JP6967780B2 - ダイアフラムポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ダイアフラムポンプに関する。

一般に、一対のポンプ室を有するとともにセンターロッドの往復移動によって流体を吐出するダイアフラムポンプでは、一対の作動流体室に対して作動流体が交互に供給され、センターロッドが往復移動するようになっている。このようなダイアフラムポンプとして、ダイアフラムとセンターロッドとを接続するディスク部材が検出子に当接するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたダイアフラムポンプでは、作動流体室の収縮時にディスク部材が検出子に当接し、検出子が移動することで流体の供給先が切り換えられるようになっている。

特開２０１４−２１４６２９号公報

特許文献１に記載されたようなダイアフラムポンプでは、検出子による検出感度を向上させる、即ち、ディスク部材が当接した際にのみ検出子を確実に移動させることが好ましい。そこで、検出子をディスク部材側に付勢するとともに、検出子の先端よりもディスク部材側に突出する圧縮バネを設ける構成が考えられる。

このような構成では、ディスク部材によって圧縮バネが圧縮された後、検出子が押圧される。このとき、付勢力以下の力が検出子に加わっても検出子は移動しない。また、ディスク部材が検出子に当接した際には、検出子に、ディスク部材の押圧力だけでなく圧縮バネの復元力も加わることから、検出子を移動させやすい。このように、ディスク部材が当接した際にのみ検出子が確実に移動するようにし、検出感度を向上させることができる。

しかしながら、このように検出子に圧縮バネを設けると、圧縮バネが伸縮することで検出子と繰り返し接触し、破断してしまう可能性がある。特に、圧縮バネは検出子の先端から突出しているため、検出子の先端と接触しやすい。圧縮バネが破断してしまうと、上記のような検出感度向上の効果が得られなくなってしまう。

本発明の目的は、検出感度の向上を持続させることができるダイアフラムポンプを提供することにある。

本発明のダイアフラムポンプは、一対の作動流体室に流体を供給する供給手段と、送流体室と前記作動流体室とを区画するダイアフラム部と、一対の前記ダイアフラム部に接続されて往復移動するセンターロッドと、前記ダイアフラム部の動作を検出する検出装置と、前記ダイアフラム部の動作に応じて前記供給手段の流体供給先を切り換える切換装置と、を備えたダイアフラムポンプであって、前記検出装置は、前記作動流体室が収縮する際に前記ダイアフラム部の当接部に当接することで移動する棒状の検出子と、前記検出子を前記当接部側に付勢する付勢手段と、前記検出子が挿通されるとともに前記当接部と前記検出子との当接よりも先に圧縮変形する圧縮バネと、前記圧縮バネを前記検出子の移動方向に沿って案内する案内部材と、を備え、前記案内部材は、筒状に形成され、前記検出子と前記圧縮バネとの間に配置され、前記付勢手段は、前記検出子の後方側空間を前記作動流体室よりも高圧にするものであって、前記検出子は、前記当接部に当接しない状態において、前記作動流体室と前記後方側空間とを区画する弁機能を有し、前記案内部材には、その軸方向に沿って流体が通過可能な流体通過部が形成されていることを特徴とする。

以上のような本発明によれば、案内部材が設けられていることにより、圧縮バネは、検出子の移動方向に沿って伸縮し、移動方向に対して斜めに伸縮することが抑制される。これにより、圧縮バネと検出子とが接触しにくくなり、圧縮バネの破断を抑制することができる。従って、付勢手段と圧縮バネとを設けることによる検出感度の向上を持続させることができる。また、このような構成によれば、圧縮バネが検出子にさらに接触しにくくなり、圧縮バネの破断をさらに抑制することができる。また、このような構成によれば、気圧差によって検出子を付勢し、検出子が弁機能を有する構成とした場合、当接部が検出子に当接して弁開した際に、後方側空間から作動流体室に流体が流れ込む。このとき、案内部材に流体通過部を形成すれば、案内部によって流体の流れが阻害されにくい。

