JP4406556B2 - 電磁式ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、電磁式ポンプに係り、特に、ポンプ自体の径を小型化するとともに、電磁式ポンプそのものの大きさをも小型化することのできる電磁式ポンプに関する。

従来から、携帯可能な小型電子機器用の小型の燃料電池におけるメチルアルコールなどの流体からなる燃料供給ポンプとして様々な電磁式ポンプが使用されてきた。

このような従来の電磁式ポンプの一例としては、ケーシング内に流体を吸入する吸入流路と、前記ケーシング内から前記流体を吐出する吐出流路と、前記ケーシング内に吸入口及び吐出口を備えた隔室として形成され、駆動源により往復振動を行うダイヤフラムを内部に備え前記流体の吸入および吐出を行うポンプ室と、前記ポンプ室の吸込口に設けられ、前記吸入流路に連通し前記流体の逆流を防止する吸込側逆止弁と、前記ポンプ室の吐出口に設けられ、前記吐出流路に連通し前記流体の逆流を防止する吐出側逆止弁とを設けた構成とされている。

また、所定容量の前記流体が貯溜可能な吸入側液溜室が、前記ケーシング内の吸込側逆止弁の上流側に設けられ、所定容量の前記流体が貯溜可能な吐出側液溜室が、前記ケーシング内の吐出側逆止弁の下流側に設けられている。

そして、前記吸込側逆止弁に比べて前記吐出側逆止弁の方が高い差圧で開くように形成されている。

前記ダイヤフラムの往復運動は、圧電素子からなる振動子（以下、圧電振動子）により行なわれ、前記圧電振動子は圧電体の撓み変化を応用するユニモルフ、バイモルフ等の素子が用いられ、交流電源によって駆動されるようになっている。

このような構成とすることにより、前記流体は前記圧電振動子が下方へ変形する際に前記吸込側逆止弁から吸入され、前記圧電振動子が上方へ変形する際に前記吐出側逆止弁から吐出されることになり、前記圧電振動子の繰り返し往復運動によって、連続的に搬送流体が吐出される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２７４３７３号公報

しかしながら、前述した従来の電磁式ポンプにおいては、吸込側逆止弁と吐出側逆止弁とが横に並んで配設されていたため、ポンプ自体の径の小型化が困難であった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、ポンプ自体の径を小型化することができ、これに伴い、電磁式ポンプそのものの大きさも小型化することができる電磁式ポンプを提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため本発明に係る電磁式ポンプの特徴は、前記吸入側逆止弁および前記吐出側逆止弁は、それぞれ前記流体の逆流を防止する傘部と、前記傘部を支持し前記逆止弁保持部材に形成された保持孔にそれぞれ保持される基部とを備え、一方の前記傘部が、他方の前記傘部および前記基部と、前記逆止弁保持部材における保持方向と直交する方向において一部重なるように配設され、前記各保持孔は前記保持方向と直交する方向においてずれた位置に形成され、前記吸入側流通孔は、前記吸入側逆止弁における前記傘部によって遮蔽され、前記吐出側流通孔は、前記吐出側逆止弁における前記傘部によって遮蔽され、前記吸入側逆止弁における前記傘部は、前記ポンプ室内に配設され、前記吐出側逆止弁における前記傘部は、前記吐出流路から吐出される前記流体を貯留可能な吐出液溜室内に配設され、前記吸入ノズルと前記吐出ノズルとが前記ポンプ室に対して前記ポンプ駆動機構と反対側の位置に配設されている点にある。

また、本発明に係る電磁式ポンプの他の特徴は、ポンプ駆動機構は、前記ケーシングに嵌着される駆動機構ケーシング内に配設されており、前記ポンプ駆動機構は、シリンダの外側に配置された電磁コイルと、前記シリンダの内孔内に両端がこの内孔から突出するように装着され軸方向に往復移動可能に配設されるとともに、一端に前記ダイアフラムが連結された可動軸と、前記シリンダを介し前記可動軸の軸方向の両側に配設された一対の磁石ホルダと、軸方向の両端が前記各磁石ホルダに挟持されており、環状に形成されるとともに軸方向に着磁され前記電磁コイルの軸方向両側に同極が対向するように配置された一対の永久磁石とから構成されている点にある。

本発明の電磁式ポンプによれば、ポンプ自体の径を小型化することができ、これに伴い、電磁式ポンプそのものの大きさをも小型化することができる。

以下、図面を用いて本発明に係る電磁式ポンプの実施形態について説明する。

図１は本発明に係る電磁式ポンプの第１実施形態を示した縦断面図である。

本第１実施形態の電磁式ポンプ１は、図１に示すように、ポンプ本体２とポンプ駆動機構３とが連結されて構成されている。

前記ポンプ本体２は、図示上方に、吸入流路５ａが形成された吸入ノズル５と吐出流路６ａが形成された吐出ノズル６とが一体に形成された樹脂材料によりテーパ状に形成されたケーシング４を有している。

