JP5449115B2 - ソレノイドポンプ - Google Patents
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Description
本発明は電子機器、医療機器、分析機器、車載機器などの駆動源に用いられるソレノイド式ポンプに関し、より詳細にはポンプ室内で電磁駆動により可動子を往復動させて流体を送出及び吸込する動作を繰り返すソレノイドポンプに関する。
ポンプ室の容積変化により流体を送出若しくは吸込が行われる容積型ポンプにおいては、例えばシリンダ内に往復動可能に設けられた可動子を電磁駆動により往復動させてポンプ室内の流体を送出及びポンプ室内へ流体の吸込が行われる。
吸引筒部と吐出筒部との保持筒で連結したポンプ本体内に、吐出筒部側から吸引筒部側に向けて付勢された第１，第２の弁体によりピストンとピストン受け部を連通する流路が開閉可能に設けられている。電磁駆動によりピストンを保持筒内で吸引筒側に移動させることによって保持筒内に生じる圧力差により第１，第２の弁体が開放して所定量の流体が吸引筒部より保持筒内に流れ込み所定量の流体が吐出筒部から吐出されるようになっている（特許文献１参照）。
上述したソレノイドポンプにおいて、高圧流体を発生させるためには、プランジャ断面積（ピストン断面積）を小さくして流体を押圧する必要があるが、プランジャの断面積を小さくすることで推力が減少してしまう。
また、プランジャの断面積を増やすと、ポンプ室に満たされた流体の抵抗が大きく、ポンプ効率が低下するという課題がある。
また、プランジャの断面積を増やすと、ポンプ室に満たされた流体の抵抗が大きく、ポンプ効率が低下するという課題がある。
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、可動子の推力を高めて高圧流体を効率よく吸込み及び送り出し可能にしたソレノイドポンプを提供することにある。
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
ポンプ本体内に設けられたポンプ室がポンプカバーで閉止され、ポンプカバー側の吸込口から吸い込んだ流体をポンプ室内に設けられたプランジャをその周囲に配設された固定子コイルとの間の電磁駆動により往復動させてポンプ本体側の吐出口から吐出させる動作を繰り返すソレノイドポンプであって、前記ポンプカバーの内部空間より流路が絞られた前記吸込口を常時閉弁するように付勢された当該吸込口を開閉する第１の弁体と、前記プランジャより小径であって当該プランジャに直列に接続された筒状ピストンの内部にピストン内部空間より流路が絞られたピストン開口部を常時閉弁するように付勢された当該ピストン開口部を開閉する第２の弁体と、前記第１の弁体と前記第２の弁体との間に形成された第１の貯留部と、前記第２の弁体から前記ピストンの内部空間及びこれに連なる前記プランジャの内部空間に形成された第２の貯留部と、前記第１の弁体及び第２の弁体により開閉する流路より流路径の大きい前記ポンプ室に前記吐出口側より吸込口側に向かって付勢された前記プランジャと、を具備し、前記固定子コイルに通電すると、前記プランジャを吸込口側から吐出口側に移動させて前記第１の貯留部の圧力を負圧にすることで前記第１の弁体を開閉させて流体が前記吸込口から前記第１の貯留部へ流れ込み、前記固定子コイルへの通電を遮断すると、前記プランジャを吐出口側から吸込口側に移動させて前記第１の貯留部の圧力を高圧にすることで前記第１の貯留部と前記第２の貯留部に貯留される流体の流体圧の差により前記第２の弁体を開閉させて流体が前記第２の貯留部へ流れ込む動作を繰り返すことにより、前記第１の貯留部から前記第２の貯留部へ加圧された流体が貯留され、前記第２の貯留部の流体圧が所定圧になると当該第２の貯留部に貯留された高圧流体を前記ポンプ本体の吐出口から所定量ずつ吐出させることを特徴とする。
