JP2001173552A - 電磁プランジャポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 充分な耐蝕性を有する排液部からなる、特に
殺菌消毒液ならびに漂白剤を給送する化学薬液用電磁プ
ランジャポンプを提供する。 【解決手段】 接液する電磁プランジャ(15)はクローム
３０％、モリブデン２％をそれぞれ標準とし、かつ硅素
０．５％未満を含有するフェライト系電磁ステンレス鋼
をもってなり、同じく接液する前記戻しばね(18)を含む
一切のばねはチタン合金からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、特に殺菌消毒用
および漂白剤の溶液等の薬液給送注入用のいわゆる電磁
駆動式ケミカルプランジャポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】上記の薬液給送注入用のケミカルポンプ
としては、特公昭61-4998 号公報に開示された技術があ
る。この技術は、耐薬品用として例えば商品名テフロン
などの弗素樹脂をもって構成された円板状のダイヤフラ
ムに、区画されたその一面に流体をもって伸縮振幅する
ように供給して他面の区画されたポンプ室を作動させて
薬液を給送するものである。次に、実公昭57-32308号公
報に開示された技術は、耐薬品耐熱性のクランクによっ
て往復作動する容積形のダイヤフラムポンプが説明され
ている。

【０００３】さらに、特公昭57─32754 号公報に開示さ
れた従来技術は、偏心カム式の可変容量形ダイヤフラム
ポンプであるが、ケミカル用であることを表していない
し、その説明もない。以上は何れもダイヤフラムポンプ
であるが、電磁駆動式ではない。電磁駆動式のダイヤフ
ラムポンプとしては、特公昭51-24121号公報に開示され
た容積形の定量ポンプの従来技術があるが、これまた薬
液用のポンプとしての耐蝕性についての説明はない。

【０００４】この種のダイヤフラムポンプのダイヤフラ
ムは薬液用の耐蝕性の材質をもっていて、ポンプの使用
頻度と時間とにもよるが、疲労によって破損するおそれ
があるので、大凡一年以内で交換する必要があり、機械
的耐久性が悪く、寿命が短い。また、本願特許出願人
が、先に特願平１０−２９５７３２号をもって提案した
電磁プランジャポンプ（ケミカル用）の先行技術にも、
その構成部材たる電磁プランジャの材質の耐蝕性に関し
て、後述するような疑義を生じたので、その問題点を解
決しなければならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のこの種のケミカルポンプ、特に上水道水の殺菌消毒用
として、或いは下水処理後の雑用水等の同じく殺菌消毒
用として、これらの水に定量添加する、例えば次亜塩素
酸ナトリウム等の溶液給送注入用ポンプとしては、前述
したような接液部をこれらの薬品に対して耐蝕性のある
材料すなわち前述したような弗素系合成樹脂で構成され
たダイヤフラムポンプが利用されていた。

【０００６】しかしながら、このようなダイヤフラムは
破損しやすく、万一その場合は、毒液の洩れによる人命
や機材の腐蝕破壊等の大事に至るので、その防止のため
に常に保守点検整備を怠らず、大凡１年以内にこれらの
取替えを必要として、その手間は煩雑で危険を伴いかつ
不経済であった。また、本願出願人らは、従来から一部
の薬液や水用の電磁プランジャポンプに磁性体の電磁プ
ランジャ用材料として１８％クロム含有のフェライト系
電磁ステンレス鋼および非磁性体のプランジャケースや
吐出プランジャ用材として１８％クロム、８％ニッケル
含有のオーステナイト系ステンレス鋼材を利用して久し
くその実績がある。

【０００７】しかしながら、これらの材料は塩素系の上
記次亜塩素酸ナトリウムの５％〜１０％溶液に対して全
く耐蝕性が悪く、利用不可能であったので、電磁プラン
ジャポンプは利用不能であった。この電磁プランジャと
プランジャケースの部分を接液部から隔離するために作
動隔膜を設けるようにすれば、一応隔絶することは可能
であるが、この場合にはダイヤフラムを用いることと同
様で、その寿命が短く、ポンプ機構そのものも大形化さ
れ、据え付けスペースを大きくとり、何ら利点もない。
つぎに、前記した特願平１０−２９５７３２号明細書に
記載の電磁プランジャの材質の化学成分クロム２０％含
有のフェライト系電磁ステンレス鋼も、例えば１０％次
亜鉛素酸ナトリウム溶液に大気圧下で浸漬した場合と連
続ポンプ作用中は、腐蝕もポンプの吐出性能もほとんど
目立つことなく、耐蝕性も良好の様であったが、ポンプ
を比較的短時間で休止した場合には、空気、すなわち空
気中の酸素が遮断されるために、耐蝕性を保持する電磁
プランジャの材質、すなわち前記したフェライト系電磁
ステンレス鋼の表面の酸化被膜が酸素の結合と脱離がた
えず行なわれていて、前記酸化皮膜を形成したものが、
空気中の酸素が得られないために、該酸化皮膜の呼吸作
用を杜絶させ、破壊に導く塩素イオンが次亜鉛素酸ナト
リウム自体から発生して、金属腐蝕を生じるのである。
この塩素イオンを含む水溶液内では、チタン、タンタル
以外の金属では、この塩素イオンの腐蝕作用を封じるこ
とはできない。そして強磁性体であるべき電磁プランジ
ャはその材質が比較的透磁率の高く、しかも前記耐蝕性
を要するために主化学成文の鉄に、最も多くのクロムを
添加可能としたフェライト系電磁不銹鋼を用いる必要が
あるのである。しかしながら、上述の通り２０％のクロ
ムを含有した前記不銹鋼では、その使用に懸念を生じた
ものである。この素材を使用した電磁プランジャは、電
磁プランジャポンプの休止時に一見して判る程度の嵌合
面に黒褐色に変色しかつ孔蝕を発生していることがポン
プを分解して検査の結果判明したのである。さらに、こ
の腐蝕に関しては、実施の形態の欄で試験データ等によ
って詳述する。何れにしても、上記この成文の材料は使
用しては耐蝕性については不充分であると認めたもので
ある。

