JP2004092587A

JP2004092587A - ポンプ

Info

Publication number: JP2004092587A
Application number: JP2002257663A
Authority: JP
Inventors: Masao Kasashima; 笠嶋　正男; Kenji Yamazaki; 山崎　健二
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】簡便な組立と、迅速な開閉動作に適した弁構造を備えたポンプを提供すること。
【解決手段】吸入弁８および吐出弁１４が、それぞれ平板状の基部に、流体の吸入または吐出を許容する開孔７，１３を形成してなること。
【選択図】　　　図１

Description

【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、燃料補給用の小型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小型の圧電ポンプが開示されている。
【０００５】
しかし、このような小型のポンプを組み立てるにあたっては、弁の方向が規制されてしまうことにより、単純な積み上げ式による組立を行うことができなかった。
【０００６】
また、小型のポンプは、１回の吸入量および吐出量がわずかなため、所望の流量を得るためには、流体の吸入および吐出を速くしなければならない。しかし、吸入または吐出される流体の流速に弁の開閉動作が追従できず、流体を適正に吸入または吐出することができなかった。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、簡便な組立と、迅速な開閉動作に適した弁構造を備えた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、前記吸入弁および前記吐出弁が、それぞれ平板状の基部に、前記流体の吸入または吐出を許容する開孔を形成してなる点にある。
【０００９】
そして、このような構成を採用したことにより、吸入弁および吐出弁をケーシング内に簡便に組み込むことができるため、組立が容易になるし、また、振動板の振動にともなって各開孔を遮蔽あるいは開放することによって各弁の開閉を効率的に行うことが可能になる。
【００１０】
また、本発明に係る他のポンプの特徴は、前記吸入部および前記吐出部と前記ポンプ室との間に、このポンプ室と前記吸入孔および前記吐出孔との連通を許容しつつ、前記吸入弁および前記吐出弁を保持するための弁保持用壁部を配設し、この弁保持用壁部と前記吸入部との間に、前記吸入弁を、その開孔の吸入部側が前記吸入部によって遮蔽されるように保持し、前記弁保持用壁部と前記吐出部との間に、前記吐出弁を、その開孔の弁保持用壁部側が、前記弁保持用壁部によって遮蔽されるように保持し、前記保持用壁部における前記吸入弁に臨む所定範囲の部位に、前記振動板による振動の際に、前記吸入弁による前記ポンプ室側への変形を許容する凹部を、前記吸入弁の前記開孔が露出するように形成し、前記吐出部における前記吐出弁に臨む所定範囲の部位に、前記振動板による振動の際に、前記吐出弁による前記ポンプ室に抗する側への変形を許容する凹部を、前記吐出弁の前記開孔が露出するように形成し、前記吸入弁および前記吐出弁は、前記各変形の際に、各開孔を開放してポンプ室内への流体の吸入またはポンプ室外への流体の吐出を許容するようにされてなる点にある。
【００１１】
そして、このような構成を採用したことにより、ケーシングにおける弁保持用壁部の上に、吸入弁および吐出弁を設置し、その上に、吸入部および吐出部を積み上げることによって吸入弁および吐出弁をケーシング内に簡便に組み込むことができ、かつ、振動板の振動にともなって吸入弁および吐出弁をそれぞれ変形させ、この変形を利用して吸入弁および吐出弁の各開孔を開放させることによって流体の吸入と吐出をさらに効率的に行うことができる。
【００１２】
さらに、本発明に係る他のポンプの特徴は、前記吸入弁および前記吐出弁に、流体の吸入または吐出を行わない状態において、前記吸入孔または前記吐出孔をそれぞれ遮蔽するための凸部を形成した点にある。
【００１３】
そして、このような構成を採用したことにより、流体の吸入および吐出を行う必要時以外においては、吸入弁および吐出弁によって流体の流路を確実に遮蔽することができるため、流体の吸入および吐出をより適正に制御することができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
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。
【００１６】
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管状の吸入部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管状の吐出部５とが、互いに所定の間隔を設けるようにして前記上壁部と一体的に連設されている。
【００１７】
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。
【００１８】
そして、前記ケーシング２の内部における前記吸入部４に臨む位置には、ポンプ室３への流体の吸入を規制する吸入弁８が、前記吸入部４と、前記上壁部の内側に形成された弁保持用壁部９との間に挟持されるように保持されている。なお、前記弁保持用壁部９には、前記吸入部４の前記吸入孔６と前記ポンプ室３とを連通し得るように吸入孔６の延長部分６ａが穿設されている。
【００１９】
前記吸入弁８は、円板状の基部に円弧状の開孔７を穿設することによって簡易な構成に形成されている。
【００２０】
従って、組立の際には、弁保持用壁部９の上に吸入弁８を設置し、その上に前記吸入部４を積み上げることによって組立を簡便に行うことができるようになっている。
【００２１】
図４に示すように、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、その開孔７における吸入部４の側が、前記吸入部４によって遮蔽されるようになっており、これによって、ポンプ室３への流体の吸入が規制されるようになっている。
【００２２】
また、前記弁保持用壁部９における前記吸入弁８に臨む一定範囲の部位には、平面円形状の凹部９ａが、前記開孔７におけるポンプ室３の側を露出させるように形成されている。そして、前記吸入弁８は、前記ポンプ室３の内部の空気が膨張することにともなって、前記凹部９ａを介して図４における下方であるポンプ室３の側への弾性変形を許容されるようになっている。
【００２３】
そして、このポンプ室３の側への弾性変形によって、前記吸入弁８は、前記開孔７を開放させることができ、これによって前記開孔７を通してポンプ室３への流体の吸入が許容されるようになっている。
【００２４】
