特開 2022-138906 ポンプ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022138906

(43)【公開日】2022-09-26

(54)【発明の名称】ポンプ装置

(51)【国際特許分類】

   F04B 43/12 20060101AFI20220915BHJP

【ＦＩ】

F04B43/12 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021039052

(22)【出願日】2021-03-11

(71)【出願人】

【識別番号】000001225

【氏名又は名称】日本電産コパル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109896

【弁理士】

【氏名又は名称】森 友宏

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 史善

【テーマコード（参考）】

3H077

【Ｆターム（参考）】

3H077AA08

3H077CC02

3H077CC10

3H077DD08

3H077EE15

3H077FF31

(57)【要約】

【課題】応答性の良い小型のポンプ装置を提供する。
【解決手段】ポンプ装置１は、流れ方向Ｆに沿って延びるベース部材４０と、柔軟性を有する膜部材５０と、膜部材５０に対してベース部材４０とは反対側に位置する固定フレーム３１Ａと、流れ方向Ｆに沿って配置される複数の膜制御部６０とを備える。膜部材５０は、流れ方向Ｆに沿ってベース部材４０との間に流路１５を形成する。複数の膜制御部６０のそれぞれは、加熱によって収縮する形状記憶合金から形成される線状部材７０と、固定フレーム３１Ａと膜部材５０との間に配置されるバネ部材８０とを含む。線状部材７０は、固定フレーム３１Ａと膜部材５０とを連結する。バネ部材８０は、線状部材７０の収縮によって変形した膜部材５０の部分をベース部材４０に向けて付勢するように構成される。ポンプ装置１は、流れ方向Ｆに沿って複数の膜制御部６０の線状部材７０に順番に電流を供給するように構成された電流制御部１００をさらに備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流れ方向に沿って延びるベース部材と、
柔軟性を有する膜部材であって、前記流れ方向に沿って前記ベース部材との間に流路を形成する膜部材と、
前記膜部材に対して前記ベース部材とは反対側に位置する固定フレームと、
前記流れ方向に沿って配置される複数の膜制御部であって、
加熱によって収縮する形状記憶合金から形成される線状部材であって、前記固定フレームと前記膜部材とを連結する線状部材と、
前記固定フレームと前記膜部材との間に配置され、前記線状部材の収縮によって変形した前記膜部材の部分を前記ベース部材に向けて付勢するように構成されるバネ部材と
をそれぞれ含む複数の膜制御部と、
前記流れ方向に沿って前記複数の膜制御部の前記線状部材に順番に電流を供給するように構成された電流制御部と
を備えた、ポンプ装置。

【請求項2】

前記複数の膜制御部のそれぞれは、前記膜部材よりも硬い材料から形成される硬質部材であって、前記膜部材に固定され、前記線状部材及び前記バネ部材が接続される硬質部材をさらに含む、請求項１に記載のポンプ装置。

【請求項3】

前記複数の膜制御部のそれぞれの前記バネ部材及び前記硬質部材は導電性を有し、
前記電流制御部は、前記複数の膜制御部のそれぞれの前記バネ部材及び前記硬質部材を介して前記線状部材に前記電流を供給するように構成される、
請求項２に記載のポンプ装置。

【請求項4】

前記複数の膜制御部のそれぞれの前記バネ部材は導電性を有し、
前記電流制御部は、前記複数の膜制御部のそれぞれの前記バネ部材を介して前記線状部材に前記電流を供給するように構成される、
請求項１又は２に記載のポンプ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポンプ装置に係り、特に形状記憶合金を用いた小型のポンプ装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から様々な種類のポンプが開発されているが、近年では、ポンプを小型化するために、簡素な構造でエネルギーを生じさせることが可能な形状記憶合金を利用することも行われている（例えば、特許文献１参照）。このような形状記憶合金を用いたポンプにおいては応答性を改善することが課題となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－２２６３５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、応答性の良い小型のポンプ装置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】

【0005】

本発明の一態様によれば、応答性の良い小型のポンプ装置が提供される。このポンプ装置は、流れ方向に沿って延びるベース部材と、柔軟性を有する膜部材と、上記膜部材に対して上記ベース部材とは反対側に位置する固定フレームと、上記流れ方向に沿って配置される複数の膜制御部とを備える。上記膜部材は、上記流れ方向に沿って上記ベース部材との間に流路を形成する。上記複数の膜制御部のそれぞれは、加熱によって収縮する形状記憶合金から形成される線状部材と、上記固定フレームと上記膜部材との間に配置されるバネ部材とを含む。上記線状部材は、上記固定フレームと上記膜部材とを連結する。上記バネ部材は、上記線状部材の収縮によって変形した上記膜部材の部分を上記ベース部材に向けて付勢するように構成される。上記ポンプ装置は、上記流れ方向に沿って上記複数の膜制御部の上記線状部材に順番に電流を供給するように構成された電流制御部をさらに備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、本発明の一実施形態におけるポンプ装置の構成を模式的に示す断面図である。