【０００８】また、接液部の逆止弁機構の弁体を弁座に
押圧閉塞させるために付勢する弁ばねおよび前記戻しば
ね等接液するばねはステンレス鋼製であるが、これらも
耐蝕性がなく、たちまち腐蝕切損してしまうので、利用
できない。しかしながら、ポンプ内を貫流する電磁プラ
ンジャポンプによって前述した腐蝕力の強い溶液の給送
注入に利用が可能となれば、小形軽量化を計れると共
に、吐出流量の微細な可変調整も電気的にも機械的にも
きわめて容易となり、便利で経済性も増大する。

【０００９】そこで本願発明者らは透磁率が高く、電磁
コイルへの通電により発生する起磁力に対して磁束密度
が高く、切電によって磁力の残留磁気が消滅しやすくか
つ充分な機械的強度を有するフェライト系電磁ステンレ
ス鋼および充分な機械的強度を有するばね用金属材料で
前述した腐蝕力の強い溶液に耐え得る材料をそれぞれの
耐蝕特性を試みた資料を検索し、選択したものを先ずそ
の素材の試料の前記耐蝕性を試験検査し、その合格と見
なされる素材をもって構成した前記耐蝕性のある部品を
さらに組み立て、屋内において四季を通じて前記腐蝕性
の溶液すなわちこの場合には、次亜塩素酸ナトリウム１
０％溶液の循環経路における給送をほぼ連続施行した。
なおかつ、ポンプに所定の休止時間を与え、放置し、し
かる後に分解および検査を行い、再び組立、前記液の給
送を継続してポンプの吐出性能を検査測定したものであ
る。

【００１０】この間の雰囲気温度は、温度調整をしない
自然の屋内温度で平均２３℃程度であった。上記連続耐
久試験において、前述した特許請求の範囲の請求項１の
ポンプ構成部品は充分耐蝕性があり、機械的強度も疲労
等の劣化による破損も見出せなかった。

【００１１】また、同じく請求項２に示した接液摺合部
の合成樹脂をもって構成された部品も同様に耐蝕性、機
械的強度の劣化等に問題が生じないで、ポンプ作用に支
障がなかったことが証明できたもので、この課題を解決
する目的が得られたのである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、電磁コイルへ断続パルス電流を付勢して得られる
磁気吸引力と復帰するばねの反発力とによって、前記電
磁コイルにより囲繞された非磁性体のプランジャケース
内を摺動往復する強磁性体の電磁プランジャおよび吸入
ならびに吐出用の逆止弁とを備え、耐蝕部材をもって各
接液部を構成した、特に殺菌消毒液ならびに漂白剤溶液
等を給送する化学薬液用電磁ポンプであって、前記接液
する電磁プランジャは化学成分クロム３０％、モリブデ
ン２％をそれぞれ標準とし、かつ珪素０．５％未満を含
有するフェライト系電磁ステンレス鋼をもって成り、同
じく接液する前記戻しばねを含む一切のばねはチタン合
金をもってなる電磁プランジャポンプとしたものであ
る。

【００１３】しかして、前記非磁性体のプランジャケー
スは、少なくともその前記接液摺合部を、ポリ四弗化エ
チレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂およびこ
れを含む重合体の合成樹脂類の弗素樹脂およびポリフェ
ニレンサルファイド樹脂もしくはポリプロピレン樹脂ま
たはセラミックの何れかの材料をもってなるものであ
る。

【００１４】さらに、前記電磁コイルに付勢する断続パ
ルス電流は、印加電圧、周期およびもしくは周期中の導
通期間すなわちデューテイ比または位相の何れかの一つ
もしくは複数の加減によって前記電流を変え、ポンプの
吐出量を可変調整可能とした。 そして、さらに前記電
磁コイルの軸心縦貫孔の端部において、前記プランジャ
ケースとの間に介設嵌装された環状磁極の端面とこれに
臨む電磁プランジャの端部との間の磁気空隙側に該電磁
プランジャの行程長を規制するためのストッパーを設け
て、吐出量の調整後の均一安定化をはかった電磁プラン
ジャポンプである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により詳細に説明する。図１は本発明の電磁プランジャ
ポンプの一部断面を示す縦断説明図である。このような
インライン容積形の電磁プランジャポンプの構造に関し
ては、ことさらに説明するまでもないが、前述したよう
な特殊材料の部材による構成であるので、主としてこれ
について述べる。

【００１６】電磁ポンプ１は、電磁コイル２２の軸心縦
貫孔にその上下両端部にそれぞれ嵌装されかつプランジ
ャケース１６に外嵌する環状磁極２１と環状磁路１９と
が同じくプランジャケース１６に外嵌するスペーサ２０
によって隔てられ、吸入口１１を有する吸入接手１２と
吐出口１３を有する吐出接手１４にそれぞれＯリング５
１、５２をもって気密水密を保持して接続されかつ外枠
２５と継鉄２４とによって電磁コイル２２のボビン２３
の上下両端面に係着固定されている。

