(57)【要約】【課題】  容易に小型化できると共に微少な流量を得る。【解決手段】  モータ２と、モータ２の出力軸３に偏心して取り付けられた偏心部材４と、この偏心部材４に係合し出力軸３の径方向への運動に変換するカム機構５と、このカム機構５が作動することで出力軸３の径方向に出没してポンプ作用を行うダイヤフラム６を有するポンプ体７〜１０とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、モータの出力軸に偏心して取り付けられた偏心部材と、この偏心部材に係合し前記出力軸の径方向への運動に変換するカム機構と、このカム機構が作動することで前記出力軸の径方向に出没してポンプ作用を行うダイヤフラムを有する複数のポンプ体とを備えることを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
前記モータはステッピングモータであることを特徴とする請求項１記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を循環させるポンプ装置に関する。さらに詳述すると、本発明はダイヤフラムを利用したポンプ体を備えたポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の循環ポンプ１００としては、図２６に示すように、ダイヤフラム１０１の作動により流体を吸引および圧縮するポンプ体１０２を複数備えると共に各ポンプ体１０２のダイヤフラム１０１を同一平面上に配置してなるものが知られている（特開平１１−６２８３７号公報参照）。この循環ポンプ１００は、駆動源としてのモータ１０３と、モータ１０３により回転されると共に回転中心に対して僅かに傾斜した端面を有する回転軸１０４と、該回転軸１０４の傾斜した周面に回転可能に設けられたカム板１０５と、該カム板１０５の周囲に等間隔に配置されたダイヤフラム１０１とを備えている。
【０００３】
モータ１０３が連続的に駆動して回転軸１０４が回転すると、傾斜した端面によってカム板１０５の周縁部が回転軸１０４の軸方向に変位する。このカム板１０５の軸方向の変位により各ダイヤフラム１０１を出没動作させるようにしている。ダイヤフラム１０１が押圧されると圧力室１０６の容積が変化して流入弁および流出弁の作用により流体が一方向に送られる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６２８３７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した循環ポンプ１００では、同一平面上にダイヤフラム１０１が配置されているので、ポンプ体１０２の大きさを維持したままでは小型化は困難である。また、同一平面上にダイヤフラム１０１が配置されているので、流量を増加するためにダイヤフラム１０１を拡大しようとするとカム板１０５の径を拡大しなければならず変更が大掛かりになってしまう。
【０００６】
さらに、カム板１０５はダイヤフラム１０１の配置面に対して僅かにしか傾斜していない上にモータ１０３は連続回転するものであるので、任意の１つのポンプ体１０２のみを独立して作動させることは困難である。すなわち、カム板１０５はダイヤフラム１０１の配置面に対して僅かにしか傾斜していないので、隣り合うポンプ体１０２同士が必ず作動してしまう。よって、１つのポンプ体１０２のみを作動させて微少な流量を得ることが困難である。
【０００７】
そこで、本発明は容易に小型化できると共に微少な流量を得られるポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するため、請求項１記載のポンプ装置は、モータと、モータの出力軸に偏心して取り付けられた偏心部材と、この偏心部材に係合し出力軸の径方向への運動に変換するカム機構と、このカム機構が作動することで出力軸の径方向に出没してポンプ作用を行うダイヤフラムを有するポンプ体とを備えるようにしている。
【０００９】
したがって、モータが駆動すると偏心部材が回転し、カム機構を介してダイヤフラムを押圧してポンプ体を作動させる。これにより、ポンプ装置が作動して流体を吸引あるいは圧縮する。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のポンプ装置において、モータはステッピングモータであるようにしている。したがって、カム機構を微小な角度で制御することができるようになるので、１つのポンプ体のみを作動させて微少な流量を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、請求項１記載のポンプ装置によれば、カム機構がダイヤフラムを出力軸の径方向に変位させているので、従来のようにダイヤフラムを同一平面上に配置する必要がなくポンプ装置の小型化を比較的容易に図ることができる。
