JP3158011U - 電磁振動型ポンプおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】接合部を含まない電磁鋼板を複数枚積層してC字状に形成した電磁コアにコイルを容易に挿着することができ、形成された電磁石の性能を低下させることなく、電磁コアでコイルを安定して保持することのできる電磁振動型ポンプを提供する。【解決手段】本電磁振動型ポンプは、互いに対向して配置される一対のポンプケーシング1と、一対のポンプケーシング1の互いに対向する面に穿設され、互いに対向する開口部に設けられたダイヤフラム2に両端が連結部材3を介してそれぞれ連結された振動子4と、図示しない交流電源に接続され、交流電源からの通電に伴って、極性を変化させることで、振動子4に周期的に方向の異なる磁気作用を付与するように構成される電磁石5とから構成することを特徴とする。【選択図】図1

Description

本考案は電磁振動型ポンプに関する。さらに詳しくは、主として室内用エアマットやエアベッドへのエアの吸排、養魚用水槽や家庭浄化槽などにおける酸素補給、または公害監視における検査ガスのサンプリングなどに利用される電磁振動型ポンプおよびその製造方法に関する。なお、本明細書において「C字状の電磁コア」とは、空隙部を有して互いに対向して配置された一対の突出部を有し、かかる一対の突出部が連続する磁路で連通されてなる形状を含む概念である。
従来、電磁石と永久磁石との磁気的相互作用に基づき、流体を吸入して圧縮し、高圧化してから吐出する電磁式ポンプとして、図8に示されるような電磁式ポンプが知られている(たとえば特許文献1)。
この電磁式ポンプは、図8に示すように、ケーシング100内に互いに対向する一対のポンプ機構部110を収容する。かかる一対のポンプ機構部110の間には、板状の電磁石ケース板111によって電磁石ケースが形成されている。この電磁石ケースによって区画される領域内には、空隙部を介して互いに対向する面を有する電磁コア122、132と、この一対の電磁コア122、132の対向する面の間に振動子140が配置されている。一対の電磁コア122、132には、それぞれ電磁コイル123、133が嵌め込まれ、一対の電磁石部120、130が形成されている。電磁石部120、130を構成する電磁コア122、132は、電磁石ケース板111の挟持片111aによって電磁コア122、132の幅方向から挟持された状態で、取付けボルト125によって当該電磁石ケース板111に取付け固定されている。また、各電磁石ケース板111の外側面には、ダイヤフラム機構部150を介して弁ケース体112が配置されている。
図9は図8中の電磁石部120、130のB−B断面図であり、図8に示されるように、電磁コイル123、133は、振動子140の側面を挟みこむように、所定の隙間をもって互いに対向して配置される。一方、電磁コア122、132は、互いに分離可能であるとともに、接合時にはこれら2つの電磁コアが下方側の端部において互いに当接することによって接合部を含んで一体状に構成される。これら2つの電磁コア122、132によって一体状に構成される電磁コアは、空隙部を介して互いに対向するように配置された一対の突出部を含むように構成され、突出部の間に振動子140を介在させる構成であるとともに、電磁コア全体としての側面視が「C字状」を形成する。すなわち、一対の突出部122a、122bが、突出部122aから、延在部122b、122c、132c、132bおよび突出部122bの順に連続し、「C字状の電磁コア」を形成している。
特開2005−351151号公報
従来より、一体状の電磁コアに接合面が形成されると、磁気抵抗が大となるので、電磁コアの磁気特性が低下してしまうことが知られている。そこで、かかる磁気特性の低下を抑制するために、突出部を互いに近接させて磁気特性を向上させることが考えられるが、その場合、空隙部よりもコイルの巻幅が大きくなってしまうので、コイルを電磁コアに挿入するためには、電磁コアを分離させなければならない。また、コイルの性能が劣化した場合に新しいコイルに取り替えるためには、一度電磁コアの接合状態を解除する必要があり、非常に手間がかかるという問題があった。
