運転および停止等による温度の上昇および低下(および高温、低温がくり返し起きる様な環境下)があっても、ねじ止めと異なり、常に確実に締め付け固定された状態を保持し得る。
【0019】
また図17は図15におけるダイヤフラム本体14の平面図(蓋体側より見た図)で、15はダイヤフラム部、43はダイヤフラム部の周辺に設けた凸部である。
【0020】
これら図15〜図17に示すポンプは、ケース3、シリンダー部11、蓋体(バルブハウジング)20を組み合わせた上で板ばね40により締め付け固定するもので、組み立てが極めて容易である。
【0021】
又、図17に示すようにダイヤフラム本体14のダイヤフラム部15の周囲に図示するような凸部43を形成してあるため、図15に示すような板ばね40により締め付け固定すると前記凸部43を圧縮してポンプ室のシールが完全なものになる。しかも締め付けねじを用いずに板ばねを利用したためにポンプを運転した時の温度上昇による膨張および運転停止後の温度低下による収縮によってポンプ全体の体積が変化しても(外径寸法が変化しても)板ばねによる締め付けが弱くなることがなく、がたつきの問題はない。したがって、ダイヤフラム周囲に形成した凸部によるシールは、常に確実に行なわれ気密性が高くしかもその状態が永続する極めて性能のよいポンプになし得る。
【0022】
また図18は図15に示すポンプに用いたダイヤフラム本体の凸部の代わりに蓋体(バルブハウジング)20の底面の吸気孔23を囲むように同様の凸部44を設けたものである。これにより、ケース3、シリンダー部11、ダイヤフラム本体14、蓋体20を組み立てた後にこれらを板ばね40により締め付け固定した時に、蓋体20に形成した凸部44がダイヤフラム本体14に圧着され、しかもこの凸部44がゴム等の弾性材料よりなるダイヤフラム本体14を変形させ食い込むためにポンプ室のシールは、完全になされる。又、前述のような温度の変化に対しても、板ばねによる締め付けにより常に気密性を保ち得る。
【0023】
また図19に示すポンプは、図16に示す従来例のように二つのポンプ室よりなるポンプで、このポンプのポンプ室15の配置は図20に示す通りである。
【0024】
この図19に示すポンプも、ケース3、シリンダー部11、ダイヤフラム本体14、蓋体20も、夫々シリンダー、ダイヤフラム部等が二つである点を除いて図15〜図17のポンプと同様の構成である。
【0025】
このポンプも、ケース3、シリンダー部11、ダイヤフラム本体14、蓋体20を組み合わせた上で板ばね40を利用して容易に締め付け固定することができる。
【0026】
又、ねじを用いての固定でないため、図13に示すポンプのようなねじ止めを行なう部分のスペースは不要となり極めて小型のポンプになり得る。
【0027】
更に、ダイヤフラム本体のダイヤフラム部周辺に凸部を設けることによりこれと板ばねによる締め付けとにより常にシールが完全なものとなる。
【0028】
又、図21に示すように一つのポンプ室を有するポンプも図19のように板ばねにて締め付けが可能である。
【0029】
また図22に示すポンプは、ケース、シリンダー部、ダイヤフラム本体、蓋体を組み合わせ固定する際に、板ばねの代わりに図22(B)に示すような棒状ばね(線状ばね)42を用いて締め付け固定するものである。
【0030】
小型ポンプにおいて、駆動モーターの径がポンプの部分の径よりも小である場合がある。このような場合、図22(A)に示すように、ケース3とシリンダー部11とダイヤフラム本体14と蓋体20とを組み合わせたポンプの部分のモーター1の外側に溝41を形成し、この溝41に沿って図22(B)に示す棒状ばね(線状ばね)42を掛けて図22(A)のように前記のケース3、シリンダー部11、ダイヤフラム本体14、蓋体20を締め付け固定して小型ポンプを組み立て固定したものである。
【0031】
図23は、例えば三つのポンプ室を有する小型ポンプに対し、図23(B)の棒状ばね42による締め付けを行なった例である。
【0032】
この例では、ケース3の底面部分(モーター1が締め付けられる側)に円周状の溝41を設け、又図22(B)のように棒状ばね42の42aの部分を円弧状に曲げた形状にし、このばねを用いて、図22のように締め付け固定している。
【0033】
