(57)【要約】  容積位相式ポンプは磁歪アクチュエータを含む。単一のアクチュエータがマルチポンピングチャンバーを駆動する。ポンプはアクチュエータ自身の両端における線状の膨張によって同調して駆動される二つのポンピングチャンバーを含む。ポンプはアクチュエータの横方向の膨張および縮小により、アクチュエータの長手方向の膨張によって駆動するいずれのキャビティとも位相を異ならせて駆動される第三のポンピングキャビティを含む。それぞれ磁歪要素を含むマルチポンプを有するポンプアセンブリも同様に開示されている。
2005515351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場の存在下で物理的に寸法が変化する磁歪材料で形成されるアクチュエータと、
前記磁歪要素の形状が変化する際に容積が変化するよう前記磁歪要素に連結された第一および第二のポンピングチャンバーと、
を有することを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記第一および第二のポンピングチャンバーは前記磁歪要素の反対側の端部によってそれぞれ駆動され、互いに同調して容積が変化することを特徴とする、請求項１記載のポンプ。
【請求項３】
前記磁歪要素は長手方向の範囲を有し、前記第一および第二のポンピングチャンバーは前記長手方向の範囲の両端で前記要素の反対側の端部によってそれぞれ駆動されることを特徴とする、請求項２記載のポンプ。
【請求項４】
前記第一および第二のポンピングチャンバーは前記長手方向の範囲の両端に設けられていることを特徴とする、請求項３記載のポンプ。
【請求項５】
前記第一および第二のポンピングチャンバーは前記磁歪要素により互いに逆の位相で容積が変化するように駆動されて、一方のチャンバーが最大の容積をとるときに他方のチャンバーは最小の容積をとることを特徴とする、請求項１記載のポンプ。
【請求項６】
前記磁歪要素によって前記第一および第二のポンピングチャンバーの内の一つと同調してポンプ駆動される第三のポンピングチャンバーをさらに有することを特徴とする、請求項５記載のポンプ。
【請求項７】
円筒型のキャビティを画定するハウジングと、
磁歪要素で形成され、かつ前記ハウジング内で該ハウジングと同軸に設けられた円筒型のアクチュエータと、
前記ハウジング内でかつ前記磁歪要素の長手方向の範囲の反対側の端部にそれぞれ設けられているとともに、前記アクチュエータと機械的に連結されて、前記アクチュエータの長さが伸びると圧縮される第一および第二のポンピングチャンバーと、
を有することを特徴とするポンプ。
【請求項８】
各々の前記第一および第二のポンピングチャンバーの流体が前記アクチュエータの長手方向の伸長によって押しのけられることを特徴とする、請求項７記載のポンプ。
【請求項９】
前記アクチュエータの長さに沿って軸方向に延びる第三のチャンバーをさらに有し、該第三のチャンバー内の流体が前記アクチュエータの半径方向の膨張によって押しのけられることを特徴とする、請求項８記載のポンプ。
【請求項１０】
前記第一、第二および第三のポンピングチャンバーの入口が、流体的に連結されていることを特徴とする、請求項９記載のポンプ。
【請求項１１】
前記第一、第二、および第三のポンピングチャンバーの出口が、流体的に連結されていることを特徴とする、請求項１０記載のポンプ。
【請求項１２】
請求項１に記載のポンプを複数備えるポンピングアセンブリであって、前記複数のポンプの入口および出口が並列に相互接続されていることを特徴とするポンピングアセンブリ。
【請求項１３】
各々の前記複数のポンプが他の該複数のポンプと互いに位相を異ならせて駆動されることを特徴とする、請求項１２記載のポンピングアセンブリ。
【請求項１４】
三つのポンプを有することを特徴とする、請求項１３記載のポンピングアセンブリ。
【請求項１５】
請求項１に記載のポンプを複数備えるポンピングアセンブリであって、前記複数のポンプの入口および出口が直列に相互接続されていることを特徴とする、ポンピングアセンブリ。
【請求項１６】
磁歪要素を用いてポンプで流体を送る方法であって、
磁歪要素の二つの反対側の端部において長手方向の伸長を引き起こすよう前記磁歪要素に磁場を加え、
前記二つの反対側の端部の第一の端部の伸長によって第一のポンピングチャンバーを駆動し、
前記第一の端部の反対側に位置する前記二つの反対側の端部の第二の端部の伸長によって第二のポンピングチャンバーを駆動することを含み、
前記第一のポンピングチャンバーは前記第二のポンピングチャンバーと同調して駆動されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記磁歪要素の長手方向への収縮、および横方向への伸長を許容し、
