JPH02233887A - 振動子ポンプ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、化学、医療、家庭用等において、少流量の液
体を移送する圧電振動子（圧電素子）を利用したポンプ
に関する。

（従来技術） 従来、少流量の液体を移送するポンプとしては、電動機
やンレノイドを駆動源とし、羽根車やピストンまたはプ
ランジャーを作動させその回転運動や往復運動により吸
入及び吐出を行う機構であった。これらのポンプは電動
機やソレノイドを駆動源としているので、そのカエネル
ギーを羽根車やピストンまたはプランジャーに伝達する
中間機構を必要とした。そのなめ、ポンプの構造は複雑
となシ小型化も困難であった。

この問題点を解決しポンプを小型化する手段として電気
信号を直接振動に変換する圧電振動子を使用したポンプ
が提案されている。（例えば、特開昭タター２０００１
１号公報）振動子ポンプは、圧電振動子の振動を利用し
て流体を吸入、吐出する構造となっている。従来の振動
子ポンプは、逆止弁を設けた平板と圧電振動子との全周
囲を固定部材により移送する流体が漏洩しないよう液密
にシールする構造となっていた。

すなわち、ポンプ室は、平板、圧電振動子、固定部材等
で構成されていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、圧電ポンプの構成部である圧電振動子は
ユニモルフ振動子又はバイモルフ振動子が用いられてい
る。これらの振動子は、振幅が２００μｍ以下と非常に
小さいので、振動により／往復する体積も小さい。この
ポンプ室内に空気等の圧縮性気体が吸入された場合、ポ
ンプ室の容積が大きいと、ポンプ室内に滞留するのみで
なく、圧電振動子の振動により圧縮時に変位した体積は
、圧縮性気体の圧縮による容積減少に費やされ、流体の
吸入、排出に有効に使われない。その結果、圧電ポンプ
の性能が著しく低下する問題点があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは上記問題点に鑑みて、ポンプ室内容積を小
さくして圧縮性気体の滞留をなくすことが可能な振動子
ポンプについて鋭意検討した結果、圧電振動子を特殊な
構成にして用いることにより目的を達成し得ることを見
出した。

本発明の要旨は、圧電振動子の振動により流体の吸込、
吐出を行う振動子ポンプにおいて、２枚の圧電振動子を
対向して設け、該圧電振動子の振動部には、該圧電振動
子を貫通する流体の流通孔を設け、対向するλ枚の圧電
振動子の全周囲を液密に固持し、各圧電振動子の流通孔
部上 には夫々吸入用逆／弁と吐出用逆止弁を設けてなる振動
子ポンプに存する。

以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。

第ｌ図（イ）（口）は本考案の一例を示す振動子ポンプ
の縦断面図であり、第λ図はその平面図である。また、
第３及び第弘図は他の一例の振動子ポンプの縦断面図、
平面図を示す。

第ｌ図において／，コは圧電振動子、３は吐出側逆止弁
、≠は吸入側逆止弁、夕は固定部材、６，６′は導線、
／／，／／’は流体の流通孔である。

表面が電気的に絶縁された圧電振動子／，２は対向位置
に置かれ、その全周囲は固定部材！により液密に固持さ
れる。圧電振動子／，２を構成する圧電体としては、セ
ラミックス系、有機系のものが使用できる。具体的には
、セラミ・ノクス系の圧電体としてはチタン酸バリウム
、チタン酸鉛、チタン酸鉛・ジルコン酸鉛等、有機系の
圧電体としては、ポリフッ化ピニリデン、フッ化ビニリ
デンと三フッ化ピニリデンとの共重合物等が挙げられる
。圧電振動子は、前記圧電体と金属薄板例えばリン青銅
薄板によるシム材とから構成される。薄板状、例えば厚
さ０．２〜３ｇとした圧電体の両面は、金属の蒸着、箔
の接着または金属性塗布剤の塗布等により金属を積層し
て膜状電極が形成される。この膜状電極には交流電圧を
印加する導線６，６′　が取り付けられる。圧電振動子
は、この圧電体／枚とシム材ｌ枚とを積層接合した単層
型（ユニモルフ）、シム材の両面に圧電体を積層した複
層型（パイモルフ）及びシム材と圧電体とを交互に複数
積層した形で用いることができる。圧電振動子は電気的
に絶縁をとるため、その表面は絶縁材料で被覆される。

例えば、エポキシ系樹脂等の絶縁塗料の塗布、絶縁性を
有する合成樹脂のフィルムによる被覆が挙げられる。ま
た、この被覆する材料は、その表面に接触する流体に対
する耐蝕性も考慮すると望ましい。圧電振動子の犬きさ
（寸法）は使用する流体の圧力、流量により適宜選択さ
れる。また、その形状は、平面形固定部材！は、積層さ
れた圧電振動子の周辺部が液密に固持されればよく、具
体的には、第ｌ図に示すように、圧電振動子の周囲をエ
ボキシ樹脂等の硬化性材料で固め固定する方法や第３図
に示すように積層した圧電振動子の対向面にポリエチレ
ン、ボリブロビレン、テフロン等の合成樹脂、ゴム等の
パッキンタを挿入して、ボルトーナット、ビス等で締め
付け固持する等が採用される。

対向して設けた圧電振動子の振動部には流体の流通孔／
０，／０’が設けられる。流通孔／Ｏは圧電振動子ｌに
開口した孔であり、流通孔ｉｏ’は圧電振動子コに開口
した孔である。ここで振動部とは、対向して設けられた
（積層された）圧電振動子／，２　　の固定部！で固持
された以外の部分である。流通孔ｉｏ，ｉｏ’　　を設
ける位置は、圧電振動子に電圧が印加されて圧電振動子
が振動した場合、その振幅の最も大きい場所が好ましく
、通常圧電振動子の中央部分に設けられる。流通孔／０
と／　０’の孔径は取シ付　ける逆止弁の大きさとポン
プの能力（吐出流量）により適宜選択されるが通常、直
径／−／０■とされる。

