(57)【要約】【課題】  小型で、かつ、高い精度で定量吐出を行うことのでき、さらに、ダイヤフラム弁を用いた場合でも、高い精度で定量吐出することのできるポンプ装置を提供すること。【解決手段】  ポンプ装置１において、ポンプ室３の内容積を膨張収縮させてダイヤフラム弁７０の駆動機構５は、ステータ２０に対向するロータマグネット５０を備えた回転体３と、回転体３の回転を変換して、ダイヤフラム弁７０が固定れた移動体６０を軸線方向に移動させる変換機構４０とを備え、この変換機構４０は、回転体３と移動体６０との間でネジ溝を利用した動力伝達機構４１と、移動体６０の供回りを防止する供回り防止機構４９とを備えている。ダイヤフラム弁７０の折り返し部分７２は、移動体６０の第１の壁面６８と、突起１３９との間に形成された環状空間内に保持されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の吸入口および吐出口に連通するポンプ室が構成された固定体と、前記ポンプ室の内容積を膨張収縮させて流体の吸入および吐出を行うための弁体と、該弁体を駆動する駆動機構とを有するポンプ装置において、
前記駆動機構は、コイルを備えた環状のステータと、該ステータと周面同士が対向するロータマグネットを備えた回転体と、前記弁体が固定された移動体と、前記回転体の回転を変換して前記移動体を軸線方向に移動させる変換機構とを有し、
前記変換機構は、前記回転体と前記移動体との間でネジ溝あるいはカム溝を備えた動力伝達機構と、前記移動体が前記回転体とともに供回りすることを防止する供回り防止機構とを備えていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
請求項１において、前記回転体は、前記ステータの内側に同軸状に配置された筒状体であって、当該回転体の内側に前記移動体が同軸状に配置されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項３】
請求項２において、前記弁体は、前記ポンプ室を区画形成するダイヤフラム弁であり、当該ダイヤフラム弁の外周縁が前記固定体に固定されている一方、当該ダイヤフラム弁の中央が前記移動体に固定され、
前記固定体は、前記移動体において軸線方向に延びた第１の壁面と対向して当該第１の壁面との間に環状空間を構成する第２の壁面を備え、
前記ダイヤフラム弁における中央部と外周縁との間の環状部分は、前記環状空間内に断面Ｕ字状に折り返された状態で保持されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項４】
請求項３において、前記移動体は、外周側に広がったフランジ部を備えるとともに、該フランジ部には、周方向に複数の穴が形成され、
前記第２の壁面は、前記固定体において周方向の複数箇所から軸線方向に延びる複数本の突起から構成され、
前記複数本の突起は、前記複数の穴に各々嵌って前記供回り防止機構を構成していることを特徴とするポンプ装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記回転体は、前記固定体に対してベアリングボールを介して軸線周りに回転可能に支持されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記回転体の停止位置を規定するためのストッパが構成されていることを特徴とするポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体を高い精度で吐出可能にするには弁体を高い精度で往復移動させる必要があるため、モータの回転を減速輪列を介して回転筒に伝達し、さらに回転筒の回転をネジ機構を介して移動体の往復運動に変換するシリンジポンプが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１８４５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載のポンプ装置のように、減速輪列を介して伝達する方式では、小型化が困難である。また、ポンプ装置ではダイヤフラム弁が多用されるが、ダイヤフラム弁を用いた場合には、その変形を精度よく制御できないため、高い精度で定量吐出するのが困難である。
【０００４】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、小型で、かつ、高い精度で定量吐出を行うことのできるポンプ装置を提供することにある。
【０００５】
