JP2004060640A - バルブ構造およびこれを用いた容積型ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】流路抵抗を低減し、ポンプの効率を上げることのできるバルブ構造および容積型ポンプを提供することを目的とする。
【解決手段】容積型ポンプに用いられるバルブであって、ポンプ室２６へ流体が吸引されるときには開き、ポンプ室２６から流体が送出される際には閉じる吸引用バルブ４１、またはポンプ室２６へ流体が吸引されるときには閉じ、ポンプ室２６から流体が送出される際には開く送出用バルブ４２のバルブ構造において、流路２５、３８を開閉する弁体２７、３９を備え、該弁体２７、３９は、弁座４３への当接状態において、流路２５、３８に対して傾斜して配設されていることを特徴とする。
【選択図】　　　　　　　　図９

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は容積型ポンプに用いるバルブ構造およびこれを用いた容積型ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
容積型ポンプの一種であるダイアフラムポンプは、ダイアフラムを往復駆動させることによりダイアフラム室（ポンプ室）を容積変化させ、これにともなって空気等の流体の吸排を可能にする装置である。一般的なダイアフラムポンプはダイアフラムを機械的に往復駆動してダイアフラム室を容積変化させるものである。
図１２は、ダイアフラムを駆動する駆動力に電磁力を利用する従来例（特開２００１−５０１６５）を示す。同図で、１０ａ、１０ｂは対向して配置したポンプ室であり、各々のポンプ室１０ａ、１０ｂは、弾性を有するダイアフラム１２により２つのダイアフラム室に仕切られている。１４は各々のダイアフラム１２の面内の中央部に固定した永久磁石であり、１６はポンプ室１０ａ、１０ｂの中間に配置した電磁石である。
【０００３】
電磁石１６はコイルに交流電源を通電することにより、磁石の両端の極性をＮ極とＳ極に交互に変化させ、電磁石１６とダイアフラム１２に固定された永久磁石１４との間で生じる磁力によりダイアフラム１２を互いに反発させあるいは吸引させる。ダイアフラム１２によって仕切られた各々のダイアフラム室には吸気弁１８と排気弁１９が設けられており、ダイアフラム１２が駆動されることによってダイアフラム室に空気が吸引され排気されて所要のポンプ作用をなす。
【０００４】
上記吸気弁１８の構造は図１３に示すものが考えられる。
１１は、流路１３中に介挿され、一端の回動軸１１ａを中心として回動自在に設けられた弁体である。１５はストッパ、１７は弁座である。
弁体１１は、弁座１７に当接する、流路１３に直交する位置（実線位置）から、ストッパ１５に当接する、流路１３に対してほぼ４５°の角度で傾斜する位置（破線位置）まで、回転軸１１ａを中心として回動する。
空気が矢印の方向に吸引される際には、負圧により、弁体１１は破線位置まで回動して流路１３を開き、これにより空気がダイアフラム室に吸引される。このとき排気弁１９は閉じられる。
空気がダイアフラム室から排気される際には、正圧により、弁体１３が実線位置まで回動して弁座１７に当接し、流路１３を遮断する。このとき排気弁１９が開き、空気が排出され、ポンプ作用がなされる。排気弁１９も吸気弁１８と同様の構造に形成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−５０１６５
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記容積ポンプのバルブ構造には次のような課題がある。
すなわち、空気（流体）が吸引（あるいは排気、送出）される際、弁体１１が押し開かれるのであるが、弁体１１が流路１３に直交して設けられているため、特に弁体１１が流路１３を開放する初期の状態において、弁体１１を押し開くために大きな力を要し、圧力損失が大きくなり、ポンプ効率が悪いという課題がある。また、弁体１１の応答速度も遅いという課題がある。
また、弁体１１がストッパ１５に当接して、流路１３を開放した場合にあっても、弁体１１が流路１３に約４５°の角度をなし、流路が大きく曲がる状況となるため、流路抵抗が高いという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、流路抵抗を低減し、ポンプの効率を上げることのできるバルブ構造および容積型ポンプを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
すなわち、本発明に係るバルブ構造は、容積型ポンプに用いられるバルブであって、ポンプ室へ流体が吸引されるときには開き、ポンプ室から流体が送出される際には閉じる吸引用バルブ、またはポンプ室へ流体が吸引されるときには閉じ、ポンプ室から流体が送出される際には開く送出用バルブのバルブ構造において、流路を開閉する弁体を備え、該弁体は、弁座への当接位置において、前記流路に対して傾斜して配設されていることを特徴とする。
