JP2000130335A - 電磁式ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁式ダイヤフラムポンプ専用に使用される
弁であって、必要なシール性を維持しつつ、騒音低減に
大きく寄与することができる吸入弁および吐出弁を備え
る電磁式ダイヤフラムポンプを提供する。 【解決手段】 筐体状の電磁石ケースと、該電磁石ケ
ースの中に対向するように配置された一対の電磁石と、
該一対の電磁石の対向面の間に介在され電磁石の極性変
化に伴い、電磁石の対向方向に対して直角方向に往復運
動する振動子と、該振動子の両端部に対向するように配
置された一対の弾性を有するダイヤフラムと、該ダイヤ
フラムにより隔離され、かつ吸入弁および吐出弁を有す
る弁ケース本体とを有する電磁式ダイヤフラムポンプで
あって、前記弁ケース本体に弁機能を有するように固着
される吸入弁および吐出弁は、それぞれ、肉薄円形状の
弁傘部を備え、当該弁傘部のシール側の平面の表面粗度
Ｒａが、０．５〜３．０μｍの範囲となるように設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁式ダイヤフラ
ムポンプに関し、特に、対向する電磁石に交流電流を通
電させることにより、対向する電磁石の間に介在された
振動子を交流電源と同じ周波数で往復運動させ、振動子
の両端部に対向するように配置された一対のダイヤフラ
ムの変形を利用し、ダイヤフラムで仕切られるケース内
の容積変化と、弁の作用により圧縮気体を連続的に吐出
させる電磁式ダイヤフラムポンプに関する。このような
電磁式ダイヤフラムポンプは、例えば、曝気式浄化槽の
曝気用、養魚の酸素補給用、泡風呂等のエアー噴気用、
小型コンプレッサー等に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、浄化槽の曝気用や養
魚の酸素補給用のポンプの一つとして、電磁式ダイヤフ
ラムポンプが使用されている。

【０００３】このような電磁式ダイヤフラムポンプは、
例えば、実開平２−８３３８７号公報等に開示されてい
るように、上部を開放した箱状の電磁石ケースと、この
電磁石ケースの中に対向するように配置され固着された
一対の電磁石と、この一対の電磁石の対向面の間に介在
され電磁石の極性変化に伴い往復運動する振動子を備え
ている。さらに、振動子の両端部には、対向するように
配置された一対のダイヤフラムが形成されており、ダイ
ヤフラムの外周縁は、電磁石ケースと、吸入弁および吐
出弁を有する弁ケース本体とにより挟持・固定されてい
る。

【０００４】そして、電磁式ダイヤフラムポンプは、電
磁石の極性変化に伴い振動子が往復運動し、この振動子
に連結されたダイヤフラムを振動させることによって、
外部空気の圧縮室内への吸入、および吸入した空気の圧
縮吐出という動作が吸入弁および吐出弁を介して連続的
に繰り返される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような電磁式ダイ
ヤフラムポンプに使用される吸入弁および吐出弁は、一
般に、肉薄円形状の弁傘部と、この弁傘部から突出する
弁固定軸を備える形状をなしており、肉薄円形状の弁傘
部は、ダイヤフラムの振動に伴い、空気の流通口である
連通孔の開閉を制御するように作用する。そのため、肉
薄円形状の弁傘部のシール側の平面（通常は、弁固定軸
を有する面側）は、ダイヤフラムの振動に伴い空気の流
通口である連通孔を備える壁面にペタペタと打ちつけら
れる。

【０００６】従来の吸入弁および吐出弁にあっては、そ
のシール性を確実に維持しようとするために弁傘部のシ
ール側の平面は鏡面に近い状態に設定されるのが通常で
あった。しかしながら、弁傘部の鏡面仕様は、シール性
の維持には有利に働くものの、シール面でのハリツキが
生じ易くなり騒音が高くなる傾向にあり、騒音低減のた
めには、あまり好ましい仕様とは言えない。

