JP6955259B2 - 電磁式ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Description

本発明は、電磁式ダイヤフラムポンプに関する。

一般的に、電磁式ダイヤフラムポンプとして、空気の吐出口が２つ設けられ、永久磁石で形成された振動子を往復運動させることによりポンプ作用を得ることができる電磁振動型のダブルエアポンプが知られている。

このようなダブルエアポンプとして、たとえば、特許文献１（特開２０１２−１９７７１７号公報）および特許文献２（特開２００５−２７３４７７号公報）が挙げられる。特許文献１には、円柱形状の永久磁石を用いた電磁振動型のダブルエアポンプの基本的な構造が開示されている。特許文献２には、電磁振動型のダブルエアポンプであり、２つの永久磁石からなる振動子を逆位相で往復運動させた電磁式ダイヤフラムポンプが開示されている。

特開２０１２−１９７７１７号公報 特開２００５−２７３４７７号公報

本発明者は、上記特許文献１および特許文献２の振動装置と異なるとともに、簡易な構造の電磁式ダイヤフラムポンプを実現することを課題とした。

すなわち、本発明は、簡易な構造の電磁式ダイヤフラムポンプを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る電磁式ダイヤフラムポンプは、吸入弁と吐出弁とを有し、左右に配置される一対の圧縮室と、一対の圧縮室の間に位置し、一対の圧縮室に接する一対のダイヤフラムと、一対の圧縮室および一対のダイヤフラムを外方から覆うケースと、一対のダイヤフラムにより支持され、電磁コイルにより往復運動可能な振動子とを備え、振動子は、ダイヤフラムに連結された支持棒と、支持棒に連結固定された球体磁石とを含む。

好ましくは、支持棒は、一対のダイヤフラムのうち一方に連結された第１支持棒と、一対のダイヤフラムのうち他方に連結された第２支持棒とを含み、球体磁石は、第１支持棒の先端に連結固定された第１球体磁石と、第２支持棒の先端に連結固定された第２球体磁石とを含む。

好ましくは、第１球体磁石と第２球体磁石は、互いに吸引し合う磁力特性を有する。

好ましくは、第１球体磁石と第２球体磁石は、互いに反発し合う磁力特性を有する。

好ましくは、支持棒は、球体磁石を嵌め込むための球面状凹部を有する。

好ましくは、ケースは、外筒と、外筒の内方に位置する内筒とを含み、電磁コイルは、内筒の外周に巻かれており、ダイヤフラムは、外筒と内筒の間に挿入される挿入部を有する。

好ましくは、ダイヤフラムは、軸方向の厚みが大きい中央部と、中央部と挿入部との間に、中央部よりも軸方向の厚みが小さい環状凹部とを有し、中央部は、連結具を介して支持棒に連結されている。

本発明によれば、簡易な構造の電磁式ダイヤフラムポンプを提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る電磁式ダイヤフラムポンプを示す模式断面図である。 ダイヤフラムと振動子を取り出して示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る電磁式ダイヤフラムポンプの組立方法を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る電磁式ダイヤフラムポンプを示す模式断面図である。 本発明の実施の形態３に係る電磁式ダイヤフラムポンプを示す模式断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一
または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。

＜実施の形態１＞
図１，２を参照して、本発明の実施の形態１の電磁式ダイヤフラムポンプ１について説明する。以下の説明では、図１において矢印Ａで示す方向を左右方向という。

本実施の形態の電磁式ダイヤフラムポンプ１は、たとえば、空気の吐出口が２つ設けられているダブルエアポンプである。具体的には、電磁式ダイヤフラムポンプ１は、一対の圧縮室２と、一対のダイヤフラム３と、ケース４と、振動子５とを備えている。

一対の圧縮室２は、吸入弁２０と吐出弁２１とを有し、左右に配置されている。圧縮室２は、後述する外筒４１により形成されている。また、一対の圧縮室２の上下には、外部からの空気を吸入する吸入室７０と、外部に空気を送り出す吐出室７１とを含むポンプケーシング７が取り付けられている。

