(57)【要約】【課題】振動板の振幅を大きくすることによって、流体の吸入および吐出を効率的に行うことができるポンプを提供すること。【解決手段】振動板１５，１８を振動させることによって流体をポンプ室３，２７内に吸入するとともにポンプ室３，２７内に吸入された流体をポンプ室３，２７外へ吐出するようにされたポンプ１，２３であって、前記振動板１５，１８に錘１７，２９を設けたこと。【選択図】　　　図４
2004092588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板を振動させることによって流体をポンプ室内に吸入するとともにポンプ室内に吸入された流体をポンプ室外へ吐出するようにされたポンプであって、前記振動板に錘を設けたことを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記振動板が、磁性体材料から形成され、かつ、電磁石の駆動によって振動可能とされていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記錘が、磁性体材料から形成され、かつ、電磁石の駆動によって振動可能とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記振動板が、圧電素子から形成されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ポンプに係り、特に、振動板の振動を利用してポンプ室内への流体の吸入とポンプ室外への流体の吐出とを行うのに好適なポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なポンプとして、ポンプ機能は回転電動機を用いて、流体ブレードを回転させて流体を吸入・吐出させるか、または往復ピストン運動に変換させダイヤフラムを通して圧力の移動により流体を移動させる形が良く知られている。また、大気汚染等の環境問題を背景として、環境汚染を引き起こさないクリーンな電力の供給手段が求められており、その一例として、アルコール等の燃料を分解化学反応させることによって所望の電力を得る燃料電池が開発されていた。この燃料電池は、例えば自動車用のバッテリ等をはじめとした種々の分野においてその有用性が期待されている。
【０００３】
さらに、近年においては、電子機器用のバッテリとして、小型の燃料電池を用いるといった新たな発想が生まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した小型の燃料電池を用いる場合、電池に燃料を補給する手段として、燃料補給用のポンプが必要になるが、このようなポンプとしては、既に実用新案登録第２５７８９７７号に、圧電素子の振動を利用して流体の吸入および吐出を行う圧電ポンプが開示されている。
【０００５】
しかし、このような圧電素子のみを利用したポンプは、振動板の振幅が小さいため、わずかな流量しか流体を吸入あるいは吐出することができないといった欠点を有している。
【０００６】
一方、単位時間あたりの流量を多くするために振動板の駆動周波数を高くしたとしても、却って振動板を駆動するために消費電力が大きくなってしまう。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、振動板の振幅を大きくすることによって、流体の吸入および吐出を効率的に行うことができるポンプを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明に係るポンプの特徴は、振動板に錘を設けた点にある。
【０００９】
そして、このような構成を採用したことにより、錘の質量によって振動の際の振動板の振幅を大きくすることができる。
【００１０】
また、本発明に係るポンプの特徴は、振動板が、磁性体材料から形成され、かつ、電磁石の駆動によって振動可能とされている点にある。
【００１１】
そして、このような構成を採用したことにより、電磁石によって磁性体材料からなる振動板に対して吸引力と反発力とを交互に作用させることができ、これによって振動板を簡便かつ効率的に振動させることができる。
【００１２】
さらに、本発明に係るポンプの特徴は、錘が、磁性体材料から形成され、かつ、電磁石の駆動によって振動可能とされている点にある。
【００１３】
そして、このような構成を採用したことにより、電磁石によって磁性体材料からなる錘に対して吸引力と反発力とを交互に作用させることができ、これによって振動板を簡便かつ効率的に大きな振幅で振動させることができる。
