JP2547543B2 - エア−ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、浄化層バッ気用などの中型大風量用に使
用し得る長円形ダイヤフラムを装着した電磁型ダイヤフ
ラムエアーポンプに関する。

＜従来の技術＞ 従来、一般家庭などで用いる熱帯魚飼育用のエアーポ
ンプは殆どが、電磁振動型駆動部を有するダイヤフラム
式であって、その吐出能力は水深50cmの水圧下において
毎分数リットル程度の低圧小型であった。

前記の従来例の電磁振動型エアーポンプを第９図に示
す従来例により説明すると、Ｅ型コアを有する電磁石
（31）を配置し、緩衝用の円筒ブムチューブ（14），
（14a）を挿通した円柱状の基部（13），（13a）を振動
支軸として、振動し得るようにした駆動レバー（23），
（23a）の先端にとりつけた永久磁石（22），（22a）を
前記電磁石（31）の磁場空間内の電磁石（31）の磁極の
間に磁極を相対せしめてある。

第９図に示す従来例は、ポンプが上下対称であるので
下の方のポンプについて説明する。

駆動レバー（23a）の中程に、丸椀形のダイヤフラム
（17a）の中心部をとりつけ、該ダイヤフラム（17a）の
周縁部は、ポンプのケーシング（21a）の上部外側縁部
に嵌挿して、ケーシング（21a）内の隔壁（24a）との間
にポンプ室（18a）を形成し、隔壁（24a）には吸入孔
（35a）、吐出孔（36a）にそれぞれ通ずる吸入弁（25
a）、吐出弁（26a）とが配置される。

而して、電磁石（31）に商用周波数の電源電流を流す
と、磁極間の空間に磁場が発生し、その磁場によって、
駆動レバー（23a）の先端にとりつけた永久磁石（22a）
が駆動されて振動する。それにつれて駆動レバー（23
a）にとりつけたダイヤフラム（17a）が振動して、ポン
プ室（18a）内の空気を圧縮、膨張する。ダイヤフラム
（17a）の振動につれて吸入弁（25a）及び吐出弁（26
a）が動作して、空気が吸入孔（35a）からポンプ室（18
a）内に流入し、吐出孔（36a）から吐出される。ケーシ
ング（21）の内部構造は、前記のケーシング（21a）の
内部構造と同様である。

このような低圧小吐出量の電磁振動型エアーポンプの
実数例を50cm水深の水圧下において、毎分３リットルの
吐出量を得るエアーポンプから求めると、永久磁石（2
2），（22a）の寸法重量は18mm×13mm×5mmの体積で、
重量約5.5grであり、ダイヤフラム（17），（17a）の外
径は36mmφ、振動支点（13），（13a）から、駆動レバ
ー（23），（23a）を含み、永久磁石（22），（22a）の
先端すなわち振動駆動部の全長（ｌ）は58mmとなり、振
動支点（13），（13a）を含んだ振動系の固有振動数f₀
は50〜60Hzとなり、電源周波数と同調して、振動効率の
良好なポンプとして作動する。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 以上述べたような実数値の電磁振動型ダイヤフラム式
エアーポンプを、より高圧大風量化しようとすると、第
９図に示す従来例において、先ずダイヤフラム（17），
（17a）の振動直径を大きくして、振動する振巾を大き
くとらねばならないので、ダイヤフラム（17），（17
a）を駆動する駆動レバー（23），（23a）も長くしなけ
ればならず、さらに、駆動力を増すために電磁石（31）
のコアの積厚を大きくして大形かつ強力にすることはも
とより、それに対応する永久磁石（22），（22a）も体
積を大きくして、磁力を増さねばならないので、従って
永久磁石（22），（22a）の重量も増大する。

今仮に、前記の従来の電磁振動型ダイヤフラムエアー
ポンプの出力を水深1.5mの水圧下で30/minの空気を吐
出するように大形化しようとすると、ダイヤフラム（1
7），（17a）の直径は従来の2.15倍すなわち36mmφ×2.
15＝77.5mmφ必要になり振動軸（13），（13a）、駆動
レバー（23），（23a）、永久磁石（22），（22a）を含
んだ振動系の長さ（ｌ）は100mm以上必要となる。

一方において、ポンプの出力は吐出圧力と吐出風量の
積に比例するので、駆動源である永久磁石は15倍にも増
量する必要があり、前述の２倍以上の長さ（ｌ）になる
駆動レバー（23），（23a）の先端にとりつけた場合著
しく大きな振動モーメントとなる。即ち、このような振
動系の固有振動数は となり、電源周波数から、低く外れてしまうので、共振
勢力を利用できず、効率が著しく低下し、ポンプ出力は
各部寸法を大きくとった割合には大きくならない。

