JP5419019B2 - ソレノイドポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ソレノイドの励磁作用下に変位する可動部材を有し、この可動部材の変位によって流体通路の開閉を切り換えるソレノイドポンプに関する。

従来、化学分野や医療分野では、液体に含まれる成分を分析する、または、複数の液体を所定量の割合で混合する等の目的で、微量の液体を供給する液体供給装置が用いられている。こうした装置は、微量の液体を流入及び流出させるソレノイドポンプが流路中に備えられ、液体を所望の量に供給制御するように構成されている。

このようなソレノイドポンプとしては、例えば、特許文献１に開示された流体ポンプ（ｆｌｕｉｄ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｐｕｍｐ）をあげることができる。特許文献１の流体ポンプは、ソレノイド（ｓｏｌｅｎｏｉｄ ａｓｓｅｍｂｌｙ）を励磁して可動部材（ｐｌｕｎｇｅｒ）を摺動することで、この可動部材が閉塞していた入力側通路（ｉｎｌｅｔ ｆｌｏｗ ｐａｓｓａｇｅ）の開口部を開放して、入力側通路とポンプ室（ｐｕｍｐ ｃｈａｍｂｅｒ）を連通させる。すなわち、特許文献１の流体ポンプは、可動部材の開放動作にともなって上流側の流路から所望の量の流体（液体）をポンプ室に流入し、可動部材の閉塞動作にともなって所望の量の流体をポンプ室から流出する。

米国特許第５２８４４２５号明細書

しかしながら、特許文献１の流体ポンプでは、可動部材が入力側通路とポンプ室との連通を開閉することによって、以下に列挙する課題が生じる。

第１に、可動部材が流体を流入させる入力側通路を閉塞することから、ポンプ室が出力側通路に連通したまま開放状態となるため、このポンプ室や出力側通路に残留した流体が劣化しやすくなる。特に、流体が液体の場合、ポンプ室内から出力側通路を介して水分が抜け液体が固化してしまうおそれがあり、この場合、ポンプ室に流入する液体の量が変化してしまう、またはメンテナンスにおいてポンプ室内の洗浄に手間がかかる等の不都合が生じる。

第２に、流出される流体がポンプ室及び出力側通路という比較的大きな容積からなる空間に貯留されるため、可動部材が入力側通路を閉塞する時に、多量の流体が押し出されることになり、この流体の流出が終了するタイミング（流体が液体の場合、液切れとも呼ばれる）に大きなばらつきが生じる。その結果、出力側通路から流出する流体の量が安定しなくなる。

第３に、可動部材が入力側通路を閉塞した状態において、入力側通路を直接閉塞するダイヤフラム（ｄｉａｐｈｒａｇｍ）の膜部が経時変化によって撓むことで、ポンプ室の容積を変化させてしまう。これにより、ポンプ室に流入していた流体を出力側通路に押し出すことがあり、流体の漏れが発生する原因となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、流体が流通する流体通路の連通状態を容易に切り換え、且つ流通する流体の量を精度よく制御することができ、しかも、流体通路内における流体の劣化を防ぐとともに、出力側通路から流出される流体の量を安定化させ、さらに流体の漏れを防ぐことができるソレノイドポンプを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、流体を入力ポートから出力ポートに流通させる流体通路が形成されたハウジングと、ソレノイドの励磁状態に基づいて変位して前記流体通路を開閉する可動部材と、を備えるソレノイドポンプであって、前記流体通路は、前記入力ポートに連通する入力側通路と、前記出力ポートに連通する出力側通路と、前記入力側通路及び前記出力側通路に連通するとともに前記ハウジングと前記可動部材の先端部とによって囲まれた空間からなるポンプ室と、を含み、前記可動部材は、前記変位にともなって前記ポンプ室と前記出力側通路との連通を開閉することを特徴とする。

上記によれば、可動部材がポンプ室と出力側通路との連通を開閉する構成としているため、可動部材が流体通路を閉塞した状態では、ポンプ室と出力側通路とが確実に遮断される。すなわち、ソレノイドポンプは、ポンプ室内に存在する流体を出力側通路に露呈させることがない。よって、出力側通路が開放状態となっていても、ポンプ室内の流体まで劣化させることがなく、劣化する流体の量を低減することができる。また、流体が液体の場合は、露呈によって生じる液体の個化を抑制することが可能となり、ポンプ室内の容積を安定化させることができる。これにより、ソレノイドポンプは、ポンプ室内に流入する液体の量を一定にすることができ、所望の量の液体を精度よく供給することができる。しかも、液体の固化が抑制されることで、洗浄等のメンテナンスを容易に行うこともできる。

また、可動部材がポンプ室と出力側通路との連通を閉塞する構成では、可動部材による流体通路の閉塞時に、上記のとおり流体の流出を確実に遮断することができる。このため、可動部材による流体通路の閉塞時に、流体の流出が終了するタイミングを一定とすることができ、出力側通路から所望の量の流体を安定的に流出することができる。

ここで、ソレノイドポンプの具体的構成として、前記ハウジングは、前記ポンプ室と連通する前記出力側通路の開口部を包囲する固定壁が形成されており、前記可動部材の先端部には、前記固定壁と対向する当接部が形成されるとともに外周縁部が前記ハウジングに固定されるダイヤフラムが備えられており、前記当接部は、前記流体通路の閉塞状態において、前記固定壁に密着するように構成することができる。