前記磁歪要素の前記横方向への伸長により第三のポンピングチャンバーを駆動すること
をさらに含むことを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してポンプに関し、とりわけ磁歪アクチュエータを用いるポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の容積式ポンプは、チャンバーの容積を変えることでポンピングチャンバーの内外に液体を送る。多くのポンプは多数の可動部のために扱いにくく、またモーターやエンジンなどの周期的で機械的な動力供給源により駆動されている。多くの場合、このようなポンプは適切な動力供給源への相互接続のため、変速装置を含む機械的リンク機構を必要とする。
【０００３】
その他の種類のポンプは、例として米国特許第５，６４１，２７０号およびドイツ特許公報ＤＥ４０３２５５５Ａ１号に開示されているように、磁歪材料でできたアクチュエータを用いる。以下においてわかるように、磁歪材料は磁場の存在下で寸法が変動する。数々の磁歪材料が知られている。たとえば、欧州特許出願第９２３００９２８０号ではそのような材料が多数開示されている。市販の磁歪材料は、商標テルフェノールＤに関連してアイオワ州エームズのエトリーマ社より販売されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの磁歪ポンプはポンピングチャンバーを圧縮する磁歪要素の膨張および収縮に依存する。既知の磁歪ポンプは、しかしながら単一のポンピングチャンバーを圧縮する。このように、これらのポンプは磁歪材料の収縮および膨張の１サイクルにつき一回のポンピング圧縮行程を生じる。これは、今度は送られる流体内の大きな圧力変動を引き起こしてしまう。流速は同様に単一のポンピングチャンバーの押しのけ容積に制限される。その上、単一のアクチュエータを有するポンプは機械的にアンバランスであり、従って単一のアクチュエータが膨張および収縮する際に機械騒音および振動を生じさせやすい。
【０００５】
特定の用途においては、圧力が一定であることおよび単位重量当たりの流速が高いことが重要である。例として、航空機の燃料供給システムにおいては、ポンプの設計は、円滑な燃料供給を提供し続けると同時に、燃料供給率に対してポンプの低重量化を図ることを追求している。
【０００６】
従って、流速の高速化を容易にし、また円滑な流体供給が可能な改良された磁歪ポンプが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、ポンプは、磁歪要素と、すべて該磁歪要素によって駆動されるマルチポンピングチャンバーとを含む。ポンピングチャンバーは互いに同調してまたは位相を異ならせて流体を送り込む。
【０００８】
好都合なことに、マルチポンピングチャンバーを有するポンプは、流体流れをより円滑にし、ポンプ振動をより少なくし、流速を高めることができる。
【０００９】
本発明の一態様によれば、ポンプは、磁場の存在下で物理的に寸法が変化する磁歪材料で形成されるアクチュエータと、磁歪要素の形状が変化する際に容積が変化するよう磁歪要素に連結された第一および第二のポンピングチャンバーとを含む。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、ポンプは、円筒型のキャビティを画定するハウジングと、磁歪要素で形成され、かつハウジング内で該ハウジングと同軸に設けられた円筒型のアクチュエータと、ハウジング内の磁歪要素の長手方向の範囲の両端にある第一および第二のポンピングチャンバーとを含む。各々のポンピングチャンバーはアクチュエータと機械的に連結され、前記アクチュエータの長さが伸びると圧縮される。
【００１１】
本発明のさらなる態様によれば、磁歪要素を用いて流体を送り込む方法は、磁歪要素の二つの反対側の端部において長手方向の伸長を引き起こすよう磁場を磁歪要素に加えることと、二つの反対側の端部のうち第一の端部の伸長によって第一のポンピングチャンバーを駆動することと、二つの反対側の端部の第二の端部の伸長によって第二のポンピングチャンバーを駆動することを含む。第一のポンピングチャンバーは前記第二のポンピングチャンバーと同調して駆動される。
【００１２】
本発明のその他の特徴および特性は、添付図面と併せて下記の本発明の具体的な実施例の説明を検討することにより、本分野の当業者に明らかになる。
【００１３】