【００１４】
さらにまた、本発明に係るポンプの特徴は、振動板が、圧電素子から形成されている点にある。
【００１５】
そして、このような構成を採用したことにより、圧電素子からなる振動板に所定の電力を供給することによって振動板を振動させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るポンプの第１実施形態について図１乃至図６を参照して説明する。
【００１７】
図１乃至図３に示すように、本実施形態におけるポンプ１は、平面略正方形状のケーシング２の内部に、所定の厚みの空隙部からなるポンプ室３を有しており、このポンプ室３は、流体の吸入や吐出を行わない通常の状態においては、密封状態に保持されるようになっている。
【００１８】
前記ケーシング２の図１における上壁部には、流体を前記ポンプ室３の内部へ吸入するための円筒形状の吸入部４と、ポンプ室３に吸入された流体をポンプ室３の外部へ吐出するための円筒形状の吐出部５とが、互いに所定の間隔を設けて形成されている。
【００１９】
図４、図５に示すように、前記吸入部４の中央には、吸入部４の長手方向に沿って長尺な吸入孔６が穿設されている。そして、前記ケーシング２の内部における前記吸入孔６に臨む位置には、円弧状の開口部７が形成された平面略円形状の吸入弁８が、前記ケーシング２における上壁部と、前記ケーシング２の内部に設けられた弁保持用壁部９との間に挟持されるようにして保持されている。この吸入弁８は、ポンプ室３の内部の空気が膨張することにともなって、弁保持用壁部９に形成された凹部９ａを介して図４における下方へ弾性変形するようになっている。そして、この下方への弾性変形によって、前記吸入孔６をわずかに開放するとともに、前記開口部７を通してポンプ室３への流体の吸入を許容するようになっている。一方、前記吸入弁８は、通常の状態、あるいは、ポンプ室３の内部の空気が圧縮した状態においては、吸入孔６を遮蔽してポンプ室３への流体の吸入を規制するようになっている。
【００２０】
一方、図４、図５に示すように、前記吐出部５の中央には、吐出部５の長手方向に沿って長尺な吐出孔１２が穿設されている。そして、前記ケーシング２の内部における前記吐出孔１２に臨む位置には、円弧状の開口部１３が形成された平面略円形状の吐出弁１４が、前記ケーシング２における上壁部と、前記弁保持用壁部９との間に挟持されるようにして保持されている。この吐出弁１４は、ポンプ室３の内部の空気が圧縮することにともなって、吐出部５に形成された凹部５ａを介して図４における上方へ弾性変形するようになっている。そして、この上方への弾性変形によって、前記吐出孔１２をわずかに開放するとともに、前記開口部１３を通してポンプ室３の外部への流体の吐出を許容するようになっている。一方、前記吐出弁１４は、通常の状態、あるいは、ポンプ室３の内部の空気が膨張した状態においては、吐出孔１２を遮蔽してポンプ室３の外部への流体の吐出を規制するようになっている。
【００２１】
そして、前記ポンプ室３の下部には、平面円形状の振動板１５が、その外周端面を前記ケーシング２の内周面に近接させるようにして、保持部材１６によって図４における上下方向に振動可能に保持されている。前記保持部材１６は、例えば、前記振動板１５の外周縁を上下から挟持する一対のＯリングであってもよい。
【００２２】
そして、前記振動板１５による上下の振動によって、ポンプ室３の内部の空気が圧縮と膨張とを交互に繰り返すようになっており、これにより、前記吸入弁８と前記吐出弁１４とが交互に弾性変形を行って前記吸入孔６または前記吐出孔１２を交互に開放するようになっている。
【００２３】
すなわち、前記振動板１５の振動にともなって、吸入弁８を介したポンプ室３への流体の吸入と、吐出弁１４を介したポンプ室３からの流体の吐出とが交互に繰り返し行われるようになっている。
【００２４】
さらに、本第１実施形態において、前記振動板１５における下面の中央部には、錘１７が垂設されている。
【００２５】
このように振動板に錘１７を設ければ、振動板１５に振動を与えた際に、錘１７の質量によって振動板１５の振幅を大きくすることができ、この結果、前記吸入弁８および前記吐出弁１４の弾性変形量、すなわち、ポンプ１による流体の吸入量および吐出量を従来よりも増加することができる。
【００２６】
なお、前記錘１７の形状や質量、あるいは配設個数は、必要に応じて種々変更してもよい。
【００２７】
