(57)【要約】    【課題】  脈動が抑えられ、かつ耐久性が優れているダイヤフラムポンプを提供する。    【解決手段】  回転駆動手段１と、これにより回転される第１軸４１と、第１軸４１の中心軸Ａ１に対して所定角度傾斜した中心軸Ａ２を有し第１軸４１に連結された第２軸４２と、内輪または外輪のいずれか一方に第２軸４２が結合された軸受１１と、軸受１１の内輪、外輪の他方に連結された複数の駆動アーム３１と、複数の駆動アーム３１の先端部に揺動自在に支承されたロッド２４によりダイヤフラム２１を往復移動させ流体を吸入弁から吸入し排出弁から排出する複数のダイヤフラムユニット２が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動手段と、該回転駆動手段により回転される第１軸と、該第１軸の中心軸に対して所定角度傾斜した中心軸を有し前記第１軸に連結された第２軸と、内輪または外輪のいずれか一方に前記第２軸が結合された軸受と、該軸受の内輪、外輪の他方に連結された複数の駆動アームと、該複数の駆動アームの先端部に揺動自在に支承されたロッドによりダイヤフラムを往復移動させ吸入弁から流体を吸入し排出弁から該流体を排出する複数のダイヤフラムユニットが設けられていることを特徴とするダイヤフラムポンプ。
【請求項２】
前記軸受がラジアル軸受であることを特徴とする請求項１記載のダイヤフラムポンプ。
【請求項３】
前記軸受のクリアランスを吸収するためのスプリングが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のダイヤフラムポンプ。
【請求項４】
前記複数の駆動アームは前記第２軸を中心とし略等間隔の角度で配設されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のダイヤフラムポンプ。
【請求項５】
前記ロッドは前記駆動アームの先端部に球面すべり軸受によって支承されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のダイヤフラムポンプ。
【請求項６】
前記球面すべり軸受のクリアランスを吸収するためのスプリングが設けられていることを特徴とする請求項５記載のダイヤフラムポンプ。
【請求項７】
前記複数のダイヤフラムユニットの吸入弁に連通する吸入通路と、前記複数のダイヤフラムユニットの排出弁に連通する排出通路が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかにダイヤフラムポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイヤフラムポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータまたはソレノイドを利用してダイヤフラムを往復運動させるダイヤフラムポンプが知られている。図５、６は従来のダイヤフラムポンプを説明する説明図であり、図５は流体吸引時の状態を、図６は流体排出時の状態を示している。ベアリング９１は、その中心から偏心した位置でモータ軸９２に連結されている。ベアリング９１はロッド９３を介してダイヤフラム９４に連結されている。ダイヤフラム９４のロッド９３と反対側にダイヤフラム室９５が設けられ、ダイヤフラム室９５には吸入弁９６と排出弁９７が設けられている。ダイヤフラム９４がダイヤフラム室９５の容積を大きくする方向に動いたとき、図５に示すように吸入弁９６が開状態となり排出弁９７が閉状態となり吸入弁９６に連結されている側から流体を吸引する。ダイヤフラム９４がダイヤフラム室９５の容積を小さくする方向に動いたとき、図６に示すように吸入弁９６が閉状態となり排出弁９７が開状態となり排出弁９７に連結されている側へ流体を排出する。この二つの状態を交互に繰り返すことにより流体が吸入弁９６側から排出弁９７側に排出される。このダイヤフラムポンプは、ダイヤフラム室９５への流体の吸引と排出によって流体が送出するため、送出された流体の圧力が脈動する。送出された流体の圧力が脈動すると、例えば、都市ガスの供給にこのダイヤフラムポンプを使用した場合、微弱の燃焼を維持させるときＡ／Ｆ（空燃比）が確保できず失火する原因となる。このため脈動を極力抑える必要がある。
【０００３】