また、本発明のダイアフラムポンプでは、前記案内部材は、前記検出子の一部または前記圧縮バネと係合することで前記当接部側への脱落を規制する脱落規制部を有することが好ましい。このような構成によれば、当接部が検出子から離れるように移動し、検出子が付勢手段の付勢力によって移動したり、圧縮された圧縮バネが復元したりする際、この勢いによって案内部材が検出子または圧縮バネから脱落してしまうことを抑制することができる。

また、本発明のダイアフラムポンプでは、前記案内部材は、前記圧縮バネの先端を覆うフランジ部を有することが好ましい。このような構成によれば、フランジ部によって圧縮バネの先端が保護され、当接部と圧縮バネの先端とが直接接触せず、圧縮バネの損傷を抑制することができる。

以上のような本発明のダイアフラムポンプによれば、案内部材が設けられることにより圧縮バネが検出素子の移動方向に伸縮することで、検出感度の向上を持続させることができる。

本発明の実施形態に係るダイアフラムポンプのポンプ本体を示す断面図である。 前記ダイアフラムポンプを示す断面図である。 前記ダイアフラムポンプの検出装置を示す部分断面図である。 本発明の第１の変形例の検出装置における案内部材を示す断面図である。 本発明の第２の変形例の検出装置における案内部材を示す斜視図である。 本発明の第３の変形例の検出装置における案内部材を示す斜視図である。 本発明の第４の変形例の検出装置における案内部材を示す部分断面図である。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態のダイアフラムポンプ１は、図１、２に示すように、ポンプ本体２と切換装置３と供給手段（不図示）とを備え、例えば空気等の気体を作動流体として用い、液体等の流体を吐出するものである。本実施形態では、ポンプ本体２の上下方向をＺ方向とし、Ｚ方向に略直交する２方向をそれぞれＸ方向およびＹ方向とする。尚、ポンプ本体２は、Ｚ方向が鉛直方向に沿うように設置されてもよいし、多少の傾きを有して設置されてもよい。

ポンプ本体２は、一対のポンプ部２１Ａ、２１Ｂと、センターロッド２２と、検出装置４と、を備える。一対のポンプ部２１Ａ、２１Ｂは、互いに対称に形成され、センターロッド２２に接続されたダイアフラム体２３と、入口側逆止弁２４と、出口側逆止弁２５と、を備える。

ダイアフラム体２３は、ディスク２６、２７によって挟み込まれることによりセンターロッド２２に固定される。ポンプ本体２は、筐体２８と、筐体２８に収容されるとともにセンターロッド２２が貫通する本体部２９と、を有し、ダイアフラム体２３は、筐体２８と本体部２９との間の空間を、ポンプ室Ａ１と作動流体室Ａ２とに区画する。ダイアフラム体２３とディスク２６、２７とがダイアフラム部２３０を構成する。ダイアフラム部２３０のうち、作動流体室Ａ２に配置されるディスク２６が、後述する検出子４１に当接する当接部となる。

Ｘ方向に沿って延びるセンターロッド２２がＸ方向に移動することによりダイアフラム部２３０も移動し、一方のポンプ部２１Ａにおいてポンプ室Ａ１が膨張する（作動流体室Ａ２が収縮する）と、他方のポンプ部２１Ｂにおいてポンプ室Ａ１が収縮する（作動流体室Ａ２が膨張する）。また、一方のポンプ部２１Ａにおいてポンプ室Ａ１が収縮すると、他方のポンプ部２１Ｂにおいてポンプ室Ａ１が膨張する。

ポンプ室Ａ１が膨張して減圧されると、入口側逆止弁２４が弁開して入口側開口２０１からポンプ室Ａ１に流体が導入される。一方、ポンプ室Ａ１が収縮して昇圧されると、出口側逆止弁２５が弁開してポンプ室Ａ１内の流体が出口側開口２０２から外部に排出される。

