JP2011117336A - ホール素子を用いたポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】往復運動するマグネットの磁力を検出するホール素子を用い、回路基板の制御によりポンプの運転状況を正確に把握する。
【解決手段】軸方向に着磁した円筒型マグネット３の貫通路３ａの両側にテーパ状に拡がる流体通路５ａ，６ａを形成し入口側に逆止弁７を設けた磁石可動体２と、磁石可動体をスライド可能に収容し磁石可動体の両側にスプリング８，８ａを配した上で、入口側に吸入ノズル１０を出口側に逆止弁１２付き吐出ノズル１１を取り付けて外周に２つの駆動コイル１３，１３ａを巻き、外側に２つの半月状に湾曲した外周磁性体１５，１５ａを挟着したシリンダ９と、シリンダと共にケース１７，１７ａに収納され両駆動コイルに対し同極が対向するように、且つ電流波形に電流が流れない区間を設けた交流を印加することで、磁石可動体を往復運動させ駆動状況をホール素子１４で検知する回路基板１６とからなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器の発熱部を冷却するために冷媒を循環させるポンプの動作を検出することができるホール素子を用いたポンプ装置に関する。

パーソナルコンピュータ、カーナビゲーション、プロジェクター等の発熱部を有する電子機器において、発熱部を冷却する手段として水冷方式を採用する場合、冷媒を循環させるために水冷モジュール用ポンプを利用する。

発熱体の温度が低いときにはポンプは停止しておくが、発熱体の温度が高くなったらポンプを起動して冷却しないと電子機器が故障するので、常にポンプの動作状況を検出し、正常に機能しているか把握する必要がある。

特許文献１に記載されているように、シリンダの周囲に可動子の往復運動を検出する空芯の検出コイルが電磁コイルと同軸状に嵌め込まれている電磁式ポンプの発明も公開されている。

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、可動子が上下フレーム体に閉止されたシリンダ部に収容されているため、可動子の近傍に磁気センサを配置できないという課題がある。

また、磁気センサ（ホール素子、磁気抵抗素子）や検出コイルは、２つの駆動コイルの間に隣接しているため、通常の交流電流を流す方法だけでは、マグネットが停止していても、駆動コイルから発生する磁界を拾って、誤った信号を出力する可能性がある。

そこで、本発明は、往復運動するマグネットの近傍で磁力を検出することができるホール素子を用い、回路基板の制御によりポンプの運転状況を正確に把握することができるポンプ装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明は、軸方向に着磁した円筒型マグネットの貫通路の両側にテーパ状に拡がる流体通路を形成し入口側に傘型逆止弁を設けた磁石可動体と、前記磁石可動体をスライド可能に収容し前記磁石可動体の両側に螺旋状のスプリングを配した上で入口側に吸入ノズルを出口側に傘型逆止弁付き吐出ノズルを取り付けて外周に第１駆動コイル及び第２駆動コイルを巻き外側に２つの半月状に湾曲した外周磁性体を挟着したシリンダと、前記シリンダと共にケースに収納され前記第１駆動コイルと前記第２駆動コイルに対し同極が対向するように且つ電流波形に電流が流れない区間を設けた交流を印加することで前記磁石可動体を往復運動させ駆動状況をホール素子で検知する回路基板とからなり、前記回路基板の制御により、前記駆動コイルに流す電流波形に電流が流れない区間を設け前記ホール素子から得られた電圧波形のうち当該区間のみを抽出し基準電圧以上を発振信号として出力しつつ、前記磁石可動体が前記吸入ノズル側に移動した際に流体を吸入し前記磁石可動体が前記吐出ノズル側に移動した際に流体を吐出することを特徴とするホール素子を用いたポンプ装置の構成とした。

本発明は、駆動コイルに流す電流波形に電流が流れない区間を設け、その区間だけを選択してホール素子で磁界を読み取るようにすることで、マグネットによる磁界のみを検出することができ、ピストンの動作を正確に把握することができる。

本発明であるホール素子を用いたポンプ装置の斜視図である。 本発明であるホール素子を用いたポンプ装置の断面図である。 本発明であるホール素子を用いたポンプ装置の分解図である。 本発明であるホール素子を用いたポンプ装置のポンプ部の分解図である。 本発明であるホール素子を用いたポンプ装置の動作を示す図である。 本発明であるホール素子を用いたポンプ装置の入力波形と出力信号を示す図である。 本発明であるホール素子を用いたポンプ装置の変形した入力波形を示す図である。 本発明であるホール素子を用いたポンプ装置の回路構成及び正常時の流れを示す図である。 本発明であるホール素子を用いたポンプ装置の回路構成及び異常時の流れを示す図である。

