WO2006129772A1

WO2006129772A1 - ポンプ

Info

Publication number: WO2006129772A1
Application number: PCT/JP2006/311027
Authority: WO
Inventors: Koichi Suzumori; Takefumi Kanda
Original assignee: Okayama University NUC
Current assignee: Okayama University NUC
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2007-12-01
Also published as: JP5028624B2; JPWO2006129772A1

Abstract

　確実な動作安定性を有するとともに、小型化が可能なポンプを提供する。　両端にそれぞれ磁極を有する棒状磁石からなるピストンと、このピストンが内設されるシリンダと、このシリンダの外周囲に前記ピストンと平行に設けたコイルと、このコイルに交流電流を通電することにより変動する磁場を生成して前記ピストンを進退駆動させる通電制御部とを有し、前記シリンダには、流体を送給する送給配管と、前記シリンダから押出された前記流体を送出する送出配管とをそれぞれ一方向弁を介して前記シリンダに連通連結して流体を送給するポンプであって、前記ピストンは、前記コイルの両端間の領域に一方の端部を配置するとともに、前記領域外に他方の端部を配置する。

Description

明細書

ポンプ

技術分野

[0001] 本発明は、ポンプに関するものであり、特に微小に構成可能としたポンプに関するものである。

背景技術

[0002] 従来、所要の液体や気体などの流体の送給手段としてポンプが用いられて、る。

特に、液体の送給においては、その液体による送給部材の劣化を防止するために、ダイアフラムポンプを用いることが多ぐ多種多様なダイアフラムポンプが提案されている（例えば、特許文献 1参照。 ) o

[0003] また、ダイアフラムポンプの代わりに使用可能なポンプとして、特許文献 1には、両端にそれぞれ一方向弁を設けた伸縮自在なパイプに形状記憶合金で形成したコィルを卷回して構成し、コイルの収縮 ·伸長を利用してパイプを収縮 ·伸長させることによりパイプ内への液体の弓 I込み及びパイプ力の液体の送出しを可能として、る。特許文献 1：特開平 06 - 159250号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、ダイアフラムポンプはその構造上、小型化した場合の吐出量の確保

、及び耐久性の低下の防止が困難であって、例えばノート型のパーソナルコンビユータにおける液体を用いた冷却装置の液体の送給装置に用いた場合に十分な流量が確保できな、おそれがあった。

[0005] また、特許文献 1に記載されているようなコイルの収縮 ·伸長を利用したポンプの場合にも、未だ十分な動作信頼性が確保できて！、な！、と！、う問題があった。

[0006] そこで、本発明者らは、確実な動作安定性を有するとともに、小型化した場合にも十分な吐出量が得られるポンプを開発すべく研究を行い、本発明を成すに至ったものである。

課題を解決するための手段 [0007] 本発明のポンプは、両端にそれぞれ磁極を有する棒状磁石カゝらなるピストンと、このピストンが内設されるシリンダと、このシリンダの外周囲にピストンと平行に設けたコィルと、このコイルに交流電流を通電することにより変動する磁場を生成してピストンを進退駆動させる通電制御部とを有し、シリンダには、流体を送給する送給配管と、シリンダ力押出された流体を送出する送出配管とをそれぞれ一方向弁を介してシリンダに連通連結して流体を送給するポンプであって、ピストンは、コイルの両端間の領域に一方の端部を配置するとともに、前記領域外に他方の端部を配置した。

[0008] また、以下の点にも特徴を有するものである。すなわち、

(1)領域外に配置したピストンの端部は、シリンダに接続された送出配管に接近した方の端部としたこと。

(2)シリンダの両側には、流体を一時的に貯留する第 1の貯留室と第 2の貯留室とをそれぞれ設けて、ピストンを第 1の貯留室と第 2の貯留室との間に位置させ、各貯留室に、送給配管と送出配管とをそれぞれ一方向弁を介して連通連結したこと。

(3)シリンダの両側には、流体を一時的に貯留する第 1の貯留室と第 2の貯留室とをそれぞれ設けて、ピストンを第 1の貯留室と第 2の貯留室との間に位置させ、第 1の貯留室には送給配管を一方向弁を介して連通連結するとともに、第 2の貯留室には送出配管を一方向弁を介して連通連結し、ピストンには第 1の貯留室と第 2の貯留室とを連通連結する連結路を設け、この連結路の中途部にピストン用一方向弁を設けたこと。

(4)連結路をピストンの進退移動方向と非平行となる方向に向けて設けたこと。

(5)シリンダをピストンが収容されて摺動するシリンダ空間の幅方向の寸法を厚み方向の寸法よりも大きくした扁平形状としたこと。

(6)コイルをシリンダに環装したこと。

(7)ピストンをシリンダの最大内径寸法よりも大きい寸法の長さとしたこと。

発明の効果

[0009] 請求項 1記載の発明によれば、ピストンを、コイルの両端間の領域に一方の端部を配置するとともに、前記領域外に他方の端部を配置したことによって、ピストンの両端の磁極と、コイルの両端部分に生成される 2つの磁極とをそれぞれ相互作用させることができ、 2組の相互作用によってピストンを進退駆動させることができるので、ピストンを効率よく進退駆動させることができる。

[0010] 請求項 2記載の発明によれば、請求項 1記載のポンプにお!、て、領域外に配置したピストンの端部は、シリンダに接続された送出配管に接近した方の端部としたことによって、ピストンによって流体を送出した際にピストンとシリンダとにより形成される流体の貯留室の容積をできるだけ小さくすることができ、貯留室内においてトラップ状態となる流体の量を削減できる。し力も、液体を送給している場合には、液体から析出した気体が貯留室内に停留することも防止できる。

[0011] 請求項 3記載の発明によれば、請求項 1記載のポンプにおいて、シリンダの両側には、流体を一時的に貯留する第 1の貯留室と第 2の貯留室とをそれぞれ設けて、ビストンを第 1の貯留室と第 2の貯留室との間に位置させ、各貯留室に、送給配管と送出配管とをそれぞれ一方向弁を介して連通連結したことによって、送給効率を向上させることができる。し力も、各貯留室に接続された送出配管を連結することによって、脈動の低減を図りやすくすることができる。

