JPH06101631A - 超磁歪式液体ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超磁歪ロッドの体積変化を利用して液体の吐
出効率を向上させる。 【構成】 ポンプケース４内に作動ピストン５を介して
ポンプ室４Ａを画成し、ポンプ室４Ａの前，後に吸込弁
８、吐出弁９を設けると共に、ケーシング本体２内には
作動ピストン５のロッド部５Ｂと超磁歪式アクチュエー
タ１０との間に液圧室１９を形成し、超磁歪ロッド１４
の体積変化で液圧室１９内の圧力を変化させることによ
り、作動ピストン５を往復動させ、ポンプ室４Ａを拡縮
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば燃料などの液体
を圧送供給するのに用いて好適な超磁歪式液体ポンプに
関し、特に、超磁歪式アクチュエータでポンプを駆動す
るようにした超磁歪式液体ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、燃料ポンプなどの液体ポンプ
は、ポンプハウジング内に回転可能に設けたタービン等
のポンプロータを電動モータで回転駆動することによ
り、ポンプハウジング内に吸込んだ燃料等を吐出口から
外部に吐出させるようにしている。

【０００３】しかし、この種の従来技術による液体ポン
プは電動モータを使用しているために、全体が大型化
し、計量化を図ることができない上に、消費電力が大き
く、摺動部から異音が発生し易いという問題がある。

【０００４】また、他の従来技術として、例えば特開平
２−２４５４８３号公報等では、弾性部材からなる液室
の前，後にそれぞれ逆止弁を有した吸入管と吐出管を設
け、超磁歪部材の伸縮により前記液室を拡縮させて、吸
入管側から吸込んだ液体を吐出管側から吐出させるよう
にした送液ポンプが提案されている。

【０００５】そして、この送液ポンプでは、前記液室と
超磁歪部材との間に略台形状の結合座を設け、該結合座
の接触面積を液室側で大きくすることにより、前記超磁
歪部材の伸縮変位量に対して液室の拡縮量（容積変化）
を増大させるようにしており、駆動源として超磁歪部材
等を用いることにより、全体を小型、軽量化できるとい
う利点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した他
の従来技術による送液ポンプでは、液室に対する結合座
の接触面積を超磁歪部材に対する接触面積よりも大きく
し、この接触面積の差分に基づいて前記液室の容積変化
を増大させるようにしているに過ぎないから、前記液室
の容積変化（拡縮量）をそれほど大きくできず、送液ポ
ンプとしての吐出効率等を向上できないという問題があ
る。

【０００７】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は超磁歪ロッドの体積変化を利用
して液体の吐出効率を向上でき、小型軽量化を図ること
ができる上に、騒音や消費電力等を低減できるようにし
た超磁歪式液体ポンプを提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明が採用する構成は、密閉容器として形成さ
れるケーシング本体の先端側にポンプケースを有し、該
ポンプケースとケーシング本体との間に小径のロッド摺
動穴が形成されたケーシングと、小径のロッド部が該ケ
ーシングのロッド摺動穴に挿嵌され、大径のピストン部
が前記ポンプケース内にポンプ室を画成した作動ピスト
ンと、前記ポンプ室の前，後に位置して前記ポンプケー
スに設けられ、該作動ピストンによりポンプ室が拡縮さ
れるときに、該ポンプ室内に液体を流入出させる吸込弁
および吐出弁と、前記ケーシング本体内に設けられ、外
部から通電されることにより超磁歪ロッドを軸方向に伸
縮させる超磁歪式アクチュエータと、該超磁歪式アクチ
ュエータと前記作動ピストンのロッド部との間に位置し
て前記ケーシング内に形成され、内部に封入した作動液
の圧力を前記超磁歪ロッドの伸縮に基づいて変化させる
ことにより、前記作動ピストンを往復動させる液圧室と
からなる。

【０００９】

【作用】上記構成により、超磁歪ロッドが軸方向に伸縮
するときの体積変化を利用して、液圧室内に封入した作
動液の圧力を大きく変化させることができ、この圧力変
化を作動ピストンのロッド部に作用させて該作動ピスト
ンを往復動できる上に、該作動ピストンのロッド部とピ
ストン部との面積比に基づいてポンプ室の拡縮量（容積
変化）をさらに倍増させることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図６に基
づき、燃料ポンプとして用いた場合を例に挙げて説明す
る。