【０００７】このような実状のもとに本発明は創案され
たものであり、その目的は、電磁式ダイヤフラムポンプ
専用に使用される弁であって、必要なシール性を維持し
つつ、騒音低減に大きく寄与することができる吸入弁お
よび吐出弁を備える電磁式ダイヤフラムポンプを提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、筐体状の電磁石ケースと、該電磁
石ケースの中に対向するように配置された一対の電磁石
と、該一対の電磁石の対向面の間に介在され電磁石の極
性変化に伴い、電磁石の対向方向に対して直角方向に往
復運動する振動子と、該振動子の両端部に対向するよう
に配置された一対の弾性を有するダイヤフラムと、該ダ
イヤフラムにより隔離され、かつ吸入弁および吐出弁を
有する弁ケース本体とを有する電磁式ダイヤフラムポン
プであって、前記弁ケース本体に弁機能を有するように
固着される吸入弁および吐出弁は、それぞれ、肉薄円形
状の弁傘部を備え、当該弁傘部のシール側の平面の表面
粗度Ｒａが、０．５〜３．０μｍの範囲に設定されてな
るように構成される。

【０００９】本発明の好ましい態様として、前記吸入弁
および吐出弁は、それぞれ、肉薄円形状の弁傘部中央部
から突出する弁固定軸を備えてなるように構成される。

【００１０】本発明の好ましい態様として、前記肉薄円
形状の弁傘部の厚さは、０．５〜１．５ｍｍであるよう
に構成される。

【００１１】本発明の好ましい態様として、前記弁ケー
ス本体は、弁取り付け孔部、および吸入または吐出のた
めの連通孔が形成された隔壁を備え、前記弁固定軸が弁
取り付け孔部に挿着され、前記肉薄円形状の弁本体が連
通孔の通気の開閉弁機能を果たしてなるように構成され
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について添付図面に基づいて詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明の電磁式ダイヤフラムポン
プ１を、個々の主要パーツに分解させた状態を概略的に
示す斜視図である。

【００１４】図２は、本発明の電磁式ダイヤフラムポン
プの主要部分の必要箇所を、断面で示した正面図、図３
は、本発明の電磁式ダイヤフラムポンプの主要部分の必
要箇所を、断面で示した平面図である。

【００１５】図４は、本発明の電磁式ダイヤフラムポン
プに用いられる吸入弁および吐出弁の代表的な形態を示
す斜視図である。

【００１６】図１に示されるように、下部タンク容器５
の上面には、板状の底部基台プレート７が、密封状態と
なるように被着固定される。この板状の底部基台プレー
ト７の略中央付近の上に、電磁石ケース１０が設置され
ている。電磁石ケース１０は、一般に、底部基台プレー
ト７の上に直接載置されるのではなく、実質的にクッシ
ョン作用が働くように、例えば、防振ゴム９を介して設
置されている。電磁石ケース１０は、本実施の形態の場
合、開口部を有する有底容器状の電磁石ケース本体１１
と、この開口部を覆うための板状の電磁石ケース蓋体１
５を有し構成される。

【００１７】電磁石ケース１０の中には、対向するよう
に配置された一対の電磁石２１，２５と、この一対の電
磁石２１，２５の対向面の間に介在され、電磁石の極性
変化に伴い、電磁石の対向方向に対して直角方向に往復
運動する振動子３０が挿着される。さらに、振動子３０
は、その両端部に連結用シャフト３１，３１が固定配置
されており、これにより振動子３０の両端部に対向する
一対のダイヤフラム４０が配置される。

【００１８】ダイヤフラム４０の中央部には、ダイヤフ
ラム電磁石側センタープレート７０と、ダイヤフラム弁
ケース側センタープレート８０とが挟持された状態で固
定されており、これらの結合プレート７０，８０に実質
的に振動子３０（連結用シャフト３１，３１）が固定さ
れる。

【００１９】ダイヤフラム４０の外周面は電磁石ケース
１０の側面に固定され、このダイヤフラム４０を押しつ
けるように弁ケース本体５０および弁ケース蓋体６０
が、電磁石ケース１０の両側に固着される。

【００２０】弁ケース本体５０には、吸入弁１２０およ
び吐出弁１３０がそれぞれ各所定の機能（吸入および吐
出）を果たすように特定の向きに取りつけられている。
このことは、後述する図３の説明でより明らかになるで
あろう。

【００２１】弁ケース蓋体６０は、外部に突出したホー
ス連結部６１を備え、この連結部６１にＬ型ゴムホース
９０の上部口９１が挿着され、Ｌ型ゴムホース９０の下
部口９５は、底部基台プレート７の孔部７ａに挿着され
る。

【００２２】このようにして底部基台プレート７の上
に、配置された電磁石ケース１０およびそれに固着され
る上記の主要部材は、外包ケース１００によってすっぽ
りと覆われ、外包ケース１００の底部は、通常、下部タ
ンク容器５の周縁あるいは底部基台プレート７の周縁と
当接しつつ密封状態に固着される。外包ケース１００
は、エアーフィルタ（図示していない）をその上部備
え、外部空気がエアーフィルタを介して外包ケース１０
０内部に流入するようにエアーフィルタカバー１０１に
よりエアーフィルタの固着が行われている。図１におけ
る符号１１０は、ゴム脚を示している。

