JPS6098181A - ダイヤフラムポンプ - 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】 本発明は例えばエアレス砲装機の塗料の圧送等に９ｆ　
Ｍりるクイ＼７フラムボンプに関りる。

例えば塗装機による塗装作業中においては、スプレィの
１１７ｉ杭或いは中断は不可欠であり、：ｊニア、：　
。

スプレィ中の圧力変動は霧化状態の悪化につながるため
回避しな【すればならない。一方、塗料の圧送に用いる
ダイ１７ノラムボンブの駆動源としては電動（幾を用い
るのが一般的であるが、塗装作業中のスプレィの断続に
応じてその都度電動機の運転停止を行うと、スイッチの
間開′／Ｊ’ｉ　Ｕ１常に多くなつ（スイッチを早期に
１０傷したり、電動（幾に頻繁に起動電流が流れるため
過熱したり、更には回転の立上りが遅いため圧送圧］ｊ
の変動をら生じ実用上不具合を生ずる。そこで、スプレ
ィの中断時にも電動機を連続運転して上記不具合点の解
？ｌ′ｉを図ることが従来より行われてａ３す、−例と
して特公昭５１−１５６０１号（米国性１１第３６８０
９８１号）が知られている。このものは、タ′イＡ７フ
ラムボンプと電動＋ｉによって往復動されるピストンと
の間に作動油を介在し、スプレィが中断されてダイヤフ
ラムポンプのダイヤフラムの変位が拘束された時に余剰
の作動油をリリーフ弁から逃がして電動１幾の過負荷及
び油圧の過Ｊ：　’；Ｆを防止し、以ってスプレィの中
１１ｉｖ１にも電動機の連続運転を可能としｌｃシので
あるが、これでは構造が非常に複雑になってしまう。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたしので、その目的
は、運転・停止を頻繁に繰返しても駆動源が過熱したり
、圧送圧力が変動したりりる虞れのないダイヤフラムポ
ンプを提供するにある。

本発明は、積層形の圧電効果セラミックが電圧の印加に
より歪を生じ、しかも応を性が非常に速いことに着目し
、この圧電効果セラミックの歪を増幅して大きな変位と
して取出し、グイ−７７ラムを駆動りるようにしたもの
である。

以下本発明をエアレス塗装機のダイヤフラムポンプに適
用した一実施例を図面に基づいて説明する。

まず本実施例において使用Ｊる積層形の圧電効果セラミ
ックについて第１図を参照しＴ、説明する。

この圧電効果セラミック１は、近時、日本電気株式会社
にＪζり開発実用化された乙ので、セラミック板２と内
部電極板３とを交Ｈに積層一体化して焼結した素子を所
望の形状・大きさに切断し、全周面に露出した内部電極
板３を左右両側面にＪ３い（一層Ｊ３きに絶縁材４にＪ
、り電気的に絶縁すると共に、左右両側面に外部電極５
及び６を形成して４Ｈｙ、成したものである。従って、
内部電極板３は一層おきに外部電極板５及び６に電気的
に接続され（いる。木圧電効果セラミック１は従来の圧
電効果セラミックとは異なり、印加電圧が低くｒも（例
えば１００Ｖでも）成る閤以上の歪を発生し、電圧を繰
返し印加しＣも全く劣化しない（実験ににれば、電圧パ
ルスを５億回以上連続的に印加しても劣化は伺らみどめ
られなかった。）という特徴を右づる。反面、木圧電効
果セラミック１は従来の圧電効果セラミックと同様に積
層１ｇ＋を余り厚くすることは困難で、９ｍｍ程度が限
界とされている。ちなみに本圧電効果セラミック１のセ
ラミック板２としては、マグネシウム・ニオブ酸鉛とチ
タン酸鉛の二成分固溶体セラミック、（１−Ｘ）Ｐｂ　
（Ｍｇ１／３　Ｎｂ２／３）０３−Ｐｂ　ｌ−ｉ　０３
、のうち例えばＸが０．３５近くの−ｂのが使用されて
いる。

