JPH0578680B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0578680B2 JPH0578680B2 JP60105090A JP10509085A JPH0578680B2 JP H0578680 B2 JPH0578680 B2 JP H0578680B2 JP 60105090 A JP60105090 A JP 60105090A JP 10509085 A JP10509085 A JP 10509085A JP H0578680 B2 JPH0578680 B2 JP H0578680B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- drive
- fluid
- diaphragm
- frequency
- space
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
Description
産業上の利用分野
この発明は気体や液体などの流体を搬送するた
めの流体駆動装置に関するものである。 従来の技術 往復運動をする駆動源を用いて気体や液体を搬
送する従来の流体駆動装置では、第６図に示すよ
うに、吸入弁２、吐出弁３が必要であるため構造
が複雑になり、安価なものを提供し難い。また往
復運動の駆動源によつているので吸入行程と吐出
行程を経ているため流量変動が大きく、流量を一
定化するためには、容量の大きな貯蓄タンク等の
平滑装置６が必要であるとともに、流量制御が難
しくなる。 また羽根車等の回転体を駆動源とする第７図に
示すような従来装置では、一定した流量を得やす
いが電動機８や羽根車７を使用するため高価であ
る。また、電動機８のロータや羽根車７が回転慣
性を有しているためこの種の流体駆動装置も流量
変化をさせる際の応答性が悪く流量制御が難し
い。また電子技術の発達した現在、高度な制御装
置と特殊な電動機を用いれば、高精度な制御がで
きるが更に高価なものになるとともに、従来のポ
ンプや送風機は構造が固定的なものであるため機
械装置への組込み勝手が悪い。 発明が解決しようとする問題点 以上に述べたように従来技術は、構造が複雑で
高価なこと、流量変動が大きいこと、制御性が悪
いこと、形状が固定的で組込み勝手が悪いことな
どの問題がある。 本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、
振動板を駆動源とする簡単な構成で、流量の安定
した、制御性の良い流体駆動装置を安価に提供す
ることを目的としている。 問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するために、中空容
器の内部に振動板を設けて容積Ｖなる空間を形成
し、前記容積Ｖなる空間に臨んで外部に連通して
断面積Ａ、長さＬの駆動管を連接すると共に、前
記振動板の駆動電源周波数を前記空間Ｖと前記駆
動管Ａ・Ｌの寸法条件によつて定まる周波数に一
致させる、周波数調節機能を有する駆動電源装置
を具備せしめて、一種のヘルムホルツの共鳴系を
構成したものである。 作用 本発明は上記構成により、中空容器内の振動板
を系の共鳴周波数で振動させることにより、駆動
管内部に被駆動流体と同じ流体のピストン運動を
発生せしめ、駆動管先端部に駆動管軸線方向の流
体流れを発生させるもので、往復運動をする振動
板を駆動源としているにもかかわらず吸入弁や吐
出弁を必要とせずに駆動管の先端から流量一定
で、しかも制御性の良好な流体流を得ることがで
きる。 実施例 第１図は本発明の一実施例を示す横断面図で、
筐体１０には断面積Ａ、長さＬの駆動管１２が連
接されていて外部に連通している。筐体１０の内
部には振動板１３がスプリング１４を介して筐体
１０に取付けられ、筐体１０の内部は振動板１３
とスプリング１４によつて気密に２室に分割さ
れ、振動板を境として駆動管側に容積Ｖの大きな
空間１１が形成される。駆動管１２は空間１１と
でヘルムホルツの共鳴器を形成する。振動板１３
にはコイル１５が固定されて永久磁石１６と同心
円状に相対している。１７は周波数の調節機能を
有する電源装置でコイル１５に所定の周波数の電
圧で電力を供給する。 前述のように駆動管１３（断面積：Ａ、長さ：
Ｌ）は空間１１（容積：Ｖ）とでヘルムホルツの
共鳴器を形成し、次式で示される周波数0Hzで共
鳴する。
めの流体駆動装置に関するものである。 従来の技術 往復運動をする駆動源を用いて気体や液体を搬
送する従来の流体駆動装置では、第６図に示すよ