吸入弁２０は、吸入室７０と圧縮室２との空気の流れの経路内に設けられ、圧縮室２から吸入室７０への空気の逆流を防止する役割を果たす。吐出弁２１は、圧縮室２と吐出室７１との空気の流れの経路内に設けられ、吐出室７１から圧縮室２の空気の逆流を防止する役割を果たす。なお、吐出室７１には、吐出口７２が設けられており、吐出口７２には、図示しない筒状のエアホースを連結させることができる。

一対のダイヤフラム３は、一対の圧縮室２の間に位置し、一対の圧縮室２に接する。具体的には、ダイヤフラム３は、後述する外筒４１と内筒４０の間に挿入される。ダイヤフラム３は、たとえば、弾性部材であり、ゴム材であることが好ましい。

図２に示すように、ダイヤフラム３は、後述する外筒４１と内筒４０の間に挿入される挿入部３０と、軸方向の厚みが大きい中央部３１と、中央部３１と挿入部３０との間に、中央部３１よりも軸方向の厚みが小さい環状凹部３２とを有している。ダイヤフラム３は、有底の筒型形状であり、後述する振動子５側に位置する端部が開放されている。

挿入部３０は、中央部３１および環状凹部３２から後述する振動子５に向かって突出している。挿入部３０の外形状および内形状（中空形状）は特に限定されず、断面視において円形、矩形などが挙げられる。本実施の形態の挿入部３０は、外形状および内形状は断面視において円柱形状である。なお、本実施の形態の挿入部３０の内径（中空形状の直径）は、後述する内筒４０の外径よりもやや大きく、後述する外筒４１の内径よりもやや小さい。

中央部３１は、後述する支持棒５１が連結されている。また、環状凹部３２は、中央部３１よりも軸方向の厚みが小さいため、ダイヤフラム３の左右の伸縮運動を容易に行うことができる。また、中央部３１と挿入部３０の軸方向の厚みを厚くし、環状凹部３２の軸方向の厚みを小さくすることで、ダイヤフラム３の動きが安定したものになる。

ケース４は、一対の圧縮室２および一対のダイヤフラム３を外方から覆うものである。具体的には、ケース４は、外筒４１と、外筒４１の内方に位置する内筒４０とを含む。

内筒４０は、両端が開放された筒形状である。内筒４０は、その両端が一対のダイヤフラム３で覆われている。これにより、内筒４０の両端の開口は、ダイヤフラム３により閉塞されている。なお、内筒４０の外形状および内形状（中空形状）は特に限定されず、断面視において円形、矩形などが挙げられる。本実施の形態の内筒４０は、外形状および内形状が断面視において円柱形状である。なお、本実施の形態の内筒４０の内径（中空形状の直径）は、後述する球体磁石５０よりもやや大きい。

内筒４０は、非磁性体で形成されている。非磁性体とは、強磁性体ではない物質で、常磁性体、反磁性体および反強磁性体を含む。非磁性体として、たとえば、アルミニウムなどの金属、プラスチックなどの合成樹脂などが挙げられる。

内筒４０の外周には、電磁コイル６が巻かれている。このため、内筒４０は、電磁コイル６のボビンの役割も担う。本実施の形態の電磁コイル６は、内筒４０の外周の一部に設けられている。具体的には、電磁コイル６は、内筒４０の左右方向の略中央部に取り付けられる。電磁コイル６は、たとえば、ソレノイドコイルである。なお、電磁コイル６は、内筒４０の全周に設けられていてもよく、内筒４０の外周の分離した領域に設けられていてもよい。

電磁コイル６には、電源プラグ（図示せず）が取り付けられていてもよい。電源プラグを商用コンセントに差し込むことで、電磁コイル６に交流電流が供給され、交番磁界を発生させることができる。なお、マルチバイブレータ回路を用いることで、直流電流で駆動させることも可能である。