また、前記弁体が、前記流路に対して３０°以上傾斜するように配設されていることを特徴とする。
【０００９】
また、前記弁体は、一端側に設けた回動軸を中心に回動して前記流路を開閉する弁体に形成され、該弁体が、弁座への当接状態において、前記回動軸が設けられた一端側とは反対側となる他端側が該一端側に対して、流体の流れ方向後方側に位置するように傾斜して配設されていることを特徴とする。
【００１０】
また、前記弁体が流体の流れ込み方向に所要角度回動した際、該弁体のそれ以上の回動を規制するストッパを設けると好適である。
この場合に、前記ストッパを、前記弁体が、前記流路に直交する位置よりも流体の流れ込み方向後方側に４５°以上開いた位置で回動を規制するように設定すると好適である。
また、前記ストッパを、前記弁体が最大に開いたときに流路方向から見た弁体の投影エリア内に位置するように設けると、流路抵抗を減じることができ、好適である。
【００１１】
また、前記弁体の、前記回動軸とその軸受との間に、前記回動軸が回動軸の軸線と交差する方向に揺動して前記弁体が前記弁座に密接可能なように所要のクリアランスを設けるようにすると好適である。
この場合、前記回動軸を軸受の軸線に対して２°以上揺動可能なクリアランスに設定すると好適である。
【００１２】
また、本発明に係る容積型ポンプは、ポンプ室へ流体が吸引されるときには開き、ポンプ室から流体が送出される際には閉じる吸引用バルブと、ポンプ室へ流体が吸引されるときには閉じ、ポンプ室から流体が送出される際には開く送出用バルブとを有する容積型ポンプにおいて、前記吸引用バルブもしくは前記送出用バルブ、または前記吸引用バルブおよび前記送出用バルブの双方に、上記いずれかのバルブ構造を用いたことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明に係るダイアフラムポンプは、外周縁部をフレーム体に固定して、フレーム体にダイアフラムを取り付けることにより該ダイアフラムとフレーム体との間にダイアフラム室を設け、該ダイアフラム室に連通して吸引用バルブと送出用バルブとを設け、　前記ダイアフラムを駆動する駆動手段を設けたダイアフラムポンプにおいて、前記吸引用バルブもしくは前記送出用バルブ、または前記吸引用バルブおよび前記送出用バルブの双方に、上記いずれかのバルブ構造を用いたことを特徴とする。
【００１４】
この場合に、前記駆動手段を、前記ダイアフラムの外面に取り付けられた永久磁石と、該永久磁石に対向し、前記ダイアフラムを挟んで前記永久磁石とは反対側となる前記フレーム体の外面に設けられた電磁力の発生手段とで構成できる。あるいは、前記駆動手段を、前記ダイアフラムの外面に取り付けられた電磁力の発生手段と、該電磁力の発生手段に対向し、前記ダイアフラムを挟んで前記電磁力の発生手段とは反対側となる前記フレーム体の外面に設けられた永久磁石とで構成することができる。
また、前記電磁力の発生手段を、空芯の通電コイルあるいは空芯の鉄心を有する通電コイルで構成できる。
【００１５】
【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とともに詳細に説明する。図１、２は、容積型ポンプの一例である電磁式のダイアフラムポンプの実施形態の構成を示す断面図であり、図１はダイアフラム２０が上位置（吸気状態）にある状態、図２はダイアフラム２０が下位置（排気状態）にある状態を示す。
なお、容積型ポンプは電磁式ダイアフラムポンプに限られず、駆動モータによって偏心駆動される偏心カムにダイアフラムを連結するなどして、ダイアフラムを機械的に往復駆動するようにしてもよい（図示せず）。以下では電磁式のもので説明する。
【００１６】
本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプは、第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂとから成る本体（フレーム体）２２内にダイアフラム２０を可動に収納する収納空間を設けて組み立てられている。すなわち、第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂの対向面には、ダイアフラム２０を収納するための凹部２３ａ、２３ｂが各々設けられ、ダイアフラム２０はこの凹部２３ａ、２３ｂによって形成された空間内で本体２２の厚さ方向に可動に支持されている。
【００１７】
２０ａはダイアフラム２０の外周縁に沿って所定幅で設けられたクランプ部である。
