JPS60230574A

JPS60230574A - 給油ポンプ装置

Info

Publication number: JPS60230574A
Application number: JP59086407A
Authority: JP
Inventors: Masaru Saijo; 賢西城
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1984-04-27
Publication date: 1985-11-16

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】産業上の利用分野この発明はポンプ分野のうち、とくにポンプの流量安定
性が要求される灯油燃焼用給油ポンプに関するものであ
る。

従来例の構成とその問題点灯油燃焼に使用される給油ポンプは、燃焼を安定化させ
るために流量を決められた値に保併する必要がある。現
在量もポピユラーなのは電磁力でピストンを駆動して送
油する電磁ポンプであるがピストンの移動量を管理する
手段がなく、そのため、初期流量全一度セッティングし
てしまうと、あとは、経年変化で流量が変化しても対応
できず灯油燃焼が不安定になるという欠点を有している
。

圧電セラミックを使用したポンプは従来がら発表されて
いるが、圧電セラミックの出方パワー不良により、ポン
プの負荷変動による特性変化が激しく使用に耐えないも
のであった。

発明の目的本発明の目的は、圧電セラミックの構成の簡便さの有利
さを大いに活かすと同時に、圧電セラミックポンプの欠
点を解消し、流量安定化が強く望まれる灯油用給油ポン
プに使用できる全く新しい給油ポンプ装置を提供するも
のである。

発明の構成圧電セラミックをポンプの駆動源として使用すると同時
に圧電セラミックの体積変化移動量を別設の歪センサで
検知し、歪センサ信号を圧電セラミックの駆動電源にフ
ィードバックする構成とすることにより圧電セラミック
のパワー不足による外乱からの影響をなくし、常に一定
の体積変化を確立させ、経年変化による流量の変化を防
止したものであり、さらに、歪センサの温度特性をうま
く利用して灯油燃焼の温度による空気と灯油の混合比変
化を解消させたものである。

実施例の説明第１図は圧電セラミ’７りを使用した液体ポンプＣ以下
ポンプと呼ぶ）の基本構成図であって、（ａ）は正面図
、（ｂ）は（ａ）のＩ　−、Ｉ線で切断した側断面図で
ある。

１はポンプ本体であり、構成上一体にされた吸入口２と
吐出口３を有する。吸入口２は−＠全開放し他端は弁座
４が形成され、さらに弁座４側には吸入用逆止弁室５が
存在し、内部に逆止弁６がスプリング７により弁座４を
閉じる方向に押圧されかつ吸入用逆止弁室５内で移動し
、弁座４を開閉させるように構成する。吸入用逆止弁室
５はさらに弁座８と連通しており、弁座８側には吐出用
逆止弁室９が形成され、吸入用逆止弁室５と同様の機能
・構成を有する、逆止弁１０、スプリング１１を配設す
る。吐出用逆止弁室９は吐出口３に連通ずる。以上２つ
の逆止弁は通常往復動ポンプに使用される逆止弁と同様
、流体の整流作用を行うものである。ポンプ本体１には
、さらにポンプ室１２が形成されており、−面は、圧電
セラミック１３（以下圧電素子と呼ぶ）がシール材１４
で外部と流体的にシールしつつ、蓋１５により押圧され
、ネジ１６によりポンプ本体１に固定されている。蓋１
５は中心部が開放されており外周部のみで圧電素子１３
を固定している。圧力室１２は連通＠１７により吸入用
逆止弁室５と連通されていて、内部に連通部材１８を有
する。連通部材１８社連通路１７内を適当な隙間を有し
て軸方向に摺動自在に設けられ、中心部に連通口１９を
有する。

連通部材１８は吸入用逆止弁室５、あるいはポンプ室１
２内に抜は落ちないよう適当なストッパが設けられる。

さらにポンプ室１２には、注入口２が開口しており、外
部側は、栓２１のシール棉ηによりシールされつつ封止
されている。

第２図は圧電素子１３であり、（ａｌは正面図、ら）は
、■−■線で切断した側断面図である。

圧電素子１３は、弾性金属板２３、セラミック２４より
成り、両者は接着材により強固に結合されている。セラ
ミック２４の円形面は電極２５が形成されており、この
電極２５と弾性金属板２３とに電圧を加えると軸方向に
変位する。この変位原理については、現在市販されてい
る圧電ブザーと同様のものであり省略する。この圧電素
子１３が第１図で使用されている。第１図で示すとおり
セラミック２４がポンプ室１２と反対側に存在し、蓋１
５で押圧される部分は弾性金属板２３であるようにする
のが望ましい。この理由は、電圧供給手段の構成簡単化
と、圧電素子１３の変位拡大にあるが詳細は省略する。

