JPH0424554B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可動磁石式ダイヤフラムポンプに関す
る。さらに詳しくはダイヤフラムに連結された振
動子と、この振動子の外周部に設けられた電磁コ
イルとの磁気的相互作用によつて振動子を往復運
動させることにより、これに連動したダイヤフラ
ムを往復運動させ、さらにこれに連動して流体を
吸引しその後吐出する可動磁石式ダイヤフラムポ
ンプに関する。

本装置は主として養魚水槽や、庭池養魚におけ
る酸素補給、あるいは公害監視における検査ガス
のサンプリングなどに利用されている。

〔従来の技術〕

従来、この種のダイヤフラムポンプとしては特
開昭54−84603号公報に記載のものがある。かか
るダイヤフラムポンプの概要を第２図に示す。

第２図において、２１はヨークであり、その縦
断面の第２図で示す上半部および下半部（以下、
〔従来の技術〕の項において上、下、左、右は第
２図におけるものを示す）がＥ字型をした軸対称
の円筒状のものであり、その中心軸部は中空とな
つている。またヨーク２１の材料としてはFeな
どの強磁性材料が使用されている。そしてヨーク
２１の右半部および左半部にはそれぞれヨーク２
１の内面に接してヨーク２１と同一の中心軸を有
する横断面がドーナツ状の円筒状電磁コイル２２
ａ，２２ｂが設けられている。そしてヨーク２１
の中心部にはヨーク２１の長手方向に沿つてヨー
ク２１より少し短い円柱状の振動子２３がヨーク
２１と中心軸が同一となるように設けられてい
て、振動子２３の右端および左端はヨーク２１の
右端および左端近くまで伸びて形成されている。
そして振動子２３には、右端がＮ極となり左端が
Ｓ極となつている鋳造磁石などからなる永久磁石
２４が設けられており、該永久磁石２４の両端面
上には等方性の磁性体である磁極片２７ａ，２７
ｂが固定されている。また振動子２３が固定され
ていて、振動子２３の中心軸にそつて形成されて
いる支持軸２５の両端部には、ダイヤフラム２６
ａ，２６ｂが固定されている。

そして電磁石コイル２２ａ，２２ｂに通電した
交流電流の或る半波間においては、ヨーク２１の
内周端に第２図においてＮ，Ｓで示された極性の
磁極が現われ、そしてつぎの半波間においては、
同様にＮ，Ｓで示された極性の磁極が現われるよ
うになつている。

かかる構成からなるダイヤフラムポンプにおい
ては、電磁コイル２２ａ，２２ｂに交流電流を通
電することによつて、ヨーク２１の内周端に生じ
た磁極と振動子２３の両端に生じたＮ極およびＳ
極の磁極との間に磁気的相互作用が生じ、これに
より振動子２３は先の半波間で右方へ動かされ、
つぎの半波間で左方へ動かされる。このようにし
て振動子２３が、通電した交流電流の周期に同期
して左右方向に振動し、これに連動してダイヤフ
ラム２６ａ，２６ｂも振動する。そしてダイヤフ
ラム２６ａの右方およびダイヤフラム２６ｂの左
方に設けられている作動室（図示せず）内の流体
に規則的な圧力変動を与え、作動室内に流体を吸
引し、あるいは作動室外に流体を吐出することに
よつて前記ダイヤフラムポンプがポンプとして機
能する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記従来のダイヤフラムポンプにおいては、ダ
イヤフラム２６ａ，２６ｂがその材質が経時変化
により劣化するなどして運転中に破損するばあい
には、振動子２３がヨーク２１などと接触し、振
動子２３またはヨーク２１などが破損するという
問題がある。このようなばあいに機械的なリミツ
トスイツチまたは光センサーを使用して、ダイヤ
フラムの破損、その他によつて生じる振動子の異
常振動を検知し、電磁コイル２２ａ，２２ｂへの
通電を停止して、振動子などの破損を防止する方
法もある。

