JP2004340097A - 小型ポンプ - Google Patents
小型ポンプ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004340097A JP2004340097A JP2003140554A JP2003140554A JP2004340097A JP 2004340097 A JP2004340097 A JP 2004340097A JP 2003140554 A JP2003140554 A JP 2003140554A JP 2003140554 A JP2003140554 A JP 2003140554A JP 2004340097 A JP2004340097 A JP 2004340097A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pump
- diaphragm
- metal piece
- piece
- pump chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Reciprocating Pumps (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【課題】部品点数を削減して小型化に好適な小型ポンプを提供すること。
【解決手段】流体の吸入口1dおよび吐出口1eを有するポンプ室1cとこのポンプ室1cに連通する開口部1gとが形成されたハウジング1と、吸入口1dおよび吐出口1eにそれぞれ配設された逆止弁2,3と、開口部1gを閉塞するようにハウジング1に配設されたポンプ駆動部4とを備え、ポンプ駆動部4が開口部1gを閉塞するダイヤフラム11と、このダイヤフラム11に対向させたバイメタル片5とを有し、このバイメタル片5を通電によって周期的に熱変形させ、変位したバイメタル片5によってダイヤフラム11を押圧することで、ポンプ室1c内の容積を増減させるようにした。
【選択図】 図1
【解決手段】流体の吸入口1dおよび吐出口1eを有するポンプ室1cとこのポンプ室1cに連通する開口部1gとが形成されたハウジング1と、吸入口1dおよび吐出口1eにそれぞれ配設された逆止弁2,3と、開口部1gを閉塞するようにハウジング1に配設されたポンプ駆動部4とを備え、ポンプ駆動部4が開口部1gを閉塞するダイヤフラム11と、このダイヤフラム11に対向させたバイメタル片5とを有し、このバイメタル片5を通電によって周期的に熱変形させ、変位したバイメタル片5によってダイヤフラム11を押圧することで、ポンプ室1c内の容積を増減させるようにした。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、小型燃料電池等の燃料供給部に使用される燃料供給装置として好適な小型ポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ノート型パソコンやPDA(携帯情報端末)や携帯電話などの各種小型携帯機器用の電源として、メチルアルコール等の燃料を使用して発電セルで発電を行う小型燃料電池の開発が進められている。燃料は燃料タンクから発電セルへ供給されるようになっており、この燃料供給のための装置として、例えば、小型ポンプを用いたものが提案されている。このようなタイプの小型燃料電池においては、ますます小型化が求められる各種小型携帯機器に搭載可能な小型燃料電池を実現するために、構成部品である小型ポンプのより小型化が強く要望されている。
【0003】
従来より、この種の小型ポンプの一例として、流体の吸入口および吐出口を有するポンプ室とこのポンプ室に連通する開口部とが形成されたハウジングと、吸入口と吐出口にそれぞれ配設された逆止弁と、開口部を閉塞するようにハウジングに取り付けられたダイヤフラムと、このダイヤフラムを振動させるための電磁石ユニットとを備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。電磁石ユニットはダイヤフラムの中央部に固着された永久磁石と、コイルが巻装された鉄心を有する電磁石等から構成されており、この電磁石は永久磁石と所定の間隔を設けてダイヤフラムと対向するように配置されている。
【0004】
このように構成された小型ポンプでは、電磁石に所定の周波数の電圧が印加されることで、この電磁石に発生した磁力により永久磁石が周期的に吸引される。この動作に伴ってダイヤフラムが往復運動することでポンプ室の容積が増減され、これによってポンプ室に圧力差を生じさせてポンプ動作を行うようになっている。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−263250号公報(第6−11頁、第1図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来の小型ポンプでは、ポンプ室に圧力差を生じさせる駆動源として、ダイヤフラムに固着した永久磁石や、コイルが巻装された鉄心や、コイルを巻き取るコイルボビン等、多くの構成部品を必要とする電磁石ユニットを用いており、これら多くの構成部品をハウジングに配設しているために、ポンプのさらなる小型化が妨げられるという問題があった。このため、このような小型ポンプを例えば小型燃料電池の燃料供給装置として適用しようとする場合には、小型燃料電池の小型化が妨げられてしまうという問題が発生した。
【0007】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、部品点数を削減して小型化に好適な小型ポンプを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による小型ポンプでは、流体の吸入口および吐出口を有するポンプ室と該ポンプ室に連通する開口部とが形成されたハウジングと、前記吸入口および前記吐出口にそれぞれ配設された逆止弁と、前記開口部を閉塞するように前記ハウジングに配設されたポンプ駆動部とを備え、前記ポンプ駆動部が熱膨張係数の異なる金属板を複数枚積層接合してなるメタル片を有し、通電により該メタル片を周期的に熱変形させることで前記ポンプ室内の容積を増減させるように構成した。
