JP2004353538A

JP2004353538A - 電磁ポンプ

Info

Publication number: JP2004353538A
Application number: JP2003151469A
Authority: JP
Inventors: Isao Ichiyanagi; 功一柳; Katsuya Shimizu; 克也清水
Original assignee: Yasunaga Corp
Current assignee: Yasunaga Corp
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】装置の大型化無く振動子をより安定的に支持でき、ダイヤフラム劣化時や破損時の周囲への悪影響を回避できること。
【解決手段】永久磁石を有した振動子と、この振動子を移動自在に対向配置される電磁石と、前記振動子の端部に取付けられたダイヤフラムを有するポンプ部とを備え、前記振動子の横側方に該振動子の移動方向と平行な姿勢でダイヤフラム台に支持する軸部材を設けると共に振動子の外側に突出し、軸部材を相対摺動自在に軸支する軸受部を設け配置してある。また、軸部材と前記軸受部とで成る軸支部の二組を、前記振動子の中心線に関して線対称となる状態で設けてある。更に、軸部材に、ダイヤフラム台と軸受部との間に亘って架設される状態の弾性部材を外装してある。更にまた、軸受部を前記軸部材の軸方向に間隔を隔てて２個形成し、この２個間に鍔部を設け、この鍔部と軸受部とに亘って架設される状態の弾性部材を外装してある。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁ポンプに係り、詳しくは、振動子の円滑な動きの実現やそれによる作動効率の改善、或いはダイヤフラム破損時の被害を最小限度に抑える技術等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来における一般的な電磁ポンプの基本構成は、図１１、図１２に示すようである。即ち、対向配置された電磁石１の間に、永久磁石１０を有した棒状体で成る振動子２が軸方向移動自在に配備され、その振動子２の両端夫々に、ケーシング３で周囲が支持されたダイヤフラム４の中心部が取付けられており、これによってポンプ部９を構成している。各ケーシング３には、エア、窒素、水素、都市ガス等の流体の吸入口５及び吸入弁６、並びに流体の吐出口７及び吐出弁８が形成されている。
【０００３】
図１１は、振動子２が図面上で右側に移動して、右側の第１ポンプ部９が吐出作動し、左側の第２ポンプ部９が吸入作動している状態を示しており、図１２は、振動子２が図面上で左側に移動して、第２ポンプ部９が吐出作動し、第１ポンプ部９が吸入作動している状態を示している。尚、これは振動子２の両端にポンプ部９を有した両駆動型であるが、振動子２の一端にのみポンプ部９を有した駆動型もある。また、電磁石１を一対に対向配置してあるが、片側のみに電磁石を配置した電磁ポンプもある。
【０００４】
電磁ポンプの作動原理を説明すると、振動子２に対向する電磁石１のコイルに交流電源を通電すると、磁力作用によって振動子２に固定された永久磁石１０と両電磁石１間で図示のような磁極となり、吸引・反発力が発生して振動子２が図１１に示す方向、次に図１２に示す方向に移動するようになる。振動子２は交流電源周波数で振動し、ダイヤフラム４によるケーシング３内の容積変化と吸入弁６・吐出弁８の作用で、吸入圧縮を繰返して吐出口からエア等の流体を吐き出すのである。
【０００５】
このような電磁ポンプとして、振動子の先端をポンプ部を通り越して延設し、その延設された突出端部を、ポンプケーシングに一体得形成された突出ボス部に摺動自在に嵌合することにより、振動子をしっかりと両持ち支持状態として、安定的に振動移動できるように構成されたものがある。このような例としては、特許文献１に開示されたものが知られている。
【０００６】