一方、前記ケーシング２の内部における前記吐出部５に臨む位置には、ポンプ室３からの流体の吐出を規制する吐出弁１４が、前記吐出部５と前記弁保持用壁部９との間に挟持されるように保持されている。なお、前記弁保持用壁部９には、前記吐出部５の吐出孔１２と前記ポンプ室３とを連通し得るように吐出孔１２の延長部分１２ａが穿設されている。
【００２５】
前記吐出弁１４は、前記吸入弁８と同様に、円板状の基部に円弧状の開孔１３を穿設することによって簡易な構成に形成されている。
【００２６】
従って、組立の際には、弁保持用壁部９の上に吐出弁１４を設置し、その上に前記吐出部５を積み上げることによって組立を簡便に行うことができるようになっている。
【００２７】
図４に示すように、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、その開孔１３における弁保持用壁部９の側が、前記弁保持用壁部９によって遮蔽されるようになっており、これによって、ポンプ室３からの流体の吐出が規制されるようになっている。
【００２８】
また、前記吐出部５における前記吐出弁１４に臨む一定範囲の部位には、平面円形状の凹部５ａが、前記開孔１３における前記ポンプ室３に抗する側（図４における上側）を露出させるように形成されている。そして、前記吐出弁１４は、前記ポンプ室３の内部の空気が圧縮することにともなって、前記凹部５ａを介して図４における上方であるポンプ室３に抗する側への弾性変形を許容されるようになっている。
【００２９】
そして、このポンプ室３に抗する側への弾性変形によって、前記吐出弁１４は、前記開孔１３を開放させることができ、これによって前記開孔１３を通してポンプ室３からの流体の吐出が許容されるようになっている。
【００３０】
さらに、本実施形態において、前記吸入弁８における吸入部４の側の表面、および前記吐出弁１４における前記弁保持用壁部９の側の表面には、流体の吸入または吐出を行わない状態において、前記吸入孔６または前記吐出孔１２における延長部分１２ａをそれぞれ遮蔽する凸部８ａ，１４ａが形成されている。
【００３１】
従って、流体の吸入または吐出を行う必要時以外においては、各凸部８ａ，１２ａによって流体の流路を確実に遮蔽することができるため、流体の吸入および吐出をさらに適正に制御することができるようになっている。
【００３２】
前記ポンプ室３の下部には、図４における上下方向に振動可能とされた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、その外周縁部を保持部材１６によって保持されている。この保持部材１６は、例えば、前記振動板１５の外周縁部を上下から挟持する一対のＯリングであってもよい。
【００３３】
そして、前記振動板１５による振動によって、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、これによって、前記吸入弁８と前記吐出弁１４とを交互に弾性変形させて、各弁８，１４に形成された各開孔７，１３を交互に開放させることができるようになっている。
【００３４】
このように、本実施形態においては、前記吸入弁８および前記吐出弁１４の弾性変形を利用して各弁８，１４に形成された開孔７，１３の開閉動作を簡便に行うことができ、この結果、流体の流速に各弁７，１３の開閉動作を充分に追従させて、流体の吸入・吐出を迅速かつ適正に行うことができるようになっている。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
次に、前記ポンプ２３の具体的な動作について説明する。
【００４９】
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。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。
【００５０】
また、図１３に示すように、前記吸入弁８は、前記吸入部４によってその開孔７を遮蔽され、かつ、前記凸部８ａによって前記吸入孔６を遮蔽した状態になっている。
【００５１】
従って、ポンプ室２７への流体の吸入は規制された状態になっている。
【００５２】
さらに、前記吐出弁１４は、前記弁保持用壁部９によってその開孔１３を遮蔽され、かつ、前記凸部１４ａによって前記吐出孔１２の延長部分１２ａを遮蔽した状態になっている。
【００５３】
従って、ポンプ室２７からの流体の吐出も規制された状態になっている。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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に示すように下方のポンプ室２７の側へ弾性変形する。
【００５７】
この吸入弁８の弾性変形によって、前記吸入部４によって遮蔽されていた開孔７が開放され、これによって、前記吸入部４に接続された供給部側から前記開孔７を通してポンプ室２７の内部に流体が吸入される。
【００５８】
なお、このとき、前記吐出弁１４は、初期状態を保持して流体の吐出を規制した状態になっている。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
この吐出弁１４の弾性変形によって、前記弁保持用壁部９によって遮蔽されていた開孔１３が開放され、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開孔１３を通してポンプ室２７の内部の流体が吐出される。
【００６３】
なお、このとき、前記吸入弁８は、弾性変形していた状態から初期状態に復元し、再び流体の吸入を規制した状態になっている。
【００６４】
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。
【００６５】
したがって、本実施形態によれば、簡易な構成に形成された吸入弁８および吐出弁１４からなる弁構造によって、ポンプ１，２３の組立を簡便に行うことができる。
【００６６】
また、前記吸入弁８および前記吐出弁１４の弾性変形を利用して各弁８，１４に形成された開孔７，１３を簡便に開閉することができるため、弁８，１４の開閉を迅速に行うことができ、流体の吸入および吐出を適正かつ効率的に行うことができる。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
例えば、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。
【００７０】
【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、組み立てを簡便に行うことができ、さらに、流体の吸入および吐出を適正かつ効率的に行うことができる。
【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
４　吸入部
５　吐出部
５ａ，９ａ　凹部
６　吸入孔
７，１３　開孔
８　吸入弁
８ａ，１４ａ　凸部
９　弁保持用壁部
１２　吐出孔
１４　吐出弁

