JP2015169074A - マイクロポンプ - Google Patents
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Abstract
【課題】小型ながら、気体と液体を扱え、安定した圧力と流量を発生できるマイクロポンプを提供すること。
【解決手段】マイクロポンプ2はベーン構造のポンプであり、ローター6内には、各ベーン8の往復動に伴う各ベーン案内溝7の容積変化を相殺可能な溝連通路12が形成されている。各ベーン8の先端面8aとポンプ室内周面5aとの間には磁気吸引力が常に作用しており、低速回転においても、これらの間に密閉性が確保されている。
【選択図】図2
【解決手段】マイクロポンプ2はベーン構造のポンプであり、ローター6内には、各ベーン8の往復動に伴う各ベーン案内溝7の容積変化を相殺可能な溝連通路12が形成されている。各ベーン8の先端面8aとポンプ室内周面5aとの間には磁気吸引力が常に作用しており、低速回転においても、これらの間に密閉性が確保されている。
【選択図】図2
Description
本発明はベーン構造を用いたマイクロポンプに関するものである。
マイクロポンプとしては、圧電素子を用いたダイヤフラム式のものが知られている。ダイヤフラム式のマイクロポンプは、構造上、脈流が大きい。このため、定流量を必要とする場合は、個別にタンクが必要となり、ポンプの全体寸法が大きくなる欠点がある。また、ダイヤフラムの駆動に大きな動力が必要で、小型化に限界がある。更に、ダイヤフラムに大きな力が加わり、ダイヤフラム素材の応力緩和が進み、長寿命を実現するのが困難である。
また、圧電素子を使ったマイクロポンプでは、小型化した場合に、圧力を優先すると充分な流量がとれず、流量を優先すると充分な圧力が得られない。よって、一定圧力および一定流量の双方を同時に要求される用途には適さない。また、セラミック振動素子などの衝撃に弱い素材を用いるので、用途が制限される。さらに、振動子に電極が配置されており、液体用ポンプとしては適さない。
ここで、液体および気体の双方を用いることのできるポンプとしてはベーンポンプがある。特許文献1にはベーンポンプが記載されており、ここでは、没入工程においてベーンに押されてベーン背圧室から押し出される流体の管路抵抗を高めて、ベーン背圧室の圧力を上昇させている。これにより、シリンダ壁面へのベーンの押し付け力を増加させて、ベーンの挙動を安定させている。
ここで、ベーンポンプをマイクロポンプに適用することが考えられる。ベーン構造のマイクロポンプの場合には、微小なベーンおよびベーン溝が配置される。この場合、一定微小流量で一定圧力の流体(気体、液体)を吐出できるようにするためには、微小なベーン溝に対して出没する微小なベーンの円滑で安定した動きを確保する必要がある。また、遠心力による十分な密閉性を期待できない微小で軽量なベーンを、安定的に一定の力でポンプ室内周面に押し付け可能であることが必要である。
本発明の課題は、このような点に鑑みて、小型ながら大きな圧力と流量を得られ、かつ気体と液体の両方を扱えるベーン構造のマイクロポンプにおいて、ベーンの動きに伴うベーン案内溝の内容積変化によって生じるベーンの滑り動作を阻害する力を軽減できるようにすることにある。
また、本発明の課題は、ベーン構造のマイクロポンプにおいて、ベーンとベーンが接するポンプ室内周面との間を、ベーンに作用する遠心力に依存せずに、安定した密閉状態を保つことができるようにすることにある。
上記の課題を解決するために、本発明のマイクロポンプは、
円形断面のポンプ室を備えたポンプハウジングと、
前記ポンプ室内に偏心配置されたローターと、
前記ローター内に形成され、当該ローターの外周面に開口する複数のベーン案内溝と、
前記ローターの回転に伴って前記ベーン案内溝を往復移動して、前記ポンプ室の円形のポンプ室内周面に接した状態を維持可能な複数のベーンと、
前記ローター内に形成され、前記ベーン案内溝のそれぞれを相互に連通し、前記ベーンのそれぞれの移動に伴う前記ベーン案内溝のそれぞれの容積変化を相殺する溝連通路と、を有していることを特徴としている。
円形断面のポンプ室を備えたポンプハウジングと、
前記ポンプ室内に偏心配置されたローターと、
前記ローター内に形成され、当該ローターの外周面に開口する複数のベーン案内溝と、
前記ローターの回転に伴って前記ベーン案内溝を往復移動して、前記ポンプ室の円形のポンプ室内周面に接した状態を維持可能な複数のベーンと、
前記ローター内に形成され、前記ベーン案内溝のそれぞれを相互に連通し、前記ベーンのそれぞれの移動に伴う前記ベーン案内溝のそれぞれの容積変化を相殺する溝連通路と、を有していることを特徴としている。