第３図は歪センサを有した場合の実施例である。

歪センサ３０は一端を絶縁体３１でサンドイッチし、押
え金具３２でビス３３を使用して蓋１５に固定されてい
る。他端は接触部材３４により圧電素子１３のほぼ中心
に臨ませ、圧電素子１３の軸方向に移動自由なごとく接
触し、圧電素子１３の軸方向移動を歪センサ３０の移動
に伝達するごとく組立てられている。

第４図は歪センサ３０の一例であり金属片３５に圧電セ
ラミック３６′ｔ−接着したものであり構造上は、圧電
素子１３と同様のものである。金属片３５は先端に穴３
７を有し、この穴に接触部材あが嵌合される。この歪、
センサ３（１−１金属片３５の弾性範囲内でたわませ、
圧電素子１３と歪センサ３０の結合を達成するものであ
る。

栓２１をはずし注入口２０よりポンプ室１２に液体（非
圧縮性）を充満させ、栓２１を閉じる、この時、連通部
材１８は注入の圧力に押され吸入用逆止弁室５側に押さ
れて安定する。余分な液体は連通口１９を通じて吸入用
逆止弁室５に流入する、この状態で圧電素子１３に交流
の電圧を印加する。電源は図示せず。印加する交流の波
形は正弦波、ないしは矩形波が良い。交流の周波数は２
０Ｈｚ〜６０　Ｈｚ　の範囲が使用される。交流の電圧
が印加されると圧電素子１３が軸方向に変位しプ室１２
内の液体は連通路１７を往復運動することになる。この
液体の往復運動によって連通部材１８も往復運動を行う
。すなわち、ポンプ室１２から吸入用逆止弁室５、ある
いは、その反対の方向の時、液体の流れは連通口１９を
流れようとするが、その時、流体抵抗や液体の表面張力
によって連通部材１８に流れようとする方向に力が加わ
る。この力によって連通部材１８は連通路１７内を液体
の往復運動に従って移動する。この連通部材１８の効果
は後述する。

連通路１７内の液体が往復運動すると吸入用逆止弁室５
の体積が見かけ上増減するため、減少した場合は、逆止
弁６が順方向になるため開き、逆止弁１０が逆方向で閉
じ、吸入口２より流体を吸入する。その反対に増加した
場合は、逆止弁６が閉じ、逆止弁１０が開くため、吐出
口３へ流体全吐出する。この動作が連続で起って、吸入
口２より吐出口３へのポンプ作用が発生する。以上、圧
電素子１３の移動によりポンプ作用を生じるものである
。

圧電素子をポンプの駆動体として使用した場合次ぎのよ
うな欠点が問題になる、すなわち、圧電素子は、消費電
力が少ないのがメリットであるが、反対に少ないが故に
、ポンプに加わる負荷が少しでも変化すると印加電圧が
同じでも流量が変化することになってしまう。このよう
な特性は、第５図のような灯油用バーナの給油ポンプ３
８として使用する場合問題となる。灯油タンク３９より
灯油を吸引し、混合気化器４０に送り灯油を気化すると
同時に、ファン４１よりの空気と混合してバーナ４２で
燃焼全行う燃焼器にあっては、燃料と・突気の割合を一
定に保たないと燃焼が成立しないことはよく知られてい
る。今、このようなシステムにおいて灯油タンク３９の
灯油油面の変化、混合気化器４０の内圧変化により、給
油ポンプ３８に加わる負荷は刻々変化している。この変
化で給油ポンプ３８の油量が変化してはバーナ４１での
安定した燃焼が得られない。第３図の液体ポンプは、こ
の問題を以下のように解決する。ポンプの負荷が変化し
て流量が変化すると、圧電素子１３の移動量もそれに比
例して変化する、すなわち、非咀弊性の液体を使用する
ため、ポンプの駆動体である圧電素子１３の移動量が、
ポンプの流量を決定するのである。今、圧電素子１３の
移動量は歪センサ３０で検知しているため、この歪セン
サ３０の信号を第６図のＢに入れ、Ａに基準信号を入れ
て、常にＡとＢの信号が一致するように比較器４２から
の信号で電力増巾器４３を動かせば圧電素子１３の移動
量は圧電素子１３への印加電圧をコントロールすること
によって常に一定にコントロールできる。このことはポ
ンプ流量も一定にコントロールできることになる。以上
自己制御型の流量安定化ポンプを供給でき、バーナ４１
の燃焼は安定化される。歪センサ３０は、自己の歪が大
きくなればそれに比例して大きな電圧出力を出すもので
あり、これは、圧電セラミック３６の材質で決定され、
種々のものが作られるものである。

