JP5531038B2 - Diaphragm - Google Patents
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Description
本発明は、ダイヤフラムに関する。 The present invention relates to a diaphragm.
従来、流体を圧送するための流体用ダイヤフラムポンプに用いられるダイヤフラムは、縮小(圧縮)・拡大されるポンプ室の一部を形成する円筒壁部と、ポンプ室を縮小(圧縮)・拡大するための円柱状の駆動軸部と、円筒壁部と駆動軸部と連結する横断面L字状の連結壁部と、を一体成型したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
即ち、図7と図8に示すように、従来のダイヤフラム9は、円筒壁部91と、自由状態で円筒壁部91に同軸心状に配設される円柱状の駆動軸部93と、円筒壁部91と駆動軸部93と連結する横断面L字状の連結壁部92とを、一体成型していた。
従来の連結壁部92は、駆動軸部93の外周面からラジアル外方へ突出するにつれて次第に軸心一方向N1´に弯曲して円筒壁部91と連結する横断面L字状に形成され、肉厚寸法t´は、均一であった。
Conventionally, a diaphragm used for a diaphragm pump for fluid for pumping fluid is a cylindrical wall part that forms a part of a pump chamber to be reduced (compressed) or enlarged, and a pump chamber is reduced (compressed) or enlarged. A cylindrical drive shaft part and a cylindrical wall part and a connecting wall part having an L-shaped cross section connected to the drive shaft part are integrally molded (for example, see Patent Document 1).
That is, as shown in FIGS. 7 and 8, the
The conventional connecting
そのため、従来の連結壁部92と駆動軸部93の連結部位E´は、急激に厚みが変化する段付き形状となり、応力集中が発生する虞の高い形状であった。
特に、図8に示すように、駆動軸部93が往復運動すると、連結部位E´は、小さい鋭角に折られると共に、強い曲げ応力(引張力や圧縮力)を受けていた。従って、応力集中が発生すると共に、繰り返しによる疲労が蓄積されて、亀裂や破れ、切断等の損傷が発生し、耐久性に問題があることが判明した。
Therefore, the connecting portion E ′ between the conventional connecting
In particular, as shown in FIG. 8, when the
そこで、本発明は、耐久性に優れ、長期間使用可能なダイヤフラムの提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a diaphragm that is excellent in durability and can be used for a long period of time.
上記目的を達成するために、本発明のダイヤフラムは、縮小と拡大が繰り返されるポンプ室の一部を形成する円筒壁部と、自由状態で該円筒壁部に同軸心状に配設されると共に上記ポンプ室を縮小・拡大させるための駆動軸部と、上記円筒壁部と上記駆動軸部と連結する連結壁部とを、一体成型したダイヤフラムに於て、上記連結壁部は、自由状態で、上記駆動軸部の一端面の周縁部から軸心一方向に突出しつつラジアル外方向へ弯曲する第1弯曲壁部と、軸心直交状の平面状壁部と、ラジアル外方に延伸しつつ上記軸心一方向に弯曲して上記円筒壁部に連続する第2弯曲壁部とを、一体連続状に有する横断面S字状に形成され、上記連結壁部の上記第1弯曲壁部が、上記駆動軸部の上記一端面に接近するにつれて、肉厚寸法がしだいに増加するように形成されているものである。
また、上記円筒壁部の内径寸法をD10、上記駆動軸部の上記一端面の外径寸法をdとすると、0.45・D10≦d≦0.60・D10なる数式が成立するように、上記駆動軸部の上記外径寸法を小さく設定したものである。
In order to achieve the above object, a diaphragm according to the present invention is provided with a cylindrical wall part forming a part of a pump chamber that is repeatedly reduced and enlarged, and coaxially disposed on the cylindrical wall part in a free state. A diaphragm in which a driving shaft for reducing and enlarging the pump chamber and a connecting wall connected to the cylindrical wall and the driving shaft are integrally formed. In the diaphragm, the connecting wall is in a free state. A first curved wall portion that is curved in a radial outward direction while projecting in one axial direction from a peripheral edge portion of one end surface of the drive shaft portion, a planar wall portion that is orthogonal to the axial center, and a radial outward direction. the shaft and the heart one direction and curved second curved wall portion continuous with the cylindrical wall portion, is formed on the cross section S-shape having integrally continuous shape, the upper Symbol connecting wall portion of the first curved wall section However, as it approaches the one end surface of the drive shaft portion, the wall thickness gradually increases. Are those formed so that.