このように、流体通路の閉塞状態において、ダイヤフラムの当接部がハウジングの固定壁に密着することにより、ポンプ室と出力側通路とをより確実に遮断することができる。また、ダイヤフラムの膜部が経時変化によって撓んでも、可動部材が出力側通路を閉塞しているので、ポンプ室に流入している流体を押し出すことがなく、流体の漏れを確実に防ぐことができる。

この場合、前記固定壁及び前記当接部は、平坦状に形成されていることが好ましい。固定壁が平坦状に形成されていることで、出力側通路に向かう流体の流れを阻害するものが存在しないため、例えば、開口部の周囲に密閉用の突起が形成されている構成等と比較して、ポンプ室に流入した流体をスムーズに出力側通路に案内することができる。さらに、固定壁と対向する当接部が平坦状に形成されているため、流体通路の閉塞状態では、固定壁と当接部とをより強固に密着させることができる。

また、前記ダイヤフラムは、弾性力を備えるとともに前記当接部と前記外周縁部とを連結する膜部を有し、前記可動部材は、前記膜部における前記ポンプ室を臨む面と反対側の面を支持する支持部を備える構成としてもよい。

この支持部は、可動部材が流体通路を閉塞する時に、ダイヤフラムが流体から圧力を受けた場合でも、膜部を容易に支持して、該膜部の変形を防ぐことができる。これにより、流体の圧力を受けてもダイヤフラムの形状を維持したまま流体通路を閉塞することができ、所望の量からなる流体を安定的に出力側通路に流出させることができる。

この場合、前記支持部は、前記ダイヤフラムによる前記流体通路の閉塞状態において、前記反対側の面の傾斜に沿うテーパ形状に形成されていることが好ましい。このように、支持部が、膜部のポンプ室を望む面と反対側の面の傾斜に沿うテーパ形状に形成されていることで、支持部は、膜部を弾性変形させる等の大きな負荷をかけずに、確実に膜部を支持することができる。

そして、前記ダイヤフラムは、前記可動部材の先端部に取り付けられる取付部を有し、前記支持部は、リング状に形成され、前記取付部の側周面を囲うように取り付けられていてもよい。これにより、支持部は、膜部の反対側を全面に渡って支持することができるため、膜部を一層確実に支持することができる。しかも、リング状の支持部によってダイヤフラムの取付部を囲うことにより、ダイヤフラムが可動部材から脱落することを抑止する構成とすることもできる。

また、前記出力側通路の開口部は、前記可動部材に向かって拡径するテーパ形状に形成されており、前記ダイヤフラムは、前記出力側通路の開口部のテーパ形状と係合する凸部が形成されていてもよい。

出力側通路の開口部がテーパ形状に形成されていることで、ポンプ室内にある流体を出力側通路により容易に導くことができる。また、ダイヤフラムの凸部は、出力側通路の開口部に係合することで、出力側通路の開口部を簡単に密閉することができ、流体通路の連通をより確実に遮断することができる。

さらに、前記入力側通路には、前記入力ポートから前記ポンプ室に前記流体を流通させ、一方、前記ポンプ室から前記入力ポートに前記流体が流通することを遮断する入力側チェック弁が設けられ、前記ダイヤフラムは、前記入力側チェック弁の先端弁部に対向する係合部を備え、前記先端弁部は、前記ダイヤフラムによる前記流体通路の閉塞状態において、前記係合部により閉塞される構成としてもよい。

このように、係合部により入力側チェック弁の先端弁部を閉塞することにより、流体が流入される入力側通路から該流体のサージ圧等の圧力がかかった場合でも、先端弁部が閉塞した入力側チェック弁において阻止することができる。これにより、ポンプ室やダイヤフラムに圧力が及ぶことがなくなる。よって、例えば、押圧ばねにより可動部材を押圧することで流体通路を閉塞する構成では、押圧力が小さいばねを適用することができる。そして、押圧力が小さい押圧ばねを適用することで、ソレノイドの励磁作用にともなう可動部材を変位させる力（推力）を抑えることが可能となり、コイルの巻回量等が少ない小型のソレノイドを用いて装置の小型化を図ることができる。

この場合、前記係合部は、前記ダイヤフラムに一体形成されていてもよい。このように、ダイヤフラムに係合部を一体形成することで部品点数を少なくすることができる。特に、微量の流体を流入及び流出させるソレノイドポンプは、ダイヤフラムが小さいため、係合部を一体形成することで装置の組立を容易にすることができる。

ここで、前記可動部材の後端部と対向する位置には、前記可動部材の変位における変位量を調節する変位量調節機構が設けられていることが好ましい。

変位量調節機構によって可動部材の変位量を調節することにより、可動部材とハウジングによって形成されるポンプ室の容積を容易に調節することができる。これにより、ソレノイドポンプ内に流入及び流出させる流体を、ユーザが要望する量に簡単に調節することができる。

この場合、前記変位量調節機構は、前記可動部材の変位方向に沿って調節用雌ねじが形成された固定部材と、前記調節用雌ねじに螺合して固定部材に対し軸線方向に移動可能となった調節用ボルトと、によって構成され、前記調節用ボルトは、前記可動部材側に最も移動した状態で前記可動部材側の端部が前記固定部材から突出する構成としてもよい。このように、変位量調節機構は、調節用ボルトを固定部材に対し軸線方向に移動することで、この調節用ボルトの可動部材側の端部の位置が調節されるため、可動部材の変位量を一層容易に調節することできる。