本発明であるホール素子を用いたポンプ装置１は、軸方向に着磁した円筒型マグネット３の貫通路３ａの両側にテーパ状に拡がる流体通路５ａ、６ａを形成し入口側に傘型逆止弁７を設けた磁石可動体２と、磁石可動体２をスライド可能に収容し磁石可動体２の両側に螺旋状のスプリング８、８ａを配した上で入口側に吸入ノズル１０を出口側に傘型逆止弁１２付き吐出ノズル１１を取り付けて外周に第１駆動コイル１３及び第２駆動コイル１３ａを巻き外側に２つの半月状に湾曲した外周磁性体１５、１５ａを挟着したシリンダ９と、シリンダ９と共にケース１７、１７ａに収納され第１駆動コイル１３と第２駆動コイル１３ａに対し同極が対向するように且つ電流波形に電流が流れない区間を設けた交流を印加することで磁石可動体２を往復運動させ駆動状況をホール素子１４で検知する回路基板１６とからなり、回路基板１６の制御により、駆動コイル１３、１３ａに流す電流波形に電流が流れない区間１９ｅを設けホール素子１４から得られた電圧波形のうち当該区間１９ｅのみを抽出し基準電圧１８ｈ以上を発振信号２０ｄとして出力しつつ、磁石可動体２が吸入ノズル１０側に移動した際に流体を吸入し磁石可動体２が吐出ノズル１１側に移動した際に流体を吐出することを特徴とする。

尚、回路基板を両面基板にすれば、ホール素子を磁石可動体に近い裏面に取り付けて、外周磁性体の切欠部から漏洩する前記磁石可動体の磁界を検出することができる。また、駆動コイルに流す電流波形は正弦波又は台形波に電流が流れない区間を設けた波形が好ましい。

図１は、本発明であるホール素子を用いたポンプ装置の斜視図である。

ポンプ装置１は、液体などの流体を吸入ノズル１０から吸い込み、吐出ノズル１１から吐き出す装置である。電子機器の発熱部を水冷する際に、冷却水などの冷媒を循環させるための圧力を得るものである。

ポンプ装置１は、吸入ノズル１０と吐出ノズル１１とを繋ぐシリンダ９がケース１７及びケース１７ａ内に収納されており、ケース１７とケース１７ａが吸入ノズル１０及び吐出ノズル１１を挟持する。

また、ケース１７及びケース１７ａ内には回路基板１６が収納されており、リード線１６ａ、１６ｂ、１６ｃを介して回路基板１６に電源を供給したり、シリンダ９内のポンプ機能の制御や稼働状況の把握を行ったりする。

図２は、本発明であるホール素子を用いたポンプ装置の断面図である。

ポンプ装置１は、磁石可動体２と、吸入側のスプリング８、吐出側のスプリング８ａと、シリンダ９と、吸入ノズル１０と、吐出ノズル１１と、回路基板１６と、ケース１７、１７ａ等からなる。

尚、スプリング８と磁石可動体２とスプリング８ａはシリンダ９内に収容され、吸入ノズル１０と吐出ノズル１１はシリンダ９の両端に嵌入され、シリンダ９と回路基板１６はケース１７及びケース１７ａ内に収納される。

磁石可動体２は、マグネット３と、吸入側のマグネットヨーク５と、吐出側のマグネットヨーク６等からなる。尚、マグネット３の貫通路３ａには内パイプ４が挿通され、さらにマグネット３は外パイプ４ａ内に挿通される。

マグネットヨーク５は、マグネット３の吸入側の端面に取り付けられ、テーパ状に拡がる流体通路５ａの狭い側が貫通路３ａの吸入側と繋がる。尚、流体通路５ａの広い側には逆止弁７を保持する弁ホルダ７ａが設けられる。

また、マグネットヨーク６も同様に、マグネット３の吐出側の端面に取り付けられ、テーパ状に拡がる流体通路６ａの狭い側が貫通路３ａの吐出側と繋がる。尚、流体通路６ａの広い側には特に何も設ける必要はない。

スプリング８は磁石可動体２と吸入ノズル１０の間、スプリング８ａは磁石可動体２と吐出ノズル１１の間にあり、磁石可動体２がシリンダ９内において略中心の位置となるように支持する。

