(57)【要約】【課題】  信頼性の向上を容易に図ることのできるポンプを提供する。【解決手段】  往復駆動機構２の駆動力をもって作動する振動板３の振動によって、流体の吸入と吐出とを交互に行うことのできるポンプ１であって、振動板３の動作を検出する動作検出手段３５を設ける。【選択図】      図１
2005139957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復駆動機構の駆動力をもって作動する振動板の振動によって、流体の吸入と吐出とを交互に行うことのできるポンプであって、
前記振動板の動作を検出する動作検出手段が設けられていることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記往復駆動機構が、電磁石と、この電磁石に対向して設けられた永久磁石を備え、軸方向に往復移動可能とされ、前記振動板に連結されている可動軸とを有し、
前記動作検出手段が、前記永久磁石の位置を検出するホールＩＣであ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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動板の振動を利用して流体の吸入と吐出とを交互に行うのに好適なポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ポンプの一種として、永久磁石とこの永久磁石に対向して設けられた電磁石との磁気的相互作用に基づいて永久磁石を備えた可動子を往復動させてこの可動子に連結された振動板を振動させることによって、流体を吸引、吐出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなポンプの一つとして、本出願人は、小さな消費電力で振動板を振動させて流体を効率よく外部に吐出できるとともに、小型化が可能なポンプを提案した（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
このポンプは、電磁石の極性の切り換えにより永久磁石を備えた可動軸を軸方向に往復振動自在に形成したものであり、近年の携帯可能な電子機器用の小型の燃料電池におけるメチルアルコールなどの流体からなる燃料供給ポンプに好適なものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２７９８５２号公報
【特許文献２】特願２００２−３６７６２１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年においては各種装置の信頼性の向上が求められており、各種装置の信頼性の向上の一つとして、振動板の振動を利用して流体の吸入と吐出とを交互に行うポンプにおいても信頼性の向上が求められている。
【０００７】
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、信頼性の向上を容易に図ることのできる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】
【０００８】
前述した目的を達成するため、本発明のポンプの特徴は、往復駆動機構の駆動力をもって作動する振動板の振動によって、流体の吸入と吐出とを交互に行うことのできるポンプであって、前記振動板の動作を検出する動作検出手段が設けられている点にある。
【０００９】
本発明のポンプにおいては、前記往復駆動機構が、電磁石と、この電磁石に対向して設けられた永久磁石を備え、軸方向に往復移動可能とされ、前記振動板に連結されている可動軸とを有し、前記動作検出手段が、前記永久磁石の位置を検出するホールＩＣであることが好ましい。
【００１０】
そして、このような構成を採用したことにより、ホールＩＣによって永久磁石の位置を検出することができるので、ホールＩＣが検出した永久磁石の位置に基づいて振動板の動作をより容易かつ確実に検出することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るポンプによれば、振動板の動作を検出することができるので、信頼性の向上を容易に図ることができるなどの極めて優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を図面に示す実施形態により説明する。
