JP2001221166A

JP2001221166A - 螺旋パイプを備えた容積型ポンプ及び流体移送方法

Info

Publication number: JP2001221166A
Application number: JP2000033163A
Authority: JP
Inventors: Taketeru Cho; 建輝張
Original assignee: FURUYAMA AKIMI
Current assignee: FURUYAMA AKIMI
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2000-02-10
Publication date: 2001-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】移送する流動体である流体粒子に無用の負荷
や、流体粒子の特性に影響やダメージを及ぼすことがな
く、効率的に作用するポンプ機能を備え、間欠的流動、
脈流の影響が少ない、連続的に効率よく作用する機構を
具備した無弁の容積型ポンプを得ることを課題とする。【解決手段】外力により内容積が変化するチャンバー
１２を備え、該チャンバーには吸入と吐出を兼用する複
数の開口部４を備え、該開口部４の少なくとも一つより
左回転方向で延出した螺旋パイプ１が配置され、他の開
口部４の少なくとも一つより右回転方向で延出した螺旋
パイプ２が配置された構造の螺旋パイプを備えた容積型
ポンプの構造と此を用いた流体移送方法を、解決の手段
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コリオリの力を利
用した容積型ポンプに関する。又、圧電型ポンプを採用
することで、より効果的に流体粒子を移送できる装置並
びに方法を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】地球の自転によって生ずる付加的な慣性
力として、コリオリの力は既に良く知られたエネルギー
であり、コリオリの力に関する特許も多数出願されてい
る。しかしながらそのほとんどが測定器への利用など
で、コリオリの力は動力として積極的に利用されていな
いのが現状である。一方ポンプに関しては、従来から多
種多様なポンプが開発されている。その中で容積型ポン
プについて言えば、いずれも外力を受けてチャンバー内
の容積、圧力を変化させるタイプのものであり、例えば
シリンダー内をピストンが往復し容積変化を起こさせる
レシプロタイプのもの、ハウジング内壁とローターの外
周形状とで容積変化を起こさせるロータリータイプのも
の、チャンバー自体が膨張と収縮を繰り返して容積変化
を起こさせる伸縮タイプを挙げることができる。これら
容積型ポンプには、チャンバー内に流体を取込む吸入口
と、排出する吐出口とがあり、吸入口、吐出口のそれぞ
れにはほとんどの場合弁が取り付けられており、ポンプ
チャンバー内の容積変化に伴う圧力変化と弁の開閉で流
体を移送する。容積型ポンプは、定量の流体を移送する
簡易な構造のポンプではあるが、間欠的に流体を吸排出
するポンプ作用で流体移送のための圧力変化が大きく、
弁に負担がかかる上、流体の種類によっては弁で詰まり
が生じたり、流体の種類によっては弁の開閉により流体
自体が損傷する等の問題を生じる。又、容積型ポンプの
チャンバー内の容積を変化させる方法としては、圧力変
化が比較的少なく従って間欠的流動、脈流の影響が少な
い機構として特開昭５３−２４６０５や特開昭５７−１
３７６７１に見られるように、セル壁の一部として電歪
材質の２枚の板を貼り合わせた構造よりなるバイモルフ
振動子を一体に形成し、振動子に交番電圧を印加して振
動子を振動させ、セル内の容積及び圧力を変化させる圧
電式のポンプがある。しかしながらこの方式においても
逆止弁を用いており、前記の通り、弁への負担及び流体
へのダメージ、悪影響は避けられない。