シリンダ９の外周には、吸入ノズル１０側寄りに第１駆動コイル１３が巻かれ、吐出ノズル１１側寄りに第２駆動コイル１３ａが巻かれ、第１駆動コイル１３と第２駆動コイル１３ａの間にはホール素子１４を組み込むための隙間を確保する。

さらに、第１駆動コイル１３と第２駆動コイル１３ａを覆うように、円筒を半分に割ったような半月状に湾曲する形状の外周磁性体１５と外周磁性体１５ａがケース１７とケース１７ａと共に被さる。

吸入ノズル１０は、広い側をシリンダ９内に嵌め込み、ケース１７とケース１７ａで抜けないように挟み込む。尚、嵌入部の外周に巻いたＯリング１０ａでシリンダ９との間をシールする。尚、吸入ノズル１０の内部には特に何も設ける必要はない。

吐出ノズル１１は、広い側をシリンダ９内に嵌め込み、ケース１７とケース１７ａで抜けないように挟み込む。尚、嵌入部の外周に巻いたＯリング１１ａでシリンダ９との間をシールする。尚、内部に逆止弁１２を保持する弁ホルダ１２ａを設ける。

逆止弁７と逆止弁１２は同じ部材を使用することができ、また、それらの位置関係は、弁としての機能を発揮できれば、逆止弁７を吸入ノズル１０の内部に設け、逆止弁１２をマグネットヨーク６の流体通路６ａの広い側に設けても構わない。

ただし、弁の向きは変わらないことから、吸入ノズル１０やマグネットヨーク６に収まるように弁ホルダ７ａの形状を変更する必要があり、また、逆止弁７又は逆止弁１２の開閉がスプリング８やスプリング８ａに接触するなどして拘束される可能性がある。

流体は、吸入ノズル１０から入り、スプリング８の中央を通り、逆止弁７を一方通行し、流体通路５ａと貫通路３ａと流体通路６ａを通過し、スプリング８ａの中央を通り、逆止弁１２を一方通行し、吐出ノズル１１から出る。

回路基板１６は、第１駆動コイル１３と第２駆動コイル１３ａに電流を流したり、ホール素子１４から信号を取得したり、様々な制御を行う。尚、リード線１６ａは電源供給、リード線１６ｂは接地（グランド、アース）、リード線１６ｃは信号出力に用いる。

ケース１７及びケース１７ａは、ポンプ機能を有するシリンダ９とポンプ機能を制御する回路基板１６を、細長い箱状の小型容器に一体的に収めることで、効率化及び省スペース化を実現する。

図３は、本発明であるホール素子を用いたポンプ装置の分解図である。

ポンプ装置１は、上側のケース１７と下側のケース１７ａを外すことができる。尚、ケース１７の内側には上側の外周磁性体１５が嵌め込まれており、ケース１７ａの内側には下側の外周磁性体１５ａが嵌め込まれており、共に取り外すことができる。

ケース１７及びケース１７ａは、エンジニアリングプラスチック等の樹脂を成形した容器であり、シリンダ収容部１７ｂ、基板収容部１７ｆ、ノズル収容部１７ｇ、ノズル収容部１７ｈ等からなる。

シリンダ収容部１７ｂには外周磁性体１５又は外周磁性体１５ａが装着され、シリンダ９を収めることができる。天井面又は底面には貫通部１７ｃが空けられ、側縁の中央には半円突起１７ｄ又は半円突起１７ｅが形成される。

基板収容部１７ｆには回路基板１６を収めることができ、端側のノズル収容部１７ｇは吸入ノズル１０を固定することができ、逆端側のノズル収容部１７ｈは吐出ノズル１１を固定することができる。

外周磁性体１５及び外周磁性体１５ａは、金属板などを円筒状又は半月状に湾曲させた磁性体であり、磁界が他の部品に影響を及ぼさないように、磁束の通り道を作る目的で使用される。

尚、外周磁性体１５が円筒状であると着脱時にコイル線を傷付ける可能性があるため、円筒を半分に割った形状の外周磁性体１５と外周磁性体１５ａとでシリンダ９を覆うようにし、取付けを容易にする。

外周磁性体１５と外周磁性体１５ａが合わさる部分の中央にはそれぞれ半円状の切欠部１５ｂが設けられ、端側にも端切欠部１５ｃが設けられる。ケース１７又はケース１７ａのシリンダ収容部１７ｂに収める際に凹凸等の形状に合わせるためである。

