JP2011106324A - Electromagnetic piston pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ピストンの往復動によって流体を吸入および吐出する電磁式ピストンポンプに関し、特に、ピストンを往復動可能に支持するバネとして円錐形コイルバネを用いるようにした電磁式ピストンポンプに関する。 The present invention relates to an electromagnetic piston pump that sucks and discharges fluid by reciprocating movement of a piston, and more particularly to an electromagnetic piston pump that uses a conical coil spring as a spring that reciprocally supports a piston.
ポンプとして、ピストンの往復動によって流体を吸入・吐出する電磁式ピストンポンプが知られている(例えば特許文献1参照)。このような電磁式ピストンポンプにおいては、シリンダ内に配設されたピストンにピストンロッドが連結されていて、このピストンロッドが、従来、円筒形コイルバネによってケーシングに対し軸方向に移動可能なように弾性支持されている。例えば可動線輪タイプのもので、ピストンロッドに設けられた電磁コイルとケーシング側に固定された永久磁石とからなるリニアモータによって、ピストンロッドを介してピストンを往復動させ、シリンダ内にピストンによって区画形成されるポンプ室の容積を変化させることで、ポンプ室内の流体を吐出している。 As a pump, an electromagnetic piston pump that sucks and discharges fluid by reciprocating movement of a piston is known (see, for example, Patent Document 1). In such an electromagnetic piston pump, a piston rod is connected to a piston disposed in a cylinder, and this piston rod is elastic so that it can be moved in the axial direction with respect to a casing by a cylindrical coil spring. It is supported. For example, it is of the movable wire ring type, and the piston is reciprocated through the piston rod by a linear motor consisting of an electromagnetic coil provided on the piston rod and a permanent magnet fixed on the casing side, and is partitioned by the piston in the cylinder. The fluid in the pump chamber is discharged by changing the volume of the formed pump chamber.
なお、特許文献1に示されるものは、大型の冷却機に係るものであるが、円筒形コイルバネが用いられている。
In addition, although what is shown by
前述のように、比較的大型の強力な吐出口を有する電磁式ピストンポンプが知られており、また一般に使用されているが、比較的小型の、いわばハンディ・タイプの電磁式ピストンポンプについては、手ごろなものがなく、その開発が望まれている。即ち、例えば親指大の程度で、小型の半導体電子機器の冷却に利用できるような電磁式ピストンポンプを安価に提供することが期待されている。なお、もちろん握り拳の大きさ程度まで適用できることは言うまでもない。 As described above, an electromagnetic piston pump having a relatively large and powerful discharge port is known and generally used. However, a relatively small, so-called handy type electromagnetic piston pump, There is nothing affordable and its development is desired. That is, for example, it is expected to provide an inexpensive electromagnetic piston pump that can be used for cooling a small semiconductor electronic device with a size of a thumb. Needless to say, it can be applied up to the size of a fist.
このためには、まず、所要の交番電圧を生成するための特別な電源手段を必要とせず、一般の商用電源の50Hzや60Hzの周波数の下で運転できるものであることが必要となる。このような電磁式ピストンポンプを提供するに当たっては、可動子に対して特別な給電手段を必要とせず、かつ固定子に商用電源の周波数の下で交番磁界を発生する励磁コイルを持つ、可動永久磁石型の電磁式ピストンポンプが考慮される。 For this purpose, first, it is necessary to be able to operate under a frequency of 50 Hz or 60 Hz of a general commercial power supply without requiring a special power supply means for generating a required alternating voltage. In providing such an electromagnetic piston pump, there is no need for special power supply means for the mover, and the stator has a movable permanent magnet having an exciting coil that generates an alternating magnetic field under the frequency of a commercial power source. A magnet-type electromagnetic piston pump is considered.
商用電源の周波数の下で励磁コイルが駆動されることから、永久磁石で構成される可動子は当該周波数に見合う周期で往復動される必要があり、ポンプを構成するピストンを含めた機械系の慣性の大きさを考慮しかつ振動周期をそれに見合うものとすることとなる。 Since the exciting coil is driven under the frequency of the commercial power supply, the mover composed of permanent magnets needs to be reciprocated at a period corresponding to the frequency, and the mechanical system including the piston constituting the pump The magnitude of inertia is taken into account and the vibration period is commensurate with it.
また、一方、振動するストロークは流体の吐出量に見合うものであることが必須の要件であって、当該ストロークの下で前記の機械系の振動周期を得ることが絶対要件となる。 On the other hand, it is an essential requirement that the oscillating stroke be commensurate with the amount of fluid discharged, and obtaining the vibration cycle of the mechanical system under the stroke is an absolute requirement.
また、ポンプを構成するピストンの往復動に応じて、流体供給源から吸入口よりポンプで吸入室に吸入された流体は、効果的に吐出口に吐出されることが強く望まれる。更に言えば、特に膨張行程の際に、吸入口から吸入室に吸入された流体がピストンの往復動に応じて、吸入口から流体供給源の側に非所望に逆流されることを可能な限り抑止することが必要となる。 Further, it is strongly desired that the fluid sucked into the suction chamber by the pump from the suction port from the fluid supply source in accordance with the reciprocation of the piston constituting the pump is effectively discharged to the discharge port. Furthermore, especially during the expansion stroke, as much as possible, the fluid sucked into the suction chamber from the suction port is undesirably reversed from the suction port toward the fluid supply source in accordance with the reciprocation of the piston. It is necessary to deter.