図３に第１のフレーム体２２ａにダイアフラム２０をセットした状態の平面図を示す。図のように、ダイアフラム２０は円形状に形成した部材であり、クランプ部（外周縁部）２０ａはダイアフラム２０の外周縁部の全周にわたって設けられている。すなわち、ダイアフラム２０は、第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂの凹部２３ａ、２３ｂの開口縁部に沿って、その外周縁部の全周が第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂによって挟圧されて支持される。２４がダイアフラム２０を挟圧した状態で、第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂとを挟圧して固定する固定ねじである。
【００１８】
図１で、ダイアフラム２０とダイアフラム２０に対向して配置される第１のフレーム体２２ａとがダイアフラム室２６を構成し、第１のフレーム体２２ａが固定壁、ダイアフラム２０が可動壁に相当する。２５は第１のフレーム体２２ａの中央部に開口して設けた吸気孔（流路）、２７は吸気孔２５とダイアフラム室２６との連通を制御する弁体である。吸気孔（流路）２５、弁体２７等で吸引用バルブ４１を構成する。弁体２７は外気が吸気孔２５からダイアフラム室２６内に流入する際に吸気孔２５を開放し、逆に、ダイアフラム室２６から空気が外部に流出する際には吸気孔２５を閉塞して空気の流れを遮断するように作用する。
一方、第２のフレーム体２２ｂは中央部に開口部２８が設けられ、開口部２８を介して第２のフレーム体２２ｂの内外で空気が流通可能に設けられている。
【００１９】
ダイアフラム２０は第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂとにより外周縁部がクランプされた状態で本体（フレーム体）２２の厚さ方向に往復動するものであり、ゴム等の一定の弾性と耐久性を有する素材によって形成される。ダイアフラム２０の材質にはＥＰＤＭ等のゴムが好適であるが、所要の柔軟性、耐久性を有する素材であればとくに材質が限定されるものではない。
本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプでは、ダイアフラム室２６の外部となるダイアフラム２０の外面に永久磁石３０を取り付ける。本実施形態では、図３に示すように、矩形の平板状に形成した永久磁石３０を使用しているが、円形等の適宜形状の永久磁石を使用することができる。永久磁石３０はダイアフラム２０の中央に固定する。永久磁石３０は厚さ方向に磁化しており、Ｎ−Ｓ極の極性はどちらでもかまわない。
【００２０】
３２はダイアフラム２０の外面に固定して設けた支持プレートである。永久磁石３０はこの支持プレート３２の中央に設けた開口部内に固定して取り付けられる。
支持プレート３２はダイアフラム２０のクランプ部（外周縁部）２０ａとの間（外周縁部の内側）に所定幅のリング状部（可動部）２０ｂを残して、ダイアフラム２０の外面を覆うように設けられる。支持プレート３２はダイアフラム２０が平坦面を保持して本体２２の厚さ方向に平行に駆動されるようにダイアフラム２０を支持する作用をなす。こうして、ダイアフラム２０は支持プレート３２とクランプ部２０ａとで挟まれたリング状部２０ｂの部分のみ変形して押動されることになる。
【００２１】
このようにダイアフラム２０の全体を変形させず、ダイアフラム２０のクランプ部２０ａに沿ったリング状部２０ｂのみを変形させる構成とすることでダイアフラム２０の耐久性が向上し長寿命化を図ることができる。本実施形態では、リング状２０ｂをダイアフラム２０の他の部位よりも若干薄厚に形成してダイアフラム２０の応答性を良好にし、また、ダイアフラム２０が下位置に移動した際に、第１のフレーム体２２ａに設けた凹部２３ａの内面（テーパ面）との間が若干離間して流通空間が形成されるようにしている。
【００２２】
支持プレート３２には所定配置で貫通孔３２ａが設けられ、この貫通孔３２ａにダイアフラム２０の外面に、ダイアフラム２０と一体に形成されたストッパー突起２０ｃが嵌入する。ストッパー突起２０ｃは、ダイアフラム２０が第２のフレーム体２２ｂの内面に衝突する際にダイアフラム２０の衝撃を緩衝させるために設けたものであり、図１に示すように、支持プレート３２の外面よりも端面が突出するように設けられている。本実施形態では、ストッパー突起２０ｃを、図３に示すように、周方向に均等間隔となる４個所に設けているが、ストッパー突起２０ｃの配置数等は適宜選択可能である。
【００２３】
図１で、３４は永久磁石の背面に設けたバックヨークである。このバックヨーク３４は永久磁石に磁界が効率的に作用するように設けたもので、鉄等の磁性体によって形成される。本実施形態では、永久磁石３０と同形の平板状にバックヨーク３４を形成し、永久磁石３０に重ねてバックヨーク３４を取り付けている。