さらに、従来では、磁気特性の低下を抑制するために空隙部を小さくするので、一体状に形成された状態での電磁コアにコイルを挿入することは想定されていなかった。コイルの巻幅を充分小さくすることで、電磁コアにコイルを挿入させることはできるが、コイルの巻幅が小さいと、コイルが電磁コアの突出部に安定して保持されないという問題もあった。
本考案は、叙上の事情に鑑み、接合部のない電磁鋼板が複数枚互いに積層されることによってC字状に形成された電磁コアにコイルを容易に挿入でき、かつ安定して保持することができる電磁振動型ポンプおよびその製造方法を提供することを目的とする。
本考案の電磁振動型ポンプは、互いに対向して配置される一対のポンプケーシングと、該一対のポンプケーシングの互いに対向する面に穿設され、互いに対向する開口部に設けられたダイヤフラムに両端がそれぞれ連結され、かつ当該両端間に永久磁石が設けられた振動子および空隙部を介して互いに対向して配置された一対の突出部を含む全体の形状がC字状を呈し、接合部のない電磁鋼板が複数枚互いに積層されることによって構成された電磁コアを有し、前記一対の突出部のうち少なくとも一方に絶縁電線が巻回されたことにより電磁石が構成され、前記一対の突出部の間の空隙部に、前記振動子が配置された電磁振動型ポンプであって、前記絶縁電線がエンジニアリング樹脂からなるボビンに巻回され、当該ボビンが支持部と、該支持部によって互いにほぼ平行に離間支持された一対の板状部からなり、当該一対の板状部および支持部を連通する連通孔が設けられ、当該連通孔に前記電磁コアの前記一対の突出部を挿入し、前記一対の板状部の前記連通孔から前記板状部の周縁部に向かって厚さが徐々に減少した溝が設けられ、一対の板状部の外表面間寸法が、前記空隙部の離間寸法よりも小さいことを特徴としている。
本考案によれば、全体の形状がC字状を呈し、接合部のない電磁鋼板が複数枚積層されて構成された電磁コアに電磁コイルを容易に取り付けることができ、かつ、電磁コアで電磁コイルを安定して保持することができる。接合部のないC字状の電磁コアは、磁気特性が良好であり、かかる電磁コアを使用して電磁振動型ポンプを形成することで、電磁振動型ポンプの性能を向上させることができる。また、接合部のない電磁コアは、接合部を有する電磁コアと比べて磁気的性能が良い。
本考案の電磁振動型ポンプを示す平面図である。 図1の電磁石の横断面図である。 (a)は本考案の電磁コアの平面図、(b)は本考案のボビンの平面図である。 (a)は本考案の電磁コアに電磁コイルが挿入される状態を示す斜視図、(b)は電磁コアに電磁コイルが挿着された状態を示す断面図である。 本考案の各実施態様におけるボビンの断面図である。 従来の電磁コアを示す平面図である。 従来の電磁石の構成を説明するための図である。 従来の電磁石の構成を説明するための図である。 従来の電磁石の構成を説明するための図である。 従来の電磁式ポンプの主要部分の断面構造を示す断面図である。 図8における電磁石のB−B断面図である。
つぎに、図面を参照しながら本考案の電磁振動型ポンプの一実施態様について説明をする。
本考案の電磁振動型ポンプ10は、図1および図2に示されるように、互いに対向して配置される一対のポンプケーシング1と、一対のポンプケーシング1の互いに対向する面に互いに対向するように穿設された開口部に設けられたダイヤフラム2と、一対のダイヤフラム2に両端が連結部材3を介してそれぞれ連結された振動子4と、図示しない交流電源に接続され、交流電源からの通電に伴って極性を変化させることで、振動子4に周期的に方向の異なる磁気作用を付与するように構成される電磁石5とから構成される。