【００１２】
また、請求項２記載のポンプ装置によれば、モータはステッピングモータであるので、カム機構を微小な角度で制御することができ、１つのポンプ体のみを作動させて微少な流量を得ることができるようになる。よって、ポンプ装置の適用範囲を広げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１から図１５に、本発明のポンプ装置１の実施形態の一例を示す。このポンプ装置１は、図１に示すように、モータ２と、モータ２の出力軸３に偏心して取り付けられた偏心部材４と、この偏心部材４に係合し出力軸３の径方向への運動に変換するカム機構５と、このカム機構５が作動することで出力軸３の径方向に出没してポンプ作用を行うダイヤフラム６を有するポンプ体７〜１０とを備えるようにしている。
【００１５】
モータ２はステッピングモータとしている。このモータ２は、支持板１１にねじ止めによって取り付けられている。偏心部材４には玉軸受け１２の内輪２２が例えば圧入により取り付けられている。モータ２の出力軸３の先端には、玉軸受け１２を押さえるワッシャとスリットリング１３とがビス１４によりねじ止めされている。尚、偏心部材４はモータ２の出力軸３にビス４９で固定されている。
【００１６】
カム機構５は、図２に示すように、支持板１１に一体形成されたスライドガイド１５と、軸方向と垂直（径方向）に摺動可能なスライダ１６と、玉軸受け１２を収容するベアリングホルダ１７とを備えている。スライドガイド１５は、支持板１１のモータ２を取り付ける面の反対側に突出するよう出力軸３を中心とする環形状に形成されている。その端面には径方向に形成された少なくとも２つのガイド溝１８を有している。
【００１７】
スライダ１６は環形状で、スライドガイド１５側に突出する径方向に形成されたスライドガイド側凸部１９と、ベアリングホルダ側に突出すると共にスライドガイド側凸部１９とは角度の異なる径方向に形成されたベアリングホルダ側凸部２０とを備えている。ベアリングホルダ１７は円筒形状で、スライダ１６側の端面には、ベアリングホルダ側凸部２０が摺動可能に係合する径方向に形成されたガイド溝２１を有している。ベアリングホルダ１７には玉軸受け１２の外輪２３が嵌合されている。
【００１８】
また、図３に示すように、ベアリングホルダ１７の外周部には接触リング２４が回転可能に取り付けられている。接触リング２４がベアリングホルダ１７に対して回転可能であるので、図４に示すように接触リング２４がダイヤフラム６に当接したときにベアリングホルダ１７に対して回転して接触時の衝撃を低減することができる。ベアリングホルダ１７の接触リング２４が嵌合される外周面には凹溝２５が形成されると共に接触リング２４の内周面には前述の凹溝２５と嵌合する凸部２６が形成されている。これら凹溝２５と凸部２６とがスナップフィットにより係合することにより、接触リング２４は回転可能であると共にワンタッチで容易に組み立てることができる。
【００１９】
ポンプ体７〜１０はいずれも同様の構成であり、図５および図６に示すようにケース２７に形成された圧力室２８と、該圧力室２８を塞ぐように設けられたダイヤフラム６とを備えている。これらの材質は搬送流体ないし循環流体と反応しないものとしている。圧力室２８の開口縁部の周辺には環状の溝２９が形成されている。また、ダイヤフラム６には環状のビード３０が形成されている。ビード３０が環状の溝２９に押し込まれることにより、ダイヤフラム６がケース２７に固定されると共に圧力室２８の開口部をダイヤフラム６で密閉することができる。ダイヤフラム６のビード３０の更に外側には平面状のシール部３１が連続的に設けられている。このシール部３１はケース２７と蓋３２との間に挟まれてねじ止めされることによりダイヤフラム６の固定および圧力室２８のシールをより強固にすることができる。ダイヤフラム６の変位量は偏心部材４の偏心量と同じかそれよりも小さい大きさに設定されている。ただし、偏心部材４の偏心量を変更することによりダイヤフラム６の変位量を変更することができる。
【００２０】
ダイヤフラム６の圧力室２８とは反対側の面の中央にはダイヤフラム６を押圧して変形させるための突起３３が形成されている。ダイヤフラム６の突起３３にはフッ素コーティングを施して耐久性を上げると共に接触抵抗を低減させることが好ましい。あるいは、突起３３には耐摩耗性および低摩擦係数の材料を被せるようにして耐久性の向上および接触抵抗の低下を図るようにしても良い。