【０００３】その後、無弁の圧電式のポンプとして、流
体の流動特性を利用した流動性の良いＤｉｆｆｕｓｅｒ
作用と、流動性を押さえるＮｏｚｚｌｅ作用を一体化
し、吸入口、吐出口のそれぞれに取付けた構成のポンプ
が特表平８−５０６８７４に開示されている。しかしこ
の方式は無弁ではあるが、流動特性を得るため吸入口
部、吐出口部それぞれの流路断面積が狭められた前記の
特殊な一体化構造の圧縮構成要素（狭窄要素）が備えら
れており、この部分で発生する流体抵抗がポンプ機能と
して作用する。従って流動体自体に無用の負荷を生じ、
流動体の種類によってはその特性に影響を及ぼすか或い
はダメージを与えかねないおそれもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記状況を
鑑みて為されたものであり、移送する流動体である流体
粒子に無用の負荷や、流体粒子の特性に影響やダメージ
を及ぼすことがなく、効率的に作用するポンプ機能を備
えることを目的とし、ポンプチャンバー内の容積及び圧
力の変化が比較的少なく従って間欠的流動、脈流の影響
が少ない機構を具備した無弁の容積型ポンプを得ること
を課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題解決のために本
発明は、地球の自転によって生ずるコリオリの力をポン
プ機能として積極的に利用するものである。即ち、コリ
オリの力を利用するポンプ構造として、外力により内容
積が変化するチャンバーを備え、該チャンバーには吸入
と吐出を兼用する複数の開口部を備え、該開口部の少な
くとも一つより螺旋パイプが延出するようにして配置さ
れた構造の無弁の螺旋パイプを備えた容積型ポンプを用
いることを手段とする。

【０００６】また外力により内容積が変化するチャンバ
ーを備え、該チャンバーには吸入と吐出を兼用する複数
の開口部を備え、該開口部の少なくとも一つより左回転
方向で延出した螺旋パイプが配置され、他の開口部の少
なくとも一つより右回転方向で延出した螺旋パイプが配
置された構造の螺旋パイプを備えた無弁の容積型ポンプ
を用いることを手段とすることができる。

【０００７】前記螺旋パイプを備えた容積型ポンプのポ
ンプ内流体粒子の流れに直交する横断面に於いて、前記
チャンバーの横断面積は、螺旋パイプ及び開口部の横断
面積と同一面積であることが好ましい。更に前記螺旋パ
イプを備えた容積型ポンプは、吸入と吐出を兼用する開
口部を二つ備え、一つの開口部には左回転方向で延出し
た螺旋パイプが配置され、他の一つの開口部には右回転
方向で延出した螺旋パイプが配置された構造であること
が好ましく、又、開口部より左回転又は右回転で延出し
た螺旋パイプの螺旋回転中心軸が平行であることが好ま
しい。

【０００８】前記螺旋パイプを備えた容積型ポンプの、
外力により内容積が変化するチャンバー構造の一部が電
歪材質板を可撓性プレートに貼り合わせてなる圧電振動
子エレメントの構成であることが好ましい。又、該圧電
振動子エレメントは、可撓性プレートの表裏両面側から
電歪材質板をそれぞれ１枚ずつ貼り合わせた構成を手段
として用いることができる。

【０００９】前記吸入と吐出を兼用する開口部を備えた
チャンバーが、外力により内容積が増減の変化をするこ
とに伴い、該開口部より延出した螺旋パイプ内を、流体
粒子がチャンバーに対して吸入方向と吐出方向に交互に
移動することを繰り返すことにより、コリオリの力によ
る螺旋パイプ内での移動流量差を生じせしめ、該移動流
量差により流体粒子を移送する無弁の螺旋パイプを備え
た容積型ポンプの流体移送方法を手段とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の螺旋パイプ式容積型ポン
プの構造を説明する前に、該容積型ポンプの機能上重要
な作用力であるコリオリの力について説明する。地球の
自転による付加的な慣性力として生じるコリオリの力
は、物体の運動方向に対し直角に働き、その大きさは速
度に比例する。北半球では運動方向に対して右向きに働
き、南半球では左向きに働く。例えば北半球に於いて流
体粒子が東から西に向かって運動すると、流体粒子は北
極方向に曲げられ、西から東では南方向に曲げられる。

【００１１】地球自転の角速度をω_t、北半球地表上の
緯度θの任意地点をＰとし、Ｐ地点に於いて西から東方
向をＸ軸、南から北方向をＹ軸、地表から垂直上方をＺ
軸とすると、Ｐ地点の地球自転による角速度のＸ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸の分量はω_P＝（０，−ω_tｃｏｓθ，ω_tｓｉ
ｎθ）と表すことができる。ここでＺ軸の角速度分量を
ω_oとすると、ω_o＝ω_tｓｉｎθとなる。地表上の任意
地点Ｐに於ける地球自転による垂直上方Ｚ軸の角速度の
分量ω_oを用いて以下説明する。