【００２３】次いで、図２および図３に基づき、本発明
の電磁式ダイヤフラムポンプの基本的構造をさらに詳細
に説明する。

【００２４】図２および図３に示されるように、対向し
て配置される一対の電磁石２１，２５は、それぞれ、Ｅ
型の電磁石コア２２，２６と、電磁石コイル２３，２７
が巻かれた電磁石ボビン２４，２８とを備えている。電
磁石ボビン２４，２８はそれぞれ、両端にフランジ部２
４ａおよび２８ａを有する筒状形態をなし、これらの電
磁石ボビン２４，２８は、それぞれ、Ｅ型の電磁石コア
２２，２６の中央コア２２ａ，２６ａに挿入された形態
で組み立てられる。電磁石２１，２５の電磁石コイル２
３，２７には交流電源が接続され、交流電源の周波数と
同一回数の磁極の変化（極性変化）が生じるようになっ
ている。

【００２５】このような一対の電磁石２１，２５の対向
面の間隙には、電磁石２１，２５の極性変化に伴い往復
運動する振動子３０が電磁石と接触しないように装着さ
れている。振動子３０は、本実施の形態の場合、プレー
ト本体部３５と、その両端に形成される連結用シャフト
３１，３１を有し、プレート本体部３５には、四角状の
４つの極性の異なる永久磁石３６，３６（例えばＮ
極），３７，３７（例えばＳ極）が埋設されている。

【００２６】振動子３０の両端部には、一対の中央穴あ
き円盤状の弾性体（例えばゴム）ダイヤフラム４０が対
向するように配置されており、一対のダイヤフラム４０
の外周フランジ部４１は、電磁石ケース１０と、弁ケー
ス本体５０により挟持固定されている。ダイヤフラム４
０の内周部４５は、ダイヤフラム電磁石側センタープレ
ート７０と、ダイヤフラム弁ケース側センタープレート
８０とによって挟持された状態で固定されており、これ
らの結合プレート７０，８０に振動子３０が固定されて
いる（連結用シャフト３１，３１の先端部で螺子止めさ
れている）。

【００２７】図３に示されるように、電磁石ケース１０
に固着される弁ケース本体５０および弁ケース蓋体６０
により、吸気室１５０が形成され、この吸気室１５０
は、連通孔５９で電磁石ケース１０内部に連通してい
る。吸気室１５０を区画する弁ケース本体５０の吸気側
外側壁５１には、吸入弁１２０が内側から装着されてい
る。

【００２８】吸入弁１２０の詳細な形態が、図４に示さ
れている。この図に示されるごとく吸入弁１２０は、肉
薄円形状の弁傘部１２１と、この弁傘部１２１の中央部
から突出する弁固定軸１２５を備えている。そして、弁
固定軸１２５が弁ケース本体５０に穿設された固定孔に
装着・固定される（図３）。図４に示されるごとく弁固
定軸１２５の先端部には、通常、固定後の抜け防止のた
めの突起状係止部１２６が形成されている。なお、弁傘
部１２１の弁固定軸１２５が位置する側の平面１２１ａ
が、いわゆる（弁）シール側の平面となる。本発明にお
いては、この弁傘部のシール側の平面の表面粗度Ｒａ
が、０．５〜３．０μｍ、好ましくは０．８〜１．５μ
ｍの範囲に設定される。本発明で規定される表面粗度Ｒ
ａは、中心線平均粗さと同義であり、ＪＩＳ Ｂ ０６
０１（１９８２）に準拠して測定される数値である。こ
の表面粗度Ｒａの値が０．５μｍ未満となり、小さくな
り過ぎると騒音の低減が図れなくなるという不都合が生
じる。また、この値が３．０μｍを超えて大きくなり過
ぎると、弁としてのシール性が十分に機能しなくなるい
う不都合が生じる。

【００２９】このような弁傘部１２１の厚さは、０．５
〜１．５ｍｍ、好ましくは０．７〜１．２ｍｍの範囲と
するのが良い。このような範囲で弁としてのシール性お
よび騒音の低減化を有効に実現することができる。

【００３０】なお、このようなシール側と反対側の平面
１２１ｂの中央部（図面の点線で囲まれた部分）は、弁
固定軸１２５との関係もあり、弁傘部のなかでも強度を
維持するためにやや肉厚となっている。

