JP2013015031A - Positive-displacement pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポンプ室の容量を変化させるための可動体を電磁式直動アクチュエータによって駆動する容積型ポンプに関するものである。 The present invention relates to a positive displacement pump in which a movable body for changing the capacity of a pump chamber is driven by an electromagnetic linear actuator.
ポンプ室の容積を拡大してポンプ室内に流体を吸引し、ポンプ室の容積を縮小することにより、吸引した流体をポンプ室から吐出する容積型ポンプが知られている。このような容積型ポンプは、ポンプ室の容積を変化させるためのダイヤフラム等の可動体と、可動体を往復動させる電磁式直動アクチュエータを有している（特許文献１参照）。 A positive displacement pump that discharges the sucked fluid from the pump chamber by expanding the volume of the pump chamber to suck the fluid into the pump chamber and reducing the volume of the pump chamber is known. Such a positive displacement pump has a movable body such as a diaphragm for changing the volume of the pump chamber, and an electromagnetic linear actuator that reciprocates the movable body (see Patent Document 1).
かかる特許文献１に記載の容積型ポンプにおいて、電磁式直動アクチュエータは、筒状の駆動コイルと、駆動コイルの内側に挿入された磁性材料からなる移動体と、駆動コイルの軸線方向の両側に配置されたマグネットとを備えている。従って、駆動コイルへの給電が行なわれると、駆動コイルおよび移動体が電磁コイルとして機能して、電磁コイルとマグネットの吸引力または反発力によって移動体が軸線方向へ移動する。可動体は移動体に連結されており、移動体の移動によって変位しポンプ室の容積を変化させる。そして、駆動コイルへの給電が停止すると、移動体は、駆動コイルの軸線方向の両側に配置されたマグネットとの磁気的な吸引力によって、第１位置または第１位置から移動体の直動方向で離間している第２位置に保持される。
In the positive displacement pump described in
容積型ポンプには、電磁式直動アクチュエータでの消費電力を低く抑えることが求められているが、特許文献１に記載の構成では、可動体に伝達する推進力を低下させずに電磁式直動アクチュエータの消費電力を抑えることが困難である。
The positive displacement pump is required to reduce the power consumption of the electromagnetic linear actuator, but in the configuration described in
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、可動体に伝達する推進力を低下させずに効率よく電磁式直動アクチュエータの消費電力を抑えることができる容積型ポンプを提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a positive displacement pump that can efficiently suppress the power consumption of an electromagnetic linear actuator without reducing the propulsive force transmitted to the movable body. .
上記の課題を解決するために、本発明は、ポンプ室と、該ポンプ室の容積を規定する可動体と、該可動体を前記ポンプ室の容積が変化する方向に駆動する電磁式直動アクチュエータと、を有する容積型ポンプであって、前記電磁式直動アクチュエータは、アクチュエータケースと、該アクチュエータケースによって直動可能に支持されている移動体と、磁極面が前記移動体の移動方向に平行になるように前記移動体に取り付けられたマグネットと、前記移動体の移動方向に沿って延在するように前記アクチュエータケースに固定されたヨークと、前記ヨークに巻回された駆動コイルと、を有し、前記ヨークは、前記移動体が直動方向における第１位置に位置するときに前記マグネットとのギャップが最小になる第１突部と、前記直動方向において前記第１位置と異なる第２位置に前記移動体が位置するときに前記マグネットとのギャップが最小になる第２突部とを備え、前記移動体と前記可動体との間には、前記移動体の推力を倍力して前記可動体に伝達する倍力機構が設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a pump chamber, a movable body that defines the volume of the pump chamber, and an electromagnetic linear actuator that drives the movable body in a direction in which the volume of the pump chamber changes. The electromagnetic linear actuator includes an actuator case, a movable body supported by the actuator case so as to be linearly movable, and a magnetic pole surface parallel to the moving direction of the movable body. A magnet attached to the moving body so as to become, a yoke fixed to the actuator case so as to extend along a moving direction of the moving body, and a drive coil wound around the yoke, And the yoke includes a first protrusion that minimizes a gap with the magnet when the movable body is positioned at a first position in the linear motion direction, and a yoke in the linear motion direction. And a second protrusion that minimizes a gap with the magnet when the moving body is located at a second position different from the first position, and between the moving body and the movable body, A booster mechanism that boosts the thrust of the moving body and transmits the boosted force to the movable body is provided.
本発明では、電磁式直動アクチュエータを励磁すると、駆動コイルを流れる励磁電流の向きとマグネットの磁界の方向とが直交してローレンツ力が発生する。ここで、ローレンツ力を利用すれば、駆動コイルおよびヨークを電磁コイル（電磁石）として機能させて移動体および可動体の推力を得る場合と比較して小さな励磁電流で所望の推力を得ることができる。また、駆動コイルはヨークに巻回されているので、電磁式直動アクチュエータを励磁すると、駆動コイルおよびヨークは電磁コイル（電磁石）として機能する。ここで、ヨークは、第１位置に位置するときにマグネットとのギャップが最小になる第１突部と、第２位置に移動体が位置するときにマグネットとのギャップが最小になる第２突部とを備えている。このため、電磁コイルとマグネットとの間に電磁的な吸引力や電磁的な反発力が発生する。この結果、ローレンツ力と、電磁的な吸引力または電磁的な反発力とを可動体の推力として利用することができるので、駆動コイルに供給する励磁電流を小さくできる。また、移動体の推力は、倍力機構を介して可動体に伝達され、ポンプ室の容積を変化させる。このため、移動体に付与する推力が比較的小さくても、可動体を変位させることができるので、効率よく電磁式直動アクチュエータでの消費電力を低く抑えることができるとともに、電磁式直動アクチュエータの小型化を図ることができる。 In the present invention, when the electromagnetic linear actuator is excited, the direction of the excitation current flowing through the drive coil and the direction of the magnetic field of the magnet are orthogonal to generate a Lorentz force. Here, if the Lorentz force is used, a desired thrust can be obtained with a small excitation current compared to the case where the driving coil and the yoke function as electromagnetic coils (electromagnets) to obtain the thrust of the moving body and the movable body. . Moreover, since the drive coil is wound around the yoke, when the electromagnetic linear actuator is excited, the drive coil and the yoke function as an electromagnetic coil (electromagnet). Here, the yoke has a first protrusion that minimizes the gap with the magnet when positioned at the first position, and a second protrusion that minimizes the gap with the magnet when the moving body is positioned at the second position. Department. For this reason, an electromagnetic attractive force or an electromagnetic repulsive force is generated between the electromagnetic coil and the magnet. As a result, the Lorentz force and the electromagnetic attractive force or the electromagnetic repulsive force can be used as the thrust of the movable body, so that the excitation current supplied to the drive coil can be reduced. Further, the thrust of the moving body is transmitted to the movable body via the booster mechanism, and the volume of the pump chamber is changed. For this reason, since the movable body can be displaced even if the thrust applied to the moving body is relatively small, it is possible to efficiently reduce the power consumption of the electromagnetic linear actuator and to reduce the power consumption of the electromagnetic linear actuator. Can be miniaturized.
本発明において、前記倍力機構は、支点を中心に揺動可能な揺動部材を備えたてこである構成を採用することができる。かかる構成によれば、倍力機構を構成する要素が少なく済むので、容積型ポンプの小型化や低コスト化に適している。 In the present invention, the booster mechanism may employ a lever that includes a swinging member that can swing around a fulcrum. According to such a configuration, since there are few elements constituting the booster mechanism, it is suitable for downsizing and cost reduction of the positive displacement pump.