また、一般的な電磁ポンプでは、振動子は、その両端部を一対のダイヤフラムを介して支持されていることから、経年劣化による寿命等によってダイヤフラムが破損したときには、振動子が飛び出す、過振動する等の予期せぬ動きをして、電磁石の端面やポンプケーシングと衝突して、これら周囲の構成部材を傷付けるおそれがある。そこで、振動子の近傍にマイクロスイッチを配備して、振動子が異常に動いたらマイクロスイッチが作動して電磁駆動を自動的に停止させるようにしておき、周囲の構成部材を徒に傷付けないように構成された電磁ポンプもある。このような例としては、特許文献２に開示されたものが知られている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２６４３７８号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平１１−３２４９２８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したいずれの従来技術においても、不都合点の有ることが分かってきた。即ち、前記前者の従来技術では、元々振動子から突設されている軸部を、さらに長手方向に延設してその先端を摺動自在に支持させる構造であるから、振動子が傾く不具合（回転する）に対しては対応できなく、又、電磁ポンプの全体寸法が、振動子の軸方向に不要に大きくなってしまうととともに、先端支持故に、強度の点から、振動子に固定されている軸部材や延設軸部分を従来より大径にせざるを得ず、従ってこの点からも大型化し易く、重量も重くなってしまうものであった。
【００１０】
また、前記後者の従来技術では、マイクロスイッチ及びそれを用いた停止制御回路が別途必要であり、コスト高になる。
【００１１】
本発明の目的は、装置の大型化無く又は少なくしながら、振動子をより安定的に支持できるようにするとか、ダイヤフラム破損時の周囲への悪影響を確実に回避できるようにすること、或いはポンプ作動効率が向上できるといった具合に改善された電磁ポンプを提供する点にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の構成は、永久磁石を有した振動子と、この振動子を移動自在に対向配置される電磁石と、振動子の端部に取付けられたダイヤフラムを有するポンプ部とを備え、前記電磁石への通電による振動子の振動移動によってポンプ作動するように構成された電磁ポンプにおいて、前記振動子の横側方に該振動子の移動方向と平行な姿勢でダイヤフラム台に支持する軸部材を設けると共に振動子の外側に突出し、軸部材を相対摺動自在に軸支する軸受部を設け配置してあることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の構成は、請求項１の構成において、前記軸部材と前記軸受部とで成る軸支部の二組を、前記振動子の中心線に関して線対称となる状態で設けてあることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の構成は、請求項１又は２の構成において、前記軸部材に、ダイヤフラム台と軸受部との間に亘って架設される状態の弾性部材を外装してあることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の構成は、請求項１又は２の構成において、前記軸受部を前記軸部材の軸方向に間隔を隔てて２個形成し、この２個間に鍔部を設け、この鍔部と軸受部とに亘って架設される状態の弾性部材を外装してあることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３は本発明が適用された電磁ポンプの一例である電磁ポンプの全体外観図、正面図、側面図、図４はポンプ駆動部の構造を示すべく、片側の電磁石及びポンプ部を除いた状態の斜視図、図５〜図７は図４の平面図、側面図、正面図である。
【００１７】
電磁ポンプは、図１〜図３に示すように、脚１２を有した台枠１１と一対のポンプ部１３、及び本体ケース１４とを有して成る両駆動型に構成されており、本体ケース１４の中に、左右のポンプ部１３を駆動するための電磁駆動部１５が装備されている。各ポンプ部１３を形成するポンプケーシング１３ａにはエア、窒素、水素、都市ガス等の流体の吐出口１６が横向きに形成されており、エア、窒素、水素、都市ガス等の流体の吸入口１７は、台枠１１の底部分に１箇所形成されている。
【００１８】
次に、電磁駆動部１５について説明する。本電磁ポンプは、一対の電磁石１８と一対のポンプ部１３とを有した両駆動型であるが、構造を分り易く説明する都合上、片側の電磁石１８と片側のポンプ部１３（ポンプケーシング部分は除く）とに関する図を用いるものとする。
