JP2011001843A - Fixed volume type solenoid pump - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fixed volume type solenoid pump, causing less change in delivery quantity characteristic even when back pressure fluctuates and the temperature of a fluid changes.SOLUTION: A back pressure valve is provided in a series on the downstream side of a delivery valve, a valve element of the delivery valve is made of a lightweight material, and a valve seat is made of an elastic body such as rubber. A valve element of the back pressure valve is made of a lightweight material, and a valve seat is made of a hard material. Thus, the back pressure is shared between the back pressure valve and the delivery valve, the high valve closing speed of the back pressure valve is attained, and leakage of the delivery valve is eliminated, whereby a back flow in the valve closing process is reduced.

Description

この発明は、インライン型の電磁ポンプ、特に定容量を安定して供給することができる電磁ポンプに関する。   The present invention relates to an in-line type electromagnetic pump, and more particularly to an electromagnetic pump capable of stably supplying a constant capacity.

電磁ポンプは、電磁コイルに供給されるパルス電流により、断続する磁気力を発生させ、非励磁時に電磁プランジャは戻しスプリングに戻され、このような作用の連続により往復動され、この往復動が電磁プランジャと連結のピストンを従動せしめ、ポンプ室に容積変化を与え、もって一対の逆止弁(吸入弁と吐出弁)が協動することでポンプ作用が行われている。   The electromagnetic pump generates intermittent magnetic force by the pulse current supplied to the electromagnetic coil, and when not excited, the electromagnetic plunger is returned to the return spring and reciprocated by such a continuous action. The piston connected to the plunger is driven to change the volume in the pump chamber, and the pump action is performed by the cooperation of a pair of check valves (suction valve and discharge valve).

定容積電磁ポンプは、例えば燃料電池システムの改質水ポンプ、内燃機関のNOx低減装置(SCR)の尿素水ポンプ、ディーゼルエンジンのDPF用ポンプ等に採用されており、これらのポンプに求められている要件は、吐出し側の背圧又は吐出し圧力の変動に対して吐出し量の変化が軽微であること。即ち、P−Q特性(吐出し背圧−吐出し量特性)がフラットであることの他に、流体温度及び周囲温度の変動に対しても吐出し量の変化が軽微であること、即ち、T−Q特性(温度−吐出し量特性)がフラットであること。   Constant volume electromagnetic pumps are used in, for example, reformed water pumps for fuel cell systems, urea water pumps for NOx reduction devices (SCRs) for internal combustion engines, DPF pumps for diesel engines, and the like. The requirement is that the change in the discharge amount is slight with respect to the back pressure on the discharge side or the fluctuation of the discharge pressure. That is, in addition to the flat PQ characteristic (discharge back pressure-discharge amount characteristic), the change in the discharge amount is slight with respect to fluctuations in the fluid temperature and the ambient temperature. The TQ characteristic (temperature-discharge amount characteristic) is flat.

更に、吐出し量の連続的安定性と、ポンプの運転・停止の繰返し時ならびに長時間に亘る停止後の始動時の吐出し量の変化、電源電圧の変動(多くの場合、±10%)に伴う吐出し量の変化等が軽微であることである。これらに加えて、長期間に亘る耐久性と運転時の消費電力が少ないことが要求される。例えば、燃料電池システムの改質水ポンプにあっては、前記の各要件はそれぞれ±3%以内である。   Furthermore, the continuous stability of the discharge amount, the change in the discharge amount when starting and stopping the pump for a long time, and the fluctuation of the power supply voltage (in many cases ± 10%) That is, the change in the discharge amount accompanying the above is slight. In addition to these, long-term durability and low power consumption during operation are required. For example, in the reforming water pump of the fuel cell system, each of the above requirements is within ± 3%.

従来の技術として、特許文献1(特公平5−67793号公報)が開示されている。この従来例は、吸込弁14と可動するピストン5に設けられた吐出し作用のオアーバフロー弁20とを持ち、ピストン7が電磁石ユニット5により変動され、励磁時に流体を加圧し、出口4から流体を吐出し、消磁時にもどしバネ8にて入口3より流体を吸引する。それから、停止時にはピストン7が第1図の基本位置を取り、その弾性ストッパ9が出口側端部12aに当接することよって出口4は閉じられ、流体の流出が阻止されている。   As a conventional technique, Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 5-67793) is disclosed. This conventional example has a suction valve 14 and an overflow flow valve 20 provided on a movable piston 5, and the piston 7 is fluctuated by the electromagnet unit 5, pressurizing the fluid at the time of excitation, and supplying the fluid from the outlet 4. The fluid is sucked from the inlet 3 by the return spring 8 when discharged and demagnetized. Then, when stopped, the piston 7 takes the basic position of FIG. 1, and the elastic stopper 9 abuts on the outlet side end 12a, whereby the outlet 4 is closed and the outflow of fluid is prevented.

また、従来の技術として、特許文献2(特開平11−218076号公報)が開示されている。この従来例は、可動する吐出プランジャ11に設けられている吸入弁本体18と、固定側に設けられている吐出弁体20を持ち、電磁プランジャ10の定往復動により従動する吐出プランジャ11によって、ポンプ作用が行われ、吸入孔23より流体を吸入し、吐出オリフィス37より吐出している。ポンプの静止時には、閉止弁体31が閉止弁座30に着座し、通路を閉じている。   Further, Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-218076) is disclosed as a conventional technique. This conventional example has a suction valve body 18 provided on a movable discharge plunger 11 and a discharge valve body 20 provided on a fixed side, and the discharge plunger 11 driven by a constant reciprocation of the electromagnetic plunger 10 A pumping action is performed, and fluid is sucked from the suction hole 23 and discharged from the discharge orifice 37. When the pump is stationary, the closing valve body 31 is seated on the closing valve seat 30 to close the passage.