脈動を抑えるためにサージ吸収のための絞りやサージタンクを設けて脈動を平準化し供給する場合もあるが、絞りによるポンプ出力アップや  タンク等の余分な部品増でコストアップにつながる。脈動を抑える他の方法として、２連タイプのダイヤフラムポンプが用いられる。しかし、それでも脈動を抑えるには十分でなく、モータ一回転当たりの脈動を抑えるには、特許文献１のように３連以上の多連ポンプが必要となる。ポンプの多連化は一般的にコストアップにつながる。またサイズ的に大きく複雑な構造となる。これを解決するものとして、特許文献２にはダイヤフラムを円周上に複数配置した小型ポンプが提案されている。
【特許文献１】特開平８−３３８３７０号公報（請求項１、図１）
【特許文献２】特開２００２−５０２９号公報（図１〜３）  しかしながら、特許文献２では、偏心回転軸３０の回転によって揺動体２４を揺動することによってダイヤフラム２３を動かしているが、偏心回転軸３０は支持部２２ｂに設けた遊嵌部を支点として偏心回転しているので、支点の部分が必然的に小さな当接面積で摺動するため、支持部２２ｂや偏心回転軸３０の遊嵌部が摩耗する問題があり、耐久性に乏しかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記課題を解決したもので、脈動を抑えるとともに耐久性が優れているダイヤフラムポンプを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記技術的課題を解決するために、請求項１の発明では、回転駆動手段と、該回転駆動手段により回転される第１軸と、該第１軸の中心軸に対して所定角度傾斜した中心軸を有し前記第１軸に連結された第２軸と、内輪または外輪のいずれか一方に前記第２軸が結合された軸受と、該軸受の内輪、外輪の他方に連結された複数の駆動アームと、該複数の駆動アームの先端部に揺動自在に支承されたロッドによりダイヤフラムを往復移動させ吸入弁から流体を吸入し排出弁から該流体を排出する複数のダイヤフラムユニットが設けられていることを特徴とするダイヤフラムポンプとしている。
【０００６】
請求項２の発明では、前記軸受がラジアル軸受であることを特徴とする請求項１記載のダイヤフラムポンプとしている。
【０００７】
請求項３の発明では、前記軸受のクリアランスを吸収するためのスプリングが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のダイヤフラムポンプとしている。
【０００８】
請求項４の発明では、前記複数の駆動アームは前記第２軸を中心とし略等間隔の角度で配設されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のダイヤフラムポンプとしている。
【０００９】
請求項５の発明では、前記ロッドは前記駆動アームの先端部に球面すべり軸受によって支承されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のダイヤフラムポンプとしている
請求項６の発明では、前記球面すべり軸受のクリアランスを吸収するためのスプリングが設けられていることを特徴とする請求項５記載のダイヤフラムポンプとしている。
【００１０】
請求項７の発明では、前記複数のダイヤフラムユニットの吸入弁に連通する吸入通路と、前記複数のダイヤフラムユニットの排出弁に連通する排出通路が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかにダイヤフラムポンプとしている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、第２軸が第１軸に所定角度傾斜しいることにより、第１軸が回転駆動手段により回転されたときに、第２軸が円錐運動する。円錐運動する第２軸と軸受を介して連結された駆動アームの先端部に揺動自在に支承されたロッドによりダイヤフラムを往復移動させているため、支点のような小さな当接面積で摺動する部分が存在せず、耐久性に優れたダイヤフラムができる。またダイヤフラムユニットが複数設けられているので、脈動を抑えることができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、軸受としての転がりを利用するラジアル軸受を使用するので、耐久性が優れているとともに、第２軸との連結機構が簡単になるという効果がある。
【００１３】
請求項３の発明によれば、スプリングによって軸受のクリアランスが吸収されるので、軸受にロール負荷がかかってもダイヤフラムのストロークを維持でき、かつ騒音を減らすことができる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、複数の駆動アームは第２軸を中心とし略等間隔の角度で配設されているので、等間隔の位相差で流体を排出でき、脈動を効果的に抑えることができる。
