JP4178024B2

JP4178024B2 - ポンプ

Info

Publication number: JP4178024B2
Application number: JP2002367630A
Authority: JP
Inventors: 孝木原; 彰良猿舘
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: JP2004197661A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポンプに係わり、特に、振動板の振動を利用してポンプ室内への流体の吸入とポンプ室外への流体の吐出とを行うのに好適なポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来提案されている燃料供給用のポンプとしては、図６で説明すると、ポンプＫは、下枠２１の上面に凹状のポンプ室２１ａがへこみ形成され、このポンプ室２１ａは、底部が底壁２１ｂで遮蔽されている。
また、底壁２１ｂには、吸入口２２と吐出口２３とが貫通形成され、ポンプ室２１ａの内側の吸入口２２近傍には吸入弁２４が配設され、ポンプ室２１ａの外側の吐出口２４近傍には吐出弁２５が配設されている。
そして、ポンプ室２１ａ内の流体の圧力変化に対応して、吸入弁２４および吐出弁２５が動作して、燃料である流体（図示せず）の逆流を防止するようになっている。
【０００３】
また、ポンプ室２１ａの上方には、ポンプ室２１ａの天井壁を構成する振動板２６が配設されている。この振動板２６は、外周部が上枠２７と下枠２１とに狭持されて、ポンプ室２１ａが密閉されている。
また、振動板２６の上面中央部には、永久磁石２８が固着され、この永久磁石２８上には所定の隙間を有して電磁石２９が配設されている。
そして、永久磁石２８と電磁石２９とが、振動板２６を振動させることができる振動板駆動手段となっている。
【０００４】
このような従来のポンプＫの動作を説明すると、振動板駆動手段である電磁石２９に所定の周波数の電圧を印加することで、電磁石２９に周期的な電磁力が発生して、永久磁石２８を周期的に吸引する。この周期的な吸引による永久磁石２８の振動に追従して振動板２６も往復振動する。
そして、振動板２６の往復振動において、振動板２６が上方に変形するときは、ポンプ室２１ａの体積が増加してポンプ室２１内の圧力が外気圧より低下する。これによって吸入弁２４が開くと共に吐出弁２５が閉じて、吸入口２２からポンプ室２１ａ内に流体が吸入される。
【０００５】
その後、振動板２６が下方に変形すると、ポンプ室２１ａの体積が減少して吸入された流体が圧縮されてポンプ室２１内の圧力が外気圧より上昇する。
これによって、吸入弁２５が閉じると共に吐出弁２５が開いて、ポンプ室２１ａ内の流体が吐出口２３から吐出される。
以上のような吸入動作と吐出動作とを繰り返すことにより、吸入弁が吸入経路を、吐出弁が吐出経路をそれぞれ開閉して、外部の電池等に燃料供給することができるようになっている。
【０００６】
【特許文献】
特開２００１−２６３２５０号公報
【発明が解決しようとする課題】
このような従来提案されているポンプＫは、携帯型の電子機器に用いるために小型化の要求が強く、振動板２６の振幅を大きくすることが難しかった。
そのために、流体の供給量を多くするには、振動板２６の振動周波数を高くしていた。
しかし、従来のポンプＫは、振動板２６の振動周波数を高くすると、振動板１６の振動に吸入弁２４および吐出弁２５の動作が追従できなくなり、外部の電池等への燃料供給の効率が悪くなるおそれがあった。
【０００７】