【００１２】図１は螺旋パイプにおいて、螺旋回転中心
軸から半径ｒの位置をパイプ中心とした場合の流体粒子
が流れる４パターンをモデル化して示す概略説明図であ
り、前記Ｚ軸に関して螺旋パイプ内を流体粒子が移動す
る状況としては、図１の（ａ）と（ｂ）とは、それぞれ
Ｚ軸の負方向（地表上空より地表へ垂直方向、図では−
で表示）に向けて（ａ）は軸に対し左旋回をしながら、
（ｂ）は右旋回をしながら上方から地表方向に流体粒子
が移動する状況を示している。又、（ｃ）と（ｄ）と
は、それぞれＺ軸の正方向（地表上より地表上空へ垂直
方向、図では＋で表示）に向けて（ｃ）は軸に対し右旋
回をしながら、（ｄ）は左旋回をしながら地表側から上
方向に流体粒子が移動する状況を示している。重力を考
慮に入れず、コリオリの力による角速度ω_oが作用して
いる状況において、図１の４種類の螺旋パイプ内での動
きを示す同一流体粒子が、慣性座標系において同量の外
部エネルギーを受けてω_a＝ω_b＝ω_c＝ω_dなる条件でそ
れぞれの角速度ω_a、ω_b、ω _c、ω_dが生じたとすると、
各４種類の螺旋パイプ内流体粒子の流速ｖは、（ａ）は
ｖ_a＝（ω_a＋ω_o）ｒ、（ｂ）はｖ_b＝（ω_b−ω_o）ｒ、
（ｃ）はｖ_c＝（ω_c−ω_o）ｒ、（ｄ）はｖ_d＝（ω_d＋
ω_o）ｒと表すことができる。即ち、コリオリの力によ
る角速度ω_oの作用を含むときの（ａ）〜（ｄ）各螺旋
パイプ内流体粒子の流速は、ｖ_a＝ｖ_d＞ｖ_b＝ｖ_cであ
る。この時、螺旋パイプ内の断面積をＳ、時間ｔ、流量
Ｑとすると、Ｑ＝Ｓｖｔとなる。従って、（ａ）〜
（ｄ）の各螺旋パイプ内を流れる流量は、（ａ）はＱ_a
＝Ｓｖ_aｔ、（ｂ）はＱ_b＝Ｓｖ_bｔ、（ｃ）はＱ_c＝Ｓｖ
_cｔ、（ｄ）はＱ_d＝Ｓｖ_dｔと表すことができる。従っ
て流速の関係により流量は、Ｑ_a＝Ｑ_d＞Ｑ_b＝Ｑ_cとな
る。以上説明の通り、図１に示す（ａ）〜（ｄ）４種類
の螺旋パイプ内の流体粒子には、コリオリの力による角
速度ω_oが作用して、北半球においては（ａ）と（ｄ）
のパターンで流量が増し、（ｂ）と（ｃ）のパターンで
流量が減少する。又、前記説明では、螺旋パイプの螺旋
回転中心軸をＺ軸として地表に対して垂直方向で説明し
ているが、此に限るものではなく、コリオリの力が作用
する条件であれば、斜め方向、水平方向等何れの方向に
螺旋回転中心軸を設定してもよい。