後述するように切換装置３によってポンプ部２１Ａ、２１Ｂのそれぞれの作動流体室Ａ２に交互に作動流体が供給されることにより、センターロッド２２がＸ方向に往復移動し、ポンプ部２１Ａ、２１Ｂのポンプ室Ａ１が互い違いに膨張及び収縮を繰り返す。これにより、入口側開口２０１から導入された流体が出口側開口２０２から排出され、流体が外部に供給される。

検出装置４は、図３にも示すように、検出子４１と、圧縮バネ４２と、案内部材４３と、収容部４４と、を有する。

検出子４１は、例えばステンレス等の金属部材によって、Ｘ方向に沿って延びる棒状に形成され、後述するように本体部２９に形成された収容部４４に収容され、Ｘ方向に沿って往復移動する。検出子４１は、先端近傍にくびれ部（外径が他の部分よりも小さく形成された部分）４１１を有しており、先端側の段差部４１２のうち、基端側を向いた面が係止面４１３となる。

圧縮バネ４２は、Ｘ方向を軸方向とするコイルばねであって、検出子４１の先端側の一部が挿通される。圧縮バネ４２は、その基端部４２１が検出子４１に固定されるとともに、その先端部４２２が検出子４１の先端４１４よりもディスク２６側に配置される。即ち、圧縮バネ４２は検出子４１よりもディスク２６側に突出するように設けられる。

案内部材４３は、例えばポリエチレン等の樹脂によって円筒状に形成され、検出子４１と圧縮バネ４２との間に配置される。尚、案内部材は筒状であればよく、角筒状であってもよい。案内部材４３の内径は、検出子４１のうち案内部材４３の内側に配される部分（くびれ部４１１の前後の部分）の外径と略等しいか又は若干大きく、Ｘ方向に沿って延びる棒状の検出子４１に対し、筒状の案内部材４３の軸方向が傾斜することが規制されている。また、案内部材４３の外径は、圧縮バネ４２の内径と略等しいか又は若干小さく、圧縮バネ４２の軸方向が案内部材４３の軸方向に対して傾斜することが規制されている。従って、圧縮バネ４２は、その軸方向がＸ方向に対して傾斜することが抑制されており、Ｘ方向に沿って伸縮する。即ち、案内部材４３は、圧縮バネ４２を検出子４１の移動方向（Ｘ方向）に沿って伸縮するように案内する。

案内部材４３は、その内周面に係止突起４３１を有する。係止突起４３１は、周方向に連続したものであってもよいし、周方向の一部にのみ設けられるものであってもよい。係止突起４３１は、作動流体室Ａ２側を向いた被係止面を有しており、係止突起４３１の被係止面と、検出子４１の係止面４１３と、が当接することにより、案内部材４３が検出子４１に対して作動流体室Ａ２側に移動することが規制される。即ち、係止突起４３１が、検出子４１の一部と係合することで案内部材４３のディスク２６側への脱落を規制する脱落規制部として機能する。

このような案内部材４３は、作動流体室Ａ２とは反対側の開口から検出子４１が挿通されることにより、検出子４１に組み付けられる。係止突起４３１は、作動流体室Ａ２とは反対側を向いた面にテーパ部を有しており、検出子４１のうちくびれ部４１１よりも先端側の部分が乗り越えられるようになっている。

収容部４４は、本体部２９に形成され、作動流体室Ａ２から見て円筒穴状の凹部であって、後述するように供給手段によって常に圧縮空気が供給される。収容部４４の開口近傍には弁座部が設けられており、検出子４１の外周面に設けられたＯリング４１５が着座することにより、収容部４４内の空間（後方側空間）Ａ３が作動流体室Ａ２と区画されるようになっている。

後方側空間Ａ３に圧縮空気が供給されて作動流体室Ａ２よりも高圧となることにより、検出子４１が作動流体室Ａ２側（ディスク２６側）に付勢される。即ち、供給手段と収容部４４とが付勢手段として機能する。また、検出子４１は、弁座部に着座するＯリング４１５が設けられていることにより、作動流体室Ａ２と後方側空間Ａ３とを区画可能となっており弁機能を有する。

