(57)【要約】【課題】小型化、低コスト化、部品点数の削減等を実現しつつ、同時に、流体を高精度、且つ、高速で送り出すことができる簡易構造の磁歪ポンプを提供する。【解決手段】磁歪ポンプ１０は、略筒状のケーシング１２と、このケーシング１２の内側空間１２Ａ内に配設された略棒状の超磁歪部材１４と、この超磁歪部材１４に所定の磁界を印加し、超磁歪部材１４の径方向の寸法を変化させる第１〜第４電磁コイル１６Ａ〜１６Ｄと、を有して構成されている。そして、超磁歪部材１４の径方向に変化する部位を超磁歪部材１４の一方側１４Ｂから他方側１４Ａへ移動させることによって、径方向の変化に伴って形成される径方向の隙間を介して内側空間１２Ａの一方側から他方側へ流体を送り出すようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略筒状のケーシングと、該ケーシングの内側空間内に配設された略棒状の磁歪部材と、該磁歪部材に所定の磁界を印加し、該磁歪部材の径方向の寸法を変化させる電磁コイルと、を有してなり、前記磁歪部材の径方向に変化する部位を該磁歪部材の一方側から他方側へ移動させることによって、前記径方向の変化に伴って形成される径方向の隙間を介して前記内側空間の一方側から他方側へ流体を送り出すようにしたことを特徴とする磁歪ポンプ。
【請求項２】
請求項１において、
前記磁歪部材の外周部に、軸方向に沿って少なくとも３つの前記電磁コイルを並べて配設したことを特徴とする磁歪ポンプ。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記磁歪部材は前記ケーシングと同軸的に配置された筒状部材からなり、且つ、前記磁歪部材の内側空間内を貫通するように柱状の軟磁性部材を配設したことを特徴とする磁歪ポンプ。
【請求項４】
請求項１において、
１つの前記ケーシングに、前記磁歪部材及び前記電磁コイルを複数組配設したことを特徴とする磁歪ポンプ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記ケーシングと前記磁歪部材の熱膨張係数を略同一としたことを特徴とする磁歪ポンプ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記磁歪部材における前記電磁コイルの磁界方向に予荷重を印加可能としたことを特徴とする磁歪ポンプ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする磁歪ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪素子を動力源とした磁歪ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１１に示されるような磁歪素子を動力源とした磁歪ポンプが種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この従来公知の磁歪ポンプ１は、ケーシング２を備えている。このケーシング２の上部には、流入口２Ａ及び流出口２Ｂが形成されており、これら流入口２Ａ及び流出口２Ｂは、それぞれ逆止弁３Ａ、３Ｂを介してケーシング２内の空間に連通している。又、ケーシング２内には、ダイヤフラム４と、このダイヤフラム４に接触して配設されたレバー５と、このレバー５を上下に駆動する磁歪素子６及びコイル７が収容されている。
【０００４】
この磁歪ポンプ１では、磁歪素子６の伸縮によって、レバー５を介しダイヤフラム４の中央近傍を上下動させる。そして、このダイヤフラム４の上下動によって、流入口２Ａから流体を流入し、流出口２Ｂから流体を送出するようになっている。
【０００５】
【特許文献１】特開平３−２２２８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この従来公知の磁歪ポンプ１では、逆止弁３Ａ、３Ｂ、ダイヤフラム４、レバー５等の部材が必要で、部品点数が多く、コスト高になってしまう上に、これらの設置スペースと必要とするため、装置が大型化しやすいといった問題点があった。
【０００７】