【００１３】前記コリオリの力を利用するポンプ構造と
して請求項１に記載の発明は、外力により内容積が変化
するチャンバーを備え、該チャンバーには吸入と吐出を
兼用する複数の開口部を備え、該開口部の少なくとも一
つより螺旋パイプが延出するようにして配置された構造
の、螺旋パイプを備えた容積型ポンプである。即ち、本
発明に用いる容積型ポンプは無弁で使用し、外力を受け
てチャンバー内の容積、圧力を変化させるタイプのもの
であればいずれの容積型ポンプのタイプでもよく、従来
から用いられているシリンダーとピストンからなりピス
トンの移動によりチャンバー容積を変化させるレシプロ
タイプのもの、ハウジング内壁とローターの外周形状と
でチャンバー内の容積変化を起こさせるロータリータイ
プのもの、チャンバー自体が膨張と収縮を繰り返して容
積変化を起こさせる伸縮タイプ等を挙げることができ
る。又、チャンバーには吸入と吐出を兼用する複数の開
口部を備えているが、複数とはポンプチャンバーに対し
て流体粒子を供給するための開口部と、ポンプチャンバ
ーに対して流体粒子を排出するための開口部とがそれぞ
れ少なくとも１ヶ所ずつ２ヶ所以上必要なためである。
吸入と吐出を兼用するとは、本発明は無弁の容積型ポン
プであるため、ポンプチャンバー内の容積が増減の変化
を繰り返す度に、ポンプチャンバー内に対して流体粒子
が、開口部を通じて吸入又は吐出を繰り返すことを示し
ている。更に、構造として開口部の少なくとも一つに螺
旋パイプが延出して配置されており、この開口部での吸
入と吐出の繰り返しが螺旋パイプ内に対しても流体粒子
の吸入と吐出方向への繰り返しの移動を生じさせる。即
ち、前記コリオリの力の作用で説明したように、図１の
同一螺旋パイプ内での流体粒子の移動である、（ａ）と
（ｃ）とのパターン、又は（ｂ）と（ｄ）とのパターン
のいずれか一方の螺旋パイプのパターンを選択すること
により螺旋パイプ内の流体粒子にコリオリの力による螺
旋パイプ内で移動流量差を生じさせて、流体粒子を移送
ならしめるものである。螺旋パイプの開口部からの延出
方向は、特に限定しない。

【００１４】また請求項２の発明は、外力により内容積
が変化するチャンバーを備え、該チャンバーには吸入と
吐出を兼用する複数の開口部を備え、該開口部の少なく
とも一つより左回転方向で延出した螺旋パイプが配置さ
れ、他の開口部の少なくとも一つより右回転方向で延出
した螺旋パイプが配置された構造の螺旋パイプを備えた
容積型ポンプである。本発明の構成を具体的に説明する
と、まず開口部から左回転方向と、右回転方向で延出し
た螺旋パイプがそれぞれ少なくとも一つずつ配置されて
いる。此により、例えば、容積型ポンプのチャンバーを
形成するハウジングの底部より垂直下方の地表上に向か
って螺旋パイプを延出して配置する条件で、前記コリオ
リの力で説明した（ｂ）と（ｄ）との螺旋パイプの、開
口部から右回転方向での延出パターンを流体粒子供給側
に配置し、（ａ）と（ｃ）との螺旋パイプの、開口部か
ら左回転方向での延出パターンを流体粒子排出側に配置
すると、ポンプチャンバー内の繰り返しの容積変化に伴
い、それぞれの螺旋ポンプ内で流体粒子の移動を生じさ
せ、コリオリの力により北半球では（ｂ）と（ｄ）との
螺旋パイプのパターンで移動流量差によりポンプチャン
バー内に対し流量増の作用が、（ａ）と（ｃ）との螺旋
パイプのパターンでポンプチャンバー内に対し流量減の
移動流量差を生じさせて、効率的な流体粒子を移送なら
しめるものである。前記開口部に対する螺旋パイプの配
置数並びに、延出方向は、特に限定はしない。

【００１５】請求項３の発明は、前記螺旋パイプを備え
た容積型ポンプのポンプ内流体粒子の流れに直交する横
断面に於いて、チャンバーと螺旋パイプ及び開口部の横
断面積が同一面積であることを条件としている。即ち、
流体粒子流路の横断面積を全て同一とすることで、流体
粒子には更に無用の負荷をかけることなくスムーズな移
送条件とすることが可能となる。移送する流体粒子の種
類や設定条件によりポンプ形状及び構造は制約を受ける
ため、流体粒子流路の横断面積を全て同一とすることが
困難な場合でも、可能な範囲で横断面積変化を少なくす
ることが好ましい。請求項４の発明は、吸入と吐出を兼
用する開口部を二つ備え、一つの開口部には左回転方向
で延出した螺旋パイプが配置され、他の一つの開口部に
は右回転方向で延出した螺旋パイプが配置された螺旋パ
イプを備えた容積型ポンプ構造である。前記請求項２の
説明で図１を基に述べたように、例えば、（ｂ）と
（ｄ）との螺旋パイプパターンをポンプチャンバー底部
の開口部に流体粒子を供給する側として配置し、（ａ）
と（ｃ）との螺旋パイプパターンをポンプチャンバー底
部の開口部に排出側として、それぞれ１ヶ所ずつ、延出
方向右回転と左回転の螺旋パイプを一対として配置する
ことにより、供給側と、排出側とのバランスと、ポンプ
効率が良好な設定となり好ましい。更に、請求項５の発
明に記載された、開口部より右回転又は左回転で延出し
た螺旋パイプの螺旋回転中心軸が平行であることが、コ
リオリの力作用を地域や緯度、設置場所の条件を問わ
ず、効果的に或いは最大限に引き出す設定上好ましい。