【0009】
このように構成された小型ポンプによれば、ポンプ室の容積を増減させてこのポンプ室に圧力差を生じさせるための駆動源として、熱によって自らが変形するという特性を有するメタル片を用いているので、ポンプ駆動部を簡略化して小型化に好適なポンプを実現することができる。
【0010】
また、上記の構成において、前記ポンプ駆動部が前記開口部を閉塞したダイヤフラムを有すると共に、該ダイヤフラムに対向させて前記メタル片を配設し、変位した該メタル片によって前記ダイヤフラムを押圧するように構成することが好ましく、このような構成を採用すると、開口部を確実に閉塞してポンプ室内の流体の漏洩を防止でき、安定性に優れた小型ポンプを低コストで実現できる。
【0011】
また、上記の構成において、前記メタル片が第1の金属板と該第1の金属板よりも熱膨張係数の小さい第2の金属板とを有すると共に、前記メタル片に前記第1の金属板を凸部側に向けたドーム状部が形成されていることが好ましく、このような構成を採用すると、メタル片が熱変形する際に、このメタル片の凸側に配設された第1の金属板の膨張が第2の金属板の膨張よりも大きくなり、メタル片はドーム形状を保ったままさらに凸側方向に膨出変形するので、メタル片が不所望に反転動作してしまうことを確実に防止でき、さらに安定性に優れた小型ポンプを実現できる。
【0012】
また、上記の構成において、前記ポンプ駆動部は、前記ポンプ駆動部が前記メタル片を収納するケースを備え、該ケースの互いに離間させた2か所に一対の給電端子を配設し、前記メタル片の外縁部の異なる2か所を一対の前記給電端子にそれぞれ接続し、これら給電端子を介して該メタル片に通電するように構成することが好ましく、このような構成を採用すると、メタル片への通電を簡単な構成で実現でき、より小型の小型ポンプを低コストで実現できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図1は本発明の実施形態例に係る小型ポンプの要部断面図、図2は該小型ポンプに備えられるハウジングの内部を部分的に破断して示す平面図、図3は該小型ポンプの吐出動作を示す説明図、図4は該小型ポンプの吸入動作を示す説明図、図5は該小型ポンプに備えられる給電端子に印加される電圧波形を示す説明図である。
【0014】
図1と図2に示すように、本実施形態例に係る小型ポンプはポンプの外殻をなすハウジング1を備えており、このハウジング1は平面視矩形状の箱形の外観を有し、その左右の側壁面には吸入部1aおよび吐出部1bがそれぞれ突設されている。ハウジング1の内部には空洞状のポンプ室1cが形成されており、このポンプ室1cの左側壁には吸入部1aを通ってハウジング1の外部に貫通する吸入口1dが形成され、右側壁には吐出部1bを通ってハウジング1の外部に貫通する吐出口1eが形成されている。また、ハウジング1の吐出口1eの流路間には後述する逆止弁の収納室1fが形成されており、ハウジング1の下面にはポンプ室1cに連通する平面視円形状の開口部1gが形成されている。ポンプ室1cの吸入口1dと収納室1fの吐出口1eには逆止弁2,3がそれぞれ配設されており、これら逆止弁2,3は図示せぬ支持手段によって開閉可能に支持されている。そして、吸入口1dに配置された逆止弁2は、吸入口1dからポンプ室1cへの流体(図示せず)の吸入を許容すると共に、ポンプ室1cから吸入口1dへの流体の逆流を規制するように開閉され、これに対して吐出口1eに配置された逆止弁3は、ポンプ室1cから吐出口1eへの吐出を許容すると共に、吐出口1eからポンプ室1cへの流体の逆流を規制するように開閉される。
【0015】
このように構成されたハウジング1の下部にはポンプ駆動部4が配設されており、このポンプ駆動部4は、平面視円形状で全体がドーム状部として形成されたバイメタル片5と、下ケース7と中央開口部8aを有する枠体8とを組み合わせてなる平面視矩形状のケース6と、下ケース7の底部に互いに離間するように配設された金属製の給電端子9,10と、平面視円形状のダイヤフラム11とによって概略構成されている。バイメタル片5は下ケース7の底部に載置されており、このバイメタル片5の上面外周部を押圧するように、枠体8が下ケース7に接合されることにより、バイメタル片5を収納したケース6が組み立てられている。給電端子9,10はそれぞれ固定板9a,10aを有しており、バイメタル片5の図示左右両端縁をこれら固定板9a,10aにそれぞれ載置して常時接続することにより、一対の給電端子9,10を介してバイメタル片5にケース6の外部から通電できるように構成されている。
【0016】
このバイメタル片5は熱膨張係数の異なる2枚の導電性金属板5a,5bを積層接合して構成されており、熱膨張係数の大きい第1の金属板5aが凸部側、第1の金属板5aより熱膨張係数の小さい第2の金属板5bが凹部側となるようにドーム状にフォーミングされている。これにより、バイメタル片5が発熱したときにはドーム状を保ったまま凸側方向に膨出変形する構成となっており、バイメタル片5を不所望に反転させることなく円滑に熱変形させることができる。なお、このバイメタル片5の積層接合構造に中間層として良導電性の銅板を挟んで構成したトリメタル片をメタル片として使用することも可能である。
【0017】
ダイヤフラム11は開口部1gを閉塞するようにハウジング1の下面に固着されており、このハウジング1下面にバイメタル片5を収納したケース6が固着されている。その際、ハウジング1の下面と枠体8の上面とでダイヤフラム11の外周部を挟み込んでいるため、ハウジング1の開口部1gがダイヤフラム11で確実に密閉され、ポンプ室1c内の流体が開口部1gから漏洩するのを確実に防止できる。なお、枠体8の中央開口部8aの直径は開口部1gとほぼ同径に設定されており、ダイヤフラム11の外周部が確実に狭持されるようになっている。このように配設されたダイヤフラム11は、その中央部が図1における上下方向に弾性変位可能となるように支持されており、その際、バイメタル片5の頂上部がダイヤフラム11の下面に近接した状態に位置決めされるようになっている。なお、ダイヤフラム11の材料としては、例えば薄膜技術等を用いて形成した窒化珪素膜を使用することができるが、同様の性質を有する材料であればそれ以外の材料を使用することも可能である。