ポンプ本体内に設けられたポンプ室がポンプカバーで閉止され、ポンプカバー側の吸込口から吸い込んだ流体をポンプ室内に設けられたプランジャをその周囲に配設された固定子コイルとの間の電磁駆動により往復動させてポンプ本体側の吐出口から吐出させる動作を繰り返すソレノイドポンプであって、前記ポンプカバーの内部空間より流路が絞られた前記吸込口を常時閉弁するように付勢された当該吸込口を開閉する第１の弁体と、前記プランジャより小径であって当該プランジャに直列に接続された筒状ピストンの内部にピストン内部空間より流路が絞られたピストン開口部を常時閉弁するように付勢された当該ピストン開口部を開閉する第２の弁体と、前記第１の弁体と前記第２の弁体との間に形成された第１の貯留部と、前記第２の弁体から前記ピストンの内部空間及びこれに連なる前記プランジャの内部空間に形成された第２の貯留部と、前記第１の弁体及び第２の弁体により開閉する流路より流路径の大きい前記ポンプ室に前記吐出口側より吸込口側に向かって付勢された前記プランジャと、を具備し、前記固定子コイルに通電すると、前記プランジャを吸込口側から吐出口側に移動させて前記第１の貯留部の圧力を負圧にすることで前記第１の弁体を開閉させて流体が前記吸込口から前記第１の貯留部へ流れ込み、前記固定子コイルへの通電を遮断すると、前記プランジャを吐出口側から吸込口側に移動させて前記第１の貯留部の圧力を高圧にすることで前記第１の貯留部と前記第２の貯留部に貯留される流体の流体圧の差により前記第２の弁体を開閉させて流体が前記第２の貯留部へ流れ込む動作を繰り返すことにより、前記第１の貯留部から前記第２の貯留部へ加圧された流体が貯留され、前記第２の貯留部の流体圧が所定圧になると当該第２の貯留部に貯留された高圧流体を前記ポンプ本体の吐出口から所定量ずつ吐出させることを特徴とする。
上記構成によれば、固定子コイルに通電或いは非通電にしてプランジャを往復動させる際に、第１の弁体と第２の弁体を順次開閉することで、吸込口から吸い込まれた流体が第１の貯留部から第２の貯留部へ順次加圧されて送り込まれ、ポンプ室に貯留された所定の高圧流体をポンプ本体の吐出口から所定量ずつ吐出させることができる。
よって、第１の貯留部と第２の貯留部に貯留される流体の流体圧の差により第２の弁体を開閉させて第１の貯留部から更に加圧された流体が第２の貯留部へ流れ込む動作を繰り返すことにより、前記第２の貯留部の流体圧が所定圧になると、当該第２の貯留部に貯留された高圧流体を効率よく定量送りすることができる。
また、プランジャに直列に接続された筒状ピストンは、当該プランジャより小径に形成されているので、固定子コイルへの通電を停止してプランジャが元の位置に復元する際に当該プランジャが流体から受ける抵抗を抑え、推力の低下を防ぐことができる。
よって、第１の貯留部と第２の貯留部に貯留される流体の流体圧の差により第２の弁体を開閉させて第１の貯留部から更に加圧された流体が第２の貯留部へ流れ込む動作を繰り返すことにより、前記第２の貯留部の流体圧が所定圧になると、当該第２の貯留部に貯留された高圧流体を効率よく定量送りすることができる。
また、プランジャに直列に接続された筒状ピストンは、当該プランジャより小径に形成されているので、固定子コイルへの通電を停止してプランジャが元の位置に復元する際に当該プランジャが流体から受ける抵抗を抑え、推力の低下を防ぐことができる。
前記プランジャは吐出口側に開口した筒体状に形成されており、筒体外周面に流体の逃げ凹溝若しくは吸込み側端面に流体の逃げ孔が設けられていることを特徴とする。
これによれば、ピストンの内部空間に連通する流路径の大きいポンプ室内を流体で満たされた状態でプランジャを往復動する際の流体抵抗を低減することができる。
上述したソレノイドポンプを用いれば、可動子の推力を高めて高圧流体を効率よく吸込み及び送り出し可能にした汎用性の高いソレノイドポンプを提供することができる。
