【手続補正書】
【提出日】平成16年5月14日(2004.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】    小型ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】    逆止弁を介して吸入口に、又逆止弁を介して排出口にそれぞれ接続するポンプ室と、前記ポンプ室内の容積の増減を行なうための駆動部を設けた駆動体とを有し前記駆動部の往復動によるポンプ室の容積の増加により吸入口より流体を流入させ又ポンプ室の容積の減少によりポンプ室より排出口を通じ流体を排出させてポンプ作用を行なうポンプにおいて、前記駆動部を設けた駆動体とモーターの駆動により回転される回転板とを出力軸より離れた位置にてボールを挟みかつ前記ピストン部を前記回転板側に押圧するスプリングにより前記ピストン部の下面がボールに圧着される構成で、前記駆動体の下面または回転板の表面を所望の勾配を有する傾斜面としたもので、前記出力軸の回転に伴う回転板の回転によるボールの自転および公転によって前記出力軸を中心とした円周上を前記ボールが移動して前記駆動体を直線に沿った往復動をさせ、これにより前記駆動部が往復動を行なってポンプ作用を行なうようにした小型ポンプ。
【請求項２】    前記駆動体の駆動部がピストンよりなることを特徴とする請求項１の小型ポンプ。
【請求項３】    前記モーターの出力軸に固定された駆動マグネットと、前記駆動マグネットと相対して配置され前記回転板に固定されている従動マグネットとを有し、前記モーターの駆動による前記駆動マグネットの回転により前記従動マグネットを回転させて回転板を回転させるようにした請求項１又は２の小型ポンプ。
【請求項４】    前記駆動体の駆動部の先端に設けられポンプ室を構成するダイヤフラムを有する請求項１の小型ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は小型ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来ポンプとして遠心ポンプ（インペラーポンプ）がある。この従来の遠心ポンプは、例えば図６に示すような構成である。この図において、６１はポンプ室側ケース、６２は駆動側ケース、６３はポンプ室６４と駆動部６５とを仕切る仕切板、６６はＯリング、６７はモーター６８の出力軸、６９は駆動側のヨーク板、７０はヨーク板６９に固定された駆動側マグネット、７１は球形軸受、７２はポンプ室側マグネット等の保持部、７３はポンプ室側マグネット、７３ａはポンプ室側ヨーク板、７４は蓋体、７５はインペラー、７９は流入口、８０は流出口である。
【０００３】
この遠心ポンプ（インペラーポンプ）は、モーター６８の駆動による出力軸６７の回転によって駆動側マグネット７０が回転し、これにより磁気結合によりポンプ室側マグネット７３が回転しこれと一体にインペラー７５が回転してポンプ作用が行なわれる。
【０００４】
この従来の遠心ポンプは、液体を供給するためのポンプとして用いられるが、圧力が上がらない欠点があり、また圧力を上げるためには大型になり効率が悪い。また液体を吸い上げる力が弱いために始動時によび水をするかポンプを吸入する液面よりも下に設置しなければならない欠点がある。
【０００５】
又他の従来のポンプとしてダイヤフラムポンプがあり、その構成は例えば図７に示す通りである。
【０００６】
この図７において９１はモーター、９２はモーター９１の出力軸９１ａに取り付けられたギヤー９３とこれと噛み合うギヤー９４とよりなる減速機構、９５はギヤー９４にその軸９４ａに対し偏芯させて圧入固定した駆動軸、９６は駆動軸９５に回転自由に結合されたコネクチングロッド、９７はコネクチングロッド９６の先に固定された合成ゴム等にて形成されたダイヤフラムである。このダイヤフラム９７は、外周部分にシール部９７ａが設けられていて、押え板９８とケーシング９９の間に挟まれていてポンプ室１００を外気に対して密封している。また１０１は吸入口、１０２は排出口で、吸入口１０１、排出口１０２には夫々リーフ弁等の逆止弁１０３、１０４が設けられている。