このように、吐出能力を増大しようとして、各部の寸
法だけ大きくしても、種々の面で障害があって、目的を
達し得なかった。

本発明は電磁振動型でありながらこのような問題点
を、ダイヤフラムの形状、駆動機構、保持構造に抜本的
改良を加えて解決し、大きな水圧下で、大吐出量を得る
エアーポンプである。

第１図は、本発明ポンプの要部を拡大した断面図、第
２図（ａ）は、本発明のダイヤフラム（７），（7a）を
ピストン板（９），（９）に挟持して、環状突起（19）
の内周にダイヤフラム拡張リング（11）を装着した平面
図、第２図（ｂ）は、ダイヤフラム（７），（7a）より
も大きい外周長のケーシング（５），（5a）に張力を保
持してダイヤフラム（７），（7a）を嵌着した本発明実
施例ポンプの要部を拡大した断面図、第３図は、拡張リ
ング（11）のリブ（12）の一部欠截斜視図、第４図
（ａ）は、本発明の実施例の椀形長円形ダイヤフラム
（71）をケーシング（５）に嵌着してワイヤ（29）で緊
締した例の要部断面図、第４図（ｂ）は、第４図に示す
ダイヤフラムの平面図、第５図は、本発明の実施例の椀
形長円形ダイヤフラム周縁部に突出した環状突起（41）
の内周面に拡張リング嵌挿した例の要部断面図、第６図
は、平板状のダイヤフラム（73）を押さえワッパー（2
1）によって押圧保持した実施例の要部断面図、第７図
は、本発明の実施例の平板状長円形ダイヤフラム（74）
の周縁部に突出した環状突起（42）をケーシング
（５′）の口縁部に嵌挿して押さえワッパー（22）で押
圧して取り付けた例の要部断面図、第８図は、本発明の
実施例の、永久磁石片（2a），（2b）を串刺し状に固着
した振動杆（3a）の両端に、環状突起（19），（20）を
突出して設けたダイヤフラム（７），（7a）を取り付け
たエヤーポンプの断面図である。第９図は、従来のダイ
ヤフラムエアーポンプの一部欠截横断面図である。

以下に本発明を第１図、第２図（ａ），（ｂ）に示す
実施例について説明する。

（１） 振動系の長さ（ｌ）を長くしないで、すなわ
ち、固有振動数を低下させないで、ダイヤフラム
（７），（7a）の形状寸法を縦方向に長い長円形にし
て、ダイヤフラム面積を大にして駆動面積を大にした。

（２） 振動系のうち永久磁石（２），（2a）の形状が
大きくなって、重量が増大して固有振動周波数が低下す
る影響を、振動系の弾力を抑制することによって相殺す
るために以下に記すような方策を採用した。

（その１） 第２図（ａ），（ｂ）に示すように、ダイ
ヤフラム（７），（7a）の中心部をダイヤフラム
（７），（7a）の外周部と略同形の長円形としたアル
ミ、硬質樹脂などの剛体板のピストン板（９），（9a）
で挟持してダイヤフラム（７），（7a）の屈曲する面積
を小さくして、振幅を抑止して制限することによってダ
イヤフラム（７），（7a）の振動復元力を強くした。

（その２） 第２図（ｂ）に示すように、ダイヤフラム
（７），（7a）の外側縁をダイヤフラム（７），（7a）
の内周長さより、大きい外周長を有するポンプケーシン
グ（５），（5a）の外周縁に張力を保持したままで嵌着
する。そして、ダイヤフラム（７），（7a）の外側外縁
に設けた環状突起（19）の内周に、ダイヤフラム
（７），（7a）の内径よりやや大きい外径を有する硬質
プラスチックなどの剛体のダイヤフラム拡張リング（1
1）を装着することにより、ダイヤフラム（７），（7
a）の振動部を内外より張力を保持してケーシング
（５），（5a）に張着して、ダイヤフラム（７），（7
a）の収縮力を高めた。

（その３） 第１図に示すように、振動系の振動支点部
（30），（30a）の断面形状を円形以外の矩形或いは方
形等にして、当該支点部（30），（30a）の外周を包ん
で支点支持片（15），（15a）との間に介在して、支点
部（30），（30a）を保持するゴムなどの弾性体
（４），（4a）の変形による弾発力を利用した。

