JP3805741B2 - 電磁振動形ダイヤフラムポンプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁振動形ダイヤフラムポンプに関する。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形ダイヤフラムポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電磁石と永久磁石との磁気的相互作用に基づく、該永久磁石を備えた振動子の振動を利用して流体を吸引、吐出する電磁振動型ポンプとして、ダイヤフラム式のポンプがある。
【０００３】
この従来のポンプにおいて、ポンプの運転状態を検出して安全運転ができるように、安全機構を設けるようにしたポンプがある。たとえばダイヤフラムの破損を検出するために、振動子と電磁石とのあいだにスイッチ機構を設けるようにしたもの（たとえば特許文献１参照）、または左右のポンプケーシングにおけるポンプ部の吐出室を外部からつなぐ連通路に検出器を設けるようにしたもの（たとえば特許文献２および特許文献３参照）などがある。
【０００４】
【特許文献１】
実開平２−１３２８８５号公報
【特許文献２】
特開平７−１８９９２０号公報
【特許文献３】
実開平２−７８７８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記スイッチ機構は、振動子の振幅変化を利用して機械的接触によるスイッチ作動でダイヤフラム破損を検出しているため、スイッチの接点に磨耗や破損およびアークなどが発生して接点が溶着したり焼付く惧れがある。また、このポンプは開放型ポンプであり、ポンプの低騒音化対策として、電磁石の外周部をフレームで覆った全密閉形構造とする場合に、前記スイッチ機構を覆うと、ポンプが大型化するとともに、ダイヤフラムが破損したあとの復帰が難しいので、再利用がほとんどできないという問題がある。
【０００６】
一方、前記検出器を設けるポンプは、ダイヤフラム破損時の圧力変化を利用する構造であるため、ポンプ自体は小型である。しかし、左右ポンプの差圧を使用しているので、圧力の検知にチューブやチューブ孔の封止加工が必要であり、ポンプ設備の作業に手間が掛かるとともに、ポンプ設備のスペースが広くなりやすい。
【０００７】
本発明は、叙上の事情に鑑み、ポンプが小型であるとともに、ポンプ設備の省スペース化を図り、かつ長期間ポンプの安全運転を維持することができる低騒音化した電磁振動形ダイヤフラムポンプを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁振動形ダイヤフラムポンプは、フレーム内に対向して配置される電磁石を有する電磁石部と、該電磁石間の空隙部に挿入されるとともに、磁石を固定した振動子と、該振動子の左右端部に固着されるダイヤフラムと、該ダイヤフラムを支持するポンプケーシングとを有する電磁振動形ダイヤフラムポンプであって、前記電磁石部とダイヤフラムによって密閉される密閉空間に連通する連通孔が前記フレームに形成されているとともに、該連通孔を通して前記密閉空間の圧力上昇により作動するダイヤフラム式圧力検知手段を備え、
前記圧力検知手段が、前記連通孔に対向して配置される検出容器と、該検出容器の内部に装着されている検出ダイヤフラムと、該検出ダイヤフラムに固着され、一端が前記検出容器内に支持されている端子と、該端子の先端に当接する接点部を有し、両端を前記検出容器内に支持されている可動バネと、前記検出容器の底部に設けられる前記可動バネの復帰用ボタンとからなることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の電磁振動形ダイヤフラムポンプを説明する。
【００１０】
実施の形態１
図１〜２に示されるように、本発明の実施の形態１にかかわる電磁振動型ダイヤフラムポンプは、電磁石部１と、該電磁石部１内の空隙部に所定の間隔を置いて挿入される、２個の平板状磁石、フェライト磁石または稀土類磁石などの磁石２を平板保持具３ａに並べて固定した振動子３と、該振動子３の両端に連結されるダイヤフラム４と、前記電磁石部１の両端部にそれぞれ固定されるポンプケーシング部５と、ダイヤフラム式圧力検知手段６とから構成されている。前記ポンプケーシング部５は、さらに吸引室７、吐出室８および圧縮室９からなるポンプ部を有しており、吸引室７は、前記圧縮室９と連通するために、吸入口１０と吸入弁１１を、吐出室８は吐出口１２と吐出弁１３をそれぞれ備えている。
【００１１】
前記電磁石部１は、フレーム１４と、該フレーム１４内に対向して配置される電磁石１５を有しており、該電磁石１５は、対向して配置される一対のＥ型鉄心１６と、該鉄心１６の内周凹部に組み込まれる捲線コイル部１７から構成されている。本実施の形態１におけるフレーム１４は、電磁石１５の外表面にモールドされた樹脂成形体である。フレーム１４の材質としては、成形材料である耐熱性で低収縮率のＢＭＣ（バルクモールドコンパウンド）が望ましく、たとえば不飽和ポリエステル系のＢＭＣなどを用いることができる。本実施の形態１では、フレーム１４が樹脂成形体にされているため、前記ポンプケーシング部５における、ポンプ部全体を覆うカバー５ａのみを金属製、たとえば鉄製またはアルミニウム製などとすることができる。これにより、金属製カバーの遮音効果で数デシベルの騒音低下が得られるため、高い遮音性を確保することができる。したがって、低騒音化したポンプを得ることができる。なお、前記カバー５ａは、ほぼ正方形の椀状であるので、プレス加工またはダイカスト工法で容易に製作することができる。
【００１２】
前記フレーム１４には、外周部位に吸気用のタンク部１８と吐出用のタンク部１９が、電磁石１５を熱硬化性樹脂でモールドする際に同時に形成されている。このタンク部１８、１９はサイレンサー機能を有する。また、前記タンク部１８、１９には、フェルトまたはポリエステル繊維などからなるフィルターを配置することにより、空気がフィルター内を通過するときに塵などの不純物が取り除かれるため、清浄な空気を排出することができる。また、タンク部１８には、吸入口２０ａを有する蓋２０が固着されているとともに、タンク部１９には、吐出口２１を有する蓋２２が固着されている。