さらに、従来の技術として、特許文献3(特開2007−278148号公開)が開示されている。この従来例は、吸入弁20が固定側に設けられ、可動するピストン27に吐出弁29を持ち、電磁プランジャ41の往復動により従動するピストン27によって、ポンプ作用が行われ、吸入通路13から流体を吸入し、吐出通路49より吐出している。前記電磁プランジャ41の反ピストン側端に(吐出弁29より下流側)に閉止弁44を持ち、弁座46とで開閉動作を繰り返し、その下流の吐出通路49に逆流防止弁51を有している。   Further, Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-278148) is disclosed as a conventional technique. In this conventional example, the suction valve 20 is provided on the fixed side, the movable piston 27 has the discharge valve 29, and the pump 27 is driven by the reciprocating motion of the electromagnetic plunger 41, and the fluid is discharged from the suction passage 13. And is discharged from the discharge passage 49. The electromagnetic plunger 41 has a closing valve 44 at the end opposite to the piston (downstream from the discharge valve 29), repeatedly opens and closes with the valve seat 46, and has a backflow prevention valve 51 in the discharge passage 49 downstream thereof. Yes.

特公平5−67793号公報Japanese Patent Publication No. 5-67793 特開平11−218076号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-218076 特開2007−278148号公報JP 2007-278148 A

しかしながら、前述した段落(0003)に用いられるポンプは、その吐出し側にノズル等の負荷が装備される圧力形電磁ポンプとは異なり、ポンプの非加圧工程中に常に負荷背圧が静圧となって加わっていると共に、その背圧が頻繁に変動する。   However, the pump used in the paragraph (0003) described above is different from a pressure electromagnetic pump in which a load such as a nozzle is provided on the discharge side, and the load back pressure is always static during the non-pressurization process of the pump. And the back pressure fluctuates frequently.

次に、先行特許文献ごとに問題点を説明すると、特許文献1において、ピストン7のスリーブ部35内にオーバフロー弁20があって吐出し弁の作用をなしているが、その下流側にはピストン7の出口端12aと弾性ストッパ9で構成される閉止弁が存在するが、その下流側にチェック弁(逆止弁)はない。   Next, the problem will be described for each prior patent document. In Patent Document 1, the overflow valve 20 is provided in the sleeve portion 35 of the piston 7 and functions as a discharge valve. 7 has a closing valve composed of the outlet end 12a and the elastic stopper 9, but there is no check valve (check valve) downstream thereof.

このような状態のポンプは、PFMで駆動されるが、コイル電流の過渡特性、消費電力、各チェック弁の作動時間等からパルス電圧の周期に対するパルス幅、即ちパルスデユティは10%〜20%が適している。中でも影響が大きいのは、チェック弁の作動時間で、着座時のチャタリングを含めると、流体の粘度やチェック弁の設計にもよるが、完全に閉止状態に落ちつくまで数msがかかっている。この形態のポンプでは、オーバフロー弁14の挙動が該当し、この欠点を解決しないと、前記の要件を満足せしめることは困難である。特にP−Q特性への影響が大きい。   The pump in such a state is driven by PFM, but the pulse width with respect to the cycle of the pulse voltage, that is, the pulse duty is preferably 10% to 20% from the transient characteristics of the coil current, power consumption, the operation time of each check valve, etc. ing. In particular, the effect of the check valve is significant, including chattering when seated, depending on the viscosity of the fluid and the design of the check valve, but it takes several ms to settle down completely. In the pump of this form, the behavior of the overflow valve 14 is applicable, and it is difficult to satisfy the above requirements unless this drawback is solved. In particular, the influence on the PQ characteristic is great.

更に、この形態のポンプは、運転停止時に吸込み弁14とピストン7の出口端12aと弾性ストッパ9とで構成される空間が密閉状態になる。このような状態で周囲温度が上昇した場合、内部の流体の熱膨張によってポンプ内部が高圧となり、作動不良や場合によって液漏れが発生する。流体が水のときは凍結によって同様な問題が生じることがあり、燃料電池システムでは0〜60℃、ディーゼルエンジンのDPFでは−30〜90℃が使用温度範囲とされるために使用に耐えない。   Further, in the pump of this form, the space constituted by the suction valve 14, the outlet end 12a of the piston 7 and the elastic stopper 9 is hermetically closed when the operation is stopped. When the ambient temperature rises in such a state, the inside of the pump becomes a high pressure due to the thermal expansion of the internal fluid, and malfunctions and liquid leakage may occur. When the fluid is water, the same problem may occur due to freezing, and the fuel cell system is in a range of 0 to 60 ° C. and the diesel engine DPF is in the temperature range of −30 to 90 ° C., so it cannot be used.

特許文献2において、負荷背圧を吐出弁座49に受けるため、吐出弁体20の閉弁速度が早く、特に良好なT−Q特性が得られやすい。しかし、吐出弁本体20の閉弁遅れが完全になくなるはずはなく、T−Q特性以外のP−Q特性を満足するには未だ不充分である。   In Patent Document 2, since the load back pressure is received by the discharge valve seat 49, the valve closing speed of the discharge valve body 20 is fast, and particularly good TQ characteristics are easily obtained. However, the delay in closing the discharge valve main body 20 should not be completely eliminated, and it is still insufficient to satisfy the PQ characteristics other than the TQ characteristics.

特許文献3において、逆流防止弁51が設けられ背圧に対向する作用が開示されている。このポンプにあって、プランジャ41の上流端にストッパを兼ねる閉止弁44が装備され、コイル3に印加される駆動パルス幅は、同周期の10〜20%であるので、プランジャ41が上死点に滞在する時間が長く、その間は閉止弁44は閉止状態にある。したがって、ピストンの呼込み工程の始動時点で逆流防止弁は安定した閉弁状態にあり、逆流防止弁の閉弁時間は問題にならないが、吐出弁(29)の下流部に移送する容積効率の重要性に変わるところはなく、吐出弁29と逆流防止弁51のシール性は大切である。   Patent Document 3 discloses an operation in which a backflow prevention valve 51 is provided to oppose back pressure. In this pump, a closing valve 44 that also serves as a stopper is provided at the upstream end of the plunger 41, and the drive pulse width applied to the coil 3 is 10 to 20% of the same period. During this period, the stop valve 44 is in a closed state. Therefore, the backflow prevention valve is in a stable closed state at the start of the piston drawing process, and the closing time of the backflow prevention valve is not a problem, but the volumetric efficiency of transferring to the downstream portion of the discharge valve (29) is important. There is no change in performance, and the sealing performance of the discharge valve 29 and the backflow prevention valve 51 is important.

