特許 7407296 ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-20

(45)【発行日】2023-12-28

(54)【発明の名称】ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04B 49/10 20060101AFI20231221BHJP

   F04B 49/02 20060101ALI20231221BHJP

   F04B 53/00 20060101ALI20231221BHJP

   H02K 11/25 20160101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

F04B49/10 331H

F04B49/02 331F

F04B53/00 J

H02K11/25

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022551135

(86)(22)【出願日】2021-05-14

(86)【国際出願番号】 JP2021018447

(87)【国際公開番号】W WO2022064762

(87)【国際公開日】2022-03-31

【審査請求日】2022-10-19

(31)【優先権主張番号】P 2020161170

(32)【優先日】2020-09-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000227386

【氏名又は名称】日東工器株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083895

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100175983

【弁理士】

【氏名又は名称】海老 裕介

(72)【発明者】

【氏名】宝口 幸生

【審査官】岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－３５８７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０６－０７７４６９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭６３－０５６１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６７３０５１６（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ ４９／１０

Ｆ０４Ｂ ４９／０２

Ｆ０４Ｂ ５３／００

Ｈ０２Ｋ １１／２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

往復動ポンピング部材と、
ステータコア及び該ステータコアの周りに巻回されたコイルを有し、該往復動ポンピング部材を電磁力により往復動させるための電磁石と、
該ステータコア上に配置された過熱検知素子と、
該往復動ポンピング部材と該電磁石とを少なくとも部分的に収容するケーシング部材であって、該ステータコアに面する位置に取り付けられた弾性保持部材を有し、該弾性保持部材が該過熱検知素子を保持する溝を有し、該過熱検知素子が、該溝内に収容された状態で該ステータコアと該弾性保持部材との間に挟まれて、該弾性保持部材の弾性力によって該ステータコアに押し付けられるようにする、ケーシング部材と、
を備え、
該ステータコアが所定の温度以上になったことが該過熱検知素子によって検知されたときに、該往復動ポンピング部材の駆動が停止されるようにした、ポンプ。

【請求項2】

該弾性保持部材が、該ケーシング部材の外側と内側を連通する貫通路を有し、該電磁石に電力を供給するための電源線が該貫通路を通って配置されるようにされた、請求項１に記載のポンプ。

【請求項3】

該ケーシング部材が該弾性保持部材を保持するための凹部を画定する縁部を有し、該弾性保持部材が該縁部を受け入れるようにされた溝部を有し、該弾性保持部材を前記ケーシング部材に取り付けたときに該溝部が該縁部と係合するようにされた、請求項１又は２に記載のポンプ。

【請求項4】

該往復動ポンピング部材と該電磁石とからなるポンピング駆動部を複数備え、該複数のポンピング駆動部の各ステータコアが相互に連接した一体の部材により構成されている、請求項１乃至３の何れか一項に記載のポンプ。

【請求項5】

該過熱検知素子が該一体の部材上に配置された単一の過熱検知素子であり、当該ポンプは該一体の部材上に該単一の過熱検知素子以外の他の過熱検知素子を有しておらず、該ステータコアを構成する該一体の部材が所定の温度以上になったことが該単一の過熱検知素子によって検知されたときに、全ての往復動ポンピング部材の駆動が停止されるようにされた、請求項４に記載のポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はポンプに関し、より詳細には異常過熱を検知する機能を有するポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

電磁石により発生される磁界によってピストンのような往復動ポンピング部材を往復動させることにより流体を搬送するようにしたポンプがよく知られている（例えば、特許文献１）。電磁石はステータコアとその周囲に巻回されたコイルとを有し、ポンプの駆動中に電磁石はコイルに流れる電流により発熱する。電磁石は正常に動作している間はあまり高温にはならないが、例えばピストンの往復動が何らかの原因により妨げられてピストンが動かなくなった場合や、コイルがショートした場合などには、電磁石のコイルが異常過熱することがある。

【0003】

電磁石の温度が高くなりすぎると、電磁石や他の部品が破損する虞がある。また、ポンプ全体の温度も高くなり周囲に危険が及ぶ虞もある。そのため、電磁石が所定の温度以上にまで発熱したことを検知して、駆動を停止させるようにしたポンプがある（特許文献２）。具体的には、電磁石にサーマルプロテクタや温度ヒューズなどの過熱検知素子が取り付けられており、過熱検知素子によって電磁石が所定の温度以上になったことが検知されたときに、電磁石への電力供給を止めてポンプの駆動を停止させるようにしている。電磁石における発熱源は大きな電流が流れるコイルであるため、過熱検知素子はコイルに直接取り付けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６７３０５１６号公報