【００２１】
圧力室２８には外部と連通する流入路３４と流出路３５とが形成されている。流入路３４の途中にはＬ字形状の流入弁溝３６が形成されると共に、この流入弁溝３６にＬ字形状の流入弁３７が挿入されて固定されている。流入弁３７は取り付け部３７ａと弁部３７ｂとを有している。弁部３７ｂは流入弁溝３６の圧力室２８と反対側の面に密着している。これにより、ダイヤフラムが押され容積室の圧力が増加すると流体が圧力室２８から流出する際には弁部３７ｂが流入弁溝３６の壁に密着して流れが止められると共に、ダイヤフラムがもどり容積室の圧力が減少すると流体が圧力室２８に流入する際には弁部３７ｂが流入弁溝３６の壁から離れて流体が流れる。所謂、逆止弁を構成している。流入路３４の入口にはＯリング３８を組み込むための座ぐり３９が形成されている。
【００２２】
流出路３５の途中にはＬ字形状の流出弁溝４０が形成されると共に、この流出弁溝４０にＬ字形状の流出弁４１が挿入されて固定されている。流出弁４１は取り付け部４１ａと弁部４１ｂとを有している。弁部４１ｂは流出弁溝４０の圧力室２８側の面に密着している。これにより、ダイヤフラムがもどり容積室の圧力が減少すると流体が圧力室２８に流入する際には弁部４１ｂが流出弁溝４０の壁に密着して流れが止められると共に、ダイヤフラムが押され容積室の圧力が増加すると流体が圧力室２８から流出する際には弁部４１ｂが流出弁溝４０の壁から離れて流体が流れる。所謂、逆止弁を構成している。流出路３５の出口には流出管４２が設けられている。
【００２３】
また、流入弁３７および流出弁４１の各弁部３７ｂ，４１ｂは、いずれも僅かな規定の圧力で変形するように極めて薄い弾性部材から成る。このため、小さい圧力負荷で弁を作動させることができる。さらに、このように各弁溝３６，４０に差し込むだけで設置できる逆止弁構造を用いたので、組み立て易く感度が高く信頼性の高い弁を得ることができると共に微少流量用として対応可能になる。
【００２４】
蓋３２は、図７および図８に示すように、図５に示す流入弁溝３６と流出弁溝４０並びに環状の溝２９を各々囲む部位・位置に凸部５１（図７中二点鎖線で示す）を備えている。この凸部５１の存在により、流入弁溝３６と流出弁溝４０と環状の溝２９とを各々板状のシール部３１を介してシールすることができる。
【００２５】
図９〜図１１に示すように、４つのポンプ体７〜１０がカム機構５を中心に配置されている。各ポンプ体７〜１０のダイヤフラム６の突起３３はカム機構５の接触リング２４を向いている。本実施形態では、各ポンプ体７〜１０はカム機構５を中心に９０度ごとに等間隔に配置されている。また、各ポンプ体７〜１０とカム機構５との関係は、図１３および図１４に示すように２つのポンプ体７〜１０を同時に動作させることは無いようにしている。これにより、１つのポンプ体７〜１０のみを動作させることができるので、微少な流量の出力を得ることができる。
【００２６】
各ポンプ体７〜１０の流出管４２はカム機構５の支持板１１の透孔に貫通されている。また、各流入路３４の入口の座ぐり３９にはＯリング３８が組み込まれている。さらに、各ポンプ体７〜１０のカム機構５と反対側の側面には流路蓋４３が設けられている。流路蓋４３は、図１２に示すように各ポンプ体７〜１０の座ぐり３９に合う位置に設けられた穴４４と、各穴４４から側面に貫通した管路４５とを備えている。該管路４５は流路蓋４３の側面から突出してパイプ状を成し、パイプなどを接続し易い構造とされている。
【００２７】
図１に示すように、流路蓋４３の内面側には基板４６が設けられている。この基板４６には、出力軸３に取り付けられたスリットリング１３の回転を読み取るフォトインタラプタ４７とその駆動回路が設けられている。これにより、出力軸３の回転位置を検出することができる。スリットリング１３はフォトインタラプタ４７の発光素子と受光素子との間を通過するフランジ部分を有する椀形を成し、そのフランジ部分に検出用のスリットを形成したものである。
【００２８】
上述したポンプ装置１の動作を以下に説明する。
【００２９】