また、切欠部１５ｂは、ホール素子１４への磁界の通路となる。そのため、切欠部１５ｂが無いと、外周磁性体１５と外周磁性体１５ａによって、磁界の進路を閉ざされてしまう。

外周磁性体１５又は外周磁性体１５ａの切欠部１５ｂは、ケース１７又はケース１７ａの半円突起１７ｄ又は半円突起１７ｅに嵌合し、外周磁性体１５又は外周磁性体１５ａが外れないように留められる。

尚、回路基板１６側の半円突起１７ｅについては、上下それぞれ半円状の溝が形成されており、ケース１７とケース１７ａを合わせた際にシリンダ収容部１７ｂと基板収容部１７ｆとを繋ぐ貫通孔となる。

また、外周磁性体１５と外周磁性体１５ａにより円筒状に確保された収容スペースからはポンプ部１ａを取り出すことができ、上側のケース１７と下側のケース１７ａにより保持された回路基板１６も取り出すことができる。

ポンプ部１ａは、内部にポンプ機能を備えたシリンダ９の一端に吸入ノズル１０を取り付け、他端に吐出ノズル１１を取り付け、外周上に第１駆動コイル１３と第２駆動コイル１３ａを巻いて回路基板１６に配線したものである。

シリンダ９は、非磁性体の細長い円筒状の管であり、中空な内部で磁石可動体２をピストンとして往復運動させることにより、一端の吸入ノズル１０から吸い込んだ流体を他端の吐出ノズル１１から吐き出すことができる。

シリンダ９の外周に巻かれる第１駆動コイル１３と第２駆動コイル１３ａは、シリンダ９内の磁石可動体２を往復させるために用い、各コイルの終端は回路基板１６のパターンランドに半田付けによりに接続される。

回路基板１６は、集積回路などの半導体部品を取り付けて配線することで電気回路が組み込まれた板であり、磁石可動体２を往復運動させたり、磁石可動体２の運動状況を確認したりする。

ポンプ装置１の高さ（厚み）は、ノート型コンピュータの場合、１４ｍｍ以下が望ましいが、あまり薄くし過ぎると流路内径が小さくなり、所望の流量を得られなくなる可能性がある。

そこで、可能な限り流路内径を大きくするため、ポンプ機能を組み込んだ状態の外周磁性体１５と外周磁性体１５ａを合わせたときの円筒の径が、ポンプ装置１の高さにおける最大寸法となるようにする。

即ち、ケース１７とケース１７ａにおいて最大寸法となる部分を切り抜いて貫通部１７ｃとし、外周磁性体１５及び外周磁性体１５ａを内側に嵌め込んだ際に、外周磁性体１５と外周磁性体１５ａの最大寸法となる部分を貫通部１７ｃから外側に貫通させる。

図４は、本発明であるホール素子を用いたポンプ装置のポンプ部の分解図である。

ケース１７及びケース１７ａによる押さえから解除することで、シリンダ９から吸入ノズル１０と吐出ノズル１１を取り外すことができる。また、シリンダ９の外周に巻かれている第１駆動コイル１３と第２駆動コイル１３ａも取り外すことができる。

第１駆動コイル１３及び第２駆動コイル１３ａは、導線を円筒形に巻いたもので、第１駆動コイル１３と第２駆動コイル１３ａとは電流が逆方向に流れるように線を巻き、対向する側が同極となるようにする。

第１駆動コイル１３及び第２駆動コイル１３ａは回路基板１６に配線されており、回路基板１６の表面には各種ＩＣ（集積回路）が配置され、裏面にはホール素子１４が取り付けられる。

ホール素子１４は、半導体素子を用いて磁界の強さに比例した電圧を読み取ることができるセンサである。また、磁気抵抗素子は、磁界の強さに比例した抵抗値を出力する素子であり、電流の流れていない時間を設定することで、同様の効果を得ることができる。

ホール素子１４は外周磁性体１５及び外周磁性体１５ａの外側にあるので、切欠部１５ｂの近傍にあることが必要である。そのため、回路基板１６の表面でなく裏面に取り付けることが望ましい。尚、フレキシブルプリント基板を用いて第１駆動コイル１３と第２駆動コイル１３ａの間にホール素子１４を配置しても良い。

シリンダ９内には、スプリング８、磁石可動体２、スプリング８ａが収められ、一端は吸入ノズル１０で押さえられ、他端は弁ホルダ１２ａの付いた吐出ノズル１１で押さえられる。

