JPH0242184A - 圧電型マイクロポンプ - Google Patents

圧電型マイクロポンプ

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JPH0242184A
JPH0242184A JP19383588A JP19383588A JPH0242184A JP H0242184 A JPH0242184 A JP H0242184A JP 19383588 A JP19383588 A JP 19383588A JP 19383588 A JP19383588 A JP 19383588A JP H0242184 A JPH0242184 A JP H0242184A
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plate
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fluid path
support plate
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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〕 本発明は圧電型マイクロポンプに関する。
〔従来の技術〕
一般に、金属板の一方に圧電材を貼り付け、この圧電材
に電界を加えることによって、圧電材の分極方向に対し
て加わる電界により、圧電材が面方向に収縮する。この
とき、金属板と圧電材との貼り合わせ面でこの収縮を拘
束するため、全体的には、湾曲した状態に変形させるこ
とが出来る。
この構成体に、例えば、可聴周波数の交流電圧を加えれ
ば、この湾曲方向が交互に変わり、この構成体の一部を
固定することで発音体となる。
このように、この構成体を利用すれば、発音体だけでは
なく、例えば、接点を動かすリレーやアクチエータの利
用が考えられ、これらに関する種々の応用商品が考案さ
れている。例えば、これらの応用例の一つとして圧電型
マイクロポンプがある。
第8(a)〜(c)は従来の圧電型マイクロポンプを説
明するための断面図である。この圧電型マイクロポンプ
は、第8図(a)に示すように、流体路6が形成された
板部材1の一外壁の一部に圧電バイモルフである振動板
2が取り付けられ、この板部材lの流体路6の両端には
、供給口3及び排出口4が設けられている。また、供給
口3と排出口4には、それぞれに逆流防止弁5b及び5
aが取り付けられている。
次に、この圧電型マイクロポンプの動作を説明する。第
8図(a)に示す状態は、流体が流体路6に満ちている
停滞状!ぶである。まず、第8図(b)に示すように、
振動板2に電極(図示せず)を介して電圧を印加すると
、振動板2が撓み、流体は矢印7a及び7cに示ず方向
に流れようとする。このとき、逆流防止弁5bは流れよ
うとする流体圧力により閉じられ、逆流防止弁5aは流
れようとする流体圧力で開けられ、流体は矢印7bに示
す方向に流れる。次に、振動板2に印加した電圧を開放
してやると、第1図(c)に示すように、振動板2は復
元する。この振動板2の復元力により流体に圧力を与え
、供給口3にある逆流防止弁5bが開き、他方の逆流防
止弁5aは閉じ、流体路6に流体を満たす。この動作を
繰返して、流体を一方向に供給する。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の圧電型マイクロポンプでは、−方向に流
体を流すために、供給口及び排出口に逆流防止弁が必要
である9この逆流防止弁は機械的構造のものであるなめ
、小型化するのに限度がある。特に、この圧電型マイク
ロポンプをセラミックで一体化して作る場合には、困難
である。
本発明の目的は、かかる機械的な逆流防止弁を必要とし
ない圧電型マイクロボブを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の圧電型マイクロポンプは、少なくとも二つの板
状部材の内側面で囲まれた流体路と、前記流体路の両端
に形成された少なくとも一組の供給口及び排出口と、前
記流体路を形成する少なくとも一つの前記板状部材に前
記供給口側と前記4JF出口側とに分離してそれぞれに
設けらた圧電部材と、前記圧電部材の前記供給口側ある
いは排出口側に対応する辺の反対側の前記圧電部材の一
辺を前記板状部材に固定するとともに前記圧電材の他の
三辺と前記板状部材と接続するベローズ形継手とを備え
構成される。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図(a)及び(b)は本発明による第1の実施例を
示す圧電型マイクロポンプの斜視図及び断面図である。
この圧電型マイクロポンプは、第1図に示すように、板
状部材である支持体枠8の両端に供給口3及び排出口4
を設けられており、これらを継なぐ直線的な流体路22
が形成されている。この支持体8を被せるように板状部
材の支持板9が貼り付けられていて、この支持板9の圧
電板10には供給口3側と排出口4側とにそれぞれ電極
11bと電極11aが設けられている。また、この電極
11bと電極11aとの間には、これらの電極に電圧を
印加するための端子12a、12b及び12cが形成さ
