JPH0751946B2 - ダイヤフラム駆動材の偏位検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はダイヤフラム駆動材の偏位検出器およびそれを
用いたスイッチならびにそのスイッチを動力回路に有す
るダイヤフラム型エアーポンプに関する。

［従来の技術］ 従来より、養魚水槽や家庭用浄化槽などにおける酸素補
給、あるいは公害監視における検査ガスのサンプリング
にダイヤフラム型エアーポンプ（以下、単にポンプとい
う）が利用されている。

このポンプは、第８図に示されるように、ダイヤフラム
駆動材（以下、単に駆動材という）（21）に設けられた
永久磁石（20）とこれの外周に配設された電磁石（23）
との磁気的相互作用により、前記駆動材（21）を電源周
波数に応じてその長手方向（図中の矢印方向）に往復移
動させるように構成されている。そして、駆動材（21）
に連結されたダイヤフラム（24）の振動によって、ポン
プ室（25）の容積が左右背反的に増減変化し、これによ
り左右交互にエアーの吸入、排出が行われる。

ここで用いられているダイヤフラム（24）は、このよう
に使用中つねに振動しているので、弾性疲労により一定
時間経過後には破損する。ダイヤフラム（24）が被損す
ると、ポンプとして機能しないばかりでなく、ダイヤフ
ラム（24）に保持されている振動系がダイヤフラム（2
4）の破損により、所定位置に保持されなくなり、外周
の電磁石と接触しながらなおも振動を続け、ついには相
互に磨滅損傷しポンプ全体が使用に耐えなくなるという
事態を招来する。

かかる事態を避けるために、ダイヤフラム（24）が破損
したばあい、速やかにポンプを停止する必要がある。

［発明が解決しようとする課題］ ダイヤフラムが破損すると駆動材の長手方向の振動が大
きくなることから、駆動材の長手方向の振幅の増大を検
出してポンプを停止させる保護スイッチが従来より採用
されている。しかしながら、駆動材の長手方向の振幅
は、ダイヤフラムが破損したばあいにかぎらず、締切り
時や吸引時などのように負荷が軽くなるばあいにも増大
する。

したがって、従来の駆動材の長手方向の振幅増大を検出
したポンプを停止させる方式では、ダイヤフラムが正常
であってもポンプが停止させられる事態も発生した。

かかる誤動作を回避しようとすれば、軽負荷時の駆動材
の長手方向の振幅をあらかじめ計測しておいて、その範
囲を超えたばあいにのみポンプを停止させるように調整
しておく必要があるが、ポンプの性能やダイヤフラムの
特性などにバラツキがあるため、適正な範囲を定めるの
は事実上不可能である。

また、ヒューズなどの破壊型スイッチを用いてポンプを
停止させる方式では、復帰動作が繁雑となる。

本発明はかかる従来技術の問題点に鑑みなされたもので
あって、誤作動がなくまた復帰動作も容易なポンプ停止
装置に用いることができるダイヤフラム駆動材の偏位検
出器およびそれを用いたスイッチならびにそのスイッチ
を動力回路に有するダイヤフラム型エアーポンプを提供
することを目的とする。

すなわち、本発明はダイヤフラム破損時に、駆動材に形
成されている永久磁石と周囲の電磁石との間の電磁力に
より生じる、ダイヤフラム駆動材の振動方向と直角方向
の偏位を検出できる偏位検出器およびそれを用いたスイ
ッチならびにそのスイッチを動力回路に有するダイヤフ
ラム型エアーポンプを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のダイヤフラム駆動材の偏位検出器は、偏位検出
部材と、偏位指示部材と、枠部材とからなるダイヤフラ
ム駆動材の偏位検出器であって、前記偏位検出部材が、
偏位被検出部と所定間隙をもって配設されている偏位検
出部、該偏位検出部に接続されている連結部、該連結部
により前記偏位検出部と連結されている滑動部および該
滑動部の前記連結部と反対側の面に形成されている突出
部を有し、 前記偏位指示部材が、底部、胴部および頭部を有すると
ともに、該底部を介して前記偏位検出部材の突出部に載
置され、ならびに 前記枠部材が、前記偏位検出部材の滑動部を滑動自在に
保持する第１保持部、前記偏位指示部材の胴部を滑動自
在に保持する第２保持部、前記偏位検出部材の連結部が
貫通するための開口部、および前記偏位指示部材を前記
偏位検出部材方向に付勢しているバネ部材を有している ことを特徴としている。

