JP3390094B2 - 振動型ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動型ダイヤフラムポン
プに関する。さらに詳しくは、部品点数を少なくするこ
とができ、振動子の外周面と電磁コイルの内周面とのあ
いだの寸法（空隙寸法）を正確に維持し、力率を向上さ
せることができ、かつ電極部の寸法を縮小することがで
きる振動型ダイヤフラムポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電磁石と永久磁石の磁気的相
互作用に基づいて、永久磁石を備えダイヤフラムに連結
された振動子が振動するのを利用した振動型ダイヤフラ
ムポンプが種々提案されている。このようなポンプはポ
ンプ室の一方の壁をダイヤフラムによって形成させてお
り、ダイヤフラムの振動によってポンプ室を圧縮、膨脹
させ、ポンプ室に流体を吸引、吐出するものである。図
１１は、このような振動型ダイヤフラムポンプ（以下、
単にポンプという）の一例を示すものである。

【０００３】このポンプは、振動子１００、電磁コイル
１１０、ダイヤフラム１２０およびポンプ部１２１から
なり、各要素は以下のように構成されている。

【０００４】振動子１００は、永久磁石１０１、該永久
磁石１０１の両極にあって励磁される磁極片（ポールピ
ース）１０２、およびこれらを支持する軸１０３からな
る。軸１０３の両端はダイヤフラム１２０に連結されて
おり、当該ダイヤフラム１２０によって支持される。振
動子１００は電磁コイル１１０の磁極の変化に応じて軸
方向に振動する。

【０００５】電磁コイル１１０は、ボビン１１１、該ボ
ビン１１１に巻回される導線１１２、およびこれらを内
包する鉄心１１３からなる。電磁コイル１１０は、振動
子１００のポールピース１０２がその内側に来るように
配設される。また、図３に示されるタイプのダイヤフラ
ムポンプでは、永久磁石１０１が１つでポールピースが
２つであるので、それに対応して電磁コイル１１０が２
つ設けられている。そのばあい、隣合う電磁コイル１１
０において、導線１１２を流れる電流が互いに逆方に流
れるように配線され、これによって鉄心１１３の端部に
出現する磁極は反発しあう。なお、電磁コイル１１０は
円筒状のケーシング１３１内に固定されている。

【０００６】ダイヤフラム１２０はＥＰＤＭ（エチレン
プロピレンゴム）などのエラストマーなどで作製されて
おり、弾性を有している。

【０００７】ポンプ部１２１は、ダイヤフラム１２０の
外周部を把持するための第一ダイヤフラム台１２２と第
二ダイヤフラム台１２３（図面左方向のみ図示されてい
るが、図面右方向にも左右対称に装着されている）から
構成され、第二ダイヤフラム台１２３はダイヤフラム１
２０の振動によって圧縮、膨脹するポンプ室１２４と、
吸引室１２５および吐出室（図示せず）を形成する。吸
引室１２５とポンプ室１２４のあいだには吸引弁１２６
が設けられ、吐出室とポンプ室１２４のあいだには吐出
弁（図示せず）が設けられる。

【０００８】このような構成のダイヤフラムポンプで
は、２つの電磁コイル１１０に交流電流を流すと交流電
流の変化に同期して、電磁コイル１１０の内側左右端部
（図１１において）はＮ極またはＳ極に磁化される。図
１１において、たとえばある半周期のあいだＮ極に励磁
されているとすると、永久磁石１０１によって磁化され
ているＮ極のポールピース１０２がこれと反発し、か
つ、Ｓ極のポールピース１０２が吸引される。この反発
力、吸引力はともに同じ方向（矢印方向）を向いている
ため、振動子１００は矢印方向に移動する。

【０００９】振動子１００が図１１右側に移動すると、
右側のダイヤフラム１２０がポンプ室１２４（右側は図
示されていない）を圧縮し、ポンプ室１２４から空気が
吐出される。それと同時に、左側のダイヤフラム１２０
がポンプ室１２４を膨脹させ、吸引口１２７から空気を
吸引する。つぎの半周期のあいだでは、電磁コイル１１
０の内側左右端部はＳ極に磁化され、振動子１００は逆
に移動し、逆のポンプ室１２４で吸引と吐出が行なわれ
る。