本発明によれば、流体が流通する流体通路の連通状態を容易に切り換え、且つ流通する流体の量を精度よく制御することができ、しかも、流体通路内における流体の劣化を防ぐとともに、出力側通路から流出される流体の量を安定化させ、さらにダイヤフラムの耐久性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係るソレノイドポンプにおいてソレノイド部に電力が供給されていない通常状態の内部構造を示す側面断面図である。 第１実施形態に係るソレノイドポンプにおいてソレノイド部の励磁状態の内部構造を示す側面断面図である。 図１のソレノイドポンプのポンプ室周辺を拡大して示す側面断面図である。 図２のソレノイドポンプのポンプ室周辺を拡大して示す側面断面図である。 第１実施形態に係るソレノイドポンプの変形例を示す側面断面図である。 本発明の第２実施形態に係るソレノイドポンプの内部構造を示す側面断面図である。

以下、本発明に係るソレノイドポンプについて好適な実施の形態（第１及び第２実施形態）を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。第１及び第２実施形態に係るソレノイドポンプは、既述したように、微量の液体を供給制御する液体供給装置の流路に備えられ、該微量の液体を流入及び流出させるように構成されている。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ソレノイドポンプ内を流通する流体として気体を適用することができ、また、比較的量が多い流体を流通させるように構成することもできる。また、以降の説明では、発明の理解を容易にするために、特に指示のない限り、図１に示す矢印方向を基準として、上下左右方向を説明していく。

図１は、本発明の第１実施形態に係るソレノイドポンプ１０においてソレノイド部１２に電力が供給されていない通常状態の内部構造を示す側面断面図である。図１に示すように、第１実施形態に係るソレノイドポンプ１０は、ケース１４、中間連結部１６及びハウジング１８によって外観が構成され、その内部にはソレノイド部１２、可動部材２０等が収容されている。

ケース１４は、例えば、金属製材料から有底筒状に形成され、ソレノイド部１２を上方から覆うように装着される。このケース１４の上部中央部には、後述する固定鉄心２２の取付部２２ｂが挿通される孔１４ａが形成されている。

ソレノイド部１２は、コイル２４が巻回されるボビン２６と、ボビン２６の軸心位置に挿入される固定鉄心（固定部材）２２と、コイル２４に電気的に接続される電源接続部材２８とを含み、ケース１４内部に配設される。ボビン２６は、円筒状に形成され、軸方向に貫通する挿通孔２６ａを備えている。ボビン２６の上端部及び下端部には、半径外方向に拡径した一組の鍔部２６ｂ、２６ｃが形成され、この鍔部２６ｂ、２６ｃの間にコイル２４が巻回されて保持される。

固定鉄心２２は、金属製材料によって略円柱状に形成されている。この固定鉄心２２は、側周面がボビン２６の挿通孔２６ａに略一致する外径となっており、挿通孔２６ａに挿入されることで該ボビン２６と嵌合する。また、固定鉄心２２の下部には、側周面が半径内方向に縮径した受け部２２ａが形成され、さらに、上部には、同じく側周面が半径内方向に縮径した取付部２２ｂが形成されている。またさらに、固定鉄心２２の中心軸には、ボルト挿入孔２３が貫通形成されており、このボルト挿入孔２３の上部には雌ねじ部２３ａが形成されている。

ボルト挿入孔２３には調節用ボルト９０が挿入され、雌ねじ部２３ａには調節用ボルト９０の頭部に形成された雄ねじ部９０ａが螺合される。また、雄ねじ部９０ａの上部には固定ナット３２が螺合される。固定ナット３２の螺合前には、ケース１４が固定鉄心２２の取付部２２ｂに孔１４ａを介して取り付けられ、この孔１４ａよりも外径が大きいリング状のワッシャ３０が嵌め込まれる。これにより、ワッシャ３０と固定鉄心２２がケース１４を挟み込み、固定鉄心２２の取付部２２ｂにケース１４を固定させる。なお、固定ナット３２にはナットカバー３２ａが被せられる。

電源接続部材２８は、ボビン２６の下部に配設され、該ボビン２６を巻回しているコイル２４に電気的に接続されている。この電源接続部材２８は、ケース１４の側面から突出する端子２８ａを有し、この端子２８ａは電源コード２８ｂを介して図示しない外部電源に接続されている。ソレノイド部１２は、電源接続部材２８を介して外部電源から電力が通電されると、その電流変化に基づいて励磁されることになる。

また、ソレノイドポンプ１０の中間連結部１６は、３つのスリーブ（第１のスリーブ３４、第２のスリーブ３６、第３のスリーブ３８）と、該３つのスリーブの孔部３４ａ、３６ａ、３８ａ内を挿通し且つボビン２６の挿通孔２６ａに挿入されるガイド部材３９とによって構成されている。第１のスリーブ３４は、有底筒状に形成されるとともに、上部中央部にボビン２６の挿通孔２６ａの内径と略一致する孔部３４ａが穿設されている。さらに、第１のスリーブ３４の内周面には雌ねじ部３４ｂが形成されており、この雌ねじ部３４ｂには、ソレノイドポンプ１０の組立時に下側からハウジング１８が螺合される。

第２のスリーブ３６は、第１のスリーブ３４上部に配設される環状の部材であり、その中央部には、第１のスリーブ３４の孔部３４ａと同径の孔部３６ａが形成されている。

第３のスリーブ３８は、第２のスリーブ３６上部に配設される環状の部材であり、第１及び第２のスリーブ３４、３６と同様に、その中央部には、孔部３４ａ、３６ａと同径の孔部３８ａが形成されている。この第３のスリーブ３８は外周面の一部が切り欠かれ、電源接続部材２８が収容可能となっている。電源接続部材２８は、この第３のスリーブ３８とボビン２６の鍔部２６ｃに挟持されることにより保持される。

