(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移送する液体を保持する空間を有するポンプ室の壁部の一部を構成し、且つ該ポンプ室における内外方向で往復動するように変形するダイヤフラムと、
該ダイヤフラムを前記内外方向における内方側に弾性変形させるための駆動装置と、を備え、
前記ダイヤフラムの前記内外方向で往復動する範囲において最外位置となる下死点は、該ダイヤフラムが弾性変形していないとした場合の中立位置よりも前記内外方向における内方側に設定され、
前記駆動装置は、前記下死点に到達した状態の前記ダイヤフラムを前記内外方向における外側で支持するように構成される、
ダイヤフラムポンプ。
【請求項２】
前記ダイヤフラムは、
前記駆動装置により前記内外方向における内側に向けて押圧されることで上死点側に動き、且つ前記ダイヤフラム自体の弾性力による弾性回復により前記下死点側に動くように構成される、
請求項１に記載の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、液体を移送するダイヤフラムポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤフラムポンプは、例えば特許文献１に開示されているように、一面側がポンプ室（特許文献１では吸送室）内に露出するように配置されたダイヤフラムと、該ダイヤフラムを前記ポンプ室内に対する内外方向において弾性変形させて動かすポンプ本体と、を備えている。
【０００３】
そして、上記構成のダイヤフラムポンプは、ポンプ本体によって、ダイヤフラムをポンプ室の内側に向けて押圧する動作と、ダイヤフラムをポンプ室の外側に向けて引っ張る動作とを繰り返すことで、液体を移送できるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−１９７５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来のダイヤフラムポンプでは、ダイヤフラムがポンプ本体によって外側に引っ張られて下死点に到達すると、ポンプ室の外側に向かって膨らんだ状態になる。そのため、特に液体が高圧である場合、ダイヤフラムは、ポンプ室内の圧力を受けて下死点よりもさらに前記内外方向における外側に変形することがある。この場合、ダイヤフラムは、中立位置を越えて内側に移動することが低圧時に比べて阻害されることがあり、これに伴い、移送する液体の吐出量が減少してしまうことが問題となっている。
【０００６】
そこで、本発明は、斯かる実情に鑑み、液体の吐出効率を向上させることができるダイヤフラムポンプの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のダイヤフラムポンプは、
移送する液体を保持する空間を有するポンプ室の壁部の一部を構成し、且つ該ポンプ室における内外方向で往復動するように変形するダイヤフラムと、
該ダイヤフラムを前記内外方向における内方側に弾性変形させるための駆動装置と、を備え、
前記駆動装置は、弾性変形していない場合の中立位置よりも前記内外方向における内方側に設定された下死点に到達した状態の前記ダイヤフラムを前記内外方向における外側で支持するように構成される。
【０００８】
上記構成のダイヤフラムポンプによれば、ダイヤフラムは、下死点に到達している状態であっても内外方向における内方側（ポンプ室内側）に向かって変形した状態で駆動装置に支持されるため、該ダイヤフラムに張力が生じている状態が維持される。
【０００９】
そのため、ダイヤフラムは、ポンプ室内の液体から受ける圧力に張力で対抗でき、ポンプ室の外側に変形しにくくなる。すなわち、ダイヤフラムが下死点よりも外方側に変形しにくくなる。
【００１０】
従って、上記構成のダイヤフラムポンプは、液体の吐出時にダイヤフラムをポンプ室内に向けて十分に変形させることができ、これにより、液体の吐出量の減少を抑制することができる。
【００１１】
本発明のダイヤフラムポンプにおいて、
前記ダイヤフラムは、
前記駆動装置により前記内外方向における内側に向けて押圧されることで上死点側に動き、且つ前記ダイヤフラム自体の弾性力による弾性回復により前記下死点側に動くように構成されていてもよい。
【００１２】