本発明では、ベーン構造をマイクロポンプに採用しているので、従来のダイヤフラム式等のマイクロポンプと同一あるいは類似した寸法で、従来に比べ大きな圧力と流量が得られる。
また、ポンプ室内においてローターが偏心回転すると、ポンプ室内周面に先端が接しているベーンは、ローターのベーン案内溝内を往復移動する。これにより、各ベーン案内溝の内容積が変化する。各ベーン案内溝は、内容積が一定の溝連通路、すなわち、密閉状態の溝連通路によって相互に連通している。溝連通路内の流体(気体、液体)は、各ベーンの移動に応じて溝連通路を経由して容積が減少するベーン案内溝から容積が増加するベーン案内溝に向けて流れる。これにより、各ベーン案内溝の内容積の変化が相互に相殺され、ベーンの円滑で安定した動きが保持される。
本発明のマイクロポンプにおいて、前記ベーンのそれぞれと前記ポンプ室内周面の間に、磁気吸引力が作用していることが望ましい。例えば、前記ベーンのそれぞれにおける少なくとも前記ポンプ室内周面に接しているベーン先端部分は磁性材料から形成され、前記ポンプハウジングにおける少なくとも前記ポンプ室内周面が形成されている内周面形成部分は磁性材料から形成され、前記ベーン先端部分および前記内周面形成部分のうちの一方、あるいは双方が着磁される。
各ベーンとポンプ室内周面との間に作用する磁気吸引力によって、各ベーンとポンプ室内周面とによって形成される気室の密閉性が向上する。特に、マイクロポンプでは、微小なサイズで軽量なベーンが使用されるので、低回転時においてベーンの遠心力によって十分な気室の密閉性を確保できない場合がある。本発明によれば、磁気吸引力を用いて、低回転時であっても気密性を確保でき、気体漏れの少ない効率の良い運転を実現可能である。
このように、本発明によれば、溝連通路を配置してベーン案内溝の容積変化を吸収し、かつ、磁気吸引力を利用して各ベーンとポンプ室内周面の密閉性を高めることにより、小型で密閉度が高く、低回転でも安定した圧力と流量が得られるベーン構造のマイクロポンプを実現できる。
次に、本発明のマイクロポンプにおいて、前記ベーン、前記ポンプハウジングおよび前記ローターは金属材料から形成され、前記ベーンの表面、前記ポンプ室内周面および、前記ローターの前記ベーン案内溝の溝内側表面には表面処理が施され、これらの部分の表面は、表面処理前に比べて、耐摩耗性を高めてあることが望ましい。
このように、マイクロポンプのポンプ部が全て金属材料で構成されて剛性が高く、ポンプ部の摺動部分には表面処理が施されて耐摩耗性が改善されている。よって、耐衝撃性および耐久性に優れたマイクロポンプを実現できる。
図1は、本発明の実施の形態に係るマイクロポンプ装置の全体構成を示す概略構成図である。本実施の形態に係るマイクロポンプ装置1は、ベーン構造のマイクロポンプ2と、当該マイクロポンプ2に同軸に連結されたモーター3とから構成されている。
マイクロポンプ2は、ポンプハウジング4と、この内部に形成したポンプ室5と、ポンプ室5内において偏心回転するローター6と、ローター6に形成した3箇所のベーン案内溝7に装着した3枚のベーン8とを備えている。ローター6のローター軸6aは、ポンプハウジング4の両側の端壁4a、4bによって回転自在の状態に支持されている。一方の端壁4aから外部に突出しているローター軸6aの軸端部6bは、カップリング9を介して、モーター3の出力軸3aに同軸に連結固定されている。
図2はマイクロポンプ2の内部構造を示すために、図1におけるA−A線で切断した場合の概略横断面図である。この図に示すように、ポンプ室5は、円形のポンプ室内周面5aによって規定される一定長さの円形断面の室である。ポンプ室5には、圧縮対象の流体(液体あるいは気体)の吸入口10と、圧縮流体の吐出口11とが形成されている。
円形断面のポンプ室5内に配置されているローター6は、円形外周面6cを備えた円柱形状あるいは円筒形状のローターである。ローター6の回転中心線6dはポンプ室5の中心軸線に対して一定距離だけ偏心しており、その円形外周面6cがポンプ室内周面5aに内接している。
ローター6には、その円周方向に等角度間隔で3つのベーン案内溝7が形成されている。ベーン案内溝7は、ローター軸6aを中心とする正三角形の各辺に沿った方向に延びる一定幅の溝であり、かつ、ローター6と同一長さの溝である。これらのベーン案内溝7は、ローター6の円形外周面6cに開口している。各ベーン案内溝7は同一形状であり、それらの内端部は、半径方向の内方に延びる連通路12aに連通している。各連通路12aは、ローター軸6aを取り囲む状態に形成した円形連通路12bに連通している。これら3本の連通路12aと1本の円形連通路12bとによって、3本のベーン案内溝7を相互に連通している溝連通路12(容積調整坑)が形成されている。