また、本第１実施形態においては、前記振動板１５を振動させる手段として、前記錘１７が永久磁石等の磁性体材料によって形成されている。さらに、このように磁性体材料によって形成された前記振動板１５を、図４に示す電磁石１９の駆動によって振動させるようになっている。図４に示すように、前記電磁石１９は、ケーシング２の内部における前記錘１７に臨む下部近傍位置に、上部が開口された断面コの字形状の磁性体からなるコア２０を設け、このコア２０における下辺部の外周に、所定巻き数のコイル２１を鎖交させることによって形成されている。
【００２８】
そして、前記コイル２１に対して交流電流を流すことによって、磁性体材料からなる錘１７に対して吸引力と反発力とを交互に作用させることができるようになっている。
【００２９】
従って、錘１７が設けられた振動板１５を簡便かつ効率的に振動させることができるようになっている。なお、前記錘１７に対して必要な吸引力および反発力を作用させ得るのであれば、図４と異なる他の電磁石の構成を採用してもよい。
【００３０】
次に、本発明に係るポンプの第２実施形態について、図７乃至図１５を参照して説明する。なお、第１実施形態におけるポンプ１と基本的構成の同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。
【００３１】
図７乃至図１２に示すように、本第２実施形態におけるポンプ２３は、第１実施形態におけるポンプ１と同様に、吸入部４および吐出部５が形成された平面円形状のケーシング２４の内部に、所定の厚みの空隙部からなるポンプ室２７を有している。このポンプ室２７の下部には、振動板２８が、その外周縁部を前記ケーシング２６の内周に保持されるようにして、上下に振動可能に配設されており、この振動板２８の振動によってポンプ室２７の内部への流体の吸入とポンプ室２７の外部への流体の吐出とを行うようになっている。
【００３２】
また、流体の吸入と吐出の制御は、第１実施形態におけるポンプ１と同様に、吸入弁８および吐出弁１４によってそれぞれ行うようになっている。
【００３３】
さらに、本第２実施形態におけるポンプ２３は、第１実施形態におけるポンプ１と同様に、振動板２８の中心付近に錘２９を垂設することによって、振動の際の振動板２８の振幅を大きくするようになっている。
【００３４】
ただし、本第２実施形態におけるポンプ２３は、第１実施形態におけるポンプ１とは振動板２８を振動させるための機構が若干異なっている。
【００３５】
すなわち、本第２実施形態においては、錘２９ではなく、振動板２８が永久磁石等の磁性体材料によって形成されている。
【００３６】
さらに、図１０に示すように、本第２実施形態における電磁石３１は、前記振動板２８の下部位置に、柱状の磁心３２を有しており、この磁心３２の上面は、振動板２８の下面のほぼ全域に臨む大きさに形成されている。そして、前記磁心３２の外周面に臨むケーシング２６の外周部には、所定巻き数のコイル３３が巻回されている。
【００３７】
この場合においても、コイル３３に交流を流して磁心３２による磁化の方向を交互に切り替えることによって、磁性体材料からなる振動板２８に対して吸引力と反発力とを交互に作用させることができる。
【００３８】
すなわち、第１実施形態におけるポンプ２３と同様に、電磁石３１の駆動によって振動板２８を簡便かつ効率的に振動させることができ、かつ、錘２９によって振動板２８の振幅を大きくすることができるようになっている。
【００３９】
次に、前記ポンプ２３の具体的な動作について説明する。
【００４０】
なお、図示はしないが、初期状態において、前記吸入部４には、例えば、燃料電池における燃料ケース等の図示しない流体の供給部が接続されているものとする。また、前記吐出部には、例えば、燃料電池の電池本体等の図示しない流体の被供給部が接続されているものとする。
【００４１】
さらに、前記電磁石３１は駆動されておらず、振動板２８に対する吸引力あるいは反発力は作用していないものとする。また、図１３に示すように、前記吸入弁８および前記吐出弁１４は、ともに通常の状態になっており、ポンプ室２７への流体の吸入と、ポンプ室２７からの流体の吐出とは、ともに規制された状態になっているものとする。
【００４２】
そして、初期状態から、前記被供給部への流体の供給を行う場合は、まず、電磁石３１のコイル３３に正方向の電流を流すと、このコイル３３が鎖交された磁心３２が磁化され、これによって前記振動板２８に対して、電磁石３１の吸引力が作用する。
【００４３】
この吸引力を受けて、前記振動板２８は下方である電磁石３１の側に吸引されて錘２９とともに下方へ移動する。
【００４４】