吸入ノズル１０及び吐出ノズル１１には、シリンダ９と接する部分に環状のＯリング１０ａ及びＯリング１１ａが取り付けられており、ノズル口以外から流体が漏れないように封止される。

吸入ノズル１０と吐出ノズル１１を取り外すと、シリンダ９内からスプリング８とスプリング８ａに挟まれた磁石可動体２を取り出すことができる。磁石可動体２は、円筒状でシリンダ９内を往復運動することが可能である。

スプリング８又はスプリング８ａは、金属線などを螺旋状に巻いたコイルばねであり、両側から磁石可動体２を中心位置に保持すると共に、振動による衝撃を緩和して磁石可動体２が吸入ノズル１０又は吐出ノズル１１へ激突するのを防止する。

吐出ノズル１１のスプリング８ａ側には傘型の逆止弁１２が嵌入されており、吐出ノズル１１から逆止弁１２を保持する弁ホルダ１２ａを取り外すことができる。逆止弁１２の開閉によりノズル口からの逆流を防止する。

磁石可動体２は、外パイプ４ａと内パイプ４の間に収容したマグネット３の両側を、マグネットヨーク５とマグネットヨーク６で挟み、マグネットヨーク５に弁ホルダ７ａを嵌め込んだピストン部材である。

マグネット３の内パイプ４が挿通された貫通路３ａは、一端が流体通路５ａ、他端が流体通路６ａに連通するが、流体通路５ａ及び流体通路６ａを中心側から外側にテーパ状に拡張することで、流体を流れやすくする。

マグネットヨーク５及びマグネットヨーク６は、マグネット３の吸着力を強くするために用いる金属などの磁性体であり、マグネット３との接合部は内パイプ４や外パイプ４ａの形状に合わせて凹凸を設ける。

尚、マグネット３のＮ極から出た磁力線は、マグネットヨーク５又はマグネットヨーク６から第１駆動コイル１３又は第２駆動コイル１３ａを横切り、外周磁性体１５又は外周磁性体１５ａを介して逆側へ向かい、同様にしてマグネット３のＳ極に戻る。

マグネットヨーク５のスプリング８側には傘型の逆止弁７が嵌入されており、マグネットヨーク５から逆止弁７を保持する弁ホルダ７ａを取り外すことができる。逆止弁７の開閉により磁石可動体２からの逆流を防止する。

逆止弁７と逆止弁１２は同じものを使用することができ、マグネットヨーク５と吐出ノズル１１には、同じ収容スペースを形成しておく。尚、マグネットヨーク６と吸入ノズル１０にも、逆止弁は付けないが、同じ部材を用いることは可能である。

逆止弁７及び逆止弁１２としては、ポンプ装置１の形状が円柱状であることから、作製しやすい傘型のものを用いるが、ボール弁とバネを組み合わせたものなど様々なタイプのものを用いることができる。

マグネット３には、内周に管状の内パイプ４を内接させ、外周に管状の外パイプ４ａを外接させる。即ち、マグネット３は外パイプ４ａと内パイプ４の間に存在し、貫通路３ａは内パイプ４の内側となる。

内パイプ４は外径がマグネット３の内径と同じ非磁性金属体の管を用い、外パイプ４ａは内径がマグネット３の外径と同じ非磁性金属体の管を用いるが、マグネット３の内周及び外周を樹脂材料で覆う方法でも良い。

マグネット３は、軸方向に着磁した円筒型の永久磁石であり、吸入側がＮ極で吐出側がＳ極、又は、吸入側がＳ極で吐出側がＮ極となる。第１駆動コイル１３又は第２駆動コイル１３ａに生じた電磁力に対し、吸引又は反発する。

流体は貫通路３ａを通過するが、シリンダ９と磁石可動体２の間に浸入する場合もある。マグネット３には錆防止のためにニッケルメッキを施しているが、信頼性が不十分なため内パイプ４及び外パイプ４ａでマグネット３を流体から保護する。

また、内パイプ４及び外パイプ４ａの長さをマグネット３より長くすることで、内パイプ４は貫通路３ａを流体通路５ａ又は流体通路６ａに繋ぎやすくしており、外パイプ４ａはマグネットヨーク５又はマグネットヨーク６に接合しやすくする。