本発明のスイッチは、偏位検出器の偏位指示部材により
開閉されることを特徴としている。

本発明のダイヤフラム型エアーポンプは、偏位検出器の
偏位指示部材により開閉されるスイッチを動力回路に有
することを特徴としている。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明するが、も
とより本発明はかかる実施例にのみ限定されるものでは
ない。

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は本発明の
他の実施例の要部分解図、第３図は本発明のさらに他の
実施例の断面図、第４図は第２保持部を天井部に形成し
た実施例の断面図、第５図は第１図に示す本発明の偏位
検出器を用いたスイッチの一実施例の断面図、第６図は
第３図に示す本発明の偏位検出器を用いたスイッチの一
実施例の側面図、第７図は第４図の示す本発明の偏位検
出器を用いたスイッチの一実施例の断面図、第８図は一
般的なダイヤフラム型エアーポンプの平面断面図であ
る。

第１図において、（Ａ）は偏位検出器、（１）は偏位検
出部材、（２）は偏位指示部材、（３）は枠部材、
（４）は駆動材を示す。

偏位検出部材（１）は、偏位検出部（1a）、連結部（1
b）、滑動部（1c）、突出部（1d）を有している。

偏位検出部材（１）の材質にはとくに制限はないが、滑
動部（1c）の材質は、枠部材（３）の第１保持部との円
滑な滑動を保証するため、摩擦係数の小さい合成樹脂、
たとえばテフロン（商標商標名）などを用いるのが好ま
しい。

偏位検出部（1a）は、駆動材（４）の偏位被検出部を所
定の間隙をもって収容できる空間を有している。駆動材
（４）は図中表裏方向に振動しているので、偏位検出部
（1a）に設けられる空間のこの方向における幅は、この
駆動材（４）の振幅よりも大きくされている。この振幅
はポンプごとに異なっているので、この幅は駆動材
（４）の振幅に応じて適宜決定される。なお、この幅は
実質上無限大であってもよい。一方、駆動材（４）は振
動方向と直角方向には、通常はほとんど振動しないの
で、空間のこの方向の幅は駆動材（４）の振動の妨げと
はならず、しかも駆動材（４）の異常を検出できるにた
る間隙を有するようにされている。この間隙は、ポンプ
の種類に応じて適宜選定されるが、駆動材（４）のフレ
が0.5mm以下であることより、片側で約0.25mm、両側合
計で約0.5mmとするのが好ましい。これ以上広くすると
動作時の振れ幅が大きくなりすぎで好ましくない。

偏位検出部（1a）の前記空間が形成された反対側から
は、連結部（1b）が偏位検出部（1a）の上部に配設され
ている枠部材（３）の下部に形成された開口部を通って
枠部材（３）の内部に延伸している。

この連結部（1b）の形状およびサイズは、駆動材（４）
の偏位を伝達できるものであればとくに制限はなく、必
要に応じて適宜決定されるが、幅:5mm程度、板厚:5mm程
度とすれば充分である。

また、枠部材（３）に設けられる開口部のサイズも連結
部（1b）のサイズに応じて適宜決定される。

連結部（1b）の他端には、滑動部（1c）が接続されてい
る。この滑動部（1c）は、枠部材（３）の内部に形成さ
れている第１保持部に滑動自在に保持されている。滑動
部（1c）のサイズは、連結部（1b）の偏位に応じて滑動
するだけの剛性を有すればとくに制限はなく、必要に応
じて適宜決定されるが、5mm程度の板厚を有する部材を
用いて、滑動部の肉厚を3mm程度、幅を7.5mm程度とすれ
ば充分である。