前述の特許文献1にも開示されているように、可動子を振動可能に支えるバネとしては、いわゆる円筒形コイルバネが用いられている。しかし、発明者の経験によれば、当該円筒形コイルバネの場合には、最圧縮された際のバネの圧縮方向での長さは非圧縮状態の下での例えば1/3程度となり、振動ストロークをより大きいものとしようとしても限界があるものとなる。また、円筒形コイルバネの場合には、圧縮に対応する反発力は、圧縮した長さに比例するものとなる。このために、圧縮の際に当該圧縮の途中から反発力が増大してゆき、かつバネの圧縮が解放される際の解放初期において強力な反発力を特別に発生させようとしても発生させることが期待できないことが判った。
As disclosed in
比較的小型の電磁式ピストンポンプにおいて、機械系の振動周期を商用電源の周波数に見合うものとし、振動ストロークを可能な限り大きくすることを期待し、更に、ポンプのピストンの膨張行程の際に、流体が蓄えられている吸入室内の流体が吸入口を介して逆流しないように当該吸入口をピストンの移動によって可能な限り急速に閉塞できるようにしようとするに当たっては、前記円筒形コイルバネに代わるバネ体を用いる必要があることが判明した。 In a relatively small electromagnetic piston pump, the vibration cycle of the mechanical system should be commensurate with the frequency of the commercial power supply, and the vibration stroke is expected to be as large as possible.Furthermore, during the expansion stroke of the pump piston, In order to close the suction port as quickly as possible by moving the piston so that the fluid in the suction chamber in which the fluid is stored does not flow back through the suction port, a spring instead of the cylindrical coil spring is used. It turns out that the body needs to be used.
更に言えば、電磁式ピストンポンプの弁の動きが、ポンプ内で流体が流動する状態に伴う増・減圧に大きく影響されることなく、自由にかつ迅速な動きとなるように工夫する必要があることが判明した。 Furthermore, it is necessary to devise so that the movement of the valve of the electromagnetic piston pump can be performed freely and quickly without being greatly influenced by the pressure increase / decrease associated with the fluid flow in the pump. It has been found.
上記特許文献1に開示される如き電磁式ピストンポンプでは、円筒形コイルバネの収納空間が形成され、円筒形コイルバネはハウジングの端面板とピストンの収納空間の底部に取り付けられる。しかし、このような電磁式ピストンポンプにおいては、ハウジングの端面板とピストンの外端面との間には、円筒形コイルバネが最も収縮した状態の長さである密着高さ(圧縮高さ)と、ピストンが往復動するストロークとを加えた距離を少なくとも確保する必要がある。また、ピストンの推力には、円筒形コイルバネの弾性力も加わって作用するものの、円筒形コイルバネの弾性力はバネの変位長に対してほぼ線形に比例するものとなる。そのため、ピストンが往復動する軸方向の距離を小さくして装置を小型化するに従ってストロークが小さくなることや、バネの圧縮が解放される解放初期において特に強力な反発力を得ることを期待しても期待できないものとなる。この結果、電磁式ピストンポンプを小型化するのに問題があった。
In the electromagnetic piston pump disclosed in
本発明は、電磁式ピストンポンプのピストン往復動の軸方向の長さを小さくすると共に、ピストンの推力およびピストンの往復動の軸方向にストロークを確保することができる電磁式ピストンポンプを提供することを目的とする。 The present invention provides an electromagnetic piston pump capable of reducing the axial length of piston reciprocation of an electromagnetic piston pump and ensuring a stroke in the axial direction of piston thrust and piston reciprocation. With the goal.
