JP2799517B2 - 超磁歪ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ 産業上の利用分野 本発明は、超磁歪材料を用いた超磁歪ポンプに関する
発明である。

従来の技術 従来の縦効果型圧電アクチュエーを駆動部とした圧電
ポンプでは、下記のような欠点が存在した。

（１）駆動部に使用されている上記縦効果型圧電アクチ
ュエータは、積層型の圧電素子であるために駆動電圧に
制限があった。

即ち、駆動電圧としては、150ボルト以上の電圧で駆
動することが出来ず、150ボルトが限界であった。

（２）縦効果型圧電アクチュエータの駆動電圧が高いの
で、圧電アクチュエータの信頼性に問題があった。

即ち、駆動電圧が150ボルトと高いので危険性が非常
に大きかった。

（３）縦効果型圧電アクチュエータは、また構造上積層
型になっていて、構造上電極を形成する必要上簡単に試
作できないと共に、小型に形成出来なかった。

（４）縦効果型圧電アクチュエータを用いた圧電ポンプ
では、大流量化に向かなかった。

何故ならば、駆動電圧を高くすると絶縁破壊を起こす
と共に、上記圧電アクチュエータの大型が困難であった
からである。

（５）駆動電圧がバイアスを加えないといけない。

（６）縦効果型圧電アクチュエータでは、駆動周波数が
低周波で有利ではなく、直流的な使い方はできない。

本発明が解決しようとする課題 本発明は、絶縁破壊の恐れがなく、磁歪特性の限界ま
で作動でき、駆動部の危険性がなく信頼性の高い超磁歪
ポンプを提供することを目的とするものである。

［発明の構成］ 課題を解決するための手段 本発明は、上述の目的を達成するために、駆動部を有
する拡大機構と、拡大機構に連動するダイアフラムと、
逆止弁を備えた流路とからなる超磁歪ポンプにおいて、
吸入側流路及び吐出側流路にチューブを装着し、上記チ
ューブの筒部外周面に空気室を設け、拡大機構の駆動部
に超磁歪材料を使用し、前記超磁歪材料の振動をダイヤ
フラムに伝達するレバーからなる超磁歪ポンプの構成と
したことを特徴とする構成とした。

作用 本発明の作用を説明すれば、以下の通りである。即
ち、第１図及び第２図に示すように、ケーシング23内に
形成されている中空部22に固定された駆動部Ｃ内の超磁
歪材料25の外周にあるコイル24に電流を流すことで発生
した磁場を超磁歪材料に加えると前記超磁歪材料25が振
動し、振動伝達部材33により振動がレバー36に伝わり、
レバーの先端部31に支持部材21を介して取り付けられた
コ状部連結材30・30の先端に固定されているダイアフラ
ム20が矢印方向ｃ・ｄに振動する。

そして、ダイアフラム20が下方方向ｃに移動したと
き、ポンプ室19内及び流体の流路４は負圧になるので、
吐出側逆止弁ｂが閉止状態となり、吸入側逆止弁ａが開
放状態になり、吸入側流路４に組み込まれたチューブ３
が矢印ｅ方向に収縮し、吸入口１より流体が矢印方向ｇ
より吸入側流路４及び流路７・９を通り、ポンプ室19内
に流入するが、ダイアフラム20が上方に移動する過程で
は、ポンプ室19内は正圧になるので吸入側逆止弁ａが閉
止状態となり、ポンプ室19内の流体は、流路10・12及び
流路５を通り吐出口２から流出するが、その際、吐出側
流路５に組み込まれたチューブ３が矢印ｆ方向に拡張
し、流体を矢印ｈ方向に流出させることになる。