上記構成のダイヤフラムポンプによれば、ダイヤフラムは、自身の弾性回復により下死点側に向かって動くため、ダイヤフラムを下死点側に動かすための部品点数を削減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明のダイヤフラムポンプは、ダイヤフラムが下死点よりも外方側に変形してしまうことを抑えることにより、液体の吐出効率を向上させることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るダイヤフラムポンプの斜視図である。
【図２】図２は、同実施形態に係るダイヤフラムポンプの平面図である。
【図３】図３は、同実施形態に係るヘッドユニットの斜視図である。
【図４】図４は、同実施形態に係る駆動装置の斜視図である。
【図５】図５は、同実施形態に係るダイヤフラムポンプの駆動装置の上面を開放させた状態の平面図である。
【図６】図６は、図２のＶＩ−ＶＩでの断面図である。
【図７】図７は、同実施形態に係るダイヤフラムの斜視図である。
【図８】図８は、同実施形態に係るダイヤフラムの縦断面拡大図である。
【図９】図９は、同実施形態に係るダイヤフラムとカムの説明図である。
【図１０】図１０は、同実施形態に係るダイヤフラムポンプの動作説明図であって、ダイヤフラムが下死点に到達している状態の説明図である。
【図１１】図１１は、同実施形態に係るダイヤフラムポンプの動作説明図であって、ダイヤフラムが下死点から上死点に向かっている途中の状態の説明図である。
【図１２】図１２は、同実施形態に係るダイヤフラムポンプの動作説明図であって、イヤフラムが上死点に到達している状態の説明図である。
【図１３】図１３は、同実施形態に係るダイヤフラムポンプの動作説明図であって、ダイヤフラムが上死点から下死点に向かっている途中の状態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態にかかるダイヤフラムポンプについて、添付図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
本実施形態に係るダイヤフラムポンプは、所定量の液体を所定の間隔毎に移送するように構成されている。
【００１７】
図１及び図２に示すように、ダイヤフラムポンプ１は、移送する液体を一時的に保持し且つ容積（内部空間の広さ）を変更可能なポンプ室２０（図６参照）を有するヘッドユニット２と、該ヘッドユニット２のポンプ室２０の容積を変化させるための動力をヘッドユニット２に伝達する駆動装置３と、を備えている。
【００１８】
ヘッドユニット２は、図６に示すように、前記ポンプ室２０の壁部を構成する変形不能な固定壁部２１０、及びポンプ室２０内に吸い込まれる液体が流れる吸込側流路２１１、ポンプ室２０から吐き出される液体が流れる吐出側流路２１２を有するポンプヘッド２１と、前記固定壁部２１０と協働してポンプ室２０を構成するダイヤフラム２２と、前記吸込側流路２１１を開閉する吸込側弁機構２３と、前記吐出側流路２１２を開閉する吐出側弁機構２４と、ポンプヘッド２１と駆動装置３との間に配置されるスペーサ２５と、を有する。
【００１９】
ポンプヘッド２１は、図３に示すように、前記固定壁部２１０、前記吸込側流路２１１、前記吐出側流路２１２に加えて、ダイヤフラム２２を配置するための配置部２１３を有する。
【００２０】
ポンプヘッド２１の外面には、スペーサ２５を当接させる当接面２１４が含まれている。そして、固定壁部２１０と配置部２１３とは、この当接面２１４に形成されている。
【００２１】
固定壁部２１０は凹状であり且つ底面が平坦面である。また、固定壁部２１０の底面は、正面視形状が円形状となっている。
【００２２】
配置部２１３は、固定壁部２１０の外周全周から外方に拡がるように形成されており、正面視形状が環状である。配置部２１３の底面もまた平坦面である。なお、当接面２１４と配置部２１３と固定壁部２１０とは一体的であり且つ段状となっている。
【００２３】
図７に示すように、ダイヤフラム２２は、弾性を有する板状のダイヤフラム本体部２２０と、図８に示すように、ダイヤフラム本体部２２０と駆動装置３を連結するための連結部２２１と、を有する。なお、ダイヤフラム２２は、樹脂製であり、ダイヤフラム本体部２２０と連結部２２１とが一体的に成形されている。
【００２４】
ダイヤフラム本体部２２０の正面視形状は、円形状である。
【００２５】
本実施形態に係るダイヤフラム２２は、固定壁部２１０に対して間隔を空けて対向配置する変形部２２０ａと、該変形部２２０ａの外周全周から外側に向かって広がる環状縁部２２０ｂであって、配置部２１３に配置される環状縁部２２０ｂと（図８参照）、環状縁部２２０ｂの一面（配置部２１３側に向けて配置される一面）から突出するシール部２２０ｃと、を有する。
