線性作動器及使用它的閥裝置、泵裝置的製作方法
2023-07-24 03:06:41 1
專利名稱：線性作動器及使用它的閥裝置、泵裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及線性作動器及使用該線性作動器的閥裝置。本發明還涉及泵裝置，尤其是在泵裝置本體開設有流入口及多個流出口的泵裝置。
背景技術：
以往，作為用於泵等中的閥裝置等的線性作動器，有一種不使用磁鐵、而是利用電磁鐵的結構，但這樣的類型，隨著小型化，存在推力與體積的減小相比急劇減小的問題。若是短時間的話，可通過對線圈輸入較大的電流來提高推力，但在對線圈輸入較大電流的狀態下連續運行的話，會使發熱顯著而產生危險。
為此，有一種配置有在環狀線圈內側具有1個磁鐵的可動體的結構的提案(例如，參照專利文獻1)。
專利文獻1日本專利特開2002-206484號公報為了能將液體高精度地排出，需要使閥體高精度地進行往復移動，為此，有一種將電動機的旋轉通過減速齒輪組傳遞給旋轉筒、進一步將旋轉筒的旋轉通過螺紋機構變換為移動體的往復運動的注射泵的提案(例如，參照專利文獻2)。
專利文獻2日本專利特開平10-184534號公報作為支撐近年來的信息化社會的可攜式電子設備的電源，或作為對付大氣汙染和地球變暖用的電源，對燃料電池的期待逐漸高漲。在該燃料電池中，通過從甲醇中直接取出質子來進行發電的直接甲醇型燃料電池(以下，稱為DMFCDirect Methanol Fuel Cell)因為具有不需要改質器、體積能量密度大這樣的特殊性質，因而應用於可攜式電子設備的期待逐漸高漲。
作為上述DMFC，已有各種有關包括具有起電部(單電池)的起電裝置、甲醇或甲醇水溶液(以下，本說明書中稱為甲醇)的盛放容器、從該盛放容器壓送甲醇的送液泵的結構的提案(例如，參照專利文獻2，3及4)。
單電池，包括具有陽極集電體和陽極催化層的陽極(燃料極)；具有陰極集電體和陰極催化層的陰極(空氣極)；配置在陽極與陰極之間的電解質膜。甲醇通過送液泵向陽極供給，空氣通過送氣泵或鼓風機向陰極供給。
專利文獻3日本專利特開2004-71262號公報專利文獻4日本專利特開2004-127618號公報專利文獻5日本專利特開2004-152741號公報在利用1個磁鐵的線性作動器中，例如存在以下的問題。首先，將1個磁鐵在軸線方向上磁化時，越是小型化，磁通的利用效率越是下降，存在無法得到大的推力的問題。當將1個磁鐵在徑向磁化時，因為在徑向產生磁通，因而能得到較大的推力，但徑向磁化本身較難。尤其是將磁鐵小型化時，因不同的磁鐵形狀、例如外徑尺寸小、軸線方向尺寸大的形狀的磁鐵時，將其在徑向磁化極其困難，也有可能無法構成磁化裝置本身等的情況，難以批量生產。
另外，如專利文獻2記載的泵裝置那樣，通過減速齒輪組進行傳遞的方式難以小型化。而且，泵裝置中多用隔膜閥，但使用隔膜閥的情況下，無法高精度地控制其變形，故難以高精度地定量排出。
而在上述DMFC的起電部、即單電池的陽極中，甲醇氧化的活性差，伴隨有電壓損失。而陰極也有電壓損失。因此，能從1個單電池取出的輸出電力極小。因此，為了得到規定的輸出電力，DMFC中要使用多個單電池。
當向陽極供給過剩的甲醇時，其一部分甲醇在未反應的狀態下透過電解質膜洩漏至陰極，發生所謂的交疊(日文クロスオ一バ)。該交疊導致陰極的電位下降，故也成為上述陰極處電壓損失的原因之一。到達陰極後的未反應甲醇與發電無關地與氧發生反應而產生熱量，故單電池的發電效率因交疊而顯著下降。因此，最好不要向陽極供給過剩的甲醇。
如上所述，作為向單電池的陽極供給甲醇的泵裝置，需要具有能向多個單電池排出且能高精度地排出合適量的甲醇這樣的特性的泵裝置。但是，目前還沒有有關具有這樣的特性的泵裝置的具體的提案。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於，提供一種即使小型化時也能得到大的推力且適合批量生產的線性作動器及具有該線性作動器的閥裝置。
本發明的另一個目的在於，提供一種小型且能高精度地進行定量排出的泵裝置。而且，還在於提供一種即使使用隔膜閥時也能高精度地進行定量排出的泵裝置。
本發明的又一目的在於，提供一種在具有排出流體用的多個流出通道的同時能高精度地排出合適量的流體的泵裝置。
為了解決上述問題，本發明的線性作動器，其特徵在於，包括具有卷繞成環狀的線圈的固定體；可動體、其具有在所述線圈的內側或外側與該線圈圓周面相互相對的第1可動體側軛鐵、以及將同極朝向該第1可動體側軛鐵並相對於該第1可動體側軛鐵在軸線方向的兩側層疊而成的一對磁鐵，通過對所述線圈通電使所述可動體沿軸線方向得到驅動。
本發明中，在可動體中一對磁鐵分別以同極相對，故作用有磁性排斥力，但因為在磁鐵之間設置了第1可動體側軛鐵，因而可將一對磁鐵以同極相對的狀態加以固定。而且，在可動體中，一對磁鐵分別以同極朝向第1可動體側軛鐵，因而從第1可動體側軛鐵沿徑向產生強的磁通。因此，只要使第1可動體側軛鐵與線圈的圓周面相互相對，就可對可動體施加大的推力。而且，只要對磁鐵在軸線方向進行磁化即可，與對磁鐵在徑向磁化的場合不同，即使小型化時也容易磁化，適合於批量生產。
本發明中，所述固定體最好配置在所述線圈的內側，所述第1可動體側軛鐵的外周面與所述線圈的內周面相對。作成如此結構，與將磁鐵配置在線圈外周側的結構相比磁路容易封閉。當將磁鐵配置在線圈的內側時，與將磁鐵配置在線圈外側的情況相比磁鐵可減小，因而可廉價構成線性作動器。
本發明中，所述固定體具有固定體側軛鐵，該固定體側軛鐵，最好從所述線圈的外周面繞過該線圈的軸線方向的兩側，一方的前端部和另一方的前端部位於所述第1可動體側軛鐵的外周面與所述線圈的內周面的間隙內，該固定體側軛鐵的所述前端部隔著狹槽在軸線方向上相對，該固定體側軛鐵與所述可動體之間確保間隙。作成如此結構，能封閉磁路。
本發明中，最好在所述固定體側軛鐵的所述軸線方向上的至少一方的端面上形成從所述線圈將線圈線的末端引出的線圈線引出部。
本發明中，所述固定體側軛鐵的所述前端部例如具有將所述可動體側的狹槽寬度做成與所述線圈側的狹槽寬度同等、或比所述線圈側的狹槽寬度狹窄的形狀。
本發明中，在所述前端部相互之間最好配置有由連接該前端部的非磁性體構成的隔板。作成如此結構，可防止前端部被磁鐵吸引而變形。
本發明中，所述第1可動體側軛鐵的外周面最好從所述一對磁鐵的外周面朝外周側凸出。作成如此結構，即使在設有固定體側軛鐵的情況下，也可減小與軸線方向垂直的方向上作用於可動體的磁性吸引力。因此，具有容易進行組裝作業以及可動體不易傾斜的優點。
本發明中，在所述一對磁鐵上，最好在與所述第1可動體側軛鐵的相反側層疊第2可動體側軛鐵。該場合，所述第2可動體側軛鐵的外周面最好從所述一對磁鐵的外周面向外周側凸出。作成如此結構，即使在設有固定體側軛鐵的情況下，也可減小與軸線方向垂直的方向上作用於可動體的磁性吸引力。因此，具有容易進行組裝作業以及可動體不易傾斜的優點。
本發明中，所述可動體具有沿軸線方向的至少一個方向延伸的支軸，在所述固定體中，最好將所述支軸沿軸線方向可移動地加以支承的軸承構件保持在沿軸線方向開口的開口部內。作成如此結構，不需要另外配置軸承構件。而且，能以固定體為基準固定軸承構件，因而具有支軸不會傾斜的優點。
本發明中，所述可動體最好具有沿軸線方向的至少一個方向延伸的支軸，同時至少在所述第1可動體側軛鐵及所述磁鐵上形成所述支軸插入用的通孔或不貫通的孔。作成如此結構，能容易地進行支軸、第1可動體側軛鐵及磁鐵的對中心。
本發明中，最好配置有相對於所述可動體、將該可動體沿軸線方向上的至少一個方向施力的施力構件。
本發明的作動器，例如可用作閥裝置的驅動裝置。該場合，通過對作動器的通電等所引起的所述可動體在軸線方向上的動作，使流道開閉或增減所述流道的截面積，從而控制流體的送出。最好將使流道開閉或增減所述流道的截面積從而控制流體送出用的閥體與可動體連接。作成如此結構，能將閥體直接進行直線驅動。在該場合，所述閥體最好分別配置在所述可動體的軸線方向的兩側，作成如此結構，可對於2個流道進行流體送出控制。