【文献】特開平８－１９２２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示されたポンプにおける電磁石は、１つのステータコア（フィールドコア）に２つのコイルが配置された構成となっている。この電磁石においては、例えば一方のコイルがショートした場合、ショートした方のコイルはもう一方のコイルに比べてより高い温度になる。そのため、２つのコイルの過熱をそれぞれ確実に検知するためには２つのコイルの両方に過熱検知素子を取り付ける必要がある。また特許文献１には２つの駆動部を備えるポンプも開示されており、このポンプは２つの電磁石を備えている。そのため、各電磁石の過熱を確実に検知するためには、過熱検知素子を両方の電磁石に少なくとも１つずつ取り付ける必要がある。すなわち、特許文献１のような構成を有するポンプにおいて特許文献２のような過熱検知素子を設ける場合には、各コイルにそれぞれ過熱検知素子を設けないとコイルの異常過熱を検知できないことが起き得る。すなわち、コイルの数だけ過熱検知素子が必要になる。

【0006】

また、コイルは細線を何重にも巻回したものであるため、その表面は凸凹になっている。そのため過熱検知素子とコイルとの接触状態が安定せず、コイルの過熱検知が適切にできない虞がある。この問題は、特許文献２に示されているように、熱伝導率の高い樹脂で過熱検知素子とコイルとの間の隙間を埋めることで解決することも可能ではあるが、その作業は面倒である。

【0007】

本発明は、上述のような従来技術の問題のうちの少なくとも１つを解決することができるようにしたポンプを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

すなわち本発明は、
往復動ポンピング部材と、
ステータコア及び該ステータコアの周りに巻回されたコイルを有し、該往復動ポンピング部材を電磁力により往復動させるための電磁石と、
該ステータコア上に配置された過熱検知素子と、
を備え、
該ステータコアが所定の温度以上になったことが該過熱検知素子によって検知されたときに、該往復動ポンピング部材の駆動が停止されるようにしたポンプを提供する。

【0009】

当該ポンプにおいては、過熱検知素子がステータコア上に配置されていて、コイルの異常過熱をコイルにより加熱されるステータコアの温度に基づいて検知するようになっている。例えば１つのステータコアに対して複数のコイルが巻回されている場合においては、どのコイルが異常過熱した場合でも、そのことをステータコア上に配置された同一の過熱検知素子で検知することが可能となる。また、ステータコアは平らな表面を有する板状の部材とすることができるため、過熱検知素子は、凹凸のあるコイルの表面上に配置する場合に比べて、ステータコアに対して安定して接触した状態で容易に配置することが可能となる。

【0010】

また、該往復動ポンピング部材と該電磁石とを少なくとも部分的に収容するケーシング部材をさらに備え、該過熱検知素子が該ケーシング部材と該ステータコアとの間に挟まれて保持されるようにすることができる。

【0011】

さらに、該ケーシング部材が、該過熱検知素子を該ステータコアに面するようにして保持する弾性保持部材を有し、該過熱検知素子が該弾性保持部材によって該ステータコアに押し付けられるようにすることができる。

【0012】

このような構成により、過熱検知素子を、より安定した状態で容易にステータコア上に配置することが可能となる。

【0013】

また、該弾性保持部材が、該ケーシング部材の外側と内側を連通する貫通路を有し、該電磁石に電力を供給するための電源線が該貫通路を通って配置されるようにすることができる。

【0014】

さらに、該往復動ポンピング部材と該電磁石とからなるポンピング駆動部を複数備え、該複数のポンピング駆動部の各ステータコアが相互に連接した一体の部材により構成されているようにすることができる。

【0015】

この場合にはさらに、該過熱検知素子が該一体の部材上に配置された単一の過熱検知素子であり、当該ポンプは該一体の部材上に該単一の過熱検知素子以外の他の過熱検知素子を有しておらず、該ステータコアを構成する該一体の部材が所定の温度以上になったことが該単一の過熱検知素子によって検知されたときに、全ての往復動ポンピング部材の駆動が停止されるようにすることができる。

【0016】

以下、本発明に係るポンプの実施形態を添付図面に基づき説明する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るポンプの斜視図である。