【００１３】
前記圧力検知手段６は、フレーム１４の外表面のタンク部１９内に形成される隔壁２３に囲まれる空間に収納されており、図３〜４に示されるように、板バネ用取付台２４およびキャップ２５からなる検出容器２６と、内部に固着されている検出ダイヤフラム２７と、該検出ダイヤフラム２７の中央部に固着され、一端が前記容器２５内に支持されている端子２８と、該端子２８に当接する接点部２９を有し、両端を前記取付台２４とキャップ２５により挟まれて支持されている板バネなどの可動バネ３０と、前記検出容器２６の底部および蓋２２にそれぞれの貫通孔を通して設けられている、押しピン３１および該押しピン３１の復帰用コイルバネ３２からなる前記可動バネ３０の復帰用ボタン３３とから構成されている。前記端子２８および可動バネ３０には、図５のように結線されたリード線３４が検出容器２６とフレーム１４を通して接続されている。また、前記復帰用ボタン３３には、故障の表示ランプを点灯させることができるように警報器などに接続されるリード線３５が結線されている。すなわち図５に示されるように、端子２８は電磁石１５のコイル端子ａに接続されるとともに、リード線３５の端子は遮断と同時にランプまたはブザーなどにより使用者に知らせる警報器の端子ｂに接続され、かつ接点部２９は電源およびポンプ制御器の端子ｃに接続されている。
【００１４】
なお、本発明においては、前記円盤型検出ダイヤフラム２７に代えて、コルゲート部が成形された検出ダイヤフラムを用いることもできる。このコルゲート部は、弾性変形ができるように波状（Ｓ字状）に形成されており、形状寸法については、ストロークや検出ダイヤフラムの直径などを考慮して適宜設定することができる。このコルゲーション付ダイヤフラムを用いることにより、円盤型検出ダイヤフラムよりストロークが長く取れるので、端子および可動バネを撓ませやすくなる。
【００１５】
前記検出容器２６は、前記フレーム１４に形成される連通孔３６に対向して配置され、ネジ３７により固着されている。また、本実施の形態では、フレーム１４に環状凹部を形成した支持台３８と検出容器２６に形成される環状段差部３９により検出ダイヤフラム２７の外周部を挟着して、該検出容器２６の固着と同時に前記検出ダイヤフラム２７を緊密に取り付けるようにしている。なお、前記連通孔３６および支持台３８はフレーム１４のモールド時に形成することができる。
【００１６】
前記検出ダイヤフラム２７の端子２８は、可動バネ３０で押され、該可動バネ３０のバネ力と検出ダイヤフラム２７のバネ力で充分な接点圧力が得られるように、検出ダイヤフラム２７の外周部の内径を支持台３８の構内径よりやや小さくして、該支持台３８と取付台２４で検出ダイヤフラム２７に拡大張力を掛けるようにしている。なお、可動バネ３０は反転が容易な帯状のバネ材、たとえば燐青鋼板などで作製し、その反転動作力は板厚や幅寸法で調整する。
【００１７】
図１〜２に示されるように、前記電磁石部１とダイヤフラム４によって密閉される密閉空間Ｓは、振動子３が振動する空間であり、該密閉空間Ｓの圧力はボンプのダイヤフラム４が正常であるとき（非破損時）は大気圧である。ダイヤフラム４が疲労などで破れ（破損）すると、ポンプ室の圧力が前記密閉空間Ｓ内に漏れて、この密閉空間Ｓ内の圧力が増大する。これにより、前記圧力検知手段６は、前記連通孔３６を通して、前記密閉空間Ｓの圧力上昇により作動し、ダイヤフラム４の破損を検出する。そして、電磁石１５への電源を遮断する。
【００１８】
なお、本実施の形態１では、圧力検知手段６がフレーム１４の外表面のタンク部１９内に取り付けられているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、吸入側のタンク部１８内に連通孔３６を形成し、該連通孔を囲んでフレーム１２に取り付けることができる。または図６に示されるように、タンク部１８の蓋２０に圧力検知手段６ａを取り付けるようにすることもできる。この場合、圧力検知手段６ａは、底部に連通孔２６ａを有する検出容器２６ｂとキャップ２６ｃを備えており、蓋２０には、連通孔２０ｂを形成するとともに、フレーム１４に形成した連通孔３６にチューブ４０を接続させる。また、このチューブ４０を延長させて前記圧力検知手段６ａをポンプ自体から離してポンプ本体の近傍に設置される取付台などに取り付けることもできる。
【００１９】
つぎに図面に基づいて、本実施の形態１にかかわる圧力検知手段６の動作について説明する。まず図１〜３に示す圧力検知手段６は、ポンプのダイヤフラム４が正常に作動しているときの状態である。また、密閉空間Ｓの圧力は低いので、検出ダイヤフラム２７に掛る力は弱く、可動バネ３０の接点部２９は端子２８と接触したままであり、電磁石回路は通電されている。つぎに図７〜８に示されるように、該ダイヤフラム４の一部Ｐが疲労などで破損すると、ポンプ室の圧力が漏れ前記密閉空間Ｓの空気圧力が増大するため、連通孔３６を通して検出ダイヤフラム２７が押されて、可動バネ３０を変形させて端子２８を上昇させる。なお、図７において、矢印Ｆは空気の流れを示す。そして、前記検出ダイヤフラム２７の最大膨らみ時の位置（たとえばほぼ可動バネ３０が水平になる位置）で可動バネ３０が自己反発力により、反転して端子２８から離れる。これにより、端子２８と接点部２９との通電が解除されるので、電磁石回路が遮断されてポンプは停止する。ここで、接点部２９の可動距離は２．５〜３ｍｍ程度である。なお、電源が切れて密閉空間Ｓの空気圧力が低下すると、検出ダイヤフラム２７は、その自己復元力により自動的に図１の状態に復帰する。
【００２０】
本実施の形態１における可動バネ３０においては、スナップアクションを効かせてすばやい反転動作を行なうことができるため、可動バネ３０のチャタリングの発生はなく、接点の発熱を防止することができるとともに、復帰動作も確実に行なうことができる。