実施例 以下に本発明を添付図面に従って詳細に説明する。第
１図及び第２図は、本発明の第１実施例を示した図であ
る。

第１図は本発明で超磁歪材料を使用した超磁歪ポンプ
の縦断面図、第２図は、拡大機構部の縦断面図で、符号
Ａは、超磁歪ポンプ本体を示し、超磁歪ポンプ本体はケ
ーシング23内の中空部22に備えられた拡大機構Ｂと、当
該拡大機構に連動するダイアフラム20と、流体が吸入・
吐出する流路４・７・９・５・10・12と、流路に設けら
れた逆止弁ａ・ｂと、ポンプ室19等から構成されてい
る。

ケーシング23内に形成されている中空部22に供えられ
た拡大機構Ｂを駆動する駆動部Ｃには超磁歪材料25が使
用されている。

即ち、第２図及び第13図に示すように超磁歪材料25を
ケーシング23を構成する底部材23aに駆動部Ｃを載置固
定する固定部材29aを固定する。前記固定部材29a上に駆
動部Ｃを載せ固定する。

前記駆動部Ｃの構成は、ヨーク機能を備えた下カバー
29b上に超磁歪材料25が載置されていて、当該超磁歪材
料25の外側周面にコイル24を設け、当該コイル24の外側
周面にマグネット24aを設け、当該マグネット24aの上端
に超磁歪材料25の上端に取付固定した振動伝達部材33が
外側上方に突出できる孔を形成し、ヨーク機能を備えた
上カバー34が取り付けられている。

超磁歪材料25とコイル24間及びコイル24とマグネット
24a間には、駆動部中空25aが形成されている。

上記中空25aにはダンピング液が充填してもよく、充
填しなくてもよい。

そして、前記振動伝達部材33の上端は、一端がケーシ
ング23の内壁23eに固定ａされていると共に、他端には
ダイアフラム20が取り付けられているレバー36の外側下
部に当接又は固定されている。

前記レバー36には、第２図に示すようにレバー36の中
心に向い切欠部36aが形成されていて当該中心部35のや
や右寄りの位置に振動伝達部材33の上端が当接又は固定
されている。

そして、レバー36の他端にはダイアフラム20が固定さ
れているコ状部材30が取り付けられ、当該コ状部材30に
は、スプリンク26の上端が係止されていると共に、下端
はケーシング23の底部材23aに固定されているネジ29に
係止されている。

図中において、符号１は流体の吸入口であり、吸入口
１から流路４が形成されていてポンプ室19と流路４との
間には、吸入側逆止弁ａが取り付けられ、ポンプ室形成
部材27に形成されている流路７・９により吸入側流路４
とポンプ室19は連通している。

上記吸入側流路４の中間位置には、チューブ３が装着
されていてチューブ３の外側周面には空気室６が密封形
成され、当該空気室６には、常時空気が貯溜されてい
る。

また、ホンプ室19と吐出側逆止弁ｂが取り付けられて
いる部分に形成されている流路10・12により連通してい
る吐出側流路５の中間部に、吸入側流路４と同様にチュ
ーブ３′が装着されていて、当該チューブ３′の外側周
面には空気室6aが密封形成され、常時空気が貯溜されて
いる。

このように空気室６・6aに貯溜されている空気とチュ
ーブ本体３に形成されている貫通孔3dを移送する流体と
は接触することがないように構成されている。

これは、吸入側流路４及び吐出側流路５にチューブ３
・３′を装着するのは、上記流路４・５の断面形状の径
に箇所により大きな差異がなく、流路４・５の断面形状
の径が同一であった方が流体が流路４・５を通過する際
の流路抵抗が小さくなるからである。

またチューブ本体３の筒部3gの外側周面に空気室３・
３′を設けたのは、チューブ本体３の伸縮による変形、
即ち空気室６・6aの容積変化により、急な圧力変化を吸
収するからである。