うに、吸入弁２、吐出弁３が必要であるため構造
が複雑になり、安価なものを提供し難い。また往
復運動の駆動源によつているので吸入行程と吐出
行程を経ているため流量変動が大きく、流量を一
定化するためには、容量の大きな貯蓄タンク等の
平滑装置６が必要であるとともに、流量制御が難
しくなる。 また羽根車等の回転体を駆動源とする第７図に
示すような従来装置では、一定した流量を得やす
いが電動機８や羽根車７を使用するため高価であ
る。また、電動機８のロータや羽根車７が回転慣
性を有しているためこの種の流体駆動装置も流量
変化をさせる際の応答性が悪く流量制御が難し
い。また電子技術の発達した現在、高度な制御装
置と特殊な電動機を用いれば、高精度な制御がで
きるが更に高価なものになるとともに、従来のポ
ンプや送風機は構造が固定的なものであるため機
械装置への組込み勝手が悪い。 発明が解決しようとする問題点 以上に述べたように従来技術は、構造が複雑で
高価なこと、流量変動が大きいこと、制御性が悪
いこと、形状が固定的で組込み勝手が悪いことな
どの問題がある。 本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、
振動板を駆動源とする簡単な構成で、流量の安定
した、制御性の良い流体駆動装置を安価に提供す
ることを目的としている。 問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するために、中空容
器の内部に振動板を設けて容積Ｖなる空間を形成
し、前記容積Ｖなる空間に臨んで外部に連通して
断面積Ａ、長さＬの駆動管を連接すると共に、前
記振動板の駆動電源周波数を前記空間Ｖと前記駆
動管Ａ・Ｌの寸法条件によつて定まる周波数に一
致させる、周波数調節機能を有する駆動電源装置
を具備せしめて、一種のヘルムホルツの共鳴系を
構成したものである。 作用 本発明は上記構成により、中空容器内の振動板
を系の共鳴周波数で振動させることにより、駆動
管内部に被駆動流体と同じ流体のピストン運動を
発生せしめ、駆動管先端部に駆動管軸線方向の流
体流れを発生させるもので、往復運動をする振動
板を駆動源としているにもかかわらず吸入弁や吐
出弁を必要とせずに駆動管の先端から流量一定
で、しかも制御性の良好な流体流を得ることがで
きる。 実施例 第１図は本発明の一実施例を示す横断面図で、
筐体１０には断面積Ａ、長さＬの駆動管１２が連
接されていて外部に連通している。筐体１０の内
部には振動板１３がスプリング１４を介して筐体
１０に取付けられ、筐体１０の内部は振動板１３
とスプリング１４によつて気密に２室に分割さ
れ、振動板を境として駆動管側に容積Ｖの大きな
空間１１が形成される。駆動管１２は空間１１と
でヘルムホルツの共鳴器を形成する。振動板１３
にはコイル１５が固定されて永久磁石１６と同心
円状に相対している。１７は周波数の調節機能を
有する電源装置でコイル１５に所定の周波数の電
圧で電力を供給する。 前述のように駆動管１３（断面積：Ａ、長さ：
Ｌ）は空間１１（容積：Ｖ）とでヘルムホルツの
共鳴器を形成し、次式で示される周波数0Hzで共
鳴する。
【化】
ここにＣは流体の音速、πは円周率、αは修正
係数を示す。次にこの装置の作用について説明す
る。電源装置１７によつて(1)式で定まる0の周波
数の正弦波形電圧でコイル１５に電力を供給する
と、スプリング１４に支持された振動板１３とコ
イル１５は第１図において左右の方向に0の周波
数で振動し、空間１１内に圧力波を放射する。前
述のように空間１１と駆動管１２とで共鳴周波数
f0のヘルムホルツ共鳴系が構成されているため、
駆動管１２内の流体は、図の点線で示すように柱
状流体２３として、あたかも剛体であるかの様に
一体となつて振幅abで振動する。この柱状流体
２３の振動運動によつて第二の駆動源が構成され
る。 直径18mm、長さが160mmの駆動管で共鳴周波数
135Hzの例では、abは約10mmであつた。柱状流体
２３が図の右方向、ａからｂに動くとき駆動管１
２のab部分の流体は右方向に駆動される。柱状
流体２３が右側最大振幅ｂの位置に至ると、次に
ｂからａの左方向の運動に変わる。柱状流体２３
が左に移動するにつれて、駆動管１２の入口部分
に負圧が発生するが、右方向に駆動された流体は
慣性力で、駆動管１２の軸心に沿つて右方向に流
れ続ける。 その結果、駆動管１２の端部に発生した負圧部
分には、駆動管１２の入口端部の全円周域から、
周囲近傍の流体が流れ込む。柱状流体２３が左方