また、本発明の課題は、ダイヤフラム弁を用いた場合でも、高い精度で定量吐出することのできるポンプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明では、流体の吸入口および吐出口に連通するポンプ室が構成された固定体と、前記ポンプ室の内容積を膨張収縮させて流体の吸入および吐出を行うための弁体と、該弁体を駆動する駆動機構とを有するポンプ装置において、前記駆動機構は、コイルを備えた環状のステータと、該ステータと周面同士が対向するロータマグネットを備えた回転体と、前記弁体が固定された移動体と、前記回転体の回転を変換して前記移動体を軸線方向に移動させる変換機構とを有し、前記変換機構は、前記回転体と前記移動体との間でネジ溝あるいはカム溝を備えた動力伝達機構と、前記移動体が前記回転体に連動して供回りすることを防止する供回り防止機構とを備えていることを特徴とするポンプ装置。
【０００７】
本発明に係るポンプ装置では、駆動機構に用いた回転体の回転を、ネジ溝あるいはカム溝を利用した動力伝達機構を備えた変換機構を介して、弁体が固定された移動体に伝達し、この移動体を往復直線運動させる。このため、駆動機構から弁体まで必要最小限の部材で動力を伝達するので、ポンプ装置の小型化および低コスト化を図ることができる。また、動力伝達機構のリード角を小さくするだけで高い精度で定量吐出を行うことができる。
【０００８】
本発明において、前記回転体は、前記ステータの内側に同軸状に配置された円筒体であって、当該回転体の内側に前記移動体が同軸状に配置されていることが好ましい。
【０００９】
本発明において、前記弁体は、前記ポンプ室を区画形成するダイヤフラム弁であり、当該ダイヤフラム弁の外周縁が前記固定体に固定されている一方、当該ダイヤフラム弁の中央が前記移動体に固定され、前記固定体は、前記移動体において軸線方向に延びた第１の壁面と対向して当該第１の壁面との間に環状空間を構成する第２の壁面を備え、前記ダイヤフラム弁における中央部と外周縁との間の環状部分は、前記環状空間内で断面Ｕ字状に折り返された状態で保持されていることが好ましい。このように構成した場合には、ダイヤフラム弁を用いた場合でも、その変形を環状空間によって制御できる。従って、ダイヤフラム弁を用いた場合でも、高い精度で定量吐出することができる。
【００１０】
本発明において、前記移動体は、外周側に広がったフランジ部を備えるとともに、該フランジ部には、周方向に複数の穴が形成され、前記第２の壁面は、前記固定体において周方向の複数箇所から軸線方向に延びる複数本の突起から構成され、前記複数本の突起は、前記複数の穴に各々嵌って前記供回り防止機構を構成していることが好ましい。このように構成すると、新たな部品を追加することなく供回り防止機構を構成することができる。
【００１１】
本発明において、前記回転体は、前記固定体に対してベアリングボールを介して軸線周りに回転可能に支持されていることが好ましい。
【００１２】
本発明において、前記回転体の停止位置を規定するためのストッパが構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るポンプ装置では、駆動機構に用いた回転体の回転を、ネジ溝あるいはカム溝を利用した動力伝達機構を備えた変換機構を介して、弁体が固定された移動体に伝達し、この移動体を往復直線運動させる。このため、駆動機構から弁体まで必要最小限の部材で動力を伝達するので、ポンプ装置の小型化および低コスト化を図ることができる。また、動力伝達機構のリード角を小さくするだけで高い精度で定量吐出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、図面を参照して、本発明を適用したポンプ装置を説明する。
【００１５】
（全体構成）
図１は、本発明を適用したポンプ装置を縦に分割した状態の分解斜視図である。図２（ａ）、（ｂ）は、図１に示すポンプ装置においてポンプ室の内容積を膨張させた状態を示す説明図、およびポンプ室の内容積を収縮させた状態を示す説明図である。
【００１６】
図１および図２（ａ）において、本形態のポンプ装置１は、概ね、液体（流体）の吸入口６および吐出口７に連通するポンプ室２を備えた固定体１０と、ポンプ室２の内容積を膨張収縮させて液体の吸入および吐出を行う弁体としてのダイヤフラム弁７０と、ダイヤフラム弁７０を駆動する駆動機構５とから構成されている。
【００１７】
