JP2000217325A - 電磁バイブレ―タ及びそれを含むポンプ - Google Patents

電磁バイブレ―タ及びそれを含むポンプ

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JP2000217325A
JP2000217325A JP7466A JP2000007466A JP2000217325A JP 2000217325 A JP2000217325 A JP 2000217325A JP 7466 A JP7466 A JP 7466A JP 2000007466 A JP2000007466 A JP 2000007466A JP 2000217325 A JP2000217325 A JP 2000217325A
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legs
electromagnet
pair
electromagnets
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Nachum Zabar
ナハム・ザバル
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MNDE TECHNOLOGIES LLC
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F04B17/04—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids
    • F04B17/042—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids the solenoid motor being separated from the fluid flow
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/02—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moved one way by energisation of a single coil system and returned by mechanical force, e.g. by springs
    • H02K33/04—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moved one way by energisation of a single coil system and returned by mechanical force, e.g. by springs wherein the frequency of operation is determined by the frequency of uninterrupted AC energisation

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストン形式またはダイヤフラム形式のポン
プのいずれをもまたは他の装置を駆動するための万能駆
動体として構成される電磁バイブレータ及びこの電磁バ
イブレータを含むポンプを提供する。 【解決手段】 前記課題は：一対の電磁石を含み、その
それぞれが一方側をブリッジで一緒に結合された三つの
平行な脚を規定するＥ−形状のコアを持ち、更にこの三
つの脚の中間のものにコイルを含む電磁石装置；ブリッ
ジが外向きに向きかつ脚が互いに整合してしかし互いに
間隔を置いて一緒に固定されている前記の対の電磁石；
電磁石のコイルの印加によりプランジャーの縦軸に沿っ
て可動なように電磁石の脚の間の空間内に配置された磁
化可能材料を保持するプランジャー；及びそれぞれがプ
ランジャーの一端を電磁石にたわみ的に取り付け、それ
ぞれがプランジャーの縦軸の方向にたわむことができプ
ランジャーの横断軸の方向に硬直である一対のばね；を
含む電磁バイブレータにより解決される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】発明の分野及び背景本発明はリニヤー形式
