JP2012225190A - 電磁振動型ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】空気などの流体が振動子側へ漏れ出すのを防止することができる電磁振動型ダイヤフラムポンプを提供する。
【解決手段】支持部材２ａに磁石２ｂ２が設けられ、支持部材２ａの中心軸両端側に取付けネジ部２ｃが固定される振動子２の支持部材２ａの両端の取付けネジ部２ｃに、円盤状のダイヤフラム３が固定されている。このダイヤフラム３は、内側センタープレート６ｂと、外側センタープレート６ａとにより挟持され、外側および内側のセンタープレート６ａ、６ｂの中心部に設けられた貫通孔６ｃに、振動子２の取付けネジ部２ｃが挿入されて固定されている。内側センタープレート６ｂの振動子２側の中心部に円筒状の突出部６ｂ１が形成され、この突出部６ｂ１が、振動子２の支持部材２ａの端部に形成された凹溝２ｄに嵌合され、リング状弾性部材７を介して気密封止されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、家庭用洗浄槽の曝気用、養魚用水槽の酸素補給用、泡風呂のエア噴気用、その他応用機器などに利用される電磁振動型ダイヤフラムに関する。さらに詳しくは、振動子の端部とダイヤフラムとの固定部を経て、流体が外部からポンプ内部に漏れないような構造にした電磁振動型ダイヤフラムポンプに関する。

電磁振動型ダイヤフラムポンプは、磁石が固定された振動子の両端部に、たとえばゴム製のダイヤフラムが固定され、ダイヤフラムの外周囲はダイヤフラム台に固定されると共に、振動子の磁石と対向するように電磁石が設けられ、その電磁石が電磁石ケーシング内に配設されることにより構成されている。このダイヤフラムの外側は、ポンプケーシングにより被覆され、電磁石に印加される交流電源の位相の変化に伴って変る電磁石の極性変化に合せて振動子が振動することにより、ダイヤフラムが振動し、空気などの流体の吸入および吐出を繰り返し行う。

振動子とダイヤフラムとの固定は、たとえば図７に示されるような構造になっている。すなわち、図７において、１０３が振動子で、永久磁石１０３ａが固定された支持部材１０３ｂの両端部に、取付けネジ部１０３ｃが固着されている。一方、ゴム部材などからなるダイヤフラム１０４は、その中心部に貫通孔が設けられ、その貫通孔内に嵌合するような突出部が形成された電磁石側（以下、単に内側という）センタープレート１０７ｂと電磁石とは反対側であるポンプケーシング側（以下、単に外側という）センタープレート１０７ａとで挟持されている。この内側および外側のセンタープレート１０７ｂ、１０７ａの中心部に設けられた貫通孔１１０内に、前述の振動子１０３の取付けネジ部１０３ｃを挿入し、ワッシャ１０５を介して外からナット１０６で締め付けることにより固定されている（たとえば、特許文献１参照）。この外側および内側のセンタープレート１０７ａ、１０７ｂは、金属板またはプラスチックからなり、振動に対してもしっかりと振動子１０３と固定されている。なお、図示されていないが、このダイヤフラム１０４の外側には、ポンプケーシングが設けられており、ポンプケーシングは、ダイヤフラムと接した圧縮室と、圧縮室と吸入弁を介して設けられる吸入室と、圧縮室と吐出弁を介して設けられる吐出室とからなっている。

特開２００３−３５２６６号公報

前述のような外側および内側のセンタープレート１０７ａ、１０７ｂの貫通孔１１０に振動子１０３の取付けネジ部１０３ｃを挿入してナット１０６で固定する構造は、組立ては非常に簡単で好ましいが、取付けネジ部１０３ｃと外側および内側のセンタープレート１０７ａ、１０７ｂの貫通孔１１０との間に隙間が形成される場合があり、また、ナット１０６の締め付け具合によっては、支持部材１０３ｂの端部と内側センタープレート１０７ｂとの間にも隙間が形成される場合がある。そのため、圧縮室に吸引された空気などの流体が、図７に矢印ａ１、ａ２で示されるように、電磁石などが配設されている振動子１０３側に漏れるという問題がある。

