JP4085631B2 - 複合型ポンプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧電素子等のアクチュエータによりピストンあるいはダイヤフラムなどの可動壁を振動させることでポンプ室内の容積を変更し、吸入動作及び吐出動作を行なう複合型ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一回のポンピングで吐出可能な量がポンプの排除体積量（可動壁の変位に伴い排除される体積量）で決まる、ダイヤフラムポンプに代表されるような可動壁を駆動する往復動ポンプは、吸入流量を増やし、吐出した流体体積をより短い時間で吸入させることで、ポンプの吸入吐出サイクル周波数を高くでき、高出力化を図ることが出来る。
【０００３】
一方、吸入流量は、ポンプの吸入口側に配置した流体抵抗要素（弁、流体ダイオード、ディフューザー等）より上流と下流との圧力差に比例するが、流体抵抗要素より下流側のポンプ内部圧力は、キャビテーションの発生等があり絶対圧で０気圧以下に低下させるのは難しいため、吸入流量を増やすためには、流体抵抗要素より上流側を高圧にすることが、一般的に考えられてきた。そして、従来は、流体抵抗要素より上流側の圧力を上昇させるため、上流側の流路全体に高圧を加えていた。
また、日本機械学会論文集（Ｃ編）５９巻５６４号２１３ページの「圧電素子を動力源とする油圧式アクチュエータに関する研究」（先願技術と称する）には、ポンプの吸入部に共振管路を接続し、この共振管路内で大振幅の圧力波を発生させることで、吸入部に配置した流体抵抗要素より上流の圧力を上昇させて吸入流量を増大し、ポンプの高出力化を図ることが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の上流側の流路全体に高圧を加える方法は、圧力発生器が必要になるため、また、上流側流路全体が高圧に耐えるように設計する必要があるため、ポンプが大型化するという課題がある。
また、上述した先願技術は、流体抵抗要素より上流の圧力を上昇させるために、共振管路の材質や管路長を変えて目標とするポンプの駆動周波数に最適な共振周波数が発生するようにしており、一旦共振管路を接続した後は、ポンプの駆動周波数を自由に変更することができないという課題がある。また、管路長が長くなるためポンプの小型化が図れないという課題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型化を図るとともに、ポンプ吸入口に配置した流体抵抗要素の上流と下流の圧力差を増大させることで吸入流量を増大させて高出力化を図ることができ、しかも、ポンプ駆動周波数も自由に変更することができる複合型ポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１請求項に記載の発明は、ピストン或いはダイヤフラム等の可動壁を往復動作させる駆動部と、前記可動壁の往復動作により容積が変更可能となるポンプ室と、このポンプ室へ動作流体が流入するポンプ吸入口と、前記ポンプ室から動作流体が流出するポンプ吐出口と、前記ポンプ吸入口に設けた流体抵抗要素とを備えたポンプを、少なくとも３以上配置してなる複合型ポンプであって、一つの吸入流路を有し、この吸入流路に動作流体を外部から流入させる外部流入口を接続し、各ポンプのポンプ吸入口を、前記吸入流路内の互いに離れた位置で前記外部流入口を囲む位置に接続し、各ポンプの駆動部を、一定の方向に順番に位相差を付けて駆動させ、各ポンプのポンプ吸入口を、各ポンプの駆動部を駆動させる一定の駆動方向に対して逆側に向かう方向に向かって斜めに形成しており、それらポンプ吸入口の複合ポンプ室側で開口している開口部が、吸入流路側で開口している開口部よりも、前記逆側に向かう方向の前方に位置している複合型ポンプである。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の複合型ポンプにおいて、前記各ポンプのポンプ吸入口が前記吸入流路に接続している位置は、前記外部流入口が接続している位置を中心として略等距離の位置とした。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の複合型ポンプにおいて、前記各ポンプのポンプ吸入口が前記吸入流路に接続している位置は、前記外部流入口が接続している位置を中心とした所定半径の円周上で略等間隔の位置とした。
【０００８】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の複合型ポンプにおいて、前記吸入流路の略中央位置に前記外部流入口を接続するとともに、前記各ポンプのポンプ吸入口が前記吸入流路に接続している位置は、前記外部流入口から離れた前記吸入流路の縁部とした。
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の複合型ポンプにおいて、前記吸入流路を略円盤形状の空間として形成した。
【０００９】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の複合型ポンプにおいて、前記吸入流路の内部の互いに対向する一対の対向壁の一方に前記外部流入口を接続し、前記一対の対向壁の他方に前記各ポンプのポンプ吸入口を接続した。
また、請求項７記載の発明は、請求項５記載の複合型ポンプにおいて、前記吸入流路の内部の互いに対向する一対の対向壁の一方に前記外部流入口を接続し、前記一対の対向壁の間に設けた周壁に前記各ポンプのポンプ吸入口を接続した。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。
先ず、図１は、圧電素子を駆動源とした一般的なポンプ２の構造を縦断面で示すものであり、円筒形状のケース４内の底部に圧電素子６を配置し、圧電素子６の上部に積層した状態で円形のダイヤフラム８を配置している。ダイヤフラム８は、外周縁がケース４の内壁に固定支持されて弾性変形自在となっている。
【００１２】
ダイヤフラム８とケース４の上壁との間の狭い空間がポンプ室１０であり、このポンプ室１０に向けて、吸入側逆止弁１２を設けたポンプ吸入口１４と、吐出側逆止弁１６を設けたポンプ吐出口１８とが開口している。ここで、吸入側逆止弁１２が、本発明の流体抵抗要素に相当する。
このポンプ２の動作は、圧電素子６に交流電圧が供給されることによってダイヤフラム８が振動し、図１においてダイヤフラム８が下方に変位すると、ポンプ室１０内圧力が吸入側逆止弁１２より上流の圧力より低くなるので、吐出側逆止弁１６が閉止状態、吸入側逆止弁１２が開放状態の吸入行程となって動作流体がポンプ吸入口１４からポンプ室１０内に流入する。図１においてダイヤフラム８が上方に変位すると、ポンプ室１０内圧力が吐出側逆止弁１６より下流の圧力より高くなるので、吸入側逆止弁１２が閉止状態、吐出側逆止弁１６が開放状態の吐出行程となってポンプ室１０内の動作流体がポンプ吐出口１８から流出する。
【００１３】
次に、図２から図４に示すものは、図１のポンプ２を基本構成とした３つのポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを使用した本発明に係る参考例１の複合型ポンプ２０を示すものである。図２は、本参考例の複合型ポンプ２０を平面視で模式的に示した図であり、図３は、図２の複合型ポンプ２０をIII−III矢視の断面で示した図である。ここで、図２の白抜きの丸（○印）が本参考例のポンプ吸入口を示し、黒丸（●印）が本参考例のポンプ吐出口を示している。
【００１４】