上記目的を達成するために、本発明の電磁式ピストンポンプは、流体が吸入される吸入口と、流体が吐出される吐出口とを有する中空筒状に形成されたケーシングと、ケーシング内に流体を吸入し、ケーシング外に吐出する吸入・排出弁付き中空状のピストンと、ピストンが一端に嵌着され、ピストンを往復動可能に支持する支軸と、支軸を挿通する支軸挿通孔が形成され、ケーシング内に設けられる磁性材料よりなるフランジと、励磁コイルを巻回され、ケーシング内に設けられたボビンと、支軸の他端に固着され、かつボビン内を往復動する永久磁石と、を有する電磁式ピストンポンプであって、フランジの一部として柱状に形成され、ボビンに巻回された励磁コイルが交番電流の供給を受けて、ボビンに交番磁界を発生させ、該交番磁界に応じて磁化されるフランジ凸部と、フランジの一部として盤状に、かつフランジ凸部と一体に形成され、フランジ凸部と共にフランジを構成し、ケーシング内に固着されるフランジベース部と、支軸によって貫通されて支えられ、永久磁石とフランジ凸部との間に介装される第1の円錐形コイルバネと、支軸によって貫通されて支えられ、ピストンとフランジベース部との間に介装される第2の円錐形コイルバネと、ピストンがフランジベース部に接触する前の位置にある状態でピストンに開口を閉塞され、ピストンが当該位置から離れて移動している途上の位置にある状態で開口されるように形成される前記吸入口と、ケーシング内に前記吸入口から流体を吸入する吸入室と、吐出口から流体を吐出するために、吸入室から流体を流入するポンプ室と、ポンプ室から流体が流通可能に連結され、ポンプ室から吐出されるように形成される前記吐出口と、ケーシング内の空間を吸入室とポンプ室とに2分せしめて、ケーシングの内壁を摺動する前記ピストンと、前記ピストンと支軸の一端とを連結するピストンシャフトと、前記ピストンの吸入室側に形成されるピストンボトム部と、前記ピストンのポンプ室側に形成されるピストンヘッド部と、ピストンボトム部の開口部とピストンヘッド部の開口部とを貫通するように形成される貫通孔と、盤状に形成され、かつピストンヘッド部側に配置され、固着される抑板と、抑板の中央に孔として形成される抑板孔と、抑板の貫通孔側の端面に、複数の突起として形成される突起部と、貫通孔の端部と抑板の突起部との間を移動自在となるようにピストンヘッド部内に収納される前記吸入・排出弁と、を有する。 In order to achieve the above object, an electromagnetic piston pump according to the present invention includes a hollow cylindrical casing having a suction port through which fluid is sucked and a discharge port through which fluid is discharged, and a fluid in the casing. A hollow piston with a suction / discharge valve that sucks in and discharges out of the casing, a support shaft that is fitted to one end of the piston so as to be able to reciprocate, and a support shaft insertion hole through which the support shaft is inserted. A flange made of a magnetic material formed in the casing, a bobbin wound with an exciting coil and provided in the casing, and a permanent magnet fixed to the other end of the support shaft and reciprocating in the bobbin The excitation piston, which is formed in a column shape as a part of the flange and is wound around the bobbin, is supplied with an alternating current to generate an alternating magnetic field on the bobbin. A flange projection magnetized in accordance with the flange base, and a flange base formed as a part of the flange and formed integrally with the flange projection, forming a flange together with the flange projection, and fixed in the casing; A first conical coil spring that is penetrated and supported by the support shaft and interposed between the permanent magnet and the flange convex portion, and supported by being penetrated by the support shaft and interposed between the piston and the flange base portion. The second conical coil spring to be mounted, and the piston in the position before the piston contacts the flange base, the piston is closed, and the piston is in a position where it is moving away from the position. The suction port formed so as to be opened at the inlet, the suction chamber for sucking fluid from the suction port into the casing, and the fluid flowing from the suction chamber in order to discharge the fluid from the discharge port The pump chamber, the fluid outlet from which the fluid flows from the pump chamber, the discharge port formed to be discharged from the pump chamber, and the space in the casing divided into a suction chamber and a pump chamber in two, Formed on the pump chamber side of the piston, the piston shaft connecting the piston and one end of the support shaft, the piston bottom portion formed on the suction chamber side of the piston, A piston head, a through-hole formed so as to pass through the opening of the piston bottom and the opening of the piston head, and a disk-shaped and disposed on the side of the piston head to be fixed. A plate, a suppressor hole formed as a hole in the center of the suppressor, a protrusion formed as a plurality of protrusions on the end surface on the through hole side of the suppressor, an end of the through hole, and a protrusion of the suppressor And move freely between The suction / discharge valve is accommodated in the piston head portion.
本発明の電磁式ピストンポンプによれば、円錐形コイルバネを用いることにより、円筒形コイルバネ等を用いる場合に比べてピストンの往復動の軸方向により小さい距離で必要なストロークを確保することができる。従って、電磁式ピストンポンプを小型化することができる。 According to the electromagnetic piston pump of the present invention, by using the conical coil spring, a necessary stroke can be ensured at a smaller distance in the axial direction of the reciprocating motion of the piston than when a cylindrical coil spring or the like is used. Therefore, the electromagnetic piston pump can be reduced in size.
また、ピストンの往復動の際に円錐形コイルバネがピストンの軸方向の移動に大きな推力を補助的に与えることができるため、ピストンが吸入口を急速に閉塞することができ、一旦吸入された流体が吸入口から流体供給源の側に逆流する時間を短くすることができる。これにより、流体が吸入口から逆流されることを抑えることができ、吸入および吐出効率に優れた電磁式ピストンポンプを実現することができる。 Further, since the conical coil spring can supplementarily apply a large thrust to the axial movement of the piston during the reciprocating motion of the piston, the piston can quickly close the suction port, and the fluid once sucked It is possible to shorten the time for the reverse flow from the suction port to the fluid supply source side. Thereby, it is possible to suppress the backflow of fluid from the suction port, and it is possible to realize an electromagnetic piston pump excellent in suction and discharge efficiency.