【００２１】
ついでポンプの修復するために、検出ダイヤフラム２７の交換を完了し、ポンプを運転できる状態にしたときは復帰用ボタン３３を押し下げて、端子２８と接点部２９を接触させて回路を閉じれば、図１の状態に復帰し、ポンプの運転を再開することができる。
【００２２】
なお、前述したようにダイヤフラム４が破損すると、ポンプ室の空気圧が前記密閉空間Ｓに漏れ、密閉空間Ｓの圧力が増加する。しかし、ダイヤフラム（片側）の破損状態、たとえば１５ｍｍの破れが生じている場合（表１）と１／４（３０ｍｍ）の破れである場合（表２）の実測データを見るとわかるように、圧力（負荷）Ｈが１５ｋＰａの場合、この密閉空間Ｓの圧力（内圧）は、ダイヤフラムの破損の程度やポンプ負荷の圧力Ｈによって異なるが、実測すると大体、実用負荷（１０〜１５ｋＰａ）時６ｋＰａ程度である。したがって、可動バネ３０を押して反転させるには数十〜１００ｇｆ必要なので、検出ダイヤフラム２７の表面積は１０ｃｍ2程度以上、つまり直径４ｃｍ（有効直径が３．６ｃｍ）程度のダイヤフラムが必要である。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
本発明のモールド式ダイヤフラムポンプでは、フレームが密閉形の構造であるため、低騒音のポンプであるとともに、製造上容易に成形することができるとともに、圧力取出し用連通孔や支持台も機械加工または金型などで容易に加工できる。また、圧力検知手段は、構造が簡単であり、検出ダイヤフラムで安価に製作でき、動作も確実である。
【００２６】
なお、本発明においては、電磁石１５の内周部に、フレーム１４の成形前に組み込まれ、成形により電磁石１５を位置決めする位置決め中子を配置することができる。たとえば図９〜１０に示されるポンプでは、コイル４１を巻き付けるボビンと一体にされた形状の位置決め中子４２を配置している。この位置決め中子４２は、中央部位に形成された振動子３が挿入される挿入部４３と、該挿入部４３を貫通する孔を有し、外周にコイル４１およびＥ型鉄心１６が組付けられる角孔部４４と、前記挿入部４３に形成された前記密閉空間に連通する連通孔４５とから構成されている。この位置決め中子４２は、フレーム１４を電磁石１５に成形するときのモールド工法採用時に鉄心１６とコイル４１（２組）からなる電磁石１５を支持するとともに、コイルボビンを省略することができる。また、鉄心１６の構造がＥ形であるので、角孔部４４にコイル４１を捲線したのち、外側から容易に挿入することができる。
【００２７】
本実施の形態１では、前記位置決め中子がコイルボビンを一体化した構造なので、堅固であり、モールド時の樹脂圧力に充分耐え、金型コストおよび作業コストを低下させることができる。
【００２８】
実施の形態２
つぎに本発明の実施の形態２を説明する。本実施の形態２では、図１１に示されるように、フレーム５１が、アルミニウムまたは亜鉛合金などの金属をダイカストにより成形した密閉形の成形体にされている。このため、電磁石および振動子３は前記樹脂成形体のモールドフレーム１４と同一であるが、フレーム５１をダイカストで製作する関係上、構造を簡素化し、ダイカストしやすい構造としている。すなわち吸気口および吐出口のタンク部を省き、圧力検知手段６はフレーム５１の外側からネジ３７で取り付けられている。連通孔５２や圧力検知手段６のための支持部５３をダイカスト時に容易に形成できる。また、本実施の形態２では、ダイヤフラム４とフレーム５１で形成される密閉空間Ｓの圧力は連通孔５２を通して検出されるが、この場合においても圧力検知手段６の動作原理は前記実施の形態１と同一である。なお、本実施の形態２では、前記フレーム５１が、ダイカストフレームにされているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、ＰＢＴまたはＡＢＳなどの合成樹脂を押出し加工により成形した成形体とすることもできる。また、本実施の形態２では、前記フレーム５１が合成樹脂を押出し加工により成形した成形体にされている場合、前記実施の形態１と同様にポンプケーシング部５４のポンプ部全体を覆うカバー５５のみを金属製、たとえば鉄製またはアルミニウム製などとすることにより、低騒音化したポンプを得ることができる。
【００２９】
実施の形態３
つぎに本発明の実施の形態３を説明する。本実施の形態３は、図１２に示されるように、前記実施の形態１、２とは圧力検知手段６における検出ダイヤフラムおよび端子が異なっている。すなわち本実施の形態３にかかわる圧力検知手段６１における検出ダイヤフラム６２は、コルゲート部６３が成形されたコルゲーション付検出ダイヤフラムにされている。この検出ダイヤフラム６２は、中心部６４が前記フレーム１４に形成される突出部１４ａに当接し、外周部が検出容器２６とフレーム１４とにより緊密に装着されている。また、本実施の形態３における端子６５は、先端に接点部６５ａを有する矩形状の導電体であり、この先端が前記中央部６４に当接し、一端が前記検出容器２６の取付台２４のスリットを通して当該検出容器２６に支持されている。本実施の形態３では、前記実施の形態１と比較して、検出ダイヤフラム６２に端子を取り付けるための孔がないので、エアリークの発生がなく、異常時の作動が確実となる。また、検出ダイヤフラム６２と端子６５は別々に支持されているので、互いの拘束力がなくなり、取付精度を向上させることができる。さらに本実施の形態３では、フレーム１４に検出ダイヤフラム６２の定常位置を確保するための突起部１４ａが形成されているため、寄生振動と復帰の際の押し過ぎを防止することができる。なお、本実施の形態３における圧力検知手段６１の動作については、前記実施の形態１における圧力検知手段６と同程度であるので省略する。
【００３０】
実施の形態４