ポンプを駆動するために特に有用な電磁バイブレータに
関する。この発明はまたこのようなバイブレータを含む
リニヤー形式ポンプに関する。
【０００２】プランジャーを往復させるための電磁バイ
ブレータを含むリニヤー形式ポンプは、一般的に：長寿
命、低騒音レベル、高効率、小型構造、平滑空気流、及
び／または潤滑の必要を排除する簡素メンテナンスを含
む、ロータリー形式ポンプを越える多数の重要な利点を
提供する。リニヤーポンプの一形式において、電磁バイ
ブレータにより駆動されるポンピング部材はダイヤフラ
ムであり；第二の形式において、ポンピング部材はピス
トンである。一般的には、ダイヤフラムを駆動するのに
適した電磁バイブレータはもしそれらがプランジャーの
移動を縦方向変位に強いる低摩擦案内軸受を含まないな
らピストンを駆動するのに適していない。しかし、この
ような案内軸受は摩耗と傷を増やし、効率を下げる。
【０００３】電磁バイブレータの一形式は軟強磁性体材
料を含むプランジャーを用い、他の形式は永久磁石を含
むプランジャーを用いる。軟強磁性体材料を用いる電磁
バイブレータは永久磁石を用いるものより一般的に費用
的に安い。
【０００４】発明の目的及び簡単な概要本発明の目的は
ピストン形式のポンプ、またはダイヤフラムポンプのい
ずれをも、並びに他の装置を駆動するための万能駆動体
として構成されることのできる新規な電磁バイブレータ
を提供することである。この発明の他の目的はこの新規
な電磁バイブレータを含むリニヤーポンプを提供するこ
とである。
【０００５】本発明の一観点によれば、一対の電磁石を
含み、そのそれぞれが一方側をブリッジで一緒に結合さ
れた三つの平行な脚を規定するＥ−形状のコア及びこの
三つの脚の中間のものにコイルを持つ電磁石装置（一対
の電磁石はブリッジが外向きに向きかつ脚が互いに整合
してしかし互いに間隔を置いて一緒に固定されてい
る）；電磁石のコイルの印加によりプランジャーの縦軸
に沿って可動なように電磁石の脚の間の空間内に配置さ
れた磁化可能材料を保持するプランジャー；及びそれぞ
れがプランジャーの一端を電磁石にたわみ可能に取り付
け、それぞれがプランジャーの縦軸の方向にたわむこと
ができるがプランジャーの横断軸の方向に硬直である一
対のばね；を含む電磁バイブレータが提供される。
【０００６】以下に説明されるこの発明の好適実施例に
おける更なる特徴によれば、電磁石のコイルは各電磁石
の中間脚が一方向の第一磁極を規定し、他の二つの脚が
反対方向の第二及び第三磁極を規定するように一方向電
流により印加され；非磁性ステムを含むプランジャーは
各電磁石の第一と第二磁極により作用を受ける第一強磁
性体部材、及び各電磁石の第一と第三磁極により作用を
受ける第二強磁性体部材を保持する。
【０００７】本発明の今一つの観点によれば、往復可能
なポンピング部材、及び往復可能ポンピング部材を駆動
するための上述のような電磁バイブレータを持つポンプ
が提供される。より詳細に以下に説明されるように本発
明の電磁バイブレータを用いるときプランジャーの低横
断方向変位のために、ポンピング部材はピストンまたは
ダイヤフラムのいずれであることもできる。
【０００８】この発明の更なる特徴及び利点は以下の説
明から明らかとなるであろう。
【０００９】この発明がここに例としてのみ、添付図面
に関して説明される。
【００１０】好適実施例の説明 図１−図３は本発明により構成されたピストン形式リニ
ヤーポンプを示す。簡単には、それは概括的に２で示さ
れた電磁石装置を含む電磁バイブレータを含み、それが
プランジャー３を往復させる。プランジャー３はシリン
ダー５内で可動なピストン４に結合されており、ピスト
ン４とシリンダー５の間にポンプ室６を規定する。シリ
ンダー５は更に逆止め弁７（図２，図３）を含みポンプ
室６の膨張時に空気の流入を許容し、今一つの逆止め弁
８がポンプ室の収縮時に空気の流出を許容する。電磁石
装置２とシリンダー５は共通ベース部材９に取り付けら
れている。
【００１１】以下に説明されるように、電磁バイブレー
タはプランジャー３の比較的大きな縦方向運動を作り出
すが比較的無視できる横断方向運動を作り出すように構
成されており、それにより図１−図３に示されるような
