説明

リニア駆動装置及びこのリニア駆動装置を備えたポンプ

【課題】磁力を利用したリニア駆動装置によって駆動するポンプ及びリニア駆動装置において、磁場の漏れのないポンプ及びリニア駆動装置を提供する。
【解決手段】交流電流の通電によって変動磁場を生じさせる駆動用コイルと、変動磁場との相互作用によって進退移動する振動体とを有するリニア駆動装置及びこのリニア駆動装置を備えたポンプにおいて、駆動用コイルには、両端部に磁極を生じさせるU字状のコアを設け、振動体には、コアの一方端と対向する面をN極、前記コアの他方端と対向する面をS極として磁石を配置する。さらに、磁石には、コアと対向する面の反対側に軟磁性体を装着する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、交流磁場との相互作用によって板状の振動板を進退駆動させるリニア駆動装置、及びこのリニア駆動装置を備えたポンプに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、液体などの流体の送給手段としてダイアフラムポンプがよく用いられている。このようなダイアフラムポンプでは、ダイアフラムを弾性変形させることにより流体を送給しているが、ダイアフラムの変形量を大きくすることが困難であるために高い圧力で流体を送給することが比較的困難であり、しかも、ダイアフラムが弾性変形による疲労によって劣化しやすく、比較的短期間で交換の必要が生じることとなっていた。
【0003】
そこで、ダイアフラムの代わりに剛性の高い平板を振動板として用い、この振動板の外周縁に沿ってリング状にバルーンを設けて、バルーンを弾性変形させながら振動板を振動させるポンプが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
このポンプでは、従来のダイアフラムポンプがダイアフラムを弾性変形させているのに対し、バルーンを弾性変形させているので、バルーン自体がもともと弾性変形しやすく、しかもバルーン自体の材質を調整することにより容易に長寿命化することができる。
【0005】
しかも、バルーンを比較的大きく弾性変形させることができるので、振動板の移動量を大きくでき、流体の吐出量を大きくできるとともに、吐出圧を向上させることが可能であった。
【0006】
このようなバルーン付き振動板を用いたポンプでは、振動板を効率よく進退駆動させるために、交流磁場を利用して振動板を進退駆動させるリニア駆動装置を用いている。
【0007】
すなわち、リニア駆動装置では、振動板に磁石を装着し、この磁石に対向させて電磁石を設けて、電磁石で生じさせた交流磁場によって磁石との間に引力と斥力を交互に作用させて振動板を進退駆動させている。
【0008】
特に、振動板には複数個の磁石を装着するとともに、各磁石に対してそれぞれ電磁石を対向させて設けることにより、各電磁石による制御によって振動板を進退方向に対して直交した状態に維持しながら進退駆動可能として、振動板を安定的に進退駆動させることも提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開2007−120496号公報
【特許文献2】特開2008−240663号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、リニア駆動装置のように磁石と電磁石を用いて駆動力を生じさせた場合には、磁石及び電磁石の磁力が駆動力の生成に全て利用されるのではなく、一定の割合で磁力が漏れることとなっていた。
【0011】
したがって、磁力の漏れの分だけ効率が低下しているだけでなく、磁力が漏れていたとしても振動板を安定的に振動駆動させるために、磁石及び電磁石にはできるだけ磁力の大きいものを用いており、漏れた磁力の影響が無視できないものとなっていた。
【0012】
特に、医療分野では、漏れた磁力の影響が他の医療機器に及ぶおそれがあることから、遮蔽手段を設ける必要が生じ、ポンプのコンパクト化が阻害されることとなっていた。
【課題を解決するための手段】
【0013】