しかしながら機械的なリミツトスイツチを使用
する方法においては、ダイヤフラムの劣化によつ
て振動子２３の振動範囲が緩慢に変位するばあい
に、リミツトスイツチの変位検知部が振動子２３
の異常変位を検知するまでに振動子２３の微細な
変位の振動（3600回／分）による非常に多くの振
動衝撃を受けて破損され易く、また異常振動の検
知精度が悪化し易くなり、振動子２３などの損壊
を充分に防止できないという問題があり、また光
センサーを使用する方法においては、異常振動の
検知装置が高価なものになるという問題がある。

本発明は以上のような問題点を解決するために
なされたもので、振動子の異常振動が生じたばあ
いにストツパーにより振動子の異常振動を制止
し、振動子などの損壊を防止する可動磁石式ダイ
ヤフラムポンプを提供することを目的としてい
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の可動磁石式ダイヤフラムポンプは、電
磁コイルと、該電磁コイル内に挿入され、ダイヤ
フラムに連結され、かつ磁石が設けられている振
動子とが装着されてなるダイヤフラムポンプであ
つて、前記振動子の振動が異常振動となつたばあ
いに前記振動子の振動を制氏するストツパーが設
けられているものからなる。このストツパーは、
前記電磁コイルの内周面および両端面上に設けら
れたボビンに接して設けられたヨークプレートコ
アの右端面および左端面上に設けられたサイドプ
レートの内周端面が、前記ヨークプレートコアの
内周端面より内方へ突出して形成されたものであ
る。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき
説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す吐出量が毎分
数10程度の可動磁石式ダイヤフラムポンプの一
部断面図である。第１図において１は横断面がド
ーナツ状となつている電磁コイルであり、その中
心部に形成されている中空部の回りに沿つて導線
が捲回されている。そして電磁コイル１の外周部
には電磁コイル１を覆う形でかつこれと中心軸を
共通とするように0.3mmの硅素鋼板を螺旋状に捲
回したものからなる厚さが約１mmの円筒状のヨー
クコア３が設けられている。

そして電磁コイル１の内周面および第１図で示
す左および右（以下左、右、上、下とは第１図に
おけるものを示す）の両端面上には、これに接す
る形で一様な厚さ２〜３mmである縦断面の上、下
の各半部がＵ字形となつている66ナイロンからな
るボビン２が設けられている。そしてボビン２の
左、右両端面上には、それぞれこれらに接する形
でドーナツ板状の厚さが0.5mmの硅素鋼板を数枚
積層したものからなる右側のヨークプレートコア
４ａと左側のヨークプレートコア４ｂが固設され
ている。そしてヨークプレートコア４ａ，４ｂは
ボビン２の内周面より少し中心軸方向へ突出して
いる。そしてヨークプレートコア４ａの右端面お
よびヨークプレートコア４ｂの左端面上にはそれ
ぞれこれらに接してポリカーボネートからなる略
ドーナツ板状の同型である右側のサイドプレート
５ａおよび左側のサイドプレート５ｂが設けられ
ている。そしてサイドプレート５ａの右側および
サイドプレート５ｂの左側には内径がヨークプレ
ートコア４ａ，４ｂの外径より少し小さい凹部が
形成されている。

そして電磁コイル１とボビン２とヨークコア３
とヨークプレートコア４ａ，４ｂとが前記２つの
サイドプレート５ａ，５ｂにより適宜手段で連結
されることにより挟持されている。そして電磁コ
イル１の中心軸部には、中心軸方向に延びて形成
されている振動子（後述）の支持軸６が設けられ
ており、支持軸６の前記ヨークプレート４ａ，４
ｂの内周端に対応する部分にはそれぞれ短円柱状
の右側のフエライト磁石７ａおよび左側のフエラ
イト磁石７ｂが適宜手段により固定して設けられ
ている。そしてフエライト磁石７ａ，７ｂの中心
軸は支持軸６の中心軸に一致している。さらにフ
エライト磁石７ａ，７ｂの相対向する面の磁極の
極性はともにＳ極となつており、したがつてこれ
らの反対面の磁極の極性はＮ極となつている。そ
してフエライト磁石７ａ，７ｂのそれぞれの左、
右両端面上には、これに接する形で、円板状であ
つて厚さが0.5mmの等方性磁性体である硅素鋼板
を数枚積層したものからなるマグネツトシユー８
ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが適宜手段により固定して
設けられている。そして最左端に設けられている
マグネツトシユー８ａの左端面はヨークプレート
コア４ｂの左端面より左方に約10mmの範囲内で移
動できるように適宜手段により制動されていて、
また同様に最右端にあるマグネツトシユー８ｄの
右端面はヨークプレートコア４ａの右端面より右
方に約10mmの範囲内で移動できるようになつてい
る。また同時にマグネツトシユー８ｂの右端面は
ヨークプレートコア４ｂの左端面より右方に約14
mmの範囲内で移動できるようになつており、マグ
ネツトシユー８ｃの左端面はヨークプレートコア
４ａの右端面より左方に約14mmの範囲内で移動で
きるようになつている。