本發明的泵裝置，包括構成連通流體吸入口及排出口的泵室的固定體；使所述泵室的內容積膨脹收縮從而使流體吸入及排出用的閥體；驅動該閥體的驅動機構，其特徵在於，所述驅動機構包括具有線圈的環狀定子；具有圓周面與該定子相對的轉子磁鐵的旋轉體；固定有所述閥體的移動體；將所述旋轉體的旋轉加以變換、使所述移動體在軸線方向上移動的變換機構，所述變換機構包括在所述旋轉體與所述移動體之間具有螺紋槽或凸輪槽的動力傳遞機構；防止所述移動體與所述旋轉體連動而共同旋轉的同轉防止機構。
本發明的泵裝置中，將用作驅動機構的旋轉體的旋轉通過具有利用了螺紋槽或凸輪槽的動力傳遞機構的變換機構，傳遞給固定有閥體的移動體，使該移動體作往復直線運動。因此，從驅動機構至閥體以所需的最低限度的構件傳遞動力，故可實現泵裝置的小型化及低成本化。只要減小動力傳遞機構的導程角就能高精度地進行定量排出。
本發明中，所述旋轉體是同軸狀地配置在所述定子內側的圓筒體，所述移動體最好同軸狀地配置在該旋轉體的內側。
本發明中，所述閥體是劃分所述泵室而形成的隔膜閥，將該隔膜閥的外周緣固定在所述固定體上，而該隔膜閥的中央固定在所述移動體上，所述固定體具有第2壁面，該第2壁面與在所述移動體上沿軸線方向延伸的第1壁面相對且在與該第1壁面之間構成環狀空間，所述隔膜閥上的中央部與外周緣之間的環狀部分，最好在所述環狀空間內以折返成截面為U字形的狀態保持。作成如此結構，即使使用隔膜閥的情況下，也可利用環狀空間控制其變形。因此，即使使用隔膜閥時，也能高精度地定量排出。
本發明中，所述移動體具有朝外周側擴大的凸緣部，同時在該凸緣部的圓周方向上形成多個孔，所述第2壁面由在所述固定體上從圓周方向的多個部位沿軸線方向延伸的多個突起構成，所述多個突起最好分別嵌入所述多個孔內，構成所述同轉防止機構。作成如此結構，不用補充新的構件就可構成同轉防止機構。
本發明中，所述旋轉體最好通過軸承滾珠繞軸線可旋轉地支承於所述固定體上。
本發明中，最好構成限定所述旋轉體的停止位置用的擋塊。
本發明的泵裝置，其特徵在於，泵裝置本體由連通流入口的流入通道、配置在該流入通道內的流入側主動閥(日文アクテイブバルブ)、與所述流入通道連接的泵室、配置在該泵室內的泵機構、從所述泵室延伸並與多個流出口分別連通的多個流出通道、分別配置在該多個流出通道內的流出側主動閥構成，所述流入側主動閥及所述流出側主動閥平面狀地配置在所述泵室周圍。
本發明中，具有通過流出側主動閥與泵室連接的多個流出通道，故在關閉流出側主動閥期間，能可靠地防止流體的回流。能通過流出側主動閥對從流出通道排出的流體的排出目的地加以控制。而且，通過1個泵機構從各流出通道排出流體，故排出性能均勻。另外，多個流出側主動閥平面狀地配置在泵室周圍，故可縮短多個流出通道中的各流道長度。因此，能抑制從各流出通道排出的排出量的偏差，高精度地排出合適量的流體。儘管因具有多個流出通道而需要多個流出側主動閥，但因為多個流出側主動閥平面狀地配置在泵室周圍，故可縮短多個流出通道中的各流道長度，由此，可使泵裝置小型化。
本發明中，所述多個流出通道中，最好使從泵室至所述流出側主動閥的流道長度相等。作成如此結構，流道阻力成為相等，能高精度地控制通過各流出通道的排出量。
本發明中，所述流入口及所述多個流出口最好在所述泵裝置本體的同一個面上開口。作成如此結構，泵裝置與外部的連接容易。
本發明中，對於所述流入側主動閥、所述泵機構及所述流出側主動閥的配線基板，在所述泵裝置本體中，最好層疊在與所述流入口及所述多個流出口所開口的面不同的面上。作成如此結構，將配管與流入口和流出口連接時，配線基板成為平面，具有容易配線和連接等優點。
本發明中，所述泵裝置本體最好包括在一面側將所述流出通道形成為槽狀的板；與該板的所述一面側重疊配置的薄片狀密封構件。若採用這樣的結構，即使是複雜的流道也可容易地構成，可實現泵裝置的小型化、薄型化及低成本化。
本發明中，所述泵裝置本體，有時具有使所述泵機構收容在內部的殼體，同時所述板層疊在該殼體上，所述泵機構具有隔膜閥。該場合，該隔膜閥，最好外周部分被夾持在所述殼體與所述板之間。作成如此結構，能使結構簡化，且由隔膜閥本身將殼體與板保持液體密封。
本發明中，所述泵裝置本體，有時具有內部收容有所述流入側主動閥及所述流出側主動閥的殼體，同時所述板層疊在該殼體上，所述流入側主動閥及所述流出側主動閥分別具有隔膜閥。該場合，該隔膜閥，最好都是外周部分被夾持在所述殼體與所述板之間。作成如此結構，能使結構簡化，且由隔膜閥本身將殼體與板保持液體密封。
本發明中，在可動體中，一對磁鐵分別以同極朝向第1可動體側軛鐵，故從第1可動體側軛鐵沿徑向產生強磁通。因此，只要將第1可動體側軛鐵與線圈的圓周面相互相對，就可對可動體施加大的推力。而且，只要對磁鐵在軸線方向上磁化即可，與對磁鐵在徑向磁化的情況不同，即使小型化時也能容易磁化，適合批量生產。而且，磁路的結構簡化，故適合小型化。而且，與電磁鐵方式不同，大部分磁通由磁鐵產生，因而消耗電流小，且只要大約1/2的體積就可得到相同的行程·推力等，可實現小型化。
本發明的泵裝置中，將用作驅動機構的旋轉體的旋轉通過具有利用了螺紋槽或凸輪槽的動力傳遞機構的變換機構，傳遞給固定有閥體的移動體，使該移動體作往復直線運動。因此，從驅動機構至閥體以所需的最低限度的構件傳遞動力，故可實現泵裝置的小型化及低成本化。只要減小動力傳遞機構的導程角就能高精度地進行定量排出。
本發明的泵裝置中，具有通過流出側主動閥與泵室連接的多個流出通道，故在關閉流出側主動閥期間，能可靠地防止流體的回流。能通過流出側主動閥對從流出通道排出的流體的排出目的地加以控制。而且，通過1個泵機構從各流出通道排出流體，故排出性能均勻。另外，多個流出側主動閥平面狀地配置在泵室周圍，故可縮短多個流出通道中的各流道長度，穩定流道阻力。因此，能抑制從各流出通道排出的排出量的偏差，高精度地排出合適量的流體。儘管因具有多個流出通道而需要多個流出側主動閥，但因為多個流出側主動閥平面狀地配置在泵室周圍，故可縮短多個流出通道中的各流道長度，由此，可使泵裝置小型化、薄型化。
圖1(a)、(b)分別是將應用了本發明的線性作動器的主要部分沿軸線方向剖切後從斜上方看到時的說明圖、及表示該線性作動器的磁力線的說明圖。
圖2(a)、(b)、(c)是表示應用了本發明的線性作動器的固定體的變形例。
圖3(a)、(b)、(c)是表示應用了本發明的線性作動器的可動體的變形例。
圖4是表示應用了本發明的線性作動器的可動體的變形例。
圖5(a)、(b)、(c)是表示應用了本發明的線性作動器的可動體的變形例。
圖6(a)、(b)是在應用了本發明的線性作動器上設置了施力構件時的變形例。
圖7是在應用了本發明的線性作動器上設置了施力構件時的變形例。
圖8是將應用了本發明的線性作動器用作驅動裝置的閥裝置沿軸線方向剖切後從斜上方看到時的說明圖。
圖9是將應用了本發明的線性作動器用作驅動裝置的閥裝置沿軸線方向剖切後從斜上方看到時的說明圖。
圖10是表示應用了本發明的泵裝置的基本結構的概念圖。
圖11是說明圖10所示的泵裝置10的控制方法的時間圖。
圖12(a)、(b)是應用了本發明的泵裝置的立體圖及俯視表示其流道等的說明圖。
圖13是從斜上方看到本發明的實施形態的泵裝置時的分解立體圖。
圖14是從斜下方看到本發明的實施形態的泵裝置時的分解立體圖。
圖15是表示本發明的實施形態的泵裝置的截面結構的說明圖。
圖16是將應用了本發明的泵裝置縱向分割後的狀態的分解立體圖。
圖17(a)、(b)是表示圖16所示的泵裝置中使泵室的內容積膨脹後的狀態的說明圖、及表示使泵室的內容積收縮後的狀態的說明圖。
圖18(a)、(b)、(c)分別是圖16所示的泵機構的旋轉體中使用的轉子的立體圖、俯視圖及剖視圖。