電磁石5は、電磁コア6の突出部6a、6bに電磁コイル7が巻回されることで構成されている。本実施態様では、突出部6a、6bの両方に電磁コイル7が巻回されているが、本考案はこれに限定されるものではなく、突出部6a、6bのいずれかに電磁コイル7が巻回されていてもよい。電磁コイル7を突出部6a、6bの両方に設けることで、磁気特性が強くなる。また、磁気特性が弱くてもいい場合、片方だけに電磁コイル7を設ける構成とすることで、電磁石5の製造コストを低減させることができる。
また、本実施態様では、一つの突出部あたり一つの電磁コイル7が巻回されているが、これに限定されるものではなく、一つ当たりの厚さを薄く形成した複数の電磁コイルを挿入することもできる。複数の電磁コイルを積層することで、電磁石5を形成しているので、コイルの巻き数を変化させるのに、新たに電磁コイルを作成する必要もなく、電磁石5を構成する際の自由度が高まる。また、電磁コイルが薄くなるので、電磁コア6の対向する突出部6aおよび6bの空隙部を狭くすることもできるので、より磁気特性の高い電磁石を形成することも可能になる。
上述した電磁石5からの磁気作用によって振動子4が、上述した一対のポンプケーシング1間を往復運動可能なように、電磁コイル7が巻回された突出部6a、6bによって形成される空隙部に振動子4が配置されている。電磁石5は、交流電源の電圧の周期的な変化に伴って磁極が変化(N極とS極の変化)し、その磁極の変化に伴って振動子4の両端間に設けられた一対の磁石4aに引力および斥力を交互に発生させる。かかる引力および斥力の発生に伴って振動子4が長手方向に沿って往復運動する。振動子4が往復運動することによって、ダイヤフラム2の形状が変化し、ダイヤフラム2とポンプケーシング1で囲まれた圧縮室1a内の容積が変化する。すなわち、ダイヤフラム2が振動子4によってポンプケーシング1外に引っ張られると、ポンプケーシング1内の容積が増大し、ポンプケーシング1内が負圧になるので、吸気室1bを介して外気が圧縮室1a内に吸気される。これとは反対に、振動子4がポンプケーシング1内に押し込まれると、ダイヤフラム2がポンプケーシング1の内側に突出するように湾曲し、ポンプケーシング1内の容積が減少するので、ポンプケーシング1内の圧力が高まり、吐出室1cからポンプケーシング1外へ圧縮された流体が排気される。なお、本実施態様では振動子4に一対の磁石4aを設けているが、これに限定されるものではなく、1つもしくは複数の磁石を設けることもでき、さらには磁石の代わりに強磁性体を用いることもできる。電磁石5の磁極の変化によって振動子4にかかる力が変化する材料および配置であれば、当業者が適宜設定し得ることは言うまでもない。なお、図示していないが、少なくともポンプケーシング1および電磁コア6はフレームによって保持されている。たとえば電磁コア6は、図3(a)に示すように、取り付け孔6eを介して、取り付けボルト(図示せず)によってフレームに結合されている。
すでに述べたとおり、本考案において電磁コア6の全体の形状がC字状を呈しているとは、図3(a)に電磁コア6の全体図が示されるように、突出部6a、直線部6c1、6c3、6c2および突出部6bの順に連続して電磁コア6が形成されることを意味する。突出部6aと直線部6c1は、略直角に湾曲しており、直線部6c1と6c3、6c3と6c2および直線部6c2と突出部6bも互いに略直角に湾曲している。この湾曲は、突出部6aから始まって全て同一方向に湾曲しているため、突出部6aと6bが互いに対向する面を有する。そして、かかる対向する面によって画定される空隙部6dには、前述したように振動子4が長手方向に直線往復運動できるように配置されている。また、この電磁コア6というものは、接合部を有していない(すなわち、継ぎ目がない)電磁鋼板を複数枚互いに積層されることによって構成される。電磁鋼板としては、たとえばケイ素鋼板が使用されるが、これに限定されるものではなく、電気エネルギーと磁気エネルギーの変換効率が高い鋼である電磁鋼を用いた種々の電磁鋼板を使用することができる。また、本考案の接合部を含まない電磁コア6と従来の接合部を含むコアを比較すると、本考案の電磁コア6の方が良好な磁気特性が得られることが知られている。
