JP3376024B2 - 可動磁石式ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体、とくに水、灯油
等の液体を揚液する用途に適した小型の可動磁石式ポン
プに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、小型ポンプとしては、磁性ピスト
ンを一方向に駆動する励磁コイルと、その磁性ピストン
を元の位置に復帰させる復帰用ばねとを有する電磁ポン
プ（ソレノイドポンプ）が知られいる（特開昭５５−１
４２９８１号等）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、磁性ピスト
ンと励磁コイルとを組み合わせた従来の電磁ポンプは、
ばね等の機械的復帰機構が必要不可欠で、機構の複雑化
や形状の大型化を招く問題があり、また、ピストンの操
作力を増大させるためには磁性ピストン及び励磁コイル
が大型化してしまう。このため、従来一般的な電磁ポン
プでは小型乃至超小型で充分な揚液能力を持つポンプを
実現するのは困難であった。

【０００４】本発明は、上記の点に鑑み、外周面に流体
通路となる溝部を形成してなる磁石可動体を流体導入室
内で往復動させる構成とし、機械的復帰機構を不要とし
て機構の簡略化を図るとともに、小型にして揚液能力の
増大を図り得る可動磁石式ポンプを提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、少なくとも２個の軸方向に着磁した永久
磁石を有していて外周面に流体通路となる溝部を形成し
てなる磁石可動体を、流体導入室内に摺動自在に設け、
該流体導入室を囲む如く複数のコイルを固定配置し、前
記流体導入室に連通する流体通路に少なくとも１個の第
１の逆流防止弁を設けるとともに、前記磁石可動体に第
２の逆流防止弁を設け、各コイルに通電された電流と各
コイルと鎖交する前記磁石可動体側の磁束との相互作用
で前記磁石可動体を往復動させる可動磁石式ポンプであ
って、 前記磁石可動体は同極対向された少なくとも２個
の永久磁石間に磁性体を設けて構成されており、前記複
数のコイルは少なくとも３連であって、当該少なくとも
３連のコイルは、各永久磁石の磁極間を境にして相異な
る方向に電流が流れる如く結線されていることを特徴と
している。

【０００６】なお、前記溝部が前記磁石可動体の軸方向
に対し傾きを有するように前記外周面に形成されている
ものであってもよい。

【０００７】また、前記可動磁石体は、両端に位置する
永久磁石の外側端面に端部磁性体を設けて構成されてい
てもよい。

【０００８】さらに、前記コイル外周側に磁性体ヨーク
を設けて、前記磁石可動体の軸方向に垂直な方向の磁束
成分を増加させるための磁気回路を構成することも可能
である。

【０００９】

【作用】本発明の可動磁石式ポンプにおいては、外周面
に流体通路となる溝部を形成してなる磁石可動体を流体
導入室内に摺動自在に設け、該磁石可動体とコイル間の
フレミングの左手の法則に基づいて与えられる推力に準
ずる操作力にて当該磁石可動体を駆動している。このた
め、交流電圧にて磁石可動体を直接電磁往復動させられ
るため、ばね等の機械的復帰機構が不要で機構の簡略化
ができ、磁石可動体の往復運動の方向に垂直な方向の偏
りも発生せず、円滑に磁石可動体を作動させることがで
きる。また、磁石可動体の操作力は、従来の電磁ポンプ
の磁性ピストンと励磁コイル間の力よりも格段に大きく
でき、小型乃至超小型にして充分大きな揚液能力のポン
プを実現できる。また、磁石可動体の外周面に流体通路
となる溝部を設ける構成であり、磁石可動体に流体通路
となる貫通穴を形成する場合に比べて磁石可動体の小型
化及び作製が容易で、磁石可動体の防水構造も簡単にな
る。

【００１０】図１３は本発明の基本となる参考例の場合
における磁石可動体の往復動動作についての動作原理を
説明するための概略構成図であり、図１４は比較例の場
合における磁石可動体の往復動動作についての動作原理
を説明するための概略構成図であり、図１５は本発明の
実施例の場合における磁石可動体の往復動動作について
の動作原理を説明するための概略構成図である。

【００１１】図１３の参考例の動作原理を示す概略構成
図において、１０は軸方向に着磁した棒状の永久磁石か
らなる磁石可動体であり、両端面に磁極を有している。
コイル１１Ａ，１１Ｂは、磁石可動体１０の端部外周側
をそれぞれ環状に周回するように巻回され、隣合う部分
に同極が発生するようになっている。なお、図示は省略
してあるが、コイル１１Ａ，１１Ｂは通常磁石可動体１
０を軸方向に移動自在にガイドするためのガイド筒体に
装着される。そして、磁石可動体１０の各端面からの磁
束がそれぞれコイル１１Ａ，１１Ｂと鎖交している。

【００１２】図１４の比較例の概略構成図において、磁
石可動体２０は同極対向配置の２個の棒状永久磁石２１
Ａ，２１Ｂと、これらの永久磁石２１Ａ，２１Ｂ間に固
着される棒状軟磁性体２２とを固着一体化したものであ
り、コイル２３は磁石可動体２０の中間部外周側をそれ
ぞれ環状に周回するように巻回されている。なお、図示
は省略してあるが、コイル２３は通常磁石可動体２０を
軸方向に移動自在にガイドするためのガイド筒体に装着
される。そして、磁石可動体２０の同極対向した永久磁
石端面からの磁束がコイル２３と鎖交している。