本参考例の複合型ポンプ２０は、底中央から壁２２ａが立ち上がることで画成されているケース２２内の空間の底部に、平面視で所定の円周上で等間隔となるように３つの圧電素子６ａ，６ｂ，６ｃ（圧電素子６ｃは図示せず）が配置され、各圧電素子６ａ，６ｂ，６ｃの上部に円形のダイヤフラム８ａ，８ｂ，８ｃが配置されている。
各ダイヤフラム８ａ，８ｂ，８ｃは、外周縁がケース２２の内壁に固定され、内周円が円筒壁２２ａに支持されて弾性変形自在となっている。各圧電素子６ａ，６ｂ，６ｃには、所定のタイミングで交流電圧を供給する駆動制御部３０が接続されている。
【００１５】
各ダイヤフラム８ａ，８ｂ，８ｃとケース２２の上壁とで囲まれたそれぞれの空間が、本参考例のポンプ室２８ａ，２８ｂ，２８ｃである。そして、本参考例の第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、円弧状に配置されている。
また、ケース２２内に、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各ポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び各ポンプ吐出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃが、ダイヤフラム８ａ，８ｂ，８ｃに直交する方向に延在しながら各ポンプ室２８ａ，２８ｂ，２８ｃに向けて開口している。
【００１６】
各ポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃの各ポンプ室２８ａ，２８ｂ，２８ｃ側の開口部には、それぞれ吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃ（吸入側逆止弁１２ｃは図示せず）が設けられ、各ポンプ吐出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃの各ポンプ室２８ａ，２８ｂ，２８ｃ側の開口部にも、吐出側逆止弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃ（吐出側逆止弁１６ｃは図示せず）が設けられている。
ケース２２内に設けた一つの吸入流路２４には、外部から動作流体を流入させる外部流入口２６が設けられている。そして、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃのポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、互いに離れた位置で外部流入口２６を囲む位置、即ち、外部流入口を含む直線を引いて吸入流路を２つの領域に分割した時には、そのどちらの領域にも、少なくとも１つのポンプ吸入口が存在している関係の位置で、吸入流路２４に連通している。 図２に示すように、本実施例では、前記吸入流路２４は、平面視において円形状の内周壁２４ａを設けた略円盤形状の空間であり、この吸入流路２４の中心に、外部流入口２６が設けられている。
【００１７】
ここで、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃのポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、外部流入口２６の中心位置からほぼ等しい距離で前記内周壁２４ａの近傍に設けられている。また、ポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃ同士は、外部流入口２６を中心として約１２０°の角度をあけて配置することで円周方向にほぼ等距離に設けられている。
次に、本参考例の複合型ポンプ２０の制御及び吸入流路２４内に存在する動作流体の動きについて図２、図４、図５、図６を参照して説明する。
【００１８】
複合型ポンプ２０の駆動を停止している状態を初期状態とし、この初期状態から駆動制御部３０は、１２０度の位相差をつけた制御タイミングで、圧電素子６ａ，６ｂ，６ｃの順で交流電圧の供給を開始し、その結果、第１ポンプ２Ａ、次に第２ポンプ２Ｂ、次に第３ポンプ２Ｃの駆動が始まる（図２において右回りのポンプの駆動順番）。
初期状態から、第１ポンプ２Ａが吸入行程を開始すると、図４に示すように、吸入流路２４内では、第２ポンプ２Ｂ、第３ポンプ２Ｃのポンプ吸入口１４ｂ，１４ｃ側、及び、外部吸入口２６側の動作流体がポンプ吸入口１４ａに流入する。
【００１９】
次に、第１ポンプ２Ａから１２０度の位相差がついて第２ポンプ２Ｂの吸入行程が開始すると、まだ第１ポンプ２Ａのポンプ吸入口１４ａへの動作流体の流れが残っているため、その慣性により、第１ポンプ２Ａのポンプ吸入口１４ａ側から第２ポンプ２Ｂのポンプ吸入口１４ｂへの動作流体が流入しにくくなり、相対的に第３ポンプ２Ｃのポンプ吸入口１４ｃ側から第２ポンプ２Ｂのポンプ吸入口１４ｂへの動作流体の流れが強くなる。
【００２０】
次に、第２ポンプ２Ｂから１２０度の位相差がついて第３ポンプ２Ｃの吸入行程が開始すると、まだ第２ポンプ２Ｂのポンプ吸入口１４ｂへの動作流体の流れが残っているため、その慣性により、第２ポンプ２Ｂのポンプ吸入口１４ｂ側から第３ポンプ２Ｃのポンプ吸入口１４ｃへの動作流体が流入しにくくなり、相対的に第１ポンプ２Ａのポンプ吸入口１４ａ側から第３ポンプ２Ｃのポンプ吸入口１４ｃへの動作流体の流れが強くなる。
【００２１】
このようにして、吸入流路２４内の流れは方向性を持つようになり、更に第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの駆動を繰り返すと、図２で示す矢印のように、吸入流路２４内に左回りの旋回流が発生する。
この旋回流は、動作流体に加わる遠心力と釣り合うように、径方向の外方に向けて正の圧力勾配を持つ。したがって、本参考例のように吸入流路２４の中心に外部流入口２６を設け、それよりも大きな半径の領域に、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設けると、各吸入逆止弁の上流側圧力が上昇し、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上流と下流の圧力差が増大する。
【００２２】
したがって、本参考例の複合型ポンプ２０は、吸入流量が増加し、吸入吐出サイクル周波数を高くできるので、高出力化を実現することができる。
また、高出力化を図るために従来のポンプのような共振管路等の接続が不要となるので、小型化を図れると伴に、ポンプの駆動周波数を自由に変更できる複合型ポンプ２０とすることができる。
また、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃのポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃが外部流入口２６の中心位置から等しい距離で吸入流路２４に開口している本参考例の複合型ポンプ２０は、例えば、図７に示すように、ポンプ吸入口３２ａ，３２ｂ，３２ｃがそれぞれ外部流入口２６の中心位置から異なる距離で吸入流路２４に開口している複合型ポンプと比較して、より流速の早い旋回流が吸入流路２４内で生じ、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上流側圧力をさらに上昇させることができる。したがって、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上流と下流の圧力差をさらに増大させることができるので、複合型ポンプ２０のさらなる高出力化を図ることができる。
