(57)【要約】【課題】  ポンプのさらなる小型化および低消費電力を実現することができ、あわせ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およびこれに用いる開閉弁を提供すること。【解決手段】  前記流入口３および前記流出口４にはそれぞれ開閉弁１０，１１が配設され、各開閉弁１０，１１は、ダイアフラム７，８の変位にともなうポンプ室２内の圧力の変化によって、前記ポンプ室２内から吸引力または吐出力を作用させられることにより、前記流入口３および前記流出口４を交互に開閉可能とされていること。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口および流出口を有するポンプ室内に、前記流入口と前記流出口とを連通させる流体の流路が形成され、前記ポンプ室内における前記流路を挟んで互いに対向する位置に、電力を供給されることによって相互に接離する方向に変位可能とされた一対のダイアフラムが配設されたポンプであって、
前記流入口および前記流出口にはそれぞれ開閉弁が配設され、各開閉弁は、前記ダイアフラムの変位にともなうポンプ室内の圧力の変化によって、前記ポンプ室内から吸引力または吐出力を作用させられることにより、前記流入口および前記流出口を交互に開閉可能とされていることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記ダイアフラムは、圧電素子からなることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記各開閉弁は、弁座部と前記弁座部を支持する軸部とを有し、前記各開閉弁は、前記軸部をポンプ室の内側へ向けた状態で配設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】
前記流入口に配設された開閉弁は、その弁座部の前記ポンプ室に対して外側となる面によって前記流入口を開閉するようにされ、前記流出口に配設された開閉弁は、その弁座部の前記ポンプ室に対して内側となる面によって前記流出口を開閉するようにされていることを特徴とする請求項３に記載のポンプ。
【請求項５】
少なくとも、前記流出口に配設された開閉弁の軸部に、軸方向に沿った溝部が形成され、この溝部が流体の流路の一部をなすことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のポンプ。
【請求項６】
前記流入口に配設された開閉弁と、前記流出口に配設された開閉弁とは、同一の構成を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のポンプ。
【請求項７】
流路を開閉するための弁座部と、この弁座部を支持する軸部とを有する開閉弁であって、
前記軸部には、軸方向に沿った溝部が形成され、この溝部が前記流路の一部をなすことを特徴とする開閉弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプおよびこれに用いる開閉弁に係り、特に、ポンプ室内に、電気信号を入力されることによって相互に接離する方向に変位可能とされた一対のダイアフラムを備えたポンプおよびその開閉弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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、携帯電話やノートパソコン等の電子機器の進展がめざましく、このような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。このような小型の燃料電池を電子機器に用いれば、従来のように長時間の充電を要せず、電池が切れたらその場で燃料を補給することにより即時に稼働することが可能になる。その上、小型軽量で携帯に便利であり、近年のパソコンのワイヤレス化の要請にも沿うものである。
【０００４】
このような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。
【０００５】
これまでにも、燃料電池用のポンプとして、例えば特許文献１に示すような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小型ポンプが提案されてきた。
【０００６】
【特許文献１】特許第２９９５４０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来から、このような燃料電池用のポンプにおいては、消費電力を少なくすることが求められていた。
【０００８】
しかし、特許文献１に記載のポンプは、ポンピング用の圧電素子に加えて開閉弁の駆動用の圧電素子をも備えているため、圧電素子の駆動に要する電力の総消費量が多くなってしまい、低消費電力の要請を満足することができなかった。
【０００９】