図1および図2は本発明の一実施態様による電磁式ピストンポンプ1の構成を示す縦断面図である。特に、図1には電磁式ピストンポンプ1の圧縮行程時における構成部品の配置を示し、図2には膨張行程時における構成部品の配置を示す。
1 and 2 are longitudinal sectional views showing the configuration of an
図1および図2に示す電磁式ピストンポンプ1は、小型化を図るために可動部に小型永久磁石を配置した可動磁石型に構成されている。当該電磁式ピストンポンプ1においては、例えば中空円筒状に形成されたケーシング3と、ケーシング3内にピストン12と、ボビン8に巻回した励磁コイル5と、ピストン12を支持する支軸9と、支軸9の一端に取り付けられた永久磁石7と、支軸9の他端にピストン12を駆動するために設けられたピストンシャフト10と、フランジ凸部61とフランジベース部62とからなる軟鉄製のフランジ6と、円錐形コイルバネ15、18とを有する。そして、ケーシング3に対応する蓋体19を有する。
The
上記ケーシング3内に、ピストン12、支軸9、フランジ6、円錐形コイルバネ15、永久磁石7、ボビン8が、各々、以下に示すように取り付けられる。
In the
ピストン12は、中空円筒状のケーシング3内に流体を吸入させ、ケーシング3外に流体を排出(吐出)させるため、ケーシング3内に摺動自在に嵌挿される。なお、ピストン12の詳細な説明については後述する。
The
支軸9は、例えば非磁性金属等からなり、支軸9の外径は、フランジ6に設けられた支軸挿通孔63の径よりもやや小さいものとされる。支軸9は、フランジベース部62およびフランジ凸部61の支軸挿通孔63に挿通され、円錐形コイルバネ15を介在させて永久磁石7を一端に固着される。支軸9の他端にはピストンシャフト10が略十字型に嵌合される。
The
永久磁石7は、例えば円筒状に形成され、例えば支軸9に固着された側をN極とした場合に、他側をS極に着磁される。
The
ピストン12が軸方向(図1および図2に示す1点鎖線T−T’の方向)に往復動可能となるように、ピストン12と、支軸9と、永久磁石7とが一体に移動可能なように、各々、ケーシング3内に同軸上に設けられ、円錐形コイルバネ15は、フランジ凸部61と永久磁石7との間に介装される。
The
フランジ凸部61は円柱状に形成され、フランジベース部62は円盤状に形成される。なお、フランジ6は、フランジ凸部61とフランジベース部62とが一体に形成されたものである。フランジ6は、例えば軟鉄からなり、励磁コイル5に導通される交番電流に応じてフランジ凸部61の端面にN極またはS極を交互に生成させる。言うまでもなく、フランジ凸部61に発生する磁極に応じて、この磁極と永久磁石7の磁極との方向が同極の場合には反発力が作用し、異極の場合には吸引力が作用する。
The flange
ボビン8は、中空円筒状の樹脂材料からなり、予め定めた巻き数の励磁コイル5が巻回される。励磁コイル5が巻回されたボビン8は、ケーシング3の中空円筒の内周面に固着される。なお、励磁コイル5には、交番電流が導通するように接続端子が設けられ、接続端子(図示せず)を介して商用電源からの50Hz又は60Hzの交番電流が供給される。ギャップ部14は、ボビン8と永久磁石7との間が所定の距離を隔てている空隙である。
The
上記ケーシング3内に、ピストン12とフランジベース部62との間に吸入室13が区画形成され、フランジ凸部61の凸方向が吸入室13と反対方向となるように、フランジ6が上記同軸上になるように嵌着される。ボビン8は、同軸上に、かつ、ボビン8の中空の内径より小さい外径のフランジ凸部61を被うようにケーシング3内に固着される。
A
円錐形コイルバネ15は、ピストン12と支軸9と永久磁石7とを一体として軸方向に往復動可能に弾性支持する弾性体である。円錐形コイルバネ15は、非磁性材料からなり、圧縮状態で各コイルバネが重ならないように各コイルバネの巻径と線径とで渦巻状でかつ全体が円錐形に形成されている。このため、円錐形コイルバネ15は、最圧縮状態の下で非磁化板として働く。即ち、円錐形コイルバネ15が最圧縮された場合の厚みが、永久磁石7とフランジ凸部61との間の間隙材として働き、磁力の強さを制御できることになる。
The
図4は、円錐形コイルバネ15の一例を示す図であり、特に、左図に円錐形コイルバネ15の円錐頂点側から見た上面図(黒塗り線で示す)示し、右図に円錐形コイルバネ15の側面図(白抜き線で示す)を示す。なお、図4では、説明を簡単にするために円錐形コイルバネ15の巻き数を少なくして示しており、実際には図示された巻き数よりも多い巻き数とされる。円錐形コイルバネ15の円錐頂点側である一端は永久磁石7に接するように支持され、円錐底辺側である他端は円錐形コイルバネ15の圧縮状態の下でフランジ凸部61に接触するようにされる。円錐形コイルバネ15は、その軸上に支軸9が挿通されて永久磁石7とフランジ凸部61との間に介装される。円錐形コイルバネ15は、図4に示すように、各コイルバネが重ならないようになっているため、最圧縮時に円錐形コイルバネ15自体の線径に相当する厚みにまで圧縮できる。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the
吸入口4は、流体供給源(図示せず)から電磁式ピストンポンプ1に吸入される流体をケーシング3内の吸入室13に通す管である。吸入口4は、ピストン12がフランジベース部62に接触する前の位置にある状態でピストン12により吸入口4の開口を閉塞され、ピストン12が当該位置から図示のT方向に移動している途上の位置にある状態で吸入口4が開口されるように形成される。
The suction port 4 is a pipe through which fluid sucked into the
吸入室13は、ケーシング3内にフランジベース部62の吸入口4側の端部とピストン12のピストンボトム部121との間に区画形成されるスペースである。吸入室13と吸入口4とは、流体が流通可能に連結されている。即ち、吸入室13に吸入された流体は、ピストン12が図2に示す位置から図1に示す位置に移動されることによって吸入口4から吸入される。そしてこの間に、ポンプ室17内の流体は、吐出口2から吐出される。
The
