JPH10504080A - 形状記憶合金を利用したポンプ - Google Patents
形状記憶合金を利用したポンプInfo
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Abstract
(57)【要約】
電気端子に連結されて電源を供給された、形状記憶合金製部材が収縮することにより、シリンダ内にスライド可能に装着されたピストンが下降することにより、流体がシリンダ内に流入され、バイアススプリングの付勢力によりピストンが上昇することにより、シリンダ内に流入された流体がシリンダ外に排出されるポンプを提供する。このポンプは構造が簡単であり補修及び整備が容易である。
Description
【発明の詳細な説明】
形状記憶合金を利用したポンプ技術分野
本発明は油圧発生装置に係り、更に詳細には形状記憶合金を利用した油圧ポン
プに関するものである。背景技術
車両などに取り付けられて各種油圧装置のアクチュエータを駆動させる一般的
な油圧発生装置10が第1図に示されている。第1図に示したように、従来の油
圧発生装置は、油圧を発生させるポンプ16と、カップリング14を介して電力
によりポンプ16を駆動させるモータ12とを含む。
モータ12は、固定プレート18にボルトなどで固定され、ポンプ16は、ブ
ラケット15に取り付けられた状態で固定プレート18に固定される。前述した
モータ12とポンプ16はカップリング14により連結される。
モータ12に電源が供給されると、モータ12は回転し、カップリングに噛合
するポンプ16は、カップリング14を介してモータ12の回転力を伝達されて
油圧を発生させる。こうして発生した油圧は、各種の油圧装置に伝達されて油圧
装置を駆動させる。
しかしながら、前述したように、従来の油圧発生装置において、油圧を発生さ
せるための動力としてモータ12が必要であり、モータ12の動力を伝達するた
めのカップリング15が必須である。
また、ポンプ16を取り付けるためのブラケット15及びモータ12とブラケ
ット15とを固定するための固定プレート18が加えられるので、構造が複雑で
、重量が重く、高価となり、かつ修理が困難であるという問題点があった。
一方、形状記憶合金とは、臨界温度以下の状態で外力により変形された形状を
維持しながら、臨界温度まで加熱されると形状回復力により記憶していた、もと
の形状を回復する形状記憶効果が発生する合金をいう。チタンーニッケル合金や
アルミニウム合金のような形状記憶合金は高温で所定の形状に製作される。
形状記憶合金に熱を加える方法には2種類がある。第1の方法は、形状記憶合
金の周辺に流体を流れさせ、この流体の温度を変化させるものである。第2の方
法は、形状記憶合金に電流を流れさせ、形状記憶合金の電気抵抗による熱を発生
させることにより、形状記憶合金に熱を加えるものである。
スプリングの形状を有する形状記憶合金は、主に形状記憶合金の周辺を流れる
流体や形状記憶合金と接触している物体などの温度に反応する。すなわち、形状
記憶合金で製作されたスプリングの周辺を流れる流体の温度が臨界温度に達する
と、形状記憶合金製スプリングはもとの形状を復元し、流体の温度が臨界温度以
下に下降すると外力により形状が変形される。
しかしながら、前述した形状記憶合金製のスプリングを利用する構造体は、流
体の温度に対して遅い反応速度を有するだけでなく、形状記憶合金製スプリング
の稼動範囲が正確に制御しにくいという問題点があった。また、形状記憶合金製
のスプリングの形状が複雑であって製作しにくいという問題点があった。発明の開示
本発明の目的は、構造が簡単で軽く、補修が容易な、形状記憶合金を利用した
油圧発生装置を提供することにある。
本発明の目的を達成するための本発明による油圧発生装置が、
一側に形成され流体が流入される引き込みポートを有するシリンダ、
前記シリンダ内に流入された流体を外部に排出する排出ポート、前記シリンダの
下部に形成され前記シリンダの下部に流入された流体を排出するドレインポート
、及び前記ドレインポートと前記引き込みポートとを連結するドレイン流路を備
える、下部が開放されている胴体と、
前記シリンダ内をスライド可能に装着され、第1位置から第2位置に移動しな