これら図22や図23に示す小型ポンプは、棒状ばねにより締め付け固定するため、固定後ばねがはずれるおそれがある。そのためケース3等に溝を設けてずれを防止してある。又、ケース3のモーターと接する側に溝を設ける場合、溝の深さを棒状ばねの径よりも深くすればケース3のモーター1に接する面に溝を設けこれに棒状ばねを配置してもケース3とモーター1とをその面で密着させることが可能である。したがってモーターの径がケース3の径(ポンプ部分の径)より小さくなくとも棒状ばねにて固定した小型ポンプを実現し得る。
【0034】
以上述べた前記出願のポンプは、ケース、シリンダー部、バルブハウジング等を組み合わせて板ばねまたは棒状のばねにより締め付けて固定するもので、組立が極めて簡単である。
【0035】
しかし、それらポンプはケース、シリンダー部、バルブハウジング等は、一般に合成樹脂にて形成される。また、高い気温などの環境下での使用や使用中高温になったり、長時間の使用により高い温度の状態が長く続いて温度が著しく高くなった場合ケース、シリンダー部、バルブハウジング等は変形する。特にシリンダー部やバルブハウジングが変形した場合、十分な気密性が保てなくなる。しかもこの変形が大きいと、前述のようにダイヤフラム本体14やバルブハウジング20に凸部を設けたとしても十分な気密性が得られない。
【0036】
本発明は、組み立てが容易であって十分な気密性を有し、しかも使用によって温度が上昇しても変形がなくしたがって気密性を保ち得る小型ポンプを提供するものである。
【0037】
【課題を解決するための手段】
本発明のダイヤフラムポンプは、前記の通りの構成のケースと合成樹脂製のシリンダー部と合成樹脂製のバルブハウジングを組み合わせたもので、シリンダー部とバルブハウジングとをダイヤフラム部を挟んで組み合わせた上で両者の接合部分の周縁部を溶着によって接合して一体化したものと、ケースとを組み合わせた後に板ばねまたは棒状のばねを用いて締め付け固定したことを特徴とする。
【0038】
また本発明の小型ポンプは、前記の通りのバルブハウジングとシリンダー部とケースとを組み合わせ一体にするもので、前記バルブハウジング、シリンダー部、ケースを組み合わせた状態にてバルブハウジングの表面の排出口側に補強板を重ね合わせた上で板ばね又は棒状のばねを用いて締め付け固定したことを特徴とするものである。
【0039】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の小型ポンプの実施の形態を示すもので、1はモーター、2はモーター1の出力軸、3はケース、5はカラー、6は駆動軸、7は駆動体、11はシリンダー部、14はダイヤフラム本体、15はダイヤフラム部、18は弁体部、20はバルブハウジング、25は排気口、28はポンプ室、29は共通室である。これらの構造は、図16に示す小型ポンプと同じである。
【0040】
また、本発明のポンプは、シリンダー部11とバルブハウジング20とがダイヤフラム本体14を挟んだ状態にてその境界の周辺部分にて超音波溶着等によりシリンダー部11とバルブハウジング20とが一体化された構成である。
【0041】
この一体化された部分50とケース3とを組み合わせた上で板ばねなどにより締め付け固定したものでシリンダー部とバルブハウジングとが一体化された点を除いて図15に示すものと実質上同様の構成になっている。
【0042】
次に、シリンダー部11とバルブハウジング20との溶着方法の一例を示す。
【0043】
図2は本発明の小型ポンプのシリンダー部11とバルブハウジング20の溶着部分51を拡大して示した図で、溶着方法を説明するために溶着前の状態を示している。この図のように、シリンダー部11は、その周辺部に溶着用凸部52が設けられ、またシリンダー部11の凸部52が形成されている周辺部より内側は、ダイヤフラムの厚さに相当する深さの凹部(段部)11aが形成された構造である。このようなシリンダー部11の凹部(段部)11aにダイヤフラム本体14をダイヤフラム部15がシリンダー内に挿入されるように配置した後、バルブハウジング20を重ね合わせた上で、超音波溶着等の手段により溶着用凸部52を利用して溶着すれば、溶着用凸部52は溶融し、シリンダー部11の周辺の上面とバルブハウジング20の下面とは互いに接した状態にて一体化される。これによりダイヤフラム本体14は、シリンダー部11とバルブハウジング20とにより挟持され、また十分な気密性を保ったまま保持される。しかもシリンダー部11とバルブハウジング20とは、溶着により一体化されているため両者がそれぞれ変形して気密性を維持できなくなることはない。
