(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石部と、該電磁石部内に支持され、永久磁石を備えている振動子と、該振動子の両端部に設けられるピストンと、前記電磁石部の両側面に固定されるとともに、シリンダー部が形成されたポンプケーシングと、該ポンプケーシングの側面側に固着されるカバーとからなるピストン式電磁振動型ポンプであって、前記ピストンが弾性体のカップ形状を呈しており、該ピストンの外周縁部が前記シリンダー部に接触されてなり、
前記振動子の両端部がコルゲーション付き十字形バネで支持されているピストン式電磁振動型ポンプ。
【請求項２】
前記シリンダー部がポンプケーシングに一体に形成されている請求項１記載のピストン式電磁振動型ポンプ。
【請求項３】
前記シリンダー部が有底の円筒形状を呈しており、該シリンダー部の底部に弁部が設けられてなる請求項１または２記載のピストン式電磁振動型ポンプ。
【請求項４】
前記弁部が、前記シリンダー部の底部に形成される通気路と、該通気路を囲んで形成される、吐出部に向って斜めの形状の溝に配置され、前記通気路を覆う弁体とからなる請求項３記載のピストン式電磁振動型ポンプ。
【請求項５】
前記ポンプケーシング内の、吸入口部から吸入されたガスが吸入される上部通気室と、当該ガスをポンプケーシング外に吐出する吐出部と連通され、下部通気室とが隔壁により上下方向の部位に形成されるとともに、前記隔壁により左右方向の部位に空洞部が形成されており、前記上部通気室と空洞部とを区画する隔壁に貫通溝が形成され、前記上部通気室と前記空洞部とが貫通溝によって連通されてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載のピストン式電磁振動型ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はピストン式電磁振動型ポンプに関する。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ピストン式電磁振動型ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来より、電磁石部と永久磁石を備えた振動子との磁気的相互作用に基づいて、前記振動子の両端部に設けられるピストンをシリンダー部内を左右に移動させて、流体を吸引および吐出するピストン式電磁振動型ポンプがある。
【０００３】
かかるポンプにおけるピストンは、円筒形状をしているため、当該円筒形ピストンとシリンダー部とのあいだの隙間から、ポンピング作用のガスの圧縮時にガスの漏れが生じて、吐出効率が低下しやすいという問題がある。
【０００４】
また、前記振動子は、前記電磁石部内に所定の空隙を確保して支持される必要があるが、電磁石部を構成する鉄心の位置決め誤差などにより、組立てに所定の空隙を確保することが難しいとともに、振動子と電磁石部との摺接が発生しやすいという問題もある。
【０００５】
本発明は、叙上の事情に鑑み、ポンプ性能を向上させるとともに、生産コストを低減させることができるピストン式電磁振動型ポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のピストン式電磁振動型ポンプは、電磁石部と、該電磁石部内に支持され、永久磁石を備えている振動子と、該振動子の両端部に設けられるピストンと、前記電磁石部の両側面に固定されるとともに、シリンダー部が形成されたポンプケーシングと、該ポンプケーシングの側面側に固着されるカバーとからなるピストン式電磁振動型ポンプであって、前記ピストンがカップ形状を呈しており、該ピストンの外周縁部が前記シリンダー部に接触されてなり、
前記振動子の両端部がコルゲーション付き十字形バネで支持されていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明のピストン式電磁振動型ポンプを説明する。
【０００８】