このような流体漏れにより、圧縮室から吐出する流体量が圧縮室に吸入する流体量よりも少なくなって、圧縮室に吸い込んだ空気などの流体の利用率が低下するため、ポンプ効率が低下して好ましくない。また、水素循環用ポンプなどの水素などの危険なガスをポンプで吐出させる場合もある。このようなガスを電磁石側に漏らすのは危険であり、さらには、液体を吸引、吐出させる場合もあるため、電磁石側に液体が流れ込むと、電磁石コイルなどの電気系統をショートさせるという問題もある。

一方、このような流体漏れを防止する方法としては、たとえば、ワッシャ１０５と外側センタープレート１０７ａとの間にパッキンを介在させてシールすることが考えられる。しかし、パッキンを介して振動子１０３を固定すると、ナット１０６の締め付け具合によって、取付けネジ部１０３ｃと外側および内側のセンタープレート１０７ａ、１０７ｂの貫通孔１１０との間を確実に密封するのが困難になる。また、ワッシャ１０５と外側センタープレート１０７ａとの間にパッキンを介在させる場合、ナット１０６の締め付け具合によって、振動子１０３に傾きが生じる場合があり、傾きが生じると、振動子１０３と電磁石との間の隙間にばらつきが生じやすくなるため、ダイヤフラムポンプの性能が、製品間で安定しにくいという問題がある。

また、電磁振動型ポンプの流体漏れの問題は、振動子１０３と外側および内側のセンタープレート１０７ａ、１０７ｂとの間だけには限られない。たとえば、従来の電磁振動型ダイヤフラムポンプは、図８に示すように、ダイヤフラム１０４の外周端部１０４ａをダイヤフラム台１０８とポンプケーシング１０９の圧縮室（図示省略）を構成する隔壁１０９ａとで挟持すると共に、ダイヤフラム１０４の外周端部１０４ａとポンプケーシング１０９の圧縮室（図示省略）の隔壁１０９ａとは、ただ当て付けだけで組み立てられていた。そのため、ポンプの圧縮室（図示省略）に吸入された流体は、ダイヤフラム１０４のフランジ１０４ａとポンプケーシング１０９の隔壁１０９ａとの間の隙間を矢印ｂ１〜ｂ３に示す順序を経てポンプケーシング１０９の外部へ漏れ出し、これによって、圧縮室内に吸入される流体量よりも圧縮室から吐出する流体量が少なくなって、ポンプ性能を低下させるという問題もあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、振動子と電磁石との間の隙間を製品間で一定に保って、ポンプの性能を製品間で安定させながら空気などの流体が振動子側へ漏れ出すのを防止して、ポンプ効率を向上させると共に、液体や水素などの危険なガスを吸引、吐出する際にも不都合が生じない電磁振動型ダイヤフラムポンプを提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、ポンプケーシングとダイヤフラムとの当接面からの空気などの漏洩を防止してポンプ効率を向上させることにある。

本発明の電磁振動型ダイヤフラムポンプは、平板状の非磁性体からなる支持部材の少なくとも一面側に２個の磁石が設けられ、前記支持部材の中心軸両端側に取付けネジ部が固定される振動子と、前記支持部材の両端の取付けネジ部に固定される円盤状のダイヤフラムと、前記磁石と対向して設けられる電磁石と、前記両端部に設けられるダイヤフラムのそれぞれの外周に固着され、前記ダイヤフラムのそれぞれの外側を覆うポンプケーシングとを有し、前記ダイヤフラムの前記磁石側に設けられる内側センタープレートと、前記ダイヤフラムの前記磁石側と反対側に設けられる外側センタープレートとにより前記ダイヤフラムを挟持し、かつ、該内側および外側のセンタープレートの中心部に設けられた貫通孔に、前記振動子の端部が挿入されて固定されると共に、前記内側センタープレートの前記振動子側の中心部に円筒状の突出部が形成され、前記振動子の前記支持部材の端部に前記突出部と嵌合し得る凹溝が形成され、該突出部と該凹溝とが、リング状弾性部材を介して気密封止される構造になっている。

前記内側センタープレートの前記振動子側の面に、前記振動子を構成する前記支持部材の両端部の側面を保持する突起部が形成され、前記支持部材の位置決めをする構造に形成されるのが好ましい。ここに側面とは、平板状の支持部材の厚さ方向の側面の他、平板状の支持部材の平面状部分の端部側も含む意味である。