【００２３】
また、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃのポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃが外部流入口２６を中心として等しい角度（１２０°の角度）で位置して吸入流路２４に開口している本参考例の複合型ポンプ２０は、例えば、図８に示すように、ポンプ吸入口３２ａ，３２ｂ，３２ｃがそれぞれ外部流入口２６の中心から異なる角度で吸入流路２４に開口している複合型ポンプと比較して、より流速の早い旋回流が吸入流路２４内で生じ、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上流側圧力をさらに上昇させることができる。したがって、複合型ポンプ２０のさらなる高出力化を図ることができる。
【００２４】
また、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃのポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃが吸入流路２４の内周壁２４ａ近傍で開口している本参考例の複合型ポンプ２０は、例えば、図９に示すように、ポンプ吸入口３２ａ，３２ｂ，３２ｃがそれぞれ吸入流路２４の内周壁２４ａから離れて外部吸入口２６側に寄った位置で開口している複合型ポンプと比較して、旋回流が径方向の外方に向けて正の圧力勾配を持つため、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上流側圧力をさらに上昇させることができる。したがって、複合型ポンプ２０のさらなる高出力化を実現することができる。
【００２５】
さらに、吸入流路２４を平面視において円形空間とした本参考例の複合型ポンプ２０は、例えば、図１０に示すように、吸入流路３４を平面視において略三角形状の空間とした複合型ポンプと比較して、動作流体の旋回流れに対する流体抵抗が小さく、流速の早い旋回流れが発生しやすい。したがって、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上流側圧力をさらに上昇させることができるので、複合型ポンプ２０のさらなる高出力化を実現することができる。
【００２６】
次に、図１１及び図１２は、本発明に係る実施形態１の複合型ポンプの要部を示すものである。
本実施形態は、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各ポンプ吸入口３６ａ，３６ｂ，３６ｃが、ダイヤフラム８ａ，８ｂ，８ｃに直交する方向に延在せず、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃが駆動する順番の方向（以下、駆動順番方向と称する）に対して逆側に向かう方向に斜めに形成されており、各ポンプ吸入口３６ａ，３６ｂ，３６ｃの各ポンプ室２８ａ，２８ｂ，２８ｃ側の開口部４０が、吸入流路２４側の開口部３８より前記逆側に向かう方向の前方に位置している。
【００２７】
上記構成によると、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを順番に位相差をつけて駆動すると、図１１で示す矢印（駆動順番方向に対して逆側に向かう方向）の旋回流が吸入流路２４内で発生し、各ポンプの吸入行程では、旋回流の一部が吸入流路２４側の開口部３８に向かって流れるが、ポンプ吸入口をダイヤフラムと直交する方向に延在させた場合よりも、ポンプ吸入口への流入角度が小さく流体抵抗が少ないので、スムーズにポンプ吸入口３６ａ，３６ｂ，３６ｃを通過して各ポンプ室２８ａ，２８ｂ，２８ｃ側の開口部４０から各ポンプ室２８ａ，２８ｂ，２８ｃに順次流れ込むため、吸入流量が増加し、さらに複合型ポンプの高出力化を実現することができる。
【００２８】
また、図１３は、本発明に係る参考例２の複合型ポンプ５０を示すものである。なお、参考例１と同一構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
本参考例の複合型ポンプ５０は、円筒形状のケース５２の内周面５２ａに、周方向にほぼ等間隔となるように３つの圧電素子６ａ，６ｂ，６ｃ（圧電素子６ｃは図示せず）が配置され、各圧電素子６ａ，６ｂ，６ｃより内周側にダイヤフラム８ａ，８ｂ，８ｃ（ダイアフラム８ｃは図示せず）が配置されている。
【００２９】
各ダイヤフラム８ａ，８ｂ，８ｃとケース５２の内周部とで囲まれた空間が、本実施形態のポンプ室５４ａ，５４ｂ，５４ｃ（ポンプ室５４ｃは図示せず）である。また、ケース５２内に、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ（第３ポンプ２Ｃは図示せず）の各ポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃ（ポンプ吸入口１４ｃは図示せず）及び各ポンプ吐出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃ（ポンプ吐出口１８ｃは図示せず）が各ポンプ室５４ａ，５４ｂ，５４ｃに向けて開口している。
【００３０】
また、ケース５２内で、ダイヤフラム８ａ，８ｂ，８ｃと直交する方向に設けた平面視円形の一つの吸入流路５６には、外部から動作流体を流入させる外部流入口５８が設けられている。そして、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃのポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、互いに離れた位置で外部流入口５６を囲む位置で、この吸入流路５６の内周面５６ａと連通している。そして、本実施例では、この吸入流路５６の中心に、外部流入口５８が設けられている。 ここで、ポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、外部流入口５８を中心とした半径方向に延在するようにケース５２に設けられている。
【００３１】
上記構成の複合型ポンプ５０の第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを順番に駆動すると、吸入流路５６内に、ポンプの駆動順番に対して逆回りの旋回流が発生する。
この旋回流は、動作流体に加わる遠心力と釣り合うように、径方向の外方に向けて正の圧力勾配を持つので、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上流側圧力が上昇し、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上流と下流の圧力差が増大する。
【００３２】
したがって、本参考例の複合型ポンプ５０も、吸入流量が増加し、吸入吐出サイクル周波数を高くできるので、高出力化を実現することができるとともに、従来のポンプのような圧力発生器や共振管路等の接続が不要となるので、小型化が図れ、更に、ポンプの駆動周波数を自由に変更することができる。
さらに、図１４は、図１３で示した参考例２の変形例を示すものである。