[0012] 請求項 4記載の発明によれば、請求項 1記載のポンプにぉ、て、シリンダの両側には、流体を一時的に貯留する第 1の貯留室と第 2の貯留室とをそれぞれ設けて、ビストンを第 1の貯留室と第 2の貯留室との間に位置させ、第 1の貯留室には送給配管を一方向弁を介して連通連結するとともに、第 2の貯留室には送出配管を一方向弁を介して連通連結し、ピストンには第 1の貯留室と第 2の貯留室とを連通連結する連結路を設け、この連結路の中途部にピストン用一方向弁を設けたことによって、送給配管及び送出配管のシリンダへの接続構造を簡略ィ匕することができ、ポンプをより小型化できる。しかも、このポンプに送給配管及び送出配管を接続する際に、送給配管と送出配管の取り違えによる接続ミスが生じることを防止できる。

[0013] 請求項 5記載の発明によれば、請求項 4記載のポンプにぉ、て、連結路をピストンの進退移動方向と非平行となる方向に向けて設けたことによって、ピストン用一方向弁を通過する際に生じた流体の高速流が、送出配管側の一方向弁に作用することを防止して、動作安定性を向上させることができる。

[0014] 請求項 6記載の発明によれば、請求項 1〜5のいずれか 1項に記載のポンプにおいて、シリンダをピストンが収容されて摺動するシリンダ空間の幅方向の寸法を厚み方向の寸法よりも大きくした扁平形状としたことによって、シリンダの嵩高を抑制しながら所定量の吐出量を得ることができ、所要の吐出能力を有する薄型のポンプを提供できる。

[0015] 請求項 7記載の発明によれば、請求項 6記載のポンプにぉ、て、コイルをシリンダに環

装したことによって、コイルとシリンダとを一体ィ匕することができ、ポンプの小型化を図ることがでさる。

[0016] 請求項 8記載の発明によれば、請求項 6記載のポンプにぉ、て、ピストンをシリンダの最大内径寸法よりも大きい寸法の長さとしたことによって、シリンダ内においてピストンを安定的に進退移動させることができる。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]図 1は本発明の実施形態に係るポンプの断面概略模式図である。

[図 2]図 2は本発明の実施形態に係るポンプの断面概略模式図である。

[図 3]図 3 (a)は一方向弁の正面図、図 3 (b)は（a)の X—X断面図である。

[図 4]図 4は本発明の実施形態に係るポンプの断面概略模式図である。

[図 5]図 5は本発明の実施形態に係るポンプの断面概略模式図である。

[図 6]図 6は本発明の実施形態に係るポンプの断面概略模式図である。

[図 7]図 7は本発明の実施形態に係るポンプの断面概略模式図である。

[図 8]図 8はピストンの一部切欠斜視図である。

[図 9]図 9は本発明の実施形態に係るポンプの断面概略模式図である。

[図 10]図 10は本発明の実施形態に係るポンプの断面概略模式図である。

[図 11]図 11は変容例の説明用模式図である。

[図 12]図 12は変容例の説明用模式図である。

[図 13]図 13は本発明の実施形態に係るポンプの利用形態説明図である。

符号の説明

[0018] P1 ポンプ

B1 ピストン CI シリンダ

Dl コイル

El 電源

R 貯留室

10 円板体

10aスリット

10b弁部

11 吸入側一方向弁

12 送出側一方向弁

13 送給配管

13a送給配管用連結具

14 送出配管

14a送出配管用連結具

15 閉塞体

15a嵌合用突部

15b Oリング

15c緩衝材

15d調整ピン

16 細吉体

16a嵌合用突部

16b Oリング

16c緩衝材

16e連通路

16f吸入側一方向弁装着部 16g送出側一方向弁装着部 17 閉弁用支持体

18 コイル配設用凹部 bl 凹部発明を実施するための最良の形態

[0019] 本発明のポンプは、両端にそれぞれ磁極を有する棒状磁石カゝらなるピストンと、このピストンが内設されるシリンダと、このシリンダの外周囲に前記ピストンと平行に設けたコイルと、このコイルに交流電流を通電することにより変動する磁場を生成してビストンを進退駆動させる通電制御部とを有し、シリンダには、シリンダに流体を送給する送給配管と、シリンダから押出された流体を送出する送出配管とをそれぞれ連通連結しているものである。

[0020] 特に、送給配管及び送出配管は、それぞれ一方向弁を介してシリンダに連通連結しており、進退駆動するピストンの後退移動の際に送給配管力シリンダ内に流体を引込み、ピストンの前進移動の際にシリンダ内の流体を送出配管に押送するように構成している。

[0021] このように、変動する磁場でピストンを進退駆動させることにより、ポンプの駆動構造を簡略ィ匕することができ、ポンプを容易に小型化できる。し力も、変動する磁場でビストンを進退駆動させることにより、可動部材が外部に露出しないので、ポンプの耐久性を向上させることができる。

[0022] さらに、流体を一時的に貯留する第 1の貯留室と第 2の貯留室とをシリンダの両側にそれぞれ設けて、ピストンを第 1の貯留室と第 2の貯留室との間に位置させ、し力も各貯留室に送給配管と送出配管とをそれぞれ一方向弁を介して連通連結した場合には、 1つのピストンを進退駆動させることにより第 1の貯留室と第 2の貯留室とから交互に流体を押出する場合には、流体の送給効率を向上させることができる。

[0023] 特に、第 1の貯留室に連通連結した送出配管と、第 2の貯留室に連通連結した送出配管とを互いに連結して 1本の送出配管とすることによって、間欠的に流体を送出することにより生じる脈動の影響を緩和することができ、流体を安定的に送出可能とすることができる。

[0024] あるいは、第 1の貯留室と第 2の貯留室とをシリンダの両側にそれぞれ設けて、ビストンを第 1の貯留室と第 2の貯留室との間に位置させ、第 1の貯留室には送給配管を一方向弁を介して連通連結するとともに、第 2の貯留室には送出配管を一方向弁を介して連通連結し、さら〖こ、ピストンには第 1の貯留室と第 2の貯留室とを連通連結する連結路を設けるとともに、この連結路の中途部にピストン用一方向弁を設けて、ビストンを送給配管に対して後退させる際に、送給配管から第 1の貯留室に流体を引込むと同時に第 2の貯留室の流体を送出配管に押送し、ピストンを送給配管に対して前進させる際に、連結路を介して流体を第 1の貯留室力第 2の貯留室に移送させた場合には、シリンダへの送給配管及び送出配管の接続構造を簡略化することができ、ポンプをより小型化できる。し力も、ポンプに送給配管及び送出配管を接続する際に、送給配管と送出配管の取り違えによる接続ミスが生じることを防止できる。