前記ポンプケーシングが、前記ダイヤフラムと接する圧縮室と、該圧縮室と吐出弁を介して接続される吐出室と、前記圧縮室と吸入弁を介して接続される吸入室とを有し、前記圧縮室の隔壁における前記ダイヤフラムとの接合面に前記ダイヤフラムに食い込むリブが形成されていることが好ましい。

本発明の電磁振動型ダイヤフラムポンプには、内側センタープレートの振動子側の中心部に円筒状の突出部が設けられ、振動子の支持部材の端部に突出部と嵌合し得る凹溝を形成する構造であり、振動子の支持部材の凹溝が形成され、該突出部と該凹溝とを、リング状弾性部材を介して気密封止している。そのため、振動子の支持部材の両端における取付けネジ部が固定された部位の外周に予め溝を形成しておいて、その溝内にＯリングなどを挿入しておいて内側センタープレートの貫通孔内に圧入するだけで、組み立てることができ、しかも気密にシールすることができる。しかもこのシールは、振動子の支持部材に形成された凹溝と、その凹溝に嵌合するリング状弾性部材と、円筒状の突出部との径方向での密着性によるシールであるため、その弾力性の強度にかかわらず、振動子と電磁石との間の隙間など、部品間の寸法に影響を与えることがないため、ポンプの性能を製品間で安定させることができる。また、組立段階などにおいて、予期せぬ外力が振動子に加わった場合でも、そのような大きな外力に対しては吸収能力があるため、ダイヤフラムを破損させることがないという効果もある。このようなリング状弾性部材が設けられることにより、圧縮室から吐出する流体量が圧縮室に吸入する流体量よりも少なくなることがなくなり、その結果、ポンプ性能が低下するのを防止できる。また、流体が液体である場合、流体が振動子側に浸入して電磁石の巻線などがショートすることによるポンプの故障を未然に防止することができる。

さらに、内側センタープレートの前記振動子側の面に、支持部材の両端部の側面を保持する突起部が形成されることにより、振動子が内側センタープレートに対して回転するのを防止して、支持部材の位置決めを容易に行うことができ、ポンプを安定して作動させることができる。また、内側センタープレートの突起部は、振動子の取付けネジ部をセンタープレートに形成した貫通孔に挿通する際の案内となるので、振動子の支持部材と内側センタープレートとの組み付け作業が容易になる。

さらに、ポンプケーシングの圧縮室の隔壁におけるダイヤフラムとの接合面に、ダイヤフラムに食い込むリブを形成することにより、圧縮室に吸入した流体が、ダイヤフラムとポンプケーシングとの接合部に生じる隙間から漏れ出して、圧縮室に吸入する流体量よりも圧縮室から吐出する流体量が少なくなるような事態が生じることがなくなる。その結果、ポンプ性能が低下するのを防止することができる。

本発明の電磁振動型ダイヤフラムポンプの一実施形態の断面説明図である。 図１に示す電磁振動型ダイヤフラムポンプの電磁石と振動子の部分の模式説明図である。 図１におけるダイヤフラムと振動子との取付け部分を示す断面説明図である。 振動子の内側センタープレート側端部の側面図である。 内側センタープレートを振動子側から見た正面図である。 図１のＡ部拡大図である。 振動子とダイヤフラムの取付け部分の従来例を示す断面説明図である。 従来のダイヤフラムと圧縮室の隔壁との接合部の従来例を示す断面説明図である。

以下に本発明の実施の形態について、図１〜６を参照して説明する。

図１に本発明の第１の実施形態に係る電磁振動型ダイヤフラムポンプの断面説明図を示し、図２に図１に示す電磁振動型ダイヤフラムポンプの電磁石と振動子の部分の模式説明図を示す。図１に示すように、この電磁振動型ダイヤフラムポンプ１（以下、ポンプと略する）は、平板状の非磁性体からなる支持部材２ａに２個の磁石（永久磁石）２ｂ１、２ｂ２が設けられ、支持部材２ａの中心軸両端側に取付けネジ部２ｃが固定された振動子２と、振動子２の支持部材２ａの両端の取付けネジ部２ｃに固定される円盤状のダイヤフラム３と、磁石２ｂ１、２ｂ２と対向して設けられる電磁石４ａ、４ｂと、ダイヤフラム３のそれぞれの外周に固着され、ダイヤフラム３のそれぞれの外側を覆うポンプケーシング５とを有している。