モータ２が駆動すると偏心部材４を介して玉軸受け１２の内輪２２が回転される。玉軸受け１２の外輪２３は偏心部材４の偏心量を半径として旋回運動をする。よって、ベアリングホルダ１７および接触リング２４も偏心部材４の偏心量を半径として旋回運動をする。ここで、出力軸３に偏心部材４を介してカム機構５を作動させているので、接触リング２４は出力軸の偏心量を半径とした回転動作となり、接触点が中心から離れているにもかかわらずダイヤフラムへの接触速度Ｖは回転軸に剛体のカムを付け動作させた場合に比べて非常に小さくなる。よって、出力軸３にカム機構５を直接設ける場合に比べて接触ＰＶ（圧力Ｐと速度Ｖとの積）を極めて小さくすることができるので、耐久性を向上させることができる。
【００３０】
モータ２が回転したときは、図１３に示すように接触リング２４は各ポンプ体７〜１０のダイヤフラム６の突起３３を順に押圧して解放する。各ポンプ体７〜１０では、ダイヤフラム６が押圧されることにより圧力室２８の容積が減少して流入弁３７が閉じると同時に流出弁４１が開く。これにより、圧力室２８から流体が押し出される。また、ダイヤフラム６が解放されることにより圧力室２８の容積が増大して流出弁４１が閉じると同時に流入弁３７が開く。これにより、圧力室２８に流体が引き込まれる。これの繰り返しにより流体が流される。
【００３１】
出力軸３の回転位置はフォトインタラプタ４７により検出される。モータ２はステッピングモータ２であるので、出力軸３を各ポンプ体７〜１０に対する任意の角度で回転させることができる。また、各ポンプ体７〜１０でのダイヤフラム６の移動は、図１４に実線で示すように２つのポンプ体で同時に起きることが無い。よって、いずれか１つのポンプ体のみを動作させることができる。この場合、図１５に示すように出力軸３を９０度だけ往復回転させるようにする。これにより偏心部材４は９０度ごと往復するので対象とするポンプ体のみを作動させることができる。このとき、他の３つのポンプ体のダイヤフラム６は接触リング２４に接しないので作動しない。例えば図１５に示す例では、ポンプ体７を３回、続いてポンプ体８を１回、更にポンプ体９を６回動作させる。
【００３２】
このようにモータ２はステッピングモータであるので、正転反転が容易で制御性が高く送流体の流量精度を高めることができ、使い勝手の良いポンプ装置１を得ることができる。また、モータ２はステッピングモータであるので、動作不要のときは停止しておくことができ、省エネポンプを実現することができる。
【００３３】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、ダイヤフラム６と流入弁３７と流出弁４１とは別個に形成されているが、これには限られず図１６および図１７に示すようにこれらを一体形成するようにしても良い。例えば、図示の例では、流出弁４１及び流入弁３７はダイヤフラム６をコ形に切欠くことによって一体的に形成されている。また、本実施形態では接触リング２４の解放時にダイヤフラム６は単独で元に戻るようにしているが、これには限られず図１８および図１９に示すように戻りばね４８を設けてその作用により戻るようにしても良い。図１８に示す戻りばね４８を使用する場合は、戻りばね４８が流体に接触するので流体により侵食されない材質から成るものとする。
【００３４】
さらに、本実施形態では各ポンプ体７〜１０の組み立て、および各ポンプ体７〜１０と支持板１１との組み立てはねじ止めによるものとしているが、これには限られず超音波溶着や接着などによるものとしても良い。そして、本実施形態では出力軸３の回転数を検出するためにフォトインタラプタ４７を使用しているが、これには限られず既知の回転検出手段、例えばホール素子やＭＲ素子などを使用しても良い。
【００３５】
また、本実施形態ではポンプ体７〜１０を４台設けているが、これには限られず例えば図２０に示すように１〜３台、あるいは５台以上の任意の数にしても良い。この場合、数量が少ない方がダイヤフラム６の変位量を十分に確保することができる。さらに、本実施形態ではポンプ体７〜１０の配置は出力軸３の軸方向に１段のみにしているが、これには限られず複数段設けるようにしても良い。
【００３６】
また、本実施形態ではカム機構５に玉軸受け１２および接触リング２４の２箇所の自由回転部材を設けているが、これには限られずカム機構５に自由回転部材を設けなくても良い。例えば、図２１に示すようなカム部材からなるカム機構５としても良い。また、図２５に示すような、ローラ６０をモータ２の出力軸３から偏心させてローラホルダ６１に回転自在に取り付けるようにしたカム機構でも実施可能である。
【００３７】
