(57)【要約】【課題】シリンダ本体内の推力発生部の断面積を減らすことなく流体圧の高圧化を図り動作継続性を高めた電磁駆動ポンプを提供する。【解決手段】電磁コイル１５に通電して第２のシリンダ室５の推力発生部１０で発生した推力を利用して当該第２のシリンダ室５より断面積の小さい第１のシリンダ室４ｂ内に満たされた流体を可動子８で押圧することで高圧化して送り出す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に開口部が形成され内部側が拡径した多段径を有するシリンダ室が設けられたシリンダ本体と、
開口部と各々連通する第１のシリンダ室に連通して中空の可動子軸の両端側が摺動可能に挿入され、可動子軸の中途部外周側にマグネットを有する推力発生部が第２のシリンダ室内に収容される可動子と、
第１のシリンダ室に開閉可能に設けられ、一方側は外部流路から第１のシリンダ室内へ流体を吸い込み他方側は第１のシリンダ室から外部流路へ流体を送り出す第１、第２のバルブと、
シリンダ本体の外周に空芯の電磁コイルを配置し、該電磁コイルに通電して可動子をシリンダ本体の軸線方向に往復駆動することにより第１、第２のバルブを開閉して流体を輸送する電磁駆動ポンプであって、
電磁コイルに通電して第２のシリンダ室の推力発生部で発生した推力を利用して当該第２のシリンダ室より断面積の小さい第１のシリンダ室内に満たされた流体を可動子で押圧することで高圧化して送り出す電磁駆動ポンプ。
【請求項２】
可動子が往復動する際に第１のシリンダ室から第２のシリンダ室へ漏出した流体を推力発生部と第２のシリンダ室の内壁面との間に形成された隙間を通じて推力発生部の移動方向と反対側の第２のシリンダ室内へ逃がす請求項１記載の電磁駆動ポンプ。
【請求項３】
推力発生部に軸線方向に沿った貫通孔が形成されており、可動子が往復動する際に第１のシリンダ室から第２のシリンダ室へ漏出した流体が推力発生部の移動方向と反対側の第２のシリンダ室内へ貫通孔を通じて逃がす請求項１記載の電磁駆動ポンプ。
【請求項４】
可動子軸には推力発生部の両側に軸線方向と直交する連通孔が各々形成されており、可動子が往復動する際に第１のシリンダ室から第２のシリンダ室へ漏出した流体を推力発生部が移動する一方の連通孔から中空軸孔を通じて他方の連通孔から反対側の第２のシリンダ室内へ逃がす請求項１記載の電磁駆動ポンプ。
【請求項５】
可動子軸の吸込側開口部に、当該可動子軸が吐出側に向かって動いた際に軸孔に満たされた流体が移動して吸込みバルブが閉止されるのを防ぐ第３のバルブを設けた請求項４記載の電磁駆動ポンプ。
【請求項６】
可動子が往復動する際に第１のシリンダ室から第２のシリンダ室へ漏出した流体を、推力発生部と第２のシリンダ室の内壁面との間に形成された隙間、推力発生部に軸線方向に沿った貫通孔、可動子軸に推力発生部の両側に各々形成された軸線方向と直交する連通孔のうち少なくともいずれか２以上の組み合わせで反対側の第２のシリンダ室内へ逃がす請求項１記載の電磁駆動ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばディスペンサー、分析器、燃料電池、インクジェットプリンタなど高圧力を必要とする用途に適した電磁駆動ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体搬送用の直動式ポンプとしては、例えば電磁駆動ポンプが用いられる。電磁駆動ポンプは、シリンダ本体内に推力発生するマグネットを有する可動子（ピストンやプランジャ）が摺動可能に設けられている。また、シリンダ本体の外周にコイルが設けられており該コイル通電することにより発生する電磁力の反力で可動子を往復動させて可動子の両側に設けられたバルブ（弁）を開閉させて一方のシリンダ室へ流体を吸い込み、他方のシリンダ室内の流体を送り出す。