【００１０】通常、この種のポンプでは、ダイヤフラム
１２０自身が振動子１００を支持する能力（強度）をも
っているので、ダイヤフラム１２０のみで振動子１００
を支持することも可能である。しかし、磁石が強力であ
ったり、空隙寸法が小さかったりして、磁石の吸引力の
方がダイヤフラム１２０の支持力よりも強くなれば、ダ
イヤフラム１２０のみで支持することができなくなる。
そこで、図１１に示されるような軸受１５０が設けられ
るものもある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
に示されるように、軸１０３に直接嵌合されるタイプの
軸受１５０では、軸受１５０を支持するためのブラケッ
ト１５１が必要であり、またこのためのスペースを必要
とするため、電極部のコンパクト化が図れないという問
題がある。

【００１２】また、ブラケット１５１の取り付け精度に
よっては、空隙寸法が全周にわたって均一となるように
保つことができず、振動に偏りが生じダイヤフラムの劣
化が早まったり、ポールピースを鉄心とが接触して雑音
を発生したり、ばあいによってはこれらが吸着してしま
ってポンプが作動しなくなるという問題もある。

【００１３】本発明は叙上の事情に鑑み、少ない部品で
振動子を支持する軸受が装着され、磁束密度に影響を及
ぼす空隙寸法を全周にわたり均一とし、ポンプ性能の向
上、電極部のコンパクト化を図ることができるポンプを
提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のポンプは、円盤
型の永久磁石、該永久磁石の両極に設けられる磁極片な
らびに前記永久磁石および前記磁極片を支持しダイヤフ
ラムに連結される軸からなる振動子と、該振動子の回り
に配設される円筒型の電磁コイルとを備えており、前記
振動子が前記電磁コイルとの磁気的相互作用により軸方
向に振動し、ダイヤフラムを駆動するよう構成されるポ
ンプであって、前記電磁コイルの外殻を形成する鉄心の
内周中央部に形成される円環状の溝に、前記磁極片の外
周に対して、空隙を保持する目的で軸受を設けてなるこ
とを特徴としている。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【作用】本発明のポンプでは、電磁コイルの外殻を形成
する鉄心の内周中央部に形成される円環状の溝に、前記
磁極片の外周に対して空隙を保持ないしは確保してい
る。

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【実施例】以下、添付図面を参照しつつ本発明のポンプ
を説明する。

【００２１】図１〜３は本発明のポンプにかかわる参考
例の説明図、図４〜６は本発明のポンプの一実施例の説
明図、図７は本発明のポンプの他の実施例の説明図、図
８〜１０は本発明のポンプのさらに他の実施例の説明図
である。

【００２２】図１は本発明のポンプにかかわる参考例の
斜視説明図、図２は図１の要部断面説明図である。

【００２３】本参考例において従来技術と異なる点は、
振動子１００を構成する永久磁石１０１の外周に、電磁
コイル１１０の内周面に対して、空隙を保持する、すな
わち空隙を確保する目的で軸受１を設けた点にある。電
磁コイル１１０の外殻は、鉄心１１３によって形成され
ており、軸受１は、２つの電磁コイル１１０の連結部付
近に配置するよう構成されている。

【００２４】軸受１は、乾式軸受として好適な材料、た
とえば、フッ素系樹脂、カーボン系（グラファイト）、
およびナイロンなどのポリアミド系樹脂であって、耐
熱、低摩擦、低磨耗といった性質を有するものが好まし
い。また、形状は、円筒形状であることが、製造容易性
やコストの面から好ましいが、図８に示されるように、
軸受３１の外周に溝を設けても同様の効果を奏すること
ができ、そのばあい、重量を軽くすることができ、ま
た、左、右の通風冷却の面で有利である。

【００２５】図２に示されるように、鉄心１１３の内周
面ａと磁極片１０２の外周面ｂとのあいだの距離（空隙
寸法）Ｇは、次式で表される。

【００２６】 Ｇ ＝ （鉄心の内径Ｅ−磁極片の外径Ｆ）／２ 空隙寸法Ｇは、鉄心や振動子などの部品の内外径の製造
上の寸法誤差、および組立精度による誤差、あるいは振
動子の振動中の偏りなど、機械的な問題からある程度の
大きさが必要である。たとえば、ダイヤフラム１２０は
弾性体であるため、振動子１００の軸方向ばかりでな
く、径方向にも伸び縮みをする。そのような理由から、
従来のダイヤフラム１２０のみで振動子１００を支持す
るタイプのものでは、この空隙寸法Ｇは約２ｍｍであ
り、振動子１００が電磁コイル１１０に引っ掛かって動
作不能となることのないようになっている。