本変形例は、吸入流路５６の内周面５６ａに設けた第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃのポンプ吸入口６０ａ，６０ｂ，６０ｃには、吸入流路５６側で開口する開口部６２と、各ポンプ室５４ａ，５４ｂ，５４ｃ側で開口する開口部６４が設けられているが、吸入流路５６側の開口部６２が、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの駆動順番方向に対して逆側に向かう方向の前方に位置し、各ポンプ室５４ａ，５４ｂ，５４ｃ側の開口部６４が、前記逆側に向かう方向の後方に設けられている。
【００３３】
上記構成によると、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを順番に位相差をつけて駆動すると、図１４で示す吸入流路５６内の矢印（駆動順番方向に対して逆側に向かう方向）の旋回流が吸入流路５６内で発生し、各ポンプの吸入行程では、旋回流の一部が吸入流路５６側の開口部６２に向かって流れるが、外部流入口を中心とした半径方向にポンプ吸入口を延在させた場合よりも、ポンプ吸入口への流入角度が小さく流体抵抗が少ないので、スムーズにポンプ吸入口６０ａ，６０ｂ，６０ｃを通過して各ポンプ室５４ａ，５４ｂ，５４ｃ側の開口部６４から各ポンプ室５４ａ，５４ｂ，５４ｃに順次流れ込むため、吸入流量が増加し、さらに複合型ポンプの高出力化を実現することができる。
【００３４】
なお、上述した各実施形態では、３つのポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを使用した複合型ポンプについて説明したが、本発明の要旨が３つのポンプを使用することに限定されるものではなく、４以上のポンプを使用しても、同様の作用効果を奏することができる。
また、本発明の要旨が逆止弁に限定されるものではなく、流体ダイオード、ディフューザー等の流体抵抗要素を使用しても、同様の効果を奏することができる。
【００３５】
さらに、本発明の要旨が駆動源として圧電素子に限定されるものではなく、電磁モータ等他のアクチュエータを使用しても、同様の効果を奏することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の複合ポンプによると、少なくとも３以上の各ポンプの駆動部を、一定の方向に順番に位相差をつけて駆動すると、吸入流路内に、前記一定の方向に対して逆回りの旋回流が発生する。この旋回流は、動作流体に加わる遠心力と釣り合うように、径方向の外方に向けて正の圧力勾配を持つ。したがって、各ポンプのポンプ吸入口の複合ポンプ室側に設けた流体抵抗要素の上流側、すなわち吸入流路側の圧力が上昇し、流体抵抗要素の上流（吸入流路側）と下流（ポンプ室）の圧力差が増大する。これにより、吸入流量が増加し、吸入吐出サイクル周波数を高くできるので、複合ポンプの高出力化を実現することができる。また、高出力化を図るために従来のポンプのような圧力発生器や共振管路等の接続が不要となるので、小型化を図れると伴に、ポンプの駆動周波数を自由に変更可能な複合型ポンプとすることができる。また、各ポンプのポンプ吸入口を、各ポンプの駆動部を駆動させる一定の駆動方向に対して逆側に向かう方向に向かって斜めに形成し、それらポンプ吸入口の複合ポンプ室側で開口している開口部が、吸入流路側で開口している開口部よりも、前記逆側に向かう方向の前方に位置していることから、前記逆側に向かう方向の旋回流が吸入流路内で発生すると、少ない流体抵抗で、吸入流路側の開口部から複合ポンプ室に流れ込むので、吸入流量が増加し、さらに複合型ポンプの高出力化を実現することができる。
【００３７】
また、請求項２記載の発明によると、各ポンプのポンプ吸入口が吸入流路に接続している位置を、外部流入口が接続している位置を中心として略等距離の位置としたことから、より流速の早い旋回流が吸入流路内で生じ、流体抵抗要素より上流（吸入流路側）の圧力をさらに上昇させることができる。したがって、流体抵抗要素の上流と下流の圧力差をさらに増大させることができるので、さらに複合型ポンプの高出力化を図ることができる。
【００３８】
また、請求項３記載の発明によると、各ポンプのポンプ吸入口が吸入流路に接続している位置を、外部流入口が接続している位置を中心とした所定半径の円周上で略等間隔の位置としたことで、より流速の早い旋回流が吸入流路内で生じ、さらに複合型ポンプの高出力化を図ることができる。
また、請求項４記載の発明によると、吸入流路の略中央位置に外部流入口を接続するとともに、各ポンプのポンプ吸入口が吸入流路に接続している位置を、外部流入口から離れた吸入流路の縁部としたことで、旋回流は径方向の外方に向けて正の圧力勾配を持つので、流体抵抗要素より上流（吸入流路側）の圧力をさらに上昇させることができ、さらに複合型ポンプの高出力化を実現することができる。
【００３９】
また、請求項５、６、７記載の発明によると、吸入流路を略円盤形状の空間として形成したことから、動作流体の旋回流れに対する流体抵抗が小さくなり、流速の早い旋回流れが発生しやすくなる、したがって、流体抵抗要素より上流（吸入流路側）の圧力をさらに上昇させることができ、さらに複合型ポンプの高出力化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 アクチュエータとして圧電素子を使用した一般的なポンプの構造を示す縦断面である。
【図２】 本発明に係る参考例１の複合型ポンプを平面視で模式的に示した図である。
【図３】 図２のIII−III線矢視図である。
【図４】 参考例１の複合型ポンプの第１ポンプを駆動した状態を示す模式図である。
【図５】 参考例１の複合型ポンプの第１ポンプから１２０°の位相差をつけて、第２ポンプを駆動した状態を示す模式図である。
【図６】 参考例１の複合型ポンプの第１ポンプ及び第２ポンプから１２０°の位相差をつけて、第３ポンプを駆動した状態を示す模式図である。
【図７】 参考例１の複合型ポンプと構成が異なる第１の例を示す模式図である。
【図８】 参考例１の複合型ポンプと構成が異なる第２の例を示す模式図である。
【図９】 参考例１の複合型ポンプと構成が異なる第３の例を示す模式図である。
【図１０】 参考例１の複合型ポンプと構成が異なる第４の例を示す模式図である。
【図１１】 本発明に係る第１実施形態の複合型ポンプの要部を示す図である。
【図１２】 第１実施形態の複合型ポンプにおける旋回流の発生状態を示す図である。
【図１３】 本発明に係る参考例２の複合型ポンプの要部を示す図である。
【図１４】 本発明に係る参考例２の変形例の複合型ポンプの要部を示す図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧電素子等のアクチュエータによりピストンあるいはダイヤフラムなどの可動壁を振動させることでポンプ室内の容積を変更し、吸入動作及び吐出動作を行なう複合型ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一回のポンピングで吐出可能な量がポンプの排除体積量（可動壁の変位に伴い排除される体積量）で決まる、ダイヤフラムポンプに代表されるような可動壁を駆動する往復動ポンプは、吸入流量を増やし、吐出した流体体積をより短い時間で吸入させることで、ポンプの吸入吐出サイクル周波数を高くでき、高出力化を図ることが出来る。
【０００３】
一方、吸入流量は、ポンプの吸入口側に配置した流体抵抗要素（弁、流体ダイオード、ディフューザー等）より上流と下流との圧力差に比例するが、流体抵抗要素より下流側のポンプ内部圧力は、キャビテーションの発生等があり絶対圧で０気圧以下に低下させるのは難しいため、吸入流量を増やすためには、流体抵抗要素より上流側を高圧にすることが、一般的に考えられてきた。そして、従来は、流体抵抗要素より上流側の圧力を上昇させるため、上流側の流路全体に高圧を加えていた。