本発明において、前記第１位置では、前記ポンプ室の容積が最小となり、前記第２位置では、前記ポンプ室の容積が最大となる。かかる構成によれば、容積型ポンプを効率良く駆動することができる。 In the present invention, at the first position, the volume of the pump chamber is minimized, and at the second position, the volume of the pump chamber is maximized. According to such a configuration, the positive displacement pump can be driven efficiently.
本発明において、流体入口および前記ポンプ室に連通する流入側流路に設けられたアクティブバルブと、前記ポンプ室および流体出口に連通する流出側流路に設けられたパッシブバルブと、を有している構成を採用することができる。かかる構成によれば、ポンプ室からの流体の供給および停止をアクティブバルブおよびパッシブバルブによって制御することができる。 In the present invention, an active valve provided in the inflow side flow path communicating with the fluid inlet and the pump chamber, and a passive valve provided in the outflow side flow path communicating with the pump chamber and the fluid outlet are provided. A configuration can be adopted. According to such a configuration, the supply and stop of the fluid from the pump chamber can be controlled by the active valve and the passive valve.
本発明では、電磁式直動アクチュエータを励磁した際のローレンツ力と、電磁石としての機能、および倍力機構を利用して可動体を駆動し、ポンプ室の容積を変化させる。このため、電磁式直動アクチュエータでの消費電力を低く抑えることができるとともに、電磁式直動アクチュエータの小型化を図ることができる。 In the present invention, the movable body is driven using the Lorentz force when the electromagnetic linear actuator is excited, the function as an electromagnet, and the boost mechanism, and the volume of the pump chamber is changed. For this reason, the power consumption of the electromagnetic linear actuator can be kept low, and the electromagnetic linear actuator can be miniaturized.
図面を参照しながら、本発明を適用した容積型ポンプを説明する。 A positive displacement pump to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
（全体構成）
図１は、本発明を適用した容積型ポンプの外観斜視図である。図２は、図１に示す容積型ポンプの縦断面図である。なお、図２では、倍力機構周辺の構成を模式的に表してある。
(overall structure)
FIG. 1 is an external perspective view of a positive displacement pump to which the present invention is applied. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the positive displacement pump shown in FIG. In FIG. 2, the configuration around the booster mechanism is schematically shown.
図１に示すように、容積型ポンプ１は、ポンプユニット２と、ポンプユニット２の下方に並列に配置された電磁式直動アクチュエータ３と、電磁式直動アクチュエータ３に並列するように設けられたアクティブバルブ４とを有している。なお、以下の説明では、位置関係が分かりやすいように、電磁式直動アクチュエータ３およびアクティブバルブ４が並んでいる方向を装置幅方向（図１では左右方向として示す）とし、この装置幅方向および上下方向と直交する方向を装置前後方向とする。従って、電磁式直動アクチュエータ３は装置幅方向の左側に配置されており、アクティブバルブ４は装置幅方向の右側に配置されていることになる。
As shown in FIG. 1, the
ポンプユニット２の左側部分には上方に突出する流出管５が設けられており、流出管５の上端開口は流体出口５ａとなっている。アクティブバルブ４の下方には、流入管６が設けられており、流入管６の下端開口は流体入口６ａとなっている。電磁式直動アクチュエータ３およびアクティブバルブ４は駆動制御部（図示せず）によって駆動制御される。
An
図２に示すように、ポンプユニット２の内部にはポンプ室８が形成されている。流体入口６ａとポンプ室８の間には流入側流路９が形成されており、流入側流路９には、この流入側流路９を開閉するアクティブバルブ４が配置されている。ポンプ室８と流体出口５ａの間には流出側流路１０が形成されている。流出側流路１０には流体の逆流を防止するための逆止弁１１が配置されている。
As shown in FIG. 2, a
ポンプ室８の底面はダイヤフラム（可動体）１２によって規定されており、電磁式直動アクチュエータ３によってダイヤフラム１２を往復動させることによりポンプ室８の容積が変化する。すなわち、容積型ポンプ１は、アクティブバルブ４を開けた状態でポンプ室８の容積を拡大することによって流体入口６ａからポンプ室８に流体を吸引し、アクティブバルブ４を閉めた状態でポンプ室８の容積を縮小することによってポンプ室８に吸引した流体を流体出口５ａから吐出する。
The bottom surface of the
（ポンプユニット２の構成）
図３は、図１に示す容積型ポンプの分解斜視図である。図２および図３を参照して、ポンプユニット２を説明する。ポンプユニット２は、上側ハウジング２１と、上側ハウジング２１の下方に配置された下側ハウジング２２を有している。
(Configuration of pump unit 2)
FIG. 3 is an exploded perspective view of the positive displacement pump shown in FIG. The
上側ハウジング２１は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂などから形成されている。流出管５は、上側ハウジング２１の上端面の左側部分から上方に突出している。上側ハウジング２１の下端面の左側部分には、上方に窪む円形の第１凹部２１１が設けられている（図２参照）。第１凹部２１１の天井面の中央部分には流出管５に連通する第１流路２１２の下端開口２１２ａが露出している。
The
下側ハウジング２２は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂などから形成されている。上端面の左側部分には上側ハウジング２１の第１凹部２１１と嵌合する円形の上側突出部２２１が形成されている。上側突出部２２１の中央部分には、下方に窪む円形の第２凹部２２２が形成されている。上側突出部２２１は第１凹部２１１に嵌め込まれており、上側ハウジング２１の第１凹部２１１と下側ハウジング２２の第２凹部２２２によって流出管５と同軸に弁室１３が形成されている。上側突出部２２１の外周面と第１凹部２１１の内周面との間にはＯリング１４が配置されている。弁室１３内には逆止弁１１（パッシブバルブ）が構成されている。
The
