JP2011099436A - 家庭電化製品圧電ポンプの制御方法及びその方法を用いる家庭電化製品 - Google Patents

家庭電化製品圧電ポンプの制御方法及びその方法を用いる家庭電化製品 Download PDF

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Abstract

【課題】家庭電化製品の圧電ポンプが、自動呼び水作用及び気泡の排除の問題に遭遇することなく、ポンプによって通常もたらされる流量に対して低減された流量で作動できるようにする。
【解決手段】圧電アクチュエーター(１１１Ａ)の作動の下に変位可能な可動壁(１１１)が装備されたポンプ室(１１０)を備える家庭電化製品の圧電ポンプ(１００)の制御方法は、ポンプ(１００)の起動段階の間には、複数回の交番の間に、可動壁(１１１)によるポンプ室(１１０)の最大の掃出容積のための、圧電アクチュエーター(１１１Ａ)の実質的な変形をもたらす電圧Ｕの交流供給信号が、圧電アクチュエーター(１１１Ａ)に供給され、さらに、ポンプの起動段階は、ポンプ(１００)によって提供される平均流量が起動段階において提供された流量よりも低下されるように供給信号が変調される通常作動段階に引き継がれる。
【選択図】図４

Description

本発明は圧電アクチュエーターの作動の下に変位可能な可動壁が装備されたポンプ室を備える、家庭電化製品の圧電ポンプの制御方法、及びかかる制御方法を用いる回路により電気的に駆動される圧電ポンプを備える家庭電化製品に関する。
電気幹線の周波数で、ポンプに直接に電力を供給する圧電ポンプ用電気回路は、本出願人により出願された特許文献１に開示されている。かかる供給回路は、使用するのに信頼でき、かつ廉価であるという利点を有している。しかしながら、かかる回路には、ポンプの流量を調整できない、特に、減少できないという不利が存する。
圧電アクチュエーターの端子に作用する電圧によってポンプの流量を低減させることは先行技術に知られており、そこでは、電圧の低減が圧電アクチュエーターのより少ない変形、そしてそれ故に電気信号の交番中に可動壁によって掃出される容積の低減を得ることを可能にする。しかしながら、電圧の低減には、それがポンプの圧縮率、すなわち、可動壁により掃出される容積とポンプ室の死容積との比を低減させるという不都合が存在する。ポンプ圧縮率を所定の閾値以下に低下させると、ポンプの自動呼び水作用、及び／又はポンプ室に存在する気泡の排除において問題となる。
より少ない容積が所与の時間内に可動壁によって掃出されるように、圧電アクチュエーターの端子への電気信号の周波数を低下させることで圧電ポンプの流量を低減させることも同じく先行技術で知られている。しかしながら、かかる解決法には、製作するのに比較的高価である周波数変調回路を必要とするという不都合が存在する。さらに、供給信号の周波数を低下させることはまた、ポンプ室内に存する気泡を適切に排除するのに最早相応しくない速さにまで、可動壁の変位速度を低下させるという不都合を有している。
仏国特許第２９２９４５０号公報
したがって、本発明の目的は、家庭電化製品の圧電ポンプが、自動呼び水作用及び気泡の排除の問題に遭遇することなく、ポンプによって通常もたらされる流量に対して低減された流量で作動できるようにする制御方法を提案することにより、かかる不都合を取り除くことにある。
このために、本発明は、圧電アクチュエーターの作動の下に変位可能な可動壁が装備されたポンプ室を備える家庭電化製品の圧電ポンプの制御方法であって、ポンプの起動段階の間には、複数回の交番の間に、可動壁によるポンプ室の最大の掃出容積をもたらす、圧電アクチュエーターの実質的な変形を生じさせる電圧Ｕの交流供給信号が圧電アクチュエーターに供給され、さらに、ポンプの起動段階が、ポンプによって提供される平均流量が起動段階において提供された流量よりも低下されるように供給信号が変調される通常作動段階に、引き継がれることを特徴とする。
本発明のさらなる特徴によれば、該起動段階は、所定の作動時間ｔｏに対応する。
本発明のさらなる特徴によれば、通常作動段階の間の供給信号の電圧Ｕは、起動段階の間に用いられる供給信号の電圧Ｕに対して低下されている。
本発明のさらなる特徴によれば、通常作動段階の間の供給信号の周波数は、起動段階の間よりも低い。
本発明の他の特徴によれば、通常作動段階の間の供給信号は、周期的にチョップされた起動段階の供給信号に対応する。
本発明はまた、家庭用電気幹線から電力が供給される圧電ポンプを備える家庭電化製品であって、圧電ポンプは圧電アクチュエーターの作動の下に変位可能な可動壁が装備されたポンプ室を備え、圧電アクチュエーターが可動壁の周期的な変位をもたらす交流の供給信号を生じさせる供給回路を動力源とし、ポンプの供給回路が上に説明された制御方法を用いていることを特徴とする家庭電化製品に関する。
本発明の他の特徴によれば、該供給回路は、ポンプの起動段階の後に供給信号の電圧の振幅を低減する手段を備えている。
本発明の他の特徴によれば、該ポンプの供給回路は、供給電圧が特定の交番でのみかけられるように、供給信号をチョップする装置を備える。