【0018】
上述したバイメタル片5は所定の抵抗値を有しており、通電によるジュール熱のために高温状態となって膨出変形し、ダイヤフラム11の下面を押圧するように構成されており、この時のバイメタル片5の押圧力はダイヤフラム11の弾性力に対して十分大きくなるように設定されているので、この押圧力によってダイヤフラム11が変位してポンプ室1c内へ膨出する。一方、バイメタル片5への通電が停止されて所定温度以下に冷却された時に、バイメタル片5は元の常温時の状態に収縮するため、これに伴って、ダイヤフラム11はその弾性復元力により図1に示す平坦状態に復帰する。そして、ポンプ動作は、バイメタル片5に一対の給電端子9,10を介して周期的な通電を行うことでバイメタル片5の膨出・収縮を交互に繰り返させ、ダイヤフラム11を往復駆動(振動)させることにより行う。
【0019】
次に、このように構成された小型ポンプの動作を主として図3〜図5を用いて説明する。
【0020】
まず、一対の給電端子9,10間に通電されない停止状態においてバイメタル片5は常温状態にあるため、図1に示すように、バイメタル片5の頂上部がダイヤフラム11の下面に近接した位置にあり、ダイヤフラム11には押圧力が加わっておらず平坦状態に保たれている。このとき、ポンプ室1c内の圧力は外気圧とほぼ等しい状態にあり、吸入口1dと吐出口1eにそれぞれ配設した逆止弁2,3は作動されず閉じた状態に保たれている。
【0021】
この状態からポンプ動作をさせるために、図示せぬ駆動回路から一対の給電端子9,10間に図5に示すような矩形波状の電圧を印加する。ここで、図5は横軸に時間を、縦軸に電圧をとり、印加電圧の時間的変化を示したグラフである。この印加電圧は、図示T1間では一定の電圧値V1が印加され、T1区間に続くT2区間では電圧値が0となり、以後同様に電圧値V1と電圧値0とが交互に印加される電圧波形となっている。なお、本実施形態例では、T1区間とT2区間は同じ時間間隔となるように設定されている。
【0022】
そして、電圧値V1が印加されるT1区間では流体の吐出動作が行われる。すなわち、T1区間ではバイメタル片5に所定の電流が流され、このバイメタル片5がジュール熱により発熱して高温状態になり、その結果、図3に示すように、バイメタル片5が図3の矢印Aで示す方向に膨出変形を開始し、この押圧力によりダイヤフラム11をその弾性力に抗して上方に膨出するように変形させていく。この動作に伴ってポンプ室1c内の容積が小さくなるため、ポンプ室1c内の圧力が外気圧よりも高くなって流体に吐出力が付与され、これによって流体が図3の矢印Bで示すように吐出口1eから外部に吐出される。この吐出動作中、吸入口1dが逆止弁2で遮断されるので、ポンプ室1c内の流体が吸入口1dから逆流することはない。
【0023】
次に、電圧値が0となって電圧印加されないT2区間では流体の吸入動作が行われる。すなわち、T2区間ではバイメタル片5への通電が停止し、バイメタル片5が常温状態に冷却されるため、図4に示すように、バイメタル片5は膨出状態から図4の矢印Cで示す方向に収縮を開始し、ダイヤフラム11はその弾性復元力によって膨出状態から下方に変位して平坦状態に戻される。この動作に伴ってポンプ室1c内の容積が図3に示す吐出動作状態に比べて大きくなるため、ポンプ室1c内の圧力が外気圧よりも低下して吸入口1dの流体に吸入力が付与され、これによって流体が図4の矢印Dで示すように吸入口1dからポンプ室1c内に吸入される。この吸入動作中、吐出口1eが逆止弁3で遮断されるので、吐出口1eからポンプ室1cに流体が逆流することはない。このように、T1区間およびT2区間における吐出/吸入動作が繰り返されることにより、ポンプ動作が行われるようになっている。
【0024】
以上説明したように、本実施形態例に係る小型ポンプでは、ポンプ室1c内に圧力差を与えるための駆動源として、通電によるジュール熱によって自らが変形するという特性を有するバイメタル片5を用いているので、複数の部品を組み合わせたユニット化した機構を必要とせずにポンプ駆動部4を構成でき、部品点数を削減して小型化に好適なポンプを実現することができる。また、このような小型ポンプを小型燃料電池の燃料供給装置として適用することにより、小型燃料電池のさらなる小型化を図ることができ、小型化が進む各種小型携帯機器への搭載が可能となる。
【0025】
また、開口部1gを閉塞するダイヤフラム11と、このダイヤフラム11に対向させて配設したバイメタル片5等でポンプ駆動部4を構成し、バイメタル片5の変位によってダイヤフラム11を押圧することで、ダイヤフラム11をポンプ室1c内に膨出変形させるように構成したので、開口部1gを確実に閉塞してポンプ室1c内の流体の漏洩を防止でき、安定性に優れた小型ポンプを低コストで実現できる。しかも、バイメタル片5が熱膨張係数の異なる第1および第2の金属板5a,5bを有し、熱膨張係数の大きい第1の金属板5aを凸部側に向けてドーム状に形成したので、バイメタル片5に通電した際に、このバイメタル片5が凸形状を保ったままさらに凸側方向に膨出変形することになる。これにより、バイメタル片5が不所望に反転動作してしまうことを確実に防止でき、さらに安定性に優れた小型ポンプを実現できる。
【0026】
さらに、ポンプ駆動部4がバイメタル片5を収納するケース6を備え、このケース6に一対の給電端子9,10を配設すると共に、バイメタル片5の外縁部の異なる2か所を一対の給電端子9,10にそれぞれ接続し、バイメタル片5にこれら給電端子9,10を介して通電するようにしたので、バイメタル片5への通電を簡単な構成で実現でき、より小型の小型ポンプを低コストで実現できる。
【0027】
なお、上記実施形態例では、ダイヤフラム11を介してポンプ室1c内の容積を増減させるように構成したが、ダイヤフラム11を省略してバイメタル片5自体で開口部1gを閉塞することも可能である。この場合、例えば、バイメタル片5の上面周囲とハウジング1の下面との間にOリング等を配設して開口部1gからの流体の漏洩を防止するようにすれば良い。また、このとき流体と接するバイメタル片5の上面に耐水性の保護膜を形成することが好ましい。
【0028】