【００１９】
電磁駆動部１５は、図４〜図７に示すように、中心線Ｐを通る両端に支軸１９を有した振動子２０と、電磁石１８と、支軸１９に連結されたダイヤフラム２１を有するポンプ部１３等とから構成されている。電磁石１８は、Ｅ型の鉄心２２と、この鉄心２２の中央アーム部２２ａに巻回されたコイル２３とで成り、鉄心２２の三又開放側を振動子２０に近接する状態（図１１や図１２を参照）に配置してある。
【００２０】
ポンプ部１３を構成する略円板状のダイヤフラム２１は、その中心部が合成樹脂等から成る一対の円板２４，２５で挟持されるとともに、外周部が略リング状のダイヤフラム台２７に嵌着固定されており、ダイヤフラム台２７はポンプケーシング１３ａにボルト止め等によって気密状に取付けられる。内側の円板２４が支軸１９に外嵌係止（例：圧入）され、この内側円板２４及び支軸１９に外側円板２５が溶着又は嵌合固定されており、これによって支軸１９にダイヤフラム２１の中心部を連結一体化してある。
【００２１】
ダイヤフラム台（ポンプ部を構成する固定部材の一例）２７は、ダイヤフラム２１の外周縁に外嵌される外環部部２７ａと、ダイヤフラム２１の外周部に内側から嵌合されるフランジ部２７ｂと、このフランジ部２７ｂに一体形成された一対のボス部２７ｃとを有している。
【００２２】
振動子２０は、両端に支軸１９を一体装備するとともに、永久磁石２９と上下夫々に前後一対で計４箇所の上下に突出した軸受部３１が一体形成された合成樹脂材製の基台２０ａから構成されている。軸受部３１は、振動子２０の中心線（軸心）Ｐ方向に適宜の間隔を隔てて一対形成されるとともに、両端が前後のボス部２７ｃに圧入内嵌された支持軸（軸部材の一例）３３を挿通させる孔３２が穿孔されている。尚、２０ｂは基台２０ａに形成された軽減孔である。尚、軸受部３１と支持軸３３とで軸支部Ｇが構成されている。
【００２３】
上下一対の支持軸３３は、振動子２０の中心線Ｐと平行であり、かつ、中心線Ｐの直上及び直下の位置に互いに同距離ｄの間隔で配置されている。つまり、中心線Ｐを通る水平面に対して上下対称に支持軸３３を配置してある。固定部材であるダイヤフラム台２７に支持された支持軸３３と挿通孔３２とのクリアランスは極めて小さいものとしてあり、駆動振動する振動子２０の横揺れ（振れ）が殆ど生じないように、かつ、振動子２０が円滑に往復直線移動できるように設定してある。
【００２４】
このように、従来では一対にダイヤフラム２１を介してダイヤフラム台２７に間接的に支持されるのみであった振動子２０を、これに一体形成された軸受部３１を用いて、一対のダイヤフラム台２７に片端支持されて上下対称となる位置に配された一対の支持軸３３に、振動方向にスライド移動自在な状態で支持させたので、ダイヤフラム劣化時、破損時に、振動子２０が横測方へは動かないように規制でき、かつ、振動方向の動きも規制できるので電磁石や鉄心等の周囲の構造部材との干渉及び干渉による破損を回避できるようになる。
【００２５】
つまり、ダイヤフラム劣化時、破損時に生じる振動子２０の傾き（振動子がダイヤフラム中心に回転する）、また振動子が片側に寄せられる（片側に張り付く）時に、最初に支持軸３３が傾き軸受部に接触して、支軸と軸受部とでなる軸支部Ｇがダイヤフラム劣化時、破損時の振動子の横側方の動きを規制するガイドとして機能する好ましい機能も得られるようになった。また、ダイヤフラムが破損した時に振動子２０が振動方向に飛び出し周辺部品を損傷させる問題に対しても、図７に示す距離Ｌの寸法を振動子の振幅量の二分の一に設定または若干大きくする事によりボス部２７ｃが振動子２０の動きを規制するストッパーとして機能し、周辺部品の破損を回避できる。
【００２６】
これらにより、電磁石と永久磁石との隙間を小さくでき、磁気効率、即ちポンプ作動効率を改善できるとともに、ダイヤフラム劣化時、破損時も上記と同様に、振動子２０が倒れたり、横側方へは動かないように規制でき、かつ、振動子２０の飛び出しも規制できて、電磁石や鉄心等の周囲の構成部材との干渉や干渉による破損を回避できるようになる。
【００２７】
また、図７にみられるように、ダイヤフラム台２７に支持された軸部材が軸受部３１内でクリアランスを有して軸支しても良い。組み付け誤差や寸法誤差、或いは部品誤差があってもこのクリアランスで吸収して振動子を一対の電磁石間に接近させた状態で安定的に支持することができ、部品精度を抑えコスト低減できる利点がある。