図は本発明における実施例をほんの一例として図解するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の実施例における典型的なポンプ１０を図解したものである。ポンプ１０は流体を高速および高圧で送り込むのに適している。ポンプ１０は少数の可動部を含み、比較的軽量である。該ポンプは燃料供給システムにおける利用に適しており、またとりわけ航空機のエンジンにおける利用に適している。
【００１５】
図解されているようにポンプ１０は単一の入口と出口を含む。後に明らかになるように、ポンプ１０はポンプボディ２０内に収容された三つの個別のポンピングチャンバーを含む。インプットマニホールド１２は三つのチャンバーに単一の流入量を分配する。アウトプットマニホールド１４は三つのチャンバーの流出物を合わせる。円筒型の接続管１６はポンピングチャンバーを相互に連結させる。導管１８は導管チャンバーをマニホールド１２および１４、さらに接続管１６へ相互に連結し、図１において矢印で図示されているように流体を連通させる。
【００１６】
ポンプボディ２０の外観は図２においてさらに詳しく図解されている。図解されているようにポンプボディ２０は略円筒型の形状の外側ハウジング２２を含む。両端においてハウジング２２はねじ込みクランプ３０ａおよび３０ｂで覆われている。ボディ２０の一端近傍の三つの一方向弁２４ａ、２６ａ、２８ａとさらに一方向弁２４ｂ、２６ｂ、２８ｂは、ポンプボディ２０内で三つの別々のポンピングチャンバーへの流体連通を提供する。図解されているように、典型的な実施例においては、三つのバルブ２４ａ、２６ａ、２８ａはハウジング２２の外周に１２０°ごとに間隔があけられ、ハウジング２２の中心軸から略半径方向に伸びている。バルブ２４ｂ、２６ｂおよび２８ｂはハウジング２２の他端近傍で同様に配されている。
【００１７】
図３はポンプボディ２０の分解図であり、そのアセンブリを図解したものである。図５Ａ、５Ｂおよび６Ｂはこのアセンブリをさらに図解した断面図である。図解されているように、ポンプボディ２０は長手方向に伸びたアクチュエータ３２を含む。アクチュエータの形状は円筒型であることが望ましい。マルチターン導電コイル３６がセラミックの外殻３４の外からアクチュエータ３２を取り囲む。コイル３６の半径方向に外側にはさらなる円筒型の外殻３８がある。外殻３８の外側は外側ハウジング２２である。アクチュエータ３２、セラミックの外殻３４、コイル３６、外殻３８および外側ハウジング２２はポンプボディ２０の中心軸と同軸である。
【００１８】
外殻３８は低導伝率の軟磁性材料でできていることが望ましい。例として、フェライトから、あるいは積層もしくは薄膜状の磁性鋼圧延板からできてもよい。典型的な実施例においては、外殻３８はＭＩＴテクノロジー社による商標ＳＭ２に関連して入手可能な材料でできている。バルブシート４０ａおよび４０ｂは同様に磁性材料でできていることが望ましい。
【００１９】
外殻３８およびバルブシート４０ａと４０ｂは、アクチュエータ３２の周りの磁気回路を少なくとも部分的に画定するものであるため、磁性材料でできていることが望ましい。材料の選択はこれらの構成部においての磁気損失（ヒステリシスロスおよび渦電流損など）に影響を及ぼす。
【００２０】
ハウジング２２はアルミニウムやステンレス鋼などの非磁性金属、あるいはセラミックからできていることが望ましい。
【００２１】
実施例においては、コイル３６は６２回巻の１５ＡＷＧのワイヤーでできている。当然コイル３６の巻数および規格は作動電圧、周波数、磁気所要量（電流）によって決められる。
【００２２】
図５Ａおよび５Ｂで最良に図解されているように、ねじ込みクランプ３０ａがスペーサー３９ａ、バルブハウジング４０ａおよびスペーサーリング４２ａおよび４４ａを介してアクチュエータ３２に内側への軸方向の荷重を加えることによって、アクチュエータ３２は外側ハウジング２２内の軸方向位置に一端が固定される。もう一方の端部においては、ねじ込みクランプ３０ｂがスペーサー３９ｂ、バルブハウジング４０ｂおよびスペーサーリング４２ｂおよび４４ｂを介してアクチュエータ３２に内側への軸方向の荷重を加えることによって、アクチュエータ３２は軸方向に固定される。スペーサー３９ａおよび３９ｂは幾分弾力性のある材料でできた略円盤状のワッシャーであり、商標ベスペルに関連して市販されているポリマーなどが挙げられる。止め輪４２ａおよび４４ａ（さらに４２ｂおよび４４ｂ）は環状の入れ子状リングであり、リング４２ａはリング４４ａよりも小さな直径を有する。リング４２ａの外径はアクチュエータ３２の直径とほぼ等しい。リング４２ａ、４２ｂ、４４ａおよび４４ｂも同様にベスペルからできていることが望ましい。