本発明の他の特徴によれば、該供給信号は非対称である。
本発明のさらに他の特徴によれば、該供給信号は正の交番のみを有する。
本発明の他の特徴によれば、電化製品は、衣服用アイロンまたは衣服用スチーマーのようなプレス用装置である。
本発明の変形例によれば、電化製品は、ヘアストレートアイロンのようなヘアスタイリング装置である。
本発明の目的、態様及び利点は、添付図面を参照して、非限定的実施例として提供されている、以下の本発明の図示の実施形態の説明からより明らかになるであろう。ここで、
本発明の制御方法を用いるアイロンの斜視図である。 図１のアイロンの部分分解斜視図である。 図１及び図２のアイロンに備えられたポンプの分解斜視図である。 図３のポンプの切り欠き図である。 図４のポンプに動力を供給する回路の略図である。 本発明の制御方法の実施形態の異なる変形例に従うポンプ供給信号を表わしている。 本発明の制御方法の実施形態の異なる変形例に従うポンプ供給信号を表わしている。 本発明の制御方法の実施形態の異なる変形例に従うポンプ供給信号を表わしている。
本発明を理解するのに必要なエレメントのみが示されている。図面を読むのをより容易にするために、一つの図から他に至るまで、同じエレメントは同じ参照番号を有している。
図１はプレス用ソール１を備える衣服用アイロンを示し、プレス用ソール１には、ハンドル２及びソール１の温度を制御するサーモスタットの制御ノブ５を備える本体が搭載されている。本体は水タンク３及び圧電ポンプ１００を囲繞し、圧電ポンプ１００の作動はハンドル２の下方に配置された制御引き金（図では見えない）によって制御される。
アイロンの分解図である図２によれば、アイロンのソール１は、スチームを生じさせる蒸発室１１と一体の加熱用エレメント１０に、それ自体は周知の方法で、熱的に接触している。前記蒸発室は蓋１２で閉じられており、ソール１に穿孔されたスチーム出口孔（複数）を備えるスチーム分配回路に接続されている。
アイロンのハンドル２への熱の拡散を制限するために、加熱用エレメント１０には、タンク３の底部を限界している中央部分４０と、タンク３の底部の下に延在し加熱用エレメント１０より横方向に広くソール１の形状に釣り合う保護スカート４１を構成している周囲部分とを備える熱スクリーン４が載せられている。
熱スクリーン４はまた、圧電ポンプ１００を支持し、圧電ポンプ１００はタンク３の外側に配置され、タンクの底部に開口している吸込みライン（図１で見ることができる）、及び蒸発室１１の頂部に位置された蓋の開口を通って延びている排出ラインに接続されている。
このように、タンク３からポンプ１００に吸込まれた水は直接に蒸発室１１に導かれ、かくて、ポンプの流量に直接に比例する流量を有したスチームが発生される。
図３及び４によれば、圧電ポンプ１００（仏国特許第０８ ０６９６０号により詳しく説明されている）は、ポリアミド製の基部１０１と可動壁１１１との間に配置されたガスケット１１２によって横方向が区画されているポンプ室１１０を備えている。可動壁１１１は、ポンプ室１１０の外部に向けられた外表面を備える黄銅製の膜によって構成され、その上にはセラミックの圧電アクチュエーター１１１Ａが取り付けられている。可動壁１１１は、蓋１０２と基部１０１のいずれかの側に配置されるカラー１０３とに係合する弾性のクリップ１０４によって、ガスケット１１２に対抗して保持されている。
カラー１０３は、ポンプ室１１０の中心に配置された入口開口１１３を介してポンプ室１１０に開口している吸込みライン１３１を備え、入口開口１１３は下降が最大である、可動壁１１１の最大変位域に向かい合って位置されている。
カラー１０３はさらに、ポンプ室１１０の周辺のすぐ近くに配置された出口開口１１４を介してポンプ室１１０に開口している排出ライン１３２を備え、アイロンがそのソール１上に水平に静止している状態で、出口開口１１４がポンプ室１１０の頂部に位置されるように、ポンプ１００はアイロン内に垂直方向に位置決めされている。シリコーン製のフィルム１０５が基部１０１とカラー１０３との間に介在され、入口開口１１３のための、及び出口開口１１４のためのバルブを形成している。
ポンプ室１１０に存する気泡の排除を促進するために、ポンプ室１１０は、凡そ１ｍｍの深さで、蓋１０２に面する基部１０１の表面に入口開口１１３及び出口開口１１４の間に延在する溝１１５を備えており、この溝１１５は気泡が出口開口に向けて導かれるのを可能にする。
ポンプの蓋１０２は、可動壁１１１及び圧電アクチュエーター１１１Ａに電気的に接続された供給端子１２１、１２２を備え、これらの端子１２１、１２２には圧電アクチュエーター１１１Ａ及び可動壁１１１の周期的な変形をもたらす交流の電圧が供給される。可動壁１１１は、ポンプ室１１０の容積を増大かつ減少させるために、いずれの方向にも柔軟性を有している。