圖19(a)、(b)、(c)分別是圖16所示的泵機構的旋轉體中使用的移動體的立體圖、俯視圖及剖視圖。
圖20是將應用了本發明的泵裝置作為被動閥15、6使用的閥的主要部分沿軸線方向剖切後從斜上方看到時的說明圖。
圖21是圖20所示的閥的磁力線的說明圖。
具體實施例方式
首先參照附圖對應用了本發明的線性作動器進行說明。
(整體結構)圖1(a)、(b)分別是將應用了本發明的線性作動器的主要部分沿軸線方向剖切後從斜上方看到時的說明圖、及表示該線性作動器的磁力線的說明圖。
在圖1(a)、(b)中，本形態的線性作動器1是用於供給各種流體用的閥裝置和壓縮機裝置等，具有圓筒狀的固定體3、配置在該固定體3的內側的大致圓柱狀的可動體5。固定體3包括環狀地卷繞在捲筒31上的線圈33；從線圈33的外周面繞過線圈33的軸線方向的兩側、一方的前端部36a和另一方的前端部36b在線圈33的內周側隔著狹槽37在軸線方向上相對的固定體側軛鐵35。可動體5包括圓板狀的第1可動體側軛鐵51；相對於該第1可動體側軛鐵51在軸線方向的兩側層疊的一對磁鐵53a、53b。作為一對磁鐵53a、53b，可使用Nd-Fe-B系或Sm-Co系的稀土類磁鐵、或樹脂磁鐵。可動體5上，在一對磁鐵53a、53b的第1可動體側軛鐵51的相反側的端面上分別層疊有第2可動體側軛鐵55a、55b。
本形態中，一對磁鐵53a、53b都在軸線方向上磁化，並以同極朝向第1可動體側軛鐵51。以下，本形態中，以一對磁鐵53a、53b分別將N極朝向第1可動體側軛鐵51、將S極朝向軸線方向上的外側的結構進行說明，但對於磁化方向也可與其相反。
在此，第1可動體側軛鐵51的外周面從一對磁鐵53a、53b的外周面向外周側凸出。而第2可動體側軛鐵55a、55b的外周面也從一對磁鐵53a、53b的外周面向外周側凸出。
在第1可動體側軛鐵51的軸線方向的兩個端面上形成凹部，一對磁鐵53a、53b分別嵌入這些凹部內，利用粘結劑等固定。對於第1可動體側軛鐵51；一對磁鐵53a、53b及第2可動體側軛鐵55a、55b的固定可採用粘結、壓入或合用這些方法的結構。
在固定體3的軸線方向上的兩側的開口部內固定有軸承板71a、71b(軸承構件)，從第2可動體側軛鐵55a、55b沿軸線方向的兩側伸出的支軸57a、57b都滑動自如地插入軸承板71a、71b的孔內。這樣，可動體5以在軸線方向上可往復移動的狀態支承於固定體3。該狀態下，可動體5的外周面與固定體3的內周面通過規定間隙相對、且固定體側軛鐵35的前端部36a、36b在第1可動體側軛鐵51的外周面與線圈33的內周面的間隙內處於軸線方向上相對的狀態。在可動體5與固定體側軛鐵35之間確保間隙。對第2可動體側軛鐵55a、55b與支軸57a、57b的固定可採用粘結、壓入或合用這些方法的結構。
(動作)在如此構成的線性作動器1中，朝向圖紙，在左側從對面側朝向跟前側電流在線圈33中流動，朝向圖紙，在右側從跟前側朝向對面側電流在線圈33中流動的期間，磁力線如圖1(b)所示。因此，可動體5首先如箭頭U所示那樣，通過洛倫茲力，在軸線方向上受到朝上方的推力而上升。而當對線圈33的通電方向翻轉，則可動體5如箭頭D所示那樣沿軸線方向下降。因此，若對線圈33施加交變電流，可動體5就在軸線方向上進行往復直線運動。
(本形態的主要效果)以上說明的那樣，本形態中，在可動體5中一對磁鐵53a、53b分別同極相對，故作用有磁性排斥力，但因為在磁鐵53a、53b之間設置了第1可動體側軛鐵51，因而可將一對磁鐵53a、53b以同極相對的狀態加以固定。
而且，在可動體5中，一對磁鐵53a、53b分別以同極朝向第1可動體側軛鐵51，因而從第1可動體側軛鐵51沿徑向產生強的磁通。因此，只要使第1可動體側軛鐵51與線圈33的圓周面相互相對，就可對可動體5施加大的推力。
而且，只要對磁鐵53a、53b在軸線方向進行磁化即可，與對磁鐵53a、53b在徑向磁化的場合不同，即使小型化時也容易磁化，適合於批量生產。
而且，本形態中，第1可動體側軛鐵51的外周面從一對磁鐵53a、53b的外周面朝外周側凸出，故即使在設有固定體側軛鐵35的情況下，也可減小與軸線方向垂直的方向上作用於可動體5的磁性吸引力。同樣，第2可動體側軛鐵55a、55b的外周面從一對磁鐵53a、53b的外周面朝外周側凸出，故即使在設有固定體側軛鐵35的情況下，也可減小與軸線方向垂直的方向上作用於可動體5的磁性吸引力。因此，具有容易進行組裝作業以及可動體5不易傾斜的優點。
本形態中，因為將磁鐵53a、53b配置在了線圈33的外周側，故與將磁鐵53a、53b配置在線圈33的外側的情況相比磁鐵53a、53b可減小，因而可廉價構成作動器1。而且，線圈33配置在外側，因而可僅由固定側軛鐵封閉磁路。
而且，在固定體3中，由於將支軸57a、57b沿軸線方向可移動地加以支承的軸承板71a、71b保持在沿軸線方向開口的開口部內，故不需要另外配置軸承構件。而且，能以固定體3為基準固定軸承板71a、71b，因而具有支軸57a、57b不會傾斜的優點。
(其他實施形態)以下說明的變形例，其基本的結構都與上述實施形態相同，對共同的部分標上相同的符號加以圖示，省略對它們的說明。
(固定體3的變形例)圖2(a)、(b)、(c)是表示應用了本發明的線性作動器1的固定體3的變形例。
圖1(a)、(b)所示的線性作動器1中，固定體側軛鐵35的一方的前端部36a、36b所相對的位置是軸線方向上的大致中央，但也可如圖2(a)所示，將前端部36a、36b所相對的位置(狹槽37)從軸線方向上的中央位置朝一方側例如下方側偏移。作成如此結構，可使可動體5的上升速度和下降速度不同。因此，在後述的閥裝置等中，可調節將流體引向泵室時的速度和從泵室將流體排出時的速度等。對於固定體側軛鐵35的前端部36a、36b的形狀，也可採用對於端面從外周側朝向內周側設置錐面、前端部36a、36b在內周側(接近可動體5的一側)相互接近的結構。作成如此結構，在固定體側軛鐵的前端部36a、36b，能使可動體5側的狹槽37的寬度比線圈33側的狹槽37的寬度狹窄。
如圖2(b)所示，對於線性作動器1的固定體側軛鐵35，也可通過軸線方向上排列的2個軛鐵構件構成。該場合，能將卷繞有線圈33的捲筒31以從軸線方向的兩側夾住的形態組裝固定體3，可提高組裝作業的效率。對於線性作動器1的固定體側軛鐵35的前端部36a、36b的形狀，也可採用通過設置有內周側比外周側突出的臺階部、在內周側(接近可動體5的一側)前端部36a、36b相互接近的結構。作成如此結構，在固定體側軛鐵的前端部36a、36b，能使可動體5側的狹槽37的寬度比線圈33側的狹槽37的寬度狹窄。
如圖2(c)所示，對於線性作動器1的固定體側軛鐵35的前端部36a、36b的形狀，也可採用對於端面從外周側朝向內周側設置錐面、且在其中途位置形成環狀的槽361a、361b的狀態下、前端部36a、36b在內周側(接近可動體5的一側)相互接近的結構。若在前端部36a、36b之間嵌入與環狀的槽361a、361b卡合的由非磁性體構成的隔板，就可將前端部36a、36b相互連接。其結果，能防止前端部36a、36b被磁鐵53a、53b吸引而變形。
(可動體5側的變形例)圖3(a)、(b)、(c)；圖4；圖5(a)、(b)、(c)是表示應用了本發明的線性作動器1的可動體5的變形例。
圖1(a)、(b)所示的線性作動器1中，在第1可動體側軛鐵51的軸線方向的兩個端面上形成磁鐵53a、53b嵌入用的凹部，但如圖3(a)所示，第1可動體側軛鐵51的軸線方向上兩個端面是平坦的，磁鐵53a、53b可利用粘結劑等固定在這些平坦的端面上。
如圖3(b)所示，第1可動體側軛鐵51；一對磁鐵53a、53b及第2可動體側軛鐵55a、55b在軸線方向上分離的狀態下也可由粘結劑59等固定。