【０００７】
以上のような構成のダイヤフラムポンプは、モーター９１の駆動によりその出力軸９１ａが回転すると減速機構９２のギヤー９４が回転し、駆動軸９５がコネクチングロッド９６を介してダイヤフラム９７を上下動させ、このダイヤフラム９７の上下動によりポンプ室１００の容積が増減する。ポンプ室１００の容積が増加するとリーフ弁１０３を開いて吸入口１０１より流体が吸入され、またポンプ室１００の容積が減少するとリーフ弁１０４が開き排出口１０２から流体を排出し、ポンプ作用が行なわれる。
【０００８】
この図７に示すポンプは、減速機構やクランク機構が必要であり、ポンプ作用を行なうための駆動部分の構造が複雑になり、ポンプが大型になる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、液体を供給するためのポンプとして用い得る十分な圧力が得られ、また比較的小型になし得るポンプを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の小型ポンプは、逆止弁を介して吸入口に、又逆止弁を介して排出口にそれぞれ接続するポンプ室と、前記ポンプ室内の容積の増減を行なうための駆動部を設けた駆動体とを有し前記駆動部の往復動によるポンプ室の容積の増加により吸入口より流体を流入させ又ポンプ室の容積の減少によりポンプ室より排出口を通じ流体を排出させてポンプ作用を行なうポンプにおいて、前記駆動部を設けた駆動体とモーターの駆動により回転される回転板とを出力軸より離れた位置にてボールを挟みかつ前記ピストン部を前記回転板側に押圧するスプリングにより前記ピストン部の下面がボールに圧着される構成で、前記駆動体の下面または回転板の表面を所望の勾配を有する傾斜面としたもので、前記出力軸の回転に伴う回転板の回転によるボールの自転および公転によって前記出力軸を中心とした円周上を前記ボールが移動して前記駆動体を直線に沿った往復動をさせ、これにより前記駆動部が往復動を行なってポンプ作用を行なうようにしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明のポンプの実施の形態を図をもとに述べる。
【００１２】
図１は第１の実施の形態のポンプを示すもので、１は駆動モーター、２はモーター１の出力軸、３は出力軸２に固定したブッシュ、５はブッシュ３に取り付けられた駆動ヨーク４にカシメ等の手段にて固定された駆動マグネットで、これらは第１のケース１０に収納されている。２０は第２のケース（機構部ケース）、３０は第３のケース（シリンダーケース）で、これら第２と第３のケースをＯリング６を介して気密に結合して密閉室１１を形成し、第２のケース２０を第１のケース１０に固定することにより、第１、第２、第３のケースを一体に組み合わせてポンプの外枠を構成している。密閉室１１内である第２のケース２０の中央部分には軸１２を圧入固定するボス部２０ｂが形成されている。１３は軸１２に対し回転し得るように取り付けられた回転板、１４はヨーク、１５は従動マグネットで、これらヨーク１４、従動マグネット１５は回転板１３のマグネット保持部１３ａに埋め込まれ、保持板１６を回転板１３に固定することにより保持される。また従動マグネット１５は、駆動マグネット５に対向した位置に配置されるように構成されている。この回転板１３はその周辺部分の外周面に沿った円周状（リング状）で断面が円弧状の凹溝１３ｂが、またこの凹溝１３ｂの両側（内外部分）にはボール脱落防止壁１３ｃが同心円状に形成されている。１７は回転板１３の上側の面にリング状に形成され断面が円弧状をなす凹部１３ｂに沿って移動可能に配置されたボールである。尚１８は回転板１３が安定したスムーズな回転をするように設けられたベアリングボールである。
【００１３】