【００１３】
図１は本発明に係るポンプの第１実施形態の要部を示す拡大断面図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態のポンプ１は、往復駆動機構２と、この往復駆動機構２の駆動力をもって作動する振動板としてのダイアフラム３と、このダイアフラム３の振動によって流体の吸入と吐出とを交互に行うことのできるポンプ本体４とを有している。このポンプ１においては、ダイアフラム３を間において図１の左右方向に示す軸方向の図１右側に往復駆動機構２が配置され、図１左側に流体の吸入と吐出とを行うポンプ本体４が配置されている。
【００１５】
前記往復駆動機構２は、電磁石５と、この電磁石５に対向して設けられた永久磁石６を備える可動軸７とを有している。
【００１６】
前記電磁石５は、固定子として機能するものであり、磁性体により円筒状に形成された筒状鉄芯８の径方向外側に非磁性体により形成されたコイル保持部材９を介してコイル１０を配設することにより形成されている。この電磁石５は、外部電源による所定の周波数の電圧を図示しない端子を介してコイル１０に印加することで、電磁石５の磁極の極性、詳しくは筒状鉄芯８の右端に形成される第１磁極１１と、筒状鉄芯８の左端に形成される第２磁極１２とのそれぞれの相互に異なる極性を周期的に切り換えることができるようになっている。
【００１７】
すなわち、コイル１０に所定周波数の電圧を印可することにより、例えば第１磁極１１の極性をＳ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極・・・の順に周期的に切り換えることができ、第２磁極１２の極性を第１磁極１１の極性の切り換えと同一のタイミングで、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極・・・の順に周期的に切り換えることができるようになっている。
【００１８】
前記コイル保持部材９は、筒状鉄芯８の外周に固着される小径筒状部１３を有している。そして、小径筒状部１３の外周の右端には、径方向外側に向かう環状の第１接続壁１４が延出形成されており、第１接続壁１４の右端面の外周近傍には、第１接続壁１４の外径より小径とされた第１大径筒状部１５が軸方向に沿って延出形成されている。この第１接続壁１４の下部は、後述するホールＩＣ１６を配設するために、第１大径筒状部１５の外周を越えた部分が切り欠かれている。すなわち、第１接続壁１４の下部は、欠円状に切り欠かれている。また、小径筒状部１３の外周の左端には、径方向外側に向かう環状の第２接続壁１７が延出形成されており、第２接続壁１７の左端面の外周には、第２大径筒状部１８が軸方向に沿って延出形成されている。さらに、第１接続壁１４、第２接続壁１７および第２大径筒状部１８は、それぞれの外径寸法が同一に形成されている。そして、コイル保持部材９の小径筒状部１３の外周に、図１の二点鎖線にて示すコイル１０が、ほぼ円筒状をなすように巻回されている。
【００１９】
前記可動軸７は、可動子として機能するものであり、樹脂あるいはオーステナイト系ステンレスなどの非磁性体により形成されている。この可動軸７は、軸方向に所定のストローク、例えば０．６ｍｍ程度のストロークをもって往復移動（振動）可能に配設されている。この可動軸７は、筒状鉄芯８の内孔に遊嵌されたほぼ棒状の軸本体１９を有している。この軸本体１９の軸方向に位置する長さ寸法は、筒状鉄芯８の長さ寸法より長く形成されており、両端が常に筒状鉄芯８の内孔から突出するように形成されている。
【００２０】
前記軸本体１９の右側には、軸本体１９より小径とされた小径部２０が形成されており、この小径部２０には、非磁性体により形成された第１磁石ホルダ２１が配設されている。この第１磁石ホルダ２１は、小径部２０の外周に固着される円筒状の基筒部２２と、この基筒部２２の外周の右端から径方向外側に延出されたフランジ部２３とにより、全体としてほぼ段付き筒状に形成されている。そして、フランジ部２３の先端は、前記コイル保持部材９の第１大径筒状部１５の内孔に当接されて摺動可能に形成されており、可動軸７の軸心を筒状鉄芯８の軸心とほぼ一致させることができるようになっている。