そしてマグネツトシユー８ｂとマグネツトシユ
ー８ｃの間には中心軸が支持軸６の中心軸に一致
していて厚さが0.3mmの硅素鋼板を螺旋状に捲回
して全体の厚さが約１mmとなつている円筒状のポ
ールコア９が設けられており、ポールコア９の左
および右の端面はそれぞれマグネツトシユー８ｂ
の右端面およびマグネツトシユー８ｃの左端面に
当接している。そしてポールコア９の外周面はフ
エライト磁石７ａ，７ｂの外周面とほぼ面一とな
るようになつている。そしてこれらの外周面とヨ
ークプレートコア４ａ，４ｂの内周面との間には
約１mm程度の〓間が形成されている。そして支持
軸６とフエライト磁石７ａ，７ｂとマグネツトシ
ユー８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄとポールコア９とか
ら振動子１０が構成されている。そしてポールコ
ア９とボビン２の間であつてボビン２のほぼ中央
部には、中心軸が支持軸６の中心軸に一致してい
て厚さが0.3mmの硅素鋼板を螺旋状に捲回して全
体の厚さが約２mmとなつている円筒状のステート
コア１１が設けられている。ここでステートコア
１１の横断面積とポールコア９の横断面積との和
はヨークプレートコア４ａまたはヨークプレート
コア４ｂの内周端面の面積とほぼ一致している。
そしてステートコア１１はその外周面がボビン２
の内周面に当接する形でこの内周面上に固定され
ており、ステートコア１１の内周面はヨークプレ
ートコア４ａ，４ｂの内周端面とほぼ面一になつ
ている。またステートコア１１の長さはポールコ
ア９の長さより少し短くなつている。

そしてサイドプレート５ａ，５ｂの内周端面は
ヨークプレートコア４ａ，４ｂの内周端面より少
し内方へ突出して形成されており、この突出した
部分がサイドプレート５ａについてはストツパー
５ｃとなつていて、サイドプレート５ｂについて
はストツパー５ｄとなつている。ここでストツパ
ー５ｃ，５ｄの内周面とフエライト磁石７ａ，７
ｂの外周面との〓間の寸法は約0.5mmである。

そしてサイドプレート５ａ，５ｂの前記凹部に
はそれぞれ略ドーナツ状のPBTからなる右側の
ダイヤフラム台１２ａと左側のダイヤフラム台１
２ｂとが嵌合して設けられており、支持軸６の両
端部がダイヤフラム台１２ａ，１２ｂの中心部を
貫通して外方に突出している。そして第１図の右
方に示すように、ダイヤフラム台１２ａの右端面
には吸引室１３ａ、吐出室１３ｂおよび凹部１３
ｃが形成されているPBTからなるケーシング部
材１３が固定されており、ダイヤフラム台１２ａ
とケーシング部材１３との間には略円板状の
EPDMからなるダイヤフラム１４がその周端部
がダイヤフラム台１２ａとケーシング部材１３と
により嵌装されて設けられている。またダイヤフ
ラム１４の中心部には支持軸６の右端部が貫通し
ていて、ダイヤフラム１４の両面上にダイヤフラ
ム１４を押し引きして左右に変位させるセンター
プレート１５，１５が設けられている。そしてこ
れらのダイヤフラム１４およびセンタープレート
１５，１５が取り着け座１６とナツト１７との間
に介装され、ナツト１７により締付けられること
により支持軸６の右端部上に固定されている。そ
してダイヤフラム１４とケーシング部材１３の凹
部１３ｃとにより作動室が形成されている。