[0025] 特に、送給配管及び送出配管は、ポンプに対して直線状に接続することができるので、流体の送流において生じる抵抗を可及的に小さくすることができ、流体の円滑な送給を行うことができる。し力も、送給配管及び送出配管をポンプに接続する際に、送給配管と送出配管の取り違えによる接続ミスが生じることを防止できる。

[0026] さらに、ピストン用一方向弁が装着される連結路は、ピストンの進退移動方向と平行でない非平行となる方向に向けて設けることにより、ピストン用一方向弁力も第 2の貯留室に移送される際に狭小のピストン用一方向弁を通過することにより高速な流れとなった流体が送出配管側の一方向弁に作用して、この一方向弁が開状態となる不具合の発生を防止でき、動作安定性を向上させることができる。

[0027] このようなポンプにおいて、ピストンが収容されて摺動するシリンダ空間の幅方向の寸法を厚み方向の寸法よりも大きくした扁平形状にシリンダを構成した場合には、シリンダの嵩高を抑制した薄型のポンプとすることができる。特に、所定量の吐出量が得られるポンプを形成する場合には、シリンダ空間の幅方向の寸法を調整することにより所望の吐出量とした薄型のポンプとすることができる。

[0028] 以下において、図面に基づいて本発明の実施形態を詳説する。図 1及び図 2は、第 1の実施形態のポンプ P1の断面概略模式図である。

[0029] このポンプ P1は、両端に磁極を有する棒状磁石からなるピストン B1と、このピストン B 1が内設されるシリンダ C1と、このシリンダ C1に環装したコイル D1と、このコイル D1に交流電流を通電する通電制御部を備えた電源 E1とで構成しており、本実施形態のポンプ P1では、シリンダ C1の一端に吸入側一方向弁 11を介して送給配管 13を連通連結するとともに、送出側一方向弁 12を介して送出配管 14を連通連結している。 [0030] ピストン Blは本実施形態では円柱体状の磁石で構成し、断面円形としたシリンダ C 1の内周面に沿つて進退可能として、る。棒状磁石でピストン B 1を構成することにより、ピストン B1の一方の端部は N極、他方の端部は S極の磁極を有している。

[0031] 特に、円柱体状としたピストン B1は、径寸法よりも大きな長さ寸法を有するようにしており、シリンダ C1内を安定的に進退移動可能としている。また、ピストン B1には、進退移動方向と平行な側面部分に摩擦低減用の凹部 blを設け、この凹部 blの部分ではピストン B1をシリンダ C1と非接触として摩擦力が生じないようにし、ピストン B1を円滑に進退摺動させるようにして、る。

[0032] シリンダ C1は、ガラス製、セラミック製、アルミニウム製あるいはプラスチック製などの磁性を有さない非磁性材料で中空筒状に構成して、内部をシリンダ空間としており、シリンダ C1の一端には閉塞体 15を装着するとともに、他端には送給配管 13と送出配管 14とを連通連結するための連結体 16を装着して、シリンダ空間を閉塞している。

[0033] 閉塞体 15には、シリンダ空間内に挿入してシリンダ C1と嵌合する嵌合用突部 15aを設けており、嵌合用突部 15aには所定位置に Oリング 15b,15bを装着している。さらに、嵌合用突部 15aの頂部には弾性材料カゝらなる緩衝材 15cを装着し、ピストン B1と閉塞体 15との直接的な衝突が生じることを防止している。図 1及び図 2中、 15dは閉塞体 15に螺着した調整ピンであって、ピストン B1が最も閉塞体 15寄りの位置に達した際の位置を調整可能としている。

[0034] 連結体 16にも、シリンダ空間内に挿入してシリンダ C1と嵌合する嵌合用突部 16aを設けており、嵌合用突部 16aにも所定位置に Oリング 16b,16bを装着している。さらに、嵌合用突部 16aの頂部にも弾性材料カゝらなる緩衝材 16cを装着し、ピストン B1と連結体 16との直接的な衝突が生じることを防止している。

[0035] 連結体 16には、シリンダ空間と送給配管 13及び送出配管 14を連通連結する連通路 16eを設けており、連通路 16eの送給配管 13側の端部には、送給配管 13側を連通連結するための

送給配管用連結具 13aを螺着によって接続可能とするとともに、送出配管 14側の端部には、送出配管 14を連通連結するための送出配管用連結具 14aを螺着によって接続可能としている。 [0036] さらに、連結体 16に設けた連通路 16eの中途部には、吸入側一方向弁 11を装着する吸入側一方向弁装着部 16 設けるとともに、送出側一方向弁 12を装着する送出側一方向弁装着部 16gを設けている。

[0037] 吸入側一方向弁 11は、本実施形態では、図 3 (a)及び図 3 (a)の X— X断面図である図 3 (b)に示すように吸入側一方向弁装着部 16fに内装可能とした円板体 10で構成しており、この円板体 10に円弧状のスリット 10aを設けてこのスリット 10aの内側部分を弁部 10bとしている。円板体 10は弾性を有する材料であって、ポンプ P1で送給する流体と反応性のな、材料であれば何であってもよぐ本実施形態ではステンレスで構成している。

[0038] 送出側一方向弁 12も吸入側一方向弁 11と同じスリット 10aを有する円板体 10で構成している。以下において、特に言及しない場合には、一方向弁は図 3に示した一方向弁を用いている。

[0039] 吸入側一方向弁装着部 16fには、吸入側一方向弁 11の弁部 10bと当接してスリット 1 0aを閉塞することにより閉弁状態とするための閉弁用支持体 17を設けている。閉弁用支持体 17は、吸入側一方向弁装着部 16fの送給配管 13側から挿入して吸入側一方向弁装着部 16f内に装着して、る。

[0040] 吸入側一方向弁装着部 16fへの吸入側一方向弁 11の装着、及び送出側一方向弁装着部 16gへの送出側一方向弁 12の装着はどのように行ってもよぐ吸入側一方向弁 11及び送出側一方向弁 12の弁部 10bがそれぞれ開閉動作可能なように装着している。