外筒４１は、その一端が開放された筒形状である。外筒４１の一端は、内筒４０に取り付けられたダイヤフラム３上に取り付けられている。これにより、外筒４１の一端の開口は、ダイヤフラム３により閉塞されている。なお、内筒４０と同様に、外筒４１の外形状および内形状（中空形状）も特に限定されず、断面視において円形、矩形などが挙げられる。本実施の形態の外筒４１は、外形状および内形状が断面視において円柱形状である。なお、本実施の形態の外筒４１の内径（中空形状の直径）は、内筒４０の外径よりもやや大きく、ダイヤフラム３の外径よりも大きい。これにより、ダイヤフラム３を取り付けた内筒４０を外筒４１内で保持することができる。なお、上述のように、外筒４１は、圧縮室２を形成している。

内筒４０と同様に、外筒４１もまた、非磁性体で形成されている。非磁性体とは、強磁性体ではない物質で、常磁性体、反磁性体および反強磁性体を含む。非磁性体として、たとえば、アルミニウムなどの金属、プラスチックなどの合成樹脂などが挙げられる。

振動子５は、一対のダイヤフラム３により支持され、電磁コイル６により往復運動可能である。本実施の形態の振動子５は、ダイヤフラム３に連結された支持棒５１と、支持棒５１に連結固定された球体磁石５０とを含む。

支持棒５１は、たとえば、樹脂製材料、磁性材料などにより形成されている。なお、支持棒５１の外形状および内形状（中空形状）は特に限定されず、断面視において円形、矩形などが挙げられる。球体磁石５０を取り付ける観点からは、中実形状であることが好ましい。

本実施の形態では、支持棒５１は、その一端がダイヤフラム３に連結固定され、その他端が球体磁石５０に連結固定されている。具体的には、支持棒５１のダイヤフラム３に連結固定される端部は、平坦面であり、ダイヤフラム３の中央部３１にネジなどの連結具３３で連結固定されている。ダイヤフラム３の中央部３１は、軸方向の厚みを有するため、支持棒５１が垂れることを防止し、支持棒５１をダイヤフラム３に対して垂直に延在させることができる。

図２に示すように、支持棒５１の球体磁石５０に連結固定されている端部は、球体磁石５０を嵌め込むために、球体磁石５０の外周面に沿った球面状の球面状凹部５１０が形成されている。球面状凹部５１０により、支持棒５１と球体磁石５０との接触面積を増やすことができるため、球体磁石５０を確実に保持することができる。

球体磁石５０は、永久磁石であり、半球体のＮ極とＳ極となるように着磁されている。球体磁石５０は、軸方向に着磁されている。着磁（磁化）方法は特に限定されないが、たとえば、空芯コイルの中央にマグネット材料を固定し、パルス高電流を流して、軸方向に磁化する方法が挙げられる。また、マグネットの材料は特に限定されないが、高い磁力を示す観点から、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石を用いることが好ましい。なお、球体とは、外形が球体であることを意味し、内部が空洞であるものを含む。高い磁力を有する球体磁石５０を用いることにより、電磁式ダイヤフラムポンプ１をコンパクトにすることができる。

次に、電磁式ダイヤフラムポンプ１の動作を説明する。電磁式ダイヤフラムポンプ１の電磁コイル６に交流電流が流されると、交番磁界が発生し、振動子５の球体磁石５０が往復運動して、ダイヤフラム３も左右対称に振動する。これにより、圧縮室２内の空気が減圧されたり、圧縮されたりすることで、吸入室７０から外部の空気が吸引され、吐出室７１から圧縮室２の空気が排出される。