れている。更に、電極と圧電板とその下部の支持板とで
なる圧電部材の一辺は端子がある支持板9と連なり、他
の三辺の周囲領域には、支持板9の表裏面に複数の溝で
形成されてなるベローズ形継手23が設けられている。
第2図は第1図の圧電型マイクロポンプの分解斜視図で
ある。次に、この圧電型マイクロポンプの内部構造を説
明すると、この圧電型マイクロポンプは、支持体8と支
持板9及び圧電板10とに分解される。
支持体8には供給口3を形成する第2の満14と排出口
4を形成する溝15が形成され、また、これらの溝を継
ないで流体路となる第1の満13が設けられている。更
に、この二つの渦の間には、圧電部材の一辺を固定する
突出部19が設けられている。
支持板9には、電極11a及び電極11bが取り付けら
れる領域の周囲、即ち供給口あるいは排出口に面する電
極の一辺を3みその一辺の両端の辺の周囲に、前記それ
ぞれの辺に平行に表側からの講16a及び16bと裏側
からの講17a及び17bが形成されている。この複数
の溝構造を形成することにより、圧電板10を接着する
接着面18の領域でなる圧電部材と、この圧電部材の周
囲の支持板9の領域とを接続する第1図(b)に示すベ
ローズ形継手23を形成したことになる。
圧電板10には、下面に共通電極20が設けられ、上面
には供給口側と排出側とに分離して電極11bと11 
aが形成されている。また、共通電極20は端子12b
に、電極11bは端子12cに及び電極11aに端子1
2aがそれぞれ接続されている。
これらの構成体を、まず、圧電板10の外形を支持板9
の第1の境界線21aに合せ接着する。
次に、圧電板10が接着された支持板9は、支持体8の
流体路22となる第1の溝13の側壁と支持板9の第2
の境界線21bと合せ接着する。このことにより第1図
に示した圧電型マイクロポンプとなる。
次に、この圧電型マイクロポンプの製造方法を説明する
。圧電板10の基板は、マグネシウム・ニオブ酸鉛(P
b (Mgl八Nへ2八)03〕を主成分とする電歪材
料の粉末を有機バインダとともに溶媒中に分散し、スラ
リー状とする。これをドクターブレードを用いたスリッ
プキャスティング法によって、厚さ100μm程度の均
一な厚みの厚電材グリーンシートを製作する。次に、こ
の圧電材グリーンシートを規定の大きさに打ち抜き、電
極11a及びllbと端子12a、12b及び12cを
それぞれ接続するためのスルーホールをポンチで開ける
。次に、圧電材グリーンシーhにスクリーン印刷法によ
り金属ペースl−で印刷して電極11a及びllbを形
成する。次に、この圧電材グリーンシートを金型にはめ
込み、100℃前後の温度で加熱しながら、約250 
k g / c m2の圧力を加えて密度を高めた圧電
材グリーンシーl−にする。次に、プレスにより所定の
寸法に仕上げる。
次に、酸化雰囲気中で、温度上昇率25℃/時間でゆっ
くり上昇させ、500〜600℃程度で保持し、このシ
ート中の有機物を取り除き、更に、900〜1200℃
で焼成して圧電板10が完成する。
次に、支持板9及び支持体8はステンレス板より製作す
る。この支持体8には、通常の化学的エツチング法によ
り流体路22と供給口3及び排出口4となるそれぞれの
溝を、例えば、深さ0,1〜1mm程度に形成する。ま
た、この実施例で製作した支持体の溝の寸法は、流体路
22の溝幅が20 m mで、深さQ、 2rnmであ
り、供給口3及び排出口4の溝幅は5mmで、深さ0.
2mmであった。更に、二つの流体路22の溝を継なぐ
溝の幅は5mmに製作した。
一方支持板9は厚さ0.05〜Q、1mm程度のステン
レス板より製作する。この板厚を設定したら、前述の支
持体8の溝の深さは、この板厚の315以上の深さが必
要である。
以上のようにして得た支持板9に圧電板10を絶縁性の
エポキシ系接着剤等により接着し、更に、これらの圧電
体に、分極処理として、電極11aと共通電極20、電
極11bと共通電極11bとの間にそれぞれ直流電源を
接続し、1 k v / m mとなる電界を1分間与
える。
第3図及び第4図は圧電板に与えるドライブ波形図及び
ドライブ回路図、第5図<a)〜(e)は圧電型マイク
ロポンプを動作順を示す断面図である。まず、第5図(
a>の状態はどちらの電極にも電圧がかかっていない状
態で、流体路22の流体は停滞したままである。
次に、第5図(b)に示す状態は、第4図に示ずI・ラ
ンジスタT r 1に信号S1が入り、トラジスタTr
、が動作し、第3図に示すような電圧Vが、第5図(b
)に示す電極11bに印加する。
この電圧印加により圧電板10は撓み流体は矢印の方向
に押し出された状態になる。
次C1第5図(c)に示す状態は、第4図に示すトラジ
スタT r 2に信号S2が入り、トランジスタTr2
が動作し、第3図に示す電圧Vが、第5図(C)に示す
電極11aに印加する。この電圧印加により圧電板10
は撓み流体の流れは止められな状態になる。
次に、第5図(d)に示す状態は、第4図に示すトラジ
スタTr3に信号SIAが入り、トランジスタTr3が
動作し、第3図に示す電圧Vが抵抗R7を通して放電し
、第5図(d)に示す電極11aに印加された電圧を解
除する。この電圧の解除により圧電板10は復元し、流
体が、矢印に示すように、この圧電板1.0の復元力に