図１は本発明のピストン式電磁振動型ポンプの一実施の形態を示す縦断面図、図２は図１のコルゲーション付き十字形バネを示す斜射図、図３は図１のＡ―Ａ線断面図、図４は図１のＢ―Ｂ線断面図、図５は本発明のピストン式電磁振動型ポンプの他の実施の形態を示す縦断面、図６は本発明のピストン式電磁振動型ポンプのさらに他の実施の形態を示す縦断面、図７は本発明のピストン式電磁振動型ポンプのさらなる他の実施の形態を示す縦断面、図８は本発明のピストン式電磁振動型ポンプのさらなる他の実施の形態を示す縦断面、図９は図８の要部拡大図である。
【０００９】
図１〜２に示されるように、本発明の一実施の形態にかかわるピストン式電磁振動型ポンプは、振動子が同方向に移動するノンアクティブ型ポンプであって、電磁石部１と、該電磁石部１内に支持され、永久磁石３を備えている振動子２と、該振動子２の両端部に設けられるピストン４と、前記振動子２の左右を支持する、バネ鋼から作製されるコルゲーション付き十字形バネ５と、前記電磁石部１の両側面に固定されるとともに、シリンダー部６が一体に形成されたポンプケーシング７と、該ポンプケーシング７の側面側に固着されるカバー８とから構成されている。前記シリンダー部６とカバー８とのあいだには気密性のためのパッキング９が挟まれている。カバー８は金属材料から作製されており、高い防音性（遮音性）を有している。
【００１０】
前記ピストン４は、たとえば底部の肉厚を１．５ｍｍとする有底のカップ形状を呈している。該ピストン４の外周部は、屈曲性をもたせるために外方に広がるテーパー面を有しており、外周縁部の肉厚は、たとえば０．４ｍｍであり、前記シリンダー部６に接触している。このピストン４の材質としては、屈曲性（ゴム弾性）を有する材質、たとえばＥＰＤＭ（硬度６０°）またはフッ素系のゴム材料などを用いることができる。ピストン４は、前記コルゲーション付き十字形バネ５のバネ支持具１０の端面に沿って配置されるピストン支持具１１に固定されている。前記バネ支持具１０としては、振動子２の端面に凹凸嵌合により永久磁石の磁極位置を位置決めるボス１０ａと該ボス１０ａの端部をかしめてコルゲーション付き十字形バネ５を挟み付けるカラー１０ｂとからなる支持具を用いることができる。また前記ピストン支持具１１としては、ピストンフレーム１１ａとピストン４を押さえ付けるカップ押え板１１ｂからなる支持具を用いることができる。これらのバネ支持部９およびピストン支持具１１は、振動子２の端部に螺着されるねじ１２に挿通されたのち、ナット１３により固定されている。なお、本実施の形態では、前記ピストン４がピストンフレーム１１ａと別体にて作製されているが、一体に作製することもできる。
【００１１】
前記コルゲーション付き十字形バネ５は、図１〜３に示されるように振動子２の振動方向の運動を許容するために、弾性変形ができるように４片に波状（Ｓ字状）のコルゲート部１４が形成されている。このコルゲート部１４の形状や個数としては、適宜選定することができるが、たとえば波状（Ｓ字状）の数は数個あってもよい。また、４片の四隅部に折曲げ部１５が形成されるとともに、本実施の形態では該４つの折曲げ部１５のうち、上下部の２箇所に後述する電磁石部１における框体部２５に形成された位置決め窪み２５ｂに係止して回転を防止するための突起１６が形成されている。このコルゲーション付き十字形バネ５は、前記框体部２５の環状溝２５ａおよび窪み２５ｂに折曲げ部１５を嵌着させたのち、Ｏリング１７を環状溝２５ａに挿入し、ついでポンプケーシング７により挟着して、振動子２の中心がずれないように固定されている。
【００１２】
