JP5121483B2 - 流体送給装置 - Google Patents

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Description

本発明は、気体、液体あるいはこれらと他の物質との混合流体などの送給手段として使用する流体送給装置に関する。
磁力の変化によって振動する磁性体を駆動源とした流体送給装置については、従来、種々の形式が提案されているが、本願発明に関連するものとして、特許文献1記載の電磁振動ポンプがある。この電磁振動ポンプは、非磁性体からなる管体内に緩挿された二つの磁性振動子と、これらの振動子を作動させるため管体の両側の外周部に設けられた二つの空芯電磁コイルと、を備えたものである。
この電磁振動ポンプの場合、高い周波数の交流電流やパルス電流を二つの空芯電磁コイルに通電することによって生じる磁力を二つの振動子に作用させると、これらの振動子が高速振動するので、多くの吐出量を確保することができる。
特開2006−57615号公報
特許文献1記載の電磁振動ポンプは、その作動中、振動子に内蔵された磁性体に設けられた漏斗状中空部内を流体が通過する構成となっているため、固形物を含有しない液体や気体あるいは気液混合流体の送給手段として使用する限り、問題は生じない。しかしながら、微細な粉状体や塵埃などの固形物を含む流体の送給手段として使用すると、これらの物質が記漏斗状中空部内に付着したり、堆積したりして、比較的短期間のうちにポンプ機能が低下する。
また、微細な粉状体や塵埃などが管体と振動子との隙間などに侵入した状態で高速振動すると、互いに摺動し合う管体内周面や振動子外周面が急速に摩耗することがあるため、耐久性に乏しい。さらに、前記漏斗状中空部内などに微細な粉状体や塵埃などが付着、堆積すると、これらを清掃除去するのが困難である。
本発明が解決しようとする課題は、微細な粉状体や塵埃などが混在した流体を安定的に送給することができ、運転音が静かで、耐久性にも優れた流体送給装置を提供することにある。
本発明の流体送給装置は、高剛性材料で形成された気密性を有する二つのケーシングと、前記ケーシングに連通して設けられた流入経路及び流出経路と、前記ケーシングの容積を増加・減少させるため前記ケーシングの一部に膨縮可能に設けられた可動部と、前記可動部に付設された磁性体と、前記磁性体と共に前記可動部を膨縮運動させるために設けられた電磁石と、前記可動部の膨縮運動による前記ケーシングの容積の増加・減少に伴い前記流入経路を開放・閉止する弁体及び前記流出経路を閉止・開放する弁体と、を備え
二つの前記ケーシングは平面視形状が円形をなす略円錐台形状の部材であり、
前記可動部は、高剛性材料で形成された円板形状の隔壁部と、前記隔壁部の周縁と前記ケーシングとを気密状に連接するドーナツ形状の伸縮性を有する隔膜と、で形成され、
前記隔壁部と前記隔膜との境界及び前記隔膜と前記ケーシングとの境界をいずれも円形とし、
二つの前記ケーシングをそれぞれの前記可動部同士が対向する状態で配置し、二つの前記可動部の両方に付設され、一体化された状態で前記磁性体を設け、
一方の前記ケーシングの前記可動部と対向する当該ケーシングの上面の中央部分に電磁石を配置し、他方の前記ケーシングの前記可動部と対向する当該ケーシングの下面の中央部分に電磁石を配置したことを特徴とする。ここで、「膨縮可能」とは、ケーシングが膨張する方向に突出したり、収縮する方向に凹んだりすることが可能であることをいう。
電磁石に発生する磁力により磁性体と共に可動部を膨縮運動させ、ケーシングの容積を増加・減少させると、二つの弁体が交互に開閉してケーシング内の圧力が減少・増加することにより、流入経路に吸引作用が発生し、流出経路に排出作用が発生する。このため、流入経路から吸い込まれた流体は、ケーシング内を経由して、流出経路から排出される。このとき、流体の流動経路中には狭隘な部分や摺動部分がないので、流体中に含まれる塵埃などが流動経路中に付着、堆積して、流体送給機能が低下したり、部材の摩耗が生じたりすることがない。従って、微細な粉状体や塵埃などが混在した流体を安定的に送給することができ、動作音が静かで、耐久性にも優れている。
ここで、前記可動部を、高剛性材料で形成された隔壁部と、前記隔壁部の周縁と前記ケーシングとを気密状に連接する伸縮性を有する隔膜と、で形成したことにより、前記隔膜の伸縮作用により高剛性の隔壁部は変形することなく膨縮方向に往復移動可能となり、ケーシングの容積を確実に増減させることができるため、強力な吸引作用及び排出作用を得ることができる。