図３を参照して、電磁式ダイヤフラムポンプ１の組立方法について説明する。また、ダイヤフラム３および支持棒５１はそれぞれ一対設けられるが、理解容易のため、図３の紙面の左方に位置するものをダイヤフラム３ａおよび支持棒５１ａとし、右方に位置するものをダイヤフラム３ｂおよび支持棒５１ｂとして説明する。

まず、内筒４０を準備する。次に、内筒４０の外周に電磁コイル６を巻き付ける。次に、支持棒５１ａおよび球体磁石５０を取り付けたダイヤフラム３ａと、支持棒５１ｂを取り付けたダイヤフラム３ｂを準備する。ここで、ダイヤフラム３ａ，３ｂに支持棒５１ａ，５１ｂを取り付けるには、支持棒５１ａ，５１ｂをダイヤフラム３ａ，３ｂの中央部３１ａ，３１ｂに配置させ、連結具３３ａ，３３ｂでダイヤフラム３ａ，３ｂと支持棒５１ａ，５１ｂを連結する。さらに、内筒４０の左側に取り付けられる支持棒５１ａの球面状凹部５１０ａに、球体磁石５０を取り付ける。なお、支持棒５１ａが磁性材料で形成されている場合は、接着剤などを用いずに、球体磁石５０を吸着力により球面状凹部５１０ａに取り付けることが可能である。

図３に示すように、支持棒５１ａおよび球体磁石５０を取り付けたダイヤフラム３ａを内筒４０の左側に取り付け、支持棒５１ｂを取り付けたダイヤフラム３ｂを内筒４０の右側に取り付ける。具体的には、ダイヤフラム３ａの挿入部３０ａを内筒４０の左方端に覆い被せ、ダイヤフラム３ｂの挿入部３０ｂを内筒４０の右方端に覆い被せる。支持棒５１ｂが磁性材料で形成されている場合、球体磁石５０は吸着力により支持棒５１ｂに保持されるため、球体磁石５０と支持棒５１ｂとを接着剤で接着する必要がない。さらに、球体磁石５０の芯出しを容易に行うことが可能である。

次に、一対の外筒４１を準備し、ダイヤフラム３ａ，３ｂ上に外筒４１を取り付ける。具体的には、ポンプケーシング７が取り付けられた一対の外筒４１を、左右方向からダイヤフラム３ａ，３ｂの挿入部３０ａ，３０ｂ上に覆い被せる。

このように、電磁式ダイヤフラムポンプ１は、準備された部品を嵌め込んでいくだけでよいため、位置決めなどを必要とせず、少ない部品点数で、簡単に組み立てることができる。

本実施の形態における電磁式ダイヤフラムポンプ１を用いた場合の効果について、従来技術と比較して説明する。

従来から、振動子として柱状磁石を用いることが知られている。本実施の形態で用いたような、磁性材料で形成した支持棒に柱状磁石を保持させると、柱状磁石の位置がずれる場合がある。そのため、柱状磁石と支持棒とを接着剤で接着するか、柱状磁石と支持棒とを一体成型する必要がある。さらに、柱状磁石の場合は、支持棒の吸着面に対する柱状磁石の吸着面の平行度が必要となるため、組立が容易ではない。これに対し、本実施の形態の電磁式ダイヤフラムポンプ１は、振動子５として球体磁石５０を用いているため、吸着力により球体磁石５０を支持棒５１に保持することができ、球体磁石５０と支持棒５１とを接着剤で接着する必要がない。さらに、球体磁石５０を用いることで、容易に芯出しを行うことができ、容易に組み立てることができる。

なお、本実施の形態の電磁式ダイヤフラムポンプ１の組立方法において、磁性材料で形成された支持棒５１ａ，５１ｂを用いたが、支持棒５１ａ，５１ｂの素材は限定されない。また、支持棒５１ａ，５１ｂが磁性材料以外の樹脂材料で形成される場合は、支持棒５１ａ，５１ｂの環状凹部５１０ａ，５１０ｂと球体磁石５０とを接着剤などで保持してもよい。

