JP2009057861A - ダイヤフラム式ポンプ - Google Patents

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弘昭 伊藤
Hiroshi Isobe
宏 磯部
Tadashi Ishiguro
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Kazunobu Hashimoto
和信 橋本
Tetsuyoshi Shibata
哲好 柴田
Hiroomi Nemoto
浩臣 根本
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B43/02Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04Pumps having electric drive

Abstract

【課題】ストロークを確保しやすいダイヤフラム式ポンプを提供することを課題とする。
【解決手段】ダイヤフラム式ポンプ1は、流体室Rの容積を変化させる容積変化部材21と、延伸状態で固定され流体室Rから隔離して配置され、一対の電極220、221と誘電体エラストマー製の伸縮膜222とを有し、容積変化部材21を往動方向に駆動するダイヤフラム部材22と、容積変化部材21を復動方向に駆動するリターン付勢部材21と、ダイヤフラム部材22と容積変化部材21とを連結する連結部材23と、を備える。低電圧状態において、ダイヤフラム部材22およびリターン付勢部材21には容積変化部材21に対する駆動力が蓄積されている。ダイヤフラム部材22は、延伸状態と比較して、復動方向に弾性的に突出した状態で配置されており、往復動方向断面における延伸状態に対する低電圧状態のダイヤフラム部材22の傾斜角度θは45°以上に設定されている。
【選択図】図6

Description

本発明は、電歪するダイヤフラム部材を用いて流体を圧送するダイヤフラム式ポンプに関する。
例えば、特許文献1の[図2H]、特許文献2の[図2G]、特許文献3の[図6]、特許文献4の[図8C]、[図8D]、[図8E]には、ダイヤフラム式のアクチュエータあるいはポンプが開示されている。これらのアクチュエータあるいはポンプは、誘電体エラストマー製の伸縮膜を有するダイヤフラム部材を備えている。
特表2003−506858号公報 特表2005−522162号公報 特開2001−286162号公報 特表2006−520180号公報
図1に、ダイヤフラム部材の動作原理図を示す。図1(a)は電圧を印加していない状態を、図1(b)は膜展開方向の変形を無規制のまま電圧を印加している状態を、図1(c)は膜展開方向の変形を規制して電圧を印加している状態を、それぞれ示す。
図1(a)に示すように、ダイヤフラム部材100は、伸縮膜101と、一対の電極102a、102bと、を備えている。図1(b)に示すように、スイッチ103を閉成すると、電極102a、102b間に電圧が印加される。電圧が印加されると、電極102a、102b間の静電引力も大きくなる。このため、伸縮膜101は膜厚方向から圧縮され、伸縮膜101の膜厚は小さくなる。膜厚が小さくなると、その分、伸縮膜101は、膜展開方向に伸張する。
しかしながら、図1(c)に示すように、伸縮膜101の周縁が固定されている場合、伸縮膜101は膜展開方向に伸張することができない。このため、伸縮膜101は、膜展開方向に対して略垂直方向に撓むことになる。特許文献1〜4に記載のダイヤフラム式のアクチュエータあるいはポンプの場合、当該撓み量を利用して、ストロークL1を確保している。
このように、特許文献1〜4に記載のダイヤフラム式のアクチュエータあるいはポンプの場合、膜展開方向に対して、略垂直方向にストロークL1を確保している。言い換えると、伸縮膜101の本来の伸縮方向に対して、略垂直方向にストロークL1を確保している。このため、ストロークが小さくなりやすい。
本発明のダイヤフラム式ポンプは、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、大きなストロークを確保しやすいダイヤフラム式ポンプを提供することを目的とする。
(1)上記課題を解決するため、本発明のダイヤフラム式ポンプ(以下、適宜、「ポンプ」と略称する。)は、流体室と、該流体室に流体を吸入する吸入口と、該流体室から該流体を排出する排出口と、を有するハウジング部材と、該流体室の容積を変化させる容積変化部材と、該ハウジング部材に周縁が拡径方向に伸張された延伸状態で固定されると共に該流体室から隔離して配置され、一対の電極と、一対の該電極間に介在し一対の該電極間の印加電圧が高くなるに従って膜展開方向の伸張量が大きくなる誘電体エラストマー製の伸縮膜と、を有し、該容積変化部材を該膜展開方向とは交差する往動方向に駆動するダイヤフラム部材と、該容積変化部材を該往動方向とは反対の復動方向に駆動するリターン付勢部材と、該ダイヤフラム部材と該容積変化部材とを動力伝達可能に接続する連結部材と、を備えてなり、一対の該電極間の印加電圧が低い低電圧状態と、一対の該電極間の印加電圧が該低電圧状態よりも高い高電圧状態と、に切り替え可能であって、該低電圧状態において、該ダイヤフラム部材および該リターン付勢部材には該容積変化部材に対する駆動力が蓄積されており、該ダイヤフラム部材は、該延伸状態と比較して、該復動方向に弾性的に突出した状態で配置されており、往復動方向断面における該延伸状態に対する該低電圧状態の該ダイヤフラム部材の傾斜角度は、45°以上に設定されていることを特徴とする(請求項1に対応)。ここで、「低電圧状態」とは、一対の電極間に電圧が全く加わっていない状態(印加電圧0Vの状態)を含む。
本発明のポンプによると、ダイヤフラム部材の伸縮膜に、予め延伸が加えられている。伸縮膜すなわち誘電体エラストマーを予め延伸した状態で使用すると、未延伸のものと比較して、絶縁破壊強度を向上させることができる。このため、本発明のポンプによると、伸縮膜に対してより大きな電圧を印加させることができる。したがって、ポンプのストロークを大きくすることができる。
また、ダイヤフラム部材の伸縮膜は、拡径方向に延伸されている。以下、拡径方向の延伸の有無について、モデル図を用いて説明する。なお、以下に示すモデル図は、拡径方向の延伸の効果を説明するためのものであり、伸縮膜の形状、連結部材の形状、配置など、本発明を何等限定するものではない。
図2に、異なる二つの延伸状態における力の向きをモデル図で示す。図2(a)は、伸縮膜を拡径方向に延伸して固定した状態を示す。図2(b)は、伸縮膜を拡径方向に延伸せずに自然状態で固定した状態を示す。図2(a)、(b)いずれの状態においても、伸縮膜の中心部は、連結部材により押圧されている。図2(a)、(b)中に、力の向きを矢印で示す。図2(a)に示すように、拡径方向に延伸した場合には、引張力が伸縮膜104の中心から周縁に向かって均一に生じている。また、図2(a)中に点線円で拡大して示すように、引張力は拡径方向(外向き)に生じるため、各々の力が干渉しにくい。したがって、伸縮膜104全体において、延伸効果を充分に得ることができる。これに対して、図2(b)に示すように、拡径方向に延伸しない場合には、伸縮膜104の中心部が連結部材で押圧されることにより、引張力が伸縮膜104の周縁から中心に向かって生じている。また、図2(b)中に点線円で拡大して示すように、引張力は中心方向(内向き)に生じるため、各々の力が重なり合い、干渉しやすい。したがって、伸縮膜104に、よれ、しわ等が生じやすく、伸縮膜104の延伸効果を充分に得ることができない。
このように、本発明のポンプによると、伸縮膜が延伸状態でハウジング部材に固定されている。このため、延伸効果を充分に発揮させることができる。したがって、伸縮膜の絶縁破壊強度が高い。また、ポンプを組み立てる時に、伸縮膜を拡径方向に延伸して固定すればよいため、ポンプを組み立てる前に、予め伸縮膜を延伸加工しておく必要はない。したがって、ポンプの組立が容易である。
また、ダイヤフラム部材は、延伸状態と比較して、復動方向に弾性的に突出した状態で配置されている。並びに、往復動方向断面における延伸状態に対する低電圧状態のダイヤフラム部材の傾斜角度は、45°以上に設定されている。このため、伸縮膜の伸縮方向(膜展開方向)と、往復動方向(ストローク方向)と、が45°未満の角度で交差することになる。したがって、この点においても、ポンプのストロークを大きくすることができる。
また、本発明のポンプによると、ダイヤフラム部材が流体室から隔離されている。このため、流体がダイヤフラム部材に接触するおそれが小さい。したがって、流体によりダイヤフラム部材が劣化するおそれが小さい。また、ダイヤフラム部材が流体室から隔離されているため、ダイヤフラム部材の材質に留意することなく、流体を選定することができる。このため、流体選択の自由度が高い。並びに、ダイヤフラム部材の材質の選択の自由度も高い。
また、本発明のポンプによると、容積変化部材が、ダイヤフラム部材(往動時)とリターン付勢部材(復動時)とにより、往復双方向に駆動される。このため、容積変化部材がダイヤフラム部材のみにより駆動される場合と比較して、容積変化部材の動作が速い。したがって、流体室を容積変化させやすく、単位時間あたりの流体の流量を大きくすることができる。
(2)好ましくは、上記(1)の構成において、前記容積変化部材は、ゴム弾性部材である構成とする方がよい(請求項2に対応)。本構成によると、ゴム弾性部材の弾性変形を利用することにより、比較的簡単にかつ安価に、流体室の容積を変化させることができる。