下側ハウジング２２の左側部分の下面には、円形の下側突出部２２３が形成されている。下側突出部２２３の中心には、上方に窪む円形の第３凹部２２４が設けられている。第３凹部２２４の天井面２２４ａは中心部分に向かって上方に傾斜するテーパー面となっており、中心部分には、弁室１３に連通している第２流路２２５の下端開口２２５ａが露出している。第２流路２２５の上端開口２２５ｂは弁室１３の円形底面１３ａの中央部分に露出している。第３凹部２２４の天井面２２４ａおよび内周側面は、ポンプ室８の天井面および内周面を規定している。ポンプ室８、第２流路２２５、弁室１３、第１流路２１２、および流出管５は同軸上に形成されており、第２流路２２５、弁室１３、第１流路２１２、流出管５によって流出側流路１０が構成されている。
A circular
下側突出部２２３の下方にはポンプ室８の底面を規定するダイヤフラム１２が配置されている。ダイヤフラム１２は、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）等からなるゴム製の弾性体であり、上方から見たときに円形の平面形状を備えている。ダイヤフラム１２は、中央部分と外周縁部分が厚肉に形成されており、中央部分と外周縁部分との間には、上方に膨らむように湾曲する一定厚さの連結膜部分を備えている。ダイヤフラム１２の中央部分の下側部分には、電磁式直動アクチュエータ３を接続する接続部１２ａが設けられている。
A
電磁式直動アクチュエータ３は、下側突出部２２３の外周側を下側ハウジング２２に取り付けられている。すなわち、電磁式直動アクチュエータ３が取り付けられると、ダイヤフラム１２は、その外周縁部分が、下側突出部２２３の円環状下端面と、電磁式直動アクチュエータ３の側との間に挟まれた状態となる。なお、本実施形態では、電磁式直動アクチュエータ３は、下側突出部２２３の外周側を、同軸度を確保して下側ハウジング２２に取り付けられている。
In the electromagnetic
下側ハウジング２２の右側部分の下面には、上方に窪む円形の第４凹部２２６が形成されている。第４凹部２２６は下側から、扁平な大径部２２６ａと、大径部分よりも小径の小径部２２６ｂを備えている。第４凹部２２６にはアクティブバルブ４の上端側部分がＯリング１５を介して挿入されている。
A circular
アクティブバルブ４を第４凹部２２６に挿入した状態では小径部２２６ｂの上端部分２２６ｃには空間が形成されるようになっており、この上端部分２２６ｃとポンプ室８の間には、これらの間を連通させる第３流路２２７が形成されている。第３流路２２７の右端開口は小径部２２６ｂの上端部分２２６ｃの内周側面に露出しており、第３流路２２７の左端開口は、ポンプ室８の天井面および第２流路２２５の下端部分に露出している。
In a state where the
（電磁式直動アクチュエータの構成）
図１〜図３を参照して電磁式直動アクチュエータ３を説明する。図１に示すように、電磁式直動アクチュエータ３は、全体として直方体をしているアクチュエータケース３０を有している。アクチュエータケース３０は、図２および図３に示すように、下端が開口となっている箱型の上側ケース３１と、上側ケース３１の下端の開口を閉鎖するように取り付けられている下側ケース３２を備えている。上側ケース３１および下側ケース３２の内部には、アクチュエータケース３０によって上下方向に直動可能に支持された移動体３３と、アクチュエータケース３０に固定された固定体３４とが配置されている。
(Configuration of electromagnetic linear actuator)
The electromagnetic
本形態において、移動体３３は、図４および図５を参照して後述する倍力機構を介してダイヤフラム１２の接続部１２ａに機構的に接続されており、移動体３３が上下方向に往復移動すると、ダイヤフラム１２は上下方向に往復動してポンプ室８の容積を変化させる。固定体３４は、装置幅方向において移動体３３の左側に配置されている第１固定体３５と、右側に配置されている第２固定体３６を備えている。
In this embodiment, the moving
移動体３３は、側面がこの移動体３３の移動方向と平行になるように配置された直方体形状のマグネット３３１を備えている。マグネット３３１は２極着磁されており、装置幅方向を向いている左右の側面が異なる極に着磁された磁極面３３１ａ、３３１ｂとなっている。本実施形態では、磁極面３３１ａがＳ極に着磁され、磁極面３３１ｂがＮ極に着磁されている（図3参照）。また、移動体３３は、マグネット３３１の磁極面３３１ａ、３３１ｂを除く外周面部分を保持しているマグネットホルダ３３２を備えている。
The moving
マグネットホルダ３３２は、マグネット３３１の上下左右前後の位置を規定し固定する。具体的には、前後の側面を装置前後方向から保持している前後の縦枠部３３２ａと、前後の縦枠部３３２ａの上端部を連結している上側枠部３３２ｂと、前後の縦枠部３３２ａの下端部を連結している下側枠部３３２ｃを備えている。前後の縦枠部３３２ａには、それぞれ、磁極面３３１ａ、３３１ｂと平行に突出するガイド突部３３３が設けられている。各ガイド突部３３３は直方体形状をしており、上下方向に所定の長さ寸法を備えている。上側枠部３３２ｂには、ダイヤフラム１２に推力を出力する出力部３３４が上方に突出するように設けられている。下側枠部３３２ｃには、下方に突出するガイド軸３３５が設けられている。なお、本実施形態では、ガイド突部３３３は、回転防止としての機能を有している。
The
第１固定体３５および第２固定体３６は各々、ヨーク３７、およびヨーク３７に巻き回されている駆動コイル３８を備えている。第１固定体３５は、その駆動コイル３８が移動体３３の磁極面３３１ａと一定のギャップを開けて対向するように配置されており、第２固定体３６は、その駆動コイル３８が磁極面３３１ｂと一定のギャップを開けて対向するように配置されている。
Each of the first
ヨーク３７はそれぞれ、移動体３３の直動方向（上下方向）に平行に延在する軸部３７１と、軸部３７１の上端部分から内側に突出している第１突部３７２と、軸部３７１の下端部分から内側に突出している第２突部３７３とを備えている。
Each of the
駆動コイル３８は、ヨーク３７における第１突部３７２と第２突部３７３との間で軸部３７１の周りに巻回されている。このため、駆動コイル３８は、移動体３３の移動方向（上下方向）と直交する方向に巻き回されている。また、駆動コイル３８は、移動体３３の移動方向と直交する平面による断面形状が略長方形となっており、断面形状の一方の長辺となっている外周面部分３８ａがマグネット３３１の各磁極面３３１ａ、３３１ｂと対向している。
The
ここで、移動体３３のマグネット３３１の装置前後方向の幅寸法は、外周面部分３８ａの装置前後方向の幅寸法よりも短く設定されている。また、移動体３３のマグネット３３１の上下方向の長さ寸法は、各ヨーク３７における第１突部３７２と第２突部３７３との間の長さ寸法よりも短い長さ寸法とされている。マグネット３３１の長さ寸法は、移動体３３の上下方向における移動範囲のうち、所定の範囲内で移動体３３が移動する際は、マグネット３３１と第１突部３７２、第２突部３７３との間で磁気的な吸引力が働かない、または磁気的な吸引力の影響が小さい領域を有するようになっている。
Here, the width dimension of the moving
さらに、各ヨーク３７の下端部分は下側ケース３２によって保持されており、各ヨーク３７の上端部分は、後述する倍力機構７のホルダ７０を介してアクチュエータケース３０に支持されている。これにより、第１固定体３５の駆動コイル３８と第２固定体３６の駆動コイル３８は、移動体３３の移動方向に沿って一定の間隔で維持されている。また、ヨーク３７において、第１突部３７２および第２突部３７３の移動体３３側の端は、駆動コイル３８の外周面部分３８ａよりも移動体３３の側に位置しており、軸部３７１から移動体３３の側に突出する第１突部３７２の突出量と第２突部３７３の突出量は同一になっている。
Furthermore, the lower end portion of each
下側ケース３２は、扁平な直方体形状をしており、上端面にヨーク３７の保持部となる一対の凹部３２２が形成されている。装置幅方向における一対の凹部３２２の間には装置前後方向に延びる溝３２３が形成されており、溝３２３の中央部分には円形の貫通孔３２４が形成されている。貫通孔３２４にはマグネットホルダ３３２のガイド軸３３５が挿入されている。装置幅方向における一対の凹部３２２の外側には上方に突出する一対の係合突起３２５が形成されている。
The