そこで、本発明のリニア駆動装置では、交流電流の通電によって変動磁場を生じさせる駆動用コイルと、変動磁場との相互作用によって進退移動する振動体とを有するリニア駆動装置であって、駆動用コイルには、両端部に磁極を生じさせるU字状のコアを設け、振動体には、コアの一方端と対向する面をN極、コアの他方端と対向する面をS極として磁石を配置することとした。さらに、磁石には、コアと対向する面の反対側に軟磁性体を装着していることにも特徴を有するものである。
【0014】
また、本発明のポンプでは、流体を一時的に貯留する貯留室を備えたハウジングと、貯留室と一方向弁を介して連通連結して貯留室に流体を送給する送給管と、貯留室と一方向弁を介して連通連結して貯留室から押し出された流体を下流側に送出する送出管と、貯留室に面して配置して進退駆動させることにより送給管から流体を貯留室に吸引した後に送出管に押し出す振動板と、この振動板を進退駆動させる駆動部とを備えたポンプにおいて、駆動部は、交流電流の通電によって変動磁場を生じさせる駆動用コイルと、この駆動用コイルに交流電流を通電させる電源装置を有し、駆動用コイルには、両端部に磁極を生じさせるU字状のコアを設け、振動体には、コアの一方端と対向する面をN極、コアの他方端と対向する面をS極として磁石を配置することとした。
【0015】
さらに、本発明のポンプでは、以下の点にも特徴を有するものである。
(1)磁石には、コアと対向する面の反対側に軟磁性体を装着していること。
(2)振動体は、円盤状とした軟磁性体の一側面に、径方向に沿ってN極の磁性を有する領域とS極の磁性を有する領域とを交互に配置させていること。
(3)振動板を挟んで第1の貯留室と第2の貯留室を設け、第1の貯留室側に設けたコアと、第2の貯留室側に設けたコアとを対向させていること。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、交流電流の通電によって変動磁場を生じさせる駆動用コイルと、変動磁場との相互作用によって進退移動する振動体とを有するリニア駆動装置、及びこのリニア駆動装置を備えたポンプにおいて、駆動用コイルには両端部に磁極を生じさせるU字状のコアを設けたことにより、駆動用コイルで生じさせた磁力の漏れを抑制しやすくすることができる。
【0017】
特に、振動体には、コアの一方端と対向する面をN極、コアの他方端と対向する面をS極として磁石を配置することにより、駆動用コイルで生成した磁力による磁力線が、コアと磁石とともにループ状の閉じた経路を形成することとなって、駆動用コイルで生成した磁力が外部に漏れることを抑制できる。
【0018】
しかも、磁石に軟磁性体を装着した場合には、磁石から漏れ出した磁力を軟磁性体に閉じ込めさせることができ、磁力の漏れをさらに抑制できる。
【0019】
このように磁力の漏れを抑制できることによって、リニア駆動装置の効率を向上させることができ、このリニア駆動装置を用いたポンプの効率も向上させることができるので、小型、低騒音、低消費電力のポンプとすることができる。
【0020】
特に、磁力の漏れが小さいことにより、医療機器における駆動源としても用いることができ、しかも、駆動用コイルで生じさせた磁場を効果的に駆動力として利用できるので、駆動用コイルと振動体との間において電磁力の変化が比較的小さいリニア駆動装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の実施形態にかかるリニア駆動装置の概略説明図である。
【図2】他の実施形態にかかるリニア駆動装置の概略説明図である。
【図3】駆動用コイルによって生成される吸引力の大きさの比較実験の結果を示すグラフである。
【図4】他の実施形態にかかるリニア駆動装置の概略説明図である。
【図5】本発明の実施形態にかかるポンプの断面概略説明図である。
【図6】同ポンプの側面視による概略説明図である。
【図7】第1磁石の説明図である。
【図8】本発明の実施形態にかかるポンプの断面概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明のリニア駆動装置及びこのリニア駆動装置を備えたポンプは、交流電流の通電によって変動磁場を生じさせる駆動用コイルと、変動磁場との相互作用によって進退移動する振動体とを有するリニア駆動装置において、駆動用コイルには、両端部に磁極を生じさせるU字状のコアを設け、振動体には、コアの一方端と対向する面をN極、コアの他方端と対向する面をS極として磁石を配置しているものである。
