JPS61291787A - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明はポンプに関するものであり、更に詳しくいえば
、ベローズの往復運動によって流体を排出するポンプに
関するものである。

Ｂ、従来の技術 従来のベローズ形ポンプは金属性ベローズのような往復
式の可撓素子を利用し、ベローズ作用の各サイクル中チ
ャンバ内に流体を引き込みそしてチャンバ外へ流体を押
し出している。一般に、ベローズはソレノイド作動駆動
器又は往復式回転駆動機構に連結されている。

米国特許第２７９７６４６号及び同第２８４９１５９号
にはソレノイド作動されるベローズ形ポンプが開示され
ている。又、米国特許第２４１９７７５号には回転駆動
ベローズ形ポンプが開示されている。

米国特許第２２５７８６２号は、２つのベローズを有し
、各ベローズが電磁式作動器に連結されているベローズ
形ポンプを開示している。２つのベローズは１つの共通
の流体チャンバを取り囲みそのチャンバを交互に膨張及
び収縮するよう非同期的に撓曲する。

米国特許第４３６５９４２号は、１つの流体チャンバの
壁部近くに固定された２つの電気的コイルとその流体チ
ャンバ内に置かれた可能ピストンに取りつけられた第３
の電気的コイルとを利用する液体ヘリウム・ベローズ形
ポンプを開示している。そのピストンはベローズにその
両端の各々で取りつけられる。３つのコイル相互間の磁
界の相互作用により、第３のコイル及びその取りつけら
れたピストンがチャンバ内で振動させられてベローズの
ポンプ作用を生ずる。

Ｃ６発明が解決しようとする問題点 従来のベローズ形ポンプは、種々の部品相互間で摺動又
は回転の摩擦接触を必要とする駆動機構を利用している
。従って、このような設計のポンプは適正に機能するよ
う種々の形のベアリングを必要とする。更に、妥当なポ
ンプの寿命を得るために潤滑剤を必要とすることもある
。従って、このような摩擦接触のないポンプを得ること
が本発明の目的である。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明は、相互連結された２つのベローズをボイス・コ
イル・モータ（ＶＣＭ）により駆動し且つ摩擦接触で動
く部品を持たない正方向変位のベローズ形ポンプである
。そのポンプは主として空気ポンプとして設計されてい
るが、種々な形のガス状流体用のポンプとしても同様に
機能するものである。

２つの円形の金属ベローズがそれらの周辺部でハウジン
グにしっかりと固定され且つそれらの中心部で連結シャ
フトにより相互連結される。各ベローズは流体チャンバ
を形成し、一定の永久磁界内に置かれた電気的コイルに
連結される。交番電流がそれらコイルに供給されると、
軸方向の交番力が発生され、一方のベローズが吸入スト
ロークにある時÷こ他方のベローズが排出ストロークに
あるような位相でそれら連結されたベローズを直線的に
撓わませる。ハウジングに固定されたそれら２つのベロ
ーズは摩擦接触で動く部品がないようその連結されたシ
ャフト及びコイルを支持する。

電流はその導電性のベローズを介してそれらコイルに供
給され、従ってＶＣＭへの可撓性ケーブルを必要なくす
る。

又、そのポンプは電流センサの形式の不良検出装置及び
それらベローズとハウジングとの間の電気的接触を検出
する装置を有する。ベローズ又はバルブのいずれが故障
した場合でも、ポンプの接極子はその中心の動作域がら
動き、常時は絶縁されているハウジングとの電気的接触
が生ずる。簡単なセンス回路がハウジング上の駆動電圧
の存在を検出する。いずれのコイルの不良もその駆動回
路における電流センスによって検出される。

Ｅ、実施例 第１図を参照すると、はぼ円筒状の形をしたポンプが断
面に関して対象的である事を留意すべきである。流体を
ポンプで送るように作用する可撓素子は金属ベローズ１
０．１２であり、それらはほぼ円形をしており且つ円筒
状のポンプの長手方向軸にほぼ直角の向きになっている
。それらベローズ１０，１２はコイル支持体１４．１６
に連結されており、そしてそれらコイル支持体はベロー
ズの中心に取付けられた平担部分とポンプの中心に向け
て軸方向に延びるほぼ円形の部分とを有する。コイル支
持体１４．１６はそれらコイル支持体のまわりに巻かれ
た多重巻線の電気的コイル１８．２０を支持するように
働く、永久磁石２２．２４はコイル１８．２０から半径
方向・外向きに置かれているがそれらコイルとは接触し
ていない。