またケーシング部材１３には吸引室１３ａに連
通する吸引口１３ｄおよび吐出室１３ｂに連通す
る吐出口１３ｅが設けられており、作動室と吸引
室１３ａとの隔壁中に設けられた連通孔１３ｆ部
には吸引弁１８が設けられており、また作動室と
吐出室１３ｂとの隔壁に設けられた連通孔１３ｇ
部には吐出弁１９が設けられている。

そして第１図においては本実施例の装置のダイ
ヤフラム台１２ｂの左方の構成の作図を省略して
いるが、これはダイヤフラム台１２ａの右方の構
成と全く対称的に同じものとなつている。なお前
述のヨークコア３、ヨークプレートコア４ａ，４
ｂ、ステートコア５ａ，５ｂ、ポールコア９およ
びマグネツトシユー８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、
厚さが0.3〜0.5mmである硅素鋼板を積層したもの
となつており、それら自体で内部的に連続したル
ープを形成しないように電気回路的に開いた状態
となつている。

つぎに本実施例のダイヤフラムポンプの作用お
よび動作について説明する。

電磁コイル１に交流電流を流すと交流電流の変
化に同期して電磁コイル１の両端のそれぞれにお
いてＮ極およびＳ極の磁極が交互に生じる。した
がつて磁性体であるヨークプレートコア４ａ，４
ｂも交流電流の変化に同期して磁化され、ヨーク
プレートコア４ａの内周端およびヨークプレート
コア４ｂの内周端にそれぞれ異なる極性の磁極が
交互に現われる。すなわちヨークプレートコア４
ａの内周端がＮ極またはＳ極となるに対応してヨ
ークプレートコア４ｂの内周端はＳ極またはＮ極
となる。

ここで交流電流のある半波間においてヨークプ
レートコア４ａの内周端がＳ極に磁化されている
ばあいには、ヨークプレートコア４ｂの内周端が
Ｎ極に磁化されており、このばあいにはヨークプ
レートコア４ａの内周端のＳ極はフエライト磁石
７ａによつて磁化されたマグネツトシユー８ｄの
Ｎ極とは引力、フエライト磁石７ａによつて磁化
されたマグネツトシユー８ｃのＳ極とは斥力の相
互作用を及ぼす。またヨークプレートコア４ｂの
内周端のＮ極はフエライト磁石７ｂによつて磁化
されたマグネツトシユー８ａのＮ極とは斥力、フ
エライト磁石７ｂによつて磁化されたマグネツト
シユー８ｂのＳ極とは引力の相互作用を及ぼす。
これによつて振動子１０は左方へ向う力を受け、
前述の移動範囲内で左方へ移動する。つぎに交流
電流が前記半波間のつぎの半波間になつたばあい
にはヨークプレートコア４ａの内周端がＮ極に磁
化され、これと同時にヨークプレートコア４ｂの
内周端がＳ極に磁化される。そしてこのばあいに
はヨークプレートコア４ａおよびヨークプレート
コア４ｂの内周端の磁極は、マグネツトシユー８
ｃ，８ｄおよびマグネツトシユー８ａ，８ｂの磁
極と、先の半波間のばあいとまつたく反対の相互
作用を及ぼし振動子１０は前述の移動範囲内で右
方へ移動する。

なお等方性磁性体のマグネツトシユー８ａ，８
ｂ，８ｃ，８ｄを設けることにより、これらの周
端にフエライト磁石７ｂ，７ａによつて生じる磁
力線の大部分が集められるため、ヨークプレート
コア４ａおよびヨークプレートコア４ｂの内周端
の磁極とマグネツトシユー８ｃ，８ｄおよびマグ
ネツトシユー８ａ，８ｂの磁極との間に働く磁気
力は非常に強くなる。