以下、本発明に係るソレノイドポンプの実施形態について添付図面とともに詳細に説明する。図１を参照してソレノイポンプの全体構成について説明する。
ポンプ本体１には固定子２と可動子３が設けられている。ポンプ本体１内にはポンプ室４が設けられた、該ポンプ室４はポンプカバー５をポンプ本体１にねじ止めすることで閉止されている。ポンプ本体１及びポンプカバー５には、ポンプ室４に連通する流路が形成されている。ポンプカバー５には流体をポンプ室４へ吸込む吸込口５ａが設けられ、ポンプ本体１にはポンプ室４から流体を吐出する吐出口１ａが設けられている。ポンプカバー５側の吸込口５ａから吸い込んだ流体をポンプ室４内に設けられた可動子３をその周囲に配設された固定子２との間の電磁駆動により往復動させてポンプ本体１側の吐出口１ａから吐出させる動作を繰り返す。
ポンプ本体１には固定子２と可動子３が設けられている。ポンプ本体１内にはポンプ室４が設けられた、該ポンプ室４はポンプカバー５をポンプ本体１にねじ止めすることで閉止されている。ポンプ本体１及びポンプカバー５には、ポンプ室４に連通する流路が形成されている。ポンプカバー５には流体をポンプ室４へ吸込む吸込口５ａが設けられ、ポンプ本体１にはポンプ室４から流体を吐出する吐出口１ａが設けられている。ポンプカバー５側の吸込口５ａから吸い込んだ流体をポンプ室４内に設けられた可動子３をその周囲に配設された固定子２との間の電磁駆動により往復動させてポンプ本体１側の吐出口１ａから吐出させる動作を繰り返す。
また、ポンプ本体１の吐出口側の端部には、制御基板６がねじ止め固定されており、該制御基板６は基板カバー７により密閉されている。制御基板６は後述する固定子コイルと電気的に接続配線されている。
固定子２は、ポンプ室４の外周側に設けられた巻芯を空芯状に形成されたボビン８ａと、該ボビン８ａに空芯状の固定子コイル８が巻き付けられている。ボビン８ａの外周側及び巻き芯方向両端はヨーク９が設けられている。固定子コイル８は上記制御基板６と電気的に接続されている。また、固定子コイル８に通電するとヨーク９とプランジャ１０との間で磁気回路が形成されて、可動子３を吸引するようになっている。
可動子３はポンプ室４に往復動可能に設けられたプランジャ１０とそれより小径のピストン１１が直列に接続されたものが用いられる。一例としてピストン外径はプランジャ外径の（１／４）以下となるように形成されている。プランジャ１０は吐出側が開口した磁性体（例えばステンレススチール）よりなる筒状をしており、ポンプ室４の吐出側壁面とプランジャの内底部に設けられたばね受け板１２との間に設けられたコイルばね１３により常時吸込口側に向かって付勢されている。ばね受け板１２の中央部には流体の流路孔１２ａが設けられている。プランジャ１０はボビン８ａ及びヨーク９により形成される固定子内周面に沿って摺動するようにポンプ室４内に設けられている。
また、ピストン１１は、筒状をしており、吐出側開口部に設けられたフランジ部１１ａがプランジャ１０の内底部にばね受け板１２に挟み込まれてプランジャ１０と直列に接続されている。ピストン１０の先端側は、ポンプカバー５の流路５ｂ内に挿入されている。
ポンプカバー５の流路５ｂ内には、吸込口５ａを開閉する第１のボール弁１４（第１の弁体）が設けられている。第１のボール弁１４は、流路５ｂの吐出側壁面５ｃと弁球１４ａとの間に設けられた第１のコイルばね１５によって吸込口５ａを常時閉弁するように付勢されている。
また、筒状ピストン１１の内部には、吸込側のピストン開口部１１ｂを開閉する第２のボール弁１６（第２の弁体）が設けられている。第２のボール弁１６は、ポンプ室４側に設けられたばね受け板１２と弁球１６ａとの間に設けられた第２のコイルばね１７によってピストン開口部１１ｂを常時閉弁するように付勢されている。