本発明は、前述したような問題点に鑑みてなされたもので、振動板の振動に連動して吸入弁および吐出弁を確実に動作させて、外部の電池等に効率よく燃料供給等を行うことができる小型で高性能なポンプを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段として本発明のポンプは、ポンプ室を有するポンプ本体部と、前記ポンプ室内への流体の吸入を規制可能な吸入弁と、前記ポンプ室内に吸入した前記流体を前記ポンプ室外への吐出を規制可能な吐出弁とを備え、前記ポンプ本体部には、電磁石が配設され、前記吸入弁および前記吐出弁は、前記電磁石に吸引および反発可能な永久磁石を基部側にそれぞれ配設し、前記電磁石の磁極の切換によって、前記吸入弁が前記流体の吸入経路を開閉可能となっていると共に、前記吐出弁が前記流体の吐出経路を開閉可能となっており、前記ポンプ室には、前記流体に吸入力および吐出力を付与可能な振動板を有し、この振動板は、前記電磁石の磁極の切換に同期して振動するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記課題を解決するための第２の手段として、前記振動板の一面側には、振動子が固着され、この振動子を介して前記振動板が振動するようになっていることを特徴とする。
【００１１】
また、前記課題を解決するための第３の手段として、前記振動子は、前記電磁石と対向する側に永久磁石が固着されていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記課題を解決するための第４の手段として、前記振動板と前記吸入弁および前記吐出弁とは、それぞれ前記電磁石を挟んで互いに対向して配設され、前記電磁石を駆動制御すると、前記振動板が振動すると共に、前記吸入弁が前記吸入経路を、前記吐出弁が前記吐出経路をそれぞれ開閉するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
また、前記課題を解決するための第５の手段として、前記吸入経路を経由して前記ポンプ室内に前記流体を吸入するときは、前記吸入弁が前記吸入経路を開放すると共に前記吐出弁が前記吐出経路を閉じ、前記ポンプ室内に吸入した前記流体を前記吐出経路を経由して外部に吐出するときは、前記吐出弁が前記吐出経路を開放すると共に前記吸入弁が前記吸入経路を閉じるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
また、前記課題を解決するための第６の手段として、前記吸入弁および前記吐出弁が前記吸入経路および前記吐出経路を閉じているときは、前記流体が逆流しないようになっていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のポンプを図１〜図５に基づいて説明する。図１は本発明のポンプの要部断面図であり、図２は図１の２−２断面図であり、図３は本発明のポンプの平面図であり、図４、５は本発明のポンプの動作を説明する要部断面図である。
【００１６】
まず、本発明のポンプＰは、図２に示すように、外形が略円筒状のポンプ本体部１が配設されている。このポンプ本体部１は、内部が空洞状の第１のケース２が配設され、この第１のケース２は、図１に示すように、空洞内部の図示右側が側壁２ａで遮蔽され、図示左側が開放されている。
前記第１のケース２の空洞内部には、図示右側の側壁２ａ側に内径寸法の小さな電磁石取付部２ｂと、図示左側の開放側に内径寸法の大きな磁石摺動部２ｃとが形成されている。
【００１７】
そして、電磁石取付部２ｂには、電磁石３が嵌合して取り付けられており、この電磁石３は、鉄芯３ａに２点鎖線で示すコイル４が巻回されて、外部の磁石端子５から所定の周波数の電圧をコイル４に印加可能になっている。
前記電磁石３に所定の周波数の電圧を印加すると、電磁石３の第１磁極３ｂと第２磁極３ｃとに周期的な電磁力が発生するようになっている。
即ち、コイル４に所定周波数の電圧を印加することにより、第１、第２の磁極３ｂ、３ｃが、Ｎ極、Ｓ極に周期的に切り換わるようになっている。
また、電磁石取付部２ｂに嵌合する電磁石３は、ネジ６によって固定されている。
【００１８】
また、第１ケース２の図示左側の開放端部には、薄板状でゴム等の弾性を有する材料からなる振動板７が配設され、この振動板７には、中央部のリベット８によって樹脂材料等からなる振動子９が固着されている。
また、振動板７に固着された振動子９には、電磁石３と対向する側に永久磁石１０が接着剤等で固着されている。