がら流体を前記シリンダ内に流入し、前記第2位置から前記第1位置に移動しな
がら前記シリンダ内に流入された流体を排出ポートを介して排出するピストンと
、
電気端子が装着され、前記胴体の下部に結合され前記胴体のシリンダを密閉さ
せるエンドキャップと、
前記ピストンの下端と前記エンドキャップの上端との間に取り付けられ、前記
ピストンを前記第2位置から前記第1位置に移動させ、前記ピストンを前記第1
位置に維持させるように付勢力(biasing force)を作用させるバイアス手段と、
前記ピストンの下部を貫通する連結ピンの外周面に懸架され前記エンドキャッ
プの電気端子に連結されて前記電気端子を介して電源が供給された場合、前記バ
イアス手段の付勢力に打ち勝ちながら前記ピストンを前記第1位置から第2位置
に移動させる形状記憶合金製部材とを含んで構成される。
前記引き込みポートには一方向にのみ開閉される第1チェックバルブが取り付
けられ、前記排出ポートには一方向にのみ開閉される第2チェックバルブが取り
付けられている。また、前記シリンダの下部にはドレインポートが形成され、ド
レインポートには一方向にのみ開閉される第3チェックバルブが取り付けられて
いる。前記ドレインポートと前記引き込みポートはドレイン流路を介して連結さ
れ、前記シリンダの下部に流入された流体が排出される。
前記一対の電気端子を介して前記形状記憶合金製部材に電源を供給すると、形
状記憶合金製部材は前記バイアススプリングの付勢力に打ち勝ちながら前記ピス
トンを第1位置から第2位置に移動させる。この際、流体は引き込みポートを介
してシリンダ内に流入される。
ピストンが第2位置に達すると、一対の電気端子を介して供給されている電源
を遮断し、前記バイアススプリングの付勢力が前記ピストンに作用して前記形状
記憶合金製部材を弛緩させながら前記ピストンを第1位置に移動させる。この際
、シリンダ内に流入されていた流体は前記排出ポートを介して外部に流出される
。本発明による形状記憶合金を利用したポンプは軽くてその構造が簡単であり、
補修及び維持が容易である。図面の簡単な説明
第1図は、従来のモータを利用する油圧発生装置を示す概略図である。
第2図は、本発明の第1実施例による形状記憶合金を利用したポンプを示す断
面図である。
第3図は、第2図のポンプの形状記憶合金に電源が供給された状態を示す断面
図である。
第4図は、第2図のポンプの電源が遮断された状態での圧力が発生する状態を
示す断面図である。
第5図は、本発明の第2実施例による形状記憶合金を利用したマルチシリンダ
型のポンプを示す断面図である。
第6図は、第5図のポンプを示す平面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明による形状記憶合金を利用するポンプが詳細に説明される。
実施例1
図2は本発明の第1実施例による形状記憶合金を利用した油圧ポンプ
100の断面図である。
本発明の第1実施例による油圧ポンプ100は、胴体30と、該胴体30の内
部にスライド可能に装着されて流体を引き込み及び排出するピストン40、該ピ
ストン40をピストン40の第1位置から第2位置に移動させる形状記憶合金製
部材50及びピストン40を第2位置から第1位置に移動させるバイアススプリ
ング44を有する。
前記胴体30は、その一方の端部に形成されていて前記ピストン40が第1位
置から第2位置に移動することによって流体が流入される引き込みポート20、
該引き込みポート20を介して流入された流体で満たされるシリンダ28(また
は油圧室28ともいう)、前記ピストン40が第2位置から第1位置に移動する
ときに流体が流出される排出ポート24、及び引き込みポート20とシリンダ2
8の下部を連結して残余の流体を排出させるドレイン流路34が形成される。
前述した引き込みポート20には一方向にのみ開閉可能な第1チェックバルブ
22が取り付けられ、前述した排出ポート24には一方向にのみ開閉可能な第2
チェックバルブ26が取り付けられ、前述したドレイン流路34のシリンダ28
側にはドレインのためのドレインポート32が形成され、ドレインポート32に
は一方向にのみ開閉可能な第3チェックバルブ36が取り付けらていれる。前記
シリンダ28の上部には顎が形成されていて、ピストン40が第2位置から第1