上側ケース３１は、矩形の上板３１１と、上板３１１の四方の縁から下方に延びる４枚の側板３１２〜３１５を備えている。上板３１１には、ダイヤフラム１２が内側に位置する貫通孔３１６が形成されている。下側ハウジング２２に電磁式直動アクチュエータ３が取り付けられた状態では、後述する倍力機構７に用いたホルダ７０と、下側ハウジング２２の下側突出部２２３の円環状下端面との間にダイヤフラム１２の周縁部分が挟み込まれた状態となる。
The
装置幅方向で平行に延びている２枚の側板３１２、３１４には、上下方向に延びる係合凹部３１７が形成されている。上側ケース３１が下側ケース３２に被せられると、一対の係合突起３２５が側板３１２、３１４の係合凹部３１７と係合して上側ケース３１を下側ケース３２に固定する。
Engaging
装置前後方向で平行に延びている２枚の側板３１３、３１５には、装置幅方向の中央部分の下端縁から一定の幅で上方に延びるガイド溝３１８が形成されている。ガイド溝３１８は、装置幅方向において第１固定体３５と第２固定体３６の中央に位置している。上側ケース３１が下側ケース３２に被せられる際には、上側ケース３１の前後のガイド溝３１８に、移動体３３の前後のガイド突部３３３が挿入される。ここで、ガイド突部３３３およびガイド溝３１８は、移動体３３を、各磁極面３３１ａ、３３１ｂと各駆動コイル３８の間のギャップを一定に維持した状態で上下方向に案内するガイド機構４０を構成しており、移動体３３は、ガイド機構４０によって、ポンプ室８、第２流路２２５、弁室１３、第１流路２１２および流出管５の軸線上を案内される。
A
（第１位置）
各ガイド溝３１８の上端縁３１８ａは、移動体３３の移動範囲の上限を規定している。すなわち、移動体３３が上昇位置よりも上方に移動しようとすると、各ガイド溝３１８の上端縁３１８ａに各ガイド突部３３３が当接して、その移動を阻止する。かかる上昇位置（第１位置）では、移動体３３のマグネット３３１の上端面３３１ｃは、各ヨーク３７の第１突部３７２の上端面よりも下方に位置している。また、移動体３３が上昇位置に位置した状態では、ダイヤフラム１２は、ポンプ室８の容積を最小の第１容積としている。なお、移動体３３の各ガイド突部３３３が上側ケース３１のガイド溝３１８の上端縁３１８ａに当接することにより、移動体３３の上昇位置を規定するように構成することもできる。すなわち、上端縁３１８ａを、移動体３３の移動範囲の上限を規定する移動***置決め部としての機能を備えるようにしてもよい。
(First position)
The
（第２位置）
また、下側ケース３２の上端面３２ａは、移動体３３の移動範囲の下限を規定している。すなわち、移動体３３は下降位置（第２位置）よりも下方に移動しようとすると、各ガイド突部３３３が下側ケース３２の上端面３２ａに当接して、その移動を阻止する。下降位置では、移動体３３のマグネット３３１の下端面３３１ｄは、各ヨーク３７の第２突部３７３の下端面よりも上方に位置している。また、移動体３３が下降位置に位置した状態では、ダイヤフラム１２は、ポンプ室８の容積を最大の第２容積に拡大させている。なお、移動体３３の各ガイド突部３３３が下側ケース３２の上端面３２ａに当接することにより、移動体３３の下降位置を規定するように構成することもできる。すなわち、上端面３２ａは、上述した上端縁３１８ａと対をなし、移動体３３の移動範囲の下限を規定する移動***置決め部としての機能を備えるようにしてもよい。
(Second position)
Further, the upper end surface 32 a of the
また、移動体３３が上昇位置と下降位置との間を移動する間、マグネットホルダ３３２から下方に延びているガイド軸３３５が貫通孔３２４に挿入された状態が維持される。これにより、移動体３３は移動方向に対して傾斜することなく、その姿勢が維持された状態で直動する。
Further, while the moving
（電磁式直動アクチュエータの動作）
かかる構成の電磁式直動アクチュエータ３において、駆動コイル３８への給電が行なわれていない状態で、マグネット３３１と第１突部３７２との磁気的な吸引力、またはマグネット３３１と第２突部３７３との磁気的な吸引力によって移動体３３は上昇位置または下降位置に選択的に保持される。この状態から、移動体３３を移動させる際には、駆動コイル３８への給電を行なう。この結果、フレミングの左手の法則により、駆動コイル３８とマグネット３３１の磁界との間に働くローレンツ力が、移動体３３を移動させる力として働く。ここで、ヨークは、移動体３３が直動方向における上昇位置（第１位置）に位置するときにマグネットとのギャップが最小になる第１突部３７２と、直動方向において下降位置（第２位置）に移動体３３が位置するときにマグネットとのギャップが最小になる第２突部３７３とを備えている。また、アンペールの右ネジの法則により、駆動コイル３８への給電によって、駆動コイル３８およびヨーク３７は電磁コイル（電磁石）として機能する。すなわち、移動体３３の左側に配置されている第１固定体３５は、上側をＳ極とし、下側をＮ極とする電磁コイルとして機能する。移動体３３の右側に配置されている第２固定体３６は、上側をＮ極とし、下側をＳ極とする電磁コイルとして機能する。この結果、移動体３３のマグネット３３１と、第１固定体３５および第２固定体３６の間には、上側において電磁的な反発力が発生し、下側において、電磁的な吸引力が発生する。かかる力は、移動体３３を下に向かって移動させるための推力となる。かかる動作の際、ヨーク３７の第１突部３７２は、マグネット３３１の移動範囲より上側に位置し、ヨーク３７の第２突部３７３は、マグネット３３１の移動範囲より下側に位置する。従って、ヨーク３７の第１突部３７２は、移動体３３が直動方向における第１位置に位置するときにマグネット３３１とのギャップが最小となる。また、ヨーク３７の第２突部３７３は、移動体３３が直動方向における第２位置に位置するときにマグネット３３１とのギャップが最小となる。
(Operation of electromagnetic linear actuator)
In the electromagnetic
（倍力機構７の構成）
図４は、本発明を適用した容積型ポンプ１の倍力機構の説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、倍力機構の斜視図、倍力機構の分解斜視図、および倍力機構をさらに細かく分解したときの分解斜視図である。図５は、図４に示す倍力機構の縦断面図である。
(Configuration of booster mechanism 7)
FIG. 4 is an explanatory view of a booster mechanism of the
図３に示すアクチュエータケース３０の上板３１１と、電磁式直動アクチュエータ３との間には、図４に示す倍力機構７が設けられており、かかる倍力機構７は、移動体３３の推力を増幅させてダイヤフラム１２に伝達する。
A
より具体的には、図４に示すように、アクチュエータケース３０の上板３１１と、電磁式直動アクチュエータ３との間にはホルダ７０が固定されており、ホルダ７０は、ダイヤフラム１２が設けられる開口部７０３が形成された上板部７０１と、上板部７０１の対向する端部から下方に延在する左右一対の側板部７０２と、側板部７０２同士を連結する連結板部７０４とを備えている。連結板部７０４の下端側は矩形の開口部７０９になっている。
More specifically, as shown in FIG. 4, a
一対の側板部７０２では、各々の下端部から内側に向けて屈曲した底板部７０５が設けられている。かかる一対の底板部７０５は、先端縁同士が離間しており、底板部７０５の間に移動体３３の出力部３３４が位置する。底板部７０５には開口部７０５ａが形成されており、かかる開口部７０９に重なる位置にヨーク３７の第１突部３７２が位置することになる。
The pair of
側板部７０２には、前後方向の中間位置に、側板部７０２の上下方向の略中央付近から下方に延在する溝７０７が形成されており、溝７０７は、底板部７０５まで連続して形成されている。また、側板部７０２には、溝７０７より後方に、左右方向に延在する支軸７１の端部を保持する穴７０６が形成されており、支軸７１は、穴７０６によって水平に保持されている。
In the
移動体３３の上端部（出力部３３４）には、前方が開放端になっている穴３３７が左右方向に貫通しており、かかる穴３３７には、支軸７１より短い寸法で支軸７１と平行に延在する駆動側の連結軸７３が十分なクリアランスをもって貫通している。
A