【００２３】
スペーサーリング４４ａおよび４４ｂは三つの機能を果たす。第一に、リング４４ａおよび４４ｂはアクチュエータ３２に軸方向の予荷重を加える荷重ばねとして働く。第二に、それらはスペーサー４４ａおよび４４ｂのそれぞれの端部におけるシールを形成する。第三に、後述するように、それらはポンピングチャンバー７２ａおよび７２ｂを部分的に画定する。
【００２４】
スペーサーリング４２ａおよび４２ｂは同様に三つの機能を果たす。第一に、それらはアクチュエータ３２をシリンダー３４と同軸方向に中央に位置するように半径方向の支持を提供する。第二に、リング４２ａおよび４２ｂは、バルブシート４０ａ、４０ｂおよび外殻３４に対して、環状圧縮チャンバー７４を密閉する。第三に、環状チャンバーのための環状マニホールドがリング４２ａおよび４４ａ（さらにリング４２ｂおよび４４ｂ）の間の空間により形成される。
【００２５】
スペーサー３９ａおよび３９ｂの厚さは、クランプ３０ａおよび３０ｂが必要な軸方向の荷重をアクチュエータ３２に加える際にクランプ３０ａおよび３０ｂが機械的な停止位置に完全に締め付けられるように選択される。本来それらはばねとしても利用される。好都合なことには、スペーサー３９ａおよび３９ｂはコイル３６へのリードが通される絶縁されたすき間を提供する。スペーサー３９ａおよび３９ｂは当然適当なワッシャーで置き換えられてもよい。
【００２６】
バルブハウジング４０ａおよび４０ｂはバルブ２４ａ、２６ａ、２８ａ、および２４ｂ、２６ｂ、２８ｂの座を提供し、後述するようにこれらのバルブとポンピングチャンバーとの間の流体連通を提供する。
【００２７】
説明されたポンプ１０の実施例では、アクチュエータ３２は直径が約０．７８７インチで長さは４．００インチである。外殻３８は外径が１．７４０インチであり、内径が１．５６０インチである。ハウジング２２は全長が約８．４７０インチである。外殻３４は内径が約０．７９７インチであり、長さは約４．３５０インチである。
【００２８】
バルブ２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂ、２８ａおよび２８ｂは連結されるポンピングチャンバーへの流れを防ぐ従来の高速チェックバルブであり、約２．５ｋＨｚで作動することが可能である。これらのバルブは、例として従来のリード弁でよい。バルブ２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂ、２８ａおよび２８ｂを開けるために必要な圧力降下は、１ｐｓｉ以下が望ましく、（逆方向の）耐圧力は２０００ｐｓｉより大きい。
【００２９】
典型的なマニホールド１２および１４（図１）は図４Ｂで断面を図解されたものと構造が同じである。マニホールド１２は吸入マニホールドとして働き、従って入口バルブ２４ａおよび２８ａと相互に連結される。マニホールド１４は排出マニホールドとして働き、従って出口バルブ２４ｂおよび２８ｂと相互に連結される。図４Ｂで図解されているように、マニホールド１２および１４はそれぞれ円筒体の両端付近の二つの開口部５２ａおよび５２ｂをつなぐ軸方向の通路５０を円筒体５４内に含む。通路５０はこれらの開口部５２ａ、５２ｂ間の流体連通を提供する。開口部５２ａおよび５２ｂはバルブ２４ａおよび２４ｂあるいはバルブ２８ａおよび２８ｂ（図１）との相互接続のために一定の間隔をあけられる。追加の開口部５６により導管１８から通路５０への相互接続が可能となる。マニホールド１２および１４は金属（例：ステンレス鋼、真鍮、銅など）などの堅い材料を機械加工したものであることが望ましい。
【００３０】
典型的な導管１６は同じように図４Ａに断面で図解されている。図解されているように導管１６は外部の通常円筒型の胴体５８内に二つの軸方向の通路６０ａおよび６０ｂを含む。それぞれの通路は相互接続され、開口部６４ａまたは６４ｂにより、バルブ２６ａおよび２６ｂ（図１）と相互接続される。二つの追加の開口部６６（一つのみ図示）が円筒型の胴体５８の中心軸を中心として互いに９０°間隔をあけるように配置される。開口部６６により通路６０ａおよび６０ｂの一つと導管１８（図１）との相互接続が可能となり、流体連通が提供される。導管１６はマニホールド１２および１４と同じような方法および材料で機械加工される。
【００３１】
