JPH0335514B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は例えばエアレス塗装機の塗料の圧送等
に好適するダイヤフラムポンプに関する。

例えば塗装機による塗装作業中においては、ス
プレイの断続或いは中断は不可欠であり、また、
スプレイ中の圧力変動は霧化状態の悪化につなが
るため回避しなければならない。一方、塗料の圧
送に用いるダイヤフラムポンプの駆動源としては
電動機を用いるのが一般的であるが、塗装作業中
のスプレイの断続に応じてその都度電動機の運転
停止を行うと、スイツチの開閉が非常に多くなつ
てスイツチを早期に損傷したり、電動勧に頻繁に
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力の変動をも生じ実用上
不具合を生ずる。そこで、スプレイの中断時にも
電動機を連続運転して上記不具合点の解消を図る
ことが従来より行われており、一例として特公昭
51−15601号（米国特許第3680981号）が知られて
いる。このものは、ダイヤフラムポンプと電動機
によつて往復動されるピストンとの間に作動油を
介在し、スプレイ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機の過負荷
及び油圧の過上昇を防止し、以つてスプレイの中
断時にも電動機の連続運転を可能としたものであ
るが、これでは構造が非常に複雑になつてしま
う。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、
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する虞れ
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ツクが電圧
の印加により歪を生じ、しかも応答性が非常に速
いことに着目し、この圧電効果セラミツクの歪を
増幅して大きな変位として取出し、ダイヤフラム
を駆動す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する積層形の圧電効
果セラミツクについて第１図を参照して説明す
る。この圧電効果セラミツク１は、近時、日本電
気株式会社により開発実用化されたもので、セラ
ミツク板２と内部電極板３とを交互に積層一体化
して焼結した素子を所定の形状・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
において一層おきに絶縁材４により電気的に絶縁
すると共に、左右両側面に外部電極板５及び６を
形成して構成したものである。従つて、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
接続されている。本圧電効果セラミツク１は従来
の圧電効果セラミツクとは異なり、印加電圧が低
くても（例えば100Vでも）或う量以上の歪を発
生し、電圧を繰返しても全く劣化しない（実験に
よれば、電圧パルスを５億回以上連続的に印加し
ても劣化は何らみとめられなかつた。）という特
徴を有する。反面、本圧電効果セラミツク１は従
来の圧電効果セラミツクと同様に積層厚を余り厚
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ツク１のセラミツ
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ツク、（１−Ｘ）
Pb（Mg_1/3Nb_2/3）O₃−PbTiO₃、のうち例えばＸ
が0.35近くのも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す第
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ヤフラム９を挾持し
ている。１０はダイヤフラム９の一面たる上面に
対向させて上部ケーシング７に陥没形成したポン
プ室で、上部ケーシング７にはこのポンプ室４に
連通する吸入管１１が設けられている。１２は吸
入管１１内に設けられたフート弁で、これは吸入
管１１内に嵌着された支持部材１３に上下動可能
に支持されている。１４は支持部材１３の下面側
に固着された環状の弁座で、フート弁１２は圧縮
コイルばね１５の弾発力によつて上方に付勢され
て弁座１４に当接し、ポンプ室１０から吸入管１
１への逆流を防止している。１６は上部ケーシン
グ７に嵌着された吐出管で、これはチエツクバル
ブ１７を途中に有する通路１８を介してポンプ室
１０内に連通している。１９は駆動源の基体であ
り、短円筒状をなす胴体２０の上下両側に下部ケ
ーシング８及び下蓋体２１をねじ２２により締結
して構成されている。２３は駆動部たる駆動軸
で、上端に円盤部２３ａを有すると共に下端部分
に雄ねじ部２３ｂを形成しており、円盤部２３ａ
をポンプ室１０内に位置させるようにしてダイヤ
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にプラスチツク製の複数枚の受け板２
４及びワツシヤ２５を嵌め込んで下端雄ねじ部２
３ｂにロツド２６を螺着し、以てダイヤフラム９
を円盤部２３ａと受け板２４との間に挾持して駆
動軸２３をダイヤフラム９に連結している。斯る
駆動軸２３は基体１９の一部を構成する下部ケー
シング８に形成された軸受孔２７に受け板２４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を往復動変位させるための
第１及び第２の駆動体であり、この駆動軸２８，
２９の具体的構成を示す第４図及び第５図におい
て、３０は金属製の筒体で、この筒体３０の一端
側に形成された雌ねじ３０ａに栓体を兼ねるコネ
クター３１を螺合してロツクナツト３２により固
定している。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セタール樹脂
製の絶縁筒で、これの内部に円形もしくは小判形
に形成された前述の圧電効果セラミツク１を多数
積み重ね状態に収納しており、これら圧電効果セ
ラミツク１は接着剤により相互に結合されていて
絶縁筒３３に対し摺動自在になつている。３４は
電気抵抗の低い電線で、ここでは銀線を用いてお
り、外部電極板５及び６のうち同一極性どうしの
電極の一箇所ずつをロー付け等により電気的に接
続している。この電線３４は圧電効果セラミツク
１間にたるみを残してロー付けされている。また
電線３４は圧電効果セラミツク１を絶縁筒３３内
に挿入した時に生ずる空間Ｓを利用して配線して
いる。そして、コネクター３１側に位置する一個
の圧電効果セラミツク１の両外部電極板５及び６
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
ミツク１が電源に対し並列に接続されるようにし
ている。尚、３７は圧電効果セラミツク１とコネ
クター３１との間に設けたセラミツク製の絶縁板
である。３８は作動部としてのプランジヤで、こ
のプランジヤ３８を筒体３０の他端部内方に摺動
自在に挿入し、その挿入端をセラミツク製の絶縁
板３９を介して圧電効果セラミツク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２
９は夫々六個ずつ基体１９内に上下の位置関係を
もつて共に放射状に配設され、共に放射方向外側
のコネクター３１の球状先端部を胴体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結している。そ
して、上側の第１の駆動体２８は中心側が斜め上
向きとなるように傾斜させて中心側のプランジヤ
３８の球状先端部をロツド２６の上部位に形成さ
れた球状凹部４２に回動可能に嵌合連結し、他方
下側の第２の駆動体２９は第１の駆動体２８の傾
きと逆方向の傾きとなるように即ち中心軸が斜め
下向きとなるように傾斜させて中心側のコネクタ
ー３１の球状先端部をロツド２６の下部位に形成
された球状凹部４３に回動可能に嵌合連結してい
る。４４は前記軸受孔２７の下方部に嵌着された
キヤツプで、これには通気孔４５が形成されてい
ると共に、上面側には通気孔４５を開閉するため
の逆止弁として機能する弁板４６が設けられてい
る。この弁板４６はプラスチツク製の薄いシート
材から成るもので、一端側がキヤツプ４４に固着
されている。４７は下部ケーシング８に軸受孔２
７の上部を大気に連通させるべく形成した通気
路、４８乃至５０は軸受孔２７内周部に形成した
環状凸部２７ａ及びワツシヤ２５並びに受け板２
４に夫々形成した通気孔である。