＜問題点を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するための本発明の構成を、実施例
に対応する第１〜８図について説明すると、本発明は相
対して配設した電磁石（１）の磁極間の磁気空間内に、
磁極に跨って位置する永久磁石片（２），（2a）の電磁
振動によって作動し、当該永久磁石片（２），（2a）に
固着した駆動レバー（３），（3a）にとりつけたダイヤ
フラム（７），（7a）を駆動力とする電磁振動型ダイヤ
フラム式エアーポンプにおいて、ポンプ室を構成する吸
入弁及び吐出弁を有するポンプ室のケーシング（５），
（5a）の外形を長円形に成形し、該ダイヤフラム
（７），（7a）の外側外縁の一側方又は両側方に環状突
起（19），（20）を突出形成し、さらに、その内周に、
内側に坐屈防止用の補強リブ（12）を長い辺に沿って設
けたダイヤフラム拡張リング（11）を装着し、前記ダイ
ヤフラム（７），（7a）の外周と略同形の小さい形状の
長円形に形成したピストン板（９），（9a）によって両
面より挟持して、前記ダイヤフラム拡張リング（11）と
の間に前記ダイヤフラム（７），（7a）により屈曲部を
形成して、該長円形ダイヤフラム（７），（7a）の中心
駆動部に駆動レバー（３），（3a）を固着してなる構造
の電磁振動型ダイヤフラム式エアーポンプである。

＜作用＞ 従来のダイヤフラムの直径（2r）の円形を、短径（2
r）、長径（4r）の長円形として拡大すると仮定して、
吐出量を増加しようとすると、ダイヤフラムの面積は約
2.27倍となるとともに、重量もそれに比例して増大する
ので、駆動力を増大するのに、永久磁石も大きくとらね
ばならないので、振動系の固有振動数は低下するが、本
発明の電磁振動型ダイヤフラムエアーポンプは前記のよ
うな構成によって振動系の固有振動数は、電源周波数の
範囲内に納まり、高能率で作動する。

即ち、本実施例は前記した構成によってダイヤフラム
（７），（7a）の形状を長円形として面積が大となって
も、短径は従来の丸形の直径と同様であるので、短径方
向にに駆動レバー（３），（3a）を配置することによっ
て駆動レバー（３），（3a）の長さは同じになる。

つぎに、ダイヤフラム（７），（7a）を挟持した剛体
ピストン板（９），（9a）は、ダイヤフラム（７），
（7a）の可動範囲（振巾）を小さく抑制するので、大き
な振動面積を保ちながらダイヤフラム（７），（7a）が
収縮する方向に力が働いてダイヤフラム（７），（7a）
の固有振動数を上昇させる作用をする。さらに、長円形
ダイヤフラム（７），（7a）の内径よりやや大きい外径
のポンプケーシング（５），（5a）の端縁にダイヤフラ
ム（７），（7a）を装着すると、ダイヤフラム（７），
（7a）は張力を保持したまま張られるので、内応力的に
収縮力を増して、固有振動周波数を高めるように作用す
る。また、平板状の長円形ダイヤフラム（７），（7a）
の振動部の周縁部の両側方に突出して連設した環状突起
（19），（20）の外方の環状突起（19）の内側に硬質プ
ラスチックなどの剛体のダイヤフラム拡張リング（11）
を装着すると、ケーシング（５），（5a）と、拡張リン
グ（11）の両者からダイヤフラム（７），（7a）は高い
緊張度を保持したまま装着されることになり、使用中長
期に渉つて弛緩することなく、固有振動数の低下を防止
する。そして、拡張リング（11）はつねに、ダイヤフラ
ム（７），（7a）の内方向に向かう収縮力によって強く
圧迫されているので、曲率半径の大きい部分では、坐屈
変形を起こして、本来の機能を果たさなくなるので、そ
の部分だけに全周の拡張力を平均化するリブ（12）をリ
ング（11）の内側に形成して坐屈を防止する。

また、永久磁石（２），（2a）が大きくなり、重量が
増して振動エネルギーが増大する分は、つぎに述べる構
成により防ぐことができる。即ち、まず、駆動レバー
（３），（3a）の振動支点（30），（30a）の形状を断
面円形から、例えば断面矩形にすることにより、振動支
点（30），（30a）に嵌挿したゴムチューブ等の緩衝用
弾性体（４），（4a）にかかる内応力は、振動支点（3
0），（30a）の偏平部の角によって、圧縮変形されて、
発生する弾発力によって駆動レバー（３），（3a）を元
に戻そうとする復元力が働いて、大きな形状の永久磁石
（２），（2a）を先端にとりつけた駆動レバー（３），
（3a）であっても振動系の固有振動周波数を高めるよう
に作用する。