【００１３】図１５の実施例の動作原理を示す概略構成
図において、磁石可動体３０は同極対向配置の２個の円
柱状永久磁石３１Ａ，３１Ｂと、これらの永久磁石３１
Ａ，３１Ｂ間に固着される円柱状中間部軟磁性体３２と
を一体化したものであり、３連のコイル３３Ａ，３３
Ｂ，３３Ｃは、磁石可動体３０の外周側を周回する如く
巻回され、磁石可動体３０を構成する永久磁石３１Ａの
左端、永久磁石３１Ａ，３１Ｂの同極対向端、及び永久
磁石３１Ｂの右端の磁極からの磁束とそれぞれ鎖交する
ように配置されている。これらのコイル３３Ａ，３３
Ｂ，３３Ｃは永久磁石３１Ａ，３１Ｂの磁極間を境にし
て相異なる方向に電流が流れる如く結線されている（磁
極間の境は磁極と磁極の間であれば必ずしも磁極中間位
置になくともよい。）。なお、図示は省略してあるが、
コイル３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは通常磁石可動体３０を
軸方向に移動自在にガイドするためのガイド筒体に装着
される。コイル３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃと磁石可動体３
０との位置関係は、当該磁石可動体３０の停止時を含む
大部分の可動位置において、永久磁石磁極間を境にして
各コイルに流れる電流が相互に逆向きとなるように設定
しておく。

【００１４】ところで、参考例、実施例及び比較例にお
いて、磁石可動体１０，２０，３０に発生する推力は、
基本的にはフレミングの左手の法則に基づいて与えられ
る推力に準ずるものである（フレミングの左手の法則は
コイルに対して適用されるが、ここではコイルが固定の
ため、磁石可動体にコイルに作用する力の反力としての
推力が発生する。）。したがって、推力に寄与するの
は、磁石可動体が有する永久磁石の磁束の垂直成分（永
久磁石の軸方向に直交する成分）である。

【００１５】そこで、１個の永久磁石の場合、あるいは
２個の同極対向配置の永久磁石の場合について、磁束の
垂直成分がどのようになるのかそれぞれ解析してみた。

【００１６】図１６は、単独の永久磁石の長手側面に沿
って表面磁束密度の垂直成分を磁場解析した結果を示
す。但し、永久磁石は希土類永久磁石であって、直径
２.５mm、長さ６mmで、永久磁石表面から０.２５〜０.
４５mm離れた位置を計測した。

【００１７】図１７は、２個の永久磁石を同極対向配置
とし、かつ直接接合した場合において、２個の永久磁石
の長手側面に沿って表面磁束密度の垂直成分を磁場解析
した結果を示す。但し、各永久磁石は希土類永久磁石で
あって、直径２.５mm、長さ３mm（２個で６mm）で、永
久磁石表面から０.２５〜０.４５mm離れた位置を計測し
た。

【００１８】図１８は、２個の永久磁石を同極対向配置
とし、かつ対向間隔を１mmとした場合において、２個の
永久磁石の長手側面に沿って表面磁束密度の垂直成分を
磁場解析した結果を示す。但し、各永久磁石は希土類永
久磁石であって、直径２.５mm、長さ３mmで、永久磁石
表面から０.２５〜０.４５mm離れた位置を計測した。

【００１９】図１９は、２個の永久磁石を同極対向配置
とし、かつ対向間隔を２mmとした場合において、２個の
永久磁石の長手側面に沿って表面磁束密度の垂直成分を
磁場解析した結果を示す。但し、各永久磁石は希土類永
久磁石であって、直径２.５mm、長さ３mmで、永久磁石
表面から０.２５〜０.４５mm離れた位置を計測した。

【００２０】図２０は、２個の永久磁石を同極対向配置
とし、かつ対向間隔を３mmとした場合において、２個の
永久磁石の長手側面に沿って表面磁束密度の垂直成分を
磁場解析した結果を示す。但し、各永久磁石は希土類永
久磁石であって、直径２.５mm、長さ３mmで、永久磁石
表面から０.２５〜０.４５mm離れた位置を計測した。

【００２１】図２１は、２個の永久磁石を同極対向配置
とし、両永久磁石間に長さ１mmの軟磁性体を配置した場
合において、２個の永久磁石の長手側面に沿って表面磁
束密度の垂直成分を磁場解析した結果を示す。但し、各
永久磁石は希土類永久磁石であって、直径２.５mm、長
さ３mmで、永久磁石表面から０.２５〜０.４５mm離れた
位置を計測した。

【００２２】図２２は、２個の永久磁石を同極対向配置
とし、両永久磁石間に長さ１mmの軟磁性体を配置し、さ
らに２個の永久磁石の外周に対向させて軟磁性体ヨーク
を配設した場合において、２個の永久磁石の長手側面に
沿って表面磁束密度の垂直成分を磁場解析した結果を示
す。但し、各永久磁石は希土類永久磁石であって、直径
２.５mm、長さ３mmで、ヨークは永久磁石を取り囲む円
筒形状で厚み０.５mm、長さ１０mmで永久磁石外周から
１.２５mm離間した位置となっており、表面磁束密度の
垂直成分は永久磁石表面から０.２５〜０.４５mm離れた
位置を計測した。