また、２１はピストン部（駆動体）でその上側部分２１ａはポンプ作用を行なうピストン（駆動部）を構成し、下側部分はその周辺に沿ってリング状（円周状）にその断面が円弧状の凹溝２１ｂが形成されている。そしてこのピストン部２１の下面は全体としては一定の勾配の傾斜面をなしている。即ち、凹溝２１ｂが形成されているリング状をした面は図面の右側が最も低く（回転板１３に最も近く）、左側が最も高くなっている（回転板１３から最も離れている）カム面を形成している。尚、このピストン部２１には流体が流れる流路２３、２４が形成されている。そしてこのピストン部２１の凹溝２１ｂと回転板１３に形成されている凹溝１３ｂとの間に図１に示すように前述のボール１７が位置する。これにより、回転板１３の回転によるボール１７のこれら凹溝１３ｂ、２１ｂに沿っての移動によりピストン部２１が上下に運動する。
【００１４】
３１、３２はそれぞれ吸入弁および吐出弁、３３、３４はそれぞれ第３のケース３０に形成された吸入口および吐出口、３５はポンプ室、３６はスプリングである。
【００１５】
尚、吸入弁３１は中央に円形状の開口を有するリング状をなし、その一方をねじにてピストン部（駆動体）２１に固定しその反対側にて吸入口３３に通ずる流路を開閉する。そして円形状の開口部分にピストン（駆動部）２１ａが挿入されている。同様に吐出弁３６も円形状開口を有するリング状をなし、開口部分にスプリング３６が位置する。
【００１６】
この本発明の実施の形態は、モーター１の駆動による出力軸２の回転により駆動ヨーク４と共にリング状の駆動マグネット５が回転する。この駆動マグネット５の回転によりこれと第２のケース２０の底面２０ａ挟んで相対し配置されたリング状の従動マグネット１５も回転する。この従動マグネット１５の回転により回転板１３が回転しボール１７が移動する。ボール１７の移動によりボール１７が接するカム面２１ａの位置（図面上下方向の位置）が変化しそれに伴ってピストン部２１がシリンダー部３７に沿って図面上下方向に直線に沿った往復動をする。つまりボール１７が約３６０°移動するとピストン部２１はほぼ１往復する。ここで、シリンダー部（駆動体）２１は、スプリング３６により常に押圧されており、したがってシリンダー部２１のカム面である凹溝２１ｂとボール１７とが密着されておりまたボール１７と回転板１３の凹溝２１ｂとが密着されている。したがって回転板１３が回転するとボール１７が凹溝１３ｂと凹溝２１ｂとに密着したまま回転（自転）し移動（公転）する。これにより上記のようにピストン部２１は上下動する。
【００１７】
図３はこの様子を示したもので、この図のように左側（図１に示す位置）より出発して１８０°移動したところで最も上の位置（図２に示す位置）になり、更に１８０°つまり０°から３６０°移動すると最も下に位置する。つまり図１の位置に戻る。
【００１８】
このように、ピストン部２１の往復運動において、ボール１７が１８０°移動して図２に示す状態になるまでにピストン部２１は下降しこれによりポンプ室３５の容積が増大して圧力が減少して吐出弁３２は開く。一方第２のケース２０内の密閉室１１の容積が減少し圧力が高くなることにより吸入弁３１が閉じる。更にボール１７が１８０°移動して図１の状態に戻る間にピストン部２２が次第に上昇し、吐出弁３２は閉じポンプ室内の流体は吐出口３４より排出され所望の場所に供給される。又密閉室１１の容積が増大して圧力が減少する。それにより吸入弁３１は開き吸入口３３より流体が流入しこの流体は密閉室１１、流路２３、２４等を満たす。
【００１９】
更にピストン部２１が上昇することによりポンプ室３５内の流体が吐出口３４より流出する。この動作が繰り返されることによってポンプ作用が行なわれる。
【００２０】
前述のように、第１の実施の形態のポンプは、回転板１３が１回転するとボールが自転および公転により凹溝１３ｂ、２１ｂに沿って約１８０°移動し、更に１回転しつまり始めから２回転すると更に約１８０°移動しほぼ３６０°移動する。
【００２１】
このボールのほぼ１８０°の移動にともないピストン部はシリンダーに対し１回転の前進または後退し、ボールのほぼ３６０°の移動により後退または前進をする。
【００２２】
このように、本発明の第１の実施の形態によれば、回転板１３の約２回転に対しピストン部２１はほぼ往復動する。実際にはピストン部のカム面（凹溝）２１ｂが傾斜しているため回転板１３の凹溝１３ｂより長さが大であり、このカム面２１ｂの長さは傾斜角により異なる。つまり、この実施の形態のポンプは、回転板の回転数に対し１：２．２〜１：２．３の割合にて減速されたことになる。