ガイド部材３９は、外径が孔部３４ａ、３６ａ、３８ａ及び挿通孔２６ａの内径に略一致する円筒状に形成されている。このガイド部材３９の軸芯には、軸方向に延びるガイド孔３９ａが形成されている。また、ガイド部材３９の下部には、半径外方向に延出するフランジ３９ｂが形成されている。ガイド部材３９は、第１のスリーブ３４とハウジング１８の螺合にともなって、フランジ３９ｂが第１のスリーブ３４の天井面とハウジング１８の上面の間に挟み込まれる。これにより、ガイド部材３９は、筒状部分が第１のスリーブ３４の孔部３４ａから立設される。そして、ガイド部材３９の筒状部分の外周面には、第２及び第３のスリーブ３６、３８、及びボビン２６が順次外嵌される。さらに、ガイド孔３９ａの上部には、固定鉄心２２の受け部２２ａが嵌め込まれて、その嵌合箇所が溶接されることで、ガイド部材３９と固定鉄心２２の連結がなされる。

すなわち、ソレノイドポンプ１０は、中間連結部１６よりも上部側に配設される各構成の軸心位置がガイド部材３９を介して同軸上に配設されることになる（電源接続部材２８を除く）。また、ソレノイドポンプ１０は、中間連結部１６及び固定鉄心２２によって上部側の各構成が一体的に保持され、下部のハウジング１８に連結される構成となっている。

ソレノイドポンプ１０の可動部材２０は、プランジャ４０、フランジ部材４２、ダイヤフラム４４等を含み、ソレノイドポンプ１０内に変位自在に配設される。プランジャ４０は、例えば、鉄等の磁性材料によって略円柱形状に形成されている。また、プランジャ４０は、ガイド部材３９のガイド孔３９ａ内において上下方向に変位可能な外径に形成されており、該ガイド孔３９ａ内に挿入されることで、その上部に存在する固定鉄心２２と同軸上に配置される。このプランジャ４０は、ソレノイド部１２の励磁作用によって固定鉄心２２側（上方向）に吸引される推力が付与され、これによって上方向に変位する構成となっている。

また、プランジャ４０の先端部（下部）には、ねじ孔４０ａが形成されており、このねじ孔４０ａには取付用ねじ４６が螺合される。この取付用ねじ４６には、中間部分の頭部４６ａ寄りに半径外方向に拡径した胴部４６ｂが形成されており、この胴部４６ｂにはフランジ部材４２が嵌合される。一方、取付用ねじ４６の頭部４６ａには、ダイヤフラム４４が取り付けられる。

フランジ部材４２は、プランジャ４０の先端面よりも半径外方向に拡径する円板形状に形成されている。このフランジ部材４２の上面には、最外周縁よりも内方向に縮径した段部４２ａが形成されており、この段部４２ａには押圧ばね４８の下部側端部が係合される。

押圧ばね４８は、上部側端部がガイド部材３９のフランジ３９ｂに当接し、下部側端部に係合されているフランジ部材４２を常時下方向に付勢するように構成されている。可動部材２０は、この押圧ばね４８によりフランジ部材４２が押圧されることで、一体的に下方向に押圧される。

ダイヤフラム４４は、図３に示すように、例えば、ゴム等の弾性材料から形成され、比較的厚肉に形成された中央部４４ａと、この中央部４４ａに連なるとともに半径外方向に拡径し且つ薄肉に形成された膜部４４ｂと、この膜部４４ｂに連なりハウジング１８に固定される外周縁部４４ｃと、を有する。ダイヤフラム４４の中央部４４ａ上面には、フックを有する取付孔４４ｄが形成されており、取付用ねじ４６の頭部４６ａは、この取付孔４４ｄに挿入されフックによって係止される。ダイヤフラム４４は、プランジャ４０との取付状態において、該プランジャ４０の先端部と反対側にある中央部４４ａ及び膜部４４ｂの下面がハウジング１８に臨むように構成されている。また、フランジ部材４２は、ダイヤフラム４４の取付部分とプランジャ４０の先端面によって挟み込まれることで確実に保持される。

図１に戻り、ソレノイドポンプ１０のハウジング１８は、３つのブロック体（第１のブロック体５０、第２のブロック体５２、第３のブロック体５４）からなり、第１〜第３のブロック体５０、５２、５４が下側から順に積層されて、連結用ねじ５６によって連結されることで一体に構成されている。また、ハウジング１８には、液体が流通可能な流体通路６０が形成されている。この流体通路６０は、ポンプ室６２、入力側通路６４及び出力側通路６６を有している。

第１のブロック体５０は、液体供給装置（図示せず）の流路１００に接続される部材であり、この流路１００に接続される下側端面には、入力ポート６８及び出力ポート７０が形成されている。入力ポート６８は、上流側の流路１００ａが接続されて、ソレノイドポンプ１０内に液体を流入させ、出力ポート７０は、下流側の流路１００ｂが接続されてソレノイドポンプ１０内から液体を流出させる機能を有している。

第１のブロック体５０の内部には、入力ポート６８から反対側の上側端面まで貫通する第１の入力側通路６４ａと、出力ポート７０から上側端面まで貫通する第１の出力側通路６６ａと、が穿設されている。第１の出力側通路６６ａの上部側には、この第１の出力側通路６６ａよりも大きな内径からなる第１の収容部６７が形成されている。第１の収容部６７には、ハウジング１８が組み立てられる時に出力側チェック弁８０が収容される。出力側チェック弁８０は、先端弁部８０ａがポンプ室６２から出力ポート７０に向かうように収容され、この先端弁部８０ａは、液体の流入時には閉口することで出力側通路６６から液体の流入を遮断し、液体の流出時には開口することで液体の流出を許容する。