つぎに本発明の実施の形態４を説明する。本実施の形態４における圧力検知手段７１は、図１３に示されるように、フレーム７２の外表面の凹部７３に形成される隔壁７４に囲まれる空間に収納されており、連通孔３６に連通する孔７５および突出部７６が形成される検出ダイヤフラム取付台７７、バネ用取付台７８およびキャップ７９からなる検出容器８０と、該取付台７７、７８に装着され、中心部に円錐台形状の凸部８１を有するコルゲーション付検出ダイヤフラム８２と、該検出ダイヤフラム８２の凸部８１に当接し、一端が前記キャップ７９のスリットに通されのち、該スリットと前記取付台７８により支持されている端子８３と、該端子８３の先端の接点部８３ａに当接する接点部８４ａを有し、一端が前記キャップ７９のスリットに通されのち、該スリットと前記取付台７８により支持されている可動バネ８４と、前記検出容器８０の底部（キャップ７９）に挿通して設けられる前記可動バネ８４の復帰用ボタン８５とから構成されている。また、前記可動バネ８４の接点部８４ａから所定の距離、たとえば２．５〜３ｍｍ離れた位置に端子８６の接点部８６ａを配置している。前記可動バネ８４はロ字状のフレームのあいだに連結部（図示せず）が形成されており、該連結部に復帰ボタン８５の先端溝部８５ａを通して復帰ボタン８５が配設されている。また、この復帰ボタン８５の後端操作部８５ｂは前記キャップ７９の孔７９ａおよび圧力検知手段７１に覆われる蓋８７の貫通孔８７ａに挿通されている。なお、前記端子８３、可動バネ８４および端子８６には、それぞれリード線８８、８９および９０が接続されており、図５に示されるコントロールのａ、ｂおよびｃに結線されている。本実施の形態４では、検出ダイヤフラム８２と端子８３は別々に支持されているので、互いの拘束力がなくなり、取付精度を向上させることができる。また、取付台７７の中央底部に検出ダイヤフラム８２の定常位置を確保するための突起部７６が形成されているため、寄生振動と復帰の際の押し過ぎを防止することができる。さらに凸部８１を設けると、この部分の弾性により可動バネ８４をソフトに押すことができる。なお、本実施の形態４における圧力検知手段７１の動作については、前記実施の形態１における圧力検知手段６と同程度であるので省略する。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、ダイヤフラムの破損を圧力変化により検知しているため、ポンプを小型化できるとともに、ポンプ設備の省スペース化を図ることができる。また、ダイヤフラムの修復後、復帰用ボタンによりポンプを再駆動できるので、長期間ポンプの安全運転を維持することができるとともに、ポンプ品質および保安性を向上させることができる。
【００３２】
さらに本発明によれば、ポンプ構造を変更することなく、圧力検知手段をフレームの外表面に取り付けることができるので、ポンプの小型化を維持することができるとともに、メンテナンスが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁振動型ポンプにかかわる実施の形態１を示す縦断面図である。
【図２】図１の電磁振動型ポンプの横断面図である。
【図３】図１の圧力検知手段の拡大図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】圧力検知手段の端子の接続回路図である。
【図６】圧力検知手段の他の取り付けを示す断面図である。
【図７】図１の圧力検知手段の動作を説明する図である。
【図８】図７の圧力検知手段の拡大図である。
【図９】本発明の電磁振動型ポンプにかかわる実施の形態１を示す横断面図である。
【図１０】図９の位置決め中子の斜視図である。
【図１１】本発明の電磁振動型ポンプにかかわる実施の形態２を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３にかかわる圧力検知手段を示す拡大図である。
【図１３】本発明の実施の形態４にかかわる圧力検知手段を示す拡大図である。
【符号の説明】
１ 電磁石部
２ 永久磁石
３ 振動子
３ａ 平板保持具
４ ダイヤフラム
５ ポンプケーシング部
５ａ カバー
６ ダイヤフラム式圧力検知手段
１４ フレーム
１５ 電磁石
１６ 鉄心
１８、１９ タンク部
２４ 板バネ用取付台
２５ キャップ
２６ 検出容器
２７ 検出ダイヤフラム
２８ 端子
２９ 接点部
３０ 可動バネ
３１ 押しピン
３２ 復帰用コイルバネ
３３ 復帰用ボタン
Ｓ 密閉空間
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁振動形ダイヤフラムポンプに関する。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形ダイヤフラムポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電磁石と永久磁石との磁気的相互作用に基づく、該永久磁石を備えた振動子の振動を利用して流体を吸引、吐出する電磁振動型ポンプとして、ダイヤフラム式のポンプがある。
【０００３】
この従来のポンプにおいて、ポンプの運転状態を検出して安全運転ができるように、安全機構を設けるようにしたポンプがある。たとえばダイヤフラムの破損を検出するために、振動子と電磁石とのあいだにスイッチ機構を設けるようにしたもの（たとえば特許文献１参照）、または左右のポンプケーシングにおけるポンプ部の吐出室を外部からつなぐ連通路に検出器を設けるようにしたもの（たとえば特許文献２および特許文献３参照）などがある。
【０００４】
【特許文献１】
実開平２−１３２８８５号公報
【特許文献２】
特開平７−１８９９２０号公報
【特許文献３】
実開平２−７８７８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記スイッチ機構は、振動子の振幅変化を利用して機械的接触によるスイッチ作動でダイヤフラム破損を検出しているため、スイッチの接点に磨耗や破損およびアークなどが発生して接点が溶着したり焼付く惧れがある。また、このポンプは開放型ポンプであり、ポンプの低騒音化対策として、電磁石の外周部をフレームで覆った全密閉形構造とする場合に、前記スイッチ機構を覆うと、ポンプが大型化するとともに、ダイヤフラムが破損したあとの復帰が難しいので、再利用がほとんどできないという問題がある。