図５によれば、アイロンは、家庭用電気幹線によって提供される交流の信号を変調する変調回路２００からなる、圧電ポンプ１００のための供給回路を備えている。この変調回路２００は、有利なことに、ポンプ１００の流量がソール１の設定温度に従って調整されるように、サーモスタット制御ノブ５の位置の情報を受け取る。例えば、ポンプ１００は、サーモスタットが凡そ２００℃のソール温度を得るべく設定されたとき、凡そ４０g/minのスチーム流量を提供するように設定され、及びサーモスタットが凡そ１１０℃のソール温度を得るべく設定されたとき、凡そ１０g/minのスチーム流量を提供するように設定される。
より詳しくは、本発明によれば、圧電ポンプ１００の供給回路は、望まれる流量とは関係なく、ポンプの起動段階の間に可動壁１１１によるポンプ室１１０の最大の掃出容積をもたらすために、十分に高い交流の電圧を有する供給信号を提供する。この供給信号はその後、ポンプの流量を望まれる流量に対応させるように、ポンプ起動段階の後の通常作動段階の間に変調される。
ポンプ１００の供給信号の複数回の交番に対応する所定の作動時間toをマイクロコントローラがカウントダウンした後に起こる起動段階から通常作動段階への推移には、優先性が与えられる。例えば、凡そ５０Hzの周波数を備える交流供給信号についてはその期間toは凡そ１００msecである。
かくて、ポンプの起動の間に、可動壁１１１によるポンプ室１１０の実質的な掃出が得られ、そこでは、ポンプ室１１０の死容積が本質的に溝１１５にまで低減されている。したがって、起動段階の間にポンプ１００内で循環している水は、入口開口１１３と出口開口１１４を連結している溝１１５内を主に循環し、気泡を排除しかつポンプ１００に呼び水をさす非常に高い循環速度を得ることを可能にしている。
一例として、図６Ａに示されているように、起動段階の間、圧電アクチュエーター１１１Ａには周波数５０Hzで凡そ２３０Ｖの振幅の交流電圧Ｕが供給される。圧電アクチュエーターの脱分極を防止するために非対称であるこの電圧には優先性が与えられている。
１００msecの期間の後、ポンプ１００の流量を減少させるべく可動壁１１１の活性を瞬間的に停止させるように、供給信号が供給回路によって周期的にチョップされる。図示された実施例では、供給信号がチョップされる、すなわち、供給信号は、１４０msecの期間t１だけ中断され、そしてその後は、再度、１００msecの期間、起動段階の信号と同じである。ポンプ１００の間歇的な動作によって、t１/(t１+t０)、すなわち、約６０％程度の流量の低減が得られる。明らかに、信号がチョップされている間の時間は、望まれる流量に依存するであろうし、平均流量は期間t１が増大するにつれ減少する。
図６Ｂに示された本発明の実施形態の一変形例では、起動段階の間には、圧電ポンプ１００に前に図示した実施形態で説明したのと同じ供給信号が供給され、そしてその後、圧電アクチュエーター１１１Ａが信号の交番の際により少ない程度に変形されるように、電圧Ｕが低下された信号が供給され、それにより可動壁１１１によって掃出される容積を低減させる。かくて、低減された流量でのポンプの作動が、１００msecの期間t０の後に得られ、そこでは起動段階の間にポンプ室の最大の掃出容積をもたらす信号を維持すること、かくて、ポンプの効果的な自動呼び水作用のみならず気泡の排除を確実にする。実施形態のかかる様式は、供給回路によって供給電圧Ｕを低下させることが廉価な構成部品を用いることにより達成され得るので、採用するのに簡単かつ費用効率が高いという利点を有している。
図６Ｃに示された実施形態のもう１つの変形例では、圧電ポンプ１００に、起動段階t０の間に第１の図示の実施形態で説明されたのと同じ供給信号が供給され、そしてその後、ポンプの供給信号の周波数を低下させることによってポンプの流量が減少される。しかしながら、かかる実施形態の変形例は、採用するのにやや高価であるという不都合を有している。
したがって、ここに説明されたポンプの制御方法は、自動呼び水作用及び気泡の排除のための条件を最適化するために、ポンプを起動するときの第１の期間に数ミリ秒の間、ポンプ供給信号を最適化することによって、且つ、その後、望まれる流量に近づけるべくポンプの流量を低減するために第２の期間の間にポンプ供給信号を変調することによって、低流量でのポンプの信頼性のあるかつ効率的な作動を得ることを可能にする。ここでは、この流量の低減は、ポンプが既に呼び水を与えられ、かつ可動壁の数少ない作動による運転の場合に問題を引き起こすであろう気泡が既に排除された状態で達成される。
このように構成された衣服用アイロンでは、アイロン掛けの条件にそれを適応させるためにポンプの流量を制御することが可能であり、このポンプ流量の調整が望まれるスチーム量を調節するためのノブをアイロンに設けることによって、ソールの設定温度に対して自動的に、または手動のいずれかで達成される。
もちろん、本発明は、ここに説明かつ図示された実施形態に限定されない。それらは一例として単に提供されている。本発明の保護の範囲を超えることなく、とりわけ種々のエレメントの構成に関しての変更、または均等な技術の置換えによる変更が可能である。
本発明の実施形態の変形例において、それ故に、ポンプ室の形状またはポンプエレメントを組み立てる手段を修正することも可能である。
１００ 圧電ポンプ
１１０ ポンプ室
１１１ 可動壁
１１１Ａ 圧電アクチュエーター

