【実施例】
【0013】
次に、上記特徴を有する好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。
【0014】
このダイアフラムポンプ1は、回転駆動源10と、回転駆動源10の出力軸11に一体回転可能に接続された駆動回転体20と、駆動回転体20の回転力により回転運動しながら軸方向へ往復動する従動回転体30と、従動回転体30の往復動に伴うダイアフラム42の変形によりポンプ室S1の容積を変動させて流体を搬送するポンプ部40とを具備する(
図1〜
図3参照)。
【0015】
回転駆動源10は、例えば、ブラシレスDCモータや、ステッピングモータ等の電動モータであり、前方へ出力軸11を突出している。この出力軸11には、駆動回転体20の後端側部分が、同軸状に接続固定される。
また、回転駆動源10のケーシングの前端には、従動回転体30の周囲を覆うようにケース12が固定される。
なお、回転駆動源10の他例としては、ブラシモータや、その他の電動モータ、エアーモータ、油圧モータ、手動回転機構等とすることも可能である。
【0016】
駆動回転体20は、出力軸11に対し直交するとともに回転自在な駆動ピン21と、この駆動ピン21を支持するホルダ22を具備してなる。
【0017】
駆動ピン21は、駆動回転体20と従動回転体30とが軸方向において凹凸状に嵌り合う部分に配置される。この駆動ピン21は、ホルダ22に対し、直交して挿通され、その両端側を、ホルダ22の径方向に沿うようにして該ホルダ22の外周面から突出する突起21a,21aとしている。
この駆動ピン21は、ホルダ22に対し不動に固定されている。したがって、この駆動ピン21は、駆動ピン21に相対し、この駆動ピン21の軸芯方向へ移動せず、且つ該駆動ピン21の軸芯を中心にして回転することもない。
【0018】
ホルダ22は、出力軸11の前端側に環状に固定される略筒状の部材である。このホルダ22には、軸芯に直交するように貫通孔22aが設けられ、この貫通孔22aに、前記駆動ピン21が挿入され固定される。
【0019】
また、ケース12は、駆動回転体20の中心線に対し偏芯した円筒状の内周面を有する筒体であり、その内周面を従動回転体30の外周面に摺接させるようにして、従動回転体30を回転自在に支持している。
【0020】
そして、上記構成の駆動回転体20には、その前方側から、従動回転体30が凹凸状に嵌め合せられている。
【0021】
従動回転体30は、例えば、合成樹脂材料や、金属、セラミック等の硬質材料からなり、回転駆動源10に対し前方側から覆い被さる円筒状に形成される。
この従動回転体30は、前述したケース12に支持されることで、駆動回転体20に対し所定の偏心量s(
図3参照)だけ偏心して平行しており、この偏心位置で自在に回転する。
この偏心量sは、従動回転体30の往復動のストロークに応じて適宜に設定される。すなわち、従動回転体30の往復動のストロークを大きくする場合には前記偏心量sが大きめに設定され、従動回転体30の往復動のストロークを小さくする場合には前記偏心量sが小さめに設定される。
【0022】
また、従動回転体30の後端側の周壁には、駆動回転体20の突起21a,21aにそれぞれ嵌り合うように、径方向の両側に二つの傾斜長孔31,32が設けられる。
各傾斜長孔31(32)は、従動回転体30の周方向に対し、所定の角度αだけ傾斜し、この傾斜方向へ延設される(
図4及び
図6参照)。そして、この傾斜長孔31(32)は、従動回転体30の周壁を径方向へ貫通するとともに、従動回転体30の後端まで延びて後方へ開口している。この開口は、当該ダイアフラムポンプ1の製造時において、駆動回転体20の突起21a,21aを傾斜長孔31,32に嵌め合せる作業を容易にする。
なお、傾斜長孔31(32)は、突起21aに嵌り合うようにすれば、従動回転体30の周壁を貫通しない有底孔とすることも可能である。
【0023】
二つの傾斜長孔31,32は、従動回転体30の径方向の一方側と他方側とに配置され、従動回転体30の径方向から視て重なり合うように、傾斜方向が互いに逆になっている(
図4及び
図5参照)。
すなわち、一方の傾斜長孔31は、従動回転体30の周方向の一方(例えば、反時計方向)へ傾くようにして斜め後方へ延びている(
図4(a)参照)。他方の傾斜長孔32は、同従動回転体30の周方向の他方(例えば、時計方向)へ傾くようにして後方へ延びている(
図5(e)参照)。
従動回転体30の周方向に対する各傾斜長孔31(32)の傾斜角度αは、0度よりも大きく、90度よりも小さい範囲内に設定される。
【0024】
また、各傾斜長孔31(32)の長さは、少なくとも従動回転体30の往復動時の最大ストロークを確保できるように適宜に設定される。なお、傾斜長孔31,32内における突起21a,21aの移動距離は、傾斜長孔31,32の長さに制限されものではないため、傾斜長孔31,32の長さを、従動回転体30の往復動時の最大ストロークよりも長くしても構わない。
【0025】