Further, when the inner diameter dimension of the cylindrical wall portion is D 10 and the outer diameter dimension of the one end surface of the drive shaft portion is d, the following equation is established: 0.45 · D 10 ≦ d ≦ 0.60 · D 10 As described above, the outer diameter of the drive shaft portion is set to be small.
本発明によれば、ポンプ室を拡大・縮小する際に、駆動軸部と連結壁部の連結部位に、応力集中が発生するのを緩和して、亀裂等の損傷を防止できる。耐久性が向上し、長期間にわたって使用できる(寿命が延びる)。 According to the present invention, when the pump chamber is enlarged / reduced, it is possible to alleviate the occurrence of stress concentration at the connection portion between the drive shaft portion and the connection wall portion, and to prevent damage such as cracks. Durability is improved, and it can be used for a long period of time (life is extended).
以下、図示の実施形態に基づき本発明を詳説する。
本発明に係るダイヤフラム3は、図1に示す実施の一形態に於て、縮小と拡大が繰り返されるポンプ室1の一部を形成する円筒壁部10と、自由状態で円筒壁部10に同軸心状に配設されると共にポンプ室1を縮小・拡大させるための円柱状の駆動軸部30と、円筒壁部10と駆動軸部30を連結する連結壁部20と、を一体成型したゴム製のダイヤフラムである。なお、図1では、円筒壁部10と連結壁部20と駆動軸部30と他部との境界(線)を一軸心Lと直交する二点鎖線S1,S2,S3,S4にて示している。一軸心Lは、自由状態のダイヤフラム3の軸心であり、また、円筒壁部10の軸心とも言える。
図6に例示するように、3個のダイヤフラム3,3,3を横膜部11と一体成型する等、複数個のダイヤフラム3を一体構造とする(ダイヤフラム集合体13とする)のが望ましい。但し、ダイヤフラム3を単数個ずつ成型して、これを1個のダイヤフラムポンプに複数個組立てて使用するも自由である。
図5に於て、本発明に係るダイヤフラム3を組込んだダイヤフラムポンプ2の一例を示し、図6にて述べたダイヤフラム集合体13を適用している。駆動軸部30から斜板14の孔部に挿入して組立てられる連結軸部15が延設されている。アクチュエータ17の出力軸18が回転すると、斜板14が偏心運動を起こし、ダイヤフラム3は、図5の左側に示した膨張状態と、図5の右側に示した圧縮(縮小)状態とに交互に切換わり、かつ、弁体19と弁座部24の弁機能によって、矢印25の方向から流体を吸い込んで、圧力流体が矢印26方向に吐出する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on illustrated embodiments.
In the embodiment shown in FIG. 1, the
As illustrated in FIG. 6, it is desirable that a plurality of
In FIG. 5, an example of the
図1及び図2に於て、連結壁部20は、未装着の自由状態で、駆動軸部30の一端面32の周縁部(外周縁部)32aから一軸心Lの軸心一方向N1に突出するにつれて次第にラジアル外方に弯曲する第1弯曲壁部21と、第1弯曲壁部21の先端21aから(駆動軸部30)ラジアル外方へ向かって一軸心Lに直交する平面状(軸心直交状と呼ぶ場合もある)に形成される円環平面状壁部22と、円環平面状壁部22の外径端縁部22aからラジアル外方へ向かうにつれて次第に軸心一方向N1に弯曲して円筒壁部10に連結する第2弯曲壁部23と、を有する横断面略S字状に形成されている。
なお、図1及び図2では、第1弯曲壁部21と円環平面状壁部22の境界を一軸心Lと平行な二点鎖線J1にて示している。また、円環平面状壁部22と第2弯曲壁部23の境界を一軸心Lと平行な二点鎖線J2にて示している。
1 and 2, the connecting
1 and 2, the boundary between the first
図2及び図3に於て、第1弯曲壁部21は、未装着の自由状態で、基端部21bに、横断面形状で駆動軸部30の外周面31と一軸心Lに平行な直線状に連続する基端外周面51と、駆動軸部30の軸心直交平面状の一端面32と連続する弯曲凹状(凹R状)の基端内周面52と、を有している。
また、第1弯曲壁部21は、中間部21cに、弯曲凹状(凹R状)の中間外周面53と、弯曲凸状(凸R状)の中間内周面54と、を有している。
なお、図2では、駆動軸部30と連結壁部20の境界を二点鎖線S3にて示している。また、第1弯曲壁部21の基端部21bと中間部21cの境界を一軸心Lと直交する二点鎖線K1で示し、中間部21cと先端部21dの境界を一軸心Lと平行な二点鎖線K2にて示している。
2 and 3, the first
In addition, the first
In FIG. 2, the boundary between the
図3に於て、基端内周面52は、基端半径寸法Raで形成されている。