電磁駆動ポンプは、ポンプサイズを小型化でき、比較的簡易な構成にできるメリットがある（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−１２４７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電磁駆動ポンプの更なる流体圧の高圧化を図るためには、シリンダ本体の管路断面積を小さくしかつ入力を増やして可動子に高推力を発生させることが考えられる。しかしながら、可動子には推力発生部であるマグネットが設けられるため、シリンダ室の管路断面積が小さくなるとマグネット径が小さくなり高推力が得られない。また、コイルへの入力を増やすことは省エネルギー化を図るうえで好ましくない。
また、流体押し出し部と推力発生部がシリンダ本体内で断面積が異なるように形成されていると、可動子の往復動に伴い推力発生部の移動空間に可動子の外周面とシリンダ本体内壁面との隙間から流体が漏出するため、流体が非圧縮性の液体の場合、可動子が移動することができなくなるおそれがある。
【０００４】
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、シリンダ本体内の推力発生部の断面積を減らすことなく流体圧の高圧化を図り動作継続性を高めた電磁駆動ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
両端に開口部が形成され内部側が拡径した多段径を有するシリンダ室が設けられたシリンダ本体と、開口部と各々連通する第１のシリンダ室に連通して中空の可動子軸の両端側が摺動可能に挿入され、可動子軸の中途部外周側にマグネットを有する推力発生部が第２のシリンダ室内に収容される可動子と、第１のシリンダ室に開閉可能に設けられ、一方側は外部流路から第１のシリンダ室内へ流体を吸い込み他方側は第１のシリンダ室から外部流路へ流体を送り出す第１、第２のバルブと、シリンダ本体の外周に空芯の電磁コイルを配置し、該電磁コイルに通電して可動子をシリンダ本体の軸線方向に往復駆動することにより第１、第２のバルブを開閉して流体を輸送する電磁駆動ポンプであって、電磁コイルに通電して第２のシリンダ室の推力発生部で発生した推力を利用して当該第２のシリンダ室より断面積の小さい第１のシリンダ室内に満たされた流体を可動子で押圧することで高圧化して送り出すことを特徴とする。
【０００６】
また、可動子が往復動する際に第１のシリンダ室から第２のシリンダ室へ漏出した流体を推力発生部と第２のシリンダ室の内壁面との間に形成された隙間を通じて推力発生部の移動方向と反対側の第２のシリンダ室内へ逃がすことを特徴とする。
また、推力発生部に軸線方向に沿った貫通孔が形成されており、可動子が往復動する際に第１のシリンダ室から第２のシリンダ室へ漏出した流体が推力発生部の移動方向と反対側の第２のシリンダ室内へ貫通孔を通じて逃がすことを特徴とする。
また、可動子軸には推力発生部の両側に軸線方向と直交する連通孔が各々形成されており、可動子が往復動する際に第１のシリンダ室から第２のシリンダ室へ漏出した流体を推力発生部が移動する一方の連通孔から中空軸孔を通じて他方の連通孔から反対側の第２のシリンダ室内へ逃がすことを特徴とする。
この場合、可動子軸の吸込側開口部に、当該可動子軸が吐出側に向かって動いた際に軸孔に満たされた流体が移動して吸込みバルブが閉止されるのを防ぐ第３のバルブを設けたことを特徴とする。
【０００７】