【００３１】この吸入弁１２０の弁作用により、図３に
示されるように外側壁５１に形成された弁通気孔１２
１’を通して、空気がダイヤフラム室１６０に吸入され
る。ダイヤフラム室１６０は、ダイヤフラム４０と、弁
ケース本体５０の吸気側外側壁５１と吐出側外側壁５５
とによって区画されており、吐出側外側壁５５には吐出
弁１３０が外側から装着されている。

【００３２】吐出弁１３０の形態そのものは、前述した
吸入弁１２０と基本的に同じであり、その構成は図４に
示されるごとく、肉薄円形状の弁傘部１３１と、この弁
傘部１３１の中央部から突出する弁固定軸１３５とを備
えている。そして、弁固定軸１３５が弁ケース本体５０
に穿設された固定孔に装着固定される（図３）。弁固定
軸１３５の先端部には、通常、固定後の抜け防止のため
の突起状係止部１３６が形成されている。弁傘部１３１
の弁固定軸１３５が位置する側の平面１３１ａが、シー
ル側の面となる。この弁傘部１３２のシール側の平面の
表面粗度Ｒａもやはり、前記吸入弁１２０の場合と同様
な設定とされる。弁傘部１３１厚さの設定についても同
様である。

【００３３】この吐出弁１３０の弁作用により、図３に
示されるように、吐出側外側壁５５に形成された弁通気
孔１３１’を通して、ダイヤフラム室１６０の空気は、
吐出室１７０に吐出されるようになっている。吐出室１
７０に吐出された空気は、Ｌ型ゴムホース９０内を通過
して、下部タンク容器５内に入り、吐出口５ａ（図１）
を通して吐出される。

【００３４】なお、吸入弁１２０および吐出弁１３０の
弁作用は、以下の動作に基づき行われる。すなわち、交
流電源に接続された電磁石２１，２５の極性変化に伴い
振動子３０は、交流電源と同じ周波数で図面の矢印
（イ）および矢印（ロ）方向に往復運動する。この振動
子３０の動きに同期して振動子３０の両端部に配置され
たダイヤフラム４０は、そのダイヤフラム４０の中央部
を中心にして振動子３０のストロークと同じ変位量で変
形する。これにより、ダイヤフラム室１６０の容量の変
化が生じ、図３の右方向側のダイヤフラム室１６０に注
目すると、ダイヤフラム４０が矢印（イ）方向に変形し
た場合、ダイヤフラム室１６０は膨張して負圧になり、
吸入弁１２０は開いて、空気がダイヤフラム室１６０内
に吸入される。この逆に、ダイヤフラム４０が矢印
（ロ）方向に変形した場合、ダイヤフラム室１６０は圧
縮され正圧になり、吐出弁１３０は開いて、空気がダイ
ヤフラム室１６０内から吐出室１７０に吐出される。こ
れらの動作が交互に連続的に行われ、圧縮空気が連続的
に吐出される。なお、このような弁機構を含む基本的な
動作原理そのものは、すでに公知の技術となっている。

【００３５】本発明における吸入弁１２０および吐出弁
１３０を構成するゴム材質に特に制限はない。例えば、
ＥＰＤＭやシリコーンゴムが好適な例として挙げられ
る。

【００３６】なお、本発明で用いられる吸入弁１２０お
よび吐出弁１３０の具体的形態、例えば、弁傘部１２１
（１３１）の外径の大きさ等は、電磁式ダイヤフラムポ
ンプの仕様に応じて適宜設定するようにすればよい。ま
た、用いる吸入弁１２０および吐出弁１３０の数につい
ても同様である。

【００３７】

【実施例】以下、具体的実施例を示し、本発明をさらに
詳細に説明する。

【００３８】図４にされるような形状の吸入弁１２０お
よび吐出弁１３０（弁傘部の外径は２２ｍｍ；厚さは
０．８ｍｍ）をゴム材ＥＰＤＭで作製し、図２に示され
るような電磁式ダイヤフラムポンプに組込み、実際にポ
ンプを作動させて騒音レベル、および弁シール性を確認
する実験を行った。

【００３９】この実験において、弁傘部のシール側の平
面の表面粗度Ｒａは、０．１μｍ（比較例）、０．
８μｍ、１．０μｍ、２．０μｍ、５．０μｍ
（比較例）、の５種類のものを準備した。なお、表面粗
度Ｒａは、ＳＵＲＦＣＯＭ３０Ｃ（東京精密（株）製）
を用いて測定した。