振動子２の支持部材２ａとダイヤフラム３は、ダイヤフラム３の磁石２ｂ１、２ｂ２側に設けられる内側センタープレート６ｂと、ダイヤフラム３の磁石２ｂ１、２ｂ２側と反対側に設けられる外側センタープレート６ａとによりダイヤフラム３を挟持し、かつ、外側および内側のセンタープレート６ａ、６ｂの中心部に設けられた貫通孔６ｃに、振動子２に固定される取付けネジ部２ｃを挿入し、ワッシャ８を介して外からナット９で締め付けることにより固定されている。

図３に示されるように、内側センタープレート６ｂの振動子２側の中心部に円筒状の突出部６ｂ１が形成され、振動子２の支持部材２ａの端部に内側センタープレート６ｂの突出部６ｂ１と嵌合し得る凹溝２ｄが形成され、内側センタープレート６ｂの突出部６ｂ１と振動子２の支持部材２ａの凹溝２ｄとが、リング状弾性部材としてのＯリング７を介して気密封止されている。

電磁石４ａ、４ｂは、図２に示されるように、Ｅ型の電磁石コア４ａ１、４ｂ１と、電磁石コア４ａ１、４ｂ１に巻回された電磁コイル４ａ２、４ｂ２とで構成されている。振動子２の支持部材２ａには、図１および図２に示すように、２つの磁石２ｂ１、２ｂ２が取り付けられ、この磁石２ｂ１、２ｂ２は、支持部材２ａの幅方向に伸びている。

この磁石２ｂ１、２ｂ２は、平板状のフェライト磁石または稀土類磁石などを用いることができ、それぞれ着磁されて、磁石２ｂ１は、たとえば、電磁石４ａ側の面がＮ極、電磁石４ｂ側の面がＳ極となり、磁石２ｂ２は、電磁石４ａ側の面がＳ極、電磁石４ｂ側の面がＮ極となっている。電磁石４ａ、４ｂに交流電流を流すと、電磁石４ａ、４ｂのうち一方は、中央部がＮ極、その両側がＳ極となり、他方は、中央部がＳ極、その両側がＮ極となり、これらのＮ極とＳ極の変換が繰り返し行なわれ、振動子２の支持部材２ａに設けられた磁石２ｂ１、２ｂ２との磁気的作用により、磁石２ｂ１、２ｂ２との間で吸引、反発力が生じて、振動子２が軸方向に往復運動する。これによりダイヤフラム３を振動して、ポンプ１が流体を吸入あるいは吐出する。

ダイヤフラム４は、ポリエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）やフッ素ゴムなどで成形できる。センタープレート６ａ、６ｂは、金属またはプラスチックなどで形成することができる。このダイヤフラム４は、その中心部が外側センタープレート６ａと内側センタープレート６ｂにより挟持されているため、貫通孔６ｃは、外側センタープレート６ａからダイヤフラム３を介して内側センタープレート６ｂまで連通している。

図１に示されるように、ポンプケーシング５は、隔壁によりダイヤフラム３側の圧縮室５Ａと、吸入室５Ｂと、吐出室５Ｃとに分割され、圧縮室５Ａと吸入室５Ｂとの間には吸入弁５ａが設けられ、圧縮室５Ａの容積が大きくなって圧力が下がると吸入弁５ａが開いて吸入室５Ｂから流体が流れ込み、圧縮室５Ａの容積が小さくなって圧力が低くなると、吸入弁５ａが閉になるように構成されている。一方、圧縮室５Ａと吐出室５Ｃとの間には、吐出弁５ｂが設けられ、圧縮室５Ａの容積が小さくなり、圧力が高くなると、この吐出弁５ｂが開になり、圧縮室５Ａの空気などの流体は、吐出室５Ｃに吐出されるようになっている。