また、可動子が往復動する際に第１のシリンダ室から第２のシリンダ室へ漏出した流体を、推力発生部と第２のシリンダ室の内壁面との間に形成された隙間、推力発生部に軸線方向に沿った貫通孔、可動子軸に推力発生部の両側に各々形成された軸線方向と直交する連通孔のうち少なくともいずれか２以上の組み合わせで反対側の第２のシリンダ室内へ逃がすことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上述した電磁駆動ポンプを用いれば、両端に開口部が形成され内部側が拡径した多段径を有するシリンダ室が設けられたシリンダ本体に、開口部と各々連通する第１のシリンダ室に連通して中空の可動子軸の両端側が摺動可能に挿入され、中空可動子軸の中途部外周側に設けられるマグネットを有する推力発生部が第２のシリンダ室内に収容されて可動子が組み付けられ、電磁コイルに通電して第２のシリンダ室の推力発生部で発生した推力を利用して当該第２のシリンダ室より断面積の小さい第１のシリンダ室内に満たされた流体を可動子で押圧することで高圧力にして送り出す。これにより、シリンダ本体内の流路断面積を減らすことなく可動子による流体圧の高圧化が図れる。
【０００９】
また、可動子が往復動する際に第１のシリンダ室から第２のシリンダ室へ漏出した流体を推力発生部と第２のシリンダ室の内壁面との間に形成された隙間を通じて推力発生部の移動方向と反対側の第２のシリンダ室内へ逃がすことにより、又は推力発生部に軸線方向に沿った貫通孔が形成されており、可動子が往復動する際に第１のシリンダ室から第２のシリンダ室へ漏出した流体が推力発生部の移動方向と反対側の第２のシリンダ室内へ貫通孔を通じて逃がすことにより、又は可動子が往復動する際に第１のシリンダ室から第２のシリンダ室へ漏出した流体を推力発生部が移動する一方の連通孔から中空軸孔を通じて他方の連通孔から反対側の第２のシリンダ室内へ逃がすことにより、第２のシリンダ室に浸入した流体、特に非圧縮性の液体が推力発生部の往復動を妨げることなく動作継続性を保つことができる。
【００１０】
また、可動子が往復動する際に第１のシリンダ室から第２のシリンダ室へ漏出した流体を、推力発生部と第２のシリンダ室の内壁面との間に形成された隙間、推力発生部に軸線方向に沿った貫通孔、可動子軸に推力発生部の両側に各々形成された軸線方向と直交する連通孔のうち少なくともいずれか２以上の組み合わせで反対側の第２のシリンダ室内へ逃がすようにすると推力発生部の外径を必要以上に減らすことがなく、よって可動子の推力を低下せずに動作継続性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る電磁駆動ポンプの最良の実施形態について添付図面とともに詳細に説明する。本実施形態は、電磁駆動ポンプとして非圧縮性流体（特に水や冷媒などの液体）を送り出す電磁駆動ポンプを例示して説明するものとする。
【００１２】
先ず、電磁駆動ポンプの概略構成について図１を参照して説明する。
シリンダ本体１は、第１のブロック体Ｅと第２のブロック体Ｇを、リング材Ｆを介して重ね合わせて組み立てられる。シリンダ両端に開口部（吸込み口）２、開口部（送出口）３が形成されている。また、シリンダ本体１には内部側が拡径した（断面積が大きい）多段径を有する複数のシリンダ室が設けられている。
【００１３】
即ち、吸込み口２に隣接してこれより拡径した第１のシリンダ室４ａ（吸込み側）、送出口３に隣接してこれより拡径した第１のシリンダ室４ｂ（送出側）が設けられている。また第１のシリンダ室４ａと第１のシリンダ室４ｂの間にこれらより拡径した（断面積が大きい）第２のシリンダ室５が設けられている。シリンダ本体１は例えば非磁性体よりなる金属材が用いられる。第１のシリンダ室４ａには筒体状の弁座部材６が嵌め込まれており、該弁座部材６の弁孔６ａには第１のバルブ７が開閉可能に設けられる。第１のバルブ７は、例えばゴムなどの樹脂材が好適に用いられる。