【００１６】請求項６の発明は、前記螺旋パイプを備え
た容積型ポンプの、外力により内容積が変化するチャン
バー構造の一部が電歪材質板を可撓性プレートに貼り合
わせてなる複合型素子の圧電振動子エレメントの構成で
ある。電歪材質板は強誘電体自身の誘起歪みを生ずる圧
電素子であり、可撓性プレートは屈曲柔軟性のあるプレ
ートであれば何れでもよいが絶縁材料が好ましく、シリ
コン膜、セラミックプレート等を用いることができる。
圧電振動子エレメントは、電圧をかけるとバイメタルの
ように湾曲してお椀状に撓む性質を有する。この原理を
利用して、チャンバー構造の一部を圧電振動子エレメン
トで形成して、圧電振動子エレメントをチャンバーの外
部方向、即ちチャンバーが膨らむ方向に湾曲させるとチ
ャンバーの容積が増加する。又、設定を変えて圧電振動
子エレメントをチャンバーの内部方向、即ちチャンバー
が縮む方向に湾曲させるとチャンバーの容積が減少す
る。前記圧電振動子エレメントの構成と設定は、容積増
加設定、容積減少設定の何れでもよく、増加・減少の両
方可能な構成を用いて、増減設定を同時に行ってもよ
い。又、圧電振動子エレメントは電圧を印加する度に、
湾曲してチャンバーの容積を変化させるため、電圧印加
のＯＮとＯＦＦを連続して行わせることにより、チャン
バーの容積も連続して変化させることができ、効率的で
あり好ましい。

【００１７】請求項７の発明は、可撓性プレートの表裏
両面側から電歪材質板をそれぞれ１枚ずつ貼り合わせ
た、電歪材質板を２枚有する圧電振動子エレメントをチ
ャンバー構造の一部として用いる場合の構成である。こ
のような圧電振動子エレメントはバイモルフと呼ばれて
おり、通常２枚の電歪材質板の一方が伸びたときに他方
が縮み、全体として一方向に屈曲変位を起こす。この場
合、電歪材質板１枚での圧電振動子エレメント構成のユ
ニモルフタイプと比較して、湾曲する変位の拡大率が大
きいというメリットがあり、従って一回の動作でのチャ
ンバーの容積変化率も大きくすることができる。一方、
電歪材質板を２枚有する前記圧電振動子エレメントの別
の作動方法としては、２枚の電歪材質板に対し、電圧を
交互に印加させる方法がある。即ち、電歪材質板可撓性
プレート裏面側であるチャンバー内部側の電歪材質板に
電圧を印加させて内部側電歪材質板が縮んだ場合、圧電
振動子エレメントはチャンバー外側に湾曲してチャンバ
ー容積は増加し、チャンバー外部側の電歪材質板に電圧
を印加させて外部側電歪材質板が縮んだ場合、圧電振動
子エレメントはチャンバー内側に湾曲してチャンバー容
積は減少する。従って、スイッチング装置等により、例
えばチャンバー内部側の電歪材質板に電圧印加ＯＮ後、
ＯＦＦとし、ＯＦＦと同時かＯＦＦ直後にチャンバー外
部側の電歪材質板の電圧印加をＯＮとし、その後ＯＦＦ
と同時かＯＦＦ直後にチャンバー内部側の電歪材質板の
電圧印加をＯＮとする。此を連続的に繰り返す事によ
り、チャンバー内の容積が定常から増加、増加から定常
に戻った後に減少、減少から定常後更に増加することを
連続的繰り返すことができ、チャンバーの容積変化量が
大きく、効率的であり好ましい。