【0023】
すなわち、図1に模式的に示しように、駆動手段となる駆動用コイル1は、U字状としたコア1aと、このコア1aに巻き回したコイル1bとで構成しており、コイル1bには交流電流を通電させる電源装置2を接続している。
【0024】
なお、説明の便宜上、図1ではコア1aの中央部分にのみコイル1bを巻き回しているが、必要に応じて例えばコア1aの全体にわたってコイル1bを巻き回してもよく、所望の磁力が生成できるようにコイル1bを適宜設けてよい。
【0025】
振動体3は、コア1aの一方端と対向する面をN極とした第1磁極領域3aと、コア1aの他方端と対向する面をS極とした第2磁極領域3bを有する磁石Mで構成している。
【0026】
このように、駆動用コイル1のコア1aをU字状とし、振動体3を第1磁極領域3aと第2磁極領域3bを有する磁石Mで構成することにより、駆動用コイル1で生成した磁力の磁力線は、図1において波線で示すループ状の閉じた経路を形成しやすくなり、駆動用コイル1で生成した磁力が外部に漏れることを抑制して、磁力の漏れの少ないリニア駆動装置及びリニア駆動装置を備えたポンプとすることができる。
【0027】
さらに、図2に示すように、振動体3は、第1磁極領域3aと第2磁極領域3bを有する磁石Mだけで構成するのではなく、磁石Mにおけるコアと対向する面の反対側に軟磁性体Fを装着することにより、磁石Mから漏れ出した磁力を軟磁性体Fに閉じ込めることができ、駆動用コイル1で生成した磁力が外部に漏れることをさらに抑制できる。
【0028】
しかも、この場合には、図3に示すように、駆動用コイル1と振動体3との間に生じる吸引力、すなわち駆動用コイル1と振動体3との間における相互作用の大きさを増大させることができ、リニア駆動装置における駆動力の向上を図ることができる。図3では、駆動用コイル1から振動体3までの距離を空隙としている。
【0029】
このように軟磁性体Fを設けることにより、より小型の駆動用コイル1を用いても所望の駆動力を得ることができので、駆動用コイル1を小型化することができ、このリニア駆動装置を用いたポンプを小型化できるとともに、駆動用コイル1で生成した磁力が外部に漏れることを抑制しやすくすることができる。
【0030】
なお、本発明のリニア駆動装置は、ポンプの駆動源として用いる場合に限定するものではなく、所定の振動運動の駆動源として用いることができる。
【0031】
また、磁石に軟磁性体を装着する場合には、図2に示すように磁石Mがコア1aの両端間の間隔寸法程度の大きさを有している必要はなく、例えば、図4に示すように、軟磁性体Fを支持体として、コア1aの端部と対向する位置にそれぞれ所要の磁石m1,m2を設けてもよい。
【0032】
図5は、本発明のリニア駆動装置を備えたポンプPの縦断面模式図である。
【0033】
本実施形態のポンプPは、第1ハウジング10と第2ハウジング20とを振動板30を挟んで螺合させることにより、第1ハウジング10と振動板30とで囲まれた第1貯留室11を形成するとともに、第2ハウジング20と振動板30とで囲まれた第2貯留室21を形成している。すなわち、振動板30を挟んで第1貯留室11と第2貯留室21を設けている。
【0034】
第1ハウジング10及び第2ハウジング20は、それぞれ円柱体状とした基体で構成し、第1ハウジング10の一方の端部には雄ネジ部12を形成し、第2ハウジング20の一方の端部には前記雄ネジ部12と螺合する雌ネジ部22を形成している。
【0035】
第1ハウジング10の雄ネジ部12形成側の側面には、湾曲面状に凹ませて形成した第1凹部13を設けており、この第1凹部13で形成される空間を第1貯留室11としている。また、第2ハウジング20の雌ネジ部22形成側の側面には、湾曲面状に凹ませて形成した第2凹部23を設けており、この第2凹部23で形成される空間を第2貯留室21としている。
【0036】
第1ハウジング10には、円柱体状となっている基体の中心軸の近傍に、基体を貫通させて形成した第1送給路14と第1送出路15を設けている。
【0037】
さらに、第1送給路14の中途部及び第1送出路15の中途部には、それぞれ一方向弁が装着される一方向弁装着部14a,15aを設けており、第1送給路14の一方向弁装着部14aには第1送給用一方向弁14bを装着し、第1送出路15の一方向弁装着部15aには第1送出用一方向弁15bを装着している。