次に本発明に係るダイヤフラムポンプを示づ第２図にお
いて、７及び８は上部及び下部ケーシングで、これらの
対向面でダイ１７フラ六〇を挾持している。１０はグイ
１７フラム９の一面たる上面に対向さｕ′Ｃ上部ケーシ
ング７に陥没形成しｌｃポンプ室で、上部クーシングア
にはこのポンプ室４に連通Ｊ−る吸入管１１が設【ノら
れている１、１２は吸入管１１内に設りられたフート弁
で、これは吸入管１１内に嵌名された支持部４づ１３に
上下動可能゛に支持されている。　’＋　４１よ支持部
月１３０）Ｆ面側に固着された環状の弁座て、ツー１〜
弁１２は圧縮コイルぽね１５の弾発力によってＬ方に（
＝Ｊ勢されて弁座１４に当接し、ポンプ室１０から吸入
管１１への逆流を防止している。１６は上部ケーシング
７に１Ｎｆｉされた吐出管で、これはチェックバルブ１
７を途中に有する通路１８を介しくポンプ室１０内に連
通している。１９は駆動源の基体であり、短円筒状をな
ず胴体２０の上ド両側に下部ケーシング８及び下蓋体２
１をねじ２２にＪ−り締結して４１４成されている。２
３Ｉよ駆動部たる駆動軸で、上端に円盤部２３ａを右Ｊ
ると共に下端部分にゑ１１ねじ部２３１）を形成してお
り、円盤部２３ａをポンプ室１０内に位置さＵるＪ、う
にしてダイヤフラム９の中心部を上下に貫通している。

そして駆動軸２３にプラスブック製の複数枚の受Ｉ′ρ
板２４及びワッシャ２５を１■め込んで下端雄ね１部２
３ｂにロッド２６を螺着し、以てダイヤフラム９を円盤
部２３ａと受り板２４との間に挟持、Ｌで駆動軸□ ２３をダイレフラム９に連かＩ、シーＣいる。ｌ１ｌｉ
る駆動軸２３は塁体１９の一部を構成りる上部ケーシン
グ８に形成された軸受孔２７に受（プ（ｋ２４を介して
上下に往復動可能に支持されている。２８及び２９は駆
動軸２３を往復動変位さｌるための第１及び第２の駆動
体であり、この駆動体２８．２９の具体的構成を示１第
４図及びｕ〕５図において、３０は金属製の筒体で、こ
の筒体３０の一端側に形成されたｌねじ３０ａに栓体を
兼ねる＝１ネクター３１を螺合してロックナツト３２に
Ｊ、り固定しＣいる。３３は筒体３０の中空内部に嵌着
された摩擦係数の小なる例えばポリアレクール樹脂製の
絶縁筒で、これの内部に円形ｂｔ、＜は小判形に形成さ
れた前）ホの圧電効果セラミック１を多数積み虫ね状態
に収納しており、これら圧電効果しラミック１は接着剤
により相豆に結合されてい（絶縁向３３に対しｊ習動自
在になっている。３／Ｉは電気抵抗の低い電線で、ここ
では銀線を用いており、外部電極５及び６のうち同−極
性どうしの電極の一箇所ずつをローイ」り等にＪ：り電
気的に接続している。この電１！ｉｆ　３４は１．Ｌ電
効果セラミック１間にたるみを残してローイζ」りされ
ている。また電線３４は圧電効果セラミック１を絶縁間
３３内に挿入した時に生ずる空間Ｓを利用して配れｉｔ
　Ｌ−’Ｃいる。

そして、二１ネクター３１側に位防りる一個の圧電効果
セラミック１の両件部電極５及σ６に接続されたリード
線３５及び３６を筒体３０外方に導出して電源に接続し
、以て各圧電効果セラミック１が電源に対し並列に接続
されるＪ、うにし−Ｃいる。

尚、３７は圧電効果セラミック１ど二］ネクター３１と
の間に設（プたセラミック製の絶ｉイ；板である。

３８は作動部としてのブランシト（、このブランシト３
８を筒体３０の他端部内りに摺動白石に挿入し、その挿
入端をセラミック製の絶縁根３９を介して圧電効果セラ
ミック１に当接させている。