如圖3(c)所示，第1可動體側軛鐵51；一對磁鐵53a、53b及第2可動體側軛鐵55a、55b也可在中央分別形成各規定尺寸的通孔，帶臺階的支軸57嵌入這些通孔內。在此，通孔按第1可動體側軛鐵51；一對磁鐵53a、53b及第2可動體側軛鐵55a、55b的順序依次減小，支軸57的直徑從中央向兩個軸端變細。作成如此結構，只要從帶臺階的支軸57的兩個軸端將第1可動體側軛鐵51；一對磁鐵53a、53b及第2可動體側軛鐵55a、55b依次插入，就可容易地確定相互的位置，且能高效地進行第1可動體側軛鐵51；一對磁鐵53a、53b及第2可動體側軛鐵55a、55b的對中心。
對於支軸57並不局限於圓棒，如圖4所示，也可使用由六角棒等角棒構成的支軸57，該場合，對於第1可動體側軛鐵51；一對磁鐵53a、53b及第2可動體側軛鐵55a、55b，只要事先形成與支軸57a、57b對應的形狀的通孔即可。也可在對支軸57進行支承的軸承板71a、71b上事先形成與支軸57a、57b對應的形狀的軸承孔。作成如此結構，可防止可動體5繞軸線旋轉。
也可是對一對磁鐵53a、53b及第2可動體側軛鐵55a、55b形成通孔、對第1可動體側軛鐵51形成不貫通的孔、將支軸從軸線方向的兩側插入的結構。
上述形態的第1可動體側軛鐵51；一對磁鐵53a、53b及第2可動體側軛鐵55a、55b全都是圓柱狀，但也可如圖5(a)所示，第1可動體側軛鐵51及第2可動體側軛鐵55a、55b是六角柱等角柱狀。
也可如圖5(b)、(c)所示，第2可動體側軛鐵55a、55b不是圓柱狀，其端面是彎曲的結構，其俯視形狀也可是橢圓、長圓或偏向一側延伸的異形形狀等。
(附加施力構件)圖6(a)、(b)及圖7是應用了本發明的線性作動器1的變形例。
圖1(a)、(b)所示的線性作動器1中，是僅由磁力推動可動體5的結構，但如圖6(a)所示，也可構成為在軸線方向的一側，在軸承板71a、71b與第2可動體側軛鐵55a、55b之間事先配置作為施力構件的圓錐梯形的螺旋彈簧91，例如，在可動體5下降時，使壓縮彈簧一邊變形一邊低速移動，在可動體5上升時，壓縮彈簧的形狀恢復力進行輔助，從而高速移動。
也可如圖6(b)所示，在軸線方向的兩側，在軸承板71a、71b與第2可動體側軛鐵55a、55b之間事先配置作為施力構件的螺旋彈簧91、92，施加使可動體5始終保持在軸線方向上的中心位置(原點位置)的彈力。
對可動體5沿軸線方向的施力，也可取代圖6(a)、(b)所示的螺旋彈簧91、92，通過配置圖7所示的平衡環彈簧93或平板彈簧、錐形螺旋板彈簧等來進行。
如圖6及圖7所示，最好在固定體側軛鐵35上的至少1處、例如位於軸線方向的端部形成將線圈線的末端從線圈33引出的線圈線引出孔350，將捲筒31的筒部310配置在該線圈線引出孔350內。作成如此結構，能容易地引出線圈線的末端。
(其他變形例)
上述形態中，是可動體5配置在固定體3的內側的結構，但也可是在環狀的可動體的內側配置具有卷繞成環狀的線圈的固定體的結構。該場合，除了線圈外周面與可動體的內周面相對以外，基本上具有與上述實施形態相同的結構。
(閥裝置的結構例)本發明的線性作動器1，參照圖8及圖9及以下所說明的那樣，可用作閥裝置100的驅動裝置。以下進行說明的閥裝置100中使用的作動器1的基本結構與參照圖1(a)、(b)所說明的結構相同，因而對共同的部分標上相同的符號加以圖示，對於線性作動器1的說明，僅省略其主要部分。
圖8及圖9都是將應用了本發明的線性作動器1用作驅動裝置的閥裝置100沿軸線方向剖切後從斜上方看到時的說明圖。
圖8所示的閥裝置100中，應用了本發明的線性作動器1被圍在圓筒狀的外殼110內的狀態下使用，在其下方，通過流道組成構件130，形成具有流體沿箭頭Lin及箭頭Lout所示的方向流動的流道的泵室170。
在此使用的線性作動器1，參照圖1(a)、(b)所說明的那樣，通過對線圈33的通電加以控制，使可動體5在軸線方向上往復移動。在此，一方的支軸57a、57b的下端部與隔膜閥150的中央部分連接。在隔膜閥150的外周側形成起到O形環作用的環狀厚壁部151，在隔膜閥150中，將包括該環狀厚壁部151在內的外周側夾在外殼110與流道組成構件130之間以確保液體密封。在流道的流入側及流出側設有止回閥(未圖示)。在此，流入側相對於流出側，通過另外準備的壓力發生裝置(未圖示)大致保持在高壓狀態。流入側的流道在其開口部通過隔膜閥150的底部大致緊密接觸，從而大致液體密封。在此，隔膜閥150朝箭頭U所示的方向的動作打開流入側流道的開口部，快速地將液體向流出側導通。相反，隔膜閥150朝箭頭D所示的方向的動作則關閉流入側流道的開口部，或克服來自欲打開它的流入側的壓力，使向流出側的液體的導通迅速停止。這樣的動作如合理地使用施力彈簧，能有效地加以輔助。此時，隔膜閥150直接與支軸57a、57b連接，故可直接直線驅動隔膜閥150。
對於閥體，並不局限於隔膜閥150，也可使用伸縮閥及其他閥體。支軸57a、57b與閥體既可是分體結合的結構，也可是支軸57a、57b與閥體一體形成的結構。
圖9所示的閥裝置100，其基本結構與參照圖8所說明的閥裝置100相同，故省略外殼110和流道組成構件130等的說明，但線性作動器1的兩側的支軸57a、57b分別固定在隔膜閥150上。因此，可動體5朝箭頭U所示的方向或箭頭D所示的方向移動時，2個隔膜閥150朝相反的方向變形。因此，上下2個泵室170中，上述動作(液體的吸入及排出)相反地進行。
不過，利用不同的閥裝置100結構，也可使上下2個泵室170中膨脹及收縮同樣地進行。
(向其他設備的應用)參照圖8及圖9對將本發明的線性作動器1用於閥裝置100的例子進行了說明，但本發明的線性作動器1並不局限於送液用的閥裝置100，也可用於空氣閥裝置100等各種動壓控制等。也可將線性作動器1單體用作小型直線推進裝置。
(泵裝置的基本結構)下面，圖10是表示應用了本發明的泵裝置的基本結構的概念圖。如圖10所示，本形態的泵裝置10，例如，在可攜式電子設備中所使用的DMFC中，用作壓送甲醇的送液泵，在泵裝置本體17中，開設有1個流入口80和多個流出口40(40a～40h)。在泵裝置本體17中，包括泵室2、與泵室2及流入口80連接的流入通道13、與泵室2及多個流出口40連接的多個流出通道4(40a～40h)。而且，在泵裝置本體17中，流入通道13中具有流入側主動閥15，泵室2中具有泵機構113，多個流出通道4中各具有流出側主動閥6(6a～6h)。在此，8個流出口40a～40h及流出通道4a～4h分別可與DMFC的起電部、即8個單電池(未圖示)連接，從流出通道4a～4h排出的甲醇可供給單電池的陽極。
具有朝著泵室2流入的方向打開的被動閥110的第1流道8、具有朝著從泵室2流出的方向打開的被動閥111的第2流道9與流入通道13連接，通過第1流道8的端部構成流入口80，通過第2流道9的端部構成回流口90。在此，第1流道8及第2流道9可與甲醇盛放容器(未圖示，以下稱為盛放容器)連接。具體地說，第1流道8可與盛放容器的下方連接，第2流道9可與盛放容器的上方連接。被動閥110例如是橡膠製成的閥，當在朝向泵室2的甲醇的吸入方向上產生壓力就會打開，但即使在朝向盛放容器的甲醇排出方向產生壓力也不會打開。因此，甲醇通過流入口80、第1流道8及流入通道13從盛放容器吸入泵室2內，甲醇通過流入通道13、第2流道9及回流口90從泵室2向盛放容器排出。
在如此構成的泵裝置10中，流入側主動閥15通過後述的驅動作動器(圖1中省略了圖示)可開閉。流出側主動閥6a～6h也與流入側主動閥15同樣，通過後述的驅動作動器(圖1中未圖示)可個別地開閉。
如此構成的泵裝置10中，流出側主動閥6a～6h為關閉狀態、且流入側主動閥15為打開狀態時，當泵機構113使泵室2擴大，則甲醇被吸入泵室2。流入側主動閥15為關閉狀態、且流出側主動閥6a～6h的至少1個為打開狀態時，當泵機構113使泵室2縮小，則甲醇從泵室2向單電池排出。而且，流出側主動閥6a～6h為關閉狀態、且流入側主動閥5a為打開狀態時，當泵機構13使泵室2縮小，則甲醇向盛放容器排出。