【００１１】図において、１は燃料ポンプ本体を構成す
るケーシングを示し、該ケーシング１は、密閉容器とし
て有底筒状に形成されたケーシング本体２と、該ケーシ
ング本体２の上端側に小径の筒部３を介して一体的に設
けられたポンプケース４とからなり、筒部３内にはポン
プケース４内をケーシング本体２内に連通させるように
小径のロッド摺動穴３Ａが形成されている。そして、ポ
ンプケース４内にはロッド摺動穴３Ａの上側に位置し
て、該ロッド摺動穴３Ａよりも大径のポンプ室４Ａが後
述する作動ピストン５との間に画成され、該ポンプ室４
Ａの前，後には液体としての燃料の吸込口４Ｂと吐出口
４Ｃとが形成されている。また、ポンプケース４内には
ポンプ室４Ａの上側に位置して、該ポンプ室４Ａの最大
容積を制限する凸部４Ｄが下向きに突出して設けられて
いる。なお、ケーシング１は少なくともケーシング本体
２が電磁ステンレス鋼等の磁性材料によって形成されて
いる。

【００１２】５はケーシング１の筒部３、ポンプケース
４内に摺動可能に挿嵌された作動ピストンを示し、該作
動ピストン５は、大径の円板状に形成され、ポンプケー
ス４内にポンプ室４Ａを画成したピストン部５Ａと、該
ピストン部５Ａの下面中央から下向きに吐出し、筒部３
のロッド摺動穴３Ａ内に挿嵌されたロッド部５Ｂとから
なり、該ロッド部５Ｂと筒部３との間にはシール部材６
がロッド摺動穴３Ａの円錐状空間３Ｂ内で変位可能に装
着されている。また、該作動ピストン５のピストン部５
Ａとポンプケース４との間には凸部４Ｄの周囲に位置し
て戻しばね７が配設され、該戻しばね７はポンプ室４Ａ
を拡張すべくピストン部５Ａを常時下向きに付勢してい
る。

【００１３】ここで、作動ピストン５はピストン部５Ａ
がポンプ室４Ａに対して有効面積Ｓ1となり、ロッド摺
動穴３Ａ内でのロッド部５Ｂの有効面積Ｓ2 に対して、
ピストン部５Ａの有効面積Ｓ1 は、

【００１４】

【数１】Ｓ1 ＝Ｋ1 ×Ｓ2 ただし、Ｋ1 ：定数 なる関係に設定されている。そして、該作動ピストン５
はロッド部５Ｂの軸方向変位量ΔＬ1 に対して、ポンプ
室４Ａの容積変化量ΔＶ1 を、

【００１５】

【数２】 とし、例えばＫ1 ＝１０〜２０の場合にこの容積変化量
ΔＶ1 を１０〜２０倍程度まで倍増させる。

【００１６】８はポンプケース４の吸入口４Ｂ側に設け
られた吸込弁、９は吐出口４Ｃ側に設けられた吐出弁を
示し、該吸込弁８および吐出弁９は逆止弁として構成さ
れ、ポンプ室４Ａが前記容積変化量ΔＶ1 をもって拡縮
されるときに、これに対応する流量の燃料を吸込口４Ｂ
から矢示Ａ方向に流入させ、吐出口４Ｃから矢示Ｂ方向
に流出（吐出）させる。

【００１７】１０はケーシング本体２内に設けられた超
磁歪式アクチュエータを示し、該アクチュエータ１０
は、コイルボイン１１の外周側に巻回され、端子ピン１
２，１２を介して外部から通電されることにより磁場を
発生させるコイル１３と、コイルボビン１１内に挿通さ
れ、ケーシング本体２内を軸方向に伸長した超磁歪ロッ
ド１４と、該超磁歪ロッド１４の上端側に配設され、ス
プリング１５により超磁歪ロッド１４の上端側に付勢さ
れた可動板１６とからなり、該可動板１６の上面側中央
にはロッド部５Ｂの下端面に当接すべく上向きに突出し
た小径の軸部１６Ａが一体に設けられている。