前記ポンプケーシング７のシリンダー部６は、有底の円筒形状をしており、底部１８には、図１および図４に示されるように通気路１９と、該通気路１９を囲んで該底部１８の外側面１８ａに形成された吐出口部に向かう斜め形状の溝２０に配置され、該斜め形状の溝２０に一端部がビス２１により固定され、他端部により前記通気路１９を覆う弁体２２とからなる弁部２３が設けられている。該底部１８の外側面１８ａは前記パッキング９の側面に密着されている。本実施の形態では、前記シリンダー部３の底部１８に直接取付けた弁体２１が溝２０に収まっているため、ポンプケーシング７の幅寸法を短縮することができる。また、前記弁体２１が斜め形状の溝２０に配置されているため、弁体２１の開閉ストロークを大きく取れることから、ガスの吐出し時の抵抗を低減することができる。また、底部１８の外側面１８ａは前記パッキング９の側面に密着されているため、弁体２１が開いているとき、開き過ぎないようにパッキング９で規制され、弁体２１の耐久強度を確保することができる。前記ポンプケーシング７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）を用いるのが望ましく、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。このＢＭＣを用いる場合、カップ形ピストン４は外径の伸縮性があるので、シリンダー部６の熱膨張に追従でき、摩擦負荷を増大させることがない。またポンプケーシング７の材質としては、耐熱性の熱可塑性樹脂とすることもできる。
【００１３】
なお、本実施の形態では、シリンダー部がポンプケーシングに一体に形成されているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、シリンダー部を別体に形成して、ポンプケーシング本体に組み付けることもできる。また、本実施の形態では、前記弁体がビスにより固定されているが、これに限らず、たとえば溝に突起を形成し、該突起に弁体に形成した孔を差し込んで固定することもできる。
【００１４】
本実施の形態における電磁石部２としては、対向して配置される一対の電磁石２４と該電磁石２４の外表面に別体または樹脂をモールドして一体成形された框体部２５から構成することができる。前記電磁石２４は、断面がＥ型の鉄心２６と該Ｅ型鉄心２６に組み込まれる、ボビンにコイルを捲いた捲き線コイル２７とからなり、該鉄心２６は、１個の鉄心または珪素鋼鈑製のステータコアを複数枚積層した鉄心とすることができる。なお、電磁石２４と前記振動子２とのあいだの空隙部を精度よく確保するために、前記鉄心２６の位置を決める角型形状の位置決め具を前記電磁石２の内側に組み込むのが好ましい。前記框体部２５は、側面に環状溝２５ａと上下対向する位置に窪み２５ｂが形成されている。また電磁石部２における框体部２５の外周部位に、サイレンサー機能を有する凹部２８、２９が形成されている。該凹部２８には、前記ポンプケーシング７内の上部通気室３０、３１に開口する通路３０ａ、３１ａ、３０ｂ、３１ｂに連通する通路２８ａが形成されており、凹部２９には、前記ポンプケーシング７内の下部通気室３２、３３に開口する通路３２ａ、３３ａに連通する通路２９ａが形成されている。また前記凹部２８には、吸入口部３４を有する蓋３５が固着されているとともに、凹部２９には、吐出口部３６を有する蓋３７が固着されている。これら蓋３５、３７の固着手段としては、ねじ止め、接着または溶着などを用いることができるが、メンテナンスが容易にできるように、ねじ止めを採用するのが好ましい。また前記凹部２８に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、ガス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、清浄なガスを排出することができる。前記框体部２５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）を用いるのが望ましく、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。なお、本実施の形態では、電磁石部における框体部の外周部位に、サイレンサー機能を有する凹部が形成されているが、これに限定されることはなく、電磁石部の外周部位にサイレンサー機能を有するエアタンクを設けることもできる。
【００１５】