(泵裝置的控制方法)圖11是說明圖10所示的泵裝置10的控制方法的時間圖。本形態中，泵裝置10如圖11所示，由以下的控制方法控制。該控制方法包括打開流入側主動閥15、通過泵機構113的吸入動作將甲醇從第1流道8吸入泵室2的吸入步驟S1；吸入步驟後、通過泵機構113的排出動作使甲醇從泵室2向第2流道9排出、消除了泵裝置10的機械間隙(日文バツクラツシュ)後關閉流入側主動閥15的初期排出步驟S2；初期排出步驟S2後、依次打開規定的流出側主動閥6、通過泵機構113的排出動作將規定量的甲醇排出的排出步驟S3。以下對該控制方法進行詳細說明。
圖11的上段所示的圖中，從中心線向下延伸的部分表示泵機構113向排出方向動作的排出動作的狀態，從中心線向上延伸的部分表示泵機構113向吸入方向動作的吸入動作的狀態。圖11的下段表示的主動閥110、6的作動器的時間圖中，朝上延伸的部分表示各主動閥110、6打開的狀態。
初期狀態中，流入側主動閥15及流出側主動閥6全部是關閉狀態。在該狀態下，首先，使流入側主動閥15成為開狀態。然後，使泵機構113朝甲醇的排出方向動作。將該泵機構113的排出動作一直進行到上死點(原點)為止，進行泵機構113的原點回歸(原點回歸步驟S0)。此時，甲醇從泵室2通過已成為打開狀態的被動閥111向第2流道9排出。
接著，將甲醇吸入泵室2(吸入步驟S1)。更具體地說，在打開流入側主動閥15的狀態下將泵機構113朝甲醇的吸入方向動作。將該泵機構113的吸入動作例如進行至泵機構113的下死點為止。甲醇利用泵機構113的吸入動作，通過已成為打開狀態的被動閥110從第1流道8吸入泵室2。
接著，通過泵機構113的排出動作使甲醇從泵室2排出、消除了泵裝置10的機械間隙後關閉流入側主動閥15(初期排出步驟S2)。更具體地說，在打開流入側主動閥15的狀態下將泵機構113朝甲醇的排出方向動作直到泵裝置10的機械間隙消除為止。利用該泵機構113的排出動作，將甲醇通過已成為打開狀態的被動閥111向第2流道9排出，然後，使流入側主動閥15成為關閉狀態。
接著，依次打開規定的流出側主動閥6，通過泵機構113的排出動作排出規定量的甲醇(排出步驟S3)。更具體地說，首先，使流出側主動閥6f成為打開狀態後，利用泵機構113進行排出動作，將規定量的甲醇從流出通道4f排出。接著，使流出側主動閥6f成為關閉狀態、流出側主動閥6g成為打開狀態後，使泵機構113進行排出動作，將規定量的甲醇從流出通道4g排出。這樣，一邊按以下順序依次進行流出側主動閥6f、6g、6h、6a、6b、6c、6d、6e的開閉動作，一邊使泵機構113進行排出動作，則可從流出通道4f、4g、4h、4a、4b、4c、4d、4e按此順序排出規定量的甲醇。
在此，在泵室2內設有檢測有無氣泡的檢測器的情況下，當該檢測器檢測出氣泡時，例如，使流入側主動閥15成為打開狀態，通過使泵機構113進行排出動作，藉助已成為打開狀態的被動閥111，可將氣泡向第2流道9排出。而泵裝置10起動時或盛放容器更換後，也可通過同樣的動作排出氣泡。
這樣，本形態的泵裝置10，因為具有流出側主動閥6a～6h，故能可靠地防止甲醇從流出通道4a～4h向泵室2的回流。通過用流出側主動閥6a～6h對從流出通道4a～4h排出的甲醇的排出目的地加以控制。而且，泵裝置10中，通過1個泵機構113的排出動作，將甲醇從各流出通道4a～4h排出。因此，與在各流出通道4a～4h設置泵機構的場合相比，排出性能均勻，可抑制從各流出通道4a～4h排出的排出量的偏差。因此，泵裝置10中，能高精度地排出合適量的甲醇。
流入通道113通過流入側主動閥15與泵室2連接，故能可靠地防止從泵室2向流入通道13的回流。
本形態的泵裝置10的控制方法中，在吸入步驟S1和排出步驟S3之間設有消除泵裝置10的機械間隙的初期排出步驟S2。因此，排出步驟S3中，可從最初就將泵機構的移動量與從流出通道4a～4h排出的排出量的關係保持為線性。因此，只要對泵機構的移動量進行適當的控制，就可在排出步驟S3中對從最初排出流體的流出通道4f的排出量進行高精度的控制，可降低從各流出通道4a～4h排出的排出量的偏差。
而且，在排出步驟S3中，因為從流出通道4a～4h多次排出，故將所需的甲醇在吸入步驟S1吸入。因此，即使從各流出通道4a～4h排出的甲醇的排出量極其微小，也可一定程度地確保吸入量。例如，即使從各流出通道4a～4h排出的各排出量分別是1μl，也可使吸入量為8μl。因此，可增大泵裝置10的容量，容易具有自給性能。
(泵裝置的具體結構)圖12(a)、(b)是應用了本發明的泵裝置的立體圖及俯視表示其流道等的說明圖。圖13及圖14是從斜上方看到本發明的實施形態的泵裝置時的分解立體圖及從斜下方看時的分解立體圖。圖15是表示應用了本發明的泵裝置的截面結構的說明圖。
如圖12(a)、(b)所示，本形態的泵裝置10，參照圖10所說明的構成流入口80、回流口90、流出口40的管子與盒狀的泵裝置本體17的一方的面171連接。
構成如此結構的泵裝置10時，本形態中，相對於後述的泵機構113和主動閥15、6的配線基板74、底板75、殼體76、後述的流道形成為槽狀的板77、通過覆蓋該板的上面而堵塞流道的上面的液體密封薄片78、連接所述管子的蓋板79，以此順序層疊，構成泵裝置本體17。
如圖13及圖14所示，在殼體76上形成構成後述的泵機構113和主動閥15、6的配置空間等用的孔137、57、67a～67h。在板77上，在其中心位置形成構成泵室2用的圓形通孔21，在該通孔21的周圍，在板77的下面側形成構成主動閥15、6的閥室的凹部58、68a～68h。
9個槽131、41a～41h從通孔21輻射狀地延伸。在板77的槽131、41a～41h邊上形成槽82、92、42a、42b…等。
本形態中，9個槽131、41a～41h中，由槽131構成流入通道13。即，在殼體76、板77及液體密封薄片78重疊的狀態下，堵塞槽131的上面，同時成為相對於流入通道13配置有流入側主動閥15的狀態。當將殼體76、板77及液體密封薄片78重疊，則通過槽41a～41h、42a、42b…形成流出通道4a～4h，同時成為在各流出通道4a～4h配置有流出側主動閥6a～6h的狀態。當將殼體76、板77及液體密封薄片78重疊，則通過槽82、殼體76的凹部83及板77的凹部84構成第1流道8，通過槽92、殼體76的凹部(未圖示)及板77的凹部94構成第2流道9。被動閥110、111被設置在第1流道8及第2流道9中的板77的凹部84、94中。
這樣，本形態中，流出側主動閥6(6a～6h)平面狀地配置在泵室2周圍，故在多個流出通道4(4a～4h)中的各個流道能變短，能使泵裝置10實現薄型化。而且，能抑制從各流出通道4(4a～4h)排出的排出量的偏差，故能高精度地排出合適量的流體。而且，儘管因具有多個流出通道4(4a～4h)而需要多個流出側主動閥6(6a～6h)，但因為多個流出側主動閥6(6a～6h)平面狀地配置在泵室2周圍，故可縮短多個流出通道4(4a～4h)中的各流道長度，由此，可使泵裝置10小型化。本形態中，多個流出通道4(4a～4h)中，從泵室2至流出側主動閥6(6a～6h)的流道長度相等。因此，能高精度地控制通過各流出通道4(4a～4h)的排出量。
本形態中，流入口80、回流口90及多個流出口40(40a～40h)在泵裝置本體17的同一個面271上開口，故泵裝置10容易與外部連接。
而且，對於流入側主動閥15、泵機構113及流出側主動閥6的配線基板74，在泵裝置本體17中，層疊在流入口80、回流口90及多個流出口40(40a～40h)所開口的面的相反側的面上，故具有將配管與流入口80、回流口90及多個流出口40(40a～40h)連接時，配線基板74與各主動閥15、6及泵機構113的配線變得容易等優點。