ポンピングボディ２０内のポンピングチャンバーは図５Ａ、５Ｂ、６Ａおよび６Ｂにさらに詳しく図解されている。図５Ａおよび６Ａはポンプボディ２０の断面図であり、三つのポンピングチャンバー７２ａ、７２ｂおよび７４を図解している。図５Ｂは図５Ａの右側面図である（従ってポンプボディ２０の横断面図）。図６Ｂは図６Ａの平面図である。図解されているように二つの端部ポンピングチャンバーは略円筒型の形状であり、アクチュエータ３２の長手方向末端部に位置付けられる。これらはバルブハウジング４０ａおよびアクチュエータ３２、またバルブハウジング４０ｂおよびアクチュエータ３２の間に直接位置付けられることが望ましい。これらはアクチュエータ３２の対向する平坦な端部およびバルブハウジング４０ａおよび４０ｂの平坦な端部によって一部画定されている。さらなる軸方向のポンピングチャンバー７４はアクチュエータ３２の丸い外面と外殻３４の円筒型の内面との間に配される。軸方向のポンピングチャンバー７４はアクチュエータ３２の長さに沿って軸方向に伸び、リング４２ａおよび４２ｂによって端部が密封される。
【００３２】
図５Аおよび５Ｂで図示されているように、軸方向のポンピングチャンバー７４はバルブハウジング４０ａおよび４０ｂ内に形成された通路７６ａおよび７６ｂを介してバルブ２６ａおよび２６ｂと流体的に連通している。バルブハウジング４０ｂはハウジング４０ａと同じものであり、図７Аでさらに詳しく図解されている。図解されているようにリング４２ｂと４４ｂの間の環帯は端部チャンバー７２ｂを軸方向のチャンバー７４から離隔し、さらにチャンバー７４から通路７６ｂを介してバルブ２６ｂへの流体連通を提供する。これにより、後ほど明らかになるように、流体はバルブ２６ａからチャンバー７４を通り、バルブ２６ｂへと抜けるように送り込まれる。
【００３３】
円筒型のチャンバー７２ｂは、バルブハウジング４０ｂ内に形成された通路７８ｂを介してバルブ２４ｂおよび２８ｂと流体的に連通している。このように、バルブ２４ｂおよびバルブ２８ｂは端部のポンピングチャンバー７２ｂの入口および出口バルブとして働く。図６Аおよび６Ｂで図解されているようにバルブ２４ａおよび２８ａはポンピングチャンバー７２ａのためにそれぞれ同様に入口および出口バルブとして働く。
【００３４】
アクチュエータ３２はテルフェノールＤ（鉄、希土類金属のテルビウムおよびジスプロシウムを含んだ合金）などの従来の磁歪材料で形成された円筒型のロッドであることが望ましい。当業者であれば理解されるように、磁歪材料は全ての実用的な目的のため、自身の体積を保持しながら磁場の存在下で形を変える。具体的には、アクチュエータ３２は磁場の存在下および非存在下で自身の長さおよび半径に沿った方向に膨張および収縮する。
【００３５】
ねじ込みクランプ３０ａおよび３０ｂの力によって荷重がかけられたリング３８はアクチュエータ３２を圧縮し、磁場の非存在下ではアクチュエータ３２は長手方向に収縮する。磁場の存在下では、アクチュエータ３２はリング３８によってかけられた力に抗して軸方向に延びる。アクチュエータの体積は始終一定の値を保ち続ける。このような軸方向への伸長には、アクチュエータ３２の半径方向の収縮が付随する。
【００３６】
磁場の存在下ではアクチュエータ３２の膨張は荷重、磁場および温度の複雑な関数になるが、限られた範囲においては直線形を示す。テルフェノールＤの膨張は適切な荷重、最適な磁場変化において百万に対して１２００から１４００部の範囲である。実施例においてのアクチュエータ３２は長さが約４インチで、自身の長さに沿って０．００５６インチ膨張し、同時に直径が約０．０００５５インチ（平常時の直径は０．７８７インチ）収縮する。
【００３７】
ポンプ１０の運転は図８から９に描かれたポンプボディ２０の略図を参照するとより理解できる。運転時には、電気エネルギー源の交流（АＣ）電源８０を使用し、コイル３６のリードに接続する。使用される電流の周波数の例は、このケースにおいては１．２５ｋＨｚで、長手方向の収縮膨張周波数は２．５ｋＨｚ（ロッドは利用される磁場の磁極性によっても膨張する）となる。コイル３６は、次にアクチュエータ３２の軸方向に沿った磁束線と共に交番磁界を発生させる。外殻３８は、コイル３６によって発生した磁束をバルブシート４０ａおよび４０ｂを通してロッドの内外へと導く磁気誘導を形成する。
【００３８】
好都合なことに、ハウジング２２およびバルブシート４０ａ、４０ｂ内の渦電流損は最低限に留められる。
【００３９】
ポンプによって送られる流体はポンプ１０（図１）の入口、導管１６、１８、および入口マニホールド１２を経由する。外殻３８（図４）はポンプ１０を電気的に絶縁させ、よってコイル３６によって運ばれる電流がハウジング２２の範囲を超えた大幅な電磁妨害を引き起こすことはない。
【００４０】