(3)好ましくは、上記(2)の構成において、前記ゴム弾性部材は、前記リターン付勢部材を兼用している構成とする方がよい(請求項3に対応)。つまり、本構成は、ゴム弾性部材固有の弾性復元力を利用することにより、ゴム弾性部材自身を、往動方向とは反対の復動方向に駆動するものである。本構成によると、ゴム弾性部材とリターン付勢部材とを、各々別個独立して配置する場合と比較して、部品点数を少なくすることができる。
(4)好ましくは、上記(2)または(3)の構成において、前記ゴム弾性部材の静ばね定数は、前記ダイヤフラム部材の静ばね定数以上に設定されている構成とする方がよい(請求項4に対応)。
本発明のポンプの場合、寸法上の制約から、ゴム弾性部材よりもダイヤフラム部材の方が、表面積が広くなりやすい。この点、本構成によると、ゴム弾性部材の静ばね定数がダイヤフラム部材の静ばね定数以上に設定されているので、流体室の往復動方向の長さを短くできる。
(4−1)特に好ましくは、上記(2)または(3)の構成において、ゴム弾性部材の静ばね定数と、ダイヤフラム部材の静ばね定数と、が等しく設定されている構成とする方がよい。こうすると、流体室の往復動方向の長さは長くなるが、ストロークを大きくとることができる。
(5)好ましくは、上記(1)の構成において、前記容積変化部材であるピストン本体と、前記連結部材であり該ピストン本体に連なるロッド部と、を持つピストン部材を有している構成とする方がよい(請求項5に対応)。
本構成によると、剛体であるピストン本体により、流体室の容積を変化させている。このため、軟質の部材により流体室の容積を変化させる場合と比較して、部材自身(ピストン本体自身)が変形するおそれが小さい。したがって、容積変化させやすい。
(6)好ましくは、上記(1)ないし(5)のいずれかの構成において、前記連結部材は、前記ダイヤフラム部材に当接する略球面状の球面部を有している構成とする方がよい(請求項6に対応)。本構成によると、球面部を介して、ダイヤフラム部材から連結部材に、荷重が伝達される。このため、荷重の損失が小さい。また、荷重の伝達を円滑に行うことができる。
(7)好ましくは、上記(6)の構成において、前記連結部材は、前記球面部を有する略球状の球部材と、前記容積変化部材に当接し該球部材の一部を収容する凹部を有する凹部材と、を有している構成とする方がよい(請求項7に対応)。
本構成によると、ダイヤフラム部材からの荷重が、球部材と凹部材とを介して、容積変化部材に伝達される。このため、ダイヤフラム部材から球部材への荷重の伝達方向と、容積変化部材の往動方向と、が一致しない場合であっても、荷重の損失が小さい。また、荷重の伝達を円滑に行うことができる。
(8)好ましくは、上記(7)の構成において、前記凹部の収容面は、前記球部材が三点で当接するように、三角錘の表面と型対称の逆三角錘面状を呈している構成とする方がよい(請求項8に対応)。本構成によると、凹部と球部材とは、わずか三点で当接している。このため、凹部と球部材とが相対的に摺動する場合の摺動抵抗を小さくすることができる。
(9)好ましくは、上記(1)ないし(8)のいずれかの構成において、前記連結部材における前記ダイヤフラム部材との当接面および該ダイヤフラム部材における該連結部材との当接面のうち、少なくとも一方は、低摩擦材料製である構成とする方がよい(請求項9に対応)。本構成によると、連結部材とダイヤフラム部材とが相対的に摺動する場合の摺動抵抗を小さくすることができる。
(10)好ましくは、上記(1)ないし(9)のいずれかの構成において、前記連結部材における前記ダイヤフラム部材との当接面および該ダイヤフラム部材における該連結部材との当接面のうち、少なくとも一方は、絶縁材料製である構成とする方がよい(請求項10に対応)。本構成によると、ダイヤフラム部材の一対の電極間に電圧が印加されている場合であっても、ダイヤフラム部材と連結部材との間の絶縁性を確保することができる。
(11)好ましくは、上記(1)ないし(10)のいずれかの構成において、前記ダイヤフラム部材における前記流体室側の表面は、絶縁材料製である構成とする方がよい(請求項11に対応)。本構成によると、仮に流体室から導電性の流体が漏出した場合であっても、当該流体により、ダイヤフラム部材の一対の電極間が短絡するのを抑制することができる。
(12)好ましくは、上記(1)ないし(11)のいずれかの構成において、前記ダイヤフラム部材は、複数の前記伸縮膜が前記電極を介して積層されてなる構成とする方がよい(請求項12に対応)。
本構成によると、ダイヤフラム部材が、複数の伸縮膜と電極とを交互に積層させた積層構造を呈している。このため、伸縮膜が積層された分だけ、より大きな荷重を発生させることができる。
(13)好ましくは、上記(1)ないし(12)のいずれかの構成において、前記電極は、前記伸縮膜の伸縮を規制しないように伸縮可能である構成とする方がよい(請求項13に対応)。
電極が伸縮膜の伸縮を規制すると、伸縮膜が充分に変形できないので、所望のストロークを確保しにくくなる。この点、本構成によると、電極は伸縮膜の伸縮を規制しない。すなわち、電極は伸縮膜と一体となって変形する。このため、所望のストロークを確保しやすい。
また、ポンプの出力は、ダイヤフラム部材の伸縮力およびリターン付勢部材の付勢力により確保されている。電極が伸縮膜の伸縮を規制すると、電極を強制的に伸縮膜と共に伸縮させるのに、伸縮膜の伸縮力およびリターン付勢部材の付勢力の一部が、消費されてしまう。このため、消費分だけ、出力が低下してしまう。この点、本構成によると、電極は伸縮膜の伸縮に応じて伸縮可能である。つまり、電極は伸縮膜と一体となって変形することができる。このため、出力の低下を抑制することができる。
(14)好ましくは、上記(1)ないし(13)のいずれかの構成において、前記誘電体エラストマーは、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、天然ゴムから選ばれる一種以上である構成とする方がよい(請求項14に対応)。
誘電体エラストマーは、電極間の静電引力に応じて変形するものであれば、その種類が特に限定されるものではない。本構成におけるアクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴムおよび天然ゴムは、いずれも誘電性、絶縁破壊性が高いため好適である。
本発明によると、大きなストロークを確保しやすいダイヤフラム式ポンプを提供することができる。
以下、本発明のダイヤフラム式ポンプを、自動車のECU(エンジンコントロールユニット)の冷却用として具現化した実施の形態について説明する。
<第一実施形態>
[ダイヤフラム式ポンプの構成]
まず、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの構成について説明する。図3に、本実施形態のポンプの斜視図を示す。図4に、同ポンプの分解斜視図を示す。図5に、同ポンプのダイヤフラム部材の分解斜視図を示す。図6に、同ポンプの低電圧状態の軸方向(上下方向)断面図を示す。図7に、同ポンプの高電圧状態の軸方向断面図を示す。
ポンプ1は、図3〜図7に示すように、主に、ハウジング部材20と、ゴム弾性部材21と、ダイヤフラム部材22と、連結部材23と、内筒24と、を備えている。図6、図7に示すように、ポンプ1はECU冷却回路Cの一部を構成している。ECU冷却回路Cには、冷却液が循環している。冷却液は、本発明の流体に含まれる。
ハウジング部材20は、端板200と、外筒201と、フランジ202と、を備えている。端板200は、端板本体200aと、吸排部200bと、を備えている。端板本体200aは、ポリアミド製であって円板状を呈している。端板本体200aの中央部には、円孔200cが穿設されている。端板本体200aの円孔200cを挟んで180°対向位置には、一対のボルト孔200dが穿設されている。
吸排部200bは、ポリアミド製であって円板状を呈している。吸排部200bは、円孔200cを上方から塞いでいる。吸排部200bには、吸入口200fと、排出口200gと、が穿設されている。吸入口200fには、ポリアミド製の吸入筒200hが接続されている。並びに、排出口200gには、ポリアミド製の排出筒200kが接続されている。
外筒201は、ポリアミド製であって円筒状を呈している。外筒201は、端板200の下方に配置されている。外筒201の外周面には、ダイヤフラム固定溝201aが周設されている。また、外筒201の外周面には、180°対向して、一対のフランジ固定凹部201bが凹設されている。フランジ固定凹部201bは、ダイヤフラム固定溝201aの下方に並設されている。
フランジ202は、ポリアミド製であってリング状を呈している。フランジ202の内周面には、180°対向して、一対の凸部202aが突設されている。一対の凸部202aがフランジ固定凹部201bに挿入されることにより、フランジ202は外筒201の外周面に固定されている。フランジ202には、180°対向して、一対のボルト孔202bが穿設されている。端板200の一対のボルト孔200dと、フランジ202の一対のボルト孔202bとは、上下方向に対向している。また、一対のボルト孔200dと一対のボルト孔202bとの間には、各々、円筒状のスペーサー202cが介装されている。一対のボルト202dが、各々、端板200のボルト孔200dとスペーサー202cとフランジ202のボルト孔202bとを貫通し、ナット202eに螺着されることにより、端板200とフランジ202とが組み付けられている。