【００２３】上述したように、磁石可動体に発生する推
力は、基本的にはフレミングの左手の法則に基づいて与
えられる推力に準ずるものであり、コイルと鎖交する永
久磁石の磁束の垂直成分（永久磁石の軸方向に直交する
成分）が多いことが望まれるが、図１３の参考例の動作
原理図では、表面磁束密度の垂直成分は図１６のように
なり、図１７乃至図２２の２個の永久磁石を同極対向配
置とした場合に比較して垂直成分が少ないが、励磁コイ
ルで磁性ピストンを吸引する従来の電磁ポンプに比べる
と大きな操作力が得られている。例えば、磁石可動体１
０を直径２.５mm、長さ６mmの希土類永久磁石で構成
し、２個のコイル１１Ａ，１１Ｂの隣合う部分に同極が
発生するように各コイル１１Ａ，１１Ｂに４０ｍＡの電
流を流したときに発生する推力Ｆ１は４.７（gf）であ
った。各コイルの電流を反転させれば磁石可動体１０の
推力の向きも反転する。交流電流を流した場合には、一
定周期で振動を繰り返す往復動アクチュエータとして働
く。

【００２４】また、図１４の比較例では、２個の同極対
向の永久磁石間に軟磁性体を配した磁石可動体２０を用
いており、磁束密度の垂直成分は図２１に示す如くな
り、同極対向の永久磁石２１Ａ，２１Ｂの磁極から出る
磁束は１個の永久磁石の場合（図１６参照）や２個の永
久磁石のみの場合（図１７乃至図２０参照）よりも多く
なるが、コイルが磁石可動体２０の中間部を囲む１個の
みであり、磁石可動体２０の両端面の磁極による磁束は
有効に利用していない。このため、図１４の比較例の場
合は２個の永久磁石を組み合わせた割には推力の向上は
少ない。例えば、図１４の比較例において磁石可動体２
０として直径２.５mm、長さ３mmの希土類永久磁石を２
個用い（希土類永久磁石の性能は参考例と同じとす
る）、かつ両者間に長さ１mmの軟磁性体を配置したもの
を用い、図１３の参考例と同じ消費電力となるように作
成したコイル２３に４０ｍＡの電流を流し、参考例と同
じ消費電力としたときに発生する推力Ｆ２は５.６（g
f）であった。

【００２５】さらに、図１５の実施例の動作原理図で
は、磁石可動体３０の構造は、図２１のように２個の永
久磁石を同極対向させかつ永久磁石間に軟磁性体を配置
したものである。この図２１のときは軟磁性体位置に相
当する領域Ｑの表面磁束密度の垂直成分は、軟磁性体の
無い図１７乃至図２０よりも優れている（磁束密度０.
３Ｔ以上のピークの幅が広くかつピークが高い。）。

【００２６】このように、２個の永久磁石３１Ａ，３１
Ｂを同極対向させかつ永久磁石間に中間部軟磁性体３２
を設けた磁石可動体３０は、フレミングの左手の法則に
基づく推力に寄与できる磁石可動体３０の長手方向に垂
直な磁束成分を大きくでき、かつ３連のコイル３３Ａ，
３３Ｂ，３３Ｃは永久磁石の全磁極の磁束と有効に鎖交
するので、３連のコイル３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃに交互
に逆極性の磁界を発生する向きに電流を通電することに
より、参考例や比較例では到達し得ない大きな推力を発
生することができる。各コイルの電流を反転させれば磁
石可動体３０の推力の向きも反転する。交流電流を流し
た場合には、一定周期で振動を繰り返す往復動アクチュ
エータとして働く。図１５の実施例の動作原理図の場
合、例えば、磁石可動体３０として直径２.５mm、長さ
３mmの希土類永久磁石を２個用い（希土類永久磁石の性
能は参考例や比較例と同じとする）、かつ両者間に長さ
１mmの軟磁性体を配置したものを用い、図１３、図１４
の参考例、比較例と同じ消費電力となるように作成した
３連のコイル３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃに４０ｍＡの電流
を流し、同じ消費電力としたときに発生する推力Ｆ３は
６.７（gf）であった。これは、同一消費電力の参考例
の場合の約１.４２倍の推力であり、また比較例の約１.
２倍の推力であり、参考例及び比較例に比較して格段に
優れていることが判る。

【００２７】図２３の曲線（イ）は図１５（ヨーク無
し）の場合の磁石可動体３０の軸方向変位量と推力（g
f）との関係を示す。但し、永久磁石の寸法、特性は図
２１に示したものとするとともに、磁石可動体３０の中
間点が中央のコイル３３Ｂの中間点に位置するときを変
位量零とし、各コイルの電流は４０ｍＡとした。