【００２６】
変形部２２０ａは、固定壁部２１０に対して間隔をあけて対向配置されている。
【００２７】
環状縁部２２０ｂは、配置部２１３とスペーサ２５とによって挟み込まれるように構成されており、これにより、ダイヤフラム２２が配置部２１３に固定されるように構成されている。
【００２８】
そのため、ダイヤフラム２２は、環状縁部２２０ｂの位置が固定された状態で、変形部２２０ａが固定壁部２１０に接離する接離方向（すなわち、ポンプ室２０の内外方向）で変形するように構成されている。本実施形態に係るダイヤフラム２２では、変形部２２０ａ全体が固定壁部２１０側に張り出すように弾性変形し、弾性回復により元の形状に戻ることで固定壁部２１０から離れるようになっている。このように、変形部２２０ａは、固定壁部２１０に対して往復動するように構成されている。
【００２９】
また、変形部２２０ａが固定壁部２１０に接近する方向に動くと（固定壁部２１０側に張り出すと）、ポンプ室２０の容積が小さくなり、変形部２２０ａが固定壁部２１０から離れる方向に動くと（弾性回復により元の形状に戻ると）、ポンプ室２０の容積が広くなる。
【００３０】
そのため、変形部２２０ａが、自身の可動範囲内（すなわち、接離方向で往復動する範囲内）において最も固定壁部２１０から離れた位置である最外位置（いわゆる、下死点）に到達するとポンプ室２０の容積が最も広くなり、最も固定壁部２１０に接近する位置を最内位置（いわゆる、上死点）に到達するとポンプ室２０の容積が最も狭くなる。
【００３１】
図９に示すように、最外位置Ｐ１は、仮想的に弾性変形していない状態の変形部２２０ａの位置を中立位置Ｐ０とした場合、この中立位置Ｐ０よりも固定壁部２１０に近い位置に設定されており、最内位置Ｐ２は、最外位置Ｐ１よりもさらに固定壁部２１０に近い位置に設定されている。なお、図９乃至図１３は、ダイヤフラム２２等の構成を模式的に図示した図であり、変形部２２０ａの内面の中央部の位置を基準としている。
【００３２】
そのため、変形部２２０ａは、ダイヤフラムポンプ１に組み込まれている状態においては常に固定壁部２１０側に向かって張り出すように弾性変形している。これにより、変形部２２０ａは、常に張力が生じた状態となるように構成されており、また、変形部２２０ａが固定壁部２１０に近付く方向に向かって動くと張力が高まり、変形部２２０ａが固定壁部２１０から離れる方向に向かって動くと張力が下がるように構成されている。
【００３３】
なお、変形部２２０ａは、弾性限界に到達するときに生じる応力を１００％とした場合に、最内位置Ｐ２に到達した状態で生じる応力が１００％以下となるように構成されており、塑性変形しない範囲内で弾性変形するようになっている。
【００３４】
以下の説明において、固定壁部２１０に対して接離方向において固定壁部２１０に接近する方向を接近方向、接離方向において固定壁部２１０から離間する方向を離間方向と称する。また、接離方向において固定壁部２１０に接近する動きを前進、接離方向において固定壁部２１０から離れる動きを後退と称して説明を行う場合がある。
【００３５】
連結部２２１は、ダイヤフラム本体部２２０の両面のうち、固定壁部２１０とは反対側に向けて配置される一面に形成されており、ダイヤフラム本体部２２０の中央部に対応する場所に位置している。
【００３６】
吸込側弁機構２３は、図６に示すように吸込側流路２１１に連通する吸込側連通路２３０と、吸込側連通路２３０内に配置される吸込側ボール２３１と、吸込側連通路２３０内の上流側で前記吸込側ボール２３１を受け且つ吸込側ボール２３１との当接状態と非接触状態とが切り替わることで２３０の開閉状態を切り替えるように構成された吸込側弁座部２３２と、吸込側連通路２３０内であり且つ吸込側弁座部２３２よりも下流側で前記吸込側ボール２３１を受ける吸込側受部２３３とを有する。
【００３７】
吸込側弁座部２３２には、吸込側ボール２３１の直径よりも小径の貫通孔が形成されており、吸込側ボール２３１が当接すると、該貫通孔の周囲が密接され、これにより、２３０内の液体の流通が規制される（すなわち、２３０が閉じられる）。
【００３８】
吸込側受部２３３には、２３０の内部と外部とを連通させる貫通穴が複数形成されており、それぞれの貫通孔の内径は吸込側ボール２３１の外径より小さくなっている。
【００３９】