それら磁石の各々はコイル１８．２０のそれぞれにおけ
る電流路に対しほぼ直角の向きの磁界を発生する。第１
図に示されるように、磁石２２，２４の各々はそれぞれ
のコイルのまわりに延び且つそれと同心的である。

ベローズ１０．１２の各々はそれぞれの端部プレート２
６．２８に取付けられる。ベローズに関しては、それら
プレート２６．２８は円筒状ポンプの中心から軸方向に
離れて置かれ、ポンプの外側ハウジング３０によって支
持され且つそのハウジングから電気的に絶縁されている
。第１図に示されるように、プレート２６．２８は中間
の絶縁性のリング３２，３４によってハウジング３０に
関して中心合おせされている。プレート２６．２８の各
々はベローズ組立体の上部プレートの外径位置でそれぞ
れのベローズ１０．１２に溶接されている。ベローズ１
０．１２、端部プレート２６．２８、絶縁性のリング３
２．３４及びハウジング３０より成る構造体は互いにし
っかりと固定されており、従って、軸方向の撓みによっ
てのみ動くことができる。これは、第１図に示されるよ
うに。

円形のベローズ１０．１２の中心を実質的に固定させる
中心軸４０によって軸方向の撓みに沿って相互連結され
る。第１図の実施例では、中心軸４０は更に中心部分１
１０及び半径方向外側部分１１２より成る。この連結は
ボルト４２．４４によって行われ、それらポル］−の各
々はそれぞれのベローズ及びコイル支持体の中心におけ
る開口を通り、中心軸４０の中心部分１１０のそれぞれ
の端部におけるねじ穴の中に延びている。

端部プレート２６．２８はそれぞれベローズ１０．１２
と共にポンプの軸端近くに流体チャンバ４６．４’８を
形成する。プレート２６．２８はそれぞれのチャンバ４
６，４８への流体入口のための中心開口５０．５２及び
それぞれのチャンバからの流体出口となるプレート２６
上の排出開口５４．５６及びプレート２８上の排出開口
５８．６０のような複数の開口を有する。

第２Ａ図及び第２Ｂ図を参照すると、端部プレート２６
．２８の構造及び流体チャンバ４６及び４８へ及びそれ
らから流体を動かすための手段がよくわかるであろう、
これら図面には金属ベローズ１０、端部プレート２６．
バルブ６２及びマニホルド６４が示される。マニホルド
６４はチャンバ４６へ及びそこから流体を流すための通
路となる。マニホルド６４は中心の入口部分及び出口部
分６８．７０を有する。出口部分６８．７０は目的地ま
で流体を運ぶ種々の導管（図示されてない）−に連結さ
れる。

プレート２６及びマニホルド６４の間にはバルブ６２が
設けられ、マニホルド６４とチャンバ４６との間で流体
が流れるのを可能にする。バルブ６２はほぼ円形をして
おり、第１の半径方向位置には螺線状スロット７２の形
をした第１の切り込み群及び第２の半径方向位置には螺
線状スロット７４の形をした第２の切り込み群を有する
。スロット７２．７４は、それらの２つの群の間の円形
セグメント８０がプレート２６及びマニホルド６４の間
にほぼ固定される時、バルブ７２の中心セグメント７６
及び円形の外側セグメント７８を可撓的なものにする。

従って、バルブ６２のセグメント８０が第２Ａ図及び第
２Ｂ図のようにプレート２６とマニホルド６４との間に
固定される時、入口部分６６上に置かれた中心セグメン
ト７６はそれが第１群、のスロット７２のためにセグメ
ント８０に関して撓むことができるので入口バルブとし
て働く、同様に、プレート２６の開口５４．５６上に置
かれた外側の円形セグメント７８は出口バルブとして働
き、第２群のスロット７４のためにセグメント８０に関
して撓むことができる。