また、上記実施形態例においては、バイメタル片5がポンプ室1cの内側に突出したドーム状に形成されたものとしたが、常温において平坦なバイメタル片とすることもできる。さらに、バイメタル片がポンプ室1cの外側に突出したドーム状に形成されたものを用いることもでき、この場合には、バイメタル片の変形に追従できるよう、ダイヤフラムをバイメタル片に接着するなどして一体化させるのが良く、また、バイメタル片が通電時に反転しないように、バイメタル片の凸部側に熱膨張係数の大きな金属板を配置するのが好ましい。
【0029】
また、上記実施形態例では、下ケース7に載置したバイメタル片5の周囲を枠体8によって押圧するようにして、このバイメタル片5の左右両端縁を給電端子9,10の固定板9a,10aにそれぞれ常時接続するように保持したが、固定板9a,10aを弾性片で構成し、これら弾性片でバイメタル片5の左右両端縁を弾性的に押圧することも可能である。このような構成を採用すると、バイメタル片5やケース6等に多少の寸法誤差があったとしても、それら誤差を弾性片によって吸収することができるので、バイメタル片5とのより良好な接続状態を維持することができる。
【0030】
また、上記実施形態例では、給電端子9,10に印加する矩形波状の電圧波形において、電圧値V1の区間T1と電圧値0の区間T2を同じ時間間隔としたが、これらを異なる間隔で設定することも可能である。また、バイメタル片5を熱変形させるために印加する電圧値V1を流体の温度に応じて可変するようにしても良い。さらに、給電端子9,10に印加する電圧波形を矩形波としたが、正弦波や三角波等としても良い。
【0031】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【0032】
ポンプ駆動部として、熱膨張係数の異なる金属板を複数枚積層接合してなるメタル片を利用し、このメタル片を通電によって周期的に熱変形させてポンプ室内の容積を増減させるようにしたので、複数の部品を組み合わせてユニット化した機構を必要とせずにポンプ駆動部を構成でき、それゆえ、部品点数を削減して小型化に好適な小型ポンプを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態例に係る小型ポンプの要部断面図である。
【図2】該小型ポンプに備えられるハウジングの内部を部分的に破断して示す平面図である。
【図3】該小型ポンプの吐出動作を示す説明図である。
【図4】該小型ポンプの吸入動作を示す説明図である。
【図5】該小型ポンプに備えられる給電端子に印加される電圧波形を示す説明図である。
【符号の説明】
1 ハウジング
1c ポンプ室
1d 吸入口
1e 吐出口
1g 開口部
2,3 逆止弁
4 ポンプ駆動部
5 バイメタル片(メタル片)
5a 第1の金属板
5b 第2の金属板
6 ケース
7 下ケース
8 枠体
9,10 給電端子
11 ダイヤフラム
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、小型燃料電池等の燃料供給部に使用される燃料供給装置として好適な小型ポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ノート型パソコンやPDA(携帯情報端末)や携帯電話などの各種小型携帯機器用の電源として、メチルアルコール等の燃料を使用して発電セルで発電を行う小型燃料電池の開発が進められている。燃料は燃料タンクから発電セルへ供給されるようになっており、この燃料供給のための装置として、例えば、小型ポンプを用いたものが提案されている。このようなタイプの小型燃料電池においては、ますます小型化が求められる各種小型携帯機器に搭載可能な小型燃料電池を実現するために、構成部品である小型ポンプのより小型化が強く要望されている。
【0003】
従来より、この種の小型ポンプの一例として、流体の吸入口および吐出口を有するポンプ室とこのポンプ室に連通する開口部とが形成されたハウジングと、吸入口と吐出口にそれぞれ配設された逆止弁と、開口部を閉塞するようにハウジングに取り付けられたダイヤフラムと、このダイヤフラムを振動させるための電磁石ユニットとを備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。電磁石ユニットはダイヤフラムの中央部に固着された永久磁石と、コイルが巻装された鉄心を有する電磁石等から構成されており、この電磁石は永久磁石と所定の間隔を設けてダイヤフラムと対向するように配置されている。
【0004】
このように構成された小型ポンプでは、電磁石に所定の周波数の電圧が印加されることで、この電磁石に発生した磁力により永久磁石が周期的に吸引される。この動作に伴ってダイヤフラムが往復運動することでポンプ室の容積が増減され、これによってポンプ室に圧力差を生じさせてポンプ動作を行うようになっている。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−263250号公報(第6−11頁、第1図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来の小型ポンプでは、ポンプ室に圧力差を生じさせる駆動源として、ダイヤフラムに固着した永久磁石や、コイルが巻装された鉄心や、コイルを巻き取るコイルボビン等、多くの構成部品を必要とする電磁石ユニットを用いており、これら多くの構成部品をハウジングに配設しているために、ポンプのさらなる小型化が妨げられるという問題があった。このため、このような小型ポンプを例えば小型燃料電池の燃料供給装置として適用しようとする場合には、小型燃料電池の小型化が妨げられてしまうという問題が発生した。
【0007】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、部品点数を削減して小型化に好適な小型ポンプを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による小型ポンプでは、流体の吸入口および吐出口を有するポンプ室と該ポンプ室に連通する開口部とが形成されたハウジングと、前記吸入口および前記吐出口にそれぞれ配設された逆止弁と、前記開口部を閉塞するように前記ハウジングに配設されたポンプ駆動部とを備え、前記ポンプ駆動部が熱膨張係数の異なる金属板を複数枚積層接合してなるメタル片を有し、通電により該メタル片を周期的に熱変形させることで前記ポンプ室内の容積を増減させるように構成した。