前記振動子２の永久磁石３は、前記電磁石２４のあいだの空隙部に所定の間隔をおいて配置されており、フェライト磁石または稀土類磁石などである。。この永久磁石３は、シャフトに直接取り付けられた外形形状が四角（角柱タイプ）にされている。そして、一対の永久磁石３のうち、一方の永久磁石３が周方向の４箇所にＮ極とＳ極の極性が交互に極異方性磁極に着磁され、もう一方の永久磁石３の極性が対向する永久磁石３とは逆に周方向の４箇所にＳ極とＮ極の極性が交互に極異方性磁極に着磁されている。
【００１６】
本実施の形態では、前記電磁石２４と永久磁石３との磁気的相互作用に基づいて、コルゲーション付き十字形バネ５に支持される振動子２を振動させると、左右のポンプ部Ｐ１、Ｐ２でガス吸入とガス圧縮（ポンピング作用）を交互に繰り返し、振動子２が左右いずれかの方向に移動する（１回の動作を行なう）と、前記吸入口部３４から吸入したガスを直ちに吐出口部３６から吐出すことができる。
【００１７】
たとえば矢印Ｆの方向に振動子２が移動すると、左側のピストン４のポンプ部Ｐ１では、ガス吸入時の負圧により、左側の弁体１９が閉じられるため、ピストン４との外周縁部が縮小し、シリンダー部６との隙間ができて、外部のガスを前記吸入口部３４から凹部２８に一旦吸入したのち、図１の左側の通路２８ａ、３１ａを通して上部通気室３１に吸引するとともに、通路３１ｂを通してポンプ部Ｐ１に吸入する。したがって、ポンプ部Ｐ１のガス吸入時には、負圧により、ピストン４とシリンダー部６との隙間からガスを吸入するので、吸入弁を省くことができる。また、ピストン４がカップ形であるため、外周縁部とシリンダー部６との接触は円周状の線接触であるため、摺動による摩擦抵抗が低くなる。
【００１８】
一方、右側のピストン４のポンプ部Ｐ２では、ガス圧縮の状態であり、吸入口部３４から通路２８ａ、３０ａ、３０ｂからガス吸引とともに、右側の弁体２２が開いてガスが下部通気室３２に排気されたのち、右側の通路３２ａ、２９ａを通して凹部２９に一旦吐出され、ついで吐出口部３６から吐出される。したがって、ポンプ部Ｐ２のガス圧縮時には、カップ型ピストン４の外周縁部はポンプ部Ｐ１のガス圧により拡大するため、ガス漏れを防止することができる。また、圧縮時のポンプ部Ｐ２のシリンダー部６と吸入口部３４は、カップ形ピストン４で遮断された構造であるので、吐出口部３６からの吹き返しがなく、騒音を低下することができる。
【００１９】
したがって、本実施の形態におけるポンプは、吸入口部３４から吸入されたガスは凹部２８から左右のポンプ部Ｐ１、Ｐ２に流れるため、吸入口部３４から吐出口部３６までのガス通路は並列である。このため、吐出口部３６で発生する圧力は吸入口部３４時の圧力とほぼ同等である。
【００２０】
本実施の形態におけるポンプは、従来のダイヤフラム式電磁振動型ポンプと比較してつぎのような特徴がある。
（１）ダイヤフラム式電磁振動型ポンプにあっては、一般に常用圧力が低圧で１ｋｇ／ｃｍ２（１００ＫＰａ）以下であるが、ピストン式電磁振動型ポンプは中圧で１ｋｇ／ｃｍ２（１００ＫＰａ）以上が可能であり、圧力を向上させることができる。
（２）ダイヤフラムの破損による故障がない。
（３）騒音がダイヤフラム式電磁振動型ポンプに比して低い。
（４）ダイヤフラムは形成するポンプ容積が梯形であり、円筒形であるピストン形に比し、最大径が大きくなるため、ポンプ部のシリンダー部の径がダイヤフラムより小径で済むので、ポンプ部が小径にでき、風量を増大させるとき有効である。
【００２１】
本実施の形態では、前記ポンプケーシング７に、図１および図４に示されるように上部通気室３０、３１と下部通気室３２、３３とが、ほぼＸ字状の隔壁３８により上下方向に対称な部位に形成されるとともに、前記隔壁３８により左右方向に対称な部位に空洞部３９を形成することができる。そして前記上部通気室３０、３１と左右の空洞部３９とを区画する隔壁３８には、貫通溝４０が形成されている。前記上部通気室３０、３１と左右の空洞部３９をそれぞれ１つの貫通溝４０でつなげることにより、吸入されたガスの吸入音に対し、空洞部３９が共鳴形消音部として作用するので、ガスの吸入音を吸音することができる。前記貫通溝４０の形状としては、空洞部３９と連通する形状であれば、とくに限定されるものではなく、たとえば切り欠いた溝または孔とすることができる。また貫通溝４０の数についても、とくに限定されるものではなく、適宜選定することができる。