【００４０】その結果、表面粗度Ｒａが０．８μｍ、
１．０μｍ、２．０μｍの各サンプルについては、極め
て騒音レベルが低減されることが確認できた。弁として
のシール性も十分満足のいくものであった。これに対し
て、表面粗度Ｒａが本発明範囲の下限値未満である０．
１μｍ（比較例）のサンプルは、本発明サンプルと比べ
て格段と騒音レベルが高くなってしまった。また、表面
粗度Ｒａが本発明範囲の上限値を超える５．０μｍ（比
較例）のサンプルにおいては、騒音レベルは低いもの
の、弁としてのシール性が不安定になる傾向があること
が確認された。

【００４１】

【発明の効果】上記の結果より本発明の効果は明らかで
ある。すなわち、本発明に用いられる電磁式ダイヤフラ
ムポンプ用の吸入弁および吐出弁は、それぞれ、肉薄円
形状の弁傘部を備え、当該弁傘部のシール側の平面の表
面粗度Ｒａが、０．５〜３．０μｍの範囲に設定されて
いるので、弁として必要なシール性を維持しつつ、騒音
低減に大きく寄与することができるという極めて優れた
効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電磁式ダイヤフラムポンプを、個々の
主要パーツに分解させた状態を概略的に示す斜視図であ
る

【図２】本発明の電磁式ダイヤフラムポンプの主要部分
の必要箇所を、断面で示した正面図である。

【図３】本発明の電磁式ダイヤフラムポンプの主要部分
の必要箇所を、断面で示した平面図である。

【図４】本発明の電磁式ダイヤフラムポンプに用いられ
る吸入弁および吐出弁の代表的な形態を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１…電磁式ダイヤフラムポンプ ５…下部タンク容器 ７…底部基台プレート １０…電磁石ケース １１…電磁石ケース本体 １５…電磁石ケース蓋体 １７…空気吸入口 ２１，２５…電磁石 ３０…振動子 ４０…ダイヤフラム ５０…弁ケース本体 ６０…弁ケース蓋体 ７０…ダイヤフラム電磁石側センタープレート ８０…ダイヤフラム弁ケース側センタープレート ９０…Ｌ型ゴムホース １００…外包ケース １２０…吸入弁 １２１…弁傘部 １２５…弁固定軸 １３０…吐出弁 １３１…弁傘部 １３５…弁固定軸 １５０…吸気室 １６０…ダイヤフラム室 １７０…吐出室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H071 AA15 BB01 BB12 CC21 CC28 DD12 DD13 3H077 AA12 CC02 CC09 CC17 DD05 EE24 EE26 FF12 FF32

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筐体状の電磁石ケースと、 該電磁石ケースの中に対向するように配置された一対の
   電磁石と、 該一対の電磁石の対向面の間に介在され電磁石の極性変
   化に伴い、電磁石の対向方向に対して直角方向に往復運
   動する振動子と、 該振動子の両端部に対向するように配置された一対の弾
   性を有するダイヤフラムと、 該ダイヤフラムにより隔離され、かつ吸入弁および吐出
   弁を有する弁ケース本体とを有する電磁式ダイヤフラム
   ポンプであって、 前記弁ケース本体に弁機能を有するように固着される吸
   入弁および吐出弁は、それぞれ、肉薄円形状の弁傘部を
   備え、当該弁傘部のシール側の平面の表面粗度Ｒａが、
   ０．５〜３．０μｍの範囲に設定されてなることを特徴
   とする電磁式ダイヤフラムポンプ。
2. 【請求項２】 前記吸入弁および吐出弁は、それぞれ、
   肉薄円形状の弁傘部中央部から突出する弁固定軸を備え
   てなる請求項１に記載の電磁式ダイヤフラムポンプ。
3. 【請求項３】 前記肉薄円形状の弁傘部の厚さは、０．
   ５〜１．５ｍｍである請求項１または請求項２に記載の
   電磁式ダイヤフラムポンプ。
4. 【請求項４】 前記弁ケース本体は、弁取り付け孔部、
   および吸入または吐出のための連通孔が形成された隔壁
   を備え、前記弁固定軸が弁取り付け孔部に挿着され、前
   記肉薄円形状の弁本体が連通孔の通気の開閉弁機能を果
   たしてなる請求項２または請求項３に記載の電磁式ダイ
   ヤフラムポンプ。