急な圧力変化を吸収するとは、駆動部の負荷を少なく
し、流量特性を上げると共に、吐出される流体の脈流を
小さくすることになる。

第３図・第3A図・第3B図及び第3C図は、第１図の流入
側流路４及び吐出側流路５の中間位置に装着されている
チューブ３・３′を表示した図で、第３図はチューブ本
体３の側面図であり、胴体部3gの上端及び下端には上端
フランジ3a・下端フランジ3hが外方に突出して形成され
ていて、上記上端及び下端フランジ3a・3hの内周面3e・
3tには、内方に突出する突部3c・3iが形成されていると
共に、上端及び下端開口部3gからフランジ3a・3hにかけ
て平坦に形成された平坦部3b・3jがある。

そして、チューブ本体３に形成されている貫通孔3d
は、第3A図に示すように筒部3gが凹凸状に形成されてい
る。

突部3c・3iは、内周面3e・3tに設けなくてもよい。

第２図は、本発明の他の実施例の一部縦断面図であ
り、本実施例に使用されているチューブは、第４図・第
4A図・第4B図及び第4C図に示した構成のチューブ３であ
り、本チューブ３では、筒部3g内に形成されている貫通
孔3dの内径が上下同一径に形成されていて、第３図から
第3C図に示されいるチューブ３のように筒部が凹凸状に
形成されていない。

本発明の吸入側流路４及び吐出側流路５に装着される
チューブ３・３′は、上記二つの構成のものに限られる
ものではなく、第５図から第10図に示した構成のチュー
ブ３・３′のものを装着してもよい。

第５図及び第5A図に示したチューブ３は、上端及び下
端のフランジ3a・3hが、第3A図及び第4A図に示したよう
に円形状に形成されていて、筒部3gが三角柱の形状に形
成されていると共に、本チューブ３の貫通孔3dの断面形
状は三角形状に形成されている。

第６図及び第6A図に示したチューブは、筒部3gが四角
形状に形成されてると共に、貫通孔3dも四角形状に形成
されていて、上端及び下端フランジ3a・3hは、第3A図及
び第4A図に示したように円形状に形成されている。

第７図に示したチューブ３は、筒部3gを蛇腹状に形成
したものであり、本チューブの貫通孔は筒部3gの外観同
様に蛇腹状に構成されている。

第８図に示したチューブ３は、筒部3gの上部を細く、
下部を太く構成したものであり、本チューブの貫通孔も
外観同様に上部の径を小径とし、下部の径を大径の構成
となっている。

また、第９図に示したチューブ３は、筒部3gの中央部
を太く上部及び下部を筒部3gの中央部よりやや細く構成
し、貫通孔もまた中央部の径を大径とし、上部及び下部
の径を小径に構成してある。第10図に示したチューブ
は、筒部3gの中央部を細く筒部3gの上部及び下部を太く
構成し、貫通孔もまた筒部3g中央部の径を小径とし、筒
部3gの上部及び下部の径を、上記筒部3gの中央部の径を
大径に構成してある。

第５図から第10図に示した各チューブ本体３・３・３
・３・３・３のフランジ内周面3e・3tには、第3C図及び
第4C図に示したように突部3c・3iを設けてもよい。

以上のように種々の形状のチューブ３があるけれど
も、第４図から第4C図に示した円形状に形成したチュー
ブ３が、圧力の変化による変形時にチューブ３の筒部3g
の伸縮が最も大きい（バネ定数が大きい）。

第３図から第3C図・第５図・第６図・第７図・第８図
・第９図及び第10図に示したチューブ３のように筒部3g
が変形されているほうが、バネ定数は小さい。

符号13・14・15・16・17・18は、パッキンである。

本発明である超磁歪ポンプ本体Ａの流路４・５に装着
されているチューブ３・３′の筒部3g外側周面に設けら
れた空気室６・6aは、密封形成されていて、尚且つ、チ
ューブ３・３′の素材としては、弾性力の非常に弱い素
材を使用することが好ましい。

なぜならば、流路４・５を流れる流体に対する影響力
として、空気室６・6a内に貯溜している空気の弾性力の
方が、チューブ３・３′の弾性力より遥かに大きい方が
望ましいからである。