【００２８】図２３の曲線（ロ）は図１５の動作原理図
に磁性ヨークを付加した場合（但し、永久磁石及びヨー
クの寸法、配置及び永久磁石の特性は図２２の通り）の
磁石可動体３０の軸方向変位量と推力（gf）との関係で
あって変位量零の点から離れる方向に磁石可動体が動作
するときを示す。また、曲線（ハ）は同じ構成における
磁石可動体３０の軸方向変位量と推力（gf）との関係で
あって変位量零の点に近付く方向に動作するときを示
す。但し、磁石可動体３０の中間点が中央のコイル２Ｂ
の中間点に位置するときを変位量零とし、各コイルの電
流は４０ｍＡとした。このように、磁石可動体３０が変
位量零の点に近付くか又は離れるかによって推力が相違
するのは、磁石可動体３０の永久磁石の磁極とヨークと
の間に磁石可動体３０を変位量零点に戻す磁気吸引力が
働いているからである。

【００２９】

【実施例】以下、本発明に係る可動磁石式ポンプの実施
例を図面に従って説明する。

【００３０】図１乃至第５図で本発明の基本となる参考
例を説明する。この図に示すように、参考例の可動磁石
式ポンプは、軟磁性体の円筒状ヨーク１と、該円筒状ヨ
ーク１の内側に配置された２連のコイル１１Ａ,１１Ｂ
と、磁石可動体１０とを有し、２連のコイル１１Ａ,１
１Ｂは内周面が磁石可動体１０を摺動自在に案内する流
体導入室２となったガイド筒体４で円筒状ヨーク１に固
定されている。そのガイド筒体４は絶縁樹脂等の絶縁部
材 (非磁性材）である。

【００３１】前記磁石可動体１０は、両端面に磁極を有
する如く軸方向に着磁された略円柱状希土類永久磁石２
７を非磁性筒状ホルダ２８で覆ったもので、外周面に流
体通路となる溝部３が軸方向に形成されている。すなわ
ち、筒状ホルダ２８は外周面の対称位置に一対の溝部３
を有するもので、その内部に永久磁石２７が固定配置さ
れている。この筒状ホルダ２８は永久磁石２７の外周面
だけでなく、両端面をも覆うことが望ましい。また、磁
石可動体１０の流体送出側に弁座部品３５が固着一体化
されている。該弁座部品３５は、図２乃至図５に示すよ
うに、筒状ホルダ２８の溝部３の無い部分と同径の円環
部３６と、該円環部３６の裏側に形成されていて筒状ホ
ルダ２８の端部内周に嵌合する一対の凸部３７と、円環
部３６の表側に形成されたシール材配置溝３８とを有す
るものであり、円環部３６の内周穴３９は溝部３を通っ
た流体（例えば水、灯油等の液体）を中心寄りに集める
ため裏側から表側に向けてすぼまったテーパー面３９ａ
を有している。そして、前記シール材配置溝３８にゴム
等のシール材（Ｏリング）７０が接着され、シール材７
０を一体化した弁座部品３５の凸部３７は筒状ホルダ２
８の端部内周２８ａに接着剤を併用して図２及び図３の
ように嵌合、固着されている。

【００３２】前記溝部３を通った流体は、図２中の矢印
Ｇのように、弁座部品３５の円環部３６と筒状ホルダ２
８間の隙間を通過して円環部３６の内周穴３９に到達で
きるようになっている。なお、流体導入室２の内周面と
弁座部品３５の外周面間の隙間は微小であり、同様に流
体導入室２の内周面と磁石可動体１０の溝部３の無い部
分の外周面間の隙間も微小であり、弁座部品３５の円環
部３６と筒状ホルダ２８間に隙間が存在しても流体逆流
等の不都合は生じない。

【００３３】前記永久磁石２７は筒状ホルダ２８の内周
形状に一致した断面を持つものでもよいし、円柱状又は
角柱状のもの等を用いてもよい。但し、筒状ホルダ２８
と永久磁石２７間に隙間が生じる場合、充填材を筒状ホ
ルダ２８内に充填して永久磁石２７を筒状ホルダ２８に
対し動かないように固定する。

【００３４】前記コイル１１Ａ,１１Ｂは、磁石可動体
１０の端部外周側をそれぞれ環状に周回するように巻回
され、隣合う部分に同極が発生するように結線されてお
り、磁石可動体１０の各端面からの磁束がそれぞれコイ
ル１１Ａ,１１Ｂと鎖交している。

【００３５】前記流体導入室２を形成したガイド筒体４
の一端には流体導入側部材５がＯリング６１及びストッ
パ板６２を介し水密に固定されている。流体導入側部材
５は一端が流体導入口７として開口し、他端が流体導入
室２に連通した流体導入路８を有し、その中間部に形成
された大径部６に第１の逆流防止弁１２が設けられてい
る。すなわち、第１の逆流防止弁１２は、大径部６の弁
座部となる部分に固定配置されたゴム等のシール材（Ｏ
リング）１４と、該シール材１４に圧接したときに流体
導入路８を閉塞する鋼球等の磁性弁体１５と、流体導入
側部材５の外側に配置された弁体吸引用永久磁石１６と
からなっている。したがって、磁性弁体１５は弁体吸引
用永久磁石１６で前記シール材１４に圧接する向きに付
勢されている。流体導入側部材５は非磁性材が望まし
い。