而且，泵裝置本體17，具有流入通道13及流出通道4在一面側形成為槽狀的板77、重疊配置在該板77的一面側的液體密封薄片78，故對於小型的泵裝置本體17能形成許多個流道，且能高效地生產泵裝置10。
(泵機構的結構)(泵機構的整體結構)以下，對應用了本發明的泵裝置10中使用的泵機構113的一例加以說明。圖16是將應用了本發明的泵裝置縱向分割後的狀態的分解立體圖。圖17(a)、(b)是表示圖16所示的泵裝置中使泵室的內容積膨脹後的狀態的說明圖、及表示使泵室的內容積收縮後的狀態的說明圖。圖18(a)、(b)、(c)分別是圖16所示的泵機構的旋轉體中使用的轉子的立體圖、俯視圖及剖視圖。圖19(a)、(b)、(c)分別是圖16所示的泵機構的旋轉體中使用的移動體的立體圖、俯視圖及剖視圖。
在圖16及圖17(a)中，本形態的泵機構113，主要由使與流入通道13及流出通道4連通的泵室2的內容積膨脹收縮從而吸入及排出液體的作為閥體的隔膜閥170、驅動隔膜閥170的驅動機構105構成。
泵裝置本體17的固定體側部分，由裝載有驅動機構105的板狀的底板75、將驅動機構105收放在與該底板75之間的殼體76、層疊在殼體76的上表面的板77、通過液體密封薄片78重疊在該板77的上表面的蓋板79構成。在板77的上表面形成槽131、41，其上面由蓋板79覆蓋的狀態下，槽131等構成流道。板77上，在槽131的一方端上形成通孔151，在將底板75、殼體76、板77、液體密封薄片78及蓋板79重疊的狀態下，通孔151與形成於殼體76及底板75的通孔271、211連通，通過這些通孔151、271、211構成流體吸入口6。板77上，在槽41的另一端也形成通孔153，在將底板75、殼體76、板77、液體密封薄片78及蓋板79重疊的狀態下，通孔153與形成於殼體76及底板75的通孔133、123連通，通過這些通孔153、133、123構成流體排出口7。在流體吸入口6及流體排出口7分別配置止回閥(未圖示)。
板77上，在槽131的中途位置還形成通孔21。在將蓋板79重疊在板77上的狀態下，該通孔21的上面由蓋板79覆蓋，且下面由隔膜閥170覆蓋，構成泵室2。
本形態中，驅動機構105如以下說明的那樣，包括環狀的定子120；同軸狀地配置在該定子120的內側的旋轉體103；同軸狀地配置在該旋轉體103的內側的移動體160；將旋轉體103的旋轉變換為使移動體160沿軸線方向移動的力後傳遞給移動體160的變換機構140。在此，驅動機構105在基板76上形成的空間內處於裝載在底板75與基板76之間的狀態。
在驅動機構105中，定子120成為由卷繞在捲筒123上的線圈121以及配置成覆蓋線圈121的2個軛鐵125構成的單元在軸線方向上2層層疊的結構。該狀態下，上下2層的任1個單元都成為從2個軛鐵125的內周緣沿軸線方向突出的極齒在圓周方向上交替排列的狀態。
如圖16、圖17及圖18(a)、(b)、(c)所示，旋轉體103具有朝上方開口的杯狀構件130、固定在該杯狀構件130的圓筒狀的筒體部131的外周面上的環狀轉子磁鐵150。在杯狀構件130的底壁133的中央形成朝軸線方向上側凹陷的凹部135，在底板75上形成承接配置在凹部135內的滾珠118的軸承部751。在基板76的上端側內面形成環狀臺階部766，而在杯狀構件130的上端部分，通過筒體部131的上端部分和環狀的凸緣部134，形成與基板76側的環狀臺階部766相對的環狀臺階部，在由這些環狀臺階部劃分形成的環狀空間內，配置有由環狀的護圈181及通過該護圈181在圓周方向上被保持在分開的位置上的軸承滾珠182構成的軸承180。這樣，旋轉體103處於可繞軸線旋轉的狀態支承於泵裝置本體17的狀態。
在旋轉體103中，轉子磁鐵150的外周面與沿定子120的內周面在圓周方向上排列的極齒相對。在此，在轉子磁鐵150的外周面，S極和N極在圓周方向上交替排列，由定子120和杯狀構件130構成步進電動機。
如圖16、圖17及圖19(a)、(b)、(c)所示，移動體160包括底壁161；從底壁161的中央沿軸線方向突出的圓筒部163；以圍住該圓筒部163周圍的形態形成為圓筒狀的筒體部165，在筒體部165的外周形成陽螺紋167。
本形態中，為了構成通過旋轉體103的旋轉使移動體160在軸線方向上進行往復移動用的變換機構140，首先，如圖16、圖17及圖18(a)、(b)、(c)及圖19(a)、(b)、(c)所示，在杯狀構件130的筒體部131內周面的圓周方向上分開的4個部位上形成陰螺紋137，而在移動體160的筒體部165的外周面上形成與杯狀構件130的陰螺紋137卡合從而構成動力傳遞機構141的陽螺紋167。因此，若使陽螺紋167與陰螺紋137嚙合地將移動體160配置在杯狀構件130的內側的話，移動體160成為支承於杯狀構件130的內側的狀態。圓周方向上的6個長孔169作為通孔形成在移動體160的底壁161上，另一方面，6個突起769從基板76延伸，由於突起769的下端部嵌入長孔169，故構成同轉防止機構149。即，杯狀構件130旋轉時，移動體160通過由突起769和長孔169構成的同轉防止機構149阻止旋轉，故杯狀構件130的旋轉通過由其陰螺紋137及移動體160的陽螺紋167構成的動力傳遞機構141傳遞給移動體160，其結果，移動體161根據旋轉體103的旋轉方向朝軸線方向的一方側及另一方側進行直線移動。
本形態中，在杯狀構件130的筒體部131內周面的圓周方向上分開的4個部位上形成了陰螺紋137，但只要在圓周方向上分開的多處形成陰螺紋即可。本形態中，在杯狀構件130的筒體部131內周面的圓周方向上分開的4個部位上形成了陰螺紋137，但也可將移動體160的筒體部165的外周面的陽螺紋167形成在圓周方向上分開的4處或多處。
(閥體的結構)回到圖16及圖17(a)，本形態中，隔膜閥170直接與移動體160連接。隔膜閥170呈具有底壁171、從底壁171的外周緣朝軸線方向豎起的圓筒狀的筒體部173、從該筒體部173的上端朝外周側擴大的凸緣部175的杯狀，底壁171的中央部分在被移動體160的圓筒部163覆蓋的狀態下，從它們的上下方向被止動螺釘178和罩子179固定。隔膜閥170的凸緣部175的外周緣成為起到液體密封性和定位功能的厚壁部，該厚壁部在板77的通孔21的周圍，固定在殼體76與板77之間。這樣，隔膜閥170對泵室2的下面加以限制，且在泵室2的周圍確保殼體76與板77之間的液體密封。
該狀態下，隔膜閥170的筒體部173處於折返成截面U字形的狀態，折返部分172根據移動體160的位置使形狀發生變化。本形態中，將隔膜閥170的截面U字形的折返部分172配置在由移動體160的圓筒部163的外周面構成的第1壁面168與由從殼體76延伸的突起769的內周面構成的第2壁面768之間所構成的環狀空間內。因此，在圖17(a)、(b)所示的狀態及向圖17(a)、(b)所示的狀態轉移的途中的任何狀態下，隔膜閥170的折返部分172在保持在環狀空間內的狀態下，沿著第1壁面168及第2壁面768展開或捲起地進行變形。
本形態中，如圖16、圖17及圖18(a)、(b)、(c)所示，在杯狀構件130的底壁133的圓周方向上的270°的角度範圍內形成1個槽136，另一方面，在移動體160的底面形成朝下方的突起166。在此，移動體160不繞軸線旋轉，但能在軸線方向上進行移動，相比之下，旋轉體103繞軸線進行旋轉，但在軸線方向上不移動。因此，突起166和槽136起到限制旋轉體103及移動體160的停止位置的擋塊的功能。即，槽136在圓周方向上深度發生變化，當移動體160朝軸線方向的下方移動時，突起166嵌入槽136內，同時槽136的端部通過旋轉體103的旋轉與突起166抵接。其結果，旋轉體103的旋轉被阻止，旋轉體103及移動體160的停止位置、即隔膜閥170的內容積的最大膨脹位置受到限制。
