(57)【要約】【課題】分割した電磁コイルにする必要がなく、小型化が可能で、かつ、吐出流量の調整も容易な電磁ポンプを提供することにある。【解決手段】電磁コイルに供給される駆動信号の周波数を変化させることにより、吐出流量の調整を行う電磁ポンプであって、前記電磁コイルが発生する電磁力と対向する向きに弾性復元力を付与することにより、可動子としてのプランジャを復動させる弾性部材を有し、前記弾性部材は、長さの異なる複数のバネ６１、６２、６３が並列かつ同芯状に配置された構成である。【選択図】図２
2020125712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁コイルに供給される駆動信号の周波数を変化させることにより、吐出流量の調整を行う電磁ポンプであって、
前記電磁コイルが発生する電磁力と対向する向きに弾性復元力を付与することにより、可動子を復動させる弾性部材を有し、
前記弾性部材は、長さの異なる複数のバネが並列に配置された構成であることを特徴とする電磁ポンプ。
【請求項２】
前記複数のバネのバネ定数は、短いバネ程、バネ定数が大きいことを特徴とする請求項１に記載の電磁ポンプ。
【請求項３】
前記複数のバネは、同芯状に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、液体燃料を供給する電磁ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁ポンプは、プランジャの変位量を調整することで、吐出流量を調整するものが主流である。例えば、下記２つのようなタイプが知られている。
【０００３】
１つ目のタイプは、電磁コイルに供給される駆動信号の周波数を変化させることなく、駆動信号の電圧のＤＵＴＹ比を変えることで、プランジャの変位量を変更し、吐出流量を変更する構成である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
２つ目のタイプは、電磁コイルを分割することで、制御性の向上を図る構成である（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−４７０３５号公報
【特許文献２】特開平５−７９４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示されたＤＵＴＹ比は、吐出流量、電源電圧および吐出側の状態（圧力）毎に設定する必要があり、複雑であるという問題点があった。
【０００７】
また、特許文献２に開示された電磁コイルでは、全てのコイルを励磁した状態で使えないため、小型化に不向きであるという問題点があった。また、分割したコイル毎に制御が必要となるという課題もあった。
【０００８】
本発明は、分割した電磁コイルにする必要がなく、小型化が可能で、かつ、吐出流量の調整も容易な電磁ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明の電磁ポンプは、電磁コイルに供給される駆動信号の周波数を変化させることにより、吐出流量の調整を行う電磁ポンプであって、前記電磁コイルが発生する電磁力と対向する向きに弾性復元力を付与することにより、可動子を復動させる弾性部材を有する。そして、前記弾性部材は、長さの異なる複数のバネが並列に配置された構成である。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成により、分割した電磁コイルにする必要がなく、小型化が可能で、かつ、吐出流量の調整も容易な電磁ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の電磁ポンプであり、（Ａ）は液体燃料吐出時の状態を示す縦断面図、（Ｂ）は液体燃料吸入時の状態を示す縦断面図である。
【図２】図１（Ａ）に示す合成バネ６０の詳細構造を説明するための模式説明図であり、（Ａ）は左側面模式説明図、（Ｂ）は正面模式説明図である。
【図３】図１（Ａ）に示すプランジャ５０の変位量と合成バネ６０のバネ定数の関係を説明するための説明図である。
【図４】図３に示すプランジャ５０の変位量＝３ｍｍの場合のバネ６１、６２、６３の各変形状態を説明するための模式説明図であり、（Ａ）は左側面模式説明図、（Ｂ）は正面模式説明図である。
【図５】図３に示すプランジャ５０の変位量＝９ｍｍの場合のバネ６１、６２、６３の各変形状態を説明するための模式説明図であり、（Ａ）は左側面模式説明図、（Ｂ）は正面模式説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の電磁ポンプの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１において、１０は、例えば、流体としての液体燃料９０を吸入し吐出させるプランジャ式の電磁ポンプ、２０は鉄系の材料からなるシリンダ、３０は電磁コイル、４０は加圧室、５０はシリンダ２０内に摺動可能に配設した可動子としての鉄系の材料からなるプランジャ、６０は弾性復元力を付与する弾性部材としての合成バネ、７０はプランジャ５０の先端側に設けた逆止弁、８０は加圧室４０の下流側の逆止弁である。なお、合成バネ６０は、バネ６１、６２、６３から構成されている(詳細は、後述する)。