コイル３６および電源８０によって発生する磁場の変動の結果、アクチュエータ３２の形状は図８に図解される第一の状態と図９に図解される第二の状態とを繰り返す。これらの二つの状態の繰り返しは、今度は、ポンピングチャンバー７２ａ、７２ｂおよび７４の容積を変化させ、これらが容積式ポンプの役割を果たすことを可能にする。
【００４１】
外殻３４はセラミックなどの堅い材料でできているため、アクチュエータ３８の半径方向への膨張およびこれによって起こるキャビティ内の流体の移動は抑制される。
【００４２】
具体的には図８において誇張して図解されているように、第一の状態ではアクチュエータ３２の長さは最小値を、また直径は最大値をとる。チャンバー７２ａおよび７２ｂの容積は増大し、結果として自身の内部の圧力は減少し、バルブ２４ａおよび２４ｂを通る液体の流れが許容されるとともに、バルブ２８ａおよび２８ｂを通る液体の流れが阻止される。従って液体はチャンバー７２ａおよび７２ｂ内に引き込まれる。同時にチャンバー７４の容積は減少し、内部の液体はアクチュエータ３２によって押しのけられる。バルブ２６ａが開いており、一方向弁２６ｂは閉じたままであり、軸方向チャンバー７４からの流体の排出を許容する。
【００４３】
電源８０からの電流フローが変動すると、アクチュエータ３２は軸方向への膨張および半径方向への収縮を始める。電源の振幅の四分の一周期後、図９に誇張して図解されているようにアクチュエータ３２は第二の状態にある。この状態においては、アクチュエータ３２の長さは最大値を、また直径は最小値をとる。アクチュエータ３２の長さが伸びると、チャンバー７２ａおよび７２ｂ内の流体が押しのけられ、内部の圧力を上昇させる。同時に、アクチュエータ３２が変形方向に縮小する結果、チャンバー７４の容積は増大する。次にチャンバー内の圧力は減少する。バルブ２４ａおよび２４ｂは閉じられ、またバルブ２８ａおよび２８ｂは開けられ、バルブ２８ａおよび２８ｂを通して流体がチャンバー７２ａおよび７２ｂから排出されることを許容する。同様に、バルブ２６ａは開けられ、バルブ２６ｂは閉じられる。事実上、チャンバー７２ａおよび７２ｂのポンピング周期は互いに同調し、チャンバー７４とは１８０°位相がずれる。
【００４４】
実施例のポンプ１０において、軸方向ポンピングチャンバー７４の容積の総変化量（すなわちアクチュエータ３２の直径の最小値と最大値の間）は０．００２７２４立方インチである。環状チャンバー７４が一サイクル毎に二回膨張および収縮をすると、作動流体の漏れが少ないまたは全く無い場合、および圧縮が少ないまたは全く無い場合、この容積の二倍が押しのけられる。従ってチャンバー７４の押しのけ容積はアクチュエータのサイクル毎に０．００２７４立方インチとなる。チャンバー７４とチャンバー７２ａおよび７２ｂの押しのけ量を合わせると、結果としてポンプの総押しのけ量はアクチュエータ３２のサイクル毎に０．００５４立方インチとなる。従って１．２５ｋＨｚ（アクチュエータのサイクル周波数２．５ｋＨｚ相当）の励起周波数（コイル内）において、２．５ｋＨｚ×０．００５４立方インチ＝１３．６２立方インチ毎秒あるいは０．２２３Ｌ／ｓの押しのけ量につながる。従ってチャンバー７２ａ、７２ｂおよび７４は最大４０００ｐｓｉにおいて合わせて最大１３００リットル毎時の流れを生じさせる。
【００４５】
ポンプの圧力の受け渡しは、サイクル間の変位が比較的小さい場合にはポンプで送られる流体の圧縮率による。しかしながらテルフェノールから得られる圧力は８０００ｐｓｉを超える。非現実的だが流体が圧縮可能でない場合、上で示されて予め８０００ｐｓｉにおいて計算された流速は理想的で漏れの無い条件下で実現可能である。実際的な結果においては、一つのポンピングチャンバーにつき最大０．１２Ｌ／ｓの流速で最大４０００ｐｓｉであると見込まれる。
【００４６】
好都合なことに、導管１６、１８および出口マニホールド１４は、ポンピングチャンバー７２ａ、７２ｂおよび７４の出口をつなぎ、これらを直列に働らかせるようにする。有利なことに、チャンバー７２ａおよび７２ｂはチャンバー７４と１８０°位相がずれるため、三つのチャンバーの相互接続は円滑なポンプ作用と同時に、アクチュエータ３２のサイクル毎に二回の圧縮サイクルを提供する。さらに、アクチュエータ３２の全外周にポンピングチャンバーが位置付けられることにより、運転時にポンプ１０内の力の均衡を保ち、ポンプ１０内の全体の振動を減少させることが可能になる。具体的にはポンプで送られる流体の圧力がアクチュエータ３２の全周で等しいため、結果的に正味の横力は解消され、またアクチュエータ３２の横振動は減少される。軸方向への圧力によるアクチュエータ３２にかかる力は均衡が保たれる。これは軸方向のキャビティが互いに接続され、端部のキャビティが同調するため、軸方向のキャビティにかけられた圧力と解放される圧力が同じ値をとるためである。
