(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプケースと、該ポンプケース内をポンプ室及びカム室に区画するダイアフラムとを備え、前記ポンプケースには前記ポンプ室に開口する吸気口と排気口とが形成され、前記吸気口には前記ポンプ室へのエア流を許容する逆止弁が設けられ、前記排気口には前記ポンプ室外へのエア流を許容する逆止弁が設けられたエアーポンプであって、
前記カム室内に配設され且つ前記ダイアフラムの中央部に該ダイアフラムと同心に取り付けられた筒体と、前記筒体内に回転自在且つ軸線方向に相対的に移動自在に遊嵌されていると共に前記ポンプケースに回転自在且つ軸線方向に移動不能に保持された回転軸と、前記回転軸を軸線回りに回転駆動させる駆動モータとが設けられ、
前記ダイアフラムの周縁部にはポンプ室又はカム室に突出する環状膨出突部が同心に形成され、
前記筒体の内周面と前記回転軸の外周面とのどちらか一方には周方向に延びる波形状のカム溝が環状に設けられ、他方には該カム溝に嵌合する案内突起が一体に設けられ、
前記カム溝は、前記ダイアフラムが前記環状膨出突部の突出方向に向かって変形する際の変形ストロークを、前記ダイアフラムが前記環状膨出突部の突出方向と反対方向に向かって変形する際の変形ストロークよりも大きくする形状であることを特徴とするエアーポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のエアーポンプにおいて、前記カム溝は、前記筒体と前記回転軸とを相対的に軸線方向に少なくとも一往復させる波形状のカム溝部を周方向に複数連接することにより環状に形成されると共に、前記案内突起は、複数設けられ且つ前記複数の波形状のカム溝部の同位相に対応する位置にそれぞれ嵌合されていることを特徴とするエアーポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ダイアフラムを用いて気体を吸排気するエアーポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエアーポンプとしては、図６に示すように、ポンプケース５０に形成された貫通孔５１を覆うダイアフラム５２と、このダイアフラム５２を変形させる駆動モータ５３とが、偏心クランク５４を介して接続されたものが知られている。
【０００３】
偏心クランク５４は、中間部がベアリング５４ａを介して直角に屈曲され、一端部５４ｂが駆動モータ５３の回転駆動軸５３ａに偏心にされて取り付けられ、他端部５４ｃがダイアフラム５２の中央部に同心にされて固定されている。
【０００４】
このエアーポンプは、駆動モータ５３で回転させられる偏心クランク５４によりダイアフラム５２が変形させられ、ポンプケース５０内の容積を変化させている。そして、容積が拡大したときにポンプケース５０に気体を吸入し、容積が縮小したときにポンプケース５０から気体を排出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のエアーポンプでは、駆動モータ５３の軸線方向とダイアフラム５２の軸線方向とが直交しており、偏心クランク５４の他端部５４ｃの運動軌跡がダイアフラム５２の軸線方向に沿っていなかった。そのため、駆動モータ５４の回転駆動軸５４ａの軸線方向から見ると偏心クランク５４の他端部５４ｃが８の字状に揺動し、ダイアフラム５２が軸線方向に変形されていなかった。
【０００６】
そして、気体を吸排気する際に大きな振動や騒音等が発生しやすくなる上に、ダイアフラム５２の劣化が早期に生じるおそれもあった。
【０００７】
さらに、駆動モータ５３の軸線方向とダイアフラム５２の軸線方向とが直交することにより、小型化を図ることが困難であった。
【０００８】
したがって、この発明は、気体の吸排気時に生じる振動や騒音等を抑制し、ダイアフラムが早期に劣化しにくく、小型化を図ることが可能なエアーポンプを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、カム室内に配設され且つダイアフラムの中央部にこのダイアフラムと同心に取り付けられた筒体と、筒体内に回転自在且つ軸線方向に相対的に移動自在に遊嵌されていると共にポンプケースに回転自在且つ軸線方向に移動不能に保持された回転軸と、回転軸を軸線回りに回転駆動する駆動モータとを設け、ダイアフラムの周縁部にはポンプ室又はカム室に突出する環状膨出突部を同心に形成し、筒体の内周面