吐出弁29はピストン27内にあり、スペース等の制約から、前記の要件を満たしきれない。代替手段として逆流防止弁の弁座46をゴム等のエラストマを用いて小形リップを形成せしめて弁体との当接時の面圧を高くしている。前記の如くこの形態では負荷背圧で弁座46が変形し、P−Q特性に支障を生じる。硬質の弁座46と弁体にすると、呼込み工程のシール性が不充分となりT−Q特性に支障が生じる。   The discharge valve 29 is in the piston 27 and cannot satisfy the above requirements due to space and other constraints. As an alternative means, a small lip is formed on the valve seat 46 of the backflow prevention valve by using an elastomer such as rubber to increase the surface pressure when contacting the valve body. As described above, in this embodiment, the valve seat 46 is deformed by the load back pressure, causing a problem in the PQ characteristic. If the rigid valve seat 46 and the valve body are used, the sealing performance in the drawing-in process becomes insufficient and the TQ characteristic is hindered.

このため、この発明は、吐出し背圧の変化や、流体温度の変化があっても、吐出し量の変化が少ない定容積形電磁ポンプを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a constant displacement electromagnetic pump with little change in discharge amount even when there is a change in discharge back pressure or a change in fluid temperature.

この発明にかかる定容量形電磁ポンプは、吸入継手に設けられた吸入通路と吐出継手に設けられた吐出通路との間に設けられたシリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、このピストンに設けられた吸入弁と、この吸入弁に対し下流側にあって前記吐出継手に設けられた吐出弁と、前記ピストンの一端に固着の電磁プランジャと、この電磁プランジャを往復動させるコイルとを備え、前記吸入弁と前記吐出弁と前記シリンダと前記ピストンとで構成されるポンプ室を容積変化させてポンプ作用を行う電磁ポンプにおいて、前記吐出継手内の吐出通路に、前記吐出弁よりも下流に背圧弁を設けると共に、前記吐出弁にあって、その弁体をプラスチック又はセラミックにより、その弁座をゴム等の弾性体により作り、前記背圧弁にあって、その弁体をプラスチック又はセラミックにより、その弁座を金属等の硬質材料により作ることを特徴とする(請求項1)。   A constant capacity electromagnetic pump according to the present invention includes a cylinder provided between a suction passage provided in a suction joint and a discharge passage provided in a discharge joint, a piston reciprocating in the cylinder, and the piston A discharge valve provided on the discharge joint downstream of the intake valve, an electromagnetic plunger fixed to one end of the piston, and a coil for reciprocating the electromagnetic plunger. An electromagnetic pump that performs a pump action by changing a volume of a pump chamber constituted by the suction valve, the discharge valve, the cylinder, and the piston, and is disposed downstream of the discharge valve in the discharge passage in the discharge joint. The discharge valve is provided with a back pressure valve, the valve body is made of plastic or ceramic, the valve seat is made of an elastic body such as rubber, and the back pressure valve , A plastic or ceramic that valve body and the valve seat, characterized in that to make a hard material such as metal (Claim 1).

これにより、負荷背圧の変動に対する吐出し量の変化の特性、即ちP−Q特性の改善と、流体温度ならびに周囲温度の変化に対する吐出し量の変化の特性、即ちT−Q特性の改善が図られる。定容積形電磁ポンプの吸入弁や吐出弁の各逆止弁の挙動は、P−Q特性と、T−Q特性に対して極めて影響が大きく、ピストンの往復動と同期して作動することは勿論、その作動速度の高速化が要求される。   Thereby, the characteristics of the change in the discharge amount with respect to the fluctuation of the load back pressure, that is, the PQ characteristic, and the characteristics of the change in the discharge amount with respect to the change in the fluid temperature and the ambient temperature, that is, the improvement of the TQ characteristic are improved. Figured. The behavior of the check valves of the suction and discharge valves of the fixed displacement electromagnetic pump has a great influence on the PQ characteristics and the TQ characteristics, and it cannot be operated in synchronism with the reciprocating movement of the piston. Of course, it is required to increase the operating speed.

ピストンのストローク量を如何に正確にしようとも逆止弁の作動速度、特に閉弁速度が遅いと、吐出し量の変化特性が大きく、目的を満足せしめることが出来ない。   Regardless of how accurate the piston stroke is, if the check valve operating speed, particularly the valve closing speed, is slow, the change characteristic of the discharge amount is large and the purpose cannot be satisfied.

ピストンのストロークは、上方では弾性体ストッパに、下方では閉止弁により規制を受け、一定であり、ピストンの受圧面積にストローク量を乗じた吐出し量が得られるはずであるが、ピストンとシリンダの間のクリアランスからの漏れと、各逆止弁の開弁から閉弁に至るに要する時間中の漏れである逆流量があり、これは負荷背圧の値に依存することが、ピストンが定ストロークで稼動しても、P−Q特性がフラットにならない要因である。 The piston stroke is restricted by the elastic stopper at the upper part and restricted by the shut-off valve at the lower part, and it should be constant, and the discharge amount should be obtained by multiplying the piston pressure receiving area by the stroke amount. There is a leak from the clearance between the check valve and the reverse flow, which is the leak during the time required to open and close each check valve, and this depends on the value of the load back pressure. This is a factor that the PQ characteristic does not become flat even if it is operated.

逆止弁の閉弁速度の影響が最も大きく、この逆止弁の閉弁速度は、流体の粘性による粘性ダンパの要因を除くと、ばね・質量系の挙動で表され、弁体の質量と、弁ばねのばね定数のパラメータである。弁体をプラスチック材等で軽量化すると共に、弁ばねのばね定数を増すことが閉弁速度の高速化に有効である。   The check valve closing speed has the greatest effect, and the check valve closing speed is expressed by the behavior of the spring / mass system, excluding the viscous damper due to the viscosity of the fluid. , The parameter of the spring constant of the valve spring. It is effective to increase the valve closing speed by reducing the weight of the valve body with a plastic material and increasing the spring constant of the valve spring.