【００２４】
また、図１において、４０は第１のフレーム体２２ａの外面に取り付けた通電コイルである。この通電コイル４０は永久磁石３０に磁力を作用させてダイアフラム２０を駆動するためのものである。図のように、通電コイル４０は第１のフレーム体２２ａの中央に配置した吸気バルブ２７の周囲を巻回するように設ける。こうして、通電コイル４０はダイアフラム２０に対向する配置で第１のフレーム体２２ａに取り付けられる。なお、通電コイル４０は第１のフレーム体２２ａに収納できるように、できるだけ巻き線の厚さが薄くなるようにするのがよい。図４に、第１のフレーム体２２ａを下面側から見た状態を示す。第１のフレーム体２２ａの中央に吸気孔（流路）２５が開口し、吸引用バルブ４１の周囲に通電コイル４０が配置されている。
【００２５】
なお、本実施形態においては永久磁石３０に電磁力を作用させる電磁力の発生手段として空芯の通電コイル４０を使用したが、電磁力の発生手段は必ずしも空芯の通電コイル４０に限定されるものではない。鉄心を備えた通電のコイルであっても空芯の鉄心を使用することで本実施形態と同様な配置とすることができる。また、本実施形態では通電コイル４０の巻線領域内の中央に吸引用バルブ４１を配置したが、吸引用バルブ４１を配置する位置も通電コイル４０の巻線領域内に限らず、第１のフレーム体２２ａで適宜位置を選択することができる。
【００２６】
３６は第１のフレーム体２２ａの下面に取り付けた制御用基板である。本実施形態では、第１のフレーム体２２ａの下面で通電コイル４０が配置されている領域を除いた一半部に制御用基板３６を取り付けている。制御用基板３６は通電コイル４０に通電する時間、極性等を制御する駆動回路を搭載したものであり、これによって電磁式ダイアフラムポンプをモジュール化したユニットとして適宜商品に搭載することが可能となる。図１に示すように、制御用基板３６も第１のフレーム体２２ａの厚さ内に収納することによって、ダイアフラムポンプを駆動する所要のモジュールがすべて本体２２内に収納され、きわめてコンパクトな電磁式ダイアフラムポンプが構成される。
【００２７】
なお、上記実施の形態とは逆に、永久磁石３０を第１のフレーム体２２ａの外面に、通電コイル４０をダイアフラム２０の外面に取り付けるようにしてもよい（図示せず）。この場合、通電コイル４０はダイアフラム２０と共に動くので、制御用基板と通電コイル４０との間はフレキシブルなワイヤによって電気的に接続するようにする（図示せず）。
【００２８】
図４において、３８は第１のフレーム体２２ａから延設した排気管（流路）を示す。第１のフレーム体２２ａの内部には排気管３８とダイアフラム室２６とを連通する流路３８ａが設けられている。
図５に第１のフレーム体２２ａの内部に設けられている流路３８ａを示す。流路３８ａの端部は、第１のフレーム体２２ａに形成された凹部２３ａの周縁部に設けられているテーパ面内で開口する。これによって、流路３８ａがダイアフラム室２６に連通するとともに、ダイアフラム２０が下位置にまで移動した際においてもダイアフラム室２６と流路３８ａとの連通が維持される。
【００２９】
排気管３８と流路３８ａとの中途には弁体３９が取り付けられている。この弁体３９はダイアフラム室２６から外部に空気が流出する際には開放し、逆に、排気管３８からダイアフラム室２６に空気が流入する際には空気の流れを遮断する作用をなす。流路３８、３８ａ、弁体３９等で送出用バルブ４２を構成する。
【００３０】
図９〜図１１に、上記吸引用バルブ４１と送出用バルブ４２のバルブ機構の一例をさらに詳細に示す。なお、両バルブは同一の構成をなすので、吸引用バルブ４１を例として説明する。
２５は前記の吸気孔（流路）であり、下流側でダイアフラム室２６に通じている。吸気孔２５内に弁座４３が形成されている。この弁座４３の、弁体２７が当接する弁座面は図示のように吸気孔（流路）２５に対して傾斜して設けられている。
弁体２７は、一端側に設けた回動軸２７ａを中心に回動して、弁座４３に当接し、吸気孔（流路）２５を開閉する。
【００３１】
弁体２７は、その可動部側（回動軸２７ａと反対側）が、弁座４３への当接位置において、回動軸２７ａ側よりも空気（流体）の流れ込み方向後方側に位置するように傾斜して配設されている。
上記弁体２７の傾斜角度は、流路２５に対して１０°〜８０°、好ましくは３０°以上傾斜する角度に設定するとよい。
【００３２】
４４はストッパであり、空気（流体）の吸引時、弁体２７が流体の流れ込み方向に所要角度回動した際、弁体２７のそれ以上の回動を規制する。ストッパ４４は、弁体２７が、流路２５に直交する位置よりも流体の流れ込み方向後方側に４５°以上開いた位置で回動を規制するようにすると好適である。
また、図１０に示すように、ストッパ４４を、弁体２７が最大に開いたときに流路方向から見た弁体２７の投影エリア内に位置するように設けると好適である。これにより、ストッパ４４に起因する流路抵抗の上昇を防止できる。