と回転軸の外周面とのどちらか一方に周方向に延びる波形状のカム溝を環状に設け、他方にはこのカム溝に嵌合する案内突起を一体に設け、カム溝は、ダイアフラムが環状膨出突部の突出方向に向かって変形する際の変形ストロークを、ダイアフラムが環状膨出突部の突出方向と反対方向に向かって変形する際の変形ストロークよりも大きくする形状であることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、ダイアフラムの変形方向が軸線方向に沿って、円滑に変形させることが可能になり、気体の吸排気時に生じる振動や騒音等を抑制することができると共に、ダイアフラムの劣化が生じにくくなる。
【００１１】
さらに、ダイアフラム、筒体、回転軸、駆動モータを同心に配設することにより、小型化を図ることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を示す図面に基づいてこの発明を説明する。
【００１３】
図１に示す１はエアーポンプであり、このエアーポンプ１のポンプケース２は、ダイアフラム２０によって内部がポンプ室３とカム室４とに区画されている。
【００１４】
また、ポンプケース２には、外気に連通した吸気開口５ａを有する吸気室（吸気口）３ａと、外気に連通した排気開口５ｂを有する排気室（排気口）３ｂとが形成されている。
【００１５】
この吸気室３ａ及び排気室３ｂは、それぞれ隔壁１ａによりポンプ室３と区画され、隔壁１ａを貫通した複数の通気孔６…によりポンプ室３に連通されている。
【００１６】
吸気室３ａとポンプ室３とを連通する通気孔６…は、隔壁１ａを貫通したゴム製の逆止弁７ａによってポンプ室３側が覆われている。また、排気室３ｂとポンプ室３とを連通する通気孔６…は、隔壁１ａを貫通したゴム製の逆止弁７ｂによって排気室３ｂ側が覆われている。
【００１７】
カム室４内にはダイアフラム２０の中心部に、このダイアフラム２０と同心に取り付けられた筒状ピストン（筒体）８が配設され、この筒状ピストン８にはポンプケース２に保持された円筒カム（回転軸）１０が遊嵌され、円筒カム１０は駆動モータ９の出力回転軸９ａに連結されている。
【００１８】
ダイアフラム２０はゴム等の柔軟性を備えた材質からなる薄膜であり、中心部に貫通孔２１が形成され、周縁部に軸線方向に沿って突出した環状膨出突部２２が貫通孔２１と同心に形成されている。
【００１９】
筒状ピストン８は、図２に示すように、両端が開放した円筒形状を呈しており、内周面８ａには２つの案内突起１１ａ、１１ｂが一体に設けられている。
【００２０】
この案内突起１１ａ、１１ｂは、後述するカム溝１２を形成する２つのカム溝部１３ａ、１３ｂの同位相に対応する位置にそれぞれ設けられている。
【００２１】
円筒カム１０は、図２に示すように、筒状ピストン８の内径にほぼ等しい外径を有する円柱形状であり、外周面１０ａに周方向に延びる波形状のカム溝１２が環状に設けられている。
【００２２】
図３は円筒カム１０の外周面１０ａの周方向展開図であり、カム溝１２は、同形の波形状を有する２つのカム溝部１３ａ、１３ｂが連接することにより形成されている。
【００２３】
カム溝部１３ａ、１３ｂは、断面が案内突起１１ａ、１１ｂが嵌合するコ字状にされている（図１参照）と共に、展開図を正面視した場合、それぞれ１周期のサインカーブを呈した波形状にされている。
【００２４】
したがって、例えば、円筒カム１０の軸線方向中央部１０ａに位置する点Ｔ1を基準として回転させた場合、９０°回転するまでに円筒カム１０の軸線方向上側に最も膨出した点（以下、上始点ａという）が一つ形成され、９０°回転すると円筒カム１０の軸線方向中央部１０ａに位置する点Ｔ2となる。
【００２５】
そして、１８０°回転するまでに円筒カムの軸線方向下側に最も膨出した点（以下、下始点ｂという）が一つ形成され、１８０°回転すると円筒カム１０の軸線方向中央部１０ａに位置する点Ｔ3となる。
【００２６】
さらに、２７０°回転するまでに上始点ａが一つ形成され、２７０°回転すると円筒カム１０の軸線方向中央部１０ａに位置する点Ｔ4となる。
【００２７】
そして、３６０°回転するまでに下始点ｂが一つ形成され、３６０°回転すると基準とした点Ｔ1に重複する点Ｔ5となる。
【００２８】
なお、点Ｔ1〜点Ｔ3間がカム溝部１３ａであり、点Ｔ3〜点Ｔ5間がカム溝部１３ｂである。
【００２９】
また、このカム溝１３ａ、１３ｂは、上始点ａと円筒カム１０の軸線方向中央部１０ａとの距離Ａと、下始点ｂと円筒カム１０の軸線方向中央部１０ａとの距離Ｂとが等しい長さにされている。