【００１５】
請求項５の発明によれば、ロッドは駆動アームの先端部に球面すべり軸受によって支承されていれば、球面のすべりにより揺動自在に支承されるので、耐久性に優れた構造となる。
【００１６】
請求項６の発明によれば、スプリングによって球面すべり軸受のクリアランスが吸収されるので、負荷の変動によるダイヤフラムのストローク変動も抑制でき、軸受摺動部の干渉による騒音を抑えることができる。
【００１７】
請求項７の発明によれば、吸入通路、排出通路がダイヤフラムポンプ内に設けられていれば、一つの吸入孔、一つの排出口によって外部と連結するだけでよいので、ユーザーが使いやすい効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態のダイヤフラムポンプの説明図である。このダイヤフラムポンプは、回転駆動手段であるモータ１、ダイヤフラムユニット２、駆動アームユニット３、駆動軸４、ポンププレート５、流体回路プレート６、流体吸排出プレート７、カバー８などから構成されている。図２は駆動アームユニット３の平面図、図３は駆動軸４の断面図、図４は流体回路プレート６の平面図である。
【００１９】
駆動アームユニット３には３つの駆動アーム３１が設けられている。それぞれの駆動アーム３１の先端にはダイヤフラムユニット２のロッド２４を支承するための孔部３２が設けられている。駆動アームユニット３の中心には駆動軸４と係合するための中央孔部３４が設けられている。３つの駆動アーム３１は中央孔部３４の中心Ｐすなわち駆動軸４の中心を中心として等間隔の角度で配設されている。つまり隣り合う駆動アーム３１の中心軸Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は中心Ｐの周りに１２０°の間隔で配設されている。駆動アームユニット３には、後述するストッパーピン１４が挿入されるピン孔３５が設けられている。
【００２０】
駆動軸４は第１軸４１、第２軸４２、モータ軸保持部４５などから構成されている。第１軸４１とモータ軸保持部４５にはモータ軸１８が挿入されるモータ軸用孔４３が設けられている。モータ軸保持部４５にはモータ軸１８をネジで固定するためのネジ孔４６が設けられている。第２軸の中心軸Ａ２は第１軸の中心軸Ａ１に対して所定角度傾斜して設けられている。本実施形態では所定角度は２°とされている。これにより第１軸４１がその中心軸Ａ１を中心として回転したとき第２軸４２が偏心回転する偏心軸となる。第２軸４２には後述するラジアル軸受１１を固定するためのボルト１５を固定するネジ孔４４が設けられている。
【００２１】
流体回路プレート６の一方面（図４の上面）には溝状の吸入通路６１、溝状の排出通路６２が設けられている。吸入通路６１は後述する弁ユニット１０に連通する連通孔６３と連通している。排出通路６２は弁ユニット１０に連通する連通孔６４と連通している。流体回路プレート６の他方面（図４の下面）には弁ユニット１０が挿入される長円形の穴部６５が設けられている。また流体回路プレート６には後述する絞りユニット１３が挿入される穴部６６が設けられ。穴部６６の奥に排出通路６２と連通する溝部６７が設けられている。流体回路プレート６の中央部分にはモータ１が挿入される貫通穴６８が設けられている。
【００２２】
流体吸排出プレート７には外部の流体供給管路と連通しダイヤフラムポンプに流体を吸入する吸入孔７１と、外部の流体排出管路と連通しダイヤフラムポンプから流体を排出する排出孔７２が設けられている。流体吸排出プレート７の中央部分にも流体回路プレート６と同様のモータ１が挿入される貫通穴７３が設けられている。
【００２３】
図１に示すように、流体回路プレート６の一方面にポンププレート５が当接され、流体回路プレート６の他方面に流体吸排出プレート７が当接されている。ポンププレート５に当接する流体回路プレート６の一方面に設けられている穴部６５に弁ユニット１０が挿入されている。この弁ユニット１０には、図示されていないが、吸入弁と排出弁が設けられている。吸入弁は連通孔６３を介して吸入通路６１に連通され、連通孔５１を介して後述するダイヤフラムユニット２のダイヤフラム室２２に連通されている。一方、排出弁は連通孔６４を介して排出通路６２に連通され、連通孔５２を介してダイヤフラムユニット２のダイヤフラム室２２に連通されている。流体吸排出プレート７に当接する流体回路プレート６の他方面に設けられている穴部６６には絞り孔１３ａを有する絞りユニット１３が挿入されている。
【００２４】