内筒24は、ポリアミド製であって円筒状を呈している。内筒24は、端板本体200aの円孔200cを下方から塞いでいる。このため、内筒24の上端開口は、吸排部200bにより封止されている。また、内筒24は、外筒201の内径側に配置されている。
ゴム弾性部材21は、ゴム製であって円形膜状を呈している。ゴム弾性部材21は、内筒24の下端開口を覆っている。吸排部200b下面、ゴム弾性部材21上面、内筒24内周面に囲まれて、流体室Rが区画されている。ゴム弾性部材21が変形することにより、流体室Rの容積を変えることができる。
ダイヤフラム部材22は、図5に示すように、合計六枚のマイナス電極220と、合計五枚のプラス電極221と、合計十枚の伸縮膜222と、一枚の絶縁膜223と、が積層されて形成されている。
マイナス電極220およびプラス電極221は、導電性カーボンブラックが混合されたゴム製であって、円形膜状を呈している。マイナス電極220およびプラス電極221は、伸縮膜222の伸縮を規制しないように、伸縮膜222と共に変形する。六枚のマイナス電極220は、ダイヤフラム部材22の直径方向一端で束ねられ、スイッチSを介して、電源のマイナス側に接続されている。五枚のプラス電極221は、ダイヤフラム部材22の直径方向他端で束ねられ、電源のプラス側に接続されている。
伸縮膜222は、アクリルゴム製であって、円形膜状を呈している。伸縮膜222は、マイナス電極220およびプラス電極221よりも、若干大径である。伸縮膜222は、マイナス電極220とプラス電極221との間に、介装されている。すなわち、上下方向に隣り合う一対のマイナス電極220およびプラス電極221により、伸縮膜222に電圧が印加される。
絶縁膜223は、ゴム製であって円形膜状を呈している。絶縁膜223は、ダイヤフラム部材22の最上部に配置されている。すなわち、絶縁膜223により、ダイヤフラム部材22を構成する他の部材は、上方から覆われている。
ダイヤフラム部材22は、外筒201の上端開口を覆っている。ダイヤフラム部材22の周縁は、鋼製のクランプリング224により、ダイヤフラム固定溝201aに固定されている。ダイヤフラム部材22は、周縁が拡径方向に伸張された延伸状態で、外筒201に装着されている。
連結部材23は、球部材230と凹部材231とを備えている。連結部材23は、下方のダイヤフラム部材22と上方のゴム弾性部材21との間に、介装されている。球部材230は、ポリアミド製であって略真球状を呈している。球部材230は、ダイヤフラム部材22の上面中央部に当接している。凹部材231は、ポリアミド製であって円柱状を呈している。凹部材231上面は、ゴム弾性部材21の下面に当接している。凹部材231下面には、凹部231aが凹設されている。凹部231aには、球部材230の上端部が収容されている。凹部231aの内部空間は、三角錘状を呈している。すなわち、凹部231aの収容面は、逆三角錘面状を呈している。このため、球部材230は、三点で、凹部231aの収容面に当接している。連結部材23がダイヤフラム部材22とゴム弾性部材21との間に介装されることにより、図6に示す低電圧状態においては、ダイヤフラム部材22の中央部が下方に、ゴム弾性部材21の中央部が上方に、それぞれ突出するように、弾性変形している。このため、ダイヤフラム部材22には上方向の付勢力が、ゴム弾性部材21には下方向の付勢力が、それぞれ蓄積されている。また、図6に示すように、延伸状態のダイヤフラム部材22(図6中、点線で示す)に対する低電圧状態のダイヤフラム部材22の傾斜角度θは、45°以上に設定されている。
[ダイヤフラム式ポンプの組立方法]
次に、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの組立方法について簡単に説明する。組立においては、まず、端板本体200aに、予め吸入筒200hおよび排出筒200kが装着された吸排部200bを、接合する。並びに、端板本体200aに、予めゴム弾性部材21が加硫接着された内筒24を、接合する。また、予めフランジ202が環装された外筒201に、クランプリング224を用いて、ダイヤフラム部材22を延伸状態で固定する。次いで、ダイヤフラム部材22上面とゴム弾性部材21下面との間に、連結部材23を介装する。並びに、端板本体200a下面のボルト孔200d対応位置とフランジ202上面のボルト孔202b対応位置との間に、スペーサー202cを介装する。それから、ボルト孔200d上方からボルト孔202b下方まで、ボルト202dを貫通させる。そして、ボルト202dの貫通端(下端)に、ナット202eを螺着する。このようにして、本実施形態のポンプ1は、組み立てられる。
[ダイヤフラム式ポンプの動き]
次に、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの動きについて説明する。図6に示すように、低電圧状態においては、スイッチSが開成されている。このため、図5に示すダイヤフラム部材22の伸縮膜222には、電圧が印加されていない。前述したように、低電圧状態においては、ダイヤフラム部材22の中央部が下方に、ゴム弾性部材21の中央部が上方に、それぞれ突出するように、弾性変形している。このため、ダイヤフラム部材22には上方向の付勢力が、ゴム弾性部材21には下方向の付勢力が、それぞれ蓄積されている。
スイッチSが閉成されると、高電圧状態になり、図5に示すマイナス電極220とプラス電極221との間に、所定の電圧が印加される。このため、マイナス電極220とプラス電極221との間の、静電引力も大きくなる。したがって、伸縮膜222は膜厚方向から圧縮され、伸縮膜222の膜厚は小さくなる(前出図1参照)。膜厚が小さくなると、その分、伸縮膜222は、膜展開方向に伸張する。しかしながら、伸縮膜222の周縁は、外筒201のダイヤフラム固定溝201aに固定されている。このため、図7に示すように、伸縮膜222は、ゴム弾性部材21の付勢力および連結部材23の自重により、下方に撓む。並びに、連結部材23も下降する。ゴム弾性部材21は、略平面状態にまで復動する。ゴム弾性部材21が復動すると、その分、流体室Rの容積が大きくなる。このため、吸入側逆止弁V1が開き(排出側逆止弁V2は閉じている)、吸入筒200hおよび吸入口200fを介して、ECU冷却回路Cから流体室Rに、冷却液が流入する。
再びスイッチSが開成されると、高電圧状態から低電圧状態に切り替わる。このため、図6に示すように、ダイヤフラム部材22が上方に復動する。ダイヤフラム部材22が上昇すると、連結部材23も上昇する。また、連結部材23に押圧されて、ゴム弾性部材21の中央部も上方に突出変形する。ゴム弾性部材21の中央部が突出変形すると、その分、流体室Rの容積が小さくなる。このため、排出側逆止弁V2が開き(吸入側逆止弁V1は閉じている)、排出口200gおよび排出筒200kを介して、流体室RからECU冷却回路Cに、冷却液が流出する。
以上説明したように、本実施形態のポンプ1は、スイッチSの開閉を繰り返すことにより、低電圧状態と高電圧状態とを交互に発生させ、冷却液をECU冷却回路Cに循環させている。循環する冷却液は、ポンプ1出側で熱源であるECUを冷却する。ECUとの熱交換で高温になった冷却液は、放熱器で冷却され低温に戻る。低温に戻った冷却液は、ポンプ1に流入し、再びポンプ1出側でECUを冷却する。このようにして、冷却液は、ECU冷却回路Cを循環している。
[作用効果]
次に、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの作用効果について説明する。本実施形態のポンプ1によると、ダイヤフラム部材22の伸縮膜222に、予め延伸が加えられている。伸縮膜222すなわち誘電体エラストマーであるアクリルゴムを予め延伸した状態で使用すると、未延伸のものと比較して、単位膜厚あたりの絶縁破壊強度を向上させることができる。このため、本実施形態のポンプ1によると、伸縮膜222に対してより大きな電圧を印加させることができる。したがって、ポンプ1のストロークを大きくすることができる。
また、ダイヤフラム部材22の伸縮膜222は、拡径方向に延伸されている。このため、延伸効果を充分に発揮させることができる。すなわち、伸縮膜222の絶縁破壊強度を充分に高くすることができる。また、ポンプ1を組み立てる時に、伸縮膜222を拡径方向に延伸して固定すればよいため、ポンプ1を組み立てる前に、予め伸縮膜222を延伸加工しておく必要はない。したがって、ポンプ1の組立が容易である。
また、ダイヤフラム部材22は、延伸状態(前出図6の点線)と比較して、下方に弾性的に突出した状態で配置されている。並びに、前出図6に示すように、軸方向断面における延伸状態に対する低電圧状態のダイヤフラム部材22の傾斜角度θは、45°以上に設定されている。このため、伸縮膜222の伸縮方向(膜展開方向)と、往復動方向(上下方向)と、が45°未満の角度で交差することになる。したがって、この点においても、ポンプ1のストロークを大きくすることができる。
また、本実施形態のポンプ1によると、ダイヤフラム部材22が流体室Rから隔離されている。このため、冷却液がダイヤフラム部材22に接触するおそれが小さい。したがって、流体によりダイヤフラム部材22が劣化するおそれが小さい。また、ダイヤフラム部材22が流体室Rから隔離されているため、ダイヤフラム部材22の材質に留意することなく、冷却液を選定することができる。このため、冷却液選択の自由度が高い。並びに、ダイヤフラム部材22の材質選択の自由度が高い。