そして、従動回転体30の前端側の内周面には、円筒面状の軸受嵌合部30aが設けられ、この軸受嵌合部30aには軸受33が嵌合される。
そして、軸受33には、ポンプ部40へ往復動を伝達する往復動伝達部材50が設けられる。
軸受33は、本実施の形態の好ましい一例によれば、ボールベアリングを用いており、その外輪を従動回転体30の内周面に嵌合するとともに、外輪に対し回転自在な内輪に、往復動伝達部材50を嵌合している。
なお、軸受33の他例としては、滑り軸受けや、ころ軸受等、他の構造の軸受としてもよい。
【0026】
往復動伝達部材50は、従動回転体30とダイアフラム42との間に位置し、前述した軸受33を介することで、従動回転体30に対し回転自在であって且つ従動回転体30と共に往復動するように設けられ、ダイアフラム42の中央寄りに接続されている。
詳細に説明すれば、往復動伝達部材50は、従動回転体30の中心側の軸受33に回転自在に嵌め合せられた軸部51と、この軸部51からダイアフラム42側へ突出してダイアフラム42に接続された接続部52とから一体に構成される。
軸部51は、円柱状の部材であり、軸受33の内輪の中心部に挿入され固定される。この軸部51の前端側は、ダイアフラム42に貫通されている。
接続部52は、軸部51よりも外径の大きい円板状に形成され、ダイアフラム42よりも前側でポンプ室S1内に位置する。
この接続部52の後ろ側には、ダイアフラム42を間に挟むようにして環状のスペーサ53が設けられる。このスペーサ53は、軸受33の内輪に当接するとともに、前端部によりダイアフラム42の後端面を受けている。
【0027】
また、ポンプ部40は、ポンプ室S1等を有するポンプケース41と、ポンプ室S1内で前後に弾性変形しながら往復運動するダイアフラム42と、ポンプケース41の前端に接続された入出口部材43と、ポンプケース41と入出口部材43の間に設けられた吸入弁44及び吐出弁45とを具備する。
【0028】
ポンプケース41は、前端を閉鎖するとともに後端を開口した円筒状に形成され、その内部空間をポンプ室S1としている。このポンプ室S1は、ダイアフラム42の往復動により容積を変動させる
このポンプケース41の前端壁には、吸込孔41a及び吐出孔41bが設けられる。
【0029】
ダイアフラム42は、ゴムや弾性合成樹脂等の弾性体によって円板状に形成され、ポンプケース41の後端開口部を塞ぐようにして、ポンプケース41の後端縁とケース12の前端縁の間に挟持されている。
【0030】
入出口部材43は、弁室S2を内在するようにして、ポンプケース41の前端部に接続されている。弁室S2は、後述する吸入弁44及び吐出弁45を作動自在に収納する空間である。
そして、この入出口部材43の前端側には、弁室S2に連通するように、吸入口43a及び吐出口43bが設けられる。
【0031】
また、吸入弁44及び吐出弁45は、弾性的に撓み可能な平板板状の部材であり、ポンプ室S1内に設けられる。
吸入弁44は、弁室S2内で吸入口43aを閉鎖しており、ポンプ室S1側へ撓むことが可能である。
吐出弁45は、弁室S2内で吐出孔41bを閉鎖しており、吐出口43b側へ撓むことが可能である。
なお、吸入弁44及び吐出弁45は、図示例によれば一体の部材としているが、それぞれが別体の部材とすることも可能である。
【0032】
次に、上記構成のダイアフラムポンプ1について、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。
図4及び
図5の(a)〜(f)は、上記構成のダイアフラムポンプ1からポンプ部40を省いた内部構造であり、駆動回転体20を回転させた状態を順次に示している。
なお、以下の説明では、便宜上、突起21a,21aが傾斜長孔31,32に沿って移動するものとして説明するが、突起21a,21aの動きと傾斜長孔31,32の動きは相対的な関係にあり、図示例では、前後方向へ移動しない突起21a,21aに沿って、傾斜長孔31,32が移動する。
【0033】
先ず、従動回転体30が往復動範囲の最前端部にある状態を初期位置とすると、この初期位置では、
図4(a)に示すように、突起21a,21aが略水平な状態で傾斜長孔31,32内の後端寄り(図中の右寄り)に位置している。
【0034】
前記初期状態から駆動回転体20が、一方向へ回転すると、駆動回転体20の中心軸と従動回転体30の中心軸とが偏心しているため、突起21a,21aが、回転する傾斜長孔31,32に沿って、相対的に斜め前方へ移動する。
すなわち、駆動回転体20を回転させると、突起21a,21aが、駆動回転体20と従動回転体30との偏心量sを維持しようとする方向へ、傾斜長孔31,32内を滑る。
したがって、突起21a,21aに相対し、従動回転体30は、回転しながら軸方向の後方へ移動することになる。
【0035】
そして、
図4(b)に示すように、従動回転体30が初期状態から45度程度回転した状態では、突起21a,21aが、傾斜長孔31,32内において、前記初期位置よりも前方寄り(
図4中の左寄り)に位置する。
【0036】
駆動回転体20が一方向へ更に回転すると、突起21a,21aも回転する傾斜長孔31,32に沿って斜め前方(