【００１８】ここで、該可動板１６は電磁ステンレス鋼
等の磁性材料により形成され、コイル１３が励磁された
ときにケーシング本体２と共に超磁歪ロッド１４に磁場
をかけ、該超磁歪ロッド１４をこのときの磁場の強さに
応じて図２に示す特性線１７の如く変位量ΔＬ2 で伸縮
させる。このとき、超磁歪ロッド１４はその有効断面積
Ｓ3 が実質的に変化することなく、軸方向に伸縮するの
で、該超磁歪ロッド１４の体積変化量ΔＶ2 は、

【００１９】

【数３】ΔＶ2 ＝Ｓ3 ×ΔＬ2 となり、図２に示す特性線１８の如く磁場の強さに応じ
て比較的大きく変化する。

【００２０】また、超磁歪ロッド１４の有効断面積Ｓ3
は前記ロッド部５Ｂの有効面積Ｓ2に対して、

【００２１】

【数４】Ｓ3 ＝Ｋ2 ×Ｓ2 ただし、Ｋ2 ：定数 なる関係に設定され、この定数Ｋ2 は（Ｋ2 ＞１）とな
って、例えばＫ2 ＝１．５〜２程度に設定されている。
そして、超磁歪ロッド１４は戻しばね７とスプリング１
５とにより可動板１６とケーシング本体２の底部２Ａと
の間で軸方向に初期荷重が付与され、コイル１３からの
磁場により前記変位量ΔＬ2 をもって伸縮するときに、
可動板１６の軸部１６Ａを介して作動ピストン５を軸方
向に変位させる。

【００２２】１９は作動ピストン５のロッド部５Ｂと超
磁歪式アクチュエータ１０との間に位置してケーシング
１内に形成された液圧室を示し、該液圧室１９内には非
圧縮性の作動液Ｒが封入され、この作動液Ｒはロッド部
５Ｂの下端面に液圧を作用させる。そして、超磁歪ロッ
ド１４の体積変化量ΔＶ2 に基づき液圧室１９内の圧力
が変化すると、この体積変化量ΔＶ2 に対応して作動ピ
ストン５のロッド部５Ｂが軸方向変位量ΔＬ1 でロッド
摺動穴３Ａ内を変位するから、この変位量ΔＬ1 は、

【００２３】

【数５】ΔＬ1 ＝ΔＶ2 ／Ｓ2 となり、前記数３、数４の式により、変位量ΔＬ1 は超
磁歪ロッド１４の変位量ΔＬ2 に対し、

【００２４】

【数６】 となり、作動ピストン５の変位量ΔＬ1 を超磁歪ロッド
１４の変位量ΔＬ2 に対してＫ2 倍だけ倍増できるよう
になる。

【００２５】２０は作動ピストン５のピストン部５Ａ下
側に位置してポンプケース４に形成された通路としての
小孔を示し、該小孔２０は作動ピストン５がポンプ室４
Ａを拡縮させるときに、ピストン部５Ａの下側でポンプ
ケース４との間に画成される室２１を常時外気に連通さ
せ、この室２１内が負圧になるのを防止している。ま
た、この室２１はピストン部５Ａの外周側に装着したシ
ール部材２２によりポンプ室４Ａに対して遮断され、ロ
ッド部５Ｂの外周側に装着したシール部材６により液圧
室１９に対して遮断されている。

【００２６】さらに、２３はケーシング本体２の底部２
Ａとコイルボビン１１との間に配設した絶縁板、２４，
２４はケーシング本体２の底部２Ａと各端子ピン１２と
の間に装着されたシールリングを示し、該各シールリン
グ２４は液圧室１９内に封入した作動液Ｒが外部に漏洩
するのを防止し、絶縁板２３と共に各端子ピン１２とケ
ーシング本体２との間を電気的に絶縁するようにしてい
る。