又、その構造上、磁歪素子３の変位をダイヤフラム４の変位に変換する必要があるため、微小な流量の調整が困難で、応答速度の向上にも限界があった。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、小型化、低コスト化、部品点数の削減等を実現しつつ、同時に、流体を高精度、且つ、高速で送り出すことができる簡易構造の磁歪ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発明者は、研究の結果、流体を高精度、且つ、高速で送り出すことができる簡易構造の磁歪ポンプを見出した。
【００１０】
即ち、次のような本発明により、上記目的を達成することができる。
【００１１】
（１）略筒状のケーシングと、該ケーシングの内側空間内に配設された略棒状の磁歪部材と、該磁歪部材に所定の磁界を印加し、該磁歪部材の径方向の寸法を変化させる電磁コイルと、を有してなり、前記磁歪部材の径方向に変化する部位を該磁歪部材の一方側から他方側へ移動させることによって、前記径方向の変化に伴って形成される径方向の隙間を介して前記内側空間の一方側から他方側へ流体を送り出すようにしたことを特徴とする磁歪ポンプ。
【００１２】
（２）前記磁歪部材の外周部に、軸方向に沿って少なくとも３つの前記電磁コイルを並べて配設したことを特徴とする前記（１）記載の磁歪ポンプ。
【００１３】
（３）前記磁歪部材は前記ケーシングと同軸的に配置された筒状部材からなり、且つ、前記磁歪部材の内側空間内を貫通するように柱状の軟磁性部材を配設したことを特徴とする前記（１）又は（２）記載の磁歪ポンプ。
【００１４】
（４）１つの前記ケーシングに、前記磁歪部材及び前記電磁コイルを複数組配設したことを特徴とする前記（１）記載の磁歪ポンプ。
【００１５】
（５）前記ケーシングと前記磁歪部材の熱膨張係数を略同一としたことを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の磁歪ポンプ。
【００１６】
（６）前記磁歪部材における前記電磁コイルの磁界方向に予荷重を印加可能としたことを特徴とする前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の磁歪ポンプ。
【００１７】
（７）前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の磁歪ポンプ。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る簡易構造の磁歪ポンプは、小型化、低コスト化、部品点数の削減等を実現しつつ、同時に、流体を高精度、且つ、高速で送り出すことができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、略筒状のケーシングと、該ケーシングの内側空間内に配設された略棒状の磁歪部材と、該磁歪部材に所定の磁界を印加し、該磁歪部材の径方向の寸法を変化させる電磁コイルと、を有してなり、前記磁歪部材の径方向に変化する部位を該磁歪部材の一方側から他方側へ移動させることによって、前記径方向の変化に伴って形成される径方向の隙間を介して前記内側空間の一方側から他方側へ流体を送り出すようにした磁歪ポンプによって、小型化、低コスト化、部品点数の削減等を実現しつつ、同時に、流体を高精度、且つ、高速で送り出すことを可能としたものである。
【００２０】
以下、本発明に係る実施例１〜３を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１及び図２に示されるように、本発明に係る実施例１に係る磁歪ポンプ１０は、略円筒形状のケーシング１２を備え、このケーシング１２の内側空間１２Ａ内には、ケーシング１２と同軸的に配設された円柱形状の超磁歪部材１４が収容されている。なお、この例では、ケーシング１２と超磁歪部材１４の熱膨張係数は略同一とされている。
【００２２】
又、ケーシング１２の外周には、超磁歪部材１４の軸方向に沿って、４つの第１〜第４電磁コイル１６Ａ〜１６Ｄが並べて配設されている。更に、ケーシング１２の一端側１２Ｂのフランジ部近傍、及び他端側１２Ｃのフランジ部には、それぞれ円板形状のパンチングメタル１８Ａ、１８Ｂが取り付けられている。
【００２３】
超磁歪部材１４の一端１４Ａとパンチングメタル１８Ａとの間には、皿バネ２０Ａが配設されている。一方、超磁歪部材１４の他端１４Ｂとパンチングメタル１８Ｂとの間には、パンチングメタル１８Ｃ及び皿バネ２０Ｂが、内側空間１２Ａ内を軸方向に摺動可能に配設されている。又、これらパンチングメタル１８Ｃ及び皿バネ２０Ｂは、パンチングメタル１８Ｂの中央部に取り付けられた加圧用ネジ２２によって軸方向に押されつつ、位置決めされている。