[0041] 具体的には、吸入側一方向弁 11を吸入側一方向弁装着部 16fに装着する場合には、吸入側一方向弁装着部 16fの所定位置に吸入側一方向弁 11の外周縁と係合する係合用突部（図示せず)を設けておき、吸入側一方向弁 11を吸入側一方向弁装着部 16fに挿入して係合用突部と係合させ、次いで円筒状とした閉弁用支持体 17を吸入側一方向弁装着部 16fに螺入して、係合用突部と閉弁用支持体 17とで吸入側一方向弁 11を挟持固定している。

[0042] また、送出側一方向弁 12を送出側一方向弁装着部 16gに装着する場合には、送出側一方向弁 12を送出側一方向弁装着部 16gに挿入して送出側一方向弁 12の弁部 10 bで連通路 16eを閉塞し、次いで送出側一方向弁 12の外周縁を支持する円筒状の支持体 (図示せず)を吸入側一方向弁装着部 16fに螺入して、この支持体と連結体 16とで送出側一方向弁 12を挟持固定している。なお、支持体の内周面の径寸法は、円板体 10に設けた円弧状のスリット 10aの径寸法よりも大きくして、弁部 10bが変形して開弁状態となることを阻害しな、ようにして、る。

[0043] 中空筒状としたシリンダ C1の外周面には、シリンダ C1の肉厚を薄くするように凹設したコイル配設用凹部 18を設けており、このコイル配設用凹部 18部分にコイル D1を環装している。

[0044] このようにコイル配設用凹部 18を形成することにより、コイル D1とピストン B1とをより近接させることができ、コイル D1で形成した電磁場とピストン B1の磁極との相互作用を強めることができる。

[0045] さらに、コイル配設用凹部 18にコイル D1を環装することによって、シリンダ C1の外周面に沿ってコイル D1が移動することを防止でき、コイル D1とピストン B1との配置調整を行、やすくすることができる。

[0046] なお、本実施形態では、コイル配設用凹部 18はピストン B1の長さと略等しくなるようにし、コイル D1がピストン B1の長さと略等しくなるようにしている。そして、ピストン B1をシリンダ C1の内部に挿入した際には、ピストン B1の一方の端部がコイル D1の両端間の領域力も外側方に突出するように配置し、かつピストン B1の他方の端部がコイル D1 の両端間の領域内に位置するように配置して、後述するようにコイル D1で形成した電磁場とピストン B1の両端の各磁極との相互作用を生じさせて、ピストン B1を効率よく進退移動させることができるようにして、る。

[0047] し力も、コイル D1の両端間の領域力外側方に突出させたピストン B1の端部は、シリンダ C1に接続した送出配管 14接近した方の端部としている。すなわち、送出配管 1 4寄りの端部をコイル D1の両端間の領域外に突出させて配置することにより、ピストン B1とシリンダ C1とにより形成される流体の貯留室の容積をできるだけ小さくすることができ、貯留室内においてトラップ状態となる流体の量を削減できる。特に、液体を送給している場合には、液体力析出した気体が貯留室内に停留することも防止できる [0048] コイル Dlは、本実施形態では、シリンダ C1のコイル配設用凹部 18に多重に卷回した-クロム線で構成しており、この-クロム線は通電制御部を備えた電源 E1に接続し、通電制御部によってコイル D1に所要の交流電流を通電するようにしている。ここで、交流電流は正弦波電流であってもよいし、矩形波状のパルス波であってもよぐコィル D1に所要の変動する電磁場を形成できればょヽ。

[0049] なお、コイル D1は、必ずしもシリンダ C1に環装する場合に限定するものではなぐシリンダ C1に沿って平行に並べて配置してもよい。このように、シリンダ C1の周囲に平行に並べてコイル D1を配置する場合には、複数個のコイル D1を配置してもよい。

[0050] 以下において、このように構成したポンプ P1の動作について簡単に説明する。ボンプ P1では、コイル D1で生成した電磁場によってピストン B1を図 1に示すように閉塞体 1 5側に移動させることにより、送給配管 13及び送出配管 14と連通したシリンダ空間の一時的に流端を貯留する貯留室 Rの内部圧力が低下し、この貯留室 Rの圧力低下にともなって吸入側一方向弁 11が開弁し、送給配管 13から貯留室 Rに流体を引き込んでいる。このとき、送出側一方向弁 12は閉弁状態となっている。

[0051] 次いで、コイル D1で生成した電磁場の極性反転にともなって、ピストン B1を図 2に示すように連結体 16側に移動させることにより、貯留室 Rの内部圧力が増大し、この貯留室 Rの圧力増大にともなって吸入側一方向弁 11を閉弁するとともに送出側一方向弁 12を開弁して、貯留室 R力も送出配管 14に流体を送出している。

[0052] この動作を交互に繰り替えすることにより、ポンプ P1では流体の間欠的な送出を行つている。なお、シリンダ C1の内周面には、ピストン B1を円滑移動させるために所要の円滑材でコーティングしてもよぐ特にポンプ P1で送給する流体が液体である場合には、フッ素榭脂などをコーティングして撥水性を有するようにしてもよい。

[0053] 他の実施形態としてとして、図 4及び図 5の断面概略模式図に示すポンプ P2のように、シリンダ C2の両端に連結体 25,26を装着して、シリンダ C2の両端に一時的に流端を貯留する第 1貯留室 R1と第 2貯留室 R2とをそれぞれ設けてもよい。

[0054] すなわち、このポンプ P2は、両端に磁極を有する棒状磁石からなるピストン B2と、このピストン B2が内設されるシリンダ C2と、このシリンダ C2に環装したコイル D2と、このコィル D2に交流電流を通電する通電制御部を備えた電源 E2とで構成しており、本実施形態のポンプ P2では、シリンダ C2の両端にそれぞれ吸入側一方向弁 21を介して送給配管 23を連通連結するとともに、送出側一方向弁 22を介して送出配管 24を連通連結している。

[0055] そして、シリンダ C2の両端に第 1貯留室 R1と第 2貯留室 R2とを設け、ピストン B2は第 1貯留室 R1と第 2貯留室 R2との間に位置させている。