位置に移動する時にピストンの過剰な移動が阻止される。
前記胴体30の下部、即ちシリンダ28の下部には、電気端子52が装着され
たエンドキャップ38が結合されてシリンダ28を密閉させる。
前述したピストン40とエンドキャップ38との間には、ピストン40を第1
位置に維持できるように、ピストン40に付勢力を作用させるバイアススプリン
グ44が装着されている。
前述したバイアススプリング44の付勢力に打ち勝ちながらピストン40を第
1位置から第2位置に移動させる形状記憶合金製部材50は、ピストン40を貫
通する連結ピン42の外周面に懸架され、前述したエンドキャップ38に取り付
けられた電気端子52に連結されている。形状記憶合金製部材50は電気端子5
2を介して電源が供給されると、バイアススプリング44のバイアシング力に打
ち勝ちながら収縮してピストン40を第1位置から第2位置に移動させる。
形状記憶合金をポンプに利用するためには、形状記憶合金製部材は全体収縮及
び弛緩時間が100ミリ秒以下、望ましくは20ミリ秒乃至100ミリ秒以内で
あり、最大引張力が10kgf/mm2である。このような形状記憶合金製部材は、
例えば、Coffeeに付与された米国特許第5,211,371号に記載され
ている。前記特許明細書には形状記憶合金を利用したバルブが開示されている。
Coffeeのバルブに用いられた形状記憶合金はワイヤ状であり、電気回路に
より電気的に制御されものである。電気回路は複数のトランジスタと複数のキャ
パシターとを備える閉回路であり、キャパシターの充電/放電の動作とトランジ
スタのスイッチングの動作とを利用したサイクルに基づいて形状記憶合金を駆動
する。また、Hunterなどによる米国特許第5,092,901号には電磁
作動器として使用されるのに適する収縮及び弛緩時間が非常に短い形状記憶合金
製繊維が開示されている。
本実施例では例えば、前述した米国特許第5,092,901号に開示された
形状記憶合金が利用され得る。形状記憶合金製部材の条件、即ち20〜100ミ
リ秒と10kgf/mm2を満足させるために、市販されている一本または数本の形
状記憶合金製繊維を利用して形状記憶合金製部材を形成することができる。
バイアススプリング44は、形状記億合金製部材50に供給された電
源がオフされると、ピストン40に付勢力を作用させてピストン40を第2位置
から第1位置に移動させることにより、シリンダ28内に流入された流体が排出
ポート24を介して排出され、収縮されていた形状記憶合金製部材50が弛緩さ
れる。また、電気端子52を介して形状記憶合金製部材50に電源が印加されな
い場合、バイアススプリング44は、付勢力をピストン40に作用させることに
より、ピストン40を第1位置に維持させる。
前記した構成を有する本発明の作用を説明すると次のとおりである。
図2は本発明の第1実施例による形状記憶合金を利用したポンプ100の初期
状態を示す。
ピストン40は、バイアススプリング44の付勢力によりシリンダ28の上端
、即ち第1位置に配置され、バイアススプリング44と形状記憶合金製部材50
は弛緩された状態を維持している。この際に、形状記憶合金製部材50が連結さ
れた電気端子52には電源がオフされており、第1チェックバルブ22、第2チ
ェックバルブ26及び第3チェックバルブ36は閉じた状態を保つ(初期状態)
。
この時に、電気端子52を介して形状記憶合金製部材50に電源を供給すると
、形状記憶合金製部材50に電流がながれて、形状記憶合金製部材50は加熱さ
れ、設定された臨界温度に達すると、形状記憶合金50はバイアススプリング4
4の付勢力に打ち勝ちながら収縮し始める。従って、連結ピン42に懸架された
形状記憶合金製部材50の収縮によりバイアススプリング44が圧縮されると同
時に、ピストン40が第1位置から第2位置に移動し始める(図3参照)。
形状記憶合金製部材50の収縮によりピストン40が第1位置から第2位置に
移動する時、第1チェックバルブ22が開放され流体が引き込みポート20を介
してシリンダ28内に流入される(流入過程)。
ピストン40が第2位置に位置すると、電気端子52を介して供給されている
電源をオフさせる。
形状記憶合金製部材50に供給されている電源がオフされると、バイアススプ