また、本実施形態のポンプ1によると、ゴム弾性部材21が、ダイヤフラム部材22(上昇時)とゴム弾性部材21自身(下降時)とにより、上下双方向に駆動される。このため、ゴム弾性部材21の動作が速い。したがって、流体室Rを容積変化させやすく、単位時間あたりの冷却液の流量を大きくすることができる。
また、本実施形態のポンプ1によると、本発明の容積変化部材として、ゴム弾性部材21が配置されている。このため、ゴム弾性部材21の弾性変形を利用することにより、比較的簡単にかつ安価に、流体室Rの容積を変化させることができる。
また、本実施形態のポンプ1によると、ゴム弾性部材21は、本発明のリターン付勢部材を兼用している。つまり、ゴム弾性部材21は、ゴム弾性部材21固有の弾性復元力を利用することにより、ゴム弾性部材21自身を、下方に駆動している。このため、ゴム弾性部材21とリターン付勢部材とを、各々別個独立して配置する場合と比較して、部品点数を少なくすることができる。
また、本実施形態のポンプ1によると、ゴム弾性部材21よりもダイヤフラム部材22の方が、表面積が広い。この点に鑑み、ゴム弾性部材21の静ばね定数は、ダイヤフラム部材22の静ばね定数以上に設定されている。このため、流体室Rの往復動長さを短くできる。
また、本実施形態のポンプ1によると、連結部材23は、略真球状の球部材230と凹部材231とを備えている。ダイヤフラム部材22からの荷重は、球部材230と凹部材231とを介して、ゴム弾性部材21に伝達される。このため、荷重の損失が小さい。また、荷重の伝達を円滑に行うことができる。
また、本実施形態のポンプ1によると、凹部材231の凹部231aの収容面が逆三角錘面状を呈している。凹部231aと球部材230とは、わずか三点のみで当接している。このため、凹部231aと球部材230とが相対的に摺動する場合の摺動抵抗を小さくすることができる。
また、本実施形態のポンプ1によると、ダイヤフラム部材22が絶縁膜223を備えている(前出図5参照)。このため、高電圧状態であっても、ダイヤフラム部材22と連結部材23との間の絶縁性を確保することができる。並びに、仮に流体室Rから冷却液が漏出した場合であっても、冷却液により、ダイヤフラム部材22のマイナス電極220とプラス電極221との間が短絡するのを抑制することができる。
また、ダイヤフラム部材22は、伸縮膜222とマイナス電極220とプラス電極221とが積層されて形成されている。このため、伸縮膜222が積層された分だけ、より大きな荷重を発生させることができる。
また、本実施形態のポンプ1によると、マイナス電極220およびプラス電極221は、伸縮膜222の伸縮を規制しないように伸縮可能である。すなわち、マイナス電極220およびプラス電極221は、伸縮膜222と一体となって変形する。このため、所望のストロークを確保しやすい。
また、ポンプ1の出力は、ダイヤフラム部材22の伸縮力およびゴム弾性部材21の付勢力により確保されている。マイナス電極220およびプラス電極221が伸縮膜222の伸縮を規制すると、マイナス電極220およびプラス電極221を強制的に伸縮膜222と共に伸縮させるのに、伸縮膜222の伸縮力およびゴム弾性部材21の付勢力の一部が、消費されてしまう。このため、消費分だけ、出力が低下してしまう。この点、本実施形態のポンプ1によると、マイナス電極220およびプラス電極221は伸縮膜222の伸縮に応じて伸縮可能である。つまり、マイナス電極220およびプラス電極221は伸縮膜222と一体となって変形することができる。このため、出力の低下を抑制することができる。また、本実施形態のポンプ1によると、伸縮膜222がアクリルゴム製である。このため、伸縮膜222の誘電性、絶縁破壊性が高い。
また、本実施形態のポンプ1によると、端板本体200a下面のボルト孔200d対応位置とフランジ202上面のボルト孔202b対応位置との間に、スペーサー202cが介装されている。このため、端板本体200aとフランジ202とを略平行に配置することができる。
<第二実施形態>
本実施形態のダイヤフラム式ポンプと第一実施形態のダイヤフラムポンプとの相違点は、主に、ゴム弾性部材が配置されていない点である。また、ピストン部材が配置されている点である。
[ダイヤフラム式ポンプの構成]
まず、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの構成について説明する。図8に、本実施形態のポンプの斜視図を示す。なお、図3と対応する部位については同じ符号で示す。図9に、同ポンプの分解斜視図を示す。なお、図4と対応する部位については同じ符号で示す。図10に、同ポンプの低電圧状態の軸方向(上下方向)断面図を示す。なお、図6と対応する部位については同じ符号で示す。図11に、同ポンプの高電圧状態の軸方向断面図を示す。なお、図7と対応する部位については同じ符号で示す。
ポンプ1は、図8〜図11に示すように、主に、ハウジング部材30と、ピストン部材31と、ダイヤフラム部材22と、リターンスプリング33と、を備えている。リターンスプリング33は、本発明のリターン付勢部材に含まれる。
ハウジング部材30は、端板300と、アッパーケース301と、ロワーケース302と、を備えている。端板300は、ポリアミド製であって円板状を呈している。端板300の中央部には、排出口300fが穿設されている。端板300の中央部上面には、排出筒部300aが突設されている。排出筒部300aの内部空間と排出口300fとは、連通している。また、端板300には、周方向に90°ずつ離間して、合計四つのボルト孔300bが穿設されている。また、端板300の中央部下面には、スプリング座300dが形成されている。スプリング座300dは、リングリブ状を呈している。スプリング座300dは、排出口300fの周囲に配置されている。
アッパーケース301は、ポリアミド製であって、円筒部301aとフランジ部301bとを備えている。円筒部301aは、ゴムパッキン300cを介して、端板300の下方に配置されている。円筒部301aの上端開口壁には、周方向に90°ずつ離間して、合計四つのボルト孔301cが穿設されている。円筒部301aのボルト孔301cと端板300のボルト孔300bとは、上下方向に対向している。ボルト300eが、ボルト孔300bおよびゴムパッキン300cを貫通し、ボルト孔301cに螺着することにより、ゴムパッキン300cを介して、端板300が円筒部301aに固定されている。円筒部301aの側壁には、吸入口301eが穿設されている。円筒部301aの側壁外周面からは、吸入筒部301dが拡径方向に突設されている。吸入筒部301dの内部空間と吸入口301eとは、連通している。
フランジ部301bは、円筒部301aの下端開口から拡径方向に拡がるように形成されている。フランジ部301bには、周方向に90°ずつ離間して、合計四つのボルト孔301fが穿設されている。
ロワーケース302は、ポリアミド製であって、カップ部302aとフランジ部302bとを備えている。カップ部302aは、上方に開口する有底円筒状を呈している。カップ部302aは、自身の上端開口が、アッパーケース301の円筒部301aの下端開口と上下方向に対向するように、配置されている。カップ部302aの外周面には、ダイヤフラム固定溝302cが周設されている。フランジ部302bは、カップ部302aの外周面から拡径方向に拡がるように形成されている。フランジ部302bは、ダイヤフラム固定溝302cの下方に並設されている。フランジ部302bには、周方向に90°ずつ離間して、合計四つのボルト孔302dが穿設されている。フランジ部302bのボルト孔302dとフランジ部301bのボルト孔301fとは、上下方向に対向している。ボルト302eは、これら二つのボルト孔301f、302dを貫通している。ボルト302eの貫通端(下端)には、ナット302fが螺着されている。
ダイヤフラム部材22は、鋼製のワイヤ34に締め付けられることにより、カップ部302aのダイヤフラム固定溝302cに固定されている。ダイヤフラム部材22は、周縁が拡径方向に伸張された延伸状態で、カップ部302aに装着されている。
ピストン部材31は、ハウジング部材30の内部に収容されている。ピストン部材31は、ポリアミド製であって、ピストン本体310とロッド部311とを備えている。ピストン本体310は、上方に開口するカップ状を呈している。ピストン本体310のカップ底壁上面中央部には、スプリング座310aが配置されている。スプリング座310aは、リングリブ状を呈している。ピストン本体310の外周面には、リング溝310bが周設されている。リング溝310bは、上下方向に並んで、二列配置されている。二列のリング溝310bには、それぞれフッ素ゴム製の摺動リング310cが環装されている。端板300下面と、アッパーケース301の円筒部301a内周面と、ピストン本体310上面と、により流体室Rが区画されている。
ロッド部311は、丸棒状を呈しており、ピストン本体310の底壁下面中央部から下方に突設されている。ロッド部311の下端には受圧部311aが形成されている。受圧部311aは、円板状を呈している。受圧部311aの下面はフッ素ゴム製であり、ダイヤフラム部材22の上面中央部に当接している。
リターンスプリング33は、鋼製であってコイル状を呈している。リターンスプリング33は、端板300下面のスプリング座300dとピストン本体310上面のスプリング座310aとの間に介装されている。図10に示す低電圧状態においては、ダイヤフラム部材22の中央部は、下方に突出するように弾性変形している。一方、リターンスプリング33は、自然状態に対して圧縮変形している。このため、ダイヤフラム部材22には上方向の付勢力が、リターンスプリング33には下方向の付勢力が、それぞれ蓄積されている。また、図10に示すように、延伸状態のダイヤフラム部材22(図10中、点線で示す)に対する低電圧状態のダイヤフラム部材22の傾斜角度θは、45°以上に設定されている。