[0056] ピストン B2は本実施形態でも円柱体状の磁石で構成し、断面円形としたシリンダ C2 の内周面に沿って進退可能としている。磁石でピストン B2を構成することにより、ビストン B2の一方の端部は N極、他方の端部は S極の磁極を有している。円柱体状としたピストン B2は、径寸法よりも大きな長さ寸法を有するようにしており、シリンダ C2内を安定的に進退移動可能として！ヽる。

[0057] シリンダ C2は、ガラス製、セラミック製、アルミニウム製あるいはプラスチック製などの磁性を有さない非磁性材料で中空筒状に構成して、内部をシリンダ空間としており、シリンダ C2の第 1貯留室 R1側の端部に連結体 25を装着するとともに、シリンダ C2の第 2貯留室 R2側の端部にも連結体 26を装着して、シリンダ空間を閉塞している。

[0058] 連結体 25,26には、シリンダ空間内に挿入してシリンダ C2と嵌合する嵌合用突部 25a ,26aをそれぞれ設けており、嵌合用突部 25a,26aには所定位置に Oリング 25b,26bをそれぞれ装着している。さらに、嵌合用突部 25a,26aの頂部には弾性材料カゝらなる緩衝材 25c,26cを装着し、ピストン B2と連結体 25,26との直接的な衝突が生じることを防止している。

[0059] 連結体 25,26には、シリンダ空間と送給配管 23及び送出配管 24を連通連結する連通路 25e,26eをそれぞれ設けており、連通路 25e,26eの送給配管 23側の端部には、送給配管 23側を連通連結するための送給配管用連結具 23aをそれぞれ螺着によって接続可能とするとともに、送出配管 24側の端部には、送出配管 24を連通連結するための送出配管用連結具 24aを螺着によって接続可能としている。

[0060] さらに、連結体 25,26に設けた連通路 25e,26eの中途部には、吸入側一方向弁 21を装着する吸入側一方向弁装着部 25f,26 それぞれ設けるとともに、送出側一方向弁 22を装着する送出側一方向弁装着部 25g,26gを設けている。

[0061] 吸入側一方向弁装着部 25f,26fには、吸入側一方向弁 21の弁部と当接してスリットを閉塞することにより閉弁状態とするための閉弁用支持体 27を設けている。閉弁用支持体 27は、吸入側一方向弁装着部 25f,26fの送給配管 23側力挿入して吸入側一方向弁装着部 25f,26f内に装着してヽる。

[0062] 吸入側一方向弁装着部 25f,26fへの吸入側一方向弁 21の装着、及び送出側一方向弁装着部 25g,26gへの送出側一方向弁 22の装着はどのように行ってもよぐ吸入側一方向弁 21及び送出側一方向弁 22の弁部がそれぞれ開閉動作可能なように装着している。

[0063] 中空筒状としたシリンダ C2の外周面には、シリンダ C2の肉厚を薄くするように凹設したコイル配設用凹部 28を設けており、このコイル配設用凹部 28部分にコイル D2を環装している。

[0064] 本実施形態でも、コイル配設用凹部 28はピストン B2の長さと略等しくなるようにし、コィル D2がピストン B2の長さと略等しくなるようにしている。そして、ピストン B2をシリンダ C2の内部に挿入した際には、ピストン B2の一方の端部がコイル D2の両端間の領域外に突出するように配置し、かつピストン B2の他方の端部がコイル D2の両端間の領域内に位置するように配置して、後述するようにコイル D2で形成した電磁場とピストン B2の両端の各磁極との相互作用を生じさせて、ピストン B2を効率よく進退移動させることができるようにしている。

[0065] このように構成したポンプ P2の動作について簡単に説明する。このポンプ P2では、コイル D2で生成した電磁場によってピストン B2を図 4に示すように第 1貯留室 R1側に移動させることにより、第 1貯留室 R1の内部圧力が増大し、この第 1貯留室 R1の圧力増大にともなって第 1貯留室 R1に連通した吸入側一方向弁 21を閉弁するとともに送出側一方向弁 22を開弁して、第 1貯留室 R1から送出配管 14に流体を送出している。

[0066] 一方、第 2貯留室 R2では内部圧力が低下し、この第 2貯留室 R2の圧力低下にともなって第 2貯留室 R2に連通した吸入側一方向弁 21が開弁し、送給配管 23から第 2貯留室 R2に流体を引き込んでいる。このとき、送出側一方向弁 22は閉弁状態となっている。

[0067] 次いで、コイル D2で生成した電磁場の極性反転にともなって、ピストン B2を図 5に示すように第 2貯留室 R2側に移動させることにより、第 2貯留室 R2の内部圧力が増大し、この第 2貯留室 R2の圧力増大にともなって第 2貯留室 R2に連通した吸入側一方向弁 21を閉弁するとともに送出側一方向弁 22を開弁して、第 2貯留室 R2力送出配管 2 4に流体を送出している。

[0068] 一方、第 1貯留室 R1では内部圧力が低下し、この第 1貯留室 R1の圧力低下にともなって第 1貯留室 R1に連通した吸入側一方向弁 21が開弁し、送給配管 23から第 1貯留室 R1に流体を引き込んでいる。このとき、送出側一方向弁 22は閉弁状態となっている。

[0069] この動作を交互に繰り替えすることにより、ポンプ P2では流体の間欠的な送出を行つている。なお、このポンプ P2では、ピストン B2の 1周期分の進退移動にともなって 2 回の流体の送出が行われることにより、流体の簡潔送出にともなう脈動の影響を緩和することができる。

[0070] 特に、このポンプ P2を複数並列して配設し、それぞれ所定の位相だけずらせて駆動させることにより脈動をさらに低減でき、擬似的な連続送給とすることができる。具体的には、 N個のポンプ P2を並列させて配設した場合に、それぞれのポンプ P2を π ΖΝの位相差を設けて駆動させることにより、 π ΖΝの間隔で流体を送出できる。

[0071] なお、ポンプ Ρ2による吐出量は、ピストン Β2の進退移動の移動量によっても調整でき、通電制御部でコイル D2に通電する交流電流波形を調整することによりピストン Β2 の進退移動の移動量を調整して吐出量を調整可能としている。