【００１７】前記プランジャケース１６はシリンダであ
り、その内部に復帰用の戻しばね１８と支え保持用の補
持ばね１７とにより互いに相反する向きからの等しい反
発荷重により、ばね座を兼ねたストッパー３６と補持ば
ね座６２との間に釣合い挟支されていて、吸入弁３０、
吸入弁座、吸入弁ばねを含む吸入弁機構を内蔵した電磁
プランジャ１５が摺動往復自在に嵌装されている。

【００１８】前記プランジャケース１６の上端部すなわ
ち吐出接手１４への接続する部分には、吐出弁ばね３５
に押圧されて吐出弁座３３を塞ぐように係設された吐出
弁体３４を含む吐出弁機構が備えられてパッキング６１
を介して嵌合している。このような電磁プランジャポン
プの電磁コイル２２に、図示しない駆動制御回路から断
続パルス電流を付勢すると、導通時に発生する磁力によ
って、電磁プランジャ１５は環状磁極２１の方へ吸引さ
れる。このとき働く磁力は、電磁プランジャ１５の上端
面と環状磁極２１の下端面との間の空隙を埋めてパーミ
アンスを増大させようとして働く、いわゆる空隙磁気吸
引力と電磁コイル２２の磁気中性点に向かって働く電磁
プランジャ１５の磁気中心間の、いわゆるソレノイド磁
気吸引力との和である。これらの磁気吸引力によって前
記導通時には、電磁プランジャ１５は戻しばね１８の反
発力に勝る力で、さらにその撓みを増加させながら上方
へ移動する。電磁コイル２２へ付勢する断続パルスの非
導通時には、前記磁気吸引力が消滅減衰して復帰用の戻
しばね１８の反発力によってもとの釣合い位置に戻ろう
とする。

【００１９】この電磁プランジャ１５の往復運動と前記
吸入弁ならびに吐出弁機構の協働作用によって、前記化
学薬液などの溶液はその貯槽から配管を介して矢印ａの
ように吸入口１１からポンプ内を貫流して矢印ｂに示す
ように吐出口１３を経て配管により供給吐出される。ポ
ンプの吐出流量を加減調整するには、電磁コイル２２へ
の付勢電流の電流値を変換すれば、電磁コイルの捲数と
該電流値の乗積すなわちアンペアターンが変わり、起電
力の増減となってポンプの出力の調整ができる。

【００２０】前記電流値は、電磁コイル２２に印加する
電圧の加減によっても可変可能であり、或いは断続パル
ス電流の周期およびもしくは周期中の導通期間を所定の
帯域内で変換させてもポンプの出力は可変調整できる。
また、この電流のパルス波形の位相を変化させても同様
にポンプ吐出流量は可変調整可能である。これらの電磁
ポンプの吐出量加減調整方法は、特公昭63-58264号、特
公昭56-38796号、実公昭41-18863号、実公昭63─39430
号、実公昭59-41377号各公報などをわざわざ枚挙するほ
どのことはないが、一部を参照として挙げておく。

【００２１】この電磁プランジャポンプを前掲の殺菌消
毒ならびに漂白剤の溶液、例えば次亜塩素酸ナトリウム
溶液の給送注入の用途に供するために、特に接液部の前
記電磁プランジャ、ばね類などに用いる耐蝕かつ機械的
強度を有する特殊ステンレス鋼、摺合部を含む接液部を
構成する合成樹脂類の耐蝕材料の耐蝕耐久試験の実験を
重ねた結果、前述したように、それらの耐蝕性、耐久性
を有することを確認したのである。先に述べたように、
特願平１０−２９５７３２号の先行技術における電磁プ
ランジャの素材は化学成文クロム２０％、モリブデン２
％、硅素２％をそれぞれ標準として含有する電磁ステン
レス鋼であったが、５〜１０％の次亜塩素酸ナトリウム
を含有する水溶液を給送する電磁ポンプに該電磁プラン
ジャを利用した場合に、ポンプの休止期間中に、前記次
亜塩素酸ナトリウムが空気中の酸素を遮断されたため
に、前述したように前記電磁ステンレス鋼により作られ
た電磁プランジャの表面に酸化皮膜をもって覆われてい
て、たえず前記空気中の酸素を呼吸して耐蝕性のある前
記酸化皮膜を維持していたものがバランスをくずし、か
つ前記水溶液中の塩素イオンの発生によって、たちまち
酸化皮膜が破壊消滅して、金属を腐蝕し、いわゆる錆を
発生するのである。前記塩素イオンを含む前記水溶液や
海水に対して、チタン、タンタルは耐久性が大であるこ
とが知られているので、この電磁ポンプにおける前記戻
しばね、保持ばね、逆止弁のばね等接液する部分のばね
は、チタン合金を利用しているのである。しかしなが
ら、電磁プランジャの場合は、透磁率が比較的大きい強
磁性体であり、しかも残溜磁気を嫌うためにフェライト
系電磁ステンレス鋼であることを必要としており、かつ
耐蝕性が大でなければならない。そこで、本発明におい
て、種々電磁ステンレス鋼の化学成分について研究検討
した結果、その成分をクロム３０±２％、モリブデン２
±０．３％、硅素０．５％以下に規制した電磁ステンレ
ス鋼を得ることによって、その目的を達成したものであ
る。この実験の例においては、該化学成分は、クロム３
０、０８％、モリブデン１．９６％、硅素０．１６％の
電磁ステンレス鋼素材により製造された電磁プランジャ
を用いて、前記溶液に対する耐蝕性を向上させたこと
を、試験をして後述するデータによって証明し、実用を
可能としたものである。 １．本発明の電磁プランジャポンプの前記試験時におけ
る構成部品の材質 （１）Ａ，電磁プランジャ１５：本発明の電磁ステンレ
ス鋼化学成分クロム３０％ 含有 Ｂ，電磁プランジャ ：前記従来技術の電磁ステンレ
ス鋼化学成分クロム２０％含有（特願平１０−２９５７
３２号明細書に記載のもの） Ｃ，電磁プランジャ ：前記従来技術の電磁ステンレ
ス鋼化学成分クロム１８％含有 Ａ，Ｂ，Ｃ共通のもの （２）弁座３１、３３、プランジャケース１６、吸入お
よび吐出接手１２、１４：ポリプロピレン （３）ばね類１７、１８、３２、３５：チタン合金線材 （４）吸入弁３０、吐出弁３４ ：四弗化樹脂 ２．この試験における次亜塩素酸ナトリウム１０％溶液
使用時の溶液の変色状態を目視により調べると、表１に
示す通りである。ポンプの休止時に吸入、吐出側を密閉
し、空気を遮断すると、ポンプ内部の溶液は少量である
から４８時間程度で酸化皮膜を破壊する前記塩素イオン
の発生も飽和終焉状態となり、したがって金属の腐蝕の
進行も止まるものであると考えられる。