【００１８】請求項８の発明は、容積型ポンプを用いた
流体粒子の移送方法である。前記吸入と吐出を兼用する
開口部を備えたチャンバーが、外力により内容積が増減
の変化をすることに伴い、該開口部より延出した螺旋パ
イプ内を、流体粒子がチャンバーに対して吸入方向と吐
出方向に交互に移動することを繰り返すことにより、コ
リオリの力による螺旋パイプ内での移動流量差を生じせ
しめ、該移動流量差により流体粒子を移送する。即ち、
図１に示した（ａ）〜（ｄ）４種類の螺旋パイプモデル
内の流体粒子には、コリオリの力が作用して、北半球に
おいては（ａ）と（ｄ）のパターンで流量が増し、
（ｂ）と（ｃ）のパターンで流量が減少することをあて
はめると、北半球に於いて本発明の容積型ポンプを用い
た流体粒子の移送方法は、容積型ポンプのチャンバー底
部の開口部に右回転で延出された（ｂ）と（ｄ）パター
ンの螺旋パイプを供給側として持つ場合に、移動流量差
による（ｄ）パターンの、チャンバー内に供給される流
体粒子流量の増加となり、一方容積型ポンプのチャンバ
ー底部の開口部に左回転で延出された（ａ）と（ｃ）パ
ターンの螺旋パイプを排出側として持つ場合に、移動流
量差による（ａ）パターンの、チャンバー内から排出さ
れる流体粒子流量の増加となる。斯くして、前記チャン
バーより右回転で延出された螺旋パイプ側よりチャンバ
ー内への流体粒子の供給と、チャンバーより左回転で延
出された螺旋パイプ側よりチャンバー外への流体粒子の
排出が形成されて、本発明の容積型ポンプによる流体粒
子の移送方法が達成されるものである。本発明の螺旋パ
イプを備えた容積型ポンプによる流体移送方法を採用す
ることにより、移送する流体粒子に無用の負荷や、流体
粒子の特性に影響やダメージを及ぼすことがない。

【００１９】

【実施例】図２には、本発明の要部である螺旋パイプに
おいて、螺旋回転方向の異なる一対の螺旋パイプの概略
図を一実施例として示している。図２について説明す
る。（ｅ）はＡ₁からＡ₂方向に螺旋回転中心軸Ａを中心
に左回転の螺旋パイプであり、（ｆ）はＢ₁からＢ₂方向
に螺旋回転中心軸Ｂを中心に右回転の螺旋パイプであ
る。図１の（ａ）〜（ｄ）４種類のパターンモデルを、
図２の（ｅ）、（ｆ）の螺旋パイプ内で流体粒子が移動
する状況にそれぞれ当てはめて対比させる。先ず（ｅ）
の螺旋パイプ１では、Ａ₁からＡ₂方向に流体粒子が移動
した場合は（ａ）に相当し、逆にＡ₂からＡ₁方向に流体
粒子が移動した場合は（ｃ）に相当する。又、（ｆ）の
螺旋パイプ２では、Ｂ₁からＢ₂方向に流体粒子が移動し
た場合は（ｂ）に相当し、逆にＢ₂からＢ₁方向に流体粒
子が移動した場合は（ｄ）に相当する。従って、螺旋パ
イプ１と螺旋パイプ２共に螺旋回転中心軸を地表より垂
直上方向Ｚ軸に並列して設定した場合、前記説明の流量
の関係より、（ｅ）の螺旋パイプ１では、Ａ₁からＡ₂方
向の流体粒子の移動流量が、Ａ₂からＡ₁方向の流体粒子
の移動流量より増すこととなる。又、（ｆ）の螺旋パイ
プ２ではＢ₂からＢ₁方向の流体粒子の移動流量が、Ｂ₁
からＢ₂方向の流体粒子の移動流量より増すこととな
る。流体粒子の外力による移動については、螺旋パイプ
１及び螺旋パイプ２を用いて、内容積が変化するハウジ
ング構造の一部が電歪材質板を可撓性プレートに貼り合
わせてなる圧電振動子エレメントの連続的屈曲変位によ
る振動により、螺旋パイプ１及び、螺旋パイプ２内の流
体粒子移動を生じさせる方式をとる。