【0009】
このように構成された小型ポンプによれば、ポンプ室の容積を増減させてこのポンプ室に圧力差を生じさせるための駆動源として、熱によって自らが変形するという特性を有するメタル片を用いているので、ポンプ駆動部を簡略化して小型化に好適なポンプを実現することができる。
【0010】
また、上記の構成において、前記ポンプ駆動部が前記開口部を閉塞したダイヤフラムを有すると共に、該ダイヤフラムに対向させて前記メタル片を配設し、変位した該メタル片によって前記ダイヤフラムを押圧するように構成することが好ましく、このような構成を採用すると、開口部を確実に閉塞してポンプ室内の流体の漏洩を防止でき、安定性に優れた小型ポンプを低コストで実現できる。
【0011】
また、上記の構成において、前記メタル片が第1の金属板と該第1の金属板よりも熱膨張係数の小さい第2の金属板とを有すると共に、前記メタル片に前記第1の金属板を凸部側に向けたドーム状部が形成されていることが好ましく、このような構成を採用すると、メタル片が熱変形する際に、このメタル片の凸側に配設された第1の金属板の膨張が第2の金属板の膨張よりも大きくなり、メタル片はドーム形状を保ったままさらに凸側方向に膨出変形するので、メタル片が不所望に反転動作してしまうことを確実に防止でき、さらに安定性に優れた小型ポンプを実現できる。
【0012】
また、上記の構成において、前記ポンプ駆動部は、前記ポンプ駆動部が前記メタル片を収納するケースを備え、該ケースの互いに離間させた2か所に一対の給電端子を配設し、前記メタル片の外縁部の異なる2か所を一対の前記給電端子にそれぞれ接続し、これら給電端子を介して該メタル片に通電するように構成することが好ましく、このような構成を採用すると、メタル片への通電を簡単な構成で実現でき、より小型の小型ポンプを低コストで実現できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図1は本発明の実施形態例に係る小型ポンプの要部断面図、図2は該小型ポンプに備えられるハウジングの内部を部分的に破断して示す平面図、図3は該小型ポンプの吐出動作を示す説明図、図4は該小型ポンプの吸入動作を示す説明図、図5は該小型ポンプに備えられる給電端子に印加される電圧波形を示す説明図である。
【0014】
図1と図2に示すように、本実施形態例に係る小型ポンプはポンプの外殻をなすハウジング1を備えており、このハウジング1は平面視矩形状の箱形の外観を有し、その左右の側壁面には吸入部1aおよび吐出部1bがそれぞれ突設されている。ハウジング1の内部には空洞状のポンプ室1cが形成されており、このポンプ室1cの左側壁には吸入部1aを通ってハウジング1の外部に貫通する吸入口1dが形成され、右側壁には吐出部1bを通ってハウジング1の外部に貫通する吐出口1eが形成されている。また、ハウジング1の吐出口1eの流路間には後述する逆止弁の収納室1fが形成されており、ハウジング1の下面にはポンプ室1cに連通する平面視円形状の開口部1gが形成されている。ポンプ室1cの吸入口1dと収納室1fの吐出口1eには逆止弁2,3がそれぞれ配設されており、これら逆止弁2,3は図示せぬ支持手段によって開閉可能に支持されている。そして、吸入口1dに配置された逆止弁2は、吸入口1dからポンプ室1cへの流体(図示せず)の吸入を許容すると共に、ポンプ室1cから吸入口1dへの流体の逆流を規制するように開閉され、これに対して吐出口1eに配置された逆止弁3は、ポンプ室1cから吐出口1eへの吐出を許容すると共に、吐出口1eからポンプ室1cへの流体の逆流を規制するように開閉される。
【0015】
このように構成されたハウジング1の下部にはポンプ駆動部4が配設されており、このポンプ駆動部4は、平面視円形状で全体がドーム状部として形成されたバイメタル片5と、下ケース7と中央開口部8aを有する枠体8とを組み合わせてなる平面視矩形状のケース6と、下ケース7の底部に互いに離間するように配設された金属製の給電端子9,10と、平面視円形状のダイヤフラム11とによって概略構成されている。バイメタル片5は下ケース7の底部に載置されており、このバイメタル片5の上面外周部を押圧するように、枠体8が下ケース7に接合されることにより、バイメタル片5を収納したケース6が組み立てられている。給電端子9,10はそれぞれ固定板9a,10aを有しており、バイメタル片5の図示左右両端縁をこれら固定板9a,10aにそれぞれ載置して常時接続することにより、一対の給電端子9,10を介してバイメタル片5にケース6の外部から通電できるように構成されている。
【0016】
このバイメタル片5は熱膨張係数の異なる2枚の導電性金属板5a,5bを積層接合して構成されており、熱膨張係数の大きい第1の金属板5aが凸部側、第1の金属板5aより熱膨張係数の小さい第2の金属板5bが凹部側となるようにドーム状にフォーミングされている。これにより、バイメタル片5が発熱したときにはドーム状を保ったまま凸側方向に膨出変形する構成となっており、バイメタル片5を不所望に反転させることなく円滑に熱変形させることができる。なお、このバイメタル片5の積層接合構造に中間層として良導電性の銅板を挟んで構成したトリメタル片をメタル片として使用することも可能である。
【0017】
ダイヤフラム11は開口部1gを閉塞するようにハウジング1の下面に固着されており、このハウジング1下面にバイメタル片5を収納したケース6が固着されている。その際、ハウジング1の下面と枠体8の上面とでダイヤフラム11の外周部を挟み込んでいるため、ハウジング1の開口部1gがダイヤフラム11で確実に密閉され、ポンプ室1c内の流体が開口部1gから漏洩するのを確実に防止できる。なお、枠体8の中央開口部8aの直径は開口部1gとほぼ同径に設定されており、ダイヤフラム11の外周部が確実に狭持されるようになっている。このように配設されたダイヤフラム11は、その中央部が図1における上下方向に弾性変位可能となるように支持されており、その際、バイメタル片5の頂上部がダイヤフラム11の下面に近接した状態に位置決めされるようになっている。なお、ダイヤフラム11の材料としては、例えば薄膜技術等を用いて形成した窒化珪素膜を使用することができるが、同様の性質を有する材料であればそれ以外の材料を使用することも可能である。