C字状に形成された電磁コア6の突出部6a、6bの間は、接合部のない本体部6cによって連続して形成されているため、磁気特性が低下せず、従来の接合部を有する電磁コアを使用している電磁振動型ポンプと比べて電磁振動型ポンプ10の高効率化を実現することができる。これに対して、図7に示す従来の電磁コア200では、電磁コア122、132のあいだに接合部Sが形成されるため、接合部Sに高い抵抗成分が発生し、磁束が通りにくくなるので、磁気特性が低下する。このように、接合部Sが形成されることで磁気特性が低下するので、接合面Sを有する従来技術の電磁コアの特性を本願考案の電磁コア6の特性に近づけようとする場合、突出部6a、6bの間の距離を狭めたり(図6(c)参照)、電磁コア自体の材質を変えたりする必要が出てくる。
図3(b)に、本実施形態のボビン71の平面図を示す。図3(b)に示されるように、ボビン71には、電磁コア6の突出部6aが挿入可能なように形成された連通孔73が設けられている。また、ボビン71を空隙部6dに挿入するために、ボビン71の連通孔73から周縁部に向けて溝74が形成されている。溝74は、突出部6aの溝74に対する位置決めを容易にするために、周縁部において突出部6a、6bの幅よりも大きくなるよう形成されることがより好ましい。以下、図4(b)に示すように、溝74が形成されている箇所では、ボビン71の幅d1は電磁コア6の空隙部6dの幅D1よりも小さくなるように形成されている。また、連通孔73に対する電磁コア6の突出部6aが挿入可能なように、電磁コア6の上下左右方向の位置決めをするための1または複数の突起部75a、75bが連通孔73の上辺および側辺に設けられている。さらには、連通孔73の内壁に、電磁コア6の突出部6aが連通孔73より抜け落ちることを防止するための凸部76が形成されている。
本願の電磁振動型ポンプ10は、ポンプケーシング1と弾性変形可能な材料によって形成されているダイヤフラム2によって画定された圧縮室1a内部の空気を圧縮して所望の圧力に圧縮した空気を吐出口から吐き出すポンプ機能を有する。圧縮室1aには、空気路を介して吸気室1b、吐出室1cが連結され、連結部材3を介してダイヤフラム2に連結された振動子4により、吸気室1bから吸入された空気が圧縮され、圧縮室1aで圧縮された空気が吐出室1cから吐き出される。圧縮室1a、吸気室1bおよび吐出室1cのあいだには、それぞれ仕切り壁が設けられ、個別に区分けされている。
なお、上述したとおり、本実施態様では振動子4の内部には、極性の異なる2つの永久磁石4aが互いに離間して配設されている。電磁石5の極性変化に伴い、振動子4が図1中の矢印X、Yに沿って往復運動する構成になっている。
電磁石5は、電磁コア6に巻回された電磁コイル7に電流を流すことで磁極を帯びるものである。また、電磁コイル7には交流電源(図示せず)が接続され、交流電源の周波数に合わせて周期的に磁極の変化が生じるようになっている。
ここで、上述したように振動子4が長手方向に沿って往復運動することにより、連結部材3を介してダイヤフラム2が湾曲変形する。すなわち、振動子4がポンプケーシング1内に押し込まれるように変形すると、ダイヤフラム2がポンプケーシング1内に突出するように変形し、ポンプケーシング1とダイヤフラム2とで画定される圧縮室1aの容積は減少し、圧縮室1a内の圧力は高くなる。振動子4がポンプケーシング1から引っ張り出されるように動く場合、圧縮室1aの容積は増加し、圧縮室1a内の圧力は低下する。ここで、圧縮室1a内の圧力が低くなると、圧縮室1a内が負圧になるので、たとえば、吸気弁9が圧縮室1a側に引き寄せられ、圧縮室1aと排気室1bが連通する。したがって、外部から圧縮室1a内に空気が吸気される。また、圧縮室1a内の圧力が高くなった場合、たとえば、吐出室1cと圧縮室1a間の吐出弁8が押圧されることで圧縮室1aと吐出室1cが連通し、吐出室1cから高圧の空気がポンプケーシング1外に吐出される。このとき、上述したように、電磁コア6が接合部のない電磁鋼板を積層してC字状に形成されることにより、接合面による磁気特性の低下が生じず、電磁コイル7に流す電流をより効率よく振動子4の往復振動に変換することが可能になるので、電磁振動型ポンプ10の動作効率が上昇する。