【図2】図１のポンプの側面図である。

【図3】図１のポンプの側面断面図である。

【図4】図１のポンプの、第１ケーシング部材を取り外した状態の分解図である。

【図5】本発明の第２の実施形態に係るポンプの、第１ケーシング部材を取り外した状態の分解図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の第１の実施形態に係るポンプ１０１は、図１乃至図４に示すように、ケーシング１１０と、ケーシング１１０内に保持された電磁石１１２及びピストン（往復動ポンピング部材）１１４とを備える。ケーシング１１０は、前方の第１ケーシング部材１１６と、中央の第２ケーシング部材１１８と、後方の第３ケーシング部材１２０とからなる。電磁石１１２は、図３に示すように、複数の電磁鋼板を積層して形成したステータコア１２２と、ステータコア１２２の周りに巻回された２つのコイル１２４とを有する。ピストン１１４は２つのコイル１２４の間で水平方向に往復動可能に配置されている。

【0019】

コイル１２４に交流電圧を印加することによりステータコア１２２から周期的に磁界が発生される。発生した磁界によりピストン１１４のアマチャー１２６がステータコア１２２の間に引き込まれ、これによりピストン１１４は図３で見て左方に変位する。周期的な磁界の強度が弱まりそれに伴い引き込む力も弱まると、ピストン１１４はスプリング１２８の付勢力により今度は図で見て右方に変位する。再び磁界の強度が強まり引き込む力が大きくなるとピストン１１４は左方に変位する。このようにして電磁石１１２の磁界の強度が周期的に変化することにより、ピストン１１４は図で見て左右に周期的に往復動する。

【0020】

ピストン１１４と第３ケーシング部材１２０との間にはポンプ室１３０が形成されており、ピストン１１４の往復動に伴いポンプ室１３０の容積が拡大・縮小する。ポンプ室１３０の容積が縮小するときにポンプ室１３０内で圧縮された空気は、逆止弁により閉止されていた開口部（図示しない）からポンプ室１３０の周囲の吐出室１３２に吐出され、さらに通路１３４を通ってバッファ室１３６に至る。バッファ室１３６で一時的に貯留された空気は最終的に吐出口１３８から外部に吐出される。

【0021】

ポンプ１０１はさらに、図１及び図２に示すように第１ケーシング部材１１６とステータコア１２２との間に挟まれてステータコア１２２上に配置されたサーマルプロテクタ（過熱検知素子）１４０を備える。第１ケーシング部材１１６は、ステータコア１２２に面する位置に取り付けられた弾性保持部材１４２を有している。第１ケーシング部材１１６は、ピストン１１４と電磁石１１２とを部分的に収容し、第２ケーシング部材１１８との間にステータコア１２２を挟んだ状態で、４本のボルト１４４によって第２ケーシング部材１１８に固定される。このときに、サーマルプロテクタ１４０は、弾性保持部材１４２の溝１４６（図４）に保持された状態でステータコア１２２と弾性保持部材１４２との間に挟まれ、弾性保持部材１４２の弾性力によってステータコア１２２に押し付けられる。これによりサーマルプロテクタ１４０とステータコア１２２とが密着した状態が維持される。弾性保持部材１４２にはさらに、第１ケーシング部材１１６の外側と内側を連通するように貫通した２つの貫通路１４８が形成されており、電磁石１１２に電力を供給するための電源線（図示しない）がこれら貫通路１４８を通して配置されるようになっている。弾性保持部材１４２がサーマルプロテクタ１４０を保持する機能だけでなく電源線を通して保持する機能も有しているため、それら機能を別々の部材で実現した場合に比べて部品点数を少なくすることができる。