また、第１のケース２の図示左側外周部には、圧入あるいは接着等により第２のケース１１が取り付けられており、この第２のケース１１と第１のケース２とで振動板７が狭持されている。
そして、第２のケース１１には、図示上部側に突出形成した吸入側継ぎ手１１ａに流入孔１１ｂが貫通形成され、図示下部側に突出形成した吐出側継ぎ手１１ｃに流出孔１１ｄが貫通形成されている。
また、第２のケース１１は、内部に凹状のポンプ室１２が形成され、このポンプ室１２は振動板７によって密閉され、吸入側継ぎ手１１ａに形成した吸入孔１１ｂと吐出側継ぎ手１１ｃに形成した流出孔１１ｄとによって、内部のポンプ室１２にアルコール等の流体が吸入または吐出可能になっている。
【００１９】
また、第１のケース２の側壁２ａ側の外周部には、第３のケース１３が圧入あるいは接着等により固着されている。前記第３のケース１３には、後述する吸入弁１４に固着した吸入側磁石１５をスライド可能に保持する第１磁石保持部１３ａと、後述する吐出弁１６に固着した吐出側磁石１７をスライド可能に保持する第２磁石保持部１３ｂとが形成されている。
また、第３のケース１３には、図示上部側に突出形成した吸入側継ぎ手部１３ｃに第１連結孔１３ｄが貫通形成され、図示下部側に突出形成した吐出側継ぎ手１３ｅに第２連結孔１３ｆが貫通形成されている。
【００２０】
また、第３のケース１３は、第１磁石保持部１３ａ近傍に、後述する吸入弁１４によって遮蔽可能な吸入孔１３ｇが形成され、第２磁石保持部１３ｂ近傍に、後述する吐出弁１６によって遮蔽可能な吐出孔１３ｈが形成されている。
また、第１磁石保持部１３ａには、ゴム等からなる傘状の吸入弁１４が保持されている。そして、吸入弁１４は、第１磁石保持部１３ａ内に中心軸の基部が位置して、この基部に吸入側磁石１５が固着されていると共に、傘部分が吸入孔１３ｇを遮蔽可能になっている。
また、第２磁石保持部１３ｂにも、吸入弁１４と同材質で同型状の吐出弁１６が保持されている。この吐出弁１６は、第２磁石保持部１３ｂ内に中心軸の基部が位置して、この基部に吐出側磁石１７が固着されていると共に、傘部分が吐出孔１３ｈを遮蔽可能になっている。
【００２１】
また、第３のケース１３の図示右側外周部には、吸入弁１４および吐出弁１６を覆う第４のケース１８が、圧入あるいは接着剤等で固着されている。
前記第４のケース１８は、図示上部側に吸入弁１４をスライド可能に収納する吸入室１８ａが密閉して形成され、吸入室１８ａの図示下部に突出弁１６をスライド可能に収納する吸入室１８ａと独立した吐出室１８ｂが密閉して形成されている。そして、吸入室１８ａが形成された部分からは、吸入側継ぎ手１８ｃが突出形成され、この吸入側継ぎ手１８ｃに吸入口１８ｄが貫通形成されている。
【００２２】
また、吐出室１８ｂが形成された部分からは、吐出側継ぎ手１８ｅが突出形成され、この吐出側継ぎ手１８ｅに吐出口１８ｆが貫通形成されている。
そして、外部から電池の燃料等の流体が吸入口１８ｄを介して吸入室１８ａに吸入可能になっていると共に、ポンプ室１２から吐出された流体が、吐出室１８ｂから吐出口１８ｆを介して外部の電池等に供給できるようになっている。
また、第２のケース１１の吸入側継ぎ手１１ａと第３のケース１３の吸入側継ぎ手１３ｃとは、吸入パイプ１９で連結されて、ポンプ室１２の吸入孔１１ｂと第３のケース１３の第１連結孔１３ｄとが連結されている。
【００２３】
また、第２のケース１１の吐出側継ぎ手１１ｃと第３のケース１３の吐出側継ぎ手１３ｅとは、吐出パイプ２０で連結されて、ポンプ室１２の流出孔１１ｄと第３のケース１３の第２連結孔１３ｆとが連結されている。
そして、吸入口１８ｄ、吸入室１８ａ、吸入孔１３ｇ、第１連結孔１３ｄ、吸入パイプ１９、流入孔１１ｂで吸入経路が構成されている。
また、流出孔１１ｄ、吐出パイプ２０、第２連結孔１３ｆ、吐出孔１３ｈ、吐出室１８ｂ、吐出口１８ｆで吐出経路が構成されている。
【００２４】
このような構成の本発明のポンプＰの動作を図４、５で説明すると、まず、ポンプ室１２にアルコ−ル等からなる流体を吸入するには、磁石端子５から所定の周波数の電圧をコイル４に印加して、図４に示すように、例えば電磁石３の第１磁極３ｂをＳ極、第２磁極３ｃをＮ極とする。