ピストン形式リニヤーポンプのみならず図１０に示され
るようなダイヤフラム形式リニヤーポンプ、並びにリニ
ヤー駆動を必要とする他の形式の装置を駆動するための
万能駆動体としてこのバイブレータを有用とする。
【００１２】図３により詳細に示されるように、電磁石
装置２は概括的に１０と２０でそれぞれ示されたベース
部材９に固定された一対の電磁石を含む。各電磁石は複
数の軟強磁性体材料のラミネーションから作られそれぞ
れ三つの平行な脚１１，１２，１３及び２１，２２，２
３を規定し、一方側でブリッジ１４，２４により一緒に
結合されたＥ−形状のコアを含む。各電磁石は更にその
中間脚１１，２１に、コイル１５，２５を含む。電磁石
１０，２０は、ブリッジ１４，２４が外向きを向き、そ
れらの脚１１−１３，２１−２３がプランジャー３を受
けるための隙間を規定するように互いに整合し、かつ互
いに間隔を置かれるように、固定具１６，２６によりベ
ース部材９に固定される。
【００１３】電磁石は固定具１６，２６によりショック
アブソーバ１７，２７（図４）に取り付けられており、
バイブレータにより作られる振動から取り付け表面を絶
縁する。
【００１４】特に図６と図７に関して以下に説明される
ように、二つのコイル１５，２５は各電磁石１０，２０
の中間脚１１，２１が一方向の（例えば北の）第一磁極
を規定し、他の二つの脚１２，１３及び２２，２３が反
対方向の（例えば南の）第二及び第三磁極を規定するよ
うに一方向電流を印加される。
【００１５】プランジャー３は四つの強磁性体部材３
１，３２，３３及び３４を保持するプラスチックまたは
アルミニウムのような非磁性ステム３０を含み、この四
つの強磁性体部材が二つの電磁コイル１５，２５により
作られた磁界により作用を受けてプランジャー３を往復
させる。図３に詳しく示されるように、強磁性体部材３
１と３２はそれぞれ脚１１，１２及び２１，２２の磁極
により作用を受け；強磁性体部材３３と３４はそれぞれ
脚１１，１３及び２１，２３の磁極により作用を受け
る。四つの強磁性体部材３１−３４のそれぞれはステム
３０のそれぞれの側に固定的に適用された（例えば接着
剤により）長方形断面のものである。
【００１６】強磁性体部材３１−３４に作用する電磁石
１０，２０は縦方向、すなわちステムの縦軸３５ａに平
行に、ステム３を動かす傾向のある力を作り出す。この
動きはそれぞれプランジャーの一端を電磁石にたわみ可
能に取り付けている一対の板ばね４０により抵抗を受け
る。二つの電磁石はまたステムに関して横断方向にステ
ム３を動かす傾向のある力を作り出すが、これらの横断
方向力は実質的に等しくかつ反対方向であり従って互い
に相殺される傾向がある。
【００１７】図５はプランジャー３の対向端のそれぞれ
にある板ばね４０の構成をより詳細に示す。図５に示さ
れるように、板ばね４０はばね板材料から打抜かれた正
方形形状のものである。それはその対向側を一対の側方
脚４２，４３がまたいでいる中央脚４１を持って一体的
に形成されており、全てが交差バー４４，４５によりそ
れらの対向端で一緒に一体的に結合されている。中央脚
４１はそれにプランジャー３のそれぞれの端部を固定す
るための穴４１ａを形成されており；二つの側方脚４
２，４３は板ばねを電磁石装置２に固定するための穴４
２ａ，４３ａを形成されている。全ての三つの穴４１
ａ，４２ａ，４３ａは板ばねの中心軸４０ａと同一直線
上にある。
【００１８】各板ばね４０の三つの脚４１，４２，４３
は同じ形状の二つの切り抜き４６，４７により規定され
る。切り抜き４６は中央脚４１と側方脚４２の間にあ
る。それは板ばねの中心軸４０ａに直角でそれを横切る
狭いスリット部４６ａを含み、狭いスリット部の対向端
で拡大円形部４６ｂ，４６ｃに結合されている。切り抜
き４７は中央脚４１と側方脚４３の間に位置し、その対
向端で拡大円形部４７ｂ，４７ｃに結合した同様な狭い
スリット部４７ａを含む。狭いスリット部４６ａ，４７
ａの中心軸はばね４０及びその切り抜き４６，４７の中
心と同一直線上にある。
【００１９】切り抜き４６，４７がかくして穴４１ａ，
４２ａ，４３ａのそれぞれの周りに拡大領域を作り出
し、プランジャー３及び電磁石装置２へのこれらの固定
点での応力集中を減らすことが図５から分かるであろ