第１図を再び参照すると、ポンプの磁石構造体は２つの
磁石２２．２４．それら磁石の間の円形の非磁性スペー
サ８６．中心軸４０と磁石２２．２４との間に置かれた
磁気透過性のチューブ８８及び磁気透過性のハウジング
３０より成る。チューブ８８はスペーサ８６に取付けら
れるが、軸４０、磁石２２．２４又はコイル１８．２０
とは接触しない、磁石２２．２４は極性記号により示さ
れるように反対極性のものである。磁石２２．２４の各
々は４つの磁石セグメントより成り、その各々はほぼ４
分の１の円の形をしており、それぞれのコイルのまわり
に半径方向の隙間をあけて設けられる、第１図は断面図
であるために、各磁石２２．２４のセグメントのうちの
２つだけが示される０図示のような磁石構造体の場合、
破線で表わされるように磁気回路が発生される。その磁
気回路はチューブ８８及びハウジング３０を含み、それ
らの両方とも磁気透過性である。コイル１８゜２０を通
る磁気回路部分はそれらコイルの巻線を形成する電線の
方向にほぼ直角な磁界を生ずる。

第３図を参照すると、ポンプが交流電源１２０に電気的
に接続される。コイル１８．２０への電気的接続はそれ
ぞれのマニホルド６４．６５上に固定されたそれぞれの
ハウジング端のキャップ９４．９６上の端子９０．９２
に行われる。ボルト９８．１００が端子９０．９２を通
っており、導電性のばねクリップ１０４，１０６に連結
している。それらクリップはそれぞれマニホルド６４．
６５及びハウジング端のキャップ９４，９６を接触させ
る。ポンプ内の導電路は端子９０、ボルト９８、ばネタ
リップ１０４．マニホルド６４、プレート２６．金属ベ
ローズ１０及びコイル１８を通して形成される。コイル
１８から他のコイル２０への電路を、第３図に示された
ポンプの直列接続の実施例を参照して説明する。コイル
１８の導線（図示されてない）の１つはコイル支持体１
４の外側表面を通って金属ベローズ１０と接触している
。コイル１８からの他方の導線（図示されてない）はコ
イル１４の内側表面を通って導電性の軸４０と接触して
いる。ポンプの他端では、コイル１８に関して述べたの
と同様に、軸４０がコイル２０の導線の１つと電気的に
接触している。同様に、コイル２０の他端が金属ベロー
ズ１２と接触している。ポンプからの導電路は端部プレ
ート２８、マニホルド６５．ばねクリップ１０６．ボル
ト１００及び端子９２を通っている。

一定の磁界が存在する中で交流電流を流されるコイル１
８．２０はボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）を形成す
る。コイル自体が動くために可撓性のリボン形電気ケー
ブルを必要とする通常のＶＣＭと違って、本発明のポン
プのＶＣＭは金属ベローズ及び他のポンプ構成素子から
直接に電気的接続が行われている。その電気的接続は第
３図に示されるようにＶＣＭの２つのコイルを直列に接
続させている。コイル１８．２０の各々はそれらコイル
を流れる電流の方向が反対向きになるようにコイル支持
体のまわりに巻かれている。それらコイルの各々は他方
のコイルと関連した磁界の極性と反対の極性を持った磁
界と関連している。

第１図に示されたポンプの実施例は次の点を除けば第３
図の実施例と同じである。即ち、第１図の実施例では、
軸４０を形成する。２つの別個の軸部分即ち内側の中心
部分１１０及び同心的外側部分１１２によってコイルが
電気的に並列に接続されている。更に、説明の便宜上、
第１！！Ｉはハウジング端部のキャップ９４．９６又は
第３図の実施例で述べたような外部の電気的接続手段は
示されてい愈い、第１図の実施例では、各コイル１８゜
２０の入力導線への電気的接続は軸の中心部分１１０を
通して行われ、コイル１８．２ｏの出力導線への電気的
接続は軸の外側部分１１２を介して行われる。軸の部分
１１０はベローズ１ｏに電気的に接続され、軸の部分１
１２はベローズ１２に電気的に接続される。ボルト４４
はベローズ１２から電気的に絶縁されている。

第３図に示されるように、ポンプはベローズ又はバルブ
の故障を検出するための手段も有する。

この故障検出手段は電気的接点１１８．１１８を有し、
それら接点はそれぞれのコイル支持体２６．２８に取付
けられ且つ可動のコイル支持体と磁気回路の一部を形成
する固定されたチューブ即ち管部材８８との間の置かれ
る。これら電気的接点１１６．１１８は前述の電気回路
に接続される。

ポンプの好ましい実施例は２つの別個のコイル及び磁石
配列体、即ちデュアルＶＣＭとして説明されたが、本発
明は単一のコイル及び関連の磁石構造体によっても機能
するであろう、更に、固定された永久磁石及び関連の可
動コイルより成り、ベローズの線形振動を同じ位相で生
じさせるようポンプに組込み可能な多くの配列体がある
。