前記ケーシング４内には、前記吸入流路５ａから吸入された流体（図示せず）が逆流することを防止するための吸入側逆止弁８と、前記流体が前記吐出流路６ａから吐出する際に逆流することを防止するための吐出側逆止弁９とを図示上下方向において一部重なるように保持した逆止弁保持部材７が収納されており、前記ケーシング４の図示下方の周面に形成された嵌着孔４ａと、前記逆止弁保持部材７の周面に形成された爪部７ｅとが嵌着され固定されている。

前記逆止弁保持部材７は樹脂材料によりほぼ円柱状に形成されており、この逆止弁保持部材７には、前記吸入流路５ａから吸入された流体を流通する吸入側流通孔７ａと、前記流体を前記吐出流路６ａへ流通する吐出側流通孔７ｂとが形成されている。

また、前記吸入側流通孔７ａの側方近傍には、前記吸入側逆止弁８の基部８ｂを保持する保持孔７ｃが形成され、前記吐出側流通孔７ｂの側方近傍には、前記吐出側逆止弁９の基部９ｂを保持する保持孔７ｄが形成されている。

前記吸入側逆止弁８は、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム等の弾性体から形成されており、前記吸入側流通孔７ａを遮蔽する傘部８ａと、前記保持孔７ｃに保持される基部８ｂと、前記保持孔７ｃから突出し前記基部８ｂよりも大径に形成された抜け止め部８ｃとから構成されている。

前記吐出側逆止弁９は、前記吸入側逆止弁８と同種類の弾性体から形成されており、前記吐出側流通孔７ｂを遮蔽する傘部９ａと、前記保持孔７ｄに保持される基部９ｂと、前記保持孔７ｄから突出し前記基部９ｂよりも大径に形成された抜け止め部９ｃとから構成されている。

また、前記ケーシング４の吸入流路５ａと前記逆止弁保持部材７の吸入側流通孔７ａとの間には、前記吸入流路５ａと前記吸入側流通孔７ａとを貫通させる貫通孔１０ａが形成された、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム等の弾性体からなるシール材１０が配設されている。また、前記シール材１０は、前記吐出側逆止弁９の傘部９ａと前記吐出流路６ａとの間に前記流体を貯溜可能な吐出液溜室１１を形成している。

前記ポンプ駆動機構３は、円筒形状に形成された駆動機構ケーシング１２内のほぼ中央に保持部材１３により円筒形状をなす電磁コイル１４が保持されている。

前記保持部材１３は、円筒形をなす保持部１３ａと、この保持部１３ａの両端にそれぞれ突設され前記駆動機構ケーシング１２の内周面に当接するフランジ１３ｂ，１３ｃとを有しており、前記保持部１３ａの外周面と前記各フランジ１３ｂ，１３ｃとにより前記電磁コイル１４が保持されている。前記電磁コイル１４には、前記駆動機構ケーシング１２に設けられた孔（図示せず）を挿通している導線（図示せず）が接続されており、この導線は制御装置（図示せず）に接続され前記電磁コイル１４に任意方向の電流を印加するようになっている。

また、前記各フランジ１３ｂ，１３ｃのうち、図示上方に配設された前記フランジ１３ｂには、前記逆止弁保持部材７と嵌着する嵌着部１３ｄと、前記電磁式ポンプ１のポンプとして往復動するダイアフラム１５を前記逆止弁保持部材７とともに狭持して保持する保持部１３ｅとが形成されており、前記ダイアフラム１５の外周縁部を保持するとともに前記逆止弁保持部材７に嵌着されている。なお、前記ダイアフラム１５は、非磁性体で弾性を有する素材、例えばゴム様弾性体、樹脂、オーステナイト系ステンレスなどの非磁性金属などにより、全体としてほぼ環状の薄膜状に形成されており、このダイアフラム１５の中心には、後述する可動軸１６を挿通する挿通孔１５ａが形成されており、この挿通孔１５ａの周縁部には可動軸１６と嵌着する突起部１５ｂが形成されている。

また、前記保持部材１３の中心には、可動軸１６が移動可能に挿通されたシリンダ１７が保持されており、このシリンダ１７の両端にはそれぞれフランジ１７ａが形成され、各フランジ１７ａにより前記保持部材１３に固定されている。