[0072] さらに、他の実施形態として、図 6及び図 7の断面概略模式図に示すポンプ Ρ3のように、シリンダ C3の一端に一方向弁を介して送給配管を連通連結した第 1貯留室 R1' を設けるとともに、シリンダ C3の他端に一方向弁を介して送出配管を連通連結した第 2貯留室 R2'を設け、さら〖こ、第 1貯留室 R1'と第 2貯留室 R2'との間に位置させたピストン Β3に第 1貯留室 R1'と第 2貯留室 R2'とを連通連結する連結路 38を設けたポンプ Ρ3 とすることちでさる。

[0073] すなわち、このポンプ Ρ3は、両端に磁極を有する棒状磁石からなるピストン Β3と、このピストン Β3が内設されるシリンダ C3と、このシリンダ C3に環装したコイル D3と、このコィル D3に交流電流を通電する通電制御部を備えた電源 Ε3とで構成しており、本実施形態のポンプ Ρ3では、シリンダ C3の一端に吸入側一方向弁 31を介して送給配管 33 を連通連結するとともに、シリンダ C3の他端に送出側一方向弁 32を介して送出配管 3 4を連通連結している。

[0074] したがって、シリンダ C3の端部を小型化することができるので、ポンプ P3全体の小型化を図ることができる。

[0075] 送給配管 33が連通連結されたシリンダ C3の一方の端部には第 1貯留室 R1'を設けるとともに、送出配管 34が連通連結されたシリンダ C3の他方の端部には第 2貯留室 R 2'を設け、ピストン B3は第 1貯留室 R1'と第 2貯留室 R2'との間に位置させている。

[0076] ピストン B3は本実施形態でも円柱体状の磁石で構成し、断面円形としたシリンダ C3 の内周面に沿って進退可能としており、しかもピストン B3には第 1貯留室 R1'と第 2貯留室 R2'とを連通連結する連結路 b2を設けている。特に、円柱体状としたピストン B3 は、径寸法よりも大きな長さ寸法を有するようにしており、シリンダ C3内を安定的に進退移動可能としている。

[0077] 磁石でピストン B3を構成していることにより、ピストン B3の一方の端部は N極、他方の端部は S極の磁極を有して!/、る。

[0078] 連結路 b2の中途部にはピストン用一方向弁装着部 b3を設けており、このピストン用一方向弁装着部 b3にピストン用一方向弁 b4を装着している。さらに、ピストン用一方向弁装着部 b3には、ピストン用一方向弁 b4の弁部と当接してスリットを閉塞することにより閉弁状態とするための閉弁用支持体 44を設けている。図 6及び図 7中、 43はピストン用一方向弁 b4を固定支持する第 3ストッパ体であり、ピストン用一方向弁 b4に向けて拡開状の内周面を有する円筒体で構成している。

[0079] シリンダ C3は、ガラス製、セラミック製、アルミニウム製あるいはプラスチック製などの磁性を有さない非磁性材料で中空筒状に構成して、内部をシリンダ空間としており、シリンダ C3の第 1貯留室 R1'側の端部に第 1連結体 35を装着するとともに、シリンダ C3 の第 2貯留室 R2'側の端部に第 2連結体 36を装着して、シリンダ空間を閉塞している。

[0080] 第 1連結体 35には、シリンダ空間内に挿入してシリンダ C3と嵌合する嵌合用突部 35 aを設けており、この嵌合用突部 35aには所定位置に Oリング 35b,35bをそれぞれ装着している。さらに、嵌合用突部 35aの頂部には弾性材料力もなる緩衝材 35cを装着し、ピストン B3と第 1連結体 35との直接的な衝突が生じることを防止している。 [0081] さらに、第 1連結体 35には、シリンダ空間と送給配管 33を連通連結する第 1連通路 3 5eを設けており、第 1連結体 35の送給配管 33側の端部には、送給配管 33を連通連結するための送給配管用連結具 33aをそれぞれ螺着によって接続可能としている。図 6 及び図 7中、 33bは送給配管 33の抜け落ちを防止する係止用フランジである。

[0082] 第 1連結体 35に設けた第 1連通路 35eの中途部には、吸入側一方向弁 31を装着する吸入側一方向弁装着部 35 設け、この吸入側一方向弁装着部 35fに吸入側一方向弁 31を装着している。図 6及び図 7中、 41は吸入側一方向弁 31を固定支持する第 1ストッパ体であり、吸入側一方向弁 31に向けて拡開状の内周面を有する円筒体で構成している。

[0083] また、第 2連結体 36には、シリンダ空間内に挿入してシリンダ C3と嵌合する嵌合用突部 36aを設けており、この嵌合用突部 36aには所定位置に Oリング 36b,36bをそれぞれ装着している。さらに、嵌合用突部 36aの頂部には弾性材料力もなる緩衝材 36cを装着し、ピストン B3と第 2連結体 36との直接的な衝突が生じることを防止して、る。

[0084] さらに、第 2連結体 36には、シリンダ空間と送出配管 34を連通連結する第 2連通路 3 6eを設けており、第 2連結体 36の送出配管 34側の端部には、送出配管 34を連通連結するための送給配管用連結具 34aをそれぞれ螺着によって接続可能としている。図 6 及び図 7中、 34bは送出配管 34の抜け落ちを防止する係止用フランジである。

[0085] 第 2連結体 36に設けた第 2連通路 36eの中途部には、送出側一方向弁 32を装着する送出側一方向弁装着部 36gを設け、この送出側一方向弁装着部 36gに送出側一方向弁 32を装着している。さらに、送出側一方向弁装着部 36gには、送出側一方向弁 3 2の弁部と当接してスリットを閉塞することにより閉弁状態とするための閉弁用支持体 3 7を設けている。図 6及び図 7中、 42は吸入側一方向弁 31を固定支持する第 2ストッパ体であり、送出側一方向弁 32に向けて拡開状の内周面を有する円筒体で構成している。

[0086] 中空筒状としたシリンダ C3の外周面には、シリンダ C3の肉厚を薄くするように凹設したコイル配設用凹部 38を設けており、このコイル配設用凹部 38部分にコイル D3を環装している。