【図2A】図２Ａは、図１のポンプ装置の動作を説明するための断面図である。

【図2B】図２Ｂは、図１のポンプ装置の動作を説明するための断面図である。

【図2C】図２Ｃは、図１のポンプ装置の動作を説明するための断面図である。

【図3】図３は、図１のポンプ装置における膜制御部の構成の一例を模式的に示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本発明に係るポンプ装置の実施形態について図１から図３を参照して詳細に説明する。図１から図３において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図３においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。以下の説明では、特に言及がない場合には、「第１」や「第２」などの用語は、構成要素を互いに区別するために使用されているだけであり、特定の順位や順番を表すものではない。

【0008】

図１は、本発明の一実施形態におけるポンプ装置１の構成を模式的に示す断面図である。このようなポンプ装置１としては、例えば薬の投与のために用いられるような携帯用の小型のポンプ装置が考えられるが、これに限られるものではない。図１に示すように、ポンプ装置１は、移送する流体（例えば薬剤）を貯留する貯留部１０と、貯留部１０からの流体が移送される出力部２０と、貯留部１０内の流体を流れ方向Ｆに沿って出力部２０に移送するポンプ本体３０とを含んでいる。

【0009】

ポンプ本体３０は、筐体３１と、筐体３１の内部に収容されたベース部材４０と、筐体３１の内部にベース部材４０から離間して配置される膜部材５０と、膜部材５０の変形を制御する複数の膜制御部６０（６０Ａ～６０Ｃ）とを含んでいる。膜部材５０は例えばゴムなどの柔軟性を有する材料から形成される。ベース部材４０及び膜部材５０はいずれも流れ方向Ｆに沿って延びており、これによりベース部材４０と膜部材５０との間に流れ方向Ｆに沿った流路１５が形成されている。

【0010】

複数の膜制御部６０は、流れ方向Ｆに沿って互いに離間して配置されている。本実施形態においては３つの膜制御部６０が流れ方向Ｆに沿って互いに離間して配置されているが、膜制御部６０の数はこれに限られるものではない。それぞれの膜制御部６０は、加熱によって収縮する形状記憶合金から形成される線状部材７０（７０Ａ～７０Ｃ）と、線状部材７０と対になって配置されるバネ部材８０（８０Ａ～８０Ｃ）と、膜部材５０よりも硬い材料から形成され、膜部材５０上に固定される硬質部材９０（９０Ａ～９０Ｃ）とを含んでいる。

【0011】

線状部材７０としては、例えばニッケルとチタンの合金からなる形状記憶合金を直径０．０５ｍｍ～０．５ｍｍ程度の細線状にしたものを用いることができる。線状部材７０の一端は、筐体３１を構成する部分のうち膜部材５０に対してベース部材４０とは反対側に位置する部分３１Ａ（以下、固定フレームという）に連結され、他端は硬質部材９０に連結されている。この線状部材７０に通電すると、線状部材７０が加熱され、この加熱に伴って収縮する。例えば、線状部材７０の加熱によって線状部材７０の長さが５％程度収縮する。これにより、線状部材７０が連結されている膜部材５０の部分が持ち上げられるようになっている。

【0012】

また、バネ部材８０の一端は筐体３１の固定フレーム３１Ａに連結され、他端は硬質部材９０に連結されている。図１に示す状態ではバネ部材８０は圧縮されて力を蓄えている状態となっている。すなわち、膜部材５０は、バネ部材８０によってベース部材４０に押し付けられている。線状部材７０及びバネ部材８０は、加熱により線状部材７０が収縮する力がバネ部材８０の弾性力よりも大きくなるように構成されている。本実施形態におけるバネ部材８０は導電性を有する金属から形成されており、硬質部材９０も同様に導電性を有する金属から形成されている。なお、他の実施形態では、図１に示す状態のバネ部材８０は自然長であってもよい。