Claims (12)

  1. 圧電アクチュエーター(１１１Ａ)の作動の下に変位可能な可動壁(１１１)が装備されたポンプ室(１１０)を備える家庭電化製品の圧電ポンプ(１００)の制御方法であって、
    ポンプ(１００)の起動段階の間には、複数回の交番の間に、可動壁(１１１)によるポンプ室(１１０)の最大の掃出容積のための、圧電アクチュエーター(１１１Ａ)の実質的な変形をもたらす電圧Ｕの交流供給信号が、圧電アクチュエーター(１１１Ａ)に供給され、
    さらに、ポンプの起動段階は、ポンプ(１００)によって提供される平均流量が起動段階において提供された流量よりも低下されるように供給信号が変調される通常作動段階に引き継がれることを特徴とする方法。
  2. 該起動段階は、所定の作動時間ｔｏに対応することを特徴とする請求項１に記載の圧電ポンプ(１００)の制御方法。
  3. 通常作動段階の間の供給信号の電圧Ｕは、起動段階の間に用いられる供給信号の電圧Ｕに対して低下されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電ポンプ(１００)の制御方法。
  4. 通常作動段階の間の供給信号の周波数は、起動段階の間よりも低いことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電ポンプ(１００)の制御方法。
  5. 通常作動段階の間の供給信号は、周期的にチョップされた起動段階の供給信号に対応することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電ポンプ(１００)の制御方法。
  6. 家庭用電気幹線から電力が供給される圧電ポンプ(１００)を備える家庭電化製品であって、圧電ポンプ(１００)は圧電アクチュエーター(１１１Ａ)の作動の下に変位可能な可動壁(１１１)が装備されたポンプ室(１１０)を備え、前記圧電アクチュエーター(１１１Ａ)が可動壁(１１１)の周期的な変位をもたらす交流の供給信号を生じさせる供給回路を動力源とし、前記ポンプ供給回路が請求項１ないし５のいずれかの制御方法を用いていることを特徴とする家庭電化製品。
  7. 該供給回路は、ポンプ(１００)の起動段階の後に供給信号の電圧の振幅を低減する手段を備えていることを特徴とする請求項６に記載の家庭電化製品。
  8. 該ポンプ(１００)の供給回路は、供給電圧が特定の交番でのみ適用されるように、供給信号をチョップする装置を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の家庭電化製品。
  9. 該供給信号は非対称であることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の家庭電化製品。
  10. 該供給信号は正の交番のみを有することを特徴とする請求項９に記載の家庭電化製品。
  11. 前記家庭電化製品は、衣服用アイロンまたは衣服用スチーマーのようなプレス用装置であることを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の家庭電化製品。
  12. 前記家庭電化製品は、ヘアストレートアイロンのようなヘアスタイリング装置であることを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の家庭電化製品。
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