[ダイヤフラム式ポンプの組立方法]
次に、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの組立方法について簡単に説明する。組立においては、まず、ボルト300eにより、端板300をアッパーケース301に固定する。この際、端板300とアッパーケース301との間に、ゴムパッキン300cを介装する。並びに、ワイヤ34により、ロワーケース302のカップ部302aに、ダイヤフラム部材22を延伸状態で固定する。次いで、ダイヤフラム部材22の上方にピストン部材31を配置する。それから、ピストン部材31のスプリング座310aと端板300下面のスプリング座300dとの間に、リターンスプリング33を介装する。続いて、ボルト孔301f上方からボルト孔302d下方まで、ボルト302eを貫通させる。そして、ボルト302eの貫通端に、ナット302fを螺着する。このようにして、本実施形態のポンプ1は、組み立てられる。
[ダイヤフラム式ポンプの動き]
次に、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの動きについて説明する。図10に示すように、低電圧状態においては、スイッチSが開成されている。このため、ダイヤフラム部材22の伸縮膜222(前出図5参照)には、電圧が印加されていない。前述したように、低電圧状態においては、ダイヤフラム部材22の中央部が下方に突出するように弾性変形している。並びに、リターンスプリング33は、自然状態に対して圧縮変形している。このため、ダイヤフラム部材22には上方向の付勢力が、リターンスプリング33には下方向の付勢力が、それぞれ蓄積されている。
スイッチSが閉成されると、高電圧状態になり、ダイヤフラム部材22は、膜展開方向に伸張する。しかしながら、ダイヤフラム部材22の周縁は、ワイヤ34により、カップ部302aのダイヤフラム固定溝302cに固定されている。このため、図11に示すように、ダイヤフラム部材22は、リターンスプリング33の付勢力およびピストン部材31の自重により、下方に撓む。並びに、ピストン部材31が下降する。リターンスプリング33は、自然状態に戻るように伸長する。ピストン部材31が下降すると、その分、流体室Rの容積が大きくなる。このため、吸入側逆止弁V1が開き(排出側逆止弁V2は閉じている)、吸入筒部301dおよび吸入口301eを介して、ECU冷却回路Cから流体室Rに、冷却液が流入する。
再びスイッチSが開成されると、高電圧状態から低電圧状態に切り替わる。このため、図10に示すように、ダイヤフラム部材22が上方に復動する。ダイヤフラム部材22が上昇すると、ピストン部材31も上昇する。また、ピストン部材31に押圧されて、リターンスプリング33も上方に圧縮変形する。ピストン部材31が上昇すると、その分、流体室Rの容積が小さくなる。このため、排出側逆止弁V2が開き(吸入側逆止弁V1は閉じている)、排出口300fおよび排出筒部300aを介して、流体室RからECU冷却回路Cに、冷却液が流出する。
[作用効果]
次に、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの作用効果について説明する。本実施形態のポンプ1は、構成が共通する部分については、第一実施形態のダイヤフラム式ポンプと同様の作用効果を有する。
また、本実施形態のポンプ1によると、剛性の高いピストン本体310により、流体室Rの容積を変化させている。このため、剛性の低い部材により流体室Rの容積を変化させる場合と比較して、部材自身(ピストン本体310自身)が変形するおそれが小さい。したがって、流体室Rを容積変化させやすい。
また、本実施形態のポンプ1によると、ロッド部311の受圧部311a下面がフッ素ゴム製である。すなわち、低摩擦材料製である。このため、受圧部311aとダイヤフラム部材22とが相対的に摺動する場合の摺動抵抗を小さくすることができる。
<第三実施形態>
本実施形態のダイヤフラム式ポンプと第二実施形態のダイヤフラム式ポンプとの相違点は、ハウジング部材の内部構造のみである。ここでは相違点についてのみ説明する。
[ダイヤフラム式ポンプの構成]
まず、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの構成について説明する。図12に、本実施形態のポンプの低電圧状態の軸方向(上下方向)断面図を示す。なお、図10と対応する部位については同じ符号で示す。図13に、同ポンプの高電圧状態の軸方向断面図を示す。なお、図11と対応する部位については同じ符号で示す。
図12、図13に示すように、円筒部301aの内周面には、円形膜状のゴム弾性部材40が配置されている。ゴム弾性部材40上面と円筒部301a内周面と端板300下面とにより、流体室Rが区画されている。ゴム弾性部材40の中央部には、固定孔400が穿設されている。ゴム弾性部材40とダイヤフラム部材22との間には、連結部材41が介装されている。連結部材41は、ポリアミド製であってダンベル状を呈している。すなわち、連結部材41の上端からは、拡径方向に拡がるように、上端フランジ部410が形成されている。一方、連結部材41の下端からは、拡径方向に拡がるように、下端フランジ部411が形成されている。上端フランジ部410は、ゴム弾性部材40の固定孔400に挿入、固定されている。下端フランジ部411は、ダイヤフラム部材22の上面中央部に当接している。
図12に示す低電圧状態においては、連結部材41がゴム弾性部材40とダイヤフラム部材22との間に介装されたことにより、ダイヤフラム部材22の中央部は下方に、ゴム弾性部材40の中央部は上方に、それぞれ突出するように弾性変形している。このため、ダイヤフラム部材22には上方向の付勢力が、ゴム弾性部材40には下方向の付勢力が、それぞれ蓄積されている。また、図12に示すように、延伸状態のダイヤフラム部材22(図12中、点線で示す)に対する低電圧状態のダイヤフラム部材22の傾斜角度θは、45°以上に設定されている。
[ダイヤフラム式ポンプの組立方法]
次に、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの組立方法について簡単に説明する。組立においては、まず、アッパーケース301の円筒部301aとゴム弾性部材40と連結部材41とを、加硫接着により一体化する。次いで、ボルト300eにより、端板300をアッパーケース301に固定する。この際、端板300とアッパーケース301との間に、ゴムパッキン300cを介装する。並びに、ワイヤ34により、ロワーケース302のカップ部302aに、ダイヤフラム部材22を延伸状態で固定する。それから、ボルト孔301f上方からボルト孔302d下方まで、ボルト302eを貫通させる。そして、ボルト302eの貫通端に、ナット302fを螺着する。このようにして、本実施形態のポンプ1は、組み立てられる。
[ダイヤフラム式ポンプの動き]
次に、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの動きについて説明する。図12に示すように、低電圧状態においては、スイッチSが開成されている。このため、ダイヤフラム部材22の伸縮膜222(前出図5参照)には、電圧が印加されていない。前述したように、低電圧状態においては、ダイヤフラム部材22の中央部は下方に、ゴム弾性部材40の中央部は上方に、それぞれ突出するように弾性変形している。このため、ダイヤフラム部材22には上方向の付勢力が、ゴム弾性部材40には下方向の付勢力が、それぞれ蓄積されている。
スイッチSが閉成されると、高電圧状態になり、ダイヤフラム部材22は、膜展開方向に伸張する。しかしながら、ダイヤフラム部材22の周縁は、ワイヤ34により、カップ部302aのダイヤフラム固定溝302cに固定されている。このため、図13に示すように、ダイヤフラム部材22は、ゴム弾性部材40の付勢力およびピストン部材31の自重により、下方に撓む。並びに、連結部材41は下降する。ゴム弾性部材40は、自然状態に復動する。ゴム弾性部材40が復動すると、その分、流体室Rの容積が大きくなる。このため、吸入側逆止弁V1が開き(排出側逆止弁V2は閉じている)、吸入筒部301dおよび吸入口301eを介して、ECU冷却回路Cから流体室Rに、冷却液が流入する。
再びスイッチSが開成されると、高電圧状態から低電圧状態に切り替わる。このため、図12に示すように、ダイヤフラム部材22が上方に復動する。ダイヤフラム部材22が上昇すると、ゴム弾性部材40の中央部が上方に弾性的に突出する。ゴム弾性部材40の中央部が上方に突出すると、その分、流体室Rの容積が小さくなる。このため、排出側逆止弁V2が開き(吸入側逆止弁V1は閉じている)、排出口300fおよび排出筒部300aを介して、流体室RからECU冷却回路Cに、冷却液が流出する。
[作用効果]
次に、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの作用効果について説明する。本実施形態のポンプ1は、構成が共通する部分については、第一実施形態のダイヤフラム式ポンプと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のポンプ1によると、ハウジング部材30の内部構造が単純になる。並びに、部品点数が少ない。このため、組立作業が容易になる。