(動作)如此構成的泵機構113中，當對定子120的線圈121供電，則杯狀構件130旋轉，其旋轉通過變換機構140傳遞給移動體160。因此，移動體160在軸線方向上進行往復直線運動。其結果，隔膜閥170根據移動體160的移動而變形，使泵室2的內容積膨脹、收縮，因而在泵室2中，進行來自流入通道13的液體的流入及朝向流出通道4的液體的流出。在此期間，隔膜閥170的折返部分172，在保持在環狀空間內的狀態下，沿著第1壁面168及第2壁面768展開或捲起地進行變形，不會發生無用的滑動。而且，隔膜閥170，即使從泵室2的流體受到壓力，內外側都被限制在環狀空間內，故其變形極小。而且，移動體160的下方位置被杯狀構件130的槽136及由移動體160的突起166構成的擋塊限制。因此，隔膜閥170隨著杯狀構件130的旋轉，容積高精度地發生變化。
以上說明的那樣，本形態的泵機構113中，將步進電機機構引起的旋轉體103的旋轉通過利用了由陽螺紋167及陰螺紋137構成的動力傳遞機構141的變換機構140傳遞給移動體160，使固定有隔膜閥170的移動體160進行往復直線運動。因此，從驅動機構105至隔膜閥170，利用所需最小限度的構件傳遞動力，因而能使泵機構113小型化、薄型化及低成本化。通過減小動力傳遞機構141中陽螺紋167及陰螺紋137的導程角或增加驅動側的定子的極齒，可進行移動體160的微小的進給。因此，能嚴格地控制泵室2的容積，能高精度地進行定量排出。
而且，本形態中使用了隔膜閥170，但該隔膜閥170的折返部分172在保持在環狀空間內的狀態下，沿著第1壁面168及第2壁面768展開或捲起地進行變形，不會發生無用的滑動。因此，不會發生無用的負荷，且隔膜閥170的壽命長。而且，隔膜閥170即使從泵室2的流體受到壓力，變形也極小。採用本形態的泵機構113，能高精度地進行定量排出，且可靠性高。
而且，旋轉體103通過軸承滾珠182可繞軸線旋轉地支承於泵裝置本體17，故滑動損失小，且旋轉體103被穩定地保持在軸線方向上，在軸線方向上的推力穩定。因此，能實現驅動機構105的小型化、提高耐久性、提高排出性能。
上述形態中，作為變換機構140的動力傳遞機構141使用了螺紋，但也可使用凸輪槽。而且，上述形態中，作為閥體使用了杯狀的隔膜閥，但也可使用其他形狀的隔膜閥或具有O形環的活塞。
上述形態中，揭示了流入口80為1個、流出口40為8個的例子，但流入口80也可是多個。流入口80、泵機構113、流出口40也可分別是1個，或將它們進行組合。上述形態中，流出通道4作成了均等的長度，但也可不是均等，根據用途來配置。而且，上述形態中，設有回流口90，但在不需要的情況下也可不設置。而且，上述形態中，分體圖示了堵塞上面的液體密封薄片78、上述連接有管子的蓋板79，但也可沒有蓋板79的管子、而在液體密封薄片78上僅開設流出孔，通過密封構件進行連接。密封構件，既可將板77與蓋板79直接結合，也可在板77的流道的端部設置密封構件。
(主動閥的結構)圖20及圖21分別是將應用了本發明的泵裝置10用作主動閥5、6的閥的主要部分沿軸線方向剖切後從斜上方看到時的說明圖及該閥的磁力線的說明圖。
如圖11及圖12所示，主動閥15、6在基板76的孔57、67a～67h內具有線性作動器201，該線性作動器201具有圓筒狀的固定體203、配置在該固定體203的內側的大致圓柱狀的可動體205。固定體203包括環狀地卷繞在捲筒231上的線圈233；從線圈233的外周面繞過線圈233的軸線方向的兩側、一方的前端部236a和另一方的前端部236b在線圈233的內周側隔著狹槽237在軸線方向上相對的固定體側軛鐵235。可動體205包括圓板狀的第1可動體側軛鐵251；相對於該第1可動體側軛鐵251在軸線方向的兩側層疊的一對磁鐵253a、253b。作為一對磁鐵253a、253b，可使用Nd-Fe-B系或Sm-Co系的稀土類磁鐵、或樹脂磁鐵。可動體205上，在一對磁鐵253a、253b的第1可動體側軛鐵251的相反側的端面上分別層疊有第2可動體側軛鐵255a、255b。
本形態中，一對磁鐵253a、253b都在軸線方向上磁化，並以同極朝向第1可動體側軛鐵251。以下，本形態中，以一對磁鐵253a、253b分別將N極朝向第1可動體側軛鐵251、將S極朝向軸線方向上的外側的結構進行說明，但對於磁化方向也可與其相反。
在此，第1可動體側軛鐵251的外周面從一對磁鐵253a、253b的外周面向外周側凸出。而第2可動體側軛鐵255a、255b的外周面也從一對磁鐵253a、253b的外周面向外周側凸出。
在第1可動體側軛鐵251的軸線方向的兩個端面上形成凹部，一對磁鐵253a、253b分別嵌入這些凹部內，利用粘結劑等固定。對於第1可動體側軛鐵251；一對磁鐵253a、253b及第2可動體側軛鐵255a、255b的固定可採用粘結、壓入或合用這些方法的結構。
在固定體203的軸線方向上的兩側的開口部內固定有軸承板271a、271b(軸承構件)，從第2可動體側軛鐵255a、255b沿軸線方向的兩側伸出的支軸257a、257b都滑動自如地插入軸承板271a、271b的孔內。這樣，可動體205以在軸線方向上可往復移動的狀態支承於固定體203。該狀態下，可動體205的外周面與固定體203的內周面通過規定間隙相對、且固定體側軛鐵235的前端部236a、236b在第1可動體側軛鐵251的外周面與線圈233的內周面的間隙內相互處於軸線方向上相對的狀態。在可動體205與固定體側軛鐵235之間確保間隙。對第2可動體側軛鐵255a、255b與支軸257a、257b的固定可採用粘結、壓入或合用這些方法的結構。
在如此構成的線性作動器201中，朝向圖紙，在右側從對面側朝向跟前側電流在線圈233中流動，朝向圖紙，在左側從跟前側朝向對面側電流在線圈233中流動，磁力線如圖12所示。因此，可動體5首先如箭頭A所示那樣，通過洛倫茲力，在軸線方向上受到推力而移動。而當對線圈233的通電方向翻轉，則可動體205如箭頭B所示那樣沿軸線方向下降。
本形態的線性作動器201中，由磁力推動可動體205，同時在軸線方向的一側，在軸承板271a與第2可動體側軛鐵255a之間配置作為施力構件的圓錐梯形的螺旋彈簧291。因此，在可動體205下降時，使壓縮彈簧一邊變形一邊移動，在可動體205上升時，壓縮彈簧的形狀恢復力進行輔助，從而高速移動。
本形態中，如此構成的線性作動器201，配置在閥室270(凹部58、68a～68h)中的隔膜閥260的中央部分與一方的支軸257b的端部連接。在隔膜閥260的外周側形成起到液體密封性和作為定位功能的環狀厚壁部261，在隔膜閥260中，將包括該環狀厚壁部261在內的外周側夾在基板76與流道構成板77之間以確保液體密封。
對於閥體，並不局限於隔膜閥260，也可使用伸縮閥及其他閥體。支軸257a、257b與閥體既可是分體結合的結構，也可是支軸257a、257b與閥體一體形成的結構。
以上說明的那樣，本形態的可動體205中，一對磁鐵253a、253b分別以同極相對，作用有磁性排斥力，但因為在磁鐵253a、253b之間設置了第1可動體側軛鐵251，因而可將一對磁鐵253a、253b以同極相對的狀態加以固定。
而且，在可動體205中，一對磁鐵253a、253b分別以同極朝向第1可動體側軛鐵251，因而從第1可動體側軛鐵251沿徑向產生強的磁通。因此，只要使第1可動體側軛鐵251與線圈233的圓周面相互相對，就可對可動體205施加大的推力。
而且，只要對磁鐵253a、253b在軸線方向進行磁化即可，與對磁鐵253a、253b在徑向磁化的場合不同，即使小型化時也容易磁化，適合於批量生產。
