(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体状の電磁石ケースと、
該電磁石ケースの中に対向するように配置された一対の電磁石と、
該一対の電磁石の対向面の間に介在され電磁石の極性変化に伴い、電磁石の対向方向に対して直角方向に往復運動する振動子と、
該振動子の両端部に対向するように配置された一対の弾性を有するダイヤフラムと、
該ダイヤフラムの中央部を挟持するように配置され実質的に振動子と連結されるセンタープレートと、
前記ダイヤフラムにより隔離され、かつ弁機構を有する弁ケース本体とを有する電磁式ダイヤフラムポンプであって、
前記ダイヤフラムで仕切られる弁ケース本体の容積をＶ0、前記ダイヤフラムが前記振動子の振動により齎される全変形容積をＶdとした場合、Ｖ0＝１．５Ｖd〜１．９Ｖdの関係を満たすような仕様を備えてなることを特徴とする電磁式ダイヤフラムポンプ。
【請求項２】
前記弁ケース本体は、その構成材質が樹脂をマトリックス成分とする比重１．６〜２．０の材質から構成される請求項１に記載の電磁式ダイヤフラムポンプ。
【請求項３】
前記弁ケース本体は、その構成材質がＢＭＣ（バルク・モールディング・コンパウンド）であり、不飽和ポリエステル成形材料をマトリックス成分とし、ガラス繊維としてチョップドストランド（ガラス含有）を用いてバルク状にした成形材料から構成される請求項１または請求項２に記載の電磁式ダイヤフラムポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁式ダイヤフラムポンプに関し、特に、対向する電磁石に交流電流を通電させることにより、対向する電磁石の間に介在された振動子を交流電源と同じ周波数で往復運動させ、振動子の両端部に対向するように配置された一対のダイヤフラムの変形を利用し、ダイヤフラムで仕切られるケース内の容積変化と、弁の作用により圧縮気体を連続的に吐出させる電磁式ダイヤフラムポンプに関する。このような電磁式ダイヤフラムポンプは、例えば、曝気式浄化槽の曝気用、養魚の酸素補給用、泡風呂等のエアー噴気用、小型コンプレッサー等に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、浄化槽の曝気用や養魚の酸素補給用のポンプの一つとして、電磁式ダイヤフラムポンプが使用されている。
【０００３】
このような電磁式ダイヤフラムポンプは、例えば、実開平２−８３３８７号公報等に開示されているように、上部を開放した箱状の電磁石ケースと、この電磁石ケースの中に対向するように配置され固着された一対の電磁石と、この一対の電磁石の対向面の間に介在され電磁石の極性変化に伴い往復運動する振動子を備えており、さらに、該振動子の両端部には、センタープレートを介して対向するように配置された一対のダイヤフラムが配置され、このダイヤフラムの外方には弁機構を有する弁ケース本体が被着されている。
【０００４】
そして、電磁式ダイヤフラムポンプは、電磁石の極性変化に伴い振動子が往復運動し、この振動子にセンタープレートを介して連結されたダイヤフラムを振動させることによって、外部空気の圧縮室内への吸入、および吸入した空気の圧縮吐出という動作が連続的に繰り返されるように作用する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような電磁式ダイヤフラムポンプの開発においては、省スペース化が要求されているために、例えば、弁ケース本体の大きさ（容量）は、できだけ小さく設定される傾向にある。また、弁ケース本体の材質は、一般にはＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）が用いられている。
【０００６】