前記可動軸１６の図示上端には、前記ダイアフラム１５の突起部１５ｂを保持する保持部１６ａが形成されており、さらに、この保持部１６ａの前記ダイアフラム１５を介した下方と前記可動軸１６の図示下端にはそれぞれ永久磁石１８（１８ａ，１８ｂ）を保持する磁石ホルダ１９が固定されている。なお、前記ダイアフラム１５は、前記可動軸１６の保持部１６ａと前記磁石ホルダ１９とに狭持されている。そして、前記逆止弁保持部材７と、前記可動軸１６の保持部１６ａとこの保持部１６ａとに保持された前記ダイアフラム１５との間に、前記吸入流路５ａから吸入された前記流体を貯溜可能なポンプ室２０が形成される。

前記各磁石ホルダ１９はほぼ環状に形成されており、各磁石ホルダ１９の前記電磁コイル１４と対向する内端面の外周側にはそれぞれ磁石保持部１９ａが形成されており、各磁石保持部１９ａにはそれぞれ永久磁石１８（１８ａ，１８ｂ）が保持されている。また、前記各磁石ホルダ１９の前記電磁コイル１４と対向する内端面の内周側には防振ゴム等によりほぼ環状に形成されたダンパ２１がそれぞれ固定されている。そして、前記電磁コイル１４に電流が印加され磁力が励磁されると、その磁力の向きと前記各永久磁石１８（１８ａ，１８ｂ）との吸引あるいは反発により前記可動軸１６が軸方向に往復移動するようになっている。そして、前記可動軸１６が図示下方に移動すると前記吸入流路５ａから前記流体が流入して前記ポンプ室２０に前記流体が貯溜され、逆に、前記可動軸１６が図示上方に移動すると前記ポンプ室２０に貯溜された前記流体が前記吐出液溜室１１に吐出され前記吐出流路６ａから吐出されるようになっている。なお、本実施形態においては、前記各永久磁石１８は前記電磁コイル１４とそれぞれ対向する側がＳ極とするように配設されている。

また、前記ポンプ駆動機構３の図示下端部には、電磁式ポンプ１を保持するほぼ円筒形状に形成された保持ケース２２が前記保持部材１３の外周面に固着されている。

前記保持ケース２２は、樹脂などの非磁性体により形成されており、底面２２ａの中央には、外気の導入を可能とする通気口２２ｂが形成されている。

つぎに、前述した構成からなる本発明の電磁式ポンプ１の作用について説明する。

まず、制御装置１３により電磁コイル１４に電流が印加され、前記電磁コイル１４の図示上方側をＮ極、下方側をＳ極に励磁させると、永久磁石１８ａが前記電磁コイル１４に吸引され、永久磁石１８ｂが前記電磁コイル１４と反発し、可動軸１６が移動してダイアフラム１５が図示下方に引っ張られて変形する。このダイアフラム１５の変形により、ポンプ室２０の容積が増加して前記ポンプ室２０の圧力が低下し、吸入側逆止弁８の傘部８ａの外周部が逆止弁保持部材７から離間する。その結果、外部の流体が、吸入流路５ａからシール材１０の貫通孔１０ａと、前記逆止弁保持部材７の吸入側流通孔７ａを介して前記ポンプ室２０に流入する。

このとき、前記ポンプ室２０内の圧力低下は、吐出液溜室１１の圧力を前記ポンプ室２０内の圧力より高くするので、吐出側逆止弁９の傘部９ａの外周部が前記逆止弁保持部材７の外端面に当接して吐出側流通孔７ｂを遮蔽して、前記吐出液溜室１１の内部に流体が存在する場合に、流体が逆流して前記ポンプ室２０に流入することが防止される。

また、吸入状態においては、前記可動軸１６とともに各磁石ホルダ１９がともに移動しており、これらの磁石ホルダ１９の最大移動位置は、各磁石ホルダ１９に固定されたダンパ２１がシリンダ１７の各フランジ１７ａに当接することで確実かつ容易に制御することができるようになっている。

そして、前記ポンプ室２０に流入された前記流体は、制御装置により前記電磁コイル１４の磁極の極性が切り換えることにより吐出される。すなわち、前記電磁コイル１４の図示上方をＳ極、下方側をＮ極とするように電流を印加する。

すると、前記永久磁石１８ａが前記電磁コイル１４と反発し、前記永久磁石１８ｂと前記電磁コイル１４とが吸引し、前記可動軸１６が移動してダイアフラム１５が図示上方に引っ張られて変形する。このダイアフラム１５の変形により、前記ポンプ室２０の容積が減少して前記ポンプ室２０の圧力が増加し、前記吐出側逆止弁９の傘部９ａの外周部が逆止弁保持部材７から離間する。その結果、前記ポンプ室２０に流入した前記流体が、前記逆止弁保持部材７の前記吐出側流通孔７ｂを流通して前記吐出液溜室１１に流入して吐出流路６ａから吐出される。