前述のポンプは動作中の各構成要素の機能を考察するこ
とによって更によく理解することができる、第３図の直
列連結されたポンプが交流電源１２０に接続される時、
電流は前述のように導電路を介して２つのコイル１８．
２０に接続される。

磁石２２．２４はそれらコイルとほぼ同心的であるため
、コイルの任意の点における電流の向き及びそれぞれの
磁界の向きは互いに直角である。従って、電流ベクトル
及び磁界ベクトルの外積は軸方向の即ち軸４０に平行の
、力を発生する。それらコイルは電流がそれらを反対方
向に流れるように配線されているので及びそれらコイル
は反対極性の磁界が存在する中にあるので、それら２つ
のコイルに加えられる力はいつも同じ方向である。

従って、交流電流の存在のもとでは、それら２つのコイ
ル及びそれらが取付けられる２つのベローズは軸方向に
同位相で振動する。振動中、２つのベローズの運動は流
体チャンバ４６．４８のバルブ６２．６３にまたがる圧
力差を生じさせる０例えば、連結されたベローズが吸入
ストロークにある場合、圧力差はバルブ・セグメント７
６をマニホルド６４から離させる方向に動かしそして空
気をチャンバ４６内に引き込む、ベローズ１０の排出ス
トローク中、圧力差はバルブ・セグメント７６をマニホ
ルド６４に押しつけ（それによって、入口６６を閉じ）
そしてバルブ・セグメント７８を端部プレート２６から
離させる（それによって、出口６８．７０を開く）、一
方のベローズがその排出ストロークにある時、他方のベ
ローズはその吸入ストロークにある。従って、ポンプの
１サイクル当り２つの流体圧力パルスがある。各マニホ
ルド６４．６５の出口は１つの共通の流体出口を与える
よう外部連結される。

このポンプは互いに摩擦接触する回転部材又は滑動部材
を持たず、従ってベアリング或いは潤滑剤を必要としな
いことに注目すべきである。ポンプの可動部分全体は金
属ベローズ即ち端部プレート２６．２８に取付けられた
ベローズ部分によって支持される。一方、それらプレー
トは絶縁性のリング即ちスペーサ３２及び３４によって
ポンプ・ハウジング３０に対し固定的に配置される。

ベローズ又はバルブに構造的不良がある場合、そ、の連
結されたベローズは一端又は他端までのその設計ストロ
ークを置えて駆動されてしまう、この結果、電気的接点
１１６．１１８の１つが交流電源１２０から磁気透過性
チューブ８８．スペーサ８６及びハウジング３０を通る
断続的な導電路を与える。この電圧は適当な感知手段に
よって感知され、ポンプ内に故障があったことを決定す
ることができる。

Ｆ、効果 本発明によって１部品相互間の摩擦接触のないポンプが
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電圧的に並列接続された２つのコイルを有する
ポンプの透視断面図、第２Ａ図はポンプにおけるベロー
ズの１つ、バルブ及びマニホルドの透視断面図、第２Ｂ
図は第２Ａ図の２Ｂ−２Ｂの方向に見た断面図、第３図
は電気的に直列接続された２つのコイルを有するポンプ
の断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １対の撓み素子と、 該撓み素子の撓み方向がほぼ同じ方向で直線的となるよ
   う該撓み素子を、間隔を持つて支持するための支持手段
   と。 該撓み索子が同じ位相で撓み得るよう該撓み方向に該撓
   み素子を連結するための連結手段と、連結された該撓み
   素子に固定され、該撓み素子が撓む時に該撓み素子と共
   に運動可能な導電性のコイルと、 該コイルに近接して設けられ、該コイルにおける導電路
   にほぼ直角の磁界を発生する磁界発生手段と、 １対の端部プレートであつて、その各々が１つの該撓み
   素子に取付けられて該撓み索子と共に流体チャンバを形
   成し、該支持手段に固定されることにより該撓み素子が
   撓む時に運動し得ないものと、 各流体チャンバに対する流体の出入を可能にするための
   手段と、 より成り、該コイルに交流電流が供給される時、該コイ
   ル及び撓み素子は該電流と同じ位相で撓むことにより流
   体を該流体チャンバの中に引き込みそして該流体チャン
   バから押し出すことを特徴とするポンプ。