[0087] 本実施形態でも、コイル配設用凹部 38はピストン B3の長さと略等しくなるようにし、コィル D3がピストン B3の長さと略等しくなるようにしている。そして、ピストン B3をシリンダ C3の内部に挿入した際には、ピストン B3の一方の端部がコイル D3の両端間の領域外に突出するように配置し、かつピストン B3の他方の端部がコイル D3の両端間の領域内に位置するように配置して、後述するようにコイル D3で形成した電磁場とピストン B3の両端の各磁極との相互作用を生じさせて、ピストン B3を効率よく進退移動させることができるようにしている。

[0088] このように構成したポンプ P3の動作について簡単に説明する。このポンプ P3では、コイル D3で生成した電磁場によってピストン B3を図 6に示すように第 1貯留室 R1 '側に移動させることにより、第 1貯留室 R1'の内部圧力が増大するとともに第 2貯留室 R2'の内部圧力が低下して、ピストン B3のピストン用一方向弁 b4が開弁して第 1貯留室 R1' 力も第 2貯留室 R2'に流体を移送している。このとき、吸入側一方向弁 31と送出側一方向弁 32とは閉弁状態となっている。

[0089] 次いで、コイル D3で生成した電磁場の極性反転にともなって、ピストン B3を図 7に示すように第 2貯留室 R2'側に移動させることにより、第 2貯留室 R2'の内部圧力が増大するとともに第 1貯留室 R1'の内部圧力が低下して、吸入側一方向弁 31と送出側一方向弁 32とが閉弁し、第 2貯留室 R2'から送出配管 34に流体を送出するとともに、送給配管 33から第 1貯留室 R1'に流体を引き込んでいる。このとき、ピストン用一方向弁 b4 は閉弁状態となっている。

[0090] この動作を交互に繰り替えすることにより、ポンプ P3では流体の間欠的な送出を行つている。

[0091] 本実施形態では、上記したようにピストン B3は円柱体状の磁石で構成し、断面円形としたシリンダ C3の内周面に沿って進退可能としている力他の実施形態として、図 8 に示すように、ピストン B3'を例えば略矩形体状に形成して、シリンダ C3のボアに相当する断面面積を大きくして吐出量の増大化を図ることができる。

[0092] 特に、図 8に示すピストン B3'のように、ピストン B3'の幅寸法 Wをピストン B3'の高さ寸法 Tよりも大きくしてピストン B3'を扁平とし、このピストン B3'が挿入されるシリンダ C3のシリンダ空間の幅方向の寸法を厚み方向の寸法よりも大きくした扁平形状とすることにより、シリンダ C3の嵩高を抑制しながら所定量の吐出量を得ることができ、所要の吐出能力を有する薄型のポンプを提供できる。

[0093] このように扁平としたピストン B3'を用いる場合には、ピストン B3'とシリンダ C3の内周面との接触面積が増大し、ピストン B3'の進退移動に対する摩擦抵抗が大きくなるおそれがあるため、本実施形態では、図 8におけるピストン B3'の下側面に下側凹部 51 を設けるとともに、図 8におけるピストン B3'の上側面に上側凹部 52を設けてシリンダ C 3との摩擦抵抗を低減させて、る。

[0094] 図 8中、 51aは、第 1貯留室 R1'から第 2貯留室 R2'への流体の漏洩を防止するための下側遮蔽壁、 51bは、シリンダ C3の内周面に摺接させる下側支持体であって、この下側支持体 51bを下側遮蔽壁 51aと対向させて設けることにより、ピストン B3'をシリンダ C3に沿って安定的に進退移動可能として!/、る。

[0095] また、図 8中、 52aは、第 2貯留室 R2'から第 1貯留室 R1'への流体の漏洩を防止するための上側遮蔽壁、 52bは、シリンダ C3の内周面に摺接させる上側支持体であって、この上側支持体 52bを上側遮蔽壁 52aと対向させて設けることにより、ピストン B3'をシリンダ C3に沿って安定的に進退移動可能として!/、る。

[0096] このピストン B3'では、第 1貯留室 R1'と第 2貯留室 R2'とを連通連結する連結路 b2'を、ピストン B3'の厚み方向と略平行に設け、この連結路 b2'の中途部に設けたピストン用一方向弁装着部 b3'にピストン用一方向弁 b4'、及びピストン用一方向弁 b4'を固定支持する第 3ストツバ体 43'を装着して、る。

[0097] このように、ピストン用一方向弁 b4'を、扁平なピストン B3'の厚み方向に伸延させた連結路 b2'に設けることにより、ピストン用一方向弁 b4'の装着作業を容易とすることができ、ピストン用一方向弁 b4'の確実な装着を行うことができる。

[0098] 図 9及び図 10は、図 6及び図 7のポンプ P3の円柱状のピストン B3の代わりに図 8のピストン B3'を用いたポンプ P3'の断面概略模式図であって、図 9及び図 10を用いてポンプ P3'の動作を説明する。なお、図 9及び図 10のポンプ P3'では、シリンダ C3'が扁平なピストン B3'を進退自在に収容可能とした扁平矩形状の断面形状を有するシリンダ空間としている。図 9及び図 10のポンプ P3'において、図 6及び図 7のポンプ P3と同一符号は同一構成物を指すものとし、詳細な説明は省略する。

[0099] このポンプ P3'では、コイル D3で生成した電磁場によってピストン B3'を図 9に示すように第 1貯留室 Rl'側に移動させることにより、第 1貯留室 Rl'の内部圧力が増大するとともに第 2貯留室 R2'の内部圧力が低下して、ピストン B3'のピストン用一方向弁 b4' が開弁して第 1貯留室 Rl'から第 2貯留室 R2'に流体を移送している。このとき、吸入側一方向弁 31と送出側一方向弁 32とは閉弁状態となっている。

[0100] 次いで、コイル D3で生成した電磁場の極性反転にともなって、ピストン B3'を図 10に示すように第 2貯留室 R2'側に移動させることにより、第 2貯留室 R2'の内部圧力が増大するとともに第 1貯留室 R1'の内部圧力が低下して、吸入側一方向弁 31と送出側一方向弁 32とが閉弁し、第 2貯留室 R2'から送出配管 34に流体を送出するとともに、送給配管 33から第 1貯留室 R1'に流体を引き込んでいる。このとき、ピストン用一方向弁 b4'は閉弁状態となっている。