即ち、空気室６・6aに密封された空気の弾性力の方
が、経時変化も少なく、空気室６・6aの容積を変えるこ
とにより弾力性（バネ定数）を好きな値に設定すること
が可能になるからである。

また設計も容易になるからである。

本発明は、空気室６・6aを設けた構成の超磁歪ポンプ
であっても流体の流路４・５の断面の径が著しい相違が
ない構成となっている。

空気室６・6aは、ドーナツ形状に形成すればチューブ
本体３が全方向に伸縮するので好ましい。空気室６・6a
の壁面に孔を形成する等の手段により、上記空気室と大
気を連通させてもよい。又空気室６・6aには、必要に応
じて空気以外の気体を封入してもよい。

本発明に装着されるチューブ本体３には、ダイヤフラ
ムポンプ等の圧力変化の繰り返し起こるポンプなら、ど
のようなポンプにも使用可能である。

第11図・第12図及び第13図は、本発明の第２実施例を
示した図であり、本実施例では、拡大機構Ｂに第13図に
示した構成の振動拡大部材35を用いて磁歪材料25の振動
をダイヤフラム20に確実に伝達するようにしている。

前記拡大部材35は、バネ32・39と横部材38及び調節部
材40・41からなり、前記横部材38にはレバー36が一体に
形成されていて、横部材の両端部には、バネ32・39が接
着又はボルト等で固定され、バネ32・39の下部に調節部
材40・41がそれぞれ固定され、前記調節部材40・41の一
端は、ケーシング23の内壁23eに当接又は固定されてい
る。

レバー36は、横部材38に一体に形成せずにボルト・接
着剤等で接続固定してもよい。

第11図において、符号23cは、磁性体であり、この磁
性体はドライバー挿入溝23dにドライバー（図示せず）
の先端を挿入し、ドライバー自体を回転させることによ
り上記磁性体23cを駆動部Ｃの外周面に近接させたり、
遠ざけたりすることができるように構成されている。

これは、磁性体23cをマグネット24aに近接させたり遠
ざけたりすることにより、超磁歪材料25にかかるバイア
ス磁界の強さを変えることができる。

そして、本実施例では、固定部材29aを第12図及び第1
3図に示すように固定部材29a周面に起立部29cを起立さ
せた構成にしてある。

これは、駆動部Ｃを設置する際に設置位置の位置決め
が容易にできるようにするためである。

本実施例同様に第１実施例にも磁性体23Cを設けても
よい。

第15図は、本発明の第３実施例を示した図で、チュー
ブ３・３′を使用しない超磁歪ポンプ本体Ａにも超磁歪
材料25を使用した拡大機構Ｂを組み込んだ状態の一部縦
断面図である。

本実施例では、吸入口１側及び吐出口２側に各々形成
されている中空部1a・2a内に突設させた突出部1b・2bの
外側周面に空気室６・6bを設けた構成としてある。

このように、中空部1a・2a内に空気室を形成すること
によっても吸入圧力・吐出圧力の変動を緩和させて、正
確な流量・良好な制御性及び大きな送量を得ることがで
きる。

第16図は、本発明の４実施例を示した簡略図であり、
このように拡大機構Ｂをポンプ室19の横に設けた構成に
した。

これにより、超磁歪ポンプ本体Ａを小型にすることが
できる。

第17図は、本発明の第５実施例を示した図で、ポンプ
室19及びダイヤフラム20を縦方向に配置し、前記ポンプ
室19の下部に吸入口１を、上部に吐出口２を設けると共
に、吸入口１側及び吐出口２側の逆止弁にボール弁ａ・
ｂを用いることができる。