また、前記隔壁部と前記隔膜との境界及び前記隔膜と前記ケーシングとの境界がいずれも円形をなすようにしたことにより、前記隔壁部と前記隔膜との境界及び前記隔膜と前記ケーシングとの境界に、応力が集中し易い角部が存在しなくなるため、前記隔壁部の往復運動に伴う前記隔膜の損傷を防止することができ、耐久性向上に有効である。
一方、二つの前記ケーシングをそれぞれの前記可動部同士が対向する状態で配置し、二つの前記可動部に付設された前記磁性体を一体化させているので、構造の複雑化を抑制しながら、流体送給機能の増大を図ることができる。

本発明により、微細な粉状体や塵埃などが混在した流体を安定的に送給することができ、運転音が静かで、耐久性にも優れた流体送給装置を提供することができる。
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明の第1実施形態である流体送給装置を示す平面図、図2は図1に示す流体送給装置の正面図、図3は図1におけるA−A線断面図、図4及び図5は図1に示す流体送給装置の動作状態を示す断面図である。
図1〜図3に示すように、本実施形態の流体送給装置10は、高剛性材料で形成された気密性を有するケーシング11x,11yと、それぞれのケーシング11x,11yに連通して設けられた流入経路12a,12b及び流出経路13a,13bと、ケーシング11x,11yの容積を増加・減少させるためケーシング11x,11yの一部に膨縮可能に設けられた可動部14a,14bと、可動部14a,14bに付設された磁性体である磁石15と、磁石15と共に可動部14a,14bを膨縮運動させるために設けられた電磁石16a,16bと、可動部14a,14bの膨縮運動によるケーシング11x,11yの容積の増加・減少に伴い流入経路12a,12bを開放・閉止する弁体12av,12bv及び流出経路13a,13bを閉止・開放する弁体13av,13bvと、を備えている。
また、電磁石16a,16bと制御装置17との間に、それぞれ給電コード18a,18bが配線され、制御装置17の電源コード19が商用電源(AC100V)に接続されている。制御装置17は、パイロットランプ17a、電源スイッチ17b及び調節ダイヤル17cを備えている。電源スイッチ17bは、電磁石16a,16bへの給電を開始・停止するためのスイッチであり、パイロットランプ17aは電源スイッチ17bがON状態のときに点灯するランプであり、調節ダイヤル17cは、電磁石16a,16bへ供給される交流電流の周波数を増減させるためのものである。
二つのケーシング11x,11yは略円錐台形状の部材であり、これらのケーシング11x,11yは、それぞれの可動部14a,14b同士が対向する状態で配置され、二つの可動部14a,14b両方に付設された状態で磁石15が付設されている。即ち、それぞれの可動部14a,14bに個別に付設されるべき磁石を一体化した状態で磁石15が設けられている。また、二つのケーシング11x,11yの可動部14a,14b側の周縁同士を気密状に連接することにより、一体構造をなす本体ケーシング11が形成されている。
図1に示すように、平面視形状が円形をなす本体ケーシング11の上面(可動部14aと対向する面)の中央部分に電磁石16aが配置され、この電磁石16aを挟んで180度対向する位置に流入経路12a、流出経路13aが接続されている。また、図3に示すように、本体ケーシング11の下面(可動部14bと対向する面)の中央部分に電磁石16bが配置され、この電磁石16bを挟んで180度対向する位置にそれぞれ流入経路12b、流出経路13bが接続されている。
可動部14a,14bは、高剛性材料で形成された隔壁部14ap,14bpと、隔壁部14ap,14bpの周縁とケーシング11x,11yとを気密状に連接する伸縮性を有する隔膜14as,14bsと、で形成されている。隔壁部14ap,14bpは円板形状の部材であり、それぞれの周縁とケーシング11x,11yの内周面とを連接する隔膜14as,14bsはドーナツ形状の膜部材である。従って、隔壁部14ap,14bpと隔膜14as,14bsとの境界及び隔膜14as,14bsとケーシング11x,11yとの境界はいずれも円形をなしている。
次に、図4,図5に基づいて、流体送給装置10の動作について説明する。図4,図5は図1に示す流体送給装置の動作状態を示す断面図である。図4に示すように、制御装置17の電源コード19を商用電源に接続し、電源スイッチ17bをONすると、給電コード18a,18bを介して電磁石16a,16bへ交流電流が供給され、電磁石16a,16bに極性が周期的に変化する磁力が発生する。一方、可動部14a,14bを構成する隔壁部14ap,14bpの間には極性が一定な永久磁石15が配置されているため、電磁石16a,16bの極性が周期的に変化すると、電磁石16a,16bと磁石15との間には吸引力と反発力が交互に発生し、これによって可動部14a,14bが連動して上下運動を行う。