すると、吸入弁１４の吸入側磁石１５は、Ｓ極となった第１磁極３ｂと反発し、吸入弁１４が図示右方向にスライドして吸入孔１３ｇが開放されると共に、吐出弁１６の吐出側磁石１７が、Ｎ極となっている第２磁極３ｃに吸着されて吐出孔１３ｈが遮蔽される。
【００２５】
これと同時に、永久磁石１０が電磁石３に吸着されて、振動板７が図示右側に変形し、ポンプ室１２内部の体積が大きくなる。このことにより、ポンプ室１２内の気圧が外気圧より低下して、吸入室１８ａにある流体に吸入力が付与されて、流体が開放された吸入孔１３から矢印Ａ方向の吸入経路を通過してポンプ室１２内に吸入される。
この吸入動作中は、吐出孔１３ｈが吐出弁１６で遮蔽されているので、吐出室１８ｃに吐出された流体がポンプ室１２に逆流するのを防止できる。
【００２６】
そして、体積が大きくなったポンプ室１２に流体が所定量流れ込むと、外部の制御部（図示せず）によって電磁石３の磁極が切り換えられて、図５に示すように、第１磁極３ｂがＮ極となり、第２磁極３ｃがＳ極となる。
すると、吐出弁１６の吐出側磁石１７が、Ｓ極となった第２磁極３ｃと反発して、吐出弁１６が図示右方向にスライドし、吐出孔１３ｈが開放されると共に、吸入弁１４の吸入側磁石１５が、Ｎ極となった第２磁極３ｃに吸着されて吸入孔１３ｇが遮蔽される。
【００２７】
これと同時に、振動子９の永久磁石１０が電磁石３と反発して、振動板７が図示左側に変形し、ポンプ室１２内部の体積が小さくなる。このことにより、ポンプ室１２内の気圧が外気圧より高くなって流体に吐出力が付与され、流体が流出孔１１ｄから矢印Ｂ方向の吐出経路を通過して、吐出口１８ｄから外部の電池等に燃料供給することができる。
この吐出動作中は、吸入孔１３ｇが吸入弁１４で遮蔽されているので、ポンプ室１２に吸入した流体が吸入室１８ａ側に逆流するのを防止できる。
【００２８】
このような本発明のポンプＰは、電磁石３の磁極の切換に同期して、吸入弁１４が流体の吸入経路を開閉可能となっていると共に、吐出弁１６が流体の吐出経路を開閉可能となっている。また、振動板７も電磁石３の磁極の切換に同期して振動するようになっている。
そのために、電磁石３の磁極の切換を、４０〜５０回／秒と高速にしても、吸入弁１４および吐出弁１６を確実に動作させて、吸入経路および吐出経路を開閉可能な小型のポンプとすることができる。
【００２９】
前述したような本発明のポンプＰの使用例として、最近、大気汚染等の環境問題を背景として、環境汚染を引き起こさないクリーンな電力供給手段が求められている。その一例として燃料となるメチルアルコールを分解化学反応させることによって所望の電力を得ることができる燃料電池が開発されている。
このような燃料電池は、例えば自動車用のバッテリとか種々の分野においてその有用性が期待されている。更に、近年においては、携帯可能な電子機器用のバッテリとしても、小型の燃料電池を用いるという新たな発想が生まれている。
このような携帯可能な電子機器用の小型の燃料電池に、本発明のポンプＰを用いて、メチルアルコール等の流体からなる燃料を短時間で供給することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のポンプは、吸入弁および吐出弁は、電磁石に吸引および反発可能な永久磁石を基部側にそれぞれ配設し、電磁石の磁極の切換によって、吸入弁が流体の吸入経路を開閉可能となっていると共に、吐出弁が流体の吐出経路を開閉可能となっているので、電磁石の磁極切換制御によって、確実に吸入弁および吐出弁を動作させることができる。
そのために、電磁石の磁極切換回数を多くして、外部の燃料電池等に多くの燃料を確実に補給することができる小型で高性能なポンプを提供できる。
【００３１】
また、ポンプ室には、流体に吸入力および吐出力を付与可能な振動板を有し、この振動板は、電磁石の磁極の切換に同期して振動するようにしたので、電磁石の磁極の切換回数の増減で、容易に振動板の振動周波数を可変できる。
【００３２】
また、振動板の一面側には、振動子が固着され、この振動子を介して振動板が振動するようになっているので、振動子が錘となって更に確実に振動板を振動させることができる。