【0018】
上述したバイメタル片5は所定の抵抗値を有しており、通電によるジュール熱のために高温状態となって膨出変形し、ダイヤフラム11の下面を押圧するように構成されており、この時のバイメタル片5の押圧力はダイヤフラム11の弾性力に対して十分大きくなるように設定されているので、この押圧力によってダイヤフラム11が変位してポンプ室1c内へ膨出する。一方、バイメタル片5への通電が停止されて所定温度以下に冷却された時に、バイメタル片5は元の常温時の状態に収縮するため、これに伴って、ダイヤフラム11はその弾性復元力により図1に示す平坦状態に復帰する。そして、ポンプ動作は、バイメタル片5に一対の給電端子9,10を介して周期的な通電を行うことでバイメタル片5の膨出・収縮を交互に繰り返させ、ダイヤフラム11を往復駆動(振動)させることにより行う。
【0019】
次に、このように構成された小型ポンプの動作を主として図3〜図5を用いて説明する。
【0020】
まず、一対の給電端子9,10間に通電されない停止状態においてバイメタル片5は常温状態にあるため、図1に示すように、バイメタル片5の頂上部がダイヤフラム11の下面に近接した位置にあり、ダイヤフラム11には押圧力が加わっておらず平坦状態に保たれている。このとき、ポンプ室1c内の圧力は外気圧とほぼ等しい状態にあり、吸入口1dと吐出口1eにそれぞれ配設した逆止弁2,3は作動されず閉じた状態に保たれている。
【0021】
この状態からポンプ動作をさせるために、図示せぬ駆動回路から一対の給電端子9,10間に図5に示すような矩形波状の電圧を印加する。ここで、図5は横軸に時間を、縦軸に電圧をとり、印加電圧の時間的変化を示したグラフである。この印加電圧は、図示T1間では一定の電圧値V1が印加され、T1区間に続くT2区間では電圧値が0となり、以後同様に電圧値V1と電圧値0とが交互に印加される電圧波形となっている。なお、本実施形態例では、T1区間とT2区間は同じ時間間隔となるように設定されている。
【0022】
そして、電圧値V1が印加されるT1区間では流体の吐出動作が行われる。すなわち、T1区間ではバイメタル片5に所定の電流が流され、このバイメタル片5がジュール熱により発熱して高温状態になり、その結果、図3に示すように、バイメタル片5が図3の矢印Aで示す方向に膨出変形を開始し、この押圧力によりダイヤフラム11をその弾性力に抗して上方に膨出するように変形させていく。この動作に伴ってポンプ室1c内の容積が小さくなるため、ポンプ室1c内の圧力が外気圧よりも高くなって流体に吐出力が付与され、これによって流体が図3の矢印Bで示すように吐出口1eから外部に吐出される。この吐出動作中、吸入口1dが逆止弁2で遮断されるので、ポンプ室1c内の流体が吸入口1dから逆流することはない。
【0023】
次に、電圧値が0となって電圧印加されないT2区間では流体の吸入動作が行われる。すなわち、T2区間ではバイメタル片5への通電が停止し、バイメタル片5が常温状態に冷却されるため、図4に示すように、バイメタル片5は膨出状態から図4の矢印Cで示す方向に収縮を開始し、ダイヤフラム11はその弾性復元力によって膨出状態から下方に変位して平坦状態に戻される。この動作に伴ってポンプ室1c内の容積が図3に示す吐出動作状態に比べて大きくなるため、ポンプ室1c内の圧力が外気圧よりも低下して吸入口1dの流体に吸入力が付与され、これによって流体が図4の矢印Dで示すように吸入口1dからポンプ室1c内に吸入される。この吸入動作中、吐出口1eが逆止弁3で遮断されるので、吐出口1eからポンプ室1cに流体が逆流することはない。このように、T1区間およびT2区間における吐出/吸入動作が繰り返されることにより、ポンプ動作が行われるようになっている。
【0024】
以上説明したように、本実施形態例に係る小型ポンプでは、ポンプ室1c内に圧力差を与えるための駆動源として、通電によるジュール熱によって自らが変形するという特性を有するバイメタル片5を用いているので、複数の部品を組み合わせたユニット化した機構を必要とせずにポンプ駆動部4を構成でき、部品点数を削減して小型化に好適なポンプを実現することができる。また、このような小型ポンプを小型燃料電池の燃料供給装置として適用することにより、小型燃料電池のさらなる小型化を図ることができ、小型化が進む各種小型携帯機器への搭載が可能となる。
【0025】
また、開口部1gを閉塞するダイヤフラム11と、このダイヤフラム11に対向させて配設したバイメタル片5等でポンプ駆動部4を構成し、バイメタル片5の変位によってダイヤフラム11を押圧することで、ダイヤフラム11をポンプ室1c内に膨出変形させるように構成したので、開口部1gを確実に閉塞してポンプ室1c内の流体の漏洩を防止でき、安定性に優れた小型ポンプを低コストで実現できる。しかも、バイメタル片5が熱膨張係数の異なる第1および第2の金属板5a,5bを有し、熱膨張係数の大きい第1の金属板5aを凸部側に向けてドーム状に形成したので、バイメタル片5に通電した際に、このバイメタル片5が凸形状を保ったままさらに凸側方向に膨出変形することになる。これにより、バイメタル片5が不所望に反転動作してしまうことを確実に防止でき、さらに安定性に優れた小型ポンプを実現できる。
【0026】
さらに、ポンプ駆動部4がバイメタル片5を収納するケース6を備え、このケース6に一対の給電端子9,10を配設すると共に、バイメタル片5の外縁部の異なる2か所を一対の給電端子9,10にそれぞれ接続し、バイメタル片5にこれら給電端子9,10を介して通電するようにしたので、バイメタル片5への通電を簡単な構成で実現でき、より小型の小型ポンプを低コストで実現できる。
【0027】
なお、上記実施形態例では、ダイヤフラム11を介してポンプ室1c内の容積を増減させるように構成したが、ダイヤフラム11を省略してバイメタル片5自体で開口部1gを閉塞することも可能である。この場合、例えば、バイメタル片5の上面周囲とハウジング1の下面との間にOリング等を配設して開口部1gからの流体の漏洩を防止するようにすれば良い。また、このとき流体と接するバイメタル片5の上面に耐水性の保護膜を形成することが好ましい。