円錐形コイルバネ18は、ピストン12がフランジベース部62に衝突することを回避するための緩衝材として用いられる。円錐形コイルバネ18は、非磁性材料からなり、圧縮状態で各コイルバネが重ならないように各コイルバネの巻径と線径とで渦巻状でかつ全体が円錐形に形成されている。円錐形コイルバネ18の円錐底側の一端はフランジベース部62に固着され、他端は解放される。円錐形コイルバネ18は、ピストン12の膨張行程の際に、フランジベース部62とピストンシャフト10との間に図2に示すように挟まれて圧縮される。これにより、ピストン12とフランジベース部62との衝突を回避する。
The
ピストン12は、ケーシング3内に流体を吸入させ、ケーシング3外に流体を吐出させるため、ピストン12のボトム側に所定のボトムスペースを有するピストンボトム部121と、流体が吸入室13とポンプ室17との間を流入出する貫通孔122と、ピストン12のヘッド側に所定のスペースを有するピストンヘッド部123とからなる。なお、ピストン12のボトム側は、ケーシング3の軸方向に吸入室13側であり、ヘッド側はポンプ室17側である。
The
図3はピストン12の横断面を示す図であり、特に、図3(A)は図1に示す破線部P−P’の横断面、図3(B)は同様に破線部Q−Q’の横断面、図3(C)は同様に破線部R−R’の横断面を示す図である。
FIG. 3 is a view showing a transverse section of the
図3(A)に示すように、ピストンボトム部121がピストン12の外径よりも小さい口径で中空壷状に形成され、そのピストンボトム部121内にピストンシャフト10が固着される。ピストンシャフト10は、ピストン12と支軸9とを連結するための丸棒状の形状を有する部材である。ピストンシャフト10の丸棒状が支軸9の一端を貫通し、ピストン12のボトム方向を長手方向とするように当該支軸9の一端と略十字型を成して多少摺動可能に嵌合され、ピストンシャフト10の丸棒状の両端がピストンボトム部121に固着される。
As shown in FIG. 3A, the
図3(B)に示すように、貫通孔122は、ピストンボトム部121とピストンヘッド部123の中空壷状の開口部とを貫通するように、ピストンボトム部121の開口部の内径およびピストンヘッド部123の開口部の内径よりもいずれも小さい口径の円筒状の貫通孔として形成される。貫通孔122を挟んで、ピストンボトム部121側の端部は平面であり、一方、ピストンヘッド部123側の端部は中空円筒形状の凸状に形成される。
As shown in FIG. 3 (B), the through
ピストンヘッド部123は、ピストン12のヘッド側(ポンプ室17側)に中空壷状に形成される。図3(C)に示すように、ピストンヘッド部123は、中空壷状内に中空壷状内を塞ぐように抑板16が固着される。
The
抑板16は、同心円上の中央にピストン12の貫通孔122の口径と同程度の口径の抑板孔162を有し、貫通孔122の端部と対面する側に複数の突起部161を有する円盤状の部材である。抑板16は、ピストン12のピストンヘッド部123にあるスペース内に配置され、ピストン12に固着される。突起部161は、抑板16の貫通孔122側の端面に丸みを帯びて形成された突起であり、吸入・排出弁11の外径より小さい径の円周上に均等に配置される。前記複数の突起部161は、吸入・排出弁11が図2に示すように抑板16側に移動した際に、吸入・排出弁11が抑板16に密着しないようにするものである。
The
吸入・排出弁11は、円盤状の部材であり、この円盤状の外径は貫通孔122の口径よりも大きいものとされる。吸入・排出弁11は、貫通孔122の端部と抑板16に設けられている突起部161との間を移動自在となるようにピストンヘッド部123内に収納される。
The suction /
ポンプ室17は、ケーシング3内の吐出口2側の端部とピストン12のピストンヘッド部123との間に区画形成されるスペースである。ポンプ室17と吐出口2とは、流体が流通可能に連結されている。即ち、ポンプ室17に流入された流体は、ピストン12が図2に示す位置から図1に示す位置に移動されることによって吐出口2から吐出される。そしてこの間に、流体は吸入口4から吸入室13内に吸入される。
The
以下に、図1および図2に示す電磁式ピストンポンプ1のポンプ動作について説明する。図1が示す場合のピストン12が吐出口2の軸方向に移動する圧縮行程では、励磁コイル5に所定周期の半サイクルの交番電流が通電されることにより、この交番電流による磁界の極性に応じてフランジ凸部61がS極に磁化される。
The pump operation of the
即ち、図1に示す例のように、ボビン8の交番磁界によりフランジ凸部61がS極に磁化された場合に、磁化されたフランジ凸部61と永久磁石7との磁界により永久磁石7を図示右方向(図示T方向)に移動させる吸引力が発生する。図1に示すように、ピストン12は、この吸引力により永久磁石7が固着される支軸9と連動してポンプ室17を圧縮する軸方向(図示T方向)に移動する。なお、この方向の移動を復動とする。このピストン12の復動により、永久磁石7とフランジ凸部61との間の円錐形コイルバネ15は圧縮される。
That is, as in the example shown in FIG. 1, when the flange
この圧縮行程の期間において、ピストン12の移動(復動)と共に吸入室13の容積が増加する。吸入口4は、圧縮行程の期間の初期において開口され、吸入・排出弁11は貫通孔122の端部に密着する。ピストン12の圧縮方向の初期移動により吸入口4が開口されると、吸入口4から吸入室13に流体が吸入され、同時に貫通孔122の端部が吸入・排出弁11により塞がれたままの状態でポンプ室17の容積が減少するため、ポンプ室17の容積減少分に応じて流体がポンプ室17から吐出口2を介して吐出される。
During the compression stroke, the volume of the
次に、図2が示すようなピストン12の膨張行程では、励磁コイル5に所定周期の上記圧縮行程と異なる半サイクルの交番電流が通電されることにより、この交番電流による磁界の極性に応じてフランジ凸部61がN極に磁化される。
Next, in the expansion stroke of the