図５は、本発明であるホール素子を用いたポンプ装置の動作を示す図である。尚、マグネット３は、吸入側がＮ極、吐出側がＳ極となるように設置した。

ポンプ装置１は、吸入ノズル１０にゴムチューブを用いて流体を貯留するタンク等に接続し、吐出ノズル１１にゴムチューブを用いて発熱体を冷却する装置等に接続して、循環経路中に設置する。その上で、循環経路は、流体を充填した状態にする。

まず、図の上段に示すように、第１駆動コイル１３の吸入側がＳ極、吐出側がＮ極、第２駆動コイル１３ａの吸入側がＮ極、吐出側がＳ極となるように電流を流し、第１駆動コイル１３と第２駆動コイル１３ａがお互いに隣接する側が同極となるようにする。

尚、第１駆動コイル１３と第２駆動コイル１３ａは、電流を流す方向を逆向きにすることにより向かい合うコイルの端面同士が同極となるように配置する。

略中心に保持されていた磁石可動体２には、マグネット３のＮ極が第１駆動コイル１３及び第２駆動コイル１３ａのＮ極と反発し、マグネット３のＳ極が第１駆動コイル１３及び第２駆動コイル１３ａのＮ極に吸引されることで、吸入側に移動する力が働く。

スプリング８は押し縮められ、吸入側の流体の圧力により逆止弁７が開いて、流体が流体通路５ａ、貫通路３ａ、流体通路６ａに流れ込む。また、磁石可動体２内は負圧により逆止弁１２を閉じて流体が逆流するのを防ぐ。

次に、図の下段に示すように、第１駆動コイル１３の吸入側がＮ極、吐出側がＳ極、第２駆動コイル１３ａの吸入側がＳ極、吐出側がＮ極となるように電流を流し、同様に対向する側を同極にする。

磁石可動体２は、スプリング８の復元力に加え、マグネット３のＳ極が第１駆動コイル１３及び第２駆動コイル１３ａのＳ極と反発し、マグネット３のＮ極が第１駆動コイル１３及び第２駆動コイル１３ａのＳ極に吸引されることで、吸入側に移動する。

スプリング８ａは押し縮められ、磁石可動体２内の流体の圧力により逆止弁１２が開いて、流体が吐出ノズル１１に流れ込む。また、吸入側は負圧により逆止弁７を閉じて流体が逆流するのを防ぐ。

交流の波形に応じて第１駆動コイル１３及び第２駆動コイル１３ａに流れる電流の向きを切り替え、生じる磁極を周期的に変化させることで、流体の吸入と吐出を繰り返すことができる。

図６は、本発明であるホール素子を用いたポンプ装置の入力波形と出力信号を示す図である。図７は、本発明であるホール素子を用いたポンプ装置の変形した入力波形を示す図である。

回路基板１６に対しリード線１６ａから直流電圧１８ｇを供給することで、交流を発生させることができる。交流電圧１９の波形は、方形波だと騒音や振動が大きくなるので、正弦波形１９ａ又は台形波形１９ｂが好ましい。

交流電圧１９を第１駆動コイル１３及び第２駆動コイル１３ａに印加すると、磁石可動体２が往復運動するので、磁石可動体２の振動による磁界の変化をホール素子１４で読み取り、回路基板１６で制御することにより、最終的に発振信号２０ｄを生成する。

発振信号２０ｄは、リード線１６ｃを介して出力される。正常時には、磁石可動体２の往復運動に同期した発振周波数を出力し、異常時には、磁石可動体２が動かないので一定の直流信号（Ｌｏｗ信号又はＨｉｇｈ信号）を出力する。

しかし、実際には、ピストンが停止した異常時であっても第１駆動コイル１３又は第２駆動コイル１３ａから発生した磁界をホール素子１４が拾ってしまい、異常であることを検出できないことがある。

そこで、交流電圧１９には、プラスからマイナスに切り替わる際に、意図的に０Ｖ区間１９ｅを発生させ、一時的に第１駆動コイル１３及び第２駆動コイル１３ａに電流が流れないようにする。

即ち、０Ｖ区間１９ｅにおいて、ホール素子１４は、磁石可動体２の振動による磁界の変化のみを取得することができる。尚、本発明では、０Ｖ区間１９ｅを設けた変形正弦波形１９ｃ又は変形台形波形１９ｄを利用する。

図８は、本発明であるホール素子を用いたポンプ装置の回路構成及び正常時の流れを示す図である。図９は、本発明であるホール素子を用いたポンプ装置の回路構成及びピストンが動かない異常時の流れを示す図である。