＜実施の形態２＞
図４を参照して、本発明の実施の形態２の電磁式ダイヤフラムポンプ１Ａについて説明する。図４に示すように、実施の形態２における電磁式ダイヤフラムポンプ１Ａは、基本的には、図１，図２に示す実施の形態１と同様の構成を備えているが、振動子５Ａにおいて異なる。以下に実施の形態１に示した電磁式ダイヤフラムポンプ１との相違点のみ詳細に説明する。

本実施の形態の振動子５Ａは、２つの球体磁石を備える。具体的には、振動子５Ａは、一対の第１，２支持棒５４Ａ，５５Ａと、一対の第１，２球体磁石５２Ａ，５３Ａとを備える。第１支持棒５４Ａは、左方に位置するダイヤフラム３ａに連結され、第２支持棒５５Ａは、右方に位置するダイヤフラム３ｂに連結されている。第１球体磁石５２Ａは、第１支持棒５４Ａの先端に連結固定され、第２球体磁石５３Ａは、第２支持棒５５Ａの先端に連結固定されている。

図４に示すように、第１球体磁石５２Ａと第２球体磁石５３Ａは、軸方向に着磁されている。さらに、第１球体磁石５２Ａと第２球体磁石５３Ａは、接している。第１球体磁石５２Ａと第２球体磁石５３Ａは、互いに吸引し合う磁力特性を有している。つまり、第１球体磁石５２Ａと第２球体磁石５３Ａの対向する部分の極性は、異なっている。

本実施の形態の電磁式ダイヤフラムポンプ１Ａの組み立てるには、内筒４０の左方端に、第１支持棒５４Ａおよび第１球体磁石５２Ａを取り付けたダイヤフラム３ａの挿入部３０ａを取り付ける。さらに、内筒４０の右方端に、第２支持棒５５Ａおよび第２球体磁石５３Ａを取り付けたダイヤフラム３の挿入部３０ｂを取り付ける。

このような構成により、ダイヤフラム３ａ，３ｂを内筒４０に取り付ける場合に、第１球体磁石５２Ａと第２球体磁石５３Ａとが吸引し合うため、容易に芯出しを行うことができ、容易に組み立てることができる。

＜実施の形態３＞
図５を参照して、本発明の実施の形態３の電磁式ダイヤフラムポンプ１Ｂについて説明する。実施の形態３における電磁式ダイヤフラムポンプ１Ｂは、図５に示すように、基本的には、図４に示す実施の形態２と同様の構成を備えているが、振動子５Ｂの２つの球体磁石の配置において異なる。以下に実施の形態２に示した電磁式ダイヤフラムポンプ１Ａとの相違点のみ詳細に説明する。

本実施の形態の振動子５Ｂは、一対の第１，２支持棒５８Ｂ，５９Ｂと、一対の第１，２球体磁石５６Ｂ，５７Ｂとを備える。実施の形態２の振動子５Ａとの相違点は、一対の第１，２支持棒５８Ｂ，５９Ｂの軸方向の長さが短く、一対の第１，２球体磁石５６Ｂ，５７Ｂが接しておらず、離れていることである。さらに、第１球体磁石５６Ｂと第２球体磁石５７Ｂは、互いに反発し合う磁力特性を有する。つまり、第１球体磁石５６Ｂと第２球体磁石５７Ｂの対向する部分の極性は、同一である。

本実施の形態の電磁式ダイヤフラムポンプ１Ｂを組み立てるには、実施の形態２の電磁式ダイヤフラムポンプ１Ａと同様に、第１支持棒５８Ｂおよび第１球体磁石５６Ｂを取り付けたダイヤフラム３ａの挿入部３０ａを内筒４０の左方端に取り付ける。さらに、第２支持棒５９Ｂおよび第２球体磁石５７Ｂを取り付けたダイヤフラム３の挿入部３０ｂを内筒４０の右方端に取り付ける。