【００２１】
前記基筒部２２の外周には、永久磁石６としての環状に形成された第１磁石２４が保持されている。この第１磁石２４は、右端がＮ極、左端がＳ極となるように軸方向に着磁されているとともに、その左端面のほぼ全領域が前記電磁石５の一部を構成する筒状鉄芯８の右端面、すなわち電磁石５の第１磁極１１と対向するように配設されている。また、第１磁石２４の外周には、防振ゴムなどによりほぼ環状に形成された第１ダンパ２５が保持されている。この第１ダンパ２５の外径寸法は、第１磁石２４ホルダ２１のフランジ部２３の外径寸法より小さく形成されている。そして、第１ダンパ２５の左端面は、第１磁石２４の左端面より左側に突出されており、可動軸７が軸方向に沿って左側に移動した際に、第１ダンパ２５の左端面を前記コイル保持部材９の第１接続壁１４の右端面に当接させることで、衝撃吸収および移動位置の制御を同時に行うことができるようになっている。
【００２２】
なお、フランジ部２３の外周には、複数の凹部が軸方向に沿って形成されており、可動軸７の往復移動にともなうフランジ部２３と第１大径筒状部１５の内孔との接触面積を少なくしてフリクションの増加を防止することができるようになっている。
【００２３】
前記軸本体１９の左側には、軸本体１９より大径とされた大径部２６が形成されており、この大径部２６には、非磁性体により形成された第２磁石ホルダ２７が配設されている。この第２磁石ホルダ２７は、大径部２６の外周に固着される円筒状の基筒部２８と、この基筒部２８の外周の左端から径方向外側に延出されたフランジ部２９とにより、全体としてほぼ段付き筒状に形成されている。そして、基筒部２８の外周には、永久磁石６としての環状に形成された第２磁石３０が保持されている。この第２磁石３０は、右端がＳ極、左端がＮ極となるように軸方向に着磁されているとともに、その右端面のほぼ全領域が前記電磁石５の一部を構成する筒状鉄芯８の左端面、すなわち電磁石５の第２磁極１２と対向するように配設されている。
【００２４】
前記第２磁石３０の外周には、防振ゴムなどによりほぼ環状に形成された第２ダンパ３１が保持されている。この第２ダンパ３１の右端面は、第２磁石３０の右端面より右側に突出されており、図１に示す可動軸７が軸方向に沿って右側に移動した際に、第２ダンパ３１の右端面を前記コイル保持部材９の第２接続壁１７の左端面に当接させることで、衝撃吸収および移動位置の制御を同時に行うことができるようになっている。
【００２５】
前記大径部２６の左側には、環状の軸頭部３２が形成されている。そして、第２磁石３０ホルダ２７の左端面と、可動軸７の軸頭部３２の右端面とでダイアフラム３の内周縁部分が挟持されている。これにより、可動軸７の一端、本実施形態においては可動軸７の左端部にダイアフラム３が連結されている。
【００２６】
前記電磁石５の外周には、樹脂などの非磁性体により円筒状に形成された第１ケース３３が配設されており、この第１ケース３３の右端には、往復駆動機構２の右端部を覆う第２ケース３４が配設されている。この第２ケース３４は、左端が開口とされたほぼ横向きコップ状に形成されているとともに、軸方向中心には、外気が侵入可能な通気口３４ａが形成されている。また、第２ケース３４は、前記コイル保持部材９の第１接続壁１４とほぼ同様に図１下部が欠円状に切り欠かれている。そして、第２ケース３４の切り欠けの形成部位には、ホールＩＣ１６が配設されている。このホールＩＣ１６は、磁気センサであるホール素子と増幅，判別などの信号処理回路をワンチップ化したものであり、磁石の位置の検出を非接触で行うことができるようになっている。
【００２７】
前記ホールＩＣ１６により、本実施形態のダイアフラム３の動作を検出する動作検出手段３５が構成されている。
【００２８】
前記ホールＩＣ１６は、コイル保持部材９の第１大径筒状部１５を間において第１磁石２４の外周面と対向するように図１右端側下部に固定配置されている。また、ホールＩＣ１６は、ＣＰＵおよびメモリなどにより形成された図示しない適宜な監視手段に電気的に接続されており、ホールＩＣ１６の出力をモニタリングすることができるようになっている。