さらに、本実施形態ではスライドガイド１５、スライダ１６及びベアリングホルダ１７の組み合わせによりベアリングホルダ１７が接触リング２４を介してダイヤフラム６を押圧しているが、これには限られず図２２から図２４に示すように、スライドガイド１５、スライダ１６及びベアリングホルダ１７に代えて、玉軸受け１２の周囲に偏心部材４の偏心方向に係合して直線往復動する一対のスライダ５０Ａ，５０Ｂでダイアフラム６を順次変位させてポンプ作用を行わせるようにしても良い。この場合、スライダ５０Ａ，５０Ｂは中央の穴５４を玉軸受け１２のアウターレースに嵌めて径方向にそれぞれ係合し、互いに直交する２軸の一方に配置されている凹部５２にダイヤフラム６の中央に備えられた係合片５３の頭部を係合させるようにしている。係合片５３は頭部をスライダ５０Ａあるいは５０Ｂの凹部５２にそれぞれ嵌め込んでその首部をフランジ５５に引っかけるように係合させている。これによって、スライダ５０Ａ，５０Ｂが偏心部材４の偏心回転によって互いに直交する方向に交互に移動する際に、係合片５３を介してダイヤフラム６を引っ張りあるいは押し込んで圧力室２８を収縮ないし拡張させるようにしている。ここで、スライダ５０Ａ，５０Ｂは、互いに直交するように固定部材側に形成されて配置された２本の直線溝並びにこれと嵌合する板状突起、例えば支持蓋１１に設けられた溝５７及び流路蓋４３に設けられた溝（図示省略）に突起５６を係合させることで、互いに直交する径方向にのみ摺動可能に支持されている。これにより、モータ２が回転すると、偏心部材４の偏心運動によって、玉軸受け１２に係合するスライダ５０Ａ，５０Ｂが溝５７に沿って動き、それぞれダイヤフラム６を押し引きしてポンプとして機能させる。尚、鍋ぶたの摘みのような係合片５３は、ダイヤフラム６を受け板５８で挟んでビス５９で固定されるようにして、取り付けられている。
【００３８】
また、本実施形態ではダイヤフラム６を使用しているが、これには限られずチューブを使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のポンプ装置を示す図であり、（Ａ）は流路蓋を取った状態の正面図、（Ｂ）は中央縦断面図である。
【図２】カム機構を示す分解斜視図である。
【図３】ベアリングホルダと接触リングとを示す分解斜視図である。
【図４】接触リングとダイヤフラムとの接触状態を示す正面図である。
【図５】ポンプ体のケースを示す平面図である。
【図６】ポンプ体を示す中央縦断面側面図である。
【図７】ポンプ体の蓋を示す底面図である。
【図８】図７のVIII-VIIIで切断した状態を示す正面図である。
【図９】ポンプ装置を示す側面図である。
【図１０】ポンプ装置を示す背面図である。
【図１１】ポンプ装置を示す正面図である。
【図１２】流路蓋を示す断面図である。
【図１３】カム機構が１８０度回転する際のダイヤフラムとの関係を示す図である。
【図１４】各ポンプ体のダイヤフラムの変位量とカム機構の回転角度との関係を示す図である。
【図１５】各ポンプ体を１つずつ作動させる動作の一例を示す図である。
【図１６】他の実施形態のポンプ体を示す平面図である。
【図１７】他の実施形態のポンプ体を示す中央縦断面側面図である。
【図１８】別の実施形態のダイヤフラムを示す縦断面側面図である。
【図１９】更に別の実施形態のダイヤフラムを示す断面図である。
【図２０】ポンプ体の数量を変更した実施形態の平面図であり、（Ａ）は１台、（Ｂ）は２台、（Ｃ）は３台のポンプ体を備えている。
【図２１】他の実施形態のカム機構を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図２２】本発明のポンプ装置の他の実施形態を示す横断面図である。
【図２３】同ポンプ装置の縦断面図である。
【図２４】同ポンプ装置の分解斜視図である。
【図２５】更に他の実施形態のカム機構を示す斜視図である。
【図２６】従来のポンプ装置を示す中央縦断面側面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  ポンプ装置
２  モータ
３  出力軸
４  偏心部材
５  カム機構
６  ダイヤフラム
７〜１０  ポンプ体
【図１】
2005344637.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2005344637.tif 000021
【図２０】
2005344637.tif 000022
【図２１】
2005344637.tif 000023
【図２２】
2005344637.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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