而且，本形態中，第1可動體側軛鐵251的外周面從一對磁鐵253a、253b的外周面朝外周側凸出，故即使在設有固定體側軛鐵235的情況下，也可減小與軸線方向垂直的方向上作用於可動體205的磁性吸引力。同樣，第2可動體側軛鐵255a、255b的外周面從一對磁鐵253a、253b的外周面朝外周側凸出，故即使在設有固定體側軛鐵235的情況下，也可減小與軸線方向垂直的方向上作用於可動體205的磁性吸引力。因此，具有容易進行組裝作業以及可動體205不易傾斜的優點。
本形態中，因為將磁鐵253a、253b配置在了線圈33的外周側，故與將磁鐵253a、253b配置在線圈233的外側的情況相比磁鐵253a、253b可減小，因而可廉價構成主動閥5、6。而且，線圈233配置在外側，因而可僅由固定體側軛鐵封閉磁路。
而且，在固定體203中，將支軸257a、257b沿軸線方向可移動地加以支承的軸承板271a、271b保持在沿軸線方向開口的開口部內，故不需要另外配置軸承構件。而且，能以固定體203為基準固定軸承板271a、271b，因而具有支軸257a、257b不會傾斜的優點。
(其他實施形態)用途也不局限於燃料電池，例如，也可在化學物質的分析裝置領域中，用作微量試藥滴下裝置中所使用的多個注射泵的代替品。
權利要求
1.一種線性作動器，其特徵在於，包括具有卷繞成環狀的線圈的固定體；以及可動體，其具有在所述線圈的內側或外側與該線圈之間圓周面相互相對的第1可動體側軛鐵、同極朝向該第1可動體側軛鐵並相對於該第1可動體側軛鐵而在軸線方向的兩側層疊而成的一對磁鐵，通過對所述線圈通電，使所述可動體沿軸線方向得到驅動。
2.如權利要求1所述的線性作動器，其特徵在於，所述固定體配置在所述線圈的內側，所述第1可動體側軛鐵的外周面與所述線圈的內周面相對。
3.如權利要求2所述的線性作動器，其特徵在於，所述固定體具有固定體側軛鐵，該固定體側軛鐵從所述線圈的外周面繞過該線圈的軸線方向的兩側，且一方的前端部和另一方的前端部位於所述第1可動體側軛鐵的外周面與所述線圈的內周面之間的間隙內，該固定體側軛鐵的所述前端部相互隔著狹槽在軸線方向上相對，該固定體側軛鐵與所述可動體之間確保有間隙。
4.如權利要求3所述的線性作動器，其特徵在於，在所述固定體側軛鐵上形成有從所述線圈引出線圈線末端的線圈線引出部。
5.如權利要求3所述的線性作動器，其特徵在於，所述固定體側軛鐵的所述前端部具有使所述可動體側的狹槽寬度與所述線圈側的狹槽寬度同等、或比所述線圈側的狹槽寬度狹窄的形狀。
6.如權利要求3所述的線性作動器，其特徵在於，在所述固定體側軛鐵的所述前端部相互之間配置有由連接該前端部的非磁性體構成的隔板。
7.如權利要求3所述的線性作動器，其特徵在於，所述第1可動體側軛鐵的外周面從所述一對磁鐵的外周面朝外周側凸出。
8.如權利要求3所述的線性作動器，其特徵在於，在所述一對磁鐵上，在與所述第1可動體側軛鐵的相反的一側層疊有第2可動體側軛鐵。
9.如權利要求8所述的線性作動器，其特徵在於，所述第2可動體側軛鐵的外周面從所述一對磁鐵的外周面向外周側凸出。
10.如權利要求1所述的線性作動器，其特徵在於，所述可動體具有沿軸線方向的至少一個方向延伸的支軸，在所述固定體中，將所述支軸沿軸線方向可移動地加以支承的軸承構件保持在沿軸線方向開口的開口部內。
11.如權利要求1所述的線性作動器，其特徵在於，所述可動體具有沿軸線方向的至少一個方向延伸的支軸，另一方面，至少在所述第1可動體側軛鐵及所述磁鐵上形成有插入所述支軸用的通孔或不貫通的孔。
12.如權利要求1所述的線性作動器，其特徵在於，將對該可動體沿軸線方向的至少一個方向施力的施力構件配置在所述可動體上。
13.一種具有權利要求1至12中任一項所述的線性作動器的閥裝置，其特徵在於，通過通電等所引起的所述可動體在軸線方向上的動作，開閉流道或增減所述流道的截面積，從而控制流體的送出。
14.如權利要求13所述的閥裝置，其特徵在於，開閉流道或增減所述流道的截面積從而控制流體送出用的閥體與所述可動體連接。
15.如權利要求13所述的閥裝置，其特徵在於，所述閥體分別配置在所述可動體的軸線方向的兩側。
16.一種泵裝置，具有構成連通流體吸入口及排出口的泵室的固定體；使所述泵室的內容積膨脹收縮從而吸入及排出流體用的閥體；驅動該閥體的驅動機構，其特徵在於，所述驅動機構包括具有線圈的環狀定子；具有與該定子之間圓周面彼此相對的轉子磁鐵的旋轉體；固定有所述閥體的移動體；將所述旋轉體的旋轉加以變換、使所述移動體沿軸線方向移動的變換機構，所述變換機構包括在所述旋轉體與所述移動體之間具有螺紋槽或凸輪槽的動力傳遞機構；防止所述移動體與所述旋轉體連動而共同旋轉的同轉防止機構。
17.如權利要求16所述的泵裝置，其特徵在於，所述旋轉體是同軸狀配置在所述定子內側的筒狀體，所述移動體同軸狀配置在該旋轉體的內側。
18.如權利要求17所述的泵裝置，其特徵在於，所述閥體是劃分所述泵室而形成的隔膜閥，將該隔膜閥的外周緣固定在所述固定體上，而該隔膜閥的中央固定在所述移動體上，所述固定體具有第2壁面，該第2壁面與在所述移動體上沿軸線方向延伸的第1壁面相對且在與該第1壁面之間構成環狀空間，所述隔膜閥上的中央部與外周緣之間的環狀部分在所述環狀空間內以折返成截面為U字形的狀態得到保持。
19.如權利要求18所述的泵裝置，其特徵在於，所述移動體具有朝外周側擴大的凸緣部，同時在該凸緣部的圓周方向上形成多個孔，所述第2壁面由在所述固定體上從圓周方向的多個部位沿軸線方向延伸的多個突起構成，所述多個突起分別嵌入所述多個孔內，構成所述同轉防止機構。
20.如權利要求16所述的泵裝置，其特徵在於，所述旋轉體通過軸承滾珠可繞軸線旋轉地支承於所述固定體上。
21.如權利要求16至20中任一項所述的泵裝置，其特徵在於，構成有限定所述旋轉體的停止位置用的擋塊。
22.一種泵裝置，其特徵在於，泵裝置本體包括連通流入口的流入通道、配置在該流入通道內的流入側主動閥、與所述流入通道連接的泵室、配置在該泵室內的泵機構、從所述泵室延伸並與多個流出口分別連通的多個流出通道、分別配置在該多個流出通道內的流出側主動閥，所述流出側主動閥平面狀配置在所述泵室周圍。
23.如權利要求22所述的泵裝置，其特徵在於，所述多個流出通道中，從所述泵室至所述流出側主動閥的流道長度相等。
24.如權利要求22所述的泵裝置，其特徵在於，所述流入口及所述多個流出口在所述泵裝置本體的同一個面上開口。
25.如權利要求24所述的泵裝置，其特徵在於，用於所述流入側主動閥、所述泵機構及所述流出側主動閥的配線基板，在所述泵裝置本體中，層疊在與所述流入口及所述多個流出口所開口的面不同的一側的面上。
26.如權利要求22所述的泵裝置，其特徵在於，所述泵裝置本體包括所述流出通道在一面形成槽狀的板；與該板的所述一面重疊配置的薄片狀密封構件。
27.如權利要求26所述的泵裝置，其特徵在於，所述泵裝置本體具有在內部收容所述泵機構的殼體，同時在該殼體上層疊所述板，所述泵機構具有隔膜閥，該隔膜閥的外周部分夾持在所述殼體與所述板之間。
28.如權利要求26所述的泵裝置，其特徵在於，所述泵裝置本體具有內部收容所述流入側主動閥及所述流出側主動閥機構的殼體，並且在該殼體上層疊所述板，所述流入側主動閥及所述流出側主動閥分別具有隔膜閥，該隔膜閥都是外周部分被夾持在所述殼體與所述板之間。
全文摘要
本發明的泵裝置(1)，包括泵室(2)；與泵室(2)連接的流入通道(3)；通過流出側主動閥(6)與泵室(2)連接的多個流出通道(4)；使泵室(2)容積變化的泵機構(13)。多個流出側主動閥(6)配置在泵室(2)的周圍，從泵室(2)至流出側主動閥(6)的尺寸在各個流出通道(4)都相等。本發明能提供一種在具有排出流體用的多個流出通道的同時能高精度地排出合適量的流體的泵裝置。
文檔編號F04B35/04GK1782386SQ20051012880
公開日2006年6月7日 申請日期2005年11月30日 優先權日2004年11月30日
發明者村松健次, 橫沢滿雄, 高沢清繼, 杉原廣志 申請人:日本電產三協株式會社