【００２９】
なお、ホールＩＣ１６の配設位置としては、第１磁石２４の右端面と対向する位置でもよく、ダイアフラム３に連結された可動軸７とともに往復移動する永久磁石６の位置を検出することのできる位置であればよい。
【００３０】
また、ホールＩＣ１６は、ポンプ１の取付部に配置してもよいが、ポンプ１自身に配置することが別部品とした場合より、設置および取扱いの利便性を容易に向上することができるという意味で好ましい。
【００３１】
前記ダイアフラム３は、非磁性体で弾性を有する素材、例えばゴム様弾性体、樹脂、オーステナイト系ステンレスなどの非磁性金属などにより、全体としてほぼ環状の薄膜状に形成されている。なお、ダイアフラム３の断面形状としては、設計コンセプトなどの必要に応じて、波状などの従来公知の各種の形状から選択使用することができる。
【００３２】
前記ポンプ本体４は、外ケース３７と、内ケース３８とを有している。これらのケース３７，３８は、それぞれ右端が開口とされたほぼ横向きコップ状に形成されており、それぞれの開口端が往復駆動機構２と対向するように配置されている。また、外ケース３７の内部空間に内ケース３８が収納されており、外ケース３７の内孔の開口端部分が前記コイル保持部材９の第２大径筒状部１８の外周に固着されている。さらに、内ケース３８の開口端と前記コイル保持部材９の第２大径筒状部１８の端面とでダイアフラム３の外周部分が挟持されているとともに、ダイアフラム３によって内ケース３８の内部空間により形成されたポンプ室３９の開口が閉塞されている。
【００３３】
なお、ダイアフラム３の外周部分は、可動軸７の軸心が筒状鉄芯８の軸心とほぼ一致するように、内ケース３８の開口端とコイル保持部材９の第２大径筒状部１８の端面とで固定されている。
【００３４】
前記ポンプ室３９の左隣に位置する内ケース３８と外ケース３７との間には、図１下方に示す吸入室４０と図１上方に示す吐出室４１とがそれぞれ独立して形成されている。そして、ポンプ室３９と吸入室４０とは、内ケース３８の左端側に配置されている側壁３８ａにその厚さ方向に貫通するように形成された吸入孔４２によって接続されており、ポンプ室３９と吐出室４１とは、吸入孔４２と同様に、側壁３８ａにその厚さ方向に貫通するように形成された吐出孔４３によって接続されている。
【００３５】
前記内ケース３８の側壁３８ａの吸入孔４２の近傍には、ゴム様弾性体によりほぼ傘状に形成された吸入弁４４の基軸部が保持されている。この吸入弁４４は、逆止弁として機能するものであり、ポンプ室３９側に配置された傘部が吸入孔４２を遮蔽可能になっている。また、内ケース３８の側壁３８ａの吐出孔４３の近傍には、ゴム様弾性体によりほぼ傘状に形成された吐出弁４５の基軸部が保持されている。この吐出弁４５も吸入弁４４と同様に、逆止弁として機能するものであり、吐出室４１側に配置された傘部が吐出孔４３を遮蔽可能になっている。
【００３６】
前記外ケース３７の外周面には、吸入室４０に連通する吸入ノズル４６と、吐出室４１に連通する吐出ノズル４７とが径方向外側に向かってそれぞれ突出形成されている。
【００３７】
なお、永久磁石６としての第２磁石３０は、可動軸７を往復移動させるうえでは必ずしも必要ではないが、電磁石５の二つの磁極の磁力を効率よく有効に用いることができ、これにより可動軸７、ひいてはダイアフラム３の駆動効率を向上することができるという意味で配置することが好ましい。
【００３８】
つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について説明する。
【００３９】
図１は、本実施形態のポンプ１における流体の吸入状態（以下、単に吸入状態と記す。）を示している。この吸入状態においては、可動軸７が図１右側に移動（振動）されており、この可動軸７の右側への移動によってダイアフラム３の内周が右側に引っ張られて変形している。このダイアフラム３の変形により、ポンプ室３９の容積が増加してポンプ室３９の圧力が低下し、吸入弁４４の傘部外周部が内ケース３８の側壁３８ａの右端面から離間している。その結果、外部の流体が、吸入ノズル４６から吸入室４０に吸入されるとともに、吸入孔４２を介してポンプ室３９に流入する。