このようにして振動子１０が交流の周期と同期
して左右方向に往復振動を行い、これに連動して
ダイヤフラム１４が左右に振動する。そして振動
子１０が左方へ移動したときに吐出弁１９が閉じ
たままで吸引弁１８が開いて吸引口１３ｂにより
吸引室１３ａ内に吸引された流体は連通口１３ｆ
を通つて作動室内に流入し、つぎに振動子１０が
右方へ移動したときに吸引弁１８が閉じるととも
に吐出弁１９が開き作動室内の流体が連通口１３
ｇを通つて吐出室１３ｂを経て吐出口１３ｅより
吐出される。またダイヤフラム台１２ｂの左方の
構成（図示せず）についても前記同様の動作が行
なわれ、このようにして本実施例の可動磁石式ダ
イヤフラムポンプが駆動する。

本実施例においては、フエライト磁石７ａ，７
ｂが異方性を有していることから薄くても磁力の
強い磁石となり、ヨークプレートコア４ａ，４ｂ
の内周端の磁極がマグネツトシユー８ｃ，８ｂの
Ｓ極とも強く相互作用するため振動子１０を振動
させる力も強いものとなる。

また振動子１０を中空にして軽量化することに
より振動子１０の固有振動数を電磁コイル１に通
電される交流電流の周波数に一致させており（本
実施例では該周波数を関東地区および関西地区で
使用される交流周波数を考慮して57Hzとしてい
る）、前記交流電流の交番変化と振動子１０の振
動が共振状態となつてポンプが駆動される。

そしてステートコア１１を設けることにより、
これを電磁コイル１の両極間に渡る磁束の主たる
通路とすることにより、ポールコア９の厚さを薄
くでき、このために振動子１０の重量を少なくで
きる。

このような強力な振動力および振動子１０の軽
量化により振動子１０は交流電流の変化にほぼ同
期して振動する。

またヨークコア３、ヨークプレートコア４ａ，
４ｂ、ステートコア５ａ，５ｂ、ポールコア９お
よびマグネツトシユー８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは
厚さ0.3〜0.5mmの硅素鋼板の薄板を積層したもの
としていることからこれらの内部に渦電流が発生
するのを防止できるとともにこれら自体が開回路
となつていることから開回路に沿つた２次電流の
発生を防止することもできる。

またヨークコア３、ヨークプレートコア４ａ，
４ｂ、ステートコア１１、マグネツトシユー８
ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ、ポールコア９にはFeに
Siを添加したケイ素鋼板が用いられており、該鋼
板は残留磁化も小さく、ヒステリンス損も小さい
という特性を有しているので電磁コイル１に交流
電流を流すことによつて生じる磁気回路内でのエ
ネルギーの損失も小さくなる。

このようなことからヨークコア３、ヨークプレ
ートコア４ａ，４ｂ、ステートコア１１、マグネ
ツトシユー８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ、ポールコア
９内における損失エネルギーも小さくなるととも
に発熱も少なくなり、従つてダイヤフラムポンプ
自体の発熱も小さくできる。

そしてダイヤフラム１４が、その材質が経時的
変化により劣化するなどして破損するばあいに
は、振動子１０が前述の振動子１０の適正な移動
範囲を越えて移動し、マグネツトシユー８ｄの右
側面またはマグネツトシユー８ａの左側面がスト
ツパー５ｃの左方またはストツパー５ｄの右方ま
で移動する。そして同時に、ダイヤフラム１４に
よつて中心軸がヨークプレートコア４ａ，４ｂの
中心に保持されていた振動子１０が、ダイヤフラ
ム１４の破損によつて振動子１０の中心軸がヨー
クプレートコア４ａ，４ｂの中心からずれ、振動
子１０のマグネツトシユー８ｄまたはマグネツト
シユー８ａがヨークプレートコア４ａまたはヨー
クプレートコア４ｂに接近することになる。そし
て、この接近したところでクーロンの法則により
マグネツトシユー８ｄまたはマグネツトシユー８
ａとヨークプレートコア４ａまたはヨークプレー
トコア４ｂとの間の磁気力が強くなり、異常の発
生とほぼ同時にマグネツトシユー８ｄまたはマグ
ネツトシユー８ａが、ヨークプレートコア４ａま
たはヨークプレートコア４ｂの内周端面に吸着さ
れる。そしてマグネツトシユー８ｄの右側面また
はマグネツトシユー８ａの左側面がストツパー５
ｃまたはストツパー５ｄによつて掛止されること
により振動子１０の振動が制動される。