また、この種のポンプは、小型の燃料電池に使用されることからポンプ自体も小型であることが求められるが、現状においては、これまで以上にポンプを小型化することは困難となっていた。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、ポンプのさらなる小型化および低消費電力を実現することができ、あわせ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およびこれに用いる開閉弁を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した目的を達成するため、本発明に係るポンプの特徴は、流入口および流出口を有するポンプ室内に、前記流入口と前記流出口とを連通させる流体の流路が形成され、前記ポンプ室内における前記流路を挟んで互いに対向する位置に、電力を供給されることによって相互に接離する方向に変位可能とされた一対のダイアフラムが配設されたポンプであって、前記流入口および前記流出口にはそれぞれ開閉弁が配設され、各開閉弁は、前記ダイアフラムの変位にともなうポンプ室内の圧力の変化によって、前記ポンプ室内から吸引力または吐出力を作用させられることにより、前記流入口および前記流出口を交互に開閉可能とされている点にある。
【００１２】
そして、このような構成によれば、ポンプ室内の圧力の変化にともなう吸引力および吐出力を用いて開閉弁を開閉するようにしたことにより、開閉弁駆動用の電力が不要となる。
【００１３】
これにともなって、圧電素子等の電力供給用の部品点数を削減することができ、構成をさらに小型化することが可能となる。
【００１４】
さらに、ダイアフラムを流路を挟んで一対設けるとともに、各ダイアフラムを相互に接離する方向に変位可能としたことによって、個々のダイアフラムの変位量が小さい場合においても両ダイアフラムの変位量が加え合わさることによってポンプ室内の圧力を効率的に変化させることができ、流体の吸入および吐出を効率的に行うことが可能となる。
【００１５】
また、本発明に係るポンプの特徴は、前記ダイアフラムは、圧電素子からなる点にある。
【００１６】
そして、このような構成によれば、簡易な構成によってダイアフラムを形成することが可能となる。
【００１７】
さらに、本発明に係るポンプの特徴は、前記各開閉弁が、弁座部と前記弁座部を支持する軸部とを有し、前記各開閉弁が、前記軸部をポンプ室の内側へ向けた状態で配設されている点にある。
【００１８】
そして、このような構成によれば、軸部をポンプ室の外側に向ける場合に比べて構成を小型化することが可能となる。
【００１９】
さらにまた、本発明に係るポンプの特徴は、前記流入口に配設された開閉弁が、その弁座部の前記ポンプ室に対して外側となる面によって前記流入口を開閉するようにされ、前記流出口に配設された開閉弁が、その弁座部の前記ポンプ室に対して内側となる面によって前記流出口を開閉するようにされている点にある。
【００２０】
そして、このような構成によれば、さらに簡易な構成によって開閉弁の開閉を行うことが可能となる。
【００２１】
また、本発明に係るポンプの特徴は、少なくとも、前記流出口に配設された開閉弁の軸部に、軸方向に沿った溝部が形成され、この溝部が流体の流路の一部をなす点にある。
【００２２】
そして、このような構成によれば、開閉弁をさらに小型化することが可能となり、ひいては、ポンプ全体の構成をさらに小型にすることが可能となる。
【００２３】
さらに、本発明に係るポンプの特徴は、前記流入口に配設された開閉弁と、前記流出口に配設された開閉弁とが、同一の構成を有している点にある。
【００２４】
そして、このような構成によれば、各開閉弁を同一の金型を用いて形成することができるため、コストをさらに削減することが可能となる。
【００２５】
さらにまた、本発明に係る開閉弁の特徴は、流路を開閉するための弁座部と、この弁座部を支持する軸部とを有する開閉弁であって、前記軸部には、軸方向に沿った溝部が形成され、この溝部が前記流路の一部をなす点にある。
【００２６】
そして、このような構成によれば、開閉弁の構成を小型化することが可能となり、ひいては、ポンプ全体の構成を小型にすることが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係るポンプによれば、さらなる小型化および低消費電力を実現することができ、あわせ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実現することができる。
【００２８】
また、本発明に係るポンプによれば、さらに簡易な構成によって流体の吸入および吐出を行うことができるポンプを実現することができる。
【００２９】
さらに、本発明に係るポンプによれば、さらに小型のポンプを実現することができる。
【００３０】
さらにまた、本発明に係るポンプによれば、流体の吸入および吐出をさらに簡便かつ効率的に行うことができるポンプを実現することができる。
【００３１】
また、本発明に係るポンプによれば、さらに小型のポンプを実現することができる。
【００３２】
さらに、本発明に係るポンプによれば、さらに製造コストを低廉化することができるポンプを実現することができる。
【００３３】
さらにまた、本発明に係る開閉弁によれば、小型の開閉弁を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明に係るポンプおよびこれに用いる開閉弁の実施形態について、図１乃至図６を参照して説明する。