【表１】 注）×：茶褐色に変色 Δ：淡褐色に変色 ○：ほとんど透明、変色の判別できない。 なお、このポンプによる前記溶液の給送および作動休止
を繰り返せば、電磁プランジャ１５の休止期間における
腐蝕は進行するわけであるが、水道水の殺菌、浄化槽の
消毒殺菌用等にこのポンプを用いる場合には、ほとんど
長期間にわたって休止することなく断続運転されるの
で、腐蝕の進行は、この場合には長期間にもきわめて少
ないわけである。前記電磁ステンレス鋼をもってなる電
磁プランジャを１０％次亜塩素酸ナトリウム水溶液に空
気を遮断して浸漬１００時間ごとに新しい溶液を注入し
たときに１０００時間経過時に前記Ｃの場合に、電磁プ
ランジャ１５の外側から内部に孔蝕による小孔が貫通
し、同じくＢの場合にも２０００時間で孔蝕が進行して
いたが、Ａは何れの場合にも目視では変化が認められな
い。なお、前記孔蝕部分は何れも黒褐色の錆が発生して
いた。そして、電磁プランジャ１５の外側に微小の腐蝕
による外径寸法の縮小があっても、このポンプは電磁プ
ランジャ１５を電磁プランジャ１５を２つのばね１７、
１８間に圧支したフリーピストンポンプであるから、そ
の行程長を伸長して吐出流量を補償する。そのために
は、戻しばね１８を全圧縮しない程度に後記するストッ
パ３６の長さを短縮、すなわちｆの寸法を伸長すればよ
い。３．前記溶液により前記２同様にポンプの休止後、
その吸入吐出側を密閉して空気を遮断し、４８時間後に
電磁プランジャ１５の腐蝕減量を精密電子天秤により測
定した結果を表２に示す。このとき電磁プランジャ１５
の外径寸法およびその公差は５．９７＋0.00−0.010 mm であり、実際にはその表面に潤滑のため弗素樹脂をコー
テイングまたは硬質クロムによる表面硬化処理を行なう
ことがあるが、このときの試験では、この処理を行なわ
ないで、裸のままで接液させた。その表面に複数の孔蝕
等が発生し、外径測定して変化を確認するのに、この測
定値のみでは意味がないので、腐蝕の度合いは減量をも
って表したものである。

【表２】 このように、ＡはＢ，Ｃに比較して腐蝕量が半減以下で
ある。次に、この電磁プランジャポンプに前記Ａ，Ｂ，
Ｃの電磁ステンレス鋼製の電磁プランジャをそれぞれ組
み込んだ電磁プランジャポンプの吐出性能、すなわち流
量特性を表３に示す。このときの流量調整装置による電
磁コイル２２に付勢する電流は、ＤＣ２４Ｖ、周波数
５．５Ｈz 、周期１８１．８ｍ Sec、デューテイ比、す
なわち周期中の導通期間は７．０ｍ Secとし、吐出圧力
ＫＰa に対する吐出流量ｍｌ／ｍｉｎを示したものであ
る。

【表３】 電磁ステンレス鋼Ａ，Ｂ，Ｃは、クロムの化学成分の多
い程鉄の成分が少なくなるので、磁気吸引力が減少する
故、これを補うには、電磁コイルへの電流の周波数、デ
ューテイ比、電流値をそれぞれまたは何れかを高めるよ
うに調整すればよく、この支障は全くない。

【００２２】すなわち前記電磁プランジャ１５はクロー
ム３０％、モリブデン２％をそれぞれ標準とし、硅素
０．５％未満を含有するフェライト系電磁ステンレス鋼
を、戻しばね１８、補持ばね１７、吸入弁ばね３２、吐
出弁ばね３５はそれぞれチタン合金（例えばβ形チタ
ン、バナジウム２２％、アルミニウム４％を標準として
含む材料によって構成される。）そして摺合接液部のプ
ランジャケース１６は、ポリ四弗化エチレン樹脂、ポリ
テトラフルオロエチレン樹脂およびこれを含む重合体の
合成樹脂類などの弗素樹脂およびポリフェニレンサルフ
ァイド樹脂もしくはポリプロピレン樹脂またはセラミッ
クの何れかの材料でこの条件を満足することが分かっ
た。