また、ポンプ本体１とポンプカバー５との界面にはシール材１８（Ｏリング）が設けられており流体の漏れを防止している。また、ポンプ本体１と基板カバー７との界面には、シール材１９（パッキン）が各々設けられており、制御基板６を密閉している。
プランジャ１０は吐出口側に開口した筒体状に形成されており、ポンプ室４が流体で満たされた状態で往復動するため、流体の移動がなければ可動子３が動かなくなってしまう。そこで、図４（ａ）（ｂ）に示すように、筒体外周面に流体の逃げ凹溝１０ａが単数又は複数箇所形成されているのが望ましい。
或いは図５（ａ）（ｂ）に示すように、プランジャ１０の吸込み側端面に流体の逃げ孔１０ｂを単数又は複数設けられていても良い。
これにより、ピストン１１の内部空間に連通する流路径の大きいポンプ室４内を流体で満たされた状態でプランジャ１０を往復動する際の流体から可動子３が受ける抵抗を低減することができる。
或いは図５（ａ）（ｂ）に示すように、プランジャ１０の吸込み側端面に流体の逃げ孔１０ｂを単数又は複数設けられていても良い。
これにより、ピストン１１の内部空間に連通する流路径の大きいポンプ室４内を流体で満たされた状態でプランジャ１０を往復動する際の流体から可動子３が受ける抵抗を低減することができる。
プランジャ１０を電磁駆動により往復動させて吸込口５ａから吸い込んだ流体を第１及び第２のボール弁１４，１６を開閉して所定圧まで加圧してポンプ室４に送り込むことで所定の高圧流体をポンプ本体１の吐出口１ａから所定量ずつ吐出させることができる。
また、プランジャ１０に直列に接続された筒状ピストン１１は、当該プランジャ１０より小径に形成されているので、固定子コイル８への通電を停止しプランジャ１０が元の位置に復元する際に可動子３が流体から受ける抵抗を抑えることができる。
また、プランジャ１０に直列に接続された筒状ピストン１１は、当該プランジャ１０より小径に形成されているので、固定子コイル８への通電を停止しプランジャ１０が元の位置に復元する際に可動子３が流体から受ける抵抗を抑えることができる。
ここで、ソレノイドポンプによる流体の吸込み吐出動作について図１乃至図３を参照して説明する。尚、第１のボール弁１４と第２のボール弁１６に仕切られた流路空間を第１の貯留部２０、第２のボール弁１６からポンプ室４に至る流路空間を第２の貯留部２１とする。
図１に示すように固定子コイル８に非通電状態では、プランジャ１０がコイルばね１３により付勢されてばね受け板１２がポンプ室４の吸込み側壁面に押し当てられ状態にある。また第１の及び第２のボール弁１４，１６は吸込口５ａ、ピストン開口部１１ａを閉鎖している。
図３において、固定子コイル８へ通電すると、プランジャ１０が固定子ヨーク９との磁気吸引力によって、コイルばね１３の付勢方向に抗して吐出側に引き寄せられる。
このとき、ピストン１１もプランジャ１０と一体となって移動する。このため、第１の貯留部２０の圧力が負圧となるため、第１のボール弁１４が開弁して吸込口５ａから流体が第１の貯留部２０に流れ込む。第１貯留部２０の流体圧と吸入口５ａの流体圧が均衡すると、第１のボール弁１４が閉弁する。
このとき、ピストン１１もプランジャ１０と一体となって移動する。このため、第１の貯留部２０の圧力が負圧となるため、第１のボール弁１４が開弁して吸込口５ａから流体が第１の貯留部２０に流れ込む。第１貯留部２０の流体圧と吸入口５ａの流体圧が均衡すると、第１のボール弁１４が閉弁する。
固定子コイル８への通電を停止すると、図２に示すようにプランジャ１０がコイルばね１３の付勢によって、ポンプ室４の吸込口側の壁面（ポンプカバー５の内壁面）に押し当てられる。このとき、第１の貯留部２０に閉じ込められた流体の圧力が上昇するため、第２のボール弁１６が開弁して、第１の貯留部２０からピストン開口部１１ｂを通じてピストン１１内の第２の貯留部２１へ流体が流れ込む。第１貯留部２０の流体圧と第２の貯留部２１の流体圧が均衡すると、第２のボール弁１６が閉弁する。
