JP2011529548A - 効率を改善した皺付きダイアフラムを備えたダイアフラムポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの電磁アクチュエータの作用を受けて２つの端板（１）の間を波状に動くように形成された皺付きダイアフラム（２）を備えたダイアフラムポンプであって、ポンプの入口から出口まで流体を移送するポンプに関する。該ポンプは、ダイアフラム支持部と必要なアクチュエータの可動部分（１２）とを接続するアダプタ手段（６；２０；３０）を具備しており、アクチュエータの可動質量部の移動を短縮し、この移動が膜体支持部（３）の移動よりも短くなりうるようになっている。

Description

本発明は、効率を改善した波状ダイアフラムポンプに関する。

波状ダイアフラムポンプは、例えば特許文献１によって公知である。同文献において、ダイアフラムは、少なくとも１つの線形電磁アクチュエータからの駆動力を受けて２つの端板の間を波状に動くように取り付けられていて、ダイアフラムとこれら端板との間においてポンプの入口から出口まで流体を移送するようになっている。

ダイアフラムは、硬質のダイアフラム支持部に固定されている。アクチュエータの可動部分は、一般にダイアフラム支持部に直接連結されていて、ダイアフラムの外縁部を横方向に振動させるので、ダイアフラムにおいてその平面に直交する方向に波状の動きを生じさせるようになっている。この波状の動きは、流体をポンプの入口から出口に向かって推進する効果を有している。

アクチュエータ（１つまたは複数）として、可動式磁石タイプまたは実に磁気抵抗タイプのものを選定するのが有利である。しかしながら、このタイプのアクチュエータによって運動されるよう設定された質量体は、例えば磁石、磁石支持部、ダイアフラム支持部に接続される部品および懸架スプリングを具備しているために、比較的大型である。かかるポンプにおいて、アクチュエータの可動部分の質量体は、波状に動くダイアフラムと流体との間のカップリング、ダイアフラム動作の有効性、ポンプ揚程の効率に影響を与えるのみならず、アクチュエータの潜在的な作動周波数を制限することもあり、問題となりうる騒音および振動につながる。
可動質量体用に懸架スプリングを関連付けてもこれらの作業上の問題は解決されない。

仏国特許第２７４４７６９号明細書

本発明の目的は、効率を改善し、かつ前述した欠点を呈しない波状ダイアフラムポンプを提供することである。

この目的を達成するために、少なくとも１つの電磁アクチュエータからの駆動力を受けて２つの端板の間を波状に動くように支持部に取り付けられた波状ダイアフラムを備えたポンプであって、ポンプの入口と出口との間において流体を移送するポンプが提供される。本発明にしたがって、ポンプは、ダイアフラム支持部をアクチュエータの可動部分に接続するアダプタ手段を具備しており、アクチュエータの可動質量体の行程が短縮されていて、その行程がダイアフラム支持部の行程よりも短くなっている。

アクチュエータの可動部分の行程をこのように短縮することは、波状ダイアフラムと流体との間のカップリングを改善するとともに、その反作用力を最適化することによってダイアフラム運動の有効性を改善し、以て推進の効率を改善する役割を果たす。このアクチュエータにおいて、作動周波数の増大が可能になり、摩擦損失および粘性損失に関連する機械的損失が減少する。当然ながら、行程を短縮することは、アクチュエータによって生成される、ポンプが受ける振動を低減させるのに寄与する。また、この短縮により、力／質量の比を増大させることも可能になり、それにより質量体の運動に関連する運動上の損失を低減させることが可能になり、以てポンプの全体の効率が増大するようになる。これらの改善は、ポンプ揚程のより良好な効率およびより小型化されたアクチュエータにつながる。

本発明の特定の実施形態において、アダプタ手段は、ダイアフラム支持部にヒンジ留めされた一端と、非可動点にヒンジ留めされた他端とを備えた少なくとも１つのレバーを具備しており、アクチュエータの可動部分は、その行程がダイアフラム支持部の行程よりも短くなるようにしてレバーに連結されている。