回路基板１６には、ホール素子１４が取り付けられ、さらに、発振手段１８、取出手段１８ａ、増幅手段１８ｂ、フィルタ回路１８ｃ、選択回路１８ｄ、比較器１８ｅ、及び出力手段１８ｆ等が備わる。

省電力化のため回路基板１６に直流電圧１８ｇを印加し、発振手段１８により交流を発生させる。尚、電子機器に搭載するには低振動が要求されるため、交流電圧１９の波形は変形正弦波形１９ｃ又は変形台形波形１９ｄとする。

発振手段１８としては、各種様々な方法があるが、シンプルで低周波数駆動（〜３０Ｈｚ）とするには、移相型発振回路により構成するのが好ましい。尚、移相型発振回路は、１８０°位相差の信号を反転増幅回路に帰還することで発振する回路である。

また、反転増幅回路は、トランジスタに代表される増幅素子を用いた回路であり、帰還回路は、抵抗器とコンデンサで構成されるＲＣ回路や、コイルとコンデンサで構成されるＬＣ回路などの多段フィルタで実現することができる。

発生させた交流電圧１９に対し、取出手段１８ａで波形選択用の取出波形１９ｆを生成すると共に、増幅手段１８ｂでパワー不足を補うために電力増幅を行い増幅波形１９ｇにする。

取出手段１８ａは、変形正弦波形１９ｃ又は変形台形波形１９ｄにおいて、電流が流れていない（０Ｖ）部分だけを取り出す。尚、取出波形１９ｆは、選択回路１８ｄにおいて利用する。

増幅手段１８ｂは、Ｈブリッジにより構成する。Ｈブリッジは、トランジスタに代表される増幅素子を４個配し、襷掛け状に対向する２素子対を交互にスイッチングすることで、全波駆動することができる。

回路基板１６から第１駆動コイル１３及び第２駆動コイル１３ａに交流を流し、磁石可動体２を振動１８ｉさせる。周期的に電流の大きさと向きを変えることで磁石可動体２が往復運動する。

そして、ホール素子１４で磁石可動体２の振動１８ｉを検出する。振動１８ｉによる磁束の変化を読み取るが、第１駆動コイル１３及び第２駆動コイル１３ａの磁界の影響も受けてしまう。

ホール素子１４で取得した信号の電圧波形２０はノイズが乗っているため、そのままであるとノイズも判別して正常な出力を得ることができない。そこで、当該信号をフィルタ回路１８ｃに通し、ノイズを除去する。

フィルタ回路１８ｃによりノイズ除去波形２０ａにした信号を取出波形１９ｆと共に選択回路１８ｄに通し、当該信号のうち、取出波形１９ｆがＨｉｇｈ区間、即ち、交流電圧１９の０Ｖ区間１９ｅだけを選択し、その他の部分はカットする。

０Ｖ区間１９ｅは、第１駆動コイル１３及び第２駆動コイル１３ａに電流は流れていないので磁界は発生せず、慣性の働きにより動いている磁石可動体２の振動１８ｉによる磁界のみとなる。

選択回路１８ｄにより選択波形２０ｂにした信号を比較器１８ｅに入力し、基準電圧１８ｈより大きいかどうか比較する。尚、比較器１８ｅとしては、２つの電圧又は電流を比較して出力を切り替えるコンパレータなどの素子を用いる。

尚、取出手段１８ａ及び選択回路１８ｄが無く、ノイズ除去波形２０ａのままであると、磁石可動体２が停止１８ｊしていても、第１駆動コイル１３及び第２駆動コイル１３ａによる磁界が基準電圧１８ｈを超えていると、誤った信号を出力してしまい、磁石可動体２の停止１８ｊを検出できない。

選択波形２０ｂが基準電圧１８ｈより大きければ、抽出信号２０ｃはＨｉｇｈレベル（電源電圧）となり、選択波形２０ｂが基準電圧１８ｈより小さければ、抽出信号２０ｃはＬｏｗレベル（０Ｖ）となる。

比較器１８ｅから出力した抽出信号２０ｃは、磁石可動体２のみの磁界の変化を、はっきりとしたデジタル信号に区分することができ、磁石可動体２の可動状況を正確に把握することができる。

抽出信号２０ｃは、出力手段１８ｆにおいて、ポンプ装置１に接続する外部装置の入力回路に適応した発振信号２０ｄに変換し、電圧出力、オープンコレクタ出力（トランジスタ）又はオープンドレイン出力（電界効果トランジスタ）等の手段で出力する。