リング44の付勢力によりピストン40は第2位置から更に第1位置に移動し始
め、収縮されていた形状記憶合金製部材50は弛緩し始める。この時、第1チェ
ックバルブ22は閉じるようになり、第2チェックバルブ26は開放されて流体
はシリンダ28から排出ポート24を介して排出される(排出過程)。
バイアススプリング44の付勢力により、第1位置に移動していたピストン4
0は、シリンダ28の上部により阻止されて第1位置に維持され排出過程を終え
る(初期状態)。
シリンダ28の下部に流入された流体は流入過程、すなわちピストン40が第
2位置に移動する間に第3チェックバルブ36が開放されるときにドレインポー
ト32を介して排出される。
説明したように、本発明の第1実施例による形状記憶合金製部材50を利用し
たポンプ100は初期状態、流入過程及び排出過程を繰り返しながら各種の油圧
装置のアクチュエータに流体(主にオイル)を供給する。
実施例2
第5図は本発明の第2実施例による形状記憶合金を利用したポンプを示す。
本発明の第2実施例による形状記憶合金を利用したポンプ200は上部カバー
60、胴体30及びエンドキャップ38を有する。
上部カバー60には流体供給源から流体が供給される入口62が形成され、入
口62の反対側には各種の油圧装置のアクチュエータが連結される出口64が形
成される。
胴体30は5つのシリンダ28、128、228、328、428を有し、第
1シリンダ28内には第1ピストン40が第1ピストン40の第1位置と第2位
置との間をスライド可能に取り付けられ、第2シリンダ128内には第2ピスト
ン140が、第3シリンダ228内には第3ピストン240が、第4シリンダ3
28内には第4ピストン340が、そして第5シリンダ428内には第5ピスト
ン440が、それぞれの第1位置と第2位置とをスライド可能に取り付けられる
。
第1シリンダ28の上部には、流体が第1シリンダ28に流入される第1引き
込みポート20と、第1ピストン40が第1ピストン40の第2位置から第1位
置にスライドする時に第1シリンダ28の内部に流入された流体が排出される第
1排出ポート24とが形成され、第2シリンダ128の上部には、第2引き込み
ポート120と第2排出ポート124とが、第3シリンダ228の上部には、第
3引き込みポート220と第3排出ポート224とが、第4シリンダ328の上
部には、第4引き込みポート320と第4排出ポート324とが、及び第5シリ
ンダ428の上部には、第5引き込みポート420と第5排出ポート424とが
それぞれ形成される。前述した第1、第2、第3、第4及び第5引き込みポート
20、120、220、320、420は互いに連結され、上部カバー60の入
口62と連結される。また、前述した第1、第2、第3、第4及び第5排出ポー
ト24、124、224、324、424は、第1、第2、第3、第4及び第5
排出チェックバルブ26、126、226、326、426を介して上部カバー
60に形成された出口64と連結されている。
第1シリンダ28の下部には第1ドレインポート32が形成され、第2シリン
ダ128の下部には第2ドレインポート132が、第3シリンダ228の下部に
は第3ドレインポート232が、第4シリンダ328
の下部には第4ドレインポート332が、及び第5シリンダ428の下部には第
5ドレインポート432が、それぞれ形成されている。第1、第2、第3、第4
及び第5ドレインポート32、132、232、332、432は互いに連結さ
れ、ドレインチェックバルブ36が取り付けられたドレイン流路34を介して前
述した第1、第2、第3、第4及び第5引き込みポート20,120,320,
420と連結されている。
胴体30の下部にはエンドキャップ38が結合してシリンダ28、128、2
28、328、428を密閉させている。
前述した第1シリンダ28内に取り付けられた第1ピストン40の下端とエン
ドキャップ38との間に取り付けられて第1ピストン40を第1ピストン40の
第2位置から第1位置に移動させるように付勢力を作用させる第1バイアススプ
リング44が取り付けられ、第2ピストン140とエンドキャップ38との間に
は第2バイアススプリング144が、第3ピストン240とエンドキャップ38
との間には第3バイアススプリング244が、第4ピストン340とエンドキャ