向に動くにつれて、この周囲の流体も流れ込み続
ける。柱状流体２３は、左側最大振幅の位置ａに
到達すると、再び右方向に運動方向を変える。こ
の時周囲より流れ込んだ流体は、柱状流体２３部
分に流れ込むことなく右方向に駆動され図中、曲
線Ａで示すように流れ、さらにＢの流れとなる。
この様子はストロボスコープと煙とで観測するこ
とが出来る。 駆動管ab部分に流れ込んだ流体が右方向に駆
動されＢの流れになる段階では、駆動管１２の周
囲近傍の流体は、Ｂの流れの粘性力により、一部
が右方向に流れるものと考えられる。この伴流の
流れの状態及び駆動管１２の出力直近の流れの状
態は、観測が難しく十分には解明できていない。 以降同じ過程が繰り返されることにより、駆動
管１２の軸心にそう右方向の連続的な流れが形成
される。駆動管１２の軸心上、出口ｂの下流（右
方向）５cm位置で流速を測定すると、平均流速
3.4m／secに対して流速変動が＋0.08m／secで、
脈動の少ない一定流速の右方向の流れが形成され
ていることが確認された。 この流体駆動装置は、流れを運転開始後数サイ
クルで形成することができ、非常に応答性の高い
流れを得ることが出来る。また、往復運動をする
振動板１３を第一駆動源として、駆動管１２内部
の柱状流体２３の往復運動として形成される第二
の駆動源を直接的な駆動源としながら、脈動を吸
収する平滑装置等を用いることなく、安定した流
速の流れを得ることが出来るものである。しかも
流速や流量の変更や制御はコイル１５にかける電
圧または周波数を変更、制御することによつて容
易に達成できる。 次に本発明の他の実施例について説明する。第
２図はコイル１５前面の空間１１の壁面部分を円
錐台形状の壁体１８にしたもので、壁体１８の底
面に平行に振動板１３を設けてあり、頂部の面に
垂直に駆動管１２が連接されている。その他の構
成及び動作は第１図の実施例と同じである。ただ
し壁体１８を円錐台状にすることによつて仕事効
率を向上する効果が得られる。 第３図は第１図に示した実施例のスプリング１
４、振動板１３、コイル１５、永久磁石１６で構
成した駆動源を圧電素子２２を振動板２１に接着
した構成を駆動源としたもので、より簡単な構造
のものにできる。その他の作用効果は第１図の実
施例と同じである。 また、第１図や第３図の実施例に示した駆動源
の振動系スプリング１４、振動板１３、コイル１
５の組合わせや、圧電素子２２と振動板２１とで
組合わせで構成された振動系の固有振動数を、空
間１１と駆動管１２とで構成されるヘルムホルツ
の共鳴器の共鳴周波数0Hzに等しくすることによ
つて能力の大きい流体駆動装置を提供することが
できる。 第４図ａは駆動管１２の端部にテーパ１９を設
けた実施例、同図ｂは丸味２０を設けた実施例を
示す図でその他の構成作用は第１図の実施例と同
じであるが、第４図ａ，ｂの構成によつて、仕事
効率の向上が図れる。第５図は、駆動管の断面形
状が矩形形状の駆動管２３を装置した実施例を示
す図で、断面が矩形状の流体流が得られる。その
他の構成、作用効果は第１図の実施例と同じであ
る。 発明の効果 本発明は往復運動をする駆動源を用いながら、
吸入弁、吐出弁が不要で、しかも流れの平滑装置
を用いることなく、脈動成分の少ない安定した流
量、流速の流れを発生し、流量、流速の変更や制
御は電源電圧または電源周波数を変更、制御する
だけでよく、応答性も良好な流体駆動装置を提供
することができる。 しかも本発明によれば、流体は駆動装置の内部
を通過することなく駆動されるので、流体の温度
や清浄性を変えることなく、エツチング装置等特
殊な装置における流体駆動手段とすることが出来
るものである。 また、上記説明から解るように、基本的には中
空容器とそれに連通する枝管と振動枝とで構成さ
れる装置であるので、使用目的に合わせて自由な
形状のものにできるので従来の送風機やポンプよ
り使い勝手がよく、簡単な構造で安価な流体駆動
装置を提供することができる。
係数を示す。次にこの装置の作用について説明す
る。電源装置１７によつて(1)式で定まる0の周波
数の正弦波形電圧でコイル１５に電力を供給する
と、スプリング１４に支持された振動板１３とコ
イル１５は第１図において左右の方向に0の周波
数で振動し、空間１１内に圧力波を放射する。前
述のように空間１１と駆動管１２とで共鳴周波数
f0のヘルムホルツ共鳴系が構成されているため、
駆動管１２内の流体は、図の点線で示すように柱
状流体２３として、あたかも剛体であるかの様に
一体となつて振幅abで振動する。この柱状流体
２３の振動運動によつて第二の駆動源が構成され