【0044】
図3、図4はシリンダー部とバルブハウジングの溶着手段の他の例を示す図である。この溶着手段は、シリンダー部11の周辺部に複数の溶着用凸部53を設けると共に図4に示すようにダイヤフラム本体14のこの凸部53に対応する位置に孔14bを設けたもので、図3に示すようにシリンダー部11とダイヤフラム本体14とバルブハウジング20とを組み合わせる時にシリンダー部11の溶着用凸部53を図4に示すダイヤフラム本体14の孔14bに挿入されるように配置し、更にバルブハウジング20を組み合わせた上で凸部53を利用して溶着して固定し、シリンダー部11とバルブハウジング20とを一体化する。
【0045】
図5、図6はシリンダー部11とバルブハウジング20とを溶着して一体化するための他の方法を示す図である。
【0046】
この図5、図6は、図12や、図19、20に示すような二つのポンプ室を有する外観が直方体状の小型ポンプを例として示してある。
【0047】
図5に示すようにシリンダー部11のバルブハウジング側の面に溶着用凸部54を設け、また、図6に示すようにダイヤフラム本体14の前記凸部54に対応する位置に切り欠き14cを設けたものである。この図5に示すシリンダー部11にダイヤフラム部14を重ねる。このときダイヤフラム部14の切り欠き14cにシリンダー部11の凸部54が挿入されるように配置する。更に図示していないバルブハウジング20を重ね、溶着用凸部54を利用して溶着し一体化する。これによりシリンダー部とバルブハウジングとは一体化されまた気密性を保つことができる。
【0048】
図7は本発明の小型ポンプのの他の第2の実施の形態を示すもので、同様に高温の環境下や温度変化のために変形するのを防止するようにした本発明のポンプの他の例を示す。
【0049】
この第2の実施の形態は、図7の(A)に示すような金属板(補強板)55をバルブハウジング20の上に重ね配置した上で、板ばね40により締め付け固定するものである。
【0050】
即ち、図22に示すように組み合わせばね42にて締め付け固定する小型ポンプにおいて、ばね42にて締め付ける前の、ケース3とシリンダー部11とバルブハウジング20を組み合わせ、更に図7の(A)に示す補強部52をバルブハウジング20の上に重ねてからばね42により締め付け固定して本発明の小型ポンプを形成する。
【0051】
これにより、高温や温度変化が大である環境下においてもバルブハウジング20やシリンダー部11等の変形を抑えることができ、常に気密性を保った小型ポンプになし得る。
【0052】
この実施の形態の小型ポンプは、高い温度の環境下やポンプを使用することによる発熱によって、合成樹脂製のバルブハウジングやシリンダー部が変形しようとしても、この金属性の補強板により変形を抑え、これにより板ばねによる締め付けとそれによりポンプを気密に保つことができる。
【0053】
この実施の形態のポンプにおいて用いる補強板55は、例えば図7の(B)、(C)または(D)に示すような形状のものである。
【0054】
これら補強板のうち図7の(B)の補強板は、薄い金属板により形成された長方形状のもので、図7の(A)に示すようにケース3、シリンダー部11、バルブハウジング20等の外形寸法とほぼ同じ大きさであり、ポンプの排出口25の部分が補強板55の外部に出る大きさで任意形状の孔56と図22のポンプの溝41に対応する切り欠き57が形成されている。
【0055】
図7の(C)は、補強板55の相対する2辺を一部折り曲げて補強部58としたものであり、、また(D)は、中央の排出口が位置する孔56の周囲に絞り出しによってほぼ変形の補強部59を設けたものである。
【0056】
この補強板は、補強のために一定の強度を必要とすると共に、ポンプ全体の重量の点等からは、薄い方が望ましい。
【0057】
しかしこの補強板を極端に薄くしたとき補強板自体の強度が十分でなくなり好ましくない。
【0058】
図7の(C)、(D)は、補強部を設けることにより薄い板であっても強度が十分得られるようにした補強板の例である。
【0059】
図7の(B)、(C)、(D)に示す補強板は、いずれも図22に示す構造の外周の形状(凸部20aの形状)が矩形状をなし、棒状のばね42にて締め付け固定するタイプの小型ポンプに適用することを想定したものである。しかし、その形状を変えることにより、図15、図19、図23に示すような構成の小型ポンプにも容易に適用し得る。