ップ38との間には第4バイアススプリング344が、及び第5ピストン440
とエンドキャップ38との間には第5バイアススプリング444が、それぞれ取
り付けられている。
第1バイアススプリング44の付勢力に打ち勝ちながら第1ピストン40を第
1ピストン40の第1位置から第2位置に移動させる第1形状記憶合金製部材5
0は、第1ピストン40を貫通する第1連結ピン42の外周面に懸架されている
。第1形状記憶合金製部材50の両端はエンドキャップ38に取り付けられる第
1電気端子52に連結されて電源を供給される。第2形状記憶合金製部材150
が第2ピストン140の第2連結ピン142と第2電気端子152との間に、第
3形状記憶合金製部材250が第3ピストン240の第3連結ピン242と第3
電気端子
252との間に、第4形状記憶合金製部材250が第4ピストン340の第4連
結ピン342と第4電気端子352との間に、及び第5形状記憶合金製部材45
0が第5ピストン440の第5連結ピン442と第5電気端子452との間に、
各々、第1形状記憶合金製部材50と同様な方法で取り付けられている。
前述した上部カバー60とエンドキャップ38はボルトなどで胴体30の上端
と下端にそれぞれ結合されている。
以下、本発明の第2実施例による形状記憶合金を利用したポンプ200の作用
について説明すると次の通りである。
まず、第1電気端子のうちの1つが第2、第3、第4及び第5電気端子152
、252、352、452のうちの1つに電気的に連結されて接地されている。
次いで、それぞれの第1、第2、第3、第4及び第5電気端子52、152、2
52、352、452の非接地端子は、電源が供給されたロータリスイッチまた
はECU(electric control unit;図示せず)などに電気的に接続されている
。上部カバー60の入口62には流体供給源を連結し、出口64には油圧装置の
アクチュエータを連結する。
第1電気端子52を介して第1形状記憶合金製部材50に電源が供給されると
、第1形状記憶合金製部材50は、第1バイアススプリング44の付勢力に打ち
勝ちながら第1ピストン40を第1ピストン40の第1位置から第2位置に移動
させる。この時に、引き込みチェックバルブ22が開放され入口62から流体が
第1シリンダ28内に流入される(流入過程)。
第1ピストン40が第1ピストン40の第2位置への移動を終えると、第1電
気端子52から供給されている電源が遮断される。電源が遮断されると、第1バ
イアススプリング44は付勢力を第1ピストン40に作
用させることにより、収縮されていた第1形状記憶合金製部材50を弛緩させな
がら、第1ピストン40を第1ピストン40の第2位置から第1位置に移動させ
る。この際に、第1排出チェックバルブ26が開放され引き込みチェックバルブ
22が閉鎖され、第1シリンダ28内に流入されていた流体は第1排出ポート2
4を介して出口64に排出される(排出過程)。
同様に、第2、第3、第4及び第5シリンダ128,228,328,428
内の流体の流入及び排出過程も同様である。ただ、第1、第2、第3、第4及び
第5シリンダ28、128、228、328、428は互いに定まった順序に応
じて時差を持って作動し、本発明の第2実施例による形状記憶合金製部材を利用
したポンプ200から排出される流体は均一な圧力を有する。
以上で説明したように、本発明による形状記憶合金を利用した油圧ポンプは、
従来の油圧発生装置に比べて軽く、その構造が簡単であって補修及び維持が容易
であるという効果がある。また、本発明による形状記憶合金を利用したポンプを
車両に適用することによって車両の軽量化を図るという効果もある。
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱し