【００２７】一方、磁気的な問題からは、空隙寸法Ｇは
できるだけ小さくしたほうが磁気抵抗が少なく、磁束密
度を高めることができる点から好ましい。そのように磁
束密度が高められたものでは、永久磁石の軸方向の寸法
（厚さ）を小さくすることも可能である。

【００２８】しかし、空隙寸法Ｇを小さくすれば、その
均一化が問題となる、すなわち、空隙寸法Ｇを小さくす
ればするほど、その寸法の差による磁束密度の違いが、
吸引力の差に現れやすく、もし、振動中の偏りで寸法が
極端に小さいところが発生すると、鉄心１１３と磁極片
１０２とがくっつき、最悪のばあい、動作不能となる。
鉄心と磁極片との吸引力は磁束密度の自乗に比例するか
らである。

【００２９】以上の磁気的および機械的な点を考慮し
て、本参考例のポンプにおいては、空隙寸法Ｇは、磁極
片１０２の外周に均一に、約０．５ｍｍとなるよう構成
されている。こうすることにより、駆動中に振動子１０
０と電磁コイル１１０とが接触するおそれがなくなり、
振動動作が安定する。このばあいに、軸受の精度（円筒
度、同心度）が高いほど、空隙の磁束密度が全周にわた
り均一に保たれるので、電磁コイル１１０と振動子１０
０のあいだの吸引、反発力は全周にわたり均一化され
る。したがって、鉄心１１３と軸受１の接触力が弱く、
軸受１の磨耗が少なくなる。

【００３０】また、軸受１の外周面ｃが鉄心１１３の内
周面ａに対して隙間を有するためには、軸受１の外径Ｄ
は、鉄心１１３の内径Ｅよりも小さくなければならな
い。すなわち、軸受１の外径Ｄと鉄心１１３の内径Ｅ
と、磁極片１０２の外径Ｆとの関係は、以下のごときで
なければならない。

【００３１】Ｄ＜Ｅ ＝ Ｆ＋２Ｇ さらに、図２において、鉄心１１３の内径Ｅと軸受１の
外径Ｄとの差の１／２であるＳ１は、 Ｓ１ ＝ （鉄心の内径Ｅ−軸受の外径Ｄ）／２ で表され、０．０５〜０．１ｍｍであることが好まし
い。機械的精度の問題から、０．０５ｍｍ未満である
と、振動中に軸受１が鉄心１１３に引っ掛かるおそれが
生じ、０．１ｍｍをこえると、機械的接触音が高くなる
からである。

【００３２】図１に示されるポンプでは、図１１に示さ
れる従来のブラケット２個と軸受２個が設けられたポン
プに対し、軸受１が１つだけであるので、部品点数が少
なくなり、構造が簡略化されるとともにコストダウンを
図ることができる。

【００３３】図３は本発明のポンプにかかわる他の参考
例の説明図である。

【００３４】本参考例では、図１に示されるように、永
久磁石１０１が１つのタイプのものだけでなく、図３に
示されるように、２つのタイプのもの、または、それ以
上のタイプのものにも適応可能である。そのばあい、バ
ランスよく振動させるためにすべての永久磁石２の周り
に軸受１を設けることが好ましい。

【００３５】しかし、３つ以上の永久磁石を有するもの
であれば、端の２つの永久磁石のみに軸受１を設けるこ
とも可能である。また中央の永久磁石１つのみに軸受１
を設けることも可能である。

【００３６】図４は本発明のポンプの一実施例を示す斜
視説明図、図５は図４の軸受の説明図、図６は図４の要
部断面説明図である。

【００３７】本実施例において従来技術と異なる点は、
電磁コイル１１０の内周に、磁極片１０２に対して空隙
を保持する軸受１１を設けた点にある。電磁コイル１１
０の外殻を形成する鉄心１１３の内周中央部には円環状
の溝が形成されており、軸受１１は、この溝を利用して
設けるのが好ましい。