切換装置３は、図２に示すように、２つのくびれ部を有するスプール３１と、スプール３１を収容する筒状の筐体３２と、を備える。筐体３２には、作動流体供給口３２１と、作動流体排出口３２２と、一方のポンプ部２１Ａの作動流体室Ａ２に連通する第１連通口３２３と、他方のポンプ部２１Ｂの作動流体室Ａ２に連通する第２連通口３２４と、一方のポンプ部２１Ａの後方側空間Ａ３に連通する第３連通口３２５と、一方のポンプ部２１Ａの後方側空間Ａ３に連通する第３連通口３２５と、他方のポンプ部２１Ｂの後方側空間Ａ３に連通する第４連通口３２６と、が形成されている。

スプール３１は、作動流体供給口３２１と、連通口３２３、３２４のうち一方と、を連通させるとともに、連通口３２３、３２４の他方と作動流体排出口３２２とを連通させる。即ち、作動流体供給口３２１と連通した作動流体室Ａ２に作動流体が供給されて膨張し、作動流体排出口３２２と連通した作動流体室Ａ２から作動流体が排出されて収縮する。

上記のようにポンプ室Ａ１が膨張（作動流体室Ａ２が収縮）し、ディスク２６が検出子４１に当接して検出子４１が後退移動すると、この検出子４１が設けられた作動流体室Ａ２と、スプール３１のＺ方向両側に形成された切換室３２７、３２８の一方と、が連通する。収縮する作動流体室Ａ２は作動流体排出口３２２に接続されており、膨張する際よりも低圧となっている。従って、収縮する作動流体室Ａ２と連通した切換室は、他方の切換室よりも低圧となり、低圧な切換室側に向かってスプール３１がＺ方向に移動する。これにより、作動流体供給口３２１又は作動流体排出口３２２と連通する連通口３２３、３２４が切り換わり、それまで収縮していた作動流体室Ａ２に作動流体が供給されるようになる。このように、切換装置３は、ダイアフラム部２３０の動作に応じて供給手段の流体供給先を切り換える。

上記の動作について具体例を挙げて説明する。図２に示すようにスプール３１が第１位置（Ｚ方向上側位置）に位置し、作動流体供給口３２１と第２連通口３２４が連通し、作動流体排出口３２２と第１連通口３２３とが連通すると、他方のポンプ部２１Ｂにおける作動流体室Ａ２に作動流体が供給され、一方のポンプ部２１Ａにおける作動流体室Ａ２の作動流体が排出される。即ち、センターロッド２２は、他方のポンプ部２１Ｂ側に向かって移動する。センターロッド２２が所定距離だけ移動すると、一方のポンプ部２１Ａにおいてディスク２６が検出子４１に当接する。

これにより、一方のポンプ部２１Ａの作動流体室Ａ２と切換室３２７とが連通し、切換室３２７が切換室３２８よりも低圧となる。この圧力差によってスプール３１が切換室３２７側に向かって移動して第２位置（Ｚ方向下側位置）に位置づけられ、作動流体供給口３２１と第１連通口３２３が連通し、作動流体排出口３２２と第２連通口３２４が連通するようになる。

後方側空間Ａ３に連通する第３連通口３２５および第４連通口３２６は、スプール３１の位置に関わらず常に作動流体供給口３２１と連通している。これにより、後方側空間Ａ３に圧縮空気が供給されるようになっている。

ここで、検出装置４における各部の動作の詳細について説明する。まず、後方側空間Ａ３に圧縮空気が供給されていることから、後方側空間Ａ３が作動流体室Ａ２よりも高圧となり、気圧差によって検出子４１が作動流体室Ａ２側に付勢されて弁閉状態となる。作動流体室Ａ２が収縮すると、ディスク２６は最初に圧縮バネ４２に接触する。ディスク２６が本体部２９に近づくように移動していくことで、圧縮バネ４２が圧縮されていく。

ディスク２６が検出子４１の先端４１４に接触することで、ディスク２６によって検出子４１が押され、気圧差による付勢力に逆らって移動を開始する。尚、ディスク２６が検出子４１の先端４１４に接触するまでに圧縮バネ４２に生じる復元力は、気圧差による付勢力よりも小さく設定されており、ディスク２６が検出子４１の先端４１４に接触する前に検出子４１が移動開始しないようになっている。