【００３５】
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、中空略円柱形状のポンプ室２を有しており、このポンプ室２の一端部（図１における右端部）側には、ポンプ室２内への流体の流入口３が、他端部（左端部）側には、ポンプ室２外への流体の流出口４が形成されている。
【００３６】
そして、ポンプ室２内には、前記流入口３と流出口４とを連通させる流体の流路５が形成されている。
【００３７】
また、前記ポンプ室２内には、前記流体の流路５を図２における上下から挟むようにして平面略円環状の一対のダイアフラム７，８が配設されており、これらダイアフラム７，８は、図示しない外部駆動源から電力を供給されることによって相互に接離する方向に変位可能とされている。
【００３８】
さらに、前記流入口３および前記流出口４には、流入側開閉弁１０および流出側開閉弁１１の一対の開閉弁１０，１１が配設されている。
【００３９】
これら流入側開閉弁１０および流出側開閉弁１１は、前記ダイアフラム７，８の変位にともなうポンプ室２内の圧力の変化によって、前記ポンプ室２内から吸引力または吐出力を作用させられることにより、前記流入口３および前記流出口４を交互に開閉可能とされている。
【００４０】
より具体的には、前記流入側開閉弁１０および前記流出側開閉弁１１には、前記ダイアフラム７が互いに離間する方向へ変位するにともなってポンプ室２内の圧力が低圧になることによって、ポンプ室２内から吸引力が作用するようになっている。そして、前記流入側開閉弁１０および前記流入側開閉弁１１は、吸引力を受けてポンプ室２の内側方向に移動することによって、それぞれ流入口３の開放または流出口４の遮蔽を行うようになっている。
【００４１】
また、前記流入側開閉弁１０および前記流出側開閉弁１１には、前記ダイアフラム７の互いに近接する方向への変位にともなってポンプ室２内の圧力が高圧になることによって、ポンプ室２内から吐出力が作用するようになっている。そして、前記流入側開閉弁１０および前記流入側開閉弁１１は、吐出力を受けてポンプ室２の外側方向に移動することによって、それぞれ流入口３の遮蔽または流出口４の開放を行うようになっている。
【００４２】
従って、ポンプ室２内の圧力の変化にともなう吸引力および吐出力を用いて開閉弁１０，１１を開閉することができるため、開閉弁駆動用の電力は不要となる。この結果、流体の吸入・吐出に要する電力を削減することができるようになっている。
【００４３】
これにともなって、圧電素子等の電力供給用の部品点数を削減することができ、構成をさらに小型化することができるようになっている。
【００４４】
さらに、個々のダイアフラム７，８の変位量が小さい場合においても両ダイアフラム７，８の変位量が加え合わされることによってポンプ室２内の圧力を効率的に変化させることができ、流体の吸入および吐出を効率的に行うことができるようになっている。
【００４５】
また、本実施形態において、前記ダイアフラム７，８は、圧電素子によって形成されている。
【００４６】
これにより、電気的信号を機械的動作（例えば振動等の変位）に変換するといった特性を有する圧電素子によって、ダイアフラム７，８をさらに簡易に形成することができるようになっている。
【００４７】
さらに、図１および図２に示すように、本実施形態において、前記流入側開閉弁１０および前記流出側開閉弁１１は、弁座部１０ａ，１１ａと前記弁座部１０ａ，１１ａを支持する軸部１０ｂ，１１ｂとを有し、前記各開閉弁１０，１１が、前記軸部１０ｂ，１１ｂをポンプ室２の内側へ向けた状態で配設されている。
【００４８】
これにより、軸部１０ｂ，１１ｂをポンプ室２の外側に向ける場合に比べて構成を小型化することができるようになっている。
【００４９】
また、本実施形態において、前記流入側開閉弁１０の軸部１０ｂにおける内側端部の外周には、この軸部１０ｂの軸方向への移動を保持する筒状の保持用壁部１７が形成されており、この保持用壁部１７の外側端面と前記流入側開閉弁１０の弁座部１０ａにおける内側面との間には、コイルばね等の付勢手段１２が介在されている。これによって、前記流入側開閉弁１０がポンプ室２の外側方向に付勢されている。
【００５０】
一方、前記流出側開閉弁１１の軸部１１ｂにおける外側端部の外周には、この軸部１１ｂの軸方向への移動を保持する筒状の保持用壁部１８が形成されている。また、前記軸部１１ｂにおける内側端部近傍部位の外周には、円盤状の凸縁部１９が固設されている。そして、前記保持用壁部１８の内側端面と前記凸縁部１９との間には、コイルばね等の付勢手段１２が介在されている。これによって、前記流入側開閉弁１１がポンプ室２の内側方向に付勢されている。
【００５１】
さらに、前記保持用壁部１７，１８と前記ダイアフラム７，８との間には、ダイアフラム７，８の周方向に沿った環形状を有するＯ−リング等の一対の保持部材９が必要に応じて配設されており、これら保持部材９によって、前記ダイアフラム７，８の変位が安定的に保持されるようになっている。
【００５２】
さらにまた、本実施形態においては、前記流入側開閉弁１０が、その弁座部１０の前記ポンプ室２に対して外側となる面によって前記流入口３を開閉するようにされ、前記流出側開閉弁１１が、その弁座部１１ａの前記ポンプ室２に対して内側となる面によって前記流出口４を開閉するようにされている。