【００４０】
なお、このような吸入動作中におけるポンプ室３９内の圧力低下は、吐出室４１の圧力をポンプ室３９内の圧力より高くするので、吐出弁４５の傘部外周部が内ケース３８の側壁３８ａの左端面に当接して吐出孔４３を遮蔽して、吐出室４１の内部に存在する流体が逆流してポンプ室３９に流入するのを防止している。
【００４１】
また、吸入状態においては、可動軸７とともに両磁石ホルダがともに右側に移動しており、これらの磁石ホルダの右側への最大移動位置は、第２磁石３０ホルダ２７に配設された第２ダンパ３１の右端面を筒状鉄芯８の左端面に当接することで確実かつ容易に制御することができるようになっている。
【００４２】
そして、吸入孔４２を介して容積が増大したポンプ室３９に流体が所定量流入すると、図示しない制御部からの制御指令に基づいて電磁石５の磁極の極性が切り換えられる。すなわち、第１磁極１１をＮ極とし、第２磁極１２をＳ極とするようにコイル１０に電流を流す。
【００４３】
すると、電磁石５の第１磁極１１と、この第１磁極１１と対向する第１磁石２４の左端面との間には、相互に異なる極が対向するので相互間に引力が発生し、第２磁極１２とこの第２磁極１２と対向する第２磁石３０の右端面との間には、相互に同極が対向するので相互間に斥力が発生する。この引力と斥力とにより、可動軸７が左側に移動する。
【００４４】
そして、可動軸７の左側への移動によってダイアフラム３の内周が左側に引っ張られて変形し、このダイアフラム３の変形により、ポンプ室３９の容積が減少してポンプ室３９の圧力が上昇し、吐出弁４５の傘部外周部が内ケース３８の側壁３８ａの左端面から離間する。その結果、ポンプ室３９の流体に圧力が付与されて、ポンプ室３９の流体が、吐出孔４３を介して吐出室４１に吐出されるとともに、吐出ノズル４７を介して外部に吐出され、ポンプ１は、流体を吐出する吐出状態となる。
【００４５】
なお、このような吐出動作中におけるポンプ室３９内の圧力上昇は、吸入室４０の圧力をポンプ室３９内の圧力より高くするので、吸入弁４４の傘部外周部が内ケース３８の側壁３８ａの右端面に当接して吸入孔４２を遮蔽して、ポンプ室３９の内部に存在する流体が逆流して吸入室４０に流入するのを防止している。
【００４６】
また、流体の吐出状態（以下、単に吐出状態と記す。）においては、第１磁石ホルダ２１および第２磁石ホルダ２７がともに左側に移動しており、これらの磁石ホルダ２１，２７の左側への最大移動位置は、第１磁石２４ホルダ２１に配設された第１ダンパ２５の左端面を筒状鉄芯８の右端面に当接することで確実かつ容易に制御することができるようになっている。
【００４７】
そして、吐出孔４３を介して容積が減少したポンプ室３９の流体が外部に所定量流出すると、図示しない制御部からの制御指令に基づいて電磁石５の磁極の極性が切り換えられる。すなわち、第１磁極１１をＳ極、第２磁極１２をＮ極とするようにコイル１０に電流を流す。すると、各部は逆方向に動作して図１に示す吐出状態に復帰する。
【００４８】
以下、電磁石５の磁極の極性を周期的に切り換えることで、可動軸７を軸方向に往復移動してダイアフラム３を振動させ、これにより流体の吸入と吐出とを交互に繰り返すことができる。
【００４９】
この時、電磁石５の各磁極の極性の切り換えに同期して、可動軸７とともに第１磁石２４が軸方向に往復移動（振動）すると、ホールＩＣ１６が、第１磁石２４の移動による磁束密度の変化を検出する。
【００５０】
すなわち、ホールＩＣ１６は、第１磁石２４が往復移動した場合に、磁束密度の高い第１磁石２４が接近した位置と、磁束密度の低い第１磁石２４が離間した位置との２種類の検出信号を交互に出力する。この出力信号を、図示しない監視装置でモニタリングすることで、可動軸７に連結されているダイアフラム３が動作していることを確認することができる。
【００５１】
このことは、ホールＩＣ１６の出力を電磁石５の磁極の極性の切り換えタイミングとともに監視することで、ポンプ１の動作異常を容易かつ確実に検出できる。
【００５２】