【０００６】
一方、前記検出器を設けるポンプは、ダイヤフラム破損時の圧力変化を利用する構造であるため、ポンプ自体は小型である。しかし、左右ポンプの差圧を使用しているので、圧力の検知にチューブやチューブ孔の封止加工が必要であり、ポンプ設備の作業に手間が掛かるとともに、ポンプ設備のスペースが広くなりやすい。
【０００７】
本発明は、叙上の事情に鑑み、ポンプが小型であるとともに、ポンプ設備の省スペース化を図り、かつ長期間ポンプの安全運転を維持することができる低騒音化した電磁振動形ダイヤフラムポンプを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁振動形ダイヤフラムポンプは、フレーム内に対向して配置される電磁石を有する電磁石部と、該電磁石間の空隙部に挿入されるとともに、磁石を固定した振動子と、該振動子の左右端部に固着されるダイヤフラムと、該ダイヤフラムを支持するポンプケーシングとを有する電磁振動形ダイヤフラムポンプであって、前記電磁石部とダイヤフラムによって密閉される密閉空間に連通する連通孔が前記フレームに形成されているとともに、該連通孔を通して前記密閉空間の圧力上昇により作動するダイヤフラム式圧力検知手段を備え、
前記圧力検知手段が、前記連通孔に対向して配置される検出容器と、該検出容器の内部に装着されている検出ダイヤフラムと、該検出ダイヤフラムに固着され、一端が前記検出容器内に支持されている端子と、該端子の先端に当接する接点部を有し、両端を前記検出容器内に支持されている可動バネと、前記検出容器の底部に設けられる前記可動バネの復帰用ボタンとからなることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の電磁振動形ダイヤフラムポンプを説明する。
【００１０】
実施の形態１
図１〜２に示されるように、本発明の実施の形態１にかかわる電磁振動型ダイヤフラムポンプは、電磁石部１と、該電磁石部１内の空隙部に所定の間隔を置いて挿入される、２個の平板状磁石、フェライト磁石または稀土類磁石などの磁石２を平板保持具３ａに並べて固定した振動子３と、該振動子３の両端に連結されるダイヤフラム４と、前記電磁石部１の両端部にそれぞれ固定されるポンプケーシング部５と、ダイヤフラム式圧力検知手段６とから構成されている。前記ポンプケーシング部５は、さらに吸引室７、吐出室８および圧縮室９からなるポンプ部を有しており、吸引室７は、前記圧縮室９と連通するために、吸入口１０と吸入弁１１を、吐出室８は吐出口１２と吐出弁１３をそれぞれ備えている。
【００１１】
前記電磁石部１は、フレーム１４と、該フレーム１４内に対向して配置される電磁石１５を有しており、該電磁石１５は、対向して配置される一対のＥ型鉄心１６と、該鉄心１６の内周凹部に組み込まれる捲線コイル部１７から構成されている。本実施の形態１におけるフレーム１４は、電磁石１５の外表面にモールドされた樹脂成形体である。フレーム１４の材質としては、成形材料である耐熱性で低収縮率のＢＭＣ（バルクモールドコンパウンド）が望ましく、たとえば不飽和ポリエステル系のＢＭＣなどを用いることができる。本実施の形態１では、フレーム１４が樹脂成形体にされているため、前記ポンプケーシング部５における、ポンプ部全体を覆うカバー５ａのみを金属製、たとえば鉄製またはアルミニウム製などとすることができる。これにより、金属製カバーの遮音効果で数デシベルの騒音低下が得られるため、高い遮音性を確保することができる。したがって、低騒音化したポンプを得ることができる。なお、前記カバー５ａは、ほぼ正方形の椀状であるので、プレス加工またはダイカスト工法で容易に製作することができる。
【００１２】
前記フレーム１４には、外周部位に吸気用のタンク部１８と吐出用のタンク部１９が、電磁石１５を熱硬化性樹脂でモールドする際に同時に形成されている。このタンク部１８、１９はサイレンサー機能を有する。また、前記タンク部１８、１９には、フェルトまたはポリエステル繊維などからなるフィルターを配置することにより、空気がフィルター内を通過するときに塵などの不純物が取り除かれるため、清浄な空気を排出することができる。また、タンク部１８には、吸入口２０ａを有する蓋２０が固着されているとともに、タンク部１９には、吐出口２１を有する蓋２２が固着されている。
【００１３】
前記圧力検知手段６は、フレーム１４の外表面のタンク部１９内に形成される隔壁２３に囲まれる空間に収納されており、図３〜４に示されるように、板バネ用取付台２４およびキャップ２５からなる検出容器２６と、内部に固着されている検出ダイヤフラム２７と、該検出ダイヤフラム２７の中央部に固着され、一端が前記容器２５内に支持されている端子２８と、該端子２８に当接する接点部２９を有し、両端を前記取付台２４とキャップ２５により挟まれて支持されている板バネなどの可動バネ３０と、前記検出容器２６の底部および蓋２２にそれぞれの貫通孔を通して設けられている、押しピン３１および該押しピン３１の復帰用コイルバネ３２からなる前記可動バネ３０の復帰用ボタン３３とから構成されている。前記端子２８および可動バネ３０には、図５のように結線されたリード線３４が検出容器２６とフレーム１４を通して接続されている。また、前記復帰用ボタン３３には、故障の表示ランプを点灯させることができるように警報器などに接続されるリード線３５が結線されている。すなわち図５に示されるように、端子２８は電磁石１５のコイル端子ａに接続されるとともに、リード線３５の端子は遮断と同時にランプまたはブザーなどにより使用者に知らせる警報器の端子ｂに接続され、かつ接点部２９は電源およびポンプ制御器の端子ｃに接続されている。
【００１４】
なお、本発明においては、前記円盤型検出ダイヤフラム２７に代えて、コルゲート部が成形された検出ダイヤフラムを用いることもできる。このコルゲート部は、弾性変形ができるように波状（Ｓ字状）に形成されており、形状寸法については、ストロークや検出ダイヤフラムの直径などを考慮して適宜設定することができる。このコルゲーション付ダイヤフラムを用いることにより、円盤型検出ダイヤフラムよりストロークが長く取れるので、端子および可動バネを撓ませやすくなる。