う。これらの切り抜きはまた脚４１−４３と交差バー４
４，４５との連結点に拡大領域を作り出し、板ばねの曲
げ及び捩り応力に対する抵抗を増やす。プランジャー３
の対向端に取り付けられている二つの板ばね４０はかく
してプランジャーの縦方向に（すなわちその縦軸３５ａ
に平行に）たわみ性を作り出すが、プランジャーの横断
方向に（すなわち板ばねの中心軸４０ａに平行に）高度
の硬直性を作り出す。
【００２０】図３と図４に詳しく示されるように、プラ
ンジャー３の一端（図３の下端）で板ばね４０の中央脚
４１は固定具４１ｂによりプランジャーのそれぞれの端
に固定される。側方脚４２，４３は共通ブリッジ部材４
８を介して固定具４２ｂ，４３ｂにより電磁石装置２に
固定される。
【００２１】プランジャー３の対向端で板ばね４０は同
様に固定具４１ｃ，４２ｃ，及び４３ｃによりプランジ
ャー３及び二つの電磁石１０，２０に固定される。しか
し固定具４１ｃはピストン４及びピストンとプランジャ
ー３の間のスペーサ４９を通過するために長い軸を持
つ。固定具４２ｃと４３ｃはまたピストン４によりポン
プ室６を規定するシリンダー５を通過するために長い軸
を持ち、このシリンダーはまた板ばねの二つの側方脚４
２，４３を橋渡しする。
【００２２】図５ａは図５の板ばね４０の構成の変更例
を示す。図５ａの変更例において、ここでは５０で示さ
れた板ばねは、図５の対応する要素４１−４７と同様
に、切り抜き５６，５７により規定された、それらの対
向端で交差バー５４，５５に結合された三つの脚５１，
５２，５３を同様に形成されている。しかし図５ａの板
ばね５０は脚４１−４３の長さを増やすような方向に長
くなっている。加えて、狭いスリット５６ａ，５７ａの
対向端の拡大した曲線部５６ｂ，５６ｃ，及び５７ｂ，
５７ｃは長円形状である。この変更例はプランジャー３
に固定されている中央脚５１のたわみ性をプランジャー
の縦方向に増やす。
【００２３】図６は一方向電流によりコイル１５，２５
に印加するための電気回路を示す。図６において、二つ
のコイルは直列に接続されており、一方向電流は半波整
流器６０により作り出される。このような配置はヨーロ
ッパにおけるような２２０−２３０ボルトＡＣ供給に適
しているであろう。
【００２４】図７は二つのコイル１５，２５が並列に接
続されていることを除き同様な回路を示す。この回路は
特に、米国におけるような１１０−１１５ボルトＡＣ供
給に有用である。
【００２５】いずれの回路においても、二つの電磁石１
０，２０の中間脚１１，２１により保持された二つのコ
イル１５，２５に適用された一方向電流は一方向の（例
えば北の）磁極を中央脚に作り出し、二つの電磁石の二
つの側方脚１２，１３及び２２，２３に反対方向の（例
えば南の）磁極を作り出す。電流の各一方向パルスはス
テム３に固定された四つの強磁性体部材３１−３４に作
用する磁界を作り出しステムを板ばね４０に対して縦方
向に動かす。パルスの終結により磁界が衰えるや否や、
板ばね４０内に貯められたエネルギーがプランジャーを
反対方向に動かす。
【００２６】図８は磁界が存在しないときのプランジャ
ー３の正常位置３ａ；磁界により駆動されたときの一極
限位置３ｂ；及び板ばね４０により戻されたときの反対
極限位置３ｃを示す。二つの電磁石１０，２０への一方
向電流の適用はかくしてプランジャー３のその縦軸に平
行な振動または往復運動を作り出す。
【００２７】プランジャー３のこの振動運動はシリンダ
ー５内のピストン４に伝達され一行程で逆止め弁７を通
して空気を吸引し、次の行程時に逆止め弁８を通して空
気を吐き出す。
【００２８】好ましくは、ばね４０、プランジャー３及
びピストン４の固有振動数は実質的にＡＣ電力供給の振
動数に等しく共振を得る。
【００２９】プランジャーの比較的大きな縦方向変位を
許容するが無視できる程の横断方向変位を許容する前述
の装置は多数の重要な利点を提供する。第一に、それは
このバイブレータを、比較的大きな横断方向変位に適応
させることのできるダイヤフラム形式ポンプのみならず
著しい横断方向変位に適応させることのできないピスト
ン形式ポンプを駆動するために用いることを可能とす
る。加えて、この構成はプランジャーと電磁石の間の隙