中間外周面53は、第1半径寸法R1で形成されている。中間内周面54は第1半径寸法R1より大きな第2半径寸法R2で形成されている。そして、中間内周面54(第2半径寸法R2)の中心点を、中間外周面53(第1半径寸法R1)の中心点よりも、一軸心L寄り(駆動軸部30)に配設している。
In FIG. 3, the base end inner
The intermediate outer
つまり、基端部21bの肉厚寸法t(t1)及び中間部21cの肉厚寸法t(t2)は、駆動軸部30の一端面32から円環平面状壁部22側へ向かうにつれて次第に肉厚寸法tが小さくなるように形成されている。基端部21b及び中間部21cは段差無く滑らかに連続状に形成されている。
言い換えると、基端部21b及び中間部21cは、円環平面状壁部22側から駆動軸部30に向かうにつれて次第に肉厚寸法tが大きくなるように形成されている。
That is, the wall thickness t (t1) of the
In other words, the
なお、第2半径寸法R2は、第1半径寸法R1の1.5〜3倍、好ましくは、2〜2.7倍に設定するのが好ましい、上述の上限値を越えると、急激に肉厚寸法tが変化して、応力集中が発生する虞がある。下限値未満であると肉厚寸法tが均一状となって基端部21b寄りで応力集中が発生する虞がある。
また、基端半径寸法Raと第1半径寸法R1は、同等の大きさに設定することで、段差無く滑らかで急激な肉厚変化がなく応力集中の発生を緩和可能な形状としている。
The second radius dimension R2 is preferably set to 1.5 to 3 times, preferably 2 to 2.7 times the first radius dimension R1. There is a possibility that stress concentration occurs due to a change in the dimension t. If it is less than the lower limit value, the thickness dimension t is uniform, and stress concentration may occur near the
In addition, by setting the proximal radius dimension Ra and the first radius dimension R1 to be equal to each other, the shape is smooth without a step and without a sudden change in thickness, and can reduce the occurrence of stress concentration.
また、第1弯曲壁部21の先端部21dは、その肉厚寸法t(t3)が、平面状壁部22の肉厚寸法t(t4)と同等で、平面状壁部22に滑らか(無段差)に接続している。
また、平面状壁部22の肉厚寸法t(t4)と第2弯曲壁部23の肉厚寸法t(t5)は同等に形成され、第2弯曲壁部23に滑らかに連結している。
Further, the
Moreover, the thickness dimension t (t4) of the
また、図1に於て、第2弯曲壁部23の肉厚寸法t(t5)と円筒壁部10の(横膜部11よりも下方側の)肉厚寸法t(t6)は同等に形成され、円筒壁部10に滑らかに連結している。
また、第2弯曲壁部23の内周面は第3半径寸法R3で形成され、外周面は第3半径寸法R3と中心点が同じで第3半径寸法R3より僅か(肉厚寸法t分だけ)大きい第4半径寸法で形成されている。即ち、第2弯曲壁部23は肉厚寸法tが均一に形成されている。
In FIG. 1, the thickness dimension t (t5) of the second
Further, the inner peripheral surface of the second
また、円筒壁部10の内径寸法をD10、駆動軸部30の一端面32の外径寸法をdとすると、0.45・D10≦d≦0.60・D10なる数式が成立するように、駆動軸部30の外径寸法を小さく設定した構成である。下限値未満であると、駆動軸部30が図5に示したように斜板14から受ける外力を、円滑に第1弯曲壁部21や第2弯曲壁部23へ伝達できず、局部的に無理な(過大な)応力を発生して、ダイヤフラム3の寿命が急に短くなる。逆に上限値を越えると、第1弯曲壁部21や第2弯曲壁部23が短くなって弾性変形が困難になり、応力集中を緩和できなくなる(応力集中が発生する)虞がある。
なお、図1と図5に示すように、横膜部11よりも上方側の円筒壁部10の肉厚寸法が小さく設定されて、さらに、上方へ延伸して、円筒弁部12が連設される。
When the inner diameter dimension of the
As shown in FIGS. 1 and 5, the wall thickness of the
なお、図5に示す流体用ダイヤフラムポンプ2は、ケーシング6や斜板14、伝達軸8、傘状弁体19等を備え、伝達軸8が、出力軸18の軸心廻りに周回して、伝達軸8に取り付けられる斜板14が、ダイヤフラム駆動軸部30を往復運動させて、複数個のダイヤフラムが順次ポンプ室1を膨縮(拡大・圧縮)させることで、ポンプ動作を行なう複数気筒型である。
The
なお、本発明は、設計変更可能であって、単気筒型の流体用ポンプに使用しても良い。 The present invention can be modified in design and may be used for a single cylinder type fluid pump.