【0038】
同様に、第2ハウジング20には、円柱体状となっている基体の中心軸の近傍に、基体を貫通させて形成した第2送給路24と第2送出路25を設けている。
【0039】
さらに、第2送給路24の中途部及び第2送出路25の中途部には、それぞれ一方向弁が装着される一方向弁装着部24a,25aを設けており、第2送給路24の一方向弁装着部24aには第2送給用一方向弁24bを装着し、第2送出路25の一方向弁装着部25aには第2送出用一方向弁25bを装着している。
【0040】
また、第1ハウジング10には、雄ネジ部12形成側の側面とは反対側の側面に、U字状のコア1aを用いていることによりU字状となっている駆動用コイル1の端部がそれぞれ挿入されるコイル端挿入孔Hを設けている。本実施形態の駆動用コイル1では、コア1aの全長にわたってコイル1bを巻き回している。
【0041】
本実施形態では、図6に示すように、第1ハウジング10には、3つの駆動用コイル1を装着するようにしており、第1ハウジング10には、6つのコイル端挿入孔Hを所定位置に設けている。
【0042】
同様に、第2ハウジング20にも、雌ネジ部22形成側の側面とは反対側の側面に、U字状となっている駆動用コイル1の端部がそれぞれ挿入される6つのコイル端挿入孔Hを設けている。
【0043】
本実施形態では、図5に示すように、第1ハウジング10に設けた各コイル端挿入孔Hと、第2ハウジング20に設けた各コイル端挿入孔Hとが振動板30を挟んで対向した状態としているが、必ずしも対向した状態となっている必要はない。
【0044】
しかしながら、第1ハウジング10と第2ハウジング20は、互いに螺合した際に、第1ハウジング10に設けた各コイル端挿入孔Hと、第2ハウジング20に設けた各コイル端挿入孔Hとが振動板30を挟んで対向した状態となるように螺合させて、第1貯留室11側に設けたコア1aと、第2貯留室21側に設けたコア1aとを対向させることにより、各駆動用コイル1で生成した磁力の漏れをさらに抑制しやすくすることができる。
【0045】
特に、この場合には、振動板30を挟んで対向している第1貯留室11側に設けたコア1aの極性と、第2貯留室21側に設けたコア1aの極性とが逆となるように調整することにより、各駆動用コイル1で生成した磁力の漏れをさらに抑制しやすくすることができる。
【0046】
第1ハウジング10には、第1凹部13の開口側の端縁に沿って、断面を中心角90度の扇状に凹ませた第1嵌合用凹部18を設けている。同様に、第2ハウジング20にも、第2凹部23の開口側の端縁に沿って、断面を中心角90度の扇状に凹ませた第2嵌合用凹部28を設けている。
【0047】
そして、第1嵌合用凹部18と第2嵌合用凹部28は、第1ハウジング10と第2ハウジング20が互いに螺合することにより、断面が半円状となった凹みを形成し、この凹みを利用して後述するように振動板30を固定的に保持可能としている。
【0048】
本実施形態では、振動板30は、第1貯留室11と第2貯留室21とを仕切る円形のシート体35と、このシート体35の外周縁に沿ってリング状に設けたバルーン36と、前記シート体35の第1貯留室11側の側面に装着した円板状の第1軟磁性体板33と、この第1軟磁性体板33の表面に重ね合わせて装着した第1磁石板31と、前記シート体35の第2貯留室21側の側面に装着した円板状の第2軟磁性体板34と、この第2軟磁性体板34の表面に重ね合わせて装着した第2磁石板32とで構成している。特に、シート体35とリング状のバルーン36とは一体的に形成している。
【0049】
第1磁石板31及び第2磁石板32は、一方の側面をN極、他方の側面をS極とした薄板状の磁石であり、しかも、図7に示すように円盤状として、径方向に沿ってN極の磁性を有する領域とS極の磁性を有する領域とを交互に配置させている。
【0050】
N極の磁性を有する領域とS極の磁性を有する領域の配置は、各駆動用コイル1の端部の位置に対応させており、駆動用コイル1に生じさせた磁場と相互作用を生じさせるようにしている。
【0051】