【００２４】
このように、超磁歪部材１４は、パンチングメタル１８Ａ、１８Ｃ及び皿バネ２０Ａ、２０Ｂ等の部材によって、内側空間１２Ａ内での軸方向の移動が規制されていると共に、超磁歪部材１４には、加圧用ネジ２２によって軸方向に所定の予荷重が印加されている。
【００２５】
なお、パンチングメタル１８Ａ〜１８Ｃには、それぞれオイルやガス等の流体を通すためのパンチング孔が形成されており、本実施例においては、流体がケーシング１２の内側空間１２Ａ内を図１中の左側（一方側）から右側（他方側）に送り出されるようになっている。
【００２６】
超磁歪部材１４は、超磁歪素子を材料として用いている。ここで、「超磁歪素子」とは、希土類元素および／または特定の遷移金属などを主成分（例えば、テルビウム、ジスプロシウム、鉄など）とする粉末焼結合金あるいは単結晶合金から作られた磁歪素子をいい、外部から磁界が印加されると大きな変位を生じる性質を有している。
【００２７】
又、この磁歪部材には、正の磁歪特性を有する正磁歪部材と、負の磁歪特性を有する負磁歪部材が存在する。正磁歪部材には、外部から磁界が印加されると磁界方向に伸長する性質があり、この磁界方向の伸長に伴って、正磁歪部材は磁界方向と直交する方向に縮小する。一方、負磁歪部材には、外部から磁界が印加されると磁界方向に縮小する性質があり、この磁界方向の縮小に伴って、負磁歪部材は、磁界方向と直交する方向に伸長する。
【００２８】
図３に、本実施例における超磁歪部材１４の磁歪特性を示す。なお、図における実線は、印加する磁界の大きさと、磁界方向の変位との関係を示したものであり、図における破線は、印加する磁界の大きさと、磁界方向と直交する方向の変位との関係を示したものである。
【００２９】
このように、本実施例においては、超磁歪部材１４として正超磁歪部材を用いており、その組成はＴｂ０．３４Ｄｙ０．６６Ｆｅ１．８８である。なお、本発明に係る超磁歪部材は正磁歪部材に限定されるものではなく、負磁歪部材も適用可能であることは言うまでもない。
【００３０】
第１〜第４電磁コイル１６Ａ〜１６Ｄは、この超磁歪部材１４に軸方向の磁界を印加可能であり、この磁界を変化させることによって、超磁歪部材１４を軸方向（磁界方向）に伸長させると共に、径方向（磁界方向と直交する方向）に縮小させる。
【００３１】
次に、図４及び図５を用いて、実施例１に係る磁歪ポンプ１０の作用について説明する。
【００３２】
まず、磁歪ポンプ１０では、図４（Ａ）に示されるように、超磁歪部材１４を径方向に伸長した状態（軸方向に縮小した状態）でケーシング１２の内側空間１２Ａ内に押し込み、収容しておく。そして、図５に示されるようなタイミングで、第１〜第４電磁コイル１６Ａ〜１６Ｄを制御し、超磁歪部材１４に印加するパルス磁界のＯＮ／ＯＦＦを行う。
【００３３】
具体的には、１ｍ秒後に第１〜第３電磁コイル１６Ａ〜１６Ｃによるパルス磁界をＯＮにし、これら第１〜第３電磁コイル１６Ａ〜１６Ｃにより超磁歪部材１４に軸方向の磁界を印加する。その結果、図４（Ｂ）に示されるように、第１〜第３電磁コイル１６Ａ〜１６Ｃ近傍に位置する超磁歪部材１４の一部が、軸方向に伸長すると共に径方向に縮小するため、ケーシング１２と超磁歪部材１４の間に径方向の隙間Ｓ１が形成される。従って、ケーシング１２の内側空間１２Ａの一方側（図４中の左側）から供給された流体は、径方向の隙間Ｓ１に流入する。
【００３４】
次に、２ｍ秒後に第１電磁コイル１６Ａによるパルス磁界をＯＦＦにする。その結果、図４（Ｃ）に示されるように、第１電磁コイル１６Ａ近傍に位置する超磁歪部材１４の一部が初期の形状に復帰し、超磁歪部材１４の径方向に変化する部位が軸方向に移動するため、流体が径方向の隙間Ｓ２内に移動する。
【００３５】
更に、３ｍ秒後に第２、第３電磁コイル１６Ｂ、１６Ｃによるパルス磁界をＯＦＦにし、第４電磁コイル１６Ｄによるパルス磁界のみをＯＮにする。その結果、図４（Ｄ）に示されるように、超磁歪部材１４の径方向に変化する部位が第４電磁コイル１６Ｄ近傍に移動し、流体が隙間Ｓ２から隙間Ｓ３へ移動する。
【００３６】