ダイヤフラム１２の下面側では、軸状の従動部材１２０の上端部が連結されており、従動部材１２０の下端部は、支軸７１と連結軸７３との間に位置している。従動部材１２０の下端部には穴１２０ａが左右方向に貫通しており、穴１２０ａには、支軸７１および連結軸７３と平行に延在する従動側の連結軸７２が嵌っている。ここで、連結軸７２の両端部は、溝７０７内に嵌っている。このため、従動部材１２０および連結軸７２は上下方向に移動可能である。
On the lower surface side of the
このように構成した状態で、支軸７１、従動側の連結軸７２、および駆動側の連結軸７３は、従動部材１２０および移動体３３から左右両側に突出しており、支軸７１、連結軸７２、および連結軸７３は、揺動板７５によって機構的に連結されている。より具体的には、揺動板７５には、左右方向の中央部分に従動部材１２０および移動体３３が位置する切り欠き状の開口部７５０が形成されている。また、揺動板７５において、開口部７５０を左右両側で挟む支持板部７５５には、支軸７１が嵌る穴７５１、連結軸７２が嵌まる穴７５２、および連結軸７３が嵌まる穴７５３が形成されている。これらの穴７５１、７５２、７５３のうち、穴７５２は、前後方向に延びた長穴７５２になっている。ここで、支軸７１は、両端が揺動板７５から左右両側に突出してホルダ７０の穴７０６に嵌っており、連結軸７２は、両端が揺動板７５から左右両側に突出してホルダ７０の溝７０７に嵌っている。なお、連結軸７３は、両端が揺動板７５から左右両側へは突出していない。
In such a state, the
このように構成した倍力機構７は、図５に示すように、支軸７１、連結軸７２および連結軸７３によって支点、作用点および力点が構成された「てこ」として機能する。より具体的には、移動体３３が上下方向に直動すると、連結軸７３も上下方向に直動するので、揺動板７５は支軸７１の軸線周りに揺動する。その結果、連結軸７２も上下方向に移動するので、従動部材１３０が上下方向に直動し、ダイヤフラム１２が上下方向に移動する。
As shown in FIG. 5, the
その際、電磁式直動アクチュエータ３の推力をＦ１、ダイヤフラム１２に加わる力をＦ２とすると、以下の式
Ｆ２＝（Ｆ１・Ｒ・（ｃｏｓθ）3）／ｒ
Ｒ＝支点（支軸７１）から作用点（連結軸７２）までの距離
ｒ′＝支点（支軸７１）から力点（連結軸７３）までの距離
ｒ＝支点（支軸７１）から従動部材１２０までの距離
θ＝支点と力点とを結ぶ線と、支点から従動部材１２０に延びる
垂線とが成す角度 θ＝０のとき、ｒ＝ｒ′
が成り立ち、電磁式直動アクチュエータ３の推力を増幅してダイヤフラム１２に加わることになる。
In this case, if the thrust of the electromagnetic
R = distance from the fulcrum (support shaft 71) to the action point (connecting shaft 72)
r ′ = distance from the fulcrum (support shaft 71) to the force point (connection shaft 73)
r = distance from the fulcrum (support shaft 71) to the driven
θ = a line connecting the fulcrum and the force point, and extends from the fulcrum to the driven
When the angle between the perpendicular and θ = 0, r = r ′
Thus, the thrust of the electromagnetic
（逆止弁１１の構成）
図６は、図１に示す容積型ポンプ１において逆止弁（パッシブバルブ）を設けた弁室周辺の断面図である。図６に示すように、逆止弁１１は、第２流路２２５の上端開口２２５ｂが形成されている弁座１１１と、この弁座１１１に流体の流通方向の下流側から当接して上端開口２２５ｂを塞いでいる弁体１１２と、弁体１１２と弁室１３の円形天井面１３ｂとの間に挿入され、弁体１１２を所定の付勢力で弁座１１１に付勢している付勢部材を備えている。本実施形態では、付勢部材は圧縮コイルバネ１１３であり、弁座１１１は弁室１３の円形底面１３ａである。
(Configuration of check valve 11)
FIG. 6 is a cross-sectional view of the periphery of a valve chamber provided with a check valve (passive valve) in the
弁体１１２は、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）等のゴム製の弾性材料からなり、弁座１１１に対向している円形の平板形状の閉鎖部１１２ａと、この閉鎖部１１２ａの下面から下方に向けて突出する円環状突部１１２ｂとを備えている。円環状突部１１２ｂは閉鎖部１１２ａと同軸上に形成されており、弁座１１１において、第２流路２２５の上端開口２２５ｂの周りに当接している。円環状突部１１２ｂは、閉鎖部１１２ａの下面の外周縁から外側に向かって下方に傾斜するように形成されており、閉鎖部１１２ａから離れるに従って厚さ寸法が減少するように先細りになっている。
The valve body 112 is made of an elastic material made of rubber such as EPDM (ethylene propylene diene rubber), and has a circular flat plate-shaped
また、弁体１１２は、閉鎖部１１２ａの弁座１１１とは反対側に位置する上面に、圧縮コイルバネ１１３の当接位置を位置決めするための位置決め部１１２ｃを備えている。位置決め部１１２ｃは圧縮コイルバネ１１３の下端開口１１３ａの内径に対応する外径を備える円柱形状の突部であり、円環状突部１１２ｂと同軸上に形成されている。
Further, the valve body 112 includes a
圧縮コイルバネ１１３は、上方に向かって内径の寸法が増加している。下端開口１１３ａの内径は、第２流路２２５の上端開口２２５ｂの開口径よりも大きく、位置決め部１１２ｃを挿入可能な大きさに設定されている。位置決め部１１２ｃに圧縮コイルバネ１１３の下端開口１１３ａを挿入した状態で逆止弁１１を弁室１３内に配置すると、圧縮コイルバネ１１３は、上端の円形端部が弁室１３の円形天井面１３ｂの第１流路２１２の下端開口２１２ａの周りに当接し、下端の円形端部が閉鎖部１１２ａの上面に当接し、圧縮された状態となる。これにより、圧縮コイルバネ１１３は、弁体１１２を弁座１１１に向けて付勢する。なお、圧縮コイルバネ１１３は、下端の円形端部が、閉鎖部１１２ａの上面において円環状突部１１２ｂと対応する位置またはその近傍に当接するように配置することが好ましい。
The
逆止弁１１は、ポンプ室８の容積がダイヤフラム１２によって縮小されることによりポンプ室８が高圧になった場合等に、流出側流路１０において圧縮コイルバネ１１３による所定の付勢力以上の所定圧力が流出方向にかかると、第２流路２２５の上端開口２２５ｂを開き、流出側流路１０を開状態とする。また、流出側流路１０に流出方向とは反対方向に圧力がかかると、第２流路２２５の上端開口２２５ｂを閉じ、流出側流路１０を閉状態とする。
The
（アクティブバルブ４の構成）
次に、図２、図３および図７を参照してアクティブバルブ４を詳細に説明する。図７は、図１に示すアクティブバルブ周辺の断面図である。図３に示すように、アクティブバルブ４は、円筒形状の胴部４１と、胴部４１から上方に同軸で延びているオリフィス構成部４２と、胴部４１から下方に同軸で延びている流入管６を備えている。
(Configuration of active valve 4)
Next, the
オリフィス構成部４２は胴部４１よりも小径であり、流入管６はオリフィス構成部４２よりも小径である。流入管６は容積型ポンプ１の流入管６を兼ねるものであり、下流端が流体入口６ａとなっている。図２に示すように、アクティブバルブ４は、オリフィス構成部４２が下側ハウジング２２の第４凹部２２６の小径部２２６ｂに挿入され、胴部４１の上端部分が大径部２２６ａに挿入された状態で下側ハウジング２２に取り付けられている。
The
図７に示すように、オリフィス構成部４２は、円柱形状部分４２１と、この円柱形状部分４２１の下端の外周側に形成された円環状のフランジ部分４２２を備えている。円柱形状部分４２１には、その中心軸に沿って上下方向に貫通するオリフィス４２３が形成されている。オリフィス４２３の下端開口４２３ａは円柱形状部分４２１の下端面に露出している。また、円柱形状部分４２１の下端面には、オリフィス４２３の下端開口４２３ａの周りに円環状凹部４２４が形成されており、これにより、オリフィス４２３の下端開口４２３ａの周縁は環状突部となっている。環状突部はオリフィス４２３の下端開口４２３ａを開閉する弁体４３の弁座４４となる。