本実施形態では、第1ハウジング10及び第2ハウジング20にそれぞれ3つの駆動用コイル1を装着するために、第1磁石板31及び第2磁石板32では、3つのN極の磁性を有する領域と3つのS極の磁性を有する領域を径方向に沿って交互に設けているが、駆動用コイル1の配設数、あるいは配設位置に合わせて、N極の磁性を有する領域及びS極の磁性を有する領域の配設数、あるいは配設位置を調整してもよい。
【0052】
このように、第1磁石板31及び第2磁石板32にN極の磁性を有する領域とS極の磁性を有する領域とを径方向に沿って交互に配置した場合には、第1磁石板31及び第2磁石板32においても磁力が拡散することを抑制しやすく、磁力の漏れを抑制することができる。
【0053】
第1磁石板31及び第2磁石板32は、接着剤等によってシート体33に貼着した第1軟磁性体板33及び第2軟磁性体板34に、第1磁石板31及び第2磁石板32の磁力によってそれぞれ装着しているが、第1磁石板31と第1軟磁性体板33の間、及び第2磁石板32と第2軟磁性体板34の間にそれぞれ接着剤を付けて、より強固に着設してもよい。
【0054】
また、本実施形態では、第1磁石板31及び第2磁石板32が、第1貯留室11及び第2貯留室21に対して露出した状態となっているが、第1磁石板31及び第2磁石板32の表面にはテフロン(登録商標)などの適宜の樹脂材料などでコーティングを施してもよい。
【0055】
リング状のバルーン36は、本実施形態では、シート体35と同材質としたゴム製の中空筒体とし、内部に空気を注入して所定の空気圧状態としている。バルーン36の内部には、空気を注入する場合だけでなく、たとえば窒素ガスを注入してもよいし、所要の粘性を有する液体を注入してもよい。
【0056】
さらに、バルーン36には、外周縁に沿って外側方に突出させたフランジ37を設けている。このフランジ37は、振動板30をハウジング10に装着するために用いるものであって、第1ハウジング10に設けた第1嵌合用凹部18と、第2ハウジング20に設けた第2嵌合用凹部28とで形成される嵌合用凹部に嵌合可能としている。
【0057】
すなわち、嵌合用凹部にフランジ37を嵌合させることにより、振動板30を第1ハウジング10と第2ハウジング20の間に安定的に配置可能としている。
【0058】
このように、本実施形態のポンプPは、振動板30を挟んで第1ハウジング10と第2ハウジング20とを螺合して形成し、第1ハウジング10の第1送給路14には、連結ソケット14cを介して第1送給管14dを連結し、第1ハウジング10の第1送出路15には、連結ソケット15cを介して第1送出管15dを連結している。
【0059】
さらに、第2ハウジング20の第2送給路24には、連結ソケット24cを介して第2送給管24dを連結し、第2ハウジング20の第2送出路25には、連結ソケット25cを介して第2送出管25dを連結している。
【0060】
そして、ポンプPでは、振動板30の進退駆動にともなって、第1送給管14dから第1貯留室11に送給された流体を第1送出管15dから送り出すとともに、第2送給管24dから第2貯留室21に送給された流体を第2送出管25dから送り出すこととしている。
【0061】
すなわち、各駆動用コイル1には、図示しない制御回路に接続しており、この制御回路から各駆動用コイル1にそれぞれ所定の交流電流を通電させることにより変動磁場を生じさせており、この変動磁場と第1磁石板31または第2磁石板32の磁場の相互作用によって振動板30に斥力と引力とを交互に作用させて、振動板30を第1ハウジング10及び第2ハウジング20の中心軸方向に沿って進退駆動させている。
【0062】
この振動板30の進退駆動にともなって、図5に示すように振動板30が第2ハウジング20側に移動することにより、第1送給管14dから流体を第1貯留室11に吸引するとともに、第2貯留室21内の流体を第2送出管25dに押し出している。
【0063】
さらに、図8に示すように、振動板30が第1ハウジング10側に移動することにより、第1貯留室11内の流体を第1送出管15dに押し出すとともに、第2送給管24dから流体を第2貯留室21に吸引している。
【0064】
なお、各駆動用コイル1には、それぞれが生じさせた磁力を検出するホール素子(図示せず)を設けて、このホール素子の出力信号を制御回路に入力して、制御回路による各駆動用コイル1のフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【0065】