さらに第５図で周囲環境湯度が変化した場合どうなるか
を考える。温度が低下すると７７ン４１で送られる実質
的な力量は、を気の密度が大きくなるため増加の傾向を
示す。しかるに給油ポンプ３８が一定の油量を送ると空
気と油量にアンバランスを生じてくる。灯油は温度によ
り密度変化をほとんどおこさないため％空気の密度変化
が影響する。故に、給油ポンプ３８は常に一定の油量を
送るのではなく温度が下がれば油量を大きくするのが望
ましい。これに対応するには、第３図の歪センサ３０の
出力電圧特性が温度が下がれば、出力電圧が降下するも
のを選定しておけば、電気回路上、一定の出力電圧を得
ようとフィードバックをかけるため、ポンプの流量は、
温度が下がれば、流量が増加する特性とすることが出来
る、増加の度合は、圧電セラミック３６の温度特性を任
意に選定することによって調節することが可能である１
連通部材１８の効果を述べる。ポンプ設置初期はポンプ
室１２．吸入用逆止弁室５までは液体を充満できるが吸
入口２−１では液体を入れられなりのでポンプを駆動す
ると吸入用逆止弁室５にを気が入ってくる。連通部材１
８がないとポンプ室１２０体積が収縮するとき、圧電素
子１３の動作応答性が早いため、急激な変化が生じ、ポ
ンプ室１２内の液体が吸入用逆止弁室５の空気中に飛散
し、それと入れ換わりに空気がポンプ室１２内に入って
しまう。ポンプ室１２に空気が入ると、空気は圧縮性で
あるためポンプ作用を減衰させるのでポンプ流量が減少
し、歪センサ３０の出力電圧と流量の相関がくずれてし
寸う。これを防止するため液体の急激な移動があっても
液体が飛散しないように連通部材１８を挿入するのであ
る。連通部材１８があると、液体の急激な変位が連通部
材１８の質量と抵抗で緩和され液体の飛散を防止するも
のである。

発明の効果以上のように本発明の給油ポンプ装置によれば次の効果
が得られる。

（１）ポンプを駆動する圧電セラミックの変位量を検出
し、圧電セラミンクに加える電圧をコントロールして常
に変位量を一定に保つようフィードバンク系を有する構
成としているので、ポンプに加わる負荷が変化してもポ
ンプ吐出量が変化しないように作用し、定流量ポンプを
提供できる。

（２）圧力セラミックの変位量を検出する歪センサの温
度特性ｆ：湯温度対して負の特性を有しているため、灯
油バーナの空気と燃料の比が温度変化が起こっても一定
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１　図（ａｔ　、　（ｂ）は圧電セラミック使用のポ
ンプの正面図および断側面図、第２図（ａ）　、　（ｂ
）は圧電セラミックの正面図および側面図、第３図（ａ
）　、　（ｂ）は本発明の一実施例における給油ポンプ
装置の正面図および一部断面側面図、第４図（ａ）　、
、（ｂ）は歪センサの正面図および断面側面図、第５図
は灯油燃焼袋“　置のブロック図、第６図は圧電セラミ
ック駆動装置の電気系ブロック図である。１・・°・・ポンプ本体、２・・・・吸入口、３・・・
・・・吐出口、６・・・・・・吸入用逆止弁、１０・・
・・・・吐出用逆止弁、１２・・・・・・ポンプ室、１
３・・・・・・圧電素子、３ｏ・・・・・・歪センサ。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図　ａ第２図　＆　２４２ム＝＝４第３図ａ第４図第５図第　６　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）単数の圧電セラミックの変位で内容積が変化する
ポンプ室と、このポンプ室に結合された吸入用逆止弁と
吐出用逆止弁とこあ圧電セラミックに交流電圧を加える
電源装置とでポンプを構成し、この圧電セラミックの変
位量を検出し電気出力を出す歪センサを設け、この歪セ
ンサの電気出力が一定になるごとくこの圧電セラミック
に加える交流電圧値を制御するフィードバック制御系を
有する給油ポンプ装置。
（２）歪センサの電気出力特性が温度に対して、温度が
低くなれば同−歪で電気出力が低下する正の特性を有す
るように設定した特許請求の範囲第１項記載の給油ポン
プ装置。