このとき、前記ポンプ室２０内の圧力の増加により、前記吸入側逆止弁８の傘部８ａの外周面が前記逆止弁保持部材７の外端面に当接して吸入側流通孔７ａが遮蔽され、前記吸入流路５ａへ前記流体が逆流することを防止することができる。

そして、前記電磁コイル１４に印加する電流の方向を切り換えることにより流体の吸入および吐出を行なうことができ、制御装置により印加する電流を周期的に切り換えることにより流体の吸入および吐出を連続して行なうことができる。

以上説明したように、本発明の電磁式ポンプ１によれば、吸入側逆止弁８と吐出側逆止弁９とが逆止弁保持部材７に図示上下方向において一部重なるように配設されているので、電磁式ポンプ１自体の径を小型化することができ、これに伴い、電磁式ポンプ１そのものの大きさをも小型化することができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、本実施形態においてポンプ駆動機構３は電磁コイル１４に電流を印加して磁力を励磁させ、可動軸１６を移動させて非磁性体で弾性を有する素材からなるダイアフラム１５を往復動させていたが、このダイアフラム１５に圧電素子からなる振動子を使用して、この振動子に直接電流を印加して振動させることにより流体の吸入および吐出を行なうようにしてもよい。

本発明に係る電磁式ポンプの第１実施形態を示した縦断面図

符号の説明

１ 電磁式ポンプ
２ ポンプ本体
３ ポンプ駆動機構
４ ケーシング
５ 吸入ノズル
６ 吐出ノズル
７ 逆止弁保持部材
８ 吸入側逆止弁
９ 吐出側逆止弁
１０ シール材
１１ 吐出液溜室
１２ 駆動機構ケーシング
１３ 保持部材
１４ 電磁コイル
１５ ダイアフラム
１６ 可動軸
１７ シリンダ
１８ 永久磁石
１９ 磁石ホルダ
２０ ポンプ室
２１ ダンパ
２２ 保持ケース

Claims (2)

1. 流体を吸入する吸入流路が形成された吸入ノズルと前記流体を吐出する吐出流路が形成された吐出ノズルとが一体に形成されたケーシング内にポンプ室が形成されており、
   前記ポンプ室は、
   前記吸入流路から吸入された前記流体を流入させる吸入側流通孔が形成されるとともに、前記吸入側流通孔から前記流体が逆流することを防止する吸入側逆止弁が配設され、さらに、前記吐出流路から吐出される前記流体を流通する吐出側流通孔が形成されるとともに、前記吐出側流通孔から前記流体が逆流することを防止する吐出側逆止弁が配設された逆止弁保持部材と、
   電流を印加することにより往復駆動するポンプ駆動機構により往復振動するダイアフラムと
   により形成されている電磁式ポンプであって、
   前記吸入側逆止弁および前記吐出側逆止弁は、それぞれ前記流体の逆流を防止する傘部と、前記傘部を支持し前記逆止弁保持部材に形成された保持孔にそれぞれ保持される基部とを備え、
   一方の前記傘部が、他方の前記傘部および前記基部と、前記逆止弁保持部材における保持方向と直交する方向において一部重なるように配設され、
   前記各保持孔は前記保持方向と直交する方向においてずれた位置に形成され、
   前記吸入側流通孔は、前記吸入側逆止弁における前記傘部によって遮蔽され、
   前記吐出側流通孔は、前記吐出側逆止弁における前記傘部によって遮蔽され、
   前記吸入側逆止弁における前記傘部は、前記ポンプ室内に配設され、
   前記吐出側逆止弁における前記傘部は、前記吐出流路から吐出される前記流体を貯留可能な吐出液溜室内に配設され、
   前記吸入ノズルと前記吐出ノズルとが前記ポンプ室に対して前記ポンプ駆動機構と反対側の位置に配設されていることを特徴とする電磁式ポンプ。
2. 前記ポンプ駆動機構は、前記ケーシングに嵌着される駆動機構ケーシング内に配設されており、
   前記ポンプ駆動機構は、
   シリンダの外側に配置された電磁コイルと、
   前記シリンダの内孔内に両端がこの内孔から突出するように装着され軸方向に往復移動可能に配設されるとともに、一端に前記ダイアフラムが連結された可動軸と、
   前記シリンダを介し前記可動軸の軸方向の両側に配設された一対の磁石ホルダと、
   軸方向の両端が前記各磁石ホルダに挟持されており、環状に形成されるとともに軸方向に着磁され前記電磁コイルの軸方向両側に同局が対向するように配置された一対の永久磁石と
   から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁式ポンプ。