【００１４】
図１（Ｂ）に示すように、例えば、インバータ回路（図示せず）から出力される駆動信号を電磁コイル３０へ供給することにより、電磁コイル３０が発生する電磁力（紙面右側を向く力）で、プランジャ５０を合成バネ６０の付勢力（弾性復元力）に抗して、紙面右側へ後退させる。そして、逆止弁７０を開弁させてプランジャ５０の前方に形成した加圧室４０内に液体燃料９０を吸入する。
【００１５】
次に、図１（Ａ）に示すように、電磁コイル３０への駆動信号の供給を停止させることで、今度は合成バネ６０の付勢力（弾性復元力）が優位となってプランジャ５０を紙面左側に向かって前進させる。これにより、加圧室４０内に充填された液体燃料９０が加圧され、加圧室４０の下流側の逆止弁８０を開弁させ、吐出する。
【００１６】
図２は、図１（Ａ）に示す合成バネ６０の詳細構造を説明するための模式説明図であり、（Ａ）は左側面模式説明図、（Ｂ）は正面模式説明図である。図２において、合成バネ６０は、長さの異なるバネ６１、６２、６３が、並列かつ同芯状に配置された構成である。なお、バネの長さは、バネ６１＞バネ６２＞バネ６３になるように構成されている。また、バネの直径は、バネ６１＞バネ６２＞バネ６３になるように構成されている。また、バネ６１、６２、６３のバネ定数ｋは、それぞれ１、３、６（ただし、単位は省略；以下についても同様）である。なお、合成バネ６０のバネ定数Ｋについては、下記表１および図３を参照しながら説明する。
【００１７】
図１（Ａ）に示すプランジャ５０の変位量とバネ６１、６２、６３の各バネ定数ｋ、合成バネ６０のバネ定数Ｋの関係を下記表１に示す。また、図３は、図１（Ａ）に示すプランジャ５０の変位量と合成バネ６０のバネ定数Ｋの関係を説明するための説明図である。
【００１８】
【表１】
2020125712.tif 000003
【００１９】
上記表１より、図１（Ａ）に示すプランジャ５０の変位量＝０ｍｍ（すなわち、プランジャ５０が、合成バネ６０を構成するバネ６１のみと接触）の場合の合成バネ６０のバネ定数Ｋは１（すなわち、バネ６１のバネ定数ｋ＝１に相当）であることが分かる。
【００２０】
図１に示す電磁ポンプ１０で液体燃料９０を吸入し吐出させるためには、合成バネ６０を縮める圧縮力Ｆ１＝Ｋ×ｘ（ｘ：プランジャ５０の変位量に相当）と、プランジャ５０を加速させる電磁力Ｆ２＝ｍ×ａ（ｍ：プランジャ５０の質量、ａ：プランジャ５０の加速度）の合計の力が必要となる（ただし、摩擦は無視する）。
【００２１】
電磁ポンプ１０で、液体燃料９０を吐出させる流量（以下、「吐出流量」と称す）を小さくしたい場合には、電磁力Ｆ２を小さくすることができる。すなわち、プランジャ５０の加速度ａも小さくできる。したがって、電磁コイル３０へ供給する駆動信号の周波数も低い周波数（以下、「低周波数」とも称す）にすることができる。また、プランジャ５０の加速度ａが小さいため、プランジャ５０の慣性力も小さく、プランジャ５０を電磁力Ｆ２と対向する向きに復動させる弾性復元力（圧縮力Ｆ１に相当）も小さくできる。すなわち、電磁コイル３０へ供給する駆動信号の周波数を低周波数化し、プランジャ５０をゆっくりと駆動する場合には、合成バネ６０のバネ定数Ｋも小さくすることができる。
【００２２】
上述したように、電磁コイル３０へ供給する駆動信号の周波数を低周波数化し、例えば、上記表１および図３に示すプランジャ５０の変位量を３ｍｍとした場合、合成バネ６０を構成するバネ６１、６２、６３の各変形状態は図４に示すようになる。すなわち、プランジャ５０の変位量＝３ｍｍの場合は、合成バネ６０を構成する一番長いバネ６１（すなわち、一番小さなバネ定数ｋ＝１）のみが専ら圧縮され、バネ６２、６３は一切変形しない。したがって、圧縮力Ｆ１および電磁力Ｆ２ともに小さく、電磁ポンプ１０の消費電力を極めて小さくできる。
【００２３】
吐出流量を大きくしたい場合には、電磁コイル３０へ供給する駆動信号の周波数を高い周波数（以下、「高周波数」とも称す）にすればよい。このようにすることで、プランジャ５０の加速度ａも大きくなる（当然、電磁力Ｆ２は、大きくなる）。このような高周波数駆動の場合には、プランジャ５０の慣性力も大きくなるため、プランジャ５０を電磁力Ｆ２と対向する向きに復動させる弾性復元力（圧縮力Ｆ１に相当）も大きくしなければならない。しかし、本実施形態の場合には、長さの異なるバネ６１、６２、６３を、並列かつ同芯状に配置しているため、プランジャ５０の変位量とともに、合成バネ６０のバネ定数Ｋが大きくなる（詳細は、後述する）。したがって、上記大きな慣性力を押し返すことができる大きな弾性復元力（圧縮力Ｆ１に相当）が得られる。
【００２４】
上述したように、電磁コイル３０へ供給する駆動信号の周波数を高周波数化し、例えば、上記表１および図３に示すプランジャ５０の変位量を９ｍｍとした場合、合成バネ６０を構成するバネ６１、６２、６３の各変形状態は図５に示すようになる。すなわち、プランジャ５０の変位量＝９ｍｍの場合は、合成バネ６０を構成する全てのバネ（すなわち、バネ６１、６２、６３の全て）が、短く、かつ、同一の長さまで圧縮される。したがって、圧縮力Ｆ１および電磁力Ｆ２ともに大きく、すなわち、駆動信号の周波数を高周波数化することで、吐出流量を大きくできる。
【００２５】