【００５３】
これにより、さらに簡易な構成によって開閉弁１０，１１の開閉を行うことができるようになっている。
【００５４】
また、本実施形態において、前記流出側開閉弁１１の軸部１１ｂには、軸方向に沿った溝部１４が形成されており、この溝部１４は、流体の流路の一部をなしている。
【００５５】
これにより、軸部１１ｂの外側に軸部１１ｂと離隔された流体の流路を形成する場合に比べて、流路を開閉するための流出側開閉弁１１の弁座部１１ａの径方向の寸法を小さくすることができ、この結果、ポンプ１全体のさらなる小型化を図ることができるようになっている。
【００５６】
なお、前記溝部１４は、流入側開閉弁１０にも形成してよい。さらに、前記流入側開閉弁１０と前記流出側開閉弁１１とを同一の構成としてもよい。そのようにすれば、両開閉弁１０，１１を同一の金型を用いて形成することができるため、コストをさらに削減することができる。
【００５７】
なお、前記流入側開閉弁１０と流入口３との間、および前記流出側開閉弁１１と流出口４との間には、Ｏ−リング等の環状部材１５が必要に応じて介在されている。
【００５８】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００５９】
なお、便宜上、初期状態において、前記ダイアフラム７，８は電力の供給を受けておらず、静止状態を保っているものとする。したがって、ポンプ室２内の圧力は変化せず、ポンプ室２内への流体の吸入もしくはポンプ室２外への流体の吐出は行われていないものとする。
【００６０】
このとき、図１に示すように、流入側開閉弁１０が付勢手段１２の付勢力を介してポンプ室２の外側方向に付勢されていることによって、流入口３が遮蔽された状態になっている。さらに、流入側開閉弁１１が付勢手段１２の付勢力を介してポンプ室２の内側方向に付勢されていることによって、流出口４も遮蔽された状態になっている。
【００６１】
そして、初期状態から、ポンプ室２内に流体を吸入する場合は、前記一対のダイアフラム７，８に外部駆動源を介して電力を供給することによって、ダイアフラム７，８を互いに離間する方向に変位させる。
【００６２】
このダイアフラム７，８の変位にともなって、ポンプ室２内の圧力が初期状態よりも低くなり、これによって、前記流入側開閉弁１０および前記流出側開閉弁１１に対してポンプ室２内から吸引力が作用する。
【００６３】
次いで、前記流入側開閉弁１０は、ポンプ室２内から作用する吸引力によって付勢手段１２の付勢力に抗するようにポンプ室２の内側方向に移動し、前記流出側開閉弁１１は、付勢手段１２の付勢力によってポンプ室２の内側方向に付勢された状態を維持する。
【００６４】
これにより、前記流入口３は前記流入側開閉弁１０によって開放され、前記流出口４は、前記流出側開閉弁１１によって遮蔽された状態のままになる。
【００６５】
この結果、図１中の流路を通る矢印（実線）に示すように、前記ポンプ室２内に前記流入口３を通じて流体の吸入が行われる。
【００６６】
次に、ポンプ室２内の流体をポンプ室２外に吐出する場合は、ダイアフラム７，８に対する電力の供給によって、ダイアフラム７，８を互いに近接する方向に変位させる。
【００６７】
これによって、ポンプ室２内の圧力が高くなり、これによって、前記流入側開閉弁１０および前記流出側開閉弁１１に対してポンプ室２内から吐出力が作用する。
【００６８】
次いで、前記流出側開閉弁１１は、ポンプ室２内から作用する吐出力によって付勢手段１２の付勢力に抗するようにポンプ室２の外側方向に移動し、前記流入側開閉弁１０は、付勢手段１２の付勢力によってポンプ室２の外側方向に付勢された状態を維持する。
【００６９】
これにより、前記流入口３は前記流入側開閉弁１０によって遮蔽され、前記流出口４は前記流出側開閉弁１１によって開放される。
【００７０】
この結果、図１中の矢印（破線）に示すように、前記ポンプ室２内の流体が前記流出口４を通してポンプ室２の外部に流出される。
【００７１】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、ダイアフラム７，８の変位速度は、必要に応じて種々変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係るポンプの実施形態を示す平面側断面図
【図２】図１の２−２部分断面概略図
【図３】図１の３−３部分断面概略図
【図４】図１の４−４部分断面概略図
【図５】図１の左側面図
【図６】本発明に係るポンプに用いる開閉弁の実施形態を示す斜視図
【符号の説明】
【００７３】
１  ポンプ
２  ポンプ室
３  流入口
４  流出口
５  流路
７  ダイアフラム
８  ダイアフラム
１０  流入側開閉弁
１０ａ  弁座部
１０ｂ  軸部
１１  流出側開閉弁
１１ａ  弁座部
１１ｂ  軸部
１４  溝部
【図１】
2005127240.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005127240.tif 000006
【図５】
2005127240.tif 000007
【図６】
2005127240.tif 000008