<第四実施形態>
本実施形態のダイヤフラム式ポンプと第二実施形態のダイヤフラム式ポンプとの相違点は、ハウジング部材の内部構造のみである。ここでは相違点についてのみ説明する。
[ダイヤフラム式ポンプの構成]
まず、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの構成について説明する。図14に、本実施形態のポンプの分解斜視図を示す。なお、図9と対応する部位については同じ符号で示す。図15に、同ポンプの低電圧状態の軸方向(上下方向)断面図を示す。なお、図10と対応する部位については同じ符号で示す。図16に、同ポンプの高電圧状態の軸方向断面図を示す。なお、図11と対応する部位については同じ符号で示す。
図14〜図16に示すように、アッパーケース301のフランジ部301bの内周縁には、段差部301gが形成されている。段差部301gには、スプリング座板50が配置されている。スプリング座板50は、ポリアミド製であって円板状を呈している。スプリング座板50の中央部には、ロッド挿通孔500が穿設されている。
ピストン部材51は、ピストン本体510とロッド部511とを備えている。ピストン本体510とロッド部511とは、別体である。ピストン本体510は、ポリアミド製であって、上方に開口するカップ状を呈している。ピストン本体510の底壁下面中央部には、ロッド固定孔510dが凹設されている。ピストン本体510の外周面には、リング溝510bが周設されている。リング溝510bは、上下方向に並んで、二列配置されている。二列のリング溝510bには、それぞれフッ素ゴム製の摺動リング510cが環装されている。端板300下面と、アッパーケース301の円筒部301a内周面と、ピストン本体510上面と、により流体室Rが区画されている。
ロッド部511は、ポリアミド製であって、丸棒状を呈している。ロッド部511は、スプリング座板50のロッド挿通孔500に、挿通されている。ロッド部511の上端は、ピストン本体510のロッド固定孔510dに螺着されている。ロッド部511の下端には受圧部511aが形成されている。受圧部511aは、円板状を呈している。受圧部511aの下面はフッ素ゴム製であり、ダイヤフラム部材22の上面中央部に当接している。
リターンスプリング53は、鋼製であってコイル状を呈している。リターンスプリング53は、本発明のリターン付勢部材に含まれる。リターンスプリング53は、ロッド部511に環装されている。また、リターンスプリング53は、スプリング座板50の下面とロッド部511下端の受圧部511aの上面との間に介装されている。図15に示す低電圧状態においては、ダイヤフラム部材22の中央部は、下方に突出するように弾性変形している。一方、リターンスプリング53は、自然状態に対して圧縮変形している。このため、ダイヤフラム部材22には上方向の付勢力が、リターンスプリング53には下方向の付勢力が、それぞれ蓄積されている。また、図15に示すように、延伸状態のダイヤフラム部材22(図15中、点線で示す)に対する低電圧状態のダイヤフラム部材22の傾斜角度θは、45°以上に設定されている。
[ダイヤフラム式ポンプの組立方法]
次に、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの組立方法について簡単に説明する。組立においては、まず、ボルト300eにより、端板300をアッパーケース301に固定する。この際、端板300とアッパーケース301との間に、ゴムパッキン300cを介装する。並びに、ワイヤ34により、ロワーケース302のカップ部302aに、ダイヤフラム部材22を延伸状態で固定する。次いで、ロッド部511をスプリング座板50のロッド挿通孔500に挿通する。この際、スプリング座板50と受圧部511aとの間に、リターンスプリング53を介装する。それから、ロッド部511の上端に、ピストン本体510を螺着する。そして、当該ピストン部材51とスプリング座板50とリターンスプリング53との組付体を、ダイヤフラム部材22の中央部上方に配置する。続いて、ボルト孔301f上方からボルト孔302d下方まで、ボルト302eを貫通させる。この際、スプリング座板50の周縁を、段差部301gに挿入する。そして、ボルト302eの貫通端に、ナット302fを螺着する。このようにして、本実施形態のポンプ1は、組み立てられる。
[ダイヤフラム式ポンプの動き]
次に、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの動きについて説明する。図15に示すように、低電圧状態においては、スイッチSが開成されている。このため、ダイヤフラム部材22の伸縮膜222(前出図5参照)には、電圧が印加されていない。前述したように、低電圧状態においては、ダイヤフラム部材22の中央部は、下方に突出するように弾性変形している。一方、リターンスプリング53は、自然状態に対して圧縮変形している。このため、ダイヤフラム部材22には上方向の付勢力が、リターンスプリング53には下方向の付勢力が、それぞれ蓄積されている。
スイッチSが閉成されると、高電圧状態になり、ダイヤフラム部材22は、膜展開方向に伸張する。しかしながら、ダイヤフラム部材22の周縁は、ワイヤ34により、カップ部302aのダイヤフラム固定溝302cに固定されている。このため、図16に示すように、ダイヤフラム部材22は、リターンスプリング53の付勢力およびピストン部材51の自重により、下方に撓む。並びに、ピストン部材51も下降する。ピストン部材51が下降すると、スプリング座板50と受圧部511aとの間隔が広くなる。このため、両部材間に介装されているリターンスプリング53が、自然状態に戻るように伸長する。また、ピストン部材51が下降すると、その分、流体室Rの容積が大きくなる。このため、吸入側逆止弁V1が開き(排出側逆止弁V2は閉じている)、吸入筒部301dおよび吸入口301eを介して、ECU冷却回路Cから流体室Rに、冷却液が流入する。
再びスイッチSが開成されると、高電圧状態から低電圧状態に切り替わる。このため、図15に示すように、ダイヤフラム部材22が上方に復動する。ダイヤフラム部材22が上昇すると、ピストン部材51も上昇する。ピストン部材51が上昇すると、スプリング座板50と受圧部511aとの間隔が狭くなる。このため、両部材間に介装されているリターンスプリング53が、圧縮変形する。また、ピストン部材51が上昇すると、その分、流体室Rの容積が小さくなる。このため、排出側逆止弁V2が開き(吸入側逆止弁V1は閉じている)、排出口300fおよび排出筒部300aを介して、流体室RからECU冷却回路Cに、冷却液が流出する。
[作用効果]
次に、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの作用効果について説明する。本実施形態のポンプ1は、構成が共通する部分については、第一実施形態のダイヤフラム式ポンプと同様の作用効果を有する。
また、本実施形態のポンプ1によると、剛性の高いピストン本体510により、流体室Rの容積を変化させている。このため、剛性の低い部材により流体室Rの容積を変化させる場合と比較して、部材自身(ピストン本体510自身)が変形するおそれが小さい。したがって、流体室Rを容積変化させやすい。
また、本実施形態のポンプ1によると、ロッド部511の受圧部511a下面がフッ素ゴム製である。すなわち、低摩擦材料製である。このため、受圧部511aとダイヤフラム部材22とが相対的に摺動する場合の摺動抵抗を小さくすることができる。
また、本実施形態のポンプ1によると、リターンスプリング53は、流体室Rから隔離して配置されている。このため、冷却液にリターンスプリング53が接触しにくい。したがって、冷却液によりリターンスプリング53が劣化するおそれが小さい。また、リターンスプリング53の耐液性を考慮する必要が小さいので、リターンスプリング53の材質選択の自由度が高い。
また、本実施形態のポンプ1によると、流体室Rに、リターンスプリング53が配置されていない。このため、吸入時あるいは排出時において、リターンスプリング53が冷却液の流動抵抗となるおそれがない。したがって、冷却液の流動性が高い。
また、本実施形態のポンプ1によると、流体室Rとダイヤフラム部材22との間に、スプリング座板50が介装されている。このため、仮に流体室Rから冷却液が漏出しても、ダイヤフラム部材22が冷却液に濡れにくい。したがって、ダイヤフラム部材22が短絡しにくい。
<第五実施形態>
本実施形態のダイヤフラム式ポンプと第一実施形態のダイヤフラムポンプとの相違点は、主に、ハウジング部材の内部構造が単純な点である。また、低電圧状態が冷却液の吸入行程に、高電圧状態が冷却液の排出行程に、それぞれ対応している点である。
[ダイヤフラム式ポンプの構成]
まず、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの構成について説明する。図17に、本実施形態のポンプの斜視図を示す。なお、図3と対応する部位については同じ符号で示す。図18に、同ポンプの分解斜視図を示す。なお、図4と対応する部位については同じ符号で示す。図19に、同ポンプの低電圧状態の軸方向(上下方向)断面図を示す。なお、図6と対応する部位については同じ符号で示す。図20に、同ポンプの高電圧状態の軸方向断面図を示す。なお、図7と対応する部位については同じ符号で示す。
ポンプ1は、図17〜図20に示すように、主に、ハウジング部材60と、ゴム弾性部材61(説明の便宜上、図18においてはグリッドラインで示す。)と、ダイヤフラム部材22と、連結部材63と、を備えている。