【0013】

図１に示すように、ポンプ装置１は、それぞれの線状部材７０Ａ～７０Ｃに供給する電源を制御する電流制御部１００を有している。固定フレーム３１Ａに連結されている線状部材７０は電線１０２を介して電流制御部１００に接続されており、固定フレーム３１Ａに連結されているバネ部材８０は電線１０４を介して電流制御部１００に接続されている。本実施形態では硬質部材９０及び線状部材７０が導電性を有するため、電線１０２、線状部材７０、硬質部材９０、バネ部材８０、及び電線１０４により電気回路が構成され、電流制御部１００によってそれぞれの膜制御部６０の線状部材７０に電流を供給できるようになっている。このように、硬質部材９０及びバネ部材８０を電気回路の一部としても兼用することで、ポンプ装置１の部品点数を減らすことができる。

【0014】

次に、このような構成のポンプ装置１の動作について説明する。まず、図２Ａに示すように、電流制御部１００によって膜制御部６０Ａの線状部材７０Ａに電流を流すと、線状部材７０Ａが加熱されて収縮する。この線状部材７０Ａの収縮に伴って、線状部材７０Ａが連結されている膜部材５０の部分５０Ａが持ち上げられ、その部分の流路１５Ａが広がる。これによって、貯留部１０内の流体の一部が流路１５Ａに流れ込む。

【0015】

次に、図２Ｂに示すように、電流制御部１００によって膜制御部６０Ｂの線状部材７０Ｂに電流を流すと同時に、膜制御部６０Ａの線状部材７０Ａに流していた電流を止めると、線状部材７０Ａが、その形状記憶作用に加えてバネ部材８０Ａの付勢力を受けて短時間で元の長さに戻り、流路１５Ａが元の大きさに戻る。また、線状部材７０Ｂへの通電によって線状部材７０Ｂが加熱されて収縮し、線状部材７０Ｂが連結されている膜部材５０の部分５０Ｂが持ち上げられ、その部分の流路１５Ｂが広がる。このように、広がっていた流路１５Ａが元に戻るとともにこの流路１５Ａに隣接する流路１５Ｂが広がるため、流路１５Ａに存在していた流体が流路１５Ｂに移動する。

【0016】

さらに、図２Ｃに示すように、電流制御部１００によって膜制御部６０Ｃの線状部材７０Ｃに電流を流すと同時に、膜制御部６０Ｂの線状部材７０Ｂに流していた電流を止めると、線状部材７０Ｂが、その形状記憶作用に加えてバネ部材８０Ｂの付勢力を受けて短時間で元の長さに戻り、流路１５Ｂが元の大きさに戻る。また、線状部材７０Ｃへの通電によって線状部材７０Ｃが加熱されて収縮し、線状部材７０Ｃが連結されている膜部材５０の部分５０Ｃが持ち上げられ、その部分の流路１５Ｃが広がる。このように、広がっていた流路１５Ｂが元に戻るとともにこの流路１５Ｂに隣接する流路１５Ｃが広がるため、流路１５Ｂに存在していた流体が流路１５Ｃに移動する。

【0017】

そして、膜制御部６０Ｃの線状部材７０Ｃに流していた電流を止めると、線状部材７０Ｃが、その形状記憶作用に加えてバネ部材８０Ｃの付勢力を受けて短時間で元の長さに戻り、流路１５Ｃが元の大きさに戻る（図１に示す状態）。これにより流路１５Ｃ内の流体が出力部２０に押し出され、流体が出力部２０に移送される。

【0018】

このように、電流制御部１００によって膜制御部６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃの線状部材７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃに順番に電流を供給することを繰り返すことにより、膜部材５０を脈動させて貯留部１０内の流体を出力部２０に移送することができる。このとき、線状部材７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃに順番に供給する電流のサイクルの周波数を調整することで、貯留部１０から出力部２０に移送される流体の流量を調整することができる。

【0019】

また、電流制御部１００により電流が供給されて収縮した線状部材７０は、電流が供給されなくなると、その形状記憶作用に加えてバネ部材８０の付勢力を受けるため、線状部材７０が元の長さに戻る時間が早くなり、ポンプ装置１の応答性が向上する。

【0020】

本実施形態では、線状部材７０及びバネ部材８０が硬質部材９０を介して膜部材５０に連結されているが、硬質部材９０を省略し、線状部材７０及びバネ部材８０が膜部材５０に直接連結されていてもよい。ただし、硬質部材９０を介して線状部材７０及びバネ部材８０を膜部材５０に連結すれば、線状部材７０及びバネ部材８０から膜部材５０に力が作用する領域を硬質部材９０が固定された領域に広げることができ、膜部材５０を変形させて流体を移送する空間を増やすことができる。