【００１４】
シリンダ本体１には可動子８が往復動可能に組み付けられる。可動子８は中空の可動子軸９とその外周側に推力発生部１０が設けられている。可動子軸９は、両端側に吸入側開口部９ａ、送出側開口部９ｂが各々形成されている。可動子軸９の両端側は、第１のシリンダ室４ａ、４ｂに摺動可能に挿入されている。可動子軸９の軸孔９ｃは、第１のシリンダ室４ａ、４ｂと各々連通しており、シリンダ本体１内の流体の流路を形成する。また、送出側開口部９ｂには、第２のバルブ１１が開閉可能に設けられる。第２のバルブ１１は、例えばゴムなどの樹脂材が好適に用いられる。
尚、可動子軸９とシリンダ本体１との間にＯリングなどのシール材を設けて第１のシリンダ室４ａ、４ｂから第２のシリンダ室５への流体の漏出を防ぐことも考えられる。しかしながら、シール材の摩耗による寿命が短く部品加工も必要になることから、あえて第１のシリンダ室４ａ、４ｂから第２のシリンダ室５への流体の漏出が許容される構造になっている。
【００１５】
可動子軸９の中途部外周側に設けられた推力発生部１０はマグネット１２が設けられている。マグネット１２は、円環状をしており軸線方向に着磁されている。マグネット１２の両側は、磁性体を用いたヨーク部１３が設けられている。各ヨーク部１３の外周面部１３ａは軸線方向に延設されている。即ち、ヨーク部１３の磁束作用面は外周面部１３ａに径方向で形成される。推力発生部１０は第２のシリンダ室５内に収容されており、推力発生部１０の外周面部１３ａと第２のシリンダ室５の内壁面５ａとの間には隙間１４が形成されている。
【００１６】
シリンダ本体１の外周には空芯の電磁コイル１５が可動子８と同心状に設けられている。電磁コイル１５は外装ケース１６により軸方向にシリンダ本体１（第１のブロック対Ｅ）に押さえ込まれて固定されている。外装体１６は、絶縁性のある部材、例えば樹脂材が用いられる。また、第１のブロック対Ｅと第２のブロック体Ｇとの間に挟み込まれるリング材Ｆには、シール用のＯリング１７が嵌め込まれている。
【００１７】
上記電磁コイル１５に通電する方向を切り替えることにより当該電磁コイル１５に作用する電磁力の反力によって可動子８がシリンダ本体１の軸線方向に往復駆動する。例えば、可動子８が上方へ移動すると、第２のバルブ１１を閉じて第１のシリンダ室４ｂから送出口３を通じて外部流路へ流体を送り出し、第１のバルブ７が開放している間だけ吸込み口２から第１のシリンダ室４ａへ流体が吸い込まれる。また、可動子８が下方へ移動すると、第２のバルブ１１が開放している間だけ可動子軸９の軸孔９ｃから第１のシリンダ室４ｂへ流体が移動し、第１のバルブ７は閉じたまま第１のシリンダ室４ａから軸孔９ｃ内へ流体が移動する。このような動作を繰り返して流体をシリンダ本体１から送り出すようになっている。
このように、電磁コイル１５に通電して第２のシリンダ室５の推力発生部１０で発生した推力を利用して当該第２のシリンダ室５より断面積の小さい第１のシリンダ室４ｂ内に第２のバルブ１１を閉じて満たされた流体を可動子８で押圧することで高圧力にして送り出す。よって、シリンダ本体１内の流路断面積を減らすことなく可動子８による流体圧の高圧化が図れる。
【００１８】
また、可動子８が往復動する際に第１のシリンダ室４ａ、４ｂから第２のシリンダ室５へ漏出した流体が充満してくると、可動子８の推力が低下して動きが悪くなることが想定される。このため、推力発生部１０の外周面部１３ａと第２のシリンダ室５の内壁面５ａとの間に形成された隙間１４を通じて第２のシリンダ室５内に溜まった流体を推力発生部１０の移動方向と反対側の第２のシリンダ室５内へ逃がすようになっている（矢印Ｐ参照）。
【００１９】