間を非常に小さくすることを許容し、それにより効率を
増加する。更に説明された構造は強磁性体素子３１−３
４のために軟強磁性体材料の使用を許容し、これは永久
磁石より極めて安価である。加えて、それは滑り軸受の
要求を除去する。それはそれにより摩耗を減らし、長い
使用寿命を提供する。最後に、固定点における板ばねの
大きな表面領域がそこでの応力集中を減らし；交差バー
４４，４５との連結点での腕の大きな表面領域がその連
結点での曲げ及び引張り応力を減らす。
【００３０】図９は強磁性体部材３１−３４がそれぞれ
３１ａ−３４ａで示されるように一端で先細りとなって
いるところの変更例を示す。
【００３１】図１０は多数の更なる変更例を示す。一つ
のこのような変更例によれば、プランジャー１０３のそ
こでは１３０で示されたステムは二つの強磁性体部材１
３１，１３３を保持し、それぞれが長方形形状をしてい
るがステムのそれぞれの部分を横切って延びており；こ
のような変更例は部品の数を減らすことにより組立てを
容易とする。第二変更例によれば、プランジャーを電磁
石にたわみ可能に取り付けるためにプランジャー１０３
の各端に二つの（またはそれ以上の）板ばね１４０が互
いに対して積み重ねられた、重複関係で適用されてお
り；このような変更例はノイズを減らすことが見出され
た。
【００３２】図１０はまたダイヤフラム形式ポンプ内に
組み込まれたバイブレータを示し、そこでは往復プラン
ジャー１０３はピストン４よりむしろダイヤフラム１０
４に固定されており、上述のピストン形式ポンプと同じ
ポンピング作用を作り出す。
【００３３】この発明が幾つかの実施例に関して説明さ
れたが、これらは単に例の目的のために記載されてお
り、この発明の多くの他の改変、変更及び応用をなすこ
とができることは認められるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により構成された電磁バイブレータを含
むリニヤーポンプの一形式を示す平面図。
【図２】図１の線２−２に沿った断面図。
【図３】図１のリニヤーポンプの磁気回路を示す、部分
断面の平面図。
【図４】図３の線４−４に沿った断面図。
【図５】図１−図４の電磁バイブレータで使用された板
ばねの一つの構成をより詳細に示す。図５ａは板ばねの
構成の改変例を示す。
【図６】図１−図３の電磁石のコイルを印加するための
電力供給を示し、コイルは直列に接続されている。
【図７】図６に似た回路を示すが、コイルは並列に接続
されている。
【図８】プランジャーの往復運動をより詳細に示す。
【図９】図１−図３のプランジャーの強磁性体部材の構
成の変更例を示す。
【図１０】この発明により構成されたダイヤフラム形式
ポンプを示し、ダイヤフラムを駆動するための電磁バイ
ブレータの他の変更例を含む。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一対の電磁石を含み、そのそれぞれが一
    方側でブリッジにより一緒に結合された三つの平行な脚
    を規定するＥ−形状のコアを持ち、更に三つの脚の中間
    のものにコイルを含む電磁石装置（前記の対の電磁石は
    ブリッジが外向きに向きかつ脚が互いに整合してしかし
    互いに間隔を置いて一緒に固定されている）；電磁石の
    コイルの印加によりプランジャーの縦軸に沿って可動な
    ように電磁石の脚の間の空間内に配置された磁化可能材
    料を保持するプランジャー；及びそれぞれがプランジャ
    ーの一端を電磁石にたわみ可能に取り付け、それぞれが
    プランジャーの縦軸の方向にたわむことができる一対の
    ばねであって、前記プランジャーの横断軸の方向に硬直
    である一対のばね；を含むことを特徴とする電磁バイブ
    レータ。
  2. 【請求項２】 電磁石の前記コイルが各電磁石の中間脚
    が一方向の第一磁極を規定し、他の二つの脚が反対方向
    の第二及び第三磁極を規定するように一方向電流により
    印加され；前記プランジャーが、各電磁石の前記第一及
    び第二磁極により作用を受ける強磁性体部材、及び各電
    磁石の前記第一及び第三磁極により作用を受ける強磁性
    体部材を保持する非磁性ステムを含む；ことを特徴とす