次に上記構成の作用を説明するに、本実施例に
おいては第１及び第２の駆動体２８及び２９に交
互に通電することを基本とする。まず第１の駆動
体２８に通電すると、その各圧電効果セラミツク
１に所定の電圧が印加され、各圧電効果セラミツ
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ツク１個々では微小なもので
あるが、多数の圧電効果セラミツク１が積み重ね
状態に設けられていることから、プランジヤ３８
には多数の圧電効果セラミツク１の歪の総和が作
用し、従つてプランジヤ３８が圧電効果セラミツ
ク１に強く押圧されて、矢印Ａ方向に進出するよ
う直線的に変位する。すると、第１の駆動体２８
が上方に傾けて配設されていることから、プラン
ジヤ３８の矢印Ａ方向の変位により出力軸２３を
押上げようとする分力が生じ、この結果、第１の
駆動体２８が胴体２０の凹部４０を中心に矢印Ｂ
方向に回動しつつ駆動軸２３を矢印Ｃ方向に進出
させるように直線的に変位させる。尚、この駆動
軸２３の矢印Ｃ方向の変位により、第２の駆動体
２９はプランジヤ３８の筒体３０内への押込みを
伴つて胴体２０の凹部４１を中心に矢印Ｄ方向に
回動する。斯る駆動軸２３の進出後の状態を第２
図に二点鎖線で示す。次に第１の駆動体２８を断
電して第２の駆動体２９に通電すると、第１の駆
動体２８の圧電効果セラミツク１は縮す如く元の
状態に戻ると共に、第２の駆動体２９の圧電効果
セラミツク１に所定の電圧が印加されて歪み、前
述したと同様にしてプランジヤ３８が圧電効果セ
ラミツク１に強く押圧されて矢印Ｅ方向に進出す
るよう直線的に変位する。すると、第２の駆動体
２９が下方に傾けて配設されていることから、プ
ランジヤ３８の矢印Ｅ方向の変位により駆動軸２
３を押し下げようとする分力が生じ、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方向に回動しつつ駆動軸２３を反矢印Ｃ
方向に後退させるように変位せしめ、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がプランジヤ３８の筒体３０内への押込みを
伴つて反矢印Ｂ方向に回動し、全てが第２図に実
線で示す元の状態に戻る。斯くして第１及び第２
の駆動体２８及び２９に交互に通電することによ
り、駆動軸２３が矢印Ｃ方向及び反矢印Ｃ方向に
往復動するものである。