【００３３】
また、電磁石と対向する側の振動子には、永久磁石が固着されているので、電磁石の磁極の切換に同期して振動板を確実に振動させることができる。
【００３４】
また、電磁石を駆動制御すると、振動板が振動すると共に、吸入弁が吸入経路を、吐出弁が吐出経路をそれぞれ開閉するようにしたので、１個の電磁石で振動板の振動制御と、吸入弁および吐出弁の制御とが可能となり、部品点数の少ないポンプを提供できる。
【００３５】
また、吸入経路を経由してポンプ室内に流体を吸入するときは、吸入弁が吸入経路を開放すると共に吐出弁が吐出経路を閉じ、ポンプ室内に吸入した流体を吐出経路を経由して外部に吐出するときは、吐出弁が吐出経路を開放すると共に吸入弁が吸入経路を閉じるようにしたので、吸入弁および吐出弁によって、確実に吸入経路および吐出経路を開閉することができる。
そのために供給効率の良い高性能なポンプを提供できる。
【００３６】
また、吸入弁および吐出弁が吸入経路および吐出経路を閉じているときは、流体が逆流しないようになっているので、更に供給効率の良いポンプを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポンプの要部断面図である。
【図２】図１の２−２断面図である。
【図３】本発明のポンプの平面図である。
【図４】本発明のポンプの動作を説明する要部断面図である。
【図５】本発明のポンプの動作を説明する要部断面図である。
【図６】従来のポンプを説明する概略図である。
【符号の鋭明】
１ポンプ本体部
２第１のケース
２ａ側壁
２ｂ電磁石取付部
３電磁石
５磁石端子
７振動板
８リベット
９振動子
１０永久磁石
１１第２のケース
１２ポンプ室
１３第３のケース
１４吸入弁
１５吸入側磁石
１６吐出弁
１７吐出側磁石
１８第４のケース
１９吸入パイプ
２０吐出パイプ

Claims

ポンプ室を有するポンプ本体部と、前記ポンプ室内への流体の吸入を規制可能な吸入弁と、前記ポンプ室内に吸入した前記流体を前記ポンプ室外への吐出を規制可能な吐出弁とを備え、
前記ポンプ本体部には、電磁石が配設され、前記吸入弁および前記吐出弁は、前記電磁石に吸引および反発可能な永久磁石を基部側にそれぞれ配設し、前記電磁石の磁極の切換によって、前記吸入弁が前記流体の吸入経路を開閉可能となっていると共に、前記吐出弁が前記流体の吐出経路を開閉可能となっており、
前記ポンプ室には、前記流体に吸入力および吐出力を付与可能な振動板を有し、この振動板は、前記電磁石の磁極の切換に同期して振動するようにしたことを特徴とするポンプ。
前記振動板の一面側には、振動子が固着され、この振動子を介して前記振動板が振動するようになっていることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
前記振動子は、前記電磁石と対向する側に永久磁石が固着されていることを特徴とする請求項２記載のポンプ。
前記振動板と前記吸入弁および前記吐出弁とは、それぞれ前記電磁石を挟んで互いに対向して配設され、前記電磁石を駆動制御すると、前記振動板が振動すると共に、前記吸入弁が前記吸入経路を、前記吐出弁が前記吐出経路をそれぞれ開閉するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のポンプ。
前記吸入経路を経由して前記ポンプ室内に前記流体を吸入するときは、前記吸入弁が前記吸入経路を開放すると共に前記吐出弁が前記吐出経路を閉じ、前記ポンプ室内に吸入した前記流体を前記吐出経路を経由して外部に吐出するときは、前記吐出弁が前記吐出経路を開放すると共に前記吸入弁が前記吸入経路を閉じるようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のポンプ。
前記吸入弁および前記吐出弁が前記吸入経路および前記吐出経路を閉じているときは、前記流体が逆流しないようになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のポンプ。