【００３８】軸受１１は、導線１１２を巻回するための
ボビン１１１を利用して、図５に示されるように、ボビ
ン１１１の内周面に設けられるのが好ましい。また、ボ
ビン１１１と軸受１１とは一体に形成してもよいが、別
体に形成されるほうが、軸受１１を製造するための材料
を自由に選べ、低いコストに抑えることができるという
観点から好ましい。さらに、軸受１１の内周面１１ａを
平坦にすることも、製造容易性やコストの面から好まし
い。しかし、後述する図８に示される実施例のように、
軸受３２の内周に溝を設けても同様な効果を奏すること
ができる。そのばあいには、重量を軽くすることができ
るとともに、左、右の通風が可能なので冷却の面でも有
利である。

【００３９】軸受１１は、前述した軸受１と同様な材料
で製造することができる。また、軸受１１と一体成形さ
れるボビン１１１のばあいも、ボビンの材質として、低
摩擦性、低磨耗性の性質を有し、かつ、絶縁の良好な材
質である、フッ素系樹脂、ポリアミド系樹脂を採用すれ
ば効果的である。

【００４０】図６に示されるように、本発明において
も、鉄心１１３の内周面ａと磁極片１０２の外周面ｂと
のあいだの距離（空隙寸法）Ｇは、０．５ｍｍであるこ
とが好ましい。

【００４１】そして、軸受１１の内周面ｄと磁極片１０
２の外周面ｂとのあいだの距離Ｓ２は、０．０５〜０．
１ｍｍであることが、加工、組立の点から好ましい。

【００４２】図４に示されるポンプでは、ボビン１１１
と一体に軸受１１が形成されるばあい、追加部品点数は
０点であり、またボビン１１１とは別個に軸受１１を形
成しても、追加部品点数は２個と、図１１に示される従
来例と比べてコストを安くすることができる。

【００４３】また、空隙寸法Ｇの精度はボビン１１１と
鉄心１１３との取付精度で決まるので、両部品の製作精
度および取付精度を高めることが必要である。

【００４４】さらに、図１に示されるように、永久磁石
１０１のまわりに軸受１を設けたものでは、軸受１が１
つだけであるが、図４に示される本発明では、軸受１１
が２つ設けられるので、空隙寸法Ｇの精度をより容易に
維持することができる。

【００４５】本発明も、図３に示されるように、永久磁
石２が２つのタイプのもの、つまり電磁コイル３が３つ
のタイプのもの、またはそれ以上のタイプのものに適応
可能である。そのばあい、すべての電磁コイル３の内周
に、図５に示されるような軸受１１を設けるのが好まし
い。なお、３つ以上ある電磁コイル３の内、両端の電磁
コイル３に軸受１１を設けることも可能である。

【００４６】図７は本発明の他の実施例の要部断面説明
図である。

【００４７】本実施例のポンプでは、永久磁石１０１の
外周に軸受２１を設けるとともに、電磁コイル１１０の
内周に軸受２２が設けられている。

【００４８】そのばあい、振動子１００の振動中に軸受
２１が軸受２２に当接することのないように、そのあい
だの距離Ｌを振動子の振幅以上としておくことが必要で
ある。

【００４９】図７のポンプでは、電磁石側の軸受２２に
よって振動子の運動が安定し、電磁石鉄心と振動子の磁
極片が接触しないという利点がある。

【００５０】図８は本発明のポンプのさらに他の実施例
を示す斜視説明図であり、図９は図８のポンプの要部断
面説明図、図１０は外筒軸受および内筒軸受の凹凸を示
す説明図である。

【００５１】本実施例のポンプは永久磁石１０１の外周
と、電磁コイル１１０の内周の両方に軸受３１、３２を
設けたものであり、双方が干渉しないように外周または
内周に凹凸を設けている。これにより、合計３つの軸受
３１、３２が設けられることになり、一層安定した空隙
寸法をうることができる。

【００５２】図９に示されるように、永久磁石１０１の
外周に設けられる内筒軸受３１は電磁コイル１１０の連
結部近辺の鉄心１１３の内周面ａに対して空隙を保持す
る。したがって、図１０に示されるように、内筒軸受３
１の凸部３１ａの外径Ｒ１×２は、鉄心の内径より小さ
く、その差は、図２に示されるように、Ｓ１が、０．０
５〜０．１ｍｍとなるように決定される。

【００５３】 Ｓ１ ＝ 鉄心の内径（Ｅ）−凸部の外径（Ｒ１×２） である。

【００５４】電磁コイル１１０の内周に設けられる外筒
軸受３２は、磁極片１０２の外周面ｂに対して空隙を保
持する。したがって、図１０に示されるように、外筒軸
受３２の凸部３２ａの内径Ｒ２×２は、磁極片１０２の
外径Ｆより大きく、その差は、図６に示されるように、
Ｓ２が、０．０５〜０．１ｍｍとなるように決定され
る。