また、図１の左半図において、推力発生部１０に軸線方向に沿った貫通孔１８が形成されていても良い。即ち、マグネット１２及びこれを挟み込むヨーク部１３に貫通孔１８が形成されている。可動子８が往復動する際に第１のシリンダ室４ａ、４ｂから第２のシリンダ室５へ漏出した流体が推力発生部１０の移動方向と反対側の第２のシリンダ室５内へ貫通孔１８を通じて逃がす（矢印Ｑ参照）。この場合には、推力発生部１０の外周面部１３ａと第２のシリンダ室５の内壁面５ａとの間に形成された隙間１４は必要以上に設けなくても良い。或いは流体を逃がすための隙間１４を設けかつ推力発生部１０の貫通孔１８を設けて、これらを通過する流体量が所定量確保することにより可動子８の動作継続性を維持することも可能である。
【００２０】
また、図１の左半図において、中空可動子軸９に推力発生部１０の両側には軸孔９ｃと第２のシリンダ室５とを連通する連通孔１９が軸線方向と直交する向きに各々形成されている。可動子８が往復動する際に第１のシリンダ室４ａ、４ｂから第２のシリンダ室５へ漏出した流体を推力発生部１０が移動する一方の連通孔１９から軸孔９ｃを通じて他方の連通孔１９から反対側の第２のシリンダ室５内へ逃がす（矢印Ｒ参照）。この場合には、推力発生部１０の外周面部１３ａと第２のシリンダ室５の内壁面５ａとの間に形成された隙間１４は必要以上に設けなくても良く、推力発生部１０に貫通孔１８を必ずしも設ける必要もない。
【００２１】
或いは、推力発生部１０と第２のシリンダ室５の間に形成された隙間１４、推力発生部１０に軸線方向に沿った貫通孔１８、可動子軸９に推力発生部１０の両側に各々形成された連通孔１９のうちいずれか２以上の組み合わせ、これらを通過する流体量が所定量確保することにより可動子８の動作継続性を維持することも可能である。
このように、第２のシリンダ室５に浸入した流体、特に非圧縮性の液体が推力発生部１０の往復動を妨げることなく動作継続性を保つことができる。
【００２２】
図２は推力発生部１０と第２のシリンダ室５の間に形成された隙間１４及び推力発生部１０に軸線方向に沿った貫通孔１８を設けたポンプ構造を示す。隙間１４及び貫通孔１８は推力発生部１０の推力を低減させる要因となるため、第２のシリンダ室５の断面積に対して必要最小限であることが望ましい。
【００２３】
図３Ａ、Ｂは、推力発生部１０に貫通孔１８を形成した場合の可動子８の動作と第２のシリンダ室５の流体の流れを示すものである。図３Ａは、可動子８が上方へ移動した場合を示す。
可動子８が上方へ移動すると、閉弁していた第１のバルブ７が開弁し、吸込み口２から第１のシリンダ室４ａ、軸孔９ｃへ所定量の流体が吸い込まれる。また、開弁していた第２のバルブ１１が閉弁し、可動子８の移動に伴って第１のシリンダ室４ｂから送出口３へ所定量の流体が送り出される。このとき、第２のシリンダ室５の推力発生部１０の上方に満たされた流体は、隙間１４及び貫通孔１８を通じて推力発生部１０の移動方向と反対側（下方）の第２のシリンダ室５内へ移動する（矢印Ｐ１、Ｑ１参照）。
【００２４】
また、図３Ｂは可動子８が下方へ移動した場合を示す。可動子８が下方へ移動すると、閉弁していた第２のバルブ１１が開弁し軸孔９ｃ内の流体が所定量第１のシリンダ室４ｂへ移動する。また、開弁していた第１のバルブ１１が閉弁し、吸込み口２から第１のシリンダ室４ａへの流体の吸い込み遮断される。このとき、第２のシリンダ室５の推力発生部１０の下方に満たされた流体は、隙間１４及び貫通孔１８を通じて推力発生部１０の移動方向と反対側（上方）の第２のシリンダ室５内へ移動する（矢印Ｐ２、Ｑ２参照）。
【００２５】
図４は可動子軸９に推力発生部１０の軸方向両側で連通孔１９が各々形成されたポンプ構造を示す。また、可動子軸９の吸入側開口部９ａに第３のバルブ２０が設けられている。この第３のバルブ２０は、可動子軸９が吐出側に向かって動いた際に軸孔９ｃに満たされた流体が移動して吸込みバルブ（第１のバルブ７）が閉止されるのを防ぐために設けられる。第３のバルブ２０は、第１、第２のバルブと同様に例えばゴムなどの樹脂材が好適に用いられる。