このため、吐出弁にあって、弁体を軽い材質で作り、弁座からの漏れを防止するために、ゴム等の弾性体により作り、接触面圧を高めると共に、閉弁速度の高速化を図り、漏れを防いで、逆流をなくすと共に、背圧弁により背圧を一時的に受け止め、弁体を軽い材質で作り、弁座を金属などの硬質材料により作り、背圧を背圧弁で受けて、吐出弁の背圧の負担を減少させ、もって、前述のごとく閉弁速度の高速化を可能とし、吐出し背圧の変化や、流体温度の変化があっても、吐出し量の変化の少ない定容積形電磁ポンプを提供できる。   For this reason, in the discharge valve, the valve body is made of a light material, and is made of an elastic body such as rubber to prevent leakage from the valve seat, increasing the contact surface pressure and increasing the valve closing speed. In order to prevent leakage and prevent backflow, the back pressure valve temporarily receives the back pressure, the valve body is made of a light material, the valve seat is made of a hard material such as metal, and the back pressure is received by the back pressure valve. This reduces the burden on the back pressure of the discharge valve and, as described above, enables the valve closing speed to be increased, so that even if there is a change in the discharge back pressure or a change in the fluid temperature, the change in the discharge amount can be reduced. A small constant displacement electromagnetic pump can be provided.

前記吐出弁をポペット弁とし、前記背圧弁をボール弁とすることが好ましく(請求項2)、また前記吐出弁の弁座には、リップ部を設けることが好ましい(請求項3)。これにより接触面圧を高められる。   The discharge valve is preferably a poppet valve and the back pressure valve is preferably a ball valve (Claim 2), and the valve seat of the discharge valve is preferably provided with a lip portion (Claim 3). Thereby, a contact surface pressure can be raised.

前記ピストンの上死点位置を定めるための、弾性体で構成されるストッパに、前記電磁プランジャが当接することで生じる閉鎖空間を排除する逃し通路を設けるようにすることが好ましい(請求項4)。これにより、電磁プランジャが弾性体で構成されるストッパに当接することで生じる閉鎖空間内の圧力変動を逃し通路で電磁プランジャ作動空間内に逃し、安定したピストンストロークを与えられる。   It is preferable to provide an escape passage that eliminates a closed space generated by the contact of the electromagnetic plunger with a stopper formed of an elastic body for determining the top dead center position of the piston. . As a result, the pressure fluctuation in the closed space caused by the electromagnetic plunger coming into contact with the stopper made of an elastic body is released into the electromagnetic plunger working space through the escape passage, and a stable piston stroke is given.

前記シリンダ内を摺動する前記ピストンの所定の外径の外径部を持つが、径方向の貫通孔が形成される部位の前後を小径部に形成し、その小径部と前記所定の外径部とを鈍角にて連接したことが好ましい(請求項5)。これにより、径方向の部位の小径部と所定の外径部とは鈍角にて連接したことから、シリンダのカジリを防いでいる。   The piston that slides in the cylinder has an outer diameter portion with a predetermined outer diameter, and a small diameter portion is formed before and after a portion where a radial through hole is formed, and the small diameter portion and the predetermined outer diameter It is preferable that the part is connected at an obtuse angle. As a result, the small diameter portion and the predetermined outer diameter portion of the portion in the radial direction are connected at an obtuse angle, thus preventing galling of the cylinder.

前記吸入継手の吸入通路に、フィルタとその下流に逆止弁を配することが好ましい(請求項6)。これにより、吸入工程時における主に電磁プランジャ可動質で構成されるポンプ室内の流体が吸入通路から流出するのを防止される。   Preferably, a filter and a check valve are disposed downstream of the suction passage of the suction joint. This prevents the fluid in the pump chamber mainly composed of the electromagnetic plunger movable material during the suction process from flowing out of the suction passage.

以上のように、請求項1記載の発明によれば、吐出弁の下流側の背圧弁を持つことから、負荷背圧を背圧弁と吐出弁にて分けて負担し、背圧弁の弁体を軽く、そして弁座を硬質材料により作ることで、スプリングのバネ定数を吐出弁のスプリングよりも大きくし、前記吐出弁の弁体を軽く、そして弁座をゴムなどの弾性体により構成し、軽い弁体から、閉弁速度を高め、且つ弾性体の弁座から接触面圧を高め、閉弁時の逆流を防ぐことができる。   As described above, according to the first aspect of the present invention, since the back pressure valve on the downstream side of the discharge valve is provided, the load back pressure is divided between the back pressure valve and the discharge valve and the valve body of the back pressure valve is provided. It is light, and the valve seat is made of a hard material, so that the spring constant of the spring is made larger than that of the spring of the discharge valve, the valve body of the discharge valve is light, and the valve seat is made of an elastic body such as rubber. The valve closing speed can be increased from the valve body, and the contact surface pressure can be increased from the valve seat of the elastic body to prevent back flow when the valve is closed.

本発明の実施例にかかる縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view concerning the Example of this invention. 同上の中心部付近の断面図である。It is sectional drawing of the central part vicinity same as the above. 本発明のP−Q特線線図である。It is a PQ special line figure of the present invention. 本発明のT−Q特線線図である。It is a TQ special line figure of the present invention.

以下、この発明の実施の形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

図1、図2において、定容積電磁ポンプ1が示され、鉄などの磁性材で製造されたケース内にパルス電流が印加されるコイル3を備え、このコイル3は樹脂製のボビン4に電線が巻装されて構成され、ボビン4の中心を貫通して形成された貫通孔には、非磁性材の金属より成るガイドパイプ6が挿入され、それに連なる鉄などの磁性材より成るステータアッパ8とステータロア9とも、それぞれ上方及び下方から嵌挿されている。10はオーリングで、ガイドパイプ6とステータアッパ8とステータロア9との気密を図っている。11はオーリングで、取付板12との気密を図っている。   1 and 2, a constant volume electromagnetic pump 1 is shown, and a coil 3 to which a pulse current is applied is provided in a case made of a magnetic material such as iron. The coil 3 is connected to a resin bobbin 4 with an electric wire. A guide pipe 6 made of a nonmagnetic metal is inserted into a through hole formed through the center of the bobbin 4 and is connected to the stator upper 8 made of a magnetic material such as iron. And the stator lower 9 are respectively inserted from above and below. Reference numeral 10 denotes an O-ring for airtightness between the guide pipe 6, the stator upper 8 and the stator lower 9. Reference numeral 11 denotes an O-ring that is airtight with the mounting plate 12.