As shown in FIG. 7, the
胴部４１は、内側に、流入管６とオリフィス４２３とを連通させる流路４５を備えている。流路４５は、オリフィス４２３および流入管６と同軸上に設けられている。アクティブバルブ４が下側ハウジング２２に固定されると、第３流路２２７、第４凹部２２６の上端部分２２６ｃおよびアクティブバルブ４によって、ポンプ室８から流体入口６ａに至る流入側流路９が構成される。流路４５内には軸線方向に往復移動可能な状態で弁体４３が挿入されている。弁体４３はオリフィス４２３の流路４５の側の下端開口４２３ａを開閉することによって流入側流路９を開閉する。
The
弁体４３は、円柱形状をしている。弁体４３はステンレス製のパイプ４３１と、パイプ４３１の内側に上下方向に配列された円柱状の４つのマグネット４３２、隣り合うマグネット４３２との間に各々配置された３枚の円板状の磁性板４３３、上端および下端にそれぞれ配置された２枚の円盤状の磁性板４３４、上端の磁性板４３４の上に配置されたステンレス製の蓋板４３５、下端の磁性板４３４の下に配置されたステンレス製の底板４３６を備えている。なお、パイプ４３１、蓋板４３５、底板４３６として樹脂製のものを用いることもできる。蓋板４３５の上面には、円形のゴムシート４３７が接着等の方法で取り付けられている。ここで、隣り合うマグネット４３２は、互いに同一の極を相手方のマグネットの方に向けている。より詳細には、上端のマグネット４３２は上がＳ極、下がＮ極となるように配置されており、その下方に隣接配置されているマグネット４３２は上がＮ極、下がＳ極となるように配置されており、さらにその下方に配置されているマグネット４３２は上がＳ極、下がＮ極となるように配置されており、下端のマグネット４３２は上がＮ極、下がＳ極となるように配置されている。この結果、弁体４３では、磁性板４３３が位置する個所に磁力線が集中している。
The
流路４５は、弁体４３を駆動するための駆動コイル４６を巻き回しているコイルボビン４７の内側に形成されている。コイルボビン４７の外周側には円筒形のヨーク４８が配置されている。
The
コイルボビン４７は樹脂製であり、コイルボビン４７の上端部分にはオリフィス構成部４２を取り付けるための円環状の係合凹部４７１が形成されている。係合凹部４７１には、ゴムパッキン４９を介してオリフィス構成部４２のフランジ部分４２２が挿入されて固定される。オリフィス構成部４２の円柱形状部分４２１の外周側には円環状の押さえ板５０が上方から嵌め込まれており、この押さえ板５０がコイルボビン４７の上端面およびヨーク４８の上端面に固定されることにより、オリフィス構成部４２はコイルボビン４７およびヨーク４８に固定されている。押さえ板５０は磁性材料から形成されている。なお、押さえ板５０が磁性材料から形成されることで、押さえ板５０は、弁体４３に搭載されているマグネット４３２との間で磁気的な吸引力を発生することができるようになっている。
The
また、コイルボビン４７は、上下方向に延びる筒状胴部４７２と、筒状胴部４７２の外周面で拡径する６つのフランジ部４７３を備えている。コイルボビン４７の筒状胴部４７２および６つのフランジ部４７３によって囲まれた５つの空間は、駆動コイル４６が巻回される５つの巻線部となっている。
In addition, the
コイルボビン４７に巻回された５つの駆動コイル４６は、励磁電流の向きを逆にするために、隣り合う駆動コイル４６同士の巻回方向が逆である。また、５つの駆動コイル４６は、例えば、直列に電気的に接続される。或いは、軸線方向の内側に位置する３つの駆動コイル４６を並列に電気的に接続し、それらの接続部分に対して、軸線方向の両側の駆動コイル４６を直列に電気的に接続した構成を採用することもできる。また、本例では、上端および下端の駆動コイル４６の上下方向の寸法は、その間に位置している３つの駆動コイル４６の上下方向の寸法の１／２としてある。弁体４３において、上端および下端のマグネット４３２の上下方向の寸法は、その間の２つのマグネット４３２の上下方向の寸法の１／２としてある。この結果、弁体４３が弁座４４に当接して、オリフィス４２３の下端開口４２３ａを閉鎖している状態では、磁性板４３３および磁性板４３４は、いずれも上下方向において駆動コイル４６の中央位置に位置している。
The five drive coils 46 wound around the
ここで、弁体４３の外径寸法は、コイルボビン４７の筒状胴部４７２の内径寸法よりもわずかだけ小さく、弁体４３がコイルボビン４７の筒状胴部４７２の内側の空間内に挿入された状態では、弁体４３の外周側面とコイルボビン４７の筒状胴部４７２の内周面との間を流体が流れる。
Here, the outer diameter dimension of the
かかるアクティブバルブ４の動作を説明する。アクティブバルブ４は駆動制御部によって駆動コイル４６への給電が制御されることにより、駆動制御される。
The operation of the
より具体的には、駆動コイル４６への給電が行なわれていない状態では、弁体４３は、弁体４３のマグネット４３２と押さえ板５０との磁気的な吸引力によって閉鎖位置に保持されている。閉鎖位置では、弁体４３はコイルボビン４７の内側の流路４５を上端まで移動しており、弁体４３の上端面にあるゴムシート４３７が弁座４４に当接し、オリフィス４２３の下端開口４２３ａを塞いでいる。これにより流入側流路９は閉状態となる。また、弁体４３の磁性板４３３および磁性板４３４は、いずれも上下方向において駆動コイル４６の中央位置に位置している。
More specifically, the
ここで、弁体４３は、オリフィス４２３の下端開口４２３ａが設けられている弁座４４よりも流体の流通方向の上流側に位置しており、オリフィス４２３と同軸に形成されている流路４５の中を流体の流通方向に移動するように構成されている。このため、流体入口６ａからアクティブバルブ４の中へ流れ込む流体の流体圧（背圧）が弁体４３を閉鎖位置に向かって移動させる方向に力を働かせている。
Here, the
次に、流入側流路９を開状態とする際には、駆動コイル４６への給電を行なう。アクティブバルブ４では、マグネット４３２の外周側に筒状に巻き回された駆動コイル４６が配置されているので、給電によって駆動コイル４６を流れる励磁電流の向きとマグネット４３２による磁界の向きが直交する。この結果、駆動コイル４６への給電が行なわれると、マグネット４３２の磁束と駆動コイル４６との間に働くローレンツ力が弁体４３を閉鎖位置から下方に移動させる力として働く。ここで、駆動コイル４６への給電の開始時点では、弁体４３の磁性板４３３および磁性板４３４は、いずれも上下方向において駆動コイル４６の中央位置に位置しており、駆動コイルと鎖交する磁界を効率よく形成しているので、大きな推力が発生する。従って、弁体４３は、押さえ板５０との間の磁気的な吸引力および流体入口６ａからアクティブバルブ４内へ流れ込む流体の流体圧に起因する力に抗して下方の開放位置に移動する。
Next, when the inflow channel 9 is opened, power is supplied to the
弁体４３が開放位置に移動すると、弁体４３が弁座４４から流体の流通方向の上流側に離れ、ゴムシート４３７がオリフィス４２３の下端開口４２３ａから離間する。これにより、流入側流路９は開状態となる。開放位置では、弁体４３は、その下端部がコイルボビン４７の内部に当接し、或いは当接せずにバランスして停止した開き位置に至る。かかる開放位置では、流体入口６ａから流入管６（流路４５）を介して流入した流体は、弁体４３の外周面とコイルボビン４７の筒状胴部４７２との間に流れ込み、下端開口４２３ａを介して、オリフィス４２３を通過し、ポンプ室８へ向かう。
When the
また、流入側流路９を閉状態とする際には、駆動コイル４６への給電を停止する。駆動コイル４６への給電を停止すると、押さえ板５０との間の磁気的な吸引力および流体入口６ａからアクティブバルブ４内へ流れ込む流体の流体圧に起因する力により、弁体４３は閉鎖位置に移動し、弁体４３は弁座４４に当接し、上端のゴムシート４３７でオリフィス４２３の下端開口４２３ａを塞いだ状態に戻る。従って、流入側流路９は閉状態となる。
Further, when the inflow side channel 9 is closed, the power supply to the