即ち、図2に示す例のように、ボビン8の交番磁界によりフランジ凸部61がN極に磁化された場合に、磁化されたフランジ凸部61と永久磁石7との磁界により反発力が発生する。ピストン12は、この反発力により永久磁石7が固着される支軸9と連動してポンプ室17を膨張する軸方向(図示T’方向)に移動する。なお、この方向の移動を往動とする。このピストン12の往動により、永久磁石7とフランジ凸部61との間の円錐形コイルバネ15に蓄えられた反発力が急速に解放され、円錐形コイルバネ15は急速に伸長される。この伸長により、永久磁石7が図示したT’方向に移動される速度を、より急速にする。
That is, as in the example shown in FIG. 2, when the flange
この膨張行程の期間において、ピストン12の移動(往動)と共にポンプ室17の容積が増加する。これにより、吸入・排出弁11は抑板16の突起部161に移動して接触する。この抑板16の突起部161により、吸入・排出弁11が抑板16の突起部161側に移動した場合でも、抑板16の突起部161と吸入・排出弁11との間に間隙ができるため、圧縮行程の初期において、吸入・排出弁11が非所望に抑板16に密着されて図示T’方向への移動が遅れてしまうことがなくなる。
During the expansion stroke, the volume of the
また、前述したように円錐形コイルバネ15の働きにより、ポンプ室17が膨張する膨張行程でのピストン12の速度をより大きな速度とすることができるため、ピストン12が吸入口4を急速に閉塞することができ、一旦吸入室13に吸入された流体が吸入口4から流体供給源(図示せず)の側に逆流する時間を短くすることができる。これにより、流体が吸入口4から逆流されることを抑えることができる。
Further, as described above, the action of the
ピストン12の膨張行程の終期において、ピストン12に固着されたピストンシャフト10の移動に応じて円錐形コイルバネ18が、図2に示すように、所定の圧縮距離まで圧縮される。なお、永久磁石7がケーシング3内の端部に衝突しないように所定の圧縮距離を定め、この所定の圧縮距離に基づいた円錐形コイルバネ18を用いる。この円錐形コイルバネ18は、緩衝材としての機能とともに圧縮状態の初期において円錐形コイルバネ18の復元力がピストン12に強く作用するため、ピストン12の圧縮行程の初期の動作をさらに急速に行わせる効果を有する。また、膨張行程の終期において、円錐形コイルバネ15は、図2に示すように、フランジ凸部61の端部と、最左端に移動した永久磁石7との間の拡大した距離の下で、実質上、非圧縮状態となって伸長している。
(全体の動作)
本願実施例に示す電磁式ピストンポンプ1は、上記構成により、ボビン8に交番電流を通電することにより、永久磁石7を往復動させ、ピストン12を往復動させる。前述したようにピストン12の膨張行程の初期において、円錐形コイルバネ15の圧縮からの伸長による弾性力を利用する。
At the end of the expansion stroke of the
(Overall operation)
The
円錐形コイルバネ15の場合には、円錐形コイルバネ15の圧縮距離L(m)とし、圧縮距離0(m)での弾性力f=0(N)とした場合に、円錐形コイルバネ15による圧縮時の弾性力f=fo(N)はほぼ圧縮距離Lの2乗に比例するものとなる。これにより、円錐形コイルバネ15が最大限に圧縮されたピストン12の膨張行程の初期では、フランジ凸部61による磁界と永久磁石7の磁界との反発力と共に円錐形コイルバネ15の弾性力fが働き、ピストン12を図2図示の左方向(図示T’方向)に移動させる際の加速度がきわめて大きくなる。従って、次のポンプ室17が膨張する膨張行程において、ピストン12により大きな速度を与えることができ、ピストン12が吸入口4を急速に閉塞することが可能となる。これにより、吸入室13の体積が減少することにともなって流体はポンプ室17側に移送され、吸入室13に一旦吸入された流体が吸入口4から逆流することを急速に抑え、流体を効率よくポンプ室17に送ることができる。また、円錐形コイルバネ15を用いることによって、例えば弾性体として円筒形コイルバネ等を用いる場合に比べて必要なストロークを大にすることができる。即ち、必要なストロークを確保するためのケーシング3内の軸方向の長さをより小さくすることができる。これにより、電磁式ピストンポンプ1の小型化が可能となる。
In the case of the
以上のように、電磁式ピストンポンプ1において、ケーシング3内に吸入される冷媒等の流体は、ピストン12の往復動によるポンプ作用により吸入口4からケーシング3内に流入し、吸入室13、ピストンボトム部121、貫通孔122、ピストンヘッド部123、ポンプ室17を経て、吐出口2から吐出される。
As described above, in the
以上説明したように、本発明の一実施態様の電磁式ピストンポンプ1によれば、円錐形コイルバネ15を用いることにより、円筒形コイルバネ等を用いる場合に比べて軸方向により小さい距離で必要なストロークを確保することができて、電磁式ピストンポンプ1を小型化することができる。また、本発明の場合には、円錐形コイルバネ15の働きによって、膨張行程においてピストン12が吸入口4を急速に閉塞することができることから、吸入口4から吸入室13に吸入された流体を効率よく吐出口2に送り出すことが可能になる。また、抑板16に突起部161が存在しているために、ピストン12の膨張行程から圧縮行程に変化する場合に、吸入・排出弁11が抑板16の側に吸着されて離れ難くならず、直ちに貫通孔122の端部に押し流されて吸着される。これにより、吸入・排出弁11は、圧縮行程の際に貫通孔122の端部を閉塞した状態で、ピストン12の復動によりポンプ室17の流体を吐出口2から吐出させることができる。
As described above, according to the
1 電磁式ピストンポンプ
2 吐出口
3 ケーシング
4 吸入口
5 励磁コイル
6 フランジ
7 永久磁石
8 ボビン
9 支軸
10 ピストンシャフト
11 吸入・排出弁
12 ピストン
13 吸入室
14 ギャップ部
15、18 円錐形コイルバネ
16 抑板
17 ポンプ室
19 蓋体
61 フランジ凸部
62 フランジベース部
63 支軸挿通孔
121 ピストンボトム部
122 貫通孔