前記ステータロア9は、その中心軸方向に孔13が形成され、軸方向の中程に螺子部14を持っている。このステータロア9の孔13には、吸入継手17が挿入され、螺子部18が前記螺子部14に螺合して取付られ、オーリング19で気密が図られている。20は吸入継手17を固定するためのロックナットである。   The stator lower 9 is formed with a hole 13 in the central axial direction and has a screw portion 14 in the middle of the axial direction. A suction joint 17 is inserted into the hole 13 of the stator lower 9, a screw portion 18 is screwed onto the screw portion 14, and airtight is achieved by an O-ring 19. Reference numeral 20 denotes a lock nut for fixing the suction joint 17.

吸入継手17は、その軸方向に吸入通路16が形成され、この吸入通路16の上流側にストレーナ21、その下流に逆止弁22が設けられている。この逆止弁弁22は弁体23と弁座24とスプリング25とより成り、下記する閉止弁座27となる筒体内に収納されている。   The suction joint 17 has a suction passage 16 formed in the axial direction thereof, and a strainer 21 is provided upstream of the suction passage 16 and a check valve 22 is provided downstream thereof. This check valve valve 22 is composed of a valve body 23, a valve seat 24, and a spring 25, and is housed in a cylinder that becomes a closing valve seat 27 described below.

閉止弁座27は、前記吸入継手17の吸入通路16に圧入されて取付られており、中心に孔28を有し、下記する閉止弁48が着座するもので、着座されると孔28は閉じられる。この閉止弁座27は前記吸入継手17のステータロア9の螺合位置を変化させることで、その位置を(図では上下方向)を変えることができる。   The shut-off valve seat 27 is press-fitted and attached to the suction passage 16 of the suction joint 17 and has a hole 28 in the center, and a shut-off valve 48 described below is seated. When seated, the hole 28 is closed. It is done. The closing valve seat 27 can change its position (vertical direction in the figure) by changing the screwing position of the stator lower 9 of the suction joint 17.

シリンダ30は、円筒形の部材で、イオンの溶出が少ないポリエーテルケトン(PEEK)等より製造され、前記磁性材よりなるステータアッパ8の孔31内に嵌挿されている。シリンダ30とステータアアッパ8はオーリング33、33にて気密とピストンがシリンダ30に挿入時のひずみを与えずに挿入固定することができる。   The cylinder 30 is a cylindrical member, which is manufactured from polyetherketone (PEEK) or the like with little ion elution, and is inserted into the hole 31 of the stator upper 8 made of the magnetic material. The cylinder 30 and the stator upper 8 can be inserted and fixed with O-rings 33 and 33 without being airtight and without causing distortion when the piston is inserted into the cylinder 30.

ピストン35は、非磁性材の金属、例えばステンレス鋼で製造され、中心軸方向に貫通孔36を持つ円筒体で、前記シリンダ30に摺動自在に挿入され、その上流側端に固着の下記する電磁プランジャ43の往復動に従動される。このピストン35の下流側端に下記する吸入弁37が固設されている。   The piston 35 is made of a non-magnetic metal, for example, stainless steel, and is a cylindrical body having a through hole 36 in the central axis direction. The piston 35 is slidably inserted into the cylinder 30 and fixed to the upstream end thereof as described below. It is driven by the reciprocating motion of the electromagnetic plunger 43. A suction valve 37 described below is fixed to the downstream end of the piston 35.

またピストン35の中ほどで、前記貫通孔36と交わる径方向の径方向孔36aが穿設され、その径方向孔36aの周囲に他の部位の所定の外径部より小径の小径部42が形成され、その小径部42と前記所定の外径部とを鈍角(160度から165度)にて連接している。これにより、ステンレス鋼によりシリンダのカジリを改善するのに良好となる。   Further, in the middle of the piston 35, a radial radial hole 36a intersecting with the through hole 36 is formed, and a small diameter portion 42 having a smaller diameter than a predetermined outer diameter portion of another portion is formed around the radial hole 36a. The small diameter portion 42 and the predetermined outer diameter portion are connected at an obtuse angle (160 degrees to 165 degrees). Thereby, it becomes favorable to improve the galling of the cylinder by stainless steel.

今までは、流体の通路を構成する貫通孔36と連通の径方向孔36aが形成されると、加工による膨らみが生じることから、その部位よりも小径とすることが行われ、小径部と通常の径の部位との間に段差が生じている。このようなピストンに硬質めっきを施し、その後にセンタレス研磨すると、めっき時の段差へのめっき電流の集中によるノジュールの生成や、センタレス研磨による返りに段差が生じて、そのままの状態で使用すると、シリンダを損傷して吐出し量が低下することがあった。この返りは油砥石等を用いて除去していたが、作業が面倒な上に除去が不十分で耐久性に支障をきたしていた。これを解決するため、前述したように、小径部42と他の所定の部位との間を160〜165度の鈍角で連接するようにしている。   Until now, when the through-hole 36 composing the fluid passage and the radial hole 36a communicating with each other are formed, bulging due to processing occurs, so that the diameter is smaller than that part, and the small-diameter portion There is a step between the part of the diameter. When such a piston is hard plated and then centerless polished, nodules are generated due to the concentration of plating current on the level difference during plating, and there is a level difference in the return due to centerless polishing. The amount of discharge may be reduced due to damage. This return was removed using an oil grindstone or the like, but the work was cumbersome and the removal was insufficient, impeding durability. In order to solve this, as described above, the small-diameter portion 42 is connected to another predetermined portion at an obtuse angle of 160 to 165 degrees.

