JPH03222877A - 超磁歪ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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１記縦効果型圧電アクナ
ユエータは、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・では、１５０ホルト以上の電圧で
駆動することが出来ず、１５０ホルトが限界てあった。

（２）縦効果型圧電アクチュエ−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ＯＮ、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間単に試
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。

何故ならは、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ノ、と、
逆止弁を供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 本発明の詳細な説明すれは、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
ことで発生した啜場、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２
１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。

そじて、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、
吐出側逆上弁ｌ〕か閉止状態となり、吸入側逆止弁ａが
開放状態になり、吸入側流路４に■１み込まれたチュー
ブ３が矢印ｅ方向に収縮し、吸入し−１１より流体が矢
印方向ｇより吸入側流路４及び冶ｙ８７・９を通り、ポ
ンプ室１９内に流入するか、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＋Ｌ状態となり、ポンプ室１９内の流
体は、７合路１０・１２及び流路５を通り吐出口２から
流出ずろが、その際、吐出側流路５にキ■み込まれたチ
ニＬ−フ３が矢印［方向に拡張し、流体を矢印り方向（
こ流出させろことになる。

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図は本発明て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
に設けられた逆上弁ａ・１）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２
９１）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
ジ）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か外側」二方に突出てきる孔を形成
し、ヨーク機能を備えた」−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とマクネ
ジ）２４ａ間には、駆動部中空２５ａが形成されている
。

上記中空２５ａにはダンピング設が充填してもよく、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７１−
シンク２３の内壁２３ｅに固定されていると共（こ、他
端にはダイヤフラム２０が取り付けられているレバー３
Ｇ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３Ｇの
中心に向い切欠部３６ａが形成されていて当該中心部３
５のやや右寄りの１存置に振動伝達部材３３の上端が当
接又は固定されている。

そして、レバー３６の他端にはダイヤフラム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、スブリンク２６の上端が（ｆ：　ｒＪｔされ
ていると共ここ、下端はケーシング２３の底部）ｒＡ２
３ａ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
開には、吸入側逆上弁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、ポンプ室１９と吐出側逆上弁ｌ）が取り付けられ
ている部分に形成されている流路ｌＯ・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
吸入側流路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３！１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・
３　ｂの内周面３ｅ・３ｔには、内方に突出する突部３
ｃ・３璽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・３１１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ｎ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・３１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でいるチューブは、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ては、筒部３ｇ内に形成されている
貫通孔３ｄの内径がヒ下同−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、Ｌ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１Ｏ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・３　ｈ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・３　Ｉｌ
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、木ナユープの貫通孔も
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である。

第１θ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であ
る。

第５図から第１０図に示した各チューブ本体３・３・３
＃３・３Φ３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・３１を設けて
もよい。

以上のようＺこ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３
ｇ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、パツキン
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（こ設け
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。

なぜならは、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、１・−ナラ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・６
ａ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、とのよ
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１
３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、ハネ３
２・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１１０・４１の一端は、ケーシング２
３の内壁２３ｅに当接叉は固定されている。

レバー：３６は、横部材３Ｂ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ぜること
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をマクネツ）２４ａに近接させた
り遠ざけたりずろことにより、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１３図に示すように固定部材２９ａ周面に起立部２９
ｃを起立させた構成にしである。

これは、駆動部Ｃを設置する際に設置位置の位置決めが
容易にて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１　）
）・２１〕の外側周面に空気室６・Ｇ　ｂを設けた構成
としである。

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及びダイヤプラム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８Ｂに吐出口２を設
けると共に、吸入口１側及び吐出口２例の逆止弁にボー
ル弁ａ−１）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）図に示した矩杉波では、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は込まない
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３八図中の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４
Ｂ図は第４八図中のＣ−Ｄ線の縦断面図、第４Ｃ図は第
４Ｂ図中の２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１Ｏ図は他側
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（
！Ｉ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。 ！−吸入口、１ａ争２ａ−中空部　　１１）　・２　＋
）−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・３１・３ｅ
・３ｆ−内周面、３ｄ−貫通孔、３ｇ筒部、３　ｈ−下
端フランジ、４−吸入側流路、５−吐出側流路、６・６
ａ−空気室、７・８・９・１０−１１　・１２−流路、
　１３・１４・１５・１６　・１７・１８−パツキン、
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、２３ａ−ケーソンク底
部材、２３１）−機器収納部、２３ｃｍ磁性体、２；３
ｄ−挿入溝、２３ｅ−内壁、２３ｆ−センサー取イ・１
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、２
７−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、２９１）−下カバー　
３０−コ状連結部柑、３１−ボルト、３２・３９−バネ
、３３−ｊ辰動伝達部材、３／Ｌ−１カバー、３５−拡
大部材、３〔３−レバー　３６ａ−切欠部、３　Ｇ　ｈ
−中心部、３８−横部材、４０・４１−調節部材 第１図 第２図 第３図 第３Ａ図 第３Ｂ図 第４図 第４ｃ図 第二み図 第４Ｂ図 ｄ 第１１図 第１２図 第１５図 ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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　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　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　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　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　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　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　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　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　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　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　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　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　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。