【００２２】
つぎに本発明の他の実施の形態を説明する。本実施の形態では、図５に示されるように前記コルゲーション付き十字形バネに代えて、振動子２を一対のゴム製のダイヤフラム４１で支持する。このとき、該ダイヤフラム４１は、基部が支持具４２に支持されるとともに、外周部の突起４３が電磁石部４４における框体部４５の環状凹部４６に係止し、ポンプケーシング７により挟着されている。本実施の形態では、前記コルゲーション付き十字形バネの代わりにゴム製のダイヤフラムを使用するため、振動子や電磁石部における電磁石などは前記実施の形態におけるポンプと共用できて、製造金型や部品の共用を図ることができる。
【００２３】
したがって、本実施の形態は、従来のダイヤフラム式電磁振動型ポンプと比較してつぎのような特徴がある。
（１）ダイヤフラム式電磁振動型ポンプにあっては、一般に常用圧力が低圧で１ｋｇ／ｃｍ２（１００ＫＰａ）以下であるが、ピストン式電磁振動型ポンプは中圧で１ｋｇ／ｃｍ２（１００ＫＰａ）以上が可能であり、圧力を向上させることができる。
（２）騒音がダイヤフラム式電磁振動型ポンプに比して低い。
【００２４】
つぎに本発明のさらに他の実施の形態を説明する。これまでの実施の形態におけるポンプは、吸入口部から吐出口部までのガス通路が並列である。これに対し、本実施の形態では、図６に示されるように電磁石部５１における框体部５２に形成される上部凹部５３に仕切り壁５４を設けて、吸入口部５５の近傍位置に区画された吐出口部５６を設けるとともに、該吐出口部５６側（右側）のポンプケーシング７を上下反対にして吐出し経路を確保している。これにより、本実施の形態のポンプは、前記上部凹部５３が、仕切り壁５４により吸入用凹部５３ａと吐出し用凹部５３ｂに分離され、左右のポンプ部Ｐ１、Ｐ２の吸入口部５５から吐出口部５６までのガス通路が直列にされているノンアクティブカスケード型ピストンポンプとなる。
【００２５】
本実施の形態では、たとえば振動子２が矢印Ｆ１の方向に移動したとき、吸入口部５５から吸入用凹部５３ａ、上部通気室５７および通路を経由してガスが吸入されるとともに、予めポンプ部Ｐ１に吸入されたガスが弁体２２を開いて下部通気室５８、下部凹部５９、下部通気室６０および通路を経由してポンプ部Ｐ２に圧縮されて貯えられる（経由１）。ついで前記振動子２が逆方向の矢印Ｆ２の方向に移動すると、ポンプ部Ｐ２に吸引されていたガスがさらに圧縮されて弁体２２を開けて、上部通気室６１および吐出し用凹部５３ｂを経由して吐出口部５６から吐出される（経由２）。したがって、前記ガス通路が直列とは、振動子２の１往復により、経由１および経由２で２段圧縮されたガスが吐出されるまでの一巡の経路をいう。
【００２６】
本実施の形態のように、吸入口部から吐出口部までのガス通路を仕切り壁で変更して、ガス通路の接続を直列にすれば流量は１／２になり、圧力は見掛け上２倍にすることができるため、製造コストを高めずにポンプ性能を向上させることができる。
【００２７】
しかし、実際にはやや圧力、風量とも低下するため、図７に示されるように吐出口部５６側（右側）のポンプ部Ｐ２におけるシリンダー部６の断面積Ｓ２を、吸入口部５５側（左側）のポンプ部Ｐ１におけるシリンダー部６の断面積Ｓ１の数分の１、たとえば１／２にすることにより、ポンプ部Ｐ２の圧力をポンプ部Ｐ１の圧力の２倍とする。たとえば右側のシリンダー部６の内側に、断面積Ｓ２を左側のシリンダー部６の断面積Ｓ１の１／２にするためのスリーブ６２を圧入または接着剤により固定する。なお、スリーブ６２を用いる場合には、該スリーブ６２の内径に合わせたピストン６３およびピストン支持具６４を用いる。なお、前記シリンダー部６の断面積Ｓ２を、シリンダー部６の断面積Ｓ１の１／２以外の、たとえば１／３などにすることもできる。