また、日本機械学会論文集（Ｃ編）５９巻５６４号２１３ページの「圧電素子を動力源とする油圧式アクチュエータに関する研究」（先願技術と称する）には、ポンプの吸入部に共振管路を接続し、この共振管路内で大振幅の圧力波を発生させることで、吸入部に配置した流体抵抗要素より上流の圧力を上昇させて吸入流量を増大し、ポンプの高出力化を図ることが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の上流側の流路全体に高圧を加える方法は、圧力発生器が必要になるため、また、上流側流路全体が高圧に耐えるように設計する必要があるため、ポンプが大型化するという課題がある。
また、上述した先願技術は、流体抵抗要素より上流の圧力を上昇させるために、共振管路の材質や管路長を変えて目標とするポンプの駆動周波数に最適な共振周波数が発生するようにしており、一旦共振管路を接続した後は、ポンプの駆動周波数を自由に変更することができないという課題がある。また、管路長が長くなるためポンプの小型化が図れないという課題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型化を図るとともに、ポンプ吸入口に配置した流体抵抗要素の上流と下流の圧力差を増大させることで吸入流量を増大させて高出力化を図ることができ、しかも、ポンプ駆動周波数も自由に変更することができる複合型ポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１請求項に記載の発明は、ピストン或いはダイヤフラム等の可動壁を往復動作させる駆動部と、前記可動壁の往復動作により容積が変更可能となるポンプ室と、このポンプ室へ動作流体が流入するポンプ吸入口と、前記ポンプ室から動作流体が流出するポンプ吐出口と、前記ポンプ吸入口に設けた流体抵抗要素とを備えたポンプを、少なくとも３以上配置してなる複合型ポンプであって、一つの吸入流路を有し、この吸入流路に動作流体を外部から流入させる外部流入口を接続し、各ポンプのポンプ吸入口を、前記吸入流路内の互いに離れた位置で前記外部流入口を囲む位置に接続し、各ポンプの駆動部を、一定の方向に順番に位相差を付けて駆動させ、各ポンプのポンプ吸入口を、各ポンプの駆動部を駆動させる一定の駆動方向に対して逆側に向かう方向に向かって斜めに形成しており、それらポンプ吸入口の複合ポンプ室側で開口している開口部が、吸入流路側で開口している開口部よりも、前記逆側に向かう方向の前方に位置している複合型ポンプである。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の複合型ポンプにおいて、前記各ポンプのポンプ吸入口が前記吸入流路に接続している位置は、前記外部流入口が接続している位置を中心として略等距離の位置とした。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の複合型ポンプにおいて、前記各ポンプのポンプ吸入口が前記吸入流路に接続している位置は、前記外部流入口が接続している位置を中心とした所定半径の円周上で略等間隔の位置とした。
【０００８】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の複合型ポンプにおいて、前記吸入流路の略中央位置に前記外部流入口を接続するとともに、前記各ポンプのポンプ吸入口が前記吸入流路に接続している位置は、前記外部流入口から離れた前記吸入流路の縁部とした。
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の複合型ポンプにおいて、前記吸入流路を略円盤形状の空間として形成した。
【０００９】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の複合型ポンプにおいて、前記吸入流路の内部の互いに対向する一対の対向壁の一方に前記外部流入口を接続し、前記一対の対向壁の他方に前記各ポンプのポンプ吸入口を接続した。
また、請求項７記載の発明は、請求項５記載の複合型ポンプにおいて、前記吸入流路の内部の互いに対向する一対の対向壁の一方に前記外部流入口を接続し、前記一対の対向壁の間に設けた周壁に前記各ポンプのポンプ吸入口を接続した。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。
先ず、図１は、圧電素子を駆動源とした一般的なポンプ２の構造を縦断面で示すものであり、円筒形状のケース４内の底部に圧電素子６を配置し、圧電素子６の上部に積層した状態で円形のダイヤフラム８を配置している。ダイヤフラム８は、外周縁がケース４の内壁に固定支持されて弾性変形自在となっている。
【００１２】
ダイヤフラム８とケース４の上壁との間の狭い空間がポンプ室１０であり、このポンプ室１０に向けて、吸入側逆止弁１２を設けたポンプ吸入口１４と、吐出側逆止弁１６を設けたポンプ吐出口１８とが開口している。ここで、吸入側逆止弁１２が、本発明の流体抵抗要素に相当する。
このポンプ２の動作は、圧電素子６に交流電圧が供給されることによってダイヤフラム８が振動し、図１においてダイヤフラム８が下方に変位すると、ポンプ室１０内圧力が吸入側逆止弁１２より上流の圧力より低くなるので、吐出側逆止弁１６が閉止状態、吸入側逆止弁１２が開放状態の吸入行程となって動作流体がポンプ吸入口１４からポンプ室１０内に流入する。図１においてダイヤフラム８が上方に変位すると、ポンプ室１０内圧力が吐出側逆止弁１６より下流の圧力より高くなるので、吸入側逆止弁１２が閉止状態、吐出側逆止弁１６が開放状態の吐出行程となってポンプ室１０内の動作流体がポンプ吐出口１８から流出する。
【００１３】
次に、図２から図４に示すものは、図１のポンプ２を基本構成とした３つのポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを使用した本発明に係る参考例１の複合型ポンプ２０を示すものである。図２は、本参考例の複合型ポンプ２０を平面視で模式的に示した図であり、図３は、図２の複合型ポンプ２０をIII−III矢視の断面で示した図である。ここで、図２の白抜きの丸（○印）が本参考例のポンプ吸入口を示し、黒丸（●印）が本参考例のポンプ吐出口を示している。
【００１４】
本参考例の複合型ポンプ２０は、底中央から壁２２ａが立ち上がることで画成されているケース２２内の空間の底部に、平面視で所定の円周上で等間隔となるように３つの圧電素子６ａ，６ｂ，６ｃ（圧電素子６ｃは図示せず）が配置され、各圧電素子６ａ，６ｂ，６ｃの上部に円形のダイヤフラム８ａ，８ｂ，８ｃが配置されている。
各ダイヤフラム８ａ，８ｂ，８ｃは、外周縁がケース２２の内壁に固定され、内周円が円筒壁２２ａに支持されて弾性変形自在となっている。各圧電素子６ａ，６ｂ，６ｃには、所定のタイミングで交流電圧を供給する駆動制御部３０が接続されている。
【００１５】
各ダイヤフラム８ａ，８ｂ，８ｃとケース２２の上壁とで囲まれたそれぞれの空間が、本参考例のポンプ室２８ａ，２８ｂ，２８ｃである。そして、本参考例の第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、円弧状に配置されている。
また、ケース２２内に、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各ポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び各ポンプ吐出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃが、ダイヤフラム８ａ，８ｂ，８ｃに直交する方向に延在しながら各ポンプ室２８ａ，２８ｂ，２８ｃに向けて開口している。