    る請求項１に記載のバイブレータ。
  3. 【請求項３】 前記非磁性ステムが長方形断面を持つこ
    とを特徴とする請求項２に記載のバイブレータ。
  4. 【請求項４】 前記強磁性体部材のそれぞれが一端で先
    細りとなっていることを特徴とする請求項２または３の
    いずれかに記載のバイブレータ。
  5. 【請求項５】 前記電磁コアのそれぞれがラミネートさ
    れた構成のものであることを特徴とする請求項１−４の
    いずれか一つに記載のバイブレータ。
  6. 【請求項６】 前記ばねのそれぞれが、その対向側を一
    対の側方脚がまたいでいる中央脚を含み、全てがそれら
    の対向端で交差バーにより一緒に一体的に結合されてい
    る板ばねであり；前記中央脚がそれにプランジャーのそ
    れぞれの端部を固定するための穴を形成されており；前
    記側方脚のそれぞれが前記ばねを電磁石装置に固定する
    ための穴を形成されている；ことを特徴とする請求項１
    −５のいずれか一つに記載のバイブレータ。
  7. 【請求項７】 電磁石装置；電磁石装置内でプランジャ
    ーの縦軸の方向に往復的に可動な磁化可能材料を保持す
    るプランジャー；及びそれぞれがプランジャーの一端を
    電磁石装置にたわみ可能に取り付け、それぞれがプラン
    ジャーの縦軸の方向にたわむことができる一対のばねで
    あって、かつプランジャーの横断軸の方向に硬直である
    一対のばね；を含み、 前記ばねのそれぞれがその対向側を一対の側方脚がまた
    いでいる中央脚を含み、全てがそれらの対向端で交差バ
    ーにより一緒に一体的に結合された板ばねであり；前記
    中央脚がそれにプランジャーのそれぞれの端部を固定す
    るための穴を形成されており、前記側方脚のそれぞれが
    板ばねを電磁石装置に固定するための穴を形成されてい
    る；ことを特徴とする電磁バイブレータ。
  8. 【請求項８】 前記電磁石装置が：一対の電磁石を含
    み、そのそれぞれが一方側でブリッジによって一緒に結
    合された三つの平行な脚を規定するＥ−形状のコアを含
    み、更に三つの脚の中間のものにコイルを含んでおり；
    前記の対の電磁石が、ブリッジが外向きに向きかつ脚が
    互いに整合してしかし互いに間隔を置いて前記プランジ
    ャーを受けるための空間を規定するように、一緒に固定
    されている；ことを特徴とする請求項７に記載のバイブ
    レータ。
  9. 【請求項９】 前記板ばねのそれぞれが平坦で、それら
    の固定点での応力集中を減らすために各穴の周りに拡大
    した領域を持つ脚、及びそれらの曲げ及び捩り応力に対
    する抵抗を増やすために交差バーとの連結点に拡大領
    域、を規定する切り抜きを形成されていることを特徴と
    する請求項８に記載のバイブレータ。
  10. 【請求項１０】 前記プランジャーの各端を取り付ける
    ために互いに重複関係の少なくとも二つの前記板ばねが
    あることを特徴とする請求項６−９のいずれか一つに記
    載のバイブレータ。
  11. 【請求項１１】 前記コイルがコイルに一方向電流を供
    給するために半波整流器を含むＡＣ電力供給により印加
    されることを特徴とする請求項１−９のいずれかに記載
    のバイブレータ。
  12. 【請求項１２】 前記ばね及びプランジャーの固有振動
    数が実質的に前記ＡＣ電力供給の振動数に等しいことを
    特徴とする請求項１１に記載のバイブレータ。
  13. 【請求項１３】 往復ポンピング部材及び往復ポンピン
    グ部材を駆動するための請求項１−１２のいずれか一つ
    に記載の電磁バイブレータを持つポンプ。
  14. 【請求項１４】 前記ポンピング部材がピストンである
    ことを特徴とする請求項１３に記載のポンプ。
  15. 【請求項１５】 前記ポンピング部材がダイヤフラムで
    あることを特徴とする請求項１３に記載のポンプ。
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