第２のブロック体５２は、第１のブロック体５０と第３のブロック体５４の中間に介在する部材である。第２のブロック体５２内部には、第１の入力側通路６４ａに連通する第２の入力側通路６４ｂと、第１の出力側通路６６ａに連通する第２の出力側通路６６ｂと、が穿設されている。第２の入力側通路６４ｂ及び第２の出力側通路６６ｂは、第１のブロック体５０に接続される下側端面から反対側の上側端面に貫通するように形成されている。また、第２の入力側通路６４ｂの下部側には、この第２の入力側通路６４ｂよりも大きな内径からなる第２の収容部６５が形成されている。第２の収容部６５には、ハウジング１８が組み立てられる時に入力側チェック弁８２が収容される。入力側チェック弁８２は、先端弁部８２ａが入力ポート６８からポンプ室６２に向かうように収容され、この先端弁部８２ａは、液体の流入時には開口することで入力側通路６４から液体の流入を許容し、液体の流出時には閉口することで液体の流出を遮断する。

また、第２のブロック体５２の上側端面は、図３に示すように、側部に対して中央部が窪んだ凹部８４に形成されており、この凹部８４はダイヤフラム４４の下面と対向する。凹部８４は、側面が第３のブロック体５４に向かって拡径するテーパ状に形成されるとともに、底面がダイヤフラム４４と当接する固定壁８４ａとして平坦状に形成されている。また、凹部８４の側面には、第２の入力側通路６４ｂの開口部６４ｃが所定箇所（図３中では右側）に形成されており、固定壁８４ａの中心部には、第２の出力側通路６６ｂの開口部６６ｃが形成されている。

図１に示すように、凹部８４とダイヤフラム４４によって囲まれた空間は、流体通路６０のポンプ室６２として構成されている。すなわち、このポンプ室６２は、入力側通路６４（第１及び第２の入力側通路６４ａ、６４ｂ）及び出力側通路６６（第１及び第２の出力側通路６６ａ、６６ｂ）に連通しており、入力側通路６４から液体が流入され、出力側通路６６に流出させる機能を有している。

第３のブロック体５４は、半径外方向に突出した突縁部５４ａを下部側に有する円筒状に形成されており、この筒内には可動部材２０の先端部が挿入される。突縁部５４ａの下側端面は第２のブロック体５２の上側端面の側部に接続される。この突縁部５４ａは、第２のブロック体５２と第３のブロック体５４の接続時に、第２のブロック体５２の上側端面の側部と協働してダイヤフラム４４の外周縁部４４ｃを挟み込む。これによりダイヤフラム４４の外周縁部４４ｃはハウジング１８に固定される。また、第３のブロック体５４の外周面には雄ねじ部５４ｂが形成されている。ハウジング１８と中間連結部１６の接続は、この雄ねじ部５４ｂが第１のスリーブ３４の雌ねじ部３４ｂに螺合されることによりなされる。

第１実施形態に係るソレノイドポンプ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にソレノイドポンプ１０の動作及び作用効果について図１〜図４を参照しながら説明する。

ソレノイドポンプ１０は、ソレノイド部１２の励磁作用によって内部に配設した可動部材２０を変位させることで流体通路６０を開閉する。すなわち、ソレノイド部１２が励磁されていない非励磁状態の場合は、可動部材２０がソレノイドポンプ１０内のガイド孔３９ａの下部側に位置してポンプ室６２と出力側通路６６を閉塞している。そして、外部電源から電力が供給されソレノイド部１２が励磁状態となった場合は、可動部材２０が吸引されガイド孔３９ａの上部側に変位することになり、これによりポンプ室６２と出力側通路６６が開放される。

図１に示すように、ソレノイドポンプ１０は、非励磁状態において、可動部材２０の先端側に取り付けられたダイヤフラム４４が、押圧ばね４８によってポンプ室６２内から出力側通路６６側（下方向）に押圧される。この場合、ダイヤフラム４４の中央部４４ａ下面側が第２のブロック体５２の凹部８４の中心部に当接する。

図３に示すように、凹部８４の中心部には、出力側通路６６の開口部６６ｃがテーパ形状に形成されており、さらに凹部８４の周囲には開口部６６ｃを包囲する平坦状の固定壁８４ａが形成されている。一方、ダイヤフラム４４の中央部４４ａ下面の中心位置には、出力側通路６６の開口部６６ｃと対向する凸部４４ｅが形成されている。この凸部４４ｅの側周部は、開口部６６ｃに向かって縮径するテーパ形状に形成されている。また、ダイヤフラム４４は、この凸部４４ｅの周囲を包囲するように平坦状の当接部４４ｆが形成されており、この当接部４４ｆが固定壁８４ａと対向している。したがって、ダイヤフラム４４による流体通路６０の閉塞状態では、共に平坦状に形成された固定壁８４ａと当接部４４ｆとが密着することになり、ポンプ室６２と出力側通路６６とを確実に閉塞（遮断）することができる。さらに、流体通路６０の閉塞状態では、出力側通路６６の開口部６６ｃのテーパ形状と凸部４４ｅのテーパ形状が密着し、凸部４４ｅが開口部６６ｃを密閉した状態にするため、ポンプ室６２と出力側通路６６とを一層確実に遮断することができる。