最後に、４ｍ秒後に第１〜第４電磁コイル１６Ａ〜１６Ｄによるパルス磁界を全てＯＦＦにし、図４（Ｅ）に示されるように、超磁歪部材１４を初期の形状に復帰させ、流体を内側空間１２Ａの他方側（図４中の右側）へ送り出す。
【００３７】
このように、この例では、磁歪ポンプ１０は上記図４（Ａ）〜（Ｄ）の１サイクルを４ｍ秒毎に繰り返し、流体を内側空間１２Ａの一方側から他方側へ送り出すようになっている。
【００３８】
更に、本発明の発明者は、第１〜第４電磁コイル１６Ａ〜１６Ｄによって印加するパルス磁界の大きさと、磁歪ポンプ１０によって送出可能な流体の流量の関係についてデータを採集した。なお、本実験においては、超磁歪部材１４として直径２０ｍｍ、長さ１００ｍｍの円柱形状の部材を適用し、又、第１〜第４電磁コイル１６Ａ〜１６Ｄは、線種ＡＩＷ（ポリアミドイミド銅線）、直径０．３５ｍｍ、長さ１５ｍｍ、巻数３３０ターンとした。更に、第１〜第４電磁コイル１６Ａ〜１６Ｄへの供給電流は３Ａとし、１サイクル４ｍｓ（２５０Ｈｚ）でパルス磁界を印加した。
【００３９】
その結果、図６に示されるように、データを採集した磁界０〜８０（ｋＡ／ｍ）の全範囲において、第１〜第４電磁コイル１６Ａ〜１６Ｄによって印加するパルス磁界の大きさと、流体の流量はリニアな関係を示すことが見出された。換言すれば、第１〜第４電磁コイル１６Ａ〜１６Ｄによるパルス磁界の大きさを変化させる事によって、内側空間１２Ａの一方側から他方側へ送り出す流体の流量を高い精度で調整することができる。又、本実験によれば、磁歪ポンプ１０は、１サイクル４ｍ秒（２５０Ｈｚ）という短い時間で超磁歪部材１４の径方向に変化する部位を移動させることができ、流体を極めて高速に送り出すことができることが分かる。
【００４０】
本発明の実施例１に係る磁歪ポンプ１０によれば、略筒状のケーシング１２と、このケーシング１２の内側空間１２Ａ内に配設された略棒状の超磁歪部材１４と、この超磁歪部材１４に所定の磁界を印加し、超磁歪部材１４の径方向の寸法を変化させる第１〜第４電磁コイル１６Ａ〜１６Ｄと、を有してなり、超磁歪部材１４の径方向に変化する部位を超磁歪部材１４の一方側１４Ｂから他方側１４Ａへ移動させることによって、径方向の変化に伴って形成される径方向の隙間を介して内側空間１２Ａの一方側から他方側へ流体を送り出すようにしたため、流体を高精度、且つ、高速で送出することができる上に、小型化、低コスト化、部品点数の削減が可能である。
【００４１】
又、ケーシング１２と超磁歪部材１４の熱膨張係数を略同一としたため、温度変化に伴う部材の変形によって流体の流量に誤差が生じるのを未然に防止することができる。
【００４２】
更に、加圧用ネジ２２によって、超磁歪部材１４における第１〜第４電磁コイル１６Ａ〜１６Ｄの磁界方向に予荷重を印加可能としているため、超磁歪部材１４の変位量を増大させることができ、送り出す流量を増大させることができる。
【実施例２】
【００４３】
次に、本発明の実施例２に係る磁歪ポンプ３０について説明する。
【００４４】
図７に示されるように、本発明の実施例２に係る磁歪ポンプ３０は、実施例１に係る磁歪ポンプ１０における円柱形状の超磁歪部材１４に代えて、ケーシング１２と同軸的に配設された円筒形状の超磁歪部材３２と、この超磁歪部材３２の内側空間内を貫通するように配置された円柱形状の磁気ヨーク３４を備えている。又、これらの超磁歪部材３２及び磁気ヨーク３４は、その軸方向両端に配置されたパンチングメタル３６Ａ、３６Ｂによって軸方向への移動が規制されている。なお、他の構造は実施例１に係る磁歪ポンプ１０と同様であるため、その説明は省略する。
【００４５】
この磁歪ポンプ３０では、図８（Ａ）〜（Ｅ）に示されるように、４つの第１〜第４電磁コイル１６Ａ〜１６Ｄにより超磁歪部材３２の径方向の寸法を変化させることによって、超磁歪部材３２の内周面３２Ａと磁気ヨーク３４の外周面３４Ａとの間に径方向の隙間を形成する。そして、超磁歪部材３２の径方向に変化する部位を超磁歪部材３２の一方側３２Ｂから他方側３２Ｃへ移動させることによって、径方向の変化に伴って形成される径方向の隙間Ｓ４〜Ｓ６を介して内側空間１２Ａの一方側から他方側へ流体を送り出す。
【００４６】
実施例２に係る磁歪ポンプ３０によれば、実施例１に係る磁歪ポンプ１０と同様の効果を得ることができる上に、磁気ヨーク３４によって第１〜第４電磁コイル１６Ａ〜１６Ｄの磁界を超磁歪部材に効率的に導くことができ、より一層、流量調整の精度や応答速度を高めることができる。