次に、本願考案の電磁石5と、従来の分離型の電磁コアを使用した電磁石の構成の違いについて説明する。
図4(a)は、本考案の電磁石5において、電磁コア6の空隙部6dから電磁コイル7を挿入する際の動作を示す図である。図4に示すように、電磁石5は、接合部を含まないC字状電磁鋼板を積層することでC字状に形成された電磁コア6と、電磁コア6の突出部6aに挿入可能に形成された電磁コイル7とからなる。本実施態様において、電磁石5は、ボビン71に絶縁電線72を巻きつけることによって構成される。ボビン71は、好ましくは「デルリン」や「デュラコン」(デュポン社の登録商標)などに代表されるポリアセタールなどのエンジニアリング樹脂が使用される。ボビン71は、上述したように、連通孔73、溝74、突起部75a、75b、凸部76とから構成されている。以下、本願考案の他の実施態様にかかるボビンを図5(a)〜(c)を用いて説明する。
図5(a)は、図3(a)のA−A断面図を示す図であり、図5(b)および(c)は他の実施態様にかかるボビン71a、71bを示す図である。図4に示すボビン71は、突出部6aへの連通孔73を挿入する側に溝74を設けた例である。逆に、図5(b)に示すように挿入する側と反対側に溝を設けてもよく、図5(c)のように両側に溝74を形成してもよい。また、溝74は均一に薄く形成されていてもよく、周縁部に向かうにつれて徐々に薄くなるようにテーパー状に形成されてもよい。溝74をテーパー状に形成することで、徐々にボビン71を空隙部6dに挿入することができるので、挿入時にボビン71や電磁コア6にかかる負荷を軽減することができる。
また、図4に示すように溝74における電磁コイル7の幅を空隙部6dの幅よりも小さくすることで、電磁コア6に電磁コイル7を挿入可能にしているが、ボビン71の表面全体を削ることでもかかる目的を達成できる。また、溝74の周囲に土手を形成することで突出部6a、6bが連通孔73に挿入されるためのガイドとして利用することができ、より簡便に電磁石を組み立てることができる。
また、本願考案のボビン71は、溝74の周囲に土手を設ける代わりに、電磁コア6の空隙部6dに挿入するボビン71の厚さをボビン71の下部全面に亘って徐々に減少させてもよい。このような構成にすることで、全体的に空隙部6dよりも小さい幅を有するボビン71が形成できるので、よりスムーズに空隙部6dにボビン71を挿入できる。なお、溝の周囲の幅は、空隙部6dの幅とはほぼ関係がなく変更可能なので、絶縁電線72の巻き数を自由に変化させることができ、種々の特性の電磁コイル7を使用することができる。したがって、少品種多量生産にも適応することが可能であり、経済産業の大原則に則った生産活動が可能となる。
また、溝74を介して空隙部6dを電磁コイル7が通過した後、連通孔73の上辺および側辺に設けられた突起部75a、75bにより、連通孔73に電磁コア6の突出部6aを連通させるための上下左右方向の位置決めが行なわれる。この上下左右方向の突起部75a、75bにより、連通孔73と電磁コア6の突出部6aの連通動作がスムーズに行われる。連通孔73の内壁には凸部76が設けられており、電磁コア6の突出部6aが連通孔73へ連通されると凸部76により突出部6aが連通孔73の内壁に圧接され、電磁コイル7の抜け落ちが防止できる。
これに対して、従来の電磁コア200は、図6に示すように2つの電磁コア122、132から構成される。
また、電磁コア200を用いた電磁石は、図7aに示すように電磁コイル202を一方もしくは両方の電磁コア122の突出部に連通してから、2つの電磁コア122、132を接合することで形成される。したがって、電磁コイル202と一方の電磁コア122は、連通孔と突出部で位置決めするしかなく、溝を設けてもスムーズに挿入することはできない。