【0028】
また、上記実施形態例においては、バイメタル片5がポンプ室1cの内側に突出したドーム状に形成されたものとしたが、常温において平坦なバイメタル片とすることもできる。さらに、バイメタル片がポンプ室1cの外側に突出したドーム状に形成されたものを用いることもでき、この場合には、バイメタル片の変形に追従できるよう、ダイヤフラムをバイメタル片に接着するなどして一体化させるのが良く、また、バイメタル片が通電時に反転しないように、バイメタル片の凸部側に熱膨張係数の大きな金属板を配置するのが好ましい。
【0029】
また、上記実施形態例では、下ケース7に載置したバイメタル片5の周囲を枠体8によって押圧するようにして、このバイメタル片5の左右両端縁を給電端子9,10の固定板9a,10aにそれぞれ常時接続するように保持したが、固定板9a,10aを弾性片で構成し、これら弾性片でバイメタル片5の左右両端縁を弾性的に押圧することも可能である。このような構成を採用すると、バイメタル片5やケース6等に多少の寸法誤差があったとしても、それら誤差を弾性片によって吸収することができるので、バイメタル片5とのより良好な接続状態を維持することができる。
【0030】
また、上記実施形態例では、給電端子9,10に印加する矩形波状の電圧波形において、電圧値V1の区間T1と電圧値0の区間T2を同じ時間間隔としたが、これらを異なる間隔で設定することも可能である。また、バイメタル片5を熱変形させるために印加する電圧値V1を流体の温度に応じて可変するようにしても良い。さらに、給電端子9,10に印加する電圧波形を矩形波としたが、正弦波や三角波等としても良い。
【0031】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【0032】
ポンプ駆動部として、熱膨張係数の異なる金属板を複数枚積層接合してなるメタル片を利用し、このメタル片を通電によって周期的に熱変形させてポンプ室内の容積を増減させるようにしたので、複数の部品を組み合わせてユニット化した機構を必要とせずにポンプ駆動部を構成でき、それゆえ、部品点数を削減して小型化に好適な小型ポンプを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態例に係る小型ポンプの要部断面図である。
【図2】該小型ポンプに備えられるハウジングの内部を部分的に破断して示す平面図である。
【図3】該小型ポンプの吐出動作を示す説明図である。
【図4】該小型ポンプの吸入動作を示す説明図である。
【図5】該小型ポンプに備えられる給電端子に印加される電圧波形を示す説明図である。
【符号の説明】
1 ハウジング
1c ポンプ室
1d 吸入口
1e 吐出口
1g 開口部
2,3 逆止弁
4 ポンプ駆動部
5 バイメタル片(メタル片)
5a 第1の金属板
5b 第2の金属板
6 ケース
7 下ケース
8 枠体
9,10 給電端子
11 ダイヤフラム
Claims (4)
- 流体の吸入口および吐出口を有するポンプ室と該ポンプ室に連通する開口部とが形成されたハウジングと、前記吸入口および前記吐出口にそれぞれ配設された逆止弁と、前記開口部を閉塞するように前記ハウジングに配設されたポンプ駆動部とを備え、
前記ポンプ駆動部が熱膨張係数の異なる金属板を複数枚積層接合してなるメタル片を有し、該メタル片を通電により周期的に熱変形させることで前記ポンプ室内の容積を増減させるように構成したことを特徴とする小型ポンプ。 - 請求項1の記載において、前記ポンプ駆動部が前記開口部を閉塞したダイヤフラムを有すると共に、該ダイヤフラムに対向させて前記メタル片を配設し、変位した該メタル片によって前記ダイヤフラムを押圧するように構成したことを特徴とする小型ポンプ。
- 請求項1または2の記載において、前記メタル片が第1の金属板と該第1の金属板よりも熱膨張係数の小さい第2の金属板とを有すると共に、前記メタル片に前記第1の金属板を凸部側に向けたドーム状部が形成されていることを特徴とする小型ポンプ。
- 請求項1〜3のいずれかの記載において、前記ポンプ駆動部が前記メタル片を収納するケースを備え、該ケースの互いに離間させた2か所に一対の給電端子を配設し、前記メタル片の外縁部の異なる2か所を一対の前記給電端子にそれぞれ接続し、これら給電端子を介して該メタル片に通電するように構成したことを特徴とする小型ポンプ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003140554A JP2004340097A (ja) | 2003-05-19 | 2003-05-19 | 小型ポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003140554A JP2004340097A (ja) | 2003-05-19 | 2003-05-19 | 小型ポンプ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004340097A true JP2004340097A (ja) | 2004-12-02 |
Family
ID=33529252
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003140554A Withdrawn JP2004340097A (ja) | 2003-05-19 | 2003-05-19 | 小型ポンプ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004340097A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006300037A (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Matsushita Electric Works Ltd | 圧電ダイヤフラムポンプ |
JP2006349037A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Tlv Co Ltd | フロート式スチームトラップ |