【００３３】
弁体２７の回動軸２７ａは、図示のように円柱状に形成され、この回動軸２７ａが、弁座４３の基部側に設けた軸受孔４５に回動自在に嵌入されている。そして弁体２７は、回動軸２７ａとその軸受４５との間に、回動軸２７ａが回動軸２７ａの軸線と交差する方向に揺動して弁体２７が弁座（面）４３に密接可能なように所要のクリアランスが設けられている。本実施の形態では、軸受孔４５を回動軸２７ａの径よりも大きな孔径にすることで、回動軸２７ａが軸受孔４５内で揺動可能にしている。これにより、弁体２７の製造上、回動軸２７ａと弁体面（弁座への当接面）との間に捩れが生じていても、弁体２７が確実に弁座（面）４３に当接するので、逆止時における流体の漏れを防止でき、ポンプ効率を向上させ得る。
上記クリアランスは、回動軸２７ａが軸受孔４５の軸線に対して２°以上揺動可能にすると好適である。なお、回動軸２７ａと軸受４５の構造は上記例に限定されない。例えば、軸受側をピンにし、回動軸はこのピンが進入する軸孔であってもよい。
【００３４】
なお、上記実施の形態では、弁体２７を、回動軸２７ａを中心として回動するように構成したが、弁体２７を、弁座に対して平行移動して流路を開閉するように構成してもよい（図示せず）。この場合にあっても、弁体２７を弁座に当接した状態において、流路に対して傾斜するように配設するのである。
【００３５】
続いて、上記実施形態の電磁式ダイアフラムポンプの作用について説明する。図１は、ダイアフラム２０が上位置にある状態で、ダイアフラム室２６に吸気された状態である。すなわち、通電コイル４０に永久磁石３０を反発させる向きの電流が通電されると、磁力によって永久磁石３０が反発し、ダイアフラム２０が第２のフレーム体２２ｂに向けて移動開始する。この動作は吸気操作であり、弁体３９が排気管（流路）３８を閉じ、弁体２７が吸気孔（流路）２５を開放してダイアフラム室２６に外気が流入しはじめる。そして、通電コイル４０に対する通電が継続することによりダイアフラム２０は第２のフレーム体２２ｂの内面に当接するまで移動し、ダイアフラム室２６に外気が導入される。
【００３６】
弁体２７が吸気孔（流路）を開放する動作は、弁体２７が、上記のように、吸気孔（流路）２５に対して傾斜して配設されているので、弁体２７による流路の開放初期の段階から流体（空気）が流路に対し斜め（図示の例では流路に対してほぼ３０°）に曲折して進入するので、流路抵抗がそれ程大きくなく、圧力損失が少なくなり、それだけポンプ効率を高めることができる。また、流路開閉の応答性もよい。因みに、弁体が流路に直交して流路を閉塞している従来タイプでは、弁体による流路の開放初期の段階では、流体が流路に対してほぼ直角に曲げられるから、流路抵抗が極めて大きくなり、圧力損失もそれだけ大きくなる。また流路開閉の応答性もよくない。
【００３７】
ダイアフラム２０はストッパー突起２０ｃの端面が第２のフレーム体２２ｂの内面に当接することによって停止する。ダイアフラム２０の動作は制御用基板３６に搭載されている駆動回路によって制御され、ダイアフラム２０の移動ストローク量を考慮して、実際にはダイアフラム２０が高速で第２のフレーム体２２ｂの内面に衝突したりしないように制御されるが、本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプでは、ストッパー突起２０ｃを第２のフレーム体２２ｂの内面に当接させるようにすることで騒音の発生を防止している。ストッパー突起２０ｃはゴム等の柔軟性を有するダイアフラム２０と一体に形成されているから、第２のフレーム体２２ｂと当接した際の騒音は小さくなる。なお、静音化を図るためにストッパー突起２０ｃに緩衝性の高い別部材を取り付けることも可能である。
【００３８】
次いで、通電コイル４０に逆向きの電流が通電開始されると、永久磁石３０が通電コイル４０側に吸引され、ダイアフラム２０が第１のフレーム体２２ａに向けて移動開始する。この動作が排気操作であり、このときは弁体２７により吸気孔２５が遮断され、弁体３９が排気管（流路）３８を開放して、ダイアフラム室２６内の空気が排気管３８から排出されはじめる。
この時の、弁体３９による排気管３８の開放動作も、弁体３９が流路に対して傾斜して配設されていることから、応答性よくスムーズになされ、また圧力損失も低減でき、ポンプ効率を高めることができる。
【００３９】
図２は、ダイアフラム２０が第１のフレーム体２２ａに近接する向きに移動して、最終的にダイアフラム２０が第１のフレーム体２２ａの内面に当接した状態である。ダイアフラム２０が第１のフレーム体２２ａに当接する際には、ダイアフラム２０自体が第１のフレーム体２２ａに当接するから騒音の問題は回避される。通電コイル４０の電磁的な吸引力と支持プレート３２によってダイアフラム２０が平坦状に支持されていることから、ダイアフラム室２６に導入された空気が効率的に流路３８ａを経由して排気管３８から排出される。