このように、本実施形態のポンプ１によれば、一つの電磁石５の磁極の切り換えに同期して、可動軸７に連動して往復動する第１磁石２４および第２磁石３０からなる一対の永久磁石６を、電磁石５との間に働く引力および斥力を用いて一方の永久磁石６の吸引と他方の永久磁石６の反発を同時に行うことでダイアフラム３を振動させているので、コイル１０に印可する電力が少なくてもダイアフラム３を高速振動させることが確実かつ容易にできる。
【００５３】
また、本実施形態のポンプ１１によれば、ポンプ室３９が一つなので、構造が簡単であるとともに、小型化を容易に図ることができる。
【００５４】
さらに、本実施形態のポンプ１によれば、振動板としてのダイアフラム３の動作を検出する動作検出手段３５が設けられているので、信頼性の向上を容易に図ることができる。
【００５５】
また、本実施形態のポンプ１によれば、往復駆動機構２が、電磁石５と、この電磁石５に対向して設けられた永久磁石６を備え、軸方向に往復移動可能とされ、振動板としてのダイアフラム３に連結されている可動軸７とを有し、動作検出手段３５が、永久磁石６の位置を検出するホールＩＣ１６である構成とされているので、電磁石５の各磁極の極性の切り換えに同期して、ダイアフラム３が連結された可動軸７とともに軸方向に往復移動（振動）する第１磁石２４の位置を、ホールＩＣ１６によって容易かつ確実に検出することができる。その結果、第１磁石２４の位置に基づいて可動軸７に連結されたダイアフラム３の動作をより容易かつ確実に確認することができるので、ポンプ１の信頼性をより向上させることができる。
【００５６】
またさらに、本実施形態のポンプ１のホールＩＣ１６によれば、動作検出手段３５の小型化を容易に図ることができるとともに、埃などの影響を受けないので幅広い設置環境に対応することができ、しかも環境温度に対する適応範囲も広いものとすることができる。
【００５７】
図２は本発明に係るポンプの第２実施形態の要部を示す部分拡大断面図である。
【００５８】
本実施形態のポンプ１Ａは、動作検出手段３５として光センサを用いたものである。
【００５９】
具体的に説明すると、図２に示すように、本実施形態のポンプ１Ａにおける動作検出手段３５Ａは、第１磁石ホルダ２１の外周に遮蔽板４９を突設し、この遮蔽板４９の移動経路上に光センサ（フォトインタラプタ）５０を設けることにより構成されている。
【００６０】
その他の構成については、前述した第１実施形態のポンプ１と同様とされているので、その詳しい説明は省略する。  
【００６１】
このような構成のポンプ１Ａの動作検出手段３５Ａによれば、可動軸７とともに第１磁石２４が軸方向に往復移動（振動）した際の、遮蔽板４９による光のオンオフを光センサ５０で検出することができる。
【００６２】
したがって、本実施形態のポンプ１Ａによれば、前述した第１実施形態のポンプ１と同様の効果を奏することができる。
【００６３】
すなわち、本実施形態のポンプ１Ａの動作検出手段３５Ａによれば、光センサ５０の出力信号を、図示しない監視装置でモニタリングすることで、可動軸７に連結されているダイアフラム３が動作していることを確認することができる。その結果、ポンプ１Ａの信頼性の向上を容易に図ることができる。
【００６４】
なお、本発明は、前述した各実施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。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係るポンプの第１実施形態の要部を示す拡大断面図
【図２】本発明に係るポンプの第２実施形態の要部を示す部分拡大断面図
【符号の説明】
【００６６】
１、１Ａ  ポンプ
２  往復駆動機構
３  ダイアフラム
４  ポンプ本体
５  電磁石
６  永久磁石
７  可動軸
８  筒状鉄芯
１０  コイル
１１  第１磁極
１２  第２磁極
１６  ホールＩＣ
２１  第１磁石ホルダ
２４  第１磁石
２７  第２磁石ホルダ
３０  第２磁石
３５、３５Ａ  動作検出手段
３９  ポンプ室
４０  吸入室
４１  吐出室
４６  吸入ノズル
４７  吐出ノズル
４９  遮蔽板
５０  光センサ
【図１】
2005139957.tif 000003
【図２】
2005139957.tif 000004