固定体１０は、駆動機構５が搭載される板状のベース１１と、このベース１１との間に駆動機構５を収納するケース１３と、ケース１３の上面に積層されたプレート１５と、このプレート１５の上面に液密シート１６を介して積層されたカバー１７とから構成されている。プレート１５の上面には溝１５０が形成されており、その上面がカバー１７で覆われた状態で、溝１５は流路を構成する。プレート１５では、溝１５の一方端に貫通穴１５１が形成されており、ベース１１、ケース１３、プレート１５、液密シート１６およびカバー１７を重ねた状態で、貫通穴１５１は、ケース１３およびベース１１に形成された貫通穴１３１、１１１に連通し、これらの貫通穴１５１、１３１、１１１によって流体吸入口６が構成される。また、プレート１５では、溝１５０の他方端にも貫通穴１５３が形成されており、ベース１１、ケース１３、プレート１５、液密シート１６およびカバー１７を重ねた状態で、貫通穴１５３は、ケース１３およびベース１１に形成された貫通穴１３３、１１３に連通し、これらの貫通穴１５３、１３３、１１３によって流体吐出口７が構成される。なお、流体吸入口６および流体吐出口７の各々には逆止弁（図示せず）が配置される。
【００１８】
プレート１５では、溝１５０の途中位置にも貫通穴１５５が形成されている。この貫通穴１５５は、プレート１５にカバー１７を重ねた状態で上面がカバー１７で覆われ、かつ、ダイヤフラム弁７０によって下面が覆われて、ポンプ室２を構成している。
【００１９】
（駆動機構５の構成）
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図１に示すポンプ装置の回転体に用いたロータの斜視図、平面図、および断面図である。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図１に示すポンプ装置の回転体に用いた移動体の斜視図、平面図および断面図である。
【００２０】
本形態において、駆動機構５は、以下に説明するように、環状のステータ２０と、このステータ２０の内側に同軸状に配置された回転体３と、この回転体３の内側に同軸状に配置された移動体６０と、回転体３の回転を移動体６０を軸線方向に移動させる力に変換して移動体６０に伝達する変換機構４０とを備えている。ここで、駆動機構５は、ケース１３に形成された空間１３０内において、ベース１１とケース１３との間に搭載された状態にある。
【００２１】
駆動機構５において、ステータ２０は、ボビン２３に巻回されたコイル２１、およびコイル２１を覆うように配置された２枚のヨーク２５からなるユニットが軸線方向に２段に積層された構造になっている。この状態で、上下２段のいずれのユニットにおいても、２枚のヨーク２５の内周縁から軸線方向に突き出た極歯が周方向に交互に並んだ状態となる。
【００２２】
図１、図２および図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、回転体３は、上方に開口するカップ状部材３０と、このカップ状部材３０の円筒状の胴部３１の外周面に固着された環状のロータマグネット５０とを備えている。カップ状部材３０の底壁３３の中央には、軸線方向上側に凹む凹部３５が形成され、ベース１１には、凹部３５内に配置されたボール１８を受ける軸受部１１５が形成されている。また、ケース１３の上端側の内面には環状段部１３６が形成されている一方、カップ状部材３０の上端部分には、胴部３１の上端部分と環状のフランジ部３４とによって、ケース１３側の環状段部１３６に対向する環状段部３０６が形成されており、これらの環状段部１３６、３０６で区画形成された環状空間内には、環状のリテーナ８１およびこのリテーナ８１によって周方向に離間した位置に保持されたベアリングボール８２からなる軸受８０が配置されている。このようにして、回転体３は、軸線周りに回転可能な状態で固定体１０に支持された状態にある。
【００２３】
回転体３において、ロータマグネット５０の外周面は、ステータ２０の内周面に沿って周方向に並ぶ極歯に対向している。ここで、ロータマグネット５０の外周面では、Ｓ極とＮ極が周方向に交互に並んでおり、ステータ２０とカップ状部材３０とはステッピングモータを構成している。
【００２４】
図１、図２および図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、移動体６０は、底壁６１と、底壁６１の中央から軸線方向に突き出た円筒部６３と、この円筒部６３の周りを囲むように円筒状に形成された胴部６５とを備えている。
【００２５】