【００２０】前記螺旋パイプ１と螺旋パイプ２とを用い
て構成したポンプの一実施の形態について図３を用いて
説明する。図３は、容積型ポンプ構造として形成した場
合の平面図及び、平面図上で示すＣ₁−Ｃ₂断面を含む部
分断面正面図である。螺旋パイプ１と螺旋パイプ２と
は、ポンプハウジング３の底部に穿設して形成された開
口部４より、平行して垂直下方向に延出して設置されて
いる。ポンプハウジング３の形状は略円柱形をしてお
り、内部に同心円の円柱状空間を有している。ポンプハ
ウジング３の上部には、円盤状のシリコン膜５を表裏両
面側から円盤状の圧電素子６と圧電素子７で接着して形
成した圧電振動子エレメント８が周端部分をリング状に
挟着されている。即ち、リング形状の上部のパッキン９
と下部のパッキン９とで上下より挟み、上部のパッキン
９の上から押さえリング１０を重ねた状態で、押さえリ
ング１０、上部のパッキン９、圧電振動子エレメント８
の周端部分及び下部のパッキン９の同位置に穿設された
貫通孔内を止めネジ１１にて押さえリング１０側より通
し、ポンプハウジング３の上部に形成された雌ねじ穴に
止めネジ１１を螺着することで、圧電振動子エレメント
８は装着されている。以上の構成から、ポンプハウジン
グ３の円柱状空間と、上方から塞ぐように配置された圧
電振動子エレメント８とで、ポンプチャンバー１２は形
成されている。

【００２１】前記構成で通常のバイモルフ方式として圧
電振動子エレメント８を作動させる場合には、電圧を圧
電素子６と圧電素子７とに同時に印加して、電歪材質板
の一方が伸びたときに他方が縮む設定により、全体とし
て一方向に屈曲変位を起こさせ、圧電振動子エレメント
８をバイメタルのように湾曲させる。電圧印加で圧電素
子６が伸び、圧電素子７が縮むと圧電振動子エレメント
８は上方向に湾曲してお椀状に撓み、実質的にポンプチ
ャンバー１２の容積が増加する。一方、電圧印加で圧電
素子７が伸び、圧電素子６が縮むと圧電振動子エレメン
ト８は下方向に湾曲してお椀状に撓み、実質的にポンプ
チャンバー１２の容積が減少する。又、別の方式とし
て、電圧を交互に印加させる方法がとれる。ポンプ内部
の圧電素子７とポンプ外部の圧電素子６とに交互に電圧
をかけることにより圧電振動子エレメント８は上方向と
下方向に交互にお椀状に湾曲して、ポンプチャンバー１
２の容積を増減させることができる。交互に電圧をかけ
る方法は市販のスイッチッグ装置を用い、周知の圧電ア
クチュエータの技術（詳細説明及び図示省略）とその電
圧印加方式とをそのまま採用できる。圧電アクチュエー
タ方式にて、圧電振動子エレメント８を連続的湾曲変位
により振動させるとポンプチャンバー１２内の容積が連
続して増減の変化を繰り返す。即ちこのポンプチャンバ
ー１２内の容積の増減変化により、液体又は気体の流体
粒子が開口部４を通って螺旋パイプ１と螺旋パイプ２内
で流入、流出の移動を繰り返す。この時、螺旋パイプ１
と螺旋パイプ２でコリオリの力による移動流量差を生じ
て流体粒子を移送する。

【００２２】図４は、本発明の容積型ポンプ構造として
別の一実施例構造を示す、概略の正面図及び平面図であ
る。流体粒子の流れと直交する横断面に於いて、ポンプ
ハウジング１３内部の断面積は、螺旋パイプ１４及び螺
旋パイプ１５の内部断面積と同一に形成されている。ポ
ンプハウジング１３の上部には、円盤状の圧電素子１６
とシリコン膜１７からなる、ユニモルフタイプの圧電振
動子エレメント１８が配置されている。容積型ポンプと
しての機能は、圧電振動子エレメント１８が電圧の印加
により繰り返し湾曲変位して振動することにより、ポン
プハウジング１３内のチャンバー容積を変化させ、螺旋
パイプ１５から供給された流体粒子を、ポンプハウジン
グ１３内部チャンバーに取り込んで、螺旋パイプ１４よ
り連続的に排出する。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、コリオリの力作用
を積極的に利用した螺旋パイプを用いることにより移動
流量差を引き出して、これを容積型ポンプの機能として
取り入れることにより、移送する流体粒子に無用の負荷
や、流体粒子の特性に影響やダメージを及ぼすことがな
い無弁のポンプ機能を発揮する効果を有する。又、図４
に例示した容積型ポンプの構造形態を用いると、螺旋パ
イプ並びにポンプハウジング内部の断面積をほぼ同一と
することができ、内部を移動する流体粒子の流れがより
一層負荷無くスムーズとなり、移送する流体粒子にダメ
ージを与えることがない。