ハウジング部材60は、アッパー端板600と、ロワー端板601と、中間筒部材602と、を備えている。アッパー端板600は、ポリアミド製であって円板状を呈している。アッパー端板600には、吸入口600aと排出口600bとが穿設されている。アッパー端板600上面における吸入口600a周囲には、吸入筒部600cが突設されている。アッパー端板600上面における排出口600b周囲には、排出筒部600dが突設されている。また、アッパー端板600には、周方向に90°ずつ離間して、合計四つのボルト孔600eが穿設されている。ロワー端板601は、ポリアミド製であって円板状を呈している。ロワー端板601には、周方向に90°ずつ離間して、合計四つのボルト孔601aが穿設されている。
中間筒部材602は、ポリアミド製であって円筒状を呈している。中間筒部材602は、アッパー端板600とロワー端板601との間に介装されている。中間筒部材602の外周面上端付近には、ゴム弾性部材固定溝602aが周設されている。また、ゴム弾性部材固定溝602aの下方には、アッパーフランジ部602bが形成されている。アッパーフランジ部602bは、中間筒部材602の外周面から、拡径方向に拡がるように形成されている。アッパーフランジ部602bには、周方向に90°ずつ離間して、合計四つのボルト孔602cが穿設されている。アッパーフランジ部602bのボルト孔602cとアッパー端板600のボルト孔600eとは、上下方向に対向している。ボルト602dは、ボルト孔600e、602cを貫通している。ボルト602dの貫通端(下端)にナット602eが螺着されることにより、後述するゴム弾性部材61が挟持された状態で、アッパー端板600が中間筒部材602の上端に固定されている。
一方、中間筒部材602の外周面下端付近には、ダイヤフラム固定溝602fが周設されている。また、ダイヤフラム固定溝602fの上方には、ロワーフランジ部602gが形成されている。ロワーフランジ部602gは、中間筒部材602の外周面から、拡径方向に拡がるように形成されている。ロワーフランジ部602gには、周方向に90°ずつ離間して、合計四つのボルト孔602hが穿設されている。ロワーフランジ部602gのボルト孔602hとロワー端板601のボルト孔601aとは、上下方向に対向している。ボルト602kは、ボルト孔601a、602hを貫通している。ボルト602kの貫通端(上端)にナット602mが螺着されることにより、後述するダイヤフラム部材22が挟持された状態で、ロワー端板601が中間筒部材602の下端に固定されている。
ゴム弾性部材61は、円形膜状を呈している。ゴム弾性部材61は、中間筒部材602の上端開口を覆っている。ゴム弾性部材61は、鋼製のワイヤ64に締め付けられることにより、ゴム弾性部材固定溝602aに固定されている。
ダイヤフラム部材22は、円形膜状を呈している。ダイヤフラム部材22は、中間筒部材602の下端開口を覆っている。ダイヤフラム部材22は、鋼製のワイヤ65に締め付けられることにより、ダイヤフラム固定溝602fに固定されている。ダイヤフラム部材22は、周縁が拡径方向に伸張された延伸状態で装着されている。ダイヤフラム部材22の上面中央部と、ゴム弾性部材61の下面中央部とは、接着されている。このため、ダイヤフラム部材22の中央部は、上方に弾性的に突出変形している。並びに、ゴム弾性部材61の中央部は、下方に弾性的に突出変形している。
連結部材63は、アッパー連結片630とロワー連結片631とを備えている。アッパー連結片630は、ポリアミド製であって円板状を呈している。アッパー連結片630は、ゴム弾性部材61の上面中央部に配置されている。アッパー連結片630には、周方向に90°ずつ離間して、合計四つのボルト孔630aが穿設されている。
ロワー連結片631は、ポリアミド製であって円板状を呈している。ロワー連結片631は、ダイヤフラム部材22の下面中央部に配置されている。ロワー連結片631には、周方向に90°ずつ離間して、合計四つのボルト孔631aが穿設されている。ロワー連結片631のボルト孔631aと、アッパー連結片630のボルト孔630aとは、上下方向に対向している。
ボルト632は、ボルト孔630a、ゴム弾性部材61、ダイヤフラム部材22、ボルト孔631aを貫通している。ボルト632の貫通端(下端)にナット633が螺着されることにより、ゴム弾性部材61およびダイヤフラム部材22が挟持された状態で、アッパー連結片630とロワー連結片631とが組み付けられている。下方に突出するゴム弾性部材61の上面とアッパー端板600下面とにより、流体室Rが区画されている。
図19に示す低電圧状態においては、ダイヤフラム部材22の中央部は、上方に突出するように弾性変形している。一方、ゴム弾性部材61の中央部は、下方に突出するように弾性変形している。このため、ダイヤフラム部材22には下方向の付勢力が、ゴム弾性部材61には上方向の付勢力が、それぞれ蓄積されている。また、図19に示すように、延伸状態のダイヤフラム部材22(図19中、点線で示す)に対する低電圧状態のダイヤフラム部材22の傾斜角度θは、45°以上に設定されている。
[ダイヤフラム式ポンプの組立方法]
次に、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの組立方法について簡単に説明する。組立においては、まず、ゴム弾性部材61の下面中央部とダイヤフラム部材22の上面中央部とを接着する。次に、連結部材63により、ゴム弾性部材61の中央部とダイヤフラム部材22の中央部とを、挟持固定する。それから、ワイヤ64を用いて、中間筒部材602のゴム弾性部材固定溝602aに、ゴム弾性部材61を固定する。並びに、ワイヤ65を用いて、中間筒部材602のダイヤフラム固定溝602fに、ダイヤフラム部材22を固定する。なお、ダイヤフラム部材22は延伸状態で固定される。続いて、ボルト602dおよびナット602eを用いて、ゴム弾性部材61の周縁を挟持したまま、アッパー端板600を中間筒部材602の上端開口に固定する。並びに、ボルト602kおよびナット602mを用いて、ダイヤフラム部材22の周縁を挟持したまま、ロワー端板601を中間筒部材602の下端開口に固定する。このようにして、本実施形態のポンプ1は、組み立てられる。
[ダイヤフラム式ポンプの動き]
次に、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの動きについて説明する。図19に示すように、低電圧状態においては、スイッチSが開成されている。このため、ダイヤフラム部材22の伸縮膜222(前出図5参照)には、電圧が印加されていない。前述したように、低電圧状態においては、ダイヤフラム部材22の中央部は、上方に突出するように弾性変形している。一方、ゴム弾性部材61の中央部は、下方に突出するように弾性変形している。このため、ダイヤフラム部材22には下方向の付勢力が、ゴム弾性部材61には上方向の付勢力が、それぞれ蓄積されている。
スイッチSが閉成されると、高電圧状態になり、ダイヤフラム部材22は、膜展開方向に伸張する。しかしながら、ダイヤフラム部材22の周縁は、ワイヤ65により、中間筒部材602のダイヤフラム固定溝602fに固定されている。このため、図20に示すように、ダイヤフラム部材22は、ゴム弾性部材61の付勢力に引っ張られて、上方に撓む。並びに、ゴム弾性部材61の中央部は、上方に収縮変形する。ゴム弾性部材61が収縮変形すると、その分、流体室Rの容積が小さくなる。このため、排出側逆止弁V2が開き(吸入側逆止弁V1は閉じている)、排出口300fおよび排出筒部300aを介して、流体室RからECU冷却回路Cに、冷却液が流出する。
再びスイッチSが開成されると、高電圧状態から低電圧状態に切り替わる。このため、図19に示すように、ダイヤフラム部材22が、ゴム弾性部材61の付勢力に抗して、下方に復動する。ダイヤフラム部材22が下降すると、ダイヤフラム部材22に引っ張られて、ゴム弾性部材61の中央部が下方に突出する。このため、流体室Rの容積が大きくなる。流体室Rの容積が大きくなると、吸入側逆止弁V1が開き(排出側逆止弁V2は閉じている)、吸入筒部301dおよび吸入口301eを介して、ECU冷却回路Cから流体室Rに、冷却液が流入する。
[作用効果]
次に、本実施形態のダイヤフラム式ポンプの作用効果について説明する。本実施形態のポンプ1は、構成が共通する部分については、第一実施形態のダイヤフラム式ポンプと同様の作用効果を有する。
また、本実施形態のポンプ1によると、ハウジング部材60の内部構造が単純である。このため、組立が容易である。また、ポンプ1を小型化しやすい。また、本実施形態のポンプ1によると、中間筒部材602が上下対称の形状を呈している。このため、中間筒部材602にゴム弾性部材61やダイヤフラム部材22を装着する際、中間筒部材602の上下方向に留意する必要がない。したがって、この点においても、組立が容易である。
<その他>
以上、本発明のダイヤフラム式ポンプの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
上記実施形態においては、ハウジング部材20、30、60等をポリアミド製としたが、材質は特に限定しない。例えば、他の樹脂製、あるいは金属製としてもよい。また、上記実施形態においては、リターン付勢部材としてリターンスプリング33、53を配置したが、板ばね、皿ばね等他の種類のスプリングを配置してもよい。また、ゴム製、エラストマー製などのリターン付勢部材を配置してもよい。