123 ピストンヘッド部
161 突起部
162 抑板孔
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ケーシング(3)内に流体を吸入し、前記ケーシング(3)外に吐出する吸入・排出弁(11)付き中空状のピストン(12)と、
前記ピストン(12)が一端に嵌着され、前記ピストン(12)を往復動可能に支持する支軸(9)と、
前記支軸(9)を挿通する支軸挿通孔(63)が形成され、前記ケーシング(3)内に設けられる磁性材料よりなるフランジ(6)と、
励磁コイル(5)を巻回され、前記ケーシング(3)内に設けられたボビン(8)と、
前記支軸(9)の他端に固着され、かつ前記ボビン(8)内を往復動する永久磁石(7)と、を有する電磁式ピストンポンプ(1)であって、
前記フランジ(6)の一部として柱状に形成され、前記ボビン(8)に巻回された前記励磁コイル(5)が交番電流の供給を受けて、前記ボビン(8)に交番磁界を発生させ、該交番磁界に応じて磁化されるフランジ凸部(61)と、
前記フランジ(6)の一部として盤状に、かつ前記フランジ凸部(61)と一体に形成され、前記フランジ凸部(61)と共に前記フランジ(6)を構成し、前記ケーシング(3)内に固着されるフランジベース部(62)と、
前記支軸(9)によって貫通されて支えられ、前記永久磁石(7)と前記フランジ凸部(61)との間に介装される円錐形コイルバネ(15)と、
前記支軸(9)によって貫通されて支えられ、前記ピストン(12)と前記フランジベース部(62)との間に介装される円錐形コイルバネ(18)と、
前記ピストン(12)が前記フランジベース部(62)に接触する前の位置にある状態で前記ピストン(12)に開口を閉塞され、前記ピストン(12)が当該位置から離れて移動している途上の位置にある状態で開口されるように形成される前記吸入口(4)と、
前記ケーシング(3)内に前記吸入口(4)から流体を吸入する吸入室(13)と、
前記吐出口(2)から流体を吐出するために、前記吸入室(13)から流体を流入するポンプ室(17)と、
前記ポンプ室(17)から流体が流通可能に連結され、前記ポンプ室(17)から吐出されるように形成される前記吐出口(2)と、
前記ケーシング(3)内の空間を前記吸入室(13)と前記ポンプ室(17)とに2分せしめて、前記ケーシング(3)の内壁を摺動する前記ピストン(12)と、
前記ピストン(12)と前記支軸(9)の一端とを連結するピストンシャフト(10)と、
前記ピストン(12)の前記吸入室(13)側に形成されるピストンボトム部(121)と、
前記ピストン(12)の前記ポンプ室(17)側に形成されるピストンヘッド部(123)と、
前記ピストンボトム部(121)の開口部と前記ピストンヘッド部(123)の開口部とを貫通するように形成される貫通孔(122)と、
盤状に形成され、かつ前記ピストンヘッド部(123)側に配置され、固着される抑板(16)と、
前記抑板(16)の中央に孔として形成される抑板孔(162)と、
前記抑板(16)の前記貫通孔(122)側の端面に、複数の突起として形成される突起部(161)と、
前記貫通孔(122)の端部と前記抑板(16)の前記突起部(161)との間を移動自在となるように前記ピストンヘッド部(123)内に収納される前記吸入・排出弁(11)と、を有する
ことを特徴とする電磁式ピストンポンプ。 A casing (3) formed in a hollow cylinder having a suction port (4) through which fluid is sucked and a discharge port (2) through which fluid is discharged;
A hollow piston (12) with a suction / discharge valve (11) for sucking fluid into the casing (3) and discharging it out of the casing (3);
A support shaft (9) that is fitted to one end of the piston (12) and supports the piston (12) so as to be reciprocally movable;
A support shaft insertion hole (63) through which the support shaft (9) is inserted, and a flange (6) made of a magnetic material provided in the casing (3);
A bobbin (8) wound around an excitation coil (5) and provided in the casing (3);
An electromagnetic piston pump (1) having a permanent magnet (7) fixed to the other end of the support shaft (9) and reciprocating in the bobbin (8),
The exciting coil (5) formed in a columnar shape as a part of the flange (6) and wound around the bobbin (8) is supplied with an alternating current to generate an alternating magnetic field on the bobbin (8). A flange protrusion (61) magnetized in response to the alternating magnetic field;
As a part of the flange (6), it is formed in a disk shape and integrally with the flange convex part (61), and constitutes the flange (6) together with the flange convex part (61), inside the casing (3) A flange base portion (62) fixed to the