このように、各駆動用コイル1をフィードバック制御することによって、振動板30の姿勢を制御することができ、振動板30が移動方向に対して傾いた姿勢となることによって振動板30と第1ハウジング10または第2ハウジング20との接触が生じるような不具合の発生を防止できる。
【0066】
ここで、フィードバック制御とは、各駆動用コイル1に通電させる交流電流を調整して、変動磁場を調整することである。
【符号の説明】
【0067】
1 駆動用コイル
1a コア
1b コイル
2 電源装置
3 振動体
10 第1ハウジング
11 第1貯留室
12 雄ネジ部
13 第1凹部
14 第1送給路
14a 一方向弁装着部
14b 第1送給用一方向弁
14c 連結ソケット
14d 第1送給管
15 第1送出路
15a 一方向弁装着部
15b 第1送出用一方向弁
15c 連結ソケット
15d 第1送出管
18 第1嵌合用凹部
20 第2ハウジング
21 第2貯留室
22 雌ネジ部
23 第2凹部
24 第2送給路
24a 一方向弁装着部
24b 第2送給用一方向弁
24c 連結ソケット
24d 第2送給管
25 第2送出路
25a 一方向弁装着部
25b 第2送出用一方向弁
25c 連結ソケット
25d 第2送出管
28 第2嵌合用凹部
30 振動板
31 第1磁石板
32 第2磁石板
33 第1軟磁性体板
34 第2軟磁性体板
35 シート体
36 バルーン
37 フランジ
P ポンプ
H コイル端挿入孔

【特許請求の範囲】
【請求項1】
交流電流の通電によって変動磁場を生じさせる駆動用コイルと、
前記変動磁場との相互作用によって進退移動する振動体と
を有するリニア駆動装置であって、
前記駆動用コイルには、両端部に磁極を生じさせるU字状のコアを設け、
前記振動体には、前記コアの一方端と対向する面をN極、前記コアの他方端と対向する面をS極として磁石を配置しているリニア駆動装置。
【請求項2】
前記磁石には、前記コアと対向する面の反対側に軟磁性体を装着している請求項1記載のリニア駆動装置。
【請求項3】
流体を一時的に貯留する貯留室を備えたハウジングと、
前記貯留室と一方向弁を介して連通連結して前記貯留室に流体を送給する送給管と、
前記貯留室と一方向弁を介して連通連結して前記貯留室から押し出された流体を下流側に送出する送出管と、
前記貯留室に面して配置して進退駆動させることにより前記送給管から前記流体を前記貯留室に吸引した後に前記送出管に押し出す振動板と、
この振動板を進退駆動させる駆動部と
を備えたポンプにおいて、
前記駆動部は、交流電流の通電によって変動磁場を生じさせる駆動用コイルと、この駆動用コイルに交流電流を通電させる電源装置を有し、
前記駆動用コイルには、両端部に磁極を生じさせるU字状のコアを設け、
前記振動体には、前記コアの一方端と対向する面をN極、前記コアの他方端と対向する面をS極として磁石を配置しているポンプ。
【請求項4】
前記磁石には、前記コアと対向する面の反対側に軟磁性体を装着している請求項3記載のポンプ。
【請求項5】
前記振動体は、円盤状とした軟磁性体の一側面に、径方向に沿ってN極の磁性を有する領域とS極の磁性を有する領域とを交互に配置させている請求項3または請求項4に記載のポンプ。
【請求項6】
前記振動板を挟んで第1の貯留室と第2の貯留室を設け、
前記第1の貯留室側に設けたコアと、前記第2の貯留室側に設けたコアとを対向させていることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載のポンプ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2011−10529(P2011−10529A)
【公開日】平成23年1月13日(2011.1.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−154121(P2009−154121)
【出願日】平成21年6月29日(2009.6.29)
【出願人】(599035627)学校法人加計学園 (43)
【出願人】(000100469)みのる産業株式会社 (158)
【Fターム(参考)】