【００２４】螺旋パイプを備えた容積型ポンプ内部チャ
ンバーの容積を圧電振動子エレメントで変化させ、流体
粒子の移送を行う機構を採用することにより、間欠的流
動、脈流の影響が少なく、連続的により効率よく作用す
るポンプ機能を具備した無弁の容積型ポンプを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】流体粒子が流れるパターンをモデル化して示
す概略説明図である。

【図２】螺旋回転方向の異なる一対の螺旋パイプを示
した概略図である。

【図３】本発明の容積型ポンプの一実施例を示した、
平面図及び部分断面正面図である。

【図４】本発明の容積型ポンプの一実施例を示した、
概略の平面図及び、正面図である。

【符号の説明】

１，２，１４，１５螺旋パイプ３，１３ポンプハウジング４開口部５，１７シリコン膜６，７，１６圧電素子８，１８圧電振動子エレメント９パッキン１０押さえリング１１止めネジ１２ポンプチャンバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外力により内容積が変化するチャンバー
を備え、該チャンバーには吸入と吐出を兼用する複数の
開口部を備え、該開口部の少なくとも一つより螺旋パイ
プが延出して配置された構造を特徴とする螺旋パイプを
備えた容積型ポンプ。
【請求項２】外力により内容積が変化するチャンバー
を備え、該チャンバーには吸入と吐出を兼用する複数の
開口部を備え、該開口部の少なくとも一つより左回転方
向で延出した螺旋パイプが配置され、他の開口部の少な
くとも一つより右回転方向で延出した螺旋パイプが配置
された構造を特徴とする請求項１記載の螺旋パイプを備
えた容積型ポンプ。
【請求項３】ポンプ流路内で流体粒子の流れに直交す
る横断面に於いて、前記チャンバーと螺旋パイプ及び開
口部の各横断面積とが同一面積であることを特徴とする
請求項１又は請求項２に記載の螺旋パイプを備えた容積
型ポンプ。
【請求項４】前記吸入と吐出を兼用する開口部を二つ
備え、一つの開口部には左回転方向で延出した螺旋パイ
プが配置され、他の一つの開口部には右回転方向で延出
した螺旋パイプが配置された構造を特徴とする請求項１
から請求項３のいずれかに記載の螺旋パイプを備えた容
積型ポンプ。
【請求項５】前記開口部より左回転又は右回転で延出
した螺旋パイプの螺旋回転中心軸が平行であることを特
徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の螺旋
パイプを備えた容積型ポンプ。
【請求項６】前記外力により内容積が変化するチャン
バー構造の一部が電歪材質板を可撓性プレートに貼り合
わせてなる圧電振動子エレメントであることを特徴とす
る請求項１から請求項５のいずれかに記載の螺旋パイプ
を備えた容積型ポンプ。
【請求項７】前記圧電振動子エレメントが、可撓性プ
レートの表裏両面側から電歪材質板をそれぞれ１枚ずつ
貼り合わせてなることを特徴とする請求項６に記載の螺
旋パイプを備えた容積型ポンプ。
【請求項８】吸入と吐出を兼用する開口部を備えたチ
ャンバーが、外力により内容積が増減変化をすることに
伴い、該開口部より延出した螺旋パイプ内を、流体粒子
がチャンバー内に対して吸入方向と吐出方向に交互に移
動することを繰り返して、コリオリの力により螺旋パイ
プ内で移動流量差を生じせしめ、該移動流量差により流
体粒子を移送することを特徴とした螺旋パイプを備えた
容積型ポンプの流体移送方法。