次に、本発明のダイヤフラムの作用について説明する。
図4に示すように、実線で示すダイヤフラム3は、装着基準状態を示し、図1に示した未装着の自由状態に比べて、駆動軸部30が軸心一方向N1に移動した状態で斜板14によって保持されている。そして、アクチュエータ17が駆動すると、斜板14が揺動し、二点鎖線で示すように駆動軸部30の軸心Laが一軸心Lに対して傾斜状に配設され軸心一方向N1側へ押されポンプ室1を圧縮状態にする圧縮姿勢と、二点鎖線で示すように駆動軸部30の軸心Laが一軸心Lに対して傾斜状に配設され軸心他方向N2側へ引かれてポンプ室1を拡大(膨張)する拡大姿勢と、に繰り返し変化して、ポンプ室1を膨縮するポンプ作動を行なう(図5参照)。
Next, the operation of the diaphragm of the present invention will be described.
As shown in FIG. 4, the
図4と図5に示すように、ポンプ作動中は、駆動軸部30と連結壁部20の連結部位Eは、急に折曲げられることがなく、応力集中が発生するのが緩和されている。即ち、従来例を示した図8と、本発明を示した図5及び図4を比較すれば判るように、連結壁部20は極端に折曲がることなく、全体S字状に弾性的に弯曲変形し、応力集中箇所も生ずることなく、疲労に伴う亀裂等の虞もない。特に、第2弯曲壁部23及び第1弯曲壁部21によって、弾性的に柔軟に変形して無理な力(応力)が、連結部位Eに発生するのを緩和している。
また、第1弯曲壁部21の基端部21bは肉厚でコシが強く、連結部位Eがくの字状に屈曲するのを防止する。連結壁部20に発生する応力が均一化され、応力集中の発生が緩和される。
As shown in FIGS. 4 and 5, during operation of the pump, the connection portion E between the
Further, the
図7と図8に示した従来のダイヤフラム9を有するダイヤフラム集合体90は、連続使用で150時間で亀裂等の損傷が確認された。これに対して図1と図5に示したダイヤフラム3を有するダイヤフラム集合体13は、450時間以上でも損傷が確認できず、連続使用時間が3倍以上(450時間以上)延びたのを確認できた。
In the
以上のように、本発明のダイヤフラムは、縮小と拡大が繰り返されるポンプ室1の一部を形成する円筒壁部10と、自由状態で円筒壁部10に同軸心状に配設されると共にポンプ室1を縮小・拡大させるための駆動軸部30と、円筒壁部10と駆動軸部30と連結する連結壁部20とを、一体成型したダイヤフラムに於て、連結壁部20は、自由状態で、駆動軸部30の一端面32の周縁部32aから軸心一方向N1に突出しつつラジアル外方向へ弯曲する第1弯曲壁部21と、軸心直交状の平面状壁部22と、ラジアル外方に延伸しつつ軸心一方向N1に弯曲して円筒壁部10に連続する第2弯曲壁部23とを、一体連続状に有する横断面S字状に形成されているので、ポンプ室1を拡大・圧縮する際に、駆動軸部30と連結壁部20の接続部位Eに、応力集中が発生するのを緩和して、亀裂等の損傷を防止できる。耐久性が向上し、長期間にわたって使用できる(長寿命化できる)。特に、小さいケーシング内部空間に収納する必要があるダイヤフラムは、変形する壁部(膜部)が薄肉に形成されるため、従来では、応力集中が発生して損傷していたが、本発明によって応力集中が緩和されて、壁部を薄肉に形成しても十分な耐久性を得ることができ、特に、小型の流体用ダイヤフラムポンプに最適である。
As described above, the diaphragm of the present invention includes the
また、連結壁部20の第1弯曲壁部21が、駆動軸部30の一端面32に接近するにつれて、肉厚寸法tがしだいに増加するように形成されているので、第1弯曲壁部21の基端部21b側のコシを強くすると共に、平面状壁部22及び第2弯曲壁部23側を撓みやすくして、連結部位Eに応力集中が発生するような無理な力(応力)を発生させず亀裂等の破損を防止できる。さらに、連結壁部20にかかる応力を均一状にして応力集中や繰り返し荷重(疲労)による亀裂等の破損を防止できる。
In addition, since the first