吸入弁37は、円錐弁で、弁体38と弁座39とより成り、弁体38は、その底面38aがポンプ室側に面し、頂部にロッド38bが設けられ、このロッド38bにスプリング受38cが取付られている。この弁体38は、前記スプリング受38cと前記弁座39との間に介在のスプリング40により、弁座39に着座されている。   The suction valve 37 is a conical valve and is composed of a valve body 38 and a valve seat 39. The valve body 38 has a bottom surface 38a facing the pump chamber side, and a rod 38b provided on the top, and a spring receiving member is provided on the rod 38b. 38c is attached. The valve body 38 is seated on the valve seat 39 by a spring 40 interposed between the spring receiver 38 c and the valve seat 39.

弁座39は、中心に弁孔41を持ち、前記ピストン35の下流側端に固設され、ポンプ室側が広く、反ポンプ室側が狭くなるような円錐面(弁孔41)となっている。この弁座39に前記弁体38が着座すると、その底面38aが前記弁座39のポンプ室側が面一となる。なお、この弁座39が圧入のため、前ピストン35の端部は膨らむが、予め他の部位よりも小径となっていて、膨らみを吸収し、往復動時にシリンダ30のカジリを防いでいる。   The valve seat 39 has a valve hole 41 in the center, is fixed to the downstream end of the piston 35, and has a conical surface (valve hole 41) that is wide on the pump chamber side and narrow on the counter pump chamber side. When the valve body 38 is seated on the valve seat 39, the bottom surface 38a thereof is flush with the pump chamber side of the valve seat 39. Since the valve seat 39 is press-fitted, the end of the front piston 35 swells, but has a smaller diameter in advance than other parts, absorbs the swell, and prevents squeezing of the cylinder 30 during reciprocation.

電磁プランジャ43は、鉄などの磁性材により作られ、上端に開口の嵌合孔46に前記ピストン35の下端が嵌挿され、前記ピストン35と一体化されている。そして、この電磁プランジャ43は前記ステータアッパ8と前記ステータロア9との間でガイドパイプ6で囲まれた電磁プランジャの駆動空間44内で往復動されるもので、その移動範囲(移動ストローク)は、上端では下記する弾性体ストッパ50、下端では前記閉止弁座27とでストローク量の規制を受けている。   The electromagnetic plunger 43 is made of a magnetic material such as iron, and the lower end of the piston 35 is fitted into the fitting hole 46 having an opening at the upper end, and is integrated with the piston 35. And this electromagnetic plunger 43 is reciprocated in the drive space 44 of the electromagnetic plunger enclosed by the guide pipe 6 between the said stator upper 8 and the said stator lower 9, The movement range (movement stroke) is as follows. The stroke amount is restricted by the elastic stopper 50 described below at the upper end and the closing valve seat 27 at the lower end.

この電磁プランジャ43は、その上端と前記シリンダ30の下端との間に戻しスプリング45が弾装され、この戻しスプリング45により、反シリンダ側へ押圧され、無通電時に該電磁プランジャ43の下端に設けられた閉止弁48が、前記閉止弁座27に着座し、弁孔28を閉じている。   A return spring 45 is elastically mounted between the upper end of the electromagnetic plunger 43 and the lower end of the cylinder 30. The return spring 45 is pressed toward the non-cylinder side and is provided at the lower end of the electromagnetic plunger 43 when no current is applied. The closed valve 48 is seated on the closing valve seat 27 and closes the valve hole 28.

弾性体ストッパ50は、ゴムなどの弾性材料から作られ、前記戻しスプリング45のリテーナ49を介在して前記ステータアッパ8及びシリンダ30の下端に取付られている。この弾性体ストッパ50には、前記電磁プランジャ43の上端が当接するが、この当接により、電磁プランジャ43から前記吸入弁37までの間の通路が閉塞空間となることから、ピストン35のストロークに影響を与えるために、電磁プランジャ43の上端の径方向に逃し通路52を形成している。   The elastic body stopper 50 is made of an elastic material such as rubber, and is attached to the lower end of the stator upper 8 and the cylinder 30 via the retainer 49 of the return spring 45. The elastic body stopper 50 comes into contact with the upper end of the electromagnetic plunger 43. By this contact, the passage from the electromagnetic plunger 43 to the suction valve 37 becomes a closed space. In order to influence, a relief passage 52 is formed in the radial direction at the upper end of the electromagnetic plunger 43.

ポンプ室53は、前記前記ステータアッパ8と、シリンダ30と、吸入弁37の弁体38、弁座39と、ピストン35と、下記する吐出弁57の弁体59と弁座60とより成り、このポンプ室35の容積変化により吸入弁37と吐出弁57とでポンプ作用が行われる。   The pump chamber 53 includes the stator upper 8, the cylinder 30, the valve body 38 of the intake valve 37, the valve seat 39, the piston 35, the valve body 59 of the discharge valve 57 and the valve seat 60 described below, A pumping action is performed by the suction valve 37 and the discharge valve 57 by the volume change of the pump chamber 35.

吐出継手55は、筒状体で、前記ステータアッパ8の上端にオーリング56を介在してカシメ止めされて取付られている。そして、その軸方向に吐出し通路54が形成されて、その吐出し通路54の上流側から吐出弁57と背圧弁58とが直列に設けられている。   The discharge joint 55 is a cylindrical body, and is attached to the upper end of the stator upper 8 by crimping with an O-ring 56 interposed therebetween. A discharge passage 54 is formed in the axial direction, and a discharge valve 57 and a back pressure valve 58 are provided in series from the upstream side of the discharge passage 54.

吐出弁57は、弁体59と、弁座60と、スプリング61とで構成され、下記する背圧弁座66内に設けられている、弁体59はポペット形で、プラスチック又はセラミックにより軽く作られ、その弁座60は中心に孔62を有しゴム等の弾性体で製造されていて、リップ63を持ち、接触面圧を高めている。   The discharge valve 57 includes a valve body 59, a valve seat 60, and a spring 61, and is provided in a back pressure valve seat 66 described below. The valve body 59 has a poppet shape and is made of plastic or ceramic lightly. The valve seat 60 has a hole 62 in the center and is made of an elastic material such as rubber, and has a lip 63 to increase the contact surface pressure.