検出子４１が移動を開始する際、検出子４１には、ディスク２６による押圧力だけでなく圧縮バネの復元力も加わる。さらに、検出子４１が移動して弁開することにより、作動流体室Ａ２と後方側空間Ａ３との気圧差が低下し、付勢力が小さくなる。これにより、検出子４１は勢いよく移動開始する。このように、検出装置４が付勢手段および圧縮バネ４２を備えることにより、ディスク２６が当接した際にのみ検出子４１が確実に移動し、高い検出感度が得られるようになっている。

また、作動流体室Ａ２が膨張する際には、ディスク２６が検出子４１から離れるように移動するが、後方側空間Ａ３には常に圧縮空気が供給されていることから、作動流体室Ａ２との気圧差によって検出子４１がディスク２６側に移動して弁閉する。

このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、案内部材４３が設けられていることにより、圧縮バネ４２は、検出子４１の移動方向であるＸ方向に沿って伸縮し、Ｘ方向に対して斜めに伸縮することが抑制される。これにより、圧縮バネ４２と検出子４１とが接触しにくくなり、圧縮バネ４２の破断を抑制することができる。従って、付勢手段と圧縮バネ４２とを設けることによる検出感度の向上を持続させることができる。

また、案内部材４３が検出子４１と圧縮バネ４２との間に配置されていることで、圧縮バネ４２が検出子４１にさらに接触しにくくなり、圧縮バネ４２の破断をさらに抑制することができる。

さらに、案内部材４３が脱落規制部としての係止突起４３１を有することで、ディスク２６が検出子４１から離れるように移動し、検出子４１が気圧差によって移動する際、この勢いによって案内部材４３が検出子４１から脱落してしまうことを抑制することができる。

以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。

例えば、前記実施形態では、案内部材４３が係止突起４３１を有して検出子４１から脱落しないようになっており、即ち、案内部材４３が検出子４１に取り付けられるものとしたが、図４に示すように、案内部材４５が圧縮バネ４２に取り付けられるものとしてもよい。案内部材４５は、その外周面に脱落規制部としての突起４５１を有し、突起４５１が圧縮バネ４２のコイル間に配置されて係合するようになっている。即ち、案内部材４５が圧縮バネ４２に取り付けられ、脱落が抑制される構成となっている。尚、このように案内部材が圧縮バネに取り付けられる構成においては、検出子はくびれ部を有していなくてもよい。

また、前記実施形態では、案内部材４３が筒状であるものとしたが、図４に示す案内部材４５のように、筒の先端にフランジ部４５２を有する構成としてもよい。フランジ部４５２は、筒の先端から径方向外側に向かって延びる円環板状に形成され、圧縮バネ４２の先端を覆う。このような構成によれば、フランジ部４５２によって圧縮バネ４２の先端が保護され、ディスク２６と圧縮バネ４２の先端とが直接接触せず、圧縮バネ４２の損傷を抑制することができる。

また、案内部材は、角筒状に形成されていてもよいし、筒状に形成されていなくてもよい。例えば、案内部材が断面Ｃ字状に形成されてＸ方向に延びる形状を有していてもよい。

また、前記実施形態では、圧縮バネ４２が検出子４１よりもディスク２６側に突出しているものとしたが、圧縮バネは検出子の先端よりも突出したものでなくてもよい。図４に示すように案内部材４５が圧縮バネ４２に取り付けられる構成においては、ディスクが案内部材４５に当接することによって圧縮バネ４２が圧縮変形する。このような構成においては、圧縮バネ４２は、検出子の先端よりも突出していなくても、ディスクと検出子との当接よりも先に圧縮変形することができる。