Claims

ケーシング内に密封状態に保持された空隙部からなるポンプ室と、このポンプ室内へ吸入孔を通して流体を吸入する管状の吸入部と、前記ポンプ室外へ吐出孔を通して流体を吐出する管状の吐出部と、前記吸入部と前記ポンプ室との間に配設され、流体の吸入を規制する吸入弁と、前記吐出部と前記ポンプ室との間に配設され、流体の吐出を規制する吐出弁と、前記ケーシング内に配設され、振動動作によって前記吸入弁および前記吐出弁を開放して流体の吸入および吐出を許容する振動板とを有するポンプであって、
前記吸入弁および前記吐出弁は、それぞれ平板状の基部に、前記流体の吸入または吐出を許容する開孔を形成してなることを特徴とするポンプ。
前記吸入部および前記吐出部と前記ポンプ室との間に、このポンプ室と前記吸入部および前記吐出部との連通を許容しつつ、前記吸入弁および前記吐出弁を保持するための弁保持用壁部を配設し、
この弁保持用壁部と前記吸入部との間に、前記吸入弁を、その開孔の吸入部側が前記吸入部によって遮蔽されるように保持し、
前記弁保持用壁部と前記吐出部との間に、前記吐出弁を、その開孔の弁保持用壁部側が、前記弁保持用壁部によって遮蔽されるように保持し、
前記保持用壁部における前記吸入弁に臨む所定範囲の部位に、前記振動板による振動の際に、前記吸入弁による前記ポンプ室側への変形を許容する凹部を、前記吸入弁の前記開孔が露出するように形成し、
前記吐出部における前記吐出弁に臨む所定範囲の部位に、前記振動板による振動の際に、前記吐出弁による前記ポンプ室に抗する側への変形を許容する凹部を、前記吐出弁の前記開孔が露出するように形成し、
前記吸入弁および前記吐出弁は、前記各変形の際に、各開孔を開放してポンプ室内への流体の吸入またはポンプ室外への流体の吐出を許容するようにされてなることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
前記吸入弁および前記吐出弁に、流体の吸入または吐出を行わない状態において、前記吸入孔または前記吐出孔をそれぞれ遮蔽するための凸部を形成した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。