そしてこのためダイヤフラムポンプの吐出量の
変動などが生じてポンプ駆動の異常が検知され、
電磁コイル１への通電を停止することによりポン
プの駆動を停止でき、振動子１０などの破損を未
然に防止できる。

なお前記実施例では第１および第２の磁石とし
て異方性のフエライト磁石７ａ，７ｂを使用した
がこれに限定されるものではなく磁力の強い希土
類磁石などの他の磁石も使用できる。

またボビン２、サイドプレート５ａ，５ｂ、ダ
イヤフラム台１２ａ，１２ｂ、ケーシング部材１
３およびダイヤフラム１４などの材料としては前
記実施例のものに限定されるものではなく耐熱性
を有するものであればABSおよびPETなども使
用できる。

また前記実施例においては、ストツパー５ｃ，
５ｄがサイドプレート５ａ，５ｂと連続的に一体
に形成されているばあいについて示したが、これ
はサイドプレート５ａ，５ｂと別体に形成されて
いてもよく、またストツパー５ｃ，５ｄが設けら
れる位置も前記実施例の位置に限定されるもので
はない。またストツパー５ｃ，５ｄの材料も前記
実施例におけるサイドプレート５ａ，５ｂの材料
と同一のものに限定されるものではなく耐熱性を
有する非磁性材料であればPETおよびABSなど
も使用できる。

そしてダイヤフラムポンプ中に設けられる本発
明にかかわるストツパーは、前記実施例の型のダ
イヤフラムポンプに限定されるものではなく、お
よそ電磁コイルとその中に設けられる磁石を有す
る振動子とが装着されてなる可動磁石式ダイヤフ
ラムポンプに適用できることはもちろんである。

さらにまたヨークコア３、ヨークプレートコア
４ａ，４ｂ、ステートコア１１、マグネツトシユ
ー８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ、ポールコア９の材料
についても前記実施例の硅素鋼に限定されるもの
ではなく残留磁化を小さくでき、ヒステリシス損
を小ささくできるものであればステート鋼なども
使用できる。

さらにまた前記実施例で限定されているヨーク
コア３、ヨークプレートコア４ａ，４ｂなどの厚
さの値および振動子１０の移動範囲の値などは前
記実施例の値に限定されるものではなく、ポンプ
の容量およびその他の条件で変わりえることはも
ちろんである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明にかかわる可動磁石式ダイ
ヤフラムポンプによれば、ダイヤフラムの破損な
どにより振動子が異常振動を行なうようになつた
ばあいにおいて、ストツパーにより振動子の振動
が制止され、ポンプ駆動の異常を検知できるの
で、電磁コイルへの通電を直ちに停止してポンプ
の駆動を停止でき、振動子などのダイヤフラムポ
ンプの内部部品の損壊を防止できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかわる可動磁石
式ダイヤフラムポンプの一部断面図、第２図は従
来の可動磁石式ダイヤフラムポンプの一部断面図
である。 （図面の主要符号）、１：電磁コイル、５ｃ，
５ｄ：ストツパー、１０：振動子、１４：ダイヤ
フラム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電磁コイルと、該電磁コイル内に挿入され、
   ダイヤフラムに連結され、かつ磁石が設けられて
   いる振動子とが装着されてなるダイヤフラムポン
   プであつて、前記電磁コイルの内周面および両端
   面上に設けられたボビンに接して設けられたヨー
   クプレートコアの右端面および左端面上に設けら
   れたサイドプレートの内周端面が、前記ヨークプ
   レートコアの内周端面より内方へ突出して形成さ
   れており、前記振動子の振動が異常振動となつた
   ばあいに前期振動子の振動を制止するストツパー
   を構成してなることを特徴とする可動磁石式ダイ
   ヤフラムポンプ。