しかしながら、このような弁ケース本体の大きさ（容量）の設定方法や材質の選定ではダイヤフラムの振動に基づく騒音を低減させることは困難であった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題、特に、ダイヤフラムが弁ケース本体内に空気を圧縮するために生じる騒音を低減させるために、本願にかかる発明者らが弁ケース本体の容積と、ダイヤフラム変形容積との関係を鋭意研究したところ、これらの関係を所定の範囲に設定することで騒音の発生状況が極端に変化することを見いだし本発明に想到したのである。さらには、弁ケース本体の材質の選定次第で遮音効果が大きく騒音防止に寄与できることを見いだし本発明に想到したのである。
【０００８】
すなわち、本発明は、筐体状の電磁石ケースと、
該電磁石ケースの中に対向するように配置された一対の電磁石と、
該一対の電磁石の対向面の間に介在され電磁石の極性変化に伴い、電磁石の対向方向に対して直角方向に往復運動する振動子と、
該振動子の両端部に対向するように配置された一対の弾性を有するダイヤフラムと、
該ダイヤフラムの齏中央部を挟持するように配置され実質的に振動子と連結されるセンタープレートと、
前記ダイヤフラムにより隔離され、かつ弁機構を有する弁ケース本体とを有する電磁式ダイヤフラムポンプであって、
前記ダイヤフラムで仕切られる弁ケース本体の容積をＶ0、前記ダイヤフラムが前記振動子の振動により齎される全変形容積をＶdとした場合、Ｖ0＝１．５Ｖd〜１．９Ｖdの関係を満たすような仕様を備えて構成される。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様として、前記弁ケース本体は、その構成材質が樹脂をマトリックス成分とする比重１．６〜２．０の材質から構成される。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様として、前記弁ケース本体は、その構成材質がＢＭＣ（バルク・モールディング・コンパウンド）であり、不飽和ポリエステル成形材料をマトリックス成分とし、ガラス繊維としてチョップドストランド（ガラス含有）を用いてバルク状にした成形材料から構成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の電磁式ダイヤフラムポンプ１を、個々の主要パーツに分解させた状態を概略的に示す斜視図である。
【００１４】
図２は、本発明の電磁式ダイヤフラムポンプの主要部分の必要箇所を、断面で示した正面図、図３は、本発明の電磁式ダイヤフラムポンプの主要部分の必要箇所を、断面で示した平面図である。
【００１５】
図４は、本発明の電磁式ダイヤフラムポンプに用いられるダイヤフラムと弁ケース本体との設定仕様を説明するための模式的断面図である。
【００１６】
図１に示されるように、下部タンク容器５の上面には、板状の底部基台プレート７が、密封状態となるように被着固定される。この板状の底部基台プレート７の略中央付近の上に、電磁石ケース１０が設置されている。電磁石ケース１０は、一般に、底部基台プレート７の上に直接載置されるのではなく、実質的にクッション作用が働くように、例えば、防振ゴム９を介して設置されている。電磁石ケース１０は、本実施の形態の場合、開口部を有する有底容器状の電磁石ケース本体１１と、この開口部を覆うための板状の電磁石ケース蓋体１５を有し構成される。
【００１７】
電磁石ケース１０の中には、対向するように配置された一対の電磁石２１，２５と、この一対の電磁石２１，２５の対向面の間に介在され、電磁石の極性変化に伴い、電磁石の対向方向に対して直角方向に往復運動する振動子３０が挿着される。さらに、振動子３０は、その両端部に連結用シャフト３１，３１が固定配置されており、これにより振動子３０の両端部に対向する一対のダイヤフラム４０が配置される。
【００１８】