【００４０】
とくに、本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプでは、ダイアフラム２０の外面に永久磁石３０を配置する構成としているから、ダイアフラム２０を完全に第１のフレーム体２２ａの内面に当接する位置まで移動させることができ、これによってダイアフラム室２６に導入された空気をほぼ完全に排出させることができる。
また、ダイアフラム室２６の空気を排出する際に、もっとも大きな排出力を要するのはダイアフラム室２６に残っている空気を最後に排出する時であるが、本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプの場合は、ダイアフラム２０が第１のフレーム体２２ａの内面に当接した時点が、ダイアフラム２０に取り付けた永久磁石３０と通電コイル４０とが最も接近して磁力がもっとも強くなる時点であり、ダイアフラム室２６のエアの排出操作として最も効率的な配置になっている。
【００４１】
ダイアフラム室２６から空気を排出した後は、再度、通電コイル４０に対する通電方向を逆にすることによって、吸気操作に移る。こうして、通電コイル４０に対する通電を制御することにより、ダイアフラム２０による吸排気操作を連続的に行うことが可能になる。実際には、通電コイルに通電する電流、周波数等を適宜制御することによってダイアフラム２０を駆動制御する。
【００４２】
図６、７および８に電磁式ダイアフラムポンプを駆動する駆動回路の例を示す。図６に示す駆動回路５０は、制御回路５２に駆動指令信号と電流遮断信号とを入力し、駆動指令信号が入力された際に通電コイル４０に通電してダイアフラム２０を駆動するように構成した例である。この場合、ダイアフラム２０は吸気あるいは排気の一方の位置に自動復帰するように構成され、通電コイル４０に通電された際に、電磁力が永久磁石３０に作用して他方の位置に移動するように制御される。ダイアフラム２０に復帰用のスプリングを装着する等により、ダイアフラム２０が一方の位置に自動復帰するように構成することができる。
【００４３】
図７に示す駆動回路５０は、制御回路５２に入力される駆動指令信号と電流遮断指令信号にしたがって、通電コイル４０に正方向と逆方向に通電させ、永久磁石３０との間で吸引力と反発力を交互に発生させて駆動するように構成した例である。通電コイル４０には交流電流あるいはパルス電流を通電させて制御することができる。
図８に示す駆動回路５０は、通電コイル４０に通電して電磁力によりダイアフラム２０を駆動する際に、ダイアフラムの位置検出素子５４によってダイアフラム２０の移動位置を検知してダイアフラム２０を駆動制御する例である。図１に、ダイアフラム２０の位置検出素子５４として、第１のフレーム体２２ａに反射式光センサー５６ａを設け、反射式光センサー５６ａに対向するダイアフラム２０の内面に光反射用コーティング５６ｂを設けた例を示す。この場合、ダイアフラム２０の移動位置を光学的に検知するため、第１のフレーム体２２ａは透光性材料によって形成する必要がある。図２は、ダイアフラムの位置検出素子５４として、第１のフレーム体２２ａに磁気検出センサー５７ａを設け、磁気検出センサー５７ａに対向してダイアフラム２０の外面に位置検出用マグネット５７ｂを取り付けた例である。
【００４４】
図８に示す駆動回路５０では、位置検出素子５４によりダイアフラム２０の移動位置を常時検知し、位置検出素子５４の検知信号に基づいて通電コイル４０に対する電流および周波数を制御することによって、ダイアフラム２０の動作を精度よく制御することが可能である。たとえば、ダイアフラム２０が第１のフレーム体２２ａあるいは第２のフレーム体２２ｂの内面に衝突する際の衝撃力を和らげ、騒音の発生を抑え、ダイアフラム２０を長寿命とするといった制御が可能である。
電流検出素子５８は通電コイル４０に流れる電流をモニターすることにより、駆動指令信号に対してダイアフラム２０の動きにずれが生じた際に、駆動回路から通電コイル４０に供給する電流を調整し、的確にずれを補正するために用いられる。電流制御によることから応答性が良く、高精度の制御が可能となる。
【００４５】
本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプは、上述したように、第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂとからなる本体（フレーム体）２２にダイアフラム２０を収納してダイアフラム室２６を形成し、電磁力を利用して吸排気操作をなすように構成したものである。図１、２に示すようにダイアフラムポンプの主要部の構成はきわめて簡素であり、薄型にきわめてコンパクトに形成されるという特徴がある。また、ダイアフラム２０は薄型に形成された本体２２内で大きな可動領域（容積）を占有するように設計されているから、装置全体をコンパクトに形成し、かつ効率的な吸排気作用がなされるように構成されているという特徴がある。