【００２６】
図５Ａ、Ｂは、可動子軸９に連通孔１９を形成した場合の可動子８の動作と第２のシリンダ室５の流体の流れを示すものである。図５Ａは、可動子８が上方へ移動した場合を示す。
可動子８が上方へ移動すると、閉弁していた第１のバルブ７が開弁し、開口部２から第１のシリンダ室４ａへ所定量の流体が吸い込まれる。また、開弁していた第２のバルブ１１、第３のバルブ２０が閉弁し、可動子８の移動に伴って第１のシリンダ室４ｂから送出口３へ所定量の流体が送り出される。このとき、第２のシリンダ室５の推力発生部１０の上方に満たされた流体は、連通孔１９、軸孔９ｃ、連通孔１９を通じて推力発生部１０の移動方向と反対側（下方）の第２のシリンダ室５内へ矢印方向に移動する（矢印Ｒ１参照）。また、第３のバルブ２０が閉弁し軸孔９ｃに満たされた流体が第１のシリンダ室４ａに移動することを防ぎ、第１のバルブ７が開弁することを妨げない。よって、第１のバルブ７が開いている間だけ、吸込み口２から第１のシリンダ室４ａへ所定量の流体が吸い込まれる。
【００２７】
また、図５Ｂは可動子８が下方へ移動した場合を示す。可動子８が下方へ移動すると、軸孔９ｃ内から第１のシリンダ室４ｂへ流体が移動し、第１のシリンダ室４ａから軸孔９ｃへ流体が移動するため、閉弁していた第２のバルブ１１、第３のバルブ２０が開弁する。また、開弁していた第１のバルブ７が閉弁し、吸込み口２から第１のシリンダ室４ａへの流体の吸い込み遮断される。このとき、第２のシリンダ室５の推力発生部１０の下方に満たされた流体は、連通孔１９、軸孔９ｃ、連通孔１９を通じて推力発生部１０の移動方向と反対側（上方）の第２のシリンダ室５内へ矢印方向に移動する（矢印Ｒ２参照）。
【００２８】
尚、可動子軸９形成された連通孔１９と、推力発生部１０と第２のシリンダ室５の隙間１４又は推力発生部１０に設けた貫通孔１８のいずれかと組み合わせて流体を逃がすようにしても良いし、これらを併用してもよい。
また、マグネット１２は焼結金属材が用いられるが、流体の種類により最適なものが選択される。例えば、水などであれば防錆を考慮してフェライト系マグネット、サマリュウムコバルト系マグネットなどが用いられ、油などではネオジ・鉄・ボロン系マグネットなどが用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】電磁駆動ポンプの断面説明図及び第２シリンダ室内の流体の流れを示す説明図である。
【図２】電磁駆動ポンプの一例を示す断面図である。
【図３】図２のポンプの動作状態を示す説明図である。
【図４】電磁駆動ポンプの一例を示す断面図である。
【図５】図４のポンプの動作状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  シリンダ本体
２  吸込み口
３  送出口
４ａ、４ｂ  第１のシリンダ室
５  第２のシリンダ室
５ａ  内壁面
６  弁座部材
６ａ  弁孔
７  第１のバルブ
８  可動子
９ａ  吸入側開口部
９ｂ  送出側開口部
９ｃ  軸孔
１０  推力発生部
１１  第２のバルブ
１２  マグネット
１３  ヨーク部
１３ａ  外周面部
１４  隙間
１５  電磁コイル
１６  外装ケース
１７  Ｏリング
１８  貫通孔
１９  連通孔
２０  第３のバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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