吐出側弁機構２４は、吐出側流路２１２に連通する吐出側連通路２４０と、吐出側連通路２４０内に配置される吐出側ボール２４１と、吐出側連通路２４０内の上流側で前記吐出側ボール２４１を受け且つ吐出側ボール２４１との当接状態と非接触状態とが切り替わることで吐出側連通路２４０の開閉状態を切り替えるように構成された吐出側弁座部２４２と、吐出側連通路２４０内であり且つ吐出側弁座部２４２よりも下流側で前記吐出側ボール２４１を受ける吐出側受部２４３とを有する。
【００４０】
吐出側弁座部２４２には、吐出側ボール２４１の直径よりも小径の貫通孔が形成されており、吐出側ボール２４１が当接すると、該貫通孔の周囲が密接され、これにより、吐出側連通路２４０内の液体の流通が規制される（すなわち、吐出側連通路２４０が閉じられる）。
【００４１】
吐出側受部２４３には、吐出側連通路２４０の内部と外部とを連通させる貫通穴が複数形成されており、それぞれの貫通孔の内径は吐出側ボール２４１の外径より小さくなっている。
【００４２】
駆動装置３は、図５に示すように、電動モーター等の駆動源３０と、該駆動源３０が発生させた駆動力をダイヤフラム２２に伝達する伝達機構３１と、駆動源３０と伝達機構３１とを収容するケース３２とを有する。そして、ケース３２の外面には、ヘッドユニット２を当接させる領域が形成されている（図４参照）
【００４３】
伝達機構３１は、軸状であり、駆動源３０の駆動力により自身の中心軸線を中心として回転する回転軸３１０と、回転軸３１０に取り付けられているカム３１１と、ダイヤフラム２２とカム３１１とに接した状態で配置され且つカム３１１の回転に伴って接離方向で往復動するシャフト３１２と、を有する。
【００４４】
カム３１１は、ダイヤフラム２２を該ダイヤフラム２２から後退方向側に離れた位置で支持するように構成されており、本実施形態では、シャフト３１２を介してダイヤフラム２２を支持するように構成されている。カム３１１は、外周面でシャフト３１２を介してダイヤフラム２２を支持するように構成されており、この外周面には、図９に示すように、ダイヤフラム２２が最外位置Ｐ１に到達している状態でダイヤフラム２２の支点となる最後支持点３１１ａと、ダイヤフラム２２が最内位置Ｐ２に到達している状態でダイヤフラム２２の支点となる最前支持点３１１ｂ（図１２参照）とが含まれている。
【００４５】
最後支持点３１１ａからカム３１１の回転中心までの距離Ｗ１は、最前支持点３１１ｂからカム３１１の回転中心までの距離Ｗ２よりも小さくなっており、この２つの距離Ｗ１、Ｗ２の差は、ダイヤフラム２２の中立位置Ｐ０から最内位置Ｐ２までの距離よりも小さくなっている。
【００４６】
また、カム３１１の回転中心から外周面までの距離は、最後支持点３１１ａから最前支持点３１１ｂに向かうにつれて徐々に大きくなるように設定されている。
【００４７】
シャフト３１２は、軸線方向における一端部がダイヤフラム２２の連結部２２１に連結されている一方で、カム３１１に対しては非連結であり、軸線方向における他端面がカム３１１の外周面に当接するようにして配置されている。そのため、カム３１１の外周面とシャフト３１２の他端面との当接位置がカム３１１によるダイヤフラム２２の支点となる。
【００４８】
伝達機構３１では、カム３１１を回転させると前記支点が接離方向において変位する。そして、前記支点が接近方向で変位するとシャフト３１２を介して変形部２２０ａを固定壁部２１０側に向けて押し出して前進させることができ、前記支点が離間方向で変位すると変形部２２０ａの弾性回復により、引張力を加えずに変形部２２０ａを後退させることができる。
【００４９】
本実施形態に係るダイヤフラムポンプ１の構成は以上の通りである。続いて、ダイヤフラムポンプ１の動作を説明する。
【００５０】
図１０と図１１、若しくは図１１と図１２で示すように、カム３１１を回転させたときにシャフトの他端面に対するカム３１１の外周面の当接位置が最前支持点３１１ｂ側に移る場合は、前記支点が接近方向で変位するため、ダイヤフラム２２が最内位置Ｐ２に向かって動き、ポンプ室２０内の容積が小さくなる。これにより、ポンプ室２０の内圧が高まり、吐出側弁機構２４が開き且つ吸込側弁機構２３が閉じた状態となり、ポンプ室２０内の液体が吐出側流路２１２から外部に吐出される。
【００５１】
図１２と図１３とで示すように、カム３１１を回転させたときにシャフト３１２の他端面に対するカム３１１の外周面の当接位置が最後支持点３１１ａ側に移る場合は、前記支点が離間方向で変位するため、ダイヤフラム２２が最外位置Ｐ１に向かって動き、ポンプ室２０内の容積が大きくなる。これにより、ポンプ室２０の内圧が下がり、吐出側弁機構２４が閉じ且つ吸込側弁機構２３が開いた状態となり、吸込側流路２１１からポンプ室２０内に液体が流入する。