【００４６】
本体２２を構成する第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂは、所定の強度を有するものであれば、非磁性金属に限らず、樹脂等によって形成することももちろん可能である。なお、本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプは、第１のフレーム体２２ａにじかに通電コイル４０を取り付けた構成としているから、通電コイル４０から発生する熱が第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂに効率的に伝達される。したがって、第１のフレーム体２２ａと第２のフレーム体２２ｂとを熱伝導の良好な材料によって形成することで、ダイアフラム室２６に導入された空気（流体）を暖めて排出することが可能になる。
【００４７】
本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプは、きわめて小型に形成できるから、ノートパソコンの冷却用、燃料電池の空気や燃料を供給する装置、医療器具等の種々の用途に利用することができる。燃料電池では空気を温めて供給することによって電池の反応を促進させることができるという利点がある。また、医療用機器等に使用する際にも流体を温めて供給することで使いやすいポンプとして利用することが可能になる。
【００４８】
また、本実施形態の電磁式ダイアフラムポンプでは、ダイアフラム室２６の外部となるダイアフラム２０の外面に永久磁石３０を取り付けたことによって、ダイアフラム室２６の内部には永久磁石３０を取り付けるための留め金具や接着剤がなく、したがって、ダイアフラム室２６に吸引された空気、燃料、血液を汚染することがなく、清浄状態のまま供給することができる。とくに、永久磁石や、留め具、接着剤等から発生する塵やガスは、燃料電池に使用されている触媒を被毒し、燃料電池の機能低下をひきおこす金属イオン等を含む可能性が高い。したがって、ダイアフラム室２６内に永久磁石３０を設置しない構成とした電磁式ダイアフラムポンプを燃料電池に好適に利用することが可能となる。
【００４９】
なお、上記実施形態においては、空気の吸排気を例に説明したが、本発明に係るダイアフラムポンプは空気等の気体に限らず、液体等の流体の給排にも利用することができる。また、上記実施形態においては、第１のフレーム体２２ａの正面から吸気して本体２２の側面（第１のフレーム体２２ａの側面あるいはダイアフラム室２６の側面）から排気する構成としたが、これとは逆に、本体２２の側面から吸気して第１のフレーム体２２ａから排気する構成とすることも可能である。
なお、フレーム体２２をさらに薄く形成するには、フレーム体２２の側方から吸排気するようにバルブ機構を配設するようにするとよい。
【００５０】
【発明の効果】
上記のように、本発明に係るバルブ構造および容積型ポンプによれば、弁体を流路に対して傾斜して設けているので、特に弁体による流路の開放初期の段階において、流体を流路に対して斜めに曲げて進入させることができ、直角に曲げられて進入するのに比し、流路抵抗を減じ、圧力損失を低減できて、ポンプ効率をそれだけ高めることができる。また流路開閉の応答性にも優れる。
また、ダイアフラムポンプの場合、上記のように、ダイアフラムを挟んで永久磁石と通電コイルとを反対側に設けることによって、ダイアフラムポンプの小型化、薄型化を好適に図ることができ、ノートパソコン等の小型機器に容易に搭載して使用することが可能となる。また、永久磁石あるいは通電コイルをダイアフラム室の外面に取り付ける構成とすることにより、ダイアフラム室内が常時、清浄空間に保持され、ダイアフラム室から供給される空気や燃料、血液が汚染されず、燃料電池、医療用機器等に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るダイアフラムポンプの内部構成を示す断面図（ダイアフラム上位置）である。
【図２】本発明に係るダイアフラムポンプの内部構成を示す断面図（ダイアフラム下位置）である。
【図３】ダイアフラムポンプの第２のフレーム体を外した状態での上面図である。
【図４】ダイアフラムポンプの底面図である。
【図５】ダイアフラムポンプの排気部分の構成を示す断面図である。
【図６】実施形態のダイアフラム式ポンプを駆動する駆動回路の例を示すブロック図である。
【図７】駆動回路の他の例を示すブロック図である。
【図８】駆動回路のさらに他の例を示すブロック図である。
【図９】吸引バルブの構造を示す説明図である。