本発明の実施形態に係る弾性部材は、長さの異なる複数のバネ６１、６２、６３が並列に配置された構成であるため、プランジャ５０の変位量が小さい間は、合成バネ６０のバネ定数Ｋが小さく、前記変位量が大きくなるにつれ、前記バネ定数Ｋが大きくなる。よって、吐出流量を小さくしたい場合には、電磁コイル３０を低周波数で駆動し、小さな電磁力Ｆ２でプランジャ５０を小さく変位させ、かつ、前記小さな電磁力Ｆ２に対抗できるだけの小さな弾性復元力（圧縮力Ｆ１に相当）が得られるように構成できる。したがって、本発明の構成は、電磁ポンプ１０の低消費電力化に寄与する。また、前記吐出流量を大きくしたい場合には、電磁コイル３０を高周波数で駆動し、大きな電磁力Ｆ２でプランジャ５０を大きく変位させ、かつ、前記大きな電磁力Ｆ２に対抗できる大きな弾性復元力（圧縮力Ｆ１に相当）が得られるように構成できる。したがって、本発明は、低周波数の駆動（小さな吐出流量）時の低消費電力化と高周波数の駆動（大きな吐出流量）を同時に実現可能である。
【００２６】
本発明に係る電磁ポンプは、分割した電磁コイルにする必要がなく、小型化が可能であるばかりか、「電磁コイル３０へ供給する駆動信号の周波数」×「プランジャ５０の変位量」によって、吐出流量が制御できるため、プランジャ５０の変位量のみで吐出流量を制御する従来の電磁ポンプに比べて、吐出流量の制御が簡単な（吐出流量の調整も容易な）電磁ポンプを実現できる。
【００２７】
本発明に係る電磁ポンプにおいて、「前記駆動信号の周波数」と「前記吐出流量」の関係は、必ずしも線形関係とはならないが、予め両者の関係を同定しておけば、所望の「吐出流量」に対応した「駆動信号の周波数」を電磁コイル３０に供給することができる。
【００２８】
なお、本実施形態においては、バネの直径が、バネ６１＞バネ６２＞バネ６３になるように構成された場合について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、バネの直径が、短いバネ６３＞中間の長さのバネ６２＞長いバネ６１になるようにし、これらのバネを並列かつ同芯状に配置した構成にしてもよい。これにより、バネの組み付けが、より簡単になる。
【００２９】
また、本実施形態においては、バネ６１、６２、６３のバネ定数ｋが、それぞれ１、３、６のように順次大きくなる構成の場合について説明した。これにより、電磁コイル３０へ供給する駆動信号の周波数のより高周波化が可能になる。すなわち、より大きな吐出流量の要求にも対応可能である。しかし、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、電磁ポンプ１０の要求仕様に応じて、バネ６１、６２、６３のバネ定数ｋが、全て同一、例えば、１であっても構わない。これにより、圧縮力Ｆ１および電磁力Ｆ２ともに小さくできるため、電磁ポンプ１０の全消費電力をさらに小さくすることが可能である。
【００３０】
なお、本実施形態においては、バネ６１、６２、６３を、並列かつ同芯状に配置した構成の場合について説明した。これにより、複数のバネを配置するためのスペースがコンパクトになるため、より小型化が可能である。しかし、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、バネ６１、６２、６３を、同芯状ではなく、単に並列に配置してもよい。この場合には、各バネが配置される空間を独立的に設けるのが好ましい。
【００３１】
また、本実施形態においては、長さの異なる複数のバネとして、３つのバネ６１、６２、６３を用いる場合について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、電磁ポンプ１０の要求仕様に合わせて、「長さの異なる２つのバネ」や「長さの異なる４つ以上のバネ」を用いることも可能である。
【００３２】
また、本実施形態においては、弾性部材として、バネを用いる場合について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、ベローズ等の弾性部材を用いることも可能である。
【００３３】
なお、本実施形態においては、シリンダ２０およびプランジャ５０の材料として、鉄系の材料を用いる場合について説明した。これにより、鉄系の高い磁気特性を活かし、大きな電磁力Ｆ２を得ることができるため、電磁コイル３０へ供給する駆動信号の周波数をより高周波数化することが可能になる。すなわち、より大きな吐出流量を実現可能になる。鉄系の材料の場合は、渦電流発生による遅れがあるが、吐出流量自体への影響は小さい。しかし、必ずしも鉄系の材料に限定されるものではなく、広く磁性体素材を用いることが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  電磁ポンプ
２０  シリンダ
３０  電磁コイル
４０  加圧室
５０  プランジャ
６０  合成バネ
６１、６２、６３  バネ
７０、８０  逆止弁
９０  液体燃料
【図１】
2020125712.tif 000004
【図２】
2020125712.tif 000005
【図３】
2020125712.tif 000006
【図４】
2020125712.tif 000007
【図５】
2020125712.tif 000008