本実施形態の場合、図4に示すように、上方の電磁石16aのケーシング側端部にS極が発生したとき、同時に、下方の電磁石16bのケーシング側端部にもS極が発生するように設定されているため、電磁石16a,16bと磁石15との間に生じる吸引力、反発力により磁石15は可動部14a,14bとともに上方へ移動する。これにより、ケーシング11xの容積が収縮し、弁体12avが閉じて流入経路12aが閉塞されるとともに、弁体13avが開いて流出経路13aが開放される。これと同時に、ケーシング11yの容積が増大し、弁体12bvが開いて流入経路12bが開放されるとともに、弁体13bvが閉じて流出経路13bが閉塞される。
一方、図5に示すように、上方の電磁石16aのケーシング側端部にN極が発生したとき、同時に、下方の電磁石16bのケーシング側端部にもN極が発生するように設定されているため、電磁石16a,16bと磁石15との間に生じる反発力、吸引力により磁石15は可動部14a,14bとともに下方へ移動する。これにより、ケーシング11xの容積が増大し、弁体12avが開いて流入経路12aが開放されるとともに、弁体13avが閉じて流出経路13aが閉塞される。これと同時に、ケーシング11yの容積が減少し、弁体12bvが閉じて流入経路12bが閉塞されるとともに、弁体13bvが開いて流出経路13bが開放される。
このように、電磁石16a,16bに発生する磁力により、磁石15と共に可動部14a,14bを上下往復運動(膨縮運動)させ、ケーシング11x,11yの容積を増加・減少させると、弁体12av,13av及び弁体12bv,13bvがそれぞれ交互に開閉し、ケーシング11x,11y内の圧力が減少・増加することにより、流入経路12a,12bに吸引作用が発生し、流出経路13a,13bに排出作用が発生する。
このため、流入経路12a,12bから吸い込まれた流体はそれぞれケーシング11x,11y内を経由して、流出経路13a,13bから排出される。このとき、流体の流動経路中に狭隘な部分や摺動部分がないので、流体中に含まれる塵埃などが、流入経路12a,12b、ケーシング11x,11yの内部空間11a,11bあるいは流出経路13a,13bなどに付着、堆積して、ポンプ機能を低下させたり、部材の摩耗が生じたりすることがない。従って、流体送給装置10は、微細な粉状体や塵埃などが混在した流体を安定的に送給することができ、運転音が静かで、耐久性にも優れている。
また、制御装置17の調節ダイヤル17cを操作すると、電磁石16a,16bへ供給される交流電流の周波数が変化するため、電磁石16a,16bの極性変化の周期が変化し、可動部14a,14bの往復速度(単位時間当たりの往復回数)が変化する。従って、調節ダイヤル17cを操作することにより、流体送給装置10の送給流量を調節することができる。なお、電磁石16a,16bへ供給する電流は交流に限定しないので、極性が変化するパルス電流であっても良い。また、電磁石16a,16bに供給される電流の極性を可動部14a,14bの往復運動に伴って交互に変更する機構を設ければ、直流電源で稼働させることもできる。
一方、流体送給装置10を構成する流入経路12a,12b、ケーシング11x,11y、流出経路13a,13b及び可動部14a,14bを耐酸性や耐塩基性に優れた合成樹脂材料などで形成すれば、金属を侵す性質を有する流体(例えば、硫酸、塩酸など)あるいは金属イオンの溶出などによる悪影響を避けたい流体の送給手段としても好適に使用することができるようになる。
また、流体送給装置10の可動部14a,14bは、高剛性材料で形成された隔壁部14ap,14bpと、隔壁部14ap,14bpの周縁とケーシング11x,11yとを気密状に連接する伸縮性の隔膜14as,14bsとで形成している。従って、隔膜14as,14bsの伸縮作用により、隔壁部14ap,14bpは変形することなく膨縮方向に往復可能であり、ケーシング11x,11yの容積を確実に増減させることができる。このため、流体送給装置10は強力な吸引作用及び排出作用を発揮する。