図２に示すように、ソレノイドポンプ１０は、ソレノイド部１２が励磁状態（電力が供給されている状態）に切り換えられると、可動部材２０がガイド孔３９ａ内の上部側に変位して、プランジャ４０の後端部が固定鉄心２２の受け部２２ａ、または後述する調節用ボルト９０の先端部９０ｂに当接する。そして、可動部材２０の変位にともなって、その先端部に取り付けられたダイヤフラム４４は、ポンプ室６２と出力側通路６６の閉塞状態を開放する。可動部材２０の変位時には、ガイド孔３９ａによってプランジャ４０が案内されることで、該可動部材２０を上方向に精度よく変位させることができる。

図４に示すように、外周縁部４４ｃがハウジング１８に固定されているダイヤフラム４４は、可動部材２０の変位ともなって、中央部４４ａと膜部４４ｂとを上方向に変位及び変形して、ポンプ室６２の容積（空間の体積）を大きくさせる。これにより、ポンプ室６２は液体を吸引して室内に流入させることができる。ここで、図２に示すように、入力側通路６４に配設された入力側チェック弁８２は、ポンプ室６２が液体を吸引する作用に伴って先端弁部８２ａが開口し、入力ポート６８側からポンプ室６２に液体を流入させる。一方、出力側通路６６に配設された出力側チェック弁８０は、ポンプ室６２が液体を吸引するときも先端弁部８０ａの閉口状態を維持して、出力側通路６６からポンプ室６２に液体が流入することを遮断する。したがって、出力側通路６６からポンプ室６２内への液体の流入が阻止され、入力側通路６４からのみポンプ室６２内への液体の流入が許容されることになる。

可動部材２０がガイド孔３９ａ内の上部側に変位した状態では、ポンプ室６２内に所望の量の液体が流入される。すなわち、ソレノイドポンプ１０は、可動部材２０の上部側変位位置が変更されることで、その変位量が調節され、これによりポンプ室６２に流入及び流出される液体の量を調節することができる。このため、本実施形態に係るソレノイドポンプ１０には、可動部材２０の変位量を調節する変位量調節機構８６が設けられている。

図１に示すように、変位量調節機構８６は、可動部材２０（プランジャ４０）の後端部と対向する位置にある固定鉄心２２と、調節用ボルト９０と、によって構成されている。具体的には、固定鉄心２２のボルト挿入孔２３が可動部材２０の変位方向に沿って形成されており、このボルト挿入孔２３の雌ねじ部（調節用雌ねじ）２３ａに調節用ボルト９０の雄ねじ部９０ａが螺合されている。調節用ボルト９０は、固定鉄心２２に対する回転に伴って上下方向に移動することができ、可動部材２０側に最も移動した状態で可動部材２０側の端部（先端部９０ｂ）が固定鉄心２２から突出するように構成されている。

すなわち、変位量調節機構８６は、固定鉄心２２の下端面から突出する先端部９０ｂの突出量を調節する。この場合、ナットカバー３２ａを外して調節用ボルト９０をねじ送りし先端部９０ｂの位置を調節することで、プランジャ４０の後端部が先端部９０ｂに当接する上部側変位位置が調節される。その結果、ソレノイドポンプ１０は、可動部材２０の変位量が調節され、ポンプ室６２に流入する液体の量が調節される。なお、可動部材２０は、調節用ボルト９０と当接する箇所に緩衝部材が設けられていてもよい。この緩衝部材は、調節用ボルト９０との当接する際の衝撃を吸収することができる。

ソレノイドポンプ１０は、励磁状態から非励磁状態に切り替わると、図３に示すように、ガイド孔３９ａの上部側に変位していた可動部材２０が、押圧ばね４８によって押圧されて下方向に変位する。これにともないダイヤフラム４４も下方向に変位及び変形し、ポンプ室６２の容積を小さくさせる。ポンプ室６２内に流入していた液体は、このダイヤフラム４４の変位及び変形によってポンプ室６２から出力側通路６６に流出する。このとき、出力側チェック弁８０の先端弁部８０ａは、液体の押圧力を受けて開口し液体を流出させる。一方、入力側チェック弁８２の先端弁部８２ａは、液体がポンプ室６２内に流入した後に閉じられ、ポンプ室６２からの液体の流出を遮断する。したがって、ポンプ室６２に流入した液体は、出力側通路６６の開口部６６ｃのみに流れ込むことになり、出力側通路６６から出力ポート７０を介して下流側の流路１００ｂに流出する。なお、ソレノイドポンプ１０は、出力側通路６６の開口部６６ｃがテーパ形状に形成されているため、液体をポンプ室６２から出力側通路６６に容易に導くことができる。

以上のとおり、本実施形態に係るソレノイドポンプ１０は、可動部材２０がポンプ室６２と出力側通路６６の連通を閉塞する時に、液体の流出を可動部材２０によって確実に遮断することができる。このため、可動部材２０が入力側通路６４を閉塞する構成（例えば、特許文献１の流体ポンプ）と比較して、可動部材２０による流体通路６０の閉塞時に、液体の流出が終了するタイミングを一定とすることができ、出力側通路６６から所望の量の流体を安定的に流出することができる。

また、ソレノイドポンプ１０は、押圧ばね４８が可動部材２０の先端部側に備えられるフランジ部材４２を押圧する構成であるため、同じく先端部に取り付けられたダイヤフラム４４に押圧力を良好に伝えることができ、ダイヤフラム４４による流体通路６０を強固に閉塞することが可能となる。すなわち、特許文献１の流体ポンプのように、押圧ばね（ｓｐｒｉｎｇ）が可動部材２０の後端部よりも後方に設けられる構成では、押圧力の付与によって可動部材２０がよれてしまう可能性があり、該可動部材２０による流体通路６０の閉塞が良好にできない等の不具合を生じさせるおそれがある。しかし、本実施形態に係るソレノイドポンプ１０は、可動部材２０の先端部に備えられるフランジ部材４２を押圧することで、上記のような不具合を回避することができる。