【0022】

サーマルプロテクタ１４０は、内部にバイメタルで形成された接点を有しており、所定の温度以上になるとバイメタルが変形して接点が開放されるようになっている。当該ポンプ１０１は、サーマルプロテクタ１４０が開放状態になると、電磁石１１２への電力供給が止まり、ピストン１１４の駆動が停止されるようになっている。サーマルプロテクタ１４０は、電磁石１１２のコイル１２４が異常過熱したときに想定されるステータコア１２２の温度で開放状態となるものが選択される。ステータコア１２２を形成する電磁鋼板は熱伝導率が高いため、コイル１２４が発熱すると比較的に速くステータコア１２２の温度も上昇するため、ステータコア１２２の温度を監視することによりコイル１２４の異常過熱を迅速に検知することが可能となる。コイル１２４が異常過熱する原因としては、ピストン１１４の往復動が何らかの原因により妨げられてコイル１２４に大きな電流が流れることや、コイル１２４がショートしていることが考えられる。ピストン１１４が動かない場合には２つのコイル１２４が同様に高い温度となるが、ショートした場合にはショートした方のコイル１２４がより高い温度になる。当該ポンプ１０１においては、２つのコイル１２４が巻回されているステータコア１２２上にサーマルプロテクタ１４０が配置されているため、２つのコイル１２４が同時に過熱状態となった場合はもちろんのこと、いずれか一方のコイル１２４だけが過熱状態となった場合にも同一のサーマルプロテクタ１４０でその異常過熱を検知することが可能となる。また、サーマルプロテクタ１４０はステータコア１２２の平らな表面上に配置されているため、サーマルプロテクタ１４０とステータコア１２２との接触状態は安定しており、製造時における接触状態の機器間のバラツキを小さくすることができる。サーマルプロテクタ１４０とステータコア１２２との接触状態が安定することにより、ステータコア１２２からサーマルプロテクタ１４０への熱伝達が安定し、サーマルプロテクタ１４０による異常過熱の検知をより安定して行うことが可能となる。

【0023】

本発明の第２の実施形態に係るポンプ２０１は、図５に示すように、ピストン（図５では見えない）と電磁石２１２とからなるポンピング駆動部２５０を３つ備えている。ポンピング駆動部２５０は水平方向に並んで配置されている。３つのポンピング駆動部２５０の各電磁石２１２のステータコア２２２は相互に連接した一体の部材２５２により構成されている。当該ポンプ２０１における弾性保持部材２４２は、第１の実施形態に係るポンプ１０１の弾性保持部材１４２とは形状が異なるが同様な機能を有している。サーマルプロテクタ２４０は、弾性保持部材２４２によって保持された状態でステータコア２２２を構成する一体の部材２５２上に密着して配置される。なお、電磁石２１２に電力を供給するための電源線２５４は、弾性保持部材２４２の貫通路２４８を通して配置される。

【0024】

３つのステータコア２２２が一体の部材２５２で構成されていることにより、いずれのコイル２２４が過熱状態となった場合でもそれによって一体の部材２５２が加熱されることになる。当該ポンプ２０１においては、ポンピング駆動部２５０を３つ備えているが、一体の部材２５２上には単一のサーマルプロテクタ２４０が設けられており、他のサーマルプロテクタは設けられていない。一体の部材２５２が所定の温度以上になったことをこの単一のサーマルプロテクタ２４０が検知したときには、全てのコイル２２４に対する電力供給が止まり、全てのピストンの往復動が停止されるようになっている。このように、当該ポンプ２０１においては、複数の電磁石２１２のうちの１つだけが過熱状態となった場合であっても１つのサーマルプロテクタ２４０によってそれを検知することが可能となっている。なお、サーマルプロテクタ２４０を配置する位置は他のポンピング駆動部２５０の近くの位置としてもよいし、２つ以上のサーマルプロテクタ２４０を配置してもよい。

【0025】

以上に本発明の実施形態について説明をしたが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。例えば、過熱検知素子として、上述のサーマルプロテクタに代えて、温度ヒューズや、熱電対などの各種温度センサを利用してもよい。また、往復動ポンピング部材は、ピストンに代えて、ダイアフラムなどの他の形態のものとすることもできる。

【符号の説明】

【0026】

１０１ ポンプ
１１０ ケーシング
１１２ 電磁石
１１４ ピストン（往復動ポンピング部材）
１１６ 第１ケーシング部材
１１８ 第２ケーシング部材
１２０ 第３ケーシング部材
１２２ ステータコア
１２４ コイル
１２６ アマチャー
１２８ スプリング
１３０ ポンプ室
１３２ 吐出室
１３４ 通路
１３６ バッファ室
１３８ 吐出口
１４０ サーマルプロテクタ（過熱検知素子）
１４２ 弾性保持部材
１４４ ボルト
１４６ 溝
１４８ 貫通路
２０１ ポンプ
２１２ 電磁石
２２２ ステータコア
２２４ コイル
２４０ サーマルプロテクタ
２４２ 弾性保持部材
２４８ 貫通路
２５０ ポンピング駆動部
２５２ 一体の部材
２５４ 電源線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】