る。 直径18mm、長さが160mmの駆動管で共鳴周波数
135Hzの例では、abは約10mmであつた。柱状流体
２３が図の右方向、ａからｂに動くとき駆動管１
２のab部分の流体は右方向に駆動される。柱状
流体２３が右側最大振幅ｂの位置に至ると、次に
ｂからａの左方向の運動に変わる。柱状流体２３
が左に移動するにつれて、駆動管１２の入口部分
に負圧が発生するが、右方向に駆動された流体は
慣性力で、駆動管１２の軸心に沿つて右方向に流
れ続ける。 その結果、駆動管１２の端部に発生した負圧部
分には、駆動管１２の入口端部の全円周域から、
周囲近傍の流体が流れ込む。柱状流体２３が左方
向に動くにつれて、この周囲の流体も流れ込み続
ける。柱状流体２３は、左側最大振幅の位置ａに
到達すると、再び右方向に運動方向を変える。こ
の時周囲より流れ込んだ流体は、柱状流体２３部
分に流れ込むことなく右方向に駆動され図中、曲
線Ａで示すように流れ、さらにＢの流れとなる。
この様子はストロボスコープと煙とで観測するこ
とが出来る。 駆動管ab部分に流れ込んだ流体が右方向に駆
動されＢの流れになる段階では、駆動管１２の周
囲近傍の流体は、Ｂの流れの粘性力により、一部
が右方向に流れるものと考えられる。この伴流の
流れの状態及び駆動管１２の出力直近の流れの状
態は、観測が難しく十分には解明できていない。 以降同じ過程が繰り返されることにより、駆動
管１２の軸心にそう右方向の連続的な流れが形成
される。駆動管１２の軸心上、出口ｂの下流（右
方向）５cm位置で流速を測定すると、平均流速
3.4m／secに対して流速変動が＋0.08m／secで、
脈動の少ない一定流速の右方向の流れが形成され
ていることが確認された。 この流体駆動装置は、流れを運転開始後数サイ
クルで形成することができ、非常に応答性の高い
流れを得ることが出来る。また、往復運動をする
振動板１３を第一駆動源として、駆動管１２内部
の柱状流体２３の往復運動として形成される第二
の駆動源を直接的な駆動源としながら、脈動を吸
収する平滑装置等を用いることなく、安定した流
速の流れを得ることが出来るものである。しかも
流速や流量の変更や制御はコイル１５にかける電
圧または周波数を変更、制御することによつて容
易に達成できる。 次に本発明の他の実施例について説明する。第
２図はコイル１５前面の空間１１の壁面部分を円
錐台形状の壁体１８にしたもので、壁体１８の底
面に平行に振動板１３を設けてあり、頂部の面に
垂直に駆動管１２が連接されている。その他の構
成及び動作は第１図の実施例と同じである。ただ
し壁体１８を円錐台状にすることによつて仕事効
率を向上する効果が得られる。 第３図は第１図に示した実施例のスプリング１
４、振動板１３、コイル１５、永久磁石１６で構
成した駆動源を圧電素子２２を振動板２１に接着
した構成を駆動源としたもので、より簡単な構造
のものにできる。その他の作用効果は第１図の実
施例と同じである。 また、第１図や第３図の実施例に示した駆動源
の振動系スプリング１４、振動板１３、コイル１
５の組合わせや、圧電素子２２と振動板２１とで
組合わせで構成された振動系の固有振動数を、空
間１１と駆動管１２とで構成されるヘルムホルツ
の共鳴器の共鳴周波数0Hzに等しくすることによ
つて能力の大きい流体駆動装置を提供することが
できる。 第４図ａは駆動管１２の端部にテーパ１９を設
けた実施例、同図ｂは丸味２０を設けた実施例を
示す図でその他の構成作用は第１図の実施例と同
じであるが、第４図ａ，ｂの構成によつて、仕事
効率の向上が図れる。第５図は、駆動管の断面形
状が矩形形状の駆動管２３を装置した実施例を示
す図で、断面が矩形状の流体流が得られる。その
他の構成、作用効果は第１図の実施例と同じであ
る。 発明の効果 本発明は往復運動をする駆動源を用いながら、
吸入弁、吐出弁が不要で、しかも流れの平滑装置
を用いることなく、脈動成分の少ない安定した流
量、流速の流れを発生し、流量、流速の変更や制
御は電源電圧または電源周波数を変更、制御する
だけでよく、応答性も良好な流体駆動装置を提供
することができる。 しかも本発明によれば、流体は駆動装置の内部
を通過することなく駆動されるので、流体の温度
や清浄性を変えることなく、エツチング装置等特
殊な装置における流体駆動手段とすることが出来
るものである。 また、上記説明から解るように、基本的には中
空容器とそれに連通する枝管と振動枝とで構成さ
れる装置であるので、使用目的に合わせて自由な
形状のものにできるので従来の送風機やポンプよ