【００４７】
しかし、より重要なのは振動力である。アクチュエータ３２が一端に固定されている場合、アクチュエータの振動に関連する加速力は一端で作用し、結果的に慣性的な振動となる。ポンプ１０においては、アクチュエータ３２の両端が同方向および逆方向に加速し、結果として同方向および逆方向の慣性力となり、相殺される。この結果、従来の不均衡な配置で得られるものよりも振動および騒音が極めて少なくなることにつながる。
【００４８】
図１０はさらにそれぞれポンプ１０（図１）と実質上同じポンプ１０２を多数（三つ図示）含んだマルチポンプのポンプアセンブリ１００を図解したものである。図解されているように導管１８はポンプ１０２を相互接続する。ポンプ１０２の入口および出口は並列に接続される。ポンプアセンブリ１００はより高い流速が求められる場合に有益である。
【００４９】
好都合なことに、ポンプアセンブリ１００の各々のポンプは他のポンプと位相をずらせて運転される。例えば、三つのポンプを持つアセンブリにおいては、各々のポンプが三位相の供給源（図示せず）の一つの位相で運転され、よって各々のポンプ１０２はどのポンプ１０２のどんな圧力変動をも円滑にする。加えてこの配置は、高信頼性システムにおいてしばしば要求される冗長性という効果がある。ポンプ１０２の内の一つ、あるいは電気的位相の内の一つの不具合は流れの全損失につながらない。
【００５０】
ポンプアセンブリ１００は同様に、各々のポンプ１０２の入口および出口を直列に相互接続して配置することができる。この場合、各々のポンプ１０２は送られる流体の圧力を徐々に上昇させる。
【００５１】
当然のことながら、上で説明された実施例は本発明から離れることなく様々な方法で修正を加えることができる。
【００５２】
例えば、ポンプおよびポンプアセンブリは様々な方法で機械加工および製造することができる。外部が円筒型ではない胴体に一つ以上のポンプを成型することができる。ポンプから延在するとともにポンプ管の間に延在する流体管を成型ボディに一体的に形成することができる。バルブはアクチュエータの軸方向の周りを１２０°間隔で配置される必要はなく、代わりにポンプを画定する一つ以上の軸方向のボディに沿って配置することができる。
【００５３】
ポンピングチャンバーを二つだけ有する例示的なポンプでも上で説明された利点を多数提供する。例えば、一つのアクチュエータで運転され、二つの同調するチャンバーのみを有するポンプ（チャンバー７２ａ、７２ｂなど）は比較的に少ない可動部がアクチュエータのサイクルごとに単一のポンプ行程を有する、均衡の取れたポンプを提供する。同様に単一のアクチュエータによって運転される二つのチャンバーを有するポンプは、各々のポンピングチャンバーの位相がもう一つのチャンバーと１８０°ずらされ、比較的円滑なポンプ作用を提供する。当然三つ以上のチャンバーを有するポンプも同様に形成することができる。
【００５４】
当然本発明の実施例におけるポンプは様々な配置、任意の形状で形成されうる。例えば、ポンプアセンブリ、ハウジングおよびアクチュエータは円筒型でなくてもよい。同様に、ポンピングチャンバーは磁歪要素によって直接画定されなくてもよい。代わりに、アクチュエータはポンピングチャンバーと多くの既知のいかなる方法で機械的に連結されてもよい。例えば、ポンピングチャンバーは磁歪アクチュエータで運転されるふいご状のもので形成されてもよい。
【００５５】
ここに参照される全ての文献は、全ての目的においてここに参照として援用される。
【００５６】
当然、上述した実施例は一例に過ぎず、また少しも限定しないことを意図する。本発明を実施するための説明された実施例は、形態、部品の配置、詳細および運転の順序において多数修正の余地がある。請求の範囲で画定されるように、本発明はむしろ本発明の範囲内におけるこのような全ての修正を包括することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の典型的な実施例におけるポンプの斜視図である。
【図２】図１におけるポンプのポンプボディの斜視図である。
【図３】図２におけるポンプボディの分解図である。
【図４Ａ】図１におけるポンプの構成部のＩＶａ−ＩＶａ線に沿った断面図である。
【図４Ｂ】図１におけるポンプの別の構成部のＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿った断面図である。
【図５Ａ】図２におけるポンプボディのＶａ−Ｖａ線に沿った断面の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａの側面図である。