より供給口3より吸出された状態になる。
次に、第5図(e)に示す状態は、第4図に示すトラジ
スタTr4に信号S2Aが入り、トランジスタTr4が
動作し、第3図に示す電圧■が抵抗R2を通して放電し
、第5図(e)に示す電極11aに印加された電圧を解
除する。この電圧の解除により圧電板10は復元し、流
体が、矢印に示すように、この圧電板10の復元力によ
り供給口3より吸出され、排出口4に流れる状態になる
やがて、この復元力による流体の慣性力を失うと、再び
、第5図(a)の状態に戻る。
以下同様にして、第5図(a)から(e)といった動作
を連続的に繰返して行うことによって、ポンプ動作が行
なえ得る。なお、この動作で、供給口3 f!IJと排
出口4側との圧電板10をそれぞれ独立に時間をずらし
て動作するので、この動作自体が逆流防止弁の効果を発
揮している。
第6図は本発明の第2の実施例を示す圧電型マイクロポ
ンプの断面図である。この実施例は、支持板9aに7s
25を設けた以外は、第1の実施例と同じである。この
満25を設けることにより、第1の実施例に比べ、支持
板9aと圧電板10aとの接着面積がより少なくなり、
この支持板9aがより可撓性が増し、より低い電圧で動
作出来るという利点がある。
第7図は本発明の第3の実施例を示す圧電型マイクロポ
ンプの斜視図である。この実施例は供給口3と排出口4
とが同一方向になるようにしたものである。また、電極
11a及びllbが設けられた圧電板10bも横に並べ
て形成されている。
この圧電板10bの下部の流体路の間は、仕切り部24
で仕切られ、流体路22bで継なかっている。それ以外
の構造及び動作は第1の実施例と同じである。
以上説明した実施例では、支持板に一枚の圧電板を貼り
付けたユニモルフ構造としたが、圧電板を2層にしたバ
イモルフ構造としてもよい。なお、この場合は、動作電
圧をより低°くすることが出来る利点がある。また、こ
のポンプの外郭体を絶縁性樹脂で覆えば、流体のタンク
内に投げ込むような圧電形マイクロポンプが得られる。
更に、この支持体の両面に、流体路を設けて、この機構
も両面に設けることが出来る。
一方、この圧電形マイクロポンプの応用例として、例え
ば、排出口をノズル状にして、電極に断続的にパルス電
圧をに印加すれば、ノズルから適状の流体が噴出し、ド
ツトプリンタのインフジエラI・等に利用出来る。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、供給口側と排出口側とに
それぞれ独立した圧電板と支持板でなる圧電部材を流体
路壁の一面に形成して設けたので、この圧電部材のそれ
ぞれに時間をずらして電圧を印加してドライブすること
により、流体を逆流することなく一方向に流すことが出
来る。従って、機械的な逆流防止弁を必要としない圧電
型マイクロボン1が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)及び(b)は本発明による第1の実施例を
示す圧電型マイクロポンプの斜視図及び断面図、第2図
は第1図の圧電型マイクロポンプの分解斜視図、第3図
及び第4図は圧電板に与えるドライブ波形図及びドライ
ブ回路図、第5図(a)〜(e)は圧電型マイクロポン
プを動作順を示す・断面図、第6図は本発明の第2の実
施例を示す圧電型マイクロポンプの断面図、第7図は木
発クロポンプを説明するための断面図である。 1・・・板部材、2・・・振動板、3・・・供給口、4
・・・4JF−出口、5a、5b・・・逆流防止弁、6
.22・・・流体路、7a、7b、7 c−矢印、8.
8a・・・支持体、9.9a、9 b−・・支持板、1
0.10 a−圧電板、11a、1 l b ・・・電
極、12a、12b、12c・・・端子、13・・・第
1の溝、14・・・第2の溝、15・・・第3の溝、1
6a、16 b−・・表側の溝、17a、17b・・・
裏側の溝、18・・・接着面、19・・・突出部、20
・・・共通電極、21a・・・第1の境界線、21b・
・・第2の境界線、23・・・ベローズ形継手、24・
・・仕切り部、25・・・溝。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 少なくとも二つの板状部材の内側面で囲まれた流体路と
    、前記流体路の両端に形成された少なくとも一組の供給
    口及び排出口と、前記流体路を形成する少なくとも一つ
    の前記板状部材に前記供給口側と前記排出口側とに分離
    してそれぞれに設けらた圧電部材と、前記圧電部材の前
    記供給口側あるいは排出口側に対応する辺と反対側の前
    記圧電部材の一辺を前記板状部材に固定するとともに前
    記圧電材の他の三辺と前記板状部材と接続するベローズ
    形継手とを備えたことを特徴とする圧電型マイクロポン
    プ。
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JPH06137987A (ja) * 1992-10-27 1994-05-20 Fuji Giken Kogyo Kk 配管用気密テスト装置
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