さらに、ソレノイドポンプ１０は、既述したように、固定壁８４ａが平坦状に形成されており、出力側通路６６に向かう液体の流れを阻害するものが存在しないため、開口部６６ｃの周囲に密閉用の突起が形成されている構成等と比較して、ポンプ室６２に流入した液体をスムーズに出力側通路６６に案内することができる。

ここで、本実施形態に係るソレノイドポンプ１０は、ダイヤフラム４４の膜部４４ｂを支持する支持部９２が可動部材２０に備えられている。この支持部９２は、弾性材料によって形成され、膜部４４ｂのポンプ室６２を臨む面と反対側の面に配設されている。支持部９２は、流体通路６０の閉塞時に膜部４４ｂを支持して、膜部４４ｂが液体からの圧力によって変形することを防止することができ、これによりポンプ室６２から流出される液体の量を安定化させることができる。

また、本実施形態の支持部９２のダイヤフラム４４に対向する側の面（下面）は、流体通路６０の閉塞状態におけるダイヤフラム４４の膜部４４ｂの、ポンプ室６２とは反対側の面の傾斜に沿うテーパ形状に形成されている。これにより、支持部９２は、膜部４４ｂを弾性変形させる等の大きな負荷をかけずに、確実に膜部４４ｂを支持することができる。

さらに、支持部９２は、リング状に形成され、ダイヤフラム４４が可動部材２０に取り付けられている中央部４４ａ上部側の側周面を囲うように嵌合される。これにより、支持部９２は、膜部４４ｂの反対側を全面に渡って支持することができ、膜部４４ｂを一層容易に支持することができる。しかも、リング状の支持部９２は、ダイヤフラム４４と取付用ねじ４６の取付部分を弾性的に締め付けることができるため、ダイヤフラム４４が可動部材２０から脱落することを抑止することが可能となる。

ソレノイドポンプ１０は、支持部９２を備えることによって、可動部材２０（ダイヤフラム４４）が下方向に変位する際に、ポンプ室６２内に流入していた液体の圧力で膜部４４ｂが上側に撓むことを防止できる。このため、ダイヤフラム４４によって、ポンプ室６２内に流入していた液体を確実に出力側通路６６に押し出すことができる。

そして、ダイヤフラム４４がポンプ室６２と出力側通路６６とを閉塞した状態では、ポンプ室６２内に存在する液体を出力側通路６６に露呈させることがなくなる。よって、出力側通路６６が開放状態となっていても、ポンプ室６２内の液体まで劣化させることがなく、劣化する流体の量を低減することができる。また、この露呈によって生じる液体の個化も抑制することが可能となり、ポンプ室６２内の容積を安定化させることができる。これにより、ソレノイドポンプ１０は、ポンプ室６２内に流入する液体の量を一定にすることができ、所望の量の液体を精度よく供給することができる。しかも、液体の固化が抑制されることで、洗浄等のメンテナンスを容易に行うこともできる。

また、ダイヤフラム４４がポンプ室６２と出力側通路６６との連通を閉塞する構成では、ダイヤフラム４４の膜部４４ｂが経時変化によって撓んでも、可動部材２０が出力側通路６６を閉塞しているので、ポンプ室６２に流入している液体を押し出すことがなく、液体の漏れを確実に防ぐことができる。

図５は、第１実施形態に係るソレノイドポンプ１０の変形例を示す側面断面図である。図５に示すように、本変形例に係るソレノイドポンプ１０Ａは、入力側通路６４に収容されている入力側チェック弁８２の先端弁部８２ａが直接ポンプ室６２内に突き出た構成となっている点で、第１実施形態に係るソレノイドポンプ１０とは異なる。このように構成しても、可動部材２０がポンプ室６２と出力側通路６６を開閉することができるため、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、この変形例に係るソレノイドポンプ１０Ａによれば、第２のブロック体５２を小さく形成することができるため、装置をより小型化することが可能となる。

図６は、本発明の第２実施形態に係るソレノイドポンプ１０Ｂの内部構造を示す側面断面図である。第２実施形態に係るソレノイドポンプ１０Ｂは、入力側通路６４に収容されている入力側チェック弁８２の先端弁部８２ａが直接ポンプ室６２内に突き出ており、且つ先端弁部８２ａに対向する位置に係合部９４が備えられている点で、第１実施形態に係るソレノイドポンプ１０とは異なる。

この係合部９４は、ダイヤフラム４４の膜部４４ｂの下面に設けられており、ダイヤフラム４４による流体通路６０の閉塞状態において、入力側チェック弁８２の先端弁部８２ａを閉塞する。このように、係合部９４により入力側チェック弁８２の先端弁部８２ａを閉塞することにより、液体が流入される入力側通路６４から該液体のサージ圧等の圧力がかかった場合でも、入力側チェック弁８２において阻止することができる。これにより、ポンプ室６２やダイヤフラム４４に圧力が及ぶことがなくなるため、例えば、可動部材２０を押圧ばね４８により押圧することで流体通路６０を閉塞する構成では、押圧力が小さいばねを適用することができる。そして、押圧力が小さい押圧ばね４８を適用することで、ソレノイド部１２の励磁作用にともなう可動部材２０を変位させる力（推力）を抑えることが可能となり、コイル２４の巻回量等が少ない小型のソレノイドを用いて装置の小型化を図ることができる。