【００５５】Ｓ２ ＝ 凸部の内径（Ｒ２×２）−磁極
片の外径（Ｆ） である。

【００５６】また、図１０に示されるように、内筒軸受
３１の凸部３１ａと、外筒軸受３２の凸部３２ａは互い
違いとなるように設けられ、それぞれ相手側に設けられ
た溝内を揺動する。

【００５７】鉄心１１３の内周面ａと磁極片１０２の外
周面ｂとの距離（空隙寸法）Ｇは、このばあいも前述と
同じく、磁気的および機械的理由から０．５ｍｍとなる
ようにすることが好ましい。

【００５８】図８のポンプでは、図７に示したポンプと
比べたばあいに、電磁石側の軸受２２の寸法（振動方
向）を大きくとれるという利点がある。したがって、比
較的大流量のポンプ（８０リットル／分〜２００リット
ル／分）で磁石としてエネルギー積の大きい希土類磁石
を採用し、空隙の磁束を高めたばあいに有効であり、安
定した長寿命の軸受を構成できる。

【００５９】

【発明の効果】本発明のポンプでは、軸受を支持するブ
ラケットなど、他の部品を必要としないので部品点数が
少なく低コストであり、また、小型化を図ることができ
る。

【００６０】さらに、軸受が空隙を保持する、すなわち
空隙を確保するため、電磁石鉄心と振動子の磁極片と
が、組立中に接触して吸着することがないので、電磁コ
イル内に振動子を挿入しやすく、組立が容易である。

【００６１】また、鉄心の内周面と磁極片の外周面との
距離（空隙寸法）を、全周にわたって均一に保つことが
できるので、空隙寸法を可能な限り小さくして、磁石の
吸引力を高めさせることができる。したがって、ポンプ
性能を向上させることができる。または、電極部のコン
パクト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のポンプにかかわる参考例を示す斜視説
明図である。

【図２】図１のポンプの要部断面説明図である。

【図３】本発明のポンプにかかわる他の参考例を示す断
面説明図である。

【図４】本発明のポンプの一実施例を示す斜視説明図で
ある。

【図５】図４のポンプの軸受の斜視説明図である。

【図６】図４のポンプの要部断面説明図である。

【図７】本発明のポンプの他の実施例を示す要部断面説
明図である。

【図８】本発明のポンプのさらに他の実施例を示す斜視
説明図である。

【図９】図８のポンプの要部断面説明図である。

【図１０】図８のポンプの外筒軸受および内筒軸受の凹
凸の説明図である。

【図１１】従来のポンプの一例を示す斜視説明図であ
る。

【符号の説明】

１、１１ 軸受 ２１、２２ 軸受 ３１、３２ 軸受 １００ 振動子 １０１ 永久磁石 １０２ 磁極片 １０３ 軸 １１０ 電磁コイル １１３ 鉄心 １２０ ダイヤフラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−42464（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−57369（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−77674（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−42751（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−12089（ＪＰ，Ｕ) 特公 平７−59947（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭63−15594（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭61−15310（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 39/00 - 39/16 F04B 43/00 - 47/14 F04B 53/00 - 53/22

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円盤型の永久磁石、該永久磁石の両極に
   設けられる磁極片ならびに前記永久磁石および前記磁極
   片を支持しダイヤフラムに連結される軸からなる振動子
   と、該振動子の回りに配設される円筒型の電磁コイルと
   を備えており、前記振動子が前記電磁コイルとの磁気的
   相互作用により軸方向に振動し、ダイヤフラムを駆動す
   るよう構成される振動型ダイヤフラムポンプであって、 前記電磁コイルの外殻を形成する鉄心の内周中央部に形
   成される円環状の溝に、前記磁極片の外周に対して、空
   隙を保持する目的で軸受を設けてなることを特徴とする
   振動型ダイヤフラムポンプ。
2. 【請求項２】 前記軸受が前記電磁コイルのボビンの内
   周面に設けられてなる請求項１記載の振動型ダイヤフラ
   ムポンプ。
3. 【請求項３】 前記軸受の内周に凹凸が設けられてなる
   請求項１記載の振動型ダイヤフラムポンプ。