さらに、隔壁部14ap,14bpと隔膜14as,14bsとの境界及び隔膜14as,14bsとケーシングケーシング11x,11yとの境界はいずれも滑らかな閉曲線である円形をなしている。従って、隔壁部14ap,14bpと隔膜14as,14bsとの境界及び隔膜14as,14bsとケーシングケーシング11x,11yとの境界に、応力が集中し易い角部が存在しない。このため、隔壁部14ap,14bpの往復運動による隔膜14as,14bsに損傷が発生し難く、耐久性に優れている。
一方、流体送給装置10は、二つのケーシング11x,11yは、それぞれの可動部14a,14b同士が対向する状態で配置され、二つの可動部14a,14b両方に付設された状態で一つの磁石15が付設された構成である。このため、構造の複雑化を招くことなく、流体送給機能を増大させることができる。
次に、図6〜図9に基づき、本発明の第2実施形態について説明する。図6は本発明の第2実施形態である流体送給装置を示す断面図、図7は図6に示す流体送給装置を構成する極性切替機構を示す図、図8,図9は図6に示す流体送給装置の動作状態を示す断面図である。なお、図6〜図9中において図1〜図7と同符号を付している部分は前述した流体送給装置10の構成部分と同じ構造、機能を有する部分であり、説明を省略する。
図6に示すように、本実施形態の流体送給装置20は直流電流によって作動するものであり、前述した流体送給装置10の制御装置17に代わる電源装置27と、極性切替機構21と、を備えている。電源装置27は、商用電源に接続された電源コード19を経由して入力される交流電流を直流電流に変換して給電コード27m,27pから出力する。また、極性切替機構21と電磁石16aとを給電コード28aで接続し、電磁石16aと電磁石16bとの間を給電コード28bで接続し、電磁石16bと極性切替機構21との間を給電コード28cで接続することにより、直列回路が形成されている。
図6に示すように、極性切替機構21は、その極性切替アーム22の先端部22a側が本体ケーシング11内の隔膜14as,14bsの間に位置する状態で本体ケーシング11に取り付けられている。図7に示すように、極性切替機構21は、支持部22bに正逆回動可能に軸支され極性切替アーム22と、極性切替アーム22の正逆回動に伴って支持部22bを中心に正逆交互に回動する作動部22cと、作動部22cの回動により往復移動する可動電極28x,28yと、給電コード27m,27pに接続された固定電極27x,27y,27zと、を備えている。
本体ケーシング11内の可動部14a,14bの往復移動に伴って動く隔膜14as,14bsが極性切替アーム21の先端部22aに接触することにより、極性切替アーム22の正逆回動する。この場合、極性切替アーム22は、図7(a),(b)の何れか一方のみの状態で静止するように付勢されているため、途中の状態で静止することはない。
図7(a)に示す状態では、固定電極27xと可動電極28xとが導通するとともに固定電極27yと可動電極28yとが導通し、図7(b)に示す状態では、固定電極27yと可動電極28xとが導通するとともに固定電極27zと可動電極28yとが導通する。
図7(a)の状態において、電源スイッチ27bをONすると、パイロットランプ27aが点灯し、電源装置27から給電コード27m、極性切替機構21、給電コード28a、電磁石16a、給電コード28b、電磁石16b、給電コード28c、極性切替機構21及び給電コード27pを経由して電源装置27へ戻る直流電流が流れる。これにより、電磁石16a,16bには図8に示す極性の磁力が発生するため、電磁石16a,16bと磁石15との間に生じる吸引力、反発力により磁石15は可動部14a,14bとともに上方へ移動する。
これにより、ケーシング11xの容積が収縮し、弁体12avが閉じて流入経路12aが閉塞されるとともに、弁体13avが開いて流出経路13aが開放される。これと同時に、ケーシング11yの容積が増大し、弁体12bvが開いて流入経路12bが開放されるとともに、弁体13bvが閉じて流出経路13bが閉塞される。
一方、可動部14a,14bとともに隔膜14as,14bsが上方へ移動するとき、隔膜14bsが極性切替アーム22の先端部22aに当接して極性切替アーム22を回動させるため、極性切替機構21は図7(b)に示す状態に変化する。これにより、可動電極28x,28yに印加される直流の極性が逆となるため、前述と逆方向に直流電流が流れ、電磁石16a,16bに発生する磁力の極性は図9に示す状態に変化する。従って、電磁石16a,16bと磁石15との間に生じる吸引力、反発力により磁石15は可動部14a,14bとともに下方へ移動する。このとき、隔膜14asが極性切替アーム22の先端部22aに当接して極性切替アーム22を回動させるため、極性切替機構21は再び図7(a)に示す状態に変化する。以下、このような可動部14a,14bの移動及び電磁石16a,16bに発生する磁力の極性変化が反復される。
