JP2007040271A - 電磁駆動部品及び電磁式ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ヨークとマグネットを位置ずれなく強固に固着することができ、使用環境によらず耐久性を向上させた電磁駆動部品を提供する。
【解決手段】ヨーク３ａ、３ｂ及びマグネット２に形成された中心孔３ｄ、２ａに樹脂が充填されて形成される樹脂材１７により一体に固着されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、円板状マグネットの上下着磁面にヨークが積層された電磁駆動部品及び該電磁駆動部品がポンプ室に可動子として設けられ、電磁駆動により可動子をリニア駆動することでポンプ室において流体の送出し及び吸込みを行なう電磁式ポンプに関する。

固定子に囲まれた空間内において、電磁コイルへの通電により可動子を往復動させる電磁式ポンプは、空芯の電磁コイルを備えた固定子に囲まれたポンプ室内に可動子が往復動可能に設けられる。可動子は、円板状マグネットの両側にヨークが積層されており、電磁コイルへの通電により可動子との間に磁気経路が形成される。このとき、可動子が固定子磁極と反発・吸引を繰り返して往復動する際にポンプ室から流体を送出及び吸込するようになっている（特許文献１参照）。
特開２００４−１２４７２４号

上述した可動子は、円板状マグネットの上下着磁面にヨーク（磁性体）が積層されて一体化されるが、これらの材質の異なる部品どうしを位置ずれなく積層し隙間なく固定して、使用環境によらずに（例えば水、油や不凍液などの流体中で使用されても）、十分な耐久性を発揮できる可動子を得ることが困難であった。

例えば、上記3部品を接着により固定した場合には熱膨張率、耐薬性、耐湿性などにおいて相違するため耐久性が低く、接着面の剥離による位置ずれが生じて可動子がシリンダ等の摺動面にロックする等の課題が生じ易い。また、金属ピン（リベット）にて固定することも考えられるが、上記3部品の中心孔が同じ孔径であることが前提となる。また、仮にリベットにて固定しても、マグネットとヨークとで孔径の公差にばらつきがあるため、マグネットの外径を小さくして公差を吸収する必要があり、ポンプ特性が低下する。また、マグネットの外径を小さくしてもマグネットの回転を抑え難いため、マグネットの回転による位置ずれにより可動子の寸法精度が低下し、ポンプ効率が低下するおそれがある。

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、その目的とするところは、ヨークとマグネットを位置ずれなく強固に固着することができ、使用環境によらず耐久性を向上させた電磁駆動部品及び該電磁駆動部品を用いた小型の電磁式ポンプを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
円板状マグネットの上下着磁面にヨークが積層された電磁駆動部品において、ヨーク及びマグネットに形成された中心孔に樹脂が充填されて形成される樹脂材により一体に固着されていることを特徴とする。
また、ヨークとマグネットで孔径の異なる中心孔に樹脂材が充填されて固着されていることを特徴とする。
また、ヨークの中心孔の周縁部には、孔径が部分的に外方又は内方へ広がる向きに段付部若しくは凹溝が形成されていることを特徴とする。
また、上述した電磁駆動部品は、電磁コイルを備えた固定子に囲まれた空間内に配置され、当該電磁コイルへの通電によりリニア駆動する可動子であることを特徴とする。
電磁式ポンプにおいては、ポンプ室内に上記電磁駆動部品が設けられ、電磁コイルへの通電により可動子をリニア駆動することでポンプ室において流体の送出し及び吸込みを行なうことを特徴とする。

上述した電磁駆動部品を用いれば、ヨーク及びマグネットに形成された中心孔に樹脂が充填されて形成される樹脂材により一体に固着されているので、ヨークとマグネットの中心孔へ充填される樹脂材の食い付きによりヨーク及びマグネットを強固に固着することができる。
また、ヨークとマグネットの中心孔径が異なっていても位置ずれすることなく積層して固着することができ、既存の部品を組み合わせて利用できるうえに、樹脂の食い付きにより固着力を向上することができる。
また、ヨークの中心孔の周縁部には、孔径が部分的に外方又は内方へ広がる向きに段付部若しくは凹溝が形成されていると、該中心孔へ充填される樹脂材が段付部や凹溝にまで充填されるので、ヨークやマグネットの回り止めとなる。
また、電磁駆動部品は、電磁コイルを備えた固定子に囲まれた空間内に配置され、当該電磁コイルへの通電によりリニア駆動する可動子に用いられる場合には、可動子の寸法精度が向上するため可動子外径を可能な限り大きくしてもマグネット外周がシリンダ等の摺動面（ガイド面）に接してロック状態を起こし難く、動作特性や寸法精度に優れた可動子を提供することができる。
更に、上記電磁駆動部品がポンプ室内に設けられ、電磁コイルへの通電により可動子をリニア駆動することでポンプ室において流体の送出し及び吸込みを行なう場合には、ヨークとマグネットが強固に固着しているので、使用環境によらずポンプの耐久性が向上するうえに、可動子が樹脂材を中心に回転することもないため、可動子外径をシリンダ等の摺動面（ガイド面）に当たらない最大径に設定することができ、ポンプ特性が向上する。