【００２８】
更に、図８に示す軸受け４３を圧入することにより容易に摺動性を向上させることが可能となる。また、逆に軸受け４３に滑り難い材質を使用することによりダイヤフラム破損時支持軸３３が傾き軸受部に接触して、軸受部の過大な抵抗により振動子の振動を抑え、異常時の安全装置として効果的に機能させることもできる。
【００２９】
〔別実施形態〕
〈１〉図９に示すように、電磁駆動部１５では、巻バネ４２を、軸受部とボス部２７ｃとの間において支持軸３３に嵌装される状態で、一対設けてある。この構造では、バネ受け等の別部品が不要であり、ダイヤフラム２１の破損時には、巻バネ４２が緩衝材として機能し、振動子が過振動移動してポンプケーシング等の周囲の構成部材を損傷させるおそれを軽減又は防止でき、また、巻バネ等の弾性部材を軸部材に簡単に装着できる。そして、巻バネのバネ定数を適宜に設定して、駆動時における振動子の振動振幅を変更調節することも可能である等の合理性及び経済性に優れる利点がある。また、巻バネ以外にゴム等の弾体性を入れても良い。
【００３０】
〈２〉図１０は図９に示すバネ付勢構造の別形態であり、一対の軸受部３１の間の中間位置（中央位置）に、支持軸３３に固定されるバネ受け（鍔部の一例）４１を設け、このバネ受け４１と各軸受部３１との間で支持軸３３に嵌装される巻バネ４０を設けた電磁駆動部１５としても良い。この構造では、自由状態では振動子２０が一対のダイヤフラム２１間の中央位置に復帰付勢するとか、振動子２０がその移動方向にふらふらしないように適度な弾性抵抗を付与する、といったことができる利点がある。
【００３１】
また、ダイヤフラム２１の破損時には、巻バネ４０が緩衝材として機能し、振動子２０が過振動移動してポンプケーシング１３ａ等の周囲の構成部材を損傷させるおそれを軽減又は防止できる効果も期待できる。また、巻バネ等の弾性部材を軸部材に簡単に装着できるという図９に示す構造のものと同等の作用効果を発揮する。
【００３２】
〈３〉図示は省略するが、振動子２０の上下において振動子２０に固定支持される一対の軸を、振動子２０の中心線Ｐと平行に設けるとともに、それら軸の両端部を、各ダイヤフラム台２７に形成したボス部（鍔部の一例）に、相対摺動自在に内嵌した軸支構造としても良い。つまり、図４等に示す軸支構造と、軸と軸受部とを逆にした構造であり、同等の作用効果を発揮することができる。
【００３３】
〈４〉振動子２０の前後一対の軸受部３１と、一対のダイヤフラム台２７に架設された支持軸３３との軸受構造を、振動子２０の上側又は下側に１組だけ設けた構造でも良い。また、振動子２０の中心線Ｐに対して左右対称となるように、支持軸３３と軸受部３１との軸支構造を３箇所以上設けた構成でも良い。さらに、軸受部３１としては、貫通孔３２の他に、外に向かって開放されたＵ字溝やＶ字溝、或いは四角溝によって、支持軸３３を実質的に支承する構造でも良い。
【００３４】
また、ポンプ部１３（ダイヤフラム２１）が振動子２０の片側にのみ存在させた片駆動型の電磁ポンプにも本発明を適用自在である。この場合には、支持軸３３におけるダイヤフラム台２７に取付けられない側の端部を、台枠１１等に固定したブラケットに摺動自在に挿通すれば、支持軸３３を両持ち支持できて好都合であるが、ブラケットが無い構成でも良い。また、支持軸３３を、ポンプケーシング（ポンプ部を構成する固定部材の一例）１３ａや台枠（ポンプ部近くの固定部材の一例）１１等に摺動移動自在に支持させる構造も可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１による電磁ポンプは、永久磁石を有した振動子と、この振動子を移動自在に対向配置される電磁石と、振動子の端部に取付けられたダイヤフラムを有するポンプ部とを備え、電磁石への通電による振動子の振動移動によってポンプ作動するように構成された電磁ポンプにおいて、振動子の横側方に該振動子の移動方向と平行な姿勢でダイヤフラム台に支持する軸部材を設けると共に振動子の外側に突出し、軸部材を相対摺動自在に軸支する軸受部を設け配置してあることを特徴とする。
【００３６】