この振動板２８による下方への移動にともなって、密封状態のポンプ室２７の内部の空気が膨張し、この膨張によって、前記吸入弁８が図１４に示すように下方へ弾性変形する。
【００４５】
これによって、前記吸入部４に接続された供給部側から吸入弁８を通してポンプ室２７の内部に流体が吸入される。
【００４６】
次に、コイル３３に流れる電流の向きを逆方向に切り替えると、前記振動板２８に対して今度は反発力が作用する。
【００４７】
この反発力を受けて、前記振動板２８は錘２９とともに上方へ反発されて上方へ移動する。
【００４８】
この振動板２８による上方への移動にともなって、ポンプ室２７の内部の空気が圧縮し、この圧縮によって、前記吐出弁１４が図１５に示すように上方へ弾性変形する。
【００４９】
これによって、前記吐出部５に接続された被供給部側へ前記吐出弁１４を通してポンプ室２７の内部の流体が吐出される。
【００５０】
このように、電磁石３１に対して正方向および逆方向からなる交流の電流を流すことによって、振動板２８を上下に振動させることができ、これによって、ポンプ室２７への流体の吸入と、ポンプ室２７からの流体の吐出とを交互に行うことができる。
【００５１】
このとき、前記振動板２８には錘２９が垂設されているため、この錘２９の質量によって振動板２８の振幅を大きくすることができる。
【００５２】
この結果、前記吸入弁８および前記吐出弁１４の弾性変形量を多くすることができ、被供給側への流体の供給量を多くすることができる。
【００５３】
したがって、本実施形態によれば、振動板１５，２８に設けられた錘１７，２９によって、振動板１５，２８の振幅を大きくとることができるため、被供給部側への流体の供給を効率的に行うことができる。
【００５４】
特に、このようなポンプを燃料電池に適用した場合においては、燃料電池本体への燃料の供給を簡便かつ効率的に行うことができ、燃料電池の利便性および有用性を向上することができる。
【００５５】
なお、本発明は前記各実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。
【００５６】
例えば、第１および第２実施形態とは異なり、振動板と錘の双方を磁性体材料に形成し、このように形成した振動板を電磁石の駆動によって振動させるようにしてもよい。また、振動板および錘の少なくとも一方を圧電素子によって形成し、このような振動板を電圧の印加によって振動させるようにしてもよい。
【００５７】
このような場合においても、振動板に形成された錘によって振幅を大きくすることができ、かつ、このような振動を簡便かつ効率的に行うことができる。
【００５８】
また、本実施形態におけるポンプは、種々の用途が考えられ、前述のように流体を供給部側から被供給部側へ供給する供給ポンプの他にも、例えば、流体を所定の循環経路内を循環させる循環ポンプとして用いることもできる。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明に係るポンプによれば、簡便かつ効率的な流体の吸入および吐出を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポンプの第１実施形態を示す正面図
【図２】図１の平面図
【図３】図１の下面図
【図４】図２の４−４断面矢視図
【図５】図１の５−５断面矢視図
【図６】図１の６−６断面矢視図
【図７】本発明に係るポンプの第２実施形態を示す正面図
【図８】図７の平面図
【図９】図７の下面図
【図１０】図８の１０−１０断面矢視図
【図１１】図７の１１−１１断面矢視図
【図１２】図７の１２−１２断面矢視図
【図１３】本発明に係るポンプの第２実施形態において、初期状態を示す概略断面図
【図１４】本発明に係るポンプの第２実施形態において、流体の吸入状態を示す概略断面図
【図１５】本発明に係るポンプの第２実施形態において、流体の吐出状態を示す概略断面図
【符号の説明】
１，２３　ポンプ
３，２７　ポンプ室
１５，２８　振動板
１７，２９　錘
１９，３１　電磁石
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2004092588.tif 000013
【図１２】
2004092588.tif 000014
【図１３】
2004092588.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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