【００２３】吸入弁体３０と吐出弁体３４は耐熱耐磨耗
性が特によいポリテトラフルオロエチレン樹脂を選ん
だ。Ｏリング５１、５２、５３とパッキング６１は弗素
ゴム、その他の接液部の構成材料はプランジャケース１
６の材料のうちセラミックを除く他のものであればよい
が、吸入接手１２および吐出接手１４の構成材料は上記
のほか硬質塩化ビニール樹脂もしくはポリエーテルイミ
ド樹脂で構成してもよい。

【００２４】前記耐蝕、耐久試験に用いたのは１０％次
亜塩素酸ナトリウム溶液である。上水道水に殺菌消毒の
ために添加する次亜塩素酸ナトリウムは約０．３ｐｐｍ
の濃度である。したがって、上水１ton に対して約３ml
の前記１０％溶液を注入する割合となる。

【００２５】この次亜塩素酸ナトリウム溶液は、生鮮野
菜消毒用には、２００ｐｐｍ、その他浄化槽の浄化後の
排水や雑用水の殺菌にも用いられるが、その吐出定量性
が要求される。この電磁プランジャポンプは、電磁プラ
ンジャ１５が戻しばね１８と補持ばね１７とにより挟支
され、電磁コイル２２により発生する磁力によって往復
作動する、いわゆるフリーピストンポンプであるから、
液体の圧力、温度およびポンプ内と吸入吐出配管の形状
寸法、内面粗さ等のレイノルズ数の変化および流路の液
体内に含まれる空気その他の気体の存在など流動抵抗の
変動により、電磁プランジャの行程長が変化し、したが
って吐出流量の変動を招来する。

【００２６】このことは、前述したような電磁コイル２
２への付勢電流の周期、デューテイ比、位相もしくは印
加電圧を加減して吐出流量を調整しても、吐出流量の変
動は避けられないことを意味する。先にも述べたよう
に、電磁コイル２２に電流を付勢したとき、電磁プラン
ジャ１５はその上端部と環状磁極２１の下端面との磁気
空隙Ｇを埋めて、さらに上方に磁気飽和するまで慣性も
伴って移動し、戻しばね１８の圧縮されることによる反
発力および流体の圧力とによって制動され、電磁コイル
２２への切電による磁気の減衰消滅により、戻しばね１
８の反発力によって電磁プランジャ１５は静止していた
位置の方へ復帰しようとして行程の往復運動をするので
あるが、この行程長は前述した理由により変動すること
がある。

【００２７】そこで本発明においては、前記空隙Ｇを超
えることｆとし、Ｇ＋ｆ＝Ｓにとどめるように、行程長
の前記要因による変動を抑制し、規制するための環状の
ストッパー３６を備えたものである。このストッパー３
６は戻しばね１８のばね座を兼ねて吐出弁座３３に当接
し、縦方向に固定されている。このストッパー３６によ
り、電磁プランジャ１５は行程長が一定となり、電磁コ
イル２２への付勢電流を調整して、吐出流量の設定後は
安定化を計ることを可能としたものである。

【００２８】次に前記ストッパー３６を設けた場合の効
果について説明する。この電磁プランジャポンプ１を用
い、ストッパー３６を備えた場合と備えない場合の吐出
流量を比較した試験結果を表１に示す。ポンプを運転中
に、その吸入側に１０ccの空気を注入すること５回でそ
れぞれ３分後の吐出流量を測定したものである。

【００２９】水溶液は前記の通り１０％次亜塩素酸ナト
リウム溶液で、電磁コイル２２への付勢電流は電圧２４
Ｖ、周波数５．５Hz (周期１８１．８ｍ Sec）、周期中
の導通期間７．０ｍ Sec、温度２０℃、吸入揚程−１３
０ｍｍ、吐出揚程１３０ｍｍ、吸入および吐出配管内径
７ｍｍ、肉厚１．５ｍｍのシリコンチューブで、吐出流
量１．０リットル毎時に設定した後、その変動を調べた
試験の結果を表４に示す。

【表４】 表４のデータに示す通り、前記ストッパー３６を備える
場合と備えない場合とでは、ネハバは前者が0.1 、後者
が0.7 であり、平均値Ｘ_m ，標準偏差σ_n-1 も大きな相
違があり、ストッパー３６を備えることで、電磁プラン
ジャ１６の往復行程の上死点の位置が強制的に定まり、
行程長が一定となるので、吐出量が安定し、所定量を確
保できるのである。

【００３０】図１に示す本発明の電磁プランジャポンプ
は前記化学薬用として、吐出圧力がほぼ１００ＫＰa 以
内であり、この溶液をさらに大なる圧力で注入すること
が必要な場合、例えば５００ＫＰa の圧力を必要とする
場合には、本発明の他の実施の形態である、図２に示す
電磁プランジャポンプ２を使用するものである。

【００３１】図２はこの電磁プランジャポンプの一部断
面を表した縦断説明図である。これは、プランジャケー
ス１１６内を摺動往復する電磁プランジャ１１５と本体
１１０に立設されたシリンダ１４２内を摺動往復する吐
出プランジャ１４０とはタペット部１４１を介してタン
デムに連接し、戻しばね１１８と補持ばね１１７とによ
って、パッキング１６１と戻しばね座を兼ねたストッパ
ー１３６との間に挟支されている。本体１１０には、吸
入口１１１を有する吸入接手１１２が吸入接手止金１４
６を図示していない取付けねじによって螺締することに
より嵌合固定されている。