【００３６】なお、前記ストッパ板６２の磁石可動体１
０への対向面には当該磁石可動体１０の行程を規制する
ためのクッション材６３が固着されている。

【００３７】前記流体導入室２を形成したガイド筒体４
の他端には流体吐出側部材１７がＯリング６４を介して
水密に固定されている。すなわち、流体吐出側部材１７
のフランジ部を上から押さえる押さえ板６５をボルト６
６で円筒状ヨーク１のフランジ部に装着して締め付け
る。この流体吐出側部材１７は流体導入室２に連通した
流体吐出路１９を有している。流体吐出側部材１７の先
端側部には流体吐出路１９に連通する流体吐出口１８を
持つノズル部材６７が固着されている。

【００３８】さらに、磁石可動体１０に固着一体化され
た弁座部品３５の流体吐出側シール材７０との間で第２
の逆流防止弁２５を構成するように鋼球等の磁性弁体２
６が設けられている。該磁性弁体２６は磁石可動体１０
内の永久磁石２７によって弁座部品３５の内周穴３９を
閉塞する向きに吸引されている。また、弁体２６及び磁
石可動体１０の行程を規制するクッション材６８が流体
吐出側部材１７の内側凹部に固定されている。

【００３９】この参考例の構成において、図１３の動作
原理図の所で説明したように、相隣合う部分に同極が発
生する如く２個のコイル１１Ａ,１１Ｂを結線して交流
電流を通電することにより磁石可動体１０を流体導入室
２内で往復動させることができる。この結果、磁石可動
体１０が流体吐出側に移動する行程では第２の逆流防止
弁２５の磁性弁体２６が弁座部品３５の内周穴３９を閉
塞した状態（すなわち流体通路を閉塞した状態）で当該
磁石可動体１０が移動するため、流体導入室２内に流体
(例えば水、灯油等の液体）が流体導入口７、流体導入
路８及び第１の逆流防止弁１２の経路を通して導入され
る。そして、磁石可動体１０が流体導入側に移動する行
程では第１の逆流防止弁１２の磁性弁体１５が流体導入
路８を閉塞した状態で当該磁石可動体１０が移動するた
め、流体導入室２内の流体は第２の逆流防止弁２５を通
して磁石可動体１０の流体吐出側に移動し、その後の磁
石可動体１０の流体吐出側への移動に伴い流体吐出路１
９を通り流体吐出口１８から吐出される。

【００４０】この参考例によれば、磁石可動体１０の永
久磁石からの磁束と、これと鎖交する２個のコイル１１
Ａ,１１Ｂの電流間に働くフレミングの左手の法則に基
づく推力に準ずる力で磁石可動体１０を効率的に往復動
させることができ、復帰用ばね等の機構は不要となり、
機構の簡略化を図り得る。また、磁石可動体１０の往復
動作は、コイル１１Ａ,１１Ｂに通電する電流の周波数
に対する追従性が良く円滑に行われ、周波数を高くする
ことで高速動作も可能となる。さらに、磁石可動体１０
の外周面に流体通路となる溝部３を形成する構造である
ので、流体通路として貫通穴を磁石可動体１０に設ける
場合に比較して磁石可動体１０の作製が容易であり、小
型化にも適し、永久磁石２７周囲の防水構造も容易であ
る（筒状ホルダ２８の加工が深絞り加工等により容易に
実現できる。）。また、第１及び第２の逆流防止弁１
２,２５は鋼球等の磁性弁体１５,２６を永久磁石で吸引
する簡単な構造であり、この点でも機構の簡略化を図っ
ている。

【００４１】図６は本発明の実施例を示す。この図に示
すように、実施例の可動磁石式ポンプは、軟磁性体の円
筒状ヨーク４１と、該円筒状ヨーク４１の内側に配置さ
れた３連のコイル３３Ａ,３３Ｂ,３３Ｃと、磁石可動体
３０とを有し、３連のコイル３３Ａ,３３Ｂ,３３Ｃは内
周面が磁石可動体３０を摺動自在に案内する流体導入室
４２となったガイド筒体４４で円筒状ヨーク４１に固定
されている。そのガイド筒体４４は絶縁樹脂等の絶縁部
材 (非磁性材）である。

【００４２】前記磁石可動体３０は、同極対向配置の２
個の略円柱状希土類永久磁石３１Ａ,３１Ｂと、これら
の永久磁石３１Ａ,３１Ｂ間に配置される略円柱状中間
部軟磁性体３２とを非磁性筒状ホルダ２８で覆ったもの
で、外周面に流体通路となる溝部３が軸方向に形成され
ている。すなわち、筒状ホルダ２８は外周面の対称位置
に一対の溝部３を有するもので、その内部に永久磁石３
１Ａ,３１Ｂと略円柱状中間部軟磁性体３２が固定配置
されている。この筒状ホルダ２８は永久磁石３１Ａ,３
１Ｂと略円柱状中間部軟磁性体３２の連結体の外周面だ
けでなく、両端面をも覆うことが望ましい。また、磁石
可動体３０の流体送出側に弁座部品３５が固着一体化さ
れ、弁座部品３５にシール材７０が固定されている。該
弁座部品３５の構成及び筒状ホルダ２８への固定は前述
の参考例の場合と同様である。