【００１６】
各ポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃの各ポンプ室２８ａ，２８ｂ，２８ｃ側の開口部には、それぞれ吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃ（吸入側逆止弁１２ｃは図示せず）が設けられ、各ポンプ吐出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃの各ポンプ室２８ａ，２８ｂ，２８ｃ側の開口部にも、吐出側逆止弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃ（吐出側逆止弁１６ｃは図示せず）が設けられている。
ケース２２内に設けた一つの吸入流路２４には、外部から動作流体を流入させる外部流入口２６が設けられている。そして、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃのポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、互いに離れた位置で外部流入口２６を囲む位置、即ち、外部流入口を含む直線を引いて吸入流路を２つの領域に分割した時には、そのどちらの領域にも、少なくとも１つのポンプ吸入口が存在している関係の位置で、吸入流路２４に連通している。 図２に示すように、本実施例では、前記吸入流路２４は、平面視において円形状の内周壁２４ａを設けた略円盤形状の空間であり、この吸入流路２４の中心に、外部流入口２６が設けられている。
【００１７】
ここで、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃのポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、外部流入口２６の中心位置からほぼ等しい距離で前記内周壁２４ａの近傍に設けられている。また、ポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃ同士は、外部流入口２６を中心として約１２０°の角度をあけて配置することで円周方向にほぼ等距離に設けられている。
次に、本参考例の複合型ポンプ２０の制御及び吸入流路２４内に存在する動作流体の動きについて図２、図４、図５、図６を参照して説明する。
【００１８】
複合型ポンプ２０の駆動を停止している状態を初期状態とし、この初期状態から駆動制御部３０は、１２０度の位相差をつけた制御タイミングで、圧電素子６ａ，６ｂ，６ｃの順で交流電圧の供給を開始し、その結果、第１ポンプ２Ａ、次に第２ポンプ２Ｂ、次に第３ポンプ２Ｃの駆動が始まる（図２において右回りのポンプの駆動順番）。
初期状態から、第１ポンプ２Ａが吸入行程を開始すると、図４に示すように、吸入流路２４内では、第２ポンプ２Ｂ、第３ポンプ２Ｃのポンプ吸入口１４ｂ，１４ｃ側、及び、外部吸入口２６側の動作流体がポンプ吸入口１４ａに流入する。
【００１９】
次に、第１ポンプ２Ａから１２０度の位相差がついて第２ポンプ２Ｂの吸入行程が開始すると、まだ第１ポンプ２Ａのポンプ吸入口１４ａへの動作流体の流れが残っているため、その慣性により、第１ポンプ２Ａのポンプ吸入口１４ａ側から第２ポンプ２Ｂのポンプ吸入口１４ｂへの動作流体が流入しにくくなり、相対的に第３ポンプ２Ｃのポンプ吸入口１４ｃ側から第２ポンプ２Ｂのポンプ吸入口１４ｂへの動作流体の流れが強くなる。
【００２０】
次に、第２ポンプ２Ｂから１２０度の位相差がついて第３ポンプ２Ｃの吸入行程が開始すると、まだ第２ポンプ２Ｂのポンプ吸入口１４ｂへの動作流体の流れが残っているため、その慣性により、第２ポンプ２Ｂのポンプ吸入口１４ｂ側から第３ポンプ２Ｃのポンプ吸入口１４ｃへの動作流体が流入しにくくなり、相対的に第１ポンプ２Ａのポンプ吸入口１４ａ側から第３ポンプ２Ｃのポンプ吸入口１４ｃへの動作流体の流れが強くなる。
【００２１】
このようにして、吸入流路２４内の流れは方向性を持つようになり、更に第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの駆動を繰り返すと、図２で示す矢印のように、吸入流路２４内に左回りの旋回流が発生する。
この旋回流は、動作流体に加わる遠心力と釣り合うように、径方向の外方に向けて正の圧力勾配を持つ。したがって、本参考例のように吸入流路２４の中心に外部流入口２６を設け、それよりも大きな半径の領域に、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設けると、各吸入逆止弁の上流側圧力が上昇し、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上流と下流の圧力差が増大する。
【００２２】
したがって、本参考例の複合型ポンプ２０は、吸入流量が増加し、吸入吐出サイクル周波数を高くできるので、高出力化を実現することができる。
また、高出力化を図るために従来のポンプのような共振管路等の接続が不要となるので、小型化を図れると伴に、ポンプの駆動周波数を自由に変更できる複合型ポンプ２０とすることができる。
また、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃのポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃが外部流入口２６の中心位置から等しい距離で吸入流路２４に開口している本参考例の複合型ポンプ２０は、例えば、図７に示すように、ポンプ吸入口３２ａ，３２ｂ，３２ｃがそれぞれ外部流入口２６の中心位置から異なる距離で吸入流路２４に開口している複合型ポンプと比較して、より流速の早い旋回流が吸入流路２４内で生じ、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上流側圧力をさらに上昇させることができる。したがって、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上流と下流の圧力差をさらに増大させることができるので、複合型ポンプ２０のさらなる高出力化を図ることができる。
【００２３】
また、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃのポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃが外部流入口２６を中心として等しい角度（１２０°の角度）で位置して吸入流路２４に開口している本参考例の複合型ポンプ２０は、例えば、図８に示すように、ポンプ吸入口３２ａ，３２ｂ，３２ｃがそれぞれ外部流入口２６の中心から異なる角度で吸入流路２４に開口している複合型ポンプと比較して、より流速の早い旋回流が吸入流路２４内で生じ、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上流側圧力をさらに上昇させることができる。したがって、複合型ポンプ２０のさらなる高出力化を図ることができる。
【００２４】