つぎに、ダイヤフラム３の中心部に挟着された外側および内側のセンタープレート６ａ、６ｂと振動子２との固定方法について、図３を参照して説明する。まず、内側センタープレート６ｂの振動子２側の中心部に円筒状の突出部６ｂ１を形成しておく。一方、振動子２の支持部材２ａの両端側には、取付けネジ部２ｃの周囲に、前述の突出部６ｂ１が嵌め込まれるような環状の凹溝２ｄを形成しておく。

また、この凹溝２ｄにより、支持部材２ａの端部の中央部には、円柱部２ｅが形成され、その円柱部２ｅの外周にリング状弾性部材７を挿入しうるリング溝２ｅ１が形成されている。このリング溝２ｅ１にリング状弾性部材としてのＯリング７を取り付けて、取付けネジ部２ｃをセンタープレート６ａ、６ｂとダイヤフラム４を連通する貫通孔６ｃに圧入して嵌め込む。その後、ポンプケーシング５側（図面右側）に突出した取付けネジ部２ｃの先端を、ワッシャ８を介してナット９により締めることにより、振動子２の支持部材２ａとダイヤフラム３とを固定することができる。

なお、Ｏリング７は、円柱部２ｅよりも大径に形成されているため、内側センタープレート６ｂの突出部６ｂ１の内壁面６ｂ２にも強く圧接されている。

このような構造にすることにより、ポンプケーシング５側からダイヤフラム３と外側および内側のセンタープレート６ａ、６ｂに形成した貫通孔６ｃと取付けネジ部２ｃとの間の隙間から、圧縮室５Ａ内に吸引した流体（液体や気体）が、振動子２が配置された電磁石ケーシング１０内に浸入しようとしても、この浸入をＯリング７により防止することができる。そのため、圧縮室５Ａから吐出する流体量が圧縮室５Ａに吸入する流体量よりも少なくなることがなくなり、その結果、ポンプ１の性能が低下するのを防止できる。また、流体が液体である場合、流体が振動子２側に浸入してショートすることによるポンプ１の故障を未然に防止することができる。さらに、Ｏリング７は、振動子２の軸方向と直角の径方向のみの圧力であるため、取付けネジ部２ｃのネジ止め部分での締め付け具合の影響を受けることがなく、振動子２の偏心など、各部材間の寸法のくるいなどが生じることもない。そのため、ポンプ１の性能を製品間で安定させることができる。そして、振動子２の支持部材２ａの円柱部２ｅの外周に予めリング溝２ｅ１を形成しておいて、そのリング溝２ｅ１にＯリング７を挿入し、内側センタープレート６ｂの貫通孔６ｃに圧入するだけで、振動子２とダイヤフラム３を組み立てることができるので、振動子２とダイヤフラム３を組み立てる際の作業効率を低下させることがない。また、Ｏリング７は、振動子２とダイヤフラム３との組立段階などにおいて、予期せぬ外力が振動子２に加わった場合でも、そのような大きな外力に対しては吸収能力があるため、ダイヤフラム３を破損させることがない。

なお、本実施形態では、図５に示すように、内側センタープレート６ｂにおける円筒部６ｂ１の外側に、円筒部６ｂ１を挟むようにして二つのコ字状の突起部６ｂ３、６ｂ４が形成され、この突起部６ｂ３、６ｂ４は、振動子２の支持部材２ａの両端部における、円柱部２ｅを除く側面を保持する構造になっている。ここで、「側面」とは、図４に示すように、振動子２の厚さ方向の面２ａ１と、平面状部分の端部側の面２ａ２を含む。これにより、振動子２が内側センタープレート６ｂに対して回転しようとしても、振動子２の支持部材２ａの側面２ａ２が内側センタープレート６ｂの突起部６ｂ３、６ｂ４に当たるため、振動子２の回転を防止できる。これにより、ポンプ１を安定して作動させることができる。また、突起部６ｂ３、６ｂ４が、振動子２の取付けネジ部２ｃをダイヤフラム３とセンタープレート６ａ、６ｂを連通する貫通孔６ｃに挿通する際の案内となり、この挿通作業を容易にする。