り使い勝手がよく、簡単な構造で安価な流体駆動
装置を提供することができる。
第１図は本発明の一実施例による流体駆動装置
の横断面図、第２図は第２の実施例による流体駆
動装置の横断面図、第３図は第３の実施例による
流体駆動装置の横断面図、第４図ａ，ｂは同装置
の駆動管の端部を示す詳細横断面図、第５図は同
駆動管の断面形状を矩形にした実施例を示す正面
図、第６図は往復運動を駆動源とした従来例を示
す横断面図、第７図は回転運動を駆動源とした従
来例を示す横断面図である。 １０……筐体、１１……空間、１２……駆動
管、１３……振動板、１４……スプリング、１５
……コイル、１６……永久磁石、１７……電源装
置、２１……振動板、２２……圧電素子。
の横断面図、第２図は第２の実施例による流体駆
動装置の横断面図、第３図は第３の実施例による
流体駆動装置の横断面図、第４図ａ，ｂは同装置
の駆動管の端部を示す詳細横断面図、第５図は同
駆動管の断面形状を矩形にした実施例を示す正面
図、第６図は往復運動を駆動源とした従来例を示
す横断面図、第７図は回転運動を駆動源とした従
来例を示す横断面図である。 １０……筐体、１１……空間、１２……駆動
管、１３……振動板、１４……スプリング、１５
……コイル、１６……永久磁石、１７……電源装
置、２１……振動板、２２……圧電素子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 中空容器の内部に振動板を気密に設けて容積
Ｖなる空間を形成し、前記容積Ｖなる空間に臨ん
で外部に連通して断面積Ａ、長さＬの駆動管を連
接すると共に、前記振動板の駆動電源周波数を、
前記空間Ｖと前記駆動管Ａ・Ｌの寸法条件によつ
て定まる周波数に一致させる周波数調節機能を有
する駆動電源装置を具備したことを特徴とする流
体駆動装置。 ２ 振動板の固有振動数を、空間容積Ｖと駆動管
の断面積Ａ及び長さＬの寸法条件によつて定まる
周波数に一致させた特許請求の囲第１項記載の流
体駆動装置。 ３ 中空容器の形状を円錐台形状にすると共に、
前記円錐台形状の中空容器の頂部に駆動管を連接
し、前記円錐台形状の中空容器の底部に平行に振
動板を装置してなる特許請求の範囲第１項記載の
流体駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60105090A JPS61265398A (ja) | 1985-05-17 | 1985-05-17 | 流体駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60105090A JPS61265398A (ja) | 1985-05-17 | 1985-05-17 | 流体駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61265398A JPS61265398A (ja) | 1986-11-25 |
| JPH0578680B2 true JPH0578680B2 (ja) | 1993-10-29 |
Family
ID=14398215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60105090A Granted JPS61265398A (ja) | 1985-05-17 | 1985-05-17 | 流体駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61265398A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2945932B2 (ja) * | 1989-07-31 | 1999-09-06 | 本多電子株式会社 | 超音波ポンプ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58140491A (ja) * | 1982-02-16 | 1983-08-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流れ発生装置 |
-
1985
- 1985-05-17 JP JP60105090A patent/JPS61265398A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61265398A (ja) | 1986-11-25 |
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