また、円筒壁部10の内径寸法をD10、駆動軸部30の一端面32の外径寸法をdとすると、0.45・D10≦d≦0.60・D10なる数式が成立するように、駆動軸部30の外径寸法を小さく設定したので、駆動軸部30が受ける外力を、円滑に第1弯曲壁部21や第2弯曲壁部23へ伝達して、局部的に無理な(過大な)応力を発生させず、ダイヤフラム3の寿命を延ばすことができる。また、第1弯曲壁部21や第2弯曲壁部23を十分に弾性変形可能に形成でき、応力集中を緩和できる。
When the inner diameter dimension of the
1 ポンプ室
10 円筒壁部
20 連結壁部
21 第1弯曲壁部
22 平面状壁部
23 第2弯曲壁部
30 駆動軸部
32 一端面
32a 周縁部
D10 内径寸法
d 外径寸法
N1 軸心一方向
t 肉厚寸法
1 Pump room
10 Cylindrical wall
20 Connecting wall
21 1st wall
22 Planar wall
23 Second Folding Wall
30 Drive shaft
32 One end
32a Perimeter D 10 Inner diameter d Outer diameter N1 One axial direction t Thickness
Claims (2)
上記連結壁部(20)は、自由状態で、上記駆動軸部(30)の一端面(32)の周縁部(32a)から軸心一方向(N1)に突出しつつラジアル外方向へ弯曲する第1弯曲壁部(21)と、軸心直交状の平面状壁部(22)と、ラジアル外方に延伸しつつ上記軸心一方向(N1)に弯曲して上記円筒壁部(10)に連続する第2弯曲壁部(23)とを、一体連続状に有する横断面S字状に形成され、上記連結壁部(20)の上記第1弯曲壁部(21)が、上記駆動軸部(30)の上記一端面(32)に接近するにつれて、肉厚寸法(t)がしだいに増加するように形成されていることを特徴とするダイヤフラム。 A cylindrical wall portion (10) that forms a part of the pump chamber (1) that is repeatedly reduced and enlarged, and the pump chamber (1) that is coaxially disposed on the cylindrical wall portion (10) in a free state. A diaphragm in which a drive shaft portion (30) for reducing and enlarging a), a cylindrical wall portion (10), and a connecting wall portion (20) connected to the drive shaft portion (30) are integrally molded. ,
The connecting wall portion (20) is bent in a radially outward direction while protruding in one axial direction (N1) from the peripheral edge portion (32a) of the one end face (32) of the drive shaft portion (30) in a free state. 1 curved wall portion (21), planar wall portion (22) orthogonal to the axial center, and curved in the axial direction (N1) while extending radially outward to the cylindrical wall portion (10). A continuous second curved wall portion (23) is formed in an S-shaped transverse cross section, and the first curved wall portion (21) of the connecting wall portion (20) is the drive shaft portion. A diaphragm characterized in that the thickness (t) gradually increases as it approaches the one end face (32) of (30) .
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