圧電振動子／の流通孔１０には吐出側逆止弁３が設けら
れ、また圧電振動子１の流通孔／０’には吸入側逆止弁
グが設けられる。

逆止弁としてはボペット弁、ダック弁、傘形弁等を用い
ることができる。ポンプ室は、第ｌ図に示した構造では
、流通孔の側面及び圧電撮動子／，．２　の対向面から
形成される。

さらに、第３図の如く圧電振動子、弾性体、圧電振動子
と積層した構成も考えられる。

第３図において／，．２　は圧電振動子、３は吐出測逆
止弁、≠は吸入側逆止弁、ｊは固定部材、６，６′は導
線、／０，／０’は圧電振動子の流通孔、ｌ／は弾性体
、／２は弾性体の流通孔である。

この積層体も前記と同様に圧電振動子の振動部を貫通す
る流通孔／０，／０’が設けられ、弾性体／／にも流通
孔／２が設けられる。つまシボンプ室は、流通孔１０，
／０’，／２を大部分とする。通常圧電振動子と弾性体
とを接着剤等で接着するのがよい。接着剤で圧電振動子
と弾性体を接着した場合における流体吸引時の状態を第
３図（口）に示した。

弾性体／．２としては、柔軟性を有し圧縮又は膨張変形
時の応力が小さい物質例えばシリコン系等のゴムが用い
られる。

この弾性体ｌコの厚みは圧電振動子の振幅、弾性体の種
類にもよるが、通常／ｍｓ以上とされるＯ （作　用） 本発明の振動子ポンプの吸入側逆止弁≠と吐出側逆止弁
３には流体を移送する配管が接続される。配管は屈曲可
能な柔軟性を有し、ボ／プに配管の応力がかからないも
のが用いられる。

例えば、ゴム製、合成樹脂製等のチューブやスパイラル
状とした金属配管が挙げられる。吸入側逆止弁弘の配管
は流体源に、吐出側逆止弁３の配管は流体の移送先に接
続される。

圧電振動子ｌと圧電振動子２とには電圧が導線乙，６′
を通して印加される。本発明の電圧は、通常／ＫＨｚ以
下、好ましくは２００Ｈｚ　　以下の交流電圧が印加さ
れる。また、直流電圧をパルスとして印加することも可
能である。電圧が印加された圧電振動子ｌは固定部材よ
の一端を支持点として、図中、上方へ屈曲する。同時に
圧電振動子コは図中、下方へ屈曲する。この２枚の圧電
振動子が振動子ポンプ室壁面の一部を形成しているので
、ポンプ室内の容積が増加する。｛第ｌ図（口）、第３
図（口）｝ポンプ室内は減圧となりポンプ室内外に圧力
差を生じるため、吐出側逆止弁３は閉止し吸入側逆止弁
グは開放される。よって、吸入側逆止弁≠より流体を吸
入になると、圧電振動子ｌは下方へ圧電振動子λは上方
へ屈曲しポンプ室内の容積が減少するの止されるのでポ
ンプ室内にあった流体は吐出側逆止弁３を通シ移送先へ
送られる。交流電圧の印加により上記動作はｌサイクル
毎に繰り返され、連続して流体の移送が実現できる。

圧電振動子ｌと圧電振動子コとが弾性体／ｌを介して積
層された第３図の振動子ポンプの場合は弾性体／ｌが変
形して流体を吸入することとなる。

第３図に開示したポンプでは、圧電振動子の弾性体とが
接着されているのでボンブ室が流通孔のみとなり、従っ
て圧縮性気体が始動時にポンプ中に滞留していても速や
かに排出されるので好ましい。

（効　果） 本考案の振動子ポンプは、ポンプ室内の流体の流路を簡
素化するとともに、逆止弁を振動子弘 に直接取り付けた構造とすればポンプ空間を小さくする
ことができ、ポンプ室内に圧縮性気体が滞留し難く、ス
タート時等に充満している圧縮性気体及びポンプ内へ混
入した圧縮性気体は速やかに排出される。そのため、圧
縮性気体に起因する振動子ポンプの能力低下を押さえ、
性能向上を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図（イ）（口）は本発明の振動子ポンプのｌ例を縦
断面図で示した。第２図は、第ｌ図の平面図である。第
３図（イ）（ロ）は本考案の振動子ポンプの他のｌ例を
縦段面図で示した。また、第μ図は、第３図の平面図で
ある。 ／，２・・・・・・・・・　圧電振動子３　・・・・・
・・・・・・・　吐出側逆止弁弘　・・・・・・・・・
・・・　吸入側逆止弁ｊ　・・・・・・・・・・・・　
固定部材６，６′・・・・・・・・・導線 ｉｏ，ｔｏ’・・・・・・　圧電振動子の流通孔ｌ／　
・・・・・・・・・　弾性体 ２　・・・　・・・　・・・

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電振動子の振動により流体の吸込、吐出を行う
   振動子ポンプにおいて、２枚の圧電振動子を対向して設
   け、該圧電振動子の振動部には、該圧電振動子を貫通す
   る流体の流通孔を設け、対向する２枚の圧電振動子の全
   周囲を液密に固持し、各圧電振動子の流通孔部には夫々
   吸入用逆子弁と吐出用逆止弁とを設けてなる振動子ポン
   プ。