ダイヤフラム３は、図１およびこの図１のＡ部の拡大図である図６に示すように、外周端部がフランジ３ａをなし、このフランジ３ａがダイヤフラム台１１とポンプケーシング５の圧縮室５Ａの隔壁５Ａ１とで挟持され、固定されている。

本実施形態では、図６に示すように、圧縮室５Ａの隔壁５Ａ１におけるダイヤフラム３のフランジ３ａとの当接面５Ａ２に環状リブ５Ａ３を一体成形により設け、この環状リブ５Ａ３をダイヤフラム３のフランジ３ａにおけるポンプケーシング５の隔壁５Ａとの当接面３ａ１に食い込ませている。そのため、ポンプケーシング５の圧縮室５Ａの隔壁５Ａ１とダイヤフラム３のフランジ３ａとのシール性を向上させることができる。その結果、圧縮室５Ａに吸入する流体量が圧縮室５Ａから吐出する流体量よりも少なくなるのを防止して、ポンプ１の性能が低下するのを防止することができる。

また、本実施形態のようにポンプケーシング５の隔壁５Ａに環状リブ５Ａ３を設ける場合、環状リブ５Ａ３は、ポンプ１の作動時におけるダイヤフラム３の変形の影響を受けることがないため、リブとしてのシール性が安定し、ひいては、ポンプ１の作動状態を安定させることができる。

１ 電磁振動型ダイヤフラムポンプ
２ 振動子
２ａ 支持部材
２ａ１、２ａ２ 側面
２ｂ１、２ｂ２ 磁石
２ｃ 取付けネジ部
２ｄ 凹溝
２ｅ 円柱部
２ｅ１ リング溝
３ ダイヤフラム
３ａ フランジ
３ａ１ 当接面
４ａ、４ｂ 電磁石
４ａ１、４ｂ１ 電磁石コア
４ａ２、４ｂ２ 電磁コイル
５ ポンプケーシング
５Ａ 圧縮室
５Ａ１ 隔壁
５Ａ２ 当接面
５Ａ３ 環状リブ
５Ｂ 吸入室
５Ｃ 吐出室
５ａ 吸入弁
５ｂ 吐出弁
６ａ 外側センタープレート
６ｂ 内側センタープレート
６ｂ１ 突出部
６ｂ２ 内壁面
６ｂ３、６ｂ４ 突起部
６ｃ 貫通孔
７ Ｏリング
１０ 電磁石ケーシング
１１ ダイヤフラム台

Claims (3)

1. 平板状の非磁性体からなる支持部材の少なくとも一面側に２個の磁石が設けられ、前記支持部材の中心軸両端側に取付けネジ部が固定される振動子と、前記支持部材の両端の取付けネジ部に固定される円盤状のダイヤフラムと、前記磁石と対向して設けられる電磁石と、前記両端部に設けられるダイヤフラムのそれぞれの外周に固着され、前記ダイヤフラムのそれぞれの外側を覆うポンプケーシングとを有し、
   前記ダイヤフラムの前記磁石側に設けられる内側センタープレートと、前記ダイヤフラムの前記磁石側と反対側に設けられる外側センタープレートとにより前記ダイヤフラムを挟持し、かつ、該内側および外側のセンタープレートの中心部に設けられた貫通孔に、前記振動子の端部が挿入されて固定されると共に、前記内側センタープレートの前記振動子側の中心部に円筒状の突出部が形成され、前記振動子の前記支持部材の端部に前記突出部と嵌合し得る凹溝が形成され、該突出部と該凹溝とが、リング状弾性部材を介して気密封止されてなる電磁振動型ダイヤフラムポンプ。
2. 前記内側センタープレートの前記振動子側の面に、前記振動子を構成する前記支持部材の両端部の側面を保持する突起部が形成され、前記支持部材の位置決めをする請求項１記載の電磁振動型ダイヤフラムポンプ。
3. 前記ポンプケーシングが、前記ダイヤフラムと接する圧縮室と、該圧縮室と吐出弁を介して接続される吐出室と、前記圧縮室と吸入弁を介して接続される吸入室とを有し、前記圧縮室の隔壁における前記ダイヤフラムとの接合面に前記ダイヤフラムに食い込むリブが形成されてなる請求項１または２記載の電磁振動型ダイヤフラムポンプ。

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