なお、流入側流路９を閉状態とする際には、弁体４３を閉じ位置から開き位置へ移動させる場合と反対方向の励磁電流を駆動コイル４６へ供給するようにしてもよい。このようにすれば、弁体４３は、弁体４３のマグネット４３２と駆動コイル４６との間に発生するローレンツ力、弁体４３と押さえ板５０との間の磁気的な吸引力および流体入口６ａからアクティブバルブ４内へ流れ込む流体の流体圧に起因する力によって上方に移動する。弁体４３が閉じ位置に至った後には、駆動コイル４６への給電を停止すれば、弁体４３は閉鎖位置に保持される。
When the inflow side flow path 9 is closed, an excitation current in the opposite direction to the case where the
（容積型ポンプの動作）
次に、容積型ポンプ１の動作を説明する。容積型ポンプ１の電磁式直動アクチュエータ３とアクティブバルブ４とは、駆動制御部によって同期して駆動制御される。
(Operation of positive displacement pump)
Next, the operation of the
より具体的には、電磁式直動アクチュエータ３の駆動コイル３８およびアクティブバルブ４の駆動コイル４６に給電されていない状態では、アクティブバルブ４の弁体４３は閉鎖位置に保持されており、アクティブバルブ４は流入側流路９を閉状態としている。また、電磁式直動アクチュエータ３の移動体３３は、上昇位置に保持されており、ダイヤフラム１２はポンプ室８の容積を最小の第１容積としている。逆止弁１１は、圧縮コイルバネ１１３の付勢力によって第２流路２２５の上端開口２２５ｂを塞ぎ、流出側流路１０を閉状態としている。
More specifically, in a state where power is not supplied to the
ポンプ室８内への流体の吸引が行なわれる際には、アクティブバルブ４の駆動コイル４６への給電によって弁体４３が閉鎖位置から開放位置へ駆動され、流入側流路９が開状態とされる。これと並行して、電磁式直動アクチュエータ３の駆動コイル３８へ第１方向の給電が行なわれる。すなわち、第１方向の励磁電流が駆動コイル３８に供給され、移動体３３が上昇位置から下降位置へ駆動される。この結果、ポンプ室８の容積は最大の第２容積に拡大する。
When the fluid is sucked into the
移動体３３が下降してダイヤフラム１２が下方に変位すると、ポンプ室８には負圧が発生するので、流体はポンプ室８内に吸い込まれる。ポンプ室８内に負圧が発生した状態では、逆止弁１１は第２流路２２５の上端開口２２５ｂを閉鎖し、流出側流路１０を閉状態としている。
When the moving
次に、ポンプ室８からの流体の吐出が行なわれる際には、アクティブバルブ４の駆動コイル４６への給電が停止される。この結果、弁体４３は開放位置から閉鎖位置に上昇して、流入側流路９が閉状態となる。これと並行して、電磁式直動アクチュエータ３の駆動コイル３８への給電が行なわれる。すなわち、流体の吸引時とは逆の第２方向の励磁電流が駆動コイル３８に供給され、移動体３３が下降位置から上昇位置へ駆動される。この結果、ポンプ室８の容積は最小の第１容積に縮小する。
Next, when the fluid is discharged from the
ここで、ポンプ室８の容積が縮小されるとポンプ室８は高圧となるので、流出側流路１０では、圧縮コイルバネ１１３による弁体１１２の付勢力と対応する所定圧力以上の力が流出方向にかかる。この結果、流体は、弁体１１２を流出方向に移動させて、第２流路２２５の上端開口２２５ｂから流出し、流体出口５ａから吐出される。
Here, when the volume of the
その後、容積型ポンプ１が待機状態となると、アクティブバルブ４の弁体４３は閉鎖位置に保持され、アクティブバルブ４は流入側流路９を閉状態とする。また、電磁式直動アクチュエータ３の移動体３３は上昇位置に保持され、ダイヤフラム１２は、ポンプ室８の容積を第１容積とする。逆止弁１１は、圧縮コイルバネ１１３の付勢力によって第２流路２２５の上端開口２２５ｂを塞ぎ、流出側流路１０を閉状態とする。
Thereafter, when the
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の容積型ポンプ１において、電磁式直動アクチュエータ３は、ヨーク３７において移動体３３の直動方向（上下方向）に平行に延在する軸部３７１に巻回された駆動コイル３８を備えている一方、移動体３３は、移動方向と平行なマグネット３３１の磁極面３３１ａ、３３１ｂを備えたマグネット３３１を有している。このため、駆動コイル３８への給電を行なって電磁式直動アクチュエータ３を励磁すると、駆動コイル３８を流れる励磁電流の向きと、マグネット３３１の磁界の方向とが直交して、ローレンツ力が発生する。また、駆動コイル３８はヨーク３７に巻き回されているので、駆動コイル３８への給電を行なうと、駆動コイル３８およびヨーク３７は電磁コイル（電磁石）として機能し、電磁コイルとマグネット３３１との間に、電磁的な吸引力および電磁的な反発力が発生する。また、移動体３３の移動方向に延びているヨーク３７の両端に第１突部３７２、第２突部３７３が設けられているので、直動する移動体３３がこれら第１突部３７２、第２突部３７３のいずれかに接近すると、マグネット３３１と第１突部３７２、第２突部３７３との間に磁気的な吸引力が発生する。すなわち、容積型ポンプ１では、ローレンツ力と、電磁的な吸引力および電磁的な反発力と、磁気的な吸引力とをダイヤフラム１２の推力とすることができる。この結果、これら３つの力を用いて推力を得ることができるので、容積型ポンプ１によれば、ポンプ室８の容積を変化させるための可動体を効率よく駆動できる。よって、駆動コイル３８に供給する励磁電流を抑えることができる。
(Main effects of this form)
As described above, in the
また、駆動コイル３８への給電を停止して、電磁式直動アクチュエータ３を消磁状態とすると、マグネット３３１と第１突部３７２または第２突部３７３との磁気的な吸引力によって移動体３３は上昇位置または下降位置に選択的に保持される。従って、駆動コイル３８への給電を行なわなくても、外部から加わる振動等により移動体３３が移動してしまうことを防止できる。この結果、待機状態における電磁式直動アクチュエータ３の消費電力を抑えることができるので、容積型ポンプ１の消費電力を抑えることができる。
When the power supply to the
また、本形態では、移動体３３の推力は、倍力機構７を介してダイヤフラム１２（可動体）に伝達され、ポンプ室８の容積を変化させる。このため、移動体３３に付与する推力が比較的小さくても、ダイヤフラム１２を変位させることができるので、電磁式直動アクチュエータ３での消費電力を低く抑えることができるとともに、電磁式直動アクチュエータ３の小型化を図ることができる。
In this embodiment, the thrust of the moving
また、本形態において、ポンプ室８と流体入口６ａの間に配置されたアクティブバルブ４は、弁体４３が弁座４４よりも流体の流通方向の上流側に位置している。また、弁体４３は、流体の流通方向の上流側から弁座４４に当接して下端開口４２３ａを閉鎖する閉鎖位置と、閉鎖位置よりも流通方向の上流側に離れて下端開口４２３ａを開放する開放位置の間を移動する。この結果、流体入口６ａからアクティブバルブ４内へ流れ込む流体の流体圧に起因する力は、弁体４３を閉鎖位置に向かって移動させる方向に働くので、流体入口６ａの側の圧力が上昇すると、流体の流体圧に起因する力によって弁体４３は閉鎖位置に付勢される。よって、流入側流路９は開かない。従って、アクティブバルブ４を駆動していないにもかかわらず、流体が流体入口６ａからポンプ室８を経由して流体出口５ａへ流通してしまうことを回避できる。
Further, in this embodiment, the
（倍率機構７の変形例）
図８は、本発明を適用した容積型ポンプ１の倍力機構７の変形例を示す説明図である。上記実施の形態では、支軸７１、従動側の連結軸７２および駆動側の連結軸７３を機構的に連結するにあたって、揺動板７５の厚さを利用して穴７５１、７５２、７５３を形成した。但し、図８（ａ）に示すように、コの字形状の平面形状を有する薄い板材からなる揺動板７５を用い、揺動板７５の端部を筒状に曲げて支軸７１および連結軸７３の端部を機構的に連結してもよい。また、連結軸７２の端部を保持するにあたっては、揺動板７５のコの字形状の本体部分７５９と、揺動板７５を折り曲げた部分７５８との間に連結軸７２の端部を緩く挿入した構造を採用してもよい。また、支軸７１および連結軸７２を支持するにあたって、揺動板７５を折り曲げて筒部７５６、７５７が構成されている。