ダイヤフラム４０の中央部には、ダイヤフラム電磁石側センタープレート７０と、ダイヤフラム弁ケース側センタープレート８０とが挟持された状態で固定されており、これらの結合プレート７０，８０に実質的に振動子３０（連結用シャフト３１，３１）が固定される。
ダイヤフラム４０の外周面は電磁石ケース１０の側面に固定され、このダイヤフラム４０を押しつけるように弁ケース本体５０および弁ケース蓋体６０が、電磁石ケース１０の両側に固着される。
【００１９】
弁ケース蓋体６０は、外部に突出したホース連結部６１を備え、この連結部６１にＬ型ゴムホース９０の上部口９１が挿着され、Ｌ型ゴムホース９０の下部口９５は、底部基台プレート７の孔部７ａに挿着される。
【００２０】
このようにして底部基台プレート７の上に、配置された電磁石ケース１０およびそれに固着される上記の主要部材は、外包ケース１００によってすっぽりと覆われ、外包ケース１００の底部は、通常、下部タンク容器５の周縁あるいは底部基台プレート７の周縁と当接しつつ密封状態に固着される。外包ケース１００は、エアーフィルタ（図示していない）をその上部備え、外部空気がエアーフィルタを介して外包ケース１００内部に流入するようにエアーフィルタカバー１０１によりエアーフィルタの固着が行われている。図１における符号１１０は、ゴム脚を示している。
【００２１】
次いで、図２および図３に基づき、本発明の電磁式ダイヤフラムポンプの基本的構造をさらに詳細に説明する。
【００２２】
図２および図３に示されるように、対向して配置される一対の電磁石２１，２５は、それぞれ、Ｅ型の電磁石コア２２，２６と、電磁石コイル２３，２７が巻かれた電磁石ボビン２４，２８とを備えている。電磁石ボビン２４，２８はそれぞれ、両端にフランジ部２４ａおよび２８ａを有する筒状形態をなし、これらの電磁石ボビン２４，２８は、それぞれ、Ｅ型の電磁石コア２２，２６の中央コア２２ａ，２６ａに挿入された形態で組み立てられる。電磁石２１，２５の電磁石コイル２３，２７には交流電源が接続され、交流電源の周波数と同一回数の磁極の変化（極性変化）が生じるようになっている。
【００２３】
このような一対の電磁石２１，２５の対向面の間隙には、電磁石２１，２５の極性変化に伴い往復運動する振動子３０が電磁石と接触しないように装着されている。振動子３０は、本実施の形態の場合、プレート本体部３５と、その両端に形成される連結用シャフト３１，３１を有し、プレート本体部３５には、四角状の４つの極性の異なる永久磁石３６，３６（例えばＮ極），３７，３７（例えばＳ極）が埋設されている。
【００２４】
振動子３０の両端部には、一対の中央穴あき円盤状の弾性体（例えばゴム）ダイヤフラム４０が対向するように配置されており、一対のダイヤフラム４０の外周フランジ部４１は、電磁石ケース１０と、弁ケース本体５０により挟持固定されている。ダイヤフラム４０の内周部４５は、ダイヤフラム電磁石側センタープレート７０と、ダイヤフラム弁ケース側センタープレート８０とによって挟持された状態で固定されており、これらの結合プレート７０，８０に振動子３０が固定されている（連結用シャフト３１，３１の先端部で螺子止めされている）。
【００２５】
図３に示されるように、電磁石ケース１０に固着される弁ケース本体５０および弁ケース蓋体６０により、吸気室１５０が形成され、この吸気室１５０は、連通孔５９で電磁石ケース１０内部に連通している。吸気室１５０を区画する弁ケース本体５０の吸気側外側壁５１には、吸入弁１２０が内側から装着されている。この吸入弁１２０の弁作用により、外側壁５１に形成された弁通気孔１２１を通して、空気がダイヤフラム室１６０に吸入される。ダイヤフラム室１６０は、ダイヤフラム４０と、弁ケース本体５０の吸気側外側壁５１と吐出側外側壁５５とによって区画されており、吐出側外側壁５５には吐出弁１３０が外側から装着されている。この吐出弁１３０の弁作用により、吐出側外側壁５５に形成された弁通気孔１３１を通して、ダイヤフラム室１６０の空気は、吐出室１７０に吐出されるようになっている。吐出室１７０に吐出された空気は、Ｌ型ゴムホース９０内を通過して、下部タンク容器５内に入り、吐出口５ａ（図１）を通して吐出される。