【図６Ａ】図２におけるポンプボディの断面の斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａの平面図である。
【図７Ａ】図２におけるポンプボディの一部分の拡大断面図である。
【図７Ｂ】図２におけるポンプボディの一部分の拡大断面図である。
【図８】運転時における図１のポンプを図解した概略図である。
【図９】運転時における図１のポンプを図解した概略図である。
【図１０】本発明の別の実施例における典型的なマルチポンピングアセンブリの説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年1月7日(2004.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
その他の種類のポンプは、例として米国特許第５，６４１，２７０号およびドイツ特許公報ＤＥ４０３２５５５Ａ１号、ＤＥ１９５３６４９１Ａ１に開示されているように、磁歪材料でできたアクチュエータを用いる。以下においてわかるように、磁歪材料は磁場の存在下で体積が変動する。数々の磁歪材料が知られている。たとえば、欧州特許出願第９２３００９２８０号ではそのような材料が多数開示されている。市販の磁歪材料は、商標テルフェノールＤに関連してアイオワ州エームズのエトリーマ社より販売されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティを画定するハウジング（２０）と、
前記ハウジング内に設けられたアクチュエータ（３２）と、を有するポンプ（１０）において、
前記アクチュエータは、磁歪材料で形成され、前記ポンプは、前記ハウジング内でかつ前記アクチュエータの長手方向の範囲の反対側の端部にそれぞれ設けられているとともに、前記アクチュエータと機械的に連結されて、前記アクチュエータの長さが伸びると圧縮される第一および第二のポンピングチャンバー（７２ａ，７２ｂ）をさらに有することを特徴とするポンプ。
【請求項２】
各々の前記第一および第二のポンピングチャンバー（７２ａ，７２ｂ）の流体が前記アクチュエータ（３２）の長手方向の伸長によって押しのけられることを特徴とする、請求項１記載のポンプ。
【請求項３】
前記第一および第二のポンピングチャンバー（７２ａ，７２ｂ）は前記アクチュエータ（３２）の反対側の端部によってそれぞれ駆動されることを特徴とする、請求項１記載のポンプ。
【請求項４】
前記第一および第二のポンピングチャンバー（７２ａ，７２ｂ）は互いに対して流体的に並列に設けられていることを特徴とする、請求項１記載のポンプ。
【請求項５】
前記アクチュエータ（３２）の長さに沿って軸方向に延びる第三のチャンバー（７４）をさらに有し、該第三のチャンバー内の流体が前記アクチュエータの半径方向の膨張によって押しのけられることを特徴とする、請求項１記載のポンプ。
【請求項６】
前記第一、第二および第三のポンピングチャンバー（７２ａ，７２ｂ，７４）は、互いに対して流体的に並列に設けられていることを特徴とする、請求項５記載のポンプ。
【請求項７】
前記第一、第二および第三のポンピングチャンバーの入口が、流体的に連結されていることを特徴とする、請求項５記載のポンプ。
【請求項８】
前記第一、第二、および第三のポンピングチャンバーの出口が、流体的に連結されていることを特徴とする、請求項５記載のポンプ。
【請求項９】
前記アクチュエータ（３２）の反対側の端部は、反対方向に等しく加速するように前記ハウジング（２０）内に設けられていることを特徴とする、請求項１記載のポンプ。
【請求項１０】
前記第一および第二のポンピングチャンバー（７２ａ，７２ｂ）は、前記アクチュエータ（３２）の反対側の端部によってそれぞれ部分的に画定されていることを特徴とする、請求項１記載のポンプ。
【請求項１１】
前記アクチュエータ（３２）は、円筒型であることを特徴とする、請求項１記載のポンプ。
【請求項１２】
請求項１に記載のポンプ（１０）を複数備えるポンピングアセンブリであって、前記複数のポンプの入口および出口が互いに並列に設けられていることを特徴とするポンピングアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１に記載のポンプ（１０）を複数備えるポンピングアセンブリであって、前記複数のポンプの入口および出口が直列に相互接続されていることを特徴とする、ポンピングアセンブリ。
【国際調査報告】
2005515351.tif 000017
2005515351.tif 000018
2005515351.tif 000019