流体吸排出プレート７の吸入孔７１は吸入通路６１に連通する位置に設けられ、流体供給管路からの流体は吸入孔７１を介して吸入通路６１に吸入される。一方、流体吸排出プレート７の排出孔７２は絞りユニット１３と当接する位置に設けられ、排出通路６２からの流体が溝部６７、絞り孔１３ａ、排出孔７２を通って流体排出管路に排出される。流体排出管路の先にはダイヤフラムポンプからの流体が供給される機器が接続されている。
【００２５】
モータ１は流体吸排出プレート７の貫通穴７３と流体回路プレート６の貫通穴６８に、そのモータ軸１８がポンププレート５側になるように挿入されている。モータ軸１８は駆動軸４のモータ軸用孔４３に挿入され、モータ軸保持部４５のネジ孔４６に螺合されたネジによって固定されている。駆動軸４の第１軸４１はラジアル軸受１２の内輪に挿入されナット１６により固定されている。ラジアル軸受１２は、ポンププレート５の流体回路プレート６に背向する面からポンププレート５中央の貫通穴に挿入され、その外輪がポンププレート５に固定されている。駆動軸４の第２軸４２はラジアル軸受１１の内輪に挿入されボルト１５により固定されている。ラジアル軸受１１の外輪は駆動アームユニット３の中央孔部３４に挿入され嵌合により駆動アームユニット３がラジアル軸受１１の外輪に固定されている。駆動アームユニット３には、ストッパーピン１４がピン孔３５に挿入固定されている。ストッパーピン１４はポンププレート５に固定されたストッパー９０により駆動アームユニット３の回転を規制するものである。これによりラジアル軸受１１の回転時に駆動アームユニット３が引きずられポンプを構成するダイアフラム２１に過大な捩れが掛らないようなっている。駆動アームユニット３とポンププレート５の間には第１軸４１と同軸上に、ラジアル軸受１１のクリアランスを吸収するためのスプリング８１が設けられている。
【００２６】
駆動アームユニット３の穴部３２には球面すべり軸受２３が固定され、球面すべり軸受２３の内輪にダイヤフラムユニット２のロッド２４が挿入され鍔付きナット２６により固定されている。鍔付きナット２６の鍔部と球面すべり軸受２３の間にはロッド２４と同軸上に、球面すべり軸受２３のクリアランスを吸収するためのスプリング８２が設けられている。ダイヤフラムユニット２のダイヤフラム２１は、ポンププレート５の流体回路プレート６に背向する面側に設けられダイヤフラム室２２を形成する穴部の外周に、その外周がリング部材２５により固定されている。図示されていない他の２つの駆動アームユニット３も同様の構造である。カバー８は駆動アームユニット３やダイヤフラムユニット２を覆うように設けられポンププレート５に固定されている。流体吸排出プレート７、流体回路プレート６、ポンププレート５、カバー８は、図示しないボルトにより連結されている。
【００２７】
モータ１が駆動されモータ軸１８が回転されると、駆動軸４が中心軸Ａ１を中心として回転する。このとき駆動軸４の第２軸４２は、その中心軸Ａ２が中心軸Ａ１と中心軸Ａ２の交点を頂点とする円錐運動する。第２軸４２はラジアル軸受１１の内輪に固定されているので、ラジアル軸受１１の内輪は第２軸４２とともに動く。一方、ラジアル軸受１１の外輪には駆動アームユニット３が固定され、その駆動アーム３１の先端はポンププレート５に固定されているダイヤフラム２１を有するダイヤフラムユニット２に連結されているので、中心軸Ａ１のまわりにはほとんど動くことができない。しかし、駆動アーム３１とダイヤフラムユニット２は球面すべり軸受２３によって連結されているので、ダイヤフラムユニット２のロッド２４と駆動アームユニット３の連結角度には自由度があり、かつダイヤフラム２１によってロッド２４は図１に示す上下方向に移動可能である。この結果、駆動アームユニット３は通称みそすり運動し、各駆動アーム３１が１２０°の位相差で上下運動し、これによって各ダイヤフラム２１が１２０°の位相差で上下運動する。このときスプリング８１によってラジアル軸受１１のクリアランスが吸収されるので、ラジアル軸受１１にロール負荷がかかってもダイヤフラム２１のストロークを維持でき、かつラジアル軸受１１で発生する騒音を減らすことができる。また、スプリング８２によって球面すべり軸受２３のクリアランスが吸収されるので、負荷の変動によるダイヤフラム２１のストローク変動も抑制でき、球面すべり軸受２３の摺動部の干渉による騒音を抑えることができる。
【００２８】