而して、前記第１及び第２の駆動体２８及び２９１、Ｊ
大々六個ずつ基体１９内に士十〇位岡関係をもって共に
放射状に配設され、共に敢剣方向外側のコネクター３１
の球状先端部をｌｌｌ１ｌ休２０内周の環状凸部２０ａ
の上下両側に形成された球状凹部４０及び４１に回動可
能に嵌合連れ−している。イして、上側の第１の駆動体
２８は中心側が斜め上向さとなるＪ、うに傾斜させて中
心側のｊランジＶ７３８の球状先端部を［］ツラド６の
上部位に形成された球状凹部４２に回動ｉ′Ｉｌ　（Ｉ
ｎに橙（合連結し、他方Ｔ側の第２の駆動体２９は第１
の駆動体２８の傾きと逆方向の傾きどなるように即ち中
心側が斜め下向きとなるにうに傾斜させて中心側のコネ
クター３１の球状先端部を１］ツド２６の上部位に形成
された球状四部４３に回動可能に１■合連結しでいる。

／１４は前記軸受孔２７の下方部に嵌るされ／ｊキャッ
プで、これに（、Ｌ通気孔４５が形成され（いると共に
、土面側には通気孔／１５を開閉−りるＩこめの逆止弁
として１幾能する弁板４Ｇがよ＜Ｊられている。この弁
板４６はプラスチック製の薄いシー１〜祠から成るしの
で、一端側がキトツブ４４にｌｉ’ｉ目りされている。

４７は下部クーシング８に軸受孔２７の上部を人気に連
通させるべく形成した通気路、４８ノリ至５０は軸受孔
２７内周部に形成した環状凸部２７ａ及びワッシャ２５
並びに受け板２４に夫々形成した通気孔で・ある。

次に上記イ１ｌｆｆ成の作用を説明づるに、木実加剰に
おいては第１及び第２の駆動体２８及び２９に交互に通
電づることを基本どづる。まず第１の駆動体２８に通電
りると、その各圧電効果セラミック１に所定の電圧が印
加され、各圧電効果セラミック１が積み重ね方向に伸長
する如く歪む。この歪みは圧電効果セラミック１個々で
は微小なしのであるが、多数の圧電効果セラミック１が
槓Ｉ〕小ね状態に設（）られていることから、プランジ
１１３８には多数の圧電効果セラミック１の歪の総和が
作用し、従ってプランジャ３８が圧電９）＋果しラミッ
ク１に強く押圧されて、矢印Ａｈ向に進出づるよう直線
的に変位づる。すると、第１の駆動体２８が上方に傾り
て配設されていることがら、プランジ＼・３８の矢印へ
方向の変位ににり出力軸２３を押土げようどする分力が
生じ、この結果、第１の駆動体２８が胴体２０の凹部４
０を中心に矢印Ｂｈ向に回動し゛つつ駆動軸２３を矢印
Ｃ方向に進出さぜるにうに直線的に変位さｌる。尚、こ
の駆動軸２３の矢印Ｃノｊ向の変位により、第２の駆動
体２９はブランシト３８の８　休３０内への押込みを伴
って胴体２ｏの四部４１を中心に矢印１つ方向に回動す
る。断る駆動軸２３の進出後の状態を第２図に二点鎖線
で示Ｊ０次に第１の駆動体２８を断電して第２の駆動体
２９に通電づるど、第２の駆動体２８の圧電効果セラミ
ック１は縮む如く元の状態に戻るど其に、第２の駆動体
２９の圧電効果セラミック１に所定の電圧が印加されて
歪み、前）ホしたど同４系にしてプランジャ３８がＩＩ
　’ｉｊｌ：ｉ効宋セラミック１に強く押圧され°Ｃ矢
印ＩＥ方向に進出するＪ：う直線的に、変位する。する
ど、１２の駆動体２９が下プｊに傾りてＩＳｊ！　ＥＱ
されていることから、プランジｔ・３８の矢印Ｅ方向の
変位にＪ：り駆動軸２３を押し下げＪ：うと４−る分力
が化し、この結果、第２の駆動体２９が胴体２０の凹部
４１を中心に反矢印Ｄ　ｌｊ向に回動しつつ駆動軸２３
を反矢印Ｃ方向に後退さぜるＪ、うに変位せしめ、この
駆動軸２３の反矢印Ｃ方向の変位により、第１の駆動体
２８がプランジ１７３８の筒体３０内への押込みを伴つ
゛Ｃ反矢印１３７’ｊ向に回動し、全てが第２図に実線
で示Ｊ元の状態に戻る。斯くして第゛１及び第２の駆動
体２８及び２つに交互に通電覆ることにより、駆動体２
３が矢印Ｃ方向及び反矢印Ｃ方向に往復動するしのであ
る。