【００３２】さらに、本体１１０は、吸入口１１１と連
通し、吸入弁体１３０を吸入弁ばね１３２により押圧閉
塞される吸入弁座１３１とをもって構成された吸入弁機
構と一体に連通する吐出弁座１３３、吐出弁体１３４、
吐出弁ばね１３５および弁蓋１４７とからなる吐出弁機
構が設けられ、弁蓋押え金１４４を取付けねじで螺締結
して固定している。そして本体１１０には、さらにプラ
ンジャケース１１６を経て吐出接手１１４の吐出口１１
３に連通する導孔１５０が設けられている。吐出接手１
１４は止め輪１５１を介して、電磁コイル１２２のボビ
ン１２３の上面に接する磁気座金１４５を挟み、ボビン
１２３の下面と接する下板１４３に取付けねじ１４８で
螺締される外凾継鉄１２４により取り付け固着され、さ
らにこの下板１４３は取付けねじ１４９を螺締すること
で本体１１０に固定されている。

【００３３】電磁プランジャ１１５の下端面とこれに対
向して臨む環状磁極１２１の上端面間の磁気空隙Ｇとこ
れを超え、さらに電磁プランジャ１１５が環状磁極１２
１の内孔の方への突入を制限するｆ＋Ｇ＝Ｓの位置にス
トッパー１３６の端部が臨むように設けてある。１５
４、１５５、１５６、１５７、１５８、１５９、１６０
は何れも外部への気密、水密を保つＯリングであり、パ
ッキング１６１と共に弗素ゴムからなる。

【００３４】接液摺合部のプランジャケース１１６の構
成材料は図１のプランジャケース１６の場合と同じであ
る。吐出プランジャ１４０は例えばセラミックを用いた
場合には、接液摺合部のシリンダ１４２には、前記プラ
ンジャケース１１６に用いる素材のうちからセラミック
を除いた他の素材をもってすればよい。その他の電磁プ
ランジャ１１５、戻しばね１１８、補持ばね１１７、吸
入弁機構、吐出弁機構、吸入接手１１２、吐出接手１１
４はいずれも図１の前記符号の数字から１００の位を除
いて表した構成部材と同様である。本体１１０は吸入お
よび吐出接手１１２、１１４と同材質で構成すればよ
い。

【００３５】前記図１に示す電磁プランジャポンプ１は
吐出圧力大凡１００ＫＰa 以下で形式により相違がある
が、吐出流量は吐出圧力が低いものでは、毎分３リット
ル程度まで電磁コイル２２への付勢電流によって可変調
整される。前記図２に示す電磁プランジャポンプ２の場
合は、大凡５００ＫＰa の吐出圧力で200 ml毎分位の吐
出量能力があるものが多いが、形式により大小があり、
また電磁コイル１２２への付勢電流の変換によってその
吐出流量も加減調整可能である。

【００３６】前記電磁プランジャポンプ２が電磁プラン
ジャポンプ１に比して吐出圧力を高めることができるの
は、電磁プランジャ１１５と吐出プランジャ１４０との
直径の寸法比が大きく、電磁プランジャ１１５に働く磁
気吸引力で吐出プランジャ１４０に高い比率の吐出圧力
を加えることができるからである。このようにして、図
２に示す電磁プランジャポンプ２は、電磁コイル１２２
へ断続パルス電流を付勢して発生する断続した磁気吸引
力と戻しばね１１８の反発力による電磁プランジャ１１
５およびこれと連動する吐出プランジャ１４０の往復運
動と吸入弁機構ならびに吐出弁機構との協働作用によ
り、吸入口１１１から矢印ａ′のように流入した流体は
ポンプ内を通って吐出口１１３から矢印ｂ′のように吐
出し、図示しない吐出側配管から流出するのである。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電磁プラ
ンジャポンプは前記特許請求の範囲に記載された構成を
有し、前記実施の形態で述べた理由により次のような効
果を奏する。本発明の電磁プランジャポンプは、従来の
耐蝕性のあるフェライト系の電磁ステンレス鋼材を用い
た電磁プランジャやステンレスばね鋼材をもってなる各
ばねなどの電磁プランジャポンプが特に殺菌消毒液なら
びに漂白剤の溶液を給送する化学薬液用としては、その
接液部が腐蝕し破損してしまうので、実用化されなかっ
たものを、前記電磁プランジャおよびばねを前記特許請
求の範囲の請求項１のに記載の材料を試験検討してその
耐蝕性が充分であることを確認して採用するとともに、
接液摺合部および接液部も請求項２に記載の材料と同様
に試験検討して、その耐蝕性充分であり、これらの素材
をもってなる部材を組み立ててなる本発明の電磁プラン
ジャポンプの耐蝕および機械的耐久性を試験してこれを
確認し、立証し得て製品化に踏切るものである。

【００３８】この電磁プランジャポンプが例えば次亜塩
素酸ナトリウム溶液などの殺菌消毒液や漂白剤溶液など
を給送する化学薬液用ポンプとして出現することによっ
て、その耐久性が通常の燃焼器への燃料供給または洗浄
水や加湿用水噴霧等に用いられている電磁プランジャポ
ンプなどの耐久性が耐用実働延時間１万時間を超え得る
ことと同様もしくはこれに近似するほであるとすれば、
画期的である。