各ベーン案内溝7には、それぞれ同一長さ、同一厚さのベーン8がスライド可能な状態で装着されている。各ベーン8の先端面8aは、各ベーン案内溝7からローター6の円形外周面6cの外方に突出して、ポンプ室内周面5aに接した状態とされている。
ここで、ポンプハウジング4、ローター6およびベーン8は金属材料から製作されている。本例では、これらは磁性材料から製作されており、ポンプハウジング4のポンプ室内周面5aは同一極性となるように着磁され、各ベーン8の先端面8aの部分はポンプ室内周面5aとは逆の極性となるように着磁されている。これにより、各ベーン8の先端面8aとポンプ室内周面5aとの間には磁気吸引力が作用し、先端面8aとポンプ室内周面5aとの密閉性が確保されている。なお、ポンプ室内周面5aの側のみ、あるいは、ベーン8の先端面8aの側のみを着磁しておくことも可能である。
この構成のマイクロポンプ装置1において、ポンプ室5の内部は、ローター6の円形外周面6cと、ベーン8と、ポンプ室内周面5aとによって、3つの気室13a、13b、13cが形成される。モーター3を回転駆動すると、マイクロポンプ2のローター6がポ
ンプ室5内を偏心回転する。ローター6の偏心回転に伴って各ベーン8はベーン案内溝7を往復移動してその先端面8aが常にポンプ室内周面5aを摺動し、各気室13a、13b、13cの気密状態が維持される。各気室13a〜13cは、ローター6の偏心回転に伴って容積が変化する。
ンプ室5内を偏心回転する。ローター6の偏心回転に伴って各ベーン8はベーン案内溝7を往復移動してその先端面8aが常にポンプ室内周面5aを摺動し、各気室13a、13b、13cの気密状態が維持される。各気室13a〜13cは、ローター6の偏心回転に伴って容積が変化する。
ローター6が時計回りに回転すると、図2の気室13aは、吸入口10から流体(気体または液体)を取り入れ、次に来るベーン8が吸入口10を通過すると密閉される。この後は、図2の気室13bの状態に移行する。さらに、ローター6が回転すると、図2の気室13b、気室13cの状態に移行する。気室13bから気室13cへの移行の過程で、気室の内容積が小さくなり、気体が圧縮される。圧縮気体は、吐出口11を介して外部に排出される。
ここで、ローター6の回転に伴って、各ベーン8はベーン案内溝7を往復移動するので、各ベーン案内溝7の内容積が変化する。内容積の変化に応じて、ベーン案内溝7の内部の気体あるいは液体を逃がさないと、ベーン8の摺動負荷が増加し、ベーン8はポンプ室内周面5aに対して安定的に接することができなくなる。
本例では、各ベーン8とベーン案内溝7で構成される各空間を結合する溝連通路(容積調整抗)12を設けてある。したがって、各ベーン8の動きに応じて、各ベーン8と各ベーン案内溝7で構成される各空間の内容積の変化が相殺される。これにより、各ベーン8の摺動負荷を軽減でき、また、当該摺動負荷を一定に保持でき、安定したベーン8の往復移動が保証される。
また、一般にマイクロポンプでは、ベーン8に大きな質量を持たせて、ローター6の回転時におきる遠心力を大きくする事が期待できない。小さい遠心力では、ベーン8の先端面8aとポンプ室内周面5aとの間の密閉性を十分に確保できず、また、その密閉性が安定しない。本例では、ベーン8とポンプ室内周面5aとの間に磁気吸引力が常に作用している。よって、ベーン8と、その摺動面であるポンプ室内周面5aとの密閉性が向上し、流体の漏れを抑制できる。
さらに、本例のマイクロポンプ2はベーン構造のポンプであるので、圧縮対象の流体として、気体および液体のどちらでも扱える。よって、本例のマイクロポンプ2は、従来のマイクロポンプに比べて、幅広い用途が期待される。
各種の用途を満足する為には、ベーン8、ポンプハウジング4およびローター6を金属材料から製作すると共に、ベーン8の外周表面、ポンプ室内周面5a、ベーン案内溝7の内側表面等に、表面処理を施して、低摩擦面にすると共に耐摩耗性を高めることが望ましい。このようにすれば、ポンプ部の寿命を延ばす効果が得られる。なお、要求に応じて、耐摩耗性以外の各種の特性を、表面処理によって、各部分に付与することも可能である。
1 マイクロポンプ装置
2 マイクロポンプ
3 モーター
3a 出力軸
4 ポンプハウジング
4a、4b 端壁
5 ポンプ室
5a ポンプ室内周面
6 ローター
6a ローター軸
6b 軸端部
6c 円形外周面
6d 回転中心線
7 ベーン案内溝
8 ベーン
8a 先端面
9 カップリング
10 吸入口
11 吐出口
12 溝連通路(容積調整坑)
12a 連通路
12b 円形連通路
13a、13b、13c 気室