第１図に示す例では、滑動部（1c）は両側に設けられて
いるが、かじりなど滑動に支障を来すことのない剛性を
有する部材を使用すれば、片側のみとすることもでき
る。

滑動部（1c）の連結部（1b）と反対側の面には、偏位指
示部材（２）を載置する突出部（1d）が形成されてい
る。突出部（1d）の突出高さは載置されている偏位指示
部材（２）が明瞭な変位を示すことができるものであれ
ばよいが、あまり高くすると経済性を損なうので、1.5m
m程度とするのが好ましい。

また、突出部（1d）の滑動方向の幅は、駆動材（４）に
設けられている永久磁石と電磁石との間隙に応じて適宜
選定されるが、2mm程度とすれば実用上問題を生ずるこ
とはない。

偏位指示部材（２）は底部、胴部および頭部を有してい
る。この偏位指示部材（２）は底部を介して前記突出部
（1d）の端面に載置されている。

偏位指示部材（２）の材質についてはとくに制限はない
が、枠部材（３）の第２保持部との円滑な滑動を保証す
るため、摩擦係数の小さい合成樹脂、たとえばテフロン
（登録商標名）などを用いるのが好ましい。

なお、偏位指示部材（２）により、スイッチの接片を直
接動作されるばあいは、絶縁性を有する材料を用いる必
要がある。

偏位指示部材（２）の底部の偏位検出部材（１）の滑動
方向（以下、単に滑動方向という）と同一方向の幅は、
突出部（1d）の同方向の幅を超えなければよいが、あま
り狭くすると剛性不足となり好ましくないので、突出部
（1d）とほぼ等しくするのが好ましい。

偏位指示部材（２）の胴部の滑動方向の幅は、底部の幅
以上あればよいが、あまり広くすると経済性を損なうの
で、突出部（1d）の幅より１〜2mm程度広くするのが好
ましい。この胴部の幅を底部より広くするばあいは、偏
位指示部材（２）の偏位指示に支障を生じないように、
底面から突出部（1d）の突出高さ以上の距離をおいてか
ら、幅を広くする必要がある。

この胴部には、偏位指示部材（２）の作動後の復帰を容
易にするための、リセット用ノブを設けておくのが望ま
しい。

またこの胴部は、枠部材（３）に設けられている第２保
持部により滑動自在に保持されている。

偏位指示部材（２）の頭部は、枠部材（３）の上部に設
けられているバネ部材により押出されている。これによ
り、偏位指示部材（２）は突出部（1d）（変位検出部材
（１））方向の付勢される。このバネ部材により、偏位
指示部材（２）の迅速な動作が保証される。

枠部材（３）は、前記のごとく連空部（1b）が貫通する
開口部、滑動部（1c）を滑動自在に保持する第１保持
部、偏位指示部材（２）の胴部を滑動自在に保持する第
２保持部および偏位指示部材（２）の頭部を押圧してい
るバネ部材を有している。

枠部材（３）の材質についてはとくに制限はないが、加
工性および滑動部（1c）は偏位指示部材（２）の円滑な
滑動を保証するため、低摩擦係数の合成樹脂を用いるの
が好ましい。

なお、この偏位検出器（Ａ）を用いてスイッチを作製す
るばあいは、導線のスイッチ端子へのハンダ付に支障の
ない耐熱性を有する絶縁材を用いる必要がある。

この枠部材（３）は外部に設けられていてる支持部材
（図示せず）によりポンプに固定されている。支持部材
のポンプへの固定方法および位置はとくに限定はなく、
溶接、ろう付け、ボルト締めなどの手段を適宜用いて適
宜位置に固定される。固定方法および位置の一例とし
て、電磁石の板上鉄心を束ねているボルト・ナットを利
用して固定する方法がある。

第１保持部および第２保持部のクリアランスは、この種
部分に一般的に採用されているものが用いられ、とくに
限定はない。その具体的範囲としては、0.05〜0.1mmが
あげられる。

バネ部材は、滑動部（1c）の円滑な滑動を保証するた
め、100〜400g程度の押圧力を生ずるものが用いられ
る。またその材質は、防錆の点より燐青銅を用いるのが
好ましい。