以下、本発明に係る電磁駆動部品及び電磁式ポンプの最良の実施形態について添付図面とともに詳細に説明する。本実施形態の電磁駆動部品は厚さ方向に着磁された円板状マグネットの上下着磁面にヨークが積層された可動子である。また、電磁式ポンプは、円筒状に形成したシリンダ内に可動子をシリンダの軸線方向に摺動可能に配置し、シリンダの外周に配置した電磁コイルへ通電して生ずる電磁力の反力により可動子を往復動させる電磁式容積型ポンプである。電磁式容積型ポンプは、可動子の往復動に伴いポンプ室内外に生ずる圧力差でポンプ作用をなすため、例えば液体に空気が混入してもポンプを停止させることなく自吸復帰することができる。

図１において、電磁式ポンプの全体構成について説明する。先ず可動子１の構成について説明する。可動子１は密閉されたシリンダ内に収容されてシリンダの軸線方向に往復動可能に設けられている。可動子１は円板状に形成したマグネット２とマグネット２を厚さ方向に挟持する一対のインナーヨーク３ａ、３ｂとからなる。マグネット２は一方の面をＮ極、他方の面をＳ極として、厚さ方向（図１の上下方向）に着磁されている永久磁石である。インナーヨーク３ａ、３ｂは磁性材によって形成され、各々のインナーヨーク３ａ、３ｂの周縁部に短筒状に起立したフランジ部３ｃの外周面はマグネット２から発生した磁束の可動子１側の磁束作用面となる。

次に、図１において固定子４の構成について説明する。一対の非磁性材からなる上ケース５ａと下ケース５ｂとの間に非磁性材料（例えば樹脂材、ステンレスなどの金属材）からなる筒状のシリンダ筒６が嵌め込まれて上下開口端が閉止されたシリンダが形成される。このシリンダ筒６内に上述した可動子１が往復動可能に収容されている。

このように、シリンダ筒６の両端面は上ケース５ａと下ケース５ｂによって閉止され、可動子１の移動方向両側面と上下ケース５ａ、５ｂの内壁面との間に各々ポンプ室７ａ、７ｂが形成される。なお、可動子１はシリンダ筒６の内面に接触した状態で、気密あるいは液密にシールした状態で摺動する。

シリンダ筒６の上端面に相当する上ケース５ａの吸込用開口部及び送出用開口部には、吸込用逆止弁８ａ及び送出用逆止弁９ａがポンプ室７ａを開閉可能に設けられている。シリンダの下端面に相当する下ケース５ｂの吸込用開口部及び送出用開口部には、吸込用逆止弁８ｂ及び送出用逆止弁９ｂがポンプ室７ｂを開閉可能に設けられている。吸込用逆止弁８ａ、８ｂと送出用逆止弁９ａ、９ｂとは開口部に逆向きに各々取り付けられている。

図１において、シリンダ筒６の周囲には電磁コイル１４ａ、１４ｂが嵌め込まれている。電磁コイル１４ａ、１４ｂはシリンダの軸線方向に若干離間させ、シリンダ筒６の軸線方向の中心位置に対して均等位置となるように配置されている。電磁コイル１４ａ、１４ｂの両端側には磁気回路を形成するリング状の固定子板１６により挟み込まれて組み込まれる。

電磁コイル１４ａと電磁コイル１４ｂとは巻き方向が逆向きであり、同一電源による通電によって、互いに逆向きの電流が流れるように設定されている。電磁コイル１４ａ、１４ｂの巻き方向を逆向きにしているのは、マグネット２の磁束と鎖交する電磁コイル１４ａ、１４ｂに流れる電流に作用する電磁力が重畳して反力として可動子１に作用し、この反力が推力になるためである。

アウターヨーク１５は、電磁コイル１４ａ、１４ｂの外周囲を囲んで筒状に設けられている。アウターヨーク１５には磁性材が用いられ、電磁コイル１４ａ、１４ｂに鎖交する磁束数を増やして電磁力を効果的に可動子１に作用させるために設けられる。また、可動子１を構成するインナーヨーク３ａ、３ｂの周辺部にフランジ部３ｃを軸線方向に起立して設けられている。これは、マグネット２からインナーヨーク３ａ、３ｂを経てアウターヨーク１５に至る磁気回路の磁気抵抗を下げるためである。これにより、可動子１から作用する総磁束量を増加させる（磁束が通過する磁路を確保する）と共に、マグネット２が発生した磁束が電磁コイル１４ａ、１４ｂに流れる電流と軸線方向に対して直角に鎖交させることで、可動子１に軸線方向の推力を効果的に発生させることができる。