ダイヤフラム２１が下方に移動すると、弁ユニット１０の吸入弁が開状態となるとともに排出弁が閉状態となり、吸入孔７１から流体が吸入通路６１、連通孔６３、吸入弁、連通孔５１を通ってダイヤフラム室２２に吸入される。ダイヤフラム２１が上方に移動すると、弁ユニット１０の吸入弁が閉状態となるとともに排出弁が開状態となり、ダイヤフラム室２２の流体が連通孔５２、排出弁、連通孔６４、排出通路６２、絞り孔１３ａを通って排出孔７２から排出される。各ダイヤフラムユニット２から排出される流体は１２０°の位相差で圧力変動するので、排出通路６２中の流体の圧力は平準化され、圧力の脈動を抑えることができる。絞り孔１３ａは、各ダイヤフラムの弁ユニット（弁の開閉）が負荷の圧力変動に影響を受けにくくするためのレギュレーションを目的とし、出力流体の変動を抑える役目をしている。円錐運動する第２軸と軸受を介して連結された駆動アームの先端部に揺動自在に支承されたロッドによりダイヤフラムを往復移動させているため、支点のような小さな当接面積で摺動する部分が存在せず、耐久性に優れている。
【００２９】
本実施形態では、第２軸と駆動アームの連結をラジアル軸受で行っているが、スラスト軸受など他の転がり軸受や、すべり軸受など他の形式の軸受でもよい。ラジアル軸受は、転がりを利用しているので耐久性に優れているとともに、第２軸との連結機構が簡単であるメリットがある。また第２軸は軸受の内輪と連結され、駆動アームは軸受の外輪と連結されているが、連結機構は複雑になるが、第２軸を外輪、駆動アームを内輪と連結しても、本発明の作用には影響しない。なお、スラスト軸受の場合は転動体（通常は玉）を挟んで対面する略同径の輪で構成される場合があるが、一方の輪を内輪、他方の輪を外輪と称する。  
実施形態では円周方向に等間隔で配置された３つの駆動アームを有する駆動アームユニットを使用している。しかし、駆動アームとそれに対応するダイヤフラムユニットのセットが複数あれば脈動を抑えることができる。このセットの数は多いほど脈動を抑える効果が大きいが、ダイヤフラムユニットの配置の関係から数が多いとダイヤフラムポンプの外径を大きくしなければならず、３〜４セットが適当である。複数の駆動アームの間隔は等間隔でなくてもよいが、円周方向に等間隔で配置されていれば、等間隔の位相差で流体を排出できるので、脈動を効果的に抑えることができる。
【００３０】
実施形態ではダイヤフラムユニットのロッドは駆動アームに球面すべり軸受によって支承されているが、揺動自在に支承されていればよい。例えば、ゴム膜、金属ボール、樹脂ボールなどで支承してもよい。球面すべり軸受によって支承されていれば、球面のすべりにより揺動自在に支承されるので、耐久性に優れた構造となる。
【００３１】
実施形態では、各ダイヤフラムユニットの吸入弁は共通の吸入通路に連通されており、各ダイヤフラムユニットの排出弁は共通の排出通路に連通されているが、ダイヤフラムの外の管路で共通化させてもよい。吸入通路、排出通路がダイヤフラムポンプ内に設けられていれば、流体供給側を吸入孔に連結し、流体排出側機器を排出孔に連結するだけでよいので、ユーザーが使いやすい効果がある。
【００３２】
実施形態ではスプリング８１は駆動アームユニット３とポンププレート５の間に設けられているが、駆動アームユニット３とラジアル軸受１２の外輪やそれに連結された他の部材など、第１軸４１と同軸上に設けられラジアル軸受１１のクリアランスを吸収できる位置ならどこでもよい。またスプリング８２は鍔付きナット２６の鍔部と球面すべり軸受２３の間に設けられているが、ロッド２４と同軸上に設けられ、球面すべり軸受２３のクリアランスを吸収できるように設けられていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態のダイヤフラムポンプの説明断面図
【図２】本発明の一実施形態の駆動アームユニットの平面図
【図３】本発明の一実施形態の駆動軸の断面図
【図４】本発明の一実施形態の流体回路プレートの平面図
【図５】従来のダイヤフラムポンプを説明する説明図で、流体吸引時の状態を示している。
【図６】従来のダイヤフラムポンプを説明する説明図で、流体排出時の状態を示している。
【符号の説明】
【００３４】
１…モータ（回転駆動手段）
２…ダイヤフラムユニット
３…駆動アームユニット
４…駆動軸
５…ポンププレート
６…流体回路プレート
７…流体吸排出プレート
１１…ラジアル軸受（軸受）
２１…ダイヤフラム
２２…ダイヤフラム室
２３…球面すべり軸受
２４…ロッド
３１…駆動アーム
４１…第１軸
４２…第２軸
６１…吸入通路
６２…排出通路
８１、８２…スプリング
Ａ１、Ａ２…中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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