従来の電磁式ダイヤフラムポンプに用いられていた柱状磁石は、平面同士が対向するため磁極からの距離が同じであり、磁力の強さが同じである。そのため、柱状磁石が上下方向にずれやすく、円柱磁石が内筒の内面に接触する度に、振動（音）が大きくなっていた。これに対して、本実施の形態の第１，２球体磁石５６Ｂ，５７Ｂは、曲面同士が対向するため、中央部に位置する磁極の距離が近く、中央部から離れた外方に位置する磁極の距離が遠い。そのため、磁力の強さは、中央部が強く、中央から離れるほど弱くなる。このような構成により、本実施の形態の第１，２球体磁石５６Ｂ，５７Ｂを用いることで、容易に芯出しを行うことができ、容易に組み立てることができる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ，１Ｂ 電磁式ダイヤフラムポンプ、２ 圧縮室、３，３ａ，３ｂ ダイヤフラム、４ ケース、５，５Ａ，５Ｂ 振動子、６ 電磁コイル、７ ポンプケーシング、２０ 吸入弁、２１ 吐出弁、３０，３０ａ，３０ｂ 挿入部、３１，３１ａ，３１ｂ 中央部、３２ 環状凹部、３３，３３ａ，３３ｂ 連結具、４０ 内筒、４１ 外筒、５０ 球体磁石、５１，５１ａ，５１ｂ 支持棒、５２Ａ，５６Ｂ 第１球体磁石、５３Ａ，５７Ｂ 第２球体磁石、５４Ａ，５８Ｂ 第１支持棒、５５Ａ，５９Ｂ 第２支持棒、７０ 吸入室、７１ 吐出室、７２ 吐出口、５１０ 球面状凹部。

Claims (7)

1. 吸入弁と吐出弁とを有し、左右に配置される一対の圧縮室と、
   前記一対の圧縮室の間に位置し、前記一対の圧縮室に接する一対のダイヤフラムと、
   前記一対の圧縮室および前記一対のダイヤフラムを外方から覆うケースと、
   前記一対のダイヤフラムにより支持され、電磁コイルにより往復運動可能な振動子とを備え、
   前記振動子は、前記ダイヤフラムに連結された支持棒と、前記支持棒に連結固定された球体磁石とを含む、電磁式ダイヤフラムポンプ。
2. 前記支持棒は、前記一対のダイヤフラムのうち一方に連結された第１支持棒と、前記一対のダイヤフラムのうち他方に連結された第２支持棒とを含み、
   前記球体磁石は、前記第１支持棒の先端に連結固定された第１球体磁石と、前記第２支持棒の先端に連結固定された第２球体磁石とを含む、請求項１に記載の電磁式ダイヤフラムポンプ。
3. 前記第１球体磁石と前記第２球体磁石は、互いに吸引し合う磁力特性を有する、請求項２に記載の電磁式ダイヤフラムポンプ。
4. 前記第１球体磁石と前記第２球体磁石は、互いに反発し合う磁力特性を有する、請求項２に記載の電磁式ダイヤフラムポンプ。
5. 前記支持棒は、前記球体磁石を嵌め込むための球面状凹部を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の電磁式ダイヤフラムポンプ。
6. 前記ケースは、外筒と、前記外筒の内方に位置する内筒とを含み、
   前記電磁コイルは、前記内筒の外周に巻かれており、
   前記ダイヤフラムは、前記外筒と前記内筒の間に挿入される挿入部を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の電磁式ダイヤフラムポンプ。
7. 前記ダイヤフラムは、軸方向の厚みが大きい中央部と、前記中央部と前記挿入部との間に、前記中央部よりも軸方向の厚みが小さい環状凹部とを有し、
   前記中央部は、連結具を介して前記支持棒に連結されている、請求項６に記載の電磁式ダイヤフラムポンプ。

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