【図１０】図９の吸引バルブにおける流路開放時の状態を示す説明図である。
【図１１】図１０の吸引バルブを流路側から見た説明図である。
【図１２】電磁式ダイアフラムポンプの従来例を示す説明図である。
【図１３】従来の吸気弁の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ａ、１０ｂ　ポンプ室
１２　ダイアフラム
１４　永久磁石
２０　ダイアフラム
２０ａ　クランプ部
２０ｂ　リング状部（可動部）
２０ｃ　ストッパー突起
２２　本体
２２ａ　第１のフレーム体
２２ｂ　第２のフレーム体
２３ａ、２３ｂ　凹部
２５　吸気孔（流路）
２６　ダイアフラム室
２７　弁体
２７ａ　回動軸
２８　開口部
３０　永久磁石
３２　支持プレート
３２ａ　貫通孔
３４　バックヨーク
３６　制御用基板
３８　排気管（流路）
３９　弁体
４０　通電コイル
４１　吸引用バルブ
４２　送出用バルブ
４３　弁座
４４　ストッパ
４５　軸受孔

Claims (13)

1. 容積型ポンプに用いられるバルブであって、ポンプ室へ流体が吸引されるときには開き、ポンプ室から流体が送出される際には閉じる吸引用バルブ、またはポンプ室へ流体が吸引されるときには閉じ、ポンプ室から流体が送出される際には開く送出用バルブのバルブ構造において、
   流路を開閉する弁体を備え、
   該弁体は、弁座への当接位置において、前記流路に対して傾斜して配設されていることを特徴とするバルブ構造。
2. 前記弁体が、前記流路に対して３０°以上傾斜するように配設されていることを特徴とする請求項１記載のバルブ構造。
3. 前記弁体は、一端側に設けた回動軸を中心に回動して前記流路を開閉する弁体に形成され、
   該弁体が、弁座への当接状態において、前記回動軸が設けられた一端側とは反対側となる他端側が該一端側に対して、流体の流れ方向後方側に位置するように傾斜して配設されていることを特徴とする請求項１または２記載のバルブ構造。
4. 前記弁体が流体の流れ込み方向に所要角度回動した際、該弁体のそれ以上の回動を規制するストッパが設けられていることを特徴とする請求項３記載のバルブ構造。
5. 前記ストッパは、前記弁体が、前記流路に直交する位置よりも流体の流れ込み方向後方側に４５°以上開いた位置で回動を規制することを特徴とする請求項４記載のバルブ構造。
6. 前記ストッパは、前記弁体が最大に開いたときに流路方向から見た弁体の投影エリア内に位置するように設けられていることを特徴とする請求項４または５記載のバルブ構造。
7. 前記弁体は、前記回動軸とその軸受との間に、前記回動軸が回動軸の軸線と交差する方向に揺動して前記弁体が前記弁座に密接可能なように所要のクリアランスが設けられていることを特徴とする請求項３〜６いずれか１項記載のバルブ構造。
8. 前記回動軸が軸受の軸線に対して２°以上揺動可能であることを特徴とする請求項７記載のバルブ構造。
9. ポンプ室へ流体が吸引されるときには開き、ポンプ室から流体が送出される際には閉じる吸引用バルブと、ポンプ室へ流体が吸引されるときには閉じ、ポンプ室から流体が送出される際には開く送出用バルブとを有する容積型ポンプにおいて、
   前記吸引用バルブもしくは前記送出用バルブ、または前記吸引用バルブおよび前記送出用バルブの双方に、請求項１〜８いずれか１項記載のバルブ構造を用いたことを特徴とする容積型ポンプ。
10. 外周縁部をフレーム体に固定して、フレーム体にダイアフラムを取り付けることにより該ダイアフラムとフレーム体との間にダイアフラム室を設け、該ダイアフラム室に連通して吸引用バルブと送出用バルブとを設け、前記ダイアフラムを駆動する駆動手段を設けたダイアフラムポンプにおいて、
    前記吸引用バルブもしくは前記送出用バルブ、または前記吸引用バルブおよび前記送出用バルブの双方に、請求項１〜８いずれか１項記載のバルブ構造を用いたことを特徴とするダイアフラムポンプ。
11. 前記駆動手段が、
    前記ダイアフラムの外面に取り付けられた永久磁石と、
    該永久磁石に対向し、前記ダイアフラムを挟んで前記永久磁石とは反対側となる前記フレーム体の外面に設けられた電磁力の発生手段とを具備することを特徴とする請求項１０記載のダイアフラムポンプ。
12. 前記駆動手段が、
    前記ダイアフラムの外面に取り付けられた電磁力の発生手段と、
    該電磁力の発生手段に対向し、前記ダイアフラムを挟んで前記電磁力の発生手段とは反対側となる前記フレーム体の外面に設けられた永久磁石とを具備することを特徴とする請求項１０記載のダイアフラムポンプ。
13. 前記電磁力の発生手段が、空芯の通電コイルあるいは空芯の鉄心を有する通電コイルであることを特徴とする請求項１１または１２記載のダイアフラムポンプ。

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