このように、可動部14a,14bとともに移動する隔膜14as,14bsと当接することによって回動する極性切替アーム22により、電磁石16a,16bに流れる直流電流の向きが交互に変化するため、磁石15と共に可動部14a,14bは上下往復運動(膨縮運動)する。これによって、ケーシング11x,11yの容積が増加・減少し、弁体12av,13av及び弁体12bv,13bvがそれぞれ交互に開閉し、ケーシング11x,11y内の圧力が減少・増加することにより、流入経路12a,12bに吸引作用が発生し、流出経路13a,13bに排出作用が発生する。従って、流入経路12a,12bから吸い込まれた流体はそれぞれケーシング11x,11y内を経由して、流出経路13a,13bから排出される。なお、電源装置27は、調節ダイヤル27cを回動操作すると出力電圧が昇降する機能を有するため、調節ダイヤル27cの回動操作によって流体送給装置20の送給能力を増減させることもできる。
流体送給装置20は整流機能を有する電源装置27を具備しているため、商用電源を用いて作動させることができるが、電源装置27の代わりに、乾電池や蓄電池などの直流電源を用いて作動させることもできる。このため、商用電源設備のない場所での使用も可能であり、利便性に優れている。その他の部分の構造、機能などは流体送給装置10と同様である。
本発明の流体送給装置は、気体、液体あるいはこれらと他の物質との混合流体などの送給手段、例えば、換気扇、送風機、掃除機などとして、広く利用することができる。
本発明の第1実施形態である流体送給装置を示す平面図である。 図1に示す流体送給装置の正面図である。 図1におけるA−A線断面図である。 図1に示す流体送給装置の動作状態を示す断面図である。 図1に示す流体送給装置の動作状態を示す断面図である。 本発明の第2実施形態である流体送給装置を示す断面図である。 図6に示す流体送給装置を構成する極性切替機構を示す図である。 図6に示す流体送給装置の動作状態を示す断面図である。 図6に示す流体送給装置の動作状態を示す断面図である。
符号の説明
10,20 流体送給装置
11 本体ケーシング
11a,11b 内部空間
11x,11y ケーシング
12a,12b 流入経路
12av,12bv,13av,13bv 弁体
13a,13b 流出経路
14a,14b 可動部
14ap,14bp 隔壁部
14as,14bs 隔膜
15 磁石
16a,16b 電磁石
17 制御装置
17a,27a パイロットランプ
17b,27b 電源スイッチ
17c,27c 調節ダイヤル
18a,18b,27m,27p,28a,28b,28c 給電コード
19 電源コード
21 極性切替機構
22 極性切替アーム
22a 先端部
22b 支持部
22c 作動部
27 電源装置
27x,27y,27z 固定電極
28x,28y 可動電極

Claims (1)

  1. 高剛性材料で形成された気密性を有する二つのケーシングと、前記ケーシングに連通して設けられた流入経路及び流出経路と、前記ケーシングの容積を増加・減少させるため前記ケーシングの一部に膨縮可能に設けられた可動部と、前記可動部に付設された磁性体と、前記磁性体と共に前記可動部を膨縮運動させるために設けられた電磁石と、前記可動部の膨縮運動による前記ケーシングの容積の増加・減少に伴い前記流入経路を開放・閉止する弁体及び前記流出経路を閉止・開放する弁体と、を備え
    二つの前記ケーシングは平面視形状が円形をなす略円錐台形状の部材であり、
    前記可動部は、高剛性材料で形成された円板形状の隔壁部と、前記隔壁部の周縁と前記ケーシングとを気密状に連接するドーナツ形状の伸縮性を有する隔膜と、で形成され、
    前記隔壁部と前記隔膜との境界及び前記隔膜と前記ケーシングとの境界をいずれも円形とし、
    二つの前記ケーシングをそれぞれの前記可動部同士が対向する状態で配置し、二つの前記可動部の両方に付設され、一体化された状態で前記磁性体を設け、
    一方の前記ケーシングの前記可動部と対向する当該ケーシングの上面の中央部分に電磁石を配置し、他方の前記ケーシングの前記可動部と対向する当該ケーシングの下面の中央部分に電磁石を配置したことを特徴とする流体送給装置。
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