A conical coil spring (15) that is penetrated and supported by the support shaft (9) and interposed between the permanent magnet (7) and the flange protrusion (61);
A conical coil spring (18) that is penetrated and supported by the support shaft (9) and interposed between the piston (12) and the flange base portion (62);
While the piston (12) is in a position before coming into contact with the flange base portion (62), the opening is closed by the piston (12), and the piston (12) is moving away from the position. The inlet (4) formed to be opened in the state of
A suction chamber (13) for sucking fluid into the casing (3) from the suction port (4);
A pump chamber (17) for flowing fluid from the suction chamber (13) to discharge fluid from the discharge port (2);
The discharge port (2) formed so that fluid can be circulated from the pump chamber (17) and discharged from the pump chamber (17);
The piston (12) sliding on the inner wall of the casing (3) by dividing the space in the casing (3) into the suction chamber (13) and the pump chamber (17);
A piston shaft (10) connecting the piston (12) and one end of the support shaft (9);
A piston bottom portion (121) formed on the suction chamber (13) side of the piston (12);
A piston head portion (123) formed on the pump chamber (17) side of the piston (12);
A through hole (122) formed so as to penetrate the opening of the piston bottom part (121) and the opening of the piston head part (123);
A restraining plate (16) formed in a disk shape and disposed and fixed to the piston head portion (123) side;
A suppressor hole (162) formed as a hole in the center of the suppressor (16);
A protrusion (161) formed as a plurality of protrusions on an end surface of the suppressor (16) on the through hole (122) side;
The suction / discharge valve accommodated in the piston head part (123) so as to be movable between the end part of the through hole (122) and the protrusion part (161) of the restraining plate (16). (11) The electromagnetic piston pump characterized by having.
ことを特徴とする請求項1に記載の電磁式ピストンポンプ。 The electromagnetic piston pump according to claim 1, wherein the conical coil spring (15) is made of a nonmagnetic material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009261553A JP2011106324A (en) | 2009-11-17 | 2009-11-17 | Electromagnetic piston pump |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2018504546A (en) * | 2014-12-10 | 2018-02-15 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングRobert Bosch Gmbh | Piston pump having a piston with a molded piston front face |
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-
2009
- 2009-11-17 JP JP2009261553A patent/JP2011106324A/en not_active Withdrawn
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