ところで、第１及び第２の駆動体２８及び２９
のプランジヤ３８の変位量は比較的小さく、プラ
ンジヤ３８によつてダイヤフラム９を直接駆動す
ることは実際上困難である。しかしながら、本発
明によれば、プランジヤ３８の変位を増幅して出
力することができる。このことを第６図により原
理的に説明するに、駆動体は通電前Ｏ−Y₁間に
あり、通電によりプランジヤが進出するとＯを中
心に角度θだけ回動してＯ−Y₂間に位置すると
し、そのときのプランジヤの進出変位量を△ｘ、
駆動軸の変位量ををｙとすると、SINθ≒△ｘ／
ｙ従つてｙ≒△ｘ／SINθとなる。然るにθは比
較的小さく、SINθ≪１であるため、プランジヤ
３８の変位量を増幅して駆動軸２３の大きな往復
動変位として取出すことができ、駆動軸２３によ
つてダイヤフラム９を直接駆動することができる
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、まずダイヤフラム９が上
昇すると、ポンプ室１０の容積が減少し、内部の
塗料の圧力が増大するため、塗料がチエツクバル
ブ１７を押開いて吐出管１６に向けて吐出圧送さ
れ、次にダイヤフラム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、フート弁１２が圧縮コイルばね１５に抗
して下降して弁座１４から離間し、吸入管１１か
ら塗料がポンプ室１０内に吸入される。そして、
このようなダイヤフラム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
向けて圧送され、最終的にスプレイガンから霧状
の塗料となつて噴射される。

さて、スプレイガンからの塗料の噴霧が中断さ
れると、ポンプ室１０内の塗料が吐出管１６から
吐出されなくなるから、ポンプ室１０の内圧が上
昇し、これを圧力スイツチにより検出して第１及
び第２の駆動体２８及び２９を断電する。そし
て、スプレイ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
を圧力スイツ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、スプレイ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、圧電効果セラミツク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、再通電
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と同様の速度で往復動するよ
うになり、従つて圧送圧力の変動はほとんど生ぜ
ず実用上の不具合は何ら生じない。しかも、通断
電を頻繁に繰返しても電動機とは異なり大きな起
動電流が流れる虞れはないため、過熱したり、ス
イツチが早期に損傷したりする虞れがない。ま
た、圧送を中断した場合に、通電を継続するとダ
イヤフラム９が変位しないので駆動軸２８，２９
は外部へ仕事を出力できない。そこで内部の圧電
効果セラミツク１自体が発熱することになる。し
かし、圧電効果セラミツク自体は耐熱性に優れて
おり、環境温度が100℃以上になつても、その性
能や耐久性には問題が生じることはない。このた
め異常な温度上昇にならない限り、通電を中断す
る必要はない。従つてスプレイ作業の一時中断と
いつた短時間の圧送停止には、駆動軸２８，２９
への通電を中断することなく運転することも可能
である。

ところで、駆動軸２３の上下動によりダイヤフ
ラム９は勿論のこと受け板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の上方移動により受け板２４が上
方に移動すると、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の空気が弁板４６
を第２図に二点鎖線で示す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２
３の下方移動により受け板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から外方に吐出される。
従つて、運転中は第２図に矢印Ｆで示すような空
気流が生じ、この空気流によりダイヤフラム９及
び受け板２４の冷却が行われるため、過熱の虞れ
はない。

尚、基体１９の下側にも別のポンプ室を設け、
このポンプ室のダイヤフラムもロツド２６により
変位させるようにすれば、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ツ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
イヤフラムを直接駆動するようにしたから、電動
機の回転をダイヤフラムの往復動変位に変換する
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、圧電効果セラミツク
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、スイツチが早期に損傷することもない等
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
効果セラミツクの概略を示す断面図、第２図及び
第３図はダイヤフラムポンプ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−線に沿う縦断面図、第６図は変位増
幅の原理図である。 図中、１は圧電効果セラミツク、９はダイヤフ
ラム、１０はポンプ室、１９は基体、２３は駆動
軸（駆動部）、２８，２９は第１、第２の駆動体、
３８はプランジヤ（作動部）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ダイヤフラムを一面に有し該ダイヤフラムの
   変位に応じて被圧送流体を吸入及び吐出するポン
   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、筒体内に多数積み
   重ね状態に収納された積層形の圧電効果セラミツ
   ク及び電圧の印加により生ずるこれら圧電効果セ
   ラミツクの歪によつ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往復動方向に対し互
   に逆方向の傾きとなるように傾斜配置して第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の駆動体の圧電効果セラミツク及び
   第２の駆動体の圧電効果セラミツクに交互に通電
   するようにしたことを特徴とするダイヤフラムポ
   ンプ。