【００２８】
つぎに本発明のさらなる他の実施の形態を説明する。これまでの実施の形態におけるポンプでは、ピストンの移動が低速である場合や外周縁部が充分に柔軟であれば、ガス吸入時のポンプ部の負圧によりピストンの外周縁部が縮小して、ガスを吸入するので、ピストンにガス吸入時の弁の作用をさせることができる。これにより、吸入弁を省くことができる。しかし、ピストンの移動が高速である場合やピストンまたは外周縁部が硬質状態にある場合には、ピストンの外周縁部がガス吸入時のポンプ部の負圧により追従して縮小できなくなる惧れがあるため、吸入弁を設ける必要がある。たとえばポンプの小型などによりピストンの外周縁部の外径が小さくなると、ピストンの取付け基部の剛性を確保する必要から、外周縁部が弾性を失い硬質状態になる。このとき設けられる吸入弁の取付位置は、適宜ポンプ部の周辺に選定することができる。たとえば本実施の形態では、図８〜９に示されるようにピストン７１のポンプ側に吸入弁７２が設けられている。この吸入弁７２は、ピストン７１とピストンフレーム７３の同心円上の位置に、たとえば４個形成された通気口７４を覆うようにピストン７１の側面に配置され、ピストンフレーム７３の端部をかしめてカップ押え板７５により押えられて固定されている。これにより、本実施の形態では、ポンピング作用によるガスは、図８に示されるように吸入口部３４から凹部２８に吸引されたのち、上部通気室３０または上部通気室３１を通過する。ついで前記通気口７４を通過したのち、弁部２３の通気路１９および下部通気室３２または下部通気室３３を経由して、凹部２９から吐出口部３６へと導き出される。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、ポンプ性能を向上させるとともに、生産コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のピストン式電磁振動型ポンプの一実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】図１のコルゲーション付き十字形バネを示す斜射図である。
【図３】図１のＡ―Ａ線断面図である。
【図４】図１のＢ―Ｂ線断面図である。
【図５】本発明のピストン式電磁振動型ポンプの他の実施の形態を示す縦断面である。
【図６】本発明のピストン式電磁振動型ポンプのさらに他の実施の形態を示す縦断面である。
【図７】本発明のピストン式電磁振動型ポンプのさらなる他の実施の形態を示す縦断面である。
【図８】本発明のピストン式電磁振動型ポンプのさらなる他の実施の形態を示す縦断面である。
【図９】図９は図８の要部拡大図である。
【符号の説明】
１    電磁石部
２    振動子
３    永久磁石
４    ピストン
５    コルゲーション付き十字形バネ
６    シリンダー部
７    ポンプケーシング
８    カバー
９    パッキング
１０    バネ支持具
１０ａ  ボス
１０ｂ  カラー
１１    ピストン支持具
１１ａ  ピストンフレーム
１１ｂ  カップ押え板
１２    ねじ
１３    ナット
１４    コルゲート部
１５    折曲げ部
１６    突起
１７    Ｏリング
１８    底部
１９    通気路
２０    溝
２１    ビス
２２    弁体
２３    弁部
【図１】
0004502522.tif 000002
【図２】
0004502522.tif 000003
【図３】
0004502522.tif 000004
【図４】
0004502522.tif 000005
【図５】
0004502522.tif 000006
【図６】
0004502522.tif 000007
【図７】
0004502522.tif 000008
【図８】
0004502522.tif 000009
【図９】
0004502522.tif 000010