【００３０】
そして、ダイアフラム２０は、環状膨出突部２２をポンプ室３側に突出した状態で筒状ピストン８と同心に位置され、貫通孔２１及び筒状ピストン８には、フランジ２４ａを有する取付部材２４が挿入されている。そして、貫通孔２１の周縁部が取付部材２４のフランジ２４ａと筒状ピストン８の一方端との間に挟持されることにより、ダイアフラム２０が筒状ピストン８に取り付けられている。
【００３１】
また、環状膨出突部２２の外周縁であるダイアフラム２０の周縁部２０ａは、ポンプ室３とカム室４との間に挟持固定されている。
【００３２】
筒状ピストン８は、円筒カム１０が回転自在且つ同軸に遊嵌され、２つのカム溝部１３ａ、１３ｂの同位相に対応した位置、例えば点Ｔ1と点Ｔ3、に案内突起１１ａ、１１ｂがそれぞれ嵌合されている（図３参照）。
【００３３】
さらに、円筒カム１０はポンプケース２に回転自在且つ軸線方向に移動不能に保持され、円筒カム１０の回転軸１０ｂは同軸上に配設された駆動モータ９の出力回転軸９ａに連結されている。
【００３４】
次に、このエアーポンプ１の作用について説明する。
【００３５】
このエアーポンプ１を駆動させるには、まず駆動モータ９を駆動させて出力回転軸９ａを回転させる。出力回転軸９ａが回転すると、この出力回転軸９ａに連結された円筒カム１０が軸線回りに回転駆動する。
【００３６】
そして、円筒カム１０の回転によってカム溝１２の周方向の位置が変化する。このとき、カム溝１２に嵌合している案内突起１１ａ、１１ｂは、周方向の位置が変化せず、カム溝１２のサインカーブ形状に沿って軸線方向の位置が変化する。
【００３７】
なお、２つの案内突起１１ａ、１１ｂは、カム溝１２を形成する２つのカム溝部１３ａ、１３ｂの同位相に対応した位置に嵌合しているので、互いの動きを阻害することなく円滑に摺動することができる。
【００３８】
案内突起１１ａ、１１ｂが点Ｔ1、点Ｔ3から上始点ａに向かって相対的に移動すると、筒状ピストン８はポンプ室３側に向かって直線運動を行う。
【００３９】
このとき、図４（ａ）に示すように、ダイアフラム２０がポンプ室３側に変形させられてポンプ室３の容積が縮小し、ポンプ室３内の気圧が高くなる。そして、気体が通気孔６…を介して吸排気室３ｃの外壁側に設けられた逆止弁７ｂを押し開け、排気室３ｂに流入した後に排気開口５ｂから外気中に排出される。
【００４０】
なお、ダイアフラム２０の環状膨出突部２２は、ポンプ室３側に向かう筒状ピストン８に伴ってポンプ室３に向かって伸長させられ、ダイアフラム２０の貫通孔２１とダイアフラム２０の周縁部２０ａとの間に生じる引張力を緩和している。
【００４１】
上始点ａに案内突起１１ａ、１１ｂが位置したとき、ダイアフラム２０はポンプ室３側に最も移動し、この移動距離は上始点ａと円筒カム１０の軸線方向中央部１０ａとの距離Ａであり、これがポンプ室３側の変形ストロークＡとなる。
【００４２】
そして、この案内突起１１ａ、１１ｂが点Ｔ2、Ｔ4に向かってそれぞれ相対的に移動すると、筒状ピストン８はカム室４に向かって直線運動を行ない、点Ｔ2、Ｔ4に案内突起１１ａ、１１ｂが位置したとき、ダイアフラム２０の変形は戻り通常形状になる。
【００４３】
さらに、案内突起１１ａ、１１ｂが下始点ｂに向かって相対的に移動すると、筒状ピストン８はカム室４側に向かって直線運動を行う。
【００４４】
このとき、図４（ａ）に示すように、ダイアフラム２０がカム室４側に変形させられてポンプ室３の容積が拡大し、ポンプ室３内の気圧が低くなる。そして、気体が吸気口５ａから吸い込まれ、吸気室３ａに流入した後に通気孔６…を介して吸排気室３ｃの内壁側に設けられた逆止弁７ａを押し開けて、吸排気室３ｃ内に吸引される。
【００４５】
なお、ダイアフラム２０の環状膨出突部２２は、カム室４側に向かう筒状ピストン８に伴ってカム室４に向かって伸長させられ、ダイアフラム２０の貫通孔２１とダイアフラム２０の周縁部２０ａとの間に生じる引張力を緩和している。
【００４６】
下始点ｂに案内突起１１ａ、１１ｂが位置したとき、ダイアフラム２０はカム室４側にもっとも移動し、この移動距離は下始点ｂと円筒カム１０の軸線方向中央部１０ａとの距離Ｂであり、これがカム室４側の変形ストロークＢとなる。
【００４７】
そして、この案内突起１１ａ、１１ｂが点Ｔ3、Ｔ5にそれぞれ相対的に移動すると、筒状ピストン８はポンプ室３に向かって直線運動を行ない、案内突起１１ａ、１１ｂがそれぞれ点Ｔ3、Ｔ5に位置したとき、ダイアフラム２０の変形は戻り通常形状になる。