また、この係合部９４は、ダイヤフラム４４の膜部４４ｂに一体形成されている。このように、ダイヤフラム４４に係合部９４を一体形成することで、部品点数を少なくすることができる。特に、微量の液体を流入及び流出させるソレノイドポンプ１０Ｂは、ダイヤフラム４４が小さいため、係合部９４を一体形成することで装置の組立を容易にすることができる。

以上、本発明に係るソレノイドポンプ１０、１０Ａ、１０Ｂは、流体が流通する流体通路６０の連通状態を容易に切り換え、且つ流通する流体の量を精度よく制御することができ、しかも、流体通路６０内における流体の劣化を防ぐとともに、出力側通路６６から流出される流体の量を安定化させ、さらにダイヤフラム４４の耐久性を向上させることができる。特に、このソレノイドポンプ１０、１０Ａ、１０Ｂは、微量の流体を精度よく流入及び流出させる流体供給装置等に好適に用いることができる。

なお、本発明に係るソレノイドポンプ１０、１０Ａ、１０Ｂは、上述の実施の形態（第１及び第２実施形態）に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、１０Ａ、１０Ｂ…ソレノイドポンプ １２…ソレノイド部
１４…ケース １６…中間連結部
１８…ハウジング ２０…可動部材
２２…固定鉄心 ２３…ボルト挿入孔
２４…コイル ２６…ボビン
２８…電源接続部材 ４０…プランジャ
４２…フランジ部材 ４４…ダイヤフラム
４４ａ…中央部 ４４ｂ…膜部
４４ｃ…外周縁部 ４４ｄ…取付孔
４４ｅ…凸部 ４４ｆ…当接部
４８…押圧ばね ６０…流体通路
６２…ポンプ室 ６４…入力側通路
６６…出力側通路 ６８…入力ポート
７０…出力ポート ８０…出力側チェック弁
８２…入力側チェック弁 ８４…凹部
８４ａ…固定壁 ８６…変位量調節機構
９０…調節用ボルト ９２…支持部
９４…係合部

Claims (9)

1. 流体を入力ポートから出力ポートに流通させる流体通路が形成されたハウジングと、ソレノイドの励磁状態に基づいて変位して前記流体通路を開閉する可動部材と、を備えるソレノイドポンプであって、
   前記流体通路は、前記入力ポートに連通する入力側通路と、前記出力ポートに連通する出力側通路と、前記入力側通路及び前記出力側通路に連通するとともに前記ハウジングと前記可動部材の先端部とによって囲まれた空間からなるポンプ室と、を含み、
   前記ハウジングは、前記ポンプ室と連通し前記可動部材に向かって拡径するテーパ形状に形成された前記出力側通路の開口部と、前記出力側通路の開口部を包囲する固定壁とを有し、
   前記可動部材は、前記固定壁と対向する当接部と、前記出力側通路の開口部のテーパ形状と係合する凸部と、前記ハウジングに固定される外周縁部とを有するダイヤフラムを先端部に備え、前記変位にともなって前記ポンプ室と前記出力側通路との連通を開閉する構成であり、且つ閉塞状態において前記当接部が前記固定壁に密着することを特徴とするソレノイドポンプ。
2. 請求項１記載のソレノイドポンプにおいて、
   前記固定壁及び前記当接部は、平坦状に形成されていることを特徴とするソレノイドポンプ。
3. 請求項１又は２記載のソレノイドポンプにおいて、
   前記ダイヤフラムは、弾性力を備えるとともに前記当接部と前記外周縁部とを連結する膜部を有し、
   前記可動部材は、前記膜部における前記ポンプ室を臨む面と反対側の面を支持する支持部を備えることを特徴とするソレノイドポンプ。
4. 請求項３記載のソレノイドポンプにおいて、
   前記支持部は、前記ダイヤフラムによる前記流体通路の閉塞状態において、前記反対側の面の傾斜に沿うテーパ形状に形成されていることを特徴とするソレノイドポンプ。
5. 請求項３又は４記載のソレノイドポンプにおいて、
   前記ダイヤフラムは、前記可動部材の先端部に取り付けられる取付部を有し、
   前記支持部は、リング状に形成され、前記取付部の側周面を囲うように取り付けられていることを特徴とするソレノイドポンプ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のソレノイドポンプにおいて、
   前記入力側通路には、前記入力ポートから前記ポンプ室に前記流体を流通させ、一方、前記ポンプ室から前記入力ポートに前記流体が流通することを遮断する入力側チェック弁が設けられ、
   前記ダイヤフラムは、前記入力側チェック弁の先端弁部に対向する係合部を備え、
   前記先端弁部は、前記ダイヤフラムによる前記流体通路の閉塞状態において、前記係合部により閉塞されることを特徴とするソレノイドポンプ。
7. 請求項６記載のソレノイドポンプにおいて、
   前記係合部は、前記ダイヤフラムに一体形成されていることを特徴とするソレノイドポンプ。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のソレノイドポンプにおいて、
   前記可動部材の後端部と対向する位置には、前記可動部材の変位における変位量を調節する変位量調節機構が設けられていることを特徴とするソレノイドポンプ。
9. 請求項８記載のソレノイドポンプにおいて、
   前記変位量調節機構は、前記可動部材の変位方向に沿って調節用雌ねじが形成された固定部材と、前記調節用雌ねじに螺合して固定部材に対し軸線方向に移動可能となった調節用ボルトと、によって構成され、
   前記調節用ボルトは、前記可動部材側に最も移動した状態で前記可動部材側の端部が前記固定部材から突出することを特徴とするソレノイドポンプ。

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