【００１５】
前記検出容器２６は、前記フレーム１４に形成される連通孔３６に対向して配置され、ネジ３７により固着されている。また、本実施の形態では、フレーム１４に環状凹部を形成した支持台３８と検出容器２６に形成される環状段差部３９により検出ダイヤフラム２７の外周部を挟着して、該検出容器２６の固着と同時に前記検出ダイヤフラム２７を緊密に取り付けるようにしている。なお、前記連通孔３６および支持台３８はフレーム１４のモールド時に形成することができる。
【００１６】
前記検出ダイヤフラム２７の端子２８は、可動バネ３０で押され、該可動バネ３０のバネ力と検出ダイヤフラム２７のバネ力で充分な接点圧力が得られるように、検出ダイヤフラム２７の外周部の内径を支持台３８の構内径よりやや小さくして、該支持台３８と取付台２４で検出ダイヤフラム２７に拡大張力を掛けるようにしている。なお、可動バネ３０は反転が容易な帯状のバネ材、たとえば燐青鋼板などで作製し、その反転動作力は板厚や幅寸法で調整する。
【００１７】
図１〜２に示されるように、前記電磁石部１とダイヤフラム４によって密閉される密閉空間Ｓは、振動子３が振動する空間であり、該密閉空間Ｓの圧力はボンプのダイヤフラム４が正常であるとき（非破損時）は大気圧である。ダイヤフラム４が疲労などで破れ（破損）すると、ポンプ室の圧力が前記密閉空間Ｓ内に漏れて、この密閉空間Ｓ内の圧力が増大する。これにより、前記圧力検知手段６は、前記連通孔３６を通して、前記密閉空間Ｓの圧力上昇により作動し、ダイヤフラム４の破損を検出する。そして、電磁石１５への電源を遮断する。
【００１８】
なお、本実施の形態１では、圧力検知手段６がフレーム１４の外表面のタンク部１９内に取り付けられているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、吸入側のタンク部１８内に連通孔３６を形成し、該連通孔を囲んでフレーム１２に取り付けることができる。または図６に示されるように、タンク部１８の蓋２０に圧力検知手段６ａを取り付けるようにすることもできる。この場合、圧力検知手段６ａは、底部に連通孔２６ａを有する検出容器２６ｂとキャップ２６ｃを備えており、蓋２０には、連通孔２０ｂを形成するとともに、フレーム１４に形成した連通孔３６にチューブ４０を接続させる。また、このチューブ４０を延長させて前記圧力検知手段６ａをポンプ自体から離してポンプ本体の近傍に設置される取付台などに取り付けることもできる。
【００１９】
つぎに図面に基づいて、本実施の形態１にかかわる圧力検知手段６の動作について説明する。まず図１〜３に示す圧力検知手段６は、ポンプのダイヤフラム４が正常に作動しているときの状態である。また、密閉空間Ｓの圧力は低いので、検出ダイヤフラム２７に掛る力は弱く、可動バネ３０の接点部２９は端子２８と接触したままであり、電磁石回路は通電されている。つぎに図７〜８に示されるように、該ダイヤフラム４の一部Ｐが疲労などで破損すると、ポンプ室の圧力が漏れ前記密閉空間Ｓの空気圧力が増大するため、連通孔３６を通して検出ダイヤフラム２７が押されて、可動バネ３０を変形させて端子２８を上昇させる。なお、図７において、矢印Ｆは空気の流れを示す。そして、前記検出ダイヤフラム２７の最大膨らみ時の位置（たとえばほぼ可動バネ３０が水平になる位置）で可動バネ３０が自己反発力により、反転して端子２８から離れる。これにより、端子２８と接点部２９との通電が解除されるので、電磁石回路が遮断されてポンプは停止する。ここで、接点部２９の可動距離は２．５〜３ｍｍ程度である。なお、電源が切れて密閉空間Ｓの空気圧力が低下すると、検出ダイヤフラム２７は、その自己復元力により自動的に図１の状態に復帰する。
【００２０】
本実施の形態１における可動バネ３０においては、スナップアクションを効かせてすばやい反転動作を行なうことができるため、可動バネ３０のチャタリングの発生はなく、接点の発熱を防止することができるとともに、復帰動作も確実に行なうことができる。
【００２１】
ついでポンプの修復するために、検出ダイヤフラム２７の交換を完了し、ポンプを運転できる状態にしたときは復帰用ボタン３３を押し下げて、端子２８と接点部２９を接触させて回路を閉じれば、図１の状態に復帰し、ポンプの運転を再開することができる。
【００２２】
なお、前述したようにダイヤフラム４が破損すると、ポンプ室の空気圧が前記密閉空間Ｓに漏れ、密閉空間Ｓの圧力が増加する。しかし、ダイヤフラム（片側）の破損状態、たとえば１５ｍｍの破れが生じている場合（表１）と１／４（３０ｍｍ）の破れである場合（表２）の実測データを見るとわかるように、圧力（負荷）Ｈが１５ｋＰａの場合、この密閉空間Ｓの圧力（内圧）は、ダイヤフラムの破損の程度やポンプ負荷の圧力Ｈによって異なるが、実測すると大体、実用負荷（１０〜１５ｋＰａ）時６ｋＰａ程度である。したがって、可動バネ３０を押して反転させるには数十〜１００ｇｆ必要なので、検出ダイヤフラム２７の表面積は１０ｃｍ2程度以上、つまり直径４ｃｍ（有効直径が３．６ｃｍ）程度のダイヤフラムが必要である。
【００２３】
【表１】
【表２】
本発明のモールド式ダイヤフラムポンプでは、フレームが密閉形の構造であるため、低騒音のポンプであるとともに、製造上容易に成形することができるとともに、圧力取出し用連通孔や支持台も機械加工または金型などで容易に加工できる。また、圧力検知手段は、構造が簡単であり、検出ダイヤフラムで安価に製作でき、動作も確実である。
【００２６】