【００４８】
このように、円筒カム１０が回転することにより、カム溝１２と案内突起１１ａ、１１ｂとが互いに摺動して、相対的に軸線方向に移動することができる。
【００４９】
そして、カム溝１２がサインカーブ形状の波形状であるので、筒状ピストン８は、ポンプ室３側に変形ストロークＡで変形し、カム室４側に変形ストロークＢで移動する往復直線運動を行うこととなり、ダイアフラム２０を軸線方向に沿って変形することが可能となる。
【００５０】
したがって、気体の吸排気に伴って生じる騒音や振動等を抑制することができると共に、このダイアフラム部材２０の早期劣化を防止しながらポンプ室３から気体を吸排気することができる。
【００５１】
そして、ダイアフラム２０、筒状ピストン８、円筒カム１０、駆動モータ９を同軸上に配設することが可能となり、小型化を図ることができる。
【００５２】
また、２つの案内突起１１ａ、１１ｂによってダイアフラム２０を支持することにより、このダイアフラム２０が軸線方向に対して傾くことを防止できる。
【００５３】
以上の通り、この発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成は上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
【００５４】
例えば、図５に示す円筒カム１０の外周面１０ａの展開図のように、ダイアフラム８が変形しない中立点Ｔ…を基準として、ダイアフラム２０がポンプ室３側に向かって変形する際の変形ストロークＡ´と、カム室４側に向かって変形する際の変形ストロークＢ´とを異ならせたカム溝１２の形状にしてもよい。
【００５５】
ここでは、環状膨出突部２２の突出方向であるポンプ室３側に向かってダイアフラム２０が変形する際の変形ストロークＡ´が、反対側に変形する際の変形ストロークＢ´よりも大きくされている。
【００５６】
これにより、ダイアフラム２０がポンプ室３側に向かう場合と、カム室４側に向かう場合とのポンプ室３内の容積変化を均一にすることができる。そして、吸気量と排気量とが等しくなってポンプ効率の向上を図ることができる。
【００５７】
また、筒状ピストン８の内周面８ａにカム溝１２となる波形状の環状凹溝を設け、円筒カム１０の外周面１０ａに案内突起１１ａ、１１ｂとなる前記環状凹溝に嵌合する案内突起を一体に設けてもよい。
【００５８】
さらに、ここで図示しないが、カム溝は同波形状を有する３つ以上のカム溝部を連接して形成されてもよい。その際、案内突起はカム溝部と同数であることが好ましく、各カム溝部の同位相に対応する位置にそれぞれ嵌合されてダイアフラム２０を支持し、ダイアフラムが傾くことを防止できる。
【００５９】
【発明の効果】
この発明によれば、ダイアフラムが劣化しにくく、気体の吸排気時に生じる振動や騒音等を抑制すると共に、小型化を図ることが可能なエアーポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のエアーポンプの一部破断断面図である。
【図２】この発明の筒状ピストン部材及び円筒カムの説明図である。
【図３】この発明の円筒カムの外周面の展開図である。
【図４】（ａ）この発明のエアーポンプで吸気した際の説明図である。（ｂ）この発明のエアーポンプで排気した際の説明図である。
【図５】この発明の円筒カムの外周面の他の例の展開図である。
【図６】従来のエアーポンプの説明図である。
【符号の説明】
１              エアーポンプ
２              ポンプケース
３              ポンプ室
３ａ            吸気口
３ｂ            排気口
４              カム室
７ａ、７ｂ      逆止弁
８              筒状ピストン（筒体）
８ａ            内周面
９              駆動モータ
１０            円筒カム（回転軸）
１０ａ          外周面
１１ａ、１１ｂ  案内突起
１２            環状カム
２０            ダイアフラム
【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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