(Modification of magnification mechanism 7)
FIG. 8 is an explanatory view showing a modification of the
また、倍力機構としては、てこを利用した倍力機構７に代えて、図８（ｂ）に示すように、支点７７０を中心に揺動可能な揺動板７７に小径扇形歯車７７１と大径扇形歯車７７２とを設け、小径扇形歯車７７１と従動部材１２０との間でラック−ピニオン機構を構成し、大径扇形歯車７７２と移動体３３との間でラック−ピニオン機構を構成してもよい。
Further, as the booster mechanism, instead of the
（容積型ポンプの他の構成例）
ポンプ室８の容積を変化させるための可動体としては、ダイヤフラム１２以外のものを用いることができる。例えば、シリンダのように、ポンプ室８の底面を移動体３３の移動に伴って昇降させるように構成してもよい。
(Other configuration examples of positive displacement pumps)
As a movable body for changing the volume of the
３・・電磁式直動アクチュエータ
４・・アクティブバルブ
５ａ・・流体出口
６ａ・・流体入口
７・・倍力機構
８・・ポンプ室
９・・流入側流路
１０・・流出側流路
１１・・逆止弁（パッシブバルブ）
１２・・ダイヤフラム（ポンプ用の可動体）
3 .. Electromagnetic
12. Diaphragm (movable body for pump)
Claims (4)
前記電磁式直動アクチュエータは、
アクチュエータケースと、
該アクチュエータケースによって直動可能に支持されている移動体と、
磁極面が前記移動体の移動方向に平行になるように前記移動体に取り付けられたマグネットと、
前記移動体の移動方向に沿って延在するように前記アクチュエータケースに固定されたヨークと、
前記ヨークに巻回された駆動コイルと、
を有し、
前記ヨークは、前記移動体が直動方向における第１位置に位置するときに前記マグネットとのギャップが最小になる第１突部と、前記直動方向において前記第１位置と異なる第２位置に前記移動体が位置するときに前記マグネットとのギャップが最小になる第２突部とを備え、
前記移動体と前記可動体との間には、前記移動体の推力を倍力して前記可動体に伝達する倍力機構が設けられていることを特徴とする容積型ポンプ。 A positive displacement pump having a pump chamber, a movable body that defines the volume of the pump chamber, and an electromagnetic linear actuator that drives the movable body in a direction in which the volume of the pump chamber changes,
The electromagnetic linear actuator is
An actuator case,
A moving body supported by the actuator case so as to be linearly movable;
A magnet attached to the moving body such that the magnetic pole surface is parallel to the moving direction of the moving body;
A yoke fixed to the actuator case so as to extend along the moving direction of the moving body;
A drive coil wound around the yoke;
Have
The yoke has a first protrusion that minimizes a gap with the magnet when the movable body is located at a first position in the linear motion direction, and a second position that is different from the first position in the linear motion direction. A second protrusion that minimizes the gap with the magnet when the moving body is located;
A positive displacement pump characterized in that a booster mechanism is provided between the movable body and the movable body to boost and transmit the thrust of the movable body to the movable body.
前記第２位置では、前記ポンプ室の容積が最大となることを特徴とする請求項１または２に記載の容積型ポンプ。 In the first position, the volume of the pump chamber is minimized,
The positive displacement pump according to claim 1 or 2, wherein the pump chamber has a maximum volume at the second position.
前記ポンプ室および流体出口に連通する流出側流路に設けられたパッシブバルブと、
を有していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の容積型ポンプ。 An active valve provided in a fluid inlet and an inflow side passage communicating with the pump chamber;
A passive valve provided in the outflow side passage communicating with the pump chamber and the fluid outlet;
The positive displacement pump according to claim 1, wherein the positive displacement pump is provided.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011146451A JP2013015031A (en) | 2011-06-30 | 2011-06-30 | Positive-displacement pump |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|
| JP2013015031A true JP2013015031A (en) | 2013-01-24 |
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ID=47687931
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2013015031A (en) |
Citations (4)
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| JP2008527232A (en) * | 2004-12-30 | 2008-07-24 | アダプティブエナジー・リミテッド・ライアビリティー・カンパニー | Active valve and active valve control for pump |
-
2011
- 2011-06-30 JP JP2011146451A patent/JP2013015031A/en active Pending
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