【００２３】
以上述べたように本発明の第１の実施の形態の小型ポンプは、回転板１３の回転によるボール１７の移動によりピストン部２１にて構成される駆動体がその下面に形成され一定の勾配を有するカム面の作用により上下動（往復動）し、これによりピストン部（駆動体）２１のピストン（駆動部）２１ａの往復動によりポンプ作用を行なうものである。このように本発明のこの第１の実施の形態のポンプは、ピストンを用いたポンプであるため液体ポンプとして用いた場合も十分な圧力を得ることができる。しかもピストンを駆動する駆動機構が回転板とカム面とボールとの組み合わせよりなるため、ポンプを小型化し得る。
【００２４】
また、回転板、カム面、ボール等よりなる駆動機構は、前述のように回転板の回転に対し減速された状態にてピストンの往復動を行なうため、減速ギヤー等の特別な減速機構を用いず一定の減速がなされ、小型モーターによる駆動が可能になる。そのため装置全体の小型化やコストの低減にとっても好ましい。
【００２５】
尚、この実施の形態は、駆動体の下面に勾配を有するカム面を設けたものであるが、駆動体の下面には勾配を設けず、回転板の駆動体側の面に勾配を有するカム面を設けても全く同様のポンプ作用を行なう小型ポンプになし得る。つまり、ピストン部２１の凹溝２１ｂは勾配を設けず、回転板１３の凹溝１３ｂが一定の勾配を有する構成にしてもよい。
【００２６】
図４は本発明のポンプの第２の実施の形態を示すものである。この第２の実施の形態のポンプは、第１の実施の形態と異なり回転板１３を直接モーター１にて駆動するもので、したがってモーター１の出力軸２に回転板１３を固定した点において第１の実施の形態と相違する。
【００２７】
つまり、図４において、１はモーター、２は出力軸、１３は回転板、１７はボール、２１はピストン部（駆動体）、３７はシリンダー部である。
【００２８】
この実施の形態では、ピストン（駆動部）２２ａとカム部２２ｂとは別体にて構成し、これらをねじ等により固定して一体にしてピストン部（駆動体）２１を構成している。またシリンダー部３７には摺動性のよい材料よりなるピストンリング２６を埋め込み、これによりシリンダー部３７とピストン部２１との気密性を保つと共にピストン部２１のスムーズな往復動を可能にしている。またピストン部２１には流路２４が、同様にシリンダー部３７にも流路３９が形成され、これら流路には夫々弁３１、３２が夫々設けられている。
【００２９】
また、４０は第４のケース（蓋体）であり、Ｏリング４１を用いてケース２０に気密に保持しこの第４のケース４０にポンプ室４２を形成する。この第４のケースには吐出口４３が設けられている。尚図示していないが第２のケース２０には吸入口が形成されている。
【００３０】
この第２の実施の形態のポンプは、モーター１の駆動による出力軸２の回転により直接回転板１３が回転しボール１７がその凹溝１３ｂに沿って移動する。このボールの移動により、第１の実施の形態のポンプと同様にピストン部２１が上下動する。このピストン部２１の上下動によりつまり直線に沿った往復動を行なうことによりポンプ作用が行なわれる。
【００３１】
即ち、図４に示す状態よりボール１７が１８０°移動して反対側に移動するとピストン部２１は下降する。このピストン部２１の下降により流入口より流路２８を通って流入し、弁３１が開かれる。
【００３２】
続いて、ボール１７が更に１８０°移動して図４に示す位置にもどるとピストン部２１は上昇し、流路３９を通り弁３２を開き吐出口４３より流出する。
【００３３】
図５は、本発明の小型ポンプの第３の実施の形態を示す。この第３の実施の形態はポンプとしてダイヤフラムポンプを用いた例で（Ａ）は断面図、（Ｂ）は第２のケース部分を示す平面図である。
【００３４】