【0060】
この実施の形態のように、図7の(B)、(C)、(D)のいずれかの補強板を用いることにより、ポンプを使用することによる熱のための変形を防止することができ、常に気密性を保ったポンプになし得る。
【0061】
【発明の効果】
本発明の小型ポンプは、ねじ止めではなく板ばねを用いて固定したので、固定が簡単であり、高温や温度変化の激しい環境下での使用により温度の上昇、下降による外径寸法の変化に影響を受けることがない。又ねじ止め用のスペースを必要としないため、より小型化が可能であり、特に一つ又は二つのポンプ室を有するポンプの場合、ねじ止めによる場合に比べて大幅な小型化が可能である。更に、シリンダー部とバルブハウジングを溶着により一体化するか、あるいは補強板を設けることによりポンプが極めて高い温度になったり、又高い温度の状態が長く続いたとしても変形がほとんどなく、気密性が保たれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態の小型ポンプを示す図
【図2】 本発明の実施の形態の小型ポンプの溶着方法の一例を示す拡大図
【図3】 本発明の実施の形態の小型ポンプの溶着方法の他の例を示す図
【図4】 図3に示す溶着方法にて用いられるダイヤフラム本体の平面図
【図5】 本発明の実施の形態の他の溶着方法を示す図でシリンダー部を示す図
【図6】 図5の溶着方法におけるダイヤフラム部を示す図
【図7】 本発明の他の実施の形態の小型ポンプを示す図
【図8】 従来の小型ポンプの断面図
【図9】 従来の小型ポンプで用いるシリンダー部の平面図
【図10】 従来の小型ポンプで用いるダイヤフラム本体の平面図
【図11】 従来の小型ポンプで用いる蓋体の底面図
【図12】 従来の二つのポンプ室を有する小型ポンプのポンプ室の配置等を示す図
【図13】 図に示す従来のポンプの外観を示す図
【図14】 従来の一つのポンプ室を有する小型ポンプのポンプ室等の配置等を示す図
【図15】 板ばねにて締め付け固定するようにした小型ポンプの外観を示す図
【図16】 図15に示すポンプの断面図
【図17】 図15に示すポンプで用いるダイヤフラム本体の平面図
【図18】 図15に示すポンプで用いるバルブハウジングの平面図
【図19】 板ばねにて締め付け固定するようにした小型ポンプの他の例の外観を示す図
【図20】 図19に示すポンプのポンプ室の配置を示す図
【図21】 一つのポンプ室を有するポンプのポンプ室の配置を示す図
【図22】 棒状ばねにて締め付け固定するようにした小型ポンプの外観図
【図23】 棒状ばねにて締め付け固定するようにした小型ポンプの他の例の外観図
【符号の説明】
1 モーター
3 ケース
11 シリンダー部
14 ダイヤフラム本体
15 ダイヤフラム部
20 バルブハウジング
51 溶着部分
52、53、54、55 溶着用凸部

Claims (4)

  1. ポンプ室を形成する少なくとも一つのダイヤフラム部と前記ダイヤフラム部の一部にてほぼ接する弁体部とが一体に形成されたダイヤフラム本体と、前記ダイヤフラム本体のダイヤフラム部が挿入されるシリンダーを少なくとも一つ有するシリンダー部と、前記ダイヤフラム本体の弁体部が配置される弁室とこれに通ずる吐出口を有するバルブハウジングと、前記ダイヤフラム本体のダイヤフラム部を駆動する駆動部を収納するケースとを組み合わせたポンプで、前記バルブハウジングの表面に補強板を配置し、これらケース、シリンダー部、バルブハウジング、補強部を有する補強板を板ばねまたは棒状のばねにより締め付け固定したことを特徴とする小型ポンプ。
  2. 前記補強板の補強部が前記補強板の周辺部をほぼ直角に折り曲げて形成された凸部であることを特徴とする請求項1の小型ポンプ。
  3. 前記補強板の補強部が吐出口を囲む形状の凸部であることを特徴とする請求項1の小型ポンプ。
  4. 前記組み合わされたダイヤフラム本体とシリンダー部とケースとがその外周部に溝を有し、前記補強板が前記溝の位置に同一形状の溝を有し、前記ばねがこれら溝に沿って配置されたことを特徴とする請求項1、2又は3の小型ポンプ。
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