2 マイクロポンプ
3 モーター
3a 出力軸
4 ポンプハウジング
4a、4b 端壁
5 ポンプ室
5a ポンプ室内周面
6 ローター
6a ローター軸
6b 軸端部
6c 円形外周面
6d 回転中心線
7 ベーン案内溝
8 ベーン
8a 先端面
9 カップリング
10 吸入口
11 吐出口
12 溝連通路(容積調整坑)
12a 連通路
12b 円形連通路
13a、13b、13c 気室
Claims (4)
- 円形断面のポンプ室(5)を備えたポンプハウジング(4)と、
前記ポンプ室(5)内に偏心配置されたローター(6)と、
前記ローター(6)内に形成され、当該ローター(6)の外周面(6c)に開口する複数のベーン案内溝(7)と、
前記ローター(6)の回転に伴って前記ベーン案内溝(7)を往復移動して、前記ポンプ室(5)の円形のポンプ室内周面(5a)に接した状態を維持可能な複数のベーン(8)と、
前記ローター(6)内に形成され、前記ベーン案内溝(7)のそれぞれを相互に連通し、前記ベーン(8)のそれぞれの移動に伴う前記ベーン案内溝(7)のそれぞれの容積変化を相殺する溝連通路(12)と、
を有していることを特徴とするマイクロポンプ(2)。 - 前記ベーン(8)のそれぞれと前記ポンプ室内周面(5a)の間には磁気吸引力が作用している請求項1に記載のマイクロポンプ(2)。
- 前記ベーン(8)のそれぞれにおける少なくとも前記ポンプ室内周面(5a)に接しているベーン先端部分は磁性材料から形成され、
前記ポンプハウジング(4)における少なくとも前記ポンプ室内周面(5a)が形成されている内周面形成部分は磁性材料から形成され、
前記ベーン先端部分および前記内周面形成部分のうちの一方、あるいは双方が着磁されている、
請求項2に記載のマイクロポンプ(2)。 - 前記ベーン(8)、前記ポンプハウジング(4)および前記ローター(6)は金属材料から形成され、
前記ベーン(8)の表面、前記ポンプ室内周面(5a)および、前記ローター(6)の前記ベーン案内溝(7)の溝内側表面には表面処理が施されて、これらの部分の表面は、表面処理前に比べて、耐摩耗性を高めてある請求項1、2または3に記載のマイクロポンプ(2)。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014042075A JP2015169074A (ja) | 2014-03-04 | 2014-03-04 | マイクロポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015169074A true JP2015169074A (ja) | 2015-09-28 |
Family
ID=54202063
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014042075A Pending JP2015169074A (ja) | 2014-03-04 | 2014-03-04 | マイクロポンプ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015169074A (ja) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55164794A (en) * | 1979-06-12 | 1980-12-22 | Nippon Piston Ring Co Ltd | Sliding member for rotary type liquid pump |
JPH0640393U (ja) * | 1992-10-30 | 1994-05-27 | カヤバ工業株式会社 | ベーンポンプ |
JP2004308503A (ja) * | 2003-04-04 | 2004-11-04 | Orion Mach Co Ltd | 回転ベーンポンプ |
WO2004111460A1 (ja) * | 2003-06-11 | 2004-12-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ベーンロータリ型空気ポンプ |
JP2011214524A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Nabtesco Automotive Corp | 圧縮装置 |
-
2014
- 2014-03-04 JP JP2014042075A patent/JP2015169074A/ja active Pending
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