電磁コア122に電磁コイル202を連通すると、接合部Sに接着剤を塗布するなどして電磁コア122、132が接合され、電磁コア200が構成される(図7b参照)。なお、溶接や、ネジなどの機械的な接合手段を用いることもできる。
また、上述したように、接合部Sを有する電磁コア200は磁気特性が低下するので、磁気特性を補うために突出部200a、200bによって画定される空隙D2が狭められる。図7cに示すように、空隙D2が、コイル幅d2よりも小さくなると、電磁コア200を構成した後に電磁コイル202を空隙部に挿入することはできない。
空隙D2がコイル幅d2よりも大きい場合でも、電磁コア122、132を分離した状態で電磁コイル202を挿入し、電磁コア122、132を接合部Sを介して接合することにより電磁コア200を構成することの方が、電磁コア200を構成した後で電磁コイル202を挿入させるよりも容易であるので、従来では、C字状に形成された電磁コア200の空隙部を介して電磁コイルを挿入させるという発想にはいたらなかった。
これに対して、本考案では、接合部を含まない電磁鋼板を積層することでC字状に形成した電磁コア6を使用することを前提としているので、C字状に形成された電磁コア6の空隙部6dを介して電磁コイル7を挿入するために、電磁コイル7を形成するボビン71に種々の改良を加えるにいたった。
本考案では、接合部を含まない電磁鋼板を積層することでC字状に形成した電磁コアを用いた場合でも、性能を低下させることなく電磁振動型ポンプを構成することができた。
本実施態様では、C字状に一体的に形成された電磁コアを用いているが、これに限定されるものではなく、コ字状にするなど、互いに対向する突出部の間に電流の流路を形成する形状であれば、当業者が適宜変更を加えることができることは言うまでもない。
1 ポンプケーシング
2 ダイヤフラム
3 連結部材
4 振動子
5 電磁石
6 電磁コア
7 電磁コイル
10 電磁振動型ポンプ

Claims (3)

  1. 互いに対向して配置される一対のポンプケーシングと、該一対のポンプケーシングに、互いに対向するように穿設された開口部に設けられた一対のダイヤフラムと、該一対のダイヤフラムに両端がそれぞれ連結され、かつ当該両端間に磁石が設けられた振動子と、空隙部を介して互いに対向して配置された一対の突出部を含み、全体の形状が接合部のないC字状を呈する電磁鋼板が複数枚互いに積層されることによって構成された電磁コアを有し、前記一対の突出部のうち少なくとも一方に絶縁電線が巻回されたことにより電磁石が構成され、前記一対の突出部の間の空隙部に、前記振動子が配置された電磁振動型ポンプであって、
    絶縁電線がエンジニアリング樹脂からなるボビンに巻回され、該ボビンが支持部と、該支持部によって互いにほぼ平行に離間支持された一対の板状部からなり、当該一対の板状部および支持部を連通する連通孔が設けられ、当該連通孔に前記電磁コアの前記一対の突出部を挿入し、前記一対の板状部の前記連通孔から前記板状部の周縁部に向かって溝が設けられ、一対の板状部の外表面間寸法が、前記空隙部の離間寸法よりも小さいことを特徴とする電磁振動型ポンプ。
  2. 前記溝が、前記一対の板状部の前記連通孔から前記板状部の周縁部に向かって厚さが徐々に減少することを特徴とする請求項1記載のポンプ。
  3. 前記連通孔の上下左右の外側面に、前記電磁コアの突出部と当接する複数の突起が形成されてなることを特徴とする請求項1または2記載のポンプ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017190706A (ja) * 2016-04-13 2017-10-19 大晃機械工業株式会社 電磁駆動式ダイアフラムポンプ

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