このような構成にすることにより、気泡の排出が容易
になる利点がある。

第16図に示した第４実施例及び第17図に示した第５実
施例の超磁歪ポンプにも磁性体23cを取り付けた構成と
してもよい。

第18図は、印加電圧波形を示した図であり、（１）図
に示した電圧波形、いわゆる正弦波を用いると静粛な駆
動が可能であり、（２）図に示した矩形波では、波形の
立ち上がり及び立ち下がりで大きな加速度が生じるため
に騒音が発生するが、正確な定量送りができる。

（３）から（６）に示した波形を用いることもでき
る。

本発明においては、ケーシング23の材質を強磁性体と
してもよい。

このように、ケーシング23を強磁性体とすることによ
り磁気シールド効果により外部との干渉が避けられると
共に、放熱効果をもたせることができる。

第14図の表に示したように、従来、駆動部に使用され
ている圧電素子の特性より、超磁歪材料が、ダイヤフラ
ム変位量の点で優れている。

ケーシング23を磁性材料で形成してもよい。また、ケ
ーシング23及びポンプ室形成部材28を磁性材料を使用し
て形成してもよい。

［発明の効果］ 本発明は、以上のように超磁歪材料を使用し、磁界で
駆動させるために絶縁破壊の心配がなく、材料のもつ磁
歪特性の限界まで作動させることができ、しかも超磁歪
材料は、磁界で駆動させるために基本的に電流作動であ
り、駆動部の危険性が減少し信頼性が上がり、超磁歪材
料は、加工が容易であるがために必要なスペックに合わ
せた形状を決定できるとの効果がある。

また、チューブを用いているために空気室の容積が変
化せず、長時間運転しても空気が移送流体に溶け込まな
いので、流量が長時間安定し、流体が空気室の空気と接
触しないので、反応することがなく、しかも流体の流路
形状の変化が無いか、もしくは小さいために、流れがス
ムーズになる。

即ち、流量と周波数特性及び電圧特性の性能がアップ
すると共に、流体と空気貯溜室が分離しているので、流
体中に気泡が混入せず、使用位置に制限がない。即ち、
縦・横・斜め又は逆さに使用しても性能が落ちることが
ないとの効果がある。

更に、流体が溜っている所がないために、ポンプ内の
洗浄が容易であるとの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図本発明の縦断面図、第２図は本発明の駆動部の縦
断面図、第３図はチューブの側面図、第3A図は第３図に
示したチューブの平面図、第3B図は第3A図中のＢ−Ｃ線
縦断面図、第3C図は第3B図中のＹ部分の一部拡大縦断面
図、第４図は本発明に使用されるチューブの他の実施例
の側面図、第4A図は第４図の平面図、第4B図は第4A図中
のＣ−Ｄ線の縦断面図、第4C図は第4B図中のＺ部分の一
部拡大縦断面図、第５図はチューブの側面図、第5A図は
第５図のチューブの平面図、第６図はチューブの側面
図、第6A図は第６図のチューブの平面図、第７図・第８
図・第９図及び第10図は他例のチューブの側面図、第11
図及び第12図は本発明の他の実施例の駆動部の縦断面
図、第13図は駆動部内に取り付けられている部品の斜視
図、第14図は圧電素子と超磁歪材料の特性の比較を示し
た表、第15図は本発明の他の実施例の一部縦断面図、第
16図及び第17図は本発明の他の実施例を示した簡略図、
第18図は印加電圧波形を示した図である。 １……吸入口、1a・2a……中空部、1b・2b……突出部、
２……吐出口、３・３′……チューブ、3a……上端フラ
ンジ、3b・3j……平坦部、3c・3i・3e・3f……内周面、
3d……貫通孔、3g……筒部、3h……下端フランジ、４…
…吸入側流路、５……吐出側流路、６・6a……空気室、
７・８・９・10・11・12……流路、13・14・15・16・17
・18……パッキン、19……ポンプ室、20……ダイアフラ
ム、22……ケーシング内中空部、23……ケーシング、23
a……ケーシング底部材、23b……機器収納部、23c……
磁性体、23d……挿入溝、23e……内壁、23f……センサ
ー取付部材、24……コイル、24a……マグネット、25…
…超磁歪材料、25a……駆動部内中空、26……スプリン
グ、27……ポンプ室形成部材、28……ダイアフラム支持
部材、29……ネジ、29a……固定部材、29b……下カバ
ー、30……コ状連結部材、31……ボルト、32・39……バ
ネ、33……振動伝達部材、34……上カバー、35……拡大
部材、36……レバー、36a……切欠部、36b……中心部、
38……横部材、40・41……調節部材