ところで、第１及び第２の駆動体２８及び２つのプラン
ジ＋７３８の変位ｍは比較的小さく、プランジャ３８に
よってグイ１７フラム９を直接駆動することは実際上困
鮭である。しかしながら、本発明によれば、プランジ１
１３８の変位を増幅しく出力することがて゛きる。この
ことを第６図【こより原理的に説明するに、駆動体は通
電前０−Ｙ１間にあり、通電によりプランジレが進出す
るとＯを中心に角度θだｔノ回動して０−　Ｙ　２間に
位ＩＶｉするとし、そのとぎのプランジ１１の進出変位
ｍを△×。

駆動軸の変位量をｙとづると、ＳＩＮθモΔＸ／ｙ従っ
てｙ→△Ｘ／ＳＩＮθどなる。然るにθは比較的小さく
、ＳＩＮθ（１であるため、プランジ１１３８の変位ｍ
を増幅して駆動軸２３の大きな往復動変位どしで取出す
ことができ、駆動軸２３によってダイ１７フラム９を直
接駆動することかでさるものである。

而して駆動軸２３の上下動によりダイヤフラム９が上下
に変位するが、まずダイ＼ノノラ１１９が」−昇りると
、ポンプ室１０の容積が減少し、内部の塗￥３１の圧力
が増大する１＝め、塗料がチ］−ツクバルブ１７を押開
いて吐出管１６に向りて吐出圧送され、次にダイ１フラ
ム９が下降すると、ポンプ室１０の容積が増大し、内部
の塗料の圧力が負となるから、ツー１〜弁１２が圧縮］
イルばね１５に抗して下降して弁座１４から離間し、吸
入管１１がら塗料がポンプ室１０内に吸入される。そし
て、このようなグイＸ７フラム９の上下動の繰返しによ
り、塗料が吸入管１１から吸入され吐出管１６に向１プ
てル送され、最終的にスプレィガンからｆｙ、状の塗料
となっ゛Ｃ噴射される。

さて、スプレィガンからの塗料の噴霧が中ｗｉされると
、ポンプ室１０内の塗料が］し］１管１６から吐出され
なくなるから、ポンプ室１ｏの内圧が上野し、これを圧
力スーｒツチにＪ、り検出して第１及び第２の駆動体２
８及び２９を断電Ｊる。そして、スプレィガンからの塗
料の噴霧が再開されると、ポンプ室１０内の圧力が降下
するため、これを圧ツノスイッチにより検出して第１及
び第２の駆動体２８及び２９への通電を再開させる。こ
のように、スプレィガンからの塗料の噴霧の中断の度に
第１及び第２の駆動体２８及び２９を断電しても、圧電
効果セラミック１の電歪効果を利用してダイヤフラム９
を往復動させているから、害通電時の応答性が良く、ダ
イヤフラム９は再通電と同時に通常の運転状態ど同様の
速度で往１り動りるＪ：うになり、従って圧送圧力の変
動はほとんど生ぜず実用上の不具合は伺ら生じない。し
かも、通断電を頻繁に繰返してｂ電動機とは異なり大さ
な起動電流が流れる虞れはないため、過熱したり、スイ
ッチが早期に損１０したり−４る虞れがない１．また、
圧送を中ｒｒＪ１シた場合に、通電を継続−りるとグイ
Ｘ７フラノ１９が変位しないので駆動体２８．２９＆よ
外部へ１１事を出力できない。イこで内部の用型効果し
ラミツク１自体が発熱することになる。しかし、圧電効
果セラミック自体は耐熱性に優れ゛ＣＪタリ、環境温度
が１００℃以上になっても、その刊（１シや耐久性には
問題が生じることはない、１このため界雷な温度上昇に
ならない限り、通電を中１１７ｉする必要はない。従っ
てスプレィ作業の一時中断といった短時間の圧送停止に
は、駆動体２８．２９への通電を中ｆｌｌｉ　’ｌるこ
となく運転することし可能である。