【００２７】本実施例による燃料ポンプは上述の如き構
成を有するもので、次にその作動について説明する。

【００２８】まず、超磁歪式アクチュエータ１０のコイ
ル１３に各端子ピン１２を介して通電を行うと、該コイ
ル１３が励磁されることにより、超磁歪ロッド１４の周
囲に磁場が発生し、このときの磁場の強さに応じて図２
に示す特性線１７の如く超磁歪ロッド１４が変位量ΔＬ
2 で軸方向に伸縮し、このときの体積変化量ΔＶ2 は図
２中の特性線１８のように、変位量ΔＬ2 に比較して大
きく変化する。また、超磁歪ロッド１４の発生力は変位
量ΔＬ2 に対して図３中の特性線２５の如く変化し、液
圧室１９内の液圧は超磁歪ロッド１４の発生力に対して
図４中の特性線２６の如く変化する。

【００２９】そこで、コイル１３に図６中に示す特性線
２７の如く駆動パルスを通電すると、コイル１３からの
磁場で超磁歪ロッド１４が伸び、この伸び変位が可動板
１６の軸部１６Ａを介して作動ピストン５のロッド部５
Ｂに伝えられ、ピストン部５Ａが図１に示す如く戻しば
ね７に抗して上向きに変位すると共に、作動ピストン５
は液圧室１９内の液圧によってさらに上向きに押圧され
るから、該作動ピストン５は図６中に示す特性線２８に
沿って変位量ΔＬ1 だけポンプ室４Ａを拡縮させる。

【００３０】この場合、特性線２８の時間ｔ1 は超磁歪
ロッド１４の応答時間に該当し、時間ｔ2 は液圧の伝播
時間となり、時間ｔ3 なる安定時間を経て、駆動パルス
がＯＦＦとなることにより時間ｔ4 の遅れ時間をもって
戻しばね７により作動ピストン５が図１に示す位置まで
戻される。そして、図６に示す特性線２７の如く駆動パ
ルスが繰り返し通電されることにより、作動ピストン５
が特性線２８の如き変位量をもってポンプ室４Ａを拡縮
させる。

【００３１】このとき、ポンプ室４Ａは拡縮量（容積変
化量ΔＶ1)に対応した流量の燃料を燃料タンク内から燃
料配管（いずれも図示せず）等を介して吸込口４Ｂから
ポンプ室４Ａ内に吸込みつつ、吐出口４Ｃから燃料配管
等を介して噴射弁（図示せず）に向け吐出させ、このと
きの吐出量は図５に示す特性線２９の如く駆動パルスの
単位時間当りの駆動回数（Ｎ／ｓｅｃ）に基づき比例的
に増大するようになる。

【００３２】かくして、本実施例によれば、超磁歪式ア
クチュエータ１０で超磁歪ロッド１４を変位量ΔＬ2 で
軸方向に伸縮させるときに、超磁歪ロッド１４の体積変
化量ΔＶ2 を利用して液圧室１９の液圧を変化させ、こ
の液圧により作動ピストン５を変位量ΔＬ1 で変位させ
てポンプ室４Ａを拡縮させる構成としたから、超磁歪ロ
ッド１４の変位量ΔＬ2 に対して作動ピストン５の変位
量ΔＬ1 を前記数６の如くＫ2 倍だけ倍増できる上に、
前記数２の如くポンプ室４Ａの拡縮量となる容積変化量
ΔＶ1 を変位量ΔＬ1 に対してＫ1 倍だけ倍増させるこ
とができ、超磁歪ロッド１４の体積変化を利用して燃料
の吐出効率を大幅に向上できる。

【００３３】また、ケーシング本体２内に収納した超磁
歪式アクチュエータ１０で作動ピストン５を駆動し、ポ
ンプ室４Ａを拡縮させることにより燃料を吐出させる構
成としたから、当該燃料ポンプを小型化して軽量化を図
ることができる上に、電動モータをアクチュエータとし
て使用した従来技術の燃料ポンプに比較して騒音や消費
電力を大幅に低減することが可能となる等、種々の効果
を奏する。

【００３４】なお、前記実施例では、超磁歪ロッド１４
の有効断面積Ｓ3 を作動ピストン５のロッド部５Ｂの有
効面積Ｓ2 に対して前記数４の如くＫ2 倍（Ｋ2 ＝１．
５〜２程度）に設定するものとして述べたが、この定数
Ｋ2 の値を、Ｋ2 ＞２とすれば、ポンプ室４Ａの容積変
化量ΔＶ1 をさらに大きくすることができ、燃料の吐出
量を増大できる。