【実施例３】
【００４７】
次に、本発明の実施例３に係る磁歪ポンプ４０について説明する。
【００４８】
図９に示されるように、本発明の実施例３に係る磁歪ポンプ４０は、実施例１に係る磁歪ポンプ１０における超磁歪部材１４に代えて、４つの柱状の超磁歪部材４２Ａ〜４２Ｄと、これらの超磁歪部材４２Ａ〜４２Ｄを軸方向に連結するように配設された円板状の３つの磁気ヨーク４４Ａ〜４４Ｃを備えており、１つのケーシング１２に、超磁歪部材４２Ａ〜４２Ｄ及び第１〜第４電磁コイル１６Ａ〜１６Ｄを４組（複数組）配設した構造となっている。なお、他の構造は実施例１に係る磁歪ポンプ１０と同様であるため、その説明は省略する。
【００４９】
この磁歪ポンプ４０では、図１０（Ａ）〜（Ｅ）に示されるように、４つの第１〜第４電磁コイル１６Ａ〜１６Ｄにより、それぞれの内周側に配設された超磁歪部材４２Ａ〜４２Ｄの径方向の寸法を変化させることによって、ケーシング１２の内周面と超磁歪部材４２Ａ〜４２Ｄの外周面との間に径方向の隙間を形成する。そして、各超磁歪部材４２Ａ〜４２Ｄの径方向に変化する部位を超磁歪部材４２Ａ〜４２Ｄの一方側から他方側へ移動させることによって、径方向の変化に伴って形成される径方向の隙間Ｓ７〜Ｓ９を介して内側空間１２Ａの一方側から他方側へ流体を送り出す。
【００５０】
実施例３に係る磁歪ポンプ４０によっても、実施例１に係る磁歪ポンプ１０と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
なお、本発明に係る磁歪ポンプは、上記実施例１〜３に係る磁歪式ポンプ１０、３０、４０の構造や形状等に限定されるものではなく、例えば、電磁コイルの数は４つに限定されるものではなく、又、電磁コイルの制御方法も上述の方法に限定されない。更に、実施例１における超磁歪部材１４は角柱形状等であってもよく、又、実施例２における超磁歪部材３２は角筒形状等であってもよい。
【００５２】
更に又、送り出す流体の流量をそれ程大きくする必要が無い場合には、超磁歪部材の代わりに、磁歪素子からなる磁歪部材を適用してもよい。
【００５３】
即ち、略筒状のケーシングと、該ケーシングの内側空間内に配設された略棒状の磁歪部材と、該磁歪部材に所定の磁界を印加し、該磁歪部材の径方向の寸法を変化させる電磁コイルと、を有してなり、前記磁歪部材の径方向に変化する部位を該磁歪部材の一方側から他方側へ移動させることによって、前記径方向の変化に伴って形成される径方向の隙間を介して前記内側空間の一方側から他方側へ流体を送り出すようにした磁歪ポンプであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例１に係る磁歪ポンプを示した概略側断面図
【図２】図１におけるII−II線に沿った断面図
【図３】図１における超磁歪部材に印加する磁界の大きさと、超磁歪部材の変位との関係を示したグラフ
【図４】図１における磁歪ポンプの作用を示した概略側断面図
【図５】図１における第１〜第４電磁コイルの制御例を示したタイミングチャート
【図６】図１における超磁歪部材に印加するパルス磁界の大きさと、流体の流量との関係を示したグラフ
【図７】本発明の実施例２に係る磁歪ポンプを示す概略側断面図
【図８】図７における磁歪ポンプの作用を示した概略側断面図
【図９】本発明の実施例３に係る磁歪ポンプを示す概略側断面図
【図１０】図９における磁歪ポンプの作用を示した概略側断面図
【図１１】従来の磁歪ポンプを示す概略側断面図
【符号の説明】
【００５５】
Ｓ１〜Ｓ９…隙間
１、１０、３０、４０…磁歪ポンプ
２…ケーシング
２Ａ…流入口
２Ｂ…流出口
３Ａ、３Ｂ…逆止弁
４…ダイヤフラム
５…レバー
６…磁歪素子
７…コイル
１０…磁歪ポンプ
１２…ケーシング
１２Ａ…内側空間
１４、３２、４２Ａ〜４２Ｄ…超磁歪部材
１６Ａ〜１６Ｄ…第１〜第４電磁コイル
１８Ａ〜１８Ｃ、３６Ａ、３６Ｂ…パンチングメタル
２０Ａ、２０Ｂ…皿バネ
２２…加圧用ネジ
３４、４４Ａ〜４４Ｃ…磁気ヨーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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