【００４３】前記３連のコイル３３Ａ,３３Ｂ,３３Ｃは
環状に周回するように巻回され、永久磁石３１Ａ,３１
Ｂの磁極間を境にして相異なる方向に電流が流れる如く
結線されている。すなわち、中央のコイル３３Ｂは中間
部軟磁性体３２及び永久磁石３１Ａ,３１ＢのＮ極を含
む端部を囲み、両側のコイル３３Ａ,３３Ｃは、永久磁
石３１Ａ,３１ＢのＳ極を含む端部をそれぞれ囲むこと
ができるようになっており、かつ中央のコイル３３Ｂに
流れる電流の向きと、両側のコイル３３Ａ,３３Ｃの電
流の向きとは逆向きである (図６の各コイルに付した
Ｎ,Ｓを参照）。

【００４４】前記流体導入室４２を形成したガイド筒体
４４の一端には流体導入側部材５がＯリング６１及びス
トッパ板６２を介し水密に固定されている。流体導入側
部材５に第１の逆流防止弁１２が設けられていること等
は前述の参考例と同様である。

【００４５】前記流体導入室４２を形成したガイド筒体
４４の他端には流体吐出側部材１７がＯリング６４を介
して水密に固定されている。流体吐出側部材１７の先端
側部に、流体吐出路１９に連通する流体吐出口１８を持
つノズル部材６７が固着されていること等は前述の参考
例と同様である。

【００４６】さらに、磁石可動体３０に固着一体化され
た弁座部品３５の流体吐出側シール材７０との間で第２
の逆流防止弁２５を構成するように鋼球等の磁性弁体２
６が設けられている。該磁性弁体２６は磁石可動体３０
内の永久磁石３１Ａによって弁座部品３５の内周穴３９
を閉塞する向きに吸引されている。また、弁体２６及び
磁石可動体３０の行程を規制するクッション材６８が流
体吐出側部材１７の内側凹部に固定されている。

【００４７】なお、参考例と同一もしくは同等部分には
同一符号を付して説明を省略した。

【００４８】この実施例の構成において、図１５の動作
原理図の所で説明したように、３連のコイル３３Ａ,３
３Ｂ,３３Ｃに対して、交互に逆極性の磁界を発生する
向きに交流電流を通電することにより磁石可動体３０を
流体導入室４２内で往復動させることができる。この結
果、磁石可動体３０が流体吐出側に移動する行程では第
２の逆流防止弁２５の磁性弁体２６が弁座部品３５の内
周穴３９を閉塞した状態（すなわち流体通路を閉塞した
状態）で当該磁石可動体３０が移動するため、流体導入
室４２内に流体 (例えば水、灯油等の液体）が流体導入
口７、流体導入路８及び第１の逆流防止弁１２の経路を
通して導入される。そして、磁石可動体３０が流体導入
側に移動する行程では第１の逆流防止弁１２の磁性弁体
１５が流体導入路８を閉塞した状態で当該磁石可動体３
０が移動するため、流体導入室４２内の流体は第２の逆
流防止弁２５を通して磁石可動体３０の流体吐出側に移
動し、その後の磁石可動体３０の流体吐出側への移動に
伴い流体吐出路１９を通り流体吐出口１８から吐出され
る。

【００４９】この実施例によれば、磁石可動体３０の各
永久磁石からの磁束と、これと鎖交する３連のコイル３
３Ａ,３３Ｂ,３３Ｃの電流間に働くフレミングの左手の
法則に基づく推力に準ずる力で磁石可動体３０を極めて
効率的に往復動させることができる。図１５の動作原理
図の所で説明したように、同極対向の永久磁石間に軟磁
性体を挟んだ構造体で磁石可動体３０を構成しており、
永久磁石の着磁方向（軸方向）に垂直な磁束密度成分を
充分大きくできかつ永久磁石の全ての磁極の発生する磁
束を有効利用できるので、磁石可動体３０を取り巻くよ
うに周回した３連のコイル３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃに流
れる電流との間のフレミングの左手の法則に基づく推力
を充分大きくでき、磁石可動体３０を小型にした場合で
あってもその駆動力を極めて大きくできる。なお、その
他の作用効果は前述した参考例と同様である。

【００５０】図７は実施例において用いることのできる
磁石可動体の変形例である。この場合、磁石可動体３０
Ａは、同極対向配置の２個の略円柱状希土類永久磁石３
１Ａ，３１Ｂと、これらの永久磁石３１Ａ，３１Ｂ間に
固着される略円柱状の中間部軟磁性体３２Ａと、永久磁
石３１Ａ，３１Ｂの外側端面に固着される略円柱状の端
部軟磁性体３２Ｂ，３２Ｃとを非磁性筒状ホルダ２８で
覆ったもので、外周面に流体通路となる溝部３が軸方向
に形成されている。すなわち、筒状ホルダ２８は外周面
の対称位置に一対の溝部３を有するもので、その内部に
永久磁石３１Ａ,３１Ｂと略円柱状中間部軟磁性体３２
Ａ、端部軟磁性体３２Ｂ，３２Ｃが固定配置されてい
る。この筒状ホルダ２８は略円柱状永久磁石３１Ａ,３
１Ｂと略円柱状軟磁性体３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃの連結
体の外周面だけでなく、両端面をも覆うことが望まし
い。また、磁石可動体３０Ａの流体送出側に弁座部品３
５が固着一体化され、弁座部品３５にシール材７０が固
定されている。該弁座部品３５の構成及び筒状ホルダ２
８への固定は前述の参考例の場合と同様である。