背圧弁58は、弁体65と、弁座66と、スプリング67とで構成され、前述したように、吐出通路54に設けられている。弁体65は、球形で、プラスチック又はセラミックにより軽く作られ、その弁座66は金属等の硬質材料により作られていて、負荷背圧がかかっても変形しない対策がほどこされている。68はオーリングである。   The back pressure valve 58 includes a valve body 65, a valve seat 66, and a spring 67, and is provided in the discharge passage 54 as described above. The valve body 65 is spherical and is lightly made of plastic or ceramic. The valve seat 66 is made of a hard material such as metal, and measures are taken so as not to be deformed even when a load back pressure is applied. 68 is an O-ring.

前述のように、背圧弁58は吐出弁57と直列に接続されていて、負荷背圧で流体がポンプの内部に逆流して、吐出し量が低下することを防止する。実験手法を用いて検証した結果、背圧弁を装備しないで吐出弁のみで、その機能を兼ねた場合、負荷背圧0〜40kPaぐらいまでは、何とか5%ぐらいのP−Q特性を得ることができる。   As described above, the back pressure valve 58 is connected in series with the discharge valve 57 to prevent the fluid from flowing backward into the pump due to the load back pressure and reducing the discharge amount. As a result of verification using an experimental method, it is possible to obtain a PQ characteristic of about 5% up to a load back pressure of about 0 to 40 kPa when only a discharge valve is used without a back pressure valve, and the function is also achieved. it can.

しかし、それ以上の背圧域では、吐出し量が大きく低下してしまい、場合によっては、作動不安定や作動停止に至ることもあった。この現象は、ピストンの吸込み工程の始動時点で吐出弁が未だ閉弁に至っていないため、流体が瞬時に吸入弁の下流部(ポンプ室)に逆流して、吸入弁の上流側と下流側の流体の圧力が等しくなるため、弁のスプリングの力により吸入弁が閉止してしまうことになる。
この改良前特性が図3のP−Q特性線図(吐出し背圧−吐出し量特性)に点線で示されている。
However, in the back pressure region beyond that, the discharge amount is greatly reduced, and in some cases, the operation is unstable or the operation is stopped. This phenomenon is caused by the fact that the discharge valve has not yet closed at the start of the piston suction process, so that the fluid instantaneously flows back to the downstream portion (pump chamber) of the intake valve, and the upstream and downstream sides of the intake valve. Since the fluid pressures are equal, the suction valve is closed by the force of the valve spring.
This pre-improvement characteristic is indicated by a dotted line in the PQ characteristic diagram (discharge back pressure-discharge amount characteristic) of FIG.

このことから、解るように、当該定容積形電磁ポンプでは、背圧弁58は必要不可欠で、その閉弁速さは、可能な限り速くなくてはならない。また、背圧弁58は高圧の負荷背圧を受けるため、弁体65ならびに弁座66は負荷背圧による変形等が生じることのないように金属などの硬質材を使用すると共に、強固に製作することも必要である。これに対し、吐出弁57は、その弁座60が弾性体で作られ、接触面圧を高めているため、閉弁工程の逆流を少なく抑えられている。この改良後特性が図3のP−T特性線図に実線で示されている。   As can be seen from this, in the constant displacement electromagnetic pump, the back pressure valve 58 is indispensable, and the valve closing speed must be as fast as possible. In addition, since the back pressure valve 58 receives a high load back pressure, the valve body 65 and the valve seat 66 are made of a hard material such as metal so as not to be deformed by the load back pressure and are manufactured firmly. It is also necessary. On the other hand, since the valve seat 60 is made of an elastic body and the contact surface pressure of the discharge valve 57 is increased, the backflow in the valve closing process is reduced. This improved characteristic is shown by a solid line in the PT characteristic diagram of FIG.

また、流体の温度、周囲の温度からも、温度が高くなることで、弁座の粘性の低下から吐出し量が低下するか、吐出弁の弁座を弾性体で作り、接触面圧を高めることや、背圧弁を設けたことから、逆流を防いで図4にて示すようにT−Q特性線図(温度−吐出し量特性)の改善が図られる。   Also, the temperature rises from the temperature of the fluid and the surrounding temperature, so that the discharge volume decreases due to the decrease in the viscosity of the valve seat, or the valve seat of the discharge valve is made of an elastic body to increase the contact surface pressure. In addition, since the back pressure valve is provided, back flow is prevented and the TQ characteristic diagram (temperature-discharge amount characteristic) is improved as shown in FIG.

上述の構成において、電磁コイル3に例えば5Hzのパルス電流を流すと、オン時にコイル3が励磁され、ステータアッパ8、ステータロア9、電磁プランジャ43が磁化され、電磁プランジャ43が戻しスプリング45に対して上方へ動き、クッション50に当接し、上方動が止められる。この電磁プランジャ43の動きは、ピストン35に伝えられ、該ピストン35は上方へ従動し、ポンプ室53は、図1の状態からデットスペースが無きまで縮小される。これにより、ポンプ室35内圧が上昇し、圧力差から、吐出弁57を開いて流体が吐出通路54内に流出し、外部へ吐出しされる。   In the above configuration, when a pulse current of, for example, 5 Hz is passed through the electromagnetic coil 3, the coil 3 is excited when it is turned on, the stator upper 8, the stator lower 9, and the electromagnetic plunger 43 are magnetized, and the electromagnetic plunger 43 is moved against the return spring 45. It moves upward, abuts against the cushion 50, and the upward movement is stopped. The movement of the electromagnetic plunger 43 is transmitted to the piston 35, the piston 35 is driven upward, and the pump chamber 53 is reduced from the state shown in FIG. 1 to a dead space. As a result, the internal pressure of the pump chamber 35 rises, and from the pressure difference, the discharge valve 57 is opened and the fluid flows out into the discharge passage 54 and is discharged to the outside.

パルス電流がオフ時に、コイル3消励され、ステータアッパ8、ステータロア9、電磁プランジャ43が消磁され、電磁プランジャ43は、戻しスプリング45により下方へ動き、閉止弁48が弁座27に当接して停止される。その際に、ポンプ室53内の容積が拡大する。これにより、ポンプ室53内の圧力が低下し、圧力差から吸入弁37を開いて流体がプランジャ駆動空間44から吸入される。当然ながらプランジャ駆動空間44内の圧力も低下するため吸入通路16を介して外部から流体を吸入する。   When the pulse current is off, the coil 3 is de-energized, the stator upper 8, the stator lower 9, and the electromagnetic plunger 43 are demagnetized. The electromagnetic plunger 43 is moved downward by the return spring 45, and the closing valve 48 contacts the valve seat 27. Stopped. At that time, the volume in the pump chamber 53 increases. As a result, the pressure in the pump chamber 53 decreases, the suction valve 37 is opened from the pressure difference, and the fluid is sucked from the plunger drive space 44. Of course, the pressure in the plunger drive space 44 also decreases, so that fluid is sucked from the outside through the suction passage 16.