なお、本発明においては、電磁石１５の内周部に、フレーム１４の成形前に組み込まれ、成形により電磁石１５を位置決めする位置決め中子を配置することができる。たとえば図９〜１０に示されるポンプでは、コイル４１を巻き付けるボビンと一体にされた形状の位置決め中子４２を配置している。この位置決め中子４２は、中央部位に形成された振動子３が挿入される挿入部４３と、該挿入部４３を貫通する孔を有し、外周にコイル４１およびＥ型鉄心１６が組付けられる角孔部４４と、前記挿入部４３に形成された前記密閉空間に連通する連通孔４５とから構成されている。この位置決め中子４２は、フレーム１４を電磁石１５に成形するときのモールド工法採用時に鉄心１６とコイル４１（２組）からなる電磁石１５を支持するとともに、コイルボビンを省略することができる。また、鉄心１６の構造がＥ形であるので、角孔部４４にコイル４１を捲線したのち、外側から容易に挿入することができる。
【００２７】
本実施の形態１では、前記位置決め中子がコイルボビンを一体化した構造なので、堅固であり、モールド時の樹脂圧力に充分耐え、金型コストおよび作業コストを低下させることができる。
【００２８】
実施の形態２
つぎに本発明の実施の形態２を説明する。本実施の形態２では、図１１に示されるように、フレーム５１が、アルミニウムまたは亜鉛合金などの金属をダイカストにより成形した密閉形の成形体にされている。このため、電磁石および振動子３は前記樹脂成形体のモールドフレーム１４と同一であるが、フレーム５１をダイカストで製作する関係上、構造を簡素化し、ダイカストしやすい構造としている。すなわち吸気口および吐出口のタンク部を省き、圧力検知手段６はフレーム５１の外側からネジ３７で取り付けられている。連通孔５２や圧力検知手段６のための支持部５３をダイカスト時に容易に形成できる。また、本実施の形態２では、ダイヤフラム４とフレーム５１で形成される密閉空間Ｓの圧力は連通孔５２を通して検出されるが、この場合においても圧力検知手段６の動作原理は前記実施の形態１と同一である。なお、本実施の形態２では、前記フレーム５１が、ダイカストフレームにされているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、ＰＢＴまたはＡＢＳなどの合成樹脂を押出し加工により成形した成形体とすることもできる。また、本実施の形態２では、前記フレーム５１が合成樹脂を押出し加工により成形した成形体にされている場合、前記実施の形態１と同様にポンプケーシング部５４のポンプ部全体を覆うカバー５５のみを金属製、たとえば鉄製またはアルミニウム製などとすることにより、低騒音化したポンプを得ることができる。
【００２９】
実施の形態３
つぎに本発明の実施の形態３を説明する。本実施の形態３は、図１２に示されるように、前記実施の形態１、２とは圧力検知手段６における検出ダイヤフラムおよび端子が異なっている。すなわち本実施の形態３にかかわる圧力検知手段６１における検出ダイヤフラム６２は、コルゲート部６３が成形されたコルゲーション付検出ダイヤフラムにされている。この検出ダイヤフラム６２は、中心部６４が前記フレーム１４に形成される突出部１４ａに当接し、外周部が検出容器２６とフレーム１４とにより緊密に装着されている。また、本実施の形態３における端子６５は、先端に接点部６５ａを有する矩形状の導電体であり、この先端が前記中央部６４に当接し、一端が前記検出容器２６の取付台２４のスリットを通して当該検出容器２６に支持されている。本実施の形態３では、前記実施の形態１と比較して、検出ダイヤフラム６２に端子を取り付けるための孔がないので、エアリークの発生がなく、異常時の作動が確実となる。また、検出ダイヤフラム６２と端子６５は別々に支持されているので、互いの拘束力がなくなり、取付精度を向上させることができる。さらに本実施の形態３では、フレーム１４に検出ダイヤフラム６２の定常位置を確保するための突起部１４ａが形成されているため、寄生振動と復帰の際の押し過ぎを防止することができる。なお、本実施の形態３における圧力検知手段６１の動作については、前記実施の形態１における圧力検知手段６と同程度であるので省略する。
【００３０】
実施の形態４
つぎに本発明の実施の形態４を説明する。本実施の形態４における圧力検知手段７１は、図１３に示されるように、フレーム７２の外表面の凹部７３に形成される隔壁７４に囲まれる空間に収納されており、連通孔３６に連通する孔７５および突出部７６が形成される検出ダイヤフラム取付台７７、バネ用取付台７８およびキャップ７９からなる検出容器８０と、該取付台７７、７８に装着され、中心部に円錐台形状の凸部８１を有するコルゲーション付検出ダイヤフラム８２と、該検出ダイヤフラム８２の凸部８１に当接し、一端が前記キャップ７９のスリットに通されのち、該スリットと前記取付台７８により支持されている端子８３と、該端子８３の先端の接点部８３ａに当接する接点部８４ａを有し、一端が前記キャップ７９のスリットに通されのち、該スリットと前記取付台７８により支持されている可動バネ８４と、前記検出容器８０の底部（キャップ７９）に挿通して設けられる前記可動バネ８４の復帰用ボタン８５とから構成されている。また、前記可動バネ８４の接点部８４ａから所定の距離、たとえば２．５〜３ｍｍ離れた位置に端子８６の接点部８６ａを配置している。前記可動バネ８４はロ字状のフレームのあいだに連結部（図示せず）が形成されており、該連結部に復帰ボタン８５の先端溝部８５ａを通して復帰ボタン８５が配設されている。また、この復帰ボタン８５の後端操作部８５ｂは前記キャップ７９の孔７９ａおよび圧力検知手段７１に覆われる蓋８７の貫通孔８７ａに挿通されている。なお、前記端子８３、可動バネ８４および端子８６には、それぞれリード線８８、８９および９０が接続されており、図５に示されるコントロールのａ、ｂおよびｃに結線されている。本実施の形態４では、検出ダイヤフラム８２と端子８３は別々に支持されているので、互いの拘束力がなくなり、取付精度を向上させることができる。また、取付台７７の中央底部に検出ダイヤフラム８２の定常位置を確保するための突起部７６が形成されているため、寄生振動と復帰の際の押し過ぎを防止することができる。さらに凸部８１を設けると、この部分の弾性により可動バネ８４をソフトに押すことができる。なお、本実施の形態４における圧力検知手段７１の動作については、前記実施の形態１における圧力検知手段６と同程度であるので省略する。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、ダイヤフラムの破損を圧力変化により検知しているため、ポンプを小型化できるとともに、ポンプ設備の省スペース化を図ることができる。また、ダイヤフラムの修復後、復帰用ボタンによりポンプを再駆動できるので、長期間ポンプの安全運転を維持することができるとともに、ポンプ品質および保安性を向上させることができる。