【００５１】図７の磁石可動体３０Ａでは、端部軟磁性
体３２Ｂ，３２Ｃを設けたことで永久磁石外側端面から
出た磁束が垂直方向（ヨーク方向）に曲がり易くなり、
実施例の３連のコイル３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃと組み合
わせることで、さらに推力を数％乃至１０％程度向上さ
せ得る。

【００５２】図８は、参考例又は実施例で用いることの
できる磁石可動体の溝部の変形例を示す。この場合、磁
石可動体１０，３０の溝部３Ａは磁石可動体の軸方向に
対し傾きを有するように筒状ホルダ２８の外周面に形成
されている。この結果、磁石可動体１０，３０は回転を
伴って往復動することになり、磁石可動体１０，３０の
外周部を構成する非磁性筒状ホルダ２８の局部摩耗を防
止して耐摩耗性を向上させ得る。なお、磁石可動体３０
Ａの流体送出側に弁座部品３５が固着一体化され、弁座
部品３５にシール材７０が固定されていること等は前述
の参考例と同様である。

【００５３】図９は参考例又は実施例における第２の逆
流防止弁の変形例であり、磁石可動体１０，３０の流体
吐出側に非磁性筒状ホルダ２８の延長部１００を設け、
該延長部１００にてばね１０１及び球状等の弁体１０２
を押える構成となっている。したがって、弁体１０２は
磁石可動体１０，３０の流体吐出側端面のシール材７０
に圧接する方向にばね１０１で付勢され、弁座部品３５
の内周穴３９を閉塞する。この図９の構成の場合、弁体
１０２は磁性体でなくともよい。なお、磁石可動体１
０，３０の流体送出側に弁座部品３５が固着一体化さ
れ、弁座部品３５にシール材７０が固定されていること
等は前述の参考例と同様である。

【００５４】図１０は参考例又は実施例における第１の
逆流防止弁の変形例であり、流体導入部材５の大径部６
の弁座部となる部分にゴム等のシール材１４Ａが固定配
置され、これに圧接するように球状等の弁体８０がばね
８１によって付勢されている。なお、ストッパ板６２Ａ
はばね押さえとしても機能している。なお、１はヨー
ク、８は流体導入路である。この図１０の場合も、弁体
８０は磁性体でなくともよい。

【００５５】図１１は参考例又は実施例における第１の
逆流防止弁の配置を流体吐出側に変更した変形例であ
り、流体吐出側部材１７Ａは、磁石可動体１０，３０が
往復動する流体導入室２，４２に連通した流体吐出路１
９Ａを内部に有していて、該流体吐出路１９Ａの途中位
置に第１の逆流防止弁１２が配設される。すなわち、弁
体１５が大径部のシール材１４に圧接したときに流体吐
出路１９Ａを閉塞できるようになっており、図示は省略
したが、ばね等で弁体１５はシール材１４の圧接する方
向に付勢されている。なお、参考例又は実施例と同一部
分には同一符号を付した。

【００５６】図１２は参考例又は実施例における第２の
逆流防止弁の配置を磁石可動体の流体導入側に変更した
変形例である。この場合、磁石可動体１０，３０の非磁
性筒状ホルダ２８に円筒状延長部材１１０が連結一体化
されており、該円筒状延長部材１１０の先端折り返し部
分１１１の内側に弁座１１２が固定され、該弁座１１２
にシール材（Ｏリング）１１３が固着されている。そし
て、円筒状延長部材１１０の内側にステンレス、樹脂等
の非磁性材の球状弁体１１４が設けられ、圧縮ばね１１
５で前記シール材１１３に圧接する向きに付勢されてい
る。なお、図中、１，４１は円筒状ヨーク、４，４４は
ガイド筒体を示す。

【００５７】この図１２の構成では、磁石可動体１０，
３０が矢印Ｊのように流体吐出側に移動する行程では第
２の逆流防止弁の弁体１１４が弁座１１２上のシール材
１１３に圧接して円筒状延長部材１１０の端部開口１１
５を閉塞した状態（すなわち流体通路を閉塞した状態）
となり、磁石可動体１０，３０が矢印Ｋのように流体導
入側に移動する行程では第１の逆流防止弁が流体導入路
を閉塞した状態となるため、第２の逆流れ防止弁の弁体
１１４はシール材１１３から離れ、流体導入室２，４２
内の流体が第２の逆流防止弁を通して磁石可動体１０，
３０の溝部３に進入する向きに（流体吐出側に）移動で
きるようになっている。

【００５８】なお、第１及び第２の逆流防止弁の構造と
して、図９乃至図１２に例示した以外の構造を採用する
こともできる。

【００５９】以上本発明の実施例について説明してきた
が、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の
範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者
には自明であろう。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の可動磁石
式ポンプによれば、流体通路となる溝部を形成した磁石
可動体と複数のコイルに通電する電流との間の電磁力を
利用して当該磁石可動体を流体導入室内で往復動させる
構成とし、前記磁石可動体は同極対向された少なくとも
２個の永久磁石間に磁性体を設けて構成されており、前
記複数のコイルは少なくとも３連であって、当該少なく
とも３連のコイルは、各永久磁石の磁極間を境にして相
異なる方向に電流が流れる如く結線されているので、機
械的復帰機構を不要として機構の簡略化を図ることがで
き、小型で大きな揚液能力を実現できる。また、磁石可
動体には溝部を形成すればよく、貫通穴を形成する場合
に比較して小型化に有利であり、磁石可動体に内蔵され
る永久磁石の防水も容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る可動磁石式ポンプの基本となる参
考例を示す正断面図である。