バネの種類としては、板バネ、コイルバネなど各種のも
のを用いることができる。

つぎに、このように構成された偏位検出器（Ａ）の動作
について説明する。

ダイヤフラムが破損して駆動材（４）が、図中右あるい
は左方向のいずれかに振れると、駆動材（４）の偏位被
検出部が、偏位検出部材（１）の偏位検出部（1a）を、
図中右あるいは左方向のいずれかに移動させる。この移
動に伴ない滑動部（1c）および突出部（1d）も同方向に
移動する。このため、突出部（1d）に載置されている偏
位指示部材（２）は、いわゆるダルマ落としにより滑動
部（1c）の上面に落下する。これにより、駆動材（４）
に偏位が生じたことが検出される。この駆動材（４）の
偏位は、ダイヤフラムの破損に起因しているので、同時
にダイヤフラムの破損も検出することができる。

なお、かかる偏位指示部材（２）を用いるのは、滑動部
（1c）が蓋により覆われても偏位が検知できるようにす
るためである。

この偏位検出器（Ａ）のリセットは、破損したダイヤフ
ラムを交換し、駆動材（４）を所定位置に復帰させると
ともに、偏位指示部材（２）を突出部（1d）に載置する
ことによりなされる。

このように、偏位検出器（Ａ）のリセットは偏位検出器
（Ａ）の部品を交換することなく、簡便に行うことがで
きる。

第２図は本発明の偏位検出器（Ａ）の他の実施例の要部
分解図である。

第２図において、（1A）は偏位検出部材、（2A）は偏位
指示部材である。図示のごとく偏位検出部材（1A）の突
出部（1d）の耐面は、滑動方向と同一方向において断面
円弧状の凹面に形成されており、また偏位指示部材（2
A）の底面は、突出部（1d）の端面とほぼ同一曲率半径
でもって同一方向に断面円弧状の凸面に形成されてい
る。この曲率半径は、実験により適宜決定されるが、1.
5mm程度とすれば実用上問題を生じない。

このように形成された偏位検出部材（1A）および偏位指
示部材（2A）を用いて偏位検出器（Ａ）を構成すると、
偏位指示部材（2A）の動作がラッチ的になり安定性が高
まる。

第３図は本発明の偏位検出器のさらに他の実施例の断面
図である。

第３図に示す実施例においては、偏位検出部材（１）の
滑動部（1c）が枠部材（３）の外部まで延出させられて
いる。

偏位検出器（Ａ）をこのように構成すると、枠部材
（３）が蓋により覆われても駆動材（４）に偏位が生じ
ているか否かを監視することができる。また第１図に示
す実施例と異なり、偏位指示部材（２）が偏位指示を行
う前においても、駆動材（４）に偏位が生じているか否
かを知ることができる。そのため、ダイヤフラムにどの
程度の疲労が生じているかを知ることができるので、ダ
イヤフラムの破損以前にダイヤフラムの交換などの予防
措置を講ずることができる。

第４図は第２保持部を天井部に形成した実施例の断面図
である。

第４図に示す実施例では、偏位指示部材（２）は枠部材
（３）より突出しているが、天井部の板厚が厚く充分な
滑動性が確保できれば、偏位指示部材（２）は天井部よ
り突出させる必要はない。またバネ部材による付勢は、
偏位指示部材（２）の胴部においてなされている。

第４図に示す実施例では、偏位検出器（Ａ）を小型化で
き、かつ第２保持部を天井部に形成しているので、加工
も簡略化できる。したがって、偏位検出器（Ａ）の低価
格化が実現できる。

第５図は第１図に示す偏位検出器（Ａ）を用いたスイッ
チの一実施例を示し、第６図は第３図に示す偏位検出器
（Ａ）を用いたスイッチの一実施例を示し、第７図は第
４図に示す偏位検出器（Ａ）を用いたスイッチの一実施
例を示す。第５〜７図において、（5A）は固定接点を、
（5B）は可動接点を示す。

第７図に示す実施例においては、バネ部材がスイッチの
可動接点と兼用されてもよい。このようにすると、部品
点数をさらに削減できスイッチのいっそうの低価格化が
実現できる。

第５〜７図に示す実施例においては、固定接点（5A）と
可動接点（5B）とからなるスイッチが用いられ、可動接
点（5B）が偏位指示部材（２）の図中の上下動により開
閉されるようにされているが、スイッチの種類および開
閉動作はかかるものに限定される必要はなく、偏位指示
部材（２）の変位により開閉されるスイッチであればい
かなるものであってもよい。その具体例としては、ボタ
ンスイッチ、スナップスイッチなどをあげることができ
る。