また、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃのポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃが吸入流路２４の内周壁２４ａ近傍で開口している本参考例の複合型ポンプ２０は、例えば、図９に示すように、ポンプ吸入口３２ａ，３２ｂ，３２ｃがそれぞれ吸入流路２４の内周壁２４ａから離れて外部吸入口２６側に寄った位置で開口している複合型ポンプと比較して、旋回流が径方向の外方に向けて正の圧力勾配を持つため、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上流側圧力をさらに上昇させることができる。したがって、複合型ポンプ２０のさらなる高出力化を実現することができる。
【００２５】
さらに、吸入流路２４を平面視において円形空間とした本参考例の複合型ポンプ２０は、例えば、図１０に示すように、吸入流路３４を平面視において略三角形状の空間とした複合型ポンプと比較して、動作流体の旋回流れに対する流体抵抗が小さく、流速の早い旋回流れが発生しやすい。したがって、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上流側圧力をさらに上昇させることができるので、複合型ポンプ２０のさらなる高出力化を実現することができる。
【００２６】
次に、図１１及び図１２は、本発明に係る実施形態１の複合型ポンプの要部を示すものである。
本実施形態は、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各ポンプ吸入口３６ａ，３６ｂ，３６ｃが、ダイヤフラム８ａ，８ｂ，８ｃに直交する方向に延在せず、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃが駆動する順番の方向（以下、駆動順番方向と称する）に対して逆側に向かう方向に斜めに形成されており、各ポンプ吸入口３６ａ，３６ｂ，３６ｃの各ポンプ室２８ａ，２８ｂ，２８ｃ側の開口部４０が、吸入流路２４側の開口部３８より前記逆側に向かう方向の前方に位置している。
【００２７】
上記構成によると、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを順番に位相差をつけて駆動すると、図１１で示す矢印（駆動順番方向に対して逆側に向かう方向）の旋回流が吸入流路２４内で発生し、各ポンプの吸入行程では、旋回流の一部が吸入流路２４側の開口部３８に向かって流れるが、ポンプ吸入口をダイヤフラムと直交する方向に延在させた場合よりも、ポンプ吸入口への流入角度が小さく流体抵抗が少ないので、スムーズにポンプ吸入口３６ａ，３６ｂ，３６ｃを通過して各ポンプ室２８ａ，２８ｂ，２８ｃ側の開口部４０から各ポンプ室２８ａ，２８ｂ，２８ｃに順次流れ込むため、吸入流量が増加し、さらに複合型ポンプの高出力化を実現することができる。
【００２８】
また、図１３は、本発明に係る参考例２の複合型ポンプ５０を示すものである。なお、参考例１と同一構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
本参考例の複合型ポンプ５０は、円筒形状のケース５２の内周面５２ａに、周方向にほぼ等間隔となるように３つの圧電素子６ａ，６ｂ，６ｃ（圧電素子６ｃは図示せず）が配置され、各圧電素子６ａ，６ｂ，６ｃより内周側にダイヤフラム８ａ，８ｂ，８ｃ（ダイアフラム８ｃは図示せず）が配置されている。
【００２９】
各ダイヤフラム８ａ，８ｂ，８ｃとケース５２の内周部とで囲まれた空間が、本実施形態のポンプ室５４ａ，５４ｂ，５４ｃ（ポンプ室５４ｃは図示せず）である。また、ケース５２内に、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ（第３ポンプ２Ｃは図示せず）の各ポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃ（ポンプ吸入口１４ｃは図示せず）及び各ポンプ吐出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃ（ポンプ吐出口１８ｃは図示せず）が各ポンプ室５４ａ，５４ｂ，５４ｃに向けて開口している。
【００３０】
また、ケース５２内で、ダイヤフラム８ａ，８ｂ，８ｃと直交する方向に設けた平面視円形の一つの吸入流路５６には、外部から動作流体を流入させる外部流入口５８が設けられている。そして、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃのポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、互いに離れた位置で外部流入口５６を囲む位置で、この吸入流路５６の内周面５６ａと連通している。そして、本実施例では、この吸入流路５６の中心に、外部流入口５８が設けられている。 ここで、ポンプ吸入口１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、外部流入口５８を中心とした半径方向に延在するようにケース５２に設けられている。
【００３１】
上記構成の複合型ポンプ５０の第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを順番に駆動すると、吸入流路５６内に、ポンプの駆動順番に対して逆回りの旋回流が発生する。
この旋回流は、動作流体に加わる遠心力と釣り合うように、径方向の外方に向けて正の圧力勾配を持つので、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上流側圧力が上昇し、吸入側逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上流と下流の圧力差が増大する。
【００３２】
したがって、本参考例の複合型ポンプ５０も、吸入流量が増加し、吸入吐出サイクル周波数を高くできるので、高出力化を実現することができるとともに、従来のポンプのような圧力発生器や共振管路等の接続が不要となるので、小型化が図れ、更に、ポンプの駆動周波数を自由に変更することができる。
さらに、図１４は、図１３で示した参考例２の変形例を示すものである。
本変形例は、吸入流路５６の内周面５６ａに設けた第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃのポンプ吸入口６０ａ，６０ｂ，６０ｃには、吸入流路５６側で開口する開口部６２と、各ポンプ室５４ａ，５４ｂ，５４ｃ側で開口する開口部６４が設けられているが、吸入流路５６側の開口部６２が、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの駆動順番方向に対して逆側に向かう方向の前方に位置し、各ポンプ室５４ａ，５４ｂ，５４ｃ側の開口部６４が、前記逆側に向かう方向の後方に設けられている。
【００３３】
上記構成によると、第１〜第３ポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを順番に位相差をつけて駆動すると、図１４で示す吸入流路５６内の矢印（駆動順番方向に対して逆側に向かう方向）の旋回流が吸入流路５６内で発生し、各ポンプの吸入行程では、旋回流の一部が吸入流路５６側の開口部６２に向かって流れるが、外部流入口を中心とした半径方向にポンプ吸入口を延在させた場合よりも、ポンプ吸入口への流入角度が小さく流体抵抗が少ないので、スムーズにポンプ吸入口６０ａ，６０ｂ，６０ｃを通過して各ポンプ室５４ａ，５４ｂ，５４ｃ側の開口部６４から各ポンプ室５４ａ，５４ｂ，５４ｃに順次流れ込むため、吸入流量が増加し、さらに複合型ポンプの高出力化を実現することができる。
【００３４】