【００５２】
この動作を繰り返し行うことで、所定量の液体を所定の周期で移送することができるようになっている。
【００５３】
本実施形態に係るダイヤフラムポンプ１では、ダイヤフラム２２が下死点に到達している状態であっても内外方向における内方側（ポンプ室２０内側）に向かって変形した状態で駆動装置３に支持されるため、ダイヤフラム２２に張力を生じさせた状態を維持することができる。
【００５４】
そのため、ダイヤフラム２２は、ポンプ室２０内の液体から受ける圧力に張力で対抗でき、ポンプ室２０の外側に向かって変形しにくくなる。すなわち、ダイヤフラム２２が下死点よりも外方側に変形しにくくなる。これは、特に液体が高圧である場合に有利に働く。
【００５５】
従って、本実施形態に係るダイヤフラムポンプ１は、液体の吐出時にダイヤフラム２２を小さな駆動力でポンプ室２０内に向けて十分に変形させることができ、これにより、液体の吐出量の減少を抑制することができる。また、ダイヤフラム２２が中立位置Ｐ０よりも外方側に変形することがないため、流体を吐出する際においては、ダイヤフラム２２を内方側に向けて変形させるために要する力が大きくなってしまうことを抑えることができるため、ダイヤフラム２２を変形させるための外力に対する液体の吐出効率の低下を抑制することができるという優れた効果を奏し得る。
【００５６】
さらに、ダイヤフラム２２の変形部２２０ａが、駆動装置３によって上死点まで押し出された後、自身の弾性回復により元の形状に戻ることで下死点側に到達するように構成されているため、本実施形態のダイヤフラムポンプ１は、変形部２２０ａに対して外向きに引張力（離間方向に引っ張る力）を加える引張機構を必要とせずに変形部２２０ａを下死点側に動かすことができる。
【００５７】
従って、本実施形態のダイヤフラムポンプ１は、部品点数を削減することもできる。また、駆動装置３で変形部２２０ａに引張力を加える必要がなくなることに伴い、変形部２２０ａを駆動装置３に対して固定（例えば、ねじ止め）する必要もなくなるため、ダイヤフラム２２を含むヘッドユニット２を駆動装置３から容易に分解することも可能となる。
【００５８】
なお、本実施形態に係るダイヤフラムポンプは、上記一実施形態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更を行うことは勿論である。
【００５９】
上記実施形態において、ダイヤフラム２２の変形部２２０ａは平板状であったが、例えば、波板状に形成されていてもよい。また、ダイヤフラム２２は、ダイヤフラムポンプ１に組み込まれた状態で最外位置Ｐ１が中立位置Ｐ０よりも内側に設定されていれば、外力が加わっていない状態（弾性変形していない状態）において、変形部２２０ａが環状縁部２２０ｂよりも内側又は外側に位置するものであってもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１…ダイヤフラムポンプ、２…ヘッドユニット、３…駆動装置、２０…ポンプ室、２１…ポンプヘッド、２２…ダイヤフラム、２３…吸込側弁機構、２４…吐出側弁機構、２５…スペーサ、３０…駆動源、３１…伝達機構、３２…ケース、２１０…固定壁部、２１１…吸込側流路、２１２…吐出側流路、２１３…配置部、２１４…当接面、２２０…ダイヤフラム本体部、２２０ａ…変形部、２２０ｂ…環状縁部、２２０ｃ…シール部、２２１…連結部、２３０…吸込側連通路、２３１…吸込側ボール、２３２…吸込側弁座部、２３３…吸込側受部、２４０…吐出側連通路、２４１…吐出側ボール、２４２…吐出側弁座部、２４３…吐出側受部、３１０…回転軸、３１１…カム、３１１ａ…最後支持点、３１１ｂ…最前支持点、Ｐ０…中立位置、Ｐ１…最外位置、Ｐ２…最内位置
【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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【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】
0006895493.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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