図4中の左斜め上方向)へ更に移動する。そして、
図4(c)に示すように初期位置から90度程度回転した状態では、突起21a,21aが、傾斜長孔31,32の長手方向の略中央に位置する。
【0037】
引き続き、駆動回転体20が一方向へ回転すると、突起21a,21aも傾斜長孔31,32に沿って斜め前方へ更に移動する。そして、
図5(d)に示すように初期位置から135度程度回転した状態では、突起21a,21aが、傾斜長孔31,32における長手方向の最前端部寄りの途中部分に位置する。
【0038】
引き続き、駆動回転体20が一方向へ回転すると、突起21a,21aも回転する傾斜長孔31,32に沿って斜め前方へ更に移動する。そして、
図5(e)に示すように初期位置から180度程度回転した状態では、突起21a,21aが、傾斜長孔31,32の長手方向の略最前端部に位置し、従動回転体30は、往復動の範囲の最後端に位置する。
【0039】
また、駆動回転体20の初期位置からの回転量が180を超えると、突起21a,21aが、回転する傾斜長孔31,32に沿って逆方向(斜め後方)へ移動し始める(
図5(f)参照)。
【0040】
引き続き、駆動回転体20の回転量が進むと、突起21a,21aが、回転する傾斜長孔31,32に沿って斜め後方へ更に移動する(
図5(g)参照)。
【0041】
そして、駆動回転体20の回転量が360度になると、上記初期位置(
図5(a))に戻る。
よって、回転駆動源10による駆動回転体20の回転が継続すると、従動回転体30は、回転運動するとともに、回転量が180度を超える毎に進退方向を変換させる往復運動を繰り返す。
【0042】
一方、従動回転体30と往復動伝達部材50の間には軸受33を介在しているため、従動回転体30の回転運動は往復動伝達部材50へ伝達されず、従動回転体30の往復運動のみが往復動伝達部材50へ伝達される。
そして、往復動伝達部材50の往復運動に伴って、ダイアフラム42がその中央部側を弾性的に撓ませるようにして、前後に往復運動する。このため、ポンプ室S1内の容積が変動する。
【0043】
前記変動により、ポンプ室S1内の容積が大きくなった際には、吸入弁44が開放して、外部の流体が吸入口43aを介してポンプ室S1へ吸い込まれる。
また、前記変動により、ポンプ室S1内の容積が小さくなった際には、吸入弁44が閉鎖するとともに吐出弁45が開放して、ポンプ室S1内の流体が、吐出口43bを介して外部へ吐出される。
【0044】
よって、上記構成のダイアフラムポンプ1によれば、駆動回転体20の軸方向にダイアフラム42を往復動させることができ、振動及び摺動抵抗等が小さく、動力伝達効率も良好である。
【0045】
なお、上記実施例によれば、突起21a,21a(駆動ピン21)をホルダ22に対し不動に固定したが、他の好ましい態様としては、突起21a,21aを、この突起21aの軸芯を中心にして回転するように設けてもよい。
より具体的に説明すれば、この態様では、駆動ピン21を、この駆動ピン21の軸芯を中心にして回転自在であって且つ該駆動ピン21の軸芯方向へは移動しないように、ホルダ22に嵌め合せる。
駆動ピン21を回転自在にする手段は、例えば、駆動ピン21とホルダ22との間にボールベアリング等の軸受部材を介在し、この軸受部材によって駆動ピン21を回転自在にした態様や、ホルダ22の貫通孔22a内面に摺接して駆動ピン21が回転する態様等とすればよい。
駆動ピン21を軸芯方向へ移動不能にする手段は、例えば、駆動ピン21の外周面に環状凸部を設け、この環状凸部を、ホルダ22に係合させて、駆動ピン21が軸芯方向へ移動しないようにすればよい。
よって、前記態様によれば、突起21a,21a(駆動ピン21)が回転するため、従動回転体30の傾斜長孔31,32との摩擦抵抗を軽減することができ、その結果として、傾斜長孔31,32内における突起21a,21aの移動をスムーズにすることができる。
【0046】
また、上記実施例によれば、駆動回転体20の前端側を凸部とするとともに、従動回転体30の後端側を凹部として、これらを凹凸状に嵌め合わせるようにしたが、他例としては、その凹凸関係を逆にすることも可能である。
【0047】
また、上記実施例によれば、駆動回転体20に突起21a,21aを設け、従動回転体30の周壁に傾斜長孔31,32を設けたが、他例としては、従動回転体30の内周面に径内方向へ突出する突起を設け、駆動回転体20に前記突起を挿入して案内可能な傾斜長孔を設けた態様とすることも可能である。
【0048】
また、上記実施例のダイアフラムポンプ1からポンプ部40を省けば、往復動伝達部材50を往復動させる往復動装置を構成することが可能である。
さらに、上記実施例のダイアフラムポンプ1からポンプ部40、往復動伝達部材50及び軸受33等を省けば、従動回転体30を回転させながら往復動させる回転往復動装置を構成することが可能である。
これら往復動装置及び回転往復動装置は、ロボットや医療機械等、あらゆる産業機器のアクチュエータとして有効に利用することができる。