本発明の第１の原理を実施するポンプの一実施形態の断面図である。 本発明の第２の原理を実施するポンプの第１の実施形態の断面図である。 本発明の第２の原理を実施するポンプの第２の実施形態の断面図である。 本発明の第３の原理を実施するポンプの断面図である。 本発明の第４の原理を実施するポンプの断面図である。

本発明は、添付図面に照らしてより良く理解されうる。
図１を参照して、本発明の原理の第１の実施品によれば、図示されたポンプは、２つの略ディスク形状の端板１と、これら端板１の間に延在する、同様にディスク形状の波状ダイアフラム２とを備えている。ダイアフラムは、その外縁部を介して剛体のダイアフラム支持部３に固定されている。ダイアフラム支持部３には振動が与えられて、ダイアフラム２を波状に動かすとともに、液体をポンプの入口４から出口５に向かって強制的に流すようになっている。ダイアフラム２の支持部３の振動は、後述するように、電気機械アクチュエータ１０によって発生される。

ポンプはアダプタ手段、この実施例において具体的には２つのレバー６を備えていて、これらレバー６の各々は、第１に非可動点７に、第２にダイアフラム支持部３にそれぞれヒンジ留めされている。アクチュエータ１０は、２つの可動部分１１を有しており、この実施例において、これら可動部分１１はそれぞれ、非可動点と例示のために端板に固定された部分とに連結されたスプリング１３に関連付けられた可動質量体１２によってモデル化されている。スプリング１３は、可動質量体とスプリングとによって形成された組立体がポンプの作動周波数に近い共振周波数を有するような剛性を有している。この実施例において、可動質量体１２は、レバー６の２つの端部の間に配置された箇所１４においてレバー６に連結されている。関連付けられた非可動コイル１５による可動質量体１２の電磁的励起によって、可動質量体１２をダイアフラム２の平均平面に直交する方向Ｚに沿って振動させるので、ダイアフラム支持部３を振動させ、したがって、端板１の間のダイアフラム２において波状の動きを生じさせる。この波状の動きは進行波の伝播に起因するもので、ダイアフラムがこの進行波のための媒体を構成している。この実施例における可動質量体１２は、永久磁石を担持している。

図１において、Ｌはレバーの長さ（ダイアフラムの平均平面に対して平行な方向に測定されたもの）であり、ｄは、Ｌに対して平行な方向に測定されたレバー６の非可動端部とレバーがアクチュエータ１０の可動質量体１２に連結された箇所との間の距離である。この実施例において、距離ｄは距離Ｌよりも小さいこと、すなわちアクチュエータ１０の行程がダイアフラム支持部３の移動よりも小さいことが分かる。これは、行程が比ｄ／Ｌに応じて前記移動に比例するためである。さらに、ポンプは、ダイアフラム支持部の慣性質量Ｍがｄ．ｍ／Ｌの分だけ増大されるかのような挙動を示す。ここで、ｍは可動質量体１２の質量である。したがって、ここで付加される慣性質量は、アクチュエータがダイアフラム支持部に直接連結された従来技術のポンプにおいて付加された慣性質量よりも小さくなっている。なお、従来技術のポンプにおいて付加される慣性質量はｍに等しい。これらのことは、ダイアフラムの有効性を改善し、作動周波数の増大を可能にし、ポンプの振動を低減させるのに寄与する。

前述した本発明の原理にしたがって、図２は、この原理の実用的な実施品の例を示す。この実施例において、ダイアフラム支持部３は、直径方向において相対する２箇所で作動される。この実施例において、２つのレバー６’は、切断されて折返し成形された単一の金属シート２０により構成されている。