【００３２】
さらに本発明によれば、ポンプ構造を変更することなく、圧力検知手段をフレームの外表面に取り付けることができるので、ポンプの小型化を維持することができるとともに、メンテナンスが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁振動型ポンプにかかわる実施の形態１を示す縦断面図である。
【図２】図１の電磁振動型ポンプの横断面図である。
【図３】図１の圧力検知手段の拡大図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】圧力検知手段の端子の接続回路図である。
【図６】圧力検知手段の他の取り付けを示す断面図である。
【図７】図１の圧力検知手段の動作を説明する図である。
【図８】図７の圧力検知手段の拡大図である。
【図９】本発明の電磁振動型ポンプにかかわる実施の形態１を示す横断面図である。
【図１０】図９の位置決め中子の斜視図である。
【図１１】本発明の電磁振動型ポンプにかかわる実施の形態２を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３にかかわる圧力検知手段を示す拡大図である。
【図１３】本発明の実施の形態４にかかわる圧力検知手段を示す拡大図である。
【符号の説明】
１ 電磁石部
２ 永久磁石
３ 振動子
３ａ 平板保持具
４ ダイヤフラム
５ ポンプケーシング部
５ａ カバー
６ ダイヤフラム式圧力検知手段
１４ フレーム
１５ 電磁石
１６ 鉄心
１８、１９ タンク部
２４ 板バネ用取付台
２５ キャップ
２６ 検出容器
２７ 検出ダイヤフラム
２８ 端子
２９ 接点部
３０ 可動バネ
３１ 押しピン
３２ 復帰用コイルバネ
３３ 復帰用ボタン
Ｓ 密閉空間
Claims (8)
- フレーム内に対向して配置される電磁石を有する電磁石部と、該電磁石間の空隙部に挿入されるとともに、磁石を固定した振動子と、該振動子の左右端部に固着されるダイヤフラムと、該ダイヤフラムを支持するポンプケーシングとを有する電磁振動形ダイヤフラムポンプであって、前記電磁石部とダイヤフラムによって密閉される密閉空間に連通する連通孔が前記フレームに形成されているとともに、該連通孔を通して前記密閉空間の圧力上昇により作動するダイヤフラム式圧力検知手段を備え、
前記圧力検知手段が、前記連通孔に対向して配置される検出容器と、該検出容器の内部に装着されている検出ダイヤフラムと、該検出ダイヤフラムに固着され、一端が前記検出容器内に支持されている端子と、該端子の先端に当接する接点部を有し、両端を前記検出容器内に支持されている可動バネと、前記検出容器の底部に設けられる前記可動バネの復帰用ボタンとからなる電磁振動形ダイヤフラムポンプ。 - 前記フレームが前記電磁石の外表面にモールドされた樹脂成形体である請求項１記載の電磁振動形ダイヤフラムポンプ。
- 前記ダイヤフラム式圧力検知手段が前記フレームの外表面に取り付けられている請求項２記載の電磁振動形ダイヤフラムポンプ。
- フレーム内に対向して配置される電磁石を有する電磁石部と、該電磁石間の空隙部に挿入されるとともに、磁石を固定した振動子と、該振動子の左右端部に固着されるダイヤフラムと、該ダイヤフラムを支持するポンプケーシングとを有する電磁振動形ダイヤフラムポンプであって、前記電磁石部とダイヤフラムによって密閉される密閉空間に連通する連通孔が前記フレームに形成されているとともに、該連通孔を通して前記密閉空間の圧力上昇により作動するダイヤフラム式圧力検知手段を備え、
前記圧力検知手段が、前記連通孔に対向して配置される検出容器と、該検出容器の内部に装着されている検出ダイヤフラムと、該検出ダイヤフラムの中央部に先端が当接し、一端が前記検出容器内に支持されている端子と、該端子の先端に当接する接点部を有し、両端が前記検出容器内に支持されている可動バネと、前記検出容器の底部に設けられる前記可動バネの復帰用ボタンとからなる電磁振動形ダイヤフラムポンプ。 - フレーム内に対向して配置される電磁石を有する電磁石部と、該電磁石間の空隙部に挿入されるとともに、磁石を固定した振動子と、該振動子の左右端部に固着されるダイヤフラムと、該ダイヤフラムを支持するポンプケーシングとを有する電磁振動形ダイヤフラムポンプであって、前記電磁石部とダイヤフラムによって密閉される密閉空間に連通する連通孔が前記フレームに形成されているとともに、該連通孔を通して前記密閉空間の圧力上昇により作動するダイヤフラム式圧力検知手段を備え、
前記圧力検知手段が、前記連通孔に対向して配置される検出容器と、該検出容器の内部に装着され、中心部に凸部を有する検出ダイヤフラムと、該検出ダイヤフラムの凸部に当接し、一端が前記検出容器内に支持されている端子と、該端子の先端に当接する接点部を有し、一端が前記検出容器内に支持されている可動バネと、前記検出容器の底部に設けられる前記可動バネの復帰用ボタンとからなる電磁振動形ダイヤフラムポンプ。 - 前記ポンプケーシング部のポンプ部全体を覆うカバーのみが金属製である請求項１、２、３、４または５記載の電磁振動形ダイヤフラムポンプ。
- 前記電磁石部の内周部に、前記フレームの成形前に組み込まれ、コイルを巻き付けるコイルボビンと一体にした形状の位置決め中子が配置されている請求項１、２、３、４、５または６記載の電磁振動形ダイヤフラムポンプ。
- 前記フレームがダイカストまたは押出し加工により作製される成形体である請求項１、４または５記載の電磁振動形ダイヤフラムポンプ。
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