上ケース５ａには循環する流体のポンプへの吸込口１０と、ポンプより流体を送り出す送出口１１が形成されている。上ケース５ａと下ケース５ｂには、吸込口１０と吸込用逆止弁８ａ、８ｂとの間を連通する吸込用流路１２ａ、１２ｂが各々設けられている。また、上ケース５ａと下ケース５ｂには、送出用逆止弁９ａ、９ｂと送出口１１との間を連通する送出用流路１３ａ、１３ｂが各々設けられている。

図２において、可動子１の構成について具体的に説明する。
ヨーク３ａ、３ｂ及びマグネット２には、孔径が異なる中心孔３ｄ、中心孔２ａが各々形成されている。これらのヨーク３ａ、３ｂとマグネット２を中心孔３ｄ、２ａを位置合わせして金型へ搬入し、射出成形により樹脂が充填される。ヨーク３ａ、３ｂとマグネット２は、積層面の磁気吸引力のほかに、互いに連通する中心孔３ｄ、２ａに樹脂が充填されて形成される樹脂材１７により一体に固着される。樹脂材１７は、孔径が異なる中心孔３ｄ、２ａに隙間なく充填されるので、位置ずれすることなく固着することができる。また、孔径が同一のみならず異なる既存の部品を組み合わせて利用できるうえに、樹脂の食い付きが向上し固着力を高めることができる。

また、図３及び図４において、ヨーク３ａの中心孔３ｄの形状の一例について説明する。ヨーク３ｂの形状についても同様であるため、ヨーク３ａを参照して説明する。ヨーク３ａの中心孔３ｄの周縁部には、孔径が部分的に外方へ広がる向きに段付部３ｅが複数箇所で放射状に形成されている。段付部３ｅに替えて凹溝などであってもよい。中心孔３ｄへ充填される樹脂材１７が段付部３ｅにまで充填されるので、ヨーク３ａやマグネット２の回り止めとなり、固着力が向上する。

図１において、可動子１は電磁コイル１４ａ、１４ｂに交番電流を通電することにより、各コイルに発生する電磁力の作用により往復動（上下動）される。電磁コイル１４ａ、１４ｂに作用する電磁力は、通電方向によって可動子１を上方若しくは下方へ押動する。よって、図示しない制御部により、電磁コイル１４ａ、１４ｂへの通電時間、通電方向を制御することによって可動子１を所定ストロークで往復駆動させることができる。可動子１は電磁コイル１４ａ、１４ｂへの通電により往復動しても、ヨーク３ａ、３ｂとマグネット２の位置ずれが起こり難いので、摩耗が少なく耐久性が向上する。

尚、ヨーク３ａ、３ｂの中心孔３ｄに形成される段付部３ｅや凹溝の形状は任意である。ヨーク３ａ、３ｂの中心孔３ｄは、円形ではなくのこぎり歯状の凹凸面が連続する形状であってもよく、孔径が外方又は内方へ広がる向きに樹脂の充填部が形成されていても良い。

本発明に係る電磁式容積型ポンプの全体構成を示す断面図である。 可動子の断面図である。 ヨークの平面図である。 図３のヨークの矢印Ａ−Ａ断面図である。

符号の説明

１ 可動子
２ マグネット
２ａ、３ｄ 中心孔
３ａ、３ｂ インナーヨーク
３ｃ フランジ部
３ｅ 段付部
４ 固定子
５ａ 上ケース
５ｂ 下ケース
６ シリンダ筒
７ａ、７ｂ ポンプ室
８ａ、８ｂ 吸込用逆止弁
９ａ、９ｂ 送出用逆止弁
１０ 吸込口
１１ 送出口
１２ａ、１２ｂ 吸込用流路
１３ａ、１３ｂ 送出用流路
１４ａ、１４ｂ 電磁コイル
１５ アウターヨーク
１６ 固定子板
１７ 樹脂材

Claims (5)

1. 円板状マグネットの上下着磁面にヨークが積層された電磁駆動部品において、
   ヨーク及びマグネットに形成された中心孔に樹脂が充填されて形成される樹脂材により一体に固着されていることを特徴とする電磁駆動部品。
2. ヨークとマグネットで孔径の異なる中心孔に樹脂が充填されて固着されていることを特徴とする請求項1記載の電磁駆動部品。
3. ヨークの中心孔の周縁部には、孔径が部分的に外方又は内方へ広がる向きに樹脂が充填される段付部若しくは凹溝が形成されていることを特徴とする請求項1記載の電磁駆動部品。
4. 電磁コイルを備えた固定子に囲まれた空間内に配置され、当該電磁コイルへの通電によりリニア駆動する可動子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電磁駆動部品。
5. ポンプ室内に請求項４記載の電磁駆動部品が設けられ、電磁コイルへの通電により可動子をリニア駆動することでポンプ室において流体の送出し及び吸込みを行なうことを特徴とする電磁式ポンプ。
   
   

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