より正確には、金属シート２０は、リターンスプリングを構成する可撓性を有したＵ字形状に成形されるとともにポンプ本体に固定された中央部分２１を有している。金属シート２０は、より大きな曲げ剛性をアームに付与するように折り返された縁部２２を有する２つのレバーを形成するアーム６’によって延出されている。これらのアームは、ダイアフラム支持部に接続するための接続部２３において終端している。各アームは、その概ね中間の箇所１４においてアクチュエータによって嵌め合わされている。すなわち、単一の部品がレバーとリターンスプリングとの両方を構成している。このスプリング部分の剛性は、可動質量体の質量部分と関連付けられたときに、振動体の共振周波数がポンプにとって所望の作動周波数に近くなるような値に設定されてもよい。

本発明に関連して、リターンスプリングと任意に関連付けられた１または２以上の任意に連結されたレバーを用いた多数の変更例が実施されうる。こうすることにより、レバーがポンプ本体にヒンジ留めされた箇所の反対側からアクチュエータをレバーに嵌め合わせることが可能になる。

図２Ｂｉｓに示された本発明の実施形態において、レバーを形成するアーム６’は、コイル１５の作用を受ける永久磁石４５を担持し、それにより磁石によって重量が付与されたアーム自体がコイルによって励起されるアクチュエータの可動質量体を形成するようになる。磁石４５は、ダイアフラム支持部から或る距離をおいて、好ましくはレバーのヒンジ留め箇所とレバーがダイアフラム支持部に連結される箇所との間において、アームによって担持されており、それにより可動部分の行程がダイアフラム支持部の動きよりも実際に小さくなるようになる。このようにして、組立体は特に簡略化されて小型化される。

本発明の原理の別の実施品によれば、図３に示されるように、アダプタ手段は、ダイアフラム支持部３とアクチュエータ１０の可動質量体１２との間に介在する接続スプリングまたは懸架スプリング２５を具備している。懸架部２５は、ダイアフラム支持部３の所与の行程に対して、アクチュエータの可動質量体１２の行程を短縮する役割を果たす。こうすることによって、少なくとも所与の励起周波数範囲において可動質量体１２が小さい振幅を伴って振動するアクチュエータが得られ、それにより振動が低減されるようになる。この実施例におけるスプリング１３は、湾曲した弾性変形可能なブレードによって構成されている。

本発明の別の実施形態において、図４に示されるように、ポンプは、気圧式または液圧式のストロークアクチュエータ３０を構成するアダプタ手段を具備している。この実施例において、可動質量体１２は環形状をなしており、非可動コイル１５からの電磁的駆動力を受けて往復褶動する。ストロークアクチュエータ３０は、ダイアフラムＡとダイアフラムＢとを具備しており、これらダイアフラムＡ，Ｂは、気体または液体で適宜満たされたシールされたチャンバ３２を形成している。ダイアフラムＡは可動質量体１２に連結されていて、一方、ダイアフラムＢはアーム３４を介してダイアフラム支持部３に連結されている。

ダイアフラムＡは挟持された縁部Ａ１を有し、硬質の底部Ａ２を保有している。底部Ａ２は、可動質量体１２に連結されるとともにベローズＡ３によって縁部Ａ１に連結されたピストンを形成している。ダイアフラムＢは、中央スリーブＢ３に固定された非可動の縁部Ｂ１を有しており、中央スリーブＢ３は、アーム３４に連結されるとともにベローズＢ２を介して縁部Ｂ１に接続されている。

ダイアフラムＡの面積はダイアフラムＢの面積よりも大きい。したがって、可動質量体１２が所与の行程にわたって移動するとき、可動質量体１２は、可動質量体１２の行程よりも大きな動きをダイアフラムＢのスリーブＢ３に与える。結果として、可動質量体１２は、ダイアフラム支持部３よりも短い距離にわたって移動する。