【００３９】さらに、従来のこの種類の化学薬液用のポ
ンプに比較して小形軽量であり、吐出量および吐出圧力
の微調整も電磁コイルへの付勢電流を調整することで容
易であり、経済的効果もまた甚だ大きい。さらに、電磁
プランジャの往復行程長を規制するストッパーを設ける
ことで、一旦電磁コイルへの付勢電流を可変調整制御し
て得られる設定流量を、気泡発生などの他動的要因によ
って乱されることなく、均一安定化を計ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電磁プランジャポンプの一つの実施の
形態を一部断面して示す縦断説明図である。

【図２】本発明の電磁プランジャポンプの他の実施の形
態を一部断面して示す縦断説明図である。

【符号の説明】

１，２ 電磁プランジャポンプ １２，１１２ 吸入接手 １４，１１４ 吐出接手 １５，１１５ 電磁プランジャ １６，１１６ プランジャケース １７，１１７ 補持ばね １８，１１８ 戻しばね １９，１１９ 環状磁路 ２１，１２１ 環状磁極 ２２，１２２ 電磁コイル ３０，１３０ 吸入弁体 ３１，１３１ 吸入弁座 ３２，１３２ 吸入弁ばね ３３，１３３ 吐出弁座 ３４，１３４ 吐出弁体 ３５，１３５ 吐出弁ばね ３６，１３６ ストッパー １１０ 本体 １４０ 吐出プランジャ １４２ シリンダ

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【手続補正書】

【提出日】平成１２年１月２７日（２０００．１．２
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】この電磁プランジャポンプを前掲の殺菌消
毒ならびに漂白剤の溶液、例えば次亜塩素酸ナトリウム
溶液の給送注入の用途に供するために、特に接液部の前
記電磁プランジャ、ばね類などに用いる耐蝕かつ機械的
強度を有する特殊ステンレス鋼、摺合部を含む接液部を
構成する合成樹脂類の耐蝕材料の耐蝕耐久試験の実験を
重ねた結果、前述したように、それらの耐蝕性、耐久性
を有することを確認したのである。先に述べたように、
特願平１０−２９５７３２号の先行技術における電磁プ
ランジャの素材は化学成文クロム２０％、モリブデン２
％、硅素２％をそれぞれ標準として含有する電磁ステン
レス鋼であったが、５〜１０％の次亜塩素酸ナトリウム
を含有する水溶液を給送する電磁ポンプに該電磁プラン
ジャを利用した場合に、ポンプの休止期間中に、前記次
亜塩素酸ナトリウムが空気中の酸素を遮断されたため
に、前述したように前記電磁ステンレス鋼により作られ
た電磁プランジャの表面に酸化皮膜をもって覆われてい
て、たえず前記空気中の酸素を呼吸して耐蝕性のある前
記酸化皮膜を維持していたものがバランスをくずし、か
つ前記水溶液中の塩素イオンの発生によって、たちまち
酸化皮膜が破壊消滅して、金属を腐蝕し、いわゆる錆を
発生するのである。前記塩素イオンを含む前記水溶液や
海水に対して、チタン、タンタルは耐久性が大であるこ
とが知られているので、この電磁ポンプにおける前記戻
しばね、保持ばね、逆止弁のばね等接液する部分のばね
は、チタン合金を利用しているのである。しかしなが
ら、電磁プランジャの場合は、透磁率が比較的大きい強
磁性体であり、しかも残溜磁気を嫌うためにフェライト
系電磁ステンレス鋼であることを必要としており、かつ
耐蝕性が大でなければならない。そこで、本発明におい
て、種々電磁ステンレス鋼の化学成分について研究検討
した結果、その成分をクロム３０±２％、モリブデン２
±０．３％、硅素０．５％以下に規制した電磁ステンレ
ス鋼を得ることによって、その目的を達成したものであ
る。この実験の例においては、該化学成分は、クロム３
０、０８％、モリブデン１．９６％、硅素０．１６％の
電磁ステンレス鋼素材により製造された電磁プランジャ
を用いて、前記溶液に対する耐蝕性を向上させたこと
を、試験をして後述するデータによって証明し、実用を
可能としたものである。 １．本発明の電磁プランジャポンプの前記試験時におけ
る構成部品の材質 （１）Ａ，電磁プランジャ１５：本発明の電磁ステンレ
ス鋼化学成分クロム３０％ 含有 Ｂ，電磁プランジャ ：前記従来技術の電磁ステンレ
ス鋼化学成分クロム２０％含有（特願平１０−２９５７
３２号明細書に記載のもの） Ｃ，電磁プランジャ ：前記従来技術の電磁ステンレ
ス鋼化学成分クロム１８％含有 Ａ，Ｂ，Ｃ共通のもの （２）弁座３１、３３、プランジャケース１６、吸入お
よび吐出接手１２、１４：ポリプロピレン （３）ばね類１７、１８、３２、３５：チタン合金線材 （４）吸入弁３０、吐出弁３４ ：四弗化樹脂 ２．この試験における次亜塩素酸ナトリウム１０％溶液
使用時の溶液の変色状態を目視により調べると、表１に
示す通りである。ポンプの休止時に吸入、吐出側を密閉
し、空気を遮断すると、ポンプ内部の溶液は少量である
から４８時間程度で酸化皮膜を破壊する前記塩素イオン
の発生も飽和終焉状態となり、したがって金属の腐蝕の
進行も止まるものであると考えられる。