なお、偏位指示部材（２）には、スイッチの作動を助け
るための係合部を設けておくのが好ましい。

このようなスイッチを用いて偏位検出回路を構成すれ
ば、ポンプから離れた場所においても駆動材（４）の偏
位の発生、すなわちダイヤフラムの破損を検知すること
ができる。

さらに、このようなスイッチをポンプの動力回路に組込
めば、駆動材（４）の偏位の発生、すなわちダイヤフラ
ムの破損と同時にポンプを停止させることができるの
で、駆動材（４）の損傷を防止できポンプの保護を図る
ことができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の偏位検出器によれば、ダ
イヤフラムの破損を確実に検出することができるととも
に、ポンプ再起動時の偏位検出器のリセットも容易に行
える。

また、本発明の偏位検出器を用いたスイッチにより偏位
検出回路を構成すれば、ポンプから離れた場所において
もダイヤフラムの破損を検知することができる。

さらに、本発明の偏位検出器を用いたスイッチをポンプ
の動力回路に組込めば、ダイヤフラムの破損と同時にポ
ンプを停止できるので、ポンプの保護を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は本発明の
他の実施例の要部分解図、第３図は本発明のさらに他の
実施例の断面図、第４図は第２保持部を天井部に形成し
た実施例の断面図、第５図は第１図に示す本発明の偏位
検出器を用いたスイッチの一実施例の断面図、第６図は
第３図に示す本発明の偏位検出器を用いたスイッチの一
実施例の断面図、第７図は第４図に示す本発明の偏位検
出器を用いたスイッチの一実施例の断面図、第８図は一
般的なダイヤフラム型エアーポンプの平面断面図であ
る。 （図面の主要符号） （Ａ）：偏位検出器 （１）：偏位検出部材 （２）：偏位指示部材 （３）：枠部材 （４）：駆動材 （5A）：固定接点 （5B）：可動接点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−253132（ＪＰ，Ａ) 実開 昭47−6405（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−113170（ＪＰ，Ｕ)

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】偏位検出部材と、偏位指示部材と、枠部材
   とからなるダイヤフラム駆動材の偏位検出器であって、 前記偏位検出部材が、偏位被検出部と所定間隙をもって
   配設されている偏位検出部、該偏位検出部に接続されて
   いる連結部、該連結部により前記偏位検出部と連結され
   ている滑動部および該滑動部の前記連結部と反対側の面
   に形成されている突出部を有し、 前記偏位指示部材が、底部、胴部および頭部を有すると
   ともに、該底部を介して前記偏位検出部材の突出部に載
   置され、ならびに前記枠部材が、前記偏位検出部材の滑
   動部を滑動自在に保持する第１保持部、前記偏位指示部
   材の胴部を滑動自在に保持する第２保持部、前記偏位検
   出部材の連結部が貫通するための開口部、および前記偏
   位指示部材を前記偏位検出部材方向に付勢しているバネ
   部材を有している ことを特徴とするダイヤフラム駆動材の偏位検出器。
2. 【請求項２】前記偏位検出部材の突出部が、前記滑動部
   の滑動方向と同一方向断面において、円弧状の凹面に形
   成され、前記偏位指示部材の底部が前記偏位検出部材の
   突出部とほぼ同一曲率半径で前記方向と同一方向におい
   て、断面円弧状の凸面に形成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の偏位検出器。
3. 【請求項３】前記偏位検出部材の滑動部が前記枠部材の
   外部に延出していることを特徴とする請求項１または２
   記載の偏位検出器。
4. 【請求項４】前記第２保持部が枠部材の天井部に形成さ
   れてなることを特徴とする請求項１、２または３記載の
   偏位検出器。
5. 【請求項５】請求項１、２、３または４記載の偏位検出
   器の偏位指示部材により開閉されることを特徴とするス
   イッチ。
6. 【請求項６】請求項５記載のスイッチを動力回路に有す
   ることを特徴とするダイヤフラム型エアーポンプ。