図５において、１は第２のケース２０に取り付けられたモーター、２はモーター１の出力軸、１３は断面形状が円弧状であってリング状に形成された凹溝１３ｂを有する回転板、１７はボール、２１は回転板１３に形成された凹溝１３ｂと同様の形状でこれと相対して位置するように構成され凹溝２１ｂを有する駆動体で、第１の実施の形態のピストン（駆動部）に相当する駆動部２２を有している。またこの駆動体２１の下面のうちの凹溝２１ｂを有する面は一定の勾配の傾斜面になっていてカム面を構成する。またこの駆動体２１にはケース２０に設けられた流入口（図示されていない）に通ずる流路２４が形成されその先端には弁３１が取り付けられている。５０は駆動体２１の駆動部２２の先端部分に取り付けられたダイヤフラムで、このダイヤフラムの他端である周辺部はケース５１、５２により挟持されている。５３は廻り止めおよびぶれ止め用のボールで、これにより駆動体２１が第２のケース等に対して回動するのを防止すると共に図面上下方向にスムーズに移動し得るようにしている。このボール５３は、例えば図５（Ｂ）に示すように３ケ設けられているが、３ケに限ることはない。ケース５２には流路５４が形成されその先端に弁３２が取り付けられている。また３６は駆動体２１とケース５１との間に設けられ駆動体２１を下方に押圧して駆動体２１とボール１７とが常に互いに圧着するために設けたスプリング、４０は吐出口４３を有しポンプ室４２を形成する第４のケース（蓋体）である。
【００３５】
この第４の実施の形態の小型ポンプは、モーター１の駆動による出力軸２の回転に伴い回転板１３が回転する。この回転板１３の回転によりボール１７が自転、公転を行なって、回転板１３の凹溝１３ｂと駆動体２１の凹溝２１ｂ（カム面の溝）との間を移動する。このボール１７の移動により、駆動体２１は上下動し、その駆動部２２も上下動することによりダイヤフラム等にて形成されるポンプ室の容積の増減によりポンプ作用が行なわれる。つまり駆動体２１の下降によりポンプ室５５の容積の増加による圧力の低下に伴い、弁３１が開かれ、流路２４を通って流体がポンプ室５５内に流入する。また駆動体２１の上昇によりポンプ室５５の容積の減少つまり圧力の増大により弁３１は閉じ一方弁３２が開き第４のケース（蓋体）４０に設けられた吐出口４３より流体は排出される。この動作の繰り返しによりポンプ作用が行なわれる。
【００３６】
この第４の実施の形態は、ダイヤフラムを用いたもので、駆動部が直線に沿った往復動を行なうことによりポンプ作用を行なうため、ダイヤフラムの不自然な変形がなく耐久性にとって好ましい。
【００３７】
以上述べた第２、第３の実施の形態の小型ポンプも駆動体（ピストン部）の下面つまり回転板側の面の周辺付近にリング状に形成した凹溝の部分に勾配を設けてカム面とし、ボールの移動により駆動体を上下動させてポンプ作用を行なうようにした。しかし、駆動体の下面は水平面とし、回転板の凹溝が形成されているリング状部分に一定の勾配を設けることにより、ボールが移動する際のその上下動により駆動体を上下させてもよい。
【００３８】
又、図１、図４に示す第１、第２の実施の形態のポンプは、第３の実施の形態における駆動体の廻り止め（図５に示すボール等）機構が図示されていないが、この廻り止め機構は設けるのが望ましい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、ポンプ作用を行なうためのピストン等の駆動部を有する駆動体の往復動をボールとカム面の組み合わせにより構成したことにより、減速機構を用いることなしに減速させることが可能でありポンプ自体小型でまた、小型モーターでの運転が可能である。又駆動部としてピストンを用いれば液体ポンプとして使用し得る十分な圧力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態を示す図
【図２】  上記第１の実施の形態においてボールが１８０°移動した状態を示す図
【図３】  上記第１の実施の形態の回転板の回転と駆動体の移動との関係を示す図
【図４】  本発明の第２の実施の形態を示す図
【図５】  本発明の第３の実施の形態を示す図
【図６】  従来の遠心ポンプを示す図
【図７】  従来のダイヤフラムポンプを示す図
【符号の説明】
１      モーター
２      出力軸
５      駆動マグネット
１３    回転板
１５    従動マグネット
１７    ボール
２１    駆動体
２１ａ，２２    駆動部（ピストン）
５０    ダイヤフラム