[0101] この動作を交互に繰り替えすることにより、ポンプ P3'では流体の間欠的な送出を行つている。特に、ピストン B3'では、ピストン B3'の進退移動方向と非平行となる方向に伸延させて設けた連結路 P2'にピストン用一方向弁 b4'を設けていることによって、ビストン用一方向弁 b4'を通過する際に生じた流体の高速流が、送出側一方向弁 32に作用して送出側一方向弁 32からの流体の漏れ出しが生じることを防止して、動作安定性を向上させることができる。

[0102] 上記した各実施形態では、各シリンダにコイルを設けてピストンを進退駆動させている力例えば図 11に模式的に示す変容例のように、 2つのシリンダ C4a,C4bに 1つのコイル D4を環装し、各シリンダ C4a,C4bには磁石からなる 2つのピストン B4a,B4bを、それぞれ磁石の向きを反対として配置して 2連ポンプとしてもよい。

[0103] このように、 2つのピストン B4a,B4bの向きを互いに反転させておくことにより、 1つのコイルで 2つのポンプを駆動させることができるので、このポンプを備えた装置をより小型化することができる。し力も、脈動の発生を抑制することができ、性能の向上を図ることがでさる。

[0104] あるいは、図 12に模式的に示す変容例のように、それぞれコイル D5-l〜4を備えたシリンダ C5-l〜4を並列に接続し、シリンダ C5-l〜4ごとにピストン B5-l〜4の位相をそれぞれ異ならせて駆動させることにより、脈動の発生をさらに抑制して、擬似的に連続的な流体の送給を可能とすることができる。 [0105] 図 12に示した形態では、 4つのシリンダ C5-l〜4を並列接続しており、シリンダ C5- 1〜4ごとにピストン B5-l〜4の位相を 90° ずつ遅延させて駆動させている。このように、ピストン B5-l〜4の駆動を、それぞれ所定位相だけ遅延させることにより、各コィル D5-l〜4によって生成された電磁場を互いに打ち消すように緩衝させることができ、各コイル _D5-l〜4よって生成された電磁場に起因した悪影響の発生を防止できる。

[0106] 上記したポンプは小型化が極めて容易であるので、例えば図 13に示すように、複数のポンプ Ρ6-1,Ρ6-2を備えたマイクロリアクタ基板 Uを極めて容易に構成できる。従来では、ポンプの形状が極めて大き力つたためにポンプを外付けするしかな力つたが、このようにポンプ Ρ6-1,Ρ6-2を備えたマイクロリアクタ基板 Uとすることによって、マイクロリアクタの取り扱い性を極めて向上させることができる。

[0107] このようにコイルで磁石からなるピストンを進退移動させてなるポンプとしたことによつて、このポンプを極めて容易に小型化することができるので、チップあるいはュ-ットへの組み込みが極めて容易であり、し力も、吐出量の制御をコイルに通電する交流電流の波形調整によって行うことができるので、所望の吐出量の調整を行いやすいポンプを提供できる。

[0108] し力も、極めて容易に多連化することができるので、大容量化への対応も容易であり、特に、シリンダ及びピストンを扁平ィ匕することによってポンプを平面化することができる。

[0109] 本発明のポンプは、上記した形態及び使用用途に限定するものではなぐ所要の形態及び使用用途に応じて適宜変容されて使用可能なものであり、それらも含むものである。

産業上の利用可能性

[0110] 小型としながら安定的に動作するポンプを提供でき、ノート型パーソナルコンビユータの冷却媒体液の送給用ポンプ、可搬型の燃料電池における液体燃料の送給用ポンプ、点滴液の送給用ポンプ、インシュリンなどの医療用薬剤の定量注入装置用のポンプ、各種液体の調合装置用のポンプ、インラインマイクロポンプ、あるいは上記したマイクロリアクタへの組み込みなどに用いることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 両端にそれぞれ磁極を有する棒状磁石からなるピストンと、

このピストンが内設されるシリンダと、

このシリンダの外周囲に前記ピストンと平行に設けたコイルと、

このコイルに交流電流を通電することにより変動する磁場を生成して前記ピストンを進退駆動させる通電制御部と

を有し、

前記シリンダには、流体を送給する送給配管と、前記シリンダ力押出された前記流体を送出する送出配管とをそれぞれ一方向弁を介して前記シリンダに連通連結して流体を送給するポンプであって、

前記ピストンは、前記コイルの両端間の領域に一方の端部を配置するとともに、前記領域外に他方の端部を配置したポンプ。

[2] 前記領域外に配置した前記ピストンの端部は、前記シリンダに接続された前記送出配管に接近した方の端部としたことを特徴とする請求項 1記載のポンプ。

[3] 前記シリンダの両側には、前記流体を一時的に貯留する第 1の貯留室と第 2の貯留室とをそれぞれ設けて、前記ピストンを前記第 1の貯留室と前記第 2の貯留室との間に位置させ、

各貯留室に、前記送給配管と前記送出配管とをそれぞれ前記一方向弁を介して連通連結したことを特徴とする請求項 1記載のポンプ。

[4] 前記シリンダの両側には、前記流体を一時的に貯留する第 1の貯留室と第 2の貯留室とをそれぞれ設けて、前記ピストンを前記第 1の貯留室と前記第 2の貯留室との間に位置させ、

前記第 1の貯留室には前記送給配管を前記一方向弁を介して連通連結するとともに、前記第 2の貯留室には前記送出配管を前記一方向弁を介して連通連結し、前記ピストンには前記第 1の貯留室と前記第 2の貯留室とを連通連結する連結路を設け、この連結路の中途部にピストン用一方向弁を設けたことを特徴とする請求項 1 記載のポンプ。

[5] 前記連結路は、前記ピストンの進退移動方向と非平行となる方向に向けて設けたことを特徴とする請求項 4記載のポンプ

[6] 前記シリンダは、前記ピストンが収容されて摺動するシリンダ空間の幅方向の寸法を厚み方向の寸法よりも大きくした扁平形状としたことを特徴とする請求項 1〜5のいずれ力 1項に記載のポンプ。

[7] 前記コイルは、前記シリンダに環装したことを特徴とする請求項 6記載のポンプ。

[8] 前記ピストンは、前記シリンダの最大内径寸法よりも大きい寸法の長さとしたことを特徴とする請求項 6記載のポンプ。