ない範囲内において種々の改変をなし得ることは無論である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 一端に形成され流体が流入される引き込みポートを有するシリンダ、前記 シリンダ内に流入された流体を外部に排出する排出ポート、前記シリンダの下部 に形成され前記シリンダの下部に流入された流体を排出するドレインポート、及 び前記ドレインポートと前記引き込みポートとを連結するドレイン流路を備える 、下部が開放された胴体と、 前記シリンダ内をスライド可能に装着され、第1位置から第2位置に移動しな がら流体を前記シリンダ内に流入し、前記第2位置から前記第1位置に移動しな がら前記シリンダ内に流入された流体を排出ポートを介して排出するピストンと 、 電気端子が装着され、前記胴体の下部に結合され前記胴体のシリンダを密閉す るエンドキャップと、 前記ピストンの下端と前記エンドキャップの上端との間に取り付けられ、前記 ピストンを前記第2位置から前記第1位置に移動させ、前記ピストンを前記第1 位置に維持させるように付勢力を作用させるバイアス手段と、 前記ピストンの下部を貫通する連結ピンの外周面に懸架され、前記エンドキャ ップの電気端子に連結されて前記電気端子を介して電源が供給されれば、前記バ イアス手段の前記付勢力に打ち勝ちながら前記ピストンを前記第1位置から第2 位置に移動させる形状記憶合金製部材とを有することを特徴とするポンプ。 2. 前記バイアス手段がスプリングであることを特徴とする請求の範囲第1項 に記載のポンプ。 3. 前記形状記憶合金製部材は、全体の収縮時間及び弛緩時間が20ミリ秒乃 至100ミリ秒であり、最大引張力が10kgf/mm2以上であることを特徴とす る請求の範囲第1項に記載のポンプ。 4. 前記形状記憶合金製部材が複数の形状記憶合金製ワイヤであることを特徴 とする請求の範囲第1項に記載のポンプ。 5. 流体供給源に連結される入口と車両の油圧装置に連結される出口とを備え 、前記胴体の上部に固定された上部カバーを更に備え、 前記胴体は、引き込みポート、排出ポート及びドレインポートを備えた前記シ リンダと同様の複数のシリンダを更に備え、 前記複数のシリンダ内には、前記ピストンと同様の複数のピストンがそれぞれ 第1位置と第2位置とをスライド可能に装着され、 前記エンドキャップは、複数の対の電気端子を更に備え、 前記複数のピストンと前記エンドキャップとの間に設けられた複数のバイアス 手段を更に備え、 前記複数のピストンと前記複数の対の電気端子との間に設けられた形状記憶合 金製部材を更に備ることを特徴とする請求の範囲第1項に記載のポンプ。 6. 前記バイアス手段がスプリングであることを特徴とする請求の範囲第5項 に記載のポンプ。 7. 前記複数の形状記憶合金製部材は、全体の収縮時間及び弛緩時間が20ミ リ秒乃至100ミリ秒であり、最大引張力が10kgf/mm2以上であることを特 徴とする請求の範囲第5項に記載のポンプ。 8. 前記複数の形状記憶合金製部材が複数の形状記憶合金製ワイヤであること を特徴とする請求の範囲第5項に記載のポンプ。 9. 一端に形成され流体が流入される引き込みポートを有するシリンダ、該シ リンダ内に流入された流体を外部に排出する排出ポート、前記シリンダの下部に 形成されて前記シリンダの下部に流入された流体を排出するドレインポート、及 び前記ドレインポートと前記引き込みポートとを連結するドレイン流路を備える 、下部が開放された胴体と、 前記シリンダ内をスライド可能に装着され、第1位置から第2位置に移動しな がら前記シリンダ内に流体を流入し、前記第2位置から前記第1位置に移動しな がら前記シリンダ内に流入された流体を排出ポートを介して排出させるピストン と、 電気端子が装着され前記胴体の下部に結合され前記胴体のシリンダを密閉させ るエンドキャップと、 前記ピストンの下端と前記エンドキャップの上端との間に取り付けられ、前記 ピストンを前記第2位置から前記第1位置に移動させ、前記ピストンを前記第1 位置に維持させるように付勢力を作用させるバイアススプリングと、 前記ピストンの下部を貫通する連結ピンの外周面に懸架され、両端が前記エン ドキャップの電気端子に連結され、前記電気端子を介して電源が供給されると、 前記バイアススプリングの前記付勢力に打ち勝ちながら前記ピストンを前記第1 位置から前記第2位置に移動させ、全体の収縮時間及び弛緩時間が20ミリ秒乃 至100ミリ秒であり、最大引張力が10kgf/mm2以上である形状状記憶合金 製ワイヤとを有することを特徴とするポンプ。
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