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動部を有する拡大機構と、拡大機構に連
   動するダイアフラムと、逆止弁を備えた流路とからなる
   超磁歪ポンプにおいて、吸入側流路及び吐出側流路にチ
   ューブを装着し、上記チューブの筒部外周面に空気室を
   設け、拡大機構の駆動部に超磁歪材料を用い、前記超磁
   歪材料の振動をダイヤフラムに伝達するレバーからなる
   ことを特徴とする超磁歪ポンプ。
2. 【請求項２】レバーに切欠部を形成したことを特徴とす
   る請求項１記載の超磁歪ポンプ。
3. 【請求項３】拡大機構にコ状連結部材・横部材・バネ材
   及び調節部材からなる拡大部材を取り付けたことを特徴
   とする請求項１記載の超磁歪ポンプ。
4. 【請求項４】拡大機構をポンプ室の横に配置したことを
   特徴とする請求項１、２又は３記載の超磁歪ポンプ。
5. 【請求項５】ポンプ室を縦方向に配置し、下部に吸入口
   及び吸入側逆止弁を、上部に吐出口及び吐出側逆止弁を
   設けると共に、両逆止弁をボール弁としたことを特徴と
   する請求項１、２又は３項記載の超磁歪ポンプ。
6. 【請求項６】駆動部に近接させ、しかも遠近調節可能な
   磁性体を設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４
   又は５項記載の超磁歪ポンプ。
7. 【請求項７】吸入側流路及び吐出側流路に装着されてい
   るチューブの上端及び下端のフランジ内周面に突出部を
   形成したチューブを装着したことを特徴とする請求項
   １、２、３、４又は５記載の超磁歪ポンプ。
8. 【請求項８】吸入側流路及び吐出側流路に装着されてい
   るチューブの筒部を凹凸状に形成すると共に、上下端フ
   ランジを円状に形成したチューブとしたことを特徴とす
   る請求項１、２、３、４又は５記載の超磁歪ポンプ。
9. 【請求項９】吸入側及び吐出側の流路に装着されている
   チューブの筒部を円筒状に形成したことを特徴とする請
   求項１、２、３、４又は５記載の超磁歪ポンプ。
10. 【請求項１０】吸入側及び吐出側の流路に装着されてい
    るチューブの筒部を四角形状に形成したことを特徴とす
    る請求項１、２、３、４又は５記載の超磁歪ポンプ。
11. 【請求項１１】吸入側及び吐出側の流路に装着されてい
    るチューブの筒部を蛇腹状に形成したチューブとしたこ
    とを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の超磁
    歪ポンプ。
12. 【請求項１２】吸入側及び吐出側の流路に装着されてい
    るチューブの筒部の上部を細く下部を太く形成したチュ
    ーブとしたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は
    ５記載の超磁歪ポンプ。
13. 【請求項１３】吸入側及び吐出側の流路に装着されてい
    るチューブの筒部の中央部を筒部の上部及び下部よりも
    太く形成したチューブとしたことを特徴とする請求項
    １、２、３、４又は５記載の超磁歪ポンプ。
14. 【請求項１４】吸入側及び吐出側の流路に装着されてい
    るチューブの筒部の中央部を上記筒部の上部及び下部よ
    り細く形成したことを特徴とする請求項１、２、３、４
    又は５記載の超磁歪ポンプ。