ところで、駆動＠２３の上下動にＪ、リダイＶ）ラム９
は勿論のこと交番ノ板２４も上下に変位するため、ダイ
ヤフラム９及び受け板２４が摩擦等により発熱する。し
かしながら、本実施例によれば、駆動軸２３の上方移動
ににり受け板２４が上方に移動づると、軸受孔２７の内
容積が増大して圧力が負となるため、基体１９内の空気
が弁板４６を第２図に二点鎖線で示Ｊように押開いて通
気孔４５から軸受孔２７内に吸引され、次に駆動軸２３
の下方移動により受【プ板２４が下方に移動すると、軸
受孔２７の内容積が減少してゆくため、その内の空気が
通気路４７から外方に射出される。従って、運転中は第
２図に矢印Ｆで示すような空気流が生じ、この空気流に
Ｊ、リダイヤフラム９及び受け板２４の冷却が行われる
！こめ、過熱のＩＲれはない。

尚、基体１９の下側にも別のポンプ室を設【プ、このポ
ンプ室のダイヤフラムもロッド２６にＪ、り変位させる
ように１れば、同時に二種の塗料を圧送できる。また塗
料の圧送ばかりでなく、流体一般の圧送に広く適用でき
る。

本発明は以上の説明から明らかなように、駆動体により
圧電効果セラミックの歪をある程度大きな変位として取
出し、更にその変位を増幅してダイヤフラムを直接部！
Ｆ！ＩＩ−するようにしたから、電動機の回転をダイヤ
フラムの１１復動変位に変換づるものとは異なり、構造
が簡単で、軽量且つ低騒音運転が可能となる。しかも、
圧電効果セラミックの電歪効果を利用しているため、応
答性が良く且つ大きな起動電流が流れる虞れはないため
、運転を頻繁に中断しても流体の圧送圧が変動する虞れ
がなく、スイッチが早期に損（０”ｌることもない等の
種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は圧電効果セラ
ミックの概略を示１断面図、第２図及び第３図はダイ１
フラムボンブの縦断面図及び部分平面図、第４図は駆動
体の縦断面図、第５図は第４図中ｖ−ｖ線に沿うｌ断面
図、第６図番よ変位増幅の原理図である。 図中、１は圧電効果セラミック、９はダイ１７フラム、
１０はポンプ室、１９は基体、２３　Ｉｔ駆動＠（駆動
部）、２８．２９は第１．第２σ〕駆動（本、３８はプ
ランジ１？（作動部）である。 出願人　旭大隈産業株式会社 第　１　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ダイ１７フラムを一面に右し該タイヤフラムの変位
   に応じて被圧送流体を吸入及び吐出りるポンプ室と、前
   記ダイヤフラムに連結された駆動部を往復動可能に支持
   した基体と、間体内に多数積み重ね状態に収納された積
   層形の圧電効果レラミック及び電圧の印加にＪ：り生ず
   るこれら圧電効果セラミックの歪によって変位される作
   動部を備え前記駆動部を一方向及び他方向に変位させる
   ための第１及び第２の駆動体とを具備し、前記第１及び
   第２の駆動体を前記駆動部の１１復動方向に対しムに逆
   方向の傾きとなるＪ、うに傾３：ｚ１配置して第１及び
   第２の駆動体の両端部を基体及び駆動部に夫々連結し、
   第１の駆動体のＩ］電効果セラミック及び第２の駆動体
   の圧電効果セラミックに交Ｈに通電するＪζうにしたこ
   とを特徴とづるダイ１７ノラムボンブ。