以上の動作を繰り返しながら、第１の貯留部２０から高圧の流体が第２の貯留部２１へ流れ込み、第２の貯留部２１の流体圧が所定の高圧になるとポンプ室４から吐出口１ａを通じて高圧流体の定量ずつ吐出される。これによれば、第１の弁体１４が開閉して第１の貯留部２０に貯留する流体と第２の貯留部２１に貯留する流体との流体圧の差により第２の弁体１６が開閉することにより第２の貯留部２１に高圧流体が徐々に貯留されて所定の高圧流体をポンプ室４から定量送りすることができる。
１ ポンプ本体
１ａ 吐出口
２ 固定子
３ 可動子
４ ポンプ室
５ ポンプカバー
５ａ 吸込口
５ｂ 流路
５ｃ 吐出側壁面
６ 制御基板
７ 基板カバー
８ 固定子コイル
８ａ ボビン
９ ヨーク
１０ プランジャ
１０ａ 逃げ凹溝
１０ｂ 逃げ孔
１１ ピストン
１１ａ フランジ部
１１ｂ ピストン開口部
１２ ばね受け板
１２ａ 流路孔
１３ コイルばね
１４ 第１のボール弁
１４ａ，１６ａ 弁球
１５ 第１のコイルばね
１６ 第２のボール弁
１７ 第２のコイルばね
１８，１９ シール材
２０ 第１の貯留部
２１ 第２の貯留部
１ａ 吐出口
２ 固定子
３ 可動子
４ ポンプ室
５ ポンプカバー
５ａ 吸込口
５ｂ 流路
５ｃ 吐出側壁面
６ 制御基板
７ 基板カバー
８ 固定子コイル
８ａ ボビン
９ ヨーク
１０ プランジャ
１０ａ 逃げ凹溝
１０ｂ 逃げ孔
１１ ピストン
１１ａ フランジ部
１１ｂ ピストン開口部
１２ ばね受け板
１２ａ 流路孔
１３ コイルばね
１４ 第１のボール弁
１４ａ，１６ａ 弁球
１５ 第１のコイルばね
１６ 第２のボール弁
１７ 第２のコイルばね
１８，１９ シール材
２０ 第１の貯留部
２１ 第２の貯留部
Claims (2)
- ポンプ本体内に設けられたポンプ室がポンプカバーで閉止され、ポンプカバー側の吸込口から吸い込んだ流体を前記ポンプ室内に設けられたプランジャをその周囲に配設された固定子コイルとの間の電磁駆動により往復動させてポンプ本体側の吐出口から吐出させる動作を繰り返すソレノイドポンプであって、
前記ポンプカバーの内部空間より流路が絞られた前記吸込口を常時閉弁するように付勢された当該吸込口を開閉する第１の弁体と、
前記プランジャより小径であって当該プランジャに直列に接続された筒状ピストンの内部にピストン内部空間より流路が絞られたピストン開口部を常時閉弁するように付勢された当該ピストン開口部を開閉する第２の弁体と、
前記第１の弁体と前記第２の弁体との間に形成された第１の貯留部と、
前記第２の弁体から前記ピストンの内部空間及びこれに連なる前記プランジャの内部空間に形成された第２の貯留部と、
前記第１の弁体及び第２の弁体により開閉される流路より流路径の大きい前記ポンプ室に前記吐出口側より吸込口側に向かって付勢された前記プランジャと、を具備し、
前記固定子コイルに通電すると、前記プランジャを吸込口側から吐出口側に移動させて前記第１の貯留部の圧力を負圧にすることで前記第１の弁体を開閉させて流体が前記吸込口から前記第１の貯留部へ流れ込み、前記固定子コイルへの通電を遮断すると、前記プランジャを吐出口側から吸込口側に移動させて前記第１の貯留部の圧力を高圧にすることで前記第１の貯留部と前記第２の貯留部に貯留される流体の流体圧の差により前記第２の弁体を開閉させて流体が前記第２の貯留部へ流れ込む動作を繰り返すことにより、前記第１の貯留部から前記第２の貯留部へ加圧された流体が貯留され、前記第２の貯留部の流体圧が所定圧になると当該第２の貯留部に貯留された高圧流体を前記ポンプ本体の吐出口から所定量ずつ吐出させることを特徴とするソレノイドポンプ。 - 前記プランジャは吐出口側に開口した筒体状に形成されており、筒体外周面に流体の逃げ凹溝若しくは吸込み側端面に流体の逃げ孔が設けられていることを特徴とする請求項１記載のソレノイドポンプ。
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