本発明は、前述した記載に限定されず、むしろ請求の範囲によって画定される範囲に含まれるいかなる変形物をも含んでいる。特に、本発明は、本明細書においてディスク形状の波状ダイアフラム付ポンプの適用例において説明されたが、本発明は、環状または直線状の形の波状ダイアフラム付ポンプにも適用されることは明らかである。

本発明は、任意のタイプのアクチュエータ、特に、線形アクチュエータ若しくは回転式アクチュエータまたは角運動するアクチュエータなどに適用される。

図１において、Ｌはレバーの長さ（ダイアフラムの平均平面に対して平行な方向に測定されたもの）であり、ｄは、Ｌに対して平行な方向に測定されたレバー６の非可動端部とレバーがアクチュエータ１０の可動質量体１２に連結された箇所との間の距離である。この実施例において、距離ｄは距離Ｌよりも小さいこと、すなわちアクチュエータ１０の行程がダイアフラム支持部３の移動よりも小さいことが分かる。これは、行程が比ｄ／Ｌに応じて前記移動に比例するためである。さらに、ポンプは、ダイアフラム支持部の慣性質量Ｍがｄｍ／Ｌの分だけ増大されるかのような挙動を示す。ここで、ｍは可動質量体１２の質量である。したがって、ここで付加される慣性質量は、アクチュエータがダイアフラム支持部に直接連結された従来技術のポンプにおいて付加された慣性質量よりも小さくなっている。なお、従来技術のポンプにおいて付加される慣性質量はｍに等しい。これらのことは、ダイアフラムの有効性を改善し、作動周波数の増大を可能にし、ポンプの振動を低減させるのに寄与する。

Claims (7)

1. 少なくとも１つの電磁アクチュエータからの駆動力を受けて２つの端板（１）の間を波状に動くように支持部（３）に取り付けられた波状ダイアフラム（２）を備えたポンプであって、該ポンプの入口と出口との間において流体を移送する、波状ダイアフラムポンプにおいて、該ポンプが、前記ダイアフラム支持部を前記アクチュエータの可動部分（１２）に接続するアダプタ手段（６；２０；３０）を具備しており、前記アクチュエータの可動質量体の行程が短縮されていて、その行程が前記ダイアフラム支持部（３）の行程よりも短くなっていることを特徴とする、波状ダイアフラムポンプ。
2. 前記アダプタ手段が、第１に前記ダイアフラム支持部に、第２に非可動点にそれぞれヒンジ留めされたレバー（６）を備えており、前記アクチュエータの可動部分が前記レバーの或る箇所に連結されている、請求項１に記載の波状ダイアフラムポンプ。
3. シート金属（２０）の一部に形成された２つのレバー（６’）を具備し、前記シート金属（２０）は、切断されて、アクチュエータの可動部分を懸架するスプリングを形成する中央ブリッジ（２１）を有するように成形され、２つのレバーが前記中央ブリッジ（２１）から延在する、請求項２に記載の波状ダイアフラムポンプ。
4. 前記スプリングが剛性を有しており、該剛性は、前記可動質量体と関連付けられた際に前記可動質量体と前記スプリングとによって形成された組立体が、ポンプの作動周波数に近い共振周波数を有するように設定される、請求項３に記載の波状ダイアフラムポンプ。
5. 前記アクチュエータの可動質量体（４５）の支持部を形成する２つのレバー（６’，６’）を具備する、請求項２に記載の波状ダイアフラムポンプ。
6. 前記アダプタ手段が、前記ダイアフラム支持部と前記アクチュエータの可動部分（１２）との間に介在する懸架部（２５）を具備する、請求項１に記載の波状ダイアフラムポンプ。
7. 前記アダプタ手段が、前記ダイアフラム支持部に接続されたアーム（３４）を前記アクチュエータの可動部分に連結する気圧式または液圧式のストロークアダプタ（３０）を具備し、それにより前記アクチュエータの可動部分が前記アームの行程よりも短い行程を呈する、請求項１に記載の波状ダイアフラムポンプ。

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