また、案内部材は、その軸方向に沿って流体が通過可能な流体通過部が形成されているものであってもよい。例えば、図５に示すように、外周面に流体通過部としての凹部４６１が形成された案内部材４６としてもよい。図示の例では４つの凹部４６１が形成されており、これらの凹部４６１は、案内部材４６の軸方向両端に亘って連続して延びている。案内部材４６の外周面のうち凹部４６１が形成されていない部分を通る外径が、圧縮バネ４２の内径と略等しいか又は若干小さくなっている。

また、図６に示すように、内周面に流体通過部としての凹部４７１が形成された案内部材４７としてもよい。図示の例では４つの凹部４７１が形成されており、これらの凹部４７１は、案内部材４７の軸方向両端に亘って連続して延びている。案内部材４７の内周面のうち凹部４７１が形成されていない部分を通る内径が、検出子４１のうちくびれ部４１１前後の部分の外径と略等しいか又は若干大きくなっている。

また、案内部材が充分な肉厚を有する場合には、流体通過部として、軸方向両端に亘って延びる貫通孔が形成されていてもよい。

また、前記実施形態では、案内部材４３が検出子４１と圧縮バネ４２との間に配置されているものとしたが、図７に示すように、案内部材４８が圧縮バネ４２の外側に配置される構成としてもよい。図７に示す構成においては、検出子４１Ｂ及び圧縮バネ４２の外側に、本体部２９に固定されるとともにＸ方向に沿って延びる円筒状のガイド壁２９１が配置されている。円筒状の案内部材４８の外径は、ガイド壁２９１の内径と略等しいか又は若干小さく、案内部材４８がガイド壁２９１に沿うことでＸ方向に移動するようになっている。案内部材４８はその内周面に脱落規制部としての突起４８１を有し、圧縮バネ４２に取り付けられるようになっている。また、案内部材４８の内径は圧縮バネ４２の外径が略等しいか又は若干大きくなっている。

このように案内部材４８が圧縮バネ４２の外側に配置される構成においても、前記実施形態と同様に、圧縮バネ４２をＸ方向に沿って伸縮させ、破断を抑制することができる。従って、付勢手段と圧縮バネ４２とを設けることによる検出感度の向上を持続させることができる。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

１ ダイアフラムポンプ
２２ センターロッド
２３０ ダイアフラム部
２６ ディスク（当接部）
３ 切換装置
４ 検出装置
４１ 検出子
４２ 圧縮バネ
４３、４５〜４８ 案内部材
４３１ 係止突起（脱落規制部）
４５２ フランジ部
４６１、４７１ 凹部（流体通過部）

Claims (3)

1. 一対の作動流体室に流体を供給する供給手段と、送流体室と前記作動流体室とを区画するダイアフラム部と、一対の前記ダイアフラム部に接続されて往復移動するセンターロッドと、前記ダイアフラム部の動作を検出する検出装置と、前記ダイアフラム部の動作に応じて前記供給手段の流体供給先を切り換える切換装置と、を備えたダイアフラムポンプであって、
   前記検出装置は、前記作動流体室が収縮する際に前記ダイアフラム部の当接部に当接することで移動する棒状の検出子と、前記検出子を前記当接部側に付勢する付勢手段と、前記検出子が挿通されるとともに前記当接部と前記検出子との当接よりも先に圧縮変形する圧縮バネと、前記圧縮バネを前記検出子の移動方向に沿って案内する案内部材と、を備え、
   前記案内部材は、筒状に形成され、前記検出子と前記圧縮バネとの間に配置され、
   前記付勢手段は、前記検出子の後方側空間を前記作動流体室よりも高圧にするものであって、
   前記検出子は、前記当接部に当接しない状態において、前記作動流体室と前記後方側空間とを区画する弁機能を有し、
   前記案内部材には、その軸方向に沿って流体が通過可能な流体通過部が形成されていることを特徴とするダイアフラムポンプ。
2. 前記案内部材は、前記検出子の一部または前記圧縮バネと係合することで前記当接部側への脱落を規制する脱落規制部を有することを特徴とする請求項１に記載のダイアフラムポンプ。
3. 前記案内部材は、前記圧縮バネの先端を覆うフランジ部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のダイアフラムポンプ。

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