【図２】参考例の磁石可動体及び弁座部品を示す拡大正
断面図である。

【図３】参考例の磁石可動体の拡大平面図である。

【図４】参考例の磁石可動体及び弁座部品の拡大した分
解側面図である。

【図５】参考例の弁座部品の拡大した平面図である。

【図６】本発明の実施例を示す正断面図である。

【図７】実施例において用いることのできる磁石可動体
の変形例を示す正断面図である。

【図８】参考例及び実施例において用いることのできる
磁石可動体の溝部構造の変形例を示す正面図である。

【図９】参考例又は実施例における第２の逆流防止弁の
変形例を示す正断面図である。

【図１０】参考例又は実施例における第１の逆流防止弁
の変形例を示す部分断面図である。

【図１１】参考例又は実施例における第１の逆流防止弁
の配置を流体吐出側に変更した変形例を示す部分断面図
である。

【図１２】参考例又は実施例における第２の逆流防止弁
の配置を磁石可動体の流体導入側に変更した変形例を示
す部分断面図である。

【図１３】参考例の動作原理を説明するための概略構成
図である。

【図１４】比較例を示す概略構成図である。

【図１５】実施例の動作原理を説明するための概略構成
図である。

【図１６】単一の永久磁石の長手側面（永久磁石の着磁
方向に平行な面）の表面磁束密度の垂直成分（長手側面
に垂直な成分）を示すグラフである。

【図１７】２個の同極対向の永久磁石を直接的に対接状
態とした場合の長手側面の表面磁束密度の垂直成分を示
すグラフである。

【図１８】２個の永久磁石を１mmのエアーギャップを介
し同極対向状態とした場合の長手側面の表面磁束密度の
垂直成分を示すグラフである。

【図１９】２個の永久磁石を２mmのエアーギャップを介
し同極対向状態とした場合の長手側面の表面磁束密度の
垂直成分を示すグラフである。

【図２０】２個の永久磁石を３mmのエアーギャップを介
し同極対向状態とした場合の長手側面の表面磁束密度の
垂直成分を示すグラフである。

【図２１】２個の永久磁石を軟磁性体を介し同極対向状
態とした場合の長手側面の表面磁束密度の垂直成分を示
すグラフである。

【図２２】２個の永久磁石を軟磁性体を介し同極対向状
態とし、かつ軟磁性体ヨークを配置した場合の長手側面
の表面磁束密度の垂直成分を示すグラフである。

【図２３】図１５の実施例の動作原理図における磁石可
動体の変位量と推力との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１，４１ 円筒状ヨーク ２，４２ 流体導入室 ３，３Ａ 溝部 ４，４４ ガイド筒体 １０，３０，３０Ａ 磁石可動体 １１Ａ，１１Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ コイル １２ 第１の逆流防止弁 ２５ 第２の逆流防止弁 ２８ 非磁性筒状ホルダ ３１Ａ，３１Ｂ 略円柱状永久磁石 ３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ 略円柱状軟磁性体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−107082（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−39461（ＪＰ，Ｕ) 実公 平２−19596（ＪＰ，Ｙ２) 英国特許出願公開2084408（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 9/00 - 19/24 F04B 53/00 - 53/22

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２個の軸方向に着磁した永久
   磁石を有していて外周面に流体通路となる溝部を形成し
   てなる磁石可動体を、流体導入室内に摺動自在に設け、
   該流体導入室を囲む如く複数のコイルを固定配置し、前
   記流体導入室に連通する流体通路に少なくとも１個の第
   １の逆流防止弁を設けるとともに、前記磁石可動体に第
   ２の逆流防止弁を設け、各コイルに通電された電流と各
   コイルと鎖交する前記磁石可動体側の磁束との相互作用
   で前記磁石可動体を往復動させる可動磁石式ポンプであ
   って、 前記磁石可動体は同極対向された少なくとも２個の永久
   磁石間に磁性体を設けて構成されており、前記複数のコ
   イルは少なくとも３連であって、当該少なくとも３連の
   コイルは、各永久磁石の磁極間を境にして相異なる方向
   に電流が流れる如く結線されている ことを特徴とする可
   動磁石式ポンプ。
2. 【請求項２】 前記溝部が前記磁石可動体の軸方向に対
   し傾きを有するように前記外周面に形成されている請求
   項１記載の可動磁石式ポンプ。
3. 【請求項３】 前記磁石可動体は、両端に位置する永久
   磁石の外側端面に端部磁性体を設けて構成されている請
   求項１又は２記載の可動磁石式ポンプ。
4. 【請求項４】 前記コイル外周側に磁性体ヨークを設け
   て、前記磁石可動体の軸方向に垂直な方向の磁束成分を
   増加させるための磁気回路を構成した請求項１，２又は
   ３記載の可動磁石式ポンプ。