ノート型コンピュータなどの電子機器に搭載するには、ＣＰＵなどの発熱体の状況に応じてポンプ性能を可変にする必要があり、可動状況を把握した上で、ポンプ性能の制御を行うことが望ましい。

尚、磁石可動体２が振動１８ｉしている場合は、０Ｖ区間１９ｅに基準電圧１８ｈを超える部分があり、振動１８ｉに同期した周波数の発振信号２０ｄとなり、正常状態と判断することができる。

また、磁石可動体２が停止１８ｊしている場合は、０Ｖ区間１９ｅに基準電圧１８ｈを超える部分がなく、一定の直流信号からなる発振信号２０ｄとなり、異常状態と判断することができる。

１ ポンプ装置
１ａ ポンプ部
２ 磁石可動体
３ マグネット
３ａ 貫通路
４ 内パイプ
４ａ 外パイプ
５ マグネットヨーク
５ａ 流体通路
６ マグネットヨーク
６ａ 流体通路
７ 逆止弁
７ａ 弁ホルダ
８ スプリング
８ａ スプリング
９ シリンダ
１０ 吸入ノズル
１０ａ Ｏリング
１１ 吐出ノズル
１１ａ Ｏリング
１２ 逆止弁
１２ａ 弁ホルダ
１３ 第１駆動コイル
１３ａ 第２駆動コイル
１４ ホール素子
１５ 外周磁性体
１５ａ 外周磁性体
１５ｂ 切欠部
１５ｃ 端切欠部
１６ 回路基板
１６ａ リード線
１６ｂ リード線
１６ｃ リード線
１７ ケース
１７ａ ケース
１７ｂ シリンダ収容部
１７ｃ 貫通部
１７ｄ 半円突起
１７ｅ 半円突起
１７ｆ 基板収容部
１７ｇ ノズル収容部
１７ｈ ノズル収容部
１８ 発振手段
１８ａ 取出手段
１８ｂ 増幅手段
１８ｃ フィルタ回路
１８ｄ 選択回路
１８ｅ 比較器
１８ｆ 出力手段
１８ｇ 直流電圧
１８ｈ 基準電圧
１８ｉ 振動
１８ｊ 停止
１９ 交流電圧
１９ａ 正弦波形
１９ｂ 台形波形
１９ｃ 変形正弦波形
１９ｄ 変形台形波形
１９ｅ ０Ｖ区間
１９ｆ 取出波形
１９ｇ 増幅波形
２０ 電圧波形
２０ａ ノイズ除去波形
２０ｂ 選択波形
２０ｃ 抽出信号
２０ｄ 発振信号

特開２００５−５４６３８号公報

Claims (3)

1. 軸方向に着磁した円筒型マグネットの貫通路の両側にテーパ状に拡がる流体通路を形成し入口側に傘型逆止弁を設けた磁石可動体と、
   前記磁石可動体をスライド可能に収容し前記磁石可動体の両側に螺旋状のスプリングを配した上で入口側に吸入ノズルを出口側に傘型逆止弁付き吐出ノズルを取り付けて外周に第１駆動コイル及び第２駆動コイルを巻き外側に２つの半月状に湾曲した外周磁性体を挟着したシリンダと、
   前記シリンダと共にケースに収納され前記第１駆動コイルと前記第２駆動コイルに対し同極が対向するように且つ電流波形に電流が流れない区間を設けた交流を印加することで前記磁石可動体を往復運動させ駆動状況をホール素子で検知する回路基板とからなり、
   前記回路基板の制御により、前記駆動コイルに流す電流波形に電流が流れない区間を設け前記ホール素子から得られた電圧波形のうち当該区間のみを抽出し基準電圧以上を発振信号として出力しつつ、
   前記磁石可動体が前記吸入ノズル側に移動した際に流体を吸入し前記磁石可動体が前記吐出ノズル側に移動した際に流体を吐出することを特徴とするホール素子を用いたポンプ装置。
2. 回路基板を両面基板とし、ホール素子を磁石可動体に近い裏面に取り付けて、外周磁性体の切欠部から漏洩する前記磁石可動体の磁界を検出することを特徴とする請求項１に記載のホール素子を用いたポンプ装置。
3. 駆動コイルに流す電流波形が正弦波又は台形波に電流が流れない区間を設けた波形であることを特徴とする請求項１又は２に記載のホール素子を用いたポンプ装置。

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