本形態では、回転体３の回転によって移動体６０を軸線方向で往復移動させるための変換機構４０を構成するにあたって、まず、図１、図２、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、カップ状部材３０の胴部３１の内周面には、周方向に離間する４箇所に雌ネジ３７を形成する一方、移動体６０の胴部６５の外周面には、カップ状部材３０の雌ネジ３７に係合して動力伝達機構４１を構成する雄ネジ６７が形成されている。従って、雄ネジ６７と雌ネジ３７とが噛みあうようにカップ状部材３０の内側に移動体６０を配置すれば、移動体６０はカップ状部材３０の内側に支持された状態となる。また、移動体６０の底壁６１には、周方向に６個の長穴６９が貫通穴として形成されている一方、ケース１３からは６本の突起１３９が延びて、突起１３９の下端部が長穴６１１に嵌ることにより、供回り防止機構４９が構成されている。すなわち、カップ状部材３０が回転した際、移動体６０は、突起１３９と長穴６９からなる供回り防止機構４９によって回転が阻止されているので、カップ状部材３０の回転は、その雌ネジ３７および移動体６０の雄ネジ６７からなる動力伝達機構４１を介して移動体６０に伝達される結果、移動体６０は、回転体３の回転方向に応じて軸線方向の一方側および他方側に直線移動することになる。
【００２６】
なお、本形態においては、カップ状部材３０の胴部３１の内周面に、周方向に離間する４箇所に雌ネジ３７を形成しているが、周方向に離間した複数箇所に雌ネジが形成されてればよい。また、本形態においては、カップ状部材３０の胴部３１の内周面に、周方向に離間する４箇所に雌ネジ３７を形成しているが、移動体６０の胴部６５の外周面の雄ネジ６７を周方向に離間した４箇所あるいは複数箇所に形成してもよい。
【００２７】
（弁体の構成）
再び図１および図２（ａ）において、本形態では、移動体６０には、ダイヤフラム弁７０が直接、連結されている。ダイヤフラム弁７０は、底壁７１と、底壁７１の外周縁から軸線方向に立ち上がる円筒状の胴部７３と、この胴部７３の上端から外周側に広がるフランジ部７５とを備えたカップ形状を有しており、底壁７１の中央部分が、移動体６０の円筒部６３に被さった状態で、それらの上下方向から、止めネジ７８とキャップ７９とに固定されている。また、ダイヤフラム弁７０のフランジ部７５の外周縁は、Ｏリングとして機能する肉厚部になっており、この肉厚部は、プレート１５の貫通穴１５５の周囲において、ケース１３とプレート１５との間に固定されている。このようにして、ダイヤフラム７０は、ポンプ室２の下面を規定し、かつ、ポンプ室２の周りにおいてプレート１５とケース１３との間の液密を確保している。
【００２８】
この状態で、ダイヤフラム弁７０の胴部７３は、断面Ｕ字状に折り返された状態にあり、折り返し部分７２は、移動体６０の位置によって形状が変化することになる。しかるに本形態では、移動体６０の円筒部６３の外周面からなる第１の壁面６８と、ケース１３から延びた突起１３９の内周面からなる第２の壁面１３８との間に構成された環状空間内に、ダイヤフラム弁７０の断面Ｕ字状の折り返し部分７２を配置してある。従って、図２（ａ）、（ｂ）に示す状態、および図２（ａ）、（ｂ）に示す状態に移行する途中の状態のいずれにおいても、ダイヤフラム弁７０の折り返し部分７２は、環状空間内に保持された状態のまま、第１の壁面６８および第２の壁面１３８に沿って展開あるいは巻き上げるように変形する。
【００２９】
また、本形態では、図１、図２（ａ）、および図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、カップ状部材３０の底壁３３には、周方向における２７０°の角度範囲にわたって１本の溝３６が形成されている一方、移動体６０の底面からは下方に向けて突起６６が形成されている。ここで、移動体６０は、軸線回りに回転しないが、軸線方向に移動するのに対して、回転体３は、軸線回りに回転するが、軸線方向に移動しない。従って、突起６６と溝３６は、回転体３および移動体６０の停止位置を規定するストッパとして機能する。すなわち、溝３６は、周方向において深さが変化しており、移動体６０が軸線方向の下方に移動すると、突起６６が溝３６内に嵌るとともに、回転体３の回転により溝３６の端部が突起６６に当接する。その結果、回転体３の回転が阻止され、回転体３および移動体６０の停止位置が規定されることになる。
【００３０】
（動作）