本発明は以上により、固有振動数f₀を周波数の範囲内
に保つことができ、効率のよいポンプとして作動し得
る。

以上第９図の丸椀形ダイヤフラムを有する従来例のエ
アーポンプと対比して、第１図、第２図（ａ），（ｂ）
に示した振動部が平板状で、その周縁部の両側方の環状
突起（19），（20）を突出せしめた形状のエアーポンプ
を第１実施例として本発明を説明したが、第４図に示す
ような椀形の長円形ダイヤフラム（71）を、口縁部が同
様の長円形のやや外周形の大なるケーシング（５）に嵌
着して、ワイヤ（29）等で緊締して固定した構造の第２
実施例のエアーポンプは、構造簡単で堅牢である。第５
図に示す、椀形の長円形ダイヤフラム（72）の周縁部の
一側方に突出する環状突起（41）の内周面に、拡張リン
グ（11）を嵌挿した第３実施例エアーポンプは、上記第
２実施例の振動部を改良したものであって、振動が上下
均等になるので、リニアリティを保持できる。

そして、第６図のような振動部が平板形の長円形ダイ
アフラム（73）を、同様の長円形のケーシング（５）の
口縁部に載置して、中央部より外方へ向けて張力を加え
ながら押さえワッパー（21）で押圧保持した構造の第４
実施例エアーポンプは、ダイヤフラム（73）が平板状で
あるので、構造が簡単で、先に説明した本発明と同一の
構成要件を有し、それに基づく同様の作用効果を具有す
る。また、第７図のような振動部が平板状で、その周縁
部の一側方に突出する環状突起（42）を有するダイヤフ
ラム（74）を、同様の長円形のやや外周径の大なるケー
シング（５′）の口縁部に張力を加えながら外周縁部を
押さえワッパー（22）で押圧して取付けた第５実施例エ
アーポンプは、先に説明した椀形ダイヤフラム形と同様
の構成であるが、ダイヤフラムの固定構造において外周
縁を上下両方向から均等に押圧できるので、椀形よりも
ダイヤフラム（74）に対して、振動時の直線性をより確
実に有せしめることができる。

さらにまた、第８図に示す第６実施例エアーポンプ
は、１組の電磁石（1a），（1b）の対向した磁極間の磁
場空間内に、磁極に跨って、相対して位置する２個の永
久磁石片（2b），（2c）を駆動レバー（3d）で、串刺し
状に固着し、該駆動レバー（3d）の両端に、前記第１実
施例と同様の長円形のダイヤフラム（７），（7a）をと
りつけたものである。ダイヤフラム外周縁部の両側方に
突出する環状突起のうち、内方の環状突起（20）を、ケ
ーシング（５），（5b），（5c）の端縁に装着して、ダ
イヤフラム（７），（7a）を張力を保持したまま張着
し、外方環状突起（19）の内周に、拡張リング（11）を
装着してあり、更に、ダイヤフラム（７），（7a）の外
周をポンプ室ケーシング（５），（5b），（5c）の外縁
によって、押圧固定するので、ダイヤフラム（７），
（7a）は張力を保持して、極めて強固に固定できるの
で、長年に渉る使用にも十分耐える堅牢性を保持でき
る。

本実施例においては、必要に応じてダイヤフラム
（７），（7a）の材質を硬い材質を選ぶか、厚さを厚く
するか或いはダイヤフラムの内部に弾性板を封入したり
して、ダイヤフラム（７），（7a）自身の固有振動数を
高くとるとともに、振動振幅を抑制することができる。
また、両側から挟持するピストン板（９），（9a）の面
積を大にして、ダイヤフラム（７），（7a）の屈曲部
（Ｄ）の面積を小にして、コンプライアンスを制限し
て、振幅を小さくすることもできる。

このようにして、大吐出量のポンプを固有振動周波数
を低下させないで、能率よく振動せしめ得る。

以上本発明の代表的と思われる実施例について説明し
たが、本発明は必ずしもこれらの実施例構造のみに限定
されるものではなく、本発明にいう構成要件を備え、か
つ、本発明にいう目的を達成し、以下にいう効果を有す
る範囲内において適宜改変して実施することができるも
のである。