【表１】 注）×：茶褐色に変色 Δ：淡褐色に変色 ○：ほとんど透明、変色の判別できない。 なお、このポンプによる前記溶液の給送および作動休止
を繰り返せば、電磁プランジャ１５の休止期間における
腐蝕は進行するわけであるが、水道水の殺菌、浄化槽の
消毒殺菌用等にこのポンプを用いる場合には、ほとんど
長期間にわたって休止することなく断続運転されるの
で、腐蝕の進行は、この場合には長期間にもきわめて少
ないわけである。前記電磁ステンレス鋼をもってなる電
磁プランジャを１０％次亜塩素酸ナトリウム水溶液に空
気を遮断して浸漬１００時間ごとに新しい溶液を注入し
たときに１０００時間経過時に前記Ｃの場合に、電磁プ
ランジャ１５の外側から内部に孔蝕による小孔が貫通
し、同じくＢの場合にも２０００時間で孔蝕が進行して
いたが、Ａは何れの場合にも目視では変化が認められな
い。なお、前記孔蝕部分は何れも黒褐色の錆が発生して
いた。そして、電磁プランジャ１５の外側に微小の腐蝕
による外径寸法の縮小があっても、このポンプは電磁プ
ランジャ１５を電磁プランジャ１５を２つのばね１７、
１８間に圧支したフリーピストンポンプであるから、そ
の行程長を伸長して吐出流量を補償する。そのために
は、戻しばね１８を全圧縮しない程度に後記するストッ
パ３６の長さを短縮、すなわちｆの寸法を伸長すればよ
い。３．前記溶液により前記２同様にポンプの休止後、
その吸入吐出側を密閉して空気を遮断し、４８時間後に
電磁プランジャ１５の腐蝕減量を精密電子天秤により測
定した結果を表２に示す。このとき電磁プランジャ１５
の外径寸法およびその公差は５．９７＋0.00−0.010 mm
であり、実際にはその表面に潤滑のため弗素樹脂をコー
テイングまたは硬質クロムによる表面硬化処理を行なう
ことがあるが、このときの試験では、この処理を行なわ
ないで、裸のままで接液させた。その表面に複数の孔蝕
等が発生し、外径測定して変化を確認するのに、この測
定値のみでは意味がないので、腐蝕の度合いは減量をも
って表したものである。

【表２】 このように、ＡはＢ，Ｃに比較して腐蝕量が半減以下で
ある。次に、この電磁プランジャポンプに前記Ａ，Ｂ，
Ｃの電磁ステンレス鋼製の電磁プランジャをそれぞれ組
み込んだ電磁プランジャポンプの吐出性能、すなわち流
量特性を表３に示す。このときの流量調整装置による電
磁コイル２２に付勢する電流は、ＤＣ２４Ｖ、周波数
５．５Ｈz 、周期１８１．８ｍ Sec、デューテイ比、す
なわち周期中の導通期間は７．０ｍ Secとし、吐出圧力
ＫＰa に対する吐出流量ｍｌ／ｍｉｎを示したものであ
る。

【表３】 電磁ステンレス鋼Ａ，Ｂ，Ｃは、クロムの化学成分の多
い程鉄の成分が少なくなるので、磁気吸引力が減少する
故、これを補うには、電磁コイルへの電流の周波数、デ
ューテイ比、電流値をそれぞれまたは何れかを高めるよ
うに調整すればよく、この支障は全くない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 陵 東京都大田区池上５−23−13 太産工業株 式会社内 Ｆターム(参考） 3H069 AA09 BB02 CC04 DD48 EE05 EE47 3H075 AA09 BB03 CC20 DA04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁コイルへ断続パルス電流を付勢して
   得られる磁気吸引力と復帰するばねの反発力とによっ
   て、前記電磁コイルにより囲繞された非磁性体のプラン
   ジャケース内を摺動往復する強磁性体の電磁プランジャ
   および吸入ならびに吐出用の逆止弁とを備え、耐蝕部材
   をもって各接液部を構成した、特に殺菌消毒液ならびに
   漂白剤溶液等を給送する化学薬液用電磁ポンプであっ
   て、前記接液する電磁プランジャは化学成分クロム３０
   ％、モリブデン２％をそれぞれ標準とし、かつ珪素０．
   ５％未満を含有するフェライト系電磁ステンレス鋼をも
   って成り、同じく接液する前記戻しばねを含む一切のば
   ねはチタン合金をもってなることを特徴とする電磁プラ
   ンジャポンプ。
2. 【請求項２】 前記非磁性体のプランジャケースは、少
   なくともその接液摺合部を、ポリ四弗化エチレン樹脂、
   ポリテトラフルオロエチレン樹脂およびこれを含む重合
   体の合成樹脂類の弗素樹脂およびポリフェニレンサルフ
   ァイド樹脂もしくはポリプロピレン樹脂またはセラミッ
   クの何れかの材料をもってなることを特徴とする請求項
   １に記載の電磁プランジャポンプ。
3. 【請求項３】 前記電磁コイルを付勢する断続パルス電
   流は、その印加電圧、周期およびまたは周期中の導通期
   間すなわちデューテイ比または位相のいずれかの一つ若
   しくは前記複数の加減によって前記電流を変え、ポンプ
   の吐出量を可変調整可能としたことを特徴とする請求項
   １または２に記載の電磁プランジャポンプ。
4. 【請求項４】 前記電磁コイルの軸心縦貫孔の端部で、
   前記プランジャケースとの間に介設嵌装された環状磁極
   の端面と、これに臨む電磁プランジャの端部との間の磁
   気空隙側に、前記電磁プランジャの行程長を規制するた
   めのストッパーを設けて吐出量の調整後の均一安定化を
   はかったことを特徴とする請求項１から請求項３までの
   うちのいずれか一つに記載の電磁プランジャポンプ。