その結果、軸部材と軸受部上下一対の固定された軸に対して振動子を摺動移動自在に精度良く支持されることになり、振動子を一対の電磁石間に極めて接近させた状態で安定的に支持することができる。
【００３７】
これにより、電磁石と永久磁石との隙間をより小さくでき、磁気効率を高めて高推力が得られる。即ちポンプ作動効率を改善できるとともに、ダイヤフラム破損時に、振動子の動きを規制できて、電磁石や鉄心等の周囲の構成部材との干渉および干渉による破損を回避できるようになる。つまり、支軸と軸受部とで成る軸支部が、ダイヤフラム劣化時、破損時の振動子の横側方の動きや、振動方向の動きを規制するガイドおよびストッパーとしての機能も得られるようになり、ダイヤフラム劣化時、破損時の周囲に及ぼす悪影響を殆ど回避できる利点もある。
【００３８】
又、最も振動子に近い位置に存在する固定部材に軸部材を支持させることができて、軸部材の長さを極力短くして、軽量化やコスト的に有利になるとともに、軸支部の存在による振動子の側方張出し量も抑えることができ、装置の大型化を招くこともない利点もある。
【００３９】
請求項２の電磁ポンプでは、軸部材と前記軸受部とで成る軸支部の二組を、前記振動子の中心線に関して線対称となる状態で設けてあるので、組付の方向性が無くなり組付が容易になる。振動子を偏り無くさらに精度良く振動移動できるようにバランス良く一対の軸支部で支持され、より円滑で効率良く作動するようになった。
【００４０】
請求項３の電磁ポンプでは、軸部材に、ダイヤフラム台と軸受部との間に亘って架設される状態の弾性部材を外装してあるので、振動子の過振動の抑制が可能になり、仕様変更等の取扱い性が向上する。そして、ダイヤフラム破損時における振動子の動きを緩衝できるようになり、振動子や周囲の構成部品を壊すことなくダイヤフラム交換のみで、再使用可能となる利点も得られる。
【００４１】
請求項４の電磁ポンプでは、軸受部を前記軸部材の軸方向に間隔を隔てて２個形成し、この２個間に鍔部を設け、この鍔部と軸受部とに亘って架設される状態の弾性部材を外装してあるので、請求項３と同じ振動子の過振動の抑制が可能になり、仕様変更等の取扱い性が向上し、振動子や周囲の構成部品を壊すことなくダイヤフラム交換のみで、再使用可能となる利点も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁ポンプ全体の斜視図
【図２】図１に示す電磁ポンプの正面図
【図３】図１に示す電磁ポンプの側面図
【図４】電磁ポンプの駆動部の構造を示す要部片側部分の斜視図
【図５】図１に示す駆動部の平面図
【図６】図１に示す駆動部の側面図
【図７】図１に示す駆動部の断面正面図
【図８】軸と軸受との寸法関係を示す部分図
【図９】駆動部の別構造を示す要部の正面図
【図１０】駆動部の他の別構造を示す要部の正面図
【図１１】電磁ポンプの作動原理を示す概念図その１
【図１２】電磁ポンプの作動原理を示す概念図その２
【符号の説明】
１１，２７固定部材
１３ポンプ部
１８電磁石
２０振動子
２１ダイヤフラム
２９永久磁石
３１軸受部
３３支持軸
４１鍔部
４２弾性部材
Ｐ振動子の中心線
Ｇ軸支部

Claims

永久磁石を有した振動子と、この振動子を移動自在に対向配置される電磁石と、前記振動子の端部に取付けられたダイヤフラムを有するポンプ部とを備え、前記電磁石への通電による前記振動子の振動移動によってポンプ作動するように構成された電磁ポンプであって、前記振動子の横側方に該振動子の移動方向と平行な姿勢でダイヤフラム台に支持する軸部材を設けると共に振動子の外側に突出し、軸部材を相対摺動自在に軸支する軸受部を設け配置してある電磁ポンプ。
前記軸部材と前記軸受部とで成る軸支部の二組を、前記振動子の中心線に関して線対称となる状態で設けてある請求項１に記載の電磁ポンプ。
前記軸部材に、ダイヤフラム台と軸受部との間に亘って架設される状態の弾性部材を外装してある請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の電磁ポンプ。
前記軸受部を前記軸部材の軸方向に間隔を隔てて２個形成し、この２個間に鍔部を設け、この鍔部と軸受部とに亘って架設される状態の弾性部材を外装してある請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の電磁ポンプ。