JP2006349036A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Tlv Co Ltd | フロート式スチームトラップ |
US8016573B2 (en) | 2005-01-26 | 2011-09-13 | Panasonic Electric Works Co. Ltd. | Piezoelectric-driven diaphragm pump |
JP2012102710A (ja) * | 2010-11-12 | 2012-05-31 | Fujitsu Ltd | マイクロポンプ及びこれを用いた半導体装置 |
CN109372459A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-02-22 | 贵州高峰石油机械股份有限公司 | 一种稳定震击释放时间的方法及装置 |
CN112472975A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-03-12 | 华中科技大学 | 一种宫内药物控释系统 |
-
2003
- 2003-05-19 JP JP2003140554A patent/JP2004340097A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8016573B2 (en) | 2005-01-26 | 2011-09-13 | Panasonic Electric Works Co. Ltd. | Piezoelectric-driven diaphragm pump |
JP2006300037A (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Matsushita Electric Works Ltd | 圧電ダイヤフラムポンプ |
JP4497021B2 (ja) * | 2005-04-25 | 2010-07-07 | パナソニック電工株式会社 | 圧電ダイヤフラムポンプ |
JP2006349037A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Tlv Co Ltd | フロート式スチームトラップ |
JP2006349036A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Tlv Co Ltd | フロート式スチームトラップ |
JP2012102710A (ja) * | 2010-11-12 | 2012-05-31 | Fujitsu Ltd | マイクロポンプ及びこれを用いた半導体装置 |
CN109372459A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-02-22 | 贵州高峰石油机械股份有限公司 | 一种稳定震击释放时间的方法及装置 |
CN112472975A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-03-12 | 华中科技大学 | 一种宫内药物控释系统 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4629145B2 (ja) | 冷却システム、及び携帯機器 | |
US7198250B2 (en) | Piezoelectric actuator and pump using same | |
JP4957480B2 (ja) | 圧電マイクロポンプ | |
JP5140576B2 (ja) | 高性能電気活性ポリマトランスデューサ | |
JP5708845B2 (ja) | 流体ポンプ | |
US8678787B2 (en) | Piezoelectric micro-blower | |
EP1515043B1 (en) | Diaphram pump for cooling air | |
US7191503B2 (en) | Method of manufacturing a piezoelectric actuator | |
CA2645321A1 (en) | Fluidic energy transfer devices | |
TW200307785A (en) | Piezoelectrically driven fluid pump | |
WO2008069264A1 (ja) | 圧電ポンプ | |
JPWO2009148005A1 (ja) | 圧電マイクロブロア | |
JP5429317B2 (ja) | 圧電マイクロポンプ | |
WO2015045727A1 (ja) | 気体制御装置 | |
JP2004340097A (ja) | 小型ポンプ | |
JP2011241808A (ja) | 流体装置 | |
JP4365564B2 (ja) | 小型ポンプ | |
JP5148867B2 (ja) | 燃料電池システム及び端末用機器 | |
JP2008108465A (ja) | 固体高分子型燃料電池用流体供給システム | |
TWI709209B (zh) | 液體散熱模組 | |
CN210135058U (zh) | 记忆合金弹簧驱动的微小型隔膜泵及采用其的装置 | |
JP2004257310A (ja) | ポンプ | |
JP2007146778A (ja) | 屈曲振動子及びダイヤフラム型ポンプ | |
CN112714582A (zh) | 液体散热模块 | |
JP2004060641A (ja) | 電磁式ダイアフラムポンプ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051209 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080710 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080729 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20080825 |