なお、上述した各実施形態では、３つのポンプ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを使用した複合型ポンプについて説明したが、本発明の要旨が３つのポンプを使用することに限定されるものではなく、４以上のポンプを使用しても、同様の作用効果を奏することができる。
また、本発明の要旨が逆止弁に限定されるものではなく、流体ダイオード、ディフューザー等の流体抵抗要素を使用しても、同様の効果を奏することができる。
【００３５】
さらに、本発明の要旨が駆動源として圧電素子に限定されるものではなく、電磁モータ等他のアクチュエータを使用しても、同様の効果を奏することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の複合ポンプによると、少なくとも３以上の各ポンプの駆動部を、一定の方向に順番に位相差をつけて駆動すると、吸入流路内に、前記一定の方向に対して逆回りの旋回流が発生する。この旋回流は、動作流体に加わる遠心力と釣り合うように、径方向の外方に向けて正の圧力勾配を持つ。したがって、各ポンプのポンプ吸入口の複合ポンプ室側に設けた流体抵抗要素の上流側、すなわち吸入流路側の圧力が上昇し、流体抵抗要素の上流（吸入流路側）と下流（ポンプ室）の圧力差が増大する。これにより、吸入流量が増加し、吸入吐出サイクル周波数を高くできるので、複合ポンプの高出力化を実現することができる。また、高出力化を図るために従来のポンプのような圧力発生器や共振管路等の接続が不要となるので、小型化を図れると伴に、ポンプの駆動周波数を自由に変更可能な複合型ポンプとすることができる。また、各ポンプのポンプ吸入口を、各ポンプの駆動部を駆動させる一定の駆動方向に対して逆側に向かう方向に向かって斜めに形成し、それらポンプ吸入口の複合ポンプ室側で開口している開口部が、吸入流路側で開口している開口部よりも、前記逆側に向かう方向の前方に位置していることから、前記逆側に向かう方向の旋回流が吸入流路内で発生すると、少ない流体抵抗で、吸入流路側の開口部から複合ポンプ室に流れ込むので、吸入流量が増加し、さらに複合型ポンプの高出力化を実現することができる。
【００３７】
また、請求項２記載の発明によると、各ポンプのポンプ吸入口が吸入流路に接続している位置を、外部流入口が接続している位置を中心として略等距離の位置としたことから、より流速の早い旋回流が吸入流路内で生じ、流体抵抗要素より上流（吸入流路側）の圧力をさらに上昇させることができる。したがって、流体抵抗要素の上流と下流の圧力差をさらに増大させることができるので、さらに複合型ポンプの高出力化を図ることができる。
【００３８】
また、請求項３記載の発明によると、各ポンプのポンプ吸入口が吸入流路に接続している位置を、外部流入口が接続している位置を中心とした所定半径の円周上で略等間隔の位置としたことで、より流速の早い旋回流が吸入流路内で生じ、さらに複合型ポンプの高出力化を図ることができる。
また、請求項４記載の発明によると、吸入流路の略中央位置に外部流入口を接続するとともに、各ポンプのポンプ吸入口が吸入流路に接続している位置を、外部流入口から離れた吸入流路の縁部としたことで、旋回流は径方向の外方に向けて正の圧力勾配を持つので、流体抵抗要素より上流（吸入流路側）の圧力をさらに上昇させることができ、さらに複合型ポンプの高出力化を実現することができる。
【００３９】
また、請求項５、６、７記載の発明によると、吸入流路を略円盤形状の空間として形成したことから、動作流体の旋回流れに対する流体抵抗が小さくなり、流速の早い旋回流れが発生しやすくなる、したがって、流体抵抗要素より上流（吸入流路側）の圧力をさらに上昇させることができ、さらに複合型ポンプの高出力化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 アクチュエータとして圧電素子を使用した一般的なポンプの構造を示す縦断面である。
【図２】 本発明に係る参考例１の複合型ポンプを平面視で模式的に示した図である。
【図３】 図２のIII−III線矢視図である。
【図４】 参考例１の複合型ポンプの第１ポンプを駆動した状態を示す模式図である。
【図５】 参考例１の複合型ポンプの第１ポンプから１２０°の位相差をつけて、第２ポンプを駆動した状態を示す模式図である。
【図６】 参考例１の複合型ポンプの第１ポンプ及び第２ポンプから１２０°の位相差をつけて、第３ポンプを駆動した状態を示す模式図である。
【図７】 参考例１の複合型ポンプと構成が異なる第１の例を示す模式図である。
【図８】 参考例１の複合型ポンプと構成が異なる第２の例を示す模式図である。
【図９】 参考例１の複合型ポンプと構成が異なる第３の例を示す模式図である。
【図１０】 参考例１の複合型ポンプと構成が異なる第４の例を示す模式図である。
【図１１】 本発明に係る第１実施形態の複合型ポンプの要部を示す図である。
【図１２】 第１実施形態の複合型ポンプにおける旋回流の発生状態を示す図である。
【図１３】 本発明に係る参考例２の複合型ポンプの要部を示す図である。
【図１４】 本発明に係る参考例２の変形例の複合型ポンプの要部を示す図である。
Claims (7)
- ピストン或いはダイヤフラム等の可動壁を往復動作させる駆動部と、前記可動壁の往復動作により容積が変更可能となるポンプ室と、このポンプ室へ動作流体が流入するポンプ吸入口と、前記ポンプ室から動作流体が流出するポンプ吐出口と、前記ポンプ吸入口に設けた流体抵抗要素とを備えたポンプを、少なくとも３以上配置してなる複合型ポンプであって、
一つの吸入流路を有し、この吸入流路に動作流体を外部から流入させる外部流入口を接続し、各ポンプのポンプ吸入口を、前記吸入流路内の互いに離れた位置で前記外部流入口を囲む位置に接続し、各ポンプの駆動部を、一定の方向に順番に位相差をつけて駆動させ、
各ポンプのポンプ吸入口を、各ポンプの駆動部を駆動させる一定の駆動方向に対して逆側に向かう方向に向かって斜めに形成しており、それらポンプ吸入口の複合ポンプ室側で開口している開口部が、吸入流路側で開口している開口部よりも、前記逆側に向かう方向の前方に位置していることを特徴とする複合型ポンプ。 - 前記各ポンプのポンプ吸入口が前記吸入流路に接続している位置は、前記外部流入口が接続している位置を中心として等距離の位置であることを特徴とする請求項１記載の複合型ポンプ。
- 前記各ポンプのポンプ吸入口が前記吸入流路に接続している位置は、前記外部流入口が接続している位置を中心とした所定半径の円周上で等間隔の位置であることを特徴とする請求項１又は２記載の複合型ポンプ。
- 前記吸入流路の中央位置に前記外部流入口を接続するとともに、前記各ポンプのポンプ吸入口が前記吸入流路に接続している位置は、前記外部流入口から離れた前記吸入流路の縁部であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の複合型ポンプ。
- 前記吸入流路を円盤形状の空間として形成したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の複合型ポンプ。
- 前記吸入流路の内部の互いに対向する一対の対向壁の一方に前記外部流入口を接続し、前記一対の対向壁の他方に前記各ポンプのポンプ吸入口を接続したことを特徴とする請求項５記載の複合型ポンプ。
- 前記吸入流路の内部の互いに対向する一対の対向壁の一方に前記外部流入口を接続し、前記一対の対向壁の間に設けた周壁に前記各ポンプのポンプ吸入口を接続したことを特徴とする請求項５記載の複合型ポンプ。
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