【0021】

図１に示す例では、理解を容易にするために、それぞれの膜制御部６０が１つの線状部材７０と１つのバネ部材８０を有するものとして図示されているが、例えば、図３の平面図に示すように、それぞれの膜制御部６０が、矩形平板状の硬質部材９０と、硬質部材９０に固定された複数の線状部材７０及び複数のバネ部材８０とを含んでいてもよい。図３に示す例では、それぞれの硬質部材９０の中央部に３つの線状部材７０が配置され、これらの線状部材７０を挟むように２つのバネ部材８０が配置されている。

【0022】

上述した実施形態では、バネ部材８０及び硬質部材９０を導電性材料から形成し、電線１０２、線状部材７０、硬質部材９０、バネ部材８０、及び電線１０４により電気回路を形成しているが、バネ部材８０及び硬質部材９０は導電性材料から形成されていなくてもよい。例えば、バネ部材８０のみを導電性材料から形成し、バネ部材８０を線状部材７０に電気的に接続することで、電線１０２、線状部材７０、バネ部材８０、及び電線１０４により電気回路を形成してもよい。バネ部材８０及び硬質部材９０のいずれも導電性材料から形成されていない場合には、線状部材７０の硬質部材９０側の端部に電線１０４が接続される。

【0023】

また、図示した例では、硬質部材９０は、膜部材５０上に配置されているが、硬質部材９０を膜部材５０中に埋め込んで固定してもよい。

【0024】

以上述べたように、本発明の一態様によれば、応答性の良い小型のポンプ装置が提供される。このポンプ装置は、流れ方向に沿って延びるベース部材と、柔軟性を有する膜部材と、上記膜部材に対して上記ベース部材とは反対側に位置する固定フレームと、上記流れ方向に沿って配置される複数の膜制御部とを備える。上記膜部材は、上記流れ方向に沿って上記ベース部材との間に流路を形成する。上記複数の膜制御部のそれぞれは、加熱によって収縮する形状記憶合金から形成される線状部材と、上記固定フレームと上記膜部材との間に配置されるバネ部材とを含む。上記線状部材は、上記固定フレームと上記膜部材とを連結する。上記バネ部材は、上記線状部材の収縮によって変形した上記膜部材の部分を上記ベース部材に向けて付勢するように構成される。上記ポンプ装置は、上記流れ方向に沿って上記複数の膜制御部の上記線状部材に順番に電流を供給するように構成された電流制御部をさらに備える。

【0025】

このような構成によれば、電流制御部により複数の膜制御部の線状部材に順番に電流を供給することにより、複数の膜制御部の線状部材を順番に加熱して収縮させることができる。これにより、線状部材が連結された膜部材の部分を順番に変形させて膜部材を脈動させることができるので、流路内の流体を流れ方向に沿って移送することができる。また、収縮した線状部材は、電流が供給されなくなると、その形状記憶作用に加えてバネ部材の付勢力を受けるため、線状部材が元の長さに戻る時間が早くなり、ポンプ装置の応答性が向上する。

【0026】

上記複数の膜制御部のそれぞれは、上記膜部材よりも硬い材料から形成される硬質部材をさらに含んでいてもよい。この硬質部材は、上記膜部材に固定され、上記線状部材及び上記バネ部材が接続される。このような硬質部材に線状部材とバネ部材を接続することにより、線状部材及びバネ部材から膜部材に力が作用する領域を硬質部材が固定された領域に広げることができ、膜部材を変形させて流体を移送する空間を増やすことができる。

【0027】

上記複数の膜制御部のそれぞれの上記バネ部材及び上記硬質部材は導電性を有していてもよい。この場合において、上記電流制御部は、上記複数の膜制御部のそれぞれの上記バネ部材及び上記硬質部材を介して上記線状部材に上記電流を供給するように構成されていてもよい。

【0028】

上記複数の膜制御部のそれぞれの上記バネ部材は導電性を有していてもよい。この場合において、上記電流制御部は、上記複数の膜制御部のそれぞれの上記バネ部材を介して上記線状部材に上記電流を供給するように構成されていてもよい。

【0029】

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

【符号の説明】

【0030】

１ ポンプ装置
１０ 貯留部
１５ 流路
２０ 出力部
３０ ポンプ本体
３１ 筐体
３１Ａ 固定フレーム
４０ ベース部材
５０ 膜部材
６０ 膜制御部
７０ 線状部材
８０ バネ部材
９０ 硬質部材
１００ 電流制御部
Ｆ 流れ方向

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】