このように構成したポンプ装置１において、ステータ２０のコイル２１に給電すると、カップ状部材３０が回転し、その回転が変換機構４０を介して移動体６０に伝達される。従って、移動体６０は軸線方向で往復直線運動を行う。その結果、ダイヤフフラム弁７０が移動体６０の移動に合わせて変形し、ポンプ室２の内容積を膨張、収縮させるので、ポンプ室２では、吸入口６からの液体の流入と、吐出口７に向けての液体の流出が行われる。その間、ダイヤフラム弁７０の折り返し部分７２は、環状空間内に保持された状態のまま、第１の壁面６８および第２の壁面１３８に沿って展開あるいは巻き上げるように変形し、無理な摺動が発生しない。しかも、ダイヤフラム弁７０は、ポンプ室２の流体から圧力を受けても、変形しない。さらに、移動体６０の下方位置は、カップ状部材３０の溝３６および移動体６０の突起６６によって構成されたストッパにより規定されることになる。
【００３１】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のポンプ装置１では、ステッピングモータ機構による回転体３の回転を、雄ネジ６７および雌ネジ３７からなる動力伝達機構４１を利用した変換機構４０を介して移動体６０に伝達して、ダイヤフラム弁７０が固定された移動体６０を往復直線運動させる。このため、駆動機構５からダイヤフラム弁７０まで、必要最小限の部材で動力を伝達するので、ポンプ装置１の小型化および低コスト化を図ることができる。また、動力伝達機構４１における雄ネジ６７および雌ネジ３７のリード角を小さくするだけで、移動体６０の微小送りを行うことができる。従って、ポンプ室２の容積を厳密に制御できるので、高い精度で定量吐出を行うことができる。
【００３２】
さらに、本形態ではダイヤフラム弁７０を用いているが、このダイヤフラム弁７０の折り返し部分７２は、環状空間内に保持された状態のまま、第１の壁面６８および第２の壁面１３８に沿って展開あるいは巻き上げるように変形し、無理な摺動が発生しない。従って、無駄な負荷が発生せず、かつ、ダイヤフラム弁７０の寿命が長い。また、ダイヤフラム弁７０は、ポンプ室２の流体から圧力を受けても、変形しない。それ故、本形態のポンプ装置１によれば、高い精度で定量吐出を行うことができ、かつ、信頼性も高い。
【００３３】
さらにまた、回転体３は、固定体１０に対してベアリングボール８２を介して軸線周りに回転可能に支持されているため、摺動ロスが小さく、かつ、回転体３は軸線方向に安定して保持されるので、軸線方向における推力が安定している。それ故、駆動機構５の小型化、耐久性の向上、吐出性能の向上を図ることができる。
【００３４】
（その他の実施の形態）
本発明は、上記形態に限らず、例えば、流体として気体の供給などを行うポンプ装置１にも適用することができる。また、上記形態では、変換機構４０の動力伝達機構４１としてネジを利用したが、カム溝を利用してもよい。さらに、上記形態では弁体として、カップ状のダイヤフラム弁を用いたが、その他の形状のダイヤフラム弁、あるいはＯリングを備えたピストンを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明を適用したポンプ装置を縦に分割した状態の分解斜視図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、図１に示すポンプ装置においてポンプ室の内容積を膨張させた状態を示す説明図、およびポンプ室の内容積を収縮させた状態を示す説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図１に示すポンプ装置の回転体に用いたロータの斜視図、平面図、および断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図１に示すポンプ装置の回転体に用いた移動体の斜視図、平面図および断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  ポンプ装置
２  ポンプ室
３  回転体
５  駆動機構
６  流体吸入口
７  吐出口
１０  固定体
１１  ベース
１３  ケース
１５  プレート
１７  カバー
２０  ステータ
２１  コイル
３６  ストッパ用の溝
３７  雌ネジ
４０  変換機構
４１  動力伝達機構
４９  供回り防止機構
３０  ロータ
５０  ロータマグネット
６０  移動体
６６  ストッパ用の突起
６７  雄ネジ
６８  第１の壁面
７０  ダイヤフラム弁
７２  ダイヤフラム弁の折り返し部分
８０  軸受
８２  ベアリングボール
１３８  第２の壁面
【図１】
2006170124.tif 000003
【図２】
2006170124.tif 000004
【図３】
2006170124.tif 000005
【図４】
2006170124.tif 000006