また、上記実施形態においては、ダイヤフラム部材22をクランプリング224やワイヤ34、65を用いて固定したが、接着など他の方法でダイヤフラム部材22を固定してもよい。
また、上記実施形態においては、吸入口200f、301e、600a、排出口200g、300f、600bを、単一のポンプ1に各々一つずつ配置したが、吸入口、排出口の配置数は特に限定しない。
また、上記実施形態においては、本発明のポンプ1をECU冷却回路Cの冷却液用として具現化したが、ポンプ1の用途は特に限定しない。例えば、燃料、油、水など各種流体の圧送に用いてもよい。
また、上記実施形態においては、ロッド部311の受圧部311a下面を、低摩擦材料であるフッ素ゴム製としたが、例えば、他のフッ素樹脂、シリコン樹脂、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)などの低摩擦材料製としてもよい。また、潤滑オイルや微粒子などの低摩擦材料を使用してもよい。また、ダイヤフラム部材22におけるマイナス電極220、プラス電極221、伸縮膜222の積層数も特に限定しない。また、上記実施形態においては、ハウジング部材20、30、60の組立に、主にボルトとナットとを用いたが、接着、溶着、爪嵌合などにより、ハウジング部材20、30、60を組み立ててもよい。また、上記第一実施形態においては、凹部231aの収容面を逆三角錘面状としたが、例えば逆球面状、逆四角錐面状などとしてもよい。
(a)は電圧を印加していない状態のダイヤフラム部材の模式図である。(b)は膜展開方向の変形を無規制のまま電圧を印加している状態のダイヤフラム部材の模式図である。(c)は膜展開方向の変形を規制して電圧を印加している状態のダイヤフラム部材の模式図である。 (a)は拡径方向に延伸して固定した状態の伸縮膜の模式図である。(b)は拡径方向に延伸せずに自然状態で固定した状態の伸縮膜の模式図である。 第一実施形態のポンプの斜視図である。 同ポンプの分解斜視図である。 同ポンプのダイヤフラム部材の分解斜視図である。 同ポンプの低電圧状態の軸方向断面図である。 同ポンプの高電圧状態の軸方向断面図である。 第二実施形態のポンプの斜視図である。 同ポンプの分解斜視図である。 同ポンプの低電圧状態の軸方向断面図である。 同ポンプの高電圧状態の軸方向断面図である。 第三実施形態のポンプの低電圧状態の軸方向断面図である。 同ポンプの高電圧状態の軸方向断面図である。 第四実施形態のポンプの分解斜視図である。 同ポンプの低電圧状態の軸方向断面図である。 同ポンプの高電圧状態の軸方向断面図である。 第五実施形態のポンプの斜視図である。 同ポンプの分解斜視図である。 同ポンプの低電圧状態の軸方向断面図である。 同ポンプの高電圧状態の軸方向断面図である。
符号の説明
1:ポンプ。
20:ハウジング部材、200:端板、200a:端板本体、200b:吸排部、200c:円孔、200d:ボルト孔、200f:吸入口、200g:排出口、200h:吸入筒、200k:排出筒、201:外筒、201a:ダイヤフラム固定溝、201b:フランジ固定凹部、202:フランジ、202a:凸部、202b:ボルト孔、202c:スペーサー、202d:ボルト、202e:ナット。
21:ゴム弾性部材。
22:ダイヤフラム部材、220:マイナス電極、221:プラス電極、222:伸縮膜、223:絶縁膜、224:クランプリング。
23:連結部材、230:球部材、231:凹部材、231a:凹部。
24:内筒。
30:ハウジング部材、300:端板、300a:排出筒部、300b:ボルト孔、300c:ゴムパッキン、300d:スプリング座、300e:ボルト、300f:排出口、301:アッパーケース、301a:円筒部、301b:フランジ部、301c:ボルト孔、301d:吸入筒部、301e:吸入口、301f:ボルト孔、301g:段差部、302:ロワーケース、302a:カップ部、302b:フランジ部、302c:ダイヤフラム固定溝、302d:ボルト孔、302e:ボルト、302f:ナット。
31:ピストン部材、310:ピストン本体、310a:スプリング座、310b:リング溝、310c:摺動リング、311:ロッド部、311a:受圧部。
33:リターンスプリング(リターン付勢部材)。
34:ワイヤ。
40:ゴム弾性部材、400:固定孔。
41:連結部材、410:上端フランジ部、411:下端フランジ部。
50:スプリング座板、500:ロッド挿通孔。
51:ピストン部材、510:ピストン本体、510b:リング溝、510c:摺動リング、510d:ロッド固定孔、511:ロッド部、511a:受圧部。
53:リターンスプリング(リターン付勢部材)。
60:ハウジング部材、600:アッパー端板、600a:吸入口、600b:排出口、600c:吸入筒部、600d:排出筒部、600e:ボルト孔、601:ロワー端板、601a:ボルト孔、602:中間筒部材、602a:ゴム弾性部材固定溝、602b:アッパーフランジ部、602c:ボルト孔、602d:ボルト、602e:ナット、602f:ダイヤフラム固定溝、602g:ロワーフランジ部、602h:ボルト孔、602k:ボルト、602m:ナット。
61:ゴム弾性部材。
63:連結部材、630:アッパー連結片、630a:ボルト孔、631:ロワー連結片、631a:ボルト孔、632:ボルト、633:ナット。
64:ワイヤ。
65:ワイヤ。
100:ダイヤフラム部材、101:伸縮膜、102a:電極、103:スイッチ、104:伸縮膜。
C:ECU冷却回路、L1:ストローク、R:流体室、S:スイッチ、V1:吸入側逆止弁、V2:排出側逆止弁、θ:傾斜角度。

Claims (14)

  1. 流体室と、該流体室に流体を吸入する吸入口と、該流体室から該流体を排出する排出口と、を有するハウジング部材と、
    該流体室の容積を変化させる容積変化部材と、
    該ハウジング部材に周縁が拡径方向に伸張された延伸状態で固定されると共に該流体室から隔離して配置され、一対の電極と、一対の該電極間に介在し一対の該電極間の印加電圧が高くなるに従って膜展開方向の伸張量が大きくなる誘電体エラストマー製の伸縮膜と、を有し、該容積変化部材を該膜展開方向とは交差する往動方向に駆動するダイヤフラム部材と、
    該容積変化部材を該往動方向とは反対の復動方向に駆動するリターン付勢部材と、
    該ダイヤフラム部材と該容積変化部材とを動力伝達可能に接続する連結部材と、
    を備えてなり、
    一対の該電極間の印加電圧が低い低電圧状態と、一対の該電極間の印加電圧が該低電圧状態よりも高い高電圧状態と、に切り替え可能であって、
    該低電圧状態において、該ダイヤフラム部材および該リターン付勢部材には該容積変化部材に対する駆動力が蓄積されており、該ダイヤフラム部材は、該延伸状態と比較して、該復動方向に弾性的に突出した状態で配置されており、往復動方向断面における該延伸状態に対する該低電圧状態の該ダイヤフラム部材の傾斜角度は、45°以上に設定されているダイヤフラム式ポンプ。
  2. 前記容積変化部材は、ゴム弾性部材である請求項1に記載のダイヤフラム式ポンプ。
  3. 前記ゴム弾性部材は、前記リターン付勢部材を兼用している請求項2に記載のダイヤフラム式ポンプ。
  4. 前記ゴム弾性部材の静ばね定数は、前記ダイヤフラム部材の静ばね定数以上に設定されている請求項2または請求項3に記載のダイヤフラム式ポンプ。
  5. 前記容積変化部材であるピストン本体と、前記連結部材であり該ピストン本体に連なるロッド部と、を持つピストン部材を有している請求項1に記載のダイヤフラム式ポンプ。
  6. 前記連結部材は、前記ダイヤフラム部材に当接する略球面状の球面部を有している請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のダイヤフラム式ポンプ。
  7. 前記連結部材は、前記球面部を有する略球状の球部材と、前記容積変化部材に当接し該球部材の一部を収容する凹部を有する凹部材と、を有している請求項6に記載のダイヤフラム式ポンプ。
  8. 前記凹部の収容面は、前記球部材が三点で当接するように、三角錘の表面と型対称の逆三角錘面状を呈している請求項7に記載のダイヤフラム式ポンプ。
  9. 前記連結部材における前記ダイヤフラム部材との当接面および該ダイヤフラム部材における該連結部材との当接面のうち、少なくとも一方は、低摩擦材料製である請求項1ないし請求項8のいずれかに記載のダイヤフラム式ポンプ。
  10. 前記連結部材における前記ダイヤフラム部材との当接面および該ダイヤフラム部材における該連結部材との当接面のうち、少なくとも一方は、絶縁材料製である請求項1ないし請求項9のいずれかに記載のダイヤフラム式ポンプ。
  11. 前記ダイヤフラム部材における前記流体室側の表面は、絶縁材料製である請求項1ないし請求項10のいずれかに記載のダイヤフラム式ポンプ。
  12. 前記ダイヤフラム部材は、複数の前記伸縮膜が前記電極を介して積層されてなる請求項1ないし請求項11のいずれかに記載のダイヤフラム式ポンプ。
  13. 前記電極は、前記伸縮膜の伸縮を規制しないように伸縮可能である請求項1ないし請求項12のいずれかに記載のダイヤフラム式ポンプ。
  14. 前記誘電体エラストマーは、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、天然ゴムから選ばれる一種以上である請求項1ないし請求項13のいずれかに記載のダイヤフラム式ポンプ。
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