【００２６】
なお、吸入弁１２０および吐出弁１３０の弁作用は、以下の動作に基づき行われる。すなわち、交流電源に接続された電磁石２１，２５の極性変化に伴い振動子３０は、交流電源と同じ周波数で図面の矢印（イ）および矢印（ロ）方向に往復運動する。この振動子３０の動きに同期して振動子３０の両端部に配置されたダイヤフラム４０は、そのダイヤフラム４０の中央部を中心にして振動子３０のストロークと同じ変位量で変形する。これにより、ダイヤフラム室１６０の容量の変化が生じ、図３の右方向側のダイヤフラム室１６０に注目すると、ダイヤフラム４０が矢印（イ）方向に変形した場合、ダイヤフラム室１６０は膨張して負圧になり、吸入弁１２０は開いて、空気がダイヤフラム室１６０内に吸入される。この逆に、ダイヤフラム４０が矢印（ロ）方向に変形した場合、ダイヤフラム室１６０は圧縮され正圧になり、吐出弁１３０は開いて、空気がダイヤフラム室１６０内から吐出室１７０に吐出される。これらの動作が交互に連続的に行われ、圧縮空気が連続的に吐出される。なお、このような弁機構を含む基本的な動作原理そのものは、すでに公知の技術となっている。
【００２７】
本発明における第１の発明要部は、前記ダイヤフラム４０で仕切られる弁ケース本体５０の容積を、ダイヤフラムの全変形容積との関係で、騒音が低減できるように仕様設定したところにある。すなわち、図４に示されるようにダイヤフラム４０（センタープレート７０，８０を含む）で仕切られる弁ケース本体の容積をＶd（ダイヤフラム４０の位置は振幅なしの（２）の位置で測定される）、ダイヤフラム４０が振動子３０の振動（矢印（イ）−（ロ）方向）により齎される全変形容積をＶdとした場合、Ｖ0＝１．５Ｖd〜１．９Ｖdの関係を満たすような仕様を備えて構成される。このＶ0値が１．５Ｖd未満となり、相対的に小さくなり過ぎると圧力変動を吸収しにくく騒音が大きくなるという不都合が生じ、またこのＶ0値が１．９Ｖdを超えて、相対的に大きくなり過ぎると容積内空気の膨張・収縮が大きくなり流量が低下するという不都合が生じる。
【００２８】
なお、ダイヤフラム全変形容積Ｖd は、図４に示されるようにダイヤフラムの振幅なしの状態である▲２▼の位置を基準にして、そこから矢印（イ）方向へ一定ストローク（▲１▼の位置）の振動の際に生じる変形容積Ｖd1と、矢印（ロ）方向へ一定ストローク（▲３▼の位置）の振動の際に生じる変形容積Ｖd2と和により算出され、Ｖd ＝Ｖd1＋Ｖd2となる。上記範囲の仕様設定においては、特に、１０００Ｈｚ，２０００Ｈｚ近傍での騒音低減が極めて顕著となる。本発明の効果を示すグラフを図５に提示する。このグラフからわかるように本発明の範囲内であるＶ0 ＝１．５Ｖd 、１．９Ｖd では、１０００Ｈｚでそれぞれ３ｄＢ、４．２ｄＢの騒音低減効果が見られ、また２０００Ｈｚでも同様な低減効果が見られる。上限を外れても騒音低減の効果はあるものの、上述したように流量低下の問題が生じて実用的でない。また、下限をはずれるＶ0 ＝１．０Ｖd では低減効果は発現しない。
【００２９】
なお、図４は、実際にダイヤフラム４０が一定ストロークで振動している状態を模式的に説明するために点線（▲１▼の位置）、実線（▲２▼の位置）、および一点鎖線（▲３▼の位置）で便宜上区別して示しているが、実際は一つの同一ダイヤフラム４０である。
【００３０】
また、本発明における第２の発明要部は、弁ケース本体５０の構成材質を特定し、大きな遮音効果が得られるようにした点にある。すなわち、弁ケース本体５０は、その構成材質が樹脂をマトリックス（母材）成分とする比重１．６〜２．０の材質から構成される。比重が１．６未満となると有効な遮音効果を得ることが困難となってしまう。このような樹脂を主成分とする材料は、生産性を考慮して射出成形可能であるグレードとすることが好ましい。