【００３５】また、前記実施例では、ケーシング本体２
と可動板１６との間にスプリング１５を配設し、該スプ
リング１５と戻しばね７とにより超磁歪ロッド１４に初
期荷重を付与するものとして述べたが、本発明はこれに
限らず、例えばスプリング１５を省略し、戻しばね７の
みにより超磁歪ロッド１４に初期荷重を付与するように
してもよい。

【００３６】さらに、前記実施例では、燃料ポンプとし
て用いた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに
限らず、例えばオイルポンプ等の液体ポンプにも適用す
ることができる。

【００３７】さらにまた、前記実施例では、ポンプケー
ス４内にポンプ室４Ａを画成する作動ピストン５のピス
トン部５Ａ下側で、該ピストン部５Ａとポンプケース４
との間に形成される室２１を小孔２０を介して外気と連
通させるものとして述べたが、これに替えて、小孔２０
を吸込弁８の上流側で吸込口４Ｂ側に配管等を介して連
通させ、吸込弁８よりも上流側から室２１内に燃料等を
流出入させる構成としてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述した通り本発明によれば、液圧
室内に封入した作動液の圧力を超磁歪ロッドの伸縮に基
づき変化させることにより作動ピストンを往復動させ、
ポンプ室を拡縮させる構成としたから、超磁歪ロッドの
体積変化を利用して作動ピストンの変位を大きくでき、
ポンプ室の拡縮量（容積変化量）を増大させて液体の吐
出効率を大幅に向上できる上に、超磁歪式アクチュエー
タを用いることにより全体を小型化して軽量化を図るこ
とができ、騒音や消費電力を大幅に低減することができ
る等、種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による燃料ポンプを示す縦断面
図である。

【図２】超磁歪ロッドの磁場の強さと変位量との関係を
示す特性線図である。

【図３】超磁歪ロッドの発生力と変位量との関係を示す
特性線図である。

【図４】超磁歪ロッドの発生力と液圧室内の液圧との関
係を示す特性線図である。

【図５】駆動パルスの駆動回数と燃料の吐出量との関係
を示す特性線図である。

【図６】作動ピストンの変位量特性と駆動パルス特性と
を示す特性線図である。

【符号の説明】

１ ケーシング ２ ケーシング本体 ３ 筒部 ３Ａ ロッド摺動穴 ４ ポンプケース ４Ａ ポンプ室 ４Ｂ 吸込口 ４Ｃ 吐出口 ５ 作動ピストン ５Ａ ピストン部 ５Ｂ ロッド部 ６ シール部材 ７ 戻しばね ８ 吸込弁 ９ 吐出弁 １０ 超磁歪式アクチュエータ １３ コイル １４ 超磁歪ロッド １６ 可動板 １６Ａ 軸部 １９ 液圧室 Ｒ 作動液

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉容器として形成されるケーシング本
   体の先端側にポンプケースを有し、該ポンプケースとケ
   ーシング本体との間に小径のロッド摺動穴が形成された
   ケーシングと、小径のロッド部が該ケーシングのロッド
   摺動穴に挿嵌され、大径のピストン部が前記ポンプケー
   ス内にポンプ室を画成した作動ピストンと、前記ポンプ
   室の前，後に位置して前記ポンプケースに設けられ、該
   作動ピストンによりポンプ室が拡縮されるときに、該ポ
   ンプ室内に液体を流入出させる吸込弁および吐出弁と、
   前記ケーシング本体内に設けられ、外部から通電される
   ことにより超磁歪ロッドを軸方向に伸縮させる超磁歪式
   アクチュエータと、該超磁歪式アクチュエータと前記作
   動ピストンのロッド部との間に位置して前記ケーシング
   内に形成され、内部に封入した作動液の圧力を前記超磁
   歪ロッドの伸縮に基づいて変化させることにより、前記
   作動ピストンを往復動させる液圧室とから構成してなる
   超磁歪式液体ポンプ。