そして、パルス電流が再びオンとなると、電磁プランジャ43及びピストン35が上方へ動き、加圧作用が開始される。このような作用が繰り返され、ポンプ作用が行われ、所定のストロークを持って上下動されるため、定容量が吐出しされる。したがって例えば5Hzですと、ポンプ室53の底面積にストローク寸法と5回を乗じた毎分の吐出量が排出される。そして、コイル3へのパルス電流の周波数を変えることで、吐出量を直線的に変化させることができる。   When the pulse current is turned on again, the electromagnetic plunger 43 and the piston 35 move upward, and the pressurizing action is started. Such an action is repeated, a pump action is performed, and the constant volume is discharged because the pump is moved up and down with a predetermined stroke. Therefore, for example, at 5 Hz, a discharge amount per minute obtained by multiplying the bottom area of the pump chamber 53 by the stroke size and 5 times is discharged. And the discharge amount can be changed linearly by changing the frequency of the pulse current to the coil 3.

1 電磁ポンプ
2 コイル
8 ステータアッパ
9 ステータロア
16 吸入通路
17 吸入継手
21 ストレーナ
22 逆止弁
27 閉止弁座
30 シリンダ
37 吸入弁
43 電磁プランジャ
44 電磁プランジャの駆動空間
45 戻しスプリング
48 閉止弁
50 弾性体ストッパ
52 逃し通路
53 ポンプ室
54 吐出通路
55 吐出継手
57 吐出弁
58 背圧弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electromagnetic pump 2 Coil 8 Stator upper 9 Stator lower 16 Suction passage 17 Suction joint 21 Strainer 22 Check valve 27 Closure valve seat 30 Cylinder 37 Suction valve 43 Electromagnetic plunger 44 Electromagnetic plunger drive space 45 Return spring 48 Closure valve 50 Elastic body stopper 52 Relief passage 53 Pump chamber 54 Discharge passage 55 Discharge joint 57 Discharge valve 58 Back pressure valve

Claims (6)

吸入継手に設けられた吸入通路と吐出継手に設けられた吐出通路との間に設けられたシリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、このピストンに設けられた吸入弁と、この吸入弁に対し下流側にあって前記吐出継手に設けられた吐出弁と、前記ピストンの一端に固着の電磁プランジャと、この電磁プランジャを往復動させるコイルとを備え、前記吸入弁と前記吐出弁と前記シリンダと前記ピストンとで構成されるポンプ室を容積変化させてポンプ作用を行う電磁ポンプにおいて、前記吐出継手内の吐出通路に、前記吐出弁よりも下流に背圧弁を設けると共に、前記吐出弁にあって、その弁体をプラスチック又はセラミックにより、その弁座をゴム等の弾性体により作り、前記背圧弁にあって、その弁体をプラスチック又はセラミックにより、その弁座を金属等の硬質材料により作ることを特徴とする定容積形電磁ポンプ。   A cylinder provided between a suction passage provided in the suction joint and a discharge passage provided in the discharge joint, a piston reciprocating in the cylinder, a suction valve provided in the piston, and the suction valve A discharge valve provided on the discharge joint, an electromagnetic plunger fixed to one end of the piston, and a coil for reciprocating the electromagnetic plunger, the suction valve, the discharge valve, and the In an electromagnetic pump that performs pumping operation by changing the volume of a pump chamber composed of a cylinder and the piston, a back pressure valve is provided downstream of the discharge valve in the discharge passage in the discharge joint, and the discharge valve The valve body is made of plastic or ceramic, the valve seat is made of an elastic body such as rubber, and the valve body is made of plastic or ceramic in the back pressure valve. Accordingly, the constant-displacement electromagnetic pump, characterized in that to make the valve seat of a hard material such as a metal. 前記吐出弁をポペット弁とし、前記背圧弁をボール弁とすることを特徴とする請求項1記載の定容積形電磁ポンプ。   The constant displacement electromagnetic pump according to claim 1, wherein the discharge valve is a poppet valve, and the back pressure valve is a ball valve. 前記吐出弁の弁座には、リップ部を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の定容積形電磁ポンプ。   The constant displacement electromagnetic pump according to claim 1 or 2, wherein a lip portion is provided in a valve seat of the discharge valve. 前記ピストンの上死点位置を定めるための、弾性体で構成されるストッパに、前記電磁プランジャが当接することで生じる閉鎖空間を排除する逃し通路を電磁プランジャに形成したことを特徴とする請求項1記載の定容積形電磁ポンプ。   The electromagnetic plunger is provided with a relief passage that eliminates a closed space that is generated when the electromagnetic plunger comes into contact with a stopper that is made of an elastic body for determining the top dead center position of the piston. 1. The constant displacement electromagnetic pump according to 1. 前記シリンダ内を摺動する前記ピストンは所定の外径の外径部を持つが、径方向に径方向孔が形成される部位の軸方向前後を小径部に形成し、その小径部と前記所定の外径部とを鈍角にて連接したことを特徴とする請求項1記載の定容積形電磁ポンプ。
The piston that slides in the cylinder has an outer diameter portion having a predetermined outer diameter, and the axial front and rear of the portion where the radial hole is formed in the radial direction is formed as a small diameter portion, and the small diameter portion and the predetermined diameter The constant displacement electromagnetic pump according to claim 1, wherein the outer diameter portion of each is connected at an obtuse angle.
前記吸入継手の吸入通路に、フィルタとその下流に逆止弁を配したことを特徴とする定容積形電磁ポンプ。

A constant displacement electromagnetic pump characterized in that a filter and a check valve are arranged downstream of the suction passage of the suction joint.

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