【００３１】
具体的な好適材料の一例としては、ＢＭＣ（バルク・モールディング・コンパウンド）が挙げられる。ＢＭＣは、不飽和ポリエステル成形材料をマトリックス成分とし、ガラス繊維としてチョップドストランド（ガラス含有）を用いてバルク状にした成形材料である。通常、粘度を上げ、取扱の容易な成形樹脂材料とするために増粘材や重合開始材等が添加される。その他、例えば、成形樹脂材料に金属ないしは非金属無機材料の微粉末を混合させて、比重１．６以上の成形材料としてもよい。
【００３２】
本発明者らが、ガラス繊維等の含有率を変化させ、▲１▼比重１．４、▲２▼比重１．６、▲３▼比重２．０の各ＢＭＣ成形材料を配合し、実際に弁ケース本体５０を射出成形し、これらを電磁式ダイヤフラムポンプに組み込んで遮音効果実験を行ったところ、▲１▼比重１．４のサンプルと▲２▼比重１．６のサンプルとの間では５ｄＢの差異が認めら、▲２▼比重１．６のサンプルの方が格段と遮音効果に優れていることが確認できた。また、▲２▼比重１．６のサンプルと▲３▼比重２．０のサンプルとででは若干▲３▼比重２．０のサンプルの方が良好と見られる結果が得られたが、双方共に極めて高い遮音効果を有していることが確認できた。また、従来品のＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）サンプルと比重１．６のサンプルとの間では２ｄＢの差異が認められた。
【００３３】
【発明の効果】
上述してきたように、本発明の電磁式ダイヤフラムポンプにおいては、ダイヤフラムで仕切られる弁ケース本体の容積をＶ0 、前記ダイヤフラムが前記振動子の振動により齎される全変形容積をＶd とした場合、Ｖ0 ＝１．３〜２．２Ｖd の関係を満たすような仕様を備えているので、ダイヤフラムの振動に基づく騒音を極めて低いレベルまで低減させることができる。
【００３４】
また、本発明の電磁式ダイヤフラムポンプに用いられる弁ケース本体の構成材質は、樹脂をマトリックス成分とする比重１．６以上の材質から構成されているので、遮音効果が極めて大きく騒音防止に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁式ダイヤフラムポンプを、個々の主要パーツに分解させた状態を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の電磁式ダイヤフラムポンプの主要部分の必要箇所を、断面で示した正面図である。
【図３】本発明の電磁式ダイヤフラムポンプの主要部分の必要箇所を、断面で示した平面図である。
【図４】本発明の電磁式ダイヤフラムポンプに用いられるダイヤフラムと弁ケース本体との設定仕様を説明するための模式的断面図である。
【図５】本発明の効果を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１…電磁式ダイヤフラムポンプ
５…下部タンク容器
７…底部基台プレート
１０…電磁石ケース
１１…電磁石ケース本体
１５…電磁石ケース蓋体
２１，２５…電磁石
３０…振動子
４０…ダイヤフラム
５０…弁ケース本体
６０…弁ケース蓋体
７０…ダイヤフラム電磁石側センタープレート
８０…ダイヤフラム弁ケース側センタープレート
９０…Ｌ型ゴムホース
１００…外包ケース
１２０…吸入弁
１３０…吐出弁
１５０…吸気室
１６０…ダイヤフラム室
１７０…吐出室
【図１】
0004163798.tif 000002
【図２】
0004163798.tif 000003
【図３】
0004163798.tif 000004
【図４】
0004163798.tif 000005
【図５】
0004163798.tif 000006