＜発明の効果＞ 本発明は、上記の構成であるから、ダイヤフラム
（７），（7a）の形状が長円形状であるから円形よりも
大なる面積が得られて空気の吐出量を増加することがで
き、２枚のピストン板（９），（9a）によってダイヤフ
ラム（７），（7a）を挟持することにより、ダイヤフラ
ム（７），（7a）の屈曲伸張巾を小さく制限することに
よって、ダイヤフラム（７），（7a）の収縮力を強くす
ることができる。

また、ダイヤフラム拡張リング（11）を装着すること
によって、ポンプケーシング（５），（5a）の端縁と協
動して、ダイヤフラム（７），（7a）の緊張度を高めて
張ることにより、ダイヤフラム（７），（7a）の収縮力
を高めることができる。

以上述べた構成により本発明の電磁振動型ダイヤフラ
ム式エアーポンプは、電源周波数の範囲内に振動系の固
有振動周波数があるので、ポンプ能率が極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明ポンプの要部を拡大した断面図、第２
図（ａ）は、本発明のダイヤフラム（７），（7a）をピ
ストン板（９），（９）に挟持して、環状突起（19）の
内周にダイヤフラム拡張リング（11）を装着した平面
図、第２図（ｂ）は、ダイヤフラム（７），（7a）より
も大きい外周長のケーシング（５），（5a）に張力を保
持してダイヤフラム（７），（7a）を嵌着した本発明実
施例ポンプの要部を拡大した断面図、第３図は、拡張リ
ング（11）のリブ（12）の一部欠截斜視図、第４図
（ａ）は、本発明の実施例の椀形長円形ダイヤフラム
（71）をケーシング（５）に嵌着してワイヤ（29）で緊
締した例の要部断面図、第４図（ｂ）は、第４図に示す
ダイヤフラムの平面図、第５図は、本発明の実施例の椀
形長円形ダイヤフラムの周縁部に突出した環状突起（4
1）の内周面に拡張リングを嵌挿した例の要部断面図、
第６図は、平板状のダイヤフラム（73）を押さえワッパ
ー（21）によって押圧保持した実施例の要部断面図、第
７図は、本発明の実施例の平板状長円形ダイヤフラム
（74）の周縁部に突出した環状突起（42）をケーシング
（５′）の口縁部に嵌挿して押さえワッパー（22）で押
圧して取り付けた例の要部断面図、第８図は、本発明の
実施例の、永久磁石片（2a），（2b）を串刺し状に固着
した駆動レバー（3a）の両端に、環状突起（19），（2
0）を突出して設けたダイヤフラム（７），（7a）を取
り付けたエヤーポンプの断面図である。第９図は、従来
のダイヤフラムエアーポンプの一部欠截横断面図であ
る。 図中（１）は電磁石、（２），（2a）は永久磁石片、
（３），（3a）は駆動レバー、（４），（4a）は緩衝
材、（５），（５′）はケーシング、（７），（7a）は
ダイヤフラム、（９），（9a）はピストン板、（11）は
ダイヤフラム拡張リング、（12）は補強リブ、（13），
（13a）は回動支点部、（19），（20）は環状突起であ
る。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相対して配設した電磁石（１）の磁極間の
   磁気空間内に、磁極に跨って位置する永久磁石片
   （２），（2a）の電磁振動によって作動し、当該永久磁
   石片（２），（2a）に固着した駆動レバー（３），（3
   a）にとりつけたダイヤフラム（７），（7a）を駆動力
   とする電磁振動型ダイヤフラム式エアーポンプにおい
   て、ポンプ室を構成する吸入弁及び吐出弁を有するポン
   プ室のケーシング（５），（5a）の外形を長円形に成形
   し、該ダイヤフラム（７），（7a）の外側外縁の一側方
   又は両側方に環状突起（19），（20）を突出形成し、さ
   らに、その内周に、内側に坐屈防止用の補強リブ（12）
   を長い辺に沿って設けたダイヤフラム拡張リング（11）
   を装着し、前記ダイヤフラム（７），（7a）の外周と略
   同形の小さい形状の長円形に形成したピストン板
   （９），（9a）によって両面より挟持して、前記ダイヤ
   フラム拡張リング（11）との間に前記ダイヤフラム
   （７），（7a）により屈曲部を形成して、前記長円形ダ
   イヤフラム（７），（7a）の中心駆動部に駆動レバー
   （３），（3a）を固着してなる電磁振動型ダイヤフラム
   式エアーポンプ。